JP6443951B2 - 電池の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池などの単位電池の製造方法、及び、このような単位電池を複数用いて構成される電池モジュールに関する。
リチウムイオン二次電池は、モバイルフォン、デジタルカメラなどの携帯用小型機器の電源に用いられる蓄電デバイスとして普及してきたが、近年は電動バイク、電気自転車などの移動手段の電源や、住宅や商業施設などの電源として用いられるなど、大型で大容量かつ大電流の電源においても需要が拡大している。
とりわけ、可撓性フィルムを外装材として用いたリチウムイオン二次電池は、軽量で安全性が高く、高密度実装にも適しているという点で注目されている。このような可撓性フィルムを外装材として用いたリチウムイオン二次電池を、複数用いて組電池とした電池モジュールは、樹脂製、金属製あるいはこれらを組み合わせたモジュールケースに収納されて用いられる。
このとき、組電池とモジュールケースは、可撓性フィルム外装材から引き出されている正極端子や負極端子にネジ止め用の孔をあけ、これにネジを挿通するなどして相互に固定されている。例えば、このような構造については、特許文献1(特開2004−339485号公報)に開示されている。
なお、上記のように、可撓性フィルム外装材に収容される蓄電素子としては、リチウムイオン二次電池以外に、電気二重層キャパシタや、リチウムイオンキャパシタなどが挙げることができる。
特開2004−39485号公報 特開2003−257408号公報 WO2006068379号公報 特開2004−63278号公報
特許文献1(特開2004−39485号公報)記載の発明では、二次電池の端子に予め設けられた貫通孔と、外装ケースに予め設けられたネジ孔とを合わせ、前記貫通孔にネジなどを挿通することで、二次電池とモジュールケースとを締結固定している。このとき、貫通孔とネジ孔位置関係が正確に一致しない場合には、ラミネートフィルム外装材が可撓性を有するため、ラミネートフィルム外装材が変形された状態で二次電池が固定されることとなる。
ところが、ラミネートフィルム外装材が変形された状態で二次電池がモジュールケースに固定されていると、モジュールに振動や衝撃が加わることで、ラミネートフィルム外装材にも様々な力が加わって、特に、外装材における正極端子や負極端子が外部に引き出されている箇所が破断したりしやすい状態となり、問題であった。また、ラミネートフィルム外装材内で端子と接続している箔状の集電タブにも力が加わり、当該集電タブを破断させてしまうおそれがある、という問題があった。
なお、特許文献2(特開2003−257408号公報)記載の発明では、振動や衝撃に対して耐久性を上げるために、集電タブと電極端子との接続をネジによる固定としている。しかしながら、特許文献2に記載されている発明では、箔状の集電タブに孔をあけることによって、箔状の集電タブに電極端子を兼ねるネジを挿通しているので、箔状の集電タブがより破断しやすくなる、という問題がある。
また、特許文献3(WO2006068379号公報)記載の発明では、電池セル同士の固定を強固にするために、電極端子に所定の形状の孔を形成するものである。ラミネートフィルムを外装とする電池は、1つ1つの電池によって電極端子のラミネート電池から引き出される位置、引き出される長さ、引き出される向きなどの位置関係が異なる。したがって、特許文献3に開示される発明のように、電極端子の幅と高さとを基準に孔が形成されると、各セル間の孔の位置関係がばらつき、ラミネートフィルム外装材を変形させないとセル同士を固定できなくなり、ラミネートの切れや箔状の集電タブが破断するおそれがある。また、孔の位置合わせの際にラミネートフィルム外装材が変形しないように、固定するネジなどの径に対して、孔の大きさを十分に大きくした場合には、衝撃や振動に伴ってモジュールケース内で組電池が動きやすくなってしまい、やはりラミネートフィルムの変形や、それに伴うラミネートフィルム、集電タブ、電極端子の破断の可能性が高くなってしまう。
また、特許文献4(特開2004−63278号公報)記載の発明では、電池のシール性及び放熱性を高めるために、電極端子とラミネートフィルム外装材とが重なる部分に予め電極端子の欠損部を形成し、ネジと狭掴部材で固定するものである。特許文献4記載の発明は、電極端子とモジュールケースとの固定には触れておらず、衝撃が加わったときの組電池の箔状の集電タブや、ラミネートフィルムの破断を防ぐことについて一切考慮されていない。
本発明は、上記のような問題を解決するものであって、本発明に係る電池の製造方法は、可撓性を有する外装材から正極引き出しタブ及び負極引き出しタブが引き出された電池の製造方法であって、前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブの位置を基準として余剰の前記外装材を切断することで、前記電池の周縁の角部に基準部を形成する工程と、前記基準部を形成した後に、前記外装材から引き出された状態の前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブに対して、前記基準部に基づいて孔を穿孔する工程と、を含む。
また、本発明に係る電池の製造方法は、可撓性を有する外装材から正極引き出しタブ及び負極引き出しタブが引き出され、前記正極引き出しタブ又は前記負極引き出しタブに継ぎ足しタブ部材が接続された電池の製造方法であって、前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブの位置を基準として余剰の前記外装材を切断することで、前記電池の周縁の角部に基準部を形成する工程と、前記基準部を形成した後に、前記外装材から引き出された状態の前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブ、前記継ぎ足しタブ部材に対して、前記基準部に基づいて孔を穿孔する工程と、を含む。
本発明に係る電池の製造方法においては、外装材の基準部に基づいて、正極引き出しタブ及び負極引き出しタブに、固定に用いる孔を穿孔するので、このような本発明に係る電池の製造方法によれば、電池モジュールの収容体などに単位電池を固定する際、外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したりする確率を抑制することができる電池を製造することが可能となる。
また、本発明に係る電池モジュールにおいては、外装材の基準部と正極引き出しタブに形成された孔の位置との間の第1距離と、外装材の基準部と負極引き出しタブに形成された孔の位置との間の第2距離と、が収容体に収容される全ての単位電池で等しいので、このような本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールの収容体などに、外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、単位電池の外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したりする確率を抑制することができる。
電池モジュールを構成する単位電池100及びその予備加工工程を示す図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の製造工程を説明する図である。 単位電池の基準部を説明する図である。 固定に用いる孔を引き出しタブに穿孔する穿孔工程を説明する図である。 固定に用いる孔を引き出しタブに穿孔する穿孔工程を説明する図である。 固定に用いる孔を引き出しタブに穿孔する穿孔工程を説明する図である。 電池モジュールを構成する上で用いられる単位電池収容体800を説明する図である。 電池モジュールを構成する上で用いられる単位電池収容体800を説明する図である。 第1コネクタ828の単位電池収容体800への取り付けを説明する図である。 第2コネクタ840のコネクタ取り付けパネル847への取り付けを説明する図である。 コネクタ取り付けパネル847の単位電池収容体800への取り付けを説明する図である。 単位電池収容体800に取り付けられた第2コネクタ840正面図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールの製造工程を説明する図である。 電池モジュールを分解的に示す斜視図である。 電池モジュール1000を示す斜視図である。 バッテリー管理回路ユニット1100の製造工程を説明する図である。 バッテリー管理回路ユニット1100の製造工程を説明する図である。 バッテリー管理回路ユニット1100の製造工程を説明する図である。 バッテリー管理回路ユニット1100を示す図である。 ラック部材1200の構成を示す斜視図である。 ラック部材1200から天板1220と第2側板1240を取り外した状態を示す図である。 ラック部材1200を図33のFの方向からみた正面図である。 電池モジュール1000の装着を説明する図である。 電池モジュール1000の第2コネクタ840周辺の構成を説明する図である。 本発明の実施形態に係る蓄電装置1300を示す図である。 仮想面Pと押さえ板1260との位置関係を説明する図である。 他の実施形態に用いる単位電池100及びその予備加工工程を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1は電池モジュールを構成する単位電池100及びその予備加工工程を示す図である。この単位電池100としては、リチウムイオンが負極と正極とを移動することにより充放電が行われる、電気化学素子の1種であるリチウムイオン二次単位電池が用いられる。
図1(A)は予備加工を施していない単位電池100を示している。単位電池100の電池本体部110は、複数のシート状正極と複数のシート状負極とがセパレータを介して積層された電極積層体、および電解液(いずれも図示しない)が、平面視で矩形のラミネートフィルム外装材内に収容された構造となっている。そして、電池本体部110の一方の端部(辺)からは正極引き出しタブ120が、また、前記一方の端部と対向する他方の端部(辺)からは負極引き出しタブ130が引き出されている。上記のような複数のシート状正極電極と複数のシート状負極電極とがセパレータを介して積層された積層方向をシート厚方向として定義する。
正極引き出しタブ120及び負極引き出しタブ130は、いずれも平面状で、ラミネートフィルム外装材内において、それぞれ、シート状正極電極の正極集電タブ、シート状負極電極の負極集電タブと直接またはリード体などを介して接続されている。ラミネートフィルム外装材は、熱融着樹脂層を有する金属ラミネートフィルムにより構成されている。より具体的には、例えば2枚の金属ラミネートフィルムが、熱融着樹脂層同士を相対して重ねられてラミネートフィルム外装材を構成し、シート状正極電極、シート状負極電極およびセパレータを有する電極積層体や電解液を、内部に収容した状態でラミネートフィルム外装材の外周辺が熱シールされることで、その内部が密閉されている。
ここで、ラミネートフィルム外装材よりなる電池本体部110から引き出される正極引き出しタブ120や負極引き出しタブ130などの金属片は、「引き出しタブ」と称することとし、ラミネートフィルム外装材の内側でセパレータや電解液などを介して積層されているシート状正極電極やシート状負極電極を「電極」と称する。
なお、電極積層体には、上記のように複数のシート状正極電極と複数のシート状負極電極とがセパレータを介して積層したものの他に、シート状正極電極とシート状負極電極とがセパレータを介し積層したものを巻回し、これが圧縮されることにより積層体をなすものも含まれる。
上記のような単位電池100においては、正極引き出しタブ120の材質としてはアルミニウムまたはアルミニウム合金が、また、負極引き出しタブ130の材質としては、ニッケル、他の金属にニッケルメッキを施した材料(ニッケルメッキ材。例えば、ニッケルメッキをした銅など)、ニッケルと他の金属のクラッド(ニッケルクラッド材。例えば、ニッケル−銅クラッドなど)が一般的に用いられている。本実施形態においては、アルミニウム製の正極引き出しタブ120が、また、ニッケルメッキをした銅からなる負極引き出しタブ130がそれぞれ用いられている。
以上のように構成される単位電池100に対して、電池モジュールに組み込み前段としての予備加工を実施する。まず、図1(B)に示すように、銅製の継ぎ足しタブ部材140を、溶着部143で超音波溶着することで、正極引き出しタブ120に接続する。このような継ぎ足しタブ部材140を用いる理由について説明する。
本発明に係る電池モジュールを構成する上では、単位電池100の正極引き出しタブ120と、この単位電池100に隣り合う単位電池100の負極引き出しタブ130とを、ネジによって機械的に銅製のバスバーに固着することで、電気接続を行うようにする。
ここで、単位電池100のアルミニウムを含む正極引き出しタブ120と、銅製のバスバーとを機械的に固着させる構成では、電位差の問題により所定の年月が経過した後の導電性が劣化する可能性がある。
そこで、本発明に係る電池モジュールにおいては、上述のように、単位電池100の正極引き出しタブ120には、銅製の継ぎ足しタブ部材140を溶着により接合しておく。そして、銅製の継ぎ足しタブ部材140と、バスバーとを機械的に固着することによって、電位差による導電性劣化の問題を解決する。このような構成によれば、機械的な電気接続部では、同種の金属材料による電気接続となり、電位差の問題がなく、年月の経過による導電性の劣化が発生することがほとんどなくなる。
続く、図1(C)の工程においては、正極引き出しタブ120に位置合わせ貫通孔124を設け、正極引き出しタブ120に継ぎ足された継ぎ足しタブ部材140に貫通孔145を設け、負極引き出しタブ130に位置合わせ貫通孔134及び貫通孔135を設ける。これらの貫通孔のうち、正極引き出しタブ120の位置合わせ貫通孔124及び負極引き出しタブ130の位置合わせ貫通孔134については、単位電池100を後に詳しく説明する単位電池収容体800にセットする際に利用する。
単位電池収容体800には単位電池位置合わせ突起部860が設けられているが、単位電池100を単位電池収容体800に載置する際には、単位電池位置合わせ突起部860を位置合わせ貫通孔124、位置合わせ貫通孔134に貫通させるようにすれば、簡単に単位電池100を単位電池収容体800にセッティングすることが可能となり、製造効率がよい。
また、継ぎ足しタブ部材140の貫通孔145、及び、負極引き出しタブ130の貫通孔135については、後述するように(1)単位電池100を単位電池収容体800に機械的に固定するため、(2)単位電池収容体800のバスバーにタブを電気的に接続するため、及び、(3)タブとセンス線、電源線を電気的に接続するために利用される。
図1(D)は予備加工された単位電池100の寸法関係等を説明する図である。本実施形態に係る電池モジュール1000を構成するために用いられる単位電池100は以下のような寸法関係等を有している。
・単位電池100の寸法(引き出しタブを除く):L270mm、W130mm
・引き出しタブの幅:80mm
・正極側の継ぎ足しタブ部材140の貫通孔145:φ5
・負極引き出しタブ130の貫通孔135:φ5
・貫通孔145と貫通孔135との間の距離:350mm
・貫通孔145と貫通孔135に適用するネジ889:M4
・単位電池100の重量:800g
次に、以上のように準備加工される単位電池100の製造から引き出しタブなどへの穿孔工程までをより詳しく説明する。図2は単位電池100の製造のために複数準備される材料の一部を示す図であり、図2(A)は正極電極20を示しており、図2(B)は負極電極30を示しており、図2(C)はセパレータ40を示している。
図2(A)の正極電極20は、アルミニウム製の正極基材23における正極集電タブ24となる部分を除いた両面に、マンガン酸リチウムなどからなる正極活物質である正極合剤が塗布されている正極合剤塗布部26を有している。
また、図2(B)の負極電極30は、銅製の負極基材33における負極集電タブ34となる部分を除いた両面に、黒鉛粉末などからなる負極活物質である負極合剤が塗布されている負極合剤塗布部36を有している。
また、図2(C)のセパレータ40としては、リチウムイオンが通過することが可能な微細な孔が設けられたポレオレフィン系のシート状の材質が用いられる。
図3に示す工程では、上記のような各素材を、例えばしたから順に、負極電極30、セパレータ40、正極電極20、セパレータ40、負極電極30・・・・正極電極20、セパレータ40、負極電極30のように積層する。このようにして構成される、図4に示す積層体においては、最下部、最上部には必ず負極電極30が配されるようにしている。
なお、正極電極20における正極合剤塗布部26、負極基材33における負極合剤塗布部36、及びセパレータ40が積層された状態の積層体を、便宜上、電池要素50と称する。すなわち、電池要素50の一方側からは、複数の正極集電タブ24が延出し、電池要素50の一方側と対向する他方側からは、複数の負極集電タブ34が延出することとなる。
図5に示す工程では、正極側接続部28において、全ての正極集電タブ24と、アルミニウム製の正極引き出しタブ120を接続すると共に、負極側接続部38において、全ての負極集電タブ34と、ニッケルメッキをした銅からなる負極引き出しタブ130を接続する。なお、正極側接続部28や負極側接続部38において、接続性を高めるための補助的な導電性の部材を用いるようにしてもよい。
図6に示す工程では、下に凸の型押しがなされている第1ラミネートフィルム外装材61と、上に凸の型押しがなされている第2ラミネートフィルム外装材62とで、電池要素50を収容する。この時、正極引き出しタブ120及び負極引き出しタブ130とは、第1ラミネートフィルム外装材61及び第2ラミネートフィルム外装材62の外に引き出された状態とされる。第1ラミネートフィルム外装材61及び第2ラミネートフィルム外装材62としては、アルミニウム箔の表裏を樹脂でコーティングしたシートを用いる。
なお、本実施形態では、電池要素50の上下から2枚のラミネートフィルム外装材で挟むようにして、電池要素50を収容する例につき説明しているが、ラミネートフィルム外装材で電池要素50を収容する方法はこの例に限らない。例えば、1枚のラミネートフィルム外装材を折り返し、電池要素50を収容するようにしてもよい。また、1枚のラミネートフィルム外装材で、終端の無い筒を作っておき、この筒の内部に電池要素50を収容するようにしてもよい。
図7に示す工程では、正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130とを、第1ラミネートフィルム外装材61及び第2ラミネートフィルム外装材62の外に引き出された状態で、電解液を注液する開口を残し、ラミネートフィルム外装材の周縁を熱溶着する。次に、前記開口から電解液(不図示)を注液した後、前記開口を接着により封口し、ラミネートフィルム外装材内に電池要素50、正極集電タブ24、負極集電タブ34、電解液(不図示)を封止する。図7における斜線に示す領域は、ラミネートフィルム外装材が熱溶着や接着によって貼り合わされている領域を示している。
次に、図8は、上記のように電池要素50などをラミネートフィルム外装材に封止した後、余剰のラミネートフィルム外装材を、例えば、正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130などの位置を基準として、一点鎖線で切断する切断工程を示している。
図9は、上記切断工程を経て単位電池100を得ることができる。このようにして完成した単位電池100における周縁の4つの角部(斜線部)は、引き出しタブなどに穿孔する穿孔工程で、基準部107として機能するものとなる。このような切断工程は、ラミネートフィルム外装材に基準部を形成する基準部形成工程とも言うことできる。
図10に示された、穿孔工程で用いられる治具80においては、基台81上に、単位電池100の位置決めを行うために用いる位置合わせ基準角部82と、穿孔工程で正極引き出しタブ120と負極引き出しタブ130が載置される正極台座84と負極台座85とが設けられている。
なお、本例では、治具80に設ける位置合わせ基準角部82の数を1つとしているが、これより多く設けるようにしてもよい。
図11は、穿孔工程を行う際、治具80の位置合わせ基準角部82と、単位電池100の基準部107とが完全に当接するようにして、単位電池100を治具80上にセットした様子を示している。
図12の穿孔工程では、上記のようにしてセットされた単位電池100において、正極引き出しタブ120に、後述する収容体に単位電池100を載置する際に用いる位置合わせ貫通孔124と、継ぎ足しタブ部材140に、単位電池100を前記収容体に固定する際に用いる貫通孔145と、負極引き出しタブ130に前記収容体に単位電池100を載置する際に用いる位置合わせ位置合わせ貫通孔134と、単位電池100を前記収容体に固定する際に用いる貫通孔135とを、全て同時に不図示の打ち抜き機でそれぞれの部材を打ち抜き、形成する。
なお、本例では正極側において、継ぎ足しタブ部材140に、単位電池100を前記収容体に固定する際に用いる貫通孔を設けているが、このような貫通孔を直接正極引き出しタブ120に設けるようにしてもよい。
また、本実施形態においては、単位電池100の引き出しタブなどに穿孔する際、全ての孔を同時に形成するようにしているが、治具80をXYステージなどにセットし、XYステージで治具80を移動させながら、順次孔を形成するようにしてもよい。
上記のような工程によれば、単位電池100の基準部107と貫通孔145との間の距離d1、単位電池100の基準部107と貫通孔135との間の距離d2、単位電池100の基準部107と位置合わせ貫通孔1245との間の距離d3、単位電池100の基準部107と位置合わせ貫通孔134との間の距離d4は、電池モジュールを製造する際のいずれの単位電池100についても、等しくなる。
本発明に係る単位電池100の製造方法においては、ラミネートフィルム外装材の基準部107に基づいて、正極引き出しタブ120及び負極引き出しタブ130に、固定に用いる孔を穿孔するので、このような本発明に係る単位電池の製造方法によれば、電池モジュールの収容体などに単位電池100を固定する際、ラミネートフィルム外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、ラミネートフィルム外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したりする確率を抑制することができる単位電池100を製造することが可能となる。
また、本発明に係る電池モジュールにおいては、外装材の基準部107と正極引き出しタブ120に形成された孔の位置との間の第1距離と、外装材の基準部107と負極引き出しタブ130に形成された孔の位置との間の第2距離と、が収容体に収容される全ての単位電池100で等しいので、このような本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールの収容体などに、外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、単位電池100のラミネートフィルム外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したり、する確率を抑制することができる。
次に、準備加工された単位電池100を収容するための単位電池収容体800の詳細な構成について説明する。図13及び図14は電池モジュールを構成する上で用いられる単位電池収容体800を説明する図である。
単位電池収容体800は、ABSなどの合成樹脂製の部材であり、単位電池収容体800においては、単位電池100などが組み付けられ、単位電池100同士などの配線が行われる。
単位電池収容体800は、平板状の基体と、基体の2つの主面である表面および裏面の周縁部に形成された周縁隔壁部と、を有する。周縁隔壁部は、基体表面側に設けられた第1面周縁隔壁部と、基体裏面側に設けられた第2面周縁隔壁部と、から構成されている。ここで、図13は単位電池収容体800の基体表面側を斜視的にみた図であり、図14は単位電池収容体800の基体裏面側を斜視的にみた図である。図13に示されている基体表面側の電池収容体の主面を第1面801、また、図14に示されている基体裏面側の電池収容体の主面を第2面812として、以下、説明する。
第1面801においては、基体表面の周縁を囲むように、基体表面から垂直方向に立設した第1面周縁隔壁部802が設けられている。この第1面周縁隔壁部802で囲まれた内側のエリアは、後述するカバー体によって遮蔽される。
また、第1面801における第1面周縁隔壁部802で囲まれた内側のエリアにおいては、基体表面から垂直方向に立設した第1面区画分け隔壁部803が設けられており、第1面内で互いに隣接する単位電池100の間の隔壁を成し、単位電池100を収容する独立した収容室を供するようになっている。また、第1面区画分け隔壁部803は、一列に配列される端部に位置する単位電池100の隔壁としても機能する。第1面区画分け隔壁部803により、第1面801側においては、第1電池収容室807、第2電池収容室808、第3電池収容室809、第4電池収容室810の計4つの単位電池100の収容空間を構成することが可能となる。
第1面801の一端側と、これに対向する他端側とにおいては、第1面周縁隔壁部802と、第1面区画分け隔壁部803との中間に位置し、基体表面から垂直方向に立設した第1面中間隔壁部805が設けられている。第1面区画分け隔壁部803と第1面中間隔壁部805との間の空間は、単位電池100のタブの電位を検出するセンス線などを這わせるための第1面センス線収容部811として利用される。
第1面区画分け隔壁部803により形成される単位電池100の収容室に、単位電池100が収容されたとき、その引き出しタブが引き出される方向と、第1面区画分け隔壁部803が交差する箇所には、区画分け隔壁切り欠き部804が設けられている。また、同様に、前記引き出しタブが引き出される方向と第1面中間隔壁部805とが交差する箇所には、中間隔壁切り欠き部806が設けられている。
電池モジュールが異常な状態で使用された結果、複数の単位電池のうち、1つの単位電池で異常が発生し、ラミネートフィルム外装材内に生じたガスがラミネートフィルム外装材外に排気するような場合であっても、区画分け隔壁切り欠き部804及び中間隔壁切り欠き部806が、上記のようなガスを排気する排気構造として機能し、当該ガスの隣接する単位電池への影響を低減することができるようになっている。
第2面812においても、基体裏面の周縁部に囲むように、基体裏面から垂直方向に立設した第2面周縁隔壁部813が設けられている。この第2面周縁隔壁部813で囲まれた内側のエリアは、後述するカバー体によって遮蔽される。
また、第2面812における第2面周縁隔壁部813で囲まれた内側のエリアにおいては、基体表面から垂直方向に立設した第2面区画分け隔壁部814が設けられており、第2面内で互いに隣接する単位電池100の間の隔壁を成し、単位電池100を収容する独立した収容室を供するようになっている。また、第2面区画分け隔壁部814は、一列に配列される端部に位置する単位電池100の隔壁としても機能する。第2面区画分け隔壁部814により、第2面812側においては、第5電池収容室818、第6電池収容室819、第7電池収容室820、第8電池収容室821の計4つの単位電池100の収容空間を構成することが可能となる。単位電池収容体800においては、第1面801と第2面812とで合わせて、計8つの単位電池100を収容する。
第2面812の一端側と、これに対向する他端側とにおいては、第2面周縁隔壁部813と、第2面区画分け隔壁部814との中間に位置し、基体表面から垂直方向に立設した第2面中間隔壁部816が設けられている。第2面区画分け隔壁部814と第2面中間隔壁部816との間の空間は、単位電池100のタブの電位を検出するセンス線などを這わせるための第2面センス線収容部822として利用される。
第2面区画分け隔壁部814により形成される単位電池100の収容室に、単位電池100が収容されたとき、その引き出しタブが引き出される方向と、第2面区画分け隔壁部814が交差する箇所には、区画分け隔壁切り欠き部815が設けられている。また、同様に、前記引き出しタブが引き出される方向と第2面中間隔壁部816とが交差する箇所には、中間隔壁切り欠き部817が設けられている。
電池モジュールが異常な状態で使用された結果、複数の単位電池のうち、1つの単位電池で異常が発生し、ラミネートフィルム外装材内に生じたガスがラミネートフィルム外装材外に排気するような場合であっても、区画分け隔壁切り欠き部815及び中間隔壁切り欠き部817が、上記のようなガスを排気する排気構造として機能し、当該ガスの隣接する単位電池への影響を低減することができるようになっている。
上記に示すように、単位電池収容体800は、第1面801において第1電池収容室807、第2電池収容室808、第3電池収容室809、第4電池収容室810の4つの単位電池100の収容室を有しており、第2面812において第5電池収容室818、第6電池収容室819、第7電池収容室820、第8電池収容室821の4つの単位電池100の収容室を有しており、両面で合わせて計8つの単位電池100の収容室を有している。仮にひとつの電池収容室に1つの単位電池100を収容するものとすると、本実施形態に係る単位電池収容体800では、最大で8つの単位電池100を収容することが可能である。なお、本発明における電池モジュールでは、単位電池収容体800で収容可能とする単位電池100の数は、この例に限定されるものではなく、単位電池収容体800の両面を利用するのであれば、単位電池収容体800で収容可能とする単位電池100の数は、任意の数とすることができる。
単位電池収容体800の一方の端部(第1電池収容室807及び第8電池収容室821が配されている側の端部)においては、直列接続される単位電池100の電源が取り出せる第1コネクタ828が配される空間である第1コネクタ収容凹部824が設けられている。
図15は第1コネクタ828の単位電池収容体800への取り付けを説明する図であり、図15(B)は図15(A)の要部拡大図である。単位電池収容体800の側壁には、第1コネクタ828を取り付けるための第1コネクタ取り付け開口部825と、その両側に第1コネクタ取り付けネジ孔826とが設けられており、第1コネクタ828を第1コネクタ取り付け開口部825にはめ込み、第1コネクタ取り付けネジ孔826に取り付けネジ829を螺着させることで、第1コネクタ828を単位電池収容体800に固着する。第1コネクタ収容凹部824の近傍には、第1面801と第2面812とを貫通する電源線用開口部827が設けられており、第1面801側に設けられる第1コネクタ828の電源線881を第2面812側に引き回せるようになっている。
単位電池収容体800の一方の端部第4電池収容室810及び第5電池収容室818が配されている側の端部)においては、単位電池100からのセンス線、サーミスタ接続線からの出力が取り出せる第2コネクタ840が配される空間である第2コネクタ取り付け凹部832が設けられている。
この第2コネクタ234からは、直列接続される各単位電池100のタブの電位情報、モジュール内の温度情報が取り出せるようになっている。このような各単位電池100のタブの電位情報によって、後述するバッテリー管理回路ユニット1100が各々の単位電池100の管理を行うことができるようになっている。
電池モジュール1000を蓄電装置1200に装着する際には、電池モジュール1000をレール部材で位置規制しつつ、蓄電装置1200筐体の奥部にあるコネクタ(後述する第7コネクタ1152)に嵌合させるが、このとき、レール部材などに公差があると、第2コネクタ840と第7コネクタ1152との嵌合が困難となる。そこで、第2コネクタ840は、上記のような公差をカバーするように、若干変位可能に構成されている。
このような第2コネクタ840について、図16乃至図18に基づいて説明する。図16は第2コネクタ840のコネクタ取り付けパネル847への取り付けを説明する図であり、図17はコネクタ取り付けパネル847の単位電池収容体800への取り付けを説明する図であり、図18は単位電池収容体800に取り付けられた第2コネクタ840正面図である。
第2コネクタ840の本体部841の両端には、2つの貫通孔843(図16には不図示)が設けられており、これらの2つの貫通孔843にそれぞれブッシュ844が取り付けられているが、このブッシュ844の外径は、貫通孔843の内径より2Δbより小さくなっており、これによりブッシュ844に対して第2コネクタ840の本体部841は2Δbの変位を行い得るようになっている。
この第2コネクタ840は、コネクタ取り付けパネル847のコネクタ取り付け開口部848にはめ込まれ、コネクタ取り付けパネル847のコネクタ取り付けネジ孔849と、ブッシュ844と、締結部材852の雌ネジ孔853とに挿入・螺着される取り付けネジ850によって、コネクタ取り付けパネル847に対して固着される。したがって、第2コネクタ840は、コネクタ取り付けパネル847に対して、2Δbの変位量で変位可能となっている。
第2コネクタ取り付け凹部832におけるパネル取り付け基台部833には、パネル取り付け基台部833を形成する平面より突出するネジ孔周縁突状部835が設けられており、ネジ孔周縁突状部835の中心には、コネクタ取り付けパネル847を単位電池収容体800に対して取り付けるために利用されるパネル取り付けネジ孔834が設けられている。
コネクタ取り付けパネル847の両側に設けられている取り付け切り欠き部851内に、挿通されるネジ孔周縁突状部835の外径は、取り付け切り欠き部851の内側部より2Δa小さくされており、コネクタ取り付けパネル847は単位電池収容体800に対して2Δa変位可能となる。
第2コネクタ840が取り付けられたコネクタ取り付けパネル847は、コネクタ取り付けネジ孔849と、抜け止めワッシャー837と、取り付け切り欠き部851と、パネル取り付けネジ孔834とに挿通された取り付けネジ836によって、単位電池収容体800に取り付けられる。
コネクタ取り付けパネル847は単位電池収容体800に対して2Δa変位可能となり、さらに、第2コネクタ840はコネクタ取り付けパネル847に対して2Δb変位可能となるので、第2コネクタ840は単位電池収容体800に対して2Δa+2Δbの変位が可能となる。ここで、Δa>Δbの寸法関係に設定することにより、レール部材によって位置規制されながら誘導される電池モジュール1000の第2コネクタ840は、より滑らかに第7コネクタ1152に嵌合する。
単位電池収容体800の(第1電池収容室807及び第8電池収容室821が配されている側の端部)においては、第1面801と第2面812との間を貫通する取手貫通孔854が設けられており、取手貫通孔854とその周囲が取手部855として機能するようになっている。このような取手部855は、電池モジュールの取り扱い性を向上させるものである。
単位電池収容体800における第1面801の第4電池収容室810と、第2面812の第5電池収容室818との間には、第1面801と第2面812との間を貫通するバスバー引き回し貫通孔867が設けられている。
本発明に係る電池モジュールにおいては、各電池収容室に配された電池が直列接続されるが、このバスバー引き回し貫通孔867によって、面間バスバー877を第1面801の第4電池収容室810と、第2面812の第5電池収容室818との間を跨がせることが可能となり、これにより、第4電池収容室810に収容される単位電池100と第5電池収容室818に収容される単位電池100とを、面間バスバー877を介して電気接続することができるようになっている。
第1電池収容室807乃至第8電池収容室821のそれぞれの収容室には、基体表面または基体裏面から立設さようにして、それぞれ2つの単位電池位置合わせ突起部860が設けられている。
それぞれの収容室の一方の単位電池位置合わせ突起部860は、正極引き出しタブ120の位置合わせ貫通孔124に、また、他方の単位電池位置合わせ突起部860は、負極引き出しタブ130の位置合わせ貫通孔134に嵌合するようになっており、これにより、単位電池100を単位電池収容体800に迅速に位置合わせしてセットすることが可能となり、製造効率上有効である。
また、それぞれの収容室には、基体表面または基体裏面の平面から立設されたタブ部材載置部861が設けられている。タブ部材載置部861は単位電池収容体800に単位電池100がセットされたときに、単位電池100の正極引き出しタブ120、負極引き出しタブ130やこれらタブ間に配設されるバスバーを前記平面から所定距離離した状態で保つための構成である。
タブ部材載置部861の一部にはタブ部材固着ネジ孔862が設けられており、このタブ部材固着ネジ孔862を利用してネジ止め行うことで、(1)単位電池100を単位電池収容体800に機械的に固定し、(2)単位電池収容体800のバスバーにタブを電気的に接続し、及び、(3)タブとセンス線、電源線を電気的に接続することができるようになっている。タブ部材固着ネジ孔862は、内周にネジパターンが切られた金属の筒状体が、樹脂で形成される単位電池収容体800に一体モールドで埋め込まれるような形で設けられることが好ましい。
タブ部材載置部861におけるタブ部材固着ネジ孔862の一部には、十字状のリブ構造が設けられ、タブ部材固着ネジ孔862を補強するようになっている。また、タブ部材固着ネジ孔862のうち、タブ部材間バスバー876が設けられる箇所においては、相隣るタブ部材固着ネジ孔862の間に、ネジ孔間架橋部863が設けられ、安定的にタブ部材間バスバー876を載置することができるようになっている。さらに、このネジ孔間架橋部863の上面には、バスバー位置決め突起部864が設けられており、タブ部材間バスバー876に予め設けられる貫通孔にバスバー位置決め突起部864を嵌合することで、タブ部材間バスバー876を簡便にセットすることでき、製造効率を向上させるようになっている。
また、第1面801の第1電池収容室807に収容される単位電池100の正極引き出しタブ120、及び、第2面812の第8電池収容室821に収容される単位電池100の負極引き出しタブ130はそれぞれ、センス線以外に電源線にも接続されるが、このために用いる端部バスバー875を固定するために、それぞれの収容室には端部バスバー固定枠865が設けられている。
単位電池収容体800の外周における一の端部には第1端側突状ガイド部材870が、また当該端部と対向する他の端部には第2端側突状ガイド部材872が設けられている。
これら第1端側突状ガイド部材870、及び、第2端側突状ガイド部材872は、凸部が長手方向に連続するような構造であり、後述するレール部材における凹状ガイド部材1145に、これらをスライドさせることで、本発明に係る電池モジュール1000を蓄電装置1200の筐体に収容することが可能となる。
第1端側突状ガイド部材870の両端部にはテーパー部871が、また、第2端側突状ガイド部材872の両端部にはテーパー部873がそれぞれ設けられることで、上記のように、レール部材における凹状ガイド部材1145に電池モジュール1000を差し込み入れる際には、差し込みが容易となり取り扱い性が向上する。また、レール部材における凹状ガイド部材1145から電池モジュール1000を取り外す際には、各テーパー部がアソビとなるので、電池モジュール1000の抜き去り方向に留意する必要性があまりなく、取り扱い性が向上する。
第1端側突状ガイド部材870の幅と、第2端側突状ガイド部材872の幅とは、互いに異なるものを用いることで、想定していない姿勢で、電池モジュール1000が蓄電装置1200に対して抜き差しされることを防止することが可能となる。なお、第1端側突状ガイド部材870の幅は、或いは、第2端側突状ガイド部材872の幅は、基体表面または基体裏面と垂直な方向でみた長さとして定義することができる。
第1端側突状ガイド部材870及び第2端側突状ガイド部材872はいずれも、基体表面および基体裏面とは異なる側面であって、対向する2つの側面に基体表面あるいは基体裏面の平面方向に沿って設けられるものである。
第1端側突状ガイド部材870及び第2端側突状ガイド部材872は、周縁隔壁部(802,813)から突出あるいは基体から延在するように設けられるものある。また、各テーパー部は、前記突出する突出量あるいは延在する延長量が変化するものである、ということができる。
単位電池収容体800においては、第1面801に配された単位電池100や各種配線を第1面カバー体910により、また、第2面812に配された単位電池100や各種配線を第2面カバー体920により遮蔽する構造を採る。
このために、第1面カバー体910を第1面801にネジにより螺着するために用いられるカバー体固着ネジ孔869が、第1面801に16個設けられている。同様に、第2面カバー体920を第1面220にネジにより螺着するために用いられるカバー体固着ネジ孔869が、第2面812に同じく16個設けられている。それぞれの面に、カバー体固着ネジ孔869は16個設けられているが、全てのカバー体固着ネジ孔869でネジ留めする必要はない。また、カバー体固着ネジ孔869を一の面に設ける数は、16個に限らず任意の数とすることができる。
次に、以上のように構成される単位電池収容体800に単位電池100などの各部品を組み付けて、本発明に係る電池モジュールとする工程について説明する。
図19に示す工程においては、第1面801の第4電池収容室810に収容される単位電池100と、第2面812の第5電池収容室818に収容される単位電池100との導通のために利用される面間バスバー877をセットする。面間バスバー877をバスバー引き回し貫通孔867に挿通し、面間バスバー877に設けられている貫通孔をバスバー位置決め突起部864に嵌合することで、面間バスバー877の取り付けが完了する。面間バスバー877には、タブ部材固着ネジ孔862に対応する貫通孔も予め設けられている。
図20に示す工程においては、タブ部材間バスバー876に設けられている貫通孔をバスバー位置決め突起部864に嵌合することで、タブ部材間バスバー876をタブ部材載置部861にセットする。タブ部材間バスバー876には、タブ部材固着ネジ孔862に対応する貫通孔も予め設けられている。また、この工程においては、端部バスバー固定枠865に、端部バスバー875をセットする。この端部バスバー875にも、タブ部材固着ネジ孔862に対応する貫通孔が予め設けられている。また、各電池収容室における斜線部に接着剤を塗布する。
続く、図21に示す工程においては、接着剤が塗布されている第1電池収容室807、第2電池収容室808、第3電池収容室809、第4電池収容室810のそれぞれに単位電池100を収容する。このとき、単位電池100の正極引き出しタブ120の位置合わせ貫通孔124及び負極引き出しタブ130の位置合わせ貫通孔134を、単位電池収容体800の単位電池位置合わせ突起部860に貫通させることで、簡便に位置合わせを行うことができ、製造効率がよい。図中、単位電池100の正極引き出しタブ120が引き出された側には(+)のマークを、また、負極引き出しタブ130が引き出された側には(−)のマークを記入している。図21に示すように、隣り合う電池収容室に収容される単位電池100のタブの極性は、単位電池収容体800の一端部側おいて、相異なるようになっている。これによりタブ部材間バスバー876を介して、単位電池100のタブ同士が電気接続されると、直列接続を構成するようになっている。
本実施形態では、単位電池100の引き出しタブの引き出し方向と垂直な方向に、単位電池100が一方向に複数配列され、さらに、隣り合う単位電池100のタブ同士が電気接続されることで、簡便に単位電池100の直列接続が実現できるようになっている。
タブ部材固着ネジ孔862を利用してネジ889によって、タブ部材間バスバー876と単位電池100のタブの電気的及び機械的固着を行う。ここで、タブ部材間バスバー876を固着する2つのネジ889のうち一方のネジ889には、センス線端子888も合わせて固着する。センス線端子888は、第1面センス線収容部811に配されるセンス線887により第2コネクタ840と導通しており、第2コネクタ840から単位電池100のタブの電位情報を出力可能とされる。
なお、これまでに説明したように、単位電池100の正極引き出しタブ120、負極引き出しタブ130、継ぎ足しタブ部材140などに穿孔されている孔は、ラミネートフィルム外装材の基準部107に基づいて、形成されている。したがって、単位電池収容体800に単位電池100をネジ889により固定する際、ラミネートフィルム外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、ラミネートフィルム外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したりする確率を抑制することができる単位電池100を製造することが可能となる。
第1電池収容室807における単位電池100の継ぎ足しタブ部材140は、ネジ889によりは、端部バスバー875上で、電源線端子882とセンス線端子888と端部バスバー875と電気的及び機械的固着が施される。この電源線端子882は、電源線881により第1コネクタ828と導通しており、第1コネクタ828からは、電池モジュールとしての正極性の出力を取り出すことができるようになっている。
また、第2電池収容室808と第3電池収容室809との間における2つの第1面区画分け隔壁部803の間には、電池モジュール1000の温度をモニタするためのサーミスタ886が設けられている。このサーミスタ886と、第2コネクタ840とはサーミスタ接続線885とで導通しており、第2コネクタ840からは電池モジュール1000の温度情報を出力可能とされる。
続く、図22に示す工程においては、単位電池収容体800の第1面801に、ネジ930により第1面カバー体910を取り付ける。ここで、図27の斜視図も参照しつつ、第1面カバー体910について説明する。第1面カバー体910と第2面カバー体920とは鏡対称の関係にある以外は同様の構成を有しているので、以下、第1面カバー体910を例にとり説明する。
第1面カバー体910は、単位電池収容体800の第1面801に収容される単位電池100、電源線881、センス線887やサーミスタ886などを遮蔽するアルミニウム製のカバー用の部材である。
第1面カバー体910には、第1面カバー体910が第1面801に取り付けられたとき、各電池収容室に収容されている単位電池100を押圧するための絞り加工(電池押圧絞り加工部911)が施されている。また、電池押圧絞り加工部911によって、単位電池100を押圧する面は押圧面912として定義される。電池押圧絞り加工部911に基づく押圧面912は、第1面カバー体910装着時、単位電池100の電極積層領域105を押圧することで、単位電池100の経年使用による膨張などを押さえ込み、単位電池100の寿命を伸ばす効果を有する。
また、第1面カバー体910には、第1面カバー体910が第1面801に取り付けられたとき、カバー体固着ネジ孔869と対応する位置に、ネジ孔914が形成されている。ネジ孔914の周囲には、ネジ孔絞り加工部913が設けられることで、ネジ孔914の周囲における第1面カバー体910と第1面801とが密着する形で、第1面カバー体910が固着される。
また、第1面カバー体910においては、第1面カバー体910が単位電池収容体800に取り付けられたとき、単位電池100の引き出しタブと対応するように、切り欠き部915が設けられている。このような切り欠き部915を設けることにより、電池モジュール1000の排気性能を確保することが可能となる。
続く、図23に示す工程においては、単位電池収容体800の第2面812において、タブ部材間バスバー876に設けられている貫通孔をバスバー位置決め突起部864に嵌合することで、タブ部材間バスバー876をタブ部材載置部861にセットする。タブ部材間バスバー876には、タブ部材固着ネジ孔862に対応する貫通孔も予め設けられている。また、この工程においては、端部バスバー固定枠865に、端部バスバー875をセットする。この端部バスバー875にも、タブ部材固着ネジ孔862に対応する貫通孔が予め設けられている。また、各電池収容室における斜線部に接着剤を塗布する。
続く、図24に示す工程においては、単位電池収容体800の第2面812において、接着剤が塗布されている第5電池収容室818、第6電池収容室819、第7電池収容室820、第8電池収容室821のそれぞれに単位電池100を収容する。このとき、単位電池100の正極引き出しタブ120の位置合わせ貫通孔124及び負極引き出しタブ130の位置合わせ貫通孔134を、単位電池収容体800の単位電池位置合わせ突起部860に貫通させることで、簡便に位置合わせを行うことができ、製造効率がよい。図中、単位電池100の正極引き出しタブ120が引き出された側には(+)のマークを、また、負極引き出しタブ130が引き出された側には(−)のマークを記入している。図24に示すように、隣り合う電池収容室に収容される単位電池100のタブの極性は、単位電池収容体800の一端部側おいて、相異なるようになっている。これによりタブ部材間バスバー876を介して、単位電池100のタブ同士が電気接続されると、直列接続を構成するようになっている。
本実施形態では、単位電池100の引き出しタブの引き出し方向と垂直な方向に、単位電池100が一方向に複数配列され、さらに、隣り合う単位電池100のタブ同士が電気接続されることで、簡便に単位電池100の直列接続が実現できるようになっている。
タブ部材固着ネジ孔862を利用してネジ889によって、タブ部材間バスバー876と単位電池100のタブの電気的及び機械的固着を行う。ここで、タブ部材間バスバー876を固着する2つのネジ889のうち一方のネジ889には、センス線端子888も合わせて固着する。センス線端子888は、第1面センス線収容部811に配されるセンス線887により第2コネクタ840と導通しており、第2コネクタ840から単位電池100のタブの電位情報を出力可能とされる。
第8電池収容室821における単位電池100の負極引き出しタブ130は、ネジ889によりは、端部バスバー875上で、電源線端子882とセンス線端子888と端部バスバー875と電気的及び機械的固着が施される。この電源線端子882は、電源線881により第1コネクタ828と導通しており、第1コネクタ828からは、電池モジュールとしての負極性の出力を取り出すことができるようになっている。
続く、図25に示す工程においては、単位電池収容体800の第2面812に、ネジ930により第2面カバー体920を取り付ける。
続く、図26に示す工程においては、第1コネクタ828にキャップ部材891を装着する。第1コネクタ828の導電端子には、8つの単位電池100を直列接続した分の電圧が印加された状態となる。そこで、電池モジュール1000を取り扱う上での安全性を担保するために、このようなキャップ部材891により、第1コネクタ828を遮蔽するようにしている。キャップ部材891には2つの係止片892が設けられており、これらに対応して単位電池収容体800の側壁部に設けられている2つの係止口890に、当該2つの係止片892を挿入することで、第1コネクタ828を覆うようにキャップ部材891を装着することができるようになっている。このキャップ部材891は、電池モジュール1000を蓄電装置1200に装着する際には、取り外される。
以上の工程を経て、図28の斜視図に示されるような電池モジュール1000が完成する。
続いて、以上のような本発明に係る電池モジュール1000の管理を行うバッテリー管理回路ユニット1100の構成の概略について説明する。図29、図30、図31はバッテリー管理回路ユニット1100の製造工程を説明する図である。また、図32はバッテリー管理回路ユニット1100を示す図である。
図29に示す工程では、コネクタパネル1110に、第3コネクタ1111及び第4コネクタ1112をネジ1115で取り付ける。バッテリー管理回路ユニット1100は、蓄電装置1200への取り付け性などを考慮すると、電池モジュール1000と略同寸法とすることが望ましいが、回路基板1120のみで前記寸法を確保しようとするとコスト面などが問題となるので、コネクタパネル1110を用いるようにしている。
図30に示す工程では、バッテリー管理用の回路が搭載されている回路基板1120にたいして、回路の冷却のために一部に通気孔1126が設けられた側板1125を、回路基板1120のネジ孔部1127及びネジ1129により固着する。
続く、図31に示す工程では、回路基板1120とコネクタパネル1110とをネジ1130により固着する。
図32に示す工程では、コネクタパネル1110に設けられている第3コネクタ1111、第4コネクタ1112のリード線1114を回路基板1120の各端子1123に電気接続する。
以上のようにして構成されるバッテリー管理回路ユニット1100には、第3コネクタ1111、第4コネクタ1112、第5コネクタ1121が備えられている。
次に、以上のようなバッテリー管理回路ユニット1100と電池モジュール1000とにより構成される蓄電装置1200について説明する。
まず、複数の電池モジュール1000と、バッテリー管理回路ユニット1100とを収容するラック部材1200の構成について説明する。本実施形態のラック部材1200は、13個の電池モジュール1000と、2枚の基板からなるバッテリー管理回路ユニット1100とを収容するラック部材1200について説明するが、本発明においては、電池モジュール1000やバッテリー管理回路ユニット1100の数に特段の制限があるわけではない。
図33はラック部材1200の構成を示す斜視図であり、図34はラック部材1200から天板1220と第2側板1240を取り外した状態を示す図であり、図35はラック部材1200を図33のFの方向からみた正面図である。
ラック部材1200の底部を構成する底板1210には、複数の下部ガイド部材1215が配設されている。一方、ラック部材1200の天井部を構成する天板1220には、複数の上部ガイド部材1225が配設されている。
下部ガイド部材1215と上部ガイド部材1225とは対向しており、電池モジュール1000をラック部材1200に着脱する際、それぞれ上下で電池モジュール1000の案内を行うことができるようになっている。
ラック部材1200に電池モジュール1000が装着された時には、隣り合う電池モジュール1000の間には、所定の間隔が開けられる程度にガイド部材が配されており、隣り合う電池モジュール1000同士の間には、十分な空間が確保されるようになっている。このため、蓄電装置1300を構成する電池モジュール1000から発生する熱が、装置内にこもってしまうようなことがない。
さらに、底板1210には通風開口部1217が、また、天板1220には通風開口部1227がそれぞれ設けられており、隣り合う電池モジュール1000の間で空気の流れが滞らないように配慮されており、蓄電装置1300内の温度上昇を抑制することができるようになっている。
底板1210と天板1220との間には、互いに対向するように第1側板1230と第2側板1240が設けられており、天板1220を両脇から支えるようになっている。
第1側板1230及び第2側板1240においても、第1側板1230には通風開口部1237が、また、第2側板1240には通風開口部1247がそれぞれ設けられており、電池モジュール1000やバッテリー管理回路ユニット1100からの放熱を蓄電装置1300から逃がせるような工夫が施されている。
なお、本発明に係る蓄電装置1300は、蓄電装置1300は縦積みとされて使用されることも想定されるために、上記のような通風開口部を設けておき、蓄電装置1300内の温度上昇を抑制することはきわめて重要となる。
また、第1側板1230と第2側板1240との間には、複数のコネクタを有する背面板1250が設けられている。
この背面板1250は、各電池モジュール1000の第2コネクタ840が嵌合する第7コネクタ1252と、バッテリー管理回路ユニット1100の第5コネクタ1121がそれぞれ嵌合する第8コネクタ1253とが設けられ、不図示の配線が施されることで、各電池モジュール1000のセンス情報、温度情報をバッテリー管理回路ユニット1100側に中継することができるようになっている。バッテリー管理回路ユニット1100はこれにより、各単位電池100の電位データと、各電池モジュール1000内の温度データを取得して、これに基づいて放電停止などの制御を行うようにしている。
図36は、ガイド部材を利用して、蓄電装置1300のラック部材1200に電池モジュール1000をスライドしつつセットしている様子を示している。図36に示すように、A側に電池モジュール1000をスライドさせることで、電池モジュール1000をラック部材1200に装着できるし、B側に電池モジュール1000をスライドさせることで、電池モジュール1000をラック部材1200から外すことが可能であるので、本発明に係る蓄電装置1300においては、電池モジュール1000の交換がきわめて容易となっている。
電池モジュール1000をA側にスライドさせて、ラック部材1200に装着する際、ラック部材1200の背面側の背面板1250の第7コネクタ1252に、電池モジュール1000の第2コネクタ840を嵌合させるようにしなければならない。
ガイド部材などに公差があると、第2コネクタ840と第7コネクタ1252との嵌合が困難となる。そこで、第2コネクタ840は、上記のような公差をカバーするように、若干変位可能に構成されている。
上記のような変位を可能とするための構成について説明する。図37は電池モジュール1000の第2コネクタ840周辺の構成を説明する図であり、図37(A)は電池モジュール1000の第2コネクタ840を正面から見た図であり、図37(B)は図37(A)のA−A断面図であり、図37(C)は図37(A)のB−B断面図である。
図37(B)に示すように、単位電池収容体800のパネル取り付け基台部833には、パネル取り付け基台部833を形成する平面より突出するネジ孔周縁突状部835が設けられている。このネジ孔周縁突状部835の中心には、コネクタ取り付けパネル847を単位電池収容体800に対して取り付けるためのパネル取り付けネジ孔834が設けられている。
コネクタ取り付けパネル847の両側に設けられている取り付け切り欠き部851内に、挿通されるネジ孔周縁突状部835の外径は、取り付け切り欠き部851の内側部より、図に示すように、2Δa小さくされており、コネクタ取り付けパネル847は単位電池収容体800に対して2Δa変位可能となる。
また、図37(C)に示すように、第2コネクタ840の貫通孔843にはブッシュ844が取り付けられているが、このブッシュ844の外径は、貫通孔843の内径より2Δbより小さくなっており、これによりブッシュ844に対して第2コネクタ840の本体部841は2Δbの変位を行い得るようになっている。
コネクタ取り付けパネル847は単位電池収容体800に対して2Δa変位可能となり、さらに、第2コネクタ840はコネクタ取り付けパネル847に対して2Δb変位可能となるので、第2コネクタ840は単位電池収容体800に対して2Δa+2Δbの変位が可能となる。
ここで、Δa>Δbの寸法関係に設定することが好ましい。レール部材によって位置規制されながら誘導される電池モジュール1000の第2コネクタ840は、2Δaの裕度により、第7コネクタ1252に対して大まかな位置決めがなされ、さらに、第2コネクタ840と第7コネクタ1252とが嵌合するタイミングで、2Δbの裕度により、第2コネクタ840が第7コネクタ1252と嵌合する。Δa>Δbの寸法関係に設定すると、このように、第2コネクタ840は、より滑らかに第7コネクタ1252に嵌合することが可能となる。
図38は、ラック部材1200に押さえ板1260を固定した状態を示しており、本発明の実施形態に係る蓄電装置1300の完成した状態を示す図である。
なお、図38では図示していないが、各電池モジュール1000のキャップ部材891を取り外し、不図示の電源線により各電池モジュール1000を直列接続する。また、直列接続した両端の電源線は、バッテリー管理回路ユニット1100の第3コネクタ1111に入力する。以上のように、各電池モジュール1000とバッテリー管理回路ユニット1100をセットすることで蓄電装置1300が完成する。
ステンレス製の押さえ板1260は、第1側板1230と第2側板1240に、ボルト・ナット1266によって固定されることで、背面板1250の第7コネクタ1252と電池モジュール1000の第2コネクタ840とが嵌合する方向に、電池モジュール1000を押圧する状態を維持できるようになっている。このように電池モジュール1000を押圧するように押さえ板1260が作用するので、蓄電装置1300の耐振動性・耐衝撃性を担保することが可能となる。
押さえ板1260は、底板1210及び天板1220のいずれにも接触しないような設計とすることが好ましい。これは、底板1210と押さえ板1260との間の空間、及び天板1220と押さえ板1260との間の空間が開口となり、空気の流れるが遮られることなく、電池モジュール1000・バッテリー管理回路ユニット1100の温度上昇が抑制されるからである。
また、押さえ板1260は、底板1210及び天板1220の中間の仮想面Pが横切るように配置されるとよい。図39はこのような仮想面Pを点線によって示す図である。前記のように押さえ板1260が配置されていると、上下方向からみた電池モジュール1000の重心を押さえ板1260によって支持することとなり、効率的に蓄電装置1300に対し耐振動性・耐衝撃性を付与することができるからである。
本発明に係る蓄電装置1300においては、電池モジュール1000がガイド部材にガイドされて脱着できるようになっており、さらに、コネクタによる結線が可能とされている。さらに、背面板1250のコネクタと電池モジュール1000のコネクタとが嵌合する方向に、電池モジュール1000を押圧する押さえ板1260が設けられているので、本発明に係る蓄電装置1300によれば、電池モジュール1000の交換容易性を実現すると共に、蓄電装置の耐振動性・耐衝撃性を担保することが可能となる。
次に、本発明に係る他の実施形態について説明する。図40は第2実施形態に用いる単位電池100及びその予備加工工程を示す図である。本図は、先の第1実施形態で用いた単位電池100の図1に対応するものであり、図40(A)乃至図40(D)の関係も、図1(A)乃至図1(D)に対応している。また、図40中の同一の参照符号が付された構成は、同様のものであるので、説明を省略する。
本実施形態に用いる単位電池100が、第1実施形態で用いた単位電池100と異なる点は、正極引き出しタブ120及び負極引き出しタブ130が、ラミネートフィルム外装材の同じ辺から引き出されている点である。
図40(D)は予備加工された第2実施形態に係る単位電池100の寸法関係等を説明する図である。この単位電池100は以下のような寸法関係等を有している。
・単位電池100の寸法(引き出しタブを除く):L270mm、W230mm
・引き出しタブの幅:40mm
・正極側の継ぎ足しタブ部材140の貫通孔145:φ5
・負極引き出しタブ130の貫通孔135:φ5
・貫通孔145と貫通孔135との間の距離:100mm
・貫通孔145と貫通孔135に適用するネジ889:M4
・単位電池100の重量:800g
さらに、正極引き出しタブ120及び負極引き出しタブ130が、ラミネートフィルム外装材の同じ辺から引き出されている、第3実施形態に係る単位電池100として、以下のような寸法関係等を有するものを準備した。
・単位電池100の寸法(引き出しタブを除く):L150mm、W80mm
・引き出しタブの幅:12mm
・正極側の継ぎ足しタブ部材140の貫通孔145:φ4
・負極引き出しタブ130の貫通孔135:φ4
・貫通孔145と貫通孔135との間の距離:30mm
・貫通孔145と貫通孔135に適用するネジ889:M3
・単位電池100の重量:150g
また、以上の第1実施形態乃至第3実施形態に係る単位電池100と同寸法の比較例1乃至比較例3に係る単位電池100を用意した。比較例1乃至比較例3に係る単位電池100は、いずれも、単位電池100を製造する際、予め正極引き出しタブ120や負極引き出しタブ130、継ぎ足しタブ部材140などに孔を設けておく製造方法を採用している。
第1実施形態乃至第3実施形態に係る単位電池100、比較例1乃至比較例3に係る単位電池100を単位電池収容体800に固着すると、特に、比較例1に係る単位電池100を単位電池収容体800に固着した際に、ラミネートフィルム外装材が変形された状態で固定されることが散見された。
このようにラミネートフィルム外装材の基準部107に基づいて、正極引き出しタブ120や負極引き出しタブ130、継ぎ足しタブ部材140などに孔を設ける本発明の方法は、大型の電池ほど効果が高いことがわかった。特に、単位電池100の固定に用いる孔間の距離が、30mm以上であると好適である。なお、前記孔間の距離に上限は特にないが、あえて生産性等を考慮するのであれば、前記孔間の距離は1000mmを超えることがないように設定するのがよい。
また、単位電池100の重量は、800g以上であると、本発明の効果は大きい。単位電池100の重量の上限が特にあるわけではないが、これも生産性等を考慮するのであれば、重量は2000gを超えることがないように設定するのがよい。
また、正極引き出しタブ120や負極引き出しタブ130、継ぎ足しタブ部材140の孔を、締結するネジ889については、前記孔の直径が、前記ネジ889の径の1倍以上1.5倍以内であると好適である。
以上、本発明に係る電池の製造方法においては、外装材の基準部に基づいて、正極引き出しタブ及び負極引き出しタブに、固定に用いる孔を穿孔するので、このような本発明に係る電池の製造方法によれば、電池モジュールの収容体などに単位電池を固定する際、外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したりする確率を抑制することができる電池を製造することが可能となる。
また、本発明に係る電池モジュールにおいては、外装材の基準部と正極引き出しタブに形成された孔の位置との間の第1距離と、外装材の基準部と負極引き出しタブに形成された孔の位置との間の第2距離と、が収容体に収容される全ての単位電池で等しいので、このような本発明に係る電池モジュールによれば、電池モジュールの収容体などに、外装材が変形された状態で固定される確率が低減され、例え、電池モジュールに振動や衝撃が加わったとしても、単位電池の外装材における引き出しタブが外部に引き出されている箇所が破断したり、或いは、引き出しタブが外装材内で箔状の集電タブと接続している箇所が破断したりする確率を抑制することができる。
20・・・正極電極、23・・・正極基材、24・・・正極集電タブ、26・・・正極合剤塗布部、28・・・正極側接続部、30・・・負極電極、33・・・負極基材、34・・・負極集電タブ、36・・・負極合剤塗布部、38・・・負極側接続部、40・・・セパレータ、50・・・電池要素、61・・・第1ラミネートフィルム外装材、62・・・第2ラミネートフィルム外装材、80・・・治具、81・・・基台、82・・・位置合わせ基準角部、84・・・正極台座、85・・・負極台座、100・・・単位電池、105・・・電極積層領域、107・・・基準部、110・・・電池本体部、120・・・正極引き出しタブ、124・・・位置合わせ貫通孔、130・・・負極引き出しタブ、134・・・位置合わせ貫通孔、135・・・貫通孔、140・・・継ぎ足しタブ部材、143・・・溶着部、145・・・貫通孔、150・・・両面テープ、800・・・単位電池収容体、801・・・第1面、802・・・第1面周縁隔壁部、803・・・第1面区画分け隔壁部、804・・・区画分け隔壁切り欠き部、805・・・第1面中間隔壁部、806・・・中間隔壁切り欠き部、807・・・第1電池収容室、808・・・第2電池収容室、809・・・第3電池収容室、810・・・第4電池収容室、811・・・第1面センス線収容部、812・・・第2面、813・・・第2面周縁隔壁部、814・・・第2面区画分け隔壁部、815・・・区画分け隔壁切り欠き部、816・・・第2面中間隔壁部、817・・・中間隔壁切り欠き部、818・・・第5電池収容室、819・・・第6電池収容室、820・・・第7電池収容室、821・・・第8電池収容室、822・・・第2面センス線収容部、824・・・第1コネクタ収容凹部、825・・・第1コネクタ取り付け開口部、826・・・第1コネクタ取り付けネジ孔、827・・・電源線用開口部、828・・・第1コネクタ、829・・・取り付けネジ、832・・・第2コネクタ取り付け凹部、833・・・パネル取り付け基台部、834・・・パネル取り付けネジ孔、835・・・ネジ孔周縁突状部、836・・・取り付けネジ、837・・・抜け止めワッシャー、840・・・第2コネクタ、841・・・本体部、842・・・金属端子部、843・・・貫通孔、844・・・ブッシュ、847・・・コネクタ取り付けパネル、848・・・コネクタ取り付け開口部、849・・・コネクタ取り付けネジ孔、850・・・取り付けネジ、851・・・取り付け切り欠き部、852・・・締結部材、853・・・雌ネジ孔、854・・・取手貫通孔、855・・・取手部、860・・・単位電池位置合わせ突起部、861・・・タブ部材載置部、862・・・タブ部材固着ネジ孔、863・・・ネジ孔間架橋部、864・・・バスバー位置決め突起部、865・・・端部バスバー固定枠、867・・バスバー引き回し貫通孔、869・・・カバー体固着ネジ孔、870・・・第1端側突状ガイド部材、871・・・テーパー部、872・・・第2端側突状ガイド部材、873・・・テーパー部、875・・・端部バスバー、876・・・タブ部材間バスバー、877・・・面間バスバー、881・・・電源線、882・・・電源線端子、883・・・ネジ、885・・・サーミスタ接続線、886・・・サーミスタ、887・・・センス線、888・・・センス線端子、889・・・ネジ、890・・・係止口、891・・・キャップ部材、892・・・係止片、910・・・第1面カバー体、911・・・電池押圧絞り加工部、912・・・押圧面、913・・・ネジ孔絞り加工部、914・・・ネジ孔、915・・・切り欠き部、920・・・第2面カバー体、921・・・電池押圧絞り加工部、922・・・押圧面、923・・・ネジ孔絞り加工部、924・・・ネジ孔、925・・・切り欠き部、930・・・ネジ、1000・・・電池モジュール、1100・・・バッテリー管理回路ユニット、1110・・・コネクタパネル、1111・・・第3コネクタ、1112・・・第4コネクタ、1114・・・リード線、1115・・・ネジ、1120・・・回路基板、1121・・・第5コネクタ、1123・・・端子、1125・・・側板、1126・・・通気孔、1127・・・ネジ孔部、1129・・・ネジ、1130・・・ネジ、1152・・・第7コネクタ、1153・・・第8コネクタ、1200・・・ラック部材、1210・・・底板、1215・・・下部ガイド部材、1217・・・通風開口部、1220・・・天板、1225・・・上部ガイド部材、1227・・・通風開口部、1230・・・第1側板、1237・・・通風開口部、1240・・・第2側板、1247・・・通風開口部、1250・・・背面板、1252・・・第7コネクタ、1253・・・第8コネクタ、1260・・・押さえ板、1266・・・ボルト・ナット、1300・・・蓄電装置、P・・・仮想面

Claims (12)

  1. 可撓性を有する外装材から正極引き出しタブ及び負極引き出しタブが引き出された電池の製造方法であって、
    前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブの位置を基準として余剰の前記外装材を切断することで、前記電池の周縁の角部に基準部を形成する工程と、
    前記基準部を形成した後に、前記外装材から引き出された状態の前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブに対して、前記基準部に基づいて孔を穿孔する工程と、を含む電池の製造方法。
  2. 前記正極引き出しタブに形成する孔と前記負極引き出しタブに形成する孔との間の間隔が定まっている請求項1に記載の電池の製造方法。
  3. 前記外装材がラミネートフィルムである請求項1又は請求項2に記載の電池の製造方法。
  4. 前記孔は、前記外装材の周縁の一部を基準として形成される請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
  5. 前記孔にはネジが挿通されると共に、前記孔の直径は、前記ネジの径の1倍以上1.5倍以内である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
  6. 前記穿孔工程では、前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブに孔を同時に形成する請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
  7. 可撓性を有する外装材から正極引き出しタブ及び負極引き出しタブが引き出され、前記正極引き出しタブ又は前記負極引き出しタブに継ぎ足しタブ部材が接続された電池の製造方法であって、
    前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブの位置を基準として余剰の前記外装材を切断することで、前記電池の周縁の角部に基準部を形成する工程と、
    前記基準部を形成した後に、前記外装材から引き出された状態の前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブ、前記継ぎ足しタブ部材に対して、前記基準部に基づいて孔を穿孔する工程と、を含む電池の製造方法。
  8. 前記正極引き出しタブに形成する孔と前記負極引き出しタブに形成する孔と前記継ぎ足しタブ部材に形成する孔のそれぞれの間の間隔が定まっている請求項7に記載の電池の製造方法。
  9. 前記外装材がラミネートフィルムである請求項7又は請求項8に記載の電池の製造方法。
  10. 前記孔は、前記外装材の周縁の一部を基準として形成される請求項7乃至請求項9のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
  11. 前記孔にはネジが挿通されると共に、前記孔の直径は、前記ネジの径の1倍以上1.5倍以内である請求項7乃至請求項10のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
  12. 前記穿孔工程では、前記正極引き出しタブ及び前記負極引き出しタブ及び前記継ぎ足しタブ部材に孔を同時に形成する請求項7乃至請求項11のいずれか1項に記載の電池の製造方法。
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