(57)【要約】【課題】二次電池の微小短絡の有無を迅速かつ精度良く検査することのできる二次電池の検査方法を提供する。【解決手段】第一の工程では、二次電池７０１の電圧が第一の電圧Ｖ１のときに、二次電池７０１の磁場強度を算出する。第二の工程では、二次電池７０１の電圧を第一の電圧Ｖ１とは異なる第二の電圧Ｖ２に変更する。第三の工程では、二次電池７０１の電圧が第二の電圧Ｖ２のときに、二次電池７０１の磁場強度を算出する。第四の工程では、第一の工程で算出した二次電池７０１の磁場強度（第一の磁場強度Ｂ１）と第三の工程で算出した二次電池の磁場強度（第二の磁場強度Ｂ２）との差に基づいて、二次電池７０１の内部に短絡があるか否かを判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の電圧が第一の電圧のときに、前記二次電池の磁場強度を算出する第一の工程と、
前記二次電池の電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変更する第二の工程と、
前記二次電池の電圧が前記第二の電圧のときに、前記二次電池の磁場強度を算出する第三の工程と、
前記第一の工程で算出した前記二次電池の磁場強度と前記第三の工程で算出した前記二次電池の磁場強度との差に基づいて、前記二次電池の内部に短絡があるか否かを判定する第四の工程と、を有し、
前記第一の工程及び前記第三の工程は、
前記二次電池の周囲に配置され、前記二次電池の正極および負極を開放した状態の磁場強度を検知する磁気センサを介して検出した検出データを連続的に読み込みした読み込みデータ群をある区間幅で均等に分割し、それぞれの区間で区間内に含まれるデータ群についての平均値をそれぞれ算出し、区間ごとに得られた複数の平均値のばらつきが予め定められた基準値を超えているか否かを判断する第一のステップと、
前記第一のステップにおいて前記複数の平均値のばらつきが前記基準値を超えていると判断された場合に、前記ある区間幅を広げるとともに、必要に応じて前記読み込みデータ群の範囲を広げて、再度、前記第一のステップを実行する第二のステップと、
前記第一のステップにおいて前記複数の平均値のばらつきが前記基準値以下であると判断された場合に、前記読み込みデータ群に基づいて前記二次電池の磁気強度を算出する第三のステップと、をそれぞれ有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、特に二次電池の微小短絡に起因する不良を排除するための検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の内部に導電性異物が混入しこの異物が二次電池内部のセパレータを貫くなどすると、二次電池の内部で正極と負極との短絡が生じることがある。このようなことにより二次電池の内部で正極と負極との短絡が生じると、二次電池の起電力を短絡部の内部抵抗で除した値の電流が二次電池内に流れるので二次電池の電圧が低下する。このため、内部において正極と負極との短絡が生じた二次電池は、出荷前の検査で排除する必要がある。
【０００３】
特許文献１には、出荷前に二次電池をエージングし、エージング前後における端子電圧の変化量（端子電圧差）を算出し、この端子電圧差を予め定められた閾値と比較することにより、二次電池の内部における正極と負極との短絡の有無を判定する二次電池の検査方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１３２７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された二次電池の検査方法では、エージングのために数日間を要するため、検査に時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、二次電池の微小短絡の有無を迅速かつ精度良く検査することの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】
【０００７】
本発明は、二次電池の検査方法であって、二次電池の電圧が第一の電圧のときに、前記二次電池の磁場強度を算出する第一の工程と、前記二次電池の電圧を前記第一の電圧とは異なる第二の電圧に変更する第二の工程と、前記二次電池の電圧が前記第二の電圧のときに、前記二次電池の磁場強度を算出する第三の工程と、前記第一の工程で算出した前記二次電池の磁場強度と前記第三の工程で算出した前記二次電池の磁場強度との差に基づいて、前記二次電池の内部に短絡があるか否かを判定する第四の工程と、を有し、前記第一の工程及び前記第三の工程は、前記二次電池の周囲に配置され、前記二次電池の正極および負極を開放した状態の磁場強度を検知する磁気センサを介して検出した検出データを連続的に読み込みした読み込みデータ群をある区間幅で均等に分割し、それぞれの区間で区間内に含まれるデータ群についての平均値をそれぞれ算出し、区間ごとに得られた複数の平均値のばらつきが予め定められた基準値を超えているか否かを判断する第一のステップと、前記第一のステップにおいて前記複数の平均値のばらつきが前記基準値を超えていると判断された場合に、前記ある区間幅を広げるとともに、必要に応じて前記読み込みデータ群の範囲を広げて、再度、前記第一のステップを実行する第二のステップと、前記第一のステップにおいて前記複数の平均値のばらつきが前記基準値以下であると判断された場合に、前記読み込みデータ群に基づいて前記二次電池の磁気強度を算出する第三のステップと、をそれぞれ有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、二次電池の微小短絡の有無を迅速かつ精度良く検査することのできる二次電池の検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる二次電池の検査方法に用いる検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかる二次電池に短絡がない場合の二次電池内部の状態を示す図である。
【図３】実施の形態１にかかる二次電池に短絡がある場合の二次電池内部の状態を示す図である。
【図４】実施の形態１にかかる二次電池の微小短絡の有無を判断する処理のフローチャートである。
【図５】実施の形態１にかかる二次電池の検査方法において、区間幅を変更する前後で平均値群のばらつきが変わることについて説明する図である。
【図６】実施の形態１にかかる二次電池の磁場強度を算出する処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
まず、本実施形態にかかる二次電池の検査方法である、二次電池内部の短絡の有無を検査する方法に用いる検査装置について説明する。
【００１１】
検査装置１００は、二次電池７０１の磁場７０３の強度（以降、磁場強度ともいう）を算出することで導電性異物７０２などによる二次電池７０１の内部の短絡の有無を検査するものである。図１に示されるように、本実施形態にかかる二次電池の検査方法の検査装置１００は、磁場を検知する磁気センサ１０１と、磁場算出部１０２と、良否判定部１０３と、記憶部１０４と、充放電装置１１０と、を備える。本実施形態にかかる二次電池の検査方法の検査対象である二次電池７０１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である。なお、検査対象の二次電池は、短絡時に磁場を発生する二次電池であればどのようなものであってもよい。
【００１２】
磁気センサ１０１は、二次電池７０１の周囲に配置され二次電池７０１で生じた磁場７０３を検知する。磁気センサ１０１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。磁気センサ１０１の感度は、電流が発生している箇所（換言すると、磁場が発生している箇所）からの距離に依存する。このため、磁気センサ１０１は、二次電池７０１にできるだけ近づけて配置することが好ましい。特に、二次電池７０１の表面に接するように磁気センサ１０１を配置すると、磁気センサ１０１の感度をより向上させることができる。
【００１３】
二次電池７０１の周囲に複数の磁気センサ１０１を配置することにより、検出精度の向上や検出時間の短縮が可能となる。例えば、複数の磁気センサ１０１を同一平面に格子状に配置し、二次電池７０１の上面の磁場分布を一度に検出できるようにしてもよい。また、二次電池７０１周囲の各平面に磁気センサ１０１を設けてもよい。例えば二次電池７０１の上面及び下面にそれぞれ磁気センサ１０１を設けてもよい。また、短絡が発生しやすい箇所において、磁気センサ１０１を重点的に設けてもよい。
【００１４】
磁場算出部１０２は、磁気センサ１０１を介して検出された検出データに基づいて、二次電池７０１の磁場強度を算出する。磁場算出部１０２により算出された二次電池７０１の磁場強度は、記憶部１０４において記憶される。
【００１５】
良否判定部１０３では、磁場算出部１０２による磁場の算出結果に基づいて、二次電池７０１の正極と負極とが短絡されているか否かを判定する。二次電池７０１の正極と負極とが短絡されているか否かを判定する具体的な判定方法については後述する。
【００１６】
充放電装置１１０は、二次電池７０１の電圧を変更するものである。充放電装置１１０の端子を二次電池７０１の正極および負極に接続して二次電池７０１を充放電させることにより、二次電池７０１の電圧を変更することができる。二次電池７０１は、正極活物質を担持した正極材、負極活物質を担持した負極材、正極材と負極材との間に介在するセパレータ、非水電解液などを備えるものが一般的である。例えば、リチウムイオン二次電池では、充放電装置１１０の端子をリチウムイオン二次電池の正極および負極に接続して、非水電解液中に含まれるリチウムイオンを正極と負極との間で移動させることによりリチウムイオン二次電池の充放電がされる。
【００１７】
次に、二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が生じていると二次電池７０１の周囲に磁場が発生する理由について以下で説明する。
図２、図３に示されるように、二次電池７０１の内部には、正極材２０１、負極材２０２、正極材２０１と負極材２０２とに挟まれたセパレータ２０３などが設けられている。正極材２０１と負極材２０２との間はセパレータ２０３によって絶縁されていることから、図２に示されるように、二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が存在しない場合には、正極材２０１と負極材２０２との間に電流は流れない。
【００１８】
一方、図３に示すように、二次電池７０１の内部において導電性異物７０２による正極と負極との短絡が生じている場合には、短絡部位に電流が流れる。二次電池７０１の持っている起電力をＶ、短絡部位の持つ電気抵抗をＲとすると、オームの法則により正極材２０１と負極材２０２との間には起電力Ｖを電気抵抗Ｒで除した電流Ｉ（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）が流れる。正極と負極との短絡の度合いにより流れる短絡電流は変化するが、上述したリチウムイオン二次電池の場合、例えば、数百μＡ程度の微小な短絡電流でも、短絡部から数[ｃｍ]離れた場所には１０−１２[Ｔ]程度の磁場が発生する。
【００１９】
ここで、二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が生じているか否かを判定する方法の概略について以下で説明する。
二次電池７０１は、それ自体が固有の残留磁気を持っている。この残留磁気は、二次電池７０１の電圧を変化させても一定のままである。このため、二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が生じていなければ、二次電池７０１の磁場強度は一定に維持される。これに対し、二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が生じている場合、短絡箇所を流れる電流量は二次電池７０１の電圧に依存するので、二次電池７０１の電圧の変化に伴って二次電池７０１の磁場強度も変化する。二次電池７０１の電圧を変更する前と後とにおいて二次電池７０１の磁場強度が等しいか否かを判定することにより、二次電池の内部において正極と負極との短絡が生じているか否かを判定することができる。
【００２０】
次に、二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が生じているか否かを判定する処理フローについて以下で説明する。
図４に示されるように、まず、検査対象の二次電池７０１を、二次電池の検査装置１００内に入れる（ステップＳ６０１）。続いて、二次電池７０１の正極および負極を開放した状態で、二次電池７０１の磁場強度（「第一の磁場強度Ｂ１」とする）を算出する（ステップＳ６０２）。第一の磁場強度Ｂ１の算出は、磁気センサ１０１を介して検出された磁場強度の検出データを連続的に読み込みした読み込みデータ群に基づいて行う。第一の磁場強度Ｂ１を算出する際の、二次電池７０１の電圧を「第一の電圧Ｖ１」とする。磁場強度の検出データの検出中は、二次電池７０１の電圧値は一定に維持する。磁場強度Ｂ１を算出する処理フローの詳細については後述する。
【００２１】
ステップＳ６０２に続いて、二次電池７０１と磁気センサとの位置関係を固定したままの状態で、二次電池７０１の正極および負極に充放電装置１１０を接続し、二次電池７０１の電圧を第一の電圧Ｖ１とは異なる電圧（「第二の電圧Ｖ２」とする）に変更する（ステップＳ６０３）。続いて、二次電池７０１の正極および負極を開放した状態で、二次電池７０１の磁場強度（「第二の磁場強度Ｂ２」とする）を算出する（ステップＳ６０４）。第二の磁場強度Ｂ２の算出は、第一の磁場強度Ｂ１の算出の場合と同様に磁気センサ１０１を介して検出した磁気強度の検出データを連続的に読み込みした読み込みデータ群に基づいて行う。磁場強度の検出データの検出中は、二次電池７０１の電圧値は一定に維持する。磁場強度Ｂ２を算出する処理フローの詳細については後述する。
【００２２】
第二の電圧Ｖ２は、第一の電圧Ｖ１より大きくてもよいし、小さくてもよい。第一の電圧Ｖ１を二次電池７０１の使用下限電圧とし、第二の電圧Ｖ２を二次電池７０１の使用上限電圧とすることもできる。二次電池７０１の内部において正極と負極との短絡が生じている場合、第一の電圧Ｖ１と第二の電圧Ｖ２の差を大きくすれば電圧を変更する前後における短絡電流の差が大きくなる。このため、二次電池７０１の電圧が、第一の電圧Ｖ１であるときの二次電池７０１の磁場強度と第二の電圧Ｖ２であるときの二次電池７０１の磁場強度との差が大きくなり、二次電池７０１の内部における正極と負極との短絡の検出感度が向上する。また、短絡の検出感度を向上させるために、検査時に限り、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】
ステップＳ６０４に続いて、良否判定部１０３が、ステップＳ６０２で算出された第一の磁場強度Ｂ１と、ステップＳ６０４で算出された第二の磁場強度Ｂ２とが等しい（Ｂ１≒Ｂ２）か否かを判定する（ステップＳ６０５）。ここで、第一の磁場強度Ｂ１と第二の磁場強度Ｂ２とが等しいとは、第一の磁場強度Ｂ１と第二の磁場強度Ｂ２の差の絶対値が予め定められた基準値以下であることを意味する。
【００２４】
ステップＳ６０５で第一の磁場強度Ｂ１と第二の磁場強度Ｂ２とが等しいと判定された場合、検査対象の二次電池７０１は良品であると判定しこの二次電池７０１を次工程へと送る（ステップＳ６０６）。一方、ステップＳ６０５で第一の磁場強度Ｂ１と第二の磁場強度Ｂ２とが等しくないと判定された場合、検査対象の二次電池７０１は、内部に短絡箇所を有する不良品であると判定する（ステップＳ６０７）。不良品と判定された二次電池７０１は、次工程には送られない。
【００２５】
ここで、第一の磁場強度Ｂ１及び第二の磁場強度Ｂ２の算出における、外乱の変化の影響を均すために必要な検出データ数について以下で説明する。
環境磁場などの外乱は時々刻々と変化する。このため、磁気センサ１０１を介して異なる時刻に検出された検出データに含まれる外乱成分の大きさはそれぞれ異なる。磁気センサ１０１を介して検出された検出データを連続的に読み込みする読み込みデータ群において、検出データの数を増やしてこれらを平均することにより、外乱の変化の影響を均すことができる。しかし、読み込みデータ群における検出データの数を無尽蔵に増やすことはできない。検出データの数を増やせば増やすほど、二次電池７０１における短絡の有無の検査に要する時間が長くなる。このため、検出データの数をどの程度増やせば外乱の変化の影響を均すことができるか、についての判断基準が必要になる。
【００２６】
第一の磁場強度Ｂ１及び第二の磁場強度Ｂ２の算出において、磁気センサ１０１を介して検出された検出データ群をある区間幅（区間幅は、時間幅またはデータ点数で規定する）で均等に区切り、それぞれの区間で区間内に含まれるデータ群についての平均値をそれぞれ算出する。一区間に含まれる検出データ数が、外乱の変化の影響を均すために十分な検出データ数であるとすると、区間ごとに得られた複数の平均値のばらつき（以下、「平均値群のばらつき」という）は無視できる程度に小さくなる。これに対し、一区間に含まれる検出データ数が、外乱の変化の影響を均すために十分な検出データ数よりも少ないと、平均値群のばらつきは無視できる程度には小さくならない。つまり、平均値群のばらつきの大きさを判断することにより、外乱の変化の影響が十分に均されているか否かを判断することができる。
【００２７】
ある読み込みデータ群を、区間幅Ｗａで均等に区切った場合を図５（ａ）に、区間幅Ｗｂで均等に区切った場合を図５（ｂ）にそれぞれ示す。図５（ａ）、図５（ｂ）において、それぞれの区間で区間内に含まれるデータ群の平均値を算出したものを、それぞれ平均値Ｌａｎ（ｎ＝１、２、・・、１０）、平均値Ｌｂｎ（ｎ＝１、２）とする。
【００２８】
図５（ｂ）に示される区間幅Ｗｂは、図５（ａ）に示される区間幅Ｗａよりも広い。つまり、区間幅を広げると、一区間に含まれる検出データの数が増えるので、算出された区間の平均値における外乱の変化の影響はより小さくなる。このため、図５（ｂ）の平均値群（Ｌｂ１、Ｌｂ２）のばらつきは、図５（ａ）の平均値群（Ｌａ１、Ｌａ２、・・、Ｌａ１０）のばらつきより小さくなる。
【００２９】
区間幅を徐々に広げてゆき、平均値群のばらつきが予め定められた基準値以下になったとき、そのときの区間幅に含まれる検出データ数が外乱の変化の影響を均すために十分な検出データ数であると判断できる。
【００３０】
次に、第一の磁場強度Ｂ１及び第二の磁場強度Ｂ２を算出する処理フローについて以下で説明する。なお、第一の磁場強度Ｂ１及び第二の磁場強度Ｂ２を算出する処理フローはいずれも同じである。
図６に示されるように、ます、磁気センサ１０１を介して検出された検出データを連続的に読み込みする読み込みデータ群の幅、及び、読み込みデータ群を均等に分割する区間幅について、それぞれ初期値の設定をする（ステップＳ７０１）。読み込みデータ群の幅及び区間幅は、時間幅またはデータ点数にて規定する。読み込みデータ群の幅及び区間幅の初期値をそれぞれ設定するにあたって、サンプリングレート等も考慮する。続いて、読み込みデータ群の幅分だけ検出データを読み込む（ステップＳ７０２）。検出データの読み込みにおいて、事前に検出を完了したデータを読み込むようにしても、現在検出中のデータを読み込むようにしてもよい。
【００３１】
ステップＳ７０２に続いて、それぞれの区間で区間内に含まれるデータ群についての平均値をそれぞれ算出し、算出により得られた平均値群について、そのばらつき（以下、「平均値群のばらつき」という）を算出する（ステップＳ７０３）。なお、ばらつきの指標として、例えば、「標準偏差」や「最大値と最小値の差」を用いることができる。続いて、ステップＳ７０３で算出した、平均値群のばらつきが、予め定めた基準値以内か否かを判断する（ステップＳ７０４）。
【００３２】
ステップＳ７０４で平均値群のばらつきが、予め定めた基準値以内であると判断された場合は、二次電池７０１の磁場強度を算出する（ステップＳ７０５）。具体的には、読み込みデータ群に含まれる全ての検出データの平均値を算出し、これを二次電池７０１周囲の磁場強度とする。ステップＳ７０５の後、処理を終了する。
【００３３】
ステップＳ７０４で平均値群のばらつきが、予め定めた基準値を超えていると判断された場合は、予め定められた幅分だけ区間幅を広げたものを新たな区間幅とする（ステップＳ７０６）。続いて、平均値群のサンプル数（得られる平均値の数）が予め定められた必要サンプル数以上であるか否かについて判断する（ステップＳ７０７）。読み込みデータ群の幅及び区間幅を時間幅で規定する場合、平均値群のサンプル数は、読み込みデータ群の時間幅を一区間の時間幅で除した商になる。読み込みデータ群の幅及び区間幅をデータ点数で規定する場合、平均値群のサンプル数は、読み込みデータ群に含まれる全ての検出データ点数を一区間のデータ点数で除した商になる。また、必要サンプル数とは、平均値群のばらつきの大小を適切に判断するために最低限必要なサンプル数を意味する。必要サンプル数は２以上とする。必要サンプル数の決定は統計的な観点から行うのが好ましい。
【００３４】
ステップＳ７０７で平均値群のサンプル数は必要サンプル数以上であると判断された場合、処理をステップＳ７０３に戻す。一方、ステップＳ７０７で平均値群のサンプル数は必要サンプル数未満であると判断された場合、読み込みデータ群の幅を予め定められた幅分だけ広げ（ステップＳ７０８）、処理をステップＳ７０２に戻す。検出データの読み込みにおいて、現在検出中の検出データを読み込むようにする場合、ステップＳ７０７の判断時までに検出したデータを全て読み込むようにしてもよい。
以上で説明した第一の磁場強度Ｂ１及び第二の磁場強度Ｂ２を算出する処理フローによれば、環境磁場などの外乱の影響にかかわらず二次電池７０１の磁気強度を精度良く算出することができる。
【００３５】
以上で説明した本発明にかかる二次電池の検査方法によれば、二次電池の微小短絡の有無を迅速かつ精度良く検査することができる。
【００３６】
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。本実施の形態では、二次電池の磁場強度（第一の磁場強度Ｂ１及び第二の磁場強度Ｂ２）の算出において、読み込みデータ群に含まれる全ての検出データの平均値を算出しこれを二次電池の磁場強度とするが、これに限るものではない。例えば、読み込みデータ群のうちの最初の区間に含まれる検出データの平均値を二次電池の磁場強度としてもよい。または、読み込みデータ群のうちのある区間に含まれる検出データの平均値を二次電池の磁場強度としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１００  検査装置
１０１  磁気センサ
１０２  磁場算出部
１０３  良否判定部
１０４  記憶部
１１０  充放電装置
１２０  磁気シールドボックス
２０１  正極材
２０２  負極材
２０３  セパレータ
７０１  二次電池
７０２  導電性異物
７０３  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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【図５】
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【図６】
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