JP7410064B2 - 開放型電池の電解液注液システム及び開放型電池の電解液注液方法 - Google Patents

Description

本発明は、開放型電池の電解液注液システム及び開放型電池の電解液注液方法に係り、より詳しくは、開放された複数のセル電池の開放端部から、各セル電池に同時に電解液を円滑に注液する開放型電池の電解液注液システム及び開放型電池の電解液注液方法に関する。

電解液を充填する二次電池では、発電要素を有する複数のセル電池を電池ケースに収容し、電解液を充填し、電池ケースを密封するものが多い。この場合、電池ケースの蓋体に設けられた電解液の注入口から注入する方法もある。このような、二次電池用注液装置で採用されている真空注液は、密閉された電池ケースの一部に設けた注液口とホッパの吐出口を密着し、ホッパを介して電池ケース内を脱記後、注液し大気開放による電解液含侵を行う。

さらに、近年電池ケースの上端面を覆う蓋体を装着する前の開放された状態で、電解液を注入する開放型電池の電池モジュールが、注液工程の効率化から採用されている。
例えば、特許文献１に記載の電解液注液装置では、以下のような構成が提案されている。すなわち所定量の電解液を貯留する貯液室から、開口端を有する電池ケースに極板群を収納してなる製造過程の密閉型電池に電解液を注液する。ここで高真空度雰囲気状態とされた製造過程の密閉型電池に電解液注液ポンプの駆動により電解液を供給して極板群上に液膜を形成する注液工程を有する。また液膜が保持されるように電解液の供給を制御しながら徐々に高真空度雰囲気を大気開放してゆく注液含浸工程を有している。

このような電解液注液装置であれば、極めて簡単で安価な構成を用いながらも、電池ケースの封口部分やリードに電解液が付着するのを確実に防止して、電解液を極板群の全体にわたり均一に分布させながら高い注液精度で注液できる密閉型電池の電解液注液方法およびこの注液方法を好適に具現化できる。

特開２００４－３２７１６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたような高真空度雰囲気で電解液を含侵させる方法では、電解液が電池ケースに注液できるものの、装置が複雑で、同時に複数のセルに注液するには効率が悪いという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、複数のセル電池を有した二次電池のモジュール電池に効率よく、電解液を注液することである。

前記課題を解決するため、本発明の開放型電池の電解液注液システムでは、電池ケースが開放可能な開放型電池として構成されたセル電池の開放端から電解液を注液する複数の電解液注液装置と、前記複数のセル電池を収容するチャンバと、前記複数の電解液注液装置を制御する制御装置とを備え、各セル電池に同時に電解液を注液する開放型電池の電解液注液システムであって、前記電解液注液装置は、一定量の電解液を減圧状態で保持可能なホッパと、前記チャンバに配置されセル電池に電解液を注液するノズルと、前記ホッパから前記ノズルに連通する注液管路において、パイロットエアにより当該注液管路を開放若しくは閉止する空圧式ピンチバルブからなる注液バルブと、前記チャンバを設定した圧力にする第１の減圧装置と、前記ホッパを設定した圧力にする第２の減圧装置と、前記注液バルブのパイロットエアを減圧して前記注液バルブを開放する第３の減圧装置を備え、前記制御装置は、前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、各セル電池に対応する前記注液バルブを同時に開放して複数のセル電池に同時に注液することを特徴とする。

前記制御装置は、各セル電池に対応する前記注液バルブを同時に開放して複数のセル電池に同時に注液する場合において、前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、前記チャンバと前記ホッパの内圧が前記パイロットエアの圧力より高くなるように調圧することが望ましい。

前記第１の減圧装置は、前記チャンバに連通するチャンバ管路と、当該チャンバ管路を開閉するチャンババルブとを有し、前記第２の減圧装置は、前記ホッパに連通するホッパ管路と、当該ホッパ管路を開閉するホッパバルブとを有し、前記第１の減圧装置と、前記第２の減圧装置とで共通の真空ポンプを共用し、前記制御装置により制御されたバルブの操作により、前記ホッパと前記チャンバとをそれぞれ独立して圧力調整が可能に構成されるとともに、前記チャンバ管路と前記ホッパ管路を等圧管路により連通することで前記ホッパと前記チャンバとの圧力を等しくするようにしてもよい。

前記チャンバには、前記セル電池に注液された電解液の液面を感知する液面センサを備えてもよい。
電池ケースが開放可能な開放型電池として構成されたセル電池の開放端から電解液を注液する複数の電解液注液装置と、前記複数のセル電池を収容するチャンバと、前記複数の電解液注液装置を制御する制御装置とを備え、各セル電池に同時に電解液を注液する開放型電池の電解液注液システムであって、前記電解液注液装置は、一定量の電解液を減圧状態で保持可能なホッパと、前記チャンバに配置されセル電池に電解液を注液するノズルと、前記ホッパから前記ノズルに連通する注液管路において、パイロットエアにより当該注液管路を開放若しくは閉止する空圧式ピンチバルブからなる注液バルブと、前記チャンバを設定した圧力にする第１の減圧装置と、前記ホッパを設定した圧力にする第２の減圧装置と、
前記注液バルブのパイロットエアを減圧して前記注液バルブを開放する第３の減圧装置を備え、前記チャンバは、前記セル電池の液面を感知する液面センサ有し、前記制御装置は、前記ホッパと前記チャンバとをそれぞれ独立して圧力調整が可能に構成されるとともに、前記チャンバ管路と前記ホッパ管路を等圧管路により連通することで前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、各セル電池に対応する前記注液バルブを同時に開放して複数のセル電池に注液するように構成してもよい。

また、本発明の開放型電池の電解液注液方法では、上記開放型電池の電解液注液システムにおいて、前記チャンバに前記複数のセル電池を収容するとともに、当該複数のセル電池が開放されてなる開放型電池の電池ケースの開放端の各セル電池に前記ノズルと前記液面センサを設定された位置に配置するとともに、当該チャンバを密閉して目的の圧力まで減圧するチャンバ減圧のステップと、各セルの前記ホッパに一定量の電解液を充填するとともに、当該ホッパを気密状態として目的の圧力まで減圧するホッパ減圧のステップと、前記ホッパと前記チャンバを連通させて当該ホッパとチャンバの圧力を等しい圧力とする差圧制御のステップと、各セルの注液バルブが同時に開放するようにパイロットエアを減圧する注液バルブ開放のステップとを備えたことを特徴とする。

前記注液バルブ開放のステップにおいて、前記制御装置は、前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、前記チャンバと前記ホッパの内圧が前記パイロットエアの圧力より高くなるように調圧することが望ましい。

また、前記注液バルブ開放のステップの後、前記液面センサが電解液の液面が設定された液面であることを感知した場合に、等しい圧力に減圧された前記ホッパと前記チャンバを設定された流量で大気開放して加圧する加圧のステップとをさらに行ってもよい。

さらに、前記加圧のステップの後、前記液面センサが電解液の液面が設定された液面未満となったことを感知した場合に、前記ホッパと前記チャンバを速度の制限なしに大気開放する大気開放のステップとをさらに行うようにしてもよい。

また、前記大気開放のステップの後、前記注液バルブを開放し前記ホッパと前記ノズルが連通した状態で、前記ホッパを減圧する液だれ抑制のステップをさらに行うようにしてもよい。

本発明の開放型電池の電解液注液システム及び方法は、複数のセル電池に効率よく、電解液を同時に注液することができる。

電解液注液システムの構成を示す模式図。 電解液注液装置の構成を説明する図１のＡ－Ａ部分の模式的な断面図。 注液バルブの断面図である。（ａ）開放時、（ｂ）は閉止時。 本実施形態の開放型電池の電解液注液方法の手順を示すフローチャート。 本実施形態の開放型電池の電解液注液方法の手順を時系列で示すタイムチャート。 電解液注液システムの別例の構成を説明する模式的な断面図。

本発明の開放型電池の電解液注液システム及び開放型電池の電解液注液方法を、電解液注液システム１００、及びこれを用いた電解液注液方法の実施形態により図１～６を参照して説明する。

（本実施形態の構成）
図１は、電解液注液システム１００を構成する電解液注液装置１の構成を示す模式図である。図２は、電解液注液装置１の構成を説明する図１のＡ－Ａ部分の模式的な断面図である。図１及び図２を参照して本実施形態の電解液注液システム１００の構成を説明する。図１に示すように電解液注液システム１００は、チャンバ１０と６台の電解液注液装置１と制御装置６０を備える。チャンバ１０は、６個のセル電池８２を備えた電池モジュール８を収容する。電解液注液装置１は、これらのそれぞれのセル電池８２に電解液８４を注液する。制御装置６０は、この６台の電解液注液装置１を制御する。

＜電池モジュール８＞
本実施形態で例示する電池モジュール８は、ハイブリッド車などの車載用のニッケル水素蓄電池として構成されている。図２に示すように電池モジュール８は、上方に開放端８３を備えた角形板状の直方体の電池ケース８１を備える。電池ケース８１は、隔壁（不図示）により区切って６個のセル電池８２を構成可能な一体電槽を構成する。それぞれのセル電池８２は、図示を省略した正極、負極、セパレータが積層された発電要素である電極群が収容されている。これらのセル電池８２は、電池の配列方向に直列に接続され、その電力は、一体電槽の電池長手方向（図１に垂直な方向）両端部に設けられた正極端子及び負極端子から取り出される（図示略）。

本実施形態で例示する電池モジュール８は、開放型電池として構成されている。完成した電池モジュール８は、開放端８３を有した電池ケース８１及び、この開放端８３を封止する蓋体（不図示）により外形が形成され、製品の電池ケース８１の開放端８３は、蓋体により閉止され密封されている。図２に示す電池モジュール８は、蓋体で封止する前の製造工程の中途であり、電解液の注液のために開放端８３から各セル電池８２の内部の電極群が露出される。この電解液注液工程が終了したら、蓋体により閉止され密封される。

＜チャンバ１０＞
図２に示すようにチャンバ１０は、電池モジュール８を内部に収容する部屋を備える。チャンバ１０は、電池モジュール８を載置する載置台１１を備える。また、ここに載置した電池モジュール８の上を覆って密閉する、下方が開放した立方体形状の上部カバー１２を備える。上部カバー１２は、開閉可能に構成される。載置台１１と上部カバー１２とは、シーリング１３により気密が担保される。

上部カバー１２の上面には、内部に載置された電池モジュール８の各セル電池８２の位置で所定の高さの位置に合わせて、電解液８４を注液するノズル４０がそれぞれ配置されている。

＜液面センサ１４＞
また、上部カバー１２の上面には、内部に載置された電池モジュール８の各セル電池８２の位置で所定の高さの位置に合わせた液面センサ１４を備える。液面センサ１４は、ここに注液した電解液８４の液面の位置を検出する。電解液８４の液面が、液面センサ１４に達するとＯＮ状態になり、電解液８４の液面が、液面センサ１４から離れるとＯＦＦになり、図示しない通信線で制御装置６０（図１）に送信される。

＜制御装置６０＞
図１に示す制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えた周知のコンピュータとして構成される。制御装置６０の記憶手段には、制御プログラムが記憶されている。制御プログラムにより、チャンバ圧力センサ２７、ホッパ圧力センサ３５、パイロットエア圧力センサ５７、液面センサ１４（図２参照）からの信号に基づいて、制御装置６０から制御信号が駆動装置６１に送信される。駆動装置６１は、制御装置６０から送信された制御信号に基づいて、チャンババルブ２３、加圧用大気開放用調整バルブ２６、ホッパバルブ３３、注液バルブ５０、パイロットエア用大気開放用調整バルブ５６に駆動信号を送出して駆動する。

チャンバ１０とホッパ３０とを等圧に減圧した状態で、各セル電池８２に対応する注液バルブ５０を同時に開放して複数のセル電池８２に同時に電解液８４に注液する。制御の詳細は作用の説明で詳述する。

＜電解液注液装置１＞
図２に示すように電解液注液装置１は、ホッパ３０と、ノズル４０と、注液バルブ５０と、第１の減圧装置２１と、第２の減圧装置３１と、第３の減圧装置５１を備える。

＜ホッパ３０＞
図２に示すように一定量の電解液８４を減圧状態で保持可能なホッパ３０を備える。ホッパ３０は、開閉式の蓋体３８を備える。充填ノズル３７を介して定量ポンプ３６により定量の電解液８４が一定量充填される。電解液８４の充填後、ホッパ３０は蓋体３８が閉止され気密状態とされ減圧される。

＜ノズル４０＞
ノズル４０は、ホッパ３０と注液管路４１により連通するように構成される。それぞれのノズル４０は、注液管路４１からチャンバ１０に配置された電池モジュール８のそれぞれのセル電池８２に電解液８４を注液する。ノズル４０は、チャンバ１０の上部カバー１２の上面を貫通するように配置され、気密に構成される。ノズル４０はチャンバ１０が減圧された状態を維持したままで注液することができる。

＜注液バルブ５０＞
図３は、注液バルブ５０の断面図である。（ａ）は、開放時、（ｂ）は閉止時を示す。図２に示すように注液バルブ５０は、ホッパ３０からノズル４０に連通する注液管路４１に配置される。注液バルブ５０は空圧式ピンチバルブとして構成されている。すなわち図３（ａ）に示すように、パイロットエアをパイロットエア管路５２によりピンチバルブケース５８を脱気することにより減圧すると、高反動弾力性スリーブ５９の弾力で、注液管路４１を開放する。一方、図３（ｂ）に示すように、パイロットエアをパイロットエア管路５２により大気開放すると、ピンチバルブケース５８に大気が流入して加圧される。そうすると、高反動弾力性スリーブ５９は、パイロットエアの圧力で注液管路４１を閉止する。この注液バルブ５０の開閉は、注液管路４１内の圧力とピンチバルブケース５８との圧力差に依存する。本実施形態では、電解液８４が注液管路４１内を流下し始める時には、注液管路４１は減圧されている。そのため、注液バルブ５０を開放するためには、ピンチバルブケース５８内の内圧を注液管路４１内の内圧よりさらに低くする必要がある。

そこで、図２に示すパイロットエア用真空ポンプ５４を駆動して、注液管路４１の内圧より低くなるように減圧する。また、注液バルブ５０を閉止するためには、ピンチバルブケース５８内の内圧を注液管路４１の内圧より大きくするため、図２に示すパイロットエア用大気開放用調整バルブ５６を調整して、パイロットエア用大気開放口５５から大気を導入することで減圧状態から加圧する。

＜第１の減圧装置２１＞
図１に示す第１の減圧装置２１は、チャンバ１０を設定した圧力に減圧することで調整をする。第１の減圧装置２１は、チャンバ管路２２、チャンババルブ２３、脱気用真空ポンプ２４、加圧用大気開放口２５、加圧用大気開放用調整バルブ２６、チャンバ圧力センサ２７を備える。第１の減圧装置２１は、その一端がチャンバ１０に連通するように接続されるチャンバ管路２２と、チャンバ管路２２に設けられこれを開閉するチャンババルブ２３とが配設される。チャンバ管路２２の他端は、分岐して一方は、脱気用真空ポンプ２４に接続されて、チャンバ１０内を減圧することができる。分岐した他方は、加圧用大気開放用調整バルブ２６を介して加圧用大気開放口２５から大気を流入させて加圧することができる。制御装置６０は、チャンバ圧力センサ２７に基づいてチャンバ１０内の内圧を監視する。なお、制御装置６０とチャンバ圧力センサ２７は図示しない信号線で接続されている。チャンバ１０の内圧を減圧する場合には、制御装置６０は、脱気用真空ポンプ２４を運転させるとともに、チャンババルブ２３を開放する。目標の内圧となった時点でチャンババルブ２３を閉止することで減圧状態が維持できる。なお、チャンバ１０の内圧を調整することで、ここに収容された電池モジュール８の６個のセル電池８２の環境を同時に同じ内圧に調整することができる。

＜第２の減圧装置３１＞
図１に示すように第２の減圧装置３１は、ホッパ３０の内圧を設定した圧力にする。第２の減圧装置３１は、ホッパ管路３２、ホッパバルブ３３、ホッパ圧力センサ３５を備える。脱気用真空ポンプ２４、加圧用大気開放用調整バルブ２６、加圧用大気開放口２５は、第１の減圧装置と共用する。

第２の減圧装置３１は、その一端がホッパ３０に連通するように接続されるホッパ管路３２と、ホッパ管路３２に設けられこれを開閉するホッパバルブ３３とが配設される。ホッパ管路３２の他端は、分岐して一方は、脱気用真空ポンプ２４に接続されて、ホッパ３０内を減圧することができる。分岐した他方は、加圧用大気開放用調整バルブ２６を介して加圧用大気開放口２５から大気を流入させて加圧することができる。制御装置６０は、ホッパ圧力センサ３５に基づいてホッパ３０内の内圧を監視する。なお、制御装置６０とホッパ圧力センサ３５は図示しない信号線で接続されている。ホッパ３０の内圧を減圧する場合には、制御装置６０は、脱気用真空ポンプ２４を運転させるとともに、ホッパバルブ３３を開放し、目標の内圧となった時点でホッパバルブ３３を閉止することで減圧状態が維持できる。

＜等圧管路３４＞
図１に示すように電解液注液装置１は、等圧管路３４を備える。等圧管路３４は、チャンバ管路２２のチャンババルブ２３のチャンバ１０とは反対側の管路と、ホッパ管路３２のホッパバルブ３３のホッパ３０とは反対側の管路とが連通して共通の管路となった部分である。チャンババルブ２３とホッパバルブ３３を開放すると、チャンバ１０とホッパ３０が連通し、チャンバ１０とホッパ３０の内圧が等しくなる。また、ホッパバルブ３３を閉止しチャンババルブ２３を開放すると、チャンバ１０の内圧のみを調整することができる。チャンババルブ２３を閉止しホッパバルブ３３を開放すると、ホッパ３０の内圧のみを調整することができる。

＜第３の減圧装置５１＞
図１に示すように第３の減圧装置５１は、注液バルブ５０のパイロットエアを減圧して注液バルブ５０を開放する。第３の減圧装置５１は、パイロットエア管路５２と、パイロットエアバルブ５３、パイロットエア用真空ポンプ５４、パイロットエア用大気開放口５５、パイロットエア用大気開放用調整バルブ５６、パイロットエア圧力センサ５７を備える。

第３の減圧装置５１は、その一端がそれぞれの注液バルブ５０のピンチバルブケース５８に連通するように接続されるパイロットエア管路５２（図３参照）と、パイロットエア管路５２に設けられこれを開閉するパイロットエアバルブ５３とが配設される。パイロットエア管路５２の他端は、分岐して一方は、パイロットエア用真空ポンプ５４に接続されて、ピンチバルブケース５８内を減圧することができる。分岐した他方は、パイロットエア用大気開放用調整バルブ５６を介してパイロットエア用大気開放口５５から大気を流入させて加圧することができる。制御装置６０は、パイロットエア圧力センサ５７に基づいてピンチバルブケース５８内の内圧を監視する。なお、制御装置６０とパイロットエア圧力センサ５７は図示しない信号線で接続されている。注液バルブ５０を開放するためにピンチバルブケース５８の内圧を減圧する場合には、制御装置６０は、パイロットエア用真空ポンプ５４を運転させるとともに、パイロットエアバルブ５３を開放する。目標の内圧となった時点でパイロットエアバルブ５３を閉止することで注液バルブ５０の開放状態が維持できる。一方、注液バルブ５０を閉止するためにはピンチバルブケース５８の内圧を加圧する。この場合には、制御装置６０は、パイロットエア用大気開放用調整バルブ５６によりパイロットエア用大気開放口５５から大気を導入することで減圧された内圧を大気圧に近づけるように加圧する。この場合は、再びパイロットエア用真空ポンプ５４で減圧しなければ、注液バルブ５０は閉止したままになる。

（本実施形態の作用）
図４は、本実施形態の開放型電池の電解液注液方法の手順を示すフローチャートである。図５は、本実施形態の開放型電池の電解液注液方法の手順を時系列で示すタイムチャートである。図４、図５を参照して本実施形態の開放型電池の電解液注液方法の手順を説明する。

＜ホッパ注液（Ｓ１）＞
開放型電池の電解液注液方法が開始されると（開始）、注液バルブ５０が閉止した状態で、ホッパ注液の手順（Ｓ１）が行われる。図２に示すように充填ノズル３７を介して定量ポンプ３６により定量の電解液８４がホッパ３０に一定量充填される。電解液８４の充填後ホッパ３０は、蓋体３８が閉止され気密状態とされる。図５の時間ｔ０～ｔ１に示すように、ホッパ３０の内圧は、この段階では大気圧のままである。

＜チャンバ脱気（Ｓ２）＞
これと並行して、時間ｔ０～ｔ１で、チャンバ脱気の手順（Ｓ２）が実施される。チャンバ脱気の手順は、まず、図２に示すようにチャンバ１０の載置台１１に電池モジュール８を載置し、上部カバー１２で覆い、シーリング１３により密閉する。このとき、電池モジュール８の各セル電池８２の電池ケース８１の開放端８３は開放されており、ここに、上部カバー１２に配設されたノズル４０と液面センサ１４を各セル電池８２の所定位置に配置する。

続いて、制御装置６０は、第１の減圧装置２１の脱気用真空ポンプ２４を運転させ、チャンババルブ２３を開放させ、チャンバ管路２２からチャンバ１０内の空気を脱気して減圧する。制御装置６０は、チャンバ圧力センサ２７によりチャンバ１０の内圧を監視し、設定された内圧まで脱気する。このため図５の時間ｔ０～ｔ１に示すように、チャンバ１０の内圧は大気圧から真空に近づいていく。

＜ホッパ脱気（Ｓ３）＞
チャンバ脱気の手順（Ｓ２）により、チャンバ１０が所定の内圧になったら、ホッパ脱気の手順（Ｓ３）を実施する。ホッパ脱気の手順（Ｓ３）は、ホッパ３０を脱気して所定の内圧にする。ホッパ脱気の手順（Ｓ３）では、制御装置６０は、ホッパバルブ３３を開放する。そして、同時に脱気用真空ポンプ２４を運転してホッパ管路３２からホッパ３０内の脱気を行う。ここでは図５のｔ１からｔ２に示すように、ホッパ３０の内圧が大気圧から低下する。

＜差圧制御（Ｓ４）＞
また、差圧制御（Ｓ４）では、チャンバ１０の内圧とホッパ３０の内圧を等しい圧力とする。

図５に示すｔ１～ｔ２の区間は、ホッパ脱気の手順（Ｓ３）と、これに続く差圧制御（Ｓ４）を示す。時間ｔ１の段階でチャンバ１０の内圧は目標となる内圧まで下がっている。時間ｔ１のタイミングで、制御装置６０は、ホッパ３０の脱気を始める。そうすると、ホッパ３０の内圧は急激に低下する。一方、チャンバ１０の内圧は時間ｔ１から一旦上昇する。これは、時間ｔ１においてホッパ３０の脱気のためにホッパバルブ３３を開放すると、既にチャンバ脱気（Ｓ２）において開放しているチャンババルブ２３と相まって、等圧管路３４を介して、チャンバ１０とホッパ３０とが連通するためである。つまり、チャンバ１０とホッパ３０とが連通するため、ホッパ３０での大気圧の空気が、既に脱気されたチャンバ１０に流入するからである。このようにホッパ脱気の手順（Ｓ３）によりホッパ３０の内圧が低下するとともに、等圧管路３４を介して、チャンバ１０とホッパ３０とが連通することで、チャンバ１０とホッパ３０とが等圧にされる差圧制御（Ｓ４）が実行される。

この場合、注液の手順において、注液バルブ５０を開放するときに、ピンチバルブケース５８の内圧が、パイロットエアのチャンバ１０とホッパ３０の内圧より設定された差圧がないと、注液バルブ５０を円滑に開放しづらい。特に、パイロットエア用真空ポンプ５４の能力が、脱気用真空ポンプ２４より小さい場合に問題がある。この場合は、脱気用真空ポンプ２４を最大能力まで稼働させると、パイロットエア用真空ポンプ５４をいくら運転しても、ピンチバルブケース５８の内圧を、パイロットエアのチャンバ１０とホッパ３０の内圧より低くすることはできない。そうすると、注液バルブ５０を開放しづらくなる。

なお、パイロットエア用真空ポンプ５４と脱気用真空ポンプ２４とを、同一の真空ポンプで共用する場合や、装置外部の工場のバキュームエアを利用する場合も同様である。この場合の詳細な手順は別例で後述する。

ここで、本実施形態の注液の手順において、注液バルブ５０を円滑に開放するためには以下の制御を行う。各セル電池８２に対応する注液バルブ５０を同時に開放して複数のセル電池に同時に注液する場合において、チャンバ１０とホッパ３０とを等圧に減圧した状態とする。そして、チャンバ１０とホッパ３０の内圧がピンチバルブケース５８内のパイロットエアの内圧より高くなるように調圧する。この差圧を十分に大きくとることで複数の注液バルブ５０を精度高く同時に開放することができる。具体的な差圧は、注液バルブ５０の具体的な構成による。制御装置６０が、パイロットエア用真空ポンプ５４の最大能力に対応する内圧より、チャンバ１０とホッパ３０の内圧を十分に高くする。制御装置６０は、チャンバ圧力センサ２７及びホッパ圧力センサ３５を監視して、目標となる圧力より高い場合は、脱気用真空ポンプ２４を運転して減圧する。制御装置６０は、チャンバ圧力センサ２７及びホッパ圧力センサ３５を監視して、目標となる圧力より低い場合は、加圧用大気開放用調整バルブ２６を開放して加圧する。

＜注液開始（Ｓ５）＞
差圧制御（Ｓ４）によりチャンバ１０とホッパ３０の内圧が設定された圧力の等圧に調整されると、注液が開始される（Ｓ５）。注液は、制御装置６０がパイロットエア用真空ポンプ５４を駆動すると、図３（ａ）に示すように、パイロットエア管路５２によりピンチバルブケース５８からパイロットエアを脱気して減圧する。そうすると高反動弾力性スリーブ５９の弾力で閉止していた注液バルブ５０は開放し、注液管路４１を開放する。

注液を開始する時点では、差圧制御（Ｓ４）によりチャンバ１０とホッパ３０とが等圧になっているので、チャンバ１０とホッパ３０との圧力差はない。そのため、注液バルブ５０を開放すると、電解液８４は、重力のみに依存してノズル４０からチャンバ１０内のセル電池８２に流下する。そのため、ノズル４０からは、静かに電解液８４が流下し、噴出したりすることがない。そのため電解液８４が周囲に飛散したり、激しく流入することで飛沫が飛び散ったり、電解液８４が泡立ってあふれたりすることを抑制することができる。

＜液面高さ≧閾値の判断（Ｓ６）＞
注液が進行している間「液面高さ≧閾値の判断の手順（Ｓ６）」を行う。制御装置６０は、常時液面センサ１４からの信号を監視している。注液が進行し、セル電池８２に電解液８４が貯留され電解液８４の液面が高くなっていく。制御装置６０は、液面センサ１４からの信号がＯＦＦの場合は、液面高さが、設定した閾値未満であると判断し（Ｓ６：ＮＯ）、引き続き監視を続ける。図５に示す時間ｔ３において液面センサ１４からの信号がＯＮになった場合は、液面高さが、設定した閾値以上であると判断し（Ｓ６：ＹＥＳ）、加圧（Ｓ７）を開始する。

＜加圧（Ｓ７）＞
加圧の手順（Ｓ７）では、制御装置６０が、加圧用大気開放用調整バルブ２６により一定の流量の空気の通過を許容して、加圧用大気開放口２５から大気を徐々に流入させて加圧する。その速度は、セル電池８２内の電解液８４の液面が変動しないようにチャンバ１０及びホッパ３０の内圧が徐々に高くなるようにする。また、急激に大気圧とすると、セル電池８２の電極群の隙間に空気が侵入し、電極群への電解液の真空含侵の妨げとなるためである。このように徐々に加圧することで、電解液８４の液面よりも下方の電極群への含侵が液面への加圧により効果的に行われる。

＜液面高さ≦閾値の判断（Ｓ８）＞
制御装置６０は、引き続き常時液面センサ１４からの信号を監視している。制御装置６０は、液面センサ１４からの信号がＯＮの場合は、液面高さが、設定した閾値以上であると判断し（Ｓ８：ＮＯ）、引き続き徐々に加圧する（Ｓ７）。

＜注液の完了＞
図５に示すように、注液がホッパ３０に貯留された一定量に達する時間ｔ４に、注液は完了する。この注液の完了は、制御装置６０では検知しておらず、時間ｔ４に注液が完了することを前提としている。注液が完了した直後は、まだ電解液８４の液面の動揺や泡立ちなどで、液面センサ１４からの信号がＯＮの状態が継続する（Ｓ７：ＮＯ）。電解液８４の液面が安定し、液面センサ１４からの信号がＯＦＦの状態となったら、液面高さが閾値以下になったと判断して（Ｓ７：ＹＥＳ）、大気開放の手順（Ｓ９）を実施する。

＜大気開放（Ｓ９）＞
大気開放の手順（Ｓ９）は、制御装置６０が、加圧用大気開放用調整バルブ２６を全開にして最大流量の空気の通過を許容し、加圧用大気開放口２５から大気を一気に流入させて加圧する（Ｓ９）。このように加圧することで、セル電池８２の電極群への電解液８４の含侵を大気圧により促進する。これで、電池モジュール８への注液が完了し、本実施形態の開放型電池の電解液注液方法としては完了する。

＜液だれ抑制（Ｓ１０）＞
ここで本実施形態の開放型電池の電解液注液方法は、次の電池モジュール８の注液に移行する。ここで本実施形態では付加的に液だれ抑制の手順（Ｓ１０）を実行する。次の電池モジュール８の注液までの時間、ノズル４０から電解液８４の液だれがあると、正極端子や負極端子などにアルカリ性の溶液が付着することで汚損してしまい、電池モジュール８の劣化を生じる場合がある。そこで、制御装置６０では、注液バルブ５０を開放するとともに、チャンババルブ２３を閉止する。一方、ホッパバルブ３３を開放するとともに脱気用真空ポンプ２４を低速で運転し、ホッパ３０と、ここに連通するノズル４０の内部を大気に対して負圧とする。負圧とすることで、ノズル４０からの液だれを抑制する。このような液だれ抑制の手順（Ｓ１０）により、電池モジュール８への電解液８４による汚損を抑制する。

＜注液終了の判断（Ｓ１１）＞
１つの電池モジュール８への注液が完了し、液だれ抑制（Ｓ１０）の手順を実行しつつ、次の電池モジュール８の注液があるか否かを判断する。終了しない場合は（Ｓ１１：ＮＯ）、液だれ抑制（Ｓ１０）の制御をしながら待機する。次の電池モジュール８の注液があるか否かを判断する。終了する場合は（Ｓ１１：ＹＥＳ）、液だれ抑制（Ｓ１０）の手順を終了し、開放型電池の電解液の注液方法の手順を終了する（終了）。

（本実施形態の効果）
本実施形態の開放型電池の電解液注液システム１００及び電解液注液方法では、以下のような効果を奏する。

（１）チャンバ１０とホッパ３０は、注液バルブ５０を開放して電解液８４の注液を行うときに、差圧制御により内圧の圧力差がゼロになっている。そのため、注液が重力のみに依存して静かに行われる。このため、ノズル４０からの電解液８４の噴出を抑制でき、電解液８４の周囲への飛散、飛沫の発生、泡立ちや液面の動揺によりあふれたりすることを抑制することができる。

（２）また、注液された電解液８４の液面の揺動が小さく、液面センサ１４により液面の検出がより正確に行うことができ、制御装置６０により、より正確な制御を行うことができる。

（３）差圧制御は、チャンバ１０とホッパ３０とを連通する等圧管路３４を設けて行うため、簡易に、且つ瞬時に、且つ正確に行うことができる。
（４）注液は、空圧式のピンチバルブから構成された注液バルブ５０によって行われるため、パイロットエアによる空圧で制御することができる。そのため多数のセル電池８２への注液を同時に行うことができる。そのため電解液の注液工程を効率的に行うことができる。

（５）注液バルブ５０はピンチバルブにより構成されるため、閉止時には漏れがなく、開放時には、流動抵抗が少ない。また、高反動弾力性スリーブ５９は強アルカリ性の電解液への耐性も高い。

（６）電解液８４の注液は、真空に近い低圧で行われるためセパレータ内の空気を排除し、電極群への電解液の真空含侵が効率よく行われる。
（７）注液の液面が液面センサ１４により検出され、電極群が十分に電解液に浸漬されるまでは低圧で行われ、電極群が十分に電解液に浸漬されたのちは大気圧により含侵が促進されるように注液される。このため、注液の段階に応じ、液面の下の底部から上方に向け順次効果的な含侵ができる。

（８）脱気用真空ポンプ２４は、複数のセル電池８２が収容されたチャンバ１０と、複数のホッパ３０の脱気を１台でできるため、装置を単純化することができる、
（９）注液は、タイムチャートに沿って進行できるため、タクトタイムが決まっている工場のラインに組み込むことが容易である。

（１０）複数の電池モジュール８に連続して注液する場合は、液だれ抑制制御により、正極電極や負極電極などを強アルカリ性の電解液により汚損することがない。
（１１）複数の単電池からなるセル電池や、同時に複数の電池モジュール８に同時に注液することもできる。

（１２）セル電池８２毎に充填された電解質の量が正確に等しく、且つ電解液８４による汚損がなく高度な品質の電池モジュール８を生産することができる。
（本実施形態の別例）
以上、本発明を実施形態により説明したが、本発明は実施形態に限定されず以下のように実施することができる。

〇注液する電池は、実施形態で例示した複数のセル電池８２を有した電池モジュール８に限らず、単電池として独立して構成された複数のセル電池８２を同時に注液するような構成としてもよい。また、複数の電池モジュール８を一括してチャンバ１０に収容して、注液するような構成でもよい。

〇本実施形態では、第１の減圧装置２１と第２の減圧装置３１とは、脱気用真空ポンプ２４、加圧用大気開放用調整バルブ２６、加圧用大気開放口２５を共用する。これに限定されずそれぞれ別個に専用の機器を備えてもよい。

○また、逆に第３の減圧装置５１も、脱気用真空ポンプ２４、加圧用大気開放用調整バルブ２６、加圧用大気開放口２５を共用することもできる。
図６は、電解液注液システム１００の別例の構成を説明する模式的な断面図である。図６に示すように、第１の減圧装置２１と第２の減圧装置３１と第３の減圧装置５１が、共通の真空ポンプとして脱気用真空ポンプ２４、及び共通の加圧手段として加圧用大気開放用調整バルブ２６、加圧用大気開放口２５を共用した場合について、説明する。

図２において使用するパイロットエア用真空ポンプ５４、パイロットエア用大気開放口５５、パイロットエア用大気開放用調整バルブ５６は、使用しない。パイロットエアバルブ５３は、等圧管路３４に連通される。

このような構成を前提として、注液バルブ５０の開弁の手順を説明する。図４に示すフローチャートにおいて、ホッパ注液（Ｓ１）、チャンバ脱気（Ｓ２）、ホッパ脱気（Ｓ３）の前に、チャンババルブ２３、ホッパバルブ３３は閉止され、パイロットエアバルブ５３が開放され、加圧用大気開放用調整バルブ２６が開放されて、加圧用大気開放口２５によりピンチバルブケース５８に大気が導入され大気圧となる。この状態では、チャンバ１０やホッパ３０の内圧にかかわらず注液バルブ５０が閉止されている。

次に、パイロットエアバルブ５３が閉止され、ホッパ注液（Ｓ１）、チャンバ脱気（Ｓ２）、ホッパ脱気（Ｓ３）、差圧制御（Ｓ４）の手順が実施される。差圧制御（Ｓ４）の手順では、前述の実施形態のとおり、チャンババルブ２３、ホッパバルブ３３は開放され、チャンバ１０とホッパ３０とを等圧の状態で減圧するが、脱気用真空ポンプ２４の能力最大で脱気すると、注液バルブ５０のピンチバルブケース５８の内圧に対して十分な圧力差を持って正圧とすることができなくなる。そのため制御装置６０は、チャンバ圧力センサ２７やホッパ圧力センサ３５で内圧を監視しながら、所定の圧力になるように調整を行う。調整は、低すぎる場合は、加圧用大気開放用調整バルブ２６を所定量大気が流入するように開放する。逆に、高すぎる場合は、加圧用大気開放用調整バルブ２６を閉止し、脱気用真空ポンプ２４を運転して脱気する。

図５の時間ｔ２に示す注液開始（Ｓ５）においては、チャンババルブ２３、ホッパバルブ３３は閉止され、チャンバ１０とホッパ３０の内圧は維持され、パイロットエアバルブ５３が開放される。この状態で、脱気用真空ポンプ２４が運転されてパイロットエアが脱気される。ピンチバルブケース５８の内圧が、等圧に減圧されたチャンバ１０及びホッパ３０の内圧に対して所定の圧力差以上に負圧となると、高反動弾力性スリーブ５９がピンチバルブケース５８側に吸い寄せられ、注液バルブ５０が開放する。この状態を維持するため、パイロットエアバルブ５３が再び閉止される。

図５の時間ｔ３では、この状態から、チャンババルブ２３、ホッパバルブ３３が開放され、加圧用大気開放用調整バルブ２６が所定量の大気を加圧用大気開放口２５から導入すると、チャンバ１０及びホッパ３０の内圧が徐々に加圧される。この場合、ピンチバルブケース５８の内圧が、等圧に減圧されたチャンバ１０及びホッパ３０の内圧に対して所定の圧力差以上に負圧となる状態が維持されるため、注液バルブ５０は、開放した状態を維持したままである。

その後の制御は、実施形態の制御と同様である。このような手順を行うことで、実施形態と同様に本発明を実施することができる。
〇急速に加圧減圧するために、アキュムレータなどを備えてもよい。

〇さらに工場の施設から負圧のバキュームエアの供給を受けてもよい。
その場合の制御は、第１の減圧装置２１と第２の減圧装置３１と第３の減圧装置５１の共通の真空ポンプとしての脱気用真空ポンプ２４を利用する場合と同様な手順で本発明を実施できる。

〇本実施形態の注液バルブ５０は、弁の初期状態が開放状態であるが、弁の閉止状態が初期状態のものを用いてもよい。
〇注液バルブ５０は、空圧に限らず、油圧で駆動するものでもよい。さらにソレノイドで駆動するようなものでもよい。

〇注液バルブ５０は、ピンチバルブに限定せず、ボールバルブ、ゲートバルブ、ニードルバルブ、バタフライバルブ、グローブバルブ、ダイヤフラムバルブなど、電解液の流下、停止ができれば、その種類は問わない。

〇図４に示すフローチャートは、本発明の一実施例であり、当業者によりその手順を付加し、削除し、順序を変え、変更してもよい。
〇本実施形態では、車載用のニッケル水素蓄電池の電池モジュール８を例に説明したが、その用途は限定されず、船舶や航空機はもちろん、地上載置用の電池の状態を判定する場合に用いることができる。

○電池モジュール８は、ニッケル水素蓄電池を例に説明したが、電解液を注液する方法が実施できれば、リチウムイオン二次電池など、電池の種類は限定されない。
〇各実施形態及び変形例に記載された態様は、矛盾がない限り相互に置換して実施することができる。

○本実施形態は、本発明の一例であり、特許請求の範囲を逸脱しない限り、当業者によりその構成を付加し、削除し、または変更して実施することができる。

１…電解液注液装置
１０…チャンバ
１１…載置台
１２…上部カバー
１３…シーリング
１４…液面センサ
２１…第１の減圧装置
２２…チャンバ管路
２３…チャンババルブ
２４…脱気用真空ポンプ
２５…加圧用大気開放口
２６…加圧用大気開放用調整バルブ
２７…チャンバ圧力センサ
３０…ホッパ
３１…第２の減圧装置
３２…ホッパ管路
３３…ホッパバルブ
３４…等圧管路
３５…ホッパ圧力センサ
３６…定容量ポンプ
３７…充填ノズル
３８…蓋体
４０…ノズル
４１…（ホッパからノズルに連通する）注液管路
５０…注液バルブ
５１…第３の減圧装置
５２…パイロットエア管路
５３…パイロットエアバルブ
５４…パイロットエア用真空ポンプ
５５…パイロットエア用大気開放口
５６…パイロットエア用大気開放用調整バルブ
５７…パイロットエア圧力センサ
５８…ピンチバルブケース
５９…高反動弾力性スリーブ
６０…制御装置
６１…駆動装置
６２…信号線
８０…電池モジュール
８１…電池ケース
８２…セル電池
８３…開放端
８４…電解液
１００…電解液注液システム

Claims (9)

1. 電池ケースが開放可能な開放型電池として構成されたセル電池の開放端から電解液を注液する複数の電解液注液装置と、複数の前記セル電池を収容するチャンバと、前記複数の電解液注液装置を制御する制御装置とを備え、各セル電池に同時に電解液を注液する開放型電池の電解液注液システムであって、
   前記電解液注液装置は、
   一定量の電解液を減圧状態で保持可能なホッパと、
   前記チャンバに配置されセル電池に電解液を注液するノズルと、
   前記ホッパから前記ノズルに連通する注液管路において、パイロットエアにより当該注液管路を開放若しくは閉止する空圧式ピンチバルブからなる注液バルブと、
   前記チャンバを設定した圧力にする第１の減圧装置と、
   前記ホッパを設定した圧力にする第２の減圧装置と、
   前記注液バルブのパイロットエアを減圧して前記注液バルブを開放する第３の減圧装置を備え、
   前記制御装置は、前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、各セル電池に対応する前記注液バルブを同時に開放して複数のセル電池に同時に注液するとともに、
   前記第１の減圧装置は、前記チャンバに連通するチャンバ管路と、当該チャンバ管路を開閉するチャンババルブとを有し、
   前記第２の減圧装置は、前記ホッパに連通するホッパ管路と、当該ホッパ管路を開閉するホッパバルブとを有し、
   前記第１の減圧装置と、前記第２の減圧装置とで共通の真空ポンプを共用し、
   前記制御装置により制御されたバルブの操作により、前記ホッパと前記チャンバとをそれぞれ独立して圧力調整が可能に構成されるとともに、前記チャンバ管路と前記ホッパ管路を等圧管路により連通することで前記ホッパと前記チャンバとの圧力を等しくすることを特徴とする開放型電池の電解液注液システム。
2. 前記制御装置は、各セル電池に対応する前記注液バルブを同時に開放して複数の前記セル電池に同時に注液する場合において、前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、前記チャンバと前記ホッパの内圧が前記パイロットエアの圧力より高くなるように調圧することを特徴とする請求項１に記載の開放型電池の電解液注液システム。
3. 前記チャンバには、前記セル電池に注液された電解液の液面を感知する液面センサを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の開放型電池の電解液注液システム。
4. 電池ケースが開放可能な開放型電池として構成されたセル電池の開放端から電解液を注液する複数の電解液注液装置と、複数の前記セル電池を収容するチャンバと、前記複数の電解液注液装置を制御する制御装置とを備え、各セル電池に同時に電解液を注液する開放型電池の電解液注液システムであって、
   前記電解液注液装置は、
   一定量の電解液を減圧状態で保持可能なホッパと、
   前記チャンバに配置されセル電池に電解液を注液するノズルと、
   前記ホッパから前記ノズルに連通する注液管路において、パイロットエアにより当該注液管路を開放若しくは閉止する空圧式ピンチバルブからなる注液バルブと、
   前記チャンバを設定した圧力にする第１の減圧装置と、
   前記ホッパを設定した圧力にする第２の減圧装置と、
   前記注液バルブのパイロットエアを減圧して前記注液バルブを開放する第３の減圧装置を備え、
   前記チャンバは、前記セル電池の液面を感知する液面センサ有し、
   前記制御装置は、前記ホッパと前記チャンバとをそれぞれ独立して圧力調整が可能に構成されるとともに、チャンバ管路とホッパ管路を等圧管路により連通することで前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、各セル電池に対応する前記注液バルブを同時に開放して複数のセル電池に注液するように構成されたことを特徴とする開放型電池の電解液注液システム。
5. 請求項４に記載の開放型電池の電解液注液システムにおいて、
   前記チャンバに前記複数のセル電池を収容するとともに、当該複数のセル電池が開放されてなる開放型電池の電池ケースの開放端の各セル電池に前記ノズルと液面センサを設定された位置に配置するとともに、当該チャンバを密閉して目的の圧力まで減圧するチャンバ減圧のステップと、
   各セルの前記ホッパに一定量の電解液を充填するとともに、当該ホッパを気密状態として目的の圧力まで減圧するホッパ減圧のステップと、
   前記ホッパと前記チャンバを連通させて当該ホッパとチャンバの圧力を等しい圧力とする差圧制御のステップと、
   各セルの注液バルブが同時に開放するようにパイロットエアを減圧する注液バルブ開放のステップとを備えたことを特徴とする開放型電池の電解液注液方法。
6. 前記注液バルブ開放のステップにおいて、前記制御装置は、前記チャンバと前記ホッパとを等圧に減圧した状態で、前記チャンバと前記ホッパの内圧が前記パイロットエアの圧力より高くなるように調圧することを特徴とする請求項５に記載の開放型電池の電解液注液方法。
7. 前記注液バルブ開放のステップの後、前記液面センサが電解液の液面が設定された液面であることを感知した場合に、等しい圧力に減圧された前記ホッパと前記チャンバを設定された流量で大気開放して加圧する加圧のステップとをさらに行うことを特徴とする請求項５又は６に記載の開放型電池の電解液注液方法。
8. 前記加圧のステップの後、前記液面センサが電解液の液面が設定された液面未満となったことを感知した場合に、前記ホッパと前記チャンバを速度の制限なしに大気開放する大気開放のステップとをさらに行うことを特徴とする請求項７に記載の開放型電池の電解液注液方法。
9. 前記大気開放のステップの後、前記注液バルブを開放し前記ホッパと前記ノズルが連通した状態で、前記ホッパを減圧する液だれ抑制のステップをさらに行うことを特徴とする請求項８に記載の開放型電池の電解液注液方法。