JP5029762B2 - 異常検出装置及び方法、並びに電池製造設備 - Google Patents
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Description
本発明は、異常検出装置及び方法、並びに電池製造設備に関し、特に二次電池の製造工程における異常昇温を検出する技術に関する。
従来、電池の製造ラインでは、電池の組立後に充放電、保管、性能検査等の各工程が行われ、製品として出荷されている。
例えば充電工程では、プログラム制御によって、予め設定された適切な充電状態に至るまで充電が行われている。このとき、充電プログラムの破綻等に起因して、電池が過充電状態となり、電池内部において反応が著しく急速に始まり、電池が異常昇温するという不具合が生じる。また、その他の工程内においても、電池不良等による内部短絡、外部からの熱の付加等に起因して、電池が異常昇温するという不具合が生じ得る。
例えば充電工程では、プログラム制御によって、予め設定された適切な充電状態に至るまで充電が行われている。このとき、充電プログラムの破綻等に起因して、電池が過充電状態となり、電池内部において反応が著しく急速に始まり、電池が異常昇温するという不具合が生じる。また、その他の工程内においても、電池不良等による内部短絡、外部からの熱の付加等に起因して、電池が異常昇温するという不具合が生じ得る。
このような異常昇温は電池の熱暴走反応に繋がり得るため、従来の電池製造ラインでは、このような電池の異常状態を検出する種々の技術が用いられている。
特許文献１には、電池の充放電を行う充放電装置において、電池を収容するケース内の全ての電池に対して温度センサを取り付けて、それらの温度センサによって検出された温度に応じて充電を停止する設備、並びに、前記温度センサによって検出された温度に基づいて警報する装置が開示されている。これによれば、電池の異常昇温を温度センサによって検出することができ、電池の異常昇温に起因する熱暴走等を未然に防止できる。
特許文献１には、電池の充放電を行う充放電装置において、電池を収容するケース内の全ての電池に対して温度センサを取り付けて、それらの温度センサによって検出された温度に応じて充電を停止する設備、並びに、前記温度センサによって検出された温度に基づいて警報する装置が開示されている。これによれば、電池の異常昇温を温度センサによって検出することができ、電池の異常昇温に起因する熱暴走等を未然に防止できる。
しかしながら、特許文献１に開示される異常検出設備では、ケース内に収容される各電池に対して温度センサを取り付ける必要、若しくは温度センサが設置された特定の箇所に各電池を設置する必要がある。このため、特許文献１の設備は、温度センサの電池への取り付け作業が煩雑となる点、若しくは電池の設置作業が煩雑となる点で不利である。
特に、多数の電池を製造する大規模な設備に対して特許文献１の設備を適用した場合、取り付け作業、監視作業、設備コスト等を考慮すると、一つ一つの電池に対して温度センサを用意すること、並びに一つ一つの電池に対して温度センサで確実に温度をセンシングすることは非実用的である。
さらに、温度センサで温度検出できる範囲は、温度センサの検出部と当接している箇所等に限られているため、電池表面の広範な温度検出等、電池に対する全体的なセンシングを実現するためには、相当数の温度センサを配置する必要があり、非現実的であった。
特開平１１−２１９７３２号公報
特に、多数の電池を製造する大規模な設備に対して特許文献１の設備を適用した場合、取り付け作業、監視作業、設備コスト等を考慮すると、一つ一つの電池に対して温度センサを用意すること、並びに一つ一つの電池に対して温度センサで確実に温度をセンシングすることは非実用的である。
さらに、温度センサで温度検出できる範囲は、温度センサの検出部と当接している箇所等に限られているため、電池表面の広範な温度検出等、電池に対する全体的なセンシングを実現するためには、相当数の温度センサを配置する必要があり、非現実的であった。
本発明は、電池個数の多少に関係なく、電池に発生する異常昇温を検出することが可能な異常検出装置及び方法を提供すること、並びに、電池個数の多少に関係なく、電池に発生する異常昇温を検出でき、係る異常昇温に起因する不具合を未然に防止することが可能な電池製造設備を提供することを課題とする。
本発明の第一態様である異常検出装置は、複数の電池の異常状態を検出する異常検出装置であって、前記電池が昇温して異常状態となる温度より低い温度で反応し、かつ、前記電池の高温となりやすい部分に接触した状態で設けられる低温反応物質と、前記低温反応物質の変化を検出する検出センサとを具備する。
前記異常検出装置において、前記複数の電池は、難燃性部材からなる収容部材内に収容され、前記収容部材内では、前記複数の電池の間に、難燃性部材からなる仕切り部材が配置され、前記低温反応物質は、前記仕切り部材に設けられることが好ましい。
本発明の第二態様である異常検出方法は、複数の電池の異常状態を検出する異常検出方法であって、前記電池が昇温して異常状態となる温度より低い温度で反応する低温反応物質を、前記電池の高温となりやすい部分に接触させ、前記低温反応物質の変化を検出することによって前記電池の異常状態を検出する。
前記異常検出方法において、前記低温反応物質を、前記複数の電池の間に配置される仕切り部材に設けることが好ましい。
本発明の第三態様である電池製造設備は、複数の電池を製造する電池製造設備であって、前記電池が昇温して異常状態となる温度より低い温度で反応し、かつ、前記電池の高温となりやすい部分に接触した状態で設けられる低温反応物質と、前記低温反応物質の変化を検出する検出センサとを有し、前記検出センサによる検出結果に応じて電池の異常状態を検出する異常検出装置を具備し、前記異常検出装置によって検出された電池の異常状態に応じて、製造工程を停止する、又は警報を発する。
本発明によれば、電池個数の多少に関係なく、電池に発生する異常状態（特に電池の異常昇温）を検出することが可能な異常検出装置及び方法を提供すること、並びに、電池個数の多少に関係なく、電池に発生する異常状態（特に電池の異常昇温）を検出でき、係る異常状態に起因する不具合を未然に防止することが可能な電池製造設備を提供することができる。
以下では、図１及び図２を参照して、本発明に係る電池の第一の実施形態である二次電池１について説明する。二次電池１は、リチウムイオン二次電池、リチウム二次電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の充電を行うことにより繰り返し使用できる充電式電池である。
図１に示すように、二次電池１は、略直方体形状を有する角型のリチウムイオン二次電池である。図１及び図２に示すように、二次電池１は、容器１０、容器１０から突出されて設けられる正極端子２及び負極端子３、容器１０内に収容される電極体１５等を具備する。
なお、二次電池１は、電極体１５をラミネートフィルムで被装するラミネート型の二次電池としても良い。
なお、二次電池１は、電極体１５をラミネートフィルムで被装するラミネート型の二次電池としても良い。
図１及び図２に示すように、容器１０は、電極体１５を収容するための金属製又は樹脂製の筐体であり、開口面を有する容器本体１１と、容器本体１１の開口面を封口する蓋体１２とからなる構造体である。容器１０内には非水系電解液が充填されている。
容器本体１１は、一面が開口する略直方体形状を有する箱状部材である。容器本体１１の開口面は、蓋体１２を当該開口面に当接させた状態で溶接することにより溶接固定されている。蓋体１２は容器本体１１の開口面に応じた形状を有する平板状部材であり、中央部に安全弁４が設けられており、両端部の所定位置に正極端子２、負極端子３が設けられている。
安全弁４は、容器１０内の圧力が一定以上に達したときに作動して、容器１０内のガスを外部へ排出する。
正極端子２は、容器１０外部へ突出するとともに、正極リード２ａ等を介して電極体１５の正極板１６と電気的に接続されている。負極端子３は、容器１０外部へ突出すると共に、負極リード３ａ等を介して電極体１５の負極板１７と電気的に接続されている。二次電池１は、正極端子２及び負極端子３を通じて外部と電気的に接続される。
容器本体１１は、一面が開口する略直方体形状を有する箱状部材である。容器本体１１の開口面は、蓋体１２を当該開口面に当接させた状態で溶接することにより溶接固定されている。蓋体１２は容器本体１１の開口面に応じた形状を有する平板状部材であり、中央部に安全弁４が設けられており、両端部の所定位置に正極端子２、負極端子３が設けられている。
安全弁４は、容器１０内の圧力が一定以上に達したときに作動して、容器１０内のガスを外部へ排出する。
正極端子２は、容器１０外部へ突出するとともに、正極リード２ａ等を介して電極体１５の正極板１６と電気的に接続されている。負極端子３は、容器１０外部へ突出すると共に、負極リード３ａ等を介して電極体１５の負極板１７と電気的に接続されている。二次電池１は、正極端子２及び負極端子３を通じて外部と電気的に接続される。
図２に示すように、電極体１５は、捲回型の電極体であり、長尺状の正極板１６と長尺状の負極板１７とを通気性を有する長尺状のセパレータ１８を介して積層し、複数回扁平状に捲回することによって形成されている。
正極板１６は、アルミニウム箔からなる金属箔正極集電体の表面に正極活物質を塗布した後、ロール圧縮等の所定の処理を経て形成され、負極板１７は、銅箔からなる金属箔負極集電体の表面に負極活物質を塗布した後、ロール圧縮等の所定の処理を経て形成される。
電極体１５の一端部には正極リード２ａと電気的に接続するために正極板１６の一部が突出し、電極体１５の他端部には負極リード３ａと電気的に接続するために負極板１７の一部が突出している。電極体１５は、正極リード２ａ及び正極端子２、並びに負極リード３ａ及び負極端子３を介して外部端子（図示略）と電気的に接続され、外部とのエネルギー交換が行われる。
正極板１６は、アルミニウム箔からなる金属箔正極集電体の表面に正極活物質を塗布した後、ロール圧縮等の所定の処理を経て形成され、負極板１７は、銅箔からなる金属箔負極集電体の表面に負極活物質を塗布した後、ロール圧縮等の所定の処理を経て形成される。
電極体１５の一端部には正極リード２ａと電気的に接続するために正極板１６の一部が突出し、電極体１５の他端部には負極リード３ａと電気的に接続するために負極板１７の一部が突出している。電極体１５は、正極リード２ａ及び正極端子２、並びに負極リード３ａ及び負極端子３を介して外部端子（図示略）と電気的に接続され、外部とのエネルギー交換が行われる。
以上のように構成される二次電池１・１・・・は、適宜の組立工程を経て組み立てられた後、収容パレット２０内に収容された状態で各工程間及び各工程内を移動される。
図３に示すように、収容パレット２０は、四つの側面と底面とを有する箱状の収容部材である。収容パレット２０は、二次電池１の形状に応じた構造を有し、複数（例えば５個〜１００個）の二次電池１・１・・・を所定方向（二次電池１の幅狭方向）に向けた状態で収容し、これら複数の二次電池１・１・・・のうち、隣接する二つの二次電池１・１間には仕切り板２１がそれぞれ介挿され、隣接する二次電池１・１が直接密着しないように保持される。
仕切り板２１は、平板状の仕切り部材であり、収容パレット２０の構造に応じた形状（二次電池１の形状に応じた形状）を有する。より具体的には、仕切り板２１は、二次電池１の容器１０の幅広面と略同一形状を有する。
図３に示すように、収容パレット２０は、四つの側面と底面とを有する箱状の収容部材である。収容パレット２０は、二次電池１の形状に応じた構造を有し、複数（例えば５個〜１００個）の二次電池１・１・・・を所定方向（二次電池１の幅狭方向）に向けた状態で収容し、これら複数の二次電池１・１・・・のうち、隣接する二つの二次電池１・１間には仕切り板２１がそれぞれ介挿され、隣接する二次電池１・１が直接密着しないように保持される。
仕切り板２１は、平板状の仕切り部材であり、収容パレット２０の構造に応じた形状（二次電池１の形状に応じた形状）を有する。より具体的には、仕切り板２１は、二次電池１の容器１０の幅広面と略同一形状を有する。
収容パレット２０及び仕切り板２１は、十分な強度を有する難燃性部材からなり、少なくとも二次電池１が熱暴走となる温度（例えば１５０℃〜２００℃）までは分解、溶解、着火することのない材料からなる。この難燃性部材としては、例えばセラミックス、耐熱性樹脂、耐熱性樹脂とフィラーとの混合物、表面被覆を施した金属が挙げられる。本実施形態では、収容パレット２０の各側面及び底面、並びに仕切り板２１は、耐熱性樹脂とガラスフィラーとの混合物からなり、公知の射出成型等により成形されている。
図４に示すように、二次電池１を充電する充電工程では、複数の二次電池１・１・・・が収容パレット２０内に収容された状態で充電が行われる。
また、収容パレット２０内では二次電池１・１・・・と仕切り板２１・２１・・・とが互いに幅広面を対向させて接触した状態で交互に配列されている。この配列状態において、二次電池１は仕切り板２１・２１によって、若しくは収容パレット２０側面の内壁と仕切り板２１とによって保持され、配列方向に所定の圧力を受けた状態で充電される。充電工程後も同様に収容パレット２０内に収容された状態で下工程に搬送される。
また、収容パレット２０内では二次電池１・１・・・と仕切り板２１・２１・・・とが互いに幅広面を対向させて接触した状態で交互に配列されている。この配列状態において、二次電池１は仕切り板２１・２１によって、若しくは収容パレット２０側面の内壁と仕切り板２１とによって保持され、配列方向に所定の圧力を受けた状態で充電される。充電工程後も同様に収容パレット２０内に収容された状態で下工程に搬送される。
また、充電工程では、複数の二次電池１・１・・・が収容パレット２０内に収容されたまま搬送され、所定位置に位置決めされた後、二次電池１の正極端子２及び負極端子３に外部端子（図示略）が接続され、その外部端子を介して電気的なエネルギーが供給される。そして、外部から供給された電気的なエネルギーが二次電池１内で化学的なエネルギーに変換されることによって二次電池１が充電される。
上述のように、充電工程では二次電池１内で化学反応が起こる。特に、図５に示すように、電極体１５の正極板１６と負極板１７とがセパレータ１８を介して重畳する重畳部分１９（図中において斜線で示す領域）で化学反応が起こる。この重畳部分１９は、過剰な電気エネルギーが供給され、過充電となった場合、二次電池１の温度が敏感に上昇しやすい部分であり、二次電池１内の高温となりやすい部分である。
また、二次電池１の重畳部分１９は、二次電池１のコア部分であり、上述のように充電工程にて過充電となった場合に限らず、二次電池１を製造する電池製造設備３０における搬送工程、エージング工程、保管工程、熱処理工程等で、二次電池１の内部短絡、又は外部から加えられる熱等に起因して二次電池１内の高温となりやすい部分である。
以上のように、二次電池１の電極体１５における重畳部分１９は、組み立て後の製造工程中に高温となりやすい部分である。そして、二次電池１の外側（容器１０側）において高温となりやすい部分は、二次電池１内部の高温となりやすい重畳部分１９と近接又は接触し、電極体１５等を介して熱伝達しやすい部分であり、重畳部分１９が配置される容器１０外側（より厳密には、容器本体１１の外周面）の領域Ａ（図中において斜線で示す領域）である。
また、二次電池１の重畳部分１９は、二次電池１のコア部分であり、上述のように充電工程にて過充電となった場合に限らず、二次電池１を製造する電池製造設備３０における搬送工程、エージング工程、保管工程、熱処理工程等で、二次電池１の内部短絡、又は外部から加えられる熱等に起因して二次電池１内の高温となりやすい部分である。
以上のように、二次電池１の電極体１５における重畳部分１９は、組み立て後の製造工程中に高温となりやすい部分である。そして、二次電池１の外側（容器１０側）において高温となりやすい部分は、二次電池１内部の高温となりやすい重畳部分１９と近接又は接触し、電極体１５等を介して熱伝達しやすい部分であり、重畳部分１９が配置される容器１０外側（より厳密には、容器本体１１の外周面）の領域Ａ（図中において斜線で示す領域）である。
以下では、図６〜図８を参照して、電池製造設備３０及び異常検出装置４０について説明する。
電池製造設備３０は、二次電池１を製造する設備である。より具体的には、電池製造設備３０は、空調設備等を有し、内部の温度調整を可能とする閉じた空間内で、二次電池１を組み立て、組み立て後の二次電池１に対して、充放電、エージング、保管、熱処理等、二次電池１を製品として出荷するまでの所定の工程を行う設備である。
図６に示すように、この電池製造設備３０では、複数の収容パレット２０・２０・・・が順次搬送されて各工程間及び各工程内を移動され、組み立て後の二次電池１・１・・・は、これら収容パレット２０・２０・・・内に収容された状態で各工程間及び各工程内を移動される。そして、最終の工程が終了した後、製品化された二次電池１・１・・・は収容パレット２０内から取り出され、収容パレット２０及び仕切り板２１は、新たな二次電池１・１・・・を収容するために繰り返して用いられる。
電池製造設備３０は、二次電池１を製造する設備である。より具体的には、電池製造設備３０は、空調設備等を有し、内部の温度調整を可能とする閉じた空間内で、二次電池１を組み立て、組み立て後の二次電池１に対して、充放電、エージング、保管、熱処理等、二次電池１を製品として出荷するまでの所定の工程を行う設備である。
図６に示すように、この電池製造設備３０では、複数の収容パレット２０・２０・・・が順次搬送されて各工程間及び各工程内を移動され、組み立て後の二次電池１・１・・・は、これら収容パレット２０・２０・・・内に収容された状態で各工程間及び各工程内を移動される。そして、最終の工程が終了した後、製品化された二次電池１・１・・・は収容パレット２０内から取り出され、収容パレット２０及び仕切り板２１は、新たな二次電池１・１・・・を収容するために繰り返して用いられる。
異常検出装置４０は、二次電池１の異常状態を検出する装置であり、特に、二次電池１の異常昇温を検出して、二次電池１の熱暴走を予知する装置である。異常検出装置４０は、二次電池１を製造する電池製造設備３０の一部として備えられる。
図７に示すように、異常検出装置４０は、低温反応物質４１、検出センサ４２等を含む。低温反応物質４１は、二次電池１内の高温となりやすい部分である重畳部分１９と対向した状態、かつ、容器１０を介して接触した状態で仕切り部材２１に配置され、二次電池１が異常状態に反応して（本実施形態では、異常昇温に至る過程に反応して）変化する。検出センサ４２は、低温反応物質４１の変化を検出する。このようにして、異常検出装置４０は、低温反応物質４１及び検出センサ４２により二次電池１の異常状態を検出する。
図７に示すように、異常検出装置４０は、低温反応物質４１、検出センサ４２等を含む。低温反応物質４１は、二次電池１内の高温となりやすい部分である重畳部分１９と対向した状態、かつ、容器１０を介して接触した状態で仕切り部材２１に配置され、二次電池１が異常状態に反応して（本実施形態では、異常昇温に至る過程に反応して）変化する。検出センサ４２は、低温反応物質４１の変化を検出する。このようにして、異常検出装置４０は、低温反応物質４１及び検出センサ４２により二次電池１の異常状態を検出する。
図７及び図８に示すように、低温反応物質４１は、仕切り板２１の略中央部に備えられ、仕切り板２１の幅広面両面の表面に面して設けられる。より具体的には、低温反応物質４１は、収容パレット２０内で二次電池１・１間に挿入されている仕切り板２１において、二次電池１の高温となりやすい部分である容器１０の領域Ａと対向し、かつ、収容状態で容器１０の領域Ａと接触可能な部分に配置されている。
低温反応物質４１は、低温分解性部材からなり、少なくとも二次電池１が不安全な状態となる温度（例えば熱暴走となる温度：１５０℃〜２００℃）に対して十分な低温領域で分解を生じる材料からなる。この低温分解性部材の材料としては、塩化ビニル樹脂やＡＢＳ樹脂等の合成樹脂、二トリルゴムや天然ゴム等のゴム、フタル酸エステルやポリエステル等の可塑剤を含む樹脂系物質等が挙げられる。
本実施形態では、低温反応物質４１は、可塑剤を所定の割合で含む塩化ビニル樹脂からなり、６０℃〜１００℃程度で低温反応物質４１に含まれる可塑剤が分解（揮発）して、におい、煙等の粒子を発生させる。このようにして発生したにおい、煙等の粒子は略鉛直上方に向けて発散し、二次電池１と仕切り板２１との間を通過して電池製造設備３０の空間に放出される。
低温反応物質４１は、低温分解性部材からなり、少なくとも二次電池１が不安全な状態となる温度（例えば熱暴走となる温度：１５０℃〜２００℃）に対して十分な低温領域で分解を生じる材料からなる。この低温分解性部材の材料としては、塩化ビニル樹脂やＡＢＳ樹脂等の合成樹脂、二トリルゴムや天然ゴム等のゴム、フタル酸エステルやポリエステル等の可塑剤を含む樹脂系物質等が挙げられる。
本実施形態では、低温反応物質４１は、可塑剤を所定の割合で含む塩化ビニル樹脂からなり、６０℃〜１００℃程度で低温反応物質４１に含まれる可塑剤が分解（揮発）して、におい、煙等の粒子を発生させる。このようにして発生したにおい、煙等の粒子は略鉛直上方に向けて発散し、二次電池１と仕切り板２１との間を通過して電池製造設備３０の空間に放出される。
検出センサ４２は、におい、煙等の粒子に感応する粒子検出型のセンサであり、図６及び図７に示すように、検出装置４５内に備えられている。検出センサ４２は、においセンサ、煙センサ、又はこれらの複合センサとして構成されており、低温反応物質４１に含まれる可塑剤の発するにおい、煙又はその両方を検出し、それら粒子の数をカウントし、単位体積当たりの濃度として検出する。
本実施形態では、検出センサ４２は、においセンサと煙センサとの複合センサであり、低温反応物質４１からの分解性成分である可塑剤の発するにおい及び煙を検出し、単位体積あたりの濃度として検出している。
検出装置４５は、検出センサ４２の検出結果に応じて、サイレン等の警報を発する、又は充電工程等の各工程を停止させる等、電池製造設備３０に対して所定の措置を講ずるための制御信号を発生させる異常報知装置である。
本実施形態では、検出センサ４２は、においセンサと煙センサとの複合センサであり、低温反応物質４１からの分解性成分である可塑剤の発するにおい及び煙を検出し、単位体積あたりの濃度として検出している。
検出装置４５は、検出センサ４２の検出結果に応じて、サイレン等の警報を発する、又は充電工程等の各工程を停止させる等、電池製造設備３０に対して所定の措置を講ずるための制御信号を発生させる異常報知装置である。
図６及び図７に示すように、検出装置４５の検出センサ４２は、電池製造設備３０内において、二次電池１・１・・・が収容される収容パレット２０が搬送、又は移動される空間内に連通する複数のダクト４６・４６・・・と接続されている。
ダクト４６は、電池製造設備３０の充電工程、エージング工程、保管工程等の各工程における所定位置に設けられており、図示せぬ微細孔が複数配列されている。ダクト４６内は、検出装置４５の吸引ファン（図示略）等によって負圧に保たれている。この負圧によって、低温反応物質４１に起因するにおい及び煙の分解性成分は、ダクト４６の前記微細孔を介して検出装置４５内に吸引される。
なお、ダクト４６に設けられる微細孔は収容パレット２０の開口面（図示において上面）と対向する部分に設けられることが望ましい。これにより、仕切り板２１に設けられる低温反応物質４１からの分解性成分をダクト４６内に吸引しやすくなり、検出センサ４２による検出感度を向上できる。
また、ダクト４６・４６・・・と検出装置４５との間にはそれぞれ弁・コック等の開閉装置が介装されていることが望ましい。これにより、検出装置４５の検出センサ４２によって検出される低温反応物質４１の分解性成分が、どのダクト４６を通じて検出されたかを特定することができ、電池製造設備３０のどの工程で二次電池１の異常が発生したかを特定することができる。
ダクト４６は、電池製造設備３０の充電工程、エージング工程、保管工程等の各工程における所定位置に設けられており、図示せぬ微細孔が複数配列されている。ダクト４６内は、検出装置４５の吸引ファン（図示略）等によって負圧に保たれている。この負圧によって、低温反応物質４１に起因するにおい及び煙の分解性成分は、ダクト４６の前記微細孔を介して検出装置４５内に吸引される。
なお、ダクト４６に設けられる微細孔は収容パレット２０の開口面（図示において上面）と対向する部分に設けられることが望ましい。これにより、仕切り板２１に設けられる低温反応物質４１からの分解性成分をダクト４６内に吸引しやすくなり、検出センサ４２による検出感度を向上できる。
また、ダクト４６・４６・・・と検出装置４５との間にはそれぞれ弁・コック等の開閉装置が介装されていることが望ましい。これにより、検出装置４５の検出センサ４２によって検出される低温反応物質４１の分解性成分が、どのダクト４６を通じて検出されたかを特定することができ、電池製造設備３０のどの工程で二次電池１の異常が発生したかを特定することができる。
以上のように、異常検出装置４０の低温反応物質４１は、二次電池１・１・・・を収容する収容パレット２０の仕切り板２１・２１・・・に設けられている。また、低温反応物質４１は、二次電池１内における高温となりやすい部分（より厳密には、二次電池１の内部における異常昇温が、二次電池１の外部に現れる部分である容器１０の一部分）に接触して配置されている。
これにより、収容パレット２０に収容される全ての二次電池１・１・・・の高温となりやすい部分に低温反応物質４１を接触させることができる。従って、電池製造設備３０が大規模な場合でも、二次電池１・１・・・の異常昇温を広範囲に検出することができるとともに、二次電池１・１・・・の温度真値（二次電池１の温度が所定温度以上となったか否か）をセンシングできる。
また、複数の二次電池１・１・・・に対して個々に温度センサ等の温度検出手段を取り付ける必要がなく、温度センサ等の温度検出手段が設置されている特定の箇所に二次電池１・１・・・を設置する必要もない。従って、温度検出手段である低温反応物質４１を簡易に二次電池１・１・・・に対して配置でき、取り付け作業及び設置作業の煩雑性を回避できるとともに、経済的にも優れている。
これにより、収容パレット２０に収容される全ての二次電池１・１・・・の高温となりやすい部分に低温反応物質４１を接触させることができる。従って、電池製造設備３０が大規模な場合でも、二次電池１・１・・・の異常昇温を広範囲に検出することができるとともに、二次電池１・１・・・の温度真値（二次電池１の温度が所定温度以上となったか否か）をセンシングできる。
また、複数の二次電池１・１・・・に対して個々に温度センサ等の温度検出手段を取り付ける必要がなく、温度センサ等の温度検出手段が設置されている特定の箇所に二次電池１・１・・・を設置する必要もない。従って、温度検出手段である低温反応物質４１を簡易に二次電池１・１・・・に対して配置でき、取り付け作業及び設置作業の煩雑性を回避できるとともに、経済的にも優れている。
二次電池１内の温度が上昇し、低温反応物質４１の反応温度より高くなった場合には、係る二次電池１の昇温部位に接触している低温反応物質４１からにおい、煙等の分解性成分が発生する。そして、その分解性成分を検出センサ４２により検出し、検出センサ４２の検出結果に応じて検出装置４５によって電池製造設備３０の停止（特に、充電工程における充電作業の中止）又は警報等の適宜の報知が行われる。
このように、電池製造設備３０では、異常検出装置４０によって二次電池１の異常昇温を検出し、それに伴って適宜の処置が施されるため、二次電池１の熱暴走等の不具合を未然に防止することができる。特に、二次電池１の充電工程では、充電用の電気的エネルギーの投入が停止されるので、二次電池１内部の化学反応を停止させることができ、それ以上の昇温を防止でき、二次電池１の異常昇温に起因する熱暴走を未然に防止できる。
このように、電池製造設備３０では、異常検出装置４０によって二次電池１の異常昇温を検出し、それに伴って適宜の処置が施されるため、二次電池１の熱暴走等の不具合を未然に防止することができる。特に、二次電池１の充電工程では、充電用の電気的エネルギーの投入が停止されるので、二次電池１内部の化学反応を停止させることができ、それ以上の昇温を防止でき、二次電池１の異常昇温に起因する熱暴走を未然に防止できる。
また、二次電池１を収容・保持する収容パレット２０及び仕切り板２１は難燃性部材からなり、低温反応物質４１は、収容パレット２０内で二次電池１・１間に配置される仕切り板２１に設けられている。これにより、二次電池１に異常昇温がない場合に繰り返し使用可能である。従って、一つ一つの二次電池１・１・・・に低温反応物質４１を取り付ける又は二次電池１の一部に組み込む等に比べて、特に経済面で優れている。
電池製造設備３０において、組み立て後の二次電池１・１・・・は収容パレット２０内に収容された状態で各工程の処理が行なわれる。これにより、充放電工程に限らず、組み立て後の全ての工程において二次電池１・１・・・の内部短絡等の電池不良、及び外部からの熱エネルギーの付与に起因する異常昇温も検出できる。
また、熱暴走対策等の特殊な対策を施していない一般的な二次電池を製造する電池製造設備に対しても、当該電池製造設備において、二次電池を収容する収容パレット２０と、低温反応物質４１を含む仕切り板２１・２１・・・とを用いて二次電池を搬送・移動することにより適用可能であり、汎用性にも優れている。
なお、本実施形態では、収容パレット２０と仕切り板２１・２１・・・とを別体としているが、これに限定されず、収容パレット２０内に仕切り板２１・２１・・・を固定している形態でも良い。
また、熱暴走対策等の特殊な対策を施していない一般的な二次電池を製造する電池製造設備に対しても、当該電池製造設備において、二次電池を収容する収容パレット２０と、低温反応物質４１を含む仕切り板２１・２１・・・とを用いて二次電池を搬送・移動することにより適用可能であり、汎用性にも優れている。
なお、本実施形態では、収容パレット２０と仕切り板２１・２１・・・とを別体としているが、これに限定されず、収容パレット２０内に仕切り板２１・２１・・・を固定している形態でも良い。
本実施形態では、二次電池１・１・・・を収容する収容部材として、収容パレット２０を用いたが、図９に示すような収容治具５０等を用いても良い。
図９に示すように、収容治具５０は、複数（例えば５個〜１００個程度）の二次電池１・１・・・を収容可能な収容部材であり、隣接する二次電池１・１間には仕切り板２１を配置可能である。収容治具５０は、長手方向両端部に側壁５１・５１と、側壁５１・５１を貫通し、二次電池１及び仕切り板２１の底部を支持する二つの底部シャフト５２・５２と、側壁５１・５１を貫通し、二次電池１及び仕切り板２１の側部を支持する四つの側部シャフト５３・５３・５３・５３とを含む。これらのシャフト５２・５３の端部にはねじ部が形成されており、該ねじ部には適宜のボルトが螺合可能である。このように、収容治具５０は、前記ボルトの締結量を調整することにより、側壁５１・５１間の距離を調整可能に構成されている。
また、二次電池１・１・・・を収容する収容部材として、既存の電池製造設備に備え付けられている収容物を用いても良く、係る場合は、低温反応物質４１を含む仕切り板２１をその収容物に適した形状に形成することにより、本発明を適用可能である。従って、既存の設備に対しても容易に本発明を適用可能となる。
図９に示すように、収容治具５０は、複数（例えば５個〜１００個程度）の二次電池１・１・・・を収容可能な収容部材であり、隣接する二次電池１・１間には仕切り板２１を配置可能である。収容治具５０は、長手方向両端部に側壁５１・５１と、側壁５１・５１を貫通し、二次電池１及び仕切り板２１の底部を支持する二つの底部シャフト５２・５２と、側壁５１・５１を貫通し、二次電池１及び仕切り板２１の側部を支持する四つの側部シャフト５３・５３・５３・５３とを含む。これらのシャフト５２・５３の端部にはねじ部が形成されており、該ねじ部には適宜のボルトが螺合可能である。このように、収容治具５０は、前記ボルトの締結量を調整することにより、側壁５１・５１間の距離を調整可能に構成されている。
また、二次電池１・１・・・を収容する収容部材として、既存の電池製造設備に備え付けられている収容物を用いても良く、係る場合は、低温反応物質４１を含む仕切り板２１をその収容物に適した形状に形成することにより、本発明を適用可能である。従って、既存の設備に対しても容易に本発明を適用可能となる。
本実施形態では、低温反応物質４１を、仕切り板２１において二次電池１の高温となりやすい部分と接触する位置全域に接触するよう配置したが、低温反応物質４１の配置態様はこれに限定されず、仕切り板２１の強度及び耐久性と、検出可能領域の範囲とのバランスを考慮しつつ、前記高温となりやすい部分と部分的に接触する配置態様としても良く、例えば図１０（ａ）及び（ｂ）に示す帯状、図１１に示す散点状、又は図１２に示すＺ字状の配置としても良い。なお、これらの場合も公知の二段階射出成型等で実現可能である。
また、低温反応物質４１の仕切り板２１への設置方法は、上記二段階の射出成型に限定されず、低温反応物質４１を仕切り板２１の幅広面両面の表面に塗布する、接着する、融着する、又ははめ込む構成としても良い。
また、低温反応物質４１は二次電池１の昇温によって分解する低温分解性部材からなるため、熱の性質を考慮し、仕切り板２１の上部には必ず配置されている形態とすることが望ましい。つまり、重力が作用する方向と逆方向へ向かう熱対流の流動特性を考慮して、二次電池１の容器１０においてより高温となりやすい上部に接触するように、仕切り板２１の上部には必ず配置されている形態とすることが望ましい。
また、低温反応物質４１の仕切り板２１への設置方法は、上記二段階の射出成型に限定されず、低温反応物質４１を仕切り板２１の幅広面両面の表面に塗布する、接着する、融着する、又ははめ込む構成としても良い。
また、低温反応物質４１は二次電池１の昇温によって分解する低温分解性部材からなるため、熱の性質を考慮し、仕切り板２１の上部には必ず配置されている形態とすることが望ましい。つまり、重力が作用する方向と逆方向へ向かう熱対流の流動特性を考慮して、二次電池１の容器１０においてより高温となりやすい上部に接触するように、仕切り板２１の上部には必ず配置されている形態とすることが望ましい。
本実施形態では、異常検出装置４０によって異常状態を検出する対象である電池を角型の二次電池１としたが、電池の形態はこれに限定されず、図１３及び図１４に示す円筒型の二次電池６０又は図１５及び図１６に示す組電池８０等としても良い。
図１３に示すように、円筒型の二次電池６０は、円筒形の容器６１内に正極板とセパレータと負極板（ともに図示略）とを積層し円筒状に捲回した捲回型の電極体６５を有するリチウムイオン二次電池である。二次電池６０は、電極体６５と、正極端子６６と負極端子６７とを含み、電極体６５の軸方向両端部には、それぞれ正極端子６６と負極端子６７とが固定されている。
正極端子６６は、電極体６５の正極板と電気的に接続されており、容器６１と絶縁されつつ、容器６１から突出して設けられている。負極端子６７は、電極体６５の負極板と電気的に接続されており、容器６１内側面における正極端子６６と反対側端部に接触して固定されている。
角型の二次電池１と同様に、この二次電池６０の内部における高温となりやすい部分は、前記正極板と負極板とが重畳する重畳部分６９である。二次電池６０の外周面における高温となりやすい部分は、容器６１における重畳部分６９と対向し、かつ、近接又は接触する領域Ｂ（図中に示す領域）である。
正極端子６６は、電極体６５の正極板と電気的に接続されており、容器６１と絶縁されつつ、容器６１から突出して設けられている。負極端子６７は、電極体６５の負極板と電気的に接続されており、容器６１内側面における正極端子６６と反対側端部に接触して固定されている。
角型の二次電池１と同様に、この二次電池６０の内部における高温となりやすい部分は、前記正極板と負極板とが重畳する重畳部分６９である。二次電池６０の外周面における高温となりやすい部分は、容器６１における重畳部分６９と対向し、かつ、近接又は接触する領域Ｂ（図中に示す領域）である。
図１４に示すように、円筒型の二次電池６０を収容する収容パレット７０内では、仕切り部材７１・７１によって二次電池６０・６０・・・間が仕切られている。仕切り部材７１には二次電池６０の形状に応じた三角形の溝７２・７２・・・が形成されており、仕切り部材７１・７１の溝７２・７２によって二次電池６０が挟持される。このように二次電池６０は、収容パレット７０内で仕切り部材７１・７１に挟持された状態で各工程間及び各工程内を移動される。
この場合、低温反応物質４１は、仕切り部材７１の溝７２と二次電池６０とが接触する部分に直線状に設けられている。つまり、低温反応物質４１が二次電池６０における高温となりやすい部分の一部に接触するように配置されている。
以上のように、円筒型の二次電池６０についても同様に、二次電池６０が異常昇温した場合に、二次電池６０の異常昇温となりやすい部分の一部に接触して配置される低温反応物質４１が昇温して分解性成分を発生させ、係る分解性成分を上述のように検出することによって異常昇温を検出可能である。
この場合、低温反応物質４１は、仕切り部材７１の溝７２と二次電池６０とが接触する部分に直線状に設けられている。つまり、低温反応物質４１が二次電池６０における高温となりやすい部分の一部に接触するように配置されている。
以上のように、円筒型の二次電池６０についても同様に、二次電池６０が異常昇温した場合に、二次電池６０の異常昇温となりやすい部分の一部に接触して配置される低温反応物質４１が昇温して分解性成分を発生させ、係る分解性成分を上述のように検出することによって異常昇温を検出可能である。
図１５及び図１６に示すように、組電池８０は、収容部材８１内に複数の単電池８２・８２・・・を所定方向に配列して構成されている。収容部材８１は、複数の単電池８２・８２・・・に応じた形状を有し、単電池８２・８２・・・を配列方向に加圧した状態で拘束している。単電池８２は、略直方体形状の容器８３内に正極板とセパレータと負極板とを積層し扁平状に捲回した捲回型の電極体８５を有するリチウムイオン二次電池であり、第一実施形態に示す二次電池１と略同じ形態である。なお、組電池８０の単電池８２は、電極体８５をラミネートフィルムで被装するラミネート型の二次電池としても良い。
この単電池８２においても、高温となりやすい部分は、角型の二次電池１と同様に、前記正極板と負極板とが重畳する重畳部分（図示略）である。組電池８０の外周面における高温となりやすい部分は、単電池８２の容器８３における前記重畳部分と対向し、かつ、近接又は接触する領域Ｃ（図中に示す領域）である。
単電池８２の容器８３からは前記正極板と電気的に接続される正極端子９０及び前記負極板と電気的に接続される負極端子９２がそれぞれ突出されている。単電池８２は、各単電池８２の正極端子９０及び負極端子９２が配列方向からみて交互に配置されるように反転させて配置されており、それぞれの単電池８２が直列に接続されている。このように接続された単電池８２・８２間には放熱板９５が介挿されている。放熱板９５は、隣接する単電池８２・８２の直接的な接触を回避するための部材であるとともに、単電池８２・８２・・・の放熱性を確保するための仕切り部材である。
組電池８０は、収容部材８１によって単電池８２・放熱板９５・単電池８２・放熱板９５・・・の順に拘束された状態で各工程間及び各工程内を移動される。
この単電池８２においても、高温となりやすい部分は、角型の二次電池１と同様に、前記正極板と負極板とが重畳する重畳部分（図示略）である。組電池８０の外周面における高温となりやすい部分は、単電池８２の容器８３における前記重畳部分と対向し、かつ、近接又は接触する領域Ｃ（図中に示す領域）である。
単電池８２の容器８３からは前記正極板と電気的に接続される正極端子９０及び前記負極板と電気的に接続される負極端子９２がそれぞれ突出されている。単電池８２は、各単電池８２の正極端子９０及び負極端子９２が配列方向からみて交互に配置されるように反転させて配置されており、それぞれの単電池８２が直列に接続されている。このように接続された単電池８２・８２間には放熱板９５が介挿されている。放熱板９５は、隣接する単電池８２・８２の直接的な接触を回避するための部材であるとともに、単電池８２・８２・・・の放熱性を確保するための仕切り部材である。
組電池８０は、収容部材８１によって単電池８２・放熱板９５・単電池８２・放熱板９５・・・の順に拘束された状態で各工程間及び各工程内を移動される。
図１６に示すように、低温反応物質４１は、収容部材８１において、単電池８２・８２・・・間に介挿される放熱板９５・９５・・・に設けられている。つまり、単電池８２外周面の高温となりやすい部分である領域Ｃの一部に接触するように配置されている。
以上のように、組電池８０についても同様に、異常検出装置４０によって異常昇温を検出可能である。
以上のように、組電池８０についても同様に、異常検出装置４０によって異常昇温を検出可能である。
また、低温反応物質４１及び検出センサ４２とを含む異常検出装置４０を組電池に用いることによって、実際に二次電池を使用する際の異常昇温も検出することができる。
本発明は、電池を製造する設備に適用可能であり、特にリチウムイオン二次電池等の二次電池を製造する設備における異常昇温を検出し、係る異常昇温に起因する不具合を未然に防止する技術に適している。
Claims (5)
- 複数の電池の異常状態を検出する異常検出装置であって、
前記電池が昇温して異常状態となる温度より低い温度で反応し、かつ、前記電池の高温となりやすい部分に接触した状態で設けられる低温反応物質と、
前記低温反応物質の変化を検出する検出センサとを具備する異常検出装置。 - 前記複数の電池は、難燃性部材からなる収容部材内に収容され、
前記収容部材内では、前記複数の電池の間に、難燃性部材からなる仕切り部材が配置され、
前記低温反応物質は、前記仕切り部材に設けられる請求項１に記載の異常検出装置。 - 複数の電池の異常状態を検出する異常検出方法であって、
前記電池が昇温して異常状態となる温度より低い温度で反応する低温反応物質を、前記電池の高温となりやすい部分に接触させ、
前記低温反応物質の変化を検出することによって前記電池の異常状態を検出する異常検出方法。 - 前記低温反応物質を、前記複数の電池の間に配置される仕切り部材に設ける請求項３に記載の異常検出方法。
- 複数の電池を製造する電池製造設備であって、
前記電池が昇温して異常状態となる温度より低い温度で反応し、かつ、前記電池の高温となりやすい部分に接触した状態で設けられる低温反応物質と、前記低温反応物質の変化を検出する検出センサとを有し、前記検出センサによる検出結果に応じて電池の異常状態を検出する異常検出装置を具備し、
前記異常検出装置によって検出された電池の異常状態に応じて、製造工程を停止する、又は警報を発する電池製造設備。
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