(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池に用いられる容器を評価する評価装置であって、
加圧した気体を供給する気体供給手段と、
前記気体供給手段から前記容器までの間の前記気体の流路中に配置されたエアサーボバルブと、
前記容器の圧力を調整するために、前記エアサーボバルブを制御する制御手段と、
前記エアサーボバルブと容器との間に配置された開閉弁と、
前記開閉弁を閉じた状態での前記容器の圧力を測定する第１の圧力センサと、
前記気体供給手段から前記エアサーボバルブを介して供給される前記気体を複数の前記容器に分配するマニホールドと、
前記マニホールドの圧力を測定する第２の圧力センサと
を備え、
前記開閉弁と前記第１の圧力センサが、前記複数の前記容器のそれぞれに対して設けられており、
前記第２の圧力センサで検出された圧力に基づいて、前記制御手段が前記エアサーボバルブを制御することで、前記容器の加圧と減圧を繰り返し実施する
評価装置。
【請求項２】
前記容器の温度を制御する温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記気体供給手段から前記容器に供給される前記気体を乾燥する乾燥手段をさらに備える請求項１又は２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記乾燥手段が冷凍式ドライアであることを特徴とする請求項３に記載の評価装置。
【請求項５】
２次電池に用いられる容器を評価する評価方法であって、
気体供給手段からの加圧された気体をエアサーボバルブに供給するステップと、
前記エアサーボバルブを制御することによって、前記気体供給手段から前記容器までに供給される気体の圧力を調整するステップと、
前記エアサーボバルブと前記容器との間に設けられた開閉弁を閉状態にするステップと、
前記開閉弁を閉じた状態で前記容器の圧力を測定するステップと、
前記容器の圧力の測定結果に基づいて、前記容器を評価するステップと、備え、
前記気体供給手段と前記エアサーボバルブとの間に設けられたマニホールドによって、前記エアサーボバルブからの前記気体を複数の前記容器に分配し、
前記複数の前記容器のそれぞれに対して設けられた前記開閉弁を閉じた状態で、前記複数の容器のそれぞれの圧力を測定し、
前記マニホールドの圧力の測定結果に基づいて、前記エアサーボバルブを制御することで、前記容器の加圧と減圧を繰り返し実施する
評価方法。
【請求項６】
前記容器の温度を制御した状態で、前記エアサーボバルブが前記容器の圧力を調整することを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
【請求項７】
前記気体供給手段から前記エアサーボバルブに供給される気体を乾燥していることを特徴とする請求項５又は６に記載の評価方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか１項に記載の評価方法によって、前記容器の良否判定を行うステップと、
前記良否判定において良品と判定された前記容器を用いて２次電池を作製するステップと、を備える２次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器の評価装置、評価方法、及びそれを用いた２次電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力容器の耐圧試験装置としては、例えば、所定の加振パターンを繰り返し供給するものが開示されている。（特許文献１）。また、近年、Ｌｉイオン電池等の２次電池を用いた自動車が利用されている。このような２次電池においても、セルを収納するセル容器の耐久試験を行って、セル容器の性能を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２３０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された耐圧強度試験装置では、油圧サーボ弁により加振パターンを加えている。このような耐圧強度試験装置を用いてセル容器の耐圧強度試験を行った場合、以下に示すような問題点がある。
【０００５】
圧力媒体として用いるオイルが周囲の環境を汚染してしまう。例えば、２次電池の製造、評価はドライルームやクリーンルームなどの周囲環境をコントロールした環境下で行われる。そのため、圧力媒体としてオイルを用いた場合、耐久試験時にセルが劣化して破壊された際や、ワークの取り外しの際に、圧力媒体が周囲に漏れ出してしまう。また、圧力媒体が配管内を循環するようにして評価を行うが、長時間の使用により圧力媒体内に電極の一部が取り込まれると廃液処理も問題となる。
【０００６】
さらに、容器の着脱の際に圧力媒体が漏れ出して圧力が低下してしまう。そのため、定期的に圧力媒体を補充することが必要となり、設備のメンテナンス頻度が増加してしまう。このように、オイルを圧力媒体として用いた場合、簡便に評価することができないという問題点がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、容器の耐久試験を簡便に実施することができる評価装置、評価方法、並びにそれを用いた２次電池の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様にかかる評価装置は、２次電池に用いられる容器を評価する評価装置であって、加圧した気体を供給する気体供給手段と、前記気体供給手段から前記容器までの間の前記気体の流路中に配置されたエアサーボバルブと、前記容器の圧力を調整するために、前記エアサーボバルブを制御する制御手段と、前記エアサーボバルブと前記容器との間に配置された開閉弁と、前記開閉弁を閉じた状態での前記容器の圧力を測定する第１の圧力センサと、を備えたものである。この構成では、圧力媒体として気体を用いているため、簡便に評価を行うことができる。
【０００９】
上記の評価装置において、前記気体供給手段から前記エアサーボバルブを介して供給される前記気体を複数の前記容器に分配するマニホールドをさらに備え、前記開閉弁と前記第１の圧力センサが、前記複数の前記容器のそれぞれに対して設けられていてもよい。一度に複数の容器を評価することができるため、効率よく評価することができる。
【００１０】
上記の評価装置において、前記マニホールドの圧力を測定する第２の圧力センサをさらに備え、前記第２の圧力センサで検出された圧力に基づいて、前記制御手段が前記エアサーボバルブを制御することで、前記容器の加圧と減圧を繰り返し実施するようにしてもよい。これにより、圧力制御を正確に行うことができ、評価の信頼性を向上することができる。
【００１１】
上記の評価装置において、前記容器の温度を制御する温度制御手段が設けられていてもよい。これにより、評価中の容器の温度を調整することができるため、評価の信頼性を向上することができる。
【００１２】
上記の評価装置において、前記気体供給手段から前記容器に供給される前記気体を乾燥する乾燥手段をさらに備えていてもよい。これにより、配管中の結露を防ぐことができる。
【００１３】
上記の評価装置において、前記乾燥手段が冷凍式ドライアとしてもよい。これにより、簡便に配管中の結露を防ぐことができる。
【００１４】
本発明の一態様にかかる評価方法は、２次電池に用いられる容器を評価する評価方法であって、気体供給手段からの加圧された気体をエアサーボバルブに供給するステップと、前記エアサーボバルブを制御することによって、前記気体供給手段から前記容器まで供給される気体の圧力を調整するステップと、前記エアサーボバルブと前記容器との間に設けられた開閉弁を閉状態にするステップと、前記開閉弁を閉じた状態で前記容器の圧力を測定するステップと、前記容器の圧力の測定結果に基づいて、前記容器を評価するステップと、備えるものである。この構成では、圧力媒体として気体を用いているため、簡便に評価を行うことができる。
【００１５】
上記の評価方法において、前記気体供給手段と前記エアサーボバルブとの間に設けられたマニホールドによって、前記エアサーボバルブからの前記気体を複数の前記容器に分配し、前記複数の前記容器のそれぞれに対して設けられた前記開閉弁を閉じた状態で、前記複数の容器のそれぞれの圧力を測定するようにしてもよい。一度に複数の容器を評価することができるため、効率よく評価することができる。
【００１６】
上記の評価方法において、前記マニホールドの圧力の測定結果に基づいて、前記エアサーボバルブを制御することで、前記容器の加圧と減圧を繰り返し実施してもよい。これにより、圧力制御を正確に行うことができ、評価の信頼性を向上することができる。
【００１７】
上記の評価方法において、前記容器の温度を制御した状態で、前記エアサーボバルブが前記容器の圧力を調整してもよい。これにより、評価中の容器の温度を調整することができるため、評価の信頼性を向上することができる。
【００１８】
上記の評価方法において、前記気体供給手段から前記エアサーボバルブに供給される気体を乾燥していてもよい。これにより、配管中の結露を防ぐことができる。
【００１９】
上記の２次電池の製造方法は、上記の評価方法によって、前記容器の良否判定を行いステップと、前記良品と判定された前記容器を用いて２次電池を作製するステップと、を備えるものである。これにより、生産性を向上することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡便に容器を評価することができる評価装置、評価方法、並びにそれを用いた２次電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施の形態に係る評価装置の全体構成を示す図である。
【図２】エア直動方式のエアサーボバルブを示す図である。
【図３】加圧器方式のエアサーボバルブを示す図である。
【図４】本実施の形態にかかる評価装置に用いられる圧力波形を模式的に示す図である。
【図５】波形振幅と破壊回数の関係を示すグラフである。
【図６】本実施の形態にかかる評価装置におけるセル容器の接続を示す図である。
【図７】アルミニウムの強度の温度特性を示すグラフである。
【図８】セル圧力の温度依存性を示すグラフである。
【図９】本実施の形態にかかる評価方法を示すフローチャートである。
【図１０】耐久試験時の圧力波形の一例を示す図である。
【図１１】リーク試験時の圧力波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２３】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかる評価装置について、図１を用いて説明する。図１は評価装置の全体構成を示す図である。評価装置は、分電盤１０、コンプレッサ１１、ドライア１２、エアタンク１３、マニホールド１４、フィルタ１５、レギュレータ１６、開閉弁１７、制御装置１８、エアサーボバルブ２１、排気弁２２、圧力センサ２３、マニホールド２４、開閉弁２５、圧力センサ２６、恒温槽３０を備えている。なお、以下の説明では、空気を圧力媒体として用いた例について説明するが、例えば、窒素などの他の気体を圧力媒体として用いてもよい。
【００２４】
評価装置は、気体でセル容器２７を加圧した時の耐久性を評価する。図１に示すように、評価装置には、ワークである複数のセル容器２７が取り付けられている。すなわち、評価対象のセル容器２７が評価装置の配管に接続されている。評価装置は、加減圧を繰り返し行った時のセル容器２７の耐圧強度を試験する。このようにして、二次電池の密閉容器であるセル容器２７に対して、耐久試験を行う。評価装置は、Ｌｉイオン電池などの２次電池のセル容器２７に対して耐久試験を行い、その試験結果に基づいてセル容器２７を評価する。そして、評価装置において、良品と判定されたセル容器２７内にリチウムイオン電池のセルが封入される。これにより、２次電池を高い生産性で製造することができる。
【００２５】
分電盤１０は、コンプレッサ１１、制御装置１８に電源を供給する。もちろん、分電盤１０が、他のバルブやセンサ等に電源を供給してもよい。コンプレッサ１１は、分電盤１０から供給された電源により、空気を圧縮する。コンプレッサ１１で加圧された空気は、ドライア１２によって乾燥され、バッファとなるエアタンク１３に供給される。圧縮空気は、エアタンク１３で脈動を取り、マニホールド１４に供給される。マニホールド１４には、５系統の配管が接続されている。すなわち、エアタンク１３からの空気は、５系統に分岐される。ここで、５系統の配管ラインは同じ構成となっている。
【００２６】
マニホールド１４で分岐された圧縮空気がフィルタ１５を通ることで、空気中の粉塵が除去される。フィルタ１５を通過した空気は、レギュレータ１６によって一定の圧力になる。レギュレータ１６は、気体の異常な圧力上昇を防ぎ、評価装置中の配管の破壊を防止する。レギュレータ１６の下流側には開閉弁１７が設けられており、気体を遮断できるようになっている。開閉弁１７の下流側には、エアサーボバルブ２１が設けられている。すなわち、エアサーボバルブ２１は、コンプレッサ１１からセル容器２７までの間の流路中に設けられている。エアサーボバルブ２１は、制御装置１８からの電気的な制御信号によって、出力圧力を調整する。制御装置１８は、所望の圧力波形に応じた制御信号をエアサーボバルブ２１に出力する。エアサーボバルブ２１は、制御信号に応じて、出力圧力を制御する。エアサーボバルブ２１の下流には、排気弁２２が設けられている。排気弁２２は、非常停止時等に強制排気を行うために設けられている。
【００２７】
排気弁２２の下流には、マニホールド２４が設けられている。エアサーボバルブ２１によって圧力が制御された空気は、マニホールド２４によって、６系統の配管ラインに分配される。従って、１段目のマニホールド１４と２段目のマニホールド２４で空気を分配することによって、合計３０個のセル容器２７を一度に評価することができるようになる。そして、マニホールド２４で分岐されたそれぞれの配管ラインには、開閉弁２５を介して、セル容器２７が接続される。マニホールド２４で分岐された６系統の配管ラインは、それぞれ同様の構成を有している。
【００２８】
開閉弁２５の下流側には、それぞれのセル容器２７の圧力を測定する圧力センサ２６が取り付けられている。圧力センサ２６は、セル容器２７と開閉弁２５の間に配置されている。圧力センサ２６は、それぞれのセル容器２７の圧力を測定できるように、セル容器２７毎に圧力センサ２６が設けられている。従って、圧力センサ２６、及び開閉弁２５は、セル容器２７と同じ数（図１では３０個）だけ設けられている。このように、圧力センサ２６、及び開閉弁２５を複数設けることによって、一度に多数の評価を行うことができ、効率的な試験を行うことができる。これにより、試験時間を短縮することができる。また、圧力センサ２６が開閉弁２５の下流側に配置されているため、開閉弁２５を閉じた状態でのセル容器２７の圧力を測定することができる。
【００２９】
また、マニホールド２４には、圧力センサ２３が設けられている。圧力センサ２３は、マニホールド２４において、それぞれセル容器２７に向かう配管に分岐される前の圧力を測定する。制御装置１８は、上述した各機器の制御を行う。例えば、制御装置１８は、圧力センサ２３で検出された圧力に応じて、エアサーボバルブ２１の出力圧力を制御する。さらに、開閉弁１７、開閉弁２５の開閉を制御する。
【００３０】
制御装置１８は、開閉弁２５を開状態として、エアサーボバルブ２１を制御する。そのため、制御装置１８は、圧力センサ２３で検出された圧力値に基づいて、エアサーボバルブ２１をフィードバック制御する。これにより、セル容器２７が所定の圧力になるよう制御することができる。また、セル容器２７と圧力センサ２６は、恒温槽３０の中に収納されている。恒温槽３０はセル容器２７の温度を制御する温度制御手段である。具体的には、恒温槽３０には、温度センサ、ヒータ、温調計等が設けられており、制御装置１８によって設定された温度で一定になるように、恒温槽３０が温度制御を行う。これにより、複数のセル容器２７が同じ温度で保たれている状態で、耐久試験を行うことができる。さらに、各セル容器２７に温度センサを取り付けて、各セル容器２７の試験温度を測定してもよい。
【００３１】
本実施の形態では、エアサーボバルブ２１を用いて、セル容器２７の圧力制御を行っている。さらに、エア直動方式によるエア加圧を用いているため、圧力の応答性を向上することができる。ここで、本実施の形態で用いるエア直動方式を、加圧器方式と比較して説明する。図２は、エア直動方式の構成を模式的に示す図である。図３は比較例である加圧器方式の構成を模式的に示す図であり、油圧加振器等に用いられている加圧器方式を耐久試験に用いた例を示している。なお、図２、図３では、図１で示した一部の構成について省略して図示している。また、フィルタ１５とエアサーボバルブ２１の間の構成は、図１と同様なので説明を省略する。
【００３２】
エア直動方式のエアサーボバルブ２１では、コンプレッサ１１から供給された空気が、エアサーボバルブ２１を通って、セル容器２７（図２では不図示）に供給される。すなわち、エアサーボバルブ２１がセル容器２７と連通され、コンプレッサ１１からの空気がエアサーボバルブ２１を介してセル容器２７に供給される。制御装置１８は、エアサーボバルブ２１に指令値を入力すると、エアサーボバルブ２１は、指令値に応じたエア圧力をセル容器２７に供給する。このように、エア直動方式では、エアコンプレッサ１１とセル容器２７とがエアサーボバルブ２１を介して連通する構成となっている。指令値としてエアサーボバルブ２１が発生させたエア圧力が直接セル容器２７に供給される。
【００３３】
一方、比較例である加圧器方式では、図３に示すように、エアサーボバルブ２１からの空気が、エアシリンダ４０に供給される。制御装置１８は、エアサーボバルブ２１に指令値を入力すると、エアサーボバルブ２１は、指令値に応じたエア圧力をエアシリンダ４０に供給する。エアシリンダ４０は、エアサーボバルブ２１からの空気に応じて動作する。そして、エアシリンダ４０の動作によって、加圧器４１の圧力が変化する。加圧器４１はセル容器２７（図３では不図示）の圧力を変化させる。
【００３４】
このように、エア直動方式を用いると、加圧器等の他のアクチュエータが不要となる。これにより、加圧器方式のような遅延が生じるのを防ぐことができる。よって、制御遅れによるオーバシュートを抑制することができ、試験精度を高めることができる。すなわち、所望の圧力波形を精度よく生成することができ、セル容器２７の圧力を応答性良く制御することができる。さらに、加圧器４１やエアシリンダ４０等が不要となるため、構成部品が少なくシンプルな構成とすることができる。よって、設備としての信頼性が高くなり、かつ瀬対の低コスト化を図ることができる。
【００３５】
次に、エアサーボバルブ２１を用いた耐久試験の圧力波形の一例について、図４を用いて説明する。図４は圧力波形の一例を示す図であり、セル容器２７の破壊判定を行うための圧力波形を示している。図４において、横軸が時間であり、縦軸が圧力である。
【００３６】
まず、加圧と減圧を指定回数実施する（期間Ａ）。例えば、エアサーボバルブ２１はセル容器２７を第１の圧力から第２の圧力まで加圧した後、第２の圧力から第１の圧力まで減圧する。この加減圧を１サイクルとして、エアサーボバルブ２１は加減圧を指定回数繰り返し行う。加圧と減圧を行う圧力波形としては、例えば、三角波、方形波、台形波を用いることができる。
指定回数の加圧と減圧を行った後、リーク試験を行う。具体的には、まず、セル容器２７を所定の圧力まで加圧する（期間Ｂ）。セル容器２７が所定の圧力となったら、開閉弁２５を閉じる（期間Ｂと期間Ｃの境界）。これにより、開閉弁２５が各セル容器２７を密閉する。すなわち、セル容器２７がエアサーボバルブ２１と切り離され、圧力のやり取りを行うことができなくなる。そして、開閉弁２５を閉じた状態で一定時間放置して、圧力センサ２６がセル容器２７の圧力変動を測定する（期間Ｃ）。すなわち、開閉弁２５を閉じた後の、空気のリーク量を測定する。そして、期間Ｃにおいて、圧力がしきい値以下となったセル容器２７を不良品と判定する。
【００３７】
例えば、加圧と減圧を繰り返す耐久試験によって、セル容器２７が破壊された場合、空気のリーク量が大きくなる。すなわち、破壊されたセル容器２７では、破壊箇所から空気が漏れるため、セル容器２７の圧力低下が大きくなる。そこで、制御装置１８は、一定時間放置後の圧力を予め設定されたしきい値と比較する。圧力がしきい値以下となっていれば、セル容器２７が破壊されていると判定し、圧力がしきい値よりも高ければ、セル容器２７が破壊されていないと判定する。このように、開閉弁２５を閉じることで、破壊前の機密性が保たれているか否かを判定することができる。もちろん、圧力センサ２６の計測結果を常時モニタして、しきい値以下となった時点で開閉弁２５を閉じてもよい。
【００３８】
リークにより圧力がしきい値以下となったセル容器２７は、開閉弁２５を閉じたままの状態として、試験を終了する。一定時間放置した後の圧力がしきい値より高いセル容器２７は、期間Ｃが終了したら、次の試験ステップに移行する。すなわち、期間Ｃが終了した時点で、開閉弁２５を開けて、再度、加圧と減圧を繰り返す。例えば、異なる圧力波形や同じ圧力波形を用いて、同様の耐久試験を行う。全ての試験を終了した後の、破壊時の振幅と破壊した個数の関係をプロットすると、図５に示すようになる。図５では、試験結果を示すグラフであり、横軸が波形の振幅を示し、縦軸が破壊したセル容器２７の数を示している。セル容器２７を密閉した状態の圧力に基づいて判定しているため、より正確に破壊したか否かを判定することができる。
【００３９】
このように、エアサーボバルブ２１が加圧と減圧を繰り返し行っている。そして、セル容器２７を密閉した時の圧力変動によって、破壊された否かを判定する。このようにすることで、簡便にセル容器２７の耐久性を試験することができる。例えば、従来のようにオイル等を圧力媒体とした場合、破壊の有無を検出するために、セル容器２７に液体を溜めたり、可視光によりセル容器２７に付着したオイルを検出したりする必要が生じる。しかしながら、本実施の形態のように、空気等の気体を圧力媒体とすることで、簡便に試験することができる。例えば、電池の製造、評価等を行うドライルームやクリーンルームの汚染を防ぐことができる。また、圧力媒体として水を用いた場合、２次電池材料であるリチウムと水は反応しやすいため、発火や発煙に注意しながら作業を行わなければならない。しかしながら、本実施の形態のように空気等の気体を用いることで、簡便かつ安全に試験することができる。
【００４０】
また、圧力媒体としてオイルや水などの液体を用いた場合、ワークの着脱の際に生じる圧力媒体の漏れによって、圧力媒体の定期的な補充が必要となる。しかしながら、本実施形態では、コンプレッサ１１を用いて圧縮空気を供給しているため、圧力媒体の補充が不要となる。これにより、耐久試験をより簡便に行うことができる。さらに、実際の２次電池の使用環境は空気中となる。すなわち、２次電池セルの劣化は、日間／年間の寒暖差によるセル容器２７内部の圧力変動、電池の充放電に伴う圧力変動によって生じる。実施の使用環境中と同様に気体による影響を評価することができる。よって、より正確に耐久試験を行うことができる。
【００４１】
また、エア直動方式によるエアサーボを用いているため、所望の圧力波形を高精度に作り出すことができる。例えば、高圧発生源のコンプレッサ１１と減圧発生源の真空ポンプのそれぞれに配管を接続して、バルブを切り替えることで圧力制御する場合、所望の波形を得ることが困難になってしまう。具体的には、台形波を発生させた際に終端部分が緩やかになってしまい、求める圧力波形と異なるものとなってしまう。さらに、高圧側と減圧側を切り替える際に、波形に歪みやノイズ成分が発生してしまう。また、経路切り替え部分は、経路が複雑になってしまうトラブルが発生しやすく、信頼性が低い。本実施の形態にかかる評価装置のように、直動方式のエアサーボにより制御することで、確実かつ簡便に所望の圧力波形を生成することができる。
【００４２】
加圧及び減圧を短時間で行うことができ、試験時間を短縮することができる。例えば、耐久試験では、加減圧を数千回〜数万回繰り返すこともある。本発明者が試作した高圧側と低圧側を切り替える方式では１サイクルが数十秒程度であったのに対して、本実施形態のように直動方式のエアサーボを用いた場合、１サイクルを数秒程度に短縮することができる。これにより、試験時間を短縮することができるため、数倍の回数の耐久試験を実施することができる。よって、２次電池セルの開発期間を短縮することができる。
【００４３】
さらに、エアを用いたサーボ方式の中でも、加圧方式による分類があり、これら構造に起因する違いから、耐久性や性能、入力からの遅延時間等の試験装置の特性が異なってくる。本実施の形態では、エア直動方式によるサーボにより圧力制御しているため、試験の信頼性を向上することができる。また、セル容器２７を密閉した状態で、リークによる圧力変化を検出することで、セル容器２７の破壊の有無を検出している。これにより、オイル等を検出するための光学式センサ、液面センサが不要となる。よって、簡便に耐久試験を行うことができる。
【００４４】
本実施の形態では、マニホールド２４を用いて、気体を複数のセル容器２７に分配している。すなわち、各サーボ系に対して複数のセル容器２７をクラスタ状に接続し、エアサーボバルブ２１とセル容器２７の間に設けた開閉弁２５で各セル容器２７を密閉可能な構成としている。これにより、１度に複数のセル容器２７の耐久試験を行うことができるようになる。このための構成について、図６を用いて説明する。図６は、１つのサーボ系の構成を模式的に示す図である。図６は、１つのマニホールド２４に接続された６ｃｈの配管ラインを示している。
【００４５】
エアサーボバルブ２１には、マニホールド２４が接続されている。マニホールド２４は、エアサーボバルブ２１からの空気を複数のセル容器２７に分配する。ここでは、１つのマニホールド２４に、６つのセル容器２７が接続されている。また、それぞれのセル容器２７とマニホールド２４の間には、上記の通り開閉弁２５が設けられている。さらに、開閉弁２５とセル容器２７の間には、圧力センサ２６が設けられている。このため、開閉弁２５と圧力センサ２６の数は、セル容器２７の数と同数になっている。これにより、各開閉弁２５を独立して密閉することができるとともに、各開閉弁２５の圧力を独立して計測することができる。また、マニホールド２４と、エアサーボバルブ２１の間の配管には、非常停止時等に強制排気を行うための排気弁２２が設けられている。
【００４６】
複数のセル容器２７に対して圧力制御するエアサーボバルブ２１を共通化することにより、エアサーボバルブ２１の個数を削減することができる。すなわち、セル容器２７毎に、エアサーボバルブ２１を設けなくてもよくなるため、セル容器２７の数を増やした場合でも、コストアップを抑制することができる。
【００４７】
さらに、セル容器２７毎に、開閉弁２５が設けられている。そして、あるセル容器２７に破壊が生じた場合、破壊が生じたセル容器２７に対応する開閉弁２５を閉状態にする。これにより、破壊が生じたセル容器２７を切り離すことができ、耐久試験を続行することができる。すなわち、図６において、一つのセル容器２７に破壊が生じた場合でも、残りの５個のセル容器２７に対する耐久試験を継続することができる。よって、より効率的に耐久試験を実施することができる。
【００４８】
さらに、マニホールド２４にも圧力センサ２３が設けられている。そして、この圧力センサ２３に基づいて制御装置１８がエアサーボバルブ２１の出力圧力をフィードバック制御している。このようにすることで、特定のセル容器２７に不良が発生して、開閉弁２５が閉状態で維持されていたとしても、引き続き耐久試験を実施することができる。さらに、特定のセル容器２７の圧力に基づいて、制御していないため、特定のセル容器２７に破壊などが生じていた場合でも、正確に圧力波形を生成することができる。
【００４９】
また、本実施の形態では、セル容器２７を恒温槽３０内に配置している。こうすることで、セル周囲の温度を制御した環境下において耐久試験を実施することができる。例えば、セル容器２７に用いられる部材はアルミニウム等であり、耐力や引張り強さ等の機械的な強度は温度に依存する（図７参照）。さらに、セル容器２７の内部の圧力は、図８に示すように、周囲の圧力に応じて変動してしまう。そこで、本実施の形態で、恒温槽３０内にセル容器２７を配置して、耐久試験の温度を管理している。さらに、基準となる温度を決めて評価を行う。これにより、温度に依存するばらつき要因を排除した状態で、評価を行うことができる。よって、信頼性の高い試験を行うことができる。
【００５０】
さらに、想定される寒冷地や亜熱帯等の温度条件を設定して、この環境において評価することも可能である。こうすることで、温度条件が電池セルの寿命、耐久性に与える影響を調査することができる。これらの試験による結果を基に計測環境を考慮した試験パターンで評価することで、信頼性の高い試験データを得ることができる。
【００５１】
本実施の形態では、コンプレッサ１１からの空気をドライア１２によって乾燥させている。ドライア１２を乾燥手段として用いることで、配管内の結露を防止することができる。通常、コンプレッサ１１によって圧縮された空気は、水分濃度が上昇する。圧縮時には断熱圧縮により温度が上昇しているが、配管内を伝わる過程で、温度が低下して結露が生じてしまうおそれがある。結露が生じてしまうと、錆の発生や機械的な部位に不具合が生じてしまうおそれがある。そこで、本実施の形態では、コンプレッサ１１の下流側にドライア１２を設けて、空気を乾燥させている。こうすることで、配管内での結露を防止することができる。
【００５２】
ドライア１２の種類としては、例えば、冷凍式ドライア、吸着式ドライア、中空糸膜式ドライアがあるが、圧縮空気を強制的に冷却して水分を取り除く冷凍式ドライアを用いることが好ましい。その理由としては、吸着式ドライアの場合には、より低い露点の乾燥空気を作り出すことができるが、コストが高くなってしまう。また、中空糸膜式ドライアでは、水分透過が酸素や窒素に比べて著しく速いことを利用して水蒸気を除去している。中空糸膜式ドライアでは、パージ空気として空気ロスが発生してしまうため、大容量のコンプレッサ１１が必要となる。大容量のコンプレッサ１１を用いた場合、エネルギーの観点だけでなく、騒音、振動量も大きく作業者への影響も大きくなる。上記の理由により、冷凍式ドライアを用いることが好ましい。
【００５３】
コンプレッサ１１での圧縮により高温になった空気が配管中を伝播している間に、冷却されて結露する前に水分を除去することが好ましい。このため、コンプレッサ１１とエアタンク１３の間にドライア１２を設置することが好ましい。また、空気を乾燥させることでＡｒやＮｅ等の不活性気体で配管内をパージする必要が無くなるため、設備の大規模化を抑制することができる。よって、コストを低減できるとともに、メンテナンス性を向上することができる。なお、圧力媒体として窒素等を用いる場合は、ドライア１２を用いずに、乾燥窒素を用いてもよい。
【００５４】
このように、本実施の形態にかかる耐久試験装置では、セル容器２７を高精度に評価することができる。そして、この評価結果を用いて、セル容器２７の設計を行うことで、製品開発期間を短縮できるとともに、市場不具合を未然に防止することができるようになる。
【００５５】
例えば、リチウムイオン２次電池では、充放電の繰り返しにより、ガスが発生して、セル容器内の圧力を高める。また、セル容器２７内部の気体は周囲温度に依存して変化するため、セル容器２７は、加圧／減圧を繰り返しながら、市場で使用される。一般的に民生用の２次電池では２〜３年程度の耐用年数を想定している。一方、自動車用の２次電池では、１０年を耐用年数の目標に掲げており、民生用の２次電池の数倍もの期間で使用され続ける。さらに、屋外の厳しい使用環境にさらされるため、民生用の２次電池よりも高い信頼性が要求される。
【００５６】
一方で、シール部と呼ばれる封缶の溶接部は、アンダーフィルやボイド等の発生により技術的な課題も多い。このため、これらを考慮しながら、試行錯誤の上、セル容器２７の設計が進められる。従って、設計を進めていく上で、セル内部の圧力変動に対する耐久性を評価することが望ましい。本実施の形態では、エアサーボ方式を用いているため、セル内部の圧力を高精度に制御することができる。そして、加圧と減圧を繰り返すことで、セル容器２７の耐久性を高精度に評価することができる。この評価結果を加味して、製品設計にフィードバックすることで信頼性を向上することができる。例えば、耐久試験の結果、破損が起きやすい箇所は、設計変更して、耐圧を強化すれば、耐久性を向上することができる。
【００５７】
次に、本実施の形態にかかる評価方法について、図９〜図１１を用いて説明する。図９は、評価方法を示すフローチャートである。図１０は、１サイクル分の加減圧の圧力波形を示す図である。図１１は、開閉弁２５を開状態にした時の圧力変動を示す図である。図１０、図１１において、横軸が時間、縦軸が圧力を示している。ここでは、図１０に示すように、圧力波形として台形波を用いた例を説明する。制御装置１８は、エアサーボバルブ２１を制御することによって、図１０、及び図１１に示すような圧力となるよう制御する。
【００５８】
耐久試験を開始すると、まず、制御装置１８が各バルブを制御する（ステップＳ１）。ここでは、試験対象となるセル容器２７が接続された開閉弁２５を開状態とするとともに、排気弁２２を閉じる。もちろん、レギュレータ１６は配管を一定の圧力にしている。次に、制御装置１８が恒温槽３０に対する目標温度を出力する（ステップＳ２）。これにより、恒温槽３０の温度が加熱あるいは冷却される。そして、恒温槽３０が目標温度に到達したか否かを確認する（ステップＳ３）。目標温度に到達していない場合（ステップＳ３のＮｏ）は、目標温度に到達するまで、恒温槽３０を加熱あるいは冷却する。恒温槽３０が目標温度に到達した場合（ステップＳ３のＹｅｓ）、目標温度となった時間が、温度安定時間に到達したか否かを確認する（ステップＳ４）。すなわち、目標温度となってから温度安定時間経過したか否かを確認する。目標温度となった時間が温度安定時間に到達していない場合（ステップＳ４のＮｏ）、温度安定時間に到達するまで、目標温度のまま待機する。
【００５９】
目標温度となった時間が温度安定時間になった場合（ステップＳ４のＹｅｓ）、恒温槽３０の温度が十分安定したと判定して、圧力Ｐ１への加圧を開始する（ステップＳ５）。なお、図１０に示すように、Ｐ１は台形波における圧力の下限値である。すなわち、エアサーボバルブ２１を制御して、セル容器２７とマニホールド２４の圧力を調整する。そして、圧力センサ２６の計測値が圧力Ｐ１に到達したか否かを確認する（ステップＳ６）。圧力センサ２６の計測値が圧力Ｐ１に到達していない場合（ステップＳ６のＮｏ）、圧力Ｐ１に到達するまで、引き続き、エアサーボバルブ２１がセル容器２７を加圧する。圧力Ｐ１に到達した場合（ステップＳ６のＹｅｓ）、時間Ｔ１まで到達したか否か確認する（ステップＳ７）。なお、図１０に示すように、時間Ｔ１は１サイクルの中の設定時間を示しており、具体的には、圧力Ｐ１からの加圧を開始する時間を示している。１サイクル開始からの時間が時間Ｔ１まで到達していない場合（ステップＳ７のＮｏ）、時間Ｔ１に到達するまでセル容器２７が圧力Ｐ１のままとなるようにエアサーボバルブ２１を制御する。
【００６０】
時間Ｔ１に到達したら（ステップＳ７のＹｅｓ）、圧力Ｐ２までの加圧を開始する（ステップＳ８）。なお、図１０に示すように、Ｐ２は台形波における圧力の上限値である。そして、制御装置１８は、時間Ｔ２まで到達したか否かを確認する（ステップＳ９）。なお、時間Ｔ２は図１０に示すように、１サイクルの中の設定時間を示しおり、具体的には、時間Ｔ２は圧力Ｐ２に到達するまでの時間を示している。もちろん、ステップＳ９では、時間Ｔ２までの到達を確認する代わりに、圧力センサ２３の圧力が圧力Ｐ２に到達したか否かを確認してもよい。時間が時間Ｔ２に到達していない場合は、圧力Ｐ２に到達していないため、時間Ｔ２になるまで、引き続き、圧力Ｐ２への加圧を行う（ステップＳ９のＮｏ）。そして、時間Ｔ２に到達したら（ステップＳ９のＹｅｓ）、圧力Ｐ２で保持したままとし、時間Ｔ３に到達した否かを確認する（ステップＳ１０）。時間Ｔ３は１サイクル中の設定時間を示しており、具体的には、圧力Ｐ２から圧力Ｐ１への減圧を開始する時間を示している。
【００６１】
時間Ｔ３に到達していない場合（ステップＳ１０のＮｏ）、時間Ｔ３に到達するまで圧力Ｐ２のまま保持する。時間Ｔ３に到達したら（ステップＳ１０のＹｅｓ）、圧力Ｐ１への減圧を開始する（ステップＳ１１）。そして、時間Ｔ４に到達したか否かを確認する（ステップＳ１２）。時間Ｔ３は１サイクル中の設定時間を示しており、具体的には、１サイクルの終了時間を示している。もちろん、ステップＳ１２では、時間Ｔ４への到達を確認する代わりに、圧力センサ２３の圧力が圧力Ｐ１に到達したか否かを確認してもよい。時間Ｔ４に到達していない場合（ステップＳ１２のＮｏ）、圧力Ｐ１に到達していないため、時間Ｔ４に到達するまで、引き続きエアサーボバルブ２１が圧力Ｐ１への減圧を行う。時間Ｔ４に到達していた場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、加減圧の１サイクルを終了して、次のステップ１３に移行する。
【００６２】
このような圧力制御は、上述したように、制御装置１８が予め設定された圧力Ｐ１、Ｐ２、及び時間Ｔ１〜Ｔ４に基づいて、エアサーボバルブ２１を制御することにより実施される。なお、圧力Ｐ１、Ｐ２、及び時間Ｔ１〜Ｔ４として、ユーザが任意の値を入力するようにしてもよく、メモリ等に予め格納しておいてもよい。
【００６３】
１サイクルの加減圧が終了したら、制御装置１８は、サイクル回数をインクリメントするとともに、サイクル回数がリーク試験回数に到達したか否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、リーク試験回数はリーク試験を行うサイクル回数を示す値であり、制御装置１８に予め設定されている。例えば、総サイクル回数１００００のうち１０００サイクル毎にリーク試験を行う場合、リーク試験回数は１０００、２０００、３０００、・・・１００００と設定されている。
【００６４】
リーク試験回数に到達していない場合（ステップＳ１３のＮｏ）、サイクル回数が終了したか否かを判定する（ステップＳ１４）。すなわち、予め規定された回数だけ加減圧を繰り返し行ったか否かを判定する。上記の場合、サイクル回数が、１００００に到達したか否かを判定する。サイクル回数が１００００に到達した場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、耐久試験を終了すべく、ステップＳ１５に移行する。耐久試験を終了するサイクル回数は、制御装置１８に予め設定されていても良く、ユーザが入力するようにしても良い。
【００６５】
耐久試験を終了する場合、圧力を０（大気圧）に減圧し（ステップＳ１５）、各バルブの開閉を制御する（ステップＳ１６）。例えば、セル容器２７をマニホールド２４から取り外すために、圧力を０（大気圧）にして、開閉弁２５を閉じる。これにより、耐久試験が終了したセル容器２７を取り外すことができる。
【００６６】
また、ステップＳ１４において、サイクル回数が終了していない場合（ステップＳ１４のＮｏ）、ステップＳ５に戻る。そして、次の１サイクルの加減圧が同様に行われる。
【００６７】
ステップＳ５〜ステップＳ１２に示す加減圧サイクルを繰り返して、リーク試験回数に到達した場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、リーク試験を開始する。リーク試験を開始する場合、時間が時間Ｔ１１に到達したか否かを確認する（ステップＳ１７）。なお、時間Ｔ１１は、図１１に示すように、リーク測定時の設定時間であり、具体的には、圧力Ｐ１１から圧力Ｐ１２への加圧を開始する時間を示している。また、圧力Ｐ１１は、加減圧サイクルの圧力波形に基づいて規定されており、圧力波形が図１０に示すような台形波の場合、圧力Ｐ１１は圧力Ｐ１と等しくなる。また、圧力波形が方形波、三角波、又は正弦波のような場合、圧力Ｐ１１は、例えば、圧力波形の中心値となる。
【００６８】
時間Ｔ１１に到達していない場合（ステップＳ１７のＮｏ）、時間Ｔ１１に到達するまで圧力Ｐ１１で保持する。時間Ｔ１１に到達した場合（ステップＳ１７のＹｅｓ）、圧力Ｐ１１から圧力Ｐ１２への加圧を開始する（ステップＳ１８）。これにより、セル容器２７が加圧されていく。なお、圧力Ｐ１２は、制御装置１８に予め設定されていてもよく、ユーザが任意の値を入力してもよい。そして、時間がＴ１２に到達したか否かを確認する（ステップＳ１９）。なお、時間Ｔ１２は、図１１に示すように、リーク量測定時の設定時間であり、具体的には、圧力Ｐ１２に到達する時間を示している。もちろん、ステップＳ１９において、時間Ｔ１２への到達を確認する代わりに、圧力センサ２３の圧力がＰ１２に到達したか否かを確認してもよい。時間Ｔ１２に到達していない場合、圧力Ｐ１２に到達していないため、時間Ｔ１２に到達するまで、加圧を行う。これにより、セル容器２７の圧力が圧力Ｐ１２となる。時間Ｔ１２に到達したら、次のステップＳ２０に移行する。
【００６９】
次に、時間が時間Ｔ１３に到達したか否かを確認する（ステップＳ２０）。時間Ｔ１３に到達していない場合（ステップＳ２０のＮｏ）、時間Ｔ１３に到達するまで、圧力Ｐ１２を維持する。時間Ｔ１３に到達したら（ステップＳ２０のＹｅｓ）、開閉弁２５を閉じる（ステップＳ２１）。
【００７０】
そして、複数の圧力センサ２６によって、各セル容器２７の初期圧力データを取得する（ステップＳ２２）。ここでの初期圧力データは、圧力Ｐ１２とほぼ等しくなる。そして、リークの測定試験を開始して、各セル容器２７の圧力データを取得する（ステップＳ２３）。そして、初期圧力データと現在の圧力データとの差圧を算出して、しきい値Ｐ１３と比較する（ステップＳ２４）。ここで、差圧がしきい値Ｐ１３以下となった場合、そのセル容器２７を不良品として記憶する。不良品と判定されたセル容器２７の開閉弁２５を閉じてもよい。
【００７１】
次に、時間Ｔ１４に到達したか否かを確認する（ステップＳ２５）。時間Ｔ１４は、リーク試験終了時間を示している。時間Ｔ１３〜時間Ｔ１４の間、開閉弁２５を閉じた状態にして、圧力センサ２６が圧力を測定する。圧力センサ２６が測定した圧力は、例えば制御装置１８で蓄積される。時間Ｔ１４に到達していない場合（ステップＳ２５のＮｏ）、ステップＳ２４に戻り、引き続き、差圧をしきい値Ｐ１３と比較する。すなわち、時間Ｔ１４に到達するまで、圧力データを取得し、差圧としきい値Ｐ１３との比較を続ける。これにより、耐久試験によって破壊されたセル容器２７を検出することができる。すなわち、制御装置１８が圧力センサ２６での圧力データに基づいて、セル容器２７の良否判定を行う。時間Ｔ１４までに差圧がしきい値Ｐ１３以下とならないセル容器２７は良品と判定され、しきい値Ｐ１３以下となったセル容器２７は不良品と判定される。
【００７２】
時間Ｔ１４に到達したら、各バルブを制御する（ステップＳ２６）。ここでは、良品のセル容器２７に対する開閉弁２５を開ける。これにより、良品のセル容器２７が再び、エアサーボバルブ２１と接続される。また、不良品と判定されたセル容器２７については開閉弁２５を開けなくてもよい。そして、エアサーボバルブ２１が圧力Ｐ１１への減圧を開始する（ステップＳ２７）。時間Ｔ１５に到達したか否かを確認する（ステップＳ２８）。時間Ｔ１５に到達していない場合（ステップＳ２８のＮｏ）、圧力Ｐ１１への減圧が完了していないため、時間Ｔ１５に到達するまで減圧して、セル容器２７を圧力Ｐ１１にする。
【００７３】
時間Ｔ１５に到達した場合（ステップＳ２８のＹｅｓ）、ステップＳ１４と同様に、サイクル回数が終了したか否かを判定する（ステップＳ２９）。サイクル回数が終了していない場合（ステップＳ２９のＮｏ）、ステップＳ５に戻り、次の台形波の加減圧サイクル（ステップＳ５〜ステップＳ１３）を実施する。ステップＳ５に戻った後の手順は、上記と同様であるため説明を省略する。一方、サイクル回数が終了した場合（ステップＳ２９のＮｏ）、ステップＳ１５に進む。そして、上記と同様にステップＳ１５、及びステップＳ１６を経て、試験を終了する。
【００７４】
このように、加減圧を所定回数だけ繰り返し行って、リーク試験を行う。このようにすることで、セル容器２７の耐久性を評価することができる。そして、良品と判定されたセル容器２７のみを用いて、２次電池を作製する。例えば、セル容器２７内に正極、負極、セパレータ、電解質等を配置して、溶接などにより封止する。このようにすることで、耐圧性の優れたセル容器２７のみが利用されるため、２次電池の生産性を向上することができる。
【００７５】
また、図１に示した複数のエアサーボバルブ２１がそれぞれ異なる圧力波形を生成してもよい。もちろん、複数のエアサーボバルブ２１が同じ圧力波形を生成してもよい。さらには、一つのエアサーボバルブ２１に接続するセル容器２７の数は特に限定されるものではない。また、それぞれのエアサーボバルブ２１に接続されるセル容器２７の数は、異なるものであってもよい。なお、圧力センサ２３、圧力センサ２６としては、例えば、ダイアフラム式圧力計を用いることができる。さらに、圧力センサ２３、圧力センサ２６が所定の閉空間との差圧を測定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１０  分電盤
１１  コンプレッサ
１２  ドライア
１３  エアタンク
１４  マニホールド
１５  フィルタ
１６  レギュレータ
１７  開閉弁
１８  制御装置
２１  エアサーボバルブ
２２  排気弁
２３  圧力センサ
２４  マニホールド
２５  開閉弁
２６  圧力センサ
２７  セル容器
３０  恒温槽
４０  エアシリンダ
４１  加圧器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005734806.tif 000008
【図９】
0005734806.tif 000009
【図１０】
0005734806.tif 000010
【図１１】
0005734806.tif 000011
【図５】
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