JP2012138192A - バッテリーモジュールの製造方法およびバッテリーモジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
ステップS505で電圧測定された単位セルを、所定温度(例えば25℃)で所定時間b(例えば30日)エージングし、エージング前後の電圧V1、V2の差分D、すなわち電圧低下量の時間差分を算出する。時間差分Dは式(1)で表現される。
電圧低下量D[mV]=(V1−V2) 式(1)
なお、2回目のエージング(ステップS506)の温度を室温としたことにより、そのエージングの前後で測定するV1、V2の差分値より算出される電圧低下量が安定化し、良好な測定精度が得られる。式(1)の時間差分Dを、所定のルールに基づいて評価し、単位セル11をグループ分けする。
【選択図】 図7
Description
(2)請求項15によるバッテリーモジュールは、請求項1乃至14のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール製造方法で製造したことを特徴とする。
―バッテリーモジュール
図1は、本発明によるバッテリーモジュールの第1実施形態を示す。図1において、バッテリーモジュール100は、複数の組電池20a,20bを含むセルコントローラ30と、セルコントローラ30の制御および情報管理のためのバッテリーコントローラ40とを備える。セルコントローラ30は、各組電池20a,20bを制御するセルコンIC21と、各セルコンIC21を通じて各組電池20a,20bを制御するマイコン22とを備える。
図2、図3は、バッテリーモジュール100に含まれる単位セル11の一例である円筒型リチウムイオン二次電池を示す。なお、図1および図2に示す円筒型リチウムイオン二次電池の構造は、円筒型リチウムイオン二次電池に必須の要素を主に示している。
このように構成されている単位セル11は、充電後に放置すると、自己放電により電圧が低下する。この自己放電量は製造段階での部材のばらつきに応じて変化する。例えば、正極合剤16や負極合剤17の厚み、非水電解液の組成および不純物などのばらつきに応じて変化する。
また、製造段階で管理できない導電性の異物が単位セル11の内部に混入すると、正極14と負極15が異物を介して微小短絡し、単位セル11の電圧は更に低下する。
(1)エージングした単位セルをエージングエリア110から放電エリア112に搬送する。
(2)放電した単位セル11を放電エリア112から電圧測定装置116に搬送する。
(3)電圧測定が終了した単位セル11を電圧測定装置116からエージングエリア110に搬送する。
(4)エージングした単位セル11をエージングエリア110から電圧測定装置116に搬送する。
(5)電圧測定した単位セル11を電圧測定装置116からグループ分け装置118に搬送する。
(6)グループ分け装置118で分類された単位セル11を該当するグループ毎の保管棚130に搬送する。
なお、メモリ124には、後述する電圧低下量の温度変化率Yと、時間により規格化した電圧低下率Tを記録する領域も備えられる。
図5のグループ分けを含むバッテリーモジュール100の製造方法について、図7のフローチャートを参照して説明する。
ステップS502:エージングエリア110において、図示しない充電器により、複数の単位セル11を満充電まで充電する。このとき、単位セルを満充電の100%から0%の範囲内で充電と放電を少なくとも1回以上繰り返した後に、満充電まで充電しても良い。
ステップS506:ステップS505で電圧測定された単位セル11をエージングエリア110に搬送し、所定温度(例えば25℃)で所定時間b(例えば3日)エージングする。
なお、エージング中の温度を一般的に管理が容易な室温(25℃付近)とすることで、測定値を安定化させるとともに、製品が使用される環境下での測定を行うことができる。
(1)満充電から電圧が低下する際、少なくとも満充電の95%以上で電圧低下量が安定する。
(2)満充電の30%以下の単位セル11をエージング(ステップS506)する際の電圧低下量は安定しない。
そこで、ステップS506でエージングを開始する際、単位セル11の電圧が満充電の30%以上95%以下の範囲になるようにステップS504で強制放電することとした。
差分Dは式(1)で表される。
電圧低下量D[mV]=(V1−V2) 式(1)
ステップS511:グループAにグループ分けされた単位セル11をグループAの電池保管場所130に集積する。
ステップS512:グループBにグループ分けされた単位セル11をグループBの電池保管場所130に集積する。
ステップS513:グループCにグループ分けされた単位セル11をグループCの電池保管場所130に集積する。
ステップS514:グループDにグループ分けされた単位セル11をグループDの電池保管場所130に集積する。
ステップS515:グループEにグループ分けされた単位セル11をグループEの電池保管場所130に集積する。
ステップS517:グループBにグループ分けされた複数の単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS518:グループCにグループ分けされた複数の単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS519:グループDにグループ分けされた複数の単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS520:グループEにグループ分けされた複数の単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
本発明によるバッテリーモジュール100の製造方法の第2実施形態を図面を参照して説明する。第2実施形態は、第1実施形態の満充電までの充電(ステップS502)に代えて、満充電の30%以上95%以下の電圧までの充電を採用し、これによって強制放電(ステップS504)を省略したものである。
ステップS701:図7のステップS501と同様に、単位セル11を作製する。
ステップS702:ステップS701で製作された複数の単位セル11を、満充電の30%以上95%以下の電圧まで充電する。このとき、単位セルを満充電の100%から0%の範囲内で充電と放電を少なくとも1回以上繰り返した後に、満充電の30%以上95%以下の電圧まで充電しても良い。これによって、強制放電を行うことなく、単位セル11を安定な電圧範囲とすることができる。
ステップS705:ステップS704で電圧測定された単位セル11に対して、図7のステップ506と同様、所定温度(例えば25℃)で所定時間b(例えば3日)エージングする。
ステップS706:ステップS705でエージングされた単位セル11に対して、図7のステップ507と同様、電圧V2を測定する。
本発明によるバッテリーモジュール100の製造方法の第3実施形態を図面を参照して説明する。第3実施形態は、第2実施形態の処理において、図8の電圧測定(ステップS704)の前に補充電を実行し、電圧V1を略一定に揃えるものである。
ステップS801〜S803:図8のステップS701〜S703と同様に、電池作製、満充電の30%以上95%以下の範囲内の所定電圧まで充電し、エージングを実施する。
本発明によるバッテリーモジュール100の製造方法の第4実施形態を図面を参照して説明する。
第4実施形態は、第1実施形態の処理において、図7の1回目のエージング(ステップS503)の実行温度をより高温(40℃以上70℃以下)に設定したものである。
ステップS901、S902:図7のステップS501、S502と同様に、電池作製、満充電までの充電を実施する。
ステップS903:ステップS902で満充電まで充電された単位セル11を、高温の所定温度(例えば40℃以上70℃以下)で所定時間a(例えば0.5日=12時間以上)エージングする。
このように、エージングの温度を高温にすることで、Liの拡散が促進され、より短時間で電圧低下量が安定化し、エージング時間を短縮することができる。
本発明によるバッテリーモジュール100の製造方法の第5実施形態を図面を参照して説明する。
第5実施形態は、第1実施形態のステップS501〜S508と同様のステップS1001〜S1008の処理の後、すなわち電圧V2を測定した後、2回目の温度条件とは異なる温度条件の3回目のエージングと、3回目の電圧V3の測定を行い、電圧低下量の温度変化率Y=(V1−V2)/(V2−V3)による評価をも実行するものである。
ステップS1001〜S1008:図7のステップS501〜S508と同様に、電池作製、充電、エージング、放電、電圧V1測定、エージング、電圧V2測定、差分(電圧低下量)D算出を実施する。
このように、高温のエージンではLiの拡散が促進されるので、温度感受性の高い単位セル11ほどエージング後の電圧V3が低くなる。
ステップS1011:ステップS1008で測定された差分(電圧低下量)Dを差分(V2−V3)で除算し、電圧低下量の温度変化率Yを算出する。温度変化率Yは式(2)により表される。温度変化率Yは、その値が小さいほど温度感受性が高いことを示す。
温度変化率Y=(V1−V2)/(V2−V3) 式(2)
ステップS1014:グループAにグループ分けされた単位セル11をグループAセル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1015:グループBにグループ分けされた単位セル11をグループBセル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1016:グループCにグループ分けされた単位セル11をグループCセル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1018:グループBにグループ分けされ、集積された単位セル11を、温度変化率Yに基づいて、グループB1、B2、B3に小グループ分けする。
ステップS1019:グループCにグループ分けされ、集積された単位セル11を、温度変化率Yに基づいて、グループC1、C2、C3に小グループ分けする。
ステップS1021:グループA2にグループ分けされた単位セル11をグループA2セル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1022:グループA3にグループ分けされた単位セル11をグループA3セル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1024:グループB2にグループ分けされた単位セル11をグループB2セル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1025:グループB3にグループ分けされた単位セル11をグループB3セル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1027:グループC2にグループ分けされた単位セル11をグループC2セル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1028:グループC3にグループ分けされた単位セル11をグループC3セル保管場所130へ搬送して集積する。
ステップS1030:グループA2にグループ分けされた単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS1031:グループA3にグループ分けされた単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS1033:グループB2にグループ分けされた単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS1034:グループB3にグループ分けされた単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS1036:グループC2にグループ分けされた単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
ステップS1037:グループC3にグループ分けされた単位セル11を用いてバッテリーモジュール100を作製する。
以上説明した第1実施形態〜第5実施形態を以下のように変形して実施することができる。
(1)第1実施形態において、所定時間bを比較的長時間とした場合、時間bの設定値にばらつきが生じる可能性がある。そこで、実際の生産でエージングを行う場合、時間bを厳密に測定しておき、時間bで規格化した次式(3)による電圧低下率Tを用いてグループ分けすることも可能である。
電圧低下率T[mV/day]=(V1−V2)/ 所定時間b 式(3)
これによって、より高精度なグループ分けと不良選別が可能となる。
(3)第5実施形態において、2回目のエージングによる電圧V2の測定を行う前に、予め3回目のエージングを実施することも可能である。
(4)第5実施形態において、3回目のエージングの温度を高温としたが、2回目のエージングよりも低温(10〜-20℃)にすることも可能である。経験的には、2回目と3回目のエージングの温度を10℃以上異なるものとすることにより、良好な温度変化率が得られる。
2 ガスケット
3 上蓋
4 上蓋ケース
5 正極集電部品
6 負極集電部品
7 軸芯
8 電極群
9 正極リード
10 負極リード
11 二次電池(単位セル)
12 正極タブ
13 負極タブ
14 正極電極
15 負極電極
16 正極合剤
17 負極合剤
18 セパレータ
19 テープ
20a,20b 組電池
21 セルコンIC
22 マイコン
30 セルコントローラ
40 バッテリーコントローラ
41 インバータ
42 モータ
50 上蓋部
52 開口部
54 底面
100 バッテリーモジュール
110 エージングエリア
112 放電エリア
114 放電器
116 電圧測定装置
118 グループ分け装置
120 制御装置
122 CPU
124 メモリ
126 I/F
128 システムバス
130 保管棚
Claims (15)
- 二次電池の単位セルを複数個組合せて構成されるバッテリーモジュールの製造方法であって、
複数の単位セルをそれぞれ充電する充電工程と、
前記充電工程で充電された単位セルに対して1回目のエージングを実行する第1エージング工程と、
前記第1回目のエージングの後に、1回目の電圧測定を行う第1測定工程と、
前記1回目の電圧測定の後に、前記単位セルに対して2回目のエージングを実行する第2エージング工程と、
前記2回目のエージングの後に2回目の電圧測定を行う第2測定工程と、
前記1回目と2回目の電圧測定の測定値の差分値である第1電圧低下量を算出する第1算出工程と、
前記第1電圧低下量に基づいて、前記単位セルを複数のグループに分類する第1分類工程と、
前記分類によって同一グループとされた複数個の単位セルを使用して1個のバッテリーモジュールを製造する製造工程とを有することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記充電工程では、単位セルを満充電まで充電し、
前記製造方法はさらに、前記1回目のエージングの後、前記1回目の電圧測定の前に、前記単位セルを満充電を基準とした所定範囲内の所定電圧に強制放電する強制放電工程を有することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項2のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記強制放電工程では、前記単位セルを満充電の30%以上95%以下の範囲内の所定電圧に強制放電することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記第1エージング工程における1回目のエージングと、前記第2エージング工程における2回目のエージングは、ともに25℃の温度で実行することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記第1分類工程は、前記第1電圧低下量が予め定めた閾値以上である単位セルを不良品として分類することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項5に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記第1分類工程は、前記第1電圧低下量が予め定めた閾値未満の単位セルを良品と判定し、これら良品である複数個の単位セルを、前記第1電圧低下量に基づいてさらに複数のグループに分類することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記充電工程における充電は、前記単位セルの満充電の電圧に対して所定割合の範囲内の電圧まで行うことを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項7記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記充電工程における充電は、前記単位セルの満充電の電圧に対して、30%以上95%以下の範囲内の電圧まで行うことを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記1回目のエージングの後、前記1回目の電圧測定の前に、前記単位セルの満充電の電圧に対して所定割合内の電圧まで補充電する補充電工程を有することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項9記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記補充電工程は、前記単位セルの満充電の電圧に対して30%以上95%以下の範囲内の電圧まで補充電することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項7乃至10のいずれか1項に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記第1エージング工程における1回目のエージングと、前記第2エージング工程における2回目のエージングは、ともに25℃の温度で実行することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記1回目のエージングは前記2回目のエージングよりも高い温度で実行することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項12に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記1回目のエージングは40℃以上70℃以下の温度で実行し、前記2回目のエージングは25℃の温度で実行することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項4に記載のバッテリーモジュールの製造方法において、
前記充電工程で充電された単位セルに対して、前記第2エージング工程における温度と10℃以上異なる温度で3回目のエージングを実行する第3エージング工程と、
前記3回目のエージングの後に3回目の電圧測定を行う第3測定工程と、
前記2回目と3回目の電圧測定の測定値の差分値である第2電圧低下量を算出する第2算出工程と、
前記第1算出工程で算出した第1電圧低下量と、前記第2算出工程で算出した第2電圧低下量の比である温度変化率を算出する第3算出工程とを含み、
前記第1分類工程で複数の小グループに分類された複数個の単位セルを、さらに、前記温度変化率に基づいて複数の小グループに分類する第2分類工程とを有し、
前記製造工程では、1個のバッテリーモジュールを、前記第2分類工程で同一の小グループに分類された複数個の単位セルを使用して製造することを特徴とするバッテリーモジュールの製造方法。 - 請求項1乃至14のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール製造方法で製造したことを特徴とするバッテリーモジュール。
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