JPH08190938A - 二次電池充放電自動試験装置用試験電池ホルダー - 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
験温度を個々の試験電池ごとに独立に変更でき、かつ、
それらの試験温度を充電、放電毎に、あるいは要求する
条件に応じて短時間に変更できる二次電池充放電自動試
験装置用試験電池ホルダーを提供することにある。 【構成】本発明は、二次電池用充放電自動試験装置に使
用される試験電池４を設置する試験電池ホルダー５であ
り、試験電池単体を、あるいは、複数個の単電池を直列
もしくは並列、もしくは直列と並列を組み合わせて構成
される試験組電池を収容でき、かつ上記二次電池用充放
電自動試験装置に結線するための正極用と負極用の一対
の端子２７、２８を具備する試験電池トレイ１７と、該
試験電池トレイ１７の周囲に配備された加熱層１８、お
よび冷却層２０とから成る。

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、
開発に不可欠な二次電池充放電自動試験装置用試験電池
ホルダーの改良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】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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
はまだない。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膨大な手間と時間を必要と
して人件費、開発費に影響をきたし、さらに、複数の試
験電池に対し、異なった温度設定が必要となると、それ
ぞれの試験電池の放電、あるいは充電の終了ごとに、い
ちいち試験を中断して温度設定を行う必要があり、人手
と時間を要するに留まらず充放電試験装置の特徴さえ損
なうことになった。

【０００８】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個々の試験電
池ごとに独立に変更でき、かつ、それらの試験温度を充
電、放電毎に、あるいは要求する条件に応じて短時間に
変更できる機構を備えた二次電池充放電自動試験装置用
試験電池ホルダーを提供することにある。

【０００９】

【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用試験電池ホル
ダーは、二次電池用充放電自動試験装置に使用される試
験電池を設置する試験電池ホルダーであり、試験電池単
体を、あるいは、複数個の単電池を直列もしくは並列、
もしくは直列と並列を組み合わせて構成される試験組電
池を収容でき、かつ上記二次電池用充放電自動試験装置
に結線するための正極用と負極用の一対の端子を具備す
る試験電池トレイと、該試験電池トレイの周囲に配備さ
れた加熱、および冷却用治具とから成ることを特徴とす
るものである。

【００１０】

【作用】上記手段により本発明は、試験環境温度を充放
電に応じて速やかに変化させられるように加熱、冷却機
構を内蔵して一体化した加熱、冷却機能を持つことによ
り、充電、放電、休止に応じて試験温度を個々の試験電
池ごとに独立に変更でき、かつ、それらの試験温度を充
電、放電毎に、あるいは要求する条件に応じて短時間に
変更できる。

【００１１】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一定に保つ
機能を有しており、さらに試験電池ホルダー駆体に納ま
るものであれば何でもよい。

【００１２】

【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。図１は、本発明の試験電池ホルダーに関わる
二次電池充放電自動試験装置の構成の一概念を示したも
のである。図１において、１は試験電池収納容器であ
り、２は試験電池に一定電流の供給や低電圧の充放電な
ど具体的な試験実行を行う試験ユニットであり、３はこ
の試験ユニットや加熱、冷却温度の制御や記憶、記録を
行う制御・記録ユニットである。

【００１３】試験電池収納容器１の内部には、試験電池
４を収納できる本発明の試験電池ホルダー５が設置され
ている。試験ユニット２は、定電流定電圧電源６と定電
流負荷装置７、およびスイッチＳ１、Ｓ２とから構成さ
れている。定電流定電圧電源６は充電、放電が一定の時
間で規定されている場合に設定電圧に達するまでの間、
定電流源として動作し、設定電圧に達した後は定電圧源
として動作する。定電流負荷装置７は、試験電池４から
供給される電流が一定の設定電流に維持されるように負
荷を変動させるものである。

【００１４】制御・記録ユニット３は、充放電試験全体
を制御するＣＰＵ８、充放電試験制御とデータ記録のた
めのプログラムがあらかじめ収納されているＲＯＭ９の
他、さらに作業用ＲＡＭ１０、プリンタ１１、キーボー
ド１２、充放電状態を表示する表示器１３から構成され
る。

【００１５】ＲＯＭ９に格納されているプログラムに従
って、ＣＰＵ８が試験ユニット２の定電流定電圧電源
６、定電流負荷装置７、スイッチＳ１、Ｓ２、のほか、
冷却温度コントローラ１４や加熱温度コントローラ１５
など装置全体を制御する。個々の充放電試験に必要な設
定値などはキーボード１２によって入力される。

【００１６】制御・記録ユニット３においては、あらか
じめ設定された条件において充放電と温度の制御を行い
ながら、試験電池４の端子電圧、電流、加熱、冷却温度
などの必要データを所定の時間間隔で測定し、記憶し、
さらに記録する。また、得られたこれらの試験データか
ら充放電の容量、エネルギー密度などを求める演算機
能、さらにそれらを一定時間ごとにプロットする特性作
成機能を具備している。

【００１７】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
直後直ちに、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。

【００１８】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。

【００１９】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。図２は、コンピュータを用いない場合の充放電試験
装置の構成の一概念図である。

【００２０】図２において、試験ユニット２は図１の試
験ユニット２と同様の構成であるが、制御ユニット３′
は図１の制御・記録ユニット３と異なり、制御器１６が
試験ユニット２と冷却、加熱温度コントローラ１４、１
５を制御する。この場合、温度コントローラ１４、１５
の制御は、単にコントローラ１４、１５のオン・オフを
制御するのみであり、設定温度はコントローラ１４、１
５に予め入力しておく必要がある。また、端子電圧、温
度の記録はレコーダ３６にて行う。表示器１３は表示ダ
イオードより構成される。

【００２１】本発明の試験電池ホルダーを具備した二次
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。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を具備できる。

【００２２】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ことができ
る。あるいはまた、充電、放電、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。

【００２３】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。

【００２４】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。
これらの機能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。

【００２５】図３は、本発明における二次電池充放電自
動試験装置用の試験電池ホルダーの構成の一概念を示し
たものである。図３において、５は試験電池ホルダーで
あり、この容器内部に試験電池４を設置したトレイ１７
を収納する。ホルダー５は二層になっており、ホルダー
５の外側に加熱層１８が設けられ、内部にヒーター１９
が内蔵されている。加熱層１８の内壁に接して冷却層２
０が設けられ、冷却層２０内部には、冷媒が流れる管２
１が内蔵されている。ヒーター１９は端子２２で温度コ
ントローラ１５へ、冷却管２１は冷却管端子２３および
２４にて外管を通じ冷却温度コントローラ１４に連結さ
れている。また試験電池４の両端子２５、２６はホルダ
ー５に設置された端子２７、２８によって試験ユニット
２のスイッチＳ１、Ｓ２に連結され、電流、電圧の制御
とモニターが行われる。このようにしてトレイ１７を試
験電池ホルダー５に収納した後、蓋２９をしめて試験電
池収納容器１へのセットが完成する。

【００２６】ここで、加熱層１８内のヒーター１９の代
わりに、温度範囲が比較的限定されている場合にはオイ
ル等の加熱媒体を使用することもできる。しかし、この
場合には、ヒーターのように温度を個々に可変するシス
テムにする場合にはかなり複雑な機構にならざるを得な
い。加熱を冷却の場合のように一定の温度の熱媒体を循
環させ、冷媒と熱媒体との流量コントロールによって望
む温度を取得するほうが容易である。ヒーター１９の代
わりに適当な熱媒体を用いる場合には、冷却層２０内の
管２１と同様に構成し、加熱層１８内にヒーター１９に
代わって管を内蔵する。

【００２７】加熱層１８を冷却層２０の外側に配置する
理由は、加熱は短時間で行えるが、冷却は時間を要する
ために、効率よく冷却することができるよう試験電池４
に、より接近した形で配置しているが、時間的な効率よ
り、デザイン上の理由などその他の要因を優先するなら
ば、この配置には必ずしも限定されない。

【００２８】蓋２９は、電池環境の雰囲気制御がより短
時間で可能となるように設けられているが、これについ
ても、経済的な理由等を優先する場合には、必ずしもこ
の蓋２９を必要としない。

【００２９】試験中の温度制御を行うために、試験電池
収納容器に直接これらの加熱、冷却機構を取り付ける方
法もあるが、後述する図５に示すように、より、コンピ
ュータ制御の特徴を生かすため、電池収納容器は複数個
設置されることが考えられる。電池収容納器を複数個ま
とめて架台に組み上げる場合、本発明における加熱、冷
却治具を付与された試験電池ホルダーを使用することに
より、個々の電池収納容器の小型化による省スペース、
および多数個の試験電池を同時に設置しなければならな
い場合の配線の簡素化が期待できるものである。

【００３０】さらに、これに加えて、実際の電池の使用
携帯を考慮するに、電池を剥ぎ出しのままで使用するこ
とは極めてまれであり、通常は何らかの電池パック、あ
るいは電化製品の駆体の一部のスペースに収納されて使
用される場合が殆どである。このような場合、電池パッ
クや電化製品の駆体の温度変化は使用される電池に密着
した状態で起こる。本発明の試験電池ホルダーは、この
ような使用形態をシミュレーションするのに極めて適し
ている。

【００３１】以上述べたように、本発明における試験電
池ホルダーを使用すると、試験上の便宜が図れ、さらに
より実情に即した試験条件を可能にするという大きな利
点が期待される。

【００３２】図４はこの試験電池ホルダー５に関する温
度コントロール関係の構成図である。ヒーター１９には
スライダック３０とこれに温度コントローラ１５が連結
されている。温度コントローラ１５には温度センサ３１
が連結されており、温度コントローラ１５は制御・記録
ユニット３のＣＰＵ８または制御器１６に連結される。

【００３３】ヒーター１９による加熱が終了すると同時
に、充放電器から、あるいはコンピュータから、冷却温
度コントローラ１４より供給される冷媒循環系のバルブ
３２が開くようにコントロールされ、試験電池ホルダー
５に連結された冷却管２１内に冷媒が循環する機構にな
っている。本発明になる電池ホルダーの加熱、冷却機構
を付与することにより、単に室温以下への冷却のみなら
ず、ヒーター１９の余熱によるホルダー内の温度降下の
緩慢性が解消され、迅速に温度変化が行われ、充放電試
験の迅速化が可能となった。温度範囲によっては、冷媒
が冷却管２１に残存した状態では冷媒のガス化などによ
り、ヒーター部に損傷を起こすおそれがある。そのため
に、ガスによる残存冷媒のパージを行うパージガスライ
ン３３を設け、冷媒の場合と同様にコンピュータ制御に
よってバルブ３４の開閉をコントロールし、冷媒を除去
することができる。３５は加熱用配線である。

【００３４】ヒーター１９の代わりに適当な熱媒体を使
用する場合にはスライダック３０を除去し、流量可変バ
ルブを設置し、流量とバルブの開閉をＣＰＵ８、または
制御器１６にて制御する。また、温度コントローラ１５
の代わりに、レギュレータを冷却の場合の温度コントロ
ーラ１４と同様な配置にして設ける。この場合、温度セ
ンサ３１は、直接ＣＰＵ８、または制御器１６に接続す
る。

【００３５】以下に、本発明を具体的実施例において詳
述するが、本発明は何らこれに限定されるものではな
い。 〔具体的実施例１〕加熱用にヒーター、冷却用に冷却水
を用いた加熱・冷却可能な試験電池ホルダーを作製し、
ヒーターを４５℃に設定し、５分間４５℃に維持した
後、２０℃に冷却するようにして電池収納容器内の温度
変化を調べた。加熱層内のヒーターの加熱が終了すると
同時に、冷却層内の冷却管の弁を開き、冷却水（水道
水、温度約１７℃）を循環させ、２０℃に達するまで流
した。

【００３６】比較のため、市販の恒温槽に電池トレイを
入れ、４５℃に設定して５分間４５℃に維持し、その後
設定を２０℃にて恒温槽内の温度を測定した。図６に結
果を示す。図６において、６−１は、試験電池ホルダー
内部の温度変化を示す曲線であり、６−２は、比較例に
おける恒温槽内の温度変化を示す曲線である。

【００３７】図６から明らかなように、本発明になる試
験電池ホルダー内部では２０分程度で室温に到達するの
に対して、比較例の場合には、室温に到達するのに１時
間半程度かかった。

【００３８】〔具体的実施例２〕本発明になる試験電池
ホルダーを用い、Ｎｉ／Ｃｄ電池の充放電特性を試験し
た。

【００３９】放電を６０℃で８００ミリアンペア、充電
を２０℃で８００ミリアンペア、電圧範囲を１Ｖ〜１．
６Ｖの範囲で１サイクル充放電を行った。比較のため
に、市販の恒温槽に電池を入れ、手動にて、充電、放電
終了後に設定を変え加熱、自然冷却をさせて使用し、同
様の充放電試験を行った。

【００４０】試験結果を図７に示す。図７において、曲
線７−１は電池電圧プロファイル、曲線７−２は、電池
ホルダー内の電池表面温度の変化を示している。また、
曲線７−３は、比較例における電池電圧プロファイル、
曲線７−４は比較例における恒温槽内の電池表面温度の
変化を示している。曲線７−１と曲線７−３を比較して
分かるように本発明の電池収納容器では、充放電試験時
間が短縮でき、効率的な試験を遂行できることがわか
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、本発明における試験電池ホルダー
を用いると、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を行うことができ、かつ
試験を効率的に遂行することが可能となって、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】本発明における試験電池ホルダーが適用される
二次電池充放電試験装置の一実施例を示す構成説明図で
ある。

【図２】本発明における試験電池ホルダーが適用される
二次電池充放電試験装置の他の実施例を示す構成説明図
である。

【図３】本発明における試験電池ホルダーの一例を示す
横断面図及び縦断面図である。

【図４】本発明における試験電池ホルダーの温度制御系
統に関する構成の一例を示す構成説明図である。

【図５】本発明における試験電池ホルダーが適用される
二次電池充放電試験装置のシステム化の一例を示す構成
説明図である。

【図６】本発明の具体的実施例１における試験電池ホル
ダー内の温度変化の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。

【符号の説明】

１…試験電池収納容器 ２…試験ユニット ３…制御・記録ユニット ４…試験電池 ５…試験電池ホルダー ６…定電流定電圧電源 ７…定電流負荷装置 ８…ＣＰＵ ９…ＲＯＭ １０…ＲＡＭ １１…プリンタ １２…キーボード １３…表示器 １４…冷却温度コントローラ １５…加熱温度コントローラ １６…制御器 １７…試験電池トレイ １８…加熱層 １９…ヒーター ２０…冷却層 ２１…冷却管 ２２…ヒーター端子 ２３…冷却管端子 ２４…冷却管端子 ２５…試験電池正極端子 ２６…試験電池負極端子 ２７…正極端子 ２８…負極端子 ２９…蓋 ３０…スライダック ３１…温度センサ ３２…冷媒循環開閉バルブ ３３…パージガスライン ３４…ガス開閉バルブ ３５…加熱用配線 ３６…レコーダ Ｓ１…端子スイッチ Ｓ２…端子スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池用充放電自動試験装置に使用さ
   れる試験電池を設置する試験電池ホルダーであり、試験
   電池単体を、あるいは、複数個の単電池を直列もしくは
   並列、もしくは直列と並列を組み合わせて構成される試
   験組電池を収容でき、かつ上記二次電池用充放電自動試
   験装置に結線するための正極用と負極用の一対の端子を
   具備する試験電池トレイと、該試験電池トレイの周囲に
   配備された加熱、および冷却用治具とから成ることを特
   徴とする二次電池充放電自動試験装置用試験電池ホルダ
   ー。