JP2014106157A - 充放電試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池や電気二重層キャパシタ等の被試験体の充放電試験を行う充放電試験装置について、設備の簡素化、稼働効率の改善、試験精度の向上を図る。
【解決手段】充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４がそれぞれ個別接続される複数の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４と、被試験体Ｍ１〜Ｍ４がそれぞれ個別接続される複数の接続端子Ｔ２１〜Ｔ２４と、各入力端子と前記各接続端子との間の接続関係を切り替える開閉動作を行う複数の開閉部２１〜２４とを有する接続切替機構２０、を備える。小電流試験を行うときは、開閉部２１〜２４の開閉動作を制御して充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４を被試験体Ｍ１〜Ｍ４に１対１の関係で個別接続する。大電流試験を行うときは、開閉部２１〜２４の開閉動作を制御して２台以上の充放電試験用電源を、１つの被試験体に並列接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充放電試験用電源を用いて二次電池や電気二重層キャパシタ等の被試験体の充放電試験を行う充放電試験装置に関するものである。

近年、電子技術の進歩により高性能化、小型化、ポータブル化した各種の電子機器の分野や、環境配慮型製品としての電気自動車などの分野で、二次電池の需要が高まってきている。そして、これに伴い、二次電池の研究開発や製品の信頼性を確保するために、二次電池を充放電して試験を行う充放電試験装置が種々提案されている。

この充放電試験装置では、一般に、試験効率の向上のため、二次電池の充放電を行う充放電試験用電源を複数搭載し、それら充放電試験用電源により、複数の二次電池に対して試験を同時に行えるようにしている。

例えば、特許文献１では、複数の充放電試験用電源と複数の二次電池とが１対１の関係で個別に接続されて、複数の二次電池の試験が行われる。

二次電池に限らず一般的に、複数の被試験体について、小電流の充放電電流による充放電試験（以下、小電流試験という）と、大電流の充放電電流による充放電試験（以下、大電流試験という）とを行うシステムとして、従来では、小電流試験に対しては小電流試験装置を用意し、大電流試験に対しては大電流試験装置を用意し、その都度、試験装置の繋ぎ替えを行うようにしていた。この点を、図８を用いて説明する。一例として、被試験体数Ｎ＝４の場合で説明する。

図８（ａ）は、従来技術において、充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４により小電流試験を行う小電流試験装置Ｘ１を用いて４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対する小電流試験を行っているときの状態を示す概念図である。一方、図８（ｂ）は、従来技術において、充放電試験用電源Ｅ０により大電流試験を行う大電流試験装置Ｘ２を用いて４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４のうちの１つの被試験体Ｍ１に対する大電流試験を行っているときの状態を示す概念図である。残り３つの被試験体Ｍ２〜Ｍ４は待機状態にある。

従来技術にあっては、図８（ａ）に示す小電流試験を行い、それが完了すると、被試験体Ｍ１〜Ｍ４を移し替え、図８（ｂ）の状態にして大電流試験を行う。また、大電流試験が完了し再度の小電流試験を行うときは、被試験体Ｍ１〜Ｍ４を移し替え、図８（ａ）の状態にして小電流試験を行う。以下、詳しく説明する。

［１］小電流試験
小電流試験を行うときの様子を図８（ａ）を用いて説明する。小電流試験装置Ｘ１は比較的容量の小さい充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４を複数備えている。ここでは、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を対象にすることから、小容量の充放電試験用電源もＥ１〜Ｅ４の４つが使用される。

図８（ａ）に示すように、被試験体Ｍ１を小容量の充放電試験用電源Ｅ１に繋ぎ、被試験体Ｍ２を小容量の充放電試験用電源Ｅ２に繋ぎ、被試験体Ｍ３を小容量の充放電試験用電源Ｅ３に繋ぎ、被試験体Ｍ４を小容量の充放電試験用電源Ｅ４に繋ぐ。そして、制御部１０の制御のもと、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４について個別的に、それぞれ小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４を使用して試験を実施する。これら４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対する小電流試験は同時並行的に実施される。

４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４について小電流試験が終了すると、各被試験体Ｍ１〜Ｍ４を各充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４との接続状態から切り離し、図８（ｂ）に示す大電流試験装置Ｘ２の場所に移す。被試験体Ｍ１〜Ｍ４の切り離しおよび移動は人手によって行われる。

［２］大電流試験
大電流試験装置Ｘ２を用いて試験するときは被試験体Ｍ１〜Ｍ４を順次入れ替えて被試験体の１つずつに対して試験を行う。１つの被試験体に対する試験が終了すれば被試験体を入れ替えて次の被試験体の試験へと進む。このようにして４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対して順次に試験を実施する。

図８（ｂ）に示すように、大電流試験装置Ｘ２は比較的容量の大きい充放電試験用電源Ｅ０を１つ備えている。小電流試験装置Ｘ１の場所から移されてきた４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４のうち、１つ目の被試験体Ｍ１を図示のように大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぐ。残りの３つの被試験体Ｍ２〜Ｍ４は待機状態となる。制御部１０の制御のもと、まず１つ目の被試験体Ｍ１について大容量の充放電試験用電源Ｅ０を使用して試験を実施する。

１つ目の被試験体Ｍ１について大電流試験が終了すると、その被試験体Ｍ１を大容量の充放電試験用電源Ｅ０との接続状態から切り離し、代わって２つ目の被試験体Ｍ２を大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、この２つ目の被試験体Ｍ２について大容量の充放電試験用電源Ｅ０を使用して試験を実施する。

２つ目の被試験体Ｍ２について大電流試験が終了すると、その被試験体Ｍ２を大容量の充放電試験用電源Ｅ０との接続状態から切り離し、代わって３つ目の被試験体Ｍ３を大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、試験を実施する。

３つ目の被試験体Ｍ３について大電流試験が終了すると、その被試験体Ｍ３を大容量の充放電試験用電源Ｅ０から切り離し、代わって４つ目の被試験体Ｍ４を大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、試験を実施する。４つ目の被試験体Ｍ４について大電流試験が終了すると、その被試験体Ｍ４を大容量の充放電試験用電源Ｅ０から切り離す。

以上のように、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対する大電流試験は、順次個別的に実施される。被試験体Ｍ１〜Ｍ４の繋ぎ替えは人手によって行われる。

小電流試験と大電流試験の１セットが試験の１サイクルであり、このサイクルを複数回にわたって繰り返す。したがって、図８（ｂ）の大電流試験が終了すると、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を再び大電流試験装置Ｘ２の場所から小電流試験装置Ｘ１の場所へと戻すことになる。

特開２００３−２８２１５０号公報

上記の従来技術にあっては、被試験体に対する小電流試験と大電流試験とを切り替えて実施する上で、小電流試験にはそれ専用の小電流試験装置を必要とし、大電流試験にはそれ専用の大電流試験装置を必要としているため、試験設備が全体として大掛かりなものとなっているという問題がある。また、被試験体の繋ぎ替えおよび場所移動を人手によって行うので、作業効率が著しく低いものとなっている。

図９は、小電流試験装置Ｘ１と大電流試験装置Ｘ２とを併用する従来技術における動作態様を示している。紙面右斜め上方向に時間軸ｔを取り、紙面垂直上方向に電流軸ｉを取っている。４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４についてそれぞれ試験状態を表している。小電流試験装置Ｘ１と大電流試験装置Ｘ２とが別体であることが表されている。４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４についての各矩形状の波形は、その高さが小さいのが小電流試験であることを表し、その高さが大きいのが大電流試験であることを表している。また、時間軸方向に長いのが試験時間が長いことを表し、時間軸方向に短いのが試験時間が短いことを表している。この表現形態で明らかなように、小電流試験では寿命試験を実施するため試験時間が長くなっている。また、大電流試験では特性試験を実施するため試験時間が短くなっている。

まず、試験時間帯ｔ１１において、小電流試験装置Ｘ１を用いて４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４につき同時並行的に小電流試験を実施する。４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４の波形が同一時間範囲に描かれているのは、同時並行的な試験であることを意味している。

次に移行時間帯ｔ１２があるが、この部分では、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を小電流試験装置Ｘ１の小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４から取り外し、取り外した４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を小電流試験装置Ｘ１の場所から大電流試験装置Ｘ２の場所まで運び、被試験体Ｍ１〜Ｍ４のうち１つ目の被試験体Ｍ１を大電流試験装置Ｘ２の大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ替える作業が行われる。

試験時間帯ｔ１３においては、大電流試験装置Ｘ２を用いて４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対する大電流試験が順次個別的に実施される。４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４が互いに異なる時間範囲に描かれているのは、順次個別的な試験であることを意味している。１つ目の被試験体Ｍ１に対する大電流試験が終了してから２つ目の被試験体Ｍ２への繋ぎ替えに要する時間がｔｍである。この繋ぎ替え時間ｔｍは、２つ目の被試験体Ｍ２に対する大電流試験が終了してから３つ目の被試験体Ｍ３に繋ぎ替える際にも、また、３つ目の被試験体Ｍ３に対する大電流試験が終了してから４つ目の被試験体Ｍ４に繋ぎ替える際にも消費される。したがって、試験時間帯ｔ１３は、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４の個別の大電流試験時間の合計時間と繋ぎ替え時間ｔｍの３回分の時間との総合合計時間になる。

小電流試験と大電流試験は繰り返し行われる。移行時間帯ｔ１４があるが、この部分では、４つ目の被試験体Ｍ４を大容量の充放電試験用電源Ｅ０から取り外し、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を大電流試験装置Ｘ２の場所から小電流試験装置Ｘ１の場所まで運び、被試験体Ｍ１〜Ｍ４のすべてを小電流試験装置Ｘ１の小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４に繋ぎ替える作業が行われる。繋ぎ替えが完了すると次のサイクルへと進み、小電流試験の試験時間帯ｔ１１、移行時間帯ｔ１２、大電流試験の試験時間帯ｔ１３および移行時間帯ｔ１４のセットの１サイクル作業が繰り返し実施される。

この図９の概念図から分かることは、次のとおりである。

小電流試験装置Ｘ１と大電流試験装置Ｘ２のセットを用いていることは、設備コスト面で多大な負担となっている。イニシャルコストもランニングコストも高くなりがちである。また、空間スペース的にも負担が大きい。

被試験体Ｍ１〜Ｍ４を、場所を変えて移動させることの作業負担も大きい。同じような作業が繰り返されるが、そのたびに、被試験体Ｍ１〜Ｍ４を小電流試験装置Ｘ１の場所から大電流試験装置Ｘ２の場所まで運び、また逆に、大電流試験装置Ｘ２の場所から小電流試験装置Ｘ１の場所まで運ぶことになり、多大な労力となってしまう。

運ぶだけでなく、繋ぎ替え作業を繰り返し行わなければならないので、さらに負担は大きいものとなっている。頻繁な繋ぎ替えは試験装置のメンテナンス負担の増大や故障率増大をもたらす。

最も大きい問題が次の点である。小電流試験装置Ｘ１の稼働中に大電流試験装置Ｘ２が遊んでおり、逆に、大電流試験装置Ｘ２の稼働中に小電流試験装置Ｘ１が遊んでいる。図９において、Ｐ１，Ｐ２は遊びの時間帯を示している。大電流試験装置Ｘ２にとっては、小電流試験装置Ｘ１が稼働している試験時間帯ｔ１１の全時間が待機状態となっているということである。また、小電流試験装置Ｘ１にとっては、大電流試験装置Ｘ２が稼働している試験時間帯ｔ１３の全時間が待機状態となっているということである。これら小電流・大電流の電流試験装置Ｘ１，Ｘ２双方の交互の遊びは、設備全体の稼働効率を相当に低いものにしている。

なお、図９の左側上半分の４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対する大電流試験を時間差をもって行うことの時間ロスに鑑み、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を同時並行的に大電流試験をするために、大電流試験装置Ｘ２を４台（一般には複数台）用意するという考え方もある。しかし、大電流試験装置Ｘ２は１台でも大掛かりであるので、それを４台（一般には複数台）も用意するとなると、設備費の著しい高騰化を招く結果となる。

上記した従来技術の問題に対する次のステップの解決策として、次のような対策が考えられる。それは、大型試験装置Ｙに、大電流試験モードと小電流試験モードとの２モードを持たせ、試験モードの切り替えにより、被試験体の１つに対して小電流試験と大電流試験とを順次に行うことを、被試験体を順次に交代させて繰り返す。すなわち、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４を対象とするとき、大型試験装置Ｙを小電流試験モードに設定した上で１つ目の被試験体Ｍ１に対して小電流試験を実施し、それが終了したのちに、大型試験装置Ｙを大電流試験モードに切り替え、同じく１つ目の被試験体Ｍ１に対して大電流試験を実施する。

次いで、大型試験装置Ｙを再び小電流試験モードに切り替えた上で２つ目の被試験体Ｍ２に対して小電流試験を実施し、それが終了したのちに、大型試験装置Ｙを大電流試験モードに切り替え、同じく２つ目の被試験体Ｍ２に対して大電流試験を実施する。

さらに、再び小電流試験モードに切り替えて３つ目の被試験体Ｍ３に対して小電流試験を実施し、その終了後、大電流試験モードに切り替えて同じ被試験体Ｍ３に対して大電流試験を実施する。最後に、小電流試験モードに切り替えて４つ目の被試験体Ｍ４に対して小電流試験を実施し、その終了後、大電流試験モードに切り替えて同じ被試験体Ｍ４に対して大電流試験を実施する。

図１０は、このような対策にかかわる大型試験装置Ｙにおける動作態様を示している。

まず、１つ目の被試験体Ｍ１を大型試験装置Ｙの大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、小電流試験モードにおいて小電流試験を実施し、次いで大電流試験モードに切り替え大電流試験を実施する。

次に、１つ目の被試験体Ｍ１に代えて２つ目の被試験体Ｍ２を大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、小電流試験モードにおいて小電流試験を実施し、次いで大電流試験モードに切り替え大電流試験を実施する。

次に、２つ目の被試験体Ｍ２に代えて３つ目の被試験体Ｍ３を大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、小電流試験モードにおいて小電流試験を実施し、次いで大電流試験モードに切り替え大電流試験を実施する。

最後に、３つ目の被試験体Ｍ３に代えて４つ目の被試験体Ｍ４を大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぎ、小電流試験モードにおいて小電流試験を実施し、次いで大電流試験モードに切り替え大電流試験を実施する。

さらに、２サイクル目の試験のために、４つ目の被試験体Ｍ４に代えて１つ目の被試験体Ｍ１を繋ぎ、上記同様の処理を繰り返す。

この概念図から分かることは、次のとおりである。

この対策案では、大容量の充放電試験用電源Ｅ０に繋ぐ被試験体を替えるたびに、繋ぎ替え時間ｔｍが消費される。

大容量の充放電試験用電源Ｅ０が小電流試験を実施している時間帯ｔｓは、大電流試験を実施している時間帯ｔｂに比べて大幅に長い。時間長さの一例を挙げると、大電流試験時間帯ｔｂが数分であるのに対して、小電流試験時間帯ｔｓは桁が大幅に違い、５〜６日といった長さである。大容量の充放電試験用電源Ｅ０は、文字通り、その能力規模が大きいものであり、そのような大きい能力を小電流試験のために長時間占有されてしまうことは、トータルとしての稼働効率を甚だしく低いものにしてしまうといった新たな問題が生起する。

一方、大容量の充放電試験用電源Ｅ０ではなく、図１１に示すように、４つの小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４を一括して１つの被試験体に繋ぎ、大電流試験を被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対し順次に行う、という方式も考えられる。この場合、例えば、１つ目の被試験体Ｍ１に対して４つの小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４が並列に接続されていて、残りの３つの被試験体Ｍ２〜Ｍ４は待機状態とされる。

１つ目の被試験体Ｍ１に対しての４つの小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４をすべて繋いだ状態での大電流試験が終了すると、次に、被試験体Ｍ１に代えて２つ目の被試験体Ｍ２を繋ぎ、同様にして大電流試験を行う。３つ目の被試験体Ｍ３、４つ目の被試験体Ｍ４も同様である。

しかし、１つの被試験体を４つの小容量の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４に繋ぐ作業を、４つの被試験体Ｍ１〜Ｍ４についてそれぞれ繰り返すことは、人手作業に頼るものであるだけに、多大な労力を強いることになり、実際的な解決策とはなりにくい。

また、人手作業により被試験体の繋ぎ替えや移動を頻繁に行うことは、試験精度の劣化をもたらし、試験結果の信頼性の低下につながる。

本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、二次電池や電気二重層キャパシタ等の被試験体の充放電試験を行うもので、小電流試験と大電流試験とを切り替えて行う充放電試験装置について、設備の簡素化、稼働効率の改善、試験精度の向上を図ることを目的としている。

本発明は、次のような手段を講じることにより上記の課題を解決する。

本発明による充放電試験装置は、被試験体の小電流試験に対応した電流容量を有する複数の充放電試験用電源を用いて、二次電池や電気二重層キャパシタ等の複数の被試験体に対して充放電試験を行う充放電試験装置であって、前記各充放電試験用電源がそれぞれ個別接続される複数の入出力端子と、複数の被試験体がそれぞれ個別接続される複数の接続端子と、前記入出力端子と前記接続端子との対応数と少なくとも同数で、かつ、前記各入出力端子と前記各接続端子との間の接続関係を切り替える開閉動作を行う複数の開閉部とを備えた接続切替機構、を備え、
前記開閉部の開閉動作の制御により、前記各被試験体の小電流試験を行うときは、個別接続モードで前記各充放電試験用電源を前記各被試験体に１対１の関係で個別接続し、前記各被試験体の大電流試験を行うときは、並列接続モードで前記各充放電試験用電源のうちの２台以上の充放電試験用電源を１つの被試験体に並列接続する、ことを特徴とする。

好ましくは、前記接続切替機構の前記各開閉部は、それぞれ、少なくとも、前記各充放電試験用電源の台数に対応した複数のスイッチ素子を備え、
前記各開閉部は、それぞれのスイッチ素子が前記各入出力端子に個別に接続され、かつ、対応する前記接続端子に並列して接続されている。

好ましくは、前記個別接続モードにおいて、前記開閉部内の前記各スイッチ素子それぞれの導通、非導通を制御して前記充放電試験用電源と前記被試験体とを１対１の関係で個別接続する。

好ましくは、前記並列接続モードにおいて、前記開閉部内の複数のスイッチ素子それぞれの導通、非導通を制御して２台以上の前記充放電試験用電源を１個の前記被試験体に接続する。

好ましくは、前記複数の被試験体に対して同時に前記個別接続モードでの小電流試験を行い、前記複数の被試験体に対して順次に前記並列接続モードでの大電流試験を行い、これら両試験を１サイクルの充放電試験として行う。

好ましくは、前記接続切替機構の前記開閉部の開閉動作を制御して、前記１サイクルの充放電試験を行う制御部を備える。

本発明によれば、次のような効果が発揮される。

充放電試験用電源としては、被試験体の小電流試験に対応した電流容量の、すなわち小容量の充放電試験用電源の複数のセットでよくて、従来の小電流試験装置と大電流試験装置との組み合わせ装置のような大掛かりな設備は必要でなく、設備コスト面、空間スペース面で有利な展開をもたらす。

また、被試験体の切り替えを自動化でき、作業効率が向上する。小電流試験から大電流試験への切り替え、あるいはその逆の大電流試験から小電流試験への切り替えを迅速・容易に行える。その切り替えに当たって、従来のような複数の被試験体の場所移動は必要でない。充放電試験用電源の稼働効率を高いものにすることが可能である。

また、人手による繋ぎ替えの頻度が大幅に減少するので、試験結果の信頼性を向上することが可能となる。

本発明の実施形態の充放電試験装置の構成図 本発明の実施形態の充放電試験装置の小電流試験モードでの状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の中電流試験モードでの状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の中電流試験モードでの状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の大電流試験モードでの状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の大電流試験モードでの状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の動作態様図 従来技術の充放電試験装置の構成図 従来技術の充放電試験装置の動作態様図 別の従来技術の充放電試験装置の動作態様図 さらに別の従来技術の充放電試験装置の構成図

以下、本発明の実施形態にかかわる充放電試験装置を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の充放電試験装置の構成図である。まず、構成要素を列挙する。図１において、Ｘは充放電試験装置、Ｍ１〜Ｍ４は第１〜第４の被試験体である。この実施形態では被試験体の数が４個の場合を例示し、それに対応して充放電試験用電源も４台であるが、もちろん、被試験体の個数、充放電試験用電源の台数は、それに限定されるものではない。充放電試験装置Ｘの構成要素として、Ｅ１〜Ｅ４はそれぞれ第１〜第４の充放電試験用電源（小電流試験対応の小容量の電源）、１０は制御部、２０は接続切替機構である。なお、制御部１０は、外部パーソナルコンピュータにより構成してもよい。

接続切替機構２０は、第１〜第４の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４に個別接続される第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４と、第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４に個別接続される第１〜第４の接続端子Ｔ２１〜Ｔ２４と、を具備すると共に、内部に各入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４と接続端子Ｔ２１〜Ｔ２４との接続関係を切り替える第１〜第４の開閉部２１〜２４を具備する。接続切替機構２０において、第１〜第４の開閉部２１〜２４は、第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４と、第１〜第４の接続端子Ｔ２１〜Ｔ２４との対応数と同数設けられる。

次に、上記の構成要素をもつ充放電試験装置Ｘの構成を説明する。

第１〜第４の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４は、接続切替機構２０の第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４に個別接続され、第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４は、接続切替機構２０の第１〜第４の接続端子Ｔ２１〜Ｔ２４に個別接続される。

接続切替機構２０の第１〜第４の開閉部２１〜２４を説明する。

第１の開閉部２１は、第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４に個別接続され、かつ対応する第１の接続端子Ｔ２１に接続され、第２の開閉部２２は、第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４に個別接続され、かつ対応する第２の接続端子Ｔ２２に接続され、第３の開閉部２３は、第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４に個別接続され、かつ対応する第３の接続端子Ｔ２３に接続され、第４の開閉部２４は、第１〜第４の入出力端子Ｔ１１〜Ｔ１４に個別接続され、かつ、対応する第４の接続端子Ｔ２４に接続されている。

すなわち、第１の開閉部２１は、充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４の台数に合わせて第１〜第４のスイッチ素子Ａ１〜Ａ４を有し、第１のスイッチ素子Ａ１は、第１の入出力端子Ｔ１１に接続され、第２のスイッチ素子Ａ２は、第２の入出力端子Ｔ１２に接続され、第３のスイッチ素子Ａ３は、第３の入出力端子Ｔ１３に接続され、第４のスイッチ素子Ａ４は、第４の入出力端子Ｔ１４に接続されている。これら４つのスイッチ素子Ａ１〜Ａ４は、対応する第１の接続端子Ｔ２１に並列に接続されている。

第２の開閉部２２も、同様に、第１〜第４のスイッチ素子Ｂ１〜Ｂ４を有し、第１のスイッチ素子Ｂ１は、第１の入出力端子Ｔ１１に接続され、第２のスイッチ素子Ｂ２は、第２の入出力端子Ｔ１２に接続され、第３のスイッチ素子Ｂ３は、第３の入出力端子Ｔ１３に接続され、第４のスイッチ素子Ｂ４は、第４の入出力端子Ｔ１４に接続されている。これら４つの第１〜第４のスイッチ素子Ｂ１〜Ｂ４は、対応する第２の接続端子Ｔ２２に並列に接続されている。

第３の開閉部２３も、同様に、第１〜第４のスイッチ素子Ｃ１〜Ｃ４を有し、第１のスイッチ素子Ｃ１は、第１の入出力端子Ｔ１１に接続され、第２のスイッチ素子Ｃ２は、第２の入出力端子Ｔ１２に接続され、第３のスイッチ素子Ｃ３は、第３の入出力端子Ｔ１３に接続され、第４のスイッチ素子Ｃ４は、第４の入出力端子Ｔ１４に接続されている。これら第１〜第４のスイッチ素子Ｃ１〜Ｃ４は、対応する第３の接続端子Ｔ２３に並列に接続されている。

第４の開閉部２４も、同様に、第１〜第４のスイッチ素子Ｄ１〜Ｄ４を有し、第１のスイッチ素子Ｄ１は、第１の入出力端子Ｔ１１に接続され、第２のスイッチ素子Ｄ２は、第２の入出力端子Ｔ１２に接続され、第３のスイッチ素子Ｄ３は、第３の入出力端子Ｔ１３に接続され、第４のスイッチ素子Ｄ４は、第４の入出力端子Ｔ１４に接続されている。これら第１〜第４のスイッチ素子Ｄ１〜Ｄ４は、対応する第４の接続端子Ｔ２４に並列に接続されている。

別の視点から見ると、第１〜第４の開閉部２１〜２４において、それぞれ、第１のスイッチ素子Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１は、第１の入出力端子Ｔ１１に並列に接続され、第２のスイッチ素子Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２は、それぞれ、第２の入出力端子Ｔ１２に並列に接続され、第３のスイッチ素子Ａ３，Ｂ３，Ｃ３，Ｄ３は、それぞれ、第３の入出力端子Ｔ１３に並列に接続され、第４のスイッチ素子Ａ４，Ｂ４，Ｃ４，Ｄ４は、それぞれ、第４の入出力端子Ｔ１４に並列に接続されている。

制御部１０は、第１〜第４の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４に対する試験動作の制御と、接続切替機構２０の第１〜第４の開閉部２１〜２４内の各スイッチ素子の切り替えの制御と、を司るものとして構成されている。その制御の態様は、次のとおりである。

（１）個別接続モード
制御部１０は、小電流試験においては、第１〜第４の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４を第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４に１台対１個の関係で個別接続して充放電試験の制御を行う。この個別接続モードの制御を説明する。

図２に示すように、制御部１０は、個別接続モードにおいて、接続切替機構２０における第１の開閉部２１の第１のスイッチ素子Ａ１、第２の開閉部２２の第２のスイッチ素子Ｂ２、第３の開閉部２３の第３のスイッチ素子Ｃ３および第４の開閉部２４の第４のスイッチ素子Ｄ４を導通状態にし、残りのスイッチ素子は、すべて非導通状態にする。これにより、第１の充放電試験用電源Ｅ１が、第１の被試験体Ｍ１に接続され、第２の充放電試験用電源Ｅ２が、第２の被試験体Ｍ２に接続され、第３の充放電試験用電源Ｅ３が、第３の被試験体Ｍ３に接続され、第４の充放電試験用電源Ｅ４が、第４の被試験体Ｍ４に接続される。

第１の被試験体Ｍ１は、第１の開閉部２１の導通状態にある第１のスイッチ素子Ａ１を介して、太線矢印で示すように、第１の充放電試験用電源Ｅ１から小電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１の充放電試験用電源Ｅ１に向けて小電流での放電動作を行う。これで、第１の被試験体Ｍ１についての第１サイクルでの充放電試験が一旦終了する。

同時に、第２の被試験体Ｍ２は、第２の開閉部２２の導通状態にある第２のスイッチ素子Ｂ２を介して、太線矢印で示すように、第２の充放電試験用電源Ｅ２から小電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第２の充放電試験用電源Ｅ２に向けて小電流での放電動作を行う。これで、第２の被試験体Ｍ２についての第１サイクルでの充放電試験が一旦終了する。

同時に、第３の被試験体Ｍ３は、第３の開閉部２３の導通状態にある第３のスイッチ素子Ｃ３を介して、太線矢印で示すように、第３の充放電試験用電源Ｅ３から小電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第３の充放電試験用電源Ｅ３に向けて小電流での放電動作を行う。これで、第３の被試験体Ｍ３についての第１サイクルでの充放電試験が一旦終了する。

同時に、第４の被試験体Ｍ４は、第４の開閉部２４の導通状態にある第４のスイッチ素子Ｄ４を介して、太線矢印で示すように、第４の充放電試験用電源Ｅ４から小電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第４の充放電試験用電源Ｅ４に向けて小電流での放電動作を行う。これで、第４の被試験体Ｍ４についての第１サイクルでの充放電試験が一旦終了する。

この個別接続モードでは、第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４に対する充放電試験が同時並行的に行われる。

（２）並列接続モード
制御部１０は、大電流試験においては、第１〜第４の充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４のうちの２台以上の充放電試験用電源を、第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４のうちの１個の被試験体に並列接続、すなわち、充放電試験用電源のｎ台（２以上整数）対被試験体１個の接続関係にし、当該１個の被試験体に対する充放電試験の制御を行う。以下、この並列接続モードの各例について説明する。

図３を参照して、第１の並列接続モードを説明すると、制御部１０は、接続切替機構２０における第１の開閉部２１の第１のスイッチ素子Ａ１と第２のスイッチ素子Ａ２、および第２の開閉部２２の第３のスイッチ素子Ｂ３と第４のスイッチ素子Ｂ４を導通状態にし、残りのスイッチ素子はすべて非導通状態にする。これにより、第１の充放電試験用電源Ｅ１および第２の充放電試験用電源Ｅ２が並列に第１の被試験体Ｍ１に接続され、第３の充放電試験用電源Ｅ３および第４の充放電試験用電源Ｅ４が並列に第２の被試験体Ｍ２に接続されたことになる。第３の被試験体Ｍ３および第４の被試験体Ｍ４は待機状態となる。

第１の被試験体Ｍ１は、第１の開閉部２１の導通状態にある第１、第２のスイッチ素子Ａ１，Ａ２を介して、太線矢印で示すように、第１の充放電試験用電源Ｅ１と第２の充放電試験用電源Ｅ２とから中レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１の充放電試験用電源Ｅ１および第２の充放電試験用電源Ｅ２に向けて中レベル電流での放電動作を行う。

第２の被試験体Ｍ２は、第２の開閉部２２の導通状態にある第３、第４のスイッチ素子Ｂ３，Ｂ４を介して、太線矢印で示すように、第３の充放電試験用電源Ｅ３と第４の充放電試験用電源Ｅ４とから中レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第３の充放電試験用電源Ｅ３および第４の充放電試験用電源Ｅ４に向けて中レベル電流での放電動作を行う。これで、第１の被試験体Ｍ１および第２の被試験体Ｍ２についての第１サイクルでの充放電試験が一旦終了する。

第１の並列接続モードでは、第１、第２の被試験体Ｍ１，Ｍ２に対する充放電試験が同時並行的に行われる。

図４を参照して、第２の並列接続モードを説明すると、制御部１０は、接続切替機構２０における第１の開閉部２１の第１のスイッチ素子Ａ１と第２のスイッチ素子Ａ２、および第２の開閉部２２の第３のスイッチ素子Ｂ３と第４のスイッチ素子Ｂ４を非導通状態に切り替えるとともに、第３の開閉部２３の第１のスイッチ素子Ｃ１と第２のスイッチ素子Ｃ２、および第４の開閉部２４の第３のスイッチ素子Ｄ３と第４のスイッチ素子Ｄ４を導通状態に切り替える。残りのスイッチ素子はすべて非導通状態にする。これにより、第１の充放電試験用電源Ｅ１および第２の充放電試験用電源Ｅ２が並列に第３の被試験体Ｍ３に接続され、第３の充放電試験用電源Ｅ３および第４の充放電試験用電源Ｅ４が並列に第４の被試験体Ｍ４に接続されたことになる。第１の被試験体Ｍ１および第２の被試験体Ｍ２は待機状態となる。

第３の被試験体Ｍ３は、第３の開閉部２３の導通状態にある第１、第２のスイッチ素子Ｃ１，Ｃ２を介して、太線矢印で示すように、第１の充放電試験用電源Ｅ１と第２の充放電試験用電源Ｅ２とから中レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１の充放電試験用電源Ｅ１および第２の充放電試験用電源Ｅ２に向けて中レベル電流での放電動作を行う。

第４の被試験体Ｍ４は、第４の開閉部２４の導通状態にある第３、第４のスイッチ素子Ｄ３，Ｄ４を介して、太線矢印で示すように、第３の充放電試験用電源Ｅ３と第４の充放電試験用電源Ｅ４とから中レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第３の充放電試験用電源Ｅ３および第４の充放電試験用電源Ｅ４に向けて中レベル電流での放電動作を行う。これで、第３の被試験体Ｍ３および第４の被試験体Ｍ４についての第１サイクルでの充放電試験が一旦終了する。

第２の並列接続モードでは、第３、第４の被試験体Ｍ３，Ｍ４に対する充放電試験が同時並行的に行われる。

図５を参照して、第３の並列接続モードを説明すると、制御部１０は、接続切替機構２０における第１の開閉部２１の第１〜第４のスイッチ素子Ａ１〜Ａ４を導通状態に切り替え、残りのスイッチ素子はすべて非導通状態にする。これにより、第１から第４までのすべての充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４が並列に第１の被試験体Ｍ１に接続されたことになる。第２〜第４の３つの被試験体Ｍ２〜Ｍ４は待機状態となる。

第１の被試験体Ｍ１は、第１の開閉部２１の導通状態にある第１〜第４のスイッチ素子Ａ１〜Ａ４を介して、太線矢印で示すように、第１の充放電試験用電源Ｅ１と第２の充放電試験用電源Ｅ２と第３の充放電試験用電源Ｅ３と第４の充放電試験用電源Ｅ４から大レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１の充放電試験用電源Ｅ１、第２の充放電試験用電源Ｅ２、第３の充放電試験用電源Ｅ３および第４の充放電試験用電源Ｅ４に向けて大レベル電流での放電動作を行う。これで、第１の被試験体Ｍ１についての大電流での充放電試験の第１サイクルが一旦終了する。

第３の並列接続モードでは、第１の被試験体Ｍ１に対する大電流での充放電試験のみが行われる。

図６を参照して、第４の並列接続モードを説明すると、制御部１０は、接続切替機構２０における第１の開閉部２１の第１〜第４のすべてのスイッチ素子Ａ１〜Ａ４を非導通状態に切り替えるとともに、第２の開閉部２２の第１〜第４のすべてのスイッチ素子Ｂ１〜Ｂ４を導通状態に切り替える。残りのスイッチ素子はすべて非導通状態にする。これにより、第１から第４までのすべての充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４が並列に第２の被試験体Ｍ２に接続されたことになる。第１、第３、第４の３つの被試験体Ｍ１，Ｍ３，Ｍ４は待機状態となる。

第２の被試験体Ｍ２は、第２の開閉部２２の導通状態にある第１〜第４のスイッチ素子Ｂ１〜Ｂ４を介して、太線矢印で示すように、第１の充放電試験用電源Ｅ１と第２の充放電試験用電源Ｅ２と第３の充放電試験用電源Ｅ３と第４の充放電試験用電源Ｅ４から大レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１の充放電試験用電源Ｅ１、第２の充放電試験用電源Ｅ２、第３の充放電試験用電源Ｅ３および第４の充放電試験用電源Ｅ４に向けて大レベル電流での放電動作を行う。これで、第２の被試験体Ｍ２についての大電流での充放電試験の第１サイクルが一旦終了する。

第４の並列接続モードでは、第２の被試験体Ｍ２に対する大電流での充放電試験のみが行われる。

次に、図示は省略するが、他の並列接続モード例として、第５の並列接続モードにおいては、接続切替機構２０における第３の開閉部２３の第１〜第４のすべてのスイッチ素子Ｃ１〜Ｃ４を導通状態に切り替え、残りのスイッチ素子はすべて非導通状態にする。これにより、第１から第４までのすべての充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４が並列に第３の被試験体Ｍ３に接続されたことになる。第１、第２、第４の３つの被試験体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ４は待機状態となる。

第３の被試験体Ｍ３は、第３の開閉部２３の導通状態にある第１〜第４のスイッチ素子Ｃ１〜Ｃ４を介して、第１から第４までの充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４から大レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１から第４までの充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４に向けて大レベル電流での放電動作を行う。これで、第３の被試験体Ｍ３についての大電流での充放電試験の第１サイクルが一旦終了する。

第５の並列接続モードでは、第３の被試験体Ｍ３に対する大電流での充放電試験のみが行われる。

さらに、図示は省略するが、さらに他の並列接続モード例として、第６の並列接続モードにおいては、接続切替機構２０における第４の開閉部２４の第１〜第４のすべてのスイッチ素子Ｄ１〜Ｄ４を導通状態に切り替え、残りのスイッチ素子はすべて非導通状態にする。これにより、第１から第４までのすべての充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４が並列に４つ目の被試験体Ｍ４に接続されたことになる。第１から第３までの３つの被試験体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は待機状態となる。

第４の被試験体Ｍ４は、第４の開閉部２４の導通状態にある第１〜第４のスイッチ素子Ｄ１〜Ｄ４を介して、第１から第４までの充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４から大レベル電流の給電を受けて充電動作を行い、それが終了すると第１から第４までの充放電試験用電源Ｅ１〜Ｅ４に向けて大レベル電流での放電動作を行う。これで、第４の被試験体Ｍ４についての大電流での充放電試験の第１サイクルが一旦終了する。

第６の並列接続モードでは、第４の被試験体Ｍ４に対する大電流での充放電試験のみが行われる。

以上で、第１から第４までの被試験体Ｍ１〜Ｍ４につき、個別接続モードでの同時並行的な小電流試験と、並列接続モードでの順次的な中電流試験および順次的な大電流試験の１サイクル目が実施されたことになる。

引き続いて、制御部１０は接続切替機構２０を切り替え制御して、図２に示す個別接続モードでの同時並行的な小電流試験へと回帰し、以降同様の処理をサイクリックに必要回数繰り返す。

上記の動作例では、図３、図４で説明した中電流の並列接続モードを実施したが、試験仕様によっては、この中電流での並列接続モードを省き、小電流試験と大電流試験を交互に繰り返す場合もあり得る。

図７は、小電流試験と大電流試験とを交互に繰り返す試験仕様の場合の動作態様の概念図である。右斜め上方向が時間軸ｔ、上方向が電流軸ｉとなっている。

まず、試験時間帯ｔ１において、個別接続として、充放電試験装置Ｘを用いて第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４につき同時並行的に小電流試験を実施する。これは図２の接続状態に対応している。この時間帯ｔ１の時間長さが長くなっているのは、小電流試験においては寿命試験が実施されることから、試験終了までに相対的に長い時間がかかるためである。

次のｔｍは、制御部１０が接続切替機構２０を制御して個別接続モードによる小電流試験から並列接続モードによる大電流試験へ切り替えるために消費される待機時間である。

次の試験時間帯ｔ２においては、充放電試験装置Ｘを用いて第１〜第４の被試験体Ｍ１〜Ｍ４につき順次個別的に大電流試験を実施する。これは図５、図６の接続状態に対応している。第１の被試験体Ｍ１に対する大電流試験と第２の被試験体Ｍ２に対する大電流試験との間には時間差が存在している。第２の被試験体Ｍ２と第３の被試験体Ｍ３との間、第３の被試験体Ｍ３と第４の被試験体Ｍ４との間にも時間差がある。被試験体１つ分での時間が短くなっているのは、大電流試験は特性試験を実施するものであるから、試験終了までの時間が短くて済むからである。

次のｔｍは、制御部１０が接続切替機構２０を制御して大電流試験から小電流験へ切り替えるために消費される待機時間である。

以上の４つの時間帯（ｔ１，ｔｍ，ｔ２，ｔｍ）で１つのサイクルが構成され、このサイクルを繰り返す。

本実施形態の充放電試験装置Ｘにおいては、装置の待機時間が従来技術に比べて大幅に少なくなっている。すなわち、充放電試験装置Ｘの稼働効率が大幅に改善している。小電流試験から大電流試験への切り替え、大電流試験内での第１〜第４の被試験体Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４の順次的な切り替えはすべて制御部１０の機能により自動的に行われる。

よって、本実施形態では、人手作業で繋ぎ替えを行っていた従来技術に比べると、稼働効率の著しい向上が期待される。

なお、実施形態の充放電試験装置Ｘは、制御部１０を備えるが、充放電試験装置Ｘは、外部パーソナルコンピュータにより構成された制御部により制御される構成としてよい。

なお、充放電試験用電源の並列台数につき、被試験体がＮ個あるとして、小容量の充放電試験用電源の台数を、被試験体の個数Ｎ個に対応させてＮ台とする場合、Ｎ台すべての充放電試験用電源を１つの被試験体に接続する並列接続モードとしたり、（Ｎ／２）台の充放電試験用電源を１つの被試験体に接続する並列接続モードとしたり、あるいはｍをｎ未満の自然数として、（Ｎ／ｍ）台の充放電試験用電源を１つの被試験体に接続する並列接続モードとしたり、様々な並列接続モードを取り得るが、必ずしもすべての並列接続モードが用いられるとは限らない。例えば、被試験体が１６個あるとして、並列接続モードでの小容量の充放電試験用電源の並列数には、１６台、８台、４台、２台などがあり得るが、１６台すべて並列での大電流試験のみとしたり、あるいは８台並列での大電流試験のみとしたり、あるいは、１６台並列での大電流試験と４台並列での大電流試験の組み合わせとしたり、必要に応じて任意の選択としてよい。

また、複数の充放電試験用電源については、その電流容量が互いに等しい状態に設定してもよい。

さらに、複数の充放電試験用電源について、その電流容量が互いに異なる状態に設定してもよい。

本発明は、二次電池や電気二重層キャパシタ等の被試験体の充放電試験を行う充放電試験装置において、設備の簡素化、稼働効率の改善、試験精度の向上を図るための技術として有用である。

Ｘ 充放電試験装置
Ｍ１〜Ｍ４ 第１〜第４の被試験体
Ｅ１〜Ｅ４ 第１〜第４の充放電試験用電源
１０ 制御部
２０ 接続切替機構
Ｔ１１〜Ｔ１４ 第１〜第４の入出力端子
Ｔ２１〜Ｔ２４ 第１〜第４の接続端子
２１〜２４ 第１〜第４の開閉部
Ａ１〜Ａ４ 第１〜第４のスイッチ素子
Ｂ１〜Ｂ４ 第１〜第４のスイッチ素子
Ｃ１〜Ｃ４ 第１〜第４のスイッチ素子
Ｄ１〜Ｄ４ 第１〜第４のスイッチ素子

Claims (6)

1. 被試験体の小電流試験に対応した電流容量を有する複数の充放電試験用電源を用いて、複数の被試験体に対して充放電試験を行う充放電試験装置であって、
   前記各充放電試験用電源がそれぞれ個別接続される複数の入出力端子と、複数の被試験体がそれぞれ個別接続される複数の接続端子と、前記入出力端子と前記接続端子との対応数と少なくとも同数で、かつ、前記各入出力端子と前記各接続端子との間の接続関係を切り替える開閉動作を行う複数の開閉部とを備えた接続切替機構を備え、
   前記開閉部の開閉動作の制御により、前記各被試験体の小電流試験を行うときは、個別接続モードで前記各充放電試験用電源を前記各被試験体に１対１の関係で個別接続し、前記各被試験体の大電流試験を行うときは、並列接続モードで前記各充放電試験用電源のうちの２台以上の充放電試験用電源を１つの被試験体に並列接続する、ことを特徴とする充放電試験装置。
2. 前記接続切替機構の前記各開閉部は、それぞれ、少なくとも、前記各充放電試験用電源の台数に対応した複数のスイッチ素子を備え、
   前記各開閉部は、それぞれのスイッチ素子が前記各入出力端子に個別に接続され、かつ、対応する前記接続端子に並列して接続されている、請求項１に記載の充放電試験装置。
3. 前記個別接続モードにおいては、前記開閉部内の前記各スイッチ素子それぞれの導通、非導通を制御して前記充放電試験用電源と前記被試験体とを１対１の関係で個別接続する、請求項２に記載の充放電試験装置。
4. 前記並列接続モードにおいては、前記開閉部内の複数のスイッチ素子それぞれの導通、非導通を制御して２台以上の前記充放電試験用電源を１個の前記被試験体に接続する、請求項２に記載の充放電試験装置。
5. 前記複数の被試験体に対して前記個別接続モードで同時並行的に小電流試験を行い、前記複数の被試験体に対して前記並列接続モードで順次個別的に大電流試験を行い、これら両試験を１サイクルの充放電試験として行う、請求項１ないし４のいずれかに記載の充放電試験装置。
6. 前記接続切替機構の前記開閉部の開閉動作を制御して、前記１サイクルの充放電試験を行うための制御部を備えた、請求項５に記載の充放電試験装置。

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