JP2008235078A - 放電容量ランク別電池セルの選別方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】仕様に合わせた電池セルの選別を行い、組電池にしたときに過放電してしまう電池セルをなくす。
【解決手段】ランク毎に電池セルの放電特性を放電終止電圧まで放電したときの状態を基準とする放電容量差で表した標準放電特性を設定し、ランクに対応した仕様の組電池を所定の放電終止電圧まで放電させたときに、過放電する危険がない放電容量をもつ電池セルを選別するための放電容量幅を、前記標準放電特性に基づいて求め、この放電容量幅を電池セル選別の指標になる同一ランクの許容幅として設定し、各電池セル単体の放電特性を測定し、その放電特性が前記許容幅に収まる電池セルを同一ランクに属する電池セルとして選別する。
【選択図】図３
【解決手段】ランク毎に電池セルの放電特性を放電終止電圧まで放電したときの状態を基準とする放電容量差で表した標準放電特性を設定し、ランクに対応した仕様の組電池を所定の放電終止電圧まで放電させたときに、過放電する危険がない放電容量をもつ電池セルを選別するための放電容量幅を、前記標準放電特性に基づいて求め、この放電容量幅を電池セル選別の指標になる同一ランクの許容幅として設定し、各電池セル単体の放電特性を測定し、その放電特性が前記許容幅に収まる電池セルを同一ランクに属する電池セルとして選別する。
【選択図】図３
Description
本発明は、放電容量ランク別電池セル選別方法に係り、特に、組電池の仕様別に電池セルを適正に選別できるようにする放電容量ランク別電池セルの選別方法に関する。
二次電池からなる電池セルを直列につないだ組電池は、電動式自転車、ハイブリッド車をはじめとして、さまざまな用途で広く利用されている。そして近年では、組電池の高容量化、高密度化が急速に進んでいる。
この種の組電池では、多数の電池セルが直列または並列に接続されているので、個々の電池セルの特性が不均一であると、組電池全体としての充放電特性に悪影響が及ぶ。このため、組電池の製作では、あらかじめ１つ１つの電池セルについて電池特性を測定しておき、組電池の仕様別に選別を行っている。この種の電池セルの選別に関する従来技術としては、例えば、特許文献１がある。
この特許文献１には、電池セルについて、ある設定電流で設定電圧まで放電した時の放電容量と、放電の終了一定時間経過後の開放電圧を測定し、この放電容量と開放電圧が設定範囲以内にある電池セルを選別することが記載されている。
特開平１０−１５４５０３号公報
実際の電池セルでは、その仕様の違いにより、放電終止電圧付近の電圧推移の傾きに差がある。例えば、図２において、仕様Ａの電池セルでは、仕様Ｂに較べて放電終止電圧付近の傾きが大きく、過放電により転極を起こしやすい特性になっている。
ところが、従来、電池製作現場で行われている電池セルの選別方法では、組電池の仕様に関係なく、放電容量に対して許容できる放電容量幅（％）を一律に決めて選別している。このため、仕様によっては、許容容量範囲が広すぎたり、狭すぎることになる。広すぎる場合は、組電池にしたときに過放電をしてしまう可能の高いセルが同じランクのものとして選別され、電池寿命の低下、漏液の懸念がある。他方、狭すぎる場合には、同じランクから除外されるセルが増え、直行率が低下する。
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、仕様に合わせた選別を行い、組電池にしたときに過放電してしまう電池セルをなくし、電池寿命の長く安全性の高い組電池にすることに資するようにした放電容量ランク別電池セルの選別方法を提供することにある。
前記の目的を達成するために、本発明は、組電池を構成する電池セルをその放電容量でランク分けして選別する方法であって、ランク毎に電池セルの放電特性を放電終止電圧まで放電したときの状態を基準とする放電容量差で表した標準放電特性を設定し、ランクに対応した仕様の組電池を所定の放電終止電圧まで放電させたときに、過放電する危険がない放電容量をもつ電池セルを選別するための放電容量幅を、前記標準放電特性に基づいて求め、この放電容量幅を電池セル選別の指標になる同一ランクの許容幅として設定し、各電池セル単体の放電特性を測定し、その放電特性が前記許容幅に収まる電池セルを同一ランクに属する電池セルとして選別することを特徴とするものである。
本発明によれば、電池セルの放電特性に応じて電池セルのランク選別の適切な放電容量幅に基づいて選別できるので、放電容量差が広すぎて組電池にしたときに過放電が生じる不都合を確実に回避し、また、放電容量差が狭すぎて、ランクから外れる半端な電池セルの発生による直行率の低下を防ぐことができる。
以下、本発明による放電容量ランク別電池セルの選別方法の実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、電池セルの放電特性を示すグラフである。この図１では、電池セルの放電終止電圧が０．９Ｖである場合の電池セルの放電特性を示している。
図１は、電池セルの放電特性を示すグラフである。この図１では、電池セルの放電終止電圧が０．９Ｖである場合の電池セルの放電特性を示している。
図１に示されるように、電池セルを放電させると、しばらくの間（放電率２０〜８０％）は、電池セルの電圧は安定するが、放電率が８０％を越えるあたりから急激に低下し始めるという傾向がある。このような放電特性は、電池セルの仕様によらず共通である。
次に、図２は、選別の対象とされる仕様の違いによる電池セルの放電特性の違いを示す。この図２に示すように、１つ１つの電池セルの放電特性は、同じ仕様であれば、放電率があるところまではほんど同じように電圧が低下していく。このため、電池セルを接続して組電池にする場合、放電特性の揃った電池セルを用いる必要がある。逆にいえば、放電特性の違った電池セルを一つの組み電池に組まないように選別する必要がある。
そこで、ある仕様の２０個の電池セルを直列に接続し放電終止電圧を１８Vとする組電池の場合を例に挙げて、本実施形態による電池セルの選別方法について説明する。
本実施形態の選別方法では、例えば、電池セル単体の放電容量仕様の違いにより、ランクＩ、ランクＩＩというように、ランクを設定する。そして、それぞれランクＩ、ランクＩＩには、放電容量の許容幅が設定され、この放電特性が許容幅に収まるものが同一ランクに属するものとして選別され、同一ランクに属する電池セル同士で組電池を構成することになる。
次に、図３は、ランクの選別基準となる放電容量幅を求めるのに利用する電池セル単体の標準放電特性を示すグラフである。この図３において、横軸は放電容量差（％）、縦軸は電圧を示す。この標準放電特性では、電池セルの放電率が８０％以上の領域において、終止電圧０．９Ｖまで放電した状態を基準にして、放電容量差が横軸に目盛られている。
そこで、図３において、符号Ａで示す範囲がひとつのランクに対応した放電特性の許容幅である。この放電特性の許容幅Ａは、以下のようにして求められる。
すなわち、このランクに対応した仕様の組電池の放電終止電圧を電池セル２０個直列で１８Ｖに設定したものとする。この組電池が１８Ｖの放電終止電圧になるまで放電した場合、組電池を構成する各電池セルが同じように放電していけば、各電池セルは終止電圧０．９Ｖになるはずである。
すなわち、このランクに対応した仕様の組電池の放電終止電圧を電池セル２０個直列で１８Ｖに設定したものとする。この組電池が１８Ｖの放電終止電圧になるまで放電した場合、組電池を構成する各電池セルが同じように放電していけば、各電池セルは終止電圧０．９Ｖになるはずである。
ところが、実際には各電池セルの放電容量はそれぞれ一様ではないので、ある放電容量の許容幅を超える特性をもつ電池セルを排除する必要がある。
そこで、本実施形態では、最悪の電池セルの組み合わせとして、組電池を１８Ｖの放電終止電圧まで放電させたときに、１つの電池セルが０Ｖになるまで放電して過放電する危険があるときを考え、そのときに最低限必要な、残りの電池セルの電圧をＶｘとして、次のようにして放電容量の許容幅を求める。
組電池の１つの電池セルが０Ｖになる場合に、この組電池の放電終止電圧における他の電池セルの電圧Ｖｘを求めると、
（２０cell−１cell）×Ｖｘ＋１cell×０Ｖ＝１８Ｖ
であるから、Ｖｘ＝０．９４７（Ｖ）である。
（２０cell−１cell）×Ｖｘ＋１cell×０Ｖ＝１８Ｖ
であるから、Ｖｘ＝０．９４７（Ｖ）である。
次に、電池セル単体の電圧が０．９０Ｖまで放電したときを基準にして、０．９４７Ｖはどの程度の放電容量の差にあたるかを図３の基準放電特性から求めると、−０．６６％の放電容量差に相当することになる。他方、このとき０Ｖになるまで放電するに至った電池セルとの放電容量差の絶対値は、図３において、
０．６６＋１．８０＝２．４６％
となる。
０．６６＋１．８０＝２．４６％
となる。
こうして得た２．４６％の限界放電容量差を電池セル選別の指標として、同一ランクの許容幅Ａとして設定することになる。
次に、各電池セル単体の放電特性について測定した測定データが得られたすると、その放電特性が前記許容幅Ａに収まる電池セルを同一ランクに属する電池セルとして選別することになる。
図３に示すように、許容幅Ａに収まる放電特性を有する電池セル（点線で示す）であれば、他の電池セルが０．９４７Ｖまで下がった時点で０Ｖ以下まで過放電することはなく、過放電する可能性のある電池セルを排除することができる。このため、最悪の組み合わせとして、過放電する可能性のある電池セルが同一ランクのものとして選別されるのを未然に回避することができるので、少なくとも、同じランクの電池セルで組み合わせる限り、組電池を終止電圧まで放電したときに、過放電による異常な内圧の上昇や漏液が生じるようなことはない。
以上のように本実施形態による電池セルの選別方法によれば、放電容量の違う電池セルを所定数組んで電池にした際の過放電を防止するのに適切な同一ランクでの放電容量幅を設定することができる。したがって、本発明の選別方法によれば、ランク別の放電容量幅が広すぎて組電池にしたときに過放電が生じる不都合を確実に回避し、また、ランク別の放電容量差が狭すぎて、ランクから外れる半端な電池セルの発生による直行率の低下を防ぐことができる。
Claims (4)
- 組電池を構成する電池セルをその放電容量でランク分けして選別する方法であって、
ランク毎に電池セルの放電特性を放電終止電圧まで放電したときの状態を基準とする放電容量差で表した標準放電特性を設定し、
ランクに対応した仕様の組電池を所定の放電終止電圧まで放電させたときに、過放電する危険のない放電容量をもつ電池セルだけを選別するための放電容量幅を、前記標準放電特性に基づいて求め、
この放電容量幅を電池セル選別の指標になる同一ランクの許容幅として設定し、
各電池セル単体の放電特性を測定し、その放電特性が前記許容幅に収まる電池セルを同一ランクに属する電池セルとして選別することを特徴とする放電容量ランク別電池セルの選別方法。 - 前記電池セル単体の放電終止電圧は、放電により電圧が急激に低下する手前の０．９０Ｖ前後の範囲に設定することを特徴とする請求項１に記載の放電容量ランク別電池セルの選別方法。
- 前記放電容量幅は、組電池の１つの電池セルが０Ｖになる場合に組電池の放電終止電圧における他の電池セルの電圧を求め、電池セル単体の放電終止電圧に達したときを基準にして、この電圧まで放電するときの放電容量差と、標準放電特性の電池セルが０Ｖまで放電したときの放電容量差との和の絶対値として求めることを特徴とする請求項１または２に記載の放電容量ランク別電池セルの選別方法。
- 前記標準放電特性は、電池セルの放電率が８０％以上の領域での放電特性であることを特徴とする請求項１に記載の放電容量ランク別電池セルの選別方法。
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