| 【発明の名称】 |
二次電池の充電特性測定方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】嶺 貴宏
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| 【要約】 |
【課題】多数の二次電池の充電特性を順次測定して、測定時に特性に異常のあるものを摘出し、また異常のないものについては測定結果を演算して、その平均値を出力することができる二次電池の充電特性測定装置を提供する。
【解決手段】複数の二次電池１ａ〜１ｄを充電する手段と、二次電池の電流と電圧を検出する手段７ａ、８ａと、二次電池の充電特性の基準データをストアする手段（メモリ１１ｂ）と、二次電池の電流と電圧を検出する手段から得られた測定データと前記基準データを比較する手段（ＣＰＵ１１ａ）とを具備した二次電池の充電特性測定装置において、基準データの演算に際して、標準偏差の推定量から上限値と下限値を求め合否の判定をより的確にした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の二次電池を充電する手段と、前記二次電池の個々の電圧または電流を検出する手段と、前記二次電池の充電特性の基準データをストアする手段と、前記二次電池の個々の電圧または電流を検出する手段から得られた測定データと前記基準データを比較する手段とを具備した二次電池の充電特性測定装置において、前記電圧または電流を検出する手段から得られた所定のサンプル数の測定データから平均値を算出する手段と、前記測定データと前記平均値から標準偏差の推定量を算出する手段と、前記標準偏差の推定量から基準データの上限値と下限値を算出する手段とを具備したことを特徴とする二次電池の充電特性測定装置。
【請求項２】 前記比較する手段の比較結果に基づいて、前記測定データに異常のある二次電池を前記充電手段から切り離す手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電特性測定装置。
【請求項３】 測定データに異常のない二次電池の電圧変化または電流変化のデータを取得する手段と、前記データ取得手段から得たデータをストアする手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電特性測定装置。
【請求項４】 前記複数の二次電池の個々の電流と電圧のデータの内少なくとも一方のデータを入力するマルチプレクサと、前記マルチプレクサの出力を前記二次電池毎に分別する手段と、前記分別手段によって分別したマルチプレクサの出力をストアする手段と、前記マルチプレクサの出力を一定の周期で前記二次電池毎に切り替える手段を具備したことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか１項に記載の二次電池の充電特性測定装置。
【請求項５】 複数の二次電池を充電するステップと、前記二次電池の個々の電圧または電流を検出するステップと、前記二次電池の充電特性の基準データをストアするステップと、前記二次電池の個々の電圧または電流を検出するステップで得られた測定データと前記基準データを比較するステップを含む二次電池の充電特性測定方法において、前記電圧または電流を検出するステップで得られた所定のサンプル数の測定データから平均値を算出するステップと、前記測定データと前記平均値から標準偏差の推定量を算出するステップと、前記標準偏差の推定量から基準データの上限値と下限値を算出するステップとを具備したことを特徴とする二次電池の充電特性測定方法。
【請求項６】 前記比較するステップの比較結果に基づいて、前記測定データに異常のある二次電池を充電手段から切り離すステップを含む請求項５に記載の二次電池の充電特性測定方法。
【請求項７】 前記測定データに異常のない二次電池の電圧変化または電流変化のデータを取得するステップと、前記データ取得するステップで得たデータをストアするステップとを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の二次電池の充電特性測定方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、量産した二次電池の充電特性測定方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、量産した二次電池の平均充電特性を得るために、個々の二次電池の充電特性をプリントアウトしたシートを複数枚蓄積し、このシート上の特性曲線を平均化していた。二次電池の充電特性は図７に示すように、充電を開始してから終了するまでの二次電池の端子電圧Ｖｔと充電電流ｉｔの変化曲線であり、充電電流ｉｔの積分値が二次電池の容量である。
【０００３】しかし、この方法では人手による計算を伴うため、信頼性が悪い。計算の工数が非常にかかるので、実際の生産ラインにおける全てのチャンネルをカバーできない。また、情報を直接コンピュータで扱えないといった問題があった。また、充電試験において、不良品の摘出をすべく監視を行なう際は、監視用のパラメーター（合否の上限、下限）を充電装置に設定していた。しかし、その場合には、パラメーターの設定方法が複雑であり、妥当なパラメーターを決めるのに時間がかかる欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明が解決しようとする課題は、量産した多数の二次電池の充電特性を順次測定して、測定時に特性に異常のあるものを摘出し、また異常のないものについては測定結果を基準データとして演算して、演算に際して標準偏差の推定量から上限値と下限値を算出することができる二次電池の充電特性測定方法及び装置において、電池特性の合否を決定する特性の上限値と下限値を求め合否の判定をより的確にした二次電池の充電特性測定方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載の二次電池の充電特性測定装置は、複数の二次電池を充電する手段（充電用電源）と、前記二次電池の個々の電流と電圧を検出する手段（電流検出器、電圧検出器）と、前記二次電池の充電特性の基準データをストアする手段（マイクロプロセッサ）と、前記二次電池の個々の電流と電圧を検出する手段から得られた測定データと前記基準データを比較する手段（マイクロプロセッサ）とを具備した二次電池の充電特性測定装置において、前記電圧又は電流を検出する手段から得られた所定のサンプル数の測定データから平均値を算出する手段と、前記測定データと前記平均値から算出された標準偏差の推定量から基準データの上限値と下限値を算出する手段とを具備した構成とした。
【０００６】本発明の請求項２に記載の二次電池の充電特性測定装置は、前記比較する手段の比較結果に基づいて、前記測定データに異常のある二次電池を前記充電手段から切り離す手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電特性測定装置の構成とした。
【０００７】本発明の請求項３に記載の二次電池の充電特性測定装置は、測定データに異常のない二次電池の電圧変化または電流変化のデータを取得する手段と、前記データ取得手段から得たデータをストアする手段とを含むことを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電特性測定装置の構成とした。
【０００８】本発明の請求項４に記載の二次電池の充電特性測定装置は、前記複数の二次電池の個々の電流と電圧のデータの内少なくとも一方のデータを入力するマルチプレクサと、前記マルチプレクサの出力を前記二次電池毎に分別する手段と、前記分別手段によって分別したマルチプレクサの出力をストアする手段と、前記マルチプレクサの出力を一定の周期で前記二次電池毎に切り替える手段を具備したことを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３に記載の二次電池の充電特性測定装置の構成とした。
【０００９】本発明の請求項５に記載の二次電池の充電特性測定方法は、複数の二次電池を充電するステップと、前記二次電池の個々の電圧または電流を検出するステップと、前記二次電池の充電特性の基準データをストアするステップと、前記二次電池の個々の電圧または電流を検出するステップで得られた測定データと前記基準データを比較するステップを含む二次電池の充電特性測定方法において、前記電圧または電流を検出するステップで得られた所定のサンプル数の測定データから平均値を算出するステップと、前記測定データと前記平均値から標準偏差の推定量を算出するステップと、前記標準偏差の推定量から基準データの上限値と下限値を算出するステップとを具備したことを特徴とする二次電池の充電特性測定方法とした。
【００１０】本発明の請求項６に記載の二次電池の充電特性測定方法は、前記比較するステップの比較結果に基づいて、測定データに異常のある二次電池を充電手段から切り離すステップを含む請求項５に記載の二次電池の充電特性測定方法とした。
【００１１】本発明の請求項７に記載の二次電池の充電特性測定方法は、前記測定データに異常のない二次電池の電圧変化または電流変化のデータを取得するステップと、前記データ取得するステップで得たデータをストアするステップとを含むことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の二次電池の充電特性測定方法とした。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の二次電池の充電特性測定装置のシステムブロック図であり、まず被試験品の二次電池１ａ〜１ｄは保持機構２に保持されて、プローブ３ａ，３ｂから電源が供給されるごとくなされている。充電のための電源は充電用電源４であり、電流制御回路５ａ，５ｂを介して保持機構２のプローブ３ａ，３ｂに接続されている。
【００１３】そして電流制御回路５ａとプローブ３ａ間の電路６ａには電流検出器７ａと電圧検出器８ａが接続されており、二次電池１ａに流れる充電電流と充電につれて上昇する二次電池１ａの充電電圧を検出するごとくなされている。これと隣接して保持機構２に保持されている二次電池１ｂも電路６ｂに電流検出器７ｂと電圧検出器８ｂが接続されており、二次電池１ｂに流れる充電電流と充電につれて上昇する二次電池１ｂの充電電圧を検出するごとくなされている。
【００１４】ここでは図示していないが、被試験品の二次電池は２５６個あり、それらを保持機構２に保持し、二次電池それぞれに設けた電流制御回路を介して充電用電源４から充電電力を供給し、各電路にはそれぞれ電流検出器と電圧検出器が接続されている。そして電流検出器７ａ，７ｂ、電圧検出器８ａ，８ｂの出力端子はマルチプレクサ９に接続され、その出力はＡ／Ｄ変換器１０に入力される。
【００１５】マルチプレクサ９は出力端子の数を減らして、装置の制御を容易にする回路であり、ここでは２５６個の二次電池のデータを分別し、その内の一つを選択することができるようになされている。データの選択は測定プログラムに沿って、マイクロプロセッサ１１の制御線９ａから選択コマンドが発せられる。そして、選択されたデータは、Ａ／Ｄ変換器１０でデジタル化され、ＣＰＵ１１ａ、メモリ１１ｂを内装したマイクロプロセッサ１１に伝送され、データを蓄積しうるようになされている。
【００１６】マイクロプロセッサ１１は電流制御回路５ａ，５ｂに接続されており、測定中の二次電池の充電特性に異常が検知されると、電流制御回路５ａ，５ｂを遮断し、その二次電池の充電を中止する。さらにマイクロプロセッサ１１はインターフェース（Ｉ／Ｆ）１２を介してホストコンピュータ１３に接続されている。ここでは接続手段をＬＡＮケーブル１４とし、ネットワークコントローラ１５を介してホストコンピュータ１３に接続する。
【００１７】そしてホストコンピュータ１３にはマイクロプロセッサ１３ａ、測定データを表示するためのディスプレイ１３ｂを備え、マイクロプロセッサ１３ａに二次電池の充電特性測定装置１６を制御するためのコマンドを含む操作プログラムが搭載され、充電開始、電圧読み出し、電流読みだし、等のコマンドを二次電池の充電特性測定装置１６に送り操作する。
【００１８】また、ホストコンピュータ１３は二次電池の充電特性測定装置以外の情報処理機器（例えば搬送システムのホストコンピュータ等）と通信することにより、生産システムと同期した動作を行なわせることができる。ディスプレイ１３ｂには読み出しした充電電圧値、電流値を表示させ、また異常のため測定中止となった二次電池のアドレスを表示する。
【００１９】ここで二次電池１ａ，１ｂは図２に示すように２５６個の升目に仕切られたトレイ１７に端子電極が外に臨むように収納されている。そしてトレイ１７を保持する保持機構２は、図３に示すように２枚の基板２ａ，２ｂを対向させ、この基板２ａ，２ｂの対向面には二次電池の端子電極と接触するプローブ３ａ，３ｂ等を備え、基板２ａ，２ｂの両側はガイドバー２ｃ，２ｄで支えてあり、基板２ａを押圧するエアーシリンダ２ｅ，２ｆにより基板２ａを押圧するごとくなされている。
【００２０】そして基板２ａ，２ｂの間に二次電池１ａ，１ｂを収納したトレイ１７を置き、エアーシリンダ２ｅ，２ｆを操作して、基板２ａ，２ｂを挟みつけると、各プローブ３ａ，３ｂ等に二次電池１ａ，１ｂの端子電極が接触する。プローブ３ａ，３ｂ等にはジャンパー線１８が接続してあり、伝送路等に接続できるようになっている。ジャンパー線１８に代えて基板２ａ，２ｂにプリントパターンで取り出しても良い。
【００２１】次に、この二次電池の充電特性測定装置１６の動作を図１〜図４を参照しつつ説明する。二次電池の充電特性測定装置１６の保持機構２に保持された二次電池１ａ，１ｂ等は、充電が開始されると図４に示すフローチャートのように動作する。まず、充電開始時点Ｔ＝０からスタートし、予定された充電時間約７時間を経過しているか否かの判断ステップＳ１を経て、前の測定の結果から得た判定基準値を取り込み（ステップＳ２）。次に充電電圧、充電電流のいずれかのサンプル値を読み込み（サンプル取り込みステップＳ３）、そして、充電特性として正常かを判断する（合否判定ステップＳ４）。即ち、電流検出器７ａ、電圧検出器８ｂで読み込まれたデータをマルチプレクサ９、Ａ／Ｄ変換器１０を介してマイクロプロセッサ１１に送る。そしてマイクロプロセッサ１１のメモリ１１ｂには予め基準となる充電特性のデータがストアされており、この基準データと送られた測定データをＣＰＵ１１ａの働きによって比較する。
【００２２】その許容範囲は例えば統計的演算によって得たものであり、この許容範囲から外れる場合は、測定値ＮＧ（ステップＳ７）として処理フローのループから抜ける（終了ステップＳ８）。そして、正常ならば測定された充電電圧と充電電流を時間Ｔｉを要素とするメモリ１１ｂの配列に格納し（サンプルデータの記録Ｓ５）、充電時間Ｔをカウントアップ（ステップＳ６）する。この動作を二次電池のタイプ毎に定められた充電時間Ｔ（例えば７時間）を越えるまで行なう。
【００２３】そして次に、充電時間Ｔに達すると、充電電圧と充電電流のサンプル値を更新（ステップＳ９）する。次いでサンプル値の平均値の演算を行う（ステップＳ１０）。平均値の演算は数式１に示すごとくである。
【００２４】
【数１】
【００２５】サンプル数ｎは任意に決められるが、例えば３〜５位とする。即ちトレイ１７を５回取り替えて、測定すれば５個のサンプルが得られる。Ｘｉは各サンプルのデータ値である。そして、次にこれらのサンプルデータＸｉとサンプル平均値から標準偏差の推定量を算出する。その演算式は例えば、数式２で示すごとくである。
【００２６】
【数２】
【００２７】この推定量が算出されると、合否判定基準としての信頼区間の演算が可能となる。この信頼区間は、例えば９０％の確率で設定する場合は、サンプル数に応じた対応表（図８）からｔ分布が求められ、数式３に示す演算式で下限値が求められ、また数式４に示す演算式から上限値が求められる。
【００２８】
【数３】
【００２９】
【数４】
【００３０】そして図５、図６に示すような充電特性の信頼区間から成る基準値と実際値のグラフを作成し、必要に応じてディスプレイ１３ｂに表示する。図５において、電圧カーブの信頼区間の上限は１８ａ、下限は１８ｂ、実測した電圧カーブは１８ｃで示されている。また、電流カーブの信頼区間の上限は１９ａ、下限は１９ｂ、実測した電流カーブは１９ｃで示されている。測定中に異常の検出された二次電池は、測定対象から除外されているが、ここで示されている正常な二次電池の充電特性は、基準値の上下区間以内に入っている。
【００３１】
【発明の効果】本発明の二次電池の充電特性測定装置によれば、異常のある二次電池を確実に摘出できると共に異常のない電池を不良と判断する確率の少ない二次電池の充電特性の測定方法及び装置が提供できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２１８５
【氏名又は名称】ソニー株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月３０日 |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開平１１−２３６７６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月２９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１７４７７６ |
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