JP6571359B2 - 充放電検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池やキャパシタなどの蓄電デバイスを検査する充放電検査装置に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池をはじめとする繰り返し充電可能な二次電池、あるいは電気二重層コンデンサ（以下、蓄電デバイスと総称する）がモバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、家庭用蓄電システム、などの幅広い分野で利用されており、その重要性は近年ますます高まっている。

蓄電デバイスはその出荷前に、充放電検査装置を用いて正常に機能するかが検査される。図１は、本発明者が検討した充放電検査装置を示す図である。充放電検査装置１００ｒは、電源ユニット１０２および検査ラック２００を備える。

蓄電デバイス１は、トレー４００に収容された状態で、搬送され、検査される。ひとつのトレー４００には、最大でＮ個（Ｎは２以上の整数）の蓄電デバイス１が収容可能となっている。

検査ラック２００には、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）のスロット２０２が設けられる。蓄電デバイス１を載せたトレー４００は、スロット２０２に挿入される。検査ラック２００の内部には、各スロット２０２ごとに設けられたプローブが設けられ、このプローブが蓄電デバイス１の電極と電気的に接触する。

電源ユニット１０２は、検査ラック２００に収容される蓄電デバイス１それぞれを、充放電することにより、複数の蓄電デバイス１を並列に検査可能に構成される。たとえば電源ユニット１０２は、スロット２０２ごとに設けられたコンバータ１０４を備える。コンバータ１０４は、対応するスロット２０２に収容されるＮ個の蓄電デバイス１に対応するＮチャンネルの出力を有する。

スタッカクレーン４は、トレー４００を搬入し、それを検査ラック２００の空きスロットにトレー４００を挿入する。また検査が終了したトレー４００を、スロット２０４から引き抜き、搬出する。

特開平８−１８９９５５号公報 特開平８−００７９３３号公報 特開２０１１−１３８９８１号公報 特開２０１２−２１６４２４号公報

蓄電デバイス１の検査工程において、その温度管理はきわめて重要であり、高精度な検査のためには、蓄電デバイス１のデバイス温度、あるいは環境温度が所望の値に安定に保たれている必要がある。

図１の充放電検査装置１００ｒにおいて、検査ラック２００には、最大でＫ×Ｎ個の蓄電デバイス１が収容される。しかしながら、充放電検査装置１００ｒが設置された検査ルーム、あるいは工場内の温度管理を行うだけでは、すべてのスロットの温度、あるいはすべての蓄電デバイス１の温度を均一に保つことは難しい。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複数の蓄電デバイスの温度を所定温度に均一に安定化可能であり、および／または複数の蓄電デバイスの温度を短時間で所定温度に安定化可能な充放電検査装置の提供にある。

本発明のある態様は、充放電検査装置に関する。充放電検査装置は、少なくともひとつの充放電ユニットを有する。充放電ユニットは、複数の蓄電デバイスを搭載するトレーと、スロットに挿入されたトレーに、調温された空気を供給する給気ダクトと、トレーに対して高さ方向に相対的に可動なプローブユニットと、トレーが載置されるベースステージと、プローブユニット、ベースステージとともに、給気ダクトからの空気が流通する実質的な閉流路を形成する側壁と、を備える。
蓄電デバイスの周囲に局所的な空気の閉流路を形成することにより、蓄電デバイスの近傍で精密な温度制御が可能となる。その結果、複数の蓄電デバイスの温度を所定温度に均一に安定化可能であり、および／または複数の蓄電デバイスの温度を短時間で所定温度に安定化できる。

側壁は、トレーと一体に形成されてもよい。

充放電ユニットは、プローブユニットとトレー上に載置される複数の蓄電デバイスの間には挿入された第１の断熱材をさらに備えてもよい。
これにより、空気の閉流路をより外部と熱的に遮断することができる。

充放電ユニットは、トレーとベースステージの間に挿入された第２の断熱材をさらに備えてもよい。
これにより、空気の閉流路をより外部と熱的に遮断することができる。

トレーの底面には、開口部が形成されてもよい。
これにより、蓄電デバイスの底面にも空気の流路を形成できるため、側面に加えて、底面からも蓄電デバイスを加熱（もしくは冷却）することができ、蓄電デバイスの温度変化を速めることができる。

充放電検査装置は、充放電ユニットの周囲を囲む断熱パネルをさらに備えてもよい。
充放電ユニットを単位として断熱することで、さらに温度の均一性を高めることができる。

本発明の別の態様も充放電検査装置に関する。充放電検査装置は、少なくともひとつの充放電ユニットを有する。充放電ユニットは、複数の蓄電デバイスを搭載するトレーであって、ＸＹ平面が水平面を構成するようにＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、複数の蓄電デバイスはＸ軸方向に並べられており、隣接する蓄電デバイスの間隔は１０ｍｍ以下であるトレーと、スロットに挿入されたトレーにＹ軸方向に沿って、調温された空気を供給する給気ダクトと、を備える。

この態様によると、蓄電デバイスの間隔を１０ｍｍ以下と狭くすることにより、それらの間を通過する調温された空気の流速を高めることができる。これにより、トレー内の温度の均一性を高めることができ、ひいては複数の蓄電デバイスの温度を均一に、所定温度に安定化することができる。また所定温度に安定化するまでに要する時間を短縮することができる。

好ましくは蓄電デバイスの間隔は５ｍｍ以下であり、より好ましくは、２〜３ｍｍ以下である。間隔の下限は、蓄電デバイスの膨張を考慮して定めればよい。
蓄電デバイスの間隔を５ｍｍ以下、２〜３ｍｍ程度とすることで、１個のトレーに搭載可能な蓄電デバイスの個数を増やすことができ、検査の時間的な効率を高めることができる。

充放電ユニットは、トレーに対してＺ軸方向に相対的に可動なプローブユニットと、トレーが載置されるとともに給気ダクトが設けられたベースステージと、空気が流通する実質的な閉流路を、プローブユニット、ベースステージとともに形成する側壁と、をさらに備えてもよい。
蓄電デバイスの周囲に局所的な空気の閉流路を形成することにより、蓄電デバイスの近傍で精密な温度制御が可能となる。その結果、複数の蓄電デバイスの温度を所定温度に均一に安定化可能であり、および／または複数の蓄電デバイスの温度を短時間で所定温度に安定化できる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様の充放電検査システムによれば、複数の蓄電デバイスの温度を所定温度に均一に安定化でき、および／または複数の蓄電デバイスの温度を短時間で所定温度に安定化できる。

本発明者が検討した充放電検査装置を示す図である。 実施の形態に係る充放電検査装置の構成を示す図である。 実施の形態に係るトレーの斜視図である。 充放電ユニットのスロットの内部を示す斜視図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、充放電ユニットの平面図、正面図、右側面図である。 充放電ユニットの断面図である。 図７（ａ）〜（ｃ）は、第１変形例に係る充放電検査装置の平面図、正面図、右側面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図２は、実施の形態に係る充放電検査装置１００の構成を示す図である。充放電検査装置１００は、複数の蓄電デバイス１それぞれを充電し、あるいは放電することにより、各蓄電デバイス１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。蓄電デバイス１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、あるいは電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどが例示されるが、特に限定されない。

充放電検査装置１００は、電源ユニット１０２および検査ラック２００を備える。本実施の形態において、検査ラック２００は、複数の充放電ユニット３００を縦方向（高さ方向）にスタックし、および／または横方向に連結することにより構成される。図２には、充放電ユニット３００が縦方向に３個、横方向に２個連結される様子が示されるが、充放電ユニット３００の個数は特に限定されず、検査対象の蓄電デバイス１の個数に応じて、追加、削減することができる。

電源ユニット１０２は、検査ラック２００に収容される蓄電デバイス１それぞれを、充放電することにより、複数の蓄電デバイス１を並列に検査可能に構成される。電源ユニット１０２の機械的構造および電気的構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。

充放電ユニット３００はそれぞれ同一の構造を有する。充放電ユニット３００はそれぞれ、Ｍ個（Ｍは自然数）のスロット３０２＿１〜３０２＿Ｍを備える。本実施の形態では、Ｍ＝１の場合を説明する。

各スロット２０２には、少なくともひとつの蓄電デバイス１を搭載するトレー４００が挿入可能である。トレー４００は、図１に示すスタッカクレーン４により搬送される。

図３は、実施の形態に係るトレー４００の斜視図である。ＸＹ平面が水平面を構成するようにＸＹＺ三次元座標系が定義される。この座標系は便宜的なものであり、使用における各部材の向きを限定するものではない。図３には、実施の形態に係る充放電検査装置１００の第１の特徴が示される。トレー４００は、複数の蓄電デバイス１を、Ｘ軸方向に並べた状態で支持、固定する。Ｘ軸方向に隣接する蓄電デバイス１の間隔Δｄは、１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下である。

蓄電デバイス１の充放電を繰り返すと、蓄電デバイス１は膨張する。そこで蓄電デバイス１の間隔Δｄは、蓄電デバイス１が膨張した状態で、隣接する蓄電デバイス１同士が接触しない範囲で、なるべく近接して配置することが好ましい。この観点から、蓄電デバイス１の間隔は２〜３ｍｍが好適である。

トレー４００のＸ方向の両端部には、隔壁４０２が設けられる。またトレー４００の底面には、開口部４０４もしくは凹部が設けられる。両端の蓄電デバイス１と隔壁４０２の距離Δｄ’は、間隔Δｄより長く、たとえば２０〜３０ｍｍとしてもよい。トレー４００のＸＺ平面は大きく開口されている。トレー４００はベーク材などの熱伝導率の低い樹脂を用いて、樹脂成型により作成可能である。この隔壁４０２は、後述する閉流路の側壁をなしている。

図４は、充放電ユニット３００のスロット３０２の内部を示す斜視図である。昇降フレーム（ベースステージ）３２０は、図示しない昇降機構により上下に移動可能である。昇降フレーム３２０の上には、複数のトレーサポート３２６が設けられる。図３のトレー４００は、トレーサポート３２６の上に支持される。また昇降フレーム３２０上には、トレー４００がＸ方向にずれるのを防止するためのストッパ３２８が設けられる。昇降フレーム３２０上には、断熱材３３０を敷き詰めることが望ましい。ストッパ３２８は、隔壁４０２とともに後述する閉流路の側壁の一部を成すものとも把握できる。ストッパ３２８は、断熱性が高い材料、たとえば樹脂で構成することが望ましい。

給気ダクト３２２は、図示しない温調設備と連結されている。給気ダクト３２２は、スロット３０２内のトレー（図４には不図示）に対してＹ軸方向に沿って、調温された空気３３２を供給する。トレーサポート３２６は、トレーの下側にＹ軸方向に空気が流通可能な形状、構造を有し、そのように配置される。具体的にはトレーサポート３２６には、Ｙ方向の空気３３２の流路が形成されるように、開口部３２７が設けられている。なおトレーサポート３２６をＹ軸方向に沿って配置してもよい。これにより、Ｙ軸方向に流れる調温された空気をトレーの下側に導くことができ、トレー周囲およびその内部の温度を均一化することができる。

充放電検査装置における一般的な温調設備は冷却を目的とした物であるところ、本実施の形態では、給気ダクト３２２から供給される空気は、閉流路の内側の温度、言い換えればトレー内部およびその周囲の温度が、すなわち閉流路の外側の温度より高くなるように調温されており、したがって閉流路内および蓄電デバイス１は、空気３３２によって加熱される。閉流路内を加熱して温度を均一に保つことにより、冷却する場合に比べて、均一性を高めることができる。

昇降フレーム３２０上の給気ダクト３２２と対向する位置には、給気ダクト３２２からの空気３３２を排気するための排気ダクト３２４が設けられる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、充放電ユニット３００の平面図、正面図、右側面図である。図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、充放電ユニット３００はさらに、プローブユニット３１０を備える。プローブユニット３１０は、蓄電デバイス１の電極２ごとに設けられたプローブ３１２を備える。プローブユニット３１０の蓄電デバイス１と対向する面と、蓄電デバイス１の間には、断熱材３１４が挿入されている。断熱材３１４は、プローブが挿通できるように開口されている。たとえば断熱材３１４および後述の断熱材３３０は、金属より熱伝率が高い部材で構成され、たとえば樹脂でもよい。また断熱材３１４，３３０は、昇降フレーム３２０やプローブユニット３１０よりも断熱性の高い材料が採用されうる。断熱材３１４，３３０は、板状のプレートとして構成されてもよく、繊維で構成されたり、また複数の層をなしてもよい。プローブユニット３１０自体も、熱伝導率の低い材料で構成することが望ましい。

図５（ａ）〜（ｃ）には、実施の形態に係る充放電ユニット３００の第２の特徴が示される。すなわちこの充放電ユニット３００には、プローブユニット３１０、ベースステージ３２０ならびに隔壁４０２およびストッパ３２８を含む側壁によって、空気３３２の実質的な閉流路が形成されている。

またこの閉流路は、その上面において断熱材３１４によって断熱され、その底面において断熱材３３０によって断熱されている。隔壁４０２を樹脂成型にてトレー４００と一体に構成した場合、その断熱性は高いといえる。さらにストッパ３２８も断熱性の高い材料で構成した場合、閉流路を、熱的にその周囲の空間と遮断することができる。これを第１の断熱壁という。

図６は、充放電ユニット３００の断面図である。図６には充放電検査装置１００の第３の特徴が示される。充放電検査装置１００は、充放電ユニット３００の周囲を覆う断熱パネル３４０をさらに備える。断熱パネル３４０は、充放電ユニット３００の筐体３４２の内側に貼られている。なお断熱パネル３４０は、筐体３４２の外側に貼られてもよい。つまり、閉流路３５０と充放電ユニット３００の内部空間３４４の間が、第１断熱層（破線）３５２で断熱され、内部空間３４４と充放電ユニット３００の外部空間３４６の間が、断熱パネル３４０に相当する第２断熱層（一点鎖線）３５４で断熱されている。

以上が実施の形態に係る充放電検査装置１００の構成である。続いてその動作と効果を説明する。

従来の充放電検査装置１００においては、蓄電デバイス１の間隔は２０〜３０ｍｍ程度、大きい場合には５０ｍｍであった。これに対して充放電検査装置１００では、蓄電デバイス１の間隔Δｄを１０ｍｍ以下とした（第１の特徴）。

給気ダクト３２２から所定温度に調温された空気３３２を供給すると、その空気は直接的に複数の蓄電デバイス１に吹き付けられ、複数の蓄電デバイス１の間に形成される幅５ｍｍ以下の狭い空間に沿って流れる。空気の流量が一定であるとき、その流速は、断面積が小さい方が大きくなる。したがって充放電検査装置１００によれば、蓄電デバイス１を高速に加熱（もしくは冷却）することができ、蓄電デバイス１を所望の温度とするまでの時間（安定化時間）を従来に比べて大幅に短縮できる。また充放電検査装置１００によれば、蓄電デバイス１の側面の温度を均一にすることができる。つまり、充放電検査装置１００によれば、局所を精密に温調することができる。

加えて、蓄電デバイス１の底面側には、トレー４００に設けた開口部４０４による空気の流路が形成される。また蓄電デバイス１の上面には蓄電デバイス１とプローブユニット３１０の間に、空気の流路が形成される。したがって空気は蓄電デバイス１の全６面に沿って流れることとなり、各蓄電デバイス１を均一に、および／または高速に、加熱もしくは冷却することができる。上面および底面の流路の断面積は、側面の断面積に比べて大きいため、相対的に大容量の空気を流すことができる。

またプローブユニット３１０、昇降フレーム３２０、側壁３３４により空気の閉流路３５０が形成されている（第２の特徴）。これにより給気ダクト３２２からの空気が周囲に拡散することなく、蓄電デバイス１の近傍に好ましいエアフローを形成できる。また外部からの温度の異なる空気が混入することも防止できる。これにより、複数の蓄電デバイス１の温度を均一化することができ、あるいは安定化時間を短縮できる。

加えてこの閉流路３５０を、断熱材３１４や断熱材３３０などにより外部から断熱することとした。これにより、さらに温度の均一性を高め、また安定化時間を短縮できる。特に、閉流路３５０の内側の温度は、その外側の温度より高くなるように制御されており、このことと断熱材３１４，３３０の組み合わせにより、温度の均一性はより一層高められる。

さらに図６に示すように、充放電ユニット３００全体を、断熱パネル３４０によって覆うこととした。これにより、閉流路３５０は、第１断熱層３５２と第２断熱層３５４の２重で断熱されることとなる。これにより、さらに温度の均一性を高め、また安定化時間を短縮できる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
図７（ａ）〜（ｃ）は、第１変形例に係る充放電検査装置１００の平面図、正面図、右側面図である。この変形例では、トレー４００には、Ｙ軸方向に２列に蓄電デバイス１が配列されている。そして昇降フレーム３２０の両側にトレー４００を挟むようにして２個の給気ダクト３２２Ａ，３２２Ｂが対向して設けられる。昇降フレーム３２０の中央には、排気用の排気口３６０が設けられる。その他の構成は、実施の形態と同様である。この変形例によれば、実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第２変形例）
実施の形態では、第１の特徴から第３の特徴のすべてを具備する充放電検査装置１００を説明したが、それらの任意の組み合わせを備える充放電検査装置１００も、本発明の技術的範囲に含まれる。

（第３変形例）
１個のトレー４００には、１列あたり、８個、１６個あるいは２４個の蓄電デバイス１を搭載してもよい。１個のトレー４００に搭載される蓄電デバイス１の個数は特に限定されない。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１００…充放電検査装置、１０２…電源ユニット、１０４…コンバータ、２００…検査ラック、２０２…スロット、３００…充放電ユニット、３０２…スロット、３１０…プローブユニット、３１２…プローブ、３１４…断熱材、４００…トレー、４０２…隔壁、４０４…開口部、３２０…昇降フレーム、３２２…給気ダクト、３２４…排気ダクト、３２６…トレーサポート、３２８…ストッパ、３３０…断熱材、３３２…空気、３３４…側壁、３４０…断熱パネル、３４２…筐体、３４４…内部空間、３５０…閉流路、３５２…第１断熱層、３５４…第２断熱層、３６０…排気口、１…蓄電デバイス、２…電極、４…スタッカクレーン。

Claims (8)

1. 少なくともひとつの充放電ユニットを有する充放電検査装置であって、
   前記充放電ユニットは、
   複数の蓄電デバイスを搭載するトレーと、
   スロットに挿入された前記トレーに、調温された空気を供給する給気ダクトと、
   前記トレーに対して高さ方向に相対的に可動なプローブユニットと、
   前記トレーが載置されるベースステージと、
   前記プローブユニット、前記ベースステージとともに、前記給気ダクトからの空気が流通する実質的な閉流路を形成する側壁と、
   を備え、
   前記側壁は、前記トレーと一体に形成されている、充放電検査装置。
2. 前記プローブユニットは、前記蓄電デバイスと対向する面を備え、さらに、前記面に断熱材を備えることを特徴とする請求項１に記載の充放電検査装置。
3. 前記充放電ユニットは、前記トレーと前記ベースステージの間に挿入された第２の断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の充放電検査装置。
4. 前記ベースステージに搭載され、前記トレーを指示するトレーサポートを有し、
   前記トレーサポートは、前記トレーの下側に空気が流通可能な構造を有し、
   前記トレーは、その底面に開口部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の充放電検査装置。
5. 前記充放電ユニットの周囲を囲む断熱パネルをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の充放電検査装置。
6. ＸＹ平面が水平面を構成するようにＸＹＺ三次元座標系を定義したときに、前記複数の蓄電デバイスは前記トレー上にＸ軸方向に並べられており、隣接する蓄電デバイスの間隔は１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の充放電検査装置。
7. 前記ベースステージに搭載され、前記トレーの移動を規制するストッパをさらに備え、前記ストッパは前記プローブユニット、前記ベースステージとともに、前記給気ダクトからの空気が流通する実質的な閉流路を形成する側壁となることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の充放電検査装置。
8. 前記給気ダクトは、前記側壁が形成されていない位置に配置され、
   前記給気ダクトから給気された空気の排気は、前記トレーを挟んで対向する位置に設けられた排気ダクト、あるいは前記ベースステージの中央に設けられた排気口を通じて行われることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の充放電検査装置。

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