JP2017166877A - 電池の短絡検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の短絡検査の費用を低減できる二次電池の短絡検査方法を提供する。【解決手段】二次電池の短絡の有無を検査する短絡検査方法は、予め定めた充電状態に充電した複数の二次電池BT1,BT2,…,BTnを、互いに並列に接続する接続ステップS1と、この接続ステップの後、予め定めた緩和待機時間TKの経過を待つ待機ステップS3と、この待機ステップの後、各々の二次電池を流れる電池電流I1,I2,…,Inを計測する電流計測ステップS5と、電流計測ステップで測定された上記二次電池の電池電流から、各々の二次電池の短絡の有無を判定する判定ステップS8と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電池の短絡の有無を検査する短絡検査方法に関する。

二次電池の微小短絡の有無（異常）を検査する方法として、例えば特許文献１に記載の手法が知られている。この特許文献には、検査対象の二次電池の周囲環境温度を調節する温度調節手段と、二次電池に定電圧充電を施す充電手段と、二次電池の充放電電流を検出する電流検出手段と、二次電池を所定の充電状態とし、定電圧充電状態を保持したまま、周囲温度を低下させ、周囲温度を低下させた後の電流収束値から二次電池の内部短絡の有無を判定する判定手段とを有している。

特開２００８−２４３４４０号公報

しかしながら、この特許文献１の手法では、個々の二次電池（以下単に、電池ともいう）の短絡検査を行っている間、二次電池を定電圧状態とする充電手段、即ち、ＣＶ充放電装置が検査対象の二次電池の専用となる。このため、多数の二次電池の短絡を検査するに当たっては、多数のＣＶ充放電装置を予め用意する必要が生じ、検査のコストアップとなっていた。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、二次電池の短絡検査の費用を低減できる二次電池の短絡検査方法を提供するものである。

上記課題を解決するための本発明の一態様は、二次電池の短絡の有無を検査する短絡検査方法であって、予め定めた充電状態に充電した複数の二次電池を、互いに並列に接続する接続ステップと、上記接続ステップの後、予め定めた緩和待機時間の経過を待つ待機ステップと、上記待機ステップの後、各々の上記二次電池を流れる電池電流を計測する電流計測ステップと、上記電流計測ステップで測定された上記二次電池の上記電池電流から、各々の上記二次電池の短絡の有無を判定する判定ステップと、を備える二次電池の短絡検査方法である。

この二次電池の短絡検査方法では、各々の二次電池が、他の二次電池に対する電源として機能するので、別途、ＣＶ充放電装置などの電源装置を用意する必要が無く、検査費用を低減できる。
しかも、緩和待機時間の経過後に各二次電池を流れる電池電流を測定して、その測定結果（電池電流の大きさ）から、各二次電池の短絡の有無を判定するので、複数の二次電池についての短絡の有無を一挙に判定することができる。この点からも、検査費用を低減できる。

予め定めた充電状態（ＳＯＣ）とした、短絡を生じていない複数の二次電池を互いに並列に接続した場合、各二次電池の端子間電圧は強制的に等しくされる。しかし、同じＳＯＣとした二次電池同士であっても、厳密には、各二次電池の内部状態（電極の分極状態など）やＯＣＶは異なっており、これらの二次電池を並列に接続したことで、一部の二次電池にとっては、強制的に過電圧に維持され、他の一部の二次電池にとっては強制的に過小電圧に維持されることとなる。このため、並列接続された各二次電池は、自身の電圧が、印加されている端子間電圧に一致するように自身の内部状態を変化させるべく、二次電池同士の相互間に充放電する電池電流が流れる。但し、この各二次電池間を流れる電池電流は、いずれも時間と共に低下し、各二次電池の絶縁抵抗や自己放電などの大きさの相互関係で定まる、ごく小さな電流に収束する。
一方、いずれかの二次電池に微小短絡が生じていた場合には、この短絡を生じている電池には、大きな短絡電流が流れるため、他の二次電池から充電電流が恒常的に流れ込み、時間が経過しても、この短絡を生じている電池への充電電流の大きさは十分低下せず、高い値が維持される。

そこで、短絡判別しきい値として、短絡していない電池に流れる充電電流あるいは放電電流と、短絡している電池に流れる充電電流の大きさとを識別できるしきい値を設定する。
緩和待機時間としては、各二次電池に短絡が無かった場合に、各二次電池を流れる電池電流が、短絡判別しきい値以下の大きさに収束すると見込まれる時間よりも長い時間を定める。
これにより、並列接続をした後、この緩和待機時間以降に、各二次電池の電池電流を測定することで、短絡判別しきい値により、各二次電池について、短絡の有無を判定することができる。

なお、電流計測ステップにおける電池電流の計測手法としては、適宜の手法を選択できるが、例えば、接続ステップにおいて、各二次電池と直列にシャント抵抗をそれぞれ配置してこれらを並列に接続しておき、電流計測ステップにおいて、各々のシャント抵抗の両端に生じる電圧を、電圧計で順次測定する手法が挙げられる。また、接続ステップにおいて、各二次電池と直列に電流計を配置しておき、電流計測ステップにおいて、電流計の値を取得する手法も挙げられる。また、電流計測ステップにおいて、電池電流を測定する二次電池に接続する回路を開いて、シャント抵抗あるいは電流計を挿入して、当該二次電池を流れる電流を測定する手法も挙げられる。

上述の二次電池の短絡検査方法であって、前記接続ステップは、前記二次電池とシャント抵抗とを直列に接続した複数の直列回路を、互いに並列に接続する二次電池の短絡検査方法とするのが好ましい。

この二次電池の短絡検査方法では、予めシャント抵抗を、それぞれの電池と直列に設けているので、各電池を流れる電流に対応する電圧を、このシャント抵抗を用いて容易に測定できる。

あるいは、複数の二次電池の短絡の有無を検査する短絡検査装置であって、上記複数の二次電池を互いに並列に接続する接続回路部と、上記複数の二次電池を流れる電流をそれぞれ検知する電流検知部と、を備える二次電池の短絡検査装置とするのが好ましい。

この短絡検査装置によれば、予め定めた充電状態に充電した複数の二次電池を接続すれば、各電池は互いに並列に接続される。そこで、予め定めた緩和待機時間の経過を待ってから、電流検知部で複数の二次電池を流れる電流をそれぞれ検知することで、各電池について短絡の有無を容易に検査することができる。

さらに、上述の二次電池の短絡検査装置であって、前記接続回路部は、前記複数の二次電池とそれぞれ直列に接続する複数のシャント抵抗を有し、前記電流検知部は、上記シャント抵抗に生じた電圧を測定する電圧測定部を有する二次電池の短絡検査装置とするのが好ましい。

この装置では、接続回路部にシャント抵抗を有し、電流検知部にシャント抵抗に生じた電圧を測定する電圧測定部を有するので、複数の電池について電流に対応する電圧を容易に測定でき、各電池について短絡の有無を容易に検査することができる。

実施形態に係る二次電池の短絡検査装置の回路図である。 実施形態に係る二次電池の短絡検査方法の手順を示すフローチャートである。を示す部分拡大平面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。図１に、本実施形態に係る二次電池の短絡検査装置１の回路図を示す。また、図２に、二次電池の短絡検査方法の手順を示す。本実施形態では、検査対象として、ｎヶ（ｎは３以上の自然数。本実施形態では、ｎ＝１０）の二次電池ＢＴ１〜ＢＴｎを１つの電池群ＢＴＧとして、各電池ＢＴ１等の短絡検査を行う。

短絡検査装置１は、ｎヶの電池ＢＴ１〜ＢＴｎを受け入れて、各電池ＢＴ１等を互いに並列に接続する接続回路部２と、後述するシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎ（本実施形態では、抵抗値３００ｍΩ）に生じた電圧を測定する電圧測定部３とからなる。なお、電圧測定部３は、電池ＢＴ１等に流れる電池電流Ｉ１〜Ｉｎを検知する電流検知部となっている。

接続回路部２は、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎを接続する正極接続端子ＴＰ１〜ＴＰｎ及び負極接続端子ＴＮ１〜ＴＮｎを有している。このうち、負極接続端子ＴＮ１〜ＴＮｎは、互いに導通している。また、正極接続端子ＴＰ１〜ＴＰｎには、それぞれシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎが接続されており、このシャント抵抗Ｒ１等を介して互いに導通している。このため、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎを、接続回路部２のうち正極接続端子ＴＰ１〜ＴＰｎ及び負極接続端子ＴＮ１〜ＴＮｎに接続すると、電池ＢＴ１〜ＢＴｎとシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎとは、それぞれ直列回路ＳＣ１〜ＳＣｎをなし、この直列回路ＳＣ１〜ＳＣｎが互いに並列に接続される。

電圧測定部３は、各々のシャント抵抗Ｒ１等の両端を電圧計ＶＭに接続する回路が並列に設けられたものであり、切換スイッチＳＷ１〜ＳＷｎの切換によって、シャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎの両端に生じた電圧Ｅ１〜Ｅｎを切り換えて、電圧計ＶＭで測定する回路である。具体的には、コンピュータＭＣの指示により、スイッチＳＷ１をオン、他のスイッチＳＷ２〜ＳＷｎをオフとする。そして、シャント抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧Ｅ１を、電圧計ＶＭで測定し、この値をコンピュータにＭＣに入力し記憶する。同様に、コンピュータＭＣは、測定したい電池（シャント抵抗）に接続しているスイッチをオンとし、他のスイッチをオフとして、電圧計ＶＭで電池の電圧を測定し、記憶する。

次いで、この短絡検査装置１を用いた、電池群ＢＴＧのｎヶの電池ＢＴ１〜ＢＴｎの短絡の有無を検査する短絡検査方法について説明する。
まず、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎを充放電して、それぞれ、予め定めたＳＯＣ(State of charge)、例えば、ＳＯＣ１００％（ＯＣＶ＝４．１Ｖ）とした上で、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎを短絡検査装置１にセットする。具体的には、各電池ＢＴ１等の正極側を正極接続端子ＴＰ１〜ＴＰｎに、負極側を負極接続端子ＴＮ１〜ＴＮｎに接続する(接続ステップＳ１）。

次いで、ステップＳ２においてタイマＴ１をセットし、続くステップＳ３において、タイマの時間Ｔ１が、緩和待機時間ＴＫ以上経過したか否かを判断する。ここでＮｏ、即ち、未だ緩和待機時間ＴＫに満たない場合（Ｔ１＜ＴＫ）には、ステップＳ３に戻る。一方Ｙｅｓ、即ち、緩和待機時間ＴＫを経過した場合（Ｔ１≧ＴＫ）には、ステップＳ４に進む。なお、緩和待機時間ＴＫとしては、電池の容量、用途、材質等によって異なるが、例えば、ＴＫ＝４８時間を例示することができる。

続くステップＳ４では変数ｍをｍ＝１とし、続くステップＳ５で、電池ＢＴ１の電池電流Ｉ１を測定する。具体的には、コンピュータＭＣの指示により、スイッチＳＷ１をオン、他のスイッチＳＷ２〜ＳＷｎをオフとして、電池電流Ｉ１に応じてシャント抵抗Ｒ１の両端に生じた電圧Ｅ１を、電圧計ＶＭで測定し、コンピュータＭＣに記憶する。
その後、ステップＳ６で、変数ｍをインクリメント（ｍ＝ｍ＋１）して、ステップＳ７において、変数ｍがｎ以上となったか否かを判断し、Ｎｏ（ｍ＜ｎ）の場合には、ステップＳ５に戻って、シャント抵抗に生じた電圧を測定する。

Ｙｅｓ（ｍ≧ｎ）の場合には、すべての電池ＢＴ１〜ＢＴｎの電圧Ｅ１〜Ｅｎを測定し終えたので、ステップＳ８に進み、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎの短絡有無の判定を行う。具体的には、測定した電圧Ｅ１〜Ｅｎをそれぞれ短絡判別しきい値ＴＨと比較する。ここで、電圧Ｅが短絡判別しきい値ＴＨ以上（Ｅ≧ＴＨ）の電池については、短絡が生じていると判断する。逆に、電圧Ｅが短絡判別しきい値ＴＨより小さい（Ｅ＜ＴＨ）の電池については、短絡が生じていないと判断する。かくして、電池群ＢＴＧに属するｎヶの電池ＢＴ１〜ＢＴｎについて、短絡の有無を判定できる。なお、短絡判別しきい値ＴＨとしては、シャント抵抗の大きさのほか、電池の容量、用途、材質等によって異なるが、例えば、ＴＨ＝２μＶを例示することができる。

なお、短絡判別しきい値ＴＨには、以下の値を選択する。まず、いずれも短絡していないｎヶの電池ＢＴ１〜ＢＴｎを、これらを所定のＳＯＣ（ＳＯＣ１００％）に調整した上で、短絡検査装置１にセットする。この場合には、電池ＢＴ１〜ＢＴｎには充電電流あるいは放電電流が流れるが、いずれも時間と共に減少し、各電池の絶縁抵抗や自己放電電流などで定まるごく小さな電流値に収束する。従って、シャント抵抗Ｒ１等で発生する電圧Ｅ１〜Ｅｎも小さな電圧値に収束する。
一方、いずれか１つの電池（例えば電池ＢＴ１のみ）を微小短絡している電池とした、ｎヶの電池ＢＴ１〜ＢＴｎを、同じく、所定のＳＯＣ（ＳＯＣ１００％）に調整した上で、同様に短絡検査装置１にセットする。この場合にも電池ＢＴ１〜ＢＴｎには充電電流あるいは放電電流が流れ、いずれも時間と共に減少するが、微小短絡している電池ＢＴ１については、流れる電流Ｉ１は充電電流となり、しかも、他の電池ＢＴ２〜ＢＴｎの電流Ｉ２〜Ｉｎに比して、大きな電流値を維持する。電池ＢＴ１内を流れる微小短絡によって流れる放電電流に見合う充電電流が、電池ＢＴ１に流れ込むからである。従って、シャント抵抗Ｒ１等で発生する電圧Ｅ１も、他の電池ＢＴ２〜ＢＴｎの電圧Ｅ２〜Ｅｎに比して、大きな値を維持する。
そこで、短絡判別しきい値ＴＨとして、短絡していない電池に流れる充電電流あるいは放電電流と、短絡している電池に流れる充電電流の大きさとを識別できるしきい値を設定する。なお、本実施形態ではシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎで電流を電圧変換しているので、短絡判別しきい値ＴＨは、電圧Ｅ１〜Ｅｎのしきい値となっている。

また、緩和待機時間ＴＫには、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎに短絡が無かった場合に、各電池ＢＴ１〜ＢＴｎを流れる電池電流Ｉ１〜Ｉｎに対応する電圧Ｅ１〜Ｅｎが、短絡判別しきい値ＴＨ以下の大きさに収束すると見込まれる時間よりも長い時間を定めてある。

（実施例）
以下に、１０ヶの短絡を生じていない電池ＢＴ１〜ＢＴ１０を用意して、本実施形態の短絡検査装置１を用い、上述の手順で、各電池ＢＴ１等の短絡の有無を検査した実施例を示す。なお、電池ＢＴ１については、微小短絡を生じた電池を模擬するべく、電池ＢＴ１に並列に２００ｋΩの短絡模擬抵抗（図示しない）を接続し、他の電池ＢＴ２等と共に、短絡検査装置１にセットした。具体的には、各電池ＢＴ１〜ＢＴ１０を、ＳＯＣ＝３％（ＯＣＶ＝３．３Ｖ）に充電し、短絡検査装置１にセットした（接続ステップＳ１）。さらに緩和待機時間ＴＫ＝４８Ｈｒｓ経過後（待機ステップＳ３）、各スイッチＳＷ１等を切り換えて、電池電流Ｉ１〜Ｉ１０に対応する電圧Ｅ１〜Ｅ１０を計測し、コンピュータＭＣにその値を記憶した（計測ステップＳ５）。その後、記憶した電圧Ｅ１〜Ｅ１０と短絡判別しきい値ＴＨ（本実施例では、ＴＨ＝−２．０μＶ)とを比較し、短絡の有無を判定した（判定ステップＳ８）。その結果を表１に示す。なお、表１において、電圧Ｅ１〜Ｅ１０は、他の電池に向けて電流を放電している場合（放電電流）にプラス、他の電池から電流が流れ込み充電している場合（充電電流）にマイナスとする標記とした。また、判定においては、Ｅ＜−２．０μＶの場合を×（短絡）とし、Ｅ≧−２．０μＶの場合を○（短絡無し）と判定した。

表１に示すように、短絡模擬抵抗を接続した電池ＢＴ１は、他の電池ＢＴ２等から充電電流が流れ込んでいた。他の電池ＢＴ２等は、放電電流あるいは電流が流れない状態であった。またこれにより、電池ＢＴ１は×（短絡）と判定され、上述の判定が適切であることを示している。

以上のように、本実施形態の二次電池ＢＴ１〜ＢＴｎの短絡検査方法では、各々の二次電池ＢＴ１〜ＢＴｎが、他の二次電池に対する電源として機能するので、別途、ＣＶ充放電装置などの電源装置を用意する必要が無く、検査費用を低減できる。
しかも、ｎヶの二次電池ＢＴ１等についての短絡の有無を一挙に判定することができる。この点からも、検査費用を低減できる。
しかも本実施形態では、予めシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎを、それぞれの電池ＢＴ１〜ＢＴｎと直列に設けているので、各電池ＢＴ１等を流れる電流Ｉ１〜Ｉｎに対応する電圧Ｅ１〜Ｅｎを、このシャント抵抗Ｒ１等を用いて容易に測定できる。

また、本実施形態の短絡検査装置１によれば、予め定めた充電状態（本実施形態では（ＳＯＣ＝１００％）に充電したｎヶの二次電池ＢＴ１〜ＢＴｎを接続回路部２に接続すれば、各電池ＢＴ１等は互いに並列に接続される。そこで、予め定めた緩和待機時間ＴＫの経過を待ってから、電圧測定部（電流検知部）３でｎヶの二次電池ＢＴ１等を流れる電流Ｉ１〜Ｉｎをそれぞれ検知することで、各電池ＢＴ１等について短絡の有無を容易に検査することができる。
しかもこの装置１では、接続回路部２にシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎを有し、電圧測定部（電流検知部）３にシャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎに生じた電圧Ｅ１〜Ｅｎを測定する電圧測定部３を有するので、ｎヶの電池ＢＴ１〜ＢＴｎについて電流Ｉ１〜Ｉｎに対応する電圧Ｅ１等を容易に測定でき、各電池ＢＴ１等について短絡の有無を容易に検査することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることは言うまでもない。
上述した実施形態では、シャント抵抗Ｒ１〜Ｒｎを接続回路部２に予め設けた短絡検査装置１を用い、緩和待機時間ＴＫが経過するまでの期間も、この短絡検査装置１を用いた例を示した。
しかし、例えば、ステップＳ１〜Ｓ３については、シャント抵抗を配置しない短絡検査装置を用いて行い、電池ＢＴ１〜ＢＴｎ相互の充放電を生じさせる。その後、電流計測ステップの段階で、シャント抵抗を有する前述の短絡検査装置１に各電池ＢＴ１等を移し替えた上で、ステップＳ４以降を行うこともできる。

１ 短絡検査装置
２ 接続回路部（接続回路）
３ 電圧測定部（電流検知部）
ＢＴ１，ＢＴ２，…，ＢＴｎ 二次電池
ＴＰ１，ＴＰ２，…，ＴＰｎ 正極接続端子
ＴＮ１，ＴＮ２，…，ＴＮｎ 負極接続端子
Ｒ１，Ｒ２，…，Ｒｎ シャント抵抗
Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅｎ （シャント抵抗に生じた）電圧
ＳＷ１，ＳＷ２，…，ＳＷｎ 切換スイッチ
ＶＭ 電圧計
ＭＣ コンピュータ
Ｉ１，Ｉ２，…，Ｉｎ （二次電池を流れる）電池電流
ＳＣ１，ＳＣ２，…，ＳＣｎ （二次電池とシャント抵抗の）直列回路
ＴＫ 緩和待機時間
Ｓ１ 接続ステップ
Ｓ３ 待機ステップ
Ｓ５ 電流計測ステップ
Ｓ８ 判定ステップ
ＴＨ 短絡判別しきい値

Claims (1)

1. 二次電池の短絡の有無を検査する短絡検査方法であって、
   予め定めた充電状態に充電した複数の二次電池を、互いに並列に接続する接続ステップと、
   上記接続ステップの後、予め定めた緩和待機時間の経過を待つ待機ステップと、
   上記待機ステップの後、各々の上記二次電池を流れる電池電流を計測する電流計測ステップと、
   上記電流計測ステップで測定された上記二次電池の上記電池電流から、各々の上記二次電池の短絡の有無を判定する判定ステップと、を備える
   二次電池の短絡検査方法。

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