2023-182965 組電池の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182965

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】組電池の製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20231220BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 S

H01M50/291

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096272

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大村 潤一郎

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA03

5H040AT02

5H040AT04

5H040AT06

5H040AY05

5H040AY10

5H040CC13

5H040JJ03

5H040JJ10

(57)【要約】

【課題】本明細書は、電池セルとセパレータとエンドプレートが積層された組電池を製造する製造装置を開示する。
【解決手段】組電池は、複数の電池セル、複数のセパレータ、エンドプレートを備える。セパレータは、一方の面に電池セルが嵌合する枠を備えており、電池セルと１個ずつ交互に積層される。エンドプレートの一方の面にも電池セルに嵌合する枠が設けられている。エンドプレートの反対側の面の特定範囲には突起が設けられている。エンドプレートは、複数の電池セルと複数のセパレータの積層体の一方の端の電池セルに嵌合している。本明細書が開示する製造装置は、枠を上にしてセパレータまたはエンドプレートを載置する台座と、台座に載置されたセパレータまたはエンドプレートの枠に電池セルを押し付ける押付治具を備える。台座は、エンドプレートの突起が設けられている特定範囲に対応する可動部が台座本体から分離可能になっている。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

組電池の製造装置であり、
前記組電池は、
複数の電池セルと、
一方の面に前記電池セルが嵌合する枠を有しており、前記電池セルと１個ずつ交互に積層されている複数のセパレータと、
一方の面に前記電池セルに嵌合する枠を有しており、反対側の面の特定範囲に突起が設けられており、前記電池セルと前記セパレータの積層体の一端の前記電池セルに嵌合しているエンドプレートと、
を備えており、
前記製造装置は、
前記枠を上にして前記セパレータまたは前記エンドプレートを載置する台座と、
前記台座に載置された前記セパレータまたは前記エンドプレートの前記枠に前記電池セルを押し付ける押付治具と、
を備えており、
前記台座は、
前記特定範囲に対応する可動部が台座本体から分離可能であり、
前記セパレータを載置する場合には前記可動部が前記台座本体に合体し、前記エンドプレートを載置する場合には前記可動部が前記台座本体から分離して前記突起が収まる空間が形成される、
組電池の製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、組電池の製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に組電池の一例が開示されている。組電池は、複数の電池セルと複数のセパレータとエンドプレートを有している。複数の電池セルと複数のセパレータは１個ずつ交互に積層されている。セパレータの一方の面には電池セルが嵌合する枠が設けられている。エンドプレートは、複数の電池セルと複数のセパレータの積層体の端に配置されている。特許文献１の組電池では、エンドプレートは電池セルと同じ外形状を有しており、エンドプレートと電池セルの間にもセパレータが挟まれている。電池セルと同様にエンドプレートもセパレータの枠に嵌合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０２０／０５４２２７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

エンドプレートの一方の面に電池セルが嵌合する枠を設ければ、電池セルとエンドプレートの間にセパレータを挟む必要がなくなる。また、組電池を製造する工程では、電池セルをセパレータに嵌合させた複数のサブアセンブリを準備し、複数のサブアセンブリを積層して加圧する。電池セルをセパレータに嵌合させる工程と、電池セルをエンドプレートに嵌合させる工程の両方を行える製造装置があるとよい。その製造装置は、セパレータまたはエンドプレートを載置する台座と、台座の上のセパレータまたはエンドプレートに電池セルを押し付ける押付治具を備える。エンドプレートの他方面（枠を設けた面とは反対側の面）に突起があると、台座を共通化できない。本明細書は、セパレータの場合とエンドプレートの場合で台座を共通化させる機構を導入し、電池セルをセパレータに嵌合させる工程と、電池セルをエンドプレートに嵌合させる工程の両方を行うことのできる製造装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書は組電池の製造装置を開示する。組電池は、複数の電池セル、複数のセパレータ、エンドプレートを備える。セパレータは、一方の面に電池セルが嵌合する枠を備えており、電池セルと１個ずつ交互に積層される。エンドプレートの一方の面にも電池セルに嵌合する枠が設けられている。エンドプレートの反対側の面の特定範囲には突起が設けられている。エンドプレートは、複数の電池セルと複数のセパレータの積層体の一方の端の電池セルに嵌合している。

【0006】

本明細書が開示する製造装置は、枠を上にしてセパレータまたはエンドプレートを載置する台座と、台座に載置されたセパレータまたはエンドプレートの枠に電池セルを押し付ける押付治具を備える。台座は、エンドプレートの突起が設けられている特定範囲に対応する可動部が台座本体から分離可能になっている。セパレータを載置する場合には可動部が台座本体に合体する。エンドプレートを載置する場合には可動部が台座本体から分離して突起が収まる空間が形成される。

【0007】

本明細書が開示する製造装置は、セパレータを載置する台座の一部に可動部を設け、突起を有するエンドプレートを載置する場合には可動部を台座本体から分離して突起が収まる空間を確保する。この製造装置は、可動部を有する台座を採用することで、電池セルをセパレータの枠に嵌合させる工程と、電池セルをエンドプレートの枠に嵌合させる工程の両方を行うことができる。

【0008】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】組電池の斜視図である。

【図2】セパレータの斜視図である。図２（Ａ）は、おもて面側からみたセパレータの斜視図であり、図２（Ｂ）は、裏面側からみたセパレータの斜視図である。

【図3】エンドプレートの斜視図である。図３（Ａ）は、おもて面側からみたエンドプレートの斜視図であり、図２（Ｂ）は、裏面側からみたエンドプレートの斜視図である。

【図4】製造装置の台座の斜視図である（可動部が台座本体に合体した状態）。

【図5】製造装置の台座の斜視図である（可動部が台座本体から分離した状態）。

【図6】セパレータを電池セルに組み付けるときの製造装置の動きを示す図である。

【図7】エンドプレートを電池セルに組み付けるときの製造装置の動きを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図面を参照して実施例の製造装置を説明する。まず、図１に、組電池２の斜視図を示す。組電池２は、２個の積層体３ａ、３ｂがケース４に収容された構造を有している。以下、２個の積層体３ａ、３ｂを区別なく表すときには積層体３と表記する。

【0011】

積層体３は、複数の電池セル５と複数のセパレータ１０とエンドプレート２０ａ、２０ｂが積層されたものである。図１では、積層体３ａに含まれる一つの電池セル５と一つのセパレータ１０にのみ符号を付し、残りの電池セルとセパレータには符号は省略した。セパレータ１０の一方の面には枠が設けられており、電池セル５は枠に圧入される。複数の電池セル５と複数のセパレータ１０は１個ずつ交互に積層されており、電池セル５とセパレータ１０の積層体の積層方向の一方の端にエンドプレート２０ａが積層されており、他方の端にエンドプレート２０ｂが積層されている。積層体３ａの一方の端のエンドプレート２０ａには、２個の突起２１が設けられている。図１では、積層体３ｂの側では各部品の符号を省略した。積層方向とは、複数の電池セル５と複数のセパレータ１０が積層されている方向であり、図中の座標系のＸ方向が積層方向に相当する。図２、図３においても、図中の座標系のＸ方向が積層方向に相当する。また、図中の座標系の＋Ｚ方向が上に相当する。

【0012】

セパレータ１０の形状について詳しく説明する。図２（Ａ）は、セパレータ１０をおもて面側からみた斜視図であり、図２（Ｂ）は、セパレータ１０を裏面側からみた斜視図である。ここで、おもて面（裏面）とは、図中の座標系の＋Ｘ方向（－Ｘ方向）を向く面をいう。「おもて面」／「裏面」との呼称は、２つの面を区別するための便宜上の呼称である。

【0013】

セパレータ１０は、積層体３において隣り合う電池セル５の間に挟まれている樹脂製の板である。

【0014】

セパレータ１０は、仕切板１１と、仕切板１１のおもて面に設けられた圧入用の枠（圧入枠１２）と、裏面に設けられたガイド用の枠（ガイド枠１３）を備えている。仕切板１１のおもて面には、複数の凸条１４が設けられているとともに、４カ所にリップ１５が設けられている。リップ１５は裏面にも設けられている。

【0015】

セパレータ１０は、扁平な電池セル５の幅広面に対向するように電池セル５に取り付けられる。圧入枠１２の長手方向の内寸ＷＡは、電池セル５の長手方向の外寸よりわずかに狭い。あるいは、圧入枠１２の内側にクラッシュリブが設けられる。それゆえ、セパレータ１０の圧入枠１２に電池セル５を強く押し付けると、電池セル５がセパレータ１０の圧入枠１２に圧入され、電池セル５がセパレータ１０に固定される。電池セル５がセパレータ１０に圧入されると、凸条１４の頭頂面が電池セル５の幅広面に当接する。電池セル５とセパレータ１０が組み合わされたサブアセンブリには、電池セル５の幅広面と、隣り合う凸条１４と、仕切板１１で囲まれた隙間が形成される。隙間は、冷却用の空気の流路となる。

【0016】

仕切板１１の裏面（圧入枠１２とは反対側の面）には別の枠（ガイド枠１３）が設けられている。ガイド枠１３の長手方向の内寸ＷＢは、電池セル５の外寸よりわずかに大きい。ガイド枠１３は、ガイド枠側の電池セル５の位置決めに用いられる。

【0017】

先に述べたように、組電池２では、複数の電池セル５が積層されているとともに、隣り合う電池セル５の間にセパレータ１０が挟まれる。セパレータ１０は、絶縁性の樹脂で作られている。セパレータ１０は、隣り合う電池セル５の絶縁を確保する機能と、電池セル５の温度抑制の機能を有する。前述した隙間に空気が流れることで、電池セル５が冷却される。

【0018】

おもて面の４個のリップ１５は、仕切板１１の各隅の近くに配置されている。リップ１５は、薄い樹脂で作られており、柔らかい。リップ１５の高さは凸条１４の高さよりもわずかに高い。電池セル５がセパレータ１０に圧入されるとき、凸条１４よりも先に４個のリップ１５が電池セル５と接触する。仕切板１１の四隅のリップ１５が仕切板１１に対して電池セル５を平行にさせる。電池セル５をさらに圧入していくと、電池セル５は仕切板１１に対して平行を保持したまま、複数の凸条１４に押し当てられる。後述するように、電池セル５をセパレータ１０に圧入する際、電池セル５がリップ１５を押し当てられるときに仕切板１１が変形しないように、仕切板１１の裏面は台座が支持する。台座については後で詳しく説明する。

【0019】

エンドプレート２０ａについて説明する。図３（Ａ）は、エンドプレート２０ａをおもて面側からみた斜視図であり、図３（Ｂ）はエンドプレート２０ａを裏面側からみた斜視図である。エンドプレート２０ａのおもて面の形状はセパレータ１０のおもて面の形状と同じである。すなわち、おもて面には、電池セル５が圧入される圧入枠１２と、凸条１４と、リップ１５が設けられている。電池セル５を圧入枠１２に押し込むと、電池セル５がエンドプレート２０ａに固定される。

【0020】

エンドプレート２０ａの裏面には、２個の突起２１が設けられている。エンドプレート２０ａの裏面とは、別言すれば、エンドプレート２０ａの２つの幅広面のうち、電池セル５に対向する面とは反対側の面である。２個の突起２１は、積層体３における複数の電池セル５の直列接続の最終端子（正極と負極の最終端子）である。説明の便宜上、エンドプレート２０ａの裏面において、突起２１が設けられている範囲を特定範囲と称する。他方のエンドプレート２０ｂの形状については説明を省略する。

【0021】

エンドプレート２０ａの圧入枠１２に電池セル５を押し付ける際にもエンドプレート２０ａは台座に載置される。台座は、セパレータ１０とエンドプレート２０ａの両方を載置することができる。但し、エンドプレート２０ａは裏面に突起２１を備えているので、台座はエンドプレート２０ａの特定範囲に相当する部位が可動する。

【0022】

組電池２を製造する製造装置３０を説明する。製造装置３０は、台座４０と押付治具５０を備える。図４、５に、製造装置３０の台座４０の斜視図を示す。台座４０は、セパレータ１０またはエンドプレート２０ａを載置することができる。図４、５では図示されていないが、押付治具５０は、台座４０に載置されたセパレータ１０またはエンドプレート２０ａに電池セル５を押し付け、セパレータ１０またはエンドプレート２０ａの圧入枠１２に電池セル５を固定する。押付治具５０については図６、７にて説明する。

【0023】

図４は、セパレータ１０を載置する状況を示している。図５は、エンドプレート２０ａを載置する状況を示している。

【0024】

台座４０は、台座本体４１、一対の可動部４２、それぞれの可動部を動かすアクチュエータ４３、可動部４２とアクチュエータ４３をつなぐシリンダ４４を備えている。

【0025】

アクチュエータ４３は、可動部４２を図中のＹ軸方向に動かすことができる。別言すれば、アクチュエータ４３は、可動部４２を台座本体４１に合体させた状態から台座本体４１から分離させた状態へ動かすことができる。図４は、可動部４２を台座本体４１に合体させた状態を示しており、図５は、可動部４２を台座本体４１から分離させた状態を示している。

【0026】

図４に示すように、可動部４２を台座本体４１に合体させた状態で、おもて面（圧入枠１２が形成された面）を上にしてセパレータ１０が載置される。台座本体４１に可動部４２が合体した全体形状の上面は、ちょうど、セパレータ１０の裏面のガイド枠１３に収まる。別言すれば、台座４０（可動部４２が台座本体４１に合体した全体形状）がセパレータ１０の裏面の全体を支える。セパレータ１０の裏面にはリップ１５が設けられているが、台座４０において、リップ１５に対応する場所に可動部４２が位置する。

【0027】

図５に示すように、エンドプレート２０ａを載置する場合、可動部４２を台座本体４１から分離する。エンドプレート２０ａを台座本体４１に載置すると、可動部４２が位置していた空間４５に、突起２１が収まる。台座本体４１は、突起２１と干渉することなくエンドプレート２０ａの裏面を支える。

【0028】

製造装置３０の動きについて説明する。図６は、電池セル５をセパレータ１０に組み付けるときの様子を示す。台座４０では、アクチュエータ４３を動かし、台座本体４１に可動部４２を合体させる（図６（Ａ））。図６では、理解を助けるために、可動部４２にハッチングを施した。

【0029】

続いて、可動部４２が合体した台座本体４１にセパレータ１０を載置する（図６（Ｂ））。セパレータ１０は、おもて面を上（＋Ｚ方向）に向けて台座４０（可動部４２が合体した台座本体４１）に載置される。このとき、セパレータ１０は、裏面（ガイド枠１３がある面）を台座本体４１に対向させる。ガイド枠１３が、可動部４２が合体した台座本体４１に嵌る。セパレータ１０の裏面のリップ１５は可動部４２に当接する。

【0030】

押付治具５０は、電池セル５を把持するグリッパ５１と、グリッパ５１を台座４０に向けて降下させるアクチュエータ５２を備える。台座４０に向けて電池セル５を把持したグリッパ５１を降下させ、電池セル５をセパレータ１０に押し付ける（図６（Ｃ））。セパレータ１０のおもて面の圧入枠１２に電池セル５が圧入される。電池セル５をセパレータ１０に押し付ける際、電池セル５からリップ１５に荷重が加わるが、リップ１５の下には可動部４２が位置しており、可動部４２がリップ１５に加わる荷重を受け止める。

【0031】

組電池２に含まれるすべてのセパレータ１０に対して上記した工程が繰り返され、電池セル５とセパレータ１０が合体したサブアセンブリが製造される。

【0032】

図７は、エンドプレート２０ａに電池セル５を組み付けるときの様子を示す。台座４０では、アクチュエータ４３を動かし、可動部４２を台座本体４１から分離させる（図７（Ａ））。図７でも、理解を助けるために、可動部４２にハッチングを施した。

【0033】

続いて、可動部４２が分離された台座本体４１にエンドプレート２０ａを載置する（図７（Ｂ））。エンドプレート２０ａは、おもて面を上（＋Ｚ方向）に向けて台座４０（可動部４２が分離した台座本体４１）に載置される。エンドプレート２０ａの裏面の突起２１は、可動部４２が分離されたことによって台座本体４１に形成された空間４５に収容される。突起２１が台座本体４１と干渉することなく、エンドプレート２０ａの裏面は台座本体４１の上面にしっかりと支持される。

【0034】

続いて、押付治具５０のアクチュエータ５２を作動させ、台座４０に向けて電池セル５を把持したグリッパ５１を降下させ、電池セル５をエンドプレート２０ａに押し付ける（図７（Ｃ））。エンドプレート２０ａのおもて面の圧入枠１２に電池セル５が圧入される。こうして、エンドプレート２０ａと電池セル５が合体したサブアセンブリが製造される。

【0035】

最後に、電池セル５とセパレータ１０の複数のサブアセンブリと、エンドプレート２０ａと電池セル５のサブアセンブリと、エンドプレート２０ｂ（図１参照）を積層させ、積層体を加圧しつつケース４（図１参照）に収容する。こうして、組電池２が完成する。

【0036】

実施例の製造装置は、台座本体４１と可動部４２を有する台座４０を備える。裏面に突起２１を有するエンドプレート２０ａに電池セル５を組み付ける際には可動部４２を台座本体４１から分離し、突起２１が収容される空間４５を確保する。裏面に突起の無いセパレータ１０に電池セル５を組み付ける際には、可動部４２を台座本体４１に合体させ、セパレータ１０の裏面全体を支持する広い支持面（台座本体４１と合体した可動部４２の全体の上面）を確保する。この製造装置３０は、可動部４２を有する台座４０を採用することで、電池セル５をセパレータ１０に嵌合させる工程と、電池セル５をエンドプレート２０ａに嵌合させる工程の両方を行うことができる。

【0037】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。セパレータ１０のリップ１５は、おもて面と裏面の両方において、エンドプレート２０ａの特定範囲（突起２１が設けられた範囲）に対応する部位に設けられている。それゆえ、セパレータ１０を台座４０（台座本体４１＋可動部４２）に載置して電池セル５を押し付ける際、可動部４２が、リップ１５が受ける反力（電池セル５が押し付けられることにより生じる反力）を支える。

【0038】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、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。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、出願時請求項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目的を同時に達成し得るものであり、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。

【符号の説明】

【0039】

２：組電池 ３、３ａ、３ｂ：積層体 ４：ケース ５：電池セル １０：セパレータ １１：仕切板 １２：圧入枠 １３：ガイド枠 １４：凸条 １５：リップ ２０ａ、２０ｂ：エンドプレート ２１：突起 ３０：製造装置 ４０：台座 ４１：台座本体 ４２：可動部 ４３、５２：アクチュエータ ４４：シリンダ ４５：空間 ５０：押付治具 ５１：グリッパ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】