JP6738138B2 - 充電池検査装置、及び充電池検査方法 - Google Patents
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Description
これら検査の中には、電池のリード線に電流を導通しつつ、その電圧を計測し、4端子法によって電池の内部抵抗を確認するものがある。
電池には、過充電保護回路が取り付けてあり、当該回路から正極と負極のリード線が接続ケーブル端子として引き出されている。
これらリード線は、絶縁体で被覆されており、検査の際には、先端部分の絶縁体を取り除いてリード線を露出させる。
そして、正極と負極のそれぞれの当該露出部分に、電流導通用の鰐口クリップと電圧測定用の鰐口クリップをリード線方向に並べて噛ませ、4端子法による測定を行う。
この技術は、電池に充電電流を流したときの電圧を計測することにより、電池ケースにおける損傷の有無を判定するものである。
(2)請求項2に記載の発明では、前記保持手段には、前記リード線を圧入して固定する溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の充電池検査装置を提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、前記溝の底部には、前記電流導通針又は前記電圧検出針を通過させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の充電池検査装置を提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、前記電流導通針接触手段と、前記電圧検出針接触手段は、前記電流導通針と前記電圧検出針のうち一方を前記貫通孔を通過させると共に、前記電流導通針と前記電圧検出針を同一軸線上で対向する方向に押圧することを特徴とする請求項3に記載の充電池検査装置を提供する。
(5)請求項5に記載の発明では、前記電流導通針接触手段と、前記電圧検出針接触手段は、前記電流導通針と前記電圧検出針のうち、前記溝の開口部側の方を前記芯線に接触させた後に、前記貫通孔側の方を前記芯線に接触させることを特徴とする請求項4に記載の充電池検査装置を提供する。
(6)請求項6に記載の発明では、前記溝の底面側の溝幅は、底面に近づくにつれて狭まっていることを特徴とする請求項2から請求項5までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置を提供する。
(7)請求項7に記載の発明では、前記リード線の前記所定箇所よりも前記充電池に近い側の部位において、前記絶縁体に切り込みを形成する切り込み形成手段を具備したことを特徴とする請求項1から請求項6までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置を提供する。
(8)請求項8に記載の発明では、前記溝は、少なくとも一方の側面が溝幅方向に移動することによって前記リード線の側面を圧接して固定することを特徴とする請求項2から請求項6までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置を提供する。
(9)請求項9に記載の発明では、前記電流導通針又は前記電圧検出針のうち、前記溝の開口部側の方は、複数の針状部材を束ねて構成されていることを特徴とする請求項4に記載の充電池検査装置を提供する。
(10)請求項10に記載の発明では、前記芯線は、前記充電池に配設された保護回路を介して前記充電池の電極に導通していることを特徴とする請求項1から請求項9までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置を提供する。
(11)請求項11に記載の発明では、前記保持手段は、複数個の前記充電池の正極と負極のリード線の組を所定間隔で保持し、前記電流導通針接触手段及び前記電圧検出針接触手段と、前記リード線の組との相対的な位置を前記所定間隔で変更する位置変更手段を具備したことを特徴とする請求項2から請求項9までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置を提供する。
(12)請求項12に記載の発明では、電子機器用の充電池に配設され、芯線を絶縁体で被覆した正極と負極のリード線を所定位置に保持する保持ステップと、正極用と負極用の電流導通針を、前記保持された対応するリード線の所定箇所に対して前記絶縁体の上から移動させて貫通させ、当該電流導通針の先端を前記芯線に接触させる電流導通針接触ステップと、正極用と負極用の電圧検出針を、前記保持された対応するリード線の所定箇所に対して前記電流導通針の先端と対向する側から同一軸線上に位置するように前記絶縁体の上から移動させて貫通させ、当該電圧検出針の先端を前記芯線に接触させる電圧検出針接触ステップと、前記電流導通針の電位状態の変化を監視することにより前記電流導通針と前記リード線との接触を検知して前記電流導通針の移動を停止させる、電流導通針接触検知ステップと、前記電圧検出針の電位状態の変化を監視することにより前記電圧検出針と前記リード線との接触を検知して前記電圧検出針の移動を停止させる、電圧検出針接触検知ステップと、前記接触させた電流導通針に電流を導通させると共に、前記接触させた電圧検出針で電圧を検出して前記充電池を検査する充電池検査ステップと、を具備したことを特徴とする充電池検査方法を提供する。
(1)実施形態の概要
充電池1(図1)は、リード線2a、2bを備えている。リード線2a、2bは、それぞれ、芯線3a、3bを絶縁体4a、4bで被覆して構成されている。
検査装置は、リード線2a、2bの一方の側から針状の電圧端子6a、6bを差し込み、その先端を芯線3a、3bに接触させると共に、他方の側からを針状の電流端子5a、5bを差し込み、その先端を芯線3a、3bに接触させる。
なお、図1において、針状の電圧端子6a、6b及び、電流端子5a、5bは、図示の都合上太く表示しているが、実際は芯線3a、3bを被覆している絶縁体4a、4bを容易に貫通するように、その先端は図示状態よりも鋭角(針状)に形成されている。
そして、検査装置は、電流端子5a、5bに検査用の電流を導通させ、これによる電圧を電圧端子6a、6bで計測し、4端子法により充電池1の内部抵抗を測定し、その値により充電池1の欠陥の有無を判定する。
また、測定に際して、リード線2a、2bの先端の絶縁体4を剥離して、測定後に絶縁テープでテーピングするなどの工程を省くことができるため、コスト低減を図ることができる。
図1(a)は、充電池やリード線などの構成を説明するための図である。
充電池1は、例えば、スマートフォンなどの電子装置に使用されるリチウムイオン電池であって、大容量の充放電を繰り返し行うことができる二次電池である。
充電池1は、小型軽薄化を図るために矩形の板状に形成されており、その一端側には、電子装置に電流を供給するためのリード線2a、2bが同じ方向に配設されている。
なお、この図は実際の構成(図1(c)で図示)を簡略化したものである。
芯線3は、充電池1を充放したり、充電池1が電力を出力する際に電流を導通させる。また、検査の際には、検査電流を導通させる。
絶縁体4は、例えば、絶縁性を有する柔軟な有機化合物で構成されたチューブやテープなどで構成されている。
絶縁体4がチューブの場合は、その内部に芯線3を通すことにより、また、絶縁体4がテープの場合には、芯線3の周囲に巻かれることにより、芯線3の表面を被覆している。
以下では、リード線2a、2bや芯線3a、3b、及び絶縁体4a、4bを特に区別しない場合は、単にリード線2、芯線3、絶縁体4と記す。また、他の構成要素についても同様とする。
一方、電圧端子6a、6bも先鋭な針状の金属棒によって構成されており、それぞれ、絶縁体4a、4bを貫通して芯線3a、3bに接触し、検査用の電流による電圧を検出する一対の接触子プローブである。
なお、電流端子5、電圧端子6の貫通により絶縁体4に穴が形成されるが、穴の大きさが小さいため、電流端子5、電圧端子6を引き抜くと絶縁体4の弾性により当該穴が塞がり、絶縁性が復活する。
電流端子5の先端は、リード線2の一方の側から絶縁体4を貫通して芯線3と垂直に接触する。
一方、電圧端子6の先端は、電流端子5の先端と対向する側から絶縁体4を貫通して電流端子5と芯線3の接触点に対向する箇所において芯線3と垂直に接触する。
なお、電流端子5と電圧端子6の軸線は、リード線2a、2bが張る平面に垂直な方向となっている。
このように、電流端子5の先端と電圧端子6の先端で芯線3を対向する側から挟む配置とすることにより、電流端子5と電圧端子6が芯線3を挟んで支え合う形となり、接触が安定する。
なお、本実施の形態では、電流端子5と電圧端子6が同一軸線上に配置されるように設定したが、接触点がリード線2の方向にずれた配置とすることも可能である。
充電池1の一方の側面からは、電極端子7aと図示しない電極端子7bが出ている。電極端子7a、7bのうち、何れか一方は正極で他方は負極である。
小型化を図るため、電極端子7a、7bは、充電池1の一方の板面側に折り曲げられ、その上には、保護回路基板8が半田付けされている。
リード線2a、2bは、それぞれ保護回路9を介して電極端子7a、7bに導通している。
このように、芯線3は、充電池1に配設された保護回路9を介して充電池1の電極に導通している。
検査装置30は、トレー11、トレー支持台12、電流端子支持部材13、電流端子駆動装置14、電圧端子支持部材15、電圧端子駆動装置16、判定装置20、及び図示しないトレー駆動装置、切り込み装置、制御コンピュータなどから構成されている。
トレー11の上面には、充電池1を設置するための凹部やリード線2を固定する溝が複数形成されており、これによって充電池1を所定間隔で複数保持することができる。
後述するように、トレー11の下面側には、リード線2を嵌め込む溝の底面に通じる貫通孔が形成されており、電流端子5a、5bは、当該貫通孔を経由してリード線2a、2b(芯線3a、3b)に至る。
更に、トレー11は、複数個の充電池1の正極と負極のリード線2の組を所定間隔で保持することで、保持手段として機能している。
これによって、検査装置30における充電池1とリード線2の位置が決められる。
電流端子駆動装置14は、電流端子支持部材13を矢線に示した上下方向に上下動させる装置である。
電流端子駆動装置14は、例えば、空気圧、油圧、モータ、あるいは手動機構などの動力により駆動する。
なお、図2(a)では、電流端子5aと電流端子5b、及び、電圧端子6aと電圧端子6bが互いに重ならないようにずらして表示しているが、実際の位置関係は図1(a)に示した通りである。
これにより、電流端子5は、芯線3に接触するまで上昇し、適度な圧力で芯線3に接触した段階で停止する。
この場合は、バネの付勢力により適度な圧力で電流端子5の先端を芯線3に押圧することができ、芯線3とのより適切な接触を実現することができる。
更には、電流端子5の電位状態を監視しながら電流端子5を絶縁体4に刺していき、電位状態の変化によって電流端子5と芯線3の接触を検知して電流端子5の上昇を停止させるように構成することもできる。
電圧端子駆動装置16は、電圧端子支持部材15を矢線に示した上下方向に上下動させる装置である。
電圧端子駆動装置16は、電流端子駆動装置14と同様の機構により駆動する。
また、電流端子支持部材13と同様にバネ機構を設けたり、電圧端子6の電位状態を監視して停止させることも可能である。
また、電流端子5aと電圧端子6bを下側に設置し、電流端子5bと電圧端子6aを上側に設置することも可能であり、その逆もまた可能である。
4端子法は、電流を流す端子(電流端子5)と電圧を検出する端子(電圧端子6)を別にすることで、微少な抵抗値を高精度で測定する手法である。
このように判定装置20は、芯線3に接触させた電流導通針(電流端子5)に電流を導通させると共に、芯線3に接触させた電圧検出針(電圧端子6)で電圧を検出して充電池1を検査する充電池検査手段として機能している。
これには、電流端子支持部材13、電圧端子支持部材15を固定しておいてトレー11を移動してもよいし、又は、その逆でもよいし、更には、両方を動かしてもよい。
制御コンピュータは、所定の制御プログラムに従って、検査装置30の動作を統括するコンピュータである。
制御コンピュータの動作については、後ほど図5のフローチャートを用いて説明する。
検査対象となる充電池1やリード線2の形状や配置は、何れの充電池1でも同一に揃えられているため、毎回の検査において、充電池1から一定距離にあるリード線2上の位置に対して電流端子5と電圧端子6を点接触させることができる。
これにより、毎回の検査で検査条件を常に一定とすることができ、検査の再現性を確保することができる。
この例では、トレー11の上面に充電池1が3個設置されている。
トレー11の両端には、トレー支持台12の位置決めピンを挿入するための基準穴18a、18bが形成されている。
充電池1は、トレー11の上面に充電池1の形状に合わせて作成された凹部に収納されており、リード線2a、2bは、それぞれ、トレー11の上面に形成された溝に嵌め込まれている。
図に示したように、接触点23a、23bは、リード線2の先端部分に位置している。これは、後工程で先端部分の絶縁体4は、次に述べる切り込み線24から取り除かれるため、絶縁体4に穴をあけても製品への影響がないためである。
このように、切り込み装置は、リード線2の所定箇所(接触点23)よりも充電池1に近い側の部位において、絶縁体4に切り込みを形成する切り込み形成手段として機能している。
リード線2a、2bは、それぞれ、トレー11に形成された溝31a、31bに嵌め込まれている。
溝31の溝幅は、芯線3よりも広く、リード線2の直径よりも絶縁体4の厚さの0〜20%程度小さく設定されており、深さは、リード線2の直径と同程度に設定されている。
これにより、リード線2は、溝31に圧入され、絶縁体4の弾性力により溝31の中央に固定される。
このように保持手段(トレー11)には、リード線2を圧入して固定する溝31が形成されている。
なお、図3では説明の都合上、いずれも貫通孔の32を実際のサイズよりも大きく表示している。
このように、溝31の底部には、電流導通針(電流端子5)又は電圧検出針(電圧端子6)を通過させる貫通孔32が形成されている。
このため、貫通孔32aは、電流端子5aを案内するガイドとしての機能も有しており、電流端子5aがリード線2aに当たった際に、リード線2aの中心から逸れるのを防ぐことができる。
溝31bに形成された貫通孔32bも同様である。
トレー11の上面には、溝31a、31bが彫ってあり、接触点23a、23bに対応する位置には、貫通孔32a、32bが形成されている。
図3(c)は、図3(b)のB−B断面を矢線方向に見た図であり、圧入されたリード線2bも図示してある。
図に示したように、貫通孔32bは、トレー11の底面から溝31bの底面まで達しており、貫通孔32bを経由して電流端子5bをリード線2bに差し込むことができる。
図4(a)は、溝31の底面側の溝幅が底面に近づくにつれて狭まるくさび型に形成した例である。
このように、底面方向に行くに従って幅が狭まるように構成すると、電圧端子6を上方からリード線2に差し込む際に、電圧端子6の押圧によってリード線2が溝31の中心線の位置に固定される。これによって、電圧端子6を刺す際にリード線2が逃げるのを防ぐことができる。
この例では、くさび形(五角形断面)の他に円柱面などの他の形状の凹面を用いることもできる。
電圧端子6aは、リード線2aの先端部分でトレー11の上方からリード線2aに差し込まれ、電流端子5aは、電圧端子6aと所定間隔を隔てて、同じくトレー11の上方からリード線2aに差し込まれる。
このように、電流端子5aと電圧端子6aを同じ方向からリード線2aに差し込むことも可能である。電流端子5b、電圧端子6bについても同様である。
なお、電流端子5aと電圧端子6aは、リード線2aの上方から差し込み、電流端子5bと電圧端子6bは、リード線2bを上下に差し込むように構成することもできる。
電圧端子61は、電圧端子6よりも細い針で形成されており、3本束ねた先端の成す三角形(図4(d);針先を先端方向から見た見取り図)の大きさが芯線3の直径程度になるように設定されている。
このように複数本の電圧端子61を束ねると、電圧端子61がリード線2に差し込まれる際に圧力で電圧端子61が多少たわんで芯線3の中心から逸れたとしても、何れかの電圧端子61を芯線3に接触させることができる。
このように、この例では、電流導通針(電流端子5)又は電圧検出針(電圧端子6)のうち、溝31の開口部側の方は、複数の針状部材を束ねて構成されている。
そこで、溝31の幅と電圧端子61の太さを考慮すると、先端が図4(d)のように正3角形となるような束ね方が好適である。
溝31aの一方の側面は、矢線に示した溝31aの幅方向に移動可能な移動壁36aが設けられている。溝31bにも同様な移動壁36bが設けられている。
これら移動壁36は、図示しないバネ機構などの付勢手段によりリード線2を対向する固定壁方向に押圧して固定する。
この例では、溝31は、少なくとも一方の側面が溝幅方向に移動することによってリード線2の側面を圧接して固定している。
このように、リード線2を溝31の開口部側から押圧すると、リード線2がより安定的に固定される。
更に、溝31の開口部の全面を部材で覆い、これに内周面を絶縁した電圧端子6用の貫通孔を設けることも可能である。
この場合、当該貫通孔が電圧端子6のガイドとなり、電圧端子6がリード線2に当たって逃げるのを防ぐことができる。
以下の動作は、制御コンピュータが制御プログラムに従って各装置の動作を制御して行うものである。
まず、検査装置30は、トレー駆動装置によってトレー11を移動して、検査対象となる最初の充電池1のリード線2aとリード線2bの組を所定の検査位置に設置する。
次に、検査装置30は、電流端子駆動装置14を駆動して電流端子支持部材13を上昇させ、電流端子5を下側(貫通孔32側)からリード線2に差し込み、その先端を芯線3に接触させる(ステップ10)。
検査は、電流端子5から定電流を供給して電圧端子6により電圧を検出し、これから充電池1の内部抵抗を計算することにより行われる。
次に、判定装置20は、計算した内部抵抗から合否判定を行い、その判定結果を検査結果として出力する(ステップ20)。
そして、検査装置30は、未検査の充電池1がある場合(ステップ30;Y)、トレー駆動装置を駆動してトレー11の位置を移動することで、次の検査対象の充電池1を検査位置に移動し(ステップ35)、ステップ5に戻って検査を続行する。
一方、未検査の充電池1がない場合(ステップ30;N)、検査装置30は、検査を終了する。
これは、例えば、絶縁体で形成した刃物を電圧端子6と共に電圧端子支持部材15に設置しておき、電圧端子6の差し込みと同時に切り込み線24を形成するように構成することもできるし、あるいは、検査の前、又は後に、刃物で切り込み線24を入れるように構成することもできる。
(1)検査の再現性が向上する。
検査装置30は、トレー11の上面でリード線2を溝31に嵌め込んで位置決めし、毎回の検査で同一箇所の点にて電流端子5と電圧端子6を電気的接触させるため、接触位置のずれなどに起因する測定誤差を回避することができ、検査の再現性が向上する。
従来は、リード線2の先端の絶縁体4を手作業で剥いて芯線3を露出させて検査を行い、検査後は、露出した芯線3に絶縁性のテープを巻くなどしていたが、検査装置30は、針状の電流端子5と電圧端子6が絶縁体4を貫通し、検査後は針穴が絶縁体4の弾性で塞がるので、従来のような手間を一切省くことができ、大幅なコスト低減を図ることができる。
リード線2に先端部分の絶縁体4を剥離するための切り込み線24を形成することにより、後工程で半田付けの際に容易にリード線2の先端部分の芯線3を露出させることができる。
2 リード線
3 芯線
4 絶縁体
5 電流端子
6 電圧端子
7 電極端子
8 保護回路基板
9 保護回路
10 半田
11 トレー
12 トレー支持台
13 電流端子支持部材
14 電流端子駆動装置
15 電圧端子支持部材
16 電圧端子駆動装置
18 基準穴
20 判定装置
23 接触点
24 切り込み線
30 検査装置
31 溝
32 貫通孔
36 移動壁
40 重なり部分
41 凹部
42 部材
61 電圧端子
Claims (12)
- 電子機器用の充電池に配設され、芯線を絶縁体で被覆した正極と負極のリード線を所定位置に保持する保持手段と、
正極用と負極用の電流導通針を、前記保持された対応するリード線の所定箇所に対して前記絶縁体の上から移動させて貫通させ、当該電流導通針の先端を前記芯線に接触させる電流導通針接触手段と、
正極用と負極用の電圧検出針を、前記保持された対応するリード線の所定箇所に対して前記絶縁体の上から移動させて貫通させ、当該電圧検出針の先端を前記芯線に接触させる電圧検出針接触手段と、
前記接触させた電流導通針に電流を導通させると共に、前記接触させた電圧検出針で電圧を検出して前記充電池を検査する充電池検査手段と、
を具備し、
前記電流導通針の先端が前記電圧検出針の先端と対向する側から同一軸線上に位置するように前記絶縁体を貫通して前記芯線に接触させ、
前記電流導通針接触手段は、前記電流導通針の電位状態の変化を監視することにより前記電流導通針と前記リード線との接触を検知して前記電流導通針の移動を停止させ、
前記電圧検出針接触手段は、前記電圧検出針の電位状態の変化を監視することにより前記電圧検出針と前記リード線との接触を検知して前記電圧検出針の移動を停止させることを特徴とする充電池検査装置。 - 前記保持手段には、前記リード線を圧入して固定する溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の充電池検査装置。
- 前記溝の底部には、前記電流導通針又は前記電圧検出針を通過させる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の充電池検査装置。
- 前記電流導通針接触手段と、前記電圧検出針接触手段は、前記電流導通針と前記電圧検出針のうち一方を前記貫通孔を通過させると共に、前記電流導通針と前記電圧検出針を同一軸線上で対向する方向に押圧することを特徴とする請求項3に記載の充電池検査装置。
- 前記電流導通針接触手段と、前記電圧検出針接触手段は、前記電流導通針と前記電圧検出針のうち、前記溝の開口部側の方を前記芯線に接触させた後に、前記貫通孔側の方を前記芯線に接触させることを特徴とする請求項4に記載の充電池検査装置。
- 前記溝の底面側の溝幅は、底面に近づくにつれて狭まっていることを特徴とする請求項2から請求項5までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置。
- 前記リード線の前記所定箇所よりも前記充電池に近い側の部位において、前記絶縁体に切り込みを形成する切り込み形成手段を具備したことを特徴とする請求項1から請求項6までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置。
- 前記溝は、少なくとも一方の側面が溝幅方向に移動することによって前記リード線の側面を圧接して固定することを特徴とする請求項2から請求項6までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置。
- 前記電流導通針又は前記電圧検出針のうち、前記溝の開口部側の方は、複数の針状部材を束ねて構成されていることを特徴とする請求項4に記載の充電池検査装置。
- 前記芯線は、前記充電池に配設された保護回路を介して前記充電池の電極に導通していることを特徴とする請求項1から請求項9までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置。
- 前記保持手段は、複数個の前記充電池の正極と負極のリード線の組を所定間隔で保持し、
前記電流導通針接触手段及び前記電圧検出針接触手段と、前記リード線の組との相対的な位置を前記所定間隔で変更する位置変更手段を具備したことを特徴とする請求項2から請求項9までのうちの何れか1の請求項に記載の充電池検査装置。 - 電子機器用の充電池に配設され、芯線を絶縁体で被覆した正極と負極のリード線を所定位置に保持する保持ステップと、
正極用と負極用の電流導通針を、前記保持された対応するリード線の所定箇所に対して前記絶縁体の上から移動させて貫通させ、当該電流導通針の先端を前記芯線に接触させる電流導通針接触ステップと、
正極用と負極用の電圧検出針を、前記保持された対応するリード線の所定箇所に対して前記電流導通針の先端と対向する側から同一軸線上に位置するように前記絶縁体の上から移動させて貫通させ、当該電圧検出針の先端を前記芯線に接触させる電圧検出針接触ステップと、
前記電流導通針の電位状態の変化を監視することにより前記電流導通針と前記リード線との接触を検知して前記電流導通針の移動を停止させる、電流導通針接触検知ステップと、
前記電圧検出針の電位状態の変化を監視することにより前記電圧検出針と前記リード線との接触を検知して前記電圧検出針の移動を停止させる、電圧検出針接触検知ステップと、
前記接触させた電流導通針に電流を導通させると共に、前記接触させた電圧検出針で電圧を検出して前記充電池を検査する充電池検査ステップと、
を具備したことを特徴とする充電池検査方法。
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