JP6225924B2 - 二次電池の検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、組電池を構成する二次電池の検査方法に関する。

特許文献１には、複数の二次電池が列置方向に列置された電池列を有し、前記電池列に対し前記列置方向に圧縮荷重を加えた状態で前記電池列を固定している組電池について、当該組電池を構成する前記複数の二次電池が再利用可能な状態であるか否かを検査する方法が開示されている。具体的には、例えば、組電池の状態で、組電池を構成する各々の二次電池の電池特性値（具体的には、内部抵抗値）を測定し、電池特性値が許容範囲内（具体的には、内部抵抗値が閾値以下）であると判定された二次電池について再利用することが開示されている。

ＷＯ２０１２／０４９８５２号公報

ところで、二次電池は、使用に伴って電極体内部でガスが発生することがある。同一の組電池に含まれる二次電池であっても、一部の二次電池においてガス発生量が多くなり、当該一部の二次電池のみ内圧が高くなっている場合がある。このような場合において、電池特性値が許容範囲内であると判定された二次電池について再利用するために、組電池の電池列に加えている圧縮荷重を解放して各々の二次電池を分離すると、内圧が高くなっている二次電池が大きく膨張してしまう。

このように大きく膨張した二次電池は、圧縮荷重を解放して組電池を構成する各々の二次電池を分離する前では、電池特性値が許容範囲内で再利用可能な状態であったとしても、大きく膨張したことで再利用することが困難になることがあった。具体的には、例えば、二次電池が大きく膨張することで、電極体を収容する電池ケースとこの電池ケースの開口を封止する蓋体とを溶接した溶接部に大きな応力が発生し、溶接部に亀裂等が発生するなどの不具合により二次電池のシール性が損なわれて、再利用することが困難になることがあった。また、再利用可能な他の二次電池と共に改めて組電池を形成するために、これらの二次電池を列置した電池列に対し圧縮荷重を加えたとき、大きく膨張した二次電池が大きく圧縮されることで内圧が大きく上昇し、安全弁が開弁して再利用できなくなることもあった。その結果、二次電池の再利用率が低下してしまうことがあった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、二次電池の再利用率を向上させることができる二次電池の検査方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、複数の二次電池が列置方向に列置された電池列を有し、前記電池列に対し前記列置方向に圧縮荷重（拘束荷重）を加えた状態で前記電池列を固定（拘束）している組電池について、当該組電池を構成する前記複数の二次電池が再利用可能な状態であるか否かを検査する二次電池の検査方法において、前記組電池の状態で、前記組電池を構成する各々の前記二次電池について、電池特性値を測定する特性値測定ステップと、前記組電池を構成する各々の前記二次電池について、前記特性値測定ステップで測定された前記電池特性値が許容範囲内であるか否かを判定する特性値判定ステップと、前記組電池を構成する各々の前記二次電池の前記電池特性値のいずれもが前記許容範囲内であると判定された組電池について、前記圧縮荷重の値を測定する荷重測定ステップと、前記組電池について測定された前記圧縮荷重の値が、予め設定した閾値以下であるか否かを判定する荷重判定ステップと、を備え、前記荷重判定ステップにおいて前記圧縮荷重の値が前記閾値以下であると判定された組電池については、前記圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の前記二次電池を分離して良い状態であり、且つ、当該組電池を構成する各々の前記二次電池は再利用可能な状態であると判断し、前記荷重判定ステップにおいて前記圧縮荷重の値が前記閾値以下でないと判定された組電池については、前記圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の前記二次電池を分離してはいけない状態であり、当該組電池の状態で再利用可能な状態であると判断する二次電池の検査方法である。

上述の検査方法は、組電池を構成する各々の二次電池について測定した電池特性値のいずれもが許容範囲内であると判定された組電池について、荷重測定ステップにおいて、圧縮荷重（拘束荷重）の値を測定する。そして、荷重判定ステップにおいて、組電池について測定された圧縮荷重の値が、予め設定した閾値以下であるか否かを判定する。
なお、電池特性値としては、例えば、電池容量（満充電容量）の値、内部抵抗値（例えば、ＩＶ抵抗値）などを挙げることができる。

ところで、組電池内に内圧が高くなっている二次電池（換言すれば、圧縮荷重を解放すると大きく膨張する虞のある二次電池）が含まれている組電池は、内圧が高くなっている二次電池が含まれていない組電池に比べて、圧縮荷重が高くなっている。電池列は荷重方向に固定（拘束）されているため、一部の二次電池において内圧が高くなった（上昇した）分、圧縮荷重（拘束荷重）も大きくなるからである。従って、圧縮荷重の閾値は、「圧縮荷重を解放して組電池を構成する複数の二次電池を分離したときに、（内圧が高くなっているために）大きく膨張してしまう二次電池が組電池に含まれていないと考えられる」圧縮荷重（拘束荷重）の範囲内の値（例えば上限値）にすると良い。

なお、この閾値は、例えば、次のようにして予め設定すると良い。具体的には、所定期間使用した複数（多数）の組電池について、圧縮荷重（拘束荷重）を測定し、その後、圧縮荷重を解放して組電池を構成する二次電池を分離したときに、各々の組電池について大きく膨張した二次電池の有無を調査する。そして、この調査結果に基づいて、圧縮荷重を解放して組電池を構成する二次電池を分離したときに大きく膨張する二次電池が存在しなかった組電池の圧縮荷重の範囲を把握し、その範囲内から選択した値（例えば上限値）を閾値とする。

さらに、上述の検査方法では、荷重判定ステップにおいて圧縮荷重の値が閾値以下であると判定された組電池については、「圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の二次電池を分離して良い状態であり、且つ、当該組電池を構成する各々の前記二次電池は再利用可能な状態である」と判断する。このように判断された組電池は、圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の二次電池を分離することができる。これにより、当該組電池に含まれていた二次電池の全てについて、適切に再利用することができる。具体的には、各々の二次電池を単独で再利用したり、測定した電池特性値が近い二次電池同士を組み合わせて新たな組電池として再利用することが可能である。

一方、荷重判定ステップにおいて圧縮荷重の値が閾値以下でないと判定された組電池については、「圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の二次電池を分離してはいけない状態であり、当該組電池の状態で再利用可能な状態である」と判断する。このように判断された組電池は、圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の二次電池を分離することなく、当該組電池の状態で再利用する。圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する二次電池を分離すると、一部の二次電池が大きく膨張して再利用できなくなる虞があるからである。このため、圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の二次電池を分離することなく、当該組電池の状態で再利用することで、当該組電池に含まれる全ての二次電池を再利用することができる。これにより、当該組電池において一部の二次電池が大きく膨張して再利用できなくなることを防止できるので、二次電池の再利用率を向上させることができる。

実施形態にかかる組電池の斜視図である。 同組電池の上面図である。 同組電池を構成する二次電池の断面図である。 実施形態にかかる検査方法の流れを示すフローチャートである。 圧縮荷重測定方法の一例を説明する図である。

（実施形態）
次に、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる組電池１の斜視図である。図２は、組電池１の上面図である。図３は、組電池１を構成する二次電池１０の縦断面図である。

組電池１は、図１及び図２に示すように、列置方向Ｌ（図２において左右方向）に一列に配置された複数の二次電池１０と、隣り合う二次電池１０の間に介在する冷却板２０と、これらを挟んで固定するエンドプレート７，８と、エンドプレート７と８を連結する拘束バンド９とを備えている。この組電池１では、複数の二次電池１０と冷却板２０とにより、電池列４０が形成されている。

このうち、二次電池１０は、密閉型の二次電池であり、図３に示すように、扁平型の捲回電極体１５と、この捲回電極体１５を収容する矩形箱形状の電池ケース１１と、この電池ケース１１の開口１１ｂを閉塞（封止）する蓋体１３と、蓋体１３に設けられた安全弁１３ｊと、正極外部端子１９ｂと、負極外部端子１９ｃとを有する。電池ケース１１と蓋体１３とは、全周溶接により接合されている。これにより、二次電池１０内が密閉状態とされている。安全弁１３ｊは、二次電池１０の内圧が上昇して開弁圧に達すると、当該安全弁１３ｊ自身が開裂することで二次電池１０の密閉状態を解放し、二次電池１０内のガスを電池外部に排出する。

捲回電極体１５は、シート状の正極１６及び負極１７をシート状のセパレータ１８を介して捲回した扁平捲回型の電極体である。この捲回電極体１５は、その軸線方向（図３において左右方向）の一方端部（図３において左端部）に位置し、正極１６の一部のみが渦巻状に重なる正極捲回部１６ｂと、他方端部（図３において右端部）に位置し、負極１７の一部のみが渦巻状に重なる負極捲回部１７ｂを有している。正極捲回部１６ｂには、正極外部端子１９ｂと電気的に接続する正極接続部材１４ｂが溶接されている。また、負極捲回部１７ｂには、負極外部端子１９ｃと電気的に接続する負極接続部材１４ｃが溶接されている。

本実施形態の組電池１では、複数の二次電池１０と冷却板２０とからなる電池列４０に対し、この電池列４０を挟むエンドプレート７と８によって列置方向Ｌ（図２において左右方向）に所定の圧縮荷重（拘束荷重）を加えた状態で、これらを４つの拘束バンド９により固定（拘束）することで、電池列４０を固定している。

また、図１及び図２に示すように、組電池１では、列置方向Ｌに隣り合う二次電池１０の正極外部端子１９ｂと負極外部端子１９ｃとが、バスバー３により、電気的に接続されている。詳細には、バスバー３は、矩形板状の金属板からなり、正極外部端子１９ｂ及び負極外部端子１９ｃを挿通可能とする貫通孔が２つ形成されている。バスバー３の一方の貫通孔内に正極外部端子１９ｂを挿通させると共に、他方の貫通孔内に負極外部端子１９ｃを挿通させた状態で、正極外部端子１９ｂの雄ねじにナット５を螺合させて、正極外部端子１９ｂとバスバー３とを締結すると共に、負極外部端子１９ｃの雄ねじにナット５を螺合させて、負極外部端子１９ｃとバスバー３とを締結している。このようにして、組電池１を構成する二次電池１０を電気的に直列に接続している。

組電池１は、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用電源として使用される。ハイブリッド自動車等の駆動用電源として使用されていた組電池１は、何らかの理由（例えば、ハイブリッド自動車等を廃車にする場合や新しい組電池への交換等）により、ハイブリッド自動車等から取り外されて、市場から回収される。このように市場から回収された組電池１には、再利用可能な状態の二次電池１０が含まれていることが多い。このため、本実施形態では、回収された組電池１について、後述するように、組電池１を構成する二次電池１０が再利用可能な状態であるか否かを検査する。

ここで、本実施形態にかかる二次電池の検査方法について説明する。図４は、実施形態にかかる二次電池の検査方法の流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１（特性値測定ステップ）において、回収された組電池１を構成する各々の二次電池１０について、電池特性値を測定する。具体的には、図１及び図２に示すように、電池列４０に対し列置方向Ｌに圧縮荷重を加えた状態で電池列４０を固定している組電池１の状態で、各々の二次電池１０について電池特性値を測定する。なお、本実施形態では、電池特性値として、電池容量値（満充電容量値）と内部抵抗値（具体的には、ＩＶ抵抗値）とを測定する。

なお、二次電池１０の電池容量値は、公知の方法により測定することができる。具体的には、例えば、二次電池１０をＳＯＣ１００％（これに対応する電池電圧値）にした後、ＳＯＣ０％（これに対応する電池電圧値）になるまで、一定の電流値で定電流放電する。このときの放電電気量（放電電流の時間積算値）を、二次電池１０の電池容量値として測定することができる。

また、二次電池１０のＩＶ抵抗値も、公知の方法により測定することができる。具体的には、例えば、二次電池１０について、ＳＯＣ６０％の状態に調整し、２５℃の温度環境下で、１Ｃの一定電流値で、１０秒間放電を行い、放電終了時の電池電圧値を測定する。さらに、放電電流値のみを、３Ｃ、５Ｃ、１０Ｃと異ならせて、それ以外は上記と同様の条件で放電を行って、それぞれの放電電流値による１０秒間放電終了時の電池電圧値を測定する。その後、横軸を放電電流値、縦軸を放電終了時の電池電圧値とした座標平面に、上記の放電により得られたデータをプロットする。そして、これらのプロットデータに基づいて、最小二乗法により近似直線（一次式）を算出し、その傾きを二次電池１０のＩＶ抵抗値として得ることができる。

次に、図４に示すように、ステップＳ２（特性値判定ステップ）に進み、組電池１を構成する各々の二次電池１０について、ステップＳ１（特性値測定ステップ）で測定された電池特性値（電池容量値とＩＶ抵抗値）が、許容範囲内であるか否かを判定する。

組電池１において、測定された電池特性値（電池容量値とＩＶ抵抗値）が許容範囲から外れている二次電池１０が１つでも含まれている場合は、ステップＳ２において「ＮＯ」と判定し、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、４つの拘束バンド９を取り外す（切断する）ことで電池列４０に対する圧縮荷重を解放し、組電池１を構成する各々の二次電池１０を分離する。そして、測定された電池特性値（電池容量値とＩＶ抵抗値）がいずれも許容範囲内であると判定された二次電池１０を、再利用可能な二次電池として回収する。

一方、ステップＳ２において、組電池１を構成する各々の二次電池１０の電池特性値（電池容量値とＩＶ抵抗値）のいずれもが許容範囲内である（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップＳ３（荷重測定ステップ）に進み、当該組電池１における前記圧縮荷重（拘束荷重）の値を測定する。具体的には、例えば、図５に示すように、公知の荷重測定装置３０を用いて測定することができる。

具体的には、拘束状態である組電池１のエンドプレート７と８の外側面７ｂと８ｂに対し、荷重測定装置３０の測定プレート３１と３２を隙間無く接触（密接）させて固定する。そして、測定プレート３１，３２を固定した状態で、組電池１の４つの拘束バンド９を取り外す（切断する）。すると、測定プレート３１と３２の内側面３１ｂと３２ｂには、組電池１において電池列４０に加えられている圧縮荷重の反力がかかる。荷重測定装置３０は、測定プレート３１と３２の内側面３１ｂと３２ｂを外側に押圧する荷重を測定できるように構成されているため、組電池１における圧縮荷重の反力を測定することができる。この測定値を組電池１の圧縮荷重とみなすことで、当該組電池１における前記圧縮荷重の値を測定することができる。

次いで、ステップＳ４（荷重判定ステップ）に進み、組電池１について測定された前記圧縮荷重（拘束荷重）の値が、予め設定した閾値Ｔｈ以下であるか否かを判定する。

ところで、組電池１内に内圧が高くなっている二次電池１０（換言すれば、圧縮荷重を解放すると大きく膨張する虞のある二次電池１０）が含まれている組電池１は、内圧が高くなっている二次電池１０が含まれていない組電池１に比べて、圧縮荷重が高くなっている。電池列４０は荷重方向（列置方向Ｌに一致する、図２及び図５において左右方向）に固定（拘束）されているため、一部の二次電池１０において内圧が高くなった（上昇した）分、圧縮荷重（拘束荷重）も大きくなるからである。従って、本実施形態では、圧縮荷重の閾値Ｔｈは、「圧縮荷重を解放して組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離したときに、（内圧が高くなっているために）大きく膨張してしまう二次電池１０が組電池１に含まれていないと考えられる」圧縮荷重（拘束荷重）の範囲内の値（例えば上限値）としている。

なお、この閾値Ｔｈは、例えば、次のようにして予め設定することができる。具体的には、所定期間使用した複数（多数）の組電池１について、前述のようにして圧縮荷重（拘束荷重）を測定する。その後、圧縮荷重を解放して組電池１を構成する二次電池１０を分離したときに、各々の組電池１について大きく膨張した二次電池１０の有無を調査する。そして、この調査結果に基づいて、圧縮荷重を解放して組電池１を構成する二次電池１０を分離したときに大きく膨張する二次電池１０が存在しなかった組電池１の圧縮荷重の範囲を把握し、その範囲内から選択した値（例えば上限値）を閾値Ｔｈとする。

ステップＳ４（荷重判定ステップ）において、圧縮荷重（拘束荷重）の測定値が閾値Ｔｈ以下である（ＹＥＳ）と判定された場合は、ステップＳ５に進み、この組電池１は、「圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離して良い状態であり、且つ、当該組電池１を構成する各々の二次電池１０はいずれも再利用可能な状態である」と判断する。

このように判断された組電池１は、圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離することができる。これにより、当該組電池１に含まれていた二次電池１０の全てについて、適切に再利用することができる。具体的には、各々の二次電池１０を単独で再利用したり、測定した電池特性値が近い二次電池１０同士を組み合わせて新たな組電池として再利用することが可能である。

一方、ステップＳ４（荷重判定ステップ）において、圧縮荷重（拘束荷重）の測定値が閾値Ｔｈ以下でない（ＮＯ）と判定された場合は、ステップＳ６に進み、この組電池１は、「圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離してはいけない状態であり、当該組電池１の状態で再利用可能な状態である」と判断する。

このように判断された組電池１は、圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離することなく、当該組電池１の状態で再利用する。具体的には、荷重測定装置３０で圧縮荷重を測定した後、二次電池１０を膨張させないようにして速やかに圧縮荷重（適正値）をかけ直し、拘束バンド９により固定（拘束）する。圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する二次電池を分離してしまうと、一部の二次電池１０が大きく膨張して再利用できなくなる虞があるからである。

具体的には、例えば、二次電池１０が大きく膨張することで、捲回電極体１５を収容する電池ケース１１とこの電池ケース１１の開口１１ｂを封止する蓋体１３とを溶接した溶接部１２（図３参照）に大きな応力が発生し、溶接部１２に亀裂等が発生するなどの不具合により二次電池１０のシール性（密閉状態）が損なわれて、再利用することが困難になる虞がある。また、再利用可能な他の二次電池１０と共に改めて組電池を形成するために、これらの二次電池１０を列置した電池列に対し圧縮荷重を加えたとき、大きく膨張した二次電池１０が大きく圧縮されることで内圧が大きく上昇し、安全弁１３ｊが開弁（開裂）して再利用できなくなる虞もある。その結果、二次電池１０の再利用率が低下してしまう虞がある。

これに対し、本実施形態では、ステップＳ４において、圧縮荷重（拘束荷重）の測定値が閾値Ｔｈ以下でない（ＮＯ）と判定された場合は、ステップＳ６に進み、この組電池１は、「圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離してはいけない状態であり、当該組電池１の状態で再利用可能な状態である」と判断する。
このように判断された組電池１は、圧縮荷重を解放して当該組電池１を構成する複数の二次電池１０を分離することなく、当該組電池１の状態で再利用することになる。これにより、当該組電池１に含まれる全ての二次電池１０を再利用することができる。

このように、本実施形態の検査方法は、ステップＳ２において「組電池１を構成する各々の二次電池１０の電池特性値のいずれもが許容範囲内である（ＹＥＳ）」と判定された組電池１について、当該組電池１に含まれる一部の二次電池１０が大きく膨張して再利用できなくなることを防止して、当該組電池１に含まれる全ての二次電池１０を再利用することができるので、二次電池の再利用率を向上させることができる検査方法であるといえる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

１ 組電池
７，８ エンドプレート
９ 拘束バンド
１０ 二次電池
１１ 電池ケース
１３ 蓋体
１３ｊ 安全弁
１５ 捲回電極体
４０ 電池列
Ｌ 列置方向

Claims (1)

1. 複数の二次電池が列置方向に列置された電池列を有し、前記電池列に対し前記列置方向に圧縮荷重を加えた状態で前記電池列を固定している組電池について、当該組電池を構成する前記複数の二次電池が再利用可能な状態であるか否かを検査する
   二次電池の検査方法において、
   前記組電池の状態で、前記組電池を構成する各々の前記二次電池について、電池特性値を測定する特性値測定ステップと、
   前記組電池を構成する各々の前記二次電池について、前記特性値測定ステップで測定された前記電池特性値が許容範囲内であるか否かを判定する特性値判定ステップと、
   前記組電池を構成する各々の前記二次電池の前記電池特性値のいずれもが前記許容範囲内であると判定された組電池について、前記圧縮荷重の値を測定する荷重測定ステップと、
   前記組電池について測定された前記圧縮荷重の値が、予め設定した閾値以下であるか否かを判定する荷重判定ステップと、を備え、
   前記荷重判定ステップにおいて前記圧縮荷重の値が前記閾値以下であると判定された組電池については、前記圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の前記二次電池を分離して良い状態であり、且つ、当該組電池を構成する各々の前記二次電池は再利用可能な状態であると判断し、
   前記荷重判定ステップにおいて前記圧縮荷重の値が前記閾値以下でないと判定された組電池については、前記圧縮荷重を解放して当該組電池を構成する複数の前記二次電池を分離してはいけない状態であり、当該組電池の状態で再利用可能な状態であると判断する
   二次電池の検査方法。

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