JP6171925B2 - 電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池体を一体化した電池モジュールの製造方法に関する。

複数の電池セルを並設した電池モジュールとしては、例えば、特許文献１が知られている。特許文献１に記載の電池モジュールは、電池ホルダに保持された電池セルを積層して構成されている。

特開２００７−２９９５４４号公報

ところで、電池モジュールの製造時に電池セルを積層していくと、各電池セルに相対的な位置ずれが生じる場合がある。各電池セルに相対的な位置ずれが生じたまま電池モジュールを筐体などの被固定部材に接合する場合、積層した電池セルの一部が被固定部材から離間する方向に位置ずれした状態で接合され、電池モジュールが占有する領域が大きくなる。

本発明の目的は、被固定部材と対向する電池体の一面の相対的な位置ずれを抑制することができる電池モジュールの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する電池モジュールの製造方法は、少なくとも電池セルを有する電池体を複数並設して一体化するとともに、前記複数の電池体の一面のそれぞれが被固定部材の一面と対向した状態で前記被固定部材に固定される電池モジュールの製造方法であって、前記電池体は、前記電池セルと、前記電池セルを収容する収容部を有した電池ホルダと、前記電池セルと熱的に結合される伝熱プレートとを備え、前記伝熱プレートは、平板状の本体と、該本体の一端から直角に屈曲する矩形平板状の屈曲部とを有し、前記本体は、前記電池セルの厚み方向に前記電池セルと隣り合った状態で前記収容部に配置されるとともに、前記屈曲部は、前記電池ホルダの外面を覆う位置に配置されており、前記複数の電池体の並設方向に沿うように延伸され、前記電池ホルダの外面に配置された前記屈曲部に接する第２の壁部と、前記複数の電池体の並設方向に沿うように延伸され、前記屈曲部が配置された前記外面とは反対側の前記電池ホルダの外面に接する第１の壁部とからなる一対の壁部を移動規制部材として用い、前記電池体を前記一対の壁部の間に挿入し、前記第２の壁部の内面によって前記屈曲部の厚み方向の移動を規制した状態で、前記一対の壁部の長さ方向における一端側から他端側に移動させる工程を繰り返して前記複数の電池体を並設し、前記一対の壁部の間において並設された前記複数の電池体の並設方向に拘束荷重を加えて一体化することを要旨とする。

これによれば、移動規制部材によって複数の電池体の一面の相対的な位置ずれが抑制された状態で複数の電池体が一体化される。このため、本発明の電池モジュールの製造方法を使って製造した電池モジュールは、複数の電池体の一面の相対的な位置ずれが少ない。

これによれば、伝熱プレートの一面の相対的な位置ずれが抑制されることで、各伝熱プレートの一面と被固定部材の一面との距離の差が小さくなり、電池セル間の温度差が小さくなる。
上記電池モジュールの製造方法について、前記伝熱プレートの前記屈曲部を前記電池ホルダの前記外面と面一となるように配置することを要旨とする。
上記電池モジュールの製造方法について、前記複数の電池体を並設した後に、前記複数の電池体の並設方向両端に一対のエンドプレートを配置し、ボルトとナットによって前記一対のエンドプレート及び前記複数の電池体を拘束する拘束荷重を加えることにより、前記複数の電池体を一体化することを要旨とする。

上記電池モジュールの製造方法について、前記移動規制部材は、前記電池モジュールが収容される筐体であることが好ましい。
これによれば、電池モジュールが収容される筐体を移動規制部材として兼用することができる。

上記電池モジュールの製造方法について、前記移動規制部材は、前記一対の壁部の間に前記電池体を並設するとともに並設された前記電池体を一体化した後に外される治具であることが好ましい。

これによれば、電池体を壁部の間に配置した状態で一体化することで電池モジュールを製造することができ、電池モジュールの製造が容易となる。

本発明によれば、被固定部材と対向する電池体の一面の相対的な位置ずれを抑制することができる。

実施形態における電池パックを示す斜視図。 実施形態における電池モジュールを示す斜視図。 実施形態における電池セル、電池ホルダ、伝熱プレート及びエンドプレートの分解斜視図。 実施形態における電池モジュールを示す断面図。 実施形態における電池モジュールの製造工程を示す図。 実施形態における電池モジュールの製造工程を示す図。

以下、電池モジュールの製造方法の一実施形態について説明する。
図１に示すように、電池パック１０は、筐体１１を有しており、筐体１１には複数の電池モジュール２１が収容されている。筐体１１は、四角箱状をなしており、矩形平板状の底板１２と、底板１２の周縁から立設する矩形平板状の側壁１３と、側壁１３によって囲まれる開口部を閉塞する矩形平板状の天板１４と、を有している。

図２及び図３に示すように、電池モジュール２１は、並設された複数の電池体２２を有している。電池体２２は、電池セル２３（例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素蓄電池などの二次電池）と伝熱プレート２８が電池ホルダ２４に保持されることで構成されている。電池体２２を並設することで、電池セル２３と伝熱プレート２８は交互に並設されている。本実施形態の電池セル２３は、角型電池である。電池モジュール２１における電池体２２の並設方向両端には、エンドプレート２５が設けられている。両エンドプレート２５には、ボルトＢが挿通されている。ボルトＢは、一方のエンドプレート２５から他方のエンドプレート２５に向けて挿通されるとともに、他方のエンドプレート２５を挿通した位置でナットＮに螺合されている。これにより、各電池セル２３（電池体２２）には、エンドプレート２５からの拘束荷重が加えられている。

図３に示すように、電池ホルダ２４は、矩形平板状の第１の被覆部３１を有している。第１の被覆部３１の長手方向両端（第１の被覆部３１における長手方向と交わる方向に延びる端部）には、第１の被覆部３１の厚み方向に延びる矩形平板状の第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３が設けられている。第３の被覆部３３は、第２の被覆部３２に比べて薄く形成されている。第２の被覆部３２の長手方向第１端部３２ａ（第１の被覆部３１が設けられる端部とは反対側の端部）と、第３の被覆部３３の長手方向第１端部３３ａ（第１の被覆部３１が設けられる端部とは反対側の端部）には、各被覆部３２，３３の短手方向第１端部３２ｂ、３３ｂの間で延びる矩形平板状の第４の被覆部３４が設けられている。第４の被覆部３４は、厚み方向が各被覆部３２，３３の短手方向と一致し、長手方向が第２の被覆部３２と第３の被覆部３３の対向方向に一致する。そして、第４の被覆部３４の厚み方向及び長手方向に直交する方向が、第４の被覆部３４の短手方向となる。第１の被覆部３１、第２の被覆部３２、第３の被覆部３３に囲まれる領域は、電池セル２３が収容される収容部Ｓとなる。

第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３の長手方向第１端部３２ａ，３３ａには、各被覆部３２，３３と連設され、各被覆部３２，３３の長手方向に延びる矩形平板状の突出部３５が設けられている。また、第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３の長手方向第２端部３２ｃ、３３ｃには、四角柱状の脚部３６が設けられている。脚部３６の軸は、被覆部３２，３３の短手方向に延びている。脚部３６には、ボルトＢが挿通される挿通孔３６ａが脚部３６の軸方向に貫通して設けられている。

第４の被覆部３４の長手方向両端における第４の被覆部３４の短手方向の一端面上には、Ｕ字状をなすとともに、第４の被覆部３４の厚み方向に開口する端子収容部３７がそれぞれ設けられており、各端子収容部３７は、第２の被覆部３２及び第３の被覆部３３に連設されている。

第４の被覆部３４の短手方向の一端面上には、端子収容部３７と隣り合って四角柱状の柱部材３８が設けられている。柱部材３８の軸は、被覆部３２，３３の短手方向に延びている。柱部材３８には、ボルトＢが挿通される挿通孔３８ａが柱部材３８の軸方向に貫通して設けられている。

エンドプレート２５は、矩形板状の基部４１と、ボルトＢが挿通される挿通孔４２ａが形成された４つのボルト挿通部４２を有している。
伝熱プレート２８は、金属製の板材をＬ字状に屈曲させることで形成されており、矩形平板状の本体５１と、本体５１の長手方向一端から直角に屈曲する矩形平板状の屈曲部５２とを有している。本体５１は、電池セル２３の厚み方向に電池セル２３と隣り合った状態で収容部Ｓに設けられており、電池セル２３と熱的に結合されている。屈曲部５２は、第３の被覆部３３の外面（第３の被覆部３３の厚み方向の面において収容部Ｓとは反対側の面）を覆っている。

図４に示すように、電池モジュール２１は、エンドプレート２５に設けられたブラケット２７が側壁１３に固定されることで側壁１３に固定されている。
電池モジュール２１においては、それぞれの電池体２２の屈曲部５２の固定面５３（屈曲部５２の厚み方向の面における第３の被覆部３３とは反対側の面）は、面一となっている。電池モジュール２１は、屈曲部５２の固定面５３が、被固定部材としての側壁１３の被固定面１５（筐体１１の内面）と対向するように配置されている。したがって、電池モジュール２１と被固定面１５との対向方向と、屈曲部５２の厚み方向は同一方向となる。本実施形態において、電池体２２における一面は、固定面５３であり、被固定部材における一面は被固定面１５となる。各電池体２２の固定面５３と、側壁１３の被固定面１５との間には、熱伝導部材６１（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）が設けられており、電池モジュール２１の固定面５３は、熱伝導部材６１を介して被固定面１５に対向している。熱伝導部材６１は、両面（電池体２２の固定面５３に対向する面及び被固定面１５に対向する面）に粘着性を有しており、本実施形態では、ブラケット２７と、熱伝導部材６１によって電池モジュール２１が側壁１３に固定されている。そして、電池モジュール２１が固定されることで、固定面５３が被固定面１５と対向した状態で固定されている。

次に、本実施形態の電池モジュール２１の製造方法の一工程である電池体２２を一体化する工程について説明する。
図５及び図６に示すように、電池セル２３及び伝熱プレート２８を電池ホルダ２４に保持させた電池体２２を並設していく。このとき、移動規制部材としてのＵ字状の治具７１を用いて、各電池体２２の相対的な位置ずれを抑制している。治具７１は、矩形状の底部７２を有しており、底部７２の短手方向両端（底板７２の短手方向と交わる方向に延びる端部）からは、第１の壁部７３と第２の壁部７４（一対の壁部）が立設している。第１の壁部７３と第２の壁部７４の互いに対向する面を内面７３ａ，７４ａとすると、第１の壁部７３の内面７３ａと第２の壁部７４の内面７４ａ間の距離は、電池体２２における第２の被覆部３２の外面（第２の被覆部３２の厚み方向の面における収容部Ｓとは反対側の面）と屈曲部５２の固定面５３との間の距離よりも僅かに長い。なお、第１の壁部７３の内面７３ａと第２の壁部７４の内面７４ａ間の距離とは、第１の壁部７３と第２の壁部７４を最短距離で結ぶ仮想線の長さであり、電池体２２における第２の被覆部３２の外面と屈曲部５２の固定面５３との間の距離とは、第２の被覆部３２の外面と屈曲部５２の固定面５３とを最短距離で結ぶ仮想線の長さである。また、底部７２の長手方向の寸法は、電池モジュール２１の全長（電池体２２の並設方向の長さ）よりも長い。なお、第２の被覆部３２の外面は、電池モジュール２１における固定面５３とは反対側の面である。したがって、第１の壁部７３と第２の壁部７４は、固定面５３と固定面５３とは反対側の面を挟んでいる。そして、第２の壁部７４の内面７４ａは、固定面５３と対向する基準面となる。

電池体２２は、治具７１の壁部７３，７４間で並設されていく。このとき、電池体２２は、壁部７３，７４間での移動が規制されており、伝熱プレート２８は、屈曲部５２の厚み方向（固定面５３の対向方向）へ位置ずれしにくい。したがって、屈曲部５２の固定面５３は、第２の壁部７４の内面７４ａに沿って位置合わせされ、面一となっている。

そして、電池体２２を並設した後に、エンドプレート２５を配置し、ボルトＢによってエンドプレート２５及び電池体２２を拘束することで、電池体２２を一体化する。これにより、屈曲部５２の固定面５３が面一となった電池モジュール２１を製造することができる。

次に、上記した電池モジュール２１の作用について説明する。
電池モジュール２１が占有する領域が多い場合、筐体１１の全体を大型化したり、筐体１１内に他の部材を配置しにくいなどの問題が生じるおそれがある。電池パック１０は、例えば、車両などに搭載され、搭載領域が限られていることから、電池パック１０をなるべく小型化することが望ましく、電池モジュール２１が占有する領域を小さくすることが望ましい。

本実施形態の電池モジュール２１は、製造時に、各固定面５３の相対的な位置ずれが生じにくい状態で電池体２２が一体化されている。このため、筐体１１の側壁１３に電池モジュール２１を固定したときに、一部の電池体２２が固定面５３と被固定面１５との対向方向に突出しにくくなる。言い換えると、一部の電池体２２が他の電池体２２より被固定面１５から離れた位置に配置されにくくなる。このため、電池モジュール２１が占有する領域を少なくすることが可能となる。

また、電池セル２３が発した熱は、伝熱プレート２８を介して側壁１３に伝導する。このとき、一部の電池体２２の固定面５３と、被固定面１５との間の距離に差があると、各電池セル２３における放熱性に差が生じ、電池セル２３間に温度差が生じるおそれがある。本実施形態では、固定面５３が面一となっており、各電池セル２３と熱伝導部材６１の間及び熱伝導部材６１と被固定面１５との間に隙間が形成されることなく、各電池セル２３及び熱伝導部材６１を被固定面１５に固定することができる。したがって、各電池セル２３の放熱性に差が生じにくく、各電池セル２３間の温度差を小さくすることができる。したがって、各電池セル２３の寿命の差が小さくなり、電池モジュール２１の寿命を長くすることができる。

また、本実施形態のように電池セル２３を加圧している場合、電池体２２が位置ずれしていると、電池セル２３の角部が隣り合う電池セル２３の厚み方向の面に当接して、電池セル２３の一部に荷重が集中し、電池セル２３の破損の原因となる。各電池体２２の相対的な位置ずれを抑制することで、電池セル２３の角部が隣り合う電池セル２３に当接することが抑制され、電池セル２３が破損することを抑制することができる。

したがって、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電池体２２は、固定面５３の相対的な位置ずれが抑制された状態で一体化されている。このため、電池体２２の固定面５３の相対的な位置ずれが少ない状態で電池モジュール２１を製造することができる。結果として、電池モジュール２１を側壁１３に固定したときに、被固定面１５の対向方向へ一部の電池体２２が突出することが抑制されている。このため、電池モジュール２１が占有する領域が少なく、省スペース化が図られる。

（２）伝熱プレート２８の屈曲部５２を固定面５３とすることで、電池セル２３が発した熱を伝熱プレート２８を介して側壁１３に伝導させることができる。固定面５３は面一となっているため、固定面５３と被固定面１５との距離の差が小さく、電池セル２３の温度差が小さくなる。

（３）Ｕ字状の治具７１を移動規制部材として用いているため、治具７１の壁部７３，７４間に電池体２２を挿入していくことで位置ずれを抑制した状態で電池体２２を並設することができる。このため、壁部７３，７４間に電池体２２を配置した状態で電池体２２を一体化することで、容易に電池モジュール２１を製造することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○各電池体２２の固定面５３は、面一でなくてもよく、製造上の寸法誤差や、電池セル２３の放熱性に影響を与えない範囲内であれば、若干の位置ずれが生じていてもよい。

○実施形態では、治具７１を移動規制部材として用いたが、筐体１１を用いてもよい。具体的にいえば、側壁１３などの壁面（内面又は外面）を基準面として、この基準面に固定面５３を押しつけた状態で電池体２２を一体化してもよい。この場合、筐体１１を移動規制部材として兼用することができる。また、筐体１１以外であっても基準面に向けて固定面５３を押しつけながら電池体２２を一体化することができれば、どのような部材であっても移動規制部材として用いることができる。

○実施形態の治具７１の基準面となる第２の壁部７４の内面７４ａに各電池体２２の固定面５３を押しつけた状態で各電池体２２を一体化してもよい。この場合、治具７１は、第１の壁部７３を有していなくてもよい。また、各電池体２２における固定面５３と、固定面５３とは反対側の面との間の距離が等しい（製造上の誤差程度あれば許容する）場合には、治具７１の第１の壁部７３の内面７３ａ（基準面）に各電池体２２における固定面５３とは反対側の面を押しつけた状態で各電池体２２を一体化してもよい。この場合、治具７１は、第２の壁部７４を有していなくてもよい。

○実施形態の熱伝導部材６１は、粘着性を有していなくてもよい。
○電池体２２は、電池セル２３を有していればよく、伝熱プレート２８や電池ホルダ２４を有していなくてもよい。

○電池セル２３は、円筒形電池やラミネート型の電池であってもよい。
○被固定部材は、産業車両に搭載されるカウンタウェイトなどであってもよい。
○電池体２２は、金属製のバンドなどによって一体化されていてもよい。

○固定面５３は、被固定面１５と対向していればよく、実施形態のように熱伝導部材６１などの介在物を介して対向していてもよいし、介在物が設けられていない状態で固定面５３と被固定面１５が対向していてもよい。

○ブラケット２７のみで電池モジュール２１が側壁１３に固定されていてもよいし、粘着性を有する熱伝導部材６１（接着剤）のみで電池モジュール２１が側壁１３に固定されていてもよい。

○電池体２２の固定面５３と、被固定面１５との間に、若干の隙間が形成されていてもよい。

１１…筐体、１３…側壁、１５…被固定面、２１…電池モジュール、２２…電池体、２３…電池セル、２８…伝熱プレート、５３…固定面、７１…治具、７３…第１の壁部、７４…第２の壁部。

Claims (5)

1. 少なくとも電池セルを有する電池体を複数並設して一体化するとともに、前記複数の電池体の一面のそれぞれが被固定部材の一面と対向した状態で前記被固定部材に固定される電池モジュールの製造方法であって、
   前記電池体は、前記電池セルと、前記電池セルを収容する収容部を有した電池ホルダと、前記電池セルと熱的に結合される伝熱プレートとを備え、
   前記伝熱プレートは、平板状の本体と、該本体の一端から直角に屈曲する矩形平板状の屈曲部とを有し、前記本体は、前記電池セルの厚み方向に前記電池セルと隣り合った状態で前記収容部に配置されるとともに、前記屈曲部は、前記電池ホルダの外面を覆う位置に配置されており、
   前記複数の電池体の並設方向に沿うように延伸され、前記電池ホルダの外面に配置された前記屈曲部に接する第２の壁部と、前記複数の電池体の並設方向に沿うように延伸され、前記屈曲部が配置された前記外面とは反対側の前記電池ホルダの外面に接する第１の壁部とからなる一対の壁部を移動規制部材として用い、
   前記電池体を前記一対の壁部の間に挿入し、前記第２の壁部の内面によって前記屈曲部の厚み方向の移動を規制した状態で、前記一対の壁部の長さ方向における一端側から他端側に移動させる工程を繰り返して前記複数の電池体を並設し、
   前記一対の壁部の間において並設された前記複数の電池体の並設方向に拘束荷重を加えて一体化することを特徴とする電池モジュールの製造方法。
2. 前記伝熱プレートの前記屈曲部を前記電池ホルダの前記外面と面一となるように配置する請求項１に記載の電池モジュールの製造方法。
3. 前記複数の電池体を並設した後に、前記複数の電池体の並設方向両端に一対のエンドプレートを配置し、ボルトとナットによって前記一対のエンドプレート及び前記複数の電池体を拘束する拘束荷重を加えることにより、前記複数の電池体を一体化する請求項１又は請求項２に記載の電池モジュールの製造方法。
4. 前記移動規制部材は、前記電池モジュールが収容される筐体であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
5. 前記移動規制部材は、前記一対の壁部の間に前記電池体を並設するとともに並設された前記電池体を一体化した後に外される治具であることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。