JP2016205983A - Charge/discharge test apparatus and charge/discharge control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充放電試験装置および充放電制御方法に関する。 The present invention relates to a charge / discharge test apparatus and a charge / discharge control method.
近年、電気自動車、太陽電池システムの夜間対応、災害時の非常用蓄電池など大型の装置から携帯電話などの小型の装置に至るまで様々な分野で二次電池が使用されている。二次電池の製造者は、充放電試験装置により充電試験や放電試験を行って、二次電池の品質を維持している。一方、二次電池の試験は、従来のアナログ制御方式からコスト面や機能面などで優れているデジタル制御方式に移行されてきている(例えば特許文献1参照)。 In recent years, secondary batteries have been used in various fields ranging from large devices such as electric vehicles and solar cell systems at night and emergency storage batteries in disasters to small devices such as mobile phones. The manufacturer of the secondary battery maintains the quality of the secondary battery by performing a charge test and a discharge test using a charge / discharge test apparatus. On the other hand, the secondary battery test has been shifted from a conventional analog control method to a digital control method that is superior in cost, function, and the like (see, for example, Patent Document 1).
ところが、デジタル制御方式は、アナログ制御方式に比べて動作範囲が狭いため、例えば二次電池のインピーダンスに適したパラメータを使用していない場合、試験開始時に想定外の変動(オーバーシュートやアンダーシュート、或いは発振など)が発生し、試験結果に影響を与えるという問題がある。 However, since the operation range of the digital control method is narrower than that of the analog control method, for example, when parameters suitable for the impedance of the secondary battery are not used, unexpected fluctuations (overshoot, undershoot, (Or oscillation, etc.) occurs, and the test result is affected.
本件開示の充放電試験装置および充放電制御方法は、試験開始時の変動を抑える技術を提供することを目的とする。 An object of the charge / discharge test apparatus and the charge / discharge control method disclosed herein is to provide a technique for suppressing fluctuation at the start of a test.
一つの観点によれば、二次電池を接続して充放電試験を行う充放電試験装置は、二次電池のインピーダンスに基づいて充放電試験のパラメータを選択する選択部と、パラメータによりコンバータを制御して二次電池の充放電試験を行う制御部とを有することを特徴とする。 According to one aspect, a charge / discharge test apparatus that performs a charge / discharge test by connecting a secondary battery, a selection unit that selects a parameter of the charge / discharge test based on the impedance of the secondary battery, and a converter is controlled by the parameter. And a control unit that performs a charge / discharge test of the secondary battery.
一つの観点によれば、二次電池を接続して充放電試験を行う充放電制御方法は、二次電池のインピーダンスに基づいて充放電試験のパラメータを選択し、パラメータによりコンバータを制御して二次電池の充放電試験を行うことを特徴とする。 According to one aspect, a charge / discharge control method in which a secondary battery is connected to perform a charge / discharge test selects a charge / discharge test parameter based on the impedance of the secondary battery, and controls the converter according to the parameter. A charge / discharge test of the secondary battery is performed.
本件開示の充放電試験装置および充放電制御方法は、二次電池のインピーダンスに適したパラメータを使用することにより、試験開始時の変動を抑えることができる。 The charge / discharge test apparatus and the charge / discharge control method of the present disclosure can suppress variations at the start of the test by using a parameter suitable for the impedance of the secondary battery.
以下、図面を用いて実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る充放電試験装置101の一例を示す。図1において、充放電試験装置101は、充放電ブロック102および充放電制御ブロック103を有する。
FIG. 1 shows an example of a charge /
充放電ブロック102は、充放電試験装置101に接続される二次電池150に充放電電圧や充放電電流を供給する。図1において、充放電ブロック102は、コンバータ回路201およびシャント抵抗202を有する。コンバータ回路201は、充放電制御ブロック103から制御されるリファレンス電圧に応じて、二次電池150に供給する充放電電圧を設定する。シャント抵抗202は、コンバータ回路201と二次電池150との間に流れる充放電電流を計測するための抵抗である。コンバータ回路201と二次電池150との間に流れる充放電電流は、シャント抵抗202の両端の電位差として充放電制御ブロック103により計測される。
The charge /
充放電制御ブロック103は、外部に接続される制御パソコン(パーソナルコンピュータ)160からの指令に応じて、充放電ブロック102を制御して二次電池150の充放電試験を行う。例えば充放電制御ブロック103は、定電流(CC(Constant Current))試験、定電圧(CV(Constant Voltage))試験、定電力(CP(Constant Power))試験などの試験モードで二次電池150の充放電試験を行う。
The charge /
図1において、充放電制御ブロック103は、制御部301、リファレンス電圧用のD/A変換器302、電流測定用のA/D変換器303、電圧測定用のA/D変換器304、IF(interface)305およびメモリ306を有する。
In FIG. 1, the charge /
制御部301は、DSP(Digital Signal Processor)などの高速処理が可能なデバイスが用いられ、充放電試験装置101全体の動作を制御する。本実施形態では、制御部301は、充放電制御部351、インピーダンス取得部352およびパラメータ選択部353を有する。充放電制御部351は、制御パソコン160から指示される試験モードに応じて、充放電ブロック102の充放電電圧や充放電電流を設定する。また、充放電制御部351は、充放電電圧や充放電電流を計測して制御パソコン160に出力する。インピーダンス取得部352は、充放電試験装置101に接続される二次電池150のインピーダンスRzの値を取得する処理を行う。インピーダンス取得部352は、例えば制御パソコン160から作業者が入力したインピーダンスRzの値を取得する。或いは、インピーダンス取得部352は、充放電試験装置101に接続されている二次電池150のインピーダンスRzを計測して、インピーダンスRzの値を取得する。なお、インピーダンスRzの計測方法については後述する。パラメータ選択部353は、インピーダンス取得部352が取得した二次電池150のインピーダンスRzの値に応じてコンバータ回路201を制御するためのパラメータを選択する処理を行う。
The
D/A変換器302は、コンバータ回路201を制御するために制御部301が出力するデジタル信号をアナログ信号に変換する。ここで、制御部301は、コンバータ回路201の充放電電圧を制御するためのリファレンス電圧をデジタル信号で出力する。コンバータ回路201は、D/A変換器302から出力されるリファレンス電圧に応じて、二次電池150に与える充放電電圧を制御する。コンバータ回路201は、例えばリファレンス電圧が正の場合は、リファレンス電圧の大きさに応じて充電電圧を制御し、リファレンス電圧が負の場合は、リファレンス電圧の大きさに応じて放電電圧を制御する。なお、ここでは、CV試験時の充放電電圧の制御について説明したが、CC試験時やCP試験時の充放電電流の制御についても同様に行うことができる。
The D /
A/D変換器303は、シャント抵抗202の両端に生じるアナログ電圧をデジタル電圧に変換する。シャント抵抗202に流れる充放電電流の大きさに応じてシャント抵抗202の両端に生じる電圧が変化する。制御部301は、シャント抵抗202の両端に生じる電圧をA/D変換器303を介して読み取ることにより、二次電池150に流れる充放電電流を測定する。
The A /
A/D変換器304は、二次電池150の両端のアナログ電圧をデジタル電圧に変換する。制御部301は、二次電池150の両端の電圧をA/D変換器304を介して読み取ることにより、充放電試験時の二次電池150の端子間電圧を測定する。
The A /
IF305は、制御パソコン160を接続するためのインターフェース回路を有する。制御パソコン160は、IF305を介して制御部301との間で制御データや計測データを送受信する。制御データとして、例えば制御パソコン160は、充放電試験装置101に充放電試験の情報(試験モード、試験時間など)を送信する。或いは、制御データとして、充放電試験装置101は、応答情報(試験開始や試験終了など)や警報情報(動作不良、温度異常など)を制御パソコン160に送信する。また、充放電試験装置101は、二次電池150の充放電試験の計測データ(充放電電圧や充放電電流など)を制御パソコン160に送信する。
The IF 305 has an interface circuit for connecting the control
メモリ306は、半導体メモリなどが用いられ、充放電試験装置101の動作に要するパラメータの情報などがメモリ306に記憶される。本実施形態では、二次電池150のインピーダンスに応じたパラメータの情報がメモリ306に予め記憶されている。
As the
図2は、比較例の充放電試験装置901の一例を示す。図2において、充放電試験装置901は、充放電ブロック102および充放電制御ブロック903を有する。なお、図2において、図1と同符号のブロックは図1と同一又は同様の機能を有する。
FIG. 2 shows an example of the charge /
充放電ブロック102は、図1で説明したように、充放電試験装置901に接続される二次電池150に充放電電圧や充放電電流を供給する。コンバータ回路201は、充放電制御ブロック903から制御されるリファレンス電圧に応じて、二次電池150に供給する充放電電圧を設定する。コンバータ回路201と二次電池150との間に流れる充放電電流は、シャント抵抗202の両端の電位差として充放電制御ブロック903により計測される。
As described with reference to FIG. 1, the charge /
充放電制御ブロック903は、充放電制御ブロック103と同様に、外部に接続される制御パソコン160からの指令に応じて、充放電ブロック102を制御して二次電池150の充放電試験を行う。図2において、充放電制御ブロック903は、制御部801、リファレンス電圧用のD/A変換器302、電流測定用のA/D変換器303、電圧測定用のA/D変換器304、IF305、アナログ補正回路802およびダイオード803を有する。
Similarly to the charge /
制御部801は、組み込みのCPU(Central Processing Unit)などが用いられ、制御パソコン160から指示される試験モードに応じて、充放電ブロック102の充放電電圧や充放電電流を設定する。また、制御部801は、二次電池150の充放電電圧や充放電電流を計測して制御パソコン160に出力する。
The
ここで、D/A変換器302、A/D変換器303、A/D変換器304およびIF305は、図1で説明したD/A変換器302、A/D変換器303、A/D変換器304およびIF305と同様に動作するので、重複する説明は省略する。
Here, the D /
アナログ補正回路802は、二次電池150の端子間電圧をモニタして、D/A変換器302からコンバータ回路201に出力される制御電圧を制御するためのアナログ回路を有する。
The
ダイオード803は、アナログ補正回路802の出力電圧に応じて、D/A変換器302から出力される制御用のリファレンス電圧を引き下げるスイッチの役割をする。
The
このようにして、比較例の充放電試験装置901は、アナログ補正回路802により二次電池150の端子間電圧をリアルタイムでモニタして、端子間電圧が大きくなり過ぎないように制御電圧を引き下げることができる。
In this way, the charge /
次に、CV試験を行う場合の充放電電圧の制御方法について説明する。CV試験をデジタル制御で行う場合、充放電制御部351は、PI(Proportional Integral)制御による差分方程式により、充放電電圧が設定電圧になるように、リファレンス電圧用のD/A変換器302に出力する制御電圧を制御する。なお、デジタル制御は、アナログ制御のように連続して制御を行うことが難しいので、予め決められたサンプリング間隔で離散的に制御が行われる。
Next, a method for controlling the charge / discharge voltage when the CV test is performed will be described. When the CV test is performed by digital control, the charge /
ここで、制御電圧の制御量をU、設定電圧と計測電圧との誤差をE、係数B0、係数B1とする。また、現在のサンプリング処理をn(nは正の整数)回目の処理とし、1つ前のサンプリング処理を(n−1)回目、2つまえのサンプリング処理を(n−2)回目とする。そして、n回目の二次電池150の端子間電圧をVd(n)、充放電試験の設定電圧をVsとすると、設定電圧に対する誤差E(n)は(式1)により表される。
E(n)=Vs-Vd(n) … (式1)
また、n回目のサンプリングで更新される制御量をU(n)とすると、制御量U(n)は(式2)により表される。
U(n)=B0・E(n)+B1・E(n-1)+U(n-1) … (式2)
(式2)において、係数B0、係数B1は、デジタル制御で用いるサンプリング周期を示すサンプリング定数Fsと、比例係数Pおよび積分係数Iを用いて、(式3)および(式4)のように表される。
B0=P+Fs/(2・I) … (式3)
B1=-P+Fs/(2・I) … (式4)
本実施形態では、制御量を更新するサンプリング周期が10μsec(Fs=0.00001)の場合について説明する。
Here, the control amount of the control voltage is U, the error between the set voltage and the measurement voltage is E, the coefficient B0, and the coefficient B1. Also, the current sampling process is the nth (n is a positive integer) process, the previous sampling process is the (n-1) th time, and the second sampling process is the (n-2) th time. When the inter-terminal voltage of the n-th
E (n) = Vs-Vd (n) (Formula 1)
Further, if the control amount updated in the n-th sampling is U (n), the control amount U (n) is expressed by (Expression 2).
U (n) = B0 · E (n) + B1 · E (n-1) + U (n-1) (Formula 2)
In (Expression 2), the coefficients B0 and B1 are expressed as (Expression 3) and (Expression 4) using a sampling constant Fs indicating a sampling period used in digital control, a proportional coefficient P, and an integral coefficient I. Is done.
B0 = P + Fs / (2 · I) (Formula 3)
B1 = -P + Fs / (2 · I) (Formula 4)
In the present embodiment, a case where the sampling period for updating the control amount is 10 μsec (Fs = 0.00001) will be described.
図3は、メモリ306に記憶されるパラメータテーブル306aの一例を示す。図3において、パラメータテーブル306aは、二次電池150のインピーダンスRzが1mΩ以下、10mΩ以下および50mΩ以下における比例係数Pと積分係数Iの一例を示す。なお、10mΩ以下は1mΩ以下を含み、50mΩ以下は10mΩ以下および1mΩ以下を含む。
FIG. 3 shows an example of the parameter table 306 a stored in the
ここで、図3において、比例係数PはインピーダンスRzに反比例し、積分係数IはインピーダンスRzに比例するように設定した場合に電圧が安定することがわかっている。例えばインピーダンスRzが1mΩのときの比例係数Pが100、積分係数Iが0.0001を基準にして、インピーダンスRzが10mΩや50mΩのときの比例係数Pおよび積分係数Iを求めることができる。インピーダンスRzが10mΩの場合、インピーダンスRzが1mΩに対して10mΩは10倍なので、比例係数Pは1mΩの場合と比べて1/10の10となり、積分係数Iは1mΩの場合と比べて10倍の0.001となる。同様に、インピーダンスRzが50mΩの場合、インピーダンスRzが1mΩに対して50mΩは50倍なので、比例係数Pは1mΩの場合と比べて1/50の2となり、積分係数Iは1mΩの場合と比べて50倍の0.005となる。 Here, in FIG. 3, it is known that the voltage is stable when the proportional coefficient P is inversely proportional to the impedance Rz and the integral coefficient I is proportional to the impedance Rz. For example, the proportional coefficient P and the integral coefficient I when the impedance Rz is 10 mΩ or 50 mΩ can be obtained on the basis of the proportional coefficient P when the impedance Rz is 1 mΩ and the integral coefficient I is 0.0001. When the impedance Rz is 10 mΩ, since the impedance Rz is 10 times as large as 1 mΩ, the proportionality coefficient P is 1/10 that of 1 mΩ, and the integration coefficient I is 10 times that of 1 mΩ. 0.001. Similarly, when the impedance Rz is 50 mΩ, 50 mΩ is 50 times as large as the impedance Rz of 1 mΩ, so the proportionality coefficient P is 2/50 compared to 1 mΩ, and the integral coefficient I is 1 mΩ. 50 times, 0.005.
パラメータテーブル306aに示した比例係数Pおよび積分係数Iは、(式3)および(式4)で説明した係数B0および係数B1を求めるときに使用される。つまり、二次電池150のインピーダンスRzに応じて、二次電池150に与える電圧の制御量が異なる。例えば図3において、二次電池150のインピーダンスRzが1mΩ以下の場合、比例係数Pは100、積分係数Iは0.0001がそれぞれ用いられる。ここで、比例係数Pが大きくなるほど制御量が大きくなり、逆に比例係数Pが小さくなるほど制御量が小さくなる。また、積分係数Iが大きくなるほど制御量が小さくなり、積分係数Iが小さくなるほど制御量が大きくなる。ここで、発明者の実験結果から、比例係数Pと積分係数Iとの積が一定になるように制御するのが望ましいことがわかっている。図3に示したパラメータテーブル306aの場合、比例係数Pと積分係数Iとの積が0.01になるように比例係数Pおよび積分係数Iを設定する。
The proportional coefficient P and the integral coefficient I shown in the parameter table 306a are used when obtaining the coefficient B0 and the coefficient B1 described in (Expression 3) and (Expression 4). That is, the control amount of the voltage applied to the
ここで、二次電池150のインピーダンスRzに合った適切なパラメータが設定されていない場合、CV試験開始時に充放電試験装置101から二次電池150に与える電圧が変動したり、最悪の場合は発振する虞がある。
Here, when an appropriate parameter suitable for the impedance Rz of the
図4は、1mΩ以下のパラメータ使用時の電圧変動の一例を示す。図4において、横軸は時間tを示し、縦軸は二次電池150の端子間電圧Vを示す。
FIG. 4 shows an example of voltage fluctuation when using a parameter of 1 mΩ or less. In FIG. 4, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the voltage V between terminals of the
図4(a)は、二次電池150のインピーダンスRzが1mΩ以下の場合にCV試験を開始したときの二次電池150の端子間電圧の変動例を示す。また、図4(b)は、二次電池150のインピーダンスRzが10mΩ以下の場合にCV試験を開始したときの二次電池150の端子間電圧の変動例を示す。さらに、図4(c)は、二次電池150のインピーダンスRzが50mΩ以下の場合にCV試験を開始したときの二次電池150の端子間電圧の変動例を示す。
FIG. 4A shows an example of fluctuations in the voltage between the terminals of the
ここで、図4(a)から図4(c)の3つの場合において、使用するパラメータは同じ値であり、図4の例では、図3のパラメータテーブル306aに示した1mΩ以下の比例係数Pおよび積分係数Iが用いられる。したがって、図4(a)は二次電池150のインピーダンスRz(1mΩ以下)に合致したパラメータが使用されているが、図4(b)および図4(c)は二次電池150のインピーダンスRzに合致したパラメータが使用されていない。
Here, in the three cases of FIGS. 4A to 4C, the parameters to be used are the same value. In the example of FIG. 4, the proportionality coefficient P of 1 mΩ or less shown in the parameter table 306a of FIG. And the integral coefficient I is used. Accordingly, FIG. 4A uses parameters that match the impedance Rz (1 mΩ or less) of the
図4(a)は、図4(b)および図4(c)に比べてCV試験開始時の電圧変動は小さく、変動時間も短い。これに対して、図4(b)の例では、1mΩ以下のパラメータに対して二次電池150のインピーダンスRzが10mΩ以下であり、適切なパラメータが使用されていないので、図4(a)に比べてCV試験開始時の電圧変動は大きく、変動時間も長い。さらに、図4(c)の例では、1mΩ以下のパラメータに対して二次電池150のインピーダンスRzが50mΩ以下であり、適切なパラメータが使用されていないので、図4(a)に比べてCV試験開始時の電圧変動は大きく、発振状態になっている。なお、図4(c)において、充放電試験装置101は、二次電池150の端子間電圧が判定値±Vxの範囲を予め決められた時間を越えた場合、発振状態にあることを検知し、制御パソコン160に警報を通知する。作業者は、充放電試験を停止して、再試験を行うことが求められる。
In FIG. 4A, the voltage fluctuation at the start of the CV test is smaller and the fluctuation time is shorter than those in FIG. 4B and FIG. On the other hand, in the example of FIG. 4B, the impedance Rz of the
ここで、CV試験の場合、二次電池150の端子間電圧を一定に保持することが求められる。図2で説明した比較例の充放電試験装置901は、アナログ回路を用いるので、二次電池150の端子間電圧の変動が抑制されるように、リファレンス電圧をリアルタイムで制御できる。これに対して、デジタル制御では、離散的にリファレンス電圧の制御が行われるので、急激な電圧変動に対応することが難しいという問題がある。このため、本実施形態の充放電試験装置101のように、デジタル制御により充放電試験を行う場合、二次電池150のインピーダンスRzに合致した適切なパラメータを使用することが求められる。
Here, in the case of the CV test, it is required to keep the voltage between the terminals of the
図5は、50mΩ以下のパラメータ使用時の電圧変動の一例を示す。図5において、横軸は時間tを示し、縦軸は二次電池150の端子間電圧Vを示す。
FIG. 5 shows an example of voltage fluctuation when using a parameter of 50 mΩ or less. In FIG. 5, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the voltage V between terminals of the
図5(a)は、二次電池150のインピーダンスRzが1mΩ以下の場合にCV試験を開始したときの二次電池150の端子間電圧の変動例を示す。また、図5(b)は、二次電池150のインピーダンスRzが10mΩ以下の場合にCV試験を開始したときの二次電池150の端子間電圧の変動例を示す。さらに、図5(c)は、二次電池150のインピーダンスRzが50mΩ以下の場合にCV試験を開始したときの二次電池150の端子間電圧の変動例を示す。
FIG. 5A shows a variation example of the voltage between the terminals of the
ここで、図5(a)から図5(c)の3つの場合において、使用するパラメータは同じ値であり、図3のパラメータテーブル306aに示した50mΩ以下の比例係数Pおよび積分係数Iが用いられる。 Here, in the three cases of FIGS. 5A to 5C, the parameters used are the same values, and the proportional coefficient P and the integral coefficient I of 50 mΩ or less shown in the parameter table 306a of FIG. 3 are used. It is done.
図5(c)の例では、二次電池150のインピーダンスRz(50mΩ以下)に合致したパラメータが使用されているので、図5(a)および図5(b)に比べてCV試験開始時の電圧変動は小さく、変動時間も短い。一方、図5(a)の例では、50mΩ以下のパラメータに対して二次電池150のインピーダンスRzが1mΩ以下であり、適切なパラメータが使用されていないので、図5(c)に比べてCV試験開始後の変動時間が長く、収束が遅い。さらに、図5(b)の例では、50mΩ以下のパラメータに対して二次電池150のインピーダンスRzが10mΩ以下であり、適切なパラメータが使用されていない。図5(b)の例では、CV試験開始後の変動時間は、図5(a)よりも短いが図5(c)に比べて長く、図5(c)に比べて収束が遅い。
In the example of FIG. 5C, parameters that match the impedance Rz (50 mΩ or less) of the
このように、図5の例では、50mΩ以下のパラメータを使用することにより、図4(b)および図4(c)に示したような激しい電圧変動や発振などの問題を解消できる。しかし、図5(a)および図5(b)に示すように、収束が遅くなり、小さな変動が長く続くという問題が生じる。一方、図2で説明した比較例の充放電試験装置901は、アナログ回路でリアルタイムに二次電池150の端子間電圧をモニタして端子間電圧が大きくなり過ぎないように制御電圧を制御する。このために、収束が速くなるように制御した場合でも図4(b)や図4(c)のように激しい電圧変動や発振などが生じない。これに対して、本実施形態に係る充放電試験装置101のように、デジタル制御を行う場合、二次電池150のインピーダンスRzに合致した適切なパラメータを使用することが求められる。
[実施例]
図6は、充放電試験の処理例を示す。図6で説明する充放電試験は、二次電池150のインピーダンスRzを作業者が選択してから試験を開始する。
As described above, in the example of FIG. 5, by using a parameter of 50 mΩ or less, problems such as severe voltage fluctuation and oscillation as shown in FIGS. 4B and 4C can be solved. However, as shown in FIGS. 5A and 5B, there is a problem that convergence is slow and small fluctuations continue for a long time. On the other hand, the charge /
[Example]
FIG. 6 shows a processing example of the charge / discharge test. The charge / discharge test described with reference to FIG. 6 starts after the operator selects the impedance Rz of the
ステップS101において、制御パソコン160は、二次電池150のインピーダンスRzを指定する作業者の入力を受け付ける。例えば作業者は、制御パソコン160から充放電試験装置101のメモリ306に記憶されているパラメータテーブル306aを読み出して制御パソコン160のモニタ画面に表示する。そして、作業者は、充放電試験装置101に接続される二次電池150のインピーダンスRzに応じたパラメータを選択する。これにより、制御パソコン160に、二次電池150のインピーダンスRzを指定する入力が行われる。なお、二次電池150のインピーダンスRzは、二次電池150を充放電試験装置101に接続するときに測定してもよいし、予め二次電池150の情報を制御パソコン160に入力しておき、入力された二次電池150の情報を参照するようにしてもよい。
In step S <b> 101, control
ステップS102において、制御パソコン160は、作業者が充放電試験を開始する指令を充放電試験装置101の制御部301に送信するまで待機する。例えば作業者が制御パソコン160のモニタ画面に表示された試験開始ボタンをマウスなどを操作して押下すると、ステップS103の処理に進む。
In step S <b> 102, the control
ステップS103において、制御部301は、制御パソコン160から試験開始の指令を受けると、ステップS101で作業者が指定した二次電池150のインピーダンスRzに応じたパラメータをパラメータテーブル306aを参照して選択する。
In step S103, upon receiving a test start command from the control
ステップS104において、制御部301は、ステップS103で選択されたパラメータを(式2)から(式4)に適用して、CV試験を実行する。
In step S104, the
このようにして、本実施形態に係る充放電試験装置101は、接続された二次電池150のインピーダンスRzに適したパラメータを使用するので、図4および図5で説明したような問題が生じることなく、CV試験を実行することができる。
[他の実施例]
図6に示した実施例では、二次電池150のインピーダンスRzを作業者が選択するようにしたが、本実施例では、充放電試験装置101が二次電池150のインピーダンスRzを計測して、自動的にパラメータを選択する。
In this way, the charge /
[Other embodiments]
In the embodiment shown in FIG. 6, the operator selects the impedance Rz of the
図7は、試験開始前に二次電池150のインピーダンスRzを測定する方法の一例を示す。図7において、横軸は時間tを示し、縦軸は電流iを示す。ここで、図7の制御は、図1に示した充放電制御ブロック103により実行される。図7において、充放電制御ブロック103の制御部301は、試験開始タイミングT6の前に二次電池150のインピーダンスRzを取得するシーケンスを実行する。図7において、制御部301は、充放電試験で二次電池150に流す電流に比べて微小な予備電流Ipを二次電池150に流して、二次電池150のインピーダンスRzを測定する。ここで、予備電流Ipは、二次電池150の試験への影響を少なくするために、初期電流Isに比べて微小な電流を用いるのが好ましい。例えば初期電流Isが80Aの場合、予備電流Ipは、±1Aから±10A程度に設定される。図7では、制御部301は、例えば10msec間隔で二次電池150に流す予備電流Ip(±5A)を変化させ、予備電流Ipを流し始めた瞬間の電流ΔIpと電圧ΔVpとを測定する。なお、図7の例では、制御部301は、10msec間隔で予備電流Ipを変化させて測定するようにしたが、10msec以外の間隔で測定してもよい。また、制御部301は、予備電流Ipを+側だけに変化させてもよいし、−側だけに変化させてもよい。
FIG. 7 shows an example of a method for measuring the impedance Rz of the
ここで、図1で説明したように、二次電池150に流れる電流はシャント抵抗202の両端の電圧値として計測できる。そして、制御部301は、電流計測用のA/D変換器303でシャント抵抗202の両端の電圧値をデジタル値に変換して電流ΔIpを測定する。また、電圧ΔVpは、図1で説明したように、二次電池150の端子間の電圧値を電圧測定用のA/D変換器304でデジタル値に変換して計測できる。
Here, as described in FIG. 1, the current flowing through the
図7において、タイミングT1からタイミングT2までの10msecの期間における電流iは0(A)である。そして、制御部301は、タイミングT2で電流が0Aから+5Aに変化する瞬間の電流ΔIp1と電圧ΔVp1とを測定する。そして、制御部301は、(式5)により、タイミングT2におけるインピーダンスR1を求める。
R1=ΔVp1/ΔIp1 ・・・(式5)
同様に、制御部301は、タイミングT4で電流Iが0Aから−5Aに変化する瞬間の電流ΔIp2と電圧ΔVp2とを測定する。そして、(式6)により、タイミングT4におけるインピーダンスR2を求める。
R2=ΔVp2/ΔIp2 ・・・(式6)
この後、制御部301は、タイミングT2で求めたインピーダンスR1と、タイミングT4で求めたインピーダンスR2との2回の平均値を求め、(式7)により二次電池150のインピーダンスRzを取得する。
Rz=(R1+R2)/2 ・・・(式7)
このようにして、充放電制御ブロック103の制御部301は、充放電試験装置101に接続されている二次電池150のインピーダンスRzを測定することができる。ここで、二次電池150のインピーダンスRzは、実際には虚数部を有するので図7に示す方法では正確なインピーダンスRzを取得することは難しいが、簡易的にインピーダンスRzの値を知ることができる。これにより、本実施形態に係る充放電試験装置101は、図3で説明したパラメータテーブル306aを参照して、二次電池150に適したパラメータで充放電試験を行うことができる。
In FIG. 7, the current i in the 10 msec period from the timing T1 to the timing T2 is 0 (A). Then, the
R1 = ΔVp1 / ΔIp1 (Formula 5)
Similarly, the
R2 = ΔVp2 / ΔIp2 (Formula 6)
Thereafter, the
Rz = (R1 + R2) / 2 (Formula 7)
In this way, the
図8は、本実施形態における充放電試験の処理例を示す。図8で説明する充放電試験は、二次電池150のインピーダンスRzを図7で説明したように、充放電試験装置101が自動的に取得して充放電試験を開始する。
FIG. 8 shows a processing example of the charge / discharge test in the present embodiment. In the charge / discharge test described in FIG. 8, the charge /
ステップS201において、制御パソコン160は、作業者が充放電試験を開始する指令を充放電試験装置101の制御部301に送信するまで待機する。例えば作業者が制御パソコン160のモニタ画面に表示された試験開始ボタンをマウスなどを操作して押下すると、ステップS202の処理に進む。
In step S <b> 201, the control
ステップS202において、制御部301は、図7で説明した方法により、二次電池150のインピーダンスRzを測定する。
In step S202, the
ステップS203において、制御部301は、ステップS202で測定した二次電池150のインピーダンスRzに応じたパラメータをパラメータテーブル306aを参照して選択する。
In step S203, the
ステップS204において、制御部301は、ステップS203で選択されたパラメータを(式2)から(式4)に適用して、CV試験を実行する。
In step S204, the
このようにして、本実施形態に係る充放電試験装置101は、接続された二次電池150のインピーダンスRzに適したパラメータを使用するので、図4および図5で説明したような問題が生じることなく、CV試験を実行することができる。
In this way, the charge /
ここで、ステップS203において、測定した二次電池150のインピーダンスRzに基づいてパラメータテーブル306aを参照してパラメータを選択する方法について説明する。例えば測定したインピーダンスRzが0.5mΩの場合、比例係数Pは100、積分係数Iは0.0001に設定する。或いは、測定したインピーダンスRzが8mΩの場合、比例係数Pは10、積分係数Iは0.001に設定する。同様に、測定したインピーダンスRzが45mΩの場合、比例係数Pは2、積分係数Iは0.005に設定する。
Here, a method of selecting a parameter with reference to the parameter table 306a based on the measured impedance Rz of the
ところが、測定したインピーダンスRzが例えば2mΩの場合、10mΩ以下のパラメータ(比例係数Pは10、積分係数Iは0.001)に設定するよりも1mΩ以下のパラメータ(比例係数Pは100、積分係数Iは0.0001)に設定した方がよい場合がある。そこで、比例係数Pと積分係数Iとの積が一定値0.01になるように、係数を最適化するようにしてもよい。例えば測定した二次電池150のインピーダンスRzが2mΩの場合、1mΩ以下の比例係数P(100)を1/2倍した値が2mΩの場合の比例係数P(50)となる。同様に、インピーダンスRzが2mΩの場合の積分係数Iは、1mΩ以下の積分係数I(0.0001)を2倍した値(0.0002)となる。
However, when the measured impedance Rz is 2 mΩ, for example, a parameter of 1 mΩ or less (proportional coefficient P is 100, integration coefficient I is set to a parameter of 10 mΩ or less (proportional coefficient P is 10, integral coefficient I is 0.001). May be set to 0.0001). Therefore, the coefficient may be optimized so that the product of the proportional coefficient P and the integral coefficient I becomes a constant value 0.01. For example, when the measured impedance Rz of the
このようにして、二次電池150のインピーダンスRzに応じたパラメータを求めるようにしてもよい。
In this way, a parameter corresponding to the impedance Rz of the
以上、説明したように、本実施形態に係る充放電試験装置101は、充放電試験を行う二次電池150のインピーダンスRzに応じてパラメータを選択することにより、試験開始時の電圧変動を少なくすることができる。
As described above, the charge /
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。 From the above detailed description, features and advantages of the embodiments will become apparent. This is intended to cover the features and advantages of the embodiments described above without departing from the spirit and scope of the claims. Also, any improvement and modification should be readily conceivable by those having ordinary knowledge in the art. Therefore, there is no intention to limit the scope of the inventive embodiments to those described above, and appropriate modifications and equivalents included in the scope disclosed in the embodiments can be used.
101,901・・・充放電試験装置;102・・・充放電ブロック;103・・・充放電制御ブロック;150・・・二次電池;160・・・制御パソコン;201・・・コンバータ回路;202・・・シャント抵抗;301,801・・・制御部;302・・・D/A変換器;303・・・A/D変換器;304・・・A/D変換器;305・・・IF;306a・・・パラメータテーブル;306・・・メモリ;351・・・充放電制御部;352・・・インピーダンス取得部;353・・・パラメータ選択部;802・・・アナログ補正回路;803・・・ダイオード;Rz・・・インピーダンス DESCRIPTION OF SYMBOLS 101,901 ... Charge / discharge test apparatus; 102 ... Charge / discharge block; 103 ... Charge / discharge control block; 150 ... Secondary battery; 160 ... Control personal computer; 202 ... Shunt resistor; 301, 801 ... Control unit; 302 ... D / A converter; 303 ... A / D converter; 304 ... A / D converter; IF; 306a, parameter table; 306, memory; 351, charge / discharge control unit; 352, impedance acquisition unit; 353, parameter selection unit; 802, analog correction circuit; ..Diodes; Rz ... impedance
Claims (12)
前記二次電池のインピーダンスに基づいて充放電試験のパラメータを選択する選択部と、
前記パラメータによりコンバータを制御して前記二次電池の充放電試験を行う制御部と
を有することを特徴とする充放電試験装置。 In a charge / discharge test apparatus for performing a charge / discharge test by connecting a secondary battery,
A selection unit for selecting a parameter of a charge / discharge test based on the impedance of the secondary battery;
A charge / discharge test apparatus comprising: a control unit that controls the converter according to the parameter and performs a charge / discharge test of the secondary battery.
前記二次電池のインピーダンスを計測する計測部をさらに有し、
前記選択部は、試験開始前に、前記計測部により前記二次電池のインピーダンスを計測し、当該インピーダンスに基づいて充放電試験のパラメータを選択する
ことを特徴とする充放電試験装置。 The charge / discharge test apparatus according to claim 1,
A measurement unit for measuring the impedance of the secondary battery;
The said selection part measures the impedance of the said secondary battery by the said measurement part before a test start, and selects the parameter of a charging / discharging test based on the said impedance. The charging / discharging test apparatus characterized by the above-mentioned.
前記充放電試験は、定電圧充放電試験であることを特徴とする充放電試験装置。 The charge / discharge test apparatus according to claim 1 or 2,
The charge / discharge test apparatus is a constant voltage charge / discharge test.
前記制御部は、充放電電流および充放電電圧を計測して前記コンバータを制御する処理を予め決められたサンプリング間隔で離散的に実行することを特徴とする充放電試験装置。 In the charge / discharge test apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The said control part discretely performs the process which measures charging / discharging electric current and charging / discharging voltage, and controls the said converter at a predetermined sampling interval, The charging / discharging test apparatus characterized by the above-mentioned.
前記パラメータは、前記二次電池のインピーダンスに対応する比例定数Pと積分定数Iとの組み合わせであり、前記コンバータのn(n:正の整数)番目のサンプリング時の制御量U(n)を、前記充放電試験の設定電圧Vs、前記二次電池の端子間電圧Vdおよびサンプリング定数Fsとして、次式により求める
B0=P+Fs/(2・I)
B1=-P+Fs/(2・I)
E(n)=Vs-Vd(n)
U(n)=B0・E(n)+B1・E(n-1)+U(n-1)
ことを特徴とする充放電試験装置。 The charge / discharge test apparatus according to claim 4,
The parameter is a combination of a proportional constant P and an integral constant I corresponding to the impedance of the secondary battery, and the control amount U (n) at the time of sampling of the converter (n: positive integer) is The set voltage Vs of the charge / discharge test, the inter-terminal voltage Vd of the secondary battery, and the sampling constant Fs are obtained by the following equation.
B0 = P + Fs / (2 ・ I)
B1 = -P + Fs / (2 ・ I)
E (n) = Vs-Vd (n)
U (n) = B0 ・ E (n) + B1 ・ E (n-1) + U (n-1)
The charge / discharge test apparatus characterized by the above-mentioned.
前記比例定数Pと前記積分定数Iとの積が前記二次電池のインピーダンスに拘らず予め決められた一定値になるように前記パラメータを設定する
ことを特徴とする充放電試験装置。 In the charge / discharge test apparatus according to claim 5,
The charge / discharge test apparatus according to claim 1, wherein the parameter is set so that a product of the proportionality constant P and the integral constant I becomes a predetermined constant value regardless of the impedance of the secondary battery.
前記二次電池のインピーダンスに基づいて充放電試験のパラメータを選択し、前記パラメータによりコンバータを制御して前記二次電池の充放電試験を行う
ことを特徴とする充放電制御方法。 In the charge / discharge control method of connecting a secondary battery and performing a charge / discharge test,
A charge / discharge control method comprising: selecting a charge / discharge test parameter based on the impedance of the secondary battery, and controlling the converter according to the parameter to perform the charge / discharge test of the secondary battery.
試験開始前に、前記二次電池のインピーダンスを計測し、当該インピーダンスに基づいて充放電試験のパラメータを選択する
ことを特徴とする充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to claim 7,
Before starting the test, the impedance of the secondary battery is measured, and a charge / discharge test parameter is selected based on the impedance.
前記充放電試験は、定電圧充放電試験であることを特徴とする充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to claim 7 or 8,
The charge / discharge test method is a constant voltage charge / discharge test.
充放電電流および充放電電圧を計測して前記コンバータを制御する処理を予め決められたサンプリング間隔で離散的に実行することを特徴とする充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to any one of claims 7 to 9,
A charge / discharge control method characterized by discretely executing a process of measuring a charge / discharge current and a charge / discharge voltage and controlling the converter at a predetermined sampling interval.
前記パラメータは、前記二次電池のインピーダンスに対応する比例定数Pと積分定数Iとの組み合わせであり、前記コンバータのn(n:正の整数)番目のサンプリング時の制御量U(n)を、前記充放電試験の設定電圧Vs、前記二次電池の端子間電圧Vdおよびサンプリング定数Fsとして、次式により求める
B0=P+Fs/(2・I)
B1=-P+Fs/(2・I)
E(n)=Vs-Vd(n)
U(n)=B0・E(n)+B1・E(n-1)+U(n-1)
ことを特徴とする充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to claim 10,
The parameter is a combination of a proportional constant P and an integral constant I corresponding to the impedance of the secondary battery, and the control amount U (n) at the time of sampling of the converter (n: positive integer) is The set voltage Vs of the charge / discharge test, the inter-terminal voltage Vd of the secondary battery, and the sampling constant Fs are obtained by the following equation.
B0 = P + Fs / (2 ・ I)
B1 = -P + Fs / (2 ・ I)
E (n) = Vs-Vd (n)
U (n) = B0 ・ E (n) + B1 ・ E (n-1) + U (n-1)
The charge / discharge control method characterized by the above-mentioned.
前記比例定数Pと前記積分定数Iとの積が前記二次電池のインピーダンスに拘らず予め決められた一定値になるように前記パラメータを設定する
ことを特徴とする充放電制御方法。 The charge / discharge control method according to claim 11,
The charge / discharge control method, wherein the parameter is set so that a product of the proportionality constant P and the integral constant I becomes a predetermined constant value regardless of the impedance of the secondary battery.
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