JP6232192B2 - 充放電検査システム - Google Patents

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。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明者が検討した充放電検査システムを示すブロック図である。なお、この充放電検査システムを公知技術と認識してはならない。図１（ａ）は、検査プロセスにおける構成を、図１（ｂ）は、校正プロセスにおける構成を示す。
図１（ａ）を参照し、検査プロセスについて説明する。多数の２次電池１を同時に検査するために、充放電検査装置４ｒは多チャンネルで構成され、複数Ｎ個のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮそれぞれの２次電池１＿１〜１＿Ｎを充電し、あるいは放電することにより、各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。Ｎ個の２次電池１は、電池トレー８に搭載されて搬送される。

充放電検査装置４ｒは、チャンネルＣＨごとに、プローブ対１０_Ｐ／Ｎ、電源１２、電流センサ１４を備える。各チャンネルは同様に構成される。

各チャンネルにおいて、プローブ対１０_Ｐ／Ｎは、２次電池１の電極と接離可能となっている。電源１２は、プローブ対１０_Ｐ／Ｎ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。電流センサ１４は、電源１２からソースされ、またはシンクされる電流を検出する。

各チャンネルの電源１２は、検査プロセスにおいて、電流センサ１４により検出された電流量が所定の目標値に近づくように、２次電池１に供給する充放電電流をフィードバック制御する。

図１（ｂ）を参照し、校正プロセスについて説明する。校正プロセスでは、複数の２次電池１に代えて、校正装置６ｒが充放電検査装置４ｒに装着される。校正装置６ｒは、標準抵抗器３０と、計測器３２と、セレクタ３４を備える。

セレクタ３４は、標準抵抗器３０を、校正対象のチャンネルのプローブ対１０_Ｐ／Ｎと接続する。図１（ｂ）には、２番目のチャンネルが校正対象の状態を示す。この状態では、第２チャンネルの電源１２＿２が生成する校正電流が、標準抵抗器３０および電流センサ１４＿２に流れる。計測器３２は、標準抵抗器３０の両端間の電圧を測定し、電源１２＿２が生成する校正電流の真の値を測定する。真の電流値と、電流センサ１４＿２が測定した電流量にもとづいて、充放電検査装置４ｒの第２チャンネルが校正される。

特開２００３−２１９５６５号公報 特開２０１２−０８３２６３号公報 特開２００１−３３３５４３号公報

標準抵抗器３０および計測器３２は高価であるため、標準抵抗器３０は図１（ｂ）に示すように複数のチャンネルで共有される。したがって充放電検査装置４ｒは、全チャンネルを同時に校正することはできず、複数のチャンネルをひとつずつ順に切りかえる必要がある。

図２は、図１（ａ）、（ｂ）の充放電検査システム２ｒの動作を示すシーケンス図である。図２には、第１チャンネルと第２チャンネルが順に校正される様子が示される。たとえば充放電検査システム２ｒは、チャンネルごとに、校正電流を２値で切りかえて、校正パラメータを計算する。

はじめに、第１チャンネルＣＨ１の選択にともない、セレクタ３４が、第１チャンネルに対応するリレーをオンする（期間Ｔ１）。続いて、電源１２＿１が校正電流を第１の電流量Ｉｃ１に増大させる（Ｔ２）。続いて、計測器３２および電流センサ１４＿１によって、校正電流が測定される（Ｔ３）。続いて、電源１２＿１が、校正電流を第２の電流量Ｉｃ２に切りかえる（Ｔ４）。続いて計測器３２および電流センサ１４＿１によって、校正電流が測定される（Ｔ５）。続いて電源１２＿１は、校正電流をゼロに切りかえる（Ｔ６）。その後、第２チャンネルＣＨ２の校正に移行し、第１チャンネルＣＨ１と同じ工程Ｔ１〜Ｔ６が繰り返される。その後も、第３チャンネルＣＨ３、第４チャンネルＣＨ４、…と順に校正される。

図１（ａ）、（ｂ）の充放電検査システム２ｒでは、各チャンネルを順に校正する必要があるため、校正時間が長くなるという問題がある。具体的には、チャンネルを切りかえるたびに、リレーの切りかえ時間、校正電流の立ち上がり時間、校正電流の立ち下がり時間が発生し、それらを待機する必要が生じる。図２のシーケンスでは、トータルの校正時間Ｔｃは、
Ｔｃ＝Ｎ×（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６）
となる。生産性の向上の観点からは、年に１回程度の校正といえども、それに要する時間は極力短いことが望ましい。

本発明はかかる課題に鑑み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、短時間で校正可能な充放電検査システムの提供にある。

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、複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置と、充放電検査装置を校正する校正装置と、を有する。充放電検査装置は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する２次電池の電極に対して接離可能なＮ個のプローブ対と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対を介して対応する２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源からソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、を備える。校正装置は、標準抵抗器と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対に対して接離可能なＮ個の端子対と、を備える。充放電検査システムは、校正プロセスにおいて、Ｎ個のチャンネルのうち、Ｍ個（１≦Ｍ≦Ｎを満たす整数）を校正対象とするとき、Ｍ個のチャンネルから選択されるひとつのマスターチャンネルの電源の出力端子対の間に、標準抵抗器およびＭ個のチャンネルの電流センサを経由する校正経路を形成可能に構成される。

この態様によると、複数Ｍ個のチャンネルの電流センサと標準抵抗器を同一の電流経路上に直列に接続し、その電流経路に、マスターチャンネルの電源から校正電流を供給することにより、Ｍ個のチャンネルの電流センサを同時に校正することができ、複数チャンネルを順次校正する場合に比べて校正時間を大幅に短縮できる。

ある態様において、Ｎ個のプローブ対とＮ個の電流センサは、Ｎ個の電源とは独立したプローブユニット上に実装されてもよい。プローブユニットは、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源の出力端子対に対して配線を介して接離可能なＮ個のコネクタ対を備えてもよい。校正プロセスにおいて、Ｎ個の電源は、プローブユニットのＮ個のコネクタ対とは切り離されてもよい。校正プロセスにおいて、プローブユニットの複数のコネクタ対を、結線用の複数の第１配線により接続するとともに、校正装置の複数の端子対を、結線用の複数の第２配線により接続してもよい。

Ｎ個のプローブ対とＮ個の電流センサは、Ｎ個の電源とは独立したプローブユニット上に実装されてもよい。プローブユニットは、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源の出力端子対に対して配線を介して接離可能なＮ個のコネクタ対と、（Ｎ−１）個のバイパススイッチと、を備えてもよい。ｉ番目のバイパススイッチは、ｉ番目のコネクタ対の一方と（ｉ＋１）番目のコネクタ対の他方の間に配置される。

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、校正時間を短縮できる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明者が検討した充放電検査システムを示すブロック図である。 図１（ａ）、（ｂ）の充放電検査システムの動作を示すシーケンス図である。 実施の形態に係る充放電検査システムの構成を示すブロック図である。 図３の充放電検査システムの校正プロセスを示すシーケンス図である。 変形例１に係る充放電検査システムの構成を示す図である。 変形例２に係る充放電検査システムを示す図である。

図３は、実施の形態に係る充放電検査システム２の構成を示すブロック図である。図３は、校正プロセスにおける充放電検査システム２の状態を示す。

はじめに検査プロセスについて説明する。検査プロセスでは図１（ａ）と同様に、校正装置６に代えて、電池トレー８に搭載された複数Ｎ個の２次電池１＿１〜１＿Ｎが、充放電検査装置４に接続される。多数の２次電池１を同時に検査するために、充放電検査装置４は多チャンネルで構成され、複数Ｎ個のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮそれぞれの２次電池１＿１〜１＿Ｎを充電し、あるいは放電することにより、各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４は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮごとに設けられた、プローブ対１０_Ｐ／Ｎ、電源１２＿１〜１２＿Ｎ、電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎを備える。各チャンネルは同様に構成される。

各チャンネルＣＨｉ（１≦ｉ≦Ｎ）のプローブ対１０_Ｐ／Ｎは、検査プロセスにおいて２次電池１_ｉの電極に対して、接離可能となっている。

各チャンネルＣＨｉの電源１２＿ｉは、プローブ対１０_Ｐ／Ｎに装着される対応する２次電池１＿ｉに電力を供給し、対応する２次電池１＿ｉを充放電する。各チャンネルＣＨｉの電流センサ１４＿ｉは、対応する電源１２＿ｉからソースされ、またはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を検出する。各チャンネルＣＨｉの電源１２＿ｉは、検査プロセスにおいて、電流センサ１４＿ｉにより検出された電流量が所定の目標値に近づくように、２次電池１＿ｉに供給する充放電電流をフィードバック制御する。

Ｎ個のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮのプローブ対１０_Ｐ／Ｎおよび電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎは、Ｎ個の電源１２＿１〜１２＿Ｎとは独立したプローブユニット１６上に実装される。
プローブユニット１６は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源１２＿１〜１２＿Ｎの出力端子対（+端子、−端子）に対して、配線を介して接離可能なＮ個のコネクタ対１８_Ｐ／Ｎを備える。プローブユニット１６の内部において、チャンネルごとに、コネクタ１８_Ｐとプローブ１０_Ｐが結線され、コネクタ１８_Ｎとプローブ１０_Ｎが電流センサ１４を経由して結線される。電流センサ１４は、Ｐ極側の配線上に設けられてもよい。

以上が充放電検査装置４の構成である。続いて校正装置６の構成を説明する。校正装置６は、標準抵抗器３０、計測器３２、Ｎ個の端子対３６_Ｐ／Ｎを備える。端子対３６_Ｐ／Ｎは、チャンネルごとに設けられる。各チャンネルの端子対３６_Ｐ／Ｎは、対応するチャンネルのプローブ対１０_Ｐ／Ｎに対して接離可能となっている。計測器３２は、たとえばデジタルマルチメータであり、標準抵抗器３０の電圧降下を測定することにより、標準抵抗器３０に流れる校正電流の量を検出する。以上が校正装置６の構成である。

続いて、充放電検査システム２の校正プロセスの構成について説明する。
校正プロセスにおいて、Ｎ個のチャンネルのうち、Ｍ個（１≦Ｍ≦Ｎを満たす整数）を同時校正の対象とする。本実施の形態では、Ｎ＝Ｍ、つまり全チャンネルが同時校正の対象とされる。

校正プロセスにおいて、電源１２＿１〜１２＿Ｎは、プローブユニット１６から切り離される。Ｍ個のチャンネルのうちのひとつをマスターチャンネルとする。本実施の形態では、第１チャンネルＣＨ１がマスターチャンネルに設定される。図３には、マスターチャンネル以外の電源１２は破線にて示される。

充放電検査システム２は、校正プロセスにおいて、マスターチャンネルＣＨ１の電源１２＿１の出力端子対（+端子、−端子）の間に、標準抵抗器３０およびＭ個のチャンネルの電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎを経由する校正経路を形成可能に構成される。

より具体的には、校正プロセスにおいて、プローブユニット１６の複数のコネクタ対１８_Ｐ／Ｎを、結線用の複数の第１配線Ｌ１により接続し、校正装置６の複数の端子対３６_Ｐ／Ｎを、結線用の複数の第２配線Ｌ２により接続することにより、校正経路（校正ループ）が形成される。

続いて、充放電検査システム２の校正プロセスの動作を説明する。

図４は、図３の充放電検査システム２の校正プロセスを示すシーケンス図である。はじめに、図３に示す校正経路を形成するように、複数の第１配線Ｌ１、複数の第２配線Ｌ２を接続する（期間Ｔ１）。校正経路上には、標準抵抗器３０と、校正対象のＭ個のチャンネルすべての電流センサ１４が直列に配置される。

この状態で、マスターチャンネルの電源１２＿１は、校正経路に供給する校正電流を増大させ（期間Ｔ２）、続いて、ある一定期間、第１の量Ｉｃ１の校正電流を出力する（期間Ｔ３）。期間Ｔ３において、計測器３２ならびに全チャンネルの電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎによって、校正電流の量が測定される。続いて電源１２＿１は、校正電流を増大させる（Ｔ４）、続いてある一定期間、第２の量Ｉｃ２の校正電流を出力する（期間Ｔ５）。期間Ｔ５において、計測器３２ならびに全チャンネルの電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎによって、校正電流の量が測定される。最後に、電源１２＿１は、校正電流をゼロとする（Ｔ６）。

以上が充放電検査システム２による校正プロセスである。図３の充放電検査システム２によれば、図４に示す１回の校正シーケンスによって、Ｍ個のチャンネルすべてを同時に校正することができる。このときの校正時間Ｔｃは、Ｔｃ＝（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６）で済むため、オーバーヘッドを無視すれば図２の場合に比べて１／Ｍ倍に短縮することができる。

図２のシーケンスにおいて、１チャンネル当りの校正時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６）が１分であるとする。この場合、図１（ｂ）の充放電検査システム２ｒによってＭ＝１６チャンネルを試験する場合、オーバーヘッドを含めて２０分ほどを要することになる。これに対して図３の充放電検査システム２によれば、オーバーヘッドを考慮しても、２分ほどに短縮することができる。

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。

（変形例１）
図３の充放電検査システム２においては、充放電検査システム２のユーザが、手作業で第１配線Ｌ１を結線する必要がある。変形例１では、第１配線Ｌ１、第２配線Ｌ２の結線の手間を短縮可能な技術が提供される。図５は、変形例１に係る充放電検査システム２ａの構成を示す図である。プローブユニット１６は、第１配線Ｌ１に代えて、複数（Ｎ−１）個のバイパススイッチＳＷ１を備える。ｉ番目のバイパススイッチＳＷ１は、ｉ番目のコネクタ対１８_Ｐ／Ｎの一方１８_Ｐと（ｉ＋１）番目のコネクタ対１８_Ｐ／Ｎの他方１８_Ｎの間に配置される。バイパススイッチＳＷ１を設けることにより、第１配線Ｌ１の結線を自動化でき、その手間を省くことができる。

（変形例２）
図６は、変形例２に係る充放電検査システム２ｂを示す図である。充放電検査システム２ｂは、Ｌ個のトレー、つまり（Ｌ×Ｎ）個の２次電池１を同時に測定可能となっている。Ｎ個のチャンネルを含む単位をスロットと称する。充放電検査システム２ｂは、Ｌ×Ｎ個の電源１２と、Ｌ個のプローブユニット１６と、Ｌ個の校正装置６を備える。図６にはＬ＝２の場合が示される。
この変形例において、第１スロットの校正装置６＿１は、図３のそれと同様に校正される。一方、それ以外のスロット校正装置６＿２からは標準抵抗器３０および計測器３２が省略されており、その内部において端子対３６_Ｐ／Ｎの間が、第３配線Ｌ３により固定的に結線される。この変形例によれば、Ｌ個のスロットを同時に校正することができる。

（変形例３）
図３、あるいは図５の充放電検査システム２に、図１（ｂ）の校正装置６ｒと同様にセレクタ３４を設けてもよい。
実施の形態では、Ｎ個のチャンネルの充放電検査装置４に対して、全チャンネルを同時に校正する場合を説明したが、この変形例によれば、Ｎ個のチャンネルのうち、任意のＭ個を同時に校正できる。たとえば全チャンネルを２つに分け、はじめに半分のＭ（＝Ｎ／２）チャンネルを同時に校正し、続いて残りのチャンネルを同時に校正するなどの処理が可能となる。

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…充放電検査システム、４…充放電検査装置、６…校正装置、８…電池トレー、１０…プローブ対、１２…電源、１４…電流センサ、１６…プローブユニット、１８…コネクタ対、３０…標準抵抗器、３２…計測器、３４…セレクタ、３６…端子対、Ｌ１…第１配線、Ｌ２…第２配線、Ｌ３…第３配線。

Claims (3)

1. 検査プロセスにおいて、トレーに搭載される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置と、前記充放電検査装置を校正する校正プロセスにおいて前記トレーに代えて設置される校正装置と、を有する充放電検査システムであって、
   前記校正装置は、
   標準抵抗器と、
   チャンネルごとに設けられるＮ個の端子対と、
   を備え、
   前記充放電検査装置は、
   チャンネルごとに設けられるＮ個のプローブ対であって、（i）前記検査プロセスにおいて、それぞれが、前記トレーに搭載される対応する２次電池の電極に対して接離可能であり、（ii）前記校正プロセスにおいて、それぞれが、前記校正装置の対応する端子対と接離可能である、Ｎ個のプローブ対と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、前記検査プロセスにおいて対応する前記プローブ対を介して対応する前記２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対を介してソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、
   を備え、
   前記充放電検査システムは、前記校正プロセスにおいて、Ｎ個のチャンネルのうち、Ｍ個（２≦Ｍ≦Ｎを満たす整数）を校正対象とするとき、前記Ｎ個のプローブ対が前記校正装置の前記Ｎ個の端子対と接触した状態において、Ｍ個のチャンネルから選択されるひとつのマスターチャンネルの電源の出力端子対の間に、前記標準抵抗器および前記Ｍ個のチャンネルの電流センサを直列接続可能に構成されることを特徴とする充放電検査システム。
2. 前記Ｎ個のプローブ対と前記Ｎ個の電流センサは、前記Ｎ個の電源とは独立したプローブユニット上に実装され、
   前記プローブユニットは、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記電源の出力端子対に対して配線を介して接離可能なＮ個のコネクタ対を備え、
   前記校正プロセスにおいて、前記Ｎ個の電源のうち、前記マスターチャンネルを除く（Ｎ−１）個の電源は、前記プローブユニットの前記Ｎ個のコネクタ対とは切り離されており、前記校正プロセスにおいて、前記プローブユニットの複数のコネクタ対を、結線用の複数の第１配線により接続するとともに、前記校正装置の複数の端子対を、結線用の複数の第２配線により接続した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。
3. 前記Ｎ個のプローブ対と前記Ｎ個の電流センサは、前記Ｎ個の電源とは独立したプローブユニット上に実装され、
   前記プローブユニットは、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記電源の出力端子対に対して配線を介して接離可能なＮ個のコネクタ対と、
   （Ｎ−１）個のバイパススイッチであって、ｉ番目のバイパススイッチは、ｉ番目のコネクタ対の一方と（ｉ＋１）番目のコネクタ対の他方の間に配置される、Ｎ個のバイパススイッチと、
   を備え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。

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