JP6965814B2

JP6965814B2 - 充放電装置

Info

Publication number: JP6965814B2
Application number: JP2018077179A
Authority: JP
Inventors: 秀明三宅; 広和川岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-12
Filing date: 2018-04-12
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2038-04-12
Also published as: JP2019186105A

Description

本願は充放電装置に関する。

二次電池製造時において、二次電池を充放電することにより電池性能の確認を行うことが一般的である。この際、二次電池と充放電装置とを接続するために、充放電プローブを２次電池の電極端子に強く挟み込む、或いは、強く押し付け、電極端子の表面の酸化被膜（絶縁体）を除去する必要がある。これにより、適切に二次電池の充放電を行うことが可能となる。

このように酸化被膜の除去を行う装置として、特許文献１には半導体基板等の検査装置に使用するコンタクトプローブが開示されており、プローブの先端部が被測定面に押し当てられたときに、弾性変形により先端部が当接したまま被測定面上を変位して当該被測定面上の酸化被膜を除去することが記載されている。特許文献２には電池の電極との接触部分にエッジ部を形成した電池端子を備え、電池と電池端子との間に相対的な回転運動を生じさせることで、電極の酸化被膜を除去する電池ケースが開示されている。

特開２００６−２０８２３５号公報特開平７−４５２６３号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の装置では、電極端子の酸化被膜を除去するために特別な構造を装置に設けているため、装置構成が複雑になり易い。また、これらの特別な構造は１つの電池に対して１つ必要であり、製造コストも増加する虞がある。

そこで、本願では簡易な構造であり、かつ、複数の二次電池に適用可能な充放電装置を開示する。

本発明者らが鋭意検討した結果、複数の電極端子と複数の充放電プローブとを一括で摺動させる摺動機構を設けることにより、簡易な構造であり、かつ、複数の二次電池に適用可能な充放電装置を提供できることを知見した。

すなわち、本願は上記課題を解決するための１つの手段として、複数の二次電池のための充放電装置であって、複数の二次電池を固定可能な固定治具と、複数の二次電池が有する複数の電極端子に接続可能な複数の充放電プローブと、複数の電極端子に複数の充放電プローブをそれぞれ当接可能な当接機構と、当接機構により複数の電極端子に複数の充放電プローブをそれぞれ当接させた状態で、複数の電極端子と複数の充放電プローブとを一括で摺動可能な摺動機構と、を備える、充放電装置を開示する。

本願が開示する充放電装置によれば、簡易な構造で複数の電極端子の酸化被膜を一括して除去することが可能である。よって、充放電装置の製造コストも抑えることが可能となる。

（ａ）〜（ｃ）は、複数の二次電池２０を充放電装置１０に接続する様子（正面図）を説明する図である。板状の電極端子１２１を有する二次電池１２０の正面図及び側面図である。（ａ）〜（ｄ）は複数の二次電池１２０を充放電装置１００に接続する様子（正面図及び側面図）を説明する図である。（ａ）〜（ｃ）は、複数の二次電池２０を充放電装置２００に接続する様子（側面図）の前半を説明する図である。（ａ）、（ｂ）は、複数の二次電池２０を充放電装置２００に接続する様子（側面図）の後半を説明する図である。（ｃ）は（ａ）のＣで表した部分において、摺動部材２５０と摺動部材ガイド２６０とに注目した部分拡大図である。

本願は複数の二次電池２０のための充放電装置１０である。充放電装置１０は固定治具３０と、複数の充放電プローブ４０と、当接機構と、摺動機構と、を備えている。
図１（ａ）〜（ｃ）に複数の二次電池を充放電装置１０に接続する様子（正面図）を示した。なお、図１（ａ）〜（ｃ）では、１つの二次電池２０に着目しているが、二次電池２０は紙面奥手前方向に複数並んで配置されており、同様に充放電プローブ４０も紙面奥手前方向に複数並んで配置されている。

１．二次電池２０
二次電池２０は電極端子２１（正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂ）をそれぞれ備えている。二次電池の種類は特に限定されないが、リチウムイオン二次電池等の公知の二次電池を適用することができる。また、二次電池２０の電極端子２１の形状は特に限定されないが、図１では充放電プローブ４０が当接する電極端子の部位が面状であるものを用いている。後述の図２では電極端子が板状であるものを用いている。

２．固定治具３０
固定治具３０は、複数の二次電池２０を固定することが可能である。固定治具３０で二次電池２０を固定することにより、充放電を行う際の二次電池２０の位置が定まる。固定治具３０で固定可能な二次電池２０の数は特に限定されず、二次電池２０の数が１個でもでもよい。固定治具３０の材料は特に限定されないが、電池の漏電の観点から樹脂製またはある部分で充放電装置本体と絶縁であることが好ましい。また、固定治具３０の形状は特に限定されないが、図１の固定治具３０は紙面奥手前方向に延びる２つのＬ字型の部材３０ａ、３０ｂからなっている形態を採用している。後述の摺動機構を機能させるためである。

３．充放電プローブ４０
充放電プローブ４０は充放電装置１０に複数備えられており、二次電池２０の電極端子２１である正極端子２１ａ及び負極端子２１ｂにそれぞれ接続可能である。ここで「接続」とは、いわゆる電気的な接続を意味し、電極端子と充放電プローブとの間に電流が流れ得る状態であることを言う。充放電プローブ４０は図示しない電源に接続されており、これにより充放電装置１０は二次電池２０の充放電を行うことができる。図１では二次電池２０の電極端子２１の上側にそれぞれ配置されている。

充放電プローブ４０としては公知の充放電プローブを使用することができ、充放電プローブ４０の先端形状は二次電池２０の電極端子２１の形状に基づいて、適したものを採用する。例えば、図１に示すような電極端子２１の場合、充放電プローブ４０の先端を電極端子２１に押し付けることで接続する形態を採用する。また、後述の図２、３に示すような板状の電極端子の場合、充放電プローブ４０の先端を電極端子２１に挟み込むことで接続する形態を採用する。

４．当接機構
当接機構は、複数の二次電池２０が有する複数の電極端子２１に複数の充放電プローブ４０をそれぞれ当接させることを可能にする機能を備える装置である。図１では充放電プローブ４０を上昇及び下降可能な不図示の当接機構が用いられている。図１に示したように、充放電プローブ４０を電極端子２１に押し付ける形態である場合、押当て圧力は、摺動機構により固定治具３０で二次電池２０を少量移動させるときに、電池の形状を大きく変形させない程度の力が望ましい。また充放電プローブ４０の先端形状に依存するが、電池表面に充放電プローブ４０先端が２０μｍ〜２００μｍ程度食い込む圧力が望ましい。これにより、摺動機構による酸化被膜の除去が容易になる。なお、後述する充放電プローブが電極端子を挟み込む当接機構であっても、挟み込みの圧力は上記圧力の範囲であることが好ましい。

５．摺動機構
摺動機構は、当接機構により複数の電極端子２１に複数の充放電プローブ４０をそれぞれ当接させた状態において、複数の電極端子２１と複数の充放電プローブ４０とを一括で摺動させることを可能にする機能を有する装置である。これにより、複数の電極端子２１と複数の充放電プローブ４０とが一括で摺動することができ、電極端子２１の表面に形成されている酸化被膜が除去され、電極端子２１と充放電プローブ４０とが適切に接続される。電極端子２１と充放電プローブ４０との摺動距離は０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。摺動距離が０．５ｍｍ未満である場合、電極端子１１の表面に形成されている酸化被膜が適切に除去できない虞がある。一方で、摺動距離が２．０ｍｍを超えたとしても特に問題は生じないが、摺動距離を２．０ｍｍよりも大きくする必要性は少ない。
図１では、固定治具３０に摺動機構が備えられ、固定治具３０の一方の部材３０ａを押し込むことにより、二次電池２０をスライドさせ、複数の電極端子２１と複数の充放電プローブ４０とを一括で摺動させることを可能にしている。以下、図１（ａ）〜（ｃ）を用いて、充放電装置１０の摺動機構について説明する。

まず、図１（ａ）に示したように、固定治具３０の２つのＬ字型の部材３０ａ、３０ｂを対向して配置し、これらの上に複数の二次電池２０を紙面奥手前方向に並ぶように配置する。この際、部材３０ｂの端部と二次電池２０との間に所定の間隔を空けておく。間隔の大きさは摺動距離と電池を置く時の位置公差に基づいて設定する。次に、図１（ｂ）に示したように、当接機構を用いて充放電プローブ４０を下降させ、電極端子２１に充放電プローブ４０をそれぞれ当接させる。そして、図１（ｂ）、（ｃ）に示したように、これらを当接させた状態において一方の部材３０ａを他方の部材３０ｂの方向（矢印で示した方向）に押し込むように移動させ、複数の二次電池を紙面右方向に一括でスライドさせる。これにより、複数の電極端子２１と複数の充放電プローブ４０とが一括で摺動することができ、電極端子２１の表面に形成されている酸化被膜が除去され、電極端子２１と充放電プローブ４０とが適切に接続される。

６．充放電装置１０
充放電装置１０は、上記のような摺動機構を設けたことにより、簡易な装置構造であり、かつ、複数の二次電池２０（電極２１）の酸化被膜を一括で除去することが可能である。よって、充放電装置１０によれば、従来の酸化被膜除去機構を有する装置よりも、低コストで製造することができる。
ただし、本願が開示する充放電装置はこれに限定されず、以下の充放電装置１００、２００も包含する。

７．充放電装置１００
充放電装置１００は、図２に示したように板状の電極端子１２１（正極端子１２１ａ及び負極端子１２１ｂ）を有する二次電池１２０に適した形態である。充放電装置１００では、板状の電極端子１２１を充放電プローブ１４０で挟み込む当接機構が採用されている。また、摺動機構も充放電装置１０とは異なり、充放電プローブ１４０が板状の電極端子１２１を挟み込んだ状態において、充放電プローブ１４０を上昇させる摺動機構を採用している。

図３（ａ）〜（ｄ）に複数の二次電池を充放電装置１００に接続する様子（正面図及び側面図）を示した。以下、図３（ａ）〜（ｄ）について説明する。なお、充放電装置１００において、充放電装置１０と重複する構成については、同じ符号を付して説明する。また、図３（ａ）〜（ｄ）も図１（ａ）〜（ｃ）と同様に、１つの二次電池１２０に着目しているが、二次電池１２０は正面図において紙面奥手前方向に複数並んで配置されており、同様に充放電プローブ１４０も紙面奥手前方向に複数並んで配置されている。側面図では固定治具３０を省略している。

まず、図３（ａ）に示したように、固定治具３０の２つのＬ字型の部材３０ａ、３０ｂを対向して配置し、これらの上に複数の二次電池１２０を紙面奥手前方向に並ぶように配置する。このとき、図１（ａ）とは異なり、部材３０ａ、３０ｂの端部と二次電池１２０とは間隔を空けず、これらの部材３０ａ、３０ｂで二次電池１２０を固定し、二次電池１２０の位置を定める。次に、図３（ｂ）、（ｃ）に示したように、不図示の当接機構により、充放電プローブ１４０を下降させ、かつ、電極端子１２１を充放電プローブ１４０でそれぞれ挟み込む。そして、図３（ｄ）に示したように、充放電プローブ１４０が電極端子１２１を挟み込んだ状態において、不図示の摺動機構により充放電プローブ１４０を矢印の方向に上昇させる。これにより、複数の電極端子１２１と複数の充放電プローブ１４０とが一括で摺動することができ、電極端子１２１の表面に形成されている酸化被膜が除去され、電極端子１２１と充放電プローブ１４０とが適切に接続される。

以上、充放電装置１００の当接機構及び摺動機構を説明した。ただし、充放電装置１００の摺動機構はこれに限定されず、図３（ｄ）の状態において充放電プローブを紙面下方向又は紙面左右方向のいずれかに移動させる形態であってもよく、或いは、図３（ｄ）の状態において固定治具３０全体を紙面上下左右方向のいずれかに移動させる形態であってもよい。

８．充放電装置２００
充放電装置２００は摺動部材２５０及び摺動部材ガイド２６０を組み合わせた摺動機構を有していることを特徴としている。摺動部材２５０及び摺動部材ガイド２６０は先端が斜めに切り欠かれた形状となっており、当該切り欠きの面同士が接触した状態において、摺動部材２５０を上記切り欠き面に沿ってスライドさせる摺動機構を採用している。また、摺動部材ガイド２６０にさらに内部切り欠き２６０ａを設け、切り欠き面に段差を設けることにより、さらに摺動させることができる。

図４（ａ）〜（ｃ）に複数の二次電池を充放電装置２００に接続する様子（側面図）の前半を説明する図を示した。また、図５（ａ）、（ｂ）に複数の二次電池２０を充放電装置２００に接続する様子（側面図）の後半を説明する図を示した。図５（ｃ）は図５（ａ）のＣで表した部分において、摺動部材２５０と摺動部材ガイド２６０とに注目した部分拡大図である。以下、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）について説明する。なお、充放電装置２００において、充放電装置１０と重複する構成については、同じ符号を付して説明する。

まず、図４（ａ）に示したように、充放電装置２００は、複数の二次電池２０と、該二次電池２０に隣接する位置に摺動部材ガイド２６０をそれぞれ配置し、これらを固定治具３０で固定している。また、二次電池等の上側に棒状の充放電プローブ２４０を複数配置し、かつ、充放電プローブ２４０に隣接する位置にそれぞれ摺動部材２５０及び摺動ガイド２８０を図４（ａ）に示したように配置し、これらを端部の摺動部材２５０と固定部材２７０とで挟んで固定する。ここで、電極端子２１及び充放電プローブ２４０が当接可能となり、かつ、摺動部材２５０及び摺動部材ガイド２６０の切り欠き面同士が当接可能となるように位置を調節する。また、それぞれの充放電プローブ２４０から見て紙面左側の摺動ガイド２８０は摺動部材２５０及び充放電プローブ２４０に固定され、充放電プローブ２４０から見て紙面右側の摺動ガイド２８０は充放電プローブ２４０のみ固定されている。さらに、摺動部材２５０は紙面左右方向（二次電池の厚さ方向）にある程度の自由度を有するように、固定部材２７０と摺動部材２５０とをゴムやバネ等の弾性部材２９０で互いに接続する。このとき、摺動部材２５０は紙面右方向にある程度の引っ張り力で引っ張られていることが好ましい。また、充放電プローブ２４０も紙面上下方向にある程度の自由度を有するように、バネ等の弾性部材に接続する。

次に、図４（ｂ）に示したように、不図示の当接機構により、充放電プローブ２４０及び摺動部材２５０等を下降させる。そして、図４（ｃ）に示したように、複数の電極端子２１に複数の充放電プローブ２４０をそれぞれ当接させるとともに、摺動部材２５０及び摺動部材ガイド２６０の切り欠き面同士を当接させる。この状態において、さらに、充放電プローブ２４０及び摺動部材２５０を下降させる。そうすると、摺動部材ガイド２６０は固定されているため、摺動部材２５０が切り欠き面に沿って移動し、それに伴って充放電プローブ２４０は紙面左方向に移動（白抜き矢印で示した方向）し、これにより、複数の電極端子２１と複数の充放電プローブ２４０とが一括で電池端子２１と接触できる。このとき、充放電プローブ２４０の紙面左側に固定されている摺動ガイド２８０は、摺動部材２５０に固定されているので、左側に動きながら下降する。一方、充放電プローブ２４０の紙面右側に固定されている摺動ガイド２８０は、紙面右側の隣接する摺動部材２５０との間に隙間ができる。

そして図５（ａ）に示したように、図４（ｃ）の状態からさらに充放電プローブ２４０等を下降させる。そうすると、図５（ｂ）に示したように、摺動部材２５０が摺動部材ガイド２６０の内部切欠き２６０ａに到達し、紙面右方向（白抜き矢印で示した方向）に移動する。摺動部材ガイド２６０が内部切り欠き２６０ａを有することにより、摺動部（切り欠き面）に段差が生じるためである。このとき、摺動部材２５０の移動に伴って充放電プローブ２４０も紙面右方向（白抜き矢印で示した方向）に移動する。これにより、複数の電極端子２１と複数の充放電プローブ２４０とが一括で摺動することができ、電極端子２１の表面に形成されている酸化被膜が除去され、電極端子２１と充放電プローブ２４０とが適切に接続される。

以上、本願が開示する充放電装置によれば、簡易な構造で複数の電極端子の酸化被膜を一括して除去することが可能である。よって、充放電装置の製造コストも抑えることが可能となる。

１０、１００、２００充放電装置
２０、１２０二次電池
２１、１２１電極端子
３０固定治具
４０、１４０、２４０充放電プローブ
２５０摺動部材
２６０摺動部材ガイド
２７０固定部材
２８０摺動ガイド

Claims

複数の二次電池のための充放電装置であって、
前記複数の二次電池を固定可能な固定治具と、
前記複数の二次電池が有する複数の電極端子に接続可能な複数の充放電プローブと、
前記複数の電極端子に前記複数の充放電プローブをそれぞれ当接可能な当接機構と、
前記当接機構により前記複数の電極端子に前記複数の充放電プローブをそれぞれ当接させた状態で、前記複数の電極端子と前記複数の充放電プローブとを一括で摺動可能な摺動機構と、を備える、
充放電装置。