JP6295369B1 - モジュール取り出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、モジュールのプレートに対する摺動を抑制することができるモジュール取り出し装置を提供する。【解決手段】本発明は、プレート９１間の距離を変更する距離変更機構２と、モジュール８と係合可能な係合部材３１と、係合部材３１をモジュール８に対して近接方向、離間方向、及び上下方向に移動させる駆動部３２と、駆動部３２を制御する制御部３３と、を有する取り出し機構３と、を備え、係合部材３１は、近接方向に開口する溝形状に形成された第１ガイド部３１１と、第１ガイド部３１１にモジュール８を介して幅方向に対向する第２ガイド部３１２と、を備え、ガイド部３１１、３１２は、下方に向かうほど配列方向一方側に位置する傾斜面３１ａと、傾斜面３１ａの下端部に設けられ突出部８１を保持する保持部３１ｂと、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、モジュール取り出し装置に関する。

二次電池を構成するモジュールを充放電する際、モジュールの膨張抑制と冷却のために、モジュールを拘束治具で荷重をかけつつ拘束することが行われる。モジュールは拘束治具において金属製のプレート間に配置され、加圧される。そして、充放電後、モジュールを拘束治具から取り出す必要がある。この取り出し作業を自動化する技術（装置）が、例えば特開２０１１−２１０６８８号公報に記載されている。

特開２０１１−２１０６８８号公報

ここで、プレート間からモジュールを取り出す際、モジュールとプレートとが当接した状態で取り出すと、モジュールがプレートに対して摺動し、モジュール及びプレートの耐久性（保護）の観点から好ましくない。また、摺動により拘束治具内に異物が発生する可能性もある。

従来のモジュール取り出し装置には、プレート間の距離（ピッチ）を変更する機構が設けられているが、当該機構が作動すると、構成上、モジュールがプレートとともに移動し、モジュールとプレートの一方とが当接した状態でプレート間の距離が大きくなる。したがって、取り出す際の上記摺動を抑制するためには、例えばモジュールをプレート間においてセンタリングする工程が必要となる。しかし、センタリング工程を加えると、制御が複雑となり、製造コストやメンテナンスコストの増大も懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、簡易な構成により、モジュールのプレートに対する摺動を抑制することができるモジュール取り出し装置を提供することを目的とする。

本発明のモジュール取り出し装置は、プレートと交互に配列され、且つ前記プレートを介して配列方向に荷重が付与されることで拘束された状態のモジュールを、前記プレート間から取り出すモジュール取り出し装置であって、前記プレートを前記配列方向一方側に移動させて前記プレート間の距離を変更する距離変更機構と、前記モジュールと係合可能な係合部材と、複数の前記モジュールに対応する複数の前記係合部材を前記モジュールに対して近接方向、離間方向、及び上下方向に移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を有する取り出し機構と、を備え、前記配列方向及び上下方向に直交する方向を幅方向とすると、前記モジュールの前記幅方向の両端面のうちの上方部分には、前記配列方向の中央部分から突出した突出部が設けられ、前記係合部材は、少なくとも前記近接方向に開口する溝形状に形成された第１ガイド部と、少なくとも前記近接方向に開口する溝形状に形成され且つ前記第１ガイド部に前記モジュールを介して前記幅方向に対向する第２ガイド部と、を備え、前記第１ガイド部及び前記第２ガイド部は、下方に向かうほど前記配列方向一方側に位置する傾斜面と、前記傾斜面の下端部に設けられ前記突出部を保持する保持部と、を備える。

本発明によれば、傾斜面と突出部とが当接した状態で係合部材を上方に移動させるだけで、突出部が傾斜面上を摺動し、配列方向一方側に誘導されて、保持部で保持される。モジュールを持ち上げる際、突出部の配列方向一方側への移動に伴い、モジュール全体も配列方向一方側に移動する。これにより、複雑な制御なく、モジュールをプレートから離間させ、モジュールをプレートに対して摺動させずにプレート間から取り出すことができる。つまり、本発明によれば、簡易な構成により、モジュールのプレートに対する摺動を抑制することができる。

本実施形態のモジュール取り出し装置の構成を示す平面図である。 本実施形態のモジュール取り出し装置の構成を示す斜視図である。 本実施形態のガイド部の構成を示す正面図である。 本実施形態における傾斜面と電極部との当接状態を示す説明図（正面図）である。 本実施形態における保持部と電極部との当接状態を示す説明図（正面図）である。 本実施形態のモジュール取り出し装置の構成の一部を示す斜視図である。 本実施形態における電池モジュールを持ち上げた状態を示す説明図（正面図）である。 本実施形態のガイド部の変形態様を示す正面図である。 本実施形態のガイド部の変形態様を示す正面図である。 本実施形態のガイド部の変形態様を示す正面図である。 本実施形態のガイド部の変形態様を示す正面図である。 本実施形態のガイド部の変形態様を示す正面図である。 本実施形態のガイド部の変形態様を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、説明に用いる各図は概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。また、図面では、表示上、配列方向に連続して配置された同様の部材について、一部符号を省略している。また、図４では、モジュール取り出し装置１の上方部分のみを表している。

図１に示すように、拘束治具９を用いて複数の電池モジュール（「モジュール」に相当する）８を充放電する際、電池モジュール８は、金属製のプレート９１と交互に配列され、且つプレート９１を介して配列方向に荷重が付与されることで拘束された状態が形成される。電池モジュール８は、二次電池（例えばリチウムイオン二次電池等）を構成する角型モジュール（角型二次電池セル）である。配列方向及び上下方向に直交する方向を幅方向とすると、電池モジュール８の幅方向の両端面のうちの上方部分には、配列方向の中央部分から突出した電極部（「突出部」に相当する）８１が設けられている。電極部８１は、円柱状の電極端子である。

拘束治具９は、複数のプレート９１を有した治具であって、例えば乾燥工程や充放電工程で使用される治具である。拘束治具９については、公知のものが利用でき、例えばパレット内にプレート９１と電池モジュール８を配列し、パレット内の配列方向の端部にスペーサを圧入し、配列方向に荷重をかけつつ拘束するものでも良い。また、拘束治具９は、配列方向に荷重をかけた状態で、プレート９１の幅方向の両端部に向けて押圧力を加えて固定するものでも良い。拘束治具９は、プレート９１を介して電池モジュール８に荷重をかけた状態でプレート９１を固定するように構成されている。

電池モジュール８は、例えば充電の際、２つのプレート９１に挟まれることで荷重が加えられて拘束される。充電完了後に拘束治具９から電池モジュール８を取り出す際には、まずスペーサの取り出しや押圧力の解除等により拘束状態が解除され、その後、モジュール取り出し装置１により、プレート９１間から電池モジュール８が取り出される。電池モジュール８は、例えば１つの電池（電池１単位）をセルと称すると、１セルで構成されても良いし、複数のセルで構成されても良い。モジュールは、機械又は機能として１つのまとまった構成単位（構成部分）を意味する。

本実施形態のモジュール取り出し装置１は、図１及び図２に示すように、距離変更機構２と、取り出し機構３と、を備えている。距離変更機構２は、プレート９１を配列方向一方側に移動させてプレート９１間の距離を変更する装置である。より具体的に、距離変更機構２は、プレート９１に対して近接方向及び離間方向に移動可能であるとともに、プレート９１を把持した状態で、荷重が付与される方向（配列方向他方側）とは反対方向（配列方向一方側）に移動することでプレート９１間の距離を変更するように構成されている。距離変更機構２は、プレート９１の幅方向両端側に配置された一対の移動部材２１と、一対の移動部材２１をプレート９１に対して近接方向及び離間方向に移動させる第１駆動部２２と、第１駆動部２２を制御する第１制御部２３と、を備えている。近接方向は、幅方向の電池モジュール８側ともいえる。

移動部材２１は、前後方向に延びる板状の本体部２１１と、本体部２１１からプレート９１側に突出する複数の把持部２１２と、を備えている。電池モジュール８の拘束状態が解除された後に、プレート９１の幅方向両側に位置する移動部材２１を近接方向に移動させることで、把持部２１２が対応するプレート９１に当接し、一対の把持部２１２がプレート９１を幅方向に挟んで把持する。第１駆動部２２は、本体部２１１に接続されており、第１制御部２３の指令に基づき移動部材２１を移動させる。第１駆動部２２は、例えばモータ、油圧、又は空圧などを駆動源とした駆動機構（例えばスライダや直動機構等）である。第１制御部２３は、ＣＰＵやメモリを備える装置（例えば電子制御ユニット又はコンピュータ）である。第１制御部２３は、移動部材２１の位置を制御する装置ともいえる。第１制御部２３は、第１駆動部２２を制御して、移動部材２１によりプレート９１を把持させた状態で、移動部材２１を配列方向一方側に移動させる。これにより、プレート９１が配列方向一方側に移動し、プレート９１間の距離が変更（拡大）される。プレート９１間は、一定ピッチに拡がる。

取り出し機構３は、本体部３０と、複数の係合部材３１と、第２駆動部（「駆動部」に相当する）３２と、第２制御部（「制御部」に相当する）３３と、複数のストッパ部３４と、を備えている。本体部３０は、配列方向に延びる一対の板状部材で構成され、一対の板状部材がプレート９１を介して幅方向に対向するように配置されている。複数の係合部材３１は、本体部３０（一対の板状部材のそれぞれ）の上端部に、配列方向に等間隔に並んで設けられている。

係合部材３１は、電池モジュール８と係合可能に構成されている。係合部材３１は、上方及び近接方向（幅方向一方側）に開口する溝形状に形成された第１ガイド部３１１と、上方及び近接方向（幅方向他方側）に開口する溝形状に形成され且つ第１ガイド部３１１に電池モジュール８を介して幅方向に対向する第２ガイド部３１２と、を備えている。第１ガイド部３１１は、幅方向一方側の係合部材３１であり、第２ガイド部３１２は、幅方向他方側の係合部材３１である。

本実施形態の第１ガイド部３１１及び第２ガイド部３１２（以下「ガイド部３１１、３１２」ともいう）は、互いに同じ形状であって、上方、近接方向、及び離間方向（すなわち上方及び幅方向両側）に開口した凹形状（例えばＶ字状やＵ字状を含む）に形成されている。このように、本実施形態の係合部材３１は、一対のガイド部３１１、３１２で構成されている。ガイド部３１１、３１２の上端開口幅（配列方向の幅）は、電極部８１の配列方向の幅（ここでは直径）よりも大きい。

ガイド部３１１、３１２は、図３に示すように、下方に向かうほど配列方向一方側に位置する傾斜面３１ａと、傾斜面３１ａの下端部に設けられ電極部８１を保持する保持部３１ｂと、を有している。ガイド部３１１、３１２は、係合部材３１の少なくとも近接方向への移動により、電極部８１と傾斜面３１ａとが（複数同時に）当接するように構成されている。

保持部３１ｂは、ガイド部３１１、３１２のうち、傾斜面３１ａ上を下方に相対移動した電極部８１を保持する部分である。換言すると、保持部３１ｂは、傾斜面３１ａに当接しつつ傾斜面３１ａに対して下方に相対移動した電極部８１を保持する部分である。保持部３１ｂは、溝形状の底部分に相当し、傾斜面３１ａの配列方向一方側に位置している。保持部３１ｂは、配列方向に離間した２つの部位で電極部８１と当接し、電極部８１を保持する。保持部３１ｂは、電極部８１と係合する係合部ともいえる。本実施形態のガイド部３１１、３１２は、Ｖ字状に形成されており、幅方向の視線で見れば左右対称に形成されている。

第２駆動部３２は、本体部３０を、すなわち複数の電池モジュール８に対応する複数の係合部材３１を、電池モジュール８に対して近接方向、離間方向、及び上下方向に移動させるための装置である。複数の係合部材３１は、本体部３０及び第２駆動部３２により、一体的に移動する。第２駆動部３２は、例えばモータ、油圧、又は空圧などを駆動源とした駆動機構である。第２制御部３３は、第２駆動部３２を制御する装置であって、ＣＰＵやメモリを備える装置（例えば電子制御ユニット又はコンピュータ）である。第２制御部３３は、本体部３０（複数の係合部材３１）の位置を制御する装置ともいえる。なお、第１制御部２３と第２制御部３３とは、１つの装置で実現されも良く、例えば１つのＥＣＵやパーソナルコンピュータで実現できる。距離変更機構２及び取り出し機構３は、ユーザの操作に応じて作動する。「ユーザの操作」は、単に作業開始を指示する操作だけでも良く（この場合、例えば予め設定されたプログラムに従い各部の移動は自動的に実行される）、又は各種移動量等を指示する操作を含んでも良い。

複数のストッパ部３４は、幅方向一方側の本体部３０の幅方向他方側（近接方向側）の端面と、幅方向他方側の本体部３０の幅方向一方側（近接方向側）の端面とに設けられている。ストッパ部３４は、本体部３０のうち、各第１ガイド部３１１及び各第２ガイド部の配列方向一端部の下方の部位から近接方向に突出している。ストッパ部３４は、各ガイド部３１１、３１２の配列方向一方側の部位又は各ガイド部３１１、３１２の配列方向一端部に対応する位置に設けられている。ストッパ部３４は、上下方向が長手方向となる直方体状に突出している。このように、取り出し機構３は、各第１ガイド部３１１の保持部３１ｂの下方且つ配列方向一方側の位置、及び各第２ガイド部３１２の保持部３１ｂの下方且つ配列方向一方側の位置の少なくとも一方（本実施形態では両方）に、近接方向に突出したストッパ部３４を備えている。ストッパ部３４は、例えば樹脂で形成されている。

ここで、第２制御部３３は、距離変更機構２によりプレート９１間が所定量拡げられた状態において、ユーザの操作に応じて、係合部材３１を近接方向に移動させ、傾斜面３１ａに電極部８１を当接させて係合部材３１を上方に移動させる取り出し制御を実行する。以下、本実施形態の説明において、配列方向他方側を「前」とし、配列方向一方側を「後」とし、幅方向一方側を「右」とし、幅方向他方側を「左」とする。距離変更機構２及び取り出し機構３は、それぞれ左右対称に構成されている。

モジュール取り出し装置１の動作の流れについて説明する。まず、電池モジュール８の拘束状態が解除された状態で、複数のプレート９１及び電池モジュール８が、モジュール取り出し装置１内に配置される。つまり、図１に示す状態から、モジュール取り出し装置１及び／又は拘束治具９の前後方向への移動により、図２に示す状態となる。なお、モジュール取り出し装置１には、プレート９１の幅方向の長さに合わせて構成された位置決め部１ａが設けられている。

続いて、距離変更機構２が、前端のプレート９１を除く各プレート９１を把持し、把持したプレート９１を後方に所定量移動させる。所定量は、電池モジュール８と移動後のプレート９１との間にストッパ部３４を配置可能な大きさであって、且つ傾斜面３１ａに当接した電極部８１が保持部３１ｂまで移動可能な大きさに設定されている。所定量は、電池モジュール８の後端面とプレート９１の前端面との離間距離となる。プレート９１の移動により、各電池モジュール８は、前方のプレート９１とは当接したままであり、後方のプレート９１とは離間する。

距離変更機構２によりプレート９１間の距離が大きくなった後、（さらに移動部材２１が離間方向に移動して把持状態が解除された後、）取り出し機構３が作動する。本実施形態において、プレート９１間距離が大きくなった状態で、係合部材３１は、第１制御部２３及び／又は第２制御部３３により、ガイド部３１１、３１２の保持部３１ｂ（ここではガイド部３１１、３１２前後方向の中央部分）がプレート９１間の中央に位置するように配置される。

第２制御部３３は、第１ガイド部３１１を左方（近接方向）に移動させるとともに、第２ガイド部３１２を右方（近接方向）に移動させる。この各ガイド部３１１、３１２の近接方向への移動は、本実施形態では同時に行われるが、同時でなくても良い。ガイド部３１１、３１２の近接方向への移動により、各傾斜面３１ａは、電極部８１に当接し又は電極部８１の下方に配置される。同時に、ストッパ部３４が電池モジュール８の後端面とプレート９１の前端面と間に配置される。傾斜面３１ａの一部分が電極部８１の下方に位置する場合、電極部８１と傾斜面３１ａが当接するように、第２制御部３３が係合部材３１を上方に移動させる。つまり、第２制御部３３は、図４に示すように、傾斜面３１ａが対応する電極部８１に当接するように、ガイド部３１１、３１２を少なくとも各近接方向に移動させる。

そして、第２制御部３３は、傾斜面３１ａが電極部８１に当接した状態で、係合部材３１を上方に移動させる。図５に示すように、当該傾斜面３１ａの上方への移動において、電極部８１は、傾斜面３１ａ上を摺動し、係合部材３１に対して下方に相対移動して、保持部３１ｂで係合部材３１に対して停止する。つまり、係合部材３１（ガイド部３１１、３１２）は、上方に移動する際に、傾斜面３１ａによって電極部８１を保持部３１ｂに誘導（ガイド）する。電極部８１が保持部３１ｂに位置することで、電池モジュール８の上端部が後方に移動し、電池モジュール８全体では後方に傾いた状態となる。

第２制御部３３は、電極部８１が保持部３１ｂに位置した後も、係合部材３１を引き続き上方に移動させる。これにより、左右の電極部８１は左右の係合部材３１に係合し（載置され）、電池モジュール８は、係合部材３１の上方への移動により持ち上げられる。持ちあげられた電池モジュール８の下端部は、重力により後方に移動する。つまり、電池モジュール８は、保持部３１ｂを中心に搖動しようとする。この際、図６に示すように、電池モジュール８は、ストッパ部３４に当接して停止する。ストッパ部３４は、電池モジュール８の上昇時に電池モジュール８と当接するように構成されているといえる。そして、図７に示すように、第２制御部３３は、引き続き係合部材３１を上方に移動させ、電池モジュール８をプレート９１間（拘束治具９）から取り出す。その後、例えばモジュール取り出し装置１と拘束治具９とを離間させ、取り出し機構３が係合部材３１を下方に移動させて、電池モジュール８を所定の配置位置に配置させることができる。

本実施形態によれば、傾斜面３１ａと電極部８１とが当接した状態で係合部材３１を上方に移動させるだけで、電極部８１が傾斜面３１ａにより保持部３１ｂに誘導され、電池モジュール８が複雑な制御なくセンタリングされて前方のプレート９１から離間する。係合部材３１の上昇により、電極部８１が傾斜面３１ａ上を摺動し、配列方向一方側に誘導されて、保持部３１ｂで保持される。電池モジュール８を持ち上げる際、電極部８１の配列方向一方側への移動に伴い、電池モジュール８全体も配列方向一方側に移動する。これにより、電池モジュール８をプレート９１に対して摺動させずに拘束治具９から取り出すことができる。つまり、本実施形態によれば、簡易な構成により、電池モジュール８のプレート９１に対する摺動を抑制することができる。

また、ストッパ部３４により、電池モジュール８上昇時の揺れが抑制され、さらに摺動は抑制される。また、本実施形態では、電池モジュール８のうち係合部材３１と係合する部分として、電極部８１を利用しているため、別途電池モジュール８に突出部を設ける必要がなく、より簡易な構成で電池モジュール８の取り出しを実行できる。なお、例えば、電池モジュール８の前方（配列方向他方側）の側面に突起が設けられ、当該突起がプレート９１の凹部内に配置される構成であっても、本実施形態によれば、電池モジュール８を取り出す際に自動的に突起を凹部から引き出すことができる。

＜その他＞
本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図８及び図９に示すように、傾斜面３１ａは、曲面であっても良い。また、図９、図１０、及び図１１に示すように、ガイド部３１１、３１２は、配列方向に対称の形状（前後対称形状）でなくても良い。また、図１２に示すように、傾斜面３１ａの下端部に保持部３１ｂとして凹形状部分を設けても良い。ガイド部３１１、３１２の溝形状は、成形容易性及び保持安定性の観点から、Ｖ字状が好ましいと考えられる。また、ガイド部３１１、３１２は、図１３に示すように、離間方向には開口せず、上方及び近接方向のみに開口した溝形状であっても良い。さらに、ガイド部３１１、３１２は、近接方向のみに開口した溝形状であっても良い。つまり、ガイド部３１１、３１２は、少なくとも近接方向に開口した溝形状であれば良い。ただし、作業性の観点から、ガイド部３１１、３１２（溝形状）の開口方向は、上方を含むことが好ましい。

また、ストッパ部３４は、幅方向一方側の本体部３０の幅方向他方側（近接方向側）の端面、及び幅方向他方側の本体部３０の幅方向一方側（近接方向側）の端面の一方にのみ設けられても良い。ただし、電池モジュール８の姿勢の安定性の観点から、両方に設けられることが好ましい。また、電池モジュール８のうち、係合部材３１と係合する部分は、電極部８１に限らず、電池モジュール８の側面から幅方向に突出した部分（突出部）であれば良い。つまり、突出部は、電池モジュール８の電極を構成するものに限らず、他の部位でも良い。突出部の形状は、例えば角柱状、球状、又は傾斜面３１ａに応じた形状であっても良いが、成形性及び誘導容易性の観点から円柱状であることが好ましいと考えられる。ストッパ部３４の形状は、板状、円柱状、又は円錐状などでも良く、単純に端面から突起した形状でも良い。

１…モジュール取り出し装置、２…距離変更機構、３…取り出し機構、３１…係合部材、３１１…第１ガイド部、３１２…第２ガイド部、３１ａ…傾斜面、３１ｂ…保持部、３２…第２駆動部（駆動部）、３３…第２制御部（制御部）、３４…ストッパ部、８…電池モジュール（モジュール）、８１…電極部（突出部）、９…拘束治具、９１…プレート。

Claims (5)

1. プレートと交互に配列され、且つ前記プレートを介して配列方向に荷重が付与されることで拘束された状態のモジュールを、前記プレート間から取り出すモジュール取り出し装置であって、
   前記プレートを前記配列方向一方側に移動させて前記プレート間の距離を変更する距離変更機構と、
   前記モジュールと係合可能な係合部材と、複数の前記モジュールに対応する複数の前記係合部材を前記モジュールに対して近接方向、離間方向、及び上下方向に移動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を有する取り出し機構と、
   を備え、
   前記配列方向及び上下方向に直交する方向を幅方向とすると、前記モジュールの前記幅方向の両端面のうちの上方部分には、前記配列方向の中央部分から突出した突出部が設けられ、
   前記係合部材は、少なくとも前記近接方向に開口する溝形状に形成された第１ガイド部と、少なくとも前記近接方向に開口する溝形状に形成され且つ前記第１ガイド部に前記モジュールを介して前記幅方向に対向する第２ガイド部と、を備え、
   前記第１ガイド部及び前記第２ガイド部は、下方に向かうほど前記配列方向一方側に位置する傾斜面と、前記傾斜面の下端部に設けられ前記突出部を保持する保持部と、を備えるモジュール取り出し装置。
2. 前記取り出し機構は、前記第１ガイド部の前記保持部の下方且つ前記配列方向一方側の位置、及び前記第２ガイド部の前記保持部の下方且つ前記配列方向一方側の位置の少なくとも一方に、前記近接方向に突出したストッパ部を備える請求項１に記載のモジュール取り出し装置。
3. 前記制御部は、前記距離変更機構により前記プレート間が所定量拡げられた状態において、ユーザの操作に応じて、前記係合部材を前記近接方向に移動させ、前記傾斜面に前記突出部を当接させて前記係合部材を上方に移動させる取り出し制御を実行する請求項１又は２に記載のモジュール取り出し装置。
4. 前記制御部は、前記距離変更機構により前記プレート間が所定量拡げられた状態において、ユーザの操作に応じて、前記係合部材を前記近接方向に移動させ、前記傾斜面に前記突出部を当接させて前記係合部材を上方に移動させる取り出し制御を実行し、
   前記所定量は、前記モジュールと移動後の前記プレートとの間に前記ストッパ部を配置可能な大きさであって、且つ前記傾斜面に当接した前記突出部が前記保持部まで移動可能な大きさに設定されている請求項２に記載のモジュール取り出し装置。
5. 前記突出部は、前記モジュールの電極を構成する請求項１〜４の何れか一項に記載のモジュール取り出し装置。

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