JP6332938B2 - 充放電検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池やキャパシタなどの蓄電デバイスを検査する充放電検査装置に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池をはじめとする繰り返し充電可能な二次電池、あるいは電気二重層コンデンサ（以下、蓄電デバイスと総称する）がモバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、家庭用蓄電システム、などの幅広い分野で利用されており、その重要性は近年ますます高まっている。

蓄電デバイスはその出荷前に、充放電検査装置を用いて正常に機能するかが検査される。図１は、本発明者が検討した充放電検査装置を示す図である。充放電検査装置１００ｒは、電源ユニット１０２および検査ラック２００を備える。

蓄電デバイス１は、トレー２に収容された状態で、搬送され、検査される。ひとつのトレー２には、最大でＮ個の蓄電デバイス１が収容可能となっている。

検査ラック２００には、Ｋ個（Ｋは２以上の整数）のスロット２０２が設けられる。蓄電デバイス１を載せたトレー２は、スロット２０２に挿入される。検査ラック２００の内部には、各スロット２０２ごとに設けられたプローブが設けられ、このプローブが蓄電デバイス１の電極と電気的に接触する。

電源ユニット１０２は、検査ラック２００に収容される蓄電デバイス１それぞれを、充放電することにより、複数の蓄電デバイス１を並列に検査可能に構成される。たとえば電源ユニット１０２は、スロット２０２ごとに設けられたコンバータ１０４を備える。コンバータ１０４は、対応するスロット２０２に収容されるＮ個の蓄電デバイス１に対応するＮチャンネルの出力を有する。

スタッカクレーン４は、トレー２を搬入し、それを検査ラック２００の空きスロットにトレー２を挿入する。また検査が終了したトレー２を、スロット２０４から引き抜き、搬出する。

特開平８−１８９９５５号公報 特開平８−００７９３３号公報 特開２０１１−１３８９８１号公報 特開２０１２−２１６４２４号公報

蓄電デバイス１の検査工程において、その温度管理はきわめて重要であり、高精度な検査のためには、蓄電デバイス１のデバイス温度、あるいは環境温度が所望の値に安定に保たれている必要がある。

図１の充放電検査装置１００ｒにおいて、検査ラック２００には、最大でＫ×Ｎ個の蓄電デバイス１が収容される。しかしながら、充放電検査装置１００ｒが設置された検査ルーム、あるいは工場内の温度管理を行うだけでは、すべてのスロットの温度、あるいはすべての蓄電デバイス１の温度を均一に保つことは難しい。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、複数の蓄電デバイスの温度を均一に、あるいは個別に制御可能な充放電検査装置の提供にある。

本発明のある態様は、蓄電デバイスの充放電検査装置に関する。充放電検査装置は、複数の充放電ユニットを縦方向にスタックし、および／または横方向に連結することにより構成される検査ラックを備える。充放電ユニットは、Ｍ個（Ｍは自然数）のスロットと、Ｍ個のプローブユニットと、を備える。各スロットには、少なくともひとつの蓄電デバイスを搭載するトレーが挿入可能である。Ｍ個のプローブユニットは、Ｍ個のスロットに対応して設けられ、それぞれが、対応するスロットに挿入されるトレーに搭載される蓄電デバイスの電極と電気的に接触可能な複数のプローブを備える。充放電ユニットごとに、蓄電デバイスのデバイス温度および／または蓄電デバイスの環境温度を安定化させる温調設備が設けられる。

この態様によれば、検査ラックを同一の構成を有する充放電ユニットに分割し、充放電ユニットの組み合わせにより構成し、充放電ユニットごとに温調設備を設けることにより、複数の充放電ユニットの温度を均一化し、あるいはそれらの温度を個別に制御することが可能となる。

充放電ユニットは、Ｍ個のスロットおよびＭ個のプローブユニットを収容する筐体をさらに備えてもよい。温調設備は、吐き出し口と吸い込み口を有し、筐体の外部に設けられたヒータユニットと、ヒータユニットの吐き出し口と筐体に設けられた吸気口の間を連結する吸気ダクトと、ヒータユニットの吸い込み口と筐体に設けられた排気口の間を連結する排気ダクトと、を備えてもよい。

ある態様において、複数の充放電ユニットそれぞれの吸気ダクトの長さは実質的に等しくてもよい。また複数の充放電ユニットそれぞれの排気ダクトの長さは実質的に等しくてもよい。
この態様によれば、すべての充放電ユニットにおいて、温調設備による冷却効率を均一化することができる。

充放電ユニットは、Ｍ個のスロットおよび前記Ｍ個のプローブユニットを収容する筐体をさらに備えてもよい。温調設備は、吐き出し口と吸い込み口を有し、筐体の外部に設けられたヒータユニットを備えてもよい。
ヒータユニットの吐き出し口と筐体に設けられた吸気口の間は直接接続され、ヒータユニットの吸い込み口と筐体に設けられた排気口の間は直接接続されてもよい。

Ｍ個のスロットの挿入口は、筐体の正面に設けられ、吸気口および排気口は、筐体の背面に設けられてもよい。ヒータユニットは、筐体の背面に設置されてもよい。
これにより、ヒータユニットを充放電ユニットの直近に設置することが可能となる。

ヒータユニットは、加熱・冷却器および送風機を含んでもよい。

筐体は断熱性を有してもよい。これにより、隣接する充放電ユニットを互いに熱的に遮断することができ、各充放電ユニットの温度を、対応する温調設備により個別に管理することができる。

充放電ユニットは、実質的に左右対称に形成されてもよい。これにより、充放電ユニット内部の熱分布を対称に近づけることができ、蓄電デバイスの環境温度の勾配を小さくできる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様の充放電検査システムによれば、充放電検査装置を効率良く校正できる。

本発明者が検討した充放電検査装置を示す図である。 実施の形態に係る充放電検査装置の構成を示す図である。 図２のＡ−Ａ線の断面図であり、充放電ユニットの構成を示す図である。 温調設備の構成例を示す図である。 ヒータユニットの構成例を示す図である。 本発明者が検討した比較技術に係る充放電検査装置を示す図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、第１の変形例に係る充放電検査装置の構成を示す図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、第２の変形例に係る充放電検査装置を示す図である。 第３の変形例に係る充放電検査装置を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図２は、実施の形態に係る充放電検査装置１００の構成を示す図である。充放電検査装置１００は、複数の蓄電デバイス１それぞれを充電し、あるいは放電することにより、各蓄電デバイス１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。蓄電デバイス１は、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、あるいは電気二重層コンデンサ、リチウムイオンキャパシタなどが例示されるが、特に限定されない。

充放電検査装置１００は、電源ユニット１０２および検査ラック２００を備える。本実施の形態において、検査ラック２００は、複数の充放電ユニット３００を縦方向（高さ方向）にスタックし、および／または横方向に連結することにより構成される。図２には、充放電ユニット３００が縦方向に３個、横方向に２個連結される様子が示されるが、充放電ユニット３００の個数は特に限定されず、検査対象の蓄電デバイス１の個数に応じて、追加、削減することができる。

電源ユニット１０２は、検査ラック２００に収容される蓄電デバイス１それぞれを、充放電することにより、複数の蓄電デバイス１を並列に検査可能に構成される。電源ユニット１０２の機械的構造および電気的構成は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。

充放電ユニット３００はそれぞれ同一の構造を有する。充放電ユニット３００はそれぞれ、Ｍ個（Ｍは自然数）のスロット３０２＿１〜３０２＿Ｍを備える。本実施の形態では、Ｍ＝１の場合を説明する。

各スロット２０２には、少なくともひとつの蓄電デバイス１を搭載するトレー２が挿入可能である。トレー２は、図１に示すスタッカクレーン４により搬送される。

図３は、図２のＡ−Ａ線の断面図であり、充放電ユニット３００の構成を示す図である。充放電ユニット３００は、ステージ３０４、プローブユニット３１０、駆動機構３２０を備える。

ステージ３０４は、挿入されたトレー２を積載し、固定する。プローブユニット３１０は、スロット２０２ごとに設けられる。蓄電デバイス１は、正極、負極、サーミスタ用電極など（以下、単に電極６と総称する）を備える。

プローブユニット３１０は、複数のプローブ３１２を有し、各プローブ３１２は、対応するトレー２に搭載される蓄電デバイス１の対応する電極６と電気的に接触可能な形状を有する。複数のプローブ３１２の配置は、蓄電デバイス１の電極の配置に応じて設計される。

駆動機構３２０は、ステージ３０４に積載されるトレー２とプローブユニット３１０を、縦方向（鉛直方向）に相対的に移動させ、蓄電デバイス１の電極６とプローブ３１２を接触させ、また離間せしめる。

ステージ３０４、プローブユニット３１０、駆動機構３２０は、筐体３０６に収容される。

温調設備４００は、充放電ユニット３００ごとに設けられる。充放電ユニット３００は、対応する充放電ユニット３００の内部に配置される蓄電デバイス１のデバイス温度および／または蓄電デバイス１の環境温度を安定化させる。

図４は、温調設備４００の構成例を示す図である。図４には、充放電ユニット３００を背面から見た斜視図が示される。

筐体３０６には、吸気口３３０、排気口３３２が設けられる。吸気口３３０には、温調設備４００から供給される温調された空気が供給される。吸気口３３０から筐体３０６の内部に送り込まれた空気は、排気口３３２から排気される。

筐体３０６のスロット２０２の挿入口３０３が設けられる面を正面Ｓ１、その反対の面を背面Ｓ２とするとき、吸気口３３０および排気口３３２は、筐体３０６の背面Ｓ２に設け、温調設備４００も筐体３０６の背面Ｓ２側に設置することが望ましい。これにより温調設備４００がスタッカクレーン４に干渉せず、また、充放電ユニット３００を連結、スタックする際に、隣接する充放電ユニット３００と干渉しない。

温調設備４００は、ヒータユニット４０２、吸気ダクト４０６、排気ダクト４０８、を備える。ヒータユニット４０２は、空気の吐き出し口４１０と吸い込み口４１２を有し、筐体３０６の外部に設けられる。

吸気ダクト４０６は、ヒータユニット４０２の吐き出し口４１０と吸気口３３０の間を連結する。排気ダクト４０８は、ヒータユニット４０２の吸い込み口４１２と排気口３３２の間を連結する。ヒータユニット４０２は、ボルト４１３によって充放電ユニット３００に対して機械的に固定される。

この構成によれば、空気が、充放電ユニット３００ごとに独立して充放電ユニット３００、排気ダクト４０８、ヒータユニット４０２、吸気ダクト４０６の経路で循環することとなる。

また温調設備４００は、充放電ユニット３００ごとに同様に構成されることが望ましい。言い換えれば、複数の充放電ユニット３００それぞれの吸気ダクト４０６の長さは実質的に等しく、複数の充放電ユニット３００それぞれの排気ダクト４０８の長さは実質的に等しいことが好ましい。

図４に示すように、充放電ユニット３００および温調設備４００は、実質的に横方向に左右対称な構造を有することが望ましい。

より好ましくは、筐体３０６は断熱性を有し、加えて、吸気ダクト４０６、排気ダクト４０８も断熱性を有することが望ましい。これにより、充放電ユニット３００の温調を、充放電ユニット３００（検査ラック２００）が設置される空間の温調と独立して行うことができる。

図５は、ヒータユニット４０２の構成例を示す図である。ヒータユニット４０２は、送風ファン（ブロワー）４２０、熱源である加熱・冷却器４２２、コントローラ４２４を備える。図４のスロット３０２の内部には、蓄電デバイス１のデバイス温度あるいは環境温度を測定するための温度センサ、たとえば熱電対やサーミスタが設けられる。 図５のコントローラ４２４には、温度センサにより測定された温度Ｔが入力される。コントローラ４２４は、測定された温度Ｔが目標値に近づくように、加熱・冷却器４２２をフィードバック制御する。送風ファン４２０は、加熱・冷却器４２２により温度調節された空気を、吐き出し口４１０からスロット３０２に向かって送り出す。

以上が実施の形態に係る充放電検査装置１００の構成である。

この充放電検査装置１００では、検査ラック２００を、同一の構成を有する充放電ユニット３００に分割し、充放電ユニット３００の組み合わせにより構成することとした。そして充放電ユニット３００ごとに温調設備４００を設けることにより、複数の充放電ユニット３００の温度（ひいてはそのスロット３０２に挿入される蓄電デバイス１の温度）を均一化し、あるいはそれらの温度を個別に制御することが可能となる。

また、ユーザごと、検査施設ごとに、同時測定すべき蓄電デバイス１の個数は異なる。実施の形態に係る充放電検査装置１００では、蓄電デバイス１の個数に応じて充放電ユニット３００の個数を増減させればよい。この際に、充放電ユニット３００ごとに温調設備４００を設けているため、充放電ユニット３００の個数や、連結、スタックの形態にかかわらず、充放電ユニット３００の温度を個別に管理することが可能となる。

充放電検査装置１００の利点は、たとえば比較技術との対比により明確となる。図６は、本発明者が検討した比較技術に係る充放電検査装置１００ｒを示す図である。充放電検査装置１００ｒが設置される検査ルーム１０６によっては、検査ルーム自体に、温調設備４００ｒが設置される場合がある。温調設備４００ｒにより温調された空気は、ツリー状に分岐した吸気ダクト４０６を経由して充放電検査装置１００ｒに供給される。充放電検査装置１００ｒから排気された空気は、一旦、検査ルーム１０６に回収され、温調設備４００ｒに戻される。

この比較技術では、枝分かれした吸気ダクト４０６の長さが、充放電検査装置１００ｒの部分ごとに異なり、したがって部分ごとに、供給される空気の温度あるいは風量が異なってしまう。また、検査ルーム１０６の内部でも温度勾配が発生する。したがって複数のスロット３０２の温度を均一化することは困難であり、またスロット３０２の温度を個別に制御することもできない。

実施の形態に係る充放電検査装置１００によれば、図６の充放電検査装置１００ｒにおいて生ずる問題を解決することができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１の変形例）
温調設備４００の構成は、図４のそれには限定されない。図７（ａ）、（ｂ）は、第１の変形例に係る充放電検査装置１００ａの構成を示す図である。
この変形例１００ａにおいて、充放電ユニット３００ａの筐体３０６の背面Ｓ２には、２個の吸気口３３０ａ、３３０ｂが設けられる。吸気口３３０ａ、３３０ｂは、スロット３０２の左右に設けてもよい。排気口３３２は、たとえばスロット３０２の下側に設けられる。
吸気ダクト４０６ａは、吸気口３３０ａ、３３０ｂに対して分岐しており、分岐したダクトの長さが等長となるように、対称な構造を有する。

この充放電検査装置１００ａによれば、ひとつのスロット３０２に対して、スロット３０２からずらした位置に複数の吸気口３３０を設けることにより、スロット３０２の周囲の空間の温度を均一化することができる。

（第２の変形例）
実施の形態では、充放電ユニット３００それぞれがＭ＝１個のスロット３０２を有する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえばＭは２以上の任意の数でよい。なお、充放電ユニット３００および温調設備４００を横方向に対称に構成するためには、２、４、…、一般化するとＭ＝２^Ｌとすることが望ましい。ただしＬは自然数である。

図８（ａ）、（ｂ）は、第２の変形例に係る充放電検査装置１００ｂを示す図である。図８の充放電ユニット３００ｂは、Ｍ＝２個のスロット３０２を有する。図８（ｂ）充放電ユニット３００ｂも、図７（ｂ）の充放電ユニット３００ａと同様に、左右対称に構成される。具体的には、吸気口３３０＿１ａ、３３０＿１ｂは、スロット３０２＿１を挟み込むように配置される。同様に、吸気口３３０＿２ａ、３３０＿２ｂは、スロット３０２＿１を挟み込むように配置される。これにより、各スロットを均一に加熱あるいは冷却できる。排気口３３２は、スロット３０２＿１と３０２＿２と等距離の位置に配置される。

（第３の変形例）
実施の形態では、吸気ダクト４０６、排気ダクト４０８を介して、充放電ユニット３００とヒータユニット４０２が接続される場合を説明したが本発明はそれには限定されない。図９は、第３の変形例に係る充放電検査装置１００ｃを示す図である。この充放電検査装置１００ｃでは、充放電ユニット３００ｃの吸気口３３０とヒータユニット４０２ｃの吐き出し口４１０が、吸気ダクト４０６を介さずに直接接続され、同様に、充放電ユニット３００ｃの排気口３３２とヒータユニット４０２ｃの吸い込み口４１２が、排気ダクト４０８を介さずに直接接続される。

（第４の変形例）
温調設備４００と充放電ユニット３００ｂの連結手段は特に限定されない。たとえば充放電ユニット３００ｂの背面Ｓ２に、温調設備４００を連結するためのヒータベイを設けてもよい。あるいは、充放電ユニット３００から離れた箇所に配置してもよい。

（第５の変形例）
また実施の形態では、充放電ユニット３００ごとに、ひとつの温調設備４００を設ける場合を説明したが、充放電ユニット３００ごとに複数の温調設備４００を設けてもよい。たとえば充放電ユニット３００が複数のスロット２０２を有する場合、スロット２０２ごとに温調設備４００を設けてもよい。

（第６の変形例）
また温調設備４００は、充放電ユニット３００の筐体３０６の内部に設けられてもよい。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１００…充放電検査装置、１０２…電源ユニット、１０４…コンバータ、２００…検査ラック、２０２…スロット、３００…充放電ユニット、３０２…スロット、３０４…ステージ、３０６…筐体、３１０…プローブユニット、３１２…プローブ、３２０…駆動機構、３３０…吸気口、３３２…排気口、４００…温調設備、４０２…ヒータユニット、４０６…吸気ダクト、４０８…排気ダクト、４１０…吐き出し口、４１２…吸い込み口、４２０…送風ファン、４２２…加熱・冷却器、４２４…コントローラ、１…蓄電デバイス、２…トレー、４…スタッカクレーン。

Claims (6)

1. 蓄電デバイスの充放電検査装置であって、
   複数の充放電ユニットを縦方向にスタックし、および／または横方向に連結することに
   より、増設可能に構成される検査ラックを備え、
   前記充放電ユニットは、
   Ｍ個（Ｍは自然数）のスロットであって、各スロットには、少なくともひとつの蓄電デ
   バイスを搭載するトレーが挿入可能である、Ｍ個のスロットと、
   前記Ｍ個のスロットに対応するＭ個のプローブユニットであって、それぞれが、対応す
   るスロットに挿入される前記トレーに搭載される前記蓄電デバイスの電極と電気的に接触
   可能な複数のプローブを備える、Ｍ個のプローブユニットと、
   を備え、
   前記充放電ユニットごとに、前記蓄電デバイスのデバイス温度および／または前記蓄電
   デバイスの環境温度を安定化させる温調設備が設けられ、かつ空気の循環経路が独立して
   おり、
   各々の前記充放電ユニットは、前記Ｍ個のスロットおよび前記Ｍ個のプローブユニット
   を収容する、断熱性を有する筐体をさらに備え、
   各々の前記温調設備は、
   吐き出し口と吸い込み口を有し、前記筐体の外部で前記筐体に固定され、内部にファン
   と熱源とを収容するヒータユニットと、
   前記ヒータユニットの前記吐き出し口と前記筐体に設けられた吸気口の間を連結する吸
   気ダクトと、
   前記ヒータユニットの前記吸い込み口と前記筐体に設けられた排気口の間を連結する排
   気ダクトと、
   を備えることを特徴とする充放電検査装置。
2. 前記複数の充放電ユニットそれぞれの前記吸気ダクトの長さは実質的に等しく、
   前記複数の充放電ユニットそれぞれの前記排気ダクトの長さは実質的に等しいことを特
   徴とする請求項１に記載の充放電検査装置。
3. 蓄電デバイスの充放電検査装置であって、
   複数の充放電ユニットを縦方向にスタックし、および／または横方向に連結することに
   より、増設可能に構成される検査ラックを備え、
   前記充放電ユニットは、
   Ｍ個（Ｍは自然数）のスロットであって、各スロットには、少なくともひとつの蓄電デ
   バイスを搭載するトレーが挿入可能である、Ｍ個のスロットと、
   前記Ｍ個のスロットに対応するＭ個のプローブユニットであって、それぞれが、対応す
   るスロットに挿入される前記トレーに搭載される前記蓄電デバイスの電極と電気的に接触
   可能な複数のプローブを備える、Ｍ個のプローブユニットと、
   を備え、
   前記充放電ユニットごとに、前記蓄電デバイスのデバイス温度および／または前記蓄電
   デバイスの環境温度を安定化させる温調設備が設けられ、かつ空気の循環経路が独立して
   おり、
   各々の前記充放電ユニットは、前記Ｍ個のスロットおよび前記Ｍ個のプローブユニット
   を収容する、断熱性のある筐体をさらに備え、
   各々の前記温調設備は、吐き出し口と吸い込み口を有し、前記筐体の外部で前記筐体に
   固定され、内部にファンと熱源とを収容するヒータユニットを備え、
   前記ヒータユニットの前記吐き出し口と前記筐体に設けられた吸気口の間は直接接続さ
   れ、前記ヒータユニットの前記吸い込み口と前記筐体に設けられた排気口の間は直接接続
   されることを特徴とする充放電検査装置。
4. 前記Ｍ個のスロットの挿入口は、前記筐体の正面に設けられ、
   前記吸気口および前記排気口は、前記筐体の背面に設けられ、
   前記ヒータユニットは、前記筐体の背面に設置されることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の充放電検査装置。
5. 前記ヒータユニットは、加熱・冷却器および送風機を含むことを特徴とする請求項１か
   ら３のいずれかに記載の充放電検査装置。
6. 前記充放電ユニットは、実質的に左右対称に形成されることを特徴とする請求項１から
   ４のいずれかに記載の充放電検査装置。

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