JP5733146B2 - 二次電池の測定方法および測定システム - Google Patents

Description

本発明は、発電要素および電解液を密閉状態で収容する電池ケースの内圧を低下させた二次電池の状態を測定する方法と、この測定システムに関する。

特許文献１に記載の技術では、チャンバの内部に電池を配置し、チャンバ内の空気を排出することにより、チャンバの内圧を低下させている。チャンバの減圧によって電池の容器が膨張するときのチャンバの内圧を測定している。チャンバの内圧を測定することにより、電池の容器において、気密性が保たれているか否かを判別することができる。すなわち、電池の良否判定を行うことができる。

特開２００４−３２７０９７号公報 特開平０９−１６６５１０号公報

特許文献１において、電池の容器を膨張させて電池の良否判定を行った後、電池は大気中に置かれる。すなわち、電池の容器は、チャンバの減圧処理によって膨張するが、大気中に置かれれば、元の状態に戻ることになる。このとき、チャンバの減圧によっては、電池の容器が塑性変形してしまい、元の状態に戻らなくなってしまうことがある。

本願第１の発明は、充放電を行う発電要素および電解液を密閉状態で収容する電池ケースの内圧を低下させた二次電池の状態を測定する測定方法である。二次電池をチャンバに収容し、チャンバの内圧を低下させる減圧処理を行うステップと、変位センサを用いて、減圧処理に伴う電池ケースの変位量を検出するステップと、圧力センサを用いて、チャンバの内圧を検出するステップと、を有する。

また、減圧処理を行っている間のチャンバの内圧および変位量の関係を示す曲線における第１の内圧範囲における第１近似直線と、第１の内圧範囲より低い第２の内圧範囲における第２近似直線との交点から、電池ケースの内圧を算出するステップと、電池ケースの変位に伴う電池ケースの内圧低下量と、電池ケースの内圧との関係を用いて、算出された電池ケースの内圧を補正するステップと、変位量が閾値以上であるときに、減圧処理を停止して、チャンバの内圧を上昇させるステップと、を有する。閾値は、許容量以上の塑性変形を電池ケースに発生させるときの電池ケースの変位量である。

本願第１の発明では、許容量以上の塑性変形を電池ケースに発生させるときの電池ケースの変位量を閾値としている。チャンバの内圧を低下させた後に、チャンバの内圧を上昇させると、電池ケースが膨張した後に収縮する。上述した閾値を設定することにより、電池ケースが膨張した後に収縮するとき、電池ケースに塑性変形が発生するのを抑制することができる。

減圧処理によって電池ケースが膨張すると、電池ケースの内圧が低下してしまう。また、内圧の低下量は、減圧処理を開始するときの電池ケースの内圧に応じて異なる。電池ケースの膨張によって電池ケースの内圧が低下すると、算出された電池ケースの内圧が、減圧処理を開始する前の電池ケースの内圧からずれてしまうことがある。そこで、電池ケースの内圧低下量と、電池ケースの内圧との関係を用いて、算出された電池ケースの内圧を補正することにより、電池ケースの内圧を推定する精度を向上させることができる。補正された電池ケースの内圧は、基準範囲と比較されることにより、二次電池が正常状態であるか否かの判別に用いることができる。

二次電池の温度変化量を用いて、算出された電池ケースの内圧を補正することができる。二次電池の温度が変化すると、電池ケースの内圧も変化してしまう。そこで、二次電池の温度変化を考慮して、算出された電池ケースの内圧を補正することにより、内圧の推定精度を向上させることができる。

具体的には、下記式（I）を用いて、電池ケースの内圧を補正することができる。

式（I）において、Ｐ１は、補正前の電池ケースの内圧であり、Ｐ２は、補正後の電池ケースの内圧である。Ｔ１は、減圧処理を開始するときのチャンバ内の温度であり、Ｔ２は、減圧処理を停止したときのチャンバ内の温度である。αは、チャンバ内の温度変化量と、二次電池の温度変化量とを対応付ける係数である。

一方、下記式（II）を用いて、電池ケースの内圧を補正することができる。

式（II）において、Ｐ１は、補正前の電池ケースの内圧であり、Ｐ２は、補正後の電池ケースの内圧である。Ｔrefは、二次電池が正常状態であるか否かの判別処理で用いられる基準温度である。Ｔeは、減圧処理を行うときの環境に応じた二次電池の温度である。

本願第２の発明は、充放電を行う発電要素および電解液を密閉状態で収容する電池ケースの内圧を低下させた二次電池の状態を測定する測定システムである。測定システムは、減圧器と、変位センサと、圧力センサと、コンピュータとを有する。減圧器は、二次電池を収容したチャンバの内圧を低下させる減圧処理を行う。変位センサは、減圧処理に伴う電池ケースの変位量を検出する。圧力センサは、チャンバの内圧を検出する。

コンピュータは、減圧処理を行っている間のチャンバの内圧および変位量の関係を示す曲線における第１の内圧範囲における第１近似直線と、第１の内圧範囲より低い第２の内圧範囲における第２近似直線との交点から、電池ケースの内圧を算出するとともに、電池ケースの変位に伴う電池ケースの内圧低下量と、電池ケースの内圧との関係を用いて、算出された電池ケースの内圧を補正する。減圧器は、変位量が閾値以上であるときに、減圧処理を停止して、チャンバの内圧上昇を許容する。ここで、閾値は、許容量以上の塑性変形を電池ケースに発生させるときの電池ケースの変位量である。

本願第２の発明においても、本願第１の発明と同様の効果を得ることができる。コンピュータは、補正された電池ケースの内圧を基準範囲と比較して、二次電池が正常状態であるか否かを判別することができる。

二次電池の外観図である。 二次電池の内部構造を示す概略図である。 発電要素の一部の展開図である。 二次電池の製造工程を説明する図である。 実施例１において、二次電池の内圧を推定するシステムの構成を示す図である。 実施例１の変形例において、二次電池の内圧を推定するシステムの構成を示す図である。 二次電池の内圧状態を判定する処理を示すフローチャートである。 二次電池の内圧状態を判定する処理を示すフローチャートである。 チャンバの内圧および電池ケースの内圧の差と、電池ケースの変位量との関係を示す図である。 チャンバの内圧および電池ケースの内圧の差の最大値と、電池ケースの塑性変形量との関係を示す図である。 チャンバの内圧と、電池ケースの変位量との関係を示す図である。 二次電池の内圧と、内圧の変化量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１である二次電池の構造について、図１および図２を用いて説明する。図１は、二次電池の外観図であり、図２は、二次電池の内部構造を示す概略図である。

二次電池１としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池を用いることができる。二次電池１は、いわゆる角型の電池であり、二次電池１の外形は、直方体に沿った形状に形成されている。

二次電池１は、電池ケース１０と、電池ケース１０に収容された発電要素３０とを有する。電池ケース１０は、例えば、金属で形成することができ、ケース本体１１および蓋１２を有する。ケース本体１１は、発電要素３０を組み込むための開口部を有しており、蓋１２は、ケース本体１１の開口部を塞いでいる。これにより、電池ケース１０の内部は、密閉状態となる。蓋１２およびケース本体１１は、例えば、溶接によって固定することができる。

正極端子２１および負極端子２２は、蓋１２に固定されている。正極端子２１は、正極タブ２３ａを介して、発電要素３０と接続されており、負極端子２２は、負極タブ２３ｂを介して、発電要素３０と接続されている。蓋１２には、弁１３が設けられている。弁１３は、電池ケース１０の内部でガスが発生したときに、電池ケース１０の外部にガスを排出するために用いられる。具体的には、ガスの発生に伴って電池ケース１０の内圧が弁１３の作動圧に到達すると、弁１３は、閉じ状態から開き状態に変化することにより、電池ケース１０の外部にガスを排出させる。

蓋１２には、封止栓１４が設けられている。封止栓１４は、蓋１２に形成された注液孔１２ａを塞いでいる。注液孔１２ａは、電池ケース１０の内部に電解液を注入するために用いられる。電池ケース１０に電解液を注入した後において、注液孔１２ａは、封止栓１４によって塞がれる。

図３は、発電要素３０の展開図である。発電要素３０は、充放電を行う要素である。発電要素３０は、正極板３１と、負極板３２と、セパレータ３３とを有する。正極板３１は、集電板３１ａと、集電板３１ａの表面に形成された正極活物質層３１ｂとを有する。正極活物質層３１ｂは、正極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。正極活物質層３１ｂは、集電板３１ａの一部の領域に形成されており、正極板３１の一端において、集電板３１ａが露出している。

負極板３２は、集電板３２ａと、集電板３２ａの表面に形成された負極活物質層３２ｂとを有する。負極活物質層３２ｂは、負極活物質、導電剤、バインダーなどを含んでいる。負極活物質層３２ｂは、集電板３２ａの一部の領域に形成されており、負極板３２の一端において、集電板３２ａが露出している。電解液は、活物質層３１ｂ，３２ｂおよびセパレータ３３にしみ込む。

図３に示す順番で、正極板３１、負極板３２およびセパレータ３３を積層し、この積層体を巻くことにより、発電要素３０が構成される。発電要素３０の一端では、正極板３１の集電板３１ａだけが巻かれており、この集電板３１ａには、図２に示すように、正極タブ２３ａが接続される。発電要素３０の他端では、負極板３２の集電板３２ａだけが巻かれており、この集電板３２ａには、図２に示すように、負極タブ２３ｂが接続される。

次に、二次電池１の製造方法について、図４を用いて説明する。

まず、発電要素３０をケース本体１１に収容し、ケース本体１１に蓋１２を固定する。次に、蓋１２の注液孔１２ａから電池ケース１０の内部に電解液を注入する（図４（Ａ））。所定量の電解液を電池ケース１０に注入した後は、封止栓１４によって注液孔１２ａを塞ぐ。封止栓１４が注液孔１２ａを塞ぐとき、電池ケース１０の内部を減圧する。

減圧処理により、電池ケース１０に注入された電解液を発電要素３０にしみ込ませることができる。具体的には、電解液は、発電要素３０のセパレータ２０３や活物質層２０１ｂ，２０２ｂにしみ込む。また、減圧処理によって、電池ケース１０の内圧は、大気圧よりも低くなるため、電池ケース１０（特に、ケース本体１１）は、電池ケース１０の内側に向かって変形する（図４（Ｂ））。

次に、電池ケース１０から電解液や気体が漏れていないか否かを検査した後に、二次電池１の初期充電を行う。二次電池１を充電することにより、発電要素３０からガスが発生する（図４（Ｄ））。電池ケース１０は密閉状態であるため、ガスの発生に伴って、電池ケース１０の内圧が上昇する。ガスが発生した後の電池ケース１０の内圧は、弁１３の作動圧よりも低いため、弁１３は、閉じ状態から開き状態に変化しない。

電池ケース１０の内圧が上昇することにより、電池ケース１０（特に、ケース本体１１）は、電池ケース１０の外側に向かって変形する。これにより、電池ケース１０の形状を、減圧処理を行う前の形状に戻すことができる。

電池ケース１０の形状を、減圧処理を行う前の形状に戻すためには、減圧処理を行った後の電池ケース１０の内圧を検査しておく必要がある。言い換えれば、ガスの発生に伴う電池ケース１０の内圧の上昇量と、減圧処理を行った後の電池ケース１０の内圧とが所定条件を満たしていれば、電池ケース１０の形状を、減圧処理を行う前の形状に戻すことができる。

ガスの発生に伴う電池ケース１０の内圧の上昇量は、予め測定しておくことができる。このため、電池ケース１０の形状を、減圧処理を行う前の形状に戻すためには、減圧処理を行った後の電池ケース１０の内圧が所定範囲内にある必要がある。なお、二次電池１の初期充電（図４（Ｄ））を行った後に、電池ケース１０の内圧を検査することもできる。これにより、二次電池１の初期充電によって、電池ケース１０の内部でガスが異常に発生していることを検出することができる。

次に、電池ケース１０の内圧を検査（測定）して、二次電池１が正常状態であるか否かを判別する方法について説明する。二次電池１が正常状態であるか否かの判別とは、電池ケース１０の形状を、減圧処理を行う前の形状に戻すことができるか否かの判別である。まず、二次電池１が正常状態であるか否かを判別する処理に用いられるシステムの構成について、図５を用いて説明する。

二次電池１は、チャンバ１００に収容される。チャンバ１００は、第１配管１０１および第２配管１０２を有する。第１配管１０１には、圧力調整弁１０３が設けられており、圧力調整弁１０３を操作することにより、チャンバ１００の内圧を調整することができる。第２配管１０２には、真空ポンプ（減圧器に相当する）１０４が接続されている。真空ポンプ１０４は、チャンバ１００の内部に存在する空気を、チャンバ１００の外部に排出することにより、チャンバ１００の内圧を低下させることができる。

温度センサ１０５は、チャンバ１００の内部に配置されており、チャンバ１００の内部における温度を検出する。温度センサ１０５は、検出結果をデータロガー１１０に出力する。温度センサ１０５としては、例えば、熱電対を用いることができる。

変位センサ１０６は、二次電池１（電池ケース１０）の外面に取り付けられ、電池ケース１０の変位量を検出する。チャンバ１００の内圧に応じて、電池ケース１０が変形するため、変位センサ１０６を用いることにより、電池ケース１０の変形量を検出することができる。変位アンプ１０８は、変位センサ１０６の出力信号を増幅して、データロガー１１０に出力する。

電池ケース１０は、直方体に沿った形状に形成されており、複数の平面部で構成されている。電池ケース１０が変形するときには、各平面部の中心が変形しやすい。そこで、変位センサ１０６は、電池ケース１０の平面部の中心に配置することが好ましい。また、複数の平面部のうち、最も面積の広い平面部が変形しやすいため、最も面積が広い平面部に変位センサ１０６を配置することが好ましい。

変位センサ１０６の代わりに、図６に示すように、レーザ変位計１１２を用いることができる。変位センサ１０６は、電池ケース１０の外面に接触することにより、電池ケース１０の変位を検出する。一方、レーザ変位計１１２は、電池ケース１０の外面に接触せずに、電池ケース１０の変位を検出する。

レーザ変位計１１２は、電池ケース１０の外面に検出光を照射し、電池ケース１０で反射した検出光を受光する。電池ケース１０が変位することに応じて、電池ケース１０およびレーザ変位計１１２の間の距離が変化するため、検出光がレーザ変位計１１２から照射されてからレーザ変位計１１２に戻るまでの時間が変化する。この時間に基づいて、電池ケース１０の変位を検出することができる。

レーザ変位計１１２は、チャンバ１００の外部に配置されている。レーザ変位計１１２は、チャンバ１００の内部に配置する必要がないため、チャンバ１００を小型化することができる。チャンバ１００の小型化に伴い、チャンバ１００の内圧を低下させるまでの時間を短縮することができる。

チャンバ１００には、窓１００ａが設けられており、窓１００ａは、レーザ変位計１１２から照射された検出光を透過させる。窓１００ａは、例えば、石英やアクリル樹脂で形成することができる。図６に示す構成では、窓１００ａだけが、検出光を透過させるが、チャンバ１００の全体が、検出光を透過させるものであってもよい。この場合には、チャンバ１００の全体を、例えば、石英やアクリル樹脂で形成することができる。

一方、レーザ変位計１１２の他にも、渦電流式の変位センサを用いることもできる。渦電流式の変位センサは、高周波磁界を利用して、電池ケース１０の変位を検出する。渦電流式の変位センサの構成は、公知であるため、詳細な説明は省略する。変位センサは、電池ケース１０の変位を検出できるものであればよい。

圧力センサ１０７は、チャンバ１００に取り付けられており、チャンバ１００の内圧を検出する。圧力アンプ１０９は、圧力センサ１０７の出力信号を増幅して、データロガー１１０に出力する。

データロガー１１０は、温度センサ１０５の検出情報、変位センサ１０６（又は、レーザ変位計１１２）の検出情報および圧力センサ１０７の検出情報をコンピュータ１１１に出力する。

次に、図５に示すシステムを用いて、二次電池１の内圧を検査する方法について説明する。図７および図８は、二次電池１の内圧を検査する方法を説明するフローチャートである。なお、図６に示すシステムを用いても、二次電池１の内圧を検査することができる。

ステップＳ１０１において、作業者は、二次電池１をチャンバ１００の所定位置に固定する。チャンバ１００の内部には、固定治具が配置されており、二次電池１は、固定治具によって固定される。

ステップＳ１０２において、二次電池１が所定位置に配置されているか否かを判別する。具体的には、変位センサ１０６を用いて、二次電池１が所定位置に配置されているか否かを判別する。

変位センサ１０６の検出値が予め定められた正常範囲内に含まれていれば、二次電池１が所定位置に配置されていると判別する。正常範囲は、上限値および下限値によって規定される範囲であり、変位センサ１０６の出力誤差を考慮して設定されている。変位センサ１０６の検出値が正常範囲から外れていれば、二次電池１が所定位置に配置されていないと判別する。

変位センサ１０６の検出値が正常範囲の上限値よりも高いときには、例えば、二次電池１がずれていたり、二次電池１が傾いていたりするおそれがある。変位センサ１０６の検出値が正常範囲の下限値よりも低いときには、例えば、二次電池１が配置されていなかったり、二次電池１が倒れていたりするおそれがある。

二次電池１が所定位置に配置されているか否かの判別は、変位センサ１０６とは異なるセンサを用いることもできる。ここで、変位センサ１０６を用いることにより、変位センサ１０６に対して、二次電池１の配置位置を検出する機能と、二次電池１（電池ケース１０）の変位量を検出する機能とを持たせることができる。これにより、センサの数が増加するのを抑制でき、コストを低減することができる。

二次電池１が所定位置に配置されていないときには、ステップＳ１０３の処理に進み、二次電池１が所定位置に配置されているときには、ステップＳ１０４の処理に進む。ステップＳ１０３において、ＮＧを示す情報を出力する。ＮＧ情報は、音又は表示を用いて、作業者に通知することができる。ＮＧ情報をディスプレイに表示するとき、表示内容は、二次電池１が正常に配置されていないことを、ディスプレイを見た者が認識できるものであればよい。ＮＧ情報を音で出力するとき、二次電池１が正常に配置されていないことを、音を聞いた者が認識できればよい。ステップＳ１０３の処理を行った後は、本処理を終了する。

ステップＳ１０４において、変位センサ１０６の検出値を基準値に調整する。基準値は、適宜設定することができ、例えば、基準値を零点にすることができる。二次電池１のサイズのバラツキ（製造上の公差）、二次電池１をチャンバ１００内の固定治具に固定するときのバラツキなどによって、変位センサ１０６から出力される初期値が変化してしまう。また、レーザ変位計１１２を用いたときには、レーザ変位計１１２の温度に応じて、レーザ変位計１１２から出力される初期値が変化してしまう。

変位センサ１０６の初期値にバラツキが発生すると、変位センサ１０６を用いて二次電池１（電池ケース１０）の変位量を検出するときに、変位量の検出結果にもバラツキが発生してしまう。本実施例では、二次電池１をチャンバ１００に固定するたびに、変位センサ１０６の検出値を基準値に調整することにより、初期値のバラツキ量が変位量の検出結果に含まれてしまうのを防止することができる。これにより、変位量の検出精度を向上させることができる。

ステップＳ１０５において、真空ポンプ１０４を駆動することにより、チャンバ１００の内圧を低下させる。チャンバ１００の減圧処理を開始したときに、変位センサ１０６を用いて、二次電池１（電池ケース１０）の変位量を検出し始めるとともに、圧力センサ１０７を用いて、チャンバ１００の内圧を検出し始める。変位センサ１０６の検出結果や圧力センサ１０７の検出結果は、データロガー１１０に保存される。

チャンバ１００の内圧を低下させると、二次電池１（電池ケース１０）の内圧は、チャンバ１００の内圧よりも高くなり、二次電池１は膨張する。すなわち、電池ケース１０は、二次電池１の外側に向かって膨らむ。変位センサ１０６は、電池ケース１０の膨張に伴う変位量を検出することができる。

ステップＳ１０６において、コンピュータ１１１は、ステップＳ１０５で検出された変位量が基準値よりも大きいか否かを判別する。変位量が基準値よりも大きいときには、ステップＳ１０７の処理に進み、変位量が基準値よりも小さいときには、ステップＳ１０５の処理に戻る。ステップＳ１０７において、コンピュータ１１１は、真空ポンプ１０４の駆動を停止させることにより、チャンバ１００の減圧処理を停止させる。本実施例では、二次電池１（電池ケース１０）の変位量が基準値を超えるまでは、チャンバ１００の減圧処理を続ける。

ステップＳ１０６の処理で用いられる基準値は、予め設定された値であり、以下に説明するように設定することができる。

本実施例では、後述するように、チャンバ１００の内圧を低下させた後に、チャンバ１００の内圧を大気圧に戻している。チャンバ１００の内圧を変化させることにより、電池ケース１０が変形する。チャンバ１００の内圧を低下させたときには、電池ケース１０が膨張し、チャンバ１００の内圧を大気圧に戻すときには、電池ケース１０が収縮する。すなわち、電池ケース１０は、弾性変形する。

ここで、電池ケース１０の内圧およびチャンバ１００の内圧の差（差圧）によっては、電池ケース１０に塑性変形が発生してしまう。図９は、差圧および電池ケース１０の変位量の関係（一例）を示す。図９において、横軸は差圧であり、縦軸は変位量である。

図９の点Ｄ１は、チャンバ１００の減圧処理を開始するときの状態を示し、点Ｄ１では、差圧が０であるとともに、変位量が０である。減圧処理を開始して差圧が上昇すると、電池ケース１０の変位量も増加する。点Ｄ２は、減圧処理を停止したときの状態を示す。点Ｄ２では、差圧が最大値ΔＶmaxを示している。

減圧処理を停止し、チャンバ１００の内圧を大気圧に戻すと、差圧が減少するとともに、電池ケース１０の変位量が減少する。点Ｄ３は、チャンバ１００の内圧が大気圧に到達したときの状態を示す。

電池ケース１０に弾性変形だけが発生すれば、点Ｄ３の変位量は、点Ｄ１の変位量（＝０）と等しくなる。一方、電池ケース１０に塑性変形が発生すると、点Ｄ３の変位量は、点Ｄ１の変位量よりも大きくなる。二次電池１の品質を確保するためには、電池ケース１０に塑性変形を発生させないことが好ましい。

差圧の最大値ΔＶmaxと、電池ケース１０の塑性変形量との関係を予め求めておけば、塑性変形を抑制できる最大値ΔＶmaxを特定することができる。例えば、差圧の最大値ΔＶmaxを変えながら、電池ケース１０の塑性変形量を測定して、図１０に示す実験結果が得られたとする。図１０において、横軸は、差圧の最大値ΔＶmaxを示し、縦軸は、塑性変形量を示す。

図１０において、最大差圧ΔＶmaxが閾値Ｋよりも高いときには、塑性変形量が大きくなりやすく、最大差圧ΔＶmaxが閾値Ｋよりも低いときには、塑性変形量を抑制することができる。図１０に示す例では、最大差圧ΔＶmaxが閾値Ｋに到達するまで、チャンバ１００の減圧処理を行うことができる。最大差圧ΔＶmaxが閾値Ｋであるときの電池ケース１０の変位量を予め測定しておけば、この変位量が、ステップＳ１０６の処理で用いられる基準値となる。

最大差圧ΔＶmaxが低くなるほど、電池ケース１０に塑性変形が発生しにくくなる。一方、最大差圧ΔＶmaxが低くなるほど、チャンバ１００の減圧処理を開始してから停止するまでの間において、変位センサ１０６から取得できる変位量のデータ数が減ってしまう。変位センサ１０６から取得した変位量は、後述するように、電池ケース１０の内圧を算出するために用いられる。このため、電池ケース１０の内圧の推定精度を向上させるためには、変位量のデータ数を増やしたほうが好ましい。

そこで、電池ケース１０に塑性変形が発生しにくく、変位量のデータ数を増やすためには、最大差圧ΔＶmaxを閾値Ｋに設定することが好ましい。そして、最大差圧ΔＶmaxが閾値Ｋであるときの電池ケース１０の変位量を、ステップＳ１０６の処理で用いられる基準値とすることができる。

ステップＳ１０８において、チャンバ１００の内部を大気中に開放する。具体的には、圧力調整弁１０３を閉じ状態から開き状態に変化させることにより、チャンバ１００の内部を大気中に開放する。圧力調整弁１０３は、作業者によって動作させてもよいし、アクチュエータの動力を用いて自動的に動作させてもよい。これにより、チャンバ１００の内圧が上昇し、電池ケース１０は、減圧処理を開始する前の状態に戻る。

ステップＳ１０９において、コンピュータ１１１は、圧力センサ１０７の出力に基づいて、チャンバ１００の内圧を取得し、チャンバ１００の内圧が基準値以上であるか否かを判別する。基準値としては、例えば、チャンバ１００の外部の圧力（大気圧）とすることができる。大気圧は、予め測定しておけばよい。チャンバ１００の内圧が基準値以上であれば、ステップＳ１１０の処理に進み、チャンバ１００の内圧が基準値よりも低ければ、ステップＳ１０８の処理に戻る。

ステップＳ１１０において、作業者は、二次電池１をチャンバ１００から取り出す。ステップＳ１１１において、コンピュータ１１１は、チャンバ１００の内圧を示すデータや、電池ケース１０の変位量を示すデータを、データロガー１１０から読み出す。

ステップＳ１１２において、コンピュータ１１１は、チャンバ１００の内圧および電池ケース１０の変位量に基づいて、電池ケース１０の内圧を算出する。電池ケース１０の内圧を算出する方法について説明する。

図１１は、チャンバ１００の内圧および電池ケース１０の変位量の関係を示す。図１１において、横軸は、チャンバ１００の内圧を示し、右側に進むほど、チャンバ１００の内圧が低下する。縦軸は、電池ケース１０の変位量を示し、上側に進むほど、変位量が増加する。

チャンバ１００の内圧が電池ケース１０の内圧よりも高ければ、電池ケース１０は、膨張せず、電池ケース１０の変位量は増加しない。一方、チャンバ１００の内圧が電池ケース１０の内圧よりも低くなると、電池ケース１０が膨張して、電池ケース１０の変位量が増加する。実際の二次電池１において、チャンバ１００の内圧が電池ケース１０の内圧よりも低くなり始めたタイミングでは、電池ケース１０の変位量は増加しにくい。そして、チャンバ１００の内圧が電池ケース１０の内圧よりも低い状態が維持されたときに、電池ケース１０の変位量が増加し始める。この現象を、図１１の実線（測定曲線）で示している。

図１１に示す測定曲線は、２つの領域Ｒ１，Ｒ２を含んでいる。領域Ｒ１は、チャンバ１００の内圧変化に対して、電池ケース１０の変位量が変化し難い領域である。領域Ｒ２は、電池ケース１０の変位量の変化に対して、チャンバ１００の内圧が変化し難い領域である。領域Ｒ１，Ｒ２における近似直線をそれぞれ求め、２つの近似直線の交点を求めれば、この交点を電池ケース１０の内圧とすることができる。

図１１に示す第１近似直線は、領域Ｒ１に対する近似直線である。第２近似直線は、領域Ｒ２に対する近似直線である。領域Ｒ１，Ｒ２は、測定曲線に基づいて、適宜設定することができる。すなわち、領域Ｒ１としては、チャンバ１００の内圧変化に対して、電池ケース１０の変位量が変化し難い領域を、測定曲線から適宜設定すればよい。領域Ｒ２としては、電池ケース１０の変位量の変化に対して、チャンバ１００の内圧が変化し難い領域を、測定曲線から適宜設定すればよい。

ステップＳ１１３において、コンピュータ１１１は、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を補正する。チャンバ１００の減圧処理によって、電池ケース１０が変形すると、電池ケース１０の内圧が変化してしまう。すなわち、電池ケース１０が膨張することにより、電池ケース１０の内圧が低下してしまう。

したがって、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧には、電池ケース１０の膨張によって、電池ケース１０の内圧を低下させる成分も含まれてしまうことがある。そこで、本実施例では、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を補正するようにしている。

具体的には、電池ケース１０の内圧と、電池ケース１０の膨張に伴う電池ケース１０の内圧の変化量との関係を予め求めておき、この関係式に基づいて、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を補正することができる。

電池ケース１０の内圧と、電池ケース１０の内圧の変化量とは、例えば、図１２に示すように、一次式の関係を有する。図１２に示す例では、電池ケース１０の内圧と、電池ケース１０の内圧の変化量とが一次式の関係を有しているが、これに限るものではなく、二次式などの関係を有することもある。

図１２において、横軸は、二次電池１（電池ケース１０）の内圧を示し、左側に進むほど、電池ケース１０の内圧が低下する。縦軸は、電池ケース１０の内圧の変化量を示し、上側に進むほど、内圧の変化量が増加する。図１２に示す例によれば、減圧処理を行った後の電池ケース１０の内圧が高いほど、電池ケース１０の内圧の変化量が大きくなる。

図１２に示す関係は、下記式（１）で表される。

式（１）において、ΔＰは、電池ケース１０の内圧の変化量を示し、Ｐａは、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を示す。Ａ，Ｂは、定数であり、図１２に示す関係から予め特定することができる。

ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧から、電池ケース１０の内圧の変化量を減算することにより、補正後の電池ケース１０の内圧を算出することができる。具体的には、下記式（２）を用いて、補正後の電池ケース１０の内圧を算出することができる。

式（２）において、Ｐ１は、補正後の電池ケース１０の内圧を示し、Ｐ２は、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を示す。Ａ，Ｂは、式（１）と同様である。

一方、チャンバ１００の減圧処理を行うときの圧力損失を考慮して、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を補正することができる。ステップＳ１１２では、チャンバ１００の内圧と、電池ケース１０の変位量とに基づいて、電池ケース１０の内圧を算出している。チャンバ１００の内圧は、チャンバ１００の減圧処理を行っている間の値となる。

チャンバ１００および二次電池１の間には、スペースがあり、減圧処理を行うときの流量に応じて圧力損失が発生することがある。圧力損失が発生することにより、チャンバ１００の内圧と、電池ケース１０の変形に寄与する圧力とがずれてしまうことがある。電池ケース１０の変形に寄与する圧力とは、電池ケース１０の周囲に存在する空気の圧力である。電池ケース１０の変形に寄与する圧力が、チャンバ１００の圧力からずれてしまうと、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧に誤差が発生してしまう。

圧力損失が得られれば、チャンバ１００の内圧を補正でき、補正されたチャンバ１００の内圧を用いて、電池ケース１０の内圧を算出することができる。圧力損失は、真空ポンプ１０４の性能を考慮して、予め特定することができる。

減圧処理において、真空ポンプ１０４は、チャンバ１００の内部に存在する空気をチャンバ１００の外部に排出している。真空ポンプ１０４が空気を排出するとき、空気の流量は、チャンバ１００の内圧が低下するほど、低下してしまう。一方、チャンバ１００を流れる空気の流量が多くなるほど、圧力損失が増加してしまう。この点を考慮して、圧力損失を予め特定することができる。圧力センサ１０７によって検出されたチャンバ１００の内圧と、圧力損失とから、電池ケース１０の変形に寄与する圧力を算出することができる。

一方、二次電池１の温度を考慮して、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧を補正することができる。

チャンバ１００の減圧処理を行うと、チャンバ１００の内部に存在する空気の温度が低下する。また、チャンバ１００の内部に存在する空気の温度が低下すれば、二次電池１の温度が低下することがある。二次電池１の温度が低下すると、電池ケース１０の内圧に影響を与え、ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧に誤差が発生してしまう。そこで、二次電池１の温度を考慮して、電池ケース１０の内圧を算出することができる。

まず、チャンバ１００の減圧処理を行う前において、温度センサ１０５の出力に基づいて、チャンバ１００の内部に存在する空気の温度Ｔ１を取得する。減圧処理を開始する前において、二次電池１の温度は、チャンバ１００内の温度Ｔ１と等しいものとする。次に、チャンバ１００の減圧処理を停止したとき、温度センサ１０５の出力に基づいて、チャンバ１００の内部に存在する空気の温度Ｔ２を取得する。温度Ｔ１および温度Ｔ２の差分ΔＴｃが、チャンバ１００内の温度低下に相当する。

チャンバ１００内の温度低下量と、二次電池１の温度低下量との関係を予め求めておけば、チャンバ１００内の温度低下量ΔＴｃから、二次電池１の温度低下量ΔＴｂを特定することができる。例えば、温度低下量ΔＴｃに係数αを乗算することにより、温度低下量ΔＴｂを算出することができる。係数αは、チャンバ１００内の温度低下量と、二次電池１の温度低下量との関係から導き出される値である。

ステップＳ１１２で算出された電池ケース１０の内圧Ｐ１は、二次電池１の温度がチャンバ１００内の温度Ｔ１と等しいときの値である。一方、減圧処理によってチャンバ１００内の温度が低下するため、チャンバ１００内の温度低下に伴って二次電池１の温度が低下したとき、電池ケース１０の内圧Ｐ２は、内圧Ｐ１からずれることになる。ここで、減圧処理を行った後の内圧Ｐ２は、下記式（３）から算出することができる。

式（３）を用いれば、減圧処理に伴う二次電池１の温度低下を考慮して、電池ケース１０の内圧Ｐ１を補正することができ、電池ケース１０の内圧の推定精度を向上させることができる。

一方、チャンバ１００の周囲における温度（環境温度）が変化すると、チャンバ１００内の温度や、二次電池１の温度が変化してしまう。そして、二次電池１の温度変化に応じて、電池ケース１０の内圧が変化してしまう。後述するステップＳ１１４の処理では、電池ケース１０の内圧に基づいて、二次電池１が正常であるか否かを判別している。二次電池１の温度に応じて、電池ケース１０の内圧が変化してしまうため、二次電池１が正常であるか否かの判断は、二次電池１の温度が基準温度にあるときの電池ケース１０の内圧に基づいて判断することが好ましい。

そこで、温度センサ１０５を用いて、環境温度に対応した温度Ｔｅを検出し、温度Ｔｅの条件で算出された電池ケース１０の内圧Ｐ１を、基準温度Ｔrefの下での電池ケース１０の内圧Ｐ２に補正することができる。具体的には、下記式（４）に基づいて、内圧Ｐ２を算出することができる。

ステップＳ１１４において、コンピュータ１１１は、ステップＳ１１３で得られた電池ケース１０の内圧が基準範囲内に含まれているか否かを判別する。電池ケース１０の内圧が基準範囲から外れているときには、ステップＳ１１５の処理に進み、電池ケース１０の内圧が基準範囲に含まれているときには、ステップＳ１１６の処理に進む。

ステップＳ１１５において、コンピュータ１１１は、二次電池１が正常ではないと判別し、ＮＧを示す情報を出力する。ＮＧ情報は、音又は表示を用いて通知することができる。ステップＳ１１５の処理を行った後は、ステップＳ１１６の処理に進む。

ステップＳ１１６において、コンピュータ１１１は、ステップＳ１１３で得られた電池ケース１０の内圧に関するデータをメモリに保存する。

本実施例では、いわゆる角型の二次電池１について説明したが、いわゆる円筒型の二次電池であっても、本発明を適用することができる。円筒型の二次電池では、電池ケースが円筒状に形成されている。

１：二次電池、１０：電池ケース、１１：ケース本体、１２：蓋、１２ａ：注液孔、
１３：弁、１４：封止栓、２１：正極端子、２２：負極端子、２３ａ：正極タブ、
２３ｂ：負極タブ、３０：発電要素、１００：チャンバ、１０１：第１配管、
１０２：第２配管、１０３：圧力調整弁、１０４：真空ポンプ（減圧器）、
１０５：温度センサ、１０６：変位センサ、１０７：圧力センサ、１０８：変位アンプ、
１０９：圧力アンプ、１１０：データロガー、１１１：コンピュータ

Claims (4)

1. 充放電を行う発電要素および電解液を密閉状態で収容する電池ケースの内圧を低下させた二次電池の状態を測定する測定方法であって、
   前記二次電池をチャンバに収容し、前記チャンバの内圧を低下させる減圧処理を行うステップと、
   変位センサを用いて、前記減圧処理に伴う前記電池ケースの変位量を検出するステップと、
   圧力センサを用いて、前記チャンバの内圧を検出するステップと、
   前記減圧処理を行っている間の前記チャンバの内圧および前記変位量の関係を示す曲線における第１の内圧範囲における第１近似直線と、前記第１の内圧範囲より低い第２の内圧範囲における第２近似直線との交点から、前記電池ケースの内圧を算出するステップと、
   前記電池ケースの変位に伴う前記電池ケースの内圧低下量と、前記電池ケースの内圧との関係を用いて、算出された前記電池ケースの内圧を補正するステップと、
   前記変位量が閾値以上であるときに、前記減圧処理を停止して、前記チャンバの内圧を上昇させるステップと、を有し、
   前記閾値は、許容量以上の塑性変形を前記電池ケースに発生させるときの前記電池ケースの変位量であることを特徴とする二次電池の測定方法。
2. 補正された前記電池ケースの内圧は、基準範囲と比較されることにより、前記二次電池が正常状態であるか否かの判別に用いられることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の測定方法。
3. 充放電を行う発電要素および電解液を密閉状態で収容する電池ケースの内圧を低下させた二次電池の状態を測定する測定システムであって、
   前記二次電池を収容したチャンバの内圧を低下させる減圧処理を行う減圧器と、
   前記減圧処理に伴う前記電池ケースの変位量を検出する変位センサと、
   前記チャンバの内圧を検出する圧力センサと、
   前記減圧処理を行っている間の前記チャンバの内圧および前記変位量の関係を示す曲線における第１の内圧範囲における第１近似直線と、前記第１の内圧範囲より低い第２の内圧範囲における第２近似直線との交点から、前記電池ケースの内圧を算出するとともに、前記電池ケースの変位に伴う前記電池ケースの内圧低下量と、前記電池ケースの内圧との関係を用いて、算出された前記電池ケースの内圧を補正するコンピュータと、を有し、
   前記減圧器は、前記変位量が閾値以上であるときに、前記減圧処理を停止して、前記チャンバの内圧上昇を許容し、
   前記閾値は、許容量以上の塑性変形を前記電池ケースに発生させるときの前記電池ケースの変位量であることを特徴とする測定システム。
4. 前記コンピュータは、補正された前記電池ケースの内圧を基準範囲と比較して、前記二次電池が正常状態であるか否かを判別することを特徴とする請求項３に記載の測定システム。