JP2011141259A - Device for sorting lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池で発生するマイクロショートを検出してリチウムイオン二次電池の選別を行う装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for detecting a micro-short generated in a lithium ion secondary battery and selecting a lithium ion secondary battery.
リチウムイオン二次電池の製造過程における検査では、良品と不良品の選別を漏れ電流の量で判断している。リチウムイオン二次電池の漏れ電流は、特に複数の電池を直列接続で組み合わせて使用する場合に問題となる。リチウムイオン二次電池は、安全性を考慮して過充電、過放電に対する保護回路が必須であるため、長期間放置された状態では漏れ電流の大きな電池は、他の電池より早く過放電保護回路が作動してしまい、組み合わされた他の電池に残っている電池容量を使い切らないうちに動作を停止してしまう。このような状態で再充電を行うと、電池容量を使い切っていない電池の過充電保護回路が作動したときに前記漏れ電流の多い電池はまだ充分な充電が行われていない。このようにして充放電が繰り返されているとこの組み合わせ電池は、充電も放電もできない状態に陥ってしまう。 In the inspection in the manufacturing process of the lithium ion secondary battery, selection of non-defective product and defective product is judged by the amount of leakage current. The leakage current of a lithium ion secondary battery becomes a problem particularly when a plurality of batteries are used in combination in series connection. Lithium ion secondary batteries require a protection circuit against overcharge and overdischarge in consideration of safety, so batteries that have a large leakage current when left unattended for a long time are overdischarge protection circuits earlier than other batteries. Will stop working before the remaining battery capacity of the other combined batteries is used up. When recharging is performed in such a state, when the overcharge protection circuit for a battery that does not use up its battery capacity is activated, the battery having a large leakage current is not yet fully charged. If charging / discharging is repeated in this manner, this combination battery falls into a state where it cannot be charged or discharged.
現在電池メーカーでは、初期充電後の電圧と数週間程度放置後の電圧の差を測定して、基準値以上に電圧が低下したものを除く方法で製造したリチウムイオン二次電池に対して検査を行っている。この検査方法は、確実ではあるが不良の検出に時間が掛かるのが欠点であり、リチウムイオン二次電池の生産性向上にとって障害となるので、より短時間で検査できる装置が望まれている。 Currently, battery manufacturers measure the difference between the voltage after initial charging and the voltage after standing for several weeks, and inspect lithium ion secondary batteries manufactured by a method that excludes those whose voltage drops below the reference value. Is going. Although this inspection method is reliable, it takes a long time to detect a defect, and this is an obstacle to improving the productivity of the lithium ion secondary battery. Therefore, an apparatus capable of inspecting in a shorter time is desired.
本発明が解決しようとする課題は、短時間でリチウムイオン二次電池の良否を選別できる装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus capable of selecting the quality of a lithium ion secondary battery in a short time.
本発明では、次に示す手段をもって上記課題を解決する。
リチウムイオン二次電池の内部で発生するマイクロショートによってリチウムイオン二次電池の電極間に瞬時的に流れる電流の大きさまたはその持続時間を測定する電子回路を備え、前記電流の大きさまたはその持続時間の度数分布を自動的に算出して、予め設定された所定の基準をもって前記算出結果を判定し、リチウムイオン二次電池の良否を自動的に選別するリチウムイオン二次電池の選別装置とする。In the present invention, the above-described problems are solved by the following means.
An electronic circuit that measures the magnitude or duration of a current that instantaneously flows between the electrodes of the lithium ion secondary battery by a micro short circuit generated inside the lithium ion secondary battery, and the magnitude or duration of the current A lithium ion secondary battery sorting device that automatically calculates the frequency distribution of time, determines the calculation result based on a predetermined criterion set in advance, and automatically sorts the quality of the lithium ion secondary battery. .
リチウムイオン二次電池の内部で発生するマイクロショートによってリチウムイオン二次電池の電極間に瞬時的に流れる電流の波形をA/D変換器でデジタルデータに変換し、予め登録してある典型的なマイクロショートによる電流波形のデータと前記A/D変換器で得られたデータが近似していると判断された場合のみ計数するリチウムイオン二次電池の選別装置とすることもある。 A typical waveform that is pre-registered by converting the waveform of the current that instantaneously flows between the electrodes of the lithium ion secondary battery to digital data by an A / D converter due to a micro short circuit generated inside the lithium ion secondary battery There may be a lithium ion secondary battery sorting device that counts only when it is determined that the current waveform data due to micro short circuit and the data obtained by the A / D converter are approximate.
本発明は、リチウムイオン二次電池の漏れ電流の原因であるマイクロショートによって発生する瞬時的な電流を検出する回路を用いて測定したマイクロショートによる瞬時的な電流の量や持続時間を統計的な手法で分類することでリチウムイオン二次電池の良否判定を行う装置を提供し、リチウムイオン二次電池の生産効率を向上させる。 The present invention statistically measures the amount and duration of instantaneous current caused by a micro short measured using a circuit that detects the instantaneous current generated by the micro short that is the cause of leakage current of a lithium ion secondary battery. By classifying by a method, an apparatus for determining the quality of a lithium ion secondary battery is provided, and the production efficiency of the lithium ion secondary battery is improved.
リチウムイオン二次電池の内部においてマイクロショート(微小な短絡)が発生したときその正負電極間に瞬時的に電流が流れる。この電流を検出する回路から出力される電流波形は、典型的に図2のaのような変化を示す。本発明人の検証によれば、この他に数種の波形が確認されているが、何れも単発性のインパルス状である。電流が流れている期間(持続時間tw)は、十ナノ秒〜数十ナノ秒程度である場合が多い。多数のリチウムイオン二次電池についてこの電流波形を観測すると、振幅および持続時間にばらつきが見られ、且つ一定時間内に発生する頻度も電池によって異なる。本発明は、前記マイクロショートによる電流の振幅や持続時間の度数分布と漏れ電流の相関からリチウムイオン二次電池の良否を判断するものである。 When a micro short circuit (minute short circuit) occurs inside the lithium ion secondary battery, a current flows instantaneously between the positive and negative electrodes. The current waveform output from the circuit for detecting this current typically shows a change as shown in FIG. According to the inventor's verification, several other types of waveforms have been confirmed, all of which have a single impulse shape. The period during which current flows (duration tw) is often about 10 nanoseconds to several tens of nanoseconds. When this current waveform is observed for a large number of lithium ion secondary batteries, variations in amplitude and duration are observed, and the frequency of occurrence within a certain time varies depending on the battery. In the present invention, the quality of the lithium ion secondary battery is judged from the correlation between the current amplitude and duration frequency distribution due to the micro short circuit and the leakage current.
本発明の実施例を図1に示す。リチウムイオン二次電池1に発生するマイクロショートによる瞬時的な電流を検出する回路3の出力波形の振幅を、基準電圧5が異なる複数のコンパレータ4で比較し、コンパレータ4の出力をマイクロプロセッサ6で一定期間内の計数を行うことで、振幅毎の発生頻度を示す度数分布が得られる。マイクロプロセッサ6には予め良品と不良品の度数分布の特徴を記憶させておき、測定された結果との相関や偏差等の統計的処理を行って良否の判定をする。 An embodiment of the present invention is shown in FIG. The amplitude of the output waveform of the circuit 3 for detecting the instantaneous current due to the micro short circuit generated in the lithium ion secondary battery 1 is compared by a plurality of comparators 4 having
図3ではコンパレータの代わりにA/D変換器7を用いて同様の処理を行っている実施例を示す。マイクロショートの検出回路は、微少な電流を検出するため周囲の電波や測定装置の電源などから回り込むノイズを検出することがある。このようなノイズを誤って計数すると良否判定の精度を落としてしまう。この実施例では、高速のA/D変換器7を用いることで電流波形をデジタルデータに変換し、マイクロショートによる電流波形とノイズによる波形を区別して計数することができ判定精度を向上させている。図2に示すようにマイクロショートによる波形aが単発性のインパルスであるのに対しノイズによる波形bはt=数百ナノ秒程度の減衰振動を示し、明らかな違いがあるがコンパレータによる振幅比較だけではこの差はわからない。 FIG. 3 shows an embodiment in which similar processing is performed using an A / D converter 7 instead of a comparator. The micro short detection circuit may detect noise that wraps around from the surrounding radio wave or the power supply of the measuring device in order to detect a minute current. If such noise is counted incorrectly, the accuracy of the pass / fail judgment is reduced. In this embodiment, the current waveform is converted into digital data by using the high-speed A / D converter 7, and the current waveform caused by micro short circuit and the waveform caused by noise can be distinguished and counted, thereby improving the determination accuracy. . As shown in FIG. 2, the waveform a due to micro short is a single impulse, whereas the waveform b due to noise shows a damped oscillation of about t = several hundred nanoseconds, and there is a clear difference, but only the amplitude comparison by the comparator. So I don't know the difference.
図3に示した実施例では、マイクロショートによる電流波形の振幅だけではなく持続時間の度数分布を得ることができる。振幅と持続時間の二つの要素で度数分布を三次元的に解析することでより正確な良否判定が可能になる。持続時間の計測には図4に示すタイムインターバルメータ8を利用することも可能である。ここでタイムインターバルメータ8は、コンパレータ4の出力に得られる電流の持続時間に相当するパルス幅に比例した電圧を出力する回路である。タイムインターバルメータ8の出力電圧をA/D変換器7でデジタルデータに変換し、マイクロプロセッサ6で時間幅を判定している。 In the embodiment shown in FIG. 3, not only the amplitude of the current waveform due to the micro short circuit but also the frequency distribution of the duration can be obtained. By analyzing the frequency distribution three-dimensionally with two elements of amplitude and duration, a more accurate pass / fail judgment can be made. It is also possible to use a time interval meter 8 shown in FIG. 4 for measuring the duration. Here, the time interval meter 8 is a circuit that outputs a voltage proportional to the pulse width corresponding to the duration of the current obtained at the output of the comparator 4. The output voltage of the time interval meter 8 is converted into digital data by the A / D converter 7, and the time width is determined by the
図5に示した実施例は、コンパレータ4による振幅測定とタイムインターバルメータ8による持続時間測定を組み合わせたものである。タイムインターバルメータ8の出力信号は、比較的低速のA/D変換器でも計測が可能であるため、この実施例でA/D変換器7はマイクロプロセッサ6に内蔵されているものを使用して回路の簡素化を図っている。 The embodiment shown in FIG. 5 is a combination of amplitude measurement by the comparator 4 and duration measurement by the time interval meter 8. Since the output signal of the time interval meter 8 can be measured with a relatively low-speed A / D converter, the A / D converter 7 incorporated in the
図1、図3、図4および図5で説明した実施例には、充放電端子2を備えている。これはリチウムイオン二次電池の状態(充電または放電)や充電電流量、放電電流量によってマイクロショートの発生する様子が変化することを考慮したものである。 The embodiment described with reference to FIGS. 1, 3, 4, and 5 includes a charge /
1 リチウムイオン二次電池
2 充放電端子
3 マイクロショートによる電流を検出する回路
4 コンパレータ
5 基準電圧
6 マイクロプロセッサ
7 A/D変換器
8 タイムインターバルメータDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium ion
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JP2010015985A JP2011141259A (en) | 2010-01-08 | 2010-01-08 | Device for sorting lithium ion secondary battery |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106019162A (en) * | 2016-05-18 | 2016-10-12 | 成都雅骏新能源汽车科技股份有限公司 | Power battery energy management method and system |
CN112051510A (en) * | 2019-06-07 | 2020-12-08 | 本田技研工业株式会社 | Method for determining micro short circuit of lithium ion secondary battery |
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2010
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