(57)【要約】【課題】電池セルと伝熱部材との間に存在し得る空隙を破壊できる電池モジュールの製造方法を提供する。【解決手段】実施形態の電池モジュールの製造方法では、電池モジュール１０が、複数の電池セル２と、複数の電池セル２が取り付けられる伝熱部材４と、複数の電池セル２と伝熱部材４との間に配置される伝熱層６とを備える。伝熱層６は、弾性を有し、導電性物質６ａを含む。この製造方法は、伝熱層６に対して交流電流Ｊ及び直流磁場Ｂを印加してローレンツ力Ｆを発生させ、ローレンツ力Ｆによって伝熱層６を振動させる工程を含む。【選択図】図２
2018010778.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池モジュールの製造方法であって、
前記電池モジュールは、複数の電池セルと、前記複数の電池セルが取り付けられる伝熱部材と、前記複数の電池セルと前記伝熱部材との間に配置される伝熱層と、を備え、
前記伝熱層は、弾性を有し、導電性物質を含み、
前記製造方法は、
前記伝熱層に対して交流電流及び直流磁場を印加してローレンツ力を発生させ、前記ローレンツ力によって前記伝熱層を振動させる工程を含む、電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記導電性物質が、前記交流電流の流れる方向に沿って延びる形状を有する、請求項１に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記交流電流の周波数が５０〜１５０Ｈｚの範囲から設定される、請求項１又は２に記載の電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記直流磁場の強さが０．５〜２テスラである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばリチウムイオン二次電池等の複数の電池セルが配列してなる配列体を含む電池モジュールが知られている。このような電池モジュールでは、電池セルにて発生する熱を筐体に逃がすための放熱構造が設けられる。例えば、特許文献１に記載の電池モジュールでは、電池セル同士の間に伝熱プレートを配置し、当該伝熱プレートの一端側を筐体に接触させている。これにより、電池セルにおいて発生した熱を筐体に逃がしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表平８−５０６２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池セルと、電池セルが取り付けられる伝熱部材（例えば筐体）との間の伝熱性を向上させるために、両者の間に伝熱層を介在させることがある。この場合、電池セルを伝熱層に貼り合わせる際に、電池セルと伝熱層との間に気泡が混入する可能性がある。あるいは、伝熱層が伝熱部材から剥離することにより、伝熱層と伝熱部材との間に空隙が生じる可能性もある。あるいは、伝熱層が破れることにより、伝熱層内に空隙が生じる可能性もある。いずれの場合であっても、電池セルと伝熱部材との間に空隙が存在することになる。
【０００５】
電池セルと伝熱部材との間に上述の空隙が存在すると、電池セルと伝熱部材との間の伝熱性の向上が妨げられる。
【０００６】
本発明の一側面は、電池セルと伝熱部材との間に存在し得る空隙を破壊できる電池モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る電池モジュールの製造方法では、前記電池モジュールが、複数の電池セルと、前記複数の電池セルが取り付けられる伝熱部材と、前記複数の電池セルと前記伝熱部材との間に配置される伝熱層と、を備え、前記伝熱層は、弾性を有し、導電性物質を含み、前記製造方法は、前記伝熱層に対して交流電流及び直流磁場を印加してローレンツ力を発生させ、前記ローレンツ力によって前記伝熱層を振動させる工程を含む。
【０００８】
この電池モジュールの製造方法では、伝熱層が弾性を有し、導電性物質を含んでいるので、伝熱層に対して交流電流及び直流磁場を印加してローレンツ力を発生させ、ローレンツ力によって伝熱層を振動させることができる。電池セルと伝熱部材との間に空隙が存在する場合、伝熱層の振動によって空隙を圧縮する力と引っ張る力とが交互に印加される。そのため、空隙を破壊することができる。
【０００９】
前記導電性物質が、前記交流電流の流れる方向に沿って延びる形状を有してもよい。
【００１０】
この場合、導電性物質の長手方向においてインピーダンスが小さくなるので、交流電流が流れ易くなる。
【００１１】
前記交流電流の周波数が５０〜１５０Ｈｚの範囲から設定されてもよい。
【００１２】
周波数を５０Ｈｚ以上にすると大きな体積を有する空隙を効率的に破壊できる。周波数を１５０Ｈｚ以下にすると伝熱層が破れ難くなる。
【００１３】
前記直流磁場の強さが０．５〜２テスラであってもよい。
【００１４】
直流磁場の強さを０．５テスラ以上にすると大きな体積を有する空隙を効率的に破壊できる。直流磁場の強さを２テスラ以下にするとエネルギー消費量を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一側面によれば、電池セルと伝熱部材との間に存在し得る空隙を破壊できる電池モジュールの製造方法が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電池モジュールを模式的に示す側面図である。
【図２】実施形態に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す側面図である。
【図３】実施形態に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す正面図である。
【図４】実施形態に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す平面図である。
【図５】図４における伝熱層及び交流電流発生器を模式的に示す平面図である。
【図６】変形例に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す平面図である。
【図７】図６における伝熱層及び交流電流発生器を模式的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態が詳細に説明される。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号が用いられ、重複する説明は省略される。
【００１８】
図１は、電池モジュールを模式的に示す側面図である。図１に示される電池モジュール１０は、複数の電池セル２と、複数の電池セル２が取り付けられる伝熱部材４と、複数の電池セル２と伝熱部材４との間に配置される伝熱層６とを備える。
【００１９】
複数の電池セル２は、一方向に配列される。複数の電池セル２には複数の伝熱プレート８がそれぞれ取り付けられてもよい。各伝熱プレート８は、隣り合う電池セル２間に配置される第１の板状部分８ａと、伝熱層６と電池セル２との間に配置される第２の板状部分８ｂとを有する。ただし、電池セル２の配列方向の一端に位置する伝熱プレート８の第１の板状部分８ａは、電池セル２と後述するエンドプレート１２との間に配置される。第２の板状部分８ｂの端部は、第１の板状部分８ａの端部に接続されており、第１の板状部分８ａの延在方向と交差する方向に延びている。各伝熱プレート８は、例えば金属板である。
【００２０】
各電池セル２は、枠体をなす電池ホルダによって保持されている。電池セル２は、例えばリチウムイオン二次電池等の二次電池であり、ケース内に電極組立体を収容している。電池セル２には、正極端子及び負極端子が設けられている。
【００２１】
各電池セル２は、極性の異なる端子が隣り合うように配列されており、バスバーによって電気的に直列に接続されている。電池セル２の配列端には、複数の電池セル２を配列方向に拘束可能な一対のエンドプレート１２がそれぞれ設けられている。各エンドプレート１２は、複数の電池セル２を押圧する板状部分１２ａと、エンドプレート１２を伝熱部材４に固定するためのブラケット部分１２ｂとを有する。エンドプレート１２は、例えばボルト等の締結部材により、ブラケット部分１２ｂを介して伝熱部材４に固定される。
【００２２】
伝熱部材４は、例えば複数の電池セル２を収容する筐体又は筐体の一部であってもよい。伝熱部材４は、例えば鉄板等の金属板である。
【００２３】
伝熱層６は弾性を有する。伝熱層６は例えばゲル状の樹脂層である。伝熱層６は、液状の熱伝導材料（ＴＩＭ：Thermal Interface Material）が硬化してなる固体状の層であってもよい。伝熱層６は、例えば１．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する。伝熱層６の熱伝導率は、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上でもよく、２．５Ｗ／ｍ・Ｋでもよく、３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上でもよい。伝熱層６の熱伝導材料としては、例えばポリウレタン樹脂、シリコーンゲル、ゴム及び樹脂系のスポンジが挙げられる。これらの熱伝導材料は粘性を有していてもよく、固体状の層であってもよい。固体状の層は、一定の体積及び形状を有する層であればよく、ゲル状の層でもよい。また、熱伝導材料が液体である場合、プラスチックフィルム内に熱伝導材料が梱包されていてもよい。さらに、これらの熱伝導材料又はプラスチックフィルムの梱包材料は、接着性を有してもよい。これらの熱伝導材料は、セラミックスと金属等の高導電性物質とを含む複合材料であってもよい。
【００２４】
伝熱層６は導電性物質６ａを含む。導電性物質６ａとしては、例えば鱗片状又は球状の導電粒子、導電不織布、導電ファイバ等が挙げられる。導電性物質６ａは、例えば金属で形成されてもよい。金属としては、例えばアルミニウム、銅等が挙げられる。この場合、金属の電気伝導率及び熱伝導率が樹脂の電気伝導率及び熱伝導率に比較して高いため、伝熱層６におけるキャビテーション効果が大きくなるとともに熱抵抗が小さくなり、冷却効率が向上する。伝熱層６は、例えばセラミックスで形成された粒子を含んでもよい。セラミックスとしては、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＢＮ（窒化ホウ素）等が挙げられる。この場合、セラミックスの熱伝導率が樹脂の熱伝導率に比較して高いため、伝熱層６における熱抵抗が小さくなり、冷却効率が向上する。
【００２５】
電池モジュール１０では、電池セル２の充放電により電池セル２が発熱し、熱が電池セル２から伝熱プレート８及び伝熱層６を経由して伝熱部材４に到達する。これにより、伝熱部材４から外気に放熱される。すなわち、伝熱部材４は放熱部材として機能する。ここで、伝熱層６と伝熱プレート８との間に空隙Ｖが存在する場合がある。この場合、電池セル２と伝熱部材４との間の伝熱性の向上が妨げられる。このような空隙Ｖは、例えば、伝熱層６に伝熱プレート８を貼り合わせる際に混入する気泡、伝熱層６の剥離又は破れ等に起因する。空隙Ｖは、以下に説明する電池モジュールの製造方法によって破壊され得る。
【００２６】
図２は、実施形態に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す側面図である。図３は、実施形態に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す正面図である。図４は、実施形態に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す平面図である。図２〜図４に示される製造装置１００は、図１の電池モジュール１０の空隙Ｖが破壊された電池モジュールを製造することができる。図５は、図４における伝熱層及び交流電流発生器を模式的に示す平面図である。図２〜図５にはＸＹＺ直交座標系が示されている。
【００２７】
製造装置１００は、伝熱層６に対して交流電流を印加するための交流電流発生器２０と、伝熱層６に対して直流磁場を印加するための直流磁場発生器３０とを備える。製造装置１００は、電池モジュール１０を搬送するための搬送装置としての一対のレール５０を備えてもよい。
【００２８】
交流電流発生器２０は、交流電源２２と、交流電源２２に接続された第１の電極２４と、交流電源２２に接続された第２の電極２６とを備える。第１の電極２４及び第２の電極２６は、伝熱層６に接続される。図５に示されるように、伝熱層６の厚み方向（例えばＺ軸方向）から見て伝熱層６が長方形である場合、伝熱層６は、短辺６ｅ，６ｆと長辺６ｇ，６ｈとを有する。第１の電極２４は、伝熱層６の一方の短辺６ｅに接続される。第２の電極２６は、伝熱層６の他方の短辺６ｆに接続される。
【００２９】
直流磁場発生器３０は、ヨーク３２と、ヨーク３２に巻回されたコイル３４と、コイル３４に電流を供給する直流電源３６とを備える。直流電源３６からコイル３４に電流を供給すると直流磁場が発生する。ヨーク３２は、例えばＵ字形状を有しており、互いに対向配置されたＳ極及びＮ極を有する。ヨーク３２におけるＳ極とＮ極とを接続する部分にコイル３４が位置している。
【００３０】
一対のレール５０は、電池モジュール１０の両端を支持しながら、レール５０の延びる方向Ａに電池モジュール１０を搬送可能である。電池モジュール１０は、方向Ａに搬送されることによって、ヨーク３２のＳ極とＮ極との間を通過することができる。
【００３１】
実施形態に係る電池モジュールの製造方法は、例えば製造装置１００を用いて以下のように実施され得る。
【００３２】
（準備工程）
まず、図１の電池モジュール１０を準備する。例えば、伝熱部材４上に設けられた伝熱層６と、電池セル２に取り付けられた伝熱プレート８とを貼り合わせる。その後、例えばボルト等の締結部材により、一対のエンドプレート１２のブラケット部分１２ｂを伝熱部材４に固定する。ここで、伝熱層６と伝熱プレート８との間に空隙Ｖが存在する場合がある。
【００３３】
（振動工程）
次に、伝熱層６に対して交流電流Ｊ及び直流磁場Ｂを印加してローレンツ力Ｆを発生させ、ローレンツ力Ｆによって伝熱層６を振動させる。伝熱層６の厚み方向に直流磁場Ｂを発生し、伝熱層６の厚み方向に直交する方向に交流電流Ｊを発生させると、ローレンツ力Ｆは、伝熱層６の厚み方向に直交する方向（例えばＸＹ平面における任意の方向）に発生し得る。例えば、レール５０により電池モジュール１０を方向Ａに搬送し、ヨーク３２のＳ極とＮ極との間を通過させる。交流電流Ｊは交流電流発生器２０により発生させることができる。直流磁場Ｂは直流磁場発生器３０により発生させることができる。交流電流Ｊ及び直流磁場Ｂは、伝熱層６に対して同時に印加され得る。伝熱層６中の導電性物質６ａは、交流電流Ｊの流れる方向（例えばＸ軸方向）に沿って延びる形状を有してもよい。そのような導電性物質６ａは、長軸を有する導電粒子であってもよいし、導電不織布であってもよいし、導電ファイバであってもよい。
【００３４】
交流電流Ｊの周波数は、５０〜１５０Ｈｚの範囲から設定されてもよいし、８０〜１２０Ｈｚの範囲から設定されてもよい。交流電流Ｊを発生するための交流電源２２の電圧の振幅値は９５〜２２２Ｖであってもよい。
【００３５】
直流磁場Ｂの強さは、０．５〜０９．９テスラであってもよいし、０．５〜２テスラであってもよいし、０．５〜１．５テスラであってもよい。
【００３６】
本実施形態の電池モジュールの製造方法では、伝熱層６が弾性を有し、導電性物質を含んでいるので、伝熱層６に対して交流電流Ｊ及び直流磁場Ｂを印加してローレンツ力Ｆを発生させ、ローレンツ力Ｆによって伝熱層６を振動させることができる。本実施形態では、Ｘ軸方向に交流電流Ｊを発生させ、Ｚ軸方向に直流磁場Ｂを発生させているので、ローレンツ力ＦはＹ軸方向において発生する。電池セル２と伝熱部材４との間に空隙Ｖが存在する場合、伝熱層６の振動によって空隙Ｖを圧縮する力と引っ張る力とが交互に印加される。そのため、空隙Ｖを非接触で破壊することができる。
【００３７】
空隙Ｖが破壊されると、大きな体積を有する空隙Ｖが小さな体積の空隙に分解するので、電池セル２と伝熱部材４との間の伝熱性の低下が抑制される。
【００３８】
導電性物質６ａが、交流電流Ｊの流れる方向に沿って延びる形状を有すると、導電性物質６ａの長手方向においてインピーダンスが小さくなるので、交流電流Ｊが流れ易くなる。
【００３９】
交流電流Ｊの周波数を５０Ｈｚ以上にすると大きな体積を有する空隙Ｖを効率的に破壊できる。交流電流Ｊの周波数を１５０Ｈｚ以下にすると伝熱層６が破れ難くなる。
【００４０】
直流磁場Ｂの強さを０．５テスラ以上にすると大きな体積を有する空隙Ｖを効率的に破壊できる。直流磁場Ｂの強さを２テスラ以下にするとエネルギー消費量を抑制することができる。また、直流磁場Ｂの強さを２テスラ以下にすると、装置の小型化も可能となる。
【００４１】
図６は、変形例に係る電池モジュールの製造装置を模式的に示す平面図である。図６に示される製造装置１００ａは、製造装置１００と同様に、図１の電池モジュール１０の空隙Ｖが破壊された電池モジュールを製造することができる。図７は、図６における伝熱層及び交流電流発生器を模式的に示す平面図である。図６〜図７にはＸＹＺ直交座標系が示されている。
【００４２】
製造装置１００ａは、交流電流発生器２０に代えて交流電流発生器１２０を備えること以外は製造装置１００と同じ構成を備える。交流電流発生器１２０は、交流電源２２と、交流電源２２に接続された第１の電極１２４と、交流電源２２に接続された第２の電極１２６とを備える。図７に示されるように、第１の電極１２４は、伝熱層６の一方の長辺６ｇに接続される。第２の電極１２６は、伝熱層６の他方の長辺６ｈに接続される。この場合、導電性物質６ａが、交流電流Ｊの流れる方向（例えばＹ軸方向）に沿って延びる形状を有していると、交流電流Ｊが流れ易くなる。
【００４３】
製造装置１００ａを用いた場合、Ｙ軸方向に交流電流Ｊを発生させ、Ｚ軸方向に直流磁場Ｂを発生させているので、ローレンツ力ＦはＸ軸方向において発生する。よって、伝熱層６をＸ軸方向に振動させることができる。この場合でも、空隙Ｖを非接触で破壊することができる。
【００４４】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明されたが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【００４５】
例えば、電磁石に代えて永久磁石により直流磁場Ｂを発生させてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態の製造装置１００では、交流電流発生器２０及び直流磁場発生器３０の位置を固定して電池モジュール１０を移動しているが、電池モジュール１０の位置を固定して交流電流発生器２０及び直流磁場発生器３０を移動可能にしてもよい。この場合、製造装置１００はレール５０に代えて、交流電流発生器２０及び直流磁場発生器３０を搬送するための搬送装置を備えてもよい。製造装置１００ａについても同様に、電池モジュール１０の位置を固定して交流電流発生器１２０及び直流磁場発生器３０を移動可能にしてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
２…電池セル、４…伝熱部材、６…伝熱層、６ａ…導電性物質、１０…電池モジュール、２０…交流電流発生器、３０…直流磁場発生器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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