電池模塊以及電池單元的制作方法
電池模塊以及電池單元的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種電池要素的簡便的封裝方法。電池模塊(10)在絕緣性的中間框體(50)的框內組裝電池要素(20)，隔著中間框體(50)利用正極側板(32)和負極側板(34)包圍該電池要素(20)，而收容電池要素(20)。在此基礎上，電池模塊(10)利用絕緣性的外周緣框體(40)，在包含正極側板(32)和負極側板(34)的外周端面以及中間框體(50)的外周端面在內的整個板外周，以框狀包覆正極側板(32)和負極側板(34)的外周緣板部位(32a、34a)。
【專利說明】電池模塊以及電池單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種收容有電池要素的電池模塊以及電池單元。
【背景技術】
[0002]在電池模塊中，例如要求相對于外部空氣而將電池要素封裝而收容，提出了各種方案。例如提出了下述技術方案，即，在利用電池殼體收容電池要素的基礎上，在電池要素的整個外周使樹脂構成材料彼此接合并熔接或粘接(專利文獻I)。
[0003]專利文獻1:日本專利3805275號公報
【發明內容】
[0004]電池要素存在各種類型，例如在充放電類型的電池要素中，在充電中或者放電時產生惰性氣體，導致電池模塊的內壓上升。擔心與上述內壓上升相伴，使氣體從樹脂構成材料彼此之間的接合部位泄漏。因此，為了能夠避免氣體泄漏，必須可靠地且小心地進行樹脂構成材料彼此之間的接合部位處的熔接及粘接，因而麻煩。另外，如果對樹脂構成材料彼此之間的接合部位施加振動或沖擊等意料之外的負載，則可能在樹脂構成材料彼此之間的接合處產生間隙，因此，從處理的角度出發也非常麻煩。
[0005]基于上述課題，本發明的目的在于，提供一種電池要素的簡便的封裝方法。
[0006]為了實現上述目的的至少一部分，本發明可以作為以下的應用例而實施。
[0007]〔應用例1:電池模塊〕
[0008]主旨是，一種電池模塊，其收容電池要素，
[0009]該電池模塊具有:
[0010]絕緣性的框體，其形成為包圍所述電池要素的框形狀，在框內組裝所述電池要素；
[0011]導電性的第1、第2板，它們隔著所述框體包圍組裝在該框體的框內的所述電池要素；以及
[0012]絕緣性的外周緣框體，其在包含所述第1、第2板的外周端面和所述框體的外周端面在內的整個板外周，以框狀包覆該第1、第2板的外周緣板部位。
[0013]在該應用例I的電池模塊中，在封裝電池要素時只要進行下述動作即可，即，利用第1、第2板對組裝在絕緣性框體的框內的電池要素進行包圍并收容，利用絕緣性的外周緣框體在第1、第2板的外周緣板部位的整個板外周以框狀進行包覆。另外，利用絕緣性的外周緣框體實現的整個板外周的框狀包覆，包含第1、第2板的外周端面和框體的外周端面，不包含樹脂構成材料彼此之間的接合。其結果，根據應用例I的電池模塊，可以簡便地封裝電池要素。
[0014]上述應用例I的電池模塊可以設為下述方式。例如，可以使在框內已組裝有上述電池要素的上述框體和上述第1、第2板一體化。即，可以得到框體和第1、第2板成為一體的部件組裝品，這樣，在利用絕緣性的外周緣框體在整個板外周進行框狀包覆的工序中，只要對框體和第1、第2板成為一體的部件組裝品進行處理即可，變得簡便。
[0015]另外，可以通過使用絕緣性樹脂的嵌入成型，形成上述外周緣框體，這樣，可以容易地形成在整個板外周構成框狀包覆的絕緣性外周緣框體。在此情況下，也可以使上述第
1、第2板的上述外周緣板部位和上述外周緣框體接合。
[0016]另外，在利用上述框體對上述電池要素所具有的正負的集電箔進行保持的基礎上，使上述第I板與該已保持的正負的集電箔中的一個集電箔導通，使上述第2板與正負的集電箔中的另一個集電箔導通。另外，可以將上述第1、第2板形成為，其板外表面與上述外周緣框體相比位于外側。這樣，可以將電池模塊中成為最外表面的第1、第2板的板外表面，作為與其他電池模塊進行電氣連接部位。因此，僅對電池模塊進行層疊，就能夠確保電池模塊間的電氣連接，比較簡便。
[0017]另外，可以將上述第1、第2板作為金屬制的板，與上述正負的集電箔焊接。這樣，可以可靠地確保第1、第2板和正負的集電箔之間的導通。
[0018]另外，將上述第1、第2板形成為從已組裝在上述框體中的上述電池要素側凸出的凸形狀，在上述電池要素側形成凹部，并在此基礎上，可以利用該凹部包圍上述框體的框內的上述電池要素。這樣，由于是凸形狀，所以可以確保第1、第2板的強度，因此，電池模塊單體的強度提高，并且在對電池模塊進行層疊并沿層疊方向約束的情況下，也可以承受該約束力。
[0019]另外，可以將上述框體設為在相對的框部位處被分割的2個分割品。這樣，可以簡便地將電池要素組裝至框內，除此之外，可以在不設置框體的狀態下利用第1、第2板包圍電池要素后，在2個分割品的框體的框內組裝電池要素。
[0020]另外，可以使上述外周緣框體具有定位卡合部，該定位卡合部在對電池模塊進行層疊時與相鄰的電池模塊的上述外周緣框體卡合而進行定位。這樣，電池模塊的層疊變得簡便。
[0021]另外，可以在上述第1、第2板的板外表面上設置凸起，使該凸起與在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊的上述凸起，在凸起頂部上表面處接合。這樣，在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊之間的導通，可以經由在凸起頂部上表面處接合的凸起而確保。另外，如果對層疊的電池模塊上施加約束力，則由于凸起頂部上表面這樣的窄小的面的抵接而使得接觸面壓力提聞，因此，可以提聞在對電池|旲塊進行層置時相鄰的電池|旲塊之間的導通可靠性。如果將這樣的凸起在第1、第2板的板外表面上分散地配置，則更優選。
[0022]〔應用例2:電池單元〕
[0023]主旨是，一種電池單元，其具有多個電池模塊，
[0024]在該電池單元中，
[0025]對上述任一項所述的電池模塊進行層疊，向該層疊的電池模塊施加沿層疊方向的約束力。
[0026]上述應用例2的電池單元，可以通過僅對電池模塊進行層疊并施加約束力而構成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是表示作為本發明的一個實施例的電池模塊10的外觀的斜視圖。[0028]圖2是在從沿圖1中的2 — 2線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖。
[0029]圖3是沿圖1中的3 — 3線的概略剖面圖。
[0030]圖4是包含電池要素20在內的部件組裝品12的分解斜視圖。
[0031]圖5是將實施例的電池單元100的概略結構剖開示出的說明圖。
[0032]圖6是表示本實施例的電池模塊10和電池單元100的制造步驟的工序圖。
[0033]圖7是表示電池要素20和正極側板32的一體化的情況的說明圖。
[0034]圖8是表示電池要素20和負極側板34的一體化的情況的說明圖。
[0035]圖9是表示中間框體50的一體化的情況的說明圖。
[0036]圖10是表示部件組裝品12的外觀的斜視圖。
[0037]圖11是將部件組裝品12與模具一起表示的說明圖。
[0038]圖12是使用變形例的中間框體50的部件組裝品12的分解斜視圖。
[0039]圖13是用于說明在使用該變形例的中間框體50的情況下的效果的說明圖。
[0040]圖14是在使用其它變形例的中間框體50的情況下對部件組裝品12的組裝情況進行說明的說明圖。
[0041 ] 圖15是表示第2實施例的電池模塊IOA的外觀的斜視圖。
[0042]圖16是在從沿圖15中的16 — 16線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOA的說明圖。
[0043]圖17是表示具有凸起35的變形例的電池模塊IOB的外觀的斜視圖。
[0044]圖18是在從沿圖17中的18 — 18線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖。
[0045]圖19是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
[0046]圖20是表示其它變形例的電池模塊IOC的外觀的斜視圖。
[0047]圖21是在從沿圖20中的21 — 21線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOC的說明圖。
[0048]圖22是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
【具體實施方式】
[0049]下面，針對本發明的實施方式，基于【專利附圖】
【附圖說明】實施例。圖1是表示作為本發明的一個實施例的電池模塊10的外觀的斜視圖，圖2是在從沿圖1中的2 — 2線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖，圖3是沿圖1中的3 — 3線的概略剖面圖，圖4是包含電池要素20在內的部件組裝品12的分解斜視圖。
[0050]如上述各圖所示，電池模塊10具有電池要素20、正極側板32、負極側板34、外周緣框體40、以及中間框體50。電池要素20例如是作為鋰2次電池而負責充放電的電池單位，形成為扁平且方形，并設置為從一個端部使正極集電箔22凸出，從另一個端部使負極集電箔24凸出。此外，該電池要素20通常將正負的電極用金屬薄膜隔著電解質進行卷繞而構成，但由于與本發明的主旨無關，所以省略其說明。
[0051]中間框體50是絕緣性的樹脂成型品，如圖4所示，形成為在相對的框部位處分割為圖中的左右的左方側框體50L和右方側框體50R這2個分割品。另外，該中間框體50通過將上述左右的框體在其開口側端面上接合而形成框形狀，在框內包圍電池要素20。對于中間框體50，在圖4中將位于上下的框部位設為寬幅，將該寬幅的框部位作為集電箔保持部位52。集電箔保持部位52形成為在框內側具有臺階，在該臺階部處，對已組裝至中間框體50的框內的電池要素20的正極集電箔22和負極集電箔24進行保持。在此情況下，集電箔保持部位52的臺階如圖2所示，設為與上述的正負極集電箔的厚度相同，因此，中間框體50將正極集電箔22以及負極集電箔24保持在集電箔保持部位52中，成為所謂同一面的狀態。另外，由于集電箔保持部位52設為，在左方側框體50L和右方側框體50R的開口側端面處接合的狀態下與上述的正負極集電箔的寬度大致相同，所以中間框體50以使正極集電箔22以及負極集電箔24嵌入集電箔保持部位52中的方式進行保持。換言之，中間框體50通過使正負極的集電箔向集電箔保持部位52嵌入,從而與電池要素20成為一體。對于其詳細內容，在后面記述。
[0052]正極側板32是與電池要素20的正極集電箔22相同的金屬鋼板，例如是鋁鋼板的沖壓成型品，將板中央設為從電池要素20側凸出的凸部，將其周圍設為平板狀的外周緣板部位32a。負極側板34是與電池要素20的負極集電箔24相同的金屬鋼板，例如是銅鋼板的沖壓成型品，將板中央作為從電池要素20側凸出的凸部，將其周圍作為平板狀的外周緣板部位34a。在該正負極側的兩個板中，將與其凸部的背面側對應的凹部作為電池要素20的收容區域,將組裝在中間框體50的框內的電池要素20，隔著中間框體50而包圍。另外，在圖2所示的焊接區域WF中，將正極側板32的外周緣板部位32a，焊接在電池要素20的正極集電箔22上。在圖2所示的焊接區域WF中，將負極側板34的外周緣板部位34a，焊接在電池要素20的負極集電箔24上。經過該焊接，正極側板32以及負極側板34與電池要素20成為一體，并且，能夠可靠地確保正極側板32和正極集電箔22、以及負極側板34和負極集電箔24之間的電氣導通。
[0053]外周緣框體40如后述所示，使用絕緣性樹脂通過嵌入成型而形成，如圖1所示，在整個模塊外周包覆電池模塊10的外周緣。而且，如圖2和圖3的剖面圖所示，外周緣框體40將正極側板32和負極側板34的外周端面、以及外周緣框體40的外周端面包含在內，在整個板外周以框狀包覆隔著中間框體50相對的正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a以及外周緣板部位34a。如圖2所示，外周緣框體40在與正極側板32的凸部外表面以及負極側板34的凸部外表面之間確保間隙40c。因此，在電池模塊10中，使正極側板32的凸部外表面以及負極側板34的凸部外表面，與外周緣框體40相比位于外側。
[0054]圖5是將實施例的電池單元100的概略結構剖開示出的說明圖。如圖所示，該電池單元100形成為將多個上述的電池模塊10層疊的堆疊構造，在堆疊體兩端具有集電用模塊80。由于在電池模塊10中，如上述所示使正極側板32的凸部外表面以及負極側板34的凸部外表面與外周緣框體40相比位于外側，所以僅通過以相同的朝向層疊電池模塊10，就能使相鄰的電池模塊彼此的正極側板32和負極側板34分別抵接。因此，只要將電池模塊10層疊，就可以在電池單元100中，在將電池模塊10電氣地串聯連接的基礎上，確保電池模塊間的電氣連接，比較簡便。
[0055]集電用模塊80在中央具有集電用金屬板82和外部連接用端子84，使集電用金屬板82與堆疊體兩端的電池模塊10中的正極側板32或者負極側板34抵接。因此，電池單元100能夠經過集電用模塊80的外部連接用端子84向電動機等外部負載放電，或經過外部連接用端子84從外部電源進行充電。[0056]除此之外，電池單元100在以堆疊構造層疊的電池模塊10的兩端配置集電用模塊80的基礎上，利用緊固帶90對電池模塊10以及集電用模塊80進行緊固。作為緊固帶90，在圖5中示出在電池單元100的外周具有間隙，但通過利用未圖示的緊固固定夾具進行緊固，從而對已層疊的各個電池模塊10施加在圖中示出的約束力f。因此，在電池單元100中，維持上述相鄰的電池模塊彼此之間的正負極板的抵接以及集電用模塊80的抵接，還確保電氣連接。即，僅通過在兩端配置集電用模塊80，在其之間層疊電池模塊10，并在此基礎上利用緊固帶90進行緊固，就能夠容易地形成電池單元100。
[0057]下面，對上述的電池模塊10和電池單元100的制造步驟進行說明。圖6是表示本實施例的電池模塊10和電池單元100的制造步驟的工序圖，圖7是表示電池要素20和正極側板32的一體化的情況的說明圖，圖8是表示電池要素20和負極側板34的一體化的情況的說明圖，圖9是表示中間框體50的一體化的情況的說明圖，圖10是表示部件組裝品12的外觀的斜視圖。
[0058]如圖6所示，首先，準備構成部件組裝品12的部件，具體地說，準備電池要素20和正極側板32、負極側板34以及中間框體50(步驟S100)。然后，將電池要素20的一個集電箔，例如正極集電箔22焊接至正極側板32的外周緣板部位32a(步驟S110)。該情況如圖7所示，向正極側板32的凹部放入電池要素20的主體部，在將外周緣板部位32a和正極集電箔22接合的焊接區域WF中，利用未圖示的焊接電極，將正極集電箔22焊接(例如，點焊接)在外周緣板部位32a上。由此，正極側板32在外周緣板部位32a與電池要素20成為一體。
[0059]然后，將電池要素20的另一個集電箔，例如負極集電箔24焊接在負極側板34的外周緣板部位34a上(步驟S120)。該情況如圖8所示，首先,使放入至正極側板32的凹部的電池要素20傾斜，以使負極集電箔24側與正極側板32分離。由此，在負極集電箔24側，確保通過未圖示的焊接電極進行的焊接作業區域。然后，在該狀態下，將負極側板34設置為其凹部覆蓋電池要素20的主體，在將外周緣板部位34a和負極集電箔24接合的焊接區域WF中，利用焊接電極將負極集電箔24焊接在外周緣板部位34a上。由此，除了正極側板32之外，負極側板34也與電池要素20成為一體，如圖9所示，電池要素20傾斜地位于正極側板32和負極側板34之間。
[0060]然后，將構成中間框體50的左方側框體50L和右方側框體50R，如圖9所示，從電池要素20的兩側插入，使上述左右的框體在其開口側端面處接合，在該狀態下，將正極側板32和負極側板34向中間框體50按壓(步驟S130)。經過該按壓，電池要素20以正極集電箔22和負極集電箔24從電池要素主體筆直地延伸的狀態，組裝至中間框體50的框內，隔著該中間框體50被正極側板32和負極側板34包圍。電池要素20維持上述的正負集電箔筆直地延伸的狀態。因此，通過步驟S130得到的圖10的部件組裝品12，是將電池要素20組裝在框內，將中間框體50、正極側板32、負極側板34 —體化而得到的，在此后的工序中，只要對部件組裝品12進行處理即可。此外，左方側框體50L和右方側框體50R在開口側端面處接合的狀態，通過上述的按壓而維持，但也可以將開口側端面粘接，或在開口側端面上設置凹凸的嵌合部而進行嵌合固定。對于該情況下的左右框體的開口側端面粘接，由于在后述的工序中形成外周緣框體40，所以只要簡易地粘接即可。另外，在本實施例中，由于向中間框體50的集電箔保持部位52中嵌入正極集電箔22以及負極集電箔24，所以與上述的步驟S130中的利用按壓實現的一體化相對應，中間框體50和電池要素20的一體化也變得可靠。
[0061]如果這樣得到部件組裝品12，則將該部件組裝品12設置在模具中(步驟S140)。圖11是將部件組裝品12與模具一起表示的說明圖。如圖所示，模具是左右組合模具，具有左方模具140L和右方模具140R。左方模具140L和右方模具140R形成腔室140K，該腔室140K在組裝品的整個外周包圍部件組裝品12的外周緣。更詳細地說，腔室140K包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及外周緣框體40的外周端面在內，在整個板外周以框狀包圍部件組裝品12中隔著中間框體50相對的正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a以及外周緣板部位34a。另外，左右的模具利用從上述的腔室140K的內周側肩部的模具面凸出的肩部位凸起142，對正極側板32的外周緣板部位32a和中間框體50、以及負極側板34的外周緣板部位34a和中間框體50進行按壓，而保持部件組裝品12。在這樣結束部件組裝品12的模具設置后，將絕緣性的樹脂向腔室140K射出，對部件組裝品12進行嵌入成型(步驟S150)。由此，在腔室140K中形成外周緣框體40，該外周緣框體40仿形腔室140K，包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及外周緣框體40的外周端面在內，在整個板外周以框狀包覆隔著中間框體50相對的正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a以及外周緣板部位34a。
[0062]在射出樹脂后，對樹脂進行養護冷卻，直至冷卻硬化為止，然后進行脫模(步驟S160)，從而可以得到圖1所示的電池模塊10。然后，將該電池模塊10以圖5所示方式進行層疊，并利用緊固帶90進行緊固(步驟S170)，得到圖5的電池單元100。
[0063]如以上說明所示，在本實施例的電池模塊10中，利用正極側板32和負極側板34將組裝在絕緣性的外周緣框體40的框內的電池要素20包圍，利用2個板以及中間框體50收容電池要素20。在此基礎上，經過此后的嵌入成型，形成在整個板外周將正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a、34a以框狀包覆的外周緣框體40。該外周緣框體40在包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及中間框體50的外周端面的基礎上，包覆至外周緣板部位32a、34a的板表面，將電池要素20封裝。因此，根據本實施例的電池模塊10，在封裝電池要素20時，只要僅進行上述的電池要素的收容和外周緣框體40的嵌入成型即可，因此簡便。而且，外周緣框體40在包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及中間框體50的外周端面的基礎上，包覆至外周緣板部位32a、34a的板表面，在這樣包覆時，不需要樹脂構成材料彼此之間的粘接或熔接，因此，能夠實現工序簡化，與此相伴的成本也降低。而且，由于通過嵌入成型而形成外周緣框體40，所以可以容易地形成以上述方式進行板包覆的外周緣框體40。
[0064]在外周緣框體40的嵌入成型時，如下述所示，還能夠實現正極側板32、負極側板34以及外周緣框體40的接合，詳細地說，能夠實現正負極板的外周緣板部位32a、34a的表面和外周緣框體40的內表面之間的接合。首先，在正負極板的外周緣板部位32a、34a中，在其表面賦予羧基、氨基、羥基等極性官能基。這樣的極性官能基的賦予，能夠利用由在放電氣體中產生的等離子體生成的基，使有機物活性化，利用該活性化有機物向外周緣板部位32a、34a的表面賦予極性官能基。對于外周緣框體40形成用的絕緣性樹脂，調配包含與上述極性官能基彼此作用的粘接性官能基、例如環氧基在內的粘接性改性劑。另外，如上述所示將部件組裝品12設置在左右的模具上(參照圖11)，將已調配有上述粘接性改性劑的絕緣性樹脂向腔室140K射出，對部件組裝品12進行嵌入成型。這樣，在使金屬制的正極側板32以及負極側板34和作為樹脂材料的外周緣框體40接合的基礎上，能夠利用極性官能基和粘接性官能基之間的彼此作用而將它們粘接，可以提高利用外周緣框體40實現的封裝的可靠性。
[0065]另外，在本實施例中，在得到包含外周緣框體40在內的作為完成品的電池模塊10時，形成已將電池要素20組裝至框體中而中間框體50和正極側板32、負極側板34為一體的部件組裝品12。因此，在此后的用于形成外周緣框體40的處理及半成品的搬運和保管等中，只要對該部件組裝品12進行處理即可，因此簡便。
[0066]另外，在本實施例的電池模塊10中，在將正極側板32和負極側板34這兩個板的中央形成向外側凸出的凸形狀的基礎上，利用該凸形狀部對中間框體50的框內的電池要素20進行包圍。因此，通過形成凸形狀而可以提高正極側板32和負極側板34這兩個板的強度，因此，除了提高作為電池模塊10單體的強度之外，作為對電池模塊10進行層疊并在層疊方向上約束而形成的電池單元100，還可以確保承受其約束力的強度。
[0067]另外，在本實施例的電池模塊10中，將用于組裝電池要素20的中間框體50設為，在相對的框部位處分割為左方側框體50L和右方側框體50R這2個分割品。因此，除了可以簡便地向框內組裝電池要素20之外，即使如圖9所示，首先利用正極側板32和負極側板34包圍電池要素20后，也可以將電池要素20容易地組裝至中間框體50的框內。
[0068]在這里，對左方側框體50L和右方側框體50R的開口側端面處的接合進行說明。由于中間框體50的左方側框體50L和右方側框體50R在開口側端面處接合，所以該接合部位相當于樹脂構成材料彼此之間的接合部位，在部件組裝品12乃至電池模塊10中，從中間框體50的框內向框外周面延伸。但是，本實施例的電池模塊10，利用外周緣框體40包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及中間框體50的外周端面的基礎上，包覆至外周緣板部位32a、34a的板表面為止。因此，雖說上述的接合部位是樹脂構成材料彼此之間的接合部位，但在假設沒有進行粘接等的情況下，在中間框體50的外周端面側也由外周緣框體40覆蓋，因此，能夠避免與電池模塊10的內壓上升相伴的氣體泄漏，并且，還能夠避免從外部向內部浸入氣體或液體。因此，在組裝電池要素20的基礎上將左方側框體50L和右方側框體50R在開口側端面處接合時，只要能夠利用正極側板32和負極側板34確保作為部件組裝品12的一體化即可，不需要對該接合部位進行粘接或熔接，在假設進行粘接的情況下，只要能夠進行簡單的粘接即可。
[0069]下面，對變形例進行說明。圖12是使用變形例的中間框體50的部件組裝品12的分解斜視圖。如圖所示，構成中間框體50的左方側框體50L和右方側框體50R，在開口側端面具有切口 54和舌片部55。舌片部55形成為，如果左方側框體50L和右方側框體50R在該開口側端面處接合，則舌片部55與切口 54重合。圖13是用于說明使用本變形例的中間框體50的情況下的效果的說明圖。
[0070]如果將使用上述的變形例的中間框體50的部件組裝品12向圖11所示的模具中設置，則在舌片部55與切口 54重合的狀態下，中間框體50在腔室140K內被包圍。如果向該腔室140K中射出外周緣框體40形成用的樹脂(溶融樹脂)，則該樹脂的熱量從中間框體50的端面部位向中間框體50的內部傳遞。在此情況下，由于舌片部55是小容積的部位，所以受到樹脂的熱量而溶融，熔接在切口 54上。因此，在本變形例中，可以利用舌片部55的熔接而堵塞左方側框體50L和右方側框體50R的開口側端面，因此，與利用外周緣框體40實現的電池模塊整個外周緣的框狀包覆相互作用，可以提高避免與電池模塊10的內壓上升相伴的氣體泄漏的有效性、以及避免從電池模塊10的外部向內部浸入氣體或液體的有效性。
[0071]圖14是在使用其它變形例的中間框體50的情況下對部件組裝品12的組裝情況進行說明的說明圖。在本變形例中，中間框體50不分割為左右框體，最初就是框體。在使用該中間框體50的情況下，首先，如上述所示在電池要素20的正極集電箔22上焊接固定正極側板32的外周緣板部位32a，然后，使電池要素20傾斜，使該傾斜的電池要素20位于中間框體50的框內(圖14(A))。然后，在電池要素20的負極集電箔24上焊接固定負極側板34的外周緣板部位34a (圖14(B))，使中間框體50移動至其集電箔保持部位52對正極集電箔22和負極集電箔24進行保持(圖14(C))，使電池要素20與負極側板34 —起回到正極側板32側。這樣，可以得到在最初就是框狀的中間框體50的框內組裝有電池要素20的基礎上，正極側板32和負極側板34成為一體的部件組裝品12。
[0072]圖15是表示第2實施例的電池模塊IOA的外觀的斜視圖，圖16是在從沿圖15中的16 - 16線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOA的說明圖。
[0073]該電池模塊IOA在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上具有凸起35。該凸起35分散地配置在上述的凸部外表面上，如圖16所示，通過沖壓等壓出形成在正極側板32和負極側板34的凸部頂部上表面上，是正負極板的一部分。另外，在對電池模塊IOA進行層疊時相鄰的電池模塊IOA中，該凸起35在凸起頂部上表面處接合。因此，根據本實施例的電池模塊10A，如圖16乃至圖5所示，能夠在對電池模塊10進行層疊而形成的電池單元100中，經由在凸起頂部上表面出接合的凸起35，確保相鄰的電池模塊IOA的導通。并且，在電池單元100中，利用緊固帶90向電池模塊IOA施加約束力f，因此，通過凸起頂部上表面這樣的窄小面的抵接而提高接觸面壓力，可以以高可靠性導通相鄰的電池模塊10A。另外，在本實施例中，由于使凸起35在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上分散地存在，所以通過確保各個凸起35處的導通，可以進一步提高相鄰的電池模塊IOA之間的導通可靠性，因此優選。除此之外，電池模塊IOA通過與相鄰的電池模塊IOA在各個凸起35處抵接，從而在相鄰的電池模塊IOA中的正極側板32和負極側板34之間形成間隙。因此，如果例如向相鄰的電池模塊IOA之間導入干燥冷風，則可以實現從正極側板32和負極側板34的散熱，可以抑制已收容在電池模塊IOA中的電池要素20的溫度上升。
[0074]圖17是表示具有凸起35的變形例的電池模塊IOB的外觀的斜視圖，圖18是在從沿圖17中的18 — 18線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖，圖19是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
[0075]如圖所示，本變形例的電池模塊IOB在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上具有凸起35，并在此基礎上利用樹脂包覆層44包覆正極側板32和負極側板34的凸部外表面。樹脂包覆層44形成為，與在整個模塊外周包圍電池模塊IOB的外周緣的上述外周緣框體40相連，僅使凸起35的凸起頂部上表面露出。因此，在對電池模塊IOB進行層疊而形成的電池單元100中，利用凸起35確保相鄰的電池模塊IOB的導通，同時，在相鄰的電池模塊IOB中的正極側板32和負極側板34之間形成間隙，在此基礎上，利用樹脂包覆層44包覆該正極側板32和負極側板34的外表面以及凸起35的周壁面。因此，在例如通過向相鄰的電池模塊IOB之間供給冷風而抑制電池要素20的溫度上升的情況下，即使假設在冷風中混入有水蒸氣，也不會使水蒸氣附著在正極側板32和負極側板34的外表面、及凸起35的周壁面的原本由外周緣框體40包覆的部位內部。水蒸氣的附著可能導致金屬的腐蝕，但根據上述變形例的電池模塊10B，可以避免水蒸氣的附著，因此，對于正極側板32及負極側板34乃至正極集電箔22等也能防止其腐蝕，抗老化性高。
[0076]具有樹脂包覆層44的電池模塊10B，可以使用圖19所示的模具制造。即，通過在具有與腔室140K相連的中央部位腔室144K的左方模具140L和右方模具140R中，設置具有凸起35的部件組裝品12B并進行嵌入成型，可以容易地得到。在此情況下，中央部位腔室144K與凸起35的分散間距相對應而具有包圍凸起35的周壁面的凹部。
[0077]圖20是表示其它變形例的電池模塊IOC的外觀的斜視圖，圖21是在從沿圖20中的21 - 21線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOC的說明圖，圖22是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
[0078]如圖所示，本變形例的電池模塊IOC在外周緣框體40的一側表面上具有凸條47，在其背面側表面上，具有與該凸條47的前端部嵌合的凹條48 (參照圖21)。凸條47具有與負極側板34的凸部外表面相比向外側延伸的凸出高度，如圖22所示，作為在右方模具140R的腔室140K中形成的凹條反轉而得到的凸條，在外周緣框體40嵌入成型時與外周緣框體40 一體形成。對于凹條48也相同，作為在左方模具140L的腔室140K中形成的凸條反轉而得到的凹條，在外周緣框體40嵌入成型時與外周緣框體40 —體形成。
[0079]在 本變形例的電池模塊IOC中，如圖21所示對電池模塊IOC進行層疊的情況下，使某個電池模塊10所具有的凸條47的前端進入相鄰的電池模塊IOC的凹條48，并嵌合。因此，如圖5所示，在對電池模塊IOC進行層疊而制造電池單元100的情況下，能夠進行相鄰的電池模塊IOC的定位，因此，電池模塊層疊變得簡便。
[0080]以上，對本發明的實施方式進行了說明，但本發明并不限定于上述實施方式，在不脫離其主旨的范圍內，可以以各種方式實施。例如，在上述實施例中，相對于正極集電箔22和負極集電箔24，焊接外周緣板部位32a、外周緣板部位34a，但也可以利用壓膠、沖壓、超聲波焊接等方法，向集電箔上接合、固定外周緣板。
[0081]另外，對于中間框體50，沿圖4中的左右分割為2部分，但也可以在相對的上下的框部位處沿上下分割為2部分。
[0082]除此之外，在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上設置凸起35的基礎上，利用樹脂包覆層44對它們進行包覆的電池模塊IOB中，與外周緣框體40相連地形成樹脂包覆層44，但并不限于此。例如，將正極側板32和負極側板34這兩個板自身，作為在一個表面上具有樹脂包覆層的所謂樹脂層壓鋼板，沖壓成型凸起35，對于凸起頂部上表面，去除樹脂包覆層。也可以在此基礎上，利用由該樹脂層壓鋼板構成的正極側板32和負極側板34，隔著中間框體50而包圍電池要素20(參照圖9~圖10)，并使用圖11的模具，形成外周緣框體40。
[0083]標號的說明
[0084]10U0A ~10C...電池模塊
[0085]12、12B…部件組裝品
[0086]20…電池要素[0087]22…正極集電箔
[0088]24…負極集電箔
[0089]32…正極側板
[0090]32a…外周緣板部位
[0091]34…負極側板
[0092]34a…外周緣板部位
[0093]35…凸起
[0094]40…外周緣框體
[0095]40c…間隙
[0096]44…樹脂包覆層
[0097]47…凸條
[0098]48…凹條
[0099]50…中間框體
[0100]50L…左方側框體
`[0101]50R…右方側框體
`[0102]52…集電箔保持部位
[0103]54 …切口
[0104]55...舌片部
[0105]80…集電用模塊
[0106]82…集電用金屬板
[0107]84…外部連接用端子
[0108]90…緊固帶
[0109]100…電池單元
[0110]140K …腔室
[0111]140L...左方模具
[0112]140R…右方模具
[0113]142…肩部位凸起
[0114]144K…中央部位腔室
[0115]WF…焊接區域
【權利要求】
1.一種電池模塊，其收容電池要素， 該電池模塊具有: 絕緣性的框體，其形成為包圍所述電池要素的框形狀，在框內組裝所述電池要素； 導電性的第1、第2板，它們隔著所述框體包圍組裝在該框體的框內的所述電池要素；以及 絕緣性的外周緣框體，其在包含所述第1、第2板的外周端面和所述框體的外周端面在內的整個板外周，以框狀包覆該第1、第2板的外周緣板部位。
2.根據權利要求1所述的電池模塊， 在框內已組裝有所述電池要素的所述框體和所述第1、第2板被一體化。
3.根據權利要求1或2所述的電池模塊， 所述外周緣框體通過使用絕緣性的樹脂的嵌入成型而形成。
4.根據權利要求3所述的電池模塊， 所述第1、第2板的所述外周緣板部位和所述外周緣框體接合。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電池模塊， 所述框體對所述電池要素所具有的正負的集電箔進行保持， 所述第I板與由所述框體保持的所述正負的集電箔中的一個集電箔導通， 所述第2板與由所述框體保持的所述正負的集電箔中的另一個集電箔導通， 所述第1、第2板的板外表面與所述外周緣框體相比位于外側。
6.根據權利要求5所述的電池模塊， 所述第1、第2板是金屬制的板，與所述正負的集電箔焊接。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的電池模塊， 所述第1、第2板形成為從已組裝在所述框體中的所述電池要素側凸出的凸形狀，在所述電池要素側形成凹部，利用該凹部包圍所述框體的框內的所述電池要素。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的電池模塊， 所述框體是在相對的框部位處被分割的2個分割品。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的電池模塊， 所述外周緣框體具有定位卡合部，該定位卡合部與在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊的所述外周緣框體卡合而進行定位。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的電池模塊， 在所述第1、第2板的板外表面上具有凸起，該凸起與在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊的所述凸起，在凸起頂部上表面處接合。
11.一種電池單元，其具有多個電池模塊， 在該電池單元中， 對權利要求1至10中任一項所述的電池模塊進行層疊，并向該層疊的電池模塊施加沿層疊方向的約束力。
【文檔編號】H01M2/26GK103890996SQ201280052036
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月25日 優先權日:2011年10月26日
【發明者】草場幸助, 內田安則, 木村健治 申請人:豐田合成株式會社, 豐田自動車株式會社
【專利摘要】本發明提供一種電池要素的簡便的封裝方法。電池模塊(10)在絕緣性的中間框體(50)的框內組裝電池要素(20)，隔著中間框體(50)利用正極側板(32)和負極側板(34)包圍該電池要素(20)，而收容電池要素(20)。在此基礎上，電池模塊(10)利用絕緣性的外周緣框體(40)，在包含正極側板(32)和負極側板(34)的外周端面以及中間框體(50)的外周端面在內的整個板外周，以框狀包覆正極側板(32)和負極側板(34)的外周緣板部位(32a、34a)。
【專利說明】電池模塊以及電池單元
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種收容有電池要素的電池模塊以及電池單元。
【背景技術】
[0002]在電池模塊中，例如要求相對于外部空氣而將電池要素封裝而收容，提出了各種方案。例如提出了下述技術方案，即，在利用電池殼體收容電池要素的基礎上，在電池要素的整個外周使樹脂構成材料彼此接合并熔接或粘接(專利文獻I)。
[0003]專利文獻1:日本專利3805275號公報
【發明內容】
[0004]電池要素存在各種類型，例如在充放電類型的電池要素中，在充電中或者放電時產生惰性氣體，導致電池模塊的內壓上升。擔心與上述內壓上升相伴，使氣體從樹脂構成材料彼此之間的接合部位泄漏。因此，為了能夠避免氣體泄漏，必須可靠地且小心地進行樹脂構成材料彼此之間的接合部位處的熔接及粘接，因而麻煩。另外，如果對樹脂構成材料彼此之間的接合部位施加振動或沖擊等意料之外的負載，則可能在樹脂構成材料彼此之間的接合處產生間隙，因此，從處理的角度出發也非常麻煩。
[0005]基于上述課題，本發明的目的在于，提供一種電池要素的簡便的封裝方法。
[0006]為了實現上述目的的至少一部分，本發明可以作為以下的應用例而實施。
[0007]〔應用例1:電池模塊〕
[0008]主旨是，一種電池模塊，其收容電池要素，
[0009]該電池模塊具有:
[0010]絕緣性的框體，其形成為包圍所述電池要素的框形狀，在框內組裝所述電池要素；
[0011]導電性的第1、第2板，它們隔著所述框體包圍組裝在該框體的框內的所述電池要素；以及
[0012]絕緣性的外周緣框體，其在包含所述第1、第2板的外周端面和所述框體的外周端面在內的整個板外周，以框狀包覆該第1、第2板的外周緣板部位。
[0013]在該應用例I的電池模塊中，在封裝電池要素時只要進行下述動作即可，即，利用第1、第2板對組裝在絕緣性框體的框內的電池要素進行包圍并收容，利用絕緣性的外周緣框體在第1、第2板的外周緣板部位的整個板外周以框狀進行包覆。另外，利用絕緣性的外周緣框體實現的整個板外周的框狀包覆，包含第1、第2板的外周端面和框體的外周端面，不包含樹脂構成材料彼此之間的接合。其結果，根據應用例I的電池模塊，可以簡便地封裝電池要素。
[0014]上述應用例I的電池模塊可以設為下述方式。例如，可以使在框內已組裝有上述電池要素的上述框體和上述第1、第2板一體化。即，可以得到框體和第1、第2板成為一體的部件組裝品，這樣，在利用絕緣性的外周緣框體在整個板外周進行框狀包覆的工序中，只要對框體和第1、第2板成為一體的部件組裝品進行處理即可，變得簡便。
[0015]另外，可以通過使用絕緣性樹脂的嵌入成型，形成上述外周緣框體，這樣，可以容易地形成在整個板外周構成框狀包覆的絕緣性外周緣框體。在此情況下，也可以使上述第
1、第2板的上述外周緣板部位和上述外周緣框體接合。
[0016]另外，在利用上述框體對上述電池要素所具有的正負的集電箔進行保持的基礎上，使上述第I板與該已保持的正負的集電箔中的一個集電箔導通，使上述第2板與正負的集電箔中的另一個集電箔導通。另外，可以將上述第1、第2板形成為，其板外表面與上述外周緣框體相比位于外側。這樣，可以將電池模塊中成為最外表面的第1、第2板的板外表面，作為與其他電池模塊進行電氣連接部位。因此，僅對電池模塊進行層疊，就能夠確保電池模塊間的電氣連接，比較簡便。
[0017]另外，可以將上述第1、第2板作為金屬制的板，與上述正負的集電箔焊接。這樣，可以可靠地確保第1、第2板和正負的集電箔之間的導通。
[0018]另外，將上述第1、第2板形成為從已組裝在上述框體中的上述電池要素側凸出的凸形狀，在上述電池要素側形成凹部，并在此基礎上，可以利用該凹部包圍上述框體的框內的上述電池要素。這樣，由于是凸形狀，所以可以確保第1、第2板的強度，因此，電池模塊單體的強度提高，并且在對電池模塊進行層疊并沿層疊方向約束的情況下，也可以承受該約束力。
[0019]另外，可以將上述框體設為在相對的框部位處被分割的2個分割品。這樣，可以簡便地將電池要素組裝至框內，除此之外，可以在不設置框體的狀態下利用第1、第2板包圍電池要素后，在2個分割品的框體的框內組裝電池要素。
[0020]另外，可以使上述外周緣框體具有定位卡合部，該定位卡合部在對電池模塊進行層疊時與相鄰的電池模塊的上述外周緣框體卡合而進行定位。這樣，電池模塊的層疊變得簡便。
[0021]另外，可以在上述第1、第2板的板外表面上設置凸起，使該凸起與在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊的上述凸起，在凸起頂部上表面處接合。這樣，在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊之間的導通，可以經由在凸起頂部上表面處接合的凸起而確保。另外，如果對層疊的電池模塊上施加約束力，則由于凸起頂部上表面這樣的窄小的面的抵接而使得接觸面壓力提聞，因此，可以提聞在對電池|旲塊進行層置時相鄰的電池|旲塊之間的導通可靠性。如果將這樣的凸起在第1、第2板的板外表面上分散地配置，則更優選。
[0022]〔應用例2:電池單元〕
[0023]主旨是，一種電池單元，其具有多個電池模塊，
[0024]在該電池單元中，
[0025]對上述任一項所述的電池模塊進行層疊，向該層疊的電池模塊施加沿層疊方向的約束力。
[0026]上述應用例2的電池單元，可以通過僅對電池模塊進行層疊并施加約束力而構成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1是表示作為本發明的一個實施例的電池模塊10的外觀的斜視圖。[0028]圖2是在從沿圖1中的2 — 2線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖。
[0029]圖3是沿圖1中的3 — 3線的概略剖面圖。
[0030]圖4是包含電池要素20在內的部件組裝品12的分解斜視圖。
[0031]圖5是將實施例的電池單元100的概略結構剖開示出的說明圖。
[0032]圖6是表示本實施例的電池模塊10和電池單元100的制造步驟的工序圖。
[0033]圖7是表示電池要素20和正極側板32的一體化的情況的說明圖。
[0034]圖8是表示電池要素20和負極側板34的一體化的情況的說明圖。
[0035]圖9是表示中間框體50的一體化的情況的說明圖。
[0036]圖10是表示部件組裝品12的外觀的斜視圖。
[0037]圖11是將部件組裝品12與模具一起表示的說明圖。
[0038]圖12是使用變形例的中間框體50的部件組裝品12的分解斜視圖。
[0039]圖13是用于說明在使用該變形例的中間框體50的情況下的效果的說明圖。
[0040]圖14是在使用其它變形例的中間框體50的情況下對部件組裝品12的組裝情況進行說明的說明圖。
[0041 ] 圖15是表示第2實施例的電池模塊IOA的外觀的斜視圖。
[0042]圖16是在從沿圖15中的16 — 16線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOA的說明圖。
[0043]圖17是表示具有凸起35的變形例的電池模塊IOB的外觀的斜視圖。
[0044]圖18是在從沿圖17中的18 — 18線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖。
[0045]圖19是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
[0046]圖20是表示其它變形例的電池模塊IOC的外觀的斜視圖。
[0047]圖21是在從沿圖20中的21 — 21線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOC的說明圖。
[0048]圖22是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
【具體實施方式】
[0049]下面，針對本發明的實施方式，基于【專利附圖】
【附圖說明】實施例。圖1是表示作為本發明的一個實施例的電池模塊10的外觀的斜視圖，圖2是在從沿圖1中的2 — 2線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖，圖3是沿圖1中的3 — 3線的概略剖面圖，圖4是包含電池要素20在內的部件組裝品12的分解斜視圖。
[0050]如上述各圖所示，電池模塊10具有電池要素20、正極側板32、負極側板34、外周緣框體40、以及中間框體50。電池要素20例如是作為鋰2次電池而負責充放電的電池單位，形成為扁平且方形，并設置為從一個端部使正極集電箔22凸出，從另一個端部使負極集電箔24凸出。此外，該電池要素20通常將正負的電極用金屬薄膜隔著電解質進行卷繞而構成，但由于與本發明的主旨無關，所以省略其說明。
[0051]中間框體50是絕緣性的樹脂成型品，如圖4所示，形成為在相對的框部位處分割為圖中的左右的左方側框體50L和右方側框體50R這2個分割品。另外，該中間框體50通過將上述左右的框體在其開口側端面上接合而形成框形狀，在框內包圍電池要素20。對于中間框體50，在圖4中將位于上下的框部位設為寬幅，將該寬幅的框部位作為集電箔保持部位52。集電箔保持部位52形成為在框內側具有臺階，在該臺階部處，對已組裝至中間框體50的框內的電池要素20的正極集電箔22和負極集電箔24進行保持。在此情況下，集電箔保持部位52的臺階如圖2所示，設為與上述的正負極集電箔的厚度相同，因此，中間框體50將正極集電箔22以及負極集電箔24保持在集電箔保持部位52中，成為所謂同一面的狀態。另外，由于集電箔保持部位52設為，在左方側框體50L和右方側框體50R的開口側端面處接合的狀態下與上述的正負極集電箔的寬度大致相同，所以中間框體50以使正極集電箔22以及負極集電箔24嵌入集電箔保持部位52中的方式進行保持。換言之，中間框體50通過使正負極的集電箔向集電箔保持部位52嵌入,從而與電池要素20成為一體。對于其詳細內容，在后面記述。
[0052]正極側板32是與電池要素20的正極集電箔22相同的金屬鋼板，例如是鋁鋼板的沖壓成型品，將板中央設為從電池要素20側凸出的凸部，將其周圍設為平板狀的外周緣板部位32a。負極側板34是與電池要素20的負極集電箔24相同的金屬鋼板，例如是銅鋼板的沖壓成型品，將板中央作為從電池要素20側凸出的凸部，將其周圍作為平板狀的外周緣板部位34a。在該正負極側的兩個板中，將與其凸部的背面側對應的凹部作為電池要素20的收容區域,將組裝在中間框體50的框內的電池要素20，隔著中間框體50而包圍。另外，在圖2所示的焊接區域WF中，將正極側板32的外周緣板部位32a，焊接在電池要素20的正極集電箔22上。在圖2所示的焊接區域WF中，將負極側板34的外周緣板部位34a，焊接在電池要素20的負極集電箔24上。經過該焊接，正極側板32以及負極側板34與電池要素20成為一體，并且，能夠可靠地確保正極側板32和正極集電箔22、以及負極側板34和負極集電箔24之間的電氣導通。
[0053]外周緣框體40如后述所示，使用絕緣性樹脂通過嵌入成型而形成，如圖1所示，在整個模塊外周包覆電池模塊10的外周緣。而且，如圖2和圖3的剖面圖所示，外周緣框體40將正極側板32和負極側板34的外周端面、以及外周緣框體40的外周端面包含在內，在整個板外周以框狀包覆隔著中間框體50相對的正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a以及外周緣板部位34a。如圖2所示，外周緣框體40在與正極側板32的凸部外表面以及負極側板34的凸部外表面之間確保間隙40c。因此，在電池模塊10中，使正極側板32的凸部外表面以及負極側板34的凸部外表面，與外周緣框體40相比位于外側。
[0054]圖5是將實施例的電池單元100的概略結構剖開示出的說明圖。如圖所示，該電池單元100形成為將多個上述的電池模塊10層疊的堆疊構造，在堆疊體兩端具有集電用模塊80。由于在電池模塊10中，如上述所示使正極側板32的凸部外表面以及負極側板34的凸部外表面與外周緣框體40相比位于外側，所以僅通過以相同的朝向層疊電池模塊10，就能使相鄰的電池模塊彼此的正極側板32和負極側板34分別抵接。因此，只要將電池模塊10層疊，就可以在電池單元100中，在將電池模塊10電氣地串聯連接的基礎上，確保電池模塊間的電氣連接，比較簡便。
[0055]集電用模塊80在中央具有集電用金屬板82和外部連接用端子84，使集電用金屬板82與堆疊體兩端的電池模塊10中的正極側板32或者負極側板34抵接。因此，電池單元100能夠經過集電用模塊80的外部連接用端子84向電動機等外部負載放電，或經過外部連接用端子84從外部電源進行充電。[0056]除此之外，電池單元100在以堆疊構造層疊的電池模塊10的兩端配置集電用模塊80的基礎上，利用緊固帶90對電池模塊10以及集電用模塊80進行緊固。作為緊固帶90，在圖5中示出在電池單元100的外周具有間隙，但通過利用未圖示的緊固固定夾具進行緊固，從而對已層疊的各個電池模塊10施加在圖中示出的約束力f。因此，在電池單元100中，維持上述相鄰的電池模塊彼此之間的正負極板的抵接以及集電用模塊80的抵接，還確保電氣連接。即，僅通過在兩端配置集電用模塊80，在其之間層疊電池模塊10，并在此基礎上利用緊固帶90進行緊固，就能夠容易地形成電池單元100。
[0057]下面，對上述的電池模塊10和電池單元100的制造步驟進行說明。圖6是表示本實施例的電池模塊10和電池單元100的制造步驟的工序圖，圖7是表示電池要素20和正極側板32的一體化的情況的說明圖，圖8是表示電池要素20和負極側板34的一體化的情況的說明圖，圖9是表示中間框體50的一體化的情況的說明圖，圖10是表示部件組裝品12的外觀的斜視圖。
[0058]如圖6所示，首先，準備構成部件組裝品12的部件，具體地說，準備電池要素20和正極側板32、負極側板34以及中間框體50(步驟S100)。然后，將電池要素20的一個集電箔，例如正極集電箔22焊接至正極側板32的外周緣板部位32a(步驟S110)。該情況如圖7所示，向正極側板32的凹部放入電池要素20的主體部，在將外周緣板部位32a和正極集電箔22接合的焊接區域WF中，利用未圖示的焊接電極，將正極集電箔22焊接(例如，點焊接)在外周緣板部位32a上。由此，正極側板32在外周緣板部位32a與電池要素20成為一體。
[0059]然后，將電池要素20的另一個集電箔，例如負極集電箔24焊接在負極側板34的外周緣板部位34a上(步驟S120)。該情況如圖8所示，首先,使放入至正極側板32的凹部的電池要素20傾斜，以使負極集電箔24側與正極側板32分離。由此，在負極集電箔24側，確保通過未圖示的焊接電極進行的焊接作業區域。然后，在該狀態下，將負極側板34設置為其凹部覆蓋電池要素20的主體，在將外周緣板部位34a和負極集電箔24接合的焊接區域WF中，利用焊接電極將負極集電箔24焊接在外周緣板部位34a上。由此，除了正極側板32之外，負極側板34也與電池要素20成為一體，如圖9所示，電池要素20傾斜地位于正極側板32和負極側板34之間。
[0060]然后，將構成中間框體50的左方側框體50L和右方側框體50R，如圖9所示，從電池要素20的兩側插入，使上述左右的框體在其開口側端面處接合，在該狀態下，將正極側板32和負極側板34向中間框體50按壓(步驟S130)。經過該按壓，電池要素20以正極集電箔22和負極集電箔24從電池要素主體筆直地延伸的狀態，組裝至中間框體50的框內，隔著該中間框體50被正極側板32和負極側板34包圍。電池要素20維持上述的正負集電箔筆直地延伸的狀態。因此，通過步驟S130得到的圖10的部件組裝品12，是將電池要素20組裝在框內，將中間框體50、正極側板32、負極側板34 —體化而得到的，在此后的工序中，只要對部件組裝品12進行處理即可。此外，左方側框體50L和右方側框體50R在開口側端面處接合的狀態，通過上述的按壓而維持，但也可以將開口側端面粘接，或在開口側端面上設置凹凸的嵌合部而進行嵌合固定。對于該情況下的左右框體的開口側端面粘接，由于在后述的工序中形成外周緣框體40，所以只要簡易地粘接即可。另外，在本實施例中，由于向中間框體50的集電箔保持部位52中嵌入正極集電箔22以及負極集電箔24，所以與上述的步驟S130中的利用按壓實現的一體化相對應，中間框體50和電池要素20的一體化也變得可靠。
[0061]如果這樣得到部件組裝品12，則將該部件組裝品12設置在模具中(步驟S140)。圖11是將部件組裝品12與模具一起表示的說明圖。如圖所示，模具是左右組合模具，具有左方模具140L和右方模具140R。左方模具140L和右方模具140R形成腔室140K，該腔室140K在組裝品的整個外周包圍部件組裝品12的外周緣。更詳細地說，腔室140K包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及外周緣框體40的外周端面在內，在整個板外周以框狀包圍部件組裝品12中隔著中間框體50相對的正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a以及外周緣板部位34a。另外，左右的模具利用從上述的腔室140K的內周側肩部的模具面凸出的肩部位凸起142，對正極側板32的外周緣板部位32a和中間框體50、以及負極側板34的外周緣板部位34a和中間框體50進行按壓，而保持部件組裝品12。在這樣結束部件組裝品12的模具設置后，將絕緣性的樹脂向腔室140K射出，對部件組裝品12進行嵌入成型(步驟S150)。由此，在腔室140K中形成外周緣框體40，該外周緣框體40仿形腔室140K，包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及外周緣框體40的外周端面在內，在整個板外周以框狀包覆隔著中間框體50相對的正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a以及外周緣板部位34a。
[0062]在射出樹脂后，對樹脂進行養護冷卻，直至冷卻硬化為止，然后進行脫模(步驟S160)，從而可以得到圖1所示的電池模塊10。然后，將該電池模塊10以圖5所示方式進行層疊，并利用緊固帶90進行緊固(步驟S170)，得到圖5的電池單元100。
[0063]如以上說明所示，在本實施例的電池模塊10中，利用正極側板32和負極側板34將組裝在絕緣性的外周緣框體40的框內的電池要素20包圍，利用2個板以及中間框體50收容電池要素20。在此基礎上，經過此后的嵌入成型，形成在整個板外周將正極側板32和負極側板34的外周緣板部位32a、34a以框狀包覆的外周緣框體40。該外周緣框體40在包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及中間框體50的外周端面的基礎上，包覆至外周緣板部位32a、34a的板表面，將電池要素20封裝。因此，根據本實施例的電池模塊10，在封裝電池要素20時，只要僅進行上述的電池要素的收容和外周緣框體40的嵌入成型即可，因此簡便。而且，外周緣框體40在包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及中間框體50的外周端面的基礎上，包覆至外周緣板部位32a、34a的板表面，在這樣包覆時，不需要樹脂構成材料彼此之間的粘接或熔接，因此，能夠實現工序簡化，與此相伴的成本也降低。而且，由于通過嵌入成型而形成外周緣框體40，所以可以容易地形成以上述方式進行板包覆的外周緣框體40。
[0064]在外周緣框體40的嵌入成型時，如下述所示，還能夠實現正極側板32、負極側板34以及外周緣框體40的接合，詳細地說，能夠實現正負極板的外周緣板部位32a、34a的表面和外周緣框體40的內表面之間的接合。首先，在正負極板的外周緣板部位32a、34a中，在其表面賦予羧基、氨基、羥基等極性官能基。這樣的極性官能基的賦予，能夠利用由在放電氣體中產生的等離子體生成的基，使有機物活性化，利用該活性化有機物向外周緣板部位32a、34a的表面賦予極性官能基。對于外周緣框體40形成用的絕緣性樹脂，調配包含與上述極性官能基彼此作用的粘接性官能基、例如環氧基在內的粘接性改性劑。另外，如上述所示將部件組裝品12設置在左右的模具上(參照圖11)，將已調配有上述粘接性改性劑的絕緣性樹脂向腔室140K射出，對部件組裝品12進行嵌入成型。這樣，在使金屬制的正極側板32以及負極側板34和作為樹脂材料的外周緣框體40接合的基礎上，能夠利用極性官能基和粘接性官能基之間的彼此作用而將它們粘接，可以提高利用外周緣框體40實現的封裝的可靠性。
[0065]另外，在本實施例中，在得到包含外周緣框體40在內的作為完成品的電池模塊10時，形成已將電池要素20組裝至框體中而中間框體50和正極側板32、負極側板34為一體的部件組裝品12。因此，在此后的用于形成外周緣框體40的處理及半成品的搬運和保管等中，只要對該部件組裝品12進行處理即可，因此簡便。
[0066]另外，在本實施例的電池模塊10中，在將正極側板32和負極側板34這兩個板的中央形成向外側凸出的凸形狀的基礎上，利用該凸形狀部對中間框體50的框內的電池要素20進行包圍。因此，通過形成凸形狀而可以提高正極側板32和負極側板34這兩個板的強度，因此，除了提高作為電池模塊10單體的強度之外，作為對電池模塊10進行層疊并在層疊方向上約束而形成的電池單元100，還可以確保承受其約束力的強度。
[0067]另外，在本實施例的電池模塊10中，將用于組裝電池要素20的中間框體50設為，在相對的框部位處分割為左方側框體50L和右方側框體50R這2個分割品。因此，除了可以簡便地向框內組裝電池要素20之外，即使如圖9所示，首先利用正極側板32和負極側板34包圍電池要素20后，也可以將電池要素20容易地組裝至中間框體50的框內。
[0068]在這里，對左方側框體50L和右方側框體50R的開口側端面處的接合進行說明。由于中間框體50的左方側框體50L和右方側框體50R在開口側端面處接合，所以該接合部位相當于樹脂構成材料彼此之間的接合部位，在部件組裝品12乃至電池模塊10中，從中間框體50的框內向框外周面延伸。但是，本實施例的電池模塊10，利用外周緣框體40包含正極側板32和負極側板34的外周端面、以及中間框體50的外周端面的基礎上，包覆至外周緣板部位32a、34a的板表面為止。因此，雖說上述的接合部位是樹脂構成材料彼此之間的接合部位，但在假設沒有進行粘接等的情況下，在中間框體50的外周端面側也由外周緣框體40覆蓋，因此，能夠避免與電池模塊10的內壓上升相伴的氣體泄漏，并且，還能夠避免從外部向內部浸入氣體或液體。因此，在組裝電池要素20的基礎上將左方側框體50L和右方側框體50R在開口側端面處接合時，只要能夠利用正極側板32和負極側板34確保作為部件組裝品12的一體化即可，不需要對該接合部位進行粘接或熔接，在假設進行粘接的情況下，只要能夠進行簡單的粘接即可。
[0069]下面，對變形例進行說明。圖12是使用變形例的中間框體50的部件組裝品12的分解斜視圖。如圖所示，構成中間框體50的左方側框體50L和右方側框體50R，在開口側端面具有切口 54和舌片部55。舌片部55形成為，如果左方側框體50L和右方側框體50R在該開口側端面處接合，則舌片部55與切口 54重合。圖13是用于說明使用本變形例的中間框體50的情況下的效果的說明圖。
[0070]如果將使用上述的變形例的中間框體50的部件組裝品12向圖11所示的模具中設置，則在舌片部55與切口 54重合的狀態下，中間框體50在腔室140K內被包圍。如果向該腔室140K中射出外周緣框體40形成用的樹脂(溶融樹脂)，則該樹脂的熱量從中間框體50的端面部位向中間框體50的內部傳遞。在此情況下，由于舌片部55是小容積的部位，所以受到樹脂的熱量而溶融，熔接在切口 54上。因此，在本變形例中，可以利用舌片部55的熔接而堵塞左方側框體50L和右方側框體50R的開口側端面，因此，與利用外周緣框體40實現的電池模塊整個外周緣的框狀包覆相互作用，可以提高避免與電池模塊10的內壓上升相伴的氣體泄漏的有效性、以及避免從電池模塊10的外部向內部浸入氣體或液體的有效性。
[0071]圖14是在使用其它變形例的中間框體50的情況下對部件組裝品12的組裝情況進行說明的說明圖。在本變形例中，中間框體50不分割為左右框體，最初就是框體。在使用該中間框體50的情況下，首先，如上述所示在電池要素20的正極集電箔22上焊接固定正極側板32的外周緣板部位32a，然后，使電池要素20傾斜，使該傾斜的電池要素20位于中間框體50的框內(圖14(A))。然后，在電池要素20的負極集電箔24上焊接固定負極側板34的外周緣板部位34a (圖14(B))，使中間框體50移動至其集電箔保持部位52對正極集電箔22和負極集電箔24進行保持(圖14(C))，使電池要素20與負極側板34 —起回到正極側板32側。這樣，可以得到在最初就是框狀的中間框體50的框內組裝有電池要素20的基礎上，正極側板32和負極側板34成為一體的部件組裝品12。
[0072]圖15是表示第2實施例的電池模塊IOA的外觀的斜視圖，圖16是在從沿圖15中的16 - 16線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOA的說明圖。
[0073]該電池模塊IOA在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上具有凸起35。該凸起35分散地配置在上述的凸部外表面上，如圖16所示，通過沖壓等壓出形成在正極側板32和負極側板34的凸部頂部上表面上，是正負極板的一部分。另外，在對電池模塊IOA進行層疊時相鄰的電池模塊IOA中，該凸起35在凸起頂部上表面處接合。因此，根據本實施例的電池模塊10A，如圖16乃至圖5所示，能夠在對電池模塊10進行層疊而形成的電池單元100中，經由在凸起頂部上表面出接合的凸起35，確保相鄰的電池模塊IOA的導通。并且，在電池單元100中，利用緊固帶90向電池模塊IOA施加約束力f，因此，通過凸起頂部上表面這樣的窄小面的抵接而提高接觸面壓力，可以以高可靠性導通相鄰的電池模塊10A。另外，在本實施例中，由于使凸起35在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上分散地存在，所以通過確保各個凸起35處的導通，可以進一步提高相鄰的電池模塊IOA之間的導通可靠性，因此優選。除此之外，電池模塊IOA通過與相鄰的電池模塊IOA在各個凸起35處抵接，從而在相鄰的電池模塊IOA中的正極側板32和負極側板34之間形成間隙。因此，如果例如向相鄰的電池模塊IOA之間導入干燥冷風，則可以實現從正極側板32和負極側板34的散熱，可以抑制已收容在電池模塊IOA中的電池要素20的溫度上升。
[0074]圖17是表示具有凸起35的變形例的電池模塊IOB的外觀的斜視圖，圖18是在從沿圖17中的18 — 18線的剖面觀察的基礎上，將要部放大表示的說明圖，圖19是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
[0075]如圖所示，本變形例的電池模塊IOB在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上具有凸起35，并在此基礎上利用樹脂包覆層44包覆正極側板32和負極側板34的凸部外表面。樹脂包覆層44形成為，與在整個模塊外周包圍電池模塊IOB的外周緣的上述外周緣框體40相連，僅使凸起35的凸起頂部上表面露出。因此，在對電池模塊IOB進行層疊而形成的電池單元100中，利用凸起35確保相鄰的電池模塊IOB的導通，同時，在相鄰的電池模塊IOB中的正極側板32和負極側板34之間形成間隙，在此基礎上，利用樹脂包覆層44包覆該正極側板32和負極側板34的外表面以及凸起35的周壁面。因此，在例如通過向相鄰的電池模塊IOB之間供給冷風而抑制電池要素20的溫度上升的情況下，即使假設在冷風中混入有水蒸氣，也不會使水蒸氣附著在正極側板32和負極側板34的外表面、及凸起35的周壁面的原本由外周緣框體40包覆的部位內部。水蒸氣的附著可能導致金屬的腐蝕，但根據上述變形例的電池模塊10B，可以避免水蒸氣的附著，因此，對于正極側板32及負極側板34乃至正極集電箔22等也能防止其腐蝕，抗老化性高。
[0076]具有樹脂包覆層44的電池模塊10B，可以使用圖19所示的模具制造。即，通過在具有與腔室140K相連的中央部位腔室144K的左方模具140L和右方模具140R中，設置具有凸起35的部件組裝品12B并進行嵌入成型，可以容易地得到。在此情況下，中央部位腔室144K與凸起35的分散間距相對應而具有包圍凸起35的周壁面的凹部。
[0077]圖20是表示其它變形例的電池模塊IOC的外觀的斜視圖，圖21是在從沿圖20中的21 - 21線的剖面觀察的基礎上，表示相鄰的電池模塊IOC的說明圖，圖22是將嵌入成型的情況與模具一起說明的說明圖。
[0078]如圖所示，本變形例的電池模塊IOC在外周緣框體40的一側表面上具有凸條47，在其背面側表面上，具有與該凸條47的前端部嵌合的凹條48 (參照圖21)。凸條47具有與負極側板34的凸部外表面相比向外側延伸的凸出高度，如圖22所示，作為在右方模具140R的腔室140K中形成的凹條反轉而得到的凸條，在外周緣框體40嵌入成型時與外周緣框體40 一體形成。對于凹條48也相同，作為在左方模具140L的腔室140K中形成的凸條反轉而得到的凹條，在外周緣框體40嵌入成型時與外周緣框體40 —體形成。
[0079]在 本變形例的電池模塊IOC中，如圖21所示對電池模塊IOC進行層疊的情況下，使某個電池模塊10所具有的凸條47的前端進入相鄰的電池模塊IOC的凹條48，并嵌合。因此，如圖5所示，在對電池模塊IOC進行層疊而制造電池單元100的情況下，能夠進行相鄰的電池模塊IOC的定位，因此，電池模塊層疊變得簡便。
[0080]以上，對本發明的實施方式進行了說明，但本發明并不限定于上述實施方式，在不脫離其主旨的范圍內，可以以各種方式實施。例如，在上述實施例中，相對于正極集電箔22和負極集電箔24，焊接外周緣板部位32a、外周緣板部位34a，但也可以利用壓膠、沖壓、超聲波焊接等方法，向集電箔上接合、固定外周緣板。
[0081]另外，對于中間框體50，沿圖4中的左右分割為2部分，但也可以在相對的上下的框部位處沿上下分割為2部分。
[0082]除此之外，在正極側板32和負極側板34的凸部外表面上設置凸起35的基礎上，利用樹脂包覆層44對它們進行包覆的電池模塊IOB中，與外周緣框體40相連地形成樹脂包覆層44，但并不限于此。例如，將正極側板32和負極側板34這兩個板自身，作為在一個表面上具有樹脂包覆層的所謂樹脂層壓鋼板，沖壓成型凸起35，對于凸起頂部上表面，去除樹脂包覆層。也可以在此基礎上，利用由該樹脂層壓鋼板構成的正極側板32和負極側板34，隔著中間框體50而包圍電池要素20(參照圖9~圖10)，并使用圖11的模具，形成外周緣框體40。
[0083]標號的說明
[0084]10U0A ~10C...電池模塊
[0085]12、12B…部件組裝品
[0086]20…電池要素[0087]22…正極集電箔
[0088]24…負極集電箔
[0089]32…正極側板
[0090]32a…外周緣板部位
[0091]34…負極側板
[0092]34a…外周緣板部位
[0093]35…凸起
[0094]40…外周緣框體
[0095]40c…間隙
[0096]44…樹脂包覆層
[0097]47…凸條
[0098]48…凹條
[0099]50…中間框體
[0100]50L…左方側框體
`[0101]50R…右方側框體
`[0102]52…集電箔保持部位
[0103]54 …切口
[0104]55...舌片部
[0105]80…集電用模塊
[0106]82…集電用金屬板
[0107]84…外部連接用端子
[0108]90…緊固帶
[0109]100…電池單元
[0110]140K …腔室
[0111]140L...左方模具
[0112]140R…右方模具
[0113]142…肩部位凸起
[0114]144K…中央部位腔室
[0115]WF…焊接區域
【權利要求】
1.一種電池模塊，其收容電池要素， 該電池模塊具有: 絕緣性的框體，其形成為包圍所述電池要素的框形狀，在框內組裝所述電池要素； 導電性的第1、第2板，它們隔著所述框體包圍組裝在該框體的框內的所述電池要素；以及 絕緣性的外周緣框體，其在包含所述第1、第2板的外周端面和所述框體的外周端面在內的整個板外周，以框狀包覆該第1、第2板的外周緣板部位。
2.根據權利要求1所述的電池模塊， 在框內已組裝有所述電池要素的所述框體和所述第1、第2板被一體化。
3.根據權利要求1或2所述的電池模塊， 所述外周緣框體通過使用絕緣性的樹脂的嵌入成型而形成。
4.根據權利要求3所述的電池模塊， 所述第1、第2板的所述外周緣板部位和所述外周緣框體接合。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的電池模塊， 所述框體對所述電池要素所具有的正負的集電箔進行保持， 所述第I板與由所述框體保持的所述正負的集電箔中的一個集電箔導通， 所述第2板與由所述框體保持的所述正負的集電箔中的另一個集電箔導通， 所述第1、第2板的板外表面與所述外周緣框體相比位于外側。
6.根據權利要求5所述的電池模塊， 所述第1、第2板是金屬制的板，與所述正負的集電箔焊接。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的電池模塊， 所述第1、第2板形成為從已組裝在所述框體中的所述電池要素側凸出的凸形狀，在所述電池要素側形成凹部，利用該凹部包圍所述框體的框內的所述電池要素。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的電池模塊， 所述框體是在相對的框部位處被分割的2個分割品。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的電池模塊， 所述外周緣框體具有定位卡合部，該定位卡合部與在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊的所述外周緣框體卡合而進行定位。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的電池模塊， 在所述第1、第2板的板外表面上具有凸起，該凸起與在對電池模塊進行層疊時相鄰的電池模塊的所述凸起，在凸起頂部上表面處接合。
11.一種電池單元，其具有多個電池模塊， 在該電池單元中， 對權利要求1至10中任一項所述的電池模塊進行層疊，并向該層疊的電池模塊施加沿層疊方向的約束力。
【文檔編號】H01M2/26GK103890996SQ201280052036
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年9月25日 優先權日:2011年10月26日
【發明者】草場幸助, 內田安則, 木村健治 申請人:豐田合成株式會社, 豐田自動車株式會社
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