JP6598294B2 - 充放電装置、充放電装置用のプローブピンの取付ユニット、充放電装置用のプローブピンユニット、及び充放電システム - Google Patents

Description

本発明は、充放電装置、充放電装置用のプローブピンの取付ユニット、充放電装置用のプローブピンユニット、及び充放電システムに関し、特に、充放電試験を効率的に行う充放電装置の組み立てに適した充放電装置、充放電装置用のプローブピンの取付ユニット、充放電装置用のプローブピンユニット、及び充放電システムに関する。

特許文献１には、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複数の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が開示されている。

この種の充放電装置の組み立ては、
（１）複数のスルーホールが形成された基板を用意し、
（２）それらのスルーホールの各々にプローブピンの一端を接続し、
（３）その後に、各スルーホールに対応する位置に開口部が形成された部材を、各々の開口部と各々のプローブピンの他端側とを位置合わせさせた状態で基板に向けて近づけていき、
（４）そして、各開口部に各プローブピンを通し、その後に、各プローブピンの一端を電源に接続する。

こうして組み立てられた充放電装置は、二次電池の正極用のものと負極用のものとが用意され、それぞれの充放電装置の各プローブピンが、二次電池の正極及び負極にそれぞれ接続されて、当該二次電池の充放電がなされる。
特開２０１５−６５０６９号公報

しかし、従来の充放電装置は、基板と部材とを近づけていっても、例えば、基板に形成されている複数のスルーホールが相対的に大きい場合には、各プローブピンが相互に異なる方向に傾いてしまうことがある。

係る場合には、開口部にうまくプローブピンが通りにくく、しかも、特に、基板にソリが生じている場合には、なおさら通りにくくなる。充放電装置には、例えば１００本以上のプローブピンが用いられるものもあるので、全てのプローブピンを開口部にうまく通さなければならないといった充放電装置の組立工程を含む場合には、作業者の負担は大きい。

そこで、本発明は、簡易に組立することができる、充放電装置、充放電装置用のプローブピンの取付ユニット、充放電装置用のプローブピンユニット、及び充放電システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
電源に接続可能な複数のプローブピン（例えば、図３のプローブピン４０ａ，４０ｂ）の一端が、基板（例えば、図３の基板５０）に形成されている複数のスルーホール（例えば、図３のスルーホール５１ａ，５１ｂ）内に位置され、当該各プローブピンの他端が二次電池（例えば、図６の二次電池２００）と接続可能とされており、前記各プローブピンを通じて二次電池の充放電を行う充放電装置に用いられる、プローブピンの取付ユニットであって、
前記各スルーホールに対応する位置に前記各プローブピンが相互に平行となる態様で通される条件で形成された複数の開口部（例えば、図３の挿入孔２２ａ，２２ｂ）を有する部材（例えば、図１の天板２０）と、
前記各プローブピンの他端が通される貫通孔（例えば、図３のピン挿入孔１３ａ〜１３ｄ）が形成されていて当該各プローブピンの軸方向の位置を規定する規定部（例えば、図３の取付部１０）と、を備える。

本発明によれば、部材によって各プローブピンを相互に平行として、かつ、規定部によって各プローブピンの軸方向を規定するため、各プローブピンの位置を固定化でき、各プローブピンが相互に異なる方向に傾いてしまうことを回避できるので、ユーザにとって便利である。

また、本発明のプローブピンユニットは、上記取付ユニットと、前記取付ユニットに装着される前記プローブピンとを備える。

さらに、本発明の充放電装置は、上記取付ユニットと、前記取付ユニットに装着されるプローブピンと、前記プローブピンが接続される前記基板とを備える。

さらにまた、本発明の充放電システムは、上記取付ユニットと、前記取付ユニットに装着されるプローブピンと、前記プローブピンが接続される前記基板と、前記基板に電気的に接続される電源とを備える。

本発明の実施形態の二次電池の充放電装置の一部を示す模式的な斜視図である。 図１に示す取付部１０付近の平面図である。 図２のＡ−Ａ’での断面図である。 図２のＢ−Ｂ’での断面図である。 図１に示す取付部１０の斜視図である。 図３に示すプローブピン４０の動作を示す図である。 図３に示すプローブピン４０と基板２０との接合状態の説明図である。

１０ 取付部
２０ 天板
３０ 側板
４０ プローブピン
５０ 基板
６０ スペーサ
１００ 充放電装置

図１は、本発明の実施形態の二次電池の充放電装置の一部を示す模式的な斜視図である。図２は、図１に示す取付部１０付近の平面図である。図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ’での断面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）の変形例を示す図である。図４は、図２のＢ−Ｂ’での断面図である。図５は、図１に示す取付部１０の斜視図である。

図１には、以下説明する、取付部１０と、天板２０と、側板３０と、プローブピン４０と、基板５０と、スペーサ６０とを示している。なお、本明細書における「充放電装置」には、充放電試験を行うための「充放電試験装置」も含まれるものとする。

基板５０は、プローブピン４０と二次電池の充電用電源との間に設けられている、プリント基板等である。図３に示すように、基板５０には、二次電池の充電用電源と電気的に接続されるプローブピン４０が通されるスルーホール５１ａ，５１ｂが形成されている。

スルーホール５１ａ，５１ｂは、内部に配線が形成されていて、かつ、当該配線と一体的にラウンドが形成されている。なお、プローブピン４０は、スルーホール５１ａ，５１ｂに通された状態で半田などによって基板５０に固着されてもよい。

天板２０は、図３に示すように、基板５０に形成されている複数のスルーホール５１ａ，５１ｂに対応する位置に、各プローブピン４０が相互に平行となる態様で通される条件で形成された複数の挿入孔（開口部）２２ａ，２２ｂが形成されている。

なお、ここでいう平行とは、厳密な意味での平行ではなく、挿入孔２２ａ，２２ｂにプローブピン４０がセットされた天板２０を、挿入孔２２ａ，２２ｂとスルーホール５１ａ，５１ｂとの軸心を位置合わせした状態で近づけたときに、プローブピン４０の先端がスルーホール５１ａ，５１ｂ内に納まる範囲内のものも含まれる。

取付部１０は、天板２０に組み込まれたプローブピン４０をしっかりと平行となる態様で固定しているので、天板２０に保持されているプローブピン４０を基板５０のピン挿入孔５１に挿入する際の位置合わせを容易にすることができる。

天板２０は、図２及び図４に示すように、取付部１０に対応して、スリット部２１ａ〜２１ｄが形成されている。ここでは、１つの取付部１０に対して４つのスリット部２１ａ〜２１ｄを形成する例を示しているが、取付部１０の例えば一対の短手方向側に２つのスリット部を形成することもできる。

天板２０は、図２に示すように、１つの取付部１０の周辺に、放充電試験中に発生する熱を充放電装置１００から逃がすために、例えば４つの空気孔２３ａ〜２３ｄが形成されている。

空気孔２３ａ〜２３ｄの大きさ及び個数は、二次電池及び充放電装置の構成部品の耐熱性を考慮して決定すればよい。一例としては、直径５〜８φ程度の大きさとし、かつ、図２に示すように、１つの取付部１０の四隅付近に形成すればよい。

スペーサ６０は、天板２０と基板５０との距離を規定するものである。スペーサ６０は、天板２０と基板５０とが平行な状態で対向できるように、所定間隔をもって複数設けられている。

側板３０は、基板５０を保護するものであり、天板２０と基板５０との間に亘って取り付けられている。なお、天板２０と基板５０とに挟まれた空間には、二次電池の充電用の電源に接続される電線を通すこともできる。もっとも、天板２０と基板５０との間に側板３０を取り付けることは、本実施形態では本質的なことではなく、これを割愛することもできる。

取付部１０は、図３及び図５に示すように、各プローブピン４０の他端が通されるピン挿入孔１３ａ，１３ｂが形成されていて、各プローブピン４０の軸方向の位置を規定するものである。取付部１０は、天板２０に着脱可能な構成とされている。

取付部１０は、図２、図４及び図５に示すように、スリット部２１ａ〜２１ｄに取り付けを実現するための例えば４つの取付端１２ａ〜１２ｄと、取付端１２ａ，１２ｂの先端に形成されている爪部１４ａ，１４ｂとを示している。

爪部１４ａ，１４ｂをスリット部２１ａ、２１ｂに位置合わせして、取付部１０を天板２０に対して嵌めると、これらが連結される。そして、爪部１４ａ，１４ｂが形成されているので、取付部１０は、天板２０に係止され、充放電装置１００の使用時には外れない。もっとも、取付部１０と天板２０との連結手法は、これに限られず、スリット部２１ａ〜２１ｄに代えてネジ孔を設け、かつ、取付端１２ａ〜１２ｄに代えてネジを用いてもよい。

ここで、取付端１２ａ，１２ｂは、取付部１０本体に対してやや外向きとなる態様で形成されていて、天板２０に対して取付部１０を着脱できるように、靭性を有するプラスチックなどからなる。また、図示しない治具をスリット部２１ａ，２１ｂ内に挿入することで、爪部１４ａ，１４ｂと天板２０との係止が解除され、天板２０から取付部１０を取り外すことができる。

なお、図３（ａ）に示す例は、１つの取付部１０に対して４本のプローブピン４０をセットする例を示したが、図３（ｂ）に示すように、１つの取付部１０に対してこれよりも多くのプローブピン４０をセットできるようにしてもよい。係る場合には、取付部１０と天板２０との間の適当な位置に、図示しないスペーサを設けるとよい。

プローブピン４０は、製品としての二次電池、ＬＳＩ等が正常に機能することを確認する検査の際に電極として用いられるものである。プローブピン４０は、その一端が基板５０のスルーホール５１ａ，５１ｂを介して二次電池を充電するための電源に接続可能とされており、その他端が二次電池の電極に接続可能とされている。

なお、図１にはプローブピン４０を１６本のみ示しているが、実際には、本実施形態では、例えば１２８本を設けることもできる。こうすると、両端に正極と負極とが各々位置する１２８個の二次電池を同時に充放電することが可能となる。

また、充放電装置１００の各構成部材は、安全対策上及びメンテナンス上の観点から難燃性であることを基本とし、また、電池の液漏れ等により有害なガスを発生しないことを考慮して、プラスチックを採用することが考えられ、ＵＬ ９４Ｖ−０の規格を満たすものとするとよい。本実施形態では、ユニレート（登録商標）又は、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂を用いている。なお、側板３０としては、天板２０ほど機械的性能は要求されないため、アルミニウム、アルマイト等の金属を用いることもできる。

図６は、図３に示すプローブピン４０の動作を示す図である。図６（ａ）には二次電池２００の充放電前後の状態を示し、図６（ｂ）には二次電池２００の充放電中の状態を示している。また、図６（ｃ）及び図６（ｄ）には図６（ａ）の変形例も示している。

まず、プローブピン４０の構成について説明する。プローブピン４０は、全体が細長い針状の形状をしている。プローブピン４０は、例えば、全長が約４２ｍｍで、直径が約２φとすることができる。プローブピン４０の材質は、ベリリウム銅、ニッケル青銅などを用いることができる。また、必要に応じて、ロジウムなどによるメッキ処理を施してもよい。

プローブピン４０は、以下説明する、第１プランジャー４２と、バレル４４と、第２プランジャー４６と、スプリング４８とを備える。

第１プランジャー４２は、以下説明する、先端部４２ａと、第１鍔部４２ｂと、脚部４２ｃと、テーパー部４２ｄとを有する。

先端部４２ａは、二次電池２００の電極に接触する部分である。ここでは、先端部４２ａは、二次電池２００の電極との良好な接触を実現するために、複数の突起部を備える突起形状（いわゆるクラウン型）としている。もっとも、先端部４２ａの形状は、これ以外のものでもよい。

先端部４２ａに隣接して脚部４２ｃが位置する。脚部４２ｃは、バレル４４の内側をスライドする部分である。脚部４２ｃは、先端部４２ａが形成されている部位に対して相対的に太くしてある。こうして、脚部４２ｃと先端部４２ａとの境界部分に、第１鍔部４２ｂを形成している。第１鍔部４２ｂは、ピン挿入孔１３の周辺とともに、第１プランジャー４２の軸方向の位置を規定するものである。

脚部４２ｃに隣接してテーパー部４２ｄが位置する。テーパー部４２ｄは、スプリング４８の一端を受ける部分である。なお、テーパー部４２ｄに隣接して、スプリング４８が、その一端側での水平方向の位置を規定するための端部が位置する。

図６（ａ）と図６（ｂ）とを対比するとわかるように、第１鍔部４２ｂは、二次電池２００の充放電前後には、ピン挿入孔１３の周辺に接しているが、二次電池２００の充放電中には、二次電池２００に押下されてピン挿入孔１３の周辺から離れている。

バレル４４は、内部にスプリング４８を保持するとともに、二次電池２００の充放電中に脚部４２ｃを収容する。また、バレル４４は、第２プランジャー４６が圧入等によって接続されている。

なお、図６（ｃ）に示すように、バレル４４と第２プランジャー４６とは一体で構成することも可能である。こうすると、プローブピン４０の部品点数が少なくなるので、接触抵抗が少なくなり、そのため、電流のロスが少なくなり、充放電効率が向上する。さらに、図６（ｄ）に示すように、板バネタイプのプローブピン４０を用いてもよい。

第２プランジャー４６は、基板５０のピン挿入孔５１に挿入される部分である。第２プランジャー４６は、基板５０のスルーホール５１ａ等に通される先端部４６ａを有する。また、先端部４６ａに隣接してバレル４４に対する圧入部４６ｂが位置する。さらに、圧入部４６ｂには、スプリング４８の他端を受ける受部４６ｃが形成されている。

なお、プローブピン４０と基板５０の電極との接触を確実にするために、図７に示すように、基板５０のピン挿入孔５１を加工してもよい。具体的には、アダプタ５２をピン挿入孔５１の内側に圧入し、次に、プローブピン４０の挿入側において、アダプタ５２と基板５０とを半田付けする。この加工により、プローブピン４０をより確実に基板５０の電極と接触させることができる。

スプリング４８は、バレル４４によって水平方向が規定されており、一端はテーパー部４２ｄによって、他端は受部４６ｃによって受けられる。スプリング４８のバネ定数は、例えば、４０ｇ／ｍｍ程度とすればよい。

なお、本実施形態のプローブピン４０は、使用によって経年劣化した第１プランジャー４２及びスプリング４８の交換時期がそれぞれ異なることから、容易に、パーツごとに交換が行えるようにしている点が特徴である。第１プランジャー４２と構造的に一体化している脚部４２ｃの外形は、バレル４４の内径より僅かに小さくなっているため、容易に第１プランジャー４２をバレル４４から抜き取ることができる。

交換時期の典型例を示すと、第１プランジャー４２の先端部４２ａは、数１０万回程度使用すれば、先端部分がフラットになるくらいに摩耗するので、このくらいの使用をすると、プローブピン４０の交換が推奨される。プローブピン４０の交換は、交換対象となるプローブピン４０が取り付けられている取付部１０を天板２０から取り外すこと、そのプローブピン４０のみ、更には、先端部４２ａのみを交換することができる。

なお、取付部１０と天板２０とによって取付ユニットを構成し、取付ユニットとプローブピン４０とによってプローブピンユニットを構成し、プローブピンユニットと基板とによって充放電装置１００を構成し、充放電装置１００とその電源とによって充放電システムを構成する。

図１等に示す充放電装置１００の組立手法の一例について説明する。まず、取付部１０の取付端１２を天板２０のスリット部２１に装着する。つぎに、取付部１０が下側、天板２０が上側となる位置関係で、天板２０に設けたピン挿入孔２２等側から、プローブピン４０の先端部４２ａを挿入していき、先端部４２ａを取付部１０をピン挿入孔１３ａ等を通す。これにより、プローブピン４０の第１鍔部４２ｂが、ピン挿入孔１３ａの周辺に到達する。

つぎに、スペーサ６０を設置した基板５０を用意し、基板５０が上側、天板２０が下側となる態様で天板２０と対向させる。そして、プローブピン４０の軸心に対して、基板５０のスルーホール５１ａ，５１ｂの軸心を位置合わせした状態で、基板５０と天板２０とを近づけて、プローブピン４０の先端部４６ａがスルーホール５１ａ，５１ｂ内に挿入させる。こうして、プローブピン４０と基板５０との接続が完了する。その後、天板２０と基板５０との側面に、側板３０を取り付ければ、充放電装置１００の組立が完了する。

本発明によれば、プローブピン４０を相互に平行状態としているので、プローブピン４０を基板５０のスルーホール５１ａ等に容易に挿入することが可能となる。また、これによる二次的な効果として、プローブピン４０の変形、損傷等を防止することもできる。

Claims (4)

1. 電源に接続可能な複数のプローブピンの一端が、基板に形成されている複数のスルーホール内に位置され、当該各プローブピンの他端が二次電池と接続可能とされており、前記各プローブピンを通じて二次電池の充放電を行う充放電装置に用いられる、プローブピンの取付ユニットであって、
   前記各スルーホールに対応する位置に前記各プローブピンが相互に平行となる態様で通される条件で形成された複数の開口部を有する部材と、
   前記部材に装着される規定部であって、当該部材側から挿入される前記各プローブピンの他端が通される貫通孔が形成されていて当該各プローブピンの各鍔部を受けることで当該各プローブピンの軸方向の位置を規定する規定部と、を備える取付ユニット。
   
2. 前記規定部は、前記部材に対して着脱可能である、請求項１記載の取付ユニット。
3. 請求項１記載の取付ユニットと、
   前記取付ユニットに装着される前記プローブピンと、
   前記プローブピンが接続される前記基板と、
   を備える充放電装置。
4. 請求項３記載の充放電装置と、
   前記基板に電気的に接続される前記電源と、
   を備える充放電システム。
   
   

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