(57)【要約】【課題】リチウムイオン電池の容量劣化を空間的に高い精度で評価する技術を提供し、劣化し難い高信頼性の電池設計に供すると共に、リチウムイオン電池の容量劣化を短時間で検出可能とし、電池製造の検査工程に適用することである。【解決手段】電池から発生する磁場を検知する磁場検知部と、検知した磁場に基づいて該電池内の磁場分布を算出する演算処理部とを備え、磁場検知部により、所定の充電状態にある電池に第１の印加電流および前記第１の印加電流と電流量が異なる第２の印加電流を用いて電池を充放電する際に該電池からそれぞれ発生する第１および第２の磁場を検知し、演算処理部により、第１および第２の磁場に基づく第１および第２の磁場分布を算出すると共に、第１および第２の磁場分布との差分、または比に基づいて、電池の劣化状態を評価することを特徴とする。【選択図】図４
2014089819.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の劣化状態を評価する磁場計測装置であって、
電流量の異なる少なくとも２種類の印加電流を所定の充電状態にある電池に流す際に、それぞれの印加電流に起因して該電池から発生する磁場に基づいて２種類の磁場分布を算出する手段と、
算出された前記２種類の磁場分布より、それぞれの印加電流に対応する２種類の電流分布を算出する手段と、
前記２種類の磁場分布、または前記２種類の電流分布に基づいて前記電池の劣化状態を評価する手段とを有することを特徴とする磁場計測装置。
【請求項２】
電池から発生する磁場を検知する磁場検知部と、
検知した磁場に基づいて該電池内の磁場分布を算出する演算処理部と、を備え、
前記磁場検知部により、所定の充電状態にある電池に第１の印加電流、および前記第１の印加電流と電流量が異なる第２の印加電流を用いて前記電池を充放電する際に該電池からそれぞれ発生する第１および第２の磁場を検知し、
前記演算処理部により、前記第１および第２の磁場に基づく第１の磁場分布、および第２の磁場分布を算出すると共に、前記第１の磁場分布と前記第２の磁場分布との差分、または比に基づいて、前記電池の劣化状態を評価することを特徴とする磁場計測装置。
【請求項３】
前記所定の充電状態が、満充電状態に対して２５％であることを特徴とする請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項４】
前記第１の印加電流は、１時間で充放電できる電流値である１Ｃ充放電電流であり、
前記第２の印加電流は、０．５時間で充放電できる電流値である２Ｃ充放電電流であることを特徴とする請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項５】
前記差分、または比は、２Ｃ充放電電流より得られた第２の磁場分布の磁場と、１Ｃ充放電電流より得られた第１の磁場分布の磁場を２倍した値との減算、または除算により得られることを特徴とする請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項６】
前記電池の劣化状態の評価は、前記差分、または比が予め設定された判定値を基に劣化状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項７】
前記磁場検知部は、平面方向に移動可能な保持台上に載置され、前記電池から発生する磁場分布の要求精度に応じて前記保持台の移動ピッチ間隔を調整することを特徴とする請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項８】
前記磁場検知部は、前記電池から発生する磁場を検知する磁気センサと、
前記磁気センサを囲むように配置され前記磁気センサに検知される磁場雑音をキャンセルするキャンセルコイルと、
前記電池の端子に電流あるいは電圧が印加されていない時に前記磁気センサに検出される磁場を、補正用磁場として記録する記録手段と、
前記電池の端子に電流および電圧を印加している時に前記電池から発生する磁場と、前記記録手段に記録された前記補正用磁場との補正用差分を算出する差分処理手段とを有し、
前記磁場検知部により検知された第１および第２の磁場から補正用差分を調整し磁場雑音を除去することを特徴とする請求項２に記載の磁場計測装置。
【請求項９】
電池から発生する磁場を検知する磁場検知部と、検知した磁場に基づいて該電池内の磁場分布を算出する演算処理部とを具備した磁場計測装置を用いて、
前記磁場検知部により、所定の充電状態にある電池に第１の印加電流、および前記第１の印加電流と電流量が異なる第２の印加電流を用いて前記電池を充放電する際に該電池からそれぞれ発生する第１および第２の磁場を検知し、
前記演算処理部により、前記第１および第２の磁場に基づく第１の磁場分布、および第２の磁場分布を算出すると共に、前記第１の磁場分布と前記第２の磁場分布との差分、または比に基づいて、前記電池の劣化状態を評価することを特徴とする電池劣化検査方法。
【請求項１０】
前記第１および第２の磁場分布より、それぞれ第１および第２の電流分布を算出し、前記第１および第２の電流分布の差分、または比から前記電池の劣化状態を評価することを特徴とする請求項９に記載の電池劣化検査方法。
【請求項１１】
前記第１の印加電流は、１時間で充放電できる電流値である１Ｃ充放電電流であり、
前記第２の印加電流は、０．５時間で充放電できる電流値である２Ｃ充放電電流であることを特徴とする請求項９に記載の電池劣化検査方法。
【請求項１２】
前記差分、または比は、２Ｃ充放電電流より得られた第２の磁場分布の磁場から１Ｃ充放電電流より得られた第１の磁場分布の磁場を２倍した値との減算、または除算により得られることを特徴とする請求項９に記載の電池劣化検査方法。
【請求項１３】
前記電池の劣化状態の評価は、前記差分、または比が予め設定された判定値に基づき劣化状態を判定することを特徴とする請求項９に記載の電池劣化検査方法。
【請求項１４】
電池製造の検査工程において、請求項２に記載の磁場計測装置を用いて該電池の劣化状態を検査することを特徴とする電池劣化検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場計測装置およびそれを用いた電池劣化検査方法に係り、例えば、磁気センサを用いて充放電中のリチウムイオン電池から生じる磁場を計測し、リチウムイオン電池の劣化状態を評価する磁場計測装置を用いた電池劣化検査装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池を始めとした蓄電技術に社会的な関心が集まっている。例えば、ＣＯ２を発生しない太陽光発電・風力発電などの再生可能エネルギー向けの蓄電システムや、夜間電力を利用した家庭用蓄電システム、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車の中心的な技術となる蓄電システムの開発・普及に、国や企業が精力的に取り組んでいる。
【０００３】
このように、社会的に多くの関心を集めている蓄電システムの蓄電池として、リチウムイオン電池が広く利用され始めている（２０１０年に約１２億個）。リチウムイオン電池は高い電圧（３．７Ｖ）を得ることができ、エネルギー密度も高い。そのため、リチウムイオン電池は、軽量かつ小型にも関わらず高電圧を実現できるため、携帯電話やノートパソコンなどのモバイル機器のバッテリーから、電気自動車やハイブリッド自動車向けの電池として搭載され、今後、さらなる重要の増加が予測されている。また、最近では、リチウムイオン電池にラミネート構造を採用することで薄型で大容量を実現することができ、電気自動車や、家庭用蓄電システムへの搭載が急速に拡大している。
【０００４】
リチウムイオン電池の需要増加が見込まれる中で、リチウムイオン電池の性能を評価し、その品質を確保することは重要な取り組みの一つである。リチウムイオン電池は、充放電を繰り返すことで、電池容量が低下する。この現象は容量劣化と呼ばれ、この容量劣化が生じると電池を使用する装置の動作時間が短くなったり、突然使えなくなったりする。
【０００５】
このリチウムイオン電池の容量劣化を評価する方法として、電池設計における性能評価や電池製造（図１１参照）の検査工程において、充放電を繰り返した際の電池電圧の測定や、交流インピーダンス（内部抵抗）の測定などが実施されている(非特許文献１)。
【０００６】
しかしながら、これらの測定は電池の端子間電圧を測定しており、電池全体の劣化評価は可能であるが、電池内の局所における電圧やインピーダンスの評価は困難であった。そのため、電池の容量劣化の原因を詳しく調べるためには、電池内部の局所部位を高い空間分解能で検査する方法が望まれていた。
【０００７】
一方、燃料電池や太陽電池の性能を評価する装置として、電池から発生する磁場を計測し、測定した磁場信号から電池内の電流分布を可視化する装置が開発されている（特許文献１−３）。例えば、特許文献１では、電池の周囲に磁気センサを最適配置し、地磁気を除去し、記録した磁場信号から計算処理にて電池内の電流分布を可視化している。また、特許文献２では、３軸の磁気センサを太陽電池の受光面と裏面に平行に配置し、磁気センサと電池の少なくとも一方を移動させ、電池の受光面と裏面の磁場の分布状態を可視化している。特許文献３では、燃料電池セル積層体の厚さ方向の端部に磁気センサを設置し、集電部材に電気が流れるときに発生する磁場を磁気センサにより測定し、測定された磁界から燃料電池セル積層体の電流分布を測定することを特徴とし、電流分布のかたよりから燃料電池の発電状態を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００４−５００６８９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７１０６５号公報
【特許文献３】特開２００５−１８３０４０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】竹野  和彦、代田  玲美、“移動端末用リチウムイオン電池の容量劣化特性”、ＮＴＴ  ＣＤｏＣｏＭｏ  テクニカル・ジャーナル、Ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．４、ｐｐ．６２−６５、２００６
【非特許文献２】BJ Roth, NG Sepulveda, and JP Wikswo Jr, “Using a magnetometer to image a two-dimensional current distribution”, vol. 65, no. 1, pp. 361-372, 1989
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来技術では電池から発生する磁場を計測し、計測により得られた磁場信号データから電流分布を算出し、その電流分布のかたよりから発電状態を評価していた（特許文献１〜３を参照）。
【００１１】
しかしながら、リチウムイオン電池では、同一条件で計測した充放電中の正常品と劣化品の電流分布は類似した電流パターンを示す傾向にあり、電流分布のかたよりからリチウムイオン電池の劣化を評価することは困難なことが多かった。
【００１２】
そこで、発明の目的は、リチウムイオン電池の容量劣化を空間的に高い精度で評価する技術を提供することである。また、その評価に基づいて、容量劣化し易い空間的な領域を把握することで劣化し難い高信頼性の電池設計に供することである。
【００１３】
更に、リチウムイオン電池の容量劣化を短時間で検出可能とし、電池製造の検査工程に適用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するための本発明の主な実施形態は、以下の通りである。
【００１５】
磁場計測装置において、電池から発生する磁場を検知する磁場検知部と、検知した磁場に基づいて該電池内の磁場分布を算出する演算処理部とを備え、磁場検知部により、所定の充電状態にある電池に第１の印加電流、および第１の印加電流と電流量が異なる第２の印加電流を用いて電池を充放電する際に該電池からそれぞれ発生する第１および第２の磁場を検知し、演算処理部により、第１および第２の磁場に基づく第１の磁場分布、および第２の磁場分布を算出すると共に、第１の磁場分布と第２の磁場分布との差分、または比に基づいて、電池の劣化状態を評価することを特徴とする。
【００１６】
電池劣化検査方法において、電池から発生する磁場を検知する磁場検知部と、検知した磁場に基づいて該電池内の磁場分布を算出する演算処理部とを具備した磁場計測装置を用いて、磁場検知部により、所定の充電状態にある電池に第１の印加電流、および第１の印加電流と電流量が異なる第２の印加電流を用いて電池を充放電する際に該電池からそれぞれ発生する第１および第２の磁場を検知し、演算処理部により、第１および第２の磁場に基づく第１の磁場分布、および第２の磁場分布を算出すると共に、第１の磁場分布と第２の磁場分布との差分、または比に基づいて、電池の劣化状態を評価することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、リチウムイオン電池の容量劣化を空間的に高い精度で評価ができる。また、その評価に基づいて、容量劣化し易い空間的な領域を把握することで劣化し難い高信頼性の電池設計を可能とする。更に、リチウムイオン電池の容量劣化を短時間で検出可能とし、電池製造の検査工程に適用するが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る電池の磁場計測装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態に係る高分解能磁場計測システムの一例を示す図である。
【図３】放電時の磁場計測手順を示すフローチャートである。
【図４】放電時の磁場計測の別の手順を示すフローチャートである。
【図５】計測磁場分布を用いた解析手順を示すフローチャートである。
【図６】計測磁場分布から算出した電流分布を用いた解析手順を示すフローチャートである。
【図７】１Ｃ放電時と２Ｃ放電時に計測した磁場分布から得られた差分磁場分布（正常品の場合）を示す図である。
【図８】図７で示す差分磁場分布から得られた差分電流分布（正常品の場合）を示す図である。
【図９】１Ｃ放電時と２Ｃ放電時に計測した磁場分布から得られた差分磁場分布（劣化品の場合）を示す図である。
【図１０】図９で示す差分磁場分布から得られた差分電流分布（劣化品の場合）を示す図である。
【図１１】リチウムイオン電池製造工程フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
≪実施形態１≫
図１は、本実施形態の電池の磁場計測装置の構成例を示す概略図である。
【００２１】
本装置では、磁気センサ２が図に示すようにマトリックス状に所定の間隔を保って平面的に配列されている。マトリックス状に配列された磁気センサ２は、リチウムイオン電池１１の表面上に配置され、当該電池から発生する磁場を空間的に検出する。
【００２２】
先ず、本実施形態１では、磁場計測の際に生じる磁場雑音を低減し、精度良く磁場を計測する装置構成および方法を主として述べる。なお、本実施形態１で用いた磁場雑音のキャンセル手段は、後述する実施形態２においても適用する。
【００２３】
図１に示すように、リチウムイオン電池１１がｘ−ｙ軸で決定される平面に配置されている場合に、リチウムイオン電池の磁場計測装置１の構成要素は、次のようになる。すなわち、リチウムイオン電池１１の電極表面に垂直方向（ｚ方向）の磁場信号Ｂｚを計測する複数の磁気センサ２と、磁気センサを駆動する駆動回路３と、駆動回路３からの出力を増幅してフィルタをかけるアンプフィルタユニット４と、アンプフィルタユニット４からの出力をディジタル信号に変換するＡＤ変換器５と、ＡＤ変換器５からの出力信号をデータ収集し、収集されたデータ（以下、「磁場データ」という）を解析処理するとともに、電池の磁場計測装置１の各部の制御を行なう制御演算装置６と、制御演算装置６により解析処理された解析結果を表示する表示装置７とが配置されている。磁気センサ２の周囲には、個々の磁気センサ２に計測されるｚ方向の磁場雑音を打ち消すための逆位相の磁場を発生させるキャンセルコイル８が配置されている。
【００２４】
キャンセルコイル８に印加する電流の大きさは制御演算装置６によって決定される。その電流値を生成させるディジタル信号は演算装置６から出力され、ＤＡ変換器９でアナログ変換される。ＤＡ変換器９でアナログ変換された信号によってキャンセルコイル８に適切な電流が印加され、キャンセルコイル８で磁場が発生される。
【００２５】
なお、本実施形態の電池の磁場計測装置１には、リチウムイオン電池の電極表面に対して平行なｘ方向の磁場信号Ｂｘおよびｘ方向と直交するｙ方向の磁場信号Ｂｙを計測する磁気センサも適用することができる。その際、キャンセルコイル８は、ｘ方向の磁場雑音、および、ｙ方向の磁場雑音を打ち消すための磁場を発生させるように、それぞれ、配置される。
【００２６】
また、本実施形態の電池の磁場計測装置１は、充放電時のリチウムイオン電池の磁場を計測する装置において、特に、キャンセルコイル８による磁場キャンセルと、充放電前に記録した磁場データ（補正用磁場データ）を用いた演算装置６による磁場キャンセルに特徴を有している。そのため、リチウムイオン電池の形状によらず、例えば、角形、円筒形、ラミネート形のリチウムイオン電池のいずれであっても、本発明の磁場計測装置１の構成および動作を適宜適用することができる。
【００２７】
さらに、本実施形態の電池の磁場計測装置１の磁気センサ２として、例えば、ホール素子、Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ（ＭＩ）センサ、Ｍａｇｔｉｃ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ（ＭＲ）センサ、フラックスゲートなどの磁気センサのいずれであっても、本発明の磁場計測装置１の構成および動作を適宜適用することができる。
【００２８】
本実施形態１で述べた磁気センサは、保持台（図示せず）に固定されている。従って、リチウムイオン電池１１から発生する磁場の検出は磁気センサ２の近傍領域のみになるために、磁場の検出精度、すなわち空間的な分解能は、磁気センサ２の間隔により決定される。検出精度を上げるために、磁気センサ２の間隔を詰め、さらに磁気センサ２自体の幅を製造面で可能な範囲で小さくし、間隔を狭めた配置を採ることが好ましい。
【００２９】
本実施形態は、検出精度の点で磁気センサ間隔に制約を受けるものの、後述する実施形態２で示す精密型ＸＹステージは用いていないので、装置構成としてシンプルで安価なものとできる特徴がある。
【００３０】
上記の磁場計測装置１を用いて、放電時又は充電時の電池からの磁場計測を行って、電池劣化状態を評価することができる。その磁場計測手順や解析手順に関しては、以下に述べる実施形態２と同様に処理することができるので、本実施形態１では省略する。
【００３１】
≪実施形態２≫
図２は、本実施形態に係るＭＲ(Magnetic resistance)センサを用いた磁場計測システムを示す。実施形態１では、磁場を検知する磁気センサがマトリック状に固定配置されている構成を示したが、本磁場計測システムは、リチウムイオン電池から生じる磁場分布を高分解能に計測するための装置構成例である。
【００３２】
図２は、リチウムイオン電池から生じる磁場分布を高分解能に計測するため、１２８チャンネル磁場計測システムと、精密型ＸＹステージ３５とを組み合わせて構成された高分解能磁場計測システムである。
まず、本高分解能磁場計測システムは、磁場計測システムセンサユニット３４、磁場計測システム制御ユニット３６および磁場計測システムＰＣ３７で構成される１２８チャンネル磁場計測システム、精密型ＸＹステージ３５、電池保持台３２、磁場シールドボックス３０で構成した。
リチウムイオン電池３１は電池保持台３２の上に載せ、その直下に、精密型ＸＹステージ３５と固定した磁場計測システムセンサユニット３４を設置した。
【００３３】
磁場計測システムセンサユニット３４の上面上には、所定の間隔を保って図１で示す磁気センサ２が配列されている。なお、本実施形態では、磁気センサはＭＲセンサ３３を用いた場合を示す。
高分解能磁場計測システムは、環境磁場雑音を遮蔽できる磁場シールドボックス３０内に設置した。
精密型ＸＹステージ３５は、Ｘ方向あるいはＹ方向に移動可能であり、その移動ステップは、上記のＭＲセンサ３３が配列された所定の間隔より十分に小さい距離の移動が可能なように設定されている。
【００３４】
従って、この構成によりリチウムイオン電池３１の任意の位置に磁場計測システムセンサユニット３４を配置することができ、上記の所定の間隔より十分小さな間隔で磁場分布を計測できるので、高分解能な磁場分布を得ることができる。
なお、実施形態１の図１で述べたキャンセルコイル８などの配置に関しては、説明を省略しているが、図２にシステムにおいても当然に正確な磁場分布を得るために磁場雑音のキャンセル手段は適宜適用する。
【００３５】
＜放電時の磁場計測の手順−１＞
図３は、上述した高分解能磁場計測システムを用いて、放電中のリチウムイオン電池からの磁場を高分解能に計測するための手順を示すフローチャートである。
【００３６】
まず始めに、高分解能磁場計測システムの電池保持台３２に放電できる状態でリチウムイオン電池３１をセットする（ステップ４０）。
【００３７】
リチウムイオン電池３１を放電していない状態で、ＸＹステージ３５を用いて磁場計測システムセンサユニット３４を１番目に指定した計測位置に移動させて磁場計測を行う。次の計測位置に磁場計測システムセンサユニット３４を移動させ磁場計測を行う。同様のことを繰り返し、Ｎ箇所の計測位置に至るまでＸＹステージ３５を移動させて磁場計測をＸ−Ｙ平面上で繰り返し実施することで、得られた磁気データを基にしてオフセット磁場計測処理を行う（ステップ４１）。
【００３８】
続いて、１Ｃ放電を開始し、リチウムイオン電池内を電流が流れている状態で、Ｎ箇所の計測位置で磁場を計測し、１Ｃ放電中の磁場計測処理を行う（ステップ４２）。
ここで、１Ｃとは電池を１時間で充電、或いは、放電できる電流値を指すものとする。
【００３９】
さらに、リチウムイオン電池の２Ｃ放電を開始し、リチウムイオン電池内を電流が流れている状態で、Ｎ箇所の計測位置で磁場を計測し、２Ｃ放電中の磁場計測処理を行う（ステップ４３）。
【００４０】
ここで、２Ｃとは電池を０．５時間で充電、或いは、放電できる電流値を指すものとする。
【００４１】
ステップ４２、４３における放電開始や磁場計測は、磁場計測システム制御ユニット３６からの指令制御に基づいて実行される。
【００４２】
なお、１Ｃと２Ｃの放電時のリチウムイオン電池の磁場を計測する際、リチウムイオン電池は同じ充電状態とする必要がある。すなわち、本実施形態では、後述するように２５％充電状態を採用している。
【００４３】
＜放電時の磁場計測の手順−２＞
本実施形態２では、図２で示す高分解能磁場計測システムを用いたが、図１で示す磁気センサ２を高密度に配置した場合、すなわち、上述した所定の間隔程度あるいはそれ以下の間隔で磁気センサ２を配置できる場合には、磁場計測システムセンサユニット３４をＮ箇所の計測位置に移動させる必要はなく、図１で示す装置構成で所望の精度を有する磁場計測処理をすることが可能である。
【００４４】
その場合の計測手順を図４のフローチャートで示す。
まず始めに、図１に示す磁場計測装置１に放電できる状態でリチウムイオン電池１１をセットする（ステップ５０）。
【００４５】
リチウムイオン電池１１を放電していない状態で、複数の磁気センサ２に対応する計測位置における磁場計測を実施することで、得られた磁気データを基にしてオフセット磁場計測処理を行う（ステップ５１）。
【００４６】
続いて、１Ｃ放電を開始し、リチウムイオン電池１１内を電流が流れている状態で、複数の磁気センサ２に対応する計測位置で磁場を計測し、１Ｃ放電中の磁場計測処理を行う（ステップ５２）。ここで、１Ｃの定義は、前述の＜磁場計測の手順−１＞と同様とする。
【００４７】
さらに、リチウムイオン電池１１の２Ｃ放電を開始し、リチウムイオン電池１１内を電流が流れている状態で、複数の磁気センサ２に対応する計測位置で磁場を計測し、２Ｃ放電中の磁場計測処理を行う（ステップ５３）。ここで、２Ｃの定義は、前述の＜磁場計測の手順−１＞と同様とする。
ステップ５１から５３までの放電開始や磁場計測は、制御演算装置６からの指令に基づいて実行される。
【００４８】
実施形態１および２では、上述したように、放電時の磁場計測に関して説明したが、充電時の磁場計測も同様な手順で行うことができる。
【００４９】
＜解析手順−１＞
以下に、放電時の磁場計測結果に基づく解析手順を述べるが、充電時の解析手順も同様な手順を取ることができる。
【００５０】
図５に計測磁場分布を用いた解析手順を示すフローチャートである。
【００５１】
先ず、前述の＜磁場計測の手順−１＞で示したオフセット磁場計測処理の結果で得られたオフセット磁場信号の加算平均処理を行い、オフセット加算平均磁場を求める（ステップ６０）。
【００５２】
このステップ６０では、放電前に計測したオフセット磁場信号から雑音除去用の加算平均磁場を算出することを目的としている。
【００５３】
次に、放電電流が１Ｃか２Ｃか判定する（ステップ６１）。
【００５４】
１Ｃの場合には、１Ｃ放電時の磁場信号の加算平均処理を行い加算平均磁場を求める（ステップ６１１）。引き続いて、１Ｃ放電時の加算平均磁場からオフセット加算平均磁場を除去する（ステップ６１２）。
【００５５】
ステップ６１において、２Ｃに分岐した場合は、上記の１Ｃの場合と同様な手順を行う。すなわち、２Ｃの場合には、２Ｃ放電時の磁場信号の加算平均処理を行い加算平均磁場を求める（ステップ６１３）。引き続いて、２Ｃ放電時の加算平均磁場からオフセット加算平均磁場を除去する（ステップ６１４）。
【００５６】
次に、解析方法を差分にするか比率（増加率）を採るか判定する（ステップ６２）。
【００５７】
差分を選択した場合には、２Ｃ放電時の加算平均磁場から、２倍した１Ｃ放電時の加算平均磁場を除去して差分を計算する（ステップ６２１）。
ステップ６２１で求めた磁場分布の差分を、以下に「差分磁場分布」と称する。
【００５８】
ステップ６２で比率を選択した場合には、１Ｃ放電時の加算平均磁場を基準とした時の２Ｃ放電時の加算平均磁場の増加率を計算する（ステップ６２２）。
ステップ６２２で求めた磁場分布の比率を、以下に「比率磁場分布」と称する。ただし、特に、断らない限り、「差分磁場分布」と称する場合には、「比率磁場分布」を含めるものとする。
【００５９】
なお、前述の＜磁場計測の手順−１＞に基づき、解析手順１を説明したが、前述の＜磁場計測の手順−２＞に基づく場合も、解析手順１を同様に行える。
【００６０】
＜解析手順−２＞
図６は、計測磁場分布から算出した電流分布を用いた解析手順を示すフローチャートである。
【００６１】
本解析手順２と解析手順１との違いは、差分磁場分布を用いて電池性能の劣化評価を行うか、差分電流分布を用いて行うかである。
【００６２】
先ず、前述の＜磁場計測の手順−１＞で示したオフセット磁場計測処理の結果で得られたオフセット磁場信号の加算平均処理を行い、オフセット加算平均磁場を求める（ステップ７０）。
【００６３】
このステップ７０では、放電前に計測したオフセット磁場信号から雑音除去用の加算平均磁場を算出することを目的としている。
【００６４】
次に、放電電流が１Ｃか２Ｃか判定する（ステップ７１）。
【００６５】
１Ｃの場合には、１Ｃ放電時の磁場信号の加算平均処理を行い加算平均磁場を求める（ステップ７１１）。引き続いて、１Ｃ放電時の加算平均磁場からオフセット加算平均磁場を除去する（ステップ７１２）。
【００６６】
次に、１Ｃ放電時の加算平均磁場から電流分布を算出する（ステップ７１３）。
【００６７】
ステップ７１において、２Ｃに分岐した場合は、上記の１Ｃの場合と同様な手順を行う。すなわち、２Ｃの場合には、２Ｃ放電時の磁場信号の加算平均処理を行い加算平均磁場を求める（ステップ７１４）。引き続いて、２Ｃ放電時の加算平均磁場からオフセット加算平均磁場を除去する（ステップ７１５）。
【００６８】
引き続いて、２Ｃ放電時の加算平均磁場から電流分布を算出する（ステップ７１６）。
【００６９】
次に、解析方法を差分にするか比率を採るか判定する（ステップ７２）。
【００７０】
差分を選択した場合には、２Ｃ放電時の電流分布と、２倍した１Ｃ放電時の電流分布との差分を計算する（ステップ７２１）。
ステップ７２１で求めた電流分布の差分を、以下に「差分電流分布」と称する。
【００７１】
ステップ７２で比率を選択した場合には、１Ｃ放電時の電流分布を基準とした時の２Ｃ放電時の電流分布の増加率を計算する（ステップ７２２）。
ステップ７２２で求めた電流分布の比率を、以下に「比率電流分布」と称する。ただし、特に、断らない限り、「差分電流分布」と称する場合には、「比率電流分布」を含めるものとする。
【００７２】
ステップ７１３及び７１６において、リチウムイオン電池の放電時の加算平均磁場から電流分布を算出する方法に、２次元電流分布を求める公知の手法であるフーリエカーネル法（非特許文献２）を用いた。
【００７３】
なお、前述の＜磁場計測の手順−１＞に基づき、解析手順２を説明したが、前述の＜磁場計測の手順−２＞に基づく場合も、解析手順２を同様に行える。
【００７４】
＜計測結果＞
図７および図８は、正常品に対する計測結果を示すものである。
【００７５】
先ず、図７は１Ｃ放電時と２Ｃ放電時に計測した磁場分布から得られた差分磁場分布（正常品の場合）を示す図である。
【００７６】
ここで計測対象とした電池は、２５％充電状態の正常品であって、２Ｃ放電時の磁場分布と２倍した１Ｃ放電時の磁場分布との差分を取り求めた磁場分布、すなわち「差分磁場分布」を示している。
【００７７】
図７（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれｘ成分、ｙ成分およびｚ成分の差分磁場に対応している。図７の点線は電池の電極を表しており、電池の電極領域以外の差分磁場は零とした。ここで、図示する電極は負電極および正電極が重なって図示され、それぞれの電極からの引き出しは、正極タブおよび負極タブに接続されている。
【００７８】
図７の右端には、磁場強度[μT]を示す階調スケールが図示されている。このスケールは、ｘ成分、ｙ成分、ｚ成分のいずれにも適用するものとする。
【００７９】
図７（ａ）および（ｂ）から、ｘ成分の差分磁場分布の負のピークは約−３．０μＴであり、ｙ成分の差分磁場分布の負のピークは約−１．８であった。従って、ｘ−ｙ成分における差分磁場分布の負のピークは、約−１．８〜−３．０μＴの範囲にある。また、図７（ｃ）から、ｚ成分の差分磁場分布の負のピークは約−２６μＴであった。
【００８０】
次に、図８は、図７で示す差分磁場分布から得られた差分電流分布（正常品の場合）を示す図である。
【００８１】
ここで計測対象とした電池は、２５％充電状態の正常品であって、２Ｃ放電時の電流分布と２倍した１Ｃ放電時の電流分布との差分を取り求めた電流分布、すなわち「差分電流分布」を示している。
【００８２】
図８の平面図は、図７で示したものと同様であり、図示する電極は負電極および正電極が重なって図示され、それぞれの電極からの引き出しは、正極タブおよび負極タブに接続されている。図８の右端には、電流値[A/m2]を示す階調スケールが図示されている。
【００８３】
図８に示すように、正極・負極タブ側から１０〜２０ｍｍの範囲に差分電流の強い領域が認められた。差分電流分布のピーク（最大電流）は約１．６×１０３Ａ／ｍ２であり、総和電流は１．１×１０５Ａ／ｍ２であった。
【００８４】
次に、図９および図１０は、劣化品に対する計測結果を示すものである。
【００８５】
先ず、図９は１Ｃ放電時と２Ｃ放電時に計測した磁場分布から得られた差分磁場分布（劣化品の場合）を示す図である。
【００８６】
ここで計測対象とした電池は、２５％充電状態の劣化品であって、２Ｃ放電時の磁場分布と２倍した１Ｃ放電時の磁場分布との差分を取り求めた磁場分布、すなわち「差分磁場分布」を示している。
【００８７】
図９（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれｘ成分、ｙ成分およびｚ成分の差分磁場に対応している。図９の右端に表示されている階調スケールは、図７の正常品と同じ階調スケールとした。図９の点線は電池の電極を表しており、電池の電極領域以外の差分磁場は零とした。ここで、図示する電極は負電極および正電極が重なって図示され、それぞれの電極からの引き出しは、正極タブおよび負極タブに接続されている。
【００８８】
図９（ａ）および（ｂ）から、ｘ成分の差分磁場分布の負のピークは約−９．８μＴであり、ｙ成分の差分磁場分布の負のピークは約−９．３であった。従って、ｘ−ｙ成分における差分磁場分布の負のピークは、約−９．３〜−９．８μＴの範囲にあるので、正常品と比べて強い値を示した。
【００８９】
また、図９（ｃ）から、ｚ成分の差分磁場分布の負のピークは約−３９．７μＴであり、ｚ成分の負のピークも、正常品と比べて強い値を示した。さらに、図９（ａ）〜（ｃ）から、各成分の正のピークおよび負のピークはタブ付近に認められた。
【００９０】
次に、図１０は、図９で示す差分磁場分布から得られた差分電流分布（劣化品の場合）を示す図である。
【００９１】
ここで計測対象とした電池は、２５％充電状態の劣化品であって、２Ｃ放電時の電流分布と２倍した１Ｃ放電時の電流分布との差分を取り求めた電流分布、すなわち「差分電流分布」を示している。
【００９２】
図１０の平面図は、図８で示したものと同様であり、図示する電極は負電極および正電極が重なって図示され、それぞれの電極からの引き出しは、正極タブおよび負極タブに接続されている。図１０の右端には、電流値[A/m2]を示す階調スケールが図示されている。
【００９３】
図１０に示すように、正極・負極タブ側から５０〜６０ｍｍの範囲に差分電流の強い領域が認められ、この領域は正常品に比べて広いことが分かる。また、差分電流分布のピーク（最大電流）は約６．７×１０３Ａ／ｍ２であり、総和電流は約３．０×１０５Ａ／ｍ２であり、正常品と比べて強い値を示した。
【００９４】
図７〜１０において、１Ｃ放電時と２Ｃ放電時に計測した磁場分布、あるいは電流分布を用いて説明したが、１Ｃ放電時と２Ｃ放電時に限定する必要はなく、１Ｃ放電時、２Ｃ放電時、・・・ｎＣ（ｎ≧２）放電時であっても良い。このように、異なる電流値を用いる趣旨は、１Ｃよりも異なる電流であって、しかも電池に対して負荷が大きくなる、換言すれば、電池に対してストレスが大きくなる条件を与えることである。このように、より大きなストレスを与えることにより、正常品ならばそのストレスに対して劣化を示さないが、劣化を起こしやすい電池では、そのストレスに対して劣化状態を示すことになる。
【００９５】
また、上記説明では、放電時に計測した磁場分布を用いたが、充電時に計測した磁場分布を用いても良い。放電時のデータと充電時のデータとでは、数値の絶対値自体は異なるが、本発明になる電池の劣化状態を評価する目的に対しては、どちらのデータでも構わない。
【００９６】
＜電池劣化状態の評価＞
図７〜１０に示した結果から、正常品と劣化品とでは１Ｃおよび２Ｃで放電させたときの差分磁場分布および差分電流分布が異なることが明らかとなった。
【００９７】
ここで、正常品のデータは、事前に準備することが可能であるので、正常品と比べてどの程度にずれがあれば劣化と判定するかの基準となる判定値、あるいは閾値を設定しておくことで、正常品と劣化品との判定が可能となる。
【００９８】
従って、正常品と劣化品では異なる電流で磁場変化量および電流変化量が異なることから、この磁場変化量および電流変化量に対して判定値を用いることでリチウムイオン電池の劣化状態を評価できることが示された。
【００９９】
また、劣化品において、電池の左端領域（正極・負極タブ付近)の磁場変化量および電流変化量が強くなっており、タブ周囲の劣化を反映している可能性が示された。劣化を発生しやすい場所を特定できることも示唆している。従って、劣化しやすい場所を改善するような開発・設計段階での適用が可能である。
【０１００】
また、電池の劣化状態を評価に要する時間は、数分から十数分程度であるので、短時間に電池の状態を検査することも可能である。
【０１０１】
なお、放電時の計測結果に基づいて電池の劣化状態を評価できることを示したが、充電時の計測結果を用いても、上述した実施形態から同様に電池の劣化状態を評価できることは明らかである。
【０１０２】
≪実施形態３≫
上述したように、検査対象とする電池の放電時に計測した磁場分布から算出した差分磁場分布、または当該差分磁場分布に基づいて算出した差分電流分布に基づいて、電池の劣化状態が評価可能となる。本発明によれば、劣化を発生しやすい場所を特定できることから、電池の構造と劣化箇所の対応がとり易く劣化原因を解析しやすくなるので、劣化のし難い高性能な電池の設計に適用している。特に、差分電流分布を用いれば、実際の電池内部で生じている物理的現象を視覚的に把握しやすく、開発・設計段階で効果が発揮できる。
【０１０３】
さらに、本発明は、電池の製造工程へ適用して効果を発揮できる。
【０１０４】
図１１には、リチウムイオン電池製造工程フローを示す。まず、正極／負極製造工程において、正極および負極を作製する（ステップ２０）。次に、作製した正極と負極にセパレータや電解質を用いてセルを組み立てる（ステップ２１）。検査工程において、完成した電池セルに対して性能や安全性を検査する（ステップ２２）。
【０１０５】
この検査工程において、完成した電池の放電時における磁場分布から算出した差分磁場分布、または当該差分磁場分布に基づいて算出した差分電流分布に基づいて、電池の劣化状態を評価できる。その際に、予め設定した判定値（閾値）と比較して、正常品か劣化品かの判定が可能となる。本発明の評価方法にとれば、短時間（数分から十数分程度）で、しかも非破壊検査で電池の劣化状態を把握できるので、電池の製造工程における検査工程に適用することができる。
【０１０６】
本検査工程では、前述した開発・設計段階での適用とは異なり、判定は数値データ処理で可能であり、必ずしも視覚的なデータの提供は必要ないので、差分磁場分布を用いるのが適当である。また、差分電流分布の算出に比べて算出処理に要する時間が短時間であるので、検査工程でより有効と言える。
【０１０７】
なお、上記説明は、放電時の差分磁場分布、又は差分電流分布に基づく場合を述べたが、充電時の差分磁場分布、又は差分電流分布に基づく場合にも適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１０８】
１：磁場計測装置、
２：磁気センサ、
３：駆動回路、
４：アンプフィルタユニット、
５：ＡＤ変換器、
６：制御演算装置、
７：表示装置、
８：キャンセルコイル、
９：ＤＡ変換器、
１０：ＭＲセンサ、
１１：リチウムイオン電池、
１２：＋端子、
１３：−端子、
２０：正極／負極製造工程、
２１：セル組立工程、
２２：検査工程（性能・安全性）、
３０：磁場シールドボックス、
３１：リチウムイオン電池、
３２：電池保持台、
３３：ＭＲセンサ、
３４：磁場計測システムセンサユニット、
３５：ＸＹステージ、
３６：磁場計測システム制御ユニット、
３７：磁場計測システムＰＣ。
【図１】
2014089819.tif 000003
【図２】
2014089819.tif 000004
【図３】
2014089819.tif 000005
【図４】
2014089819.tif 000006
【図５】
2014089819.tif 000007
【図６】
2014089819.tif 000008
【図７】
2014089819.tif 000009
【図８】
2014089819.tif 000010
【図９】
2014089819.tif 000011
【図１０】
2014089819.tif 000012
【図１１】
2014089819.tif 000013