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1. WO2007105612 - APPAREIL DE CHARGE ET APPAREIL DE CHARGE/DECHARGE

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[ JA ]
明 細書

充電装置および充放電装置

技術分野

[0001] 本発明は、二次電池用の充電装置および充放電装置に関し、特に、互いに積層さ れた正極および負極が外装材で封止されたフィルム外装積層電池用の充電装置お よび充放電装置に関する。

背景技術

[0002] 二次電池は、充電することによって繰り返し使用できるため、様々な電気機器の電 源として用いられている。さらに近年では、大容量の二次電池も開発されており、ハイ ブリツド自動車や電気自動車の動力源としても二次電池が用いられて、る。それと同 時に、二次電池を充電するための充電装置、および充電装置に放電機能を付加し た充電装置についても、様々な改良がなされている。

[0003] 例えば、充電装置に求められる性能の 1つとして、充電時間の短縮が挙げられる。

充電時間の短縮は、電気自動車用の二次電池を充電する充電装置において特に重 要である。電気自動車が普及してくると、その二次電池への充電は、現在のガソリン スタンドでのガソリンの給油と同様の形態で行われることが考えられる。その場合、自 動車の使用者は、自動車を充電用のステーションまで移動させ、充電用のステーショ ンで二次電池への充電を行うことになる。

[0004] 特開平 5— 207668号公報には、ガソリンスタンドでのガソリンの給油に要する時間 と同程度の時間で二次電池への充電を完了させることを目的とした充電装置が開示 されている。この充電装置は、商用の交流電力を直流電力に変換する整流器と、バ ッファ用二次電池と、バッファ用二次電池に対する低電流充電およびバッファ用二次 電池からの放電を制御する充電器とを備えて!/、る。自動車の二次電池への充電を行 わなヽ場合は、整流器で変換された直流電力が充電器を介してバッファ用二次電池 へ入力され、バッファ用二次電池への低電流充電が行われる。自動車の二次電池へ 充電する場合は、バッファ用二次電池に充電された直流電力が充電器を介して自動 車の二次電池へ入力され、これによつて自動車の二次電池が大電流充電、すなわち 急速充電される。

[0005] 一方、充放電装置は、例えば、二次電池の開発段階、あるいは二次電池の製造ェ 程において、二次電池の充放電特性を試験するのに用いられる。例えば、特開平 9 159738号公報には、充電用電源と、電子負荷装置と、バッファ用二次電池と、を 備えた充放電装置が開示されている。この充放電装置は、試験用二次電池を充電 するときは、試験用二次電池に充電用電源およびバッファ用二次電池を直列に接続 し、試験用二次電池を放電するときは、試験用二次電池に電子負荷装置およびバッ ファ用二次電池を直列に接続するようになって!/、る。

[0006] 特開平 9 159738号公報に開示されている充放電装置によれば、試験用二次電 池の放電によって発生した電気エネルギーはバッファ用二次電池に蓄えられ、この バッファ用二次電池に蓄えられた電気工ネルギ一は試験用二次電池の充電に使用 することができる。その結果、電気エネルギーを有効に利用することができる。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、上述した従来の充電装置および充放電装置には、以下に示すような 問題点があった。

[0008] 特開平 5— 207668号公報に開示されている電気自動車用の二次電池の充電装 置は、自動車へ接続される都合上、屋外に設置されることが予想される。そのため、 充電装置は外気温の影響を受け易!、状態となる。

[0009] 二次電池は一般に、環境温度によって出力特性および寿命が変化する。このこと は、充電装置に備えられたバッファ用二次電池も同様である。すなわち、冬場のよう に低温の環境下では、バッファ用二次電池の直流抵抗が上昇して出力可能な最大 電流が低下する。バッファ用二次電池の最大電流が低下すると、二次電池の充電に 要する時間が長くなる。逆に、夏場のように高温の環境下では、このような高温雰囲 気中にバッファ用二次電池が放置される。高温雰囲気中に放置されると、バッファ用 二次電池の寿命が低下する。

[0010] 一方、二次電池の充放電特性を試験する充放電装置は、二次電池の充放電特性 を正確に評価できるようにするために、その充放電装置に用いられて、る電気部品 および電子部品の電気的特性が安定していることが要求される。

[0011] ところが、特開平 9— 159738号公報に開示されている充放電装置においては、充 放電特性の正確な評価という点で以下のような懸念がある。試験用二次電池の充放 電試験中にはバッファ用二次電池も充放電されることになる。二次電池は、大電流が 流れると、内部抵抗による抵抗熱などに起因して発熱する。従って、バッファ用二次 電池の温度が上昇し、電気的特性が変化する。試験を連続して行うこと、バッファ用 二次電池の温度は累積的に上昇する。その結果、試験ごとに試験条件が変わってし まい、試験用二次電池の正確な評価を行えなくなってしまう。バッファ用二次電池の 温度上昇による影響をなくするためには、ノッファ用二次電池の温度が低下するのを 待って次の試験を始めることが考えられる。しかしこの場合は、待ち時間が長くなり試 験効率が低下してしまう。特に、二次電池の製造工程で充放電装置を使用する場合 は、二次電池の製造効率が低下してしまう。

[0012] つまり、バッファ用二次電池を備えた充放電装置においても、充電装置と同様、バ ッファ用二次電池の温度管理が重要である。

[0013] ところで、二次電池の外装体としては、厚さが 0. 3〜0. 5mm程度の金属板を円筒 形あるいは箱形に加工した缶がよく用いられている。しかし、缶を外装体とした場合、 缶の外側の熱が内部の電池要素に伝わり難い。また、缶そのものの熱容量を無視す ることはできない。さらに、金属板の加工限界から 3mm以下の厚さの二次電池を作 製するのは困難であった。以上のような理由から、缶内部の電池要素の温度を短い スパンで制御すること、あるいは電池要素全体を均一に温度制御することは困難であ つた o

[0014] そこで本発明は、バッファ用二次電池の温度管理を容易に行える充電装置および 充放電装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0015] 上記目的を達成するため本発明の充電装置は、バッファ用二次電池、電力供給部 、接続部、切換制御部、および温度調整手段を有する。電力供給部は、バッファ用 二次電池に電力を供給する。接続部は、充電の対象となる二次電池と接続される。 切換制御部は、充電装置のモードを、電力供給部から供給された電力をバッファ用 二次電池に蓄積する第 1のモード、およびバッファ用二次電池から供給された電力 で充電の対象となる二次電池を充電する第 2のモードの、ずれかに切り換える。温度 調整手段は、バッファ用二次電池の温度をバッファ用二次電池の外部から調整する 。そして、バッファ用二次電池は、正極板と負極板とを積層した構造を有する電池要 素を外装フィルムで封止してなる少なくとも 1つのセルを有している。

[0016] また本発明の充放電装置は、バッファ用二次電池、電力供給部、接続部、切換制 御部、および温度調整手段を有する。電力供給部は、バッファ用二次電池に電力を 供給する。接続部は、充放電の対象となる二次電池と接続される。切換制御部は、 充放電装置のモードを、電力供給部から供給された電力をバッファ用二次電池に蓄 積する第 1のモード、バッファ用二次電池力供給された電力で充放電の対象となる 二次電池を充電する第 2のモード、および充放電の対象となる二次電池に蓄積され た電力をバッファ用二次電池に放電する第 3のモードのいずれかに切り換える。温度 調整手段は、バッファ用二次電池の温度を前記バッファ用二次電池の外部から調整 する。そして、バッファ用二次電池は、積層された正極板と負極板とを有する電池要 素が外装フィルムで封止されたセルを少なくとも 1つ有している。上述のように、本発 明の充電装置および充放電装置は温度調節手段を有しており、この温度調節手段 によってバッファ用二次電池の温度がその外部力調整される。し力も、ノッファ用二 次電池は、積層された正極板と負極板とを有する電池要素が外装フィルムで封止さ れたセルを少なくとも 1つの有している。このセルの外装体の熱容量は、従来の二次 電池の外装体 (缶)の熱容量と比較して、無視できるほど小さい。さらに、電池要素の 厚みが卷回型の電池要素よりも薄い。その結果、セルの伝熱性が向上し、電池要素 の温度を外部力速やかに所望の温度に制御できるとともに、セル自体が薄いことか ら電池要素全体の温度を均一に制御できる。以上のことにより、バッファ用二次電池 の温度管理が容易になる。

[0017] 本発明によれば、バッファ用二次電池の温度変化に起因するバッファ用二次電池 の電気的特性の変化を抑制したり、所望の電気的特性となるまでの起動時間を短縮 したりすることができる。その結果、ノッファ用二次電池を搭載し、対象となる二次電 池の充電あるいは充放電を行う装置において、温度に関する諸問題を改善すること ができる。

[0018] 上記及びそれ以外の本発明の目的、特徴及び利点は、下記の記載及び本発明の 一例を示す添付図面の参照によって明らかになる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の第 1の実施形態による充電装置のブロック図である。

[図 2]図 1に示すバッファ用二次電池の斜視図である。

[図 3]図 2に示すセルの分解斜視図である。

[図 4]本発明の第 2の実施形態による充放電装置のブロック図である。

[図 5]本発明による、ペルチェ式温度制御装置を備えた充放電装置のブロック図であ る。

発明を実施するための最良の形態

[0020] (実施形態 1)

次に、本発明の第 1の実施形態について図面を参照して説明する。図 1は、本実施 形態の充電装置のブロック図である。図示されている充電装置は、電気自動車の駆 動用バッテリーを充電する充電装置である。

[0021] 充電装置 10は、整流器 11と、バッファ用二次電池 13と、恒温風発生器 16と、切換 制御回路 12と、 DC— DCコンバータ 14と、を有する。 DC— DCコンバータ 14の出力 端子 14a, 14bには充電ケーブル 4が接続される。電気自動車 2に搭載されている駆 動用バッテリー 3への充電は、充電ケーブル 4を駆動用バッテリー 3に接続して行う。

[0022] 整流器 11は、商用の交流電源 1から取り込まれた交流電力を直流電力に変換して バッファ用二次電池 13に供給する装置であり、本発明における電力供給部としての 機能を果たす。バッファ用二次電池 13には、駆動用バッテリー 3に充電する電力力 駆動用バッテリー 3への充電前に蓄えられる。切換制御回路 12は、充電装置 10の動 作モードを第 1のモードと第 2のモードのいずれかに切り替える。第 1のモードは、ノ ッファ用二次電池 13が整流器 11と接続されて、整流器 11から供給される電力がバッ ファ用二次電池 13に充電されるモードである。第 2のモードは、ノッファ用電池 13が DC— DCコンバータ 14と接続されて、ノッファ用二次電池 13に蓄えられた電力が出 力端子 14a, 14bに接続された電池 (本実施形態においては電気自動車 2の駆動用 バッテリー 3)に充電されるモードである。 DC— DCコンバータ 14は、バッファ用二次 電池 13の出力電圧を、出力端子 14a, 14bに接続される電池の電圧に応じて昇圧ま たは降圧する装置であり、本発明における接続部としての機能を果たす。恒温風発 生器 16は、ノッファ用二次電池 13に隣接して配置されている。恒温風発生器 16は 、例えば熱交換を利用して常温とされた空気をバッファ用二次電池 13に吹き付ける ことによって、ノッファ用二次電池 13の温度をその外部から調整する。

[0023] ここで、バッファ用二次電池 13について、図 2および図 3を参照して詳細に説明す る。

[0024] バッファ用二次電池 13は、充電装置 10が充電の対象とする駆動用バッテリー 3の 容量よりも大きい容量を有している。図 2に示すように、バッファ用二次電池 13は、互 いに直列に接続された複数のセル 20を有する。図 2には、複数のセル 20が直列に 接続された例を示されている。しかし、直列接続されたセル群を並列に接続して容量 をさらに増大させることもできる。各セル 20は扁平状の外観を有しており、その厚さ方 向に互いに間隔をあけて配列されている。なお、 1つのセル 20のみでも駆動用バッ テリー 3の容量より大きい容量を有していれば、単独のセル 20でバッファ用二次電池 13を構成してもよい。

[0025] 図 3に、図 2に示すセル 20の分解斜視図を示す。セル 20は、複数の正極板および 複数の負極板を積層した構造を有する扁平な略直方体状の電池要素 22と、電池要 素 22の正極板および負極板にそれぞれ接続された正極タブ 23aおよび負極タブ 23 bと、電池要素 22を電解液とともに封止する 2枚の外装フィルム 24, 25とを有する。

[0026] 電池要素 22は、電極材料が両面に塗布された金属箔からなる複数の正極板と複 数の負極板とが、セパレータを介して交互に積層された構造を有する。各正極板お よび各負極板の一辺からは、電極材料が塗布されてヽなヽ未塗布部分が延びてヽ る。正極板の未塗布部分同士、および負極板の未塗布部分同士は、それぞれ一括 して超音波溶接され、正極タブ 23aおよび負極タブ 23bと接続されている。正極板お よび負極板の超音波溶接された未塗布部分は集電部と呼ばれる。つまり、正極タブ 23aは、電池要素 22の正極側の集電部に接続され、負極タブ 23bは、電池要素 22 の負極側の集電部に接続されて、る。

[0027] 本実施形態では、正極板および負極板は、互いに反対方向に向けて突出され、か つ、重ね合わされた複数の未塗布部によって作られている。したがって、正極タブ 23 aと負極タブ 23bとは、セル 20の互いに対向する辺から引き出されている。本実施形 態では、セル 20の平面形状を略長方形とし、正極タブ 23aおよび負極タブ 23bを、そ の長方形の短辺から引き出している。

[0028] 正極板、負極板、電解液等の材料は、セル 20の種類に応じて適宜選択される。本 実施形態では、セル 20はリチウムイオン二次電池である。この場合、正極板としては 、リチウム ·マンガン複合酸ィ匕物、コノレト酸リチウム、ニッケル酸リチウム等の正極活 物質を、厚さ 3〜50 μ mのアルミニウム箔の両面に塗付したものを用いることができる 。負極板としては、リチウムをドープ'脱ドープ可能な炭素材料を、厚さ 3〜50 /ζ πιの 銅箔の両面に塗布したものを用いることができる。電解液としては、リチウム塩を含む 電解液を用いることができる。さらに、正極の金属箔にアルミニウム箔を用いた場合、 正極タブ 23aにはアルミニウム板を用いることができ、負極の金属箔に銅箔を用いた 場合、負極タブ 23bにはニッケル板または銅板を用いることができる。負極タブ 23bを 銅板で形成する場合、その表面にニッケルめっきを施してもよい。これらの材料は、 一般的なリチウムイオン二次電池に用いられるものなので、詳細な説明は省略する。

[0029] セパレータには、ポリオレフイン等の熱可塑性榭脂から作られた、マイクロポーラス フィルム (微多孔フィルム)、不織布あるいは織布など、電解液を含浸することができる シート状の部材を用いることができる。

[0030] 外装フィルム 24, 25は、電池要素 22をその厚み方向両側から挟んで包囲するた め、電池要素 22の平面寸法よりも大きな平面寸法を有する。外装フィルム 24, 25の 、電池要素 22の周囲で重なり合った対向面同士を、電池要素 22の周囲全周にわた つて熱融着することで、電池要素 22が封止される。図 3では、熱融着された領域を斜 線で示している。一方の外装フィルム 24には、電池要素 22を包囲する空間である電 池要素収納部を形成するために、中央領域にカップ部 24aが形成されている。カップ 部 24aは、深絞り加工によって形成することができる。本実施形態では、一方の外装 フィルム 24のみにカップ部 24aを形成している力両方の外装フィルム 24, 25にカツ プ部を形成してもよい。また、カップ部を形成せずに外装フィルム 24, 25の柔軟性を 利用して電池要素 22を包囲してもよい。

[0031] 外装フィルム 24, 25には、ラミネートフィルムが好ましく用いられる。ラミネートフィル ムとしては、柔軟性を有しており、かつ電解液が漏洩しないように熱融着によって電 池要素 22を封止できるものが用いられる。外装フィルム 24, 25に用いられるラミネー トフイルムの代表的な例としては、金属薄膜など力もなる非通気層と熱融着性榭脂か らなる熱融着榭脂層とが積層された多層フィルムが挙げられる。また、熱融着榭脂層 を挟んで非通気層と保護層とが積層された多層フィルムが挙げられる。保護層は、ポ リエステルフィルム(例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム)やナイロンフィルム によって形成される。電池要素 22を封止するに際しては、熱融着榭脂層同士を対向 させて電池要素 22を包囲する。

[0032] 非通気層を形成する金属薄膜としては、例えば、厚さが 10〜: L 00 mの、 Al、 Ti、 Ti合金、 Fe、ステンレス、 Mg合金などの箔を用いることができる。熱融着榭脂層を形 成する榭脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、これらの酸変成物、ポリ フエ二レンサルファイド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、ェ チレン酢酸ビニル共重合体などが使用できる。熱融着性榭脂層の厚さは 10 m 〜200 μ m力好ましく、より好ましくは 30 μ m〜100 μ mである。

[0033] 本実施形態のセル 20は、例えば、以下のようにして製造することができる。

[0034] まず、 2枚の外装フィルム 24, 25のうち、一方の外装フィルム 24に、深絞り加工によ つてカップ部 24aを形成する。

[0035] 次いで、正極タブ 23aおよび負極タブ 23bが接続された電池要素 22を、上記の外 装フィルム 24, 25で挟んで包囲する。この際、外装フィルム 24, 25は、熱融着榭脂 層同士を対向させた向きとする。その後、外装フィルム 24, 25の、電池要素 22の周 囲で対向している領域を、熱融着ヘッド (不図示)で熱融着する。より具体的には、外 装フィルム 24, 25の 3辺を熱融着して、外装フィルム 24, 25を 1辺が開放した袋状に 形成する。その後、外装フィルム 24, 25の開放している 1辺力も電解液を注入し、そ の後、残りの 1辺を熱融着する。残りの 1辺の熱融着は、減圧雰囲気中(減圧チャン バ内)で行う。減圧雰囲気中での熱融着後、得られたセル 20を大気圧雰囲気中に戻 すことによって、外装フィルム 24, 25は大気圧によって電池要素 22に密着する。尚、 外装フィルム 24, 25の 3辺は一括して熱融着しても、各辺ごとに熱融着してもよい。

[0036] 再び図 1を参照して、本実施形態の充電装置 10による充電手順を説明する。

[0037] まず、電気自動車 2の駆動用バッテリー 3の充電を行わないときには、充電装置 10 は、切換制御回路 12によって、第 1のモードに設定される。第 1のモードとは、ノッフ ァ用二次電池 13が整流器 11に接続されるモードである。第 1のモードでは、バッファ 用二次電池 13が低電流充電される。バッファ用二次電池 13の充電が終了した時点 で、駆動用バッテリー 3への充電準備が完了する。

[0038] 駆動用バッテリー 3を充電するときには、充電装置 10は、切換制御回路 12によって 、第 2のモードに切り替えられる。第 2のモードとは、ノッファ用二次電池 13が DC— DCコンバータ 14に接続されるモードである。第 2のモードでは、バッファ用二次電池 13に蓄積されている電力を利用して駆動用バッテリー 3が充電される。ノッファ用二 次電池 13の容量は駆動用バッテリー 3の容量よりも大きい。従って、駆動用バッテリ 一 3は大電流で急速充電される。

[0039] このように、バッファ用二次電池 13への充電は、商用の交流電源 1から得られた電 力を用いて行うが、低電流での充電である。従って、交流電源 1に対する負荷は低い 。一方、駆動用バッテリー 3への充電は、ノッファ用二次電池 13に蓄えられた電力を 用いて大電流で行うので、短時間で駆動用バッテリー 3を充電することができる。

[0040] バッファ用二次電池 13は、環境温度によって電気的特性が変化する。例えば、低 温環境下においては、直流抵抗値が上昇し、出力可能な最大電流が低下する。また 、高温環境下に長時間放置しておくと、バッファ用二次電池 13の寿命低下を招く。

[0041] 充電装置 10は、屋外に設置されることが多!、。したがって、冬場のように気温が低 い環境では、充電装置 10、ひいてはバッファ用二次電池 13の温度も低下する。バッ ファ用二次電池 13の温度が低くなると、上述のようにバッファ用二次電池 13の出力 最大電流が低下する。その結果、駆動用バッテリー 3の充電時間が長くなつてしまう。 一方、夏場のように気温が高い環境では、充電装置 10、ひいてはバッファ用二次電 池 13が高温に晒されることになる。その結果、ノッファ用二次電池 13の寿命が低下 し、バッファ用二次電池 13の交換頻度が増す。最終的には、充電装置 10の維持コス トが増加する。

[0042] 恒温風発生器 16は、常温の風をバッファ用二次電池 13に吹き付けることで、 j、フ ァ用二次電池 13の温度を所定温度範囲内に維持する。所定温度範囲とは、所望の 出力最大電流が得られなくなるような温度よりも高ぐかつ、電池が著しく劣化したり 寿命が短くなつたりするような温度よりも低い温度範囲である。

[0043] し力も、ノッファ用二次電池 13を構成するセル 20は、正極板と負極板とが積層され た積層型の電池要素 22を備えている。さらに、電池要素 22は外装フィルム 24, 25で 封止されて、る。積層型の電池要素 22を有するセル 20は平型に形成することができ る。従って、セル 20の厚みは、電極板を卷回して形成された卷回型の電池要素を有 するセルに比べて薄ぐ体積に対する表面積の割合が大きい。また、外装材としてフ イルムを用いて、るので、缶を用いたセルと比べてセル 20の内部と外部との間での 伝熱性が高い。

[0044] 以上のことにより、セル 20は他の構造の電池に比べて伝熱性が高ぐ電池要素 22 の温度をセル 20の外部力も制御し易い。しかも、電池要素 22の厚さだけでなくセル 20全体の厚さも薄いので、セル 20の温度をその外部から制御することによって、電 池要素 22全体の温度を均一に制御することができる。そのため、常温の空気をバッ ファ用二次電池 13に吹き付けることによる作用がより効果的に発揮される。つまり、セ ル 20が、積層型の電池要素 22を外装フィルム 24, 25で封止した構造を有していて いることにより、電池要素 22全体の温度を均一に保ちつつ、セル 20自身の温度を速 やかに周囲の温度と一致させることができる。

[0045] さらに本実施形態では、電池要素 22の封止を減圧雰囲気中で行っており、セル 20 の外装フィルム 24, 25は電池要素 22に密着している。このことも、電池要素 22の温 度をセル 20の外部から制御し易くしている。また、ノッファ用二次電池 13が図 2に示 したように複数のセル 20を有している場合であっても、セル 20同士を、間隔をあけて 配置することによって、セル 20間での空気の流れを確保できるので、各セル 20の温 度を所望の温度に維持することができる。

[0046] 恒温風発生器 16によるバッファ用二次電池 13への風の吹き付けは、常時行ってい る必要はない。恒温風発生器 16は、少なくとも、ノッファ用二次電池 13の温度力駆 動用バッテリー 3への充電時間に影響を及ぼす温度、およびバッファ用二次電池 13 の寿命に影響を及ぼす温度になった場合に駆動されればよい。例えば、低温環境 下では、駆動用バッテリー 3への充電を行うときのみに、ノッファ用二次電池 13が所 望の温度になるように恒温風発生器 16を駆動する。具体的には、充電の直前にバッ ファ用二次電池 13を加温し、充電中は必要に応じてバッファ用二次電池 13を冷却し 、待機中は加温も冷却も行わない。すなわち、待機中は、恒温風発生器 16を停止さ せておく。出力性能が必要なのは駆動用バッテリー 3への充電時のみである。駆動 用バッテリー 3への充電時以外のときにバッファ用二次電池 13を加温するのは、バッ ファ用二次電池 13の劣化を加速させる要因となる。し力も、駆動用バッテリー 3に充 電を行っている間は、バッファ用二次電池 13には大電流が流れており、セル 20自身 が発熱する。従って、外部力のセル 20の加温は停止することが好ましぐさらには 冷却することが好ましい。また、待機中に前記第 1のモードによるバッファ用二次電池 13の充電が行われる力その際にも必要に応じて冷却してもよい。

[0047] 以上のような、温度に応じた恒温風発生器 16の駆動は、温度センサの検出結果に 基づく ONZOFF制御または PID制御により実現することができる。温度センサは、 バッファ用二次電池 13の近傍、セル 20の表面、またはセル 20の内部に設けることが 望ましい。

[0048] 本実施形態のように充電装置 10を電気自動車の駆動用バッテリーの充電に用いる 場合は、冬場のような低温環境下において、既に述べたように駆動用バッテリー 3の 充電の直前に所望の出力特性を発揮できる温度にバッファ用二次電池 13を加温す ることが好ましい。本実施形態の充電装置 10は、上述したように、セル 20自身の温 度を速やかに所望の温度に到達させることができるので、低温環境下における電気 自動車へ充電可能とするまでの起動時間を短縮することができる。

[0049] (第 2の実施形態)

次に、本発明の第 2の実施形態について図面を参照して説明する。図 4は、本実施 形態の充放電装置のブロック図である。図示されている充放電装置は、二次電池の 製造工程で二次電池の充放電特性試験に用いる充放電装置である。

[0050] 本実施形態の充放電装置 30は、整流器 31と、バッファ用二次電池 33と、恒温風 発生器 36と、切換制御回路 32と、 DC— DCコンバータ 34と、を有する。 DC— DCコ ンバータ 34の出力端子 34a, 34bには試験用二次電池 5が接続され、試験用二次電 池 5への充放電試験が行われる。

[0051] 整流器 31、バッファ用二次電池 33、恒温風発生器 36、および DC— DCコンパ一 タ 34は、第 1の実施形態で説明したのと同様のものであるので、それらの説明は省略 する。また、充放電装置 30は、第 1の実施形態で説明した充電装置 10 (図 1参照)が 有する第 1および第 2のモードに加え、第 3のモードを有する。第 3のモーとは、ノッフ ァ用二次電池 33が DC— DCコンバータ 34と接続されて、出力端子 34a, 34bに接続 される電池 (本実施形態では試験用二次電池 5)に蓄えられた電力がバッファ用二次 電池 33に放電されるモードである。切換制御回路 32は、第 1、第 2および第 3のモー ドを択一的に切り換える。

[0052] 以下に、充放電装置 30の動作を説明する。

[0053] まず、試験用二次電池 5の試験を行うのに先立って、充放電装置 30は、切換制御 回路 32によって、第 1のモードに設定される。これによつて、ノッファ用二次電池 33 が低電流充電される。

[0054] バッファ用二次電池 33の充電終了後、充放電装置 30は、切換制御回路 32によつ て第 2のモードに切り換えられる。これによつて、ノッファ用二次電池 33に蓄積されて いる電力を利用して試験用二次電池 5が充電される。バッファ用二次電池 33の容量 は試験用二次電池 5の容量よりも大きい。従って、試験用二次電池 5は大電流で急 速充電される。試験用二次電池 5の充電中に、試験用二次電池 5の電気的特性ゃ充 電時間等を測定することによって、試験用二次電池 5の充電特性が測定される。

[0055] 試験用二次電池 5の充電特性が測定された後、充放電装置 30は、切換制御回路 32によって第 3のモードに切り換えられる。これによつて、試験用二次電池 5に蓄積さ れた電力が放電され、再びバッファ用二次電池 33に蓄積される。試験用二次電池 5 の放電中に、試験用二次電池 5の電気的特性や放電時間等を測定することによって 、試験用二次電池 5の放電特性が測定される。

[0056] 1つの試験用二次電池 5に対する充放電試験が終了したら、試験が終了した試験 用二次電池 5は充放電装置 30から取り外される。その後、次の試験用二次電池 5が 充放電装置 30に接続され、次の試験用二次電池 5に対する充放電試験が行われる

。試験用二次電池 5が交換される際に、バッファ用二次電池 33の充電状態が検出さ れる。試験用二次電池 5を充電するのに十分な電力がバッファ用二次電池 33に蓄積 されていれば、充放電装置 30を第 1のモードに切り換えずに、次の試験用二次電池 5の充放電試験を続けて行う。試験用二次電池 5を充電するのに十分な電力がバッ ファ用二次電池 33に蓄積されていなければ、充放電装置 30を第 1のモードに切り換 えてバッファ用二次電池 33を充電する。バッファ用二次電池 33の充電が完了したら 、次の試験用二次電池 5の充放電試験を開始する。バッファ用二次電池 33の充電 状態の検出は、バッファ用二次電池 33の両端子間の電圧を測定することで行うこと ができる。

[0057] 以上説明したように、試験用二次電池 5から放電された電力がバッファ用二次電池 33に蓄積され、次の試験用二次電池 5の充放電試験に利用されるので、電気エネ ルギ一が有効に利用される。

[0058] バッファ用二次電池 33は、試験用二次電池 5へ電力を供給するとともに、試験用二 次電池 5から電力を受け入れる。したがって、ノッファ用二次電池 33の電気的特性 が試験用二次電池 5の充放電試験ごとに変化すると、試験用二次電池 5の評価精度 が低下してしまう。ノッファ用二次電池 33の電気的特性は、環境温度によっても変化 するし、バッファ用二次電池 33の充放電に伴うバッファ用二次電池自身の発熱によ つても変化する。

[0059] そこで、本実施形態においても、第 1の実施形態と同様に、試験用二次電池 5の充 放電試験中に、恒温風発生器 36によって常温の空気をバッファ用二次電池 33に吹 き付けることで、ノッファ用二次電池 33の周囲温度を一定に保つ。し力も、バッファ 用二次電池 33を構成するセルは、積層型の電池要素を外装フィルムで封止した構 造を有しているので、電池要素全体の温度を均一に保ちつつ、セル自身の温度を、 速やかに周囲温度に到達させることができる。その結果、ノッファ用二次電池 33の 電気的特性が安定し、試験用二次電池 5の評価精度を向上させることができる。

[0060] 以上、第 1および第 2の実施形態では、恒温風をバッファ用二次電池に吹き付ける ことによって、ノッファ用二次電池をその外部から常温に維持する例について説明し た。ノッファ用二次電池の温度を所定の温度範囲に保っために空気を吹き付けると きに、吹き付けられる空気を暖めたり冷やしたりせずに外気をそのまま吹き付けてもよ い。例えば、バッファ用二次電池が充電または放電されるときの温度上昇を抑制する ことができれば、温度制御されていない外気を吹き付けてもよい。このように単に外気 を吹き付ける冷却用のファンを設けてもよい。また、ノッファ用二次電池の温度を一 定に保つのみでなぐバッファ用二次電池の加熱のみを行う場合や冷却のみを行う 場合もある。以下に、本発明に適用できる温度調整手段の例を、加熱のみを行う場 合、冷却のみを行う場合、および一定の温度に保つ場合に分けて説明する。

[0061] (加熱のみを行う場合)

例えば、本発明による充電装置を電気自動車の充電に用いる場合は、冬場のよう な低温環境下においてバッファ用二次電池の加熱のみを行う温度調整手段を用い ることができる。そのような温度調整手段としては、ニクロム線などの電熱線あるいは セラミック発熱体などの発熱体を用いることができる。発熱体は、バッファ用二次電池 (具体的には、セルまたはセルを収容するセルケース)に直接取り付けてもよいし、金 属板を介して取り付けてもよい。また、発熱体をバッファ用二次電池と離して配置し、 発熱体によって暖められた空気をファンでバッファ用二次電池に吹き付けてもよい。 発熱体としては、ペルチェ素子を用いることもできる。

[0062] さらに、ノッファ用二次電池の近傍、セルの表面またはセルの内部に温度センサを 設けておけば、温度センサでの検出結果に基づいて、 ONZOFF制御または PID制 御により温度調整手段の駆動を制御することができる。

[0063] (冷却のみを行う場合)

充放電装置を用いて充放電特性試験を連続して行う場合は、バッファ用二次電池 自身が発熱する。従って、このような場合のバッファ用二次電池の温度調整は、バッ ファ用二次電池の冷却のみでよい場合がある。この場合は、気体や液体といった流 体が循環しその循環経路の途中に冷却装置が設けられたパイプをバッファ用二次電 池 (具体的には、セルまたはセルを収容するセルケース)に接触させて引き回し、冷 却装置によって冷却された流体でバッファ用二次電池を冷却することができる。

[0064] 冷却装置としては、ラジェータ、流体の圧縮 Z断熱膨張を利用した冷却装置、およ びペルチェ素子を利用した冷却装置などが挙げられる。ノイブは、ノッファ用二次電 池に直接接触させてもよいし、金属板を介して接触させてもよい。パイプが金属板を 介してバッファ用二次電池に接触している場合には、冷却された金属板によってバッ ファ用二次電池が冷却される。また、ペルチェ素子を利用した冷却装置を用いる場 合は、ペルチェ素子を直接または金属板を介してバッファ用二次電池に接触させて ちょい。

[0065] また、バッファ用二次電池自身の温度に比べて、充電装置あるいは充放電装置が 設置されている環境の温度が十分に低い場合には、ファンなどを用いて、充電装置 あるいは充放電装置の外部の空気をバッファ用二次電池に吹き付けるだけでもよい

[0066] さらに、ノッファ用二次電池の近傍、セルの表面またはセルの内部に温度センサを 設けておけば、温度センサでの検出結果に基づいて、 ONZOFF制御または PID制 御により、冷却装置またはファンなどの駆動を制御することができる。

[0067] (一定の温度に保つ場合)

上述した各実施形態で説明した恒温風発生器は、バッファ用二次電池の温度を一 定に保っための手段の 1つである。また、これまでに説明したバッファ用二次電池の 加熱に用いられる各種装置および冷却に用いられる各種装置を組み合わせ、これら をバッファ用二次電池の温度に応じて適宜動作させてもよい。また、充電装置または 充放電装置が、温度が一定になるように制御された室内に設置される場合は、ファン などを用いて、充電装置あるいは充放電装置が設置されて、る室内の空気をバッフ ァ用二次電池に吹き付けるだけでもよい。

[0068] ペルチェ素子を有する温度制御装置を温度調整手段として用いた場合は、ベルチ 工素子でバッファ用二次電池の加熱および冷却の両方を行うことができる。

[0069] 図 5に、ペルチェ素子によって加熱および冷却がされる充放電装置のブロック図を 示す。図 5に示す充放電装置 40は、交流電源 1から電力を得て、試験用二次電池 5 の充放電特性試験を行うものである。この充放電装置 40は、ペルチヱ素子によって バッファ用二次電池 33の加熱および冷却を行うペルチェ式温度制御装置 46を備え ている。整流器 31、切換制御回路 32、バッファ用二次電池 33および DC— DCコン バータ 34は、第 2の実施形態で説明したものと同様であるので、図 4に使用されてい る符合と同じ符号を使用し、説明は省略する。

[0070] ペルチェ式温度制御装置 46は、ペルチェ素子と、ペルチェ素子の駆動を制御する 制御回路とを有している。ペルチェ素子は、ノッファ用二次電池 33 (具体的には、セ ルまたはセルを収容するセルケース)に直接または金属板を介して取り付けられてヽ る。

[0071] 上記の構成により、必要に応じてペルチェ素子を駆動し、これによつてバッファ用二 次電池 33の温度を一定に保つことができる。なお、図 5に示したペルチェ式温度制 御装置は、ノッファ用二次電池の温度を一定に保つ場合だけでなぐノッファ用二 次電池の加熱のみを行う場合や、冷却のみを行う場合にも用いることができる。

[0072] また、バッファ用二次電池の温度を一定に保つ場合にお!、ても、バッファ用二次電 池の近傍、セルの表面またはセルの内部に温度センサを設けておけば、温度センサ での検出結果に基づいて、 ONZOFF制御または PID制御により温度調整手段の 駆動を制御することができる。