(57)【要約】【課題】電池モジュールを構成する複数の電池の電極端子間を接続するバスバを結合するためのナットの締め付けを行うと同時に、電池の電圧を安定して測定する。【解決手段】実施形態に係るナットランナ１０は、ナットＮを把持して回転させ、電池２１の電極端子側のボルトＢに螺合させるソケット１１と、ソケット１１の内側に空隙を介して配置され、ボルトＢに接触するプローブ端子１２と、プローブ端子１２に電気的に接続される電圧測定器１８とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナットを把持して回転させ、電池の電極端子側のボルトに螺合させるソケットと、
前記ソケットの内側に空隙を介して配置され、前記ボルトに接触するプローブ端子と、
前記プローブ端子に電気的に接続される電圧測定器と、
を備える、ナットランナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックを構成する複数の電池の電極端子間にバスバを結合するナットランナに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車やハイブリッドカー等の電動モータには、複数の電池を直列に接続して構成された電池パックが搭載されている。この電池パックは、複数の電池の正極端子と負極端子とが隣り合うように交互に配置し、隣り合う電池の正極端子と負極端子との間をそれぞれバスバと称される導体で接続した電池モジュールを備えている。バスバには、隣り合う電池の正極端子と負極端子の位置に合わせて一対の穴が穿設されている。バスバに形成された穴にそれぞれの電極端子を挿入し、各電極端子側のボルトにナットを螺合することで、バスバが各電極端子に結合される。
【０００３】
電池パックの製造工程には、電池モジュールを構成する複数の電池の電圧を検査する工程がある。特許文献１には、複数の電池の電圧測定からナットの締結に至る一連の作業工数を低減させる技術が提案されている。特許文献１では、ナットを締結するナットランナの先端に、一対の端子部兼締結部が設けられている。端子部兼締結部は、複数の電池それぞれに対する電圧測定後、充電又は放電による電圧調整を行う。その後、複数の電池間を電気的に接続する強電ハーネスを取り付けるべく、端子部兼締結部によるナットの締結が開始される。
【０００４】
特許文献２には、ナットランナの先端にボルト締結用のソケットが装着されたボルト締結機が開示されている。このソケットには超音波プローブが内蔵され、超音波プローブにより送受信される超音波によりボルト軸力が計測される。
【０００５】
特許文献３には、検査時に被検査体に接触する端部を有する導電性のプランジャと、一端がプランジャに接続され、検査時に該プランジャを被検査体の方向に付勢するスプリングを備えた、電圧測定等に用いられるスプリングプローブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３８７５０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６３９６８号公報
【特許文献３】特開２０１３−０６１１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電圧測定のための端子部を備えた締結部を用いて、バスバの結合と同時に、電池モジュールを構成する複数の電池の電圧測定を実施することが検討されている。このような締結部を電極端子側のボルトに接触させて電圧を測定するとともにナットの締め付けを行うと、ボルトと端子部との接触点が摺動し、測定電圧が安定しないという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、電池モジュールを構成する複数の電池の電極端子間を接続するバスバを結合するためのナットの締め付けを行うと同時に、電池の電圧を安定して測定することが可能なナットランナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係るナットランナは、ナットを把持して回転させ、電池の電極端子側のボルトに螺合させるソケットと、前記ソケットの内側に空隙を介して配置され、前記ボルトに接触するプローブ端子と、前記プローブ端子に電気的に接続される電圧測定器とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、バスバを結合するためのナットの締め付けを行うと同時に、電池の電圧を安定して測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係るナットランナが用いられる、電池モジュールの構成を示す図である。
【図２】実施の形態に係るナットランナの構成示す図である。
【図３】実施の形態に係るナットランナの構成示す図である。
【図４】実施の形態に係るナットランナの構成示す図である。
【図５】実施の形態の電池パックの製造工程を示すフロー図である。
【図６】実施の形態の電池パックの製造工程を示すフロー図である。
【図７】比較例の電池パックの製造工程を示すフロー図である。
【図８】比較例の電池パックの製造工程を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
本発明は、電池モジュールを構成する複数の電池の電極端子間にバスバを結合するナットランナに関する。実施の形態に係るナットランナは、ナットを電池の電極端子側のボルトに螺合させると同時に、電池の電圧を測定する。ナットを把持するソケットと、ボルトに接触するプローブ端子との間に空隙を設け、ソケットとプローブ端子とが一緒に回転するのを防止して、測定電圧の安定化を図る。
【００１４】
実施の形態に係るナットランナ１０について説明する前に、図１を参照して、ナットランナ１０が用いられる電池モジュール２０の構成について説明する。電池モジュール２０は、電気自動車等の電動モータを駆動する直流電源となる電池パックに用いられる。図１に示すように、略板状に形成された複数の電池２１が配列され束ねられている。図１に示す例では、２８個の電池２１が直列に接続されている。電池モジュール２０の電池２１の直列接続数は、所望の直流電圧に応じて適宜変更される。
【００１５】
電池２１の正極、負極には、それぞれ電池の上面から突出する柱状の正極端子２２、負極端子２３が接続されている。これらの電極端子は、その外面に雄ネジが形成されたボルトＢになっている。正極端子２２と負極端子２３は、各電池２１の１つの面に配置される。複数の電池２１は、正極端子２２と負極端子２３とが隣り合うように交互に配置されている。これにより、電池モジュール２０には、長手方向に沿って、正極端子２２と負極端子２３が交互に配列された２つの電極列が形成される。これらの電極列は、互いに離間して、略平行に配置されている。実施の形態では、各電極列にそれぞれ２８個の電極端子が配列される。
【００１６】
配列された電池２１には、バスバ３３を樹脂製のケースに保持したバスバーモジュール（ＢＢＭ）３０が取り付けられる。バスバーモジュール３０は、一方の電極列に対応する第１バスバーモジュール３１、他方の電極列に対応する第２バスバーモジュール３２を有する。第１バスバーモジュール３１と第２バスバーモジュール３２とは、架橋部３４により結合されている。隣り合う正極端子２２と負極端子２３との間は、それぞれバスバ３３で接続される。電池モジュール２０の両端に位置する電池２１の正極（総正極）と負極（総負極）が、電池パックの直流出力となる。
【００１７】
各バスバ３３には、隣り合う電池２１の正極端子２２と負極端子２３の位置に合わせて一対の穴が穿設されている。バスバ３３に形成された穴にそれぞれの電極端子を挿入し、各電極端子側のボルトＢに、雌ネジが形成されたナットＮを螺合することで、バスバ３３が各電極端子に結合される。
【００１８】
ここで、実施の形態に係るナットランナ１０について詳細に説明する。ナットランナ１０は、図１に示すナットＮを正極端子２２、負極端子２３側のボルトＢに螺合させ、バスバ３３を結合するものである。図１では、２つのナットＮを同時に締め付けることが可能な、２つのナットランナ１０を有する二軸ナットランナ（ＮＲ）１０Ａが示されている。バスバーモジュール３０を電池モジュール２０に取り付ける工程において、二軸ナットランナ１０Ａは、２列の電極列にそれぞれ２８個ずつ並ぶ、合計５６個の電極端子に対して、ナットＮの締め付けを行う。
【００１９】
２つのナットランナ１０間の間隔は、１つのバスバ３３により接続される正極端子２２と負極端子２３との間の間隔に等しい。ナットランナ１０は、図示しないロボットにより制御される。ロボットは、ナットランナ１０を用いた、電池２１に対する電圧測定、ナットＮの締結を制御する。ナットランナ１０は、ロボットの制御により、所定のトルクでナットＮを締め付ける。
【００２０】
図２は、実施の形態に係るナットランナ１０の構成を示す図である。ここでは、二軸ナットランナ１０Ａの一方のナットランナ１０のみが図示されている。図３は、ナットランナ１０を構成するソケット１１を含む部品を示している。図３では、ソケット１１がナットＮを把持している状態が示されている。図４は、ナットランナ１０を構成するプローブ端子１２を含む部品を示している。図４では、プローブ端子１２がボルトＢに接触している状態が示されている。
【００２１】
ナットランナ１０は、ソケット１１、プローブ端子１２、歯車１４、回転主軸１５、歯車１６、ばね１７、電圧測定器１８を備えている。なお、図４では図示していないが、プローブ端子１２には図１に示す電圧測定器１８が電気的に接続される。ソケット１１は、ナットＮを把持して回転させ、ボルトＢに螺合させるものである。図３に示すように、ソケット１１は、円筒状になっている。ナットＮは、ソケット１１の一方の端部に把持される。
【００２２】
ソケット１１のナットＮを把持する端部とは反対側の端部の外面には、歯車１４が設けられている。ソケット１１の外側には、該ソケット１１の長手方向（軸方向）に平行な回転主軸１５が設けられている。回転主軸１５には、歯車１４と噛み合う歯車１６が設けられている。歯車１４、歯車１６は、平行な回転主軸１５とソケット１１の中心軸との間で回転を伝達する役割を果たす。回転主軸１５が回転することにより、ソケット１１がその中心軸を中心として回転する。これにより、ソケット１１に把持されたナットＮを回転させ、ボルトＢに螺合することができる。
【００２３】
ソケット１１の内側には、プローブ端子１２が配置される。プローブ端子１２は、その長手方向がソケット１１の長手方向（軸方向）に平行になるように配置される。プローブ端子１２は、正極端子２２、負極端子２３側のボルトＢの先端に接触して、電池２１の電圧を測定する。
【００２４】
図２に示すように、ソケット１１とプローブ端子１２との間には空隙１３が設けられている。すなわち、ソケット１１とプローブ端子１２とは、物理的に隔離されている。ソケット１１とプローブ端子１２とは、独立して動かすことが可能である。空隙１３は、ナットＮをボルトＢに螺合するときに、ソケット１１の回転がプローブ端子１２に伝達されないように設けられている。
【００２５】
また、プローブ端子１２には、一端側がプローブ端子１２に接続され、電圧測定を行う際にプローブ端子１２をボルトＢの方向に付勢するばね１７が設けられている。ばね１７は、その中心がソケット１１の中心軸に沿って配置されている。ばね１７の長さ等の特性は、ソケット１１からプローブ端子１２が沈み込む量に合わせて適宜調整される。ばね１７は、電圧測定対象であるボルトＢに向かって水平方向に力を加え、プローブ端子１２をボルトＢに押し付ける。これにより、より安定した電圧測定を行うことができる。
【００２６】
通常、電池パックの製造工程には、電池モジュール２０を構成する複数の電池２１の電圧を検査する工程がある。本発明者らは、バスバ３３を電極端子に結合するためナットＮを締結すると同時に、電圧測定を実施することを検討した。第１に、ナットランナ１０のソケット１１内にプローブ端子１２を取り付ける構成を検討した。しかし、この構成では、プローブ端子１２がナットランナ１０と一緒に回転してしまう。測定対象物（ボルトＢ）の先端が無回転であるのに対し、工具（ソケット１１）及び電圧測定器（プローブ端子１２）が回転しているため、ボルトＢとプローブ端子１２との接触点が摺動する。このため、ボルトＢに傷が発生して接触面が不安定になり、測定電圧が安定しない。第２に、ソケット１１そのものをプローブ端子化する構成を検討した。この構成では、電圧測定がナットＮを介して行われることとなる。ナットＮとボルトＢの接触面は不安定であり、この場合も測定電圧が安定しないという問題がある。
【００２７】
本発明者らが検討を重ねた結果、実施の形態では、ソケット１１の内部に、空隙１３を介してプローブ端子１２を配置している。これにより、ソケット１１の回転がプローブ端子１２に伝達されず、ソケット１１の回転に拘わらず、プローブ端子１２を無回転状態でボルトＢに接触させることができる。ボルトＢとプローブ端子１２との接触点が摺動しないため、プローブ端子１２、ボルトＢを傷つけることがなく、ナットＮの締結と同時に電圧測定を行う場合でも安定して電圧を測定することが可能となる。
【００２８】
また、これまでは、電池モジュール２０を電池パックが完成した後に、電池モジュール２０の電圧をブロック単位で測定していた。例えば、図１に示す２８個の電池で構成される電池モジュール２０では、左側から２、２、４、４、４、４、４、２、２個の電池からなるブロックＢ０〜ブロックＢ８にわけ、それぞれのブロック電圧ＶＢ０〜ＶＢ８を測定していた。
【００２９】
一般的に、各ブロックに含まれる電池数が少ないほど微小短絡を検知する精度が高い。従って、４個単位で電圧測定を行うブロックＢ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６は、２個単位で電圧測定を行うブロックＢ０、Ｂ１、Ｂ７、Ｂ８よりも微小短絡を検知する精度が悪い。このため、電池の微量短絡を完全に検知することができなかった。
【００３０】
これに対し、実施の形態に係る二軸ナットランナ１０Ａでは、バスバーモジュール３０を電池モジュール２０に取り付ける工程において、ナットＮの締め付けと同時に、２つのナットランナ１０のソケット１１の内側にそれぞれ設けられた２つプローブ端子１２を用いて、２個単位で電池２１の電圧を測定することができる。これにより、電池パック品質を向上することができる。また、これまでは、電池パックの完成後の検査工程で実施していた電圧検出が不要となり、製造工程数を低減することが可能となる。
【００３１】
ここで、図５、６を参照して、実施の形態に係る電池パックの製造工程について説明する。図５、６は実施の形態の電池パックの製造工程を示すフロー図である。図６は、図５のバスバ結合・電圧測定工程（Ｓ１１）を詳細に示している。比較のため、図７、８には実施の形態に係るナットランナ１０を用いない、比較例の電池パックの製造工程を示す。図８は、図７のバスバ結合工程（Ｓ２１）を詳細に示している。
【００３２】
図５に示すように、電池パックの製造工程では、まず、電池モジュール２０の電極端子にバスバ３３を結合すると同時に、電池２１の電圧測定が行われる（Ｓ１１）。図６に示すように、バスバ結合・電圧測定工程（Ｓ１１）では、まず、ナットランナ１０が締付対象のナットＮ上に移動する（Ｓ１１１）。そして、ナットＮをソケット１１で把持して（Ｓ１１２）、所定のトルクで締め付け（Ｓ１１３）を行う作業と、プローブ端子１２をボルトＢの先端に接触させ（Ｓ１１４）、電圧測定を行う（Ｓ１１５）作業とが平行して行われる。その後、ナットＮからソケット１１を離脱させる（Ｓ１１６）。
【００３３】
Ｓ１１では、５６個の電極端子側のボルトＢにそれぞれナットＮを締結することでバスバ３３が各電極端子に結合される。上述したように、ソケット１１を回転させた状態で、ソケット１１の内側の中芯軸上に配置されているプローブ端子１２を無回転状態にすることで、ナットＮの締め付けを行うと同時に電圧測定を同時に行うことが可能である。
【００３４】
その後、図５に戻り、板金及び電子機器の組付け、ワイヤーハーネス（ＷＨ）の結線を行うメイン組付（Ｓ１２）が行われ、電池パックが完成する。電池パックの完成後、電子機器の動作確認、充電、内部抵抗等の計測を行う充電検査（Ｓ１３）が行われる。Ｓ１３の充電検査工程では、電池２１の電圧測定は行われない。
【００３５】
一方、図７、８を参照すると、電池２１の電圧測定は、Ｓ２１のバスバ結合工程では実施されず、Ｓ２３の充電検査・電圧測定工程において別途実施される。このように、実施の形態によれば、電池パックの完成後の検査工程で実施していた電圧検出が不要となり、製造工程数を低減することが可能となる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  ナットランナ
１０Ａ  二軸ナットランナ
１１  ソケット
１２  プローブ端子
１３  空隙
１４  歯車
１５  回転主軸
１６  歯車
１７  ばね
１８  電圧測定器
２０  電池モジュール
２１  電池
２２  正極端子
２３  負極端子
３０  バスバーモジュール
３１  第１バスバーモジュール
３２  第２バスバーモジュール
３３  バスバ
３４  架橋部
Ｎ  ナット
Ｂ  ボルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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