JP6392030B2

JP6392030B2 - 組電池の組立装置および組立方法

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Publication number: JP6392030B2
Application number: JP2014171077A
Authority: JP
Inventors: 功二小笠原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Automotive Energy Supply Corp
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Automotive Energy Supply Corp
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP2016046179A

Description

本発明は、複数の電池を積層してなる組電池の組立装置および組立方法に関する。

複数の偏平状の電池モジュールを厚み方向で積層した電池積層体を当該電池積層体を積層方向に貫通する固定部材で固定して一体化した組電池が例えば特許文献１で知られている。このような組電池においては、個々の電池モジュールの重量が大きいほど電池積層体を構築する際の作業負荷が増大することになる。

そこで、作業負荷の軽減とともに組立時の安定性の向上を目的として、例えば特許文献２に記載されているように、電池積層体を収容するロアケースの両側にレールを設ける一方、電池積層体を形成することになる個々の電池モジュールの両側には上記レールに嵌合可能な脚部を設けて、この脚部をレールに嵌合させた状態で個々の電池モジュールを直立姿勢にてスライドさせることにより、上記ロアケース上において順次電池モジュールを積層するようにした技術が提案されている。

特開２０１１−２３２６６号公報特開２００１−３１３０１８号公報

しかしながら、特許文献２に記載された技術では、電池モジュールのうちロアケース側のレールに着座する部分が平面ではなく傾斜面や曲面である場合、あるいは局部的な凸部を有しているような場合には、個々の電池モジュールの姿勢がきわめて不安定となり、積層後の電池積層体の一部の電池モジュールが傾いたり電池モジュール同士の間に余分な隙間が発生したりして電池モジュール同士が正しく密着せず、電池積層体の積層における寸法精度が低下するという問題があった。そして、このような場合には電池積層体の積層作業の手直しが必要となり、組立作業の工数増加が余儀なくされるという問題もあった。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、電池積層体の積層作業をスムーズに行うことができて、電池積層体の寸法精度の低下や電池積層体の積層作業の手直しを招くことがない組電池の組立装置および組立方法を提供するものである。

本発明は、複数の電池を積層して電池積層体とした上でこの電池積層体を一体化して組電池として組み立てるための組立装置として、上記電池の一部を構成することなく、積層される電池毎に独立して設けられるとともに、電池のうち上記積層方向に沿った外周壁面を着座面として電池を直立姿勢にて位置決め支持した状態で上記積層方向に摺動可能な摺動部材と、上記摺動部材の摺動方向を上記積層方向に規制する摺動方向規制部材と、を備えているものとした。

また、本技術を組電池の組立方法として捉えるならば、複数の電池を積層して電池積層体とした上でこの電池積層体を一体化して組電池として組み立てるための方法として、上記電池のうち上記積層方向に沿った外周壁面を着座面として電池を作業台上の摺動部材に直立姿勢にて位置決め支持させ、上記摺動部材の摺動方向を作業台上のレール部材にて上記積層方向に規制しながら当該摺動部材を摺動させて電池同士を順次積層し、上記電池同士が互いに接触して積層された状態では、それぞれの電池を位置決め支持している摺動部材同士が当接しない状態をもって積層完了とすることとした。

本発明によれば、摺動部材に安定的に支持された電池を摺動部材自体の摺動動作によって積層するようにしているため、電池が傾いたり、電池同士の間に余分な隙間が発生することがなく、電池同士の密着性が良くなって、電池積層体の積層における寸法精度が良好且つ安定したものとなる。また、電池積層体の積層作業の手直しも必要でなくなり、組立作業の工数低減による作業性の向上も併せて図れるようになる。

本発明に係る組立装置を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、組電池となる電池積層体の積層手順を示す説明図。図１の要部を拡大した側面説明図。図２の要部をさらに拡大した側面説明図。図１に示した受け駒単独での斜視図。

図１〜４は本発明に係る組電池の組立装置を実施するためのより具体的な形態を示し、特に図１は組電池となる電池積層体の積層手順を、図２〜４は図１の細部の構造をそれぞれ示している。

図１に示すように、組電池１は、矩形偏平状の複数の電池モジュール３をその厚み方向に両側のエンドプレート４，５とともに所定数だけ積層して電池積層体２とした上で、この電池積層体２のエンドプレート４，５および個々の電池モジュール３を積層方向に貫通する締結手段としての複数の通しボルト６とこれに螺合する同じく締結手段としてのナット７とで圧締保持して固定一体化することで構成される。

電池モジュール３は、例えば正極板と負極板およびセパレータとを一組としてこれらを複数組積層したものを電界液とともに外装体であるラミネートシートで封止したラミネート型の薄型二次電池（以下、単に「薄型電池」と言う。）を単電池またセルとして用いている。

そして、金属容器としての矩形状で且つ有底深皿状のケース８内に直列または並列接続されることになる複数枚の薄型電池を重ねた状態で収容するとともに、そのケース８に同じく金属製の蓋体としてのカバー９をかぶせて閉蓋した上で、カバー９の周縁部に巻き締め加工を施してケース８と一体化しつつ密閉したものである。なお、ケース８の底面とカバー９によって形成される電池モジュール３の両主面は互いに平行する面とされる。また、電池モジュール３およびエンドプレート４，５の四隅には通しボルト６が挿通されるボルト穴１０または１１がそれぞれに形成されている。なお、上記電池モジュール３の詳細構造は、例えば本出願人が提案している特開２００６−９２８８４号公報に記載されているものと基本的には同一である。

この場合、ケース８はその底壁面側の矩形形状よりもカバー９にて閉蓋される開口部側の矩形形状の方が一回り大きく形成されているため、後述する図３に示すように、電池モジュール３のうち実質的厚み寸法に相当していて且つ各電池モジュール３の積層方向に沿った四周の外周壁面は比較的緩やかな傾斜面、すなわち後述する電池積層方向ａに向かって上り勾配となる傾斜面となっている。また、上記巻き締め加工のために、電池モジュール３の周縁部には不可避的に外側に張り出すようにして凸部としての捲き締め部１２が付帯していることになる。

上記組電池１の組み立てに使用される組立装置は、図１に示すように、矩形状をなす電池モジュール３の四周の外周壁面のうち一方の長辺部を下側にした直立姿勢にて各電池モジュール３同士を積層して電池積層体２を構築しようとするものである。

そして、この組立装置は、定盤のごとき形態の矩形状の水平な作業台１３と、この作業台１３の上に載置されて互いに平行なレール部材としての一対のガイドレール１４と、上記作業台１３のうち一対のガイドレール１４同士の間に摺動可能に配置された摺動部材としての複数の受け駒１５とから構成される。なお、電池モジュール３の四周の外周壁面のうち一方の長辺部を下側にした直立姿勢とは、一対の短辺部が上下方向を指向することになる姿勢（すなわち、電池モジュール３の積層方向面である両主面が、電池積層方向ａに対して垂直になる姿勢）にほかならない。

一対のガイドレール１４は断面が矩形状で比較的長尺なものであり、作業台１３上において電池積層体２における各電池モジュール３の積層方向に延在していて、バー状の各受け駒１５の長さを隔てて対向配置されている。このガイドレール１４は図示しないボルトあるいはクランプ手段を用いて作業台１３上に着脱可能に固定される。

受け駒１５は電池積層体２の構成することになる個々の電池モジュール３毎に独立していて、断面略矩形状で且つ一対のガイドレール１４同士の間にはまり得る長さのバー状のものとして形成されている。受け駒１５の長さは図１のように直立姿勢とした電池モジュール３の長辺部の長さとほぼ同等寸法に設定されているとともに、受け駒１５の高さは一対のガイドレール１４の高さよりもわずかに大きく設定されている。ここで、受け駒１５は後述するように電池モジュール３を位置決め支持した上で作業台１３上にて摺動させるものであるから、作業台１３に対する摩擦抵抗が小さい摺動性に優れた樹脂等の材質のものが望ましい。

図２は図１の要部を拡大した側面図を、図３は図２の要部をさらに拡大した拡大図をそれぞれ示して、さらに図４は受け駒１５単独での斜視図を示している。

これらの図２〜４から明らかなように、受け駒１５はその下面全面が作業台１３の上面に密着するようになっている一方、受け駒１５の上面が電池モジュール３を支持するための受け面１５ａとなっている。この受け面１５ａは先に述べたように四周の外周壁面のうち一方の長辺部を下側にした直立姿勢の電池モジュール３をその長辺部を着座面として安定的に支持しようとするもので、受け面１５ａは電池モジュール３の四周の外周壁面のうち着座面となる一方の長辺部の傾斜に応じた緩やかな傾斜面をもって形成されている。

そして、図３，４に示すように、受け駒１５の受け面１５ａにて電池モジュール３を直立姿勢にて支えた場合に、電池モジュール３の周縁部に付帯する巻き締め部１２が受け面１５ａと干渉することがないように、受け駒１５の受け面１５ａの端部には電池モジュール３側の巻き締め部１２を受容しつつこれと嵌合するように逃げ凹部１５ｂを切り欠くようにして形成してある。より具体的には、図１〜３の矢印ａ方向を電池積層体２における電池モジュール３の積層方向とした場合に、受け駒１５における受け面１５ａのうち電池積層方向ａでの後方側に逃げ凹部１５ｂを形成してある。

これにより、受け駒１５がその受け面１５ａにて電池モジュール３を正しく位置決め支持した状態では、巻き締め部１２が受け面１５ａ上に乗り上げることがなく、電池モジュール３の四周の外周壁面のうち着座面となる一方の長辺部が受け駒１５側の受け面１５ａと全面接触してその電池モジュール３を直立姿勢にて安定して支持することができるようになっている。

また、図２，３から明らかなように、電池モジュール３同士が互いに接触して積層される際に、受け駒１５同士が先に接触または干渉して電池モジュール３同士の積層を阻害することがないように、受け駒１５の幅寸法Ｄ２は電池モジュール３の厚み寸法Ｄ１よりも小さく設定されている。

したがって、このような組立装置により組電池１を組み立てるにあたっては、図１に示すように、予め一対のガイドレール１４が位置決め固定されている作業台１３上において、ガイドレール１４同士の対向間隙のうち最奥部側にエンドプレート４を直立姿勢にて載置する。

次いで、ガイドレール１４同士の対向間隙内のうち図１の手前側にそれぞれのガイドレール１４に対して直角となるように受け駒１５を置き、その受け駒１５の受け面１５ａ上に電池モジュール３を四周の外周壁面のうち一方の長辺部が着座面となるようにして直立姿勢にて位置決めする。

この時、受け駒１５の長手方向の両端面がそれぞれのガイドレール１４に軽く当接するものとする。また、図２，３に示すように、電池モジュール３の四周の外周壁面のうち着座面となる一方の長辺部が受け駒１５側の受け面１５ａに対して全面接触し且つ巻き締め部１２が逃げ凹部１５ｂに受容されて嵌合するように載置する。これにより、電池モジュール３の四周の外周壁面のうち着座面となる一方の長辺部が傾斜面であったとしても、その電池モジュール３を直立姿勢にて安定して支持することができる。

そして、電池モジュール３が位置決め支持されている受け駒１５をガイドレール１４に沿って作業台１３上にて摺動させて奥部側に押し込み、電池モジュール３を先に最奥部側で待機しているエンドプレート４に密着させる。この場合において、図３に示したように、受け駒１５上に位置決め支持されている電池モジュール３の重量が比較的大きく、しかも受け駒１５の受け面１５ａに形成された逃げ凹部１５ｂに電池モジュール３側の巻き締め部１２が嵌合していることから、受け駒１５上の電池モジュール３が傾くことがないように当該電池モジュール３の下部を押すようにして受け駒１５を摺動させるものとする。

こうして、エンドプレート４に対して最初の電池モジュール３の押し込みによる積層が完了したならば、以降は同様の操作により２個目，３個目‥ｎ個目の電池モジュール３の積層を順次行い、組電池１となるべき電池積層体２の完成度を高める。この場合において、図２，３に示すように、電池モジュール３同士が互いに接触するように積層されたとしても、受け駒１５の幅寸法Ｄ２と電池モジュール３の厚み寸法Ｄ１との関係がＤ１＞Ｄ２の関係にあることから、電池モジュール３を位置決め支持している受け駒１５同士が直接接触することはない。

このように、作業台１３上での受け駒１５の摺動動作に基づく電池モジュール３の積層作業に際して、ガイドレール１４は電池モジュール３の積層方向ａを指向するように配置されていることになり、作業台１３とその上に固定されるレール部材としてのガイドレール１４は、摺動部材である受け駒１５の摺動方向を電池モジュール３の積層方向ａに規制する摺動方向規制部材として機能することになる。

この後、必要個数の電池モジュール３の積層が完了したならば、最後に図１のエンドプレート５を積層し、この時点で初めて作業台１３上において組電池１となるべき電池積層体２が構築されたことになる。

この電池積層体２は必要個数だけ積層された電池モジュール３の両側にエンドプレート４，５が配置されていることから、各電池モジュール３およびエンドプレート４，５の四隅に形成されている挿通穴１０，１１に締結部材としての通しボルト６を挿入した上でその通しボルト６に対し同じく締結部材としてのナット７を締め込み、両側のエンドプレート４，５を含む電池モジュール３全体を圧締保持して一体化する。これにより先の電池積層体２を主要素とする組電池１の組み立てが完了する。

こうして、作業台１３上において組電池１が組み立てられたならば、図示しない搬送装置または助力装置を用いて組立完了後の組電池１を作業台１３から取り出し、以降は作業台１３上ではガイドレール１４や各受け駒１５を繰り返し使用することで上記と同様の組立作業を継続して行えることになる。

このように本実施の形態によれば、作業台１３上において、電池モジュール３を位置決め支持した受け駒１５をガイドレール１４に沿って摺動させるだけで電池モジュール３の積層作業をスムーズに行うことができることから、積層途中において電池モジュール３が傾いたり、あるいは電池モジュール３同士の間に余分な隙間ができてしまうことがなく、電池積層体２の積層方向での寸法精度が良好且つ安定化するとともに、一旦積層された電池積層体２の積層作業の手直しを必要とすることもなくなる。その結果として、組電池１となるべき電池積層体２の積層方向での寸法精度が向上するとともに、組立作業の工数低減による作業性の向上も図れるようになる。

ここで、上記実施の形態では、ラミネート型の薄型電池を矩形状のケース８に複数個収容したものを電池モジュール３としているが、本発明が対象としている組電池１となるべき個々の電池の形態としては当該電池モジュール３のみに限定されるものではない。例えば、矩形状のケース８に収容される薄型電池は単一のものでも良く、さらに単電池あるいはセルとしての薄型電池そのものがケース８およびカバー９を外装体として板状に形成されたものであっても良い。

また、上記実施の形態では、電池モジュール３同士が互いに直接的に接触するように積層する場合について例示しているが、電池モジュール３同士の間にスペーサの類のものを介在させることで、電池モジュール３同士がスペーサの類のものを介して間接的に接触するように順次積層する場合であっても本発明を適用することができる。

１…組電池
２…電池積層体
３…電池モジュール
４，５…エンドプレート
６…通しボルト（締結手段）
７…ナット（締結部材）
１３…作業台（摺動方向規制部材）
１４…レール部材としてのガイドレール（摺動方向規制部材）
１５…受け駒（摺動部材）
１５ａ…受け面
１５ｂ…逃げ凹部
ａ…積層方向

Claims

複数の電池を積層して電池積層体とした上でこの電池積層体を一体化して組電池として組み立てるための装置であって、
上記電池の一部を構成することなく、積層される電池毎に独立して設けられるとともに、電池のうち上記積層方向に沿った外周壁面を着座面として電池を直立姿勢にて位置決め支持した状態で上記積層方向に摺動可能な摺動部材と、
上記摺動部材の摺動方向を上記積層方向に規制する摺動方向規制部材と、
を備えていることを特徴とする組電池の組立装置。
上記摺動部材は、上記積層方向に沿った外周壁面を着座面としては直立姿勢で自立できない電池を、上記積層方向に沿った外周壁面を着座面として直立姿勢にて位置決め支持した状態で、上記積層方向に摺動可能なものであることを特徴とする請求項１に記載の組電池の組立装置。
複数の電池を積層して電池積層体とした上でこの電池積層体を一体化して組電池として組み立てるための装置であって、
積層される電池毎に独立して設けられるとともに、電池のうち上記積層方向に沿った外周壁面を着座面として電池を直立姿勢にて位置決め支持した状態で上記積層方向に摺動可能な摺動部材と、
上記摺動部材の摺動方向を上記積層方向に規制する摺動方向規制部材と、
を備えていて、
上記電池同士が互いに接触して積層された状態では、それぞれの電池を位置決め支持している摺動部材同士が当接しないように、当該摺動部材のうち上記積層方向での寸法が設定されていることを特徴とする組電池の組立装置。
上記摺動方向規制部材は、
上記摺動部材が摺動可能に載置される作業台と、
この作業台上に設けられるとともに上記積層方向に沿って延在して上記摺動部材の長手方向両端面に当接する一対のレール部材と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の組電池の組立装置。
上記電池の上記積層方向に沿った外周壁面のうち少なくとも上記摺動部材に対する着座面として機能する部分であって且つ上記積層方向後方側には外側に張り出す凸部を有している一方、
上記摺動部材のうち電池を位置決め支持する受け面には上記凸部を受容しつつ嵌合する凹部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の組電池の組立装置。
上記電池積層体は当該電池積層体を貫通する締結部材によって一体化されて組電池として仕上げられるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の組電池の組立装置。
複数の電池を積層して電池積層体とした上でこの電池積層体を一体化して組電池として組み立てるための方法であって、
上記電池のうち上記積層方向に沿った外周壁面を着座面として電池を作業台上の摺動部材に直立姿勢にて位置決め支持させ、
上記摺動部材の摺動方向を作業台上のレール部材にて上記積層方向に規制しながら当該摺動部材を摺動させて電池同士を順次積層し、
上記電池同士が互いに接触して積層された状態では、それぞれの電池を位置決め支持している摺動部材同士が当接しない状態をもって積層完了とすることを特徴とする組電池の組立方法。