JP2013206881A

JP2013206881A - 電池内圧測定方法、電池内圧測定プログラム、電池内圧測定装置、電池内圧測定システム

Info

Publication number: JP2013206881A
Application number: JP2012078384A
Authority: JP
Inventors: Toshihide Arikawa; 稔英有川; Haruyoshi Ishii; 張愛石井; Naoto Muro; 直人室; Yuki Otani; 友希大谷; Masamitsu Uruno; 正光宇留野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】電池外装を密閉して内部に電極、電解液やコイルを備える電池において、精度良く、加えて非破壊で、電池内部の圧力（内圧）を測定する。
【解決手段】充電器からの放電量の合計値を演算し、合計値が予め定めた所定値以上か否かを判定する充電器管理処理と、充電器管理処理により所定値以上と判定された場合に、時系列的に最初に充電を終える蓄電池と、時系列的に最後に充電を終える蓄電池との差分時間を演算し、時系列的に最後に充電を終える蓄電池への総充電量と差分時間とから予測充電時間を算出し、予測充電時間とから予測充電時間と、蓄電池装置の蓄電量とから蓄電池装置からの放電量の上限値を設定する蓄電池管理処理と、を備える充放電制御方法。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電池内圧測定方法、電池内圧測定プログラム、電池内圧測定装置
に関する。

電池外装を密閉して内部に電極、電解液やコイルを備える電池においては、電池内部の
圧力が電池の性能に影響することが知られている。

特開平４−２２５１３９号

すなわち電池内の圧力に異常があると電池に異常がある可能性が高い。よって、電池内
部の圧力（内圧）を測定することは電池内の異常を検知するために有効である。

本実施形態の電池内圧測定方法は、精度良く、加えて非破壊で電池内圧の測定を実現さ
せることを目的とする。

本電池内圧測定方法は、格納容器内の圧力を調節するポンプへ制御信号を送る通信イン
ターフェースと、演算処理部と、を備えた管理サーバに、
前記格納容器内の圧力に関する情報と、前記格納容器内に設置された電池の厚さに関す
る情報を取得する処理と、
予め記憶部に格納された前記電池の厚さの基準値に関する情報と、前記厚さに関する情
報と比較し、前記基準値よりも前記厚さの値が下回っている場合は、前記ポンプへ減圧を
指示し、前記基準値よりも前記厚さの値が上回っている場合には、前記ポンプへ加圧を指
示し、前記電池の厚さが基準値となった際は、その際の圧力に関する情報を表示部へ出力
する表示制御処理と、
を実現させる。

第１の実施形態に係る電池内圧測定装置の一例を示す図。第１の実施形態に係る電池１０（二次電池）の外観を示す斜視図。第１の実施形態に係る電池内圧測定装置のブロック図の一例を示す図。第１の実施形態に係る測定値情報ＤＢ６６１に格納されたテーブルの一例を示す図。第１の実施形態に係る圧力管理情報ＤＢ６６２に格納されたテーブルの一例を示す図。第１の実施形態に係る管理サーバ６０の動作の一例を示すフローチャート。

以下、本発明の実施態様について図１乃至図６を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係る電池内圧測定装置は図１に示すように電池１０と、格納容器２
０と、厚さ計４０と、圧力計３０と、ポンプ５０と、管理サーバ６０とを含む構成である
。図２は、実施形態に係る電池（二次電池）１０の外観を示す斜視図である。

電池１０は、リチウムイオン電池等の非水電解質二次電池であり、例えば、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金、プラスチックで形成された扁平な略直方体形状の外装容器と
、外装容器内に非水電解液と共に収納された電極体と、を備えている。外装容器は、蓋体
（上面１２ａ）と容器本体（下面１２ｂ、側面１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ）の６面
体として構成される。下面１２ｂ、側面１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを一体成型し、
この容器本体と、矩形板状の蓋体１２ａで液密になるよう形成する。電極体は、例えば、
正極板および負極板をその間にセパレータを介在させて渦巻き状に捲回し、更に、径方向
に圧縮することにより、偏平な矩形状に形成されている。

正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂが上面１２ａの長手方向両端部にそれぞれ設けら
れ、上面１２ａから突出している。正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂは、電池１０内
の電極体の正極および負極にそれぞれリードを介して接続されている。一方の端子、例え
ば、正極端子１１ａは、上面１２ａに電気的に接続され、容器本体と同電位となっている
。負極端子１１ｂは、上面１２ａを貫通して延びている。負極端子１１ｂと上面１２ａと
の間には、合成樹脂、ガラス等の絶縁体からなるシール材、例えば、ガスケットが設けら
れている。ガスケットは、負極端子１１ｂと外装容器との間を液密にシールしているとと
もに、電気的に絶縁し、負極端子１１ｂと外装容器との間の短絡を防止する。また、ガス
ケットは、上面１２ａの上面側において、負極端子１１ｂの全周から外側に延出している
。

なお、上面１２ａの中央部に、例えば、矩形状の安全弁を形成してもよい。安全弁は、
上面１２ａの一部を約半分程度の厚さに薄くした薄肉部により形成され、この薄肉部の上
面中央部に、複数の刻印が形成されている。電池１０の異常等により外装容器３０内にガ
スが発生し、外装容器内の内圧が所定の値以上に上昇した際、安全弁が開放し、内圧を下
げて外装容器の破裂等の不具合を防止する。

格納容器２０は、電池１０を格納する密閉容器（耐圧容器）である。格納容器内２０内
に電池１０は設置される。格納容器内の圧力はポンプ５０により減圧、または加圧され調
整される。格納容器２０内にて電池１０の厚さが厚さ計４０によって測定され、測定され
た厚さに関する情報が外部から抽出される。厚さ計４０を少なくとも１面が透明な格納容
器２０内に設置し、厚さ計の値を外部から視認できる態様でもよいし、厚さ計４０で測定
した厚さに関する情報を電気信号に変換し、有線通信または無線通信にて外部の管理サー
バ６０等に前記データを送出する形態であってもよい。

圧力計３０は、格納容器２０内の圧力を測定する圧力測定器である。各種圧力を測定す
る各種圧力センサを用いることができるが、機械式圧力センサに比べ短時間の圧力の変化
に対応することができる電子式の圧力センサが好適である。圧力計３０は、格納容器内に
設置されていても良いし、外部に設置されていても良い。

厚さ計４０は、電池１０の厚さを測定する厚み測定器である。電池１０の厚さを実測す
るノギスや定規のような測定器であっても良いし、超音波や電磁波による反射の減衰量や
反射時間などを利用して電池１０の厚さを算出する測定器を用いても良い。

ポンプ５０は、格納容器２０内の圧力を調整する機能をもつポンプである。一層式の真
空ポンプでも良いし二層式以上の真空ポンプを用いても良い。ポンプ５０は、管理サーバ
６０から送られてきた信号に従って格納容器内の空気を吸い出し減圧し、空気の注入を行
い加圧する。

管理サーバ６０は、ＣＰＵ６００と、ＲＡＭ（ＲＷＭ）６１０と、通信ＩＦ６２０と、
入力ＩＦ６３０と、表示ＩＦ６４０と、ＲＯＭ６５０と、記憶部６６０とを含む構成であ
る。その他、ＵＳＢメモリ等の外部記憶装置を装着するＩＦ（インターフェース）や時間
をカウントするタイマを備えていてもよい。管理サーバ６０は、いわゆるコンピュータで
ある。

管理サーバ６０は、圧力計３０と、厚さ計４０と、ポンプ５０と有線または無線の通信
ネットワーク１を介して通信を行う。

ＣＰＵ６００は、ＲＯＭ６５０に予め書き込んだ各プログラムをＲＡＭ６１０に読み出
し、算出処理を行う演算処理部（マイクロプロセッサ）である。ＣＰＵ６００は、機能に
合わせて複数のＣＰＵ群（マイクロコンピュータ、マイクロコントローラ）で構成するこ
とができる。またＣＰＵ内にＲＡＭ機能をもった内蔵メモリを備えていてもよい。

ＲＡＭ（ＲＷＭ）６１０は、ＣＰＵ６００がプログラムを実行するに際して使用する記
憶エリアであって、ワーキングエリアとして用いられるメモリである。処理に必要なデー
タを一次記憶させるのに好適である。

通信ＩＦ６２０は、蓄電池装置とデータ授受を行う通信装置、通信手段である。たとえ
ば、ルーターがある。本実施形態では通信ＩＦ６２０と、圧力計３０と、厚さ計４０と、
ポンプ５０の接続は有線通信のごとく記載しているが、各種無線通信網に代替することが
できる。また、通信ＩＦ６２０と圧力計３０と、厚さ計４０と、ポンプ５０との接続は一
方向または双方向通信可能なネットワークを介して行われる形態であってもよい。

入力ＩＦ６３０は、入力部６３１と管理サーバ６０とを接続するインターフェースであ
る。入力部６３１から送られてきた入力信号を変換しＣＰＵ６００が認識可能な信号に変
換する入力制御機能を有していてもよい。本ＩＦは端子等として必須の構成要素ではなく
直接管理サーバ６０内の配線と接続されていてもよい。

入力部６３１は、コンピュータ装置が一般に備えている各種キーボードやボタン等の入
力制御を行う入力装置、入力手段である。その他、人の発する声を認識することにより、
入力信号として認識または検出する機能を備えていてもよい。本実施形態では管理サーバ
６０の外部に設置しているが管理サーバ６０に組み込まれていている形態であってもよい
。

表示ＩＦ６４０は、表示部６４１と管理サーバ６０とを接続するインターフェースであ
る。ＣＰＵ６００から表示ＩＦ６４１を介して表示部６３０の表示制御がおこなわれても
よいし、グラフィックボードなど描画処理を行うＬＳＩ（ＧＰＵ）により表示制御が行わ
れてもよい。表示制御機能として例えば、画像データを復号化するデコード機能がある。
ＩＦを使用せず管理サーバ６０内部に直接接続される形態であってもよい。

表示部６４１は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイな
どの出力装置、出力手段である。その他、音を発する機能を備えていてもよい。本実施形
態では管理サーバ６０の外部に設置しているが管理サーバ６０の内部に組み込まれていて
もよい。

ＲＯＭ６５０は、測定値管理プログラム６５１と、圧力管理プログラム６５２と、を格
納するプログラムメモリである。データの書き込みはできない非一次記憶媒体を用いるこ
とが好適であるが、データの読み出し、書き込みが随時できる半導体メモリ等の記憶媒体
であってもよい。その他、画像データを表示部６４１にて人が認識可能な文字や図柄を表
示させる表示プログラムや、管理サーバ６０で演算した圧力調整に関する情報を通信ＩＦ
６２０を介してポンプ５０に配信させるプログラム、を格納していても良い。

測定値管理プログラム６５１は、取得したデータをＲＡＭ６１０や記憶部６６０に記憶
させ、これら測定値を取得、管理する機能をＣＰＵ６００に実現させる手段である。

一定時間毎または、予め指定された時間毎や入力部６３１から収集するような指令が送
られてきた場合に圧力計３０から格納容器内の圧力に関する情報を、厚さ計４０から電池
１０の厚さに関する情報を受け取り測定値情報記憶部ＤＢ６６１に格納する。例えば、図
４に示すようなテーブル形式で格納されている。

圧力管理プログラム６５２は、格納容器２０内の圧力をポンプ５０を制御することによ
り格納容器２０内の圧力の管理を行う機能をＣＰＵ６００に実現させる。

本プログラムを実行したＣＰＵ６００は、予め圧力管理情報ＤＢ６６２に格納されてい
る電池１０の厚さに関する情報を読み出し、この値と、厚さ計４０から取得した今現在の
電池１０の圧力差とを対比する。対比した結果、予め定められた値（または予め定められ
た範囲の上限値）以上であると判断された場合は、ポンプ５０に格納容器２０内の圧力を
減圧するよう減圧制御を行う。対比した結果、予め定められた値（または予め定められた
範囲の下限値）未満であると判断された場合は、ポンプ５０に格納容器２０内に圧力を加
えるよう加圧制御を行う。

このように減圧または加圧制御を行い、電池１０の厚さが一定の範囲内になるまでこの
作業を繰り返す。

記憶部６６０は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などの不揮発性の記憶装置、記憶
手段である。この他、不揮発性の記憶手段に限られることなく半導体メモリ（フラッシュ
メモリ、ＲｅＲＡＭ、ＭＲＡＭ、ＳＳＤ）等の各種記憶媒体を利用してもよいし、これら
の半導体メモリと、ＨＤＤとを組み合わせた方式を採用した記憶媒体であってもよい。本
実施形態では、ＲＯＭ６５０と記憶部６６０とは別の記憶媒体のごとく記載しているが、
ＲＯＭと記憶部を併せて一の記憶部、記憶手段としてもよい。

記憶部６６０は、測定値情報ＤＢ６６１と圧力管理情報ＤＢ６６２を格納している。そ
の他、ＣＰＵ１００が演算処理に必要なデータが記憶されている。

測定値情報ＤＢ６６１は、圧力計３０、厚さ計４０から取得される圧力値、厚さの値を
格納する。例えば、図４に示すようなテーブル形式で格納されている。

圧力管理情報ＤＢ６６２は、電池の厚さに関する情報が格納されている。例えば、図５
に示すようなテーブル形式で格納されている。複数種の電池を測定対象とする場合は、「
Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」など各種電池ごとに基準値が格納される。なお、本実施形態では厚
さを一の値として記載しているが、２１．２５〜２１．７５[ｍｍ]など予め一定の範囲を
持たせて基準範囲（基準幅）として運用してもよい。

次に本実施形態の電池内圧測定装置の動作について図６を用いて説明する。

（ステップＳ１０１）管理サーバ６０は、格納容器２０内の圧力に関する情報を圧力計３
０から、厚さに関する情報を厚さ計４０から取得する。

（ステップＳ１０２）管理サーバ６０は、上記厚さの値と格納されている基準値となる電
池の厚さに関する情報とを比較する。例えば、測定している対象となる電池の種類が「Ａ
」である場合は、基準値が２１．５０[ｍｍ]である。測定した最初の１２：００：００に
おける圧力が１[ＭＰａ]に対して２１．００[ｍｍ]であるから、厚さは基準値未満である
と判断される。

（ステップＳ１０３―Ｂ）厚さが基準値未満であるので、ポンプ５０に対して格納容器２
０内の圧力を加圧するように指令を送る。

加圧後に測定された厚さが基準値以上となった場合は、ポンプ５０に対して格納容器２
０内の圧力を減圧するように指令を送る（ステップＳ１０３―Ａ）。

厚さが基準値または基準範囲内となった場合は、そのときの格納容器２０内の圧力を表
示部１４１に出力する。

このように、減圧または加圧制御を行い、電池１０の厚さが一定の値もしくは、範囲内
になるまでこの作業を繰り返す。

なお、１回目の制御で加圧を行ったことにより、格納容器２０内の圧力が基準値を超え
てしまった場合、次回以降の加圧量（流入速度、時間）を１回目の加圧より段階的に低下
させる制御が行われても良い。同様に減圧を行ったことにより、格納容器２０内の圧力が
基準値を下回ってしまった場合、次回以降の減圧量（引き速度、時間）を調節し１回目の
減圧制御よりも減圧量を減らす制御が行われても良い。

このように、本電池内圧測定方法によれば電池を非破壊かつ迅速に測定できる。また、
電池の厚さによって間接的に内圧を測定する場合に比べ精度よく測定結果を得ることがで
きる。従前、予め用意した電池の厚さと圧力との関係（関数またはテーブルなど）を用い
て間接的に内圧を測定する場合は、電池の外装の硬さや厚さなどの個体差の影響を受けや
すく正確に測れない場合が多々あった。測定時の電池の内圧が外気圧を下回る場合などは
、外装体と電池内部のコイルなど内部構造物に接触してしまうことにより正確な内部圧力
を測定することが難しかったが、本方法により解決することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示
したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は
、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、電池には角型の他に円筒形の
電池が含まれる。また、いわゆるパウチ、ラミネートタイプの電池であってもよい。

他に、ＣＰＵ６００、ＲＯＭ６５０、記憶部６６０が行った処理をネットワーク回線を通
じて複数のコンピュータ、マイコンに分散（いわゆるクラウドコンピューティングを利用
した）処理をさせてもよい。「以上、未満」の組み合わせは、「より上、以下」の組み合
わせに置き換えることも可能である。また、電池１０の厚さの許容範囲に有る程度の幅を
持たせても良い。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、
特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ … 通信ネットワーク
１０ … 電池
２０ … 格納容器
３０ … 圧力計
４０ … 厚さ計
５０ … ポンプ
６０ … 管理サーバ
６００ … ＣＰＵ（Central Processing Unit）（演算処理部）
６１０ … ＲＡＭ（ＲＷＭ）（Random Access Memory）（Read Write Memory）
６２０ … 通信ＩＦ(inter face)
６３０ … 入力ＩＦ
６３１ … 入力部
６４０ … 表示ＩＦ
６４１ … 表示部
６５０ … ＲＯＭ(Read Only Memory)
６５１ … 測定値管理プログラム
６５２ … 圧力管理プログラム
６６０ … 記憶部
６６１ … 測定値情報ＤＢ(data base)
６６２ … 圧力管理情報ＤＢ

Claims

格納容器内の圧力を調節するポンプへ制御信号を送る通信インターフェースと、演算処
理部と、を備えた管理サーバに、
前記格納容器内の圧力に関する情報と、前記格納容器内に設置された電池の厚さに関す
る情報を取得する処理と、
予め記憶部に格納された前記電池の厚さの基準値に関する情報と、前記厚さに関する情
報と比較し、前記基準値よりも前記厚さの値が下回っている場合は、前記ポンプへ減圧を
指示し、前記基準値よりも前記厚さの値が上回っている場合には、前記ポンプへ加圧を指
示し、前記電池の厚さが基準値となった際は、その際の圧力に関する情報を表示部へ出力
する表示制御処理と、
を実現させる電池内圧測定方法。
ＲＯＭからデータを読み出し演算処理を行うＣＰＵを備えるコンピュータにポンプに送
信する情報を生成させ、通信ネットワークを介して前記ポンプに前記情報を送信させる電
池内圧測定プログラムであって、
前記ＣＰＵに、
前記格納容器内の圧力に関する情報と、前記格納容器内に設置された電池の厚さに関す
る情報を取得する機能と、
予め記憶部に格納された前記電池の厚さの基準値に関する情報と、前記厚さに関する情
報と比較し、前記基準値よりも前記厚さの値が下回っている場合は、前記ポンプへ減圧を
指示し、前記基準値よりも前記厚さの値が上回っている場合には、前記ポンプへ加圧を指
示し、前記電池の厚さが基準値となった際は、その際の圧力に関する情報を表示部へ出力
する表示制御機能と、
を実現させる電池内圧測定プログラム。
前記格納容器内の圧力に関する情報と、前記格納容器内に設置された電池の厚さに関す
る情報を取得する取得手段と、
予め記憶部に格納された前記電池の厚さの基準値に関する情報と、前記厚さに関する情
報と比較し、前記基準値よりも前記厚さの値が下回っている場合は、前記ポンプへ減圧を
指示し、前記基準値よりも前記厚さの値が上回っている場合には、前記ポンプへ加圧を指
示し、前記電池の厚さが基準値となった際は、その際の圧力に関する情報を表示部へ出力
する表示制御手段と、
を備える電池内圧測定装置。
前記格納容器内の圧力に関する情報と、前記格納容器内に設置された電池の厚さに関す
る情報を取得する取得手段と、
予め記憶部に格納された前記電池の厚さの基準値に関する情報と、前記厚さに関する情
報と比較し、前記基準値よりも前記厚さの値が下回っている場合は、前記ポンプへ減圧を
指示し、前記基準値よりも前記厚さの値が上回っている場合には、前記ポンプへ加圧を指
示し、前記電池の厚さが基準値となった際は、その際の圧力に関する情報を表示部へ出力
する表示制御手段と、
を備える電池内圧測定システム。