JP6726267B2 - ６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機 - Google Patents

Description

本実用新案は６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション（化成、ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）治具機（夾具机、ｆｉｘｔｕｒｅ ａｐｐａｒａｔｕｓ、固定具）に関するものであり、６４チャンネルを採用することにより電池の生産効率を向上し、設備のコストを低減する。リチウム電池の自動化生産設備の面ではめざましい進歩を遂げ、既存の電池生産技術の工程の問題を解決し、電池生産の効率を向上し、作業者の労力を減らし、自動化生産設備のネック問題を解決する。

従来の電池生産技術において、加熱（加温、ｈｅａｔｉｎｇ）加圧と充放電フォーメーションは別々に行われ、且つこの二つの工程は必要とする時間の周期が長い上、加熱加圧を高温の条件下で行うため、環境温度が高く、作業者の操作に多くの不便をもたらす。さらに作業者が電池を搬送する時に電池本体と直接接触するため、電池の不良品率が高くなる。且つ人為的要因による不確実性を効果的に制御することができない。このような複雑な場合における重複作業にとって、自動化設備は言うまでもなく最も良い改善方法である。

二つの工程を一つの工程に統合し、且つ自動化操作を実現することを、推進すべきである。本設備はこのために開発された、自動化された６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機である。

従来の電池生産技術における、加熱加圧と充放電フォーメーションは別々に行うという欠陥を解消するために、本実用新案は加熱加圧と充放電フォーメーションの二つの工程を一つの工程に結合する６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機を提供する。本実用新案は、一括した材料供給を実現し、加熱、加圧、フォーメーション、及び不良電池判別などの機能を一つの設備だけで行うことができる。このシステムは操作しやすく、省エネルギーで、摩耗が低減でき、電池の生産量が向上でき、生産コストが低減できる。

本実用新案に採用されている技術的解決手法は以下のとおりである。

すなわち、６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機であって、ホルダ（机架、ｆｒａｍｅ）を含み、さらに圧力制御装置、６４チャンネル積層板、温度制御キャビネット、及び電池フォーメーションキャビネットを含み、前記圧力制御装置は前記ホルダに取り付けられ、前記６４チャンネル積層板は前記圧力制御装置に取り付けられている。前記６４チャンネル積層板は、加熱板、治具押圧板、温度センサ、接続チェーン、シリコンゴム板、及びリチウムイオンポリマー二次電池のタブをクランプするための電池タブ接触ピンを含み、複数の前記治具押圧板は互いに平行に設置され、且つ二つずつの治具押圧板の間に前記リチウムイオンポリマー二次電池をクランプする。前記リチウムイオンポリマー二次電池をクランプするための前記治具押圧板の表面に前記加熱板が貼り付けられ、加熱板が設置された表面との裏側の表面に前記シリコンゴム板が貼り付けられる。前記治具押圧板の内部に前記温度センサが取り付けられ、前記治具押圧板の端部は前記接続チェーンを通じて相互に接続されていることを特徴とする。

前記圧力制御装置は、圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構とを含み、前記圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構とはそれぞれホルダの両端に設置され、複数の前記治具押圧板は前記圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構との間に配置される。

前記圧力検出及び自動調整機構は、バネアセンブリ、圧力支持板、第一ガイドロッド、圧力支持板と接続される圧力検出センサ、及び圧力検出センサからデータをリアルタイムに読み取ると共にリアルタイムに圧力調整を行う検出制御プログラムを含み、前記バネアセンブリは二つの前記圧力支持板の間に固定され、前記圧力支持板は前記第一ガイドロッドを介して接続され、且つ前記圧力支持板は前記第一ガイドロッドの長手方向に沿って水平移動できる。

前記動力伝動機構は、サーボモータ、減速機、二段変速機（二級■速箱）、ボールねじペア、スクリュー推進板、及び第二ガイドロッドを含み、前記スクリュー推進板は第二ガイドロッドを介して前記治具押圧板と接続され、且つ治具押圧板とは平行に設置され、前記スクリュー推進板は第二ガイドロッドの長手方向に沿って水平移動できる。前記サーボモータは前記減速機と接続され、前記減速機の両側に前記二段変速機が対称的に設置され、且つ前記減速機は前記二段変速機と伝動接続され、前記二段変速機は前記ボールねじペアと接続され、前記ボールねじペアはスクリュー推進板と接続され、前記ボールねじペアはサーボモータによって治具押圧板を第二ガイドロッドの長手方向に沿って水平移動させるようにスクリュー推進板を駆動すると共に前記治具押圧板に加圧する。

前記二段変速機は、減速機と伝動接続（連動接続）されている主伝動歯車、一次伝動歯車、及び二次伝動歯車を含み、前記主伝動歯車は前記一次伝動歯車と噛み合い、前記一次伝動歯車は前記二次伝動歯車と噛み合い、前記二次伝動歯車は前記ボールねじペアとフラットキーによって接続される。

前記ボールねじペアは、スクリュー固定座、ボールナットとボールスクリューを含み、前記ボールナットは前記ボールスクリューに覆い被せられ、且つ前記ボールスクリューと前記ボールナットは回転可能に接続される。前記ホルダの両端の間にボールスクリューが設置され、前記ボールスクリューの一端は前記二次伝動歯車キーと接続され、他端はボールスクリュー固定座を介してホルダに設置される。

前記電池フォーメーションキャビネットは、プリント基板、電池に合わせるように電池の大きさによって手動でプリント基板の高さを調整するためのプリント基板連動調整機構、接続導線、充放電フォーメーション箱及び外枠を含む。前記プリント基板は、前記治具押圧板と個々に対応され、且つ前記プリント基板と前記電池タブ接触ピンと合わせて、リチウムイオンポリマー二次電池を治具押圧板の間に設置して加圧すると、電池タブは前記プリント基板に貼り合わせる。前記接続導線は前記プリント基板と前記充放電フォーメーション箱を接続するために用いられ、前記外枠は充放電フォーメーション箱を取り付けるために用いられる。

前記プリント基板連動調整機構は、手動スクリュー、スライダ、調整ロッド、手動スクリュー固定座、かさ歯車及び歯車連動ロッドを含み、複数の前記プリント基板は前記調整ロッドを介して接続し、前記手動スクリューは手動スクリュー固定座によってホルダの両端に取り付けられ、前記手動スクリューに前記スライダが被せられ、且つ前記スライダは前記手動スクリューに沿って上下移動でき、前記調整ロッドの両端はそれぞれホルダ両側のスライダと固定接続される。一端の手動スクリューの下端にかさ歯車が取り付けられ、他端の手動スクリューは歯車連動ロッドを介してかさ歯車と噛み合う。

前記充放電フォーメーション箱は板金枠、板金枠に設置されているフォーメーション基板、及びチャンネル接続口を含み、前記フォーメーション基板は給電するための電源と接続され、前記フォーメーション基板は前記チャンネル接続口、接続導線を介して前記プリント基板と接続される。

二つずつの前記治具押圧板の間にポリマーソフト電池を支持・保管するための電池支持膜が設置される。

前記治具押圧板の頂部にポリマーソフト電池をガイドし、持ち直すためのガイドブロックが設置される。

本実用新案は、生産工程中にリチウムイオンポリマー二次電池を治具押圧板の間に設置してフォーメーションを行うため、且つ一括で６４個のリチウムイオンポリマー二次電池をフォーメーションすることができ、圧力制御装置は６４チャンネル積層板を加圧し、且つ圧力を設定した要求に自動調整し、前記温度制御キャビネットは各積層板に対して温度制御の操作を行い、前記電池フォーメーションキャビネットはリチウムイオンポリマー二次電池を加圧・加熱した後でそれに対して充放電フォーメーションの操作を行う。本実用新案は、従来の二つの工程をこの一式のシステム設備で統合し、安定に電池フォーメーションができ、圧力制御装置によって圧力を設定した要求に達するように自動調整でき、各治具押圧板は温度制御装置によって温度をリアルタイムに調整し、温度を設定値より±２℃の範囲にさせることを保証する。

従来技術に比べて、本実用新案の有益な効果は以下の通りである。

１．自動化の手法によって、加圧、加熱、フォーメーションを一つの治具で統合して行うことにより、工程間の中継フローを減少し、且つ従来の二つの工程を一つの工程に結合し、生産効率を向上する。

２．電池の必要とする平圧式の熱圧を手動で個々に供給することを、電池パック全体が同時に供給することに変えて、６４個の電池は同時に熱圧のフォーメーションができ、同様の環境条件で各電池が受けた圧力の均一性と熱の均一性は良好に保証され、サーボモータとボールスクリューを採用して圧力をリアルタイムに調整するため、圧力精確度及び確実性は効果的に向上される。

３．二重連動で調整可能なプリント基板の構造によって、機器を様々な電池の生産に適応させ、お客様が電池交換のため治具を交換することによる費用を低減する。

４．集積型の電池フォーメーションキャビネットを採用するため、治具の下部に設置し、構造がコンパクトで、設置空間を節約する。

５．集積型設計を採用し、電池生産メーカーの工程ニーズに応じて、任意に組み合わせることができ、自動生産ラインを実現する。

図１は本実用新案の構造概略図である。 図２は本実用新案の正面図である。 図３は本実用新案の平面図である。 図４は本実用新案の圧力検出装置である。 図５は治具加熱板アセンブリの概略図である。 図６は連動プリント基板調整装置である。 図７は本実用新案の電池フォーメーションキャビネットである。 図８は本実用新案の電池フォーメーションキャビネットの概略図である。

図１〜図８に示す通り、６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機は、ホルダ１を含み、さらに圧力制御装置２、６４チャンネル積層板３、温度制御キャビネット、及び電池フォーメーションキャビネット４を含み、前記圧力制御装置２は前記ホルダ１に取り付けられ、前記６４チャンネル積層板３は前記圧力制御装置２に取り付けられる。前記６４チャンネル積層板３は加熱板３１、治具押圧板３２、温度センサ３３、接続チェーン３４、シリコンゴム板３６及びリチウムイオンポリマー二次電池のタブをクランプするための電池タブ接触ピンを含み、複数の前記治具押圧板３２は互いに平行に設置され、且つ二つずつの治具押圧板の間に前記リチウムイオンポリマー二次電池をクランプする。前記リチウムイオンポリマー二次電池をクランプするための前記治具押圧板３２の表面に前記加熱板３１が貼り付けられ、加熱板３１が設置された表面との裏側の表面に前記シリコンゴム板３６が貼り付けられる。前記治具押圧板３２の内部に前記温度センサ３３が取り付けられ、前記治具押圧板３２の端部は前記接続チェーン３４を通じて相互に接続されている。

前記圧力制御装置２は、圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構を含み、前記圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構はそれぞれホルダ１の両端に設置され、複数の前記治具押圧板３２は前記圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構の間に配置される。

前記圧力検出及び自動調整機構２１は、バネアセンブリ２１１、圧力支持板２１２、第一ガイドロッド２１３、及び圧力支持板２１２と接続される圧力検出センサ２１４と圧力検出センサに対してデータをリアルタイムに読み取ると共にリアルタイムに圧力調整を行う検出制御プログラムを含み、前記バネアセンブリ２１１は二つの前記圧力支持板２１２の間に固定され、前記圧力支持板２１２は前記第一ガイドロッド２１３を介して接続され、且つ前記圧力支持板２１２は前記第一ガイドロッド２１３の長手方向に沿って水平移動できる。

前記動力伝動機構は、サーボモータ２２１、減速機２２２、二段変速機２２３、ボールねじペア２２４、スクリュー推進板２２５と第二ガイドロッド２２６を含み、前記スクリュー推進板２２５は第二ガイドロッド２２６を介して前記治具押圧板３２と接続され、且つ治具押圧板３２とは平行に設置され、前記スクリュー推進板２２５は第二ガイドロッド２２６の長手方向に沿って水平移動できる。前記サーボモータ２２１は前記減速機２２２と接続され、前記減速機２２２の両側に前記二段変速機２２３が対称的に設置され、且つ前記減速機２２２は前記二段変速機２２３と伝動接続され、前記二段変速機２２３は前記ボールねじペア２２４と接続され、前記ボールねじペア２２４はスクリュー推進板２２５と接続され、前記ボールねじペア２２４はサーボモータ２２１によって治具押圧板３２を第二ガイドロッド２２６の長手方向に沿って水平移動させるようにスクリュー推進板２２５を駆動すると共に前記治具押圧板３２に加圧する。

前記二段変速機２２３は、減速機と伝動接続されている主伝動歯車、一次伝動歯車、および二次伝動歯車を含み、前記主伝動歯車は前記一次伝動歯車と噛み合い、前記一次伝動歯車は前記二次伝動歯車と噛み合い、前記二次伝動歯車は前記ボールねじペアとフラットキーによって接続される。

前記ボールねじペア２２４は、スクリュー固定座２２４１、ボールナット２２４２、およびボールスクリュー２２４３を含み、前記ボールナット２２４２は前記ボールスクリュー２２４３に被さり、且つ前記ボールスクリュー２２４３と前記ボールナット２２４２は回転可能に接続される。前記ホルダ１の両端の間にボールスクリュー２２４３が設置され、前記ボールスクリュー２２４３の一端は前記二次伝動歯車キーと接続され、他端はボールスクリュー固定座２２４１を介してホルダ１に設置される。

前記電池フォーメーションキャビネット４は、プリント基板４１と電池に合わせるように電池の大きさによって手動でプリント基板の高さを調整するためのプリント基板連動調整機構４２、接続導線、充放電フォーメーション箱５及び外枠を含む。前記プリント基板４１は前記治具押圧板３２と個々に対応され、且つ前記プリント基板４１と前記電池タブ接触ピン４３と合わせ、リチウムイオンポリマー二次電池を治具押圧板３２の間に設置して加圧すると、電池タブは前記プリント基板４１に貼り合わせる。前記接続導線は前記プリント基板４１と前記充放電フォーメーション箱５を接続するために用いられ、前記外枠は充放電フォーメーション箱５を取り付けるために用いられる。

前記プリント基板連動調整機構４２は、手動スクリュー４２１、スライダ４２２、調整ロッド４２３、手動スクリュー固定座４２４、かさ歯車４２５及び歯車連動ロッド４２６を含み、複数の前記プリント基板４１は前記調整ロッド４２３を介して接続し、前記手動スクリュー４２１は手動スクリュー固定座４２４によってホルダ１の両端に取り付けられ、前記手動スクリュー４２１に前記スライダ４２２が被せられ、且つ前記スライダ４２２は前記手動スクリュー４２１に沿って上下移動でき、前記調整ロッド４２３の両端はそれぞれホルダ１両側のスライダ４２２と固定接続される。一端の手動スクリュー４２１の下端にかさ歯車４２５が取り付けられ、他端の手動スクリュー４２１は歯車連動ロッド４２６を介してかさ歯車４２５と噛み合う。

前記充放電フォーメーション箱５は、板金枠５１、板金枠に設置されているフォーメーション基板５３、及びチャンネル接続口５４を含み、前記フォーメーション基板は給電するための電源５２と接続され、前記フォーメーション基板５３は前記チャンネル接続口５４、接続導線を介して前記プリント基板５３と接続される。

二つずつの前記治具押圧板３２の間にポリマーソフト電池を支持・保管するための電池支持膜が設置される。

前記治具押圧板３２の頂部にポリマーソフト電池をガイドし、持ち直すためのガイドブロック３５が設置される。

本実用新案は、生産工程中にリチウムイオンポリマー二次電池を治具押圧板の間に設置してフォーメーションを行うため、一括して６４個のリチウムイオンポリマー二次電池をフォーメーションすることができ、圧力制御装置は６４チャンネル積層板を加圧し、且つ圧力を設定した要求に達するように自動調整し、前記温度制御キャビネットは各積層板に対して温度制御の操作を行い、前記電池フォーメーションキャビネットはリチウムイオンポリマー二次電池を加圧・加熱した後でそれに対して充放電フォーメーションの操作を行う。本実用新案は、従来の二つの工程をこの一式のシステム設備に統合し、安定に電池フォーメーションができ、圧力制御装置によって圧力を設定した要求にまで自動調整でき、各治具押圧板は温度制御装置によって温度をリアルタイムに調整し、温度を設定値より±２℃の範囲にさせることを保証する。

この治具を使用する時、電池の生産工程を確定して、設備を調整し、技術的パラメータを設定し、設備の初期化が終了して、６４チャンネル積層板３は設定した要求によってアルミニウム板を加熱し、治具は初期位置に入り、手動でプリント基板連動調整機構４２を電池生産に要求される位置に対応するように調整して、材料の供給を開始し、電池を圧力制御装置２によって駆動される６４チャンネル積層板３の間に入れ、電池を入れて圧力制御装置２は電池に対して加圧操作を開始し、圧力は設定した要求範囲になると電池に対して充放電フォーメーションを行う。全ての条件が満足すると、設備が自動にオープンして、電池を取り出す。この工程を繰り返す。

本明細書の実施例に係る内容は本発明の考え方の実現形態に対する列挙だけであり、本実用新案の保護範囲は実施例に列挙された具体的な形態に制限されず、本実用新案の保護範囲は当業者が本実用新案によって想到しうる同等の技術的解決手段に及んでいる。

Claims (8)

1. ６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機であって、
   ホルダを含み、さらに、
   ６４チャンネル積層板、
   前記６４チャンネル積層板を加圧し、且つ圧力を設定した要求に自動調整する圧力制御装置、
   前記６４チャンネル積層板に対して温度制御の制御を行う温度制御キャビネット、及び、
   リチウムイオンポリマー二次電池を加圧・加熱した後で充放電フォーメーションの操作を行う電池フォーメーションキャビネットを含み、
   前記圧力制御装置は前記ホルダに取り付けられ、前記６４チャンネル積層板は前記圧力制御装置に取り付けられており、前記６４チャンネル積層板は加熱板、治具押圧板、温度センサ、接続チェーン、シリコンゴム板、及びリチウムイオンポリマー二次電池のタブをクランプするための電池タブ接触ピンを含み、複数の前記治具押圧板は互いに平行に設置され、且つ二つずつの治具押圧板の間に前記リチウムイオンポリマー二次電池をクランプし、前記リチウムイオンポリマー二次電池をクランプするための前記治具押圧板の表面に前記加熱板が貼り付けられ、加熱板が設置された表面との裏側の表面に前記シリコンゴム板が貼り付けられ、前記治具押圧板の内部に前記温度センサが取り付けられ、前記治具押圧板の端部は前記接続チェーンを通じて相互に接続されていることを特徴とする６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
2. 前記圧力制御装置が圧力検出及び自動調整機構と動力伝動機構とを含み、前記圧力検出及び自動調整機構と前記動力伝動機構とはそれぞれホルダの両端に設置され、複数の前記治具押圧板は前記圧力検出及び自動調整機構と前記動力伝動機構との間に位置され、
   前記圧力検出及び自動調整機構は、バネアセンブリ、圧力支持板、第一ガイドロッド、圧力支持板と接続される圧力検出センサ、及び当該圧力検出センサのデータをリアルタイムに読み取ると共にリアルタイムに圧力調整を行う検出制御プログラムを含み、前記バネアセンブリは二つの前記圧力支持板の間に固定され、前記圧力支持板は前記第一ガイドロッドを介して接続され、且つ前記圧力支持板は前記第一ガイドロッドの長手方向に沿って水平移動でき、
   前記動力伝動機構はサーボモータ、減速機、二段変速機、ボールねじペア、スクリュー推進板、及び第二ガイドロッドを含み、前記スクリュー推進板は第二ガイドロッドを介して前記治具押圧板と接続され且つ治具押圧板とは平行に設置され、前記スクリュー推進板は第二ガイドロッドの長手方向に沿って水平移動でき、前記サーボモータは前記減速機と接続され、前記減速機の両側に前記二段変速機が対称的に設置され且つ前記減速機は前記二段変速機と伝動接続され、前記二段変速機は前記ボールねじペアと接続され、前記ボールねじペアはスクリュー推進板と接続され、前記ボールねじペアはサーボモータによって治具押圧板を第二ガイドロッドの長手方向に沿って水平移動させるようにスクリュー推進板を駆動すると共に前記治具押圧板に加圧することを特徴とする請求項１に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
3. 前記二段変速機は減速機と伝動接続されている主伝動歯車、一次伝動歯車、及び二次伝動歯車を含み、前記主伝動歯車は前記一次伝動歯車と噛み合い、前記一次伝動歯車は前記二次伝動歯車と噛み合い、前記二次伝動歯車は前記ボールねじペアとフラットキーによって接続されることを特徴とする請求項２に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
4. 前記ボールねじペアはスクリュー固定座、ボールナット、及びボールスクリューを含み、前記ボールナットは前記ボールスクリューに覆い被さり、且つ前記ボールスクリューと前記ボールナットは回転可能に接続され、前記ホルダの両端の間にボールスクリューが設置され、前記ボールスクリューの一端は二次伝動歯車キーと接続され、他端はボールスクリュー固定座を介してホルダに設置されることを特徴とする請求項２または３に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
5. 前記電池フォーメーションキャビネットは、プリント基板、電池に合わせるように電池の大きさによって手動でプリント基板の高さを調整するためのプリント基板連動調整機構、接続導線、充放電フォーメーション箱、及び外枠を含み、前記プリント基板は前記治具押圧板と個々に対応され且つ前記プリント基板と前記電池タブ接触ピンと合わせ、リチウムイオンポリマー二次電池を治具押圧板の間に設置して加圧すると、電池タブは前記プリント基板に貼り合わせられ、前記接続導線は前記プリント基板と前記充放電フォーメーション箱を接続するために用いられ、前記外枠は充放電フォーメーション箱を取り付けるために用いられることを特徴とする請求項４に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
6. 前記プリント基板連動調整機構は、手動スクリュー、スライダ、調整ロッド、手動スクリュー固定座、かさ歯車、及び歯車連動ロッドを含み、複数の前記プリント基板は前記調整ロッドを介して接続し、前記手動スクリューは手動スクリュー固定座によってホルダの両端に取り付けられ、前記手動スクリューに前記スライダが被せられ、且つ前記スライダは前記手動スクリューに沿って上下移動でき、前記調整ロッドの両端はそれぞれホルダ両側のスライダと固定接続され、一端の手動スクリューの下端にかさ歯車が取り付けられ、他端の手動スクリューは歯車連動ロッドを介してかさ歯車と噛み合うことを特徴とする請求項５に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
7. 前記充放電フォーメーション箱は、板金枠、板金枠に設置されているフォーメーション基板、及びチャンネル接続口を含み、前記フォーメーション基板は給電するための電源と接続され、前記フォーメーション基板は前記チャンネル接続口と接続導線を介して前記プリント基板と接続されることを特徴とする請求項６に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。
8. 前記治具押圧板の頂部にリチウムイオンポリマー二次電池をガイドするためのガイドブロックが設置されることを特徴とする請求項７に記載の６４チャンネルのリチウムイオンポリマー二次電池用フォーメーション治具機。

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