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JP5284029B2 - 組電池パック及び組電池パックの製造方法 - Google Patents

組電池パック及び組電池パックの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は複数の二次電池を直列に接続した組電池パック及び組電池パックの製造方法に関し、充放電サイクルや保管時の寿命を延ばすことのできる組電池に関するものである。
携帯電話やノート型パーソナルコンピュータなど、小型情報機器用の電源として、高エネルギー密度の二次電池が開発され、利用されている。それぞれの機器に必要な電圧及び電流に応じ、複数の二次電池を直列または並列に接続した組電池として利用される場合がある。
上記のような小型情報機器の電源電圧は数Vから10V程度であり、複数の二次電池の直列接続数は1から3直列程度がほとんどであった。しかし近年、二次電池の用途は情報機器にとどまらず、家電、パワーツール、アシスト自転車、ハイブリッド自動車など、高出力化、高電圧化の方向へと急速に広がりを見せている。これに伴い、組電池の直列接続数も増加し、10本以上直列接続して使用する場合も珍しくない。
電池を直列接続した場合、問題になるのは、各単セル間のばらつきである。ばらつきには、容量ばらつき、インピーダンスばらつき、SOC(充電状態)ばらつき、自己放電速度ばらつきなど色々な観点がある。各単セル間のばらつきで、特に不具合につながりやすい問題として、充電状態における電圧ばらつきがある。容量の異なる電池を直列接続したり、SOCがずれた状態で接続すると、組電池の満充電状態において、電圧が平均より高い単電池と低い単電池が生じ、電圧が高い単電池は過充電状態となって、劣化が大きくなってしまう。このような充電を繰り返すと、過充電により劣化が大きくなった単電池は容量が早く低下するため、さらに過充電され、加速度的に劣化が進行してしまう。従って、保護回路を備えた組電池システムは、どのような状態であっても組電池を構成する単電池が過充電状態にならないような電池制御が要求される。もちろん過充電のみならず、過放電や過温度など、その他の電池異常に対しても、組電池を構成する全ての単電池が異常範囲に入らないよう、制御されていることが望ましい。
ところで、非水電解質二次電池を充電する際の充電制御方法は、定電流定電圧方式が一般的である。電池が満充電電圧に達するまでは定電流制御で充電し、満充電電圧に達した後はその充電電圧を維持して定電圧制御で充電する方法である。単電池を充電しようとする場合には、この方法によれば、電池電圧が過充電領域に達することはない。充電電流を大きくして急速充電を行った場合でも、満充電電圧に達するまでの時間が短くなるが、それ以上の電圧にはならない。
一方、複数の単電池を直列接続した組電池を定電流定電圧充電方式にて充電する場合には、先に説明したような電池ばらつきの問題が発生する。組電池を充電する電源に対してフィードバック制御をする際、一般に定電圧制御は組電池全体の電圧でなされるため、電圧が低い単電池と高い単電池が直列接続された組電池であると、電圧が高い単電池は過充電領域に達してしまう。
理想的には定電圧制御を、組電池を構成する全ての単電池電圧で行うことができれば、電池ばらつきによる過充電の問題は発生しない。しかし、これを実現するためには充電用電源制御のフィードバックループの中に、全ての単電池の電圧を測定し、相互に比較して最も高い単電池電圧を選び、基準電圧と比較し、電源出力電圧を制御するという複雑な機能を入れなければならない。仮に実現したとしても、制御の応答速度、フィードバックの安定性、ノイズその他の外乱に対する耐性など多くの問題を抱えて信頼性を欠くほか、組電池の直列数が大きくなるほど回路構成が複雑になり、コストや大きさの点でも不利である。
また、殆どの用途における組電池システムでは、組電池と充電器は別体となっており、充電時のみ組電池と充電器が接続される。全ての単電池電圧を含む複雑なフィードバック情報を、組電池と充電器の相互で伝達することは、更に困難である。
充電中の単電池電圧ばらつきは、組電池を構成する単電池のSOCばらつきが大きいほど、満充電近傍における単電池のSOCに対する電圧変化率が大きいほど、また充電電流が大きいほど大きくなる。従って、充電末期に電池電圧が急峻に立ち上がるような特性を持った電池からなる組電池を急速充電しようとすると、特に問題が顕著となる。一般に組電池では電池の満充電電圧より高電圧側に、充電を禁止する充電禁止電圧を設定することが多いが、電圧ばらつきが大きくなり、充電禁止電圧を超えた電圧に達する単電池が発生してしまい、充電が途中で終了してしまうことも多かった。
このような現象を回避可能な充電方法のひとつとして、組電池の定電流定電圧充電における定電圧設定電圧を、単電池の満充電電圧×直列数よりも低くする方法が有効である。単電池が到達する電圧を全体的に低くし、SOCに対する電圧変化率がより小さい領域で充電を行うことにより、電圧ばらつきの大きさを小さくすることができ、また電圧がばらついた場合でも単電池で充電可能な満充電電圧よりも低い電圧を中心とした電圧ばらつきとなるため、過充電になる可能性が低い。
ところが、定電圧設定電圧を下げる方法では大きな問題が2つあった。一つは、充電容量が制限されてしまうこと、もう一つは、急速充電性能が制限され、充電速度が低下してしまうことである。
電圧ばらつきによる過充電を回避しつつ、充電容量や充電速度が制限されない別の充電方法としては、組電池全体を定電流方式で充電し、組電池を構成する単電池の中でどれか1つが満充電電圧に達すると、充電電流を小さくして定電流充電を継続するというステップを繰り返して充電電流を順次下げながら充電を行う方法が挙げられ、例えば特許文献1などに開示されている。
この方法によると、電圧がばらついていても最も高い電圧を示す単電池が満充電電圧になった時で充電電流を低下させるためその瞬間に単電池電圧も下がり、過充電電圧に達する電池が発生することがない。また、最終的に十分に小さい電流値で定電流充電を行えば、定電流定電圧充電方式の場合に近い充電容量を得ることも可能であり、ステップ毎の充電電流の下げ幅を小さく小刻みにしていくことで、定電流定電圧充電方式の場合に近い充電速度を得ることも可能である。
しかし、この方法によると単電池電圧がばらついていても充電が継続可能であるため、例えば他の単電池よりも大幅に自己放電速度が大きい単電池は他の単電池よりも電圧が低下し、それが含まれていた場合でも充電が停止されない。そのような場合、自己放電速度の大きな単電池は、組電池の最大電圧単電池で充電カットがかかるため充電が不十分な状態となるため、その後の放電でパックとしての放電容量が低下してしまうという、問題点があった。
特開2005−151683
この発明の目的は、複数の二次電池を直列に接続した組電池からなり、充放電サイクルや保管時の寿命が長い組電池パック及び組電池パックの製造方法を提供することにある。
上記の目的を達成するために、少なくとも複数の単電池が直列接続された組電池と、
前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記組電池は、各単電池の自己放電速度が一定の範囲内のランクにある単電池を選別して組み合わせて構成しており、前記複数の単電池を選別するために前記自己放電速度を測定するに際して、各単電池の充電状態を40%以上の充電状態で測定し、自己放電の貯蔵期間を7日以上とし、自己放電速度の範囲が電池容量の0.033%mAh/D以内の前記各単電池を選別している
上記の手段によると、充放電サイクルや保管時の寿命が長い組電池及び組電池製造方法を得ることができる。
以下図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。図1は本発明が適用された組電池の全体図を示している。
組電池は、例えば充電器100と組電池パック200の組み合わせからなる。組電池パック200を充電する際には両者を接続し、放電する際には切り離して、組電池パック200を負荷に接続して使用する。図1は、充電器100と組電池パック200が別体となった例を示すが、両者が一体となった組電池パックを電源システムとして使用するような場合も同様である。
即ち、この明細書では図に示す組電池パック200が、充電器100と一体に構成された状態であっても、又は別体として構成された状態であっても組電池パックと称することにする。
<組電池パック200>
組電池パック200は、複数のn個の単電池201から205が直列に接続され、組電池を構成する。図1では直列数は5個となっているが、この数は2個以上、任意の個数であってもよい。また、図1で1個の単電池(セルと称する場合もある)で示す部分は、複数の単電池を並列接続して1個の電池モジュールとみなしてもよい。その場合は並列・直列を両方含む組電池パックとなる。上記の組電池の正極は、接続端子T11に接続され、負極は、スイッチ回路213を介して接続端子T12に接続されている。
上記の各単電池の端子は、電圧検出回路211に接続されている。電圧検出回路211はパックに含まれる全ての単電池の電圧を検出ことができる。但し、組電池が並列接続を含む場合には、並列の組は電圧が等しいから、並列1組あたり電圧1箇所測定とすればよい。
電圧検出回路211の電圧検出情報は、演算回路212に入力される。演算回路212は、電圧検出回路211によって測定された全ての単電池電圧データを監視・比較している。演算回路212は、単電池電圧データの監視・比較結果に基づいて充電電流設定値Icを決定する。この充電電流設定値Icの情報は、通信モジュール214、接続端子T13を介して充電器100に送信している。充電器100は、充電電流設定値Icの情報を受けて、組電池パック200に対する充電電流設定値Icを制御している。また充電器100は、測定された単電池電圧が異常であると判断した場合にはスイッチ回路213を制御して強制的に充電電流や放電電流を遮断する機能を持つ場合もある。
<充電器100>
充電器100には、充電電流を発生する電源112と、充電電流を充電電流設定値になるように制御する制御部121が含まれている。制御部121は、演算回路212によって決定された充電電流設定値Icの情報を受けとり、それに基づいて出力電流の制御を行う。
電源112は、例えば以下のような構成である。商用電源を整流する整流回路113、整流出力をスイッチングするパワースイッチ回路114、このパワースイッチ回路114の出力を昇圧する高周波トランス回路115、この高周波トランス回路115の出力を整流する二次整流回路116、この二次整流回路116の出力を平滑する平滑回路117を有する。また二次整流回路116、平滑回路117の電流を検出する電流検出回路118を有する。
電流検出回路118の検出信号は制御回路121にて変換され、パワースイッチ回路114のスイッチング周波数の制御信号としてフィードバックされている。これにより、充電器100からの出力充電電流・電圧が安定して出力される。
通信モジュール214、122は、充電器100と組電池パック200が一体となった組電池パックの場合には必ずしも必要でないが、図1のように別体の場合は必要となる場合が多い。通信手段間の通信方法としては、デジタルデータからなるシリアル通信、パラレル通信のほかに、アナログ値をそのまま用いた通信であってもよい。
基本的には、本発明は、単電池の電圧を検出し、それに基づいて充電電流を制御できれば実施できるのであって、組電池パック200や充電器100の構成は上記の例に限定されるものではない。充電済みの組電池パック200が使用されるときは、たとえば接続端子T11,T12間に負荷が接続されて使用される。あるいは、別途負荷接続専用の端子を設けてもよい。
<本発明に関わる単電池の組合せ方法>
本発明ではランクわけされた単電池201−205を選定し組み合わせた点に大きな特徴を備えている。
まず本発明の単電池の組み合わせ方法に大きな影響をもつ自己放電速度について説明する。単電池あるいは組電池の自己放電の測定方法としては、たとえば以下の(1)、(2)、(3)の例がある。
(1)単電池を定電流充電(1C、2.8V、0.05Ccut)後一定期間A(日)放置し、その後定電圧充電(1C、2.8V、0.05Ccut)を行いその時の充電容量をB(mAh)とする。この場合は、
自己放電速度(mAh/日)=B(mAh)/A(日)
で求めることができる。
(2)単電池を定電流充電(1C、2.8V、0.05Ccut)後、定容量放電(1C、30分)B(mAh)し、一定期間A(日)放置し、その後定電圧充電(1C、2.8V、0.05Ccut)を行いその時の充電容量をC(mAh)とする。この場合は、
自己放電速度(mAh/日)=(C(mAh)−B(mAh))/A(日)
で求めることができる。
(3)単電池を定電流放電(1C、1.8Vcut)後、定容量充電(1C、30分)B(mAh)し、一定期間A(日)放置し、その後定電圧放電(1C、1.8Vcut)を行いその時の放電容量をC(mAh)とする。この場合は
自己放電速度(mAh/日)=(B(mAh)−C(mAh))/A(日)
で求めることができる。
なお、容量1Ahの電池は、1アンペアを1時間流して放電しきる電池のことである。1時間で電池を放電しきる電流値のことをCと称する。1Cは1Ahとなる。たとえば1Ahのセルを、30分間で放電すると2Cと表現し、5時間で放電すると0.2Cと表現する。しがって、上記した単電池を定電流放電(1C、2.8V、0.05Ccut)において、1アンペア(A)の電流、2.8Vで充電し、時間経過するにつれて充電が進み、0.05Ccutは、充電電流が50mAになったときに充電を停止することを意味する。また上記した定容量放電(1C、30分)B(mAh)は、1A(=1C)で30分放電させたことを意味する。さらにまた定電圧放電(1C、1.8Vcut)は、1A(=1C)で放電し、端子電圧が1.8Vになったとき放電を停止することを意味する。
<自己放電を求めるときの適切な充電状態(SOC)>
ここで本発明では、上記の自己放電速度を求める場合、SOCが40%以下になると測定される自己放電速度のばらつきが大きくなり正確な自己放電速度が得られないというデータを実験により得ることができた。図2には自己放電速度の充電状態(SOC)への依存性を示す。図2に示すようにSOCがほぼ40%以上になると、自己放電速度の標準偏差が安定している。したがって、自己放電速度を求める場合、SOCがほぼ40%以上の状態にある単電池を対象とした。
<自己放電速度を測定するのに適切な貯蔵期間>
また本発明では、自己放電速度を求める場合、放置(貯蔵)期間を7日以上にしないと正確な自己放電速度が得られないというデータを実験により得ることができた。自己放電速度は放置期間が短いと、その前の充電や放電により電池内の拡散の遅れによりイオン濃度勾配などが残っている。このためそれが自己放電速度に影響を及ぼし正確な値が得られない。放置期間を延ばすことにより、イオン濃度勾配などが無くなり正確な自己放電速度を測定することができる。図3には自己放電速度の時間への依存性を示す。横軸の貯蔵01D,02D・・・・は、放置期間1日、2日・・・・を意味する。図3に示すように、複数の単電池間の自己放電速度差は、放置期間が7日以上になると小さくなり、5日以下になると大きくなっていることが分かる。
したがって、本発明では先に説明した自己放電速度を求める場合、7日以上放置した単電池を測定対象とした。
<自己放電速度が温度依存性を持つことによる影響を回避>
自己放電速度を求める場合、放置期間の温度により、自己放電速度が影響をあたえることが分かった。図4は、自己放電速度が温度依存性をもつことを測定したデータのグラフである。基準値25℃であると複数の単電池間の自己放電速度の差はほとんどなかった。しかし、25℃よりも高い30℃あるいは、25℃よりも低い10℃では、基準の単電池に対して自己放電速度の差が生じていることが理解できる。この差は、自己放電速度を求める場合、放置温度の基準値に対する係数として有効利用することができる。
つまり測定した自己放電速度に対して、放置期間の温度に対応した上記の差を補正値として用いれば、正確な自己放電速度を求めることができる。
<単電池の具体的構成>
ここで単電池の具体的構成例について説明する。本発明ではたとえば以下に説明するような構成の単電池を用いた。しかし本発明はこのような単電池の構造に限定されるものではなく種々のタイプの単電池(セル)に対して適用可能であることは勿論のことである。
<単電池構成例>
正極活物質にリチウムコバルト酸化物(LiCoO2)を用い、導電材、結着剤を配合してn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調整した後、厚さ15μmのアルミニウム箔(純度99.99%)に塗布、乾燥、プレス工程を経て正極を作成した。
負極については、活物質としてチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)と導電材、結着剤を配合してn−メチルピロリドン(NMP)溶媒に分散してスラリーを調整した後、厚さ15μmのアルミニウム箔(純度99.99%)に塗布、乾燥、プレス工程を経て負極を作成した。
次に、正負極の間および負極側に厚さ20μmの帯状ポリエチレン製多孔質フィルムのセパレータを配置した後、渦巻き状に捲回して発電要素を作製した。作製した発電要素は、プレスし、形状を整えた後、正極端子と負極端子を接続し、アルミニウム製の缶に密封し、非水電解質を注液し、容量3Ahの扁平状の非水電解質二次電池を作製した。
図5には、上記非水電解質二次電池の概略構成を示している。2はアルミニウム又はアルミニウム合金の有低矩形筒状の外装缶である。外装缶2の開口部には、注液孔3を有するアルミニウム又はアルミニウム合金の蓋体4がたとえばレーザー溶接で接合される。外装缶2は、正極端子をかねており、底面には下部側絶縁紙5が配置されている。
電極群である電極体6は、外装缶2内に収容されている。電極体6は負極7とセパレータ8と正極9とを前記正極9が最外周に位置するように渦巻状に巻回した後、扁平状にプレス成型されている。
非水電解液は、注液孔3を介して注液されている。注液の後は、注液孔3にアルミニウム又はアルミニウム合金の蓋10がレーザー溶接により接合されている。スペーサ11は、合成樹脂からなり、外装缶2内の電極体6上に配置されている。負極端子13は蓋体4の孔12及びスペーサ11の孔を貫通し、蓋体4の孔12の箇所でガラス製または樹脂製の絶縁材14を介してシールされている。負極端子13には、内部でリード15が接続され、またこのリード15は電極体6の負極7に接続されている。
絶縁紙16は蓋体4の外表面を被覆している。ラミネートの外装チューブ17は、外装缶2の側面から下面および上面の絶縁紙5、16の周辺まで延びて配置され下部の絶縁紙5を外装缶2の底面に固定し、上部の絶縁紙16を蓋体4の上面に固定している。
<実施例1>
上記した単電池を定電流定電圧充電(3A、2.8V、150mAcut)後、定容量放電(3A、30分)1500(mAh)し、一定期間7(日)放置し、その後定電流定電圧充電3A、2.8V、150mAcut)を行いその時の充電容量をC(mAh)とすると、自己放電速度(mAh/日)=(C(mAh)−1500(mAh))/7(日)で求めた。この操作を複数の各単電池で実施して、自己放電速度が1mAh(電池容量の0.033%)/D以内の単電池を10セル組み合わせ、組電池を作成した(Dは1日を示す)。
この組電池に対して、図1で説明したように電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付けて、組電池パックを作成した。この組電池パックについて充放電サイクル試験(充電:6A、2.8Vcut/放電:15A、1.8Vcutのサイクル条件)を行った。
<実施例2>
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を7日にして、自己放電速度ランクを0.5mAh(電池容量の0.017%)/D以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験(充電:6A、2.8Vcut/放電:15A、1.8Vcutのサイクル条件)を行った。
<比較例1>
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を7日にして、自己放電速度ランクを3mAh(電池容量の0.1%)/D以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験(充電:6A、2.8Vcut/放電:15A、1.8Vcutのサイクル条件)を行った。
<比較例2>
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を7日にして、自己放電速度ランクを5mAh(電池容量の0.17%)/D以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験(充電:6A、2.8Vcut/放電:15A、1.8Vcutのサイクル条件)を行った。
<比較例3>
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で定容量放電(3A、48分、SOC20%)を行い、放置期間を7日にして、自己放電速度ランクを1mAh(電池容量の0.033%)/D以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験(充電:6A、2.8Vcut/放電:15A、1.8Vcutのサイクル条件)を行った。
<比較例4>
実施例1と同様に作成した単電池の自己放電測定で放置期間を3日にして、自己放電速度ランクを1mAh(電池容量の0.033%)/D以内の単電池を組み合わせ、組電池を作成した。この組電池に電圧検出手段、演算手段、通信手段、スイッチ回路を持つ基板を取り付け、電池パックを作成した。この電池パックについて充放電サイクル試験(充電:6A、2.8Vcut/放電:15A、1.8Vcutのサイクル条件)を行った。
上記した実施例1、実施例2、比較例1−比較例4の組電池パックの2000サイクル後の容量維持率(%)を表1にまとめて示している。
Figure 0005284029
上記の表1から理解できるように、自己放電速度が1mAh(電池容量の0.033%)/D以下のランク範囲であれば、サイクル維持率は良好であり、比較例1,2のように自己放電ランク幅を大きくするとサイクル特性が低下する。これはサイクル途中で自己放電速度の大きな単電池が含まれると、その単電池が十分充電されなくなり放電ではその単電池で放電カットされるため組電池の容量が低下する。また、比較例3のようにSOC20%で自己放電速度を測定し1mAh(電池容量の0.033%)/Dのランク範囲で組み合わせても、そこで測定した自己放電速度がその単電池の真の自己放電速度とは異なるためこのような充放電サイクル特性での維持率低下をまねていた。比較例4のように自己放電速度放置期間を短くすると、これも同じように自己放電速度の測定がその単電池の真の自己放電速度とは異なるためこのような充放電サイクル特性での維持率低下を起こしていることがわかる。
<効果1>
以上述べた如く、本発明によれば、急速充電が可能で、充放電サイクル特性に優れた組電池システムを提供することができる。
つまり本発明では複数の単電池が直列接続された組電池と、前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、各単電池の自己放電速度がある範囲内で組み合わせたことを特徴とする。
ここで、自己放電速度の範囲を1mAh(電池容量の0.033%)/D以内の単電池を組み合わせると効果的である。また自己放電速度の測定方法が40%以上の充電状態で測定した自己放電速度でランク分けをすると効果的である。さらにまた、自己放電速度の測定方法として、保存期間が7日以上であることが効果的である。また自己放電速度の測定時に貯蔵温度から補正をかけた自己放電速度をランク分けし、同一ランク内の単電池を組み合わせることが効果的である。また組電池を構成する単電池の負極としてはチタン酸リチウムを含むものである。
<組電池パックに対する充電制御の例1>
本発明の組電池パック対する充電制御の詳細について説明する。組電池を構成する単電池の好ましい充電終止電圧をVHとする。最初に演算回路212は充電電流設定値Ic1を制御部121に送信する。これにより組電池パック200に対して定電流充電が開始される。
電圧検出回路211は常時(数msec〜数秒の短い周期で)単電池電圧を測定しており、そのデータを演算回路212に入力している。ここで単電池電圧の中で少なくとも1つがVHに達した場合、充電を終了する。充電終了は、VHによるほか、合計充電時間が予め決められた時間を越えた場合に終了するなど、別の基準で終了することもできる。
図6は、このようにして実施した組電池システムの充電曲線を示している。図6においては、定電流充電を行い組セル内の電池電圧の最も大きい電池電圧VHに達した際に充電がその時点で停止される。
<組電池パックに対する充電制御の例2>
今、組電池を構成する単電池の好ましい充電終止電圧をVHとする。最初に演算回路212は充電電流設定値Ic1を制御部121に送信する。これにより組電池パック200に対して定電流充電が開始される。
電圧検出回路211は常時(数msec〜数秒の短い周期で)単電池電圧を測定しており、そのデータを演算回路212に入力している。
単電池電圧の中で少なくとも1つがVHに達した場合、演算回路212はIc1よりも小さい次の充電電流設定値Ic2を制御部121に送信し、前の段階よりも小さい電流で定電流充電を行う。このように順次充電電流を低減していき、充電電流設定値Icnが最小充電電流Ic(min)に達した段階が終了した際、充電を全て終了する。
充電終了は、充電電流設定値Icnによるほか、合計充電時間が予め決められた時間を越えた場合に終了するなど、別の基準で終了することもできる。Ic1〜Icnの値は、予め決められた値を演算回路212が記憶していてもいいし、測定された単電池電圧データによって毎回異なる値を設定してもよい。
図7は、このようにして実施した組電池システムの充電曲線を示している。図7においては、定電流充電値を予め決められたIc1〜Ic8まで階段状に減少させながら充電を継続した様子が示されている。
本発明の組電池は、同一ランクのものを選別して組み合わせているので、図6で説明した充電方式であっても、各単電池に対する充電が十分行われる。しかし、使用期間により何らかの原因で自己放電速度の大きな1つの単電池電圧が存在するようになると、充電電圧が低く、充電カット時にその電池の充電が十分に行われていないため、その後の放電容量が小さくなることがある。このような場合は、図7の方式で充電制御を行うほうが好ましい。
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
図1はこの発明が適用された組電池パックを示す全体ブロック図である。 図2は自己放電速度の充電状態(SOC)への依存性を示す図である。 図3は自己放電速度の時間への依存性を示す図である。 図4は自己放電速度が温度依存性をもつことを測定したデータを示す図である。 図5は非水電解質二次電池の概略構成を示す図である。 図6は本発明に係る組電池パックの充電曲線の例を示す図である。 図7は本発明に係る組電池パックの充電曲線の他の例を示す図である。
符号の説明
100・・充電器、112・・・電源、113・・・整流回路、114・・・パワースイッチ回路、115・・・高周波トランス、116・・・二次整流回路、117・・・平滑回路、118・・・電流検出回路、121・・・制御部、122・・・通信モジュール、200・・・組電池パック、201−205・・・単電池、211・・・電圧検出回路、212・・・演算回路、213・・・スイッチ回路、214・・・通信モジュール。

Claims (6)

  1. 少なくとも複数の単電池が直列接続された組電池と、
    前記単電池の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
    前記組電池は、各単電池の自己放電速度が一定の範囲内のランクにある単電池を選別して組み合わせて構成しており、
    前記複数の単電池を選別するために前記自己放電速度を測定するに際して、
    各単電池の充電状態を40%以上の充電状態で測定し、自己放電の貯蔵期間を7日以上とし、自己放電速度の範囲が電池容量の0.033%mAh/D以内の前記各単電池を選別している、電池パック。
  2. さらに、前記組電池が充電器と一体構成若しくは充電器と接続されており、
    前記組電池に対する電源からの充電電流をオンオフするスイッチ手段と、
    前記電圧検出手段によって検出された単電池電圧をもとに前記充電電流を設定するとともに前記スイッチ手段を制御する演算手段と、
    前記演算手段の設定に基づき前記充電電流を制御する制御手段を備え、
    ある設定された前記充電電流で充電中に少なくとも1個の単電池電圧が充電終止電圧に達した場合に充電を終了する、
    請求項1に記載の組電池パック。
  3. さらに、前記組電池が充電器と一体構成若しくは充電器と接続されており、
    前記組電池に対する電源からの充電電流をオンオフするスイッチ手段と、
    前記電圧検出手段によって検出された単電池電圧をもとに前記充電電流を設定するとともに前記スイッチ手段を制御する演算手段と、
    前記演算手段の設定に基づき前記充電電流を制御する制御手段を備え、
    ある設定された前記充電電流で充電中に少なくとも1個の単電池電圧が充電終止電圧に達した場合に設定電流を下げて充電を継続し、少なくとも2段階以上の定電流充電を行う、
    請求項1に記載の組電池パック。
  4. 請求項1又は2又は3に記載の組電池パックにおいて、前記ランク分けに際しては、自己放電速度の測定時に貯蔵温度に応じた補正を行った自己放電速度を採用していることを特徴とする組電池パック。
  5. 請求項1又は2又は3に記載の組電池パックにおいて、組電池を構成する単電池の負極がチタン酸リチウムを含むことを特徴とする組電池パック。
  6. 複数の単電池が直列接続された組電池を有する組電池パックの製造方法において、
    複数の単電池の自己放電速度を測定するに際して、
    各単電池の充電状態を40%以上の充電状態で測定することと、
    自己放電の貯蔵期間が7日以上であることと、
    測定した自己放電速度に対して貯蔵温度に応じた補正を行うことと、
    補正後の自己放電速度の範囲が電池容量の0.033%mAh/D以内の複数の単電池を選別して組み合わせ前記直列接続された組電池とすることを含むことを特徴とする組電池パックの製造方法。
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