(57)【要約】【課題】本発明の課題は、簡単、迅速かつ完全自動化された障害追跡と予防的な問題識別を可能にする方法、及びこの方法を実行する装置を提示することである。【解決手段】ガルヴァーニ電池のための保持器を備えた複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための方法において、保持器にセルシミュレータをはめ込み、ただし、セルシミュレータは、電気端子を含めて外形及びサイズの点でほぼガルヴァーニ電池を模したものであり、検査電子回路を有しており、逆極性のときのセルシミュレータの特性は用途に合った極性のときの特性とは大きく異なっており、セルシミュレータを活動化し、測定電流を印加し、セルシミュレータにおいて電圧を測定し、該電圧をセルシミュレータに対して予め設定された目標電圧値と比較する。【選択図】図２
2004286730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガルヴァーニ電池のための保持器を備えた、複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための方法において、
前記保持器にセルシミュレータ（９）をはめ込み、ただし、セルシミュレータは、電気端子を含めて外形及びサイズの点でほぼガルヴァーニ電池を模したものであり、検査電子回路を有しており、逆極性のときのセルシミュレータの特性は用途に合った極性のときの特性とは大きく異なっており、
セルシミュレータ（９）を活動化し、測定電流を印加し、
続いてセルシミュレータ（９）において電圧を測定し、該電圧を前記セルシミュレータに対して予め設定された目標電圧値と比較する、ことを特徴とする複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための方法。
【請求項２】
セルシミュレータ（９）における電圧測定に先行して、所定期間の間、測定電流を所定の目標値と比較する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数のセルシミュレータ（９）を隣接して配置し、その際、隣接するセルシミュレータがそれぞれ異なる特性を有するようにする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための装置において、
前記装置は電気端子を含めた外形及びサイズの点でほぼガルヴァーニ電池を模したものであり、検査電子回路（６，７）を有しており、
逆極性のときの前記装置の特性は用途に合った極性のときの特性とは大きく異なる、ことを特徴とする複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための装置。
【請求項５】
前記検査電子回路は抵抗（７）とダイオード（６）との少なくとも１つの並列回路を有する、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記装置はセルシミュレータ（９）として形成されており、前記装置は、検査すべき複数のガルヴァーニ電池を収容するための検査／フォーメーショントレー（１１）の保持器の中に配置されている、請求項４記載の装置。
【請求項７】
隣接するセルシミュレータ（９）は、測定電流印加時の電圧応答が異なれば異なるインピーダンスを有する、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガルヴァーニ電池のための保持器を備えた、複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再充電可能なガルヴァーニ電池、とりわけリチウム電池は、多くの場合、個々の複数の素電池から成るセルスタックを有している。セルスタックを構成する個々のセル又は個々の素電池は、導体、活性電極フィルム、及びセパレータから形成されたラミネートである。しっかりと結合された構成部品から成るこの種のラミネートは、とりわけ、負極／セパレータ／正極／セパレータ／負極、又は正極／セパレータ／負極／セパレータ／正極の可能なシーケンスを有するいわゆるバイセルとして製造される。
【０００３】
特許文献１には、この種の再充電可能なリチウムイオン電池の製造方法が記載されている。複数のバイセルを積層して１つのスタックが形成され、このスタックは、例えば深絞り加工されたアルミニウム化合物箔から形成されたタンクに浸けた後、電解質を充填し、カバーで密封し、フォーメーション及び最終的な密封を施して完成された電池へと加工される。
【０００４】
電池産業では、電気的検査のために、高度に自動化された測定装置が使用される。再充電可能電池の分野では、これらの設備は、バッテリが１つ又は複数の充電放電サイクルを通過するようにすることもできる。高い処理能力を達成するために、これらの設備は一般に完全自動化されている。
【０００５】
多数のガルヴァーニ電池のフォーメーションには高価な装置が必要とされる。この装置では、セルの導体がフォーメーション中に電気的に接触し、セルが保持される。一般に、複数の平板型セルは、保持器の凹部、いわゆるフォーメーショントレーに、並列してはめ込まれる。ただし、凹部はセル断面に合わせてある。平板型セルの導体ラグは１つの方向を向いており、例えば、支持体に取り付けられたプレート状の接触バネの間にはさまれている。しかし、導体ラグの接触は接触ピンを押すことによっても行われる。
【０００６】
バッテリ特性の検査の際、バッテリはシリアルに、つまり相次いで測定される。その際、検査時間は通常１秒未満である。ただし、複数のバッテリをパラレルに、つまり同時に扱う場合には、より長時間の検査又は処理が実行される。この目的で、バッテリは特別なタンクに入れられ、自動又は手動で相応する設備に引き渡される。これらの設備は一般にコンピュータ制御されている。欠陥のあるバッテリは自動的に分別される。検査又は処理は、一定の電流もしくは電流パルス及び／又は一定の電圧で行われる。この種の装置は例えば特許文献２から公知である。
【０００７】
接触装置にはバッテリの数に応じて接続ケーブルが設けられており、１つのセルにつき４つの端子を有している。バッテリをフォーメーションするための設備では、たいてい数千又は数万のバッテリが同時に処理される。個々のバッテリはそれぞれ制御、測定及び調整電子回路のチャネルと接続されている。このようにして定まる多数のケーブル及び制御電子回路のチャネルには、設置の際にも動作中にも欠陥が生じる可能性がある。
【０００８】
設備を構築する際に端子の検査を手動で行うのは非常にコスト高である。それは困難な条件下での多くの時間と労力を必要とする。稼働中に障害が検出されないことが度重なって生じる可能性があり、誤測定ないし誤処理の原因となる。
【特許文献１】ＵＳ−ＰＳ  ５，４６０，９０４
【特許文献２】ＤＥ  １０２  １３  ６８５．８  Ａ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、簡単、迅速かつ完全自動化された障害追跡と予防的な問題識別を可能にする方法、及び特にこの方法を実行するのに適した装置を提示することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は本発明にしたがって、ガルヴァーニ電池のための保持器を備えた、複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための方法において、前記保持器にセルシミュレータをはめ込み、ただし、セルシミュレータは、電気端子を含めて外形及びサイズの点でほぼガルヴァーニ電池を模したものであり、検査電子回路を有しており、逆極性のときのセルシミュレータの特性は用途に合った極性のときの特性とは大きく異なっており、セルシミュレータを活動化し、測定電流を印加し、セルシミュレータにおいて電圧を測定し、該電圧をセルシミュレータに対して予め設定された目標電圧値と比較することにより解決される。
【００１１】
同様に、上記課題は本発明にしたがって、複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための装置において、前記装置が電気端子を含めた外形及びサイズの点でほぼガルヴァーニ電池を模したものであり、検査電子回路を有し、逆極性のときの前記装置の特性が用途に合った極性のときの特性とは大きく異なるように構成することにより解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明によれば、ガルヴァーニ電池用に設けられた保持器ないしフォーメーショントレーにセルシミュレータがはめ込まれる。セルシミュレータは電気端子を含めて外形及びサイズの点でガルヴァーニ電池をシミュレートないし模したものであり、検査電子回路を有している。逆極性のときのこの検査電子回路の特性は用途に合った極性のときの特性とは大きく異なる。そのつど１つのセルシミュレータが活動化され、測定電流が印加され、続いてセルシミュレータにおいて電圧ないし電圧応答が測定され、このセルシミュレータに対して予め定められた目標電圧値又は目標電圧応答と比較される。これは例えば所定の期間において行うことができる。
【００１３】
セルシミュレータは検査電子回路を有しており、この検査電子回路は、抵抗とダイオードとの少なくとも１つの並列回路から構成することができる。有利には、複数のセルシミュレータは並列して又は隣接して配置される。その際、これらのセルシミュレータは互いに少し異なって形成してもよい。例えば、電圧応答の特性に関して異なる特性を有するようにしてもよい。これは例えばインピーダンスを異ならせることにより実現することができる。このようにして、個々のセルシミュレータの区別は容易に行える。有利には、セルシミュレータは前記方法を実行するように形成される。
【００１４】
以上の特徴及び他の特徴は、請求項の他に発明の詳細な説明及び図面からも明らかとなる。ただし、個々の特徴はそれぞれ単独で、又はいくつかについては本発明の実施形態におけるサブコンビネーションの形で実現することができ、有利には、本願において保護が求められるそれ自体保護されうる実施形態でもありうる。本出願の個々のセクション及び見出しへの分割は、これらにおいて為される説明の一般妥当性を限定するものではない。
【実施例】
【００１５】
図１には、セルシミュレータ９の構造が図式的に示されている。セルシミュレータ９はプリント基板３から成っており、プリント基板３は、少なくとも抵抗７とダイオード６との並列回路から成る検査電子回路を含んでいる。さらに、セルシミュレータ９は正の導体１と負の導体２を有している。これらの導体は、１つのライン４にまとめられた４つの接触ピン５を介して電源及び検査装置と接続されている。導体の接触は、接触ピンの代わりに、両側に取り付けた接触バネを介しても行うことができる。これら両方の導体は、例えば厚さ１００μｍ、幅５ｍｍの帯状ニッケル板から成っており、例えばはんだ付けによりプリント基板上の検査電子回路の導電路に接続されている。セルシミュレータの外形及びサイズ上の寸法は、検査すべき又はフォーメーションするべきガルヴァーニ電池の寸法に対応している。
【００１６】
図２には、並列配置された平板型セルないしセルシミュレータ９の保持器として使用される、いわゆるフォーメーショントレー１１が示されている。個々の平板型セルは、セル断面に適合した保持器の凹部内に配置されている。
【００１７】
接触ユニット１０は、セルないしセルシミュレータ９との接触のための接触ピン５ないし接触バネを有している。接触ピン５ないし接触バネは配線束８にまとめられたライン４に接続されている。
【００１８】
フォーメーション設備内に設けられたフォーメーションスペースは論理的ブロックに分割されている。例えば、２４，５７６のスペースは、それぞれ１２８のスペースごとに１９２のブロックに分けることができる。各ブロックがフォーメーショントレー１１を収容する区画に相応する。各区画はフォーメーショントレーのセルに接触するための接触ユニット１０を有している。セルごとに、設備の制御・調整電子回路へ４つの電気接続が為される。制御部の各チャネルはセル又はセルシミュレータ９と接続されている。
【００１９】
上記セルシミュレータを装備したフォーメーショントレーは、例えば棚操作装置により検査すべき区画に入れられる。その後、セルシミュレータは接触ユニットが閉じることにより制御部と電気的に接続される。
【００２０】
本発明による障害追跡にとっては、例えば隣り合うチャネルないしセルの間の取り違えラインを識別するために、隣り合うセルシミュレータが異なる特性を有していることが重要である。ラインの取り違えは隣り合う４つのチャネルまで可能なので、４つの異なるセルシミュレータが、図２にはっきり示されているように、通常反復して配置される。
【００２１】
図３Ａには、配線束８にまとめられたライン４と、セル又はセルシミュレータ１つにつきそれぞれ４つの接触部５が図式的に示されている。制御電子回路の各チャネルからは、４線測定法に従って、４つのライン（Ｕ＋，Ｕ−，Ｉ＋，Ｉ−）が１つのセルへとつながっている。
【００２２】
システム上、フォーメーショントレー１１のすべてのセル又はセルシミュレータは接触ユニット１０を介してつねに同時に接触される。
【００２３】
図３Ｂ及び３Ｃには、異なる特性を有するセルシミュレータを使用し、各チャネルを個別にテストしなければならないことが具体的に示されている。チャネルの測定ライン（Ｕ＋，Ｕ−）及び／又は電流ライン（Ｉ＋，Ｉ−）が対で他のチャネルの測定ラインと取り違えられた場合、障害は、そのつど１つのチャネルのみが活動化されており、つまり電流が流れており、隣り合うセルシミュレータが異なる特性を有しているときにのみ識別可能である。異なるセルシミュレータの配置又はシーケンスは既知であるので、個々のチャネルの予想される測定値も既知である。したがって、上記障害の発見が可能となる。
【００２４】
図３Ｄには、逆極性のときにセルシミュレータの特性が異なっていなければならないことが示されている。
【００２５】
図３Ｅ及び３Ｆには、本発明による方法により識別されうる別の障害が示されている。
【００２６】
異なるセルシミュレータは、すべての構成部品及び測定の許容誤差を考慮しつつ、相互にはっきりと異なるように、かつ、逆極性のときの特性が異なるように形成されなければならない。例えば４つの異なるセルシミュレータを使用する場合、各セルシミュレータに通電したときの電圧降下を２．７Ｖ；３．３Ｖ；３．９Ｖ及び４．７Ｖとし、逆極性では１．０Ｖとすることができる。
【００２７】
これら４つの異なるタイプのセルシミュレータは、使用される抵抗の値、例えば２７，３３，３９及び４７Ωにより区別される。これらは通常は反復して順次フォーメーショントレーの中に配置される。
【００２８】
検査電流及び抵抗Ｒの値は、結果として生じる電圧降下がダイオードの順電圧、例えば１．０Ｖよりも格段に大きくなるように選択されなければならない。しかし同時に、結果として生じる電圧がなおも制御部の許容可能な測定・調整範囲内にあることが保証されなければならない。例えば、
抵抗Ｒ：２７／３３／３９／４７Ω
ダイオードＤの順電圧：１．０Ｖ
制御部の測定・調整範囲：０〜５．５Ｖ
検査電流：１００ｍＡ
⇒Ｕ＝Ｒ＊Ｉより、２７／３３／３９／４７Ｖの電圧降下が生じる。
【００２９】
測定・制御電子回路の検査すべきチャネルが活動化される、つまり、所定の電流が印加される。他のすべてのチャネルは非活動化される、つまり、電流は流れない。短い過渡時間の経過後、電流が測定され、測定値が所定の許容誤差窓の中に入っているか否かが検査される。測定値が許容誤差窓内にない場合、テストチャネル及び／又は関連する配線に異常がある。測定値が許容誤差窓内にある場合には、検査はセルシミュレータにおいて結果として生じる電圧を測定することへと続く。測定された値は、このタイプのセルシミュレータに対して予め定められた値又は許容誤差窓と比較される。この値が許容誤差窓の外にある場合、テストチャネル及び／又は関連する配線に異常がある。この過程は検査すべきすべてのチャネルに対して繰り返される。
【００３０】
原則的に、制御部の１つのチャネルのみが活動化されている。他のすべてのチャネルは非活動化されている、つまり高抵抗である。制御部を介して、その時点で活性化されているチャネルに、例えば１００ｍＡの定電流が印加される。整定時間（例えば１７秒）の経過後、制御部はセル電圧と電流を測定し、両方の値が許容範囲内にあるか否か検査する。場合によって生じうる揺れを識別するため、この測定と検査はさらに３ないし７秒後に繰り返される。
【００３１】
電圧値の許容範囲は、セルシミュレータにおける抵抗の許容誤差、制御部による電圧測定の不正確さ、及び電流調整の不正確さから計算される。電流値の許容範囲は電流調整の不正確さから求まる。抵抗の値及び許容誤差は、結果として得られる許容範囲が重ならないように選択されなければならない。
【００３２】
上記方法はフォーメーショントレー内のすべてのセル位置に対して順次繰り返される。
【００３３】
本発明によれば、セルシミュレータは検査すべきバッテリと同じ形状及びサイズを有しており、検査電子回路はセルシミュレータ上に又はセルシミュレータ内に組み込まれている。フォーメーショントレーはこのようなセルシミュレータで充たすことができるので、すべての端子を測定時に検査することができる。
【００３４】
セルシミュレータが系統的に段階付けられた伝導性を以て使用される場合には、隣接スペースの配線における取り違えも識別することができる。抵抗と並列接続されたダイオードとから成る検査電子回路を使用すると、極性の交代も検出することができる。測定はコンピュータ制御で行われるので、詳しい障害の説明を伴った障害の通知を行うことが可能である。
【００３５】
検査対象として、セルシミュレータがしっかりと取り付けられたタンクを使用することもできる。このタンクは所定の時間間隔で設備内を自動的に運搬される。
【００３６】
これにより、困難な条件下での手間とコストのかかる手作業を省くことができ、検査の信頼性が高まる。
【００３７】
本発明による方法及び関連する装置は１つ又は複数のラインの断線の検出を可能にする。というのも、電流が流れることができない及び／又は誤った電圧が測定されるかのいずれかが生じるからである。セルごとに１つ又は複数のラインの極性の誤りを検出することも可能である。セルシミュレータ上で抵抗に対して並列に阻止方向に接続されたダイオードは導通し、測定された電圧はダイオードの順電圧と等しい。というのも、この順電圧は予想される電圧よりも格段に低いからである。
【００３８】
つねに１つのチャネルのみが同時に活動化され、隣り合うセルが異なる抵抗を有することにより、あるセルの１つ又は複数のラインが隣り合うセルの１つ又は複数のラインと取り違えられたことが識別される。
【００３９】
ここでは４線測定法が用いられているため、コネクタにおける電気的接触又は接触ユニットとセルとの間の電気的接触の不良は、この電気的接触不良の結果として生じる接触抵抗が高く、制御部が電圧をもはや調整できないときにのみ、問題となる。この場合、制御部により測定された値は許容誤差の外にあり、したがって検査方法により障害が識別される。
【００４０】
制御電子回路の１つ又は複数のチャネルに欠陥がある、又は制御電子回路の１つ又は複数のチャネルの測定及び／又は調整の精度が許容誤差の外にある場合、測定値は許容範囲内にない。
【００４１】
本発明の実施例は、複数のガルヴァーニ電池のための自動電子測定検査装置における障害追跡のための方法を含んでいる。ガルヴァーニ電池のために設けられた保持器にはセルシミュレータがはめ込まれる。これらのセルシミュレータは電気端子を含めてガルヴァーニ電池の外形及びサイズを模したものである。セルシミュレータは検査電子回路を有しており、逆極性のときのこの検査電子回路の特性は用途に合った極性のときの特性とは大きく異なる。セルシミュレータは活動化され、測定電流が印加される。続いて、セルシミュレータにおいて電圧ないし電圧応答が測定され、このセルシミュレータに対して予め定められた目標電圧値と比較される。検査電子回路は少なくとも抵抗とダイオードとの並列回路から成る。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるセルシミュレータを示す。
【００４３】
【図２】本発明の装置の電気配線を示す。
【００４４】
【図３】本発明による方法により識別される種々の障害を図式的な回路図にて示す。
【符号の説明】
【００４５】
１  正の導体
２  負の導体
３  プリント基板
４  ライン
５  接触ピン
６  ダイオード
７  抵抗
８  配線束
９  セルシミュレータ
１０  接触ユニット
１１  フォーメーショントレー
【図１】
2004286730.tif 000003
【図２】
2004286730.tif 000004
【図３】
2004286730.tif 000005