(57)【要約】【課題】セルホルダが電池セルに密着したセルスタックをより簡易に製造できるセルスタックの製造方法を提供する。【解決手段】複数の電池セルが積層されたセルスタックの製造方法は、各電池セルを収容する収容空間が１以上形成された樹脂製のセルホルダであって、熱により膨張した状態のセルホルダを用意するステップと、各収容空間に前記電池セルを収容するステップと、前記電池セルを収容したセルホルダを冷却して収縮させるステップと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルが積層されたセルスタックの製造方法であって、
各電池セルを収容する収容空間が１以上形成された樹脂製のセルホルダであって、熱により膨張した状態のセルホルダを用意するステップと、
各収容空間に前記電池セルを収容するステップと、
前記電池セルを収容したセルホルダを冷却して収縮させるステップと、
を備えることを特徴とするセルスタックの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のセルスタックの製造方法であって、
前記セルホルダの収容空間は、熱膨張時には前記電池セルよりも大きく、冷却により収縮した際には前記電池セルと同じか僅かに小さくなるように設計されており、
前記収容空間を形成する壁面は、冷却時に、収容されている電池セルに密着する、
ことを特徴とするセルスタックの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のセルスタックの製造方法であって、
前記熱により膨張した状態のセルホルダとして、樹脂成形直後のセルホルダを用意する、ことを特徴とするセルスタックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池セルが積層されたセルスタックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数の電池セルを積層して構成されるセルスタックが知られている。セルスタックでは、複数の電池セルを積層した状態で保持するための複数の保持枠１１４が用いられていた。図６は、従来のセルスタック１１０の一例を示す図である。図６に示すように、従来のセルスタック１１０は、電池セル１１２間に配置される略平板状の保持枠１１４や、エンドプレート１１６、保持枠１１４および電池セル１１２等の積層体を積層状態で拘束する拘束バンド１２０等から構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２２４９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、こうした従来のセルスタック１１０では、電池セル１１２の数に合わせて多数の保持枠１１４を用意する必要があり、部品点数の増加を招いていた。また、多数の保持枠１１４および電池セル１１２は、全て、完全に分離した別部品であるため、積層するにあたっての作業工数の増加等の問題を招いていた。また、全てが分離した別部品であるため、組み付け時の誤差により、電池セル同士のズレが生じやすかった。
【０００５】
特許文献１には、電池セル間に介在される面圧部材と、隣り合う面圧部材を連結する連結部材とを一体に備えた電池ホルダが開示されている。かかる電池ホルダによれば、部品点数を大幅に低減できる。
【０００６】
しかし、特許文献１では、電池ホルダの組み付けを容易にするために、面圧部材の間隙を、電池セルの厚みより大きくしている。その結果、組み付け後の面圧部材と電池セルとの間には、間隙が生じており、当該間隙から粉塵等の異物が混入する恐れがあった。もちろん、特許文献１には、この間隙を無くすために、連結部材を弾性変形可能に構成し、電池ホルダに積層方向の圧縮力を加えた際には、面圧部材間の間隙が狭まり、面圧部材と電池セルとを密着するようにするといった工夫はされている。しかし、面圧部材と電池セルとの間隙を無くすために特別な部品や工程が必要となるため、非常に手間であった。
【０００７】
そこで、本発明では、セルホルダが電池セルに密着したセルスタックをより簡易に製造できるセルスタック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】
【０００８】
本発明のセルスタックの製造方法は、複数の電池セルが積層されたセルスタックの製造方法であって、各電池セルを収容する収容空間が１以上形成された樹脂製のセルホルダであって、熱により膨張した状態のセルホルダを用意するステップと、各収容空間に前記電池セルを収容するステップと、前記電池セルを収容したセルホルダを冷却して収縮させるステップと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
好適な態様では、前記セルホルダの収容空間は、熱膨張時には前記電池セルよりも大きく、冷却により収縮した際には前記電池セルと同じか僅かに小さくなるように設計されており、前記収容空間を形成する壁面は、冷却時に、収容されている電池セルに密着する。他の好適な態様では、前記熱により膨張した状態のセルホルダとして、樹脂成形直後のセルホルダを用意する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、熱膨張したセルホルダに電池セルを挿入し、その後、セルホルダを収縮させているため、セルホルダが電池セルに密着したセルスタックをより簡易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態で製造されるセルスタックの分解斜視図である。
【図２】セルスタックの製造の流れを示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は加熱時のセルスタックの概略横断面図であり、（ｂ）は冷却時のセルスタックの概略横断面図である。
【図４】（ａ）は、電池セルの内圧が正常な場合のセルスタックの概略縦断面図であり、（ｂ）は電池セルの内圧が上昇した場合のセルスタックの概略縦断面図である。
【図５】（ａ）は、電池セルの内圧が正常な場合の従来のセルスタックの概略縦断面図であり、（ｂ）は電池セルの内圧がやや上昇した場合の従来のセルスタックの概略縦断面図であり、（ｃ）は電池セルの内圧がさらに上昇した場合の従来のセルスタックの概略縦断面図である。
【図６】従来のセルスタックの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態であるセルスタック１０の製造方法について図面を参照して説明する。はじめに、本実施形態で製造するセルスタック１０について図１を参照して簡単に説明する。図１は、本実施形態におけるセルスタック１０の分解斜視図である。
【００１３】
セルスタック１０は、複数の電池セル１２を厚み方向に積層したもので、例えば、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車等の電動車両の電源等に用いられる。
【００１４】
セルスタック１０は、複数の電池セル１２と、当該電池セル１２を保持するセルホルダ１４を備える。電池セル１２は、略平板状であり、その広い面（以下、この面を「正面または背面」という）同士が正対するように、厚み方向に積層される。この電池セル１２としては、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池、有機ラジカル電池等が用いられる。各電池セル１２は、電気絶縁性樹脂の外装ケースによってその外周面を被覆された扁平状直方体である。各電池セル１２の上面からは、正極端子および負極端子からなる二つの端子部１８が突出している。積層された電池セル１２は、端子部１８間を接続するバスバー（図示せず）によって直列に接続される。
【００１５】
セルホルダ１４は、こうした複数の電池セル１２を積層しつつ、電池セル１２間を絶縁した状態で保持する部材である。本実施形態で用いるセルホルダ１４は、絶縁性を備えた熱可塑性樹脂からなり、射出成形等の周知の技術で製造される。また、セルホルダ１４は、図１に示す通り、電池セル１２が収容される収容空間２０が複数形成された略箱状となっている。図１では、見やすさのために収容空間２０を三つのみとしているが、収容空間２０の個数は、特に限定されず、一つでもいいし、より多数でもよい。ただし、電池セル１２の組み付けを容易にするためには、収容空間２０の個数は、電池セル１２の個数と同じであることが望ましい。
【００１６】
セルホルダ１４の上面は、電池セル１２の挿入を受け入れるために完全開口しており、その余の面には、電池セル１２を覆う壁が形成されている。収容空間２０の積層方向両側には、電池セル１２間に介在する仕切板２２が形成されている。図１では、この仕切板２２を、略矩形の凸部が形成されただけの単純な形態としているが、実際には、この仕切板２２の表面および裏面には、冷却用空気の通路となる溝が複数形成されている。
【００１７】
セルホルダ１４は、その収容空間２０の横断面形状が、加熱により軟化膨張した際には、電池セル１２よりも大きく、冷却により硬化縮小した際には、電池セル１２と同等または電池セル１２より僅かに大きくなるように設計されている。
【００１８】
次に、こうしたセルスタック１０の製造の流れについて図２を参照して説明する。図２は、セルスタック１０の製造の流れを示すフローチャートである。セルスタック１０を製造する際には、まず、セルホルダ１４用の金型に材料である熱可塑性樹脂を射出する（Ｓ１０）。
【００１９】
続いて、射出された熱可塑性樹脂を、規定の取り出し温度になるまで、型ごと冷却する（Ｓ１２）。この取り出し温度は、通常の射出成形時に適用される取り出し温度と同じであり、熱可塑性樹脂が、その形状を維持できる程度の温度であるものの、完全硬化する前の温度である。取り出し温度は、熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上であることが望ましく、熱可塑性樹脂の種類にもよるが、例えば、５０℃〜６０℃程度とすることができる。
【００２０】
規定の取り出し温度まで冷却できれば、金型を開いて、セルホルダ１４を取り出す（Ｓ１４）。この時点で、セルホルダ１４は、成形熱により軟化しており、その収容空間２０は、熱膨張により電池セル１２よりも大きくなっている。この状態において、セルホルダ１４の各収容空間２０に、電池セル１２を挿入する（Ｓ１６）。図３（ａ）は、この時点でのセルスタック１０の概略横断面図である。図３（ａ）に示す通り、型から取り出した時点において、セルホルダ１４の収容部は、熱膨張により電池セル１２よりも一回り大きくなっている。したがって、容易に、各電池セル１２を収容空間２０に挿入することが可能となる。
【００２１】
続いて、この状態で、セルホルダ１４を常温まで冷却し、セルホルダ１４を完全に硬化させる（Ｓ１８）。この冷却の過程で、セルホルダ１４は、徐々に収縮していく。そして、最終的には、図３（ｂ）に示すように、電池セル１２に密着し、電池セル１２の外形に沿った形状で硬化する。完全冷却できれば、セルスタック１０の製造が完了となる。なお、必要に応じて、セルスタック１０の両端にエンドプレートを配置したり、セルスタック１０に拘束バンド等を取り付けて積層方向の圧縮力を付加し、各電池スタックに拘束荷重をかけたりしてもよい。
【００２２】
以上のような手順で形成されたセルスタック１０は、逆さまにしても電池セル１２が落下しないほど、セルホルダ１４と電池セル１２が隙間なく密着している。そのため、セルホルダ１４と電池セル１２の隙間から粉塵等の異物が混入することが効果的に防止される。
【００２３】
また、本実施形態のセルホルダ１４は、電池セル１２の形状に合わせて縮小硬化していくため、電池セル１２の公差を容易に吸収できる。すなわち、電池セル１２は、本来、設計通りの寸法で製造されることが望ましいが、実際には、公差内での誤差が生じている。この公差内での誤差を吸収するために、従来のセルスタック１１０は、図６に示すような構成となっていた。この従来のセルスタック１１０では、電池セル１１２間に配置される保持枠１１４を、全て別体として構成している。その結果、電池セル１１２の厚み等にばらつきがあっても容易に問題なく電池セル１１２間に保持枠１１４を配置できる。しかし、こうした従来の構成では、部品点数が多くなり、電池セル１１２の保持枠１１４への組み付け作業が非常に煩雑となっていた。また、保持枠１１４が全て別体であるため、保持枠１１４間での積層方向に直交する面方向の位置ズレが生じやすく、ひいては、電池セル１１２間の積層方向に直交する面方向の位置ズレも生じやすかった。
【００２４】
こうした電池セル１１２間の位置ずれを防止するためには、全ての保持枠１１４が連結され、その位置関係が固定されたセルホルダを用いることが有効である。しかし、保持枠１１４の位置関係を固定すると、今度は、電池セル１１２の公差を吸収できないという問題が生じる。
【００２５】
本実施形態では、電池セル１２間に配置される仕切板２２が互いに連結されているセルホルダ１４を用いているため、電池セル１２間の位置ずれを効果的に防止できる。また、本実施形態のセルホルダ１４は、電池セル１２の形状に合わせて縮小硬化していくため、電池セル１２の公差を容易に吸収できる。
【００２６】
また、電池セル１２を挿入空間に挿入する前に、複数の電池セル１２を整列した状態で一体的に扱えるようにしておけば、複数の電池セル１２を、複数の挿入空間に、一括で挿入することも可能となる。その結果、電池セル１２の組み付けに要する手間を従来の技術に比べて、大幅に低減できる。すなわち、従来のセルスタック１１０（図６参照）では、保持枠１１４が全て別体として構成されていたため、電池セル１１２と保持枠１１４を一つずつ順番に積層していく必要があり、その作業工数が多かった。一方、本実施形態では、仕切板２２が全て連結されており、電池セル１２が挿入される複数の挿入空間が事前に形成されている。そのため、１回の挿入作業で、複数の電池セル１２を複数の挿入空間に挿入することが可能であり、組み付け作業の工数を大幅に低減できる。また、本実施形態では、複数の仕切板２２が連結されて一体化されているため、従来のセルスタック１１０に比して部品点数を大幅に低減することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、セルホルダ１４が、全ての電池セル１２と隙間なく密着しているため、電池セル１２の内圧が上昇した際の電池セル１２の破裂を効果的に抑制できる。これについて図４、図５を参照して説明する。図４は、本実施形態のセルスタック１０の概略縦断面図であり、（ａ）は、電池セル１２の内圧が正常な場合を、（ｂ）は、電池セル１２の内圧が上昇した場合を示している。また、図５は、従来のセルスタック１１０の概略縦断面図であり、（ａ）は、電池セル１１２の内圧が正常な場合を、（ｂ）は、電池セル１１２の内圧がやや上昇した場合を、（ｃ）は、電池セル１１２の内圧がさらに上昇した場合を示している。
【００２８】
一般に二次電池である電池セル１２は、内部温度が上昇した場合等に、ガスが発生することにより内圧が上昇し、膨張する場合がある。この電池セル１２の膨張量が過大になると電池セル１２の破裂等の問題を招く。従来のセルスタック１１０では、こうした電池セルの膨張が生じやすいという問題があった。
【００２９】
すなわち、図５（ａ）に示すように、従来のセルスタック１１０では、電池セル１１２間に保持枠１１４が介在している。各保持枠１１４が、電池セル１１２に密着するように、セルスタック１１０には、拘束バンド１２０等により、積層方向の圧縮力が加えられている。しかし、こうした機械的な力だけでは、電池セル１１２と保持枠１１４との隙間を完全に排除することは難しく、電池セル１１２と保持枠１１４との間には、微小な隙間が生じていた。
【００３０】
図５（ｂ）に示すように、電池セル１１２の内圧が上昇して電池セル１１２が膨張しようとしたとき、この隙間の範囲では、電池セル１１２の膨張を阻害するものは何もないため、電池セル１１２は、容易に膨張変形してしまう。
【００３１】
さらに電池セル１１２の内圧が上昇して電池セル１１２がより膨張すると、図５（ｃ）に示すように、電池セル１１２の両サイドの保持枠１１４は、電池セル１２から膨張圧力を受けることになる。このとき、保持枠１１４と隣接する電池セル１１２との間に隙間が無ければ、保持枠１１４は、電池セル１１２の膨張を阻害するべく反力を発揮する。しかし、保持枠１１４と隣接する電池セル１１２との間に隙間が生じていると、膨張圧力を受けた保持枠１１４は、当該隙間を小さくする方向に移動し、電池セル１１２の膨張がさらに進行することになる。
【００３２】
このように、各電池セル１１２と保持枠１１４との間に微小でも間隙が生じていると、一つの電池セル１１２の膨張が、比較的容易に進んでしまい、電池セル１１２が容易に膨張し、場合によっては破裂してしまう。
【００３３】
一方、本実施形態の製造方法によれば、既述した通り、電池セル１２とセルホルダ１４とが完全に密着している。そのため、図４に示す通り、電池セル１２の内圧が上昇して膨張しようとしても、電池セル１２の膨張は仕切板２２により阻害される。その結果、電池セル１２の変形量を従来技術に比べて大幅に抑えることができ、ひいては、電池セル１２の破裂も効果的に防止できる。
【００３４】
なお、本実施形態では、セルホルダ１４の成形直後に電池セル１２を挿入しているが、セルホルダ１４の挿入空間が電池セル１２より大きいサイズに熱膨張したタイミングであれば、他のタイミングで電池セル１２を挿入してもよい。例えば、射出成形後、完全冷却されて、完全硬化された後のセルホルダ１４を、膨張軟化する温度まで加熱してから電池セル１２を挿入するようにしてもよい。かかる構成とすれば、セルホルダ１４の製造現場と、電池セル１２の挿入現場とを離すことができる。
【００３５】
また、本実施形態では、セルホルダ１４の収容空間２０の個数を、電池セル１２の個数分としたが、収容空間２０の個数は、１以上であれば、特に限定されない。収容空間２０が単一のセルホルダ１４を用いる場合には、電池セル１２の個数分、セルホルダ１４を用意し、拘束バンド等で、複数のセルホルダ１４を連結すればいい。この場合であっても、本実施形態と同様に加熱膨張したセルホルダ１４に電池セル１２を挿入した後、当該セルホルダ１４を冷却収縮させれば、各電池セル１２は、対応するセルホルダ１４に密着する。その結果、セルホルダ１４と電池セル１２の隙間への異物混入が防止されたり、電池セル１２の公差を吸収できたりといった効果が得られる。
【００３６】
また、本実施形態では、セルホルダ１４を、電池セル１２の五面を完全に覆う箱形状としているが、セルスタック１０に求められる能力に応じて、適宜、異なる形状としてもよい。例えば、セルホルダ１４の側面に通気用の孔等を形成してもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０，１１０  セルスタック、１２，１１２  電池セル、１４  セルホルダ、１８  端子部、２０  収容空間、２２  仕切板、１１４  保持枠、１１６  エンドプレート、１２０  拘束バンド。
【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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