JP2014165059A

JP2014165059A - 電池容器変形検査装置

Info

Publication number: JP2014165059A
Application number: JP2013035830A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Urakawa; 和彦浦川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】例えば繰返し充放電することが可能な電池セルの電池容器の最大寸法を、一度の測定で確実に測ることを可能とする電池容器変形検査装置。
【解決手段】軸線方向に移動自在に支持された従動軸７と、従動軸７の一端に従動軸７に対して交差する方向に支持されて電池容器１１の表面と従動軸７より大きい範囲で接触する押え板８と、従動軸７の移動を検出する変位計６と、を有する電池容器変形検査装置１を用いて電池容器の最大寸法を測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池容器変形検査装置に関する。

従来から、各種電気装置の電力源として電池セルが用いられている。繰返し充放電することが可能な電池セルである二次電池は、電力源の他に発電装置等の電力バッファとして用いられることもある。

電池セルは、その安全性を担保するために、人為的に異常状態を起こし、その電池セルの挙動を確認する試験が行われている。特に、電池セルを過充電することによって電池セルの膨張を確認する過充電試験は電池の安全性を担保するために必要な試験の一つとなっている。

この過充電試験において測定項目として電池セルの幅方向の寸法を測定し、安全性の評価をしている。この寸法の測定方法としては、電池セルに直接接触させ測定する測定装置（例えば、特許文献１参照）や、光学式に測定する測定装置（例えば、特許文献２参照）などがある。

特開平１１−０９０７８７号公報特開２０００−０９７６８７号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載された技術の場合には以下のような問題がある。
特許文献１に記載された測定装置では、軸に装着された測定ヘッドを電池セルに接触させて測定しているが、測定位置が最大寸法となっているとは限らないために多数の点を測定する必要がある。また測定箇所を多くした場合でも、その測定した点上に最大寸法の点があるとは限らないために安全性の詳細な評価をすることが困難になる虞がある。

次に、特許文献２に記載された測定装置では、レーザを用いて
電池セルの寸法を測定しているが、レーザを照射している電池セルの表面が膨張することにより、レーザがその電池セルの表面で乱反射する虞があり、寸法の測定が困難になる虞がある。
そのため両者とも電池セルの安全性の評価をする際には適切に評価することが困難になる虞がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、一度の測定で電池容器の最大寸法を確実に測ることを可能とする電池容器変形検査装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明の電池容器変形検査装置は、軸線方向に移動自在に支持された従動軸と、前記従動軸の一端に該従動軸に対して交差する方向に支持されて電池容器の表面と前記従動軸より大きい範囲で接触する押え板と、前記従動軸の移動を検出する変位計と、を有することを特徴とする。

上記構成によれば、電池容器の最大寸法を一度の測定で測ることが可能となる。また、押え板が電池容器の表面で接触する構成であるため、確実な測定が可能となる。

上記電池容器変形検査装置において、前記押え板は、前記電池容器に向けられた面が前記従動軸側の面より熱伝導性の低い材料で形成されていることが好ましい。

上記構成によれば、押え板の接触による電池容器の温度の変動が抑制されるため、測定が与える電池容器の変形への影響を少なくすることができる。

上記電池容器変形検査装置において、前記従動軸は、前記押え板を複数個所で支持していることが好ましい。

上記構成によれば、電池容器が偏って変形した場合でも、その寸法変化に対応して、滑らかに押え板の位置を変移させることができる。

上記電池容器変形検査装置において、前記従動軸は、前記電池容器を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられて、軸線が一致するように配置され、それぞれ前記押え板を支持していることが好ましい。

上記構成によれば、電池容器の変形に際して、押え板の平行が保持されやすくなるため、測定の正確性を向上させることができる。

上記電池容器変形検査装置において、前記電池容器および前記押え板を収容する領域に対して仕切られた他の領域に前記変位計が配置され、前記従動軸は、前記領域を仕切る隔壁を貫通して設けられていることが好ましい。

上記構成によれば、電池容器の温度の影響や発生するガスの影響が変位計に及ぶことがなくなるため、測定の正確性を向上させることができる。

本発明によれば、電池容器の最大寸法を一度の測定で測ることが可能となる。また、押え板が電池容器の表面で接触する構成であるため、確実な測定が可能となる。

本発明の実施形態の電池容器変形検査装置の斜視図である。図１のＡ矢視図であり、本実施形態の電池容器変形検査装置の側面図である。図１のＢ矢視図であり、本実施形態の電池容器変形検査装置の平面図である。本発明の実施形態の電池容器変形検査装置の動作を説明する側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１、図２、及び図３に示すように、本実施形態の電池容器変形検査装置１は、床面に載置された矩形板形状のベース２と、ベース２に載置された一対の変位計ユニット３と、を有している。

各々の変位計ユニット３は、変位計収容箱５と、変位計収容箱５に収容された変位計６と、変位計収容箱５の内外にわたって延在する一対（二軸）の従動軸７と、変位計収容箱５の外部であって従動軸７の先端に設けられた押え板８と、を有している。
電池容器変形検査装置１は、一対の変位計ユニット３の間に配置された電池セル１０の幅方向Ｗの厚みを押え板８及び従動軸７を介して変位計６にて測定する装置である。

ベース２は、例えばステンレス鋼からなる矩形形状の板部材である。
変位計収容箱５は、図示しない複数のフレーム部材を直方体枠状に組み合わせたうえで、例えばステンレス鋼からなる板状部材で封止した、直方体形状の箱である。変位計収容箱５は、略密閉された箱状の空間とされている。一対の変位計ユニット３は、変位計収容箱５の一の板状部材（以下、隔壁９と呼ぶ）が平行となるように、ベース２に載置されている。即ち、一対の変位計収容箱５の各々の隔壁９は、その主面の法線が平行となるように配置されている。

電池容器変形検査装置１の検査対象である電池セル１０は、内部に電解液を貯留する電池容器１１を備えている。電池セル１０は、例えばリチウムイオン二次電池である。本実施形態の電池容器１１は、アルミニウム製の中空容器であり、外形が略角柱状（略直方体状）である。電池容器１１は、開口を有する容器本体１２と、この開口を塞いで容器本体１２に接合された蓋１３とを有している。

蓋１３には、電極端子１４（正極端子及び負極端子）が設けられている。図示しないが、電池容器１１の内部には、複数の電極板（正極板、負極板）、複数のセパレータ、及び電解液が収容されている。
電池セル１０の充電に際しては、電極間の電気化学反応によって電池容器１１内部にガスが発生し、電池セル１０はその容積を膨張させる。即ち、電池容器１１の少なくとも一部が幅方向Ｗに膨らむように変形して幅方向Ｗの寸法が変化する。ここでいう幅方向Ｗの寸法とは、電極端子１４を含む平面（蓋１３）とは異なる、一対の幅広面同士の距離寸法（外形寸法）である。この幅広面を測定面１６（図２、図４参照）と呼ぶ。

変位計６は、変位計収容箱５の内部に収容されている。変位計収容箱５は、略密閉されているため、変位計６は電池セル１０が配置される領域に対して仕切られた他の領域に配置されていることになる。変位計６は、シリンダー型の変位計であり、円筒形状の変位計本体１７と、変位計本体１７の内部より突出するように変位計本体１７の軸線方向に伸縮自在に取り付けられたロッド１８とを有している。ロッド１８は、変位計本体１７から突出する方向に付勢されている。

変位計６は、このロッド１８の軸線方向が、変位計収容箱５の隔壁９と直交するように、変位計収容箱５の内部に固定されている。具体的には、変位計６は、変位計本体１７が、変位計収容箱５の底部に設けられている固定部材１９と介して固定されている。

一対の変位計ユニット３に設けられている各々の変位計６は、変位計６のロッド１８の軸線方向が一致するように、かつ、各々のロッド１８が対向するように配置されている。即ち、一対の変位計６のそれぞれのロッド１８は、同一軸上に配置されている。

従動軸７は、例えばステンレス鋼によって形成された円柱形状の部材であり、リニアベアリング２０（直動ガイド、丸軸リニアガイド）を介して変位計収容箱５の隔壁９に直交するように、かつ、移動時際、すなわち摺動自在に固定されている。即ち、従動軸７は、リニアベアリング２０を介して変位計収容箱５の内外にわたって貫通するように延在しており、その一端が変位計収容箱５の外部に、他端が変位計収容箱５の内部に位置するように配置されている。
なお、従動軸７は、円柱形状に限ることはなく、リニアベアリング２０がガイドすることができれば断面矩形状の棒部材でもよい。

従動軸７は、変位計収容箱５の隔壁９に二つずつ設けられている。二つの従動軸７は、上下方向に間隔を置いて配置されている。各々の従動軸７が平面をなす変位計収容箱５の隔壁９に直交するように取り付けられているため、変位計収容箱５に取り付けられた二つの従動軸７は互いに平行である。

また、一対の変位計ユニット３のそれぞれの従動軸７は、同一軸上に配置されている。即ち、一対の変位計ユニット３のそれぞれの従動軸７は、測定対象である電池セル１０を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられている。
そして、二つの従動軸７のうち一方は、変位計６のロッド１８と同一軸上に、かつ、従動軸７の他端が測定端２１としてロッド１８と当接可能な位置に配置されている。

押え板８は、電池セル１０の測定面１６と略同一か、やや小さな外形を有する板状部材であり、一対の従動軸７の一端に従動軸７の軸線方向とその主面が直交するように固定されている。即ち、押え板８は、一対の従動軸７によって複数個所で支持されている。つまり、押え板８は従動軸７より大きい範囲で電池セル１０の測定面１６に接触している。

また、従動軸７が隔壁９に直交するように設置されているため、一対の変位計ユニット３の押え板８は互いに平行に配置される。換言すれば、従動軸７は一対の押え板８が互いに平行となるように隔壁９に摺動自在に取り付けられている。

図４に示すように、押え板８は二重構造になっており、測定面１６に向く面が、例えばセラミックスのような熱伝導率の低い材質によって形成されている。即ち、押え板８の電池容器１１と接する面は、従動軸側の面よりも熱伝導性が低くなっている。具体的には、押え板８は、従動軸７に接続された押え板本体部２３と、押え板本体部２３に接合され、セラミックスのような材料で形成されている押え板接触部２４とから構成されている。

また、測定対象である電池容器１１は、その下端近傍が電池固定手段２５によって固定されている。電池固定手段２５は、例えば、ベース２に固定されたブラケット２６と、ブラケット２６に螺合するボルト２７によって構成することができる。

次に、上述した電池容器変形検査装置１を用いた電池容器１１の検査方法について説明する。
まず、電池セル１０をその測定面１６が一対の押え板８と略平行となるように固定する。次いで、電池セル１０の充電を行う。充電は、放電状態の電池セル１０を所定の電圧まで充電した後、引き続き充電することで過充電状態とした。図４に示すように、過充電によって、電池セル１０の電池容器１１が膨張し、電池容器１１の少なくとも一部が隆起すると、押え板８が電池セル１０から離間する方向に移動する。押え板８の移動に伴い、従動軸７を介して変位計６のロッド１８が押圧・移動され、電池容器１１の隆起量が変位計６によって検出される。
この隆起量によって、電池セル１０の電池容器１１の幅方向Ｗの寸法が算出され、安全性の評価がなされる。

上記実施形態によれば、電池セル１０の測定面１６相当の大きさの押え板８を用いることで、電池容器１１の最大寸法を一度の測定で測ることが可能となる。また、押え板８が電池容器１１の表面で接触する構成であるため、確実な測定が可能となる。
また、記押え板８が二重構造とされていることによって、押え板８の接触による電池容器１１の温度の変動が抑制されるため、測定が与える電池容器１１の変形への影響を少なくすることができる。

また、従動軸７が押え板８を複数個所で支持していることによって、例えば図４の電池容器１１のように寸法変化が偏って生じた場合でも、その寸法変化に対応して、滑らかに押え板８の位置を変移させることができる。
また、従動軸７が電池容器１１を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられて、軸線が一致するように配置されていることによって、電池容器１１の変形に際して、押え板８の平行が保持されやすくなるため、測定の正確性を向上させることができる。

また、電池容器１１と変位計６とが変位計収容箱５を介して異なる領域に配置されていることによって、電池容器１１の温度の影響や発生するガスの影響が変位計６に及ぶことがなくなるため、測定の正確性を向上させることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態においては、一対の変位計ユニット３を使用して電池容器１１の変形を測定する構成としたが、これに限ることはない。例えば、電池セル１０を従動軸７の軸線方向に摺動自在に固定したうえで、測定面１６の一面を所定の壁に当接させ、測定面１６の他面のみを単一の変位計ユニット３で測定する構成としてもよい。

また、不規則な変形をする電池セルの表面ではなく従動軸７の移動量を変位計で測定するため、変位計はシリンダー型のものに限られず、例えばレーザ式の非接触式の変位計としてもよい。

また、上記実施形態においては、押え板８を熱伝導性の低いセラミックを用いた二重構造であるが、これに限られず、押え板８全体をセラミックとしてもよい。また、容器の材料によっては、セラミックでなくてもよい。
また、上記実施形態においては、変位計収容箱５を直方体形状としたが、これに限ることはなく、押え板８、従動軸７、変位計６の位置関係が保持できればどのような形状でもよく、隔壁９も平面とする必要はない。
また、上記実施形態では従動軸７は隔壁９に摺動自在に固定されているが、発生するガスの種類が変位計６に影響しないものである場合には、隔壁９を省略してもよい。

また、従動軸７は、二つに限ることはなく、押え板８の平行が確保できれば一つとしてもよい。また、従動軸７を三つ以上として、より押え板８の平行を正確にしてもよい。

１電池容器変形検査装置
２ベース
３変位計ユニット
５変位計収容箱
６変位計
７従動軸
８押え板
９隔壁
１０電池セル
１１電池容器
１２容器本体
１４電極端子
１６測定面
１８ロッド
２０リニアベアリング
２１測定端
２３押え板本体部
２４押え板接触部
２５電池固定手段

Claims

軸線方向に移動自在に支持された従動軸と、
前記従動軸の一端に該従動軸に対して交差する方向に支持されて電池容器の表面と前記従動軸より大きい範囲で接触する押え板と、
前記従動軸の移動を検出する変位計と、を有することを特徴とする電池容器変形検査装置。
前記押え板は、前記電池容器に向けられた面が前記従動軸側の面より熱伝導性の低い材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池容器変形検査装置。
前記従動軸は、前記押え板を複数個所で支持していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電池容器変形検査装置。
前記従動軸は、前記電池容器を挟んで対向する位置にそれぞれ設けられて、軸線が一致するように配置され、それぞれ前記押え板を支持していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池容器変形検査装置。
前記電池容器および前記押え板を収容する領域に対して仕切られた他の領域に前記変位計が配置され、
前記従動軸は、前記領域を仕切る隔壁を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電池容器変形検査装置。