JP3860312B2

JP3860312B2 - 臭い検出装置

Info

Publication number: JP3860312B2
Application number: JP29213397A
Authority: JP
Inventors: 都司佐瀬; 勝夫江原; 綾西野; 茂佐野
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1997-10-24
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2017-10-24
Also published as: JPH11125611A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は臭い検出装置に関するもので、さらに詳しく言えば、臭いを検出するガスセンサを有し、検出時に周囲環境の影響を排除することができ、検出後の復帰に要する時間を短縮することができる臭い検出装置を、リチウム電池またはこれを内蔵した電池パックからの電解液のリークの検出に適用することにより、電池工場等における検査工程を改善することを目的としたものである。
【０００２】
【従来の技術】
臭いをガスセンサで検出する臭い検出装置は、環境管理や食品等の品質管理に広く用いられている。
【０００３】
一方、電解液にリチウム塩を溶解した有機溶媒を用い、高電圧、高エネルギー密度を特徴とするリチウム電池は、電解液が無色透明で臭いのある液体であるため、この電解液の臭いをガスセンサで検出し、リチウム電池からの電解液のリークの有無を検出することが特開平９−２５９８９８号公報に記載されている。
【０００４】
すなわち、前記リチウム塩にはＬｉＢＦ₄やＬｉＰＦ₆が使用され、前記有機溶媒にはプロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）等の高誘電率溶媒とジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）等の低粘度溶媒との混合溶媒が使用されるため、低沸点で揮発性の高いジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）による臭いが電解液の臭いとなり、電解液のリークの有無を電解液の臭いとしてガスセンサで検出しようというものである。
【０００５】
また、リチウム電池には形状として円筒形、角形、ボタン形のものがあり、種類として一次電池と二次電池があり、二次電池には負極に金属リチウムを使用するものと金属リチウムを使用しないもの（リチウムイオン電池）があり、以下、図９に示したリチウムイオン電池０１に基づいて説明する。
【０００６】
すなわち、図９において、０２は負極端子を兼ねた電槽、０３は正極端子を兼ねた蓋、０４は負極、０５は正極であり、負極０４と正極０５はこれらの間にあるセパレータ０６とともにスパイラル構造になっていて電解液とともに電槽０２に収容され、ガスケット０８を介して蓋０３で封口されている。なお、０９はＰＴＣ素子、０７は安全弁で、異常な温度上昇等による電池の破壊を防止するためのものである。
【０００７】
しかしながら、ガスケット０８による封口には不完全な場合があり、一次電池、二次電池を問わず、リチウム電池からは電解液が液体または気体としてリークすることがある。このような電解液のリークは、電池自体の寿命が短くなる原因になったり、機器に実装した後では機器を汚染したり損傷する原因になるため、目視や嗅覚による検査やガスクロ等によるバッジ検査で電解液のリークの有無を検出している。
【０００８】
ところが、前述した、目視による検査は電解液が液体として目視できる場合には有効であるが、気体であって目視できない場合には検査が難しいという問題があり、嗅覚による検査も信頼性の点で問題があり、ガスクロ等によるバッジ検査は多数の電池に対して電解液のリークを検査する場合には多大な時間を要するという点で問題がある。
【０００９】
さらに、前述した検査方法では、リチウム電池からの電解液のリークは検出できるが、リチウム電池を内蔵した電池パックの場合には、電解液のリークがあっても、外部からの目視による検査ができないという問題がある。
【００１０】
このような問題を解消するものとして、上記した特開平９−２５９８９８号公報に記載された方法は有効である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した特開平９−２５９８９８号公報に記載された方法は、電解液の臭い以外の周囲環境の臭いをノイズとして検出してしまうため、このようなノイズの変動が大きい場合や多様なノイズが含まれる周囲環境下では電解液の微量なリークが検出できないという問題があった。
【００１２】
また、上記した特開平９−２５９８９８号公報に記載された方法は、ガスセンサが電解液の臭いを検出してから元の状態に復帰するまでの時間が長いため、連続して多数の電池に対して電解液のリークの有無を検出することができないという問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、臭いを検出するガスセンサを備えた臭い検出装置に、吸着した臭い分子を脱離する手段が備えられ、前記吸着した臭い分子を脱離する手段が臭い検出装置を加熱する手段であって、該手段は、臭いが検出された場合に作動し、かつ臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上に加熱するものであり、これにより、臭いを検出した後の復帰に要する時間を短縮することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の臭い検出装置において、吸着した臭い分子を脱離する手段はガスセンサに備えられ、前記吸着した臭い分子を脱離する手段が臭い検出装置を加熱する手段であって、該手段は、臭いが検出された場合に作動し、かつ臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上に加熱するものであり、これにより、ガスセンサの周囲環境の臭いをノイズとして検出しないようにすることができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の臭い検出装置において、ガスセンサを包囲し、該ガスセンサに少なくとも検出対象部近傍のガスを供給するガス供給部を設けたケースを有し、吸着した臭い分子を脱離する手段は前記ケースに備えられ、前記吸着した臭い分子を脱離する手段が臭い検出装置を加熱する手段であって、該手段は、臭いが検出された場合に作動し、かつ臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上に加熱するものであり、これにより、ガスセンサの周囲環境の臭いをノイズとして検出しないようにすることができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の臭い検出装置において、ガスセンサは、リチウム電池またはこれを内蔵した電池パックからの電解液のリークを、電解液の臭いで検出するものであり、これにより、リチウム電池またはこれを内蔵した電池パックからの電解液のリークの有無を連続して検出することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００２３】
本発明の実施の形態の特徴は、臭いを検出するガスセンサを備えた臭い検出装置において、前記臭い検出装置が臭い分子を吸着しない手段または吸着した臭い分子を脱離する手段の少なくとも一方を備えていることであり、該手段はガスセンサ自体、またはガスセンサを保護するためにこれを包囲し、前記ガスセンサに少なくとも検出対象部近傍のガスを供給するガス供給部を設けたケースを有する場合には前記ケースの少なくとも一方に備えられていることである。
【００２４】
前記ガスセンサは、臭いを検出するのに適した金属酸化物半導体を用いた臭いセンサや臭いを検出することによって固有振動数が変化する水晶振動子式ガスセンサが好ましい。
【００２５】
前記ケースは、検出時にはガスセンサに検出対象部近傍のガスのみを供給し、検出後には外気を供給して前記ガスセンサを復帰させるガス供給部を形成するために、網状のものや貫通穴を有した箱状のものにするのがよいが、ガスセンサの保護を必要としない場合等には用いなくてもよい。
【００２６】
また、臭い分子を吸着しない手段としては、臭い検出装置に臭い分子が吸着しにくい樹脂または金属を用いるのがよく、たとえば、ガスセンサの一部を臭い分子が吸着する部位とし、残部を臭い分子が吸着しにくい樹脂または金属で被覆したり、前述したケースを用い、その表面の素材を、臭い分子が吸着しにくい樹脂または金属とするのがよく、必要に応じて前記樹脂または金属の表面を化学エッチング、電解エッチング、機械研磨などの精密研磨を施して鏡面処理し、臭い分子が吸着しやすい表面の凹凸を少なくすれば、周囲環境の臭い分子が吸着しないようにすることができる。
【００２７】
なお、臭い分子が吸着しにくい樹脂はテフロン、ポリオキシメチレン、ポリエチレン、デュラゴン等がよく、臭い分子が吸着しにくい金属は金、白金がよく、前述したケースの母材をニッケルなどの金属とし、前述した樹脂で該ケースの表面を被覆したり、前述した金属を該ケースの表面に蒸着やメッキ等によって被覆すればよい。
【００２８】
また、臭い分子を脱離する手段としては、臭い検出装置を加熱する手段を用いるのがよく、たとえば、ガスセンサやケースを、臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上で１秒程度加熱するのがよく、これによって検出時にガスセンサやケースに吸着した臭い分子を揮発させることができるとともに、臭い分子が再びガスセンサやケースに吸着するのを防止することができる。
【００２９】
なお、ガスセンサやケースを加熱する手段は、ガスセンサにヒーターを取り付けてこのヒーターを発熱させるようにしたり、ケースに通電してケース自体を発熱させるようにすればよい。
【００３０】
前述した臭い検出装置を、リチウム電池やこれを内蔵したパック電池からの電解液のリーク検出に用いる場合には、ガスセンサとしては、電解液に使用されるジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）による臭いを高感度で検出できるＳｎＯ₂やＺｎＯなどの金属酸化物半導体を用いた臭いセンサがよく、このような金属酸化物半導体を焼結体や薄膜にした臭いセンサを、前記ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の沸点と前記臭いセンサの動作温度とを考慮してその動作温度を３００℃〜４００℃にすればリーク検出ができるが、上記以外に、コンデンサ、アルミニウム電池、有機溶媒を貯蔵した密閉容器のリーク検出にも利用することができる。
【００３１】
【実施例】
図１は本発明の実施例に係る臭い検出装置１０の概要図、図２および図３は前記臭い検出装置１０に用いられるガスセンサ１１の概要図である。
【００３２】
前記ガスセンサ１１は、ＳｎＯ₂の焼結体１１１に白金リード線１１２を接続し、これを保持板１１３に取り付けた臭いセンサであり、母材がニッケル網からなるケース１２内に収納されて、ステンレス製の流路管１３内に配置され、白金リード線１１２がガスセンサ１１からの出力信号に基づいて演算を行う演算装置１６に接続されている。前記流路管１３の一端には検出対象部近傍のガスが吸引される際に該ガスの漏れを防止するためのパッキン１４１を備えた吸引口１４が設けられ、他端には排気口１７が設けられている。前記吸引口１４の近傍には清浄ガスとしての高純度空気を充填したボンベ１８１、電磁バルブ１８２、供給管１８３からなる清浄ガス供給装置１８が設けられ、リーク検出時に検出対象部近傍に清浄ガスを供給して検出対象部近傍を清浄化するようにしている。前記ガスセンサ１１を配置した流路管１３と排気口１７との間にはガスセンサ１１に検出対象部近傍のガスを供給するための吸引ポンプ１５が設けられている。
【００３３】
上記したガスセンサ１１と吸引口１４との間の距離が長い場合や流路管１３の内容積が大きい場合は、検出対象部近傍のガスが吸引されてからガスセンサ１１に達するまでの時間がかかり、吸引されたガスが希釈されて濃度が低下することがあって微量のガスを迅速に検出することができない。そこで、流路管１３の内径を３ｍｍ程度とし、ガスセンサ１１と吸引口１４との間の距離を１５ｍｍ程度とし、吸引口１４の内容積を２．５ｃｍ³程度とすれば、検出対象部近傍のガスがガスセンサ１１に達するまでの時間的な遅れや該ガスの濃度の低下の影響がほとんどなく、微量のガスを迅速に検出することができる。
【００３４】
なお、図２に示したガスセンサ１１はケース１２の母材をニッケル網からなるものとし、ケースの表面の素材を臭い分子が吸着しにくい樹脂または金属としたものであり、図３に示したガスセンサ１１はケース１２の保持板１１３側にニクロム線をテフロンシートで被覆したヒーター１２１を設けたものである。
【００３５】
次に、上記した臭い検出装置１０の動作を図４に基づいて説明する。
【００３６】
前記臭い検出装置１０を作動させると、ガスセンサ１１は動作温度である３５０℃に昇温されるとともに、吸引ポンプ１５が作動し、吸引口１４から毎分０．５リットルの空気がガスセンサ１１に供給される状態になる。この状態下で、前記吸引口１４の下方にリチウム電池０１が移動してくると、清浄ガス供給装置１８の電磁バルブ１８２が作動し、清浄ガスがボンベ１８１から供給管１８３を通ってリチウム電池０１の蓋０３上に吹き付けられ、その直後に、前記吸引口１４が蓋０３上に密着されるとともに前記電磁バルブ１８２が停止して蓋０３付近のガスのみがガスセンサ１１に供給される状態になる。前記蓋０３付近のガスの吸引は約５秒間継続され、ガスセンサ１１の出力信号がリーク有を表示した場合にはそのリチウム電池０１は不良品として除去され、ガスセンサ１１の出力信号がリーク無を表示した場合にはそのリチウム電池０１は良品として次の工程に送られて吸引口１４の下方に次のリチウム電池が移動してくるまで外気を吸引する待機状態になる。
【００３７】
（実施例１）
ガスセンサ１１を図２に示したものとし、ケース１２として、母材のニッケル網の表面に金メッキを施したものと母材のニッケル網に何も被覆を施していないものとによって良品電池Ａ、不良品電池Ｂ，Ｃを検査し、結果を図５に示す。
【００３８】
図５から、いずれの電池も検出時の挙動は同じであったが、母材のニッケル網の表面に金メッキを施したもので不良品電池Ｂを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約６秒であったのに対し、母材のニッケル網に何も被覆を施していないもので不良品電池Ｃを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約２５秒であり、本実施例１では検出後の待機状態での復帰に要する時間が大きく短縮できることがわかった。
【００３９】
（実施例２）
ガスセンサ１１を図２に示したものとし、ケース１２として、母材のニッケル網の表面にテフロン被覆を施したものと母材のニッケル網に何も被覆を施していないものとによって不良品電池Ｄ，Ｅを検査し、結果を図６に示す。
【００４０】
図６から、いずれの電池も検出時の挙動は同じであったが、母材のニッケル網の表面にテフロン被覆を施したもので不良品電池Ｄを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約４秒であったのに対し、母材のニッケル網に何も被覆を施していないもので不良品電池Ｅを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約２５秒であり、本実施例２でも検出後の待機状態での復帰に要する時間が大きく短縮できることがわかった。
【００４１】
（実施例３）
ガスセンサ１１を図２に示したものとし、ケース１２として、母材のニッケル網の表面を化学エッチングによって鏡面処理を施したものと母材のニッケル網に何の処理も施していないものとによって不良品電池Ｆ，Ｇを検査し、結果を図７に示す。
【００４２】
図７から、いずれの電池も検出時の挙動は同じであったが、母材のニッケル網の表面を鏡面処理を施したもので不良品電池Ｆを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約３秒であったのに対し、母材のニッケル網に何の処理も施していないもので不良品電池Ｇを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約２５秒であり、本実施例３でも検出後の待機状態での復帰に要する時間が大きく短縮できることがわかった。
【００４３】
（実施例４）
ガスセンサ１１を図３に示したもの、すなわち、ケース１２の保持板１１３側にニクロム線をテフロンシートで被覆したヒーター１２１を設け、ガスセンサ１１の出力信号がリーク有を表示した場合にその信号によって約０．５秒間ヒーター１２１が動作し、ケース１２が約８００℃に加熱されるようにしたものと、ケース１２を加熱するようにしていないものとによって不良品電池Ｈ，Ｉを検査し、結果を図８に示す。
【００４４】
図８から、いずれの電池も検出時の挙動は前記実施例１，２のものと同じであったが、ケース１２を加熱するようにしたもので不良品電池Ｈを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約１秒であったのに対し、ケース１２を加熱するようにしていないもので不良品電池Ｉを検査した場合は検出後の待機状態で復帰に要する時間が約３０秒以上であり、本実施例４でも検出後の待機状態での復帰に要する時間が大きく短縮できることがわかった。
【００４５】
（実施例５）
実施例２で使用したガスセンサ１１の白金リード線１１２および保持台１１３にテフロン被覆を施し、ケース１２を除去したものによって同様に不良品電池を検査し、待機状態で復帰に要する時間を測定したところ、約１秒であることがわかった。
【００４６】
このことから、ケース１２に臭い分子が吸着されると、待機状態で復帰に要する時間が長くなると考えられ、吸引されるガスの清浄度を許容範囲内に規制することができ、浮遊塵の量を許容範囲内に規制することができれば、ケース１２を除去したもので、ガスセンサ１１の白金リード線１１２および保持台１１３に臭い分子を吸着しない手段または吸着した臭い分子を脱離する手段を備えたものであってもよく、実際にこの実施例５で使用したガスセンサ１１を連続して１万回不良品電池の検査に使用し、待機状態で復帰に要する時間を調査しても、その時間はほとんど変化しなかったので、本発明に係る臭い検出装置をリチウム電池のリーク検出に用いる限りでは、ケース１２を除去したものでも使用に耐えることがわかった。
【００４７】
上記した実施例１〜５ではリーク検出のための検出時間を５秒間としたが、本発明のように、ガスセンサを用いてリチウム電池のリークの有無を検出する場合には、出力電圧に変化があればリーク有の判断ができるので、検出時間はさらに短縮することが可能であり、それによってリチウム電池のリークの検査効率を一層高められることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
上記した如く、各請求項記載の臭い検出装置によれば、目視や嗅覚によって検出できないような微量のリークを検出することができるとともに、検出後の復帰に要する時間も短縮することができるので、検出対象部近傍のガスを連続して供給しても、リークの有無を高い精度で検出することができ、リチウム電池からの電解液のリークのように、それが機器の損傷の原因になるような問題の解消に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る臭い検出装置の概要図である。
【図２】前記実施例に用いられるガスセンサの概要図である。
【図３】前記実施例に用いられるガスセンサの概要図である。
【図４】本発明の実施例に係る臭い検出装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る臭い検出装置による検査結果を示した図である。
【図６】本発明の実施例２に係る臭い検出装置による検査結果を示した図である。
【図７】本発明の実施例３に係る臭い検出装置による検査結果を示した図である。
【図８】本発明の実施例４に係る臭い検出装置による検査結果を示した図である。
【図９】リチウムイオン電池の断面図である。
【符号の説明】
０１リチウムイオン電池
１０臭い検出装置
１１ガスセンサ
１２ケース
１３流路管
１４吸引口
１５吸引ポンプ
１６演算装置
１７排気口
１８清浄ガス供給装置

Claims

臭いを検出するガスセンサを備えた臭い検出装置に、吸着した臭い分子を脱離する手段が備えられ、前記吸着した臭い分子を脱離する手段が臭い検出装置を加熱する手段であって、該手段は、臭いが検出された場合に作動し、かつ臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上に加熱するものであることを特徴とする臭い検出装置。
請求項１記載の臭い検出装置において、吸着した臭い分子を脱離する手段はガスセンサに備えられ、前記吸着した臭い分子を脱離する手段が臭い検出装置を加熱する手段であって、該手段は、臭いが検出された場合に作動し、かつ臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上に加熱するものであることを特徴とする臭い検出装置。
請求項１または２記載の臭い検出装置において、ガスセンサを包囲し、該ガスセンサに少なくとも検出対象部近傍のガスを供給するガス供給部を設けたケースを有し、吸着した臭い分子を脱離する手段は前記ケースに備えられ、前記吸着した臭い分子を脱離する手段が臭い検出装置を加熱する手段であって、該手段は、臭いが検出された場合に作動し、かつ臭い分子の沸点以上の温度で、ガスセンサの動作温度以上に加熱するものであることを特徴とする臭い検出装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の臭い検出装置において、ガスセンサは、リチウム電池またはこれを内蔵した電池パックからの電解液のリークを、電解液の臭いで検出するものであることを特徴とする臭い検出装置。