电池模块的制作方法

本发明涉及具备多个二次电池2的二次电池模块。

背景技术：

以往，在可再充电的二次电池的领域内，主流是铅电池、镍-镉电池、镍-氢电池等水溶液系电池。然而，随着电气设备的小型化、轻量化的发展，具有高能量密度的锂二次电池受到关注，其研究、开发及商品化得到了急速发展。

另一方面，由于全球变暖和燃料枯竭的问题，各汽车制造商开发了电动汽车(ev)和利用电动马达来辅助驱动的一部分的混合动力汽车(hev)，作为其电源，需要高容量、高输出的二次电池。作为符合这种要求的电源，具有高电压的非水溶液系锂二次电池受到关注。尤其是方形锂二次电池组件化之后的体积效率优异，因此，对作为hev用或ev用的方形锂二次电池的开发的期待正在提高。

在将多个二次电池制成组件的情况下，要让多个二次电池在不偏移的情况下进行排列，就需要引导件等构件。

例如，专利文献1中提出了一种隔着具有引导壁的绝缘材料来层叠多个二次电池的二次电池模块。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：wo2014-024424

技术实现要素：

发明要解决的问题

在希望廉价地制造模块结构的情况下，考虑利用廉价的片材来替换像专利文献1揭示那样的绝缘材料。但这时，要让二次电池在不偏移的情况下进行排列就不再容易了。

对此，例如可以通过将多个二次电池的端子插入至像专利文献1揭示那样的母线壳的孔内来进行排列。

但是，在以沿层叠方向进行了压缩的状态来固定二次电池的情况下，在压缩前与压缩后，二次电池层叠体的层叠方向的尺寸不一样，因此端子的位置发生变化，从而存在难以在压缩前将二次电池配置在固定位置这一问题。

本发明的目的在于提供一种即便在压缩前后二次电池层叠体的层叠方向的尺寸发生变化的情况下也能将二次电池排列在固定位置的、组装性优异的二次电池模块。

解决问题的技术手段

用以解决上述问题的技术手段如下。

一种二次电池模块，其具有：二次电池，其具有宽幅面和窄幅面，并具有从所述窄幅面突出设置的端子；二次电池层叠体，它是以使所述宽幅面相对并使所述端子朝向一方向侧的方式将多个所述二次电池层叠而成；以及母线壳，其与所述二次电池层叠体的设置有所述端子那一侧相对设置，所述母线壳在与所述端子相对应的位置分别具有多个孔，所述端子插入在所述孔内，设置在所述二次电池的层叠方向一端侧的所述二次电池和所述孔的内壁之间的间隙中的所述层叠方向外侧的间隙e与设置在所述二次电池的层叠方向另一端侧的所述二次电池和所述孔的内壁之间的间隙中的所述层叠方向外侧的间隙f的所述层叠方向的和的长度m满足下述式(1)：

m＞(a－b)×(n－1)…式(1)

(式(1)中，a为二次电池层叠体未受到挤压的状态下的从二次电池的端子的层叠方向一侧端部起到相邻的二次电池的端子的层叠方向一侧为止的长度。b为二次电池层叠体从层叠方向两侧受到了挤压的状态下的从二次电池的端子的层叠方向一侧端部起到相邻的二次电池的端子的层叠方向一侧为止的长度。满足a＞b。n为所述二次电池的层叠方向上的个数)。

此外，例如可列举以下制造方法。

一种二次电池模块制造方法，其具有：排列工序，在单元架上排列多个突出设置有端子的方形二次电池；以及挤压工序，在所述排列工序之后沿层叠方向挤压所述多个二次电池，在所述排列工序中，将所述二次电池的所述端子插入至所述壳上设置的孔内。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种即便在压缩前后二次电池层叠体的层叠方向的尺寸发生变化的情况下也能将二次电池排列在固定位置的、组装性优异的二次电池模块。

附图说明

图1为去掉了母线壳、母线的模块的外观立体图。

图2为分隔部的间距相等的母线壳的主视图。

图3为包含母线壳、母线的模块的外观立体图。

图4为模块的组装方法(前半部分)。

图5为模块的组装方法(后半部分)。

图6为挤压前的端子与母线壳的位置关系。

图7为挤压后的端子与母线壳的位置关系。

图8为分隔部的间距不相等的母线壳的主视图。

图9为挤压前的端子与母线壳的位置关系。

图10为挤压后的端子与母线壳的位置关系。

图11为模块的外观立体图。

图12为最大2个端子进入端子插入孔的母线壳。

图13为具备块构件的母线壳。

具体实施方式

下面，使用附图，对本发明的实施方式进行说明。

(实施例1)

图1、图3为模块的一实施方式的外观立体图。

图1为从图3所示的二次电池模块1上拆掉了母线壳51及母线31的状态的二次电池模块1的外观立体图。

二次电池模块1具备多个二次电池层叠而成的第一电池组11、第二电池组12、配置在第一电池组11与第二电池组12之间的第一块构件13、以及配置在第一电池组11和第二电池组12的端侧的第二块构件14和第三块构件15，并具有统一固缚第一电池组11和第二电池组12的上部固缚板16和下部固缚板17。块构件15和上部固缚板16通过利用紧固螺栓18加以紧固而将这些固定在一起。

二次电池2具有一组宽幅面和两组窄幅面，通过使宽幅面相互相对地层叠而形成第一电池组11、第二电池组12。窄幅面上具有电池盖，电池盖上分别以突出的状态设置有正极端子3、负极端子4。第一电池组11、第二电池组12中，正极端子3、负极端子4以沿同一方向设置的方式配置。

在第一电池组11与第二电池组12之间配置有第一块构件13，在第一电池组11和第二电池组12的端侧配置有第二块构件14和第三块构件15。在二次电池的层叠方向端部设置有上部固缚板16，在另一端侧设置有下部固缚板17，通过利用上部固缚板16和下部固缚板17进行包夹来固缚二次电池层叠体。第一块构件13、第二块构件14、第三块构件15分别通过上部固缚板16、下部固缚板17及紧固螺栓18加以紧固。第一块构件13、第二块构件14、第三块构件15例如可以由金属、树脂等材料构成。在金属的情况下，可以通过对金属进行螺纹加工来形成紧固螺栓18的紧固点。在使用树脂的情况下，例如可以通过埋入嵌入螺母来形成紧固螺栓18的紧固点。上部固缚板16和下部固缚板17是支承电池组的反力的构件，较理想以金属来形成。

图3为在图1中安装母线壳51及母线31之后的状态的二次电池模块1的外观立体图。

如上所述，多个二次电池2以正极端子3、负极端子4都放在同一侧的方式配置，正极端子3、负极端子4插入在母线壳51上设置的端子插入孔53内。正极端子3、负极端子4上以多个二次电池2例如成为串联的方式设置有母线31。母线31是从母线壳侧安装到被插入至端子插入孔53内的正极端子3、负极端子4上。

图2为母线壳51的主视图。

母线壳51具有供单元外部端子24(正极端子3、负极端子4)插入的端子插入孔53和分隔端子插入孔53彼此的分隔部52。分隔部52使得相邻的二次电池2的端子彼此绝缘。母线壳51的材质例如由聚乙烯等绝缘性树脂形成。在本例中，端子插入孔53沿二次电池2的层叠方向、以6个一列的方式设置有合计4列共计24个。此外，在本例中，端子插入孔53及分隔部52的二次电池层叠方向的长度全部相同，端子插入孔53以等间距排列。

图4及图5为表示二次电池模块1的制造方法的一例。

图4为表示在母线壳51上排列二次电池2的排列工序的图。

首先，在母线壳51上固定第一块构件。

接着，在设置于母线壳51的端子插入孔53的层叠方向的最外侧插入二次电池2的正极端子3、负极端子4。

接着，在已插入的二次电池2的层叠方向内侧设置具备用于保持二次电池2的突起的双面突起绝缘板22。

然后，依序在相邻的端子插入孔53内容插入另一二次电池2、进而在层叠方向内侧设置双面突起绝缘板22，形成二次电池2的层叠体。

其后，在二次电池2层叠体的层叠方向两端配置单面突起绝缘板23。对母线壳51的所有端子插入孔53实施该操作，形成第一电池组11及第二电池组12。

再者，本例中是以相邻的二次电池2的单元外部端子24的极性相反的方式来排列二次电池2，但根据二次电池的连接的不同，并不限于此。此外，双面突起绝缘板22和单面突起绝缘板23例如可以由pbt(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等树脂形成。

通过在设置于母线壳51上的端子插入孔53内插入二次电池2的单元外部端子24来进行排列，由此，可以在二次电池的压缩前将二次电池暂时固定在固定位置。若以不使正极端子3、负极端子4插入至母线壳51的方式来排列二次电池2，则由于没有二次电池2的定位机构，因此将单元排列至规定位置会比较耗时，而通过将母线壳51用于二次电池2的排列，二次电池2的排列所需的时间减少，有助于提高组装性。

图5展示到固定上部固缚板16、下部固缚板17为止的制造方法的一例。

针对到图4为止的制作中的模块，将第二块构件14及第三块构件15固定至母线壳51。

使上部固缚板16及下部固缚板17接触第一电池组11及第二电池组12，并利用紧固螺栓18来暂时接合。

对上部固缚板16及下部固缚板17的宽幅面垂直地施加压缩荷重，当上部固缚板16与下部固缚板17之间的距离达到规定尺寸时，以规定转矩转动紧固螺栓18加以固定。

其后，设置分别将相邻的二次电池2的正极端子3、负极端子4之间电性相连的母线31，并在层叠方向最端部侧的正极端子3或负极端子4上设置将二次电池模块1的外部与二次电池电性连接的外部连接用母线，通过激光焊接等加以固定。

接着，对使用像以上那样在母线壳51的端子插入孔52内固定正极端子3、负极端子4之后对二次电池层叠体施加压缩荷重来形成模块的制造方法的情况下的二次电池模块结构进行叙述。

图6为从母线壳51侧观察在母线壳51上形成的端子插入孔53内插入二次电池2的正极端子3、负极端子4并利用上部固缚板16及下部固缚板17加以暂时接合的状态(压缩前)的二次电池模块1的图。

图7为表示从图6的状态起将上部固缚板16及下部固缚板17挤压至规定尺寸并利用紧固螺栓18加以固定后的二次电池模块1的形状的图。

二次电池2在电池罐内具有正极与负极层叠而成的蓄电要素，通过充放电使得蓄电要素膨胀收缩。通过将二次电池2以压缩的状态加以固定，能够抑制该膨胀收缩，有助于维持性能。在压缩了二次电池的情况下，二次电池的压缩方向的直径发生变化，端子彼此的位置关系也发生变化。

图6中，端子(正极端子3或负极端子4)与端子插入孔53的内壁的二次电池2层叠方向的距离(间隙61)在层叠方向外侧与内侧是不一样的。观察端子与层叠方向外侧的内壁的距离，靠层叠方向外侧较小，越靠层叠内侧则越大。观察端子与层叠方向内侧的内壁的距离，靠层叠方向外侧较大，越靠层叠方向内侧则越小。

图7中，已在层叠方向上压缩了二次电池，因此，内壁与端子的距离产生了差异。观察端子与层叠方向外侧的内壁的距离(间隙61)，靠层叠方向外侧较大，越靠层叠内侧则越小。观察端子与层叠方向内侧的内壁的距离，靠层叠方向外侧较小，越靠层叠方向内侧则越大。

产生图6与图7的差异的原因在于，通过从图6的状态到图7的状态沿层叠方向挤压二次电池，相邻的二次电池2的端子彼此的间距发生了收缩。关于某个二次电池2的端子的层叠方向一侧的面到相邻的二次电池的端子的层叠方向一侧的面为止的间距，在将压缩前(图6)设为a、将压缩后设为b的情况下，为a＞b的关系。此外，该间距a、b的变化源于二次电池2的层叠方向的厚度的变化，在将二次电池2的层叠方向的厚度设为挤压前a、挤压后b的情况下，满足a＞b。

此处，挤压后的间距a可以通过测量完成后的电池组的端子的间距来求出，此外，挤压前间距a可以根据暂时组装时二次电池2接触状态下的端子的间距来求出。二次电池2的层叠方向的厚度可以在挤压前和挤压后进行测定，通过在挤压后再次解除挤压也能求出a。

如此，二次电池层叠体在挤压前后尺寸发生变化，因此，若母线壳51的端子插入孔的位置设置不考虑这一点，则无法使用上述那样的制造方法也就是在母线壳51的插入孔53内插入二次电池2的单元外部端子24来进行定位、之后进行挤压的制造方法。在以挤压后的尺寸来决定母线壳51上的端子插入孔53的位置的情况下，由于挤压前上述间距较大，因此无法在母线壳51的插入孔53内插入二次电池2的单元外部端子24来进行定位。

通过像图6、图7那样做到挤压前、后单元外部端子24都收纳在端子插入孔53内，可以使用组装性优异的上述制造方法。具体而言，设置在层叠方向两端的二次电池的单元外部端子24与端子插入孔53之间的层叠方向外侧的间隙的总计大小m(层叠方向两端侧的间隙61相加得到的大小)满足以下式(1)。

m＞(a－b)×(n－1)…式(1)

式(1)中，a为二次电池层叠体未受到挤压的状态下的从二次电池的端子的层叠方向一侧端部到相邻的二次电池的端子的层叠方向一侧为止的长度(图6、7)。b为二次电池层叠体从层叠方向两侧受到了挤压的状态下的从二次电池的端子的层叠方向一侧端部到相邻的二次电池的端子的层叠方向一侧为止的长度(图6、7)。满足a＞b。n为二次电池的层叠方向上的个数。此处，受到了挤压的状态例如是二次电池层叠体被单元块、上部固缚板、下部固缚板等包围、固定后的状态。未受到挤压的状态例如是这些固定解除后的状态。

通过满足式(1)，可以使用上述制造方法。下面，对依据进行叙述。

首先，观察设置在层叠方向末端的二次电池2的端子与端子插入孔53之间的层叠方向外侧的间隙61。此处，以层叠方向所有的单元外部端子24在挤压前、挤压后都插入在母线壳51上设置的端子插入孔53内这一内容为前提来进行计算。计算各单元外部端子的挤压前后的运动。二次电池层叠体受到挤压使得每个二次电池2在层叠方向上收缩(a－b)程度。此处，若将层叠方向的中心(图6、7中是层叠方向上第3单元与第4单元的中间点)设为在挤压前后不动的基准点，则基准点附近的第3单元和第4单元的单元外部端子24朝中心侧移动(a－b)/2程度。其外侧的第2单元和第5单元的单元外部端子24朝中心侧移动(a－b)×3/2程度。末端的第1单元和第6单元的二次电池2的单元外部端子24朝中心侧移动(a－b)×5/2程度。也就是说，末端的二次电池2的单元外部端子24的移动量最大。因而，移动量最大的末端二次电池的单元外部端子24在挤压前、挤压后都收纳在母线壳51的端子插入孔53内成为其他二次电池的单元外部端子24收纳在端子插入孔53内这一目的的必要条件。

如果挤压前没有二次电池层叠体的末端的二次电池2的单元外部端子24的层叠方向外侧与母线壳51的分隔部52的间隙，则由于挤压后末端的二次电池2朝层叠方向中央侧移动(a－b)×5/2程度，因此挤压后的末端二次电池2的单元外部端子24的层叠方向外侧与母线壳51的分隔部52的间隙61为(a－b)×(5/2)。

同样地，如果相反侧的末端二次电池2也在挤压前也没有单元外部端子24的层叠方向外侧与母线壳51的分隔部52的间隙，则挤压后在单元外部端子的外侧产生(a－b)×(5/2)的间隙。取两侧的末端二次电池2的外侧的间隙的和，则为(a－b)×5。

上文是将层叠方向的中心设为在挤压前后不动的基准点，下面对将电池组的末端二次电池2设为在挤压前后不动的基准点的情况进行叙述。

此时，从末端的二次电池2起靠中心侧1个单元的的二次电池(第2单元)朝层叠方向中心侧移动(a－b)程度。同样地，第3单元、第4单元、第5单元、第6单元的移动量分别为(a－b)×2、(a－b)×3、(a－b)×4、(a－b)×5。

如果没有挤压前的末端的二次电池2(第1单元、第6单元)的单元外部端子24的层叠方向外侧与母线壳51的分隔部52的间隙，则挤压后的末端二次电池2的单元外部端子24的层叠方向外侧与母线壳51的分隔部52的间隙是第1单元为0、第6单元为(a－b)×5，取两者的和，则为(a－b)×5，与在挤压前后不动的基准点的位置为电池组中心时为同一值。也就是说，不论在挤压前后不动的基准点的位置如何，挤压后的末端单元21的单元外部端子24的层叠方向外侧与母线壳51的分隔部52的间隙在模块两端的和为(a－b)×5。再者，这是构成电池组的单元数为6单元的情况，而在单元数为n单元的情况下，同样地，取处于两侧的末端二次电池2的外侧的间隙的和，则为(a－b)×(n－1)。

上文是挤压前没有末端二次电池2的单元外部端子24的外侧与母线壳51的分隔部52的间隙的状态，而在挤压前有间隙的情况下，在挤压后，除了挤压前的间隙以外，还要加上上述(a－b)×(n－1)的间隙。也就是说，在母线壳的端子插入孔内固定二次电池2之后对单元组施加压缩荷重来形成模块的情况下，末端二次电池2的单元外部端子的层叠方向外侧与母线壳的分隔部之间的间隙为(a－b)×(n－1)以上。因而，通过将设置在层叠方向两端的二次电池的单元外部端子24与端子插入孔53之间的层叠方向外侧的间隙的总计大小m(层叠方向两端侧的间隙61相加得到的大小)设为(a－b)×(n－1)以上，可以像图6、图7那样做到挤压前、后单元外部端子24都收纳在端子插入孔53内，成为可以使用上述制造方法的结构。

接着，求末端的二次电池2以外的二次电池2也包括在内的、单元外部端子24与母线壳51的分隔部52的间隙61的关系。

图2中，母线壳51的分隔部52以等间隔排列，各端子插入孔53的大小在层叠方向上大致固定。此处，若将分隔部的厚度设为c，则它们的关系为a＞c＞b。在挤压后的末端的二次电池2的单元外部端子24的外侧的间隙61为e的情况下，从末端起1个单元的层叠方向中心侧的二次电池2的单元外部端子24的外侧的间隙61被计算为e－(c－b)。进而，层叠方向内侧的二次电池2的间隙61为e－(c－b)×2。若往层叠方向内侧去n个单元，则上述的间隙61为e－(c－b)×n。也就是说，越往层叠方向内侧去，单元外部端子24的层叠方向外侧的间隙61越小。此外，在相反侧的末端的二次电池2的单元外部端子24的外侧的间隙61为f的情况下，与上述讨论一样，若往层叠方向内侧去n个单元，则上述的间隙61为f－(c－b)×n。

若像这样使用具有等间距的分隔部52的母线壳51，则挤压后的单元外部端子24与分隔部52的层叠方向外侧的间隙61根据层叠方向不同而不同，随着去往层叠方向中心而逐次减小一定量。反过来，随着从层叠方向中心去往外侧而逐次增大一定量。

即便有分隔部52，通过将f+e也就是m设为(a－b)×(n－1)以上，也能像图6、图7那样做到挤压前、后单元外部端子24都收纳在端子插入孔53内，成为可以使用上述制造方法的结构。

(实施例2)

实施例1是使端子插入孔53的层叠方向的大小和间隔固定一致，相对于此，实施例2中使端子插入孔53的层叠方向的大小和间隔不相等。

图8为实施例2中的母线壳51的图。沿层叠方向设置的6个端子插入孔53中的1个较窄，成为窄幅端子插入孔54。其他端子插入孔53是在层叠方向上长度相同的宽幅端子插入孔55。窄幅端子插入孔54的层叠方向的长度与单元外部端子24的层叠方向的长度为相同程度，略大到端子容易进入的程度。

图9为从母线壳51侧观察在图8的母线壳51上形成的窄幅端子插入孔54及宽幅端子插入孔55内插入二次电池2的单元外部端子24并利用上部固缚板16及下部固缚板17加以暂时固定的状态(二次电池的挤压前)的二次电池模块1的图。

图10为从母线壳51侧观察在母线壳51上形成的窄幅端子插入孔54及宽幅端子插入孔55内插入二次电池2的单元外部端子24并将上部固缚板16及下部固缚板17挤压至规定尺寸而以紧固螺栓18加以固定的状态的模块的图。

由于窄幅端子插入孔54的层叠方向的长度为单元外部端子24的大小程度，因此，插入在窄幅端子插入孔54内的单元外部端子24在挤压前后不动，也就是说，成为基准单元而被定位，所以母线壳51的晃动消失，有容易操作的优点。

即便在像图8那样端子插入孔53之一较小的情况下，在挤压前到挤压后间距a变为b时，像前面叙述过的那样，与基准单元相距g单元的二次电池2在挤压后会朝层叠方向中心侧发生(a－b)×g程度的位移，因此，在模块两端取末端的二次电池2的单元外部端子24的层叠方向外侧的间隙61的和，则为(a－b)×(n－1)以上。通过将层叠方向两端的二次电池2的端子与端子插入孔53的距离m设为(a－b)×(n－1)以上，能够做到挤压前、后单元外部端子24都收纳在端子插入孔53内，成为可以使用上述制造方法的结构。

再者，可像本实施例这样使用1个层叠方向的直径不同的端子插入孔53，也可沿层叠方向连续改变直径。例如，也可越靠层叠方向外侧越是增大端子插入孔53的层叠方向的直径、越靠内侧越是减小端子插入孔53的层叠方向的直径。

(实施例3)

实施例3为汇集1列二次电池2而成的二次电池模块1的例子。

图11为实施例3的二次电池模块1的图。

二次电池模块1表示汇集1列6个二次电池2而成的模块。前面的实施例展示了汇集2列6个二次电池2而成的模块，而即便是1列，通过在挤压前在母线壳51上设置的分隔部52之间插入单元外部端子24，也能容易地排列二次电池2。

(实施例4)

实施例4是实施例3中的母线壳51的分隔部52的数量较少、在相邻的分隔部52之间插入2个单元外部端子24的结构。图12为实施例4的二次电池模块1的立体图。插入至一个端子插入孔53的2个单元外部端子24会在后面的工序中一起用母线31加以连接，因此无须以分隔部52加以绝缘。可以提高母线壳51的设计自由度。

端子插入孔53可像本实施例这样以二次电池的层叠方向上相邻的二次电池各自的端子为一组的划分来设置，也可像实施例1、2、3那样按每一端子加以设置。再者，分隔部52的数量较少的本实施例这样的结构也可以用于实施例1、2那样的多列的二次电池模块。

(实施例5)

实施例5是实施例1中的母线壳51、第一块构件13、第二块构件14、第三块构件15为一体的例子。母线壳51、第一块构件13、第二块构件14、第三块构件15例如可以通过由树脂形成来一体成型，制成带块构件的母线壳56。通过进行一体成型，有助于削减零件数量、降低成本。此外，在插入二次电池2的单元外部端子24时，通过将块构件作为宽度方向的引导件，可以进一步提高组装性。

符号说明

1二次电池模块

2二次电池

3正极端子

4负极端子

11第一电池组(二次电池层叠体)

12第二电池组(二次电池层叠体)

13第一块构件

14第二块构件

15第三块构件

16上部固缚板

17下部固缚板

18紧固螺栓

22双面突起绝缘板

23单面突起绝缘板

24单元外部端子(正极端子3或负极端子4)

31母线

51母线壳

52分隔部

53端子插入孔

54窄幅端子插入孔

55宽幅端子插入孔

56带块构件的母线壳

61间隙。