JP5284029B2

JP5284029B2 - 組電池パック及び組電池パックの製造方法

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Publication number: JP5284029B2
Application number: JP2008256488A
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Inventors: 義明阿左美; 真吾佐藤
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Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2013-09-11
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Description

本発明は複数の二次電池を直列に接続した組電池パック及び組電池パックの製造方法に関し、充放電サイクルや保管時の寿命を延ばすことのできる組電池に関するものである。

携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなど、小型情報機器用の電源として、高エネルギー密度の二次電池が開発され、利用されている。それぞれの機器に必要な電圧及び電流に応じ、複数の二次電池を直列または並列に接続した組電池として利用される場合がある。

上記のような小型情報機器の電源電圧は数Ｖから１０Ｖ程度であり、複数の二次電池の直列接続数は1から3直列程度がほとんどであった。しかし近年、二次電池の用途は情報機器にとどまらず、家電、パワーツール、アシスト自転車、ハイブリッド自動車など、高出力化、高電圧化の方向へと急速に広がりを見せている。これに伴い、組電池の直列接続数も増加し、10本以上直列接続して使用する場合も珍しくない。

電池を直列接続した場合、問題になるのは、各単セル間のばらつきである。ばらつきには、容量ばらつき、インピーダンスばらつき、ＳＯＣ（充電状態）ばらつき、自己放電速度ばらつきなど色々な観点がある。各単セル間のばらつきで、特に不具合につながりやすい問題として、充電状態における電圧ばらつきがある。容量の異なる電池を直列接続したり、SOCがずれた状態で接続すると、組電池の満充電状態において、電圧が平均より高い単電池と低い単電池が生じ、電圧が高い単電池は過充電状態となって、劣化が大きくなってしまう。このような充電を繰り返すと、過充電により劣化が大きくなった単電池は容量が早く低下するため、さらに過充電され、加速度的に劣化が進行してしまう。従って、保護回路を備えた組電池システムは、どのような状態であっても組電池を構成する単電池が過充電状態にならないような電池制御が要求される。もちろん過充電のみならず、過放電や過温度など、その他の電池異常に対しても、組電池を構成する全ての単電池が異常範囲に入らないよう、制御されていることが望ましい。

ところで、非水電解質二次電池を充電する際の充電制御方法は、定電流定電圧方式が一般的である。電池が満充電電圧に達するまでは定電流制御で充電し、満充電電圧に達した後はその充電電圧を維持して定電圧制御で充電する方法である。単電池を充電しようとする場合には、この方法によれば、電池電圧が過充電領域に達することはない。充電電流を大きくして急速充電を行った場合でも、満充電電圧に達するまでの時間が短くなるが、それ以上の電圧にはならない。

一方、複数の単電池を直列接続した組電池を定電流定電圧充電方式にて充電する場合には、先に説明したような電池ばらつきの問題が発生する。組電池を充電する電源に対してフィードバック制御をする際、一般に定電圧制御は組電池全体の電圧でなされるため、電圧が低い単電池と高い単電池が直列接続された組電池であると、電圧が高い単電池は過充電領域に達してしまう。

理想的には定電圧制御を、組電池を構成する全ての単電池電圧で行うことができれば、電池ばらつきによる過充電の問題は発生しない。しかし、これを実現するためには充電用電源制御のフィードバックループの中に、全ての単電池の電圧を測定し、相互に比較して最も高い単電池電圧を選び、基準電圧と比較し、電源出力電圧を制御するという複雑な機能を入れなければならない。仮に実現したとしても、制御の応答速度、フィードバックの安定性、ノイズその他の外乱に対する耐性など多くの問題を抱えて信頼性を欠くほか、組電池の直列数が大きくなるほど回路構成が複雑になり、コストや大きさの点でも不利である。

また、殆どの用途における組電池システムでは、組電池と充電器は別体となっており、充電時のみ組電池と充電器が接続される。全ての単電池電圧を含む複雑なフィードバック情報を、組電池と充電器の相互で伝達することは、更に困難である。

充電中の単電池電圧ばらつきは、組電池を構成する単電池のSOCばらつきが大きいほど、満充電近傍における単電池のSOCに対する電圧変化率が大きいほど、また充電電流が大きいほど大きくなる。従って、充電末期に電池電圧が急峻に立ち上がるような特性を持った電池からなる組電池を急速充電しようとすると、特に問題が顕著となる。一般に組電池では電池の満充電電圧より高電圧側に、充電を禁止する充電禁止電圧を設定することが多いが、電圧ばらつきが大きくなり、充電禁止電圧を超えた電圧に達する単電池が発生してしまい、充電が途中で終了してしまうことも多かった。

このような現象を回避可能な充電方法のひとつとして、組電池の定電流定電圧充電における定電圧設定電圧を、単電池の満充電電圧×直列数よりも低くする方法が有効である。単電池が到達する電圧を全体的に低くし、ＳＯＣに対する電圧変化率がより小さい領域で充電を行うことにより、電圧ばらつきの大きさを小さくすることができ、また電圧がばらついた場合でも単電池で充電可能な満充電電圧よりも低い電圧を中心とした電圧ばらつきとなるため、過充電になる可能性が低い。

ところが、定電圧設定電圧を下げる方法では大きな問題が2つあった。一つは、充電容量が制限されてしまうこと、もう一つは、急速充電性能が制限され、充電速度が低下してしまうことである。

電圧ばらつきによる過充電を回避しつつ、充電容量や充電速度が制限されない別の充電方法としては、組電池全体を定電流方式で充電し、組電池を構成する単電池の中でどれか1つが満充電電圧に達すると、充電電流を小さくして定電流充電を継続するというステップを繰り返して充電電流を順次下げながら充電を行う方法が挙げられ、例えば特許文献１などに開示されている。

この方法によると、電圧がばらついていても最も高い電圧を示す単電池が満充電電圧になった時で充電電流を低下させるためその瞬間に単電池電圧も下がり、過充電電圧に達する電池が発生することがない。また、最終的に十分に小さい電流値で定電流充電を行えば、定電流定電圧充電方式の場合に近い充電容量を得ることも可能であり、ステップ毎の充電電流の下げ幅を小さく小刻みにしていくことで、定電流定電圧充電方式の場合に近い充電速度を得ることも可能である。

しかし、この方法によると単電池電圧がばらついていても充電が継続可能であるため、例えば他の単電池よりも大幅に自己放電速度が大きい単電池は他の単電池よりも電圧が低下し、それが含まれていた場合でも充電が停止されない。そのような場合、自己放電速度の大きな単電池は、組電池の最大電圧単電池で充電カットがかかるため充電が不十分な状態となるため、その後の放電でパックとしての放電容量が低下してしまうという、問題点があった。
特開２００５−１５１６８３

この発明の目的は、複数の二次電池を直列に接続した組電池からなり、充放電サイクルや保管時の寿命が長い組電池パック及び組電池パックの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、少なくとも複数の単電池が直列接続された組電池と、
前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記組電池は、各単電池の自己放電速度が一定の範囲内のランクにある単電池を選別して組み合わせて構成しており、前記複数の単電池を選別するために前記自己放電速度を測定するに際して、各単電池の充電状態を４０％以上の充電状態で測定し、自己放電の貯蔵期間を７日以上とし、自己放電速度の範囲が電池容量の０．０３３％ｍＡｈ／Ｄ以内の前記各単電池を選別している。

上記の手段によると、充放電サイクルや保管時の寿命が長い組電池及び組電池製造方法を得ることができる。

以下図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。図１は本発明が適用された組電池の全体図を示している。

組電池は、例えば充電器１００と組電池パック２００の組み合わせからなる。組電池パック２００を充電する際には両者を接続し、放電する際には切り離して、組電池パック２００を負荷に接続して使用する。図1は、充電器１００と組電池パック２００が別体となった例を示すが、両者が一体となった組電池パックを電源システムとして使用するような場合も同様である。

即ち、この明細書では図に示す組電池パック２００が、充電器１００と一体に構成された状態であっても、又は別体として構成された状態であっても組電池パックと称することにする。

＜組電池パック２００＞
組電池パック２００は、複数のn個の単電池２０１から２０５が直列に接続され、組電池を構成する。図1では直列数は５個となっているが、この数は２個以上、任意の個数であってもよい。また、図1で1個の単電池（セルと称する場合もある）で示す部分は、複数の単電池を並列接続して1個の電池モジュールとみなしてもよい。その場合は並列・直列を両方含む組電池パックとなる。上記の組電池の正極は、接続端子Ｔ１１に接続され、負極は、スイッチ回路２１３を介して接続端子Ｔ１２に接続されている。

上記の各単電池の端子は、電圧検出回路２１１に接続されている。電圧検出回路２１１はパックに含まれる全ての単電池の電圧を検出ことができる。但し、組電池が並列接続を含む場合には、並列の組は電圧が等しいから、並列1組あたり電圧1箇所測定とすればよい。

電圧検出回路２１１の電圧検出情報は、演算回路２１２に入力される。演算回路２１２は、電圧検出回路２１１によって測定された全ての単電池電圧データを監視・比較している。演算回路２１２は、単電池電圧データの監視・比較結果に基づいて充電電流設定値Ｉｃを決定する。この充電電流設定値Ｉｃの情報は、通信モジュール２１４、接続端子Ｔ１３を介して充電器１００に送信している。充電器１００は、充電電流設定値Ｉｃの情報を受けて、組電池パック２００に対する充電電流設定値Ｉｃを制御している。また充電器１００は、測定された単電池電圧が異常であると判断した場合にはスイッチ回路２１３を制御して強制的に充電電流や放電電流を遮断する機能を持つ場合もある。

＜充電器１００＞
充電器１００には、充電電流を発生する電源１１２と、充電電流を充電電流設定値になるように制御する制御部１２１が含まれている。制御部１２１は、演算回路２１２によって決定された充電電流設定値Ｉｃの情報を受けとり、それに基づいて出力電流の制御を行う。

電源１１２は、例えば以下のような構成である。商用電源を整流する整流回路１１３、整流出力をスイッチングするパワースイッチ回路１１４、このパワースイッチ回路１１４の出力を昇圧する高周波トランス回路１１５、この高周波トランス回路１１５の出力を整流する二次整流回路１１６、この二次整流回路１１６の出力を平滑する平滑回路１１７を有する。また二次整流回路１１６、平滑回路１１７の電流を検出する電流検出回路１１８を有する。

電流検出回路１１８の検出信号は制御回路１２１にて変換され、パワースイッチ回路１１４のスイッチング周波数の制御信号としてフィードバックされている。これにより、充電器１００からの出力充電電流・電圧が安定して出力される。

通信モジュール２１４、１２２は、充電器１００と組電池パック２００が一体となった組電池パックの場合には必ずしも必要でないが、図1のように別体の場合は必要となる場合が多い。通信手段間の通信方法としては、デジタルデータからなるシリアル通信、パラレル通信のほかに、アナログ値をそのまま用いた通信であってもよい。

基本的には、本発明は、単電池の電圧を検出し、それに基づいて充電電流を制御できれば実施できるのであって、組電池パック２００や充電器１００の構成は上記の例に限定されるものではない。充電済みの組電池パック２００が使用されるときは、たとえば接続端子Ｔ１１，Ｔ１２間に負荷が接続されて使用される。あるいは、別途負荷接続専用の端子を設けてもよい。

＜本発明に関わる単電池の組合せ方法＞
本発明ではランクわけされた単電池２０１−２０５を選定し組み合わせた点に大きな特徴を備えている。

まず本発明の単電池の組み合わせ方法に大きな影響をもつ自己放電速度について説明する。単電池あるいは組電池の自己放電の測定方法としては、たとえば以下の（１）、（２）、（３）の例がある。

（１）単電池を定電流充電（１Ｃ、２．８Ｖ、０．０５Ｃｃｕｔ）後一定期間Ａ（日）放置し、その後定電圧充電（１Ｃ、２．８Ｖ、０．０５Ｃｃｕｔ）を行いその時の充電容量をＢ（ｍＡｈ）とする。この場合は、
自己放電速度（ｍＡｈ/日）＝Ｂ（ｍＡｈ）/Ａ（日）
で求めることができる。

（２）単電池を定電流充電（1Ｃ、２．８Ｖ、０．０５Ｃｃｕｔ）後、定容量放電（１Ｃ、３０分）Ｂ（ｍＡｈ）し、一定期間Ａ（日）放置し、その後定電圧充電（１Ｃ、２．８Ｖ、０．０５Ｃｃｕｔ）を行いその時の充電容量をＣ（ｍＡｈ）とする。この場合は、
自己放電速度（ｍＡｈ／日）＝（Ｃ（ｍＡｈ）−Ｂ（ｍＡｈ））/Ａ（日）
で求めることができる。

（３）単電池を定電流放電（1Ｃ、１．８Ｖｃｕｔ）後、定容量充電（１Ｃ、３０分）Ｂ（ｍＡｈ）し、一定期間Ａ（日）放置し、その後定電圧放電（1Ｃ、１．８Ｖcut）を行いその時の放電容量をＣ（ｍＡｈ）とする。この場合は
自己放電速度（ｍＡｈ/日）＝（Ｂ（ｍＡｈ）−Ｃ（ｍＡｈ））/Ａ（日）
で求めることができる。

なお、容量１Ａｈの電池は、１アンペアを１時間流して放電しきる電池のことである。１時間で電池を放電しきる電流値のことをＣと称する。１Ｃは１Ａｈとなる。たとえば１Ａｈのセルを、３０分間で放電すると２Ｃと表現し、５時間で放電すると０．２Ｃと表現する。しがって、上記した単電池を定電流放電（１Ｃ、２．８Ｖ、０．０５Ｃｃｕｔ）において、１アンペア（Ａ）の電流、２．８Ｖで充電し、時間経過するにつれて充電が進み、０．０５Ｃｃｕｔは、充電電流が５０ｍＡになったときに充電を停止することを意味する。また上記した定容量放電（１Ｃ、３０分）Ｂ（ｍＡｈ）は、１Ａ（＝１Ｃ）で３０分放電させたことを意味する。さらにまた定電圧放電（1Ｃ、１．８Ｖcut）は、１Ａ（＝１Ｃ）で放電し、端子電圧が１．８Ｖになったとき放電を停止することを意味する。

＜自己放電を求めるときの適切な充電状態（ＳＯＣ）＞
ここで本発明では、上記の自己放電速度を求める場合、ＳＯＣが４０％以下になると測定される自己放電速度のばらつきが大きくなり正確な自己放電速度が得られないというデータを実験により得ることができた。図２には自己放電速度の充電状態（ＳＯＣ）への依存性を示す。図２に示すようにＳＯＣがほぼ４０％以上になると、自己放電速度の標準偏差が安定している。したがって、自己放電速度を求める場合、ＳＯＣがほぼ４０％以上の状態にある単電池を対象とした。

＜自己放電速度を測定するのに適切な貯蔵期間＞
また本発明では、自己放電速度を求める場合、放置（貯蔵）期間を７日以上にしないと正確な自己放電速度が得られないというデータを実験により得ることができた。自己放電速度は放置期間が短いと、その前の充電や放電により電池内の拡散の遅れによりイオン濃度勾配などが残っている。このためそれが自己放電速度に影響を及ぼし正確な値が得られない。放置期間を延ばすことにより、イオン濃度勾配などが無くなり正確な自己放電速度を測定することができる。図３には自己放電速度の時間への依存性を示す。横軸の貯蔵０１Ｄ，０２Ｄ・・・・は、放置期間１日、２日・・・・を意味する。図３に示すように、複数の単電池間の自己放電速度差は、放置期間が７日以上になると小さくなり、５日以下になると大きくなっていることが分かる。

したがって、本発明では先に説明した自己放電速度を求める場合、７日以上放置した単電池を測定対象とした。

＜自己放電速度が温度依存性を持つことによる影響を回避＞
自己放電速度を求める場合、放置期間の温度により、自己放電速度が影響をあたえることが分かった。図４は、自己放電速度が温度依存性をもつことを測定したデータのグラフである。基準値２５℃であると複数の単電池間の自己放電速度の差はほとんどなかった。しかし、２５℃よりも高い３０℃あるいは、２５℃よりも低い１０℃では、基準の単電池に対して自己放電速度の差が生じていることが理解できる。この差は、自己放電速度を求める場合、放置温度の基準値に対する係数として有効利用することができる。

つまり測定した自己放電速度に対して、放置期間の温度に対応した上記の差を補正値として用いれば、正確な自己放電速度を求めることができる。

＜単電池の具体的構成＞
ここで単電池の具体的構成例について説明する。本発明ではたとえば以下に説明するような構成の単電池を用いた。しかし本発明はこのような単電池の構造に限定されるものではなく種々のタイプの単電池（セル）に対して適用可能であることは勿論のことである。

＜単電池構成例＞
正極活物質にリチウムコバルト酸化物（LiCoO₂）を用い、導電材、結着剤を配合してｎ−メチルピロリドン（NMP）溶媒に分散してスラリーを調整した後、厚さ15μｍのアルミニウム箔（純度99.99%）に塗布、乾燥、プレス工程を経て正極を作成した。

負極については、活物質としてチタン酸リチウム（Li₄Ti₅O₁₂）と導電材、結着剤を配合してｎ−メチルピロリドン（NMP）溶媒に分散してスラリーを調整した後、厚さ15μmのアルミニウム箔（純度99.99%）に塗布、乾燥、プレス工程を経て負極を作成した。

次に、正負極の間および負極側に厚さ20μmの帯状ポリエチレン製多孔質フィルムのセパレータを配置した後、渦巻き状に捲回して発電要素を作製した。作製した発電要素は、プレスし、形状を整えた後、正極端子と負極端子を接続し、アルミニウム製の缶に密封し、非水電解質を注液し、容量3Ahの扁平状の非水電解質二次電池を作製した。

図５には、上記非水電解質二次電池の概略構成を示している。２はアルミニウム又はアルミニウム合金の有低矩形筒状の外装缶である。外装缶２の開口部には、注液孔３を有するアルミニウム又はアルミニウム合金の蓋体４がたとえばレーザー溶接で接合される。外装缶２は、正極端子をかねており、底面には下部側絶縁紙５が配置されている。

電極群である電極体６は、外装缶２内に収容されている。電極体６は負極７とセパレータ８と正極９とを前記正極９が最外周に位置するように渦巻状に巻回した後、扁平状にプレス成型されている。

非水電解液は、注液孔３を介して注液されている。注液の後は、注液孔３にアルミニウム又はアルミニウム合金の蓋１０がレーザー溶接により接合されている。スペーサ１１は、合成樹脂からなり、外装缶２内の電極体６上に配置されている。負極端子１３は蓋体４の孔１２及びスペーサ１１の孔を貫通し、蓋体４の孔１２の箇所でガラス製または樹脂製の絶縁材１４を介してシールされている。負極端子１３には、内部でリード１５が接続され、またこのリード１５は電極体６の負極７に接続されている。

絶縁紙１６は蓋体４の外表面を被覆している。ラミネートの外装チューブ１７は、外装缶２の側面から下面および上面の絶縁紙５、１６の周辺まで延びて配置され下部の絶縁紙５を外装缶２の底面に固定し、上部の絶縁紙１６を蓋体４の上面に固定している。

＜実施例１＞
上記した単電池を定電流定電圧充電（３Ａ、２．８Ｖ、１５０ｍＡcut）後、定容量放電（３Ａ、３０分）１５００（ｍＡｈ）し、一定期間７（日）放置し、その後定電流定電圧充電３Ａ、２．８Ｖ、１５０ｍＡcut）を行いその時の充電容量をＣ（ｍＡｈ）とすると、自己放電速度（ｍＡｈ/日）＝（Ｃ（ｍＡｈ）−１５００（ｍＡｈ））/７（日）で求めた。この操作を複数の各単電池で実施して、自己放電速度が１ｍＡｈ（電池容量の０．０３３％）/Ｄ以内の単電池を１０セル組み合わせ、組電池を作成した（Ｄは１日を示す）。

この組電池に対して、図１で説明したように電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付けて、組電池パックを作成した。この組電池パックについて充放電サイクル試験（充電：６Ａ、２．８Ｖcut／放電：１５Ａ、１．８Ｖcutのサイクル条件）を行った。

＜実施例２＞
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を７日にして、自己放電速度ランクを０．５ｍＡｈ（電池容量の０．０１７％）／Ｄ以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験（充電：６Ａ、２．８Ｖcut／放電：１５Ａ、１．８Ｖcutのサイクル条件）を行った。

＜比較例１＞
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を７日にして、自己放電速度ランクを３ｍＡｈ（電池容量の０．１％）/Ｄ以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験（充電：６Ａ、２．８Ｖcut／放電：１５Ａ、１．８Ｖcutのサイクル条件）を行った。

＜比較例２＞
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を７日にして、自己放電速度ランクを５ｍＡｈ（電池容量の０．１７％）/Ｄ以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験（充電：６Ａ、２．８Ｖcut／放電：１５Ａ、１．８Ｖcutのサイクル条件）を行った。

＜比較例３＞
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で定容量放電（３Ａ、４８分、ＳＯＣ２０％）を行い、放置期間を７日にして、自己放電速度ランクを１ｍＡｈ（電池容量の０．０３３％）/Ｄ以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験（充電：６Ａ、２．８Ｖcut／放電：１５Ａ、１．８Ｖcutのサイクル条件）を行った。

＜比較例４＞
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を３日にして、自己放電速度ランクを１ｍＡｈ（電池容量の０．０３３％）/Ｄ以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験（充電：６Ａ、２．８Ｖcut／放電：１５Ａ、１．８Ｖcutのサイクル条件）を行った。

上記した実施例１、実施例２、比較例１−比較例４の組電池パックの２０００サイクル後の容量維持率（％）を表１にまとめて示している。

上記の表１から理解できるように、自己放電速度が1ｍＡｈ（電池容量の０．０３３％）/Ｄ以下のランク範囲であれば、サイクル維持率は良好であり、比較例１，２のように自己放電ランク幅を大きくするとサイクル特性が低下する。これはサイクル途中で自己放電速度の大きな単電池が含まれると、その単電池が十分充電されなくなり放電ではその単電池で放電カットされるため組電池の容量が低下する。また、比較例３のようにＳＯＣ２０％で自己放電速度を測定し1ｍＡｈ（電池容量の０．０３３％）/Ｄのランク範囲で組み合わせても、そこで測定した自己放電速度がその単電池の真の自己放電速度とは異なるためこのような充放電サイクル特性での維持率低下をまねていた。比較例４のように自己放電速度放置期間を短くすると、これも同じように自己放電速度の測定がその単電池の真の自己放電速度とは異なるためこのような充放電サイクル特性での維持率低下を起こしていることがわかる。

＜効果１＞
以上述べた如く、本発明によれば、急速充電が可能で、充放電サイクル特性に優れた組電池システムを提供することができる。

つまり本発明では複数の単電池が直列接続された組電池と、前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、各単電池の自己放電速度がある範囲内で組み合わせたことを特徴とする。

ここで、自己放電速度の範囲を１ｍＡｈ（電池容量の０．０３３％）／Ｄ以内の単電池を組み合わせると効果的である。また自己放電速度の測定方法が４０％以上の充電状態で測定した自己放電速度でランク分けをすると効果的である。さらにまた、自己放電速度の測定方法として、保存期間が７日以上であることが効果的である。また自己放電速度の測定時に貯蔵温度から補正をかけた自己放電速度をランク分けし、同一ランク内の単電池を組み合わせることが効果的である。また組電池を構成する単電池の負極としてはチタン酸リチウムを含むものである。

＜組電池パックに対する充電制御の例１＞
本発明の組電池パック対する充電制御の詳細について説明する。組電池を構成する単電池の好ましい充電終止電圧をＶＨとする。最初に演算回路２１２は充電電流設定値Ic1を制御部１２１に送信する。これにより組電池パック２００に対して定電流充電が開始される。

電圧検出回路２１１は常時（数ｍsec〜数秒の短い周期で）単電池電圧を測定しており、そのデータを演算回路２１２に入力している。ここで単電池電圧の中で少なくとも1つがＶＨに達した場合、充電を終了する。充電終了は、ＶＨによるほか、合計充電時間が予め決められた時間を越えた場合に終了するなど、別の基準で終了することもできる。

図６は、このようにして実施した組電池システムの充電曲線を示している。図６においては、定電流充電を行い組セル内の電池電圧の最も大きい電池電圧ＶＨに達した際に充電がその時点で停止される。

＜組電池パックに対する充電制御の例２＞
今、組電池を構成する単電池の好ましい充電終止電圧をＶＨとする。最初に演算回路２１２は充電電流設定値Ic1を制御部１２１に送信する。これにより組電池パック２００に対して定電流充電が開始される。

電圧検出回路２１１は常時（数ｍsec〜数秒の短い周期で）単電池電圧を測定しており、そのデータを演算回路２１２に入力している。

単電池電圧の中で少なくとも1つがＶＨに達した場合、演算回路２１２はIc1よりも小さい次の充電電流設定値Ic2を制御部１２１に送信し、前の段階よりも小さい電流で定電流充電を行う。このように順次充電電流を低減していき、充電電流設定値Ｉcnが最小充電電流Ic(ｍin)に達した段階が終了した際、充電を全て終了する。

充電終了は、充電電流設定値Icnによるほか、合計充電時間が予め決められた時間を越えた場合に終了するなど、別の基準で終了することもできる。Ic1〜Icnの値は、予め決められた値を演算回路２１２が記憶していてもいいし、測定された単電池電圧データによって毎回異なる値を設定してもよい。

図７は、このようにして実施した組電池システムの充電曲線を示している。図７においては、定電流充電値を予め決められたIc1〜Ic8まで階段状に減少させながら充電を継続した様子が示されている。

本発明の組電池は、同一ランクのものを選別して組み合わせているので、図６で説明した充電方式であっても、各単電池に対する充電が十分行われる。しかし、使用期間により何らかの原因で自己放電速度の大きな1つの単電池電圧が存在するようになると、充電電圧が低く、充電カット時にその電池の充電が十分に行われていないため、その後の放電容量が小さくなることがある。このような場合は、図７の方式で充電制御を行うほうが好ましい。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

図１はこの発明が適用された組電池パックを示す全体ブロック図である。図２は自己放電速度の充電状態（ＳＯＣ）への依存性を示す図である。図３は自己放電速度の時間への依存性を示す図である。図４は自己放電速度が温度依存性をもつことを測定したデータを示す図である。図５は非水電解質二次電池の概略構成を示す図である。図６は本発明に係る組電池パックの充電曲線の例を示す図である。図７は本発明に係る組電池パックの充電曲線の他の例を示す図である。

符号の説明

１００・・充電器、１１２・・・電源、１１３・・・整流回路、１１４・・・パワースイッチ回路、１１５・・・高周波トランス、１１６・・・二次整流回路、１１７・・・平滑回路、１１８・・・電流検出回路、１２１・・・制御部、１２２・・・通信モジュール、２００・・・組電池パック、２０１−２０５・・・単電池、２１１・・・電圧検出回路、２１２・・・演算回路、２１３・・・スイッチ回路、２１４・・・通信モジュール。

Claims

少なくとも複数の単電池が直列接続された組電池と、
前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記組電池は、各単電池の自己放電速度が一定の範囲内のランクにある単電池を選別して組み合わせて構成しており、
前記複数の単電池を選別するために前記自己放電速度を測定するに際して、
各単電池の充電状態を４０％以上の充電状態で測定し、自己放電の貯蔵期間を７日以上とし、自己放電速度の範囲が電池容量の０．０３３％ｍＡｈ／Ｄ以内の前記各単電池を選別している、電池パック。
さらに、前記組電池が充電器と一体構成若しくは充電器と接続されており、
前記組電池に対する電源からの充電電流をオンオフするスイッチ手段と、
前記電圧検出手段によって検出された単電池電圧をもとに前記充電電流を設定するとともに前記スイッチ手段を制御する演算手段と、
前記演算手段の設定に基づき前記充電電流を制御する制御手段を備え、
ある設定された前記充電電流で充電中に少なくとも1個の単電池電圧が充電終止電圧に達した場合に充電を終了する、
請求項１に記載の組電池パック。
さらに、前記組電池が充電器と一体構成若しくは充電器と接続されており、
前記組電池に対する電源からの充電電流をオンオフするスイッチ手段と、
前記電圧検出手段によって検出された単電池電圧をもとに前記充電電流を設定するとともに前記スイッチ手段を制御する演算手段と、
前記演算手段の設定に基づき前記充電電流を制御する制御手段を備え、
ある設定された前記充電電流で充電中に少なくとも1個の単電池電圧が充電終止電圧に達した場合に設定電流を下げて充電を継続し、少なくとも２段階以上の定電流充電を行う、
請求項１に記載の組電池パック。
請求項１又は２又は３に記載の組電池パックにおいて、前記ランク分けに際しては、自己放電速度の測定時に貯蔵温度に応じた補正を行った自己放電速度を採用していることを特徴とする組電池パック。
請求項１又は２又は３に記載の組電池パックにおいて、組電池を構成する単電池の負極がチタン酸リチウムを含むことを特徴とする組電池パック。
複数の単電池が直列接続された組電池を有する組電池パックの製造方法において、
複数の単電池の自己放電速度を測定するに際して、
各単電池の充電状態を４０％以上の充電状態で測定することと、
自己放電の貯蔵期間が７日以上であることと、
測定した自己放電速度に対して貯蔵温度に応じた補正を行うことと、
補正後の自己放電速度の範囲が電池容量の０．０３３％ｍＡｈ／Ｄ以内の複数の単電池を選別して組み合わせ前記直列接続された組電池とすることを含むことを特徴とする組電池パックの製造方法。