(57)【要約】【課題】電池セル積層体をケースに挿入する際に、電池セル積層体の規定位置からのズレが生じた場合でも、電池セル積層体によるフィリングの過度な潰し量を軽減することができる電池組立装置を提供する。【解決手段】電池組立装置１０は、複数の電池セル２ａを積層して積層方向両側から２つのプレッシャープレート３、４で挟み込んだ電池セル積層体２をケース５に挿入するものであり、２つのプレッシャープレート３、４のうちケース５に挿入する先端側のプレッシャープレート３の位置とケース５のケース開口部の位置とのズレ量σを測定する位置測定センサ１３と、ケース５を電池セル積層体２に接近させる方向に移動させて、電池セル積層体２の先端側のプレッシャープレート３がケース５のケース開口部に入る前に、ズレ量σに応じてケース５の位置をシフトさせるケースシフト機構１２と、を有する。【選択図】図５
2020135954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを積層して積層方向両側から２つのプレッシャープレートで挟み込んだ電池セル積層体をケースに挿入する電池組立装置において、
前記２つのプレッシャープレートのうち前記ケースに挿入する先端側のプレッシャープレートの位置と前記ケースのケース開口部の位置とのズレ量を測定する位置測定センサと、
前記ケースを前記電池セル積層体に接近させる方向に移動させて、前記電池セル積層体の先端側のプレッシャープレートが前記ケースのケース開口部に入る前に、前記ズレ量に応じて前記ケースの位置をシフトさせるケースシフト機構と、を有することを特徴とする電池組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セル積層体をケースに挿入する電池組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電池組立装置として、複数の電池セルが積層された電池セル積層体に対してシャフトにより荷重を加えながら、電池セル積層体をケースに挿入し固定する電池組立装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０９４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の電池組立装置では、電池セル積層体をケースに挿入する際に、電池セル積層体の自重で電池セル積層体の端部が垂れ下がり、予め定められた電池セル積層体の規定位置からのズレが発生してしまう。ケース内には、電池セル積層体を構成する電池セルの動きを抑制する拘束機能や緩衝機能を有するフィリングが設けられているので、電池セル積層体を規定位置からズレた状態でそのままケースに挿入すると、フィリングの潰れが過度に大きくなり、フィリングの性能に影響を与える可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、電池セル積層体をケースに挿入する際に、電池セル積層体の規定位置からのズレが生じた場合でも、電池セル積層体によるフィリングの過度な潰し量を軽減することができる電池組立装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る電池組立装置は、複数の電池セルを積層して積層方向両側から２つのプレッシャープレートで挟み込んだ電池セル積層体をケースに挿入する電池組立装置において、前記２つのプレッシャープレートのうち前記ケースに挿入する先端側のプレッシャープレートの位置と前記ケースのケース開口部の位置とのズレ量を測定する位置測定センサと、前記ケースを前記電池セル積層体に接近させる方向に移動させて、前記電池セル積層体の先端側のプレッシャープレートが前記ケースのケース開口部に入る前に、前記ズレ量に応じて前記ケースの位置をシフトさせるケースシフト機構と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成により、本発明に係る電池組立装置は、位置測定センサで測定されたズレ量に基づいてケースの位置がシフトされる。その結果、電池セル積層体が自重により規定位置からのズレが生じた場合でも、ケースの位置のシフトにより電池セル積層体とケースとが適正な位置関係になり、ケースの移動により電池セル積層体がケースに適切に挿入される。したがって、フィリングが過度に潰れるのを防ぎ、フィリングが有する所期の性能を十分に発揮させることができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電池セル積層体をケースに挿入する際に、電池セル積層体の規定位置からのズレが生じた場合でも、電池セル積層体によるフィリングの過度な潰し量を軽減することができる電池組立装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る電池組立装置の図であり、図１（ａ）は、ケースの断面、電池セル積層体および電池組立装置の構成を示し、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線から見たケースおよび電池組立装置の正面図。
【図２】本発明の実施形態に係る電池組立装置の図であり、図２（ａ）は、ケースの断面、電池セル積層体および電池組立装置の構成を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線から見たケースおよび電池組立装置の正面図。
【図３】本発明の実施形態に係る電池組立装置により組み立てられる電池セル積層体の垂れ位置を説明する説明図。
【図４】本発明の実施形態に係る電池組立装置の図であり、図４（ａ）は、ケースの断面、電池セル積層体および電池組立装置の構成を表し、ケースへの電池セル積層体の挿入を開始する状態を示し、図４（ｂ）は、電池セル積層体を除くケースおよび電池組立装置の正面図を示す。
【図５】本発明の実施形態に係る電池組立装置の図であり、図５（ａ）は、ケースの断面、電池セル積層体および電池組立装置の構成を表し、矢印はケースのＺ軸方向における移動方向を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）の電池セル積層体を除くケースおよび電池組立装置の正面図を表し、矢印はケースのＹ軸方向における移動方向を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る電池組立装置を適用した実施形態に係る電池組立装置１０について図面を参照して説明する。まず、電池組立装置１０により組み立てられる電池１の構成について説明する。
【００１１】
電池１は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、電池セル積層体２と、電池セル積層体２を両端部で挟み込む２つのプレッシャープレート３、４と、ケース５を備えている。電池１は、例えば、燃料電池からなり、水素ガス（Ｈ２）などの燃料ガスと、空気などの酸化剤ガス（Ｏ２）の供給を受けて電気化学反応により発電し、電力（Ｗ）を出力する構成を有している。
【００１２】
電池セル積層体２は、固体高分子型である燃料電池セルなどの単一の電池セル２ａが複数積層されたいわゆるスタック構造を有している。電池セル２ａは、方形の板状体からなり、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ：Membrane Electrode ＆ Gas Diffusion Layer Assembly）と、膜電極ガス拡散層接合体を挟持するカソード側セパレータおよびアノード側セパレータにより構成されている。
【００１３】
膜電極ガス拡散層接合体は、イオン透過性の電解質膜と、電解質膜に接合されたアノード側触媒層およびカソード側触媒層とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly)と、カソード側ガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）と、アノード側ガス拡散層とを有している。
【００１４】
プレッシャープレート３、４は、それぞれ電池セル２ａよりもやや大きく形成された方形の板状体からなり、耐食性および剛性を有する金属部材または金属と樹脂を組み合わせた合成部材からなる。プレッシャープレート３は、ケース５に挿入する先端側に位置し、プレッシャープレート４は、ケース５の挿入方向で且つ先端側とは反対の基端側に位置しており、プレッシャープレート３、４により、電池セル積層体２の両端部を挟み込んでいる。
【００１５】
ケース５は、外側ケース５ａと、内側部材５ｂと、複数のフィリング５ｃとを有しており、電池セル積層体２を収納するように構成されている。外側ケース５ａは、アルミニウムなどの金属材料の鋳造や繊維強化プラスチックなどの合成樹脂の成形により一方端部で開口する箱形の部材で構成されている。外側ケース５ａには、プレッシャープレート３と対向する側の壁面を貫通する３つの貫通孔５ｄが形成されており、貫通孔５ｄには、後述する電池組立装置１０の３本のシャフト１４、１５、１６がそれぞれ挿入される。
【００１６】
内側部材５ｂは、絶縁機能を有するシートで構成されているが、内側部材５ｂの外壁は、外側ケース５ａの内壁よりもやや小さく形成されている。内側部材５ｂは、外側ケース５ａの内壁面に密着して外側ケース５ａ内に収納される。
【００１７】
フィリング５ｃは、電池セル積層体２を構成する複数の電池セル２ａの動きを阻止する機能および電池セル積層体２に対して加わる衝撃や振動を緩和する機能を有する緩衝部材で形成されている。緩衝部材としては、例えば、エポキシ樹脂などの合成樹脂やシリコーンゴムなどのゴムが挙げられる。
【００１８】
フィリング５ｃは、それぞれ、内側部材５ｂの上下および左右の内壁面と、電池セル積層体２の上下および左右の外周面との間に介在しており、電池セル積層体２を上下および左右の外周面で保持している。フィリング５ｃは、電池セル積層体２が、内側部材５ｂに挿入される際に、圧縮され、所定の寸法（ｍｍ）で潰れて、各機能を発揮するように構成されている。
【００１９】
次いで、本実施形態に係る電池組立装置１０について図面を参照して説明する。
【００２０】
電池組立装置１０は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持部材１１と、ケースシフト機構１２（移動機構）と、位置測定センサ１３と、シャフト１４、１５、１６と、各構成要素を制御する図示しないコントローラを備えている。電池組立装置１０は、電池セル積層体２をケース５に挿入することにより、電池１を組み立てる装置である。
【００２１】
支持部材１１は、耐食性および剛性を有する金属部材や合成樹脂または金属と樹脂を組み合わせた合成部材によって形成されている。支持部材１１には、電池セル積層体２のプレッシャープレート４が装着され、電池セル積層体２を静止して支持できるようになっている。
【００２２】
ケースシフト機構１２は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ケース装着部１２ａと、テーブル１２ｂと、駆動モータ１２ｃと、連結部１２ｄを備えている。
【００２３】
ケースシフト機構１２は、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各方向にケース５を駆動モータ１２ｃの駆動により高精度で移動させる機構で構成されている。Ｘ軸は、ケース５を電池セル積層体２に接近させる方向に沿った軸であり、Ｙ軸およびＺ軸は、Ｘ軸に直交する軸であり、Ｙ軸は横方向の軸、Ｚ軸は上下方向の軸である。
【００２４】
ケース装着部１２ａは、テーブル１２ｂの上面に取り付けられており、外側ケース５ａを装着した際に、外側ケース５ａの底面部分を着脱自在に保持するように構成されている。テーブル１２ｂは、高い剛性を有する金属材料などの部材で、外側ケース５ａを位置決めできるように形成されている。
【００２５】
駆動モータ１２ｃは、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸にそれぞれ設けられたサーボモータにより構成されている。サーボモータには、コントローラの指令に基づいて回転するＤＣモータやＡＣモータを用いることができる。連結部１２ｄは、駆動モータ１２ｃとテーブル１２ｂとを連結し、駆動モータ１２ｃから出力される動力をテーブル１２ｂに伝達する。
【００２６】
ケースシフト機構１２は、コントローラの指令に基づいて、ケース５を電池セル積層体２に接近する方向に移動させて、電池セル積層体２の先端側のプレッシャープレート３がケース５のケース開口部に入る前に、後述するズレ量σ（ｍｍ）に応じてケース５の位置をシフトさせる構成を有している。ケースシフト機構１２は、ケース５を電池セル積層体２に接近する方向に移動させることができ、更に、ケース５の位置を移動方向に直交する横方向および上下方向にシフトさせることができる。
【００２７】
ケースシフト機構１２は、ケース５をプレッシャープレート３のノミナル位置に対応する位置、即ち、支持部材１１に装着された電池セル積層体２をケース５に適切に挿入することができる位置までＹ軸およびＺ軸の各方向にケース５を移動させることができる。ケースシフト機構１２は、電池セル積層体２をケース５に適切に挿入することができる位置までケース５を移動した後に、ケース５の姿勢を変えずに、ケース５をさらに、Ｘ軸方向に移動させ、電池セル積層体２をケース５に挿入させることができる。
【００２８】
位置測定センサ１３は、プレッシャープレート３の位置を測定するもので、図１（ａ）に示すように、電池セル積層体２が支持部材１１に装着された状態で、プレッシャープレート３に対して重力方向の下部に離隔して設けられている。
【００２９】
位置測定センサ１３は、例えば、撮像素子によりプレッシャープレート３を撮像し、その位置を測定する撮像センサやレーザ光をプレッシャープレート３に照射し、その位置を測定するレーザセンサなどの位置測定デバイスで構成されている。
【００３０】
撮像センサは、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ(Complementary metal-oxide-semiconductor)イメージセンサなどの撮像素子で構成され、撮像したデータはコントローラに送信するように構成されている。
【００３１】
レーザセンサは、例えば、反射型センサで、プレッシャープレート３に向けてレーザ光を照射し、反射した光を受光レンズにより集約し、受光素子へ結像させる。受光素子上に結像される位置のデータはコントローラに送信するように構成されている。
【００３２】
位置測定センサ１３は、電池セル積層体２が支持部材１１に装着された状態で、電池セル積層体２のプレッシャープレート３の規定位置、即ち、予め設定された適正な位置、いわゆるノミナル位置からのズレ量σ（ｍｍ）を測定するように構成されている。ズレ量σには、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、１点鎖線で示すＺ軸方向のノミナル位置からのズレ量σｚおよび１点鎖線で示すＹ軸方向のノミナル位置からのズレ量σｙが含まれる。
【００３３】
ズレ量σにＹ軸方向のノミナル位置からのズレ量σｙを含めるのは、電池セル積層体２が支持部材１１に装着された状態で、電池セル積層体２は、その自重により重力方向の真下にズレるだけでなく、図３に示すように、矢印ａ方向の斜めにズレることがあるからである。ズレ量σｚおよびズレ量σｙを測定することにより、プレッシャープレート３の正確なズレ量σを測定することができる。
【００３４】
シャフト１４、１５、１６は、高い剛性を有する金属または合成樹脂により形成され、基端部で支持部材１７に支持されている。シャフト１４、１５、１６は、電池セル積層体２を加圧支持する機能を有する。
【００３５】
コントローラは、演算処理を行う中央処理装置および制御プログラムを格納したメモリを備えており、位置測定センサ１３から送信されたデータに基づいて、プレッシャープレート３のズレ量σｚおよびズレ量σｙを演算により求めることができる。
【００３６】
コントローラは、求めたズレ量σｚおよびズレ量σｙに応じてケースシフト機構１２を動作させ、ケース５を電池セル積層体２のプレッシャープレート３のノミナル位置に対応する位置まで移動させることができる。即ち、コントローラは、位置測定センサ１３で測定した数値に基づいてケースシフト機構１２の動作を制御するいわゆるフィードバック制御を行う。
【００３７】
次いで、本実施形態に係る電池組立装置１０における、電池セル積層体２のセットから電池セル積層体２のケース５への挿入が開始されるまでの動作について簡単に説明する。
【００３８】
まず、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、支持部材１１及び１７とシャフト１４、１５、１６により加圧された電池セル積層体２がセットされる。続いて、位置測定センサ１３によるプレッシャープレート３の位置の測定が開始され、測定データがコントローラに送信される。
【００３９】
コントローラは、送信されたデータに基づいて、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すＺ軸方向のズレ量σｚ（ｍｍ）およびＹ軸方向のズレ量σｙ（ｍｍ）を演算して求める。そして、求めたズレ量σｚおよびズレ量σｙが、それぞれ基準値以内に有るか否かを、所定の基準値に照らして比較する。なお、所定の基準値は、電池１やケース５の構造、大きさ、フィリング５ｃの大きさ、材質などの設定諸元や実験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００４０】
コントローラは、この比較の結果、Ｚ軸方向のズレ量σｚおよびＹ軸方向のズレ量σｙが基準値以内であると判断すると、ケースシフト機構１２を動作させ、図４（ａ）に示す、挿入開始位置まで、ケース５をＸ軸方向でプレッシャープレート３に近接する方向に移動させて、ケース５に対する電池セル積層体２の挿入を開始させる。
【００４１】
コントローラは、前述の比較の結果、Ｚ軸方向のズレ量σｚおよびＹ軸方向のズレ量σｙの何れかが基準値を超えていると判断すると、基準値を超えているズレ量に対応するケースの移動量（ｍｍ）を求める。
【００４２】
具体的には、Ｚ軸方向のズレ量σｚが基準値を超えている場合には、コントローラは、Ｚ軸方向のズレ量σｚに対応するＺ軸方向のケース５の移動量ｍｚを演算して求める。コントローラは、演算結果に基づいて、ケースシフト機構１２のＺ軸に設けられたサーボモータを動作させ、図５（ａ）に示すように、移動量ｍｚに応じてケース５をＺ軸方向に移動させる。
【００４３】
Ｙ軸方向のズレ量σｙが基準値を超えている場合には、コントローラは、Ｙ軸方向のズレ量σｙに対応するＹ軸方向のケース５の移動量ｍｙを演算して求める。コントローラは、演算結果に基づいて、ケースシフト機構１２のＹ軸に設けられたサーボモータを動作させ、図５（ｂ）に示すように、移動量ｍｙに応じてケース５をＹ軸方向に移動させる。
【００４４】
Ｚ軸方向のズレ量σｚおよびＹ軸方向のズレ量σｙがそれぞれ基準値を超えている場合には、コントローラは、Ｚ軸方向のズレ量σｚおよびＹ軸方向のズレ量σｙに対応するＺ軸方向およびＹ軸方向のケース５の移動量ｍｚ、ｍｙをそれぞれ演算して求める。コントローラは、演算結果に基づいて、ケースシフト機構１２のＺ軸およびＹ軸にそれぞれ設けられたサーボモータを同時かまたは順次に動作させ、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、移動量ｍｚ、ｍｙに応じてケース５をＺ軸方向およびＹ軸方向に移動させる。
【００４５】
コントローラは、Ｚ軸方向およびＹ軸方向へのケース５の移動が完了すると、ケースシフト機構１２を動作させ、図４（ａ）に示す、挿入開始位置まで、ケース５をＸ軸方向でプレッシャープレート３に近接する方向に移動させて、ケース５に対する電池セル積層体２の挿入を開始させる。
【００４６】
次いで、本実施形態に係る電池組立装置１０の効果について説明する。
【００４７】
本実施形態に係る電池組立装置１０は、複数の電池セル２ａを積層して積層方向両側から２つのプレッシャープレート３、４で挟み込んだ電池セル積層体２をケース５に挿入する装置であり、２つのプレッシャープレート３、４のうちケース５に挿入する先端側のプレッシャープレート３の位置とケース５のケース開口部の位置とのズレ量を測定する位置測定センサ１３と、ケース５を電池セル積層体２に接近させる方向に移動させて、電池セル積層体２の先端側のプレッシャープレート３がケース５のケース開口部に入る前に、ズレ量σに応じてケース５の位置をシフトさせるケースシフト機構１２とを有する。
【００４８】
この構成により、本実施形態に係る電池組立装置１０は、位置測定センサ１３で測定されたプレッシャープレート３のＺ軸方向のズレ量σｚおよびＹ軸方向のズレ量σｙに応じてケースシフト機構１２によりケース５が移動する。その結果、電池セル積層体２が自重により規定位置からのズレが生じた場合でも、電池セル積層体２とケース５とが適正な位置関係になり、電池セル積層体２がケース５に適切に挿入される。したがって、電池セル積層体２によりフィリングが過度に潰れるのを抑制でき、フィリングが有する所期の性能を十分に発揮させることができるという効果が得られる。
【００４９】
電池セル積層体が自重により規定位置からのズレが生じた場合に、従来の電池組立装置においては、そのままの状態で電池セル積層体がケースに挿入されていた。電池セル積層体をケースにそのままの状態で挿入すると、特にケースの重力方向の下側に設けられているフィリングの潰し量が過度に大きくなり、潰し過ぎによりフィリングが破壊することがあるという問題があった。これに対して、本実施形態に係る電池組立装置１０は、電池セル積層体２が自重により規定位置からのズレが生じた場合でも、ケース５をケースシフト機構１２により適正な位置に移動させるので、電池セル積層体２によるフィリングの過度な潰し量が軽減され、従来の電池組立装置における問題を解消することができるという効果が得られる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１・・・電池、２・・・電池セル積層体、２ａ・・・電池セル、３，４・・・プレッシャープレート、５・・・ケース、５ａ・・・外側ケース、５ｂ・・・内側部材、５ｃ・・・フィリング、５ｄ・・・貫通孔、１０・・・電池組立装置、１１・・・支持部材、１２・・・ケースシフト機構、１２ａ・・・ケース装着部、１２ｂ・・・テーブル、１２ｃ・・・駆動モータ、１２ｄ・・・連結部、１３・・・位置測定センサ、１４，１５，１６・・・シャフト、σ，σｚ，σｙ・・・ズレ量
【図１】
2020135954.tif 000003
【図２】
2020135954.tif 000004
【図３】
2020135954.tif 000005
【図４】
2020135954.tif 000006
【図５】
2020135954.tif 000007