專利名稱:電池評價裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及從通過釘刺試驗(yàn)或壓垮試驗(yàn)等有意地使電池內(nèi)部產(chǎn)生短路而獲得的電池信息來評價電池的安全性的電池評價裝置。
背景技術(shù):
鋰離子二次電池之類的使用可燃性有機(jī)電解液的電池為了不因錯誤使用或連接設(shè)備的故障等引起電池內(nèi)部產(chǎn)生高熱而設(shè)置保護(hù)電路等安全功能,但不能應(yīng)付極端錯誤的使用。但是為了使電池在極端錯誤使用的情況下也不會因熱失控而引起破裂或點(diǎn)火,而設(shè)定安全標(biāo)準(zhǔn),安全標(biāo)準(zhǔn)要求即使電池在極嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行電池評價試驗(yàn)也不會引起破裂或點(diǎn)火。電池評價試驗(yàn)在例如鋰電池UL規(guī)格(UL1642)或電池工業(yè)協(xié)會指南(參照鋰二次電池安全性評價標(biāo)準(zhǔn)方針G1101-1997)等中有規(guī)定。
試驗(yàn)項(xiàng)目大體上可分為電試驗(yàn)、機(jī)械試驗(yàn)和環(huán)境試驗(yàn),本發(fā)明表示在成為對象的機(jī)械試驗(yàn)中的誤用試驗(yàn)中釘刺、壓垮等試驗(yàn)項(xiàng)目。例如,釘刺試驗(yàn)是,相對于完全充電的新電池或額定容量約為1/2的試驗(yàn)電池,而使釘從側(cè)面中央與極板面垂直地貫穿,評價標(biāo)準(zhǔn)為即使放置6個小時以上也不產(chǎn)生破裂或點(diǎn)火。
但是,由于以往的釘刺試驗(yàn)或壓垮試驗(yàn)僅為使釘貫穿試驗(yàn)電池或刺入預(yù)定的深度、用預(yù)定的壓力加壓壓垮的試驗(yàn),因此存在由釘刺或壓垮產(chǎn)生的短路地方變化、由短路地方的特定或短路電流產(chǎn)生的焦耳熱引起的溫度變化不穩(wěn)定的問題。
并且,由釘刺或壓垮產(chǎn)生的內(nèi)部短路而流過的短路電流由電池的內(nèi)部電阻來決定,因此評價各種電池時短路電流引起的焦耳熱與電池結(jié)構(gòu)材料的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的發(fā)熱不同,因而不能正確地考察引起電池溫度變化的原因。并且,在電池組等中假定并聯(lián)了多個電池的狀態(tài)下、1個電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時,就不能評價從并聯(lián)的其他電池流入短路電流而引起的電池溫度的上升等。并且,在進(jìn)行周期退化或高溫退化而使內(nèi)部電阻增加了的電池的評價時,有必要制作試驗(yàn)用的周期退化或高溫退化了的電池。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明鑒于上述問題而被作出,其目的是要提供一種電池評價裝置,其能夠減少伴隨著誤用試驗(yàn)中內(nèi)部短路的產(chǎn)生地方的特定和內(nèi)部短路的電池溫度上升的偏差,而且在進(jìn)行存在并聯(lián)電池的情況或退化電池的評價時不用準(zhǔn)備這些電池就能實(shí)施。
用于達(dá)到上述目的的本申請第1發(fā)明的電池評價裝置,其根據(jù)由加壓機(jī)構(gòu)強(qiáng)制地使試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時電池的狀態(tài)、進(jìn)行電池的安全性評價,其具有短路檢測機(jī)構(gòu),檢測在上述試驗(yàn)電池中產(chǎn)生內(nèi)部短路的情況;加壓控制機(jī)構(gòu),在該短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時控制上述加壓機(jī)構(gòu)的加壓動作;電池信息檢測機(jī)構(gòu),檢測試驗(yàn)電池的狀態(tài)。
根據(jù)上述第1發(fā)明的結(jié)構(gòu),由加壓機(jī)構(gòu)對試驗(yàn)電池施加加壓而產(chǎn)生內(nèi)部短路的狀態(tài)被短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到,因此能夠通過短路檢測輸出而使加壓控制機(jī)構(gòu)停止加壓機(jī)構(gòu)對試驗(yàn)電池的加壓。因此,產(chǎn)生內(nèi)部短路的地方的偏差少,電池信息檢測機(jī)構(gòu)檢測到的電池溫度等信息的偏差也少,能夠正確地評價接受了釘刺或壓垮的電池中產(chǎn)生的現(xiàn)象,內(nèi)部短路產(chǎn)生的地方的特定也是可能的。
或者,本申請第2發(fā)明的電池評價裝置,其根據(jù)由加壓機(jī)構(gòu)強(qiáng)制地使試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時電池的狀態(tài)、進(jìn)行電池的安全性評價,其具有短路檢測機(jī)構(gòu),檢測在上述試驗(yàn)電池中發(fā)生內(nèi)部短路的情況;加壓控制機(jī)構(gòu),在該短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時控制上述加壓機(jī)構(gòu)的加壓動作;電池信息檢測機(jī)構(gòu),檢測試驗(yàn)電池的狀態(tài);短路電流控制機(jī)構(gòu),在上述短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時,控制在試驗(yàn)電池中沿充電方向或放電方向流動的電流。
根據(jù)上述第2發(fā)明的結(jié)構(gòu),在短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時,如果從短路電流控制機(jī)構(gòu)向試驗(yàn)電池流過充電方向的電流,則能夠模擬地再現(xiàn)與試驗(yàn)電池并聯(lián)連接的其他電池的使用狀態(tài),能夠驗(yàn)證存在并聯(lián)電池時的舉動。并且,在短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時,如果從短路電流控制機(jī)構(gòu)向試驗(yàn)電池流過放電方向的電流,則伴隨著試驗(yàn)電池的內(nèi)部短路的短路電流被分散,因此能夠模擬地再現(xiàn)試驗(yàn)電池退化、內(nèi)部電阻增加的狀態(tài)。因此,不準(zhǔn)備退化了的電池也能夠驗(yàn)證退化了的電池中產(chǎn)生的舉動。
本發(fā)明的上述及其以外的目的和特征,參照以下的詳細(xì)說明和附圖就會更加明了。
圖1是表示第1實(shí)施例涉及的電池評價裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是表示電池評價裝置中的短路檢測部的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是表示第2實(shí)施例涉及的電池評價裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖4是表示電池評價裝置中的短路電流控制部的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式
下面,參照附圖來說明本發(fā)明的電池評價裝置的各實(shí)施例。
圖1為表示第1實(shí)施例涉及的電池評價裝置A的結(jié)構(gòu)的圖,能夠控制通過加壓部2對配置在預(yù)定位置的試驗(yàn)電池1施加釘刺或壓垮的加壓狀態(tài),而且,在配置于預(yù)定位置的試驗(yàn)電池1上連接有短路檢測部4和電池信息檢測部6以便能夠檢測被加壓的試驗(yàn)電池1的狀態(tài)。
上述加壓部2為這樣的結(jié)構(gòu)通過在由圖中沒有示出的加壓裝置向試驗(yàn)電池1進(jìn)退驅(qū)動的桿2a的前端安裝釘而能夠?qū)嵤┽敶淘囼?yàn),通過在桿2a的前端安裝平板、方棒料等能夠?qū)嵤嚎逶囼?yàn)。上述加壓裝置如果可以以加壓速度為0.1~180mm/s、加壓壓力為0.1~30kN對桿2a加壓,桿2a的進(jìn)退移動的距離也能夠控制的話,則其形式可以從使用了伺服電動機(jī)的螺旋式、柱型導(dǎo)向螺旋式(ポストガイドスクリユ一式)、振動式(擺式)、杠桿式、曲柄式、機(jī)械壓力式、油壓壓力式、空氣壓力式等中任意選擇。加壓控制部3驅(qū)動控制上述加壓裝置,使桿2a的進(jìn)退動作能夠停止在任意位置。
并且,上述短路檢測部4檢測從被加壓部2加壓的試驗(yàn)電池1中獲得的信息的變化,從而來檢測試驗(yàn)電池1發(fā)生內(nèi)部短路的狀態(tài),這里是監(jiān)視試驗(yàn)電池1的電池電壓,檢測由內(nèi)部短路的產(chǎn)生而使電池電壓變化的狀態(tài)。如圖2所示,短路檢測部4的結(jié)構(gòu)為具有電池電壓監(jiān)視電路9,連接在試驗(yàn)電池1的正極端子與負(fù)極端子之間、監(jiān)視電池電壓;內(nèi)部短路判斷電路10,將電池電壓監(jiān)視電路9檢測到的電池電壓與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較,由內(nèi)部短路所致的電壓下降的電池電壓在基準(zhǔn)電壓以下時,判斷為發(fā)生了內(nèi)部短路;檢測信號輸出電路11,當(dāng)內(nèi)部短路判斷電路10判斷為內(nèi)部短路時輸出短路檢測信號。上述檢測信號輸出電路11輸出的短路檢測信號被輸入加壓控制部3及電池信息檢測部6中。
上述電池信息檢測部6,收集記錄由安裝在試驗(yàn)電池1上的熱電偶等溫度傳感器檢測到的電池溫度或電池電壓、電池內(nèi)壓等電池信息,由于內(nèi)部短路時的電池電壓在非常短的時間內(nèi)變化,因此由能夠以10msec以內(nèi)的取樣間隔收集信息的數(shù)據(jù)記錄器構(gòu)成。
當(dāng)用上述結(jié)構(gòu)的電池評價裝置A來實(shí)施釘刺試驗(yàn)時,將釘安裝到加壓部2的桿2a的前端上,將試驗(yàn)電池1配置在預(yù)定的位置,使電池評價裝置A開始動作。由加壓部2的動作而使桿2a向試驗(yàn)電池1進(jìn)退移動、安裝在桿2a上的釘從試驗(yàn)電池1的厚壁部進(jìn)入到內(nèi)部時,如果通過釘?shù)倪M(jìn)入而使試驗(yàn)電池1的正極板與負(fù)極板之間導(dǎo)通,從而產(chǎn)生內(nèi)部短路,則由監(jiān)視電池電壓的短路檢測部4檢測內(nèi)部短路,將檢測輸出輸入加壓控制部3中。加壓控制部3通過檢測輸出的輸入而使由加壓部2所致的桿2a的進(jìn)退動作停止。由于從短路檢測部4輸出的內(nèi)部短路的檢測輸出也被輸入電池信息檢測部6中,因此收集記錄由產(chǎn)生內(nèi)部短路而變化的電池溫度、電池電壓等變化信息。下面說明使用了該電池評價裝置A的釘刺試驗(yàn)的具體實(shí)施例。
將圓筒形鋰離子二次電池(松下電池工業(yè)制CGR18650HG)作為試驗(yàn)電池1,對充電到充電電壓4.2V的完全充電狀態(tài)下的試驗(yàn)電池實(shí)施釘刺試驗(yàn)。釘使用了市售直徑3mm的鐵制圓釘。對該釘施加加壓壓力的加壓部2的加壓條件設(shè)定為加壓速度20mm/s,最大加壓30kN。
短路檢測部4通過電池電壓監(jiān)視電路9監(jiān)視試驗(yàn)電池1的電池電壓,當(dāng)該電池電壓在作為基準(zhǔn)值而設(shè)定的3V以下時,內(nèi)部短路判斷電路10判斷為被加壓部2加壓的釘刺入試驗(yàn)電池而1產(chǎn)生了內(nèi)部短路,立即從檢測信號輸出電路11輸出檢測信號,輸入到加壓控制部3。當(dāng)輸入內(nèi)部短路的檢測信號時,加壓控制部3立即控制加壓部2使加壓裝置的桿2a的進(jìn)退動作停止。通過這一控制動作,使刺入試驗(yàn)電池1中的釘在卷成多層的正極和負(fù)極的極板的產(chǎn)生了內(nèi)部短路的層附近停止刺入動作。并且,由于從短路檢測部4輸出的內(nèi)部短路檢測信號也輸入電池信息檢測部6中,因此電池信息檢測部6在預(yù)定的時間內(nèi)繼續(xù)收集記錄試驗(yàn)電池1在產(chǎn)生內(nèi)部短路前后的電池溫度、電池電壓等。
對10個試驗(yàn)電池1實(shí)施了上述釘刺試驗(yàn),并且對10個同樣的試驗(yàn)電池1實(shí)施了不進(jìn)行短路檢測而加壓到釘貫穿試驗(yàn)電池1的現(xiàn)有例的插入釘?shù)脑囼?yàn)作為比較例。在實(shí)施該實(shí)施例1和比較例1時,用電池信息檢測部6在預(yù)定的時間內(nèi)繼續(xù)測定試驗(yàn)電池1的表面溫度,檢測電池的最高溫度。并且,將實(shí)施例1和比較例1的釘刺試驗(yàn)后的試驗(yàn)電池1進(jìn)行分解,計(jì)算釘貫穿而產(chǎn)生短路的層數(shù)。該實(shí)施例1和比較例1的釘刺試驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。
從表1可知,在使用了本發(fā)明的第1實(shí)施例涉及的電池評價裝置A的釘刺試驗(yàn)的結(jié)果的實(shí)施例1中,能夠特定釘刺入時最初產(chǎn)生內(nèi)部短路的地方,能夠獲得穩(wěn)定的短路點(diǎn),因此由伴隨內(nèi)部短路的短路電流產(chǎn)生的焦耳熱使試驗(yàn)電池1發(fā)熱的狀態(tài)的偏差(σ)小,可知在釘刺入電池這樣嚴(yán)酷的誤用條件下電池溫度上升的最高溫度。即,能夠從檢測到的內(nèi)部短路時的最高溫度來判斷在釘刺試驗(yàn)中試驗(yàn)電池1有無發(fā)生破裂或點(diǎn)火。
另外,在作為比較例1的現(xiàn)有例的釘刺試驗(yàn)中,由于釘貫穿試驗(yàn)電池1,因此所有的層都產(chǎn)生內(nèi)部短路,伴隨于此,短路電流的流動也變化多樣,因此溫度上升的偏差(σ)大,在釘刺入電池這樣嚴(yán)酷的誤用條件下難以特定電池溫度上升的最高溫度。
下面參照圖3及圖4來說明本發(fā)明的第2實(shí)施例涉及的電池評價裝置B。本實(shí)施例可以模擬地評價存在與釘刺試驗(yàn)過的電池并聯(lián)的電池時的狀態(tài)、或處于進(jìn)行退化而使內(nèi)部電阻增加的狀態(tài)的電池的情況等。
電池不一定要每個單獨(dú)使用,多數(shù)情況下將多個電池串聯(lián)/并聯(lián)連接使用。當(dāng)產(chǎn)生內(nèi)部短路時,如果存在與該電池并聯(lián)連接的其他的電池,則在短路的電池中還有從并聯(lián)連接的其他電池供給的短路電流,可以設(shè)想通過過大的電流使內(nèi)部短路而引起的電池溫度上升變大,如果能夠采用模擬存在并聯(lián)連接的電池時的情況的結(jié)構(gòu),則成為有效的電池評價裝置。
并且,在電池工業(yè)協(xié)會制訂的上述鋰離子二次電池安全性評價標(biāo)準(zhǔn)方針中,釘刺試驗(yàn)或壓垮試驗(yàn)對新電池或電量為額定容量的約1/2的電池實(shí)施。額定容量減少了的電池、即進(jìn)行了劣化的電池的內(nèi)部電阻增加,如果能夠模擬再現(xiàn)這種狀況,則不必備齊難以作為試驗(yàn)電池1而準(zhǔn)備的、進(jìn)行了適當(dāng)?shù)牧踊碾姵兀軌蛉我獾貥?gòu)成進(jìn)行了劣化的狀態(tài)來進(jìn)行電池評價。
圖3為表示第2實(shí)施例涉及的電池評價裝置B的結(jié)構(gòu)的圖,與第1實(shí)施例中說明過的結(jié)構(gòu)要素相同的要素付與相同的附圖標(biāo)記,其說明省略。第2實(shí)施例涉及的電池評價裝置B除第1實(shí)施例涉及的電池評價裝置A的結(jié)構(gòu)外,還設(shè)置有短路電流控制部5。
如圖4所示,上述短路電流控制部5與試驗(yàn)電池1串聯(lián)地連接有開關(guān)電路13、短路電流控制電路14和電流檢測電路15。當(dāng)模擬地構(gòu)成存在與試驗(yàn)電池1并聯(lián)連接的電池的結(jié)構(gòu)時,上述短路電流控制電路14與直流電源相連接。
當(dāng)開始釘刺試驗(yàn)、由短路檢測部4檢測到內(nèi)部短路時,由于短路檢測信號被輸入到短路電流控制部5中,因此開關(guān)電路13關(guān)閉通往試驗(yàn)電池1的連接電路,從與短路電流控制電路14相連的直流電源給試驗(yàn)電池1施加充電方向的直流電流。通過該短路電流控制部5的動作,自身的短路電流加上從直流電源供給的直流電流流過由釘刺而產(chǎn)生內(nèi)部短路的試驗(yàn)電池1,處于流過大的短路電流的狀態(tài)。
在表2所示的實(shí)施例2中,再現(xiàn)在由釘刺試驗(yàn)而產(chǎn)生內(nèi)部短路的試驗(yàn)電池1中流過從短路電流控制部5流出的直流電流、加上從與試驗(yàn)電池1并聯(lián)連接的電池流出的短路電流的狀態(tài),獲得流過比試驗(yàn)電池1單獨(dú)使用時的短路電流大的短路電流的狀態(tài),溫度上升比試驗(yàn)電池1單獨(dú)使用時的內(nèi)部短路時的大。
并且,在模擬地驗(yàn)證試驗(yàn)電池1為進(jìn)行了劣化的電池的狀態(tài)時,在短路電流控制電路14上連接著與通過劣化而使內(nèi)部電阻增大的程度相對應(yīng)的電阻負(fù)載。在表2所示的實(shí)施例3和實(shí)施例4分別連接呈各自所需的電阻值的電子負(fù)載作為短路電流控制電路14,從通過釘刺而產(chǎn)生內(nèi)部短路的試驗(yàn)電池1沿放電方向流出短路電流。產(chǎn)生內(nèi)部短路的試驗(yàn)電池1的短路電流分散到連接短路的地方與外部的電子負(fù)載中,流過試驗(yàn)電池1內(nèi)的短路電流減少,其結(jié)果,記錄最高電池溫度低的狀態(tài)。
在以上說明的結(jié)構(gòu)中,也可以構(gòu)成為,由短路檢測部4檢測到試驗(yàn)電池1的內(nèi)部短路時,通過短路檢測的輸出使高速相機(jī)、紅外熱攝像儀開始動作,觀察產(chǎn)生了內(nèi)部短路的試驗(yàn)電池1的外部舉動。
并且,雖然上述實(shí)施例說明了實(shí)施釘刺試驗(yàn)時的情況,但對于通過加壓部2對試驗(yàn)電池1施加平面壓力的壓垮試驗(yàn)也能夠同樣實(shí)施。
并且,雖然上述實(shí)施例說明將鋰離子二次電池作為試驗(yàn)電池1的例子進(jìn)行說明,但不管是一次電池還是二次電池,對于其他種類的電池也同樣能夠進(jìn)行安全性評價。
如以上說明的那樣,如果采用本發(fā)明,由于能夠檢測到實(shí)施釘刺試驗(yàn)或壓垮試驗(yàn)使試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路的情況并停止加壓,因此能夠提供以下這樣的電池評價裝置能夠特定產(chǎn)生內(nèi)部短路的地方,能夠在偏差少的狀態(tài)下評價伴隨內(nèi)部短路的電池的舉動,而且能夠模擬地再現(xiàn)存在與試驗(yàn)電池并聯(lián)連接的電池的狀態(tài)或試驗(yàn)電池劣化了的電池的狀態(tài)。
以上說明的本發(fā)明的具體實(shí)施例的意圖是為了使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容明了,并非限定技術(shù)范圍,在權(quán)利要求項(xiàng)所述的范圍內(nèi)可以做多種多樣的變更而實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種電池評價裝置,其根據(jù)由加壓機(jī)構(gòu)強(qiáng)制地使試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時電池的狀態(tài)、進(jìn)行電池的安全性評價,其特征在于具有短路檢測機(jī)構(gòu),檢測在上述試驗(yàn)電池中產(chǎn)生內(nèi)部短路的情況;加壓控制機(jī)構(gòu),在該短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時控制上述加壓機(jī)構(gòu)的加壓動作;電池信息檢測機(jī)構(gòu),檢測試驗(yàn)電池的狀態(tài)。
2.一種電池評價裝置,其根據(jù)由加壓機(jī)構(gòu)強(qiáng)制地使試驗(yàn)電池產(chǎn)生內(nèi)部短路時電池的狀態(tài)、進(jìn)行電池的安全性評價,其特征在于具有短路檢測機(jī)構(gòu),檢測在上述試驗(yàn)電池中發(fā)生內(nèi)部短路的情況;加壓控制機(jī)構(gòu),在該短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時控制上述加壓機(jī)構(gòu)的加壓動作;電池信息檢測機(jī)構(gòu),檢測試驗(yàn)電池的狀態(tài);短路電流控制機(jī)構(gòu),在上述短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時,控制在試驗(yàn)電池中沿充電方向或放電方向流動的電流。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電池評價裝置,其特征在于,短路檢測機(jī)構(gòu)從試驗(yàn)電池的正極、負(fù)極之間的電壓變化來檢測內(nèi)部短路。
4.如權(quán)利要求1所述的電池評價裝置,其特征在于,電池信息檢測機(jī)構(gòu)檢測電池溫度、電池電壓、電池內(nèi)壓。
5.如權(quán)利要求2所述的電池評價裝置,其特征在于,電池信息檢測機(jī)構(gòu)檢測電池溫度、電池電壓、電池內(nèi)壓以及短路電流控制機(jī)構(gòu)的控制電流。
6.如權(quán)利要求2所述的電池評價裝置,其特征在于,在短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時,短路電流控制機(jī)構(gòu)使充電方向的電流從直流電源向試驗(yàn)電池流動。
7.如權(quán)利要求2所述的電池評價裝置,其特征在于,在由短路檢測機(jī)構(gòu)檢測到內(nèi)部短路時,短路電流控制機(jī)構(gòu)在試驗(yàn)電池連接負(fù)載,并流動放電方向的電流。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池評價裝置,其通過短路檢測部檢測由加壓部的加壓所致的釘刺或壓垮了的試驗(yàn)電池的內(nèi)部短路,加壓控制部根據(jù)短路輸出而使加壓部的動作停止,電池信息檢測部收集記錄電池溫度等電池信息,通過使用這樣的電池評價裝置,來特定誤用試驗(yàn)中產(chǎn)生內(nèi)部短路的地方并使伴隨內(nèi)部短路的電池溫度上升的偏差減小。
文檔編號H01M10/40GK1697245SQ20051007025
公開日2005年11月16日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者笠松真治, 西野肇, 島田干也 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社