JP2017139172A - 電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セルが固定部品の貫通孔を貫通して配置され，電池セルと貫通孔の内壁とが接着剤で接着される電池モジュールの製造方法であって，電池セルの全周への接着剤の適切な回り込みを図る技術を提供すること。【解決手段】本製造方法は，複数の電池セル１０と，複数の固定穴３０が形成されている固定部品２０と，電池セル１０と固定部品２０とを接着する接着剤４０とを備え，固定穴３０の内壁に，上面２０ａから，上面２０ａと下面２０ｂとの間の位置まで，固定部品２０の厚さ方向に伸びる溜まり溝３２を有する電池モジュール１の製造方法であって，各電池セル１０を各固定穴３０に挿入し，各電池セル１０を上面２０ａ側ほど溜まり溝３２から離れる向きに傾け，各電池セル１０が傾いた状態で溜まり溝３２に接着剤４０を注入し，その後，各電池セル１０を上面２０ａ側ほど溜まり溝３２に近づく向きに傾ける手順を含んでいる。【選択図】図７

Description

本発明は，電池モジュールの製造方法に関する。さらに詳細には，固定部品に複数の電池セルを接着してなる電池モジュールの製造方法に関するものである。

従来から，高出力化や高容量化のために，電池セルを複数組み合わせた電池モジュールを製造して使用されることがある。例えば，特許文献１には，円筒型の複数の電池セルを金属製のケーシングに収納した電池ブロックが開示されている。本文献には，電池ブロックの側板に形成された貫通孔に電池セルの端部が挿入されるとともに，側板と電池セルの端子面とが，接着剤にて互いに接着されることが開示されている。

特開２０１２−２２１８４４号公報

しかしながら，前記した従来の技術には，次のような問題があった。すなわち，例えば，電池セルと貫通孔との間の隙間に接着剤を充填して接着する場合，接着剤を電池セルの全周に回り込ませるのが難しい。つまり，電池セルの外周の全周にわたって浸透させるのが難しい。貫通孔の内部での電池セルの配置によって，隙間の狭い箇所ができる場合があり，隙間の狭い箇所には接着剤が入り込みにくいからである。そして，接着剤が電池セルの全周に適切に回り込んでいない場合には，電池セルの全周のうち確実に固定されていない箇所ができ，接着強度が十分でない可能性がある。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，複数の電池セルが固定部品の貫通孔を貫通して配置され，電池セルと貫通孔の内壁とが接着剤で接着される電池モジュールの製造方法であって，電池セルの全周への接着剤の適切な回り込みを図る技術を提供することにある。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の一態様における電池モジュールの製造方法は，複数の電池セルと，複数の貫通孔が形成されている固定部品と，前記貫通孔の内壁と当該貫通孔に挿入された前記電池セルの外面との間の空間に充填されており，前記電池セルを前記固定部品に接着する接着剤と，を備え，前記固定部品の前記貫通孔の内壁に，前記貫通孔の一方の開口から，前記一方の開口と他方の開口との間の位置まで，前記貫通孔の貫通方向に伸びる溝部を有する電池モジュールの製造方法であって，複数の前記電池セルを，前記固定部品の複数の前記貫通孔のそれぞれに挿入する工程と，挿入された前記電池セルを，前記一方の開口の側ほど前記溝部から離れる向きに傾ける工程と，前記電池セルを傾けた状態で，前記溝部に接着剤を注入する工程と，前記接着剤を注入した後，前記電池セルを，前記一方の開口の側ほど前記溝部に近づく向きに傾ける工程と，を含むことを特徴としている。

上記態様における電池モジュールの製造方法は，複数の電池セルと，貫通孔が形成された固定部品と，接着剤とを備える電池モジュールを製造する方法であり，貫通孔の内壁には，貫通孔の一方の開口から，当該一方の開口と他方の開口との間の位置まで伸びる溝部が形成されている。すなわち，一方の開口から見て，くぼみが設けられている。そして，本製造方法は，各貫通孔にそれぞれ電池セルを挿入し，挿入した電池セルを溝部から離れる向きに傾けて，溝部に接着剤を注入し，その後，電池セルを溝部に近づく向きに傾ける手順を含んでいる。

上記態様における電池モジュールの製造方法によれば，挿入した電池セルを溝部から離れる向きに傾けることで，溝部の内壁と電池セルとの間の隙間が広がり，接着剤の注入は容易である。その後，電池セルを溝部に近づく向きに傾けることで，注入された接着剤が電池セルによって押しのけられ，電池セルと貫通孔の内壁との間の隙間のうち，溝部以外の箇所へと押しやられる。従って，隙間の狭い箇所があっても，電池セルの全周へ接着剤が適切に回り込むことが期待できる。

本発明によれば，複数の電池セルが固定部品の貫通孔を貫通して配置され，電池セルと貫通孔の内壁とが接着剤で接着される電池モジュールの製造方法であって，電池セルの全周への接着剤の適切な回り込みを図る技術が提供されている。

本形態に係る電池モジュールの斜視図である。 電池モジュールを示す断面図である。 固定部品の一部を拡大して示す斜視図である。 電池モジュール製造手順を示すフローチャートである。 電池モジュール製造手順を示す説明図である。 電池モジュール製造手順を示す説明図である。 電池モジュール製造手順を示す説明図である。 電池モジュール製造手順を示す説明図である。 電池モジュール製造手順を示す説明図である。 固定部品の別の例を示す斜視図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，例えば，複数の電池セルを固定部品に接着して電池モジュールを製造する製造方法に本発明を適用したものである。

本形態の製造方法にて製造された電池モジュール１は，図１に示すように，複数の円筒型の電池セル１０と，固定部品２０と，モジュールケース２１とを備える。この電池モジュール１では，複数の電池セル１０が，固定部品２０とモジュールケース２１とによって一体化されている。なお，以下では，図１中に矢印で示すように，上下方向，左右方向，前後方向を規定する。

電池セル１０は，例えば，正負の電極板と，リチウム塩を含む電解液と，が内部に封入されているリチウムイオン二次電池である。各電池セル１０は，一方向に長い円柱形であり，略箱状のモジュールケース２１内に，長手方向を上下方向として立てて配置されている。モジュールケース２１の上端部は，固定部品２０の下面に固定されている。なお，本形態の電池モジュール１では，固定部品２０の上面と，各電池セル１０の上面とが，ほぼ同一平面内にある。

固定部品２０は，アルミ等の熱伝導率が高い金属で，左右方向に前後方向より長い略長方形の板状に形成された部材である。固定部品２０の板面は，図１中で，上下方向に直交する方向に向けて配置されている。固定部品２０は，電池セル１０の保持機能に加え，散熱板としての機能を有する。

固定部品２０には，それぞれ電池セル１０を固定する貫通孔である固定穴３０が形成されている。各固定穴３０は，略板状の固定部品２０をその厚さ方向である上下方向に貫通して形成され，固定部品２０の上面２０ａと下面２０ｂとの両側に開口している。固定穴３０は，貫通孔の一例であり，固定穴３０の貫通方向は，固定部品２０の厚さ方向である。固定穴３０の上面２０ａ側の開口は，一方の開口の一例であり，固定穴３０の下面２０ｂ側の開口は，他方の開口の一例である。

本形態の固定部品２０では，図１に示すように，固定穴３０は，千鳥格子状に例えば６０個が配置されている。具体的に，固定穴３０は，固定部品２０の左右方向に１５個が１列に並び，前後方向に計４列が形成されている。前後方向に隣接する列の固定穴３０は，左右方向にピッチの半分だけずれた位置に形成されている。なお，固定穴３０の個数や配置は，この図の例に限らない。電池モジュール１に含まれる電池セル１０の個数と同じ数の固定穴３０が形成されていればよい。また，各固定穴３０の配置は，どのような配置であってもよい。

図１に示すように，固定部品２０の上面２０ａにおける固定穴３０の開口の形状は略円形であり，その開口の周方向の１箇所に，径方向に突出する突出箇所３１が設けられている。固定部品２０中の全ての固定穴３０は同形であり，さらに，各固定穴３０について，突出箇所３１は同じ側である。具体的には，本形態では，固定穴３０の中心から見て左前側に突出箇所３１が形成されている。突出箇所３１の詳細については後述する。

そして，各電池セル１０の一部（図１中で上端部）は，各固定穴３０をそれぞれ上下方向に貫通して挿入されている。さらに，各電池セル１０の外周面と固定穴３０の内壁面とが対向する箇所では，図２に示すように，固定穴３０と電池セル１０との間の空間に，接着剤４０が充填されている。図２は，図１のＡ−Ａ断面図である。つまり，各電池セル１０は，接着剤４０によって固定部品２０に接着されている。なお，固定穴３０の内径は，最も狭い箇所でも電池セル１０の外径よりもやや大きい。従って，各固定穴３０には電池セル１０を容易に挿入できる。接着剤４０は，後述するように，液状で注入され，その後，硬化したものである。

さらに，本形態の固定部品２０は，図２や図３に示すように，各固定穴３０の内壁の一箇所に，上下方向の途中まで形成された溜まり溝３２を有している。図３は，単体の固定部品２０の一部を拡大して示す図である。溜まり溝３２は，固定部品２０の上面２０ａから，上面２０ａと下面２０ｂとの間の位置まで上下方向に伸びる溝部である。溜まり溝３２の上下方向の長さは，例えば，固定穴３０の上下方向の長さの１／２〜３／４の範囲内である。そして，溜まり溝３２が固定部品２０の上面２０ａに開口している箇所が，前述した突出箇所３１となっている。電池モジュール１では，図２に示したように，溜まり溝３２の内部にも，接着剤４０が充填されている。

続いて，本形態の電池モジュール１の製造手順について，図４に示すフローチャート，および，図５〜図９の説明図を参照して説明する。この電池モジュール製造手順は，必要個数の電池セル１０と，モジュールケース２１に固定部品２０を取り付けたケース２２と，接着剤４０と，傾け治具５０と，を用意して開始される。電池セル１０は，前述した円筒型のものであり，全て同径同長のものである。また，固定部品２０は，前述した溜まり溝３２が形成されているものである。

本製造手順では，まず，ケース２２の全ての固定穴３０にそれぞれ，電池セル１０を挿入する（Ｓ１０１）。電池セル１０は，図５に示すように，モジュールケース２１の底に当たるまで長手方向に挿入される。挿入後の電池セル１０の上面は，固定部品２０の上面とほぼ同一面となる。なお，固定部品２０の固定穴３０の内径は，電池セル１０の外径よりも大きいので，挿入された電池セル１０の周囲には，固定穴３０との間に隙間がある。

そして，ケース２２の下部に傾け治具５０を装着する（Ｓ１０２）。傾け治具５０は，図６に示すように，モジュールケース２１の全体を下方から受ける受け皿状のものである。さらに，傾け治具５０を第１の向きに傾ける（Ｓ１０３）。具体的に，Ｓ１０３では，図１中で固定部品２０の右後側の角を下げ，左前側の角を上げる向きに，傾け治具５０を傾ける。

Ｓ１０３により，ケース２２が傾く。さらに，電池セル１０と固定部品２０とはまだ接着されていないので，図６に示すように，各電池セル１０がケース２２の内部で，ケース２２の傾きよりも大きく傾く。具体的に，電池セル１０の上部が，溜まり溝３２と反対の側に寄り，固定部品２０の上面２０ａ側における，溜まり溝３２と電池セル１０との間の隙間が，傾ける前よりも大きくなる。なお，Ｓ１０３では，各電池セル１０が溜まり溝３２と反対側に傾けばよく，傾け治具５０を傾ける向き自体は，図示の向きに限らない。

そして，Ｓ１０３にて傾けた状態で，図７に示すように，溜まり溝３２と電池セル１０との間の隙間に，上方から所定量の液状の接着剤４０を注入する（Ｓ１０４）。所定量は，１つの電池セル１０を１つの固定穴３０に固定するのに適した量である。Ｓ１０４では，例えば，注入ノズル４１を移動させ，全ての固定穴３０に順に接着剤４０を注入する。あるいは，複数の注入ノズル４１を用いてもよい。Ｓ１０３にて傾けたことで，接着剤４０を注入する隙間は大きく開口しており，傾ける前と比較して，接着剤４０の注入は容易である。

さらに，接着剤４０の注入後，傾けた状態を保ったまま，第１の所定時間の経過を待つ（Ｓ１０５）。つまり，第１の所定時間が経過していなければ（Ｓ１０５：ＮＯ），そのまま待機する。第１の所定時間は，注入した接着剤４０の硬化が完了するより短い時間であって，接着剤４０が溜まり溝３２の周辺に行き渡るのに要する時間である。第１の所定時間は，予め設定した固定時間でもよいし，接着剤４０の種類や，量，温度等によって異なる可変時間でもよい。

接着剤４０を注入した後，第１の所定時間が経過したら（Ｓ１０５：ＹＥＳ），傾け治具５０を第２の向きに傾ける（Ｓ１０６）。第２の向きは，Ｓ１０３にて傾けた第１の向きの逆である。具体的に，Ｓ１０６では，図１中で固定部品２０の右後側の角を上げ，左前側の角を下げる向きに，傾け治具５０を傾ける。

Ｓ１０６により，ケース２２が傾き，図８に示すように，各電池セル１０がケース２２の内部で，ケース２２の傾きよりも大きく傾く。つまり，各電池セル１０の上部が，溜まり溝３２の側に寄って，固定部品２０の上面２０ａ側における，溜まり溝３２と電池セル１０との間の隙間が，傾ける前よりも小さくなる。溜まり溝３２に注入された接着剤４０はまだ硬化していないので，Ｓ１０６による電池セル１０の傾きによって，接着剤４０が溜まり溝３２の周辺から押しのけられる。

さらに，Ｓ１０６の後，Ｓ１０６にて傾けた状態を保ったまま，第２の所定時間の経過を待つ（Ｓ１０７）。つまり，第２の所定時間が経過していなければ（Ｓ１０７：ＮＯ），そのまま待機する。第２の所定時間は，注入した接着剤４０の硬化が完了するより短い時間であって，溜まり溝３２に注入された接着剤４０が，電池セル１０と固定穴３０との間の全周に回り込むのに要する時間である。なお，第２の所定時間は，予め設定した固定時間でもよいし，接着剤４０の種類や，量，温度等によって異なる可変時間でもよい。

Ｓ１０６によって，溜まり溝３２から押しのけられた接着剤４０は，電池セル１０の外面に沿って，溜まり溝３２の反対側に回り込む。特に本形態では，単に毛細管現象によって回り込むのみでなく，傾いた電池セル１０によって押しのけられているので，接着剤４０を回り込ませる力は大きい。従って，電池セル１０と固定穴３０との間の全周囲について，接着剤４０が確実に回り込むことが期待できる。

さらに，第２の所定時間が経過し，接着剤４０が電池セル１０の全周に回り込んだら（Ｓ１０７：ＹＥＳ），図９に示すように，傾け治具５０を水平にする（Ｓ１０８）。つまり，固定部品２０を水平にするとともに，各電池セル１０を鉛直方向に立てる。これにより，各電池セル１０は，固定部品２０の固定穴３０を上下方向に貫通する。

そして，接着剤４０が硬化するのに必要な時間が経過するのを待つ（Ｓ１０９）。つまり，硬化時間が経過していなければ（Ｓ１０９：ＮＯ），そのまま待機する。そして，硬化時間が経過したら（Ｓ１０９：ＹＥＳ），電池モジュール１の完成であり，傾け治具５０を取り外して（Ｓ１１０），電池モジュール製造手順を終了する。

以上詳細に説明したように，本形態の電池モジュール１の製造方法では，電池セル１０を挿入させる固定穴３０と，各固定穴３０に溜まり溝３２が形成された固定部品２０を用いる。そして，本形態の製造方法は，固定部品２０の各固定穴３０に電池セル１０を挿入する工程と，電池セル１０を溜まり溝３２から離れる向きに傾ける工程と，電池セル１０を傾けた状態で接着剤４０を注入する工程と，電池セル１０を溜まり溝３２に近づく向きに傾ける工程と，を含む。つまり，接着剤４０の注入後に，溜まり溝３２に溜まった接着剤４０の中に電池セル１０の一部が入り込むので，接着剤４０は，溜まり溝３２から押し出されて，電池セル１０の全周へと回り込む可能性が高い。すなわち，電池セル１０の全周への接着剤の適切な回り込みが期待できる。

さらに，電池セル１０の全周に接着剤４０が回り込むことにより，固定部品２０と各電池セル１０との接着強度を確保できる。また，自動車に搭載される電池モジュール１では，ケース２２に車室内を循環する冷却風の流路を形成する場合がある。そして，電池セル１０として，固定部品２０の上側に露出している箇所に安全弁が設けられ，万一の過昇温時にこの安全弁から排煙させるものを用いる場合がある。この場合，電池セル１０と固定部品２０との接着箇所に接着剤４０の回り込んでいない箇所があると，この箇所から排煙が冷却風の流路へと流れ込む可能性がある。本形態の電池モジュール１では，電池セル１０の全周に接着剤４０が回り込むことから，排煙経路のシール性を確保できる。

なお，本形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。従って，本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，電池モジュール１に組み込まれる電池セル１０は，リチウムイオン二次電池に限らない。また，本発明の製造方法は，円筒型の電池セルを用いる電池モジュールの製造に限らないが，細長い形状の電池セルを有する電池モジュールの製造に好適である。

また，例えば，それぞれの向きに傾ける回数は，１回ずつに限らず，複数回繰り返してもよい。また，溜まり溝３２側と反対側との２つの向き以外に，さらに他の向きに傾けてもよい。また，各電池セル１０が固定穴３０に対して傾いた状態となればよく，ケース２２の全体を傾ける代わりに，例えば，適切に揺らすことで電池セル１０を傾けることができれば，それでもよい。

また，本製造方法では，モジュールケース２１は，電池モジュール１を構成する部材でなくてもよい。また，傾け治具５０は，使用しなくてもよい。つまり，本発明の製造方法では，モジュールケース２１と傾け治具５０とを使用する代わりに，例えば，各電池セル１０の下部を支える部材を用いて，各電池セル１０を傾けてもよい。そして，接着剤の硬化後に，電池モジュール１を構成する部材としてのモジュールケース２１を，固定部品２０に取り付けるとしてもよい。

また，固定部品２０の各固定穴３０は，溜まり溝３２が形成されていればよく，他の箇所の形状は，実施の形態にて図示した例に限らない。例えば，図１０に示すように，溜まり溝３２以外にも溝部が形成されていてもよい。この場合であっても，接着剤４０を１つの溝に注入するとともに，電池セル１０を，注入前に当該溝から離れる向きに，注入後には当該溝に近づく向きに，それぞれ傾けることが好ましい。そのために，各固定穴３０について，いずれも同じ側の溝に接着剤を注入するとよい。なお，複数の溝を有する固定部品を使用する場合，溜まり溝３２以外の溝にも接着剤４０を注入してもよい。ただし，１箇所の溝に全量の接着剤４０をまとめて注入する方が，注入に要する時間が短いので好ましい。

また，電池セル１０は，同径同長であればよく，全て同じ種類でなくてもよい。また，各電池セル１０の挿入の向きは，全て同じ向きでなくてもよい。例えば，固定部品２０の構成や接続される装置の構成に応じて，異なる向きの電池セル１０が含まれる構成であってもよい。また，電池セル１０のうち，固定部品２０の固定穴３０に接着される箇所は，軸方向の上端部に限らず，中央部でもよい。つまり，固定部品２０の上面より上方へ，電池セル１０の一部が出ていてもよい。

１ 電池モジュール
１０ 電池セル
２０ 固定部品
３０ 固定穴
３２ 溜まり溝
４０ 接着剤

Claims (1)

1. 複数の電池セルと，
   複数の貫通孔が形成されている固定部品と，
   前記貫通孔の内壁と当該貫通孔に挿入された前記電池セルの外面との間の空間に充填されており，前記電池セルを前記固定部品に接着する接着剤と，
   を備え，
   前記固定部品の前記貫通孔の内壁に，前記貫通孔の一方の開口から，前記一方の開口と他方の開口との間の位置まで，前記貫通孔の貫通方向に伸びる溝部を有する電池モジュールの製造方法であって，
   複数の前記電池セルを，前記固定部品の複数の前記貫通孔のそれぞれに挿入する工程と，
   挿入された前記電池セルを，前記一方の開口の側ほど前記溝部から離れる向きに傾ける工程と，
   前記電池セルを傾けた状態で，前記溝部に接着剤を注入する工程と，
   前記接着剤を注入した後，前記電池セルを，前記一方の開口の側ほど前記溝部に近づく向きに傾ける工程と，
   を含むことを特徴とする電池モジュールの製造方法。

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