JP7114118B1 - 二次電池充放電試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の二次電池の一つ一つがきちんと温調され、複数の二次電池を簡単な構造の試験装置で充放電試験を行うことができる二次電池充放電試験装置を提供する。【解決手段】本発明の二次電池充放電試験装置１は、複数の二次電池９に充放電して二次電池９の性能評価を行うものであり、複数の二次電池９を収納する電池ホルダー８と、音調された熱媒体が循環する熱交換プレート２と、を備える。電池ホルダー８が熱交換プレート２に着脱自在に装着されて、電池ホルダー８の二次電池９が熱交換プレート２からの熱で所定温度に温調される。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池充放電試験装置に関する。

従来、恒温槽の中に二次電池を収容して充放電試験を行う二次電池充放電試験装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、熱媒体が流れる熱交換プレートにペルチェ素子を設けて、ペルチェ素子に二次電池を接触させ、ペルチェ素子を制御して二次電池の温度制御を行いながら二次電池の充放電試験を行う二次電池充放電試験装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第５７３８６６０号公報 特開２００５―２５７３７２号公報

従来の恒温槽を用いた二次電池充放電試験装置は、恒温槽に複数の二次電池をまとめて入れた状態で、通電して充放電の試験を行っていたが、一つ一つがきちんと温調されていないので、十分に精度の高い試験データが得られなかった。

ペルチェ素子を用いた充放電試験装置では、熱交換プレートにペルチェ素子を張り付けて１つの二次電池の最終的な温度調整をしていたが、複数の二次電池を同時に温度調整して充放電試験を行うことができなかった。

本発明は、以上の点に鑑み、複数の二次電池の一つ一つがきちんと温調され、複数の二次電池を簡単な構造の試験装置で充放電試験を行うことができる二次電池充放電試験装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の二次電池充放電試験装置は、
複数の二次電池に充放電して該二次電池の性能評価を行う二次電池充放電試験装置において、
複数の二次電池を並列させて収納する複数の電池ホルダーと、
複数の前記電池ホルダーを並べて装着する装着平面を備え、且つ温調された熱媒体が循環する熱交換プレートと、
を備え、
前記電池ホルダーが前記熱交換プレートの前記装着平面に着脱自在に装着されて、該電池ホルダーの二次電池が熱交換プレートからの熱で所定温度に温調され、
前記電池ホルダーは収納する二次電池の形状に応じて収納する空間を設けた複数種類の電池ホルダーであり、二次電池の形状に応じて電池ホルダーを選択して装着されることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換プレートが熱媒体で温調されるため、電池ホルダーに並列されて収納された複数の二次電池を、熱交換プレートを介して同時に温調させることができ、複数の二次電池の一つ一つがきちんと温調され、複数の二次電池を着脱自在な簡単な構造の試験装置で充放電試験を行うことができる。

また、本発明においては、
前記電池ホルダーは収納する二次電池の形状に応じて収納する空間を設けた複数種類の電池ホルダーを備えている。

かかる構成によれば、電池ホルダーは、二次電池の形状に応じて収納する空間を設けた複数種類の電池ホルダーを備えているため、種々の二次電池の形状に対応して熱交換プレートに着脱自在に固定することができ、複数種類の二次電池について電池ホルダーを交換するだけで対応することができ、汎用性を高めることができる。

また、本発明においては、
前記電池ホルダーは収納した二次電池の電極が露出する収納部を備えていることが好ましい。

かかる構成によれば、電池ホルダーから二次電池の電極を露出させることができる。

また、本発明においては、前記電池ホルダーが熱交換プレートに装着されたとき、該電池ホルダーに収納された二次電池の電極に充放電させる端子が接続自在に設けられていることが好ましい。

かかる構成によれば、二次電池の電極が電池ホルダーから露出されているので充放電端子が接続可能となる構成が実現される。また、電池ホルダーに二次電池を装着すれば、二次電池の電極に充放電端子を接続することができる。

また、本発明においては、前記熱交換プレートが上下方向に並べて配置されていることが好ましい。

かかる構成によれば、熱交換プレートが上下方向に並んで配置されているため、熱交換プレートの面が上下方向で揃い、電池ホルダーを熱交換プレートに固定する作業が一方向からできるので簡便となる。

また、本発明においては、前記電池ホルダーとは別部材であり、複数の前記熱交換プレートを支持する支持部を備え、前記支持部の表裏に前記熱交換プレートが夫々支持されていることが好ましい。

かかる構成によれば、支持部の表裏に熱変換プレートを取り付けることができるため、設置スペースを有効活用してコンパクトな装置で多数の二次電池の試験を行うことができる。

発明の実施形態の二次電池充放電試験装置を示す斜視図。 本実施形態の二次電池充放電試験装置の裏側を示す斜視図。 本実施形態の電池ホルダーを分解した状態を示す説明図。 本実施形態の二次電池の電極と充放電端子との接続状態を示す説明図。 本実施形態の熱媒体の循環回路を示す説明図。 発明の他の実施形態の熱媒体の循環回路を示す説明図。 本実施形態の他の電池ホルダーを示す説明図。 図７の電池ホルダー及び二次電池を示す説明図。 本実施形態の他の電池ホルダーを示す説明図。 図９の電池ホルダー及び二次電池を示す説明図。

図を参照して、発明の実施形態の二次電池充放電試験装置を説明する。図１及び図２を参照して、本実施形態の二次電池充放電試験装置１は、充電及び放電を繰り返すサイクル試験によって、各種の二次電池、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケル・カドミウム電池などの充放電特性を評価するものである。

本実施形態の二次電池充放電試験装置１は、熱交換プレート２が固定された固定板３と、固定板３を上下方向に整列させて表裏に支持する枠体４（支持部）と、熱媒体を所定温度に温調して吐出可能な循環水槽５と、充放電試験を行うための供給電力を制御する制御装置６（例えば、パーソナルコンピュータ）と、を備えている。本実施形態の枠体４が発明の支持部に該当する。

図３を参照して、熱交換プレート２には循環水槽５から吐出された熱媒体が流れる２つの流路７が平行に設けられている。図５の最上段に示す固定板３を参照して、１つの熱交換プレート２には、２つの電池ホルダー８が２つの流路７に跨るように左右に並んで着脱自在に固定されている。

図３を参照して、電池ホルダー８は、円柱型で両端に電極を備える４つの二次電池９を並列させて収納可能な空間から成る断面円弧形状の４つの収納部１０ａを有する基台部１０と、断面円弧形状の４つの収納部１１ａを有し、且つ基台部１０から二次電池９が脱落しないように収納部１０ａ，１１ａで二次電池９を挟んで抑える蓋部１１と、を備えている。

基台部１０には、ネジ１０ｅを挿通可能なネジ穴１０ｂが４か所に設けられており、
基台部１０はネジ穴１０ｂに挿通されたネジ１０ｅによって熱交換プレート２の雌ネジ部２ａにネジ止めされることで着脱自在に構成されている。基台部１０と二次電池９との間、及び蓋部１１と二次電池９との間には、熱伝達ができるだけ隙間なく良好に行われるように伝熱シート１２が挟まれている。二次電池９は円柱形状で上下の両端に電極９ａ，９ｂを備えており、電池ホルダー８は、二次電池９の上下端の電極９ａ，９ｂが露出するように開口している。

基台部１０の側面にはフック１０ｃが設けられている。蓋部１１には、フック１０ｃと係合自在なパッチン錠１１ｂが設けられており、このパッチン錠１１ｂによって蓋部１１が基台部１０に着脱自在に固定されている。また、基台部１０には、蓋部１１側に突出する位置決めピン１０ｄが設けられている。蓋部１１には、位置決めピン１０ｄを受け入れ可能な位置決め穴１１ｃが設けられている。

また、固定板３には、充放電端子１３が取り付けられている。電池ホルダー８は、円柱型の二次電池９の両端の電極９ａ，９ｂが露出するように二次電池９を保持されており、図４に一部を拡大して示すように、二次電池９の電極９ａ、９ｂに充放電端子１３を電気的にしっかりと接続させることができる。すなわち、電池ホルダー８に二次電池９を装着すれば、二次電池９の電極９ａ、９ｂに充放電端子１３を接続することができる。充放電端子１３は、図示省略したケーブルで制御装置６に接続されており、制御装置６で各二次電池９の充放電が制御される。

また、熱交換プレート２が上下方向に並んで配置されているため、熱交換プレート２の面が上下方向で揃い、電池ホルダー８を熱交換プレート２に固定する作業、若しくは熱交換プレート２及び電池ホルダー８が固定された固定板３を枠体４に固定する作業、が一方向からできて簡便となる。また、枠体４の表裏に熱交換プレート２を取り付けることができるため、設置スペースを有効活用してコンパクトな装置で多数の二次電池９の充放電試験を行うことができる。

循環水槽５と、各熱交換プレート２との接続方法としては、並列方式と直列方式の２つがある。図５に本実施形態の並列方式の熱媒体の循環回路を示す。なお、図５では、熱交換プレート２の数を、説明の便宜上、図１の熱交換プレート２の数の半分の５つにしている。本実施形態の並列方式の循環回路では、循環水槽５から吐出された熱媒体は、分岐ブロック１４で各熱交換プレート２に分配される。そして、各熱交換プレート２から排出された熱媒体は逆止弁１５を通過して循環水槽５に戻されて循環水槽５で再び温調される。電池ホルダー８で保持された二次電池９は熱交換プレート２を介して熱媒体により所定温度に温調される。

本実施形態では循環水槽５は一つだけであるが、複数の循環水槽５を設けて、循環水槽５毎に熱媒体の設定温度を変更し、複数の分岐ブロック１４を介して熱交換プレート２に熱媒体を供給してもよい。このように構成することにより、異なる温度での二次電池９の充放電試験を同時に行うことができる。

図６は、発明の他の実施形態として直列方式の熱媒体の循環回路を示す。なお、図６でも図５と同様に説明の便宜上、熱交換プレート２の数を図１の半分にしている。他の実施形態の直列方式の循環回路では、循環水槽５から吐出された熱媒体は、直接、１つ目の熱交換プレート２に供給される。

１つ目の熱交換プレート２から排出された熱媒体は、隣接する２つ目の熱交換プレート２へ供給される。２つ目の熱交換プレート２から排出された熱媒体は、隣接する３つ目の熱交換プレート２へ供給される。このようにして、熱媒体は、熱交換プレート２を順番に通過していき、最後の熱交換プレート２から排出された熱媒体は循環水槽５へ戻され、循環水槽５で再び音調される。

他の実施形態の直列方式の循環回路では、最初の熱交換プレート２と最後の熱交換プレート２とで二次電池９の温調性能に差が出ることを懸念したが、今回の実験においては、熱媒体の流速が十分に速かったためか、最初の熱交換プレート２と最後の熱交換プレート２とで二次電池９の温調性能に差は生じなかった。

図７、図８は、他の種類の二次電池９を保持する電池ホルダー８を示している。図７、図８の二次電池９は、矩形状で２つの電極９ａ，９ｂが上端に設けられている。そのため、電池ホルダー８も二次電池９の上端側のみが露出するように二次電池９を保持するように上方が開口した空間から成る矩形状の収納部１０ａ，１１ａを備えている。他の構造は図３に示す電池ホルダー８と同様に構成されている。なお、図７、図８の電池ホルダー８においても図３で示したように二次電池９との間に伝熱シートを挟んでもよい。

図９、図１０は、他の種類の二次電池９を保持する電池ホルダー８を示している。図９，図１０の二次電池９は、パウチ型であり、上下端に夫々電極９ａ、９ｂを備えている。図９，図１０では、充放電端子１３はクリップ型で構成されており、電極９ａ，９ｂを挟むようにして接続されている。他の構造は図３に示す電池ホルダー８と同様に構成されている。なお、図９、図１０の電池ホルダー８においても図３で示したように二次電池９との間に伝熱シートを挟んでもよい。

本実施形態の二次電池充放電試験装置１によれば、熱交換プレート２が熱媒体で温調されるため、電池ホルダー８で並列に保持された複数の二次電池９を同時に温調させることができ、複数の二次電池９の一つ一つがきちんと温調され、複数の二次電池９を簡単な構造の試験装置で充放電試験を行うことができる。

また、第１実施形態の二次電池充放電試験装置１によれば、電池ホルダーは８、熱交換プレート２に着脱自在に固定されているため、図７～図１０に示すような、他の種類の二次電池９の試験を行う場合には、電池ホルダー８を他の種類の二次電池を保持できる他の電池ホルダー８に交換するだけで対応することができ、汎用性を高めることができる。

また、温調した空気で温度管理を行う恒温槽式の二次電池充放電試験装置と比較して、本実施形態の二次電池充放電試験装置１では、熱媒体は空気よりも熱容量が大きく、また、複数の二次電池を近くに配置しても適切に温度管理を行うことができるため、装置全体としての小型化を図ることができる。

１ 二次電池充放電試験装置
２ 熱交換プレート
２ａ 雌ネジ部
３ 固定板
４ 枠体（支持部）
５ 循環水槽
６ 制御装置
７ 流路
８ 電池ホルダー
９ 二次電池
９ａ、９ｂ 電極
１０ 基台部
１０ａ 収納部
１０ｂ ネジ穴
１０ｃ フック
１０ｄ 位置決めピン
１０ｅ ネジ
１１ 蓋部
１１ａ 収納部
１１ｂ パッチン錠
１１ｃ 位置決め穴
１２ 伝熱シート
１３ 充放電端子
１４ 分岐ブロック
１５ 逆止弁

Claims (5)

1. 複数の二次電池に充放電して該二次電池の性能評価を行う二次電池充放電試験装置において、
   複数の二次電池を並列させて収納する複数の電池ホルダーと、
   複数の前記電池ホルダーを並べて装着する装着平面を備え、且つ温調された熱媒体が循環する熱交換プレートと、
   を備え、
   前記電池ホルダーが前記熱交換プレートの前記装着平面に着脱自在に装着されて、該電池ホルダーの二次電池が熱交換プレートからの熱で所定温度に温調され、
   前記電池ホルダーは収納する二次電池の形状に応じて収納する空間を設けた複数種類の電池ホルダーであり、二次電池の形状に応じて電池ホルダーを選択して装着されることを特徴とする二次電池充放電試験装置。
2. 請求項１に記載の二次電池充放電試験装置であって、
   前記電池ホルダーは収納した二次電池の電極が露出する収納部を備えていることを特徴とする二次電池充放電試験装置。
3. 請求項２に記載の二次電池充放電試験装置であって、
   前記電池ホルダーが熱交換プレートに装着されたとき、該電池ホルダーに収納された二次電池の電極に充放電させる端子が接続自在に設けられていることを特徴とする二次電池充放電試験装置。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の二次電池充放電試験装置であって、
   前記熱交換プレートが上下方向に並べて配置されていることを特徴とする二次電池充放電試験装置。
5. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載の二次電池充放電試験装置であって、
   前記電池ホルダーとは別部材であり、複数の前記熱交換プレートを支持する支持部を備え、
   前記支持部の表裏に前記熱交換プレートが夫々支持されていることを特徴とする二次電池充放電試験装置。

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