説明

電池検査装置及び電池検査方法

【課題】高容量のスタック型の電池であっても、電極板の位置ずれを検査できる電池検査装置を提供する。
【解決手段】層をなす複数の四角形の電極板を有する電池1の電極板の相互の位置ずれを検査する電池検査装置であって、対向配置されたX線管2とX線検出器5との間に電池1を位置決めし回転させる位置決め回転機構4と、電池1の複数の回転位置で電極板の角の部分を辺に対して傾斜した方向に透過したX線ビーム3をX線検出器5で検出した透過データを用いて断面像を作成し、その断面像より電極板の相互の位置ずれを検出して良否を判定するデータ処理部6とを有することを特徴とする電池検査装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池内の正極板と負極板の位置ずれを検査する電池検査装置及び電池検査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、携帯電話などの機器の発達や電気自動車の実用化でリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池の需要が拡大している。
【0003】
特に、電解液をゲル状にしたリチウムイオンポリマー電池が液漏れし難く、また、エネルギー密度が高い、薄型にできるなどの理由で普及しはじめている。リチウムイオンポリマー電池は平面状の正極板と負極板をセパレータを介して何層も積み上げる構造(以下スタック型)になっている。
【0004】
このリチウムイオンポリマー電池において、正極板が負極板よりはみ出していると、使用しているうちに、はみ出した正極板にリチウムが析出してショートし、発火することがある。そのため、正極板と負極板の位置を保ってずれが生じないようにすることが安全のため重要である。このずれは容器封印後に放射線透視をおこなって検査されている。
【0005】
このようなスタック型電池の放射線透視を行なう従来の電池検査装置としては特許文献1に記載の装置がある。
【0006】
図7は従来のスタック型電池の放射線透視による検査方法を示す模式図である。図7に示すように、まず、電池60の正極板61の長辺に沿ったAA方向に放射線を放射し、放射線検出器40で透過像を検出する。この放射線透過像を画像処理することで、長辺に沿って層ごとに正極板61と負極板62の位置が適正か判定する。次に、電池60の正極板61の短辺に沿ったBB方向に放射線を放射し、同様に、短辺に沿って層ごとに正極板61と負極板62の位置が適正か判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2004−22206号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
近年、スタック型のリチウムイオンポリマー電池は高容量化する傾向にある。高容量化することで、電極板の大きさは例えば一辺10cmないし30cmと大型化し、正極板と負極板の一組が成す層の厚さは例えば0.15mmと薄層化し、層数も例えば50と増大している(従来は5cm、0.3mm、10層程度)。
【0009】
このため、従来のように電極板の一辺に沿った方向の透視を行うと、一辺が長くなり層も薄くなっているため、電極板の反りの影響で放射線が通りにくくなることで、放射線透過像は不鮮明になり、また電極板の透過像が重なり合ってさらに不鮮明になって検査ができなくなる問題がある。
【0010】
本発明は、上記の問題を解決するためのものであり、その目的は、高容量のスタック型の電池であっても、電極板の位置ずれを検査できる電池検査装置及び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】
【0011】
上記の問題を解決するために請求項1に記載の発明は、層をなす複数の四角形の電極板を有する電池の前記電極板の相互の位置ずれを検査する電池検査装置であって、対向配置された放射線源と、放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記電池を位置決めし回転させる位置決め回転手段と、前記電池の複数の回転位置で前記電極板の角の部分を辺に対して傾斜した方向に透過した放射線を前記放射線検出器で検出した透過データを用いて前記電極板の角の部分の辺に対して傾斜した断面像を作成し、前記断面像より前記電極板の相互の位置ずれを検出して良否を判定するデータ処理手段とを有することを要旨とする。
【0012】
この構成で、電極板の角部分を、傾斜した方向で透過像を撮影(検出と出力)するので、放射線ビームが電極板を透過する長さが短くなり、電極板の反りの影響で放射線が通りにくくなることや反りの影響で電極板の透過像が不鮮明になることを軽減した透過像を撮影でき、したがって、撮影した透過像から、十分な鮮明度の角部分の傾斜した断面像を再構成できる。さらに1つの角部分における傾斜した断面像より、電極板の位置ずれを検出し良否判定を行うことができ、高容量のスタック型の電池で電極板が大きく薄層であっても、断面像から電極板の位置ずれを検出することが可能となる。
【0013】
上記の問題を解決するために請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電池検査装置において、前記データ処理手段は、2つ以上の前記角の部分に対して、それぞれ前記傾斜した断面像を作成し、前記2つ以上の断面像から電極板の位置ずれを検出することを要旨とする。
【0014】
この構成で2つ以上の角部分で十分な鮮明度の傾斜した断面像を再構成でき、この2つ以上の断面像から回転ずれがある場合でも電極板の位置ずれを検出し良否判定を行なうことができる。
【0015】
上記の問題を解決するために請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の電池検査装置において、前記データ処理手段は、4つの前記角の部分に対して、それぞれ前記傾斜した断面像を作成し、前記4つの断面像から電極板の位置ずれを検出することを要旨とする。
【0016】
この構成で4つの角部分で十分な鮮明度の傾斜した断面像を再構成でき、この4つの断面像から、回転ずれがあり、また、電極板の大きさの誤差が大きい場合でも電極板の位置ずれを検出し良否判定を行なうことができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、高容量のスタック型の電池であっても、電極板の位置ずれを検査できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第一の実施形態の電池検査装置の構成図(平面図)。
【図2】電池1の構造を示す模式図。
【図3】第一の実施形態の検査のフロー図。
【図4】第一の実施形態で得られた電池の角部分の傾斜断面像を示す模式図。
【図5】第一の実施形態における位置ずれΔx,Δyを求める説明図。
【図6】第一の実施形態の変形例4に係わる、回転ずれがある場合の正極板の位置ずれを示す説明図。
【図7】従来のスタック型電池の放射線透視による検査方法を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
(第一の実施形態の構成)
図1は本発明の第一の実施形態の電池検査装置の構成図(平面図)である。
【0020】
電池検査装置は、電池1の電極板の位置ずれを検査する装置であり、X線管2(放射線源)と、X線管2から放射されて検出されるX線ビーム3の中に電池1を位置決め回転させる位置決め回転機構4(位置決め回転手段)と、電池1を透過したX線ビーム3を検出し、透過像(透過データ)として出力するX線検出器5(放射線検出器)と、透過像を取り込み、電極板の位置ずれを検出し、良否を判定するデータ処理部6(データ処理手段)、データ処理部6からの指令で位置決め回転機構4を制御する機構制御部7、より成る。また、他の構成として、X線管2に高電圧を供給する高圧発生器や管電圧・管電流を制御するX線制御器、電池1を搬送して位置決め回転機構4に授受する電池搬送機構、不良と判定した電池を排除する排除機構、X線コリメータやX線遮蔽箱等を有するが、図1では省略している。
【0021】
位置決め回転機構4は、電池1を保持するホルダ4aと、ホルダの姿勢を変更する姿勢変更機構(不図示)と、ホルダ4aの姿勢を保ったまま回転軸RAに対して回転させる回転機構4bより成る。電池1は位置決め回転機構4により回転させられるとともに位置決めされる。
【0022】
回転軸RAは、X線ビーム3と略垂直に交差している。正確には、回転軸RAは、放射されたビーム中の検出されるX線ビーム3の中央であるX線光軸Lの方向に垂直な方向で、X線ビーム3と交差する配置である。
【0023】
X線管2としては、例えば、X線ビーム3の発散点であるX線焦点Fの大きさが1μm程度のマイクロフォーカスX線管を用いる。
【0024】
X線検出器5は、2次元の分解能でX線を検出するもので、例えば、X線像を可視光像に変換するX線II(イメージインテンシファイア)と、この可視光像を撮影してデジタルデータとしての透過像を出力する撮像カメラ、及びX線IIと撮像カメラを制御する検出器制御部、等より成る。
【0025】
図2は電池1の構造を示す模式図である。図2(a)は平面図、図2(b)はE−E断面図、図2(c)は図2(b)の一部拡大図である。スタック型の電池1は、例えば、リチウムイオンポリマー電池で、電極板としては四角形で、約100×200mmの正極板11と、これより数mm大きな負極板12が交互に重ねられ、正極板11と負極板12の一組が成す層の厚さは約0.2mmで、約30層が重ねられ、全体は約6mmの厚みになる。
【0026】
正極板11と負極板12の間には薄い樹脂製のセパレータがあるが図では省略している。電極板(正極板11と負極板12の総称)11、12の全体はアルミとポリプロピレン多層のラミネートフィルムでできたケース13に収納され、電極板の間隙にはゲル状電解液14が充填されている。各正極板11には正極リード15が接続され、正極リード15は1本に束ねられて外部に取り出され、各負極板12には同様に負極リード16が接続され、同様に外部に取り出されている。
【0027】
機構制御部7はデータ処理部6からの指令で位置決め回転機構4を制御するとともに、不図示の電池搬送機構や不良と判定した電池を排除する排除機構を制御するほか、これらの機構のステータスをデータ処理部6に送信する。
【0028】
データ処理部6は、例えば、通常のコンピュータであり、CPU、メモリ、インターフェース、キーボードやマウスなどの入力部、表示部、などを持つ。データ処理部6は、記憶している検査プログラムをCPUにより実行し、X線検出器5と機構制御部7に指令を送信して検査を行う。
【0029】
検査プロブラムとしては、電池1を回転させつつ透過像を収集するスキャンプログラムや、収集した透過像を再構成して断面像を作成するプログラム、また、得られた断面像から電極板の相互の位置ずれを検出し、良否を判定するプログラムを含む。さらに、データ処理部6は不良と判断した場合、機構制御部7に不良品の排除信号を送信する。
【0030】
(第一の実施形態の作用)
図2、図3、図4、図5を参照して、第一の実施の形態における作用を説明する。
【0031】
第一の実施形態は、複数の電極板11、12間の相互の位置ずれを、前提、
{電極板それぞれの大きさは正確で誤差は無視できる}、
{ずれは平行ずれのみ}、
の下に検出するものである。
【0032】
図3は第一の実施形態の検査のフロー図である。検査は、検査プログラムによりデータ処理部6のCPUにより行われる。
【0033】
ステップS1で、位置決め回転機構4により、ホルダ4aに保持された電池1を位置決めする。位置決めは電極板が回転軸RAに平行になるように、また図2の角部分C1が回転軸RA上に位置し、また、第一の角部分C1を通って辺に対して45°傾斜して電極板に垂直な断面位置P1に沿ってX線ビーム3が透過するよう、X線光軸LがP1に沿うように位置決めする。次に、回転機構4bにより電池1を回転させながら複数位置でX線検出器5が透過像を撮影する。データ処理部6は、これらの透過像を収集して記憶し、さらに、これらの透過像から回転軸RAに直交する断面位置P1の断面像を再構成する。なお、再構成は公知の方法を用いる。
【0034】
図4はステップS1で得られた電池の角部分の傾斜断面像を示す模式図である。ステップS2で、図4を参照して、データ処理部6は、ステップS1で得た角部分C1の傾斜断面像を用いて、一方の端における正極板に対する負極板の突出長さL1を求める。突出長さL1は、上層から順に、隣接する正極板11負極板12の組み合わせ番号kごとにL1(k)として求める(k=1,2,…K)。以下、便宜的にこの組み合わせ番号kを層番号kと呼ぶことにする、L1(k)は通常の画像処理を用い、例えば、フィルタ処理、2値化、電極板端部の識別と座標求出などを行って求める。
【0035】
なお、正極板が負極板より突出していた場合、突出長さL1(k)はマイナス値とする。また、突出長さL1(k)としては画像上の画素単位の長さを実長に変換して求めるものとする。実長L1(k)は、
実長=画素単位の長さ×断面像の1画素寸法 ………(1)
で求められる。ここで、断面像の1画素寸法は寸法が概知の物体を撮影することであらかじめ求めて記憶してある値を用いる。
【0036】
ステップS3でも同様に図4を参照して、ステップS2と同様に、上層から順に、他方の端における正極板に対する負極板の突出長さL2(k)を実長で求める(k=1,2,…K)。
【0037】
ステップS4で層番号kのループに入りステップS5,S6をk=1,2,…Kで以下のように繰り返す。
【0038】
ステップS5で、ステップS2、S3で求めたL1(k)、L2(k)から、負極板を基準としたときの正極板の所定位置からの位置ずれΔx,Δyを以下のように求める。
【0039】
図5は第一の実施形態における位置ずれΔx,Δyを求める説明図である。図
5はk番目の層での正極板11と負極板12の位置関係を示している。ここで、位
置ずれのないときの負極板12のx、y方向それぞれの突出量をLx0、Ly0とする。
【0040】
傾斜断面像より求めた突出長さL1(k)、L2(k)より、式、
Δx=L1(k)・cosθ−Lx0 ………(2)
Δy=L2(k)・sinθ−Ly0 ………(3)
でΔx、Δyが求められる。
【0041】
θ=45°の時は式(2)、(3)は、それぞれ、
Δx=L1(k)/√2−Lx0 ………(4)
Δy=L2(k)/√2−Ly0 ………(5)
となる。
【0042】
ステップS6で、層別の良否判定を以下のように行う。
ずれの許容値をx、y方向でそれぞれΔxlmt、Δylmtとして、
|Δx|<Δxlmt、かつ、|Δy|<Δylmt
のとき層kについて、良品とし、他の場合不良品とする。
【0043】
ステップS7で、全kについてループが終了してない場合はステップS5にもどりkを変えてステップS5,S6を繰り返し、全kについて終了した場合はステップS8に進む。
【0044】
ステップS8では、総合の良否判定を行う。総合の良否判定は全層kで良品と判定されたときのみ総合で良品と判定することで行われる。
【0045】
以上の検査のフローにより、全層で負極板の突出長さが、xの正負方向各端で(Lx0−Δxlmt)以上、かつ、yの正負方向各端で規定値(Ly0−Δylmt)以上となる電池1のみが良品と判定される。
【0046】
(第一の実施形態の効果)
第一の実施形態によれば、電極板の1つの角部分を通って辺に対して45°傾斜して電極板に垂直な断面位置P1に沿って多方向から透過像を撮影するので、各方向で、放射線ビームが電極板を透過する長さが短くなり、電極板の反りの影響で放射線が通りにくくなることや反りの影響で電極板の透過像が不鮮明になることを軽減した透過像を撮影でき、したがって、撮影した透過像を再構成して十分鮮明な角部分の傾斜した断面像を得ることができる。これにより、再構成した1つの傾斜断面像から、平行ずれの前提の下に電極板の位置ずれを検出し良否判定を行うことができ、高容量のスタック型の電池で電極板が大きく薄層であっても、断面像から電極板の位置ずれを検出することが可能となる。
【0047】
(第一の実施形態の変形)
(変形例1)
第一の実施形態では、電極板の面に垂直でかつ辺に対し45°傾斜した断面位置P1で角部分を断層撮影しているが、必ずしも45°でなくてもよい。図5を参照して、傾斜角θが45°のときX線ビームが電極板を透過する長さは最小となり最良であるが、45°から離れたときこの長さの増加は緩やかで、傾斜角θは大まかに45°程度であれば良く、例えば約20°ないし70°の範囲に設定可能である。
【0048】
(変形例2)
第一の実施形態では、1つの角部分について断層像を撮影しているが、2つ以上の角部分について電極板の面に垂直で、かつ辺に対し45°傾斜した断面位置で断層撮影し、得られたそれぞれの断面像から電極板の位置ずれを検出するようにしてもよい。これにより、統計精度を上げて位置ずれを検出することができる。ここで、位置ずれΔx、Δyを求める計算としては、例えば、それぞれの断面像から第一の実施形態と同様に角部分で、それぞれ位置ずれを求め、求めた位置ずれを平均して最終的な位置ずれΔx、Δyとすることで行うことができる。
【0049】
(変形例3)
図3を参照して、第一の実施形態では、kループ(ステップS4ないしS7)を全層について計算しているが、ステップS6の層別の良否判定で不良と判定されたとき、ループを終了させステップS8の総合判定に移るようにしてもよい。1つの層でも不良があった場合、総合判定で不良になるからである。
【0050】
(変形例4)
第一の実施形態では、平行ずれを前提にしているが2ヶ所以上の角で傾斜断面像を撮影することで回転ずれがある場合でも位置ずれ良否が判定できる。
【0051】
図6は回転ずれがある場合の正極板の位置ずれを示す説明図である。
【0052】
図6を参照して、任意の2つの角部分で断層撮影してΔx、Δyを求めれば、他の2つの角位置での位置ずれΔx、Δyは計算のみで求められ、求めた4つの角度分での位置ずれから良否を判定することができる。
【0053】
以下、一例として、角部分C1、C3で断層撮影する場合を記載する。データ処理部6は、まず、第一の実施形態と同様に角部分C1の断面位置P1で傾斜断面像を撮影して位置ずれΔx1、Δy1を得る。次に、データ処理部6は位置決め回転機構4により電池1の姿勢を変更し、角部分C3を通って電極板に垂直で辺に対し45°傾斜した断面位置P3(図2参照)が、回転軸RAに垂直になり、X線光軸Lに沿うように、また角部分C3が回転軸RA上にくるように、位置決めし、第一の実施形態と同様に角部分C3の断面位置P3で傾斜断面像を撮影して位置ずれΔx3、Δy3を式(4)、(5)より求める。
【0054】
データ処理部6は、このように断層撮影して角端部におけるローカルな位置ずれΔx1、Δy1、Δx3、Δy3(図6のx,y正方向を+に取る)を求めた後に、計算のみで角部分C2とC4でのローカルな位置ずれΔx2、Δy2、Δx4、Δy4を求める。この計算は、例えば、Dx、Dyを正極板のx方向、y方向の長さとすると、式、
Δxm{;正極板中央のx方向ずれ}=(Δx1+Δx3)/2 ………(6)
Δxm{;正極板中央のy方向ずれ}=(Δy1+Δy3)/2 ………(7)
α{;対角線の傾斜}=atan(Dx/Dy) ………(8)
D{;対角線長}=√(Dx+Dy) ………(9)
Δφ{;角度ずれ}=atan{(Δx3・cosα−Δy3・sinα−Δx1・cosαΔy1・sinα)/D} ………(10)
Δx2=Δxm+D/2・tanΔφ・cosα ………(11)
Δy2=Δym+D/2・tanΔφ・sinα ………(12)
Δx4=Δxm−D/2・tanΔφ・cosα ………(13)
Δy4=Δym−D/2・tanΔφ・sinα ………(14)
で計算される。ここで、各Δx、Δyは図6のx,y正方向を+に取る。
【0055】
この場合の層別の良否判定は、ずれ許容量をx,y方向でそれぞれΔxlmt、Δylmtとして、
|Δx1|〜|Δx4|すべてが<Δxlmtでかつ、
|Δy1|〜|Δy4|すべてが<Δylmt
のとき層kについて良品として、他の場合不良品とする。
【0056】
(変形例5)
第一の実施形態では、電極板の大きさが正確で、かつ平行ずれのみであることを前提としているが、大きさが不正確で、回転ずれもある場合でも4ヵ所すべての角部分で、傾斜断面像を撮影することで、位置ずれ良否が判定できる。
【0057】
この場合、データ処理部6は、図2で、角部分C1、C2、C3、C4において図1の実施形態と同様に、傾斜断面像を撮影する。角部分C1、C2、C3、C4での断面位置P1、P2、P3、P4は、それぞれ、各角部分C1、C2、C3、C4を通って電極板に垂直で辺に対し45°傾斜した断面位置である。データ処理部6は位置決め回転機構4により、電池1の姿勢を変更し、断面位置が回転軸RAに垂直になりX線光軸Lに沿うように、また角部分が回転軸RA上にくるように位置決めし、第一の実施形態と同様に各角部分C1、C2、C3、C4の断面位置P1、P2、P3、P4で、それぞれ、断層撮影して位置ずれΔx1、Δy1〜Δx4、Δy4を式(4)、(5)より求める。ここで、各Δx、Δyの符号は図5に示すように負極板12の突出が大きくなる方向を正とする。
【0058】
この場合の層別の良否判定は、ずれ許容量をx,y方向でそれぞれΔxlmt、Δylmtとして、
Δx1〜Δx4すべてが>−Δxlmtで、かつ、
Δy1〜Δy4すべてが>−Δylmt
のとき層kについて良品として、他の場合不良品とする。
【0059】
これにより、角部分C1、C2、C3、C4において、全層で負極板の突出長さが、xの正負方向各端で規定値(Lx0−Δxlmt)以上、かつ、yの正負方向各端で規定値(Ly0−Δylmt)以上で良品と判定される。
【符号の説明】
【0060】
1…電池
2…X線管
3…X線ビーム
4…位置決め回転機構、4a…ホルダ、4b…回転機構
5…X線検出器、5a…検出面
6…データ処理部
7…機構制御部
11…正極板
12…負極板
13…ケース
14…ゲル状電解液
15…正極リード
16…負極リード
40…放射線検出器
60…電池
61…正極板
62…負極板

【特許請求の範囲】
【請求項1】
層をなす複数の四角形の電極板を有する電池の前記電極板の相互の位置ずれを検査する電池検査装置であって、
対向配置された放射線源と、放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器との間に前記電池を位置決めし回転させる位置決め回転手段と、
前記電池の複数の回転位置で前記電極板の角の部分を辺に対して傾斜した方向に透過した放射線を前記放射線検出器で検出した透過データを用いて前記電極板の角の部分の辺に対して傾斜した断面像を作成し、前記断面像より前記電極板の相互の位置ずれを検出して良否を判定するデータ処理手段とを有することを特徴とする電池検査装置。
【請求項2】
請求項1に記載の電池検査装置において、
前記データ処理手段は、2つ以上の前記角の部分に対して、それぞれ前記傾斜した断面像を作成し、前記2つ以上の断面像から電極板の位置ずれを検出することを特徴とする電池検査装置。
【請求項3】
請求項2に記載の電池検査装置において、
前記データ処理手段は、4つの前記角の部分に対して、それぞれ前記傾斜した断面像を作成し、前記4つの断面像から電極板の位置ずれを検出することを特徴とする電池検査装置
【請求項4】
層をなす複数の四角形の電極板を有する電池の前記電極板の相互の位置ずれを検査する電池検査方法であって、
対向配置された放射線源と放射線検出器の間に前記電池を位置決めし回転させて、複数の回転位置で前記電極板の角の部分を辺に対して傾斜した方向に透過した放射線を前記放射線検出器で検出する過程と、
前記検出した透過データを用いて前記電極板の角の部分の辺に対して傾斜した断面像を作成し、前記断面像より前記電極板の相互の位置ずれを検出して良否を判定する過程とを有することを特徴とする電池検査方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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