JP7022031B2 - 校正システムおよび校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、校正システムおよび校正方法に関する。

従来から、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池の充放電試験を行う充放電電源装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１に記載の充放電電源装置は、３つの二次電池の充放電を並行して行うことができる３チャンネルの装置である。

二次電池の充放電試験を正確に実施するためには、充放電電源装置を定期的に校正（キャリブレーション）する必要がある。校正のプロセスとしては、校正装置を充放電電源装置の出力端に接続した状態で、充放電電源装置の電源部に内蔵されたシャント抵抗に所定の電流を通流させる。そして、校正装置で検出した電圧値とシャント抵抗で検出した電圧値とを比較することにより校正が行われる。

特開２０１２－１５４７９３号公報

従来の校正方法では、充放電電源装置に含まれる電源部毎に校正装置を使用して校正を行うため、一の充放電電源装置に対する校正装置の使用時間が長くなるという問題がある。また、校正装置の空き状況によっては、一の充放電電源装置の校正が完了するまで、他の充放電電源装置の校正を実行することができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、校正装置の使用率を低減することが可能な校正システムおよび校正方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る校正システムは、
互いに並列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の充放電電源部と、
前記充放電電源部に備えられた電流または電圧検出用のセンサ部と、
前記Ｎ個の充放電電源部を制御する制御部と、
前記充放電電源部の出力端に接続され前記充放電電源部の出力を検出する校正装置と、
を含む校正システムであって、
前記出力端を開放した状態で、前記制御部が、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した２つの充放電電源部の一方に充電動作をさせ他方に放電動作をさせて、前記２つの充放電電源部に含まれる前記センサ部のそれぞれの検出値を取得するステップを、前記Ｎ個の充放電電源部すべてに対して行う第１工程と、
前記校正装置が前記出力端に接続された状態で、前記制御部が、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した１の充放電電源部に充電動作をさせ残りの充放電電源部の動作を停止させて、前記校正装置の検出値を取得する第２工程と、
前記制御部が、前記第２工程で取得した検出値に基づいて前記１の充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出し、前記校正係数と前記第１工程で取得した検出値とに基づいて前記残りの充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出する第３工程と、を実行することを特徴とする。

この構成によれば、第１工程では校正装置を使用せず、第２工程でも１の充放電電源部にしか校正装置を使用しないため、校正装置の使用率を低減することができる。

前記第１工程において、前記制御部は、前記２つの充放電電源部を選択する際に、前記一方の充放電電源部を固定し、前記他方の充放電電源部を変更するか、または、前記一方の充放電電源部を変更し、前記他方の充放電電源部を固定するよう構成できる。

上記課題を解決するために、本発明に係る校正方法は、
互いに並列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の充放電電源部と、
前記充放電電源部に備えられた電流または電圧検出用のセンサ部と、
前記充放電電源部の出力端に接続され前記充放電電源部の出力を検出する校正装置と、
を含む校正システムにおける前記センサ部の校正方法であって、
前記出力端を開放した状態で、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した２つの充放電電源部の一方に充電動作をさせ他方に放電動作をさせて、前記２つの充放電電源部に含まれる前記センサ部のそれぞれの検出値を取得するステップを、前記Ｎ個の充放電電源部すべてに対して行う第１工程と、
前記校正装置が前記出力端に接続された状態で、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した１の充放電電源部に充電動作をさせ残りの充放電電源部の動作を停止させて、前記校正装置の検出値を取得する第２工程と、
前記第２工程で取得した検出値に基づいて前記１の充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出し、前記校正係数と前記第１工程で取得した検出値とに基づいて前記残りの充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出する第３工程と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、第１工程では校正装置を使用せず、第２工程でも１の充放電電源部にしか校正装置を使用しないため、校正装置の使用率を低減することができる。

前記第１工程において、前記２つの充放電電源部を選択する際に、前記一方の充放電電源部を固定し、前記他方の充放電電源部を変更するか、または、前記一方の充放電電源部を変更し、前記他方の充放電電源部を固定するよう構成できる。

本発明によれば、校正装置の使用率を低減することが可能な校正システムおよび校正方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る校正システムのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る校正方法のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る校正システムおよび校正方法の実施形態について説明する。

［校正システム］
図１に、本発明の一実施形態に係る校正システム１００を示す。校正システム１００は、充放電電源装置１と校正装置１０とを含む。

充放電電源装置１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２と、本発明の「充放電電源部」に相当する第１電源部３－１、第２電源部３－２、第３電源部３－３および第４電源部３－４と、本発明の「制御部」に相当する統括制御部４と、入力端Ｔ１，Ｔ２と、出力端Ｔ３，Ｔ４とを備える。

充放電電源装置１は、図１では出力端Ｔ３，Ｔ４に校正装置１０が接続されているが、通常は、出力端Ｔ３，Ｔ４にリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池が接続される。充放電電源装置１は、出力端Ｔ３，Ｔ４に接続された二次電池に対して充放電試験を行う。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、ＡＣ側が入力端Ｔ１，Ｔ２に接続され、入力端Ｔ１，Ｔ２から入力された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。入力端Ｔ１，Ｔ２に入力される電圧が直流電圧の場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は省略することができる。

第１電源部３－１、第２電源部３－２、第３電源部３－３および第４電源部３－４は、それぞれ同様の構成を有し、互いに並列接続されている。以下では、第１電源部３－１の構成についてのみ説明し、第２電源部３－２、第３電源部３－３および第４電源部３－４の構成の説明は省略する。

第１電源部３－１は、センサ部５－１と、電圧変換部６－１と、制御部７－１とを備える。第１電源部３－１は、一端側がＡＣ／ＤＣコンバータ２のＤＣ側に接続され、他端側が出力端Ｔ３，Ｔ４に接続される。

センサ部５－１は、シャント抵抗と、シャント抵抗の電圧降下値を検出する電圧センサとを含む。センサ部５－１は、電圧変換部６－１内に含まれていてもよい。

電圧変換部６－１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータからなり、制御部７－１の制御下で、充電動作および放電動作を行う。充電動作時の電圧変換部６－１は、第１電源部３－１の一端側から入力された直流電圧を昇圧または降圧して第１電源部３－１の他端側から出力する。放電動作時の電圧変換部６－１は、第１電源部３－１の他端側から入力された直流電圧を降圧または昇圧して第１電源部３－１の一端側から出力する。

制御部７－１は、例えば、マイコンおよび／または専用のＩＣとメモリ等の記憶部とで構成される。制御部７－１は、統括制御部４からの制御指令に応じて電圧変換部６－１を制御する。例えば、統括制御部４からの制御指令が電圧変換部６－１の出力電流値（Ｘ［Ａ］）に関する指令の場合、制御部７－１は、電圧変換部６－１の出力電流値がＸ［Ａ］になるように、センサ部５－１の検出値を読み取りながら電圧変換部６－１をフィードバック制御する。

センサ部５－１の校正係数が記憶されている場合、制御部７－１は、センサ部５－１の検出値を校正係数で補正して、電圧変換部６－１をフィードバック制御する。校正係数は、例えば、係数（電圧比）とオフセット値とを含む。

統括制御部４は、例えば、マイコンおよび／または専用のＩＣとメモリ等の記憶部とで構成され、ＡＣ／ＤＣコンバータ２、第１電源部３－１、第２電源部３－２、第３電源部３－３および第４電源部３－４を制御する。また、統括制御部４は、図２に示す校正方法を実行する。

校正装置１０は、出力端Ｔ３，Ｔ４に接続された状態で、充放電電源装置１の出力を検出する。本実施形態では、校正装置１０は、シャント抵抗と、シャント抵抗の電圧降下値を検出する電圧センサとを備え、充放電電源装置１の出力電圧を検出する。

［校正方法］
本発明の一実施形態に係る校正方法は、第１工程（図２のステップＳ１～Ｓ３）と、第２工程（図２のステップＳ４）と、第３工程（図２のステップＳ５）とを含む。

ステップＳ１において、統括制御部４は、出力端Ｔ３，Ｔ４が開放された状態、すなわち、出力端Ｔ３，Ｔ４に二次電池や校正装置１０が接続されていない状態で、第１電源部３－１に対して充電動作指令、第２電源部３－２に対して放電動作指令、第３電源部３－３および第４電源部３－４に対して停止指令を送信する。

充電動作指令は、例えば、第１電源部３－１に第１出力電流を出力させる第１充電動作指令と、第１電源部３－１に第１出力電流とは異なる電流値の第２出力電流を出力させる第２充電動作指令とを含む。第１出力電流を第１電源部３－１の最小出力電流（またはその近傍の電流）とし、第２出力電流を最大出力電流（またはその近傍の電流）としてもよい。また、放電動作指令は、第１充電動作指令に対応した第１放電動作指令と、第２充電動作指令に対応した第２放電動作指令とを含む。

第１電源部３－１が充電動作を行い、第２電源部３－２が放電動作を行っている間、統括制御部４は、センサ部５－１，５－２の検出値を取得する。センサ部５－１，５－２の検出値は、統括制御部４に記憶される。センサ部５－１のシャント抵抗とセンサ部５－２のシャント抵抗には同じ大きさの電流が流れるが、センサ部５－１，５－２の電圧センサの状態によって両者の検出値が異なる場合がある。

統括制御部４は、センサ部５－１，５－２の検出値を取得することで、センサ部５－１の検出値とセンサ部５－２の検出値との関係性（例えば、関係式）を算出することができる。

ステップＳ２において、統括制御部４は、出力端Ｔ３，Ｔ４が開放された状態で、第１電源部３－１に対して充電動作指令、第３電源部３－３に対して放電動作指令、第２電源部３－２および第４電源部３－４に対して停止指令を送信する。充電動作指令および放電動作指令は、ステップＳ１と同様に、それぞれ２つの指令を含む。

第１電源部３－１が充電動作を行い、第３電源部３－３が放電動作を行っている間、統括制御部４は、センサ部５－１，５－３の検出値を取得する。センサ部５－１，５－３の検出値は、統括制御部４に記憶される。センサ部５－１のシャント抵抗とセンサ部５－３のシャント抵抗には同じ大きさの電流が流れるが、センサ部５－１，５－３の電圧センサの状態によって両者の検出値が異なる場合がある。

統括制御部４は、センサ部５－１，５－３の検出値を取得することで、センサ部５－１の検出値とセンサ部５－３の検出値との関係性（例えば、関係式）を算出することができる。

ステップＳ３において、統括制御部４は、出力端Ｔ３，Ｔ４が開放された状態で、第１電源部３－１に対して充電動作指令、第４電源部３－４に対して放電動作指令、第２電源部３－２および第３電源部３－３に対して停止指令を送信する。充電動作指令および放電動作指令は、ステップＳ１と同様に、それぞれ２つの指令を含む。

第１電源部３－１が充電動作を行い、第４電源部３－４が放電動作を行っている間、統括制御部４は、センサ部５－１，５－４の検出値を取得する。センサ部５－１，５－４の検出値は、統括制御部４に記憶される。センサ部５－１のシャント抵抗とセンサ部５－４のシャント抵抗には同じ大きさの電流が流れるが、センサ部５－１，５－４の電圧センサの状態によって両者の検出値が異なる場合がある。

統括制御部４は、センサ部５－１，５－４の検出値を取得することで、センサ部５－１の検出値とセンサ部５－４の検出値との関係性（例えば、関係式）を算出することができる。この結果、統括制御部４は、センサ部５－１～５－４の検出値の関係性を得ることができる。

ステップＳ１～Ｓ３において、統括制御部４は、第１電源部３－１、第２電源部３－２、第３電源部３－３および第４電源部３－４から２つの電源部を選択する際に、充電動作をさせる一方の電源部を第１電源部３－１に固定し、放電動作をさせる他方の電源部を第２電源部３－２、第３電源部３－３、第４電源部３－４と変更している。これにより、充電動作させる電源部を固定せずに切り替えていく場合に比較して、センサ部５－１～５－４間の誤差を低減することができる。すなわち、センサ部５－１～５－４の検出値の関係性（例えば、関係式）を、より誤差の小さいものとすることができる。

ステップＳ４において、統括制御部４は、出力端Ｔ３，Ｔ４に校正装置１０が接続された状態で、第１電源部３－１に対して充電動作指令、第２電源部３－２～第４電源部３－４に対して停止指令を送信する。充電動作指令は、ステップＳ１と同様に、２つの指令を含む。

第１電源部３－１が充電動作を行っている間、統括制御部４は、センサ部５－１の検出値および校正装置１０の検出値を取得する。センサ部５－１の検出値および校正装置１０の検出値は、統括制御部４に記憶される。センサ部５－１のシャント抵抗と校正装置１０のシャント抵抗には同じ大きさの電流が流れるが、センサ部５－１の電圧センサの状態によって両者の検出値が異なる場合がある。

ステップＳ５において、統括制御部４は、センサ部５－１～５－４の校正係数（係数およびオフセット）を算出する。

具体的には、統括制御部４は、まず、第２工程（ステップＳ４）で取得したセンサ部５－１の検出値および校正装置１０の検出値に基づいて、センサ部５－１の校正係数を算出する。次いで、統括制御部４は、センサ部５－１の校正係数と第１工程（ステップＳ１～Ｓ３）で取得したセンサ部５－１～５－４の検出値の関係性とに基づいて、センサ部５－２～５－４の校正係数を算出する。

なお、本実施形態では、第１出力電流および第２出力電流の２点の電流の検出値から校正係数を算出するが、校正係数の算出方法は適宜変更でき、任意の方法を採用することができる。

統括制御部４は、算出したセンサ部５－１～５－４の校正係数を、対応する制御部７－１～７－４にそれぞれ送信して、ステップＳ５を終了する。

本実施形態に係る校正システム１００および校正方法によれば、第１工程では校正装置１０を使用せず、第２工程でも第１電源部３－１を充電動作させる際にしか校正装置１０を使用しないため、校正装置１０の使用率を低減することができる。

また、充放電電源装置１が複数設置されている場合、校正装置１０を使用するタイミングをずらすことで、同時に本実施形態に係る校正方法を実行することができ、校正時間を短縮することができる。

以上、本発明に係る校正システムおよび校正方法の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

第２工程（図２のステップＳ４）は、第３工程（図２のステップＳ５）の前であれば、任意のタイミングで行うことができる。例えば、ステップＳ１の前に第２工程を実行してもよいし、ステップＳ１とステップＳ２の間またはステップＳ２とステップＳ３の間に第２工程を実行してもよい。

第１工程（図２のステップＳ１～Ｓ３）は、統括制御部４がセンサ部５－１～５－４の検出値を取得するのであれば、適宜構成を変更できる。例えば、ステップＳ１～Ｓ３において、統括制御部４は、第１電源部３－１に放電動作をさせ、第２電源部３－２、第３電源部３－３および第４電源部３－４に充電動作をさせてもよい。

また、ステップＳ２，Ｓ３の代わりに、出力端Ｔ３，Ｔ４が開放された状態で、第３電源部３－３に対して充電動作指令、第４電源部３－４に対して放電動作指令、第１電源部３－１および第２電源部３－２に対して停止指令を送信するステップを実行してもよい。

第１工程および／または第２工程の前に、暖機工程を設けてもよい。暖機工程では、センサ部５－１～５－４のシャント抵抗に電流を通流させて、シャント抵抗の温度を安定させる。その結果、第１工程および／または第２工程において、温度上昇によるセンサ部５－１～５－４の検出値の変動を抑制することができる。

本発明の校正システムは、互いに並列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の充放電電源部を含んでもよい。充放電電源部は、充電動作および放電動作を行い、センサ部を備えるのであれば、適宜構成を変更できる。

統括制御部４がＮ個の充放電電源部を制御しているが、統括制御部４に替えて複数の充放電電源部（電源部が備える制御部）のいずれかをマスター機として他の充放電電源部をスレーブ機として、マスター機として機能する一の充放電電源部の制御下で他の充放電電源部（スレーブ機）を制御してもよい。この場合、マスター機として機能する充放電電源部の制御部が、統括制御部４の機能と、制御部本来の機能（例えば、電圧変換部を制御する機能）とを発揮する。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の制御は、マスター機として機能する充放電電源部の制御部とは別の制御部（電源部が備える制御部とは別に設けられた制御部）が行ってもよい。

センサ部は、電圧検出用のセンサの代わりに、電流検出用のセンサ（例えば、カレントトランス）を含んでもよい。同様に、校正装置も、電流検出用のセンサを含んでもよい。

本発明の制御部は、第１工程において、Ｎ個の充放電電源部から選択した２つの充放電電源部の一方に充電動作をさせ他方に放電動作をさせて、２つの充放電電源部に含まれるセンサ部のそれぞれの検出値を取得するステップを、Ｎ個の充放電電源部すべてに対して行うよう構成できる。

本発明の制御部は、第２工程において、校正装置が出力端に接続された状態で、Ｎ個の充放電電源部から選択した１の充放電電源部に充電動作をさせ残りの充放電電源部の動作を停止させて、校正装置の検出値と１の充放電電源部に含まれるセンサ部の検出値とを取得するよう構成できる。

また、本発明の制御部は、第３工程において、第２工程で取得した検出値に基づいて１の充放電電源部のセンサ部の校正係数を算出し、校正係数と第１工程で取得した検出値とに基づいて残りの充放電電源部のセンサ部の校正係数を算出するよう構成できる。

本発明の校正システムは、複数の充放電電源装置を含んでもよい。

１００ 校正システム
１ 充放電電源装置
２ ＡＣ／ＤＣコンバータ
３－１ 第１電源部
３－２ 第２電源部
３－３ 第３電源部
３－４ 第４電源部
４ 統括制御部
５－１～５－４ センサ部
６－１～６－４ 電圧変換部
７－１～７－４ 制御部
１０ 校正装置

Claims (4)

1. 互いに並列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の充放電電源部と、
   前記充放電電源部に備えられた電流または電圧検出用のセンサ部と、
   前記Ｎ個の充放電電源部を制御する制御部と、
   前記充放電電源部の出力端に接続され前記充放電電源部の出力を検出する校正装置と、
   を含む校正システムであって、
   前記出力端を開放した状態で、前記制御部が、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した２つの充放電電源部の一方に充電動作をさせ他方に放電動作をさせて、前記２つの充放電電源部に含まれる前記センサ部のそれぞれの検出値を取得するステップを、前記Ｎ個の充放電電源部すべてに対して行う第１工程と、
   前記校正装置が前記出力端に接続された状態で、前記制御部が、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した１の充放電電源部に充電動作をさせ残りの充放電電源部の動作を停止させて、前記校正装置の検出値を取得する第２工程と、
   前記制御部が、前記第２工程で取得した検出値に基づいて前記１の充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出し、前記校正係数と前記第１工程で取得した検出値とに基づいて前記残りの充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出する第３工程と、を実行する
   ことを特徴とする校正システム。
2. 前記第１工程において、前記制御部は、前記２つの充放電電源部を選択する際に、前記一方の充放電電源部を固定し、前記他方の充放電電源部を変更するか、または、前記一方の充放電電源部を変更し、前記他方の充放電電源部を固定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の校正システム。
3. 互いに並列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の充放電電源部と、
   前記充放電電源部に備えられた電流または電圧検出用のセンサ部と、
   前記充放電電源部の出力端に接続され前記充放電電源部の出力を検出する校正装置と、
   を含む校正システムにおける前記センサ部の校正方法であって、
   前記出力端を開放した状態で、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した２つの充放電電源部の一方に充電動作をさせ他方に放電動作をさせて、前記２つの充放電電源部に含まれる前記センサ部のそれぞれの検出値を取得するステップを、前記Ｎ個の充放電電源部すべてに対して行う第１工程と、
   前記校正装置が前記出力端に接続された状態で、前記Ｎ個の充放電電源部から選択した１の充放電電源部に充電動作をさせ残りの充放電電源部の動作を停止させて、前記校正装置の検出値を取得する第２工程と、
   前記第２工程で取得した検出値に基づいて前記１の充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出し、前記校正係数と前記第１工程で取得した検出値とに基づいて前記残りの充放電電源部の前記センサ部の校正係数を算出する第３工程と、を含む
   ことを特徴とする校正方法。
4. 前記第１工程において、前記２つの充放電電源部を選択する際に、前記一方の充放電電源部を固定し、前記他方の充放電電源部を変更するか、または、前記一方の充放電電源部を変更し、前記他方の充放電電源部を固定する
   ことを特徴とする請求項３に記載の校正方法。

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