(57)【要約】【課題】  組電池を製造する際に好適な単電池の検査方法および歩留りのよい組電池の組立方法を提供すること。【解決手段】  所定数の単電池１〜１を積層状に配列して拘束板３、３ではさみ込んだ状態でケース１１内に収容する。ギヤードモータ１５を駆動して押し板１２を前進させる。これにより単電池群を押圧して所定の圧縮寸法にする。この状態でプローブ１８ａ、１８ｂを各単電池１の正極端子１ａと負極端子１ｂに押し当てて各単電池１の不良検査をする。全単電池が検査に合格したら拘束板３、３にバンドを渡して固定し、単電池群１〜１を検査時の圧縮状態に保持する。その後、隣接する単電池１の正極端子１ａと負極端子１ｂをバスバーで接続することで組電池が完成する。この組電池は初期故障が起き難い。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池を構成する単電池を検査する方法であって、複数の単電池を積層状に配列し、配列した単電池群を積層方向に押圧した状態で各単電池を検査することを特徴とする単電池の検査方法。
【請求項２】
単電池群を規定寸法になるまで押圧した状態で各単電池を検査することを特徴とする請求項１の検査方法。
【請求項３】
組電池の組立方法であり、組電池を構成する複数の単電池を積層状に配列する工程と、配列した単電池群が規定寸法になるまで積層方向に押圧する工程と、規定寸法にまで押圧された単電池群の各単電池を検査する工程と、全部の単電池が正常であると確認された単電池群を保持部材によって規定寸法に保持する工程と、規定寸法に保持されている単電池群の端子同士を接続部材によって接続する工程とを有する組電池の組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池に使用する単電池の検査方法と、組電池の組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電気自動車には、高出力のリチウムイオン電池が使われている。通常は、複数個（例えば２０〜３０個）の単電池（電池セル）を直列に接続して組電池（電池モジュール）を構成して用いる。単電池は、正極材シートと負極材シートの間にセパレータシートを挿んで積層した電極体を電解液とともに電池容器内に密封した構造を備えている。この種の単電池は、充放電時に、化学反応によって気体が発生したり極材シートが膨張したりするために、電池容器が膨出と縮減を繰り返す。そこで、充放電に起因して極材シートが膨張しても短絡不良をきたさないようにするために、単電池の極板群を電池容器（電槽）に挿入する前に極板群を加圧しながら短絡不良を検査する方法が特許文献１に提案されている。
【特許文献１】特開２００１−２３６９８５号公報
【０００３】
電気自動車等に搭載する組電池の場合、多数の単電池を積層状に配列し、配列した単電池群にある程度の荷重が加わっている圧縮状態が維持されるようにして組立てる。圧縮状態が維持されると、使用時に単電池ががたつくことを防止することができ、単電池内部の接触抵抗を低く抑えることができる。圧縮状態が維持されるようにして組立てると、組電池の機械特性が安定し、電池性能が向上する。組電池を構成する単電池群の端子には、バスバーが溶接され、単電池群を直列または並列に接続する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにして組電池を組立てる場合、個々の検査では合格した良品の単電池を揃えて組電池を構成しても、不良な単電池が組電池に組込まれていることがある。単品の状態では良品であっても容器ごと押圧することによって不良となる単電池が存在するためである。不良な単電池が組電池に組込まれていれば、組電池が不良となってしまう。組立てた組電池を分解して不良単電池を良品と交換することもできるが、そのためには溶接したバスバーを外す必要があり、多大な工数がかかってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良品の組電池を歩留まりよく組立てることを可能とする単電池の検査方法を提供する。また効率的に組電池を組立てる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、組電池を構成する単電池を検査する方法を提供する。この検査方法では、組電池を構成する複数の単電池を積層状に配列し、配列した単電池群を積層方向に押圧した状態で各単電池を検査する。
【０００７】
この検査方法では、単電池群を積層方向に押圧した状態で各単電池の検査を行うので、単品検査では良品であっても加圧して組電池に組込むと不良となる単電池が混在していればそれを発見することができ、組電池に組込むと不良となる単電池が組電池に組込まれることを防止することができる。接続部材（バスバー）を単電池の端子に溶接する前に、単品検査では良品であっても加圧して組電池に組込むと不良となる単電池を発見することができるために、組電池に組込んで加圧しても良品である単電池に簡単に交換することができる。
単電池の代表例としてはリチウムイオン電池がある。単電池が内部に積層構造の電極をもつ場合には、電極の積層方向と単電池の配列（押圧）方向を一致させるのがよい。複数の単電池を積層状に配列するには扁平形状の単電池を用いるのが便利である。単電池の検査には、電池性能や形状寸法の検査が含まれ、単電池の良／不良を判定する。電池電圧の測定や内部抵抗の測定等が含まれる。
【０００８】
単電池群を規定寸法になるまで押圧した状態で各単電池を検査することが好ましい。
【０００９】
単電池群を押圧する場合、規定荷重で押圧するケースと規定寸法になるまで押圧するケースが想定される。組電池を構成する場合、規定寸法に仕上げられていれば、組電池の設置作業等がやりやすくなる。
そこで、単電池群を規定寸法になるまで押圧した状態、即ち、組電池を規定寸法に仕上げた状態で検査するようにすれば、組電池を組立てた状態で各単電池の検査を行うことができるので、検査がより一層効果的なものになる。また、検査時の圧縮状態を維持して組電池を完成すればよいので、検査工程と組立工程の相当な部分を兼用することができ、組電池の生産効率が向上する。
なお、経年変化を見越した検査をするためには、組電池を仕上げる規定寸法よりもさらに小さく圧縮して検査することもできる。あるいは、組電池の組立方法によっては規定荷重で押圧しながら検査するようにしてもよい。
単電池群を規定寸法になるまで押圧した状態で検査する方法は、組電池を規定寸法に仕上げる場合には有効であるが、単電池を検査する圧縮状態はそれに限られない。
【００１０】
本発明は、組電池の組立方法をも提供する。この組立方法では、組電池を構成する複数の単電池を積層状に配列する工程と、配列した単電池群が規定寸法になるまで積層方向に押圧する工程と、規定寸法にまで押圧された単電池群の各単電池を検査する工程と、全部の単電池が正常であると確認された単電池群を保持部材によって規定寸法に保持する工程と、規定寸法に保持されている単電池群の端子同士を接続部材（例えばバスバー）によって接続する工程とを有する。
【００１１】
この組立方法では、組電池を構成する複数の単電池を組電池に組立てるために、単電池群を積層状に配列し、配列した単電池群が規定寸法になるまで積層方向に押圧する。通常なら、規定寸法になるまで押圧された単電池群を保持部材によって規定寸法に保持し、規定寸法に保持されている単電池群の端子同士を接続部材によって接続する。
本組立方法では、配列した単電池群が規定寸法になるまで積層方向に押圧された状態で各単電池を個別に検査する。このために、単品検査では良品であっても加圧して組電池に組込むと不良となる単電池が混在していればそれを発見することができ、不良単電池が混在した状態で組電池を組立ててしまうことがない。全部の単電池が組電池に組込んでも問題がない電池であることを確認してから組電池を組立てることができる。
しかも、検査のための配列工程と圧縮工程が、同時に組電池の組立てのための配列工程と圧縮工程を兼用しており、規定寸法になるまで押圧されて検査合格となった単電池群をそのまま保持部材によって規定寸法に保持し、単電池群の端子同士を接続部材によって接続することによって組電池が完成する。
なお、保持部材は簡単に保持したり解除したりできるので、検査前に保持するようにすることも可能である。両者は均等であるが、検査後に保持するようにしたほうが、不良時に保持し直す必要がないので合理的である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、組電池を組立てる前の段階で、各単電池を積層方向に押圧した状態で検査を行うために、単品検査では良品であっても加圧して組電池に組込むと不良となる単電池が混在していればそれを発見することができ、不良単電池が混在した状態で組電池を組立ててしまうことがない。組電池を歩留りよく製造することができる。
しかも、検査のための工程と組立てのための工程の相当部分を兼用することができ、組電池を効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１）  複数の単電池が積層状に配列され、積層方向に押圧された状態で各単電池の電気特性や機械特性（寸法等）を測定する。
（形態２）  所定数の単電池が押圧されて組電池の寸法に圧縮された状態で、各単電池の特性を測定する。
（形態３）  単電池毎の検査工程が組電池の組立工程に組み込まれており、単電池の端子同士を接続部材で接続する前に単電池毎の検査がなされる。
【実施例】
【００１４】
図１は本発明の実施例に係る検査装置を説明する斜視図である。先ず、検査対象の単電池について説明する。同図には形状の異なる２種類の単電池１と単電池２が例示されている。いずれもリチウムイオン二次電池である。この検査装置は、単電池１を検査することもできるし、単電池２を検査することもできる。
単電池１は、箔状の正極材と箔状の負極材がフィルム状のセパレータによって絶縁された状態で巻回された電極体を電解液とともに金属製電池容器内に密封した構成となっている。単電池１は、図示のように、放熱面積と冷却用通風路を確保し易くするために、前後両端面が凹凸形状とされ、上端部に正極端子１ａと負極端子１ｂが突設されている。
単電池２は、箔状の正極材と箔状の負極材がフィルム状のセパレータによって絶縁された状態で巻回された電極体を電解液とともに外装樹脂フィルム製電池容器内に密封した構成となっている。単電池２は額縁状の枠体で保護されている。単電池２からは、放熱板を兼ねる正極リード２ａと放熱板を兼ねる負極リード２ｂが左右に突設されている。
所定数の単電池１〜１、２〜２がそれぞれ積層状に並べてあり、それらを前後から挟み込むための拘束板３、３および４、４が用意されている。拘束板３、４の上下両端部にはねじ穴３ａ、４ａが形成されていて、詳しくは後述するが、このねじ穴３ａ、４ａを利用して保持部材を固定することによって単電池群１〜１、２〜２を規定寸法に拘束することができるようになっている。その後、各単電池１〜１、２〜２をバスバーによって電気的に接続することで組電池が形成される。なお、検査対象はさらに別種類の電池であってもよく、以下の説明は単電池１で代表することにする。
【００１５】
次に、検査装置について説明する。図１中の１１は、単電池群１〜１を拘束板３と共に積層状に配列して収容する組立治具と検査治具を兼ねたケースである。ケース１１には拘束板３に当接させる押し板１２がスライド可能に設けられ、押し板１２から後方に延びてケース後壁１１ａのねじ孔に螺合するねじ棒１３が回動することによって押し板１２が進退できるようになっている。ねじ棒１３の後端は一対の継手１４を介して駆動装置であるギヤードモータ１５に連結されている。押し板１２の移動量は測長器であるリニアスライダーセンサ１６を介して検出され、押し板１２が拘束板３を押圧するときの押圧力は押し板前面に設けられた圧電素子などのロードセル１７を介して検出される。単電池群１〜１を並べて積層方向に押圧するための押圧装置は上記のように構成されている。
【００１６】
ケース１１の上方位置には単電池１の正極端子１ａと負極端子１ｂに接触させるプローブ１８ａ、１８ｂを備えたプローブ支持具１８が、図示省略のプローブ駆動機構を介して移動操作可能に設けられている。プローブ１８ａ、１８ｂは制御装置２０に接続されており、制御装置２０が有する電圧計およびミリオーム抵抗計によって単電池１の電池電圧と内部抵抗が測定される。前記したリニアスライダーセンサ１６とロードセル１７もこの制御装置２０に接続されており、制御装置２０が有する測長計と荷重計によって押し板１２の移動量と単電池１にかかる押圧力が測定される。制御装置２０は内蔵するマイクロコンピュータによって、測定データを処理することができる。また、制御装置２０はＣＣＤカメラ１９にも接続されており、単電池群１〜１の画像データから単電池１の厚み寸法（隣接する単電池間のピッチ）と、正極端子１ａと負極端子１ｂの位置と、端子間ピッチを測定する。制御装置２０は前記ギヤードモータ１５に接続されており、これをオンオフ制御する。なお、制御装置２０はマイクロコンピュータの記憶装置に記憶されたプログラムにしたがって各単電池１〜１を順次検査できるようになっている。
【００１７】
さて、上記検査装置を用いて行う単電池の検査方法を含んだ組電池の組立方法について図２に示すフローチャートを参照して工程順に説明する。
〔配列工程〕  まず、２枚の拘束板３、３の間に所定数の単電池１〜１を配置した位置関係でそれらをケース１１内に積層状に整列させる（ステップＳ２）。
〔準備〕  次に、ケース１１（検査治具）を検査装置にセットする。すなわち、図１に示したように、継手１４を介して駆動装置を接続し、リニアスライダーセンサ１６とロードセル１７を図示省略のコネクタを介して制御装置２０に接続する。また、所定位置に配設されたプローブ支持具１８のプローブ１８ａ、１８ｂとＣＣＤカメラ１９を制御装置２０に接続する（ステップＳ４）。そして、制御装置２０を作動させると、制御装置２０は接続された各部の機能が正常であるかどうか自己診断する。
【００１８】
〔押圧工程〕  作業者が制御装置２０の押圧装置駆動ボタンを押すと、ギヤードモータ１５が順方向回転し、押圧装置の押し板１２が前進して単電池群１〜１を圧縮する（ステップＳ６）。最終的には単電池群１〜１を組電池としての規定寸法まで圧縮する。以下、その手順を詳しく説明する。図３（Ａ）は単電池群１〜１に加えられる荷重の推移を示すグラフであり、横軸が時間、縦軸が荷重である。同じ時間軸で押し板１２のストロークすなわち単電池群１〜１の圧縮量を示すグラフが同図（Ｂ）である。圧縮が始まりギヤードモータ１５が回転し続けると、グラフに示したように、押し板１２のストロークが伸びて圧縮荷重が増す。その間、マイクロコンピュータは実行プログラムによって測定荷重を設定値と比較し続け、第１所定荷重Ｐ1 になったかどうか判断する（ステップＳ８）。時間ｔ1 にて第１所定荷重Ｐ1 に達したと判断したら次のステップに移り、ギヤードモータ１５の回転を停止させて圧縮を中断する（ステップＳ１０）。このとき、押し板１２はストロークＣ1 の位置で静止している。場合によっては、ギヤードモータ１５を逆転させて押し板１２を僅かに戻した位置に静止させることにしても構わない。しばらくこの状態を保持すると、単電池１の内部がなじんでくるので圧縮荷重が漸減する。その間もマイクロコンピュータは測定荷重を設定値と比較し続け、第２所定荷重Ｐ2 になったかどうか判断する（ステップＳ１２）。時間ｔ2 にて第２所定荷重Ｐ2 になったと判断したら次のステップに移り、ギヤードモータ１５をオンにして圧縮を再開する（ステップＳ１４）。
【００１９】
続いて、単電池群１〜１が所定寸法になったかどうか判断する（ステップＳ１６）。すなわち、マイクロコンピュータは随時、押し板１２のストロークから単電池群１〜１の圧縮量を求めて設定値と比較し続けており、ここでのストロークがＣ3 に達していなければ処理をステップＳ８に戻し、上述した圧縮中断と再開が繰り返される。所定寸法となったと判断したら処理を次のステップに移す。この状態は、時間ｔ5 におけるストロークＣ3 、荷重Ｐ3 で示される。つまり、ストロークＣ3 に対応する圧縮量が組電池の予定圧縮量である。これにより単電池群１〜１が組電池としての規定寸法（定寸）となる。
【００２０】
〔検査工程〕  続いて、各単電池の不良検査をする。まず、荷重Ｐ3 が予め決められた許容範囲内にあるかどうか判断する（ステップＳ１８）。この荷重Ｐ3 は最新の荷重を求め直したものに置き換えてもよい。許容範囲外の場合は不良単電池が混じっていると判定し、検査を中止して後述する不良処理のステップＳ３２に移る。不良原因としては、電池内部のガス発生による容器変形などの異常が考えられる。荷重Ｐ3 が許容範囲内であれば、次の検査項目として、隣接単電池間のセルピッチと端子ピッチがそれぞれ予め決められた許容範囲内であるかどうか判断する（ステップＳ２０）。これには前述した画像認識による測定を利用する。許容範囲外の場合は不良単電池が混じっていると判定し、後述する不良処理のステップＳ３２に移る。不良原因としては、電池厚さ等の外観異常を挙げることができる。外形寸法の異常は、後述する拘束バンドの取付けやバスバーの圧接に支障をきたし工程を乱すのでその予防策として有効である。
【００２１】
セルピッチと端子ピッチが許容範囲内であれば、次の検査項目として、電池電圧と内部抵抗を調べる。これはプローブ支持具１８を移動操作してプローブ１８ａ、１８ｂを各単電池１の端子に順次押し当てることで測定がなされる。なお、前工程でのセルピッチと端子ピッチの測定結果を利用してプローブ移動の自動処理が可能である。まず、第１番目の単電池１について電圧値と抵抗値が予め設定された許容範囲内であるかどうかを調べる（ステップＳ２２）。異常が検出されれば検査を中止して後述する不良処理のステップＳ３２へ移る。正常であれば同様にして第２番目以降の単電池１について電圧値と抵抗値が許容範囲内であるかどうかを調べる。全ての単電池１について検査が終われば検査工程を終了する（ステップＳ２４）。
【００２２】
〔不良処理〕  上記各判断ステップで不良と判定されれば、その単電池群を別工程に移送するか、あるいは不良単電池を特定する作業を経て不良単電池を取り替える（ステップＳ３２）。単電池の取り替えが済めば最初のステップＳ２に戻すことが可能になる。この不良処理において不良単電池のみを簡易迅速に取り替えることができるので、単電池群を全て廃棄せざるを得なかった従来と比べると省資源になりコスト面で有利である。また、完成品の組電池に不具合が持ち越され難くなるので、結果的に歩留りが向上する。
【００２３】
〔保持工程〕  検査に合格した単電池群１〜１を拘束具で拘束して検査時の圧縮状態に保持する（ステップＳ２６）。具体的には図４に示すように、両端の拘束板３、３間に拘束金具である４本のバンド５を渡し、ねじ穴３ａを利用してねじ止め固定する。ここは仮止めと考えて別工程で補強したり溶接接合を追加工してもよい。ねじ止めに代えて最初から溶接してもよい。適宜な拘束手段に代えることも可能である。場合によっては、単電池群１〜１の圧縮量を、検査時とバンド拘束時とで変更しても構わない。
〔取り出し〕  次に、ギヤードモータ１５を逆回転させることで押し板１２を後退させ、組みあがった単電池群１〜１をケースから取り出す（ステップＳ２８）。
〔接続工程〕  取り出した単電池群１〜１は、図４に示したように、接続部材であるバスバー６を正極端子１ａと負極端子１ｂに溶接することによって単電池群１〜１を直列接続する（ステップＳ３０）。図からわかるように、単電池群１〜１は、予め、隣接する単電池間で正極端子１ａと負極端子１ｂが隣り合うように交互に向きを反転させた状態で配列させておく。バスバー６は溶接してもよいし、圧接してもよい。なお、バスバーを分解不能に接合するのが一般的であるが、場合によっては、ねじ止め等に代えることも可能である。
上記のようにして組電池１０が完成する。組電池１０を構成する単電池群１〜１は、組電池１０を構成する状態で良品であることが保証されている。
【００２４】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例に係る検査装置を説明する斜視図である。
【図２】実施例に係る単電池の検査方法と組電池の組立方法を説明するフローチャート図である。
【図３】（Ａ）は実施例に係る単電池群に加えられる荷重の推移を示す線図であり、（Ｂ）は押し板のストロークすなわち単電池群の圧縮量を示す線図である。
【図４】実施例に係る組電池を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【００２６】
１、２・・単電池
１ａ・・正極端子
１ｂ・・負極端子
２ａ・・正極リード
２ｂ・・負極リード
３、４・・拘束板
３ａ、４ａ・・ねじ穴
５・・バンド
６・・バスバー
１０・・組電池
１１・・ケース
１２・・押し板
１３・・ねじ棒
１４・・継手
１５・・ギヤードモータ
１６・・リニアスライダーセンサ
１７・・ロードセル
１８・・プローブ支持具
１８ａ、１８ｂ・・プローブ
１９・・ＣＣＤカメラ
２０・・制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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