电池响应特性测量方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供电池响应特性测量方法及装置，所述电池响应特性测量方法包括：向缩小电池的电极面之间的距离的方向对所述电池加压；以及对被加压了的所述电池施加电压或电流，测量所述电池的响应特性。
【专利说明】电池响应特性测量方法及装置
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请基于2013年01月10日向日本特许厅提交的日本专利申请第2013-002789号，因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及电池响应特性测量方法及装置。
【背景技术】
[0004]作为调查电池的响应特性的测量方法之一有阻抗测量。在阻抗测量中，向电池提供交流电压或交流电流，获得电流或电压的响应。阻抗测量的结果例如可以作为奈奎斯特图进行表示。
[0005]阻抗测量的结果会由于开始测量阻抗前的电池的状态历史而变化。因此，在测量前，例如把被测量电池的电压从初始电压VO调整到任意的设定电压Vs，该调整可以通过充电或放电进行。例如在所述电压调整结束后紧接着就开始测量阻抗。或者，有时在电压调整结束后设置一定的静止时间，然后开始测量阻抗。在后者的情况下，静止时间没有统一确定，该静止时间由试验者任意设定。例如，“Kinetic Characterization of SingleParticles of LiCo02by AC Impedance and Potential Step Methods”K.Dokko etal., Journal of The Electrochemical Society, vol.148, (5), A422-426 (2001)公开了在开始测量阻抗前设置了静止时间的例子。
[0006]设定电压Vs的值以及调整成设定电压Vs的步骤即使相同，实际上电池电压等有时也不稳定。
[0007]认为产生这种现象的原因之一是由于电池的充放电造成电极的膨胀和收缩。日本专利公开公报特开2010 - 33922号公开了因电池的充放电使电极产生膨胀和收缩。即，因电池的膨胀和收缩，每个充放电循环，电极之间的距离都可能发生变化。
[0008]此外，每次测量都会有温度和湿度的条件不一致的情况。此外也有从作为基准的工序起的电压扫描和时间的历史不一致的情况。这样的温度和湿度条件不一致或者历史的偏差会影响到电池的响应特性。在没有对上述的条件和历史进行管理的状况下，难以得到稳定的测量结果和可重复性。此外，电池特性以外的影响在每次测量中，也会有以不同的程度包含在测量结果中的情况。在该情况下，例如存在不能正确地对同一个电池进行随时间的变化的评价以及不能正确地对多个电池进行电池之间的特性比较。因此对于测量对象的电池有可能做出错误的评价。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供电池响应特性测量方法及装置，可以减少电极的膨胀或者收缩的影响，使可重复性好，可以进行精密地测量。
[0010]本发明一个实施方式的电池响应特性测量方法包括:向缩小电池的电极面之间的距离的方向对所述电池加压；以及对被加压了的所述电池施加电压或电流，测量所述电池的响应特性。
[0011]按照所述的响应特性测量方法，对被加压了的电池施加电压或电流，测量电池的响应特性。因此，能够可重复性好地测量电池的响应特性。
[0012]优选的是，在测量所述响应特性期间，通过所述加压使所述电极面之间的距离保
持固定。
[0013]优选的是，对所述电池加压包括把所述电池夹在加压构件之间。
[0014]优选的是，所述电池响应特性测量方法还包括根据测量所述响应特性时的测量条件，对测量出的所述电池的响应特性进行修正。
[0015]优选的是，测量所述响应特性包括测量所述电池的阻抗作为所述电池的响应特性。
[0016]此外，本发明还提供一种电池响应特性测量装置，其实施所述的电池响应特性测量方法，所述电池响应特性测量装置包括:加压部，向缩小电池的电极面之间的距离的方向对所述电池加压；以及响应特性测量部，对由所述加压部加压了的所述电池施加电压或电流，测量所述电池的响应特性。
[0017]按照本发明的响应特性测量方法及装置，对被加压了的电池施加电压或电流，测量电池的响应特性，因此能够可重复性好地测量电池的响应特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是表示本发明实施方式的响应特性测量方法利用的、测量阻抗的测量系统的框图。
[0019]图2是表示响应特性测量方法步骤的流程图。
[0020]图3A是表示通过加压板加压后的电池的俯视图。图3B是表示通过加压板加压后的电池的主视图。
[0021]图4A是表示没有对电池加压，用以往的测量方法测量阻抗的结果(奈奎斯特图)的图。图4B是表示通过图2所示的步骤SI?步骤S4得到的阻抗的测量结果(奈奎斯特图)的图。
【具体实施方式】
[0022]在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。
[0023]下面对本发明一个实施方式的电池响应特性测量方法(本测量方法)进行说明。
[0024]图1表示本测量方法利用的、测量阻抗的测量系统的框图。
[0025]测量阻抗使用试验控制部20实施。
[0026]如图1所示，试验控制部20包括时间测量部21、电源.电子负载部22、电压测量部23、阻抗测量部24和切换部25。时间测量部21测量并管理阻抗测量中的各处理的时间。电源.电子负载部22对被测量电池10进行充放电，并且向被测量电池10提供交流电压或交流电流。电压测量部23测量被测量电池10的直流电压。阻抗测量部24获得被测量电池10的响应特性，测量其阻抗。切换部25控制电源.电子负载部22、电压测量部23和阻抗测量部24、与被测量电池10之间的连接关系。
[0027]如图1所示，被测量电池10的负极端子11和正极端子12通过切换部25与试验控制部20连接。
[0028]下面对本测量方法的步骤进行说明。
[0029]图2是表示本测量方法的步骤的流程图。
[0030]测量时，最初对被测量电池10加压(步骤SI)。由此，使电池的电极之间的距离保
持一定。
[0031 ] 图3A是表示通过加压板加压后的电池的俯视图。图3B是表示通过加压板加压后的电池的主视图。
[0032]如图3A和图3B所示，在步骤SI中，通过两个加压板(加压构件)31A和加压板31B把被测量电池10夹在中间。通过螺栓等多个固定件32夹紧加压板31A和加压板31B。由此在与被测量电池10的电极面垂直的方向上施加力，使被测量电池10保持被加压了的状态。即，被测量电池10被向电极之间的距离缩小的方向加压。在该情况下，希望被测量电池10的整个电极面作用有均匀的压力。例如可以通过扭矩管理使全部的固定件32的安装扭矩(締寸汁卜 > 夕)一致。
[0033]被测量电池的结构(封装和电极形状等)是各种各样的。因此可以采用与被测量电池对应的加压方法。例如，作为被测量电池的封装，有罐型和层叠型。罐型是在罐中收容有电极。层叠型是把电极收容在平的塑料包装等中。此外，作为电极的形状，有圆筒形、方形或片形等。在是圆筒形时，把电极卷成圆筒形。在是方形时，把电极卷成断面成为正方形或长方形。在是片形时，电极被层叠。此外，本实施方式的被测量电池10将把电极层叠后的片形电池作为例。
[0034]接着，在图2的步骤S2中，调整被测量电池10的内部状态。该调整使用电源?电子负载部22和电压测量部23，通过把一定的历史(例如充放电历史)赋予被测量电池10来进行。此外，在对于SOC (State of Charge:充电状态)的变化有电压灵敏度(电压变化)区域中，可以通过控制电压(负极端子11和正极端子12之间的电压)，实施对被测量电池10的充放电。另一方面，在没有电压灵敏度(电压不变化)的区域，可以通过控制电流值，实施对被测量电池10的充放电。
[0035]此外，最终即使调整成转移到相同电压和相同SOC的状态，也由于是通过充电到达所述状态还是通过放电到达所述状态的不同，所以电池的内部状态不同，因此调整结束后的状态变化方向有时不同，而且难以完全消除调整结束后的状态变化。因此在步骤S2的调整中，可以使用充电或放电中的某一方，实施使用了预先规定的电流值的充放电。由此，可以把调整后的被测量电池10的内部状态调整成一定。
[0036]此外，充放电时的电流值(单位电极面积的电流值)可以设定为小的值(低比率)。由此可以减小被测量电池10的电压降低的影响。例如，在控制电压进行调整的情况下，到达到设定电压为止可以以定电流模式进行充电或放电。此后，切换到定电压模式，以维持设定电压的方式控制电流值。在所述电流值变成设定值以下时，可以视为调整结束。
[0037] 接着，在图2的步骤S3中，测量被测量电池10的阻抗。该测量使用电源.电子负载部22和阻抗测量部24进行。例如，边把测量频率依次从高频率切换到低频率，边从电源.电子负载部22向被测量电池10施加交流电压或电流。根据此时的交流电流或电压成分，阻抗测量部24测量在各频率下的阻抗。步骤S3中的阻抗测量方法没有特别的限定，可以广泛使用以往的方法。
[0038]在步骤S3中的阻抗测量期间，被测量电池10的直流电压(负极端子11和正极端子之12间的电压)由电源?电子负载部22维持在规定的设定电压值。与此同时进行控制，使得被测量电池10的SOC成为规定的状态。这样，使步骤S2中的调整步骤一致，并且使阻抗测量中的被测量电池10的内部状态一定，由此可以确保阻抗测量的可重复性。
[0039]接着，在步骤S4中，对在步骤S3中测量出的阻抗进行修正。如上所述，在步骤S3中的阻抗测量期间，控制被测量电池10的直流电压和S0C，将它们分别维持为规定的电压值和规定的状态。此外，每次测量阻抗，测量条件有时会波动。例如，在阻抗测量中的被测量电池10的直流电压和SOC存在从作为目标的控制值预先设定的规定的电压值和规定的SOC偏离的情况。此外，测量阻抗时的环境的温度和湿度也存在每次测量不同的情况。因此，在步骤S4中，根据在步骤S3中测量阻抗时的被测量电池10的直流电压、SOC和测量环境的温度和湿度，对在步骤S3中测量出的阻抗进行修正。通过在步骤S4中对在步骤S3中得到的测量结果进行修正，可以抑制测量条件波动的影响。[0040]阻抗的修正量可以根据预先获得的数据确定。例如，对于相同结构的电池，可以边改变直流电压、S0C、温度或湿度，边测量阻抗。由此可以预先评定直流电压、S0C、温度或湿度对阻抗施加的影响的大小。
[0041]对阻抗的修正可以针对直流电压、S0C、温度和湿度中的任一个要素实施，或者也可以针对多个要素实施。
[0042]图4A和图4B是表示本测量方法的效果的图。图4A是表示未对电池加压、用以往的测量方法测量阻抗的结果(奈奎斯特图)的图。图4B是表示通过上述的步骤SI~步骤S4得到的阻抗的测量结果(奈奎斯特图)的图。从图4A和图4B的比较可以判明，按照本测量方法，可以抑制针对同一电池进行多次阻抗测量的情况下得到的测量结果(奈奎斯特图)的波动。由此，可以提高测量的可重复性。
[0043]在本测量方法中，能够消除电压、电极之间的距离、温度、湿度、电压扫描的历史、以及从基准工序起经过的时间等在电池之间产生的波动的影响，设定把电池的内部状态视为一定的条件。因此能够可重复性好地、精密地测量电池的响应特性。因此，在出厂检查和劣化检查等中，可以有效地使用测量结果，并且可以正确地比较不同的电池之间的电池特性。
[0044]此外，通过修正阻抗的测量结果(上述步骤S4)，可以有效地抑制测量条件波动的影响。由此，能够进一步提高测量结果的可重复性。
[0045]在上述实施方式中，作为表示电池的响应特性的参数，表示了测量电池的阻抗的例子。可是不限于此，也可以测量直流电阻值、脉冲响应、阶跃响应和过度响应等。本测量方法可以适用于对电池施加电压或电流来测量电池的响应特性的各种测量方法。
[0046]本发明的适用范围不限于上述实施方式。本发明可以广泛适用于测量电池的响应特性的响应特性测量方法。
[0047]此外，本发明的电池响应特性测量方法可以是以下的第一响应特性测量方法~第五响应特性测量方法。[0048]第一响应特性测量方法，测量电池的响应特性，其包括:对所述电池向缩小电池的电极面之间距离的方向加压的步骤；以及向通过所述加压步骤处于被加压了的状态的所述电池施加电压或电流，测量所述电池的响应特性的步骤。
[0049]按照所述的响应特性测量方法，由于向处于被加压了的状态的电池施加电压或电流，测量电池的响应特性，所以能够可重复性好地测量响应特性。
[0050]第二响应特性测量方法是在第一响应特性测量方法中，优选的是，在通过所述测量步骤进行测量期间，通过所述加压步骤使所述电极面之间的距离保持一定。
[0051]第三响应特性测量方法是在第一响应特性测量方法或第二响应特性测量方法中，优选的是，在所述加压步骤中，通过把所述电池夹在构件之间进行加压。
[0052]第四响应特性测量方法是在第一响应特性测量方法?第三响应特性测量方法中的任一种方法中，优选的是，还包括修正步骤，根据在所述测量步骤中测量时的测量条件，对通过所述测量步骤测量出的所述电池的响应特性进行修正。
[0053]第五响应特性测量方法是在第一响应特性测量方法?第四响应特性测量方法中的任一种方法中，优选的是，在所述测量步骤中，测量所述电池的阻抗作为所述电池的响应特性。
[0054]按照第一响应特性测量方法?第五响应特性测量方法，由于对处于被加压了的状态的电池施加电压或电流，测量电池的响应特性，所以能够可重复性好地测量响应特性。
[0055]出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。
【权利要求】
1.一种电池响应特性测量方法，其特征在于， 所述电池响应特性测量方法包括: 向缩小电池的电极面之间的距离的方向对所述电池加压；以及 对被加压了的所述电池施加电压或电流，测量所述电池的响应特性。
2.根据权利要求1所述的电池响应特性测量方法，其特征在于， 在测量所述响应特性期间，通过所述加压使所述电极面之间的距离保持固定。
3.根据权利要求1所述的电池响应特性测量方法，其特征在于， 对所述电池加压包括把所述电池夹在加压构件之间。
4.根据权利要求1所述的电池响应特性测量方法，其特征在于， 所述电池响应特性测量方法还包括根据测量所述响应特性时的测量条件，对测量出的所述电池的响应特性进行修正。
5.根据权利要求1所述的电池响应特性测量方法，其特征在于， 测量所述响应特性包括测量所述电池的阻抗作为所述电池的响应特性。
6.根据权利要求1所述的电池响应特性测量方法，其特征在于， 在测量所述响应特性前，通过把规定的充放电历史赋予被加压了的所述电池，调整所述电池的内部状态。
7.一种电池响应特性测量装置，其特征在于， 实施权利要求1至6中任一项所述的电池响应特性测量方法， 所述电池响应特性测量装置包括: 加压部，向缩小电池的电极面之间的距离的方向对所述电池加压；以及响应特性测量部，对由所述加压部加压了的所述电池施加电压或电流，测量所述电池的响应特性。
8.根据权利要求7所述的电池响应特性测量装置，其特征在于， 所述加压部包括: 一对加压板，把所述电池夹在该一对加压板之间；以及 多个固定件，夹紧所述加压板。
【文档编号】G01R31/36GK103926534SQ201310712031
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年1月10日
【发明者】川野诚, 阿久津智美, 友定伸浩, 矢野哲夫, 虎井总一朗 申请人:横河电机株式会社