JP5106085B2 - 電池試験装置及び電池試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電可能な二次電池に対して、当該二次電池の充電を行う充電手段を用いた充電と、当該二次電池の放電とを行って負荷を与えて試験するための電池試験装置及び電池試験方法に関する。

携帯電話機のマルチメディア機能（例えばメールの送受信やテレビの視聴など）の向上に伴って携帯電話機の長時間使用を可能にするために、図１に示すように、携帯電話機に充電器（即ちＡＣアダプタ）を接続することによって、充電しながら同時に使用する形態が見られる。図１は、携帯電話機９０にＡＣアダプタ９１を接続した状態の模式図である。ＡＣアダプタ９１は、他方で商用電源９９と接続されている。多くの携帯電話機９０は、二次電池パックとしてのリチウムイオン電池９２と、充電制御回路９３と、電池の放電を行う負荷装置としての無線回路９４と、を内部に備えている。

携帯電話機９０などの多くの電子機器に内蔵されているリチウムイオン電池９２は、電子機器の使用状態（例えば充電頻度や、使用回数や、使用時の周囲の温度など）によって、電池容量が低下（即ち電池の容量劣化）する傾向や、電池内部の物質（即ち活物質）の熱的安定性が低下し、電池内部が高温になった場合などに熱暴走しやすくなる傾向がある。

例えば、上記したように、携帯電話機９０にＡＣアダプタ９１を接続して充電しながら使用する場合、図２に示すように、電圧が約４．０Ｖ〜約４．２Ｖの範囲内にあるという高い充電状態が保持されたまま充電と放電が繰り返されるため、充電可能量の１００％を充電するのに必要な充電量が徐々に減少して、二次電池としてのリチウムイオン電池９２の容量劣化が進行する。図２は、充電接続中のリチウムイオン電池９２内において充電と放電が繰り返される場合の電池電圧の変化の一例を示すグラフである。このように充電接続しながら使用する場合、電池内においては、充電が完了すると、上記の無線回路９４の作動に必要な電力がリチウムイオン電池９２から無線回路９４に対して放電される。その結果、電池電圧が低下して、所定の再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔ（例えば図２では約４．０Ｖ）に達した時点で充電が再開され、このサイクルが繰り返される。

従来、上記したような二次電池の容量劣化の度合など二次電池の性能を評価する試験を行う場合、二次電池の完全放電（即ち１００％放電）と完全充電（即ち１００％充電）を一つのサイクルとし、このサイクルを繰り返すことによる二次電池の性能を評価する試験のみが行われてきた。なお、このような電池性能試験は、例えば、特許文献１に記載のような試験装置を用いて行われてきた。
特開平８−１３６６００号公報

しかしながら、この従来の電池性能試験では、上記したような携帯電話機にＡＣアダプタを接続して充電接続しながら携帯電話機を使用するといった実際の使用形態は考慮されておらず、この従来の電池性能試験による試験では実際の性能よりも良い結果が出てしまうため、二次電池の性能をより正しく評価できなかった。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、携帯電話機の実際の使用形態に即して二次電池の充電及び放電を行うことにより負荷を与えて、充電接続中の携帯電話機における二次電池の性能をより正しく試験することが可能な状態にする電池試験装置及び電池試験方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る電池試験装置は、充電可能な二次電池に対して、当該二次電池の充電を行う充電手段を用いて充電することが可能な電池試験装置であって、充電手段により二次電池に対して入力される入力電力を制御する入力制御手段と、二次電池から出力される出力電力を制御して当該二次電池の放電を行う出力制御手段と、を備え、二次電池が満充電状態に達した場合に、入力制御手段が充電手段を用いた当該二次電池の充電を停止させつつ出力制御手段が当該二次電池の放電を開始させ、二次電池が所定の充電状態に達した場合に、出力制御手段が当該二次電池の放電を停止させつつ入力制御手段が充電手段を用いた当該二次電池の充電を開始させること、を特徴とする。

本発明に係る電池試験装置では、二次電池が満充電状態に達した場合に、入力制御手段が充電手段を用いた当該二次電池の充電を停止させつつ出力制御手段が当該二次電池の放電を開始させ、二次電池が所定の充電状態に達した場合に、出力制御手段が当該二次電池の放電を停止させつつ入力制御手段が充電手段を用いた当該二次電池の充電を開始させる。これにより、二次電池が満充電状態に達した場合に二次電池の放電が開始し、一方、二次電池が所定の充電状態に達した場合に二次電池の充電が開始し、このサイクルが繰り返される。このため、携帯電話機に例えばＡＣアダプタなどの充電手段を接続して充電しながら使用するといった実際の使用形態に即して二次電池の充電及び放電を行うことにより負荷を与えて、充電接続中の携帯電話機における二次電池の性能をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。

また、出力制御手段は、二次電池が満充電状態に達した場合に、満充電状態の電池容量の９５％の状態になるまで当該二次電池の放電を行うのも好ましい。これにより、満充電状態と、満充電状態の電池容量の９５％という高い充電状態との間で、充電及び放電が繰り返されるため、二次電池の容量劣化がより早く進行する。このため、より短い時間で、二次電池の性能をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。

また、二次電池の温度の調整を行う温度調整手段を更に備え、入力制御手段は、温度調整手段により調整された温度の二次電池に対して充電手段を用いて入力される入力電力を制御し、出力制御手段は、温度調整手段により調整された温度の二次電池から出力される出力電力を制御して当該二次電池の放電を行うのも好ましい。これにより、温度調整手段により調整された温度の二次電池に対する入力電力の制御と、出力電力の制御が行われる。このため、二次電池の性能に対して与える温度の影響をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。

また、温度調整手段は、二次電池の温度を５０℃に保持する調整を行い、入力制御手段は、温度調整手段により調整された５０℃の二次電池に対して充電手段を用いて入力される入力電力を制御し、出力制御手段は、温度調整手段により調整された５０℃の二次電池から出力される出力電力を制御して当該二次電池の放電を行うのも好ましい。これにより、温度調整手段により調整された５０℃の二次電池に対する入力電力の制御と、出力電力の制御が行われる。このため、二次電池の性能に対して与える５０℃という比較的高温の影響をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。

また、出力制御手段による二次電池の放電と、入力制御手段による充電手段を用いた当該二次電池の充電と、が繰り返されることによって当該二次電池の電池容量が所定容量に達した場合に、温度調整手段は、二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行うのも好ましい。これにより、二次電池の放電及び充電が繰り返されることによって電池容量が所定容量に達した場合に、二次電池の温度が１５０℃に３時間保持される。このため、このような環境下にある二次電池の様子を評価することが可能な状態にすることができる。

また、二次電池の放電と充電とが繰り返されることによって当該二次電池の電池容量が、当該二次電池と同種類の未使用二次電池の電池容量の７５％、５０％、又は２５％のいずれかに達した場合に、温度調整手段は、当該二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行うのも好ましい。これにより、二次電池の放電及び充電が繰り返されることによって電池容量が未使用二次電池の電池容量の７５％、５０％、又は２５％のいずれかに達した場合に、二次電池の温度が１５０℃に３時間保持される。このため、このような環境下にある二次電池の様子を評価することが可能な状態にすることができる。

また、温度調整手段は、二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行う間に当該二次電池の温度が１６０℃以上に上昇するか否かを判定して、この判定の結果を外部に表示するのも好ましい。これにより、１５０℃近傍になると電池構成材料の熱分解が開始して熱暴走が一気に開始することにより１６０℃以上の高温状態になる二次電池に関して、熱分解が開始したか否かを判定して判定結果を表示することにより１６０℃以上に上昇したか否かを評価することが可能になる。

上記目的を達成するために、本発明に係る電池試験方法は、充電可能な二次電池に対して、当該二次電池の充電を行う充電手段を用いて充電することが可能な電池試験方法であって、充電手段により二次電池に対して入力される入力電力を制御する入力制御ステップと、二次電池から出力される出力電力を制御して当該二次電池の放電を行う出力制御ステップと、を有し、二次電池が満充電状態に達した場合に、入力制御ステップでは充電手段を用いた当該二次電池の充電を停止させつつ出力制御ステップでは当該二次電池の放電を開始させ、二次電池が所定の充電状態に達した場合に、出力制御ステップでは当該二次電池の放電を停止させつつ入力制御ステップでは充電手段を用いた当該二次電池の充電を開始させること、を特徴とする。

本発明に係る電池試験方法では、二次電池が満充電状態に達した場合に、入力制御ステップでは充電手段を用いた当該二次電池の充電を停止させつつ出力制御ステップでは当該二次電池の放電を開始させ、二次電池が所定の充電状態に達した場合に、出力制御ステップでは当該二次電池の放電を停止させつつ入力制御ステップでは充電手段を用いた当該二次電池の充電を開始させる。これにより、二次電池が満充電状態に達した場合に二次電池の放電が開始し、一方、二次電池が所定の充電状態に達した場合に二次電池の充電が開始し、このサイクルが繰り返される。このため、携帯電話機に例えばＡＣアダプタなどの充電手段を接続して充電しながら使用するといった実際の使用形態に即して二次電池の充電及び放電を行うことにより負荷を与えて、充電接続中の携帯電話機における二次電池の性能をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。

本発明によれば、携帯電話機の実際の使用形態に即して二次電池の充電及び放電を行うことにより負荷を与えて、充電接続中の携帯電話機における二次電池の性能をより正しく評価することが可能な状態にする電池試験装置及び電池試験方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

まず、本実施形態に係る電池試験装置１００の構成について、図３を用いて説明する。図３は、電池試験装置１００の構成を説明するための構成図である。電池試験装置１００は、リチウムイオン電池２（二次電池）に対して、このリチウムイオン電池２の充電を行うＡＣアダプタ１（充電手段）を用いた充電と、このリチウムイオン電池２の放電とを行って負荷を与えて、充電接続中のリチウムイオン電池２の性能をより正しく試験することが可能な状態にするための装置である。なお、ＡＣアダプタ１は、一方で携帯電話機１０と接続されるとともに、他方で商用電源９と接続される。電池試験装置１００は、充電制御回路３（入力制御手段）と、無線回路４（出力制御手段）と、温度調整装置５（温度調整手段）と、を備えている。

リチウムイオン電池２は、充電可能な二次電池である。リチウムイオン電池２の代わりに、充電可能な二次電池としてリチウムポリマー電池などを用いてもよい。

充電制御回路３は、商用電源９からＡＣアダプタ１によってリチウムイオン電池２に対して入力される直流電力Ｐ２（入力電力）を制御する回路である。充電制御回路３による直流電力Ｐ２の制御方式の詳細については、後述する。充電制御回路３は、ＡＣアダプタ１から出力される直流電力Ｐ１のうち直流電力Ｐ２を、リチウムイオン電池２に対して入力させる。

無線回路４は、リチウムイオン電池２から出力される出力電力Ｐ３を制御してリチウムイオン電池２の放電を行う負荷装置としての回路である。無線回路４による出力電力Ｐ３の制御方式の詳細については、後述する。無線回路４の代わりに、負荷変動の調整を実現する回路（即ち抵抗負荷を有する回路）としてもよい。

温度調整装置５は、リチウムイオン電池２の温度（動作温度）を、予め設定された任意の温度に保持するといった温度調整（冷却機能及び加熱機能を含む）を行う装置である。温度調整装置５は、サーミスタ６及び温度表示装置７を有している。サーミスタ６は、リチウムイオン電池２の温度を測定する装置である。また、温度表示装置７は、サーミスタ６によって測定されたリチウムイオン電池２の温度を表示する装置である。

次に、充電制御回路３及び無線回路４のそれぞれによる電力制御方式について、図３を用いて説明する。電池試験装置１００に嵌め込まれたリチウムイオン電池２に対して充電制御回路３から直流電力Ｐ２が入力されて充電が行われている間（入力制御ステップ）、リチウムイオン電池２が満充電状態に達した場合に、充電制御回路３がＡＣアダプタ１を用いたリチウムイオン電池２の充電を停止させつつ、充電制御回路３が無線回路４に対して放電開始信号Ｓｄｉｓを送信してこれを受信した無線回路４がリチウムイオン電池２の電力Ｐ３の放電を開始させる（出力制御ステップ）。

なおこの後で、リチウムイオン電池２の電圧Ｖｂが所定の電圧（上記した再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔ）状態に達した場合に、充電制御回路３が無線回路４に対して放電停止信号Ｓｄｉｓｓｔｏｐを送信してこれを受信した無線回路４がリチウムイオン電池２の放電を停止させつつ、充電制御回路３がＡＣアダプタ１を用いたリチウムイオン電池２の充電を開始させる。ここで、所定の電圧（再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔ）状態とは、リチウムイオン電池２の充電を開始させる必要が生じた状態である。

このように、無線回路４によるリチウムイオン電池２の放電と、充電制御回路３によるＡＣアダプタ１を用いたリチウムイオン電池２の充電とのそれぞれが一回ずつ行われるのを一つのサイクルとし、このサイクルが繰り返される。

次に、図３によって示される電力Ｐ１〜Ｐ３や、リチウムイオン電池２の電池電圧Ｖｂ（Ｖ）及び充電割合（即ち充電状態）Ｑｂ（％）など各指標の変化について、図４を用いて説明する。図４は、これら各指標の変化（動作波形）を説明するためのグラフであり、横軸は動作時間を表し、縦軸は各指標の大きさを表している。ここで、図４における電池電圧Ｖｓｔａｒｔは、リチウムイオン電池２の再充電が開始される電圧であり、電池電圧Ｖｓｔｏｐは、リチウムイオン電池２が満充電状態に達した場合の最大電圧であり、電力Ｐｓｔｏｐは、リチウムイオン電池２の充電終了のタイミングとなる充電終止電力である。

まず、リチウムイオン電池２が満充電状態に達した直後（タイミングＴａ）から、満充電状態の電池容量（即ち充電容量）の９５％の充電状態になる（タイミングＴｂ）までリチウムイオン電池２の放電が行われる。即ち、この放電期間（タイミングＴａ〜Ｔｂ）を経て、満充電状態（即ちＱｂ＝１００％）から、電池容量が５％だけ放電された状態（即ちＱｂ＝９５％）になっている。なお、満充電状態から５％だけ放電することをＤＯＤ５％と定義することにする。（ＤＯＤ：Depth of Discharge即ち放電深度）。

ここで、リチウムイオン電池２の充放電条件として、再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔは約４．０Ｖ（電池容量９５％に相当）であり、リチウムイオン電池２の充電方法（定電流ＣＣ＋定電圧ＣＶによる二段階充電）における定電流ＣＣ期間の最大電圧Ｖｓｔｏｐ（即ち満充電状態に達した場合の最大電圧）は約４．２Ｖであり、定電圧ＣＶ期間終了時における充電終止電力Ｐｓｔｏｐは約０．２１Ｗ（＝４．２Ｖ×５０ｍＡ、ここで５０ｍＡは定電圧ＣＶ期間における一般的な電池の終止電流）である。

また、リチウムイオン電池２の電圧が再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔである約４．０Ｖまで低下すると（タイミングＴｂ）、充電制御回路３が、ＡＣアダプタ１によってリチウムイオン電池２に対して入力される直流電力Ｐ２を制御して、リチウムイオン電池２の充電を開始する。そして、リチウムイオン電池２の電圧は、定電流ＣＣ期間において、約４．０Ｖから約４．２Ｖまで上昇していくため、リチウムイオン電池２に対して入力される直流電力Ｐ２の値も上昇していく。

この後、リチウムイオン電池２の電圧が、約４．２Ｖまで上昇した時点で定電圧ＣＶ期間に移行し、電圧は約４．２Ｖのまま一定に保持されながら、リチウムイオン電池２に対して直流電力Ｐ２が入力される充電制御が行われる。このとき、直流電力Ｐ２は、一定の勾配で低下していき、充電終止電力Ｐｓｔｏｐ（＝０．２１Ｗ）になった時点（タイミングＴｃ）で、充電制御が停止する。ここで、充電制御回路３が無線回路４に対して放電開始信号Ｓｄｉｓを送信して（即ちＯＮにして）これを受信した無線回路４がリチウムイオン電池２の電力Ｐ３の放電を開始させる。この放電期間（タイミングＴｃ〜Ｔｄ）において、リチウムイオン電池２の電圧Ｖｂは約４．２Ｖから低下していき、電圧Ｖｂが再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔである約４．０Ｖになった時点（タイミングＴｄ）で、充電制御回路３が無線回路４に対して放電停止信号Ｓｄｉｓｓｔｏｐを送信して（即ちＳｄｉｓをＯＦＦにして）これを受信した無線回路４がリチウムイオン電池２の放電を停止させつつ、充電制御回路３がＡＣアダプタ１を用いたリチウムイオン電池２の充電を開始させる。

このように、無線回路４によるリチウムイオン電池２の放電と、充電制御回路３によるＡＣアダプタ１を用いたリチウムイオン電池２の充電とのそれぞれが一回ずつ行われるのを一つのサイクルとし、このサイクルが繰り返される。

次に、図３に示す電池試験装置１００の構成を実現するための具体的な回路構成について、図５を用いて説明する。図５は、電池試験装置１００の構成を実現するための具体的な回路構成を説明するための回路図である。電池試験装置１００の構成を実現するために、スイッチ２１，２４、ＦＥＴ２２（Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、及び電流検出抵抗２３が設けられている。

次に、図５によって示される電流Ｉ１〜Ｉ３（Ａ）や、電圧Ｖ１，Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ（Ｖ）や、リチウムイオン電池２の電池電圧Ｖｂ（Ｖ）及び充電割合（即ち充電状態）Ｑｂ（％）など各指標の変化について、図６を用いて説明する。図６は、これら各指標の変化（動作波形）を説明するためのグラフであり、横軸は動作時間を表し、縦軸は各指標の大きさを表している。ここで、図６における電池電圧Ｖｓｔａｒｔは、リチウムイオン電池２の再充電が開始される電圧であり、電池電圧Ｖｓｔｏｐは、リチウムイオン電池２が満充電状態に達した場合の最大電圧である。

次に、リチウムイオン電池２の充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の電池容量の低下（即ち電池の容量劣化）の度合について、図７を用いて説明する。図７は、充電と放電を繰り返すサイクル試験を一年間行った場合の電池容量の低下の度合を説明するためのグラフであり、横軸は放電深度（即ちＤＯＤ）を表し、劣化度合（％）を表している。なお、ここでは、温度調整装置５を用いて、リチウムイオン電池２の温度を約５０℃に保持し、これを試験温度とした。

ここで、図７は、放電深度（即ちＤＯＤ）を一定としたサイクル試験中における電池容量の低下度合を示している。放電深度は、５％から１００％までの間において数段階の値が用意されて、それぞれの値で試験は行われた。図７に示すように、放電深度（即ち放電量）が小さいほど（即ち５％に近づくほど）、リチウムイオン電池２の容量劣化の度合（即ち劣化量）が大きくなる。このため、放電深度を５％（即ち電池容量が満充電状態の場合の９５％まで放電）としてサイクル試験を行った場合のリチウムイオン電池２を、容量劣化の度合が最悪となる最悪値を有するリチウムイオン電池２として規定することができる。

次に、リチウムイオン電池２の電池電圧Ｖｂ（Ｖ）と充電割合（即ち充電状態）Ｑｂ（％）との関係について、図８を用いて説明する。図８は、リチウムイオン電池２の電池電圧Ｖｂ（Ｖ）と充電割合（即ち充電状態）Ｑｂ（％）との関係を説明するためのグラフであり、横軸は動作時間を表し、縦軸は電池電圧Ｖｂ及び充電割合Ｑｂの大きさを表している。図８に示すように、充電割合Ｑｂが９５％（即ちＤＯＤ５％）に相当する電圧Ｖｂ（例えば約４．０Ｖ）が決定されると、この電圧Ｖｂが再充電開始電圧Ｖｓｔａｒｔとなる。

次に、リチウムイオン電池２の充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、温度変化による電池容量の低下（即ち電池の容量劣化）の度合の変化について、図９を用いて説明する。図９は、充電と放電を繰り返すサイクル試験を一年間行った場合の、温度変化による電池容量の低下の度合の変化を説明するためのグラフであり、横軸はリチウムイオン電池２の温度を表し、縦軸は劣化度合（％）を表している。ここでは、ＤＯＤ５％を試験条件とし、温度を約２０℃、約３０℃、約４０℃、及び約５０℃のそれぞれに保持して試験を行った。図９に示すように、約２０℃、約３０℃、及び約４０℃のそれぞれまで上昇させた場合では電池の容量劣化はほとんど進行しないが、約５０℃の場合では電池の容量劣化は急激に進行する。このため、リチウムイオン電池２の温度を約５０℃に保持して試験することにより、電池の容量劣化を急激に進行させることが可能となる。

次に、リチウムイオン電池２の充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池２の温度変化について、図１０を用いて説明する。図１０は、充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池２の温度変化を説明するためのグラフであり、横軸は試験時間を表し、縦軸は温度調整装置５による設定温度を表している。ここでは、リチウムイオン電池２の電池容量が、未使用の状態のリチウムイオン電池２の電池容量（１００％とする）の所定の割合（例えば７５％）の容量まで容量劣化した時点で、温度調整装置５が、リチウムイオン電池２の温度を通常試験温度である約５０℃から約１５０℃まで上昇させた後で、３時間保持する調整を行っている。ここで、リチウムイオン電池２の温度が自発的に変化する場合に関する説明については、後述する。

次に、リチウムイオン電池２の充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池２の電池容量の変化について、図１１を用いて説明する。図１１は、充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池２の電池容量の変化を説明するためのグラフであり、横軸は試験時間を表し、縦軸は温度調整装置５による設定温度を表している。ここでは、ＤＯＤ５％を試験条件とし、温度を約５０℃に保持して試験を行った。また、リチウムイオン電池２の電池容量が、このリチウムイオン電池２と同種類かつ同型の未使用（即ち同じ型の新品の）リチウムイオン電池の電池容量の７５％、５０％、又は２５％のいずれかに達した後に、温度調整装置５が、このリチウムイオン電池２の温度を約１５０℃に３時間保持する調整を行っている。

図１１に示すように、未使用電池の状態（電池容量を１００％とする）から約半年経過すると満充電状態の電池容量に比べて電池容量は７５％となって劣化し、未使用電池の状態から約一年経過すると満充電状態の電池容量に比べて電池容量は５０％となって劣化し、未使用電池の状態から約二年経過すると満充電状態の電池容量に比べて電池容量は２５％となって劣化する。このため、試験時間を調整することにより、電池の容量劣化の度合を調整することができることがわかる。

次に、リチウムイオン電池２の充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池２の温度変化について、図１２を用いて説明する。図１２は、充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池２の温度変化を説明するためのグラフであり、横軸は試験時間を表し、縦軸は温度調整装置５による設定温度と、電池電圧とを表している。ここでは、リチウムイオン電池２の電池容量が、未使用の状態の電池容量（１００％とする）の７５％、５０％、及び２５％のいずれかそれぞれの充電状態まで容量劣化した時点で、温度調整装置５が、リチウムイオン電池２の温度を通常試験温度である約５０℃から約１５０℃まで上昇させた後で、３時間保持する調整を行っている。

ここで、温度調整装置５は、リチウムイオン電池２の温度を約１５０℃に３時間保持する調整を行う間に、このリチウムイオン電池２の温度が約１６０℃以上に上昇するか否かを、サーミスタ６を用いて判定する。温度調整装置５は、温度が約１６０℃以上に上昇したリチウムイオン電池２を、携帯電話機１０に使用するのに不適格なＮＧ電池として区別してその旨を温度表示装置７に表示し、一方、温度が約１６０℃以上に上昇しない（即ち、上昇しても約１６０℃未満）リチウムイオン電池２を、携帯電話機１０に使用するのに適するＯＫ電池として区別してその旨を温度表示装置７に表示する。

これにより、未使用電池の状態の電池容量の７５％、５０％、及び２５％のいずれかそれぞれの状態まで容量劣化したリチウムイオン電池２に関して、約１５０℃まで加熱した場合でも約１６０℃以上に上昇しない良品電池（ＯＫ電池）を選別することができる。なお、未使用の状態の電池容量（１００％とする）のリチウムイオン電池２の場合は、約１５０℃までの加熱を即座に行い、一方、未使用の状態の電池容量の７５％以下のリチウムイオン電池２の場合は、所定の電池容量になった時点で加熱を開始する。

ここで、リチウムイオン電池２の熱的安定性に関して、現状のリチウムイオン電池では、約１５０℃近傍になると電池構成材料の熱分解が開始して熱暴走が一気に開始することにより約１６０℃以上の高温状態になることがある。このため、このリチウムイオン電池２において、約１５０℃まで加熱しても、この熱分解及び熱暴走が発生しない（即ち、熱分解及び熱暴走が発生するか否かの境目である温度限界が低下しない）ことを確認することは、重要な安全性確認行為となる。なお、リチウムイオン電池２が約１５０℃になる場合として、例えば、リチウムイオン電池２の内部で内部短絡などの故障が発生した場合や、リチウムイオン電池２の外部加熱（てんぷら油投下や、炎天下の車放置など）された場合などが挙げられる。

以上のように、本発明に係る電池試験装置１００では、リチウムイオン電池２が満充電状態に達した場合に、充電制御回路３がＡＣアダプタ１を用いた当該リチウムイオン電池２の充電を停止させつつ無線回路４が当該リチウムイオン電池２の放電を開始させ、リチウムイオン電池２が所定の充電状態に達した場合に、無線回路４が当該リチウムイオン電池２の放電を停止させつつ充電制御回路３がＡＣアダプタ１を用いた当該リチウムイオン電池２の充電を開始させる。

これにより、リチウムイオン電池２が満充電状態に達した場合にリチウムイオン電池２の放電が開始し、一方、リチウムイオン電池２が所定の充電状態に達した場合にリチウムイオン電池２の充電が開始し、このサイクルが繰り返される。このため、携帯電話機１０に例えばＡＣアダプタ１を接続して充電しながら使用するといった実際の使用形態に即してリチウムイオン電池２の充電及び放電を行うことにより負荷を与えることにより、充電接続中の携帯電話機１０におけるリチウムイオン電池２の性能をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。これにより、この状態のリチウムイオン電池２を用いて性能を評価する試験が可能となる。また、温度調整装置５により調整された温度のリチウムイオン電池２に対する入力電力の制御と、出力電力の制御が行われる。このため、リチウムイオン電池２の性能に対して与える温度の影響をより正しく評価することが可能な状態にすることができる。これにより、この状態のリチウムイオン電池２を用いて性能を評価する試験が可能となる。

なお、実際の携帯電話機１０の動作においては、充電期間と放電期間が重複しているが、本実施形態では、上記したように、等価的に、充電期間と放電期間を分離してモデル化して規定している。言い換えれば、リチウムイオン電池２においては、充電モードと放電モードが分離されており、かつ、どちらかのモードでのみ動作するため、上記したように、充電モードと放電モードが分離された動作パターンとして規定している。

携帯電話機にＡＣアダプタを接続した状態の模式図である。 充電接続中のリチウムイオン電池内において充電と放電が繰り返される場合の電池電圧の変化の一例を示すグラフである。 電池試験装置の構成を説明するための構成図である。 電池性能試験における各指標の変化を説明するためのグラフである。 電池試験装置の構成を実現するための具体的な回路構成を説明するための回路図である。 電池試験装置の構成を実現するための具体的な回路構成における各指標の変化を説明するためのグラフである。 充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の電池容量の低下の度合を説明するためのグラフである。 リチウムイオン電池の電池電圧Ｖｂと充電割合Ｑｂとの関係を説明するためのグラフである。 充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、温度変化による電池容量の低下の度合の変化を説明するためのグラフである。 充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池の温度変化を説明するためのグラフである。 充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池の電池容量の変化を説明するためのグラフである。 充電と放電を繰り返すサイクル試験を行った場合の、試験時間の変化によるリチウムイオン電池の温度変化を説明するためのグラフである。

符号の説明

１，９１…ＡＣアダプタ、２，９２…リチウムイオン電池、３，９３…充電制御回路、４，９４…無線回路、５…温度調整装置、６…サーミスタ、７…温度表示装置、９，９９…商用電源、１０，９０…携帯電話機、２１，２４…スイッチ、２３…電流検出抵抗、１００…電池試験装置、Ｓｄｉｓ…放電開始信号、Ｓｄｉｓｓｔｏｐ…放電停止信号、Ｔａ〜Ｔｄ…タイミング。

Claims (4)

1. 充電可能な二次電池に対して、当該二次電池の充電を行う充電手段を用いて充電することが可能な電池試験装置であって、
   前記二次電池の温度を５０℃に保持する調整を行う温度調整手段と、
   前記温度調整手段により調整された５０℃の前記二次電池に対して前記充電手段により入力される入力電力を制御する入力制御手段と、
   前記温度調整手段により調整された５０℃の前記二次電池から出力される出力電力を制御して当該二次電池の放電を行う出力制御手段と、を備え、
   前記二次電池が満充電状態に達した場合に、前記入力制御手段が前記充電手段を用いた当該二次電池の充電を停止させつつ前記出力制御手段が当該二次電池の放電を開始させ、
   前記二次電池が所定の充電状態に達した場合に、前記出力制御手段が当該二次電池の放電を停止させつつ前記入力制御手段が前記充電手段を用いた当該二次電池の充電を開始させ、
   前記出力制御手段による前記二次電池の放電と、前記入力制御手段による前記充電手段を用いた当該二次電池の充電と、が繰り返されることによって当該二次電池の電池容量が所定容量に達した場合に、前記温度調整手段は、前記二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行うこと、
   を特徴とする電池試験装置。
2. 前記二次電池の放電と充電とが繰り返されることによって当該二次電池の電池容量が、当該二次電池と同種類の未使用二次電池の電池容量の７５％、５０％、又は２５％のいずれかに達した場合に、前記温度調整手段は、当該二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行うことを特徴とする、請求項１に記載の電池試験装置。
3. 前記温度調整手段は、前記二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行う間に当該二次電池の温度が１６０℃以上に上昇するか否かを判定して、この判定の結果を外部に表示することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電池試験装置。
4. 充電可能な二次電池に対して、当該二次電池の充電を行う充電手段を用いて充電することが可能な電池試験方法であって、
   温度を５０℃に保持する調整が行われている前記二次電池に対して前記充電手段により入力される入力電力を制御する入力制御ステップと、
   温度を５０℃に保持する調整が行われている前記二次電池から出力される出力電力を制御して当該二次電池の放電を行う出力制御ステップと、を有し、
   前記二次電池が満充電状態に達した場合に、前記入力制御ステップでは前記充電手段を用いた当該二次電池の充電を停止させつつ前記出力制御ステップでは当該二次電池の放電を開始させ、
   前記二次電池が所定の充電状態に達した場合に、前記出力制御ステップでは当該二次電池の放電を停止させつつ前記入力制御ステップでは前記充電手段を用いた当該二次電池の充電を開始させ、
   前記出力制御ステップによる前記二次電池の放電と、前記入力制御ステップによる前記充電手段を用いた当該二次電池の充電と、が繰り返されることによって当該二次電池の電池容量が所定容量に達した場合に、前記二次電池の温度を１５０℃に３時間保持する調整を行うこと、
   を特徴とする電池試験方法。

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