JP2015170490A - 電池拘束治具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平板状の二次電池10を厚さ方向に挟圧し、二次電池10を拘束する一対の拘束板31を備えた電池拘束治具30であって、一対の拘束板31は、二次電池10の正極端子15および負極端子17を上側に位置するとともに、二次電池10の厚さ方向と水平方向を一致するように二次電池10を拘束する当接部と、一方の拘束板31の底部36に設けられ、一対の拘束板31の間から拘束板31の外側へ引き出された一対の引出端子45と、を備えた。
【選択図】 図3
Description
車両用の二次電池では、複数の電池モジュールを直列に接続した電池パックとして車載されることがある。
例えば、リチウムイオン二次電池の製造過程では、初期充電を行うコンディショニング工程を実施し、コンディショニング工程の後には、電池性能の安定化を図るため、二次電池を高温環境下で一定期間保管するエージング工程を実施している。
また、エージング工程後には、電圧測定をして電池を検査する自己放電検査工程を実施している。
コンディショニング工程、エージング工程および自己放電検査工程では、電池ケースの膨張変形を抑制するため、二次電池は一対の拘束板を備えた電池拘束治具により挟圧されて拘束される。
特許文献1に開示された非水電解液二次電池の処理装置は、枠体内に複数個の電池を収容する枠体と、電池を拘束する拘束部と、電池ケース内の電極群の厚み方向に拘束部を介して面圧をかける押圧部とを備えている。
この種の処理装置では、電池の正極端子および負極端子が上側となるように、枠体内に複数の電池が横方向に配列されて拘束部により拘束される。
ところで、特許文献1に開示された電池拘束治具を積み重ねて、上下方向の空間を有効に活用することも考えられる。
しかしながら、電池拘束治具を積み重ねると、下側の電池拘束治具により拘束された電池の端子(正極端子および負極端子)の上側が別の電池拘束治具に覆われる。
このため、電池拘束治具を単に積み重ねた場合、電池が拘束された状態のままでは、下側の電池の端子と充電装置や自己放電検査の機器との接続が困難となり、電池の初期充電や自己放電検査ができないという問題がある。
また、電池が拘束された電池拘束治具を上下に積み重ねても、上側の拘束部材の一対の引出端子の一方が下側の拘束部材に拘束される電池の正極端子と接続され、他方が負極端子と接続される。
一対の引出端子は、一対の拘束部材の間から拘束部材の外側へ引き出されているため、電池を拘束した電池拘束治具を積み重ねたままでも充電装置や自己放電検査の機器と接続でき、電池の初期充電や自己放電検査を行うことができる。
この場合、電池拘束治具を上下方向の積み重ねたとき、下側の拘束部材の頂部が備える凹部に、上側の拘束部材の底部に備えられた突起部が挿入されるから、上下の電池拘束治具の水平方向の位置ずれを防止し、積み重ね状態を安定させることができる。
この場合、電池拘束治具は転動体を介して載置面に対して載置される。
従って、転動体は載置面に対して転動自在であるため、積み重ねて重量が増大した複数の電池拘束治具をまとめて移動し易くすることができる。
なお、転動体は、例えば、車輪や球体によるキャスターである。
以下、第1の実施形態に係る電池拘束治具について図面を参照して説明する。
本実施形態の電池拘束治具は、電池の製造工程におけるエージング工程・コンディショニング工程において使用される電池拘束治具である。
本実施形態に係る電池は、車両搭載用の二次電池であり、例えば、リチウム二次電池やニッケル水素二次電池である。
電極体11は、シート状の正極12および負極13と、正極12と負極13の間に介在されるシート状のセパレータ14を有している。
セパレータ14は、電池ケース20内に充填される電解液の流通を可能とする絶縁材料により形成されている。
電極体11では、正極12と負極13とはセパレータ14を介して交互に積層されている。
電池ケース20に電極体11が収容されている状態では、電極体11における正極12、負極13およびセパレータ14の積層方向は二次電池10の厚さ方向と一致する。
電極体11には、正極端子15に接続される正極集電体16と、負極端子17に接続される負極集電体18を備えている。
電池ケース20は、有底筒状のケース本体部21と、ケース本体部21の開口部22を密閉する長方形の板状の蓋部23を有している。
蓋部23はケース本体部21にレーザ溶接により固定される。
ケース本体部21および蓋部23は、何れもアルミニウム系の金属材料(アルミニウム又はアルミニウム合金)により形成されている。
安全弁24は、電池ケース20内におけるガスの発生により電池ケース20内の圧力が所定圧力に達したときに開弁して、電池ケース20内のガスを外部に放出する機能を有している。
また、蓋部23には電解液を電池ケース20内へ注入するための注液口25が設けられており、注液口25は封止部材26により封止されている。
一方の通孔27には正極端子15が挿通され、他方の通孔27には負極端子17が挿通される。
電池ケース20に電極体11が収容されている状態では、正極端子15と負極端子17は二次電池10の厚さ方向と直交する方向へ向けて通孔27から突出する。
なお、通孔27からの電解液の漏洩を防止するため、正極端子15および負極端子17を囲む環状のシール部材(図示せず)が取り付けられている。
また、正極端子15および負極端子17は、ケース本体部21と絶縁されている。
次に、蓋部23を開口部22に装着して、レーザ溶接により蓋部23をケース本体部21に接合する。
蓋部23をレーザ溶接によりケース本体部21に接合することにより、開口部22が完全に封止され、電極体11の電池ケース20内への収容が完了する。
電極体11の電池ケース20内への収容後に、電解液を注液口25から注液し、電解液の注液後に封止部材26により注液口25を封止する。
注液後、二次電池10は、初期充電を行うコンディショニング工程において初期充電が行われる。
コンディショニング工程後は、エージング工程へ進み、二次電池10は、電池性能の安定化を図るため、高温環境下で一定期間保管される。
また、エージング工程後は、自己放電検査工程へ進む。
自己放電検査工程では、二次電池10は電圧測定による自己放電の検査を受け、検査結果により良品が選別される。
本実施形態の電池拘束治具30は、一対の拘束板31と、一対の拘束板31を互いに連結する連結部材としての4本のボルト32および4個のナット33とを備えている。
また、本実施形態の電池拘束治具30は上下に積み重ね可能な構成を有している。
拘束板31には、二次電池10の拘束に必要な強度が備えられるように拘束板31の厚さが設定されている。
拘束板31は、電池ケース20のケース本体部21における最大面積の面よりも大きな面積の板面を有する。
図3に示すように、本実施形態の電池拘束治具30では、一対の拘束板31の板面34、35が互いに平行となるとともに垂直面となるように一対の拘束板31が配置されている。
一対の拘束板31において互いに対向する板面34は、二次電池10を厚さ方向に挟圧して拘束するとき二次電池10と当接する当接部に相当する。
当接部としての板面34と反対側となる板面35は、外側となる面である。
拘束板31の底部36には、電池拘束治具30を載置面Fにおいて移動させ易くするための2個のボールキャスター37が埋め込まれている。
ボールキャスター37には転動体としての球体コロ38が備えられている。
球体コロ38の一部は底部36から突出しており、球体コロ38は突起部に相当する。
図4に示すように、底部36においてボールキャスター37が設けられる位置は拘束板31の長手方向の端部寄りである。
頂部39は凹部40を備えており、凹部40は二次電池10を拘束した電池拘束治具30を上下に積み重ねたときに上側となる電池拘束治具30のボールキャスター37の球体コロ38が挿入される空間を有している。
従って、図4に示すように、頂部39において凹部40が設けられる位置は、拘束板31の長手方向の端部寄りであり、上下方向においてボールキャスター37を設けた位置と対応する位置である。
ボルト32は頭部42とねじ軸部43を有し、ナット33はねじ軸部43の螺入を可能とするねじ孔44を有している(図2を参照)。
拘束板31の貫通孔41にボルト32が挿通されており、拘束板31はボルト32の軸心方向へ移動可能である。
拘束板31の板面34、35はボルト32の軸心方向と直角となる面である。
一対の拘束板31の内側の板面34の間には二次電池10が挿入される空間が形成される。
拘束板31はボルト32に備えられるナット33によりボルト32から抜け出すことはない。
ボルト32に対するナット33の位置を調整することにより、拘束板31を互いに接近させたり、離隔させたりすることが可能である。
一対の拘束板31は二次電池10の厚さ方向と水平方向を一致するように挟圧して二次電池10を拘束する。
なお、一方の拘束板31と対向する他方の拘束板31は引出端子45を備えない。
一対の引出端子45は導電性材料(例えば、銅)により長方形の板状にそれぞれ形成されており、拘束板31に対して絶縁部材(図示せず)を介して固定されている。
絶縁部材は引出端子45と拘束板31との絶縁を図るためのものである。
一対の引出端子45は、電池拘束治具30を上下に積み重ねたとき、下側となる電池拘束治具30により拘束された二次電池10の初期充電や自己放電の検査を行い易くするために設けられている。
一対の引出端子45は、電池拘束治具30を上下に積み重ねた状態において、下側の拘束板31により拘束される二次電池10の正極端子15および負極端子17と当接する。
引出端子45の長辺の長さは拘束板31の厚さより十分に長く設定されている。
引出端子45の短辺の長さは正極端子15(又は負極端子17)の直径より大きく設定されている(図4を参照)。
引出端子45は、当接部側の板面34から一方の端部までの部位である内側部46と、引出端子45の板面35から外側へ引き出された部位である外側部47と、内側部46と外側部47との間となる中間部48を有する。
内側部46の長さは、引出端子45を備えない拘束板31の板面34と下側の二次電池10の正極端子15(又は負極端子17)との間となるように設定されている。
引出端子45の内側部46は、二次電池10の正極端子15(又は負極端子17)と確実に当接させるために一方の端部が底部36側へ向かうように曲げられている。
引出端子45の外側部47は水平に引き出されており、外側部47の端部は、二次電池10の充電装置や自己放電の検査機器の端子Tと接続可能である。
引出端子45の中間部48は絶縁部材(図示せず)を介して拘束板31に固定される部位である。
他方の引出端子45は、電池拘束治具30を上下に積み重ねた状態において、下側の電池拘束治具30により拘束される二次電池10の負極端子17と当接する。
電池拘束治具30により拘束される二次電池10は、初期充電が行われる前の状態である。
二次電池10を拘束する場合、予めボルト32を一対の拘束板31の貫通孔41にそれぞれ挿通する。
一対の拘束板31の間を拡げ、一対の拘束板31の間に二次電池10が配置できるようにする。
次に、二次電池10を一対の拘束板31の間に位置させるが、正極端子15および負極端子17を上側とするとともに、電池ケース20のケース本体部21の最大面積の面を拘束板31の当接部側の板面34と当接させる。
正極端子15および負極端子17の先端の高さが一対の拘束板31の頂部39の面の高さとほぼ同じになるように、拘束板31に対する二次電池10の高さ方向の位置決めを行う。
二次電池10は拘束板31により厚さ方向に挟圧されて拘束される。
一対の拘束板31の挟圧方向は水平方向である。
図3に示すように、二次電池10は、一対の拘束板31による挟圧により拘束された状態となる。
電池ケース20内の電極体11には積層方向に面圧がかかり、電池ケース20の膨張変形が防止される。
二次電池10を拘束した電池拘束治具30が互いに上下となるように積み重ねられるととき、下側の電池拘束治具30の拘束板31の頂部39は、上側の電池拘束治具30の拘束板31の底部36が当接する。
下側の電池拘束治具30の拘束板31の凹部40には、上側の電池拘束治具30の拘束板31のボールキャスター37が収容される。
具合的には、ボールキャスター37の球体コロ38の底部36から突出した部分が凹部40に挿入される。
凹部40へ球体コロ38が挿入されることにより、上下の電池拘束治具30の水平方向への相対移動が抑制され、上下の電池拘束治具30の位置ずれが防止される。
具体的には、上側の電池拘束治具30が備える一方の引出端子45は、下側の電池拘束治具30により拘束される二次電池10の正極端子15と当接する。
また、上側の電池拘束治具30が備える他方の引出端子45は、下側の電池拘束治具30により拘束される二次電池10の負極端子17と当接する。
引出端子45の内側部46は一方の端部が底部36側へ向かうように曲げられている。
このため、電池拘束治具30が上下に積み重ねられた状態では、引出端子45の底部36側へ向かうように曲げられている内側部46が弾性変形によりほぼ水平となって二次電池10の正極端子15(又は負極端子17)と当接する。
引出端子45の内側部46は、弾性変形から復元しようとする力により正極端子15(又は負極端子17)へ向けて付勢される。
コンディショニング工程では、二次電池10が電池拘束治具30に拘束されたままの状態でそれぞれの初期充電が行われる。
上側の電池拘束治具30に拘束されている二次電池10については、二次電池10の上方が開放されているため、充電装置の端子(図示せず)は、正極端子15および負極端子17とそれぞれ接続される。
下側の電池拘束治具30に拘束されている二次電池10については、充電装置の端子Tは正極端子15および負極端子17と当接している引出端子45に接続される(図3では正極端子15と当接する引出端子45に接続された端子Tのみ示す)。
エージング工程では電池性能の安定化を図るため、二次電池10は電池拘束治具30に拘束された状態にて、高温環境下(例えば、加熱室)で一定期間保管される。
1台の電池拘束治具30と比べると積み重ねた2台の電池拘束治具30の重量は大きいが、電池拘束治具30にはボールキャスター37が設けられているため、2台の電池拘束治具30の移動は容易である。
作業者は2台の電池拘束治具30を持ち上げてエージングの保管先へ移動する必要はなく、2台の電池拘束治具30を押して載置面Fを走行させればよい。
電池拘束治具30により拘束された状態の二次電池10はエージング工程において昇温される。
エージング工程の場所から自己放電検査工程の場所への2台の電池拘束治具30の移動は、ボールキャスター37を利用して載置面Fを走行させることにより行われる。
自己放電検査工程における二次電池10の電圧測定は、二次電池10が電池拘束治具30に拘束されたままの状態で行われる。
上側の電池拘束治具30に拘束されている二次電池10については、二次電池10の上方が開放されているため、自己放電の検査機器が備える端子(図示せず)は、正極端子15および負極端子17とそれぞれ接続される。
下側の電池拘束治具30に拘束されている二次電池10については、自己放電の検査機器が備える端子T(便宜上、充電装置の端子と同じ符号とする)は正極端子15および負極端子17と当接している引出端子45に接続される。
2台の電池拘束治具30にそれぞれ拘束された二次電池10は、自己放電検査後に電池拘束治具30による拘束が解除され、検査結果に応じて良否選別され、次工程へ移送される。
このように、本実施形態では、コンディショニング工程、エージング工程および自己放電検査工程の一連の工程において、電池ケース20の膨張変形を抑制するため、電池は一対の拘束板31を備えた電池拘束治具30により挟圧されて拘束される。
(1)電池拘束治具30の上下方向の積み重ねにより上下方向の空間を有効活用でき、省スペース化を図ることができる。また、二次電池10が拘束された電池拘束治具30を上下に積み重ねても、上側となる電池拘束治具30の一対の引出端子45の一方が下側となる電池拘束治具30に拘束される二次電池10の正極端子15と接続され、他方が負極端子17と接続される。一対の引出端子45は、一対の拘束板31の間から拘束板31の外側へ引き出されているため、二次電池10を拘束した電池拘束治具30を積み重ねたままでも充電装置や自己放電検査の機器と接続でき、二次電池10の初期充電や自己放電検査を行うことができる。
次に、第2の実施形態に係る電池拘束治具について説明する。
本実施形態の電池拘束治具は、ボールキャスターの代わり凹部に挿入される突起部を備える拘束板としている点で、第1の実施形態と異なる。
本実施形態は、拘束板の構成が第1の実施形態と異なることから、電池拘束治具において拘束板を除く構成と二次電池については、第1の実施形態の説明を援用し、共通の符号を用いる。
拘束板51はアルミニウム系の金属材料(アルミニウム又はアルミニウム合金)により形成された平板であり、電池ケース20のケース本体部21における最大面積の面よりも大きな面積の板面52、53を有する。
二次電池10の拘束に必要な強度が備えられるように拘束板51の厚さが設定されている。
一対の拘束板51において互いに対向する板面52は、二次電池10を厚さ方向に挟圧して拘束するとき二次電池10と当接する当接部に相当する。
当接部としての板面52と反対側となる板面53は、外側となる面である。
拘束板51には、ボルト32を挿入可能な4個の貫通孔54が形成されている。
拘束板51の底部55には下方へ向けて突出する突起部56が設けられている。
突起部56には先端へ向けて突起部56を細くするテーパ部が形成されている。
頂部57は凹部58を備えており、凹部58は二次電池10を拘束した電池拘束治具50を上下に積み重ねたときに上側となる電池拘束治具50の突起部56が挿入される空間を有している。
従って、頂部57において凹部58が設けられる位置は、拘束板51の長手方向の端部寄りであり、上下方向において突起部56を設けた位置と対応する位置である。
突起部56のテーパ部は凹部58への突起部56の挿入をし易くする。
また、本実施形態では、下側の拘束板51の頂部57が備える凹部58に、上側の拘束板51の底部55に備えられた突起部56が挿入される。凹部58と突起部56との嵌め合いによって、上下の電池拘束治具50の水平方向相対移動が防止される。
従って、上下の電池拘束治具50の水平方向の位置ずれが確実に防止され、上下の電池拘束治具50の積み重ね状態をより安定させることができる。
次に、変形例に係る電池拘束治具について説明する。
本変形例は第1の実施形態の変形例であり、本変形例に係る電池拘束治具は、引出端子を拘束板の頂部に設けた点で第1の実施形態と異なる。
図6に示す本変形例に係る電池拘束治具60では、拘束板31の頂部39に、引出端子45が設けられている。
本変形例に係る電池拘束治具60では、正極端子15および負極端子17の先端に引出端子45をそれぞれ当接させた状態にて、一対の拘束板31により二次電池10は拘束される。
本変形例によれば、二次電池10を拘束した電池拘束治具60を上下に積み重ねたままでも、引出端子45を利用して充電装置や自己放電検査の機器と接続でき、二次電池10の初期充電や自己放電検査を行うことができる。
なお、本変形例は第2の実施形態の電池拘束治具50に適用することも可能である。
○ 上記の実施形態(変形例を含む)では、2台の電池拘束治具を上下に積み重ねるとしたが、上下に積み重ねる電池拘束治具の台数は特に限定されず、例えば、3台以上の電池拘束治具を積み重ねてもよい。
○ 上記の実施形態(変形例を含む)では、電池拘束治具は4個の突起部および凹部を備えるとしたがこの限りではない。例えば、突起部および凹部の数は特に限定されない。また、電池拘束治具に突起部および凹部を設けることは必須ではなく、例えば、下側となる電池拘束治具の拘束板(拘束部材)の頂部に上側となる電池拘束治具の拘束板(拘束部材)の底部を当接させて単に積み重ねるようにしてもよい。また、突起部を転動体とする場合、球体コロに代えて円柱コロや車輪としてもよい。
○ 上記の実施形態(変形例を含む)では、ボルトおよびナットを用いて一対の拘束板を締結し、電池の厚さ方向から電池を挟圧するとしたが、ボルトおよびナット以外の手段により一対の拘束板を締結してもよい。例えば、ボルトおよびナットに代えて金属バンドを用いてもよい。
○ 上記の実施形態(変形例を含む)では、拘束対象の電池を積層型の二次電池としたが、この限りではなく、拘束対象の電池は、例えば、巻回型の二次電池でもよく、平板状の電池であれば特に限定されない。
11 電極体
15 正極端子
17 負極端子
20 電池ケース
30、50、60 電池拘束治具
31、51 拘束板(拘束部材としての)
34、52 板面(当接部)
35、53 板面
36、55 底部
37 ボールキャスター
38 球体コロ
39、57 頂部
40、58 凹部
45 引出端子
56 突起部
F 載置面
T 端子
Claims (3)
- 平板状の電池を厚さ方向に挟圧し、前記電池を拘束する一対の拘束部材を備えた電池拘束治具であって、
前記一対の拘束部材は、
前記電池の正極端子および負極端子を上側に位置するとともに、前記電池の厚さ方向と水平方向を一致するように前記電池を拘束する当接部と、
一方の拘束部材の頂部又は底部に設けられ、前記一対の拘束部材の間から前記拘束部材の外側へ引き出された一対の引出端子と、を備えることを特徴とする電池拘束治具。 - 前記一対の拘束部材の底部は下方へ突出する突起部を備え、前記一対の拘束部材の頂部は前記突起部の挿入を可能とする凹部を備えることを特徴とする請求項1記載の電池拘束治具。
- 前記突起部は、転動自在な転動体とすることを特徴とする請求項2記載の電池拘束治具。
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