JP2016225263A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電池モジュールの製造効率を向上する。【解決手段】電池モジュール１は、複数の電池セル１１を配列してなる配列体２と、配列体２の配列方向Ｄにおける一端に配置される弾性部材３と、配列体２及び弾性部材３を配列方向Ｄにおいて挟むエンドプレート４１及びエンドプレート４２と、エンドプレート４１及びエンドプレート４２を連結する拘束バンド４３及び拘束バンド４４と、を備え、エンドプレート４１及び拘束バンド４３は一体成型されている。【選択図】図１

Description

本発明は、電池モジュールに関する。

従来、リチウムイオン二次電池等の複数の電池セルを配列してなる電池モジュールが知られている。かかる電池モジュールでは、電池セルの配列体を金属プレート等の拘束具で挟み込み、配列体に一定の荷重を加えて拘束することによって、電池セルにおいて内部抵抗等の特性が変動することを抑制している。例えば、特許文献１に記載の電池モジュールでは、電池モジュールの両端に位置するエンドプレートに、上方向から２つの拘束バンドを固定し、下方向から２つの拘束バンドを固定することによって、複数の電池を配列方向に拘束している。

特開２００９−１８７８１３号公報

特許文献１に記載の電池モジュールでは、４つの拘束バンドの両端を電池モジュールの両端に位置するエンドプレートにそれぞれボルト等の締結部材を用いて取り付けている。このように、電池モジュールの拘束に要する部品の数が多いので、電池モジュールの製造に時間が掛かるおそれがある。

本発明は、製造効率を向上可能な電池モジュールを提供する。

本発明の一側面に係る電池モジュールは、複数の電池セルを配列してなる配列体と、配列体の配列方向における一端に配置される弾性部材と、配列体及び弾性部材を配列方向において挟む第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、配列体及び弾性部材を挟むように配置され、第１エンドプレート及び第２エンドプレートを連結する第１拘束バンド及び第２拘束バンドと、を備える。第１エンドプレート及び第１拘束バンドは一体成型されている。

この電池モジュールによれば、第１エンドプレート及び第１拘束バンドが一体成型されているので、第１拘束バンドを第１エンドプレートに固定するための締結部材が不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数を減らすことができ、電池モジュールの製造効率の向上が可能となる。

第１エンドプレート、第２エンドプレート及び第１拘束バンドは、一体成型されていてもよい。この場合、第１拘束バンドを第２エンドプレートに固定するための締結部材がさらに不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数をさらに減らすことができ、電池モジュールの製造効率のさらなる向上が可能となる。

第２エンドプレート及び第２拘束バンドは、一体成型されていてもよい。この場合、第２拘束バンドを第２エンドプレートに固定するための締結部材がさらに不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数をさらに減らすことができ、電池モジュールの製造効率のさらなる向上が可能となる。

第１エンドプレート、第２エンドプレート、第１拘束バンド及び第２拘束バンドは、一体成型されていてもよい。この場合、第１拘束バンドを第２エンドプレートに固定するための締結部材、及び、第２拘束バンドを第２エンドプレートに固定するための締結部材がさらに不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数をさらに減らすことができ、電池モジュールの製造効率のさらなる向上が可能となる。

第１エンドプレートと第１拘束バンドとの間に折り代が設けられていてもよい。この場合、第１エンドプレートと第１拘束バンドとの曲げ加工を折り代に沿って行うことによって、曲げ加工を容易化することができる。このため、電池モジュールの製造効率のさらなる向上が可能となる。

本発明によれば、電池モジュールの製造効率を向上できる。

第１実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。 図１の電池モジュールのＩＩ−ＩＩ線に沿った端面図である。 図１の電池モジュールが備える成型体を示す図である。 図１の電池モジュールの組み立て工程を説明するための模式図である。 図１の電池モジュールの組み立て工程を説明するための模式図である。 第２実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。 図６の電池モジュールが備える成型体を示す図である。 図６の電池モジュールの組み立て工程を説明するための模式図である。 図６の電池モジュールの組み立て工程を説明するための模式図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。図２は、図１の電池モジュールのＩＩ−ＩＩ線に沿った図である。図１及び図２に示されるように、電池モジュール１は、配列体２と、弾性部材３と、拘束部材４と、を備えている。

配列体２は、複数の電池セル１１を配列してなり、複数の電池セル１１、セルホルダ１２、バスバー１３、及び伝熱プレート１４を含んで構成されている。電池セル１１は、矩形箱状のケース内に電極組立体が収容されてなる電池である。電池セル１１は、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池である。この例では、配列方向Ｄに沿って７つの電池セル１１が配列されている。電池セル１１は、セルホルダ１２によって保持されている。バスバー１３は、隣り合う電池セル１１の電極端子を互いに電気的に接続している。これにより、隣り合う電池セル１１が電気的に直列に接続されている。

伝熱プレート１４は、電池セル１１の温度調整のための部材であり、隣り合う電池セル１１間の温度差を低減するために設けられている。伝熱プレート１４は、矩形板状の部材であり、隣り合う電池セル１１の間に設けられている。つまり、配列体２では、伝熱プレート１４を介して、複数の電池セル１１が配列されている。

弾性部材３は、電池セル１１の配列方向Ｄにおいて、配列体２の一端に配置されている。弾性部材３は、拘束荷重による電池セル１１の破損を防止する目的で用いられる部材であり、例えばウレタン製のゴムスポンジから構成されている。弾性部材３は、矩形の板状部材である。弾性部材３の材料としては、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。弾性部材３は、ゴムに限られず、バネ材などであってもよい。弾性部材３は、配列方向Ｄにおける配列体２の両端に配置されていてもよく、互いに隣り合う電池セル１１，１１間に配置されていてもよい。

拘束部材４は、配列体２に対して電池セル１１の配列方向Ｄに拘束荷重を付加する。拘束部材４は、エンドプレート４１（第１エンドプレート）と、エンドプレート４２（第２エンドプレート）と、一対の拘束バンド４３（第１拘束バンド）と、一対の拘束バンド４４（第２拘束バンド）と、締結部材４５と、を備えている。

エンドプレート４１及びエンドプレート４２は、例えば金属製の平板状部材である。一対のエンドプレート４１及びエンドプレート４２は、配列体２及び弾性部材３を配列方向Ｄの両側から挟んでいる。エンドプレート４１及びエンドプレート４２は、拘束バンド４３及び拘束バンド４４によって連結されている。

一対の拘束バンド４３及び一対の拘束バンド４４は、配列体２及び弾性部材３を挟むように配置され、配列方向Ｄに延在する長尺の板状部材である。一対の拘束バンド４３及び一対の拘束バンド４４は、例えば金属で構成されている。一対の拘束バンド４３は、配列体２及び弾性部材３の上側に配置されている。一対の拘束バンド４４は、配列体２及び弾性部材３の下側に配置されている。

エンドプレート４１、一対の拘束バンド４３及びエンドプレート４２は、一体成型されており、成型体４０を成している。成型体４０では、エンドプレート４１、一対の拘束バンド４３及びエンドプレート４２がその順に連接されている。エンドプレート４１の下部には、締結部材４５が螺合される複数の貫通孔４１ａが設けられている。貫通孔４１ａの内周面には、ネジ溝が設けられている。エンドプレート４２の下部には、締結部材４５が螺合される複数の貫通孔４２ａが設けられている。貫通孔４２ａの内周面には、ネジ溝が設けられている。

一対の拘束バンド４４は、成型体４０とは別体である。一対の拘束バンド４４の両方の端部４４ａは、上方に略直角に曲げられており、拘束バンド４４の両方の端部４４ａには、締結部材４５が挿通される挿通孔４４ｂがそれぞれ設けられている。拘束バンド４４は、エンドプレート４１の一方の面において、拘束バンド４４の一方の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂと貫通孔４１ａとを位置合わせして、締結部材４５を挿通孔４４ｂに挿通し、貫通孔４１ａに螺合することによって、エンドプレート４１に固定されている。同様に、拘束バンド４４は、エンドプレート４２の一方の面において、拘束バンド４４の他方の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂと貫通孔４２ａとを位置合わせして、締結部材４５を挿通孔４４ｂに挿通し、貫通孔４２ａに螺合することによって、エンドプレート４２に固定されている。締結部材４５としては、ボルト及びリベット等が用いられ得る。

次に、電池モジュール１の組み立て工程を説明する。図３は、電池モジュール１が備える成型体４０を示す図である。図４及び図５は、電池モジュール１の組み立て工程を説明するための模式図である。

まず、図４の（ａ）に示されるように、セルホルダ１２（図１参照）に保持されている複数の電池セル１１を、伝熱プレート１４を介して配列し、配列体２を準備する。そして、配列体２の一端に弾性部材３を配置する。なお、説明の便宜上、図４及び図５では、セルホルダ等を省略して示している。

続いて、図３の（ａ）に示される加工前の成型体４０を準備する。この成型体４０のエンドプレート４１と拘束バンド４３との境界部分、及びエンドプレート４２と拘束バンド４３との境界部分には、図３の（ｂ）に示されるような折り代４０ａが設けられている。折り代４０ａは、曲げ加工を容易にするために設けられた断面三角形状の溝である。この折り代４０ａに沿って、エンドプレート４１と拘束バンド４３との成す角、及びエンドプレート４２と拘束バンド４３との成す角が略直角になるように折り曲げ、加工後の成型体４０を得る。

そして、図４の（ｂ）に示されるように、把持用の治具５０を用いて加工後の成型体４０を把持する。治具５０は、例えば、磁石を用いて加工後の成型体４０の形状を保持した状態で把持する。治具５０は、エンドプレート４１と拘束バンド４３との曲げ反力、及びエンドプレート４２と拘束バンド４３との曲げ反力によって、加工後の成型体４０の形状を保持した状態で把持してもよい。

続いて、加圧用の治具６０を用いて、配列体２及び弾性部材３を配列方向Ｄの両端から押圧する。このとき、配列体２及び弾性部材３の配列方向Ｄにおける長さＬ１が、加工後の成型体４０におけるエンドプレート４１及びエンドプレート４２間の距離Ｌ２よりも小さくなるように押圧する。なお、距離Ｌ２は、配列体２及び弾性部材３に所望の拘束荷重が付与されるように予め定められている。そして、治具６０によって加圧した状態で、治具５０によって把持されている成型体４０を、配列体２及び弾性部材３の上側から覆い被せ、エンドプレート４１とエンドプレート４２とによって配列体２及び弾性部材３を配列方向Ｄにおいて挟む。

そして、図５の（ａ）に示されるように、治具６０を下方に取り外すことによって、配列体２及び弾性部材３の加圧が解除され、配列体２及び弾性部材３が配列方向Ｄに膨張する。これにより、弾性部材３と反対側の端に位置する配列体２の電池セル１１がエンドプレート４１に当接し、弾性部材３がエンドプレート４２に当接する。この状態で、配列体２及び弾性部材３には、所望の拘束荷重が加えられており、この状態を維持したままで治具５０によって成型体４０とともに把持される。

続いて、図５の（ｂ）に示されるように、拘束バンド４４を準備し、配列方向Ｄにおいて両方の端部４４ａでエンドプレート４１及びエンドプレート４２を挟むように拘束バンド４４を下側から嵌め合わせる。このとき、エンドプレート４１の貫通孔４１ａと拘束バンド４４の一方の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂとを位置合わせし、エンドプレート４２の貫通孔４２ａと拘束バンド４４の他方の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂとを位置合わせする。そして、一方の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂに締結部材４５を挿通し、貫通孔４１ａに螺合することによって拘束バンド４４をエンドプレート４１に固定する。また、他方の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂに締結部材４５を挿通し、貫通孔４２ａに螺合することによって拘束バンド４４をエンドプレート４２に固定する。

そして、図５の（ｃ）に示されるように、治具５０を上方に取り外すことによって、電池モジュール１が組み立てられる。

以上説明した電池モジュール１によれば、エンドプレート４１、一対の拘束バンド４３及びエンドプレート４２がその順に一体成型されているので、一対の拘束バンド４３の一方の端部をエンドプレート４１に固定するための締結部材、並びに、一対の拘束バンド４３の他方の端部をエンドプレート４２に固定するための締結部材が不要となる。このため、電池モジュール１の拘束に要する部品の数を減らすことができ、電池モジュール１の製造効率の向上が可能となる。

また、エンドプレート４１と拘束バンド４３との曲げ加工、並びに、エンドプレート４２と拘束バンド４３との曲げ加工を、折り代４０ａに沿って行うことによって、曲げ加工を容易化することができる。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。図６に示されるように、第２実施形態の電池モジュール１は、第１実施形態の電池モジュール１と比較して、拘束部材４において相違している。

第２実施形態の拘束部材４は、第１実施形態の拘束部材４と比較して、成型体４０が、エンドプレート４１、一対の拘束バンド４３、エンドプレート４２及び一対の拘束バンド４４が一体成型された部材である点で相違している。この成型体４０では、エンドプレート４１、一対の拘束バンド４３、エンドプレート４２及び一対の拘束バンド４４がその順に連接されている。

エンドプレート４１の下部には、締結部材４５が螺合される複数の貫通孔４１ａが設けられている。貫通孔４１ａの内周面には、ネジ溝が設けられている。一対の拘束バンド４４のエンドプレート４２に連なる端部と反対側の端部４４ａは、上方に略直角に曲げられており、その端部４４ａには、締結部材４５が挿通される挿通孔４４ｂが設けられている。拘束バンド４４は、エンドプレート４１の一方の面において、拘束バンド４４の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂと貫通孔４１ａとを位置合わせして、締結部材４５を挿通孔４４ｂに挿通し、貫通孔４１ａに螺合することによって、エンドプレート４１に固定されている。

次に、第２実施形態に係る電池モジュール１の組み立て工程を説明する。図７は、第２実施形態に係る電池モジュール１が備える成型体４０を示す図である。図８及び図９は、第２実施形態に係る電池モジュール１の組み立て工程を説明するための模式図である。

まず、図８の（ａ）に示されるように、セルホルダ１２（図６参照）に保持されている複数の電池セル１１を、伝熱プレート１４を介して配列し、配列体２を準備する。そして、配列体２の一端に弾性部材３を配置する。なお、説明の便宜上、図８及び図９では、セルホルダ等を省略して示している。

続いて、図７に示される加工前の成型体４０を準備する。この成型体４０のエンドプレート４１と拘束バンド４３との境界部分、エンドプレート４２と拘束バンド４３との境界部分、エンドプレート４２と拘束バンド４４との境界部分、拘束バンド４４の端部４４ａには、図３の（ｂ）に示されるような折り代４０ａが設けられている。この折り代４０ａに沿って、エンドプレート４１と拘束バンド４３との成す角、及びエンドプレート４２と拘束バンド４３との成す角が略直角になるように折り曲げる。

そして、図８の（ｂ）に示されるように、把持用の治具５０を用いて加工後の成型体４０を把持する。続いて、加圧用の治具６０を用いて、配列体２及び弾性部材３を配列方向Ｄの両端から押圧する。このとき、配列体２及び弾性部材３の配列方向Ｄにおける長さＬ１が、加工後の成型体４０におけるエンドプレート４１及びエンドプレート４２間の距離Ｌ２よりも小さくなるように押圧する。そして、治具６０によって加圧した状態で、治具５０によって把持されている成型体４０を、配列体２及び弾性部材３の上側から覆い被せ、エンドプレート４１とエンドプレート４２とによって配列体２及び弾性部材３を配列方向Ｄにおいて挟む。

そして、図９の（ａ）に示されるように、治具６０を下方に取り外すことによって、配列体２及び弾性部材３の加圧が解除され、配列体２及び弾性部材３が配列方向Ｄに膨張する。これにより、弾性部材３と反対側の端に位置する配列体２の電池セル１１がエンドプレート４１に当接し、弾性部材３がエンドプレート４２に当接する。この状態で、配列体２及び弾性部材３には、所望の拘束荷重が加えられており、この状態を維持したままで治具５０によって成型体４０とともに把持される。そして、エンドプレート４２と拘束バンド４４との間に設けられた折り代４０ａに沿って、エンドプレート４２と拘束バンド４４との成す角が略直角になるように折り曲げる。

続いて、図９の（ｂ）に示されるように、端部４４ａに設けられた折り代４０ａに沿って拘束バンド４４の端部４４ａを上方に略直角になるように折り曲げる。このとき、エンドプレート４１の貫通孔４１ａと拘束バンド４４の端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂとを位置合わせする。そして、端部４４ａに設けられた挿通孔４４ｂに締結部材４５を挿通し、貫通孔４１ａに螺合することによって拘束バンド４４をエンドプレート４１に固定する。

そして、図９の（ｃ）に示されるように、治具５０を上方に取り外すことによって、電池モジュール１が組み立てられる。

以上説明した第２実施形態に係る電池モジュール１においても、第１実施形態に係る電池モジュール１と同様の効果が奏される。さらに、第２実施形態に係る電池モジュール１では、エンドプレート４１、一対の拘束バンド４３、エンドプレート４２及び一対の拘束バンド４４がその順に一体成型されているので、一対の拘束バンド４３の一方の端部をエンドプレート４１に固定するための締結部材、一対の拘束バンド４３の他方の端部をエンドプレート４２に固定するための締結部材だけでなく、一対の拘束バンド４４の他方の端部をエンドプレート４２に固定するための締結部材が不要となる。このため、電池モジュール１の拘束に要する部品の数をさらに減らすことができ、電池モジュール１の製造効率のさらなる向上が可能となる。

なお、本発明に係る電池モジュールは上記実施形態に限定されない。例えば、エンドプレート４１と一対の拘束バンド４３とが一体成型されて成型体を成し、エンドプレート４２及び一対の拘束バンド４４とは別体であってもよい。この場合、一対の拘束バンド４３の一方の端部をエンドプレート４１に固定するための締結部材が不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数を減らすことができ、電池モジュールの製造効率の向上が可能となる。

また、エンドプレート４２と一対の拘束バンド４４とが一体成型されて成型体を成し、エンドプレート４１及び一対の拘束バンド４３とは別体であってもよい。この場合、一対の拘束バンド４４の他方の端部をエンドプレート４２に固定するための締結部材が不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数を減らすことができ、電池モジュールの製造効率の向上が可能となる。

また、エンドプレート４１と一対の拘束バンド４３とが一体成型されて第１成型体を成すとともに、エンドプレート４２と一対の拘束バンド４４とが一体成型されて第２成型体を成してもよい。この場合、一対の拘束バンド４３の一方の端部をエンドプレート４１に固定するための締結部材、並びに、一対の拘束バンド４４の他方の端部をエンドプレート４２に固定するための締結部材が不要となる。このため、電池モジュールの拘束に要する部品の数を減らすことができ、電池モジュールの製造効率の向上が可能となる。

拘束バンド４３及び拘束バンド４４は、配列体２及び弾性部材３に対する拘束荷重が維持されるように、エンドプレート４１及びエンドプレート４２を拘束すればよい。拘束バンド４３及び拘束バンド４４は、配列体２及び弾性部材３の側面において、配列体２及び弾性部材３を挟むように配置されてもよい。拘束バンド４３の数及び拘束バンド４４の数はいずれも、２本に限られず、１本であってもよく、３本以上であってもよい。

また、成型体４０には、折り代４０ａが設けられていなくてもよい。この場合、治具等を用いて成型体４０が折り曲げ加工され得る。

１…電池モジュール、２…配列体、３…弾性部材、１１…電池セル、４０ａ…折り代、４１…エンドプレート（第１エンドプレート）、４２…エンドプレート（第２エンドプレート）、４３…拘束バンド（第１拘束バンド）、４４…拘束バンド（第２拘束バンド）、Ｄ…配列方向。

Claims (5)

1. 複数の電池セルを配列してなる配列体と、
   前記配列体の配列方向における一端に配置される弾性部材と、
   前記配列体及び前記弾性部材を前記配列方向において挟む第１エンドプレート及び第２エンドプレートと、
   前記配列体及び前記弾性部材を挟むように配置され、前記第１エンドプレート及び前記第２エンドプレートを連結する第１拘束バンド及び第２拘束バンドと、
   を備え、
   前記第１エンドプレート及び前記第１拘束バンドは一体成型されている、電池モジュール。
2. 前記第１エンドプレート、前記第２エンドプレート及び前記第１拘束バンドは、一体成型されている、請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記第２エンドプレート及び前記第２拘束バンドは、一体成型されている、請求項１に記載の電池モジュール。
4. 前記第１エンドプレート、前記第２エンドプレート、前記第１拘束バンド及び前記第２拘束バンドは、一体成型されている、請求項１に記載の電池モジュール。
5. 前記第１エンドプレートと前記第１拘束バンドとの間に折り代が設けられている、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電池モジュール。

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