JP7597701B2 - Battery module inspection method - Google Patents
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Description
本開示は、電池モジュールの検査方法に関する。 This disclosure relates to a method for inspecting a battery module.
特開2021-044151号公報(特許文献1)に開示されたリチウムイオン電池モジュールは、セル毎の充電状態を監視するための回路等を必要とせずに、過充電状態となる単電池が存在することがないように充電できる。 The lithium-ion battery module disclosed in JP 2021-044151 A (Patent Document 1) can be charged without requiring a circuit or the like for monitoring the charging state of each cell, and can prevent any single cell from becoming overcharged.
一般に、電池モジュールの製造後には良品/不良品の検査が実施される。所定の基準を満たす電池モジュールは良品と判定される一方で、当該基準を満たさない電池モジュールは不良品と判定される。このような電池モジュールの検査における検査精度向上に対する要求が常に存在する。 Generally, after manufacturing a battery module, an inspection is performed to determine whether the battery module is a good product or a defective product. A battery module that meets a predetermined standard is determined to be a good product, while a battery module that does not meet the standard is determined to be a defective product. There is always a demand for improving the inspection accuracy in such battery module inspection.
本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、電池モジュールの検査精度を向上させることである。 This disclosure has been made to solve the above problems, and the purpose of this disclosure is to improve the inspection accuracy of battery modules.
(1)本開示のある局面に従う電池モジュールの検査方法は、直列接続された複数の電池モジュールの検査方法である。複数の電池モジュールの各々は、直列接続された複数のセルを含む。検査方法は、充電処理を実行するステップと、判定処理を実行するステップと、充電処理および判定処理を再度実行するステップとを含む。充電処理を実行するステップは、複数の電池モジュールに含まれるすべてのセルを、いずれかのセルの電圧が所定電圧に到達するまで充電するステップと、充電されたすべてのセルの各々に蓄えられた容量を算出するステップと、充電されたすべてのセルの各々の電圧を検出するステップとを含む。判定処理を実行するステップは、充電処理により充電されたすべてのセルの各々について、当該セルの容量が容量許容範囲内に位置し、かつ、当該セルの電圧が電圧許容範囲内に位置するかを判定するステップを含む。再度実行するステップは、複数の電池モジュールの中に、容量が容量許容範囲内かつ電圧が電圧許容範囲内に位置しないセルを含む保留電池モジュールが存在する場合に、保留電池モジュールに含まれる各セルを完全に放電するステップと、各セルが完全に放電された保留電池モジュールに対して充電処理および判定処理を再度実行するステップとを含む。 (1) A method for inspecting a battery module according to an aspect of the present disclosure is a method for inspecting a plurality of battery modules connected in series. Each of the plurality of battery modules includes a plurality of cells connected in series. The inspection method includes a step of performing a charging process, a step of performing a determination process, and a step of performing the charging process and the determination process again. The step of performing the charging process includes a step of charging all cells included in the plurality of battery modules until the voltage of any one of the cells reaches a predetermined voltage, a step of calculating the capacity stored in each of all the charged cells, and a step of detecting the voltage of each of all the charged cells. The step of performing the determination process includes a step of determining, for each of all the cells charged by the charging process, whether the capacity of the cell is within a capacity tolerance range and the voltage of the cell is within a voltage tolerance range. The step of performing again includes a step of completely discharging each cell included in the reserved battery module when there is a reserved battery module among the plurality of battery modules that includes a cell whose capacity is not within the capacity tolerance range and whose voltage is not within the voltage tolerance range, and a step of performing the charging process and the determination process again for the reserved battery module in which each cell has been completely discharged.
(2)判定するステップは、充電処理により充電されたすべてのセルの各々について、当該セルの容量と電圧との組合せが、容量-電圧平面上で最大容量曲線および最小容量曲線を用いて規定される第1領域~第3領域内のいずれかに位置するかを判定するステップを含む。最大容量曲線は、電圧許容範囲の上限電圧と容量許容範囲の最大容量との交点を通る容量-電圧曲線である。最小容量曲線は、上限電圧と容量許容範囲の最小容量との交点を通る容量-電圧曲線である。第1領域は、最小容量曲線と最大容量曲線との間に挟まれた領域のうち、容量が最小容量以上であり、かつ、電圧が上限電圧以下の領域である。第2領域は、挟まれた領域のうち、第1領域以外の領域である。第3領域は、第1領域および第2領域以外の領域である。保留電池モジュールは、第2領域内に位置するセルを含む一方で第3領域内に位置するセルを含まない電池モジュールである。 (2) The determining step includes a step of determining whether the combination of the capacity and voltage of each of all cells charged by the charging process is located in any of the first to third regions defined on the capacity-voltage plane using a maximum capacity curve and a minimum capacity curve. The maximum capacity curve is a capacity-voltage curve passing through the intersection of the upper limit voltage of the voltage tolerance range and the maximum capacity of the capacity tolerance range. The minimum capacity curve is a capacity-voltage curve passing through the intersection of the upper limit voltage and the minimum capacity of the capacity tolerance range. The first region is a region sandwiched between the minimum capacity curve and the maximum capacity curve where the capacity is equal to or greater than the minimum capacity and the voltage is equal to or less than the upper limit voltage. The second region is a region sandwiched between the minimum capacity curve and the maximum capacity curve, other than the first region. The third region is a region other than the first region and the second region. The reserved battery module is a battery module that includes a cell located in the second region but does not include a cell located in the third region.
(3)複数の電池モジュールの各々は、バイポーラ構造を有するリチウムイオン電池である。 (3) Each of the multiple battery modules is a lithium ion battery having a bipolar structure.
詳細は後述するが、保留電池モジュール(保留品)は、不良品に含まれるセルの電圧が所定電圧に到達したことで、実際には良品であるにも拘わらず不良品であると誤判定される可能性がある。上記(1)~(3)の構成においては、保留電池モジュールに対して完全放電処理が実行されるとともに、充電処理および判定処理が再度実行される。これにより、保留電池モジュールに対する検査精度を向上させることができる。 As will be described in more detail later, there is a possibility that a reserved battery module (reserved item) may be erroneously determined to be defective when the voltage of a cell contained in the defective item reaches a predetermined voltage, even though the item is actually a good item. In the configurations (1) to (3) above, a complete discharge process is performed on the reserved battery module, and a charging process and a determination process are performed again. This makes it possible to improve the inspection accuracy of the reserved battery module.
本開示によれば、電池モジュールの検査精度を向上させることができる。 This disclosure makes it possible to improve the inspection accuracy of battery modules.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.
[実施の形態]
<電池検査システムの全体構成>
図1は、本開示の実施の形態に係る電池検査システムの全体構成図である。電池検査システム100は、接続端子101,102を備える。接続端子101,102は、電池ユニット1を電気的に接続可能に構成されている。電池ユニット1は、直列接続された複数の電池モジュール2を含む。複数の電池モジュール2の各々は、複数のセルを含む。電池検査システム100は、電池モジュール2毎に良品であるか不良品であるかを判定するための検査を実施する。
[Embodiment]
<Overall configuration of battery inspection system>
1 is an overall configuration diagram of a battery inspection system according to an embodiment of the present disclosure. The
電池ユニット1の構成については図2および図3にて、より詳細に説明する。なお、電池ユニット1は、新たに製造された新品電池であってもよいし、使用先から回収された中古電池であってもよい。
The configuration of the
電池検査システム100は、直流電源5と、複数の電圧センサ6と、電流センサ7と、温度センサ8と、コントローラ9とをさらに備える。
The
直流電源5は、コントローラ9からの制御指令に従って、電池ユニット1を充放電するように構成されている。直流電源5は、たとえばAC/DCコンバータである。直流電源5は、外部交流電源(たとえば商用電源)900から供給される交流電力を直流電力に変換する。直流電源5は、コントローラ9からの制御指令に従って、直流電力の電圧を昇圧または降圧することも可能である。
The
複数の電圧センサ6の各々は、複数の電池モジュール2のうちの対応する電池モジュールに並列に接続されている。各電圧センサ6は、対応する電池モジュール2内の各セルの電圧Vを検出し、その検出値をコントローラ9に出力する。
Each of the
電流センサ7は、たとえば直流電源5と接続端子101との間に直列に接続されている。電流センサ7は、直流電源5から電池ユニット1に供給される電流Iを検出し、その検出値をコントローラ9に出力する。
The current sensor 7 is connected in series, for example, between the
温度センサ8は、電池ユニット1(複数の電池モジュール2のうちの代表的な電池モジュール)の温度Tを検出し、その検出値をコントローラ9に出力する。
The
コントローラ9は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ91と、ROMおよびRAMなどのメモリ92と、入出力インターフェイス(図示せず)とを含む。コントローラ9は、直流電源5を制御することによって、電池モジュール2を完全に放電したり、電池モジュール2を充電したりする(充電処理)。また、コントローラ9は、電池モジュール2の良品/不良品を判定するための判定処理を実施する。上記の完全放電処理、充電処理および判定処理については後に詳細に説明する。なお、コントローラ9は、機能毎に2以上のユニットに分割して構成されていてもよい。
The
<電池の構成>
図2は、電池ユニット1の概略断面図である。電池ユニット1は、モジュール積層体31と、一対の拘束部材32と、一対の絶縁部材33と、正極端子341と、負極端子342とを含む。
<Battery configuration>
2 is a schematic cross-sectional view of the
モジュール積層体31は、複数の電池モジュール2と、複数の導電板310とを含む。電池モジュール2と導電板310とは、モジュール積層体31の積層方向(図2では上下方向)に交互に配列されている。導電板310は、互いに隣り合う電池モジュール2同士を電気的に接続する。複数の電池モジュール2の各々には、その電池モジュール内に含まれる複数のセルの各々の電圧(後述するように互いに隣り合う2つの電極層412の間の電圧)を検出するための電圧検出線20が設けられている。なお、図2では電池モジュール2の個数が3個であるが、電池モジュール2の個数は2以上であれば特に限定されない。
The
一対の拘束部材32は、モジュール積層体31の積層方向の両側からモジュール積層体31を拘束する。
The pair of restraining
一対の絶縁部材33のうちの一方は、一対の拘束部材32のうちの一方とモジュール積層体31の積層方向の一方端との間に配置されている。一対の絶縁部材33のうちの他方は、一対の拘束部材32のうちの他方とモジュール積層体31の積層方向の他方端との間に配置されている。
One of the pair of insulating
正極端子341は、モジュール積層体31の積層方向の一方端に位置する導電板310(下方端)に電気的に接続されている。正極端子341は、接続端子101(図1参照)に電気的に接続されている。負極端子342は、モジュール積層体31の積層方向における他方端(上方端)に位置する導電板310に電気的に接続されている。負極端子342は、接続端子102(図1参照)に電気的に接続されている。
The
電池モジュール2は、バイポーラ構造を有する電池(いわゆるバイポーラ電池)である。本実施の形態において、電池モジュール2はリチウムイオン二次電池である。
The
<電池モジュールの構成>
図3は、電池モジュール2の概略断面図である。電池モジュール2は、積層体21と、封止部22とを備える。積層体21は、複数のバイポーラ電極41と、複数のセパレータ40と、電解液とを含む。
<Battery module configuration>
3 is a schematic cross-sectional view of the
複数のバイポーラ電極41は、積層方向(図3では上下方向)に積層されている。バイポーラ電極41は、電極板411と、電極層412とを含む。
The multiple
電極板411は、たとえば矩形状の金属箔である。電極板411は、積層方向に並ぶ第1主面411aおよび第2主面411bを有する。
The
電極層412は、電極板411の周縁の内側に配置されている。電極層412は、電極板411の有する両面に配置されている。電極層412は、正極43と負極44とを含む。正極43は、電極板411の第1主面411aに配置されている。正極43は正極活物質を含む。正極43は、正極活物質の他、導電材およびバインダを含有してもよい。負極44は、電極板411の第2主面411bに配置されている。負極44は負極活物質を含む。
The
なお、積層方向における積層体21の一方端(図3における上方端)には負極終端電極が設けられている。負極終端電極の第1主面411a上には正極43が設けられていない。また、積層方向における積層体21の他方端(下方端)には正極終端電極が設けられている。正極終端電極の第2主面411b上には負極44が設けられていない。
A negative terminal electrode is provided at one end of the laminate 21 in the stacking direction (the upper end in FIG. 3). No
セパレータ40は、絶縁性の樹脂からなる。セパレータ40は、互いに隣り合う2つの電極層412の間(正極43と負極44との間)に配置されている。具体的には、積層方向の一方側に位置するバイポーラ電極41が有する負極44と、積層方向の他方側に位置するバイポーラ電極41が有する正極43との間に配置されている。以上のように電極層412(正極43および負極44)とセパレータ40とを配置することで、隣り合う電極(バイポーラ電極および終端電極を含む)の間にセルが形成される。
The separator 40 is made of insulating resin. The separator 40 is disposed between two adjacent electrode layers 412 (between the
封止部22は、絶縁性の樹脂(ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイドなど)からなる。封止部22は、互いに隣り合う2つのバイポーラ電極41の間に空間が形成されるように、複数のバイポーラ電極41の周縁を封止する。封止部22は、その内側において上記の空間を密封している。空間内には電解液が収容されている。電解液は、正極43、負極44およびセパレータ40に含浸される。
The sealing
正極活物質、負極活物質、セパレータ40および電解液には、リチウムイオン二次電池の正極活物質、負極活物質、セパレータおよび電解液として従来公知の材料をそれぞれ用いることができる。一例として、正極活物質にはオリビン型リン酸鉄リチウム(LiFePO4)を用いることができる。ただし、正極活物質は、コバルト酸リチウムの一部がニッケルおよび/またはマンガンにより置換された三元系の材料を用であってもよい。負極活物質には黒鉛(炭素材料)を用いることができる。セパレータには、ポリオレフィンを用いることができる。電解液は、有機溶媒(たとえばDMC(dimethyl carbonate)とEMC(ethyl methyl carbonate)とEC(ethylene carbonate)との混合溶媒)と、リチウム塩(たとえばLiPF6)と、添加剤(たとえばLiBOB(lithium bis(oxalate)borate)またはLi[PF2(C2O4)2])等を含む。 The positive electrode active material, the negative electrode active material, the separator 40, and the electrolyte may be made of materials that are conventionally known as the positive electrode active material, the negative electrode active material, the separator, and the electrolyte of a lithium ion secondary battery. As an example, the positive electrode active material may be olivine-type lithium iron phosphate (LiFePO 4 ). However, the positive electrode active material may be a ternary material in which a part of lithium cobalt oxide is replaced by nickel and/or manganese. The negative electrode active material may be graphite (carbon material). The separator may be polyolefin. The electrolyte includes an organic solvent (for example, a mixed solvent of DMC (dimethyl carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate), and EC (ethylene carbonate)), a lithium salt (for example, LiPF 6 ), and an additive (for example, LiBOB (lithium bis(oxalate)borate) or Li[PF 2 (C 2 O 4 ) 2 ]), etc.
<比較例>
本実施の形態における検査工程の特徴の理解を容易にするため、まず、比較例における検査工程の処理手順について説明する。比較例に係る電池検査システムの構成は、本実施の形態に係る電池検査システム100の構成(図1~図3参照)と同様である。
Comparative Example
In order to facilitate understanding of the characteristics of the inspection process in this embodiment, a processing procedure of the inspection process in a comparative example will be described first. The configuration of the battery inspection system in the comparative example is similar to the configuration of the
図4は、比較例における検査工程の処理手順を示すフローチャートである。S91において、コントローラ9は、電池ユニットに含まれるすべてのセルを完全放電状態まで放電するように直流電源を制御する。
Figure 4 is a flowchart showing the processing procedure of the inspection process in the comparative example. In S91, the
S92において、コントローラ9は、電池ユニット1への充電を開始するように直流電源を制御する。電池ユニット1に含まれるすべてのセルは直列接続されているので、すべてのセルが等しい電流値で充電される。
In S92, the
S93において、コントローラ9は、電池ユニットに含まれるすべてのセルのうち、いずれかのセルの電圧が所定の上限電圧ULに到達したかどうかを判定する。コントローラ9は、いずれかのセルの電圧が上限電圧ULに到達するまで(言い換えると、すべてのセルの電圧が上限電圧UL未満である間)は処理をS92に戻し、電池ユニットの充電を継続する。
In S93, the
いずれかのセルの電圧が上限電圧ULに到達すると(S93においてYES)、コントローラ9は、電池ユニットの充電を終了する(S94)。そして、コントローラ9は、電池ユニットに含まれる複数のセルの各々の電圧を取得する(S95)。
When the voltage of any cell reaches the upper limit voltage UL (YES in S93), the
S96において、コントローラ9は、電池モジュール毎に、当該電池モジュールの良否判定をS95にて取得された電圧に基づいて実施する。具体的には、コントローラ9は、電池モジュール毎に、当該電池モジュールに含まれるすべてのセルの電圧が所定の許容範囲内であるかどうかを判定する。許容範囲とは、下限電圧LLと上限電圧ULとの間の電圧範囲(LL≦V≦UL)であり、セルの要求仕様等に応じて実験的に事前に定めることができる。
In S96, the
電池モジュールに含まれるすべてのセルの電圧が許容範囲内である場合(S96においてYES)、コントローラ9は、当該電池モジュールは良品であると判定する(S97)。一方、電池モジュールに含まれる少なくとも1つのセルの電圧が許容範囲外である場合(S96においてNO)、コントローラ9は、当該電池モジュールは不良品であると判定する(S98)。これにより、一連の処理が終了する。
If the voltages of all the cells included in the battery module are within the allowable range (YES in S96), the
図5は、比較例における検査工程の課題を説明するための図である。横軸は、セル容量(各セルに蓄えられた電力量)を表す。縦軸は、セル電圧(電圧センサにより検出される各セルの閉回路電圧)を表す。後述する図6および図7に関しても同様である。 Figure 5 is a diagram for explaining the problems with the inspection process in the comparative example. The horizontal axis represents the cell capacity (the amount of power stored in each cell). The vertical axis represents the cell voltage (the closed circuit voltage of each cell detected by the voltage sensor). The same applies to Figures 6 and 7 described below.
ここでは、電池ユニットに含まれる複数のセルのうちの2つのセルを例に説明する。これらのセルを「第1セル」および「第2セル」と記載する。第1セルと第2セルとは互いに異なる電池モジュールに含まれている。同じ電力量が充電された場合、第1セルの電圧の方が第2セルの電圧よりも上昇しやすいと想定する。 Here, we will use two of the multiple cells included in the battery unit as an example. These cells will be referred to as the "first cell" and the "second cell." The first cell and the second cell are included in different battery modules. It is assumed that when the same amount of power is charged, the voltage of the first cell is more likely to rise than the voltage of the second cell.
より詳細に説明すると、バイポーラ電極41の製造時に電極板411上に電極層412を形成する際に、電極層412の単位面積当たりの質量である目付量が規定量に達しない目付不良が発生する場合がある。第1セルは、目付不良品のバイポーラ電極により構成されるセルである。第2セルは、正常なバイポーラ電極により構成されるセルである。この場合、第1セルに含まれる電極層の量が第2セルに含まれる電極層の量よりも少なくなることで、第1セルの満充電容量が第2セルの満充電容量よりも小さくなり得る。そうすると、同じ電力量を充電された場合に、第1セルの電圧が第2セルの電圧に比べて過度に上昇しやすくなる。
To explain in more detail, when forming the
第1セルおよび第2セルの両方の完全放電状態(セル容量=0)から充電が開始される。第1セルおよび第2セルの各々にΔAhの電力量が充電された時点で、第1セルの電圧が上限電圧ULに達する(図4のS93においてYES)。そうすると、第1セルおよび第2セルの両方の充電が終了する(S94)。第2セルに関し、電力量ΔAhを超えた充電は行われないことを破線で示している。 Charging begins with both the first and second cells in a fully discharged state (cell capacity = 0). When the first and second cells are each charged with an amount of power ΔAh, the voltage of the first cell reaches the upper limit voltage UL (YES in S93 in FIG. 4). Then, charging of both the first and second cells ends (S94). The dashed line indicates that charging of the second cell does not exceed the amount of power ΔAh.
この例では、実際には第1セルが不良品(たとえば目付不良品)であり、第1セルの電圧が過度に上昇しやすいとする。しかし、充電が終了した時点で第1セルの電圧は上限電圧ULに等しく、許容範囲内である。よって、第1セルを含む電池モジュールは良品と判定され得る(S97)。 In this example, the first cell is actually defective (e.g., has a poor weight distribution) and the voltage of the first cell is likely to rise excessively. However, when charging is completed, the voltage of the first cell is equal to the upper limit voltage UL and is within the acceptable range. Therefore, the battery module including the first cell can be determined to be a good product (S97).
一方、第2セルは実際には良品である。仮に充電が継続された場合には、第2セルの電圧は、破線で示すように許容範囲まで上昇する。それにも拘わらず、充電が終了した時点では、第2セルの電圧は下限電圧LL未満であって許容範囲外である。よって、第2セルを含む電池モジュールは不良品と判定される(S98)。 On the other hand, the second cell is actually a good product. If charging were to continue, the voltage of the second cell would rise to the acceptable range, as shown by the dashed line. Nevertheless, when charging is completed, the voltage of the second cell is below the lower limit voltage LL and is outside the acceptable range. Therefore, the battery module including the second cell is determined to be defective (S98).
このように、比較例では、不良品のセル(第1セル)を含む電池モジュールが良品とされる一方で、良品のセル(第2セル)を含む電池モジュールが不良品とされる誤判定が生じる可能性がある。 In this way, in the comparative example, a battery module including a defective cell (first cell) may be erroneously determined to be good, while a battery module including a good cell (second cell) may be erroneously determined to be defective.
そこで、本実施の形態においては、セル電圧に加えてセル容量も考慮した上で電池モジュール毎に良否判定を実施する構成を採用する。より具体的には、セル容量-セル電圧平面上で、電極層412(正極43および負極44)の目付量の許容誤差(公差)が考慮された2種類の曲線が準備される。そして、2種類の曲線により規定される領域に応じて各電池モジュール(セル)の良否判定が実施される。
Therefore, in this embodiment, a configuration is adopted in which a pass/fail judgment is performed for each battery module taking into account the cell capacity in addition to the cell voltage. More specifically, two types of curves are prepared on the cell capacity-cell voltage plane, taking into account the allowable error (tolerance) of the basis weight of the electrode layer 412 (
<2種類の曲線により規定される領域>
図6は、本実施の形態における2種類の曲線の一例を示す図である。本実施の形態では、セル電圧に関して上限電圧ULおよび下限電圧LLにより「電圧許容範囲」が規定されるのに加えて、セル容量についても許容範囲が規定される。この許容範囲を「容量許容範囲」とも称する。容量許容範囲とは、最小容量MINと最大容量MAXとの間の容量範囲(MIN≦Ah≦MAX)であり、セルの要求仕様等に応じて実験的に事前に定めることができる。
<Area defined by two types of curves>
FIG. 6 is a diagram showing an example of two types of curves in this embodiment. In this embodiment, in addition to the "voltage tolerance range" being defined by the upper limit voltage UL and the lower limit voltage LL for the cell voltage, a tolerance range is also defined for the cell capacity. This tolerance range is also called the "capacity tolerance range." The capacity tolerance range is a capacity range between the minimum capacity MIN and the maximum capacity MAX (MIN≦Ah≦MAX), and can be experimentally determined in advance according to the required specifications of the cell, etc.
より具体的には、複数のバイポーラ電極41の各々(各セル)は、正極43の容量が負極44の容量よりも小さくなるように構成されている。最大容量MAXとは、正極43の目付量が許容誤差の範囲内で最大である場合のセル容量である。一方、最小容量MINとは、正極43の目付量が許容誤差の範囲内で最小である場合のセル容量である。
More specifically, each of the multiple bipolar electrodes 41 (each cell) is configured so that the capacity of the
2種類の曲線を「最大容量曲線Lmax」および「最小容量曲線Lmin」と記載する。最小容量曲線Lmin(1点鎖線参照)は、電圧許容範囲の上限電圧ULと容量許容範囲の最小容量MINとの交点aを通る。最大容量曲線Lmax(実線参照)は、電圧許容範囲の上限電圧ULと容量許容範囲の最大容量MAXとの交点bを通る。最大容量曲線Lmaxと電圧許容範囲の下限電圧LLとの交点をcと記載する。両曲線ともセル容量=0のときには点dを通る。 The two types of curves are referred to as the "maximum capacity curve Lmax" and the "minimum capacity curve Lmin." The minimum capacity curve Lmin (see dashed line) passes through the intersection point a between the upper limit voltage UL of the voltage tolerance range and the minimum capacity MIN of the capacity tolerance range. The maximum capacity curve Lmax (see solid line) passes through the intersection point b between the upper limit voltage UL of the voltage tolerance range and the maximum capacity MAX of the capacity tolerance range. The intersection point between the maximum capacity curve Lmax and the lower limit voltage LL of the voltage tolerance range is referred to as c. Both curves pass through point d when cell capacity = 0.
図7は、最大容量曲線Lmaxおよび最小容量曲線Lminにより規定される領域を説明するための図である。本実施の形態では図7に示すように、「良品領域」と「保留領域」とが規定される。 Figure 7 is a diagram for explaining the area defined by the maximum capacity curve Lmax and the minimum capacity curve Lmin. In this embodiment, as shown in Figure 7, a "good area" and a "reserved area" are defined.
良品領域とは、直線abと曲線bcと直線caとで囲まれた領域である。曲線bcとは、最大容量曲線Lmaxのうちの点bと点cとの間の曲線である。良品領域は、上記3つの線上の点も含む。良品領域は、最小容量曲線Lminと最大容量曲線Lmaxとの間に挟まれた領域のうち、容量が最小容量MIN以上であり、かつ、電圧が上限電圧UL以下の領域であるとも言える。 The good quality region is the region surrounded by the straight line ab, the curve bc, and the straight line ca. The curve bc is the curve between points b and c on the maximum capacity curve Lmax. The good quality region also includes points on the above three lines. The good quality region can also be said to be the region between the minimum capacity curve Lmin and the maximum capacity curve Lmax where the capacity is equal to or greater than the minimum capacity MIN and the voltage is equal to or less than the upper limit voltage UL.
保留領域とは、直線acと曲線cdと曲線adとで囲まれた領域である。曲線cdとは、最大容量曲線Lmaxのうちの点cと点dとの間の曲線である。曲線adとは、最小容量曲線Lminのうちの点aと点dとの間の曲線である。保留領域は、曲線cd上の点と曲線ad上の点とを含む一方で、直線ac上の点は含まない。保留領域は、最小容量曲線Lminと最大容量曲線Lmaxとの間に挟まれた領域のうち、良品領域以外の領域とも言える。 The reserved area is the area surrounded by the straight line ac, the curve cd, and the curve ad. The curve cd is the curve between points c and d on the maximum capacity curve Lmax. The curve ad is the curve between points a and d on the minimum capacity curve Lmin. The reserved area includes points on the curve cd and the curve ad, but does not include points on the straight line ac. The reserved area can be said to be the area between the minimum capacity curve Lmin and the maximum capacity curve Lmax, other than the non-defective area.
また、良品領域でも保留領域でもない領域を「不良品領域」と称する。本実施の形態では、以下に説明するように、充電終了時における各セルの容量および電圧の組合せ(セル容量,セル電圧)が良品領域内、保留領域内、不良品領域内のいずれに位置するかが判定される。 Areas that are neither the good quality area nor the reserved area are referred to as the "defective area." In this embodiment, as described below, it is determined whether the combination of capacity and voltage of each cell (cell capacity, cell voltage) at the end of charging is within the good quality area, the reserved area, or the defective area.
なお、良品領域は、本開示に係る「第1領域」に相当する。保留領域は、本開示に係る「第2領域」に相当する。不良品領域は、本開示に係る「第3領域」に相当する。上限電圧ULは、本開示に係る「所定電圧」に相当する。 The good product area corresponds to the "first area" in this disclosure. The reserved area corresponds to the "second area" in this disclosure. The defective product area corresponds to the "third area" in this disclosure. The upper limit voltage UL corresponds to the "predetermined voltage" in this disclosure.
<処理フロー>
図8は、本実施の形態における検査工程の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、予め定められた条件成立時(たとえば作業員が図示しない開始スイッチを操作した場合)に実行される。各ステップは、コントローラ9(プロセッサ91)によるソフトウェア処理により実現されるが、コントローラ9内に配置されたハードウェア(電気回路)により実現されてもよい。以下、ステップをSと略す。
<Processing flow>
8 is a flowchart showing the procedure of the inspection process in this embodiment. This flowchart is executed when a predetermined condition is met (for example, when an operator operates a start switch, not shown). Each step is realized by software processing by the controller 9 (processor 91), but may also be realized by hardware (electrical circuitry) arranged in the
S1において、コントローラ9は、電池ユニット1に含まれるすべてのセルを完全放電状態まで放電するように直流電源5を制御する(完全放電処理)。なお、電池ユニット1が一度も充電されたことがない場合(電解液の注液後に初めて充電する場合)にはS1の完全放電処理を省略(スキップ)できる。コントローラ9は、完全放電処理の要否を、セル間で電圧がそろっているかどうかに応じて判定できる。セル間で電圧がそろっていない場合(たとえば最高電圧と最低電圧との電圧差が所定値を超過している場合)、コントローラ9は、完全放電処理は必要と判定する。一方、セル間で電圧がそろっている場合(たとえば上記の電圧差が所定値未満である場合)にはコントローラ9は、完全放電処理を省略できる。
In S1, the
S2において、コントローラ9は、たとえば定電流での電池ユニット1への充電を開始するように直流電源5を制御する。前述のように、電池ユニット1ではすべてのセルが直列接続されているので、すべてのセルが等しい電流値で充電される。コントローラ9は、電池ユニット1の充電中、たとえば所定の周期毎に各セルの電圧を取得する。
In S2, the
S3において、コントローラ9は、電池ユニット1に含まれるすべてのセルのうち、いずれかのセルの電圧が上限電圧ULに到達したかどうかを判定する。コントローラ9は、いずれかのセルの電圧が上限電圧ULに到達するまでは処理をS2に戻し、電池ユニット1の充電を継続する。いずれかのセルの電圧が上限電圧ULに到達すると(S3においてYES)、コントローラは、電池ユニットの充電を終了する(S4)。
In S3, the
S5において、コントローラ9は、各セルの容量を算出する。より具体的には、コントローラ9は、電池ユニット1への充電電流Iと充電時間tとを乗算(I×t)することで、各セルの容量を算出できる。なお、電池ユニット1への充電電流Iが定電流であることは例示である。コントローラ9は、時間的に変化する充電電流I(t)を単位時間Δt毎に積算(Σ(I(t)×Δt))することによって各セルの容量を算出してもよい。
In S5, the
S6において、コントローラ9は、電圧センサ6により検出された各セル(電池ユニット1に含まれる全セル)の電圧を取得する。なお、S2~S6の処理を「充電処理」とも称する。
In S6, the
S7~S9において、コントローラ9は、電池モジュール2毎に、その電池モジュール2に含まれる各セルがセル容量-セル電圧平面上でどの領域内に位置するかを判定する。具体的には、S7において、コントローラ9は、ある電池モジュール2に含まれるすべてのセルが良品領域内に位置するかどうかを判定する。すべてのセルが良品領域内に位置する場合(S7においてYES)、コントローラ9は、当該電池モジュール2は良品であると判定する(S10)。
In S7 to S9, the
少なくとも1つのセルが良品領域内でない場合(S7においてNO)、コントローラ9は、保留領域内のセルが1つでも含まれるかどうかを判定する(S8)。保留領域内のセルが1つでも含まれる場合(S8においてYES)、コントローラ9は、不良品領域内のセルが1つでも含まれるかどうかを判定する(S9)。不良品領域内のセルが1つも含まれない場合(S9においてNO)、すなわち、良品領域外のすべてのセルが保留領域内に位置するセルである場合、コントローラ9は、当該電池モジュール2は保留品であると判定する(S11)。
If at least one cell is not in the non-defective area (NO in S7), the
S8にて保留領域内のセルが1つも含まれない場合(S8においてNO)、すなわち、良品領域外のすべてのセルが不良品領域内に位置する場合、コントローラ9は、当該電池モジュール2は不良品であると判定する(S12)。また、保留領域内に位置するセルが含まれるものの不良品領域内に位置するセルも含まれる場合、つまり、保留領域内のセルと不良品領域内のセルとが混在している場合にも、コントローラ9は、当該電池モジュール2は不良品であると判定する(S12)。なお、S7~S12の処理を「判定処理」とも称する。
If no cells are in the reserved area in S8 (NO in S8), i.e., if all cells outside the good area are located in the defective area, the
判定処理の結果、良品と判定された電池モジュール2は、良品として出荷される。不良品と判定された電池モジュール2は、出荷されることなく廃棄またはリサイクルされる。これに対し、保留品と判定された電池モジュール2に対しては追加工程に送られ、完全放電処理が実行されるとともに、充電処理および判定処理が再度実行される。詳細には、電池ユニット1から良品または不良品と判定された電池モジュール2を除外した上で処理がS1に戻される。これにより、コントローラ9は、保留品と判定された電池モジュール2に対して全セルの完全放電後(S1)に全セルの充電(S2~S4)を再度行う。さらに、コントローラ9は、各セルの容量を算出するとともに各セルの電圧を取得する(S5,S6)。そして、コントローラ9は、保留品と判定された電池モジュール2に含まれる各セルがセル容量-セル電圧平面上でどの領域内に位置するかを判定する(S7~S12)。
追加工程では、不良品と判定された電池モジュール2は既に除外されている。したがって、図5での説明と異なり、保留品と判定された電池モジュール2には、電圧が過度に上昇しやすい第1セルのようなセルは含まれていない。電池モジュール2に含まれているのは、第2セルのように、初回の充電が終了した時点では保留領域内に位置した(言い換えると、良品領域の手前までしか進めずり良品領域には至らなかった)ものの、充電を継続していれば良品領域内に位置する可能性があるセルである。したがって、追加工程の実施によって当該電池モジュール2が良品と判定される可能性がある。そうすると、当該電池モジュール2も出荷可能になり、歩留まりを向上させることができる。
In the additional process,
以上のように、本実施の形態では、「保留品」とのカテゴリが設けられる。保留品は、不良品に含まれるセルの電圧が上限電圧ULに到達したことで、実際には良品であるにも拘わらず不良品であると誤って判定される可能性がある。したがって、保留品に対しては完全放電処理(S1)が実行されるのに加えて、充電処理(S2~S6)および判定処理(S7~S12)が再度実行される。これにより、保留品に対する検査精度を向上させることができる。 As described above, in this embodiment, a category of "reserved items" is provided. Reserved items may be erroneously determined to be defective when the voltage of a cell contained in the defective item reaches the upper limit voltage UL, even though the item is actually a good item. Therefore, in addition to performing a full discharge process (S1) on reserved items, charging processes (S2 to S6) and determination processes (S7 to S12) are performed again. This makes it possible to improve the inspection accuracy of reserved items.
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the description of the embodiments above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.
1 電池ユニット、2 電池モジュール、20 電圧検出線、21 積層体、22 封止部、31 モジュール積層体、310 導電板、32 拘束部材、33 絶縁部材、341 正極端子、342 負極端子、40 セパレータ、41 バイポーラ電極、411 電極板、411a 第1主面、411b 第2主面、412 電極層、43 正極、44 負極、5 直流電源、6 電圧センサ、7 電流センサ、8 温度センサ、9 コントローラ、91 プロセッサ、92 メモリ、100 電池検査システム、101,102 接続端子。 1 Battery unit, 2 Battery module, 20 Voltage detection line, 21 Laminate, 22 Sealing portion, 31 Module laminate, 310 Conductive plate, 32 Restraint member, 33 Insulating member, 341 Positive electrode terminal, 342 Negative electrode terminal, 40 Separator, 41 Bipolar electrode, 411 Electrode plate, 411a First main surface, 411b Second main surface, 412 Electrode layer, 43 Positive electrode, 44 Negative electrode, 5 DC power source, 6 Voltage sensor, 7 Current sensor, 8 Temperature sensor, 9 Controller, 91 Processor, 92 Memory, 100 Battery inspection system, 101, 102 Connection terminal.
Claims (2)
前記複数の電池モジュールの各々は、直列接続された複数のセルを含み、
前記検査方法は、
充電処理を実行するステップと、
判定処理を実行するステップと、
前記充電処理および前記判定処理を再度実行するステップとを含み、
前記充電処理を実行するステップは、
前記複数の電池モジュールに含まれるすべてのセルを、いずれかのセルの電圧が上限電圧に到達するまで充電するステップと、
充電された前記すべてのセルの各々に蓄えられた容量を算出するステップと、
充電された前記すべてのセルの各々の電圧を検出するステップとを含み、
前記判定処理を実行するステップは、前記充電処理により充電された前記すべてのセルの各々について、当該セルの容量が最小容量と最大容量との間の容量許容範囲内に位置し、かつ、当該セルの電圧が前記上限電圧と下限電圧との間の電圧許容範囲内に位置するかを判定するステップを含み、
前記最小容量は、当該セルの正極の目付量が許容誤差の範囲内で最小である場合のセル容量であり、
前記最大容量は、当該セルの正極の目付量が許容誤差の範囲内で最大である場合のセル容量であり、
前記再度実行するステップは、前記複数の電池モジュールの中に保留電池モジュールが存在する場合に、
前記保留電池モジュールに含まれる各セルを完全に放電するステップと、
各セルが完全に放電された前記保留電池モジュールに対して前記充電処理および前記判定処理を再度実行するステップとを含み、
前記判定するステップは、前記充電処理により充電された前記すべてのセルの各々について、当該セルの容量と電圧との組合せが、容量-電圧平面上で最大容量曲線および最小容量曲線を用いて規定される第1領域~第3領域内のいずれかに位置するかを判定するステップを含み、
前記最大容量曲線は、前記上限電圧と前記最大容量との交点を通る容量-電圧特性を示す充電曲線であり、
前記最小容量曲線は、前記上限電圧と前記最小容量との交点を通る容量-電圧特性を示す充電曲線であり、
前記第1領域は、前記最小容量曲線と前記最大容量曲線との間に挟まれた領域のうち、容量が前記最小容量以上であり、かつ、電圧が前記上限電圧以下の領域であり、
前記第2領域は、前記挟まれた領域のうち、前記第1領域以外の領域であり、
前記第3領域は、前記第1領域および前記第2領域以外の領域であり、
前記保留電池モジュールは、前記第2領域内に位置するセルを含む一方で前記第3領域内に位置するセルを含まない電池モジュールである、電池モジュールの検査方法。 A method for testing a plurality of battery modules connected in series, comprising the steps of:
Each of the plurality of battery modules includes a plurality of cells connected in series;
The inspection method includes:
performing a charging process;
A step of executing a determination process;
and executing the charging process and the determination process again;
The step of performing the charging process includes:
charging all cells included in the plurality of battery modules until a voltage of any one of the cells reaches an upper limit voltage;
calculating the capacity stored in each of all the cells that have been charged;
and detecting the voltage of each of said charged cells;
the step of executing the determination process includes a step of determining, for each of all the cells charged by the charging process, whether the capacity of the cell is within a capacity allowable range between a minimum capacity and a maximum capacity , and whether the voltage of the cell is within a voltage allowable range between the upper limit voltage and the lower limit voltage ;
The minimum capacity is a cell capacity when the basis weight of the positive electrode of the cell is minimum within the range of an allowable error,
The maximum capacity is a cell capacity when the basis weight of the positive electrode of the cell is maximum within the range of allowable error,
The step of re-executing the battery module includes, when a reserved battery module is present among the plurality of battery modules,
fully discharging each cell in the reserve battery module;
and performing the charging process and the determining process again on the reserved battery module in which each cell has been fully discharged ;
the determining step includes a step of determining, for each of all the cells charged by the charging process, whether a combination of capacity and voltage of the cell is located in any of first to third regions defined by a maximum capacity curve and a minimum capacity curve on a capacity-voltage plane;
the maximum capacity curve is a charging curve showing a capacity-voltage characteristic passing through an intersection point between the upper limit voltage and the maximum capacity,
the minimum capacity curve is a charging curve showing a capacity-voltage characteristic passing through an intersection point between the upper limit voltage and the minimum capacity,
the first region is a region between the minimum capacity curve and the maximum capacity curve, in which the capacity is equal to or greater than the minimum capacity and the voltage is equal to or less than the upper limit voltage;
The second region is a region of the sandwiched region other than the first region,
the third region is a region other than the first region and the second region,
A method for inspecting a battery module , wherein the reserved battery module is a battery module that includes cells located in the second area but does not include cells located in the third area .
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