JP6358079B2 - 蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法に関する。

例えば特許文献１には、電池セルとこの電池セルを保持する電池ホルダとを有する積層体と、積層体の両側に配置された１対のエンドプレートと、積層体とエンドプレートとの間に配置され、積層方向に弾性を有する弾性部材とを備えた電池モジュールが開示されている。このような電池モジュールでは、積層体、弾性部材及びエンドプレートを積層した後に、積層方向に荷重を印加することにより、弾性部材が圧縮されて変形する。

特開２００９−８１０５６号公報

上記の電池モジュールにおいては、弾性部材の厚みが設計値となるように弾性部材を圧縮する必要がある。しかし、上記従来技術のように荷重を印加して弾性部材を圧縮する場合には、弾性部材の厚みがばらつきやすくなるため、弾性部材の厚みを設計値の範囲内に収めることが困難である。

本発明の目的は、弾性部材の厚みを所望の範囲内に収めることができる蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法を提供することである。

本発明の一側面に係る蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法は、一方向に配列された複数の蓄電装置ユニットと、複数の蓄電装置ユニットを複数組のボルト及びナットにより蓄電装置ユニットの配列方向の両側から拘束する１対の拘束部材と、拘束部材と蓄電装置ユニットとの間に配置された弾性部材とを備えた蓄電装置モジュールを準備する工程と、拘束部材と蓄電装置ユニットとに挟まれると共に弾性部材の厚みを設定する厚み設定部を有する治具を準備する工程と、拘束部材と蓄電装置ユニットとの間に厚み設定部を配置し、その状態で厚み設定部が拘束部材と蓄電装置ユニットとに挟持されるようにボルト及びナットを締め付ける工程と、ボルト及びナットを締め付ける工程を実施した後、ボルト及びナットの一方を他方に対して緩める方向に所定回転数分だけ回転させ、その状態で拘束部材と蓄電装置ユニットとの間から厚み設定部を取り出す工程とを含むことを特徴とする。

このような弾性部材の厚み調整方法においては、まず拘束部材と蓄電装置ユニットとの間に治具の厚み設定部を配置する。このとき、弾性部材の厚みの設計値よりも僅かに小さい幅寸法を有する厚み設定部を使用する。そして、厚み設定部が拘束部材と蓄電装置ユニットとに挟持されるようにボルト及びナットを締め付ける。すると、弾性部材の厚みが厚み設定部の幅寸法と等しくなる。その後、ボルト及びナットの一方を他方に対して緩める方向に所定回転数分だけ回転させ、その状態で拘束部材と蓄電装置ユニットとの間から厚み設定部を取り出す。このとき、所定回転数としては、ボルト及びナットの一方を回転させた後に弾性部材の厚みが設計値範囲を外れないような回転数に設定する。これにより、弾性部材の厚みを所望の範囲内に収めることができる。

ボルト及びナットを締め付ける工程では、弾性部材の上方及び下方における拘束部材と蓄電装置ユニットとの間に厚み設定部をそれぞれ配置してもよい。この場合には、弾性部材の上部及び下部の厚みを均等にすることができる。従って、弾性部材の厚み調整を高精度に行うことができる。

治具を準備する工程では、弾性部材の上方及び下方において拘束部材と蓄電装置ユニットとに挟まれる２つの厚み設定部と、２つの厚み設定部を繋ぐ接続部とを有する治具を準備してもよい。この場合には、治具を蓄電装置ユニットの配列方向及び高さ方向に垂直な方向に移動させることで、２つの厚み設定部を弾性部材の上方及び下方における拘束部材と蓄電装置ユニットとの間に同時に配置することができる。従って、弾性部材の厚み調整を行う際の手間を軽減することができる。

本発明によれば、弾性部材の厚みを所望の範囲内に収めることができる蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法が提供される。

一実施形態に係る弾性部材の厚み調整方法が適用される蓄電装置モジュールとして電池モジュールを示す上視平面図である。 図１に示された電池モジュールのゴム部材にゴム厚み調整用治具が支持された状態を示す斜視図である。 図２に示された電池モジュールをゴム厚み調整用治具の断面と共に示す側面図である。 図２に示されたゴム厚み調整用治具を用いてゴム部材の厚みを調整する工程の手順を示すフローチャートである。 ゴム部材に加える荷重とゴム部材の厚みとの関係を表すグラフである。 加圧拘束によりゴム部材の厚み調整を実施したときの結果と、定寸拘束によりゴム部材の厚み調整を実施したときの結果とを比較して表すグラフである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る弾性部材の厚み調整方法が適用される蓄電装置モジュールとして電池モジュールを示す上視平面図である。図１において、電池モジュール１は、一方向に配列された複数（ここでは７つ）の蓄電装置ユニットとしての電池ユニット２から構成される電池ユニット群３と、この電池ユニット群３の両側に配置された１対のエンドプレート４とを備えている。

電池ユニット２は、蓄電装置としての二次電池５と、この二次電池５を保持する電池ホルダ６とを有している。本実施形態では、二次電池５はリチウムイオン二次電池である。二次電池５は、直方体状を呈している。

二次電池５の上部には、正極端子７及び負極端子８が設けられている。隣り合う２つの二次電池５は、正極端子７及び負極端子８が互いに逆向きとなるように配置されている。そして、隣り合う２つの二次電池５の正極端子７及び負極端子８同士がバスバー９を介して接続されている。なお、電池ユニット群３の上方には、バスバーカバー１０が配置されている（図２参照）。

電池ホルダ６は、樹脂からなっている。電池ホルダ６は、二次電池５を取り囲むように収容する枠体部１１を有している。枠体部１１の上端部及び下端部には、後述するボルト１６のネジ部１６ａが挿通されるボルト挿通孔を有するボルトガイド部１２が複数（ここでは２つ）ずつ設けられている。

一方のエンドプレート４と電池ユニット群３を構成する複数の電池ユニット２のうち一端側に位置する電池ユニット２との間には、中間板１３及びゴム部材１５が電池ユニット２の配列方向に並ぶように配置されている。中間板１３は、電池ユニット２に隣接して配置されている。ゴム部材１５は、エンドプレート４に隣接して配置されている。

エンドプレート４は、複数の電池ユニット２を複数組（ここでは４組）のボルト１６及びナット１７により電池ユニット２の配列方向の両側から拘束する拘束部材である。エンドプレート４は、剛性の高い金属（例えば鉄）からなっている。ナット１７は、ゴム部材１５側においてボルト１６と螺合する。

ゴム部材１５は、二次電池５の膨張を吸収するための弾性部材である。ゴム部材１５は、図２に示されるように、平面視矩形の平板状を呈している。ゴム部材１５は、二次電池５に対応する高さ位置に配置されている。ゴム部材１５は、エンドプレート４、ボルト１６及びナット１７により一定量だけ電池ユニット２の配列方向に圧縮された状態で組み付けられる。このため、ゴム部材１５の厚みＡは、精度良く調整される必要がある。なお、ゴム部材１５の厚みＡは、ゴム部材１５における電池ユニット２の配列方向の寸法である。

そこで、本実施形態に係る弾性部材の厚み調整方法においては、図２及び図３に示されるようなＵ字形のゴム厚み調整用治具２０を用いて、定寸拘束によってゴム部材１５の厚みＡを調整する。

ゴム厚み調整用治具２０は、ゴム部材１５の厚みＡを設定する２つの厚み設定部２１，２２と、これらの厚み設定部２１，２２の一端部同士を繋ぐ接続部２３とを有している。厚み設定部２１，２２は、何れも断面矩形の棒状を呈している。なお、厚み設定部２１，２２の形状としては、特に断面矩形状には限られず、断面円形状（円柱状）等であってもよい。

厚み設定部２１は、ゴム部材１５の上面と電池ホルダ６の枠体部１１の上端部に設けられたボルトガイド部１２に案内されるボルト１６との間のスペースに配置されると共に、エンドプレート４と電池ユニット２とに挟まれる。厚み設定部２２は、ゴム部材１５の下面と電池ホルダ６の枠体部１１の下端部に設けられたボルトガイド部１２（図示せず）に案内されるボルト１６との間のスペースに配置されると共に、エンドプレート４と電池ユニット２とに挟まれる。なお、図２では、エンドプレート４は省略してある。

厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂは等しい。このとき、厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂは、ゴム部材１５の厚み目標値よりも僅かに小さくなっている。具体的には、厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂは、後述するようにエンドプレート４と電池ユニット２との間から厚み設定部２１，２２を取り出す際に、ボルト１６に対してナット１７を緩める方向に回転させる量（後述の所定回転数）に対応する寸法だけゴム部材１５の厚み目標値よりも小さくなっている。ゴム部材１５の厚み目標値は、例えばゴム部材１５の厚みＡの設計値範囲の中心値である。厚み設定部２１の高さ寸法は、厚み設定部２２の高さ寸法よりも大きい。厚み設定部２１，２２間の距離は、ゴム部材１５の高さ寸法とほぼ等しい。

接続部２３には、長円形状の貫通孔２３ａが形成されている。接続部２３における貫通孔２３ａに対して厚み設定部２１，２２の先端の反対側に位置する壁部は、取っ手２４を構成している。このように接続部２３に取っ手２４を設けることにより、ゴム厚み調整用治具２０が使いやすくなる。

図４は、ゴム厚み調整用治具２０を用いてゴム部材１５の厚みＡを調整する工程の手順を示すフローチャートである。図４において、まずゴム部材１５の厚み調整が済んでいない電池モジュール１を準備する（工程Ｓ１）。このとき、ゴム部材１５の厚みＡは、厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂよりも大きくなっている。また、ゴム厚み調整用治具２０を準備する（工程Ｓ２）。

続いて、図２及び図３に示されるように、電池モジュール１を支持装置２５に支持した状態で、ゴム厚み調整用治具２０を電池ユニット２の幅方向（電池ユニット２の配列方向及び高さ方向に垂直な方向）に移動させることで、ゴム部材１５の上方におけるエンドプレート４と電池ユニット２との間に厚み設定部２１を配置すると共に、ゴム部材１５の下方におけるエンドプレート４と電池ユニット２との間に厚み設定部２２を配置する。詳細には、厚み設定部２１，２２をエンドプレート４と中間板１３との間に配置する（工程Ｓ３）。このとき、厚み設定部２１，２２間の距離はゴム部材１５の高さ寸法とほぼ等しいため、ゴム厚み調整用治具２０はゴム部材１５に支持された状態となる。

そして、その状態で、厚み設定部２１，２２がエンドプレート４と電池ユニット２とに挟持されるように、各組のボルト１６及びナット１７を締め付ける（工程Ｓ４）。このとき、電池ユニット２は、中間板１３を介してエンドプレート４と協働して厚み設定部２１，２２を挟持する。このため、厚み設定部２１，２２は、エンドプレート４及び中間板１３に接触した状態となる。これにより、ゴム部材１５が圧縮されて、ゴム部材１５の厚みＡが厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂと等しくなる。

その後、各ナット１７を各ボルト１６に対して緩める方向（締め付ける方向とは逆の方向）に予め決められた所定回転数分だけ回転させる（工程Ｓ５）。これにより、厚み設定部２１，２２とエンドプレート４及び中間板１３との間には、僅かな隙間が形成される。また、ゴム部材１５の厚みＡが厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂよりも僅かに大きくなる。このとき、所定回転数は、ナット１７を緩める方向に回転させた後にゴム部材１５の厚みＡが設計値範囲を超えないようにする回転数、例えば半回転または１回転に設定されている。

そして、ゴム厚み調整用治具２０を電池ユニット２の幅方向に移動させることで、エンドプレート４と電池ユニット２との間から厚み設定部２１，２２を取り出す。詳細には、厚み設定部２１，２２をエンドプレート４と中間板１３との間から取り出す（工程Ｓ６）。これにより、電池モジュール１におけるゴム部材１５の厚み調整が終了する。

ところで、ボルト１６及びナット１７によりゴム部材１５に対して荷重を加える加圧拘束によって、ゴム部材１５の厚み調整を行う場合には、ゴム部材１５の厚みＡを設計値範囲内に収めることが困難である。その理由は、以下の通りである。

図５は、ゴム部材１５に加える荷重とゴム部材１５の厚みＡとの関係を表したグラフである。図５に示されるグラフにおいて、横軸はゴム部材１５の厚みＡを示し、縦軸はゴム部材１５に加える荷重を示している。ゴム部材１５に加える荷重が大きくなるほど、ゴム部材１５の厚みＡが小さくなる。

このようなゴム特性において、ゴム部材１５の厚みＡの設計値範囲Ｈが存在する領域では、ゴム部材１５に加える荷重を少し変えると、ゴム部材１５の厚みＡが大きく変動する。このため、ゴム部材１５の厚みＡがばらつきやすくなり、結果的にゴム部材１５の厚みＡが設計値範囲Ｈを外れてしまう。

図６（ａ）は、５つの電池モジュール１のサンプルについて、加圧拘束によりゴム部材１５の厚み調整を３回ずつ実施したときの結果を表したグラフである。図６（ａ）から分かるように、厚み調整を実施した何れについても、ゴム部材１５の厚みＡが設計値範囲Ｈを外れている。

図６（ｂ）は、４つの電池モジュール１のサンプルについて、ゴム厚み調整用治具２０を用いた定寸拘束によってゴム部材１５の厚み調整を３回ずつ実施したときの結果を表したグラフである。図６（ｂ）から分かるように、厚み調整を実施した何れについても、ゴム部材１５の厚みＡが設計値範囲Ｈ内に収まっている。

以上のように本実施形態にあっては、まずエンドプレート４と電池ユニット２との間に、ゴム厚み調整用治具２０の厚み設定部２１，２２を配置する。このとき、厚み設定部２１，２２は、ゴム部材１５の厚み目標値よりも僅かに小さい幅寸法Ｂを有している。そして、厚み設定部２１，２２がエンドプレート４と電池ユニット２とに挟持されるようにボルト１６及びナット１７を締め付ける。すると、ゴム部材１５の厚みＡが厚み設定部２１，２２の幅寸法Ｂと等しくなる。その後、ナット１７をボルト１６に対して緩める方向に所定回転数分だけ回転させ、その状態でエンドプレート４と中間板１３との間から厚み設定部２１，２２を取り出す。このとき、所定回転数は、ナット１７を緩める方向に回転させた後にゴム部材１５の厚みＡが設計値範囲を外れないようにする回転数に設定されている。これにより、ゴム部材１５の厚みＡを所望の範囲内に収めることができる。その結果、電池モジュール１の品質を向上させることが可能となる。

また、ゴム部材１５の上方及び下方におけるエンドプレート４と電池ユニット２との間に厚み設定部２１，２２をそれぞれ配置することにより、ゴム部材１５の上部及び下部の厚みを均等にすることができる。従って、ゴム部材１５の厚み調整を高精度に行うことができる。

さらに、ゴム厚み調整用治具２０は、厚み設定部２１，２２と、これらの厚み設定部２１，２２を繋ぐ接続部２３とを有している。このため、ゴム厚み調整用治具２０を電池ユニット２の幅方向に移動させることで、厚み設定部２１，２２をゴム部材１５の上方及び下方におけるエンドプレート４と電池ユニット２との間に同時に配置することができる。従って、ゴム部材１５の厚み調整を行う際の手間を軽減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、厚み設定部２１，２２及び接続部２３を有するＵ字形のゴム厚み調整用治具２０を使用しているが、使用するゴム厚み調整用治具としては、特にそれに限られず、例えば厚み設定部を構成する２つの部品からなっていてもよい。この場合には、ゴム厚み調整用治具の構造を簡素化することができる。

また、厚み設定部を構成する部品は、１つだけであってもよい。この場合、ゴム部材１５の上方におけるエンドプレート４と電池ユニット２との間のみに、厚み設定部を構成する部品を配置してもよいし、或いはゴム部材１５の下方におけるエンドプレート４と電池ユニット２との間のみに、厚み設定部を構成する部品を配置してもよい。

また、上記実施形態では、厚み設定部２１，２２がエンドプレート４と電池ユニット２とに挟持されるようにボルト１６及びナット１７を締め付けた後、ナット１７をボルト１６に対して緩める方向に所定回転数分だけ回転させているが、特にその方法には限られず、ボルト１６をナット１７に対して緩める方向に所定回転数分だけ回転させてもよい。

さらに、上記実施形態では、電池ユニット群３とゴム部材１５との間に中間板１３が配置されているが、そのような中間板１３は特に無くてもよい。

また、上記実施形態では、エンドプレート４と電池ユニット２との間にゴム部材１５が配置されているが、膨張吸収用の弾性部材の材料としては、特にゴムには限られず、例えばプラスチック等であってもよい。

さらに、上記実施形態では、蓄電装置ユニットの蓄電装置がリチウムイオン二次電池等の二次電池であるが、本発明は、特にそのような二次電池には限られず、例えば電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタ等の蓄電装置を備えた蓄電装置モジュールにも適用可能である。

１…電池モジュール（蓄電装置モジュール）、２…電池ユニット（蓄電装置ユニット）、４…エンドプレート（拘束部材）、１５…ゴム部材（弾性部材）、１６…ボルト、１７…ナット、２０…ゴム厚み調整用治具、２１…厚み設定部、２２…厚み設定部、２３…接続部。

Claims (3)

1. 一方向に配列された複数の蓄電装置ユニットと、前記複数の蓄電装置ユニットを複数組のボルト及びナットにより前記蓄電装置ユニットの配列方向の両側から拘束する１対の拘束部材と、前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとの間に配置された弾性部材とを備えた蓄電装置モジュールを準備する工程と、
   前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとに挟まれると共に前記弾性部材の厚みを設定する厚み設定部を有する治具を準備する工程と、
   前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとの間に前記厚み設定部を配置し、その状態で前記厚み設定部が前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとに挟持されるように前記ボルト及び前記ナットを締め付ける工程と、
   前記ボルト及び前記ナットを締め付ける工程を実施した後、前記ボルト及び前記ナットの一方を他方に対して緩める方向に所定回転数分だけ回転させ、その状態で前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとの間から前記厚み設定部を取り出す工程とを含むことを特徴とする蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法。
2. 前記ボルト及び前記ナットを締め付ける工程では、前記弾性部材の上方及び下方における前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとの間に前記厚み設定部をそれぞれ配置することを特徴とする請求項１記載の蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法。
3. 前記治具を準備する工程では、前記弾性部材の上方及び下方において前記拘束部材と前記蓄電装置ユニットとに挟まれる２つの前記厚み設定部と、前記２つの厚み設定部を繋ぐ接続部とを有する前記治具を準備することを特徴とする請求項２記載の蓄電装置モジュールにおける弾性部材の厚み調整方法。

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