JP3325101B2 - リチウム電池の異常検出方法 - Google Patents

リチウム電池の異常検出方法

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康裕 石黒
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    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム電池の異常検
出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム電池は、リチウム及びリチウム
アルミ合金等のアルカリ金属を負極活物質として用いる
とともに、電解液として、非水有機溶媒にアルカリ金属
塩を溶かした有機電解質を使用している。このリチウム
電池としては、例えば図5に示すようなスパイラル型リ
チウム電池が知られている。この電池は、上部が開口さ
れた円筒型の電池ケース10と、この電池ケース10内
に収納された発電要素20と、電池ケース10の蓋を兼
ねた正極端子板30および封口ガスケット40とから主
に構成され、正極リード板100は正極端子板30と溶
接等で接続されるとともに正極60とも接続され、負極
リード板110は電池ケース10と溶接等で接続される
とともに負極70とも接続される。そして、電池ケース
10内には有機電解液90が注入され、かつ正極端子板
30及びガスケット40によって電池ケース10が密封
されるようになっている。
【0003】ところで、上述したようなリチウム電池に
おいて、その内部短絡や内部接続不良その他の異常を検
出するために、リチウム電池を組み立てた後に行う所定
期間(1週間程度)のエイジング中あるいはエイジング
終了後にその開路電圧及び閉路電圧を測定し、これらの
電圧が所定の電圧範囲より外れたリチウム電池を異常の
発生した電池と判定するようにしている。例えば、50
個の正常なリチウム電池の電圧を測定し、その測定され
た電圧のばらつき範囲を基準電圧範囲とする。次に被検
出用リチウム電池の電池電圧を測定し、その測定された
電池電圧が前記基準電圧範囲外である場合にはその被検
出用リチウム電池を異常を発生した電池と判定し、基準
電圧範囲内である場合には正常な電池と判定するように
している。
【0004】そして、前記基準電圧範囲及び被検出用リ
チウム電池の電圧の測定は、常温下において行われてい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た常温下におけるリチウム電池の異常検出方法にあって
は、1週間程度のエージング期間だけでは50kΩ程度
の高抵抗の内部短絡の異常を検出することができないと
いった問題があった。
【0006】すなわち、30kΩ程度までの低抵抗の内
部短絡が発生したリチウム電池については、正常なリチ
ウム電池に比し、開路電圧が低下するとともに閉路電圧
はかなり低い値を示すため、検出することができる。
【0007】しかしながら、前述したように、50kΩ
程度の高抵抗の内部短絡が発生したリチウム電池につい
ては、1週間程度のエージング期間だけでは、正常なリ
チウム電池に比し開路電圧及び閉路電圧が顕著に低下し
ないため、確実に検出することができないのである。
【0008】そこで、エージング期間を少なくとも20
日間に延長すれば、開路電圧及び閉路電圧の低下が著し
くなるため、上記異常を検出することができる。
【0009】しかしながら、エージング期間を20日間
にすると、通常行われているエージング期間が7日間程
度の場合に比し、生産日数や生産コストが増加するほか
電池の貯蔵スペースも増大するため、生産性が著しく低
下してしまうので採用できない。
【0010】また、前出の図5に示すように、例えば、
正極リード板100及び負極リード板110の接続箇所
(電池ケース10及び正極端子板30)への溶接が不十
分でありながら溶接部の接触抵抗が常温においては正常
品とほぼ同等の低さを保持している内部接続不良が発生
したリチウム電池についても、正常なリチウム電池に比
し、常温において溶接部の接続抵抗が正常品とほぼ同等
であるために開路電圧及び閉路電圧が顕著に低下しない
ため、確実に検出することができないといった問題があ
った。
【0011】この発明は上述した問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的は、リチウム電池の異常検出精度を
向上することができるリチウム電池の異常検出方法を提
供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、複数の正常なリチウム電池の各電池電圧の
ばらつき範囲を基準電圧範囲として測定するとともに被
検出用リチウム電池の電池電圧を測定し、その測定され
た電池電圧が前記基準電圧範囲外であるとき、前記被検
出用リチウム電池の異常を判定するリチウム電池の異常
検出方法であって、前記基準電圧範囲および前記被検出
用リチウム電池の電池電圧の測定を、前記正常なリチウ
ム電池および前記被検出用リチウム電池を冷却すること
により行うのである。
【0013】ここで、前記冷却を−40℃以上5℃未満
の温度範囲で行うことが好ましい。
【0014】
【作用】前記基準電圧範囲および前記被検出用リチウム
電池の電池電圧の測定を、前記正常なリチウム電池およ
び前記被検出用リチウム電池を冷却することにより行う
ので、低抵抗だけでなく高抵抗の内部短絡及び内部接続
不良の異常が発生したリチウム電池の電圧は正常な電池
の電圧に比し顕著に低下する。したがって、測定された
電池電圧の低いリチウム電池は上記異常を発生している
とみなせるため、測定した電池電圧に基づいて上記異常
が発生したリチウム電池は検出可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の好適な一実施例を添付図面に
基づき詳述する。
【0016】本発明に関するリチウム電池の基本構成は
前出の図5に示された従来のリチウム電池と共通するた
め、その共通する部分については同一の符号を付して詳
しい説明は省略する。
【0017】本実施例においては、リチウム電池の異常
検出を以下の方法で行う。
【0018】まず、予め正常と判定された50個のリチ
ウム電池を低温恒温槽に入れ、あるいはこれらに冷却空
気を吹き付ける等して−20℃に冷却する。次に冷却し
た各リチウム電池の開路電圧及び閉路電圧をそれぞれ測
定する。そして、測定した正常なリチウム電池の開路電
圧及び閉路電圧のばらつき範囲をそれぞれ基準開路電圧
範囲及び基準閉路電圧範囲として設定する。次に、被検
出用リチウム電池を上記と同様な恒温槽に入れ、上記と
同様に測定した被検出用リチウム電池の開路電圧及び閉
路電圧をそれぞれ基準開路電圧範囲及び基準閉路電圧範
囲と比較参照し、基準開路電圧範囲あるいは基準閉路電
圧範囲の少なくとも一方の電圧範囲を外れた被検出用リ
チウム電池を異常が発生していると判定する。
【0019】ここで、本実施例の効果を示すために上記
異常検出方法に基づいて行った実験を以下に示す。
【0020】表1は疑似的に異常が発生しているとみな
せるようにした被検出用リチウム電池及び正常なリチウ
ム電池の各サンプルを示しており、サンプルNO.1〜
3は被検出用リチウム電池であり、正常なリチウム電池
にそれぞれ50kΩ,30kΩ及び10kΩの外部抵抗
を接続して外部短絡し、その後5日間経過したものであ
る。この外部抵抗を接続された正常なリチウム電池は見
かけ上、外部抵抗値に相当する内部抵抗を有する内部短
絡が発生しているとみなせる。また、サンプルNO.4
も、被検出用リチウム電池であり、前出の図5に示すよ
うに、もともと正常なリチウム電池に対し負極リード板
110を電池ケース10に対して溶接を行わずに接触の
みさせたものである。この負極リード板110を電池ケ
ース10に対して接触接続することにより、リチウム電
池に内部接続不良状態を作り出した。さらにまた、サン
プルNO.5は異常のない正常なリチウム電池である。
ここで、サンプルとして使用したリチウム電池は図5に
示したスパイラル型二酸化マンガンリチウム電池のCR
14・Hタイプであり、各サンプルの個数はそれぞれ5
0個である。
【0021】
【表1】 図1は上記各サンプル電池について測定した開路電圧V
oのばらつき特性を示したグラフであり、(a)は従来
の常温状態のサンプル電池を測定したグラフであり、
(b)は本実施例の−20℃に冷却したサンプル電池を
測定したグラフである。図1(a)の従来の異常検出方
法では、サンプルNO.1(50kΩ短絡),サンプル
NO.2(30kΩ短絡)及びNO.4(負極リード板
110接続不良)の開路電圧ばらつき範囲がサンプルN
O.5(正常)のそれとラップしているため、サンプル
NO.5(正常)の開路電圧ばらつき範囲を基準開路電
圧範囲として参照にしてサンプルNO.1,2及び4の
異常検出を確実にはできない。これに対し、図1(b)
の本実施例の異常検出方法では、サンプルNO.1〜4
の開路電圧ばらつき範囲はサンプルNO.5(正常)の
それとラップしてはいないため、サンプルNO.1〜5
の異常検出を確実にできる。なお、前記−20℃の冷却
は1日間行い、上記開路電圧Voの測定を行った。図3
にサンプルNO.1〜3の開路電圧測定用回路を示す。
【0022】また、図2は前記各サンプル電池について
測定した閉路電圧のばらつき特性を示したグラフであ
り、(a)は従来の常温状態のサンプル電池を測定した
グラフであり、(b)は本実施例の−20℃に冷却した
サンプル電池を測定したグラフである。図2(a)の従
来の異常検出方法では、サンプルNO.1(50kΩ短
絡)及びNO.4(負極リード板110接続不良)の閉
路電圧ばらつき範囲がサンプルNO.5(正常)のそれ
とラップしているため、サンプルNO.5(正常)の閉
路電圧ばらつき範囲を基準閉路電圧範囲として参照にし
てサンプルNO.1及び4の異常検出を確実にはできな
い。これに対し、図2(b)の本実施例の異常検出方法
では、サンプルNO.1〜4の閉路電圧ばらつき範囲は
サンプルNO.5(正常)のそれとラップしてはいない
ため、サンプルNO.1〜5の異常検出を確実にでき
る。なお、前記−20℃の冷却は1日間行い、外部負荷
抵抗20Ωを0.4秒間接続導通させて上記閉路電圧V
cの測定を行った。図4にサンプルNO.1〜3の閉路
電圧測定用回路を示す。
【0023】表2は、図1の開路電圧Vo及び図2の閉
路電圧Vcの測定に基づいて検出された異常発生電池の
個数を示しており、従来の異常検出方法では、サンプル
NO.1(50kΩ短絡)に関しては18個、またN
O.4(負極リード板110接続不良)に関しては8個
しか検出できなかった。これに対し、本実施例の異常検
出方法では、サンプルNO.1〜4すべての異常を検出
できた。
【0024】
【表2】 以上の結果から、本発明の異常検出方法にあっては、内
部短絡抵抗が50kΩ程度のわずかな内部短絡も検出す
ることができるため、長期にわたって性能劣化のない品
質上信頼性の高いリチウム電池のみを出荷することがで
きる。また、エイジング期間を延長することなく上記検
出を行うことができるため、生産性を損なうことがな
い。さらにまた、内部接続不良も検出できるので、放電
性能の信頼性の高いリチウム電池のみを出荷することが
できる。
【0025】なお、本実施例では前記冷却温度を−20
℃としているが、−40℃以上5℃未満の温度範囲が好
ましい。これは、−40℃未満の低温にすると有機電解
液90がその電導度低下及び粘度上昇等を起こして電池
としての性能が損なわれるためであり、また5℃以上の
高温にすると、それだけ常温に近くなり前記異常検出能
力が損なわれるためである。
【0026】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、基準電圧範囲および被検出用リチウム電池の電池
電圧の測定を、基準リチウム電池および前記被検出用リ
チウム電池を冷却することにより行うので、低抵抗だけ
でなく高抵抗の内部短絡及び内部接続不良且つ低接触抵
抗の異常が発生したリチウム電池の電圧は正常な電池の
電圧に比し顕著に低下する。したがって、測定した電池
電圧の低いリチウム電池は上記異常を発生しているとみ
なせるため測定した電池電圧に基づいて上記異常が発生
したリチウム電池を検出することができる。よって、リ
チウム電池の異常検出精度を向上することができ、以て
リチウム電池の長寿命化及び放電安定性等の品質向上や
信頼性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来及び本発明に係る開路電圧のばらつき特性
を示したグラフを示すグラフであり、(a)は従来のグ
ラフ、(b)は本発明に係るグラフである。
【図2】従来及び本発明に係る閉路電圧のばらつき特性
を示したグラフを示すグラフであり、(a)は従来のグ
ラフ、(b)は本発明に係るグラフである。
【図3】本発明に係る開路電圧測定用回路である。
【図4】本発明に係る開路電圧測定用回路である。
【図5】従来及び本発明に係るスパイラル型リチウム電
池の縦断面図である。
【符号の説明】
10 電池ケース 20 発電要素 30 正極端子板 40 封口ガスケット 50 セパレータ 60 正極 70 負極 80 絶縁板 90 有機電解液 100 正極リード板 110 負極リード板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 康裕 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (72)発明者 鈴木 正章 東京都港区新橋5丁目36番11号 富士電 気化学株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−343101(JP,A) 特開 平5−290896(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/36 - 10/48 G01R 31/36 H01M 6/00 - 6/22

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の正常なリチウム電池の各電池電圧
    のばらつき範囲を基準電圧範囲として測定するとともに
    被検出用リチウム電池の電池電圧を測定し、その測定さ
    れた電池電圧が前記基準電圧範囲外であるとき、前記被
    検出用リチウム電池の異常を判定するリチウム電池の異
    常検出方法であって、前記基準電圧範囲および前記被検
    出用リチウム電池の電池電圧の測定を、前記正常なリチ
    ウム電池および前記被検出用リチウム電池を冷却するこ
    とにより行うことを特徴とするリチウム電池の異常検出
    方法。
  2. 【請求項2】 前記冷却を−40℃以上5℃未満の温度
    範囲で行うことを特徴とする請求項1に記載のリチウム
    電池の異常検出方法。
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