JP5625941B2

JP5625941B2 - 抵抗測定装置および抵抗測定方法

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Publication number: JP5625941B2
Application number: JP2011009602A
Authority: JP
Inventors: 健史宮本; 安部　孝昭; 孝昭安部; 下井田　良雄; 良雄下井田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP2012150033A

Description

本発明は抵抗測定装置および抵抗測定方法に関するものである。

集電体の面内方向の抵抗が高い電池、例えば樹脂集電体を用いた電池においては、集電体に積層される電極層の面内方向における抵抗にばらつきがあると、そのまま電極層に電圧分布が生じてしまう。そこで、集電体の面内方向の抵抗が高い電池では、電極層の面内抵抗を低減させる必要がある。そのためには、電極層の抵抗分布（局所的な抵抗）を把握することが重要となる。

従来、電池特性を検出する装置としては、特許文献１に開示されているものがある。特許文献１では、電池に交流電流を印加し、電池の端子間に発生する交流電圧信号によって内部抵抗を検出している。

特開平９−２８１２０２号公報

しかし、上記発明の装置では、全体の抵抗、つまり抵抗の平均値を測定することはできるが、局所的な抵抗を測定することができない、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、測定点の局所的な抵抗を正確に測定することを目的とする。

本発明のある態様に係る抵抗測定装置は、抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加する第１電流印加手段と、第１部位よりも外周側であり、第１部位を取り囲むように設けた第２部位に、抵抗検出体の面内方向における第１部位と第２部位との電位差が略ゼロとなる第２電流を印加する第２電流印加手段とを備える。さらに抵抗測定装置は、第１電流と第２電流とが印加された時の第１部位間の第１電圧を検出する第１電圧検出手段を備え、第２電流は、第１電流に対して設定されたマップに基づいて設定される。

この態様によると、抵抗検出体の面内方向へ電流が流れていない状態で、抵抗検出体の面直方向の電圧が検出されるので、抵抗検出体の面直方向の局所的な抵抗を正確に算出することができる。

第１実施形態の抵抗測定装置を示す概略構成図である。第１実施形態のプローブの配置を示す図である。第１実施形態を用いない場合の電流の流れを説明する図である。第１実施形態を用いた場合の電流の流れを説明する図である。第１実施形態の内部抵抗の算出方法を説明するフローチャートである。第１実施形態で使用する電池モデルを示す図である。第１実施形態で使用する電池モデルにおける印加電流と電圧との関係を示す図である。第２実施形態の抵抗測定装置を示す概略構成図である。第２実施形態の内部抵抗の算出方法を説明するフローチャートである。第３実施形態の抵抗測定装置を示す概略構成図である。第３実施形態の内部抵抗の算出方法を説明するフローチャートである。本実施形態におけるプローブの変形例を示す図である。

本発明の第１実施形態における抵抗測定装置１について図１を用いて説明する。図１は本実施形態の抵抗測定装置１の概略構成図である。抵抗測定装置１は、抵抗検出体の面直方向における内部抵抗を測定する装置である。ここでは、抵抗検出体として樹脂集電体を用いた電池２について説明するが、これに限られることはなく、抵抗検出体の面内方向における抵抗値のばらつきが大きいものであればよい。

樹脂集電体３は、例えば固体電解質型の二次電池（以下、電池とする）２の集電体であり、導電性高分子材料で構成される集電体、または導電性高分子材料や非導電性高分子材料に導電性フィラーを添加した樹脂で構成される集電体である。導電性高分子材料は、例えばポリアニリン、ポリピロールなどである。非導電性高分子材料は、例えばポリエチレン、ポリプロピレンなどである。また、導電性フィラーは、例えば金属、導電性カーボンなどである。

抵抗測定装置１は、一対のプローブ４と、第１電流源５と、第２電流源６と、第１電圧計７とを備える。

プローブ４について図２を用いて説明する。図２は電池２におけるプローブ４の配置を示す図である。図２においては説明のために一部の隠れ線を破線で示す。

プローブ４は、第１電極８と第２電極９とを備える。

第１電極８は円柱状に形成されており、第２電極９は円筒状に形成されている。第２電極９は、第１電極８と同軸であり、第２電極９の内周壁と第１電極８の外周壁とが向かい合うように設けられる。また、第２電極９の内周壁と第１電極８の外周壁との間には、空間が形成されている。

第１電極８は電池２の面直方向に配置された抵抗測定部位３０ａ、３０ｂに接触する。第２電極９は抵抗測定部位３０ａ、３０ｂよりも外周側であり、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂを取り囲むように設けた周囲部位（第２部位）３１ａ、３１ｂに接触する。一対のプローブ４は、電池２を挟んで、第１電極８同士が向かい合い、第２電極９同士が向かい合うように配置される。

第１電流源５は、第１電極８に接続しており、第１電極８を介して抵抗測定部位３０ａ、３０ｂに電流を印加する。第２電流源６は、第２電極９に接続しており、第２電極９を介して周囲部位３１ａ、３１ｂに電流を印加する。第１電流源５および第２電流源６は、直流電源でも交流電源でもよい。

第１電圧計７は、第１電極８を介して抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の電圧を測定する。

次に本実施形態の抵抗測定装置１を用いて、電池２の内部抵抗を検出する場合の電流の流れについて図３、４を用いて説明する。ここでは、電池２を複数の抵抗を接続して表したモデルを用いて説明する。図３は、本実施形態の抵抗測定装置１を用いない場合の電流の流れを説明する図である。図４は、本実施形態の抵抗測定装置１を用いた場合の電流の流れを説明する図である。

本実施形態の抵抗測定装置１を用いない場合には、プローブの電極が電池の抵抗測定部位３０ａ、３０ｂに接続し、電流が印加されると樹脂集電体の面直方向および面内方向へ電流が流れる。そのため、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の電圧を検出し、検出した電圧に基づいて内部抵抗を算出した場合には、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂの周りの抵抗を含んだ内部抵抗が算出される。

一方、本実施形態の抵抗測定装置１を用いた場合には、第１電極８を介して第１電流源５から抵抗測定部位３０ａ、３０ｂに電流が印加され、第２電極９を介して第２電流源６から周囲部位３１ａ、３１ｂに電流が印加される。第２電流源６によって印加される電流値が、或る所定の値となった場合には、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの電位差がゼロとなる。つまり、面内方向における電位差がゼロとなる。このような場合には、図４に示すように抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間では、電流が遮断された状態となっており、第１電流源５によって印加される電流は、樹脂集電体３の面直方向にのみ流れることとなる。そして、この状態で、第１電圧計７によって抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の電圧を検出し、検出した電圧と第１電流源５による印加電流とを用いて抵抗を算出することで、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗を正確に算出することができる。

次に本実施形態の抵抗測定装置１における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗の算出方法について図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１００では、予め用意したマップから第１電流源５によって印加する電流（第１電流）Ｉ１に対する電流（第２電流）Ｉ２を算出する。本実施形態では、電流Ｉは２０（ｍＡ）である。

ここで、電流Ｉ２の算出方法について説明する。電流Ｉ２は、面内方向における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電位差が略ゼロとなる電流であり、図６の電池モデルを用いて算出される。略ゼロとは、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電位差がない、と判定できる値であり、ゼロを含むものである。

図６の電池モデルは、電池２の内部抵抗を２０（Ω・ｃｍ²）、樹脂集電体３の体積抵抗を０．５（Ω・ｃｍ）、樹脂集電体３の厚さを１００（μｍ）、抵抗測定装置１のプローブ４の第１電極８と第２電極９との間の距離を０．５（ｃｍ）とした電池モデルである。また、第１電流源５によって印加する電流Ｉ１を２０（ｍＡ）としている。これらの条件における電流と、面内方向における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電圧との関係を図７のマップに示す。

図７に示すように、上記条件においては、電流Ｉ１に対して面内方向における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電位差がゼロとなる電流Ｉ２が存在する。

このように電流Ｉ１に対する電流Ｉ２を算出し、マップとして予め用意する。そして、ステップＳ１００では、第１電流源５によって印加する電流Ｉ１に対する電流Ｉ２をマップから算出する。

第１電流源５によって電流Ｉ１を印加し、第２電流源６によって電流Ｉ１に対応する電流Ｉ２を印加することで、面内方向における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電位差がゼロとなり、第１電流源５によって印加された電流の全てが抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間で面直方向に流れることとなる。

ステップＳ１０１では、第１電流源５および第２電流源６から電流を印加せずに開回路とした場合の電池２の電圧Ｖ０を、第１電圧計７によって検出する。

ステップＳ１０２では、第１電流源５によって第１電極８を介して電池２に２０（ｍＡ）の電流Ｉ１を印加する。また、第２電流源６によって第２電極９を介して電池２にステップＳ１００で算出した電流Ｉ２を印加する。

ステップＳ１０３では、第１電圧計７によって抵抗測定部間の電圧（第１電圧）Ｖ１を検出する。

ステップＳ１０４では、第１電流源５及び第２電流源６による電流Ｉ１、Ｉ２の印加を終了する。

ステップＳ１０５では、抵抗測定部位間における電池２の内部抵抗を算出する。ステップＳ１０１によって検出した電圧Ｖ０と、ステップＳ１０３によって検出した電圧Ｖ１と、第１電流源５によって印加された電流Ｉ１とを用いて、内部抵抗（Ｒ＝（Ｖ０−Ｖ１）／Ｉ１）は算出される。

本発明の第１実施形態の効果について説明する。

第２電流源６によって、面内方向における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電位差がゼロとなる電流Ｉ２を印加することで、第１電流源５によって印加する電流Ｉ１が面直方向にのみ流れるようになる。そして、その時の抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の電圧を第１電圧計７によって検出する。これによって、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗を正確に算出することができる。

第２電流源６によって印加する電流Ｉ２を予め用意したマップを用いて算出することで、抵抗測定装置の構成を簡易にすることができ、内部抵抗の測定時間を短くすることができる。

次に本発明の第２実施形態について図８を用いて説明する。図８は本実施形態の抵抗測定装置の概略構成図である。

第２実施形態については第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の抵抗測定装置１０は、第１電流源５と第２電流源６との間の電圧を検出する第２電圧計１１と、第１電流源５、第２電流源６、第１電圧計７および第２電圧計１１と接続し、第１電流源５、第２電流源６における電流を制御し、内部抵抗を算出する制御部１２とを備える。

制御部１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを読み出し、実行することで、制御部１２はその機能を発揮する。

次に本実施形態の抵抗測定装置１０における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗の算出方法について図９のフローチャートを用いて説明する

ステップＳ２００では、第１電流源５および第２電流源６から電流を印加せずに開回路とした場合の電池２の電圧Ｖ０を、第１電圧計７によって検出する。

ステップＳ２０１では、第１電流源５によって第１電極８を介して電池２に電流Ｉ１を印加する。電流Ｉ１は、予め設定された電流であり、例えば、第１実施形態と同様の２０ｍＡである。

ステップＳ２０２では、第２電流源６によって第２電極９を介して電池２に電流を印加する。ここでは、第２電流源６によって印加される電流は、ゼロから徐々に増加させる。

ステップＳ２０３では、第２電圧計１１によって第１電流源５と第２電流源６との間の電圧、つまり抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電圧（第２電圧）Ｖ２を検出する。そして、電圧Ｖ２が略ゼロとなったかどうか判定する。そして、電圧Ｖ２が所定電圧となった場合には、ステップＳ２０４へ進む。

ステップＳ２０４では、電圧Ｖ２が所定電圧となった時の電圧Ｖ１を第１電圧計７によって検出する。

ステップＳ２０５では、第１電流源５および第２電流源６による電流の印加を終了する。

ステップＳ２０６では、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間における内部抵抗（Ｒ＝（Ｖ０−Ｖ１）／Ｉ１）を算出する。

本発明の第２実施形態の効果について説明する。

第２電流源６によって印加される電流を変更して、面内方向における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂと周囲部位３１ａ、３１ｂとの間の電位差が略ゼロとなる電流を検出することで、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗を正確に算出することができる。また、制御部１２によって第１電流源５、第２電流源６の電流を制御することで、内部抵抗を自動で算出することができる。

次に本発明の第３実施形態について図１０を用いて説明する。図１０は本実施形態の抵抗測定装置１５の概略構成図である。

第３実施形態については第２実施形態と異なる部分を中心に説明する。

本実施形態の抵抗測定装置１５は、樹脂集電体１６における内部抵抗を検出する。

次に本実施形態の抵抗測定装置１５における抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗の算出方法について図１１のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ３００からステップＳ３０４までは、第２実施形態のステップＳ２０１からステップＳ２０５までと同じ内容なので、ここでの説明は省略する。なお、本実施形態では、電池ではなく、樹脂集電体３における内部抵抗を検出するものである。

ステップＳ３０５では、抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間における内部抵抗（Ｒ＝Ｖ１／Ｉ１）を算出する。

本発明の第３実施形態の効果について説明する。

樹脂集電体１６の抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗を正確に算出することができる。また、樹脂集電体１６の抵抗測定部位３０ａ、３０ｂ間の内部抵抗を自動で算出することができる。

上記実施形態においては第２電極９を円筒状としたが、図１２に示すように第２電極１７を周方向に沿って分割した構成としても良い。これによって、第２電極１７と樹脂集電体１６とを確実に接触させることができ、第２電極１７と樹脂集電体１６との接触抵抗が不均一になることを抑制し、内部抵抗を正確に算出することができる。

第２実施形態、第３実施形態では、制御部１２によって電流を制御し、内部抵抗を算出したが、その一部を手動で行っても良い。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１、１０、１５抵抗測定装置
２二次電池（抵抗検出体）
５第１電流源（第１電流印加手段）
６第２電流源（第２電流印加手段）
７第１電圧計（第１電圧検出手段）
１１第２電圧計（第２電圧検出手段）
１６樹脂集電体（抵抗検出体）
１２制御部（電流制御手段、抵抗算出手段）
３０ａ、３０ｂ抵抗測定部位（第１部位）
３１ａ、３１ｂ周囲部位（第２部位）

Claims

抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加する第１電流印加手段と、
前記第１部位よりも外周側であり、前記第１部位を取り囲むように設けた第２部位に、前記抵抗検出体の面内方向における前記第１部位と前記第２部位との電位差が略ゼロとなる第２電流を印加する第２電流印加手段と、
前記第１電流と前記第２電流とが印加された時の前記第１部位間の第１電圧を検出する第１電圧検出手段とを備え、
前記第２電流は、前記第１電流に対して設定されたマップに基づいて設定されることを特徴とする抵抗測定装置。
抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加する第１電流印加手段と、
前記第１部位よりも外周側であり、前記第１部位を取り囲むように設けた第２部位に、前記抵抗検出体の面内方向における前記第１部位と前記第２部位との電位差が略ゼロとなる第２電流を印加する第２電流印加手段と、
前記第１電流と前記第２電流とが印加された時の前記第１部位間の第１電圧を検出する第１電圧検出手段と、
前記第１電流印加手段と前記第２電流印加手段との間の電位差である第２電圧を検出する第２電圧検出手段と、
前記第１電流を印加した場合に、前記第２電圧が前記略ゼロとなるように前記第２電流を制御する電流制御手段と、
前記第１電流を流す前の前記第１電圧と、前記第２電圧が前記略ゼロとなった時の前記第１電圧とに基づいて前記第１部位間の抵抗を算出する抵抗算出手段とを備えることを特徴とする抵抗測定装置。
抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加する第１電流印加手段と、
前記第１部位よりも外周側であり、前記第１部位を取り囲むように設けた第２部位に、前記抵抗検出体の面内方向における前記第１部位と前記第２部位との電位差が略ゼロとなる第２電流を印加する第２電流印加手段と、
前記第１電流と前記第２電流とが印加された時の前記第１部位間の第１電圧を検出する第１電圧検出手段と、
前記第１電流印加手段と前記第２電流印加手段との間の電位差である第２電圧を検出する第２電圧検出手段と、
前記第１電流を印加した場合に、前記第２電圧が前記略ゼロとなるように前記第２電流を制御する電流制御手段と、
前記第２電圧が前記略ゼロとなった時の前記第１電圧に基づいて前記第１部位間の抵抗を算出する抵抗算出手段とを備えることを特徴とする抵抗測定装置。
抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加し、
前記第１部位よりも外周側であり、前記第１部位を取り囲むように設けた第２部位に第２電流を印加し、
前記第１電流と前記第２電流とが印加され、前記第１部位と前記第２部位との電位差が略ゼロとなった時の第１電圧を検出し、
前記第１電流と前記第１電圧とに基づいて、前記第１部位間の抵抗を算出し、
前記第２電流は、前記第１電流に対して設定されたマップに基づいて設定されることを特徴とする抵抗測定方法。
抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加し、
前記第１部位よりも外周側であり、前記第１部位を取り囲むように設けた第２部位に第２電流を印加し、
前記第１電流と前記第２電流とが印加された時の前記第１部位間の第１電圧を検出し、
前記第１部位と前記第２部位との間の電位差である第２電圧を検出し、
前記第１電流を印加した場合に、前記第２電圧が略ゼロとなるように前記第２電流を制御し、
前記第１電流を流す前の前記第１電圧と、前記第２電圧が前記略ゼロとなった時の前記第１電圧とに基づいて前記第１部位間の抵抗を算出することを特徴とする抵抗測定方法。
抵抗検出体の面直方向の抵抗を測定する第１部位に第１電流を印加し、
前記第１部位よりも外周側であり、前記第１部位を取り囲むように設けた第２部位に第２電流を印加し、
前記第１電流と前記第２電流とが印加された時の前記第１部位間の第１電圧を検出し、
前記第１部位と前記第２部位との間の電位差である第２電圧を検出し、
前記第１電流を印加した場合に、前記第２電圧が略ゼロとなるように前記第２電流を制御し、
前記第２電圧が前記略ゼロとなった時の前記第１電圧に基づいて前記第１部位間の抵抗を算出することを特徴とする抵抗測定方法。