特許 7479264 二次電池検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-25

(45)【発行日】2024-05-08

(54)【発明の名称】二次電池検査装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240426BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240426BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20240426BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20240426BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20240426BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 Q

H01M10/44 P

H02J7/34 B

H02J7/10 P

H02M3/155 H

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020161063

(22)【出願日】2020-09-25

(65)【公開番号】P2022054075

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2023-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004606

【氏名又は名称】ニチコン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000475

【氏名又は名称】弁理士法人みのり特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平田 智昭

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１５／１４５８０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１９２３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２２９３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０９１２５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／１０

Ｈ０２Ｊ ７／３４

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）の二次電池を充放電させることにより該Ｎ個の二次電池を同時並行的に検査する二次電池検査装置であって、
前記Ｎ個の二次電池のうちの１つに接続されるチョッパ回路部をＮ個含んだチョッパ回路群と、
所定の離散量だけ離散した幅のパルス信号を出力することにより前記Ｎ個のチョッパ回路部のそれぞれを個別に制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記Ｎ個のチョッパ回路部のそれぞれの制御において、前記二次電池の充放電電流を外部から与えられた設定値に一致させるために最も適した最適パルス信号の幅を求め、前記最適パルス信号の幅が前記離散した幅と異なる場合に、前記最適パルス信号の幅よりも信号幅が狭い少なくとも１つの小パルス信号と、信号幅が広い少なくとも１つの大パルス信号とを時間的に並べることによりパルス信号列を生成し、
また、前記制御部は、前記パルス信号列における前記小パルス信号および前記大パルス信号の数および並びを予め用意しておいたテーブルを参照することにより決定し、
また、前記制御部は、前記最適パルス信号の幅を前記離散量で割ったときの余りに基づいて、前記テーブルから、前記パルス信号列に含めるべき前記小パルス信号および前記大パルス信号の数および並びに関する情報を得る
ことを特徴とする二次電池検査装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記最適パルス信号の幅よりも狭く、かつ当該最適パルス信号の幅に最も近い幅の前記パルス信号を前記小パルス信号とするとともに、前記最適パルス信号の幅よりも広く、かつ当該最適パルス信号の幅に最も近い幅の前記パルス信号を前記大パルス信号として前記パルス信号列を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数個の二次電池を充放電させることにより該複数個の二次電池を同時並行的に検査する二次電池検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、複数個の二次電池を充放電させることにより該複数個の二次電池を同時並行的に検査する二次電池検査装置が知られている。図８に示すように、この種の二次電池検査装置１００は、三相交流電源Ｐに接続される双方向ＡＣ／ＤＣ変換部１０１と、これに接続された絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１０２と、これに接続されたチョッパ回路群１０３と、これを制御する制御部１０４とを備えている。チョッパ回路群１０３は、検査対象であるＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数）の二次電池Ｂ－１～Ｂ－Ｎと同数のチョッパ回路部１０３－１～１０３－Ｎを含んでいる。

【0003】

制御部１０４は、チョッパ回路部１０３－１に二次電池Ｂ－１の充電を実行させるときは、チョッパ回路部１０３－１の第２スイッチ素子ＳＷ２をオフさせたままチョッパ回路部１０３－１の第１スイッチ素子ＳＷ１を所定の周期Ｔでオン／オフさせる。このとき、制御部１０４は、一周期あたりの第１スイッチ素子ＳＷ１のオン時間、すなわち、第１スイッチ素子ＳＷ１に与えるゲート信号のパルス幅を調整することにより、二次電池Ｂ－１の充電電流を任意に制御することができる。例えば、制御部１０４は、図９に示すように、区間Ｔ１において充電電流を０から設定値Ｉｔにまで上昇させ、次の区間Ｔ２において充電電流を設定値Ｉｔに維持し、次の区間Ｔ３において充電電流を０にまで下降させることができる。

【0004】

一方、制御部１０４は、チョッパ回路部１０３－１に二次電池Ｂ－１の放電を実行させるときは、チョッパ回路部１０３－１の第１スイッチ素子ＳＷ２をオンさせたままチョッパ回路部１０３－１の第１スイッチ素子ＳＷ２を所定の周期Ｔでオン／オフさせる。このとき、制御部１０４は、一周期あたりの第２スイッチ素子ＳＷ２のオン時間、すなわち、第２スイッチ素子ＳＷ２に与えるゲート信号のパルス幅を調整することにより、二次電池Ｂ－１の放電電流を任意に制御することができる。

【0005】

同様に、制御部１０４は、他の二次電池Ｂ－２～Ｂ－Ｎの充放電電流も任意に制御することができる。

【0006】

ところで、制御部１０４がディジタル的にゲート信号を生成する場合、ゲート信号のパルス幅は離散的となる。このため、制御部１０４は、充放電電流を設定値Ｉｔに一致させるのに最も適した幅のパルス信号を生成することができない場合があり、この場合、制御部１０４は、生成可能な１段階広いパルス信号と１段階狭いパルス信号とを組み合わせることにより、充放電電流を設定値Ｉｔ近傍に維持しようとする。例えば、制御部１０４は、１段階広いパルス信号を５連続で出力（図１０の区間Ａ，Ｃ参照）した後に１段階狭いパルス信号を５連続で出力（同図の区間Ｂ，Ｄ参照）する。このような制御は、充放電電流に比較的大きなΔＩのリプルを生じさせてしまう。

【0007】

充放電電流におけるリプル量ΔＩを低減させるためには、１段階広いパルス信号と段階狭いパルス信号を１つずつ交互に出力すればよいことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、このような制御は、特に１つの制御部１０４で多数のチョッパ回路部１０３－１～１０３－Ｎを制御しなければならない場合に、制御部１０４の処理負担が過大となる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0008】

【文献】“チョッパ回路のリップル電圧”、[online]、Energy Chord、[令和２年９月７日検索]、インターネット<URL http://www.energychord.com/children/energy/pe/dcdc/contents/dcdc_chopper_ripple.html>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、制御部の処理負担を増大させることなく充放電電流におけるリプル量を従来よりも低減させることが可能な二次電池検査装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明に係る二次電池検査装置は、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）の二次電池を充放電させることにより該Ｎ個の二次電池を同時並行的に検査する装置であって、Ｎ個の二次電池のうちの１つに接続されるチョッパ回路部をＮ個含んだチョッパ回路群と、所定の離散量だけ離散した幅のパルス信号を出力することによりＮ個のチョッパ回路部のそれぞれを個別に制御する制御部とを備え、制御部は、Ｎ個のチョッパ回路部のそれぞれの制御において、二次電池の充放電電流を外部から与えられた設定値に一致させるために最も適した最適パルス信号の幅を求め、前記最適パルス信号の幅が前記離散した幅と異なる場合に、最適パルス信号の幅よりも信号幅が狭い少なくとも１つの小パルス信号と、信号幅が広い少なくとも１つの大パルス信号とを時間的に並べることによりパルス信号列を生成し、また、制御部は、パルス信号列における小パルス信号および大パルス信号の数および並びを予め用意しておいたテーブルを参照することにより決定することを特徴とする。

【0011】

この構成によれば、小パルス信号および大パルス信号で生成されたパルス信号列において、同一のパルス信号がなるべく連続しないように、かつ、やむを得ず同一のパルス信号が連続する場合は連続する数がなるべく少なくなるようにテーブルを構成しておくことで、従来よりも充放電電流におけるリプル量を低減することができる。また、この構成によれば、パルス信号列に含まれる複数のパルス信号の幅をまとめて決定することができるので、従来に比べて制御部の負担が増大することもない。

【0012】

上記二次電池検査装置の制御部は、最適パルス信号の幅よりも狭く、かつ当該最適パルス信号の幅に最も近い幅のパルス信号を小パルス信号とするとともに、最適パルス信号の幅よりも広く、かつ当該最適パルス信号の幅に最も近い幅のパルス信号を大パルス信号としてパルス信号列を生成することが好ましい。

【0013】

また、上記二次電池検査装置の制御部は、例えば、最適パルス信号の幅を離散量で割ったときの余りに基づいて、前記テーブルから、パルス信号列に含めるべき小パルス信号および大パルス信号の数および並びに関する情報を得るとの構成を有していてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、制御部の処理負担を増大させることなく充放電電流におけるリプル量を従来よりも低減させることが可能な二次電池検査装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施例に係る二次電池検査装置のブロック図である。

【図2】実施例に係る二次電池検査装置で使用されるテーブルを示す図である。

【図3】実施例に係る二次電池検査装置の制御部が出力するパルス信号列（ゲート信号）の一例を示す図である。

【図4】実施例に係る二次電池検査装置の制御部が出力するパルス信号列（ゲート信号）の別の一例を示す図である。

【図5】実施例に係る二次電池検査装置の制御部が出力するパルス信号列（ゲート信号）のさらに別の一例を示す図である。

【図6】（Ａ）実施例に係る二次電池検査装置による充電電流の波形図、および（Ｂ）従来の二次電池検査装置が出力する充電電流の波形図である。

【図7】本発明の変形例に係る二次電池検査装置で使用されるテーブルを示す図である。

【図8】従来の二次電池検査装置のブロック図である。

【図9】従来の二次電池検査装置による充電電流の変化の一例を示す図である。

【図10】従来の二次電池検査装置の制御部が出力するゲート信号および充放電電流の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る二次電池検査装置の実施例について説明する。

【0017】

［実施例］
図１に、本発明の実施例に係る二次電池検査装置１０を示す。同図に示すように、二次電池検査装置１０は、Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数。本実施例では１６）の二次電池Ｂ－１～Ｂ－Ｎを同時並行的に検査するためのものであって、双方向ＡＣ／ＤＣ変換部１１と、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１２と、Ｎ個のチョッパ回路部１３－１～１３－Ｎを含んだチョッパ回路群１３と、制御部１４とを備えている。

【0018】

双方向ＡＣ／ＤＣ変換部１１は、３つのレグを構成する６個の半導体スイッチ素子からなるブリッジ回路を含んでいる。双方向ＡＣ／ＤＣ変換部１１は、三相交流電源Ｐに接続されるＡＣ側入出力端と、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１２に接続されたＤＣ側入出力端とを有している。

【0019】

絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１２は、２つのレグを構成する４個の半導体スイッチ素子からなる第１ブリッジ回路と、２つのレグを構成する４個の半導体スイッチ素子からなる第２ブリッジ回路と、これらの間に設けられた絶縁トランスとを含んでいる。絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１２の第１ブリッジ回路は、双方向ＡＣ／ＤＣ変換部１１に接続されている。また、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１２の第２ブリッジ回路は、チョッパ回路群１３に接続されている。

【0020】

Ｎ個のチョッパ回路部１３－１～１３－Ｎは、それぞれ、第１スイッチ素子ＳＷ１および第２スイッチ素子ＳＷ２を有する双方向昇降圧チョッパ回路である。チョッパ回路部１３－１～１３－Ｎは、それぞれ、絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部１２に接続された第１入出力端と、二次電池Ｂ－１～Ｂ－Ｎのうちの１つに接続される第２入出力端とを有している。図１に示すように、チョッパ回路部１３－１の第２入出力端は二次電池Ｂ－１に接続され、チョッパ回路部１３－２の第２入出力端は二次電池Ｂ－２に接続され、・・・、チョッパ回路部１３－Ｎの第２入出力端は二次電池Ｂ－Ｎに接続される。

【0021】

制御部１４は、外部から与えられた設定値Ｉｔに応じて、ディジタル的に生成したゲート信号によりチョッパ回路部１３－１～１３－Ｎを個別に制御するよう構成されている。

【0022】

例えば、制御部１４は、チョッパ回路部１３－１に二次電池Ｂ－１の充電を実行させるときは、チョッパ回路部１３－１の第２スイッチ素子ＳＷ２をオフさせたままチョッパ回路部１３－１の第１スイッチ素子ＳＷ１を所定の周期Ｔでオン／オフさせる。一方、制御部１４は、チョッパ回路部１３－１に二次電池Ｂ－１の放電を実行させるときは、チョッパ回路部１３－１の第１スイッチ素子ＳＷ２をオンさせたままチョッパ回路部１３－１の第１スイッチ素子ＳＷ２を所定の周期Ｔでオン／オフさせる。

【0023】

制御部１４のさらに詳細な動作について、チョッパ回路部１３－１に二次電池Ｂ－１の充電を実行させる場合を例に挙げて説明する。

【0024】

制御部１４は、二次電池Ｂ－１の充電電流に関する設定値Ｉｔとしての「４１００ｍＡ」が与えられると、それを内部での演算処理に適した値に変換する。制御部１４は、この変換を計算式「設定値Ｉｔ／３．５」を用いて行う。この計算結果である「１１７１．４２８５・・・」が、「４１００ｍＡ」に対応した、演算処理に適した値である。

【0025】

制御部１４は、一周期あたりの第１スイッチ素子ＳＷ１のオン時間、すなわち、第１スイッチ素子ＳＷ１に与えるゲート信号のパルス幅を・・・「１１２０」、「１１４０」、「１１６０」、「１１８０」、「１２００」、「１２２０」・・・といった具合に「２０」刻みで調整することができる。パルス幅「１１２０」は、充電電流を「３９２０ｍＡ（＝１１２０×３．５）」に維持するのに最適なパルス幅である。すなわち、制御部１４が、第１スイッチ素子ＳＷ１のゲート信号として「１１２０」の幅を有するパルス信号を周期Ｔで連続して出力すると、充電電流は「３９２０ｍＡ」となる。同様に、制御部１４が、「１１４０」、「１１６０」、「１１８０」、「１２００」、「１２２０」の幅を有するパルス信号を周期Ｔで連続して出力すると、充電電流は「３９９０ｍＡ」、「４０６０ｍＡ」、「４１３０ｍＡ」、「４２００ｍＡ」、「４２７０ｍＡ」となる。

【0026】

上記のとおり、ゲート信号のパルス幅は基本的には充電電流に関する設定値Ｉｔに基づき決定されるが、充電電流は二次電池の電圧値や抵抗値等で変化する。このため、実際上は、個々の二次電池に流れる充電電流を検出し、検出した充電電流をフィードバック制御して所定の充電電流になるようにパルス幅が調整される。

【0027】

なお、上記の刻み「２０」は、制御部１４が出力可能なパルス信号の幅の離散量であると言える。

【0028】

図２に、制御部１４に格納されたテーブル１５を示す。テーブル１５には、充電電流を設定値Ｉｔに一致させるのに最も適したパルス信号（以下、「最適パルス信号」という）の幅を離散量で割ったときの余りと、後述する小パルス信号および大パルス信号の並びとの対応関係が記述されている。ここで、小パルス信号とは、信号幅が最適パルス信号よりも１段階狭いパルス信号を意味し、大パルス信号とは、信号幅が最適パルス信号よりも１段階広いパルス信号を意味する。ただし、制御部１４が最適パルス信号を出力することができる場合は、最適パルス信号が小パルス信号となる。

【0029】

制御部１４は、二次電池Ｂ－１の充電電流に関する設定値Ｉｔとしての「４１００ｍＡ」が与えられると、これを計算式「設定値Ｉｔ／３．５」によって「１１７１．４２８５・・・」に変換する。

【0030】

続いて、制御部１４は、「１１７１．４２８５・・・」の整数部分「１１７１」を離散量「２０」で割ることにより、余り「１１」を得る。

【0031】

次に、制御部１４は、図２に示したテーブル１５の余り「１１」の列を参照することにより、これから出力するゲート信号（パルス信号列）に含めるべき小パルス信号および大パルス信号の数および並びに関する情報「１０１０１０１１０１０１０１０１１０１０」を得る。ここで、「１」は大パルス信号を指し、「０」は小パルス信号を指す。

【0032】

設定値Ｉｔが「４１００ｍＡ（＝１１７１．４２８５・・・）」なので、小パルス信号のパルス幅は「１１６０」となり、大パルス信号のパルス幅は「１１８０」となる。すなわち、最適パルス信号の幅よりも狭く、かつ当該最適パルス信号の幅に最も近い幅のパルス信号が小パルス信号となる。最適パルス信号の幅が１１７１．４２８５・・・であることから、離散量２０だけ離散した幅のパルス信号・・・「１１２０」、「１１４０」、「１１６０」、「１１８０」、「１２００」、「１２２０」・・・のうち、「１１６０」が小パルス信号のパルス幅となる。一方、最適パルス信号の幅よりも広く、かつ当該最適パルス信号の幅に最も近い幅のパルス信号が大パルス信号となる。最適パルス信号の幅が１１７１．４２８５・・・であることから、離散量２０だけ離散した幅のパルス信号・・・「１１２０」、「１１４０」、「１１６０」、「１１８０」、「１２００」、「１２２０」・・・のうち、「１１８０」が大パルス信号のパルス幅となる。

【0033】

また、テーブル１５を参照することにより得た並びは、「１０１０１０１１０１０１０１０１１０１０」である。これらのことから、制御部１４は、図３に示したパルス信号列をゲート信号として出力する。このパルス信号列は、「４０６０ｍＡ」に対応した幅（１１６０）の９個の小パルス信号と「４１３０ｍＡ」に対応した幅（１１８０）の１１個の大パルス信号とを周期Ｔで並べたものとなっている。

【0034】

別の例として、制御部１４は、二次電池Ｂ－１の充電電流に関する設定値Ｉｔとしての「４２００ｍＡ」が与えられると、これを「１２００」に変換するとともに余り「０」を得る。この場合、小パルス信号のパルス幅は「１２００」となり、大パルス信号のパルス幅は「１２２０」となる。また、余り「０」に対応する並びは、「００００００００００００００００００００」である（図２参照）。これらのことから、制御部１４は、図４に示したパルス信号列をゲート信号として出力する。このパルス信号列は、「４２００ｍＡ」に対応した幅の２０個の小パルス信号を周期Ｔで並べたものとなっている。

【0035】

さらに別の例として、制御部１４は、二次電池Ｂ－１の充電電流に関する設定値Ｉｔとしての「４１９０ｍＡ」が与えられると、これを「１１９７．１４２８・・・」に変換するとともに余り「１７」を得る。この場合、小パルス信号のパルス幅は「１１８０」となり、大パルス信号のパルス幅は「１２００」となる。また、余り「１７」に対応する並びは、「１０１１１１１１０１１１１１０１１１１１」である（図２参照）。これらのことから、制御部１４は、図５に示したパルス信号列をゲート信号として出力する。このパルス信号列は、「４１３０ｍＡ」に対応した幅の３個の小パルス信号と「４２００ｍＡ」に対応した幅の１７個の大パルス信号とを周期Ｔで並べたものとなっている。

【0036】

図２から理解されるように、テーブル１５は、同一のパルス信号がなるべく連続しないように、かつ、やむを得ず同一のパルス信号が連続する場合は連続する数がなるべく少なくなるように構成されている。このため、本実施例に係る二次電池検査装置１０によれば、図９に示した従来例に比べて、充電電流におけるリプル量を低減することができる。例えば、本実施例に係る二次電池検査装置１０によれば、従来は１８ｍＡ_ｐ－ｐであったリプル量を８ｍＡ_ｐ－ｐにまで低減することができる（図６参照）。

【0037】

また、本実施例に係る二次電池検査装置１０では、テーブル１５を参照することにより、２０周期分のパルス幅をまとめて決定することができる。このため、本実施例に係る二次電池検査装置１０によれば、制御部１４の処理負担が増大することもない。

【0038】

なお、本実施例に係る二次電池検査装置１０の制御部１４は、同様の制御によりチョッパ回路部１３－１に二次電池Ｂ－１の放電を実行させることもできる。この場合、制御部１４は、放電用のテーブルを参照してもよいし、充放電に共通するテーブルを参照してもよい。当然ながら、本実施例に係る二次電池検査装置１０の制御部１４は、同様の制御により他のチョッパ回路部１３－２～１３－Ｎに二次電池Ｂ－２～Ｂ－Ｎの充放電を実行させることもできる。

【0039】

［変形例］
以上、本発明に係る二次電池検査装置の実施例について説明してきたが、本発明の構成はこれに限定されるものではない。

【0040】

例えば、テーブル１５は、計３０個の大／小パルス信号を含むパルス信号列を決定することができるように構成されていてもよい（図７参照）。この構成によれば、制御部１４の処理負担がさらに軽減される。なお、設定値Ｉｔが頻繁に変更される場合は、１つのパルス信号列に含める大／小パルス信号をあまり多くしない方がよい。設定値Ｉｔに対する追従性が低下するからである。

【0041】

また、テーブル１５の列数は、制御部１４が出力可能なパルス信号の幅の離散量に応じて変更することができる。例えば、離散量が「１０」の場合は、１０以上の余りが生じることはないので、余りが０～９である場合についてのみテーブル１５を用意しておけばよい。

【0042】

また、チョッパ回路部１３－１～１３－Ｎの回路構成は、適宜変更することができる。例えば、チョッパ回路部１３－１～１３－Ｎは、二次電池Ｂ－１～Ｂ－Ｎを充電するだけの降圧チョッパ回路であってもよいし、二次電池Ｂ－１～Ｂ－Ｎを放電させるだけの昇圧チョッパ回路であってもよい。

【0043】

また、設定値Ｉｔを内部での演算処理に適した値に変換するための計算式は、「設定値Ｉｔ／３．５」に限定されない。

【0044】

また、制御部１４が出力可能なパルス信号の幅の離散量は、「２０」に限定されない。つまり、本発明では、制御部１４が出力可能なパルス信号の幅が、連続的ではなく離散的であればよい。

【符号の説明】

【0045】

１０ 二次電池検査装置
１１ 双方向ＡＣ／ＤＣ変換部
１２ 絶縁型双方向ＤＣ／ＤＣ変換部
１３ チョッパ回路群
１３－１～１３－Ｎ チョッパ回路部
１４ 制御部
１５ テーブル
Ｂ－１～Ｂ－Ｎ 二次電池
Ｐ 三相交流電源
ＳＷ１ 第１スイッチ素子
ＳＷ２ 第２スイッチ素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】