特許 7191209 電池評価方法及び電池評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-08

(45)【発行日】2022-12-16

(54)【発明の名称】電池評価方法及び電池評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/36 20200101AFI20221209BHJP

   H01M 10/04 20060101ALI20221209BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20221209BHJP

【ＦＩ】

G01R31/36

H01M10/04 Z

H01M10/48 P

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021513696

(86)(22)【出願日】2020-04-09

(86)【国際出願番号】 JP2020015927

(87)【国際公開番号】W WO2020209325

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2021-09-14

(31)【優先権主張番号】P 2019074896

(32)【優先日】2019-04-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】影井 佑多

【審査官】島▲崎▼ 純一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１５８２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２１２１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０２９８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１５８４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２３２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１５８９５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１７０３０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｒ ３１／３６

Ｈ０１Ｍ １０／０４

Ｈ０１Ｍ １０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験電池に金属製突起物を刺し、強制的に内部短絡を発生させ、それに伴う電池状態の変化を検出することによって電池の安全性を評価する電池評価方法において、
前記試験電池は、前記金属製突起物を刺す側から、順次ケース、外装フィルム、セパレータ、負極、セパレータ及び正極が積層されて構成されるリチウムイオン二次電池であり、
予め定めた速度で前記金属製突起物を移動させて、前記試験電池に刺し込み始める刺し込み開始ステップと、
前記正極の端子と前記金属製突起物との間の電圧及び電気抵抗の計測を始める計測開始ステップと、
前記電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高くなり、且つ、前記電気抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低くなったとき、前記金属製突起物が前記負極に接触したと判断する第１判断ステップと、を有する、電池評価方法。

【請求項2】

請求項１に記載の電池評価方法において、
前記正極は、正極箔及び正極合材を有し、
前記第１判断ステップの後に、
前記電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高いとき、前記金属製突起物が前記正極合材に接触したと判断する第２判断ステップと、
前記電圧が前記第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が前記第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、前記金属製突起物が前記正極箔に接触したと判断する第３判断ステップと、を有する、電池評価方法。

【請求項3】

請求項１に記載の電池評価方法において、
前記正極は、正極箔及び正極合材を有し、
前記第１判断ステップの後に、
前記電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、前記金属製突起物が前記正極箔に接触したと判断する第３判断ステップ、を有する、電池評価方法。

【請求項4】

請求項２に記載の電池評価方法において、
前記第２判断ステップ又は前記第３判断ステップの後に、前記金属製突起物の刺し込みを停止する刺し込み停止ステップ、を有する、電池評価方法。

【請求項5】

請求項４に記載の電池評価方法において、
前記刺し込み停止ステップの後に、前記計測を停止する計測停止ステップ、を有する、電池評価方法。

【請求項6】

請求項２から５の何れかに記載の電池評価方法において、
前記第二閾電圧値Ｖ２が前記第一閾電圧値Ｖ１と同一である、電池評価方法。

【請求項7】

試験電池に金属製突起物を刺し、強制的に内部短絡を発生させ、それに伴う電池状態の変化を検出することによって電池の安全性を評価する電池評価装置において、
前記試験電池は、前記金属製突起物を刺す側から、順次ケース、外装フィルム、セパレータ、負極、セパレータ及び正極が積層されて構成されるリチウムイオン二次電池であり、
予め定めた速度で前記金属製突起物を移動させて、前記試験電池に刺し込む駆動装置と、
前記正極の端子と前記金属製突起物との間の電圧及び電気抵抗を計測する計測装置と、
前記電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高くなり、且つ、前記電気抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低くなったとき、前記金属製突起物が前記負極に接触したと判断する短絡判断部と、を有する、電池評価装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電池評価装置において、
前記正極は、正極箔及び正極合材を有し、
前記金属製突起物が前記負極に接触したと判断した後に、
前記電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高いとき、前記短絡判断部は前記金属製突起物が前記正極合材に接触したと判断し、
前記電圧が前記第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が前記第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、前記短絡判断部は前記金属製突起物が前記正極箔に接触したと判断する、電池評価装置。

【請求項9】

請求項８に記載の電池評価装置において、
前記短絡判断部は前記金属製突起物が前記正極合材に接触したと判断した場合、又は、前記短絡判断部は前記金属製突起物が前記正極箔に接触したと判断した場合、前記駆動装置は前記金属製突起物の刺し込みを停止する、電池評価装置。

【請求項10】

請求項８又は９に記載の電池評価装置において、
前記第二閾電圧値Ｖ２が前記第一閾電圧値Ｖ１と同一である、電池評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池評価方法及び電池評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン二次電池などの発火事故を受け、電池の安全性を確保するために、電池の安全性試験法及び安全基準への取り込みが進んでいる。特許文献１には「加圧部２からの加圧により釘刺し又は圧壊された試験電池１の内部短絡を短絡検出部４により検出し、短絡検出に応じて加圧制御部３により加圧部２の動作を停止させ、電池情報検出部６により電池温度等の電池情報を収集記録する」電池評価装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３２７６１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の電池評価装置は、短絡検出部４を通じて、釘刺しされた試験電池１の電池電圧の変化によって内部短絡の発生を判断する。しかし、容量の大きいリチウムイオン電池のような場合には、釘の進入位置による電池電圧（セル電圧）の変化が緩やかで、特に内部短絡による電池電圧の降下が緩やかなので、高精度に釘の進入位置を制御することが難しい。そのため、内部短絡が発生する層の数を精度よく制御することができず、試験結果に大きなばらつきが生じる。

【0005】

本発明は、より高い精度で内部短絡の状態を推測できる電池評価方法及び電池評価装置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】

【0006】

本発明者らは、試験電池に金属製突起物を刺し、強制的に内部短絡を発生させ、それに伴う電池状態の変化を検出することによって電池の安全性を評価する電池評価方法において、予め定めた速度で前記金属製突起物を移動させて、前記試験電池に刺し込み始める刺し込み開始ステップと、前記試験電池の正極端子と前記金属製突起物との間の電圧及び電気抵抗の計測を始める計測開始ステップと、前記電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高くなり、且つ、前記電気抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低くなったとき、前記金属製突起物が前記試験電池の負極に接触したと判断する第１判断ステップと、を有する電池評価方法を見出し、本発明を完成するに至った。

【0007】

本発明の他の実施形態では、前記第１判断ステップの後に、前記電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高いとき、前記金属製突起物が前記試験電池の正極合材に接触したと判断する第２判断ステップと、前記電圧が前記第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が前記第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、前記金属製突起物が前記試験電池の正極箔に接触したと判断する第３判断ステップと、を有する。

【0008】

なお、本発明の他の実施形態では、前記第１判断ステップの後に、前記電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、前記電気抵抗が第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、前記金属製突起物が前記試験電池の正極箔に接触したと判断する第３判断ステップ、を有する。

【0009】

更に、本発明の他の実施形態として、試験電池に金属製突起物を刺し、強制的に内部短絡を発生させ、それに伴う電池状態の変化を検出することによって電池の安全性を評価する電池評価装置において、予め定めた速度で前記金属製突起物を移動させて、前記試験電池に刺し込む駆動装置と、前記試験電池の正極端子と前記金属製突起物との間の電圧及び電気抵抗を計測する計測装置と、前記電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高くなり、且つ、前記電気抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低くなったとき、前記金属製突起物が前記試験電池の負極に接触したと判断する短絡判断部と、を有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、金属製突起物の刺し込みに伴って、試験電池の正極端子と金属製突起物との間の電圧及び電気抵抗を計測することによって、金属製突起物の進入位置を判断する。金属製突起物の進入位置による正極端子と金属製突起物との間の電圧及び電気抵抗の変化が電池電圧の変化より顕著なので、金属製突起物の進入位置を高精度に判断し制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態において用いた装置を概略的に示す図である。

【図2】本発明の一実施形態において釘を電池に刺し込む各段階を概略的に示す図である。

【図3】本発明に係る実験結果のグラフである。

【図4】図３のグラフの一部を拡大したグラフである。

【図5】判断用閾値を説明する図である。

【図6】図４の一部を拡大したグラフに釘温度の計測結果を加えたグラフである。

【図7】判断用閾値を説明する図である。

【図8】本発明の一実施形態のフローチャートである。

【図9】本発明の一実施形態にかかる電池評価装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明する。本発明は、試験電池に釘を刺し、強制的に内部短絡を発生させ、それに伴う電池状態の変化を検出することによって電池の安全性を評価する電池評価方法に係る発明である。

【0013】

図１は本発明の一実施形態において用いた装置を概略的に示す図である。図１において、試験電池１００は本発明に係る電池評価方法の評価対象である。試験電池１００は、正極端子１０２と負極端子１０４を有する。釘２００は、試験電池１００に刺し込まれ、強制的に内部短絡を発生させるためのものである。釘２００は、金属製突起物の一例である。釘２００は、加圧装置に取り付けられ、当該加圧装置に駆動されて、試験電池１００に向けて予め定めた速度で移動して、試験電池に刺し込むことができる。計測装置３００は、試験電池１００の正極端子１０２と釘２００との間の電圧（以下、「正極－釘電圧」とも称し、符号「Ｖｃｎ」で表す）及び正極端子１０２と釘２００との間の交流電気抵抗（以下、「正極－釘抵抗」とも称し、符号「Ｒｃｎ」で表す）を計測する。

【0014】

図２は本発明の一実施形態において釘を電池に刺し込む各段階を概略的に示す図である。図２において、試験電池１００は、リチウムイオン二次電池を例として、その一部が断面で表されている。試験電池１００は、外側（図２の上方側）から順次ケース１１０、外装フィルム１１２、セパレータ１１４、負極合材１２２、負極箔１２４、負極合材１２６、セパレータ１２８、正極合材１３２、正極箔１３４及び正極合材１３６が積層されて構成される。なお、試験電池１００の内側（図２の下方側）に向かって、更に、セパレータ１１４から正極合材１３６までの積層構造が繰り返す。負極合材１２２、負極箔１２４及び負極合材１２６によって負極１２０が構成される。正極合材１３２、正極箔１３４及び正極合材１３６によって正極１３０が構成される。

【0015】

なお、図２において、左から右に向かって、釘２００がケース１１０に接触する前、ケース１１０に接触した状態、負極箔１２４に接触した状態、正極合材１３２に接触した状態及び正極箔１３４に接触した状態を順次に表している。しかし、実際に釘を電池に刺し込む場合、釘の圧迫によって電池の各層が変形して凹むので、単純に釘の進行距離によって釘がどの層に接触したかを判断することはできない。

【0016】

図３は本発明に係る実験結果のグラフである。この実験は、図２に示したように、釘２００を徐々に試験電池１００に刺し込みながら、正極－釘電圧Ｖｃｎ、正極－釘抵抗Ｒｃｎ、電池電圧（符号「Ｖｃ」で表す）及び釘２００の温度を計測したものである。計測は１ｍｓの間隔でサンプリングした。図３の横軸は、釘２００が進行した時間を示す。縦軸の方向には、二つのグラフを上下並んで示している。上のグラフには正極－釘電圧Ｖｃｎ及び電池電圧Ｖｃの計測値をプロットしており、下のグラフには正極－釘抵抗Ｒｃｎの計測値をプロットしている。

【0017】

図３にかかる実験において用いた釘２００は、直径が３ｍｍ、先端角が６０°の金属釘である。釘２００の移動速度は０．０１ｍｍ／ｓである。試験電池１００としては、角形リチウムイオン二次電池を用いた。計測装置３００としては、日置電機製のバッテリテスタＢＴ３４６３を用いた。

【0018】

図４は図３のグラフの一部を拡大したグラフである。正極－釘電圧、正極－釘抵抗及び電池電圧の細かい変動が分かるように、図４では、縦軸のスケールだけを拡大しており、横軸のスケールは図３と同じである。

【0019】

図３において、破線ａより左側では、釘２００が試験電池１００に向けて接近しているが、まだ試験電池１００に接触していない状態である。この状態では、試験電池１００が３．１４Ｖの電池電圧を示し、正極－釘電圧がゼロに近い値を示し、正極－釘抵抗が計測装置３００のレンジをオーバーするほど高い値を示した。破線ａの時点では、釘２００が試験電池１００のケース１１０に接触し、正極－釘電圧が急激な上昇し、グラフに段差が形成された。

【0020】

続いて、釘２００が試験電池１００の内部に進入し、破線ｂの時点では、釘２００が負極１２０に接触し、正極－釘電圧が急上昇し、正極－釘抵抗が急落した。しかし、破線ｂから破線ｃの間では、正極－釘電圧と正極－釘抵抗が不安定であり、上下に大きく振れて変動した。これは、尖った釘２００の先端が負極１２０に接触したが、釘２００と負極１２０との間にまだ良好な接触状態（良好な導通状態）になっていないことによるものと考えられる。

【0021】

図３及び図４に示したように、破線ｃから破線ｄの間では、正極－釘電圧が安定しており、電池電圧とほぼ同じ電圧になっている。一方、正極－釘抵抗は、破線ｃの近傍で再度急落して、オーバーレンジの３１０Ωから一気に２０Ω以下に落下して、その後低い値を維持している。これは釘２００と負極１２０の間に良好な接触状態（良好な導通状態）が形成されたことによるものと考えられる。これらの現象に基づくと、破線ｃの時点は釘２００が負極１２０と確実に接触して良好な導通状態が確立した時点であることが分かる。

【0022】

この破線ｃの時点を釘２００が負極１２０に接触した時点とするのは理想的であるが、それを検出するために、電池電圧に近い電圧値を第一閾電圧値Ｖ１として設定して、正極－釘電圧がその第一閾電圧値Ｖ１を超えたとき、釘２００が負極１２０と接触したと判断する方法が考えられる。例えば、電池電圧が３．１４Ｖの場合、それに近い電圧値３．１３Ｖを第一閾電圧値Ｖ１として設定して、釘の刺し込みに伴って正極－釘電圧が３．１３Ｖを超えたら、超えた時点で釘２００が負極１２０と接触したと判断する。

【0023】

しかし、破線ｂから破線ｃの間では、正極－釘電圧が大きく変動するので、その変動の中でもし正極－釘電圧が３．１３Ｖを超えたら、釘２００と負極１２０の接触がまだ良好ではない状態を両者の接触状態として判断されるおそれがある。

【0024】

それに対して、本発明の発明者は、正極－釘抵抗についても閾値を設定して、正極－釘抵抗の変化も判断に用いることによって、釘と試験電池内の電極層との接触状態をより高い精度で検出できる方法を見出した。

【0025】

図５は判断用閾値を説明する図である。図５において、図３と同じの実測値（１ｍｓサンプリング間隔）を表示するほかに、１００ｍｓ移動平均及び１０００ｍｓ移動平均のグラフも表示している。実測値にはノイズ、スパイクなども載ることがあるので、その影響を軽減するために、移動平均値を利用することも検討した。「Ｖ１」と表示した破線は第一閾電圧値Ｖ１を示す。第一閾電圧値Ｖ１は、実験初期の電池電圧より低いが、その電池電圧に近い電圧値に設定する。この実験では、初期の電池電圧が３．１４Ｖであるのに対して、第一閾電圧値Ｖ１を３．１３Ｖに設定した。「Ｒ１」と表示した破線は第一閾抵抗値Ｒ１を示し、その値は１００Ωに設定した。

【0026】

上述したように、図３の破線ｃの時点では、正極－釘電圧が３．１４Ｖの電池電圧とほぼ同じ電圧まで上昇し、正極－釘抵抗が大きく急落して且つその後低い値を維持する。したがって、図５に示すように、正極－釘電圧について第一閾電圧値Ｖ１を設定すると共に、正極－釘抵抗についても第一閾抵抗値Ｒ１を設定して、正極－釘電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高く（Ｖｃｎ＞Ｖ１）なり、且つ、正極－釘抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低く（Ｒｃｎ＜Ｒ１）なることを第１判断条件とすることによって、図３の破線ｃに極めて近い図５の破線（１）の時点で、釘２００が負極１２０に接触したと判断して、それを検出することができた。

【0027】

第一閾抵抗値Ｒ１は、破線ｂから破線ｃの間で正極－釘抵抗Ｒｃｎが上下に振れても到達できないほど低く設定し、なお、Ｒｃｎが破線ｃの時点で急落して到達した抵抗値より高く設定することが好ましい。図５においては、第一閾抵抗値Ｒ１が１００Ωに設定されたが、５０Ωに設定してもよい。また、図５の結果から分かるように、この検出（判断）方法には、正極－釘電圧と正極－釘抵抗の実測値（１ｍｓサンプリング間隔）を用いてもよく、１００ｍｓ移動平均及び１０００ｍｓ移動平均を用いてもよい。但し、１０００ｍｓ移動平均を用いると、釘２００と負極１２０の接触を検出する時点が少し遅くなる。

【0028】

この研究結果に基づいて、本発明の第１実施形態は、予め定めた速度で釘２００を移動させて、試験電池１００に刺し込み始める刺し込み開始ステップと、試験電池１００の正極端子１０２と釘２００との間の正極－釘電圧及び正極－釘抵抗の計測を始める計測開始ステップと、正極－釘電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高くなり、且つ、正極－釘抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低くなったとき、釘２００が試験電池１００の負極１２０に接触したと判断する第１判断ステップと、を有する。

【0029】

この実施形態によれば、釘が試験電池の負極と確実に接触して良好な導通状態が確立するタイミングを高い精度で検出することができる。図３の破線ｂから破線ｃの時間帯のように、釘２００と負極１２０の接触がまだ良好ではない状態を両者の接触状態として判断されることを防ぐことができる。

【0030】

図６は図４の一部を拡大したグラフに釘温度の計測結果を加えたグラフである。図６は、縦軸方向に三つのグラフが上下に並んでいる。上の二つのグラフは図４の右側の部分を拡大したものであり、一番下のグラフは釘２００の温度の計測値をプロットしたものである。破線ｄの時点では、正極－釘電圧Ｖｃｎが低下し始める。これは、釘２００が正極合材１３２に接触して、釘２００を通じて負極１２０と正極１３０の短絡が始まることによるものと考えられる。一方、正極－釘抵抗Ｒｃｎは、破線ｄから破線ｅの間では、ほぼ一定の低い値を維持しているが、破線ｅの時点では、更に低下し始める。これは、破線ｅの時点で釘２００が正極箔１３４に接触して、負極１２０と正極１３０の短絡が更に進むことによるものと考えられる。

【0031】

更に時間が経つと、破線ｆの時点で、正極－釘抵抗Ｒｃｎが発振し始める。これは、正極箔１３４が溶断し始めることによるものと考えられる。破線ｇの時点では、電池電圧Ｖｃが低下し始め、釘２００の温度が上昇し始める。負極１２０と正極１３０の短絡が確実になったことを示す。本発明の発明者は、これらの実験結果を分析、研究した結果、正極－釘抵抗についても閾値を設定して、正極－釘抵抗の変化も判断に用いることによって、釘と試験電池の正極との接触状態をより高い精度で検出できる方法を見出した。

【0032】

図７は判断用閾値を説明する図である。図７において、図６と同じの実測値（１ｍｓサンプリング間隔）を表示するほかに、１００ｍｓ移動平均及び１０００ｍｓ移動平均のグラフも表示している。「Ｖ２」と表示した破線は第二閾電圧値Ｖ２を示す。第二閾電圧値Ｖ２は、実験初期の電池電圧より低いが、その電池電圧に近い電圧値に設定する。この実験では、初期の電池電圧が３．１４Ｖであるのに対して、第二閾電圧値Ｖ２を第一閾電圧値Ｖ１と同じ３．１３Ｖに設定した。

【0033】

「Ｒ２」と表示した破線は第二閾抵抗値Ｒ２を示す。第二閾抵抗値Ｒ２は、釘２００が正極合材１３２に接触する状態を検出するために設定したものであり、図６における破線ｄから破線ｅの間の正極－釘抵抗Ｒｃｎの値より少し高く設定することが好ましい。この実験では、第二閾抵抗値Ｒ２を６Ωに設定した。「Ｒ３」と表示した破線は第三閾抵抗値Ｒ３を示す。第三閾抵抗値Ｒ３は、釘２００が正極箔１３４に接触する状態を検出するために設定したものであり、図６における破線ｄから破線ｅの間の正極－釘抵抗Ｒｃｎの値より少し低く設定することが好ましい。この実験では、第三閾抵抗値Ｒ３を３Ωに設定した。

【0034】

正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり（Ｖｃｎ＜Ｖ２）、且つ、正極－釘抵抗が第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高い（Ｒ３＜Ｒｃｎ＜Ｒ２）ことを第２判断条件にすることによって、図７の破線（２）の位置で、釘２００が正極合材１３２に接触したと判断して、それを検出することができた。

【0035】

なお、正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり（Ｖｃｎ＜Ｖ２）、且つ、正極－釘抵抗が第三閾抵抗値Ｒ３より低い（Ｒｃｎ＜Ｒ３）ことを第３判断条件にすることによって、図７の点線（３）の位置で、釘２００が正極箔１３４に接触したと判断して、それを検出することができた。図７の結果から分かるように、この検出（判断）方法には、正極－釘電圧と正極－釘抵抗の実測値（１ｍｓサンプリング間隔）を用いてもよく、１００ｍｓ移動平均及び１０００ｍｓ移動平均を用いてもよい。

【0036】

この研究結果に基づいて、本発明の第２実施形態は、第１実施形態の変形であり、前記第１判断ステップの後に、正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、正極－釘抵抗が第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高いとき、釘２００が試験電池１００の正極合材１３２に接触したと判断する第２判断ステップと、正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、正極－釘抵抗が第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、釘２００が試験電池１００の正極箔１３４に接触したと判断する第３判断ステップと、を有する。

【0037】

この実施形態によれば、釘が試験電池の正極に接触した状態を検出できるだけでなく、更に細かく、正極合材に接触しているか、若しくは正極箔に接触しているかを判断することもできるので、釘の停止位置を高い精度で制御することができる。

【0038】

なお、上述の研究結果に基づいて、本発明の第３実施形態は、第１実施形態の変形であり、前記第１判断ステップの後に、正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低くなり、且つ、正極－釘抵抗が第三閾抵抗値Ｒ３より低くなったとき、釘２００が試験電池１００の正極箔１３４に接触したと判断する第３判断ステップと、を有する。

【0039】

この実施形態によれば、釘が正極箔に接触したタイミングを高い精度で検出することができる。

【0040】

前記第２判断ステップ又は前記第３判断ステップの後、更に釘２００の刺し込みを停止する停止ステップを有してもよい。それによって、釘２００の進入位置を固定して、試験電池１００の温度、電池電圧などの計測、発煙有無の観測などを通じて、試験電池１００の安全性を評価することができる。その後、計測停止ステップによって関連計測を停止してよい。また、上述した実験のように、第二閾電圧値Ｖ２を第一閾電圧値Ｖ１と同じ値に設定してもよい。

【0041】

図８は本発明の一実施形態のフローチャートである。このフローチャートは第２実施形態の一例である。刺し込み開始ステップＳ６０２では、予め定めた速度で釘２００を移動させて、試験電池１００に刺し込み始める。なお、このステップに伴って、試験電池１００の正極端子１０２と釘２００との間の正極－釘電圧Ｖｃｎ及び正極－釘抵抗Ｒｃｎの計測を始めてもよい。当該計測は、刺し込み開始ステップＳ６０２と同時に始める必要はないが、釘２００が試験電池１００に当たる前に開始することが好ましい。

【0042】

第１判断ステップＳ６０４では、正極－釘電圧が第一閾電圧値Ｖ１より高く（Ｖｃｎ＞Ｖ１）なり、且つ、正極－釘抵抗が第一閾抵抗値Ｒ１より低く（Ｒｃｎ＜Ｒ１）なったかを判断する。この条件を満たさなかった場合、第１判断ステップＳ６０４の判断を繰り返す。Ｖｃｎ＞Ｖ１且つＲｃｎ＜Ｒ１の条件を満たしたとき、釘２００が試験電池１００の負極１２０に接触したと判断して、フローが次の第２判断ステップに進む。

【0043】

第２判断ステップＳ６０６では、正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低く（Ｖｃｎ＜Ｖ２）なり、且つ、正極－釘抵抗が第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高い（Ｒ３＜Ｒｃｎ＜Ｒ２）か否かを判断する。この条件を満たさなかった場合、第２判断ステップＳ６０６の判断を繰り返す。Ｖｃｎ＜Ｖ２且つＲ３＜Ｒｃｎ＜Ｒ２の条件を満たしたとき、釘２００が試験電池１００の正極合材１３２に接触したと判断して、フローが次のステップに進む。

【0044】

刺し込み停止判断ステップＳ６０８では、負極１２０と正極合材１３２との短絡状態で電池の安全性を評価したい場合には、刺し込み停止ステップＳ６１４に進んで、釘２００の刺し込みを停止する。そうでなければ第３判断ステップＳ６１０に進む。

【0045】

第３判断ステップＳ６１０では、正極－釘電圧が第二閾電圧値Ｖ２より低く（Ｖｃｎ＜Ｖ２）なり、且つ、正極－釘抵抗が第三閾抵抗値Ｒ３より低く（Ｒｃｎ＜Ｒ３）なったかを判断する。この条件を満たさなかった場合、第３判断ステップＳ６１０の判断を繰り返す。Ｖｃｎ＜Ｖ２且つＲｃｎ＜Ｒ３の条件を満たしたとき、釘２００が試験電池１００の正極箔１３４に接触したと判断して、フローが次のステップに進む。

【0046】

刺し込み停止判断ステップＳ６１１では、負極１２０と正極箔１３４との短絡状態で電池の安全性を評価したい場合には、刺し込み停止ステップＳ６１４に進んで、釘２００の刺し込みを停止する。そうでなければ刺し込み継続ステップＳ６１２に進み、釘刺しを継続する。

【0047】

この実施形態によれば、釘が負極に接触した状態、釘が正極合材に接触した状態及び釘が正極箔に接触した状態をそれぞれ精度よく判断し検出することができるので、必要に合わせて各状態で釘を止めて電池の評価を行うことができる。

【0048】

図９は本発明の一実施形態にかかる電池評価装置のブロック図である。この電池評価装置は、上述した本発明の電池評価方法の実施に直接使用することができる。この電池評価装置は、釘２００、計測装置３００、短絡判断部４００、駆動装置５００及び電池状態検出部６００を有する。

【0049】

駆動装置５００は、予め定めた速度で釘２００を移動させて、試験電池１００に刺し込む。駆動装置５００は、例えば加圧装置であってよい。例えば、釘２００を加圧装置に取り付けて、当該加圧装置によって駆動して、試験電池１００に向けて予め定めた速度で移動させて、試験電池１００に刺し込むことができる。

【0050】

計測装置３００は、釘２００が試験電池１００に刺し込まれた状態における、試験電池１００の正極端子１０２と釘２００との間の電圧Ｖｃｎ及び正極端子１０２と釘２００との間の交流電気抵抗Ｒｃｎを計測して、計測結果を短絡判断部４００に出力する。

【0051】

短絡判断部４００は、計測装置３００の計測結果に基づいて試験電池１００の短絡状況を判断する。短絡判断部４００には、第一閾電圧値Ｖ１、第二閾電圧値Ｖ２、第一閾抵抗値Ｒ１、第二閾抵抗値Ｒ２及び第三閾抵抗値Ｒ３が事前に入力されている。正極－釘電圧Ｖｃｎが第一閾電圧値Ｖ１より高く（Ｖｃｎ＞Ｖ１）なり、且つ、正極－釘抵抗Ｒｃｎが第一閾抵抗値Ｒ１より低く（Ｒｃｎ＜Ｒ１）なったとき、短絡判断部４００は、釘２００が試験電池１００の負極１２０に接触したと判断する。

【0052】

なお、短絡判断部４００は、釘２００が試験電池１００の負極１２０に接触したと判断した後、正極－釘電圧Ｖｃｎが第二閾電圧値Ｖ２より低くなり（Ｖｃｎ＜Ｖ２）、且つ、正極－釘抵抗Ｒｃｎが第二閾抵抗値Ｒ２より低く第三閾抵抗値Ｒ３より高くなった（Ｒ３＜Ｒｃｎ＜Ｒ２）とき、釘２００が試験電池１００の正極合材１３２に接触したと判断する。また、短絡判断部４００は、正極－釘電圧Ｖｃｎが第二閾電圧値Ｖ２より低くなり（Ｖｃｎ＜Ｖ２）、且つ、正極－釘抵抗Ｒｃｎが第三閾抵抗値Ｒ３より低くなった（Ｒｃｎ＜Ｒ３）とき、釘２００が試験電池１００の正極箔１３４に接触したと判断する。短絡判断部４００は、判断結果を駆動装置５００の制御部５１０に出力する。第二閾電圧値Ｖ２は第一閾電圧値Ｖ１と同一であってもよく、異なってもよい。

【0053】

駆動装置５００の制御部５１０は、短絡判断部４００の判断結果及び事前に設定された制御条件に基づいて、駆動装置５００を制御する。例えば、制御条件として、釘２００が試験電池１００の正極合材１３２に接触したら、釘２００の刺し込みを停止して電池を評価することになっているなら、制御部５１０は、短絡判断部４００から釘２００が正極合材１３２に接触したとの判断結果を受信すると、駆動装置５００を制御して釘２００の刺し込みを停止する。なお、制御条件として、釘２００が試験電池１００の正極箔１３４に接触したとき、釘２００の刺し込みを停止して電池を評価することになっているなら、制御部５１０は、短絡判断部４００から釘２００が正極合材１３２に接触したとの判断結果を受信しても、釘２００の刺し込みを停止せず、短絡判断部４００から釘２００が正極箔１３４に接触したとの判断結果を受信した場合だけ、駆動装置５００を制御して釘２００の刺し込みを停止する。

【0054】

電池状態検出部６００は、熱電対等の各種センサーにより試験電池１００の電池温度、電池内圧、電池電圧などを測定し記録できる計測装置であってよい、発煙、発火などを観測し記録できるカメラ等であってもよい。なお、電池状態検出部６００として、異なる機能を有する計測装置、カメラ等を複数設けてもよい。電池状態検出部６００は、釘刺しによって内部短絡させた試験電池１００状態変化を検出することができる。その検出結果に基づいて電池の安全性を評価することができる。

【0055】

本発明の電池評価装置は、釘が負極に接触した状態、釘が正極合材に接触した状態及び釘が正極箔に接触した状態をそれぞれ精度よく判断し検出することができるので、必要に合わせて各状態で釘を止めて電池の評価を行うことができる。

【0056】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。なお、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0057】

特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0058】

１００ 試験電池
１０２ 正極端子
１０４ 負極端子
１１０ ケース
１１２ 外装フィルム
１１４ セパレータ
１２０ 負極
１２２ 負極合材
１２４ 負極箔
１２６ 負極合材
１２８ セパレータ
１３２ 正極合材
１３４ 正極箔
１３６ 正極合材
２００ 釘
３００ 計測装置
４００ 短絡判断部
５００ 駆動装置
５１０ 制御部
６００ 電池状態検出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】