JP2007292654A - 車載用電池の耐久試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実使用の状況に応じた条件での性能特性を得ることができる車載用電池の耐久試験装置を提供する。
【解決手段】充放電装置７により実使用状態を模擬した条件で供試品２に対して充放電を行うのみならず、恒温恒湿槽３を用いて、供試品２の周囲環境について実使用状態の環境を再現させた状態で、供試品２に対する充放電を行う。この際、供試品２に係る電流、電流、電力（供給電力、出力電力）及び充電状態等が、実使用時の環境を再現した模擬環境に供試品２を曝した状態で得られ、周囲環境制御装置１０及び電池ＥＣＵモニター装置１２にモニターされる。モニター情報は実車走行時の環境の影響を反映しており、供試品２に対する性能、耐久評価の精度が高くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車（HV）等の車両を駆動する電動機に電力を供給する蓄電池（以下、車載用電池という。）に対してその性能評価などのために用いられる車載用電池の耐久試験装置に関する。

従来の車載用電池の耐久試験装置の一例として、特許文献1に示される装置がある。特許文献1に示される装置は、供試電池に充放電切換器を介して接続される充電器及び放電器と、充放電切換コントローラと、を備えている。
この装置では、分単位の充放電〔25Ａの定電流の４分間放電と、14.8Ｖで制限電流25Ａの２分間充電とを交互に１０回、実行する充放電〕と時間単位の充電〔14.8Ｖで制限電流25Ａの２時間充電〕とを交互に繰り返す試験を行い、供試電池の性能を評価するようにしている。
特開平４−２６０７８号公報

ところで、車両は、アラスカや熱帯地方あるいはサハラ砂漠など環境条件が大きく異なる種々の地域で用いられる。車両がこのように環境条件が大きく異なる種々の地域で用いられることに伴い、車両に搭載される蓄電池（車載用電池）は、その環境に十分対応した性能を確保する必要があり、その確認を図ることが望まれている。
しかしながら、上述した従来技術では、上述した環境条件（換言すれば、実車条件とも言える。）を何ら反映し得るものではなく、上記要望に応え得る装置になっておらず、改善が望まれているというのが実情であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、実使用の状況に応じた条件での性能特性を得ることができる車載用電池の耐久試験装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の車載用電池の耐久試験装置に係る発明は、車載用電池の車両への搭載使用時における充放電サイクルを再現して前記車載用電池の充放電制御を行う充放電制御手段と、所望の試験条件に応じて前記車載用電池の周囲環境温度を制御する温度制御手段と、を備えることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の車載用電池の耐久試験装置において、前記充放電制御手段は、前記車載用電池の車両への搭載使用時におけるインバータに対する制御信号波形が再現可能であることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の車載用電池の耐久試験装置において、前記温度制御手段は、前記車載用電池の車両への搭載使用時における前記車両の周囲温度を再現する第１の温度制御手段と、前記車載用電池の車両への搭載使用時における前記車載用電池に対する冷却状態を再現するように前記車載用電池に対する冷却条件を制御する第２の温度制御手段と、からなることを特徴とする。

請求項１ないし３記載の発明によれば、充放電制御手段が、車載用電池の車両への搭載使用時における充放電サイクルを再現して前記車載用電池の充放電制御を行い、温度制御手段が、所望の試験条件に応じて前記車載用電池の周囲環境温度を制御するので、車載用電池の性能及び耐久性を、車両への搭載使用時の温度状況を反映させて確認することができ、車載用電池の性能及び耐久性試験の精度を向上させることができる。

以下、本発明の第１実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１において、電池用耐久試験装置１（車載用電池の耐久試験装置）は、次の（１）〜（４）の構成要素を備えている。
（１）車両に搭載されて実使用される車載用電池に対応する供試品２を収納し、温度・湿度環境条件（例えばアラスカ、サハラ砂漠における環境条件など）を調整可能の恒温恒湿槽３（第１の温度制御手段）。
なお、供試品２（車載用電池）は、実使用時に用いられるものと同様に、電流検出機能及び電圧検出機能を備えており、この検出電流及び検出電圧は、後述する電池ＥＣＵ４に入力される。
恒温恒湿槽３には観測窓５が設けられており、観測窓５を通して、供試品２に液漏れや傷の発生がないか否か等の外観確認を行えるようになっている。
（２）恒温恒湿槽３内に収納した供試品２に任意の温度の冷却風を任意の風量で送ることが可能な冷却装置６（第２の温度制御手段）。

（３）供試品２に対する充放電を切換実施可能で、かつ実車インバータの出力波形を再現可能な充放電装置７（充放電制御手段）。
ここで、実車インバータは、供試品２に対応する車載用電池が車両に搭載される際に接続されるものであり、車載用電池からの電力をＰＷＭ信号により調整して電動機の駆動を行うＰＷＭ制御のインバータのことをさしている。また、前記実車インバータの出力波形は、前記実車インバータに供給されるＰＷＭ信号の波形と、リップル（前記実車インバータの使用に伴って起こり得るインバータサージ）の波形と、からなっている。図２にＰＷＭ信号の波形及びこれに重畳されるリップルの波形の一例を、夫々符号８、９で示す。

（４）恒温恒湿槽３、冷却装置６及び充放電装置７を制御し、環境条件（温度、湿度）や路上走行条件（風速など）を模擬（パターン運転）する制御装置１０。
制御装置１０は、充放電装置７に対し、供試品２に対応する車載用電池の車両への搭載使用時におけるインバータに対する制御信号の波形（ＰＷＭ信号及びリップルの波形）に係るデータを入力する。
制御装置１０は、後述する電池ＥＣＵモニター装置１２にも接続され、本電池用耐久試験装置１の起動及び停止時に、電池ＥＣＵモニター装置１２を起動、停止させる。また、制御装置１０は、電池ＥＣＵモニター装置１２のデータ収集項目の選択設定及びデータの収集周期を設定する。

さらに、制御装置１０は、充放電装置７からの検出充放電電流及び供試品２からの検出端子電圧（電池電圧）に基づいて、供試品２への供給電力及び供試品２からの出力電力を算出する。さらにまた、前記供給電力及び出力電力の収支から充放電効率の算出を行うと共に、供試品２の充電状態〔（異常（過充電、不足充電）状態、良好充電状態〕を判定する。
制御装置１０は、ディスプレイ１０ａ及び記録手段１０ｂを備えており、各装置からの入力データ、制御装置１０が得た算出データ及び判定結果（以下、外部から得る電池自身情報ｄｇという。）のうち後述するようにデータ収集項目で設定された情報について、表示及び記録を行わせる。記録手段１０ｂは、紙などの記録媒体を用いて記録するようにしている。

本実施の形態では、恒温恒湿槽３、冷却装置６及び充放電装置７は、制御装置１０による制御と同時に、各装置の作動に伴う物理量を検出する機能を有している。具体的には、恒温恒湿槽３は、制御装置１０による制御と同時に、内部の温度、湿度の検出を開始する。冷却装置６は、制御装置１０による制御と同時に、冷却装置６の送風部分の温度、風量の検出を開始する。また、充放電装置７は、制御装置１０による制御と同時に、供試品２及び充放電装置７間を流れる充放電電流の検出並びに供試品２の端子電圧（電池電圧）の検出を開始する。

電池用耐久試験装置１は、さらに次の（５）、（６）の構成要素を備えている。
（５）供試品２からの検出電流・電圧、恒温恒湿槽３からの検出温度・湿度、冷却装置６からの検出温度、風量の入力を受けて、これらの入力データを後述する電池ＥＣＵモニター装置１２に入力する前記電池ＥＣＵ４。
この場合、電池ＥＣＵ４は、供試品２からの検出電流・電圧に基づいて供試品２に係る供給・出力電力を算出し、供給・出力電力の収支から充放電効率の算出を行うと共に、供試品２の充電状態〔（異常（過充電、不足充電）状態、良好充電状態〕を判定し、これら算出データ及び判定結果も電池ＥＣＵモニター装置１２に入力する。電池ＥＣＵ４から電池ＥＣＵモニター装置１２に入力されるデータを以下、内部側の電池自身情報ｄｎという。

（６）電池ＥＣＵ４からのデータをモニターし、供試品２の充放電状態や充放電効率や異常情報をモニターする前記電池ＥＣＵモニター装置１２。
電池ＥＣＵモニター装置１２は、ディスプレイ１２ａ及び記録手段１２ｂを備えており、電池ＥＣＵ４からの入力信号のうち制御装置１０により指定された収集項目に相当するものの表示及び記録を行わせる。記録手段１２ｂは、紙などの記録媒体を用いて記録するようにしている。

上述したように構成された電池用耐久試験装置１の作用を説明する。
まず、供試品２を恒温恒湿槽３に収容し、充放電装置７及び電池ＥＣＵ４と接続する(ステップＳ１）。
制御装置１０の作動により、実車走行を再現するように当該実車走行時の状態を模擬して設定された充放電条件、実車走行箇所の環境条件（温度、湿度、冷却条件）を、恒温恒湿槽３、冷却装置６及び充放電装置７に設定する(ステップＳ２）。このステップＳ２では、電池ＥＣＵモニター装置１２に対し、データ収集項目及びデータ収集周期を設定する。本実施の形態では、データ収集項目は、内部側の電池自身情報ｄｎのうち全ての情報が設定された場合を例にする。また、制御装置１０は、当該制御装置１０自身がモニターするデータ収集項目及びデータ収集周期についても設定する。本実施の形態では、当該制御装置１０自身に対するデータ収集項目は、外部から得る電池自身情報ｄｇのうち全ての情報が設定された場合を例にする。

続いて、制御装置１０が各装置（恒温恒湿槽３、冷却装置６、充放電装置７及び電池ＥＣＵモニター装置１２）に起動コマンドを送信し、各装置を起動させる(ステップＳ３）。この起動により、充放電装置７は、充電時間及び放電時間が夫々設定された充放電をＮサイクル（所定サイクル）、繰返し実施する。

そして、上記Ｎサイクルの充放電処理時に、制御装置１０及び電池ＥＣＵモニター装置１２は、外部から得る電池自身情報ｄｇ及び内部側の電池自身情報ｄｎについてモニターする、すなわち前記各情報内容がディスプレイ１０ａ，１２ａに表示され、かつ記録手段１０ｂ、１２ｂにより記録される(ステップＳ４）。このステップＳ４においては、観測窓５を通して、供試品２が目視され、液漏れや傷の発生がないか否か等の外観確認が行われる。

ステップＳ３、Ｓ４の処理が終了し、制御装置１０のモニター内容（外部から得る電池自身情報ｄｇに基づいて得られる情報。以下、制御装置側モニター情報ｄｇｍという。）、電池ＥＣＵモニター装置１２のモニター内容（内部側の電池自身情報ｄｎに基づいて得られる情報。以下、モニター装置側モニター情報ｄｎｍという。）及び外観確認を組合わせて、供試品２に対する性能、耐久評価を行う(ステップＳ５）。

上述したように、供試品２に対する性能、耐久評価を行うために、充放電装置７により実使用状態を模擬した条件で供試品２に対して充放電を行うのみならず、恒温恒湿槽３及び冷却装置６を用いて、供試品２の周囲環境について実使用状態の環境を再現させた状態で、供試品２に対する充放電を行っている。例えば、供試品２に対応する車載用電池がアラスカやサハラ砂漠で車両に搭載して用いられる場合にはアラスカにおける温度、あるいはサハラ砂漠における温度・湿度などを再現するように環境条件を設定する。また、車載用電池は、実車に搭載された状態で、直接的に冷却されることが起こり得、このような状況を再現するように冷却装置６からの送風の温度・風量条件を設定している。

このため、制御装置側モニター情報ｄｇｍ、モニター装置側モニター情報ｄｎｍ及び外観確認は、実車走行時の環境の影響をより反映したものとなるので、供試品２に対する性能、耐久評価の精度が高くなる。
また、上述したように実使用状態を模擬した環境条件で試験を行って供試品２に対する高い精度の性能、耐久評価を得ることができることから、この評価内容に基づいて供試品２（車載用電池）の劣化・寿命のメカニズム解明を図ることができる。

本実施の形態では、供試品２に対する性能、耐久評価の元になるモニター情報として、異なったルートで得られる（検出手段及び検出データの処理手段の両手段を異にして得られる）２つのモニター情報（制御装置側モニター情報ｄｇｍ及びモニター装置側モニター情報ｄｎｍ）を用いている。このため、供試品２に対する性能、耐久評価の精度がさらに高くなる。

なお、上記実施の形態では、電池ＥＣＵ４及び電池ＥＣＵモニター装置１２を用いた場合を例に示したが、本発明は、これに限らない。例えば、図３に示すように、図１の第１実施の形態が有する電池ＥＣＵ４及び電池ＥＣＵモニター装置１２を廃止して、電池用耐久評価装置１Ａ（車載用電池の耐久評価装置）を構成（第２実施の形態）してもよい。
この第２実施の形態では、制御装置側モニター情報ｄｇｍ及び外観確認を組合わせて、供試品２に対する性能、耐久評価を行う。

そして、第２実施の形態でも、供試品２に対する性能、耐久評価を行うために、充放電装置７により実使用状態を模擬した条件で供試品２に対して充放電を行うのみならず、恒温恒湿槽３を用いて、供試品２の周囲環境について実使用状態の環境を再現させた状態で供試品２に対する充放電を行っている。このため、制御装置側モニター情報ｄｇｍ及び外観確認は、実車走行時の環境の影響をより反映したものとなるので、供試品２に対する性能、耐久評価の精度が高くなる。
また、電池ＥＣＵ４及び電池ＥＣＵモニター装置１２を廃止した分、図１の第１実施の形に比して、構成を簡易にすることができる。

本発明の第１実施の形態に係る電池耐久試験装置を模式的に示す図である。 図１の充放電装置が設定するＰＷＭ信号及びリップルの一例を示す波形図である。 本発明の第２実施の形態に係る電池耐久試験装置を模式的に示す図である。

符号の説明

１、１Ａ…電池耐久試験装置（車載用電池の耐久試験装置）、２…供試品（車載用電池）、３…恒温恒湿槽（第１の温度制御手段）、４…電池ＥＣＵ、６…冷却装置（第２の温度制御手段）、７…充放電装置（充放電制御手段）、１０…制御装置、１２…電池ＥＣＵモニター装置。

Claims (3)

1. 車載用電池の車両への搭載使用時における充放電サイクルを再現して前記車載用電池の充放電制御を行う充放電制御手段と、
   所望の試験条件に応じて前記車載用電池の周囲環境温度を制御する温度制御手段と、を備える車載用電池の耐久試験装置。
2. 前記充放電制御手段は、前記車載用電池の車両への搭載使用時におけるインバータに対する制御信号波形が再現可能である、請求項１記載の車載用電池の耐久試験装置。
3. 前記温度制御手段は、前記車載用電池の車両への搭載使用時における前記車両の周囲温度を再現する第１の温度制御手段と、
   前記車載用電池の車両への搭載使用時における前記車載用電池に対する冷却状態を再現するように前記車載用電池に対する冷却条件を制御する第２の温度制御手段と、からなる、請求項１又は２記載の車載用電池の耐久試験装置。
   
   

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