JPH0480677A - 多段直列二次電池群の充放電特性試験方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば百段以上に多段直列接続した二次電池
群の充放電特性試験方式に関する。更に詳述すると、本
発明は、例えばリチウム二次電池のような非水溶媒系＠
池の充放電特性を評価するのに用いて好適な多段直列二
次電池群の充放電特性試験方式に関する。

（技術用語） 本明細書においてフロート電池あるいはフロート状態と
は、充放電装置のモード切替えに寄与しない電池あるい
は直列＃、続状態という意味で使用される。

（従来の技術） 最近、非水系溶媒二次電池例えばリチウム二次電池など
の有機溶媒系電解液を用いた二次電池を百段以上も多段
直列接続して電力を貯蔵するシステムが提案されている
。この種の電力貯蔵システムは、例えば百段あるいはそ
れ以上に及ぶ多段直列接続の二次電池群（以下、単に「
二次電池群」という）に電力需要が低い夜間ないしオフ
ピーク時（軽負荷時）の余剰電力を充電し、電力需要が
高い昼間（過負荷時）にそれを放電させて負荷に電力供
給することにより、負荷平準化を図るものである。

かかる電力貯蔵システムでは、二次電池群の状態に応じ
て充電あるいは放電の切替えを行う必要がある。したが
って、この電力貯蔵システムにおいては、二次電池群の
充放電の挙動を知ることは、当該システムを構築する上
で重要なことになる。

直列接続された二次電池群の充放電挙動を試験し、それ
を評価する二次電池群の充放電試験方式としては、従来
、第４図に示すようなものがある。

この充放電試験方式は、鉛電池やニラクル・カドミウム
電池などの水溶液系の電解液を用いた電池を対象とし、
単位電池Ｅ５１１　Ｅ５２＋・・・、ＢＩＮ−ＩＩＥｓ
ｓを多段直列接続してなる二次電池群５１に対して充放
電装置５２により充電させたりあるいは放電させるよう
にし、二次電池群５１の全電圧Ｖを検出してこれを充放
電モード切替えのための電位としている。即ち、二次電
池群５１の全電圧Ｖが所定の電圧に達したときに充電モ
ードあるいは放電モードへ切替えるようにし、この切替
え時点までに要する時間や平均電圧等から充電あるいは
放電の挙動を評価するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の二次電池群の充放電特性試験
方式は、各電池の充電状態にばらつきが生じても、過充
電状態にすることにより全ての電池を満充電に揃えるこ
とかできる水溶液系電解液の二次電池を対象としている
ことから、多段直列接続二次電池群を少数個の電池の直
列試験における結果から多段直列中では挙動が推定でき
る。しかし、充電状態にばらつきがあった場合に充電状
態を揃える機構をもたない非水系溶媒二次電池の場合に
は、従来法を使って少数個の電池で評価試験を行なって
も、それから多段直列接続における挙動を模擬できない
、このため、従来の二次電池群の充放電試験方法による
と、例えば非水系溶媒二次単電池を１００段あるいはそ
れ以上に及ぶ多段に直列接続した二次電池群に適用する
場合、実規模で模擬しなければならず、当然に当該電池
群の出力電圧が高電圧になり、この高電圧に対応できる
充放電装置や多数のサンプル電池が必要となる。しかも
、これにより高電圧型の充放電装Ｗや多数の単電池サン
プルを用意するため試験費用がかかるという問題があっ
た。

一方、サンプル電池の個数を相当教派じて直列接続して
なる電池群の全電圧で充放電試験を行えば、当然ながら
サンプル電池の数が減りかつ取り扱う電圧が小さくなる
ので低電圧に対応できる充放電装置でよくなるものの、
ある電池の電圧バランスが崩れた場合、電池の数が少な
いために、その崩れた電圧が全電圧に比較してｆ？視で
きなくなり、実規模の多段直列二次電池群を模擬しなく
なるという欠点がある。

本発明は、上記従来の問題点を解消し、少ないサンプル
電池で多段直列の二次電池群を模擬して充放電特性を試
験評価できる多段直列接続二次電池の充放電特性試験方
式を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） かかる目的を達成するため、本発明の多段直列二次電池
群の充放電特性試験方式は、充放電装置に対し、充放電
モードの切替えに寄与する基Ｍｌ電池と、充放電モード
の切替えに寄与しないフロート電池とを直列接続し、前
記基準電池の両ｆ４電圧を検出し該電圧を基に充電モー
ドあるいは放電モードの切替えを行うと共に前記フロー
ト電池の充放電挙動を求めるようにしている。

（作用） 本発明では、電池容量や電池内部抵抗のばらつきがなく
、かつ充電状態がそろった電池が多段直列接続された二
次電池群の場合、ｌ！！想的には単電池と同じ充放電挙
動をすることに着目し、充電モードあるいは放電モード
の切替えのための電圧検出を行なう電池、即ち単電池あ
るいは直列接続された電池より少ない数の電池により多
段直列接続された電池群を模擬させている。

また、多段直列接続においては、−ゲの電池の電圧バラ
ンスが崩れても、直列段数が多ければ多いほど他の電池
に及ぼす影響は分散されて無視できる。そこで、充電モ
ードあるいは放電モードの切替えのための電圧検出を行
う基準電池に直列かつフロート状態に接続された個々の
フロート電池は、他の電池の充放電挙動に影響すること
なく充放電を繰り返すことから、これを多段直列＃続さ
れな個々の電池として模擬させている。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図（Ａ）、（Ｂ）に本升明の多段直列接続二次電池
の充放電特性試験方式の原理を示す。この多段直列接続
二次電池の充放電特性試験方式を実現する回路は、充放
電装置２に対し、充放電モードの切替えに寄与する基２
１！電池Ｅ０と、充放電モードの切替えに寄与しないフ
ロート電池Ｅ、とを直列＃続し、前記基準電池Ｅ０の両
端電圧Ｖ０を検出して該電圧Ｖ０を基に充電モードある
いは放電モードの切替えを行うようにしている。即ち充
放電モード検出に寄与する基準電池Ｅ、および充放電モ
ード検出に寄与しないフロート電池Ｂ。

は、多段直列＃続されて二次電池群１を構成する。

ここで試験する基準電池Ｅｏおよびフロート電池Ｅ２は
、例えばリチウム二次電池のような非水溶媒系電解液を
使用した二次電池を想定している。

この二次電池ｎ１は、充放電装置２の充放電電流電源部
２１によって充放電される。前記基準電池Ｅ０の正負極
は、電位検出部２２に接続されており、その基準電池Ｅ
０の両＠電圧Ｖ。が入力されている。この電位検出部２
２は、検出信号を充放電モード制御部２３に供給する。

充放電モード制御部２３には、タイマー２４からの時限
制御信号が入力されている。前記タイマー２４は、時間
規制による充放電モードの切替えを行うものである。前
記充放電モード制御部２３は、前記電位検出部２２から
の検出信号により、あるいはタイマー２４からの時限制
御信号により、充放電モードの切換制御信号を形成し、
充放電電流電源部２１の充放電モードを切替える。

上記基準電池Ｅ０は、第１図（Ｂ）に示すように、例え
ばＮ（Ｎは正の整数）段の電池Ｅ１Ｅ２．・・・、Ｅ、
、、Ｅ、を直列接続したものに相当させるものとする。

このように考えてよい理由は、電池容量や電池内部抵抗
のばらつきがなく、かつ充電状態がそろった電池が多段
直列接続された電池群の場合、理想的には単電池と同じ
充放電挙動をすることにあるからである。

そして、第１図（Ａ）においては、例えばフロート電池
ＥＦと基準電池Ｅ。とからなる二次電池群１の場合、全
電池が同一種の電池であるならば、Ｎ＋１個の多段直列
接続した電池群を模擬できることになる。即ち、フロー
ト電池Ｅ、はＮ＋−１個の多段直列＃続ストリング中の
１個と見なされ、このフロート電池Ｅ２の充放電挙動を
求めること、例えば充放電終了時の両＠電圧を測定する
ことは、多段直列接続ストリング中における個々の単電
池の充放電挙動を求めことに他ならない。

そこで、充電モードあるいは放電モードの切替えのため
の電圧検出を行う電池即ち基ｆ＄電池Ｅ０により、多段
直列＃続されな電池群を＠Ｗすることが可能となるので
、前記基準電池Ｅ０の両端電圧Ｖ０を低電圧とし、これ
を電位検出部２２に入力することにより、低電圧でかつ
少ないサンプル電池数で実規模の二次電池群の充放電特
性を試験することができる。

このように構成された実施例の作用を以下に説明する。

二次電池群１は、充放電装置２の充放電電流電ｊＩ部２
１により充放電される。この二次電池群１の基２１！電
池Ｅ。の両＠電圧Ｖ。は、充放電装置２の電位検出部２
２に入力される。

ここで、充放電モードには、 （ａ）充電、 （ｂ）充電後休止（充電電流を流さないで開放状態にす
る）、 （ｃ）放電、 （ｄ）放電後休止（放電電流を流さないで開放状態にす
るン の四種があり、基準電池Ｅｏの両端電圧Ｖｏが設定電圧
に達したとき、あるいは設定時間が経過したときに上記
各モードの選択がおこなわれる４例えば、充電モードの
場合は次のようになる。

二次電池群１に充放電装置２の充放電電流電源部２１か
ら充″！４電流を流し込み、二次電池群１を充電する。

この際の二次電池群１の基準電池Ｅ０の両ｌ１１１を圧
Ｖ。は、電位検出部２２で検出され、充放電モード制ｓ
部２３に入力されている。充放電モード制＃部２３では
、当該両端電圧Ｖ。が設定電圧に達したときに、充電後
休止モードに移行する、尚、タイマー２４により最大充
電時間を定めておいて、この最大時間が経過したときに
、仮に基準電池Ｅ。が設定電圧に達しなかった場合でも
充電後休止モードに移行するように設けることが多い。

放電モードは次のように変更される。充放電装置Ｆ２の
充放電電流電源部２１は、二次電池群１から放電を流を
取り込み、負荷等に当該電流を供給する。この際の二次
電池群１の基準電池Ｅｏの両端電圧ｖ０は、電位検出部
２２で検出され、充放電モード制御部２３に入力される
。この充放電モード制御部２３では、当該両端電圧Ｖ。

が設定電圧より低下したときに、放電後休止モードに移
行する。また、タイマー２４により最大充電時間を定め
ておいて、この最大時間が経過したときに、仮に基準電
池Ｅ０が設定電圧より低下しなかった場合でも放電後休
止モードに移行する。

尚、充電後休止モードから放電モード、放を後休止モー
ドから放電モードへの変更のタイミングは、通常設定時
間の経過による時間規制で行われる。

このように基準電池Ｅ０によって多段接続された二次電
池群を模擬させ、その両端電圧Ｖ０を検出して充放電モ
ードを切替えるなめ、低い電圧で充放電が行え、かつ少
ないサンプル電池で多段直列接続ストリング中での電池
群の挙動を評価できる。また、フロート電池ＥＦは、他
の電池即ち基準電池Ｅ０の充放電挙動に影響することな
く充放電を繰り返すことから、これを多段直列接続スト
リング中の個々の電池として模擬させ得る。そこで、フ
ロート電池Ｅ２の端子間電圧を測定することによって、
フロート電池の多段直列接続ストリング中での挙動を、
その過程並びにモード終了時において評価できる。

例えば、第２図に本発明の具体的な実施例を示す。この
実施例は、過充電状態、不足充電状態、不足容量状態、
自己放電状態などの種々の状態にあるフロート電池Ｅ　
ｏｃ＋　Ｅ　ｏｐ、　Ｅ　ｓｃ＋　Ｅ　ｇｏと基準電池
Ｅ０とを直列接続し、この基準電池Ｅ０の両端電圧Ｖ０
を基に充放電モードを切替えることにより、種々の状態
にある電池の電圧を同時に測定して複数種の充放電特性
を評価しようとするものである。

評価する電池としては、例えば人工的に作りだした過充
電電池ＥＯＣ１不足充電電池Ｅ。。、不足容量電池Ｅ、
ｃ、自己放電を模擬した電池Ｅ、Ｄ等が挙げられる。こ
れら不健全な状態にある電池ＥｏｃＥＯＤ・Ｅ＠ｃ、Ｅ
ｇｏを直列接続してフロート電池Ｅ、を構成し、これら
フロート電池Ｅ、を基準電池Ｅ。に直列接続して４種類
の（Ｎ＋１＞段の二次電池群ＩＡを同時に形成して成る
。この二次電池群ＩＡは、充放電装置２の電力端子に接
続する。

また、この基準電池Ｅ０の両端電圧Ｖ。は充放電装置２
の検出端子に入力する。

上述のように構成した実施例により、次のように各電池
の評価を行う。

充放電装置２から二次電池群ＩＡに通電することによっ
て各電池ＥＯ（：、　ＥＯＤ、　Ｅｓｃ＋　Ｅｓｏおよ
び基準電池Ｅ０は充電され（充電モード）、二次電池群
ＩＡから負荷側に放電電流が供給されることによって放
電される（放電モード）。このとき、基準電池Ｅ０の両
端電圧ｖ０が充放電装置２の検出端子によって検出され
、両端電圧Ｖｏが設定電圧になると、モードが切替えら
れる。この際の電圧あるいはこれに至るまでの電圧の変
動を各電池Ｅ　ＯＣ＋　Ｅ　ＯＤ＋　Ｅ　ＩＣ＋　Ｅ　
ｇｏ毎に他の測定器をもって測定することにより、各電
池Ｅ。ｃ、　Ｅ　ＯＤ＋　Ｂ　ＩＣ＋Ｅｇｏの多段直列
接続ストリング［（Ｎ＋１）個ｊ中における充放電挙動
、耐過充電特性や耐過放電特性などを一度に測定でき、
夫々評価することができる。例えば、この測定結果の一
例を第３図に示す。この試験は、リチウム／硫化モリブ
デン電池を対象とし、基準電池ＥＯに対し２０％過充電
の電池と、２０％過放電の電池とをフロート状態で直列
接続し、次の条件で行なった。

充電３００ｍＡ；２．２Ｖ 放電６００ｒｎＡ；１．３Ｖ 充放電接休止１時間 この測定結果より、リチウム／硫化モリブデン電池は不
足充電の場合め方が早く壊れ易く、過充電状態の方が長
い充放電サイクル数に耐えることが理解できる。

尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の一例ではある
がこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱し
ない範囲において種々変形実施可能である６例えば、上
記実施例では、基準電池Ｅｏを１ゲで説明したが、直列
段数より少ない数の電池であれば実施可能である。

（発明の効果） 以上の説明より明らかなように、本発明は、充放電装置
に対し、充放電モードの切替えに寄与する基準電池と、
充放電モードの切替えに寄与しないフロート電池とを直
列接続し、前記基準電池の両端電圧を検出し該電圧を基
に充電モードあるいは放電モードの切替えを行うと共に
前記フロート電池の充放電特性等を求めるようにしたの
で、この基準電池に直列接続された人工的に不健全な状
態にされたフロート電池の多段直列接続ストリング中に
おける充放電挙動並びに耐過充電特性や耐過放電特性な
どを評価することができる。しかも、この評価は複数個
のフロート電池を基準電池に接続することによって、同
時に複数実線可能である。

また、本発明によれば、充放電モードの切替えに寄与す
る基準電池と、充放電モードの切替えに寄与しないフロ
ート電池とを直列接続し、基準電池によって多段直列接
続ストリング中のフロート電池付を除いた大部分の電池
を模擬させるようにしているので、少ないサンプル電池
例えば２個燃しくはそれ以上の電池によって多段直列接
続（例えば１００段以上）ストリング中における個々の
電池の充放電特性を模擬できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ＞は本発明の原理図である。第１図（Ｂ）は
基準電池の説明図である。 第２図は本発明の一実施例を示す説明図である。 第３図は本発明の試験結果の一例を示すグラフであり、
２０％過充電及び通数１電池の電池電圧と充放電サイク
ルとの関係を示す。 第４図は従来装置の一例を示す原理図である。 １、ＩＡ・・・二次電池群、 ２・・・充放電装置、 ２１・・・充放電電流電源部、 ２２・・・電位検出部、 ２３・・・充放電モード制御！１部、 Ｅ−（ＥＯ（！、　ＥＯＤ、　Ｅｓｃ、　Ｅｓｏ）Ｅ、
・・・基準電池、 Ｖｏ・・・基準電池Ｅ０の両端電圧。 ・・・フロート電池、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 充放電装置に対し、充放電モードの切替えに寄与する基
   準電池と、充放電モードの切替えに寄与しないフロート
   電池とを直列接続し、前記基準電池の両端電圧を検出し
   該電圧を基に充電モードあるいは放電モードの切替えを
   行うと共に前記フロート電池の充放電挙動を求めること
   を特徴とする多段直列二次電池群の充放電特性試験方式
   。