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二次電池テスター

国内特許コード P130009404
整理番号 S2013-0062-N0
掲載日 2013年6月18日
出願番号 特願2012-228844
公開番号 特開2014-081258
登録番号 特許第5505478号
出願日 平成24年10月16日(2012.10.16)
公開日 平成26年5月8日(2014.5.8)
登録日 平成26年3月28日(2014.3.28)
発明者
  • 金子 双男
  • 川上 貴浩
  • 新保 一成
  • 馬場 暁
  • 加藤 景三
  • 宮嵜 重利
  • 清水 浩一
  • 佐藤 健一
  • 花岡 治
出願人
  • 国立大学法人 新潟大学
  • 有限会社アルプス計器
  • ミドリ安全株式会社
発明の名称 二次電池テスター
発明の概要 【課題】二次電池の劣化状態を、静電容量から判定する際に交流信号を印加することなく、二次電池に流れる電流と端子電圧の時間特性から二次電池の静電容量を求め、得られた静電容量から二次電池の劣化状態を判定する簡便な二次電池テスターを提供する。
【解決手段】二次電池10の端子電圧を測定する電圧センサー32と、電流を測定する電流センサー34とを備え、交流信号を印加することなく、測定した電圧と電流の時間特性の測定値から静電容量Cを求め、予め記憶されている比較対象となる静電容量と測定値から算出された静電容量とを比較することで劣化状態を評価できる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要



例えば、充電を繰り返すことによって使用される二次電池は、ハイブリッド車、電気自動車、携帯電話等の普及により現在の社会生活において必要不可欠なものとなってきている。

現在の二次電池は、電池容量が大きく進化しているが、充放電を繰り返して使用していると、内部変化が徐々に大きくなり、充放電が十分にできなくなることで物によっては短寿命になってしまうものも存在する。





したがって、特に車両用に二次電池を使用している場合には、劣化した二次電池のために突然車両が運転できなくなるなどの危険があり、劣化判定をしてから二次電池を使用したいという要望がある。

そこで、二次電池の劣化を判定するための方法が従来より開発されてきている。





例えば非特許文献1には、リチウムイオン電池の劣化に対応した内部抵抗を測定することで劣化判定を行えることが記載されている。

また、特許文献1には、リチウムイオン二次電池に特定周波数の交流電圧及び/又は交流電流を印加して、リチウムイオン二次電池の状態を検出することが開示されている。

また、特許文献2には、所定周波数で非水電解質二次電池における所定周波数での交流インピーダンスを測定し、この交流インピーダンスと充放電可能な可逆容量(充放電可能な電池容量)の関係式によって電池の可逆容量を推定する方法が開示されている。





また、特許文献3には、リチウムイオン電池の電圧電流特性を導出し、その得られた電圧電流特性に基づいてリチウムイオン電池の開回路電圧(OpenCircuit Voltage:OCV)を導出し、さらに電流積算などの手法でリチウムイオン電池の充電容量(State Of Charge:SOC)を推定し、OCV及びSOCの変化によって析出劣化を判定する内容が開示されている。

特許文献4には、リチウムイオン電池を一定の電力値で連続的に放電及び充電させる診断モードにおいて取得された電圧変化に関する情報に基づき、劣化状態を判定する内容が開示されている。





さらに、特許文献5には、リチウムイオン電池を定電流定電圧方式によって充電する際に、電池の公称容量をCとしたときの充電電流をC/(20時間)以下とし、定電流充電中の充電電圧が予め設定された電圧Vsに達してから充電上限電圧Vcに達するまでの時間tを求め、リチウムイオン電池の推定比容量Ce/Cを関係式C=At+B(A,B=const)によってリチウムイオン電池の容量を推定し、また劣化を判定する内容が開示されている。

引用文献6に記載された劣化判定方法は以下の通りである。充電装置にリチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池が接続されると、その種類を検出し、その電池電圧に応じて定電流充電処理を開始する。この充電処理中に電池電圧が電池の種類に応じた基準電圧値になると、制御部によって定電流充電時間の計時が開始され、電池の種類に応じた充電制御方式により、定電圧充電に切り替わったか又は-ΔVが検出されると計時が終了する。制御部は、計時によって得られた定電流充電時間に基づいて、電池の充電容量が新品当初の電池に対する定電流充電時間と比べることで劣化を判定している。

産業上の利用分野



本発明は二次電池の劣化状態を判定するテスターに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
交流を印加せずに二次電池の正極と負極との間の端子電圧を測定する電圧測定部と、
交流を印加せずに二次電池の正極と負極との間に流れる電流を測定する電流測定部と、
電圧測定部で測定した電圧値及び電流測定部で測定した電流値から、測定開始から所定時間経過時における二次電池の静電容量を導出する静電容量導出手段と、
正常な二次電池における静電容量の経時変化を予め記憶している記憶部と、
静電容量導出手段によって導出された所定時間経過時における静電容量と、記憶部に記憶されている静電容量の経時変化のうち所定時間経過時の静電容量とを比較して、測定された二次電池の劣化を判定する判定手段とを具備することを特徴とする二次電池テスター。

【請求項2】
前記静電容量導出手段は、
前記電流測定部で測定した電流値を、前記電圧測定部で測定した電圧値の時間微分で除算することで、二次電池の静電容量を導出することを特徴とする請求項1記載の二次電池テスター。

【請求項3】
前記静電容量導出手段は、
前記電流測定部で測定した電流値から所定時間で流れる電荷量を導出し、前記電圧測定部で測定した電圧値の所定時間における変化量を導出し、前記所定時間で流れる電荷量を電圧値の所定時間における変化量で除算することで、二次電池の静電容量を導出することを特徴とする請求項1記載の二次電池テスター。

【請求項4】
前記静電容量導出手段は、
任意の時間間隔で流れる電流値の時間積分した値、又は任意の時間間隔で流れる電流値をその時間間隔で一回若しくは複数回サンプリングした値の総和をサンプリング回数で除算した後に任意の時間間隔を乗算した値を、前記電圧測定部で測定した電圧値の任意の時間間隔における変化量で除算することで、二次電池の静電容量を導出することを特徴とする請求項1記載の二次電池テスター。

【請求項5】
判定対象の二次電池に直流電流を印加する直流電源を具備し、
前記静電容量導出手段は、
該直流電源による定電流充電時、又は充電電圧を変化させての充電時において、電圧測定部で測定した電圧値の時間変化及び電流測定部で測定した電流値より求めた所定時間の電荷量から、静電容量を導出することを特徴とする請求項1記載の二次電池テスター。

【請求項6】
前記記憶部は、
予め複数種類の正常な二次電池の電圧値及び静電容量記憶しており、
前記判定手段は、
前記電圧測定部で測定した電圧値及び前記静電容量導出手段によって導出された静電容量の大きさに基づいて、前記記憶部に記憶されている複数種類の二次電池のうちの何れか1つを選択して比較することを特徴とする請求項1~請求項5のうちの何れか1項記載の二次電池テスター。

【請求項7】
前記記憶部は、
正常時における、正極と負極との間の端子電圧と静電容量との関係を予め記憶しており、
前記判定手段は、
前記電圧測定部で測定した電圧値と前記静電容量導出手段によって導出された静電容量との関係と、前記記憶部に記憶されている正常時における、正極と負極との間の端子電圧と静電容量との関係とを比較することを特徴とする請求項1~請求項5のうちの何れか1項記載の二次電池テスター。

【請求項8】
測定対象となる前記二次電池は、複数個の二次電池が並列接続、直列接続又は並列接続及び直列接続が組み合わされた接続状態であることを特徴とする請求項1~請求項7のうちの何れか1項記載の二次電池テスター。
産業区分
  • 測定
  • 試験、検査
  • その他電子
  • 発電、電動
  • 送配電
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2012228844thum.jpg
出願権利状態 登録
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