JP5662968B2 - 二次電池の検査システム、充放電機、及び検査方法 - Google Patents
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Description
図1,図4〜図13等を用いて、実施の形態1の二次電池の検査システム及び対応する検査方法について説明する。
図1は、実施の形態1の二次電池の検査システムの全体構成を示す。本検査システムは、異常検知システム(二次電池異常検知システム)1と、二次電池10と、電源60とが接続される構成である。異常検知システム1は、電圧検知部40と、電流検知部50と、異常検知部(二次電池異常検知部)30とを有する構成である。二次電池10は、検査対象である1つのリチウムイオン二次電池である。検査時、検査対象の二次電池10が、電圧検知部40、電流検知部50、及び電源60に対して接続される。電圧検知部40及び電流検知部50と二次電池異常検知部30とが接続されている。
図2は、実施の形態2の検査システムとして、二次電池の異常検知機能を備える充放電機21(二次電池異常検知充放電機)による構成例を示す。充放電機21は、実施の形態1と同様の二次電池10の異常検知機能(電圧検知部40、電流検知部50、異常検知部130など)を備える。更に、充放電機21は、二次電池10に対する充放電の動作が可能な電源60を内蔵し、異常検知部130から電源60への制御(充放電の動作の制御)を可能とした形態である。前述同様に二次電池10が各部(40,50,60)に接続される。
図3は、実施の形態3の検査システムとして、異常検知部30の詳細構成例(機能ブロック構成)を示す。この異常検知部30は、電流入力部301、電圧入力部302、充電電気量計算部303、dQ/dV計算部304、dQ/dV特徴点算出部305、異常判定部306、異常信号出力部307、記憶部310等を有する構成である。これら各部位は、プログラムモジュールとして構成してもよいし、回路部などで構成してもよい。また各部(301〜305等)で処理するデータ情報を適宜記憶部310に格納する構成である。異常検知部30の処理概要は以下である。
図4は、各実施の形態における基準(対比用)となる特性のデータ例として、基準となる二次電池の初回充電時のV-dQ/dV曲線(K)を示す。横軸は電圧[V]、縦軸はdQ/dV値[Ah/V]である。この曲線Kの情報を含むデータ72が本検査システム内(ROM31)に予め格納される。基準となる二次電池は、後述(図8)のサイクル試験の結果、容量維持率が高く、長期容量信頼性が確保できた二次電池を用いる。
図5は、従来一般的なリチウムイオン二次電池の具体的な製造工程を示す。本実施の形態の検査対象の二次電池10の製造工程についても同様に適用する。特に本実施の形態の検査方法では、性能検査工程(S4)における充放電試験(長期容量性能・信頼性の検査)(S41)において、特徴的な処理ステップ(初回充電時の特性(曲線)を用いた異常検知のステップ)を含む。
本実施の形態は、初回充電の時の特性(曲線)を用いて異常を判定(検知)することが大きな特徴である。初回充電とは、二次電池10を製造した直後の1回目の充電のことを指す。図5の製造工程で言えば、組立工程(S3)で二次電池10(セル)を組み立てた後、性能検査工程(S4)で、充放電試験(長期容量性能・信頼性の検査)(S41)を行うが、その際の1回目の充電のことを指す。
次に図6,図7を用いて、本検査方法及び検査システムにおける二次電池10の検査時における初回充電時(実測)の特性のデータ例を示す。
本実施の形態の検査方法及び検査システムでは、予め(少なくとも検査時よりも前)、基準となる二次電池を用いたサイクル試験(サイクル劣化試験、繰返し充放電試験などともいう)により、上記基準となる特性(V-dQ/dV曲線(K))のデータを取得し、前述のように本検査システム(ROM31)内に記憶させておく。
値Pは、特徴点A(極大点)のdQ/dV値(dQ/dVA)と、特徴点B(極大値)のdQ/dV値(dQ/dVB)とを係数a1,a2を用いて加算した値である。
また図13には、比較説明のため、上述のようなサイクル試験後(多数の充放電を繰返した後)のV-dQ/dV曲線(L)を示している。このV-dQ/dV曲線(L)においては、その特徴点A2,B2(極大点)におけるdQ/dV値が、前述の初回充電時のものと比べて小さくなっていることが分かる。また、このV-dQ/dV曲線(L)の特徴点A2,B2(極大点)においては、上述の第1〜第4グループ(長期容量信頼性が異なる二次電池)の差が見え難くなっている。
次に図14を用いて実施の形態4の検査方法及び検査システムを説明する。図14は、実施の形態4における、長期容量信頼性が確保できない二次電池10(異常)を検知する処理フロー(第1フロー)を示す。実施の形態4は、基本構成は実施の形態1等(図1等)と同様であり、異なる構成として、検査時(図5のS4)、例えばユーザ操作に基づき、異常検知部30のプログラム処理で図14の処理を実行することにより、二次電池10の検査(異常検知)を行う。なお以下、図3(実施の形態3)の対応する部位についても括弧内に示す。
次に図15を用いて実施の形態5の検査方法及び検査システムを説明する。図15は、実施の形態5における、長期容量信頼性が確保できない二次電池10(異常)を検知する処理フロー(第2フロー)を示す。実施の形態5は、基本構成は実施の形態1等(図1等)と同様であり、異なる構成として、検査時(図5のS4)、例えばユーザ操作に基づき、異常検知部30のプログラム処理で図15の処理を実行することにより、二次電池10の検査(異常検知)を行う。
以上説明したように、本実施の形態の検査方法及び検査システムによれば、二次電池10の製造段階(図5)において、初回充電時の特性(曲線K)を用いて判定する仕組みにより、長期容量信頼性を確保できる(容量劣化が少ない)二次電池10が得られる。言い換えると長期容量信頼性が低い(容量劣化が早い)二次電池10を検知・排除することができる。またその際に追加の検査工程・検査装置・検査時間などが必要とならずに低コストで実現できる。また見方を変えると、本実施の形態は、製造時に二次電池10の長期容量性能を決定(予測)することができる技術である。
Claims (10)
- 二次電池の検査システムであって、
電圧検知部と、電流検知部と、異常検知部と、記憶部と、を有し、
検査対象の第1の二次電池が、前記電圧検知部、前記電流検知部、及び電源に接続され、
前記記憶部は、基準となる第2の二次電池の特性のデータが記憶され、
前記特性のデータは、前記基準となる第2の二次電池の初回充電時における、電圧Vと、前記電圧Vの変化量dVに対する、電流Iから計算される蓄電量Qの変化量dQの割合であるdQ/dV値と、の関係を表すV-dQ/dV曲線の情報を含み、
前記第1の二次電池の検査時、前記電源から前記第1の二次電池に対して初回充電が行われた時、
前記電圧検知部は、前記第1の二次電池の電圧値Vを検知し、
前記電流検知部は、前記第1の二次電池の電流値Iを検知し、
前記異常検知部は、前記電流値Iから計算される蓄電量Qを用いて、前記電圧値Vの変化量dVに対する前記蓄電量Qの変化量dQの割合であるdQ/dV実測値を計算し、前記dQ/dV実測値の特徴点相当値と、前記V-dQ/dV曲線の情報とを対比し、当該曲線上の特徴点に該当するかを判定し、該当しない場合は、当該第1の二次電池の長期容量信頼性を確保できないことを示す異常として検知すること、を特徴とする、二次電池の検査システム。 - 請求項1記載の二次電池の検査システムにおいて、
前記異常検知部は、
前記電流検知部で検知された電流値Iを入力する電流入力部と、
前記電圧検知部で検知された電圧値Vを入力する電圧入力部と、
前記電流値Iから蓄電量Qを計算する充電電気量計算部と、
前記電圧値V及び蓄電量Qを用いてdQ/dV実測値を計算するdQ/dV計算部と、
前記dQ/dV実測値における特徴点相当値を算出するdQ/dV特徴点算出部と、
前記dQ/dV実測値における特徴点相当値と、前記V-dQ/dV曲線の情報とを対比し、当該曲線上の特徴点に該当するかを判定し、該当しない場合は、当該第1の二次電池の長期容量信頼性を確保できないことを示す異常として検知する異常判定部と、
前記異常を検知した場合、異常信号をユーザに対して出力する異常信号出力部と、を有することを特徴とする、二次電池の検査システム。 - 請求項1記載の二次電池の検査システムにおいて、
前記基準となる第2の二次電池として、サイクル劣化試験の結果の容量維持率が高く、長期容量信頼性を確保することができた二次電池を用い、
前記特性のデータは、前記V-dQ/dV曲線における特徴点として1つ以上の極大点を有し、当該特徴点に関する電圧値Vの範囲及びdQ/dV値の範囲の情報を含み、
前記異常検知部は、前記検査における初回充電時、前記dQ/dV実測値と、前記V-dQ/dV曲線の特徴点に関する範囲とを対比して、当該dQ/dV実測値が、当該曲線上の特徴点のいずれかに対応する状態に至ったか、及び当該特徴点の範囲を超えるかを判断し、超える場合は前記異常として検知すること、を特徴とする、二次電池の検査システム。 - 請求項1記載の二次電池の検査システムにおいて、
前記異常検知部は、前記第1の二次電池の検査時、初回充電を開始し、
所定時間T毎に同期で前記電流検知部で検知された電流値I及び前記電圧検知部で検知された電圧値Vを入力し、
前記電流値Iを積算して充電電気量から前記蓄電量Qを計算し、
前記蓄電量Qで示す初回充電の電圧が所定電圧に達した場合は、当該初回充電を終了し、検査を終了し、
前記達しない場合、前記所定時間T毎の電圧値V及び蓄電量Qを用いて所定時間T毎のdQ/dV実測値を計算し、
前記dQ/dV実測値が、前記V-dQ/dV曲線上の特徴点に至ったかを判断し、
前記至った場合は、当該dQ/dV実測値の特徴点相当値を算出し、
前記dQ/dV実測値の特徴点相当値が、当該曲線の特徴点に関する所定の範囲を超えるかを判断し、超える場合は前記異常として検知し、異常信号をユーザに対し出力し、検査を終了すること、を特徴とする、二次電池の検査システム。 - 請求項1記載の二次電池の検査システムにおいて、
前記異常検知部は、前記第1の二次電池の検査時、初回充電を開始し、
所定時間T毎に同期で前記電流検知部で検知された電流値I及び前記電圧検知部で検知された電圧値Vを入力し、
前記電流値Iを積算して充電電気量から前記蓄電量Qを計算し、
前記蓄電量Qで示す初回充電の電圧が所定電圧に達しない場合は、前記所定時間T毎の検知を繰り返し、
前記達した場合は、初回充電を終了し、
前記所定時間T毎の電圧値V及び蓄電量Qを用いて所定時間T毎のdQ/dV実測値を計算して、検査用のV-dQ/dV曲線を作成し、
前記dQ/dV実測値の特徴点相当値を算出し、
前記dQ/dV実測値の特徴点相当値が、前記基準のV-dQ/dV曲線の特徴点に関する所定の範囲を超えるかを判断し、超える場合は前記異常として検知し、異常信号をユーザに対し出力し、検査を終了すること、を特徴とする、二次電池の検査システム。 - 請求項1記載の二次電池の検査システムにおいて、
前記異常検知部は、プログラム処理を行うコンピュータで構成されること、を特徴とする二次電池の検査システム。 - 二次電池の充放電機であって、
電圧検知部と、電流検知部と、異常検知部と、記憶部と、電源と、を有し、
検査対象の第1の二次電池が、前記電圧検知部、前記電流検知部、及び前記電源に接続され、
前記電源を制御することにより、前記電源からの前記第1の二次電池に対する充放電の動作を制御し、
前記記憶部は、基準となる第2の二次電池の特性のデータが記憶され、
前記特性のデータは、前記基準となる第2の二次電池の初回充電時における、電圧Vと、前記電圧Vの変化量dVに対する、電流Iから計算される蓄電量Qの変化量dQの割合であるdQ/dV値と、の関係を表すV-dQ/dV曲線の情報を含み、
前記第1の二次電池の検査時、
前記電源から前記第1の二次電池に対して電流または電圧を印加することにより初回充電が行われた時、
前記電圧検知部は、前記第1の二次電池の電圧値Vを検知し、
前記電流検知部は、前記第1の二次電池の電流値Iを検知し、
前記異常検知部は、前記電流値Iから計算される蓄電量Qを用いて、前記電圧値Vの変化量dVに対する前記蓄電量Qの変化量dQの割合であるdQ/dV実測値を計算し、前記dQ/dV実測値の特徴点相当値と、前記V-dQ/dV曲線の情報とを対比し、当該曲線上の特徴点に該当するかを判定し、該当しない場合は、当該第1の二次電池の長期容量信頼性を確保できないことを示す異常として検知すること、を特徴とする、二次電池の充放電機。 - 二次電池の検査方法であって、
第1の二次電池の製造時における長期容量信頼性を含む性能を検査する検査工程において、
前記第1の二次電池が、電圧検知部、電流検知部、及び電源に接続され、前記電源から前記第1の二次電池に対して初回充電が行われ、前記電圧検知部が前記第1の二次電池の電圧値Vを検知し、前記電流検知部が前記第1の二次電池の電流値Iを検知する第1の工程と、
前記初回充電時に、前記電圧値V及び電流値Iを用いて、前記第1の二次電池の長期容量信頼性が確保できないことを示す異常として検知する第2の工程と、を有し、
前記第2の工程では、異常検知のために、基準となる第2の二次電池の特性のデータとして、第2の二次電池の初回充電時における、電圧Vと、前記電圧Vの変化量dVに対する、電流Iから計算される蓄電量Qの変化量dQの割合であるdQ/dV値と、の関係を表すV-dQ/dV曲線の情報を用い、
前記第2の工程では、前記電流値Iから計算される蓄電量Qを用いて、前記電圧値Vの変化量dVに対する前記蓄電量Qの変化量dQの割合であるdQ/dV実測値を計算し、前記dQ/dV実測値の特徴点相当値と、前記V-dQ/dV曲線とを対比し、当該曲線上の特徴点に該当するかを判定し、該当しない場合は、当該第1の二次電池は長期容量信頼性を確保できないことを示す異常として検知すること、を特徴とする、二次電池の検査方法。 - 請求項8記載の二次電池の検査方法において、
前記検査工程において、
(1)電源から第1の二次電池に対する初回充電を開始するステップと、
(2)所定時間毎に同期で第1の二次電池の電圧V及び電流値Iを検知するステップと、
(3)前記電流値Iを積算して蓄電量Qを算出するステップと、
(4)前記蓄電量Qで示す初回充電の電圧が所定電圧に達したかを判断し、達した場合は初回充電を終了するステップと、
(5)前記達していない場合は、前記dQ/dV実測値を算出するステップと、
(6)前記dQ/dV実測値が前記基準のV-dQ/dV曲線上の特徴点のいずれかに対応する状態に至ったかを判断し、至っていない場合は、(2)〜(5)の処理を繰り返すステップと、
(7)前記至った場合は、前記dQ/dV実測値の特徴点相当値を算出するステップと、
(8)前記dQ/dV実測値の特徴点相当値と、前記特性のV-dQ/dV曲線上の特徴点に関する範囲と対比し、範囲内かを判断し、範囲内の場合は、(2)〜(7)の処理を繰り返すステップと、
(9)前記範囲内ではない場合、前記異常として検知し、異常信号をユーザに対し出力するステップと、を有すること、を特徴とする、二次電池の検査方法。 - 請求項8記載の二次電池の検査方法において、
前記検査工程において、
(1)電源から第1の二次電池に対する初回充電を開始するステップと、
(2)所定時間毎に同期で第1の二次電池の電圧V及び電流値Iを検知するステップと、
(3)前記電流値Iを積算して蓄電量Qを算出するステップと、
(4)前記蓄電量Qで示す初回充電の電圧が所定電圧に達したかを判断し、達していない場合は、(2)〜(4)の処理を繰り返すステップと、
(5)前記達した場合は初回充電を終了するステップと、
(6)前記dQ/dV実測値を算出し、検査用のV-dQ/dV曲線を作成するステップと、
(7)前記検査用のV-dQ/dV曲線からdQ/dV実測値に関する1つ以上の特徴点相当値を算出するステップと、
(8)前記dQ/dV実測値の特徴点相当値と、前記基準のV-dQ/dV曲線上の特徴点に関する範囲と対比し、前記特徴点相当値がすべて前記基準のV-dQ/dV曲線上の特徴点に関する範囲内かを判断し、範囲内の場合は検査を終了するステップと、
(9)前記範囲内ではない場合、前記異常として検知し、異常信号をユーザに対し出力するステップと、を有すること、を特徴とする、二次電池の検査方法。
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