JP2018060634A - 電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 放熱効率の向上を図ることができる電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】 電池モジュール１０を作製する際には、電池ユニット１４の伝熱面３１を、所定の伝熱面検出位置Ｐ１において検出する伝熱面検出工程と、伝熱面検出工程において検出した伝熱面３１の補正をおこなう補正工程と、補正工程において補正された電池ユニット１４を、テーブル４４上方の所定の積層位置Ｐ２において、テーブル４４上に積まれた電池ユニット１４上に積層する積層工程とを含む。上述した製造方法によれば、伝熱面の平面度が高い電池モジュール１０により、電池パックの筐体Ｈとの間において高い接触性が実現され、高い放熱効率を得ることができる。【選択図】 図４

Description

本発明は、電池モジュールの製造方法に関する。

従来より、電気自動車又はフォークリフトなど、車両のバッテリとして使用される電池パックが知られている。このような電池パックには、その筐体内に、電池セルを含む電池ユニットが複数積層されて構成された電池モジュールが収容されている。

各電池ユニットは、電池セルに生じた熱をユニット外部（たとえば電池パックの筐体等）に放出するための伝熱面を有し、各電池ユニットの伝熱面をユニット外部に接触させることで、伝熱面を介した電池セルの放熱がおこなわれる。

特開２０１６−１２６８４６号公報 特開２００７−２５０３５２号公報 特開２０１５−２００６６０号公報 国際公開第２０１０／０８２３３５号

電池モジュールは、複数の電池ユニットで構成されているため、連続的に並ぶ複数の伝熱面を有するが、複数の伝熱面が全体として平面度が低くなった場合には、ユニット外部との接触性が低くなる。その結果、接触性が低い伝熱面においては電池セルの放熱効率が低下し、電池モジュール全体としても放熱効率が低下してしまう。

発明者らは、鋭意研究の末、電池モジュールの複数の伝熱面が全体として高い平面度を有し、それにより電池モジュールの放熱効率の向上を図ることができる技術を新たに見出した。

本発明は、放熱効率の向上を図ることができる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。

本発明の一形態に係る電池モジュールユニットの製造方法は、電池セルを含むとともに該電池セルの熱を外部に放出する伝熱面を有する電池ユニットが複数積層された電池モジュールの製造方法であって、電池ユニットの伝熱面を、所定の伝熱面検出位置において検出する伝熱面検出工程と、伝熱面検出工程において検出した伝熱面の補正をおこなう補正工程と、補正工程において補正された電池ユニットを、テーブル上方の所定の積層位置において、テーブル上に積まれた電池ユニット上に積層する積層工程とを含む。

上記電池モジュールユニットの製造方法では、補正工程において、伝熱面検出工程において検出した伝熱面の補正をおこなった後に電池ユニットを積層するため、電池ユニットが複数積層されて構成される電池モジュールの複数の伝熱面が全体として高い平面度を有する。それにより、電池モジュールにおける高い放熱効率を実現することができる。

他の形態に係る電池モジュールユニットの製造方法では、伝熱面検出工程において、伝熱面を複数個所で測定した結果から伝熱面に近似する近似平面を決定し、該近似平面を伝熱面として検出する。この場合、補正工程において、電池モジュールの伝熱面の近似平面を用いた補正がおこなわれる。

他の形態に係る電池モジュールユニットの製造方法では、電池ユニットが、電池セルに貼り付けられた伝熱プレートを有し、伝熱面が伝熱プレートに設けられている。この場合、電池モジュールに含まれる複数の伝熱プレートの伝熱面が全体として高い平面度を有するように、電池ユニットが積層される。

他の形態に係る電池モジュールユニットの製造方法では、補正工程において、伝熱面の補正をおこないつつ、電池ユニットを伝熱面検出位置から積層位置まで移動させる。この場合、所定の位置で伝熱面の補正をおこなう場合よりも時間短縮を図ることができる。

他の形態に係る電池モジュールユニットの製造方法では、補正工程において、伝熱面が円弧状の軌跡を描くように、電池ユニットを伝熱面検出位置から積層位置まで移動させる。この場合、時間短縮を図りつつ、テーブル上に積まれた電池ユニットの位置ずれを抑制して、電池モジュールを高い位置精度で積層することができる。

他の形態に係る電池モジュールユニットの製造方法では、テーブルが上下動可能に設けられており、積層工程の後に、電池ユニットの高さ分だけテーブルを下降させるテーブル下降工程をさらに含む。この場合、電池ユニットが積層される積層位置を常に同じ位置に維持することができる。

他の形態に係る電池モジュールユニットの製造方法では、補正工程において、伝熱面の補正として、電池ユニットの位置、配向方向および傾きの少なくとも一つを補正する。

本発明によれば、放熱効率の向上を図ることができる電池モジュールの製造方法が提供される。

図１は、実施の一態様に係る電池モジュールユニットを示した概略斜視図である。 図２は、図１に示した電池モジュールユニットの平面図である。 図３は、図１に示した電池モジュールユニットの分解斜視図である。 図４は、複数の電池ユニットを重ね合わせる手順を示したフローチャートである。 図５は、複数の電池ユニットの重ね合わせに用いられるシステムの構成を示した平面図である。 図６は、図５のシステムの構成を示した側面図である。 図７は、伝熱面検出工程における電池ユニットとレーザ変位計との位置関係を示した（ａ）平面図および（ｂ）側面図である。 図８は、電池ユニットを伝熱面検出位置から積層位置まで移動させる様子を示した図である。 図９は、電池ユニットを伝熱面検出位置から積層位置まで移動させるときに描かれる円弧状の軌跡を示した図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

まず、図１、図２および図３を参照しつつ、電池パックの筐体内に収容される電池モジュールユニット１について説明する。

図１に示すように、電池モジュールユニット１は、電池モジュール１０を備えている。この電池モジュール１０は、並設された複数（図では７つ）の電池ユニット１４により構成されている。

電池モジュールユニット１は、さらに、電池モジュール１０の電池ユニット１４の並設方向両端に一対のエンドプレート１６を備えており、一対のエンドプレート１６により複数の電池ユニット１４が拘束されている。一対のエンドプレート１６は、たとえば、一方のエンドプレート１６に挿通されて他方のエンドプレート１６の向きに延びる４本のボルト１９Ａ〜１９Ｄが、各電池ユニット１４および他方のエンドプレート１６を挿通して、他方のエンドプレート１６側でナットに螺合されることで固定される。各エンドプレート１６には、固定部材１８が固定されている。各エンドプレート１６は、高い剛性が求められるため、鉄で構成されている。

電池モジュール１０は、図２に示すように、鉛直方向に延びる電池パックの筐体Ｈに固定部材１８を介して片持ち支持されるように固定される。

各電池ユニット１４は、図３に示すように、電池セル２０と、樹脂ホルダ２８と、伝熱プレート３０とによって構成されている。

電池セル２０は、ケース２１と、ケース２１内に収容された図示しない電極組立体と、ケース２１に設けられた電極組立体に接合される一対の端子２４とを備えている。ケース２１は、導電材料（たとえば、アルミニウム）で構成されており、有底角筒状のケース本体部２２とケース本体部２２の開口を覆う蓋板２３とを有する。ケース本体部２２は、矩形平板状の底板２２ａと、底板２２ａの４つの辺から立設する４つの側面２２ｂ〜２２ｅとからなる。以下、説明の便宜上、４つの側面２２ｂ〜２２ｅのうち、電池ユニット１４の並設方向と交わる２つの側面を第１側面２２ｂ、第２側面２２ｃと称し、他の２つの側面を第３側面２２ｄ、第４側面２２ｅと称する。

一対の端子２４は、電池セル２０の電極組立体の電力を外部に取り出す端子である。本実施の形態では、複数の電池セル２０は、図２に示すように、直列に接続されるよう隣り合う極性の異なる端子２４同士がバスバー２５を介して接続されている。

図３に示すように、樹脂ホルダ２８は、樹脂によって一体成型された枠体であって、蓋板２３上に配置される配線部２８ａと、ケース本体部２２の底板２２ａと対向する底面部２８ｂと、ケース本体部２２の第３側面２２ｄ、第４側面２２ｅと各々対向する一対の立設部２８ｃとを備える。

配線部２８ａは、各端子２４を囲むように立設された周囲壁２９ａと、一対の立設部２８ｃから鉛直方向上方に延びる一対の外壁２９ｂと、周囲壁２９ａを挟んで外壁２９ｂと反対側に設けられた仕切壁２９ｃと、周囲壁２９ａと仕切壁２９ｃとの間にそれぞれ設けられた一対の第１ボルトガイド部２９ｄと、を有する。

仕切壁２９ｃは、電池ユニット１４の並設方向に沿って延在している。仕切壁２９ｃにおける端子２４側には、上述したボルト１９Ａ、１９Ｂを案内するガイド孔２７Ａ、２７Ｂを有する一対の第１ボルトガイド部２９ｄが設けられている。

樹脂ホルダ２８には、さらに、上述したボルト１９Ｃ、１９Ｄを案内するガイド孔２７Ｃ、２７Ｄを有する一対の第２ボルトガイド部２８ｄが、底面部２８ｂと一対の立設部２８ｃ各々とで画成される角部に設けられている。

伝熱プレート３０は、ケース本体部２２の第１側面２２ｂおよび第３側面２２ｄを覆うように配置された、Ｌ字状の金属プレートであり、たとえばアルミニウムで構成されている。このような伝熱プレート３０は、たとえば金属平板の曲げ加工により形成される。伝熱プレート３０は、第１側面２２ｂを覆うセル被覆部３０ａにおいて電池セル２０の熱を受け入れて、第３側面２２ｄを覆う側面部３０ｂの外面３１から壁Ｗに放熱することができる。すなわち、伝熱プレート３０の側面部３０ｂの外面３１が、電池セル２０に生じた熱をユニット外部（本実施形態では電池パックの筐体Ｈ）に放出する伝熱面となっている。

上述した樹脂ホルダ２８は、ケース本体部２２の第１側面２２ｂおよび第２側面２２ｃを覆う部分を有していないため、伝熱プレート３０は、樹脂ホルダ２８に保持された電池セル２０の第１側面２２ｂと接する。電池セル２０の第１側面２２ｂおよび第２側面２２ｃには、その外縁領域を除く全面に、両面接着テープ２６が貼付されている。そのため、伝熱プレート３０は、両面接着テープ２６を介して、電池セル２０の第１側面２２ｂと接着される。図３に示すように、電池セル２０の第２側面２２ｃの側にも、隣接する電池ユニット１４の伝熱プレート３０が存在するため、電池ユニット１４の並設方向の両側に位置する電池セル２０を除く各電池セル２０は、両面接着テープ２６を介して、一対の伝熱プレート３０で挟まれている。

続いて、上述した電池モジュール１０を製造する方法の工程の一部として、複数の電池ユニット１４を重ね合わせる手順について、図４〜９を参照しつつ説明する。

複数の電池ユニット１４を重ね合わせる作業では、その前工程において、複数の電池ユニット１４が所定のトレイ４０上に並べられる。トレイ４０上の複数の電池ユニット１４は、作業性を高めるために、所定の姿勢および向きで並べられることが好ましい。具体的には、電池ユニット１４は、積層後と同じ姿勢となるように、電池セル２０の厚さ方向が上下方向となり、かつ、電池セル２０が伝熱プレート３０の上側になった姿勢で並べられる。また、伝熱プレート３０の伝熱面３１についても、積層後と同じ向きとなるように配向されて並べられる。

作業が開始すると、ロボットアーム４１が、トレイ４０上に並べられた複数の電池ユニット１４の一つを取り上げる（ステップＳ１）。ロボットアーム４１は、たとえば把持や吸着により電池ユニット１４の電池セル２０を取り上げる。電池セル２０と伝熱プレート３０とでは、電池セル２のほうが重いため、より高い位置精度や移動精度を得るためには、電池セル２０を把持したり吸着することが好ましい。

そして、ロボットアーム４１を、取り上げた電池ユニット１４を所定の伝熱面検出位置に移動させる（ステップＳ２）。

続いて、伝熱面検出工程として、伝熱面検出位置において、ロボットアーム４１で保持した状態の電池ユニット１４の伝熱プレート３０の伝熱面３１を検出する（ステップＳ３）。伝熱面検出工程では、図７に示すように、伝熱面検出位置での伝熱面３１と対向するように配置されたレーザ変位計４２を用いて、伝熱面３１を検出する。伝熱面検出工程では、伝熱面３１の全面がレーザ変位計４２によって走査されるように、ロボットアーム４１を移動させる。具体的には、図７に示すように、伝熱面３１の面方向に往復動させつつ（図７（ａ）参照）、間欠的に伝熱面３１を上昇させる（図７（ｂ）参照）ことで、伝熱面３１の全面をレーザ変位計４２によって走査する。それにより、測定結果として、伝熱面３１のうねりや凹凸、傾きといった表面状態、および、伝熱プレート３０の側面部３０ｂの厚さ変化等に関する情報が得られる。そして、上記測定結果から、伝熱面３１に近似する近似平面を決定し、伝熱面検出工程では、その近似平面を伝熱面として検出する。

なお、伝熱面検出工程では、必ずしも伝熱面３１の全面を走査する必要はなく、伝熱面３１の複数個所において測定をおこない、上記測定結果を得てもよい。また、伝熱面検出工程では、レーザ変位計４２以外の変位検出センサを用いることができ、非接触式や接触式のセンサを用いることができる。本実施形態のように、非接触式センサの一種であるレーザ変位計４２を用いると、ロボットアーム４１や電池ユニットの移動がセンサで制限されない。

次に、電池ユニット１４を伝熱面検出位置に保持した状態で、伝熱面検出工程で検出した伝熱面３１の近似平面に基づき、電池ユニット１４に対しておこなう補正内容を決定する（ステップＳ４）。この際、ロボットアーム４１で保持した電池ユニット１４が実際に積層されたときに、積層された複数の電池ユニット１４の伝熱面３１が全体として最も高い平面度となるように補正内容を決定する。平面度は、一例として±０．２の範囲内であれば実用上十分に高い平面度である。補正内容の決定には、図５に示すように、レーザ変位計４３によって、すでに積層されている全部または一部の電池ユニット１４の伝熱面３１を測定し、その測定結果を利用してもよい。すなわち、これから積層される電池ユニット１４の伝熱面３１と、すでに積層されている電池ユニット１４の伝熱面３１との両方に基づき、最適な平面度が得られるように、これから積層される電池ユニット１４に対する補正内容を決定してもよい。

そして、補正工程として、決定された補正内容に従って電池ユニット１４の補正をおこないつつ、電池ユニット１４を伝熱面検出位置から積層位置まで移動させる（ステップＳ５）。

本実施形態では、図８に示すように、電池ユニット１４の伝熱面検出位置に対して、斜め下方に、電池ユニット１４が積層される上下動可能なテーブル４４が配置されている。そのため、ロボットアーム４１は、保持した電池ユニット１４を、伝熱面検出位置から斜め下方に移動させてすでに積層されている電池ユニット１４上の積層位置まで運ぶ。このとき、ロボットアーム４１は、図９に示すように、電池ユニット１４およびその伝熱面３１が円弧軌道を描くように電池ユニット１４を運ぶ。より詳しくは、電池ユニット１４は、図９に示した半径Ｒの仮想円の円弧に沿って、伝熱面検出位置Ｐ１（伝熱面３１の基準点が、仮想円の中心Ｏを基準としたＸＺ座標系の座標（０，Ｒ）にある位置）から積層位置Ｐ２（伝熱面３１の基準点が、仮想円の中心Ｏを基準としたＸＺ座標系の座標（Ｒ，０）にある位置）まで移動する。

電池ユニット１４が、図９に示したとおりの円弧状の軌跡を描くように移動することで、電池ユニット１４が積層位置に達するときに上下方向（図９のＺ方向）の移動となる。すなわち、その移動は、ほとんど上下方向（Ｚ方向）の成分のみであり、左右方向（Ｘ方向）の成分はゼロまたは微小となる。

ロボットアーム４１は、上記移動をおこないつつ、上記ステップＳ４で決定した補正内容に従って電池ユニット１４を補正する。電池ユニット１４の補正としては、たとえば、電池ユニット１４の位置（たとえば、図９におけるＸ方向位置）を調整したり、電池ユニット１４の配向方向を調整したり、電池ユニット１４の傾き（たとえば、図９におけるＸ軸周りの傾き）を調整したりすることが挙げられる。電池ユニット１４の補正として、上記の位置、配向方向および傾きのうちの一部を調整してもよく、全部を調整してもよい。

電池ユニット１４を積層位置まで移動させて積層した後は、次の電池ユニット１４を取り上げるためにロボットアーム４１をトレイ４０の位置に移動させる（ステップＳ６）とともに、テーブル下降工程としてテーブル４４を電池ユニット１４の高さ分だけ下降させて（ステップＳ７）、再度ステップＳ１からの処理を繰り返す。

以上において説明したとおり、電池モジュール１０を作製する際には、電池ユニット１４の伝熱面３１を、所定の伝熱面検出位置Ｐ１において検出する伝熱面検出工程と、伝熱面検出工程において検出した伝熱面３１の補正をおこなう補正工程と、補正工程において補正された電池ユニット１４を、テーブル４４上方の所定の積層位置Ｐ２において、テーブル４４上に積まれた電池ユニット１４上に積層する積層工程とを含む。

電池ユニット１４は、伝熱面検出工程において検出された伝熱面に基づいて補正工程で補正された後に積層されるため、電池ユニット１４が複数積層されて構成される電池モジュール１０においては複数の伝熱面３１が全体として高い平面度で揃うこととなる。したがって、上述した製造方法によれば、伝熱面の平面度が高い電池モジュール１０により、電池パックの筐体Ｈとの間において高い接触性が実現され、高い放熱効率を得ることができる。

また、上述した実施形態のように、伝熱面検出工程において、伝熱面３１を全面または複数個所で測定した結果から伝熱面３１に近似する近似平面を決定し、該近似平面を伝熱面として検出してもよい。電池ユニット１４の伝熱面を、所定の平面で近似することで簡便に補正をおこなうことができ、作業の効率化や作業時間の短縮が図られる。

さらに、上述した実施形態では、電池ユニット１４の伝熱プレート３０に伝熱面３１が設けられている。そのため、電池モジュール１０に含まれる複数の伝熱プレート３０の伝熱面３１が全体として高い平面度を有するように、電池ユニット１４が積層される。特に、伝熱プレート３０が金属平板（Ａｌ平板）の曲げ加工により形成される場合には、高い位置精度の伝熱面３１を得ることは極めて困難である。そのため、上述した製造方法により、電池ユニット１４を積層する段階で電池ユニット１４の補正することが有効である。なお、電池ユニット１４の電池セル２０が樹脂ホルダ２８から露出する構成とし、その露出した電池セル２０の面を伝熱面とする態様であってもよい。

また、上述した実施形態のように、補正工程において、伝熱面の補正をおこないつつ、それと同時に、電池ユニット１４を伝熱面検出位置Ｐ１から積層位置Ｐ２まで移動させることで、所定の位置で伝熱面の補正をおこなう場合よりも、作業の効率化や作業時間の短縮が図られる。特に、電池ユニット１４を伝熱面検出位置Ｐ１から積層位置Ｐ２まで一度に移動することで、複数回に分けて移動する場合よりも、電池ユニット１４の位置精度の向上が図られる。なぜなら、ロボットアーム４１の停止／再始動をおこなう度に、電池ユニット１４の位置精度を低下させる要因（ロボットアーム４１の振動、滑り等）が生じ得るからである。

特に、電池ユニット１４を、その伝熱面３１が円弧状の軌跡を描くように移動させることで、その移動は、積層位置に達するときにほとんど上下方向の成分のみとなる。そのため、積層する電池ユニット１４が、すでに積層されている電池ユニット１４に対して左右方向の摩擦力をほとんど生じさせず、すでに積層されている電池ユニット１４の位置ずれ（すなわち、横ずれ）を抑制することができる。それにより、電池モジュール１０が高い位置精度で積層される。また、電池ユニット１４同士が摩擦により傷つく事態も効果的に回避される。

なお、電池ユニット１４の積層位置に達するときの移動が上下方向の成分のみとなるように、電池ユニット１４の積層時またはその前にテーブル４４をわずかな距離だけ下降しておき、電池ユニット１４が積層位置に達した後、テーブル４４の位置を戻すように上昇させてもよい。

また、上述した実施形態のように、積層工程の後、テーブル下降工程として、上下動可能に設けられたテーブル４４が電池ユニット１４の高さ分だけ下降することで、電池ユニット１４が積層される積層位置Ｐ２が常に同じ位置に維持される。すなわち、電池ユニット１４の積層を繰り返しても、積層位置Ｐ２が変わらない。この場合、ロボットアーム４１は同じ軌跡で移動するため、高い位置精度を維持できる上、複雑なアーム移動位置の計算をする必要がないためにシステムの簡略化も図られる。なお、テーブルの上下動には、公知の技術を採用することができ、たとえばテーブル４４をアクチュエータで支持してそのアクチュエータでテーブル４４を昇降させることができる。

１…電池モジュールユニット、１０…電池モジュール、１４…電池ユニット、２０…電池セル、３０…伝熱プレート、３１…伝熱面、４０…トレイ、４１…ロボットアーム、４２、４３…レーザ変位計、４４…テーブル。

Claims (7)

1. 電池セルを含むとともに該電池セルの熱を外部に放出する伝熱面を有する電池ユニットが複数積層された電池モジュールの製造方法であって、
   前記電池ユニットの伝熱面を、所定の伝熱面検出位置において検出する伝熱面検出工程と、
   前記伝熱面検出工程において検出した伝熱面の補正をおこなう補正工程と、
   前記補正工程において補正された前記電池ユニットを、テーブル上方の所定の積層位置において、前記テーブル上に積まれた前記電池ユニット上に積層する積層工程と
   を含む、電池モジュールの製造方法。
2. 前記伝熱面検出工程において、前記伝熱面を複数個所で測定した結果から前記伝熱面に近似する近似平面を決定し、該近似平面を前記伝熱面として検出する、請求項１に記載の電池モジュールの製造方法。
3. 前記電池ユニットが、前記電池セルに貼り付けられた伝熱プレートを有し、前記伝熱面が前記伝熱プレートに設けられている、請求項１または２に記載の電池モジュールの製造方法。
4. 前記補正工程において、前記伝熱面の補正をおこないつつ、前記電池ユニットを前記伝熱面検出位置から前記積層位置まで移動させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
5. 前記補正工程において、前記伝熱面が円弧状の軌跡を描くように、前記電池ユニットを前記伝熱面検出位置から前記積層位置まで移動させる、請求項４に記載の電池モジュールの製造方法。
6. 前記テーブルが上下動可能に設けられており、
   前記積層工程の後に、前記電池ユニットの高さ分だけ前記テーブルを下降させるテーブル下降工程をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
7. 前記補正工程において、前記伝熱面の補正として、電池ユニットの位置、配向方向および傾きの少なくとも一つを補正する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。

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