JPH08189954A - 二次電池充放電自動試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、充電、放電、休止に応じて試
験温度を変更でき、かつ、それらの温度を試験電池個々
に独立して設定できる機構を備えた二次電池充放電自動
試験装置を提供することにある。 【構成】本発明の二次電池充放電自動試験装置は、複数
個の試験単電池もしくは組電池を収納し、加熱、冷却機
能を持つ試験電池収納容器１３と、試験条件をコントロ
ールする充放電試験装置５と、データを管理するＣＰＵ
７とから構成される二次電池充放電自動試験装置であ
り、充放電条件を試験電池２個々に独立に制御できるこ
とに加え、充電時および放電時の温度を試験電池２の充
電、放電に応じて変えられる温度コントローラ１４，１
５を有することを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種二次電池の改良、
開発に不可欠な充放電自動試験装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器の小形化、高性能
化、携帯型化によって、ますます二次電池の需要が高ま
っている。それに応じて、二次電池の改良、開発はます
ます活発化してきている。

【０００３】従来知られていた鉛蓄電池やニカド電池に
おいては、薄型化、角形化とともに、更なる高性能化が
盛んに行われている。一方、これら伝統的な電池系のみ
ならず、ニッケル・水素電池やリチウム電池などの新し
い電池が開発、市販されてきた。

【０００４】もちろん、これらの市販電池は、ユーザー
の要求を百パーセント満たすものでなく、今後の更なる
高性能化が精力的に継続されている。電池の開発には特
性試験による評価が不可欠である。しかも、その電池特
性や充放電寿命は充電、放電、さらには休止の条件によ
って大きく左右されてくる。しかも、それらの条件は、
単に電池特性のみならず、電池の安全性にも密接に関与
している。

【０００５】二次電池の開発にあたっては、実際に使用
される様々な条件を不足なく想定し、それに準じた電池
試験を行って、開発の指針とすることが重要である。実
際の電池は、夏の炎天下のような高温、あるいは冬の吹
雪のような低温で電池を使用（放電）し、比較的温度条
件の良好な屋内で充電するのが通常であって、しばしば
開発メーカーの電池特性や寿命評価結果と実使用でのそ
れらとに食い違いを生じ、ユーザーの不満をきたしてい
た。しかし、それら試験電池を評価するに当たって、こ
うした複雑な条件を満たす試験を可能とする充放電試験
装置はなかった。

【０００６】近年、ようやく充放電装置をコンピュータ
コントロールできる装置が販売されるようになり、手作
業で、充電、放電、休止を行っていたことから解放され
るようになった。

【０００７】従来の充放電システムの構成概念を図９に
示した。図９は、充放電を制御できるのみの装置であっ
て、この場合データの記録はレコーダによるものであ
る。図９において、従来の充放電試験装置５は、主に定
電流定電圧電源１、定電流負荷装置３、表示ダイオード
を有する制御器４から成っている。定電流定電圧電源１
は、試験電池２の電圧によって、充放電条件が一定の電
圧範囲内で規定されている場合は定電流源として動作、
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
た後は定電圧源として規定時間まで動作継続する。

【０００８】定電流負荷装置３は、試験電池２から供給
される電流が一定の設定電流値を維持するように負荷の
値を変化させる。制御器４は、設定充放電条件に従って
定電流定電圧電源１、定電流負荷装置３、スイッチＳ
１、Ｓ２を制御する。

【０００９】レコーダ６は、試験電池の電圧の経時変化
を記録する。図１０は、コンピュータ制御による従来の
別の充放電試験装置５の構成を示したもので、図９に比
べ、データの記録が可能となり、必要な場合に必要な情
報が引き出すことができるようになった充放電試験装置
である。

【００１０】図１０においては、図９の制御器４がＣＰ
Ｕ７に置き代わり、かつ、必要な試験条件、データを記
録媒体に収納させたものである。図１０における構成に
おいて、ＲＯＭ８には、充放電制御、データ記録のため
のプログラムがあらかじめ収納されており、このプログ
ラムによってＣＰＵ７が充放電システム全体を制御す
る。１０は作業用ＲＡＭ、１１はデータ出力を主な目的
とするプリンタであり、１２のキーボードによって個々
の充放電条件（時間や電流値、電圧範囲の設定）を入力
する。９は充放電試験状態表示器である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の充放電試験装置５は、充電、放電の条件を設定し、そ
の条件を満たすと自動的に充電、放電が交互に行えるよ
うにしただけのものであって、充放電試験の温度まで
を、充電、放電に応じて変化できる装置ではない。

【００１２】せいぜい、既存の恒温槽を応用して、充
電、放電にかかわらず、複数個の試験電池をまとめて一
定の温度で充放電サイクル試験を行い、評価としている
のが現状である。もし、充電毎、放電毎に電池試験の環
境温度を変えていくとなるとその度に、充放電試験装置
５を停止して、恒温槽の温度設定を変更しなければなら
ず、充放電試験装置５の特徴を損なうばかりか膨大な手
間と時間を必要とし、人件費、開発費に影響をきたし
た。

【００１３】本発明の目的は、上記現状を改良するた
め、充電、放電、休止に応じて試験温度を変更でき、か
つ、それらの温度を試験電池個々に独立して設定できる
機構を備えた二次電池充放電自動試験装置を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の二次電池充放電自動試験装置は、複数個の試
験単電池もしくは組電池を収納し、加熱、冷却機能を持
つ試験電池収納容器と、試験条件をコントロールする充
放電器と、データを管理するコンピュータとから構成さ
れる二次電池充放電自動試験装置であり、充放電条件を
試験電池個々に独立に制御できることに加え、充電時お
よび放電時の温度を試験電池の充電、放電に応じて変え
られる手段を有することを特徴とするものである。又、
本発明の二次電池充放電自動試験装置は、個々の試験電
池の温度を独立に設定できる手段を有することを特徴と
するものである。

【００１５】

【作用】上記手段により本発明は、加熱、冷却機構を持
つ試験電池収納容器と、試験条件をコントロールする充
放電器、およびデータを管理できるコンピュータとから
構成することにより、充電、放電、休止に応じて試験温
度を変更でき、かつ、それらの温度を試験電池個々に独
立して設定することができる。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。尚、図面中、同一部分は同一符号を付して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る二次電池充放
電自動試験装置の構成概念を示したものである。

【００１７】図１において、試験電池２は、試験温度を
管理するために試験電池収納容器１３に収納されてお
り、試験電池収納容器１３には加熱器と冷却器が内蔵さ
れており、それぞれ温度コントローラ１４，１５で温度
制御が可能となっている。

【００１８】ＣＰＵ７は、あらかじめ設定された充放電
試験条件に従って、温度コントローラ１４および１５か
ら温度をモニタしながら、温度コントローラ１４および
１５に温度設定の制御を行う。

【００１９】本発明における二次電池充放電自動試験装
置の各基本構成要素について説明する。本発明における
充放電試験装置５は、１６の電池試験ユニットと１７の
制御・記録ユニットに分割されている。電池試験ユニッ
ト１６と制御、記録ユニット１７との構成概念を図２に
示した。必要な試験電池数に応じて、電池試験ユニット
１６ａ〜１６ｆ…の必要数が制御・記録ユニット１７に
連結され、制御される。

【００２０】コンピュータ制御を行わず、図９のように
制御器４を使用することもできる。この場合の構成概念
を図３に示した。ただし、この場合は、温度コントロー
ラ１４，１５に予め試験温度を設定しておく必要があ
り、制御器４は充電、放電に対応して、これら温度コン
トローラ１４および１５の電源をオン、オフさせて制御
を行うのみである。

【００２１】図１および図３における試験電池収納容器
１３および周辺の温度制御部の基本構成を図４に示し
た。試験電池収納容器１３は、試験電池２として、試験
電池単体を、あるいは電池を複数個直列、または並列、
または直列と並列が組み合わさった形で構成された試験
組電池を個々に設置する、あるいはこれらの試験電池２
を適当な電池ホルダーに収めた形で設置するに十分な容
積を持ち、かつこれらの試験電池２、あるいは電池ホル
ダーの設置を妨げないように配慮されて、この個々の試
験電池収納容器１３の内部に、加熱ヒータ１９、冷却冷
媒管１８などの加熱、冷却機能が設置されている。加
熱、および冷却の機能は、室温を上昇、または下降させ
られ、かつ変化させた温度を試験者が望む精度の範囲で
一定に保つ機能を有しており、さらに試験電池２、ある
いは電池ホルダーの設置を妨げない範囲で試験電池収納
容器１３に納まるものであれば何でもよい。必要なら
ば、試験電池収納容器１３内にファンを設置したり、試
験電池収納容器１３の外周辺に温度レギュレータを設置
することができる。

【００２２】本発明における二次電池充放電自動試験装
置は、従来どおり、電圧のモニター、電流値の制御、充
放電の電圧範囲、充放電および休止時間の設定を行うこ
とができる。本発明における充放電制御では、さらにこ
れに加えて、充電、放電に伴って試験の環境温度を制御
することができる。温度の制御は、必要に応じて制御器
にて制御することができるが、コンピューターにて直接
に制御、モニターすることも可能である。

【００２３】充放電に伴う温度制御は、目的とする試験
に応じて多様であるが、一例を上げると以下のようにな
る。すなわち、充電、あるいは放電の開始、または終了
後直ちに、あるいは開始、終了後一定時間経過の後に、
加熱および冷却、あるいは加熱または冷却が開始、ある
いは終了するように制御されている。

【００２４】あるいは、試験環境温度を上昇、あるいは
下降させ、その温度を一定時間モニターして一定に達し
たことを確認した後、充電、あるいは放電を開始するよ
うに制御されている。

【００２５】あるいは、充電中、または放電中、一定の
パターンで試験環境温度が変化するように制御されてい
る。本発明における充放電試験のパターン、それに伴う
温度制御のパターンはこれらに限定されるものではな
い。

【００２６】さらに、本発明における二次電池充放電自
動試験装置は、試験データを適宜収納し、これを望む時
に、随時引き出せるデータ管理機構を保有することがで
きる。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
らに必要なら歪み、その他の値を時間とともに収集さ
れ、記憶される。データの引出しは、例えば電池の充
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。

【００２７】本発明に於ける二次電池充放電自動試験装
置は、必要なら幾つかの安全装置を付与することができ
る。本二次電池充放電自動試験装置は、従来市販されて
いる試験装置と同様、一定の充放電時間、あるいは電圧
範囲を越えて試験は行われない機構になっている。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
動的に充放電試験を停止する。あるいはまた、放電、充
電、または休止中に設定電圧変化範囲（一定時間内にど
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。

【００２８】本二次電池充放電自動試験装置は、これら
従来の安全機構に加え、設定環境温度に達した後、一定
温度以上外れた場合には試験を停止すること、設定され
た一定時間内に設定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等の安全機構が付与されてしか
るべきである。

【００２９】本発明の二次電池充放電自動試験装置に
は、さらに試験電池の温度をモニターし、電池本体が一
定温度以上になると直ちに充放電試験が停止する機構を
具備させることも可能である。

【００３０】これらの機構を有することにより、充放電
と、充電、放電に応じた温度を自動的に制御して二次電
池の電池特性を評価することが可能となる。以下に、本
発明の具体的実施例において詳述する。

【００３１】〔具体的実施例１〕冬期に使用することを
想定したＮｉ／Ｃｄ電池の充放電特性を試験した。放電
時の環境温度をマイナス５度、充電時の環境温度を２０
度に設定し、それぞれの温度設置を一時間とした。放電
を２００ミリアンペア、充電を２００ミリアンペアに設
定して本発明の自動試験装置にて充放電試験を行った。

【００３２】試験結果を図５に示す。図５において、曲
線７−１は充電、あるいは放電を休止時間を設けずに行
った試験の電池電圧プロファイル、曲線７−２は、充
電、あるいは放電の環境温度に達した後、充電、あるい
は放電を開始した場合の電池電圧プロファイル、曲線７
−３はそれら試験の環境温度の変化を示している。

【００３３】曲線７−１と曲線７−２を比較して分かる
ように電池電圧は環境温度の変遷によって、特に放電、
あるいは充電初期において異なることが本試験装置を用
いると容易にわかる。

【００３４】また、曲線７−３において充電、放電それ
ぞれの環境温度はいずれもプラスマイナス１度以内に収
まっており、良好な環境温度を設定することができた。 〔具体的実施例２〕Ｎｉ／Ｃｄ電池の温度特性を本発明
における自動試験装置にて評価した。４個のＮｉ／Ｃｄ
電池を用意し、それぞれ４個の収納容器にセットした。
放電時の温度を、マイナス１０度、０度、２０度、４０
度とし、充電時の温度は２０度に設定した。充電電流、
放電電流とも６００ミリアンペア、１ボルト〜１．５ボ
ルトの範囲で充放電試験を行った。放電、充電は所定の
温度に到達してから５分後に開始するように設定して試
験を行った。

【００３５】図６に結果を示す。図６において、曲線８
−１は放電温度がマイナス１０度、曲線８−２は放電温
度が０度、曲線８−３は放電温度が２０度、曲線８−４
は放電温度が４０度の場合の電池容量の変化を示すグラ
フである。図６において、比較例として、従来の充放電
装置を使用した場合を想定した、充電、放電の温度とも
マイナス１０度の場合の電池容量の変化を曲線８−５と
して示しておいた。

【００３６】電池容量は環境温度に大きく依存すること
がわかる。また、曲線８−１と曲線８−５との比較によ
って、充電温度が室温だと、マイナス１０度の温度より
放電容量は大きくなっている。実際の使用条件を考えた
場合、本発明における自動試験装置で行った曲線８−１
の結果がより実情に近いデータを提供しており、従来法
では妥当なデータが提供できなかったことがわかる。

【００３７】〔具体的実施例３〕Ｎｉ／Ｃｄ電池の使用
履歴による特性の変化を調べるために、充放電サイクル
によって放電、充電の電流値と温度を変えた試験を行っ
た。試験は、１ボルト〜１．５ボルトの電圧範囲で行っ
た。充電、放電は所定の温度に到達後直ちに開始した。

【００３８】結果を図７に示す。図７において、曲線９
−１は電池の放電容量、曲線９−２は放電電流、曲線９
−３は充電電流、曲線９−４は放電温度、曲線９−５は
充電温度を示す。

【００３９】本発明における自動試験装置を用いるとこ
のような複雑な試験が自動で安易に行えることが分か
る。 〔具体的実施４〕Ｎｉ／Ｃｄ電池を放電電流４００ミリ
アンペア、充電電流３００ミリアンペアで充放電を行
い、放電時の温度を２０分毎に４０度→２０度→０度に
変化させた。充電温度は２０度に設置した。

【００４０】結果を図８に示す。図８は本実施例におけ
る試験結果であり、曲線１０−１は電池電圧、曲線１０
−２は試験温度である。試験温度に応じて電池電圧の変
化が起こることが本発明における自動試験装置で簡便に
分かる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、二次電池の各種特性
を試験評価する場合、本発明における充放電自動試験装
置を用いることにより、実使用条件に近い充電、放電に
おける環境温度を設定した多様な試験が自動で安易に行
うことができ、二次電池の開発や評価において極めて大
きな貢献を果たすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における二次電池充放電自動
試験装置を示す構成説明図である。

【図２】本発明における二次電池充放電自動試験装置の
ユニット構成の一例を示す構成説明図である。

【図３】本発明におけるコンピュータ制御を行わない場
合の二次電池充放電自動試験装置の一例を示す構成説明
図である。

【図４】本発明における試験電池収納容器周辺部の温度
制御部の基本構成の一例を示す構成説明図である。

【図５】本発明の具体的実施例１におけるＮｉ／Ｃｄ電
池を使用した試験結果を示す特性図である。

【図６】本発明の具体的実施例２におけるＮｉ／Ｃｄ電
池を使用した試験結果を示す特性図である。

【図７】本発明の具体的実施例３におけるＮｉ／Ｃｄ電
池を使用した試験結果を示す特性図である。

【図８】本発明の具体的実施例４におけるＮｉ／Ｃｄ電
池を使用した試験結果を示す特性図である。

【図９】従来のコンピュータ制御を行わない二次電池充
放電試験装置の構成説明図である。

【図１０】従来のコンピュータ制御による二次電池充放
電試験装置の構成説明図である。

【符号の説明】

１…定電流定電圧電源 ２…試験電池 ３…定電流負荷装置 ４…制御器 ５…充放電試験装置 ６…レコーダ ７…ＣＰＵ ８…ＲＯＭ ９…充放電試験状態表示器 １０…ＲＡＭ １１…プリンタ １２…キーボード １３…試験電池収納容器 １４…温度コントローラ １５…温度コントローラ １６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、１６ｅ、１６
ｆ…電池試験ユニット １７…制御・記録ユニット １８…冷却冷媒管 １９…加熱ヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の試験単電池もしくは組電池を収
   納し、加熱、冷却機能を持つ試験電池収納容器と、試験
   条件をコントロールする充放電器と、データを管理する
   コンピュータとから構成される二次電池充放電自動試験
   装置であり、充放電条件を試験電池個々に独立に制御で
   きることに加え、充電時および放電時の温度を試験電池
   の充電、放電に応じて変えられる手段を有することを特
   徴とする二次電池充放電自動試験装置。
2. 【請求項２】 個々の試験電池の温度を独立に設定でき
   る手段を有することを特徴とする請求項１記載の二次電
   池充放電自動試験装置。