JP2010160055A

JP2010160055A - 電池検査方法

Info

Publication number: JP2010160055A
Application number: JP2009002494A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Tsubouchi; 隆浩坪内; Shinobu Okayama; 忍岡山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】電池検査方法について新規な方法を提案する。
【解決手段】この電池検査方法によれば、電池に周波数を変えつつ交流電流を流し、周波数毎に電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定について、当該インピーダンス測定で得られる電池のインピーダンスに対して基準となる基準インピーダンスを予め定める。そして、インピーダンス測定で得られた検査対象となる電池のインピーダンスと、基準インピーダンスとに基づいて、当該検査対象となる電池を検査するとよい。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池を検査する電池検査方法に関する。特に、リチウムイオン二次電池に適した検査方法に関する。

リチウムイオン二次電池は、車両搭載用電源、或いはパソコン及び携帯端末の電源として重要性が高まっている。ところで、かかるリチウムイオン二次電池の製造工程において、非破壊的に当該電池を検査する方法が種々提案されている。例えば、特開２００４−５３５９８号公報（特許文献１）では、電池のインピーダンスを測定し、等価回路にフィッティングして、電池を検査する方法が開示されている。また、特開２０００−２９９１３７号公報（特許文献２）では、電池のインピーダンス測定の結果を、実軸成分、虚軸成分を軸とする二次元平面上にプロット（コール・コールプロット）で表し、当該二次元平面上に現れた円弧軌跡から、電池寿命を判定する方法が開示されている。

特開２００４−５３５９８号公報特開２０００−２９９１３７号公報

例えば、上述した特許文献１に開示された技術では、図１に示すような等価回路が選定され、かかる等価回路にフィッティングするためのインピーダンス測定の条件などが決められる。かかる等価回路やインピーダンス測定の条件は、検査者（検査する人）によってそれぞれ検査目的に合うように決められる。しかしながら、かかる決定には検査者の作為が生じてしまう。このため検査結果が、検査者によって大きくばらつく余地が大きい。また、等価回路にフィッティングするためには、インピーダンス測定が精度良く行なわれることが必要であり、そのため検査設備についても精度のよい設備を用いる必要がある。このため、設備コストが増大する場合がある。本発明は、電池検査について、より簡易に、かつ、適切に電池を検査できる新規な方法を提案する。

本発明に係る電池の検査方法は、電池に周波数を変えつつ交流電流を流し、周波数毎に電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定について、当該インピーダンス測定で得られる電池のインピーダンスに対して基準となる基準インピーダンスを予め定める。そして、インピーダンス測定で得られた検査対象となる電池のインピーダンスと、基準インピーダンスとに基づいて、当該検査対象となる電池を検査する。この方法によれば、検査対象となる電池を予め定めた基準インピーダンスに基づいて定量的に検査できる。

等価回路の一例を示した図。検査対象となる電池の一例を模式的に示す図。インピーダンス測定の結果をコール・コールプロットの二次元平面に示した図。本発明の一実施形態に係る電池検査方法の検査結果の一例を示す図。

以下、本発明の一実施形態に係る電池検査方法を図面に基づいて説明する。

本実施形態では、例えば、リチウムイオン二次電池１００（以下、適宜「電池１００」と称する。）に対して検査が行われる。リチウムイオン二次電池１００は、例えば、図２に示すように、電池ケース１０に、電極体２０を収容し、当該電池ケース１０内に電解液（図示省略）を注入した構造を備えている。

本実施形態では、当該電池１００に対して、インピーダンス測定を行う。インピーダンス測定は、電池１００に周波数を変えつつ交流電流を流し、周波数毎に電池１００のインピーダンスを測定する方法である。かかるインピーダンス測定は、周波数掃引インピーダンス測定と言われることがある。当該インピーダンス測定の測定結果は、例えば、図３に示すように、電池のインピーダンスについて、実軸成分、虚軸成分を軸とする二次元平面上にプロット（コール・コールプロット）で表すことができる。ここで、インピーダンス測定は、例えば、所定の温度環境下において、電池１００に、１０ｍＶの一定の電圧で、１０ｋＨｚ〜０．０１Ｈｚの範囲で周波数を変えつつ交流電流を流すとよい。なお、インピーダンス測定の条件は、検査者において、例えば、電池の種類、電池の具体的構成、検査目的などを考慮して、適切な所定の条件を設定するとよい。

本実施形態では、このように電池１００に周波数を変えつつ交流電流を流し、周波数毎に電池１００のインピーダンスを測定する。この場合、交流電流の周波数毎に、それぞれ実数部Ｚｉ及び虚数部Ｚｊから構成されるインピーダンス（複素インピーダンス）が得られる。本実施形態に係る電池検査方法では、図３に示すように、当該インピーダンス測定で得られる電池１００のインピーダンスに対して基準となる基準インピーダンスＦｏを予め定めておく。そして、インピーダンス測定で得られた検査対象となる電池のインピーダンスＦｘと、基準インピーダンスＦｏとに基づいて、当該検査対象となる電池を検査する。

この場合、当該基準インピーダンスＦｏと、検査対象となる電池のインピーダンスＦｘを、実軸成分、虚軸成分を軸とする二次元平面上にプロット（コール・コールプロット）で表すと、例えば、図３のようになる。図３中の各プロットは、インピーダンス測定の交流電流の周波数毎の、基準インピーダンスＦｏ及び検査対象となる電池のインピーダンスＦｘを示している。プロットの位置は、それぞれ基準インピーダンスＦｏ及び検査対象となる電池のインピーダンスＦｘの実数部（Ｚｉ）及び虚数部（Ｚｊ）の値によって定まる。

ここで、基準インピーダンスＦｏは、検査者において予め決められる。図３に示す例では、基準インピーダンスＦｏは、良品と判定される標準的な電池について、インピーダンス測定によって得られるインピーダンスに基づいて定められる。かかる基準インピーダンスＦｏは、例えば、良品の電池を複数、インピーダンス測定を行い、その結果に基づいて平均値を取るなどして求めると良い。この場合、検査対象となる電池のインピーダンスＦｘが、基準インピーダンスＦｏに近ければ近いほど、良品である可能性が高い。

この場合、例えば、コール・コールプロットにおいて、検査対象となる電池のインピーダンスＦｘと、基準インピーダンスＦｏとについて、同じ周波数におけるプロットの２点間距離を算出することで、検査対象となる電池を検査することができる。ここで、同じ周波数におけるプロットの２点間距離△｜Ｚ｜は、例えば、以下の数式（１）に示される式で算出できる。数式（１）で、Ｚｉ_ＦＸは検査対象となる電池のインピーダンスＦｘのプロットの実数部を、Ｚｉ_ＦＯは基準インピーダンスＦｏのプロットの実数部をそれぞれ示している。また、Ｚｊ_ＦＸは検査対象となる電池のインピーダンスＦｘのプロットの虚数部を、Ｚｊ_ＦＯは基準インピーダンスＦｏのプロットの虚数部をそれぞれ示している。

上述の数式（１）によって、例えば、複数の周波数について、△｜Ｚ｜を算出する。この結果、図４に示すように、周波数と、△｜Ｚ｜との関係を示す表が得られる。この場合、基準インピーダンスＦｏは、良品の電池に基づいて定められており、△｜Ｚ｜の値が相対的に小さいほど、検査対象の電池１００は、良品である可能性が高いと判断される。

また、他の評価方法として、例えば、数式（２）に示す値△｜Ｚ｜_Ｈに基づいて、電池を評価してもよい。値△｜Ｚ｜_Ｈは、コール・コールプロットにおいて、数式（１）で算出した２点間距離△｜Ｚ｜を、当該周波数の基準インピーダンスＦｏの原点からの距離｜Ｚ｜_ＦＯで割った値である。この場合、基準インピーダンスＦｏの原点からの距離｜Ｚ｜_ＦＯは、例えば、√（Ｚｉ_ＦＯ ^２＋Ｚｉ_Ｆｊ ^２）で求めるとよい。また、この場合、２点間距離△｜Ｚ｜は、周波数によって、大きく差がある。これに対して、２点間距離△｜Ｚ｜を基準インピーダンスＦｏの原点からの距離｜Ｚ｜_ＦＯで割った値△｜Ｚ｜_Ｈは、周波数による差が小さくなる。かかる値△｜Ｚ｜_Ｈによれば、異なる周波数で算出された、値△｜Ｚ｜_Ｈを比較することができる。したがって、この場合、例えば、値△｜Ｚ｜_Ｈを求めることによって、周波数に関わらず電池を評価することができる。

以上のように、この電池検査方法は、インピーダンス測定で得られる電池のインピーダンスに対して基準となる基準インピーダンスを予め定めておく。そして、インピーダンス測定で得られた検査対象となる電池のインピーダンスと、基準インピーダンスとに基づいて、当該検査対象となる電池を検査するとよい。これにより、検査対象となる電池は、予め定めた基準インピーダンスに基づいて、検査対象となる電池のインピーダンスが定量的に評価される。また、例えば、等価回路の選定などは不要であり、従前の方法に比べて検査者の作為によって、検査結果に生じる影響が小さくなる。また、この電池検査方法では、等価回路へのフィッティングを行う場合に比べて、インピーダンス測定の測定条件を容易に決めることができる。また、等価回路へのフィッティングを行う場合に比べて、インピーダンス測定の精度も高くなくてもよい。このため、インピーダンス測定の測定設備などにおいて、設備コストを低く抑えることができる。

以上、本発明の一実施形態に係る電池検査方法について説明したが、本発明にかかる電池検査方法は上述した実施形態に限定されない。

例えば、図３に示す例では、検査者において良品と判定される標準的な電池に基づいて、基準インピーダンスＦｏを求めた。そして、検査対象となる電池のインピーダンスＦｘが、かかる基準インピーダンスＦｏにどの程度近いかという観点において、電池を評価した。本発明は、かかる方法に限定されない。例えば、検査者において良品と判定される上限と下限を定める基準インピーダンスを２つ定め、検査対象となる電池のインピーダンスＦｘが、かかる２つの基準インピーダンスの間にあるか否かによって、電池を評価してもよい。

また、上述した実施形態では、検査対象となる電池が良品であるか否かを判定する方法として例示したが、本発明に係る電池検査方法は、かかる判定以外にも適用できる。例えば、電池のインピーダンス測定において、ある特定の周波数レンジで得られるインピーダンスに注目して、電池の所定の特性が評価できるような場合にも、本発明による検査方法は適用できる。すなわち、当該周波数レンジに対して、当該電池の所定の特性を評価するのに適した基準インピーダンスを設定するとよい。

また、上述の実施形態にかかる電池検査方法において、検査対象としての電池は、リチウムイオン二次電池を例示したが、本発明に係る電池検査方法は、その他の電池に対しても使用することができる。本発明に係る電池検査方法が適用できる電池としては、例えば、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池等が挙げられる。

１０電池ケース
２０電極体
１００電池
Ｆｏ基準インピーダンス
Ｆｘ検査対象となる電池のインピーダンス
Ｚｉ実数部
Ｚｊ虚数部

Claims

電池を検査する電池検査方法であって、
電池に周波数を変えつつ交流電流を流し、周波数毎に前記電池のインピーダンスを測定するインピーダンス測定について、当該インピーダンス測定で得られる前記電池のインピーダンスに対して基準となる基準インピーダンスを予め定めておき、
前記インピーダンス測定で得られた検査対象となる電池のインピーダンスと、前記基準インピーダンスとに基づいて、当該検査対象となる電池を検査する電池検査方法。