JP2018133136A - 電池モジュールの製造方法および製造システム - Google Patents

Abstract

【課題】 セル配列体の状態において電池セルに寸法公差がある場合であっても、電池セルの各端子に装着部品を装着する作業の自動化を図ることができる電池モジュールの製造方法および製造システムを提供する。【解決手段】 電池モジュール１の製造方法は、互いに重なる複数の電池セル２０を有するとともに各電池セル２０の端子２４が一方向に並んで配置された端子面１０ａを有するセル配列体１０において、端子面１０ａにおける端子２４の位置情報を検出するステップＳ１（位置検出ステップ）と、ステップＳ１において検出した端子２４の位置情報から、セル配列体１０の積層方向において隣り合う端子２４間全ての間隔ｄを算出するステップＳ２（間隔決定ステップ）と、各端子２４に装着されるべきワイヤハーネス１５の端子１５ａを、ステップＳ２で算出した間隔ｄに基づいて自動機４３により装着するステップＳ３（装着ステップ）とを備える。【選択図】 図５

Description

本発明は、電池モジュールの製造方法および製造システムに関する。

従来より、電気自動車又はフォークリフトなど、車両のバッテリとして使用される電池パックが知られている。このような電池パックには、その筐体内に、積層された複数の電池セルを含むセル配列体を有する電池モジュールが収容されている。

上述した電池セルそれぞれにはたとえば上端面に端子が設けられており、セル配列体の状態では、各電池セルの端子対はセル配列体の積層方向に沿って並んでいる（下記特許文献１参照）。

特開２０１１−４９０４７号公報

一般に、各セルの端子には、バスバーや電圧検出用端子といった装着部材が、セル配列体の状態で装着される。このような装着作業を自動化することで、作業の効率化や量産化を図ることができる。

しかしながら、各電池セルの厚さは必ずしも設計通りの厚さにはなっておらず、電池セルには所定の厚さバラツキ（いわゆる、寸法公差）が存在する。このような寸法公差が、装着作業の自動化を阻害していた。

発明者らは、鋭意研究の末、電池セルに寸法公差がある場合であっても、上記装着作業の自動化を図ることができる技術を新たに見出した。

本発明は、寸法公差を有する電池セル上記装着作業の自動化を図ることができる技術を新たに見出した。

本発明は、セル配列体の状態において電池セルに寸法公差がある場合であっても、電池セルの各端子に装着部品を装着する作業の自動化を図ることができる電池モジュールの製造方法および製造システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る電池モジュールの製造方法は、互いに重なる複数のセルを有するとともに各セルの端子が一方向に並んで配置された端子面を有するセル配列体において、端子面における端子の位置情報を検出する位置検出ステップと、位置検出ステップにおいて検出した端子の位置情報から、セル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔を決定する間隔決定ステップと、各端子に装着されるべき装着部材を、間隔決定ステップで決定した間隔に基づいて自動機により装着する装着ステップとを備える。

上記電池モジュールの製造方法では、間隔決定ステップにおいて、位置検出ステップにおいて検出した端子の位置情報からセル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔が決定されるため、装着ステップでは、その間隔に基づいた装着部材の装着を自動機によりおこなうことができる。

また、他の態様に係る電池モジュールの製造方法は、位置検出ステップにおいて、セル配列体の端子面を撮像し、撮像結果に基づいて端子の位置情報を検出する。

さらに、他の態様に係る電池モジュールの製造方法は、位置検出ステップにおいて、セル配列体の積層方向に関する両端のセルの端子の位置を検出し、間隔決定ステップにおいて、両端のセルの端子の位置情報から、セル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔を決定する。

また、他の態様に係る電池モジュールの製造方法は、自動機が、装着部材を均等間隔で保持可能な保持部を複数有し、装着ステップにおいて、自動機の各保持部に保持された装着部材を各端子に装着する。

さらに、他の態様に係る電池モジュールの製造方法は、自動機は、複数の保持部の位置を変えて保持部が保持する装着部材の均等間隔を変える機構を有する。

本発明の一態様に係る電池モジュールの製造システムは、互いに重なる複数のセルを有するとともに各セルの端子が一方向に並んで配置された端子面を有するセル配列体において、端子面における端子の位置情報を検出し、検出した端子の位置情報から、セル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔を決定する制御部と、各端子に装着されるべき装着部材を、制御部で決定した間隔に基づいて装着する自動機とを備える。

上記電池モジュールの製造システムでは、制御部により、端子面における端子の位置情報が検出されるとともに検出された端子の位置情報からセル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔が決定されるため、自動機は、制御部において決定された間隔に基づいて装着部材の装着をおこなうことができる。

他の態様に係る電池モジュールの製造システムは、自動機が、装着部材を均等間隔で保持可能な保持部を複数有し、かつ、複数の保持部の位置を変えて保持部が保持する装着部材の均等間隔を変える機構を有する。

本発明によれば、セル配列体の状態において電池セルに寸法公差がある場合であっても、電池セルの各端子に装着部品を装着する作業の自動化を図ることができる電池モジュールの製造方法および製造システムが提供される。

図１は、実施の一態様に係る電池モジュールを示した概略斜視図である。 図２は、図１に示した電池モジュールの平面図である。 図３は、図１に示した電池モジュールの分解斜視図である。 図４は、図１に示した電池モジュールに装着されるワイヤハーネスを示した図である。 図５は、電池モジュールを作製する手順を示したフローチャートである。 図６（ａ）〜（ｃ）は、図４に示した工程における電池モジュールの様子を示した図得である。 図７は、図５の端子間隔を算出する工程の際に採用し得る算出方法の一例を示した図である。 図８は、電池モジュールを作製する際に採用し得る自動機の構成を示した概略斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

まず、図１、図２および図３を参照しつつ、電池パックの筐体内に収容される電池モジュール１について説明する。

図１に示すように、電池モジュール１は、セル配列体１０を備えている。このセル配列体１０は、互いに重なる複数（図では７つ）の電池セルユニット１４により構成されている。

電池モジュール１は、さらに、セル配列体１０の電池セルユニット１４の並設方向両端に一対のエンドプレート１６を備えており、一対のエンドプレート１６により複数の電池セルユニット１４が拘束されている。一対のエンドプレート１６は、たとえば、一方のエンドプレート１６に挿通されて他方のエンドプレート１６の向きに延びる４本のボルト１９Ａ〜１９Ｄが、各電池セルユニット１４および他方のエンドプレート１６を挿通して、他方のエンドプレート１６側でナットに螺合されることで固定される。各エンドプレート１６には、固定部材１８が固定されている。各エンドプレート１６は、高い剛性が求められるため、鉄で構成されている。

セル配列体１０は、図２に示すように、鉛直方向に延びる電池パックの筐体Ｈに固定部材１８を介して片持ち支持されるように固定される。

各電池セルユニット１４は、図３に示すように、電池セル２０と、樹脂ホルダ２８と、伝熱プレート３０とによって構成されている。

電池セル２０は、ケース２１と、ケース２１内に収容された図示しない電極組立体と、ケース２１に設けられた電極組立体に接合される一対の端子２４とを備えている。ケース２１は、導電材料（たとえば、アルミニウム）で構成されており、有底角筒状のケース本体部２２とケース本体部２２の開口を覆う蓋板２３とを有する。ケース本体部２２は、矩形平板状の底板２２ａと、底板２２ａの４つの辺から立設する４つの側面２２ｂ〜２２ｅとからなる。以下、説明の便宜上、４つの側面２２ｂ〜２２ｅのうち、電池セルユニット１４の並設方向と交わる２つの側面を第１側面２２ｂ、第２側面２２ｃと称し、他の２つの側面を第３側面２２ｄ、第４側面２２ｅと称する。

一対の端子２４は、電池セル２０の電極組立体の電力を外部に取り出す端子である。本実施の形態では、複数の電池セル２０は、図２に示すように、直列に接続されるよう隣り合う極性の異なる端子２４同士がバスバー２５を介して接続されている。また、セル配列体１０全体としては１４個の端子２４を有し、１４個の端子２４はセル配列体１０の上面（以下、端子面とも称す。）１０ａにおいてセル配列体１０の積層方向に沿って２列に並んでいる。

図３に示すように、樹脂ホルダ２８は、樹脂によって一体成型された枠体であって、蓋板２３上に配置される配線部２８ａと、ケース本体部２２の底板２２ａと対向する底面部２８ｂと、ケース本体部２２の第３側面２２ｄ、第４側面２２ｅと各々対向する一対の立設部２８ｃとを備える。

配線部２８ａは、各端子２４を囲むように立設された周囲壁２９ａと、一対の立設部２８ｃから鉛直方向上方に延びる一対の外壁２９ｂと、周囲壁２９ａを挟んで外壁２９ｂと反対側に設けられた仕切壁２９ｃと、周囲壁２９ａと仕切壁２９ｃとの間にそれぞれ設けられた一対の第１ボルトガイド部２９ｄと、を有する。

仕切壁２９ｃは、電池セルユニット１４の並設方向に沿って延在している。仕切壁２９ｃにおける端子２４側には、上述したボルト１９Ａ、１９Ｂを案内するガイド孔２７Ａ、２７Ｂを有する一対の第１ボルトガイド部２９ｄが設けられている。

樹脂ホルダ２８には、さらに、上述したボルト１９Ｃ、１９Ｄを案内するガイド孔２７Ｃ、２７Ｄを有する一対の第２ボルトガイド部２８ｄが、底面部２８ｂと一対の立設部２８ｃ各々とで画成される角部に設けられている。

伝熱プレート３０は、ケース本体部２２の第１側面２２ｂおよび第３側面２２ｄを覆うように配置された、Ｌ字状の金属プレートであり、たとえばアルミニウムで構成されている。このような伝熱プレート３０は、たとえば金属平板の曲げ加工により形成される。伝熱プレート３０は、第１側面２２ｂを覆うセル被覆部３０ａにおいて電池セル２０の熱を受け入れて、第３側面２２ｄを覆う側面部３０ｂの外面３１から壁Ｗに放熱することができる。すなわち、伝熱プレート３０の側面部３０ｂの外面３１が、電池セル２０に生じた熱をユニット外部（本実施形態では電池パックの筐体Ｈ）に放出する伝熱面となっている。

上述した樹脂ホルダ２８は、ケース本体部２２の第１側面２２ｂおよび第２側面２２ｃを覆う部分を有していないため、伝熱プレート３０は、樹脂ホルダ２８に保持された電池セル２０の第１側面２２ｂと接する。電池セル２０の第１側面２２ｂおよび第２側面２２ｃには、その外縁領域を除く全面に、両面接着テープ２６が貼付されている。そのため、伝熱プレート３０は、両面接着テープ２６を介して、電池セル２０の第１側面２２ｂと接着される。図３に示すように、電池セル２０の第２側面２２ｃの側にも、隣接する電池セルユニット１４の伝熱プレート３０が存在するため、電池セルユニット１４の並設方向の両側に位置する電池セル２０を除く各電池セル２０は、両面接着テープ２６を介して、一対の伝熱プレート３０で挟まれている。

電池モジュール１は、図４に示すように、上述したセル配列体１０に取り付けられるワイヤハーネス１５を備えている。ワイヤハーネス１５の一端は、図示しないＥＣＵユニットと接続するための接続端子１７となっている。ワイヤハーネス１５の他端は、適宜分岐されて複数の端子１５ａが設けられている。本実施形態では、ワイヤハーネス１５は、セル配列体１０の端子２４と同数の１４個の端子１５ａを有し、７個の端子１５ａが２列に並ぶように構成されている。また、各端子１５ａは、円環状の形状を有しており、各端子２４のピンが挿通可能な形状となっている。ワイヤハーネス１５の各端子１５ａをセル配列体１０の対応する端子２４に接続することで、たとえば、ＥＣＵユニットが各電池セル２０の電圧を検出するセンサとして機能する。

次に、上述した電池モジュール１を作製する手順について、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。

電池モジュール１を作製する際には、まず、図６（ａ）に示すように、セル配列体１０の表面のうちの端子２４がされた端子面１０ａを撮像装置４１により撮像して、端子面１０ａにおける端子２４の位置を検出する（ステップＳ１）。

この工程では、撮像装置４１は端子面１０ａの全面を撮像する。たとえば、端子面１０ａ上を走査して、端子面１０ａの全面の画像を取得してもよい。撮像装置４１で得られた端子面１０ａの画像は、制御部４２により画像処理されて、端子２４の中心位置に関する位置情報が得られる。本実施形態では、図７に示すように、４つの端子２４（２４Ａ〜２４Ｄ）の中心位置が得られる。端子２４Ａ、２４Ｂは、セル配列体１０の真ん中に位置する電池セル２０の端子である。端子２４Ｃ、２４Ｄは、セル配列体１０の両端に位置する電池セル２０の端子であって、同じ側に位置する端子である。制御部４２は、端子２４Ａ、２４Ｂの中央位置から、その中間点を端子面１０ａの中心位置Ｃ１として特定する。なお、撮像装置４１の撮像領域Ｚに対して端子面１０ａが傾いている場合には、中心位置における傾角θも求めることができる。

次に、制御部４２において、セル配列体１０の端子間全ての間隔を算出する（ステップＳ２）。この工程では、制御部４２は、ステップＳ１で得た端子２４の位置情報を用いて、セル配列体１０の両端に位置する電池セル２０の端子２４Ｃ、２４Ｄの中心位置の離間距離Ｄを算出し、それを等分（本実施形態では６等分）することで、セル配列体１０の積層方向において隣り合う端子２４間の間隔ｄを算出する。すなわち、セル配列体１０の端子間全てにおいて同一の間隔ｄが決定される。

続いて、ステップＳ２において制御部４２が算出した間隔ｄに応じて、ワイヤハーネス１５を保持する自動機４３のチャック間隔を調整する（ステップＳ３）。

ここで、ワイヤハーネス１５を保持する自動機４３について、図８を参照しつつ説明する。

図８に示すように、自動機４３は、ワイヤハーネス１５の各端子１５ａと同数の１４個のチャック（保持部）４４を有し、均等間隔で２列に並ぶようにして７対のチャック４４が設けられている。各チャック４４は、セル配列体１０の端子面１０ａに対面する姿勢でワイヤハーネス１５の各端子１５ａを保持する構成を有しており、たとえば把持したり吸着したりして端子１５ａを保持する。７対のチャック４４の各対は支持板４５によって互いの離間距離が維持された状態で支持されている。支持板４５同士は互いに平行となっており、マジックハンド（ＬａｚｙＴｏｎｇｓ）と同様のリンク機構４６によって、支持板４５間の距離が変えられるようになっている。このようなリンク機構４６によれば、支持板４５間のそれぞれの距離を均等に保ちつつ、支持板４５間の距離を変えることができる。そのため、各支持板４５に支持されたチャック対４４の間隔についても、均等間隔に保ちつつ変えることができる。リンク機構４６の駆動は、ピニオン４７および一対のラック４８を用いたラック・アンド・ピニオン機構によりおこなわれる。すなわち、ピニオン４７を回動させて、一対のラック４８を互いに近づけたり遠ざけたりすることで、各ラック４８に取り付けたリンク機構４６を伸縮させる。つまり、この工程では、制御部４２が、自動機４３のピニオン４７を所定角度だけ所定の向きに回動させることで、各列のチャック４４の間隔を、算出した間隔ｄに応じた間隔に調整することができる。換言すると、自動機４３は、リンク機構４６とラック・アンド・ピニオン機構４７、４８との協働により、各チャック４４の位置を均等間隔で変える機構を有しており、それにより、各チャック４４に保持されたワイヤハーネス１５の各端子１５ａの位置も均等間隔で変えることができる。

その後、自動機４３をセル配列体１０の端子面１０ａに向けて下降して、セル配列体１０の各端子２４に装着されるべき装着部材であるワイヤハーネス１５の各端子１５ａを、セル配列体１０の各端子２４に装着する（ステップＳ４）。このとき、チャック４４で保持されたワイヤハーネス１５の端子１５ａ間全ての間隔が、セル配列体１０の端子２４間全ての間隔と同じ間隔ｄになっており、装着が確実におこなわれる。なお、自動機４３を下降させる際、端子面１０ａに対する自動機４３の位置調整には、ステップＳ１で得られた端子面１０ａの中心位置Ｃ１および傾角θが利用され得る。

以上において説明したとおり、電池モジュール１の製造方法は、互いに重なる複数の電池セル２０を有するとともに各電池セル２０の端子２４が一方向に並んで配置された端子面１０ａを有するセル配列体１０において、端子面１０ａにおける端子２４の位置情報を検出するステップＳ１（位置検出ステップ）と、ステップＳ１において検出した端子２４の位置情報から、セル配列体１０の積層方向において隣り合う端子２４間全ての間隔ｄを算出するステップＳ２（間隔決定ステップ）と、各端子２４に装着されるべきワイヤハーネス１５の端子１５ａを、ステップＳ２で算出した間隔ｄに基づいて自動機４３により装着するステップＳ３（装着ステップ）とを備える。

上記電池モジュール１の製造方法では、ステップＳ２において、ステップＳ１において検出した端子２４の位置情報からセル配列体１０の積層方向において隣り合う端子２４間全ての間隔ｄが決定されるため、ステップＳ３では、その間隔ｄに基づいたワイヤハーネス１５の端子１５ａの装着を自動機４３によりおこなうことができる。

各電池セル２０の厚さは必ずしも設計通りの厚さにはなっていないことがあり、電池セル２０には所定の厚さバラツキが存在することがあるが、このような場合であっても、上記製造方法によれば自動機４３による装着作業の自動化が実現される。

また、少なくとも上述した制御部４２と自動機４３とにより、電池モジュール１の製造システム４０が構成されている。製造システム４０は、セル配列体１０において、端子面１０ａにおける端子２４の位置情報を検出し、検出した端子２４の位置情報から、セル配列体１０の積層方向において隣り合う端子２４間全ての間隔を決定する制御部４２と、各端子２４に装着されるべきワイヤハーネス１５の端子１５ａを、制御部４２で決定した間隔ｄに基づいて装着する自動機４３とを備える。

上記電池モジュール１の製造システム４０では、制御部４２により、端子面１０ａにおける端子２４の位置情報が検出されるとともに検出された端子２４の位置情報からセル配列体１０の積層方向において隣り合う端子２４間全ての間隔ｄが決定されるため、自動機４３は、制御部４２において決定された間隔ｄに基づいてワイヤハーネス１５の端子１５ａの装着をおこなうことができる。

以上では、一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

たとえば、装着部材としてワイヤハーネス１５の端子１５ａを示したが、装着部材は端子２４に装着されるバスバー２５であってもよい。この場合であっても、上述した製造方法により、所定の自動機による装着作業の自動化を実現できる。

１…電池モジュール、１０…セル配列体、１０ａ…上面、１５…ワイヤハーネス、１５ａ…端子、２０…電池セル、２４…端子、４０…製造システム、４１…撮像装置、４２…制御部、４３…自動機、４４…チャック、４６…リンク機構、４７…ピニオン、４８…ラック。

Claims (7)

1. 互いに重なる複数のセルを有するとともに各セルの端子が一方向に並んで配置された端子面を有するセル配列体において、前記端子面における前記端子の位置情報を検出する位置検出ステップと、
   前記位置検出ステップにおいて検出した前記端子の位置情報から、前記セル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔を決定する間隔決定ステップと、
   前記各端子に装着されるべき装着部材を、前記間隔決定ステップで決定した間隔に基づいて自動機により装着する装着ステップと
   を備える、電池モジュールの製造方法。
2. 前記位置検出ステップにおいて、前記セル配列体の端子面を撮像し、撮像結果に基づいて前記端子の位置情報を検出する、請求項１に記載の電池モジュールの製造方法。
3. 前記位置検出ステップにおいて、前記セル配列体の積層方向に関する両端のセルの端子の位置を検出し、
   前記間隔決定ステップにおいて、両端のセルの端子の位置情報から、前記セル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔を決定する、請求項１または２に記載の電池モジュールの製造方法。
4. 前記自動機が、前記装着部材を均等間隔で保持可能な保持部を複数有し、
   前記装着ステップにおいて、前記自動機の各保持部に保持された前記装着部材を各端子に装着する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池モジュールの製造方法。
5. 前記自動機は、前記複数の保持部の位置を変えて前記保持部が保持する装着部材の均等間隔を変える機構を有する、請求項４に記載の電池モジュールの製造方法。
6. 互いに重なる複数のセルを有するとともに各セルの端子が一方向に並んで配置された端子面を有するセル配列体において、前記端子面における前記端子の位置情報を検出し、検出した前記端子の位置情報から、前記セル配列体の積層方向において隣り合う端子間全ての間隔を決定する制御部と、
   前記各端子に装着されるべき装着部材を、前記制御部で決定した間隔に基づいて装着する自動機と
   を備える、電池モジュールの製造システム。
7. 前記自動機が、前記装着部材を均等間隔で保持可能な保持部を複数有し、かつ、前記複数の保持部の位置を変えて前記保持部が保持する前記装着部材の均等間隔を変える機構を有する、請求項６に記載の電池モジュールの製造システム。

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