特開 2022-53841 リチウムイオン電池の特性計測方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022053841

(43)【公開日】2022-04-06

(54)【発明の名称】リチウムイオン電池の特性計測方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20220330BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20220330BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20220330BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20220330BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 Q

H02J7/02 H

H01M10/44 P

H01M10/48 P

【審査請求】有

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020160693

(22)【出願日】2020-09-25

(71)【出願人】

【識別番号】591051852

【氏名又は名称】株式会社エヌエステイー

(74)【代理人】

【識別番号】100078776

【弁理士】

【氏名又は名称】安形 雄三

(74)【代理人】

【識別番号】100121887

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 好章

(74)【代理人】

【識別番号】100200333

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 真二

(72)【発明者】

【氏名】服部 貴應

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 窓

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 康之

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503BA03

5G503BB02

5G503CA02

5G503CA12

5G503EA09

5H030AA10

5H030AS18

5H030AS20

5H030BB02

5H030BB03

5H030BB21

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

(57)【要約】

【課題】コストが嵩むことなく、多数のリチウムイオン電池の特性計測を同時に行い得ると共に、低電圧側の精度向上及び回生効率向上を実現するリチウムイオン電池の特性計測方法及びシステムを提供する。
【解決手段】Ｎ（≧２）個のリチウムイオン電池を直列に接続し、リチウムイオン電池を定電流充電し、リチウムイオン電池の総電圧を監視し、総電圧が定格電圧以上となったときに、定電流充電を定電圧充電に切り替え、リチウムイオン電池のそれぞれにバランス制御を実施し、定電圧充電の充電電流が定格電流以下となったときに、定電圧充電を停止し、リチウムイオン電池を定電流放電し、リチウムイオン電池の各端子間電圧及び直列接続の電流を計測し、端子間電圧が終止電圧となったときに、定電流放電を停止することを、種々の定電流及び種々の定電圧に対して実施し、Ｎ個のリチウムイオン電池の特性を計測する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ（≧２）個のリチウムイオン電池を直列に接続し、
前記Ｎ個のリチウムイオン電池を定電流充電し、
前記Ｎ個のリチウムイオン電池の総電圧を監視し、
前記総電圧が定格電圧以上となったときに、前記定電流充電を定電圧充電に切り替え、
前記Ｎ個のリチウムイオン電池のそれぞれにバランス制御を実施し、
前記定電圧充電の充電電流が定格電流以下となったときに、前記定電圧充電を停止し、
前記Ｎ個のリチウムイオン電池を定電流放電し、
前記Ｎ個のリチウムイオン電池の各端子間電圧及び直列接続の電流を計測し、
前記端子間電圧が終止電圧となったときに、前記定電流放電を停止することを、
種々の定電流及び種々の定電圧に対して実施し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の特性を計測することを特徴とするリチウムイオン電池の特性計測方法。

【請求項2】

前記定電圧充電、前記定電圧充電及び前記定電流放電を各種電流、各種電圧について実施するようになっている。請求項１に記載のリチウムイオン電池の特性計測方法。

【請求項3】

前記バランス制御が、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の各端子間電圧が所定の上限電圧を維持する制御である請求項１又は２に記載のリチウムイオン電池の特性計測方法。

【請求項4】

前記バランス制御時に、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の各バランス電流を計測し、前記各バランス電流に基づく容量によって特性計測を実施する請求項３に記載のリチウムイオン電池の特性計測方法。

【請求項5】

全体を制御するコントローラと、
Ｎ（≧２）個のリチウムイオン電池を直列に接続するセル接続手段と、
前記コントローラに接続され、直列接続された前記Ｎ個のリチウムイオン電池を定電流充電、定電圧充電及び定電流放電する充放電電源と、
前記コントローラに接続され、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の各端子間電圧を計測する電圧計測器と、
前記コントローラからのバランス指令に基づき、前記Ｎ個のリチウムイオン電池をバランス制御するバランス回路と、
を具備し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池に対して前記充放電電源により定電流充電を行うと共に、第１の所定条件により定電圧充電に切り替え、前記バランス回路によるバランス制御が第２の所定条件となったときに、前記充放電電源は定電流放電を行い、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の端子間電圧が第３の所定条件となったときに放電を停止し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の特性を計測することを特徴とするリチウムイオン電池の特性計測システム。

【請求項6】

前記バランス回路が、前記Ｎ個のリチウムイオン電池のそれぞれに対応するバランス回路要素で構成されており、
前記バランス回路要素が、
前記リチウムイオン電池の端子間電圧を検出し、電流指令を出力する電圧検出部と、
前記電流指令に従って正又は負方向に電流を流すことが可能で、前記端子間電圧を調整する負荷回路と、
で構成されている請求項５に記載のリチウムイオン電池の特性計測システム。

【請求項7】

前記負荷回路が抵抗スイッチング方式若しくは定電流制御方式である請求項６に記載のリチウムイオン電池の特性計測システム。

【請求項8】

前記第１の所定条件が、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の総電圧が定格電圧以上であるか否かであり、
前記第２の所定条件が、充電電流が定格電流以下であるか否かであり、
前記第３の所定条件が、前記各端子間電圧が終止電圧あるか否かである請求項５乃至７のいずれかに記載のリチウムイオン電池の特性計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はリチウムイオン電池の特性計測方法及びシステムに関し、特に複数のリチウムイオン電池を直列に接続し、同時に複数のリチウムイオン電池の特性計測を行い得る方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

正極と負極とで挟持されたセパレータで成るリチウムイオン電池（リチウムセル）は、高容量、高安全、長寿命といった特長を有しているため、薄型・軽量化されてスマートフォンやタブレット、ノートパソコンなどの電子機器に広く利用されている。図１は、リチウムイオン電池の外観の一例を示しており、平板状の電池本体１０の上面に、正極端子１１及び負極端子１２が設けられた外観構成となっている。

【0003】

このようなリチウムイオン電池の特性向上のために、近年、電池構成部材の開発が盛んに行われている。そこで欠かせないのが、リチウムイオン電池の特性計測である。リチウムイオン電池の特性計測には、充放電レート特性、充放電容量、充放電サイクル劣化などがあり、いずれの計測もリチウムイオン電池に対して充電及び放電を伴っている。

【0004】

図２は充放電レート計測の特性例を示しており、リチウムイオン電池を満充電した後に定電流で放電させ、時間と共にリチウムイオン電池電圧がどのように低下するかの計測例を示している。定電流の大きさとして、この例では１Ｃ（電池の公称容量を１時間で完全放電させる電流値）及び０．２Ｃ（電池の公称容量を５時間で完全放電させる電流値）を示しているが、これを更に０．５Ｃ、２Ｃ、３Ｃのように電流値を変化させて電圧の計測を繰り返し、総合特性を評価する。

【0005】

このような特性計測システムは図３の構成であり、全体を制御するコントローラ（例えばパソコンやＣＰＵ(Central Processing Unit)，ＭＰＵ(Micro Processor Unit)，ＭＣＵ(Micro Controller Unit)などで構成）１Ａに、充放電と共に電流検出機能を有する充放電電源２と、端子間電圧を計測する電圧計測器４とが接続されており、充放電電源２及び電圧計測器４の間に１個のリチウムイオン電池（正極及び負極）３が接続されている。

【0006】

このような構成において、ＣＣ（定電流）充電／ＣＣ（定電流）放電を例として、図４のフローチャートを参照して基本動作を説明する。

【0007】

先ず、コントローラ１Ａは充放電電源２に対して正方向の定電流出力を指示し、これにより充放電電源２はリチウムイオン電池３を充電する（ステップＳ１）。充電期間中、コントローラ１Ａは電圧計測器４によりリチウムイオン電池３の端子間電圧を計測し、充放電電源２により充電電流値を計測する（ステップＳ２）。コントローラ１Ａは、電圧計測器４により定格電圧が計測されるまで上記充電を継続し（ステップＳ３）、計測電圧が定格電圧に達した時点で充電を停止する（ステップＳ４）。

【0008】

次いで、コントローラ１Ａは充放電電源２に対して負方向の定電流出力を指示し、リチウムイオン電池３を放電する（ステップＳ５）。放電期間中、コントローラ１Ａは電圧計測器４によりリチウムイオン電池３の端子間電圧を計測し、充放電電源２により放電電流値を計測する（ステップＳ６）。コントローラ１Ａは、電圧計測器４により終止電圧が計測されるまで上記放電を継続し（ステップＳ７）、端子間電圧の計測電圧が終止電圧に達した時点で放電を停止する（ステップＳ８）。

【0009】

上記充放電を複数の定電流について実施し、リチウムイオン電池３の特性を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】ＷＯ２０１７／１８７６３７

【特許文献2】ＷＯ２０１８／１８７８８８

【特許文献3】特開２０１１－２９１３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

上述した従来の特性計測方式の最大の課題は、コストが嵩むことである。即ち、リチウムイオン電池工場では、例えば1000個以上のセルを同時に計測するニーズがあるが、従来の計測方式では、多数のリチウムイオン電池を同時に特性計測する場合には、充放電電源の対象となるリチウムイオン電池の個数と同数だけ用意する必要がある。しかしながら、充放電電源は高価であるため、複数個を用意するとなると、設備費用が膨大になってしまうのが大きな問題である。また、リチウムイオン電池を１個ずつ特性計測すれば、多数のリチウムイオン電池を特性計測する場合には、時間と労力がかかり極めて不経済である。

【0012】

２つ目の課題は、放電時におけるリチウムイオン電池の最小電圧が低いことである。充放電電源で放電すると、リチウムイオン電池の端子間電圧は時間と共に徐々に低下し、遂には終止電圧に至る。しかしながら、終止電圧は非常に低いため、電源によっては放電可能な最小電圧を下回る場合がある。その場合、完全な放電の手前までしか正確な計測を行うことはできず、特性計測の信頼性が損なわれる。一方、放電可能な最小電圧が低い電源もあるが、それらは一般に高価であり、低電圧放電時の電流精度や回生効率など、性能面で不安が残る。

【0013】

本発明は上述のような事情に基づいてなされたものであり、本発明の目的は、コストが嵩むことなく、多数のリチウムイオン電池の特性計測を同時に行い得ると共に、低電圧側の精度向上及び回生効率向上を実現するリチウムイオン電池の特性計測方法及びシステムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明はリチウムイオン電池の特性計測方法に関し、本発明の上記目的は、Ｎ（≧２）個のリチウムイオン電池を直列に接続し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池を定電流充電し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の総電圧を監視し、前記総電圧が定格電圧以上となったときに、前記定電流充電を定電圧充電に切り替え、前記Ｎ個のリチウムイオン電池のそれぞれにバランス制御を実施し、前記定電圧充電の充電電流が定格電流以下となったときに、前記定電圧充電を停止し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池を定電流放電し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の各端子間電圧及び直列接続の電流を計測し、前記端子間電圧が終止電圧となったときに、前記定電流放電を停止することを、種々の定電流及び種々の定電圧に対して実施し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の特性を計測することにより達成される。

【0015】

また、本発明はリチウムイオン電池の特性計測システムに関し、本発明の上記目的は、全体を制御するコントローラと、Ｎ（≧２）個のリチウムイオン電池を直列に接続するセル接続手段と、前記コントローラに接続され、直列接続された前記Ｎ個のリチウムイオン電池を定電流充電、定電圧充電及び定電流放電する充放電電源と、前記コントローラに接続され、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の各端子間電圧を計測する電圧計測器と、前記コントローラからのバランス指令に基づき、前記Ｎ個のリチウムイオン電池をバランス制御するバランス回路とを具備し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池に対して前記充放電電源により定電流充電を行うと共に、第１の所定条件により定電圧充電に切り替え、前記バランス回路によるバランス制御が第２の所定条件となったときに、前記充放電電源は定電流放電を行い、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の端子間電圧が第３の所定条件となったときに放電を停止し、前記Ｎ個のリチウムイオン電池の特性を計測することにより達成される。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、多数のリチウムイオン電池（セル）を同時に特性計測でき、非常に効率的かつ経済的である。従来と比較してバランス回路が付加され、充放電容量計測の場合には更に電流センサが付加されるが、これらは充放電電源より遥かに安価であるため、トータルコストが嵩むことはない。

【0017】

また、Ｎ個のリチウムイオン電池を直列接続することにより、リチウムイオン電池の総電圧は１セルのＮ倍となる。これにより、放電時におけるリチウムイオン電池の最小電圧が低いことに起因する充放電電源の課題を解決することができる。即ち、放電可能な最小電圧が低い高価な電源を必要とせず、低電圧放電時の電流精度や回生効率などを心配する必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】リチウムイオン電池の一例を示す外観図である。

【図2】リチウムイオン電池の充放電レートの計測例を示す特性図である。

【図3】リチウムイオン電池の従来の特性計測システムの構成例を示すブロック図である。

【図4】従来の特性計測システムの動作例を示すフローチャートである。

【図5】本発明の構成例（第１実施形態）を示すブロック図である。

【図6】複数のリチウムイオン電池を直列に接続するセル接続手段の一例を示す外観展開図である。

【図7】本発明で使用するダミーセルの一例を示す外観図である。

【図8】コントローラの構成例を示すブロック図である。

【図9】バランス回路の構成例を示すブロック図である。

【図10】バランス回路要素の負荷回路の構成例を示すブロック図である。

【図11】本発明の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。

【図12】本発明の構成例（第２実施形態）を示すブロック図である。

【図13】本発明の動作例（第２実施形態）を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明では、ＣＰＵ等で成るコントローラを介して、直列接続された多数個Ｎ（≧２）のリチウムイオン電池（以下、「セル」と称する場合もある）の特性計測を１個の充放電電源により同時に行い得ると共に、Ｎ個のリチウムイオン電池のそれぞれについてバランス制御を行うバランス回路を設けることにより、低電圧側の精度向上と回生効率の向上とを図り、効率的かつ経済的な特性計測を実現している。

【0020】

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0021】

図５は、本発明の第１実施形態を図３に対応させて示しており、本発明では全体の制御や判定、管理等をコントローラ１が行い、Ｎ個（≧２）のリチウムイオン電池３－１～３－Ｎをセル接続手段に収容して電気的に直列に接続し、充放電電源２は、直列接続のリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを定電流若しくは定電圧で充放電すると共に、充放電電流を計測し、更に両端部（リチウムイオン電池３－１の正極及びリチウムイオン電池３－Ｎの負極）の総電圧を計測するようになっている。

【0022】

図６に、Ｎ個のリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを直列接続するセル接続手段の構成例を、リチウムイオン電池３－１～３－４の４個とした場合について示し説明する。リチウムイオン電池３－１～３－４にはそれぞれ正極端子３－１Ｐ～３－４Ｐ及び負極端子３－１Ｎ～３－４Ｎが設けられており、その配置関係は図６に示すように左右方向に正負交互の関係になっている。セル接続手段は、検査のためのリチウムイオン電池を収容する収容体３０と、収納したリチウムイオン電池を保持して固定すると共に、電気的な接続を行うための固定部材２０とで構成されている。収容体３０には、リチウムイオン電池３－１～３－４を入れて収納するための断面矩形状の収納孔３１～３４が穿設されており、収納孔３１～３４の上方からリチウムイオン電池３－１～３－４をそれぞれ収納した後、上方より固定部材２０を収容体３０に装着して固定する構成となっている。

【0023】

固定部材２０は、収容体３０の上面を覆う平板状の蓋板２１を備え、蓋板２１の左右側面に、収容体３０の側面を摺動して装着を円滑にするための長形状のガイド板２２及び２３が配設されていると共に、蓋板２１の中央部に側板２４が延接されている。側板２４にはボールねじ２５が螺合されており、ボールねじ２５を回動することにより、側板２４を介して蓋板２１が昇降するようになっている。また、蓋板２１の下面には電導材で成るプローブＰＲ１～ＰＲ８が設けられており、プローブＰＲ１～ＰＲ８は電気的に電圧計測器４及びバランス回路５に接続されると共に、プローブＰＲ１は充放電電源２の正端子（＋）に、プローブＰＲ７は充放電電源２の負端子（－）にそれぞれ接続されている。プローブＰＲ２及びＰＲ４は導体片２６－１により、プローブＰＲ３及びＰＲ５は導体片２６－２により、プローブＰＲ６及びＰＲ８は導体片２６－３によりそれぞれ接続されている。

【0024】

なお、プローブＰＲ１～ＰＲ８の配設位置は、上下方向の関係において、リチウムイオン電池３－１～３－４の正極端子３－１Ｐ～３－４Ｐ及び負極端子３－１Ｎ～３－４Ｎに対向するようになっており、プローブＰＲ１～ＰＲ８は同一の高さに形成されている。プローブＰＲ１～ＰＲ８の形状は図示に限定されるものではなく、正極端子及び負極端子に接触若しくは押圧された状態で、電気的に導通できるものであれば良い。

【0025】

このような構成において、リチウムイオン電池３－１～３－４をそれぞれ収容体３０の収納孔３１～３４に収納した後、上方よりガイド板２２及び２３に沿って固定部材２０を収容体３０に被せて装着して固定する。その後、ボールねじ２５をモータ等により回動することにより、側板２４を経て蓋板２１が徐々に下降し、遂にはプローブＰＲ１、ＰＲ２，ＰＲ３，ＰＲ４、ＰＲ５、ＰＲ６、ＰＲ７、ＰＲ８の各先端がそれぞれ正極端子３－１Ｐ、負極端子３－１Ｎ、負極端子３－２Ｎ、正極端子３－２Ｐ、正極端子３－３Ｐ、負極端子３－３Ｎ、負極端子３－４Ｎ、正極端子３－４Ｐに接触若しくは押圧するので、その状態で停止する。この状態を保持することにより、図５に示すようなリチウムイオン電池３－１～３－４の直列接続を形成することができる。即ち、充放電電源２（＋）→プローブＰＲ１→正極端子３－１Ｐ→リチウムイオン電池３－１→負極端子３－１Ｎ→プローブＰＲ２→導体片２６－１→プローブＰＲ４→正極端子３－２Ｐ→リチウムイオン電池３－２→負極端子３－２Ｎ→プローブＰＲ３→導体片２６－２→プローブＰＲ５→正極端子３－３Ｐ→リチウムイオン電池３－３→負極端子３－３Ｎ→プローブＰＲ６→導体片２６－３→プローブＰＲ８→正極端子３－４Ｐ→リチウムイオン電池３－４→負極端子３－４Ｎ→プローブＰＲ７→充放電電源２（－＋）の直列接続の経路を形成できる。

【0026】

また、後述する特性計測に基づいて不良品をセル接続手段から排除した場合には、図７に示すように正負端子を導体片４１で短絡したダミーセル４０を、排除した不良品の代わりに収納部に収納する。ダミーセル４０は正負端子を導体片４１で短絡しただけの模擬品なので、コントローラ１はダミーセル４０に対するバランス制御や電圧計測を無効化する。

【0027】

なお、上述のセル接続手段では、４個のリチウムイオン電池３－１～３－４について説明しているが、４個に限定されるものではなく、任意の複数の直列接続の構成が可能である。つまり、Ｎ個（≧２）のリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを収納孔に入れて収納したときに、プローブや導体片を介して電気的に直列に接続されると共に、リチウムイオン電池３－１～３－Ｎのそれぞれの正極及び負極を電気的に充放電電源２、電圧計測器４及びバランス回路５に接続可能な構造であれば良い。

【0028】

図８はコントローラ１の機能的な構成例を示しており、ＣＰＵ１－１が全体の制御等を行い、ＣＰＵ１－１には充放電電源２、電圧計測器４及びバランス回路５が接続されると共に、充電指令部１－２、放電指令部１－３、電圧判定部１－４、電流判定部１－５、総電圧監視部１－６、切り替え部１－７、バランス指令部１－８が相互に接続されている。

【0029】

また、リチウムイオン電池３－１～３－Ｎのそれぞれの正極及び負極は、バランス回路５を構成するバランス回路要素５－１～５－Ｎに接続されると共に、電圧計測器４に接続されている。

【0030】

バランス回路要素５－１～５－Ｎはいずれも同一の構成であり、例えばリチウムイオン電池３－１に接続されているバランス回路要素５－１の構成は図９に示すようになっている。即ち、リチウムイオン電池３－１の端子間電圧Ｖｔを検出し、端子間電圧Ｖｔに応じた電流指令ＣＭを出力する電圧検出部５－１１と、電流指令ＣＭに従って“Ａ→Ｂ”又は“Ｂ→Ａ”いずれの方向にも指定値の電流を流すことが可能で、それにより端子間電圧Ｖｔを調整する負荷回路５－１２とで構成されている。リチウムイオン電池３－１の端子間電圧Ｖｔは電圧検出部５－１１で検出され、検出結果として電流指令ＣＭが出力されて負荷回路５－１２に入力される。電圧検出部５－１１は、端子間電圧Ｖｔが上限電圧Ｖ_Ｈ以上の場合に、電流指令ＣＭを出力して“Ａ→Ｂ”の方向に電流を流し、端子間電圧Ｖｔの上昇を抑制する。また、端子間電圧Ｖｔが下限電圧Ｖ_Ｌ以下の場合に、電流指令ＣＭを出力して“Ｂ→Ａ”の方向に電流を流し、端子間電圧Ｖｔの下降を抑制する。

【0031】

負荷回路５－１２の構成は、例えば図１０（Ａ）に示す抵抗スイッチング方式、又は図１０（Ｂ）に示す定電流制御方式である。図１０（Ａ）に示す抵抗スイッチング方式は、抵抗Ｒに直列接続されたスイッチ５－１２２を、電流指令ＣＭに基づく駆動回路５－１２１によってＯＮ／ＯＦＦ（開閉）するものであり、安価な回路であり、スイッチ５－１２２のＯＮ／ＯＦＦ頻度を制御することにより所望の平均電流を得る方式である。また、図１０（Ｂ）に示す定電流制御方式は、電流センサ５－１２４に直列接続されたＦＥＴ(Field-Effect Transistor)を、電流指令ＣＭに基づいて、電流センサ５－１２４の検出電流に従って定電流制御するものであり、高性能で所望の電流を滑らかに精度良く得る方式である。

【0032】

このような構成において、ＣＣ（定電流）－ＣＶ（定電圧）充電／ＣＣ（定電流）放電を例として、図１１のフローチャートを参照して基本動作を説明する。下記特性計測を種々の定電流及び定電圧で行い、一定時間が経過しても、端子間電圧Ｖｔが定格電圧に達しないセルがあれば、当該セルを不良品と判定して排除し、代わりに上述したダミーセル４０を収納してから、残りのセルで特性計測の判定を継続する。

【0033】

先ず、Ｎ個のリチウムイオン電池を図６で説明したようなセル接続手段に収容して、リチウムイオン電池の直列接続を形成する。コントローラ１は、充電指令部１－２から充放電電源２に対して正の定電流出力を指示し、充放電電源２は直列接続された全てのリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを同時に充電する（ステップＳ１０）。充電期間中、コントローラ１は、電圧計測器４によりリチウムイオン電池３－１～３－Ｎの各端子間電圧Ｖｔを計測すると共に、充放電電源２により直列接続を流れる充電電流を計測する（ステップＳ１１）。また、充放電電源２は、直列接続されたリチウムイオン電池３－１～３－Ｎの総電圧を検出し（ステップＳ１２）、総電圧監視部１－６により上記総電圧が定格電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、総電圧は、電圧計測器４で計測される各セルの端子間電圧を加算することによっても得られる。

【0034】

上記ステップＳ１３において総電圧が定格電圧よりも小さいと判定された場合には、上記定電流充電を継続し、総電圧が定格電圧以上になった場合には、切り替え部１－７により定電流充電を定電圧充電に切り替える（ステップＳ１４）。同時に、コントローラ１はバランス指令部１－８からバランス指令ＢＣを出力し、バランス回路５（バランス回路要素５－１～５－Ｎ）にリチウムイオン電池３－１～３－Ｎをそれぞれバランス制御するように指示する（ステップＳ２０）。

【0035】

バランス回路５は、バランス回路要素５－１～５－Ｎにより各セルの端子間電圧Ｖｔが、それぞれ指定された上限電圧Ｖ_Ｈを維持するように正側（Ａ→Ｂの方向）に電流を流す。正側への充電の進行に伴い充電電流は徐々に小さくなるが、コントローラ１の電流判定部１－５は、充電電流が定格電流以下になったか否かを判定する（ステップＳ３０）。上記ステップＳ３０において充電電流が定格電流より大きいと判定された場合には、上記バランス制御を継続し、充電電流が定格電流以下になった場合には、充電指令部１－２により充放電電源２は充電を停止する（ステップＳ３１）。

【0036】

次いで、コントローラ１は、放電指令部１－３により充放電電源２に対して負（Ｂ→Ａの方向）の定電流出力を指示し、直列接続されたリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを放電する（ステップＳ４０）。放電期間中、コントローラ１は、電圧計測器４によりリチウムイオン電池３－１～３－Ｎの各端子間電圧Ｖｔを計測し、充放電電源２により直列接続の放電電流を計測する（ステップＳ４１）。コントローラ１は、電圧判定部１－４により電圧計測器４で計測された端子間電圧Ｖｔが終止電圧となるまで上記放電を継続し（ステップＳ４２）、計測された端子間電圧Ｖｔが終止電圧に達した時点で、放電指令部１－３により放電を停止する（ステップＳ４３）。コントローラ１は、Ｎ個のセルのうち、１つでも端子間電圧Ｖｔが終止電圧に達したら放電を停止する。

【0037】

上記充放電を複数の定電流、定電圧について実施し、リチウムイオン電池３－１～３－Ｎの特性を同時に計測する。

【0038】

次に、リチウムイオン電池の充放電容量計測を行う場合の本発明の実施形態（第２実施形態）を、図５に対応させた図１２に示して説明する。

【0039】

本第２実施形態では、バランス回路５によるバランス制御時の、リチウムイオン電池３－１～３－Ｎの各バランス電流を計測するための電流センサ６－１～６－Ｎが、各セルの負極に接続されている。なお、電流センサ６－１～６－Ｎは、各セルの正極に接続されていても良い
このような構成において、ＣＣ（定電流）－ＣＶ（定電圧）充電／ＣＣ－ＣＶ
放電を例として、基本動作を図１３のフローチャートを参照して説明する。下記の特性計測を行い、計測電流値と時間からセル容量を計算し、規定容量に満たないセルがあれば、当該セルを不良品と判定して排除し、代わりに上述したダミーセル４０を収納してから、残りのセルで特性計測の判定を継続する。

【0040】

先ず、Ｎ個のリチウムイオン電池を図６で説明したようなセル接続手段に収容して、リチウムイオン電池の直列接続を形成する。コントローラ１は、充電指令部１－２から充放電電源２に対して正の定電流出力を指示し、充放電電源２は直列接続された全てのリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを同時に充電する（ステップＳ１０）。充電期間中、コントローラ１は、電圧計測器４によりリチウムイオン電池３－１～３－Ｎの各端子間電圧Ｖｔを計測すると共に、充放電電源２により直列接続を流れる充電電流を計測する（ステップＳ１１）。また、充放電電源２は直列接続されたリチウムイオン電池３－１～３－Ｎの総電圧を検出し（ステップＳ１２）、総電圧監視部１－６により総電圧が定格電圧以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。

【0041】

上記ステップＳ１３において総電圧が定格電圧よりも小さいと判定された場合には、上記定電流充電を継続し、総電圧が定格電圧以上になった場合には、切り替え部１－７により定電流充電を定電圧充電に切り替える（ステップＳ１４）。同時に、コントローラ１はバランス指令部１－８からバランス指令ＢＣを出力し、バランス回路５（バランス回路要素５－１～５－Ｎ）にリチウムイオン電池３－１～３－Ｎをバランス制御するように指示する（ステップＳ２０）。

【0042】

バランス回路５は、バランス回路要素５－１～５－Ｎにより各セルの端子間電圧Ｖｔが、それぞれ指定された上限電圧Ｖ_Ｈを維持するように正側（Ａ→Ｂの方向）に電流を流す。この時、後の容量計算のために、電流センサ６－１～６－Ｎにより各セルのバランス電流を計測する（ステップＳ２０Ａ）。正側への充電の進行に伴い充電電流は徐々に小さくなるが、コントローラ１の充電判定部１－５は、充電電流が定格電流以下になったか否かを判定する（ステップＳ３０）。上記ステップＳ３０において充電電流が定格電流より大きいと判定された場合には、上記バランス制御を継続し、充電電流が定格電流以下になった場合には、充電指令部１－２により充放電電源２は充電を停止すると共に（ステップＳ３１）、放電時間の計測を開始する（ステップＳ３２）。

【0043】

次いで、コントローラ１は、放電指令部１－３により充放電電源２に対して負（Ｂ→Ａの方向）の定電流出力を指示し、直列接続されたリチウムイオン電池３－１～３－Ｎを放電する（ステップＳ４０）。放電期間中、コントローラ１は、電圧計測器４によりリチウムイオン電池３－１～３－Ｎの各端子間電圧Ｖｔを計測し、充放電電源２により直列接続の放電電流を計測する（ステップＳ４１）。コントローラ１は、電圧判定部１－４により電圧計測器４で計測された端子間電圧Ｖｔが終止電圧となるまで上記放電を継続し（ステップＳ４２）、計測された端部電圧Ｖｔが終止電圧に達した時点で、放電指令部１－３により放電を停止する（ステップＳ４３）。コントローラ１は、Ｎ個のセルのうち、１つでも端子間電圧Ｖｔが終止電圧に達したら放電を停止する。

【0044】

そして、計測している放電時間が規定時間以上となったときに終了となるが（ステップＳ４３）、規定時間より前に終止電圧になるセルは放電容量不足なので、不良セルとして排除し、ダミーセル４０と交換する（ステップＳ４４）。

【0045】

上記充放電を複数の定電流、定電圧について実施し、リチウムイオン電池３－１～３－Ｎの特性を計測する。

【0046】

本発明では、Ｎ個（複数）のリチウムイオン電池に対して、１個の充放電電源があれば良いので、大幅なコストダウンが可能となる。本発明は従来方式より、バランス回路や電流センサ（充放電容量計測のみに必要）が増えるが、これらは充放電電源より遥かに安価であるため、トータルコストの低さは変わらない。また、Ｎ個のリチウムイオン電池を直列接続することにより、セルの総電圧は１セルのＮ倍となる。これにより、放電時におけるセルの最小電圧が低いことに起因する充放電電源の課題を解決できる。つまり、放電可能な最小電圧が低い高価な電源を必要とせず、低電圧放電時の電流精度や回生効率などを心配する必要がなくなる。

【符号の説明】

【0047】

１、１Ａ コントローラ
１－１ ＣＰＵ
１－２ 充電指令部
１－３ 放電指令部
１－４ 電圧判定部
１－５ 電流判定部
１－６ 総電圧監視部
１－７ 切り替え部
１－８ バランス指令部
２ 充放電電源
３、３－１～３－Ｎ リチウムイオン電池（セル）
４ 電圧計測器
５ バランス回路
５－１～５－Ｎ バランス回路要素
６－１～６－Ｎ 電流センサ
１０ 電池本体
１１ 正極端子
１２ 負極端子
２０ 固定部材
２１ 蓋部
２２，２３ ガイド
３０ 収容体
３１～３４ 収納孔
４０ ダミーセル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】