WO2019163381A1 - 電池モジュール - Google Patents

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WO2019163381A1
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stacking direction
terminal
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独志 西森
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日立オートモティブシステムズ株式会社
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery module including a plurality of secondary batteries 2.
  • aqueous batteries such as lead batteries, nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries have been mainstream.
  • lithium secondary batteries having high energy density have attracted attention, and their research, development, and commercialization have been promoted rapidly.
  • a member such as a guide is required to arrange the plurality of secondary batteries without shifting.
  • Patent Document 1 proposes a secondary battery module in which a large number of secondary batteries are stacked via an insulating material having a guide wall.
  • the size of the secondary battery stack differs in the stacking direction before and after compression. Is difficult to place in a fixed position.
  • the present invention provides a secondary battery module excellent in assemblability that can arrange secondary batteries in a fixed position even when the size in the stacking direction of the secondary battery stack changes before and after compression. Aimed at that.
  • Solution means for solving the above problems are as follows, for example.
  • a secondary battery having a wide surface and a narrow surface, and having a terminal provided protruding from the narrow surface, and a plurality of the secondary batteries facing the wide surface so that the terminal is disposed on one side.
  • a bus bar case provided opposite to the side of the secondary battery stack on which the terminals are provided, the bus bar case corresponding to the terminals.
  • a plurality of holes at each position, the terminal is inserted into the hole, and a gap between the secondary battery provided on one end side in the stacking direction of the secondary battery and the inner wall of the hole is provided.
  • the total length M in the stacking direction is a secondary battery module that satisfies the following formula (1).
  • A is from the one side edge part of the lamination
  • B is a length from one end of the secondary battery terminal in the stacking direction to one side of the adjacent secondary battery terminal in the state where the secondary battery stack is pressed from both sides in the stacking direction. (A> B is satisfied. N is the number of the secondary batteries in the stacking direction.)
  • a secondary battery module manufacturing comprising: an arraying step of arranging a plurality of prismatic secondary batteries provided with protruding terminals in a cell holder; and a pressing step of pressing the plurality of secondary batteries in the stacking direction after the arranging step.
  • a method of manufacturing a secondary battery module wherein the terminal of the secondary battery is inserted into a hole provided in the cover in the arranging step.
  • a secondary battery module excellent in assemblability that can arrange secondary batteries in a fixed position even when the size in the stacking direction of the secondary battery stack changes before and after compression. Can be provided.
  • External perspective view of module without busbar case and busbar Front view of a bus bar case with equally spaced partitions Bus bar case external perspective view of module including bus bar Module assembly method (first half) Module assembly method (second half) Positional relationship between the terminal before pressing and the bus bar case Positional relationship between the terminal after pressing and the bus bar case Front view of a bus bar case with unequal pitch partitions Positional relationship between the terminal before pressing and the bus bar case Positional relationship between the terminal after pressing and the bus bar case
  • FIG. 1 and FIG. 3 are external perspective views as an embodiment of the module.
  • FIG. 1 is an external perspective view of the secondary battery module 1 with the bus bar case 51 and the bus bar 31 removed from the secondary battery module 1 shown in FIG.
  • the secondary battery module 1 is disposed between a first battery group 11 in which a plurality of secondary batteries are stacked, a second battery group 12, and the first battery group 11 and the second battery group 12.
  • the first block member 13, the first battery group 11, the second battery group 12, the second block member 14 and the third block member 15 are provided on the end sides of the first battery group 11, It has an upper lashing plate 16 and a lower lashing plate 17 for tying the second battery group 12 together. These are fixed by fastening the block member 15 and the upper securing plate 16 with fastening bolts 18.
  • the secondary battery 2 has a pair of wide surfaces and two sets of narrow surfaces, and the first battery group 11 and the second battery group 12 are stacked by stacking the wide surfaces facing each other.
  • the narrow surface has a battery cover, and the battery cover is provided with a positive electrode terminal 3 and a negative electrode terminal 4 projecting from each other.
  • the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 are arranged to be provided in the same direction.
  • a first block member 13 is disposed between the first battery group 11 and the second battery group 12, and a second block member is disposed on the end side of the first battery group 11 and the second battery group 12.
  • 14 and the third block member 15 are disposed, and an upper lashing plate 16 is provided at the end of the secondary battery in the stacking direction, and a lower lashing plate 17 is provided at the other end side.
  • the secondary battery stack is secured by being sandwiched between the plate 16 and the lower securing plate 17.
  • the first block member 13, the second block member 14, and the third block member 15 are fastened by an upper securing plate 16, a lower securing plate 17, and a fastening bolt 18, respectively.
  • the 1st block member 13, the 2nd block member 14, and the 3rd block member 15 can be comprised by materials, such as a metal and resin, for example.
  • the fastening point of the fastening bolt 18 can be formed by threading the metal.
  • the fastening point of the fastening bolt 18 can be formed by embedding an insert nut, for example.
  • the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 are members that support the repulsive force of the battery group, and are preferably formed of metal.
  • FIG. 3 is an external perspective view of the secondary battery module 1 with the bus bar case 51 and the bus bar 31 attached to FIG.
  • the plurality of secondary batteries 2 are arranged so that the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 are aligned on one side, and the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 are provided in the terminal insertion hole 53 provided in the bus bar case 51. Has been inserted.
  • the positive terminal 3 and the negative terminal 4 are provided with bus bars 31 so that the plurality of secondary batteries 2 are connected in series, for example.
  • the bus bar 31 is attached to the positive terminal 3 and the negative terminal 4 inserted into the terminal insertion hole 53 from the bus bar case side.
  • FIG. 2 is a front view of the bus bar case 51.
  • the bus bar case 51 includes a terminal insertion hole 53 into which the cell external terminal 24 (the positive terminal 3 and the negative terminal 4) is inserted, and a partition portion 52 that partitions the terminal insertion holes 53.
  • the terminals of the adjacent secondary batteries 2 are insulated from each other by the partition part 52.
  • the material of the bus bar case 51 is formed of an insulating resin such as polyethylene.
  • a total of 24 terminal insertion holes 53 are provided along the stacking direction of the secondary batteries 2, that is, six rows in total, ie, four rows.
  • the lengths of the terminal insertion holes 53 and the partition portions 52 in the secondary battery stacking direction are all the same, and the terminal insertion holes 53 are arranged at an equal pitch.
  • 4 and 5 are examples showing a method for manufacturing the secondary battery module 1.
  • FIG. 4 is a diagram showing an arrangement process for arranging the secondary batteries 2 on the bus bar case 51.
  • the first block member is fixed to the bus bar case 51.
  • the positive terminal 3 and the negative terminal 4 of the secondary battery 2 are inserted on the outermost side in the stacking direction of the terminal insertion holes 53 provided in the bus bar case 51.
  • a double-sided protrusion insulating plate 22 having a protrusion for holding the secondary battery 2 is installed inside the stacking direction of the secondary battery 2 inserted.
  • single-sided projecting insulating plates 23 are arranged at both ends in the stacking direction of the secondary battery 2 stack. This operation is performed for all the terminal insertion holes 53 of the bus bar case 51 to form the first battery group 11 and the second battery group 12.
  • the secondary batteries 2 are aligned so that the polarities of the cell external terminals 24 of the adjacent secondary batteries 2 are reversed, but this is not a limitation depending on the connection of the secondary batteries.
  • the double-sided protrusion insulating plate 22 and the single-sided protruding insulating plate 23 can be formed of a resin such as PBT (polybutylene terephthalate).
  • the bus bar case 51 By arranging the cell external terminals 24 of the secondary battery 2 in the terminal insertion holes 53 provided in the bus bar case 51, it is possible to temporarily fix the secondary battery in place before compression of the secondary battery. it can. If the secondary battery 2 is arranged without inserting the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 into the bus bar case 51, it takes time to arrange the cells at a predetermined position because there is no positioning mechanism for the secondary battery 2. By using the case 51 for the arrangement of the secondary batteries 2, the time required for aligning the secondary batteries 2 is reduced, which contributes to an improvement in assemblability.
  • FIG. 5 shows an example of a manufacturing method until the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 are fixed.
  • the second block member 14 and the third block member 15 are fixed to the bus bar case 51 with respect to the module being created.
  • the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 are brought into contact with the first battery group 11 and the second battery group 12 and temporarily fixed with fastening bolts 18.
  • the fastening bolt 18 When a compressive load is applied perpendicularly to the wide surfaces of the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 and the distance between the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 reaches a predetermined dimension, the fastening bolt 18 is attached. Turn and fix with a predetermined torque.
  • bus bar 31 that electrically connects the positive electrode terminal 3 and the negative electrode terminal 4 of the adjacent secondary battery 2, the positive electrode terminal 3 or the negative electrode terminal 4 on the extreme end side in the stacking direction, and the outside of the secondary battery module 1.
  • a bus bar for external connection that electrically connects the next battery is installed and fixed by laser welding or the like.
  • FIG. 6 shows a state in which the positive terminal 3 and the negative terminal 4 of the secondary battery 2 are inserted into the terminal insertion holes 53 formed in the bus bar case 51 and temporarily fixed by the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 (before compression). It is the figure which looked at the secondary battery module 1 of this from the bus-bar case 51 side.
  • FIG. 7 is a diagram showing the shape of the secondary battery module 1 after the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 are pressed to a predetermined dimension and fixed with the fastening bolts 18 from the state of FIG.
  • the secondary battery 2 has a power storage element in which a positive electrode and a negative electrode are stacked in a battery can, and the power storage element expands and contracts due to charge and discharge. By fixing the secondary battery 2 in a compressed state, this expansion and contraction can be suppressed and the performance can be maintained.
  • the diameter of the secondary battery in the compression direction changes, and the positional relationship between the terminals also changes.
  • the distance (gap 61) in the stacking direction of the secondary battery 2 between the terminal (positive electrode terminal 3 or negative electrode terminal 4) and the inner wall of the terminal insertion hole 53 is different between the outer side and the inner side in the stacking direction.
  • the distance is smaller on the outer side in the stacking direction and larger on the inner side in the stacking direction.
  • the distance is larger on the outer side in the stacking direction and smaller on the inner side in the stacking direction.
  • FIG. 6 and FIG. 7 The difference between FIG. 6 and FIG. 7 occurs because the pitch between terminals of adjacent secondary batteries 2 is reduced by pressing the secondary battery in the stacking direction from the state of FIG. 6 to the state of FIG.
  • the pitch from the surface on one side in the stacking direction of the terminals of a certain secondary battery 2 to the surface on one side in the stacking direction of the terminals of the adjacent secondary battery is A before compression (FIG. 6) and B after compression. In this case, A> B.
  • the change in the pitches A and B is due to the change in the thickness of the secondary battery 2 in the stacking direction. When the thickness in the stacking direction of the secondary battery 2 is a before pressing and b after pressing, a > B is satisfied.
  • the pitch a after pressing is obtained by measuring the pitch of the terminals of the completed battery group, and the pitch a before pressing is obtained from the terminal pitch in the state where the secondary battery 2 is in contact during temporary assembly. Can do.
  • the thickness in the stacking direction of the secondary battery 2 can be measured before and after pressing, and A can also be obtained by releasing the pressing again after pressing.
  • the position of the terminal insertion hole of the bus bar case 51 is not provided in consideration of this, the manufacturing method as described above, that is, the bus bar case. It is not possible to use a manufacturing method in which the cell external terminal 24 of the secondary battery 2 is inserted into the insertion hole 53 of 51 and positioned and then pressed. If the position of the terminal insertion hole 53 in the bus bar case 51 is determined by the size after pressing, the cell external terminal 24 of the secondary battery 2 is inserted into the insertion hole 53 of the bus bar case 51 because the pitch is large before pressing. Cannot be positioned.
  • the cell external terminal 24 can be accommodated in the terminal insertion hole 53 before and after pressing, so that the above manufacturing method with excellent assemblability can be used.
  • the added size) satisfies the following formula (1). M> (AB) ⁇ (N ⁇ 1) (1)
  • A is a length from one end of the secondary battery terminal in the stacking direction to the one side in the stacking direction of the adjacent secondary battery terminal when the secondary battery stack is not pressed.
  • B is the length from the one end of the secondary battery terminal in the stacking direction to the one side in the stacking direction of the adjacent secondary battery terminal when the secondary battery stack is pressed from both sides in the stacking direction.
  • N is the number of secondary batteries in the stacking direction.
  • the pressed state is, for example, a state in which the secondary battery stack is surrounded and fixed by a cell block, an upper tie plate, a lower tie plate, and the like.
  • the state where it is not pressed is, for example, a state where these fixations are removed.
  • the said manufacturing method can be used by satisfy
  • the grounds are described below.
  • the cell external terminal 24 moves to the center side by (AB) / 2.
  • the cell external terminals 24 of the second and fifth cells on the outside move by (AB) ⁇ 3/2 toward the center.
  • the cell external terminals 24 of the secondary cells 2 of the first and sixth cells at the end move to the center side by (AB) ⁇ 5/2. That is, the movement amount of the cell external terminal 24 of the terminal secondary battery 2 is the largest. Therefore, the cell external terminal 24 of the terminal secondary battery having the largest movement amount is accommodated in the terminal insertion hole 53 of the bus bar case 51 before or after being pressed. This is a necessary condition for being accommodated in the insertion hole 53.
  • the secondary battery (second cell) on the center side moves by (AB) toward the center in the stacking direction by one cell from the secondary battery 2 at the end.
  • the movement amounts of the third, fourth, fifth, and sixth cells are (AB) ⁇ 2, (AB) ⁇ 3, (AB) ⁇ 4, and (AB) ⁇ 5, respectively.
  • the sum of the gap between the outer side in the stacking direction of the cell external terminal 24 of the terminal cell 21 after pressing and the partition portion 52 of the bus bar case 51 at both ends of the module is (A ⁇ B) ⁇ 5.
  • this is a case where the number of cells constituting the battery group is 6 cells.
  • N the sum of the gaps outside the terminal secondary batteries 2 on both sides is taken, (A ⁇ B) ⁇ (N ⁇ 1).
  • the gap of (AB) ⁇ (N ⁇ 1) is added. That is, when the secondary battery 2 is fixed to the terminal insertion hole of the bus bar case and a module is formed by applying a compressive load to the cell group, the outer side in the stacking direction of the cell external terminal of the terminal secondary battery 2 and the partition part of the bus bar case The gap between the two is (AB) ⁇ (N ⁇ 1) or more.
  • the total size M of the gaps on the outer side in the stacking direction between the cell external terminals 24 and the terminal insertion holes 53 of the secondary batteries provided at both ends in the stacking direction (the size obtained by adding the gaps 61 on both ends in the stacking direction) (AB) ⁇ (N ⁇ 1) or more, the cell external terminal 24 can be accommodated in the terminal insertion hole 53 before and after pressing as shown in FIGS.
  • the structure is such that the method can be used.
  • the partition portions 52 are arranged at equal intervals, and the size of each terminal insertion hole 53 is substantially constant with respect to the stacking direction.
  • the thickness of a partition part is set with C, those relationship will be set to A> C> B.
  • the gap 61 becomes E ⁇ (CB) ⁇ N when going inward in the stacking direction for N cells. That is, the gap 61 on the outer side in the stacking direction of the cell external terminals 24 becomes smaller as it goes inward in the stacking direction. Further, when the gap 61 outside the cell external terminal 24 of the secondary battery 2 at the opposite end is F, the gap 61 becomes F when going inward in the stacking direction for N cells in the same manner as the above discussion. ⁇ (CB) ⁇ N.
  • the gap 61 on the outer side in the stacking direction between the cell external terminal 24 and the partition portion 52 after pressing differs depending on the stacking direction, and goes toward the center in the stacking direction. As it gets smaller, it gets smaller by a certain amount. Conversely, it increases by a certain amount from the center in the stacking direction toward the outside.
  • Example 2 In Example 1, the size and interval of the terminal insertion holes 53 in the stacking direction were made uniform, whereas in Example 2, the size and interval of the terminal insertion holes 53 in the stacking direction were made unequal.
  • FIG. 8 is a diagram of the bus bar case 51 in the second embodiment.
  • One of the six terminal insertion holes 53 provided in the stacking direction is narrow, forming a narrow terminal insertion hole 54.
  • the other terminal insertion holes 53 are wide terminal insertion holes 55 having the same length in the stacking direction.
  • the length of the narrow terminal insertion hole 54 in the stacking direction is about the same as the length of the cell external terminal 24 in the stacking direction, and is slightly large enough to allow the terminal to enter.
  • FIG. 10 shows that the cell external terminal 24 of the secondary battery 2 is inserted into the narrow terminal insertion hole 54 and the wide terminal insertion hole 55 formed in the bus bar case 51, and the upper lashing plate 16 and the lower lashing plate 17 are set to predetermined dimensions. It is the figure which looked at the module of the state pressed and tightened with the fastening bolt 18 from the bus-bar case 51 side.
  • the bus bar case 51 is free from rattling and is easy to handle.
  • one terminal insertion hole 53 having a different diameter in the stacking direction may be used as in the present embodiment, or the diameter may be continuously changed along the stacking direction.
  • the diameter of the terminal insertion hole 53 in the stacking direction may be increased toward the outer side in the stacking direction and decreased toward the inner side.
  • Example 3 is an example of the secondary battery module 1 in which the secondary batteries 2 are grouped in one row.
  • FIG. 11 is a diagram of the secondary battery module 1 of the third embodiment.
  • the secondary battery module 1 is a module in which six secondary batteries 2 are grouped in one row. In the embodiments so far, a module in which two rows of six secondary batteries 2 are combined has been shown. However, even in the case of one row, the cell external terminal 24 is interposed between the partition portions 52 provided in the bus bar case 51 before pressing. The secondary battery 2 can be easily aligned by inserting.
  • Example 4 The fourth embodiment has a structure in which the number of the partition portions 52 of the bus bar case 51 is small and the two cell external terminals 24 are inserted between the adjacent partition portions 52 in the third embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view of the secondary battery module 1 of the fourth embodiment.
  • the two cell external terminals 24 inserted into one terminal insertion hole 53 are both connected by the bus bar 31 in a later step, and therefore do not need to be insulated by the partition portion 52.
  • the degree of freedom in designing the bus bar case 51 can be improved.
  • the terminal insertion holes 53 may be provided in sections in which the respective terminals of the secondary batteries adjacent in the stacking direction of the secondary batteries are set as one set. It may be provided for each terminal as shown in FIG. It should be noted that the structure as in this embodiment with a small number of partition portions 52 can be used for a plurality of rows of secondary battery modules as in Embodiments 1 and 2.
  • the fifth embodiment is an example in which the bus bar case 51, the first block member 13, the second block member 14, and the third block member 15 are integrated in the first embodiment.
  • the bus bar case 51, the first block member 13, the second block member 14, and the third block member 15 can be integrally formed by being formed of resin, for example, to form a bus bar case 56 with a block member.
  • integrally molding it contributes to reducing the number of parts and cost.
  • the assemblability can be further improved by using the block member as a guide in the width direction.

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Abstract

本発明では、圧縮前と後とで二次電池積層体の積層方向のサイズ変わる場合であっても二次電池を定位置に配列することができる組立性に優れた二次電池モジュールを提供することを目的とした。幅広面と幅狭面を有し、前記幅狭面から突出して設けられた端子を有する二次電池と、複数の前記二次電池が前記幅広面を対向させて、一方向側に前記端子を向けて積層された二次電池積層体と、前記二次電池積層体の前記端子が設けられた側に対向して設けられたバスバーケースと、を有し、前記バスバーケースは、前記端子に対応した位置にそれぞれ複数の孔を有し、前記端子は前記孔に挿入されており、前記二次電池の積層方向一端側に設けられた前記二次電池と前記孔の内壁との間の隙間のうち前記積層方向外側の隙間Eと、前記二次電池の積層方向他端側に設けられた前記二次電池と前記孔の内壁との間の隙間のうち前記積層方向外側の隙間Fと、の前記積層方向の和の長さMは、下記式(1)を満たす二次電池モジュール。

Description

電池モジュール
 本発明は複数の二次電池2を備える二次電池モジュールに関する。
 従来、再充電可能な二次電池の分野では、鉛電池、ニッケル-カドミウム電池、ニッケル-水素電池等の水溶液系電池が主流であった。しかしながら、電気機器の小型化、軽量化が進むにつれ、高エネルギー密度を有するリチウム二次電池が着目され、その研究、開発及び商品化が急速に進められた。
 一方、地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車(EV)や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車(HEV)が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されている。特に角形リチウム二次電池はパック化した際の体積効率が優れているため、HEV用あるいはEV用として角形リチウム二次電池の開発への期待が高まっている。
 複数の二次電池をパックとする場合、複数の二次電池がずれることなく配列するにはガイド等の部材が必要となる。
 例えば、特許文献1には、多数個の二次電池をガイド壁を有した絶縁材を介して積層する二次電池モジュールが提案されている。
WO2014-024424
 モジュール構造を安価に製造しようとする場合、特許文献1に開示されるような絶縁材を安価なシート材によって置き換えることが考えられる。しかし、この場合、二次電池をずれることなく配列することが容易でなくなる。
 これに対して、例えば複数の二次電池の端子を特許文献1に開示されるようなバスバーケースの孔に挿入することで配列することが可能となる。
 しかし、二次電池を積層方向に圧縮した状態で固定する場合、圧縮前と圧縮後とで二次電池積層体の積層方向のサイズが異なるため、端子の位置が変わり、圧縮前に二次電池を定位置に配置することが難しい問題がある。
 本発明では、圧縮前と後とで二次電池積層体の積層方向のサイズ変わる場合であっても二次電池を定位置に配列することができる組立性に優れた二次電池モジュールを提供することを目的とした。
 上記課題を解決するための解決手段は例えば以下である。
 幅広面と幅狭面を有し、前記幅狭面から突出して設けられた端子を有する二次電池と、複数の前記二次電池が前記幅広面を対向させて、一方向側に前記端子を向けて積層された二次電池積層体と、前記二次電池積層体の前記端子が設けられた側に対向して設けられたバスバーケースと、を有し、前記バスバーケースは、前記端子に対応した位置にそれぞれ複数の孔を有し、前記端子は前記孔に挿入されており、前記二次電池の積層方向一端側に設けられた前記二次電池と前記孔の内壁との間の隙間のうち前記積層方向外側の隙間Eと、前記二次電池の積層方向他端側に設けられた前記二次電池と前記孔の内壁との間の隙間のうち前記積層方向外側の隙間Fと、の前記積層方向の和の長さMは、下記式(1)を満たす二次電池モジュール。
  M>(A-B)×(N-1) …式(1)
(式(1)において、Aは、二次電池積層体が押圧されていない状態における二次電池の端子の積層方向一方側端部から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側までの長さである。Bは、二次電池積層体を積層方向両側から押圧した状態における、二次電池の端子の積層方向一方側端部から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側までの長さである。A>Bを満たす。Nは、前記二次電池の積層方向における個数である。)
 また、例えば以下製造方法が挙げられる。
 端子が突出して設けられた角形二次電池を、セルホルダーに複数配列する配列工程と、前記配列工程の後に、前記複数の二次電池を積層方向に押圧する押圧工程を有する二次電池モジュール製造方法であり、前記配列工程では、前記カバーに設けられた孔に、前記二次電池の前記端子を挿入する二次電池モジュール製造方法。
 本発明によれば、圧縮前と後とで二次電池積層体の積層方向のサイズ変わる場合であっても二次電池を定位置に配列することができる組立性に優れた二次電池モジュールを提供することができる。
バスバーケース、バスバーを除いたモジュールの外観斜視図 仕切り部が等ピッチのバスバーケースの正面図 バスバーケース、バスバーを含むモジュールの外観斜視図 モジュールの組み立て方法(前半) モジュールの組み立て方法(後半) 押圧前の端子とバスバーケースの位置関係 押圧後の端子とバスバーケースの位置関係 仕切り部が不等ピッチのバスバーケースの正面図 押圧前の端子とバスバーケースの位置関係 押圧後の端子とバスバーケースの位置関係 モジュールの外観斜視図 端子挿入孔に最大2端子が入るバスバーケース ブロック部材を備えたバスバーケース
 以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
 (実施例1)
 図1、図3はモジュールの一実施の形態としての外観斜視図である。
 図1は、図3に示す二次電池モジュール1からバスバーケース51およびバスバー31を取り除いた状態の二次電池モジュール1の外観斜視図である。
 二次電池モジュール1は、複数の二次電池が積層された第一の電池群11と、第二の電池群12と、第一の電池群11と第二の電池群12との間に配置される第一のブロック部材13と、第一の電池群11と第二の電池群12の端側に第二のブロック部材14と第三のブロック部材15を備え、第一の電池群11と第二の電池群12を一括で固縛する上部固縛板16と下部固縛板17を有する。これらはブロック部材15と上部固縛板16とは締結ボルト18にて締結されることで固定されている。
 二次電池2は、一組の幅広面と二組の幅狭面を有しており、幅広面を互いに対向させて積層されることで第一の電池群11、第二の電池群12を形成する。幅狭面には電池蓋を有し、電池蓋には正極端子3、負極端子4がそれぞれ突出した状態で設けられている。第一の電池群11、第二の電池群12において正極端子3、負極端子4は同一の方向に設けられるように配置されている。
 第一の電池群11と第二の電池群12との間には第一のブロック部材13が配置され、第一の電池群11と第二の電池群12の端側に第二のブロック部材14と第三のブロック部材15が配置されている、二次電池の積層方向端部には上部固縛板16が設けられ、他端側には下部固縛板17が設けられ、上部固縛板16と下部固縛板17で挟むことにより二次電池積層体が固縛されている。第一のブロック部材13、第二のブロック部材14、第三のブロック部材15はそれぞれ上部固縛板16と下部固縛板17と締結ボルト18により締結されている。第一のブロック部材13、第二のブロック部材14、第三のブロック部材15は、例えば金属、樹脂等の材料により構成することができる。金属の場合、金属にネジ加工することで締結ボルト18の締結点を形成できる。樹脂を用いた場合、例えばインサートナットを埋め込むことで締結ボルト18の締結点を形成できる。上部固縛板16と下部固縛板17は電池群の反発力を支える部材であり、金属で形成することが望ましい。
 図3は、図1にバスバーケース51およびバスバー31を取り付けた状態の二次電池モジュール1の外観斜視図である。
 上述のように複数の二次電池2は、正極端子3、負極端子4が一方側に揃うように配置されており、正極端子3、負極端子4がバスバーケース51に設けられた端子挿入孔53に挿入されている。正極端子3、負極端子4には、複数の二次電池2が例えば直列接続となるようにバスバー31が設けられている。バスバー31は、端子挿入孔53に挿入された正極端子3、負極端子4に対してバスバーケース側から取り付けられている。
 図2は、バスバーケース51の正面図である。
 バスバーケース51は、セル外部端子24(正極端子3、負極端子4)が挿入される端子挿入孔53と、端子挿入孔53同士を仕切る仕切り部52を有している。仕切り部52によって隣接した二次電池2の端子同士が絶縁される。バスバーケース51の材質は例えばポリエチレン等の絶縁性の樹脂で形成される。本例では端子挿入孔53は、二次電池2の積層方向に沿って6個の列が合計4列、計24個設けられている。また、本例では端子挿入孔53および仕切り部52の二次電池積層方向の長さは全て同一となっており、等ピッチで端子挿入孔53が並んでいる。
 図4および図5は、二次電池モジュール1の製造方法を示す一例である。
 図4はバスバーケース51に二次電池2を配列する配列工程を示す図である。
 まず、バスバーケース51に第一のブロック部材を固定する。
 次にバスバーケース51に設けられた端子挿入孔53の積層方向の最も外側に、二次電池2の正極端子3、負極端子4を挿入する。
 次に挿入した二次電池2の積層方向内側に、二次電池2を保持するための突起を備えた両面突起絶縁板22を設置する。
 続いて、隣接する端子挿入孔53に別の二次電池2を、さらに積層方向内側に両面突起絶縁板22を順々に設置していって二次電池2の積層体を形成する。
 その後、二次電池2積層体の積層方向両端に片面突起絶縁板23を配置する。この操作をバスバーケース51の全ての端子挿入孔53に対して実施し、第一の電池群11および第二の電池群12を形成する。
 なお、本例では隣接する二次電池2のセル外部端子24の極性が逆になるように二次電池2を整列させるが二次電池の接続によってはこれに限られるものではない。また、両面突起絶縁板22と片面突起絶縁板23は例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート)等の樹脂により形成することができる。
 バスバーケース51に設けられた端子挿入孔53に二次電池2のセル外部端子24を挿入することで配列することで、二次電池の圧縮前に二次電池を定位置に仮固定することができる。バスバーケース51に正極端子3、負極端子4を挿入せずに二次電池2を並べると、二次電池2の位置決め機構が無いためにセルを所定の位置に並べるのに時間がかかるが、バスバーケース51を二次電池2の配列に使用することで二次電池2を整列させるのに要する時間が減って組立性の向上に寄与する。
 図5は、上部固縛板16、下部固縛板17を固定するまでの製造方法の一例を示す。
 図4までに作成途中のモジュールに対して第二のブロック部材14、および第三のブロック部材15をバスバーケース51に固定する。
 上部固縛板16および下部固縛板17を、第一の電池群11および第二の電池群12に対して接触させ、締結ボルト18にて仮止めする。
 上部固縛板16および下部固縛板17の幅広面に対して垂直に圧縮荷重を加えて、上部固縛板16と下部固縛板17間の距離が所定の寸法に達したら締結ボルト18を所定トルクで回して固定する。
 その後、それぞれ隣接する二次電池2の正極端子3、負極端子4間を電気的に繋ぐバスバー31、積層方向最も端部側の正極端子3または負極端子4に二次電池モジュール1の外部と二次電池とを電気的に接続する外部接続用のバスバーを設置してレーザー溶接等で固定する。
 次に、以上のように、バスバーケース51の端子挿入孔52に正極端子3、負極端子4を固定した後に二次電池積層体に圧縮荷重を加えてモジュールを形成する製造方法を用いる場合の二次電池モジュール構造について述べる。
 図6は、バスバーケース51に形成した端子挿入孔53に二次電池2の正極端子3、負極端子4を挿入し上部固縛板16および下部固縛板17で仮止めした状態(圧縮前)の二次電池モジュール1を、バスバーケース51側から見た図である。
 図7は、図6の状態から上部固縛板16および下部固縛板17を所定寸法まで押圧して締結ボルト18にて固定した後の二次電池モジュール1の形状を示した図である。
 二次電池2は、電池缶内に正極と負極が積層された蓄電要素を有しており、充放電により蓄電要素が膨張収縮する。二次電池2を圧縮した状態で固定することによりこの膨張収縮を抑え、性能を維持することに寄与することができる。二次電池を圧縮した場合、二次電池の圧縮方向の径が変わり、端子同士の位置関係も変化する。
 図6において、端子(正極端子3または負極端子4)と端子挿入孔53の内壁との二次電池2積層方向の距離(隙間61)は積層方向外側と内側とで異なっている。端子と積層方向外側の内壁との距離に注目すると、積層方向外側では、小さく、積層内側ほど大きくなる。端子と積層方向内側の内壁との距離に注目した場合は、積層方向外側では、大きく、積層方向内側ほど小さくなる。
 図7では、二次電池を積層方向に圧縮しているため、内壁と端子との距離に違いが生じている。端子と積層方向外側の内壁との距離(隙間61)に注目すると、積層方向外側では、大きく、積層内側ほど小さくなる。端子と積層方向内側の内壁との距離に注目した場合は、積層方向外側では、小さく、積層方向内側ほど大きくなる。
 図6と図7の違いは、図6の状態から図7の状態にかけて二次電池を積層方向に押圧しことにより隣接する二次電池2の端子どうしのピッチが縮んだことにより生じる。ある二次電池2の端子の積層方向一方側の面から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側の面までのピッチは、圧縮前(図6)をA、圧縮後をBとした場合にA>Bの関係となる。また、このピッチA,Bの変化は、二次電池2の積層方向の厚さの変化によるものであり、二次
電池2の積層方向の厚さを押圧前a,押圧後bとした場合a>bを満たす。
 ここで、押圧後のピッチaは完成後の電池群の端子のピッチを測定することにより、また、押圧前ピッチaは仮組み時に二次電池2が接触した状態での端子のピッチより求めることができる。二次電池2の積層方向の厚さは押圧前と押圧後に測定することができ、押圧後に再度押圧を開放することによってもAを求めることができる。
 このように、二次電池積層体は押圧前と後とでサイズが変わるため、バスバーケース51の端子挿入孔の位置はこれを考慮して設けなければ上述したような製造方法、つまり、バスバーケース51の挿入孔53に二次電池2のセル外部端子24を挿入して位置決めをしてから押圧する製造方法を用いることができない。押圧後のサイズでバスバーケース51における端子挿入孔53の位置を決めてしまった場合、押圧前では上記ピッチが大きいためバスバーケース51の挿入孔53に二次電池2のセル外部端子24を挿入して位置決めをすることができない。
 図6、図7のように押圧前、後においてもセル外部端子24が端子挿入孔53に収まることで、組み立て性に優れる上記製造方法を用いることができる。具体的には、積層方向の両端に設けられた二次電池のセル外部端子24と端子挿入孔53との間の積層方向外側の隙間の総計の大きさM(積層方向両端側の隙間61を足した大きさ)が以下式(1)を満たす。
 M>(A-B)×(N-1) …式(1)
 式(1)において、Aは、二次電池積層体が押圧されていない状態における二次電池の端子の積層方向一方側端部から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側までの長さである(図6,7)。Bは、二次電池積層体を積層方向両側から押圧した状態における、二次電池の端子の積層方向一方側端部から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側までの長さである(図6,7)。A>Bを満たす。Nは、二次電池の積層方向における個数である。ここで、押圧した状態は、例えば二次電池積層体がセルブロック、上部固縛板、下部固縛板等により囲まれて固定された状態である。押圧されていない状態は、例えば、これら固定が外された状態である。
 式(1)を満たすことで、上記製造方法を用いることができる。以下、根拠について述べる。
 まず、積層方向の末端に設けられた二次電池2の端子と端子挿入孔53との間の積層方向外側の隙間61に注目する。ここで、積層方向全てのセル外部端子24は押圧前、押圧後でもバスバーケース51に設けられた端子挿入孔53に挿入されていることを前提として計算する。各セル外部端子の押圧前後の動きを計算する。二次電池積層体が押圧されることにより、二次電池2あたり(A-B)だけ積層方向に収縮することになる。ここで積層方向の中心(図6,7においては積層方向上から3セル目と4セル目の中間点)を押圧前後で動かない基準点とすると、基準点近傍の3セル目と4セル目のセル外部端子24は(A-B)/2だけ中心側に動くことになる。その外側の2セル目と5セル目のセルのセル外部端子24は(A-B)×3/2だけ中心側に動くことになる。末端の1セル目と6セル目の二次電池2のセル外部端子24は(A-B)×5/2だけ中心側に動くことになる。つまり末端の二次電池2のセル外部端子24の移動量が最も大きい。したがって、最も移動量が大きい末端二次電池のセル外部端子24が押圧前でも押圧後でもバスバーケース51の端子挿入孔53に収まっていることが、その他の二次電池のセル外部端子24が端子挿入孔53に収まっているための必要条件となる。
 仮に押圧前に二次電池積層体の末端の二次電池2のセル外部端子24の積層方向外側とバスバーケース51の仕切り部52との隙間が無かったとすると、押圧後には末端の二次電池2は積層方向中央側に(A-B)×5/2だけ移動するため、押圧後の末端二次電池2のセル外部端子24の積層方向外側とバスバーケース51の仕切り部52との隙間61は(A-B)×(5/2)となる。
 同様に反対側の末端二次電池2についても押圧前にセル外部端子24の積層方向外側とバスバーケース51の仕切り部52との隙間が無かったとすると、押圧後にはセル外部端子の外側に(A-B)×(5/2)の隙間が発生する。両側の末端二次電池2の外側の隙間の和をとると、(A-B)×5となる。
 上記は積層方向の中心を押圧前後で動かない基準点としたが、電池群の末端二次電池2を押圧前後で動かない基準点とした場合について述べる。
 このとき末端の二次電池2から1セル分、中心側の二次電池(2セル目)は(A-B)だけ積層方向中心側に動く。同様に3、4、5、6セル目の移動量はそれぞれ(A-B)×2、(A-B)×3、(A-B)×4、(A-B)×5となる。
 押圧前の末端の二次電池2(1セル目、6セル目)のセル外部端子24の積層方向外側とバスバーケース51の仕切り部52との隙間が無かったとすると、押圧後の末端二次電池2のセル外部端子24の積層方向外側とバスバーケース51の仕切り部52との隙間は1セル目は0、6セル目では(A-B)×5となり、両者の和をとると(A-B)×5となり、押圧前後で動かない基準点の場所が電池群中心であったときと同一の値となる。つまり、押圧前後で動かない基準点の場所によらず、押圧後の末端セル21のセル外部端子24の積層方向外側とバスバーケース51の仕切り部52との隙間のモジュール両端での和は(A-B)×5となる。なお、これは電池群を構成するセル数が6セルの場合であるが、これがNセルとなる場合は、同様に両側にある末端二次電池2の外側の隙間の和を取ると、(A-B)×(N-1)となる。
 上記は押圧前に末端二次電池2のセル外部端子24の外側とバスバーケース51の仕切り部52の隙間が無い状態であったが、押圧前に隙間があった場合は、押圧後には、押圧前の隙間に加えて上記の(A-B)×(N-1)の隙間が加わることになる。つまり、バスバーケースの端子挿入孔に二次電池2を固定した後にセル群に圧縮荷重を加えてモジュールを形成した場合、末端二次電池2のセル外部端子の積層方向外側とバスバーケースの仕切り部との間の隙間は(A-B)×(N-1)以上となる。したがって、積層方向の両端に設けられた二次電池のセル外部端子24と端子挿入孔53との間の積層方向外側の隙間の総計の大きさM(積層方向両端側の隙間61を足した大きさ)を(A-B)×(N-1)以上とすることで、図6、図7のように押圧前、後においてもセル外部端子24が端子挿入孔53に収まることでき、上記製造方法を用いることができる構造となる。
 次に、末端の二次電池2以外の二次電池2も含めた、セル外部端子24とバスバーケース51の仕切り部52との隙間61の関係を求める。
 図2でバスバーケース51は仕切り部52が等間隔で並び、それぞれの端子挿入孔53の大きさは積層方向に対して略一定である。ここで、仕切り部の厚さをCと置くと、それらの関係はA>C>Bとなる。押圧後の末端の二次電池2のセル外部端子24の外側の隙間61がEの場合、末端より1セル分積層方向中心側の二次電池2のセル外部端子24の外側の隙間61は、E-(C-B)と計算される。さらに積層方向内側の二次電池2の隙間61はE-(C-B)×2となる。Nセル分、積層方向内側に行くと上記の隙間61はE-(C-B)×Nとなる。つまり積層方向内側に行くほどセル外部端子24の積層方向外側の隙間61が小さくなる。また、反対側の末端の二次電池2のセル外部端子24の外側の隙間61がFの場合、上記の議論と同様にして、Nセル分、積層方向内側に行くと上記の隙間61はF-(C-B)×Nとなる。
 このように等ピッチの仕切り部52を持つバスバーケース51を用いると、押圧後のセル外部端子24と仕切り部52の積層方向外側の隙間61は、積層方向によって異なっており、積層方向中心に向かうにつれて一定量ずつ小さくなっていく。逆に、積層方向中心から外側に向かうにつれて一定量ずつ大きくなっていく。
 仕切り部52があったとしても、F+EすなわちMを(A-B)×(N-1)以上とすることで、図6、図7のように押圧前、後においてもセル外部端子24が端子挿入孔53に収まることでき、上記製造方法を用いることができる構造となる。
 (実施例2)
 実施例1は、端子挿入孔53の積層方向の大きさと間隔を一定に揃えたのに対して、実施例2では端子挿入孔53の積層方向の大きさと間隔を不等とした。
 図8は実施例2におけるバスバーケース51の図である。積層方向に6つ設けられた端子挿入孔53のうちの1つが狭く、幅狭端子挿入孔54となっている。その他の端子挿入孔53は積層方向で同一長さの幅広端子挿入孔55となっている。幅狭端子挿入孔54の積層方向の長さは、セル外部端子24の積層方向の長さと同程度で、端子が入りやすい程度にやや大きい。
 図9は、図8のバスバーケース51に形成した幅狭端子挿入孔54および幅広端子挿入孔55に二次電池2のセル外部端子24を挿入し、上部固縛板16および下部固縛板17で仮止めした状態(二次電池の押圧前)の二次電池モジュール1を、バスバーケース51側から見た図である。
 図10は、バスバーケース51に形成した幅狭端子挿入孔54および幅広端子挿入孔55に二次電池2のセル外部端子24を挿入し、上部固縛板16および下部固縛板17を所定寸法まで押圧して締結ボルト18にて固定した状態のモジュールをバスバーケース51側から見た図である。
 幅狭端子挿入孔54の積層方向の長さはセル外部端子24の大きさ程度のため、押圧の前後で幅狭端子挿入孔54に挿入されたセル外部端子24は動かず、つまり基準セルとなって位置決めされるため、バスバーケース51のがたつきが無くなり、扱いやすくなる利点がある。
 図8のように端子挿入孔53の1つが小さい場合でも、押圧前から押圧後にピッチAがBに変化する場合、先に述べたように基準セルからGセル離れた二次電池2では押圧後には(A-B)×Gだけ積層方向中心側に変位するため、末端の二次電池2のセル外部端子24の積層方向外側の隙間61をモジュール両端にて和を取ると(A-B)×(N-1)以上となる。積層方向両端の二次電池2と端子挿入孔53と端子との距離Mを(A-B)×(N-1)以上とすることで、押圧前、後においてもセル外部端子24が端子挿入孔53に収まることでき、上記製造方法を用いることができる構造となる。
 なお、本実施例のように、端子挿入孔53の積層方向の径が異なるものを1つ用いても良く、積層方向に沿って連続的に径を変えても良い。例えば、端子挿入孔53の積層方向の径を積層方向外側ほど大きくし、内側ほど小さくするようなものでも構わない。
 (実施例3)
 実施例3は、二次電池2を1列まとめた二次電池モジュール1の例である。
 図11は実施例3の二次電池モジュール1の図である。
 二次電池モジュール1は、6個の二次電池2を1列まとめたモジュールを示す。これまでの実施例では6個の二次電池2を2列まとめたモジュールを示してきたが、1列であっても押圧前にバスバーケース51に設けた仕切り部52の間にセル外部端子24を挿入することで容易に二次電池2を整列させることができる。
 (実施例4)
 実施例4は、実施例3において、バスバーケース51の仕切り部52の数が少なく、隣接する仕切り部52との間に2個のセル外部端子24が挿入される構造である。図12は実施例4の二次電池モジュール1の斜視図である。一つの端子挿入孔53に挿入される2個のセル外部端子24は、後の工程にて共にバスバー31で接続されるものであるため、仕切り部52によって絶縁される必要がない。バスバーケース51の設計自由度を向上させることが可能である。
 本実施例のように、端子挿入孔53は、二次電池の積層方向で隣り合う二次電池のそれぞれの端子を一組とする区分で設けられていても良く、実施例1,2、3のように端子毎に設けられていてもよい。なお、仕切り部52の数が少ない本実施例のような構造は、実施例1,2のような複数列の二次電池モジュールに対しても用いることができる。
 (実施例5)
 実施例5は、実施例1において、バスバーケース51と第一のブロック部材13と、第二のブロック部材14、第三のブロック部材15が一体である例である。バスバーケース51、第一のブロック部材13、第二のブロック部材14、第三のブロック部材15は例えば樹脂で形成されることにより一体成型し、ブロック部材付きバスバーケース56とすることができる。一体成型することで、部品数削減、コスト低減に寄与する。また、二次電池2のセル外部端子24を挿入するにあたり、ブロック部材を幅方向のガイドとすることで、さらに組立性を向上させることができる。
1 二次電池モジュール
2 二次電池
3 正極端子
4 負極端子
11 第一の電池群(二次電池積層体)
12 第二の電池群(二次電池積層体)
13 第一のブロック部材
14 第二のブロック部材
15 第三のブロック部材
16 上部固縛板
17 下部固縛板
18 締結ボルト
22 両面突起絶縁板
23 片面突起絶縁板
24 セル外部端子(正極端子3または負極端子4)
31 バスバー
51 バスバーケース
52 仕切り部
53 端子挿入孔
54 幅狭端子挿入孔
55 幅広端子挿入孔
56 ブロック部材付きバスバーケース
61 隙間

Claims (9)

  1.   幅広面と幅狭面を有し、前記幅狭面から突出して設けられた端子を有する二次電池と、
      複数の前記二次電池が前記幅広面を対向させて、一方向側に前記端子を向けて積層された二次電池積層体と、
      前記二次電池積層体の前記端子が設けられた側に対向して設けられたバスバーケースと、を有し、
      前記バスバーケースは、前記端子に対応した位置にそれぞれ複数の孔を有し、
      前記端子は前記孔に挿入されており、
      前記二次電池の積層方向一端側に設けられた前記二次電池と前記孔の内壁との間の隙間のうち前記積層方向外側の隙間Eと、
      前記二次電池の積層方向他端側に設けられた前記二次電池と前記孔の内壁との間の隙間のうち前記積層方向外側の隙間Fと、の前記積層方向の和の長さMは、下記式(1)を満たす二次電池モジュール。
      M>(A-B)×(N-1) …式(1)
     (式(1)において、Aは、二次電池積層体が押圧されていない状態における二次電池の端子の積層方向一方側端部から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側までの長さである。Bは、二次電池積層体を積層方向両側から押圧した状態における、二次電池の端子の積層方向一方側端部から、隣接する二次電池の端子の積層方向一方側までの長さである。A>Bを満たす。Nは、前記二次電池の積層方向における個数である。)
  2.  請求項1において、
     前記孔は、少なくとも前記積層方向で隣り合う二次電池のそれぞれの端子を一組とする区分で設けられている二次電池モジュール。
  3.  請求項2において、
     複数の前記孔は前記積層方向の長さが略同一であり、
     前記孔と前記端子の前記積層方向外側に設けられた隙間は積層方向によって異なる二次電池モジュール。
  4.  請求項2において、
     複数の前記孔は前記積層方向によって異なる二次電池モジュール。
  5.  請求項3において、
     前記隙間の大きさは、前記積層方向の内側から前記積層方向外側に向かって大きくなる二次電池モジュール。
  6.  請求項4または請求項5において、
     前記二次電池積層体の前記積層方向の両端側には、一組の固縛版が設けられ、
     前記一組の固縛版は、前記二次電池の幅狭面に対向して設けられたセルブロックを介して接続され、
     前記二次電池積層体は、前記積層方向に押圧された状態で固縛された二次電池モジュール。
  7.  請求項6において、
     前記二次電池積層体は複数列設けられ、
     前記複数の二次電池積層体の間には、前記セルブロックが設けられた二次電池モジュール。
  8.  請求項7において、
     前記セルブロックと、前記バスバーケースは、一体である二次電池モジュール。
  9.  端子が突出して設けられた角形二次電池を、セルホルダーに複数配列する配列工程と、
     前記配列工程の後に、前記複数の二次電池を積層方向に押圧する押圧工程を有する二次電池モジュール製造方法であり、
     前記配列工程では、前記カバーに設けられた孔に、前記二次電池の前記端子を挿入する二次電池モジュール製造方法。
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