JP5640925B2

JP5640925B2 - 二次電池の検査装置及び二次電池の検査方法

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Publication number: JP5640925B2
Application number: JP2011192626A
Authority: JP
Inventors: 勝之北条
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2031-09-05
Also published as: JP2013054931A

Description

本発明は、二次電池の内部短絡の有無を検査する二次電池の検査装置及び二次電池の検査方法の技術に関する。

二次電池は、充放電可能な電池である。二次電池は、金属異物等の混入によって微小な内部短絡を有する場合がある。微小な内部短絡を有している二次電池は、充電後しばらく放置すると、放電容量が著しく低下してしまう。そのため、二次電池の製造工程においては、微小な内部短絡の有無を検査する必要がある。

特許文献１には、二次電池の内部短絡の有無を検査する検査方法が開示されている。特許文献１が開示する検査方法では、複数の電池の一方の電極を互いに同極同士で電気的に接続するとともに、複数の電池の一つを基準とし、基準とする電池と基準とする電池以外の電池との他方の電極間での電位差を計測し、計測した電位差に基づいて基準とする電池以外の電池の内部短絡の有無を検査している。

しかし、特許文献１に開示される検査方法では、基準とする内部短絡を有していない良品の二次電池が必要であるため、簡易な構成による検査方法とは言えず、検査方法の作業性も低下する。そのため、二次電池の内部短絡の有無を検査する検査装置では、簡易な構成で高精度に二次電池の内部短絡の有無を検査できることが課題となっている。

特開２０１０−２３１９４８号公報

本発明の解決しようとする課題は、簡易な構成で高精度に二次電池の内部短絡の有無を検査できる二次電池の検査装置及び二次電池の検査方法を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、二次電池の内部短絡の有無を検査する二次電池の検査装置であって、充電された複数の二次電池と、前記充電された複数の二次電池の一方の同極の電極同士を互いに接続する一方の接続部と、前記充電された複数の二次電池の他方の同極の電極同士を、それぞれ同一の抵抗値を有し前記他方の電極と直列に接続される抵抗器を介して、互いに接続する他方の接続部と、を具備し、前記それぞれの抵抗器の両端の電位差に基づいて、前記それぞれの充電された二次電池の内部短絡の有無を検査するものである。

請求項２においては、二次電池の内部短絡の有無を検査する二次電池の検査方法であって、複数の前記二次電池を、充電し、前記充電した複数の二次電池の一方の同極の電極同士を、互いに接続し、前記充電した複数の二次電池の他方の同極の電極同士を、それぞれ同一の抵抗値を有し前記他方の電極と直列に接続される抵抗器を介して互いに接続し、前記それぞれの抵抗器の両端の電位差に基づいて、前記それぞれの二次電池の内部短絡の有無を検査するものである。

本発明の二次電池の検査装置及び二次電池の検査方法によれば、簡易な構成で高精度に二次電池の内部短絡の有無を検査できる。

本発明の実施形態である二次電池の検査装置の構成を示した電気回路図。本発明の実施形態である二次電池の検査方法の流れを示したフロー図。

図１を用いて、検査装置１００について説明する。
検査装置１００は、本発明の二次電池の検査装置の実施形態である。検査装置１００は、二次電池としてのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの内部短絡の有無を検査する検査装置である。本実施形態の検査装置１００は、１回の検査で５個のリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれについての内部短絡の有無を検査するものとしている。また、検査されるリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれは、同じ電気容量としている。

検査装置１００の構成について説明する。
検査装置１００は、一方の接続部としての負極側リード線２１と、他方の接続部としての正極側リード線２２と、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅと、切換スイッチＳＷと、電圧計測器５０と、を具備している。負極側リード線２１は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの負極側の全てを、同電位で接続するものである。正極側リード線２２は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの正極側の全てを、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅをそれぞれ介して、同電位で接続するものである。

抵抗器Ｒａ〜Ｒｅは、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれの正極側に直列に接続されるものである。抵抗器Ｒａ〜Ｒｅは、それぞれ同一の抵抗値を有するものとされている。なお、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの抵抗値は、電位が低下したリチウムイオン二次電池が接続され電流が流れた場合であっても、流れる電流量がリチウムイオン二次電池の電圧に影響を及ぼすことがない程度に十分に大きい抵抗値とされている。

電圧計測器５０は、電位差を測定する回路の２点間に並列に接続するものである。電圧計測器５０の一方は、リード線３１によって、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの端側（正極側リード線２２）に接続されている。電圧計測器５０の他方は、リード線３２ａ〜３２ｅによって、それぞれの抵抗器Ｒａ〜Ｒｅとリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの正極側との間に接続可能とされている。

切換スイッチＳＷは、電圧計測器５０の他方と、リード線３２ａ・・・３２ｅのうちいずれかとの接続を選択するものである。なお、切換スイッチＳＷは、いずれのリード線３２ａ・・・３２ｅをも選択しない中立状態を選択することもできるものとする。

検査装置１００の作用について説明する。
検査装置１００では、切換スイッチＳＷによって、電圧計測器５０の他方と、リード線３２ａ・・・３２ｅのうちいずれかとの接続を選択することで、電圧計測器５０によって、それぞれの抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の電位差を測定することができる。

検査装置１００では、各抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の電位差を測定することによって、内部短絡によって電位が低下しているリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを判定することができる。

ここで、リチウムイオン二次電池１０ｂが内部短絡によって電位が低下しているものとする。例えば、リチウムイオン二次電池１０ａ・１０ｃ・１０ｄ・１０ｅの電位が４Ｖであるとし、リチウムイオン二次電池１０ｂの電位が３．９Ｖであるとする。このとき、負極側リード線２１に対する正極側リード線２２（抵抗器Ｒａ〜Ｒｅのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅ側端部とは逆側の端部）の電位は、リチウムイオン二次電池１０ｂも含めたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅが有する電位の平均値である平均電位３．９８Ｖとなる。

そして、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端には、それぞれのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの正極の電位（リチウムイオン二次電池１０ａ・・１０ｅにおける抵抗器Ｒａ〜Ｒｅ接続側端部の電位）と上述した平均電位３．９８Ｖ（正極側リード線２２の電位）との電位差が生じる。具体的には、抵抗器Ｒａ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅの両端の電位差は、＋０．０２Ｖであって、抵抗器Ｒｂの両端の電位差は、−０．０８Ｖとなる。つまり、内部短絡によって電位が低下しているリチウムイオン二次電池１０ｂに接続された抵抗器Ｒｂの両端の電位差が著しく低下している。

すなわち、内部短絡によって電位が低下しているリチウムイオン二次電池１０ｂは、接続された抵抗器Ｒｂの両端の電位差が著しく低下していることから、内部短絡を有していると判定することができる。

図２を用いて、検査方法Ｓ１００について説明する。
検査方法Ｓ１００は、本発明の二次電池の検査方法の実施形態である。検査方法Ｓ１００は、上述した検査装置１００を用いて、二次電池としてのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの内部短絡の有無を検査する検査方法である。

ステップＳ１１０において、作業者は、充電装置によりリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれを充電する。ステップＳ１２０において、作業者は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを、所定温度の恒温室内に載置するなどしてエージング処理する。ここで、エージング処理とは、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのサイクル特性を改善させたり、金属異物の溶解析出を促進するために、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを所定温度に所定時間保存する処理方法である。

ステップＳ１３０において、作業者は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれの電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｅを電圧計測器又はテスター等によって簡易的に測定する。ステップＳ１４０において、作業者は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれの電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｅが予め定められた所定電圧Ｖ０より大きいかどうかを確認する。

ステップＳ１５０において、作業者は、ステップＳ１４０にて所定電圧Ｖ０より大きい電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｅであることが確認されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれを検査装置１００に設置する。ステップＳ２４０において、作業者は、ステップＳ１４０にて所定電圧Ｖ０以下の電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｅであることが確認されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを不良品であると判定する。

なお、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの良否の判定は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの電圧Ｖ０ａ〜Ｖ０ｅを計測する電圧計測器の計測結果を、演算手段にて構成される判定器に入力することにより行うことも可能である。

ステップＳ１６０において、作業者は、検査装置１００に設置されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの正極側に直列に接続されている抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の初期電圧（初期電位差）Ｖ１ａ〜Ｖ１ｅを測定する。

ステップＳ１７０において、作業者は、検査装置１００に設置されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを検査装置１００から外して、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅ単体の状態とする。ステップＳ１８０において、作業者は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅ単体の状態のままで所定時間Ｔ１経過するまで放置する。

ステップＳ１９０において、作業者は、再度、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれを検査装置１００に設置する。ステップＳ２００において、作業者は、検査装置１００に設置されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの正極側に直列に接続されている抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の遷移電圧（遷移電位差）Ｖ２ａ〜Ｖ２ｅを測定する。

ステップＳ２１０において、作業者は、それぞれのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅについて、遷移電圧Ｖ２ａ〜Ｖ２ｅから初期電圧Ｖ１ａ〜Ｖ１ｅを差し引いた、電圧の経時変化である電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅを算出する。

ここで、金属異物等の混入によって微小な内部短絡を有するリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅは、前記内部短絡を有しないリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅに比べて、電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅの値が大きくなる傾向がある。すなわち、微小な内部短絡を有するリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅでは、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の電圧の経時的な低下が、前記内部短絡を有しないリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅに比べて大きい傾向にある。

ステップＳ２２０において、作業者は、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれの電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅが所定電圧差ｄＶ０より小さいかどうかを確認する。

ステップＳ２３０において、作業者は、ステップＳ２２０にて電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅが所定電圧差ｄＶ０より小さいことが確認されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを良品と判定する。また、ステップＳ２４０において、作業者は、ステップＳ２２０にて、電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅが所定電圧差ｄＶ０以上であることが確認されたリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを不良品であると判定する。

なお、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの良否の判定は、電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅの算出結果を、演算手段にて構成される判定器に入力することにより行うことも可能である。

検査装置１００及び検査方法Ｓ１００の効果について説明する。
検査装置１００及び検査方法Ｓ１００によれば、簡易な構成で高精度にリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの内部短絡の有無を検査できる。

従来、二次電池の内部短絡の有無を検査する検査方法では、複数の電池の一方の電極を互いに同極同士で電気的に接続するとともに、複数の電池の一つを基準とし、基準とする電池と基準とする電池以外の電池との他方の電極間での電圧もしくは電流を計測し、計測した電圧もしくは電流に基づいて基準とする電池以外の電池の内部短絡の有無を検査していた。

検査装置１００及び検査方法Ｓ１００によれば、それぞれのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅに直列に接続された抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の電位差を測定することによって、内部短絡によって電位が低下しているリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを判定し、基準電池を用いず、簡易な構成でリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの内部短絡の有無を検査できる。

従来、二次電池の内部短絡の有無を検査する検査方法では、完成した二次電池の自然放電を行うエージング処理の前後において二次電池の電位を測定していた。このとき、二次電池そのものの電位に対応した大きいレンジの電圧計測器を用いて二次電池の電位低下を測定していたため、測定精度が悪かった。

検査装置１００及び検査方法Ｓ１００によれば、それぞれのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅ単体の電位を測定するのではなく、それぞれのリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅに直列に接続された抵抗器Ｒａ〜Ｒｅの両端の電位差を測定することによって、内部短絡によって電位が低下しているリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを判定するため、小さいレンジの電圧計測器を用いて、精度良くリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの内部短絡の有無を検査できる。

また、検査方法Ｓ１００によれば、極端に電圧の異なる二次電池がある場合には、ステップＳ１３０からステップＳ１４０において、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの電圧を簡易測定することにより極端に電圧の異なるリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅを除外することで、検査装置１００での正常な二次電池の影響を回避できる。

本実施形態の検査装置１００は、１回の検査で５個のリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれについての内部短絡の有無を検査する構成としたが、これに限定されない。５個以上のリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅ・・・のそれぞれについての内部短絡の有無を検査する構成としても良い。

本実施形態の検査装置１００は、抵抗器Ｒａ〜Ｒｅがリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれの正極側に直列に接続される構成としたが、これに限定されない。抵抗器Ｒａ〜Ｒｅがリチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅのそれぞれの負極側に直列に接続される構成としても良い。

本実施形態の検査方法Ｓ１００は、ステップＳ１３０において、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの電圧測定を１回、ステップＳ１８０〜ステップＳ２１０において、リチウムイオン二次電池１０ａ・・・１０ｅの電圧差ｄＶａ〜ｄＶｅの測定を１回実施する構成としたが、これに限定されない。ステップＳ１３０またはステップＳ１８０〜ステップＳ２１０をそれぞれ複数回実施する構成としても良い。

１０ａ〜１０ｅリチウムイオン二次電池
２１負極側リード線
２２正極側リード線
５０電圧計測器
１００検査装置
Ｒａ〜Ｒｅ抵抗器
Ｖ１ａ〜Ｖ１ｅ初期電圧
Ｖ２ａ〜Ｖ２ｅ遷移電圧

Claims

二次電池の内部短絡の有無を検査する二次電池の検査装置であって、
充電された複数の二次電池と、
前記充電された複数の二次電池の一方の同極の電極同士を互いに接続する一方の接続部と、
前記充電された複数の二次電池の他方の同極の電極同士を、それぞれ同一の抵抗値を有し前記他方の電極と直列に接続される抵抗器を介して、互いに接続する他方の接続部と、
を具備し、
前記それぞれの抵抗器の両端の電位差に基づいて、前記それぞれの充電された二次電池の内部短絡の有無を検査する、
二次電池の検査装置。
二次電池の内部短絡の有無を検査する二次電池の検査方法であって、
複数の前記二次電池を、充電し、
前記充電した複数の二次電池の一方の同極の電極同士を、互いに接続し、
前記充電した複数の二次電池の他方の同極の電極同士を、それぞれ同一の抵抗値を有し前記他方の電極と直列に接続される抵抗器を介して互いに接続し、
前記それぞれの抵抗器の両端の電位差に基づいて、前記それぞれの二次電池の内部短絡の有無を検査する、
二次電池の検査方法。