JP3683753B2 - 二次電池自動試験方法 - Google Patents

Description

【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１０Ｅ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ＲＡＭ、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方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の二次電池試験方法は、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）の期間実施し、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充電においては、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、ＲＯＭ１６、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ＣＰＵ１５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tpr1、（定電流）充電電圧Vc1、初期充電時間tc1（tc1≦tc）、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tpl＝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＝0.033CmA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２４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、ＣＰＵ１５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＜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Icl、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≦Vcl）、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Ic1、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Vc2、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−tcl）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＋tccf)}）と定電流再充電Ｂ５（trr×{tccf/(tcrf＋tccf)}）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＋tccf)}）と定電流再充電Ｂ８（trr×{tccf/(tcrf＋tccf)}）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2,300mAh）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、２２：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。

Claims (1)

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 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 ）の期間実施し、
   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充電においては、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。

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