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技術 二次電池の検査方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 三橋利彦
出願日 2015年1月13日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2015-004306
公開日 2016年7月21日 (4年7ヶ月経過) 公開番号 2016-131076
状態 特許登録済
技術分野 遮断器と発電機・電動機と電池等の試験 二次電池の保守(充放電、状態検知)
主要キーワード 電池容量値 プロットデータ 拘束荷重 時間積算値 再利用率 一定電流値 荷重測定装置 拘束バンド
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この項目の情報は公開日時点(2016年7月21日)のものです。
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図面 (6)

課題

二次電池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。

解決手段

テップS4(荷重判定ステップ)において圧縮荷重の値が閾値Th以下であると判定された組電池1については、ステップS5において、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は再利用可能な状態であると判断する。一方、ステップS4(荷重判定ステップ)において圧縮荷重の値が閾値Th以下でないと判定された組電池1については、ステップS6において、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。

概要

背景

特許文献1には、複数の二次電池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。

概要

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。ステップS4(荷重判定ステップ)において圧縮荷重の値が閾値Th以下であると判定された組電池1については、ステップS5において、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は再利用可能な状態であると判断する。一方、ステップS4(荷重判定ステップ)において圧縮荷重の値が閾値Th以下でないと判定された組電池1については、ステップS6において、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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

複数の二次電池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。

技術分野

0001

本発明は、組電池を構成する二次電池検査方法に関する。

背景技術

0002

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。

先行技術

0003

WO2012/049852号公報

発明が解決しようとする課題

0004

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。

0005

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。

0006

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。

課題を解決するための手段

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

図面の簡単な説明

0013

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。

実施例

0014

(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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

0020

組電池1は、例えば、ハイブリッド自動車電気自動車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。

0021

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。

0022

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、一定の電流値定電流放電する。このときの放電電気量放電電流時間積算値)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。

0023

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。

0024

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。

0025

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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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。

0039

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

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