(57)【要約】【課題】自己放電速度が大きな二次電池であっても、簡単な装置構成で且つ簡単な判定方法で二次電池の内部短絡の有無を判定し得る二次電池の異常検出装置および二次電池の異常検出方法を提供する。【解決手段】検出対象の二次電池１１の周囲環境温度を調節する恒温槽（温度調節手段）と、二次電池１１に定電圧充電を施す充電手段１５と、二次電池１１の充放電電流を検出する電流検出手段１７と、二次電池１１の内部抵抗が低くなる高温環境下にて、定電圧充電を実施して二次電池１１の充電状態を所定状態に調整し、該定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させ、該低温環境下での電流収束値から二次電池１１の内部短絡の有無を判定する判定手段１９と、を備えて構成する。【選択図】図１
2008243440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の二次電池の周囲環境温度を調節する温度調節手段と、
前記二次電池に定電圧充電を施す充電手段と、
前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と＋、
定電圧充電を実施して前記二次電池の充電状態を所定状態に調整し、該定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における前記二次電池の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させ、周囲温度を低下させた後の電流収束値から前記二次電池の内部短絡の有無を判定する判定手段と、
を有する二次電池の異常検出装置。
【請求項２】
定電圧充電を実施して検出対象の二次電池の充電状態を所定状態に調整する第１ステップと、
前記定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における前記二次電池の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させる第２ステップと、
前記第２ステップによる周囲温度下の電流収束値から前記二次電池の内部短絡の有無を判定する第３ステップと、
を有する二次電池の異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は二次電池が良品か不良品かを検査する異常検出装置および異常検出方法に係り、特に、自己放電速度が大きな二次電池であっても、簡単な装置構成で且つ簡単な判定方法で二次電池の内部短絡の有無を判定し得る二次電池の異常検出装置および二次電池の異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の二次電池の異常検出装置および電池の異常検出方法としては、例えば特開２００３−５９５４４号公報に開示された「二次電池の内部情報検知方法、内部情報検知装置、内部情報検知プログラムおよび該プログラムを収めた媒体」の技術を利用するものがある。
【０００３】
この従来例では、定電流−定電圧充電方式で二次電池を充電する場合に、内部抵抗のみが増加した二次電池ではその内部抵抗の増加の大きさに係わらず、定電圧充電領域の充電電流曲線が、ある充電電流値で正常な電池の充電電流曲線と交差するという性質に基づき、二次電池が短絡していなければ、定電圧充電モードでの充電電流がある電流値になるまでの時間の計測から二次電池の蓄電容量に関する情報が得られること、並びに、定電圧モードでの充電電流の収束値から内部短絡の有無を判定できることが示されている。
【０００４】
つまり、被検知電池の内部短絡の有無を判定する方法として、定電圧充電モードでの充電電圧を無限に外挿したとき、充電電流値が正の値を取る場合は被検知電池が内部短絡していると判定し、充電電流値がゼロに収束する場合は被検知電池が内部短絡していないと判定する。ただし、定電流−定電圧充電において、定電圧充電モードに移行しないような内部短絡の程度が大きい場合には、この判定方法は適用できない。
【特許文献１】特開２００３−５９５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
また、上述した特許文献１に開示された技術においては、自己放電速度が大きな二次電池では、電流の自己放電に起因する電圧低下分を補填するために充電電流が流れ、充電電流値がゼロに収束せず、自己放電速度が大きな二次電池には上記判定方法を適用できないという事情があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、自己放電速度が大きな二次電池であっても、簡単な装置構成で且つ簡単な判定方法で二次電池の内部短絡の有無を判定し得る二次電池の異常検出装置および二次電池の異常検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を解決するため、本発明は、検出対象の二次電池の周囲環境温度を調節する温度調節手段と、前記二次電池に定電圧充電を施す充電手段と、前記二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、定電圧充電を実施して前記二次電池の充電状態を所定状態に調整し、該定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における前記二次電池の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させ、周囲温度を低下させた後の電流収束値から前記二次電池の内部短絡の有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
従来、自己放電速度が大きな二次電池では、電流の自己放電に起因する電圧低下分を補填するために充電電流が流れ、充電電流値がゼロに収束しないことから内部短絡の有無の区別がつかなかったのに対し、本発明に係る二次電池の異常検出装置および二次電池の異常検出方法では、定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させるので、内部短絡の無い良品の二次電池では該低温環境下での電流収束値がマイナス側（放電電流が流れる側）にバイアスされることとなって、内部短絡の有無によって電流収束値に差異が生じるので二次電池の内部短絡の有無を判定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の二次電池の異常検出装置および二次電池の異常検出方法の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〔実施例〕
図１は本発明の一実施例に係る二次電池の異常検出装置の構成図である。同図において、本実施例の二次電池の異常検出装置は、高温室１３ａおよび低温室１３ｂを備えた恒温槽（温度調節手段）１３と、恒温槽１３の高温室１３ａまたは低温室１３ｂに設置された検出対象の二次電池１１に定電圧充電を施す充電手段１５と、充電手段１５による定電圧充電の際に二次電池１１の充放電電流を検出する電流検出手段１７と、電流検出手段１７の検出結果に基づき良品か不良品かを判断する判定手段１９と、を備えた構成である。
【００１１】
検出対象の二次電池１１は、自己放電速度が大きな二次電池であって、本実施例では例えば非水系電解質二次電池（リチウムイオン電池）を一例として以下説明する。
【００１２】
なお、特に図示しないが、本実施例における二次電池は、正極板と負極板を積層して形成された発電要素を電解液とともにラミネートフィルム等で形成された外装体内に封止し、内部の発電要素に電気的に接続された正極および負極端子を外装体外部に導出した、一般的な二次電池である。
【００１３】
恒温槽１３は、検出対象の二次電池１１の周囲環境温度を調節するものとして、特許請求の範囲にいう温度調節手段に該当する。また恒温槽１３は、一般に冷熱衝撃試験機として使用されているものを使用し、上下または左右に高温室１３ａおよび低温室１３ｂの２つの恒温室を備えて、検査資料を高温室１３ａと低温室１３ｂの間で移動させて試験・検査を行う。
【００１４】
また、充電手段１５は二次電池１１に定電圧充電を施すもので、充電電圧が制御可能な充放電装置または定電圧電源を使用する。充電手段１５と二次電池１１の充放電回路には、定電圧充電時に二次電池１１の充放電電流を検出する電流検出手段１７が接続されており、検出した電流値は判定手段１９により読み取り可能な構成である。
【００１５】
また、判定手段１９は、少なくとも電流検出手段１７から検出した電流値を取得可能で、プログラマブルなシーケンスによって二次電池１１の良品／不良品を判断可能な情報処理手段であれば良く、ここでは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）により具現する。
【００１６】
判定手段１９では、電流検出手段１７による検出電流値を常時監視しつつ、まず二次電池１１を恒温槽１３の高温室１３ａに設置して、二次電池１１を高温環境下にて充電手段１５による定電圧充電を実施し、二次電池１１の充電状態（ＳＯＣ）が所定状態となるよう調整する。次に、二次電池１１を恒温槽１３の低温室１３ｂに移設して、該定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させ、該低温環境下での電流収束値に基づき二次電池１１の内部短絡の有無を判定する。
【００１７】
次に、以上の構成を備えた本実施例の二次電池の異常検出装置において実施される二次電池の異常検出方法について、具体的なデータを例示しながらフローチャートに沿って説明する。ここで、図２は本実施例の二次電池の異常検出方法を説明するフローチャート、図３は検査時間内の二次電池１１の環境温度を例示する説明図、図４は検査時間内の二次電池１１の充電電圧を例示する説明図、図５は検査時間内の二次電池１１の充放電電流を例示する説明図、図６は図５における電流＝０［Ａ］付近を拡大した説明図、図７は環境温度に対する二次電池１１の開放電圧ＯＣＶの推移を例示する説明図である。
【００１８】
図２において、まず、二次電池１１を恒温槽１３の高温室１３ａに設置して、環境温度５５［℃］下で、充電手段１５により充電電圧＝３．７５［Ｖ］の定電圧充電を実施する（ステップＳ１０１）。この定電圧充電は、充電開始からの充電時間がｔ１となるまで（ここでは、５［分］間）行われる（ステップＳ１０２）。
【００１９】
これにより、二次電池１１の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）が所定状態（ここでは、約５０［％］）となるよう調整されることとなる。また、二次電池１１の充電状態ＳＯＣの調整については、二次電池１１の満充電状態をＳＯＣ＝１００［％］とし、放電終止電圧まで放電したときの状態をＳＯＣ＝０［％］として、満充電からの放電容量［Ａｈ］で定義することも可能である。なお、ステップＳ１０２におけるｔ１＝５［分］は、良品の二次電池を用いた予備実験により、定電圧充電を開始後に充電電流が１［ｍＡ］以下となる時間として設定したものである。
【００２０】
次に、充電開始からの充電時間がｔ１に達したら、二次電池１１を恒温槽１３の−３０［℃］の低温室１３ｂに移設して、定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させる（ステップＳ１０３）。
【００２１】
その後、充電開始からの充電時間がｔ２（ここでは、ｔ２＝３０［分］）に達したら（ステップＳ１０４）、判定手段１９において、電流検出手段１７から取得した電流値により、低温環境下での電流収束値が所定閾値（ここでは、０．０５［ｍＡ］）以上または未満であるかに応じて、それぞれ「内部短絡有り」または「内部短絡無し」と判定する。
【００２２】
なお、ステップＳ１０４におけるｔ２＝３０［分］は、正常な二次電池を用いた予備実験により、二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させた後、充電電流が−０．１［ｍＡ］以上となる時間として設定したものである。また、内部短絡の有無を判定する所定閾値についても、良品および不良品の二次電池１１を用いた予備実験により設定した。
【００２３】
具体的な実験データを例示すると、当該検査時間内において、環境温度は、図３に示すように、恒温槽１３の高温室１３ａに設置して定電圧充電を実施する間は環境温度５５［℃］であり、また、充電開始から５［分］経過後に恒温槽１３の低温室１３ｂに移設して、充電開始から約１１〜１２［分］経過後に環境温度−３０［℃］となった。なお、当該検査時間の間、図４に示すように、充電電圧＝３．７５［Ｖ］の定電圧充電が継続されている。
【００２４】
次に、当該検査時間内の二次電池１１の充放電電流について、図５および図６を参照して説明する。まず、充電開始から５［分］間については、恒温槽１３の高温室１３ａに二次電池１１が設置されて定電圧充電が実施されており、充電電流は０［Ａ］近傍の正値に急速に近づく。次に、充電開始から５［分］経過後に、恒温槽１３の低温室１３ｂに二次電池１１を移設すると、急速に放電電流（負値）が流れる状態となる。これは、図７に示すように、二次電池１１の環境温度を低下させると、二次電池１１の開放電圧ＯＣＶが上昇するので、二次電池１１から充電手段１５側に放電電流が流れるためである。
【００２５】
この間、定電圧充電が継続されているので、その後徐々に放電電流は０［Ａ］近傍の値に近づくこととなる。またこの時、二次電池１１は低い環境温度下に置かれているので、内部短絡が無く良品であれば、電流はほぼ０［Ａ］または０［Ａ］近傍の負値（放電電流）に収束するのに対して、内部短絡の有る不良品であれば、電流は０［Ａ］近傍の正値（充電電流）に収束することとなる。したがって、この低温環境下での電流収束値が上記閾値以上または未満であるかに応じて、それぞれ「内部短絡有り」または「内部短絡無し」と判定することができる。
【００２６】
なお、予備実験において、恒温槽１３の５５［℃］の高温室１３ａに二次電池１１を設置して、充電電圧＝３．７５［Ｖ］の定電圧充電を実施した。充電開始前の二次電池１１の開放電圧ＯＣＶは約３．７２［Ｖ］であった。また、５５［℃］の定電圧充電では、内部短絡が無く良品の二次電池１１および内部短絡が有り不良品の二次電池１１共に、電流が０［Ａ］に収束することはなかった。これは、内部短絡が有り不良品の二次電池１１では短絡電流が流れ、また、内部短絡が無く良品の二次電池１１では該二次電池１１の自己放電に起因する電圧低下分を補填するための充電電流が流れるためである。また、この予備実験で、良品の二次電池１１を用いた予備実験により、定電圧充電を開始後に充電電流が１［ｍＡ］以下となる時間として、ステップＳ１０２におけるｔ１＝５［分］を設定した。
【００２７】
次に、５５［℃］において５［分］間の定電圧充電を実施した後、該定電圧充電を保持した状態で環境温度を−３０［℃］まで低下させた。環境温度の低下により二次電池１１の開放電圧ＯＣＶが上昇し、放電方向に電流が流れた。−３０［℃］にて定電圧充電を継続したところ、良品の二次電池１１はほぼ０［Ａ］または０［Ａ］近傍の負値（放電電流）に電流が収束したのに対して、不良品の二次電池１１では０［Ａ］近傍の正値（充電電流）に電流が収束した。この予備実験により、−３０［℃］まで周囲温度を低下させた後、充電電流が−０．１［ｍＡ］以上となる時間として、ステップＳ１０４におけるｔ２＝３０［分］を設定し、また、内部短絡の有無を判定する所定閾値を０．０５［ｍＡ］と設定した。
【００２８】
なお、ステップＳ１０２におけるｔ１、ステップＳ１０４におけるｔ２、ステップＳ１０３における自己放電量がほぼゼロと見なせる温度、並びに内部短絡の有無を判定する所定閾値は、二次電池１１の種類や構造、また用いる材料によって変化するため、二次電池１１の種類や構造、また用いる材料に応じてこれらを適切に設定するための予備実験が必要となる。
【００２９】
また、ステップＳ１０１における高温室１３ａの温度は、高すぎると電池内部の電解液が気化して電池の劣化を招くおそれがあり、低すぎると低温環境下との差が出にくいため、電池の劣化が発生せずかつ低温室１３ｂの温度との温度差が十分確保できる温度を予備実験で求めておく。
【００３０】
以上説明したように、本実施例の二次電池の異常検出装置では、検出対象の二次電池１１の周囲環境温度を調節する恒温槽（温度調節手段）と、二次電池１１に定電圧充電を施す充電手段１５と、二次電池１１の充放電電流を検出する電流検出手段１７と、二次電池１１の内部抵抗が低くなる高温環境下にて、定電圧充電を実施して二次電池１１の充電状態を所定状態に調整し、該定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させ、該低温環境下での電流収束値から二次電池１１の内部短絡の有無を判定する判定手段１９と、を備えて構成する。
【００３１】
また、本実施例の二次電池の異常検出方法では、第１ステップで、内部抵抗が低くなる高温環境下にて、定電圧充電を実施して検出対象の二次電池１１の充電状態を所定状態に調整し、第２ステップで、定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させ、第３ステップで、第２ステップによる低温環境下の電流収束値から二次電池１１の内部短絡の有無を判定する。
【００３２】
これにより、従来、自己放電速度が大きな二次電池１１では、電流の自己放電に起因する電圧低下分を補填するために充電電流が流れ、充電電流値がゼロに収束しないことから内部短絡の有無の区別がつかなかったのに対し、本実施例に係る二次電池１１の異常検出装置および二次電池１１の異常検出方法では、定電圧充電状態を保持したまま、当該検査時間内における二次電池１１の自己放電量がほぼゼロとみなせる温度まで周囲温度を低下させるので、内部短絡の無い良品の二次電池１１では該低温環境下での電流収束値がマイナス側（放電電流が流れる側）にバイアスされることとなって、内部短絡の有無によって電流収束値に差異が生じるので二次電池１１の内部短絡の有無を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例に係る二次電池の異常検出装置の構成図である。
【図２】実施例の二次電池の異常検出方法を説明するフローチャートである。
【図３】検査時間内の二次電池１１の環境温度を例示する説明図である。
【図４】検査時間内の二次電池１１の充電電圧を例示する説明図である。
【図５】検査時間内の二次電池１１の充放電電流を例示する説明図である。
【図６】図５における電流＝０［Ａ］付近を拡大した説明図である。
【図７】環境温度に対する二次電池１１の開放電圧ＯＣＶの推移を例示する説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１１  二次電池
１３  恒温槽（温度調節手段）
１３ａ  高温室
１３ｂ  低温室
１５  充電手段
１７  電流検出手段
１９  判定手段
【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５】
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【図６】
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【図７】
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