JP5738660B2 - 二次電池の充放電評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の充放電試験を行うための二次電池の充放電評価装置に関する。

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５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２５が収納される恒温槽を有する恒温試験器２６と、各電池トレイ２５に対応する複数の充放電電源２７を収納した充放電電源ラック２８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２９とを備えている。

恒温試験器２６の恒温槽内に収納される複数の電池トレイ２５と充放電電源ラック２８の複数の充放電電源２７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３０を介して気密に引き出された複数の電源接続ケーブル３１によって接続され、これによって、電池トレイ２５に装着された二次電池である試験電池と充放電電源２７とが、電気的に接続される。

制御装置２９は、恒温試験器２６及び充放電電源ラック２８に各通信ケーブル３２，３３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２６と充放電電源ラック２８とを個別に設置し、恒温試験器２６の恒温槽に収納される電池トレイ２５と充放電電源ラック２８の充放電電源２７とを、電源接続ケーブル３１で接続するので、スペース効率が悪く、電源接続ケーブル３１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３１が長くなると、その配線抵抗が試験精度に与える影響を無視できなくなるといった課題もある。

更に、被試験物である二次電池のサイズや形状は、様々であり、サイズや形状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ことを目的とする。

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）本発明の二次電池の充放電評価装置は、被試験物である二次電池を出し入れする開口を有し、被試験物を格納する試験槽と、試験槽外に設けられた充放電電源と、被試験物を載置し、被試験物と充放電電源とを電気的に接続する試料側接続部を有する試料トレイと、試料トレイの試料側接続部と充放電電源とを電気的に接続するための接続具を有し、前記接続具は前記開口と対向する位置に試験槽壁を貫通して設置され、試料トレイを開口側からスライドさせることで、前記試料側接続部と前記接続具の接続・非接続を切り換える。

本発明の二次電池の充放電評価装置によると、被試験物である二次電池が載置された試料トレイを試験槽内にスライドさせて差し入れ、該試料トレイの試料側接続部と試料槽壁を貫通して設置された接続具とを接続することによって、試料トレイの二次電池と試験槽外の充放電電源とを電気的に接続することが可能となる。これによって、二次電池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、異なるサイズや形状の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試料トレイに変更するだけでよく、従来例のように、試料トレイを変更すると共に、試料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す必要がない。

（２）本発明の二次電池の充放電評価装置の好ましい実施態様では、前記試験槽は試験槽内の空気を循環させる送風機を有し、前記試料トレイに沿って送風されるよう、前記送風機は試料トレイの側方に設置される。

この実施態様によると、試験槽内にスライドして差し入れられた試料トレイに対して、その側方に設置された送風機によって空気が送風されて試料トレイに沿って流れ、試料トレイに載置された二次電池に対して均一な温度ストレスを与えることができ、これによって、試験結果のバラツキを抑制することができる。

（３）本発明の二次電池の充放電評価装置の更に別の実施態様では、前記試験槽、前記充放電電源、および、前記接続具が収納される単一の筐体を備え、前記筐体には、前記試験槽、前記充放電電源、および、前記接続具が、上下方向に沿って複数段に設置される。

この実施態様によると、筐体の上下方向に沿って、試験槽、充放電電源及び接続具が複数段に設置されるので、試験槽毎に異なる試験条件で二次電池の充放電試験をスペース効率よく行うことができる。

（４）本発明の二次電池の充放電評価装置の別の実施態様では、前記試験槽壁が断熱壁である。

この実施態様によると、所要の環境温度で二次電池の充放電試験を行うことができる。

本発明によれば、被試験物である二次電池が載置された試料トレイを試験槽内にスライドさせて差し入れ、該試料トレイの試料側接続部と試料槽壁を貫通して設置された接続具とを接続することによって、試料トレイの二次電池と試験槽外の充放電電源とを電気的に接続して二次電池の充放電試験を行なうことができる。これによって、二次電池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、サイズや形状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試料トレイに変更するだけでよく、従来例のように、試料トレイを変更すると共に、試料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す必要がない。

図１は本発明の実施形態に係る二次電池の充放電評価装置を備えるシステムの概略構成を示す図である。 図２は図１の二次電池の充放電評価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は恒温槽内の空気の流れを概略的に示す図である。 図４は電池トレイと充放電電源のコネクタとの接続構成を示す図である。 図５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、二次電池の充放電特性を評価する充放電評価システムの概略構成を示す図である。

この充放電評価システムでは、各種の二次電池、例えば、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二次電池の充放電評価装置２と、この充放電評価装置２を制御して二次電池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評価装置２は、単一の筐体４を備えている。この筐体４は、概略的には、その前部が、試験電池（図示せず）を装着した複数の電池トレイ５が収納される恒温槽が設置された恒温槽部分６となっており、その背部が、各電池トレイ５に対応する複数の充放電電源８が収納された充放電電源部分９となっている。恒温槽部分６と充放電電源部分９とは、模式的には、断熱材７によって仮想線で示されるように仕切られている。恒温槽部分６及び充放電電源部分９は、基本的に、図５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、恒温槽用通信ケーブル１０および充放電電源用通信ケーブル１１を介して充放電評価装置２に接続され、制御装置３は、充放電評価装置２を制御して二次電池の充放電試験を行う。

図２は、図１の二次電池の充放電評価装置２の内部を切欠いて概略構成を示す斜視図である。

この実施形態の二次電池の充放電評価装置２は、筐体４の前面に、断熱性の扉１２が上下方向に三つ取付けられており、各扉１２を開放した内部には、被試験物である試験電池１６が載置される試料トレイとしての電池トレイ５を収容可能な三つの恒温槽１３が設けられている。この実施形態では、各恒温槽１３内には、上下二段に電池トレイ５を収納することができる。

筐体４の前面の扉１２よりも右側には、各恒温槽１３にそれぞれ対応して、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。

各恒温槽１３は、扉１２で開放、閉止される前面の開口を除いて断熱壁で囲まれており、各恒温槽１３は、背面側（奥側）の断熱壁１３ａ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。すなわち、充放電電源８は、各恒温槽１３外の電源収納空間に収納されている。この電源収納空間には、各恒温槽１３毎に二つの充放電電源８が、上下に配設されている。各恒温槽１３と電源収納空間とを区画する断熱壁１３ａが、上述の図１の恒温槽部分６と充放電電源部分９とを仕切る断熱材７に相当する。

各恒温槽１３の右方は、連通孔を有する第１仕切板１８によって空調空間と仕切られており、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。

図３は、各恒温槽１３内の空気の流れを概略的に示す図である。上述のように、恒温槽１３の右方は、第１仕切板１８によって空調空間２０と仕切られる一方、恒温槽１３の左方は、連通孔を有する第２仕切板２１によって空間２２と仕切られている。また、恒温槽１３の上部は、前記両空間２０，２２に跨る区画板２３によって区画されてダクト２４が形成されている。空調空間２０には、送風機１９及び加熱器３５等が配置されている。

空調空間２０に配置された送風機１９を駆動することによって、図３の矢符で示されるように温度制御された空気が、右方の空調空間２０から電池トレイ５に沿って左方へ流れ、左方の空間２２によって上下二方向に分かれて折返す。上方へ分かれた空気は、上部のダクト２４を介して空調空間２０に戻り、下方へ分かれた空気は、下側の電池トレイ５の裏面と恒温槽１３の底面との間に形成される流路３６を介して空調空間２０に戻るという循環を行い、これによって、恒温槽１３内の温度が設定温度に維持される。

この場合、下側の電池トレイ５の裏面と恒温槽１３の底面との間に形成される流路３６が、下部のダクトとして機能する。なお、他の実施形態として、上部のダクト２４と同様に、下部にもダクトを設けてもよい。

各電池トレイ５は、恒温槽１３内に水平に収納されるので、水平な各電池トレイ５に対して、図２の矢符Ｂで示されるように、右側方の送風機１９から温度制御された空気が送風される。このとき、水平に収納された電池トレイ５が整流板として機能し、電池トレイ５に対する空気の流れが、層流となって電池トレイ５に載置された試験電池１６に対して均一な温度ストレスを与えて精度の高い充放電試験を行うことができる。

二次電池は、電解液を有するために、急激な温度上昇などによって爆発や火災が生じる懸念があり、このため、この実施形態では、各恒温槽１３外の左方の空間は、例えば、火災時に恒温槽１３内に消火剤を噴射する消火器、恒温槽１３内の圧力を下げる排気ベントやガスセンサ等の図示しない安全装置を設置するための安全空間としている。

各恒温槽１３には、試験電池１６が装着された各電池トレイ５を、矢符Ａで示すように、恒温槽１３へ差し入れる、あるいは、恒温槽１３から引き出す際に、各電池トレイ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一対のガイドレールが配設されている。

各恒温槽１３の背面側（奥側）の上述の断熱壁１３ａには、貫通孔を介して電源収納空間に上下に収納されている二つの各充放電電源８の接続具としてのコネクタ８ａが、恒温槽１３内に気密に突出している。この実施形態では、コネクタ８ａは、エッジコネクタとしている。

複数の各試験電池１６は、電池トレイ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。電池トレイ５の恒温槽１３への差し入れ方向の先端部には、図４に示されるように、充放電電源８の前記コネクタ８ａに対応する試料側接続部としてのエッジ５ａが形成されている。

電池トレイ５を、ガイドレールに沿って恒温槽１３内へ水平方向にスライドさせて差し入れ、そのエッジ５ａを、断熱壁１３ａから恒温槽１３内に突出したコネクタ８ａに挿入することにより、試験電池１６を、ソケットおよび電池トレイ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、電池トレイ５を、ガイドレールに沿って恒温槽１３からスライドさせて引き出し、そのエッジ５ａをコネクタ８ａから抜出すことにより、試験電池１６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。

このように試験電池１６を装着した電池トレイ５を、ガイドレールに沿って恒温槽１３内へ水平方向にスライドさせて差し入れ、あるいは、恒温槽１３内からスライドさせて引き出すことによって、試験電池１６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。

なお、電池トレイ５と充放電電源８との電気的接続は、エッジコネクタに限らず、電池トレイ５の恒温槽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などの接続具を用いてもよい。

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、試験電池１６を装着した電池トレイ５を、各恒温槽１３内にセットし、各恒温槽１３を、それぞれ異なる設定温度、例えば、８０℃、２５℃、マイナス１０℃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、試験電池１６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少なくともいずれか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、二次電池の充放電特性を評価することができる。

この実施形態の二次電池の充放電評価装置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、試験電池１６を装着した電池トレイ５を、各恒温槽１３内にスライドしてその先端部のエッジ５ａを、充放電電源８のコネクタ８ａに挿入することによって、試験電池１６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電池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恒温槽１３及び充放電電源８が複数段に配置されるので、スペース効率がよく、しかも、各恒温槽１３毎に、それぞれ異なる温度条件で二次電池の充放電試験を行うことができる。

また、この実施形態では、試験電池１６のサイズや形状等に応じて、ソケットや配線を異ならせた電池トレイ５を準備し、試験電池１６に対応する電池トレイ５を使用することによって、サイズや形状の異なる試験電池１６の充放電試験を行うことが可能となり、従来例のように、電池トレイのみならず、電源接続ケーブルの接続をし直すといった必要がない。

更に、電池トレイ５は、電源接続ケーブルに接続されていないので、恒温槽１３から引き出す際に、ケーブルの長さによって引出し距離が制約されることもない。

上述の実施形態では、二次電池の充放電評価装置２は、三つの恒温槽１３を備えていたけれども、恒温槽１３の数は、三つに限らず、また、各恒温槽１３内に収納する電池トレイ５の数も二つに限らないのは勿論である。

被試験物を格納する試験槽は、恒温槽に限らず、恒温恒湿槽や圧力槽その他であってもよい。

上記実施形態では単一の筐体からなる二次電池の充放電評価装置について説明したが、筐体が複数の筐体を一体的に組み立てて構成されたものであってもよい。

また上記実施形態では被試験物として二次電池を用いる例を示したが、被試験物はキャパシタであってもよい。

２ 二次電池の充放電評価装置
３ 制御装置
４ 筐体
５ 電池トレイ（試料トレイ）
５ａ エッジ
１３ 恒温槽（試験槽）
１３ａ 断熱壁
８ 充放電電源
８ａ コネクタ（接続具）
１６ 試験電池（被試験物）
１９ 送風機

Claims (7)

1. 被試験物である二次電池を出し入れする開口を側面に有し、前記被試験物を格納する恒温槽と、
   前記恒温槽外に設けられた充放電電源と、
   前記被試験物を載置し、当該被試験物と前記充放電電源とを電気的に接続する試料側接続部を有する試料トレイと、
   前記試料トレイの前記試料側接続部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有し、
   前記試料トレイは、前記開口から前記恒温槽内に入れられ当該恒温槽内を当該開口から奥方向にスライドされて格納され、前記試料側接続部は、前記試料トレイが前記恒温槽に収納された状態で前記恒温槽の前記奥側の恒温槽壁と対向する側の端部に設けられており、
   前記恒温槽は内部が所定の試験温度に空調され、
   前記接続具は前記恒温槽の前記奥側の断熱壁からなる前記恒温槽壁を貫通して設置され、
   前記試料トレイを前記開口側と前記奥側との間の前記恒温槽内をスライドさせることで、前記試料側接続部と前記接続具との接続・非接続を切り換えることを特徴とする、二次電池の充放電評価装置。
2. 前記恒温槽、前記充放電電源、および、前記接続具が収納される単一の筐体又は一体的に組み立てた筐体を備えた、
   請求項１に記載の二次電池の充放電評価装置。
3. 前記筐体には、前記恒温槽、前記充放電電源、および、前記接続具が、上下方向に沿って複数段に設置される、
   請求項２に記載の二次電池の充放電評価装置。
4. 前記恒温槽は恒温槽内の空気を循環させる送風機を有し、
   恒温槽内の空気は前記試料トレイに沿って送風される、
   請求項１ないし３のいずれかに記載の二次電池の充放電評価装置。
5. 前記送風機は前記試料トレイの側方に設置される、
   請求項４に記載の二次電池の充放電評価装置。
6. 前記試料トレイが被試験物のサイズや形状に応じて準備されている、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の二次電池の充放電評価装置。
7. 前記恒温槽壁が断熱壁である、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の二次電池の充放電評価装置。

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