(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷ラインに接続した二次電池の充電・放電を行う充放電部と、前記二次電池に接続した電圧検出ラインにより検出した電圧に基づき当該二次電池の充電状態・放電状態を監視し、前記充放電部が行う充電・放電の動作を制御する制御部とを備える充放電装置において、
前記負荷ラインと前記電圧検出ラインとの間を流れる電流ループを、専用電源を使用して形成し、当該電流ループの開放を検出することにより、電圧検出ラインと前記二次電池との接続異常を検出する検出回路を備え、
前記制御部は、前記検出回路が接続異常を検出したとき、充放電部の動作を停止することを特徴とする充放電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の充放電装置において、
前記制御部は、前記検出回路が接続異常を検出したとき、接続異常を外部に報知することを特徴とする充放電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の充電及び放電を行う充放電装置に係り、特に充電時・放電時の二次電池の電圧検出方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池としては、鉛電池、ニッケル・カドミウム電池、リチウム・イオン電池、ニッケル・水素電池等、各種のものが知られている。充放電装置は、これら各種の二次電池の開発研究や製品の信頼性確保のために必要な、充電特性、放電特性、充放電の繰り返し特性等の各特性データを取得するために使用される。
【０００３】
図３は、従来の充放電装置の構成例である。この充放電装置は、充放電部１と制御部２０とで構成される。充放電部１では、充電用の直流電源３と放電回路４とが、スイッチ（ＳＷ）５によって切り替えて試験端子６，７に接続される。試験端子６は、正極（＋）、試験端子７は、負極（−）となっている。試験端子６，７間には、負荷ライン８を介して二次電池９が接続される。
【０００４】
また、制御部２０では、電圧測定回路１０の入力端子が、測定端子１２，１３に接続される。測定端子１２は、正極（＋）、測定端子１３は、負極（−）となっている。測定端子１２，１３間には、電圧検出ライン１４を介して二次電池９が接続される。電圧測定回路１０の出力端子は、電圧監視回路２１に接続され、電圧監視回路２１から充放電部１に対し制御信号が出力される。
【０００５】
以上の構成において、当該充放電装置の基本動作は、概略、次のようになる。二次電池９の充電を行う場合には、ＳＷ５を充電側に切り替えて直流電源３を試験端子６，７に接続する。所定の方式に従って二次電池９の充電が開始される。二次電池９の充電電圧は、逐一電圧測定回路１０で検出され、電圧監視回路２１に報告される。電圧監視回路２１は、検出された充電電圧が所定電圧となったとき、または充電時間が所定時間となったとき、充放電部１に充電終了信号を出力する。これにより、充放電部１は直流電源３と試験端子６，７との接続を断ち、二次電池９への充電操作を終了する。
【０００６】
また、二次電池９の放電を行う場合には、ＳＷ５を放電側に切り替えて放電回路４を試験端子６，７に接続する。所定の方式に従って二次電池９の放電が開始される。二次電池９の放電電圧は、逐一電圧測定回路１０で検出され、電圧監視回路２１に報告される。電圧監視回路２１は、検出された放電電圧が所定電圧となったとき、または放電時間が所定時間となったとき、充放電部１に放電終了信号を出力する。これにより、充放電部１は、放電回路４と試験端子６，７との接続を断ち、二次電池９の放電操作を終了する。その他、制御部２０は、以上のような充放電の制御過程で電池電流を検出し、制御動作に反映させている。
【０００７】
なお、試験を行う二次電池９は、当該充放電装置の近傍にあるとは限らず、相当の距離を隔てた所にある場合も多いので、負荷ライン８及び電圧検出ライン１４は、種々の長さ（片ラインが数ｍ〜２０ｍ）のものが用意される。測定誤差を少なくするために、負荷ライン８及び電圧検出ライン１４には、次のような抵抗値の低抵抗銅線が選定使用される。
【０００８】
（１）負荷ライン８について：充放電装置では、負荷ライン８の電圧降下Ｖｄを問題にする。この電圧降下Ｖｄは、通常、ライン往復で、Ｖｄ＝０Ｖ〜２Ｖ程度となるようにする。この電圧降下Ｖｄと充放電装置の最大充放電電流Ｉmax とから、負荷ライン８の抵抗値ＲL は、ＲL＜Ｖｄ÷Ｉmaxの関係を満たすように選定される。
【０００９】
（２）電圧検出ライン１４について：電圧検出ライン１４の抵抗値をＲLS、電圧測定回路１０の入力インピーダンスをＲIN、充放電装置の最大充放電電流をＶmax とすれば、電圧測定誤差は、式（１）で示される。
電圧測定誤差＝ＲLS（Ｖmax／（ＲIN＋ＲLS））             ・・・・（１）
電圧検出ライン１４の抵抗値ＲLSは、電圧測定誤差への影響が十分に小さくなるように選定される。通常、ＲIN＞１ＭΩとして、抵抗値ＲLSは数Ω以下である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電圧検出ライン１４と二次電池９との接続は、クリップやコネクタ等によるが、何らかの原因で接続が外れる場合があり、また接触不良があると接続が外れたのと同等の状態となる。このような電圧検出ライン１４と二次電池９との接続異常が発生すると、充電電圧や放電電圧の測定ができないので、制御部２が充放電部１を制御できず過充電や過放電が発生し、二次電池９を破損する場合が生ずる。
【００１１】
従来の充放電装置では、電圧測定回路１０において、測定電圧の下限値／上限値を設け、これらの制限電圧を外れる電圧が測定された場合には試験を中止する等の措置が採れるようになっている。しかし、この措置は、電圧検出ライン１４と二次電池９との接続が正常である場合のものであり、接続異常の場合には機能しないので、対策が望まれている。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決すべく創作されたもので、その目的は、電圧検出ラインと二次電池との接続異常が生じた場合に、充放電動作を停止して過充電や過放電の発生を未然に防止でき、更に接続異常の発生を外部に報知できる手段を備えた充放電装置を提供することにある。
【００１５】
請求項１に記載の発明に係る充放電装置は、負荷ラインに接続した二次電池の充電・放電を行う充放電部と、前記二次電池に接続した電圧検出ラインにより検出した電圧に基づき当該二次電池の充電状態・放電状態を監視し、前記充放電部が行う充電・放電の動作を制御する制御部とを備える充放電装置において、前記負荷ラインと前記電圧検出ラインとの間を流れる電流ループを、専用電源を使用して形成し、当該電流ループの開放を検出することにより、電圧検出ラインと前記二次電池との接続異常を検出する検出回路を備え、前記制御部は、前記検出回路が接続異常を検出したとき、充放電部の動作を停止することを特徴とする。
【００１６】
請求項２に記載の発明に係る充放電装置は、請求項１に記載の充放電装置において、前記制御部は、前記検出回路が接続異常を検出したとき、接続異常を外部に報知することを特徴とする。
【００１９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、接続異常が生じた場合、検出回路がそれを検出し、制御部が充放電部の動作を停止する。これにより、二次電池が過充電や過放電となる事態を未然に防止できる。
請求項２に記載の発明によれば、接続異常が生じた場合、制御部が接続異常が発生し測定を中止した旨を報知する。これにより、接続異常が発生した場合に、異常箇所の点検や修理など適切な措置を迅速に採ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の前提となる充放電装置の構成例である。図１では、従来例（図３）と同一構成部分には、同一符号・名称を付してある。
【００２１】
図１において、負荷ライン８と電圧検出ライン１４との間を、抵抗器Ｒａ，Ｒｂでそれぞれ接続してある。負荷ライン８は、ＳＷ５の切替出力端から二次電池９までの接続ラインを指し、また電圧検出ライン１４は、電圧測定回路１０の測定入力端から二次電池９までの接続ラインを指す。実施形態の前提となる充放電装置では、充放電部１と制御部２が隣接して配置されるので、抵抗器Ｒａ，Ｒｂは、装置内におけるＳＷ５の切替出力端から試験端子６，７に至る負荷ライン８の途中と、電圧測定回路１０の測定入力端から測定端子１２，１３に至る電圧検出ライン１４の途中との間に設けてある。勿論、試験端子６と測定端子１２とを抵抗器Ｒａで接続し、試験端子７と測定端子１３とを抵抗器Ｒｂで接続する構成でも良い。
【００２２】
そして、負荷ライン８と電圧検出ライン１４との間に、即ち、充放電部１と制御部２との間に、外れ検出回路１５を設けてある。電源Ｅ１の負極端子は、正極の測定端子１２に接続される電圧検出ライン１４に接続される。電源Ｅ１の正極端子は、抵抗器Ｒ１の一端に接続され、抵抗器Ｒ１の他端は、ホトカプラＰＣ１の発光ダイオードのカソードに接続される。ホトカプラＰＣ１の発光ダイオードのアノードは、正極の試験端子６に接続される負荷ライン８に接続される。そして、ホトカプラＰＣ１のホトトランジスタのコレクタとエミッタが、電圧監視回路１１に接続される。
【００２３】
また、電源Ｅ２の負極端子は、負極の測定端子１３に接続される電圧検出ライン１４に接続される。電源Ｅ２の正極端子は、抵抗器Ｒ２の一端に接続され、抵抗器Ｒ２の他端は、ホトカプラＰＣ２の発光ダイオードのカソードに接続される。ホトカプラＰＣ２の発光ダイオードのアノードは、負極の試験端子７に接続される負荷ライン８に接続される。ホトカプラＰＣ２のホトトランジスタのコレクタとエミッタが、電圧監視回路１１に接続される。そして、電圧監視回路１１は、ホトカプラＰＣ１、ＰＣ２の出力状態から接続異常を示すアラーム信号を出力する。
【００２５】
次に、図１を参照して実施形態の前提となる充放電装置の動作を説明する。図１において、電圧測定回路１０の測定入力端には、二次電池９の両端が、電圧検出ライン１４及び抵抗器Ｒａ，Ｒｂを介して接続されている。
したがって、例えば、電圧検出ライン１４と二次電池９との接続が何らかの原因で外れた場合、電圧測定回路１０の測定入力端には、二次電池９の両端電圧が抵抗器Ｒａ，Ｒｂを介して印加されるので、電圧検出回路１０にて二次電池９の電圧が測定できる。これにより、制御部２では、電圧検出回路１０の検出電圧に基づき充放電部１の充放電動作を制御できるので、二次電池９が過充電や過放電となる事態を未然に防止できる。
【００２６】
このとき、抵抗器Ｒａ，Ｒｂを接続した状態での正常時での測定誤差を少なくするため抵抗器Ｒａ，Ｒｂの抵抗値Ｒは、電圧検出ライン１４の抵抗値をＲＬＳ、電圧測定回路１０の入力インピーダンスをＲＩＮとすれば、ＲＩＮ≫Ｒ≫ＲＬＳの関係を満たすように選定する。
電圧検出ライン１４と二次電池９との接続が外れた場合には、負荷ライン８の抵抗値ＲＬ  による電圧降下分を含めて測定することになるので、外れた状態での充電時には、二次電池９の電池電圧は、検出電圧よりも充電電流Ｉ×抵抗値ＲＬだけ低くなる。これが充電時の測定誤差である。なお、定電圧充電では、充電電流Ｉが減少していくので、充電時間が長くなる程、誤差は少なくなる。また、外れた状態での放電時には、二次電池９の電池電圧は、検出電圧よりも充電電流Ｉ×抵抗値ＲＬ  だけ高くなる。これが放電時の測定誤差である。
【００２７】
このように、接続が外れた状態でも測定を継続できるが、測定誤差がある。抵抗器Ｒａ、Ｒｂを付加したのみでは、使用者は接続異常の発生を知らずに測定を続行するので、精度が落ちるデータを取得することになる。したがって、使用者に接続異常の発生を通知して、測定を続行するか中止するかの判断を委ねる手段を講ずる必要がある。この手段が、外れ検出回路１５と電圧監視回路１１の全体で実現される。
【００２８】
正常接続時では、電源Ｅ１、抵抗器Ｒ１及びホトカプラＰＣ１の回路では、正極の負荷ライン８→正極の電圧検出ライン１４→正極の負荷ライン８のループ電流を形成できるので、ホトカプラＰＣ１のホトトランジスタがオン作動する。電源Ｅ２、抵抗器Ｒ２及びホトカプラＰＣ２の回路でも同様に負極の負荷ライン８→負極の電圧検出ライン１４→負極の負荷ライン８のループ電流を形成でき、ホトカプラＰＣ２のホトトランジスタがオン作動する。これらホトカプラＰＣ１、ＰＣ２の出力状態が電圧監視回路１１に与えられ、接続が正常であることが検出される。なお、このループ電流は、二次電池９には流れないので、充放電動作・測定には影響を与えない。但し、このループ電流によって負荷ライン８、電圧検出ライン１４のそれぞれにおいて電圧降下があるので、電圧測定回路１０では、測定値に誤差を含むことになる。
【００２９】
この測定誤差は、負荷ライン８の抵抗値をＲＬ、電圧検出ライン１４の抵抗値をＲＬＳ、抵抗器Ｒ１（Ｒ２）の抵抗値をＲＥ、電源Ｅ１（Ｅ２）の電圧をＥとすればＲＬＳ×Ｅ／（ＲＬ＋ＲＥ＋ＲＬＳ）が測定誤差となる。したがって、ＲＥ≫ＲＬＳと選定して測定誤差が少なくなるようにしている。
次に、接続異常が発生した場合、上述した電流ループが開放されるので、ホトカプラＰＣ１、ＰＣ２のホトトランジスタは何れもがオフ作動し、電圧監視回路１１で接続異常の発生が検出され、外部にアラーム信号が出力される。このアラーム信号に基づき、異常表示（ランプ）やパソコンへの異常メッセージ表示等が行えるようになっている。
【００３０】
これにより、使用者が、異常発生を知らずに試験を続行することをなくすことができる。また、使用者は、試験を続行するか中止するかの措置を採ることができる。即ち、測定精度を厳密に要求する用途の場合には測定を中止して異常箇所を修理する措置を採ることができ、測定精度をそれほど重要視しない用途では、取り合えず試験を続行してデータを取得する措置を選択できる。
【００３１】
図２は、請求項１、２に対応する実施形態の充放電装置の構成例である。この実施形態の充放電装置は、前記した実施形態の前提となる充放電装置（図１参照）で示した抵抗器Ｒａ、Ｒｂを省略して外れ検出回路１５のみとするとともに、電圧監視回路１１にアラーム信号の出力だけでなく、外れ検出に応答して充放電部１の動作を停止させる機能を追加したものである。
なお、以上の構成と請求項との対応関係は、次のようになっている。充放電部には、充放電部１が対応する。制御部には、制御部２が対応する。負荷ラインには、負荷ライン８が対応する。二次電池には、二次電池９が対応する。電圧検出ラインには、電圧検出ライン１４が対応する。抵抗器には、抵抗器Ｒａ，Ｒｂが対応する。検出回路には、外れ検出回路１５が対応する。
【００３２】
この実施形態では、実施形態の前提となる充放電装置（図１参照）で説明したように、外れ検出回路１５の付加による測定精度の低下を、抵抗器Ｒ１（Ｒ２）の抵抗値ＲE を電圧検出ライン１４の抵抗値ＲLSよりも大きく選定して軽減に努めている。
【００３３】
接続異常が発生した場合、上述した電流ループが開放されるので、ホトカプラＰＣ１、ＰＣ２のホトトランジスタは何れもがオフ作動する。すると、電圧監視回路１１は、接続異常の発生に応答して充放電部１に対し動作停止の指令を送り、充放電動作を停止させる。これにより、二次電池が過充電や過放電となる事態を未然に防止できる。また、電圧監視回路１１は、外部にアラーム信号を出力して異常表示（ランプ）やパソコンへの異常メッセージ表示等を行わせ、使用者に接続異常の発生により測定を中止した旨を通知し、異常箇所の点検や修理など適切な措置を採ることを迅速に催促できる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、接続異常が生じた場合、それを検出し、充放電部の動作を停止できるので、二次電池が過充電や過放電となる事態を未然に防止できる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、接続異常が生じた場合、接続異常が発生し測定を中止した旨を報知できるので、接続異常が発生した場合に、異常箇所の点検や修理など適切な措置を迅速に採ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の前提となる充放電装置の構成例である。
【図２】実施形態の充放電装置の構成例である。
【図３】従来の充放電装置の構成例である。
【符号の説明】
１  充放電部
２  制御部
３  直流電源
４  放電回路
５  スイッチ（ＳＷ）
６，７  試験端子
８  負荷ライン
９  二次電池
１０  電圧測定回路
１１  電圧監視回路
１２，１３  測定端子
１４  電圧検出ライン
１５  外れ検出回路
Ｒａ，Ｒｂ  抵抗器
Ｅ１，Ｅ２  電源
Ｒ１，Ｒ２  抵抗器
ＰＣ１，ＰＣ２  ホトカプラ
【図１】
0003583626.tif 000002
【図２】
0003583626.tif 000003
【図３】
0003583626.tif 000004