(57)【要約】【課題】低コストの２次電池充放電検査装置及び２次電池充放電検査方法を提供する。【解決手段】複数の充放電回路を個々に閉じた形で制御するので、被検査２次電池の数が多くても個々の２次電池に対する制御サイクルが長くなるということがない。また、個々の充放電回路の制度が非常に高くなくても、十分な検査精度が得られるので、個々の充放電回路に高価な部品を使用することなく、汎用的な部品を使用することができ、コストを抑えることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池の定電流／低電圧充電もしくは定電流放電を単体で行うことができる充放電回路の複数の組と、
前記充放電回路の複数の入出力と２次電池との接続を切り替える切り替え部と、
前記充放電回路の組、および前記切り替え部を制御する制御部とを含み、
前記制御部は、複数の充放電回路から一つの２次電池に対して時分割で交互に電流を流し、充放電量の平均化を行うと共に、前記２次電池の積算時間を測定し、その積算時間の大小で良否判定を行うようにしたことを特徴とする２次電池充放電検査装置。
【請求項２】
前記充放電回路の数と、前記２次電池の数とが同数となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の２次電池充放電検査装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記複数の充放電回路及び前記２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の２次電池充放電検査装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差を使用して良否判定を行うようにしたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の２次電池充放電検査装置。
【請求項５】
複数の充放電回路から一つの２次電池に対して時分割で交互に電流を流し、充放電量の平均化を行うと共に、前記２次電池の積算時間を測定し、その積算時間の大小で良否判定を行うことを特徴とする２次電池充放電検査方法。
【請求項６】
前記充放電回路の数と、前記２次電池の数とが同数であることを特徴とする請求項５に記載の２次電池充放電検査方法。
【請求項７】
前記複数の充放電回路及び前記２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えることを特徴とする請求項５または６に記載の２次電池充放電検査方法。
【請求項８】
前記充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差を使用して良否判定を行うことを特徴とする請求項５から７のいずれか１項に記載の２次電池充放電検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの充放電特性を検査する２次電池充放電検査装置及び２次電池充放電検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の２次電池充放電検査方法の一例が、特許文献１に記載されている。
この従来の電池検査方法は、充電用スイッチング素子を介し電池を所定の目標充電電流で所定の目標電圧まで定電流充電してから、目標電圧を保持して保持して定電圧充電する、充電動作と、この充電動作後に電池を、放電用スイッチング素子を介して、所定の終了条件に到達するまで所定の目標放電電流にて定電流放電する放電動作とを、コンピュータのＣＰＵで制御する電池検査方式であって、定電流充電時の電池に流れる現在電流と目標充電電流の差、および定電圧充電時の電池の現在電圧と目標電圧の差をＣＰＵで演算し、演算された電流差信号および電圧差信号をＣＰＵで決められた所定のサイクルタイムで充電用スイッチング素子にデジタルの充電電流指令信号として出力して電池の充電動作を制御し、さらに定電流放電時の電池に流れる現在電流と、目標放電電流の差をＣＰＵで演算し、この演算された電流差信号をＣＰＵで決められたサイクルタイムで放電用スイッチング素子にデジタルの放電電流指令信号として出力し、電池の放電動作を制御する動作をしている。
【０００３】
このような、従来の電池検査方式は、上記文献中に記載のあるように、上記文献中の従来例である、アナログデバイスによる充放電回路の部品点数削減を目的として発明された。
【特許文献１】特開２００３−２１７６８３号公報（第７頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アナログデバイスをデジタルに変更したことによって、本質的にデジタル分解能分の誤差が含まれてしまうこと、また、指令信号切り替え時に、オーバシュートなどが発生する場合があり、これを抑制するために、電流操作係数を細心の注意の元に決定する必要がある。また、このような特性の経時変化に対する対策がなく、結果的に、膨大な部品の定期的な校正作業が必要になる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、低コストの２次電池充放電検査装置及び２次電池充放電検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、２次電池の定電流／低電圧充電もしくは定電流放電を単体で行うことができる充放電回路の複数の組と、前記充放電回路の複数の入出力と２次電池との接続を切り替える切り替え回路と、前記充放電回路の組、および前記切り替え回路を制御する制御部とを含み、前記制御部は、複数の充放電回路から一つの２次電池に対して時分割で交互に電流を流し、充放電量の平均化を行うと共に、前記２次電池の積算時間を測定し、その積算時間の大小で良否判定を行うようにしたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記充放電回路の数と、前記２次電池の数とが同数となるように構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記制御部は、前記複数の充放電回路及び前記２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えるようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記制御部は、前記充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差を使用して良否判定を行うようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、複数の充放電回路から一つの２次電池に対して時分割で交互に電流を流し、充放電量の平均化を行うと共に、前記２次電池の積算時間を測定し、その積算時間の大小で良否判定を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記充放電回路の数と、前記２次電池の数とが同数であることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記複数の充放電回路及び前記２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項５から７のいずれか１項記載の発明において、前記充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差を使用して良否判定を行うことを特徴とする。
【００１４】
すなわち、本発明の２次電池充放電検査装置は、同時に検査する複数の２次電池と同数の充放電回路と、充放電回路群と、２次電池群を多対多で、かつ、いずれの電池もかならず、いずれかの充放電回路に１対１で接続するように切り替えるスイッチ部と、充放電回路群、スイッチ部を制御する制御部とを含んで構成する。
【００１５】
また、充放電回路は、リチウムイオン電池など２次電池用に市販されている専用充放電制御ＩＣを使用し、充放電電流を決定する抵抗部品は、汎用品を用いて構成する。このような構成を採用し、２次電池に対して定電流で充放電動作を行う際、充放電想定時間Ｔを、同時検査に使用するする回路数ｎで割った、時間（Ｔ／ｎ）分だけ、スイッチの切り替えにより、充放電を行い、結果的に、どの電池も、ｎ個の充放電回路から、均等に充放電させることによって、個々の充放電回路の特性が非常に高くなくても、同時検査の複数電池の充放電特性を精度よく比較でき、ひいては、汎用部品を使用した安価な充放電回路で、十分な精度の充放電特性の検査を行うことができる。
このことによって本発明の目的を達成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、複数の充放電回路を個々に閉じた形で制御するので、被検査２次電池の数が多くても個々の２次電池に対する制御サイクルが長くなるということがない。また、個々の充放電回路の精度が非常に高くなくても、十分な検査精度が得られるので、個々の充放電回路に高価な部品を使用することなく、汎用的な部品を使用することができ、コストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の一実施の形態は、２次電池の定電流／低電圧充電もしくは定電流放電を単体で行うことができる充放電回路の複数の組と、充放電回路の複数の入出力と２次電池との接続を切り替える切り替え回路と、充放電回路の組、および切り替え回路を制御する制御部とを含み、制御部は、複数の充放電回路から一つの２次電池に対して時分割で交互に電流を流し、充放電量の平均化を行うと共に、２次電池の積算時間を測定し、その積算時間の大小で良否判定を行うようにしたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、複数の充放電回路を個々に閉じた形で制御するので、被検査２次電池の数が多くても個々の２次電池に対する制御サイクルが長くなるということがない。また、個々の充放電回路の制度が非常に高くなくても、十分な検査精度が得られるので、個々の充放電回路に高価な部品を使用することなく、汎用的な部品を使用することができ、コストを抑えることができる。
【００１９】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、充放電回路の数と、２次電池の数とが同数となるように構成したことを特徴とする。
【００２０】
上記構成によれば、充放電回路の数と、２次電池の数とが同数となるように構成することにより、充放電回路もしくは２次電池のいずれかが開放状態になることなく、常に接続することができるので、２次電池の充放電検査を効率的に行うことができる。
【００２１】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、制御部は、複数の充放電回路及び２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えるようにしたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成によれば、複数の充放電回路及び２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えることにより、各充放電回路と各２次電池とが均等に接続されるので、十分な検査精度が得られるので、個々の充放電回路に高価な部品を使用することなく、汎用的な部品を使用することができ、コストを抑えることができる。
【００２３】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、制御部は、充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差を使用して良否判定を行うようにしたことを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差等の統計的手法を使用して良否判定を行うようにしたことにより、検査精度が向上する。
【００２５】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の一実施の形態は、複数の充放電回路から一つの２次電池に対して時分割で交互に電流を流し、充放電量の平均化を行うと共に、２次電池の積算時間を測定し、その積算時間の大小で良否判定を行うことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、複数の充放電回路を個々に閉じた形で制御するので、被検査２次電池の数が多くても個々の２次電池に対する制御サイクルが長くなるということがない。
【００２７】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、充放電回路の数と、２次電池の数とが同数であることを特徴とする。
【００２８】
上記構成によれば、充放電回路の数と、２次電池の数とが同数となるように構成することにより、充放電回路もしくは２次電池のいずれかが開放状態になることなく、常に接続することができるので、２次電池の充放電検査を効率的に行うことができる。
【００２９】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、複数の充放電回路及び２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えることを特徴とする。
【００３０】
上記構成によれば、複数の充放電回路及び２次電池の切り替えについて個々の接続を１対１とし、かつ一定時間間隔で順次切り替えることにより、各充放電回路と各２次電池とが均等に接続されるので、十分な検査精度が得られるので、個々の充放電回路に高価な部品を使用することなく、汎用的な部品を使用することができ、コストを抑えることができる。
【００３１】
本発明に係る２次電池充放電検査装置の他の実施の形態は、上記構成に加え、充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差を使用して良否判定を行うことを特徴とする。
【００３２】
上記構成によれば、充放電回路の組毎の、充放電検査結果の平均値、標準偏差、組を通した全体の平均値、及び標準偏差等の統計的手法を使用して良否判定を行うようにしたことにより、検査精度が向上する。
【実施例】
【００３３】
次に本発明に係る２次電池充放電検査方法を適用した２次電池充放電検査装置の一実施例について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る２次電池充放電検査装置の一実施例を示すブロック図である。
同図を参照すると、２次電池充放電検査装置は、２次電池に対して充放電を行う充放電回路２０１，２０２，２０３と、充放電回路２０１〜２０３に接続すべき２次電池１０１，１０２，１０３の接続関係を切り替える切り替え回路３０２と、充放電回路２０１〜２０３と切り替え回路３０２とを制御する制御部３０１とで構成されている。
【００３４】
なお、図１では、一例として３個の２次電池１０１〜１０３を同時に充放電検査する例を示しているが、ｎ個の２次電池を同時検査するように構成する場合は、同数ｎ個の充放電回路を用いるのが好ましい。
【００３５】
図２は本発明の構成要素である定電流充電もしくは定電流放電に用いる定電流回路の一例を示す図である。
同図に示す定電流回路は、入力端子Ｐｉに一端（陽極）が接続され他端（陰極）が接地されたコンデンサ（電解コンデンサ）４０４と、入力端子Ｐｉにエミッタが接続されたトランジスタ４０６と、トランジスタ４０６のエミッタ−ベース間に接続された抵抗４０８と、一端がトランジスタ４０６のベースに接続された抵抗４０９と、アノードがトランジスタ４０６のコレクタに接続された逆流防止ダイオード４０５と、一端が逆流防止ダイオード４０５のカソードに接続され他端が出力端子Ｐｏに接続されたシャント抵抗（電流検出抵抗）４０２と、出力端子Ｐｏに一端（陽極）が接続され他端（陰極）が接地されたコンデンサ（電解コンデンサ）４０３と、入力端がシャント抵抗４０２の両端に接続され、出力端が抵抗４０９の他端に接続された充放電制御ＩＣ４０１とで構成されている。
【００３６】
専用ＩＣ４０１は、一般用の携帯電話用電池充電器などに用いられている、汎用のＩＣであり、たとえば、リチウムイオン電池制御用モノリシックＩＣ  ＭＭ１３３３（三菱電機（株）製）やリチウムイオン電池充電制御ＩＣ  ＮＪＷ４１２０（新日本無線（株）製）等の市販品が挙げられる。
これらのＩＣにおいては、シャント抵抗４０２に発生する電位差をフィードバックすることによって、トランジスタ４０６を制御し、定電流をコントロールすることができる。このようなＩＣは充電側の２次電池の電圧を感知して、定電流充電から定電圧充電に切り替える機能を併せ持っており、２次電池の種類にあわせて、好適な充電動作すなわち、定電流・定電圧充電を行うことができる。シャント抵抗４０２は、抵抗値として、一般的には数パーセント程度の絶対誤差を伴っている。
なお、図２においては、発明の趣旨を強調するため、保護回路や、電圧検出のためのＩＣ外付け部品を省略している。
【００３７】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。
切り替え回路３０２（図１参照）は、２次電池群１０１〜１０３と充放電回路群２０１〜２０３の間にあって、それぞれを１対１の関係になるよう接続する動作を行う。具体的には、リレーまたは、フォトＭＯＳリレーなどの、電子式リレーを用いたスイッチ群で構成される。
【００３８】
制御部３０１は、たとえば、たとえばコンピュータなどのプログラム可能な装置であり、あらかじめプログラムされた手順に従って、充放電回路へのスタート／ストップなどの制御動作指示、切り替え回路３０２への切り替え動作指示、および、充放電停止時間の計測、データ記憶と、良否判定を行う。コンピュータから、充放電回路群２０１〜２０３や切り替え回路３０２への制御は、たとえば、コンピュータの拡張バスに接続したデジタルＩ／ＯボードのＩ／Ｏ信号によって行う。
【００３９】
次に、図３（ａ）〜図３（ｂ）及び図４を参照して本実施の形態の全体の動作について詳細に説明する。
図３（ａ）は、図１に示した２次電池充放電検査装置の充電前期における接続状態を示し、図３（ｂ）は、図１に示した２次電池充放電検査装置の充電中期における接続状態を示し、図３（ｃ）は、図１に示した２次電池充放電検査装置の充電後期における接続状態を示す図である。尚、説明を簡略化するため、制御部３０１は省略されている。また、波線は接続状態を示している。
図４は、図１に示した２次電池充放電検査装置のフローチャートである。
【００４０】
この実施例では、３個の２次電池１０１〜１０３を３個の充放電回路２０１〜２０３で同時に充電検査する場合が示されているが、ｎ個の電池をｎ個の回路で同時に検査する場合でも、同様である。
【００４１】
まず図４のステップＳ５０１では、切り替え回路３０１を図３（ａ）の充電前期の接続に切り替える。この状態で、想定充電時間の１／３の時間だけ定電流充電する（ステップＳ５０２）。
ステップＳ５０３では、すべてのスイッチ部の切り替えパターンが実行されたか否かを判断し、終了していない場合（ステップＳ５０３／ＮＯ）は、次の切り替えパターンにして、同じ時間だけ定電流充電する。この場合は、図３（ｂ）の充電中期の接続関係で行う。
【００４２】
同様にして、次の繰り返しサイクルでは、図３（ｃ）の充電後期の切り替えで一定電流充電を行う。最後の切り替えパターンの場合のみ、ステップＳ５０４に進み、充電を終了する判定のための、終了電圧に達したか否かを判定し、終了していない場合（ステップＳ５０４／ＮＯ）には、充電を継続する。
ステップＳ５０４は、図示していないが、２次電池ごとに個別に行う。
終了電圧に達したら、それまでの時間を積算する（ステップＳ５０５）。
結果的に、個々の２次電池１０１〜１０３ごとに、積算時間は、変わってくる。積算時間の長短は、２次電池１０１〜１０３の充電量の大小と一致するので、積算時間の大小をもって、２次電池１０１〜１０３の良否判定を行う。なお、定電流回路は、汎用品で構成されているため、電流値の絶対精度としては、典型的には数パーセントばらついている。しかし安定度は、１個の電池を検査している程度の時間範囲では、十分良いので、上記説明のように、時分割を行って、どの２次電池１０１〜１０３にも、すべての充電回路から、均等の寄与率で充電を行えば、同時検査した複数の２次電池同士を、同じ基準で比較できる。
【００４３】
なお、上記説明では、時分割の単位として、同時検査し使用する回路の数のｎ分割（３分割）としたが、さらに高精度化するには、分割数を上げることができる。すなわち繰り返しサイクルをｍ回とし、１回の充電時間を、総時間の（ｍ×ｎ）分割分とすることで、高精度化がはかれる。なお、上記説明では、同時に検査する２次電池１０１〜１０３の個数は、その際、使用する回路の個数と同数であるが、２次電池１０１〜１０３の個数が、回路の個数を下回っても、同じ手順で検査ができる。
【００４４】
つぎに、多量の２次電池を検査する場合について説明する。
上記説明において、同時検査する単位数をｎ個とする。ｎ個の組を１セットとしたとき、ｋセットの充放電回路と、切り替え回路を用意したとする。この際、同一セット内の２次電池は、前記説明によって、精度よく比較しうるが、別のセットに属する２次電池同士を直接比較することはできない。
【００４５】
そこで、同時検査のすべての充電積算時間の平均をρａｌｌ、標準偏差をσａｌｌ、ひとつのセットに属する２次電池の積算時間の平均をρｓｋ、標準偏差をσｓｋ、そのセットの個別の電池の充電積算時間をｔｉとすると、たとえば、ｔｉ（補正後）＝（ｔｉ−ρｓｋ）＊（σａｌｌ／σｓｋ）＋ρａｌｌといった補正計算を行い、しかるのちに良否判定を行う。このような統計的判定を導入する際は、単位数ｎは、３では少なすぎるので、たとえば、５から８個程度の個数は、最低必要である。また、平均ρｓｋの施行ごとの推移を記録することによって、ロット不良、あるいは、所属するいずれかの充電回路の突発故障を発見する。
【００４６】
すなわち、すべてのセットにおいて、ρｓｋがシフトしたときは、ロット不良、特定のセットのみシフトした場合は、回路の突発故障を判定する。突発故障を起こした回路のセットは、σａｌｌの計算には含めず、再検査を行う。
【００４７】
〔効果〕
第１の効果は、複数の充放電回路をＣＰＵで集中制御するのでなく、個々に閉じた形で制御するので、被検査２次電池の数が多くても、個々の２次電池に対する制御サイクルが長くなるという問題点が無い。
【００４８】
第２の効果は、個々の充放電回路の精度が非常に高くなくても、十分な検査精度が得られるので、個々の充放電回路に高額な高精度部品を  使用することなく、汎用的な部品を使用することができ、装置価格を抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、２次電池の充放電検査の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明に係る２次電池充放電検査装置の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の構成要素である定電流充電もしくは定電流放電に用いる定電流回路の一例を示す図である。
【図３】（ａ）は、図１に示した２次電池充放電検査装置の充電前期における接続状態を示し、（ｂ）は、図１に示した２次電池充放電検査装置の充電中期における接続状態を示し、（ｃ）は、図１に示した２次電池充放電検査装置の充電後期における接続状態を示す図である。
【図４】図１に示した２次電池充放電検査装置のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１０１〜１０３    ２次電池
２０１〜２０３    充放電回路
３０１    制御部
３０２    切り替え回路
【図１】
2007304006.tif 000003
【図２】
2007304006.tif 000004
【図３】
2007304006.tif 000005
【図４】
2007304006.tif 000006