JP2018098082A - Spacer in pressing device of battery cell - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、偏平なバッテリセルをその厚さ方向に加圧するバッテリセルの加圧装置において、個々のバッテリセルの間に配置され、流体圧力によって膨張するスペーサの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of a spacer that is arranged between individual battery cells and expands by fluid pressure in a pressurizing device for a battery cell that pressurizes a flat battery cell in its thickness direction.
電気自動車やハイブリッド自動車に用いられるバッテリセルは、例えば、ラミネートフィルムからなる外装体の内部に発電要素が電解液とともに封入され、厚さ方向に薄肉な偏平形状をなしており、この外装体の周縁部の一部より正負の端子が導出されている。この種のバッテリセルを製造する際には、外装体の内部のガスを排出しつつ電解液を良好に浸透させるように、バッテリセルを所定の厚さ方向に加圧する工程が行われる。 A battery cell used in an electric vehicle or a hybrid vehicle has, for example, a power generation element enclosed with an electrolyte inside an exterior body made of a laminate film, and has a thin flat shape in the thickness direction. Positive and negative terminals are derived from part of the section. When manufacturing this type of battery cell, a step of pressurizing the battery cell in a predetermined thickness direction is performed so that the electrolyte is satisfactorily permeated while discharging the gas inside the exterior body.
本出願人が先に出願した特許文献1には、エアバッグ型スペーサを用いた加圧装置が開示されている。この加圧装置は、複数個のバッテリセルを収容するマガジンのバッテリセル間のスペーサとして、加圧空気の供給によってバッテリセルの厚さ方向に膨張する袋状のスペーサを用いたものであり、各スペーサを縮小させた状態でバッテリセルを挿入配置した後に、各スペーサを膨張させることで、多数のバッテリセルを一斉に加圧することができる。
特許文献1のスペーサは、例えば2枚のゴムシートを周縁部で互いに接合して袋状とした上で、周縁部を枠状のフレームに接着した構成となっていた。そのため、加圧空気の配管と接続するためのパイプ状のコネクタを、2枚のゴムシートの間に挟み込んでゴムシートと接着する必要があり、コネクタとゴムシートとの境界部での接着強度やシール性を確保することが比較的困難となる問題があった。
The spacer of
上記の問題を解決するために、本発明のスペーサは、シート接合面を両面に備えたフレームに、一端部がコネクタとして外部に露出した連通路を設け、2枚の可撓性シートをフレームの両面にそれぞれ接合したものである。 In order to solve the above problem, the spacer of the present invention is provided with a communication path with one end exposed to the outside as a connector on a frame having sheet bonding surfaces on both sides, and two flexible sheets are attached to the frame. They are joined on both sides.
従って、可撓性シートは、単にスペーサのシート接合面に接合される形となり、コネクタを挟み込む必要がない。 Therefore, the flexible sheet is simply joined to the sheet joining surface of the spacer, and there is no need to sandwich the connector.
この発明によれば、可撓性シートとコネクタとの接着部が存在せず、従って、従来のような両者の境界における接着強度やシール性の問題を回避することができる。 According to the present invention, there is no bonding portion between the flexible sheet and the connector, and therefore, problems of bonding strength and sealing performance at the boundary between the two as in the conventional case can be avoided.
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1および図2は、本発明のスペーサ1を用いた加圧装置10全体の構成を示している。この加圧装置10は、複数のバッテリセル2を収容するハウジング11と、バッテリセル2の厚さ方向(図中の矢印P方向)に関して所定の等間隔置きにハウジング11に固定され、内部に封入される作動流体としてのエアのエア圧力(流体圧力)に応じて、バッテリセル2の厚さ方向に膨張する複数のスペーサ1と、を備える。そして、複数のスペーサ1内のエア圧力を調整可能な流体圧力源として、ハウジング11の外部にエア機器13を備えている。
FIG. 1 and FIG. 2 show the configuration of the
なお、バッテリセル2は、詳細には図示しないが、例えばリチウムイオン二次電池であり、偏平な長方形の外観形状を有しており、長手方向の一方の端縁に、導電性金属箔からなる薄板状の一対の端子を備えている。このバッテリセル2は、いわゆるフィルム外装電池として、長方形をなす電極積層体を電解液とともにラミネートフィルムからなる外装体の内部に収容したものである。発電要素である上記の電極積層体は、セパレータを介して交互に積層された複数の正極板および負極板から構成されている。
Although not shown in detail, the
ハウジング11は、コンベアで搬送するための平坦な矩形の板状をなすベースプレート14と、このベースプレート14の長手方向の両端部に立設された一対の固定プレート15と、を有し、これら一対の固定プレート15の間に、複数のスペーサ1が所定の等間隔置きに配置されている。なお、図1,図2においては、スペーサ1は概略的に図示されている。
The
固定プレート15は、複数のバッテリセル2が加圧されたときにその全体の荷重を受けるもので、比較的に厚肉であり、ベースプレート14に強固に固定されている。
The
固定プレート15の四隅には、両固定プレート15の間に架け渡されたガイドシャフト16が固定されており、これら4本のガイドシャフト16によって各スペーサ1が厚さ方向Pに摺動可能に支持されている。このガイドシャフト16には、隣り合うスペーサ1間のピッチを一定とするように円筒状のブッシュ17が各スペーサ1の間に挿入されている。つまり、ガイドシャフト16上にブッシュ17とスペーサ1とが互いに接触する状態で交互に配置されており、その全体が両側の固定プレート15により挟持されている。これにより、一対の固定プレート15の間で複数のスペーサ1が等間隔置きに配置されている。
また、ハウジング11の側部には、圧力供給通路として、ガイドシャフト16と平行に延びたエア配管22が配置されており、このエア配管22によって、エア機器13から各スペーサ1にエアが供給されるようになっている。エア配管22の基端には、スペーサ1に導入されたエアの逆流を防止する逆止弁29が設けられており、この逆止弁29に着脱可能に接続されるジョイント30を介して、エア配管22がエア機器13に接続される。逆止弁29は、図示せぬ開放治具の係合あるいはパイロット圧の供給によって開放され、スペーサ1からのエア抜きが可能である。なお、エア抜きの際のスペーサ1の収縮速度を速めるために、エア機器13は、加圧ポンプに加えて、エゼクタポンプなどからなる減圧機構を具備していることが好ましい。
In addition, an
上記のような加圧装置10は、例えばバッテリセル2への初充電およびその後のエージングに際してのバッテリセル2の加圧のために用いられる。ハウジング11へのバッテリセル2の挿入は、個々のスペーサ1を収縮させたままの状態で行われる。図示するように、隣接する2つのスペーサ1の間にそれぞれバッテリセル2が挿入され、これにより、各スペーサ1は個々のバッテリセル2の間に位置した状態となる。スペーサ1が収縮することで、2つのスペーサ1の間に十分に大きい間隙が確保されるので、ロボットハンド等によりバッテリセル2を容易に挿入することができる。
The pressurizing
挿入後、ハウジング11は加圧工程に移送され、エア機器13に接続される。このエア機器13によって各スペーサ1に加圧エアを供給することにより、各スペーサ1が膨張する。これによって、隣り合う2つのスペーサ1の間に配置されたバッテリセル2が厚さ方向に加圧される。バッテリセル2が加圧状態となったら、エア機器13を停止し、ジョイント30を逆止弁29から取り外すことが可能である。ジョイント30を取り外した後も、逆止弁29によって加圧状態が保持される。
After the insertion, the
エージングが終了してバッテリセル2をハウジング11から取り出す際には、逆止弁29を開放してエアを排出し、再びスペーサ1を収縮させる。これによって、隣り合うスペーサ1の間の間隙がバッテリセル2の厚さよりも大きくなるので、ロボットハンド等により加圧装置10からバッテリセル2を容易に抜き出すことができる。
When the aging is completed and the
図3は、第1実施例のスペーサ1を単体で示す正面図、図4は、斜視図、である。また、図5は、図3のA−A線に沿った要部の拡大図である。このスペーサ1は、硬質合成樹脂によって一体に成形された矩形のフレーム31と、このフレーム31の両面にそれぞれ接合された2枚の可撓性を有するシート32と、から構成されている。シート32は、適宜な強度を有する布を基材とし、その片面もしくは両面に軟質合成樹脂もしくはゴムを塗布して、軟質合成樹脂層ないしゴム層を設けたものである。ここで、硬質合成樹脂としては、アクリロニトリル−スチレン−ブタジエン樹脂、ポリカーボネート樹脂、硬質ポリウレタン樹脂、硬質ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂などの中から選定するのが望ましく、軟質合成樹脂もしくはゴムとしては、軟質ポリ塩化ビニル樹脂、軟質ポリウレタン、天然ゴム、クロロプレンゴムなどの中から選定するのが望ましい。
FIG. 3 is a front view showing the
図6および図7は、シート32を接合する前のフレーム31単体での正面図および断面図である。この第1実施例では、フレーム31は、全体として矩形の板状をなしており、四隅にそれぞれ側方へ突出した突起片34を備え、各突起片34には、前述したガイドシャフト16がそれぞれ嵌合する切欠部35が設けられている。また、下縁に沿って底壁36を備えているとともに、左右の側縁に沿って側壁37,38を備えており、かつ一方の側壁38と平行に並んでガイド壁39が設けられている。これらの底壁36、側壁37,38およびガイド壁39は、フレーム31の表裏両面から上記の厚さ方向Pへそれぞれ突出しており、基本的にフレーム31の表裏で対称な形状をなしている。また、側壁37,38およびガイド壁39は、実質的に同一の外形状を有しており、隣接した2つのスペーサ1の間に挿入されるバッテリセル2を円滑に案内するように、上部にテーパ部37a,38a,39aを備えている。また、図4に示すように、フレーム31の一方の面(仮に、これを表側とする)においては、挿入されたバッテリセル2を下側から受けるように、3箇所に分割された形のセル支持片40(40A,40B,40C)が底壁36からさらに厚さ方向Pに突出するように設けられている。
6 and 7 are a front view and a sectional view of the
また、4つの突起片34の中で、フレーム31の上方寄りに位置する2つの突起片34の表側には、セル支持片40と同様に厚さ方向Pに突出したピン41が設けられている。フレーム31の表側に突出した上記のセル支持片40および一対のピン41は、図1,図2のようにハウジング11に組み付けたときに、隣接するスペーサ1のフレーム31の裏側の面に当接し、互いに隣接する2つのスペーサ1の間隔を確保するように機能する。従って、前述したブッシュ17は省略することも可能である。
Of the four protruding
なお、図示例は、図示せぬ端子が導出されたバッテリセル2の一方の端縁が、ガイド壁39側となる姿勢(換言すれば端子が横向きとなった姿勢)でもって、バッテリセル2が各スペーサ1の間に挿入される。従って、スペーサ1は左右非対称であり、バッテリセル2の一対の端子は、隣接する2つのスペーサ1の側壁38とガイド壁39とによって案内される。
In the illustrated example, one end edge of the
上記フレーム31の表裏の両面には、それぞれ矩形に連続したシート接合面45が設けられている。このシート接合面45は、フレーム31の上縁と底壁36ならびに側壁37とガイド壁39とに囲まれた矩形の領域の周縁に沿って、略一定の幅でもって、かつ一平面に沿って形成されている。2枚のシート32の各々は、上記シート接合面45の外形寸法に対応した大きさを有し、周縁部が上記シート接合面45に接着剤を介して接合されている。なお、シート32ならびにシート接合面45の大きさは、加圧対象となるバッテリセル2の大きさを考慮して設定されている。
On both the front and back surfaces of the
一方、上記フレーム31のシート接合面45の内側の領域つまりシート接合面45に囲まれた中央部分の領域は、シート接合面45におけるフレーム31の板厚(つまり上記の厚さ方向Pに沿った厚み)よりも僅かに薄い平板状のシート支持壁46となっている。換言すれば、フレーム31の両面に貼着された2枚のシート32の間に、隔壁状にシート支持壁46が介在している。図5に示すように、シート支持壁46と周囲のシート接合面45との境界48には、僅かな段差が存在し、シート支持壁46の表面がシート接合面45に対して後退している。従って、シート接合面45に貼着されたシート32とシート支持壁46の表面との間には、僅かな隙間47が存在する。
On the other hand, the area inside the
なお、シート接合面45は、フレーム31の周縁における表面(シート32に覆われない部分)と段差のない同一平面に構成することも可能であるが、図示例のように、シート32の位置決めのために、フレーム31の周縁における面から後退した形にシート接合面45を設けるようにしてもよい(図5参照)。
The
上記シート支持壁46には、図6および図7に示すように、複数の円形の孔50が貫通形成されている。一例では、数mm程度の口径の孔50が100個程度均等に配列されている。なお、孔50の形状は円形に限られず、その大きさや個数も上記実施例に限定されるものではない。
As shown in FIGS. 6 and 7, a plurality of
また、フレーム31の側壁37には、前述したエア配管22を接続するためのコネクタ51が一体に成形されている。このコネクタ51は、側壁37の外側面において、上記の厚さ方向Pと直交する方向(さらに詳しくは側壁37とも直交する方向)に沿って突出した管状に形成されており、図5に拡大して示すように、エア配管22を抜け止めするための環状の凹凸部51aを先端部に備えている。コネクタ51の中心には、加圧エアが通流する連通路52が設けられている。この連通路52は、フレーム31の内部をコネクタ51の中心軸線に沿って直線的に延びており、先端が一つの孔50(符号50Aを付して示す)に達している。具体的には、側壁37に最も近く、かつコネクタ51の延長線上に位置する孔50Aに連通している。なお、この連通路52は、フレーム31の成形後に二次的に機械加工してもよく、あるいは、フレーム31の成形時にピン状のスライドコアを用いて形成するようにしてもよい。連通路52を図示例よりもさらに延長し、複数個の孔50に連通させた構成も可能である。このように、フレーム31の内部を通して形成された連通路52は、2枚のシート32によって画成されるスペーサ1の内部空間に孔50Aを介して連通しており、かつ一端部が、コネクタ51として外部に露出している。
A
上記のように構成された第1実施例のスペーサ1にあっては、エア配管22を接続するコネクタ51がフレーム31に設けられており、可撓性のシート32は、それぞれ平坦面からなるシート接合面45に接着されるので、接着強度やシール性の確保が容易となる。つまり、従来のように管状のコネクタを挟み込んで2枚のシートを接合する必要がない。シート接合面45は単純な平面となるので、接着剤によらずに、超音波溶着ないし高周波溶着によってシート32を接合することも可能となる。しかも、シート接合面45に凹凸がないことから、可撓性のシート32を皺や弛みがなく貼着することが容易であり、バッテリセル2を加圧した際の外装体への皺の転写を回避できる。
In the
また、2枚の可撓性のシート32は、矩形に連続したシート接合面45に周縁部が接着固定されているので、加圧エアの導入・排出に伴って、各シート32のシート接合面45よりも内側の領域が膨張・収縮することとなるが、上記第1実施例では、このように変位するシート32の中央部分の背面側に、シート支持壁46が存在する。そのため、シート32の収縮時、特に、エア機器13の減圧機構によって強制的なエア抜きを行う場合に、大気圧との圧力差によって外側から押圧されたシート32がシート支持壁46によって支持され、ほぼ平坦な状態に保持される。従って、収縮時にシート32に皺が発生する現象を抑制でき、次工程サイクルでバッテリセル2を加圧した際の外装体への皺を転写を回避できる。
Further, since the two
さらに、シート支持壁46は、フレーム31全体ひいてはスペーサ1全体の剛性向上にも寄与する。
Further, the
また、シート支持壁46は、周囲のシート接合面45に対して段差を介して後退しており、シート支持壁46の表面とシート32との間には僅かな隙間47が存在する。そのため、連通路52から孔50Aを介して導入された加圧エアは、この隙間47および複数の孔50を介して、2枚のシート32の間の内部空間全体に均等に拡がる。逆にエア抜き時にも、複数の孔50および隙間47を介して、シート32の全面で速やかにエア抜きがなされる。シート32は可撓性を有するので、実際には隙間47が均一に生じる訳ではないが、連通路52が連通する孔50Aは、段差を有する境界48に隣接しているので、孔50Aの付近には隙間47が確保され易い。つまり、孔50Aの両端の開口面がシート32によって閉塞されにくく、加圧エアの導入・排出が円滑となる。
Further, the
なお、図示例ではコネクタ51が管状に突出して形成されているが、コネクタをフレーム31に例えばねじ孔状に形成し、このコネクタに例えば別部材を介してエア配管22を接続するようにしてもよい。
In the illustrated example, the
また、上記実施例では隙間47の形成のためにシート支持壁46を相対的に薄肉としてシート接合面45との間に段差を設けているが、シート32の周縁部(つまりシート接合面45に接合される領域)を部分的に厚肉に成形し、この厚肉部分をシート接合面45に接合することで隙間47を確保するようにしてもよい。この場合は、シート接合面45とシート支持壁46表面とを同一平面とすることができる。
In the above embodiment, the
次に、図8および図9に基づいて、スペーサ1の第2実施例を説明する。図8は、第2実施例のスペーサ1の正面図、図9は、第2実施例におけるフレーム31の断面図、である。
Next, a second embodiment of the
この第2実施例においては、フレーム31のシート接合面45に囲まれた領域が、一つの矩形の開口部61として形成されている。フレーム31の側壁37には、前述した第1実施例と同様に管状に突出したコネクタ51が設けられており、このコネクタ51の中心に沿った連通路52の先端は、開口部61に連通している。
In the second embodiment, a region surrounded by the
なお、シート接合面45は、フレーム31の周縁における表面(シート32に覆われない部分)と段差のない同一平面に構成することも可能である。
Note that the
このような構成によれば、第1実施例に比較して、フレーム31の軽量化ひいてはスペーサ1の軽量化が図れる。
According to such a configuration, the weight of the
1…スペーサ
2…バッテリセル
11…ハウジング
13…エア機器
22…エア配管
31…フレーム
32…可撓性シート
45…シート接合面
46…シート支持壁
50…孔
51…コネクタ
52…連通路
61…開口部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
矩形に連続したシート接合面を両面に備えたフレームと、
このフレームの両面にそれぞれ配設され、周縁部が上記シート接合面にそれぞれ接合された2枚の可撓性シートと、
この2枚の可撓性シートによって画成されるスペーサの内部空間に連通するように上記フレームの内部を通して形成され、かつ一端部がコネクタとして外部に露出した連通路と、
を有することを特徴とするバッテリセルの加圧装置におけるスペーサ。 In a pressurizing device for a battery cell in which a power generation element is enclosed with an electrolytic solution inside an exterior body made of a laminate film and pressurizes a plurality of battery cells having a thin flat shape in the thickness direction in the thickness direction. A spacer that is disposed between the battery cells and expands in the thickness direction in response to the fluid pressure of the working fluid sealed inside;
A frame provided with a rectangular sheet-bonding surface on both sides;
Two flexible sheets respectively disposed on both sides of the frame and having a peripheral edge bonded to the sheet bonding surface;
A communication path formed through the inside of the frame so as to communicate with the internal space of the spacer defined by the two flexible sheets, and having one end exposed to the outside as a connector;
The spacer in the pressurizing device of the battery cell characterized by having.
上記の複数の孔の少なくとも一つに上記連通路が連通している、
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリセルの加圧装置におけるスペーサ。 The frame has a plate-like portion having a plurality of holes in a region surrounded by the sheet joining surface,
The communication path communicates with at least one of the plurality of holes.
The spacer in the pressurization apparatus of the battery cell of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項1に記載のバッテリセルの加圧装置におけるスペーサ。 In the frame, a region surrounded by the sheet joining surface is formed as one opening, and the communication path communicates with the opening.
The spacer in the pressurization apparatus of the battery cell of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
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