JP2020140855A - 電池スタックの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池をケース内へと適切に収容して電池スタックを製造することができる電池スタックの製造方法を提供すること。【解決手段】電池スタック１の製造方法においては，配置工程，押圧工程，収容工程を行う。配置工程では，二次電池群５０を，各二次電池１０がいずれも第１面１１にて，基準台１００の基準面１０１に接触するように並べて配置する。押圧工程では，基準面１０１に配置した二次電池群５０を，配列方向の外側から押圧爪１２０によって押圧して押圧状態とする。収容工程では，押圧状態の二次電池群５０を，各二次電池１０の第２面側より，開口２１からケース２０内へと進入させる。【選択図】図９

Description

本発明は，電池スタックの製造方法に関する。より詳細には，複数の二次電池をケースへと収容することで電池スタックを製造する方法に関するものである。

リチウムイオン二次電池などの二次電池は，例えば，電子機器の電源や電動車両の駆動電源として用いられる際には，必要となる出力や容量を得るため，複数，組み合わせた電池スタックの状態で使用される。そのような電池スタックには，複数の二次電池をケース内へと収容することで一体としてなるものがある。

例えば，特許文献１には，複数の二次電池をその厚み方向に並べてケースへと収容してなる電池スタックの製造方法について記載されている。また，特許文献１では，二次電池をケース内へと収容する際に，厚み方向について並べた複数の二次電池を，その配列方向の外側から挟み込みつつ持ち上げ，ケース内へと下降させることで収容している。

特開２０１８−４９８０３号公報

ところで，複数の二次電池を並べた状態の二次電池群を持ち上げたときには，重力が作用する。このため，配列方向の外側から挟み込んだ状態で持ち上げられた二次電池群においては，二次電池群を構成している二次電池に，重力方向についてのズレが生じる。この二次電池の重力方向におけるズレは，二次電池群全体においては，重力方向について撓んだような変形として現れる。

また，撓むような変形が生じた状態の二次電池群をケース内へと収容する際には，例えば，ケースと二次電池群との干渉が生じてしまう等の問題があった。そして，このような干渉が生じると，二次電池群を適切にケース内へと収容することができないおそれがあった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点の解決を目的としてなされたものである。すなわちその課題とするところは，複数の二次電池をケース内へと適切に収容して電池スタックを製造することができる電池スタックの製造方法を提供することである。

この課題の解決を目的としてなされた本発明の電池スタックの製造方法は，複数の二次電池を並べてなる二次電池群を，ケースの開口からケース内へと収容してなる電池スタックの製造方法であって，二次電池群を，複数の二次電池がいずれも第１面にて，基準面に接触するように並べて配置する配置工程と，基準面に対して並べて配置した二次電池群を，その配列方向の外側から押圧して押圧状態とする押圧工程と，押圧状態の二次電池群を，二次電池の第１面の反対側の面である第２面側より，開口からケース内へと進入させる収容工程とを行うことを特徴とする電池スタックの製造方法である。

本発明に係る電池スタックの製造方法では，二次電池群における各二次電池が，第１面にて基準面によって支えられた状態で収容工程を行うことができる。また，二次電池群における各二次電池は，第１面とは反対の第２面側より，ケース内へと収容される。このため，二次電池群を，複数の二次電池が配列方向に適切に並んだままの状態でケース内へと収容することができる。これにより，複数の二次電池をケース内へと適切に収容して電池スタックを製造することができる。

本発明によれば，複数の二次電池をケース内へと適切に収容して電池スタックを製造することができる電池スタックの製造方法が提供されている。

実施形態に係る電池スタックの斜視図である。 二次電池の斜視図である。 エンドプレートの斜視図である。 二次電池群を基準台の上に配置した状態を示す図である。 押圧爪の斜視図である。 二次電池群およびエンドプレートと押圧爪との位置関係を示す平面図である。 押圧爪をエンドプレートの溝へと挿入した状態を示す図である。 配列方向における外側より押圧した押圧状態の二次電池群を示す図である。 組み付け前の二次電池群とケースとを示す図である。 二次電池群をケース内へと挿入した状態を示す図である。 組み付け後の二次電池群とケースとを示す図である。

以下，本発明を具体化した最良の形態について，図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に，本実施形態で製造される電池スタック１を示す。電池スタック１は，複数の二次電池１０よりなる二次電池群５０を，ケース２０内へと収容することで構成されたものである。図１には，電池スタック１についての方向として，Ｘ方向，Ｙ方向，Ｚ方向を示している。図１に示すように，電池スタック１における二次電池１０は，厚み方向をＸ方向，幅方向をＹ方向，高さ方向をＺ方向に向けた状態でケース２０内に収容されている。また，二次電池群５０における二次電池１０は，Ｘ方向，すなわち厚み方向について，並べて配置されている。このため，二次電池群５０における複数の二次電池１０の配列方向は，Ｘ方向となっている。

図２は，二次電池１０の斜視図である。図２に示すように，二次電池１０は，電池ケース１９によって外面が構成されており，外形が直方体形状（矩形状）のものである。電池ケース１９は，高さ方向における一方の端に位置する外面である第１面１１と，第１面１１の反対側に位置する第２面１２とを有している。また，電池ケース１９は，外面のうち，厚み方向の端面である広大面１３が，最も面積の広い面となっている。

また，二次電池１０は，ともに第１面１１に設けられた，正極部１５および負極部１６を有している。正極部１５および負極部１６はともに，第１面１１から突出するように設けられている。また，正極部１５および負極部１６はそれぞれ，電池ケース１９の内部の正極板および負極板に接続されている。これにより，二次電池１０は，正極部１５および負極部１６により充放電を行うことができる。二次電池１０は，例えば，リチウムイオン二次電池である。

そして，図１に示すように，電池スタック１における二次電池１０は，隣り合う二次電池１０と広大面１３同士にて対面した状態でケース２０内へと収容されている。なお，隣り合う二次電池１０の広大面１３同士の間には，絶縁性のスペーサ等が挟み込まれていてもよい。

また，図１に示すように，二次電池群５０のＸ方向における両外側にはそれぞれ，エンドプレート３０が設けられている。つまり，二次電池群５０は，配列方向の両側よりエンドプレート３０によって挟み込まれた状態でケース２０内へと収容されている。

図３は，エンドプレート３０の斜視図である。図３には，エンドプレート３０の外面について，第１面３１と，第１面３１の反対側の第２面３２とを示している。そして，図３に示すように，第２面３２には，平行に延びるように形成された４つの溝３５が設けられている。これにより，溝３５の位置には，第２面３２よりも凹んだ空間が形成されている。そして，図１に示すように，エンドプレート３０は，溝３５が形成された第２面３２をＸ方向の外側に向け，さらに，溝３５の延びている方向をＺ方向に合わせた状態で，ケース２０内に収容されている。

ケース２０は，Ｚ方向における一方の端に位置する面に開口２１が形成されている。そして，二次電池群５０およびエンドプレート３０は，開口２１よりケース２０内へと挿入されている。また，ケース２０内に収容されている二次電池群５０における複数の二次電池１０はいずれも，第１面１１が開口２１にて露出した状態となっている。これにより，二次電池群５０における複数の二次電池１０は，正極部１５および負極部１６が，開口２１から突出した状態となっている。

次に，電池スタック１の製造方法について説明する。本形態の電池スタック１は，次の工程により製造される。
１．配置工程
２．押圧工程
３．収容工程

まず，「１．配置工程」より説明する。図４は，配置工程を説明するための図である。図４に示すように，配置工程では，基準台１００を使用する。図４において，上下方向が重力方向であり，重力は下向きに作用する。そして，配置工程では，基準台１００の上に二次電池１０を配置して二次電池群５０を構成する。

すなわち，図４に示すように，基準台１００の上面である基準面１０１に，二次電池群５０を，ケース２０内に収容される配列で載置する。具体的には，複数の二次電池１０を，広大面１３同士により対面させることで厚み方向に並べる。その際，二次電池１０の第１面１１を下方に，第２面１２を上方に向けた状態とする。すなわち，二次電池１０の第１面１１を基準台１００の基準面１０１に接触するようにする。

なお，図４以降においては，二次電池１０の正極部１５および負極部１６を省略している。しかし，前述したように，二次電池１０の第１面１１には，正極部１５および負極部１６が突出して設けられている。このため，基準台１００の基準面１０１には，載置された二次電池１０の正極部１５および負極部１６が干渉しないように，逃げ部が形成されている。また，図４に示す二次電池群５０は，図１に示すＡ−Ａ位置での断面図である。

また，配置工程では，二次電池群５０の配列方向の両端にそれぞれ，エンドプレート３０を配置する。その際，エンドプレート３０の溝３５を配列方向の外側へ向けるとともに，溝３５の延びている方向を上下方向に合わせる。つまり，エンドプレート３０についても，二次電池群５０と同様，ケース２０内へと収容されたときの状態で基準台１００の基準面１０１上へ載置する。すなわち，配置工程により，二次電池群５０およびエンドプレート３０よりなる，ケース２０内へと収容する収容体６０を基準面１０１上に配置する。

なお，基準台１００の下方には，図４に示すように，押圧爪１２０が２つ，配置されている。図５に，押圧爪１２０の斜視図を示している。図５に示すように，押圧爪１２０は，爪部１２１と基部１２２とを有している。爪部１２１は，基部１２２より突出して設けられている。また，爪部１２１は，基部１２２に４つ，設けられている。この爪部１２１は，エンドプレート３０の溝３５に対応した形状および配置で設けられている。

図６は，押圧爪１２０の爪部１２１をエンドプレート３０の溝３５に合わせた状態を示す平面図である。図６に示すように，４つの爪部１２１はそれぞれ，エンドプレート３０の溝３５に収まるような配置，大きさで形成されている。そして，図４に示すように，２つの押圧爪１２０はそれぞれ，二次電池群５０を挟み込むように設けられたエンドプレート３０の溝３５の下方に爪部１２１が位置するように設けられている。また，基準台１００には，爪部１２１の上方に対応する位置に貫通孔１０２が形成されている。よって，押圧爪１２０の爪部１２１は，基準台１００の貫通孔１０２を通って，基準面１０１よりも上側へと突出できるようになっている。

次に，「２．押圧工程」について説明する。押圧工程では，二次電池群５０をその配列方向の外側から押圧して押圧状態とする。すなわち，図７に示すように，まず，押圧爪１２０を上側へと移動させ，爪部１２１を基準面１０１よりも上側へと突出させる。つまり，爪部１２１を，下方より，エンドプレート３０の溝３５へと入り込ませる。

そして，図８に示すように，２つの押圧爪１２０を近づける向きへと移動させる。これにより，２つの押圧爪１２０によって，収容体６０を，二次電池群５０における配列方向について圧迫する。すなわち，二次電池群５０を配列方向の外側から押圧して押圧状態とする。押圧状態の二次電池群５０は，配列方向に圧迫されていることで，押圧状態とされる前の自由状態のときよりも，配列方向における長さが短くなっている。図８には，収容体６０の配列方向における外寸である長さＸ２を示している。押圧状態における長さＸ２は，図７に示す押圧状態でないときの長さＸ１よりも短いものである。

二次電池群５０を押圧状態としたところで，次に，「３．収容工程」を行う。収容工程では，二次電池群５０をケース２０内へと挿入により収容する。すなわち，図９に示すように，ケース２０を二次電池群５０の上方にセットする。収容工程では，二次電池群５０をケース２０の内部空間２５へと収容するため，ケース２０は，開口２１が下方に向けられている。すなわち，ケース２０は，開口２１が二次電池群５０の側に向けられている。なお，図９には，二次電池群５０の配列方向におけるケース２０の開口２１の長さＹ（内寸）を示している。ケース２０の開口２１の長さＹは，押圧状態における収容体６０の長さＸ２よりも長いものである。

そして，図１０に示すように，ケース２０を下降させて収容体６０をケース２０内へと挿入する。これにより，二次電池群５０は，二次電池１０の第２面１２側より，開口２１からケース２０内へと進入する。図１０における収容体６０は，配列方向の外側より押圧を受けた押圧状態のままである。よって，ケース２０と，二次電池群５０またはエンドプレート３０との干渉を抑制しつつ，二次電池群５０を開口２１からケース２０内へと進入させることができる。

また，ケース２０内へと進入する二次電池群５０のケース２０への干渉が生じたとしても，二次電池群５０における二次電池１０が，重力方向に移動することは抑制されている。ケース２０内へと進入する二次電池群５０のケース２０への干渉が生じたとき，二次電池１０には，重力方向における下向きの力がかかる。しかし，二次電池１０は，第１面１１が基準面１０１に接触していることで，重力方向の下向きの移動が規制された状態である。よって，二次電池群５０を基準面１０１に沿わせた状態のまま，ケース２０内へと収容できる。すなわち，ケース２０内の二次電池１０を，配列方向に真っ直ぐ配置された状態とした電池スタック１を構成することができる。

その後，図１１に示すように，押圧爪１２０による押圧を解除するとともに，押圧爪１２０を下降させる。これにより，二次電池群５０の押圧状態を解除する。押圧爪１２０による押圧状態が解除された二次電池群５０は，押圧状態のときよりも，配列方向における長さが長くなる。つまり，図１１に示す収容体６０の長さＸ３は，押圧状態のときの長さＸ２よりも長いものである。

ただし，長さＸ３は，自由状態のときの長さＸ１（図７等）よりも短いものである。すなわち，図１１の状態において，二次電池群５０を構成している各二次電池１０には，厚み方向について，適度な押圧力が付与されるようになっている。これにより，各二次電池１０に適切に，厚み方向における押圧力を付与しつつ，電池スタック１を構成することができる。よって，二次電池１０が厚み方向に膨張してしまうこと等が抑制されている。

なお，二次電池１０の厚みや，ケース２０の大きさ等にはバラつきが存在する。このような場合，バラつきを調整するためのシム等を二次電池群５０とともにケース２０内へと収容することで，電池スタック１において，二次電池１０が厚み方向に受ける押圧力を調整することができる。

そのようなシムを用いた調整を行う場合，収容工程の前に，予め収容体６０およびケース２０の測長を行い，二次電池群５０とともにケース２０内へと収容するシムの大きさや枚数を決定すればよい。すなわち，収容工程の前に，配列方向における収容体６０の外寸とケース２０の内寸とを測定する測長工程を行っておけばよい。そして，収容工程では，バラつき分を調整できるように選定したシムを，収容体６０とともに，ケース２０内へと収容すればよい。

また，電池スタック１における二次電池１０に，その厚み方向に付与する押圧力をより適切なものとするためには，二次電池群５０の測長を，押圧状態にて行うことが好ましい。すなわち，例えば，測長工程では，押圧爪１２０を用い，予め定めておいた電池スタック１における二次電池１０の押圧力として適切な押圧力を収容体６０に付与し，その状態で配列方向の外寸を測定する。また，配列方向についてのケース２０の内寸も測定しておき，その後，上記の押圧工程を行い，さらに，シムと収容体６０とをケース２０内へと収容する収容工程を行う。これにより，シムとともにケース２０内へと収容された二次電池１０には，測長工程において付与された押圧力に等しい押圧力を付与することができる。

以上詳細に説明したように，本実施の形態に係る電池スタック１の製造方法においては，配置工程，押圧工程，収容工程を行う。配置工程では，二次電池群５０を，各二次電池１０がいずれも第１面１１にて，基準台１００の基準面１０１に接触するように並べて配置する。押圧工程では，基準面１０１に配置した二次電池群５０を，配列方向の外側から押圧爪１２０によって押圧して押圧状態とする。収容工程では，押圧状態の二次電池群５０を，各二次電池１０の第２面側より，開口２１からケース２０内へと進入させる。これにより，二次電池群５０における各二次電池１０が第１面１１にて基準面１０１に沿った状態で，ケース２０内へと収容される。よって，複数の二次電池をケース内へと適切に収容して電池スタックを製造することができる電池スタックの製造方法が実現されている。

そして，二次電池群５０における各二次電池１０の第１面１１が同一面に揃っていることから，正極部１５や負極部１６の高さも揃えることができる。よって，正極部１５と負極部１６とをバスバーによって接続する際には，そのバスバーの接続を適切に行うことができる。

なお，本実施の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，上記の実施形態では，リチウムイオン二次電池に本発明を適用した例について説明した。しかし，リチウムイオン二次電池に限らず，複数の二次電池を並べてケース内へと収容して電池スタックを製造する方法であれば，本発明を適用することができる。

１ 電池スタック
１０ 二次電池
１１ 第１面
１２ 第２面
２０ ケース
２１ 開口
１００ 基準台
１０１ 基準面
１２０ 押圧爪

Claims (1)

1. 複数の二次電池を並べてなる二次電池群を，ケースの開口から前記ケース内へと収容してなる電池スタックの製造方法において，
   前記二次電池群を，複数の前記二次電池がいずれも第１面にて，基準面に接触するように並べて配置する配置工程と，
   前記基準面に対して並べて配置した前記二次電池群を，その配列方向の外側から押圧して押圧状態とする押圧工程と，
   前記押圧状態の前記二次電池群を，前記二次電池の前記第１面の反対側の面である第２面側より，前記開口から前記ケース内へと進入させる収容工程とを行うことを特徴とする電池スタックの製造方法。

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