JP6335393B2 - 電池の接続部を試験するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池の接続部を試験するための方法および装置であって、該電池のいくつが電池モジュール内においてそれらの電池電極によってバスバーに電気的に並列に接続されている、方法および装置に関する。

例えば、電気自動車用の電池モジュールは、例えば、５００個が並列に配置された、例えば、ＡＡフォーマットの形態にある市販のリチウムイオン電池を用いるこの技術によって、製造することができる。これは、極めて多数の電池の並列回路に係ることになる。その結果、電池モジュールの製造後に必要とされる試験において課題が生じる。

電池は、それらの電池電極によってバスバーに接続されている。これらの接続部は、多くの方法によって、例えば、直接的な接点として構成されてもよいし、または接続コネクタを介して構成されてもよい。接続コネクタは、例えば、ワイヤの形態にある場合、一方において電池電極に接続され、他方においてバスバーに接続されることになる。これらの接続部は、試験されねばならない。

したがって、本発明の課題は、電池の接続部を試験することができる方法および装置を開発することにある。

この課題は、請求項１に記載の方法の特徴および請求項５，６、または７に記載の装置の特徴によって解消されることになる。

本発明によれば、電池モジュールは、抵抗測定器に接続された１対の接触ピンによって接触されるようになっている。このような試験装置は、有効であることが分かっており、例えば、可動接触ピンによって種々の試験状況に容易に適応することができる。例えば、バネ接触式の接続部の抵抗または半田付け／溶接式の接続コネクタの抵抗は、本発明によれば、測定中に、１つの接触ピンを電池電極に接触させ、第２の接触ピンを該電池電極に接続された導体構成上の点に接触させることによって、検査され、これによって、接続部の品質に関する極めて正確なレポートを得ることが可能になる。電池モジュールの適切な機能に関するレポートは、電池モジュールの全ての電池を繰返しまたは同時に測定することによって、簡単に得られることになる。

請求項１の特徴によって、全ての接続部を個別に試験することができる。このために、１つの接触ピンは、例えば、各電池の電池電極上に配置され、他の接触ピンは、バスバー上に配置されることになる。請求項２の特徴によれば、測定の費用を、好ましくは、半減させることができる。もし測定中、１つの接触ピンを１つの電池の電池電極に着座させ、他の接触ピンを他の電池の電池電極に着座させたなら、１つの電池電極、バスバー、および他の電池電極間の接続部の全てを一回の測定によって測定することができる。したがって、２つの電池を同時に同一の測定経費によって測定することができる。さらに、この種の測定中、接触ピンの全てを同一の接触部位、すなわち、電池電極に接触させることによって、必要な試験装置の構造を簡素化させることができる。

請求項３に記載されているように、測定中、互いに隣接する電池電極に接触されるようになっていると有利である。その結果、２つの接触点間の導体接続経路が短縮され、測定精度を高めることができる。さらに、必要な試験装置をより小型化することができる。何故なら、例えば、接触ピン間の必要な最大距離が制限されるからである。最後に、より大きい明確さおよび簡素化の実現性が得られるという利点によって、偶然の支配を受けるアクセス方法と比較して、接触ピンを制御する装置およびプログラムをもたらすことができる。

もし各測定において従来法による１対の接触ピンしか用いられない場合、数百個の電池を有する電池モジュールの場合、著しい数の測定ステップが必要であり、これによって、全試験時間が延長されることになる。したがって、請求項４に記載されているように、接触ピンのいくつかの対を同時に接触させるようになっていると有利である。これは、著しい時間の節約を意味する。何故なら、接触ピンの移動回数は、常に最大の時間消費を必要とするからである。一方、実際の測定時間は、通常、無視できるほど短い。もし接触ピンのいくつかの対が同時に接触される場合、これらの接触ピンは、例えば、同時に移動されてもよく、測定は、例えば、並行に操作されるいくつかの抵抗測定器によって同時に行われてもよいし、または接触ピンの種々の対への抵抗測定器の迅速な切換えによって行われてもよい。

請求項５に記載されているように、電池が所定の格子状に配置された電池モジュールの場合、格子の全体にわたって移動することができる試験ヘッドであって、格子に対して適切に配置されたいくつかの接触ピンを保持している、試験ヘッドが設けられていると有利である。特に、極めて多数の電池を有する電池モジュールの場合、このようにして、試験を早めることができる。試験ヘッドは、１つの位置から他の位置に移動することができ、いくつかの測定を並行して行うことができる。多数の接触ピンを有する場合、このようにして、作業を極めて迅速に行うことができる。

請求項６に記載されているように、安全接触ピンが接触ピンと平行に設けられ、接触ピンと同一表面に接触するようになっていると有利である。両方の接触位置間の抵抗を測定することができる。これは、接触自体の品質に関するレポートをもたらすことになる。もし各接続測定中に接触品質も測定されたなら、測定品質を著しく高めることができる。

請求項７に記載されているように、バスバーがプレートとして構成され、該プレートが格子パターンに配置された孔を有しており、該孔の下方に関連する電池電極が配置されている電池モジュールは、有利に試験される。この場合、接触ピンは、接触のために孔を貫通するように配置され、かつ構成される。これによって、プレート状バスバーの自由側から電池電極に簡単かつ正確に接触することが可能になる。

本発明は、以下の図面に例示的かつ図式的に示されている。

２つの試験ヘッドによって電池モジュールの電池の接続部を試験するための装置の側面図である。 ２つの電池を示す、図１の線２−２に沿った拡大断面を示す図である。 図１の線３−３に沿った電池モジュールの上面図である。 図１の線４−４に沿った試験ヘッドを示す図である。 図１の線５−５に沿った他の試験ヘッドを示す図である。 他の試験ヘッドを示す図である。

図１は、フレーム２を有する試験装置１の側面図を示している。フレーム２は、モジュールキャリア３をヘッドキャリア４に接続しており、例えば、モジュールキャリア３が図示されないテーブルまたは床上に置かれるように設置されている。モジュールキャリア３は、試験されるべき図１に示されている電池モジュール５を受け入れるものである。

図２は、プレート状の上側バスバー６および該上側バスバー６と平行に配置された下側バスバー７を示す、電池モジュール５の断面を示している。バスバー６，７は、全く同一であるように構成されているとよい。複数の電池８が、均一な格子をなすように互いに平行に直立して保持された状態で、バスバー６，７間に配置されている。キャリア構造体９が、電池を保持し、該キャリア構造体内の全ての電池のバスバー６．７に対する位置を固定することができるようになっている。

図示されている２つの電池８は、同一種類、例えば、市販のＡＡフォ−マットの形態にある。これらの電池８は、長手方向に延在する円筒ハウジングを有しており、該ハウジングの両端の中心に電池電極１０，１１が着座している。

電池電極１０，１１は、図２にも示されているように、機械的に同一であるように構成されているとよい。これらの電池電極は、異なる極性（＋）および（−）を有しており、いずれも電気的に並列に接続されている。この目的を達成するために、図２において上側バスバー６に向かって位置する電池電極１０は、例えば、（＋）電極であり、上側バスバー６に接続されており、下側電極電池１１は、いずれも下側バスバー７に接続されている。図を簡素化するために、図２では、バスバーに対する電極接続部は、上側バスバー６に対してのみ示されている。

上側バスバー６は、上側電池電極１０が着座する位置に孔を備えてる。対応する孔１２が、下側バスバー７にも形成されている。

例えば、ワイヤまたはバンドの形状に形成された導電コネクタ１３の一端が上側電池電極１０に接続されており、その他端が上側バスバー６に接続されている。ここでは、コネクタ１３は、例えば、ワイヤとして構成され、その端が電池電極１０の表面に半田付けされるかまたはスポット溶接によって接続されるようになっているとよい。

また、コネクタ１３は、対応する方法によって、下側電池電極１１と下側バスバー７との間に配置されることになる。これらのコネクタ１３は、比較的小さい断面を有することができる。何故なら、これらのコネクタ１３は、単一の電池８の電流しか通す必要がないからである。バスバー６，７も、導電材料から構成されていなければならないが、より大きい断面を必要する。何故なら、いくつかの電池の電流が、バスバー６，７を通って流れるからである。

図３は、電池モジュール５、上側バスバー６、および上側バスバー６に配置された孔１２の上面図を示している。孔１２は、図示されている例示的実施形態では、規則正しい格子状に配置されており、これらの格子位置において、電池８および電池電極が直立している。２つの太い導電ケーブル１４，１５が、上側バスバー６および下側バスバー７を消費側、例えば、車両エンジンまたは車両エンジンの前に接続された制御電子機器に接続している。

電池モジュール５の取付けの後、電池モジュール５は、製造エラーに対して試験されねばならない。もし個々の電池８がすでに試験されていると仮定されたなら、該電池モジュール５の製造エラーの可能性がコネクタ１３の位置決めに関して十分に調べられるべきである。

コネクタ１３は、特定の電池電極１０の表面と上側バスバー６の表面との間にＳ字状に延在している。コネクタ１３の両端において、導電接続部が、例えば、スポット溶接によって、形成されねばならない。

もし例えば、半田付けまたは溶接が不完全であったなら、コネクタ１３の両端の一方に破断が生じることがあり、または接触不良が生じることがある。

このようなエラーは、極めて多数の接続部の場合、例えば、５００個の電池を有する電池モジュールに対する１０００個のコネクタの場合、可能な限り迅速に試験によって検査されねばならない。

ここでは、電池８とバスバー６，７との間の接続部の良好な導電性が重要である。これらの接続部の良好な導電性を検査するために、抵抗測定が行われる。このために、抵抗測定器１６が用いられる。抵抗測定器１６は、１対の接触ピン１７，１８によって、図２に示されているラインに接続される。

抵抗測定器１６は、従来構成の電流源１９および電流抵抗装置２０を備えている。電流源１９の既知の電圧を前提として、電流測定装置２０の表示は、明確に再計算され、抵抗測定値が得られるようになっている。図２に示されているように、例示的な実施形態では、抵抗は、十分に導通する短絡接続部において測定される。したがって、抵抗測定器１６は、特に低抵抗レンジ用として設計されるべきである。

コネクタ１３が両端で十分にかつ正確に接続されているかどうかを判断するために、測定は、コネクタが遮断されているかどうかをチェックすることを意図し、例えば、該コネクタの両端間において行われるとよい。したがって、バスバーへの接続導体の正しい接続を試験するために、一方の接触が接続導体に対してなされ、他方の接触がバスバーに対してなされてもよい。

これは、コネクタに対していくつかの測定が存在することを意味している。加えて、接続導体１３は、敏感であり、可能であれば、接触されるべきはない。この理由から、測定は、図２に示されているような方法によって、すなわち、同一バスバーに接続された互いに異なる電池の２つの電池電極間において行われるようになっている。図２の例では、この同一のバスバーは、上側バスバー６である。

図２に示されているように、２つの電池８は、これらの電池の上側電極１０に接触ピン１７，１８を接触させることによって、測定される。これによって、電流が、１つの電極から、そのコネクタ１４、上側バスバー６、他のコネクタを通って、他の電池８の電池電極１０に流れることになる。したがって、２つのバッテリ接続部の全てが連続して測定される。これは、測定の数を減らし、その結果、測定時間を半減させ、測定の有意性を最適化させることになる。

接触ピン１７，１８の１つの接触が不十分な場合、誤測定が生じることになる。接触の信頼性をチェックするために、安全測定が行われる。このために、安全抵抗測定器２１が設けられている。安全抵抗測定器２１は、基本的に抵抗測定器１６と同じ構成を有することができる。安全抵抗測定器２１は、図示されている２つの導体によって、一方において接触ピン１７に接続され、他方において安全接触ピン２２に接続される。もし接触ピン２２，２７の両方が電池電極１０の同一導体面に設置されたなら、この安全配置によって、接触ピン１７が電池電極１０に良好に接触しているかどうかを判断することができる。もし測定された抵抗が設定値を上回っていたなら、接触ピン１７の接触は、不十分である可能性があり、検査されねばならない。

完全な接触安全性を保証することを可能にするために、安全接触ピンを有する対応する安全回路が、接触ピン１８に対しても設けられるとよい。

図２に示されているように、電池８の底部が同じように下側バスバー７に接続されている。したがって、ここでも、試験が同様に行われるとよい。

図１に示されている試験装置１は、上記の試験に役立つものである。試験装置１は、電池モジュール５をモジュールキャリア３上に保持している。ヘッドキャリア４は、２つのヘッド駆動体２３，２４を保持しており、これらのヘッド駆動体２３，２４自体は、各々、試験ヘッド２５，２６を保持し、該試験ヘッド２５，２６を所望の試験方法に応じてｘ，ｙ、ｚ軸方向に移動させることが可能である。

試験ヘッド２５，２６は、異なる大きさを有しており、多数の接触ピン１７，１８を保持している。抵抗測定器は、図示されない方法によって接触ピンに接続されており、２つの接触ピン間の抵抗を測定することができるようになっている。他の実施形態では、この目的のために対の接触ピン間で切り換えることができるように構成された１つの抵抗測定器のみによって、全ての対の接触ピンを操作することができるようになっている。

試験ヘッド２５，２６は、図１，４，５に示されているように、異なる大きさを有している。例示的な実施形態では、試験ヘッド２５は、８本の接触ピンを保持しており，試験ヘッド２６は、４本のヘッドピンを保持している。

図６は、異なるピン配置を有する試験ヘッド２７を示している。しかし、図示されている全てのヘッド２５，２６，２７のピン配置は、図３に示されているように、電池モジュール５の孔１２の格子配置に明らかに適合している。

図１は、接触しない上昇位置にある試験ヘッド２５を示すと共に、接触ピンが電池モジュール５の電池電極１０に接触する降下位置にある試験ヘッド２６を示している。

電池モジュール５の頂部が完全に試験されたとき、底部を同様に試験するために、電池モジュールを反転させることができる。

極めて大きい電池モジュール５の場合、極めて多くのピンを有する試験ヘッド２５、例えば、図示されている８本のピンを有する試験ヘッド２５を用いることができる。勿論、試験プロセスをさらに早めるために、さらに一層大きい試験ヘッドを用いることもできる。

試験ヘッド、例えば、試験ヘッド２５は、図から明らかなように、その接触ピンの全てがいくつかの互いに隣接する位置に連続的に接触するように、電池モジュール５の表面上に配置されてもよく、これによって、全ての孔の完全な係合を達成することができる。図１に示されているように、異なる大きさの試験ヘッド２５，２６が用いられてもよい。例えば、大きな試験ヘッド２５にとって狭すぎる狭領域は、より小さい試験ヘッド２６によって試験されるとよい。

安全接触ピン２２が用いられる場合、これらの安全接触ピンは、試験ヘッドに追加的に設けられるべきである、この場合、試験ヘッド上の試験ピンの数が２倍になる。

図２は、コネクタ１３の幾何学的形状を示している。コネクタ１３は、バスバー６の孔１２を貫通するように配置されている。コネクタ１３は、敏感であり、接触ピン１７，１８と接触させるべきではない。したがって、接触ピン１７、１８，および任意選択的な接触ピン２２は、孔１２を通ってかつコネクタ１３に隣接して、すなわち、極めて狭い領域に配置されねばならない。ヘッド駆動体２３，２４の位置制御は、適切な精度で構成されるべきである。

１ 試験装置
２ フレーム
３ モジュールキャリア
４ ヘッドキャリア
５ 電池モジュール
６ 上側バスバー
７ 下側バスバー
８ 電池
９ キャリア構造体
１０ 電池電極
１１ 電池電極
１２ 孔
１３ コネクタ
１４ 導体ケーブル
１５ 導体ケーブル
１６ 抵抗測定器
１７ 接触ピン
１８ 接触ピン
１９ 電流源
２０ 電流測定装置
２１ 安全抵抗測定器
２２ 安全接触ピン
２３ ヘッド駆動体
２４ ヘッド駆動体
２５ 試験ヘッド
２６ 試験ヘッド
２７ 試験ヘッド

Claims (9)

1. 複数の電池と、前記複数の電池の電池電極を電気的に並列に接続するためのバスバーとを含む電池モジュール内の接続部を試験するための方法であって、
   抵抗測定器の第１および第２の接触ピンを前記電池モジュールに向かって移動させ、および／または前記電池モジュールを抵抗測定器の前記第１および第２の接触ピンに向かって移動させ、前記第１の接触ピンを前記電池モジュール内に含まれる前記複数の電池の１つの電極に接触させ、前記第２の接触ピンを導体構成上の点に接触させることであって、前記導体構成は、前記バスバーおよび前記複数の電池の他の１つの前記電極を含んでいる、ことと、
   前記抵抗測定器を用いて、前記第１の接触ピンおよび前記第２の接触ピン間の電気抵抗を測定することと、
   前記第１および第２の接触ピンを前記電極および前記導体構成から離脱させ、前記第１および第２の接触ピンを前記電池モジュールから離れる方に移動させ、および／または前記電池モジュールを前記第１および第２の接触ピンから離れる方に移動させることと、
   前記電極間の前記電気抵抗を評価することによって、前記バスバーと電極との間の欠陥のある接続を特定することと、
   を含む、方法。
2. 前記導体構成は、前記バスバーと前記第１のピンによって接触された前記電極との間に延在するコネクタ要素を含んでいる、請求項１に記載の方法。
3. 前記導体構成は、前記バスバーと前記複数の電池の他の１つの前記電極との間に延在するコネクタ要素を含んでいる、請求項１または２に記載の方法。
4. 測定中に、前記第２の接触ピンは、前記複数の電池のもう１つの前記電極に接触している、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 測定中、前記電池モジュール内の互いに隣接する電池の電池電極は、前記抵抗測定器の互いに別の接触ピンによって接触されるようになっている、請求項４に記載の方法。
6. 測定中、前記抵抗測定器の第１および第２の接触ピンのいくつかの対が、それぞれ、前記電池モジュールに含まれる互いに別の電池の電池電極および導体構成上の点に同時に接触するようになっている、請求項４または５に記載の方法。
7. 複数の電池が所定の格子状に配置されている電池モジュールにおいて、請求項１−６のいずれか１つに記載の方法を実行するための装置であって、前記格子の全体にわたって移動するように構成された試験ヘッドであって、前記格子に適合するように配置された複数の接触ピンを保持している、試験ヘッドを備える、装置。
8. 安全接触ピンが、安全抵抗測定器によって前記抵抗測定器の接触ピンに接続されており、前記接触ピンおよび前記安全接触ピンは、同一の接触可能な表面に同時に接触するように構成されている、請求項７に記載の装置。
9. 前記接触ピンは、プレートの形態にある前記電池モジュールの前記バスバーの少なくとも１つの孔を貫通し、前記孔の下方の前記電池モジュールの電池電極に接触することができるように、前記試験ヘッド上に配置され、かつ構成されている、請求項７または８に記載の装置。

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