JP2013257263A - 充放電検査装置、校正装置、及び校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充放電検査装置の校正の所要時間を短くする。
【解決手段】充放電検査システム２は、それぞれ並行して二次電池１を検査するための第１チャンネルＣＨ１及び第２チャンネルＣＨ２を含み、各チャンネルは二次電池１の充放電電流を検出するための検出抵抗Ｒ１を含む。充放電検査システム２は、第１チャンネルＣＨ１の検出抵抗Ｒ１と第２チャンネルＣＨ２の検出抵抗Ｒ１とが標準抵抗１０２を介して接続され各検出抵抗Ｒ１及び標準抵抗１０２のそれぞれに生じる電圧降下に基づいて、各チャンネルについて各検出抵抗Ｒ１を通じて検出される充放電電流の検出値を補正するための校正パラメタを演算するコントローラ２０を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、二次電池を検査するための充放電検査装置、並びにそうした検査装置に好適な校正装置及び校正方法に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池をはじめとする繰り返し充電可能な二次電池が広く利用されている。二次電池はその出荷前に、充放電検査装置を用いて正常に機能するかが検査される（特許文献１）。二次電池の良否を正確に検査するためには、充電検査装置そのものを定期的に校正する必要がある。

特開２００３−２１９５６５号公報

二次電池の良否またはその特性についての検査はその生産の一工程または最終工程として行われる。一般に、検査精度を保つためにある頻度で検査装置は校正（キャリブレーション）される。校正が完了するまで検査は一旦終了される。こうしたダウンタイムは、検査装置の時間的な稼働率を高め電池検査の生産性を高めるうえで、なるべく短いことが望ましい。

本発明は斯かる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、充放電検査装置の校正の所要時間を短くすることにある。

本発明のある態様は充放電検査装置に関する。この装置は、それぞれ並行して二次電池を検査するための第１チャンネル及び第２チャンネルを含む複数のチャンネルを備え、各チャンネルは二次電池の充放電電流を検出するための検出抵抗を含む充放電検査装置であって、前記第１チャンネルの検出抵抗と前記第２チャンネルの検出抵抗とが標準抵抗を介して接続される校正回路において各検出抵抗及び前記標準抵抗のそれぞれに生じる電圧降下に基づいて、前記第１チャンネル及び第２チャンネルそれぞれについて各検出抵抗を通じて検出される充放電電流の検出値を補正するための校正パラメタを演算するコントローラを備える。

この態様によると、第１及び第２のチャンネルの検出抵抗と標準抵抗とを含む校正回路によって２つのチャンネルの校正をまとめて行うことができる。よって、校正処理に要する充放電検査装置のダウンタイムが低減され、検査スループットを向上することができる。

前記コントローラは、前記校正回路に第１方向に電流を流すことを含む第１校正と、前記校正回路に第１方向とは反対の第２方向に電流を流すことを含む第２校正と、を実行してもよい。

前記複数のチャンネルの各々は、二次電池の充電電流を制御するための第１のスイッチング素子と、二次電池の放電電流を制御するための第２のスイッチング素子と、を含んでもよい。前記コントローラは、前記第１チャンネルの第１及び第２のスイッチング素子の一方と前記第２チャンネルの第１及び第２のスイッチング素子の他方とを組み合わせて制御することにより前記校正回路の電流を制御してもよい。

本発明の別の態様は、校正装置である。この校正装置は、それぞれ並行して二次電池を検査するための第１チャンネル及び第２チャンネルを含む複数のチャンネルを備え、各チャンネルは二次電池の充放電電流を検出するための検出抵抗を含む充放電検査装置を校正するための校正装置であって、標準抵抗と、該標準抵抗を前記第１チャンネルと第２チャンネルとの間に接続するための接続端子と、を備え、前記充放電検査装置に収容可能な寸法に形成されている。

本発明のさらに別の態様は、校正方法である。この方法は、複数の二次電池をそれぞれ並行して検査するための複数のチャンネルを備える充放電検査装置のための校正方法であって、前記複数のチャンネルのうち１つのチャンネルと当該１つのチャンネルとは異なる他の１つのチャンネルとを標準抵抗を介して接続することを含む。

本発明のある態様によれば、充放電検査装置の校正時間を短くすることができる。

本発明の一実施形態に係る充放電検査システムの構成を示すブロック図である。 校正装置及びそれを使用する校正プロセスの一例を示す図である。 本発明の好ましい一実施例に係る校正装置及びそれを使用する校正プロセスの一例を示す図である。 本発明の好ましい一実施例に係る校正装置及びそれを使用する校正プロセスの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る昇降圧コンバータの構成、及び校正回路の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る校正プロセスの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る校正プロセスの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池検査ユニットの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る電池検査ユニットの構成を概略的に示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る充放電検査システム２の構成を示すブロック図である。充放電検査システム２は、検査対象の二次電池１を充電し、あるいは放電することにより、二次電池１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。二次電池１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが例示されるが、特に限定されない。充放電検査システム２は、複数の、望ましくは多数の二次電池１を並行して充電または放電することにより各二次電池１を検査するよう構成されている。図１においては２つの二次電池１を代表的に示している。充放電検査システム２は、所定の検査項目を検査するための検査プロセスに従って二次電池１の充放電を制御する。なお図１には本発明の一実施形態を説明するために関連する充放電検査システム２の主要な構成要素を示しており、充放電検査システム２は図示される要素以外の要素を備えてもよいし、場合によっては図示される要素のいずれかを備えていなくてもよい。

充放電検査システム２は、電源装置３と電池検査台４とを含む。なお以下では電池検査台４を、電池検査ユニット４または単に検査ユニット４とも称する。一実施例においては、電源装置３と検査ユニット４とはそれぞれ別個の装置として構成されており、例えば接続ケーブルで接続される。電源装置３と検査ユニット４とは例えば隣接または近接して設置されてもよい。あるいは電源装置３は検査ユニット４から離れて設置されてもよい。接続ケーブルには電力線５と制御線６とが含まれる。制御線６は、電源装置３と検査ユニット４とのデジタル通信のために設けられている。なお電源装置３と検査ユニット４とのデジタル通信は有線に限られず無線であってもよい。

電源装置３は、電源７及び電源コントローラ８を含む。電源７は例えば、外部の商用電源から電源回生コンバータ（図示せず）を介して電力の供給を受ける。電源回生コンバータにより、二次電池１の放電をするときには外部電源に電力を戻すことができる。電源７は例えばＤＣ−ＤＣコンバータであり、好ましくは絶縁双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電源７は、複数のチャンネル（例えば第１チャンネルＣＨ１及び第２チャンネルＣＨ２）を有しており、検査される各二次電池１に各チャンネルから電力を供給する。こうした給電チャンネルを電源７は多数備えている。

電源コントローラ８は、充放電検査システム２を制御する制御部として設けられている。すなわち電源コントローラ８は、電源装置３と電池検査ユニット４とを統括的に制御して二次電池１の検査プロセスを実行するよう構成されている。なおこうした検査プロセスを制御するための制御部は、電池検査ユニット４に設けられていてもよいし（例えば後述のコントローラ２０であってもよいし）、電源装置３及び電池検査ユニット４とは別体に設けられていてもよい。電源コントローラ８の制御のために必要な情報を保存するために、電源装置３には電源コントローラ８に付随して例えば不揮発性メモリ（図示せず）が設けられていてもよい。こうしたメモリは、電源コントローラ８からアクセス可能に設けられている。

電源コントローラ８は、上位の制御装置または管理サーバ等（例えば図２に示す管理サーバ１９）によって管理されていてもよい。例えばこの管理サーバによって、後述の校正装置、搬送装置が管理されていてもよい。電源コントローラ８には、データ処理ユニット（図示せず）が接続されていてもよい。データ処理ユニットは例えば公知のパソコンであり、検査ユニット４で得られた電池の電圧、電流、温度等の測定データを電源コントローラ８を介して収集して記憶し、必要に応じて測定データを処理する。

電池検査ユニット４は、プローブユニット９とテーブル１０とを備える。プローブユニット９は、二次電池１を検査するための接触子例えば一対のプローブ１１、１２を備える。プローブ１１、１２は二次電池１に接続するための検査装置側の電極であり、二次電池１が着脱可能に接続される。一方のプローブ１１は二次電池１の一方の電極（例えば正極）１３に接続され、他方のプローブ１２は二次電池１の他方の電極（例えば負極）１４に接続される。プローブユニット９には複数対のプローブ１１、１２が設けられており、プローブ対と同数の二次電池１を同時に検査することができる。

テーブル１０は、検査される二次電池１を保持するために設けられている。テーブル１０は、検査対象である複数または多数の二次電池１を例えば一列にまたはマトリックス状に並べて配置するよう構成されている。プローブユニット９のプローブ配列は、テーブル１０の電池配列に対応または一致していてもよい。

検査ユニット４は、それぞれ並行して二次電池１を検査するための複数のチャンネル（例えば第１チャンネルＣＨ１及び第２チャンネルＣＨ２）を備える。各チャンネルは、各二次電池１への充放電経路１８を形成するために、以下に述べる共通の構成を有する。例えば第１チャンネルＣＨ１の充放電経路１８を図１に破線の矢印で示す。図１に示す矢印の方向は二次電池１を充電するための充電電流の方向であり、二次電池を放電するための放電電流の方向は図１に示す方向とは逆方向である。第２チャンネルＣＨ２についても同様である。以下では適宜、充電電流、放電電流の方向を充電方向、放電方向と呼ぶことがある。図においては充電方向が時計回りであり、放電方向が反時計回りである。

検査ユニット４は、複数のチャンネルによって複数の二次電池１を同時に検査することができる。なおこのことは、各二次電池１がその検査工程において常に同一の局面にあることを要することを必ずしも意味しない（例えばすべての二次電池１が同一の電流または電圧プロファイルで一斉に充電または放電されることを必ずしも要するものではない）。よって、例えば、ある二次電池１の充電中に別の二次電池１では放電していてもよい。

検査ユニット４の複数のチャンネルの各々は、電源７から与えられる入力を検査仕様に適合する電圧及び電流に調整するための昇降圧コンバータ１７を備える。電源７と検査ユニット４またはプローブユニット９とがそれぞれの接続端子を電力線５で接続することにより接続される。電源７と昇降圧コンバータ１７とは、電力線５と、検査ユニット４またはプローブユニット９の内部配線とによって接続される。昇降圧コンバータ１７の構成の一例については後述する。昇降圧コンバータ１７を以下では単にコンバータ１７と呼ぶこともある。

一実施例においては、図１に示す複数のコンバータ１７が複数の出力チャンネルをもつ単一のコンバータユニットとして構成されていてもよい。よって、複数のコンバータ１７を総称して以下ではコンバータユニットと呼ぶこともある。この場合、コンバータユニットは電源７のある１つのチャンネルから電力の供給を受け、個別的に調整された電圧及び電流を複数の二次電池１の各々に与える。

検査ユニット４の複数のチャンネルの各々は、上述の一対のプローブ１１、１２をさらに含む。プローブ１１、１２は充放電経路１８の末端に設けられている。これら一組のプローブ１１、１２が二次電池１の両極それぞれに接触することで二次電池１が充放電経路１８に接続される。なおプローブユニット９は、こうした給電用のプローブ１１、１２に加えて、二次電池１の両極間電圧を測定するためのプローブ（図示せず）、または二次電池１の表面またはその近傍の温度を測定するためのプローブ（図示せず）等を含む所望の検査仕様のための測定項目を測定するためのプローブを備えてもよい。

複数のチャンネルの各々は、二次電池１の充放電電流を検出するための検出素子の一例である検出抵抗Ｒ１またはいわゆるシャント抵抗を含む。検出抵抗Ｒ１は、二次電池１の充放電経路１８上において、二次電池１の正極１３に接続されるほうのプローブ１１とコンバータ１７との間に設けられている。なお負極１４のほうに検出抵抗Ｒ１が設けられてもよい。検出抵抗Ｒ１は、各検出抵抗Ｒ１には、二次電池１の充放電電流に比例した電圧降下が発生する。検出抵抗Ｒ１には二次電池１の充電時と放電時とで互いに逆方向に電流が流れる。また、各チャンネルは、検出抵抗Ｒ１の電圧降下ＶＲ１を増幅するための計装アンプ１６を含んでもよい。

一実施例においては、こうした検査チャンネルを構成する要素の大半はプローブユニット９に搭載されている。プローブユニット９は、コンバータ１７、検出抵抗Ｒ１、プローブ１１、１２、計装アンプ１６を備える。プローブユニット９は、Ａ／Ｄコンバータ１５、プローブユニット制御回路２０、不揮発性メモリ２２をさらに備える。Ａ／Ｄコンバータ１５、計装アンプ１６、プローブユニット制御回路２０、不揮発性メモリ２２は、各チャンネルに共通する構成要素として設けられていてもよいし、チャンネルごとに個別的に設けられていてもよい。

Ａ／Ｄコンバータ１５は、充放電電流、両極間電圧、または電池温度等の計測値を表すアナログ信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１５は例えば、検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下ＶＲ１をアナログ／デジタル変換し、検出抵抗Ｒ１に流れる電流を示すデジタルの電流検出値を生成する。計装アンプ１６はＡ／Ｄコンバータ１５の前段に設けられている。なお計装アンプ１６は省略され、Ａ／Ｄコンバータ１５がアナログ計測信号を直接受けるようにしてもよい。

プローブユニット制御回路２０は例えば、ＣＰＵまたはＦＰＧＡを含んで構成されている。なおプローブユニット制御回路２０は簡単のため以下では適宜、単にコントローラ２０とも称する。不揮発性メモリ２２は、コントローラ２０からアクセス可能にコントローラ２０に付随してプローブユニット９に設けられており、後述のプローブユニット９の校正パラメタを保存するために設けられている。

プローブユニット９は、充放電電流を含む計測値を表すアナログ信号からその計測値を表すデジタルの計測信号を生成する。コントローラ２０は、プローブユニット９から外部（例えば電源コントローラ８）に送信するためのデジタル計測信号を生成する。コントローラ２０は、Ａ／Ｄコンバータ１５の出力信号から、二次電池１の充放電電流等の二次電池１に関連する計測値を表す計測データを生成する。この計測データは、外部の制御装置（例えば電源コントローラ８）とのデジタル通信に適合する形式で生成される。こうしたデータ変換は公知の手法を用いてもよい。コントローラ２０は、そのように生成した計測データを送信するための例えばリモートＩ／Ｏ等の公知の通信ユニットを含んでもよい。

一実施例においては、電源コントローラ８は、所定の検査プロセスのための電流設定値に電流検出値が近づくように電源７のフィードバック制御を行う。あるいは、電源コントローラ８は、電流設定値に電流検出値が近づくよう上述の昇降圧コンバータのフィードバック制御を行う。このようにして、例えば二次電池１の定電流での充放電が行われる。定電圧での充放電についても同様である。他の一実施例においては電源コントローラ８に代えてコントローラ２０がこうしたフィードバック制御を担ってもよい。電流設定値は例えば、検査プロセスに関連付けられて不揮発性メモリ２２または電源装置３のメモリに保存されており、電源コントローラ８またはコントローラ２０によって必要に応じて読み出される。

電流検出値が示す充放電電流の値は、検出抵抗Ｒ１の抵抗値、計装アンプ１６の利得、オフセット、Ａ／Ｄコンバータ１５の利得、オフセットなどの、ばらつき、温度依存性、経時的変動の影響を受ける。これらによって、電流検出値は、必ずしも充放電電流の真の値を示しているとは限らない。電圧検出値についても同様である。

一実施例においては、コントローラ２０は、測定値をその測定値の表す真の値に補正するための校正パラメタを使用してＡ／Ｄコンバータ１５の出力信号（例えば上記の電流検出値）を補正してもよい。すなわち、コントローラ２０は、Ａ／Ｄコンバータ１５のデジタル出力信号を、校正パラメタを参照することにより校正してもよい。校正パラメタは校正プロセスにより予め取得され、例えば不揮発性メモリ２２に保存されている。校正パラメタはプローブユニット９に固有であり、１つのプローブユニット９のもつ複数の充放電経路１８の各々についても固有の情報である。

図２は、校正装置２３及びそれを使用する校正プロセスの一例を示す図である。一実施例においては充放電検査システム２は標準抵抗２４及び計測器２５を備える校正装置２３を含み、校正プロセスは校正装置２３を使用して行われる。校正プロセスにおいては校正装置２３の標準抵抗２４が二次電池１に代えてプローブ１１、１２に接続される。標準抵抗２４に電流が供給されると、標準抵抗２４には電流に比例した電圧降下が発生する。校正装置２３の計測器２５による電圧降下の測定値と標準抵抗２４の既知の抵抗値とに基づいて真の電流値を求めることができる。計測器２５は例えばデジタルマルチメータである。校正プロセスにおいては例えば、複数の電流設定値を切り替え、それらの電流設定値ごとに対応する真の電流値を求める。こうして得られる電流設定値と真の電流値との対応関係から校正パラメタを求める。あるいは、プローブユニット９における電流検出値と真の電流値との対応関係から校正パラメタを求める。

校正の方法は特に限定されないが、最も簡易には、複数の測定点を通る直線の近似式
ｙ＝ａｘ＋ｂ …（１）
の傾きａおよび切片ｂを校正パラメタとしてもよい。ｘは電流設定値または電流検出値、ｙは真の電流値に対応する。校正には、２次以上の多項式近似を用いてもよい。得られた校正パラメタは、例えば不揮発性メモリ２２に書き込まれる。こうして、コントローラ２０は、電流検出値を式（１）の変数ｘとして代入することにより、値ｙを校正された真の電流検出値に補正することができる。

図２に示すように、校正装置２３は、検査台４の一対のプローブ１１、１２に対応して一対の接続端子２６を備える。プローブ１１、１２と接続端子２６とを接続することにより、プローブ１１、１２間に標準抵抗２４が接続される。接続端子２６は校正装置２３の本体２７から延びる配線の末端に設けられている。校正装置２３は、本体２７を典型的には検査台４の外部に配置し、接続端子２６のみを検査台４のプローブユニット９とテーブル１０との間に挿入してプローブ１１、１２に接続し、上述の校正プロセスを行う。なお可能な場合には校正装置２３は、テーブル１０に載置され、プローブユニット９とテーブル１０との間に挿入されてもよい。

校正装置２３は、校正プロセスを制御するための校正制御回路２８を備えてもよい。校正制御回路２８は例えば、昇降圧コンバータ１７への電流指令値を異ならせて複数回電流校正値を取得する。この取得結果に基づいて、校正制御回路２８は例えば、計測器２５で得られた真の電流値と検出抵抗Ｒ１による計測値との関係をチャンネルごとに演算し、各チャンネルの計測値を校正するための校正パラメタを求める。あるいは、校正制御回路２８は、計測器２５で得られた真の電流値と昇降圧コンバータ１７への電流指令値との関係をチャンネルごとに演算して校正パラメタを求める。

校正制御回路２８は例えば、各チャンネルの計測値、昇降圧コンバータ１７への電流指令値を含む校正パラメタ演算に必要な情報を管理サーバ１９から取得する。またはそうした情報を校正制御回路２８はコントローラ２０または電源コントローラ８から管理サーバ１９を通じて取得してもよい。校正制御回路２８は演算した校正パラメタを管理サーバ１９に送信する。送信された校正パラメタは、検査において使用するために、管理サーバ１９、コントローラ２０または電源コントローラ８に付随するメモリに保存される。

校正プロセスは、検出抵抗Ｒ１に充電方向に通電したときと放電方向に通電したときとで個別的に行い、充電方向の校正パラメタと放電方向の校正パラメタとをそれぞれ求めることが好ましい。それにより、二次電池１の充電時と放電時とでそれぞれ専用の校正パラメタを使用して計測値を補正することができるので、計測精度の向上につながる。

図２に示す構成においては検出抵抗Ｒ１及び標準抵抗２４に充電方向に通電するために電源７を利用することができる。放電方向の通電のために、校正装置２３は、電源部２９をさらに備えてもよい。電源部２９は、電池または電源と、その電池または電源を充放電経路１８に組み込みまたは切り離すためのスイッチと、を備えてもよい。電源部２９は例えば校正制御回路２８により制御される。校正制御回路２８は、充電方向の校正プロセスにおいては電源部２９の電池または電源を充放電経路１８から切り離すようスイッチを切り替え、放電方向の校正プロセスにおいては電源部２９の電池または電源を充放電経路１８に組み込むようスイッチを切り替える。

よって、電池検査ユニット４がｎ個のチャンネルを有する場合には、充電方向及び放電方向の両方の校正をするために２ｎ回の校正動作を要することになる。例えば図２に示すように２つのチャンネルについて校正をする場合には、まず第１チャンネルＣＨ１のプローブ１１、１２に校正装置２３すなわち標準抵抗２４が接続される。第１チャンネルＣＨ１の検出抵抗Ｒ１及び標準抵抗２４に充電方向に電流を流す１回目の校正動作が行われ、次に第１チャンネルＣＨ１の検出抵抗Ｒ１及び標準抵抗２４に放電方向に電流を流す２回目の校正動作が行われる。

そして、第１チャンネルＣＨ１から第２チャンネルＣＨ２のプローブ１１、１２に校正装置２３がつなぎ替えられる。第２チャンネルＣＨ２の検出抵抗Ｒ１及び標準抵抗２４に充電方向に電流を流す３回目の校正動作が行われ、次に第２チャンネルＣＨ２の検出抵抗Ｒ１及び標準抵抗２４に放電方向に電流を流す４回目の校正動作が行われる。各回の校正動作のたびに、またはすべての校正動作の終了後にまとめて、校正パラメタが演算される。こうして、２つのチャンネルについて４回の校正動作を経て校正プロセスが終了する。

図３及び図４は、本発明の好ましい一実施例に係る校正装置１００及びそれを使用する校正プロセスの一例を示す図である。本実施例によれば、ｎ回の校正動作でｎ個のチャンネルの充電方向及び放電方向の両方の校正をすることができる。充放電検査システム２は、校正装置１００を備える。本実施例においては、複数のチャンネルのうち１つのチャンネルと当該１つのチャンネルとは異なる他の１つのチャンネルとが校正装置１００の標準抵抗１０２を介して接続されて、校正プロセスのための校正回路が形成される。

好ましい一実施例においては、校正プロセスは、校正回路に第１方向に通電する第１校正と、校正回路に第１方向とは逆方向の第２方向に通電する第２校正と、を含む。図３には第１校正を示し、図４には第２校正を示す。好ましい一実施例においては、第１校正においては一方のチャンネルで充電方向の校正がなされ他方のチャンネルで放電方向の校正がなされ、第２校正においては逆に一方のチャンネルで放電方向の校正がなされ他方のチャンネルで充電方向の校正がなされる。

好ましい一実施例においては、第１校正と第２校正とで共通の電源（例えば電源７）を使用するために、校正回路は、第１校正と第２校正とで電流経路を切り替えるためのスイッチング素子を含む。このスイッチング素子は、好ましい一実施例においては昇降圧コンバータ１７に内蔵されている。スイッチング素子は公知の素子であってよく、例えばＦＥＴまたはＩＧＢＴであってもよい。すなわち、昇降圧コンバータ１７は、校正プロセスのための回路切替手段としても機能する。

校正装置１００は、標準抵抗１０２と、標準抵抗１０２を検査台４に接続するための接続端子１０４と、を備える。校正装置１００は、標準抵抗１０２に生じる電圧降下を測定するための計測器１０６をさらに備える。計測器１０６は例えばデジタルマルチメータである。校正装置１００は、充放電検査システム２に収容可能な寸法に、具体的にはプローブユニット９とテーブル１０との間に収容可能な寸法に形成されている。校正装置１００は、後述するように放電方向の校正のための電源を有する必要がないので、充放電検査システム２に収容可能に小形に設計をすることが比較的容易である。なお図４に示す校正装置１００は１組の接続端子１０４及び１つの標準抵抗１０２及び計測器１０６を備える。しかし、検査台４が多数のプローブ１１、１２を備える場合には、それに合わせて、校正装置１００は複数組の接続端子１０４及び複数の標準抵抗１０２を備えてもよい。

校正装置１００は、計測器１０６の出力する計測信号を外部に出力するよう構成されている。校正装置１００は、充放電検査システム２の電源コントローラ８またはコントローラ２０に接続され、計測器１０６の出力信号を電源コントローラ８またはコントローラ２０に与えてもよい。以下ではコントローラ２０が校正プロセスを制御する例を説明するが、電源コントローラ８またはその他の制御装置が校正プロセスを制御してもよい。なお、校正装置１００に代えて、図２に示す校正装置２３を用いて以下に述べる校正プロセスを実行することも可能である。

まず、校正装置１００の接続端子１０４の一方が検査ユニット４のあるチャンネルに接続され、接続端子１０４の他方が検査ユニット４の別のチャンネルに接続されて、２つのチャンネルの間に標準抵抗１０２が取り付けられる。例えば図３及び図４に示すように、接続端子１０４の一方が第１チャンネルのプローブ１１に接続され、接続端子１０４の他方が第２チャンネルのプローブ１１に接続される。こうして校正プロセスのために一時的に形成される校正回路においては、第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１と第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１とが標準抵抗１０２を介して直列に接続される。よって、第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１、標準抵抗１０２、及び第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１には電源７から共通の電流が与えられる。

コントローラ２０は第１校正及び第２校正を順次実行する。第１校正においては図３に示すように、コントローラ２０は第１チャンネルから第２チャンネルへと標準抵抗１０２を第１方向に電流を与えるよう電源７を制御する。第１校正における電流経路を図３に破線の矢印で示す。第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１は充電方向に通電され、第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１は放電方向に通電される。より具体的には、この第１電流経路は、電源７から、第１チャンネルのコンバータ１７、検出抵抗Ｒ１、プローブ１１、校正装置１００の一方の接続端子１０４、標準抵抗１０２、他方の接続端子１０４、第２チャンネルのプローブ１１、検出抵抗Ｒ１、コンバータ１７を経て、電源７に戻る。

また、第２校正においては図４に示すように、コントローラ２０は第２チャンネルから第１チャンネルへと標準抵抗１０２を、第１方向とは反対の第２方向に電流を与えるよう電源７を制御する。第２校正における電流経路を図４に破線の矢印で示す。第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１は放電方向に通電され、第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１は充電方向に通電される。より具体的には、この第２電流経路は、電源７から、第２チャンネルのコンバータ１７、検出抵抗Ｒ１、プローブ１１、校正装置１００の一方の接続端子１０４、標準抵抗１０２、他方の接続端子１０４、第１チャンネルのプローブ１１、検出抵抗Ｒ１、コンバータ１７を経て、電源７に戻る。

このようにコントローラ２０は、第１チャンネルにはその検出抵抗に充電方向及び放電方向の一方にかつ第２チャンネルにはその検出抵抗に充電方向及び放電方向の他方に電流を流すようにコンバータユニットを制御する。コンバータユニットの動作については図５乃至図７を参照して後述する。

コントローラ２０は、各検出抵抗及び標準抵抗１０２のそれぞれに生じる電圧降下に基づいて、第１チャンネル及び第２チャンネルそれぞれについて各検出抵抗を通じて検出される充放電電流の検出値を補正するための校正パラメタを演算する。コントローラ２０は、各回の校正動作のたびに、またはすべての校正動作の終了後にまとめて、校正パラメタを演算する。このようにして、２つのチャンネルについて２回の校正動作で校正プロセスを完了することができる。

例えば、コントローラ２０は、第１チャンネルから第２チャンネルへと標準抵抗１０２を一方向に流す電流を与え当該一方向についての校正パラメタを第１チャンネル及び第２チャンネルそれぞれについて演算する第１校正を実行する。コントローラ２０は、第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１と標準抵抗１０２とで電圧降下を対照することにより第１チャンネルについての校正パラメタを演算する。次に、コントローラ２０は、第２チャンネルから第１チャンネルへと標準抵抗１０２を反対方向に流す電流を与え当該反対方向についての校正パラメタを第１チャンネル及び第２チャンネルそれぞれについて演算する第２校正を実行する。コントローラ２０は、第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１と標準抵抗１０２とで電圧降下を対照することにより第２チャンネルについての校正パラメタを演算する。

本実施例は検査ユニット４のチャンネル数が偶数であることが好ましい。しかし、容易に理解されるように、検査ユニット４のチャンネル数が奇数であっても本実施例を適用することは可能である。偶数であるチャンネル数ｎの場合にはｎ回の校正動作でｎ個のチャンネルの充電方向及び放電方向の両方の校正をすることができ、奇数であるチャンネル数ｍの場合には、ｍ＋１回の校正動作でｍ個のチャンネルの充電方向及び放電方向の両方の校正をすることができる。つまり奇数の場合であっても端数となる１つのチャンネルについて別途校正するようにすれば、偶数の場合と同様に検査ユニット４の校正をすることができる。

図５は、本発明の一実施形態に係る昇降圧コンバータ１７の構成、及び校正回路の一例を示す図である。図６及び図７は、本発明の一実施形態に係る校正プロセスの一例を示す図である。図６及び図７はそれぞれ図３及び図４に対応しており、図６には第１校正を示し、図７には第２校正を示す。図６及び図７においても電流経路を破線の矢印で示す。なお図５乃至図７において図１乃至図４に示す構成要素と共通する要素については、説明の不必要な重畳を避けるため共通の参照符号を付すことにより適宜説明を省略する。

電池検査ユニット４の複数のチャンネルの各々は、二次電池１の充電電流を制御するための第１トランジスタ５０と、二次電池１の放電電流を制御するための第２トランジスタ５２と、を含む。第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２は、スイッチング素子または電流制御素子として設けられており、例えばＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）である。コントローラ２０は、第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２のそれぞれのゲート電圧を制御することにより、第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２のスイッチング素子としての開閉、及び電流制御素子としての通電量を制御する。

図５に示すように、コンバータ１７は、１対のプローブ１１、１２にコンバータ１７を接続するための１対のプローブ接続端子５４と、電源７にコンバータ１７を接続するための１対の電源接続端子５６と、を備える。プローブ接続端子５４及び電源接続端子５６の一方どうしを結ぶ導線とプローブ接続端子５４及び電源接続端子５６の他方どうしを結ぶ導線との間に第１トランジスタ５０と第２トランジスタ５２とが直列に接続されている。第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２のそれぞれには並列にダイオード５８、６０が設けられている。第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２の電流方向とダイオード５８、６０の電流方向とは逆向きである。

コンバータ１７はリアクトル６２を備え、リアクトル６２は、一端が第１トランジスタ５０と第２トランジスタ５２との間に接続され、他端がプローブ接続端子５４の一方に接続される。そのプローブ接続端子５４の一方は検出抵抗Ｒ１を介してプローブ１１へと接続されている。プローブ接続端子５４の他方はプローブ１２に接続されている。コンバータ１７は、２つのダイオード６４、６６からなる保護回路を更に備える。この保護回路は二次電池１をプローブ１１、１２から取り外す際にリアクトル６２から放出される電流を端子５６に導くための回路である。

電池検査に際して充電方向に電流を流す場合には第１トランジスタ５０が制御される。電源７の正極Ｐから、第１トランジスタ５０、リアクトル６２、検出抵抗Ｒ１を通じて二次電池１（図１参照）または校正装置２３（図２参照）に電流が流れる。二次電池１からプローブ１２、プローブ接続端子５４、電源接続端子５６を通じて電源７の負極Ｎに戻る。一方、放電方向に電流を流す場合には第２トランジスタ５２が制御される。二次電池１または電源部２９（図２参照）の正極から、プローブ１１、検出抵抗Ｒ１、リアクトル６２、ダイオード５８、電源７の正極Ｐ、電源７の負極Ｎ、電源接続端子５６、プローブ接続端子５４、プローブ１２を経て二次電池１の負極に戻る。

好ましい一実施例においては図６及び図７に示すように、コントローラ２０は、第１チャンネルの第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２の一方と第２チャンネルの第１トランジスタ５０及び第２トランジスタ５２の他方とを組み合わせて制御することにより校正回路の電流を制御する。

第１校正においては図６に示すように、コントローラ２０は、第１チャンネルの第１トランジスタ５０と第２チャンネルの第２トランジスタ５２とを組み合わせて制御する。具体的には、コントローラ２０は、第２チャンネルの第２トランジスタ５２をオン状態とし、第１チャンネルの第１トランジスタ５０によって電流制御を行う。その結果、電源７の正極Ｐから、第１チャンネルの第１トランジスタ５０、リアクトル６２、検出抵抗Ｒ１、標準抵抗１０２、第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１、リアクトル６２、第２トランジスタ５２を経て電源７の負極Ｎへと制御された電流が流れる。このようにして、第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１、標準抵抗１０２、及び第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１に共通の電流を同時に与えることができる。

一方、第２校正においては図７に示すように、第２チャンネルの第１トランジスタ５０と第１チャンネルの第２トランジスタ５２とを組み合わせて制御する。具体的には、コントローラ２０は、第１チャンネルの第２トランジスタ５２をオン状態とし、第２チャンネルの第１トランジスタ５０によって電流制御を行う。その結果、電源７の正極Ｐから、第２チャンネルの第１トランジスタ５０、リアクトル６２、検出抵抗Ｒ１、標準抵抗１０２、第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１、リアクトル６２、第２トランジスタ５２を経て電源７の負極Ｎへと制御された電流が流れる。このようにして、第１校正とは反対方向に第１チャンネルの検出抵抗Ｒ１、標準抵抗１０２、及び第２チャンネルの検出抵抗Ｒ１に共通の電流を同時に与えることができる。

なお、第１校正においてコントローラ２０は、第１チャンネルの第１トランジスタ５０をオン状態とし、第２チャンネルの第２トランジスタ５２によって電流制御をしてもよい。同様に第２校正において、コントローラ２０は、第２チャンネルの第１トランジスタ５０をオン状態とし、第１チャンネルの第２トランジスタ５２によって電流制御をしてもよい。オン状態とは例えば、許容されるゲート電圧範囲の最大値またはオン状態として設定されているゲート電圧値を与えてスイッチング素子としてのトランジスタを開放することをいう。上記においてオン状態とされるトランジスタは必ずしもオン状態に固定されなくてもよく、他方のトランジスタによる電流制御に制限を与えることを避けるように当該他方のトランジスタに連動させて制御されてもよい。

図８及び図９は、本発明の一実施形態に係る電池検査ユニット４の構成を概略的に示す図である。図８は検査のために二次電池１が電池検査ユニット４に収容された状態を示し、図９は隣接する２つのチャンネルを同時に校正するための校正装置１００が収容された状態を示す。図９に示す校正プロセスの際には二次電池１は電池検査ユニット４の外部に搬出されている。説明の便宜上、図示のように、二次電池１の配列方向をＸ方向、鉛直方向をＹ方向、両者に直交する方向をＺ方向とするＸＹＺ直交座標系を定める。

電池検査ユニット４は上述のように、プローブユニット９と、テーブル１０と、を含んで構成されている。プローブユニット９は、プローブユニット支持部４９に取り付けられている。テーブル１０は、二次電池１のための電池支持台である。テーブル１０は、二次電池１を直に支持するよう構成されていてもよいし、二次電池１を支持するための電池フォルダ４０またはパレットを支持するよう構成されていてもよい。

電池検査ユニット４は、天板３２、底板３４、及び支柱３６を含む支持構造を備える。支柱３６の一端に天板３２が固定され、他端に底板３４が固定されている。天板３２及び底板３４は概ね同一形状（例えば矩形）の平板部材であり、その複数の角部にそれぞれ支柱３６が取り付けられている。支柱３６は、プローブユニット支持部４９を案内するためのガイドとしても設けられている。天板３２により検査ステージ３０が支持され、底板３４によりテーブル１０が支持されている。検査ステージ３０の駆動機構を作動させることによりプローブユニット支持部４９は支柱３６に沿って上下に移動することができる。

図示の実施例においては、検査ステージ３０（及びプローブユニット９）とテーブル１０とは対向し、両者の間に電池収容空間３８が形成される。検査ステージ３０は、テーブル１０の鉛直方向上方に配置されている。テーブル１０には、二次電池１の温度調整または冷却をするためのクロスフローファン等の送風機が取り付けられていてもよい。

二次電池１は、図示の例では直方体形状を有し、側面を互いに対向させ隣りの二次電池１と間隔をあけて水平方向（Ｘ方向）に並べられている。二次電池１の側面は鉛直方向（Ｙ方向）に平行な平面である。本実施例では二次電池１は、電池フォルダ４０に保持された状態で図示しない搬送装置により例えばＸ方向に検査ユニット４に搬入され検査され搬出される。電池フォルダ４０により二次電池１の下部が支持されている。二次電池１は、その上面に１つまたは複数の（例えば２つの）電極を有する。なお二次電池１の形状及び配列はこれに限られず、任意の形状を有してもよいし、任意の配列で並べられてもよい。また、電極の配置及び数も図示の形態に限られない。

一実施例においては、テーブル１０は位置が固定されており、検査ステージ３０によってプローブユニット９が上下に移動される。検査ステージ３０の移動によって、二次電池１の電極１３、１４とプローブ１１、１２とが接離される。なお電極１４及び対応するプローブ１２は電極１３及びプローブ１１のＺ方向背後にある。検査ステージ３０とともに、または検査ステージ３０に代えて、テーブル１０が移動可能とされてもよい。好ましくはプローブユニット９は、プローブ配列が二次電池１の配列に一致するよう構成されている。図示しない搬送装置は各二次電池１が対応するプローブ１１の直下に位置するよう電池フォルダ４０を検査ステージ３０に載置する。このようにして検査ユニット４は、プローブ１１に対する二次電池１の相対前進によって各プローブ１１が対応する二次電池１に接続されるよう構成されている。

また、プローブユニット９は、プローブ１１を支持するためのプローブ支持プレート４６を備える。プローブユニット９は、電装品収容部４８を備える。電装品収容部４８は例えば、プローブ支持プレート４６とプローブユニット支持部４９との間に形成されている。電装品収容部４８には、図１に示す検出抵抗Ｒ１、Ａ／Ｄコンバータ１５、計装アンプ１６、プローブユニット制御回路２０、及び不揮発性メモリ２２が収容される。ノイズの影響低減のために、アナログ信号を取り扱う構成要素がプローブユニット９に集約され、アナログ信号線が物理的に短くされている。検査台４と電源装置３との間はデジタル通信が採用されている。検査台４と電源装置とをアナログ線で接続する場合に比べて、信号へのノイズの影響を低減することができる点も好ましい。

充放電検査システム２の動作の一例を説明する。検査が開始される。まず二次電池１が電池フォルダ４０に配列された状態で、検査ユニット４に搬入される。プローブユニット９の各プローブ１１の直下に各二次電池１の電極が位置するよう電池フォルダ４０は検査ステージ３０に位置決めされる。検査ステージ３０の移動機構によってプローブユニット９は鉛直方向下方に移動され、二次電池１の電極とプローブ１１との接触により二次電池１とプローブ１１との電気的接続が確立される。こうして検査の準備段階は完了する。

例えば電源コントローラ８及びコントローラ２０の制御のもとで二次電池１の検査が実行される。検査項目ごとに電圧プロファイルまたは電流プロファイルが予め定められている。こうしたプロファイルに従って電源コントローラ８は各二次電池１の充放電を制御する。それとともに、必要な計測項目についての計測値が取得される。校正パラメタを使用して、計測値を表すアナログ信号から校正されたデジタルの計測信号が生成される。校正された計測値に基づいて検査が実行され、各二次電池１の例えば良否が判定される。

検査が完了すると、搬入とは逆の流れで検査ユニット４から電池フォルダ４０及び二次電池１が搬出される。続いて、次に検査される二次電池１が電池フォルダ４０に搭載されて検査ユニット４に搬入され、同様にして検査が実行される。あるいは次の電池を検査する代わりに、充放電検査システム２の校正を含む保守作業が実行される。

図９に示すように、校正装置１００が検査ユニット４に搬入される。校正装置１００の複数の接続端子１０４は複数のプローブ１１の配列に適合する配列で形成されている。例えば、複数の接続端子１０４の数及び間隔は、複数のプローブ１１の数及び間隔に一致している。接続端子１０４は、検査ユニット４への搬入の際に二次電池１の電極の位置決めされるべき位置に位置決めされる。検査ステージ３０の移動によってプローブユニット９が鉛直方向に移動され、接続端子１０４とプローブ１１とが接離される。このようにして、プローブユニット９の隣接する２つのチャンネルの各プローブ１１を校正装置１００の接続端子１０４に容易に接続することができる。

プローブユニット９と校正装置１００とが接続されて、上述の校正プロセスが実行される。例えば第１校正及び第２校正が順次実行される。校正プロセスが完了したら、校正装置１００は検査ユニット４から搬出される。保守作業の他の工程が行われるか、電池検査が再開される。

本発明の一実施形態によれば、校正作業に要する時間を好ましくは半減させることができる。２つの検査チャンネルについての充電／放電の双方向の校正を、従来の典型的な手法では４回の校正動作を要するところ、２回の動作で済ませられる。また、２つのチャンネルについて１つの標準抵抗を共用して校正することができる。同時に多数のチャンネルを校正するために要する標準抵抗を少数にする（例えば半減する）ことができるので、校正装置の小型化が可能となる。充放電検査装置に校正装置を収容しやすくなり、校正装置を外部に配置してケーブル等で充放電検査装置に接続する場合に比べて、作業性の向上を期待できる。比較的高額である標準抵抗に要するコストも小さくすることができる。

また、充放電検査装置の電源を使用して双方向の校正をすることができるので、校正装置に放電側校正のための電源または電池を設ける必要がない。このことも、校正装置の小型化に寄与する。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

例えば、上述の実施形態においては、昇降圧コンバータを校正プロセスのための回路切替手段に兼用するようにしているが、校正プロセス専用のスイッチング手段を設けてもよい。そうした場合には、第１及び第２のチャンネルの一方で充電方向、他方で放電方向に校正をする以外に、第１及び第２のチャンネルの両方で充電方向にまたは放電方向に校正をすることも可能となるであろう。

また、上述のように、検出抵抗Ｒ１は負極１４側に設けられていてもよい。検出抵抗Ｒ１は、対応するプローブ１２と、コンバータ１７を接続するための１対のプローブ接続端子５４のうち一方との間に設けられる。つまり、図５においては検出抵抗Ｒ１は上側のプローブ接続配線に設けられているが、検出抵抗Ｒ１は下側のプローブ接続配線に設けられていてもよい。

この場合、校正回路は次のように構成することもできる。まず、第１チャンネルＣＨ１のプローブ１１、１２が配線で直接接続される。第２チャンネルＣＨ２のプローブ１１、１２についても直接接続される。検出抵抗Ｒ１を有するプローブ接続配線のプローブ接続端子５４側の端子がプローブ接続端子５４から取り外され、その端子どうしを第１チャンネルＣＨ１と第２チャンネルＣＨ２とで標準抵抗１０２を介して接続する。このようにしても、第１チャンネルＣＨ１の検出抵抗Ｒ１、標準抵抗１０２、及び第２チャンネルＣＨ２の検出抵抗Ｒ１が直列に接続される校正回路を形成可能であり、上述の第１校正及び第２構成を同様に適用することができる。

１ 二次電池、 ２ 充放電検査システム、 ３ 電源装置、 ４ 電池検査台、 ７ 電源、 ８ 電源コントローラ、 ９ プローブユニット、 １１ プローブ、 １８ 充放電経路、 ２０ コントローラ、 ５０ 第１トランジスタ、 ５２ 第２トランジスタ、 １００ 校正装置、 １０２ 標準抵抗、 ＣＨ１ 第１チャンネル、 ＣＨ２ 第２チャンネル、 Ｒ１ 検出抵抗。

Claims (5)

1. それぞれ並行して二次電池を検査するための第１チャンネル及び第２チャンネルを含む複数のチャンネルを備え、各チャンネルは二次電池の充放電電流を検出するための検出抵抗を含む充放電検査装置であって、
   前記第１チャンネルの検出抵抗と前記第２チャンネルの検出抵抗とが標準抵抗を介して接続される校正回路において各検出抵抗及び前記標準抵抗のそれぞれに生じる電圧降下に基づいて、前記第１チャンネル及び第２チャンネルそれぞれについて各検出抵抗を通じて検出される充放電電流の検出値を補正するための校正パラメタを演算するコントローラを備えることを特徴とする充放電検査装置。
2. 前記コントローラは、前記校正回路に第１方向に電流を流すことを含む第１校正と、前記校正回路に第１方向とは反対の第２方向に電流を流すことを含む第２校正と、を実行することを特徴とする請求項１に記載の充放電検査装置。
3. 前記複数のチャンネルの各々は、二次電池の充電電流を制御するための第１のスイッチング素子と、二次電池の放電電流を制御するための第２のスイッチング素子と、を含み、
   前記コントローラは、前記第１チャンネルの第１及び第２のスイッチング素子の一方と前記第２チャンネルの第１及び第２のスイッチング素子の他方とを組み合わせて制御することにより前記校正回路の電流を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の充放電検査装置。
4. それぞれ並行して二次電池を検査するための第１チャンネル及び第２チャンネルを含む複数のチャンネルを備え、各チャンネルは二次電池の充放電電流を検出するための検出抵抗を含む充放電検査装置を校正するための校正装置であって、
   標準抵抗と、該標準抵抗を前記第１チャンネルと第２チャンネルとの間に接続するための接続端子と、を備え、前記充放電検査装置に収容可能な寸法に形成されていることを特徴とする校正装置。
5. 複数の二次電池をそれぞれ並行して検査するための複数のチャンネルを備える充放電検査装置のための校正方法であって、
   前記複数のチャンネルのうち１つのチャンネルと当該１つのチャンネルとは異なる他の１つのチャンネルとを標準抵抗を介して接続することを含むことを特徴とする校正方法。

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