JP6863214B2 - 注液装置 - Google Patents

Description

本開示は、電池の製造工程において電池の内部に電解液を注液する注液装置に関する。

電池の製造工程においては、たとえば、電極体が収容された収容ケースの上部の上面部材に設けられる注液口から電解液を注液する注液工程が設定される。

このような電池の注液工程に関し、たとえば、特開２０１４−０２２０７３号公報（特許文献１）では、電池缶内に注液ノズルを挿入して、電極群と電池蓋の間の横幅方向の一方向側に向かって電解液を吐出して注液する技術が開示される。

特開２０１４−０２２０７３号公報

しかしながら、電池を大量に生産する場合には、注液ノズルが電池の収容ケース内に挿入され、電解液が吐出される動作が繰り返し実行されることになる。そのため、注液ノズルの先端周辺の電解液の残留によって注液ノズルの周囲に塩が析出する異常が発生する場合がある。また、その他に注液ノズルが上面部材や電池以外の構造物に接触したり、注液ノズルと収容ケースに収容された電極体とが接触したり、注液中に収容ケースから電解液が溢れたりする異常が発生する場合がある。そのため、それらの異常の発生を精度高く検出することが求められる。

本開示は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、注液ノズルにおける塩の析出、注液ノズルと他の構造物との接触あるいは電解液の溢れを精度高く検出する注液装置を提供することである。

本開示のある局面に係る電池の注液装置は、電極体と、電極体を収容する収容ケースと、収容ケースの上部に設けられ、注液口が形成される上面部材とを含む電池の内部に電解液を注液する注液装置である。この注液装置は、注液口に挿入される棒状の注液ノズルと、注液ノズルの外周面に設けられる第１電極と、第１電極に並列して配置され、注液口に注液ノズルを挿入する挿入動作中に端部が注液口の周縁に接近するように動作する第２電極と、第１電極および第２電極に並列して配置され、挿入動作中に端部が上面部材に接触した状態を維持するように動作する第３電極と、第１電極と第２電極とが交流電源に接続される第１接続状態と、第１電極と第３電極とが交流電源に接続される第２接続状態と、第２電極と第３電極とが交流電源に接続される第３接続状態とのうちのいずれかの状態に切り換える切替回路と、第１接続状態、第２接続状態および第３接続状態の各々において交流電源に接続される２つの電極間の静電容量を用いて注液口に電解液を注液する注液工程に異常が発生しているか否かを判定する異常判定装置とを備える。異常判定装置は、注液開始前の第１接続状態における第１電極と第２電極との間の第１静電容量が初期値から変化する場合に、注液ノズルの周囲に電解液の塩が析出する異常が発生していると判定する。異常判定装置は、注液開始前の第２接続状態における第１電極と第３電極との間の第２静電容量が初期値から変化する場合に、注液ノズルと上面部材とが接触する異常が発生していると判定する。異常判定装置は、注液開始前の第３接続状態における第２電極と第３電極との間の第３静電容量が初期値から変化する場合に、注液ノズルと電極体とが接触する異常が発生していると判定する。異常判定装置は、注液開始前の第１接続状態における第１静電容量が変化せず、かつ、注液開始後の第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合に、注液口から電解液が溢れる異常が発生していると判定する。

このようにすると、たとえば、注液開始前の第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合には第１電極と第２電極との間に電解液の塩が析出していることが推定され、注液ノズルの周囲に電解液の塩が析出する異常を精度高く検出することができる。また、注液開始前の第２接続状態における第２静電容量が初期値から変化する場合には、第１電極が電池の上面部材に接触していることが推定され、注液ノズルが電池の上面部材に接触している異常を精度高く検出することができる。また、注液開始前の第３接続状態における第３静電容量が初期値から変化する場合には、第２電極が上面部材に接触していることが推定され、注液ノズルの位置が想定よりも下側の位置、すなわち、注液ノズルと電極体とが接触する異常を精度高く検出することができる。また、注液開始前の第１接続状態における第１静電容量が変化せず、注液開始後の第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合には、注液開始後に、第１電極と第２電極とが電解液に接触していることが推定され、注液口から電解液が溢れる異常を精度高く検出することができる。

本開示によると、注液ノズルにおける塩の析出、注液ノズルと他の構造物との接触あるいは電解液の溢れを精度高く検出する注液装置を提供することができる。

注液装置の全体構成を示す図である。 図１の破線枠の拡大図である。 制御部で実行される異常判定処理を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、注液装置１の全体構成を示す図である。注液装置１は、電池６０を製造する複数の製造工程のうちの注液工程において、電池６０の内部に電解液を注液する。なお、その他の工程について周知の技術であるためのその詳細な説明は行なわない。

電池６０は、たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車あるいはプラグインハイブリッド自動車等に用いられる車載用の二次電池を含む。電池６０は、たとえば、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池のうちのいずれかを含む。

＜電池６０の構成について＞
図１に示すように、電池６０は、正極外部端子３４と、負極外部端子３６と、電極体４２と、収容ケース６２と、上面部材６４とを含む。

電極体４２は、たとえば、正極シートと、セパレータと、負極シート（いずれも図示せず）とを積層した状態で、巻回することで形成されている。電極体４２は、扁平形状に形成されている。電極体４２は、正極３８および負極４０を含む。

収容ケース６２は、直方形状を有しており、上方に向けて開口する長方形状の開口部が形成されている。収容ケース６２の上方には、収容ケース６２の開口部を閉塞するように上面部材６４が配置されている。上面部材６４の外周縁部は、収容ケース６２の開口部の開口縁部に溶接されている。収容ケース６２および上面部材６４は、たとえば、アルミまたはアルミニウム合金によって形成されている。

上面部材６４には、正極外部端子３４と負極外部端子３６とが取り付けられる。正極外部端子３４は、収容ケース６２内の電極体４２の正極３８と電気的に接続される。負極外部端子３６は、収容ケース６２内の電極体４２の負極４０と電気的に接続される。また、上面部材６４には、注液口３２（図２参照）が形成される。

＜注液装置１の構成について＞
図１に示すように、注液装置１は、真空ポンプ２と、電解液タンク４と、注液配管５と、交流電源６と、大気開放バルブ８と、圧力センサ１０と、開閉バルブ１２と、第１リレー回路１４と、第２リレー回路１６と、吸引通路１８と、チャンバー２０と、第１電極２２と、第２電極２４と、第３電極２６と、アクチュエータ５０と、制御部１００とを備える。

真空ポンプ２は、チャンバ２０内の気体を吸引通路１８を経由して吸引するポンプである。真空ポンプ２は、たとえば、制御部１００からの制御信号に基づいて動作する。

電解液タンク４は、注液工程において電池６０の収容ケース６２内に供給するための電解液を貯留する。

交流電源６は、後述する第１電極２２、第２電極２４および第３電極２６のうちのいずれか二つ電極に交流電力を供給する。交流電源６が供給する電力は、たとえば、所定の周波数（たとえば、数十Ｈｚの周波数）の交流電力である。交流電源６には、交流電源６に接続された二つの電極間の静電容量を検出する静電容量センサ７を内蔵する。静電容量センサ７は、検出した静電容量を示す信号を制御部１００に送信する。

大気開放バルブ８は、真空ポンプ２の作動時においては閉状態になるように制御される。大気開放バルブ８は、たとえば、注液が完了した後に所定の負圧状態となるチャンバー２０内を大気開放する際に開状態になるように制御される。大気開放バルブ８は、たとえば、制御部１００からの制御信号に基づいて動作する。

圧力センサ１０は、チャンバー２０内の圧力を検出する。圧力センサ１０は、検出したチャンバー２０内の圧力を示す信号を制御部１００に送信する。

開閉バルブ１２は、後述する注液ノズル２８と電解液タンク４とを接続する注液配管５に設けられる。開閉バルブ１２は、注液が開始される前までは閉状態となるように制御され、電解液の流通を遮断する。開閉バルブ１２は、注液を開始する場合に開状態になるように制御される。そして、開閉バルブ１２は、注液が完了する場合に閉状態になるように制御される。開閉バルブ１２は、制御部１００からの制御信号に基づいて動作する。

第１リレー回路１４は、交流電源６の２つの端子のうちの一方の端子（以下、第１端子と記載する）との接続先として、第１電極２２の一方端に接続される接点と第２電極２４の一方端に接続される接点とのうちのいずれか一方を選択する回路を含む。

より具体的には、第１リレー回路１４は、交流電源６の第１端子と第１電極２２の一方端に接続される接点とを電気的に接続する状態と、交流電源６の第１端子と第２電極２４の一方端に接続される接点とを電気的に接続する状態とのうちのいずれか一方から他方へと切り替え可能に構成される。第１リレー回路１４は、たとえば、制御部１００からの制御信号に基づいて動作する。

第２リレー回路１６は、交流電源６の２つの端子のうちの他方の端子（以下、第２端子と記載する）との接続先として、第２電極２４の一方端に接続される接点と第３電極２６の一方端に接続される接点とのうちのいずれか一方を選択する回路を含む。

より具体的には、第２リレー回路１６は、交流電源６の第２端子と第２電極の一方端に接続される接点とを電気的に接続する状態と、交流電源６の第２端子と第３電極２６の一方端に接続される接点とを電気的に接続する状態とのうちのいずれか一方から他方へと切り替え可能に構成される。第２リレー回路１６は、たとえば、制御部１００からの制御信号に基づいて動作する。

チャンバー２０には、注液工程において、注液対象となる電池６０の収容ケース６２が格納される。チャンバー２０は、上部が開口した箱型形状を有しており、上部の開口部が蓋部２１によって閉塞されることで密閉可能に構成される。蓋部２１には、注液ノズル２８と、第１電極２２と、第２電極２４と、第３電極２６とが貫通して固定されている。蓋部２１は、アクチュエータ５０を用いて図１の上下方向に移動可能に設けられる。図１の矢印に示されるように、蓋部２１がチャンバー２０の上部の開口部を閉塞するように移動されることによって、チャンバー２０内が密閉状態になる。このとき、注液ノズル２８は、図２に示すように、電池６０の上面部材６４の中央部に設けられる注液口３２に挿入された位置関係となる。図２は、図１の破線枠の拡大図である。図２には、注液口３２の断面が示される。

図２に示すように、注液口３２の周縁には、階段部分が形成されている。注液ノズル２８は、内部を電解液の流通が可能な管状に形成される。注液ノズル２８は、注液配管５に接続される。

注液ノズル２８には、第１電極２２が設けられる。第１電極２２は、たとえば、注液ノズル２８の外周面に設けられる棒状あるいは板状の導体によって構成される。第１電極２２の一方端は、第１リレー回路１４の接点に接続され、第１電極２２の他方端は、注液ノズル２８の先端部分に達するように構成される。

第２電極２４は、第１電極２２（すなわち、注液ノズル２８）に並列して配置される棒状あるいは板状の導体によって構成される。第２電極２４の一方端は、第１リレー回路１４の接点と、第２リレー回路１６の接点とにそれぞれ接続される。蓋部２１がチャンバー２０の上部の開口部を閉塞する位置に移動した状態においては、第２電極２４の他方端の先端部分は、注液口３２の階段部分に形成される面に対して予め定められた距離だけ離隔した位置となる。すなわち、蓋部２１がチャンバー２０の上部の開口部を閉塞する位置への移動中に（すなわち、注液ノズル２８を注液口３２に挿入する挿入動作中に）、第２電極２４の先端部分は、注液口３２の周縁の階段部分に接近するように動作する。

第３電極２６は、第１電極２２（すなわち、注液ノズル２８）および第２電極２４に並列して配置される棒状あるいは板状の導体によって構成される。第３電極２６の一方端は、第２リレー回路１６の接点に接続される。第３電極２６の他方端の先端部分は、上面部材６４に対向して設けられる。第３電極２６の先端部分と蓋部２１との間には、バネ部材２９が設けられる。バネ部材２９は、第３電極２６の先端部分を図１および２の上下方向に移動可能に設けられる。第３電極２６の先端部分は、蓋部２１がチャンバー２０の上部の開口部を閉塞する位置への移動中に（すなわち、注液ノズル２８の挿入動作中に）、上面部材６４と接触し、バネ部材２９が収縮することによって、第３電極２６の先端部分が上面部材６４と接触した状態を維持するように動作する。

＜注液工程における注液装置１の動作について＞
制御部１００は、注液工程が開始されると、アクチュエータ５０を作動させてチャンバー２０の上部の開口部を蓋部２１で閉塞する位置まで蓋部２１を下降させる。その後、制御部１００は、真空ポンプ２を作動させて、チャンバー２０内の空気を吸引通路１８を経由して吸引する。制御部１００は、圧力センサ１０によって検出されるチャンバー２０内の圧力がしきい値以下となる所定の負圧状態になるまで真空ポンプ２を作動させる。制御部１００は、チャンバー２０内が所定の負圧状態になると真空ポンプ２の作動を停止する。制御部１００は、チャンバー２０内を所定の負圧状態とした後に、開閉バルブ１２を開状態にし、電解液タンク４内の電解液を収容ケース６２内に注液する。制御部１００は、開閉バルブ１２を開状態にした時点から予め定められた時間が経過すると開閉バルブ１２を閉状態にしつつ、大気開放バルブ８を開状態に制御する。大気開放バルブ８が開状態になることによってチャンバー２０内が大気圧となる。その後、制御部１００は、アクチュエータ５０を作動させて蓋部２１を図１の上方に移動させる。注液後においては、注液口に栓が設けられ、溶接等によって封口されることで注液工程が完了する。

＜注液装置１において発生する異常について＞
以上のように電池６０の注液工程においては、電池６０の収容ケース６２内に電解液が注液されるが、このように製造される電池６０を大量に生産する場合には、注液ノズル２８が電池６０の収容ケース６２内に挿入され、電解液が吐出される動作が繰り返し実行されることになる。そのため、注液ノズル２８の先端周辺の電解液の残留によって注液ノズル２８の周囲に塩が析出する異常が発生する場合がある。その他に注液ノズル２８が上面部材６４や電池６０以外の構造物に接触したり、注液ノズル２８と収容ケース６２に収容された電極体４２とが接触したり、注液中に収容ケース６２から電解液が溢れたりする異常が発生する場合がある。そのため、それらの異常の発生を精度高く検出することが求められる。

そこで、本実施の形態においては、制御部１００が、注液ノズル２８を注液口３２に挿入する挿入動作を開始した後に、交流電源６と第１リレー回路１４と第２リレー回路１６と用いて後述する第１接続状態と第２接続状態と第３接続状態とのうちのいずれかの状態に切り換えて、各状態において交流電源６に接続される２つの電極間の静電容量を用いて注液工程に異常が発生しているか否かを判定するものとする。なお、本実施の形態においては、制御部１００が「異常判定装置」に対応する。

第１接続状態は、第１電極２２と第２電極２４とが交流電源６に接続される状態を含む。たとえば、第１リレー回路１４にて、交流電源６の第１端子と第１電極２２の接点とが電気的に接続され、かつ、第２リレー回路１６にて、交流電源６の第２端子と第２電極２４の接点とが電気的に接続されることによって、第１接続状態が実現される。

第２接続状態は、第１電極２２と第３電極２６とが交流電源６に接続される状態を含む。たとえば、第１リレー回路１４にて、交流電源６の第１端子と第１電極２２の接点とが電気的に接続され、かつ、第２リレー回路１６にて、交流電源６の第２端子と第３電極２６の接点とが電気的に接続されることによって、第２接続状態が実現される。

第３接続状態は、第２電極２４と第３電極２６とが交流電源６に接続される状態を含む。たとえば、第１リレー回路１４にて、交流電源６の第１端子と第２電極２４の接点とが電気的に接続され、かつ、第２リレー回路１６にて、交流電源６の第２端子と第３電極２６の接点とが電気的に接続されることによって、第３接続状態が実現される。

制御部１００は、たとえば、注液開始前の第１接続状態における第１電極２２と第２電極２４との間の第１静電容量を取得し、取得された第１静電容量が初期値から変化する場合に、注液ノズル２８の周囲に電解液の塩が析出する異常が発生していると判定する。第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合には、注液ノズル２８の周囲に電解液の塩が析出する異常が発生していることが推定されるため、注液ノズル２８の周囲に電解液の塩が析出する異常を精度高く検出することができる。

また、制御部１００は、注液開始前の第２接続状態における第１電極２２と第３電極２６との間の第２静電容量を取得し、取得された第２静電容量が初期値から変化する場合に、注液ノズル２８と上面部材６４や電池６０以外の構造物とが接触する異常が発生していると判定する。第２接続状態における第２静電容量が初期値から変化する場合には、第１電極２２の端部と第３電極２６の端部との両方が上面部材６４に接触していたり、第１電極２２の端部が電池６０以外の構造物に接触していたりする異常が発生していることが推定されるため、注液ノズル２８が注液口３２に適切に挿入されておらず、他の構造物に接触する異常を精度高く検出することができる。

また、制御部１００は、注液開始前の第３接続状態における第２電極２４と第３電極２６との間の第３静電容量を取得し、取得された第３静電容量が初期値から変化する場合に、注液ノズル２８と電極体４２とが接触する異常が発生していると判定する。第３接続状態における第３静電容量が初期値から変化する場合には、第２電極２４の端部が上面部材６４に接触していることが推定される。この場合、注液ノズル２８の位置が想定よりも下側に位置しており、注液ノズル２８と電極体４２とが接触する異常を精度高く検出することができる。

また、制御部１００は、注液開始前と注液開始後との各々においての第１接続状態における第１静電容量を取得する。制御部１００は、注液開始前に第１静電容量が変化せず、かつ、注液開始後に第１静電容量が初期値から変化する場合に、注液口３２から電解液が溢れる異常が発生していると判定する。注液開始前の第１接続状態における第１静電容量が変化せず、注液開始後の第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合には、第１電極２２と第２電極２４との間に電解液が存在していることが推定され、注液口３２から電解液が溢れる異常を精度高く検出することができる。

＜制御部１００によって実行される異常判定処理の詳細について＞
以下、図３を用いて制御部１００で実行される異常判定処理について詳細に説明する。図３は、制御部１００で実行される異常判定処理を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートに示される各ステップは、制御部１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、その一部が制御部１００内に作製されたハードウェアによって実現されてもよい。なお、交流電源６は、常時オン状態とされるものとする。また、蓋部２１は、アクチュエータ５０によって持ち上げられ、チャンバー２０の上部が開いた状態である場合を想定する。

ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と記載する）１００にて、制御部１００は、第１接続状態、すなわち、第１リレー回路１４において第１電極２２との接点をオン状態（交流電源６の第１端子と接続状態）にするとともに、第２リレー回路１６において第２電極２４との接点をオン状態（交流電源６の第２端子と接続状態）にする。

Ｓ１０２にて、制御部１００は、第１電極２２と第２電極２４との間の第１静電容量に変化があるか否かを判定する。制御部１００は、静電容量センサ７を用いて第１接続状態における第１静電容量を取得する。制御部１００は、取得された第１静電容量と初期値との差分を算出する。

第１静電容量の初期値は、第１接続状態において、第１電極２２と第２電極２４との間に電解液の塩が析出していない状態における第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量であって、たとえば、予め定められた値である。第１静電容量の初期値は、たとえば、実験等によって適合される。

制御部１００は、算出された差分の大きさがしきい値よりも大きい場合に第１静電容量に変化があると判定する。しきい値は、たとえば、挿入動作中における通常の第１静電容量の変化を塩析出と誤判定しないように設定される。

第１静電容量に変化があると判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１２４に移される。一方、第１静電容量に変化がないと判定される場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０２に移される。

Ｓ１０４にて、制御部１００は、第２接続状態、すなわち、第１リレー回路１４において第１電極２２との接点をオン状態にするとともに、第２リレー回路１６において第３電極２６との接点をオン状態にする。

Ｓ１０６にて、制御部１００は、アクチュエータ５０を駆動させて注液ノズル２８（すなわち、蓋部２１）を下降させる。

Ｓ１０８にて、制御部１００は、第１電極２２と第３電極２６との間の第２静電容量に変化があるか否かを判定する。制御部１００は、静電容量センサ７を用いて第２接続状態における第２静電容量を取得する。制御部１００は、取得された第２静電容量と初期値との差分を算出する。

第２静電容量の初期値は、第２接続状態において、注液ノズル２８が適切に注液口３２に挿入された状態での第１電極２２と第３電極２６との間の静電容量であって、たとえば、予め定められた値である。第２静電容量の初期値は、たとえば、実験等によって適合される。

制御部１００は、算出された差分の大きさがしきい値よりも大きい場合に第２静電容量に変化があると判定する。しきい値は、たとえば、挿入動作中における通常の第２静電容量の変化を第１電極２２が電池６０の上面部材６４に接触している場合であると誤判定しないように設定される。

第２静電容量に変化があると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２６に移される。一方、第２静電容量に変化がないと判定される場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１１０に移される。

Ｓ１１０にて、制御部１００は、注液ノズル２８（蓋部２１）の下降量が、蓋部２１がチャンバー２０の上部を閉塞する下降量（規定ストローク）に到達したか否かを判定する。制御部１００は、たとえば、アクチュエータ５０の作動量あるいはアクチュエータ５０の作動時間に基づいて注液ノズル２８の下降量が規定ストロークに到達したか否かを判定してもよい。注液ノズル２８の下降量が規定ストロークに到達したと判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１１２に移される。なお、注液ノズル２８の下降量が規定ストロークに到達していないと判定される場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１０６に戻される。

Ｓ１１２にて、制御部１００は、第３接続状態、すなわち、第１リレー回路１４において第２電極２４との接点をオン状態にするとともに、第２リレー回路１６において第３電極２６との接点をオン状態にする。

Ｓ１１４にて、制御部１００は、第２電極２４と第３電極２６との間の第３静電容量に変化があるか否かを判定する。制御部１００は、静電容量センサ７を用いて第３接続状態における第３静電容量を取得する。制御部１００は、取得された第３静電容量と初期値との差分を算出する。

第３静電容量の初期値は、第３接続状態において、注液ノズル２８が適切に注液口３２に挿入された状態（上面部材６４に接触しない状態）での第１電極２２と第２電極２４との間の静電容量であって、たとえば、予め定められた値である。第３静電容量の初期値は、たとえば、実験等によって適合される。

制御部１００は、算出された差分の大きさがしきい値よりも大きい場合に第３静電容量に変化があると判定する。しきい値は、たとえば、挿入動作中における通常の第３静電容量の変化を第２電極２４が上面部材６４に接触している場合であると誤判定しないように設定される。

第３静電容量に変化があると判定される場合（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１２８に移される。一方、第３静電容量に変化がないと判定される場合（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１１６に移される。

Ｓ１１６にて、制御部１００は、第１接続状態、すなわち、第１リレー回路１４において第１電極２２との接点をオン状態にするとともに、第２リレー回路１６において第２電極２４との接点をオン状態にする。

Ｓ１１８にて、制御部１００は、注液を開始する。すなわち、制御部１００は、真空ポンプ２を作動させて、チャンバー２０内を所定の負圧状態にした後に、開閉バルブ１２を開状態に制御することによって注液を開始する。

Ｓ１２０にて、制御部１００は、第１電極２２と第２電極２４との間の第１静電容量に変化があるか否かを判定する。判定方法は、Ｓ１０２にて説明した判定方法と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。第１静電容量に変化があると判定される場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１３０に移される。一方、第１静電容量に変化がないと判定される場合（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２２に移される。

Ｓ１２２にて、制御部１００は、電解液の注液量が規定量に到達したか否かを判定する。制御部１００は、たとえば、開閉バルブ１２が開状態になるように制御されてからの経過時間が所定時間に到達する場合に、注液量が規定量に到達したと判定してもよいし、電解液タンク４からの流量がしきい値に到達する場合に、注液量が規定量に到達したと判定してもよい。注液量が規定量に到達していると判定される場合（Ｓ１２２にてＹＥＳ）、この処理は終了される。このとき、たとえば、開閉バルブ１２が閉状態になるとともに、大気開放バルブ８が開状態になることでチャンバー２０内が大気に開放される。なお、注液量が規定量に到達していないと判定される場合（Ｓ１２２にてＮＯ）、処理はＳ１１８に戻される。

Ｓ１２４にて、制御部１００は、注液ノズル２８の先端に電解液の塩が析出している異常が発生していると判定する。Ｓ１２６にて、制御部１００は、注液ノズル２８が上面部材６４や電池６０以外の構造物と接触（ワーク干渉）している異常が発生していると判定する。Ｓ１２８にて、制御部１００は、注液ノズル２８が電極体４２に接触する異常が発生していると判定する。Ｓ１３０にて、制御部１００は、電解液が注液口３２から溢れている異常が発生していると判定する。なお、異常が発生していると判定される場合、制御部１００は、警告音の発生や警告灯の点灯等の態様で異常の発生を報知するようにしてもよい。

＜注液装置１による異常判定動作について＞
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態における注液装置１の異常判定動作について説明する。

（１）注液ノズル２８の先端に塩が析出している場合。
たとえば、注液ノズル２８の先端に塩が析出し、第１電極２２と第２電極２４との間に析出した塩が存在する場合を想定する。

第１リレー回路１４において第１電極２２との接点がオン状態とされ、第２リレー回路１６において第２電極２４との接点がオン状態とされると（Ｓ１００）、第１電極２２と第２電極２４との間の第１静電容量が取得される。第１電極２２と第２電極２４との間に析出した塩が存在する場合には、第１静電容量が初期値を基準としてしきい値以上に変化することになる（Ｓ１０２にてＹＥＳ）。そのため、制御部１００は、注液ノズル２８の先端に塩が析出する異常が発生していると判定する（Ｓ１２４）。

（２）注液ノズル２８が上面部材６４に接触している場合。
上記（１）において、取得された第１静電容量に変化がない場合には（Ｓ１０２にてＮＯ）、第１リレー回路１４において第１電極２２との接点がオン状態とされ、第２リレー回路１６において第３電極２６との接点がオン状態とされる（Ｓ１０４）。その後に、アクチュエータ５０が作動され、注液ノズル２８が下降する。注液ノズル２８の下降中に、第１電極２２と第３電極２６との間の第２静電容量が取得される。注液ノズル２８が上面部材６４に接触している場合には、第２静電容量が初期値を基準としてしきい値以上に変化することになる（Ｓ１０８にてＹＥＳ）。そのため、制御部１００は、注液ノズル２８が上面部材６４や電池以外の構造物と接触している異常が発生していると判定する（Ｓ１２６）。

（３）注液ノズル２８が電極体４２に接触している場合。
上記（２）において、取得された第２静電容量に変化がない場合には（Ｓ１０８にてＮＯ）、注液ノズル２８の下降量が規定ストロークに到達した後に（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、第１リレー回路１４において第２電極２４との接点がオン状態にされ、第２リレー回路１６において第３電極２６との接点がオン状態にされる（Ｓ１１２）。このとき、第２電極２４と第３電極２６との間の第３静電容量が取得される。注液ノズル２８が想定よりも下降し、電極体４２と接触している場合には、第２電極２４が上面部材６４と接触しているため、第３静電容量が初期値を基準としてしきい値以上に変化することになる（Ｓ１１４にてＹＥＳ）。そのため、制御部１００は、注液ノズル２８が電極体４２と接触している異常が発生していると判定する（Ｓ１２８）。

（４）電解液が溢れる場合。
上記（３）において、取得された第３静電容量に変化がない場合には（Ｓ１１４にてＮＯ）、第１リレー回路１４において第１電極２２との接点がオン状態にされ、第２リレー回路１６において第２電極２４との接点がオン状態にされる（Ｓ１１６）。そして、その後に注液が開始される（Ｓ１１８）。注液中において、第１電極２２と第２電極２４との間の第１静電容量が取得される。注液口３２から電解液が溢れる場合には、第１静電容量が初期値よりもしきい値以上に変化することになる（Ｓ１２０にてＮＯ）、そのため、制御部１００は、電解液が溢れる異常が発生していると判定する（Ｓ１３０）。

＜注液装置１による作用効果について＞
以上のようにして、本実施の形態に係る注液装置によると、注液開始前の第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合には第１電極２２と第２電極との間に電解液の塩が析出していることが推定され、注液ノズル２８の周囲に電解液の塩が析出する異常を精度高く検出することができる。また、注液開始前の第２接続状態における第２静電容量が初期値から変化する場合には、第１電極２２が電池６０の上面部材６４や他の構造物に接触していることが推定され、注液ノズル２８が電池６０の上面部材６４や電池６０以外の構造物と接触している異常を精度高く検出することができる。また、注液開始前の第３接続状態における第３静電容量が初期値から変化する場合には、第２電極２４が上面部材６４に接触していることが推定され、注液ノズル２８の位置が想定よりも下側の位置、すなわち、注液ノズル２８と電極体４２とが接触する異常を精度高く検出することができる。また、注液開始前の第１接続状態における第１静電容量が変化せず、注液開始後の第１接続状態における第１静電容量が初期値から変化する場合には、注液開始後に、第１電極２２と第２電極２４とが電解液に接触していることが推定され、注液口３２から電解液が溢れる異常を精度高く検出することができる。したがって、注液ノズルにおける塩の析出、注液ノズルと他の構造物との接触あるいは電解液の溢れを精度高く検出する注液装置を提供することができる。

＜変形例について＞
上述の実施の形態では、電池６０は、車載用電池である場合を一例として説明したが、車載用電池に限定されるものではない。電池６０は、たとえば、汎用の電池であってもよいし、あるいは、車両以外の移動体に搭載される電池であってもよい。

さらに上述の実施の形態では、電池６０としては、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のうちのいずれかであるものとして説明したが、電池６０の製造工程において、収容ケース内に電解液を注液する注液工程を有する電池であればよく、特にこれらに限定されるものではない。

さらに上述の実施の形態では、第１電極２２は、注液ノズル２８に取り付けられるものとして説明したが、たとえば、注液ノズル２８を第１電極２２として構成されるようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態では、交流電源６は、オン状態（電圧印加状態）である場合を前提として説明したが、たとえば、異常判定処理の実行を開始するときにオン状態にし、異常判定処理が終了する時点にオフ状態にしてもよい。

さらに上述の実施の形態では、静電容量センサ７を用いて交流電源６に接続される二つの電極間の静電容量を検出するものとして説明したが、たとえば、制御部１００を用いて電流から静電容量を算出するようにしてもよい。静電容量の算出方法については周知の技術を用いればよく詳細な説明は行なわない。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を適宜組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 注液装置、２ 真空ポンプ、４ 電解液タンク、５ 注液配管、６ 交流電源、７ 静電容量センサ、８ 大気開放バルブ、１０ 圧力センサ、１２ 開閉バルブ、１４ 第１リレー回路、１６ 第２リレー回路、１８ 吸引通路、２０ チャンバー、２１ 蓋部、２２ 第１電極、２４ 第２電極、２６ 第３電極、２８ 注液ノズル、２９ バネ部材、３２ 注液口、３４ 正極外部端子、３６ 負極外部端子、３８ 正極、４０ 負極、４２ 電極体、５０ アクチュエータ、６０ 電池、６２ 収容ケース、６４ 上面部材、１００ 制御部。

Claims (1)

1. 電極体と、前記電極体を収容する収容ケースと、前記収容ケースの上部に設けられ、注液口が形成される上面部材とを含む電池の内部に電解液を注液する注液装置であって、
   前記注液口に挿入される棒状の注液ノズルと、
   前記注液ノズルの外周面に設けられる第１電極と、
   前記第１電極に並列して配置され、前記注液口に前記注液ノズルを挿入する挿入動作中に端部が前記注液口の周縁に接近するように動作する第２電極と、
   前記第１電極および前記第２電極に並列して配置され、前記挿入動作中に端部が前記上面部材に接触した状態を維持するように動作する第３電極と、
   前記第１電極と前記第２電極とが交流電源に接続される第１接続状態と、前記第１電極と前記第３電極とが前記交流電源に接続される第２接続状態と、前記第２電極と前記第３電極とが前記交流電源に接続される第３接続状態とのうちのいずれかの状態に切り換える切替回路と、
   前記第１接続状態、前記第２接続状態および前記第３接続状態の各々において前記交流電源に接続される２つの電極間の静電容量を用いて前記注液口に前記電解液を注液する注液工程に異常が発生しているか否かを判定する異常判定装置とを備え、
   前記異常判定装置は、
   注液開始前の前記第１接続状態における前記第１電極と前記第２電極との間の第１静電容量が初期値から変化する場合に、前記注液ノズルの周囲に電解液の塩が析出する異常が発生していると判定し、
   前記注液開始前の前記第２接続状態における前記第１電極と前記第３電極との間の第２静電容量が初期値から変化する場合に、前記注液ノズルと前記上面部材とが接触する異常が発生していると判定し、
   前記注液開始前の前記第３接続状態における前記第２電極と前記第３電極との間の第３静電容量が初期値から変化する場合に、前記注液ノズルと前記電極体とが接触する異常が発生していると判定し、
   前記注液開始前の前記第１接続状態における前記第１静電容量が変化せず、かつ、注液開始後の前記第１接続状態における前記第１静電容量が初期値から変化する場合に、前記注液口から電解液が溢れる異常が発生していると判定する、注液装置。

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