特許 7635760 組電池の製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-17

(45)【発行日】2025-02-26

(54)【発明の名称】組電池の製造装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/516 20210101AFI20250218BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20250218BHJP

   H01M 50/51 20210101ALI20250218BHJP

   H01M 50/505 20210101ALI20250218BHJP

【ＦＩ】

H01M50/516

H01M50/55 101

H01M50/51

H01M50/505

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022119576

(22)【出願日】2022-07-27

(65)【公開番号】P2024017131

(43)【公開日】2024-02-08

【審査請求日】2024-05-16

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】宮田 慎太郎

(72)【発明者】

【氏名】柴田 義範

(72)【発明者】

【氏名】深見 智

(72)【発明者】

【氏名】木藤 広樹

【審査官】山田 倍司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０３３９０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０３４３０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１８１０２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０２１－００７４５７７（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０１２５３８７（ＫＲ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０４５１４４４（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／５０－５０／５９８

(57)【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、第１方向に積層されている複数の電池セルを備えており、各電池セルは、前記第１方向に交差する第２方向を向いている面に端子を備えているとともに前記端子にバスバが溶接されており、
前記製造装置は、
前記第１方向に沿って並んでおり、前記第２方向の先端が前記バスバを挟んでそれぞれの前記端子に対向している複数の加圧片と、
前記第１方向に沿って延びておりアクチュエータで回転するロータであって、複数の前記加圧片と係合しており、軸芯回りに回転すると複数の前記加圧片を前記バスバに向けて押すロータと、
前記バスバと前記端子を溶接する溶接器と、
を備えており、
前記ロータが前記バスバを前記端子に押し付けつつ前記溶接器が前記バスバを前記端子に溶接する、
製造装置。

【請求項2】

前記ロータは、前記アクチュエータで回転するシャフトと、前記シャフトに係合している複数の当接片を有しており、
複数の前記当接片のそれぞれが、対応する前記加圧片に当接している、
請求項１に記載の製造装置。

【請求項3】

複数の前記当接片と前記シャフトの係合箇所が前記第１方向からみて前記シャフトのまわりに分散している、請求項２に記載の製造装置。

【請求項4】

前記シャフトと夫々の前記当接片の間に、前記シャフトの周方向に弾性を有するバネが介在している、請求項２に記載の製造装置。

【請求項5】

前記当接片はピニオンギアであり、前記加圧片は前記ピニオンギアに係合するラックギアを備えている、請求項２から４のいずれか１項に記載の製造装置。

【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】

組電池は、第１方向に積層されている複数の電池セルを備えている。各電池セルは、第１方向に交差する第２方向を向いている面に端子を備えているとともに端子にバスバが溶接されている。上記した組電池とその製造装置が特許文献１に開示されている。電池セルの端子にバスバが溶接される。特許文献１に開示されている製造装置は、治具でバスバを端子に押し付けた状態でバスバを端子に溶接する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１７／１３０７０５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

複数のバスバを速やかに溶接するには、複数の端子のそれぞれにバスバを同時に押し付けておいて各バスバを各端子に溶接するとよい。製造装置は、バスバを挟んで複数の端子のそれぞれに対向する複数の加圧片を有する。複数の加圧片を同時に複数のバスバに押し付けるには大きな力が必要となる。仮に、両端を支持された梁を並進させて複数の加圧片に押し付けると加圧片から受ける反力で梁が大きく撓んでしまう。本明細書は、複数の加圧片を同時に複数のバスバに押し付けるのに好適な製造装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する製造装置を説明するのに際して、まず組電池を説明する。組電池は、第１方向に積層されている複数の電池セルを備えている。各電池セルは、第１方向に交差する第２方向を向いている面に端子を備えているとともに端子にバスバが溶接されている。本明細書が開示する製造装置は、第１方向に沿って並んでおり第２方向の先端がバスバを挟んでそれぞれの端子に対向している複数の加圧片と、第１方向に沿って延びておりアクチュエータで回転するロータであって複数の加圧片と係合しており軸芯回りに回転すると複数の加圧片をバスバに向けて押すロータと、バスバと端子を溶接する溶接器を備える。ロータがバスバを端子に押し付けつつ溶接器がバスバを端子に溶接する。

【0006】

ロータが回転すると複数の加圧片を押す力の反力は、ロータを押す並進力とロータを捩じるモーメントに分散する。複数の加圧片を押す力の反力をロータの撓み剛性と捩じり剛性で受けるので、並進する梁で複数の加圧片を押し付ける場合と比較してロータの撓みは小さくなる。本明細書が開示する製造装置は、複数の加圧片を同時に複数のバスバに押し付けるのに好適である。

【0007】

ロータの一例は、アクチュエータで回転するシャフトと、シャフトに係合している複数の当接片を有している。複数の当接片のそれぞれが、対応する加圧片に当接する。複数の当接片とシャフトの係合箇所が第１方向からみてシャフトのまわりに分散しているとよい。複数の当接片からシャフトに加わるモーメントがシャフトの周囲に均等に加わる。

【0008】

シャフトと夫々の当接片の間にバネが介在していてもよい。バネは、シャフトの周方向に弾性を有している。第２方向におけるバスバの位置誤差があっても各バスバに均等に荷重が加わる。

【0009】

当接片の一例はピニオンギアである。その場合、加圧片はピニオンギアに係合するラックギアを備えているとよい。

【0010】

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】

【0011】

【図1】組電池の斜視図である。

【図2】２個の電池セルとセパレータとバスバの斜視図である。

【図3】組電池の製造装置の正面図である。

【図4】製造装置の平面図である。

【図5】ロータに加わる力の説明図である。

【図6】４個のピニオンギアのそれぞれがシャフトに加える力を説明する図である。

【図7】変形例の製造装置の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施例の製造装置を説明するのに先立って組電池２を説明する。図１に組電池２の斜視図を示す。組電池２は、複数の電池セル１０と複数のセパレータ２０が１個ずつ交互に積層された構造を有している。図１では、いくつかの電池セルといくつかのセパレータには符号を省略した。また、図１では組電池２の中央部分は図示を省略した。さらに、図１の右側の３個の電池セル１０を個別に表す場合には符号１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用いる。図１の座標系のＸ方向が、複数の電池セル１０の積層方向に相当する。以降の図でも、図中の座標系のＸ方向が積層方向に相当する。

【0013】

電池セル１０とセパレータ２０の積層体の両端にはエンドプレート４０が取り付けられている。電池セル１０とセパレータ２０とエンドプレート４０の積層体はバンドまたはフレームで結束されてケースに収容されている。バンドまたはフレームと、ケースの図示は省略した。

【0014】

電池セル１０の一面（図中の座標系で＋Ｚ方向を向く面）には正極端子１１ｐと負極端子１１ｎが設けられている。複数の電池セル１０は、積層方向（Ｘ方向）で正極端子１１ｐと負極端子１１ｎが交互に並ぶように配置されている。図１の右端の電池セル１０ａの正極端子１１ｐとその隣の電池セル１０ｂの負極端子１１ｎがバスバ３０（３０ａ）で接続されている。電池セル１０ｂの正極端子１１ｐとその隣の電池セル１０ｃの負極端子１１ｎがバスバ３０（３０ｂ）で接続されている。このように、隣り合う電池セル１０の正極端子１１ｐと負極端子１１ｎが接続されることで、全ての電池セル１０が直列に接続される。図示は省略しているが、エンドプレート４０には、複数の電池セル１０の直列接続の終端の正極端子と負極端子が設けられている。

【0015】

以下では、正極端子１１ｐと負極端子１１ｎを区別なく表す場合は端子１１と称する。Ｘ方向で隣り合う端子１１がバスバ３０で接続される。

【0016】

図２に、電池セル１０、セパレータ２０、バスバ３０のそれぞれの斜視図を示す。セパレータ２０は樹脂で作られている。セパレータ２０は、隣り合う電池セル１０（１０ａ、１０ｂ）の間に挟まれる仕切板２１を備えている。仕切板２１は矩形であり、上辺２１ａを除く三辺に沿って延びている枠２２を備えている。枠２２は、仕切板２１の両面に設けられている。枠２２に電池セル１０が嵌合する。仕切板２１の両面の枠２２の一方は、電池セル１０が圧入するように作られており、他方には電池セル１０が遊嵌するように一方の枠２２よりも大きめ（広め）に作られている。

【0017】

仕切板２１には、枠２２に嵌合した電池セル１０の底面に当接するリップ２５が設けられている。リップ２５は上下方向に撓む弾性突起である。リップ２５は、枠２２に嵌合した電池セル１０を下側から支える。

【0018】

仕切板２１の上辺２１ａから上方にリブ２３が延びている。図中のＸ方向（積層方向）からみて、リブ２３の左右の夫々の端と、仕切板２１の上辺２１ａの間にはスリット２４が設けられている。Ｘ方向からみて、スリット２４は、上下と、左右方向のセパレータ２０の中央側が閉じているＵ字形状をなしている。

【0019】

バスバ３０は、全体がＵ字形状をなしており、２本の腕部３１ａ、３１ｂと、腕部３１ａ、３１ｂを連結する底部３２を備える。バスバ３０は金属板で作られている。電池セル１０の端子１１も金属で作られており、バスバ３０と端子１１は溶接にて接合される。

【0020】

バスバ３０はスリット２４に挟み込まれて支持される。より詳しくは、バスバ３０の板状の底部３２がスリット２４に水平方向（図中の座標系のＹ方向）から差し込まれる。

【0021】

なお、１個のセパレータ２０には１個のバスバ３０が取り付けられる。図２では、セパレータ２０の右側のスリット２４にバスバ３０（３０ａ）が取り付けられるので、左側のスリット２４にはバスバ３０（３０ｂ）は取り付けられない（図２では、現実には取り付けられないバスバ３０（３０ｂ）を仮想線で描いてある）。別のセパレータ２０では、左側のスリット２４にバスバ３０（３０ｂ）が取り付けられ、右側のスリット２４にはバスバ３０（３０ａ）は取り付けられない。

【0022】

組電池２の製造装置１００を説明する。図３に、製造装置１００の正面図を示し、図４に製造装置１００の平面図を示す。製造装置１００には複数の電池セル１０と複数のセパレータ２０の積層体がセットされている。図４では積層体の図示は省略した。図３、図４でも、座標系のＸ方向が、複数の電池セル１０と複数のセパレータ２０の積層方向に相当する。それぞれのセパレータ２０は、バスバ３０を保持している。

【0023】

製造装置１００は、バスバ３０を電池セル１０の端子１１に溶接する装置である。製造装置１００は、Ｘ方向に並んでいる複数の加圧片１１０、加圧片１１０をバスバ３０に向けて押すロータ１２０、溶接器１３０を備えている。加圧片１１０は、図中の座標系のＺ方向に移動可能に筐体１０１に備えられているが、加圧片１１０の支持構造は図示を省略した。図３では筐体１０１も図示を省略した。溶接器１３０も筐体１０１に支持されているが、その支持構造も図示を省略した。

【0024】

複数の加圧片１１０は、Ｘ方向に沿って並んでいる。それぞれの加圧片１１０の先端（下端）は、バスバ３０を挟んで端子１１に対向している。別言すれば、端子１１は電池セル１０のＺ方向を向く面に備えられており、加圧片１１０は先端が端子１１に対向し、Ｚ方向に移動可能に筐体１０１（図３では不図示）に支持されている。加圧片１１０にはラックギア１１２が備えられている。

【0025】

ロータ１２０は両端を筐体１０１に回転支持されたシャフト１２１と、シャフト１２１に係合している複数のピニオンギア１２２を備えている。シャフト１２１は軸受１２３を介して筐体１０１に回転支持されている。シャフト１２１はモータ１２４によって、軸線ＣＬの回りに回転する。

【0026】

複数のピニオンギア１２２のそれぞれは、対応する加圧片１１０のラックギア１１２に係合している。別言すれば、複数のピニオンギア１２２（当接片）のそれぞれは、対応する加圧片１１０のラックギア１１２に係合している。図３に示すように、シャフト１２１が矢印線Ａの方向に回転すると、加圧片１１０が矢印線Ｂの方向に押され、加圧片１１０がバスバ３０を端子１１に押し付ける。

【0027】

製造装置１００は、バスバ３０を端子１１に押し付けた状態で、溶接器１３０がバスバ３０に向けて溶接レーザＬＢを照射する。溶接レーザＬＢによって、バスバ３０が端子１１に溶接される。

【0028】

図４に示すように、複数の加圧片１１０がＸ方向に並んでおり、それぞれの加圧片１１０が図４では不図示のバスバ３０を端子１１に押し付ける。溶接器１３０は複数のバスバ３０を順次端子１１に溶接する。

【0029】

図１に示されているように、電池セル１０の端子１１は、２列に並んでいる。一方の列の複数の端子１１にバスバ３０を溶接したら、電池セル１０とセパレータ２０の積層体を垂直軸回りに１８０度回転させる。そうして、複数の加圧片１１０によって他方の列の複数の端子１１に別のバスバ３０を押し付けつつ、溶接器１３０が別のバスバ３０を端子１１に溶接する。

【0030】

製造装置１００の利点を説明する。図５に、ロータ１２０に加わる力の説明図を示す。加圧片１１０をバスバ３０に押し付けるロータ１２０は、加圧片１１０から加圧反力Ｆｒを受ける。ロータ１２０は、加圧反力Ｆｒを力Ｆ１と力Ｆ２で受ける。力Ｆ１はロータ１２０のシャフト１２１のＺ方向の撓み剛性Ｋｚに起因する力であり、力Ｆ２は、シャフト１２１の捩じり剛性Ｋｙに起因する力である。シャフト１２１のＺ方向の撓みを記号ｄＺで表し、シャフト１２１の捩じれ角を記号ｄＹで表すと、力Ｆ１、Ｆ２は、図５に示す式で表される。結果、ロータ１２０が加圧片１１０から受ける力（加圧反力Ｆｒ）は、Ｆｒ＝Ｆ１＋Ｆ２＝Ｋｚ×ｄＺ＋Ｋｙ×ｄＹ×Ｒとの式で表される（ただし、記号Ｒは、シャフト１２１の軸線ＣＬから加圧反力Ｆｒの作用点までの距離）。

【0031】

加圧反力Ｆｒの一部をシャフト１２１の捩じり剛性Ｋｙが受けるので、シャフト１２１のＺ方向の撓みｄＺが小さくなる。その利点は、別言すれば以下の通りである。製造装置１００は、両端を支持されたシャフト１２１が複数の加圧片１１０を介して複数のバスバ３０を端子１１に押し付ける。シャフト１２１は、バスバ３０を押し付ける力の反力（加圧反力Ｆｒ）を受ける。加圧反力Ｆｒは、シャフト１２１の撓み剛性Ｋｚに起因する力Ｆ１とねじれ剛性Ｋｙに起因する力Ｆ２に分散する。加圧反力Ｆｒの一部がシャフト１２１の捩じれ角ｄＹに変換されるので、シャフト１２１のＺ方向の撓みｄＺが小さくなる。

【0032】

製造装置１００のそのほかの特徴を説明する。複数のピニオンギア１２２（当接片）とシャフト１２１の係合箇所がＸ方向からみてシャフト１２１のまわりに分散している。このことを、図４と図６を参照して説明する。図４に示すように、図の下から４個のピニオンギア１２２をそれぞれ符号１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄで表す。

【0033】

図６（１）～（４）は、それぞれ、ピニオンギア１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄとシャフト１２１の係合状態を表している。シャフト１２１とピニオンギア１２２ａは、キー１２９ａを介して係合している。同様に、シャフト１２１とピニオンギア１２２ｂ（１２２ｃ、１２２ｄ）は、キー１２９ｂ（１２９ｃ、１２９ｄ）を介して係合している。図６では理解を助けるために、キー１２９ａ～１２９ｄにはハッチングを施した。キー１２９ａ～１２９ｄが、ピニオンギア１２２ａ～１２２ｄのそれぞれとシャフト１２１の係合箇所に相当する。

【0034】

ピニオンギア１２２ａとシャフト１２１の係合箇所（キー１２９ａ）は、シャフト１２１の真上に位置する。このとき、加圧反力Ｆｒのうち、捩じり剛性Ｋｙに起因する力Ｆａは、図６（１）に示すように、図中の左方向を向く。ピニオンギア１２２ｂとシャフト１２１の係合箇所（キー１２９ｂ）は、シャフト１２１の左側に位置する（図６（２））。このとき、加圧反力Ｆｒのうち、捩じり剛性Ｋｙに起因する力Ｆｂは、図６（２）に示すように、図中の下方を向く。ピニオンギア１２２ｃとシャフト１２１の係合箇所（キー１２９ｃ）は、シャフト１２１の下側に位置する（図６（３））。このとき、加圧反力Ｆｒのうち、捩じり剛性Ｋｙに起因する力Ｆｃは、図６（３）に示すように、図中の右方向を向く。ピニオンギア１２２ｄとシャフト１２１の係合箇所（キー１２９ｄ）は、シャフト１２１の右側に位置する（図６（４））。このとき、加圧反力Ｆｒのうち、捩じり剛性Ｋｙに起因する力Ｆｄは、図６（４）に示すように、図中の上方を向く。

【0035】

このように、複数のピニオンギア１２２（当接片）とシャフト１２１の係合箇所（キー１２９ａ～１２９ｄ）がＸ方向（積層方向）からみてシャフト１２１のまわりに分散していると、シャフト１２１に作用するモーメント（捩じり剛性Ｋｙに起因する力）がシャフト１２１の周りに均等に加わる。シャフト１２１に均等に力（モーメント）が加わるので、シャフト１２１の捩じれが偏ることがない。

【0036】

ピニオンギア１２２ａ～１２２ｄ以外のピニオンギア１２２とシャフト１２１との係合箇所もＸ方向からみてシャフト１２２の周に沿って分散している。複数のピニオンギア１２２とシャフト１２１の係合箇所が、Ｘ方向からみてシャフト１２１の周に沿って分散していればよい。

【0037】

（変形例）図７に、変形例の製造装置２００の側面図を示す。実施例の製造装置１００は、加圧片１１０がラックギア１１２を備えており、ロータ１２０はピニオンギア１２２を備えていた。図７の変形例では、ロータ２２０は一つの突起２２４を有する当接片２２２を備える。また、加圧片２１０は、ラックギアを備えない単純な棒である。

【0038】

当接片２２２はシャフト２２１に係合しており、縁に突起２２４を備えている。突起２２４は加圧片２１０の上端に接している。図７に示すように、シャフト２２１が矢印線Ｃの方向に回転すると加圧片２１０が矢印線Ｄの方向に押され、加圧片２１０がバスバ３０を端子１１に押し付ける。

【0039】

また、シャフト２２１と当接片２２２は捩じりバネ２２３を介して係合している。図７では理解を助けるために捩じりバネ２２３にハッチングを施した。捩じりバネ２２３は、シャフト２２１の周方向（シャフト２２１の回転方向）に弾性を有する。ロータ２２０は、組電池の複数の電池セル１０に対応した複数の当接片２２２を備えている。複数の電池セル１０のそれぞれの端子１１に対応するバスバ３０の高さがばらついている場合がある。複数のバスバ３０の高さがばらついていても、捩じりバネ２２３がばらつきを吸収し、複数のバスバ３０をほぼ同じ力で押す。

【0040】

実施例のロータ１２０のシャフト１２１とそれぞれの当接片（ピニオンギア１２２）が捩じりバネを介して係合していてもよい。

【0041】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。製造装置１００にセットされた積層体（複数の電池セル１０と複数のセパレータ２０の積層体）は、図中の座標系のＸ方向に並んでいる。製造装置１００は、Ｘ方向に並んだ複数の加圧片１１０を備える。それぞれの加圧片１１０は、Ｚ方向に揺動可能に装置の筐体１０１に支持されている。

【0042】

製造装置１００は、ロータ１２０を備える。ロータ１２０は、Ｘ方向に沿って延びておりモータ１２４で軸線ＣＬの回りに回転する。ロータ１２０はシャフト１２１と複数のピニオンギア１２２を備えている。ロータ１２０が軸線ＣＬの回りに回転すると、ロータ１２０は、複数の加圧片１１０のそれぞれを、対応するバスバ３０に向けて移動させる。移動した加圧片１１０は、対向するバスバ３０を押圧し、バスバ３０を対応する端子１１に押し付ける。

【0043】

図中のＸ方向が第１方向に対応し、Ｚ方向が第２方向に対応する。「組電池」は「電池パック」と表現してもよい。

【0044】

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】

【0045】

２：組電池 １０、１０ａ～１０ｃ：電池セル１１：端子 １１ｎ：負極端子 １１ｐ：正極端子 ２０：セパレータ ２１：仕切板 ２１ａ：上辺 ２２：枠 ２３：リブ ２４：スリット ２５：リップ ３０：バスバ ３１ａ、３１ｂ：腕部 ３２：底部 ４０：エンドプレート １００、２００：製造装置１０１：筐体 １１０、２１０：加圧片 １１２：ラックギア １２０、２２０：ロータ １２１、２２１：シャフト １２２、１２２ａ～１２２ｄ：ピニオンギア（当接片） １２３：軸受 １２４：モータ １２９ａ～１２９ｄ：キー １３０：溶接器 ２１０：加圧片 ２２２：当接片 ２２３：捩じりバネ ２２４：突起

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】