JP2011027435A - 電池試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的短期間内に、電池自体の特性不良を的確に判定できる電池試験装置を提供すること。
【解決手段】試験領域に２次元マトリクス状に配列された複数の電池の出力電圧の測定結果に基づき電池の良否を判定する電池試験装置において、前記電池の良否判定に電圧測定時の各電池の位置情報を反映させることを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電池試験装置に関し、詳しくは、電池の出荷前に行われる出荷合否判定のための出力電圧測定の改善に関するものである。

リチウムイオン電池は、繰り返して充放電できるエネルギー密度の高い二次電池であることから、携帯電話やノートパソコンなどの携帯型電子機器の電源として広く用いられている。そして、近年は、ハイブリッド電気自動車や電気自動車などの電源としても注目されている。

ところで、一般にこのような二次電池の製品出荷にあたっては、全数の二次電池について複数回にわたって高精度の出力電圧測定を行い、これら出力電圧の測定結果に基づいて個別に異状な挙動（出力電圧低下）を示すものを抽出して不良と判定することにより、出荷の合否判定を行っている。

具体的には、たとえば特許文献１に記載されているように、作製された二次電池の特性を安定化させるためのエージングの前後における出力電圧を測定し、これら出力電圧の測定結果を統計的に演算処理して不良品を識別することが行われている。

特開２００４−１３２７７６号公報

このような二次電池の出荷前に行われる出力電圧の経時変化測定は、電圧測定を高精度に行うとともに、二次電池の特性を安定化させるための保管期間をできる限り短くすることが求められているが、これらを単純に解決することは困難である。

その一因として、出荷前の二次電池の保管場所における温度などの環境変化に伴う二次電池の出力電圧変化が測定精度よりも遙かに大きいことが考えられる。具体的には、充電量によってばらつきがあるものの、たとえば室温が±５℃変化すると、二次電池の出力電圧が±１０ｍＶ程度変化する可能性がある。

すなわち、たとえば測定精度がｐｐｍレベルを有する高精度のデジタルボルトメータにより、測定結果として有意性があると思われる出力電圧の変化分のばらつきが得られたとしても、その出力電圧の変化分のばらつきが二次電池の保管場所における温度変化に起因するものなのか、二次電池自体の特性不良によるものなのかを一義的に切り分けることができない。

いずれにしても、不良品を良品と判定して出荷してしまうことは安全面から絶対に避けるべきことである。反面、良品であるにも拘わらず不良品と判定してしまうと、歩留まりを低下させることになり、品質管理面からも好ましくない。

そこで、数日から数週間の間で何回か出力電圧を再測定して二次電池の保管場所における温度変化の影響を特定することにより、二次電池自体の特性不良を見極めることが行われている。

図６は、このような従来の電池試験の流れの一例を示すフローチャートである。まずはじめに、各電池を識別可能な状態で、それぞれの出力電圧を測定する（Ｓ１）。その後、数日から数週間、各電池を保管する（Ｓ２）。再び、各電池を識別可能な状態で、それぞれの出力電圧を測定する（Ｓ３）。そして、これらの出力電圧の測定値に基づき、電池の良否判定を行う（Ｓ４）。

その結果として、二次電池の保管期間が数週間にも及ぶこともあって生産リードタイムが長くなり、二次電池を長期間保管するための広大なスペースが必要になるなど、生産コストや納期への影響がかなり大きくなっている。

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、比較的短期間内に、電池自体の特性不良を的確に判定できる電池試験装置を提供することにある。

このような課題を達成する請求項１の発明は、
試験領域に２次元マトリクス状に配列された複数の電池の出力電圧の測定結果に基づき電池の良否を判定する電池試験装置において、
前記電池の良否判定に電圧測定時の各電池の位置情報を反映させることを特徴とする。

試験対象物である複数の二次電池が２次元マトリクス状に配列された試験領域と、
前記複数の二次電池の出力電圧を個別に測定する高精度電圧測定器と、
この高精度電圧測定器の測定結果に基づき前記試験領域における空間移動平均演算を行う空間移動平均演算部と、
これら高精度電圧測定器の測定結果と空間移動平均演算部の演算結果に基づき電池の良否を判定する判定部、
とで構成されたことを特徴とする電池試験装置である。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載の電池試験装置において、
前記空間移動平均演算部は、前記試験領域を小マトリクスに分割して行列方向に１つずつずらしながら各小マトリクスについて平均化演算を行い、配列位置の環境に起因する各電池の出力電圧に対する温度変化の影響を排除することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の電池試験装置において、
前記試験領域には、前記試験対象物である電池を収納する複数のソケットが２次元マトリクス状に配列されていることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の電池試験装置において、
前記試験対象物である電池は、二次電池であることを特徴とする。

これらにより、比較的短期間内に、電池自体の特性不良を的確に判定できる電池試験装置を実現できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 本発明の一実施例を示す構成図である。 演算処理用ＰＣ４の機能ブロック例図である。 エージング前後における二次電池の出力電圧変化の概念図である。 本発明に基づく電池試験の流れの具体例を示すフローチャートである。 従来の電池試験の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である。図１において、試験領域１には、図示しない複数個のソケットがｍ列＊ｎ行の２次元マトリクス状に配列されていて、これら各ソケットには試験対象物である二次電池ＢＴＴが収納されている。これら試験領域１に２次元マトリクス状に配列されている各ソケットは、スキャナ２を介して高精度電圧測定器３に接続されている。

スキャナ２は、試験領域１に２次元マトリクス状に配列されている各ソケットを選択的に高精度電圧測定器３に接続する。

高精度電圧測定器３は、各ソケットに収納されている二次電池ＢＴＴの出力電圧を個別に測定し、それらの測定結果を演算処理用ＰＣ４に出力する。

演算処理用ＰＣ４は、これら高精度電圧測定器３で個別に測定された各ソケットに収納されている二次電池ＢＴＴの出力電圧の測定結果に基づき、二次電池ＢＴＴの保管場所における温度変化の影響を除去して二次電池ＢＴＴ自体の特性不良を判定するための演算処理を行う。

図２は、演算処理用ＰＣ４における演算処理の説明図である。ｍ＊ｎの２次元マトリクス状に配列された各ソケットに収納されている二次電池ＢＴＴの出力電圧をスキャナ２を介して高精度電圧測定器３で測定した結果、特性不良と判断される可能性のある電圧分布が（Ａ）に塗りつぶしの濃淡で示すようになったとする。ここで、色の濃さは電圧レベルの大きさを表し、塗りつぶしていない部分は良品と判断できる電圧レベルであることを表している。

左上領域に着目すると、塗りつぶされていない領域の中に二次電池ＢＴＴ１が１個だけ塗りつぶされているので、この二次電池ＢＴＴ１は特性不良と判断できる。

これに対し、右下領域に着目すると、ほぼ全域が塗りつぶされているとともに、中央部分の二次電池ＢＴＴ２のレベルが大きくなっている。これは、試験領域１内の環境要因のひとつである温度分布の不均一さに起因する温度変化の影響によるものと考えられる。単純に電圧レベルだけで良否判断すると、これら塗りつぶされた全領域の二次電池ＢＴＴを不良と判定することになり、半数以上が不良品になってしまう。

そこで、演算処理用ＰＣ４は、ｍ＊ｎの２次元マトリクスをたとえば３＊３の小マトリクスに分割して行列方向に１つずつずらしながら各小マトリクスについて平均化演算を行い、二次電池ＢＴＴの出力電圧の測定結果における配列位置の環境に起因する温度変化の影響を排除する。

これにより、（Ｂ）に示すような配列位置の環境に起因する温度変化の影響を除去した測定結果を得ることができ、二次電池自体の特性不良による不良品ＢＴＴ１、ＢＴＴ２を適切に選別することができる。

図３は、演算処理用ＰＣ４の機能ブロック例図である。各電池時系列出力電圧ファイル格納部４１には、高精度電圧測定器３による各電池の出力電圧の測定結果が時系列ファイルとして格納される。

各電池位置情報ファイル格納部４２には、試験領域１内に配置されているソケットの位置情報が各電池の位置情報ファイルとして格納される。

空間移動平均演算部４３は、たとえば前述のように３＊３の小マトリクスを行列方向に１つずつずらしながら各小マトリクスについて空間移動平均演算を行い、それらの演算結果を空間移動平均演算結果格納部４４に格納する。

異常電池判定部４５は、これら各電池位置情報ファイル格納部４２に格納されている各電池の出力電圧の測定結果および空間移動平均演算結果格納部４４に格納されている空間移動平均演算結果に基づき、各電池について良否判定を行う。

図４は、エージング前後における二次電池の出力電圧変化の概念図である。作製された二次電池の初期値出力電圧にはばらつきがあるが、変化分のみを切り出すものとし、初期値は０とする。実線は環境変化分による出力電圧の平均値を示し、破線は特定個体電池の出力電圧の変化値を示している。

図４から、特定個体電池の出力電圧の変化値が環境変化分による出力電圧の平均値の影響を大きく受けていることが明らかである。そこで、本発明では、各電池の出力電圧の測定値を個体識別しながら変化分のみ抽出し、周囲電池の変化分の平均値と各個体電池の変化分を比較する。この比較を数回繰り返して、周囲の環境変化と異なる電圧変化をする個体電池の出力電圧を切り分ける。この結果、試験対象の配列位置の環境に起因する温度変化の影響を排除することができ、効率よく電池の良否判定を行うことができる。

図５は、本発明に基づく電池試験の流れの具体例を示すフローチャートである。まずはじめに、各電池の位置情報を取り込むとともに、各電池の出力電圧を測定する（Ｓ１）。その後、数時間、各電池の位置を変えることなく保管する（Ｓ２）。再び、各電池を識別可能な状態で、それぞれの出力電圧を測定する（Ｓ３）。続いて、これら出力電圧の測定値と位置情報に基づき、たとえば小マトリクスによる移動平均演算を行う（Ｓ４）。そして、これら出力電圧の測定値と移動平均演算結果に基づいて、各電池の良否判定を行う（Ｓ５）。

二次電池の生産ラインには日当たり生産量で数万本以上にも及ぶラインもあり、製造された電池を数日から数週間保管するためには莫大な場所と費用を必要とする。これが、本発明によれば、生産リードタイムを大幅に短縮できることになり、たとえばリードタイムを半減しただけでも莫大な効果が期待できる。

なお、上記実施例では、試験領域１に２次元マトリクス状に配列されている各ソケットに試験対象物である二次電池ＢＴＴが収納されている例について説明したが、二次電池の外形に応じてソケットを介することなく二次電池の出力端子を直接スキャナに接続するようにしてもよい。

また、上記実施例では、二次電池の例について説明したが、必要に応じて一次電池の試験にも適用できるものである。

以上説明したように、本発明によれば、比較的短期間内に電池自体の特性不良を的確に判定でき、効率よく良否判定が行える電池試験装置を実現できる。

１ 試験領域
２ スキャナ
３ 高精度電圧測定器
４ 演算処理用ＰＣ
４１ 各電池時系列出力電圧ファイル格納部
４２ 各電池位置情報ファイル格納部
４３ 空間移動平均演算部
４４ 空間移動平均演算結果格納部
４５ 異常電池判定部

Claims (5)

1. 試験領域に２次元マトリクス状に配列された複数の電池の出力電圧の測定結果に基づき電池の良否を判定する電池試験装置において、
   前記電池の良否判定に電圧測定時の各電池の位置情報を反映させることを特徴とする電池試験装置。
2. 試験対象物である複数の電池が２次元マトリクス状に配列された試験領域と、
   前記複数の電池の出力電圧を個別に測定する高精度電圧測定器と、
   この高精度電圧測定器の測定結果に基づき前記試験領域における空間移動平均演算を行う空間移動平均演算部と、
   これら高精度電圧測定器の測定結果と空間移動平均演算部の演算結果に基づき電池の良否を判定する判定部、
   とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の電池試験装置。
3. 前記空間移動平均演算部は、前記試験領域を小マトリクスに分割して行列方向に１つずつずらしながら各小マトリクスについて平均化演算を行い、配列位置の環境に起因する各電池の出力電圧に対する温度変化の影響を排除することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電池試験装置。
4. 前記試験領域には、前記試験対象物である電池を収納する複数のソケットが２次元マトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電池試験装置。
5. 前記試験対象物である電池は、二次電池であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電池試験装置。

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