JP2017201587A - 電池モジュール及び電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減することが可能な電池モジュール及び電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】 実施形態に係る電池モジュールは、複数の電池セルと、樹脂で構成される第１ケース及び反応硬化性樹脂で構成される第２ケースを有し、複数の前記電池セルの外面を覆うセルカバーと、を備える。実施形態にかかる電池モジュールの製造方法は、複数の電池セルを、樹脂で構成される第１ケース内に配置することと、前記電池セルの周りに反応硬化性樹脂を配すことと、前記反応硬化性樹脂を硬化させることで、前記電池セルを覆う第２ケースを形成することと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は電池モジュール及び電池モジュールの製造方法に関する。

電気自動車、ハイブリッド電気自動車、電動自転車の電源、または、電気機器の電源として、二次電池が広く用いられている。例えば、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池は、高出力、高エネルギー密度を有することから、電気自動車等の電源として注目されている。

高容量化、高出力化を図るため、複数の電池セルをケース内に並べて配置し、これらの電池セルを並列あるいは直列に接続した電池モジュールが用いられている。例えば電池セルは、アルミニウム等で偏平な矩形箱状に形成された外装容器と、この外装容器内に電解液とともに収納された電極群と、外装容器に設けられているとともに電極群に接続された電極端子と、を備える。

このような電池モジュールの製造方法において、予め樹脂製のケースを所定形状に成型する工程、ケースの収容部に電池セルを挿入する工程、接着による固定工程、乾燥工程などを要する。

特開２０１３−１８７１６２号公報

本発明の実施形態は、製造コストを低減できる電池モジュール及び電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

実施形態に係る電池モジュールは、複数の電池セルと、樹脂で構成される第１ケース及び反応硬化性樹脂で構成される第２ケースを有し、複数の前記電池セルの外面を覆うセルカバーと、を備える。

実施形態にかかる電池モジュールの製造方法は、複数の電池セルを、樹脂で構成される第１ケース内に配置することと、前記電池セルの周りに反応硬化性樹脂を配すことと、前記反応硬化性樹脂を硬化させることで、前記電池セルを覆う第２ケースを形成することと、を備える。

実施形態に係る蓄電池モジュールの外観を示す斜視図。 同蓄電池モジュールの構成を示す分解斜視図。 同蓄電池モジュールの構成を示す断面図。 同蓄電池モジュールの第１ケースを示す斜視図。 同蓄電池モジュールの電池セルを示す斜視図。 同蓄電池モジュールの製造方法を示す説明図。 他の実施形態にかかる蓄電池モジュールの構成を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態にかかる蓄電池モジュール（電池モジュール）１０について、図１乃至５を参照して説明する。

図１は、実施形態に係る蓄電池モジュール１０の外観を示す斜視図であり、図２は、蓄電池モジュール１０の構成を示す分解斜視図である。図３は蓄電池モジュール１０の構成を示す断面図である。図４は蓄電池モジュール１０の第１ケースを示す斜視図であり、図５は電池セル２０の斜視図である。図６は蓄電池モジュール１０の製造方法を示す説明図である。

図１乃至図３に示すように、蓄電池モジュール１０は、複数の電池セル２０と、複数の電池セル２０の外周を覆うセルカバー３０と、を備える。蓄電池モジュール１０の外形は、矩形のブロック状に構成される。

電池セル２０は、箱状のセル２１と、セル２１内に収容される電解液及び電極体であるコイルと、を備える。セル２１は、例えばアルミニウム等の金属で形成され、扁平な箱型形状に構成されている。セル２１の内部に形成される収容部４５は、電解液及びコイルを収容する。

セル２１は、例えば上端が開口した容器と、この容器の開口部を封口する封口蓋とを備える。セル２１の上面部には、コイルの正極板に接続される正極電極端子２２及びコイルの負極板に接続される負極電極端子２３が、それぞれ配置されている。

コイルは、例えば、正極板及び負極板が、その間に配される絶縁性のセパレータを介在させて渦巻状に捲回され、さらに、径方向に圧縮され留ことで構成される。コイルは、扁平形状に形成されている。

複数の電池セル２０は、隣り合うセル２１の正極電極端子２２と負極電極端子２３とが交互に並ぶ向きに配列されている。複数の電極端子２２，２３は、導電性部材としての複数のバスバー２６により、電気的に、例えば、直列に接続されている。

バスバー２６は、電気的に接続される一対の端子部を備えている。一方の端子部は、電池セル２０の正極電極端子２２に接合される。他方の端子部は、隣の電池セル２０の負極電極端子２３に接合される。このように、複数の電池セル２０は、複数のバスバー２６により直列に接続される。なお、複数の電極は、直列に限らず、並列に接続するようにしてもよい。

複数の電池セル２０のうち、配列の一端に位置した電池セル２０の負極電極端子２３、及び配列の他端に位置した電池セル２０の正極電極端子２２には、それぞれ外部出力端子が接続される。

セルカバー３０は、樹脂で構成される第１ケースである上面ケース４０と、反応硬化性樹脂で構成される第２ケースである下面ケース５０と、端子カバー６０と、を備える。

上面ケース４０は、樹脂で構成される。上面ケース４０は、底プレート４１と、フレーム４２と、フレーム４２に囲まれる領域に配される仕切り用のリブ４３と、を一体に備える。
底プレート４１は、複数の電池セル２０の一端側を覆う矩形状に構成されている。底プレート４１は、蓄電池モジュール１０の一端側の端面を構成する。底プレート４１の、電池セル２０の正極電極端子２２および負極電極端子２３が配される所定箇所には、電極端子２２，２３を露出させる複数の端子孔４４が形成されている。

上面ケース４０を構成する樹脂として、例えばポリプロピレン、偏性ＰＰＥ、ポリカーボネート等の熱可塑性や、熱硬化性樹脂、または反応硬化性樹脂など、種々の樹脂材料を用いることができる。

フレーム４２は、底プレート４１の外周縁から立設される壁状部材である。フレーム４２は、矩形の領域を囲む枠状であって、複数配列された電池セル２０ユニットの外周を覆う。

リブ４３は、底プレート４１から立設される壁状部材であり、格子状に形成されている。リブ４３は複数の電池セル２０を位置決めするとともに絶縁するための仕切りであって、複数配列された電池セル２０の間に介在している。

底プレート４１上には、フレーム４２及びリブ４３によって、電池セル２０の一端が挿入される収容部４５が縦横に複数列に形成される。本実施形態においては図２に示すように一の方向に８、他の方向に３の電池セル２０をそれぞれ収容する２４の収容部４５が形成される。各収容部４５の断面積は、電池セル２０の断面積よりわずかに大きく構成されている。

フレーム４２の端縁であって、下面ケース５０と接触する部分には係合部を構成する係合孔４６ａが形成されている。係合孔４６ａは例えばフレーム４２の上端縁の外面に形成された貫通孔であり、下面ケース５０を形成する際に、この係合孔４６ａに反応硬化性樹脂が流入し、硬化することで、下面ケース５０と上面ケース４０とが物理的に嵌合する。

底プレート４１、フレーム４２及びリブ４３によって囲まれる複数の収容部４５の内壁、すなわち電池セル２０と上面ケース４０の接触部分には、電池セル２０を固定する弾性部材からなる弾性層４８が設けられている。弾性層４８は例えばケースを構成する母材とは物性の異なる弾性材料で構成される。弾性層４８は、例えば発泡性の弾性材料がケース内壁に塗布されて構成される。この弾性層４８で囲まれる収容部４５の断面は、電池セル２０の断面よりもわずかに小さくなっている。

上面ケース４０の高さ方向の寸法は、例えば電池セル２０の高さ方向の寸法の１／３〜１／２倍程度に構成されている。上面ケース４０は、電池セル２０の一端側の外面うち、高さ方向の１/３〜１/２の領域を覆う。

下面ケース５０は、複数の電池セル２０の他端側の外面を覆う。下面ケース５０は、例えば反応硬化性樹脂で構成される筐体である。下面ケース５０は、蓋プレート５１と、カバーフレーム５２と、カバーフレーム５２に囲まれる領域に配されるカバーリブ５３と、を一体に備える。下面ケース５０は、複数配列された電池セル２０の他端側の部位の外面に密着して形成される。

下面ケース５０を構成する反応硬化性樹脂として、例えばジシクロペンタジエン等を用いることができる。

蓋プレート５１は、複数の電池セル２０の他端側を覆う矩形状に構成されている。蓋プレート５１は、蓄電池モジュール１０の他端側の端面を構成する。

カバーフレーム５２は、蓋プレート５１の外周縁から下方に立設される壁状部材である。カバーフレーム５２は、矩形の領域を囲む枠状であって、複数配列された電池セル２０ユニットの外周を覆う。

カバーリブ５３は、蓋プレート５１から立設される壁状部材であり、格子状に形成される。カバーリブ５３は複数の電池セル２０を位置決めする仕切りであって、複数配列された電池セル２０の間に介在する。カバーリブ５３は下面ケース５０材の成形時に電池セル２０同士の隙間に充填され、硬化することで電池セル２０同士を樹脂材で隔離する隔壁を構成する。カバーリブ５３は、電池セル２０同士の物理的な接触を防止し、絶縁する。

カバーフレーム５２の端縁であって、上面ケース４０と接触する部分には係合部を構成する係合突起５６が設けられている。係合突起５６は、下面ケース５０材を形成する際に、係合孔４６ａに反応硬化性樹脂が流入し、硬化することで構成される。

下面ケース５０は電池セル２０の外面に密着して形成されている。下面ケース５０の高さ方向の寸法は、例えば電池セル２０の高さ方向の寸法の１／２〜２／３倍程度に構成される。すなわち、下面ケース５０は上面ケース４０よりも高さ方向において大きく構成されている。下面ケース５０の外面と上面ケース４０の外面は面一に連続している。

下面ケース５０は部分的に内部の電池セル２０を露出させる露出部５７を有している。この露出部５７において、電池セル２０を外部冷却器に接触させるか、または冷媒に接触させることで、電池セル２０の充放電による温度上昇を低減させることが可能となる。

端子カバー６０は、例えばポリプロピレン、ポリカーボネート樹脂、偏性ＰＰＥなどで構成され、電極端子２２，２３およびバスバー２６上を覆うプレート状部材である。

以下、本実施形態にかかる蓄電池モジュール１０の製造方法について図６を参照して説明する。まず、樹脂材料から樹脂成型により、上面ケース４０を一体に成型する。次に、上面ケース４０の各収容部４５に、電池セル２０を挿入する。

ここで、収容部４５の内面には弾性層４８が形成されていることから、弾性層４８を圧縮しながら、電池セル２０が各収容部４５内に固定される。電池セル２０は所定の配列で立設される。

このとき、プレート部に形成された端子孔４４に、電池セル２０の端子が配置される。

続いて、金型８０をセットする。金型８０は、例えば上面ケース４０のフレーム４２の外面に被せられる縦横それぞれ一対の側壁と、天壁と、を有する。金型８０の天壁の内面において、各電池セル２０に対向する所定箇所には、電池セル２０を押圧する抑え突起８３が設けられる。

例えば、金型８０の一方の端部には樹脂を流し入れるための流入ポート８１が設けられ、金型８０の他方の端部には、空気を排出する排気ポート８２が設けられる。

金型８０をセットした際には、抑え突起８３により、各電池セル２０は所望の位置に位置決めされる。

金型８０を上面ケース４０上に被せた状態で、金型８０内に形成される空間に、異なる複数の反応硬化性樹脂を流し込む。そして、反応硬化性樹脂を電池セル２０間および金型８０と電池セル２０間の空間に充填して硬化させることで、下面ケース５０が形成される。
なお、端子孔４４の周りにおいて電池セル２０は弾性層４８が密着していため、端子孔４４からの樹脂材の漏れが防止される。

また、このとき反応硬化性樹脂が係合孔４６ａ内に入り込み、硬化することで、上面ケース４０と下面ケース５０とが係合する。

最後に、金型８０を取り外すことで、上面ケース４０と下面ケース５０を備えるセルカバー３０で覆われた蓄電池モジュール１０が完成する。

実施形態にかかる蓄電池モジュール１０及び蓄電池モジュール１０の製造方法によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、上記実施形態によれば、電池セル２０を上面ケース４０に固定し、上面ケース４０を金型８０で覆った状態で反応性硬化樹脂を注入し、電池セル２０ごと硬化させることで、蓄電池モジュール１０が完成する。したがって、組み立て工程においてセル２１接着、乾燥の工程が省略できる他、モジュール内にてセル２１の外面にセルカバー３０が隙間無く形成されることから、モジュールの剛性、放熱性、防水性、防塵性が向上できる。すなわち、蓄電池モジュール１０内部の電池セル２０同士は隙間なく反応硬化性樹脂、および樹脂で覆われることから、空気層が無くなるため、外部からの防水性、防塵性に優れる。また、蓄電池モジュール１０においては、セル２１の中心部の発熱も樹脂製のセルカバー３０を通して蓄電池モジュール１０外部に放熱させることができる。

また、下面ケース５０は反応性硬化樹脂で成形することにより、セル２１に熱的な負荷をかけずに、密閉構造の下面ケース５０を製造することが可能となる。

蓄電池モジュール１０は、抑え突起８３に対応する位置に、電池セル２０が露出する部分が生じる。このため、この露出部分に冷却器または冷媒を接触させることにより、電池セル２０の充放電時に生じる発熱を低減することができる。

なお、上記各実施形態には本発明の一形態を例示したものであり、本発明はこれらの実
施形態に限定されるものではなく、具体的構成や材料、組み付け手順等適宜変更して実施
することが可能である。

例えば上記実施形態においては、製造課程において金型８０を除去することとし、反応硬化性樹脂の上面ケース４０がその外面を構成する例を示したが、これに限られるものではない。

例えば、図７に示す他の実施形態にかかる蓄電池モジュール１０Ａは、その外側面及び一端側の端面が金属性の外ケース９０で覆われる構成とした。本実施形態にかかる蓄電池モジュール１０Ａは、縦横にそれぞれ複数並列配置された電池セル２０と、電池セル２０の一端側を覆う上面ケース４０と、電池セル２０の他端側を覆う下面ケース５０と、下面ケース５０の外側に配される外ケース９０と、を備える。

外ケース９０は、アルミダイキャストケースであり、例えば一端が開口する矩形の箱状に構成されている。外ケース９０は、下面ケース５０の外面を覆うとともに、上面ケース４０の外面の少なくとも一部を覆う。

蓄電池モジュール１０Ａは、金型８０として、電池セル２０が配された上面ケース４０上にアルミダイキャストケースをかぶせ、その隙間に反応硬化性樹脂を充填し、反応させて硬化させる。これにより電池セル２０の外面を密封する下面ケース５０が形成される。したがって、電池セル２０はダイキャストケースの内部に互いに絶縁されたまま固定され、金属筐体による高剛性かつ高放熱性を有する蓄電池モジュール１０が実現できる。言い換えれば、本実施形態において反応硬化性樹脂は、電池セル２０と外ケース９０との間の充填剤として用いられる。

また、上記実施形態において、上面ケース４０に係合孔４６ａが設けられ、下面ケース５０に係合突起５６が設けられる例を示したがこれに限られるものではなく、例えば上面ケース４０に突起を形成し、この突起が嵌合する凹部を下面ケース５０に形成してもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれ。

１０…蓄電池モジュール、１０Ａ…蓄電池モジュール、２０…電池セル、２１…セル、２２…正極端子、２３…負極端子、２６…バスバー、３０…セルカバー、４０…上面ケース（第１ケース）、４１…底プレート、４２…フレーム、４３…リブ、４４…端子孔、４５…収容部、４６ａ…係合孔、４８…弾性層、５０…下面ケース（第２ケース）、５１…蓋プレート、５２…カバーフレーム、５３…カバーリブ、５６…係合突起、５７…露出部、６０…端子カバー、８０…金型、８１…流入ポート、８２…排気ポート、８３…抑え突起、９０…外ケース。

Claims (6)

1. 複数の電池セルと、
   樹脂で構成される第１ケース及び反応硬化性樹脂で構成される第２ケースを有し、複数の前記電池セルの外面を覆うセルカバーと、を備える電池モジュール。
2. 前記第１ケースは、複数の電池セルがそれぞれ収容可能に構成されるとともに、隣接する電池セル間を仕切るリブを一体に備え、
   前記第２ケースは、前記電池セルの他端側の外面を覆うとともに、電池セル間に配されるリブを一体に備える、請求項１記載の電池モジュール。
3. 前記第１ケースは、その底部に前記電池セルの端子を露出する端子孔が形成されるとともに、その内面に形成される弾性層を備える、請求項２記載の電池モジュール。
4. 前記セルカバーの外面の少なくとも一部を覆う外ケースを備える、請求項１記載の電池モジュール。
5. 複数の電池セルを、樹脂で構成される第１ケース内に配置することと、
   前記電池セルの周りに反応硬化性樹脂を配すことと、前記反応硬化性樹脂を硬化させることで、前記電池セルを覆う第２ケースを形成することと、を備える、電池モジュールの製造方法。
6. 複数の電池セルを、樹脂で構成される第１ケース内に配置することと、
   複数の前記電池セルの外面を箱状の外ケースで覆うことと、
   前記外ケースと電池セルの間に形成される空間に反応硬化性樹脂を配すことと、前記反応硬化性樹脂を硬化させることで、前記電池セルを覆う第２ケースを形成することと、を備える、電池モジュールの製造方法。