JP6929443B2

JP6929443B2 - 電池スタック形成装置、および電池スタック形成方法

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Publication number: JP6929443B2
Application number: JP2020508819A
Authority: JP
Inventors: 昭雄桑田; 拓郎梶谷; 裕貴中山
Original assignee: Envision AESC Japan Ltd
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Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2021-09-01
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Also published as: JPWO2019187042A1; US20210013481A1; US11411286B2; WO2019187042A1

Description

本発明は、電池スタック形成装置、および電池スタック形成方法に関する。

車両に搭載される電池モジュールは、電極タブを備える扁平な単電池を複数枚積層した電池スタックを有している（特許文献１を参照）。それぞれの単電池の電極タブは、他の単電池の電極タブと、導電性を備えるバスバーによって電気的に接続される。電極タブとバスバーとはレーザー溶接によって接合されている。

単電池は、スペーサーによって支持された状態において積層される。単電池を積層すると、積層方向に隣り合うスペーサー同士が接触する。単電池の外装材（ラミネートフィルムなど）は連結孔を有し、スペーサーは連結ピンを有している。連結孔に連結ピンを挿通し、連結ピンの先端を熱カシメすることによって、スペーサーと単電池とが接続されている。各スペーサーは、位置決ピンと位置決穴とを有している。積層方向に隣り合うスペーサーの位置は、位置決ピンと位置決穴との嵌め合いによって定まる。

国際公開第２０１７／０６８７０３号

電極タブとバスバーとをレーザー溶接する場合、高品位の溶接品質を確保するために、電極タブとバスバーとの間に隙間が生じないように、電極タブの位置とバスバーの位置を管理しなければならない。そのため、単電池の位置を高精度に保って、単電池を積層することが必要である。

特許文献１に記載された電池スタックは、積層方向に隣り合うスペーサーに位置決め部材（位置決ピン、位置決穴）を備えることによって、単電池の位置を定めている。しかしながら、位置決め部材同士の間にはクリアランスが存在し、単電池の連結孔とスペーサーの連結ピンとの間にもクリアランスが存在する。これらクリアランスの存在によって、単電池の位置は、僅かではあるものの、ばらつきが生じている。この結果、電極タブの位置がばらつき、電極タブとバスバーとをレーザー溶接した場合の溶接品質に多少のばらつきが生じるおそれがある。

本発明は、単電池の位置を高精度に保って単電池を積層することができる電池スタック形成装置、および電池スタック形成方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明に係る電池スタック形成装置は、発電要素を含む本体部と電極タブとを備える扁平な単電池を、前記本体部の厚み方向に複数枚積層して電池スタックを形成する装置である。電池スタック形成装置は、前記単電池を保持して積層する積層ロボットと、前記積層ロボットによって保持された前記単電池の前記電極タブにおける少なくとも２箇所に設定された基準部の位置を検出する検出部と、制御部と、前記電極タブが相対的に押し付けられる基準ブロックと、を有している。前記制御部は、前記積層ロボットおよび前記検出部の作動を制御する。前記制御部は、前記積層ロボットによって前記単電池を保持し、前記電極タブを前記基準ブロックに相対的に押し付けることによって前記電極タブの姿勢を矯正した状態において前記検出部によって前記基準部のそれぞれの位置を検出し、前記基準部のそれぞれの位置を、前記電池スタックを形成するときの予め設定された積層基準位置のそれぞれに一致させて積層する。

また、上記目的を達成する本発明に係る電池スタック形成方法は、発電要素を含む本体部と電極タブとを備える扁平な単電池を、前記本体部の厚み方向に複数枚積層して電池スタックを形成する方法である。電池スタック形成方法は、まず、前記電極タブを基準ブロックに相対的に押し付けることによって、前記電極タブの姿勢を矯正した状態において前記電極タブの少なくとも２箇所に設定された基準部の位置を検出する。そして、前記基準部のそれぞれの位置を、前記電池スタックを形成するときの予め設定された積層基準位置のそれぞれに一致させて、複数枚の前記単電池を積層する。

電池モジュールを示す斜視図である。図１に示される電池モジュールの一部を分解して示す斜視図である。電極タブを備える扁平な単電池を示す斜視図である。単電池にスペーサーを取り付けた状態を示す斜視図である。積層した単電池の電極タブにバスバーをレーザー接合している状態の要部を断面で示す側面図である。電池スタック形成装置の構成を模式的に示す平面図である。電池スタック形成装置によって単電池を積層する様子を模式的に示す側面図である。単電池の姿勢を補正する前の状態を示す説明図である。単電池をＸ−Ｙの２軸方向に補正した状態を示す説明図である。図６Ｂに続けて、単電池をＺ軸を中心に回転補正した状態を示す説明図である。電池スタック形成装置の要部を示す側面図である。電池スタック形成装置の天板部を示す平面図である。電池スタック形成装置の要部を示す平面図である。電池スタック形成装置の要部を示す正面図である。図９の１１−１１線に沿う断面図であり、押し付け部のタブ用吸引パッドが電極タブを吸引する前の状態を示す断面図である。図９の１１−１１線に沿う断面図であり、押し付け部のタブ用吸引パッドが電極タブを吸引し、電極タブが検出部の基準ブロックに押し付けられた状態を示す断面図である。基準部の位置を検出するときに電極タブの姿勢を矯正する必要性を説明するための断面図である。電池スタック形成装置によって、電極タブの位置を基準にして単電池を積層する手順を示すフローチャートである。電極タブに設定される基準部の実施形態の例を示す平面図である。電極タブに設定される基準部の改変例１を示す平面図である。電極タブに設定される基準部の改変例２を示す平面図である。電極タブに設定される基準部の改変例３を示す平面図である。電極タブに設定される基準部の改変例４を示す平面図である。電極タブに設定される基準部の改変例５を示す平面図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。図面において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面において、各部材の大きさや比率は、実施形態の理解を容易にするために誇張し、実際の大きさや比率とは異なる場合がある。

図に付したＸ−Ｙ−Ｚ軸は、電池モジュール１００の方位を示している。Ｘ軸は、単電池１１０の積層方向と交差し、かつ、単電池１１０の長手方向に沿った方向を示している。Ｙ軸は、単電池１１０の積層方向と交差し、かつ、単電池１１０の短手方向に沿った方向を示している。Ｚ軸は、単電池１１０の積層方向を示している。

（電池モジュール１００）
まず、電池スタックを含む電池モジュールについて説明する。

図１、および図２を参照して、電池モジュール１００は、扁平な複数の単電池１１０を積層してなる電池スタック１１０Ｓがモジュールケース１２０内に収納されている。モジュールケース１２０は、４枚の板部材から構成され、電池スタック１１０Ｓを加圧する加圧ユニットとしても機能する。複数の単電池１１０は、モジュールケース１２０によって加圧された状態において、バスバーユニット１３０によって電気的に接続される。

図３Ａ、図３Ｂ、および図４を参照して、単電池１１０は、例えば、扁平なリチウムイオン二次電池である。単電池１１０は、発電要素１１１を一対のラミネートフィルム１１２によって封止した本体部１１０Ｈと、薄板状の電極タブ１１３と、を有している。発電要素１１１は、正極と負極とをセパレータを介して積層して形成されている。発電要素１１１は、電解液とともにラミネートフィルム１１２によって封止されている。

ラミネートフィルム１１２は、絶縁性を備えたシートによって金属箔の両側を覆って構成されている。ラミネートフィルム１１２は、四隅に連結孔１１２ａが形成されている。ラミネートフィルム１１２は、長手方向Ｘに沿った両端部１１２ｄを、積層方向Ｚの上方に向かって折り曲げて形成している。

電極タブ１１３は、発電要素１１１に電気的に接続され、ラミネートフィルム１１２から外部に導出されている。電極タブ１１３は、アノード側電極タブ１１３Ａと、カソード側電極タブ１１３Ｋとを有している。アノード側電極タブ１１３Ａおよびカソード側電極タブ１１３Ｋはともに、ラミネートフィルム１１２の短手方向Ｙに沿う一端部から、長手方向Ｘに沿う一方向（図３Ａにおいて左手前側）に向かって伸びている。

電極タブ１１３は、基端部１１３ｃから先端部１１３ｄにかけてＬ字形状に折り曲げ形成されている。電極タブ１１３の先端部１１３ｄは、バスバー１３２と対面するように面状に形成されている。なお、電極タブ１１３は図示したＬ字形状に限定されない、バスバー１３２の形状との関係において、適宜の形状を有する。アノード側電極タブ１１３Ａの形成材料は、例えば、アルミニウムであり、カソード側電極タブ１１３Ｋの形成材料は、例えば、銅である。

図３Ｂを参照して、単電池１１０は、電極タブ１１３を備えた側が一対の第１スペーサー１１４によって支持され、電極タブ１１３を備えていない側が一対の第２スペーサー１１５によって支持されている。単電池１１０は、各スペーサー１１４、１１５によって支持された状態において積層される。第１スペーサー１１４には、ラミネートフィルム１１２の連結孔１１２ａに挿通される連結ピン１１４ａが形成され、第２スペーサー１１５には、連結孔１１２ａに挿通される連結ピン１１５ａが形成されている。連結ピン１１４ａ、１１５ａの先端を熱カシメすることによって、各スペーサー１１４、１１５は、ラミネートフィルム１１２に接続される。各スペーサー１１４、１１５は、絶縁性を備えた強化プラスチックスから形成される。連結孔１１２ａの内周面と連結ピン１１４ａ、１１５ａの外周面との間のクリアランスは比較的大きい。このため、連結孔１１２ａと連結ピン１１４ａ、１１５ａとが嵌り合っていても、単電池１１０の姿勢あるいは位置を補正するときの妨げとはならない。

第１スペーサー１１４は、その長手方向（短手方向Ｙ）の両端に載置部１１４ｂを有し、第２スペーサー１１５は、その長手方向（短手方向Ｙ）の両端に載置部１１５ｂを有している。単電池１１０を積層するとき、第１スペーサー１１４は、積層方向に隣り合う載置部１１４ｂ同士が接触し、第２スペーサー１１５は、積層方向に隣り合う載置部１１５ｂ同士が接触する。載置部１１４ｂ、１１５ｂの上面には、ピン１１４ｃ、１１５ｃが形成されている。載置部１１４ｂの下面には、ピン１１４ｃの位置に対応した穴１１４ｄが形成されている（図４を参照）。載置部１１５ｂの下面にも同様に、ピン１１５ｃの位置に対応した穴（図示省略）が形成されている。穴１１４ｄの内周面とピン１１４ｃ、１１５ｃの外周面との間のクリアランスは比較的大きい。このため、穴１１４ｄとピン１１４ｃ、１１５ｃとが嵌り合っていても、単電池１１０の姿勢あるいは位置を補正するときの妨げとはならない。載置部１１４ｂ、１１５ｂには、通しボルトを挿通する貫通孔１１４ｅ、１１５ｅが形成されている。第１スペーサー１１４は、図４に示すように、電極タブ１１３の先端部１１３ｄをバスバー１３２とは反対側から支持する支持部１１４ｆを有している。

モジュールケース１２０は、電池スタック１１０Ｓの各々の単電池１１０の発電要素１１１を上下から加圧する上部加圧板１２１と下部加圧板１２２、および電池スタック１１０Ｓを加圧した状態の上部加圧板１２１および下部加圧板１２２を固定する一対の側板１２３を含んでいる。上部加圧板１２１は、電池モジュール１００を図示しないパックケースに対して固定する締結ボルトを挿入するロケート孔１２１ｂが形成されている。下部加圧板１２２も同様に、締結ボルトを挿入するロケート孔１２２ｂが形成されている。一対の側板１２３は、上部加圧板１２１および下部加圧板１２２に対して溶接している。モジュールケース１２０の形成材料は、特に限定されないが、例えば、ステンレスなどから形成することができる。

バスバーユニット１３０は、上下に並んだ単電池１１０の電極タブ１１３を電気的に接続するバスバー１３２と、複数のバスバー１３２を一体的に保持するバスバーホルダ１３１と、バスバー１３２を保護する保護カバー１３５とを有する。バスバーユニット１３０はさらに、電気的に接続された複数の単電池１１０のアノード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるアノード側ターミナル１３３と、カソード側の終端を外部の入出力端子に臨ませるカソード側ターミナル１３４とを有する。

図４に示すように、積層した単電池１１０の電極タブ１１３にバスバー１３２をレーザー接合するときには、図示しないレーザー発振器は、バスバー１３２にレーザー光Ｌ１を照射する。バスバー１３２と電極タブ１１３の先端部１１３ｄとは、シーム溶接またはスポット溶接によって接合される。電極タブ１１３とバスバー１３２とをレーザー溶接する場合、高品位の溶接品質を確保するために、電極タブ１１３とバスバー１３２との間に隙間が生じないように、電極タブ１１３の位置とバスバー１３２の位置を管理しなければならない。そのためにも、単電池１１０の位置を高精度に保って、単電池１１０を積層することが必要である。

（電池スタック形成装置１０）
実施形態に係る電池スタック形成装置１０を説明する。図５Ａは、電池スタック形成装置１０の構成を模式的に示す平面図、図５Ｂは、電池スタック形成装置１０によって単電池１１０を積層する様子を模式的に示す側面図である。図６Ａは、単電池１１０の姿勢を補正する前の状態を示す説明図、図６Ｂは、単電池１１０をＸ−Ｙの２軸方向に補正した状態を示す説明図、図６Ｃは、図６Ｂに続けて、単電池１１０をＺ軸を中心に回転補正した状態を示す説明図である。

電池スタック形成装置１０は、概説すると、発電要素１１１を含む本体部１１０Ｈと電極タブ１１３とを備える扁平な単電池１１０を、本体部１１０Ｈの厚み方向に複数枚積層して電池スタック１１０Ｓを形成する装置である。電池スタック形成装置１０は、単電池１１０を保持して積層する積層ロボット２０と、積層ロボット２０によって保持された単電池１１０の電極タブ１１３における少なくとも２箇所に設定された基準部３０の位置を検出する検出部４０と、を有している。電池スタック形成装置１０はさらに、積層ロボット２０および検出部４０の作動を制御する制御部５０を有している。制御部５０は、積層ロボット２０によって単電池１１０を保持し、検出部４０によって基準部３０のそれぞれの位置を検出する。そして、制御部５０は、基準部３０のそれぞれの位置を、電池スタック１１０Ｓを形成するときの予め設定された積層基準位置６０のそれぞれに一致させて積層する。以下、詳述する。

積層ロボット２０は、一般的な産業用ロボットから構成されている。例えば、水平方向にアームが動作する水平多関節ロボット（ＳＣＡＲＡ）などを使用することができる。積層ロボット２０は、搬入テーブル２１に搬入された単電池１１０を保持し、保持した単電池１１０の姿勢を補正した後、電池スタック１１０Ｓを形成する治具２２の上に順次積層する。図示しないロボットあるいはベルトコンベアなどによって、積層される単電池１１０は、搬入テーブル２１の上に搬入される。

電極タブ１１３は、図４に示したように、基端部１１３ｃから先端部１１３ｄにかけてＬ字形状に折り曲げ形成されている。電極タブ１１３の先端部１１３ｄは、バスバー１３２と対面するように面状に形成されている。

電極タブ１１３は、少なくとも２箇所に設定された基準部３０を有している。基準部３０は、その位置を特定できる限りにおいて構成は特に限定されない。基準部３０は、例えば、貫通穴、止まり穴、切り欠き、あるいは刻印されたマークなどから構成することができる。

図示例では、電極タブ１１３の基準部３０は、第１基準部３１と第２基準部３２とを含んでいる。第１基準部３１および第２基準部３２は、貫通穴から形成されている。第１基準部３１および第２基準部３２は、電極タブ１１３の基端部１１３ｃに形成されている。基端部１１３ｃは水平面に位置する。以下の説明においては、第１基準部３１を第１検査穴３１といい、第２基準部３２を第２検査穴３２という。アノード側電極タブ１１３Ａは第１検査穴３１を有し、カソード側電極タブ１１３Ｋは第２検査穴３２を有している。第１検査穴３１の中心と第２検査穴３２の中心とを結ぶ線分の長さが長くなるように、第１検査穴３１および第２検査穴３２は、できるだけ離間して形成されている。単電池１１０の位置補正の精度が向上するからである。図６Ｃを参照して、第１検査穴３１は、アノード側電極タブ１１３Ａの右端寄りに形成され、第２検査穴３２は、カソード側電極タブ１１３Ｋの左端寄りに形成されている。

検出部４０は、基準部３０の位置を検出することができる限りにおいて構成は特に限定されない。図示例では、検出部４０は、ＣＣＤイメージセンサを備えたカメラ４１を有している。検出部４０は、カメラ４１によって撮像した画像データを画像処理する処理部を含んでいる。検出部４０は、撮像した画像データを処理部において画像解析することによって、第１検査穴３１および第２検査穴３２のそれぞれの位置を検出する。

制御部５０は、ＣＰＵやメモリを主体に構成され、積層ロボット２０や検出部４０の作動を制御する。制御部５０は、検出部４０によって検出された第１検査穴３１および第２検査穴３２のそれぞれの位置データが入力される。制御部５０は、検出部４０の処理部としても機能している。制御部５０は、カメラ４１によって撮像した画像データが入力され、画像データを画像解析することによって、第１検査穴３１および第２検査穴３２のそれぞれの位置を検出する。制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、積層ロボット２０が保持する単電池１１０の姿勢を補正する。補正は、第１検査穴３１および第２検査穴３２のそれぞれの位置を、電池スタック１１０Ｓを形成するときの予め設定された積層基準位置６０のそれぞれに一致させるように行なう。制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、姿勢が補正された単電池１１０を順次積層する。

図示省略するが、積層される単電池１１０同士の間には、接着剤あるいは粘着剤が塗布されている。

前述したように、各スペーサー１１４、１１５はラミネートフィルム１１２に連結されている。ただし、連結孔１１２ａの内周面と連結ピン１１４ａ、１１５ａの外周面との間のクリアランスは比較的大きい。このため、連結孔１１２ａと連結ピン１１４ａ、１１５ａとが嵌り合っていても、単電池１１０の姿勢あるいは位置を補正するときの妨げとはならない。また、各スペーサー１１４、１１５は、積層方向に隣り合う載置部１１４ｂ、１１５ｂ同士が連結されている。ただし、穴１１４ｄの内周面とピン１１４ｃ、１１５ｃの外周面との間のクリアランスは比較的大きい。このため、穴１１４ｄとピン１１４ｃ、１１５ｃとが嵌り合っていても、単電池１１０の姿勢あるいは位置を補正するときの妨げとはならない。

図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃを参照して、単電池１１０の姿勢補正について説明する。

上述したように、電極タブ１１３の基準部３０は、第１検査穴３１と第２検査穴３２とを含んでいる。積層基準位置６０は、第１検査穴３１を位置させる第１基準位置６１、第２検査穴３２を位置させる第２基準位置６２、および第１基準位置６１と第２基準位置６２とを結ぶ線分の中点を位置させる第３基準位置６３を含んでいる。制御部５０は、検出した第１検査穴３１の中心位置および第２検査穴３２の中心位置に基づいて、第１検査穴３１と第２検査穴３２とを結ぶ線分の中点３３の位置を求める。

図６Ａに示すように、制御部５０は、まず、中点３３を第３基準位置６３に位置させるために必要なＸ方向の補正量ｘ（ｍｍ）、Ｙ方向の補正量ｙ（ｍｍ）を求める。さらに、中点３３を第３基準位置６３に位置させた後に、第１検査穴３１を第１基準位置６１に位置させ、第２検査穴３２を第２基準位置６２に位置させるために必要な回転方向の補正量θ（度）を求める。

次に、図６Ｂに示すように、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、積層ロボット２０が保持する単電池１１０の姿勢をＸ−Ｙの２軸方向に補正する。補正量は、Ｘ方向に補正量ｘ（ｍｍ）、Ｙ方向に補正量ｙ（ｍｍ）である。

次に、図６Ｃに示すように、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、積層ロボット２０が保持する単電池１１０の姿勢をＺ軸を中心に回転補正する。補正量は、補正量θ（度）である。

このようにして、制御部５０は、第１検査穴３１、第２検査穴３２、および中点３３をそれぞれ第１基準位置６１、第２基準位置６２、および第３基準位置６３に一致させるように、積層ロボット２０の作動を制御して単電池１１０の位置を補正する。

図７、図８、および図９を参照して、電池スタック形成装置１０は、ロボットアーム２０ａ（図５Ａを参照）の先端に単電池１１０をハンドリングするハンドリングユニット７０が接続されている。ハンドリングユニット７０は、天板７１と、天板７１の上面側に配置されロボットアーム２０ａに接続される接続部７２と、天板７１の下面側に配置され単電池１１０の保持および保持解除が自在な保持部７３とを有している。

天板７１は、電極タブ１１３側の縁辺に、上方から見て第１検査穴３１および第２検査穴３２の周辺の電極タブ１１３を露出させる窪み７１ａが形成されている。この窪み７１ａを通して、上方からカメラ４１によって、第１検査穴３１、第２検査穴３２、およびこれら検査穴３１、３２周辺の電極タブ１１３を撮像できる。

保持部７３は、４箇所において、単電池１１０の本体部１１０Ｈの上面側を保持する。保持部７３は、本体部１１０Ｈを吸引する本体部用吸引パッド７４を有している。本体部用吸引パッド７４は、可撓性を有する蛇腹形状のカバー７４ａを有している。カバー７４ａの内部空間は、真空ポンプなどの吸引装置７５に連通している。積層ロボット２０がハンドリングユニット７０を搬入テーブル２１上の単電池１１０に向けて下降すると、カバー７４ａの下端縁が本体部１１０Ｈの上面に接触する。積層ロボット２０がハンドリングユニット７０をさらに下降すると、本体部用吸引パッド７４のカバー７４ａが弾性変形し、カバー７４ａの下端縁が本体部１１０Ｈの上面に押し付けられる。この状態において、吸引装置７５が作動される。本体部用吸引パッド７４は、負圧によって本体部１１０Ｈを吸引する。これによって、本体部１１０Ｈの上面が吸着保持される。積層ロボット２０によって治具２２の上への単電池１１０の積層が終わると、吸引装置７５の作動が停止され、本体部用吸引パッド７４内が大気開放される。これによって、本体部１１０Ｈの吸着保持が解除される。

電極タブ１１３は、比較的剛性を有している。一方、外装材に一般的に適用されるラミネートフィルム１１２は可撓性を有している。また、電極タブ１１３が接続される発電要素１１１の集電箔は、非常に薄肉であり、電極タブ１１３に比べて剛性は非常に低い。このため、図１２に示すように、単電池１１０をハンドリングするために持ち上げると、電極タブ１１３の先端部１１３ｄは、本体部１１０Ｈに比べて垂れ下がる。このような状態において、基準部３０を上方から検出した場合には、本来の位置Ｐ１に比べてΔｘの誤差が生じる。画像位置補正のばらつきを小さくするため、撮像時の電極タブ１１３の姿勢の安定化が必要である。したがって、単電池１１０をハンドリングし、検出部４０によって基準部３０のそれぞれの位置を検出するときには、電極タブ１１３の姿勢を矯正する必要がある。

そこで、電池スタック形成装置１０は、電極タブ１１３が相対的に押し付けられる基準ブロック８０をさらに有している。電極タブ１１３を基準ブロック８０に相対的に押し付けることによって電極タブ１１３の姿勢を矯正した状態において、検出部４０は基準部３０のそれぞれの位置を検出する。電極タブ１１３の姿勢を矯正することによって、基準部３０のそれぞれの位置を正確に検出することができる。

基準ブロック８０は、アノード側電極タブ１１３Ａおよびカソード側電極タブ１１３Ｋのそれぞれの位置に配置されている。基準ブロック８０は、取り付けブロック８１を介して、天板７１の下面に取り付けられている。基準ブロック８０の下面８０ａは、電極タブ１１３が相対的に押し付けられる面である。本実施形態においては、基準ブロック８０を天板７１に取り付け、基準ブロック８０を積層ロボット２０に設置している。このため、単電池１１０を保持してから検出部４０の位置まで移動している間に、電極タブ１１３の姿勢を矯正することができる。

図１０を参照して、電池スタック形成装置１０は、基準ブロック８０に対して電極タブ１１３を相対的に押し付ける押し付け部８２をさらに有している。押し付け部８２は、基準ブロック８０の側から電極タブ１１３を吸引するタブ用吸引パッド８３（吸引パッドに相当する）を有している。押し付け部８２は、単電池１１０の電極タブ１１３の下面側を保持する保持プレート８４をさらに有している。

基準ブロック８０は、下面が開口した３個の凹部８０ｂを有している。３個の凹部８０ｂのそれぞれに、タブ用吸引パッド８３が配置されている。３個のタブ用吸引パッド８３によって、電極タブ１１３の上面側を保持する。タブ用吸引パッド８３は、可撓性を有する蛇腹形状のカバー８３ａを有している。カバー８３ａの内部空間は、吸引装置７５に連通している。

図１１Ａに示すように、タブ用吸引パッド８３が電極タブ１１３を吸引する前の状態においては、タブ用吸引パッド８３のカバー８３ａの下端縁は、基準ブロック８０の下面８０ａを超えて下方に伸びている。積層ロボット２０がハンドリングユニット７０を搬入テーブル２１上の単電池１１０に向けて下降すると、カバー８３ａ下端縁が電極タブ１１３の上面に接触する。

図１１Ｂに示すように、積層ロボット２０がハンドリングユニット７０をさらに下降すると、タブ用吸引パッド８３のカバー８３ａが弾性変形し、カバー８３ａの下端縁が電極タブ１１３の上面に押し付けられる。この状態において、吸引装置７５が作動される。タブ用吸引パッド８３は、負圧によって電極タブ１１３を吸引する。これによって、電極タブ１１３の上面が吸着保持される。さらに、タブ用吸引パッド８３は基準ブロック８０の側から電極タブ１１３を吸引するため、電極タブ１１３が基準ブロック８０の下面８０ａに対して押し付けられる。基準ブロック８０は電極タブ１１３の上方に配置され、電極タブ１１３は基準ブロック８０に向けて押し上げられるように動作する。したがって、上方に向けて反り返った電極タブ１１３を安定した姿勢（水平に伸びている姿勢）に矯正することができる。

図７、および図１０に示すように、保持プレート８４は、単電池１１０の長手方向（Ｘ方向）に沿う端部に向かい合って配置されている。保持プレート８４は、Ｘ方向に伸びている駆動軸８５に取り付けられ、駆動軸８５を中心に回動自在に設けられている。駆動軸８５に固定された駆動プレート８６にアクチュエータの作動ロッド８７が連結されている。アクチュエータは、油圧シリンダ等の流体圧シリンダである。図１０に実線によって示すように作動ロッド８７が引き上げられた状態においては、保持プレート８４は、下方に向かって伸びる位置に回転する。この状態においては、保持プレート８４は、電極タブ１１３の下面側の保持を解除する。一方、図１０に破線によって示すように作動ロッド８７が押し下げられた状態においては、保持プレート８４は、水平方向に向かって伸びる位置に回転する。この状態においては、保持プレート８４は、第１スペーサー１１４を介して、電極タブ１１３の下面側を保持する。保持プレート８４は、電極タブ１１３の下面側を保持することによって、基準ブロック８０に対して電極タブ１１３を押し付ける。保持プレート８４によって、垂れ下がった電極タブ１１３を安定した姿勢（水平に伸びている姿勢）に矯正することができる。

図７に示すように、電池スタック形成装置１０は、本体部１１０Ｈの下面側を保持する本体部用保持プレート８８を有している。本体部用保持プレート８８は、単電池１１０の長手方向（Ｘ方向）に沿う端部に向かい合って配置されている。本体部用保持プレート８８は、駆動軸８５に取り付けられ、駆動軸８５を中心に回動自在に設けられている。本体部用保持プレート８８は、保持プレート８４と同期して回転する。保持プレート８４が電極タブ１１３の下面側を保持するときには、本体部用保持プレート８８も本体部１１０Ｈの下面側を保持する。一方、保持プレート８４が電極タブ１１３の下面側の保持を解除するときには、本体部用保持プレート８８も本体部１１０Ｈの下面側の保持を解除する。本体部用保持プレート８８が本体部１１０Ｈの下面側保持することによって、ハンドリングユニット７０が移動するときに、保持部７３から単電池１１０が脱落することを防止できる。したがって、積層ロボット２０による単電池１１０の移動速度を早くすることによって、単電池１１０を迅速に積層でき、電池スタック１１０Ｓの生産性が向上する。

（電池スタック形成装置１０における単電池１１０の積層手順）
次に、図１３を参照して、電池スタック形成装置１０における単電池１１０の積層手順を説明する。

ステップＳ１１において、積層対象の単電池１１０が搬入テーブル２１の上に搬入される。

ステップＳ１２において、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、ロボットアーム２０ａ先端のハンドリングユニット７０を単電池１１０の上に移動させる。

ステップＳ１３において、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、ハンドリングユニット７０を搬入テーブル２１上の単電池１１０に向けて下降させる。ハンドリングユニット７０の下降に伴って、本体部用吸引パッド７４のカバー７４ａの下端縁が本体部１１０Ｈの上面に接触する。また、タブ用吸引パッド８３のカバー８３ａの下端縁が電極タブ１１３の上面に接触する。ハンドリングユニット７０がさらに下降すると、本体部用吸引パッド７４のカバー７４ａが弾性変形し、カバー７４ａの下端縁が本体部１１０Ｈの上面に押し付けられる。また、タブ用吸引パッド８３のカバー８３ａが弾性変形し、カバー８３ａの下端縁が電極タブ１１３の上面に押し付けられる。

この状態において、制御部５０は、吸引装置７５を作動させる。本体部用吸引パッド７４は、負圧によって本体部１１０Ｈを吸引する。これによって、本体部１１０Ｈの上面が吸着保持される。タブ用吸引パッド８３は、負圧によって電極タブ１１３を吸引する。これによって、電極タブ１１３の上面が吸着保持される。さらに、タブ用吸引パッド８３は基準ブロック８０の側から電極タブ１１３を吸引するため、電極タブ１１３が基準ブロック８０の下面８０ａに対して押し付けられる（図１１Ｂを参照）。

ステップＳ１４において、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、ハンドリングユニット７０を上昇させ、吸着保持した単電池１１０を搬入テーブル２１から持ち上げる。その後に、制御部５０は、アクチュエータの作動を制御し、作動ロッド８７を押し下げ、保持プレート８４を水平方向に向かって伸びる位置に回転させる（図１０を参照）。これによって、保持プレート８４は、第１スペーサー１１４を介して、電極タブ１１３の下面側を保持する。保持プレート８４は、電極タブ１１３の下面側を保持することによって、基準ブロック８０に対して電極タブ１１３を押し付ける。

タブ用吸引パッド８３が電極タブ１１３を上面側から吸引し、これに加えて、保持プレート８４が電極タブ１１３を下面側から押し上げることによって、電極タブ１１３は基準ブロック８０の下面８０ａに対して押し付けられる（ステップＳ１２、ステップＳ１３）。この結果、電極タブ１１３の変形や撓みが矯正され、電極タブ１１３の姿勢が矯正される（ステップＳ１５）。

ステップＳ１６において、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、吸着保持した単電池１１０を検出部４０が配置された位置に移動させる。単電池１１０は、電極タブ１１３がカメラ４１の下方に位置するように移動される。電極タブ１１３の第１検査穴３１、第２検査穴３２、およびこれら検査穴３１、３２周辺は、天板７１の窪み７１ａを通してカメラ４１に向かい合う。

ステップＳ１７において、制御部５０は、カメラ４１の作動を制御し、第１検査穴３１、第２検査穴３２、およびこれら検査穴３１、３２周辺の電極タブ１１３を撮像する。

ステップＳ１８において、制御部５０は、カメラ４１によって撮像した画像データが入力され、画像データを画像解析することによって、第１検査穴３１および第２検査穴３２のそれぞれの位置を求める。

ステップＳ１９において、制御部５０は、検出した第１検査穴３１の中心位置および第２検査穴３２の中心位置に基づいて、第１検査穴３１と第２検査穴３２とを結ぶ線分の中点３３の位置を求める。

ステップＳ２０において、制御部５０は、予め設定された単電池１１０の積層基準位置６０に対して、単電池１１０の姿勢の補正量（ｘ、ｙ、θ）を求める。積層基準位置６０は、第１検査穴３１を位置させる第１基準位置６１、第２検査穴３２を位置させる第２基準位置６２、および中点３３を位置させる第３基準位置６３である。図６Ａに示すように、制御部５０は、中点３３を第３基準位置６３に位置させるために必要なＸ方向の補正量ｘ（ｍｍ）、Ｙ方向の補正量ｙ（ｍｍ）を求める。さらに、中点３３を第３基準位置６３に位置させた後に、第１検査穴３１を第１基準位置６１に位置させ、第２検査穴３２を第２基準位置６２に位置させるために必要な回転方向の補正量θ（度）を求める。

ステップＳ２１おいて、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、演算した補正量（ｘ、ｙ、θ）に基づいて、単電池１１０の姿勢を補正する。図６Ｂに示すように、制御部５０は、積層ロボット２０が保持する単電池１１０の姿勢をＸ−Ｙの２軸方向に補正する。補正量は、Ｘ方向に補正量ｘ（ｍｍ）、Ｙ方向に補正量ｙ（ｍｍ）である。さらに、図６Ｃに示すように、制御部５０は、積層ロボット２０が保持する単電池１１０の姿勢をＺ軸を中心に回転補正する。補正量は、補正量θ（度）である。

ステップＳ２２おいて、制御部５０は、積層ロボット２０の作動を制御し、第１検査穴３１、第２検査穴３２、および中点３３をそれぞれ第１基準位置６１、第２基準位置６２、および第３基準位置６３に一致させた状態において、単電池１１０を治具２２の上に積層する。

単電池１１０の積層が終わると、制御部５０は、吸引装置７５の作動を停止させ、本体部用吸引パッド７４内、およびタブ用吸引パッド８３内を大気開放する。これによって、本体部１１０Ｈおよび電極タブ１１３の吸着保持が解除される。

所定枚数の積層が終了していない場合には（ステップＳ２３、ＮＯ）、電極タブ１１３に設けた基準部３０の位置を積層基準位置６０に一致させて単電池１１０を順次積層する（ステップＳ１１〜Ｓ２２）。所定枚数の積層が終了した場合には（ステップＳ２３、ＹＥＳ）、電池スタック１１０Ｓの形成が完了する。

以上説明したように、本実施形態の電池スタック形成装置１０は、単電池１１０を保持して積層する積層ロボット２０と、積層ロボット２０によって保持された単電池１１０の電極タブ１１３における少なくとも２箇所に設定された基準部３０の位置を検出する検出部４０（カメラ４１）と、制御部５０とを有している。制御部５０は、積層ロボット２０によって単電池１１０を保持し、検出部４０によって基準部３０のそれぞれの位置を検出し、基準部３０のそれぞれの位置を、電池スタック１１０Ｓを形成するときの予め設定された積層基準位置６０のそれぞれに一致させて積層する。

また、本実施形態の電池スタック形成方法は、電極タブ１１３の少なくとも２箇所に設定された基準部３０の位置を検出し、基準部３０のそれぞれの位置を、電池スタック１１０Ｓを形成するときの予め設定された積層基準位置６０のそれぞれに一致させて、複数枚の単電池１１０を積層する。

このように構成することによって、電池スタック１１０Ｓにおける積層された単電池１１０のそれぞれは、電極タブ１１３に設けた少なくとも２箇所の基準部３０の位置が積層基準位置６０に一致し、単電池１１０の位置を高精度に保って単電池１１０を積層することができる。電極タブ１１３の位置のばらつきが小さくなる結果、電極タブ１１３とバスバー１３２とをレーザー溶接等によって接合する場合の溶接品質を安定させることが可能となる。

電池スタック形成装置１０は、電極タブ１１３が相対的に押し付けられる基準ブロック８０をさらに有し、電極タブ１１３を基準ブロック８０に相対的に押し付けることによって電極タブ１１３の姿勢を矯正した状態において、検出部４０は基準部３０のそれぞれの位置を検出する。

また、電池スタック形成方法は、基準部３０の位置を検出するときに、電極タブ１１３を基準ブロック８０に相対的に押し付けることによって、電極タブ１１３の姿勢を矯正する。

このように構成することによって、電極タブ１１３の姿勢が矯正され、基準部３０のそれぞれの位置を正確に検出することができる。

電池スタック形成装置１０は、基準ブロック８０が積層ロボット２０に設置されている。

このように構成することによって、単電池１１０を保持してから検出部４０の位置まで移動している間に、電極タブ１１３の姿勢を矯正することができる。したがって、電極タブ１１３の姿勢を矯正するためだけに使用する時間を削減することによって、単電池１１０を迅速に積層でき、電池スタック１１０Ｓの生産性が向上する。

電池スタック形成装置１０は、基準ブロック８０に対して電極タブ１１３を相対的に押し付ける押し付け部８２をさらに有している。

このように構成することによって、押し付け部８２によって電極タブ１１３を基準ブロック８０に相対的に確実に押し付けることができる。この結果、電極タブ１１３の姿勢（撓みや反りなど）を確実に矯正することができ、検出した基準部３０の位置精度が向上する。

押し付け部８２は、基準ブロック８０の側から電極タブ１１３を真空吸引するタブ用吸引パッド８３を有している。

また、電池スタック形成方法は、電極タブ１１３を真空吸引することによって、電極タブ１１３を基準ブロック８０に押し付けている。

このように構成することによって、基準ブロック８０は負圧を利用した吸着プレートとして機能し、電極タブ１１３を基準ブロック８０に相対的に確実に押し付けることができる。この結果、電極タブ１１３の姿勢（撓みや反りなど）を確実に矯正することができ、検出した基準部３０の位置精度が向上する。

押し付け部８２は、単電池１１０の電極タブ１１３の下面側を保持する保持プレート８４をさらに有している。

このように構成することによって、電極タブ１１３の下面側を保持プレート８４によって保持して、電極タブ１１３を基準ブロック８０に相対的に押し付けることができる。この結果、電極タブ１１３の姿勢（撓みや反りなど）を確実に矯正することができ、検出した基準部３０の位置精度が向上する。

電極タブ１１３の基準部３０は、第１検査穴３１（第１基準部３１）と第２検査穴３２（第２基準部３２）とを含み、積層基準位置６０は、第１検査穴３１を位置させる第１基準位置６１、第２検査穴３２を位置させる第２基準位置６２、および第１基準位置６１と第２基準位置６２とを結ぶ線分の中点を位置させる第３基準位置６３を含んでいる。制御部５０は、検出部４０によって検出された第１検査穴３１の位置、第２検査穴３２の位置、および第１検査穴３１と第２検査穴３２とを結ぶ線分の中点３３の位置を、それぞれ第１基準位置６１、第２基準位置６２、および第３基準位置６３に一致させるように、積層ロボット２０の作動を制御して単電池１１０の位置を補正する。

このように構成することによって、電池スタック１１０Ｓにおける積層された単電池１１０のそれぞれは、電極タブ１１３上の３箇所の位置が３箇所の積層基準位置６０に一致する。したがって、単電池１１０の位置を一層高精度に保って単電池１１０を積層することができる。

（変形例）
図１４Ａは、電極タブ１１３に設定される基準部３０の上述した実施形態の例を示す平面図であり、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１６Ａ、および図１６Ｂは、基準部９０の改変例１〜５を示す平面図である。

電極タブ１１３に設定する基準部３０は、図１４Ａに示される実施形態の例には限定されない。

例えば、図１４Ｂに示す改変例１のように、アノード側電極タブ１１３Ａおよびカソード側電極タブ１１３Ｋのうちの一方（図示例ではカソード側電極タブ１１３Ｋ）にのみ、２個の基準部９０を設けることができる。

本発明は、外装材の向かい合う２辺から電極タブ１１３を導出した単電池１１０についても適用することができる。図１５Ａに示す改変例２のように、アノード側電極タブ１１３Ａおよびカソード側電極タブ１１３Ｋのそれぞれに１個の基準部９０を設けることができる。図１５Ｂに示す改変例３のように、カソード側電極タブ１１３Ｋにのみ、２個の基準部９０を設けることができる。

基準部９０は貫通穴から形成する場合に限定されない。図１６Ａに示す改変例４のように、基準部９１は切り欠きから形成することができる。図１６Ｂに示す改変例５のように、貫通穴から形成した基準部９０と、切り欠きから形成した基準部９１とを組み合わせて使用することができる。

（その他の変形例）
本発明は上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、適宜改変することができる。

例えば、電極タブ１１３の側を移動させて基準ブロック８０に押し付ける実施形態を示したが、電極タブ１１３の姿勢を矯正するためには、電極タブ１１３と基準ブロック８０とが相対的に押し付けられればよい。したがって、基準ブロック８０の側を移動させて電極タブ１１３に押し付ける形態に改変できる。

基準ブロック８０を積層ロボット２０に設置した実施形態を示したが、基準ブロック８０は、電極タブ１１３の姿勢を矯正する機能を有していればよく、積層ロボット２０とは別個の位置に配置することも可能である。

基準ブロック８０に対して電極タブ１１３を相対的に押し付ける押し付け部８２として、電極タブ１１３を真空吸引するタブ用吸引パッド８３、および電極タブ１１３の下面側を保持する保持プレート８４を備える実施形態を示した。ただし、押し付け部８２として、タブ用吸引パッド８３および保持プレート８４の両方を設けなくてもよい。タブ用吸引パッド８３および保持プレート８４のいずれか一方のみを備えることができる。また、電極タブ１１３を真空吸引する構成に限定されない。磁力あるいは静電気を利用して電極タブ１１３を吸引し、基準ブロック８０に押し付ける構成に改変できる。

検出部４０によって電極タブ１１３の基準部３０のそれぞれの位置を検出する具体的な処理や、基準部３０のそれぞれの位置を積層基準位置６０のそれぞれに一致させる具体的な処理は、上述した例に限定されるものではなく、適宜改変してよい。

１０電池スタック形成装置、
２０積層ロボット、
２０ａロボットアーム、
２１搬入テーブル、
２２治具、
３０基準部、
３１第１検査穴（第１基準部）、
３２第２検査穴（第２基準部）、
３３中点、
４０検出部、
４１カメラ、
５０制御部、
６０積層基準位置、
６１第１基準位置、
６２第２基準位置、
６３第３基準位置、
７０ハンドリングユニット、
７１天板、
７１ａ窪み、
７２接続部、
７３保持部、
７４本体部用吸引パッド、
７４ａカバー、
７５吸引装置、
８０基準ブロック、
８０ａ下面、
８０ｂ凹部、
８１取り付けブロック、
８２押し付け部、
８３タブ用吸引パッド（吸引パッド）、
８３ａカバー、
８４保持プレート、
８５駆動軸、
８６駆動プレート、
８７作動ロッド、
８８本体部用保持プレート、
９０基準部、
９１基準部、
１００電池モジュール、
１１０単電池、
１１０Ｈ本体部、
１１０Ｓ電池スタック、
１１１発電要素、
１１２ラミネートフィルム、
１１３電極タブ、
１１３Ａアノード側電極タブ、
１１３Ｋカソード側電極タブ、
１１３ｃ基端部、
１１３ｄ先端部、
１１４第１スペーサー、
１１５第２スペーサー、
１３２バスバー。

Claims

発電要素を含む本体部と電極タブとを備える扁平な単電池を、前記本体部の厚み方向に複数枚積層して電池スタックを形成する電池スタック形成装置であって、
前記単電池を保持して積層する積層ロボットと、
前記積層ロボットによって保持された前記単電池の前記電極タブにおける少なくとも２箇所に設定された基準部の位置を検出する検出部と、
前記積層ロボットおよび前記検出部の作動を制御する制御部と、
前記電極タブが相対的に押し付けられる基準ブロックと、を有し、
前記制御部は、前記積層ロボットによって前記単電池を保持し、前記電極タブを前記基準ブロックに相対的に押し付けることによって前記電極タブの姿勢を矯正した状態において前記検出部によって前記基準部のそれぞれの位置を検出し、前記基準部のそれぞれの位置を、前記電池スタックを形成するときの予め設定された積層基準位置のそれぞれに一致させて積層する、電池スタック形成装置。
前記基準ブロックは、前記積層ロボットに設置されている、請求項１に記載の電池スタック形成装置。
前記基準ブロックに対して前記電極タブを相対的に押し付ける押し付け部をさらに有する、請求項１または請求項２に記載の電池スタック形成装置。
前記押し付け部は、前記基準ブロックの側から前記電極タブを真空吸引する吸引パッドを有している、請求項３に記載の電池スタック形成装置。
前記押し付け部は、前記単電池の前記電極タブの下面側を保持する保持プレートをさらに有する、請求項３または請求項４に記載の電池スタック形成装置。
前記電極タブの前記基準部は、第１基準部と第２基準部とを含み、
前記積層基準位置は、前記第１基準部を位置させる第１基準位置、前記第２基準部を位置させる第２基準位置、および前記第１基準位置と前記第２基準位置とを結ぶ線分の中点を位置させる第３基準位置を含み、
前記制御部は、前記検出部によって検出された前記第１基準部の位置、前記第２基準部の位置、および前記第１基準部と前記第２基準部とを結ぶ線分の中点の位置を、それぞれ前記第１基準位置、前記第２基準位置、および前記第３基準位置に一致させるように、前記積層ロボットの作動を制御して前記単電池の位置を補正する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池スタック形成装置。
発電要素を含む本体部と電極タブとを備える扁平な単電池を、前記本体部の厚み方向に複数枚積層して電池スタックを形成する電池スタック形成方法であって、
前記電極タブを基準ブロックに相対的に押し付けることによって、前記電極タブの姿勢を矯正した状態において前記電極タブの少なくとも２箇所に設定された基準部の位置を検出し、
前記基準部のそれぞれの位置を、前記電池スタックを形成するときの予め設定された積層基準位置のそれぞれに一致させて、複数枚の前記単電池を積層する、電池スタック形成方法。
前記電極タブを真空吸引することによって、前記電極タブを前記基準ブロックに押し付ける、請求項７に記載の電池スタック形成方法。