JP5724980B2

JP5724980B2 - 密閉型電池の製造方法、検査装置、及び検査プログラム

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Publication number: JP5724980B2
Application number: JP2012212596A
Authority: JP
Inventors: 康資岩瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: WO2014049933A1; JP2014067614A; US9372239B2; US20150234012A1; CN104662731A; CN104662731B

Description

本発明は、密閉型電池の電池ケースにおける損傷の有無を高精度に判別できる密閉型電池の製造方法、検査装置及び検査プログラムに関するものである。

密閉型電池において電池ケースの損傷は電池性能に大きく影響し、その為、電池の製造工程において様々な電池ケースの検査方法が提案されている。例えば、電池ケース表面に接近させた測定子の１次コイルに交流電流を流し、電池ケース及び測定子を相対的に移動させることにより、電池ケース表面に生じる誘導電流のインピーダンス及び２次コイルに誘導する電圧のうち一方の測定値の変化により電池ケース表面の損傷部を検知する検査方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−２５２６４４号公報

しかしながら、上記特許文献１に示す検査方法においては、特別の測定装置などが必要となるため、製造工程を複雑化させる要因となり得る。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、簡易な手法で密閉型電池の電池ケースにおける損傷を高精度に判定できる密閉型電池の製造方法、検査装置、及び検査プログラムを提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、密閉型電池の初期充電後に、前記密閉型電池に対して所定時間、かつ所定値以上の充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測するステップと、前記計測された電圧の変化に基づいて、前記密閉型電池の電池ケースおける損傷の有無を判定するステップと、を含む、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法である。
この一態様において、前記計測された電圧の変化に基づいて、前記密閉型電池の電池ケースおける凹みの有無を判定してもよい。
この一態様において、前記計測された電圧の時間変化において、前記電圧の傾きが増加したとき、前記密閉型電池の電池ケースに凹みが有ると判定してもよい。
この一態様において、前記計測された電圧の時間変化において、第１計測時間における電圧の傾きが該第１計測時間に連続する第２計測時間における電圧の傾きよりも大きいとき、前記密閉型電池の電池ケースに凹みが有ると判定してもよい。
この一態様において、前記初期充電後に、前記密閉型電池に対して０．５〜１．０秒間かつ２０〜２５Ｃの充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測してもよい。
この一態様において、前記初期充電後に、前記密閉型電池に対して０．５秒間かつ２０Ｃの充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測してもよい。
この一態様において、前記計測された電圧の時間変化において、計測時間０．０〜０．３秒間の電圧の傾きより計測時間０．３〜０．５秒間の電圧の傾きが大きくなるとき、前記密閉型電池の電池ケースに凹みが有ると判定してもよい。
この一態様において、前記密閉型電池は、角型形状のリチウムイオン電池であってもよい。
他方、上記目的を達成するための本発明の一態様は、初期充電後の密閉型電池に対して所定時間、かつ所定値以上の充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測する計測手段と、前記計測手段により計測された電圧の変化に基づいて、前記密閉型電池の電池ケースおける損傷の有無を判定する判定手段と、を備える、ことを特徴とする検査装置であってもよい。
この一態様において、前記計測手段により計測された前記密閉型電池の電圧の変化、及び前記判定手段により判定された判定結果、のうち少なくとも一方を出力する出力手段を更に備えていてもよい。

本発明によれば、簡易な手法で密閉型電池の電池ケースにおける損傷を高精度に判定できる密閉型電池の製造方法、検査装置、及び検査プログラムを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係る検査装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本発明の一実施の形態に係る密閉型電池の製造方法における検査装置の検査フローを示すフローチャートである。密閉型電池の電圧の変化について電池ケースに凹み有る場合と凹みが無い場合とを比較した結果を示す図である。密閉型電池に供給する充電電流と、その供給時間（０．５秒間）と、検知できる電池ケースの凹みの深さと、の関係を示す図である。密閉型電池に供給する充電電流（２０Ｃ）と、その供給時間と、検知できる密閉型電池の電池ケースの凹みの深さと、の関係を示す図である。容量５Ａｈの密閉型電池と容量２５Ａｈの密閉型電池における電池ケースの凹みの有無判定の結果を示す図である。電池ケースの変形を伴わない単なる傷の一例を示す図である。電池ケースの変形を伴う凹みの一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。車両や携帯端末などに搭載されるリチウムイオン二次電池などの密閉型電池の製造過程において、電池素子が収容された金属製の電池ケースの損傷検査が行われる。また、電池ケース１１の損傷の中でも、特に、電池ケース１１の変形を伴わない単なる傷１３（図７Ａ）と、電池ケース１１の変形を伴う凹み１２（図７Ｂ）と、を判別することは重要となる。これは、電池ケース１１に凹み１２が生じている場合、単なる傷１３と異なりその凹み１２自体が電池性能に対して大きく影響を与えるからである。

例えば、電池ケース１１に凹み１２が生じることで電池内部挙動が局所的に変化し電池性能を劣化させる要因となり得る。これは、電池ケース１１の凹み１２の一部が電極に接近し、この接近した部分だけがリチウム析出耐性が良くなり逆にその他周辺部分はリチウム析出耐性が悪化するという局所的な変化がもたらすものである。

そこで、本発明の一実施の形態に係る密閉型電池の製造方法においては、密閉型電池の製造工程において電池ケース１１の凹み１２を単なる傷１３とは区別して高精度に判定することで、電池ケース１１の良否判断を高精度に行うことができるものである。これにより、密閉型電池の信頼性向上、生産性向上などの多くの有利な効果が期待できる。

次に、電池ケース１１の良否判断を高精度に行うことができる本発明の一実施の形態に係る検査装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る検査装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る検査装置１は、密閉型電池１０に電流を供給する電源２と、密閉型電池１０の電圧を計測する電圧計３と、密閉型電池１０の良否を判定する判定装置４と、判定結果などを出力する表示装置５及びプリンタ６と、を備えている。

電源２は、密閉型電池１０及び判定装置４に接続されており、判定装置４からの制御信号に応じて密閉型電池１０に対して所定値の充電電流を供給する。

電圧計３は、計測手段の一具体例であり、密閉型電池１０及び判定装置４に接続されている。電圧計３は、密閉型電池１０の電圧値を計測し、計測した電圧値を判定装置４に対して出力する。

判定装置４は、判定手段の一具体例であり、電圧計３により計測された密閉型電池１０の電圧の変化に基づいて電池ケース１１の凹み１２を単なる傷１３と区別して高精度に判定する。そして、判定装置４は、その凹み１２の判定結果に基づいて、密閉型電池１０の電池ケース１１の良否を判定することができる。

判定装置４は、例えば、電圧計３により計測された密閉型電池１０の電圧の時間変化において、密閉型電池１０の電圧の傾きが増加したとき、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２が有ると判定し、密閉型電池１０の電池ケース１１を不良品と判定する。より具体的には、判定装置４は、電圧計３により計測された密閉型電池１０の電圧の時間変化において、第１計測時間における電圧の傾きがその第１計測時間に連続する第２計測時間における電圧の傾きよりも小さいとき、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２が有ると判定し、密閉型電池１０の電池ケース１１を不良品と判定する。

なお、判定装置４は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）４ａ、ＣＰＵ４ａによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ４ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）４ｃ、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ４ａ、メモリ４ｂ、及びインターフェイス部４ｃは、データバス４ｄなどを介して相互に接続されている。

表示装置５及びプリンタ６は、出力手段の一具体例であり、電圧計３により計測された密閉型電池１０の電圧の時間変化や、判定装置４による密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無判定結果や良品判定結果などをユーザに対して出力する。表示装置５は、例えば、液晶ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置などで構成されている。

次に、本実施の形態に係る密閉型電池１０の製造方法における検査装置１の検査方法について詳細に説明する。図２は、密閉型電池の製造方法における検査装置の検査フローを示すフローチャートである。

まず、判定装置４は、エージング処理後かつ初期充電後において、電源２から密閉型電池１０に対して所定時間（低秒数間）、かつ所定値以上の高レートの充電電流を供給させる（ステップＳ１０１）。なお、判定装置４は、エージング処理前かつ初期充電後において、電源２から密閉型電池１０に対して所定時間、かつ所定値以上の高レートの充電電流を供給させてもよく、初期充電後であれば任意の工程で上記充電電流を供給させてもよい。

電圧計３は密閉型電池１０の電圧を計測し、計測した密閉型電池１０の電圧値を判定装置４に出力する（ステップＳ１０２）。

判定装置４は、電圧計３で計測された密閉型電池１０の電圧の変化に基づいて、密閉型電池１０の電池ケース１１おける凹み１２の有無を判定し（ステップＳ１０３）、凹み１２の有無に基づいて密閉型電池１０の電池ケース１１の良否を判定する。

判定装置４は、電圧計３で計測された密閉型電池１０の電圧の変化に基づいて、密閉型電池１０の電池ケース１１おける凹み１２が有ると判定したとき（ステップＳ１０３のＹＥＳ）、密閉型電池１０の電池ケース１１を不良品と判定する（ステップＳ１０４）。一方、判定装置４は、電圧計３で計測された密閉型電池１０の電圧の変化に基づいて、密閉型電池１０の電池ケース１１おける凹み１２が無いと判定したとき（ステップＳ１０３のＮＯ）、密閉型電池１０の電池ケース１１を良品と判定する（ステップＳ１０５）。

次に、判定装置４が電圧計３で計測された密閉型電池１０の電圧の変化に基づいて密閉型電池１０の電池ケース１１おける凹み１２の有無を判定する方法について、詳細に説明する。

図３は、密閉型電池の電圧の変化について、電池ケースに凹み有る場合と凹みが無い場合とを比較した結果を示す図である。なお、図３において、例えば、充電電流２０Ｃを０．５秒間だけ密閉型電池１０に流して、密閉型電池１０の電圧の変化を計測している。また、密閉型電池１０は、例えば略直方体形状の角型電池である。

図３に示すように、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２がある場合（ａ）は、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２が無い場合（ｂ）と比較して、密閉型電池１０の電圧の傾きが増加していることが分かる。例えば、第１計測時間０．０〜０．３秒における密閉型電池１０の電圧の傾きよりも第２計測時間０．３〜０．５秒における密閉型電池１０の電圧の傾きの方が大きくなっている。

このように、判定装置４は、電圧計３により計測された密閉型電池１０の電圧の時間変化において、密閉型電池１０の電圧の傾きが増加したとき、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２が有ると判定する。

例えば、電圧計３は、密閉型電池１０に対して０．５秒間、２０Ｃの充電電流を流したときの密閉型電池１０の電圧を計測する。そして、判定装置４は、電圧計３により計測された密閉型電池１０の電圧の時間変化において、第１計測時間０．０〜０．３秒の密閉型電池１０の電圧の傾きよりも第２計測時間０．３〜０．５秒の密閉型電池１０の電圧の傾きが大きくなるとき、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２が有ると判定する。

なお、判定装置４は、図３に示すような時間と密閉型電池１０の電圧との関係を示すグラフなどを表示装置（液晶ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置など）５やプリンタ６などに出力してもよい。そして、ユーザが、表示装置５やプリンタ６に出力された時間と密閉型電池１０の電圧の変化との関係から密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無を判定してもよい。

次に、上記（ステップＳ１０１）における、電源２から密閉型電池１０に対して供給する充電電流の値及びその供給時間の設定方法について説明する。

まず、密閉型電池１０に対する充電電流の供給時間を０．５秒に固定し、充電電流を１０Ｃ、１５Ｃ、２０Ｃ、２５Ｃへ徐々に増加させた場合について説明する。図４は、密閉型電池に供給する充電電流と、その供給時間（０．５秒間）と、検知できる電池ケースの凹みの深さと、の関係を示す図である。

図４、後述の図５、及び図６において、○は密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２を検知できた場合を示し、×は密閉型電池１０の電池ケース１１上に凹み１２を検知できない場合を示している。また、凹み１２の深さとは、例えば、図７Ｂに示すように、密閉型電池１０の電池ケース１１の内側面から内側へ最も突出した凹み１２の先端部までの距離である。

図４に示すように、密閉型電池１０に対する充電電流が２０Ｃ以上（２０Ｃ及び２５Ｃ）になると、電池性能に比較的大きく影響する深さ０．０５０ｍｍ以上の凹み１２を、密閉型電池１０の電池ケース１１上に検知できることが分かる。

但し、密閉型電池１０に対する充電電流をさらに大きく増加させると密閉型電池１０の電圧の傾きが増加して凹み１２を密閉型電池１０の電池ケース１１上に明確に検知できるが、密閉型電池１０へのダメージを考慮すると適切ではない。

以上の結果から、密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無の判定精度、及び密閉型電池１０に対する安全性を考慮すると、密閉型電池１０に対する充電電流を２０〜２５Ｃに設定するのが好ましく、２０Ｃに設定するのが最も好ましい。なお、上記設定される充電電流の値２０Ｃ及び２５Ｃ（臨界値）は、上記設定される値に厳密に限定されるものではなく、同一の作用効果を奏する範囲あるいは誤差範囲で、ある程度幅を有していてもよい。

次に、密閉型電池１０に対する充電電流を２０Ｃに固定し、その供給時間を０．１秒、０．５秒、１．０秒、２．０秒へと徐々に増加させた場合について説明する。図５は、密閉型電池に供給する充電電流（２０Ｃ）と、その供給時間と、検知できる密閉型電池１０の電池ケース１１の凹み１２の深さと、の関係を示す図である。

図５に示すように、密閉型電池１０に対する充電電流の供給時間が０．５〜１．０秒のとき、電池性能に比較的大きく影響する深さ０．０５ｍｍ以上の凹み１２を密閉型電池１０の電池ケース１１上に検知できることが分かる。

但し、密閉型電池１０に対するダメージを考慮すると、充電電流の供給時間をより短くするのが好ましい。また、密閉型電池１０に対する充電電流の供給時間を２．０秒とした場合、電流分布が生じるため凹み１２の検知精度が低下し、検知できる凹み１２の深さは０．０７５ｍｍ以上となる。

以上の結果から、密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無の判定精度、及び密閉型電池１０に対する安全性を考慮すると、密閉型電池１０に対する充電電流の供給時間を０．５〜１．０秒に設定するのが好ましく、０．５秒に設定するのが最も好ましい。なお、上記設定される充電電流の供給時間０．５秒及び１．０秒（臨界値）は、上記設定される値に厳密に限定されるものではなく、同一の作用効果を奏する範囲あるいは誤差範囲で、ある程度幅を有していてもよい。

上述する図４及び図５に示す結果から、密閉型電池１０に対して２０〜２５Ｃの充電電流を供給時間０．５〜１．０秒で流したときの密閉型電池１０の電圧の時間変化を計測し、その電圧の傾きより密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無を判定するのが好ましいことが分かる。さらに、密閉型電池１０に対して２０Ｃの充電電流を供給時間０．５秒で流したときの密閉型電池１０の電圧の時間変化を計測し、その電圧の傾きより密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無を判定するのが最も好ましいことが分かる。

次に、容量が異なる密閉型電池１０について、上述した電池ケース１１の凹み１２を判定する場合について詳細に説明する。図６は、容量５Ａｈの密閉型電池と容量２５Ａｈの密閉型電池における電池ケースの凹みの有無判定の結果を示す図である。なお、図６において、各容量の密閉型電池１０に対して２０Ｃの充電電流を供給時間０．５秒で流したときの、密閉型電池１０の電池ケース１１における凹み１２の有無を判定している。

図６に示すように、容量が５Ａｈ及び２５Ａｈのいずれの密閉型電池１０においても、０．０５０ｍｍ以上の深さの凹み１２を密閉型電池１０の電池ケース１１上に検知できることが分かる。なお、容量の異なる密閉型電池１０の一例として、上記容量が５Ａｈ及び２５Ａｈを適用した場合について説明したが、これに限定されない。例えば、１〜５０Ａｈの容量の密閉型電池１０を適用しても同様の作用効果を奏する。すなわち、任意の容量の密閉型電池１０に対しても上述した凹み検知方法は有効である。

以上、本実施の形態に係る密閉型電池１０の製造方法において、初期充電後に、密閉型電池１０に対して所定時間、かつ所定値以上の充電電流を流したときの密閉型電池１０の電圧を計測し、計測された電圧の時間変化において、電圧の傾きが増加したとき、密閉型電池１０の電池ケース１１に凹み１２が有ると判定する。これにより、密閉型電池１０の製造工程において電池ケース１１の凹み１２を単なる傷１３とは区別して高精度に判定することで、電池ケース１１の良否判断を高精度に行うことができるものである。また、特別な測定装置等を用いることなく、単に、初期充電後の密閉型電池１０に対して高レートかつ低数秒の充電電流を流し密閉型電池１０の電圧変化を計測するだけで高精度な良否判定が可能となる。すなわち、簡易な手法で密閉型電池１０の電池ケース１１における損傷を高精度に判定できる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記一実施の形態において、密閉型電池１０としてリチウムイオン二次電池が適用されているが、これに限らず、ニッケル水素蓄電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、酸化銀亜鉛蓄電池などが適用されてもよく、任意の密閉型電池に適用可能である。また、密閉型電池１０として略直方体形状の角型電池に適用されている、これに限らず、例えば、円型電池などの任意の形状の密閉型電池に適用可能である。

上記一実施の形態において、例えば、図２に示す処理を、ＣＰＵ４ａにコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。この場合、コンピュータプログラムは、記録媒体に記録して提供することも可能であり、インターネットその他の通信媒体を介して伝送することにより提供することも可能である。

ここで、記憶媒体には、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等が含まれる。さらにまた、通信媒体には、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等が含まれる。

１検査装置
２電源
３電圧計
４判定装置
５表示装置
６プリンタ
１０密閉型電池
１１電池ケース
１２凹み
１３傷

Claims

密閉型電池の初期充電後に、前記密閉型電池に対して所定時間、かつ所定値以上の充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測するステップと、
前記計測された電圧の時間変化における電圧の傾きに基づいて、前記密閉型電池の電池ケースにおける凹みの有無を判定するステップと、
を含む、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項１記載の密閉型電池の製造方法であって、
前記計測された電圧の時間変化において、前記電圧の傾きが増加したとき、前記密閉型電池の電池ケースに凹みが有ると判定する、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項２記載の密閉型電池の製造方法であって、
前記計測された電圧の時間変化において、第１計測時間における電圧の傾きが該第１計測時間に連続する第２計測時間における電圧の傾きよりも小さいとき、前記密閉型電池の電池ケースに凹みが有ると判定する、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の密閉型電池の製造方法であって、
前記初期充電後に、前記密閉型電池に対して０．５〜１．０秒間かつ２０〜２５Ｃの充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測する、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の密閉型電池の製造方法であって、
前記初期充電後に、前記密閉型電池に対して０．５秒間かつ２０Ｃの充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測する、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項５記載の密閉型電池の製造方法であって、
前記計測された電圧の時間変化において、計測時間０．０〜０．３秒間の電圧の傾きより計測時間０．３〜０．５秒間の電圧の傾きが大きくなるとき、前記密閉型電池の電池ケースに凹みが有ると判定する、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の密閉型電池の製造方法であって、
前記密閉型電池は、角型形状のリチウムイオン電池である、ことを特徴とする密閉型電池の製造方法。
初期充電後の密閉型電池に対して所定時間、かつ所定値以上の充電電流を流したときの前記密閉型電池の電圧を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測された電圧の時間変化における電圧の傾きに基づいて、前記密閉型電池の電池ケースにおける凹みの有無を判定する判定手段と、
を備える、ことを特徴とする検査装置。
請求項８記載の検査装置であって、
前記計測手段により計測された前記密閉型電池の電圧の変化、及び前記判定手段により判定された判定結果、のうち少なくとも一方を出力する出力手段を更に備える、ことを特徴とする検査装置。