JP4904863B2 - 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。

正極および負極の電極板を積層して構成された発電要素をラミネートフィルムなどの外装材によって封止し、板状をなす電極端子を外装材から外部に導出してなる扁平な薄型電池（以下、「扁平型電池」と言う）が知られている。近年、このような扁平型電池を複数積層するとともに各扁平型電池を電気的に直列および／または並列（以下、「直並列」と言う）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することが行われている（特許文献１参照）。
特開２００１−２５６９３４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の電池モジュールにおいて、ケース内に複数の扁平型電池を位置決めして積層配置するために、ケース内壁面には、扁平型電池の周縁部を案内し得る溝形案内部が複数列設けられている。このため、ケースの構造が複雑化するばかりでなく、電池モジュールの製造にあたっては、ケース内壁の溝形案内部に扁平型電池の周縁部を挿入しながら扁平型電池を１枚１枚ケース内に収容しなければならず、きわめて煩雑な作業を強いられるという問題があった。

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、ケース内に複数の扁平型電池を容易かつ確実に位置決めでき、生産性の良い電池モジュールを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）発電要素を外装材で封止するとともに板状をなす電極端子を前記外装材から外部に導出してなる扁平型電池を複数積層して、各扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続してなり、外枠をなすケースを有する電池モジュールであって、複数の前記扁平型電池を積層する方向に沿う前記電極端子の両面側から当該電極端子を挟持する板状をなす電気絶縁性の絶縁板と、前記絶縁板を貫通して設けられる中空部材であって、内部に挿通される軸部材を用いて軸方向に締め付けられた場合に締付軸力を受ける中空部材と、を有し、前記中空部材には、軸方向に隣接する中空部材同士が相互に軸心が一致するように係合するための係合手段が設けられていることを特徴とする電池モジュール。

（２）発電要素を外装材で封止するとともに板状をなす電極端子を前記外装材から外部に導出してなる扁平型電池を複数積層して、各扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続してなる電池モジュールの製造方法であって、複数の前記扁平型電池を積層する方向に沿う前記電極端子の両面側から、内部に挿通される軸部材を用いて軸方向に締め付けられた場合に締付軸力を受ける中空部材が埋め込まれた板状をなす電気絶縁性の絶縁板で挟持する段階と、各電極端子が前記絶縁板で挟持されて積層された複数の扁平型電池をケース内に配置する段階と、を有し、前記挟持する段階において、前記中空部材に設けられた係合手段が係合することにより、軸方向に隣接する中空部材同士が相互に軸心が一致するように係合することを特徴とする電池モジュールの製造方法。

本発明によれば、電極端子を絶縁板で挟持するとき、中空部材に設けられた係合手段が係合することにより、軸方向に隣接する中空部材同士が相互に軸心が一致するように係合する。このように軸方向に並ぶ中空部材同士が係合することによって、複数の絶縁板が確実に位置決めされ、個々にずれることが防止される。

したがって、ケース内に複数の扁平型電池を、積層された絶縁板の間に各電極端子が確実に挟持された状態で、容易かつ確実に位置決めでき、生産性の良い電池モジュールを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュール５０が複数個組み合わされて構成された組電池２００を示す斜視図、図２は、図１に示される電池モジュール５０を示す斜視図、図３は、図２に示される電池モジュール５０を分解して示す斜視図、図４は、図３に示されるセルユニット本体８０に含まれる電池１００の一例を示す斜視図である。

図１に示すように、任意の個数の電池モジュール５０を積層するとともに各電池モジュール５０を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２００が形成され得る。図１の例では、組電池２００は、３層４列に配列された１２個の電池モジュール５０を有している。電池モジュール５０を直並列に接続する際には、バスバーのような適当な接続部材が用いられる。組電池２００は、振動を生じる車両、例えば、自動車や電車などに搭載される。

組電池２００において、複数の電池モジュール５０は、組電池用のロアケース２０１上に積層して配置される。積層配置された複数の電池モジュール５０は、通しボルト２０３により、ロアケース２０１と拘束板２０２との間で挟持されて固定されている。

図２および図３に示すように、電池モジュール５０は、複数枚（図３の例では８枚）の電池１００を含むセルユニット６０が外枠をなすケース７０内に収納されている。なお、図２は、電池モジュール５０を上下反転して示している。

ここで、図２に示されるＸ軸方向を電池モジュール５０、セルユニット６０およびケース７０などの長手方向といい、Ｙ軸方向をこれらの短手方向という。また、図２において長手方向手前側に位置する面を前面、長手方向奥側に位置する面を背面とする。以下の説明では、扁平型電池を、単に、「電池」と略称する。

ケース７０は、開口部７１ａが形成された箱形状をなすロアケース７１と、開口部７１ａを閉じる蓋体をなすアッパーケース７２と、を含んでいる。アッパーケース７２の縁部７２ａは、カシメ加工によって、ロアケース７１の周壁７１ｂの縁部７１ｃに巻き締められている（図１の部分拡大図参照）。ロアケース７１およびアッパーケース７２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。

セルユニット６０は、８枚の電池１００を積層するとともに各電池１００を直列に接続してなるセルユニット本体８０と、セルユニット本体８０の前面および背面に着脱自在に取り付けられる絶縁カバー９１、９２と、を含んでいる。

図４に示すように、電池１００は、例えば、扁平な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１００ａによって封止されている。電池１００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タブ１００ｔが外装材１００ａから外部に導出されている。タブ１００ｔは、電池１００の長手方向の両側（前面側および背面側）に延びている。

セルユニット本体８０はさらに、タブ１００ｔ（電極端子に相当する）を挟持するためのスペーサ１１０（絶縁板に相当する）と、正負の出力端子１４０、１５０と、を含んでいる。ここで、タブ１００ｔは、プラス側タブ１００ｐと、マイナス側タブ１００ｍとの総称である。

正負の出力端子１４０、１５０は、ロアケース７１の周壁７１ｂの一部に形成した切り欠き部を通してケース７０から外部に導出される。

ケース７０に通しボルト２０３を挿通するために、ロアケース７１およびアッパーケース７２の隅部の４箇所にボルト孔７３が形成されている。符号９４は、セルユニット６０とアッパーケース７２との間に設けられる緩衝材を示している。

図３に示すように、スペーサ１１０には、積層方向に沿って表面から裏面に貫通する開口窓部１１２が形成されている。図示例では、スペーサ１１０の長手方向の中心から左右両側に均等に離間した２箇所に、矩形形状をなす開口窓部１１２が形成されている。この開口窓部１１２には、挟持したタブ１００ｔの一部が臨むことになる。開口窓部１１２は、当該を開口窓部１１２通して電気的な接続を行うための溶接作業に利用される。

本実施形態では、スペーサ１１０の２箇所に、スペーサ１１０を貫通してスリーブ９３（中空部材に相当）が固設されている。スリーブ９３は、好ましくは、スペーサ１１０の成形時に当該スペーサ１１０に埋め込まれて形成（インサート成形）される。ただし、スリーブ９３は、スペーサ１１０に形成された孔に接着剤等で固着されてもよい。ここで、スリーブ９３は、その内部に挿通される軸部材としての通しボルト２０３を用いて軸方向に締め付けられた場合に締付軸力を受けることができる。このスリーブ９３は、好ましくはアルミまたはアルミ合金などの金属材料により形成される。

図５は、タブ１００ｔを挟持しているスペーサ１１０の積層構造を長手方向から見た模式図、図６は、図５のＡ部の拡大断面図、図７は、図６のＢ部の拡大図である。

図５に示すように、本実施形態では、９枚のスペーサ１１０の各々の間に、８枚のタブ１００ｔがそれぞれ位置される。

図６および図７に示すように、スリーブ９３には、軸方向に隣接するスリーブ９３同士が相互に軸心が一致するように係合するための係合手段９５が設けられている。係合手段９５は、好ましくは、軸部９６ａと穴部９６ｂとの嵌め合いによる軸直角方向の係合部９６と、面９７ａ，９７ｂ同士の当接による軸方向の係合部９７とを含む。なお、図６において、互いに係合し得る軸部と穴部の上下位置が逆であってもよい。

また、スリーブ９３の外表面には凹部９８が設けられており、スペーサ１１０には、スリーブ９３の凹部９８に入り込んで係止される爪部９９が設けられている。本実施形態では、凹部９８は、スリーブ９３の外表面の円周上にリング溝形状に形成されている。一方、爪部９９は、スペーサ１１０のスリーブ９３が配置される孔の周囲に形成された筒状部１１０ａの先端近傍の内周面から内側に突出してリング形状に形成されている。なお、爪部９９は、円周方向に連続して形成される必要は必ずしも無く、円周上の例えば３箇所に分離して形成されていてもよい。

次に、電池モジュール５０の製造方法について説明する。

まず、図５に示したように、複数の電池１００を積層する方向に沿うタブ１００ｔの両面側から、スリーブ９３が埋め込まれた板状をなす電気絶縁性のスペーサ１１０で挟持する。なお、隣接する電池１００のタブ１００ｔ同士は、複数の電池１００の積層作業中において溶接により接合される。

ここで、タブ１００ｔをスペーサ１１０で挟持するとき、スリーブ９３に設けられた係合手段９５が係合することにより、軸方向に隣接するスリーブ９３同士が相互に軸心が一致するように係合する。このように軸方向に並ぶスリーブ９３同士が係合することによって、複数のスペーサ１１０が、スリーブ９３の軸直角方向および軸方向の両方について確実に位置決めされ、個々にずれることが防止される。

また、スペーサ１１０の爪部９９が、弾性変形させられながら、スリーブ９３の凹部９８に入り込んで係止される。これにより、スリーブ９３同士が軸方向に分離することが防止され、ひいては複数のスペーサ１１０がばらけることが防止される。

そして、タブ１００ｔがスペーサ１１０で挟持されて積層された複数の電池１００を含むセルユニット６０がロアケース７１内に配置される。

続いて、緩衝材９４を介装してアッパーケース７２が上から被せられ、カシメ加工により、アッパーケース７２の縁部７２ａがロアケース７１の縁部７１ｃに巻き締められる。ここで、各電池１００は、発電要素が押さえつけられるようにケース７０に収納される。これにより、積層型の発電要素を備える電池１００において電極板間の距離が均一に保たれて電池性能の維持が図られる。なお、スペーサ１１０のスリーブ９３の中央孔とケース７０に形成されたボルト孔７３とは、双方の軸心が一致するように治具により位置決めされる。

このように本実施形態によれば、ケース７０内に複数の電池１００を、積層されたスペーサ１１０の間に各タブ１００ｔが確実に挟持された状態で、容易かつ確実に位置決めでき、生産性の良い電池モジュール５０を提供することが可能となる。

次に、図８を参照して、複数の電池モジュール５０から構成される組電池２００の製造方法について説明する。

まず、複数の電池モジュール５０が、組電池用のロアケース２０１上に積層して配置される。ここで、個々の電池モジュール５０の間には、カラー２０４が介装される。

電池モジュール５０は空冷式であり、複数個の電池モジュール５０は、カラー２０４を介装することによって、空間を隔てて積層される。空間は、電池モジュール５０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として利用される。冷却風を流して各電池モジュール５０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抑制することができる。

続いて、最上位の電池モジュール５０の上に拘束板２０２が載置され、通しボルト２０３をケース７０のボルト孔７３とスリーブ９３の中央孔とに挿通し、積層配置された複数の電池モジュール５０を、ロアケース２０１と拘束板２０２との間で挟持して締付固定する。ここで、ロアケース７１およびアッパーケース７２のボルト孔７３と、スペーサ１１０に設けられたスリーブ９３とに通しボルト２０３を挿通することによって、ケース７０に対するスペーサ１１０の位置が最終的に固定される。

本実施形態の電池モジュール５０においては、軸方向に並ぶスリーブ９３が、通しボルト２０３を用いたねじ締めにより発生する軸力を受けることができる。したがって、積層された複数の電池モジュール５０が適切かつ十分な締付力により固定された組電池２００を形成することができる。

図９は、他の実施形態に係る電池モジュール５０の図６に対応する図である。上記実施形態と共通する部材には同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態では、最上層のスペーサ１１０に設けられるスリーブ９３が、アッパーケース７２のボルト孔７３を貫通して外方に突出する延長部９３ａを有している。なお、符号９３ｂは、アッパーケース７２の内面が当接して係止され得る段差部を示す。

本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果を奏することができるほか、延長部９３ａが、複数積層される電池モジュール５０間の間隔を所定距離に保つためのカラー２０４（図８参照）の機能を果たすことができるため、組電池２００の構成部品点数を削減でき、生産工数も低減することが可能となる。

本発明は、上記した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。

本発明の一実施形態に係る電池モジュールが複数個組み合わされて構成された組電池を示す斜視図である。 図１に示される電池モジュールを示す斜視図である。 図２に示される電池モジュールを分解して示す斜視図である。 図３に示されるセルユニット本体に含まれる電池の一例を示す斜視図である。 タブを挟持しているスペーサの積層構造を長手方向から見た模式図である。 図５のＡ部の拡大断面図である。 図６のＢ部の拡大図である。 複数の電池モジュールから構成される組電池の部分断面図である。 他の実施形態に係る電池モジュールの図６に対応する図である。

符号の説明

５０ 電池モジュール、
７０ ケース、
７３ ボルト孔、
９３ スリーブ（中空部材）、
９３ａ 延長部、
９５ 係合手段、
９６ 軸直角方向の係合部、
９６ａ 軸部、
９６ｂ 穴部、
９７ 軸方向の係合部、
９７ａ，９７ｂ 面、
９８ 凹部、
９９ 爪部、
１００ 電池（扁平型電池）、
１００ａ 外装材、
１００ｔ タブ（電極端子）、
１１０ スペーサ（絶縁板）、
２００ 組電池、
２０３ 通しボルト、
２０４ カラー。

Claims (6)

1. 発電要素を外装材で封止するとともに板状をなす電極端子を前記外装材から外部に導出してなる扁平型電池を複数積層して、各扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続してなり、外枠をなすケースを有する電池モジュールであって、
   複数の前記扁平型電池を積層する方向に沿う前記電極端子の両面側から当該電極端子を挟持する板状をなす電気絶縁性の絶縁板と、
   前記絶縁板を貫通して設けられる中空部材であって、内部に挿通される軸部材を用いて軸方向に締め付けられた場合に締付軸力を受ける中空部材と、を有し、
   前記中空部材には、軸方向に隣接する中空部材同士が相互に軸心が一致するように係合するための係合手段が設けられていることを特徴とする電池モジュール。
2. 前記係合手段は、軸部と穴部との嵌め合いによる軸直角方向の係合部と、面同士の当接による軸方向の係合部とを含む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。
3. 前記中空部材は、前記絶縁板の成形時に当該絶縁板に埋め込まれて構成されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記中空部材の外表面には、凹部が設けられ、
   前記絶縁板には、前記中空部材の凹部に入り込んで係止される爪部が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池モジュール。
5. 最上層の絶縁板に設けられる中空部材は、前記ケースを貫通して外方に突出する延長部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の電池モジュール。
6. 発電要素を外装材で封止するとともに板状をなす電極端子を前記外装材から外部に導出してなる扁平型電池を複数積層して、各扁平型電池の電極端子同士を電気的に接続してなる電池モジュールの製造方法であって、
   複数の前記扁平型電池を積層する方向に沿う前記電極端子の両面側から、内部に挿通される軸部材を用いて軸方向に締め付けられた場合に締付軸力を受ける中空部材が埋め込まれた板状をなす電気絶縁性の絶縁板で挟持する段階と、
   各電極端子が前記絶縁板で挟持されて積層された複数の扁平型電池をケース内に配置する段階と、を有し、
   前記挟持する段階において、前記中空部材に設けられた係合手段が係合することにより、軸方向に隣接する中空部材同士が相互に軸心が一致するように係合することを特徴とする電池モジュールの製造方法。

Images