JP2017168285A - 挿入装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池を電池保持部材の保持孔内に遊嵌状に挿入するにあたり、電池に電池保持部材が逆方向から当接しても、電池が破損するのを防止できる挿入装置を提供すること。【解決手段】挿入装置１００は、電池１０を挿入方向ＦＡと直交する直交方向ＦＣから把持する把持機構１１０と、把持機構１１０を電池保持部材２０に対して挿入方向ＦＡに相対的に移動させて、電池１０を保持孔２０ｈ内に挿入する挿入機構１２０とを備える。把持機構１１０は、把持している電池１０が把持機構１１０に対して挿入方向ＦＡとは逆方向ＦＢに移動可能な形態を有し、かつ、挿入時に電池１０に電池保持部材２０が逆方向ＦＢに当接したときには、電池１０が把持機構１１０に対して逆方向ＦＢに移動可能に電池１０を把持する構成とされている。【選択図】図６

Description

本発明は、複数の電池が電池保持部材の複数の保持孔にそれぞれ保持された電池モジュールを製造するにあたり、電池保持部材の保持孔内に電池を遊嵌状に挿入する挿入装置に関する。

複数の円筒型電池が電池保持部材の複数の保持孔にそれぞれ挿入され保持された電池モジュールが知られている。例えば特許文献１には、複数の円筒型電池が電池ホルダ（電池保持部材）の挿入部（保持孔）にそれぞれ挿入され保持された電池モジュールが記載されている（特許文献１の特許請求の範囲、図１１等を参照）。

特開２０１１−４９０１３号公報

ところで、上述のような電池モジュールを製造するにあたり、挿入装置を用いて、円筒型電池を電池保持部材の保持孔に遊嵌状に挿入したい場合がある。即ち、挿入装置の把持機構によって円筒型電池を把持した後、挿入機構によって把持機構を円筒型電池の保持孔への挿入方向に移動させて、把持機構が把持している電池を保持孔内に挿入したい場合がある。

しかしながら、この挿入の際、円筒型電池が保持孔に対して位置ズレを生じると、円筒型電池が保持孔内に挿入されずに、電池保持部材に衝突することがある。すると、円筒型電池に大きな衝撃が加わり、電池が破損するおそれがある。
この問題を解決する方法として、円筒型電池に電池保持部材が挿入方向とは逆方向に当接したときに、この当接を検知して、挿入機構による円筒型電池の挿入を止める制御を行うことが考えられる。しかし、このような制御では、円筒型電池に電池保持部材が当接してから、挿入機構による円筒型電池の挿入を止めるまでの間に、円筒型電池が大きな衝撃を受けて破損することも考えられる。特に、円筒型電池の挿入を高速で行うほど、上記の制御では円筒型電池が破損し易くなるため、電池モジュールの生産性を向上させることが難しい。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電池を電池保持部材の保持孔内に遊嵌状に挿入するにあたり、位置ズレを生じて電池に電池保持部材が逆方向から当接しても、電池が破損するのを防止できる挿入装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、複数の保持孔を有する電池保持部材と、上記複数の保持孔にそれぞれ挿入され保持された複数の電池と、を備える電池モジュールを製造するにあたり、上記電池保持部材の上記保持孔内に上記電池を遊嵌状に挿入する
挿入装置であって、上記電池を、上記保持孔へ上記電池を挿入する挿入方向と直交する直交方向から把持する把持機構と、上記把持機構を上記電池保持部材に対して上記挿入方向に相対的に移動させて、上記把持機構が把持している上記電池を上記保持孔内に挿入する挿入機構と、を備え、上記把持機構は、把持している上記電池が上記把持機構に対して上記挿入方向とは逆方向に移動可能な形態を有し、かつ、挿入時に上記電池に上記電池保持部材が上記逆方向に当接したときには、上記電池が上記把持機構に対して上記逆方向に移動可能に上記電池を把持する構成とされた挿入装置である。

上述の挿入装置は、上述の構成とされた把持機構を有するので、電池が、保持孔に対し位置ズレを生じて、保持孔内に挿入されずに電池保持部材に当接した場合（電池に電池保持部材が挿入方向とは逆方向に当接した場合）には、電池は把持機構に対して逆方向に移動する。これにより、電池に大きな衝撃が加わるのを防止できるので、電池が破損するのを防止できる。従って、この挿入装置では、電池を保持孔内に遊嵌状に挿入するにあたり、位置ズレを生じて電池に電池保持部材が逆方向から当接しても、電池が破損するのを防止できる。

なお、電池モジュールを構成する「電池」としては、例えば、円筒型（円柱状）の電池や角型の電池が挙げられる。
また、「電池保持部材」としては、例えば、板状の保持部材本体に、これを貫通する形態に保持孔を設けた電池保持部材が挙げられる。また、内側に保持孔を有する筒状の電池保持部材や、内側に保持孔を有する筒状保持部が多数繋がった形態の電池保持部材が挙げられる。
「把持機構を電池保持部材に対して挿入方向に相対的に移動させる」手法としては、把持機構のみを電池保持部材に向けて挿入方向に移動させる手法や、電池保持部材のみを把持機構に向けて挿入方向とは逆方向に移動させる手法、把持機構を電池保持部材に向けて挿入方向に移動させると共に、電池保持部材を把持機構に向けて逆方向に移動させる手法が挙げられる。

更に、上記の挿入装置であって、前記複数の電池は、それぞれ、電池軸線を有する円筒状の円筒型電池であり、上記電池軸線に沿って前記電池保持部材の前記保持孔内に挿入されており、前記把持機構は、上記電池を上記電池軸線と直交する前記直交方向から把持し、前記挿入機構は、上記把持機構を上記電池軸線に沿って前記挿入方向に移動させる挿入装置とするのが好ましい。

上述の挿入装置では、円筒型電池をその電池軸線に沿って電池保持部材の保持孔内に挿入するにあたり、円筒型電池が位置ズレを生じて電池保持部材に当接しても、円筒型電池が破損するのを防止できる。

更に、上記のいずれかに記載の挿入装置であって、前記電池保持部材は、金属からなる挿入装置とすると良い。

電池保持部材が金属からなる場合、把持機構によって把持された電池に、電池保持部材が挿入方向とは逆方向に当接したときに、電池が破損し易い。これに対し、この挿入装置は、前述の把持機構を有するので、電池が位置ズレを生じて電池保持部材に当接した場合（電池に電池保持部材が逆方向に当接した場合）には、電池が把持機構に対して逆方向に移動する。これにより、電池保持部材が金属からなるにも拘わらず、電池に大きな衝撃が加わって電池が破損するのを防止できる。

実施形態に係る電池モジュールの斜視図である。 実施形態に係る電池モジュールのうち、円筒型電池が電池保持部材の保持孔に保持された状態を示す部分断面図である。 実施形態に係る電池モジュールの製造方法に関し、挿入装置の把持機構で円筒型電池を把持した状態を示す説明図である。 実施形態に係る電池モジュールの製造方法に関し、挿入装置の挿入機構によって把持機構を挿入方向に移動させ、把持機構で把持された円筒型電池を電池保持部材の保持孔内に正常に挿入した様子を示す説明図である。 実施形態に係る電池モジュールの製造方法に関し、挿入装置の挿入機構によって把持機構を挿入方向に移動させたときに、円筒型電池が位置ズレを生じて電池保持部材に当接した様子を示す説明図である。 実施形態に係る電池モジュールの製造方法に関し、電池保持部材に当接した円筒型電池が、把持機構に対して挿入方向とは逆方向に移動する様子を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係る電池モジュール１の斜視図を示す。また、図２に、円筒型電池１０が電池保持部材２０の保持孔２０ｈに保持された状態の部分断面図を示す。なお、以下では、図１及び図２における上下方向を電池モジュール１の高さ方向ＧＨとし、高さ方向ＧＨの上方ＧＳを電池モジュール１の上側、高さ方向ＧＨの下方ＧＫを電池モジュール１の下側として説明する。
この電池モジュール１は、ハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、電気自動車などの車両に搭載される車載用の電池モジュールである。電池モジュール１は、複数（本実施形態では６０個）の円筒型電池１０と、電池保持部材２０と、図示しない正極バスバ及び負極バスバ等から構成される。

このうち各々の円筒型電池１０は、円筒状（円柱状）で密閉型のリチウムイオン二次電池（具体的には１８６５０型のリチウムイオン二次電池）である。この円筒型電池１０は、円筒状の電池ケースの内部に、帯状の正極板と帯状の負極板とを一対の帯状のセパレータを介して互いに重ねて円筒状に捲回した電極体（不図示）が非水電解液（不図示）と共に収容されてなる。円筒型電池１０の電池軸線ＡＸに沿う軸線方向（図２及び図１中、上下方向）の一方端（図２及び図１中、上方）には、電池内部で電極体の正極板と導通する凸状の正極端子部１１が設けられている。一方、円筒型電池１０の軸線方向の他方端（図２中、下方）に位置する電池ケースの底面部は、電池内部で電極体の負極板と導通する円板状の負極端子部１３である。各々の円筒型電池１０は、いずれも、正極端子部１１を上方ＧＳに、負極端子部１３を下方ＧＫに向けた状態で、互いに平行にかつ高さを揃えて、次述する電池保持部材２０に保持されている。

電池保持部材２０は、金属（具体的にはアルミニウム）からなる部材であり、複数（具体的には６０個）の円筒状の保持孔２０ｈを有する。これらの保持孔２０ｈは、上方ＧＳ或いは下方ＧＫから見て、千鳥格子状に４段１５列に並んで配置されている。各々の保持孔２０ｈは、孔軸線ＢＸを有し、上方ＧＳほど内径が大きいテーパ形状（円錐台状）を有する。保持孔２０ｈの内径は、最も内径が小さい部分（下方ＧＫの開口端）で、円筒型電池１０の外径よりも０．４ｍｍ大きい。

各々の保持孔２０ｈには、保持孔２０ｈの孔軸線ＢＸと円筒型電池１０の電池軸線ＡＸとが一致するようにして、円筒型電池１０のうち負極端子部１３側（図１及び図２中、下方）の一部がそれぞれ挿入されている。一方、円筒型電池１０の正極端子部１１側（図１及び図２中、上方）は、電池保持部材２０から上方ＧＳにそれぞれ突出している。円筒型電池１０と保持孔２０ｈとの隙間には、それぞれ接着剤２１が充填されている。これにより、各々の円筒型電池１０が、上方ＧＳ或いは下方ＧＫから見て千鳥格子状に並んだ状態で、電池保持部材２０に保持されている。これらの円筒型電池１０の正極端子部１１同士は、正極バスバ（不図示）によって、負極端子部１３同士は、負極バスバ（不図示）によって電気的に接続される。

次いで、上記電池モジュール１の製造方法について説明する（図３〜図６参照）。まず、電池モジュール１の製造に用いる挿入装置１００について説明する。この挿入装置１００は、電池保持部材２０の保持孔２０ｈ内に円筒型電池１０を遊嵌状に挿入する装置である。挿入装置１００は、把持機構１１０と挿入機構１２０とを備える。このうち把持機構１１０は、チャック１１１と、このチャック１１１を作動させるモータ、ギア（不図示）等を有し、チャック１１１で円筒型電池１０を把持したり、チャック１１１から円筒型電池１０を離すことができるにように構成されている。具体的には、チャック１１１は、円筒型電池１０を、その電池軸線ＡＸに直交する直交方向ＦＣ（図３〜図６中、左右方向）から把持する。円筒型電池１０は、後述するように、電池軸線ＡＸに沿って保持孔２０ｈ内に挿入されるので、この直交方向ＦＣは、円筒型電池１０を保持孔２０ｈ内に挿入する挿入方向ＦＡ（下方ＧＫ，図３〜図６中、下方）と直交する方向である。

この把持機構１１０は、把持している円筒型電池１０が把持機構１１０に対して挿入方向ＦＡとは逆方向ＦＢ（上方ＧＳ，図３〜図６中、上方）に移動可能な形態を有する。具体的には、把持機構１１０は、チャック１１１で円筒型電池１０を把持した状態において、円筒型電池１０の上方ＧＳに把持機構１１０が存在しない形態とされている。このため、把持された円筒型電池１０は、把持機構１１０に逆方向ＦＢに当接することなく、逆方向ＦＢ（上方ＧＳ）に移動することが可能である。また、把持機構１１０のチャック１１１は、後述するように、円筒型電池１０を電池保持部材２０の保持孔２０ｈ内に挿入する際に、円筒型電池１０に電池保持部材２０が逆方向ＦＢに当接したときには、円筒型電池１０が把持機構１１０に対して逆方向ＦＢに移動可能な把持力で、円筒型電池１０を把持している。この把持力は、把持機構１１０のモータの駆動力を制御することによって調整する。

挿入機構１２０は、把持機構１１０に接続されたアーム１２１、このアーム１２１を作動させるモータ、ギア（不図示）等を有し、アーム１２１の先端に接続された把持機構１１０を、挿入方向ＦＡ（下方ＧＫ）、逆方向ＦＢ（上方ＧＳ）及びこれらに直交する水平方向に、３次元的に移動させることができるように構成されている。これにより、把持機構１１０を電池保持部材２０に向けて挿入方向ＦＡ（下方ＧＫ）に移動させて、把持機構１１０が把持している円筒型電池１０を保持孔２０ｈ内に挿入できる。また、本実施形態では、この挿入機構１２０は、電池１本当たり０．５秒という速い速度で、円筒型電池１０を保持孔２０ｈ内に挿入できる。

次に、この挿入装置１００を用いて、円筒型電池１０を電池保持部材２０の保持孔２０ｈ内に挿入する挿入工程について説明する。６０個の円筒型電池１０及び電池保持部材２０を用意し、まず、図３に示すように、把持機構１１０のチャック１１１によって、円筒型電池１０を直交方向ＦＣから把持する。その後、挿入機構１２０によって把持機構１１０を移動させて、把持機構１１０で把持された円筒型電池１０を電池保持部材２０の保持孔２０ｈ内に挿入する。

具体的には、まず、円筒型電池１０を把持している把持機構１１０を水平方向に移動させて、円筒型電池１０の電池軸線ＡＸと保持孔２０ｈの孔軸線ＢＸが一致するように、円筒型電池１０を保持孔２０ｈの真上に位置させる（図３参照）。その後、円筒型電池１０を把持している把持機構１１０を、挿入方向ＦＡ（下方ＧＫ）に移動させて、図４に示すように、把持機構１１０で把持された円筒型電池１０を保持孔２０ｈ内に遊嵌状に挿入する。その後は、チャック１１１から円筒型電池１０を離した後、円筒型電池１０は保持孔２０ｈにそのまま残して、把持機構１１０のみを逆方向ＦＢ（上方ＧＳ）に移動させる。
その後は、上述のようにして、把持機構１１０で新たに円筒型電池１０を把持し、この円筒型電池１０を挿入機構１２０によって別の保持孔２０ｈ内に挿入する。これを操作を繰り返し行って、全部で６０本の円筒型電池１０をそれぞれ保持孔２０ｈ内に挿入する。

ところで、円筒型電池１０を保持孔２０ｈ内に挿入するにあたり、円筒型電池１０が保持孔２０ｈに対して水平方向に位置ズレを生じる場合がある。すると、図５に示すように、円筒型電池１０が保持孔２０ｈ内に挿入されずに、円筒型電池１０に電池保持部材２０が逆方向ＦＢに当接することがある。前述のように、把持機構１１０のチャック１１１は、円筒型電池１０に電池保持部材２０が逆方向ＦＢに当接したときには、円筒型電池１０が把持機構１１０に対して逆方向ＦＢに移動可能な把持力で、円筒型電池１０を把持している。このため、円筒型電池１０に電池保持部材２０が逆方向ＦＢに当接すると、図６に示すように、円筒型電池１０が把持機構１１０に対して逆方向ＦＢに移動する。即ち、円筒型電池１０が電池保持部材２０に当接した状態のまま、把持機構１１０だけが所定の位置まで挿入方向ＦＡ（下方ＧＫ）に移動する。これにより、円筒型電池１０に大きな衝撃が加わって円筒型電池１０が破損するのを防止できる。

上述の挿入工程の後は、電池保持部材２０の各々の保持孔２０ｈと円筒型電池１０との隙間に接着剤を注入して、各々の円筒型電池１０をそれぞれ電池保持部材２０に保持させる。その後は、電池保持部材２０に保持された円筒型電池１０同士を、図示しない正極バスバ及び負極バスバを用いて互いに電気的に接続する。かくして、電池モジュール１が完成する。

以上で説明したように、挿入装置１００は、前述の構成とされた把持機構１１０を有するので、円筒型電池１０が、保持孔２０ｈに対し位置ズレを生じて、保持孔２０ｈ内に挿入されずに電池保持部材２０に当接した場合（円筒型電池１０に電池保持部材２０が挿入方向ＦＡとは逆方向ＦＢに当接した場合）には、円筒型電池１０は把持機構１１０に対して逆方向ＦＢに移動する。これにより、円筒型電池１０に大きな衝撃が加わるのを防止できるので、円筒型電池１０が破損するのを防止できる。従って、この挿入装置１００では、円筒型電池１０を保持孔２０ｈ内に遊嵌状に挿入するにあたり、位置ズレを生じて円筒型電池１０に電池保持部材２０が逆方向ＦＢから当接しても、円筒型電池１０が破損するのを防止できる。

また、本実施形態では、電池保持部材２０が金属からなる。これに対し、挿入装置１００は、前述の把持機構１１０を有するので、円筒型電池１０が位置ズレを生じて電池保持部材２０に当接した場合には、円筒型電池１０が把持機構１１０に対して逆方向ＦＢに移動する。これにより、電池保持部材２０が金属からなるにも拘わらず、円筒型電池１０に大きな衝撃が加わって円筒型電池１０が破損するのを防止できる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。

１ 電池モジュール
１０ 円筒型電池（電池）
１１ 正極端子部
１３ 負極端子部
２０ 電池保持部材
２０ｈ 保持孔
１００ 挿入装置
１１０ 把持機構
１２０ 挿入機構
ＦＡ 挿入方向
ＦＢ 逆方向
ＦＣ 直交方向

Claims (1)

1. 複数の保持孔を有する電池保持部材と、上記複数の保持孔にそれぞれ挿入され保持された複数の電池と、を備える電池モジュールを製造するにあたり、
   上記電池保持部材の上記保持孔内に上記電池を遊嵌状に挿入する
   挿入装置であって、
   上記電池を、上記保持孔へ上記電池を挿入する挿入方向と直交する直交方向から把持する把持機構と、
   上記把持機構を上記電池保持部材に対して上記挿入方向に相対的に移動させて、上記把持機構が把持している上記電池を上記保持孔内に挿入する挿入機構と、を備え、
   上記把持機構は、
   把持している上記電池が上記把持機構に対して上記挿入方向とは逆方向に移動可能な形態を有し、かつ、
   挿入時に上記電池に上記電池保持部材が上記逆方向に当接したときには、上記電池が上記把持機構に対して上記逆方向に移動可能に上記電池を把持する構成とされた
   挿入装置。

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