JP5645586B2

JP5645586B2 - 充放電検査システムおよび充放電検査装置の校正装置

Info

Publication number: JP5645586B2
Application number: JP2010230658A
Authority: JP
Inventors: 裕之石塚
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2012083263A

Description

本発明は、２次電池を検査する充放電検査装置に関し、特にその校正技術に関する。

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２次電池が広く利用されている。２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）。２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（キャリブレーション）する必要がある。

特開２００３−２１９５６５号公報

本発明は係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、高精度かつ安定に校正可能な充放電検査装置の提供にある。

本発明のある態様は、充放電検査システムに関する。充放電検査システムは、２次電池を充電する充放電検査装置と、その校正装置とを備える。充放電検査装置は、２次電池が着脱可能に装着されるコネクタと、コネクタを介して２次電池に電力を供給するコンバータと、コンバータの出力端子からコネクタの間の充放電経路上に設けられた検出抵抗と、検出抵抗に生ずる電圧降下をアナログ／デジタル変換し、検出抵抗に流れる電流を示すデジタルの電流検出値を生成するＡ／Ｄコンバータと、検査プロセスにおいて、校正プロセスであらかじめ取得された校正用パラメータを利用し、電流検出値が電流設定値に近づくように、コンバータをフィードバック制御するコンバータ制御回路と、を備えるものであり、校正装置は、校正プロセスにおいて、コネクタに２次電池に代えて装着される標準抵抗器と、校正プロセスにおいて、標準抵抗器の電圧降下にもとづき、標準抵抗器に流れる電流を示す電流校正値を生成する計測器と、校正プロセスにおいて、電流設定値を複数の値で切りかえ、各電流設定値ごとに、それに対応する電流校正値を取得し、校正用パラメータを演算する校正制御回路と、を備える。校正制御回路は、電流設定値の各値、および電流設定値を切りかえてから電流校正値を取得するまでの通電時間がプログラマブルに構成される。

この態様によると、検出抵抗や標準抵抗器、Ａ／Ｄコンバータなどの種類、検査対象の２次電池の種類などに応じて、校正に利用する電流設定値および通電時間を、自由に設定できるため、高精度かつ安定な校正が実現できる。また校正プロセスを自動で行うことができ、ユーザが手動で行う場合に比べて、不確定な要素が排除されるため、これによっても校正の精度や安定性を高めることができる。特に大量の、たとえば車両用、携帯電話端末用の電池を一斉に検査する場合に複数の充放電検査装置が必要となるところ、各充放電検査装置の校正を手作業で実行する場合、各装置の校正条件を常に一定にすることは難しく、検査の結果得られる電池の品質がばらつくが、この態様によればそれを防止できる。

校正制御回路は、最初の電流設定値の通電時間の前に、その長さがプログラマブルな休止時間を挿入可能に構成されてもよい。これにより、校正プロセスにおいて、システムの温度が安定した後に、校正プロセスを行うことができる。

校正制御回路は、複数の電流設定値の通電時間の間に、その長さがプログラマブルな休止時間を挿入可能に構成されてもよい。

校正制御回路は、時間とともに電流設定値を増加させるとともに、電流設定値が大きいほど、その通電時間を長くしてもよい。
電流設定値が大きいほど、システムの周囲温度が安定化するのに要する時間が長くなる場合がある。この態様によれば、温度が安定化した後の電流校正値を用いることで、校正の精度、安定性を高めることができる。

ある態様において、校正装置は、充放電検査装置の周囲温度を測定する温度測定素子をさらに備えてもよい。校正制御回路は、校正プロセスにおいて、測定された周囲温度が所定の温度範囲に含まれるとき、電流設定値の設定を開始してもよい。
この態様によれば、充放電検査装置が２次電池を検査する検査プロセス時の温度と、校正時の温度を近づけることができ、校正の精度、安定性を高めることができる。

本発明の別の態様は、検査対象の２次電池を充放電するための充放電検査装置を校正する校正装置に関する。充放電検査装置は、２次電池が着脱可能に装着されるコネクタと、コネクタを介して２次電池に電力を供給するコンバータと、コンバータの出力端子からコネクタの間の充放電経路上に設けられた検出抵抗と、検出抵抗に生ずる電圧降下をアナログ／デジタル変換し、検出抵抗に流れる電流を示すデジタルの電流検出値を生成するＡ／Ｄコンバータと、検査プロセスにおいて、校正プロセスであらかじめ取得された校正用パラメータを利用し、電流検出値が電流設定値に近づくように、コンバータをフィードバック制御するコンバータ制御回路と、を備える。校正装置は、校正プロセスにおいて、コネクタに２次電池に代えて装着される標準抵抗器と、校正プロセスにおいて、標準抵抗器の電圧降下にもとづき、標準抵抗器に流れる電流を示す電流校正値を生成する計測器と、校正プロセスにおいて、電流設定値を複数の値で切りかえ、各電流設定値ごとに、それに対応する電流校正値を取得し、校正用パラメータを演算する校正制御回路と、を備える。校正制御回路は、電流設定値の各値、および電流設定値を切りかえてから電流校正値を取得するまでの通電時間がプログラマブルに構成される。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様の充放電検査システムによれば、高精度かつ安定な校正が可能となる。

実施の形態に係る充放電検査装置の構成を示すブロック図である。図１の充放電検査装置を備える充放電検査システムを示すブロック図である。校正プロセスの一例を示す図である。図２の充放電検査システムの動作の一例を示すタイムチャートである。図２の充放電検査システムの動作を示すフローチャートである。

図１は、実施の形態に係る充放電検査装置２の構成を示すブロック図である。充放電検査装置２は、検査対象の２次電池１を充電し、あるいは放電することにより、２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。２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。

充放電検査装置２は、コネクタ１０、コンバータ１２、検出抵抗Ｒ１、Ａ／Ｄコンバータ１４、アンプ１６、コンバータ制御回路２０、不揮発性メモリ２２を備える。

コネクタ１０には、２次電池１が着脱可能に接続される。コンバータ１２は、コネクタ１０に装着される２次電池１に電力を供給し、２次電池１を充放電する。検出抵抗Ｒ１は、コンバータ１２の出力端子とコネクタ１０の間の、２次電池１の充放電電流の経路上に設けられる。検出抵抗Ｒ１には、充放電電流に比例した電圧降下が発生する。

Ａ／Ｄコンバータ１４は、検出抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下Ｖ_Ｒ１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Ｓ１を生成する。Ａ／Ｄコンバータ１４の前段には、検出抵抗Ｒ１の電圧降下Ｖ_Ｒ１を増幅するアンプ１６が設けられてもよい。

コンバータ制御回路２０は、外部からの電流設定値Ｓ２を受信するためのインタフェースを有する。検査プロセスにおいて、コンバータ制御回路２０は、電流検出値Ｓ１が外部から設定される電流設定値Ｓ２に近づくように、コンバータ１２をフィードバック制御する。コンバータ１２の構成や、フィードバック制御の方式については公知の技術を用いればよく、ここでは説明を省略する。

電流検出値Ｓ１が示す充放電電流の値は、検出抵抗Ｒ１の抵抗値、アンプ１６の利得、オフセット、Ａ／Ｄコンバータ１４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Ｓ１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。このことは、電流設定値Ｓ２によって、充放電電流のある目標値を設定したときに、実際の充放電電流が、その目標値とは異なった値に安定化されることを意味する。

そこでコンバータ制御回路２０は、定期的な校正プロセスにおいてあらかじめ取得される校正用パラメータＳ３を用いて電流検出値Ｓ１や電流設定値Ｓ２を校正し、電流検出値Ｓ１が、電流設定値Ｓ２と一致するようにフィードバック制御を行う。具体的には、後述する校正プロセスにおいて、校正用パラメータＳ３が演算され、それを不揮発性メモリ２２に格納しておく。コンバータ制御回路２０は、検査プロセスにおいて不揮発性メモリ２２にアクセスすることにより、校正用パラメータを取得する。

以上が充放電検査装置２の構成である。続いて充放電検査装置２の構成について説明する。図２は、図１の充放電検査装置２を備える充放電検査システム４を示すブロック図である。

充放電検査システム４は、充放電検査装置２および校正装置６で構成される。校正プロセスにおいて、コネクタ１０には２次電池１に代えて校正装置６が接続される。校正装置６は、充放電検査装置２の校正プロセスを制御する。

校正装置６は、標準抵抗器３０、計測器３２、校正制御回路３４、熱電対４０、アンプ４２を備える。

標準抵抗器３０は、校正プロセスにおいて、２次電池１に代えてコネクタ１０の端子間に装着される。校正プロセスにおいてコンバータ１２から標準抵抗器３０に電流が供給されると、標準抵抗器３０には、電流に比例した電圧降下が発生する。計測器３２は、校正プロセスにおいて、標準抵抗器３０の電圧降下にもとづき、標準抵抗器３０に流れる電流を示す電流校正値Ｓ４を生成する。

標準抵抗器３０の抵抗値は既知であり、その変動は無視しうる。そうすると、電流校正値Ｓ４が示す電流値は、標準抵抗器３０および検出抵抗Ｒ１を含む経路に流れる真の電流値を示すものと言える。

校正制御回路３４は、校正プロセスにおいて、電流設定値Ｓ２を複数の値で切りかえ、各電流設定値Ｓ２ごとに、それに対応する電流校正値Ｓ４を取得し、校正用パラメータＳ３を演算する。

図３は、校正プロセスの一例を示す図である。電流設定値Ｓ２の値を変化させると、そのときの電流校正値Ｓ４が測定される。システムの誤差がゼロであれば、電流設定値Ｓ２と電流校正値Ｓ４の値は一致し、原点を通る傾き１の直線（破線（I））が得られる。これに対してシステムに誤差が存在する場合、図３の直線（II）に示すように、傾きが１から逸脱し、あるいはオフセットが発生する。

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を校正用パラメータＳ３として算出してもよい。ｘは電流設定値Ｓ２、ｙは電流校正値Ｓ４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。算出された校正用パラメータＳ３は、インタフェースを介して校正制御回路３４からコンバータ制御回路２０へと送信される。コンバータ制御回路２０は、受信した校正用パラメータＳ３を不揮発性メモリ２２に書き込み、校正用パラメータＳ３を更新する。

コンバータ制御回路２０は検査プロセスにおいて、校正用パラメータＳ３を用いて、電流検出値Ｓ１および電流設定値Ｓ２の少なくとも一方に演算処理を施すことにより、電流設定値Ｓ２によって設定された電流が、２次電池１に流れるようにフィードバック制御を行う。たとえばコンバータ制御回路２０は、電流検出値Ｓ１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Ｓ１’として算出し、校正された電流検出値Ｓ１’が電流設定値Ｓ２と一致するように、フィードバック制御を行ってもよい。あるいはコンバータ制御回路２０は、電流設定値Ｓ２を式（１）の変数ｙとして代入し、そのときの値ｘを校正された電流設定値Ｓ２’として算出し、電流検出値Ｓ１が、校正された電流設定値Ｓ２’と一致するようにフィードバック制御を行ってもよい。

校正制御回路３４は、電流設定値Ｓ２の個数および複数の値Ｓ２_１、Ｓ２_２、Ｓ２_３…がユーザによってプログラマブルに構成され、さらに、電流設定値Ｓ２を切りかえてから電流校正値Ｓ４を取得するまでの通電時間Ｔ_ＯＮ１、Ｔ_ＯＮ２、Ｔ_ＯＮ３…がプログラマブルに構成される。通電時間Ｔ_ＯＮを設定可能とすることにより、素子の発熱の影響が安定化した後に、電流校正値Ｓ４を取得することができ、校正の精度、安定性を高めることができる。

熱電対４０は、充放電検査装置２の周囲温度Ｔａを測定する温度測定素子である。アンプ４２は、熱電対４０の出力を増幅し、周囲温度Ｔａを示す温度検出信号Ｓ５を生成する。校正制御回路３４は、測定された周囲温度Ｔａが所定の温度範囲（校正可能範囲）に含まれるとき、電流設定値Ｓ２の設定を開始する。

以上が校正装置６の構成である。続いて校正プロセスの動作を説明する。図４は、図２の充放電検査システム４の動作の一例を示すタイムチャートである。図４では、電流設定値Ｓ２の値が、時間とともに大きく設定される場合が示される。また、電流設定値Ｓ２_１〜Ｓ２_４の値が大きくなるにしたがい、それぞれの通電時間Ｔ_ＯＮ１〜Ｔ_ＯＮ４が長く設定される。

校正制御回路３４は、最初の電流設定値Ｓ２_１の通電時間Ｔ_ＯＮ１の前に、休止時間Ｔ_ＯＦＦ０を挿入可能に構成される。さらに校正制御回路３４は、複数の電流設定値Ｓ２の通電時間Ｔ_ＯＮの間に、休止時間Ｔ_ＯＦＦを挿入可能に構成される。各休止時間Ｔ_ＯＦＦの長さは、通電時間Ｔ_ＯＮと同様、ユーザによってプログラム可能となっている。

休止時間Ｔ_ＯＦＦ０を設けることにより、各計測機器の動作が安定するまで待機することができる。また休止時間Ｔ_ＯＦＦ１、Ｔ_ＯＦＦ２…を設けることにより、その直前の通電時間Ｔ_ＯＮ１、Ｔ_ＯＮ２…において発生した熱を十分に放熱させることができる。その結果、次の電流設定値の測定を、直前の測定の影響を除いて安定なものとできる。

図５は、図２の充放電検査システム４の動作を示すフローチャートである。校正プロセスが開始すると、周囲温度Ｔａが校正可能範囲に含まれるか否かが判定される（Ｓ１００）。周囲温度Ｔａが校正可能範囲でない場合（Ｓ１００のＮ）、その旨を表示し、校正プロセスを終了させる（Ｓ１０２）。あるいは、処理Ｓ１００に戻り、ある一定時間経過後に、再度、温度判定を行ってもよい。

周囲温度Ｔａが校正可能範囲に含まれる場合（Ｓ１００のＹ）、計測器の状態が安定化するまで待機する（Ｓ１０４）。この待機時間は、図４のタイムチャートの休止時間Ｔ_ＯＦＦ０に相当する。

そして、休止時間Ｔ_ＯＦＦ０が経過すると、校正制御回路３４はコンバータ制御回路２０に対して、電流設定値Ｓ２_ｉを順次設定し、そのときの電流校正値Ｓ４_ｉを取得する（Ｓ１０６）。この処理は、最後の設定電流となるまで、変数ｉをインクリメントしながら繰り返される（Ｓ１０８のＮ）。電流校正値Ｓ４_ｉを取得した後、休止時間Ｔ_ＯＦＦｉだけ待機し（Ｓ１１０）、変数ｉがインクリメントされ、次の電流校正値Ｓ４が設定される。

最後の電流設定値Ｓ２が設定され、それに対応する電流校正値Ｓ４が取得されると（Ｓ１０８のＹ）、電流設定値Ｓ２および電流校正値Ｓ４のペアを用いて校正用パラメータＳ３が算出され（Ｓ１１２）、充放電検査装置２の不揮発性メモリ２２に書き込まれる。

以上が図２の充放電検査システム４の校正プロセスである。この充放電検査システム４によれば、検出抵抗Ｒ１や標準抵抗器３０、Ａ／Ｄコンバータ１４などの種類、検査対象の２次電池１の種類などに応じて、校正に利用する電流設定値Ｓ２および通電時間を、自由に設定できるため、高精度かつ安定な校正が実現できる。また校正プロセスを自動で行うことができ、ユーザが手動で行う場合に比べて、不確定な要素が排除されるため、これによっても校正の精度や安定性を高めることができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、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。以下、こうした変形例について説明する。

実施の形態では、休止時間Ｔ_ＯＦＦを設ける場合を説明したが、これは省略してもよい。これは、ユーザが休止時間Ｔ_ＯＦＦをゼロとすることで実現できる。通電による温度変化の影響が無視しうる場合や、充放電検査システム４の温度環境が安定な場合、休止時間Ｔ_ＯＦＦを省略することにより、校正にようする時間を短縮できる。

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。

１…２次電池、２…充放電検査装置、４…充放電検査システム、６…校正装置、１０…コネクタ、１２…コンバータ、１４…Ａ／Ｄコンバータ、１６…アンプ、２０…コンバータ制御回路、Ｒ１…検出抵抗、２２…不揮発性メモリ、Ｓ１…電流検出値、Ｓ２…電流設定値、Ｓ３…校正用パラメータ、Ｓ４…電流校正値、３０…標準抵抗器、３２…計測器、３４…校正制御回路、４０…熱電対、４２…アンプ。

Claims

検査対象の２次電池を充放電するための充放電検査システムであって、
前記２次電池を充電する充放電検査装置とその校正装置とを備え、
前記充放電検査装置は、
前記２次電池が着脱可能に装着されるコネクタと、
前記コネクタを介して前記２次電池に電力を供給するコンバータと、
前記コンバータの出力端子から前記コネクタの間の充放電経路上に設けられた検出抵抗と、
前記検出抵抗に生ずる電圧降下をアナログ／デジタル変換し、前記検出抵抗に流れる電流を示すデジタルの電流検出値を生成するＡ／Ｄコンバータと、
検査プロセスにおいて、校正プロセスであらかじめ取得された校正用パラメータを利用し、前記電流検出値が電流設定値に近づくように、前記コンバータをフィードバック制御するコンバータ制御回路と、
を備えるものであり、
前記校正装置は、
校正プロセスにおいて、前記コネクタに前記２次電池に代えて装着される標準抵抗器と、
前記校正プロセスにおいて、前記標準抵抗器の電圧降下にもとづき、前記標準抵抗器に流れる電流を示す電流校正値を生成する計測器と、
前記校正プロセスにおいて、前記電流設定値を複数の値で切りかえ、各電流設定値ごとに、それに対応する前記電流校正値を取得し、前記校正用パラメータを演算する校正制御回路と、
を備え、
前記校正制御回路は、前記電流設定値の各値がプログラマブルであり、かつ、前記電流設定値を切りかえてから前記電流校正値を取得するまでの通電時間が、前記電流設定値ごとに個別にプログラマブルに構成されることを特徴とする充放電検査システム。
前記校正制御回路は、前記電流設定値が大きいほど、その通電時間を長くすることを特徴とする請求項１に記載の充放電検査システム。
前記校正制御回路は、
最初の電流設定値の通電時間の前に、その長さがプログラマブルな休止時間を挿入可能に構成され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システム。
前記校正制御回路は、
複数の電流設定値の通電時間の間に、その長さがプログラマブルな休止時間を挿入可能に構成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の充放電検査システム。
前記校正制御回路は、時間とともに前記電流設定値を増加させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の充放電検査システム。
前記校正装置は、前記充放電検査装置の周囲温度を測定する温度測定素子をさらに備え、
前記校正制御回路は、校正プロセスにおいて、測定された前記周囲温度が所定の温度範囲に含まれるとき、前記電流設定値の設定を開始することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の充放電検査システム。
検査対象の２次電池を充放電するための充放電検査装置を校正する校正装置であって、
前記充放電検査装置は、
前記２次電池が着脱可能に装着されるコネクタと、
前記コネクタを介して前記２次電池に電力を供給するコンバータと、
前記コンバータの出力端子から前記コネクタの間の充放電経路上に設けられた検出抵抗と、
前記検出抵抗に生ずる電圧降下をアナログ／デジタル変換し、前記検出抵抗に流れる電流を示すデジタルの電流検出値を生成するＡ／Ｄコンバータと、
検査プロセスにおいて、校正プロセスであらかじめ取得された校正用パラメータを利用し、前記電流検出値が電流設定値に近づくように、前記コンバータをフィードバック制御するコンバータ制御回路と、
を備えるものであり、
前記校正装置は、
校正プロセスにおいて、前記コネクタに前記２次電池に代えて装着される標準抵抗器と、
前記校正プロセスにおいて、前記標準抵抗器の電圧降下にもとづき、前記標準抵抗器に流れる電流を示す電流校正値を生成する計測器と、
前記校正プロセスにおいて、前記電流設定値を複数の値で切りかえ、各電流設定値ごとに、それに対応する前記電流校正値を取得し、前記校正用パラメータを演算する校正制御回路と、
を備え、
前記校正制御回路は、前記電流設定値の各値がプログラマブルであり、かつ、前記電流設定値を切りかえてから前記電流校正値を取得するまでの通電時間が、前記電流設定値ごとに個別にプログラマブルに構成されることを特徴とする校正装置。
前記校正制御回路は、前記電流設定値が大きいほど、その通電時間を長くすることを特徴とする請求項７に記載の校正装置。