リチウムイオン電池の生産と検査：内部抵抗検査

リチウムイオン電池の内部抵抗検査とは

電池の内部抵抗はゼロであることが理想的ですが、さまざまな要因によって内部抵抗が存在します。電池が劣化すると内部抵抗が大きくなります。電池セルの生産ラインでは、良品と検査品の内部抵抗を比較し、不良品を検出しています。

どのタイミングで検査を実施するか

電池セルへ電解液を注液し、組み立てが完了した後の各工程（充放電試験、エージング試験、出荷検査など）で内部抵抗検査を実施しています。

内部抵抗の測り方

内部抵抗の測定方法には「交流法（AC-IR）」と「直流法(DC-IR)」の2通りがあります。生産ラインの検査には、交流法が適しています。本記事では、「交流法（AC-IR）」について紹介します。

交流法で電池セルの内部抵抗を測定する場合、低抵抗測定に特化した交流抵抗計（バッテリーテスター）を使います。交流抵抗計は、検査対象に定電流の交流信号を印加します。定電流を印加した時に発生する微小電圧を検出し、抵抗値を算出します。

抵抗計には「交流抵抗計」と「直流抵抗計」があります。起電力のある電池は、直流抵抗計では測定できません。
詳細はこちら：直流式と交流式の抵抗計の違いは？

• 交流法（AC-IR）と直流法（DC-IR）：

  設備構成によって測定方法が異なる

• 交流抵抗計と直流抵抗計：

  検査対象に印加する測定信号が交流か直流かによって測定方法が異なる

交流抵抗計（バッテリーテスター）の選定ポイント

電池セルの内部抵抗検査を目的とする場合、「低抵抗を正確に測定できること」が重要です。（電池セルは大型になるほど、内部抵抗が小さくなります。自動車に搭載されるような電池セルの内部抵抗は、1 mΩを下回ります）

選定ポイントは、以下のとおりです。

• 4端子法
• 測定レンジと分解能
• ノイズ耐性
• 測定電流の周波数

4端子法

1Ω以下の低抵抗を測定する場合、4端子法で内部抵抗を測定します。抵抗の測り方には、「4端子法」と「2端子法」があります。2端子法の測定値は、配線抵抗や接触抵抗といった「経路抵抗」を含むため、mΩ単位の低抵抗を正確に測定できません。
4端子抵抗測定法について

検出電圧 = 定電流 × (電池の内部抵抗 + 接触抵抗 + 配線抵抗)
検出電圧から抵抗値を算出、余分な抵抗成分を含む

検出電圧 = 定電流 × 電池の内部抵抗
検出電圧から抵抗値を算出、余分な抵抗成分を含まない

測定レンジと分解能

1Ω以下の低抵抗を測定する場合、「mΩ単位の測定レンジ」と「μΩ単位の分解能」が必要です。レンジと分解能の設定を誤ると、mΩ単位の低抵抗が正確に測定できません。

ノイズ耐性

仕様において測定レンジ・分解能・測定確度が良くても、抵抗値を正確に測れない場合があります。ノイズによって測定値が安定しない、正確な値が表示されないといったトラブルが起こるためです。（ノイズの発生源は電源や生産機器などさまざまです。）製品設計時にノイズを製品に印加し、正常に動作するかテストします。こうしたテストを行っていない製品は、生産ラインで測定仕様を満たさない恐れがあります。

測定電流の周波数

交流抵抗計（バッテリーテスター）は、検査対象に定電流の交流信号を印加します。この交流信号は一般的に1 kHzの固定周波数です。周波数を可変できる製品もあります。周波数をスイープして測定したインピーダンスからNyquistプロットを作成すると、電池の内部抵抗を「拡散抵抗」「反応抵抗」「電解液抵抗」などの要素に切り分けて把握できます。最近では、不良品の検出レベルを高めるために、複数の周波数で内部抵抗検査を実施するケースも増えています。

HIOKIのバッテリーテスター

弊社のバッテリーテスターは、世界各国のバッテリーメーカーのお客様に採用いただいております。

電池セル生産工程の内部抵抗検査に採用いただいている主なモデルは以下の通りです。

• *1: 変換プラグで4端子法による測定も可能
• *2: 特注で3 Ω, 30 Ωレンジの対応可能
• *3: 特注で0.01 Hzから10 kHzの対応可能
• *4: バッテリーテスターは内部抵抗と同時に開放電圧を測定できます

詳細はこちら

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  バッテリハイテスタBT3561A

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  バッテリハイテスタBT3562A

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  バッテリインピーダンスメータBT4560

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