JP5841042B2 - 充放電試験装置 - Google Patents

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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、複数の被試験体に対して、小電流の充放電電流による充放電試験(以下、小電流充放電試験という)と、前記小電流の充放電試験より大電流の充放電電流による充放電試験(以下、大電流充放電試験という)とを行うシステムとして、従来では、小電流充放電試験に対しては小電流充放電試験装置を用意し、大電流充放電試験に対しては大電流充放電試験装置を用意し、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により小電流充放電試験を行う小電流充放電試験装置X1を用いて4つの被試験体M1〜M4に対する小電流充放電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により大電流充放電試験を行う大電流充放電試験装置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に対する大電流充放電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)に示す小電流充放電試験を行い、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充放電試験を行う。また、大電流充放電試験が完了し再度の小電流充放電試験を行うときは、被試験体M1〜M4を移し替え、図8(a)の状態にして小電流充放電試験を行う。以下、詳しく説明する。
[1]小電流充放電試験
小電流充放電試験を行うときの様子を図8(a)を用いて説明する。小電流充放電試験装置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を使用して充放電試験を実施する。これら4つの被試験体M1〜M4に対する小電流充放電試験は同時並行的に実施される。
4つの被試験体M1〜M4について小電流充放電試験が終了すると、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)に示す大電流充放電試験装置X2の設置場所に移す。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]大電流充放電試験
大電流充放電試験装置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、大電流充放電試験装置X2は、小電流充放電試験装置X1の充放電試験用電源E1〜E4に比して容量の大きい充放電試験用電源E0を1つ備えている。小電流充放電試験装置X1の設置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について大電流充放電試験が終了すると、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について大電流充放電試験が終了すると、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について大電流充放電試験が終了すると、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について大電流充放電試験が終了すると、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に対する大電流充放電試験は、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。
小電流充放電試験と大電流充放電試験の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)の大電流充放電試験が終了すると、4つの被試験体M1〜M4を再び大電流充放電試験装置X2の設置場所から小電流充放電試験装置X1の設置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充放電試験と大電流充放電試験とを切り替えて実施する上で、小電流充放電試験にはそれ専用の小電流充放電試験装置を必要とし、大電流充放電試験にはそれ専用の大電流充放電試験装置を必要としている。そのため、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、小電流充放電試験装置X1と大電流充放電試験装置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。また、図9では、
・4つの被試験体M1〜M4それぞれが試験状態であること、
・小電流充放電試験装置X1と大電流充放電試験装置X2とが別体であること、
・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充放電試験であり、その高さが大きいのが大電流充放電試験であること、
・時間軸方向に長い方が試験時間が長く、時間軸方向に短い方が試験時間が短いこと、
をそれぞれ表している。上記のように表現された図9から明らかなように、小電流充放電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、大電流充放電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、小電流充放電試験装置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充放電試験を実施する。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4つの被試験体M1〜M4を小電流充放電試験装置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を小電流充放電試験装置X1の設置場所から大電流充放電試験装置X2の設置場所まで運び、被試験体M1〜M4のうち1つ目の被試験体M1を大電流充放電試験装置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、大電流充放電試験装置X2を用いて4つの被試験体M1〜M4に対する大電流充放電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に対する大電流充放電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に対する大電流充放電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に対する大電流充放電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必要となる。したがって、試験時間帯t13は、4つの被試験体M1〜M4の個別の大電流充放電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。
小電流充放電試験と大電流充放電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を大電流充放電試験装置X2の設置場所から小電流充放電試験装置X1の設置場所まで運び、被試験体M1〜M4のすべてを小電流充放電試験装置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、小電流充放電試験の試験時間帯t11、移行時間帯t12、大電流充放電試験の試験時間帯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。
小電流充放電試験装置X1と大電流充放電試験装置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、異なる試験装置に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を小電流充放電試験装置X1の設置場所から大電流充放電試験装置X2の設置場所まで運び、また逆に、大電流充放電試験装置X2の設置場所から小電流充放電試験装置X1の設置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。頻繁な繋ぎ替えは充放電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。小電流充放電試験装置X1の稼働中に大電流充放電試験装置X2が待機状態(未稼働状態)となり、逆に、大電流充放電試験装置X2の稼働中に小電流充放電試験装置X1が待機状態となる点である。図9において、P1,P2は、試験装置X1、X2が待機状態である時間帯を示している。大電流充放電試験装置X2にとっては、小電流充放電試験装置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、小電流充放電試験装置X1にとっては、大電流充放電試験装置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・大電流の電流充放電試験装置X1,X2双方で交互に稼働状態と待機状態とを繰り返すことは、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に対する大電流充放電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充放電試験をするために、大電流充放電試験装置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、大電流充放電試験装置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、大電流充放電試験モードと小電流充放電試験モードとの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つに対して小電流充放電試験と大電流充放電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を小電流充放電試験モードに設定した上で1つ目の被試験体M1に対して小電流充放電試験を実施し、それが終了したのちに、大型試験装置Yを大電流充放電試験モードに切り替え、同じく1つ目の被試験体M1に対して大電流充放電試験を実施する。
次いで、大型試験装置Yを再び小電流充放電試験モードに切り替えた上で2つ目の被試験体M2に対して小電流充放電試験を実施し、それが終了したのちに、大型試験装置Yを大電流充放電試験モードに切り替え、同じく2つ目の被試験体M2に対して大電流充放電試験を実施する。
さらに、再び小電流充放電試験モードに切り替えて3つ目の被試験体M3に対して小電流充放電試験を実施し、その終了後、大電流充放電試験モードに切り替えて同じ被試験体M3に対して大電流充放電試験を実施する。最後に、小電流充放電試験モードに切り替えて4つ目の被試験体M4に対して小電流充放電試験を実施し、その終了後、大電流充放電試験モードに切り替えて同じ被試験体M4に対して大電流充放電試験を実施する。
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、小電流充放電試験モードにおいて小電流充放電試験を実施し、次いで大電流充放電試験モードに切り替え大電流充放電試験を実施する。
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、小電流充放電試験モードにおいて小電流充放電試験を実施し、次いで大電流充放電試験モードに切り替え大電流充放電試験を実施する。
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、小電流充放電試験モードにおいて小電流充放電試験を実施し、次いで大電流充放電試験モードに切り替え大電流充放電試験を実施する。
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、小電流充放電試験モードにおいて小電流充放電試験を実施し、次いで大電流充放電試験モードに切り替え大電流充放電試験を実施する。
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が必要となる。
大容量の充放電試験用電源E0が小電流充放電試験を実施している時間帯tsは、大電流充放電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、大電流充放電試験時間帯tbが数分であるのに対して、小電流充放電試験時間帯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充放電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、大電流充放電試験を被試験体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充放電試験が終了すると、次に、被試験体M1に代えて2つ目の被試験体M2を繋ぎ、同様にして大電流充放電試験を行う。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、小電流充放電試験と大電流充放電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、被試験体の小電流充放電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、前記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、
小電流充放電試験を前記各被試験体に行うときは、前記各充放電試験用電源と前記各被試験体とを1対1の関係で個別に接続する個別接続モードになるように、前記開閉部の開閉動作が制御され、
前記小電流充放電試験より大きい電流が必要となる大電流充放電試験を前記各被試験体に行うときは、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と1つの被試験体とを並列に接続する並列接続モードになるように、前記開閉部の開閉動作が制御される。
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スイッチ素子それぞれは、その導通、非導通が制御され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、前記開閉部内の前記スイッチ素子それぞれは、その導通、非導通が制御されて2台以上の前記充放電試験用電源1個の前記被試験体とを接続する。
好ましくは、前記個別接続モードにおいては、前記複数の被試験体に対して同時並行的に小電流充放電試験が行われる。前記並列接続モードにおいては、前記複数の被試験体に対して順次個別的に、前記小電流充放電試験より大電流を流す大電流充放電試験が行われる。そして、これら両充放電試験1サイクルの充放電試験として行われる
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さらに備える。
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、被試験体の小電流充放電試験に対応した電流容量(すなわち小容量)の充放電試験用電源を複数有するセットでよい。これにより、従来の小電流充放電試験装置と大電流充放電試験装置と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。小電流充放電試験から大電流充放電試験への切り替え、あるいはその逆の大電流充放電試験から小電流充放電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個別接続モード(小電流充放電試験モード)での状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の第1の並列接続モード(中電流充放電試験モード)での状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の第2の並列接続モード(中電流充放電試験モード)での状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の第3の並列接続モード(大電流充放電試験モード)での状態図 本発明の実施形態の充放電試験装置の第4の並列接続モード(大電流充放電試験モード)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(小電流充放電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。接続切替機構20は、さらに、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。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に個別接続される。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、小電流充放電試験においては、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、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
並列接続モードでは、中電流充放電試験または大電流充放電試験が実施される。制御部10は、中電流/大電流充放電試験においては、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である第1〜第6の並列接続モードについて説明する。ここで、中電流充放電試験モードで用いられる中電流や大電流充放電試験モードで用いられる大電流について説明する。すなわち、中電流とは、電流個別接続モード(小電流充放電試験モード1、2)における充電動作で充電電流として用いられる電流(小電流)より高い電流値を示す電流のことであり、大電流とは、中電流充放電試験モードにおける充電動作で充電電流として用いられる電流(中電流)より高い電流値を示す電流のことである。
図3を参照して、第1の並列接続モード(中電流充放電試験モード1)を説明する制御部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を導通状態にし、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、さらに制御部10は、残りのスイッチ素子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の被試験体M1は、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の被試験体M2は、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(中電流充放電試験モード2)を説明する制御部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。さらに制御部10は、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。さらに制御部10は、残りのスイッチ素子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の被試験体M3は、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の被試験体M4は、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(大電流充放電試験モード1)を説明する制御部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の被試験体M1は、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(大電流充放電試験モード2)を説明する制御部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。さらに制御部10は、残りのスイッチ素子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の例として、第5の並列接続モード(大電流充放電試験モード3)がある。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の被試験体M3は、第1から第4までの充放電試験用電源E1〜E4に向けて大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(大電流充放電試験モード4)がある。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。残りの3つの第1〜第3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、第1〜第4の被試験体M1〜M4に対して実施される
・個別接続モードで同時並行的に実施される小電流充放電試験、
・並列接続モードで順次実施される中電流充放電試験、
・並列接続モードで順次実施される大電流充放電試験、
についてそれぞれ説明したが、これら説明した充放電試験は、それぞれ1サイクル目の充放電試験である。
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充放電試験へと回帰し、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で説明した第1、第2の並列接続モード(中電流充放電試験モード1、2)を実施したが、試験仕様によっては、この第1、第2の並列接続モードを省き、小電流充放電試験と大電流充放電試験を交互に繰り返す場合もあり得る。
図7は、小電流充放電試験と大電流充放電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充放電試験を実施する。これは図2の接続状態(個別接続モード)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、小電流充放電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。
次の時間帯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充放電試験から並列接続モードによる大電流充放電試験へ切り替えるために要する待機時間である。
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につき順次個別大電流充放電試験を実施する。これは図5、図6の接続状態(第3、第4の並列接続モード)に対応している。第1の被試験体M1に対する大電流充放電試験と第2の被試験体M2に対する大電流充放電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、大電流充放電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。
次の時間帯tmは、制御部10が接続切替機構20を制御して大電流充放電試験から小電流充放電試験へ切り替えるために要する待機時間である。
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。小電流充放電試験から大電流充放電試験への切り替え、大電流充放電試験内での第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充放電試験のみとしたり、あるいは8台並列での大電流充放電試験のみとしたり、あるいは、16台並列での大電流充放電試験と4台並列での大電流充放電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. 被試験体の小電流充放電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、前記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、
    小電流充放電試験を前記各被試験体に行うときは、前記各充放電試験用電源と前記各被試験体とを1対1の関係で個別に接続する個別接続モードになるように、前記開閉部の開閉動作が制御され、
    前記小電流充放電試験より大きい電流が必要となる大電流充放電試験を前記各被試験体に行うときは、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と1つの被試験体とを並列に接続する並列接続モードになるように、前記開閉部の開閉動作が制御される、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、前記スイッチ素子それぞれは、その導通、非導通が制御され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、前記スイッチ素子それぞれは、その導通、非導通が制御されて2台以上の前記充放電試験用電源1個の前記被試験体とを接続する、請求項2に記載の充放電試験装置。
  5. 前記個別接続モードにおいては、前記複数の被試験体に対して同時並行的に小電流充放電試験が行われ、前記並列接続モードにおいては、前記複数の被試験体に対して順次個別的に、前記小電流充放電試験の電流より大きい電流を流す大電流充放電試験が行われ、これら両充放電試験1サイクルの充放電試験として行われる、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. 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さらに備える、請求項5に記載の充放電試験装置。
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