(57)【要約】      （修正有）【課題】  本発明は、フォイル構造をした二次電池の内部短絡現象を検知するためのものである。【解決手段】  二次電池のフォイル構造を利用して発生する磁束を検知し、その同軸上に磁束検知ピックアップを配置し、二次電池の諸特性を測定し、二次電池が実機に採用される前後の異常現象の発生を未然に防止するために、予め二次電池の良否の判断を行なうことを特徴とする二次電池の内部短絡現象を検知するものである。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池のフォイル構造から発生する磁束を検知し、その同軸上に電磁ピックアップを配置し、二次電池の諸特性を測定し、二次電池が実機に採用される前後の異常現象の発生を未然に防止するために、予め二次電池の良否の判断を行なうことを特徴とする内部短絡現象を検知する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、エネルギー密度が増大しているフォイル構造を持つリチウムイオン電池やＮｉ−ＭＨ電池などの二次電池において、発生する急速な放電など、そのため生じる高温部のため、反応液からのガス内圧により破裂するなどの熱暴走が起きることから、それらの防止を図らなければならないという問題や課題があり、二次電池の実機採用後の異常現象の発生を未然に防止するために、予め二次電池の良否を判断する二次電池の内部短絡現象を検知する方法である。
【背景技術】
【０００２】  本発明に用いる二次電池は、フォイル構造を持つ二次電池であって、正極並びに負２つの電極とする薄膜を絶縁するために、その中間に電気的に絶縁する目的でセパレーターを挟み、筒状に巻き込んだ構造を持ち、比較的小さいインダクタンスを有しており、これを一組として収容ケースに電解液と共に密封入したものであり、円筒若しくは箱状の形態としている。【０００３】  本来フォイル構造における磁束発生のメカニズムは一対の電極面単位面積当たり全てにわたっての一様な起電力と仮定した場合、また電池端子も同じ機構上の位置から引き出したとすれば電流によってロール状の巻方法が無誘導巻になるため磁束が中和され外部へ出力されない。しかし実際は電極となる端子の引き出し位置「＋極、−極」が同じではなくまた起電力に関係する発電表面の場所は一様ではないし前述の構造上からも非対称であるためインダクタンス値をもつものと思われる。【０００４】  最近、二次電池は需要の拡大と利用の多様化にともなって技術的にも革新が進み、製品段階でも相次いで改良され、エネルギー密度が増大しており、万一放電が急速に行なわれた場合、その内部抵抗に多大の電流が流れるため、発熱し、高温部を生じたりすることがあり、それらのために反応液からのガス内圧により破裂に至る場合があり、思いがけない事故に見舞われることがあった。【０００５】  これらの現象は、製造過程での工程管理が不十分であったり、経年変化から起きたセパレーターのピンホールを介して、金属片を経由して電極間短絡したり、封入した電解液中に分散している不純物などが電解液と予想外の反応を起こし、金属の析出、更には成長して正負の電極間を隔てるセパレーターを突き破り、電極間で短絡するなど、未知な様々な要因により電池構成である電極同士が接触し、破壊に至る現象を起こし、ときには人体に影響を及ぼすことがある。など多様な原因があり、機器に搭載した後においては熱暴走から未然に防がなければならない。という課題があった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  以上述べたように、種々の原因により増大するエネルギー密度によって二次電池の急速な放熱が原因で、高温部が発生し、それに伴う二次電池の破裂などの被害を防ぐことが必要になってきている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明では、前記課題を解決するために、二次電池のフォイル構造１を利用して発生する磁束を検知し、その同軸上に磁束検知ピックアップ３を配置し、二次電池の諸特性を測定し、二次電池が実機に採用された後の異常現象の発生を未然に防止するために、予め二次電池の良否の判断を行なうことを特徴とする二次電池の内部短絡現象を検知するものである。
【０００８】  「図１Ａ」の場合、即ち完成品となった被試験品の二次電池に外的ストレスとなる「温度、時間経過、外部からの気圧、物理的加圧力」を利用して磁束の変化から電極間短絡の様子を計測する。この場合は長期の試験結果を求める場合に適した方法である。
【０００９】  一方、「図１Ｂ」製作途上の電極巻き込み直後の状態は蓄電機能は存在しない。収容ケース挿入前で電解液を含浸以前において外部から電極間に電圧を印加した後ケース挿入のための加圧整形ジグによってフォイル構造部分を物理的に電極と平行面を圧縮しこの加圧操作によって巻き込まれた未知の電極面で電気的短絡状態が発生し短絡が起きるか、この方式によって同様の磁束の変化を以って調べることができる。この場合は製品完成途上で行なうわけで短時間の試験結果で運用開始以降の保安状態を推察する。
【００１０】  本発明を図面に従って詳細に説明すると、図１Ａ、図１Ｂは二次電池から磁束を検知するための構成図であって、磁力の作用する場所である磁束を検知するために、供試電池２の端面に電池端子５と起電圧端子７が配されており、磁束の発生方向９に磁束検知ピックアップ３を配置し、供試電池２内部のフォイル構造１に流れた電流の大きさが、磁束に比例する変化量を検知するものである。
【００１１】  図２は磁束から異常を電気的に検知するために模擬した実験回路であって、与える負荷としての変化量を示し、スイッチ６の“ＯＮ／ＯＦＦ”に従い、電流が流れる様を波形（Ａ）で示している。実際はこの条件を目的としているわけではなく、あくまでも二次電池内部の電気的異常現象を知るためであり、それに等価とみなせる一つの方法を提示しているわけである。
【００１２】  波形（Ｂ）ではスイッチ６の開閉に同期して磁束量が発生するが、目的とする二次電池内部の短絡部分とその短絡の状況に応じた電磁波形が発生し、磁束検知ピックアップ３はその磁束の変化量の様子を電気的に正しく検知するもので、負荷抵抗器８が機能している。
【００１３】  図３は磁束検知波形から二次電池の異常を発見するシステムの態様図で、磁束検知ピックアップ３で求めた微弱な電気信号を、増幅器４で拡大増幅し、定めた電圧レベルの大きさ即ち「図内の」では、信号ａ１５と尖頭値設定１１で定めた信号ｂ１６の大きさを尖頭値比較１０で比較し、尖頭値を超えた場合に、データ処理開始命令が出され、アナログ信号がデジタル変換器１２によってデジタルデータに変換され、さらに、デジタル処理部１３で記録を開始し、波形の形状、大きさ、継続時間、発生回数などを総合的に分析する。
【００１４】  判定方法では、これ以外にも各種の解析方法が考えられるが、ここに示す方式は最も単純化した一方法として示しており、最終的には良否判定１４を行いサンプル品の結果の判断を求めるものである。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、異常時に際しては、短絡電流も大きくなり、短絡場所が遠いほど言いかえれば捲数が短絡場所より遠いほど電気エネルギーが大きく、検知した磁束の測定値に異常を生じた二次電池は将来において何らかの事故の予兆があると考えて早期に発見し取り除くことが可能となった。
【００１６】  また、軽負荷の電子機器に採用された二次電池はこの検査方法によって発生する検出コイルから得られた起電力の大きさからこの検査法に対し安定で十分なインダクタンス値を有していることが分かった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】  図１に示すフォイル構造１では、二次電池に負荷電流が生じれば筒がコイル構造となっているから、同軸上には原理上磁力が生じる筈であり、こうした点は、実際、実験により確認したものである。【００１８】  同軸上に生じる磁束をえるために、同軸上に磁束検知ピックアップ３（例えばコイル式ピックアップ）など磁束検知器を配置し、発生した仮想の線である磁力線を捕まえ、その磁束の波形の分析を通して二次電池内部の特性を把握し、正常な製品か異常な製品かの判断を行なうものである。【００１９】  同軸上に磁束検知ピックアップ３を配置し、完成品の場合では長期間の特性を調べて性能の良否を判断する。即ちエージングテストを実行する。この場合電解液の活性を加速するため、加熱したり、振動を加えたりするが、多くの試料から異常な傾向を把握し、磁気出力波形の分析結果で判断するものである。短時間で電池内部短絡を調べる［０００７］の封入前工程に示す方法では機械的圧力値の規定した範囲に磁束変化が生じれば事故品と判断され短時間で所謂、印加圧力の一周期内で良否の判断ができる。【００２０】  検知した磁束の強さは二次電池内部の短絡場所により又、短絡を起こした部分の面積によっても端子からの見た抵抗値が異なるために変わる。そこで閾値を設定し、確実な判定を目指す。【００２１】  電池端子５に於ける起電圧または半製品に於ける外部からの電圧の印加何れに於いても電極同士が任意の部分で短絡した場合では一対の箔面は巻き込んだ筒状であるため電流と巻数の積にしたがって磁束を発生する、電池を運用している場合は短絡状況になくても常にある大きさの磁束が発生し負荷の利用状況により変動もある。【００２２】  二次電池が正常である場合では、目的範囲内の使用、即ち定常負荷状態では磁力がほぼ一様なレベルで生じているし、負荷を遮断すればその磁力も消滅する。内部短絡現象に至る場合には二次電池のエネルギーが普段の負荷より大きい場合や、又は短絡場所で一瞬に放電し、溶断後すぐに回復する場合、短絡が継続して破壊に至る場合など千差万別であるが、発生磁束の大きさは正常の範囲を大きく逸脱する。【００２３】  その場合、検知した磁気の測定値に異常を生じた二次電池は、将来において何らかの事故の予兆があると考えて、早期に発見し取り除くことが可能となる。【００２４】  磁束検知器である磁束検知ピックアップ３からの信号は、電磁コイルの場合、磁束検知ピックアップ３の特性により微分された波形での場合や、磁気抵抗素子などを使った場合には、磁気の絶対値を検知できるものなどがあり、検知信号の後段に置く増幅器４の回路に違いがあるが、磁束検知ピックアップ３の計測原理により最適な回路方式を選択し、目的とする現象の本質を拾い出すことになっている。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】二次電池から磁束を検知するための構成図。
【図１Ｂ】二次電池から磁束を検知するための他の構成図。
【図２】磁束の異常を電気的に検知するために模擬した実験回路。
【図３】磁束検知波形から電池の異常を発見するシステムの態様図。
【符号の説明】
【００２６】  １：フォイル構造            ２：供試電池            ３：磁束検知ピックアップ
４：増  幅  器              ５：電池端子            ６：スイッチ
７：起電圧端子              ８：負荷抵抗器          ９：磁束発生方向
１０：尖頭値比較            １１：尖頭値設定        １２：デジタル変換器
１３：データ処理部          １４：良否判定          １５：信号ａ
１６：信  号ｂ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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