(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電池の負荷試験を行うための負荷抵抗装置であって、
箱形の筐体と、
前記筐体の上段及び下段にそれぞれ支持され、それぞれに充電池の正極と負極が接続される２つの端部電極と、
互いに電気的に並列に接続された板状の金属からなる複数の抵抗体を有し、前記２つの端部電極間で互いに電気的に直列に接続されている複数の抵抗体群と、
を含み、
前記抵抗体はステンレス鋼材からなること、を特徴とする負荷抵抗装置。
【請求項２】
前記複数の抵抗体群の各々は、金属からなる２つの中継電極を有し、前記２つの中継電極間に前記複数の抵抗体が電気的に接続されており、前記複数の抵抗体群は前記２つの中継電極を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の負荷抵抗装置。
【請求項３】
前記複数の抵抗体の各々は短冊形状を有し、前記複数の抵抗体は、前記複数の抵抗体群の各々において前記複数の抵抗体の各々の短手方向に沿って列をなして配列されており、前記２つの中継電極の各々は、前記複数の抵抗体群の各々において、前記複数の抵抗体の長手方向の端部同士を接続していることを特徴とする請求項２に記載の負荷抵抗装置。
【請求項４】
前記複数の抵抗体群は、前記複数の抵抗体の各々の板面と垂直な方向に沿って互いに重なるように配列されおり、前記複数の抵抗体群のうちの隣り合う抵抗体群の中継電極同士は電気接続部によって一体的に結合されたＵ字管状部材を形成していることを特徴とする請求項３に記載の負荷抵抗装置。
【請求項５】
前記Ｕ字管状部材の前記電気接続部には、放熱板が固着されていることを特徴とする請求項４に記載の負荷抵抗装置。
【請求項６】
前記筐体に設けられ前記複数の抵抗体群に向けて送風を行う送風機を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の負荷抵抗装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷試験を行うための負荷抵抗装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の二次電池又はこの二次電池を複数有した電池パック（組電池）は、充電されて繰り返し使用され、種々の電源として広く普及している。二次電池の高容量化に伴い、二次電池の安全性試験として負荷試験である外部短絡試験が一般的に行われるようになってきた。
【０００３】
外部短絡試験は、二次電池の外部で短絡させ、発火、破裂する場合の誤使用や安全使用を想定した試験であり、正極端子及び負極端子を外部抵抗装置に接続して、過大負荷電流によって二次電池が、発火又は破裂しないことを確認する試験である。
【０００４】
図８に外部短絡試験を行うための試験回路の一例を示す。この試験回路は、試験対象としての二次電池１００と外部短絡試験装置１０１と負荷抵抗装置１０２とを含む。外部短絡試験装置１０１は試験回路を開閉するための開閉手段１０３を有し、試験回路において二次電池１００と負荷抵抗装置１０２と開閉手段１０３とは直列接続されている。外部短絡試験は、フル充電された二次電池について予め外部短絡を実行して、二次電池の保護機能や二次電池外部の保護回路による安全性を確認する試験であり、例えば、図９の表に示す規格が知られている。
【０００５】
この二次電池の外部短絡条件としては負荷抵抗値（外部抵抗）では数ｍΩ〜１００ｍΩと規定されている。そこで、規定の負荷抵抗値を実現するために、例えば、図１０に示すような、抵抗素子として比較的サイズの大きいホーロー抵抗器を複数実装する負荷抵抗装置（以下、ホーロー抵抗負荷装置と称する）１０２Ｈが一般的に使用される。ホーロー抵抗器の各々は、両端子間の金属線抵抗体を碍子管に巻いてホーロー被覆で固定した構造を有しており、比較的サイズ、外観寸法が大きく重いものであり、更に、高価である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外部短絡試験用のホーロー抵抗負荷装置は、筐体の内部に複数のホーロー抵抗器を組み合わせて目的の規定抵抗値を構成する為に、試験する二次電池のバッテリ容量の増加に応じてホーロー抵抗器を増やすので装置全体として高額で重量も大きな負荷抵抗装置となっていた。また、ホーロー抵抗負荷装置では、ホーロー抵抗器の増加に応じて、ホーロー抵抗器空冷用の多くの送風機が必要となり、装置筐体のサイズを大きくせざるを得ない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、装置全体が小型化できる負荷抵抗装置を提供することを目的の一例とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の負荷抵抗装置は、充電池の負荷試験を行うための負荷抵抗装置であって、
箱形の筐体と、
前記筐体の上段及び下段にそれぞれ支持され、それぞれに充電池の正極と負極が接続される２つの端部電極と、
互いに電気的に並列に接続された板状の金属からなる複数の抵抗体を有し、前記２つの端部電極間で互いに電気的に直列に接続されている複数の抵抗体群と、
を含み、
前記抵抗体はステンレス鋼材からなること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ステンレス鋼材からなる短冊状すなわち板状抵抗体（以下、ステンレス板抵抗体ともいう）の複数を並列及び直列に配置して目的抵抗値を構成するように配設したので、負荷抵抗装置の筐体内で発熱する抵抗体の設置スペース効率が向上し、装置筐体を小型化できかつ安価に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施例の負荷抵抗装置の扉を閉めた正面状態を示す斜視図である。
【図２】本実施例の負荷抵抗装置の正面の扉を除去して扉開口から見た抵抗体群の状態を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る実施例の負荷抵抗装置１を説明する機能ブロック図である。
【図４】本実施例の負荷抵抗装置におけるステンレス板抵抗体のステンレス鋼材の種類及びステンレス鋼材以外の金属の特性の例を表す図である。
【図５】本実施例の負荷抵抗装置におけるステンレス板抵抗体（図５Ｂ）をステンレス鋼板（図５Ａ）から製造する工程の一例を説明する概略斜視図である。
【図６】本実施例の負荷抵抗装置の内部の上段の端部電極の近傍における抵抗体群のユニットの一部の２個の状態をそれぞれ示す斜視図である。
【図７】本実施例の負荷抵抗装置の内部の下段の端部電極の近傍における抵抗体群のユニットの一部の２個の状態をそれぞれ示す斜視図である。
【図８】外部短絡試験を行うための試験回路の一例を示す結線図である。
【図９】外部短絡試験の規格を説明する表である。
【図１０】抵抗素子として比較的サイズの大きいホーロー抵抗器を複数実装する負荷抵抗装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例の負荷抵抗装置を、図面を参照しながら説明する。なお、本実施例は本発明の一例であって、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は本実施例の負荷抵抗装置１の観音開きの扉ＤＲを閉めた正面状態を示す斜視図であり、図２は当該負荷抵抗装置１の正面の扉ＤＲを除去して扉開口から見た抵抗体群２Ｇの状態を示す斜視図であり、図３は当該負荷抵抗装置１を説明する機能ブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、負荷抵抗装置１は外形が直方体である箱形の筐体１０を有している。筐体１０の側面下方（下方側板）には吸気口ＩＮＬが設けられており、上面には排気口ＯＴＬが設けられている。吸気口ＩＮＬ及び排気口ＯＴＬには、それぞれ金属ネットパネルＮＰが装着されている。上述したように、筐体１０には、前面に観音開きの扉ＤＲが設けられている。負荷抵抗装置１においては、この観音開きの扉ＤＲを開くことで内部の装置部分にアクセスすることが可能である。
【００１４】
筐体１０の前面の上部、具体的には観音開きの扉ＤＲの上の部分には、接続される外部短絡試験装置（図示せず）から通電を受けている場合に点灯する受電ランプＬＰが装備されている。
【００１５】
図２及び図３に示すように、負荷抵抗装置１は、筐体１０内部に支持、収容された複数の抵抗体群２Ｇを有している。抵抗体群２Ｇの各々は、互いに電気的に並列に接続された複数の板状の抵抗体２を有している。すなわち、抵抗体２の各々は短冊形状を有している。抵抗体２の各々は、ステンレス鋼板（後述する）から構成されている。
【００１６】
図２に示すように、負荷抵抗装置１において、筐体１０内のフレームの桁材１１上に上下２段それぞれに指示された抵抗体群２Ｇの８ユニット（合計１６ユニット）が筐体１０内に収納されている。２つの端部電極４は、筐体１０の上段及び下段に支持金具１２によりそれぞれ支持され、２つの端部電極４の間で１６ユニットが直列接続されている。
【００１７】
図３に示すように、複数の抵抗体群２Ｇの各々は、銅(Ｃｕ)からなる２つの中継電極３を有し、２つの中継電極３の間に複数の抵抗体２が電気的に並列に接続されている。複数の抵抗体群２Ｇは２つの中継電極３の電気接続部３ａを介して互いに接続されている。すなわち、複数の抵抗体群２Ｇは、２つの端部電極４の間で互いに電気的に直列に接続されている。２つの端部電極４は、外部短絡試験装置１０１の充電池の正極と負極にそれぞれ接続される。
【００１８】
図２に示すように、上段及び下段の直列８ユニットの端部電極４の反対側の端部（電気接続部）は銅からなる接続板３ａａにより接続され、これにより、１６ユニットの抵抗体群２Ｇが２つの端部電極４間で電気的に直列に接続される。
【００１９】
図２に示すように、中継電極３と電気接続部３ａは、筐体１０内のフレームの桁材１１に複数の支持金具１２を介して固定されている。上下のＵ字管状部材Ｕ１、Ｕ２の中継電極３と電気接続部３ａは、ステンレス板抵抗体２を保持する保持手段としても機能する。支持金具１２は、耐熱絶縁碍子等の絶縁ブッシュを介して桁材１１とは絶縁されて固定される。
【００２０】
図２に示すように、負荷抵抗装置１は、ステンレス板抵抗体２から発生するジュール熱を排気するための送風機２２を内部上端に備える。抵抗体（抵抗体群２Ｇ）の空冷のために、送風機２２を設けて温度上昇を抑える。送風機２２は、筐体の内部の上端だけでなく上下端に配置されていてもよい。送風機２２の排風量は、温度センサ（図示せず）により排気温度を監視することにより制御されてもよい。
【００２１】
また、図２に示す負荷抵抗装置１の扉開口の上部縁部には扉センサＤＳが、同右側縁部には漏電遮断器ＢＫが設けられている。
【００２２】
扉センサＤＳは、図１に示すように負荷抵抗装置１の観音開きの扉ＤＲを閉めた状態で受電ランプＬＰが点灯して通電している場合に、扉ＤＲが開かれたこと（内部にアクセス可能となること）を感知して、扉開信号を、外部短絡試験装置（図示せず）の停止インターロック回路へ送信する。
【００２３】
漏電遮断器ＢＫは、送風機２２等のオンオフ又は漏電を感知して、漏電遮断器のオフ信号（送風機停止信号）を、制御部（図示せず）を介して外部短絡試験装置（図示せず）の停止インターロック回路へ送信する。
【００２４】
外部短絡試験装置の停止インターロック回路は、扉センサＤＳや漏電遮断器ＢＫ等の保護装置からの所定信号に応じて、試験システムを自動的に停止させる。
【００２５】
［ステンレス板抵抗体］
図４は本実施例の負荷抵抗装置１におけるステンレス鋼板からなる抵抗体２（ステンレス板抵抗体）のステンレス鋼材の種類及びステンレス鋼材以外の金属の特性の例を表す表１及び表２を示す図である。
【００２６】
表１は、ステンレス鋼 (ＳＵＳ：Steel Use Stainless)の金属組織別分類の「フェライト系」「オーステナイト系」「二相系（オーステナイト・フェライト系）」「マルテンサイト系」「析出硬化系」等の内の「フェライト系」「オーステナイト系」「二相系」の特性を示す。表２は、「オーステナイト系」のＳＵＳ３０４とこれ以外の他の金属（アルミニウム、銅、鉄）の特性を示す。
【００２７】
抵抗体の金属材料として、ＳＵＳ３０４は有利な素材である。なぜならば、図４に示されるように、ＳＵＳ３０４は他の金属より体積抵抗率が大きく、更に、体積抵抗率の温度変化が他の金属より小さいからである。この特性によりＳＵＳ３０４の板材は発熱しても抵抗値変化が小さいゆえに、試験目的から安定な負荷抵抗として好ましく用いられる。なお、熱伝導率について、ＳＵＳ３０４は他の金属より劣るが、板状の平面発熱体とした場合、ステンレス板抵抗体２が空冷フィンとして機能するので、冷却するには支障にはならない。さらに、ステンレス板抵抗体２には、ＳＵＳ３０４以外に非磁性の「オーステナイト系」ＳＵＳが好ましく用いられる。
【００２８】
ステンレス板抵抗体２は体積抵抗率の温度変化率が低いので、温度上昇によっても抵抗値があまり変わらない。また、ステンレス板抵抗体２は、市販のステンレス鋼板からシート抵抗に基づいて切り出すことで抵抗体形状の設計や製造が容易であるので、省スペース、コスト低減、放熱性向上の観点からも好ましい。
【００２９】
ステンレス板抵抗体２の設計は、放電時の総エネルギー、ステンレス板抵抗体２の温度上昇、温度上昇の上限規定、ステンレス板抵抗体２の長方体形状、原材料のステンレス鋼板のシート抵抗等を勘案して行われる。
【００３０】
図５は本実施例の負荷抵抗装置１におけるステンレス板抵抗体２（図５Ｂ）をステンレス鋼板（図５Ａ）から製造する工程の一例を説明する概略斜視図である。
【００３１】
シート抵抗Ｒｓを有する原材料のステンレス鋼板（体積抵抗率ρ、長さＬ、幅Ｗ、板厚Ｄ、（Ｌ＞Ｗ＞Ｄ））を、例えば目標設計負荷抵抗値（例えば、Ｒ＝８ｍΩの電気抵抗値）に基づき作成する。そして、例えば同一形状のステンレス板抵抗体２を得るためにレーザー加工機、シャーリング機械等のせん断機械により、当該鋼板を縦Ｌ／ｍ、横Ｗ／ｎに等分割して、複数（ｍ×ｎ個）のステンレス板抵抗体２（各々長さｌ、幅ｗ、板厚ｄ、（ｌ＝Ｌ／ｍ＞ｗ＝Ｗ／ｎ＞Ｄ）に小分けする。そして、装置筐体内に収納できるように、ｎ個の１群のステンレス板抵抗体２（すなわち抵抗体群２Ｇである１個のユニット）を幅方向に並べて並列に電気接続して、そのｍ個のユニット２Ｇを直列に電気接続すれば、目標の負荷抵抗値の負荷抵抗装置が得られる。例えば、図３に示すように、６個の１群のステンレス板抵抗体２を幅方向に並べて並列に電気接続して抵抗体群２Ｇの１ユニットとし、抵抗体群２Ｇの１６個のユニットを直列に電気接続すれば、所定の負荷抵抗値の負荷抵抗装置が得られる。
【００３２】
長方体であるステンレス鋼板の電気抵抗値Ｒとその寸法（長方体の長辺の長さをＬ、幅をＷ、板厚Ｄ）とシート抵抗Ｒｓとの関係は、
Ｒ＝（ρ・Ｌ）／（ｄ・Ｗ）＝Ｒｓ・Ｌ／Ｗ
である。板厚Ｄのステンレス鋼板のシート抵抗Ｒｓが既知であれば、ステンレス鋼板の幅Ｗの値とステンレス鋼板の長さＬの値を上記関係式に代入することにより、そのステンレス鋼板の実際の長さ方向の電気抵抗値Ｒを算出できる。
【００３３】
［負荷抵抗装置内のステンレス板抵抗体の分割配置］
図６及び図７は、負荷抵抗装置１の内部の上段及び下段の端部電極４の近傍における抵抗体群２Ｇのユニットの一部の２個の状態をそれぞれ示す斜視図である。
【００３４】
図６に示すように、上段の抵抗体群２Ｇの６個のステンレス板抵抗体２はそれらの長辺が互いに離れ平行にかつ両端部を揃えて配置されて、各ステンレス板抵抗体２の両端部が２本の平行な板状銅板の中継電極３の側面にボルト締結されている。抵抗体２の各々は短冊形状を有しており、抵抗体群２Ｇの各々において、抵抗体２は当該短冊形状の短手方向に沿って列をなして配列されている。
【００３５】
ステンレス板抵抗体２はボルト締結で物理的に固着されることにより、中継電極３に支持される。なお、物理的固着は密着した嵌め込み等でもよい。ステンレス板抵抗体２のステンレス鋼材は、イオン化列に当てはめると銅(Ｃｕ)と同程度のイオン化傾向であるので、接触腐食には支障にはならない。
【００３６】
上述のように、複数の抵抗体２は、複数の抵抗体群２Ｇの各々において複数の抵抗体２の各々の短手方向に沿って列をなして配列されており、２つの中継電極３の各々は、複数の抵抗体群２Ｇの各々において、複数の抵抗体２の長手方向の端部同士を接続している。複数の抵抗体群２Ｇは、抵抗体２の板面と垂直な方向に沿って互いに重なるように配列されている。
【００３７】
中継電極３は、電気接続部３ａにより隣り合う一対の中継電極同士と一体的に形成された銅からなるＵ字管状部材Ｕ１、Ｕ２の一部となっている。上方のＵ字管状部材Ｕ１では、中継電極３の対向する側面に６個のステンレス板抵抗体２の上端が隣の６個のステンレス板抵抗体２と向かい合うように配置される。下方のＵ字管状部材Ｕ２では、中継電極３の対向しない反対側の側面に６個のステンレス板抵抗体２の下端が隣の６個のステンレス板抵抗体２と共に中継電極３を挟むように配置される。すなわち、複数の抵抗体群２Ｇのうちの隣り合う抵抗体群２Ｇの中継電極３同士は電気接続部３ａによって一体的に結合されたＵ字管状部材Ｕ１又はＵ２を形成している。
【００３８】
上下のＵ字管状部材Ｕ１、Ｕ２の中継電極３と電気接続部３ａにより、６個のステンレス板抵抗体２を並列に電気接続した抵抗体群２Ｇの８ユニットが直列に電気接続される。
【００３９】
下方のＵ字管状部材Ｕ２の電気接続部３ａには、銅からなる放熱板ＨＳが固着されている。下方の放熱板ＨＳにより、上方のＵ字管状部材Ｕ１の電気接続部３ａと同等の放熱効果を確保している。
【００４０】
図７に示すように、下段の抵抗体群２Ｇの６個のステンレス板抵抗体２もそれらの長辺が互いに離れ平行にかつ両端部を揃えて配置されて、各ステンレス板抵抗体２の両端部が２本の平行な板状の中継電極３の側面にボルト締結されている。図７に示す下段の抵抗体群２Ｇにおいても、Ｕ字管状部材Ｕ１、Ｕ２の中継電極３と電気接続部３ａは、図６と同様に、６個のステンレス板抵抗体２を並列に電気接続した抵抗体群２Ｇの８ユニットが直列に電気接続される。但し、Ｕ字管状部材Ｕ１、Ｕ２の位置は、図６に示す上段のものと上下反対である。
【００４１】
本実施例によれば、抵抗素子としてステンレス板抵抗体を用いて構成することで以下の効果が得られる。ステンレス板抵抗体は放熱板としての放熱効率が高いので、装置全体が放熱しやすい（送風機の数を減少できる）。ステンレス板抵抗体は温度抵抗率特性が安定しているので、目標抵抗値設計が容易となる。ステンレス鋼材が汎用であるので、装置材料費が安価に実現できる。ステンレス板抵抗体が板状のため装置組立が容易となる。ステンレス板抵抗体が板状のため、ホーロー抵抗負荷装置より軽量でメンテナンス性の高い高電力用負荷抵抗装置が実現できる。特に、抵抗材料の金属としてステンレス系（ＳＵＳ３０４等）を選ぶことで負荷抵抗値の安定性、耐腐食性等の耐候性、コストメリットがホーロー抵抗負荷装置より優位になる。
【００４２】
なお、上記実施例の負荷抵抗装置は、二次電池の外部短絡試験の他に、燃料電池の評価試験、バッテリの容量試験、発電機の定期評価試験、非常用発電機の定期試験、発電余剰電力の熱変換試験システム、開閉器の寿命試験、リレーの寿命試験等の負荷試験を行うためのデバイスとして使用され得る。
【符号の説明】
【００４３】
１  負荷抵抗装置
２  ステンレス板抵抗体
２Ｇ  抵抗体群
３  中継電極
３ａ  電気接続部
１０  筐体
１１  桁材
１２  支持金具
２２  送風機
Ｕ１、Ｕ２  Ｕ字管状部材
ＨＳ  放熱板
【要約】
【課題】装置全体が小型化できる負荷抵抗装置を提供する。
【解決手段】負荷抵抗装置は、箱形の筐体と、筐体の上端及び下端にそれぞれ支持され、それぞれに充電池の正極と負極が接続される２つの端部電極と、互いに電気的に並列に接続された板状の金属からなる複数の抵抗体を有し、２つの端部電極間で互いに電気的に直列に接続されている複数の抵抗体群と、を含む。抵抗体はステンレス鋼材からなる。
【選択図】図３【図１】
0006831603.tif 000002
【図２】
0006831603.tif 000003
【図３】
0006831603.tif 000004
【図４】
0006831603.tif 000005
【図５】
0006831603.tif 000006
【図６】
0006831603.tif 000007
【図７】
0006831603.tif 000008
【図８】
0006831603.tif 000009
【図９】
0006831603.tif 000010
【図１０】
0006831603.tif 000011