JP4022702B2 - バッテリー試験用の充放電ユニット及び同ユニットを備えたバッテリーの充放電試験装置 - Google Patents
バッテリー試験用の充放電ユニット及び同ユニットを備えたバッテリーの充放電試験装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーの充放電を試験するための充放電試験装置に係り、特に放電試験において放電された電力の再利用を可能とする充放電ユニット及び充放電試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ビデオカメラ等には軽量化の観点からニッケル水素電池やエネルギー密度の大きなリチウムイオン電池が使用されている。これらの二次電池など（以下バッテリー）はその内部の蓄電部電極が十分活性化していないため、組立て直後には規定の容量を持っていない。そのため、規定の容量を出すためには２〜３回の充放電を繰り返し、蓄電部電極を活性化する必要がある。また、バッテリーが所望の性能を発揮するか試験をする必要もある。
そこで、これらの試験をするため、電源装置と電子負荷が組み合わされた充放電試験装置が用いられていた。この充放電試験装置は、充電時に電源装置により商用電源を直流（ＤＣ）に変換して電力を供給し、放電時に電子負荷で電力を消費していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この充放電試験装置は、充電のための電力をすべて商用電源から供給し、放電による電力はすべて電子負荷などにより熱に変えているため、限られたスペースの中での発熱処理が間題となっていた。例えば、リチウムイオン電池においては、０．１〜０．５Ａの充電と６〜７．５Ｖ，１〜２Ａｈの容量で１〜２Ａの放電とを必要とし、同時に１０００個程度の試験を行う。この放電電力を電力量に喚算すると、６ＫＷとなるが、この電力は発熱によって失われる。
そこで、この電力損失を解消し、発熱を防止する充放電試験装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑み本願装置の発明者は鋭意研究の結果下記の手段によりこれらの課題を解決した。
（１）バッテリーの放電試験により発生する電力を外部へ供給するための回路及びバッテリーの充電試験により消費される電力を外部から受給するための回路を備えたバッテリー試験用の充放電ユニットであって、
充放電試験時に、電力を外部から受給又は外部への供給を兼用する受給・供給端子を有し、前記受給・供給端子に接続され、充電試験時に、高周波パルス幅変調パルスの発生により、スイッチング動作をする電界効果トランジスタを用いた前記受給・供給端子からの受給電力を制御する第１スイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続され前記受給電力を降圧する降圧コイルと、一端を前記降圧コイルと被試験バッテリーとの間に、他端をグランドに接続した充電電流を平滑する第１コンデンサ及び、一端を前記スイッチング回路と、前記降圧コイルとの間に、他端をグランドに接続し、前記第１スイッチング回路に連動し前記降圧コイルに蓄積されたエネルギーを放出する第１ダイオードとからなる充電手段を有し、
【０００５】
前記第１コンデンサに接続され、放電試験時には、前記被試験バッテリーから放電された電圧を昇圧する昇圧コイルと、前記昇圧コイルに接続され、放電試験時に高周波パルス幅変調パルスの発生によりスイッチング動作をする電界効果トランジスタを用いた前記被試験バッテリーからの放電電力の量を制御する第２スイッチング回路と、前記第２スイッチング回路に接続され、前記放電電力による電流の逆流を防止する第２ダイオードと、一端を前記第２ダイオードに、他端をグランドに接続し、前記放電電力を蓄電する第２コンデンサーとを有し、一端を前記第２コンデンサーに、他端を前記受給・供給端子に接続し、該受給・供給端子にかかる電圧よりも、前記第２コンデンサに蓄電される電圧が高い電圧になったとき、前記放電電力を外部に供給する第３ダイオードからなる放電手段を有し、また、前記第２コンデンサーと並列に接続され、前記受給・供給端子への電力供給に代えて、前記放電電力を消費可能な定電圧負荷を備え、さらに、一端を被試験バッテリーに、他端をグランドに接続し、充電試験時には前記充電電流、放電試験時には前記放電電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の電流値に基づいて、充電試験時には前記第１スイッチング回路、放電試験時には、前記第２スイッチング回路を制御する手段を備えてなることを特徴とするバッテリー試験用の充放電ユニット。
【０００６】
（２）（１）項に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（３）（１）項に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットを制御する管理装置とを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（４）（１）項に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、同充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータと、前記充放電ユニットと前記系統連携インバータを制御する管理装置とを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（５）（１）項に記載の複数のバッテリー充放電ユニットと、同充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータの一台とを組み合わせて一つのブロックとなし、同ブロックの複数台を連結して構成したバッテリーの充放電試験装置を、前記充放電ユニットと系統連携インバータを制御する管理装置とに接続してなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（６）バッテリー試験用の充放電ユニットが、標準規格でモジュール化されてなることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載のバッテリーの充放電試験装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に発明の実施の形態の構成と作用を図に基づいて説明する。
【０００８】
【実施例】
図１は、本発明の充放電ユニット内部構成図である。
図において、１は被試験バッテリー、２はバッテリー接続端子、３は電力受給・供給端子、４は第１スイッチング回路、５は降圧コイル、６は第１コンデンサー（平滑コンデンサ）、７は第１ダイオード、８はマイコン（ワンチップマイコン）、９は電流検出抵抗、１０は昇圧コイル、１１は第２コンデンサ、１２は第２ダイオード、１３は第３ダイオード、１４は第２スイッチング回路、１５は充電制御回路、１６は放電制御回路、１７は定電圧負荷、１８はアイソレーションシリアルＩ／Ｆ、１９は管理装置、１００は充放電ユニットをそれぞれ示す。
【０００９】
被試験バッテリー１は、充放電ユニット１００のバッテリー接続端子２に接続される。
電力受給・供給端子３は、充電試験時には外部からの電力供給を受け、放電試験時には外部への電力供給を行うもので、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１は、充電時、充電制御回路からの高周波パルス幅変調（ＰＷＭ）パルスによりオン、オフし、バッテリーに流す充電電流を一定にするために、電界効果トランジスタをスイッチング素子として用いたものである。
降圧コイル５−Ｌ２は、充電時、電力受給・供給端子３の電圧を降圧してバッテリー１へ供給するための降圧コイル、
第１コンデンサ（平滑コンデンサ）６ーＣ１は、充電時、放電時の高周波パルス電流が直接バッテリー１に流れないように平滑するコンデンサ、
第１ダイオード７−Ｄ３は、充電時、降圧コイル５−Ｌ２との組合せにより、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン時に蓄えたエネルギーをオフ時に放出する電流経路を形成するダイオード、
充電制御回路１５は、マイコン８からの基準レベル（ＤＣ電圧）により規定の充電電流値となるように、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン、オフ時問を制御する高周波ＰＷＭパルスを発生する回路である。
【００１０】
また、電流検出抵抗９−Ｒ１は、放電時、充電時の電流をモニタ、制御するための電流検出抵抗。
昇圧コイル１０−Ｌ１は、放電時、バッテリー１から引き出した電力をポンプアップ（３０Ｖ以上に電圧を上げる）して第２コンデンサ１１−Ｃ２に充電するための昇庄コイル、
第２ダイオード１２−Ｄ１は、放電時、バッテリーより高い電圧で第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄えられた電力をバッテリー１側に逆流させないためのダイオード、
第２コンデンサ１１−Ｃ２は、昇圧回路で昇圧（ポンプアップ）された電圧をＤＣ（直流）化して一時的に蓄えるコンデンサである。
第３ダイオード１３−Ｄ２は、外部からの電流を放電回路側に逆流させないためのダイオード、
第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２は、放電時、放電制御回路１６からの高周波ＰＷＭパルスによりオン、オフし、バッテリ１から流れる放電電流を一定にするための電界効果トランジスタをスイッチング素子として用いたものである。
【００１１】
放電制御回路１６は、放電時、マイコン８からの基準レベル（ＤＣ電圧）により規定の放電電流値となるように、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン、オフ時間を制御する高周波ＰＷＭパルスを発生する回路である。
また、定電圧負荷１７は、後述する系統連携インバータ１０１が組み込まれない構成の場合、あるいはシステム全体として充電量より放電量が大きくなり回生ができない時に、ユニット内で電力を消費させ試験を継続できるようにするための負荷で、系統連携インバータ１０１が接続されていても、何らかの都合で商用電源２５に電力の回生ができない時でも、試験が継続できるようにする。
【００１２】
系統連携インバータ１０１が接続されている時は、電力受給・供給端子３の電圧は電力回生によって３０から４０Ｖの間に制御されるが、系統連携インバータ１０１の故障又は商用電源２５への回生経路の切断等が発生すると、回生ができなくなり、電力受給・供給端子３の電圧がそれ以上に上がる。
この時、定電圧負荷１７は、第２コンデンサ１１−Ｃ２の電圧をシステム間で制御する上限電圧以上にならないように押さえ、放電試験のためのポンプアップ機能が継続できるようにする。
【００１３】
マイコン（マイクロコンピュータ）８は、管理装置１９からの制御信号により充放電試験を行い、各回路での電流値、電圧値等を監視し、後記（外観図５の表示ランプ２８）に状態をモニタするための制御信号を出力したり、管理装置１９ヘデータを出力する、さらに放電時は放電制御回路１６を制御し、また充電時は充電制御回路１５を制御するものである。
なお、マイクロコンピュータ８には、ワンチップマイコンを使用している。
【００１４】
アイソレーションシリアルＩ／Ｆ１８は、管理装置１９から充放電ユニット１００ヘの制御信号をマイコン８ヘ出力し、充放電ユニット１００に接続されたバッテリー１の各モニタ情報をマイコン８から管理装置１９へ出力するためのインターフェース回路である。
【００１５】
次に、充放電ユニット１００を用いた充放電試験を説明する。
充電試験は、規定充電電流での時間経過における電圧変化特性、インピーダンス変化特性、電池温度変化特性等の状態をパソコン（後記）等でモニタし、バッテリー１の良否を判定するものである。
また、放電試験は、同様な判定を規定放電電流での時間経過において行うものである。
最初に充放電ユニット１００を用いての充電試験について説明する。
バッテリー接続端子２には２４Ｖのバッテリーを接続し、電力受給・供給端子３には外部からＤＣ４０Ｖが供給される。バッテリーには０．５Ａの充電電流を流すものとする。
先ず、バッテリー接続端子２にバッテリー１を接続する。このとき、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２及び第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１はオフである。
管理装置１９から又は手動により充電開始がマイコン８に入力されると、充電制御回路１５によりバッテリー１への電流は、外部から電力受給・供給端子３、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ一ＳＷ１、第１ダイオード７−Ｄ３、降圧コイル５−Ｌ２及び第１コンデンサ６−Ｃ１を経由し充電される。
このとき充電制御回路１５は、マイコン８により電流検出抵抗９−Ｒ１に規定充電電流（電流波形▲２▼）が流れるように基準レベル（ＤＣ電圧）が入力され、この電圧に比例したパルス幅を決定し、高周波パルス（波形▲８▼）を第１スイッチング回路４−ＦＥＴ一ＳＷ１に出力し、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１をオン、オフ（電圧波形▲９▼）する。
【００１６】
第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン、オフサイクル（高周波パルスの周波数）は、良好な作業環境を提供するために、人間に聞こえない例えば３０ＫＨｚに設定されている。
第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１がオンになると、電力受給・供給端子３から充電電流が受給され、降圧コイル５−Ｌ２により電圧が降下され、第１コンデンサ６−Ｃ１へ放出される。
次に、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１がオフになると、降圧コイル５−Ｌ２に蓄えられた電流は第１ダイオード７−Ｄ３により還流され、第１コンデンサ６−Ｃ１に放出される。
このとき第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン、オフパルスによる電流の変動は第１コンデンサ６−Ｃ１により平滑化される（電流、電圧波形▲１▼）。バッテリー１へ充電される電流は、あらかじめ設定されている基準レベルと比較して電流検出抵抗９−Ｒ１の電圧が所定値を上回る場合には、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン時間を短くし（パルス幅が狭くなる）、所定値を下回る場合には、オン時間を長くする（パルス幅が広くなる）ことで一定となる。
したがって、電力受給・供給端子３からの電力を用いて、規定充電電流に制御することができ、充電試験が行える。
【００１７】
続いて、充放電ユニット１００を用いての放電試験について説明する。
バッテリー１からは１Ａの放電電流が流れるものとする。
先ず、バッテリー接続端子２に充電されたバッテリー１が接続されており、放電試験を開始する前は、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２及び第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１はオフである。
この状態では、バッテリー１からの電流は第１コンデンサ６−Ｃ１に蓄電されていると共に、昇圧コイル１０−Ｌ１、第２ダイオード１２−Ｄ１を経由して第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電されている。
第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電された電圧は第２ダイオード１２−Ｄ１の順電圧降下により約２３．４Ｖとなる。
管理装置１９から又は手動により放電開始がマイコン８に入力されると放電制御回路１６が駆動される。
このとき放電制御回路１６は、マイコン８により電流検出抵抗９−Ｒ１に規定放電電流（電流波形▲２▼）が流れるように基準レベル（ＤＣ電圧）が入力され、この電圧に比例したパルス幅を決定し、高周波パルス（波形▲３▼）を第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２に出力し、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２をオン、オフする。
第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン、オフサイクル（高周波パルスの周波数）は、充電試験と同様に例えぱ３０ＫＨｚに設定されている。
第２スイッチング回路１４−ＦＢＴ−ＳＷ２がオンになると、バッテリー１から放電電流が出力され、昇圧コイル１０−Ｌ１に慣性電流として蓄えられる。
【００１８】
次に、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２がオフになると、昇圧コイル１０−Ｌ１に蓄えられた慣性電流により大きな電圧が発生し（電圧波形▲４▼、電流波形▲５▼）、第２ダイオード１２−Ｄ１を経由して第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電される。
また、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン、オフパルスによる電流の変動をバッテリー１に与えないために、第１コンデンサ６−Ｃ１により平滑化している。
バッテリーから放出される電流は、あらかじめ設定されている基準レベルと比較して電流検出抵抗９−Ｒ１の電圧が所定値を上回る場合には、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン時間を短くし（パルス幅が狭くなる）、所定値を下回る場合には、オン時間を長くする（パルス幅が広くなる）ことで一定となる。
【００１９】
さらに、放電試験時における外部への電力供給について、２４Ｖのバッテリーを接続し、電力受給・供給端子の出力電圧を４０Ｖとした場合で説明する。
バッテリ−接続端子２には、２４Ｖのバッテリー１が接続されており、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２の動作が開始するまでは、第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電された電圧は、第２ダイオード１２−Ｄ１の順電圧降下によつて約２３．４Ｖとなる。
第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２の動作が開始すると、そのオン、オフパルスによって第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電される電圧は上昇を続ける（電圧波形▲６▼）、そして第２コンデンサ１１−Ｃ２の電圧が約４０．６Ｖを越えると、第３ダイオード１３−Ｄ２を経由して電力が、充放電ユニット１００より電力受給・供給端子３から放出される。
【００２０】
以上のことから、規定放電電流に制御することができ、放電試験を行うことができると共に、放電試験時の放電電力を電力受給・供給端子３から外部へ供給することができる。
また、定電圧負荷１７は、外部へ電力を放出できない場合であってもその容量まではバッテリーからの電力を消費するためのものである。
そして、定電圧負荷１７を備えない場合あるいは、その容量を超えた場合は、第２コンデンサ１１−Ｃ２は許容範囲電圧（例えば５０Ｖ以上）を超えても蓄電し続ける。ただし、マイコン８により回生電圧モニタがなされているので、第２コンデンサ１１−Ｃ２の定格までの電圧は監視され、それ以上になった場合、充放電ユニット１００を停止することで破壊しないよう制御されている。
なお、定電圧負荷１７を５０Ｗ定電圧負荷とした意味は特になく、そこまでの容量の試験を可能とした事例である。
【００２１】
次に、図２を参照して充放電ユニットと系統連携インバータとを接続した場合の作用を説明する。
図２は、充放電ユニットと系統連携インバータを備えた充放電試験装置のブロック図である。
図において、１ａは充電が完了している被試験バッテリ−、１ｂは充電されていない被試験バッテリ−、２０は放電電力２４ｗ、２１は充電電力１２ｗ、２２は充電電力１２Ｗ、２４は回生電力１２Ｗ、２５は商用電源、１０１は系統連携インバータをそれぞれ示す。
図示したように、２台の充放電ユニット１００と、系統連携インバータ１０１は並列に接続され、系統連携インバータ１０１には商用電源２５から１００Ｖの交流電流が供給されている。
上記系統連携インバータ１０１は、商用電源２５から供給される電流を直流に変換するとともに、商用電源２５から供給される電流と、充放電ユニット１０１から放電される電流を、３０〜４０Ｖの間で制御し、
また、消費されない電力については直流から交流に変換し、商用電源２５に回生する機能を備えたものである。
【００２２】
ここで、前記２台中の１台の充放電ユニット１００には、放電試験を行う２４Ｖ、１Ａｈの容量の予め充電が完了している被試験バッテリー１ａを接続し、
他の１台の充放電ユニット１００には、充電試験を行う２４Ｖ、１Ａｈの容量の充電されていない被試験バッテリー１ｂを接続した場合の充放電試験について説明する。
なお、放電時の定格電流は１Ａであり、充電時の定格電流は０．５Ａである。また、２台の充放電ユニット１００及び、系統連携インバータ１０１の内部損失を無視して説明する。
【００２３】
図２において、実線で示す２０は、前記被試験バッテリー１ａが接続される充放電ユニット１００から放電された放電電力であり、
さらに実線で示す２１は、放電電力２０の内で前記被試験バッテリー１ｂが接続される充放電ユニット１００で充電される充電電力である。
また、実線２４は、被試験バッテリー１ａが接続される充放電ユニット１００から、被試験バッテリー１ｂが接続される充放電ユニット１００により充電された電力を差し引いた回生電力である。
上記回生電力２４は系統連携インバータ１０１により交流に変換されて商用電源２５に回生される。
充放電試験による電力は、前述した被試験用バッテリーにおいては、１時間で放電電力２０として２４Ｗの電力が放電され、また充電電力２１として１２Ｗの電力が充電され、さらに回生電力２４として１２Ｗの電力が系統連携インバータ１０１により回生される。
【００２４】
１時間が経過すると、被試験バッテリー１ａの放電試験は完了し、 被試験バッテリー１ｂの充電試験のみが行われる。１点鎖線で示す２２はこの充電試験に用いられる充電電力である。残りの充電試験による充電電力２２は１２Ｗとなる。この充電電力２２は、系統連携インバータ１０１を介して商用電源２５から供給される。
しかし、その分の電力として放電試験時に１２Ｗの回生電力２４を回生されているので、トータル的な消費電力は差引きは０Ｗとなる。
なお、系統連携インバータ１０１による回生ができない場合であっても、熱として放出される電力は従来の１／２となる。
【００２５】
次ぎに、充放電ユニット１００と管理装置１９とを接続し、充放電ユニットに接続するバッテリー特性は前述と同様なもので、バッテリーを４台の充放電ユニットに接続し、エネルギーロスを生じない試験方法について説明する。
図３は、充放電ユニットと管理装置とを接続しバッテリー４個を４台の充放電ユニットに接続したエネルギーロスを生じない試験方法のブロック図である。
図において、１ｃ〜１ｆは被試験バッテリ−、２６は充放電ユニット制御用シリアル通信ライン、２７は電力受給ラインをそれぞれ示す。
管理装置１９（パソコン）は、あらかじめ定められた試験パターンにより、各充放電ユニット１００の制御を行い、各ユニット１００に接続された前記被試験バッテリー１ｃ〜１ｆの電圧、電流値を監視し良否判定を行うと共に、それらのデータをデータベース化して保存し、規定の管理フォーマットでプリントアウトするものである。
また、充放電ユニット制御用シリアル通信ライン２６（ＲＳ−４８５等）により、各充放電ユニット１００及び系統連携インバータ１０１と接続されている。
【００２６】
まず、管理装置１９は、２台の充放電ユニット１００に対して充電試験を開始する信号を出力し、各充放電ユニット１００を監視する。
また、管理装置１９は、その充電試験の終了を充放電ユニット１００からの出力信号により受信し、４台の前記被試験バッテリー１ｃ〜１ｆ中、最初に１ｃ及び１ｆを充電をさせておくものとし、
上記バッテリー１ｃが接続される１台の充放電ユニット１００に対して放電試験を開始する信号を出力すると同時に、この放電試験の電力を使用して、
最初充電されていないものとするバッテリー１ｄ及び１ｅが接続される２台の充放電ユニット１００について、充電試験を開始する信号を出力する。
そして、上記管理装置１９からの信号により、１台の放電試験と２台の充電試験とが充放電ユニット１００で行われる。
各試験が開始され１時間経過すると、放電試験が実施されている前記バッテリー１ｃの電力はすべて放電され、充電試験が行われている前記２個のバッテリー１ｄ及び１ｅに半分の容量が充電される。
【００２７】
管理装置１９は、この放電試験の終了を充放電ユニット１００からの出力信号により受信し、予め充電試験により前記充電された状態のバッテリー１ｆが接続された残りの充放電ユニット１００に対して、放電試験を開始する信号を出力する。
また、同時にこの放電試験の電力を使用して、半分の容量に充電されている前記２個のバッテリー１ｄ及び１ｅが接続される充放電ユニットについて引き続き充電試験を継続する信号を出力する。
【００２８】
そして、管理装置１９からの信号により、残り２個目の前記充電された状態のバッテリー１ｆに接続される１台の放電試験と、充電試験が継続されている前記バッテリー１ｄ及び１ｅが接続される２台の充電試験が、充放電ユニット１００で行われる。
さらに、１時間経過すると、前記２個目のバッテリー１ｆの放電試験が終了すると同時に、バッテリー１ｄ及び１ｅの充電試験も終わる。
【００２９】
同様の手順で、管理装置１９により、新たに充電が完了しているバッテリー１ｄ及び１ｅが接続される内１台についての放電試験を、放電完了状態のバッテリーが接続される２台の充放電ユニット１００による充電により行う。
最後に充電が完了しているもう１台のバッテリーから、前記２個のバッテリが接続されている充電ユニット１００による充電を行い終了とする。
以上の説明から、バッテリーの特性に合わせ管理装置１９のプログラムにより、充電、放電試験を組み合わせることによって、効率の艮い試験を行うことができる。
なお、上記説明は、充放電ユニット１００の内部での損失が無いものとして説明したが、実際の損失分については、系統連携インバータ１０１を介して商用電源２５又は、その他の電源装置から適宜補充される。
【００３０】
次ぎに、複数の充放電ユニットと一台の系統連携インバータとを組み合わせたものを一つのブロックとして、そのブロックを複数台備えた電源充放電試験装置を管理装置と接続した状態を図に基づいて説明する。
図４は電源充放電試験装置の最大構成を示すブロック図である。
図５は、電源充放電試験装置をＪＩＳラックに収納した状態の外観図である。
図６は、図５の充放電ユニットの表面パネルの外観図である。
図４、図５、図６を参照して上記多数個のバッテリーの試験を行う電源充放電試験装置の作用を説明する。
図において、２８は表示ランプ（ＬＥＤ）、１０２はＪＩＳラックを示す。
なお、各充放電ユニット１００は、放電時の電力を回生可能な場合は２００Ｗ、回生ができずに内蔵される電子負荷により消費する場合は５０Ｗまでとしている。
また、系統連携インバータ１０１の１台に１６台の充放電ユニット１００が接続でき、充放電ユニット１００との電力授受及びその制御が可能なもので最大３ＫＷの電力を回生できる。（１台の充放電ユニット１００から最大回生電力２４−２００Ｗが放電された場合、系統連携インバータ１０１は３．２ＫＷの負荷容量が必要であるが、Ｏ．２ＫＷは充放電ユニット１００内で消費されるので３ＫＷとしている）。
【００３１】
さらに、管理装置１９には、系統連携インバーター１０１の台に１６台の充放電ユニット１００を接続したものを一つのユニットとし、そのユニットが１４台接続されている。
このような構成にすることで、管理装置１９のプログラムにより、シリアル通信ライン２６を介し多数個のバッテリー１の充放電試験及び系統連携インバータ１０１から商用電源２５に対する回生等の制御を行うことができる。
また、各充放電ユニット１００からの試験データの解析、判定、印刷、デ一タベース化等を行うことができる。
そして、図６に示したように各充放電ユニット１００の表面パネルには、充放電時の動作及び異常時の表示が、表示ランプ２８により表示され、管理しやすくなっている。また、バッテリー１への＋、−の接続端子２を下部に有しているが、上記接続端子２は、ユニット１００の背面に設け、背面で接続するようにしてもよい。
【００３２】
なお、本発明の技術は上記の被試験体としてバッテリーの他、大容量のコンデンサにも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の、バッテリー試験用の充放電ユニット及び同ユニットを備えたバッテリーの充放電試験装置によれば、充放電に際し使用される電力を削減し、発熱量を削減でき、従来に比較して省エネルギーと省スペースを実現することができる。
さらに、従来、放電時の負荷の熱エネルギー等の問題から行われていなかった大容量の鉛電池等についても充放電試験をした後出荷することが可能である。すなわち、
１、本発明の請求項１の発明によれば、バッテリーの放電試験により発生する電力を外部へ供給するための回路及び、バッテリーの充電試験により消費される電力を外部から受給するための回路を備えてなるため、同一端子より受給・供給を外部に効率的に行うことができ、かつ、バッテリー試験用の充放電ユニットが、被試験バッテリー接続端子及び外部からの充電用の受給電力と、放電用の供給端子並びに、周辺の電力受給・供給装置及び管理装置への接続端子を有しており、またユニット内に充電及び放電が効率良く行える回路を備えているため、周辺機器と組み合わせてシステム化し、被試験バッテリーの特性に合わせた管理プログラムによって、充放電試験をロスが少なく効率良く行うことができる。
２、請求項２の発明によれば、さらに、バッテリーの試験用の充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータを備えてなるため、バッテリーの充放電の試験による余剰な電力は商用電源に回生できるので、省エネルギーを実現できる。
３、請求項３の発明によれば、バッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットを制御する管理装置とを備えてなるため、バッテリーの特性に合わせ、管理装置のプログラムにより充放電試験を組み合わせることにより、ロスが少なく効率のよい試験を行うことができる。
４、請求項４の発明によれば、バッテリー充放電試験装置は、バッテリー充放電ユニット及び系統連携インバータとを制御する管理装置を備えているため、管理装置のプログラムによる試験時の放電試験による余剰電力の回生や、充電試験を含めた充放電ユニット等による電力損失の補充が可能で、充放電の自動試験が容易になる。
【００３４】
５、請求項５の発明によれば、複数のバッテリー電源充放電試験装置を、例えば４８台のバッテリー試験用ユニット及び周辺装置を規定のラック１台に収納でき、設備の低廉化及びスペースの活用、並びに発熱量の低減による安全性、耐久性の増大を図ることができまた、電力エネルギーの最大利用を図ることができる。
６、請求項６の発明によれば、バッテリー試験用の充放電ユニットが、標準規格でモジュール化されているため、周辺機器と共に標準ラックに収納でき、特に少ない床面積で大量の被試験バッテリーの充放電試験を実施することができる。また、互換性があり保守点検が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充放電ユニット内部構成図。
【図２】充放電ユニットと系統連携インバータとを接続したブロック図。
【図３】充放電ユニットと管理装置とを接続しバッテリー４個を４台の充放電ユニットに接続したエネルギーロスを生じない試験方法のブロック図。
【図４】電源充放電試験装置の最大構成を示すブロック図。
【図５】電源充放電試験装置をＪＩＳラックに収納した状態の外観図。
【図６】図５の充放電ユニットの表面パネルの外観図。
【符号の説明】
１：被試験バッテリー １ａ：充電が完了しているバッテリー
１ｂ：充電されていないバッテリー
１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ：被試験バッテリー
２：バッテリー接続端子 ３：電力受給・供給端子
４：第１スイッチング回路 ５：降圧コイル
６：第１コンデンサ ７：第１ダイオード
８：マイコン ９：電流検出抵抗
１０：昇圧コイル １１：第２コンデンサ
１２：第２ダイオード １３：第３ダイオード
１４：第２スイッチング回路 １５：充電制御回路
１６：放電制御回路 １７：定電圧負荷
１８：アイソレーションシリアルＩ／Ｆ １９：管理装置
２０：放電電力２４Ｗ ２１：充電電力１２Ｗ
２２：充電電力１２Ｗ ２３：電力受給
２４：回生電力１２Ｗ ２５：商用電源
２６：充放電ユニット制御用シリアル通信ライン
２７：電力受給ライン ２８：表示ランプ
１００：充放電ユニット １０１：系統連携インバータ
１０２：ＪＩＳラック
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーの充放電を試験するための充放電試験装置に係り、特に放電試験において放電された電力の再利用を可能とする充放電ユニット及び充放電試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話、ビデオカメラ等には軽量化の観点からニッケル水素電池やエネルギー密度の大きなリチウムイオン電池が使用されている。これらの二次電池など（以下バッテリー）はその内部の蓄電部電極が十分活性化していないため、組立て直後には規定の容量を持っていない。そのため、規定の容量を出すためには２〜３回の充放電を繰り返し、蓄電部電極を活性化する必要がある。また、バッテリーが所望の性能を発揮するか試験をする必要もある。
そこで、これらの試験をするため、電源装置と電子負荷が組み合わされた充放電試験装置が用いられていた。この充放電試験装置は、充電時に電源装置により商用電源を直流（ＤＣ）に変換して電力を供給し、放電時に電子負荷で電力を消費していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この充放電試験装置は、充電のための電力をすべて商用電源から供給し、放電による電力はすべて電子負荷などにより熱に変えているため、限られたスペースの中での発熱処理が間題となっていた。例えば、リチウムイオン電池においては、０．１〜０．５Ａの充電と６〜７．５Ｖ，１〜２Ａｈの容量で１〜２Ａの放電とを必要とし、同時に１０００個程度の試験を行う。この放電電力を電力量に喚算すると、６ＫＷとなるが、この電力は発熱によって失われる。
そこで、この電力損失を解消し、発熱を防止する充放電試験装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記に鑑み本願装置の発明者は鋭意研究の結果下記の手段によりこれらの課題を解決した。
（１）バッテリーの放電試験により発生する電力を外部へ供給するための回路及びバッテリーの充電試験により消費される電力を外部から受給するための回路を備えたバッテリー試験用の充放電ユニットであって、
充放電試験時に、電力を外部から受給又は外部への供給を兼用する受給・供給端子を有し、前記受給・供給端子に接続され、充電試験時に、高周波パルス幅変調パルスの発生により、スイッチング動作をする電界効果トランジスタを用いた前記受給・供給端子からの受給電力を制御する第１スイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続され前記受給電力を降圧する降圧コイルと、一端を前記降圧コイルと被試験バッテリーとの間に、他端をグランドに接続した充電電流を平滑する第１コンデンサ及び、一端を前記スイッチング回路と、前記降圧コイルとの間に、他端をグランドに接続し、前記第１スイッチング回路に連動し前記降圧コイルに蓄積されたエネルギーを放出する第１ダイオードとからなる充電手段を有し、
【０００５】
前記第１コンデンサに接続され、放電試験時には、前記被試験バッテリーから放電された電圧を昇圧する昇圧コイルと、前記昇圧コイルに接続され、放電試験時に高周波パルス幅変調パルスの発生によりスイッチング動作をする電界効果トランジスタを用いた前記被試験バッテリーからの放電電力の量を制御する第２スイッチング回路と、前記第２スイッチング回路に接続され、前記放電電力による電流の逆流を防止する第２ダイオードと、一端を前記第２ダイオードに、他端をグランドに接続し、前記放電電力を蓄電する第２コンデンサーとを有し、一端を前記第２コンデンサーに、他端を前記受給・供給端子に接続し、該受給・供給端子にかかる電圧よりも、前記第２コンデンサに蓄電される電圧が高い電圧になったとき、前記放電電力を外部に供給する第３ダイオードからなる放電手段を有し、また、前記第２コンデンサーと並列に接続され、前記受給・供給端子への電力供給に代えて、前記放電電力を消費可能な定電圧負荷を備え、さらに、一端を被試験バッテリーに、他端をグランドに接続し、充電試験時には前記充電電流、放電試験時には前記放電電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の電流値に基づいて、充電試験時には前記第１スイッチング回路、放電試験時には、前記第２スイッチング回路を制御する手段を備えてなることを特徴とするバッテリー試験用の充放電ユニット。
【０００６】
（２）（１）項に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（３）（１）項に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットを制御する管理装置とを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（４）（１）項に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、同充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータと、前記充放電ユニットと前記系統連携インバータを制御する管理装置とを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（５）（１）項に記載の複数のバッテリー充放電ユニットと、同充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータの一台とを組み合わせて一つのブロックとなし、同ブロックの複数台を連結して構成したバッテリーの充放電試験装置を、前記充放電ユニットと系統連携インバータを制御する管理装置とに接続してなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
（６）バッテリー試験用の充放電ユニットが、標準規格でモジュール化されてなることを特徴とする（１）〜（５）のいずれか１項に記載のバッテリーの充放電試験装置。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に発明の実施の形態の構成と作用を図に基づいて説明する。
【０００８】
【実施例】
図１は、本発明の充放電ユニット内部構成図である。
図において、１は被試験バッテリー、２はバッテリー接続端子、３は電力受給・供給端子、４は第１スイッチング回路、５は降圧コイル、６は第１コンデンサー（平滑コンデンサ）、７は第１ダイオード、８はマイコン（ワンチップマイコン）、９は電流検出抵抗、１０は昇圧コイル、１１は第２コンデンサ、１２は第２ダイオード、１３は第３ダイオード、１４は第２スイッチング回路、１５は充電制御回路、１６は放電制御回路、１７は定電圧負荷、１８はアイソレーションシリアルＩ／Ｆ、１９は管理装置、１００は充放電ユニットをそれぞれ示す。
【０００９】
被試験バッテリー１は、充放電ユニット１００のバッテリー接続端子２に接続される。
電力受給・供給端子３は、充電試験時には外部からの電力供給を受け、放電試験時には外部への電力供給を行うもので、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１は、充電時、充電制御回路からの高周波パルス幅変調（ＰＷＭ）パルスによりオン、オフし、バッテリーに流す充電電流を一定にするために、電界効果トランジスタをスイッチング素子として用いたものである。
降圧コイル５−Ｌ２は、充電時、電力受給・供給端子３の電圧を降圧してバッテリー１へ供給するための降圧コイル、
第１コンデンサ（平滑コンデンサ）６ーＣ１は、充電時、放電時の高周波パルス電流が直接バッテリー１に流れないように平滑するコンデンサ、
第１ダイオード７−Ｄ３は、充電時、降圧コイル５−Ｌ２との組合せにより、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン時に蓄えたエネルギーをオフ時に放出する電流経路を形成するダイオード、
充電制御回路１５は、マイコン８からの基準レベル（ＤＣ電圧）により規定の充電電流値となるように、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン、オフ時問を制御する高周波ＰＷＭパルスを発生する回路である。
【００１０】
また、電流検出抵抗９−Ｒ１は、放電時、充電時の電流をモニタ、制御するための電流検出抵抗。
昇圧コイル１０−Ｌ１は、放電時、バッテリー１から引き出した電力をポンプアップ（３０Ｖ以上に電圧を上げる）して第２コンデンサ１１−Ｃ２に充電するための昇庄コイル、
第２ダイオード１２−Ｄ１は、放電時、バッテリーより高い電圧で第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄えられた電力をバッテリー１側に逆流させないためのダイオード、
第２コンデンサ１１−Ｃ２は、昇圧回路で昇圧（ポンプアップ）された電圧をＤＣ（直流）化して一時的に蓄えるコンデンサである。
第３ダイオード１３−Ｄ２は、外部からの電流を放電回路側に逆流させないためのダイオード、
第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２は、放電時、放電制御回路１６からの高周波ＰＷＭパルスによりオン、オフし、バッテリ１から流れる放電電流を一定にするための電界効果トランジスタをスイッチング素子として用いたものである。
【００１１】
放電制御回路１６は、放電時、マイコン８からの基準レベル（ＤＣ電圧）により規定の放電電流値となるように、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン、オフ時間を制御する高周波ＰＷＭパルスを発生する回路である。
また、定電圧負荷１７は、後述する系統連携インバータ１０１が組み込まれない構成の場合、あるいはシステム全体として充電量より放電量が大きくなり回生ができない時に、ユニット内で電力を消費させ試験を継続できるようにするための負荷で、系統連携インバータ１０１が接続されていても、何らかの都合で商用電源２５に電力の回生ができない時でも、試験が継続できるようにする。
【００１２】
系統連携インバータ１０１が接続されている時は、電力受給・供給端子３の電圧は電力回生によって３０から４０Ｖの間に制御されるが、系統連携インバータ１０１の故障又は商用電源２５への回生経路の切断等が発生すると、回生ができなくなり、電力受給・供給端子３の電圧がそれ以上に上がる。
この時、定電圧負荷１７は、第２コンデンサ１１−Ｃ２の電圧をシステム間で制御する上限電圧以上にならないように押さえ、放電試験のためのポンプアップ機能が継続できるようにする。
【００１３】
マイコン（マイクロコンピュータ）８は、管理装置１９からの制御信号により充放電試験を行い、各回路での電流値、電圧値等を監視し、後記（外観図５の表示ランプ２８）に状態をモニタするための制御信号を出力したり、管理装置１９ヘデータを出力する、さらに放電時は放電制御回路１６を制御し、また充電時は充電制御回路１５を制御するものである。
なお、マイクロコンピュータ８には、ワンチップマイコンを使用している。
【００１４】
アイソレーションシリアルＩ／Ｆ１８は、管理装置１９から充放電ユニット１００ヘの制御信号をマイコン８ヘ出力し、充放電ユニット１００に接続されたバッテリー１の各モニタ情報をマイコン８から管理装置１９へ出力するためのインターフェース回路である。
【００１５】
次に、充放電ユニット１００を用いた充放電試験を説明する。
充電試験は、規定充電電流での時間経過における電圧変化特性、インピーダンス変化特性、電池温度変化特性等の状態をパソコン（後記）等でモニタし、バッテリー１の良否を判定するものである。
また、放電試験は、同様な判定を規定放電電流での時間経過において行うものである。
最初に充放電ユニット１００を用いての充電試験について説明する。
バッテリー接続端子２には２４Ｖのバッテリーを接続し、電力受給・供給端子３には外部からＤＣ４０Ｖが供給される。バッテリーには０．５Ａの充電電流を流すものとする。
先ず、バッテリー接続端子２にバッテリー１を接続する。このとき、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２及び第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１はオフである。
管理装置１９から又は手動により充電開始がマイコン８に入力されると、充電制御回路１５によりバッテリー１への電流は、外部から電力受給・供給端子３、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ一ＳＷ１、第１ダイオード７−Ｄ３、降圧コイル５−Ｌ２及び第１コンデンサ６−Ｃ１を経由し充電される。
このとき充電制御回路１５は、マイコン８により電流検出抵抗９−Ｒ１に規定充電電流（電流波形▲２▼）が流れるように基準レベル（ＤＣ電圧）が入力され、この電圧に比例したパルス幅を決定し、高周波パルス（波形▲８▼）を第１スイッチング回路４−ＦＥＴ一ＳＷ１に出力し、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１をオン、オフ（電圧波形▲９▼）する。
【００１６】
第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン、オフサイクル（高周波パルスの周波数）は、良好な作業環境を提供するために、人間に聞こえない例えば３０ＫＨｚに設定されている。
第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１がオンになると、電力受給・供給端子３から充電電流が受給され、降圧コイル５−Ｌ２により電圧が降下され、第１コンデンサ６−Ｃ１へ放出される。
次に、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１がオフになると、降圧コイル５−Ｌ２に蓄えられた電流は第１ダイオード７−Ｄ３により還流され、第１コンデンサ６−Ｃ１に放出される。
このとき第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン、オフパルスによる電流の変動は第１コンデンサ６−Ｃ１により平滑化される（電流、電圧波形▲１▼）。バッテリー１へ充電される電流は、あらかじめ設定されている基準レベルと比較して電流検出抵抗９−Ｒ１の電圧が所定値を上回る場合には、第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１のオン時間を短くし（パルス幅が狭くなる）、所定値を下回る場合には、オン時間を長くする（パルス幅が広くなる）ことで一定となる。
したがって、電力受給・供給端子３からの電力を用いて、規定充電電流に制御することができ、充電試験が行える。
【００１７】
続いて、充放電ユニット１００を用いての放電試験について説明する。
バッテリー１からは１Ａの放電電流が流れるものとする。
先ず、バッテリー接続端子２に充電されたバッテリー１が接続されており、放電試験を開始する前は、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２及び第１スイッチング回路４−ＦＥＴ−ＳＷ１はオフである。
この状態では、バッテリー１からの電流は第１コンデンサ６−Ｃ１に蓄電されていると共に、昇圧コイル１０−Ｌ１、第２ダイオード１２−Ｄ１を経由して第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電されている。
第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電された電圧は第２ダイオード１２−Ｄ１の順電圧降下により約２３．４Ｖとなる。
管理装置１９から又は手動により放電開始がマイコン８に入力されると放電制御回路１６が駆動される。
このとき放電制御回路１６は、マイコン８により電流検出抵抗９−Ｒ１に規定放電電流（電流波形▲２▼）が流れるように基準レベル（ＤＣ電圧）が入力され、この電圧に比例したパルス幅を決定し、高周波パルス（波形▲３▼）を第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２に出力し、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２をオン、オフする。
第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン、オフサイクル（高周波パルスの周波数）は、充電試験と同様に例えぱ３０ＫＨｚに設定されている。
第２スイッチング回路１４−ＦＢＴ−ＳＷ２がオンになると、バッテリー１から放電電流が出力され、昇圧コイル１０−Ｌ１に慣性電流として蓄えられる。
【００１８】
次に、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２がオフになると、昇圧コイル１０−Ｌ１に蓄えられた慣性電流により大きな電圧が発生し（電圧波形▲４▼、電流波形▲５▼）、第２ダイオード１２−Ｄ１を経由して第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電される。
また、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン、オフパルスによる電流の変動をバッテリー１に与えないために、第１コンデンサ６−Ｃ１により平滑化している。
バッテリーから放出される電流は、あらかじめ設定されている基準レベルと比較して電流検出抵抗９−Ｒ１の電圧が所定値を上回る場合には、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２のオン時間を短くし（パルス幅が狭くなる）、所定値を下回る場合には、オン時間を長くする（パルス幅が広くなる）ことで一定となる。
【００１９】
さらに、放電試験時における外部への電力供給について、２４Ｖのバッテリーを接続し、電力受給・供給端子の出力電圧を４０Ｖとした場合で説明する。
バッテリ−接続端子２には、２４Ｖのバッテリー１が接続されており、第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２の動作が開始するまでは、第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電された電圧は、第２ダイオード１２−Ｄ１の順電圧降下によつて約２３．４Ｖとなる。
第２スイッチング回路１４−ＦＥＴ−ＳＷ２の動作が開始すると、そのオン、オフパルスによって第２コンデンサ１１−Ｃ２に蓄電される電圧は上昇を続ける（電圧波形▲６▼）、そして第２コンデンサ１１−Ｃ２の電圧が約４０．６Ｖを越えると、第３ダイオード１３−Ｄ２を経由して電力が、充放電ユニット１００より電力受給・供給端子３から放出される。
【００２０】
以上のことから、規定放電電流に制御することができ、放電試験を行うことができると共に、放電試験時の放電電力を電力受給・供給端子３から外部へ供給することができる。
また、定電圧負荷１７は、外部へ電力を放出できない場合であってもその容量まではバッテリーからの電力を消費するためのものである。
そして、定電圧負荷１７を備えない場合あるいは、その容量を超えた場合は、第２コンデンサ１１−Ｃ２は許容範囲電圧（例えば５０Ｖ以上）を超えても蓄電し続ける。ただし、マイコン８により回生電圧モニタがなされているので、第２コンデンサ１１−Ｃ２の定格までの電圧は監視され、それ以上になった場合、充放電ユニット１００を停止することで破壊しないよう制御されている。
なお、定電圧負荷１７を５０Ｗ定電圧負荷とした意味は特になく、そこまでの容量の試験を可能とした事例である。
【００２１】
次に、図２を参照して充放電ユニットと系統連携インバータとを接続した場合の作用を説明する。
図２は、充放電ユニットと系統連携インバータを備えた充放電試験装置のブロック図である。
図において、１ａは充電が完了している被試験バッテリ−、１ｂは充電されていない被試験バッテリ−、２０は放電電力２４ｗ、２１は充電電力１２ｗ、２２は充電電力１２Ｗ、２４は回生電力１２Ｗ、２５は商用電源、１０１は系統連携インバータをそれぞれ示す。
図示したように、２台の充放電ユニット１００と、系統連携インバータ１０１は並列に接続され、系統連携インバータ１０１には商用電源２５から１００Ｖの交流電流が供給されている。
上記系統連携インバータ１０１は、商用電源２５から供給される電流を直流に変換するとともに、商用電源２５から供給される電流と、充放電ユニット１０１から放電される電流を、３０〜４０Ｖの間で制御し、
また、消費されない電力については直流から交流に変換し、商用電源２５に回生する機能を備えたものである。
【００２２】
ここで、前記２台中の１台の充放電ユニット１００には、放電試験を行う２４Ｖ、１Ａｈの容量の予め充電が完了している被試験バッテリー１ａを接続し、
他の１台の充放電ユニット１００には、充電試験を行う２４Ｖ、１Ａｈの容量の充電されていない被試験バッテリー１ｂを接続した場合の充放電試験について説明する。
なお、放電時の定格電流は１Ａであり、充電時の定格電流は０．５Ａである。また、２台の充放電ユニット１００及び、系統連携インバータ１０１の内部損失を無視して説明する。
【００２３】
図２において、実線で示す２０は、前記被試験バッテリー１ａが接続される充放電ユニット１００から放電された放電電力であり、
さらに実線で示す２１は、放電電力２０の内で前記被試験バッテリー１ｂが接続される充放電ユニット１００で充電される充電電力である。
また、実線２４は、被試験バッテリー１ａが接続される充放電ユニット１００から、被試験バッテリー１ｂが接続される充放電ユニット１００により充電された電力を差し引いた回生電力である。
上記回生電力２４は系統連携インバータ１０１により交流に変換されて商用電源２５に回生される。
充放電試験による電力は、前述した被試験用バッテリーにおいては、１時間で放電電力２０として２４Ｗの電力が放電され、また充電電力２１として１２Ｗの電力が充電され、さらに回生電力２４として１２Ｗの電力が系統連携インバータ１０１により回生される。
【００２４】
１時間が経過すると、被試験バッテリー１ａの放電試験は完了し、 被試験バッテリー１ｂの充電試験のみが行われる。１点鎖線で示す２２はこの充電試験に用いられる充電電力である。残りの充電試験による充電電力２２は１２Ｗとなる。この充電電力２２は、系統連携インバータ１０１を介して商用電源２５から供給される。
しかし、その分の電力として放電試験時に１２Ｗの回生電力２４を回生されているので、トータル的な消費電力は差引きは０Ｗとなる。
なお、系統連携インバータ１０１による回生ができない場合であっても、熱として放出される電力は従来の１／２となる。
【００２５】
次ぎに、充放電ユニット１００と管理装置１９とを接続し、充放電ユニットに接続するバッテリー特性は前述と同様なもので、バッテリーを４台の充放電ユニットに接続し、エネルギーロスを生じない試験方法について説明する。
図３は、充放電ユニットと管理装置とを接続しバッテリー４個を４台の充放電ユニットに接続したエネルギーロスを生じない試験方法のブロック図である。
図において、１ｃ〜１ｆは被試験バッテリ−、２６は充放電ユニット制御用シリアル通信ライン、２７は電力受給ラインをそれぞれ示す。
管理装置１９（パソコン）は、あらかじめ定められた試験パターンにより、各充放電ユニット１００の制御を行い、各ユニット１００に接続された前記被試験バッテリー１ｃ〜１ｆの電圧、電流値を監視し良否判定を行うと共に、それらのデータをデータベース化して保存し、規定の管理フォーマットでプリントアウトするものである。
また、充放電ユニット制御用シリアル通信ライン２６（ＲＳ−４８５等）により、各充放電ユニット１００及び系統連携インバータ１０１と接続されている。
【００２６】
まず、管理装置１９は、２台の充放電ユニット１００に対して充電試験を開始する信号を出力し、各充放電ユニット１００を監視する。
また、管理装置１９は、その充電試験の終了を充放電ユニット１００からの出力信号により受信し、４台の前記被試験バッテリー１ｃ〜１ｆ中、最初に１ｃ及び１ｆを充電をさせておくものとし、
上記バッテリー１ｃが接続される１台の充放電ユニット１００に対して放電試験を開始する信号を出力すると同時に、この放電試験の電力を使用して、
最初充電されていないものとするバッテリー１ｄ及び１ｅが接続される２台の充放電ユニット１００について、充電試験を開始する信号を出力する。
そして、上記管理装置１９からの信号により、１台の放電試験と２台の充電試験とが充放電ユニット１００で行われる。
各試験が開始され１時間経過すると、放電試験が実施されている前記バッテリー１ｃの電力はすべて放電され、充電試験が行われている前記２個のバッテリー１ｄ及び１ｅに半分の容量が充電される。
【００２７】
管理装置１９は、この放電試験の終了を充放電ユニット１００からの出力信号により受信し、予め充電試験により前記充電された状態のバッテリー１ｆが接続された残りの充放電ユニット１００に対して、放電試験を開始する信号を出力する。
また、同時にこの放電試験の電力を使用して、半分の容量に充電されている前記２個のバッテリー１ｄ及び１ｅが接続される充放電ユニットについて引き続き充電試験を継続する信号を出力する。
【００２８】
そして、管理装置１９からの信号により、残り２個目の前記充電された状態のバッテリー１ｆに接続される１台の放電試験と、充電試験が継続されている前記バッテリー１ｄ及び１ｅが接続される２台の充電試験が、充放電ユニット１００で行われる。
さらに、１時間経過すると、前記２個目のバッテリー１ｆの放電試験が終了すると同時に、バッテリー１ｄ及び１ｅの充電試験も終わる。
【００２９】
同様の手順で、管理装置１９により、新たに充電が完了しているバッテリー１ｄ及び１ｅが接続される内１台についての放電試験を、放電完了状態のバッテリーが接続される２台の充放電ユニット１００による充電により行う。
最後に充電が完了しているもう１台のバッテリーから、前記２個のバッテリが接続されている充電ユニット１００による充電を行い終了とする。
以上の説明から、バッテリーの特性に合わせ管理装置１９のプログラムにより、充電、放電試験を組み合わせることによって、効率の艮い試験を行うことができる。
なお、上記説明は、充放電ユニット１００の内部での損失が無いものとして説明したが、実際の損失分については、系統連携インバータ１０１を介して商用電源２５又は、その他の電源装置から適宜補充される。
【００３０】
次ぎに、複数の充放電ユニットと一台の系統連携インバータとを組み合わせたものを一つのブロックとして、そのブロックを複数台備えた電源充放電試験装置を管理装置と接続した状態を図に基づいて説明する。
図４は電源充放電試験装置の最大構成を示すブロック図である。
図５は、電源充放電試験装置をＪＩＳラックに収納した状態の外観図である。
図６は、図５の充放電ユニットの表面パネルの外観図である。
図４、図５、図６を参照して上記多数個のバッテリーの試験を行う電源充放電試験装置の作用を説明する。
図において、２８は表示ランプ（ＬＥＤ）、１０２はＪＩＳラックを示す。
なお、各充放電ユニット１００は、放電時の電力を回生可能な場合は２００Ｗ、回生ができずに内蔵される電子負荷により消費する場合は５０Ｗまでとしている。
また、系統連携インバータ１０１の１台に１６台の充放電ユニット１００が接続でき、充放電ユニット１００との電力授受及びその制御が可能なもので最大３ＫＷの電力を回生できる。（１台の充放電ユニット１００から最大回生電力２４−２００Ｗが放電された場合、系統連携インバータ１０１は３．２ＫＷの負荷容量が必要であるが、Ｏ．２ＫＷは充放電ユニット１００内で消費されるので３ＫＷとしている）。
【００３１】
さらに、管理装置１９には、系統連携インバーター１０１の台に１６台の充放電ユニット１００を接続したものを一つのユニットとし、そのユニットが１４台接続されている。
このような構成にすることで、管理装置１９のプログラムにより、シリアル通信ライン２６を介し多数個のバッテリー１の充放電試験及び系統連携インバータ１０１から商用電源２５に対する回生等の制御を行うことができる。
また、各充放電ユニット１００からの試験データの解析、判定、印刷、デ一タベース化等を行うことができる。
そして、図６に示したように各充放電ユニット１００の表面パネルには、充放電時の動作及び異常時の表示が、表示ランプ２８により表示され、管理しやすくなっている。また、バッテリー１への＋、−の接続端子２を下部に有しているが、上記接続端子２は、ユニット１００の背面に設け、背面で接続するようにしてもよい。
【００３２】
なお、本発明の技術は上記の被試験体としてバッテリーの他、大容量のコンデンサにも適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の、バッテリー試験用の充放電ユニット及び同ユニットを備えたバッテリーの充放電試験装置によれば、充放電に際し使用される電力を削減し、発熱量を削減でき、従来に比較して省エネルギーと省スペースを実現することができる。
さらに、従来、放電時の負荷の熱エネルギー等の問題から行われていなかった大容量の鉛電池等についても充放電試験をした後出荷することが可能である。すなわち、
１、本発明の請求項１の発明によれば、バッテリーの放電試験により発生する電力を外部へ供給するための回路及び、バッテリーの充電試験により消費される電力を外部から受給するための回路を備えてなるため、同一端子より受給・供給を外部に効率的に行うことができ、かつ、バッテリー試験用の充放電ユニットが、被試験バッテリー接続端子及び外部からの充電用の受給電力と、放電用の供給端子並びに、周辺の電力受給・供給装置及び管理装置への接続端子を有しており、またユニット内に充電及び放電が効率良く行える回路を備えているため、周辺機器と組み合わせてシステム化し、被試験バッテリーの特性に合わせた管理プログラムによって、充放電試験をロスが少なく効率良く行うことができる。
２、請求項２の発明によれば、さらに、バッテリーの試験用の充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータを備えてなるため、バッテリーの充放電の試験による余剰な電力は商用電源に回生できるので、省エネルギーを実現できる。
３、請求項３の発明によれば、バッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットを制御する管理装置とを備えてなるため、バッテリーの特性に合わせ、管理装置のプログラムにより充放電試験を組み合わせることにより、ロスが少なく効率のよい試験を行うことができる。
４、請求項４の発明によれば、バッテリー充放電試験装置は、バッテリー充放電ユニット及び系統連携インバータとを制御する管理装置を備えているため、管理装置のプログラムによる試験時の放電試験による余剰電力の回生や、充電試験を含めた充放電ユニット等による電力損失の補充が可能で、充放電の自動試験が容易になる。
【００３４】
５、請求項５の発明によれば、複数のバッテリー電源充放電試験装置を、例えば４８台のバッテリー試験用ユニット及び周辺装置を規定のラック１台に収納でき、設備の低廉化及びスペースの活用、並びに発熱量の低減による安全性、耐久性の増大を図ることができまた、電力エネルギーの最大利用を図ることができる。
６、請求項６の発明によれば、バッテリー試験用の充放電ユニットが、標準規格でモジュール化されているため、周辺機器と共に標準ラックに収納でき、特に少ない床面積で大量の被試験バッテリーの充放電試験を実施することができる。また、互換性があり保守点検が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充放電ユニット内部構成図。
【図２】充放電ユニットと系統連携インバータとを接続したブロック図。
【図３】充放電ユニットと管理装置とを接続しバッテリー４個を４台の充放電ユニットに接続したエネルギーロスを生じない試験方法のブロック図。
【図４】電源充放電試験装置の最大構成を示すブロック図。
【図５】電源充放電試験装置をＪＩＳラックに収納した状態の外観図。
【図６】図５の充放電ユニットの表面パネルの外観図。
【符号の説明】
１：被試験バッテリー １ａ：充電が完了しているバッテリー
１ｂ：充電されていないバッテリー
１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ：被試験バッテリー
２：バッテリー接続端子 ３：電力受給・供給端子
４：第１スイッチング回路 ５：降圧コイル
６：第１コンデンサ ７：第１ダイオード
８：マイコン ９：電流検出抵抗
１０：昇圧コイル １１：第２コンデンサ
１２：第２ダイオード １３：第３ダイオード
１４：第２スイッチング回路 １５：充電制御回路
１６：放電制御回路 １７：定電圧負荷
１８：アイソレーションシリアルＩ／Ｆ １９：管理装置
２０：放電電力２４Ｗ ２１：充電電力１２Ｗ
２２：充電電力１２Ｗ ２３：電力受給
２４：回生電力１２Ｗ ２５：商用電源
２６：充放電ユニット制御用シリアル通信ライン
２７：電力受給ライン ２８：表示ランプ
１００：充放電ユニット １０１：系統連携インバータ
１０２：ＪＩＳラック
Claims (6)
- バッテリーの放電試験により発生する電力を外部へ供給するための回路及びバッテリーの充電試験により消費される電力を外部から受給するための回路を備えたバッテリー試験用の充放電ユニットであって、
充放電試験時に、電力を外部から受給又は外部への供給を兼用する受給・供給端子を有し、前記受給・供給端子に接続され、充電試験時に、高周波パルス幅変調パルスの発生により、スイッチング動作をする電界効果トランジスタを用いた前記受給・供給端子からの受給電力を制御する第１スイッチング回路と、前記スイッチング回路に接続され前記受給電力を降圧する降圧コイルと、一端を前記降圧コイルと被試験バッテリーとの間に、他端をグランドに接続した充電電流を平滑する第１コンデンサ及び、一端を前記スイッチング回路と、前記降圧コイルとの間に、他端をグランドに接続し、前記第１スイッチング回路に連動し前記降圧コイルに蓄積されたエネルギーを放出する第１ダイオードとからなる充電手段を有し、前記第１コンデンサに接続され、放電試験時には、前記被試験バッテリーから放電された電圧を昇圧する昇圧コイルと、前記昇圧コイルに接続され、放電試験時に高周波パルス幅変調パルスの発生によりスイッチング動作をする電界効果トランジスタを用いた前記被試験バッテリーからの放電電力の量を制御する第２スイッチング回路と、前記第２スイッチング回路に接続され、前記放電電力による電流の逆流を防止する第２ダイオードと、一端を前記第２ダイオードに、他端をグランドに接続し、前記放電電力を蓄電する第２コンデンサーとを有し、一端を前記第２コンデンサーに、他端を前記受給・供給端子に接続し、該受給・供給端子にかかる電圧よりも、前記第２コンデンサに蓄電される電圧が高い電圧になったとき、前記放電電力を外部に供給する第３ダイオードからなる放電手段を有し、また、前記第２コンデンサーと並列に接続され、前記受給・供給端子への電力供給に代えて、前記放電電力を消費可能な定電圧負荷を備え、さらに、一端を被試験バッテリーに、他端をグランドに接続し、充電試験時には前記充電電流、放電試験時には前記放電電流を検出する電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の電流値に基づいて、充電試験時には前記第１スイッチング回路、放電試験時には、前記第２スイッチング回路を制御する手段を備えてなることを特徴とするバッテリー試験用の充放電ユニット。 - 請求項１に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
- 請求項１に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、該充放電ユニットを制御する管理装置とを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
- 請求項１に記載のバッテリー試験用の充放電ユニットと、同充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータと、前記充放電ユニットと前記系統連携インバータを制御する管理装置とを備えてなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
- 請求項１に記載の複数のバッテリー充放電ユニットと、同充放電ユニットから発生した電力を商用電源に変換する系統連携インバータの一台とを組み合わせて一つのブロックとなし、同ブロックの複数台を連結して構成したバッテリーの充放電試験装置を、前記充放電ユニットと系統連携インバータを制御する管理装置とに接続してなることを特徴とするバッテリーの充放電試験装置。
- バッテリー試験用の充放電ユニットが、標準規格でモジュール化されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリーの充放電試験装置。
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