JP2012204172A - 組電池の製造システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製造システム100は、前記スタック構造体60に前記「拘束荷重」を加える際に、前記スタック構造体60の側面を押圧し、前記スタック構造体60の形状を保持する規制手段(より具体的には、積層治具1のガイド機構部3・3、および積層装置101の上部ガイド機構部103・103)を備える。
【選択図】図1
Description
ここで、このような構成からなる組電池を、自動車などの車両に搭載する場合、組電池の搭載スペースは、所定の空間内に制限されることが多い。
そのため、構築された組電池が、予め設定された「所定寸法(組電池全体の形状の積層方向、高さ方向、および幅方向における所定寸法。以下同じ。)」を超える場合、前記搭載スペース内に組電池を収納することが困難となり、組電池を車両に搭載できないこととなる。また、構築された組電池が、前記「所定寸法」に満たない場合には、搭載スペース内に組電池を収納した際に余分な隙間が生じ、組電池は、車両運転時の振動によって搭載スペース内で移動し、故障の要因を引き起こすこととなる。
即ち、前記「特許文献1」は、複数の単電池および冷却板(保持板)を、各々交互に配列し、且つ積層してなる組電池の製造方法に関する技術であるが、これら単電池および冷却板(保持板)を積層する際に、積層方向に関する寸法のバラツキを収束するためのスペーサー部材を組み合わせ、その後、積層方向に向かって「拘束荷重」を加えつつ、前記単電池および保持板を拘止することを特徴とする組電池の製造方法に関する技術が開示されている。
しかし、積層された複数の単電池および冷却板(保持板)に、積層方向の「拘束荷重」を加えると、これら単電池および冷却板(保持板)が各々受ける負荷によって、組電池には、捻りや捩れなどによるズレが発生し、該組電池の高さ方向、および幅方向の寸法が、前記「所定寸法」を超えることとなる。
つまり、前記「特許文献1」に開示される技術では、このような捻りや捩れなどによって、組電池に発生するズレについてまで、十分に対応することは難しく、前述した問題点を確実に解決するには至らなかった。
即ち、本発明における組電池の製造システムによれば、複数の扁平形状からなる単電池を積層してスタック構造体を形成し、該スタック構造体に積層方向の圧縮荷重(「拘束荷重」)を加えつつ、該スタック構造体を拘束してなる組電池であって、前記圧縮荷重(「拘束荷重」)を加える際に発生する組電池の捻りや捩れなどによるズレを抑制し、形状寸法の安定した組電池を提供することができる。
先ず、後述する本実施例の製造システム100によって製造される、組電池50の全体的な構成について、図4を用いて説明する。
なお、以下の説明に関しては便宜上、図4における矢印Aの方向を前方と規定して記述する。また、図4においては、図面上の上下方向を組電池50の上下方向と規定して記述する。
単電池51は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池からなり、略矩形状の平板形状(扁平形状)に構成される。また、単電池51の上端部には、複数(本実施例においては、各々一本の+用端子および−用端子からなる二本)の端子51a・51aが突設される。
保持板52は、例えば熱硬化性の樹脂素材によって形成され、略矩形状の平板形状(扁平形状)に構成される。
エンドプレート53は、略矩形状の平板形状(扁平形状)に構成され、一組の組電池50に対して二個設けられる。
拘束バンド54は、帯状の平板部材から形成され、その長手方向の両端部は、同方向に向かって直角に屈曲されるとともに、これら屈曲部54a・54aの間隙寸法(図4における寸法L1)は、スタック構造体60の前後方向の「所定の長さ寸法(図4における寸法L2。)」と同程度となっている。
なお、スタック構造体60の前後方向の「所定の長さ寸法(寸法L2)」とは、該スタック構造体60に所定の圧縮荷重(積層された単電池51・51・・・、保持板52・52・・・、およびエンドプレート53・53に対して加えられる、積層方向の圧縮荷重。以下、「拘束荷重」と記載する。)を加えた状態における、該スタック構造体60の前後方向の長さ寸法を意味する。
つまり、各拘束バンド54は、屈曲部54a・54aを介して、スタック構造体60を、積層方向(前後方向)に向かって挟持するようにして配設される。
つまり、拘束バンド54は、長手方向の両端部において、屈曲部54a・54aにより各エンドプレート53・53に堅固に連結されるのである。
次に、本実施例における組電池50の製造システム100の全体構成について、図1を用いて説明する。
なお、以下の説明に関しては便宜上、図面上の上下方向を製造システム100の上下方向と規定して記述する。
より具体的には、製造システム100は、積層された複数の単電池51・51・・・、保持板52・52・・・、およびエンドプレート53・53から構成されるスタック構造体60(図4を参照)に対して、捻りや捩れなどによるズレの発生を抑制しつつ、「拘束荷重」を加えることを可能とするシステムである。つまり、スタック構造体60に「拘束荷重」を加える際に、スタック構造体60の形状を保持するためのシステムである。
前記積層治具1は、積層方向を水平方向(本実施例においては、前後方向)に向けて載置されるスタック構造体60に対して、その左右方向(平面視にて、スタック構造体60の積層方向と直交する方向。以下同じ。)における積層姿勢を保持するための治具である。
前記定盤2は、積層治具1の基部となる部位である。
定盤2は、長方形状の板状部材によって形成され、水平状、且つ長手方向を前後方向(平面視にて、スタック構造体60の積層方向。以下同じ。)に向けて配設される。
ガイド機構部3・3は、正面視において、定盤2上の左右両側に各々設けられ、前後方向に延出しつつ、互いに対向するようにして配設される。
前記右側第一ガイド部材31Rは、定盤2に載置されたスタック構造体60の側面(より具体的には、右側面)に、直接当接される部材である。
右側第一ガイド部材31Rは、一方向に延出する断面視「L」字状の部材から形成され、定盤2の右部上方において、延出方向を前後方向に向けて配設される。
前記当接バー32は、一方向に延出する正面視矩形状の熱可塑性樹脂によって形成され、その延出方向の長さは、右側第一ガイド部材31Rの延出方向の長さと同程度となっている。
その結果、「拘束荷重」付加時におけるスタック構造体60の捻りや捩れなどによるズレの発生はより効果的に抑えられ、スタック構造体60の左右方向における積層姿勢は、確実に保持されるのである。
つまり、右側第一ガイド部材31R、および左側第一ガイド部材31Lは、定盤2上において、前後方向に延出しつつ、左右方向に対向するようにして、各々平行に配設される。そして、右側ガイド機構部3R及び左側ガイド機構部3Lは、それぞれ定盤2に載置されたスタック構造体60に対して、積層方向との直交方向に沿って、近接離間するように移動可能に設けられる。
積層装置101は、積層治具1における第一ガイド部材31・31の移動を規制し、該第一ガイド部材31・31を介して、スタック構造体60の左右方向における積層姿勢を保持するとともに、前記スタック構造体60の上下方向(正面視にて、二本の第一ガイド部材31・31の対向方向と直交する方向。以下同じ。)の積層姿勢を保持しつつ、スタック構造体60に対して「拘束荷重」を加えるための装置である。
前記ガイドサポート機構部102は、積層治具1における第一ガイド部材31・31の移動を規制し、該第一ガイド部材31・31を介して、スタック構造体60の左右方向の積層姿勢を保持するための部位である。
前記ガイドサポート部材121は、積層治具1の左側第一ガイド部材31Lに、直接当接される部位である。
つまり、積層治具1における二本の第一ガイド部材31・31の間にスタック構造体60が載置された状態において、これら右側第一ガイド部材31R、スタック構造体60、左側第一ガイド部材31L、およびガイドサポート部材121は、正面視にて、左側から右側に向かって順に配設される。
つまり、ガイドサポート部材121は、第一アクチュエーター122によって、左側第一ガイド部材31Lと近接離間可能に配設され、「戻限位置」(左側第一ガイド部材31Lに対して、最も離間した停止位置。以下同じ。)から「出限位置」(左側第一ガイド部材31Lに対して、最も近接した停止位置。以下同じ。)に向かって移動される。
その結果、ガイドサポート部材121は、左側第一ガイド部材31Lに押し当てられる。
上部ガイド機構部103・103は、正面視において、積層治具1に載置されたスタック構造体60の上方に各々設けられ、前後方向に延出しつつ、左右方向に互いに対向するようにして配設される。
右側第二ガイド部材131Rは、一方向に延出する断面視略矩形状の部材から形成され、延出方向を前後方向に向けつつ、積層治具1に載置されたスタック構造体60の右斜上方に配設される。
つまり、これら上部ガイド機構部103・103に備えられる第二ガイド部材131・131は、積層治具1に載置されたスタック構造体60の上方において、前後方向に延出しつつ、左右方向に対向するようにして、各々平行に配設される。そして、右側上部ガイド機構部103Rおよび左側上部ガイド機構部103Lは、それぞれ定盤2に載置されたスタック構造体60に対して、積層方向との直交方向に沿って、近接離間するように移動可能に設けられる。
しかし、上部ガイド機構部103・103の構成については、これに限定されるものではなく、少なくとも、これら二本の第二ガイド部材131・131の押圧方向が垂直下方となるように、上部ガイド機構部103・103が構成されていればよい。
前記圧縮機構部104は、既知の油圧サーボプレス機構によって構成され、詳細な説明は省略するが、スタック構造体60の前方および後方に各々配設され、相対的に近接離間可能な前側加圧板104aと、後側加圧板104bとを有して構成される。
次に、本実施例における組電池50の製造システム100の製造手順について、図2、図3、図5、および図6を用いて説明する。
なお、以下の説明に関しては便宜上、図5(a)(b)における矢印Aの方向を前方と規定して記述する。また、図5(a)においては、図面上の上下方向を組電池50の上下方向と規定して記述する。
また、積層装置101のガイドサポート機構部102におけるガイドサポート部材121は、「戻限位置」にまで移動されている。
さらに、積層装置101の圧縮機構部104における前側加圧板104aおよび後側加圧板104bは、相対的に最も離間された状態となっており、その間隙部の長手寸法は、スタック構造体60の前後方向(積層方向)の長さ寸法に比べて十分大きな値となっている。
即ち、右側第二ガイド部材131Rは、第二アクチュエーター132によって、「上限位置」から左斜下方に向かって下降され、スタック構造体60の上部における右側角部に押し当てられる。
つまり、スタック構造体60は、右側上部ガイド機構部103Rによって下方(より具体的には、左斜下方)に向かって押圧される(ステップS103)。
即ち、左側第二ガイド部材131Lは、第二アクチュエーター132によって、「上限位置」から右斜下方に向かって下降され、スタック構造体60の上部における左側角部に押し当てられる。
つまり、スタック構造体60は、左側上部ガイド機構部103Lによって下方(より具体的には、右斜下方)に向かって押圧される(ステップS104)。
即ち、ガイドサポート部材121は、第一アクチュエーター122によって、「戻限位置」から右方に向かって移動され、積層治具1の左側第一ガイド部材31Lに押し当てられる。
つまり、左側第一ガイド部材31Lは、ガイドサポート機構部102によって、右方に向かって押圧される(ステップS105)。
即ち、圧縮機構部104に備えられる前側加圧板104aおよび後側加圧板104bは、予め定められた所定の圧縮パターン(圧縮荷重と、該圧縮荷重を付加する時間と、に関して、予め定められたパターン。以下同じ。)に基づく近接離間移動を繰り返し、スタック構造体60に「拘束荷重」が加えられる。
つまり、所定の圧縮パターンに基づき、スタック構造体60は、圧縮機構部104によって、積層方向に圧縮される(ステップS106)。
即ち、拘束バンド54の組み付け作業は、積層治具1が、スタック構造体60に加えられた「拘束荷重」を維持した状態によって、積層装置101の機外へと取り出された後に行われることとしてもよい。
また、積層装置101のガイドサポート機構部102におけるガイドサポート部材121は、再び「戻限位置」にまで移動されることとなる。
さらに、積層装置101の圧縮機構部104における前側加圧板104aおよび後側加圧板104bは、再び相対的に最も離間された状態となり、その間隙部の長手寸法が、スタック構造体60の前後方向(積層方向)の長さ寸法に比べて十分大きな値となる。
その後、図示せぬ搬送装置などによって、積層治具1は、積層装置101の機外へと搬送され、該積層装置101より取り出される(ステップS108)。
そして、取り出された積層治具1より、完成した組電池50は着脱され、その後、該組電池50のスタック形状(スタック構造体60の積層状態。以下同じ。)に関する検査を実施し、本実施例における製造システム100の製造手順が終了するのである。
即ち、図6に示すように、先ず、積層装置101の機外において、従来の積層治具(以下、「従来型積層治具」と記載する)上に、複数の単電池51・51・・・、保持板52・52・・・、およびエンドプレート53・53が、所定の順序によって積層され、スタック構造体60が形成される(ステップS201)。
従って、「従来型積層治具」上に載置されたスタック構造体60は、常に左右方向に対して僅かなガタを有するのである。
即ち、圧縮機構部に備えられる前側加圧板および後側加圧板は、予め定められた所定の圧縮パターンに基づく近接離間移動を繰り返し、スタック構造体60に「拘束荷重」が加えられる。
つまり、所定の圧縮パターンに基づき、スタック構造体60は、圧縮機構部によって、積層方向に圧縮される(ステップS202)。
すると、「従来型積層治具」の位置決めは解除され、搬送装置などによって、該「従来型積層治具」は、「従来型積層装置」の機外へと搬送され、該「従来型積層装置」より取り出される。
そして、取り出された「従来型積層治具」より、完成した組電池50は離脱され、その後、該組電池50のスタック形状に関する検査を実施し(ステップS204)、従来の製造システムの製造手順が終了するのである。
よって、このような状態からなるスタック構造体60に「拘束荷重」を加えると、該スタック構造体60を構成する単電池51や保持板52やエンドプレート53は、前記ガタの許容範囲内にて、各々任意の方向にズレを生じることなる。
その結果、これら単電池51や保持板52やエンドプレート53は、「拘束荷重」によって、積層方向に均一に圧縮されることなく、部分的に圧縮されることなり、スタック構造体60全体として、捻りや捩れなどによるズレが発生することとなる。
また、図5(b)に示すように、従来の製造方法によって製造された組電池50において、該組電池50を構成するスタック構造体60には、捻りが生じることがあり、その結果、両端部のエンドプレート53・53に対して、前後方向中央部に位置する単電池51(あるいは保持板52)には、幾分かのズレ量(図5(a)における寸法Y2によって示される量)が発生することとなっていた。
即ち、本実施例における製造システム100によって製造された組電池50においては、前述したように、積層治具1における右側第一ガイド部材31Rと左側第一ガイド部材31L、および積層装置101におけるガイドサポート部材121によって、スタック構造体60の左右方向(平面視にて、積層方向との直交方向)における積層姿勢を保持し、また、積層装置101における右側第二ガイド部材131Rと左側第二ガイド部材131Lによって、スタック構造体60の上下方向(正面視にて、積層方向との直交方向)における積層姿勢を保持した後、スタック構造体60に「拘束荷重」を加えることとしている。
その結果、本実施例における製造システム100では、該スタック構造体60の捻りや捩れの発生は効果的に低減され、形状寸法の安定した組電池を提供することができるのである。
図3(a)は、縦軸に捩れによるスタック構造体60の「ズレ量」(単位[mm])を表し、横軸に「上部抑え荷重」(単位[N/セル])を表すこととして、これら両者の関係をドットおよび連続線によって示した関係図である。
なお、前記「上部抑え荷重」とは、右側第二ガイド部材131Rおよび左側第二ガイド部材131Lによってスタック構造体60に加えられる、斜下方への押圧力において、該押圧力の直下方向の分力に関する荷重を意味し、その単位は、スタック構造体60を構成する各セル(単電池51、保持板52、あるいはエンドプレート53)当りに加えられる荷重の大きさ(N)によって示すこととしている。
その結果、本図に示すように、スタック構造体60に発生する、捩れによる「ズレ量」は、従来の製造システムのような、下方に向かって押圧することなく、スタック構造体60に「拘束荷重」を加えた場合(上部抑え荷重の値が0[N/セル]に相当)と比べて、およそ1/4以下にまで低減できることが確認された。
なお、前記「横抑え荷重」とは、積層治具1における第一ガイド部材31・31を介しつつ、積層装置101におけるガイドサポート部材121によってスタック構造体60に加えられる、左右方向への押圧力に関する荷重を意味し、その単位は、スタック構造体60を構成する各セル(単電池51、保持板52、あるいはエンドプレート53)当りに加えられる荷重の大きさ(N)によって示すこととしている。
その結果、本図に示すように、スタック構造体60に発生する、捻りによる「ズレ量」は、従来の製造システムのような、左右方向に関する僅かなガタを有したまま、スタック構造体60に「拘束荷重」を加えた場合(横え荷重の値が0[N/セル]に相当)と比べて、およそ1/4以下にまで低減できることが確認された。
従って、スタック構造体60を構成する単電池51や保持板52やエンドプレート53は、前記「拘束荷重」によって、ズレを発生することもなく、積層方向に均一に圧縮されることとなる。
その結果、スタック構造体60の捻りや捩れの発生は確実に低減され、形状寸法の安定した組電池を提供することができるのである。
また、左側第一ガイド部材31Lは、さらにガイドサポート部材121によって、前記スタック構造体60と近接する方向に向かって押圧されるようになっている。
よって、スタック構造体60に「拘束荷重」を加える際に、たとえ該スタック構造体60に、捻りや捩れなどによるズレが発生しようとしても、左側第一ガイド部材31Lの位置は確実に保持され、スタック構造体60の左右方向に関する積層姿勢を、確実に保持することができるのである。
3 ガイド機構部
31 第一ガイド部材
31L 左側第一ガイド部材
31R 右側第一ガイド部材
50 組電池
51 単電池
60 スタック構造体
100 製造システム
101 積層装置
103 上部ガイド機構部
121 ガイドサポート部材(ガイド押え部材)
131 第二ガイド部材
Claims (3)
- 複数の扁平形状からなる単電池を水平方向に積層して形成されるスタック構造体に対して、積層方向の圧縮荷重を加えつつ、該スタック構造体を拘束することにより組電池を製造する組電池の製造システムであって、
該製造システムは、
前記スタック構造体に前記圧縮荷重を加える際に、前記スタック構造体の側面を押圧し、前記スタック構造体の形状を保持する規制手段を備える、
ことを特徴とする組電池の製造システム。 - 前記製造システムは、
前記スタック構造体を載置する積層治具と、
前記スタック構造体に前記圧縮荷重を加える積層装置と、
を備え、
前記積層治具は、
前記スタック構造体の積層方向に向かって延出するとともに、
載置された前記スタック構造体を間に挟んだ状態で、前記積層方向との直交方向に対向して配設される複数の第一ガイド部材を有し、
前記積層装置は、
前記積層方向に向かって延出するとともに、
載置された前記スタック構造体の上方に配設される複数の第二ガイド部材を有し、
前記規制手段は、
前記第一ガイド部材と第二ガイド部材とによって構成され、
前記積層装置により前記スタック構造体に前記圧縮荷重を加える際に、前記第一ガイド部材によって前記スタック構造体を挟持し、且つ前記第二ガイド部材によって前記スタック構造体の上面を押圧することで、前記スタック構造体の形状が保持される、
ことを特徴とする請求項1に記載の組電池の製造システム。 - 前記積層治具において、
一方の前記第一ガイド部材は固定保持され、また
他方の前記第一ガイド部材は、一方の前記第一ガイド部材との対向方向に向かって移動可能に設けられ、
前記積層装置は、
他方の前記第一ガイド部材における、前記スタック構造体と対向する側とは反対側において、他方の前記第一ガイド部材と近接離間可能に配設されるガイド押え部材を有し、
前記スタック構造体に前記圧縮荷重を加える際は、
前記ガイド押え部材によって、他方の前記第一ガイド部材を押圧し、
他方の前記第一ガイド部材の移動を規制する、
ことを特徴とする、請求項2に記載の組電池の製造システム。
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