JP4755938B2 - 熱溶着用器具及び電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は熱溶着に関し、特に電池モジュール端部などを熱溶着する技術に関する。
車両に搭載される電池スタックは、ニッケル水素電池等の一つまたは複数の単セルからなる複数の電池モジュールを、それらの間に冷却通路をあけて並列配置（積層）し、その両端に配置した端部材間を拘束して組み立て、かつ、電池モジュールを相互に電気的に直列接続して構成される。各電池モジュールの端部は、モジュール本体の樹脂部と密封用樹脂ケースとを熱溶着することで密封され、水素ガスを外部に排出するための排出口及び端子をケースから突出させる。
熱溶着には、ヒータを備える熱溶着用器具が用いられる。図４に、従来の熱溶着用器具の外観斜視図を示す。また、図５に、図４におけるヒータの拡大図を示す。
熱溶着用器具１は、平板のヒータ１０と、このヒータ１０を保持するホルダ１２と、ヒータ１０を加熱するための端子ユニット１４を有する。ヒータ１０は、端子ユニット１４間に架設され、端子ユニット１４は熱源に接続される。ヒータ１０はニクロム線等で構成される。ヒータ１０を加熱して熱溶着用器具１を電池モジュール等の被熱溶着物に当接させる際、ヒータ１０が被熱溶着物の表面に付着して剥離が困難になることに鑑み、テフロンテープ１６を介在させて剥離性を確保しつつヒータ１０を被熱溶着物に当接させて熱溶着している。図５に示すように、ヒータ１０はヒータ本体１０ａと端子部１０ｂから構成され、平板状のヒータ本体１０ａをテフロンテープ１６を介して被熱溶着面に当接させる。
なお、下記の特許文献１には、板状ヒータと離型性テープとの熱膨張係数が異なることによる離型性テープの破損を防止するために、離型性に優れた材質より成る離型性テープの離型性フィルムが非接触に装着されている板状ヒータと、板状ヒータに対向配置された加圧台との間に熱融着性シートを位置決めし、板状ヒータと加圧台とを相互に閉じる方向に移動させて熱融着性シートを加圧及び加熱して熱融着性シートをシールすることが開示されている。
また、下記の特許文献２には、電池容器を容易に封着でき、かつ、電池容器の熱伝導性が優れた密閉型電池を提供することを目的として、図６に示すように、正極及び負極を含む発電要素１４０と、これを収容する電池容器１１０とを備える。電池容器１１０は、金属からなり自身の内側面が容器内部に露出する第１容器部材１１１と、金属からなり自身の内側面が容器内部に露出する第２容器部材１１６と、樹脂からなり第１容器部材１１１に液密に固設された第１樹脂部材１２１と、樹脂からなり第２容器部材に液密に固設された第２樹脂部材１２６とを有する。そして、第１樹脂部材１２１と第２樹脂部材１２６とが熱溶着されて電池容器１１０が封止される構成が開示されている。
また、下記の特許文献３には、他の電池モジュールの構成及びシール部材による被覆方法が開示されている。図７に、この従来の電池モジュールの構成を示す。電池モジュール３００は、対向する第１長側面３００ａ及び第２長側面３００ｂと、対向する第１短側面３００ｃ及び第２短側面３００ｄと、対向する第１端面３００ｅ及び第２端面３００ｆとを有する略直方体形状をなす。電池モジュール３００は、複数の単電池３１１からなる単電池群３１０、単電池群３１０の各々の安全弁を覆うガスダクト部材３３０、単電池群３１０及びガスダクト部材３３０を単電池列置方向の両端側からそれぞれ覆う正極サイドカバー部材３４０及び負極サイドカバー部材３５０、単電池群３１０及びガスダクト部材３３０を包囲してモジュール全体を気密にシールするシール部材３６０から構成される。図８に、シール部材３６０の１例としてのシート状シール部材４６１を示す。シート状シール部材４６１は、互いに対向する第１辺４６１ａ及び第２辺４６１ｂと、互いに対向する第３辺４６１ｃ及び第４辺４６１ｄを有する長方形状をなす。第１辺４６１ａに沿い、ガスダクト部材３３０の上面に配置される帯状の第１辺端部４６３には粘着剤が塗布される。一方、第２辺４６１ｂに沿い、ガスダクト部材３３０の上面に配置され、第１辺端部４６３に外側から重なる帯状の第２辺端部４６５には、第３辺４６１ｃから第４辺４６１ｄまで延び、粘着剤が塗布されていない第２非粘着領域４６５ｈがが形成されている。また、第２辺端部４６５のうち、第２非粘着領域４６５ｈよりも第２辺４６１ｂ側には、粘着剤が塗布された帯状の第２粘着領域４６６が形成されている。また、第３辺４６１ｃに沿い、正極サイドカバー部材３４０の周りを周回してこれに固着される帯状の第３辺端部４６７にも、第１辺４６１ａから第２辺４６１ｂまで延び、粘着剤が塗布されていない第３非粘着領域４６７ｈが形成されている。また、第４辺４６１ｄに沿い、負極サイドカバー部材３５０の周りを周回してこれに固着される帯状の第４辺端部４６９にも、第１辺４６１ａから第２辺４６１ｂまで延び、粘着剤が塗布されていない第４非粘着領域４６９ｈが形成されている。このシート状シール部材４６１をシール前の電池モジュール３００に捲回して、その第１辺端部４６３に第２辺端部４６５が重なるようにして、これらを溶着により気密に固着し筒状とする。すなわち、第２辺端部４６５のうち、粘着剤が塗布されていない第２非粘着領域４６５ｈは、第１辺端部４６３に外側から重ねられて粘着剤を介することなく溶着により固着される。第３辺端部４６７は、一方の開口端部を構成し、正極サイドカバー部材３４０の周りを取り囲んで粘着剤を介することなく正極サイドカバー部材３４０に溶着により気密に固着される。第４辺端部４６９は、他方の開口端部を構成し、負極サイドカバー部材３５０を取り囲んで、負極サイドカバー部材３５０に溶着により気密に固着される。
しかしながら、テフロンテープ１６を介してヒータ１０を当接させる方法では、加熱時にヒータ１０に反りが発生してしまう他、一定期間毎のテフロンテープ１６の交換が必要となるためコスト増加や作業効率の低下を招く問題があった。また、テフロンテープ１６を介して熱溶着するため、ヒータ１０の加熱温度を増大させる必要があるとともに熱溶着時間も増大してしまう問題があった。さらに、テフロンテープ１６とヒータ１０との間に空気溜まりが生じるので溶着面の品質が低下する問題もあった。
本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は、テフロンテープを介在させることなく熱溶着できる熱溶着用器具を提供することにある。
本発明は、被熱溶着物に当接させて熱溶着を行う熱溶着用器具であって、ヒータと、前記ヒータを保持するホルダと、前記ヒータを加熱する加熱手段とを有し、前記ヒータは、側面が折り曲げ加工され、かつ表面が溶射によりテフロンあるいはフッ素加工された帯状ヒータであることを特徴とする。
また、本発明は、複数の単電池からなる単電池群の各々の安全弁を覆うガスダクト部材と、前記単電池群及び前記ガスダクト部材を単電池列置方向の一端側及び他端側からそれぞれ覆う第１及び第２サイドカバーとを有する電池モジュールに対し、前記第１サイドカバー部材と前記第２サイドカバー部材との間に配置され前記単電池群及び前記ガスダクト部材をシール部材で気密に包囲して筒状をなし、一方の第１開口端部が前記第１サイドカバー部材を取り囲んでこれに熱溶着され、他方の第２開口端部が前記第２サイドカバー部材を取り囲んでこれに熱溶着されてなる電池モジュールの製造方法であって、 前記熱溶着の部位に熱溶着用器具のヒータを直接当接させる工程と、前記ヒータを加熱させて熱溶着する工程とを有し、前記ヒータは、側面が折り曲げ加工され、かつ表面が溶射によりテフロンあるいはフッ素加工された帯状ヒータであることを特徴とする。
本発明では、ヒータの表面をテフロンあるいはフッ素加工することで離型性を確保するため、テフロンテープを介在させることなく熱溶着を行うことができる。また、ヒータの側面を折り曲げ加工することで熱溶着時の反りを防止し、耐久性が向上する。
以上説明したように、本発明によれば、熱溶着時の作業効率を向上させるとともに溶着面の品質を向上させ、量産を容易化できる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について、図７に示す電池モジュール３００を図８に示すようなシート状シール部材４６１で熱溶着を用いて絶縁被覆する場合を例にとり説明する。
図１に、本実施形態における熱溶着用器具に設けられるヒータ１０の斜視図を示す。ヒータ１０は従来と同様にニクロム線等で構成されるが、従来と以下の２点で異なっている。すなわち、第１にヒータ１０の表面がテフロンやフッ素等を溶射する表面加工が施されていること、第２にヒータ１０の側面が折り曲げ加工されていること、である。ヒータ１０は本体１０ａと端子部１０ｂから構成されており、本体部１０ａの両側面が折り曲げ加工されて折り曲げ部１０ｃを有する。図２に、図１におけるＡ−Ａ断面を示す。ヒータ１０の形成方法は以下の手順である。
（１）ニクロム線を所望の長さに切断する
（２）プレス加工で両側面を折り曲げ加工する
（３）端子部１０ｂを取り付ける
（４）テフロンやフッ素を溶射して表面加工する
（１）ニクロム線を所望の長さに切断する
（２）プレス加工で両側面を折り曲げ加工する
（３）端子部１０ｂを取り付ける
（４）テフロンやフッ素を溶射して表面加工する
本実施形態の熱溶着用器具も従来と同様に図１及び図２に示すヒータ１０、ヒータ１０を保持するホルダ１２、ヒータ１０を加熱するための端子ユニット１４を有する。ヒータ１０は、端子ユニット１４間に架設され、端子ユニット１４は熱源に接続される。ヒータ１０を加熱して熱溶着用器具１を電池モジュール等の被熱溶着物に直接当接させて熱溶着する。ヒータ１０の表面はテフロンあるいはフッ素コーティングされているため、離型性に優れ、テフロンテープ１６を介在させることなく高品質に電池モジュール３００を気密にシールすることができる。すなわち、シート状シール部材４６１をシール前の電池モジュール３００に捲回して、その第１辺端部４６３に第２辺端部４６５が重なるようにして、これらを熱溶着用器具を用いて熱溶着して筒状とする。第２辺端部４６５のうち、粘着剤が塗布されていない第２非粘着領域４６５ｈは、第１辺端部４６３に外側から重ねられて熱溶着により固着される。第３辺端部４６７は、正極サイドカバー部材３４０の周りを取り囲んで正極サイドカバー部材３４０に熱溶着用器具を用いて熱溶着により固着される。第４辺端部４６９は、負極サイドカバー部材３５０を取り囲んで、負極サイドカバー部材３５０に熱溶着用器具を用いて熱溶着により固着される。テフロンテープ１６を介在させないため、テフロンテープ１６とヒータ１０間の空気溜まりの問題もなく、溶接面の品質向上と溶着時間の短縮が相俟って、高品質に電池モジュール３００をシールし量産できる。
また、図１及び図２に示すように、ヒータ１０の側面を折り曲げ加工することで、加熱時の反りを防止できるとともに、平板のヒータ１０では離型時にヒータ１０本体も引っ張られるためヒータ１０の耐久性が低下するところ、折り曲げ加工することで曲げ応力が増加して耐久性を向上させることができる。
なお、ヒータ１０を保持するホルダ１２は図４に示す従来のホルダでもよいが、ヒータ１０の本体部１０ａの側面が折り曲げ加工されているため、これに適合するような形状に加工することが望ましい。図３に、本実施形態の熱溶着用器具１の縦断面図を示す。ホルダ１２の上端部は折り曲げ部１０ｃが当接するようにテーパ１２ａが形成され、ヒータ１０の折り曲げ部１０ｃはこのテーパ１２ａに沿ってホルダ１２に取り付けられる。ホルダ１２の材料はアルミや鉄等の金属でもよく、耐熱性に優れた非金属でもよい。さらに、必要に応じてヒータ１０をホルダ１２に固定する際に、クランプを用いてもよい。
１ 熱溶着用器具、１０ ヒータ、１２ ホルダ、１４ 端子ユニット、１６ テフロンテープ、３００ 電池モジュール、４６１ シート状シール部材。
Claims (2)
- 被熱溶着物に当接させて熱溶着を行う熱溶着用器具であって、
ヒータと、
前記ヒータを保持するホルダと、
前記ヒータを加熱する加熱手段と、
を有し、
前記ヒータは、側面が折り曲げ加工され、かつ表面が溶射によりテフロンあるいはフッ素加工された帯状ヒータであることを特徴とする熱溶着用器具。 - 複数の単電池からなる単電池群の各々の安全弁を覆うガスダクト部材と、前記単電池群及び前記ガスダクト部材を単電池列置方向の一端側及び他端側からそれぞれ覆う第１及び第２サイドカバーとを有する電池モジュールに対し、前記第１サイドカバー部材と前記第２サイドカバー部材との間に配置され前記単電池群及び前記ガスダクト部材をシール部材で気密に包囲して筒状をなし、一方の第１開口端部が前記第１サイドカバー部材を取り囲んでこれに熱溶着され、他方の第２開口端部が前記第２サイドカバー部材を取り囲んでこれに熱溶着されてなる電池モジュールの製造方法であって、
前記熱溶着の部位に熱溶着用器具のヒータを直接当接させる工程と、
前記ヒータを加熱させて熱溶着する工程と、
を有し、前記ヒータは、側面が折り曲げ加工され、かつ表面が溶射によりテフロンあるいはフッ素加工された帯状ヒータであることを特徴とする電池モジュールの製造方法。
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