特許 7351053 二次電池試験装置及びそれを備える二次電池試験システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-19

(45)【発行日】2023-09-27

(54)【発明の名称】二次電池試験装置及びそれを備える二次電池試験システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20230920BHJP

   G01R 31/36 20200101ALI20230920BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 Y

G01R31/36

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023059730

(22)【出願日】2023-04-03

【審査請求日】2023-04-03

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523226273

【氏名又は名称】津野 浩一

(74)【代理人】

【識別番号】100200333

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 真二

(72)【発明者】

【氏名】津野 浩一

【審査官】高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２７２０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１６９５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１６３０６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００ － ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ － ７／３６

Ｇ０１Ｒ ３１／３６ －３１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された複数の二次電池の試験を行う二次電池試験装置であって、
前記各二次電池と直列に接続して、前記二次電池に対して予め設定された電圧値である設定電圧値に応じた電圧を生成する保護手段と、
前記保護手段と前記二次電池との接続を制御する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記二次電池の電圧が前記設定電圧値に到達したときに、前記保護手段に電流が流れるように、前記二次電池及び前記保護手段の接続を行うことを特徴とする二次電池試験装置。

【請求項2】

前記制御部が、
前記各二次電池の電圧を測定する電圧測定手段と、
前記電圧測定手段により測定される電圧が、前記設定電圧値に到達したか否かを判定する切替制御部と、
前記切替制御部による判定の結果に基づいて、前記二次電池及び前記保護手段の接続の状態を切り替える切替手段と、を具備する請求項１に記載の二次電池試験装置。

【請求項3】

前記設定電圧値が、前記二次電池を充電する場合に使用される充電用設定電圧値であり、
前記保護手段が、前記充電用設定電圧値に応じた電圧を生成する保護回路を具備する請求項１に記載の二次電池試験装置。

【請求項4】

前記二次電池の充電を開始してから前記二次電池の電圧が前記充電用設定電圧値に到達するまでの時間を計測する時間計測部を更に具備する請求項３に記載の二次電池試験装置。

【請求項5】

前記設定電圧値が、前記二次電池を放電する場合に使用される放電用設定電圧値であり、
前記保護手段が、前記放電用設定電圧値に応じた電圧を生成する保護回路を具備する請求項１に記載の二次電池試験装置。

【請求項6】

前記二次電池の放電を開始してから前記二次電池の電圧が前記放電用設定電圧値に到達するまでの時間を計測する時間計測部を更に具備する請求項５に記載の二次電池試験装置。

【請求項7】

前記保護回路が、ツェナーダイオード及び抵抗より構成される請求項３又は５に記載の二次電池試験装置。

【請求項8】

前記設定電圧値が、前記二次電池を充電する場合に使用される充電用設定電圧値及び前記二次電池を放電する場合に使用される放電用設定電圧値であり、
前記保護手段が、前記充電用設定電圧値に応じた電圧を生成する充電用保護回路と、前記放電用設定電圧値に応じた電圧を生成する放電用保護回路と、を具備する請求項１に記載の二次電池試験装置。

【請求項9】

前記二次電池の充電を開始してから前記二次電池の電圧が前記充電用設定電圧値に到達するまでの時間及び前記二次電池の放電を開始してから前記二次電池の電圧が前記放電用設定電圧値に到達するまでの時間の少なくとも１つを計測する時間計測部を更に具備する請求項８に記載の二次電池試験装置。

【請求項10】

前記充電用保護回路及び前記放電用保護回路が、それぞれツェナーダイオード及び抵抗より構成される請求項８に記載の二次電池試験装置。

【請求項11】

前記保護回路が、前記保護回路に流れる電流を調節する電流調節回路を更に具備する請求項３乃至６のいずれかに記載の二次電池試験装置。

【請求項12】

前記充電用保護回路が、前記充電用保護回路に流れる電流を調節する充電用電流調節回路を更に具備し、
前記放電用保護回路が、前記放電用保護回路に流れる電流を調節する放電用電流調節回路を更に具備する請求項８乃至１０のいずれかに記載の二次電池試験装置。

【請求項13】

請求項１に記載の二次電池試験装置を備える二次電池試験システムであって、
前記二次電池試験装置の動作を管理する管理装置を更に備えることを特徴とする二次電池試験システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池の充電及び／又は放電の試験を行う二次電池試験装置及びそれを備える二次電池試験システムに関し、特に、直列に接続された複数の二次電池の試験を行う二次電池試験装置及びそれを備える二次電池試験システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スマートフォンやタブレット端末等のＩＴ機器等の電源として、充電可能な二次電池が広く使用されている。近年では、脱炭素化社会実現に向けて、電気自動車へのシフトが世界レベルで加速しており、電気自動車の電源としての二次電池の重要性が増している。電気自動車に使用される二次電池としては、一般的にリチウムイオン電池が使用されている。リチウムイオン電池は、体積エネルギー密度及び重量エネルギー密度が共に高く、急速な充放電が可能であり、充電された電力を使い切らない状態で充電を繰り返すことにより使用可能時間が短くなるメモリ効果がない等のメリットがあることから、電気自動車を始め、様々な装置や機器に使用されている。

【0003】

二次電池は、製造工程の最終段階において、品質や安全性等の面から、所定の性能や特性を満たしていることを確認するための充放電試験を実施してから出荷される。また、二次電池の内部抵抗値によって二次電池の特性は大きく変化するので、ＡＣＩＲ（Alternating Current Internal Resistance）検査やＤＣＩＲ（Direct Current Internal Resistance）検査等により内部抵抗値を算出し、算出された内部抵抗値を基に、二次電池のランク分けを行うことがある。ＡＣＩＲ検査は、二次電池に微小な交流信号を印加して、二次電池の抵抗成分とリアクタンス成分とを分離して測定する検査方法で、ＤＣＩＲ検査は、二次電池を一定の電流で放電し、放電電流値と特定のタイミングでの電圧降下から内部抵抗値を算出する検査方法である。

【0004】

二次電池の充放電試験では、二次電池の充電及び放電を制御して、二次電池の性能や特性等の確認試験を行う。この二次電池の充電及び放電の制御方式として、特にリチウムイオン電池の充放電試験では、定電流・定電圧充電方式及び定電流・定電圧放電方式での制御（以下、「ＣＣＣＶ制御」とする）が、一般的に行われている。ＣＣＣＶ制御では、まず一定の電流（定電流、Constant Current）で充電（又は放電）して二次電池の電圧を上昇（又は下降）させ（以下、この制御を「ＣＣ制御」とする）、電圧が所定の電圧に到達したら、この所定の電圧（定電圧、Constant Voltage）を保持するように充電（又は放電）の電流を微調整し（以下、この制御を「ＣＶ制御」とする）、所定の条件（例えば所定の経過時間、所定の終了電流値等）が満たしたら、充電（又は放電）を終了する。ＣＣ制御からＣＶ制御に切り替えることにより、二次電池が過充電及び過放電となるのを防止する。二次電池の過充電及び過放電の防止は重要な課題である。特にリチウムイオン電池の場合、過充電されると、電池内部の負極表面に針状の金属リチウム（デンドライト）が析出し、これが負極と正極を隔てているセパレータを突き破り、内部短絡（ショート）が発生し、電池が破裂、発火する危険性が生じる。また、リチウムイオン電池は、過放電の状態が長く継続すると、電池の負極に用いられている銅箔が溶けて劣化し、最終的には充電できない状態になってしまうおそれがあると共に、銅の溶出と並行して電解液の還元分解反応が進行することによって大量のガスが発生するおそれがある。リチウムイオン電池以外の二次電池においても、過充電及び過放電は、電池の損傷や性能劣化等を引き起こすおそれがある。よって、二次電池の充放電試験では、二次電池が過充電及び過放電とならないようにしなければならない。

【0005】

製造工程の最終段階での二次電池の充放電試験では、基本的に全数の試験が行われるので、効率的に試験を行うために、複数の二次電池が同時に試験されている。例えば、複数の二次電池を直列に接続して（以下、「直列接続方式」とする）、又は並列に接続して（以下、「並列接続方式」とする）、接続された全ての二次電池に対して同時に充電又は放電を行う。二次電池、特にリチウムイオン電池に対する従来の充放電試験では、並列接続方式が採用されている。並列接続方式での充放電試験は、二次電池の電圧を個別に計測するので、安全面から厳密な電圧計測が求められるリチウムイオン電池の充放電試験に適している。しかし、並列接続方式での充放電試験を実現するためには、高電流の出力及び制御が可能な高性能かつ高価で大型な充放電電源が必要となり、充放電試験を行う装置の大型化、高コスト化等を招くおそれがある。また、二次電池毎に充放電電源を使用する場合では、二次電池の正極及び負極に接続するケーブルも二次電池毎に必要となるので、このことも高コスト化の要因となり得る。高出力の充放電電源の使用やケーブルの増加は、二次電池を含めた試験装置全体から放出される熱の増加に繋がり、高温環境下で試験を行うおそれも生じる。

【0006】

直列接続方式での充放電試験の場合、上述の並列接続方式での充放電試験の課題を軽減することが可能である。しかし、直列接続方式での充放電試験では、直列に接続された二次電池の全体の電圧を計測する場合が多く、この場合、個々の二次電池の正確な電圧を把握するのが難しく、この点は、特にリチウムイオン電池の試験では問題となり得る。また、二次電池が直列に接続されているので、過充電及び過放電を防止するための制御が、並列接続方式の場合に比べて、複雑になる傾向がある。

【0007】

そこで、直列接続方式の利点を活かした上で、上記の課題の解決を図った装置やシステムが提案されている。

【0008】

例えば、特開２０１３－２９４８５号公報（特許文献１）では、充放電試験の対象である二次電池と切替手段である４つのスイッチと切替制御部を１単位とするユニットを複数直列に接続し、スイッチのオン／オフの組み合わせにより二次電池を充電、放電、バイパスする回路を構成して、種々の充放電試験と過充電・過放電の防止を行う充放電試験装置が提案されている。ユニットには、二次電池に流れる電流を測定する電流計と二次電池の電圧を測定する電圧計も備えられている。切替制御部は、電流計からの電流及び電圧計からの電圧の情報により、ＣＣＣＶ制御等による充電及び放電の制御を行う。

【0009】

特開２０１９－１０２２６７号公報（特許文献２）では、直列接続した複数の二次電池を定電流放電する場合に、二次電池を直列接続状態から切り離すためのスイッチング素子（第１のスイッチング素子）を有する直列制御回路と、ダイオード及びスイッチング素子（第２のスイッチング素子）を有する並列制御回路により、放電電流の変動を抑えて、放電容量を精度よく計測できるようにする充放電試験システムが提案されている。充放電試験システムは、二次電池毎に充放電を制御する個別制御手段を有しており、個別制御手段は、放電中の二次電池の電圧を測定して規定電圧と比較する比較器と、測定された二次電池の電圧に従って、第１、第２のスイッチング素子のオンオフを切り替えるドライバーを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１３－２９４８５号公報

【文献】特開２０１９－１０２２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

特許文献１の充放電試験装置や特許文献２の充放電試験システム等のように、直列に接続された二次電池に対する過充電及び／又は過放電の防止をスイッチ（スイッチング素子）のオン／オフの切り替えで行う装置では、例えば直列接続から二次電池を切り離すバイパス回路と二次電池に電流が流れる回路を構成し、両回路を切り替えるスイッチを設け、スイッチがオンのときにバイパス回路を有効にして、過充電及び／又は過放電の防止を図っている。このような手段を用いた二次電池の充放電試験において、所定の電圧を保持するＣＶ制御では、通常、二次電池の電圧を監視し、電圧が所定の電圧に到達したらスイッチをオンにして二次電池に電流が流れないようにする動作と、電圧が所定の電圧から外れたらスイッチをオフにして二次電池に電流が流れるようにする動作を、繰り返し実行している。

【0012】

しかしながら、ＣＶ制御が行われているときに二次電池の電圧の計測において不具合が発生した場合、例えば電圧計の故障や電圧値の伝達経路の断線等が発生した場合、正確な電圧値が得られず、電圧が所定の電圧になったのでスイッチをオンに切り替えて二次電池に電流が流れないようにすべきところを、スイッチがオフのままで二次電池に電流が流れ続ける状況が起こり得る。この場合、過充電及び／又は過放電を防止することができなくなる。

【0013】

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、二次電池の電圧の計測に不具合が発生した場合等でも、二次電池に対して過充電及び／又は過放電となる状況を抑制可能な二次電池試験装置及びそれを備える二次電池試験システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、直列に接続された複数の二次電池の試験を行う二次電池試験装置に関し、本発明の上記目的は、前記各二次電池と直列に接続して、前記二次電池に対して予め設定された電圧値である設定電圧値に応じた電圧を生成する保護手段と、前記保護手段と前記二次電池との接続を制御する制御部と、を備え、前記制御部が、前記二次電池の電圧が前記設定電圧値に到達したときに、前記保護手段に電流が流れるように、前記二次電池及び前記保護手段の接続を行うことにより達成される。

【0015】

本発明の上記目的は、前記制御部が、前記各二次電池の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段により測定される電圧が、前記設定電圧値に到達したか否かを判定する切替制御部と、前記切替制御部による判定の結果に基づいて、前記二次電池及び前記保護手段の接続の状態を切り替える切替手段と、を具備することにより、或いは、前記設定電圧値が、前記二次電池を充電する場合に使用される充電用設定電圧値であり、前記保護手段が、前記充電用設定電圧値に応じた電圧を生成する保護回路を具備することにより、或いは、前記二次電池の充電を開始してから前記二次電池の電圧が前記充電用設定電圧値に到達するまでの時間を計測する時間計測部を更に具備することにより、或いは、前記設定電圧値が、前記二次電池を放電する場合に使用される放電用設定電圧値であり、前記保護手段が、前記放電用設定電圧値に応じた電圧を生成する保護回路を具備することにより、或いは、前記二次電池の放電を開始してから前記二次電池の電圧が前記放電用設定電圧値に到達するまでの時間を計測する時間計測部を更に具備することにより、或いは、前記保護回路が、ツェナーダイオード及び抵抗より構成されることにより、或いは、前記設定電圧値が、前記二次電池を充電する場合に使用される充電用設定電圧値及び前記二次電池を放電する場合に使用される放電用設定電圧値であり、前記保護手段が、前記充電用設定電圧値に応じた電圧を生成する充電用保護回路と、前記放電用設定電圧値に応じた電圧を生成する放電用保護回路と、を具備することにより、或いは、前記二次電池の充電を開始してから前記二次電池の電圧が前記充電用設定電圧値に到達するまでの時間及び前記二次電池の放電を開始してから前記二次電池の電圧が前記放電用設定電圧値に到達するまでの時間の少なくとも１つを計測する時間計測部を更に具備することにより、或いは、前記充電用保護回路及び前記放電用保護回路が、それぞれツェナーダイオード及び抵抗より構成されることにより、或いは、前記保護回路が、前記保護回路に流れる電流を調節する電流調節回路を更に具備することにより、或いは、前記充電用保護回路が、前記充電用保護回路に流れる電流を調節する充電用電流調節回路を更に具備し、前記放電用保護回路が、前記放電用保護回路に流れる電流を調節する放電用電流調節回路を更に具備することにより、より効果的に達成される。

【0016】

また、本発明は、上記の二次電池試験装置を備える二次電池試験システムに関し、本発明の上記目的は、前記二次電池試験装置の動作を管理する管理装置を更に備えることにより達成される。

【発明の効果】

【0017】

本発明の二次電池試験装置及び二次電池試験システムによれば、二次電池の電圧が設定電圧値に到達したときに、二次電池に直列に接続して、設定電圧値に応じた電圧を生成する保護手段に電流が流れる状態になるので、ＣＶ制御中に二次電池の電圧の計測にて不具合が発生しても、保護手段が機能して、二次電池に対する過充電及び／又は過放電を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明に係る二次電池試験装置を備える二次電池試験システムの構成例（第１実施形態）を示す図である。

【図2】ＣＣＣＶ制御による充放電試験でのリチウムイオン電池の電流及び電圧の時間変化の例を示す模式図である。

【図3】制御基板及び直列セル部の構成例（第１実施形態）を示す図である。

【図4】保護手段の構成例（第１実施形態）を示す図である。

【図5】制御基板及び直列セル部の動作例（第１実施形態）を示すフローチャートである。

【図6】切替手段を保護手段の後段に配置した場合の構成例を示す図である。

【図7】切替手段を統合した場合の構成例を示す図である。

【図8】本発明に係る二次電池試験装置における切替手段、保護手段及びリチウムイオン電池の構成例（第２実施形態、第３実施形態）を示す図である。

【図9】本発明に係る二次電池試験装置を備える二次電池試験システムの構成例（第４実施形態）を示す図である。

【図10】時間計測部の動作例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明に係る二次電池試験装置は、直列接続方式での充放電試験を行う。即ち、直列に接続された複数のリチウムイオン電池等の二次電池に対して、充電、放電又は充放電を行い、各二次電池が所定の要件を満たす性能や特性を有しているかの確認試験を行う。直列接続方式で試験を行うので、高出力で大型の充放電電源を使用せずに試験を行い、二次電池の正極及び負極に接続するケーブルの数を抑制することが可能で、それに伴い、装置全体から放出される熱を抑制することができる。

【0020】

直列接続方式での充放電試験において、二次電池に対する過充電及び／又は過放電を防止するために、本発明に係る二次電池試験装置は、試験対象である二次電池毎に、保護手段を備えている。保護手段は各二次電池と直列に接続しており、例えばＣＣＣＶ制御にて二次電池の充電及び放電を行う場合、ＣＣ制御からＣＶ制御への切り替えにおいて、つまり、二次電池の電圧が予め設定された所定の電圧（設定電圧値）に到達したとき、保護手段に電流が流れるように、二次電池及び保護手段の接続状態が切り替わる。保護手段は、設定電圧値に応じた電圧を生成するように構成されており、保護手段に電流が流れることにより、二次電池の電圧は設定電圧値にリセットされる。これにより、充電時は二次電池の電圧が過電圧とならないことにより過充電を防止し、放電時は二次電池の電圧が降下しないことにより過放電を防止することができる。このようにして二次電池への過充電及び過放電を防止するので、バイパス回路との切り替えにより二次電池への過充電及び過放電の防止を図る場合のようにＣＶ制御における電圧測定の不具合等で二次電池に対して過充電及び過放電となってしまう状況を、回避することができる。

【0021】

また、本発明に係る二次電池試験装置では、二次電池の充電を開始してから二次電池の電圧が充電時の設定電圧値（充電用設定電圧値）に到達するまでの時間（以下、「充電時間」とする）、及び／又は、二次電池の放電を開始してから二次電池の電圧が放電時の設定電圧値（放電用設定電圧値）に到達するまでの時間（以下、「放電時間」とする）を計測することも可能である。これらの情報は、セルバランスの崩れの解消等のために使用することができる。セルバランスとは、直列に接続された二次電池（セル）において、各二次電池の電圧を均等にすること（機能）であり、二次電池毎の電圧にばらつきが生じている状態が、セルバランスの崩れである。電気自動車等では二次電池を直列に接続した電池パック（バッテリ）が使用されるので、効率的に電池パックを使用するためには、セルバランスの崩れの解消が必要である。本発明に係る二次電池試験装置により計測される充電時間及び／又は放電時間に基づいて各二次電池のランク分けを行い、そのランクを基に、直列接続として組み合わせる二次電池を決定することにより、セルバランスの崩れを最小限にして、効率的に電池パックを使用するように改善することができる。

【0022】

なお、本発明は、二次電池の充電のみの試験、放電のみの試験、又は充電及び放電の両方の試験を行う二次電池試験装置として実現することが可能である。また、本発明は、上述の二次電池試験装置として実現しても良いし、二次電池試験装置に加え、二次電池試験装置の動作を管理する管理装置を備える二次電池試験システムとして実現しても良い。

【0023】

以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、同一構成要素には同一符号を付し、説明を省略することがある。また、以下の説明における構成等は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。更に、以下では、本発明を実施するための主要な構成及び動作を中心にして説明しており、本発明を実施するために必要となる汎用的な構成や動作等については説明を簡略又は省略している。

【0024】

図１に、本発明に係る二次電池試験装置を備える二次電池試験システムの構成例（第１実施形態）を示す。
本実施形態の二次電池試験システム１は、リチウムイオン電池を試験対象として、ＣＣＣＶ制御による充放電試験を行う。ＣＣＣＶ制御は、リチウムイオン電池の充放電試験で一般的に用いられている制御方法である。図２は、ＣＣＣＶ制御による充放電試験でのリチウムイオン電池の電流及び電圧の時間変化の例を示す模式図であり、図２（Ａ）は充電時の時間変化で、図２（Ｂ）は放電時の時間変化である。

【0025】

ＣＣＣＶ制御による充放電試験では、充電時及び放電時共に、ＣＣ制御からＣＶ制御に移行する制御が行われる。即ち、充電時は、図２（Ａ）に示されるように、まずＣＣ制御として、電流値Ｉ１の一定の電流Ｉｂでリチウムイオン電池を充電してリチウムイオン電池の電圧Ｖｂを上昇させ、電圧Ｖｂが予め設定された電圧値Ｖ１（設定電圧値、充電用設定電圧値）（例えば４．２５Ｖ）に到達したら、ＣＶ制御に移行し、電圧Ｖｂが電圧値Ｖ１を保持するように、電流Ｉｂを電流値Ｉ１から徐々に下降させてリチウムイオン電池を充電し、予め設定された時間ｔ１（例えば３時間）を経過したら、充電を終了させる。充電終了で電流Ｉｂがゼロになると、電圧Ｖｂは緩慢に下降する。放電時は、図２（Ｂ）に示されるように、まずＣＣ制御として、電流値Ｉ３の一定の電流Ｉｂでリチウムイオン電池を放電してリチウムイオン電池の電圧Ｖｂを下降させ、電圧Ｖｂが予め設定された電圧値Ｖ２（設定電圧値、放電用設定電圧値）（例えば１Ｖ）に到達したら、ＣＶ制御に移行し、電圧Ｖｂが電圧値Ｖ２を保持するように、電流Ｉｂを電流値Ｉ３から徐々に下降させてリチウムイオン電池を放電し、予め設定された時間ｔ２（例えば１時間）を経過したら、放電を終了させる。なお、充電及び／又は放電を、経過時間ではなく、電流Ｉｂが予め設定された電流値（「終了電流値」と呼ばれることがある）に到達したら、終了させるようにしても良い。例えば、充電時は、図２（Ａ）に示されるように、電流Ｉｂが終了電流値（電流値Ｉ２）に到達したら、充電を終了し、放電時は、図２（Ｂ）に示されるように、電流Ｉｂが終了電流値（電流値Ｉ４）に到達したら、放電を終了させる。図２（Ａ）では、電流Ｉｂは時間ｔ１で終了電流値に到達しているが、時間ｔ１での電流値を終了電流値としなくても良い。同様に、図２（Ｂ）では、電流Ｉｂは時間ｔ２で終了電流値に到達しているが、時間ｔ２での電流値を終了電流値としなくても良い。

【0026】

二次電池試験システム１は、ＣＣＣＶ制御にてＣＣ制御からＣＶ制御に移行することにより、充放電試験におけるリチウムイオン電池の過充電及び過放電を防止している。特に、リチウムイオン電池の場合、電圧Ｖｂが僅かに（例えば０．１Ｖ）超過した過充電でも破裂、発火する危険性があるので、ＣＶ制御では電圧Ｖｂの厳密な監視が必要である。

【0027】

なお、二次電池試験システム１は、リチウムイオン電池の充放電試験をＣＣＣＶ制御以外の制御方法、例えば定電力定電圧制御（ＣＰＣＶ制御）等で行っても良い。また、二次電池試験システム１は、リチウムイオン電池以外の二次電池、例えばニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池等を試験対象としても良い。

【0028】

図１に示されるように、二次電池試験システム１は、複数のリチウムイオン電池の充放電試験を行う二次電池試験装置１０及び二次電池試験装置１０の動作を管理する管理装置２０を備える。二次電池試験装置１０と管理装置２０は、イーサネット等の通信規格に準じた有線ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）で接続されている。なお、二次電池試験装置１０と管理装置２０は、他の規格のケーブルで接続されても良いし、有線ではなく無線ＬＡＮ等で接続されても良い。

【0029】

管理装置２０は、二次電池試験装置１０が行う充放電試験の形態、即ち充電時の試験（以下、「充電試験」とする）か放電時の試験（以下、「放電試験」とする）かを示すモード情報Ｍｉを、二次電池試験装置１０に送信する。「充電試験」を示す値（例えば０）及び「放電試験」を示す値（例えば１）を予め決めておき、充放電試験の形態に合わせて、それに対応する値をモード情報Ｍｉに設定する。

【0030】

また、管理装置２０は、二次電池試験装置１０がＣＣＣＶ制御による充放電試験を行うために必要な情報（以下、「試験設定情報」とする）Ｔｉを、二次電池試験装置１０に送信する。具体的には、管理装置２０は、モード情報Ｍｉが「充電試験」である充電試験では、充電時のＣＣ制御での設定値である電流値Ｉ１、ＣＶ制御での設定値である電圧値Ｖ１、及び設定時間である時間ｔ２を試験設定情報Ｔｉとして送信し、モード情報Ｍｉが「放電試験」である放電試験では、放電時のＣＣ制御での設定値である電流値Ｉ３、ＣＶ制御での設定値である電圧値Ｖ２、及び設定時間である時間ｔ４を試験設定情報Ｔｉとして送信する。なお、充放電試験開始時に、充電時及び放電時両方での設定値を試験設定情報Ｔｉとして二次電池試験装置１０に送信し、充電試験開始時及び放電試験開始時に、モード情報Ｍｉを二次電池試験装置１０に送信するようにしても良い。

【0031】

管理装置２０としてパソコン等の汎用の情報機器を使用して、管理装置２０での処理を、専用のアプリケーション（アプリケーションプログラム）、または、専用のアプリケーションと汎用のアプリケーションの組み合わせ等により行っても良いし、管理装置２０として専用機器を使用しても良い。なお、試験設定情報Ｔｉの一部又は全部を、二次電池試験装置１０が予め保持しても良い。二次電池試験装置１０が、モード情報Ｍｉ等を直接受け付ける手段を備えるようにしても良い。二次電池試験装置１０が全ての試験設定情報Ｔｉを保持し、モード情報Ｍｉを受け付ける手段を備える場合、管理装置２０はなくても良い。

【0032】

二次電池試験装置１０は、電源コントローラ１１０、充放電電源１２０、制御基板１３０、直列セル部１４０及び電圧モニタコントローラ１５０を備え、直列セル部１４０に搭載されて直列に接続された複数のリチウムイオン電池に対して、ＣＣＣＶ制御による充放電試験を行う。

【0033】

電源コントローラ１１０は、管理装置２０から送信されるモード情報Ｍｉ及び試験設定情報Ｔｉ並びに直列セル部１４０に搭載されている各リチウムイオン電池の電圧Ｖｂの値を基に、充放電電源１２０からの電流Ｉａを制御する。各リチウムイオン電池の電圧Ｖｂの値は、制御基板１３０により計測され、計測された電圧値は、電圧モニタコントローラ１５０及び管理装置２０を経由して電源コントローラ１１０に入力される。電源コントローラ１１０は、ＣＣＣＶ制御による充放電試験を行うために、モード情報Ｍｉにより充放電試験の形態を判断し、充電試験では試験設定情報Ｔｉに含まれる充電時でのＣＣ制御及びＣＶ制御の各設定値を、放電試験では試験設定情報Ｔｉに含まれる放電時でのＣＣ制御及びＣＶ制御の各設定値を目標として、電流Ｉａを制御する。

【0034】

充放電電源１２０は、電源コントローラ１１０による制御に基づいて、直列セル部１４０に搭載されているリチウムイオン電池に電流Ｉａを流す。充放電電源１２０として、安定した直流電流を作り出す直流安定化電源を使用する。直流安定化電源には、リニア電源（シリーズ電源、ドロッパ電源）とスイッチング電源があり、充放電電源１２０として、二次電池の充放電試験で広く使用されているスイッチング電源を使用する。リニア電源は、入力される交流電流に対して、ＡＣトランスを用いて電圧を下げた後、ダイオードを使って整流回路で整流し、コンデンサの平滑回路で安定した電圧にする。スイッチング電源は、先に整流を行い、整流された電流に対してスイッチング素子を用いてパルス波に変換することにより、整流された電流をパルス波による擬似的な交流として扱い、高周波トランスを用いて電圧を調整する。このような方式の違いにより、リニア電源とスイッチング電源とでは、ノイズやサイズ等に違いがあり、リニア電源は、ノイズは少ないが、筐体サイズが大きくなり、スイッチング電源は、ノイズは大きくなるが、筐体サイズは小さくなる。充放電電源１２０としてスイッチング電源を使用するので、必要に応じて、ノイズ対策を施す。

【0035】

制御基板１３０には、直列セル部１４０に搭載されているリチウムイオン電池に対する過充電及び過放電を防止するための保護手段及び保護手段への切り替えを行う切替手段が搭載されている。制御基板１３０に搭載の保護手段及び切替手段は直列セル部１４０に搭載のリチウムイオン電池毎に設けられ、保護手段及び切替手段並びにリチウムイオン電池は直列に接続されるようになっている。この接続状態により、直列接続方式での充放電試験が行われる。制御基板１３０には、直列セル部１４０に搭載の各リチウムイオン電池の電圧Ｖｂを計測する電圧測定手段も搭載されている。制御基板１３０及び直列セル部１４０の詳細については後述する。

【0036】

電圧モニタコントローラ１５０は、制御基板１３０に搭載の電圧測定手段により計測される各リチウムイオン電池の電圧Ｖｂの値を集約する。電圧モニタコントローラ１５０にて集約された電圧値は管理装置２０に即時送信され、管理装置２０を経由して電源コントローラ１１０に送信され、電源コントローラ１１０での制御処理等に使用される。集約される電圧値を表示する手段を電圧モニタコントローラ１５０に設け、適宜、各リチウムイオン電池の電圧値を表示することにより、充放電試験中の電圧値を監視できるようにすることも可能である。なお、電圧値を表示する手段を管理装置２０に設けても良い。

【0037】

従来の並列接続方式での充放電試験を行う装置等には、電源コントローラ１１０が電圧モニタコントローラ１５０の機能を兼ね、リチウムイオン電池の電圧値が充放電電源を経由して電源コントローラに伝達されるものがある。この場合、充放電電源であるスイッチング電源のノイズが、伝達される電圧値に影響を与えるおそれがある。これに対して、二次電池試験装置１０では、リチウムイオン電池の電圧値は電圧モニタコントローラ１５０に集約され、管理装置２０を経由して電源コントローラ１１０に入力される。このように、電源コントローラ１１０と電圧モニタコントローラ１５０が直接接続せずに分離しており、リチウムイオン電池の電圧値は充放電電源１２０を経由しないので、スイッチング電源のノイズの影響を抑制し、より正確な電圧値を伝達することができる。なお、電源コントローラ１１０と電圧モニタコントローラ１５０間のノイズの影響がほとんどない又はノイズ対策が施されている場合等では、電圧モニタコントローラ１５０から電源コントローラ１１０に直接リチウムイオン電池の電圧値を伝達するようにしても良い。この場合でも、リチウムイオン電池の電圧値は充放電電源１２０を経由しないので、スイッチング電源のノイズの影響を抑制することができる。

【0038】

制御基板１３０及び直列セル部１４０の詳細について説明する。
図３に、制御基板１３０及び直列セル部１４０の構成例を示す。
直列セル部１４０には複数のリチウムイオン電池が搭載されており、本実施形態では１２個のリチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌが搭載されている。直列セル部１４０は、リチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌが個別に搭載されているという構成でも良いし、直列セル部１４０に組電池であるリチウムイオンバッテリーが搭載され、リチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌはリチウムイオンバッテリーのセルであるという構成でも良い。なお、直列セル部１４０に搭載するリチウムイオン電池の数は任意に設定可能である。

【0039】

制御基板１３０には、リチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌに対応して、１２個の切替手段１３１ａ～１３１ｌ、１２個の保護手段１３２ａ～１３２ｌ及び１２個の電圧測定手段１３３ａ～１３３ｌ、並びに切替制御部１３４が搭載されている。切替手段１３１ａ、保護手段１３２ａ、電圧測定手段１３３ａ及びリチウムイオン電池１４１ａが１つの組となっており、同様に、切替手段１３１ｂ、保護手段１３２ｂ、電圧測定手段１３３ｂ及びリチウムイオン電池１４１ｂが１つの組となっており、このような組が１２組構成されており、各組が直列に接続され、更にその接続の中に充放電電源１２０が組み込まれて、回路を構成している。切替制御部１３４は、切替手段１３１ａ～１３１ｌ、保護手段１３２ａ～１３２ｌ及び電圧測定手段１３３ａ～１３３ｌと接続すると共に、電圧モニタコントローラ１５０と接続している。なお、切替手段１３１ａ～１３１ｌ、電圧測定手段１３３ａ～１３３ｌ及び切替制御部１３４により制御部が構成される。また、以下では、切替手段１３１ａ～１３１ｌ、保護手段１３２ａ～１３２ｌ、電圧測定手段１３３ａ～１３３ｌ及びリチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌそれぞれで区別する必要がない場合、ａ～ｌを除いて、代表的に、切替手段１３１、保護手段１３２、電圧測定手段１３３及びリチウムイオン電池１４１とすることがある。また、他の構成要素においても、ａ～ｌを除いた符号は、代表的に、その構成要素を表したものとすることがある。

【0040】

切替手段１３１は、３つの接点１３１－１、１３１－２及び１３１－３を有する単極双投型（１極双投型）のスイッチとなっており、接点１３１－１と１３１－２が接続し、接点１３１－１と１３１－３が接続するようになっている。接点１３１－２は直列セル部１４０のリチウムイオン電池１４１の正極に接続し、接点１３１－３は保護手段１３２に接続している。接点１３１－１については、切替手段１３１ａの接点１３１ａ－１は充放電電源１２０に接続しており、切替手段１３１ｂ～１３１ｌの接点１３１ｂ－１～１３１ｌ－１はそれぞれリチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｋの負極に接続している。切替手段１３１として使用するスイッチは、接点１３１－１と接点１３１－２及び１３１－３との接続の切り替えが行えるのであれば、機械式でも電子式でも良い。

【0041】

切替手段１３１は、ＣＣＣＶ制御による充放電試験において、ＣＣ制御からＣＶ制御へ移行の際に切り替えを行う。即ち、ＣＣ制御においては、接点１３１－１と接点１３１－２を接続し、ＣＶ制御においては、接点１３１－１と接点１３１－３を接続する。ＣＣ制御からＣＶ制御へ移行のタイミングは、切替制御部１３４から出力される制御切替信号Ｓｃの入力により検知する。即ち、切替手段１３１は、制御切替信号Ｓｃを入力したら、接点１３１－１の接続先を接点１３１－２から接点１３１－３に切り替える。この切り替えにより、ＣＣ制御では充放電電源１２０及びリチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌは直接的に直列接続した状態となり、ＣＶ制御では保護手段１３２ａ～１３２ｌをそれぞれ介して直列接続した状態となる。

【0042】

保護手段１３２は、リチウムイオン電池１４１の過充電及び過放電を防止するために、ＣＶ制御において設定電圧値に応じた電圧を生成する。即ち、保護手段１３２は、充電試験でのＣＶ制御では電圧値Ｖ１に応じた電圧を生成し、放電試験でのＣＶ制御では電圧値Ｖ２に応じた電圧を生成する。

【0043】

保護手段１３２の構成例を図４に示す。
保護手段１３２は、充電用保護回路１３２－１、放電用保護回路１３２－２及び切替手段１３２－３を備えている。充電用保護回路１３２－１と放電用保護回路１３２－２は同じ構成となっており、ＣＶ制御において、充電用保護回路１３２－１は充電試験時の設定電圧値（充電用設定電圧値）である電圧値Ｖ１に応じた電圧を生成し、放電用保護回路１３２－２は放電試験時の設定電圧値（放電用設定電圧値）である電圧値Ｖ２に応じた電圧を生成する。切替手段１３２－３は、充放電試験の形態（充電試験、放電試験）に合わせて、充電用保護回路１３２－１と放電用保護回路１３２－２の切り替えを行う。

【0044】

切替手段１３２－３は、切替手段１３１と同様に、３つの接点１３２－３１、１３２－３２及び１３３－３３を有する単極双投型（１極双投型）のスイッチとなっており、接点１３２－３１と１３２－３２が接続し、接点１３２－３１と１３３－３３が接続するようになっている。接点１３２－３１は切替手段１３１の接点１３１－３に接続し、接点１３２－３２は充電用保護回路１３２－１に接続し、接点１３２－３３は放電用保護回路１３２－２に接続している。切替手段１３１と同様に、切替手段１３２－３として使用するスイッチは、接点１３２－３１と接点１３２－３２及び１３２－３３との接続の切り替えが行えるのであれば、機械式でも電子式でも良い。

【0045】

切替手段１３２－３は、ＣＣＣＶ制御による充放電試験において、充電試験を行う場合は、接点１３２－３１と接点１３２－３２を接続し、放電試験を行う場合は、接点１３２－３１と接点１３２－３３を接続する。充放電試験の形態は、切替制御部１３４から出力される形態切替信号Ｓｍにより判断する。即ち、切替手段１３２－３は、形態切替信号Ｓｍが「充電試験」を示す値（例えば０）の場合、接点１３２－３１と接点１３２－３２を接続し、形態切替信号Ｓｍが「放電試験」を示す値（例えば１）の場合、接点１３２－３１と接点１３２－３３を接続する。なお、形態切替信号Ｓｍの値ではなく、切替制御部１３４が充放電試験の形態を変更する際に形態切替信号Ｓｍを出力し、切替手段１３２－３は、形態切替信号Ｓｍを入力したら、接点１３２－３１の接続先を切り替えるようにしても良い。

【0046】

充電用保護回路１３２－１は、抵抗１３２－１１、ツェナーダイオード１３２－１２、トランジスタ１３２－１３及びダイオード１３２－１４で構成され、抵抗１３２－１１とツェナーダイオード１３２－１２の組み合わせにより電圧値Ｖ１に応じた電圧を生成し、トランジスタ１３２－１３及びダイオード１３２－１４により充電用保護回路１３２－１に流れる電流を調節する回路（電流調節回路、充電用電流調節回路）を構成する。

【0047】

ツェナーダイオード１３２－１２は、一定の逆電圧をかけると絶縁が破壊され、電圧を一定に保ちながら電流が流れる特性を有する。よって、切替手段１３２－３の接点１３２－３１と１３２－３２が接続した状態である充電試験において、リチウムイオン電池１４１が電圧値Ｖ１に到達し、ＣＣ制御からＣＶ制御へ移行して、切替手段１３１の接点１３１－１と１３１－３が接続すると、ツェナーダイオード１３２－１２に逆電圧がかかり、充電用保護回路１３２－１に、リチウムイオン電池１４１とは逆向きの定電圧が発生する。この定電圧の大きさが電圧値Ｖ１と同等な大きさになるように、抵抗１３２－１１で調節することにより、リチウムイオン電池１４１の電圧が設定電圧値にリセットされ、リチウムイオン電池１４１に対する過電圧を防止することができる。

【0048】

トランジスタ１３２－１３はＮＰＮ型のトランジスタで、増幅器として機能する。トランジスタ１３２－１３のベースが抵抗１３２－１１とツェナーダイオード１３２－１２に接続している。この構成により、充電用保護回路１３２－１に流れ込む電流が大きくなっても、抵抗１３２－１１及びツェナーダイオード１３２－１２に流れる電流の変動を抑制し、充電用保護回路１３２－１が生成する電圧を一定に保つことができる。リチウムイオン電池に対する充放電試験では、急速充電等、リチウムイオン電池に流れる電流の大きさを変えて、充電又は放電の時間を変えることがあるが、このような場合でも、充電用保護回路１３２－１は、電流の大きさの変更をトランジスタ１３２－１３の調整により吸収することができる。ダイオード１３２－１４は、還流ダイオード（フリーホイールダイオード）として機能する。なお、トランジスタ１３２－１３としてＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を使用し、ＭＯＳＦＥＴ内で構成されるボディーダイオード（寄生ダイオード）で還流ダイオードを代用できる場合、ダイオード１３２－１４は不要である。また、充電用保護回路１３２－１に流れる電流を調節する必要がない場合、又は別の手段で調節する場合等では、トランジスタ１３２－１３及びダイオード１３２－１４は不要である。

【0049】

充電用保護回路１３２－１と同様に、放電用保護回路１３２－２は、抵抗１３２－２１、ツェナーダイオード１３２－２２、トランジスタ１３２－２３及びダイオード１３２－２４で構成され、抵抗１３２－２１とツェナーダイオード１３２－２２の組み合わせにより電圧値Ｖ２に応じた電圧を生成し、トランジスタ１３２－２３及びダイオード１３２－２４により放電用保護回路１３２－２に流れる電流を調節する回路（電流調節回路、放電用電流調節回路）を構成する。

【0050】

放電用保護回路１３２－２の機能及び動作は、充電用保護回路１３２－１と同様である。

【0051】

なお、充電用保護回路１３２－１及び放電用保護回路１３２－２は、ＣＶ制御において設定電圧値に応じた電圧を生成可能であれば、図４に示されるような構成でなくても良く、充電用保護回路１３２－１と放電用保護回路１３２－２は同じ構成でなくても良い。

【0052】

電圧測定手段１３３は、リチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂを測定する。電圧測定手段１３３はリチウムイオン電池１４１と並列に接続され、所定の時間間隔でリチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂを測定する。測定された電圧値は、切替制御部１３４に出力される。

【0053】

切替制御部１３４は、各リチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂが設定電圧値に到達したか否かを判定する。

【0054】

切替制御部１３４は、管理装置２０から二次電池試験装置１０に送信されるモード情報Ｍｉ及び試験設定情報Ｔｉの内、モード情報Ｍｉ及び電圧値Ｖ１（充電試験の場合）又は電圧値Ｖ２（放電試験の場合）を入力する。また、切替制御部１３４は、電圧測定手段１３３ａ～１３３ｌにて所定の時間間隔で測定されるリチウムイオン電池１４１ａ～１４１ｌの電圧値Ｖｂｖ＿ａ～Ｖｂｖ＿ｌを逐次入力する。なお、以下では、電圧値Ｖｂｖ＿ａ～Ｖｂｖ＿ｌを区別する必要がない場合、ａ～ｌを除いて、代表的に、電圧値Ｖｂｖとすることがある。

【0055】

切替制御部１３４は、モード情報Ｍｉより、充放電試験の形態を判断する。モード情報Ｍｉが「充電試験」の場合、切替制御部１３４は、電圧値Ｖ１を設定電圧値として、各リチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂが電圧値Ｖ１に到達したか否かを判定する。そして、電圧値Ｖｂｖが電圧値Ｖ１以上となったリチウムイオン電池１４１が存在する場合、そのリチウムイオン電池１４１に対応する切替手段１３１に対して、制御切替信号Ｓｃを出力する。モード情報Ｍｉが「放電試験」の場合、切替制御部１３４は、電圧値Ｖ２を設定電圧値として、各リチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂが電圧値Ｖ２に到達したか否かを判定する。そして、電圧値Ｖｂｖが電圧値Ｖ２以下となったリチウムイオン電池１４１が存在する場合、そのリチウムイオン電池１４１に対応する切替手段１３１に対して、制御切替信号Ｓｃを出力する。

【0056】

また、切替制御部１３４は、モード情報Ｍｉに基づいて、形態切替信号Ｓｍを保護手段１３２内の切替手段１３２－３に出力する。モード情報Ｍｉが「充電試験」の場合、形態切替信号Ｓｍを「充電試験」に設定し、モード情報Ｍｉが「放電試験」の場合、形態切替信号Ｓｍを「放電試験」に設定して、切替制御部１３４は形態切替信号Ｓｍを出力する。なお、モード情報Ｍｉをそのまま形態切替信号Ｓｍとして出力しても良い。

【0057】

切替制御部１３４は、入力した電圧値Ｖｂｖ＿ａ～Ｖｂｖ＿ｌを電圧モニタコントローラ１５０に出力する。

【0058】

なお、切替制御部１３４は、制御基板１３０に汎用のＣＰＵ、メモリ等を搭載して、ＣＰＵ上で動作するプログラムとして実現しても良いし、ハードウェアで実現しても良い。

【0059】

このような制御基板１３０及び直列セル部１４０の構成において、その動作例を図５のフローチャートを参照して説明する。なお、エラーが発生した場合の動作等の汎用的な動作の説明は省略する。また、動作開始時、切替手段１３１では、接点１３１－１と接点１３１－２が接続しているものとする。

【0060】

切替制御部１３４は、管理装置２０から出力されたモード情報Ｍｉ及び試験設定情報Ｔｉ中の電圧値Ｖ１又は電圧値Ｖ２を入力する（ステップＳ１０）。

【0061】

切替制御部１３４は、モード情報Ｍｉが「充電試験」の場合、形態切替信号Ｓｍを「充電試験」に設定し、モード情報Ｍｉが「放電試験」の場合、形態切替信号Ｓｍを「放電試験」に設定して、形態切替信号Ｓｍを保護手段１３２内の切替手段１３２－３に出力する（ステップＳ２０）。

【0062】

切替手段１３２－３は、形態切替信号Ｓｍが「充電試験」の場合、接点１３２－３１と接点１３２－３２を接続し、形態切替信号Ｓｍが「放電試験」の場合、接点１３２－３１と接点１３２－３３を接続する。（ステップＳ３０）。

【0063】

電圧測定手段１３３は、リチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂを測定し、測定した電圧値Ｖｂｖを切替制御部１３４に出力する（ステップＳ４０）。

【0064】

切替制御部１３４は、モード情報Ｍｉが「充電試験」の場合（ステップＳ５０）、電圧値Ｖｂｖと電圧値Ｖ１を比較し、電圧値Ｖｂｖが電圧値Ｖ１以上となったら（ステップＳ６０）、その電圧値Ｖｂｖであるリチウムイオン電池１４１に対応する切替手段１３１に制御切替信号Ｓｃを出力する（ステップＳ７０）。切替手段１３１は、制御切替信号Ｓｃを入力したら、接点１３１－１の接続先を接点１３１－２から接点１３１－３に切り替える（ステップＳ８０）。

【0065】

切替制御部１３４は、モード情報Ｍｉが「放電試験」の場合（ステップＳ５０）、電圧値Ｖｂｖと電圧値Ｖ２を比較し、電圧値Ｖｂｖが電圧値Ｖ２以下となったら（ステップＳ９０）、その電圧値Ｖｂｖであるリチウムイオン電池１４１に対応する切替手段１３１に制御切替信号Ｓｃを出力する（ステップＳ１００）。切替手段１３１は、制御切替信号Ｓｃを入力したら、接点１３１－１の接続先を接点１３１－２から接点１３１－３に切り替える（ステップＳ１１０）。

【0066】

ステップＳ４０～Ｓ１１０の動作が、電圧Ｖｂが測定されるタイミングで、試験（充電試験、放電試験）が終了するまで（ステップＳ１２０）、繰り返し行われる。

【0067】

なお、二次電池試験装置１０は１つの制御基板１３０及び１つの直列セル部１４０を備えるが、複数の制御基板及び／又は複数の直列セル部を備えても良く、制御基板の数と直列セル部の数は同じでなくても良い。それに合わせて、電圧モニタコントローラ１５０を複数にしても良いし、１つのままでも良い。

【0068】

本実施形態に対して、例えば以下のような変形が可能である。

【0069】

二次電池試験装置１０では、切替手段１３１は、保護手段１３２の前段に配置されているが、保護手段１３２の後段に配置されるような構成でも良い。図６は、そのように切替手段１３１を配置した構成例の一部を示している。図６に示されるように、切替手段１３１は保護手段１３２の後段に配置され、切替手段１３１の接点１３１－３が保護手段１３２に接続し、接点１３１－１がリチウムイオン電池１４１の正極に接続している。同様に、保護手段１３２の切替手段１３２－３も、充電用保護回路１３２－１及び放電用保護回路１３２－２の前段ではなく、後段に配置しても良い。

【0070】

または、切替手段１３１と保護手段１３２の切替手段１３２－３と統合して、単極３投型（１極３投型）の１つのスイッチを使用するようにしても良い。図７は、切替手段１３１及び切替手段１３２－３の代わりに、単極３投型のスイッチである切替手段１３５を使用した構成例の一部を示している。切替手段１３５は４つの接点１３５－１、１３５－２、１３５－３及び１３５－４を有し、接点１３５－１が接点１３５－２、１３５－３及び１３５－４それぞれに接続するようになっている。接点１３５－２はリチウムイオン電池１４１の正極に接続し、接点１３５－３は保護手段１３６内の充電用保護回路１３２－１に接続し、接点１３５－４は保護手段１３６内の放電用保護回路１３２－２に接続している。そして、切替手段１３５は、ＣＣ制御においては、接点１３５－１と接点１３５－２を接続し、充電試験でのＣＶ制御においては、接点１３５－１と接点１３５－３を接続し、放電試験でのＣＶ制御においては、接点１３５－１と接点１３５－４を接続する。

【0071】

二次電池試験装置１０では、充放電試験での充電試験及び放電試験の両方で保護手段１３２が機能するようになっているが、どちらの一方の試験のときのみに保護手段が機能するようにしても良い。保護手段を機能させない試験でのＣＶ制御では、例えばバイパス回路を設けて、リチウムイオン電池１４１に電流が流れないようにする。

【0072】

このような場合の二次電池試験装置の構成例の一部を図８に示す。図８には、二次電池試験装置における切替手段、保護手段及びリチウムイオン電池の構成例を示しており、図８（Ａ）は、充電試験でのみ保護手段が機能する構成例（第２実施形態）であり、図８（Ｂ）は、放電試験でのみ保護手段が機能する構成例（第３実施形態）である。

【0073】

第２実施形態では、切替手段１３１及びリチウムイオン電池１４１は、第１実施形態と同じで、保護手段１３７内の充電用保護回路１３２－１も第１実施形態と同じであるが、保護手段１３７内の切替手段１３７－３が第１実施形態とは異なる。即ち、切替手段１３７－３の３つの接点１３７－３１、１３７－３２及び１３７－３３の内、接点１３７－３１及び１３７－３２は、第１実施形態での切替手段１３２－３と同様に、それぞれ切替手段１３１の接点１３１－３及び充電用保護回路１３２－１に接続しているが、接点１３７－３３はリチウムイオン電池１４１の負極側に接続している。よって、ＣＣＣＶ制御による充放電試験において、放電試験を行う場合は接点１３７－３１と接点１３７－３３が接続されるので、ＣＶ制御にて切替手段１３１の接点１３１－１と１３１－３が接続されると、電流はリチウムイオン電池１４１には流れないようになる。これにより、リチウムイオン電池１４１に対する過充電を防止する。

【0074】

第３実施形態では、切替手段１３１及びリチウムイオン電池１４１は、第１実施形態と同じで、保護手段１３８内の放電用保護回路１３２－２も第１実施形態と同じであるが、保護手段１３８内の切替手段１３８－３が第１実施形態とは異なる。即ち、切替手段１３８－３の３つの接点１３８－３１、１３８－３２及び１３８－３３の内、接点１３８－３１及び１３８－３３は、第１実施形態での切替手段１３２－３と同様に、それぞれ切替手段１３１の接点１３１－３及び放電用保護回路１３２－２に接続しているが、接点１３８－３２はリチウムイオン電池１４１の負極側に接続している。よって、ＣＣＣＶ制御による充放電試験において、充電試験を行う場合は接点１３８－３１と接点１３８－３２が接続されるので、ＣＶ制御にて切替手段１３１の接点１３１－１と１３１－３が接続されると、電流はリチウムイオン電池１４１には流れないようになる。これにより、リチウムイオン電池１４１に対する過放電を防止する。

【0075】

本発明の他の実施の形態について説明する。
電気自動車等で使用されている複数の二次電池（セル）を直列に接続した電池パック（バッテリ）において、セルバランスは重要な機能である。このような電池パックでは、個々の二次電池の特性のばらつき等により、直列接続された二次電池間で電圧のアンバランス（セルバランスの崩れ）が生じることがある。このようなアンバランスがある電池パックを充電する場合、電圧が高い二次電池が先に充電上限電圧（安全な充電を行うための上限の電圧）に到達し、電圧が充電上限電圧に到達していない二次電池が存在するにも関わらず充電を停止する。一方、アンバランスがある電池パックを放電する場合、電圧が低い二次電池が先に放電終止電圧（安全な範囲で放電を行うための最低の電圧）に到達し、まだ使用可能な二次電池が存在しても電池パックとしては再充電しないと使えない状態になってしまう。このように二次電池間で電圧のアンバランスがあると、電池パックの性能を十分に活用できない上に、過充電や過放電となるおそれもある。

【0076】

電池パック内での二次電池間での電圧のアンバランスを縮小するためのセルバランスには、アクティブ方式とパッシブ方式があるが、アクティブ方式ではコストアップ等の課題があり、パッシブ方式ではエネルギー効率の低下等の課題がある。このような二次的な処理ではなく、電池パックを構成する二次電池として、特性のばらつきが少ない二次電池を組み合わせるようにすれば、二次電池間での電圧のアンバランスを縮小することができる。

【0077】

特性のばらつきが少ない二次電池を組み合わせるためには、セルバランスに関係する二次電池の特性に基づいて、各二次電池のランク分けを行い、そのランクを基に組み合わせる二次電池を決定する。ランク分けの基となる特性として、ＡＣＩＲ検査やＤＣＩＲ検査で求められる二次電池の内部抵抗値等を使用することが可能であるが、内部抵抗のような直接的な特性ではなく、直接的な特性から派生する副次的な特性、例えば充電開始から充電用設定電圧値に到達するまでの時間である充電時間や、放電開始から放電用設定電圧値に到達するまでの時間である放電時間等を使用することも可能である。

【0078】

このような二次電池間での電圧のアンバランスを解消するための二次電池のランク分け等に使用する充電時間及び放電時間を計測する二次電池試験システムの構成例（第４実施形態）を図９に示す。第４実施形態での二次電池試験システム２は、図１に示される第１実施形態での二次電池試験システム１と比較すると、管理装置２０が管理装置４０に替わり、二次電池試験装置に関しては、二次電池試験装置３０は時間計測部１６０を備え、制御基板１３０が制御基板２３０に替わり、制御基板２３０では、切替制御部１３４が切替制御部２３４に替わっている。その他の構成要素は、第１実施形態と同じである。時間計測部１６０は制御基板２３０に接続している。

【0079】

管理装置４０は、モード情報Ｍｉ及び試験設定情報Ｔｉの他に、充放電試験での充電試験開始を示す信号（以下、「充電試験開始信号」とする）Ｓｃｓ及び放電試験開始を示す信号（以下、「放電試験開始信号」とする）Ｓｄｓを、二次電池試験装置３０に送信する。充電試験開始信号Ｓｃｓ及び放電試験開始信号Ｓｄｓを受信した二次電池試験装置３０は、これらを時間計測部１６０に入力する。なお、充電試験開始信号Ｓｃｓ及び放電試験開始信号Ｓｄｓについては、二次電池試験装置３０がこれらを受信したら充電試験及び放電試験を開始するようにしても良いし、二次電池試験装置３０が充電試験及び放電試験を開始したら、そのことを管理装置４０が検知するようにして（例えば二次電池試験装置３０から開始の信号を管理装置４０に送信する等）、検知後に送信するようにしても良い。後者の場合、管理装置４０を介せずに、二次電池試験装置３０内で充電試験開始信号Ｓｃｓ及び放電試験開始信号Ｓｄｓの入出力を行うようにしても良い。また、二次電池試験装置３０がモード情報Ｍｉを受信したら充電試験及び放電試験を開始するようにして、モード情報Ｍｉを、充電試験開始信号Ｓｃｓ及び放電試験開始信号Ｓｄｓとして使用しても良い。

【0080】

制御基板２３０の切替制御部２３４は、切替制御部１３４と同様に、各リチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂが設定電圧値に到達したか否かを判定する。充放電試験の対象である直列セル部１４０に搭載された各リチウムイオン電池１４１に対して予め識別子を割り当て、切替制御部２３４は、電圧Ｖｂが設定電圧値に到達したと判定した場合、そのように判定したリチウムイオン電池１４１に対応する識別子を設定した情報（以下、「到達電池情報」とする）Ａｂを時間計測部１６０に出力する。

【0081】

時間計測部１６０は、各リチウムイオン電池１４１に対する充電時間及び放電時間を計測する。

【0082】

時間計測部１６０は、管理装置４０から送信される充電試験開始信号Ｓｃｓを入力したら、充電時間の計測を開始する。そして、切替制御部２３４からの到達電池情報Ａｂを入力したら、到達電池情報Ａｂに設定された識別子に対応するリチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂが設定電圧値（充電用設定電圧値）に到達したとして、計測開始時点からその時点までの経過時間を、そのリチウムイオン電池１４１に対する充電時間として算出する。算出された充電時間は、到達電池情報Ａｂと共に、充電時間Ｔｃとして出力される。

【0083】

同様に、時間計測部１６０は、管理装置４０から送信される放電試験開始信号Ｓｄｓを入力したら、放電時間の計測を開始する。そして、切替制御部２３４からの到達電池情報Ａｂを入力したら、到達電池情報Ａｂに設定された識別子に対応するリチウムイオン電池１４１の電圧Ｖｂが設定電圧値（放電用設定電圧値）に到達したとして、計測開始時点からその時点までの経過時間を、そのリチウムイオン電池１４１に対する放電時間として算出する。算出された放電時間は、到達電池情報Ａｂと共に、放電時間Ｔｄとして出力される。

【0084】

計測された充電時間及び放電時間を集約するために、二次電池試験装置３０は、例えば管理装置４０に、時間計測部１６０から出力される到達電池情報Ａｂ、充電時間Ｔｃ及び放電時間Ｔｄを送信する。

【0085】

なお、時間計測部１６０は、充電試験開始信号Ｓｃｓと放電試験開始信号Ｓｄｓの違いにより、充電試験と放電試験を判別して、充電時間と放電時間を計測しているが、モード情報Ｍｉを時間計測部１６０も入力するようにして、時間計測部１６０は、モード情報Ｍｉにより充電試験か放電試験かを判別し、充電試験開始を示す信号と放電試験開始を示す信号として同じ信号を使用するようにしても良い。

【0086】

時間計測部１６０は、二次電池試験装置３０に汎用のＣＰＵ、メモリ等を搭載して、ＣＰＵ上で動作するプログラムとして実現しても良いし、ハードウェアで実現しても良い。

【0087】

このような二次電池試験システム２の構成において、時間計測部１６０の動作例を図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０（Ａ）は、充電時間の計測の動作例を示すフローチャートで、図１０（Ｂ）は、放電時間の計測の動作例を示すフローチャートである。なお、図５に示されるフローチャートと同様に、エラーが発生した場合の動作等の汎用的な動作の説明は省略する。

【0088】

時間計測部１６０は、管理装置４０からの充電試験開始信号Ｓｃｓを入力したら（ステップＳ２１０）、充電時間の計測を開始する（ステップＳ２２０）。

【0089】

時間計測部１６０は、切替制御部２３４からの到達電池情報Ａｂを入力したら（ステップＳ２３０）、充電時間を算出し（ステップＳ２４０）、到達電池情報Ａｂと共に、充電時間Ｔｃとして出力する（ステップＳ２５０）。

【0090】

時間計測部１６０は、全てのリチウムイオン電池１４１の充電時間の算出を終了したら（ステップＳ２６０）、充電時間の計測を終了する。全ての充電時間の算出を終了していない場合（ステップＳ２６０）、ステップＳ２３０に戻る。

【0091】

また、時間計測部１６０は、管理装置４０からの放電試験開始信号Ｓｄｓを入力したら（ステップＳ２７０）、放電時間の計測を開始する（ステップＳ２８０）。

【0092】

時間計測部１６０は、切替制御部２３４からの到達電池情報Ａｂを入力したら（ステップＳ２９０）、放電時間を算出し（ステップＳ３００）、到達電池情報Ａｂと共に、放電時間Ｔｄとして出力する（ステップＳ３１０）。

【0093】

時間計測部１６０は、全てのリチウムイオン電池１４１の放電時間の算出を終了したら（ステップＳ３２０）、放電時間の計測を終了する。全ての放電時間の算出を終了していない場合（ステップＳ３２０）、ステップＳ２９０に戻る。

【0094】

なお、本実施形態では、二次電池試験装置３０が時間計測部１６０を備えているが、他の構成要素が時間計測部１６０を備えても良い。例えば、管理装置４０が時間計測部１６０を備えても良いし、制御基板２３０の切替制御部２３４が時間計測部１６０の機能を兼ねても良い。また、時間計測部１６０は充電時間及び放電時間を計測しているが、どちらか一方のみを計測するようにしても良い。二次電池試験装置３０が充電試験及び放電試験のいずれかのみ行う装置の場合、時間計測部１６０は、対応する時間のみを計測することになる。

【0095】

計測された充電時間及び放電時間を使用したリチウムイオン電池１４１のランク分けの方法の例について説明する。

【0096】

単純なランク分け方法としては、充電時間又は放電時間のいずれかのみを使用し、一定又は可変の時間間隔で区分けして、ランクを分ける方法等がある。単純な方法ではあるが、充電時間又は放電時間が近似したリチウムイオン電池が同じランクに属するようになるので、セルバランスの崩れの抑制が期待できる。

【0097】

充電時間及び放電時間の両方を使用したランク分け方法としては、まず充電時間又は放電時間でランク分けを行い、各ランクにおいて、使用していない他方の時間でランク分けを行うという２段階でランクを分ける方法等がある。各段階でのランク分けは、上述の一定又は可変の時間間隔で区分けする方法で行う。２段階でランクを分けることにより、１段階でのランク分けより、より正確なランク分けが期待できる。

【0098】

２段階でランクを分ける方法として、クーロン効率（充放電効率）の概念を応用した方法が挙げられる。クーロン効率とは、充電時に充電された充電電気量に対する放電時の放電容量の比を百分率で表した値で、クーロン効率が同等なリチウムイオン電池は同等な性能を有していると見做すことができる。そして、充放電試験での充電試験と放電試験では、同じ割合（電流）で充電及び放電を行うと前提した場合、充電時間に対する放電時間の比率（以下、「充放電時間効率」とする）はクーロン効率と略同じ値となる。よって、まず充電時間又は放電時間でランク分けを行い、各ランクにおいて、充放電時間効率に基づいたランク分けを行う。例えば、放電時間を一定又は可変の時間間隔で区分けしたランク分けを行い、各ランクにおいて、充放電時間効率を一定又は可変の間隔で区分けしたランク分けを行う。このようなランク分けを行うことにより、よりリチウムイオン電池の性能に合わせたランク分けが期待できる。

【0099】

なお、リチウムイオン電池１４１のランク分けの方法としては、充電時間及び／又は放電時間を使用するのであれば、上述の方法に限られない。

【0100】

上述の充電時間及び放電時間を使用したリチウムイオン電池１４１のランク分けは、二次電池試験装置３０又は管理装置４０で行うことも、他の装置等で行うことも可能である。

【0101】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記形態において明示的に開示されていない事項は、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用することができる。

【0102】

また、本発明は、二次電池に対して充放電を行う装置やシステムに対しても適用可能である。例えば、電気自動車に対して充電を行うための施設である充電ステーション（充電スタンド、充電スポット）等での電源として使用される蓄電システムに対して、本発明を適用することが可能である。このような蓄電システムは、充電により予め電気を蓄えておき、蓄えた電気を電気自動車等に供給するので、この充放電において本発明を適用することにより、二次電池に対する過充電及び／又は過放電を抑制することができる。

【符号の説明】

【0103】

１、２ 二次電池試験システム
１０、３０ 二次電池試験装置
２０、４０ 管理装置
１１０ 電源コントローラ
１２０ 充放電電源
１３０、２３０ 制御基板
１３１、１３２－３、１３５、１３７－３、１３８－３ 切替手段
１３２、１３６、１３７、１３８ 保護手段
１３２－１ 充電用保護回路
１３２－２ 放電用保護回路
１３３ 電圧測定手段
１３４、２３４ 切替制御部
１４０ 直列セル部
１４１ リチウムイオン電池
１５０ 電圧モニタコントローラ
１６０ 時間計測部

【要約】

【課題】二次電池の電圧の計測に不具合が発生した場合等でも、二次電池に対して過充電及び／又は過放電となる状況を抑制可能な二次電池試験装置及びそれを備える二次電池試験システムを提供する。
【解決手段】直列に接続された複数の二次電池の試験を行う二次電池試験装置であって、各二次電池と直列に接続して、二次電池に対して予め設定された電圧値である設定電圧値に応じた電圧を生成する保護手段と、保護手段と二次電池との接続を制御する制御部と、を備え、制御部が、二次電池の電圧が設定電圧値に到達したときに、保護手段に電流が流れるように、二次電池及び保護手段の接続を行う。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】