本发明关于一种电池芯半成品测试方法，特别是一种测试电池芯半成品的绝缘程度的电池芯半成品测试方法。
背景技术
近年来电子产业蓬勃发展，各式电子设备相当地普及。对于各项可携式电子设备的制造来说，最重要的莫过于是体积的小型化，以及重量的减轻。为提供电器用品携带的便利性，进而减少外在环境对提供电能的限制，电池已经成为极为普遍的电能储存装置，以随时提供电能。
现今大部分的可携式电子设备，皆以采用可重复使用、具有大容量体积与大质量能量密度的锂离子二次电池为主。锂电池主要由多个正极片、负极片以及隔离膜堆叠而成一电池芯半成品，再于电池芯中注入电解液，以制成锂电池完成品。在这样的结构下，电池芯的正负极之间的距离相当重要。目前电池芯的正负极的距离主要通过隔离膜来撑开。但于制造工艺中，可能因材料裁切毛边、于卷绕过程中飞入的异物或者是材料厚度不均，使得两极间局部距离不足而导致短路。
在制造工艺上，虽然会对电池芯进行绝缘程度测试，但目前主要是通过长时间连续耐压测试(hi-pottest)来确认绝缘效果。这样的测试方式需要较长的能量转换时间，且待测物的电容误差不小(±20％)容易造成误判。此外，电池芯半成品的稳态电压与充电过程放电的电压之间的数量级差异不大，有无法判别之虞。
技术实现要素：
本发明在于提供一种电池芯半成品测试方法，以克服传统电池芯半成品测试方法的测试时间较长、容易误判或无法判别瑕疵的问题。
本发明公开了一种电池芯半成品测试方法，所述的电池芯半成品测试方法适用于电池芯半成品。电池芯半成品包括一第一电极与一第二电极。一第一电极与一第二电极交错层叠设置。一第一电极与一第二电极之间设置有绝缘层。一第一电极连接第一导接部，一第二电极连接第二导接部。于电池芯半成品测试方法中，当第一导接部与第二导接部的电压差小于电压门槛值时，以定电流对电池芯半成品充电。当第一导接部与第二导接部的电压差大于等于电压门槛值时，以定电压对电池芯半成品充电。于开始充电的预设时间区间后，取得于预设时间区间中以定电流对电池芯半成品充电的总电量。判断总电量是否大于电量门槛值。当总电量大于电量门槛值，判断电池芯半成品的绝缘程度不良。
综合以上所述，本发明提出一种电池芯半成品测试方法，藉由判断以定电流对电池芯半成品充电的总充电量是否大于电量门槛值，以判别电池芯半成品的绝缘程度是否符合要求。藉此，除了节省了测试时间之外，更提供了一种定量的分析手段。
附图说明
图1a为根据本发明一实施例所绘示的理想的电池芯半成品的结构示意图。
图1b为根据本发明一实施例所绘示的有瑕疵的电池芯半成品的结构示意图。
图2a为根据本发明一实施例所绘示的对理想的电池芯半成品充电时的电压差示意图。
图2b为根据本发明一实施例所绘示的对非理想的电池芯半成品充电时的电压差示意图。
图2c为根据本发明另一实施例所绘示的对非理想的电池芯半成品充电时的电压差示意图。
图3为根据本发明一实施例所绘示的电池芯半成品测试方法的方法流程图。
图4a为根据图2a对应实施例中以定电流对理想的电池芯半成品充电所消耗的总电量的示意图。
图4b为根据图2b对应实施例中以定电流对非理想的电池芯半成品充电所消耗的总电量的示意图。
图4c为根据图2c对应实施例中以定电流对非理想的电池芯半成品充电所消耗的总电量的示意图。
图5为根据本发明另一实施例所绘示的电池芯半成品测试方法的部分步骤的方法流程图。
图6为根据本发明另一实施例所绘示的对电池芯半成品充电时的电压差示意图。
图7为根据本发明又一实施例所绘示的电池芯半成品测试方法的部分步骤的方法流程图。
其中，附图标记：
10电池芯半成品
c1第一导接部
c2第二导接部
cc、cci、cc1、cc2、cc2’电流充电区间
cv、cvi、cv1、cv2、cv2’电压充电区间
e1a、e1b、e1c、e1d、e1e第一电极
e2a、e2b、e2c、e2d第二电极
ti、t1、t2、t3、t4时间点
tdef1、tdef2、tdef3、tdef3’、tdef3”预设时间区间
tref参考时间区间
ttest实际测试区间
vth电压门槛值
具体实施方式
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、申请专利范围及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。
本发明提供了一种电池芯半成品测试方法，所述的电池芯半成品测试方法适用于电池芯半成品。请参照图1a以对电池芯半成品进行简要说明，图1a为根据本发明一实施例所绘示的电池芯半成品的结构示意图。一电池芯半成品10具有一第一电极与一第二电极。在图1所示的实施例中，举第一电极e1a、e1b、e1c、e1d、e1e与第二电极e2a、e2b、e2c、e2d为例进行说明，但是第一电极与第二电极的数量并不以此为限。于实务上，第一电极与第二电极之间设置有绝缘层以隔离第一电极与第二电极，然为求图式简明易懂，在此并不对绝缘层多加赘述。
电池芯半成品10的第一电极e1a、e1b、e1c、e1d、e1e连接于第一导接部c1，第二电极e2a、e2b、e2c、e2d连接于第二导接部c2。于实务上，第一导接部c1与第二导接部c2例如为导电材料所制成，且第一导接部c1与第二导接部c2例如是以夹持、焊接或是其他的方式连接于各第一电极或第二电极。换句话说，第一电极e1a、e1b、e1c、e1d、e1e藉由第一导接部c1彼此电性连接，第二电极e2a、e2b、e2c、e2d藉由第二导接部c2彼此电性连接。第一电极e1a、e1b、e1c、e1d、e1e例如为电池的阳极或阴极的其中之一，第二电极e2a、e2b、e2c、e2d例如为电池的阳极或阴极的其中之另一。
理想上，电池芯半成品的结构应如图1a所示，亦即，电池芯半成品的各第一电极与各第二电极彼此并不相接触，或者说第一电极e1a、e1b、e1c、e1d、e1e中的任一与第二电极e2a、e2b、e2c、e2d中的任一之间并无短路的情况。但于实务上，在制造工艺中有可能因为材料毛边、绝缘层厚度不均或是异物而使得电池芯半成品的部分第一电极与部分第二电极短路。请一并参照图1b以举例说明非理想的电池芯半成品的一种情况，图1b为根据本发明一实施例所绘示的有瑕疵的电池芯半成品的结构示意图。电池芯半成品10’的结构大致上相仿于电池芯半成品10的结构。与图1a不同的是，电池芯半成品10’的结构中存在有异物p。异物p位于电池芯半成品10’的第一电极e1b与第二电极e2b之间。异物p接触第一电极e1b与第二电极e2b，而使得第一电极e1b与第二电极e2b短路。
于实务上，依据当下的物理条件，异物p是有可能随机移动的。因此，第一电极e1b与第二电极e2b的短路情况的开始时间、持续时间与电极间的导通程度则视异物p的材质、大小或与电极的接触情况而有所变化。也就是说，即使电池芯半成品的结构中存在有异物，异物也不一定总是会导致短路情况，且每次发生短路的相对时间也不一定相同。是故，于实务上亟需一种电池芯半成品的测试方法以辨识出电池芯半成品的绝缘程度，甚至量化出电池芯半成品的绝缘程度。后续以电池芯半成品10代表理想的电池芯半成品，并以电池芯半成品10’代表非理想的电池芯半成品来进行说明。
请先参照图2a以说明对理想的电池芯半成品充电时的情况，图2a为根据本发明一实施例所绘示的对电池芯半成品10充电时的电压差示意图。更具体地来说，图2a用以示意对电池芯半成品10充电时，第一导接部c1与第二导接部c2之间的电压差变化，或者说是任一第一电极与任一第二电极之间的电压差。其中，图2a中的横轴为时间，纵轴为所述的电压差的电压值。图2a中定义有定电流充电区间cci与定电压充电区间cvi。如字面文义，于定电流充电区间cci中，以定电流对电池芯半成品10充电。于定电压充电区间cvi中，以定电压对电池芯半成品10充电。
在图2a所示的实施例中，先以定电流对电池芯半成品10充电。当电压差大于等于电压门槛值vth时，改为以定电压对电池芯半成品10充电。在此实施例中，电池芯半成品10的电压差在时间点ti被充至电压门槛值。因此，时间点ti之前为定电流充电区间cci，时间点ti之后为定电压充电区间cvi。对应于不同的充电方式，电池芯半成品10的电压差于定电流充电区间cci中的部分为斜率固定的斜直线，而电池芯半成品10的电压差于定电压充电区间cvi中的部分为斜率为0的水平直线。
请再参照图2b以说明对非理想的电池芯半成品充电时的情况。图2b为根据本发明一实施例所绘示的对电池芯半成品10’充电时的电压差示意图。在图2b中，同时绘示出理想与非理想的情况，其中以粗线表示电池芯半成品10’的电压差，并以细线表示电池芯半成品10的电压差，以相互对照。图2b中的电池芯半成品10的电压差即为图2a中的电池芯半成品10的电压差。对应于电池芯半成品10’的电压差，图2b中更定义有定电流充电区间cc1与定电压充电区间cv1。时间点t2之前为定电流充电区间cc1，时间点t2之后为定电压充电区间cv1。
在图2b所述的实施例中，先以定电流对电池芯半成品10’充电。在图2b所示的实施例中，在时间点t1暂时发生短路的情况。其中，时间点t1先于时间点ti。因此，于时间点t1之前，电池芯半成品10’的电压差以固定的电压增加率(图中为固定斜率)上升。然而，当电池芯半成品10’的结构于时间点t1发生了如图1b所示的短路情况时，在以定电流对电池芯半成品10’充电的同时，电池芯半成品10’的部分电极亦不正常地放电，从而使电池芯半成品10’的电压差于时间点t1附近快速下降。而在时间点t1之后，短路情况因为实际的物理条件而被排除，被以定电流充电的电池芯半成品10’的电压差重新以固定的电压增加率上升。直到时间点t2，电池芯半成品10’的电压差被充至电压门槛值vth，此时，改以定电压对电池芯半成品10’充电。
请再参照图2c以说明对非理想电池芯半成品充电的另一种情况，图2c为根据本发明另一实施例所绘示的对非理想的电池芯半成品充电时的电压差示意图。于图2c中，亦同时绘示出理想与非理想的情况，其中以粗线表示电池芯半成品10’的电压差，并以细线表示电池芯半成品10的电压差。于图2c中，对应于电池芯半成品10’的电压差定义有定电流充电区间cc2、cc2’与定电压充电区间cv2、cv2’，定电流充电区间cc2先于定电压充电区间cv2，定电压充电区间cv2先于定电流充电区间cc2’，定电流充电区间cc2’先于定电压充电区间cv2’。定电流充电区间cc2在时间轴上位于时间点ti之前，定电压充电区间cv2在时间轴上位于时间点ti与时间点t3之间，定电流充电区间cc2’在时间轴上位于时间点t3与时间点t4之间，定电压充电区间cv2’在时间轴上位于时间点t4之后。
在图2c所示的实施例中，电池芯半成品10’的电压差于时间点ti被充至电压门槛值vth。短路情况发生于时间点t3，时间点t3在时间轴上位于时间点ti之后。电池芯半成品10’的电压差于时间点t3快速下降。由于电池芯半成品10’的电压差于时间点t3之后又小于电压门槛值vth，因此重新以定电流对电池芯半成品10’进行充电。在时间点t3之后，短路情况因为实际的物理条件暂时排除，因此被以定电流充电的电池芯半成品10’的电压差重新以固定的电压增加率上升。直到时间点t4，电池芯半成品10’的电压差才再度被充至电压门槛值vth。此时，重新以定电压对电池芯半成品10’进行充电。
有鉴于上述的情况，本发明提供了一种电池芯半成品测试方法以检测出非理想的电池芯半成品测试方法，请参照图2以说明本发明所提供的电池芯半成品测试方法，图3为根据本发明一实施例所绘示的电池芯半成品测试方法的方法流程图。如图3所示，于步骤s101中，当第一导接部与第二导接部的电压差小于电压门槛值时，以定电流对电池芯半成品充电。于步骤s103中，当第一导接部与第二导接部的电压差大于等于电压门槛值时，以定电压对电池芯半成品充电。于步骤s105中，于开始充电的预设时间区间后，取得于预设时间区间中以定电流对电池芯半成品充电的总电量。于步骤s107中，判断总电量是否大于电量门槛值。于步骤s109中，当总电量大于电量门槛值，判断电池芯半成品的绝缘程度不良。藉由本发明所提供的电池芯半成品测试方法可测试出电池芯半成品在不同时间发生短路的情况，并给予一量化指标。以下分别就不同的情况进行说明。
请参照图4a，图4a为根据图2a对应实施例中以定电流对理想的电池芯半成品充电的充电电流示意图。图4a中的横轴为时间，纵轴为电流，且图4a中标示有预设时间区间tdef1。参照如电池芯半成品测试方法的步骤s105，在图4a所示的实施例中，于开始充电的预设时间区间tdef1后，取得于预设时间区间tdef1中以定电流对电池芯半成品充电的总电量。于实务上，电流曲线下的面积即为以定电流对电池芯半成品10充电时所消耗的总电量。换句话说，当设定预设时间区间tdef1不小于前述的定电流充电区间cci，即可依据电流ic与时间参数取得对电池芯半成品充电的总电量。于实务上，可依据电流与时间而积分得实际的总电量。或者，当充电电流值已知时，可以统计以定电流对电池芯半成品10充电的总时间，再依据充电电流值与总时间取得所述的总电量。
请再参照图4b，图4b为根据图2b对应实施例中以定电流对非理想的电池芯半成品充电的充电电流的示意图。相仿于图2b，在图4b中以细线表示理想状况，并以粗线表示非理想状况。另一方面，图4b中标示有预设时间区间tdef2。如前述地，由于电池芯半成品10’于时间点t1不正常放电，时间点t1在时间轴上位于时间点ti之前，使得定电流充电区间cc1较定电流充电区间cci来得长。因此，粗线下的面积会大于细线下的面积，亦即，非理想状况下以定电流充电的所消耗的总电量大于理想状况下以定电流充电所消耗的总电量。因此，参照如电池芯半成品测试方法的步骤s107与步骤s109，当取得当次以定电流充电所消耗的总电量时，比较所述的总电量与一电量门槛值。当总电量大于电量门槛值时，代表总电量大于以定电流对理想的电池芯半成品充电所消耗的电量，此时，判断电池芯半成品的绝缘程度不良。
在一实施例中，预设时间区间tdef2涵盖以定电压对电池芯半成品充电的时间区间的部分。也就是说，于图4b所示的实施例中，在由定电流充电切换为定电压充电的一段时间后才开始统计以定电流充电所消耗的总电量。于另一实施例中，在由定电流充电切换为定电压充电的同时触发相关测试电路统计以定电流充电所消耗的总电量。
请一并参照图4c，图4c为根据图2c对应实施例中以定电流对非理想的电池芯半成品充电所消耗的总电量的示意图。如图4c所示，以定电流对电池芯半成品10’充电的电流曲线下的区域可分别定义为区域a1与区域a2。区域a1的面积与区域a2的面积的和即为以定电流对电池芯半成品10’充电所消耗的总电量。在一实施例中，在本发明所提供的电池芯半成品测试方法中，例如可在时间点t4之后统计在时间点t4之前以定电流充电所消耗的所有总电量，相当于区域a1的面积与区域a2的面积的和，并据以进行判断。从另一个角度来说，相当于统计预设时间区间tdef3中以定电流充电所消耗的所有总电量。于另一实施例中，例如可在每次由定电流充电切换为定电压充电时都进行一次统计与判断。就图4c来说，例如可分别取得区域a1的面积与区域a2的面积，再计算出区域a1的面积与区域a2的面积的和，并判断此和值是否大于电量门槛值。或者，分别取得区域a1的面积与区域a2的面积，再分别就区域a1的面积与区域a2的面积比较于相应的门槛值。其中，区域a1的面积对应的门槛值例如为前述的电量门槛值，区域a2的面积对应的门槛值例如为0或一极小的值。从另一个角度来说，相当于统计预设时间区间tdef3’中以定电流充电所消耗的电量与预设时间区间tdef3”中以定电流充电所消耗的电量，再据以取得所述的总电量以进行判断。
相应于图4c所述的实施例，于一实施例中，本发明所提供的电池芯半成品测试方法更可包含以下步骤，请参照图5，图5为根据本发明又一实施例所绘示的电池芯半成品测试方法的部分步骤的方法流程图。于步骤s201中，统计预设时间区间中以定电流充电的多个电流充电时间。于步骤s203中，依据定电流与电流充电时间取得多个电流充电电量。于步骤s205中，判断每一电流充电电量是否大于对应的电量门槛值，当电流充电电量其中之一大于对应的电量门槛值时，判断电池芯半成品的绝缘程度不良。
如前述地，于本发明所提供的电池芯半成品测试方法中，判断总电量是否大于电量门槛值qref，藉以判断电池芯半成品的绝缘程度。在一实施例中，所述的电量门槛值qref例如是一理论上的理想充电总量加上一容忍值，理想充电总量可以是从学理、制造工艺参数或是从经验得来，或者例如为前述以定电流对电池芯半成品10充电至电压门槛值vth所需的总电量。容忍值的大小为本领域技术人员可以实际所需自行定义，在此并不加以限制。
在另一实施例中，所述的电量门槛值qref例如是对电池芯半成品充电多次，并取其中一次以定电流充电的实验充电总量加上一容忍值而成。请参照如图6以对此进行说明，图6为根据本发明另一实施例所绘示的对电池芯半成品充电时的电压差示意图。在图6绘示有参考时间区间tref与实际测试区间ttest，实际测试区间ttest的相关细节如前述，于此不再赘述。于参考时间区间tref进行相仿于实际测试区间ttest的充电步骤。更具体地来说，参考时间区间tref中定义有定电流充电区间ccref与定电压充电区间cvref，于参考时间区间tref中，先于定电流充电区间ccref中以定电流对待测的电池芯半成品充电，直到待测的电池芯半成品的电压差不小于前述的电压门槛值vth。于定电压充电区间ccref中，以定电压对待测的电池芯半成品充电。其中，参考时间区间tref中以定电量流充电所消耗的总电量被作为一参考总电量。此参考总电量加上容忍值即为前述的电量门槛值qref
相应于图6所示的实施例，在一实施例中，本发明所提供的电池芯半成品测试方法更可包括以下步骤以产生电量门槛值qref。请参照图7，图7为根据本发明另一实施例所绘示的电池芯半成品测试方法的部分步骤的方法流程图。于步骤s301中，于参考时间区间中，当第一导接部与第二导接部的电压差小于电压门槛值时，以定电流对电池芯半成品充电，参考时间区间先于预设时间区间。于步骤s303中，于参考时间区间中，当第一导接部与第二导接部的电压差大于等于电压门槛值时，以定电压对电池芯半成品充电。于步骤s305中，取得于参考时间区间中以定电流对电池芯半成品充电的参考总电量，电量门槛值为参考总电量加上容忍值。
综合以上所述，本发明提出一种电池芯半成品测试方法，藉由判断以定电流对电池芯半成品充电的总充电量是否大于电量门槛值，以判别电池芯半成品的绝缘程度是否符合要求。藉此，不但节省了测试时间，对于单机产品来说更可连续多次地进行测试来比对不同测试下的测试状况。此外，比起以往只能侦测出是否有短路状况的定性分析手法，藉由总充电量来进行判断更提供了一种定量的分析手段，相当具有实用性。
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。