JP5558504B2 - 充放電試験装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池や電気二重層キャパシタ等の充放電試験を行うための充放電試験装置及びその製造方法に関する。

近年、電子技術の進歩により、高性能化、小型化、ポータブル化した各種電子機器や環境配慮型製品としての電気自動車などに使用される二次電池の需要が高まっている。これに伴い、二次電池の研究開発や製品の信頼性を確保するために、二次電池の充放電試験を行う装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

従来、所望の温度環境で二次電池の充放電試験を行う場合には、既存の恒温試験器が使用されている。図９は、恒温試験器を用いた二次電池の充放電試験を行うためのシステムの概略構成を示す図である。

このシステムは、被試験物である試験電池（図示せず）が装着された複数の電池トレイ３５が収納される恒温槽を有する恒温試験器３６と、各電池トレイ３５に対応する複数の充放電電源３７を収納した充放電電源ラック３８と、それらを制御して充放電試験を行う、例えば、コンピュータからなる制御装置３９とを備えている。

恒温試験器３６の恒温槽内に収納される複数の電池トレイ３５と充放電電源ラック３８の複数の充放電電源３７とは、恒温槽の断熱材を貫通するように形成されたケーブル孔４０を介して気密に引き出された複数の電源接続ケーブル４１によって接続され、これによって、電池トレイ３５に装着された二次電池である試験電池と充放電電源３７とが、電気的に接続される。また、制御装置３９は、恒温試験器３６及び充放電電源ラック３８に各通信ケーブル４２，４３を介して個別に接続される。

特開２００３−２８２１５０号公報

かかる従来のシステムでは、恒温試験器３６と充放電電源ラック３８とを個別に設置し、恒温試験器３６の恒温槽に収納される電池トレイ３５と充放電電源ラック３８の充放電電源３７とを、電源接続ケーブル４１で接続するので、スペース効率が悪く、電源接続ケーブル４１の接続作業に手間がかかるという課題がある。また、電源接続ケーブル４１が長くなると、その配線の抵抗やインダクタンスが大きくなるため電気特性測定（電圧、電流、周波数、インピーダンスなどの測定）の精度向上が困難であったり、抵抗分によるジュール発熱が増加して電力損失が増加するといった課題がある。

更に、被試験物である二次電池の容量、サイズや形状は、様々であり、サイズや形状等の異なる二次電池の充放電試験を行う場合には、その二次電池に対応する電池トレイに変更すると共に、変更した電池トレイと充放電電源とを電源接続ケーブルで改めて接続し直さなければならないといった課題もある。

本発明は、上述のような点に鑑みてなされたものであって、被試験物と充放電電源との接続のためのケーブルを不要として上記課題を解決すると共に、容量、サイズや形状等の異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置を容易に製造できるようにすることを主たる目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。

（１）本発明の充放電試験装置は、被試験物が収容される試験槽と、前記試験槽外に設けられた充放電電源と、前記試験槽に収容される前記被試験物と前記試験槽外の前記充放電電源とを電気的に接続するための接続具とを備え、前記試験槽を区画形成する断熱壁の一部に形成された開口を、前記断熱壁の厚み方向の両側から、対向する内外の壁板によって塞ぐと共に、前記内外の両壁板間に断熱材を介在させ、前記内外の各壁板にそれぞれ形成された各装着孔に、前記接続具を、前記内外の両壁板を貫通するように装着するものである。

前記開口は、試験槽内に被試験物を出し入れする出し入れ口に対向する試験槽の内奥の断熱壁に形成されるのが好ましい。この開口は、該開口を塞ぐ内外の両壁板を貫通するように設けられる接続具によって、試験槽外の充放電電源と試験槽内の被試験物とを電気的に接続するものであるので、試験槽外に設けられる充放電電源が、試験槽内に臨む程度の大きさであるのが好ましい。

本発明の充放電試験装置によると、試験槽を区画形成する断熱壁の一部に形成された開口を、内外の壁板で断熱材を挟んで塞ぐと共に、両壁板を貫通するように設けた接続具によって、試験槽に収容される被試験物と試験槽外の充放電電源とを電気的に接続するので、被試験物と充放電電源とを接続するための電源接続ケーブルが不要となり、スペース効率が向上すると共に、面倒な電源接続ケーブルの接続作業を行う必要がない。

また、内外の各壁板に、接続具に応じた装着孔を所要の位置にそれぞれ形成し、これら内外の壁板を、断熱壁の一部に形成した開口を介して対向させ、両壁板の装着孔に亘って接続具を装着すると共に、両壁板の間に断熱材を介在させることで、前記開口を塞いで、所要の位置に所要の接続具を貫通装着した断熱壁を簡単容易に得ることができる。

したがって、容量、サイズや形状等が大きく異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置、例えば、接続具やその設置位置などが異なる充放電試験装置を製造する場合には、断熱壁の一部に形成された開口を、被試験物に対応した仕様の接続具が装着される内外の壁板及び断熱材を用いて塞げばよく、被試験物の容量、サイズや形状等に応じた仕様の充放電試験装置を容易にかつ低コストで製造することができる。

（２）本発明の好ましい実施態様では、前記試験槽には、被試験物が載置される試料トレイが収容され、前記試料トレイは、載置される被試験物と前記接続具とを電気的に接続するための接続部を有し、前記接続具は、前記試料トレイを介して該試料トレイに載置された被試験物と前記充放電電源とを電気的に接続する。

この実施態様によると、試料トレイの接続部を、接続具に接続することによって、試料トレイの被試験物と充放電電源とを電気的に接続して充放電試験を行うことができるので、従来例のように、試料トレイと充放電電源とを電源接続ケーブルで接続する必要がない。

（３）本発明の更に別の実施態様では、前記充放電電源及び前記接続具が、上下方向に複数段にそれぞれ設置され、前記内外の各壁板には、各接続具が装着される複数の装着孔が、上下方向にそれぞれ形成され、前記内外の壁板の間に介在される断熱材が、上下方向に複数段に積層される。

この実施態様によると、容量やサイズ等の異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置を製造する場合には、断熱壁に形成された開口を塞ぐ内外の壁板、断熱材及び接続具を、仕様に応じたものにすると共に、充放電電源を仕様に応じたものとすればよく、容量やサイズ等の異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置を容易に製造することができる。

（４）本発明の別の実施態様では、前記接続具が、前記装着孔にシール材を介して気密に装着される。

この実施態様によると、断熱壁における接続具装着部位から温度や湿度が調整された空気が試験槽外に流出するのを防止して、試験槽の断熱性能を高めて、安定した環境を維持することができる。

（５）本発明の充放電試験装置の製造方法は、被試験物が収容される試験槽と、前記試験槽外に設けられた充放電電源と、前記試験槽に収容される前記被試験物と前記試験槽外の前記充放電電源とを電気的に接続するための接続具とを備える充放電試験装置の製造方法であって、前記試験槽を区画形成する断熱壁の一部に形成された開口を、前記接続具が装着される装着孔をそれぞれ有する内外の壁板によって、前記断熱壁の厚み方向の両側から塞ぐものであって、前記内外の壁板の間に、断熱材を介在させると共に、前記内外の両壁板を貫通するように前記接続具を、前記装着孔に装着するものである。

本発明の充放電試験装置の製造方法によると、容量、サイズや形状等が大きく異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置を製造する場合には、試験槽を区画形成する断熱壁に形成された開口を、仕様に応じた接続具が装着される内外の壁板及び断熱材を用いて塞げばよく、被試験物の容量、サイズや形状等に応じた仕様の充放電試験装置を容易にかつ低コストで製造することができる。

以上のように本発明によれば、試験槽を区画形成する断熱壁に形成された開口を、内外の壁板で断熱材を挟んで塞ぐと共に、両壁板を貫通するように設けた接続具によって、試験槽に収容される被試験物と試験槽外の充放電電源とを電気的に接続して充放電試験を行なうことができるので、被試験物と充放電電源とを接続するための電源接続ケーブルが不要となり、スペース効率が向上すると共に、面倒な電源接続ケーブルの接続作業を行う必要がない。

また電気特性測定（電圧、電流やより高い周波数でのインピーダンス測定など）の精度向上による従来不可能であった領域での電池特性の評価が可能になる。さらに、試料に与える印加波形の品質が向上して立ち上がり時間が早くなるという効果や、配線抵抗による電力損失を低減する効果が期待できる。

また、容量やサイズ等の異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置を製造する場合には、断熱壁に形成された開口を塞ぐ内外の壁板、断熱材及び接続具を、仕様に応じたものにすると共に、充放電電源を仕様に応じたものとすればよく、容量やサイズ等の異なる被試験物に対応した仕様の充放電試験装置を容易かつ低コストで製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る充放電試験装置を備えるシステムの概略構成図である。 図２は、図１の充放電試験装置の内部を切欠いて概略構成を示す斜視図である。 図３は、試料トレイと充放電電源のコネクタとの接続構成を示す斜視図である。 図４は、試験槽の縦断側面図である。 図５は、試験層の断熱壁に形成された開口を示す縦断側面図である。 図６は、試験槽の断熱壁に形成された開口を塞ぐ内外の壁板及び断熱材の分解斜視図である。 図７は、異なった仕様の断熱壁を備えた試験槽の縦断側面図である。 図８は、接続具装着部位が異なる他の実施形態の試験槽の縦断側面図である。 図９は、従来例のシステムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、二次電池などの被試験物の充放電特性を評価する充放電評価システム１の概略構成を示す図である。

この充放電評価システム１では、ニッケル・カドミウム電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、等の各種二次電池や電気二重層キャパシタ、等の被試験物の充放電試験を行うことができる。

この充放電評価システム１は、本発明の一実施形態に係る充放電試験装置２と、この充放電試験装置２を制御して被試験物の充放電試験を行う、例えば、コンピュータからなる制御装置３とを備えている。

この実施形態の充放電試験装置２は、単一の筐体４を備えている。筐体４は、概略的には、その前部が、被試験物（図示せず）を装着した複数の試料トレイ５が収納される恒温試験槽が設置された試験部６となっており、その背部が、各試料トレイ５に対応する複数の充放電電源８が収納された電源部９となっている。前側の試験部６と後側の電源部９とは、模式的には仮想線で示されるように、断熱構造の隔壁７によって前後に仕切られている。試験部６及び電源部９は、基本的に、図９の従来例の恒温試験器及び充放電電源ラックとしての機能を備えている。

制御装置３は、試験槽用通信ケーブル１０および充放電電源用通信ケーブル１１を介して充放電試験装置２に接続され、制御装置３は、充放電試験装置２を制御して被試験物ｗの充放電試験を行う。

図２は、図１における充放電試験装置２の内部を切欠いて概略構成を示す斜視図である。

この実施形態の充放電試験装置２は、筐体４の前面に、断熱構造の扉１２が取付けられており、扉１２を開放した内部には、被試験物ｗが載置される複数の試料トレイ５を収容可能な恒温槽である試験槽１３が設けられると共に、試験槽１３内には、上下方向に複数段に試料トレイ５を挿抜収納することができるようになっている。

筐体４における前面の扉１２の右側箇所には、温度データ等を表示する表示部１４及び温度等の設定のために操作される操作部１５が設けられている。

試験槽１３は、扉１２で開放、閉止される前面の出し入れ口を除く周壁が断熱壁で構成されており、試験槽１３は、断熱壁の一部を構成する内奥の隔壁７によって、充放電電源８が収納された電源収納空間と区画されている。そして、充放電電源８は、試験槽１３外の電源収納空間において、上下方向に複数段に配設されている。

試験槽１３の右方は、通気孔を有する仕切板１８によって空調空間と仕切られており、複数台の送風機１９を駆動することによって、空調空間との間で温度制御された空気が循環するように構成されている。

試験槽１３には、被試験物ｗが装着された各試料トレイ５を、矢符Ａで示すように、槽内へ差し入れる、あるいは、試験槽１３から引き出す際に、各試料トレイ５を水平方向に沿ってそれぞれ案内支持する図示しない各左右一対のガイドレールが配設されている。

試験槽１３の内奥の隔壁７には、電源収納空間に上下に収納されている複数の各充放電電源８の接続具としてのコネクタ２６が貫通支持されて、試験槽１３内に突出されている。この実施形態では、コネクタ２６をエッジコネクタとしている。

複数の各被試験物ｗは、試料トレイ５に載置されて、該試料トレイ５に装備された複数の各ソケット(図示せず)に装着される。試料トレイ５の試験槽１３への差し入れ方向の先端部には、図３に示されるように、充放電電源８の前記コネクタ２６に対応する試料側接続部としてのエッジ２７が備えられている。

図４に示すように、試料トレイ５を、ガイドレールに沿って試験槽１３内へ水平方向にスライドさせて差し入れ、その先端部に備えたエッジ２７を、隔壁７を貫通するコネクタ２６に挿入することにより、被試験物ｗを、ソケットおよび試料トレイ５の配線を介して充放電電源８に電気的に接続することができる。また、試料トレイ５を、ガイドレールに沿って試験槽１３からスライドさせて引き出し、そのエッジ２７をコネクタ２６から抜出すことにより、被試験物ｗと充放電電源８とを電気的に非接続とすることができる。

このように被試験物ｗを装着した試料トレイ５を、ガイドレールに沿って試験槽１３内へ水平方向にスライドさせて差し入れ、あるいは、試験槽１３内からスライドさせて引き出すことによって、試料トレイ５上の被試験物ｗと充放電電源８との電気的接続・非接続を簡単に行うことができる。

充放電試験における温度制御は、目的とする試験に応じて多様であるが、例えば、被試験物ｗを装着した試料トレイ５を、試験槽１３内にセットし、試験槽１３を、設定温度、例えば、８０℃、２５℃、マイナス１０℃等に制御し、各温度において充放電試験をそれぞれ行う。この充放電試験では、例えば、被試験物ｗの充電及び放電の少なくともいずれか一方を行って、充電特性、放電特性、充放電の繰り返し特性等の特性データを取得する。取得した特性データに基づいて、被試験物ｗの充放電特性を評価することができる。

この実施形態の充放電試験装置２では、単一の筐体４内に、充放電電源８が収納されると共に、被試験物ｗを装着した複数の試料トレイ５を、試験槽１３内にスライドしてその先端部のエッジ２７を、充放電電源８のコネクタ２６に挿入することによって、被試験物ｗと充放電電源８とを電気的に接続するので、従来例のように、個別の筐体からなる恒温試験器の試料トレイと充放電電源ラックの充放電電源とを電源接続ケーブルで接続する必要がなく、スペース効率が向上すると共に、面倒な電源接続ケーブルの接続作業を行う必要がない。

また、筐体４の上下方向に沿って充放電電源８が複数段に配置されるので、スペース効率がよい。

上述のように二次電池等の被試験物ｗの容量、サイズや形状は、様々であり、容量やサイズ等の異なる被試験物ｗの充放電試験を行うためには、例えば、充放電電源８及びコネクタ２６の数、コネクタ２６の種類、コネクタ２６の上下の設置間隔等を被試験物ｗに応じたものにしなければならない。

このように容量やサイズ等の異なる被試験物ｗに対応した仕様の充放電試験装置の製造を、容易にかつ低コストで行えるようにするために、この実施形態では、次のように構成している。

すなわち、この実施形態の充放電試験装置の製造方法では、試験槽１３の内奥の断熱壁３４に、図５に示すように、矩形の大きな開口３３を形成し、この開口３３を、断熱壁３４の厚み方向の両側から図６に示す内外の壁板２９ａ，２９ｂによって、両壁板２９ａ，２９ｂの間に発泡ウレタンやグラスウールなどの断熱材３０を介在させて塞ぎ、図４に示すように、断熱構造の隔壁７を構成する。

隔壁７を構成する内外の壁板２９ａ，２９ｂには、図６に示すように、コネクタ２６を貫通支持する装着孔２８を、予め形成しておく。断熱材３０は、コネクタ貫通部位で上下に分断して積層し、分断面に形成された透孔３１にコネクタ２６を挿通する。この内外の壁板２９ａ，２９ｂを、断熱材３０を介在させると共に、両壁板２９ａ，２９ｂを貫通するようにコネクタ２６を装着して前記開口３３の周辺部にそれぞれネジ連結する。

かかる構成によれば、容量、サイズや形状等が大きく異なる被試験物ｗに対応する仕様の充放電試験装置を製造する場合には、その仕様に応じたコネクタ２６、内外の壁板２９ａ，２９ｂ及び断熱材３０を用いて、断熱壁３４に形成した開口３３を塞げばよく、試験槽１３の全体を、仕様に応じて改めて製造する必要がなく、製造工程が簡素化されてコストを低減することができる。

例えば、図４の被試験物ｗに比べてサイズの大きい被試験物ｗの充放電試験を行う場合には、図７に示すように、コネクタ２６の上下間隔を広くした内外の壁板２９ａ，２９ｂを用いて開口３３を塞げばよく、対応する充放電電源８を設置すればよい。

なお、試験槽１３を恒湿槽として使用するような場合には、図８に示すように、コネクタ２６の周囲にシール材３２を塗布、あるいは、外嵌することで、コネクタ装着部位での気密性を向上させるのが好ましい。

また、要求される仕様に応じて、内外の壁板２９ａ，２９ｂ、断熱材３０及びコネクタ２６を、取り替える場合、試験槽１３の左右内面に備えられるガイドレールも、コネクタ２６の高さ位置に応じたものに取り替え、あるいは、レール高さを調節して、高さの大きい被試験物ｗを格納搭載した試料トレイ５でも容易に試験槽１３に差込み装填することができるようにする。

また、挿入される試料トレイ５のエッジ２７に対応するように、コネクタ２６、その上下間隔や高さ位置を異ならせた複数種の内外の壁板２９ａ，２９ｂ及び断熱材３０を予め製造準備しておき、これらを選択して試験槽１３の内奥の断熱壁に形成された開口３３に取り付けることで、被試験物ｗのサイズや形状等に応じて構成された試料トレイ５に適応した試験槽１３を製造、あるいは、改造することができる。

（他の実施形態）
本発明は、以下のような形態で実施することもできる。

（１）内外の壁板２９ａ，２９ｂの間に組み込む断熱材３０としては、コネクタ（接続具）２６を組み付けた内外の壁板２９ａ，２９ｂ間に樹脂素材を注入して発泡させるものであってもよい。

（２）試料トレイ５と充放電電源８との電気的接続を行う接続具２６は、エッジコネクタに限らず、例えば、試料トレイ５の試験槽１３内への差し入れ、引き出しに応じて、嵌合、離脱できる他のコネクタや、スプリング作用のあるポゴピン（スプリングプローブ）などの当接方式の接続具を用いてもよい。

（３）上述の実施形態では、充放電試験装置２は、上下に長い単一の試験槽１３を備えているが、上下に複数の試験槽を備え、各試験槽に複数段に試験トレイを収納するものであってもよい。

（４）被試験物ｗを格納する試験槽１３は、恒温槽に限らず、恒温恒湿槽や圧力槽その他、試験に要求される環境をもたらす仕様のものに設定することができる。

２ 充放電試験装置
３ 制御装置
４ 筐体
５ 試料トレイ
７ 隔壁
８ 充放電電源
１３ 試験槽
２６ 接続具（コネクタ）
２８ 装着孔
２９ａ，２９ｂ 壁板
３０ 断熱材
３２ シール材
ｗ 被試験物

Claims (5)

1. 前部に設けられた被試験物が収容される試験槽と、前記試験槽を形成する断熱壁の一部を構成する奥の隔壁によって隔てられた背部に設けられた充放電電源と、前記試験槽に収容される前記被試験物と前記充放電電源とを電気的に接続するための接続具とを備え、
   前記奥の隔壁に形成された開口を、前記奥の隔壁の厚み方向の両側から対向する内外の壁板によって塞ぐと共に、前記内外の両壁板間に断熱材を介在させ、前記内外の各壁板にそれぞれ形成された各装着孔に、前記接続具を、前記内外の両壁板を貫通するように装着する、
   ことを特徴とする充放電試験装置。
2. 前記試験槽には、被試験物が載置される試料トレイが収容され、
   前記試料トレイは、載置される被試験物と前記接続具とを電気的に接続するための接続部を有し、
   前記接続具は、前記試料トレイを介して該試料トレイに載置された被試験物と前記充放電電源とを電気的に接続する、
   請求項１に記載の充放電試験装置。
3. 前記充放電電源及び前記接続具が、上下方向に複数段にそれぞれ設置され、
   前記内外の各壁板には、各接続具が装着される複数の装着孔が、上下方向にそれぞれ形成され、
   前記内外の壁板の間に介在される断熱材が、上下方向に複数段に積層される、
   請求項１または２に記載の充放電試験装置。
4. 前記接続具が、前記装着孔にシール材を介して気密に装着される、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の充放電試験装置。
5. 前部に設けられた被試験物が収容される試験槽と、前記試験槽を形成する断熱壁の一部を構成する奥の隔壁によって隔てられた背部に設けられた充放電電源と、前記試験槽に収容される前記被試験物と前記充放電電源とを電気的に接続するための接続具とを備える充放電試験装置の製造方法であって、
   前記奥の隔壁に形成された開口を、前記接続具が装着される装着孔をそれぞれ有する内外の壁板によって、前記奥の隔壁の厚み方向の両側から塞ぐものであって、前記内外の壁板の間に、断熱材を介在させると共に、前記内外の両壁板を貫通するように前記接続具を、前記装着孔に装着する、
   ことを特徴とする充放電試験装置の製造方法。
   

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