JP6197549B2 - 電池保持用スペーサ及び電池保持方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池を充放電装置に保持する際に用いるスペーサ及び保持方法に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車等に用いるリチウムイオン電池等の二次電池の製造工程では、二次電池を組み立てた後に、所定の特性を発揮し得る状態にするための充放電が行われる。上記充放電に用いる充放電装置として、保持した複数の二次電池の正極及び負極に電源側の端子を接続して充放電を行なうものが知られている。

例えば特許文献１には、正極端子及び負極端子を片側に集約した二次電池を、スペーサを介して積層した状態で保持し、電源側端子をもつ充放電ユニットを二次電池の正極端子及び負極端子に接続する充放電装置が開示されている。

特開２０１０−１４０８４４号公報

しかしながら、上記文献に記載の充放電装置は正極端子及び負極端子が片側に集約された二次電池を被充放電対象とするものであり、正極端子と負極端子とが反対側に配置された二次電池を充放電しようとしても、充放電ユニットが対応できない。このため、正極端子と負極端子とが反対側に配置された二次電池を充放電可能にするためには、充放電ユニットを対応可能なものに交換し、かつ、対応可能な充放電ユニットを実装可能するために装置を改造する必要がある。

ところで、例えば電気自動車用やハイブリッド車両用等、複数種類の二次電池を生産する場合がある。このような場合には、正極及び負極が片側に集約された二次電池から、正極及び負極が互いに反対方向に配置された二次電池への被充放電対象電池の仕様の切り替えや、その逆の切り替えを行なうこともある。このように被充放電対象電池の仕様を切り替える場合に、それぞれの仕様に応じた充放電装置を用意するとコスト増大を招く。一方、被充放電対象電池の仕様が変わる度に充放電ユニットの交換や充放電装置の改造をすると生産性の低下を招く。

そこで、本発明では、被充放電対象電池の仕様の切り替えを容易かつ低コストで実行可能にすることを目的とする。

本発明のある態様によれば、厚さ方向に並べた複数の二次電池の正極及び負極の各電極タブに電源側端子を接続して充放電を行なう充放電装置の、隣り合う二次電池の間に配置される電池保持用スペーサが提供される。電池保持用スペーサは、被充放電対象電池の正極タブまたは負極タブのいずれか一方が電源側端子と反対側に配置されている場合に使用される。そして、電池保持用スペーサは、二次電池のいずれか一方の電極タブと接触させるためのコンタクトチップと、電源側端子と対応する位置に設けられた擬似電極タブと、コンタクトチップと擬似電極タブとを導通させる導通部材とを備える。

上記態様によれば、電池保持用スペーサは、二次電池のいずれか一方の電極タブと接触させるためのコンタクトチップと、電源側端子と対応する位置に設けられた擬似電極タブと、コンタクトチップと擬似電極タブとを導通させる導通部材とを備える。このような電池保持用スペーサを用いれば、電極タブの一方が電源側端子と反対側に配置されていても、電源側端子を擬似電極タブに接続することで充放電を行なうことができる。

図１は、充放電装置の構成図である。 図２は、スペーサの構成を説明する為の斜視図である。 図３は、図１のＡ矢視図である。 図４は、図１のＡ矢視図の他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る充放電装置の構成図である。充放電装置１は、複数の二次電池１１を一度に充電することが可能であり、二次電池１１を厚さ方向に重ねるように並べて保持するマガジン２と、電源側端子１２を有する充放電治具３と、を含んで構成される。

電源側端子１２は、マガジン２に保持される二次電池１１の電極タブに接続する端子を備え、マガジン２に保持される二次電池１１の個数に応じた数だけ設けられている。充放電治具３が二次電池１１の方向に移動することで、電源側端子１２が二次電池１１の正極及び負極のタブに接続される。すなわち、電源側端子１２は両電極タブが同じ側に集約されている電池に対して、両電極タブが集約されている側から接近して、両電極タブと接続される構成になっている。

これに対し、本実施形態で用いる二次電池１１は、正極タブ１１Ａと負極タブ１１Ｂとが互いに反対側に配置されている。しかし、後述するスペーサ１０を用いることにより、電源側端子１２は二次電池１１の正極タブ１１Ａ及び負極タブ１１Ｂと電気的に接続される。

マガジン２は、ベースプレート１３と、ベースプレート１３に起立した状態で固定された端部板５、６と、端部板５、６の間に掛け渡された梁部材４と、梁部材４をガイドとして移動可能な可動プレート７とを含んで構成される。そして、端部板６と可動プレート７とに挟まれた空間に、二次電池１１が厚さ方向に積層するよう並べて保持される。

また、マガジン２の二次電池１１を保持する空間には、スペーサ１０が配置されている。スペーサ１０は、隣り合う二次電池１１の間に配置され、二次電池１１を厚さ方向から挟み込むものであり、保持する二次電池１１を挟み込むだけの数が配置される。

可動プレート７は、二次電池１１及びスペーサ１０に対して端部板６方向の荷重を付勢するものである。これは、二次電池１１は充電時にガスを発生して膨張するので、膨張による位置ズレを抑制するためである。荷重を付勢する構成としては、例えばバネ部材の弾性力を用いてもよいし、空気圧または油圧を用いてもよい。

次に、二次電池１１の正極タブ１１Ａ及び負極タブ１１Ｂと電源側端子１２との接続について説明する。

電源側端子１２は上述したように正極及び負極のタブが同じ側に集約されている電池に対応する構成であるのに対し、二次電池１１は正極タブ１１Ａと負極タブ１１Ｂとが互いに反対側に配置されている。このため、充放電治具３をマガジン２の方向に移動させても、負極タブ１１Ｂと電源側端子１２とが接触することはない。したがって、スペーサ１０が二次電池１１を挟み込む機能しか有しない場合には、負極タブ１１Ｂと電源側端子１２とが電気的に接続されることはない。

しかし、本実施形態では以下に説明するスペーサ１０を用いることで、負極タブ１１Ｂと電源側端子１２とを電気的に接続させることを可能にしている。

図２はスペーサ１０及び二次電池１１の斜視図であり、図３は図１のＡ矢視図である。

スペーサ１０は、二次電池１１の負極タブ１１Ｂと接触するコンタクトチップ２０と、二次電池１１の正極タブ１１Ａと同じ側に突出するよう配置された擬似電極タブ２２と、コンタクトチップ２０と擬似電極タブ２２とを接続する導通部材２１と、を備える。

なお、図２のコンタクトチップ２０、導通部材２１、及び擬似電極タブ２２は、図中に破線で示したスペーサ１０の、二次電池１１と対向する面に配置される。

コンタクトチップ２０は、図３においては負極タブ１１Ｂと接触する側に凸な複数の凸部で構成されているが、これは可動プレート７により荷重が付勢された状態で負極タブ１１Ｂと確実に接触させるためである。すなわち、コンタクトチップ２０の形状は負極タブ１１Ｂとの接触を確保できるものであればよく、図３の形状に限られるわけではない。

スペーサ１０のコンタクトチップ２０を設けた面と対向する面にはストッパー２３が配置されており、可動プレート７により荷重が付勢されたときに、負極タブ１１Ｂをコンタクトチップ２０とストッパー２３とで挟み込む構成となっている。

ストッパー２３がなくても、可動プレート７により荷重が付勢されることで負極タブ１１Ｂとコンタクトチップ２０とは接触するが、ストッパー２３を設けると負極タブ１１Ｂのコンタクトチップ２０から離れる方向への変形が抑制され、より確実に接触する。

擬似電極タブ２２は、充放電装置１の本来の被充放電対象電池（つまり、両電極タブが同じ側に集約された二次電池）を保持したときの、当該二次電池の負極タブの位置に配置される。図２では擬似電極タブ２２は正極タブ１１Ａより下方に配置されているが、例えば、電源側端子１２が正極タブ１１Ａと同じ高さでなければ接触しない構成であれば、擬似電極タブ２２を正極タブ１１Ａと同じ高さに並ぶように配置する。

なお、電源側端子１２は負極タブ１１Ｂと接続することを前提として作られているので、擬似電極タブ２２は負極タブ１１Ｂと同じ厚さに形成することが望ましい。

導通部材２１は、例えばバスバー等の導電性の部材を用いて成形する。

なお、図４に示すように、スペーサ１０の二次電池１１と対向する部位にラバー３０を配置してもよい。図４は図３と同様に図１のＡ矢視図である。ラバー３０を配置することによる効果は以下の通りである。

二次電池１１を二枚のスペーサ１０で挟持する場合に、二次電池１１を位置ズレしないように保持するために必要な圧力は、コンタクトチップ２０と負極タブ１１Ｂとを確実に接触させる為に必要な圧力に比べて小さい。しかし、可動プレート７により付勢する荷重は、部位ごとに異なる大きさに設定することができない。したがって、可動プレート７により付勢する荷重は、コンタクトチップ２０と負極タブ１１Ｂとを接触させるのに適した大きさに設定することとなり、これは二次電池１１を保持するには過剰な大きさとなる。

しかし、スペーサ１０と二次電池１１との間にラバー３０を介在させることにより、可動プレート７により付勢される荷重の一部はラバー３０に吸収されるので、二次電池１１にかかる荷重を低減できる。また、仮にスペーサ１０又は二次電池１１に歪みがある場合でも、ラバー３０を介在させることで、スペーサ１０と二次電池１１との間に局所的に高い荷重がかかることを防止できる。

また、コンタクトチップ２０、擬似電極タブ２２、及び導通部材２１を、スペーサ１０に対して着脱可能としてもよい。この場合、既存のスペーサ、つまり両電極タブが同じ側に集約された電池用のスペーサを流用できるので、設備投資を抑えることができる。

なお、コンタクトチップ２０及び導通部材２１が、両電極タブが同じ側に集約された二次電池を保持する際に干渉しないのであれば、擬似電極タブ２２のみを着脱可能にしてもよい。これによれば、被充放電対象電池の仕様を切り替える場合の作業が擬似電極タブ２２の着脱のみとなるので、生産性がより向上する。

以上説明した実施形態の効果についてまとめると以下のようになる。

（１）スペーサ１０は、厚さ方向に並べた複数の二次電池１１の正極タブ１１Ａ及び負極タブ１１Ｂに電源側端子１２を接続して充放電を行なう充放電装置１の、隣り合う二次電池１１の間に配置されるものである。また、被充放電対象電池の正極タブ１１Ａまたは負極タブ１１Ｂのいずれか一方が電源側端子１２と反対側に配置されている場合に使用される。そして、スペーサ１０は二次電池１１の正極タブ１１Ａまたは負極タブ１１Ｂのいずれか一方と接触させるためのコンタクトチップ２０と、電源側端子１２と対応する位置に設けられた擬似電極タブ２２と、コンタクトチップ２０と擬似電極タブ２２とを導通させる導通部材２１とを備える。

上記のようなスペーサ１０を用いて二次電池１１を厚さ方向に積層した状態でマガジン２に保持すると、負極タブ１１Ｂと電気的に接続された擬似電極タブ２２が正極タブ１１Ａと同じ側に突出する。よって、被充放電電池の両電極タブが同じ側に集約されていることを前提として設計された電源側端子１２をそのまま使って、両電極タブが互いに反対方向に配置された二次電池１１の充放電を行なうことが可能となる。換言すると、スペーサ１０を用いることで、両電極タブが同じ側に集約された電池を本来の被充放電対象電池とする充放電装置１をそのまま用いて、両電極タブが互いに反対方向に配置された二次電池１１の充放電を実施できる。これにより、被充放電対象電池の仕様を変更する場合の充放電装置１の改造が不要となり、コストの削減や生産中断時間の短縮を実現できる。

なお、本実施形態では、二次電池１１の両電極タブ１１Ａ、１１Ｂが同じ側に配置されていることを前提として設計された充放電装置１で、両電極タブ１１Ａ、１１Ｂが互いに反対方向に配置されている二次電池１１の充放電を行なう場合に使用するスペーサ１０について説明した。しかし、本実施形態の思想に基づけば、二次電池１１の両電極タブ１１Ａ、１１Ｂが互いに反対側に配置されていることを前提として設計された充放電装置１で、両電極タブ１１Ａ、１１Ｂが同じ側に集約されている二次電池１１を充放電することもできる。この場合、スペーサ１０のコンタクトチップ２０を、接続されるべき電源側端子１２と反対側にある電極タブと接触させ、擬似電極タブ２２を、接続されるべき電源側端子１２と同じ側に突出させればよい。

（２）コンタクトチップ２０、擬似電極タブ２２、及び導通部材２１を、スペーサ１０に対して着脱可能としてもよい。この場合、既存のスペーサ１０、つまり本来の被充電対象電池用のスペーサ１０を流用できるので、設備投資を抑えることができる。

（３）スペーサ１０の、二次電池１１と対向する部位に弾性部材（ラバー３０）を配置してもよい。これによれば、可動プレート７により付勢される荷重の一部がラバー３０に吸収されるので、二次電池１１にかかる荷重を低減できる。また、仮にスペーサ１０又は二次電池１１に歪みがある場合でも、ラバー３０を介在させることで、スペーサ１０と二次電池１１との間に局所的に高い荷重がかかることを防止できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 充放電装置
２ マガジン
３ 充放電治具
７ 可動プレート
１０ スペーサ
１１ 二次電池
２０ コンタクトチップ
２１ 導通部材
２２ 擬似電極タブ
３０ ラバー（弾性部材）

Claims (4)

1. 厚さ方向に並べた複数の二次電池の正極及び負極の各電極タブに電源側端子を接続して充放電を行なう充放電装置の、隣り合う前記二次電池の間に配置される電池保持用スペーサにおいて、
   被充放電対象電池の正極タブまたは負極タブのいずれか一方が前記電源側端子と反対側に配置されている場合に使用され、
   前記二次電池のいずれか一方の電極タブと接触させるためのコンタクトチップと、
   前記電源側端子と対応する位置に設けられた擬似電極タブと、
   前記コンタクトチップと前記擬似電極タブとを導通させる導通部材と、
   を備えることを特徴とする電池保持用スペーサ。
2. 請求項１に記載の電池保持用スペーサにおいて、
   前記コンタクトチップ、前記擬似電極タブ、及び前記導通部材が着脱可能であることを特徴とする電池保持用スペーサ。
3. 請求項１または２に記載の電池保持用スペーサにおいて、
   前記二次電池と対向する部位に弾性部材を有することを特徴とする電池保持用スペーサ。
4. 厚さ方向に並べた複数の二次電池の正極及び負極の各電極タブに電源側端子を接続して充放電を行なう充放電装置の隣り合う前記二次電池の間にスペーサを配置して、前記二次電池を一つずつ厚さ方向から挟み込むように保持する電池保持方法において、
   前記二次電池の前記電源側端子と反対側に配置された電極タブと前記スペーサに設けたコンタクトチップとを接触させ、
   前記電源側端子を、前記コンタクトチップと導通部材を介して導通し前記電源側端子と同じ側に配置された擬似電極タブ、及び前記二次電池の正極または負極のいずれか他方のタブに接続することを特徴とする電池保持方法。

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