(57)【要約】【課題】磁気センサを用いて二次電池の短絡の有無を検査できる二次電池の検査方法を提供する。【解決手段】本発明の二次電池の検査方法は、磁気シールドボックス１内に、二次電池７で発生する磁場と環境磁場とを含む磁場強度を測定する第１の磁気センサ２と、環境磁場の磁場強度を測定する第２の磁気センサ３とを配置する。二次電池７の電圧を第１の電圧にし、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３により磁場強度を測定する。二次電池７の電圧を第２の電圧に変更し、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３により磁場強度を測定する。第１の電圧での測定における第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３の測定結果の差分と、第２の電圧での測定における第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３の測定結果の差分とを比較することにより、二次電池７内の短絡の有無を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部で発生する環境磁場の侵入量を低減する磁気シールドボックス内に、二次電池で発生する磁場と前記磁気シールドボックス内の環境磁場とを含む磁場強度を測定する第１の磁気センサと、前記磁気シールドボックス内の環境磁場の磁場強度を測定する第２の磁気センサとを配置し、
前記二次電池の電圧を第１の電圧にし、前記二次電池の正極及び負極を開放した状態で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサにより磁場強度を測定し、
前記二次電池の電圧を第２の電圧に変更し、前記二次電池の正極及び負極を開放した状態で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサにより磁場強度を測定し、
前記第１の電圧での測定における前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの測定結果の差分と、前記第２の電圧での測定における前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの測定結果の差分とを比較することにより、前記二次電池内の短絡の有無を判定する
二次電池の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の正負極間はセパレータによって隔離されているが、二次電池の内部に導電性異物が混入すると、電池内部で導電性異物がセパレータを貫通して、正負極間の短絡が発生することがある。また、正負極間の短絡は、二次電池の内部の析出現象等により発生することもある。このような正負極間の短絡は、微小短絡とも呼ばれる。正負極間の短絡が発生すると、二次電池に電圧を印加しない状態で、短絡部位に短絡電流が流れる。
【０００３】
正負極間が短絡した二次電池を、検査によって選別して排出する必要がある。特許文献１には、充放電時における二次電池内部の電流によって発生する磁気信号を、磁気センサを用いて計測し、二次電池内部の電流分布を可視化する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−５４９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の方法は、電池を充放電した際の電流分布を可視化する手法のため、対象としている計測磁場強度は、短絡電流から発生する磁場に比べて、極めて大きく、必要とされるセンサ感度はそれほど高くないものを想定している。本手法のように、二次電池の短絡電流の検出を、磁気センサを用いて行うためには、高感度の磁気センサを用いる必要がある。しかしながら、二次電池の短絡電流により発生する磁場は、環境磁場ノイズ（外乱とも呼ぶ）に比べて非常に小さく、且つ、直流磁場成分であるため、磁気センサの感度が高くても、直流成分〜低周波成分の環境磁場ノイズによる影響が大きく、短絡電流の検出が困難である。したがって、特許文献１に開示の構成では、二次電池の短絡の有無を検査することは困難であるという問題があった。
【０００６】
また、二次電池は、二次電池自体の残留磁場を発生している場合がある。この残留磁場の分布や強度は二次電池毎に異なるため、二次電池の短絡の有無を検査する際、この残留磁場の影響を考慮する必要がある。特許文献１では、複数の磁気センサを用いて、充放電前の電池の残留磁場分布を計測し、残留磁場が０に近づくように、各磁気センサ近傍におかれたコイルから逆磁場を発生させることで、残留磁場分布をなるべく小さくした上で、充放電中の磁場分布を計測する方法となっている。しかし、各磁気センサは、全て電池からの磁場強度を測定するために用いられているため、全ての磁気センサが電池近傍に配置される構成となっている。このため、感度が高い磁気センサを選定すると、各センサや各コイルや充放電電源などからの影響を受けてしまい、逆にノイズを増大させてしまう問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、磁気センサを用いて二次電池の短絡の有無を検査できる二次電池の検査方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の二次電池の検査方法は、
外部で発生する環境磁場の侵入量を低減する磁気シールドボックス内に、二次電池で発生する磁場と前記磁気シールドボックス内の環境磁場とを含む磁場強度を測定する第１の磁気センサと、前記磁気シールドボックス内の環境磁場の磁場強度を測定する第２の磁気センサとを配置し、
前記二次電池の電圧を第１の電圧にし、前記二次電池の正極及び負極を開放した状態で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサにより磁場強度を測定し、
前記二次電池の電圧を第２の電圧に変更し、前記二次電池の正極及び負極を開放した状態で、前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサにより磁場強度を測定し、
前記第１の電圧での測定における前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの測定結果の差分と、前記第２の電圧での測定における前記第１の磁気センサ及び前記第２の磁気センサの測定結果の差分とを比較することにより、前記二次電池内の短絡の有無を判定する。
【０００９】
本発明の二次電池の検査方法では、複数の磁気センサを配置して、各磁気センサにより測定した磁場強度の差分を取ることにより、環境磁場ノイズの影響をキャンセルすることが可能である。また、二次電池の電圧を変更した前後の磁場強度を比較することにより、二次電池の残留磁場の影響をキャンセルすることができる。よって、磁気センサを用いて二次電池の短絡の有無を検査できる二次電池の検査方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁気センサを用いて二次電池の短絡の有無を検査できる二次電池の検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態にかかる二次電池の検査装置の構成を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる二次電池の検査装置の磁気センサによる測定結果の一例を示す図である。
【図３】実施の形態にかかる二次電池の検査装置の算出部による算出結果の一例を示す図である。
【図４】実施の形態にかかる二次電池の検査方法の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態
まず、図１を用いて本発明の実施の形態にかかる二次電池の検査装置について説明する。二次電池の検査装置は、二次電池内部の短絡の有無を検査するための装置である。図１に示されるように、二次電池の検査装置は、磁気シールドボックス１と、第１の磁気センサ２と、第２の磁気センサ３と、算出部４と、電圧変更部５と、良否判定部６とを備えている。二次電池７は、二次電池の検査装置の検査対象である。
【００１３】
二次電池７は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、二次電池７は、短絡時に磁場を発生する二次電池であればどのような二次電池であってもよい。二次電池７の内部には、正極と負極とに挟まれたセパレータがある。二次電池７に短絡が存在しない場合には、正極と負極との間はセパレータにより絶縁されており、正極と負極との間には、電流は流れない。
【００１４】
一方、二次電池７の正極と負極との間に導電性異物が混入した等により、正極と負極を短絡させている場合には、短絡部位８に短絡電流が流れる。この場合、二次電池７の持つ起電力Ｖと、短絡部位８の持つ電気抵抗Ｒとにより、オームの法則に基づいて、Ｉ＝Ｖ／Ｒで表される短絡電流Ｉが流れる。磁場９は、二次電池７に電圧を印加しない状態で発生する磁場であって、短絡電流Ｉにより発生する磁場である。例えば、リチウムイオン二次電池では、短絡の度合いによって流れる短絡電流量は変化し、例えば、数百μＡの短絡電流Ｉが流れている場合には、短絡部位８から数ｃｍ離れた場所でも、１０−１２Ｔ程度の磁場９が発生することとなる。なお、本実施の形態にかかる二次電池の検査装置は、導電性異物が混入して短絡を発生させた場合以外の短絡を検出することにも用いることができる。
【００１５】
本実施の形態にかかる二次電池の検査装置では、磁気シールドボックス１内において、二次電池７の磁場強度を測定する。磁気シールドボックス１内に二次電池７を入れるには、磁気シールドボックス１に開口部を設ける必要がある。開口部は、常に開口している構造でもよいし、二次電池７を磁気シールドボックス内に入れた後に、開口部に蓋をして閉じられる構造でもよい。
【００１６】
磁気シールドボックス１は、磁気シールドボックス１の外部で発生する環境磁場１０が、磁気シールドボックス１の内部に侵入する量を低減する。シールド内環境磁場１１は、磁気シールドボックス１内に存在する環境磁場である。
【００１７】
第１の磁気センサ２は、二次電池７で発生する磁場とシールド内環境磁場１１とを含む磁場強度を測定するための磁気センサである。第２の磁気センサ３は、シールド内環境磁場１１の磁場強度を測定するための磁気センサである。
【００１８】
二次電池７で発生する磁場は、二次電池７の近くで強く、二次電池７から離れると弱くなる。すなわち、二次電池７で発生する磁場は、二次電池７と磁気センサとの距離により異なる磁場強度で測定される。一方、シールド内環境磁場１１は、二次電池７からの距離とは無関係に一様な磁場強度で測定される。このため、第１の磁気センサ２は、二次電池７で発生する磁場強度を測定できるように二次電池７の近くに配置し、第２の磁気センサ３は、シールド内環境磁場１１の磁場強度のみを測定できるように二次電池７から遠い位置に配置する。すなわち、第１の磁気センサ２は、第２の磁気センサ３よりも二次電池７に近い位置に配置される。例えば、二次電池７の表面に接するように第１の磁気センサ２を配置してもよい。
【００１９】
第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３としては、例えば、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device：超伝導量子干渉素子）センサや、ＭＩ（Magneto-Impedance：磁気インピーダンス）センサを用いる。第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３としては、同じ感度を持つセンサを使用することが望ましい。なお、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３の感度が異なる場合には、感度係数を用いることにより感度差を補正することが望ましい。
【００２０】
第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３による磁場強度の測定は、二次電池７に電圧を印加しない状態で行う。ここで、二次電池７に電圧を印加しない状態とは、二次電池７の正極及び負極を開放した状態をいう。第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３は、測定した磁場強度を算出部４へ出力する。第１の磁気センサ２が測定した磁場強度を第１の測定値とし、第２の磁気センサ３が測定した磁場強度を第２の測定値とする。
【００２１】
算出部４は、磁気センサにより測定された環境磁場ノイズであるシールド内環境磁場１１の影響をキャンセルするためのものである。算出部４は、第１の測定値から第２の測定値を差し引く差分処理を行うことにより、二次電池７で発生している磁場強度を算出する。なお、算出部４が行う差分処理は、各磁気センサで測定された磁場強度の生値により行ってもよいし、各磁気センサで測定された磁場強度をそれぞれ平均化した値により行ってもよい。算出部４は、算出した磁場強度を良否判定部６へ出力する。
【００２２】
電圧変更部５は、二次電池７を充電または放電することにより、二次電池７の電圧を第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２へ変更することができる。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１より大きくてもよいし、小さくてもよい。また、第１の電圧Ｖ１を二次電池７の使用下限電圧とし、第２の電圧Ｖ２を二次電池７の使用上限電圧とすることもできる。第１の電圧Ｖ１と第２の電圧Ｖ２の差を大きくするほど、二次電池７で発生する磁場強度の差が大きくなるので、短絡の検出感度が向上する。検出感度の向上のため、検査時だけ、使用上限電圧より大きい電圧や使用下限電圧より小さい電圧を用いてもよい。
【００２３】
良否判定部６は、異なる電圧で測定された磁場強度の算出値を比較して、二次電池７の良否判定を行う。例えば、二次電池７の電圧が第１の電圧Ｖ１であるときの、二次電池７で発生している磁場強度の算出値を第１の磁場強度Ｂ１とする。また、二次電池７の電圧が第２の電圧Ｖ２であるときの、二次電池７で発生している磁場強度の算出値を第２の磁場強度Ｂ２とする。良否判定部６は、第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２と比較し、当該比較の結果に基づいて二次電池７の短絡の有無を判定する。具体的には、第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２とが等しいか否かを判定し、等しい場合には、二次電池７は短絡しておらず、等しくない場合には、二次電池７は短絡していると判定する。
【００２４】
図２に、本発明の実施の形態にかかる二次電池の検査装置の磁気センサによる測定結果の一例を示す。磁場強度１２は、二次電池７の電圧が第１の電圧Ｖ１であるときの、第１の磁気センサ２による測定結果である磁場強度Ｓ１の一例である。磁場強度１３は、二次電池７の電圧が第１の電圧Ｖ１であるときの、第２の磁気センサ３による測定結果である磁場強度Ｓ２の一例である。磁場強度１４は、二次電池７の電圧が第２の電圧Ｖ２であるときの、第１の磁気センサ２による測定結果である磁場強度Ｓ１’の一例である。磁場強度１５は、二次電池７の電圧が第２の電圧Ｖ２であるときの、第２の磁気センサ３による測定結果である磁場強度Ｓ２’の一例である。
【００２５】
図３に、本発明の実施の形態にかかる二次電池の検査装置の算出部による算出結果の一例を示す。磁場強度１６は、二次電池７の電圧が第１の電圧Ｖ１であるときの、二次電池７で発生している磁場強度の算出値である第１の磁場強度Ｂ１の一例である。第１の磁場強度Ｂ１の算出は、磁場強度Ｓ１から磁場強度Ｓ２を差し引くことにより行われる。これにより、環境磁場ノイズであるシールド内環境磁場１１の影響がキャンセルされ、二次電池７で発生している磁場強度が算出される。磁場強度１７は、二次電池７の電圧が第２の電圧Ｖ２であるときの、二次電池７で発生している磁場強度の算出値である第２の磁場強度Ｂ２の一例である。第２の磁場強度Ｂ２の算出は、磁場強度Ｓ１’から磁場強度Ｓ２’を差し引くことにより行われる。これにより、環境磁場ノイズであるシールド内環境磁場１１の影響がキャンセルされ、二次電池７で発生している磁場強度が算出される。図３に示す例では、第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２とに明確な差があるため、二次電池７は短絡していると判定される。
【００２６】
次に、本実施の形態にかかる二次電池の検査方法について説明する。図４は、二次電池の検査方法の流れを示すフローチャートである。
【００２７】
まず、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３を磁気シールドボックス１内の目的に合った位置に配置する（Ｓ１０１）。第１の磁気センサ２の目的は、二次電池７で発生する磁場とシールド内環境磁場１１とを含む磁場強度を測定することである。また、第２の磁気センサ３の目的は、シールド内環境磁場１１のみを測定することである。このため、第１の磁気センサ２は、二次電池７で発生する磁場強度を測定できるように二次電池７の配置位置の近くに配置し、第２の磁気センサ３は、二次電池７で発生する磁場が測定されないように、二次電池７の配置位置から所定の距離以上離れる位置に配置する。
【００２８】
次に、検査対象の二次電池７を磁気シールドボックス１内に入れ、第１の磁気センサ２に近づけて配置する（Ｓ１０２）。なお、第１の磁気センサ２、第２の磁気センサ３及び二次電池７の配置順は、特に限定されるものではない。例えば、二次電池７を配置した後、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３を配置してもよい。
【００２９】
次に、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３は、二次電池７の電圧が第１の電圧Ｖ１であるときの磁場強度Ｓ１及びＳ２を測定する（Ｓ１０３）。磁場強度の測定は、二次電池７の正極及び負極を開放した状態で行う。なお、磁場強度の測定中は、二次電池７の電圧値は一定（短絡電流によって放電が進むため、僅かに電圧は低下するが、無視できるレベル）である。これにより、二次電池７の電圧が第１の電圧Ｖ１の状態で、第１の磁気センサ２が磁場強度Ｓ１を測定し、第２の磁気センサ３が磁場強度Ｓ２を測定する。
【００３０】
次に、算出部４は、磁場強度Ｓ１から磁場強度Ｓ２を差し引くことにより、二次電池７で発生している磁場の第１の磁場強度Ｂ１を算出する（Ｓ１０４）。磁場強度Ｓ１は、二次電池７で発生している磁場強度Ｂと、シールド内環境磁場１１の磁場強度Ａとの加算値である。また、磁場強度Ｓ２は、シールド内環境磁場１１の磁場強度Ａである。ステップＳ１０４では、磁場強度Ｓ１から磁場強度Ｓ２を差し引くことにより、シールド内環境磁場１１の磁場強度Ａがキャンセルされ、二次電池７で発生している磁場強度Ｂが第１の磁場強度Ｂ１として算出される。
【００３１】
次に、二次電池７の電圧を第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２へ変更する（Ｓ１０５）。例えば、二次電池７と第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３との位置関係を固定したまま、二次電池７の正極及び負極に電圧変更部５を接続する。そして、電圧変更部５が二次電池７を充電または放電することにより、二次電池７の電圧を第１の電圧Ｖ１から第２の電圧Ｖ２へ変更する。なお、二次電池７への電圧変更部５の接続に関して、充放電電流を印加しなければ、磁場強度の測定中も物理的に接続されていてもよい。ただし、物理的な接続により、電圧変更部５からのノイズが入ってしまう場合には、二次電池７の電圧を変更するときだけ接続することが望ましい。
【００３２】
次に、第１の磁気センサ２及び第２の磁気センサ３は、二次電池７の電圧が第２の電圧Ｖ２であるときの磁場強度Ｓ１’及びＳ２’を測定する（Ｓ１０６）。磁場強度の測定は、二次電池７の正極及び負極を開放した状態で行う。なお、磁場強度の測定中は、二次電池７の電圧値は一定である。これにより、二次電池７の電圧が第２の電圧Ｖ２の状態で、第１の磁気センサ２が磁場強度Ｓ１’を測定し、第２の磁気センサ３が磁場強度Ｓ２’を測定する。
【００３３】
次に、算出部４は、磁場強度Ｓ１’から磁場強度Ｓ２’を差し引くことにより、二次電池７で発生している磁場の第２の磁場強度Ｂ２を算出する（Ｓ１０７）。磁場強度Ｓ１’は、二次電池７で発生している磁場強度Ｂ’と、シールド内環境磁場１１の磁場強度Ａ’との加算値である。また、磁場強度Ｓ２’は、シールド内環境磁場１１の磁場強度Ａ’である。ステップＳ１０７では、磁場強度Ｓ１’から磁場強度Ｓ２’を差し引くことにより、シールド内環境磁場１１の磁場強度Ａ’がキャンセルされ、二次電池７で発生している磁場強度Ｂ’が第２の磁場強度Ｂ２として算出される。
【００３４】
次に、良否判定部６は、ステップＳ１０４で算出された第１の磁場強度Ｂ１と、ステップＳ１０７で算出された第２の磁場強度Ｂ２とが等しいか否かを判定する（Ｓ１０８）。すなわち、二次電池７の電圧を変更した前後で、算出される磁場強度に違いがあるか否かを判定する。二次電池７自体の残留磁場は、二次電池７の電圧を変化させても一定である。これに対して、短絡部位８を流れる電流量は二次電池７の電圧に依存するので、短絡がある場合には、二次電池７の電圧を変化させると、二次電池７で発生する磁場強度Ｂも変化する。したがって、二次電池７の電圧を変更した前後の磁場強度である第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２とに違いがあるか否かを判定することにより、二次電池の短絡の有無を検査することができる。
【００３５】
良否判定部６は、ステップＳ１０８において第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２とが等しいと判定した場合（Ｓ１０８  ＹＥＳ）、検査対象の二次電池７は短絡しておらず、二次電池７を良品と判定する（Ｓ１０９）。一方、良否判定部６は、ステップＳ１０８において第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２とが等しくないと判定した場合（Ｓ１０８  ＮＯ）、検査対象の二次電池７を、二次電池７内に短絡がある不良品と判定する（Ｓ１１０）。
【００３６】
以上、説明したように、本実施の形態にかかる発明では、複数の磁気センサを配置して、各磁気センサにより測定した磁場強度の差分を取ることにより、環境磁場ノイズの影響をキャンセルすることができる。また、本実施の形態にかかる発明では、二次電池の電圧を変更した前後の磁場強度を比較することにより、二次電池の残留磁場の影響をキャンセルすることができる。よって、電池の残留磁場や外乱に比べて、短絡電流により発生する磁場強度は非常に小さいにも関わらず、磁気センサを用いて二次電池の短絡の有無を検査することができる。
【００３７】
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、本実施の形態にかかる二次電池の検査方法では、ステップＳ１０８において二次電池７内に短絡があるか否かを判定する際に、所定の閾値を設けてもよい。例えば、良否判定部６は、第１の磁場強度Ｂ１と第２の磁場強度Ｂ２との差が所定の閾値より大きいか否かによって二次電池７内に短絡があるか否かを判定するようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施の形態にかかる二次電池の検査方法では、ステップＳ１０４の第１の磁場強度Ｂ１の算出を、電圧変更部５による二次電池７の電圧変更後に行ってもよい。例えば、ステップＳ１０４の第１の磁場強度Ｂ１の算出を、ステップＳ１０７の第２の磁場強度Ｂ２を算出する際に行ってもよい。
【００３９】
また、二次電池７の周囲に複数の第１の磁気センサ２を配置してもよい。例えば、複数の第１の磁気センサ２を二次元の格子状に配置し、二次電池７の上面の磁場分布を一度に測定できるようにしてもよい。また、二次電池７の周囲の各々の面に第１の磁気センサ２を配置してもよい。例えば二次電池７の上面及び下面に第１の磁気センサ２を配置してもよい。また、短絡が発生しやすい場所に重点的に第１の磁気センサ２を配置してもよい。また、複数の第２の磁気センサ３を設け、二次電池７の配置位置から遠い複数の位置の各々に、第２の磁気センサ３を配置してもよく、この場合、磁気シールドボックス内の磁場の不均一性をキャンセルすることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１    磁気シールドボックス
２    第１の磁気センサ
３    第２の磁気センサ
７    二次電池
８    短絡部位
９    磁場
１０  環境磁場
１１  シールド内環境磁場
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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