JP2016122531A

JP2016122531A - 二次電池の電圧調整方法

Info

Publication number: JP2016122531A
Application number: JP2014260953A
Authority: JP
Inventors: 伸一郎森; Shinichiro Mori; 順一菊池; Junichi Kikuchi; 晃士田丸; Koji Tamaru
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07
Also published as: CN105743159A; US20160190831A1; KR20160078250A

Abstract

【課題】従来の電圧調整方法では、調整及び電圧検査が完了するまでに長い時間を要した。
【解決手段】本発明の二次電池の電圧調整方法は、二次電池の電圧調整方法であって、二次電池の初期電圧を計測した第１の電圧値と、予め設定した一定の期間において定電流充電した前記二次電池の電圧を計測した第２の電圧値と、の電圧差を算出する電圧差算出工程と、電圧差と電圧差算出工程の定電流充電において印加した定電流値とに基づき二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、内部抵抗と電圧調整時に用いる定電流値とに基づき追加電圧を算出し、予め設定された要求電圧に追加電圧を加算して狙い電圧を算出する狙い電圧算出工程と、二次電池が狙い電圧となるまで定電流充電する電圧調整工程と、を有し、電圧調整工程において、予め設定した充電許容時間内に二次電池が狙い電圧に達しなかった場合に二次電池を不良と判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池の電圧調整方法に関し、例えば、充電後の電圧を予め定められた要求電圧に調整する二次電池の電圧調整方法に関する。

二次電池の製造工程において、二次電池を要求電圧まで充電する電圧調整工程がある。そこで、電圧調整の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１では、複数の昇降圧コンバータを備え、複数の昇降圧コンバータにより複数の二次電池の検査仕様に適合する充放電電圧を与える。

特開２０１１−１４６３７２号公報

二次電池は、電池の内部抵抗に起因して充電後に電圧緩和現象が発生する。ここで、要求電圧は、電圧調整後の電池パックの電圧であり、電圧調整後に電池パックが要求電圧を満たしているか否かを確認するためには、電圧緩和現象による電圧降下後の電圧を検査する必要がある。

しかしながら、近年、二次電池では、二次電池のセル数の増加、大容量化が進み、特に車両用電池パックではその傾向が顕著である。このような多数のセルにより構成される大容量電池パック（以下、単に大容量電池パックと称す）では、電圧緩和現象に起因する電圧降下量が大きい。そのため、大容量電池パックでは、要求電圧を満たしているか否かを検査するための時間が長くなる問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大容量電池パックが要求電圧を満たしている否かを検査する時間を短縮することを目的とするものである。

本発明にかかる二次電池の電圧調整方法の一態様は、二次電池の電圧調整方法であって、前記二次電池の初期電圧を計測した第１の電圧値と、予め設定した一定の期間において定電流充電した前記二次電池の電圧を計測した第２の電圧値と、の電圧差を算出する電圧差算出工程と、前記電圧差と前記電圧差算出工程の定電流充電において印加した定電流値とに基づき前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、前記内部抵抗と電圧調整時に用いる定電流値とに基づき追加電圧を算出し、予め設定された要求電圧に前記追加電圧を加算して狙い電圧を算出する狙い電圧算出工程と、前記二次電池が前記狙い電圧となるまで定電流充電する電圧調整工程と、を有し、前記電圧調整工程において、予め設定した充電許容時間内に前記二次電池が前記狙い電圧に達しなかった場合に前記二次電池を不良と判定する。

本発明にかかる二次電池の電圧調整方法では、電圧調整工程完了後の狙い電圧を予め計算した二次電池の内部抵抗と電圧調整工程で印加する定電流の大きさとに基づき決定することで、電圧緩和現象による電圧降下後の二次電圧の電圧を要求電圧に精度良く設定する。そのため、本発明にかかる二次電池の電圧調整方法では、電圧調整完了時点で二次電池が狙い電圧に達している否かにより二次電池が要求電圧を満たすか否かを判定することができる。

本発明にかかる二次電池の電圧調整方法によれば、二次電池が要求電圧を満たすか否かについての検査にかかる時間を短縮することができる。

実施の形態１にかかる充放電装置のブロック図である。実施の形態１にかかる電圧調整工程のフローチャートである。実施の形態１にかかる電圧調整工程のタイミングチャートである。比較例にかかる電圧調整工程のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

図１に実施の形態１にかかる充放電装置１のブロック図を示す。図１に示すように、充放電装置１は、電圧計１１、充放電部１２、検査制御部１３を有する。そして、充放電装置１は、電池１０への充放電を行う。電池１０は二次電池である。また、充放電装置１は
充放電装置１に定電流充電を行うものとする。

電圧計１１は、電池１０の正極と負極との間の電圧を計測する。充放電部１２は、電池１０に定電流充電を行う。また、充放電部１２は、電池１０の放電電流を所定の放電経路に排出する。検査制御部１３は、充放電部１２が定電流充電を行う時間を制御する。また、検査制御部１３は、電圧計１１で計測された電圧に基づき電池１０の狙い電圧の算出及び電池１０の良品判定を行う。

続いて、充放電装置１を用いた実施の形態１にかかる電圧調整方法について説明する。そこで、図２に実施の形態１にかかる電圧調整方法のフローチャートを示す。図２に示すように、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、まず、充放電装置１に電池１０を接続する（ステップＳ１）。

次いで、充放電装置１は、電池１０の初期電圧が予め決められた規格値の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ２）。より具体的には、充放電装置１は、充放電装置１に接続された電池１０の電圧を電圧計１１により計測し、検査制御部１３で計測された電圧値に基づき電池１０の電圧が規格値の範囲内であるか否かを判定する。このステップＳ２において、電池１０の初期電圧が規格値の範囲から外れていた場合、電池１０に異常が発生したと判断し（ステップＳ１１）、電圧調整を終了する。

一方、ステップＳ２において、電池１０の初期電圧が規格値の範囲内であった場合、充放電装置１は、サブ充電を開始し（ステップＳ３）、予め設定した一定の期間が経過した後にサブ充電を終了させる（ステップＳ４）。このサブ充電では、一定の期間の間電池１０に定電流を与えて充電を行う。そして、サブ充電終了時点の電池１０の電圧を確認する（ステップＳ５）。このステップＳ５において、電池１０の電圧値が予め設定した規格の範囲外であれば電池１０に異常が発生したと判断し（ステップＳ１１）、電圧調整を終了する。

一方、ステップＳ５において、電池１０の電圧が規格の範囲内であれば、検査制御部１３において狙い電圧を算出する（ステップＳ６）。この狙い電圧の算出では、まず、電池１０の内部抵抗を算出し、当該内部抵抗と後述するメイン充電において電池１０に印加する定電流の電流値に基づき算出する。内部抵抗Ｒは、ステップＳ３で開始したサブ充電で電池１０に印加する定電流の電流値をＩｓｕｂ、電池１０の初期電圧（例えば第１の電圧）とサブ充電終了直後の電池１０の電圧（例えば、第２の電圧）との電圧差をΔＶ１とした場合（１）式により算出される。
内部抵抗Ｒ＝ΔＶ１／Ｉｓｕｂ・・・（１）

また、狙い電圧は、後述するメイン充電で電池１０に印加する定電流の電流値をＩｍａｉｎとした場合、（２）式で表すことができる。
狙い電圧＝要求電圧＋Ｒ×Ｉｍａｉｎ・・・（２）

次いで、充放電装置１は、メイン充電を開始する（ステップＳ７）。そして、充放電装置１は、メイン充電を開始した後の経過時間（以下、メイン充電時間と称す）が予め設定した設定時間以下であるかを確認しながら（ステップＳ８）、電池１０の電圧が狙い電圧に達したか否かを確認する（ステップＳ９）。ここで、充放電装置１は、メイン充電時間が設定時間を超えてしまった場合、電池１０に異常が発生したと判断し（ステップＳ１１）、電圧調整を終了する。また、充放電装置１は、電池１０が狙い電圧に達するまでメイン充電を継続する。そして、充放電装置１は、電池１０の電圧が狙い電圧に達したことに応じてメイン充電を終了し（ステップＳ１０）、電圧調整を終了する。

上記説明より、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、サブ充電において生じた電池１０の電圧の電圧差から電池１０の内部抵抗を算出し、この内部抵抗に基づき狙い電圧を設定する。これにより、メイン充電により電池１０の電圧が狙い電圧に達したか否かに基づき電池１０の良否判定を行うことができる。また、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、電池１０の電圧が狙い電圧に達したことに応じてメイン充電が終了した後に、電圧緩和現象による電圧降下が生じた後に電池１０の電圧は精度良く要求電圧となる。そこで、実施の形態１にかかる電圧調整方法のタイミングチャートを図３に示す。なお、図３では、図２のステップＳ３のサブ充電を開始した後の電池１０の電圧変化を示した。

図３に示すように、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、サブ充電期間ＴＭ１においてサブ充電を行う。このサブ充電では、電池１０に定電流を印加して充電を行う。そして、放電期間ＴＭ２において狙い電圧を算出する。この放電期間ＴＭ２では電池１０を放電状態となる。ここで、狙い電圧の算出するための電圧差ΔＶ１は、サブ充電開始時の電池１０の初期電圧とサブ充電終了時の電池１０の電圧との電圧差である。そして、充放電装置１は、電圧差ΔＶ１と、サブ充電期間ＴＭ１で電池１０に印加した定電流の電流値と、に基づき狙い電圧と要求電圧との差ΔＶ２を算出する。そして、充放電装置１は、メイン充電時間ＴＭ３の間に電池１０の電圧が狙い電圧に達した時点で電池１０の良否判定を行う。その後、電池１０の電圧は、電圧緩和現象により降下し、最終的に要求電圧となる。

ここで、図４にサブ充電及び電池１０の内部抵抗の算出を行わない比較例にかかる電圧調整方法のタイミングチャートを示す。図４に示す比較例にかかる電圧調整方法では、初期電圧から定電流充電を開始して、推定した内部抵抗から決定した狙い電圧にたするまでこの定電流充電を継続する（期間ＴＭ１１）。そして、電圧緩和現象により電池１０の電圧が降下し、電池１０の電圧が安定した時点で電池１０の良否判定を行う。つまり、比較例にかかる電圧調整方法では、電圧緩和現象による電圧降下が安定するまで良否判定を待たねばならず実施の形態１にかかる電圧調整方法に比べて検査に時間が必要になる。

また、図４に示すように、電池１０の内部抵抗はばらつきがあり、予め推定した内部抵抗に基づき狙い電圧を決定した場合、電池１０の実際の内部抵抗のばらつきにより電圧緩和現象が安定した後の電圧が要求電圧からずれる問題がある。

上記説明より、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、電圧調整対象の電池１０の内部抵抗を測定するためのサブ充電を行い、電池１０の初期電圧とサブ充電後に電池１０の電圧との電圧差から電池１０の内部抵抗を算出する。そして、算出した電池１０の内部抵抗から、電圧調整対象の電池１０に適した狙い電圧を算出し、電池１０が所定の時間内に狙い電圧に達しか否かに基づき電池１０の良否判定を行う。

これにより、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、狙い電圧に達した後の電圧緩和現象が安定状態となることを待つことなく良否判定を行い、電圧調整にかかる検査時間を短縮することができる。

また、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、電圧調整対象の電池１０の内部抵抗を計測して、計測した内部抵抗に適した狙い電圧を設定するため、電圧緩和現象が安定した後の電池１０の電圧を精度良く要求電圧とすることができる。特に、自動車用電池パックは、多数のセルにより構成される組電池であり、かつ、各セルの容量が大きいため、内部抵抗のばらつきが積算され大きくなる傾向がある。このような内部抵抗のばらつきが大きな電池パックでは、実際の内部抵抗に応じた狙い電圧を設定することで、本来は良品となる電池パックが要求電圧を満たさないことで不良品と誤判定されることを大幅に削減することができる。

また、実施の形態１にかかる電圧調整方法では、サブ充電後の電池１０の電圧値に基づき電池１０の良否判定を行う。これにより、内部抵抗が規格の範囲外となる異常のある電池に対してメイン充電を行うことを防止することができる。

上記説明は、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１充放電装置
１０電池
１１電圧計
１２充放電部
１３検査制御部

Claims

二次電池の電圧調整方法であって、
前記二次電池の初期電圧を計測した第１の電圧値と、予め設定した一定の期間において定電流充電した前記二次電池の電圧を計測した第２の電圧値と、の電圧差を算出する電圧差算出工程と、
前記電圧差と前記電圧差算出工程の定電流充電において印加した定電流値とに基づき前記二次電池の内部抵抗を算出する内部抵抗算出工程と、
前記内部抵抗と電圧調整時に用いる定電流値とに基づき追加電圧を算出し、予め設定された要求電圧に前記追加電圧を加算して狙い電圧を算出する狙い電圧算出工程と、
前記二次電池が前記狙い電圧となるまで定電流充電する電圧調整工程と、を有し、
前記電圧調整工程において、予め設定した充電許容時間内に前記二次電池が前記狙い電圧に達しなかった場合に前記二次電池を不良と判定する二次電池の電圧調整方法。
前記第２の電圧値が予め設定した規格範囲外であった場合に前記二次電池を不良と判定する異常検出工程を更に有する請求項１に記載の二次電池の電圧調整方法。