JP5754432B2

JP5754432B2 - 組み付けパレット

Info

Publication number: JP5754432B2
Application number: JP2012227718A
Authority: JP
Inventors: 大内　孝志; 孝志大内; 服部　篤典; 篤典服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: US9604755B2; US20140103182A1; JP2014082036A; CN103730615B; CN103730615A

Description

本発明は、電池スタックを組み付け可能な組み付けパレットに関する。

車両走行用のモータに電力を供給するバッテリ装置として、複数の単電池を積層した電池スタックを含む車両用電池パックが知られている。車両用電池パックは、車両の組み立て工場において、組み付けパレットに組み付けられる。車両用電池パックには、車両搭載位置、法規制或いは要求性能等に応じた様々な形状があるため、従来、個々の車両用電池パックに対応した異なる形状の組み付けパレットを使用しなければならなかった。

特許文献１は、複数種類の製品を固定して搬送するための搬送パレットであって、略板形状に形成されたベース部と、前記ベース部に設けられ、前記製品に接触して前記製品を支持する複数個所の受け面が形成された支持ブロックとを有し、前記支持ブロックは、前記複数箇所の受け面が前記製品の種類に応じて前記ベース部からの寸法が異なるような段付き形状に形成されていることを特徴とする搬送パレットを開示する。

特開２００４−１８２３０７号公報

しかしながら、生産工場では多種類の車両用電池パックの生産台数が変動するところ、パレットの交換、ストックスペースの確保、今後発生する新規な車両用電池パックへの転用性等の悪化を招くおそれがある。

また、特許文献１の搬送パレットは、車両用空調装置に用いられる圧縮機の製造ラインで使用される圧縮機搬送用のパレットであり、単純に車両用電池パックに適用できるものではない。例えば、特許文献１の搬送用パレットを電池パックに適用する場合、製品を支持する支持ブロックが固定されているため、電池パックの種類によっては、支持ブロックと干渉し、適用できない場合がある。

そこで、本願発明は、外観形状が互いに異なる複数種の電池スタックを選択的に組み付け可能な組み付けパレットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る組付けパレットは、（１）電池スタックが組み付けられる組付けパレットにおいて、前記電池スタックは、複数の単電池を積層した電池群と、この電池群を挟む位置に配置されるエンドプレートと、前記複数の単電池の積層方向に延び、前記エンドプレートに対して前記電池群を拘束する拘束力を付与する拘束部材と、を含み、前記拘束部材に係合して前記電池スタックを位置決めする位置決め係合部材を有する。前記位置決め係合部材は、前記拘束部材を受ける受け面を有し、前記受け面により前記拘束部材を受ける受け位置と、前記受け面が前記拘束部材から離間して前記拘束部材を受けない非受け位置との間で回転し、前記拘束部材が延びる方向に複数設けられている。

（２）上記（１）の構成において、前記エンドプレートの下端面には、凸状のエンドプレートボスが形成され、前記エンドプレートボスが嵌合する開口部を有するボス用位置決めピンを有し、前記エンドプレートボスが前記開口部に嵌合するとともに、前記受け面が前記拘束部材を受けることにより前記電池スタックを位置決めしてもよい。

（３）上記（２）の構成において、前記電池スタックの底面には、前記電池スタックの種類に応じて異なる位置にブラケット開口部が形成されたスタックブラケットが取り付けられており、前記拘束部材が延びる方向に複数設けられ、前記ブラケット開口部に嵌合して前記スタックブラケットを支持する支持位置と、前記スタックブラケットから離間して前記ブラケット開口部に嵌合しない非支持位置との間で回転する可倒式ピンを有してもよい。

（４）上記（３）の構成において、前記位置決め係合部材は、凹形状部を有する基台と、前記凹形状部に回転可能に嵌合するとともに、前記受け面を有する回転部材と、を有し、前記凹形状部における底面には、前記回転部材から突出する回転規制ピンが挿入する回転規制開口部が形成されており、前記受け位置において、前記回転部材は、前記回転規制ピンが前記回転規制開口部内に位置することにより、回転動作が禁止されており、前記非受け位置において、前記回転部材は、前記回転規制ピンが前記回転規制開口部から退避することにより、回転動作が許容されていてもよい。（４）の構成によれば、簡易な構成で、複数種の電池スタックを選択的に組み付け可能な組み付けパレットを提供することができる。これにより、コストを削減できる。

本発明によれば、外観形状が互いに異なる複数種の電池スタックを選択的に組み付け可能な組み付けパレットを提供することができる。

電池スタックの斜視図である。工程パレットの斜視図である。第１の可倒式ピンの動作説明図である。第１の拘束ロッド位置決め部材の動作説明図である。組み付け直前の工程パレットの斜視図である。エンドプレートボスがボス用位置決めピンに嵌合する直前の状態を図示している。ロア拘束ロッドが受け面に載置される直前の状態を図示している。

図面を参照しながら、本発明の一実施形態である車両用電池スタック組み付け工程パレット（以下、工程パレットという）について説明する。図１は、工程パレットに組み付けられる電池スタックの斜視図であり、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は互いに直交する三軸を示している。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の定義は、他の図面においても同様である。

図１を参照して、電池スタック１は、複数の単電池１１と、エンドプレート１２と、アッパー拘束ロッド４０と、ロア拘束ロッド５０とを含む。複数の単電池１１は、Ｘ軸方向に積層されている。単電池１１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などの二次電池、或いはキャパシタであってもよい。また、単電池１１は、電池セル、或いは複数の電池セルからなる電池モジュールであってもよい。ここで、電池セルとは充放電可能な最小単位の要素のことである。

隣接する単電池１１の間には隙間が形成されている。この隙間は、単電池１１の温度調節を行う熱交換媒体の通路として用いられる。ここで、熱交換媒体が冷媒である場合、充放電により発熱した各単電池１１の温度上昇が冷媒により抑制され、電池スタック１の劣化を抑制することができる。熱交換媒体が温風である場合には、温度低下により内部抵抗が高くなった単電池１１が温風により加熱されるため、電池スタック１の入出力特性を改善することができる。

単電池１１の側面には、凸状の端子１１ａが形成されている。隣接する単電池１１の端子１１ａは図示しないバスバーを介して電気的及び機械的に接続されている。接続方法には、直列接続、或いは並列接続を用いることができる。積層方向の端部に位置する端子１１ａは、電池スタック１の総プラス端子及び総マイナス端子として用いられる。これらの総プラス端子及び総マイナス端子を用いて、各単電池１１において発電された電力を電池スタック１の外部に取り出すことができる。取り出された電力は、車両走行用モータに供給される。

エンドプレート１２は、複数の単電池１１を挟む位置に設けられている。エンドプレート１２には、樹脂を用いることができる。エンドプレート１２には、構造を強化するための複数のリブ１２ａが形成されている。エンドプレート１２の上端面及び下端面にはそれぞれ拘束ロッド保持部１２ｂが形成されている。アッパー拘束ロッド４０は、単電池１１の上面に沿ってＸ軸方向に延びており、その両端部は拘束ロッド保持部１２ｂに締結されている。ロア拘束ロッド５０は、単電池１１の下面に沿ってＸ軸方向に延びており、その両端部は拘束ロッド保持部１２ｂに締結されている。

アッパー拘束ロッド４０及びロア拘束ロッド５０が拘束ロッド保持部１２ｂに締結されることにより、エンドプレート１２に対して複数の単電池１１を挟圧する挟圧力が付与される。これにより、複数の単電池１１の位置ずれなどが抑制される。

一方のエンドプレート１２の下端面には、凸状のエンドプレートボス３３が形成されている。エンドプレートボス３３は、電池スタック１の組み付け時に位置決めに用いられるが、詳細については後述する。

スタックブラケット２は、第１のスタックブラケット２１及び第２のスタックブラケット２２から構成される。これらの第１及び第２のスタックブラケット２１、２２は平板状に形成されている。第１のスタックブラケット２１は電池スタック１の底面における一端部に取り付けられており、第２のスタックブラケット２２は電池スタック１の底面における他端部に取り付けられている。スタックブラケット２には、金属を用いることができる。

第１のスタックブラケット２１には、複数のブラケット開口部２１ａが形成されている。これらのブラケット開口部２１ａは、Ｘ軸方向に並んで形成されている。第２のスタックブラケット２２には、複数のブラケット開口部２２ａが形成されている。これらのブラケット開口部２２ａは、Ｘ軸方向に並んで形成されている。ここで、電池スタック１は、図示しないアッパーケース及びロアケースからなるパックケースに収容されており、このロアケースをフロアパネルに締結することにより、電池パックが固定される。

図２は、工程パレットの斜視図である。工程パレット１００は、第１〜第３の可倒式ピン１０１ａ〜１０１ｃ、固定式ピン１０２、第１〜第３の拘束ロッド位置決め部材（位置決め係合部材に相当する）１０３〜１０５、ボス用位置決めピン１０６を備える。第１〜第３の可倒式ピン１０１ａ〜１０１ｃ及び固定式ピン１０２はＸ軸方向に並ぶ位置に設けられている。第１〜第３の可倒式ピン１０１ａ〜１０１ｃは、Ｚ軸方向に向かって延びる受け位置と、Ｙ軸方向に向かって延びる非受け位置との間で回動する。なお、図２は、第１〜第３の可倒式ピン１０１ａ〜１０１ｃが受け位置にある状態を示している。

次に、図３を参照しながら、第１の可倒式ピン１０１ａを非受け位置と受け位置との間で回動させる回動機構について説明する。図３は第１の可倒式ピンの動作説明図であり、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ非受け位置、受け位置（ロック前）、受け位置（ロック後）に対応している。なお、回動機構の構成は、他の可倒式ピンも同様であるため説明を繰り返さない。

同図を参照して、台座部９１は、工程パレット１００に形成されている。台座部９１には長孔部９１ａ及びロック穴部９１ｂが形成されている。第１の可倒式ピン１０１ａには、Ｘ軸方向に延びる軸部１２１ａが形成されており、この軸部１２１ａは長孔部９１ａに係合するとともに、長孔部９１ａの一端部から他端部に移動することができる。第１の可倒式ピン１０１ａの基端部には、有底筒形状のロック機構収容部１２３ｃが径方向内側に向かって形成されており、このロック機構収容部１２３ｃの底面にはロックバネ１２３ｂが取り付けられており、ロックバネ１２３ｂの先端部にはロックピン１２３ａが固定されている。ロックピン１２３ａがロック機構収容部１２３ｃの底面に向かって押し込まれると、ロックバネ１２３ｂは圧縮方向にチャージされる。

図３（ａ）に図示する状態において、軸部１２１ａを回転軸として、第１の可倒式ピン１０１ａを矢印方向（時計周り方向）に回動させると、第１の可倒式ピン１０１ａは、図３（ｂ）に図示する位置、つまり、工程パレット１００の板厚方向に軸方向が向いたロック解除位置に移動する。このとき、ロックピン１２３ａの直下には、ロック穴部９１ｂの縁が位置する。図３（ｂ）に図示する状態において、第１の可倒式ピン１０１ａを下方（矢印方向）に向かって（ロック穴部９１ｂが位置する方向に向かって）押し込むと、ロックピン１２３ａがロック穴部９１ｂの縁に当接する。

第１の可倒式ピン１０１ａをさらに押し込むと、ロックピン１２３ａは、ロックバネ１２３ｂをチャージしながら、ロック穴部９１ｂの壁面に沿って下動し、図３（ｃ）に図示するロック位置に移動する。これにより、ロックバネ１２３ｂのバネ力によってロックピン１２３ａがロック穴部９１ｂの壁面に圧接されるため、第１の可倒式ピン１０１ａをロック位置に保持させることができる。

ここで、第１〜第３の可倒式ピン１０１ａ〜１０１ｃのうち少なくとも一つは、電池スタック１の組み付け時に、第２のスタックブラケット２２におけるいずれかのブラケット開口部２２ａに係合する。なお、ブラケット開口部２２ａに係合しない可倒式ピンは、非受け位置に位置するように操作される。

ブラケット開口部２２ａに係合する可倒式ピンは、電池スタック１の種類に応じて異なる。すなわち、電池スタック１の種類に応じてブラケット開口部２２ａの位置が異なる場合があるため、ブラケット開口部２２ａに係合しない可倒式ピンは、非受け位置に位置するように操作される。なお、電池スタック１の種類は、単電池１１の個数、つまり、電池スタック１のサイズに応じて設定される。固定式ピン１０２は、全ての電池スタックのブラケット開口部に係合する位置に形成されている。

図４を参照しながら、第２の拘束ロッド位置決め部材１０４の構成について説明する。図４は第２の拘束ロッド位置決め部材１０４の動作を説明するための斜視図であり、（ａ）が位置決め時の状態（つまり、係合位置に位置する状態）を示しており、（ｂ）が回転許容時の状態を示しており、（ｃ）が非位置決め時の状態（つまり、非係合位置に位置する状態）を示している。なお、第１及び第３の拘束ロッド位置決め部材１０３及び１０５は、第２の拘束ロッド位置決め部材１０４と同じ構成であるから、説明を省略する。

図４（ａ）を参照して、第２の拘束ロッド位置決め部材１０４は、回転部材１０４ａ及び基台１０４ｂを有する。回転部材１０４ａは直方体形状に形成されており、その長手方向先端部には受け面１０４ａ１が形成されており、長手方向後端部には回転規制ピン１０４ａ２が形成されている。受け面１０４ａ１は凹形状に形成されており、電池スタック１の組み付け時にロア拘束ロッド５０を支持することができる。回転規制ピン１０４ａ２は、円柱状に形成されており、Ｚ軸方向に延びている。回転部材１０４ａのＸ軸方向の側面にはガイドピン１０４ａ３が形成されている。ガイドピン１０４ａ３は円柱状に形成されており、Ｘ軸方向に延びている。

基台１０４ｂには凹形状部１０４ｂ１が形成されており、回転部材１０４ａはこの凹形状部１０４ｂ１に嵌合している。ここで、凹形状部１０４ｂ１と回転部材１０４ａとの間には、回転部材１０４ａの移動を許容する微小なクリアランスが形成されている。凹形状部１０４ｂ１の側面には、Ｘ軸方向に貫通してＺ軸方向に延びるガイド開口部１０４ｂ２が形成されている。凹形状部１０４ｂ１の底面には、Ｚ軸方向に延びる回転規制開口部１０４ｂ３が形成されている。

ガイド開口部１０４ｂ２には、回転部材１０４ａのガイドピン１０４ａ３が係合しており、このガイドピン１０４ａ３はガイド開口部１０４ｂ２の内壁面に沿ってＺ軸方向に移動させることができる。回転規制開口部１０４ｂ３には回転規制ピン１０４ａ２が嵌合しており、この回転規制ピン１０４ａ２は回転規制開口部１０４ｂ３の内壁面に沿ってＺ軸方向に移動させることができる。

次に、回転部材１０４ａの動作について説明する。図４（ａ）を参照して、位置決め時において、ガイドピン１０４ａ３はガイド開口部１０４ｂ２の下端部に位置し、回転規制ピン１０４ａ２は回転規制開口部１０４ｂ３の開口部内に位置する。このように、回転規制ピン１０４ａ２が回転規制開口部１０４ｂ３の開口部内に位置することにより、回転部材１０４ａの回転動作は禁止される。

回転部材１０４ａを矢印方向（Ｚ軸方向）に移動させると、ガイドピン１０４ａ３はガイド開口部１０４ｂ２の下端部から上端部に向かって移動し、回転規制ピン１０４ａ２は回転規制開口部１０４ｂ３から退避する（図４（ｂ）参照）。回転規制ピン１０４ａ２が回転規制開口部１０４ｂ３から退避した状態で、回転部材１０４ａを矢印方向に回転させることにより、第２の拘束ロッド位置決め部材１０４を図４（ｃ）に示す非位置決め位置に動作させることができる。

次に、図５乃至図７を参照しながら、電池スタックの組み付け方法について説明する。図５は電池スタックを工程パレットに組み付ける直前の工程パレット１００の斜視図である。図６は、エンドプレートボス３３がボス用位置決めピン１０６に嵌合する動作を説明するための動作説明図である。図７は、ロア拘束ロッド５０が受け面１０４ａ１に載置される際の動作を説明するための動作説明図である。

図５を参照して、第１〜第３の拘束ロッド位置決め部材１０３〜１０５のうち第２の拘束ロッド位置決め部材１０４以外の他の拘束ロッド位置決め部材は、位置決めに用いられないため、傾倒させておく。また、第１〜第３の可倒式ピン１０１ａ〜１０１ｃのうち第２の可倒式ピン１０１ｂ以外の他の可倒式ピン１０１ａ及び１０１ｃは、電池スタック１の受けに用いられないため、傾倒させておく。

次に、上方から電池スタック１を工程パレット１００に対して組み付ける。このとき、図６に図示するようにエンドプレートボス３３がボス用位置決めピン１０６の開口部内に嵌合するとともに、図７に図示するようにロア拘束ロッド５０が受け面１０４ａ１に載置される。ロア拘束ロッド５０が受け面１０４ａ１に載置される。これにより、電池スタック１は工程パレット１００に対して位置決めされる。

ここで、第１〜第３の拘束ロッド位置決め部材１０３〜１０５を省略して、第１の可倒式ピン１０１ａと同じ構成の可倒式ピンを工程パレット１００に複数設けることにより、電池スタック１の位置決め行う方法も考えられる。しかしながら、この方法では、電池スタックの種類、搭載位置に応じて可倒式ピンの数を増加させなければならいないため、コストが増大する。また、複数種類の電池スタックを一つのラインに流しながら組付けを実施する場合に、可倒式ピンを傾倒及び起立させる作業が増大するため、作業効率が損なわれる。また、上述したように、第１の可倒式ピン１０１ａは機構が複雑で、部品点数及び加工点数が多いため、第１〜第３の拘束ロッド位置決め部材１０３〜１０５よりもコストが高くなる。

本実施形態の第１〜第３の拘束ロッド位置決め部材１０３〜１０５によれば、可倒式ピンを用いて位置決めを行う場合よりも、コストを削減しながら、効率的な組み付け作業を実施することができる。

（変形例）
上述の実施形態では、複数の単電池１１をアッパー拘束ロッド４０及びロア拘束ロッド５０により拘束したが、本発明は、拘束バンドを用いた電池スタックにも適用することができる。ここで、拘束バンドとは、単電池１１の積層方向に延びるとともに、両端部がＬ字状に折れ曲がった平板形状の部材のことである。拘束バンドの曲げ部をエンドプレート１２に固定することにより、複数の単電池１１はエンドプレート１２に挟まれて拘束される。電池スタックを工程パレット１００に組み付ける際に、拘束バンドを拘束ロッド位置決め部材の受け面に載置することにより、位置決めを行うことができる。他の効果については、上記実施形態と共通するため、説明を繰り返さない。

１・・・電池スタック１１・・・単電池
１２・・・エンドプレート４０・・・アッパー拘束ロッド
５０・・・ロア拘束ロッド
１０１ａ〜１０１ｃ・・・第１〜第３の可倒式ピン１０２・・・固定式ピン
１０３〜１０５・・・第１〜第３の拘束ロッド位置決め部材
１０６・・・ボス用位置決めピン

Claims

電池スタックが組み付けられる組付けパレットにおいて、
前記電池スタックは、複数の単電池を積層した電池群と、この電池群を挟む位置に配置されるエンドプレートと、前記複数の単電池の積層方向に延び、前記エンドプレートに対して前記電池群を拘束する拘束力を付与する拘束部材と、を含み、
前記拘束部材に係合して前記電池スタックを位置決めする位置決め係合部材を有し、
前記位置決め係合部材は、前記拘束部材を受ける受け面を有し、前記受け面により前記拘束部材を受ける受け位置と、前記受け面が前記拘束部材から離間して前記拘束部材を受けない非受け位置との間で回転し、前記拘束部材が延びる方向に複数設けられていることを特徴とする組付けパレット。
前記エンドプレートの下端面には、凸状のエンドプレートボスが形成され、
前記エンドプレートボスが嵌合する開口部を有するボス用位置決めピンを有し、
前記エンドプレートボスが前記開口部に嵌合するとともに、前記受け面が前記拘束部材を受けることにより前記電池スタックを位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の組付けパレット。
前記電池スタックの底面には、前記電池スタックの種類に応じて異なる位置にブラケット開口部が形成されたスタックブラケットが取り付けられており、
前記拘束部材が延びる方向に複数設けられ、前記ブラケット開口部に嵌合して前記スタックブラケットを支持する支持位置と、前記スタックブラケットから離間して前記ブラケット開口部に嵌合しない非支持位置との間で回転する可倒式ピンを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の組付けパレット。
前記位置決め係合部材は、凹形状部を有する基台と、前記凹形状部に回転可能に嵌合するとともに、前記受け面を有する回転部材と、を有し、
前記凹形状部における底面には、前記回転部材から突出する回転規制ピンが挿入する回転規制開口部が形成されており、
前記受け位置において、前記回転部材は、前記回転規制ピンが前記回転規制開口部内に位置することにより、回転動作が禁止されており、
前記非受け位置において、前記回転部材は、前記回転規制ピンが前記回転規制開口部から退避することにより、回転動作が許容されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の組付けパレット。