JP4892867B2

JP4892867B2 - 組電池の組付け方法

Info

Publication number: JP4892867B2
Application number: JP2005147547A
Authority: JP
Inventors: 近藤　　朋和; 英司折坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2025-05-20
Also published as: JP2006324163A

Description

本発明は、複数個の単電池を並置した状態で拘束することによって、組電池に組付ける方法に関する。

複数個の単電池を並置した状態で拘束し、拘束した単電池群を直列に接続することによって高い出力電圧を得る組電池が知られている。あるいは、拘束した単電池群を並列に接続することによって大きな容量を得る組電池が知られている。
組電池を組付けるためには、複数個の単電池を並置し、その状態で加圧し、加圧状態にある単電池群を拘束する。

正常な組電池を得るためには、組電池を構成する単電池の各々が正常なものでなければならない。そこで、組電池に組付けるに先立って、単電池の段階で検査する必要がある。
電池を実際に使用する場合には、通常はMIN％〜MAX％の範囲内で使用する。MIN％以下にまで放電するのを許すと、電池寿命が劣化したり、必要な電池出力が得られなかったりする。同様に、MAX％以上に充電すると、電池寿命が劣化したり、電池出力が不安定となったりする。そこで、MAX％以上には充電せず、MIN％未満となるまで放電する前に再充電するようにする。
単電池の段階で検査する場合、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電しておいて各種の電池特性を測定する。多くの電池では、４０％〜８０％の範囲で使用するために、６０％にまで充電された単電池に対して検査を実施する。
そこで、組電池に組付ける場合は、MIN％〜MAX％の略中間値（通常は６０％）にまで充電された単電池を組付ける。
組電池に組付ける技術が、特許文献１に開示されている。

特開２００３−４５３８５号公報

単電池は、充電率（ＳＯＣということもある）に依存して体積が変化する。単電池には、ラミネートシートで形成された袋状のケースに収容されているものもあれば、金属や樹脂で形成された比較的に剛性が高い箱状ケースに収容されているものもある。後者であっても、単電池の体積はＳＯＣに依存して変化する。図５は、巾広側面と巾狭側面を持つ直方体形状の箱状ケースに収容されている単電池を巾狭側面の側から観察したものであり、（Ｂ）はＳＯＣが低い場合を示し、（Ａ）はＳＯＣが高い場合を示している。ＳＯＣが高くなると巾広側面（扁平側面ということもある）が外側に膨出する。単電池をMIN％〜MAX％の略中間値（通常は６０％）にまで充電すると、（Ａ）に示すように、扁平側面が外側に膨出する。
図６は、単電池の扁平側面同士を重ね合わせることによって、組電池に組付ける過程を示している。組電池に組付ける過程では、扁平側面同士を重ねて合わせて並置する工程と、並置された単電池群を加圧する工程と、加圧された単電池群の周りに拘束具を固定して単電池群を拘束する工程を実施する。図６は、並置された単電池群を加圧する工程を図示している。
前記したように、組電池に組付ける単電池のＳＯＣは、MIN％〜MAX％の略中間値であり（通常は６０％）、重ね合わせる扁平側面が外側に膨出している。外側に膨出している扁平側面同士を重ね合わせて加圧すると、膨出面の頂部同士が当接するとは限らない。加圧方向に対して直交しない側面同士が当接することがあり、この状態で加圧すると、単電池が側方（加圧方向に直交する方向）に押し出されてしまう。
現状では、並置した単電池群を加圧しながら、加圧することによって側方に押し出された単電池を、図６の灰色矢印に示すように修正する工程が必要とされている。加圧しながら押し出された単電池の位置を修正する作業はひどく面倒である。
本発明は、単電池群を加圧しても単電池が側方に押し出されることがなく、位置ずれの修正作業を要しない組付け方法を提案する。

従来の技術では、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電し、単電池の検査に合格したもののみを選択して組電池に組付ける。この結果、組電池に組付ける単電池の扁平側面が外側に膨出しており、外側に膨出している側面同士を重ね合わせて加圧するために、位置ずれが生じてしまう。これを逆にし、充電前の単電池を組電池に組付けるようにすれば、重ね合わせる側面が平面を維持しており、並置した単電池群を加圧しても位置ずれは生じない。膨出前の電池を加圧するのであるから、その加圧力は低くてよく、これもまた単電池に位置ずれを生じさせないことに寄与する。しかしながらこの場合、不合格な単電池を組みつけてしまうことがあり、その場合には、組付けた組電池を分解しなければならないという別の問題が発生する。
そこで、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電して検査に合格した単電池を放電し、放電することによって重ね合わせる側面が平面に復帰した単電池を組電池に組付けることが考えられる。しかしながら、それではエネルギーと時間が無駄に浪費され、好ましくない。
本発明では、組電池に組付けるに先立って単電池をMIN％未満に充電し、この状態で単電池の検査を進める。単電池を正確に検査するためには、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電する必要があり、MIN％未満の充電状態では完全な検査はできない。しかしながら、MIN％未満の充電状態でも相当程度の検査をすることができる。MIN％未満の充電状態で検査したときに正常であった単電池が、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電して検査したときに異常となる確率は低い。
本発明は、上記の知見を活用する。上記の知見を活用すると、側面同士を重ね合わせて加圧する際に位置ずれが生じてしまうことがなく、しかも組電池に組付けたあとに単電池の異常が発見される可能性が低い組付け方法を実現することができる。

本発明は、箱状ケースに収容されている単電池の複数個を組付けて組電池に組付ける。この発明で扱う組電池は、MIN％〜MAX％の範囲で使用される。MAX％を超えるまで充電することはなく、MIN％未満となるまで放電するのに先立って充電する。
本方法では、各単電池を充電して各単電池の充電率をMIN％未満に調整する工程と、MIN％未満に充電した単電池を検査する工程と、MIN％未満に充電されているとともに検査に合格した単電池群を並置する工程と、並置された単電池群を加圧する工程と、加圧された単電池群の周りに拘束具を固定して単電池群を所定力で拘束する工程を備えている。

本方法では、充電率がMIN％未満の電池を組付ける。充電率がMIN％未満であれば、組電池とするために重ね合わせる側面がほぼ平面を維持しており、加圧しても位置ずれが生じてしまうことがない。
MIN％未満の充電状態でも相当程度の検査をすることができる。MIN％未満の充電状態で検査したときに正常であった単電池が、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電して検査したときに異常となる確率は低い。本方法によると、MIN％未満の充電状態で検査することから、MIN％〜MAX％の略中間値にまで充電して検査したときに単電池が異常となる確率はゼロではない。しかしながらその確率は低く、組付けた組電池を分解しなければならないという確率は非常に低い。実際の組付け現場で許容される確率以下に抑えることができる。その確率はゼロではないものの、加圧しても位置ずれが生じないというメリットは大きく、全体として評価すると、従来の組付け方法よりも格段に優れた組付け方法ということができる。

本発明によると、充電率がMIN％未満の電池を組付けるために、並置した単電池群を加圧しても位置ずれが生じない。位置ずれの修正作業が不要化される。また、組付けに要する加圧力は低くてよく、加圧装置を簡単化することができる。
さらに、組電池に組付けた単電池が異常であったという確率は低く、実際の組付け現場で許容される確率以下に抑えることができる。
組電池への組付け工程を効率化することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） MIN％〜MAX％が４０％〜６０％であり、ＳＯＣが４０％未満の単電池を組電池に組付ける。
（形態２） MIN％〜MAX％が４０％〜６０％であり、ＳＯＣが２０〜３０％の単電池を組電池に組付ける。
（形態３）ＳＯＣがMIN％未満の単電池を組電池に組付けたあとに、MIN％〜MAX％の中間値にまで充電し、その状態で単電池の検査を実行する。
（形態４）ＳＯＣがMIN％未満の単電池を組電池に組付けたあとに、MIN％〜MAX％の中間値にまで充電し、その状態で組電池の検査を実行する。

図１は、組電池に組付ける手順を示し、（Ａ）は本発明の実施例の手順を示し、（Ｂ）は従来の手順を示している。以下では工程ごとに説明する。
工程Ｓ１とＳ１１：単電池を製造する。新旧で相違はない。
工程Ｓ２とＳ１２：単電池を検査する。（Ａ）ではＳＯＣを３８％に調整して検査し、（Ｂ）ではＳＯＣを６０％に調整して検査する。単電池の検査はＳＯＣを６０％に調整して検査するべきであり、ＳＯＣを３８％に調整して検査することでは完全な検査はできない。しかしながら、ＳＯＣを３８％に調整して検査しても、異常な単電池の大部分は発見することができ、ＳＯＣを３８％に調整して検査したときには正常であった単電池が、ＳＯＣを６０％に調整して検査したときに異常となる確率は非常に低い。
工程Ｓ３とＳ１３：単電池の複数個を並置し、並置した単電池群を加圧し、加圧した単電池群の周りに拘束具を固定して単電池群を拘束する。これによって、組電池に組付けられる。（Ａ）ではＳＯＣを３８％に調整した単電池を組付ける。（Ｂ）ではＳＯＣを６０％に調整した単電池を組付ける。両者の相違は後記する。
工程Ｓ４：ＳＯＣを６０％に調整して単電池を検査する。この工程は、（Ｂ）では要らない。工程Ｓ１２ですでに実行されている。工程Ｓ４では、ＳＯＣが３８％でも検査できる項目は検査しない。工程Ｓ２ですでに実行している。工程Ｓ４では、ＳＯＣを６０％に調整しなければ検査できない項目のみを検査する。
工程Ｓ５とＳ１５：ＳＯＣを６０％に調整した組電池を検査する。工程Ｓ５を実施するために工程Ｓ４を不要とできる場合がある。この場合、工程Ｓ４は要らない。あるいは逆に、単電池の各々が正常であれば、組付けた組電池も正常であるとできる場合には、工程Ｓ５とＳ１５を省略することができる。
工程Ｓ６とＳ１６：組電池を出荷する。

工程Ｓ３とＳ１３の相違を説明する。
図２の横軸はＳＯＣを示し、縦軸は単電池の厚み（加圧方向のケース寸法）の変化率を示す。ＳＯＣが６０％の単電池の厚みを基準とし、それよりも薄い側をマイナスで示し、厚い側をプラスで示す。この電池は、ＳＯＣが４０％〜８０％の範囲で使用され、中間値は６０％である。図から明らかに、ＳＯＣが４０％未満であると厚みは明白に薄くなる。ＳＯＣが４０％未満であると、重ね合わせる扁平側面が外側に膨出する傾向が顕著に減り、ほぼ平面を維持していると評価することができる。ＳＯＣが４０％未満であると、扁平側面が外側に膨出する量が非常に小さいことと、側面同士の摩擦力の関係から、並置された単電池群を加圧しても位置ずれ（図６を参照して説明した位置ずれ）は生じない。特にＳＯＣが３０％未満であると、扁平側面が外側に膨出する量が極端に小さく、実際上は平面を維持していると評価することができる。
図３は、組電池のＳＯＣを６０％に調整したときに、組電池を拘束するバンドにかかる荷重を８００ｋｇｆに調整するのに要する組付け荷重を示す。ＳＯＣが４０％未満の状態で組付けると、組付け荷重は顕著に減少することがわかる。特に、３０％未満で組付けると、組付け荷重は非常に低くてよいことがわかる。

図４は、組付け過程を模式的に示している。ＳＯＣが３８％に調整された単電池２が、偏平側面同士を重ね合わせた状態で２８個並置されており、その両サイドに加圧板４，４が配置されており、加圧手段６によって加圧板４，４の間に並置されている単電池群を加圧する。
加圧した状態で、バンド８，９，１０を両加圧板４，４間に固定することによって、組電池が組付けられる。この後に、単電池群を直列または並列に接続する。
図３から明らかに、ＳＯＣが４０％未満の単電池を組付ける場合には、加圧手段６による加圧力が低くてよい。本実施例の場合、組付け荷重は７００ｋｇｆ程度ですむ。
ＳＯＣが４０％未満の単電池を組付ける場合、加圧力が低く、重ね合わせる扁平側面が外側に膨出する量が小さいことが相俟って、位置ずれが発生せず、図６に示した修正作業が要らない。
ＳＯＣが４０％未満の単電池を組付けて組電池とした後に、本実施例ではＳＯＣを６０％に調整する。このときに、単電池の厚みが増大し、バンド８，９，１０にかかるテンションが増大する。実施例の場合、バンド８，９，１０にかかるテンションが８００ｋｇｆに増大する。７００ｋｇｆの加圧力で８００ｋｇｆの拘束力を得ることができる。

図７は、本実施例の組付け方法よって得られる事象を時系列的に表示しており、（Ａ）は複数個の単電池を並置した状態を示す。ほぼ平面を維持している扁平側面を重ね合わせるので、きれいに整列させることができる。（Ｂ）は、７００ｋｇｆの加圧力をかけた状態で単電池群をバンドで拘束した状態を示す。単電池群が組電池に組付けられた状態に対応する。（Ｃ）は、ＳＯＣが６０％となるまで充電した状態を示す。各単電池の厚みが増加するように変形するので、バンドに作用する荷重が８００ｋｇｆに増加する。
従来の技術では（Ｂ）の工程を経ない。組付けた結果（Ｃ）の状態が得られるように組付ける。バンドによって８００ｋｇｆの拘束荷重が得られるようにするためには、バンドによって拘束する単電池群をより８００ｋｇｆ以上の荷重で加圧しておく必要があり、大きな荷重が必要とされていた。扁平側面が外側に膨出している単電池群を重ね合わせて大きな荷重で加圧すると、図６を参照して説明した位置ずれが起こり、位置がずれた電池の位置を元に修正する作業が必要であった。本実施例によると、側面が平面に維持されている単電池群を小さな荷重で加圧して（Ｂ）の状態とし、その後にＳＯＣを６０％に増大することによって（Ｃ）の状態を得る。並置されている単電池に位置ずれが生じることがなく、簡単に組付けることができる。

本方法は、実際にはMIN％以上の範囲で使用される組電池をMIN％未満の充電状態で組付けることを特徴とする。４０〜８０％の範囲で使用する組電池であれば、例えば３８％の充電状態で組付ける。特に、３０％以下であることが好ましい。図２と図３から明らかに、ＳＯＣが３０％未満の電池を組付ければ、重ね合わせる側面が平面を維持している単電池群を軽く圧縮して組付けることができる。
一方、２０％以上は充電しておくことが好ましい。２０％以上に充電すれば、異常な単電池の大多数を事前に発見することができるからである。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

組電池の組付け工程を、本発明の実施例によるとき（Ａ）と、従来によるとき（Ｂ）を対照して示す図。充電率と単電池の厚みの関係を示す図。充電率と、組電池に組付けるのに必要な荷重の関係を示す図。組電池の組付け作業を模式的に示す図。単電池の側面図を示し、（Ａ）は充電率が高い状態を示し、（Ｂ）は充電率が低い状態を示す。従来の組付け方法によると、単電池が位置ずれを起こすことを説明する図。実施例の組付け方法によって得られる事象を経時的に示す図。

符号の説明

２：単電池
４：加圧板
６：加圧装置
８，９，１０：拘束ベルト

Claims

箱状ケースに収容されている単電池の複数個が並置された状態で拘束されており、充電率がMIN％〜MAX％の範囲内で使用される組電池を組付ける方法であり、
各単電池を充電して各単電池の充電率をMIN％未満に調整する工程と、
MIN％未満に充電した単電池を検査する工程と、
MIN％未満に充電されているとともに検査に合格した単電池群を並置する工程と、
並置された単電池群を加圧する工程と、
加圧された単電池群の周りに拘束具を固定して単電池群を所定力で拘束する工程を備えている組電池の組付け方法。