JP7228557B2

JP7228557B2 - 蓄電モジュールおよびその製造方法

Info

Publication number: JP7228557B2
Application number: JP2020190204A
Authority: JP
Inventors: 忍寺内
Original assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Current assignee: Prime Planet Energy and Solutions Inc
Priority date: 2020-11-16
Filing date: 2020-11-16
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2040-11-16
Also published as: JP2022079183A

Description

本技術は、蓄電モジュールおよびその製造方法に関する。

複数の蓄電セルを積層して蓄電モジュールを構成するとき、複数の蓄電セルを積層方向に拘束する必要がある。従来の拘束部材は、国際公開第２０１９／１３０９３６号（特許文献１）などに開示されている。

国際公開第２０１９／１３０９３６号

拘束部材ので蓄電セルを拘束するとき、その当接面の形状の若干のばらつきにより、エンドプレートの姿勢が変動し、結果として蓄電モジュールの形状が安定しないことがあり得る。従来の構造は、蓄電モジュールの形状を安定させるという点において、必ずしも十分なものとはいえない。

本技術の目的は、形状が安定した蓄電モジュールおよびその製造方法を提供することにある。

本技術に係る蓄電モジュールは、積層された複数の蓄電セルと、複数の蓄電セルの積層体の積層方向の両端に設けられたエンドプレートと、エンドプレートに積層方向から当接する拘束部材とを備える。エンドプレートと拘束部材との当接面において、エンドプレートおよび拘束部材の一方から他方に向けて突出する複数の突起が設けられ、複数の突起は積層方向に直交する方向に並ぶ。

本技術に係る蓄電モジュールの製造方法は、複数の蓄電セルを積層する工程と、複数の蓄電セルの積層体の積層方向の両端にエンドプレートを配置する工程と、エンドプレートに拘束部材を固定して複数の蓄電セルの積層体を積層方向に拘束する工程とを備える。積層体を積層方向に拘束する工程において、積層方向の両端に位置するエンドプレートと拘束部材との当接面の形状により予め定められた当接点においてエンドプレートと拘束部材とを最初に当接させる。

本技術によれば、形状が安定した蓄電モジュールおよびその製造方法を提供することができる。

組電池の基本的構成を示す図である。図１に示す組電池における電池セルおよびエンドプレートを示す図である。図１に示す組電池における電池セルを示す図である。図１に示す組電池におけるエンドプレートへの拘束部材の取付部の構造の一例を示す図である。拘束部材のコンタクト部周辺の構造を外面側から見た状態を示す図である。拘束部材のコンタクト部周辺の構造を内面側から見た状態を示す図である。比較例に係る拘束部材とエンドプレートとの当接部を示す模式図である。１つの実施の形態に係る拘束部材とエンドプレートとの当接部を示す模式図である。エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造の変形例を示す図である。突起の１つの変形例を示す図である。突起の他の変形例を示す図である。

以下に、本技術の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本技術の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本技術にとって必ずしも必須のものではない。

なお、本明細書において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」の記載は、オープンエンド形式である。すなわち、ある構成を含むが、当該構成以外の他の構成を含むことを除外しない。

図１は、組電池１の基本的構成を示す図である。図２は、組電池１に含まれる電池セル１００とエンドプレート２００とを示す図である。図３は、組電池１における電池セル１００を示す図である。

図１，図２に示すように、「蓄電モジュール」の一例としての組電池１は、電池セル１００と、エンドプレート２００と、拘束部材３００とを備える。

一例として、電池セル１００はリチウムイオン電池であるが、電池セル１００はニッケル水素電池など他の電池であってもよい。また、本開示において「蓄電モジュール」は組電池１に限定されず、電池セル１００に代えて、たとえばキャパシタが「蓄電セル」として用いられてもよい。

複数の電池セル１００は、Ｙ軸方向（配列方向）に並ぶように設けられる。電池セル１００は、電極端子１１０を含む。複数の電池セル１００の間には、図示しないセパレータが介装されている。２つのエンドプレート２００に挟持された複数の電池セル１００は、エンドプレート２００によって押圧され、２つのエンドプレート２００の間で拘束されている。

エンドプレート２００は、Ｙ軸方向（配列方向）において組電池１の両端に配置されている。エンドプレート２００は、組電池１を収納するケースなどの基台に固定される。エンドプレート２００のＸ軸方向の両端には、段差部２１０が形成される。

拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに接続する。拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００に各々形成された段差部２１０に取り付けられる。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対してＹ軸方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３００を段差部２１０に係合させ、その後に圧縮力を解放することにより、２つのエンドプレート２００を接続する拘束部材３００に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３００は、２つのエンドプレート２００を互いに近づける方向に押圧する。

拘束部材３００は、第１部材３１０と、第２部材３２０とを含む。第１部材３１０と第２部材３２０とは、突き合わせ溶接により互いに結合される。

図３に示すように、電池セル１００は、平坦面状の直方体形状に形成されている。電極端子１１０は、正極端子１１１と、負極端子１１２とを含む。電極端子１１０は、角型の筐体１２０上に形成されている。筐体１２０には、図示しない電極体および電解液が収容されている。

図４（図６におけるIＶ－IＶ断面図）は、組電池１におけるエンドプレート２００への拘束部材３００の取付部の構造の一例を示す図である。

図４に示すように、第１部材３１０の端面と第２部材３２０の端面とが対向する。第１部材３１０と突き合わせ溶接により接合された第２部材３２０は、第１部分３２１と、第１部分３２１に対して積層方向の端部側に位置する第２部分３２２とを含む。

板状の第２部材３２０は、電池セル１００の積層方向（Ｙ軸方向）に沿って逆向きに折り曲げられる。第２部材３２０の第１部分３２１と第２部分３２２との間にコンタクト部３２３が形成される。コンタクト部３２３は、積層方向（Ｙ軸方向）からエンドプレート２００に当接する。この結果、第２部材３２０は、エンドプレート２００の段差部２１０から積層方向（Ｙ軸方向）に沿って荷重（拘束力の反力）を受ける。

第２部材３２０には、孔部３２０Ａ１および孔部３２０Ａ２が形成されている。孔部３２０Ａ１は孔部３２０Ａ２よりも大径に形成されている。孔部３２０Ａ１と孔部３２０Ａ２とは、第２部材３２０を図４のように折り曲げた状態で、略同心となる位置に形成されている。孔部３２０Ａ１，３２０Ａが組み合わされて孔部３２０Ａが形成される。

固定部材４００（ボルト）は、孔部３２０Ａ１，３２０Ａ２を貫通し、第２部材３２０をエンドプレート２００に固定する。ボルトの頭部は、孔部３２０Ａ１に収納される。

積層方向の中央側に位置する第１部材３１０は、積層方向の端部側に位置する第２部材３２０よりも薄く形成される。第１部材３１０と電池セル１００との間には、スペーサ５００が設けられている。

次に、図５，図６を用いて、拘束部材３００のコンタクト部３２３周辺の構造について説明する。

図５、図６に示すように、拘束部材３００の第１部材３１０は、電池セル１００の側面から電池セル１００の上面および底面に回り込むフランジ部３１１を有する。フランジ部３１１を設けることにより、比較的薄く形成された第１部材３１０の剛性を確保することができる。折り曲げられ、重ねられた第２部材３２０は、縦方向に並ぶ複数（図５、図６の例では４つ）のスポット溶接部３２０Ｂにより固定されている。

図６に示すように、エンドプレート２００と拘束部材３００との当接面において、拘束部材３００のからエンドプレート２００に向けて突出する２つの突起３２３Ａが設けらている。２つの突起３２３Ａは、電池セル１００の積層方向（Ｙ軸方向）に直交する電池セル１００の高さ方向（Ｚ軸方向）に並ぶように形成されている。突起３２３Ａの先端は、エンドプレート２００に当接するコンタクト部３２３となる。

なお、突起３２３Ａの数は２つに限定されず、３つ以上の突起３２３Ａが形成されることもあり得る。また、拘束部材３００ではなく、エンドプレート２００側に突起を設ける場合もあり得る。

図６に示す突起３２３Ａは、たとえば板状部材からなる第２部材３２０にプレス打ち抜きを施すことにより形成されるが、突起３２３Ａの形成方法はこれに限定されない。

２つの突起３２３Ａは、互いに同じ形状であってもよいし、互いに異なる形状であってもよい。２つの突起３２３ＡのＹ軸方向の突出高さは、互いに同じである場合もあるし、互いに異なる場合もある。２つの突起３２３Ａの突出高さが異なる場合、電極端子１１０側に位置する突起３２３Ａの突出高さが他方の突起３２３Ａの突出高さよりも高い場合もあり、その逆もあり得る。

突起３２３Ａは、拘束部材３００による拘束力を解放したときに頂点を含む形状を有することが好ましい。電池セル１００およびエンドプレート２００を拘束する工程において、上記の頂点がエンドプレート２００に最初に当接する点となる。

エンドプレート２００はたとえばアルミニウムからなり、拘束部材３００はたとえば鉄などからなる。突起３２３Ａが設けられる拘束部材３００は、エンドプレート２００の他方よりも硬いことが好ましい。

図７は、比較例に係る拘束部材３００とエンドプレート２００との当接部を示す模式図であり、図８は、本実施の形態に係る拘束部材３００とエンドプレート２００との当接部を示す模式図である。

図７に示すように、比較例に係る組電池においては、拘束部材３００（第２部材３２０）の先端面がエンドプレート２００の段差部２１０に当接するように設計される。しかし、実際には、拘束部材３００およびエンドプレート２００の当接面には凹凸ないし傾きが存在し、この凹凸ないし傾きには個体差（ばらつき）がある。その結果、エンドプレート２００に拘束部材３００を固定して複数の電池セル１００の積層体をＹ軸方向に拘束する工程において、最初に当接するコンタクト部３２３α（荷重を受ける点）の位置が安定せず、エンドプレート２００の方向が不安定となり、組電池１（蓄電モジュール）全体の形状も定まりにくい。したがって、電池セル１００における封口部１３０の変形量も安定しにくい。

これに対し、図８に示すように、本実施の形態に係る組電池においては、拘束部材３００のからエンドプレート２００に向けて突出する２つの突起３２３Ａが設けられており、この突起３２３Ａの先端がコンタクト部３２３となるため、エンドプレート２００に拘束部材３００を固定して複数の電池セル１００の積層体をＹ軸方向に拘束する工程において、最初に当接するコンタクト部３２３（荷重を受ける点）の位置が安定し、エンドプレート２００の方向が安定するため、組電池１（蓄電モジュール）全体の形状も定まりやすい。したがって、電池セル１００における封口部１３０の変形量も安定する。

このように、本実施の形態においては、複数の電池セル１００の積層体をＹ軸方向に拘束する工程において、エンドプレート２００と拘束部材３００の当接面の形状により予め定められた当接点（コンタクト部３２３）においてエンドプレート２００と拘束部材３００とを最初に当接させている。この結果、形状が安定した組電池１が得られる。

また、電極端子１１０側に位置する突起３２３Ａの突出高さを相対的に高くすることにより、電極端子１１０側を強く拘束するようにエンドプレート２００を意図的に傾けることが可能となり、電池セル１００の封口体側の変位を相対的に小さくすることができる。

図９は、エンドプレート２００への拘束部材３００の取付部の構造の変形例を示す図である。図４～図６の例では、板状の第２部材３２０を複数の電池セル１００の積層方向に沿って逆向きに折り曲げることによってコンタクト部３２３を形成する構造について説明したが、第２部材３２０を折り曲げることは本開示において必ずしも必須ではない。

図９の変形例のように、第１部材３１０をエンドプレート２００の端面上にまで延在させ、第１部材３１０の内側に第２部材３２０を設けてもよい。この場合も、第２部材３２０に突起３２３Ａおよびコンタクト部３２３が形成される。

図１０および図１１は、突起３２３Ａの変形例を示す図である。図１０に示すように、突起３２３Ａは、正三角形状の断面を有してもよいし、図１１に示すように、突起３２３Ａは、曲線状を輪郭を有するが先が尖った形状を有してもよい。

以上、本技術の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本技術の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１組電池、１００電池セル、１１０電極端子、１１１正極端子、１１２負極端子、１２０筐体、１３０封口部、２００エンドプレート、２１０段差部、３００拘束部材、３１０第１部材、３１１フランジ部、３２０第２部材、３２０Ａ，３２０Ａ１，３２０Ａ２孔部、３２０Ｂスポット溶接部、３２１第１部分、３２２第２部分、３２３，３２３α コンタクト部、３２３Ａ突起、４００固定部材、５００スペーサ。

Claims

積層された複数の蓄電セルと、
前記複数の蓄電セルの積層体の積層方向の両端に設けられたエンドプレートと、
前記エンドプレートに前記積層方向から当接する拘束部材とを備え、
前記エンドプレートと前記拘束部材との当接面において、前記エンドプレートおよび前記拘束部材の一方から他方に向けて突出する複数の突起が設けられ、
前記当接面は、前記積層方向に直交する方向に延在し、
前記複数の突起は前記積層方向に直交する前記方向に並ぶ、蓄電モジュール。
前記複数の突起は、前記拘束部材に設けられる、請求項１に記載の蓄電モジュール。
前記拘束部材は板状部材からなり、前記複数の突起はプレス打ち抜きにより構成される、請求項２に記載の蓄電モジュール。
前記複数の蓄電セルは、前記積層方向に直交する高さ方向の上端に位置する外部端子を各々含み、
前記複数の蓄電セルの前記高さ方向に並ぶように２つの突起が設けられる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
前記２つの突起の突出高さが互いに異なる、請求項４に記載の蓄電モジュール。
前記２つの突起のうち、前記外部端子側に位置する一方の突起が他方の突起よりも突出高さが高い、請求項５に記載の蓄電モジュール。
前記拘束部材による拘束力を解放したときに、前記複数の突起は頂点を含む形状を有する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
前記エンドプレートおよび前記拘束部材のうち前記複数の突起が設けられる一方の部材は、前記エンドプレートおよび前記拘束部材の他方よりも硬い、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
複数の蓄電セルを積層する工程と、
前記複数の蓄電セルの積層体の積層方向の両端にエンドプレートを配置する工程と、
前記エンドプレートに拘束部材を固定して前記複数の蓄電セルの前記積層体を前記積層方向に拘束する工程とを備え、
前記積層体を前記積層方向に拘束する工程において、前記積層方向の両端に位置する前記エンドプレートと前記拘束部材との当接面の形状により予め定められた当接点において前記エンドプレートと前記拘束部材とを最初に当接させ、
前記当接面は、前記積層方向に直交する方向に延在し、
前記当接点は、前記エンドプレートおよび前記拘束部材の一方から他方に向けて突出する複数の突起の先端であり、前記複数の突起は前記積層方向に直交する前記方向に並ぶ、蓄電モジュールの製造方法。
前記拘束部材に複数の突起を設ける工程をさらに備えた、請求項９に記載の蓄電モジュールの製造方法。
板状部材にプレス打ち抜き工程を施して前記複数の突起を形成する、請求項１０に記載の蓄電モジュールの製造方法。
前記複数の蓄電セルは、前記積層方向に直交する高さ方向の上端に位置する外部端子を各々含み、
前記複数の蓄電セルの前記高さ方向に並ぶように２つの突起が設けられる、請求項１０または請求項１１に記載の蓄電モジュールの製造方法。
前記２つの突起の突出高さが互いに異なる、請求項１２に記載の蓄電モジュールの製造方法。
前記２つの突起のうち、前記外部端子側に位置する一方の突起が他方の突起よりも突出高さが高い、請求項１３に記載の蓄電モジュールの製造方法。
前記拘束部材による拘束力を解放したときに、前記複数の突起は頂点を含む形状を有する、請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
前記エンドプレートおよび前記拘束部材のうち前記複数の突起が設けられる一方の部材は、前記エンドプレートおよび前記拘束部材の他方よりも硬い、請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の蓄電モジュールの製造方法。