JP5196650B2 - バッテリ充放電試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリ（充電池、蓄電池、二次電池）の充放電試験を行うためのバッテリ充放電試験装置に関する。

近年、充電可能なバッテリは様々な電気機器や電子機器に広く使用されている。また、環境保護や石油資源の枯渇などの問題から、リチウムイオン電池等を駆動源とした電気自動車など、バッテリの利用範囲はますます拡がることが予測されている。バッテリのエネルギー密度の向上、小型・軽量化、長寿命化などの技術開発は急速に進展しているが、一方で、その製造工程は非常に高い加工精度が要求されるようになってきており、信頼性の確保も重要になっている。そのため、一般に、リチウムイオン電池などの高性能なバッテリは、製造時に充放電試験が全数行われている。また、一般にこうしたバッテリは、組立て後に内部の電極を活性化する必要があり、そうした目的でも複数回の充放電試験が実行されている。

上記のようにバッテリの充放電試験を行うための装置として、従来、特許文献１、特許文献２などの構成のものが知られている。こうしたバッテリ充放電試験装置では、充電したバッテリを放電させる際に、その放電エネルギーを回収して交流電源に回生する電力回生が行われる。一般的に、こうした電力回生は複数のスイッチング素子を利用したチョッパ回路などにより行われる。しかしながら、バッテリの充電電圧が比較的低い場合、電力回生の効率はあまり芳しくない。

例えば、広く利用されているリチウムイオン電池などのバッテリの充電電圧は２〜５[Ｖ]程度であり、こうした低い電圧では十分な電力回生が行われない。そのため、放電試験時にバッテリから放出されたエネルギーの多くは無駄になってしまう。こうした問題は、比較的少数のバッテリの充放電試験・評価を行う場合には、それほど大きな問題とはならないが、製造現場において全数試験を行う場合には膨大な数のバッテリを試験するため、大きな電力コストの無駄となる。

特開平０９−２３３７１０号公報 特開平１１−３２６４７３号公報

本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その主な目的は、バッテリの放電試験の際にバッテリから放出されるエネルギーを高い効率で回収して電力回生することができるバッテリ充放電試験装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係るバッテリ充放電試験装置は、
a)交流電源からの電力供給をうけて、直列接続された複数の試験対象バッテリに充電用直流電力を供給するものであって、その充電電圧が可変である電力供給手段と、
b)前記直列接続された複数の試験対象バッテリを、それぞれその直列回路から切り離すとともに該バッテリに代えて直結線路を形成する切替手段と、
c)それぞれ充電された状態である前記複数の試験対象バッテリを放電させる際に、放電エネルギーを回収して前記交流電源に回生する電力回生手段と、
d)前記複数の試験対象バッテリの両端電圧をそれぞれ監視する電圧監視手段と、
e)前記複数の試験対象バッテリの充電時に電力供給を制御すると共に前記複数の試験対象バッテリの放電時に電力回生を制御するための制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記複数の試験対象バッテリが直列接続された状態で前記電力供給手段により充電を開始した後に、前記電圧監視手段により各バッテリの両端電圧を監視して、該両端電圧が所定の充電終止電圧に上昇したバッテリを直列回路から順次切り離すように前記切替手段を制御するとともに、それに同期して充電電圧を下げるように前記電力供給手段を制御し、
さらに、前記制御手段は、直列接続された前記複数の試験対象バッテリに対し放電を開始して前記電力回生手段により電力の回生を開始し、回生開始後に、前記電圧監視手段により各バッテリの両端電圧を監視して、該両端電圧が所定の放電終止電圧に下がったバッテリを直列回路から順次切り離すように前記切替手段を制御することを特徴とするバッテリ充放電試験装置。

ここで、直列接続される試験対象のバッテリの数は特に限定されるものではないが、電力回生の効率の点から考えて、一般に、各バッテリがほぼ完全に充電された状態で直列接続された複数のバッテリの両端電圧が１００〜３００[Ｖ]程度になるようにするとよい。したがって、例えばバッテリの充電電圧が５[Ｖ]であるとすると、２０個程度以上のバッテリを直列に接続することになる。

本発明に係る充放電試験装置では、上述のように多数のバッテリを直列に接続することで、各バッテリの充電電圧が加算された大きな直流電圧を電力回生手段に与え、電源に電力を回生することができる。このため、電力回生の効率が良好であって、バッテリに蓄積されたエネルギーを有効に再利用することができる。

一方、放電時に、直列接続された複数のバッテリには同一の放電電流が流れるが、各バッテリの特性の相違（ばらつき）により、放電終止電圧に至るまでの所要時間は同一にはならない。放電終止電圧まで下がった後にさらに放電を継続させると、過放電状態となって特性の劣化などの不具合が生じる。これに対し、本発明に係るバッテリ充放電試験装置では、バッテリ毎に個別に両端電圧が監視され、両端電圧が放電終止電圧に達したバッテリから順に直列回路から切り離されて、それ以上の放電は回避される。したがって、いずれのバッテリも過放電に陥ることなく、良好な放電試験が実施される。

なお、複数バッテリの直列回路からバッテリが切り離されてゆくに伴い、電力回生手段に印加される電圧は下がってゆき、最終的には１個のバッテリの充電電圧しか電力回生手段に印加されなくなる。このように、放電開始からの時間経過に伴って電力回生手段に印加される電圧は下がってゆき、電力回生の効率も落ちてゆくことになるが、大部分の期間において、１個のバッテリに対し電力回生を行う場合に比べて十分に高い回生効率が実現される。したがって、従来よりも格段に良好な電力回生を達成することができる。

また本発明に係るバッテリ充放電試験装置は、バッテリの充電試験を行う際にも放電試験と同様の手順でバッテリの切り離しを行うことができる。

即ち、本発明に係るバッテリ充放電試験装置の制御手段は、全ての試験対象バッテリが直列接続された状態で電力供給手段により充電を開始した後に、電圧監視手段により各バッテリの両端電圧を監視して、該両端電圧が所定の充電終止電圧に上昇したバッテリを直列回路から順次切り離すように切替手段を制御するとともに、それに同期して充電電圧を下げるように電力供給手段を制御するように構成した。

この態様のバッテリ充放電試験装置では、多数のバッテリがまとめて充電されるが、充電終止電圧に達したバッテリから順に充電経路から切り離されるため、過充電となって特性が劣化することが回避される。

また本発明に係るバッテリ充放電試験装置の一態様として、前記切替手段は、試験対象バッテリと直列に接続された第１スイッチと、少なくとも試験対象バッテリと第１スイッチを含む直列回路に並列に接続された第２スイッチ、を含む構成とすることができる。

また本発明に係るバッテリ充放電試験装置の一態様として、前記電力回生手段及び前記電力供給手段は、外部から供給される交流電力を直流電力に変換する又はその逆変換を行う双方向直流／交流コンバータ手段と、直流電圧の降圧又は昇圧を行う昇降圧コンバータ手段と、前記双方向直流／交流コンバータ手段と前記昇降圧コンバータ手段との間に配置されたコンデンサと、を含む構成とすることができる。

本発明に係るバッテリ充放電試験装置によれば、放電試験の際にバッテリから放出されるエネルギーを効率良く商用交流電源に回生することができるので、電力の消費量が少なくて済み、試験のコストダウンを達成することができる。また、多数のバッテリの充放電試験を１台の電源系統を用いて行うので、装置自体のコストの引き下げも可能である。また、多数のバッテリの充放電試験を同時並行的に行うものでありながら、放電停止や充電停止はバッテリ毎に独立して行われるため、過放電や過充電が起こらず、バッテリの特性を良好に保つことができる。

以下、本発明の一実施例によるバッテリ充放電試験装置について、図１〜図３を参照して説明する。図１は本実施例によるバッテリ充放電試験装置の要部の構成図である。

単相２００[Ｖ]電圧の商用交流電源１は、トランス２、及びコンデンサ３とインダクタンス４とからなるフィルタを介して、双方向直流／交流コンバータ手段として機能する第１スイッチング部５に接続される。この第１スイッチング部５は第１コンデンサ６を介して、昇降圧コンバータ手段として機能する第２スイッチング部７に接続される。第１スイッチング部５と第２スイッチング部７とは基本的に同一の構成である。第１スイッチング部５を例示して説明すると、スイッチング素子５１とスイッチング素子５２とが直列に接続され、その両者の接続点に商用交流電源１からの一方の電源線が接続される。また、別のスイッチング素子５３とスイッチング素子５４とが直列に接続され、その両者の接続点に商用交流電源１からの他の電源線が接続される。４個のスイッチング素子５１〜５４にはそれぞれダイオードが並列に接続されている。

第２スイッチング部７において、スイッチング素子７１とスイッチング素子７２との直列接続点から正極側電源線１８が取り出され、スイッチング素子７３とスイッチング素子７４との直列接続点から負極側電源線１９が取り出される。正極側及び負極側電源線１８、１９にはインダクタンス８が挿入され、その両者の間には第２コンデンサ９に接続されている。さらに負極側電源線１９には、主スイッチ１０、及び、電流検出コイル１１が配設されている。そして、正極側電源線１８と負極側電源線１９との間には、それぞれ試験対象であるリチウムイオン電池等のバッテリ２１を含むｎ個の切替回路部２０−１〜２０−ｎが直列に接続されている。

各切替回路部（例えば２０−１）は、試験対象のバッテリ２１と、これに直列に接続された直列スイッチ２２及びヒューズ２３と、これら素子の直列接続回路に並列に接続された並列スイッチ２４と、バッテリ２１の両端電圧を検出するバッテリ電圧検出部２５と、バッテリ２１に近接して配置されたサーミスタ２６によりバッテリ２１の温度を検出するバッテリ温度検出部２７と、後述する主制御部１２から送られてくる制御／指示信号をホトカプラなどにより電気的に絶縁した状態で双方向に伝送する絶縁通信部２９と、バッテリ電圧検出部２５及びバッテリ温度検出部２７からの検出信号と絶縁通信部２９を介した制御／指示信号を受けて直列スイッチ２２、並列スイッチ２４の開閉を制御するバッテリ監視／切替制御部２８と、を備える。なお、以下の説明では、切替回路部２０−ｘ（但しｘは１〜ｎ）に含まれる構成要素をＸＸ−ｘ（但しＸＸ＝２１〜２９）と記す。

ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを中心に構成される主制御部１２は、機能ブロックとして、第１スイッチング部５に含まれるスイッチング素子５１〜５４をオン・オフ駆動する第１ゲート駆動部１３と、第２スイッチング部７に含まれるスイッチング素子７１〜７４をオン・オフ駆動する第２ゲート駆動部１４と、第１コンデンサ６の両端電圧を検出する第１コンデンサ電圧検出部１５と、第２コンデンサ９の両端電圧を検出する第２コンデンサ電圧検出部１６と、電流検出コイル１１により充電時及び放電時に流れる電流を検出する充放電電流検出部１７と、を含み、上記第１及び第２スイッチング部５、７のほか、主スイッチ１０や各切替回路部２０−１〜２０−ｎの動作を制御する。

なお、主スイッチ１０や直列スイッチ２２−１〜２２−ｎ、並列スイッチ２４−１〜２４−ｎはスイッチング素子５１〜５４、７１〜７４と同様の、パワーＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチを用いることが好ましい。

この例では、試験対象バッテリ２１−１〜２１−ｎの定格充電電圧を５[Ｖ]程度とし、切替回路部２０−１〜２０−ｎの数、つまりｎを４８とする。したがって、完全に充電されたｎ個のバッテリ２１−１〜２１−ｎが直列に接続された状態で、その両端の電圧は約２４０[Ｖ]となる。

本実施例のバッテリ充放電試験装置では、多数のバッテリが実質的に直列接続された状態で（直列スイッチ２２−１〜２２−ｎを介した接続であるが、その導通抵抗はほぼゼロであるとみなせるので、スイッチが導通状態である場合に電気的に直結しているとみなせる）各バッテリの充電や放電が実行されるが、バッテリの特性のばらつきにより、充電時に充電終止電圧に達するまでの時間や放電時に放電終止電圧に達するまでの所要時間はバッテリ毎に異なる。そこで、過充電や過放電を防止するために、バッテリ毎に充電停止や放電停止が行える構成となっている。

次に、本実施例のバッテリ充放電試験装置における特徴的な充電動作と放電動作とをそれぞれ図２、図３のフローチャートを参照して説明する。

まず充電動作について図２により説明する。初期状態では、主スイッチ１０、直列スイッチ２２−１〜２２−ｎ、並列スイッチ２４−１〜２４−ｎは開成（非導通）状態である。充電動作が開始されると主制御部１２は、第１コンデンサ電圧検出部１５により第１コンデンサ６の両端電圧Ｖc1を監視し、この電圧Ｖc1が所定の電圧になるように、第１スイッチング部５で交流／直流変換が行われるべく各スイッチング素子５１〜５４のオン・オフを制御する（ステップＳ１０）。商用交流電源１が単相２００[Ｖ]電源である場合、この交流電圧が第１スイッチング部５において約３８０[Ｖ]の直流電圧に変換され、この直流電圧によって第１コンデンサ６にエネルギーが蓄積される。

次に、主制御部１２は各切替回路部２０−１〜２０−ｎへ制御信号を送り、バッテリ監視／切替制御部２８−１〜２８−ｎは直列スイッチ２２−１〜２２−ｎを閉成させる（ステップＳ２）。これにより、全てのバッテリ２１−１〜２１−ｎが直列に接続される。

バッテリ電圧検出部２５−１〜２５−ｎはそれぞれバッテリ２１−１〜２１−ｎの両端電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの計測を実行し（ステップＳ１２）、主制御部１２は第２スイッチング部７の各スイッチング素子７１〜７４のオン・オフを制御することで第１スイッチング部５側から供給される直流電圧を降圧し、第２コンデンサ９の充電を開始する（ステップＳ１３）。主制御部１２は第２コンデンサ電圧検出部１６により第２コンデンサ９の両端電圧Ｖc2を監視するとともに、各切替回路部２０−１〜２０−ｎからバッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnを受け取り、バッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和が第２コンデンサ９の両端電圧Ｖc2に近い値であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。実際には、許容範囲を決めておき、その許容範囲にバッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和が入るか否かを判断すればよい。

バッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和が第２コンデンサ９の両端電圧Ｖc2に近い値でない場合にはステップＳ１４からＳ１２へと戻り、第２コンデンサ９にエネルギーが蓄積されてきて電圧Ｖc2がバッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和に近付くとステップＳ１４からＳ１５へと進み、主スイッチ１０を閉成する。これにより、コンデンサ９と切替回路部２０−１〜２０−ｎとが接続される。このように、第２コンデンサ９の両端電圧とバッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和とがほぼ等しくなるまで両者を遮断しておくことにより、両者の電圧差により過度の電流が高電圧側から低電圧側へと流れることを防止することができる。これにより、一般に抵抗器やバイパス用スイッチなどの複数の部品で構成される突入電流防止回路を不要にしてそのコスト削減を図るとともに、バッテリ放電試験を行う際にその試験時以外の制御不能な電流の流出を防止することができるといった利点がある。

主スイッチ１０が閉成されると、第２スイッチング部７の動作により降圧された直流電圧が切替回路部２０−１〜２０−ｎの直列回路に印加され、バッテリ２１−１〜２１−ｎに充電電流が流れて充電が行われる（ステップＳ１６）。

充電時にバッテリ電圧検出部２５−１〜２５−ｎはそれぞれバッテリ２１−１〜２１−ｎの両端電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの計測を実行し（ステップＳ１７）、各切替回路部２０−１〜２０−ｎからその計測値を受け取った主制御部１２は、バッテリ毎に電圧Ｖbatxが規定の充電終止電圧まで上昇したか否かを判定する（ステップＳ１８）。いずれのバッテリの電圧Ｖbatxも規定の充電終止電圧まで上昇していなければステップＳ１７へと戻り、充電と電圧の監視を継続する。

或るバッテリの電圧Ｖbatxが規定の充電終止電圧まで上昇したと判定されるとステップＳ１８からＳ１９へと進み、主制御部１２は第２スイッチング部７の動作を一旦停止させる。これにより、バッテリ２１−１〜２１−ｎの充電動作は一旦停止される。この状態で、主制御部１２の指示により、先にバッテリ電圧Ｖbatxが充電終止電圧に達したと判定された切替回路部２０−ｘにおけるバッテリ監視／切替制御部２８−ｘは、直列スイッチ２２−ｘを開成させる（ステップＳ２０）。これにより、複数のバッテリ２１−１〜２１−ｎの直列接続は一旦切断される。

主制御部１２は全てのバッテリ２１−１〜２１−ｎの充電が完了したか否かを判定する（ステップＳ２１）。完了していなければ、主制御部１２の指示により、先にバッテリ電圧Ｖbatxが充電終止電圧に達したと判定された切替回路部２０−ｘにおけるバッテリ監視／切替制御部２８−ｘは、並列スイッチ２４−ｘを閉成させる（ステップＳ２２）。これにより、その切替回路部２０−ｘにおいて充電が終了したバッテリ２１−ｘは直列回路から切り離され、このバッテリ２１−ｘをパスした残りのバッテリによる直列回路が形成されることになる。それからステップＳ１６へと戻る。

上述したように当初、直列接続されていたバッテリの数が４８であれば、１個のバッテリが切り離されたことで、直列接続されている残りのバッテリの数は４７になる。そこで、ステップＳ１６で第２スイッチング部７を駆動する際には、出力電圧をバッテリ１個分だけ下げるようにスイッチング素子７１〜７４の制御タイミングを変更する。こうして、ステップＳ１６〜Ｓ２２の処理の繰り返しにより、４８個のバッテリ２１−１〜２１−ｎの中で充電終止電圧に達したバッテリから順に切り離され、正極側電源線１８と負極側電源線１９との間に直列に接続されるバッテリの数は減少する。また、それに伴い、充電のために第２スイッチング部７から印加される直流電圧も段階的に引き下げられる。

そして、最終的に１個のバッテリのみが正極側電源線１８と負極側電源線１９との間に接続された状態となり、そのバッテリの両端電圧が充電終止電圧に達すると、主制御部１２は全てのバッテリが充電完了したと判断する。この時点では、第２スイッチング部７の動作は停止されている。そしてステップＳ２１からＳ２３へと進み、主制御部１２は第１スイッチング部５の動作も停止させ、主スイッチ１０及び各切替回路部２０−１〜２０−ｎの並列スイッチ２４−１〜２４−ｎを開成し（ステップＳ３３）、充電動作を終了する。

なお、充電時（後述の放電時も同じ）にバッテリに異常な電流が流れた場合には、バッテリに直列接続されているヒューズ２３−１〜２３−ｎが溶断し、そのバッテリは切り離される。また、主制御部１２は、充電時にバッテリ温度検出部２７による検出温度が所定の温度を超えた場合に、充電異常であると判断して充電動作を停止したり異常が生じたバッテリのみを切り離す制御を実行する。

次に放電動作について図３により説明する。このときにも初期状態では、主スイッチ１０、直列スイッチ２２−１〜２２−ｎ、並列スイッチ２４−１〜２４−ｎは開成状態である。また、このときには全てのバッテリ２１−１〜２１−ｎはほぼ完全に充電された状態である。

放電動作が開始されると主制御部１２は、第１コンデンサ電圧検出部１５により第１コンデンサ６の両端電圧Ｖc1を監視し、この電圧Ｖc1が所定の電圧（前述のように単相２００[Ｖ]電源の場合には約３８０[Ｖ]の直流電圧）になるように、第１スイッチング部５で交流／直流変換が行われるべく各スイッチング素子５１〜５４のオン・オフを制御する（ステップＳ３０）。それから、主制御部１２は各切替回路部２０−１〜２０−ｎへ制御信号を送り、バッテリ監視／切替制御部２８−１〜２８−ｎは直列スイッチ２２−１〜２２−ｎを閉成させる（ステップＳ３１）。これにより、全てのバッテリ２１−１〜２１−ｎが直列接続される。

バッテリ電圧検出部２５−１〜２５−ｎはそれぞれバッテリ２１−１〜２１−ｎの両端電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの計測を実行し（ステップＳ３２）、主制御部１２は第２スイッチング部７の各スイッチング素子７１〜７４のオン・オフを制御することで第１スイッチング部５から与えられる直流電圧を降圧し、第２コンデンサ９の充電を開始する（ステップＳ３３）。主制御部１２は第２コンデンサ電圧検出部１６により第２コンデンサ９の両端電圧Ｖc2を監視するとともに、各切替回路部２０−１〜２０−ｎからバッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnを受け取り、バッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和が第２コンデンサ９の両端電圧Ｖc2に近い値であるか否かを判定する（ステップＳ３４）。

バッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和が第２コンデンサ９の両端電圧Ｖc2に近い値でない場合にはステップＳ３４からＳ３２へと戻り、第２コンデンサ９にエネルギーが蓄積されてきて電圧Ｖc2がバッテリ電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの総和に近付くとステップＳ３４からＳ３５へと進み、主スイッチ１０を閉成する。これにより、第２コンデンサ９と切替回路部２０−１〜２０−ｎとが接続される。ここまでの制御手順は充電動作時と同じであるが、バッテリ２１−１〜２１−ｎはほぼ完全に充電されているため、主スイッチ１０が閉成されたときに、第２コンデンサ９側よりも切替回路部２０−１〜２０−ｎ側の電圧のほうが高い。そこでこの場合に、主制御部１２は、バッテリ２１−１〜２１−ｎに蓄積されているエネルギーに基づく直流電圧を昇圧するように、第２スイッチング部７の各スイッチング素子７１〜７４を動作させる。これにより、バッテリ２１−１〜２１−ｎから放電が行われ、放出されたエネルギーは第２スイッチング部７を介して第１コンデンサ６に蓄積される（ステップＳ３６）。

それから、主制御部１２は、第１スイッチング部５が図１において左方向に直流／交流変換を行うインバータとして機能するように、スイッチング素子５１〜５４のオン・オフを制御する。これにより、バッテリ２１−１〜２１−ｎの放電によって充電された第１コンデンサ６の蓄積エネルギーが、交流電力に変換されて商用交流電源１に回生される（ステップＳ３７）。

バッテリ電圧検出部２５−１〜２５−ｎはそれぞれバッテリ２１−１〜２１−ｎの両端電圧Ｖbat1〜Ｖbatnの計測を実行し（ステップＳ３８）、各切替回路部２０−１〜２０−ｎからその計測値を受け取った主制御部１２は、バッテリ毎に電圧Ｖbatxが規定の放電終止電圧まで下がったか否かを判定する（ステップＳ３９）。いずれのバッテリの電圧Ｖbatxも規定の放電終止電圧まで下がっていなければステップＳ３８へと戻り、放電と電圧の監視を継続する。

或るバッテリの電圧Ｖbatxが規定の放電終止電圧まで下がったと判定されるとステップＳ３９からＳ４０へと進み、主制御部１２は第２スイッチング部７の動作を一旦停止させる。これにより、バッテリ２１−１〜２１−ｎの放電動作は一旦停止される。この状態で、主制御部１２の指示により、先にバッテリ電圧Ｖbatxが放電終止電圧に達したと判定された切替回路部２０−ｘにおけるバッテリ監視／切替制御部２８−ｘは、直列スイッチ２２−ｘを開成させる（ステップＳ４１）。これにより、複数のバッテリ２１−１〜２１−ｎの直列接続は一旦切断される。

主制御部１２は全てのバッテリ２１−１〜２１−ｎの放電が完了したか否かを判定する（ステップＳ４２）。完了していなければ、主制御部１２の指示により、先にバッテリ電圧Ｖbatxが放電終止電圧に達したと判定された切替回路部２０−ｘにおけるバッテリ監視／切替制御部２８−ｘは、並列スイッチ２４−ｘを閉成させる（ステップＳ４３）。これにより、その切替回路部２０−ｘにおいて放電が終了したバッテリ２１−ｘは直列回路から切り離され、このバッテリ２１−ｘをパスした残りのバッテリによる直列回路が正極側電源線１８と負極側電源線１９との間に形成される。それからステップＳ３６へと戻る。

上述したように当初、直列接続されていたバッテリの数が４８であれば、１個のバッテリが切り離されたことで、直列接続されている残りのバッテリの数は４７になる。こうして、ステップＳ３６〜Ｓ４３の処理の繰り返しにより、４８個のバッテリ２１−１〜２１−ｎの中で放電終止電圧に達したバッテリから順に切り離され、直列接続されるバッテリの数が減少する。

そして、最終的に１個のバッテリのみが正極側電源線１８と負極側電源線１９との間に接続された状態となり、そのバッテリの両端電圧が放電終止電圧に達すると、主制御部１２は全てのバッテリが放電完了したと判断する。この時点では、第２スイッチング部７の動作は停止されている。そしてステップＳ４２からＳ４４へと進み、主制御部１２は第１スイッチング部５の動作も停止させ、主スイッチ１０及び各切替回路部２０−１〜２０−ｎの並列スイッチ２４−１〜２４−ｎを開成し（ステップＳ４５）、放電動作を終了する。

バッテリからの放電が行われている間、上述した第１スイッチング部５、第１コンデンサ６、第２スイッチング部７の作用により、放電エネルギーによる電力が商用交流電源１に回生される。バッテリの直列回路から正極側電源線１８と負極側電源線１９との間に印加される電圧と回生効率との関係を概略的に示すと図４に示すようになる。したがって、当初、電圧Ｖ２が高いとき（上記例では２４０[Ｖ]程度）には高い回生効率Ｅ２が得られ、バッテリが切り離されて電圧が下がるに従い回生効率は図４中に斜め矢印で示すように下がるもの、総合的には十分に高い回生効率が達成され、十分な回生が実現できる。これに対し、例えば１個のバッテリで電力回生を行う場合には、その電圧Ｖ１に対して回生効率はＥ１にすぎない。複数のバッテリに対してそれぞれ電力回生を行う場合でも、回生効率Ｅ１で回生される電力を所定倍した電力しか回生されない。したがって、本実施例のバッテリ充放電試験装置に比べれば、かなり少ない電力しか回生されない。

以上のように、本実施例のバッテリ充放電試験装置によれば、放電試験時に効率よく電力を商用交流電源１に回生できるので、省エネルギーが実現できる。より多数のバッテリの充放電試験を実施する現場において、特にその効果が大きい。また、多数のバッテリをまとめて充電、放電しているものであるが、各バッテリはそれぞれ独立に充電停止、放電停止の制御がなされるので、過充電、過放電になること防止することができる。

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、上記記載以外の点において本発明の趣旨の範囲で適宜、変形、修正、又は追加を行っても、本願の特許請求の範囲に包含されることは明らかである。

本発明の一実施例によるバッテリ充放電試験装置の概略構成図。 本実施例によるバッテリ充放電試験装置の充電動作の制御フローチャート。 本実施例によるバッテリ充放電試験装置の放電動作の制御フローチャート。 バッテリの直列回路から正極側電源線と負極側電源線との間に印加される電圧と回生効率との関係を概略的に示す図。

符号の説明

１…商用交流電源
２…トランス
３…コンデンサ
４…インダクタンス
５…第１スイッチング部
６…第１コンデンサ
７…第２スイッチング部
５１〜５４、７１〜７４…スイッチング素子
８…インダクタンス
９…第２コンデンサ
１０…主スイッチ
１１…電流検出コイル
１２…制御部
１３…第１ゲート駆動部
１４…第２ゲート駆動部
１５…第１コンデンサ電圧検出部
１６…第２コンデンサ電圧検出部
１７…充放電電流検出部
１８…正極側電源線
１９…負極側電源線
２０−１〜２０−ｎ…切替回路部
２１−１〜２１−ｎ…バッテリ
２２−１〜２２−ｎ…直列スイッチ
２３−１〜２３−ｎ…ヒューズ
２４−１〜２４−ｎ…並列スイッチ
２５−１〜２５−ｎ…バッテリ電圧検出部
２６−１〜２６−ｎ…サーミスタ
２７−１〜２７−ｎ…バッテリ温度検出部
２８−１〜２８−ｎ…バッテリ監視／切替制御部
２９−１〜２９−ｎ…絶縁通信部

Claims (3)

1. a)交流電源からの電力供給をうけて、直列接続された複数の試験対象バッテリに充電用直流電力を供給するものであって、その充電電圧が可変である電力供給手段と、
   b)前記直列接続された複数の試験対象バッテリを、それぞれその直列回路から切り離すとともに該バッテリに代えて直結線路を形成する切替手段と、
   c)それぞれ充電された状態である前記複数の試験対象バッテリを放電させる際に、放電エネルギーを回収して前記交流電源に回生する電力回生手段と、
   d)前記複数の試験対象バッテリの両端電圧をそれぞれ監視する電圧監視手段と、
   e)前記複数の試験対象バッテリの充電時に電力供給を制御すると共に前記複数の試験対象バッテリの放電時に電力回生を制御するための制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記複数の試験対象バッテリが直列接続された状態で前記電力供給手段により充電を開始した後に、前記電圧監視手段により各バッテリの両端電圧を監視して、該両端電圧が所定の充電終止電圧に上昇したバッテリを直列回路から順次切り離すように前記切替手段を制御するとともに、それに同期して充電電圧を下げるように前記電力供給手段を制御し、
   さらに、前記制御手段は、直列接続された前記複数の試験対象バッテリに対し放電を開始して前記電力回生手段により電力の回生を開始し、回生開始後に、前記電圧監視手段により各バッテリの両端電圧を監視して、該両端電圧が所定の放電終止電圧に下がったバッテリを直列回路から順次切り離すように前記切替手段を制御することを特徴とするバッテリ充放電試験装置。
2. 請求項１に係るバッテリ充放電試験装置であって、
   前記切替手段は、試験対象バッテリと直列に接続された第１スイッチと、少なくとも試験対象バッテリと第１スイッチを含む直列回路に並列に接続された第２スイッチ、を含むことを特徴とするバッテリ充放電試験装置。
3. 請求項１に係るバッテリ充放電試験装置であって、
   前記電力回生手段及び前記電力供給手段は、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する又はその逆変換を行う双方向直流／交流コンバータ手段と、直流電圧の降圧又は昇圧を行う昇降圧コンバータ手段と、前記双方向直流／交流コンバータ手段と前記昇降圧コンバータ手段との間に配置されたコンデンサと、を含むことを特徴とするバッテリ充放電試験装置。

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