JP2013055805A - 充放電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下機構を省略した簡易な構成として実現できる充放電装置を提供する。
【解決手段】スペーサ１２を介して積層される複数の二次電池５・５・・・に対して、プローブユニット３０・３０・・・のプローブ３１・３１・・・を接触させて、複数の二次電池５・５・・・の充放電を行う充放電装置１００であって、複数のプローブユニット３０・３０・・・を傾斜角度θだけ傾斜した傾斜方向に列置する充放電ユニット２０と、二次電池５・５・・・を、二次電池５・５・・・の積層方向と傾斜方向とを一致させて載置し、充放電ユニット２０に対して水平方向に移動可能に構成される充放電パレット１０と、を具備し、プローブユニット３０は、少なくとも１つのプローブ３１と、プローブ３１よりも下方に延設される位置決めガイド３２とを具備するとともに、位置決めガイド３２が傾斜方向に押圧されることによって傾斜方向へ移動可能に構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充放電を行う充放電装置の技術に関する。

二次電池は、充放電可能な電池である。二次電池の製造現場では、通常、複数の二次電池が水平方向に積層されて、充放電装置によって、水平方向に積層された複数の二次電池の充放電が同時に行われている。

例えば、特許文献１には、二次電池の充放電を行う充放電装置が開示されている。特許文献１が開示する充放電装置は、二次電池毎に電源側端子を持った複数の充放電ユニットを備え、その充放電ユニットを上下駆動し、電源側端子を二次電池の電極に対して離接させ、各二次電池の充放電を同時に行うものである。

しかし、特許文献１に開示される充放電装置では、充放電ユニットを全体的に上下駆動する上下機構（シリンダ等）が必要とされ、装置自体が複雑な構成となる。また、上下機構を備える充放電装置では、充放電ユニットの配線長さを上下駆動に追従できる長さとして施工する必要がある。そのため、充放電装置では、上下機構を省略した簡易な構成とすることが課題となっている。

特開２０１０−１４０８４４号公報

本発明の解決しようとする課題は、上下機構を省略した簡易な構成の充放電装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、スペーサを介して積層される複数の二次電池に対して、それぞれプローブユニットのプローブを接触させて、前記複数の二次電池の充放電を行う充放電装置であって、複数の前記プローブユニットを所定角度だけ傾斜した傾斜方向に列置する充放電ユニットと、前記複数の二次電池を、前記二次電池の積層方向と前記傾斜方向とを一致させて載置し、前記充放電ユニットに対して水平方向に移動可能に構成される充放電パレットと、を具備し、前記プローブユニットは、少なくとも１つのプローブと前記プローブよりも下方に延設される位置決めガイドとを具備するとともに、前記位置決めガイドが前記傾斜方向に押圧されることによって前記傾斜方向へ移動可能に構成され、前記二次電池の充放電を行うときには、前記二次電池を載置した前記充放電パレットを、前記充放電ユニットに向けて移動させて、前記スペーサによって前記位置決めガイドを傾斜方向へ押圧することによって、前記プローブユニットを前記傾斜方向に移動させ、前記プローブを前記電極に接触させるものである。

本発明の充放電装置によれば、充放電ユニットを全体的に上下駆動するための上下機構を省略した簡易な構成とすることができる。

本発明の実施形態である充放電装置の構成を示した側面図。 同じく充放電ユニットの構成を示す断面図。 同じく充放電装置の傾斜角度を示す模式図。 同じく充放電装置の作用を示す模式図。

図１及び図２を用いて、充放電装置１００について説明する。
なお、図１は、充放電装置１００の側面図を示し、図２は、図１のＰＰ断面における充放電装置１００の断面図を示している。また、以下では、図１及び図２に記載される前後方向、左右方向、または水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した傾斜方向を、充放電装置１００の各方向として説明するものとする。

充放電装置１００は、本発明の充放電装置に係る実施形態である。充放電装置１００は、積層された複数の二次電池５・５・・・を同時に充放電する装置である。具体的には、充放電装置１００のプローブ３１・３１・・・を二次電池５・５・・・の電極５Ａ・５Ａ・・・に接触させて、複数の二次電池５・５・・・を同時に充放電する装置である。

充放電装置１００の構成について説明する。
充放電装置１００は、充放電パレット１０と、充放電ユニット２０と、を具備している。

充放電パレット１０は、積層された複数の二次電池５・５・・・を水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜して載置するものである。また、充放電パレット１０は、積層された複数の二次電池５・５・・・を水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した傾斜方向に載置した状態で、充放電ユニット２０に対して近接離間する方向（前後方向）に移動可能に構成されている。なお、複数の二次電池５・５・・・は、傾斜方向に積層されている。

充放電ユニット２０は、二次電池５・５・・・と同数のプローブユニット３０・３０・・・を、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜して列置するものである。また、充放電ユニット２０は、それぞれのプローブユニット３０・３０・・・を、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した傾斜方向に移動可能に構成するものである。なお、プローブユニット３０・３０・・・の列置方向（傾斜方向）は、複数の二次電池５・５・・・の積層方向と一致している。

充放電パレット１０の構成について説明する。
充放電パレット１０は、ベース１１と、スペーサ１２・１２・・・と、押圧装置１３と、壁１４と、を具備している。

ベース１１は、前後方向を長手方向とする長板形状に構成されている。ベース１１は、積層された複数の二次電池５・５・・・が載置されるものである。ベース１１は、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜している。

スペーサ１２は、隣接する二次電池５・５同士を仕切るものである。スペーサ１２は、積層された二次電池５・５・・・のそれぞれの間に配置されるものである。スペーサ１２は、隣接する二次電池５・５同士を電気的及び熱的に絶縁する機能を有している。スペーサ１２・１２・・・は、ベース１１上において傾斜方向へ移動可能に構成されている。

押圧装置１３は、傾斜方向において最も上側に配置されたスペーサ１２を下側に向けて押圧するものである。押圧装置１３は、ベース１１の傾斜方向における最も上側に配置されている。押圧装置１３の詳細な構成については、説明を省略する。壁１４は、ベース１１の傾斜方向における最も下側に固設されている。

二次電池５の製造段階では、初期充電時に電極に均一な被膜を形成し、被膜形成に伴い発生するガスを拡散させるため、積層された二次電池５・５・・・の電極群を加圧しておく必要がある。そのため、積層された複数の二次電池５・５・・・は、積層方向に拘束した状態で充放電される必要がある。

本実施形態では、スペーサ１２・１２・・・を介して積層された複数の二次電池５・５・・・は、押圧装置１３によって、傾斜方向の下側に向けて押圧されている。つまり、充放電パレット１０に載置されるスペーサ１２・１２・・・を介して積層された複数の二次電池５・５・・・は、押圧装置１３と壁１４とに挟まれ、所定の圧力にて拘束されているものとする。

充放電ユニット２０の構成について説明する。
充放電ユニット２０は、ベース２１と、ストッパ２２と、支持部２５と、プローブユニット支持部２６・２６・・・と、レール２８・２８と、プローブユニット３０・３０・・・と、を具備している。

ベース２１は、前後方向を長手方向とする長板形状に構成され、水平方向に配置されている。

ストッパ２２は、ベース２１の前後方向の前側に設けられている。ストッパ２２は、ベース２１上を前後方向に移動する充放電パレット１０の前側に向かう移動を、所定位置で規制するものである。ストッパ２２には、傾斜方向と直角を成す方向と平行な面が前後方向の後側に形成されている。

支持部２５は、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜して、ベース２１に支持されている。支持部２５は、プローブユニット支持部２６を傾斜方向に列置して支持している。

プローブユニット支持部２６は、傾斜方向に列置された状態でベース２１に支持されている。プローブユニット支持部２６は、傾斜方向と直角を成す方向の下側に突出する凸部２６Ａが形成されている。

レール支持部２７・２７は、列置されるプローブユニット支持部２６・２６・・・の傾斜方向における上側と下側とに配置されている。つまり、上方のレール支持部２７は、最も上側に配置されるプローブユニット支持部２６の上側に配置され、下方のレール支持部２７は、最も下側に配置されるプローブユニット支持部２６の下側に配置されている。

レール２８・２８は、それぞれ傾斜方向に沿って延出する長尺部材であり、互いに左右方向に並列している。レール２８・２８は、傾斜方向の上側及び下側において、レール支持部２７・２７によって支持されている。

プローブユニット３０は、二次電池５を充放電する際に、プローブ３１・３１をそれぞれ二次電池５の電極５Ａ・５Ａに接触させて、充放電装置１００と二次電池５とを電気的に接続するためのものである。

プローブユニット３０には、レール２８・２８が挿通されている。そのため、プローブユニット３０は、レール２８・２８に沿って傾斜方向へ移動可能に構成されている。プローブユニット３０は、バネ３３を介してプローブユニット支持部２６に支持されており、バネ３３によって傾斜方向の上側に付勢されている。

プローブユニット３０は、プローブ３１・３１と、位置決めガイド３２と、バネ３３と、を具備している。

プローブ３１・３１は、傾斜方向と直交する方向の下方へ向けて突出しており、プローブ３１・３１は互いに左右に配置されている。また、プローブ３１は、傾斜方向においてプローブユニット３０の略中央に設けられている。

位置決めガイド３２は、プローブユニット３０の傾斜方向における下側端部から、傾斜方向と直角を成す方向における下方へ突出する板状の部材である。位置決めガイド３２は、複数の二次電池５・５・・・を載置した充放電パレット１０が前後方向における前側（充放電ユニット２０に近接する側）へ移動した際に、各二次電池５・５間に介装されるスペーサ１２と係合するものである。

充放電パレット１０の前側への移動によりスペーサ１２と位置決めガイド３２とが係合した後に、充放電パレット１０がさらに前側へ移動すると、位置決めガイド３２は、スペーサ１２によって傾斜方向下側へ押圧される。このとき、プローブユニット３０がバネ３３の付勢力に抗して傾斜方向下側へ移動する。

バネ３３は、上述のように、プローブユニット３０を傾斜方向の上側に向けて付勢するものである。バネ３３は、プローブユニット支持部２６の凸部２６Ａと、プローブユニット３０とを接続している。

図３を用いて、充放電装置１００の傾斜角度θについて説明する。

ここで、傾斜方向と直角を成す方向において、支持部２５の下端から位置決めガイド３２の下端までの長さを高さＨＦと定義する。また、傾斜方向と直角を成す方向において、支持部２５の下端からベース１１の上端までの長さを高さＨＵと定義する。さらに、傾斜方向と直角を成す方向において、スペーサ１２の長さを高さＨＳと定義する。また、傾斜方向において、隣接するプローブ３１間の距離を幅ＬＦと定義する。

このとき、傾斜角度θは、高さＨＦ、高さＨＵ及び幅ＬＦを用いて、以下の数１式を満足するものとして決定される。

ここで、「Ｎ番目のプローブユニット３０」と、Ｎ番目のプローブユニット３０の傾斜方向の後側の「Ｎ＋１番目のプローブユニット３０」と、Ｎ番目のプローブユニット３０に対応する「Ｎ番目の二次電池５」と、を想定する。そして、充放電パレット１０を充放電ユニット２０に向けて前後方向の前側に向けて移動させるものと想定する。なお、「Ｎ番目」とは、傾斜方向の下側から数えた場合の順番を示す。

このとき、傾斜角度θは、「Ｎ番目の位置決めガイド３２」と「Ｎ番目のスペーサ１２」とは当たる（係合する）ものの、「Ｎ+１番目の位置決めガイド３２」と「Ｎ番目のスペーサ１２」とは当たらない（係合しない）ように設定された角度ということになる。

図４を用いて、充放電装置１００の作用について説明する。
図４では、図４（Ａ）から図４（Ｃ）に向かって充放電装置１００に二次電池５・５・・・をセットする段階の順に示している。

図４（Ａ）に示すように、二次電池５・５・・・を充放電装置１００にセットする時には、スタッカークレーン等によって、積層された複数の二次電池５・５・・・を載置する充放電パレット１０が充放電ユニット２０に向けて、すなわち前後方向の前側に向けて移動される。

このとき、充放電パレット１０は、スペーサ１２を介して積層された複数の二次電池５・５・・・を、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した姿勢で載置している。これにより、複数の二次電池５・５・・・の積層方向は傾斜方向となっている。また、充放電ユニット２０は、プローブユニット３０・３０・・・を、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した傾斜方向に列置している。

図４（Ｂ）に示すように、二次電池５・５・・・を充放電装置１００にセットする時には、充放電パレット１０が充放電ユニット２０に向けて移動し、充放電パレット１０の「Ｎ番目のスペーサ１２」が充放電ユニット２０の「Ｎ番目の位置決めガイド３２」に当接（係合）する。

このとき、充放電パレット１０の「Ｎ番目のスペーサ１２」は、充放電ユニット２０の「Ｎ+１番目の位置決めガイド３２」には当接することなく通過する。なお、「Ｎ+１番目の位置決めガイド３２」とは、Ｎ番目のプローブユニット３０の傾斜方向の上側の「Ｎ番目のプローブユニット３０」のことである。

図４（Ｃ）に示すように、二次電池５・５・・・を充放電装置１００にセットする時には、「Ｎ番目のスペーサ１２」が「Ｎ番目の位置決めガイド３２」に当接（係合）した後に、さらに充放電パレット１０が充放電ユニット２０に向けて、すなわち前後方向の前側に向けて移動する。これにより、「Ｎ番目のスペーサ１２」が充放電ユニット２０の「Ｎ番目の位置決めガイド３２」を傾斜方向の下側に押圧し、押圧された「Ｎ番目の位置決めガイド３２」は、バネ３３の付勢力に逆らってレール２８・２８の延出方向に沿って、傾斜方向の下側へ移動する。「Ｎ番目の位置決めガイド３２」の移動に伴って、Ｎ番目のプローブユニット３０も傾斜方向の下側へ移動する。

プローブユニット３０・３０・・・が傾斜方向の下側に向かって移動することによって、プローブユニット３０・３０・・・のそれぞれのプローブ３１・３１は、傾斜方向の下側に向かって移動し、それぞれの二次電池５の電極５Ａ・５Ａに接触する。

充放電パレット１０は、それぞれのプローブ３１・３１がそれぞれの二次電池５の電極５Ａ・５Ａに接触する位置において、ストッパ２２によって、充放電パレット１０の前後方向の前側に向かう移動を規制される。

また、二次電池５・５・・・を充放電装置１００のセットから外す時には、充放電パレット１０が充放電ユニット２０から離れ、すなわち前後方向の後側に向かって移動する。充放電パレット１０が前後方向の後側に移動することによって、プローブユニット３０・３０・・・は、バネ３３・３３・・・の付勢力によって、バネ３３・３３・・・が延び切った傾斜方向の上側の初期位置に戻る。

充放電装置１００の効果について説明する。
充放電装置１００によれば、充放電ユニット２０を全体的に上下駆動するための上下機構を省略した簡易な構成とすることができる。そのため、充放電装置１００の製造コストを大幅に低減できる。また、充放電ユニット２０の配線長さを上下駆動に追従できる長さとして施工する必要もない。さらに、充放電ユニット２０の上下機構に配線等が絡む心配をしながら、充放電作業を行う必要もなく作業性も向上できる。

充放電装置１００によれば、二次電池５・５・・・の積層方向の寸法ばらつきを吸収して充放電作業を行うことができる。二次電池における積層方向の幅寸法は、電池機能を満足する範囲で寸法公差を有している。そのため、水平方向に積層された複数の二次電池を拘束した状態では、寸法公差等により各二次電池が等間隔に積層されていないことがある。しかし、充放電装置１００によれば、各プローブユニット３０を傾斜方向に移動可能に構成することによって、二次電池５・５・・・の積層方向の寸法ばらつきを吸収して充放電作業を行うことができる。

本実施形態の充放電装置１００では、水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した充放電ユニット２０に対して、同じく水平方向に対して傾斜角度θだけ傾斜した充放電パレット１０をセットする構成としたが、これに限定されない。例えば、水平方向に配置された充放電ユニット２０に対して、同じく水平方向に配置された充放電パレット１０を傾斜角度θだけ傾斜した方向に移動させて、充放電ユニット２０を充放電パレット１０にセットする構成としても良い。

本実施形態の充放電装置１００では、１つのプローブユニット３０について、一つの二次電池５に対応する（接続される）プローブ３１・３１を設ける構成としたが、これに限定されない。例えば、１つのプローブユニット３０に、２つ又は３つの二次電池５・５・・・に対応する（接続される）プローブ３１・３１・・・を設ける構成としても良い。このような構成とすることで、位置決めガイド３２及びバネ３３の部品点数を低減し、充放電装置１００の製造コストをさらに低減できる。

５ 二次電池
５Ａ 電極
１０ 充放電パレット
１２ スペーサ
２０ 充放電ユニット
３０ プローブユニット
３１ プローブ
３２ 位置決めガイド
１００ 充放電装置

Claims (1)

1. スペーサを介して積層される複数の二次電池に対して、それぞれプローブユニットのプローブを接触させて、前記複数の二次電池の充放電を行う充放電装置であって、
   複数の前記プローブユニットを所定角度だけ傾斜した傾斜方向に列置する充放電ユニットと、
   前記複数の二次電池を、前記二次電池の積層方向と前記傾斜方向とを一致させて載置し、前記充放電ユニットに対して水平方向に移動可能に構成される充放電パレットと、
   を具備し、
   前記プローブユニットは、少なくとも１つのプローブと前記プローブよりも下方に延設される位置決めガイドとを具備するとともに、前記位置決めガイドが前記傾斜方向に押圧されることによって前記傾斜方向へ移動可能に構成され、
   前記二次電池の充放電を行うときには、
   前記二次電池を載置した前記充放電パレットを、前記充放電ユニットに向けて移動させて、前記スペーサによって前記位置決めガイドを傾斜方向へ押圧することによって、前記プローブユニットを前記傾斜方向に移動させ、前記プローブを前記電極に接触させる、
   充放電装置。

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