JP5410604B2 - 電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の素電池を備えた電池モジュール及びその製造方法に関するものである。

近年、電子機器の多様化に伴い高容量、高電圧、高出力で且つ安全性が高い電池や複数の素電池を一つの筐体に収めた電池モジュールが求められている。

電池モジュールは、ハイブリッド車（hybrid electric vehicle：ＨＥＶ）等の移動体用の電源として使用されることが多い。電池モジュールに含まれる素電池の保持固定が各素電池と接続端子との溶接にのみ依存している場合、その部分に移動体の走行中の強い振動及び衝撃が加わると、接続端子の変形が生じたり、素電池と接続端子との溶接部が外れたりするおそれがある。

そこで、従来の電池モジュールでは、保持板（電池ホルダ）を構成する２個以上の保持枠に素電池の端部を保持する電池保持部が設けられ、電池保持部には、振動及び衝撃を吸収する振動衝撃吸収部が配置されている。そして、素電池を保持枠に組み込んだ後、前記保持枠同士を結合することにより、素電池の上端部と電池保持部との間、及び素電池の下端部と電池保持部との間に振動衝撃吸収部を配置して、電池モジュールの耐振性を向上させている（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２０１０−０４０２４３号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、素電池の上端部と電池保持部との間、及び素電池の下端部と電池保持部との間に振動衝撃吸収部を配置する際に、２個以上の保持枠を結合させる必要がある。このため、多くの部材が必要となり、電池モジュールの小型化を妨げ、製造工程も煩雑となり、生産性が悪化する問題が生じることとなる。

本発明は前記の問題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、より少ない部材により容易に耐振性を向上できる電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、電池モジュールを、素電池の側面の溝部に弾性部材が装着された構成とする。

具体的に、本発明に係る電池モジュールは、側面にそれぞれ溝部を有する筒状の複数の素電池と、複数の素電池をそれぞれ収容する複数の筒状の収容部を有するホルダとを備え、素電池の溝部には、それぞれ収容部と当接する弾性部材が設けられ、素電池は、弾性部材を介してホルダの収容部に固定されている。

本発明に係る電池モジュールによると、素電池の側面に溝部が形成され、その溝部に弾性部材が設けられているため、素電池をホルダの収容部に弾性部材を介して固定でき、弾性部材により素電池に対する振動及び衝撃を低減できるため、耐震性を向上できる。さらに、特別な部材を必要としないため、極めて容易であり、生産性を向上することができる。

本発明に係る第１の電池モジュールの製造方法は、側面にそれぞれ溝部を有する筒状の複数の素電池、及び複数の素電池をそれぞれ収容する複数の筒状の収容部を有するホルダを準備する工程と、複数の素電池のそれぞれの溝部に弾性部材を設ける工程と、複数の素電池を、弾性部材をホルダの収容部の内壁に圧接しながら、収容部に圧入する工程とを備えている。

本発明に係る第１の電池モジュールの製造方法によると、素電池の側面の溝部に弾性部材を設け、複数の素電池を、弾性部材をホルダの収容部の内壁に圧接しながら、収容部に圧入するため、素電池をホルダの収容部に弾性部材を介して固定できる。これにより、弾性部材により素電池に対する振動及び衝撃を低減できるため、電池モジュールの耐震性を向上できる。さらに、特別な部材を必要としないため、極めて容易であり、生産性を向上することができる。

本発明に係る第２の電池モジュールの製造方法は、側面にそれぞれ溝部を有する筒状の複数の素電池、及び複数の素電池をそれぞれ収容する複数の筒状の収容部を有するホルダを準備する工程と、複数の素電池のそれぞれの溝部に弾性部材を設ける工程と、複数の素電池をホルダの収容部に挿入する工程と、複数の素電池を軸方向に押圧して溝部の軸方向の幅を縮小することにより、弾性部材を溝部内で挟圧して素電池の径方向外側に広がるように変形させて、素電池をホルダの収容部に固定する工程とを備えている。

本発明に係る第２の電池モジュールの製造方法によると、素電池の側面の溝部に弾性部材を設け、複数の素電池をホルダの収容部に挿入し、弾性部材を溝部内で挟圧して素電池の径方向外側に広がるように変形させるため、素電池をホルダの収容部に弾性部材を介して固定できる。これにより、弾性部材により素電池に対する振動及び衝撃を低減できるため、耐震性を向上できる。さらに、特別な部材を必要としないため、極めて容易であり、生産性を向上することができる。さらに、素電池をホルダに収容した後に、弾性部材を素電池の径方向外側に広がるように変形させるため、素電池をホルダに収容する工程がより容易となる。

本発明に係る電池モジュール及びその製造方法によると、容易に素電池をホルダの収容部に固定でき、素電池に対する振動及び衝撃を低減できて耐震性が高い電池モジュールを得ることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの素電池を示す断面図である。 図２は本発明の一実施形態に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。 図３は本発明の一実施形態に係る電池モジュールを示す断面図である。 図４は本発明の一実施形態の変形例に係る電池モジュールの素電池を示す断面図である。 図５は本発明の一実施形態の変形例に係る電池モジュールの製造方法の一工程を示す断面図である。 図６は本発明の一実施形態の変形例に係る電池モジュールの製造方法の一工程を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

まず、本発明の一実施形態に係る電池モジュールに用いられる素電池について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの素電池を示す断面図である。

図１に示すように、素電池１４は、筒状の電池ケース２０の開口部がガスケット２２を介して封口板２４で封止されている。なお、本実施形態において、「筒状」とは、軸方向に中空部を備えた形状をいい、その断面形状は特に限定されず、例えば円形、楕円形及び四角形等を含む。すなわち、素電池１４は円筒形電池の他に角形電池等であっても構わない。

電池ケース２０内には、正極板２６と負極板２８とがセパレータ３０を介して捲回されて構成された電極群３２が、非水電解質と共に収容されている。ここでは、非水電解質を用いているが、これに限られず、例えば水溶液系の電解質等を用いても構わない。正極板２６は、正極リード３４を介して正極端子を兼ねる封口板２４に接続されている。また、負極板２８は、負極リードを介して、負極端子を兼ねる電池ケース２０の底部に接続されている。なお、封口板２４には、開放部２４ａが形成されおり、素電池１４に異常ガスが発生したとき、異常ガスが、開放部２４ａから電池ケース２０外へ排出される。

素電池１４は、電池ケース２０の一部が内側に湾曲されていることにより、側面に環状の溝部３６が形成されている。溝部３６には環状の弾性部材１２が装着されている。環状の弾性部材１２には、例えばＯリング等を用いることができる。なお、溝部３６及び弾性部材１２は、上記の形状に限定されず、例えば、溝部３６は環状でなく周方向に延びる溝部であってもよく、弾性部材１２は溝部３６に設けることが可能な形状であればよい。また、弾性部材１２は、その材料は特に制限されないが、好ましくは樹脂からなり、例えば、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンエーテル、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリブチレンテレフタレート、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、ナイロン、ポリオキシメチレン及びシリコーン等を用いることができる。

次に、本実施形態に係る電池モジュールの構成について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの構成を示す分解斜視図である。

図２に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１０は、側面に弾性部材１２が装着された筒状の複数の素電池１４と、複数の素電池１４がそれぞれ収容される筒状の複数の収容部１６を有するホルダ１８とを備えている。複数の素電池１４がそれぞれホルダ１８の収容部１６に収容されることによって、本実施形態の電池モジュール１０が形成される。ここで、収容部１６の形状は、収容する素電池１４の形状に応じて適宜決定でき、本実施形態では円筒状の素電池１４を用いているため円筒状の収容部１６を用いているが、これに限らず、素電池１４を収容できる形状であればよい。

図２に示すホルダ１８は、例えば一体形成されている。このようにすると、１つの部材に素電池を固定するため、製造工程を容易にでき且つホルダの耐久性を向上できる。また、ホルダ１８は、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウム合金により形成されている。アルミニウム合金としては、軽量で且つ良好な熱伝導性を有している限り、特に限定されるものではなく、例えばＡｌ−マグネシウム（Ｍｇ）系合金、Ａｌ−Ｍｇ−シリコン（Ｓｉ）系合金、Ａｌ−亜鉛（Ｚｎ）−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−銅（Ｃｕ）系合金等を使用することができる。このようにすると、素電池１４に異常が生じて発熱した場合に、その熱を放熱することができ、電池モジュール１０の燃焼等を防ぐことができる。

次に、本発明の一実施形態に係る電池モジュールにおける収容部内における素電池の固定について図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを示す断面図である。

図３に示すように、本実施形態に係る電池モジュール１０において、ホルダ１８の収容部１６は、素電池１４の径よりも大きい径を有し、素電池１４の溝部３６に設けられた弾性部材１２の外径よりも小さい径を有する。従って、弾性部材１２を装着した素電池１４を収容部１６に収容すると、収容部１６の内壁と素電池１４の間には隙間が生じるが、弾性部材１２は変形して収容部１６の内壁に当接する。これにより、素電池１４は、ホルダ１８の収容部１６に固定される。なお、素電池１４の発熱に対して、放熱性を向上するために収容部１６と素電池１４との間の隙間は小さい方が好ましい。

なお、図３では、正極を上側にして素電池１４が収容部１６に収容されているが、これに限らず、負極を上側にして素電池１４が収容部１６に収容されていてもよい。

本発明の一実施形態に係る電池モジュール１０によると、素電池１４の溝部３６に弾性部材１２が形成されているため、容易に素電池１４をホルダ１８に固定できると共に素電池１４に対する振動及び衝撃を低減することが可能となる。

続いて、本発明の一実施形態に係る電池モジュールの製造方法について説明する。

まず、側面に溝部３６を有する筒状の複数の素電池１４と、筒状の複数の収容部１６を有するホルダ１８とを準備する。上記の通り、溝部３６は、例えば環状の溝部であるが、これに限られない。また、ホルダ１８には、例えばアルミニウム等の熱伝導性を有する材料からなり、一体形成されたホルダを用いることができる。

次に、複数の素電池１４の各溝部３６に、例えば環状である弾性部材１２を設ける。このとき、弾性部材１２は、素電池１４の側面から径方向外側に突出している。ここで、素電池１４の外径は、ホルダ１８の収容部１６の径よりも小さく、素電池１４の溝部３６に設けられた弾性部材１２の外径は、収容部１６の径よりも大きくなるように各部材は形成されている。

次に、複数の素電池１４を、弾性部材１２をホルダ１８の収容部１６の内壁に圧接しながら、収容部１６に圧入する。なお、上記の通り、正極を上側にして各素電池１４を収容部１６に収容してもよいし、負極を上側にしてもよい。素電池１４の溝部３６に設けられた弾性部材１２の外径は、収容部１６の径よりも大きいため、弾性部材１２と収容部１６との間に弾性応力が生じ、これにより、素電池１４は、ホルダ１８の収容部１６に固定される。

本実施形態に係る電池モジュール及びその製造方法によると、容易に素電池をホルダの収容部に固定でき、素電池に対する振動及び衝撃を低減できるため、耐震性が高い電池モジュールを得ることができる。

本発明の一実施形態では、素電池１４の溝部３６に設けられた弾性部材１２の外径は、収容部１６の径よりも大きいため、素電池１４を収容部１６に圧入する必要があったが、圧入することなく、素電池１４を収容部１６に挿入できる本発明の一実施形態の変形例について図４〜図６を参照しながら説明する。なお、本変形例では、上記の一実施形態と同一の部材には同一の符号を付けて、その説明を省略する。図４は本発明の一実施形態の変形例に係る電池モジュールの素電池を示す断面図である。図５及び図６は、それぞれ本発明の一実施形態の変形例に係る電池モジュールの製造方法の一工程を示す断面図である。

まず、図４に示すように、弾性部材１２が溝部３６に装着された素電池１４を準備する。ここで、本変形例では、上記の通り素電池１４を収容部１６に圧入しないため、図１に示す一実施形態の素電池１４のように、溝部３６に弾性部材１２が堅固に装着されている必要はない。

次に、図５に示すように、平板状に形成された第１金型３８の上にホルダ１８を載置する。そして、載置されたホルダ１８の各収容部１６に、弾性部材１２が溝部３６に装着された各素電池１４を収容する。ここで、本変形例では、素電池１４の弾性部材１２が設けられた部分の外径は、収容部１６の径よりも小さくなるように構成されている。このため、素電池１４を収容部１６に挿入する際に、弾性部材１２と収容部１６とが接触することは少なく、弾性部材１２を装着した素電池１４を容易に収容部１６に収容できる。なお、この時点でホルダ１８の収容部１６に収容された素電池１４の上面の高さは、ホルダ１８の上面の高さよりも高くなるように構成されている。なお、本変形例では、正極を上側にして素電池１４を収容部１６に挿入しているため、素電池１４の上面は、具体的に正極端子の上面である。但し、上記の通り、負極端子を上側にして、素電池１４を収容部１６に挿入しても構わない。

そして、素電池１４及びそれを収容したホルダ１８を、第１金型３８と第２金型４０とにより構成される押圧部材５０により素電池１４の軸方向に同時に押圧する。ここで、第２金型４０は平板状に形成された平板部４２と、平板部の下面に形成された円筒部４４とからなる。円筒部４４は素電池１４の電池ケース２０の上面と接し、円筒部４４同士の間の空洞部に正極端子が嵌るように設計されている。また、第２金型４０の平板部４２の下面と、素電池１４の正極端子の上面及びホルダ１８の上面とが接するように構成されている。

素電池１４を押圧した状態を図６に示す。図６に示すように、素電池１４及びそれを収容したホルダ１８を、押圧部材５０により押圧すると、素電池１４が軸方向に圧縮される。具体的に、溝部３６の軸方向の幅が縮小し、これにより、溝部３６に設けられた弾性部材１２は、溝部３６内で挟圧されて素電池１４の径方向外側に広がるように変形する。その結果、収容部１６の内壁に弾性部材１２が当接し、弾性部材１２により素電池１４がホルダ１８の収容部１６に固定される。

また、第２金型４０は、平板部４２の下面と、素電池１４の正極端子の上面及びホルダ１８の上面とが接するように構成されているため、第１金型３８と第２金型４０とで素電池１４を収容したホルダ１８を押圧すると、ホルダ１８に設けられている複数の収容部１６の深さにばらつきがあったとしても、各収容部１６に収容された各素電池１４の正極端子の上面の高さと、ホルダ１８の上面との高さが同等になる。このようにすると、後に素電池１４の正極端子同士をバスバー等で接続する際に接続不良を低減できる。なお、本変形例では、上記のような構成の押圧部材５０を用いて、各素電池１４の正極端子の上面の高さと、ホルダ１８の上面との高さが同等にしたが、特に、これに限られず、各素電池１４の上面同士の高さのみが同等となるように、例えば平板状の押圧部材を用いて各素電池１４を所定の高さまで押圧しても同様の効果が得られる。また、各素電池１４の上面の高さを同等にする必要がない場合は、素電池１４の溝部３６の軸方向の幅が縮小して、弾性部材１２を素電池１４の径方向外側に広がるように変形させることにより、素電池１４をホルダ１８の収容部１６に固定できれば、上記のような押圧部材を用いる必要はない。

本発明の一実施形態の変形例に係る電池モジュールの製造方法によると、素電池１４を収容部１６に挿入した後、素電池１４の溝部３６に設けられた弾性部材１２を変形させてホルダ１８と素電池１４とを固定でき、素電池１４に対する振動及び衝撃を低減できるため、耐震性が高い電池モジュールを得ることができる。また、変形前の弾性部材１２の外径よりも収容部１６の径のほうが大きいため、容易に収容部１６に弾性部材１２を装着した素電池１４を挿入できるので生産性を向上できる。さらに、ホルダ１８に設けられている複数の収容部１６の深さにばらつきがあったとしても、押圧部材５０による素電池１４及びホルダ１８を軸方向に押圧するため、各収容部１６に収容された素電池１４の正極端子の上面の高さを、ホルダ１８の上面の高さと同等にすることができる。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

本発明に係る電池モジュールは、容易に素電池をホルダの収容部に固定でき、素電池に対する振動及び衝撃を低減でき、携帯型電子機器、移動体通信機器、又は車両の電源等に有用である。

１０ 電池モジュール
１２ 弾性部材
１４ 素電池
１６ 収容部
１８ ホルダ
３６ 溝部
３８ 第１金型
４０ 第２金型
４２ 平板部
４４ 円筒部
５０ 押圧部材

Claims (9)

1. 側面にそれぞれ溝部を有する筒状の複数の素電池と、
   前記複数の素電池をそれぞれ収容する複数の筒状の収容部を有するホルダとを備え、
   前記素電池の前記溝部には、それぞれ前記収容部と当接する弾性部材が設けられ、
   前記素電池は、前記弾性部材を介して前記ホルダの収容部に固定されている電池モジュール。
2. 前記溝部は、前記素電池の側面に環状に形成され、
   前記弾性部材は、環状である請求項１に記載の電池モジュール。
3. 前記ホルダは、一体形成されている請求項１に記載の電池モジュール。
4. 側面にそれぞれ溝部を有する筒状の複数の素電池、及び前記複数の素電池をそれぞれ収容する複数の筒状の収容部を有するホルダを準備する工程と、
   前記複数の素電池のそれぞれの溝部に弾性部材を設ける工程と、
   前記複数の素電池を、前記弾性部材を前記ホルダの収容部の内壁に圧接しながら、前記収容部に圧入する工程とを備えている電池モジュールの製造方法。
5. 側面にそれぞれ溝部を有する筒状の複数の素電池、及び前記複数の素電池をそれぞれ収容する複数の筒状の収容部を有するホルダを準備する工程と、
   前記複数の素電池のそれぞれの溝部に弾性部材を設ける工程と、
   前記複数の素電池を前記ホルダの収容部に挿入する工程と、
   前記複数の素電池を軸方向に押圧して前記溝部の軸方向の幅を縮小することにより、前記弾性部材を前記溝部内で挟圧して前記素電池の径方向外側に広がるように変形させて、前記素電池を前記ホルダの収容部に固定する工程とを備えている電池モジュールの製造方法。
6. 前記複数の素電池の押圧を、押圧部材により同時に前記複数の素電池のそれぞれに対して行う請求項５に記載の電池モジュールの製造方法。
7. 前記複数の素電池の押圧を、前記複数の素電池の上面の高さがそれぞれ同等になるように行う請求項６に記載の電池モジュールの製造方法。
8. 前記複数の素電池のそれぞれの溝部に弾性部材を設ける工程では、前記素電池の側面に環状に形成された溝部に環状の弾性部材を設ける請求項４又は５に記載の電池モジュールの製造方法。
9. 前記ホルダを準備する工程では、一体形成されているホルダを準備する請求項４又は５に記載の電池モジュールの製造方法。

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