JP2023058780A - 電池パックの製造方法及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】セルの端子に対するバスバーの溶接不良の発生を抑制して高品質な電池パックを製造することが可能な電池パックの製造方法及び電池パックを提供する。【解決手段】樹脂枠１４が装着された複数のセル１１を積層させたスタック１５が箱型の電池ケース１２に収容され、セル１１の端子３１，３２にバスバー１３が溶接されて接合された電池パック１０の製造方法であって、複数のセル１１を積層させたスタック１５を電池ケース１２内に収容する収容工程と、セル１１の積層方向に平行な電池ケース１２の一側面からなる基準面２２Ａに複数のセル１１を押し付けて整列させる整列工程と、バスバー１３をセル１１の端子３１，３２に溶接して接合させる接合工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックの製造方法及び電池パックに関する。

例えば、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される電池パックは、リチウムイオン二次電池等の複数のセルを積層させたスタックが箱型の電池ケースに収容されて構成されている。

特許文献１には、電池パックの製造方法として、スタックを積層方向に押圧して拘束した状態で電池ケース内に挿入し、スタックの積層方向の端面と電池ケースの内壁面との間の空間にシムを挿入し、シムの袋状部材に樹脂を注入することにより、電池ケースとシムとによってスタックを拘束状態とする技術が開示されている。

特開２０２０－８７７０４号公報

ところで、電池パックでは、電池ケースにスタックを収容した後に、スタックの上部にバスバーモジュールを組付け、このバスバーモジュールに設けられたバスバーを各セルの端子にレーザー溶接等によって溶接して接合する。

このため、図１０に示すように、各セル１の端子２が一列に位置決めされるように、各セル１を保持する樹脂枠３を位置決め基準面４に突き当てて整列させてスタック５とし、図１１に示すように、スタック５をセル１の厚さ方向に加圧しながら電池ケース６内に収容している。

しかし、スタック５を収容する電池ケース６の横幅は、セル１の横幅より大きく設計されている。このため、電池ケース６内に収容した後に各セル１が幅方向に移動して各セル１の端子２の位置にばらつきが生じるおそれがある。また、図１２に示すように、セル１は、公差の範囲で幅方向に厚みのばらつきを有する。

このため、図１３に示すように、セル１を積層させて電池ケース６内に収容した状態で、各セル１の端子２の配列が直線状にならず湾曲状や波状になることがある。すると、図１４に示すように、バスバーモジュール７のバスバー８をセル１の端子２へ円滑に溶接することが困難となり、溶接不良が生じるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、セルの端子に対するバスバーの溶接不良の発生を抑制して高品質な電池パックを製造することが可能な電池パックの製造方法及び電池パックを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の電池パックの製造方法は、
樹脂枠が装着された複数のセルを積層させたスタックが箱型の電池ケースに収容され、前記セルの端子にバスバーが溶接されて接合された電池パックの製造方法であって、
複数の前記セルを積層させた前記スタックを前記電池ケース内に収容する収容工程と、
前記セルの積層方向に平行な前記電池ケースの一側面に複数の前記セルを押し付けて整列させる整列工程と、
前記バスバーを前記セルの端子に溶接して接合させる接合工程と、
を含む。

この構成の電池パックの製造方法によれば、バスバーをセルの端子に溶接させる前に、電池ケースに収容させたセルを、その積層方向に平行な電池ケースの一側面に押し付けて整列させる。これにより、各セルの端子位置のばらつきを抑え、セルの端子に対するバスバーの溶接不良の発生を抑制できる。したがって、高品質な電池パックを製造することができる。

本発明の電池パックの製造方法は、前記整列工程において、前記セルを、前記樹脂枠に設けられた付勢部によって前記電池ケースの一側面へ向かって付勢して押し付けてもよい。

この構成の電池パックの製造方法によれば、樹脂枠の付勢部によってセルを電池ケースの一側面へ向かって付勢して押し付けることにより、電池ケース内において、複数のセルを容易に整列させることができる。

本発明の電池パックの製造方法は、前記整列工程において、前記セルを、治具によって前記電池ケースの一側面へ向かって押圧して押し付けてもよい。

この構成の電池パックの製造方法によれば、セルを、治具によって電池ケースの一側面へ向かって押圧して押し付けることにより、電池ケース内において、複数のセルを容易に整列させることができる。

また、本発明の電池パックは、
樹脂枠が装着された複数のセルと、
前記複数のセルを積層させたスタックを収容する箱型の電池ケースと、
前記セルの端子に溶接されて接合されるバスバーと、
を備え、
前記セルの積層方向に平行な前記電池ケースの一側面に複数の前記セルが押し付けられて整列されている。

この構成の電池パックによれば、積層方向に平行な電池ケースの一側面に押し付けられて整列されたセルの端子にバスバーが溶接されて接合されている。したがって、セルの端子に対するバスバーの溶接不良のない高品質な電池パックとすることができる。

本発明の電池パックにおいて、前記樹脂枠は、前記セルを前記電池ケースの一側面へ向かって付勢する付勢部を備えていてもよい。

この構成の電池パックによれば、樹脂枠の付勢部によってセルが電池ケースの一側面へ向かって付勢されて整列される。これにより、セルの端子に対するバスバーの溶接不良のない高品質な電池パックとすることができる。

本発明によれば、セルの端子に対するバスバーの溶接不良の発生を抑制して高品質な電池パックを製造することが可能な電池パックの製造方法及び電池パックを提供できる。

本実施形態に係る電池パックの概略平面図である。 セルを積層させたスタックが収容された電池ケースの概略平面図である。 図２におけるＡ－Ａ断面図である。 バスバーを備えたバスバーモジュールの概略平面図である。 樹脂枠に設けられた付勢部の変形例を示す図２におけるＡ－Ａ断面図である。 樹脂枠に設けられた付勢部の変形例を示す図２におけるＡ－Ａ断面図である。 樹脂枠に設けられた付勢部の変形例を示す図２におけるＡ－Ａ断面図である。 他の実施形態に係る電池パックの製造方法を説明するセルを積層させたスタックが収容された電池ケースの概略平面図である。 図８におけるＢ－Ｂ断面図である。 セルの整列工程の従来例を説明する概略斜視図である。 電池ケースへのスタックの収容工程の従来例を説明する概略斜視図である。 セルを積層させた際の整列の乱れを説明するスタックの模式図である。 セルを積層させたスタックが収容された電池ケースの概略平面図である。 バスバーモジュールを組付けた状態の電池ケースの概略平面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る電池パックの概略平面図である。図２は、セルを積層させたスタックが収容された電池ケースの概略平面図である。図３は、図２におけるＡ－Ａ断面図である。図４は、バスバーを備えたバスバーモジュールの概略平面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電池パック１０は、複数のセル１１と、電池ケース１２と、バスバー１３とを備えている。電池パック１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド車等に搭載される。

図２及び図３に示すように、セル１１には、樹脂枠１４が装着されており、樹脂枠１４が装着された複数のセル１１は、積層されてスタック１５とされた状態で電池ケース１２に収容されている。

複数のセル１１からなるスタック１５を収容する電池ケース１２は、底面板２１と、一対の側面板２２と、一対の端面板２３とを有する箱型に形成されている。電池ケース１２は、一方の側面板２２の内面が基準面２２Ａとされている。

セル１１は、例えば、リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。セル１１は、扁平の直方体形状に形成されており、その上部には、一方の端部近傍に正極の端子３１が設けられ、他方の端部近傍に負極の端子３２が設けられている。

セル１１に装着された樹脂枠１４は、絶縁性を有する樹脂材料から成形されたもので、板状部４１と、板状部４１の両側縁に設けられた側板部４２と、板状部４１の下縁に設けられた底板部４３と、板状部４１の上縁における両端部分に設けられた係止片４４とを有している。樹脂枠１４は、セル１１の一方の面側からセル１１に装着される。そして、この樹脂枠１４が装着されたセル１１は、一方の面が板状部４１によって覆われ、両側面が側板部４２によって覆われ、底面が底板部４３によって覆われる。さらに、セル１１は、その両端における上部が樹脂枠１４の係止片４４によって係止される。また、樹脂枠１４は、一方の側板部４２に付勢部４５を有している。付勢部４５は、樹脂枠１４に一体成形されたもので、両端が樹脂枠１４の一方の側板部４２に連結されて外側へ向かって膨出する板状に形成されている。

樹脂枠１４の付勢部４５は、セル１１を積層させてスタック１５として電池ケース１２に収容させた状態で、電池ケース１２の基準面２２Ａとされた一方の内面と反対側の内面２２Ｂに当接して弾性変形する。これにより、各セル１１には、弾性変形した付勢部４５の復元力が付勢力として付与され、電池ケース１２の基準面２２Ａに押し付けられる。これにより、電池ケース１２に収容されたセル１２が電池ケース１２の基準面２２Ａに沿って整列されている。これにより、各セル１１の端子３１，３２がセル１１の積層方向に沿って直線状に配列される（図２における一点鎖線参照）。

図４に示すように、バスバー１３は、一対の接続片５１と、これらの接続片５１の端部同士を連結する連結片５２とを有する平面視コ字状に形成されている。バスバー１３は、例えば、銅または銅合金等の導電性を有する金属板から形成されている。バスバー１３は、連結片５２が、接続部材５３によってフレキシブルプリント配線板からなる支持板５４に接続されて支持されている。そして、これらのバスバー１３が支持板５４に支持されてバスバーモジュール５５が構成されている。バスバー１３は、支持板５４の両側に、接続片５１を外側に向けて複数配列されている。接続片５１は、それぞれセル１１の端子３１，３２に接続される接続部５１ａを有している。支持板５４の両側に配置されたバスバー１３は、その接続片５１の接続部５１ａが直線状に配列されている（図４における一点鎖線参照）。

フレキシブルプリント配線板からなる支持板５４には、導体パターンからなる電圧検出線５６及び温度検出線５７が設けられている。電圧検出線５６は、各バスバー１３に接続されており、温度検出線５７は、特定のバスバー１３に設けられたサーミスタに接続されている。

図１に示すように、支持板５４にバスバー１３が支持されたバスバーモジュール５５は、電池ケース１２に収容された複数のセル１１からなるスタック１５の上部に配置される。そして、バスバーモジュール５５のバスバー１３は、その接続片５１の接続部５１ａが各セル１１の端子３１，３２に溶接されて接続される。これにより、端子３１，３２にバスバー１３が接続された各セル１１が直列に接続される。また、支持板５４の電圧検出線５６及び温度検出線５７が、図示しないバッテリモニタに接続される。これにより、バッテリモニタによってセル１１の電圧及び温度が検出される。

次に、上記構成の電池パック１０を製造する場合について説明する。
図２及び図３に示すように、電池パック１０を製造するには、まず、樹脂枠１４に保持された複数のセル１１を積層させてスタック１５とし、このスタック１５を電池ケース１２の内部に収容する（収容工程）。

スタック１５を電池ケース１２の内部に収容すると、セル１１は、樹脂枠１４に設けられた付勢部４５が電池ケース１２の内面２２Ｂに当接して弾性変形する。これにより、各セル１１は、弾性変形した付勢部４５の復元力からなる付勢力によって、セル１１の積層方向に平行な電池ケース１２の一側面からなる基準面２２Ａに押し付けられて整列される（整列工程）。これにより、各セル１１の端子３１，３２がセル１１の積層方向に沿って直線状に配列される（図２における一点鎖線参照）。

次に、支持板５４にバスバー１３が支持されたバスバーモジュール５５を電池ケース１２に収容された複数のセル１１からなるスタック１５の上部に載せ、各バスバー１３の接続片５１の接続部５１ａを各セル１１の端子３１，３２上に配置させる。この状態において、バスバー１３の接続片５１の接続部５１ａにレーザーを照射し、接続部５１ａを端子３１，３２にレーザー溶接して接合する（接合工程）。

これにより、電池ケース１２内に複数のセル１１が積層されて収容され、各セル１１にバスバー１３が溶接されて接合された電池パック１０が得られる。

以上、説明したように、本実施形態に係る電池パック１０の製造方法によれば、バスバー１３をセル１１の端子３１，３２に溶接させる前に、電池ケース１２に収容させたセル１１を、その積層方向に平行な電池ケース１２の一側面からなる基準面２２Ａに押し付けて整列させる。これにより、各セル１１の端子位置のばらつきを抑え、セル１１の端子３１，３２に対するバスバー１３の溶接不良の発生を抑制できる。したがって、この製造方法によって製造された電池パック１０は、セル１１の端子３１，３２に対するバスバー１３の溶接不良のない高品質な電池パックとすることができる。

また、樹脂枠１４に付勢部４５を設け、セル１１を樹脂枠１４の付勢部４５によって電池ケース１２の基準面２２Ａへ向かって付勢して押し付けることにより、電池ケース１２内において、複数のセル１１を容易に整列させることができる。

なお、セル１１に装着される樹脂枠１４の付勢部４５としては、セル１１を基準面２２Ａへ付勢するものであれば、上記実施形態で例示したものに限らない。
図５～図７は、それぞれ樹脂枠に設けられた付勢部の変形例を示す図２におけるＡ－Ａ断面図である。

図５に示す付勢部４５Ａは、一端が樹脂枠１４の一方の側板部４２に連結された板状に形成されている。また、図６に示す付勢部４５Ｂは、Ｕ字状に形成されており、両端が樹脂枠１４の一方の側板部４２に連結されて外側へ突出されている。そして、この付勢部４５Ｂがセル１１の高さ方向に複数設けられている。さらに、図７に示す付勢部４５Ｃは、Ｕ字状に形成されており、一端が樹脂枠１４の一方の側板部４２に連結されて他端が外側へ張り出している。そして、この付勢部４５Ｃがセル１１の高さ方向に複数設けられている。

これらの付勢部４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃにおいても、セル１１を積層させたスタック１５を電池ケース１２の内部に収容すると、電池ケース１２の内面２２Ｂに当接して弾性変形する。これにより、各セル１１は、弾性変形した付勢部４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの復元力からなる付勢力によって、セル１１の積層方向に平行な電池ケース１２の一側面からなる基準面２２Ａに押し付けられて整列される。

次に、他の実施形態に係る電池パック１０の製造方法について説明する。
なお、上記実施形態と同一構成部分は同一符号を付して説明を省略する。
図８は、他の実施形態に係る電池パックの製造方法を説明するセルを積層させたスタックが収容された電池ケースの概略平面図である。図９は、図８におけるＢ－Ｂ断面図である。

図８及び図９に示すように、他の実施形態では、電池ケース１２の内部に収容させたセル１１を、治具６０を用いて整列させる。

治具６０は、棒状に形成されており、押圧面６１と、テーパ面６２とを有している。テーパ面６２は、押圧面６１に対して後端へ向かって次第に離れる方向に傾斜されている。これにより、治具６０は、先端へ向かって窄まる先細り形状とされている。

治具６０を用いてセル１１を整列させるには、電池ケース１２の内部に収容させたセル１１と電池ケース１２の内面２２Ｂとの間に、上方から治具６０を挿し込む。このとき、治具６０は、押圧面６１をセル１１側へ配置させる。さらに、治具６０のテーパ面６２にローラ６３を宛がい、治具６０をセル１１と電池ケース１２の内面２２Ｂとの間へ押し込む。そして、回転されるローラ６３によって治具６０をガイドさせながらセル１１と電池ケース１２の内面２２Ｂとの間へ入り込ませ、治具６０の押圧面６１によってセル１１を電池ケース１２の基準面２２Ａに向かって押圧して押し付ける。これにより、電池ケース１２の内部に収容させた各セル１１を整列させる。この状態において、電池ケース１２内に整列させたセル１１を加圧手段（図示略）によって積層方向へ加圧し、セル１１の整列状態を維持させて治具６０を外す。

その後、バスバーモジュール５５を電池ケース１２に収容された複数のセル１１からなるスタック１５の上部に載せて各バスバー１３の接続片５１の接続部５１ａを各セル１１の端子３１，３２上に配置させる。そして、バスバー１３の接続片５１の接続部５１ａにレーザーを照射し、接続部５１ａを端子３１，３２にレーザー溶接して接合する。

他の実施形態に係る電池パック１０の製造方法によれば、セル１１を、治具６０によって電池ケース１２の基準面２２Ａへ向かって押圧して押し付けることにより、電池ケース１２内において、複数のセル１１を容易に整列させることができる。

１０ 電池パック
１１ セル
１２ 電池ケース
１３ バスバー
１４ 樹脂枠
１５ スタック
２２Ａ 基準面（一側面）
３１，３２ 端子
４５，４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ 付勢部
６０ 治具

Claims (5)

1. 樹脂枠が装着された複数のセルを積層させたスタックが箱型の電池ケースに収容され、前記セルの端子にバスバーが溶接されて接合された電池パックの製造方法であって、
   複数の前記セルを積層させた前記スタックを前記電池ケース内に収容する収容工程と、
   前記セルの積層方向に平行な前記電池ケースの一側面に複数の前記セルを押し付けて整列させる整列工程と、
   前記バスバーを前記セルの端子に溶接して接合させる接合工程と、
   を含む、
   電池パックの製造方法。
2. 前記整列工程において、前記セルを、前記樹脂枠に設けられた付勢部によって前記電池ケースの一側面へ向かって付勢して押し付ける、
   請求項１に記載の電池パックの製造方法。
3. 前記整列工程において、前記セルを、治具によって前記電池ケースの一側面へ向かって押圧して押し付ける、
   請求項１に記載の電池パックの製造方法。
4. 樹脂枠が装着された複数のセルと、
   前記複数のセルを積層させたスタックを収容する箱型の電池ケースと、
   前記セルの端子に溶接されて接合されるバスバーと、
   を備え、
   前記セルの積層方向に平行な前記電池ケースの一側面に複数の前記セルが押し付けられて整列されている、
   電池パック。
5. 前記樹脂枠は、前記セルを前記電池ケースの一側面へ向かって付勢する付勢部を備える、
   請求項４に記載の電池パック。

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