专利名称：电池评价装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及从通过钉刺试验或压垮试验等有意地使电池内部产生短路而获得的电池信息来评价电池的安全性的电池评价装置。
背景技术：
锂离子二次电池之类的使用可燃性有机电解液的电池为了不因错误使用或连接设备的故障等引起电池内部产生高热而设置保护电路等安全功能，但不能应付极端错误的使用。但是为了使电池在极端错误使用的情况下也不会因热失控而引起破裂或点火，而设定安全标准，安全标准要求即使电池在极严酷的条件下进行电池评价试验也不会引起破裂或点火。电池评价试验在例如锂电池UL规格(UL1642)或电池工业协会指南(参照锂二次电池安全性评价标准方针G1101-1997)等中有规定。
试验项目大体上可分为电试验、机械试验和环境试验，本发明表示在成为对象的机械试验中的误用试验中钉刺、压垮等试验项目。例如，钉刺试验是，相对于完全充电的新电池或额定容量约为1/2的试验电池，而使钉从侧面中央与极板面垂直地贯穿，评价标准为即使放置6个小时以上也不产生破裂或点火。
但是，由于以往的钉刺试验或压垮试验仅为使钉贯穿试验电池或刺入预定的深度、用预定的压力加压压垮的试验，因此存在由钉刺或压垮产生的短路地方变化、由短路地方的特定或短路电流产生的焦耳热引起的温度变化不稳定的问题。
并且，由钉刺或压垮产生的内部短路而流过的短路电流由电池的内部电阻来决定，因此评价各种电池时短路电流引起的焦耳热与电池结构材料的化学反应产生的发热不同，因而不能正确地考察引起电池温度变化的原因。并且，在电池组等中假定并联了多个电池的状态下、1个电池产生内部短路时，就不能评价从并联的其他电池流入短路电流而引起的电池温度的上升等。并且，在进行周期退化或高温退化而使内部电阻增加了的电池的评价时，有必要制作试验用的周期退化或高温退化了的电池。
发明内容
因此，本发明鉴于上述问题而被作出，其目的是要提供一种电池评价装置，其能够减少伴随着误用试验中内部短路的产生地方的特定和内部短路的电池温度上升的偏差，而且在进行存在并联电池的情况或退化电池的评价时不用准备这些电池就能实施。
用于达到上述目的的本申请第1发明的电池评价装置，其根据由加压机构强制地使试验电池产生内部短路时电池的状态、进行电池的安全性评价，其具有短路检测机构，检测在上述试验电池中产生内部短路的情况；加压控制机构，在该短路检测机构检测到内部短路时控制上述加压机构的加压动作；电池信息检测机构，检测试验电池的状态。
根据上述第1发明的结构，由加压机构对试验电池施加加压而产生内部短路的状态被短路检测机构检测到，因此能够通过短路检测输出而使加压控制机构停止加压机构对试验电池的加压。因此，产生内部短路的地方的偏差少，电池信息检测机构检测到的电池温度等信息的偏差也少，能够正确地评价接受了钉刺或压垮的电池中产生的现象，内部短路产生的地方的特定也是可能的。
或者，本申请第2发明的电池评价装置，其根据由加压机构强制地使试验电池产生内部短路时电池的状态、进行电池的安全性评价，其具有短路检测机构，检测在上述试验电池中发生内部短路的情况；加压控制机构，在该短路检测机构检测到内部短路时控制上述加压机构的加压动作；电池信息检测机构，检测试验电池的状态；短路电流控制机构，在上述短路检测机构检测到内部短路时，控制在试验电池中沿充电方向或放电方向流动的电流。
根据上述第2发明的结构，在短路检测机构检测到试验电池产生内部短路时，如果从短路电流控制机构向试验电池流过充电方向的电流，则能够模拟地再现与试验电池并联连接的其他电池的使用状态，能够验证存在并联电池时的举动。并且，在短路检测机构检测到试验电池产生内部短路时，如果从短路电流控制机构向试验电池流过放电方向的电流，则伴随着试验电池的内部短路的短路电流被分散，因此能够模拟地再现试验电池退化、内部电阻增加的状态。因此，不准备退化了的电池也能够验证退化了的电池中产生的举动。
本发明的上述及其以外的目的和特征，参照以下的详细说明和附图就会更加明了。
图1是表示第1实施例涉及的电池评价装置的结构框图。
图2是表示电池评价装置中的短路检测部的结构框图。
图3是表示第2实施例涉及的电池评价装置的结构框图。
图4是表示电池评价装置中的短路电流控制部的结构框图。
具体实施例方式
下面，参照附图来说明本发明的电池评价装置的各实施例。
图1为表示第1实施例涉及的电池评价装置A的结构的图，能够控制通过加压部2对配置在预定位置的试验电池1施加钉刺或压垮的加压状态，而且，在配置于预定位置的试验电池1上连接有短路检测部4和电池信息检测部6以便能够检测被加压的试验电池1的状态。
上述加压部2为这样的结构通过在由图中没有示出的加压装置向试验电池1进退驱动的杆2a的前端安装钉而能够实施钉刺试验，通过在杆2a的前端安装平板、方棒料等能够实施压垮试验。上述加压装置如果可以以加压速度为0.1～180mm/s、加压压力为0.1～30kN对杆2a加压，杆2a的进退移动的距离也能够控制的话，则其形式可以从使用了伺服电动机的螺旋式、柱型导向螺旋式(ポストガイドスクリユ一式)、振动式(摆式)、杠杆式、曲柄式、机械压力式、油压压力式、空气压力式等中任意选择。加压控制部3驱动控制上述加压装置，使杆2a的进退动作能够停止在任意位置。
并且，上述短路检测部4检测从被加压部2加压的试验电池1中获得的信息的变化，从而来检测试验电池1发生内部短路的状态，这里是监视试验电池1的电池电压，检测由内部短路的产生而使电池电压变化的状态。如图2所示，短路检测部4的结构为具有电池电压监视电路9，连接在试验电池1的正极端子与负极端子之间、监视电池电压；内部短路判断电路10，将电池电压监视电路9检测到的电池电压与预先设定的基准电压进行比较，由内部短路所致的电压下降的电池电压在基准电压以下时，判断为发生了内部短路；检测信号输出电路11，当内部短路判断电路10判断为内部短路时输出短路检测信号。上述检测信号输出电路11输出的短路检测信号被输入加压控制部3及电池信息检测部6中。
上述电池信息检测部6，收集记录由安装在试验电池1上的热电偶等温度传感器检测到的电池温度或电池电压、电池内压等电池信息，由于内部短路时的电池电压在非常短的时间内变化，因此由能够以10msec以内的取样间隔收集信息的数据记录器构成。
当用上述结构的电池评价装置A来实施钉刺试验时，将钉安装到加压部2的杆2a的前端上，将试验电池1配置在预定的位置，使电池评价装置A开始动作。由加压部2的动作而使杆2a向试验电池1进退移动、安装在杆2a上的钉从试验电池1的厚壁部进入到内部时，如果通过钉的进入而使试验电池1的正极板与负极板之间导通，从而产生内部短路，则由监视电池电压的短路检测部4检测内部短路，将检测输出输入加压控制部3中。加压控制部3通过检测输出的输入而使由加压部2所致的杆2a的进退动作停止。由于从短路检测部4输出的内部短路的检测输出也被输入电池信息检测部6中，因此收集记录由产生内部短路而变化的电池温度、电池电压等变化信息。下面说明使用了该电池评价装置A的钉刺试验的具体实施例。
将圆筒形锂离子二次电池(松下电池工业制CGR18650HG)作为试验电池1，对充电到充电电压4.2V的完全充电状态下的试验电池实施钉刺试验。钉使用了市售直径3mm的铁制圆钉。对该钉施加加压压力的加压部2的加压条件设定为加压速度20mm/s，最大加压30kN。
短路检测部4通过电池电压监视电路9监视试验电池1的电池电压，当该电池电压在作为基准值而设定的3V以下时，内部短路判断电路10判断为被加压部2加压的钉刺入试验电池而1产生了内部短路，立即从检测信号输出电路11输出检测信号，输入到加压控制部3。当输入内部短路的检测信号时，加压控制部3立即控制加压部2使加压装置的杆2a的进退动作停止。通过这一控制动作，使刺入试验电池1中的钉在卷成多层的正极和负极的极板的产生了内部短路的层附近停止刺入动作。并且，由于从短路检测部4输出的内部短路检测信号也输入电池信息检测部6中，因此电池信息检测部6在预定的时间内继续收集记录试验电池1在产生内部短路前后的电池温度、电池电压等。
对10个试验电池1实施了上述钉刺试验，并且对10个同样的试验电池1实施了不进行短路检测而加压到钉贯穿试验电池1的现有例的插入钉的试验作为比较例。在实施该实施例1和比较例1时，用电池信息检测部6在预定的时间内继续测定试验电池1的表面温度，检测电池的最高温度。并且，将实施例1和比较例1的钉刺试验后的试验电池1进行分解，计算钉贯穿而产生短路的层数。该实施例1和比较例1的钉刺试验的结果如表1所示。
从表1可知，在使用了本发明的第1实施例涉及的电池评价装置A的钉刺试验的结果的实施例1中，能够特定钉刺入时最初产生内部短路的地方，能够获得稳定的短路点，因此由伴随内部短路的短路电流产生的焦耳热使试验电池1发热的状态的偏差(σ)小，可知在钉刺入电池这样严酷的误用条件下电池温度上升的最高温度。即，能够从检测到的内部短路时的最高温度来判断在钉刺试验中试验电池1有无发生破裂或点火。
另外，在作为比较例1的现有例的钉刺试验中，由于钉贯穿试验电池1，因此所有的层都产生内部短路，伴随于此，短路电流的流动也变化多样，因此温度上升的偏差(σ)大，在钉刺入电池这样严酷的误用条件下难以特定电池温度上升的最高温度。
下面参照图3及图4来说明本发明的第2实施例涉及的电池评价装置B。本实施例可以模拟地评价存在与钉刺试验过的电池并联的电池时的状态、或处于进行退化而使内部电阻增加的状态的电池的情况等。
电池不一定要每个单独使用，多数情况下将多个电池串联/并联连接使用。当产生内部短路时，如果存在与该电池并联连接的其他的电池，则在短路的电池中还有从并联连接的其他电池供给的短路电流，可以设想通过过大的电流使内部短路而引起的电池温度上升变大，如果能够采用模拟存在并联连接的电池时的情况的结构，则成为有效的电池评价装置。
并且，在电池工业协会制订的上述锂离子二次电池安全性评价标准方针中，钉刺试验或压垮试验对新电池或电量为额定容量的约1/2的电池实施。额定容量减少了的电池、即进行了劣化的电池的内部电阻增加，如果能够模拟再现这种状况，则不必备齐难以作为试验电池1而准备的、进行了适当的劣化的电池，能够任意地构成进行了劣化的状态来进行电池评价。
图3为表示第2实施例涉及的电池评价装置B的结构的图，与第1实施例中说明过的结构要素相同的要素付与相同的附图标记，其说明省略。第2实施例涉及的电池评价装置B除第1实施例涉及的电池评价装置A的结构外，还设置有短路电流控制部5。
如图4所示，上述短路电流控制部5与试验电池1串联地连接有开关电路13、短路电流控制电路14和电流检测电路15。当模拟地构成存在与试验电池1并联连接的电池的结构时，上述短路电流控制电路14与直流电源相连接。
当开始钉刺试验、由短路检测部4检测到内部短路时，由于短路检测信号被输入到短路电流控制部5中，因此开关电路13关闭通往试验电池1的连接电路，从与短路电流控制电路14相连的直流电源给试验电池1施加充电方向的直流电流。通过该短路电流控制部5的动作，自身的短路电流加上从直流电源供给的直流电流流过由钉刺而产生内部短路的试验电池1，处于流过大的短路电流的状态。
在表2所示的实施例2中，再现在由钉刺试验而产生内部短路的试验电池1中流过从短路电流控制部5流出的直流电流、加上从与试验电池1并联连接的电池流出的短路电流的状态，获得流过比试验电池1单独使用时的短路电流大的短路电流的状态，温度上升比试验电池1单独使用时的内部短路时的大。
并且，在模拟地验证试验电池1为进行了劣化的电池的状态时，在短路电流控制电路14上连接着与通过劣化而使内部电阻增大的程度相对应的电阻负载。在表2所示的实施例3和实施例4分别连接呈各自所需的电阻值的电子负载作为短路电流控制电路14，从通过钉刺而产生内部短路的试验电池1沿放电方向流出短路电流。产生内部短路的试验电池1的短路电流分散到连接短路的地方与外部的电子负载中，流过试验电池1内的短路电流减少，其结果，记录最高电池温度低的状态。
在以上说明的结构中，也可以构成为，由短路检测部4检测到试验电池1的内部短路时，通过短路检测的输出使高速相机、红外热摄像仪开始动作，观察产生了内部短路的试验电池1的外部举动。
并且，虽然上述实施例说明了实施钉刺试验时的情况，但对于通过加压部2对试验电池1施加平面压力的压垮试验也能够同样实施。
并且，虽然上述实施例说明将锂离子二次电池作为试验电池1的例子进行说明，但不管是一次电池还是二次电池，对于其他种类的电池也同样能够进行安全性评价。
如以上说明的那样，如果采用本发明，由于能够检测到实施钉刺试验或压垮试验使试验电池产生内部短路的情况并停止加压，因此能够提供以下这样的电池评价装置能够特定产生内部短路的地方，能够在偏差少的状态下评价伴随内部短路的电池的举动，而且能够模拟地再现存在与试验电池并联连接的电池的状态或试验电池劣化了的电池的状态。
以上说明的本发明的具体实施例的意图是为了使本发明的技术内容明了，并非限定技术范围，在权利要求项所述的范围内可以做多种多样的变更而实施。
权利要求
1.一种电池评价装置，其根据由加压机构强制地使试验电池产生内部短路时电池的状态、进行电池的安全性评价，其特征在于具有短路检测机构，检测在上述试验电池中产生内部短路的情况；加压控制机构，在该短路检测机构检测到内部短路时控制上述加压机构的加压动作；电池信息检测机构，检测试验电池的状态。
2.一种电池评价装置，其根据由加压机构强制地使试验电池产生内部短路时电池的状态、进行电池的安全性评价，其特征在于具有短路检测机构，检测在上述试验电池中发生内部短路的情况；加压控制机构，在该短路检测机构检测到内部短路时控制上述加压机构的加压动作；电池信息检测机构，检测试验电池的状态；短路电流控制机构，在上述短路检测机构检测到内部短路时，控制在试验电池中沿充电方向或放电方向流动的电流。
3.如权利要求1或2所述的电池评价装置，其特征在于，短路检测机构从试验电池的正极、负极之间的电压变化来检测内部短路。
4.如权利要求1所述的电池评价装置，其特征在于，电池信息检测机构检测电池温度、电池电压、电池内压。
5.如权利要求2所述的电池评价装置，其特征在于，电池信息检测机构检测电池温度、电池电压、电池内压以及短路电流控制机构的控制电流。
6.如权利要求2所述的电池评价装置，其特征在于，在短路检测机构检测到内部短路时，短路电流控制机构使充电方向的电流从直流电源向试验电池流动。
7.如权利要求2所述的电池评价装置，其特征在于，在由短路检测机构检测到内部短路时，短路电流控制机构在试验电池连接负载，并流动放电方向的电流。
全文摘要
本发明提供一种电池评价装置，其通过短路检测部检测由加压部的加压所致的钉刺或压垮了的试验电池的内部短路，加压控制部根据短路输出而使加压部的动作停止，电池信息检测部收集记录电池温度等电池信息，通过使用这样的电池评价装置，来特定误用试验中产生内部短路的地方并使伴随内部短路的电池温度上升的偏差减小。
文档编号H01M10/40GK1697245SQ20051007025
公开日2005年11月16日 申请日期2005年5月13日 优先权日2004年5月14日
发明者笠松真治, 西野肇, 岛田干也 申请人:松下电器产业株式会社