特開 2023-101844 二次電池の検査装置、二次電池の検査方法

(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】P2023101844

(43)【公開日】2023-07-24

(54)【発明の名称】二次電池の検査装置、二次電池の検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/389 20190101AFI20230714BHJP

   G01R 31/382 20190101ALI20230714BHJP

   G01R 31/385 20190101ALI20230714BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20230714BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20230714BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230714BHJP

【ＦＩ】

G01R31/389

G01R31/382

G01R31/385

H01M10/48 P

H01M10/44 P

H01M10/48 301

H02J7/00 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022002018

(22)【出願日】2022-01-11

(71)【出願人】

【識別番号】598072179

【氏名又は名称】株式会社片岡製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100085338

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 一博

(74)【代理人】

【識別番号】100148910

【弁理士】

【氏名又は名称】宮澤 岳志

(72)【発明者】

【氏名】横山 進

(72)【発明者】

【氏名】池野 花菜

【テーマコード（参考）】

2G216

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

2G216BA01

2G216BA41

2G216BA51

2G216BB07

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA01

5G503CA11

5G503CA16

5G503CB11

5G503EA05

5G503EA09

5G503GD03

5G503GD06

5H030FF22

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF51

(57)【要約】

【課題】製造した二次電池の検査に要する時間をより短縮する。
【解決手段】充電された検査対象の二次電池の開回路電圧を計測する電圧計測部１０１と、電源により前記二次電池に対し前記電圧計測部を介して計測した開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加する電圧印加部１０２と、前記電圧印加部１０２を介して前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加している状態で、二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を計測する電流計測部１０３と、前記電圧印加部１０２を介して前記二次電池に対し印加している電圧の値と、前記電流計測部１０３を介して計測している電流の変動が収まったときの電流の値とから、二次電池の自己放電抵抗の値を算出する自己放電抵抗算出部１０４とを具備する二次電池の検査装置１を構成した。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電された検査対象の二次電池の開回路電圧を計測する電圧計測部と、
電源により前記二次電池に対し前記電圧計測部を介して計測した開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加する電圧印加部と、
前記電圧印加部を介して前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加している状態で、二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を計測する電流計測部と、
前記電圧印加部を介して前記二次電池に対し印加している電圧の値と、前記電流計測部を介して計測している電流の変動が収まったときの電流の値とから、二次電池の自己放電抵抗の値を算出する自己放電抵抗算出部と
を具備する二次電池の検査装置。

【請求項2】

前記電圧印加部が前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際し、充電された当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加える請求項１記載の二次電池の検査装置。

【請求項3】

検査対象の二次電池に充電を行う初期充電部と、
前記初期充電部が充電する前記二次電池の充電率を計測する充電率計測部とを具備し、
前記電圧印加部が前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際し、前記充電率計測部を介して計測した当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加える請求項２記載の二次電池の検査装置。

【請求項4】

前記電圧計測部を介して計測した二次電池の開回路電圧が所定の不良判定値未満である場合、当該二次電池に対しては、前記電圧印加部による電圧の印加、前記電流計測部による電流の計測、及び前記自己放電抵抗算出部による自己放電抵抗の算出を実行しない請求項１、２または３記載の二次電池の検査装置。

【請求項5】

充電された検査対象の二次電池の温度または当該二次電池の充電率に応じて、前記電流計測部が計測した電流の値または前記自己放電抵抗算出部が算出した自己放電抵抗の値を修正する請求項１、２、３または４記載の二次電池の検査装置。

【請求項6】

充電された検査対象の二次電池の開回路電圧を計測する電圧計測ステップと、
電源により前記二次電池に対し前記電圧計測ステップにて計測した開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加する電圧印加ステップと、
前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加している状態で、二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を計測する電流計測ステップと、
前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し印加している電圧の値と、前記電流計測ステップにて計測している電流の変動が収まったときの電流の値とから、二次電池の自己放電抵抗の値を算出する自己放電抵抗算出ステップと
を実行する二次電池の検査方法。

【請求項7】

前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際し、充電された当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加える請求項６記載の二次電池の検査方法。

【請求項8】

検査対象の二次電池に充電を行う初期充電ステップと、
前記初期充電ステップにて充電する前記二次電池の充電率を計測する充電率計測ステップとを実行し、
前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際し、前記充電率計測ステップにて計測した当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加える請求項７記載の二次電池の検査方法。

【請求項9】

前記電圧計測ステップにて計測した二次電池の開回路電圧が所定の不良判定値未満である場合、当該二次電池に対しては、前記電圧印加ステップ、前記電流計測ステップ、及び前記自己放電抵抗算出ステップを実行しない請求項６、７または８記載の二次電池の検査方法。

【請求項10】

充電された検査対象の二次電池の温度または当該二次電池の充電率に応じて、前記電流計測ステップにて計測した電流の値または前記自己放電抵抗算出ステップにて算出した自己放電抵抗の値を修正する請求項６、７、８または９記載の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、製造される二次電池の性能を試験する検査装置及び検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近時、リチウムイオン電池に代表される、充電して繰り返し使用することのできる二次電池（化学電池）が、様々な電気機器や電池機器、ハイブリッド自動車、電気自動車等に採用されている。二次電池の技術開発は急速に進展しており、エネルギ密度の向上、小型化、軽量化、長寿命化が図られている。一方、その生産には非常に高い精度が要求されるようになってきており、信頼性の確保が重要になっている。

【0003】

一般に、リチウムイオン電池等は、単一の電池では出力電圧値が低くその用途が限られてしまうため、高出力を確保するために単電池（または、セル）を直列に組み合わせた組電池の状態で使用されることが多い。電池製造時の充放電試験では、組電池の中の一個の電池が不良である場合でも組電池全体の性能に影響が及ぶことから、個々の電池について全数検査している。また、こうした二次電池は、組立て後に内部の電極を活性化する必要があり、その意味でも充放電試験が個々の電池について実施される。

【0004】

二次電池の活性化や性能試験に用いられる充放電検査装置には、多数個の電池を一括に充電しまたは放電させることのできる機能が求められる。既知の充放電検査装置は、搬入されるトレー（または、パレット）に収容された多数個の電池の各々の電極に接続可能な多数のプローブを備えている（例えば、下記特許文献を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－０７７９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の二次電池の充放電試験では、対象の二次電池をまず満充電し、しかる後当該二次電池をエイジング棚に収めて長期保管する。保管中、二次電池は自己放電し、蓄えている電荷量を減らす。その上で、保管の前後で当該二次電池の開回路電圧（開放電圧、Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）を計測し、保管中の自己放電による電圧降下の大きさを求めて、それに基づき二次電池の良否を検査する。電圧降下幅が明らかに大きい二次電池は、不良品であると判断される。

【0007】

この手法は、二次電池を保管するエイジング期間が著しく長い（リチウムイオン電池であれば、十四日間を超える）という問題を抱えている。エイジング期間が長いことは、二次電池の生産におけるタクトタイムまたはサイクルタイムの長大化に直結する。しかも、全数検査のために二次電池の保管場所を広大に確保しなければならず、コスト面の不利を招く。

【0008】

本発明は、製造した二次電池の検査に要する時間をより短縮することを所期の目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明では、図１に示すように、充電された検査対象の二次電池の開回路電圧を計測する電圧計測部１０１と、電源により前記二次電池に対し前記電圧計測部を介して計測した開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加する電圧印加部１０２と、前記電圧印加部１０２を介して前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加している状態で、二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を計測する電流計測部１０３と、前記電圧印加部１０２を介して前記二次電池に対し印加している電圧の値と、前記電流計測部１０３を介して計測している電流の変動が収まったときの電流の値とから、二次電池の自己放電抵抗の値を算出する自己放電抵抗算出部１０４とを具備する二次電池の検査装置１を構成した。

【0010】

本発明によれば、初期充電した二次電池を長期保管して自己放電による電圧降下を待たずとも、検査対象の二次電池の自己放電抵抗の大きさ、換言すれば自己放電のしにくさ（自己放電抵抗の値が大きいことは、自己放電しにくいことを意味する）を精度よく見積もり、これを基に二次電池の良否を判断することができる。ひいては、製造した二次電池の検査に要する時間を大幅に短縮できる。

【0011】

前記電圧印加部１０２が前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際しては、充電された当該二次電池の充電率（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加えることが好ましい。

【0012】

本発明に係る検査装置１は、検査対象の二次電池に充電を行う初期充電部１０５と、前記初期充電部１０５が充電する前記二次電池の充電率を計測する充電率計測部１０６とを具備することがある。この場合、前記電圧印加部１０２が前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際し、前記充電率計測部１０６を介して計測した当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加えるものとなる。

【0013】

前記電圧計測部１０１を介して計測した二次電池の開回路電圧が所定の不良判定値未満である場合、当該二次電池に対しては、前記電圧印加部１０２による電圧の印加、前記電流計測部１０３による電流の計測、及び前記自己放電抵抗算出部１０４による自己放電抵抗の算出を実行しないようにしてよい。初期充電を完了した段階で開回路電圧が低い二次電池は、不良品であるとして即時的に排斥するのである。

【0014】

充電された二次電池の自己放電の度合いは、二次電池の温度や充電率による影響を受ける。リチウムイオン電池であれば、温度が高いほど自己放電電流が大きくなる、つまりは自己放電抵抗が小さくなる傾向にある。並びに、充電率が高いほど、自己放電電流が大きく、自己放電抵抗が小さくなる。要するに、自己放電抵抗には温度依存性、充電率依存性がある。そこで、充電された検査対象の二次電池の温度及び／または当該二次電池の充電率に応じて、前記電流計測部１０３が計測した電流の値または前記自己放電抵抗算出部１０４が算出した自己放電抵抗の値を修正することとし、二次電池の検査の精度の一層の向上を図るのである。

【0015】

本発明に係る二次電池の検査方法では、充電された検査対象の二次電池の開回路電圧を計測する電圧計測ステップと、電源により前記二次電池に対し前記電圧計測ステップにて計測した開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加する電圧印加ステップと、前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加している状態で、二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を計測する電流計測ステップと、前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し印加している電圧の値と、前記電流計測ステップにて計測している電流の変動が収まったときの電流の値とから、二次電池の自己放電抵抗の値を算出する自己放電抵抗算出ステップとを実行する。

【0016】

前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際しては、充電された当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加えることが好ましい。

【0017】

検査対象の二次電池に充電を行う初期充電ステップと、前記初期充電ステップにて充電する前記二次電池の充電率を計測する充電率計測ステップとを実行する場合には、前記電圧印加ステップにて前記二次電池に対し前記開回路電圧と同等の大きさの電圧を印加するに際し、前記充電率計測ステップにて計測した当該二次電池の充電率に応じて、電圧を印加した当初に二次電池に流入しまたは二次電池から流出する電流を増減調整するような補正を加える。

【0018】

前記電圧計測ステップにて計測した二次電池の開回路電圧が所定の不良判定値未満である場合、当該二次電池に対しては、前記電圧印加ステップ、前記電流計測ステップ、及び前記自己放電抵抗算出ステップを実行しないようにしてよい。

【0019】

充電された検査対象の二次電池の温度及び／または当該二次電池の充電率に応じて、前記電流計測ステップにて計測した電流の値または前記自己放電抵抗算出ステップにて算出した自己放電抵抗の値を修正することも好ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、製造した二次電池の検査に要する時間をより短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る二次電池の検査装置の機能ブロック図。

【図2】本発明に係る二次電池の検査方法の骨子を説明する回路図。

【図3】本発明の一実施形態の二次電池の検査装置のハードウェア資源構成を示す図。

【図4】同実施形態の検査装置の要素である充電及び計測ユニットの構成を具体的に示す回路図。

【図5】同実施形態の検査装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

【図6】同実施形態の検査装置が計測する電流の推移を示すタイミング図。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。はじめに、本実施形態の二次電池５の検査方法の骨子を述べる。検査対象の二次電池５は、一個の単電池セル、または複数個の単電池を直列接続してなるセルモジュールである。検査対象の二次電池５は、その検査に先んじて予め満充電または満充電近くまで初期充電される。

【0023】

その初期充電された二次電池５につき、開回路電圧（ＯＣＶ）を計測する。ＯＣＶとは、二次電池５を、当該二次電池５に蓄えた電力を消費しまたは当該二次電池５に電力を供給する電気回路に接続せずに同二次電池の＋極と－極との間を開放（遮断）したときの、＋極と－極との間の電位差である。

【0024】

次いで、図２に示すように、外部の電源１０２を二次電池５に接続し、電源１０２から二次電池５の電極に対して電圧Ｖ₀を印加する。印加電圧Ｖ₀は、検査対象の二次電池５のＯＣＶと略等しくする。印加電圧Ｖ₀とＯＣＶとの差（の絶対値）は、１０μＶ以下に抑えることが望ましい。その状態で、二次電池５に流入しまたは二次電池から流出する電流Ｉ₀を計測する。

【0025】

図２に示す二次電池５の等価回路において、ｒ₁及びｒ₂は二次電池５の内部抵抗、Ｃは二次電池５の実効容量、Ｒは二次電池５の自己放電抵抗である。仮に、二次電池５に電源１０２その他の電気回路を接続せず、二次電池５の＋極と－極との間を開放したまま長期間放置しておくと、二次電池５内で自己放電電流Ｉ’が流れ、二次電池５に蓄えている電荷の量が減少する。自己放電抵抗Ｒは、この自己放電電流Ｉ’が流れるときの抵抗の大きさに該当する。自己放電抵抗Ｒが大きいほど、自己放電しにくい、性能の良好な二次電池５であると言える。翻って、自己放電抵抗Ｒが明らかに小さいものは、不良の製品である。内部抵抗ｒ₁及びｒ₂は、自己放電抵抗Ｒに比して顕著に小さい。

【0026】

さて、充電された二次電池５のＯＣＶと同等の電圧Ｖ₀を電源１０２から印加することで、電源１０２から二次電池５に流れこむ電流Ｉ₀により、自己放電電流Ｉ’を相殺することができる。即ち、二次電池５内で自己放電電流Ｉ’が生じて二次電池５に蓄えている電荷量が減少すると、当該二次電池５のＯＣＶが低減し、電源１０２の印加電圧Ｖ₀がこれを上回り、電源１０２及び二次電池５を還流する電流Ｉ₀が流れるようになる。しかして、外部からの電流Ｉ₀と内部の自己放電電流Ｉ’とが拮抗すると、二次電池５に蓄えている電荷の量が増えも減りもせず、電流Ｉ₀が一定化して増減変動しなくなる。さすれば、対象の二次電池５の自己放電抵抗Ｒを、
Ｒ＝Ｖ₀／Ｉ₀
として推算することが可能になる。

【0027】

図６に示すように、電源１０２により初期充電済みの二次電池５に対し電圧Ｖ₀の印加を開始する時点ｔ_Sから、外部電流Ｉ₀と自己放電電流Ｉ’とが拮抗する時点ｔ_Dまでの所要時間は、リチウムイオン電池で約一時間程度である。これは、自己放電に起因する電圧降下を観察する従前の検査手法におけるエイジング期間の十四日間に比して圧倒的に短い。

【0028】

因みに、時点ｔ_Sから時点ｔ_Dに至る期間中の二次電池５のＯＣＶの降下量ΔＶは、一個のリチウムイオン電池セルについて一桁μＶ程度である。対して、従前の検査手法におけるエイジング期間中の電圧降下量は、数十ｍＶ以上と大きい。時点ｔ_Dにて流れる自己放電電流Ｉ’≒外部電流Ｉ₀≒ΔＩの大きさは、数百μＡないし数十μＡ程度（特に、約１００μＡ前後）である。無論、これらの値は、検査対象の二次電池５の仕様等により上下し得る。

【0029】

図３及び図４に、本実施形態の二次電池５の検査装置１の具体的なハードウェア構成を示す。本実施形態の検査装置１は、複数個、例えば最大で六十四個の二次電池５を一時に検査できる能力を有する。

【0030】

検査対象である各二次電池５はそれぞれ、充電及び検査ユニット３に電気的に接続される。充電及び検査ユニット３は、計測制御システム３００と、二次電池５に相対する計測回路３０１を内包する回路基板とを要素とする。回路基板上の計測回路３０１は、計測制御システム３００と通信可能に接続されている。

【0031】

計測制御システム３００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メインメモリ、補助記憶デバイス、Ｉ／Ｏインタフェース等を備えた既知のコンピュータシステムである。補助記憶デバイスは、例えばハードディスクドライブ、不揮発性フラッシュメモリ、光学ディスクドライブ等である。計測制御システム３００として、汎用のパーソナルコンピュータやワークステーション、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等を用いても構わない。計測制御システム３００において、ＣＰＵにより実行されるべきプログラムは補助記憶デバイスに格納されており、プログラムの実行の際には補助記憶デバイスからメインメモリに読み込まれ、ＣＰＵによって解読される。計測制御システム３００は、プログラムに従いハードウェア資源を作動させて、計測回路３０１に接続された二次電池５の検査に必要な制御を遂行する。

【0032】

一つの計測制御システム３００に接続されている回路基板は、複数の計測回路３０１を包有する。一つの計測回路３０１は、検査対象の一個の二次電池５に対応している。本実施形態では、一つの回路基板上に八つの計測回路３０１を並列に実装し、各計測回路３０１をそれぞれ一個の二次電池５に接続する。そして、八つの計測回路３０１で八個の二次電池５を互いに独立に充電及び検査し、その八つの計測回路３０１を介した八個の二次電池５の充電及び検査の制御を一つの計測制御システム３００に担わせている。

【0033】

充電及び検査ユニット３の計測制御システム３００は、上位システム４と通信可能に接続されている。上位システム４は、ＣＰＵ、メインメモリ、補助記憶デバイス、Ｉ／Ｏインタフェース等を備えた既知のコンピュータシステムである。上位システム４として、汎用のパーソナルコンピュータやワークステーション、ＰＬＣ等を用いても構わない。上位システム４において、ＣＰＵにより実行されるべきプログラムは補助記憶デバイスに格納されており、プログラムの実行の際には補助記憶デバイスからメインメモリに読み込まれ、ＣＰＵによって解読される。上位システム４は、プログラムに従いハードウェア資源を作動させて、各計測制御システム３００を統御する。

【0034】

本実施形態では、八つの充電及び検査ユニット３を並列に配設している。一つのユニット３は、計測制御システム３００と、八つの計測回路３０１を含む回路基板との組であり、八個の二次電池５を検査できる。総じて、六十四チャンネル、即ち六十四個の二次電池５を一時に検査可能な検査装置１が具現される。

【0035】

図５に、本実施形態の検査装置１（の上位システム４及び／または計測制御システム３００）がプログラムに従い実行する処理の手順例を示す。まず、各ユニット３の計測回路３０１に接続されている接触子（端子、プローブ）２０１、２０２、２０３、２０４を、検査対象の二次電池５の電極に接触させる（ステップＳ１）。検査対象の複数個の二次電池５は、それら二次電池５を支持するトレー等に収められた状態で搬入される。個々の二次電池に相対する接触子２０１、２０２、２０３、２０４は、既知の動作機構（駆動機構）２００により、二次電池５に対して接近または離間する。この動作機構２００の制御は、ＰＬＣ２が担う。上位システム４または計測制御システム３００は、当該ＰＬＣ２に指令を与え、動作機構２００を作動させて、各二次電池５に相対する接触子２０１、２０２、２０３、２０４を当該二次電池５の電極に当接させる。

【0036】

接触子２０１、２０２、２０３、２０４に関して補足すると、接触子２０１、２０２は、検査対象の二次電池の＋極に接続する。接触子２０３、２０４は、同二次電池５の－極に接続する。接触子２０１、２０３は、二次電池５に必要な電圧を印加してこれに通電するとともに、同二次電池５に流入しまたは同二次電池５から流出する電流を検出するために働く。接触子２０２、２０４は、二次電池５の±両極間の電圧を検出するために働く。

【0037】

また、このとき、検査対象の二次電池５の温度を検出するためのセンサ（特に、サーミスタ）２０５が、当該二次電池５の近傍に配置される。この温度センサ２０５は、例えば、一つの接触子２０３に接合しており、動作機構２００を介して同接触子２０３とともに進退移動する。温度センサ２０５が、検査対象の二次電池５毎に個別に存在していることは言うまでもない。

【0038】

接触子２０１、２０２、２０３、２０４を二次電池５の電極に接続したならば、その二次電池５を初期充電する（ステップＳ２）。初期充電のステップＳ２では、計測制御システム３００が、計測回路３０１上のディジタル－アナログ変換回路（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３０２に目標電圧値を指令信号として与え、かつＤＡＣ３１２に目標電流値を指令信号として与える。それにより、目標電圧及び目標電流と同等の電圧及び電流を二次電池５に印加して、二次電池５を充電する。ステップＳ２では、ＤＡＣ３０３及びＤＡＣ３１３に対しては“０”を指令信号として与える。

【0039】

ステップＳ２では、計測回路３０１上の定電圧・定電流制御回路３０５に含まれる増幅器３０６、３０７、３１５、３１６の出力電圧により、半導体スイッチング素子（特に、Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）３０８が精密に制御されて、二次電池５が上記目標電圧及び電流に基づく所望の電荷量またはその近傍まで充電される。詳細には、現在の二次電池５の±両極間電圧が、計測回路３０１上の電圧検出回路３１１を介して検出され、それが増幅器３０６の負帰還側に入力される。並びに、現在の二次電池５の＋電極に流れ込む電流が、計測回路３０１上の電流検出回路３０９を介して（シャント抵抗３１０の両端間電圧の形で）検出され、それが増幅器３１５の負帰還側に入力される。その帰結として、二次電池５が、目標電圧に沿った定電圧、かつ目標電流に沿った定電流で充電されることになる。

【0040】

このように、本実施形態では、充電及び検査ユニット３が、初期充電部１０５としての機能を発揮する。

【0041】

二次電池５の初期充電と並行して、ステップＳ２では、計測制御システム３００が、初期充電された各二次電池５の充電率（ＳＯＣ）の計測を行う。ＳＯＣは、
ＳＯＣ＝（現に二次電池５が蓄えている電荷量）／（同二次電池５の満充電時の容量）×１００％
である。満充電ではＳＯＣ＝１００％、完全放電ではＳＯＣ＝０％である。二次電池５が蓄えている電荷量は、電流検出回路３０９を介して検出される電流量を、計測制御部３において時間積分する（所定周期毎に計測した電流値を積算する）ことにより推算できる。

【0042】

満充電容量は、所定値即ち二次電池５の個体差を考慮しない理論容量としてもよいが、個々の二次電池５の満充電容量を実際に計測してもよい。例えば、対象の電池５を１Ｃ条件（Ｃレートは、充電／放電の速さを表す。電池５の理論容量を一時間で完全充電または完全放電させ得る電流の大きさを１Ｃと定義する。Ｃ／２は、電流の大きさが１Ｃの半分で、完全充電または完全放電に二時間を要することを意味する）で満充電ないしその近傍まで充電し、及び／または、満充電されたと思しき電池５を１Ｃ条件で完全放電ないしその近傍まで放電させることを通じて、対象の電池５の満充電容量を見積もることができる。

【0043】

なお、初期充電された二次電池５のＳＯＣを求めるにあたり、計測制御システム３００が、当該二次電池５のＯＣＶを計測し、そのＯＣＶの値を予め知得しているＳＯＣ－ＯＣＶ曲線（ＯＣＶとＳＯＣとの関係を規定するマップデータまたは関数式）に当てはめることで、二次電池５の現在のＳＯＣを推算するものとしてもよい。二次電池５のＯＣＶは、下記ステップＳ３にて計測する。

【0044】

このように、本実施形態では、充電及び検査ユニット３が、充電率計測部１０６としての機能を発揮する。ステップＳ２にて得た各二次電池５のＳＯＣの値は、各二次電池５を識別する識別子に関連付けて、計測制御システム３００及び／または上位システム４のメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに格納する。

【0045】

検査対象の二次電池５の初期充電を完了したならば、その二次電池５のＯＣＶを計測する（ステップＳ３）。これは、二次電池５の内部の容量Ｃに蓄えられた電荷による電圧を測定することを意味する。ステップＳ３では、計測制御システム３００が、ＤＡＣ３０２、ＤＡＣ３０３、ＤＡＣ３１２、ＤＡＣ３１３におしなべて“０”を指令信号として与え、ＭＯＳＦＥＴ３０８を消弧したままとし、二次電池５に連なる電路を遮断してその＋極と－極との間を開放する。

【0046】

二次電池５のＯＣＶは、＋極側の接触子２０２と－極側の接触子２０４との電位差として、電圧検出回路３１１を介して検出される。その実測のＯＣＶは、計測回路３０１上のスイッチ３１７、増幅器３１８及びアナログ－ディジタル変換回路（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３１９を経由して、計測制御システム３００に受信される。なお、スイッチ３１７は、計測制御システム３００から制御信号を与えることにより随時その切換が可能である。

【0047】

このように、本実施形態では、充電及び検査ユニット３が、電圧計測部１０１としての機能を発揮する。ステップＳ３にて得た各二次電池５のＯＣＶの値は、各二次電池５を識別する識別子に関連付けて、計測制御システム３００及び／または上位システム４のメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに格納する。

【0048】

しかして、検査対象の各二次電池５について、ステップＳ３にて計測した初期充電直後のＯＣＶが不良判定値を下回っていないかどうかを判断する（ステップＳ４）。ステップＳ４は、計測制御システム３００または上位システム４において実行する。

【0049】

ＯＣＶが不良判定値未満である二次電池５は、十分な電荷を蓄えることのできない不良品である。よって、そのような二次電池５に対しては、以降のステップＳ５ないしステップＳ１１を実施しない（ステップＳ１３）。

【0050】

一方、ＯＣＶが不良判定値以上に高い二次電池５に対しては、続いて、当該二次電池５のＯＣＶと同等の電圧Ｖ₀を印加する（ステップＳ５）。ステップＳ５にて、計測制御システム３００は、ＤＡＣ３０２、３０３に、対象の二次電池５のＯＣＶを目標電圧値として指令する信号として与える。そのＯＣＶの値は、ステップＳ３にて計測したものである。これにより、対象の二次電池５のＯＣＶに極めて近い電圧Ｖ₀を、当該二次電池５の電極に印加する。

【0051】

ＤＡＣ３０２、３０３に関して補足すると、ＤＡＣ３０２及びＤＡＣ３０３は何れも、ディジタル数値を計測制御システム３００から受信し、その値に対応する大きさのアナログ電圧を出力するものである。ＤＡＣ３０３が出力できる電圧の範囲（レンジ）は、ＤＡＣ３０２が出力できる電圧の範囲よりも狭い（例えば、後者の範囲の１／４０９６）。ＤＡＣ３０３に入力される値が一ビット変化するときの出力電圧の変化量は、ＤＡＣ３０２に入力される値が一ビット変化するときの出力電圧の変化量よりも顕著に小さい（例えば、後者の変化量の１／４０９６）。ＤＡＣ３０３は、ＤＡＣ３０２と比較して出力電圧の解像度が高く、これを介して二次電池５に対する印加電圧をμＶオーダーで増減調整することを可能にする。

【0052】

ステップＳ５にて、計測制御システム３００は、電圧検出回路３１１を介して実測される二次電池５のＯＣＶと、ＤＡＣ３０２に指令している電圧値との電位差（偏差）を縮小するために加味するべき補正量を、ＤＡＣ３０３に与える。二次電池５のＯＣＶと、ＤＡＣ３０２、３０３に指令する電圧値との電位差は、定電圧・定電流制御回路３０５に含まれる増幅器３０６から出力され、スイッチ３１７、バッファ３１８及びＡＤＣ３１９を介して計測制御システム３００に入力される。計測制御システム３００は、これを参照してＤＡＣ３０３に与える電圧値を増減させる。計測回路３０１上に、ＤＡＣ３０２とは別に電圧補正用のＤＡＣ３０３を並設していることで、充電された二次電池５のＯＣＶに極めて近似した大きさの電圧Ｖ₀を、当該二次電池５の電極に印加することができる。ＯＣＶと印加電圧Ｖ₀との偏差の絶対値は、１０μＶ以下に抑えられる。

【0053】

さらに、初期充電直後の二次電池５のＳＯＣに応じた補正を、当該二次電池５への印加電圧Ｖ₀に加えてもよい（ステップＳ６）。リチウムイオン電池５では、ＳＯＣ（または、ＯＣＶ）が高いほど、自己放電電流Ｉ’の量が多く、自己放電抵抗Ｒが低くなる傾向にある。故に、検査対象の二次電池５のＳＯＣが高いほど印加電圧または印加電流を大きくすることが、下記ステップＳ７にて計測する外部電流Ｉ₀の収束を早めるために効果的であると言える。

【0054】

ＤＡＣ３１２、３１３に関して補足すると、ＤＡＣ３１２及びＤＡＣ３１３は何れも、ディジタル数値を計測制御システム３００から受信し、その値に対応する大きさのアナログ電圧を出力するものである。ＤＡＣ３１３が出力できる電圧の範囲は、ＤＡＣ３１２が出力できる電圧の範囲よりも狭い（例えば、後者の範囲の１／４０９６）。ＤＡＣ３１３に入力される値が一ビット変化するときの出力電圧の変化量は、ＤＡＣ３１２に入力される値が一ビット変化するときの出力電圧の変化量よりも顕著に小さい（例えば、後者の変化量の１／４０９６）。ＤＡＣ３１３は、ＤＡＣ３１２と比較して出力電圧の解像度が高く、これを介して二次電池５に対する印加電圧をμＶオーダーで増減調整することを可能にする。

【0055】

ステップＳ６にて、計測制御システム３００は、ステップＳ３で計測されメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに記憶保持している、検査対象の二次電池５のＳＯＣに応じた補正量を、ＤＡＣ３１３に指令信号として与える。その補正量の値は、当該二次電池５のＳＯＣが高いほど増加させる。ＤＡＣ３１３に与える補正量が増すと、二次電池５に印加する電圧Ｖ₀が増大する。計測回路３０１上に、ＤＡＣ３１２とは別に電流補正用のＤＡＣ３１３を並設していることで、充電された二次電池５の自己放電電流Ｉ’に極めて近似した大きさの外部電流Ｉ₀を、当該二次電池５の電極に印加することができる。

【0056】

このように、本実施形態では、充電及び検査ユニット３が、電圧印加部１０２としての機能を発揮する。

【0057】

初期充電された二次電池５に対して電圧Ｖ₀の印加（ステップＳ５、Ｓ６）を開始した時点ｔ_S後、計測制御システム３００は、外部から二次電池５に流れ込み、または二次電池５から外部に流れ出る電流Ｉ₀を反復的に計測し続ける。外部電流Ｉ₀は、接触子２０１に連なる電流検出回路３１０を介して検出される。その実測の外部電流Ｉ₀は、スイッチ３１７、増幅器３１８及びＡＤＣ３１９を経由して、計測制御システム３００に受信される。

【0058】

このように、本実施形態では、充電及び検査ユニット３が、電流計測部１０３としての機能を発揮する。

【0059】

外部電流Ｉ₀は、二次電池５内部で生じる自己放電電流Ｉ’を相殺する。外部電流Ｉ₀と自己放電電流Ｉ’とが拮抗すると、二次電池５に蓄えている電荷の量が増えも減りもせず、電流Ｉ₀が一定化して増減変動しなくなる。計測制御システム３００は、二次電池５に電圧Ｖ₀を印加しながら、外部電流Ｉ₀の変動の収束を待つ（ステップＳ７）。ステップＳ７では、外部電流Ｉ₀の単位時間あたりの増加量または減少量の絶対値が０となり、または０に近い閾値以下に縮小したことを以て、その変動が収束したと判断する。

【0060】

外部電流Ｉ₀がほぼ一定に収束したならば、その時点ｔ_Dで印加している電圧値Ｖ₀及び計測した電流値Ｉ₀を、各二次電池５を識別する識別子に関連付けて、計測制御システム３００及び／または上位システム４のメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに格納する。そして、計測制御システム３００または上位システム４において、それら電圧値Ｖ₀及び電流値Ｉ₀を基に、検査対象の二次電池５の各々の自己放電抵抗Ｒを算定する（ステップＳ９）。既に述べた通り、二次電池５の自己放電抵抗Ｒは、
Ｒ＝Ｖ₀／Ｉ₀
として求められる。

【0061】

なお、自己放電抵抗Ｒを推算（ステップＳ９）する際に用いる外部電流Ｉ₀の値を、対象の二次電池５の温度及び／または二次電池５のＳＯＣに応じて修正してもよい（ステップＳ８）。リチウムイオン電池５では、その温度が高いほど自己放電電流Ｉ’が大きくなる傾向にある。そこで、温度センサ２０５を介して検出される二次電池５の温度が高いほど、電流値Ｉ₀を低く修正した上で自己放電抵抗値Ｒを算定する。同様に、対象の二次電池５のＳＯＣが高いほど、電流値Ｉ₀を低く修正した上で自己放電抵抗値Ｒを算定する。

【0062】

あるいは、ステップＳ９にて、一旦は外部電流値Ｉ₀に修正を施すことなく自己放電抵抗値Ｒを算出し、その自己放電抵抗値Ｒを、対象の二次電池５の温度及び／または二次電池５のＳＯＣに応じて修正することも考えられる。この場合には、二次電池５の温度が高いほど自己放電抵抗値Ｒを高く修正し、二次電池５のＳＯＣが高いほど自己放電抵抗値Ｒを高く修正する。

【0063】

何れにせよ、自己放電電流Ｉ₀の温度依存性を考慮に入れて、検査対象の二次電池５の品質または性能を示唆する自己放電抵抗Ｒの値を精確に見積もることができるようになる。ひいては、二次電池５の検査の精度がより一層向上する。

【0064】

このように、本実施形態では、充電及び検査ユニット３または上位システム４が、自己放電抵抗算出部１０４としての機能を発揮する。

【0065】

それから、上位システム４または計測制御システム３００は、当該ＰＬＣ２に指令を与え、動作機構２００を作動させて、各二次電池５に相対する接触子２０１、２０２、２０３、２０４を二次電池５の電極から離反させる（ステップＳ１０）。

【0066】

ステップＳ７ないしステップＳ９を経て算出した、各二次電池５毎の自己放電抵抗Ｒの値は、当該二次電池５を識別する識別子に関連付けて、計測制御システム３００及び／または上位システム４のメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに格納する。

【0067】

最後に、上位システム４または計測制御システム３００において、各二次電池５の自己放電抵抗Ｒの値が所定の許容範囲内にあるか否かを判断し（ステップＳ１１）、許容範囲内にある二次電池５は正常品であると判定し（ステップＳ１２）、許容範囲内にない二次電池は不良品であると判定する（ステップＳ１３）。個々の二次電池５の正常／不良の判定結果は、当該二次電池５を識別する識別子に関連付けて、計測制御システム３００及び／または上位システム４のメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに格納する。

【0068】

本実施形態によれば、従前の検査手法に比して、製造した二次電池５の検査に要する時間を大きく短縮することが可能である。

【0069】

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、検査装置１自体で二次電池５の検査前の初期充電を遂行していたが、検査装置１以外の充電装置を用いて初期充電を完了した二次電池を検査装置１に搬入して、当該検査装置１による検査を実行することもできる。この場合、図１に示す初期充電部１０５及び充電率計測部１０６の機能が不要となる。並びに、図５に示す初期充電及びＳＯＣ計測のステップを省略できる。初期充電された検査対象の二次電池５のＳＯＣの値は、充電装置等から電気通信回線を介して送信され、上位システム４及び／または計測制御システム３００がこれを受信し、二次電池５を識別する識別子に関連付けてメインメモリ若しくは補助記憶デバイスに格納することとなる。

【0070】

その他、各部の具体的構成や処理の手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0071】

本発明は、二次電池を充電及び／または放電して二次電池の活性化や性能試験を行う検査装置に適用することができる。

【符号の説明】

【0072】

１…検査装置
１０１…電圧計測部
１０２…電圧印加部
１０３…電流計測部
１０４…自己放電抵抗算出部
１０５…初期充電部
１０６…充電率計測部
５…二次電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】