(57)【要約】【課題】組電池が高温環境下におかれた場合、または組電池内において温度分布が存在する場合に、複数のセルを組電池として実際に組み上げることなく、組電池の評価を擬似的に行うことができる評価装置を提供する。【解決手段】本発明の組電池の評価装置は、（ａ）それぞれ１つの電池を収容する密閉可能な複数のコンパートメント、（ｂ）前記複数のコンパートメントを直列または並列に接続して、任意の接続状態の組電池を少なくとも１つ構成する少なくとも１つの接続体、（ｃ）前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ独立に調節する温度調節手段、（ｄ）前記温度調節手段を制御するための温度制御手段、（ｅ）前記組電池の充放電を制御する充放電制御手段、および（ｆ）前記組電池の特性を測定する測定手段を含む。前記組電池の特性は、複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ調節しながら、前記測定手段により測定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組電池の評価装置であって、
（ａ）それぞれ１つの電池を収容する密閉可能な複数のコンパートメント、
（ｂ）前記複数のコンパートメントを直列または並列に接続して、任意の接続状態の組電池を少なくとも１つ構成する少なくとも１つの接続体、
（ｃ）前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ独立に調節する温度調節手段、
（ｄ）前記温度調節手段を制御するための温度制御手段、
（ｅ）前記組電池の充放電を制御する充放電制御手段、および
（ｆ）前記組電池の特性を測定する測定手段
を含む、組電池の評価装置。
【請求項２】
前記接続体が、本体部と前記本体部から同じ方向にかつ平行に突出した少なくとも２つの帯状突出部とを有する導電体を含む、請求項１記載の組電池の評価装置。
【請求項３】
前記測定手段が、前記複数のコンパートメントの各々の内部を流れる電流値を測定する電流計測手段を含む、請求項１または２記載の組電池の評価装置。
【請求項４】
請求項１記載の評価装置を用いて組電池を評価する方法であって、
（i）複数のコンパートメントを少なくとも１つの接続体を用いて接続する工程、
（ii）前記複数のコンパートメントに電池を収容して、組電池を構成する工程、
（iii）前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ独立に制御する工程、および
（iv）前記組電池の特性を測定する工程
を含む、組電池を評価する方法。
【請求項５】
前記工程（iv）が、前記コンパートメントに収容された電池に流れる電流値を測定する工程を含む、請求項４記載の組電池を評価する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、組電池の評価装置に関し、具体的には、組電池の評価装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
組電池は、直列および／または並列に接続された複数の電池を含む。このような組電池は、携帯用電子機器用の電源等、種々の用途に用いられている。
【０００３】
組電池の電池特性は、組電池に含まれる各電池の電池特性に大きく依存する。例えば、劣化が進行した電池の電圧は、放電時に大きく低下する。よって、組電池に含まれる複数の電池の中に、劣化が進行したセルが１つでもあると、組電池の電圧が急激に低下する。このような場合、組電池は、短期間のうちに、要求される性能を発揮できなくなる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、組電池の劣化状態を判定するための装置および方法が開示されている。具体的には、特許文献１の方法では、まず、組電池を構成する各電池の電圧が周期的に測定される。次いで、各電池の同時刻における電圧値を予め設定された区分に従って分類し、これらの区分にポイントを付けるとともに、測定電圧の偏差の出現頻度も区分してポイントを付与する。測定電圧の偏差の分布および出現頻度によって決まるポイントにより、組電池を構成する全ての電池について総合的な評価が行われる。
【特許文献１】特開２００７−３１１２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される技術は、組電池が組み上がった状態で測定が行われるため、個々の電池について厳密な解析を行うことは困難である。
【０００６】
さらに、組電池を構成する複数の電池の電池特性は、組電池が置かれる環境温度にも大きく依存する。例えば、組電池が携帯型電子機器用電源として用いられる場合、発熱する部品の近傍に配置される可能性がある。このような場合、組電池の温度が上昇したり、組電池内において温度分布が生じたりする。
【０００７】
特許文献１に開示される技術は、組電池の劣化を判定することを意図しており、組電池の近くに発熱体が存在する場合の組電池の電池特性を測定することを全く想定していない。つまり、特許文献１に開示される技術では、組電池内において温度分布が生じた場合に、組電池を正確に評価することはできない。
【０００８】
そこで、本発明は、組電池が高温環境下におかれた場合、または組電池内において温度分布が存在する場合に、種々の種類の組電池の評価を行うことができる評価装置および評価方法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】
【０００９】
本発明の組電池の評価装置は、
（ａ）それぞれ１つの電池を収容する密閉可能な複数のコンパートメント、
（ｂ）前記複数のコンパートメントを直列または並列に接続して、任意の接続状態の組電池を少なくとも１つ構成する少なくとも１つの接続体、
（ｃ）前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ独立に調節する温度調節手段、
（ｄ）前記温度調節手段を制御するための温度制御手段、
（ｅ）前記組電池の充放電を制御する充放電制御手段、および
（ｆ）前記組電池の特性を測定する測定手段
を含む。
【００１０】
前記接続体は、本体部と前記本体部から同じ方向にかつ平行に突出した少なくとも２つの帯状突出部とを有する導電体を含むことが好ましい。
【００１１】
前記測定手段は、前記複数のコンパートメントの各々の内部を流れる電流値を測定する電流計測手段を含むことが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、上記評価装置を用いて組電池を評価する方法に関する。前記方法は、
（i）複数のコンパートメントを少なくとも１つの接続体を用いて接続する工程、
（ii）前記複数のコンパートメントに電池を収容して、組電池を構成する工程、
（iii）前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ独立に制御する工程、および
（iv）前記組電池の特性を測定する工程
を含む。前記工程（iv）は、前記コンパートメントに収容された電池に流れる電流値を測定する工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、複数の電池を用い、複数の電池を組電池として実際に組み上げることなく、組電池の評価が擬似的に可能である。さらには、本発明の評価装置においては、コンパートメント内の温度が独立に調節可能であるため、組電池が高温環境下にある場合、または組電池内において温度勾配が存在する場合を、正確に再現することができる。よって、本発明の評価装置は、高温状態または温度勾配が存在する状態を再現したまま、組電池に含まれる各電池の電池特性を測定することができ、よって各電池の電池特性から組電池の電池特性を予測することができる。
さらに、本発明においては、組電池を実際に組み上げる必要がないため、サイズの異なる電池からなる組電池の電池特性を、容易に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の組電池の評価装置は、（ａ）密閉可能な複数のコンパートメント、および（ｂ）複数のコンパートメントを直列または並列に接続する少なくとも１つの接続体を含む。前記複数のコンパートメントには、それぞれ１つの電池（セル）が収容される。複数のコンパートメントに収容されている電池は、前記接続体により接続されて、１つの組電池を形成している。前記電池としては、二次電池を用いることができる。
【００１５】
本発明において、前記複数のコンパートメントは、その内部の温度がそれぞれ独立に調節可能である。つまり、本発明の評価装置は、（ｃ）前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ独立に調節する温度調節手段および（ｄ）前記温度調節手段を制御するための温度制御手段を備える。
【００１６】
さらに、本発明の評価装置は、（ｅ）組電池の充放電を制御する充放電制御手段および（ｆ）組電池の特性を測定する測定手段を有する。組電池の特性は、前記複数のコンパートメントの内部の温度をそれぞれ調節しながら、前記測定手段により測定される。
【００１７】
本発明の評価装置を用いる組電池の評価方法は、（i）複数のコンパートメントを少なくとも１つの接続体を用いて接続する工程、（ii）前記複数のコンパートメントに電池を収容して、組電池を構成する工程、（iii）前記複数のコンパートメントの各々の内部の温度を、独立に制御する工程、および（iv）前記組電池の特性を測定する工程を含むことができる。
【００１８】
以下、本発明の組電池の評価装置を、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の一実施形態に係る組電池の評価装置のブロック図を示す。
図１の組電池の評価装置１は、密閉可能な４つのコンパートメント２ａ〜２ｄを含む。コンパートコメント２ａ〜２ｄには、それぞれ、セル９ａ〜９ｄが収容されている。コンパートメント２ａと２ｂとは、接続体３ｃにより直列に接続されて、第１のセル群１０ａを構成している。コンパートメント２ｃおよび２ｄは、接続体３ｄにより、直列に接続されて、第２のセル群１０ｂを構成している。さらに、第１のセル群１０ａと第２のセル群１０ｂとは、接続体３ａおよび３ｂにより、並列に接続されている。こうして、４つのセルが接続されて、組電池が擬似的に構成されている。
なお、第１のセル群１０ａおよび第２のセル群１０ｂも、擬似的に構成された組電池であるとみなすことができる。
【００１９】
以下でさらに説明するように、本発明の評価装置においては、複数のセルの直列接続および並列接続を任意に設定できる。このため、図１に示されるセルのレイアウト以外にも、種々の組電池に対応するセルのレイアウトを実現できる。図１の評価装置１の場合、複数のコンパートメントが、所定の間隔で配置された互いに垂直な複数の直線の交点に配置されており、複数のコンパートメントが、複数の接続体によって接続されている。
【００２０】
コンパートメント２ａ〜２ｄは、それぞれ、その内部に、温度調節手段４ａ〜４ｄを備える。温度調節手段４ａ〜４ｄは、温度測定手段（図示せず）を備える。前記温度測定手段により、コンパートメント内の温度が測定される。
【００２１】
本発明の評価装置は、温度制御手段５を備える。図１の評価装置１において、温度調節手段４ａ〜４ｄは、温度制御手段５に接続されており、温度制御手段５により、温度調節手段４ａ〜４ｄが独立に制御されて、コンパートメント２ａ〜２ｄ内の温度が独立に調節される。つまり、各セルの温度を個別に設定することができる。
【００２２】
温度調節手段４ａ〜４ｄは、コンパートメント内を加熱できれば、特に限定されない。温度調節手段としては、例えば、シート状ヒーターを用いることができる。
温度測定手段は、コンパートメント内の温度を測定できれば、特に限定されない。温度測定手段として、例えば、熱電対を用いることができる。
【００２３】
温度制御手段５は、温度測定手段からの測定値に基づいて、コンパートメント内の温度を制御できれば、特に限定されない。温度制御手段５により、全てのコンパートメントが同じ温度に制御されてもよい。または、組電池内における温度分布が再現されるように、温度制御手段５により、複数のコンパートメントが異なる温度に制御されていてもよい。
【００２４】
図１に示されるように、本発明の評価装置は、組電池の充放電を制御する充放電制御手段６および組電池の特性を測定するための測定手段を備える。
充放電制御手段６は、各セルの充放電を制御できればよい。充放電制御手段６により、セル９ａ〜９ｄを、例えば、所定の電流値で放電させることができる。充放電制御手段６としては、セル９ａ〜９ｂの充放電を制御できる装置を、特に限定することなく用いることができる。
【００２５】
上記のように、前記測定手段は、組電池の特性を測定する。具体的には、前記測定手段は、各コンパートメントに収容された電池の電池特性を測定する測定手段を備えることができる。つまり、組電池の特性を測定する工程（iv）は、各コンパートメントに収容された電池の電池特性を測定する工程を含むことができる。
評価装置１において、前記測定手段は、電流計７ａおよび７ｂ、ならびに電圧計８ａ〜８ｄを含む。たとえば、セル９ａ〜９ｄを、充放電制御手段６によりセルの充放電を制御しながら、電流計７ａにより、セル９ａおよび９ｂに流れる電流値が測定され、電流計７ｂにより、セル９ｃおよび９ｄに流れる電流値が測定される。さらに、電圧計８ａ〜８ｄにより、セル９ａ〜９ｄにかかる電圧がそれぞれ測定される。
【００２６】
本発明の評価装置により、複数のセルを用い、前記複数のセルを組電池として実際に組み上げることなく、組電池の評価が擬似的に可能である。さらには、本発明の評価装置においては、コンパートメント内の温度が独立に調節可能であるため、組電池が高温環境下にある場合、または組電池内において温度勾配が存在する場合を、正確に再現することができる。よって、本発明の評価装置は、高温状態または温度勾配が存在する状態を再現したまま、組電池に含まれる各セルの電池特性を測定することができる。つまり、本発明の評価装置を用いることにより、組電池外からの熱の煽りを想定して、各セルを個別に加熱して、各セルの電池特性の変化を測定することができる。
【００２７】
具体的には、上記のように、図１において、セル９ａとセル９ｂとが直列に接続されて、第１のセル群１０ａが形成され、セル９ｃと９ｄとが直列に接続されて、第２のセル群１０ｂが形成される。第１のセル群１０ａと第２のセル群１０ｂとは、並列に接続されている。図１の評価装置においては、第１のセル群１０ａおよび第２のセル群１０ｂに、それぞれ電流計７ａおよび７ｂが接続されているため、セル９ａとセル９ｂに流れる電流、およびセル９ｃと９ｄに流れる電流を測定することができる。
【００２８】
さらには、セル９ａおよびセル９ｂには、それぞれ電圧計８ａおよび８ｂが接続されているため、直列に接続されたセル９ａとセル９ｂの電圧を測定することもできる。セル９ｃおよび９ｄについても同様である。
【００２９】
このように、本発明においては、組電池が加熱された場合または組電池に温度分布が生じた場合を想定して、各セルを独立して加熱し、その状態で、各セルに流れる電流値、および各セルの電圧値を測定できる。よって、例えば、加熱されたときまたは温度分布が生じたときに、各セルの内部抵抗が変化して、電流の分流が変化したときなどの影響を正確に測定することができる。さらには、各セルの電圧分配を測定して、各セルおよび組電池全体への影響を正確に測定することができる。
【００３０】
以上のように、本発明の評価装置を用いることにより、組電池が加熱された場合または組電池に温度分布が生じた場合において、組電池における電流および電圧挙動をセルごとに把握することができる。よって、本発明により、組電池の劣化挙動および安全制御の解析を正確に行うことができ、その結果、電池パックにおけるセルの並列および／または直列の配置を、温度分布を考慮して、最適化できるとともに、アプリケーション機器のレイアウト設計をも最適化することができる。
従来、電池パックのレイアウトおよび／または電池パックにおける温度分布によって発生する単セルの容量の変化により、電池パックの特性が低下し、電池パックに含まれる単セルのパフォーマンスを十分に生かしきれないことがあった。しかしながら、本発明の評価装置を用いることにより、単セルのパフォーマンスを最大限に生かすことができるため、電池パックの特性改善および電池パックの寿命向上を達成することができる。
【００３１】
複数のセルが並列に接続される場合、各セルを接続する接続体は、本体部と、前記本体部から同じ方向にかつ平行に突出した少なくとも２つの帯状突出部とを有する導電体を含むことが好ましい。一例として、図１の接続体３ａのみを図２に示す。図３に、図２の接続体３ａのIII−III線での断面図を示す。
図２および３に示されるように、接続体３ａは、本体部２１と、本体部２１から同じ方向にかつ平行に突出した２つの帯状突出部２２ａおよび２２ｂとを有する導電体２０を含む。帯状突出部２２ａの端部は、コンパートメント２ａに接続され、帯状突出部２２ｂの端部は、コンパートメント２２ｂに接続されている。
【００３２】
このような接続体３ａは、本体部２１と帯状突出部２２ａおよび２２ｂとが一体化されているため、視認性がよい。よって、このような接続体を用いることにより、セルの接続を容易に行うことができるとともに、どのセルが並列に接続されているのかを容易に確認することができる。
【００３３】
本発明の評価装置１が、充放電制御手段６を備える場合、測定手段は、組電池、つまり各セルに流れる電流値を測定することが好ましい。つまり、前記測定手段は、電流計のような電流測定手段であることが好ましい。並列接続では、全てのセルの電圧が等しくなり、各セルの充電状態が区別できなくなる。しかしながら、温度による影響などで発生するわずかな電池特性の違いで、各セルに流れ込む電池値が異なってくる。そのため、隣同士に配置されているとしても、高い電流値で充電されるセルと、小さい電流値で充電されるセルとが存在することとなる。高い電流値で充電されると、セルの劣化が早まり、その結果、電池パック内のセルの容量のバラツキが加速される。このように、各セルへ流れ込む電流値は重要であるため、測定手段は、電流測定手段であることが好ましい。
【００３４】
上記のように、本発明の評価装置においては、複数のセルの直列接続および並列接続を任意に設定できるため、種々の組電池に対応するセルのレイアウトを実現できる。図４〜５に、複数のセルの具体的な接続方法を示す。図４〜５は、それぞれ、本発明の別の実施形態に係る組電池の評価装置を概略的に示すブロック図である。なお、図４〜５において、図１と同じ構成要素には、同じ番号を付している。さらに、図４〜５において、温度制御手段は示していない。
【００３５】
図４の評価装置３０において、セル９ａとセル９ｃとが、接続体３２ａおよび３２ｂにより並列に接続されて、第１のセル群３１ａを形成している。同様に、セル９ｂとセル９ｄとが、接続体３２ｄおよび３２ｅにより並列に接続されて、第２のセル群３１ｂを形成している。第１のセル群３１ａと第２のセル群３１ｂとは、接続体３２ｃにより直列に接続されている。
【００３６】
セル９ａ〜９ｄには、それぞれ、電流計３３ａ〜３３ｄが直列に接続されている。さらに、第１のセル群３１ａおよび第２のセル群３１ｂには、それぞれ、電圧計３４ａおよび３４ｂが、並列に接続されている。
【００３７】
図４の評価装置３０においては、並列に接続されたセル９ａとセル９ｃとからなる第１のセル群３１ａと、並列に接続されたセル９ｂとセル９ｄとからなる第２のセル群３１ｂとが直列に接続されている。評価装置３０においては、並列に接続されたセル９ａと９ｃに流れる電流をそれぞれ測定することができる。並列に接続されたセル９ｂとセル９ｄについても、同様である。
さらに、第１のセル群３１ａに含まれるセル９ａおよび９ｃの電圧が、電圧計３４ａにより測定される。同様に、第２のセル群３１ｂに含まれるセル９ｂおよび９ｄの電圧が、電圧計３４ｂにより測定される。
【００３８】
図５の評価装置４０においては、セル９ａ〜９ｄが、セル９ｃ、セル９ｄ、セル９ａおよびセル９ｂの順に、直列に接続されている。具体的には、セル９ｃとセル９ｄとは、接続体４１ａにより直列に接続され、セル９ｄとセル９ａとは、接続体４１ｂにより直列に接続され、セル９ａとセル９ｂとは、接続体４１ｃにより直列に接続されている。
【００３９】
セル９ａ〜９ｄに流れる電流値は、セル９ａ〜９ｄに直列に接続された電流計４２により測定される。セル９ａ〜９ｄの電圧値は、それぞれ電圧計４３ａ〜４３ｄにより測定される。
【００４０】
図５に示されるように、複数のセルを直列に接続した場合、本発明により、各セルの電圧分配を測定して、各セルおよび組電池全体への影響を正確に測定することができる。
【００４１】
さらに、本発明の評価装置であれば、サイズが異なるセルを含む組電池の評価を行うこともできる。図６に、本発明のさらに別の実施形態に係る組電池の評価装置を概略的に示すブロック図を示す。図６において、図１と同じ構成要素には、同じ番号を付している。また、図６においても、温度制御手段は示していない。
【００４２】
図６の評価装置５０は、３つのコンパートメント５２ａ、５２ｂおよび５２ｃを備える。コンパートメント５２ａ、５２ｂおよび５２ｃ内には、それぞれ、セル５１ａ、５１ｂおよび５１ｃが収容される。コンパートメント５２ａ、５２ｂおよび５２ｃは、それぞれ、温度調節手段５４ａ、５４ｂ、および５４ｃを備える。本実施形態においても、上記と同様に、温度調節手段は温度測定手段を備える。
なお、コンパートメント５２ｃに収容されるセル５１ｃとしては、セル５１ａと５１ｂの容量の合計とほぼ同じ容量を有するセルを用いることが好ましい。
【００４３】
コンパートメント５２ａと５２ｂとは、接続体５３ａおよび５３ｂにより、並列に接続されている。つまり、セル５１ａとセル５１ｂとが並列に接続され、セル群５５を構成している。コンパートメント５２ａには電流計５７ａが直列に接続されており、コンパートメント５２ｂには、電流計５７ｂが直列に接続されている。電流計５７ａおよび５７ｂにより、それぞれセル５１ａおよび５１ｂに流れる電流が測定される。
さらに、セル群５５には、電圧計５８ａが並列に接続されており、電圧計５８ａにより、セル５１ａおよびセル５１ｂにかかる電圧が測定される。
【００４４】
コンパートメント５２ｃは、接続体５３ｃにより、セル群５５に直列に接続されている。また、コンパートメント５２ｃには、電流計５７ｃが直列に接続されており、電流計５７ｃにより、セル５１ｃに流れる電流値が測定される。さらに、セル５１ｃには、電圧計５８ｂが並列に接続されており、電圧計５８ｂにより、セル５１ｃにかかる電圧が測定される。
【００４５】
このように、本発明の評価装置を用いれば、組電池が高温環境下におかれた場合、または組電池内において温度分布が存在する場合に、サイズの異なるセルから構成される組電池の電池特性を、正確に測定することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の評価装置は、例えば、携帯型電子機器用の電源として用いられる組電池の電池特性を測定するために好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る評価装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】図１の接続体３ａの上面図を示す。
【図３】図２の接続体３ａのIII−III線での断面図を示す。
【図４】本発明の別の実施形態に係る評価装置を概略的に示すブロック図である。
【図５】本発明のさらに別の実施形態に係る評価装置を概略的に示すブロック図である。
【図６】本発明のなおさらに別の実施形態に係る評価装置を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、３０、４０、５０  評価装置
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  コンパートメント
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  接続体
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ  温度調節手段
５  温度制御手段
６  充放電制御手段
７ａ、７ｂ  電流計
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ  電圧計
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  セル
１０ａ  第１のセル群
１０ｂ  第２のセル群
２０  導電体
２１  本体部
２２ａ、２２ｂ  帯状突出部
３１ａ  第１のセル群
３１ｂ  第２のセル群
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ  接続体
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ  電流計
３４ａ、３４ｂ  電圧計
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  接続体
４２  電流計
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ  電圧計
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ  セル
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  コンパートメント
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ  接続体
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ  温度調節手段
５５  セル群
５７ａ、５７ｂ、５７ｃ  電流計
５８ａ、５８ｂ  電圧計
【図１】
2010211926.tif 000003
【図２】
2010211926.tif 000004
【図３】
2010211926.tif 000005
【図４】
2010211926.tif 000006
【図５】
2010211926.tif 000007
【図６】
2010211926.tif 000008