JP2001102097A - 二次電池自動試験装置及び試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 現実に対応した信頼性ある二次電池の特性評
価を可能にすること。 【解決手段】 パルス発生器２３が接続され試験電池３
０に対して充電／休止を行う定電流定電圧電源１１と、
試験電池３０の放電電流を定電流化させる定電流負荷１
２と、試験電池３０と定電流定電圧源１１又は定電流負
荷１２とを接続するスイッチ１４と、ＣＰＵ１５と、Ｒ
ＯＭ１６と、ＲＡＭ１７と、プリンタ１８と、表示器２
０と、キーボード１９とを具備し、ＣＰＵ１５は、スイ
ッチ１４と定電流定電圧源１１を制御して初期充電とそ
れに続くパルス充電、間欠充電、又は間欠パルス充電に
よる補充電を行い、且つスイッチ１４と前記定電流負荷
１２を制御して定電流放電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の二次電池の
特性評価を行う二次電池自動試験装置及び試験方法に係
り、特にパルス充電、間欠充電、間欠パルス充電等の各
種の複雑な充電法を実施する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器の小型化、高性能
化、携帯型化によって電池の需要が高まっている。それ
に応じて電池の改良、開発はますます活発化している。
また、電池の新しい適用領域も拡大してきている。

【０００３】以前は、電池の使用形態も単純な連続充電
を行う充電器による充電と単純な負荷による放電の繰り
返しであったものが、近時では電気自動車（ガソリンエ
ンジンとのハイブリッドを含む）の登場や、風力発電、
太陽光発電などの新たな発電システムの登場によって、
その使用形態も複雑化してきている。

【０００４】例えば、携帯電話やノートパソコンなどに
使用されるリチウムイオン電池では、電流パルスによる
複雑な充電を実施する充電器、あるいは充電システムが
現れてきている。

【０００５】電池の開発や新しい領域への適用には、特
性試験による電池の事前評価が不可欠である。なぜな
ら、電池の性能はその使用条件に大きく依存するからで
ある。しかも、それらの条件は、単に性能のみならず、
電池の安全性にも影響を及ぼすすことがある。

【０００６】よって、電池の開発や新しい用途への適用
に際しては、実際に使用される様々な条件をできるだけ
忠実に反映した電池試験を行うことが重要である。それ
は、電池の特性、寿命、安全性等が使用条件に大きく依
存するからである。できるだけ実際の使用条件に即した
事前評価を行うことにより電池の交換時期が想定可能と
なり、資金面、雇用面における計画が立てられ、また、
使用条件に即した効果的な電池改良や必要安全策を経済
的でしかも短期間に講じることも可能となり、経済的な
側面からも大きなメリットがある。

【０００７】しかしながら、それらを満たす試験は、多
くの人手と装置を要するためなかなか容易なことではな
かった。

【０００８】ところが近年、ようやく電池試験のための
試験装置が開発されていくつかの問題は解決できるよう
になった。この試験装置は、単に機械的に試験条件を設
定するだけでなく、コンピュータの発展とともに、試験
条件の設定、変更、データ収集などまで自動化できるよ
うになってきた。

【０００９】従来のこの種の充放電装置の構成の一例を
図１２に示した。この充放電装置１０Ｄは試験電池（二
次電池又は二次電池パック）３０の充放電のみを制御す
る装置であって、データ記録はレコーダ４０によってい
る。図１２において、充放電装置１０Ｄは、主として定
電流定電圧電源１１、定電流負荷装置１２、表示ダイオ
ード１３ａを有する制御器１３、及びスイッチ１４を具
備している。

【００１０】定電流定電圧電源１１は、試験電池３０の
電圧に応じて、充放電条件が一定の電圧範囲内で規定さ
れている場合には定電流源として動作し、また充放電条
件が一定の時間で規定されている場合には設定電圧まで
は定電流源として動作し、設定電圧に到達した後は定電
圧電源として規定時間まで動作を継続する。

【００１１】定電流負荷装置１２は、試験電池３０から
供給される放電電流が一定の設定電流値を維持するよう
に内部の負荷の値を変化させる。制御器１３は、設定充
放電条件によって定電流定電圧電源１１、定電流負荷装
置１２、及びスイッチ１４の接点Ｓ１，Ｓ２の切替等を
制御する。レコーダ４０は試験電池３０の電圧の経時変
化を記録する。

【００１２】図１３はコンピュータ制御による従来の別
の充放電装置１０Ｅの構成の一例を示したものであり、
図１２の充放電装置１０Ｄに比べ、より詳しいデータの
記領が可能となり、必要な場合に必要な情報が引き出せ
るようになった点が異なっている。この充放電装置１０
Ｅでは、図１２の制御器１３が、ＣＰＵ１５に置き換わ
り、必要な試験条件やデータを記録媒体に収納させるよ
うにしている。

【００１３】図１３の構成において、ＲＯＭ１６には充
放電制御やデータ記録のためのプログラムが予め収納さ
れており、このプログラムによってＣＰＵ１５が充放電
装置１０Ｅのシステム全体を制御する。１７は作業用Ｒ
ＡＭ、１８はデータ出力を主な目的とするプリンタであ
る。ＣＰＵ１５にはキーボード１９によって個々の充放
電条件（時間、電流値、電圧範囲などの設定値）を入力
することができる。２０は充放電の試験状態を表示する
表示器である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の充放電装置１０Ｄ、１０Ｅは、充電条件として連続充
電、又は単純な一定電圧からの再充電による間欠充電し
か設定できず、最近の充電器や充電システムに採用され
ている複雑な充電法には対応できなかった。

【００１５】したがって、新システム等に対応する電池
の特性評価を実施するには、実際に市販されている充電
器や充電システムに試験電池を搭載し、これに試験装置
を結線して行わざるを得ず、試験結果の信頼性が著しく
欠けることになった。また、多数の電池に対しこのよう
な措置を講ずると膨大な労力を必要としてコスト高にな
るという欠点も有していた。

【００１６】本発明は上記現状に鑑みたもので、その目
的とするところは、パルス充電、間欠充電、間欠パルス
充電といったより複雑な充電法に対応でき、現実に対応
した信頼性ある特性評価が可能となった二次電池自動試
験装置及び試験方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに第１の発明の二次電池自動試験装置は、各種二次電
池あるいは二次電池パックを試験電池としてその充放電
特性を評価する二次電池自動試験装置において、パルス
発生器を具備した試験電流をコントロールする充放電試
験ユニットと、試験制御しデータを管理する制御・記録
ユニットと、試験電池収納容器から構成され、予め放電
電流値Id、放電終止電圧Vd、放電時間td、充電電流値I
c、充電終止あるいは定電流充電終止電圧Vcl（Vd＜Vc
l）、充電時間tc、充電と放電の問の休止時間trなどを
設定して、前記試験電池について放電、休止、充電を繰
り返して特性試験を実施できるとともに、これに加え
て、放電後の初期充電を、定電流Iclで予め設定された
電池電圧Vcl、あるいは予め設定された初期充電時間tcl
まで実施するか、又はピーク電流値をIclとし、パルス
幅をtp1（0＜tpl＜tcl）とし、パルス間隔をtprl（0＜t
prl＜tcl）とするパルス充電で、設定電圧Vclあるいは
設定時間tclまで実施し、該設定値Vclあるいはtclに到
達した後、補充電として、予め設定された時間tscを上
記設定電圧Vclと予め設定された放電終止電圧Vd（Vd＜V
cl）との間の任意の電圧Vc2（Vd＜Vc2＜Vcl）を設定
し、試験電池の電圧がVclに到達したら該設定値Vc2に低
下するまで休止し、Vc2に到達したら初期充電における
電流値Iclまたはこれと別に任意に設定した電流値lc2で
再充電を行い、この再充電を設定値Vclに到達するまで
続けて、VclとVc2との問で再充電と休止とを繰り返す間
欠充電、あるいは、初期充電における充電電流値Icl、
またはこれと別に任意に設定した電流値lc2をピーク電
流値とし、初期充電の設定パルス幅tpl（0＜tpl＜ts
c）、設定パルス間隔tprl（0＜tprl＜tsc）、あるいは
初期充電とは別に設定する任意の時間tp2（0＜tp2＜ts
c）をパルス幅、パルス間隔をtpr2（0＜tpr2＜tsc）と
するパルス電流によるパルス充電、あるいは、上述の間
欠充電における再充電、あるいは／及び補充電における
再充電を上記パルス充電で実施する間欠パルス充電、で
行う充電を実施し、該初期充電と該補充電とを予め設定
された充電時間tc（tc＝tcl＋tsc）の期間実施するよう
構成した。

【００１８】第２の発明は、各種二次電池あるいは二次
電池パックを試験電池としてその充放電特性を評価する
二次電池試験方法において、予め放電電流値Id、放電終
止電圧Vd、放電時間td、充電電流値Ic、充電終止あるい
は定電流充電終止電圧Vcl（Vd＜Vcl）、充電時間tc、充
電と放電の問の休止時間trなどを設定して、前記試験電
池について放電、休止、充電を繰り返して特性試験を実
施するとき、放電後の初期充電を、定電流Iclで予め設
定された電池電圧Vcl、あるいは予め設定された初期充
電時間tclまで実施するか、又はピーク電流値をIclと
し、パルス幅をtp1（0＜tpl＜tcl）とし、パルス間隔を
tprl（0＜tprl＜tcl）とするパルス充電で、設定電圧Vc
lあるいは設定時間tclまで実施し、該設定値Vclあるい
はtclに到達した後、補充電として、予め設定された時
間tscを上記設定電圧Vclと予め設定された放電終止電圧
Vd（Vd＜Vcl）との間の任意の電圧Vc2（Vd＜Vc2＜Vcl）
を設定し、試験電池の電圧がVclに到達したら該設定値V
c2に低下するまで休止し、Vc2に到達したら初期充電に
おける電流値Iclまたはこれと別に任意に設定した電流
値lc2で再充電を行い、この再充電を設定値Vclに到達す
るまで続けて、VclとVc2との問で再充電と休止とを繰り
返す間欠充電、あるいは、初期充電における充電電流値
Icl、またはこれと別に任意に設定した電流値lc2をピー
ク電流値とし、初期充電の設定パルス幅tpl（0＜tpl＜t
sc）、設定パルス間隔tprl（0＜tprl＜tsc）、あるいは
初期充電とは別に設定する任意の時間tp2（0＜tp2＜ts
c）をパルス幅、パルス間隔をtpr2（0＜tpr2＜tsc）と
するパルス電流によるパルス充電、あるいは、上述の間
欠充電における再充電、あるいは／及び補充電における
再充電を上記パルス充電で実施する間欠パルス充電で行
う充電を実施し、該初期充電と該補充電とを予め設定さ
れた充電時間tc（tc＝tcl＋tsc）の期間実施するよう構
成した。

【００１９】第３の発明は、第２の発明において、初期
充電と補充電とで構成される試験電池の充電後の放電に
おいて、試験電池の満充電状態、あるいは予め設定され
る一定の充電状態から放電を実施し放電容量の変化を評
価するために、補充電に休止をはさむ間欠充電、あるい
は間欠パルスにおいては、常に休止時間と再充電時間を
モニタ、積算し、充電残時間trrを計算し、再充電が終
了した時、残時間trr（trr＜tsc）が実施した最終休止
時間tcrfと最終再充電時間tccfとの和に対して、trr≦
（tcrf＋tccf）となった場合、次の休止と再充電を、最
終休止時間と最終再充電時間との比で案分し、それぞれ
休止をtrr{tcrf/(tcrf＋tccf)}、再充電をtrr{tccf/(tc
rf＋tccf)}だけ実施して総充電時間tcを全うするか、あ
るいは、trr≦（tcrf＋tccf）であり、かつ、trr≦tccf
の場合には、休止に入らずそのまま再充電を続行してあ
らかじめ設定された総充電時間tcを全うし、tcrf＜trr
≦（tcrf＋tccf）の場合には、休止を（trr−tccf）
間、再充電をtcc間の一定時間実施して総充電時間tcを
全うするよう充電制御するよう構成した。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明では、パルス充電、間欠充
電、あるいは間欠パルス充電といった複雑な充電を含む
試験評価に対応できるよう設計された電池特性自動試験
装置を提供するものである。

【００２１】本発明における電池特性自動試験装置は、
パルス発生器を具備した試験電流をコントロールする充
放電試験ユニットと、試験制御しデータを管理する制御
・記録ユニットと、試験電池を収納する容器から構成さ
れ、試験制御を可能としたものである。

【００２２】上記手段により、放電後にいったん満充電
に到達させる初期充電とその後の補充電において、間欠
充電、パルス充電、あるいは間欠パルス充電を実施させ
ることができ、かつ、本発明になる電池自動試験装置の
機能を活用することにより、試験環境温度、電池の劣化
状態に応じた一定割合の容量での間欠充電実施が可能と
なり、また、上記充電方法のいかなる充電時間設定にお
いても、各サイクルの充電時間完了時には、一定の充電
状態から放電させることが可能となって信頼性ある充放
電特性を把握することが可能となる。

【００２３】図１は本発明のひとつの実施形態の二次電
池自動試験装置の構成を示す図である。本実施形態の二
次電池自動試験装置は試験電池３０の充放電を制御する
充放電装置１０Ａと、その電池３０を収納する収納容器
５０とを具備する。

【００２４】充放電装置１０Ａは、充放電試験ユニット
２１と制御・記録ユニット２２を含む。充放電試験ユニ
ット２１は、前記した定電流定電圧電源１１、定電流負
荷装置１２、スイッチ１４の他に、パルス充電や間欠パ
ルス充電を可能とするためのパルス発生器２３を具備す
る。また制御・記録ユニット２２は、ＣＰＵ１５、ＲＯ
Ｍ１６、ＲＡＭ１７、プリンタ１８、キーボード１９、
及び表示器２０を具備する。

【００２５】本実施形態の二次電池自動試験装置は、従
来通り、電圧のモニタや電流値の制御を行ったり、充放
電の電圧範囲や充放電時間及び休止時間等の設定を行う
ことができる。試験電池３０の充放電試験を実施すると
き、環境温度を一定に設定する代わりに、その環境温度
の変化を組み合わせた試験を実施する場合は、図２に示
すように、電池収納容器５０の温度を制御するために、
該容器５０と接続された温度コントローラ６０をＣＰＵ
１５に接続して温度管理を行う。

【００２６】ＣＰＵ１５は試験電池３０の試験管理を行
う。図３にその試験管理手順の一例を示した。この手順
は、試験電池３０を本充放電試験装置に設定してから試
験終了するまでの手順であり、試験電池３０等のＩＤ投
入、定電流定電圧充放電、間欠充電、パルス充電、間欠
パルス充電等を実施するための必要な試験条件を投入す
る手順等を示している。

【００２７】本実施形態の二次電池自動試験装置では、
以下の条件を設定することにより充放電試験を実施でき
る。

【００２８】まず、放電試験については、放電電流値Id
と放電終止電圧Vdを設定して一定電圧まで定電流の放電
を実施し、又は放電電流値Idと放電終止時間tdを設定し
て一定時間の定電流放電を実施することができる。ま
た、放電終止電圧Vdと放電終止時間tdとをともに設定す
ることにより、装置故障によって起こる過放電を防止し
たり、電池異常あるいは接続異常によるトラブルを早期
に発見することができる。

【００２９】充電試験では、一般の定電流充電、定電圧
充電、定電流−定電圧充電（ＣＣ−ＣＶ充電）の他、充
電と休止とを交互に行う間欠充電、充電をパルス電流に
よって行うパルス充電、パルス充電と間欠充電を組み合
わせた間欠パルス充電を行うことができる。また、充電
を初期充電（放電直後の充電）とその後に続く補充電と
に分けて、これらの充電条件を組み合わせて実施するこ
とも可能である。

【００３０】また、上記した充放電装置１０Ｄ，１０Ｅ
にこれと別に調達したパルス発生器を組み合わて間欠充
電、間欠パルス充電による試験を行うことができるが、
この場合、一定の時間を休止とすることができるのみ
で、一定容量を休止させることはできなかった。まして
や、電池の環境温度や劣化状態に応じた一定割合の容量
の間欠充電を管理することなどは不可能であった。

【００３１】また、複数サイクルの充放電試験を行うと
きには、規定の充電時間に到達した時（充電を完了した
時）、そのタイミングが休止状態であったり、再充電の
途中であったりすることがしばしば起こり、この場合
は、各サイクル毎で異なった充電状態から次の放電試験
を行うことになって、各サイクルの放電容量にバラツキ
が生じて正しい電池特性の把握が困難になることがあっ
た。

【００３２】これに対して、本実施形態の二次電池自動
試験装置では、パルス発生器を別に調達することが不要
となるばかりか、一定容量ごとの休止設定や試験環境温
度や電池の劣化状態に応じた休止／再充電割合の調節が
可能であり、より複雑な試験の実施が可能となった。ま
た、任意の充電時間設定でも設定充電時間到達時点では
各サイクルで電池の充電状態を一定にすることができ、
各サイクルの放電容量をより正確に把握できることとな
り、信頼性ある試験の実施が可能となる。

【００３３】［各種条件設定］具体的には、試験に先立
って、サイクルNo、充電時間tc、初期充電電流値Ic1、
初期充電電流パルス幅tp1、初期充電電流パルス間隔tpr
1、（定電流）充電電圧Vc1、初期充電時間tc1（tc1≦t
c）、休止時間tcr、休止時間可変設定モード、初期容量
値d1、補充電の下限電圧Vc2（Vc2≦Vc1）、補充電電流
値Ic2、補充電電流パルス幅tp2、補充電電流パルス間隔
tpr2、最終補充電モード選択、の各ファクター入力項を
プログラムによって設けてＣＰＵ１５に書き込んでお
き、これらをキーボード１９にて入力する。なお、補充
電時間tscはtsc＝tc−tc1で得られる。

【００３４】［一般的な定電流定電圧充電］一般的な定
電流定電圧充電法では、サイクルNoを試験電池３０の想
定サイクル寿命を上回る数値、又は必要サイクル数に設
定し、初期充電時間tclをtcl＝tc、電流パルス幅tplをt
pl＝tcと設定することによってこれを実行できる。

【００３５】すなわち、定電流充電（トリクル充電）の
場合は、充電電圧Vclを設定電流値Iclで充電を持続して
も到達しえない電圧値（例えば、Ni/Cd電池をIcl＝0.03
3CmAで充電する場合はVcl＝2.0V/セル）に設定することに
よって実施できる。

【００３６】また、定電圧充電（フロート充電）の場合
には、設定電流値Iclによって充電し設定充電電圧Vclに
到達すればその後は従来の充放電試験装置の機能と同様
に自動的にこの電圧値Vclを維持しながら充電電流値は
垂下していく。その他のファクターには制限条件を満た
す任意の数値を設定する。

【００３７】もし、初期充電の電流値Iclと補充電の充
電電流値Ic2とを別々の値に設定する場合には、充電時
間tc、初期充電電流値Icl、初期充電時間tcl、補充電電
流値Ic2を所定の値に設定し、休止時間tcr＝０、あるい
は補充電下限電圧Vc2＝Vclと設定し、初期充電電流パル
ス幅tpl＝tc1に設定し、さらに補充電電流パルス幅tp2
をtp2≧(tc−tc1）となる任意の値を設定すればよい。
その他のファクターは同様に制限条件を満たす任意の数
値を設定すれば良い。

【００３８】［パルス充電］パルス充電法による試験を
行う場合には、上記の定電流定電圧充電法における場合
と同様に、サイクルNoを試験電池の想定サイクル寿命を
上回る数値か、又は必要サイクル数に設定し、さらに初
期充電と補充電とを同一の電流値で実施する場合には初
期充電時間tclをtcl＝tcとおく。補充電の下限電圧Vc2
をVc2＝Vcl又は休止時間tcr＝0と設定すれば、休止を挟
むことなく連続的なパルス充電が可能となる。その上で
所定の充電時間tc、初期充電時間tcl、初期／補充電電
流値Icl、Ic2、初期／補充電電流パルス幅tpl、tp2、初
期／補充電電流パルス間隔tprl、tpr2を設定する。

【００３９】パルス充電の場合は、特定の電流パルス幅
tpl、tp2、パルス間隔tprl、tpr2の条件のもとでは、パ
ルス電流値Icl、Ic2の印加時のピーク電圧をもって設定
充電電圧Vclで制限すると、想定した充電量を満たさな
い場合が起こりうる。

【００４０】この場合は、図４に示すように遅延回路２
４を充放電試験ユニット２１の適当な箇所に付与し、こ
れをＣＰＵ１５と連結させることにより図５に示したよ
うに補正ができるようにしてもよい。これは通常行われ
ていることであり、詳しい説明は省略するが、例えば、
図５の下図の横の破線の電池電圧は、左から３個目のパ
ルスのピークではなく、図５の上図で拡大して示すよう
に、パルスの右から遅延時間だけ遅れたタイミングで測
定すればよい。

【００４１】［間欠充電］間欠充電法による試験を行う
場合には、初期充電電流パルス幅tplを初期充電時間tcl
と同等、すなわちtpl＝tclとおき、さらに補充電電流パ
ルス幅tp2をtp2≧（tc−tcl）となる任意の値に設定す
る（初期／補充電電流パルス間隔tprl、tpr2は任意の値
でよい）。

【００４２】休止については、一定の電池電圧に低下す
るまで休止を行う場合は、下限電圧Vc2を所定の値に設
定し、休止時間tcrについては例えばtcr＝（tc−tcl）
のように長い時間に設定しておけばよい。一方、一定の
休止時間tcrを条件にしたい場合には、休止時間tcrを所
定の値に設定し、休止時間可変モード選択（一定
「１」、可変「２」）で一定モードの「１」を選択し、
補充電下限電圧Vc2を例えば放電終止電圧と同じ値Vc2＝
Vdとするなど低い値に設定しておけばよい。

【００４３】もし、この休止時間tcrを試験環境温度や
電池の劣化状態に応じて一定の容量割合になるよう設定
する場合には、まず予め別途測定した自己放電試験によ
って得られた結果に基づいて休止時間tcrに初期値tcr0
を入力する。そして、休止時間可変選択モードで可変
「２」を選択し、さらにこのモード「２」を選択するこ
とによって現れる初期容量値dlに所定の値を入力してお
く。

【００４４】このように設定することによって、ＣＰＵ
１５は前サイクルの放電時間dnをカウントし、この放電
時間dnから必要休止時間tcrを tcr＝(tcrO×dl)/dn となるように演算設定する。

【００４５】この場合、初期容量値dlとしては公称容量
を設定して良く、また別途放電容量試験を実施して得ら
れた値を設定しても良く、更に１サイクル目を従来の定
電流定電圧充電による充電方法によって充放電すること
により実際の放電時間を把握して初期値としてもよい。
この場合には初期容量値dlにdlと入力することによって
自動的に設定されるようプログラム化しておく。

【００４６】試験環境温度に対応して休止時間tcrを制
御する場合には、ＣＰＵ１５に書き込むプログラムに各
環境温度Ｔとそれに対応した休止時間tcrとを設定でき
るようにしておくか、あるいは、図２に示したように温
度コントローラ６０をＣＰＵ１５が制御できる構成なら
ば、始めに初期の数サイクルを各温度に設定して自己放
電量と放電容量とをそれぞれ測定して、その各値を入力
できるプログラムにしておく。

【００４７】最終補充電モードについては、ＣＰＵ１５
が常に充電経過時間をカウントして充電残時間trrを演
算し、再充電が終了した時、その残時間trr（trr＜ts
c）が実施した最終休止時間tcrfと最終再充電時間tccf
との和に対して、 trr≦（tcrf＋tccf） となった場合、次の休止と再充電を最終休止時間と最終
再充電時間との比で案分し、それぞれ休止を、 trr{tcrf/(tcrf＋tccf)} 再充電を trr{tccf/(tcrf＋tccf)} だけ実施して総充電時間を全うする処理モードをモード
「１」とする。

【００４８】一方、 trr≦（tcrf＋tccf）で、且つ、trr≦tcrf の場合には、休止に入らずそのまま再充電を続行して、
予め設定された総充電時間tcを全うし、 tcrf＜trr≦（tcrf＋tccf） の場合には、休止を（trr−tccf）間、再充電をtccf間
の一定時間実施して総充電時間tcを全うするような処理
モードをモード「２」とする。そして、予めこれらのモ
ードを「１」か「２」の数値で選択できるようにプログ
ラムを組んでおく。

【００４９】なお、任意の充電状態から放電に移る試験
を実施したい場合には、例えばモード「０」を選択する
ことで、上記の最終補充電モード「１」、「２」を回避
できるようにしておくことができる。

【００５０】［間欠パルス充電］間欠パルス充電法によ
る試験を行う場合には、上記パルス充電、間欠充電で説
明した手法に従って試験条件を入力しこれを実施する。
すなわち、サイクルNo、充電時間tc、初期充電電流値Ic
l、初期充電電流パルス幅tpl、初期充電電流パルス間隔
tprl、（定電流）充電電圧Vcl、初期充電時間tcl（tcl
≦tc）、休止時間tcr、補充電の下限電圧Vc2（Vc2≦Vc
l）、補充電電流値Ic2、補充電電流パルス幅tp2、補充
電電流パルス間隔tpr2、最終補充電モード選択、をキー
ボードにて入力する。

【００５１】図３の操作の手順は以下の通りとなる。

【００５２】（手順Ａ）：まず、対象試験電池３０を収
納容器５０に設置し、キーボード１９によって、試験電
池３０及び収約容器５０のＩＤ（番号、名前など）を入
力する。

【００５３】（手順Ｂ）：キーボード１９によって、手
順Ｂ以下によって設定される条件で実施する充放電サイ
クル数をサイクルNoに入力する。もし、サイクルNoに
「Ｅ」が入力されたら試験条件設定終了となる。

【００５４】（手順Ｃ）：放電電流値Id、放電終止電圧
Vd、放電時間td、休止時間trをキーボード１９によって
入力する。もし、放電時間tdがtd＝０と入力された場合
は、上記手順Ｂで入力されたサイクル数の充放電サイク
ルでは放電は行われないことになる。

【００５５】（手順Ｄ）：充電時間tc、初期充電電流Ic
1、初期充電電流パルス幅tpl、初期充電電流パルス間隔
tprl、（定電流）充電終止電圧Vcl、初期充電時間tclを
入力する。もし、初期充電時間tclがtcl＝tcの時は手順
Ｂに戻る。初期充電電流パルス幅tplがtpl＝tclの場合
は定電流による初期充電になる。

【００５６】（手順Ｅ）：充電休止時間tcr、充電休止
時間モード選択（「１」又は「２」）、可変モード
「２」選択の場合には初期容量値dl、補充電下限電圧Vc
2、補充電電流値lc2、補充電電流パルス幅tp2、補充電
電流パルス間隔tpr2、最終補充電モード選択（「０」、
「１」、又は「２」）、休止時間trをキーボード１９に
よって入力する。

【００５７】補充電電流パルス幅tp2がtp2≧（tc−tc
l）を満たす数値の場合は、パルス充電とはならない。
さらに、この条件とともに、下限電圧Vc2をVc2＝Vclと
した場合には補充電は定電圧充電（フロート充電）とな
る。

【００５８】充電休止時間tcrにd1と入力した場合に
は、手順Ｃで設定した条件での放電容量をdnとした休止
時間 tcr＝（tcrO×dn)/d1（tcr0は最初に入力したtcrの値） を各サイクルごとにＣＰＵ１５が演算し自動設定する。
手順Ｅの操作を終えたら手順Ｂに戻り、次のサイクルの
条件設定を行う。

【００５９】上記手順Ａから手順Ｅにおいて、図２に示
すような温度コントローラ６０をＣＰＵ１５が制御する
構成により充放電試験を複数の環境温度で設定する場合
には、手順Ａにおいて環境温度Ｔの入力項を設けて設定
し、手順Ｅにおいて充電休止時間tcrと初期容量値dlの
入力項で適宜各温度におけるそれぞれ値を入力すればよ
い。

【００６０】あるいは、ＣＰＵ１５に搭載するプログラ
ムを充実させ、上記の手順Ａから手順Ｅとは別にさらに
手順を設けて、各環境温度Ｔとその温度Ｔでの自己放電
量Csdを入力して、予め温度と自己放電量との関係を入
力できるようにしておくこともできる。

【００６１】以上、本発明の一例である実施形態の二次
電池自動試験装置について説明したが、特許請求の範囲
に示す条件が満足されれば、具体的な手順はなんらこれ
らに限定されるものではない。

【００６２】さらに、本実施形態の二次電池自動試験装
置は、試験データを適宜収納し、これを望むときに随時
引き出せるデータ管理機構を保有する。データ管理は、
例えば決められた時間、決められた電圧の変化に応じて
自動的に電流、電圧、温度、さらに必要ならば試験電池
ケースの歪み、その他の値を時間とともに収集し記憶す
る。データの引き出しは、例えば試験電池の充電あるい
は放電容量、温度、電圧、電流、あるいはそれらの時間
変化の値、あるいはそれらの微分値を、数値であるいは
図表で行えるものである。ただし、試験に関する情報
は、必要に応じて加減されるものであり、これらに何ら
限定されるものではない。

【００６３】本実施形態の二次電池自動試験装置は、必
要ならいくつかの安全装置を付与することができる。す
なわち、本実施形態の二次電池自動試験装置は、従来市
販されている試験装置と同様に、一定の充放電時間、あ
るいは一定の電圧範囲を越えては試験が行われない機構
となっている。また、設定された一定の放電時間以下の
放電、あるいは設定された一定の充電時間以上の充電が
行われる場合、自動的に試験を停止する。あるいはま
た、放電、充電、休止の時間中に設定電圧変化範囲（一
定時間にどれだけの電圧が変化するかという設定）を越
えると直ちに試験を停止させることも可能である。

【００６４】本実施形態の二次電池自動試験装置のう
ち、図２に示した温度コントローラ６０をＣＰＵ１５が
制御する構成においては、上記の安全機構に加え、設定
環境温度に達した後、温度が一定温度以上はずれた場合
には試験を停止すること、設定された一定時間内に環境
温度に到達しない場合には、以後の試験を停止すること
などの安全機構を加えることもできる。

【００６５】また、試験電池３０本体をモニタし、電池
本体３０が一定温度以上になると直ちに試験を停止する
機構を具備させることもで可能である。

【００６６】これら機構を有することにより、試験とそ
の試験条件に応じた環境温度を自動的に制御して、複数
個の試験電池の特性を評価することができる。

【００６７】［実験例１］本実施形態の二次電池自動試
験装置を用いて単三型Ni/Cd電池の充放電試験を行っ
た。このNi/Cd電池は温度２５℃に設定された収納容器
５０に設置して、図６に示す条件で試験を開始した。そ
の試験結果を図７、図８、図９に示す。

【００６８】図７は図６に示す試験電池No.1のパルス充
電試験の結果を示した図であり、初期充電からの経過時
間に対する電流値と電圧の変化を示した。図中、７１は
電流値を、７２は電池電圧を示し、領域Ａは初期充電
（充電時間tc1）であり、領Ｂ１は初期充電に続く補充
電（補充電時間tsc）のパルス充電であり、領域Ｂ２は
このパルス充電を時間を拡大して示している。領域Ｃは
放電（放電時間td）を示す。

【００６９】図８は図６に示す試験電池No.2の間欠充電
試験の結果を示した図であり、初期充電からの経過時間
に対する電流値と電圧の変化を示した。図中、８１は電
流値を、８２は電池電圧を示し、領域Ａは初期充電（充
電時間tc1）であり、領域Ｂ３は初期充電に続く補充電
（補充電時間tsc）の間欠充電であり、領域ＢＲ１は間
欠充電の休止（休止時間tcr）であり、領域Ｂ４は定電
流再充電（電流パルス幅tp2）を示す。領域Ｄは最終補
充電であり、休止と再充電を繰り返した充電算時間をモ
ード選択「１」によって最終休止時間と最終再充電時間
との比で案分した休止ＢＲ２（trr×{tcrf/(tcrf＋tcc
f)}）と定電流再充電Ｂ５（trr×{tccf/(tcrf＋tcc
f)}）で実施された。

【００７０】図９は試験電池No.3の間欠パルス充電試験
の結果を示した図であり、初期充電からの経過時間に対
する電流値と電圧の変化を示した。図中、９１は電流値
を、９２は電池電圧を示し、領域Ａは初期充電（充電時
間tc1）であり、領域Ｂ６は初期充電に続く間欠パルス
充電の補充電（補充電時間tsc）であり、ＢＲ１は休止
（休止時間tcr）であり、領域Ｂ７は電流パルス（電流
パルス幅tp2）による再充電を示す。領域Ｄは最終補充
電であり、休止と再充電を繰り返した充電算時間をモー
ド選択「１」によって最終休止時間と最終再充電時間と
の比で案分した休止ＢＲ２（trr×{tcrf/(tcrf＋tcc
f)}）と定電流再充電Ｂ８（trr×{tccf/(tcrf＋tcc
f)}）で実施された。

【００７１】以上の図７〜図９から明らかなように、そ
れぞれの試験電池は、パルス充電、間欠充電、間欠パル
ス充電での補充電が実施されており、かつ、間欠充電、
間欠パルス充電においては、放電開始前には確実に試験
電池は一定の充電状態に設定されており、本発明の二次
電池自動試験装置は、これら複雑な充電条件を実行でき
るとともに、放電容量に対しても信頼性ある評価が実行
できることが明らかとなった。

【００７２】［実験例２］本実施形態の二次電池自動試
験装置を用いてＡサイズNi/MH電池（公称容量2,300mA
h）の充放電試験を行った。Ni/MH電池は温度３５℃に設
定された収納容器５０に設置して図１０に示す条件で試
験を開始した。

【００７３】試験電池No.4には従来のトリクル充電（定
電流充電）試験を実施したもの、試験電池No.5は補充電
について1.35Vまで休止、1.50Vまで再充電を行う繰り返
しによる間欠充電を実施したもの、試験電池No.6は補充
電について休止時間tcrを最初に360時間とり、その後容
量変化に応じて調節して行い、電流パルスによって再充
電を行う間欠パルス充電試験を実施したものである。

【００７４】比較のために、別に用意した試験電池No.7
について、従来の充放電装置とそれにパルス発生器を組
み合わせて、最終補充電の調整以外は試験電池No.5と同
じ条件の間欠充電試験を実施した。

【００７５】その結果を図１１に示す。この図１１は本
発明の充放電試験装置を用いて各試験を実施したNi/MH
試験電池No.4、No.5、No.6及び従来の充放電装置とパル
ス発生器を組み合わせて試験を実施したNi/MH試験電池
のサイクル数に伴う容量の変化を示した図であり、図
中、１１１は試験電池No.4におけるトリクル充電試験の
結果であり、１１２は試験電池No.5における間欠充電試
験の結果であり、１１３は試験電池No.6における間欠パ
ルス充電試験の結果であり、１１４は比較例として実施
した試験電池No.7における間欠充電試験の結果である。

【００７６】この図１１から明らかなように、本発明の
充放電試験装置を用いることにより、容量変化の信頼あ
るデータ取得が可能となる。これに対して、比較例とし
て行った従来の充放電装置とパルス発生器を用いた試験
では、サイクル毎の容量にバラツキがあり信頼性あるデ
ータ取得が不可能であった。

【００７７】

【発明の効果】 以上述べたように、本発明によれば、
パルス充電、間欠充電、間欠パルス充電といったより複
雑な充電法による特性試験を実施できることになり、ま
たその間欠充電や間欠パルス充電において各サイクルの
充電時間の完了時に一定の充電状態から放電させること
が可能となり、現実に対応した信頼性ある二次電池の特
性評価が可能となって、電池の開発や適用においてきわ
めて大きな貢献を果たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の二次電池自動試験装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】 図１の構成に温度コントローラを具備させた
二次電池自動試験装置の構成を示すブロック図である。

【図３】 本発明の実施形態の二次電池自動試験装置に
より試験電池の試験を実施する手順を示すフローチャー
トである。

【図４】 図１の構成に遅延回路を具備させた二次電池
自動試験装置の構成を示すブロック図である。

【図５】 図４の二次電池自動試験装置によって実施す
る遅延時間制御の説明図である。

【図６】 Ni/Cd電池を用いた実験例１の条件の説明図
である。

【図７】 実験例１におけるNi/Cd電池を用いたパルス
充電試験の結果の特性図である。

【図８】 実験例１におけるNi/Cd電池を用いた間欠充
電試験の結果の特性図である。

【図９】 実験例１におけるNi/Cd電池を用いた間欠パ
ルス欠充電試験の結果の特性図である。

【図１０】 Ni/MH電池を用いた実験例２の条件の説明
図である。

【図１１】 実験例２におけるNi/Cd電池を用いた試験
結果の特性図である。

【図１２】 コンピュータ制御を行わない従来の充放電
試験装置の構成のブロック図である。

【図１３】 コンピュータ制御を行う従来の充放電試験
装置の構成のブロック図である。

【符号の説明】

１０Ａ〜１０Ｅ：充放電装置、１１：定電流定電圧電
源、１２：定電流負荷装置、１３：制御器、１３ａ：表
示ダイオード、１４：スイッチ、１５：ＣＰＵ、１６：
ＲＯＭ、１７：ＲＡＭ、１８：プリンタ、１９：キーボ
ード、２０：表示器、２１：充放電試験ユニット、２
２：制御・記録ユニット、２３：パルス発生器、２４：
遅延回路、３０：試験電池、４０：レコーダ、５０：電
池収納容器、６０：温度コントローラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｋ (72)発明者 朝倉 薫 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB21 CB23 CB31 CB33 CC01 CC02 CC04 CC06 CC07 CC09 CC13 CC25 CC27 CC28 CE00 5G003 AA01 BA01 CA03 CA18 CB01 CB06 CC02 DA07 EA09 GC05 GC06 5H030 AS18 AS20 BB02 BB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各種二次電池あるいは二次電池パックを試
   験電池としてその充放電特性を評価する二次電池自動試
   験装置において、 パルス発生器を具備した試験電流をコントロールする充
   放電試験ユニットと、試験制御しデータを管理する制御
   ・記録ユニットと、試験電池収納容器から構成され、 予め放電電流値Id、放電終止電圧Vd、放電時間td、充電
   電流値Ic、充電終止あるいは定電流充電終止電圧Vcl（V
   d＜Vcl）、充電時間tc、充電と放電の問の休止時間trな
   どを設定して、前記試験電池について放電、休止、充電
   を繰り返して特性試験を実施できるとともに、これに加
   えて、 放電後の初期充電を、定電流Iclで予め設定された電池
   電圧Vcl、あるいは予め設定された初期充電時間tclまで
   実施するか、又はピーク電流値をIclとし、パルス幅をt
   p1（0＜tpl＜tcl）とし、パルス間隔をtprl（0＜tprl＜
   tcl）とするパルス充電で、設定電圧Vclあるいは設定時
   間tclまで実施し、 該設定値Vclあるいはtclに到達した後、補充電として、 予め設定された時間tscを上記設定電圧Vclと予め設定さ
   れた放電終止電圧Vd（Vd＜Vcl）との間の任意の電圧Vc2
   （Vd＜Vc2＜Vcl）を設定し、試験電池の電圧がVclに到
   達したら該設定値Vc2に低下するまで休止し、Vc2に到達
   したら初期充電における電流値Iclまたはこれと別に任
   意に設定した電流値lc2で再充電を行い、この再充電を
   設定値Vclに到達するまで続けて、VclとVc2との問で再
   充電と休止とを繰り返す間欠充電、 あるいは、初期充電における充電電流値Icl、またはこ
   れと別に任意に設定した電流値lc2をピーク電流値と
   し、初期充電の設定パルス幅tpl（0＜tpl＜tsc）、設定
   パルス間隔tprl（0＜tprl＜tsc）、あるいは初期充電と
   は別に設定する任意の時間tp2（0＜tp2＜tsc）をパルス
   幅、パルス間隔をtpr2（0＜tpr2＜tsc）とするパルス電
   流によるパルス充電、 あるいは、上述の間欠充電における再充電、あるいは／
   及び補充電における再充電を上記パルス充電で実施する
   間欠パルス充電、 で行う充電を実施し、該初期充電と該補充電とを予め設
   定された充電時間tc（tc＝tcl＋tsc）の期間実施するこ
   とを特徴とする二次電池自動試験装置。
2. 【請求項２】各種二次電池あるいは二次電池パックを試
   験電池としてその充放電特性を評価する二次電池試験方
   法において、 予め放電電流値Id、放電終止電圧Vd、放電時間td、充電
   電流値Ic、充電終止あるいは定電流充電終止電圧Vcl（V
   d＜Vcl）、充電時間tc、充電と放電の問の休止時間trな
   どを設定して、前記試験電池について放電、休止、充電
   を繰り返して特性試験を実施するとき、 放電後の初期充電を、定電流Iclで予め設定された電池
   電圧Vcl、あるいは予め設定された初期充電時間tclまで
   実施するか、又はピーク電流値をIclとし、パルス幅をt
   p1（0＜tpl＜tcl）とし、パルス間隔をtprl（0＜tprl＜
   tcl）とするパルス充電で、設定電圧Vclあるいは設定時
   間tclまで実施し、 該設定値Vclあるいはtclに到達した後、補充電として、 予め設定された時間tscを上記設定電圧Vclと予め設定さ
   れた放電終止電圧Vd（Vd＜Vcl）との間の任意の電圧Vc2
   （Vd＜Vc2＜Vcl）を設定し、試験電池の電圧がVclに到
   達したら該設定値Vc2に低下するまで休止し、Vc2に到達
   したら初期充電における電流値Iclまたはこれと別に任
   意に設定した電流値lc2で再充電を行い、この再充電を
   設定値Vclに到達するまで続けて、VclとVc2との問で再
   充電と休止とを繰り返す間欠充電、 あるいは、初期充電における充電電流値Icl、またはこ
   れと別に任意に設定した電流値lc2をピーク電流値と
   し、初期充電の設定パルス幅tpl（0＜tpl＜tsc）、設定
   パルス間隔tprl（0＜tprl＜tsc）、あるいは初期充電と
   は別に設定する任意の時間tp2（0＜tp2＜tsc）をパルス
   幅、パルス間隔をtpr2（0＜tpr2＜tsc）とするパルス電
   流によるパルス充電、 あるいは、上述の間欠充電における再充電、あるいは／
   及び補充電における再充電を上記パルス充電で実施する
   間欠パルス充電、 で行う充電を実施し、該初期充電と該補充電とを予め設
   定された充電時間tc（tc＝tcl＋tsc）の期間実施するこ
   とを特徴とする二次電池試験方法。
3. 【請求項３】上記請求項２において、初期充電と補充電
   とで構成される試験電池の充電後の放電において、試験
   電池の満充電状態、あるいは予め設定される一定の充電
   状態から放電を実施し放電容量の変化を評価するため
   に、 補充電に休止をはさむ間欠充電、あるいは間欠パルスに
   おいては、常に休止時間と再充電時間をモニタ、積算
   し、充電残時間trrを計算し、 再充電が終了した時、
   残時間trr（trr＜tsc）が実施した最終休止時間tcrfと
   最終再充電時間tccfとの和に対して、 trr≦（tcrf＋tccf） となった場合、次の休止と再充電を、最終休止時間と最
   終再充電時間との比で案分し、それぞれ休止をtrr{tcrf
   /(tcrf＋tccf)}、再充電をtrr{tccf/(tcrf＋tccf)}だけ
   実施して総充電時間tcを全うするか、あるいは、 trr≦（tcrf＋tccf）であり、かつ、trr≦tccf の場合には、休止に入らずそのまま再充電を続行してあ
   らかじめ設定された総充電時間tcを全うし、 tcrf＜trr≦（tcrf＋tccf） の場合には、休止を（trr−tccf）間、再充電をtcc間の
   一定時間実施して総充電時間tcを全うするよう充電制御
   することを特徴とする二次電池試験方法。