特開 2022-37633 リチウムイオン電池検査装置およびリチウムイオン電池検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022037633

(43)【公開日】2022-03-09

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池検査装置およびリチウムイオン電池検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/11 20060101AFI20220302BHJP

   G01N 29/48 20060101ALI20220302BHJP

   G01N 29/06 20060101ALI20220302BHJP

   G01N 29/38 20060101ALI20220302BHJP

【ＦＩ】

G01N29/11

G01N29/48

G01N29/06

G01N29/38

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020141865

(22)【出願日】2020-08-25

(71)【出願人】

【識別番号】591041417

【氏名又は名称】ジャパンプローブ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100199565

【弁理士】

【氏名又は名称】飯野 茂

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】桐生 啓二

(72)【発明者】

【氏名】野地 正明

(72)【発明者】

【氏名】柘植 延啓

(72)【発明者】

【氏名】田中 雄介

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA05

2G047AC10

2G047BA03

2G047BB01

2G047BB06

2G047BC03

2G047BC12

2G047DA03

2G047EA10

2G047GA14

2G047GE02

2G047GF10

2G047GG01

2G047GG09

2G047GG10

2G047GG12

2G047GG17

2G047GG28

2G047GG30

2G047GG46

2G047GH09

(57)【要約】

【課題】内部に生じている空気、ガスや異物の深さ方向の位置を正確に検出すること。
【解決手段】所定の振幅の送信信号を発信する信号発生部２１と、送信信号の振幅を含む条件を設定する検査条件設定部３４と、送信信号を振動子で超音波に変換し、水中の被検体となるリチウムイオン電池に向けて発振し、リチウムイオン電池の内外部で反射された超音波を電気信号に変換して出力する送受信超音波探触子１１と、反射波信号中の信号領域を限定し、リチウムイオン電池の空気、ガスや異物の有無と空気、ガスや異物が有った場合の空気、ガスや異物の深さ方向の位置を解析する解析部３１とを備える。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の振幅の送信信号を発信する信号発信部と、
前記信号発信部が発信する送信信号の振幅を含む条件を設定する条件設定部と、
前記信号発信部が発信した送信信号を振動子で超音波に変換して、水中の被検体となるリチウムイオン電池に向けて発振し、当該リチウムイオン電池の内外部で反射された超音波を前記振動子で電気信号に変換して出力する送受信超音波探触子と、
前記送受信超音波探触子で得た反射波信号中の信号領域を、前記条件設定部で設定した条件に基づいて限定し、前記リチウムイオン電池の空気、ガスや異物の有無と空気、ガスや異物が有った場合の当該空気、ガスや異物の前記リチウムイオン電池での深さ方向の位置を解析する解析部と、
を備えるリチウムイオン電池検査装置。

【請求項2】

前記解析部は、前記送受信超音波探触子から見て前記リチウムイオン電池のより遠位の奥側半分に相当する領域を含むよう反射波信号中の信号領域を限定して前記リチウムイオン電池の空気、ガスや異物の有無を解析する、
請求項１記載のリチウムイオン電池検査装置。

【請求項3】

所定の振幅の送信信号を発信する信号発信工程と、
前記信号発信工程で発信する送信信号の振幅を含む条件を設定する条件設定工程と、
前記信号発信工程で発信した送信信号を振動子で超音波に変換し、水中の被検体となるリチウムイオン電池に向けて発振し、当該リチウムイオン電池の内外部で反射された超音波を前記振動子で電気信号に変換して出力する送受信工程と、
前記送受信工程で得た反射波信号中の信号領域を、前記条件設定工程で設定した条件に基づいて限定し、前記リチウムイオン電池の空気、ガスや異物の有無と空気、ガスや異物が有った場合の当該空気、ガスや異物の前記リチウムイオン電池での深さ方向の位置を解析する解析工程と、
を有するリチウムイオン電池検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオン電池検査装置およびリチウムイオン電池検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リチウムイオン電池の空中超音波検査で、電池内の電解液中の空気、ガスや異物などの検査を行なう技術が提案されている。

【0003】

図６は、一般的なリチウムイオン電池の空中超音波検査を説明する図である。同図では説明のために空気の記載を省略しているが、端子等の一部を除いて空中に設置、保持されたリチウムイオン電池ＬＢに対し、空中でこのリチウムイオン電池ＬＢを挟むよう表裏に１対の超音波探触子、すなわち送信超音波探触子Ｐ１と、受信超音波探触子Ｐ２とを同程度に離間して対向配置する。リチウムイオン電池ＬＢは、電池本体ＢＴを例えば金属または合成樹脂製等の包材ＣＳで被覆、包含するようにして構成される。

【0004】

図６では、本来、電池本体ＢＴ内部の電解液中に発生する空気、ガスや異物などＤ２の検査を行うことを目的としている。実際の検査時において、同図では、リチウムイオン電池ＬＢに対する送信超音波探触子Ｐ１および受信超音波探触子Ｐ２の位置を相対的に移動させることで、空気、ガスや異物Ｄ１と空気、ガスや異物Ｄ２とが検査される事例を示している。ここで空気、ガスや異物Ｄ１は、リチウムイオン電池ＬＢの電池本体ＢＴと包材ＣＳの間にある、空気、ガスや異物などの存在を示している。

【0005】

送信超音波探触子Ｐ１が発した超音波が、空中でリチウムイオン電池ＬＢを透過して受信超音波探触子Ｐ２で受信される過程で、空気、ガスや異物Ｄ１および空気、ガスや異物Ｄ２の対応した信号を検出する。しかしながら、このような単純な透過型の空中超音波検査では、受信した信号中から空気、ガスや異物Ｄ１と空気、ガスや異物Ｄ２を区別し、それぞれの空気、ガスや異物の深さを検出することが困難となる。

【0006】

特許文献１では、空中で被検体に超音波を透過させて被検体内部の空気、ガスや異物等を高い精度で検査することを目的とした空中超音波検査システムが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００８－１２８９６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１に記載された技術を含めて、リチウムイオン電池ＬＢのように超音波検査が必要となる２重構造を有する被検体においては、透過型の超音波検査で内部構造体（電池本体ＢＴ）のさらに内部の電解液中に生じている空気、ガスや異物と、内部構造体と外部構造体（包材ＣＳ）との間に生じている空気、ガスや異物とを区別し、それぞれの深さを特定することが困難であった。

【0009】

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、内部に生じている空気、ガスや異物の深さ方向の位置を正確に検出することが可能なリチウムイオン電池検査装置およびリチウムイオン電池検査方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様は、所定の振幅の送信信号を発信する信号発信部と、前記信号発信部が発信する送信信号の振幅を含む条件を設定する条件設定部と、前記信号発信部が発信した送信信号を振動子で超音波に変換して、水中の被検体となるリチウムイオン電池に向けて発振し、当該リチウムイオン電池の内外部で反射された超音波を前記振動子で電気信号に変換して出力する送受信超音波探触子と、前記送受信超音波探触子で得た反射波信号中の信号領域を、前記条件設定部で設定した条件に基づいて限定し、前記リチウムイオン電池の空気、ガスや異物の有無と空気、ガスや異物が有った場合の当該空気、ガスや異物の前記リチウムイオン電池での深さ方向の位置を解析する解析部と、を備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、内部に生じている空気、ガスや異物の深さ方向の位置を正確に検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池検査装置の機能回路構成を示すブロック図。

【図2】同実施形態に係る送受信超音波探触子と、被検体となるリチウムイオン電池の検査領域の位置関係を示す図。

【図3】同実施形態に係るリチウムイオン電池に対して図中左側に位置する送受信超音波探触子から検査を行う場合の各種状況とその検査結果の例を示す図。

【図4】同実施形態に係るリチウムイオン電池に対して図中右側に位置する送受信超音波探触子から検査を行う場合の各種状況とその検査結果の例を示す図。

【図5】同実施形態に係るリチウムイオン電池の内部に発生している空気、ガスや異物の位置関係を例示する図。

【図6】一般的なリチウムイオン電池の超音波検査を説明する図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下図面を参照して本発明の一実施形態に係るリチウムイオン電池検査装置について説明する。
［構成］
図１は、本実施形態に係るリチウムイオン電池検査装置１０の概略構成を示すブロック図である。リチウムイオン電池検査装置１０は、主に送受信超音波探触子１１、パルス送受信器１２および検査制御解析器１３からなる。

【0014】

送受信超音波探触子１１は、水中に設置され、パルス送受信器１２から与えられる矩形波パルス信号を超音波パルスに変換し、同じ水中の被検体であるリチウムイオン電池に向けて発振し、当該リチウムイオン電池から反射された反射波パルスを受信して電気信号に変換し、パルス送受信器１２へ出力する。

【0015】

パルス送受信器１２内には、矩形波パルス信号を作成する信号発生部２１、信号発生部２１から出力された矩形波パルス信号を送受信超音波探触子１１へ送信する送信部２２、送受信超音波探触子１１から反射波信号を受信する受信部２３、受信部２３が受信した反射波信号を増幅して検査制御解析器１３へ出力する増幅部２４が設けられている。

【0016】

検査制御解析器１３は、例えば市販のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等で構成されるもので、解析部３１、信号処理部３２、表示部３３、検査条件設定部３４および操作部３５等が設けられている。

【0017】

解析部３１は、パルス送受信器１２の増幅部２４から出力された増幅後の反射波信号中、検査条件設定部３４で指定される範囲を解析し、信号中の空気、ガスや異物に基づく波形の乱れがある場合にその位置と信号レベルに基づいてリチウムイオン電池内の空気、ガスや異物の有無を判定して、判定結果を表示部３３に表示出力する。

【0018】

信号処理部３２は、パルス送受信器１２の増幅部２４から出力された増幅後の反射波信号を検査条件設定部３４での設定条件に従って高速フーリエ変換を行い、デジタルフィルタを通した信号として表示部３３に表示出力する。

【0019】

したがって表示部３３では、信号発生部２１が出力する矩形波パルス信号、増幅部２４が出力する増幅後の反射波信号、および信号処理部３２が出力する周波数変換した反射波信号を、操作部３５での操作により適宜必要に応じて表示出力する。

【0020】

［動作］
図２は、送受信超音波探触子１１と、被検体となるリチウムイオン電池ＬＢの検査領域の位置関係を示す図である。同図では説明のために水の記載を省略しているが、送受信超音波探触子１１と、リチウムイオン電池ＬＢはいずれも、リチウムイオン電池ＬＢの電極部を含む一部を除いて水中に設置される。同図でリチウムイオン電池ＬＢは、その厚さ方向を図示する平面として表している。本実施形態では、水中でリチウムイオン電池ＬＢの表裏いずれかの面に対向するよう設置した送受信超音波探触子１１により、送受信超音波探触子１１から見てリチウムイオン電池ＬＢのより遠位側となる奥側の半分を検査領域とする。

【0021】

図２（Ａ）は、リチウムイオン電池ＬＢに対して図中左側に位置する送受信超音波探触子１１から検査を行う場合の、リチウムイオン電池ＬＢの図中右側に位置する検査領域ＭＲ１を示している。同図（Ａ）では、検査領域ＭＲ１内にある、電池本体ＢＴと包材ＣＳとの間に存在する空気、ガスや異物Ｄ１１をリチウムイオン電池ＬＢの上位側で検査している状態と、電池本体ＢＴ内の電解液の空気、ガスや異物Ｄ１２をリチウムイオン電池ＬＢの下位側で検査している状態を示す。いずれの状態においても、リチウムイオン電池ＬＢを挟んで、図中左側の送受信超音波探触子１１とは対象となる、図中右側の位置に、他の送受信超音波探触子１１を同時に配設しても良いが、検査動作自体は同時には実施せず、電池の左右の送受信超音波探触子１１を切り替えて２回に分けて走査する場合と、電池の左右の送受信超音波探触子１１を時分割（電子切換え）による１回走査で高速に検査を行なう場合の２通りがある。

【0022】

図２（Ｂ）は、リチウムイオン電池ＬＢに対して図中右側に位置する送受信超音波探触子１１から検査を行う場合の、リチウムイオン電池ＬＢの図中左側に位置する検査領域ＭＲ２を示している。同図（Ｂ）では、検査領域ＭＲ２内にある、電池本体ＢＴと包材ＣＳとの間に存在する空気、ガスや異物Ｄ１３をリチウムイオン電池ＬＢの上位側で検査している状態と、電池本体ＢＴ内の電解液の空気、ガスや異物Ｄ１４をリチウムイオン電池ＬＢの下位側で検査している状態を示す。いずれの状態においても、リチウムイオン電池ＬＢを挟んで、図中右側の送受信超音波探触子１１とは対象となる、図中左側の位置に、他の送受信超音波探触子１１を同時に配設しても良いが、検査動作自体は同時には実施せず、電池の左右の送受信超音波探触子１１を切り替えて２回に分けて走査する場合と、電池の左右の送受信超音波探触子１１を時分割（電子切換え）による１回走査で高速に検査を行なう場合の２通りがある。

【0023】

以下、図３乃至図５を用いてより詳細に説明する。
図３は、リチウムイオン電池ＬＢに対して図中左側に位置する送受信超音波探触子１１から検査を行う場合の各種状況とその検査結果の例を示す図である。

【0024】

図３（Ａ）では、検査領域ＭＲ１内にある、電池本体ＢＴと包材ＣＳとの間に存在する空気、ガスや異物Ｄ１１をリチウムイオン電池ＬＢの上位側で検査している「状況１」、電池本体ＢＴ内の電解液の空気、ガスや異物Ｄ１２をリチウムイオン電池ＬＢのほぼ中位で検査している「状況２」、リチウムイオン電池ＬＢの下位側で空気、ガスや異物がない「状況３」を纏めて例示している。

【0025】

図３（Ｂ）の破線で示す部分は、「状況１」～「状況３」での各検査により送受信超音波探触子１１で得られる検査領域ＭＲ１での信号波形を並べて示している。

【0026】

「状況１」では、送信信号Ａ、包材ＣＳ表面からの反射信号Ｂに加えて、電池本体ＢＴと包材ＣＳの間に存在する空気、ガスや異物Ｄ１１からの反射信号Ｃが検出される。

【0027】

「状況２」では、送信信号Ａ、包材ＣＳ表面からの反射信号Ｂに加えて、電池本体ＢＴ内部の空気、ガスや異物Ｄ１２からの反射信号Ｄが検出される。

【0028】

空気、ガスや異物がない「状況３」では、送信信号Ａ、包材ＣＳ表面からの反射信号Ｂに加えて、包材ＣＳの底面からの反射信号Ｅが検出される。

【0029】

空気、ガスや異物Ｄ１１からの反射信号Ｃと、包材ＣＳの底面からの反射信号Ｅは、ほぼ近しい位置で検出されるが、包材ＣＳの底面からの反射信号Ｅは空気、ガスや異物の有無に拘わらず常時検出されるとともに、信号の振幅レベルが異なるために、空気、ガスや異物Ｄ１１の検出前後の同信号波形も勘案することで、空気、ガスや異物Ｄ１１の存在を正確に検出できる。

【0030】

これら検査領域ＭＲ１に存在する空気、ガスや異物に関して、リチウムイオン電池ＬＢの図中右側から検査を行った場合、特に包材ＣＳと電池本体ＢＴの間にある空気、ガスや異物Ｄ１１は、包材ＣＳの表面からの反射信号Ｂと混在して検出が困難となる。そのため、本図３で示した如く、検査領域ＭＲ１に対してはリチウムイオン電池ＬＢの図中左側から検査を行うことが有効となる。

【0031】

同様に、図４は、リチウムイオン電池ＬＢに対して図中右側に位置する送受信超音波探触子１１から検査を行う場合の各種状況とその検査結果の例を示す図である。

【0032】

図４（Ａ）では、検査領域ＭＲ２内にある、電池本体ＢＴと包材ＣＳとの間に存在する空気、ガスや異物Ｄ１３をリチウムイオン電池ＬＢの上位側で検査している「状況１」、電池本体ＢＴ内の電解液の空気、ガスや異物Ｄ１４をリチウムイオン電池ＬＢのほぼ中位で検査している「状況２」、リチウムイオン電池ＬＢの下位側で空気、ガスや異物がない「状況３」を纏めて例示している。

【0033】

図４（Ｂ）の破線で示す部分は、「状況１」～「状況３」での各検査により送受信超音波探触子１１で得られる検査領域ＭＲ１での信号波形を並べて示している。

【0034】

「状況１」では、送信信号Ａ、包材ＣＳ表面からの反射信号Ｂに加えて、電池本体ＢＴと包材ＣＳの間に存在する空気、ガスや異物Ｄ１３からの反射信号Ｃが検出される。

【0035】

「状況２」では、送信信号Ａ、包材ＣＳ表面からの反射信号Ｂに加えて、電池本体ＢＴ内部の空気、ガスや異物Ｄ１４からの反射信号Ｄが検出される。

【0036】

空気、ガスや異物がない「状況３」では、送信信号Ａ、包材ＣＳ表面からの反射信号Ｂに加えて、包材ＣＳの底面からの反射信号Ｅが検出される。

【0037】

空気、ガスや異物Ｄ１３からの反射信号Ｃと、包材ＣＳの底面からの反射信号Ｅは、ほぼ近しい位置で検出されるが、包材ＣＳの底面からの反射信号Ｅは空気、ガスや異物の有無に拘わらず常時検出されるとともに、信号の振幅レベルが異なるために、空気、ガスや異物Ｄ１３の検出前後の同信号波形も勘案することで、空気、ガスや異物Ｄ１３の存在を正確に検出できる。

【0038】

これら検査領域ＭＲ２に存在する空気、ガスや異物に関して、リチウムイオン電池ＬＢの図中左側から検査を行った場合、特に包材ＣＳと電池本体ＢＴの間にある空気、ガスや異物Ｄ１３は、包材ＣＳの表面からの反射信号Ｂと混在して検出が困難となる。そのため、本図４で示した如く、検査領域ＭＲ２に対してはリチウムイオン電池ＬＢの図中右側から検査を行うことが有効となる。

【0039】

このように、リチウムイオン電池ＬＢに対して、図中の左側から検査領域ＭＲ１を検査した結果と、図中の右側から検査領域ＭＲ２を検査した結果とを組み合わせることで、リチウムイオン電池ＬＢの内部全域で空気、ガスや異物が生じている位置を正確に検査できる。

【0040】

図５は、リチウムイオン電池ＬＢの内部に発生している複数の空気、ガスや異物の位置関係を例示する図である。図５（Ａ）に示すように、検査領域ＭＲ１内の検査で電池本体ＢＴと包材ＣＳとの間に空気、ガスや異物Ｄ１１、電池本体ＢＴ内に空気、ガスや異物Ｄ１２が検出されるとともに、検査領域ＭＲ２内の検査で電池本体ＢＴと包材ＣＳとの間に空気、ガスや異物Ｄ１３、電池本体ＢＴ内に空気、ガスや異物Ｄ１４が検出されたものとする。これら検査領域ＭＲ１、ＭＲ２で送受信超音波探触子１１により得た受信信号の波形を組み合わせて解析部３１で画像信号化し、表示部３３で表示する。

【0041】

図５（Ｂ）は、リチウムイオン電池ＬＢ全体を３次元画像化して表示部３３で表示させた場合の、各空気、ガスや異物Ｄ１１～Ｄ１４の位置と大きさ、形状等を例示する図である。このような３次元画像のみならず、Ｃスコープ表示などを表示部３３で実行することにより、リチウムイオン電池ＬＢ内部の空気、ガスや異物を検査結果として視認できる。

【0042】

以上に詳述した如く本実施形態によれば、リチウムイオン電池の内部に生じている空気、ガスや異物の深さ方向の位置を正確に検出することが可能となる。

【0043】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、前記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0044】

１０…リチウムイオン電池検査装置、
１１…送受信超音波探触子、
１２…パルス送受信器、
１３…検査制御解析器、
２１…信号発生部、
２２…送信部、
２３…受信部、
２４…増幅部、
３１…解析部、
３２…信号処理部、
３３…表示部、
３４…検査条件設定部、
３５…操作部、
ＢＴ…電池本体、
ＣＳ…包材、
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ１１～Ｄ１４…空気、ガスや異物、
ＬＢ…リチウムイオン電池、
Ｐ１…送信超音波探触子、
Ｐ２…受信超音波探触子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】