(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池について、同一の放電条件で設定電圧まで放電した時の放電容量と、該放電の終了後に安定した電圧値を示す所定時間が経過した時の開放電圧とを測定し、放電容量が同一でかつ該放電の終了後の安定した電圧値を示す開放電圧が同一の単電池を選別し、選別された単電池を複数以上接続して組電池とすることを特徴とするバッテリーパックの製造法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２次電池を用いたバッテリーパックの製造法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、２次電池を用いたバッテリーパックでは単電池を複数以上直列あるいは並列に接続して組電池としている。その場合、直並列に組み合わせる電池の特性が異なると、組電池として充放電するときに過放電あるいは過充電気味となる単電池が存在する可能性があり、電池特性と安全性に影響をおよぼす。特に最近実用化されたリチウムイオン電池では過充電時の安全性を重視するため、過充電時には充電電流を遮断する機能と過放電時に放電電流を遮断する機能を備えた保護回路を用いるのが一般的である。その構成は特開平４−３３１４２５号公報に開示されているように、組電池の直列に接続される単電池の電圧を全て監視して、過充電の設定電圧以上が検出された場合は充電電流を遮断し、過放電の設定電圧以下が検出された場合は放電電流を遮断する構成とするものである。過充電の設定電圧は通常の充電電圧＋１００〜２００ｍＶ程度にする場合が多い。
【０００３】
しかしながら、上記の過充電及び過放電を防止する保護回路を備えた場合でも、単電池特性が揃っていなければ電池特性特に寿命特性に影響を及ぼす場合がある。特にリチウムイオン電池では充電時に充電電圧を４.１あるいは４.２±０.０５Ｖ程度に制御した定電圧充電を行わねばならず、組電池として定格の充電電圧に設定しても単電池特性に差があり充電電圧が高くなってしまう場合には、その単電池が早期に劣化して組電池全体の寿命特性が悪くなることが懸念される。
そのため、組電池でバッテリーパックを構成するときには単電池の特性をできるだけ揃えて組電池とする事が必要である。その方法としては高率から低率までの充放電電流で充放電を行い、充放電特性が揃った単電池を選別する事が好ましい。しかしこの方法は、製造時の工数をとるため実際的でなく、単に放電容量を実測してその値が一定範囲以内にある単電池を組み合わせて構成する方法が一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の放電容量のみから単電池を選別して組電池を構成する方法では、単電池間の充放電特性が異なる可能性があり、過充電あるいは過放電気味となる単電池が存在して寿命が短くなる可能性がある。
その原因は、放電容量が同一でも充放電時の分極特性が異なる場合があるためである。分極特性が異なる電池を直列に接続した場合には、同一電流を流しても充放電電圧は異なる可能性があり、分極特性が異なる電池を並列に接続した場合には同一電圧であっても充放電電流は異なる可能性がある。従って、放電容量が同一でも分極特性が異なれば充放電中に過放電あるいは過充電気味となる単電池が存在し、その単電池が劣化して組電池全体の寿命が短くなるなる可能性がある。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高率から低率まで充放電電流での充放電特性を測定せずに特性の揃った単電池を選別する方法を与え、かつ組電池として構成した場合に短寿命とならないバッテリーパックを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るバッテリーパックの製造法では、複数の単電池について、同一の放電条件で設定電圧まで放電した時の放電容量と、該放電の終了後に安定した電圧値を示す所定時間が経過した時の開放電圧とを測定し、放電容量が同一でかつ該放電の終了後の安定した電圧値を示す開放電圧が同一の単電池を選別し、選別された単電池を複数以上接続して組電池とすることを特徴とする。
【０００７】
放電の終了一定時間経過後の開放電圧は、電池の有する活物質のなかで実際に反応した活物質量の割合に依存する値と考えられる。従って、この値が同一の単電池は、電池の有する活物質量のうち実際に反応した活物質量の割合が同一の単電池である。又、設定電圧まで放電した放電容量が同一の単電池は実際に反応した活物質量が同一の単電池である。よって、放電の終了一定時間経過後の開放電圧と設定電圧まで放電した放電容量の両者が同一の単電池は、電池の有する活物質量が同一でかつ実際に反応した活物質量の割合が同一とみなすことができる。このことは、放電容量と分極特性がほぼ同一であると考えられる。
よって、放電後の開放電圧と放電容量がある設定範囲以内の単電池で組電池を構成とすると、単電池間の特性差も一定値以下とする事ができ、単電池間の特性差に起因する短寿命を防止することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るバッテリーパックの実施の形態の一例を図面を用いて説明する。用いた電池はリチウムイオン電池１８６５０型で定格容量１４００ｍＡｈの円筒型電池である。バッテリーパックは２並列４直列の構成とした。。第１図にバッテリーパック内の構成図を示す。４直列２並列の組電池１は過充電と過放電の保護回路２に接続され、保護回路２の出力はバッテリーパックの＋端子と−端子に接続され、バッテリーパックとしては＋端子と−端子で充放電を行うものである。組電池１の各直列セルの端子は保護回路２に接続される。保護回路２は各直列セルの電圧を監視し、過放電あるいは過充電電圧が検出された場合は保護回路内で充放電電流を遮断して過充放電の保護動作を行う。過放電の検出電圧は２.４±０.１Ｖ、過充電の検出電圧は４.３５±０.０５Ｖとした。
【０００９】
組電池１として放電容量が一定範囲内の単電池を組み合わせた場合と、放電容量と放電後の開放電圧が一定範囲内の単電池を組み合わせた場合についてサイクル寿命試験を行なった。単電池の放電条件は１ＣＡ（１４００ｍＡ）、終止電圧は２.５Ｖである。開放電圧の測定条件は放電終了後１ｈである。放電容量の設定範囲は１３５０±２５ｍＡｈ、開放電圧の設定条件は２.９５±０．０５Ｖとした。
【００１０】
【実施例】
第２図に本発明による単電池を組み合わせてバッテリーパックとした場合のサイクル寿命試験結果を、第３図に従来の放電容量のみで単電池の選別して組み合わせてバッテリーパックとした場合のサイクル寿命試験結果を示す。放電条件は、放電電流１ＣＡ（２.８Ａ）、終止電圧１０Ｖ（２.５Ｖ／セル）である。充電条件は、充電電流１ＣＡ、充電電圧１６.８Ｖ（４.２Ｖ／セル）、充電時間３.５ｈである。何れも各ｎ＝４で行ったが、第２図に示されるように本発明によるバッテリーパックは５００サイクルを経過しても容量低下は少なくｎ＝４共サイクル寿命特性は良好である。これに対して、第３図に示されるように従来の放電容量のみの選別によるバッテリーパックではｎ＝４中、ｎ＝１が３００サイクルで容量が初期の約７０％まで低下していた。このバッテリーパックの充電特性を調べた結果、組電池の中の１直列が充電時に最大４.２８Ｖと電圧が高くなっており、充電電圧が高いためにこの１直列の電池が劣化し、バッテリーパック全体としての容量が低下した事が確認できた。
【００１１】
尚、本実施例では放電後１ｈ後の電圧を測定して開放電圧としたが、この値は安定した電圧値を示す時間が経過した時の値で良く、電池の放電終了後の電圧変化特性に合わせて適宜時間を定めればよい。放電後の電圧変化特性の例を図４に示す。図４に示されるように放電終了後約１０分で電圧はほぼ安定しており、その後の電圧変化は僅かであった。この例では放電終了後の電圧測定時間を１０分としても、１０分目の電圧が同じ電圧の単電池は開放電圧が同じとみなすことができる。
【００１２】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係るバッテリーパックは、単電池間の特性差に起因する短サイクル寿命を防止できる点で優れている。又、バッテリーパック製造時においても、単電池の充放電特性を高率から低率まで測定する必要がなく、従来の放電容量確認の後に一定時間経過後の開放電圧を測定するだけで選別可能な点、工業的価値大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】バッテリーパックの内部構成を示す構成図である。
【図２】本発明に係るバッテリーパックのサイクル寿命特性を示す特性線図である。
【図３】従来のバッテリーパックのサイクル寿命特性を示す特性線図である。
【図４】放電後の電圧変化特性の一例を示す特性線図である。
【符号の説明】
１は組電池、２は保護回路
【図１】
0003915151.tif 000002
【図２】
0003915151.tif 000003
【図３】
0003915151.tif 000004
【図４】
0003915151.tif 000005