JP7286599B2 - 蓄電モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、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、特開２００９－１１０８３３号公報（特許文献１）、国際公開第２０１９／１３０９３６号（特許文献２）などに開示されている。

特開２００９－１１０８３３号公報 国際公開第２０１９／１３０９３６号

複数の蓄電セルを積層方向に拘束したとき、各々の蓄電セルは積層方向に加圧される。高い生産性は維持しつつ、この拘束荷重を可能な限り安定させたいという要請がある。他方、拘束部材の耐力を向上させたいという要請もある。従来の構造は、これらの要請を両立させる観点からは、必ずしも十分なものであるということはできない。

本開示の目的は、蓄電セルの拘束荷重が安定し、かつ拘束部材の耐力が高い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。

本開示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方向の両端に配置された２つのエンドプレートと、２つのエンドプレートに接続され、複数の蓄電セルを積層方向に拘束する拘束部材とを備え、拘束部材の両端部には複数の蓄電セルの積層方向に沿って逆向きに折り曲げられた折り曲げ部が形成され、折り曲げ部の先にある拘束部材の先端部が積層方向から２つのエンドプレートに各々当接する。

本開示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、拘束部材および２つのエンドプレートを準備する工程と、複数の蓄電セルを含む積層体の積層方向長さと圧縮荷重とを計測する工程と、２つのエンドプレートを複数の蓄電セルの積層方向の両端に配置する工程と、計測された積層方向長さと圧縮荷重とに応じた位置で拘束部材を折り曲げる工程と、折り曲げられた先にある拘束部材の先端部を積層方向から２つのエンドプレートに各々当接させるように拘束部材を２つのエンドプレートに接続し、複数の蓄電セルを積層方向に拘束する工程とを備える。

本開示によれば、蓄電セルの拘束荷重が安定し、かつ拘束部材の耐力が高い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。 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他の例を示す図である。 拘束部材の形状の一例を示す図である。 拘束部材の形状の他の例を示す図である。 拘束部材の形状のさらに他の例を示す図である。 拘束部材の形状のさらに他の例を示す図である。 エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造のさらに他の例を示す図である。 エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造のさらに他の例を示す図である。 エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造のさらに他の例を示す図である。 エンドプレートへの拘束部材の取付部の構造のさらに他の例を示す図である。

以下に、本開示の実施の形態について説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量等に言及する場合、特に記載がある場合を除き、本開示の範囲は必ずしもその個数、量等に限定されない。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、本開示にとって必ずしも必須のものではない。

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、締結部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、矢印ＤＲ１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、矢印ＤＲ１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の矢印ＤＲ３方向の両端には、段差部２１０が形成される。

締結部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３１０と、エンドプレート２００の角部に設けられるカバー部材３２０とを含む。拘束部材３１０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。図１の例では、拘束部材３１０は、略Ｌ字状の断面を有し、角型の電池セル１００の角部に拘束部材３１０が配置される。

複数の電池セル１００およびエンドプレート２００の積層体に対して矢印ＤＲ１方向の圧縮力を作用させた状態で拘束部材３１０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３１０に引張力が働く。その反作用として、拘束部材３１０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。

エンドプレート２００は、たとえばアルミダイカスト材、アルミ押出材、鋳鉄などから構成される。拘束部材３１０は、たとえばＳＰＦＨ５９０材の一般材、およびＳＵＳ材などから構成される。

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５は、組電池１におけるエンドプレート２００への拘束部材３１０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、拘束部材３１０の端部には、電池セル１００の積層方向（矢印ＤＲ１方向）に沿って逆向きに（約１８０度）折り曲げられた折り曲げ部３１１が形成される。折り曲げ部３１１の先にある拘束部材３１０の先端部３１２が積層方向（矢印ＤＲ１方向）からエンドプレート２００に当接する。拘束部材３１０の厚みは、一例として、０．８ｍｍ以上２．０ｍｍ以下程度（たとえば１．５ｍｍ程度）である。

カバー部材３２０は、固定部材４００（ボルト）によりエンドプレート２００に固定される。カバー部材３２０は、拘束部材３１０とエンドプレート２００との当接部をエンドプレート２００の反対側から覆う。カバー部材３２０が設けられることにより、エンドプレート２００からの拘束部材３１０の外れが抑制される。

エンドプレート２００は、拘束部材３１０およびカバー部材３２０と係合するかしめ部２００Ａ（位置ずれ抑制部）を有する。かしめ部２００Ａが設けられることにより、拘束部材３１０の過度な位置ずれが抑制される。

図４、図５に示す構造を形成する際には、まず、複数の電池セル１００を積層し、その後、複数の電池セル１００を含む積層体（エンドプレート２００を設ける前でも後でもよい）の積層方向長さと圧縮荷重とを計測する。そして、その計測された積層方向長さと圧縮荷重とに応じた適切な位置で拘束部材３１０を折り曲げる。さらに、折り曲げ部３１１の先にある拘束部材３１０の先端部３１２を積層方向から２つのエンドプレート２００に各々当接させるように拘束部材３１０を２つのエンドプレート２００に接続する。これにより、複数の電池セル１００が積層方向に拘束される。

図５に示すように、カバー部材３２０にリブ３２０Ａを設け、リブ３２０Ａをかしめ部２００Ａに代わる「位置ずれ抑制部」として用いてもよい。

次に、図６～図９を用いて、拘束部材３１０の形状の例について説明する。拘束部材３１０は、図６に示すように板状の部材であってもよく、図７に示すように略Ｌ字断面を有する部材であってもよく、図８，図９に示すように、電池セル１００の三面にわたる形状を有する部材であってもよい。このとき、図８に示すように、拘束部材３１０の一面にのみ折り曲げ部３１１を設けてもよいし、図９に示すように、拘束部材３１０の三面に折り曲げ部３１１を設けてもよい。

次に、図１０～図１３を用いて、エンドプレート２００への拘束部材３１０の取付部の構造の変形例について説明する。

図１０～図１３の例では、カバー部材３２０が設けられず、固定部材５００（ボルト）により拘束部材３１０がエンドプレート２００に固定されている。

図１０に示すように、拘束部材３１０において１箇所のみに固定部材５００を貫通させる長孔が形成されてもよいし、図１１に示すように、折り曲げ部３１１の両側の重ねられた２箇所に固定部材５００を貫通させる長孔が形成されてもよい。

図１２、図１３に示すように、折り曲げ部３１１における曲率を若干大きくしてもよい。このとき、エンドプレート２００にテーパ部２２０を設け、折り曲げ部３１１における拘束部材３１０の膨らみとエンドプレート２００との干渉が避けられている。

また、図１２に示すように、拘束部材３１０において１箇所のみに固定部材５００を貫通させる長孔が形成されてもよいし、図１３に示すように、折り曲げ部３１１の両側の重ねられた２箇所に固定部材５００を貫通させる長孔が形成されてもよい。

上述した内容について要約すると、本実施の形態において、組電池１は、積層された複数の電池セル１００（蓄電セル）と、複数の電池セル１００の積層方向の両端に配置された２つのエンドプレート２００と、２つのエンドプレート２００に接続され、複数の電池セル１００を積層方向（矢印ＤＲ１方向）に拘束する拘束部材３１０とを備え、拘束部材３１０の両端部には複数の電池セル１００の積層方向に沿って逆向きに折り曲げられた折り曲げ部３１１が形成され、折り曲げ部３１１の先にある拘束部材３１０の先端部３１２が積層方向から２つのエンドプレート２００に各々当接する。

また、組電池１の製造方法は、複数の電池セル１００を積層する工程と、拘束部材３１０および２つのエンドプレート２００を準備する工程と、複数の電池セル１００を含む積層体の積層方向長さと圧縮荷重とを計測する工程と、２つのエンドプレート２００を複数の電池セル１００の積層方向の両端に配置する工程と、計測された積層方向長さと圧縮荷重とに応じた位置で拘束部材３１０を折り曲げる工程と、折り曲げられた折り曲げ部３１１の先にある拘束部材３１０の先端部３１２を積層方向から２つのエンドプレート２００に各々当接させるように拘束部材３１０を２つのエンドプレート２００に接続し、複数の電池セル１００を積層方向に拘束する工程とを備える。

本実施の形態に係る組電池１によれば、拘束部材３１０がエンドプレート２００の段差部２１０から積層方向（矢印ＤＲ１方向）に沿って荷重を受けるため、拘束部材３１０に曲げモーメントが作用することを抑制できる。この結果、拘束部材３１０の耐力を高くすることができる。電池セル１００の高容量化に伴い、セルの膨張により拘束部材３１０に作用する反力は大きくなる傾向にあり、拘束部材３１０の高耐力化は強く要請されている。

また、複数の電池セル１００を含む積層体の積層方向長さと圧縮荷重とを計測した後、その計測結果に応じた適切な位置において拘束部材３１０を折り曲げ、折り曲げ部３１１を形成するため、生産性は維持しつつ、電池セル１００の積層方向の拘束荷重を安定させることができる。

このように、本実施の形態によれば、電池セル１００の拘束荷重を安定させ、かつ拘束部材３１０の耐力を高くすることが可能となる。

以上、本開示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。本開示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、２００ エンドプレート、２００Ａ かしめ部、２１０ 段差部、２２０ テーパ部、３００ 締結部、３１０ 拘束部材、３１１ 折り曲げ部、３１２ 先端部、３２０ カバー部材、３２０Ａ リブ、４００，５００ 固定部材。

Claims (14)

1. 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方向の両端に配置された２つのエンドプレートと、
   前記２つのエンドプレートに接続され、前記複数の蓄電セルを前記積層方向に拘束する拘束部材とを備え、
   前記拘束部材の両端部には前記複数の蓄電セルの前記積層方向に沿って逆向きに折り曲げられた折り曲げ部が形成され、前記折り曲げ部の先にある前記拘束部材の先端部が前記積層方向から前記２つのエンドプレートに各々当接することにより前記拘束部材と前記２つのエンドプレートとの当接部が形成され、前記当接部に前記複数の蓄電セルの前記積層方向の拘束荷重が作用する、蓄電モジュール。
2. 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方向の両端に配置された２つのエンドプレートと、
   前記２つのエンドプレートに接続され、前記複数の蓄電セルを前記積層方向に拘束する拘束部材とを備え、
   前記拘束部材の両端部には前記複数の蓄電セルの前記積層方向に沿って逆向きに折り曲げられた折り曲げ部が形成され、前記折り曲げ部の先にある前記拘束部材の先端部が前記積層方向から前記２つのエンドプレートに各々当接し、
   前記２つのエンドプレートは段差部を各々有し、前記拘束部材の先端部は前記段差部に各々当接する、蓄電モジュール。
3. 前記複数の蓄電セルは角型の筐体を各々有し、
   前記拘束部材は、前記筐体の角部に配置される、請求項１または請求項２に記載の蓄電モジュール。
4. 前記拘束部材の前記積層方向に直交する方向の断面は略Ｌ字形状を有する、請求項３に記載の蓄電モジュール。
5. 前記２つのエンドプレートに各々固定され、前記当接部を前記２つのエンドプレートの反対側から覆うカバー部材をさらに備えた、請求項１に記載の蓄電モジュール。
6. 前記拘束部材と係合し、前記２つのエンドプレートに対する前記拘束部材の位置ずれを抑制する係合部をさらに備えた、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
7. 前記複数の蓄電セルはリチウムイオン電池セルである、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。
8. 複数の蓄電セルを積層する工程と、
   拘束部材および２つのエンドプレートを準備する工程と、
   前記複数の蓄電セルを含む積層体の積層方向長さと圧縮荷重とを計測する工程と、
   前記２つのエンドプレートを前記複数の蓄電セルの積層方向の両端に配置する工程と、
   計測された前記積層方向長さと圧縮荷重とに応じた位置で前記拘束部材を折り曲げる工程と、
   折り曲げられた先にある前記拘束部材の先端部を前記積層方向から前記２つのエンドプレートに各々当接させるように前記拘束部材を前記２つのエンドプレートに接続し、前記複数の蓄電セルを前記積層方向に拘束する工程とを備えた、蓄電モジュールの製造方法。
9. 前記２つのエンドプレートは段差部を各々有し、前記拘束部材の先端部は前記段差部に当接する、請求項８に記載の蓄電モジュールの製造方法。
10. 前記複数の蓄電セルは角型の筐体を各々有し、
    前記拘束部材は、前記筐体の角部に配置される、請求項８または請求項９に記載の蓄電モジュールの製造方法。
11. 前記拘束部材の前記積層方向に直交する方向の断面は略Ｌ字形状を有する、請求項１０に記載の蓄電モジュールの製造方法。
12. 前記拘束部材と前記２つのエンドプレートとの当接部を前記２つのエンドプレートの反対側から覆うカバー部材を前記２つのエンドプレートに各々固定する工程をさらに備えた、請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
13. 前記２つのエンドプレートに対する前記拘束部材の位置ずれ抑制部を設ける工程をさらに備えた、請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の蓄電モジュールの製造方法。
14. 前記複数の蓄電セルはリチウムイオン電池セルである、請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載の蓄電モジュールの製造方法。

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