(57)【要約】【課題】釘刺し試験に際して釘に流れる短絡電流を測定すること。【解決手段】短絡試験装置１は、試験用の電池１０に対して釘４を突き刺して貫通させ、強制的に内部短絡を発生させたときの電池１０の安全評価を行う。この装置１は、電圧計８を備え、釘４の両端と電圧計８とが電気的に接続される。電池１０に釘４を突き刺したときに、電圧計８の計測値に基づき釘４を流れる短絡電流及び短絡電圧を測定する。【選択図】        図１
2010212183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験用の電池に対して金属製突起物を突き刺して貫通させ、強制的に内部短絡を発生させたときの前記電池の安全評価を行う電池の短絡試験装置において、
電圧計を備え、前記金属製突起物の両端と前記電圧計とが電気的に接続され、前記電池に前記金属突起物を突き刺したときに、前記電圧計の計測値に基づき前記金属製突起物に流れる短絡電流及び短絡電圧を測定することを特徴とする電池の短絡試験装置。
【請求項２】
試験用の電池に対して金属製突起物を突き刺して貫通させ、強制的に内部短絡を発生させたときの前記電池の安全評価を行う電池の短絡試験装置において、
導電性の金属製台と、
前記金属製台の上に設置され、前記電池を載せるための樹脂製台と、
一端が前記金属製突起物に他端が前記金属製台に電気的に接続された抵抗体と、
前記抵抗体の両端に電気的に並列に接続された電圧計と
を備え、前記樹脂製台に載せられた前記電池に前記金属突起物を突き刺して貫通させ、先端を前記金属製台に接触させたときに、前記電圧計の計測値に基づき前記金属製突起物に流れる短絡電流及び短絡電圧を測定することを特徴とする電池の短絡試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電池の安全性を確保のために電池内部の短絡試験に使用される電池の短絡試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、リチウムイオン電池等の電池の安全性試験として、「釘刺し試験」が行われることがある。電池のセル内部で短絡が発生した場合、短時間のうちにセルのほぼ全エネルギーが放出されることになる。「釘刺し試験」は、満充電状態のセルのほぼ中央に鉄製の釘を貫通させるもので、セルの内部短絡のシミュレーション試験として行われている。下記の特許文献１には、「釘刺し試験」により電池に意図的に内部短絡を発生させたときに得られる電池情報から電池の安全性を評価する電池評価装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２７６１６号公報
【特許文献２】特開２００５−２５１６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の電池評価装置では、「釘刺し試験」の際に、電池内部の短絡電流を測定することは困難であった。「釘刺し試験」は、通常、電池内部で短絡を発生させるため、電池内部の電流値を測定することはできなかった。しかし、電池の設計により短絡電流の大きさは異なるが、短絡電流が大きいと発熱が大きくなることから、電池の安全面の最適化のために短絡電流の測定が要望されている。
【０００５】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、「釘刺し試験」に際して電池内部の短絡電流を測定可能とした電池の短絡試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、試験用の電池に対して金属製突起物を突き刺して貫通させ、強制的に内部短絡を発生させたときの電池の安全評価を行う電池の短絡試験装置において、電圧計を備え、金属製突起物の両端と電圧計とが電気的に接続され、電池に金属突起物を突き刺したときに、電圧計の計測値に基づき金属製突起物に流れる短絡電流及び短絡電圧を測定することを趣旨とする。
【０００７】
上記発明の構成によれば、電池に金属製突起物を突き刺したときに、その金属製突起物を導体として電流が流れ、金属製突起物の両端の電圧が電圧計により計測される。その計測値に基づき、金属製突起物を流れる電流、すなわち短絡電流が測定される。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、試験用の電池に対して金属製突起物を突き刺して貫通させ、強制的に内部短絡を発生させたときの電池の安全評価を行う電池の短絡試験装置において、導電性の金属製台と、金属製台の上に設置され、電池を載せるための樹脂製台と、一端が金属製突起物に他端が金属製台に電気的に接続された抵抗体と、抵抗体の両端に電気的に並列に接続された電圧計とを備え、樹脂製台に載せられた電池に金属突起物を突き刺して貫通させ、先端を金属製台に接触させたときに、電圧計の計測値に基づき金属製突起物に流れる短絡電流及び短絡電圧を測定することを趣旨とする。
【０００９】
上記発明の構成によれば、樹脂製台に載せられた電池に金属製突起物を突き刺して貫通させ、先端を金属製台に接触させたときに、その金属製突起物を導体として電流が流れ、金属製突起物の両端に電気的に接続された抵抗体の両端の電圧が電圧計により計測される。そして、その計測値と抵抗体の抵抗値に基づき、金属製突起物を流れる電流、すなわち短絡電流が測定される。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、いわゆる「釘刺し試験」に際して金属製突起物に流れる短絡電流及び短絡電圧を測定することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、いわゆる「釘刺し試験」に際して金属製突起物に流れる短絡電流及び短絡電圧を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係り、電池の短絡試験装置を示す概略構成図。
【図２】第１実施形態に係り、電池に釘を刺した状態を示す模式図。
【図３】第１実施形態に係り、図２の鎖線楕円の部分を模式的に示す電気回路図。
【図４】第２実施形態に係り、電池の短絡試験装置を示す概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明における「電池の短絡試験装置」を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１に、本実施形態における電池の短絡試験装置１の概略構成図を示す。この短絡試験装置１は、導電性の金属製台２と、その台２の上に設置された一対の樹脂製台３と、本発明の金属製突起物としての釘４と、一端が釘４に他端が金属製台２に配線５を介して電気的に直列に接続された抵抗体６と、抵抗体６の両端に配線７を介して電気的に並列に接続された電圧計８とを備える。樹脂製台３の上には試験用のリチウムイオン電池（以下、単に「電池」と言う。）１０が載置されるようになっている。電池１０は、正端子１１及び負端子１２を有する。この載置状態において、金属製台２と電池１０は、樹脂製台３の厚みの分だけ隔てられ、互いに絶縁状態となる。
【００１５】
この短絡試験装置１では、電池１０の内部短絡試験に際して、樹脂製台３の上に載置された電池１０に、釘４を突き刺して貫通させ、強制的に内部短絡を発生させ、電池１０の安全評価を行うようになっている。電池１０を貫通した釘４の先端は、金属製台２に突き刺す。この状態で、釘４の先端と金属製台２とが電圧計８に電気的に接続される。ここで、電圧計８に電気的に並列に接続された抵抗体６の抵抗値は、釘４の抵抗値に対して十分大きい値に設定されている。この実施形態では、例えば、抵抗体６の抵抗値を「１ｋΩ」、釘４の抵抗値を「１ｍΩ」に設定すると、原理上、「１／１０6」の精度となる。
【００１６】
図２に、電池１０に釘４を刺した状態を模式図により示す。図３に、図２の鎖線楕円Ｓ１の部分を模式的な電気回路図により示す。図２に示すように、電池１０の内部にはセルを構成する捲回体１３が設けられる。捲回体１３の厚さを「Ｌ（ｃｍ）」、捲回体１３の捲回数を「ｎ＋０.５」、釘４の単位長さ当たりの抵抗値を「ｒ（Ω／ｃｍ）」とすると、電池１０に刺さった部位の釘４の抵抗値は「ｒＬ／４（ｎ＋０.５)2（Ω）」となる。ここで、捲回体１３が「ｎ＋０.５」の回数により捲き回されている場合、釘４が刺さる刺し部１３ａは「２（ｎ＋０.５）」箇所となり、図３に示すように、隣接する各刺し部１３ａの間で捲回体１３が短絡することとなる。これら短絡部１３ｂの抵抗値は「ｒＬ／４（ｎ＋０.５)2（Ω）」となる。
【００１７】
上記した短絡試験装置１を使用した試験方法について説明する。図１に示すように、樹脂製台３の上に載置された満充電状態の電池１０に、釘４をほぼ垂直に突き刺して貫通させ、その釘４の先端を金属製台５に突き刺す。このとき、電池１０に刺さった釘４には電流が流れ、それと同時に抵抗体６にも電流が流れる。抵抗体６の抵抗値を「Ｒ（Ω）」、抵抗体６の両端の電圧を「Ｅ（Ｖ））」とすると、釘４に流れる電流「Ｉ」は、「Ｉ＝Ｅ／（ｒ／２ｎＬ）」となる。従って、電圧計８による電圧「Ｅ」の計測値と、釘４の抵抗値「ｒ／Ｌ（Ω）」とが分かれば、釘４を流れる電流を求めることができる。ただし、電池１０の内部の各短絡部１３ｂの抵抗値が異なるときに、外部の抵抗体６に電流が流れることｔなる。また、外部の抵抗体６の抵抗値が釘４の抵抗値に対して十分に大きいため、高精度で電流を測定することが可能となる。
【００１８】
以上説明した本実施形態の短絡試験装置１によれば、釘４の抵抗値が分かれば、外部の抵抗体６の両端の電圧Ｅを電圧計８により計測することで、釘４を流れる電流、すなわち、電池１０の内部短絡電流を、計算により求めることができる。すなわち、「釘刺し試験」に際して、釘４に流れる短絡電流及び短絡電圧を容易に測定することができる。このように計測された短絡電流及び短絡電圧は、電池の安全面の最適化のために利用することができる。
【００１９】
この実施形態の短絡試験装置１によれば、上記した短絡電流及び短絡電圧の計測のみならず、通常の「釘刺し試験」の項目として、釘４を突き刺したときに、電池１０の破裂、発火及び充放電による液漏れ等についても試験することができる。
【００２０】
［第２実施形態］
次に、本発明における「電池の短絡試験装置」を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。
【００２２】
図４に、この実施形態における電池の短絡試験装置２１の概略構成図を示す。この短絡試験装置２１は、電池１０に突き刺される釘４と、電池１０の両端子１１，１２に配線２２を介して接続された抵抗体６と、その配線２２の途中に設けられたスイッチ２３と、配線２２を流れる電流を計測するためのクランプ電流計２４とを備える。
【００２３】
上記した短絡試験装置２１を使用した試験方法について説明する。最初に、満充電状態の電池１０の両端子１１，１２に配線２２を介して抵抗体６を電気的に接続する。この抵抗体６の抵抗値は、電池１０の容量等により異なるが、精度の点では、電池１０の内部抵抗の「１０００倍」以上であると良い。また、抵抗体６に大きな電流が流れると電池容量を減らす点を考えると、電池電圧が「０.０１（Ｖ）」程度以下の抵抗値がよい。
【００２４】
次に、配線２２の途中のスイッチ２３を入れる。電池１０の内部の捲回体１３（図２参照）の厚さが「Ｌ（ｃｍ）」の電池１０（捲回数＝ｎ）に対し、釘４をゆっくりと刺す。このとき、電池１０に刺さった釘４に電流が流れる。これと同時に、抵抗体６にも電流が流れる。ここで、釘４が捲回体１３（図２参照）の１層目に刺さった瞬間、釘４に流れる電流は、外部の抵抗体６に流れる電流値から算出することができる。すなわち、クランプ電流計２４の計測値から、釘４を流れる電流を、短絡電流として計測することができる。ここでも、外部の抵抗体６の抵抗値が、釘４の抵抗値に対して十分に大きいため、高い精度で短絡電流を測定することができる。
【００２５】
以上説明した本実施形態の短絡試験装置２１によれば、釘４の抵抗値が分かれば、外部の抵抗体６を流れる電流値をクランプ電流計２４により計測することで、釘４を流れる電流、すなわち、電池１０の内部短絡電流を計測することができる。すなわち、「釘刺し試験」に際して、釘４に流れる短絡電流を容易に測定することができる。このように計測された短絡電流は、電池の安全面の最適化のために利用することができる。
【００２６】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００２７】
例えば、前記各実施形態では、金属製突起物として釘４を使用したが、電池１０に突き刺すことのできる金属製突起物であれば、釘に限られない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明は、リチウムイオン電池等の電池の安全性評価のために利用できる。
【符号の説明】
【００２９】
１  短絡試験装置
２  金属製台
３  樹脂製台
４  釘
５  配線
６  抵抗体
７  配線
８  電圧計
１０  電池
【図１】
2010212183.tif 000003
【図２】
2010212183.tif 000004
【図３】
2010212183.tif 000005
【図４】
2010212183.tif 000006