JP6020919B2 - 充放電装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池を一度に充放電するための充放電装置に関する。

近年、携帯電話や携帯パソコンなどのモバイル機器の発達や、電気自動車やハイブリッド自動車などの実用化に伴って、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池の需要が拡大している。そうした二次電池の製造工程では、各構成部品を組み立てた後、充放電等を行うことにより電池を活性化させるなどして各電池を所定の特性に調整することが行われる。電池組み立て後は、複数の二次電池が充放電装置においてスペーサを介して積層されて、それぞれの二次電池の端子に充放電プローブを接触させた状態で一度に充放電が行われる。その際、充放電プローブが備えられる充放電ユニットに倣い歯を設け、この倣い歯をスペーサの間に挿入することにより、積層された二次電池に対して充放電ユニットの位置決めを行う充放電装置の技術が開示されている（例えば、下記特許文献１を参照）。

特開２０１０−１４０８４４号公報

一方、充放電装置にセットされた一部の二次電池において充電中に内部短絡や過充電が生じて発熱した場合には、他の二次電池における電流の印加を停止する必要がある。しかし、前記特許文献に記載の充放電装置によれば、二次電池の発熱時に電流の印加を停止させるための構成は備えておらず、他の二次電池の発熱を充分に防止する構成とはなっていなかった。

本発明は、上記の状況を鑑み、二次電池の発熱時に電流の印加を停止することにより、他の二次電池の発熱を充分に防止することが可能となる、充放電装置を提供する。

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、複数の二次電池を厚み方向に積層して電池パレットに配置し、それぞれの前記二次電池の正極端子及び負極端子に形成された当接面に、充放電治具に設けられた充放電プローブを当接して、前記二次電池の充放電を行う充放電装置であって、前記複数の二次電池を、一個ずつ積層方向に挟み込んだ状態で保持するスペーサと、前記二次電池の積層方向にスライド可能に、前記充放電治具に戻しバネで連結されて取り付けられる複数の充放電ユニットと、を備え、前記充放電プローブは、前記二次電池に対応して、前記複数の充放電ユニットごとに所定数が備えられ、前記充放電ユニットには、前記スペーサの間に挿入されて前記二次電池に対して位置決めを行う、低難燃性素材で形成された倣い歯が備えられ、前記二次電池の充放電時には、前記倣い歯を前記スペーサの間に挿入するとともに、前記充放電ユニットを前記充放電治具に対して前記積層方向における一方向側に相対的に変位させることにより前記戻しバネを伸長させ、前記戻しバネの前記積層方向への伸びを、前記当接面における前記一方向の逆方向側端部と、前記充放電プローブにおける前記一方向側端部と、の距離よりも大きくするものである。

請求項２においては、前記倣い歯と前記スペーサとのそれぞれの先端部には対向する当接斜面が形成され、前記当接斜面を互いに当接させた状態でスライドさせて、前記倣い歯を前記スペーサの間に挿入することにより、前記充放電ユニットを前記充放電治具に対して前記積層方向における一方向側に相対的に変位させるものである。

請求項３においては、前記倣い歯を前記スペーサの間に挿入した後で前記充放電治具を前記一方向と逆の方向に変位させることにより、前記充放電ユニットを前記充放電治具に対して前記一方向側に相対的に変位させるものである。

本発明によれば、充放電装置において二次電池の発熱時に電流の印加を停止することにより、他の二次電池の発熱を充分に防止することが可能となる。

第一実施形態に係る充放電装置の充電状態を示した側面図。 同じく充放電装置の準備状態を示した側面図。 同じく充放電装置において準備状態の充放電ユニットを示した側面図。 同じく充放電装置において移動状態の充放電ユニットを示した側面図。 同じく充放電装置において充電状態の充放電ユニットを示した側面図。 倣い歯と二次電池との位置関係を示した側面図。 同じく充放電装置において発熱状態の充放電ユニットを示した側面図。 充放電プローブと二次電池における端子との位置関係を示した平面図。 第二実施形態に係る充放電装置の準備状態を示した側面図。 同じく充放電装置の移動状態を示した側面図。 同じく充放電装置の充電状態を示した側面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

図１及び図２を参照して、本発明に係る充放電装置の第一実施形態である充放電装置１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態の充放電装置１を示した充電時の側面図である。この充放電装置１は、２５個の二次電池５を厚み方向（図面の左右方向）に積層した状態で一度に充電することが可能なものである。充放電装置１は図２に示す如く、大きく分けて充放電プローブ２４を有して上下動する上方の充放電治具２と、二次電池５を厚み方向に重ねて並べる電池用パレット３とで構成されている。充放電治具２には２５個の二次電池５に対応して（より詳細には二次電池５における正極・負極を構成する各端子６に対応して）、それぞれに充放電プローブ２４（正極側プローブ及び負極側プローブ）が設けられ、充放電プローブ２４は電源コード２５を介して図示しない電源に接続されている。そして、充放電治具２が図示しない昇降装置によって図１中の矢印Ａに示す如く昇降されることによって、それぞれの充放電プローブ２４が二次電池５の正極及び負極を構成する端子６の当接面（図３から図６における端子６の上面）に当接及び離間するように構成されている。

充放電治具２には、長手方向（図面左右方向、以下同じ）に長い棒状のベース１１が設けられ、その両端には縦板１２、１３が固定されている。そして、縦板１２、１３には、長手方向に延びた板状部材である案内ロッド１４の両端部が固定されている。また、案内ロッド１４が貫いて配置された複数の充放電ユニット２０が、その案内ロッド１４に沿って図面左右方向に、つまり二次電池５の積層方向にスライド可能となっている。

図３は、充放電ユニット２０及び対応する二次電池５等を側面から見た図である。充放電ユニット２０は、案内ロッド１４に沿って摺動可能なスライドブロック２１を有し、そこに貫通して形成された摺動孔２１ａを案内ロッド１４が通されている。そして、スライドブロック２１の両端（紙面を貫く方向の両端）には一個ずつプレート２２が固定されている。紙面手前側のプレート２２の下部には、先端に当接斜面２３ａが形成された倣い歯２３が固定されている。倣い歯２３は後述するスペーサ３５に沿って下降できるように形成されたものであり、難燃性の低いＰＯＭ材がその素材として用いられている。充放電ユニット２０には、それぞれのプレート２２における内側の面に端子ホルダ２２ｂが固定され、端子ホルダ２２ｂには３つの二次電池５における端子（正極端子及び負極端子）６に対応する、正極側及び負極側の充放電プローブ２４がそれぞれ設けられている。つまり、充放電プローブ２４は、３つの二次電池５で構成される一組に対応して、充放電ユニット２０ごとに所定数である３個備えられている。

本実施形態では図１及び図２に示す如く、こうした３個の二次電池５に対応する充放電ユニット２０と、同様に２個の二次電池５に対応する充放電ユニット２０ｘが設けられている。充放電ユニット２０ｘは、充放電プローブ２４が２個の二次電池５に対応しているだけで、その他の構成は充放電ユニット２０と同様に構成されている。充放電装置１は前述したように２５個の二次電池５を１セットとして充放電を行うものであり、そのため７個の充放電ユニット２０と、２個の充放電ユニット２０ｘと、が図１及び図２に示すように案内ロッド１４に対して摺動可能に配設されている。
なお、本実施形態において、充放電ユニット２０・２０ｘが対応する二次電池５の個数、及び、二次電池５に対応して充放電ユニット２０・２０ｘに備えられる充放電プローブ２４の個数（２個及び３個）は一例であり、複数個であれば良い。

図１に示す如く、充電時における充放電治具２の複数の充放電ユニット２０（充放電ユニット２０ｘも含む。以下同じ）は、いずれも戻しバネ１５によって同一方向（図面右側）へ引っ張られている。戻しバネ１５はプレート２２における固定部２２ａとベース１１における固定部１１ａとの間に斜めにして連結され、充放電ユニット２０が常に図面右側へ引っ張られるように構成されている。換言すれば、充放電ユニット２０は二次電池５の積層方向である左右方向にスライド可能に、充放電治具２のベース１１に戻しバネ１５で連結されて取り付けられているのである。

次に、充放電装置１の電池用パレット３について説明する。電池用パレット３は、長尺なベース３１の長手方向両端に端部板３２、３３が起立して固定されている。また、端部板３２、３３の間には図示しない複数の梁部材が連結されて掛け渡されている。端部板３２、３３は、電池用パレット３を長手方向に見た場合、二次電池５の形状に合わせて略矩形に形成され、その角部や側部中間位置などに設けられた梁部材によって連結されている。従って、こうした端部板３２、３３や梁部材によって囲まれた空間に上方から二次電池５が挿入され、その二次電池５に対し上方から充放電治具２の充放電プローブ２４が近接するようになっている。

また、電池用パレット３には二次電池５を入れる空間にスペーサ３５が設けられている。スペーサ３５は、隣り合う二次電池５の間に配置されるものであって、長手方向（二次電池５の厚み方向）の両側から２５個の二次電池５をそれぞれ挟み込むだけの数（２６個）が設けられている。また、二次電池５は、電極体の厚み変化に伴う電池の厚みバラツキや、充電時にガスが発生して電池ケースが膨張するため、スペーサ３５は、その膨張に応じて位置ずれするように電池用パレット３の長手方向に移動できるようになっている。そのために、図示していないが、例えばスペーサの側面に凹溝が形成され、そこに嵌合した梁部材に倣って移動できるように構成されている。

電池用パレット３には、充電時の複数の二次電池５とスペーサ３５に対して一定の荷重がかけられ、拘束治具が設けられている。拘束治具は、図１及び図２に示す如く、スペーサ３５に直接当接する当接板４１と、雄ねじ部４７ａが端部板３２に螺入されたボルト４７等によって構成されている。そして、ボルト４７を端部板３２に対して螺入する長さを調節することにより、当接板４１がスペーサ３５に加える荷重の大きさを調節している。

スペーサ３５の紙面前後方向の端部は図３に示すように、その上部に当接斜面３５ａが形成されて山形になっている。そして、充放電治具２の充放電ユニット２０に固定された倣い歯２３は、その当接斜面２３ａがスペーサ３５の当接斜面３５ａと対向する位置に、斜面方向を同一にして配置されている。即ち、倣い歯２３は図４に示す如く、充放電治具２が下降した際に、その先端に形成された当接斜面２３ａがスペーサ３５の当接斜面３５ａと当接してスライド可能に構成されている。これにより、倣い歯２３は図５に示す如くスペーサ３５の間にスムーズに入って、二次電池５に対して位置決めできるようになっている。

本実施形態では図３に示すように、一つの充放電ユニット２０に対して３個の二次電池５が対応している。そのため、充放電ユニット２０の倣い歯２３は、中央の二次電池５を挟む２個のスペーサ３５、３５の間に挿入されて位置決めできるようになっている。その際、二次電池５とスペーサ３５は、拘束治具によって一定の荷重で反対の端部板３３側へと押しつけられている。

このように構成された本実施形態の充放電装置１によれば、次のようにして充電作業が実行される。二次電池５では、正極および負極を備える電極の端子６が電池ケースに挿設され、電解液が注入された後、封止されて初期充電が行われる。そして、図１に示すように２５個の二次電池５が電池用パレット３に対してスペーサ３５の間にそれぞれ順に挿入され、二次電池５を全て挿入した後に拘束治具による押し付けが行われる。つまり、二次電池５はスペーサ３５によって積層方向に挟み込まれた状態で保持される。このように、スペーサ３５は、複数の二次電池５を、一個ずつ積層方向に挟み込んだ状態で保持するものである。

電池用パレット３に対して二次電池５のセットが終了した後で、図３中の矢印Ｕ１に示す如く充放電治具２が下降する。そして、図４に示す如く、倣い歯２３の当接斜面２３ａと、スペーサ３５の当接斜面３５ａとが当接する。更に図４中の矢印Ｕ２に示す如く充放電治具２が下降すると、倣い歯２３とスペーサ３５とが互いの当接斜面２３ａ・当接斜面３５ａでスライドすることにより、図５中の矢印Ｈ１に示す如く充放電ユニット２０が案来ロッド１４に沿って図面左方向に移動し、これにより倣い歯２３がスペーサ３５の間に案内される。このように、倣い歯２３は図５に示す如くスペーサ３５の間に入って位置決めされる。この際に、それぞれの充放電プローブ２４が二次電池５の正極及び負極を構成する端子６に当接する。

上記の如く倣い歯２３がスペーサ３５の間に案内される際には、倣い歯２３は図６に示す如く当初位置（図６における実線位置）から図面左方向に移動したスライド位置（図６における二点鎖線位置）に移動する。このとき、倣い歯２３の図面左方向への移動量Ｄ１は、当初位置における倣い歯２３の当接斜面２３ａの右端と、スペーサ３５の当接斜面３５ａの左端との距離となる。そして、倣い歯２３が図面左方向に移動することにより、充放電ユニット２０及び充放電プローブ２４も同じ長さだけ移動する。つまり、図５に示す如く、充放電ユニット２０を充放電治具２（詳細には案内ロッド１４等）に対して図面左方向に移動量Ｄ１だけ相対的に変位させるのである。上記の如く、本実施形態においては、当接斜面２３ａ・３５ａを互いに当接させた状態で、倣い歯２３をスペーサ３５の間に挿入することにより、充放電ユニット２０を充放電治具２に対して図面左側方に相対的に変位させるのである。これにより、戻しバネ１５は左方向にＤ１だけ伸長することになる。

ここで、図６及び図８に示す如く、当初位置における倣い歯２３の当接斜面２３ａの右端と、スペーサ３５の当接斜面３５ａの左端との距離であるＤ１（充放電プローブ２４の移動量Ｄ１）は、二次電池５における端子６の当接面における右側端部と充放電プローブ２４の充電時における左側端部との距離Ｄ２よりも大きくなるように設定されている。換言すれば、倣い歯２３とスペーサ３５とをスライドさせた際に、戻しバネ１５の左方向への伸びである、充放電プローブ２４の移動量Ｄ１を、端子６の右側端部と充放電プローブ２４の充電時における左側端部との距離Ｄ２よりも大きくした状態で、二次電池５の充放電を行うのである。
その後、二次電池５は、その状態のまま充放電が繰り返して行われる。

そして、充放電工程が終了すると、充放電治具２は上昇して充放電ユニット２０の充放電プローブ２４が二次電池５の正極及び負極を構成する端子６から離間し、更に倣い歯２３がスペーサ３５から外されて図６中の実線に示す当初位置に戻る。これにより、充電時に移動した充放電ユニット２０は、戻しバネ１５によって引っ張られて、図２に示す元の位置に戻される。

一方、充放電工程の最中に二次電池５において内部短絡や過充電が生じて発熱した場合には、図７に示す如く難燃性の低いＰＯＭ材で形成されている倣い歯２３が軟化し、その剛性が低下する。このため、倣い歯２３がスペーサ３５の間に挿入されることにより位置決めされていた充放電ユニット２０は、倣い歯２３の剛性低下に伴って、戻しバネ１５の弾性力によって図７中の矢印Ｈ２に示す如く図面右側に引き戻される。そして、倣い歯２３が図６中の実線に示す当初位置に戻ることにより、充放電プローブ２４は図８に示す如く移動量Ｄ１だけ図面右側に移動する。

つまり、充放電プローブ２４は、戻しバネ１５の左方向への伸びである充放電プローブ２４の移動量Ｄ１だけ右側方に移動することにより、図８に示す如く端子６の右側端部よりも右側に移動することになる。換言すれば、戻しバネ１５の左方向への伸びである長さＤ１を、端子６の右側端部と充放電プローブ２４の充電時における左側端部との距離Ｄ２よりも大きく設定していることにより、倣い歯２３が軟化して戻しバネ１５の長さが元の状態に戻った場合、充放電プローブ２４は端子６の端部を越えて右側に移動するのである。これにより、図７及び図８に示す如く充放電ユニット２０の充放電プローブ２４が二次電池５の正極及び負極を構成する端子６から離間するため、二次電池５における電流の印加を自動的に停止させることができる。

上記の如く、本実施形態に係る充放電装置１によれば、二次電池５の充放電時に、倣い歯２３をスペーサ３５の間に挿入するとともに、充放電ユニット２０を充放電治具２に対して左側方に変位させることにより戻しバネ１５を伸長させる。そして、戻しバネ１５の左方向の伸びＤ１を、端子６の当接面における右側端部と、充放電プローブ２４の左側端部と、の距離Ｄ２よりも大きくしている。これにより、二次電池５が発熱した場合には、倣い歯２３を軟化させて、戻しバネ１５の弾性力により充放電プローブ２４を自動的に端子６から離間させる構成とすることにより、他の二次電池５の発熱を充分に防止することが可能となるのである。

なお、本実施形態において、倣い歯２３の素材として低難燃性素材である（難燃グレードがＨＢである）ＰＯＭ材を使用しているが、倣い歯の素材は高温時に軟化し易い素材であれば差し支えない。例えば、酢酸ビニール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル等が倣い歯の素材として適用可能である。

次に、図９から図１１を参照して、本発明に係る充放電装置の第二実施形態である充放電装置１００の概略構成について説明する。本実施形態で説明する充放電装置１００については、前記第一実施形態に係る充放電装置１と同様の構成については同符号を付してその説明を省略し、異なる構成を中心に説明を行う。

本実施形態に係る充放電装置１００は、充放電治具２を昇降させる図示しない昇降装置とともに、充放電治具２を水平方向に移動させる駆動装置１０１を備えている。

本実施形態の充放電装置１００で充電作業を行う場合は、前記第一実施形態の如く電池用パレット３に対する二次電池５のセットを終了した後で、図９中の矢印Ｂ１に示す如く充放電治具２を下降させる。本実施形態においては、難燃性の低いＰＯＭ材で形成されている倣い歯１２３はスペーサ３５の間のほぼ直上に配置されている。このため、充放電治具２が下降すると、図１０に示す如く倣い歯１２３はスペーサ３５の間に挿入されて位置決めされる。この際に、それぞれの充放電プローブ２４が二次電池５の正極及び負極を構成する端子６に当接する。

その後、駆動装置１０１を駆動させて、充放電治具２を図１０中の矢印Ｂ２の如く右側方に移動させる。この際、充放電ユニット２０及び充放電プローブ２４は倣い歯１２３によって位置決めされているため、ベース１１、縦板１２、１３、及び案内ロッド１４のみが右側方に移動することになる。つまり、図１０に示す如く、充放電ユニット２０及び充放電プローブ２４を充放電治具２（詳細には案内ロッド１４等）に対して図面左方向に相対的に変位させるのである。これにより、図１１に示す如く、戻しバネ１５は充放電治具２に対して左方向に伸長することになる。

このとき、充放電ユニット２０及び倣い歯１２３の図面右方向への移動量は、前記第一実施形態と同様に、二次電池５における端子６の当接面における右側端部と充放電プローブ２４の充電時における左側端部との距離よりも大きくなるように設定されている。換言すれば、充放電治具２を図面右側方に水平移動させた際に、戻しバネ１５の左方向への伸びである、充放電プローブ２４の相対的な移動量を、端子６の右側端部と充放電プローブ２４の充電時における左側端部との距離よりも大きくした状態で、二次電池５の充放電を行うのである。

本実施形態においても、充放電工程の最中に二次電池５において内部短絡や過充電が生じて発熱した場合には、難燃性の低いＰＯＭ材で形成されている倣い歯１２３が軟化し、その剛性が低下する。このため、倣い歯１２３がスペーサ３５の間に挿入されることにより位置決めされていた充放電ユニット２０及び充放電プローブ２４は、倣い歯１２３の剛性低下に伴って、戻しバネ１５の弾性力によって図面右側に引き寄せられる。

つまり、充放電プローブ２４は、戻しバネ１５の左方向への伸びである充放電治具２の移動量だけ右側方に移動することにより、端子６の右側端部よりも右側に移動することになる。換言すれば、戻しバネ１５の伸びである長さを、端子６の右側端部と充放電プローブ２４の充電時における左側端部との距離よりも大きく設定していることにより、倣い歯１２３が軟化して戻しバネ１５の長さが元の状態に戻った場合、充放電プローブ２４は端子６の端部を越えて右側に移動するのである。これにより、充放電ユニット２０の充放電プローブ２４が二次電池５の正極及び負極を構成する端子６から離間するため、二次電池５における電流の印加を自動的に停止させることができる。

上記の如く、本実施形態に係る充放電装置１００によっても、二次電池５が発熱した場合には、倣い歯１２３を軟化させて、戻しバネ１５の弾性力により充放電プローブ２４を自動的に端子６から離間させる構成とすることにより、他の二次電池５の発熱を充分に防止することが可能となるのである。

１ 充放電装置
５ 二次電池
６ 端子
１５ 戻しバネ
２０ 充放電ユニット
２３ 倣い歯
２４ 充放電プローブ
３５ スペーサ

Claims (3)

1. 複数の二次電池を厚み方向に積層して電池パレットに配置し、それぞれの前記二次電池の正極端子及び負極端子に形成された当接面に、充放電治具に設けられた充放電プローブを当接して、前記二次電池の充放電を行う充放電装置であって、
   前記複数の二次電池を、一個ずつ積層方向に挟み込んだ状態で保持するスペーサと、
   前記二次電池の積層方向にスライド可能に、前記充放電治具に戻しバネで連結されて取り付けられる複数の充放電ユニットと、を備え、
   前記充放電プローブは、前記二次電池に対応して、前記複数の充放電ユニットごとに所定数が備えられ、
   前記充放電ユニットには、前記スペーサの間に挿入されて前記二次電池に対して位置決めを行う、高温時に軟化する素材によって形成された倣い歯が備えられ、
   前記二次電池の充放電時には、
   前記倣い歯を前記スペーサの間に挿入するとともに、前記充放電ユニットを前記充放電治具に対して前記積層方向における一方向側に相対的に変位させることにより前記戻しバネを伸長させ、前記戻しバネの前記積層方向への伸びを、前記当接面における前記一方向の逆方向側端部と、前記充放電プローブにおける前記一方向側端部と、の距離よりも大きくする、ことを特徴とする、充放電装置。
2. 前記倣い歯と前記スペーサとのそれぞれの先端部には対向する当接斜面が形成され、
   前記当接斜面を互いに当接させた状態でスライドさせて、前記倣い歯を前記スペーサの間に挿入することにより、前記充放電ユニットを前記充放電治具に対して前記積層方向における一方向側に相対的に変位させる、ことを特徴とする、請求項１に記載の充放電装置。
3. 前記倣い歯を前記スペーサの間に挿入した後で前記充放電治具を前記一方向と逆の方向に変位させることにより、前記充放電ユニットを前記充放電治具に対して前記一方向側に相対的に変位させる、ことを特徴とする、請求項１に記載の充放電装置。
   

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