JP2015204273A - 二次電池容量評価方法および評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の温度保持時間を短縮し、かつ、再現性の高い容量のデータを取得することが可能な二次電池の容量評価方法および評価装置を提供する。【解決手段】二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価方法であって、前記環境温度をあらかじめ設定された温度に維持し、その状態において、前記二次電池の交流インピーダンスの変化に基づいて前記容量の測定を開始することを特徴とする二次電池容量評価方法。【選択図】図４

Description

本発明は、二次電池容量評価方法および評価装置に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池は、環境温度が変化すれば、充電容量および放電容量が変化する温度特性を有する。そこで、二次電池の充電容量または放電容量などの温度特性を調べるために、特許文献１に記載されているような二次電池の環境温度を変えて二次電池の充放電試験を行う試験装置が知られている。

この試験装置は、二次電池が収容される試験槽と、当該二次電池に電圧を印加する電源部とを備えている。

このような試験装置を用いて二次電池の充電容量を評価する場合、試験槽内部の環境温度を変えながら各設定温度における充電容量をそれぞれ測定していくことにより、二次電池の充電時の温度特性を得ることができる。これによって、二次電池の充電可能な温度範囲を確定することが可能になる。また、二次電池の放電容量を評価する場合、試験槽内部の温度を変えながら各設定温度における放電容量をそれぞれ測定していくことにより、二次電池の放電時の温度特性を得ることができ、その結果、二次電池の稼働時間を見積もることが可能になる。

特開２０１３−１６４３７８号公報

上記のようにリチウムイオン電池などの二次電池は、温度条件によって充電容量や放電容量が変化するので、一般には、環境温度を段階的に順次変化させながら各段階の設定温度における容量データを取得する。

ここで、二次電池の温度は、電池表面に取り付けられた熱電対で測定されるが、電池表面の温度はすぐに環境温度まで上がるが、電池内部の温度は環境温度まで上がるのに時間がかかる。電池の内部まで温度が一定にならないと正確な電池容量を測定することができないため、容量を測定する前に電池を一定の温度で一定時間保持する必要がある。この保持時間は、電池のサイズによって異なる。そのため、別途、事前に保持時間に関するデータを取得しておく必要がある。

各電池の保持時間を決定する場合、従来では、その決定の指標は電池容量のみに依っていた。そのため、正確な保持時間が見積もれていないおそれがある。

特に低温時の保持時間は、常温時と比べ、電圧変動が大きく、容量も低下するため、最適な保持時間を見積もりにくい。そのため、電池の温度を保持する時間を短縮することが難しいという問題がある。

しかも、低温時の保持時間が長すぎると電池内部の材料状態が大きく変化し、容量のばらつきが大きくなる。そのため、再現性の高い測定データの取得することが難しいという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、二次電池の温度保持時間を短縮し、かつ、再現性の高い容量のデータを取得することが可能な二次電池の容量評価方法および評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明の二次電池容量評価方法は、二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価方法であって、前記環境温度をあらかじめ設定された温度に維持し、その状態において、前記二次電池の交流インピーダンスの変化に基づいて前記容量の測定を行うことを特徴とする。

本発明は、二次電池内部の温度変化に対応して、当該二次電池の交流インピーダンスが変化することに着目して創作に至ったものである。すなわち、二次電池の環境温度があらかじめ設定された温度に到達した直後では、二次電池の表面温度は環境温度に達していても、二次電池の内部温度はまだ環境温度に達していない。そして、環境温度をあらかじめ設定された温度に維持した状態でしばらく時間が経過すると、二次電池の内部温度は環境温度に達して一定になる。このとき、二次電池内部の温度が一定になるのに対応して二次電池の交流インピーダンスも安定する。そこで、二次電池の交流インピーダンスの変化に基づいて容量の測定を開始することにより、従来のように二次電池の容量によって見積もられていた保持時間と比較して、二次電池の温度を保持する時間を短縮することが可能になる。また、二次電池内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを取得することが可能である。

また、前記交流インピーダンスの時間変化率があらかじめ設定された範囲内にあるときに、前記容量の測定を行うのが好ましい。

かかる特徴によれば、二次電池内部の温度が一定になるのに対応して二次電池の交流インピーダンスは安定している状態になる。このため、交流インピーダンスの時間変化率があらかじめ設定された範囲内にあるときに容量の測定を開始することにより、二次電池の温度を保持する時間を確実に短縮することが可能になる。また、二次電池内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを確実に取得することが可能である。

また、過去の測定データなどに基づいて上記の設定された範囲を任意に設定することにより、再現性の高いデータを取得しつつ電池保持時間のさらなる短縮が可能になる。

さらに、前記交流インピーダンスの前記時間変化率が０以下の範囲で前記容量の測定を行うように当該測定を開始するのが好ましい。

かかる特徴によれば、交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲では、二次電池内部の温度が一定になるのに対応して二次電池の交流インピーダンスは安定している状態になっているので、当該交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で容量の測定を行うように当該測定を開始することにより、二次電池の温度を保持する時間を確実に短縮することが可能になる。また、二次電池内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを確実に取得することが可能である。

また、前記交流インピーダンスの前記時間変化率が最初に０になったときに、前記容量の測定を開始し、前記交流インピーダンスの前記時間変化率が２回目に０になったときに、測定を中止するか、または警報を発するのが好ましい。

二次電池の環境温度を低温に変化させた場合には、交流インピーダンスの時間変化率が最初に０になったときからある程度の時間は、二次電池内部の温度が一定になるのに対応して二次電池の交流インピーダンスは安定している状態になっているが、その時間を経過した後には、二次電池内部の材料の状態が変化して二次電池の容量の評価を正確にできない状態になる場合がある。そこで、交流インピーダンスの時間変化率が２回目に０になったときに、測定を中止するか、または警報を発することにより、二次電池の容量を正確に評価することが可能になる。

さらに、本発明の二次電池容量評価方法は、二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価方法であって、前記環境温度を段階的に上昇させていきながら、各段階の温度において、前記二次電池の交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で前記容量の測定を行うように当該測定を開始することを特徴とする。

かかる特徴によれば、本発明は、環境温度を段階的に上昇させていったときに、環境温度を各段階の設定された温度に維持した状態でしばらく時間が経過すると、二次電池の内部温度は環境温度に達して一定になる。このとき、二次電池内部の温度が一定になるのに対応して二次電池の交流インピーダンスも安定して当該交流インピーダンスの時間変化率が０以下になる。そこで、二次電池の交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で容量の測定を行うように当該測定を開始することにより、二次電池の容量によって見積もられる保持時間と比較して、二次電池の温度を保持する時間を短縮することが可能になる。また、二次電池内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを取得することが可能である。

また、前記環境温度を０〜−６０℃の範囲で変化させて前記二次電池の容量を評価するのが好ましい。

かかる特徴によれば、環境温度が０〜−６０℃の低温の範囲で変化させて二次電池の容量を評価する場合には、環境温度が０℃よりも大きい温度範囲の場合と比較して、電池内部まで温度が一定になりにくいので、二次電池の温度を保持する時間が長くなる傾向にある。しかし、本発明では、二次電池の交流インピーダンスの変化に基づいて容量の測定を開始するので、低温時の測定において二次電池の温度を保持する時間をより短縮することが可能になる。

さらに、本発明の二次電池容量評価装置は、二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価装置であって、前記二次電池が収容される試験槽と、前記試験槽内の温度を調整する温度調整部と、前記二次電池の容量を測定する容量測定部と、前記二次電池の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記交流インピーダンスの変化に基づいて、前記二次電池の容量の測定を開始させるように前記容量測定部を制御する制御部とを備えていることを特徴とする。

かかる特徴によれば、二次電池が収容される試験槽内部の温度を温度調整部によって調整して、二次電池の環境温度をあらかじめ設定された温度に維持する。その状態では、二次電池内部の温度変化に対応して当該二次電池の交流インピーダンスが変化しているので、この交流インピーダンスをインピーダンス測定部で測定することにより、電池の内部温度の変化をインピーダンスの変化として知ることが可能である。そして、制御部は、この交流インピーダンスの変化に基づいて、二次電池の容量の測定を開始させるように容量測定部を制御することにより、従来のように二次電池の容量によって見積もられていた保持時間と比較して、二次電池の温度を保持する時間を短縮することが可能になる。また、二次電池内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを取得することが可能である。

以上説明したように、本発明の二次電池の容量評価方法および評価装置によれば、二次電池の温度保持時間を短縮することができる。それとともに、再現性の高い容量のデータを取得することができる。

本発明の実施形態に係る二次電池容量評価装置のシステム構成図である。である。 電池の表面温度と電池のインピーダンスの時間変化を示すグラフである。 電池の表面温度と放電容量との関係を示すグラフである。 図１の評価装置を用いた二次電池容量評価方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の変形例として、図１の評価装置を用いた他の二次電池容量評価方法の手順を示すフローチャートである。 図５の評価方法における電池の表面温度と電池のインピーダンスの時間変化を示すグラフである。 本発明の他の変形例である複数の二次電池のインピーダンスを１つのインピーダンス計によって測定する二次電池容量評価装置のシステム構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の二次電池の容量評価方法および評価装置の実施形態についてさらに詳細に説明する。

図１に示される二次電池容量評価装置１（以下、評価装置１という）は、リチウムイオン電池などの二次電池１００の環境温度を変化させて、当該二次電池１００の容量を評価する装置である。

具体的には、評価装置１は、本体部２と、交流インピーダンス計３と、測定タイミング制御部４と、アラーム５とを備える。

本体部２は、二次電池１００が収容される試験槽６と、温度・湿度調整部７と、充放電試験用の電源８と、容量測定部９と、本体制御部１０と、二次電池１００の表面温度を測定する温度センサ１１とを備えている。

試験槽６は、断熱壁によって囲まれた収容空間６ａを有する。充放電試験の試験対象となる二次電池１００は、収容空間６ａ内に収容される。温度・湿度調整部７は、二次電池１００が収容された試験槽６内の温度および湿度を調整する。これら試験槽６および温度・湿度調整部７を組み合わせたものとしては、恒温恒湿槽が採用される。なお、温度・湿度調整部７の代わりに温度のみを調整する温度調整部が用いられる場合には、試験槽６および温度調整部を組み合わせたものとして、恒温槽または恒温器が採用される。

電源８は、二次電池１００に対して充放電試験を行うための電圧を印加する。容量測定部９は、二次電池１００の充電容量および放電容量を測定する。

温度センサ１１は、熱電対などからなり、二次電池１００の表面に取り付けられ、当該二次電池１００の表面温度を測定する。温度センサ１１が測定した電池温度のデータは本体制御部１０へ送信される。

本体制御部１０は、電池温度のデータ信号およびその他の信号に基づいて、本体部２における温度・湿度調整部７、電源８、および容量測定部９の各動作を制御する。

交流インピーダンス計３は、二次電池１００の交流インピーダンスを測定するものであり、本発明のインピーダンス測定部の概念に含まれる。交流インピーダンス計３は、二次電池１００の一方の電極に接続される一対の作用極３ａ、３ｂと、他方の電極に接続される対極３ｃおよび参照極３ｄとを有する。

交流インピーダンス計３としては、二次電池１００の交流インピーダンスを測定できるものであれば種々のものが採用され得るが、例えば、周波数特性分析器（すなわち、ＦＲＡ(Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ)）とポテンショ／ガルバノスタット（すなわち、Ｐ／Ｇスタット）とを組み合わせたもの、または、ＬＣＲメータなどが採用され得る。交流インピーダンス計３の測定周波数は、高い方がインピーダンスの測定に時間がかからずに二次電池１００の温度が変化するおそれが低い点で好ましく、例えば１ｋHｚ程度が好ましい。

ここで、二次電池１００の交流インピーダンスについては、二次電池１００の温度が高温であればインピーダンスが小さく、低温であれば大きい傾向がある。したがって、二次電池１００が低温のときの方がインピーダンスの変化が計測しやすい。

測定タイミング制御部４は、 交流インピーダンス計３で測定された交流インピーダンスの変化に基づいて、二次電池１００の容量の測定を開始させるように、容量測定部９を本体制御部１０を介して制御する。測定タイミング制御部４は、判断部１５と、信号発生部１６とを有する。

判断部１５は、交流インピーダンスの変化に基づいて、容量測定部９に二次電池１００の容量の測定を開始させるか否か判断する。判断部１５は、例えば、二次電池１００の環境温度を設定温度（例えば−４０℃程度の低温）にして、その温度で維持した状態において、交流インピーダンスRｅの時間ｔに対する変化率を示す微分値ｄＲｅ／ｄｔが０以下になったとき、またはｄＲｅ／ｄｔがあらかじめ設定された範囲内（例えば、図２の時間ｔに対するインピーダンスＲｅの減少率δ１が０≧δ１≧―０．１の範囲にあるなど）に有るときには、二次電池１００の内部の温度状態が安定した状態になっているので、測定開始であると判断する。

ここで、二次電池１００の温度と交流インピーダンスとの関係を見るために、図２のグラフを参照する。この図２のグラフでは、環境温度の代わりに、当該環境温度にほぼ追従する電池温度θ（二次電池１００の表面温度）と二次電池１００のインピーダンスの時間的変化が表されている。すなわち、図２のグラフでは、二次電池の１００の表面温度である電池温度θにおける時間変化を示す曲線Ｔ１と、交流インピーダンスＲｅの時間変化を示す曲線Ｉｍｐ１が示されている。図２のグラフでは、二次電池１００が収容された収容空間６ａの温度、すなわち、環境温度を設定温度として例えば、−４０℃まで下げたときの例を示している。このとき、曲線Ｔ１に示すように、電池温度θは、−４０℃まで下がった後、その温度を維持している。しかし、曲線Ｔ１において、電池温度θが設定温度（−４０℃）に到達した直後の点Ｐ０における時間では、二次電池１００の内部の温度は、当該設定温度よりもまだ高く、下降を続けている途中である。そのため、二次電池１００の交流インピーダンスＲｅは曲線Ｉｍｐ１のように急上昇を続けており、安定していない。

一方、点Ｐ０における時間からさらに時間が経過すれば、二次電池１００の内部の温度は当該設定温度に到達して安定する。このとき、交流インピーダンスＲｅは上昇を止めて安定する。すなわち、曲線Ｉｍｐ１の点Ｐ１では、交流インピーダンスRｅの時間ｔに対する変化率を示す微分値ｄＲｅ／ｄｔが０になり、点Ｐ１の時間以降、ｄＲｅ／ｄｔは０以下で緩やかな減少率δ１で減少する。このときには、二次電池１００の全体の温度は、安定した状態になっている。

そこで、上記の判断部１５は、二次電池１００の表面温度が設定温度に達してから交流インピーダンスRｅの時間ｔに対する変化率を示す微分値ｄＲｅ／ｄｔが０以下になったとき、またはあらかじめ設定された範囲内（例えば、減少率δ１が所定の範囲内）に有るときには、二次電池１００の内部の温度状態が安定した状態になっているので、測定開始であると判断する。これとによって、当該設定温度における二次電池１００の充電容量および放電容量を正確に測定することが可能になる。

例えば、図３のグラフに示されるように、二次電池１００の放電容量Ｃは、電池温度θの変化にしたがって変化する傾向がある。電池温度θが０〜−３０℃の範囲では、放電容量Ｃはとくに大きく変化する。このグラフを見れば、電池の内部温度が異なっていれば放電容量も大きく変わることが予測される。

図２の曲線Ｔ１における電池温度θが設定温度に到達した直後の点Ｐ０の時間においては、二次電池１００の内部の温度は当該設定温度（−４０℃）よりもまだ高い状態であるので、この時点で放電容量を測定すれば、−４０℃の見かけ上の放電容量Ｃおよび電圧Ｖの関係を示す誤った測定結果しか得られない。一方、図２の曲線Ｉｍｐ１における交流インピーダンスＲｅの時間ｔに対する変化率が０以下で緩やかな減少率δ１で減少している時間の範囲Ｗ１では、二次電池１００の内部の温度は当該設定温度で安定しているので、−４０℃の実際の放電容量Ｃおよび電圧Ｖの関係を示す正確な測定結果が得られる。

信号発生部１６は、判断部１５が測定開始であると判断したときに、本体制御部１０に対して測定開始に関する信号を送る。その信号を受けた本体制御部１０は、容量測定部９に容量の測定をさせるように制御する。

また、二次電池１００の温度が上記のように−４０℃程度の低温の状態に長時間維持されると、二次電池１００の内部の材料の状態が温度によって変化して、容量の評価を正確にできない状態になる。すなわち、図２のグラフの曲線Ｉｍｐ１において示されるように、二次電池の１００の交流インピーダンスＲｅは、時間変化率ｄＲｅ／ｄｔがマイナス（０未満）になった後、当該時間変化率ｄＲｅ／ｄｔが２回目の０になった点Ｐ２以降の時間（図２のＷ２の範囲）では、二次電池１００内部の材料の状態が変化して急速に上がる。この状態では、二次電池１００の容量のばらつきが大きくなり、容量の評価を正確にできない状態になる。

そこで、判断部１５は、交流インピーダンスRｅの時間ｔに対する変化率を示す微分値ｄＲｅ／ｄｔが２回目の０以下になったときに、測定中止であると判断する。このとき、信号発生部１６は、本体制御部１０へ容量測定部９による測定を中止させるための信号を送る。また、このとき、アラーム５は、警報を発して測定中止を試験者に知らせる。

つぎに、上記のように構成された評価装置１を用いた二次電池容量評価方法について図４のフローチャートを参照しながら説明する。ここでは、設定温度として、−４０℃の場合を例示して説明する。

まず、ステップＳ１において、交流インピーダンス計３による二次電池１００の交流インピーダンスＲｅの測定を開始する。

ついで、ステップＳ２において、環境温度を設定温度（例えば、−４０℃）まで下げて、その温度を維持する。ここでは、電池温度（すなわち、二次電池１００の表面温度）を測定する。二次電池１００の表面温度は、環境温度にほぼ追従し、当該環境温度にほぼ等しい。一方、二次電池１００の内部温度は、環境温度になるまでに遅れが生じる。電池温度は、温度センサ１１によって測定され、当該電池温度が設定温度に達したことを検出することが可能である。

そして、ステップＳ３において、測定タイミング制御部４の判断部１５が、交流インピーダンスＲｅの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔが１回目の０になったか否か判断する。

判断部１５がｄＲｅ／ｄｔが１回目の０になったと判断したときは、二次電池１００の内部の温度状態が設定温度で安定した状態になっているので、ステップＳ４において、二次電池１００の放電容量または充電容量の評価試験を開始する。具体的には、測定タイミング制御部４では、判断部１５が測定開始であると判断したときに、信号発生部１６は、本体制御部１０に対して測定開始に関する信号を送る。本体制御部１０は、その信号を受けてから容量測定部９に放電容量または充電容量の測定をさせるように制御する。

上記の図２のグラフの曲線Ｉｍｐ１に示されるように、この交流インピーダンスＲｅの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔが１回目の０になった点のＰ１の時間からある程度の時間の範囲Ｗ１では、交流インピーダンスＲｅが０以下でなだらかに下降している。この状態では、二次電池１００の内部温度が設定温度（−４０℃）で一定した安定な状態になっているので、正確な容量評価が可能である。

その後、ステップＳ５において 本体制御部１０は、評価試験が終了したか判定し、評価試験が終了したときには、評価試験を終了する。評価試験が終了していないときには、ステップＳ６へ移行する。

ステップＳ６では、測定タイミング制御部４の判断部１５が、交流インピーダンスＲｅの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔが２回目の０になったかを判断する。

すなわち、図２のグラフの曲線Ｉｍｐ１に示されるように、交流インピーダンスＲｅの時間変化率が２回目の０になった点Ｐ２が曲線Ｉｍｐ１における下側に凸である変曲点となり、点Ｐ２以降の時間では、二次電池１００内部の材料の状態が変化してインピーダンスＲｅが急速に上がる。この状態では、二次電池１００の容量のばらつきが大きくなり、容量の評価を正確にできなくなっている。そこで、判断部１５がｄＲｅ／ｄｔが２回目の０になったと判断したときは、ステップＳ７において、アラーム５が警報を発し、さらに、ステップＳ８において、評価試験を強制終了させる。以上のようにして評価試験のすべてのステップが実行される。

なお、上記の評価方法の説明では、設定温度が−４０℃のときについての評価方法を説明しているが、これと同様にして、環境温度を０〜−６０℃（好ましくは、電池温度に対する放電容量の変化が大きい０〜−４０℃）の範囲で変化させて二次電池１００の容量を評価することが可能である。

（特徴）
（１）
以上のように、本実施形態の二次電池容量評価方法は、環境温度をあらかじめ設定された温度に維持し、その状態において、二次電池１００の交流インピーダンスの変化に基づいて容量の測定を開始することを特徴としている。

すなわち、二次電池１００の周囲の環境温度があらかじめ設定された温度に到達した直後では、二次電池１００の表面温度は環境温度に達していても、二次電池１００の内部温度はまだ環境温度に達していない。そして、環境温度をあらかじめ設定された温度に維持した状態でしばらく時間が経過すると、二次電池１００の内部温度は環境温度に達して一定になる。このとき、二次電池１００内部の温度が一定になるのに対応して二次電池１００の交流インピーダンスも安定する。そこで、本実施形態では、二次電池１００の交流インピーダンスの変化に基づいて容量の測定を開始することにより、従来のように二次電池の容量によって見積もられていた保持時間と比較して、二次電池１００の温度を保持する時間を短縮することが可能になる。また、二次電池１００内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを取得することが可能である。

これにより、交流インピーダンス（例えば測定周波数が１ｋＨｚ前後）の計測によって、電池サイズに依らず、また、別途電池の保持時間に関するデータを取得することなく温度特性試験中に各温度における電池の保持時間を正確に見積もることが可能になる。その結果、測定時間の短縮と再現性の高いデータの取得が達成できる。特に、低温時の温度特性は今後の車載用電池などに対して重要となる。

（２）
また、交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲では、二次電池１００内部の温度が一定になるのに対応して二次電池１００の交流インピーダンスは安定した状態になっているので、本実施形態の二次電池容量評価方法では、当該交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で容量の測定を行うように当該測定を開始する。これにより、二次電池１００の温度を保持する時間を確実に短縮することが可能になる。また、二次電池１００内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを確実に取得することが可能である。

（３）
さらに、二次電池１００の環境温度を低温（例えば、−４０℃程度）に変化させた場合には、交流インピーダンスの時間変化率が最初に０になったときからある程度の時間は、二次電池１００内部の温度が一定になるのに対応して二次電池１００の交流インピーダンスは安定した状態になっている。しかし、その時間を経過した後には、二次電池１００内部の材料の状態が変化して二次電池１００の容量の評価を正確にできない状態になる場合がある。

そこで、本実施形態の二次電池容量評価方法では、交流インピーダンスの時間変化率が２回目に０になったときに、測定を中止するとともに警報を発することにより、二次電池１００の容量を正確に評価することが可能になる。

なお、測定中止および警報の発令のいずれか一方のみを行ってもよい。

（４）
環境温度を０〜−６０℃の低温の範囲で変化させて二次電池１００の容量を評価する場合には、環境温度が０℃よりも大きい温度範囲の場合と比較して、電池内部まで温度が一定になりにくいので、二次電池１００の温度を保持する時間が長くなる傾向にある。しかし、本実施形態の二次電池容量評価方法では、二次電池１００の交流インピーダンスの変化に基づいて容量の測定を開始するので、低温時の測定において二次電池１００の温度を保持する時間をより短縮することが可能になる。

とくに、車載用の二次電池は、寒冷地でも十分に容量が出せる（自動車が走行可能である）ことが期待されているため、低温の−４０℃〜０℃の範囲における二次電池の評価試験が比較的多く行われ、今後は−６０℃〜−４０℃の範囲における評価試験が実施される可能性がある。低温時では、電池の内部温度が設定温度に到達するのに時間がかかるため、高温時に比べ、電池を保持させる時間が長くなるが、最大保持時間がどのくらいなのかを判断するためには、上記実施形態の評価方法のように、インピーダンスによって試験開始を判定することが有効となる。

（５）
本実施形態の評価装置１では、二次電池１００が収容される試験槽６内部の温度を温度・湿度調整部７によって調整して、二次電池１００の環境温度をあらかじめ設定された温度に維持する。その状態では、二次電池１００内部の温度変化に対応して当該二次電池１００の交流インピーダンスが変化しているので、この交流インピーダンスを交流インピーダンス計３で測定することにより、電池の内部温度の変化をインピーダンスの変化として知ることが可能である。そして、測定タイミング制御部４は、この交流インピーダンスの変化に基づいて、本体制御部１０を介して、二次電池１００の容量の測定を開始させるように容量測定部９を制御することにより、従来のように二次電池の容量によって見積もられる保持時間と比較して、二次電池１００の温度を保持する時間を短縮することが可能になる。また、二次電池１００内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを取得することが可能である。

（変形例）
（Ａ）
上記実施形態の二次電池容量評価方法では、図４のフローチャートのステップＳ３に示されるように、交流インピーダンスの時間変化率が０になったときに、二次電池１００の容量の測定を開始しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、交流インピーダンスの時間変化率があらかじめ設定された範囲内にあるときに、容量の測定を開始するようにしてもよい。

例えば、図２のグラフの曲線Ｉｍｐ１におけるｄＲｅ／ｄｔが０以下で緩やかな減少率δ１で減少しているときには、二次電池１００の内部の温度状態が安定した状態になっているので、交流インピーダンスの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔがあらかじめ設定された範囲内に有るときに、二次電池１００の容量の測定を開始すればよい。

その場合、交流インピーダンスの時間変化率があらかじめ設定された範囲内にあるときには、二次電池１００内部の温度が一定になるのに対応して二次電池１００の交流インピーダンスは安定した状態になっているので、このときに容量の測定を開始することにより、二次電池１００の温度を保持する時間を確実に短縮することが可能になる。また、二次電池１００内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを確実に取得することが可能である。

また、過去の測定データなどに基づいて上記の設定された範囲を任意に設定することにより、再現性の高いデータを取得しつつ電池保持時間のさらなる短縮が可能になる。

（Ｂ）
また、本発明の二次電池容量評価方法の変形例として、環境温度を段階的に上昇させていきながら、各段階の温度において、二次電池１００の交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で容量の測定を行うように当該測定を開始するようにしてもよい。

例えば、上記の評価装置１を用いてこの変形例の評価方法を実行する場合、図５のフローチャートの手順で実行する。

この評価方法では、環境温度は、例えば、図６のグラフの破線の曲線Ｔ２に示されるように段階的に変化される。この図６では、環境温度の代わりに、当該環境温度にほぼ追従する電池温度θ（二次電池１００の表面温度）と二次電池１００のインピーダンスの時間的変化が表されている。この曲線Ｔ２では、電池温度θは、常温からθ１（＝−４０℃）まで下げられて所定時間Ａ１維持され、その後、２０℃ずつ段階的に上昇させていく(θ２〜θ４)。各段階の温度θ２〜θ４では、それぞれの温度で所定時間Ａ１維持される。

この電池温度θの変化に対応して、二次電池１００の交流インピーダンスＲｅは、図６のグラフの曲線Ｉｍｐ２のように変化している。すなわち、電池温度θがθ１（−４０℃）のときには、インピーダンスＲｅは上昇し、電池温度θが上昇してθ２〜θ４（−２０〜２０℃）のときには、交流インピーダンスの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔはほぼ０になり、０以下で緩やかに下降している。

図５のフローチャートの手順にしたがって評価方法を実行した場合、まず、ステップＳ１１において、交流インピーダンス計３による二次電池１００の交流インピーダンスＲｅの測定を開始する。

ついで、ステップＳ１２において、環境温度を第１の設定温度θ１（−４０℃）まで下げて、その温度を所定時間Ａ１だけ維持する。

第１の設定温度θ１に維持している間、ステップＳ１３において、測定タイミング制御部４の判断部１５が、交流インピーダンスＲｅの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔが０以下になったか否か判断する。判断部１５がｄＲｅ／ｄｔが０以下になったと判断したときは、二次電池１００の内部の温度状態が設定温度で安定した状態になっているので、ステップＳ１４において、二次電池１００の放電容量または充電容量の評価試験を所定時間Ａ２だけ実行する。

試験の実行時間Ａ２は、温度の維持時間Ａ１よりも小さく設定される。例えば、温度の維持時間Ａ１が５時間程度に設定された場合には、試験の実行時間Ａ２は１時間程度に設定される。

なお、第１の設定温度θ１（−４０℃）まで下げた段階では、交流インピーダンスの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔがあらかじめ設定された範囲内にあるときに二次電池１００の容量の測定を開始してもよい。例えば、図６のグラフＩｍｐ２の点Ｐ１１の時間以降、ｄＲｅ／ｄｔが０以下で緩やかな減少率δ２で減少する場合には、ｔａｎδ２が所定の範囲内に有るときに、二次電池１００の容量の測定を開始するようにしてもよい。

その後、ステップＳ１５において、環境温度を第２の設定温度θ２（−２０℃）まで上昇させて、その温度を所定時間Ａ１だけ維持する。

そして、ステップＳ１６において、測定タイミング制御部４の判断部１５が、交流インピーダンスＲｅの時間変化率ｄＲｅ／ｄｔが０以下になったか否か判断する。判断部１５がｄＲｅ／ｄｔが０以下になったと判断したときは、ステップＳ１７において、二次電池１００の放電容量または充電容量の評価試験を所定時間Ａ２だけ実行する。

以下、第３〜第４の設定温度θ３〜θ４の場合も、上記ステップＳ１５〜Ｓ１７と同様に実行した後、評価試験を終了する。

この変形例（Ｂ）における二次電池容量評価方法では、環境温度を段階的に上昇させていったときに、環境温度を各段階の設定された温度に維持した状態でしばらく時間が経過すると、二次電池１００の内部温度は環境温度に達して一定になる。このとき、二次電池１００内部の温度が一定になるのに対応して二次電池１００の交流インピーダンスも安定して当該交流インピーダンスの時間変化率が０以下になる。そこで、二次電池１００の交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で容量の測定を行うように当該測定を開始することにより、二次電池１００の容量によって見積もられる保持時間と比較して、二次電池１００の温度を保持する時間を短縮することが可能になる。また、二次電池１００内部の温度が一定の状態で容量の測定が可能になるので、再現性の高い容量のデータを取得することが可能である。

（Ｃ）
上記実施形態の評価装置１は、１台の交流インピーダンス計３が１個の二次電池１００のインピーダンスを測定する構成を有しているが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の変形例として、図７に示されるように、１台の交流インピーダンス計２１がスキャナ２２を介して複数の二次電池１００に接続されているようにしてもよい。すなわち、複数の二次電池１００は、それぞれ個別の配線を通して共通のスキャナ２２に接続されている。なお、複数の二次電池１００は、それぞれ電源８によって、充放電試験用の電圧が印加される。スキャナ２２は、複数の二次電池１００のうちの１個を選択して順番に交流インピーダンス計２１に接続することにより、１台の交流インピーダンス計２１によって複数の二次電池１００のインピーダンスを測定することが可能である。

（Ｄ）
上記実施形態の評価装置１では、測定タイミング制御部４が、本体制御部１０を介して、交流インピーダンスの変化に基づいて二次電池の容量の測定を開始させるように容量測定部９を制御しているが、本発明はこれに限定されるものではない。これらの制御部４、１０を合体して１つの制御部を構成してもよい。そのような１つの制御部においても、交流インピーダンスの変化に基づいて、二次電池の容量の測定を開始させるように容量測定部９を制御することが可能である。

（Ｅ）
なお、本発明では、二次電池のインピーダンスに関わらず当該二次電池の容量測定が行われていて、インピーダンスに基いて有効な測定値の部分を抽出する形態のものも、本発明でいう「測定」に含まれる。

１ 二次電池容量評価装置
２ 本体部
３ 交流インピーダンス計（インピーダンス測定部）
４ 測定タイミング制御部（制御部）
５ アラーム
６ 試験槽
７ 温度・湿度調整部
８ 電源
９ 容量測定部
２１ 交流インピーダンス計
１００ 二次電池

上記課題を解決するためのものとして、本発明の二次電池容量評価方法は、二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価方法であって、前記環境温度をあらかじめ設定された温度に維持し、その状態において、前記二次電池の交流インピーダンスの変化に基づいて前記容量の測定を開始することを特徴とする。

Claims (7)

1. 二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価方法であって、
   前記環境温度をあらかじめ設定された温度に維持し、その状態において、前記二次電池の交流インピーダンスの変化に基づいて前記容量の測定を行う
   ことを特徴とする
   二次電池容量評価方法。
2. 前記交流インピーダンスの時間変化率があらかじめ設定された範囲内にあるときに、前記容量の測定を行う
   請求項１に記載の二次電池容量評価方法。
3. 前記交流インピーダンスの前記時間変化率が０以下の範囲で前記容量の測定を行うように当該測定を開始する、請求項１に記載の二次電池容量評価方法。
4. 前記交流インピーダンスの前記時間変化率が最初に０になったときに、前記容量の測定を開始し、
   前記交流インピーダンスの前記時間変化率が２回目に０になったときに、測定を中止するか、または警報を発する、
   請求項３に記載の二次電池容量評価方法。
5. 二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価方法であって、
   前記環境温度を段階的に上昇させていきながら、各段階の温度において、前記二次電池の交流インピーダンスの時間変化率が０以下の範囲で前記容量の測定を行うように当該測定を開始する、
   二次電池容量評価方法。
6. 前記環境温度を０〜−６０℃の範囲で変化させて前記二次電池の容量を評価する、
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の二次電池容量評価方法。
7. 二次電池の環境温度を変化させて当該二次電池の容量を評価する二次電池容量評価装置であって、
   前記二次電池が収容される試験槽と、
   前記試験槽内の温度を調整する温度調整部と、
   前記二次電池の容量を測定する容量測定部と、
   前記二次電池の交流インピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
   前記交流インピーダンスの変化に基づいて、前記二次電池の容量の測定を開始させるように前記容量測定部を制御する制御部と、
   を備えている、
   二次電池容量評価装置。

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