JP5423067B2 - 電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は電池モジュールおよびその製造方法に関する。

複数の単電池を電気的に直列および／または並列に接続することにより、高出力および高容量の電池モジュールとしている。電池モジュールは、複数の単電池がケース内において電気的に接続され、正負の出力端子がケースから外部に導出されている。そして、要求される出力および容量に応じた個数の電池モジュールを、電気的に直列および／または並列に接続し組電池を製造している。

電池モジュールの製造において、ロアケース、複数の単電池（セルユニット）、シャフト部材（スリーブ）、アッパーケースを冶具に設置し巻き締めを行い締結している。そして、缶の巻き締め時、それらの位置合わせは巻き締め冶具に立っている４本の長いロケートピンで行っており、巻き締めが終わったら、出来た電池モジュールをそのロケートピンから抜き取っている。

組電池は、複数の電池モジュールを積層して組み立てられ、電池モジュール同士の間にはスペーサーが設置される。

特開２００７−２５０３３０号公報

しかしながら、部品数が多数あるため各部品の寸法誤差による累積誤差が原因でワークが撓んでしまい、４本の長いロケートピンからそのワークを外すのに時間がかかるという問題があった。

そこで本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は部品点数の削減、製造の容易化を図り得る電池モジュールおよびその製造方法を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、単電池を含むセルユニットと、前記セルユニットを挟んで互いに対向する対向面をそれぞれ有し、相互に締結されて、前記対向面の間に前記セルユニットを収納する第１と第２のケースと、前記セルユニットに設けられた貫通孔および前記第１と第２のケースの一方の対向面に設けられた貫通孔に挿通すると共に、先端が前記第１と第２のケースの他方の対向面の内側面を受けるシャフト部と、前記シャフト部と一体に形成され、組み立てられる前記電池モジュール同士の間に介在するスペーサーと、を有する電池モジュールである。

本発明によれば、スペーサーとスリーブと一体にした電池モジュールを製造するので、部品数を削減でき、製造時間が短縮でき、さらに組電池の組み立てで電池モジュール間へのスペーサー取付け作業をなくすことができる。

本発明の実施形態に係る組電池の概略構成を示す斜視図である。 電池モジュール群の概略構成を示す斜視図である。 電池モジュールの一例を示す斜視図である。 電池モジュールを分解して示す断面図である。 スペーサーを備えた電池モジュールの概略断面図である。 スペーサーに備えられるシャフト部の要部を示す図である。 単電池の一例を示す斜視図である。 電池モジュールの製造方法を示す概略図である。 電池モジュールの製造方法を示す概略断面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

図１は、本発明の実施形態に係る組電池１１の概略構成を示す斜視図である。図２は、電池モジュール群２５の概略構成を示す斜視図である。図３は、組電池１１を組み立てる際の単位ユニットである電池モジュール２０の一例を示す斜視図である。図４は、図３に示される電池モジュール２０を上下反転し、さらに分解して示す断面図である。図５は、単電池３０の一例を示す斜視図である。

図１および図２を参照して、組電池１１は、電池モジュール２０を単位ユニットとして組み立てられ、複数個の電池モジュール２０をスペーサー６０を介して積層してなる電池モジュール群２５と、電池モジュール群２５を保持する保持手段５０と、を有している。

電池モジュール２０を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応した組電池１１となる。本実施形態の組電池１１は、１２個の電池モジュール２０を含んでいる。１２個の電池モジュール２０は、図１に示すように１２個積層してもよく、図２に示すように上下方向に３個積層された電池モジュール群２５を、左右方向に４列に配列してもよい。電池モジュール群２５は、保持手段５０が有するベースプレート上に設置され、拘束版５６で挟持し、締結ボルト５１により保持される。

電池モジュール２０は空冷式であり、電池モジュール２０同士の間のスペーサー６０は、電池モジュール２０のそれぞれを冷却するための冷却風が流下する冷却風通路６１として利用される。冷却風を流して各電池モジュール２０を冷却することにより、電池温度を下げ、充電効率などの特性が低下することを制御する。

図３〜図５を参照して、電池モジュール２０は、組電池１１を組み立てる単位ユニットをなし、複数の単電池３０を含むセルユニット４０と、セルユニット４０を収納する収納空間を形成するために用いられ、互いに締結されるアッパーケース２３（第１のケースに相当する）およびロアケース２２（第２のケースに相当する）と、セルユニット４０に設けられた貫通孔４５およびロアケース２２に設けられた貫通孔２４に挿通するシャフト部７０を備えたスペーサー６０と、を有する。スペーサー６０が備えるシャフト部７０は従来の電池モジュール２０のスリーブの役割を有している。

セルユニット４０を収納するケース２１は、開口部が２２ａ形成された箱形状をなすロアケース２２と、開口部２２ａを閉じる蓋体をなすアッパーケース２３とから形成されている。アッパーケース２３およびロアケース２２は、一方のケースの縁部が他方のケースの縁部に巻き締められることによって、相互に締結されている。つまり、アッパーケース２３の縁部２３ａは、カシメ加工によって、ロアケース２２の周壁２２ｂの縁部２２ｃに巻き締められている。ロアケース２２およびアッパーケース２３は、比較的薄肉の鋼板またはアルミ板から形成され、プレス加工によって所定形状が付与されている。このケース２１内に、複数枚（図示例では８枚）の単電池３０を直列に接続したセルユニット４０が収納される。セルユニット４０は、単電池３０の電極タブ３１、３２を保持するために用いられる絶縁スペーサー４１と、正負の出力端子４２、４３とを含んでいる。正負の出力端子４２、４３は、ロアケース２２の周壁２２ｂの一部に形成した切り抜き部２２ｄ、２２ｅを通してケース２１から外部に導出される。図中符号４４は、各単電池３０の電圧検出端子（図示せず）に接続されるコネクタ（図示せず）を差し込む差込口を示している。この差込口４４も、周壁２２ｂの一部に形成した切り欠き部２２ｆを通してケース２１の外部に露出される。スペーサー６０のシャフト部を挿通するために、ロアケース２２およびアッパーケース２３の隅部の４箇所に貫通孔２４が形成され、各絶縁スペーサー４１の２箇所に貫通孔４５が形成されている。

スペーサー６０はロアケース２２の隅部の４箇所に備えられ、スペーサー６０が備えるシャフト部７０は、ロアケース２２における貫通孔２４の周縁部をセルユニット４０に対して支持している。シャフト部７０はロアケース２２の貫通孔２４から挿通さらアッパーケース２３の内側面から受け支持している。アッパーケース２３の内側面をシャフト部７０によって支えているため、シャフト部７０の高さによって電池モジュール２０のケースの高さ寸法を精度良く規定することができる。図面においてはそれぞれ２本のシャフト部を備える一対のスペーサー６０であるが、それらを一まとめにしても構わない。

スペーサー６０およびそのシャフト部７０は、樹脂またはゴム状のものから形成されており、シャフト部７０は円筒形でロアケース２２の貫通孔２４と同じもしくは小さい径であって、アッパーケース２３の貫通孔２４よりも大きい径を有している。シャフト部７０の径によって電池モジュール２０の強度を規定することができる。

上記のように、スリーブ機能を有したシャフト部とスペーサー６０とを一体にした電池モジュール２０を製造することができる。よって、ワークの部品数を少なくすることができ、電池モジュール２０の製造時間を短縮することができる。また、組電池を組み上げるために電池モジュールにスペーサーを取り付ける作業を省略することができ、生産性が向上する。

シャフト部７０の基部にはロアケース２２と係合する抜け止めストッパー７７が備わっている。このストッパーによりロアケース２２からの抜け止めを防止することができ、電池モジュール２０を単体で搬送し易くなっている。さらに、組電池１１を組み上げるにあたり、電池モジュール２０の積層工程で電池モジュール２０の取り扱いが簡単になり、生産性がさらに向上する。

シャフト部７０は中空形状にすることによって、電池モジュール群２５を組み上げる際にシャフト部７０を貫通するネジで電池モジュール２０を積層し固定することができ、スペーサー６０のシャフト部７０を通し穴として利用することができる。

単電池３０は、例えば、リチウムイオン二次電池であり、正極板、負極板およびセパレータを順に積層した積層型の発電要素（図示せず）がラミネートフィルムなどの外装材３３によって封止されている。単電池３０は、発電要素に一端が電気的に接続されるとともに板状をなす正負の電極タブ３１、３２が外装材３３から外部に導出されている。正負の電極タブ３１、３２は、単電池３０の長手方向（図７において左右方向）の両側に伸びている。積層型の発電要素を備える単電池３０にあっては、電極間の距離を均一に保って電池性能の維持を図るために、発電要素に圧力を掛けて押さえる必要がある。このため、単電池３０は、発電要素が押さえつけられるようにケース２１に収納される。

次に電池モジュール２０の製造方法を説明する。

図８は、電池モジュール２０の製造方法を示す概略図である。図９は、電池モジュール２０の製造方法を示す概略断面図である。

図８および図９に示すように、まず、治具ベース１００上にスペーサー６０を保持する。治具ベース１００上面には、スペーサー６０に備えられている中空形状のシャフト部７０に合致したロケートピン１１０が形成されている。ロケートピン１１０をスペーサー６０のシャフト部７０に貫通させつつ、治具ベース上にスペーサー６０を固定する。ロケートピン１１０を設置したシャフト部７０の高さよりも高く形成することによって、アッパーケース２３の位置決めを容易にすることができる。

次に、ロアケース２２の貫通孔２４をシャフト部７０に通しながら挿入させ、スペーサー６０上にロアケース２２を固定する。このとき、シャフト部７０の基部に抜け止めストッパー７７が備えられているとロアケース２２を係止めすることができる。

次に、セルユニット４０の貫通孔４５をシャフト部７０に通しながら挿入させ、ロアケース２２上にセルユニット４０を固定する。

次に、アッパーケース２３の端通行２４をシャフト部７０に通しながら挿入させ、セルユニット４０上にアッパーケース２２を固定する。ここで、図９に示すようにロケートピン１１０をアッパーケース２２から突出するように高く形成することによって、アッパーケース２２の位置決めを容易にすることができる。

次に、図示しないカシメ装置によって、アッパーケース２３の縁部２３ａを、ロアケース２２の縁部２２ｃに巻き締めし、アッパーケース２３およびロアケース２２を相互に締結する。

そして、電池モジュール２０を治具ベース１００から取り外すことにより、電池モジュール２０の一連の製造工程が完了する。

スペーサー６０にスリーブの機能を有するシャフト部７０を設けることによって、ワークの部品数を少なくすることができ、電池モジュール２０の製造時間を短縮することができる。また、電池モジュール群２５のスペーサー６０を電池モジュール２０に備えることによって、電池モジュール２０の各部品の寸法誤差によって発生するゆがみがあったとしても、治具ベース１００のロケートピン１１０から簡単に電池モジュール２０を取り外すことができ、製造時間を短縮することができる。

１１ 組電池、
２０ 電池モジュール、
２２ ロアケース、
２３ アッパーケース、
３０ 単電池、
４０ セルユニット、
６０ スペーサー、
７０ シャフト部、
１００ 治具ベース、
１１０ ロケートピン。

Claims (6)

1. 組電池を組み立てる単位ユニットをなす電池モジュールであって、
   単電池を含むセルユニットと、
   前記セルユニットを挟んで互いに対向する対向面をそれぞれ有し、相互に締結されて、前記対向面の間に前記セルユニットを収納する第１と第２のケースと、
   前記セルユニットに設けられた貫通孔および前記第１と第２のケースの一方の対向面に設けられた貫通孔に挿通すると共に、先端が前記第１と第２のケースの他方の対向面の内側面を受けるシャフト部と、
   前記シャフト部と一体に形成され、組み立てられる前記電池モジュール同士の間に介在するスペーサーと、を有していることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記スペーサーと一体に形成された前記シャフト部は、前記シャフト部が挿通する方の前記ケースを係合する抜け止めストッパーを前記シャフト部の基部に備えることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記スペーサーと一体に形成された前記シャフト部は中空形状であることを特徴とする請求項１または２に記載の電池モジュール。
4. 組電池を組み立てる単位ユニットをなす電池モジュールの製造方法であって、
   複数の単電池を含むセルユニットを準備する段階と、
   前記セルユニットを挟んで互いに対向する対向面をそれぞれ有する第１と第２のケースで形成する収納空間内に前記セルユニットを収納する段階と、
   組み立てられる前記電池モジュール同士の間に介在するスペーサーと一体に形成されたシャフト部を、前記セルユニットに設けられた貫通孔および前記第１と第２のケースの一方の対向面に設けられた貫通孔に挿通する段階と、
   前記シャフト部の先端が前記第１と第２のケースの他方の対向面の内側面を受ける段階と、
   前記第１と第２のケースを締結する段階と、
   を有することを特徴とする電池モジュールの製造方法。
5. 前記挿通する段階は、前記スペーサーと一体に形成された前記シャフト部が、前記シャフト部の基部に備えた抜け止めストッパーによって、前記シャフト部が挿通する方の前記ケースを係合することを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール製造方法。
6. 前記スペーサーと一体に形成された前記シャフト部は中空形状であり、
   前記挿通する段階の前に、巻き締め治具に備えられているロケートピンに前記シャフト部を貫通させた状態で、前記スペーサーを前記巻き締め治具にセットすることを特徴とする請求項４または５に記載の電池モジュールの製造方法。

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