JP6118613B2 - 充放電検査システムならびに充放電検査装置の校正装置およびその校正方法 - Google Patents

Description

本発明は、２次電池を検査する充放電検査装置に関し、特にその校正技術に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池をはじめとする繰り返し充電可能な２次電池が広く利用されている。２次電池はその出荷前に、充放電検査装置を用いて正常に機能するかが検査される（特許文献１）。２次電池の良否を正確に検査するためには、充電検査装置そのものを定期的に校正（キャリブレーション）する必要がある。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明者が検討した充放電検査システムを示すブロック図である。なお、この充放電検査システムを公知技術と認識してはならない。図１（ａ）は、検査プロセスにおける構成を、図１（ｂ）は、電流校正プロセスにおける構成を示す。図１（ａ）を参照し、検査プロセスについて説明する。多数の２次電池１を同時に検査するために、充放電検査装置４ｒは多チャンネルで構成され、複数Ｎ個のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮそれぞれの２次電池１＿１〜１＿Ｎを充電し、あるいは放電することにより、各２次電池１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。Ｎ個の２次電池１は、トレー８に搭載されて搬送される。

充放電検査装置４ｒは、チャンネルＣＨごとに、プローブ対１０_Ｐ／Ｎ、電源１２、電流センサ１４を備える。各チャンネルは同様に構成される。

各チャンネルにおいて、プローブ対１０_Ｐ／Ｎは、２次電池１の電極と接離可能となっている。電源１２は、プローブ対１０_Ｐ／Ｎに装着される２次電池１に電力を供給し、２次電池１を充放電する。電流センサ１４は、電源１２からソースされ、またはシンクされる電流を検出する。

各チャンネルの電源１２は、検査プロセスにおいて、電流センサ１４により検出された電流量が所定の目標値に近づくように、２次電池１に供給する充放電電流をフィードバック制御する。

図１（ｂ）を参照し、電流校正プロセスについて説明する。電流校正プロセスでは、複数の２次電池１に代えて、校正装置６ｒが充放電検査装置４ｒに装着される。校正装置６ｒは、標準抵抗器３０と、計測器３２と、セレクタ３４を備える。

セレクタ３４は、標準抵抗器３０を、校正対象のチャンネルのプローブ対１０_Ｐ／Ｎと接続する。図１（ｂ）には、１番目のチャンネルが校正対象の状態を示す。この状態では、第１チャンネルの電源１２＿１が生成する校正電流が、標準抵抗器３０および電流センサ１４＿１に流れる。計測器３２は、標準抵抗器３０の両端間の電圧を測定し、電源１２＿１が生成する校正電流の真の値を測定する。真の電流値と、電流センサ１４＿１が測定した電流量にもとづいて、充放電検査装置４ｒの第２チャンネルが校正される（電流校正）。

特開２００３−２１９５６５号公報 特開２０１２−０８３２６３号公報 特開２００１−３３３５４３号公報

本発明者は、図１（ｂ）の充放電検査装置２ｒの電流校正プロセスについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
電流センサ１４の精度は、動作開始からの経過時間、温度、供給される電源電圧などに依存する。そこで、本発明者は、校正電流を測定する前に、電流センサ１４の安定化を目的として、電流センサ１４にある時間、電流を供給し（本明細書においてプレヒートと称する）、電流センサ１４の温度などを安定化させた後に、校正電流を測定することを想到するに至った。

図２は、プレヒートを行う場合の電流校正プロセスのタイムチャートである。図２の電流校正プロセスでは、プレヒートの時間をＴ１、校正時間をＴ２とするとき、トータルの校正時間Ｔｃは、
Ｔｃ＝Ｎ×（Ｔ１＋Ｔ２）
となる。つまり、精度を高めるためにプレヒートを導入すると、Ｎ×Ｔ１だけ、トータルの校正時間が長くなってしまう。生産性の向上の観点からは、年に１回程度の校正といえども、校正に要する時間は極力短いことが望ましい。

本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、精度を高めつつ、短時間で校正可能な充放電検査システムの提供にある。

本発明のある態様は、充放電検査システムに関する。充放電検査システムは、複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置と、充放電検査装置を校正する校正装置と、を有する。充放電検査装置は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する２次電池の電極に対して接離可能なＮ個のプローブ対と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対を介して対応する２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源からソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、を備える。校正装置は、標準抵抗器と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対に対して接離可能なＮ個の端子対と、標準抵抗器を、Ｎ個の端子対のうち、任意のひとつに接続可能に構成されたセレクタと、を備える。充放電検査システムは、電流校正プロセスにおいて複数のチャンネルを順に校正対象とし、校正対象のチャンネルにおいて、（i）そのチャンネルの電源から、対応する電流センサにプレヒート用の電流を流すプレヒート工程と、（ii）プレヒート工程の完了後に、そのチャンネルの電源から供給される校正電流を、電流センサにより測定するステップと、を実行するものであり、あるチャンネルを校正中に、それ以外の未校正のチャンネルの少なくともひとつにおいて、プレヒート工程を並行して行う。

この態様によると、あるチャンネルを校正中に、他のチャンネルのプレヒートを同時に行うことにより、チャンネルごとに、プレヒート、校正を順に行う場合に比べて、トータルの校正時間を大幅に短縮できる。またプレヒートを行うことにより校正精度を高めることができる。

校正装置は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対の間を短絡可能に構成された複数のシャントスイッチをさらに備えてもよい。

校正対象以外のチャンネルにおいて、プレヒート工程の間、シャントスイッチがオンしてもよい。
これにより、校正対象のチャンネルの校正処理に影響を与えることなく、その他のチャンネルをプレヒートすることができる。

充放電検査システムは、電流校正プロセスに先だって電圧校正プロセスを実行してもよい。充放電検査システムは、電流校正プロセスの先頭のチャンネルのプレヒート工程を、その他のチャンネルの電圧校正プロセスの間に実行してもよい。
これにより、実効的なトータルの校正時間をさらに短縮することができる。

本発明のさらに別の態様は、複数の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置を校正する校正装置に関する。充放電検査装置は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する２次電池の電極に対して接離可能なＮ個のプローブ対と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対を介して対応する２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源からソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、を備える。校正装置は、標準抵抗器と、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対に対して接離可能なＮ個の端子対と、標準抵抗器を、Ｎ個の端子対のうち、任意のひとつに接続可能に構成されたセレクタと、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応するプローブ対の間を短絡可能に構成された複数のシャントスイッチと、を備える。

この態様によると、校正対象のチャンネルの校正処理に影響を及ぼすことなく、その他のチャンネルをプレヒートすることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様の充放電検査システムによれば、校正精度を高めつつ、校正時間を短縮できる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明者が検討した充放電検査システムを示すブロック図である。 プレヒートを行う場合の電流校正プロセスのタイムチャートである。 実施の形態に係る充放電検査システムの構成を示すブロック図である。 図３の充放電検査システムにおける電流校正プロセスのタイムチャートである。 図５（ａ）、（ｂ）は、変形例１、２に係る電流校正プロセスのタイムチャートである。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図３は、実施の形態に係る充放電検査システム２の構成を示すブロック図である。

はじめに検査プロセスについて説明する。検査プロセスでは図１（ａ）と同様に、校正装置６に代えて、トレー８に搭載された複数Ｎ個の２次電池１＿１〜１＿Ｎが、充放電検査装置４に接続される。多数の２次電池１を同時に検査するために、充放電検査装置４は多チャンネルで構成され、複数Ｎ個のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮそれぞれの２次電池１＿１〜１＿Ｎを充電し、あるいは放電することにより、各２次電池１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。２次電池１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが例示されるが、特に限定されない。

充放電検査装置４は、チャンネルＣＨ１〜ＣＨＮごとに設けられた、プローブ対１０_Ｐ／Ｎ、電源１２＿１〜１２＿Ｎ、電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎを備える。各チャンネルは同様に構成される。

各チャンネルＣＨｉ（１≦ｉ≦Ｎ）のプローブ対１０_Ｐ／Ｎは、検査プロセスにおいて２次電池１_ｉの電極に対して、接離可能となっている。

各チャンネルＣＨｉの電源１２＿ｉは、プローブ対１０_Ｐ／Ｎに装着される対応する２次電池１＿ｉに電力を供給し、対応する２次電池１＿ｉを充放電する。各チャンネルＣＨｉの電流センサ１４＿ｉは、対応する電源１２＿ｉからソースされ、またはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を検出する。各チャンネルＣＨｉの電源１２＿ｉは、検査プロセスにおいて、電流センサ１４＿ｉにより検出された電流量が所定の目標値に近づくように、２次電池１＿ｉに供給する充放電電流をフィードバック制御する。

Ｎ個のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮのプローブ対１０_Ｐ／Ｎおよび電流センサ１４＿１〜１４＿Ｎは、Ｎ個の電源１２＿１〜１２＿Ｎとは独立したプローブユニット１６上に実装されてもよい。

プローブユニット１６は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する電源１２＿１〜１２＿Ｎの出力端子対（+端子、−端子）に対して、配線を介して接離可能なＮ個のコネクタ対１８_Ｐ／Ｎを備える。プローブユニット１６の内部において、チャンネルごとに、コネクタ１８_Ｐとプローブ１０_Ｐが結線され、コネクタ１８_Ｎとプローブ１０_Ｎが電流センサ１４を経由して結線される。電流センサ１４は、Ｐ極側の配線上に設けられてもよい。

以上が充放電検査装置４の構成である。続いて校正装置６の構成を説明する。校正装置６は、標準抵抗器３０、計測器３２、セレクタ３４、Ｎ個の端子対３６_Ｐ／Ｎ、Ｎ個のシャントスイッチＳＷ３＿１〜ＳＷ３＿Ｎ、電圧校正部３８、を備える。端子対３６_Ｐ／Ｎは、チャンネルごとに設けられる。各チャンネルの端子対３６_Ｐ／Ｎは、対応するチャンネルのプローブ対１０_Ｐ／Ｎに対して接離可能となっている。セレクタ３４は、標準抵抗器３０を、Ｎ個の端子対３６_Ｐ／Ｎのうち、任意のひとつに接続可能に構成される。計測器３２は、たとえばデジタルマルチメータであり、標準抵抗器３０の電圧降下を測定することにより、標準抵抗器３０に流れる校正電流の量を検出する。

シャントスイッチＳＷ３＿１〜ＳＷ３＿Ｎは、チャンネルごとに設けられ、それぞれが独立に制御可能であり、対応するプローブ対１０_Ｐ／Ｎの間を短絡可能に構成される。

電圧校正部３８は、充放電検査装置４の電圧センサ（不図示）を校正（電圧校正という）するために設けられる。

以上が校正装置６の構成である。続いて、充放電検査システム２の電流校正プロセスの動作について説明する。

図４は、図３の充放電検査システム２における電流校正プロセスのタイムチャートである。時刻ｔ０に校正がスタートする。充放電検査システム２は、電流校正プロセスにおいて複数のチャンネルＣＨ１〜ＣＨＮを順に校正対象とする。そして、校正対象のチャンネルＣＨｉにおいて、（i）そのチャンネルＣＨｉの電源１２＿ｉから、対応する電流センサ１４＿ｉにプレヒート用の電流を流すプレヒート工程を実行する。そして、（ii）プレヒート工程の完了後に、そのチャンネルＣＨｉの電源１２＿ｉから供給される校正電流を、電流センサ１４＿ｉにより測定する。

充放電検査システム２は、あるチャンネルＣＨｉを校正中に、それ以外の未校正のチャンネルＣＨｉ＋１〜ＣＨＮの少なくともひとつにおいて、プレヒート工程を並行して行う。本実施の形態では、あるチャンネルＣＨｉを校正中に、未校正のチャンネルＣＨｉ＋１〜ＣＨＮをすべてプレヒートするものとし、全チャンネルのプレヒートは、校正開始時刻ｔ０から同時に開始される。あるチャンネルＣＨｊにおいてプレヒートを行う間、そのチャンネルＣＨｊのシャントスイッチＳＷ３＿ｊはオンする。これにより、電源１２＿ｊからの電流が、シャントスイッチＳＷ３＿ｊ、電流センサ１４＿ｊを経由して流れ、電流センサ１４＿ｊおよびその周辺の温度が安定化され、電流センサ１４＿ｊの精度が高まる。校正が完了したチャンネルについては、プレヒートは不要であるから、シャントスイッチＳＷ３をオフし、以降はプレヒートは行わない。

以上が充放電検査システム２の動作である。

充放電検査システム２によれば、各チャンネルの電流校正に先立ち、プレヒートを行うことにより校正精度を高めることができる。
そしてあるチャンネルＣＨｉを校正中に、他のチャンネルＣＨｉ＋１〜ＣＨＮのプレヒートを同時に行うことにより、チャンネルごとに、プレヒート、校正を順に行う場合（図２に示すように）に比べて、トータルの校正時間を大幅に短縮できる。具体的には、図４の電流校正プロセスでは、プレヒートの時間をＴ１、校正時間をＴ２とするとき、トータルの校正時間Ｔｃは、
Ｔｃ＝Ｔ１＋Ｎ×Ｔ２
となる。つまり、図２の電流校正プロセスに比べて、トータルの校正時間Ｔｃを（Ｎ−１）×Ｔ１短縮することができる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
実施の形態では、時刻ｔ０に全チャンネルのプレヒート工程を一斉に開始する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。
一般的に、電流センサ１４＿１の精度は、プレヒートの時間が長くなるにしたがい高くなるが、プレヒート時間がある長さとなると、その精度はあるレベルで頭打ちとなる。そこで変形例１では、各チャンネルにおいて、電流校正の開始時刻から所定のプレヒート期間Ｔ１前の時刻から、プレヒート工程を開始する。図５（ａ）は、変形例１に係る電流校正プロセスのタイムチャートである。

図３の方式では、後ろのチャンネルほど、プレヒート工程の時間が長くなるのに対して、図５（ａ）の方式では、各チャンネルのプレヒート工程の時間を揃えることができる。この変形例１によれば、プレヒート工程の長さが無駄に長くなるのを防止でき、校正に要する消費電力を低減できる。

（変形例２）
実施の形態では、充放電検査装置４が電流校正のみを単独で実施する場合を説明した。変形例２では、電流校正と電圧校正を実施する場合について説明する。図５（ｂ）は、変形例２に係る校正プロセスのタイムチャートである。この変形例２では、電流校正と電圧校正を実施する場合に、電圧校正を先に実施する。電圧校正は、電流校正と同様に複数のチャンネルを順に校正対象とし、校正対象のチャンネルにおいて、充放電検査装置４の電圧センサ（不図示）を校正する。最終チャンネルにおいて電圧校正が終了すると、先頭のチャンネルから順に電流校正が行われる。各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ６のプレヒートは、その他のチャンネルにおいて電圧校正を行う間に実施される。たとえば各チャンネルのプレヒートは、同チャンネルにおいて電圧校正が完了した直後から開始してもよい。

この変形例２では、各チャンネルにおいて電流校正に先立ってプレヒートを行いつつも、そのプレヒートの時間Ｔ１は、その他のチャンネルにおいて電圧校正を行う時間Ｔ３と重なっているため、プレヒートの時間Ｔ１はオーバーヘッドとはならない。このときのトータルの校正時間Ｔｃは、以下の式で与えられ、プレヒート工程の時間Ｔ１は含まれないことに留意すべきである。
Ｔｃ＝Ｔ３×Ｎ＋Ｔ２×Ｎ
したがってこの変形例においても、プレヒートによる校正時間の延長を抑制できる。

（変形例３）
実施の形態では、Ｎ個のチャンネルの充放電検査装置４に対して、全チャンネルを校正する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。たとえばＮ個のチャンネルを２つに分割し、はじめに半分のＭ（＝Ｎ／２）チャンネルを同時に校正し、続いて残りのチャンネルを同時に校正してもよい。つまりＭは任意である。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１…２次電池、２…充放電検査システム、４…充放電検査装置、６…校正装置、８…トレー、１０…プローブ対、１２…電源、１４…電流センサ、１６…プローブユニット、３０…標準抵抗器、３２…計測器、３４…セレクタ、３６…端子対、３８…電圧校正部、ＳＷ３…シャントスイッチ。

Claims (7)

1. 複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置と、前記充放電検査装置を校正する校正装置と、を有する充放電検査システムであって、
   前記充放電検査装置は、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する２次電池の電極と電気的に接続可能なＮ個のプローブ対と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対を介して対応する前記２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記電源からソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、
   を備え、
   前記校正装置は、
   標準抵抗器と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対と電気的に接続可能なＮ個の端子対と、
   前記標準抵抗器を、前記Ｎ個の端子対のうち、任意のひとつに接続可能に構成されたセレクタと、
   を備え、
   前記充放電検査システムは、電流校正プロセスにおいて複数のチャンネルを順に校正対象とし、校正対象のチャンネルにおいて、
   （i）そのチャンネルの電源から、対応する電流センサにプレヒート用の電流を流すプレヒート工程と、
   （ii）プレヒート工程の完了後に、そのチャンネルの電源から供給される校正電流を、電流センサにより測定するステップと、
   を実行するものであり、
   あるチャンネルを校正中に、それ以外の未校正のチャンネルの少なくともひとつにおいて、プレヒート工程を並行して行うことを特徴とする充放電検査システム。
2. あるチャンネルを校正中に、少なくとも、次に校正対象となるチャンネルにおいてプレヒート工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の充放電検査システム。
3. 前記校正装置は、チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対の間を短絡可能に構成された複数のシャントスイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の充放電検査システム。
4. 校正対象以外のチャンネルにおいて、前記プレヒート工程の間、前記シャントスイッチがオンすることを特徴とする請求項３に記載の充放電検査システム。
5. 前記充放電検査システムは、前記電流校正プロセスに先だって電圧校正プロセスを実行し、前記電流校正プロセスの先頭のチャンネルのプレヒート工程を、その他のチャンネルの電圧校正プロセスの間に実行することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の充電検査システム。
6. 複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置の校正方法であって、
   前記充放電検査装置は、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する２次電池の電極と電気的に接続可能なＮ個のプローブ対と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対を介して対応する前記２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記電源からソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、
   を備え、
   前記校正方法は、
   複数のチャンネルを順に校正対象とするステップと、
   校正対象のチャンネルにおいて、（i）そのチャンネルの電源から、対応する電流センサにプレヒート用の電流を流すプレヒート工程と、（ii）プレヒート工程の完了後に、そのチャンネルの前記プローブ対の間に、標準抵抗器を接続し、そのチャンネルの電源から供給される校正電流を、電流センサにより測定するステップと、
   あるチャンネルを校正中に、それ以外の未校正のチャンネルの少なくともひとつにおいて、プレヒート工程を並行して行うステップと、
   を備えることを特徴とする校正方法。
7. 複数の２次電池を充放電する多チャンネルの充放電検査装置を校正する校正装置であって、
   前記充放電検査装置は、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する２次電池の電極と電気的に接続可能なＮ個のプローブ対と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対を介して対応する前記２次電池に電力を供給するＮ個の電源と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記電源からソースまたはシンクされる電流の経路上に設けられ、当該経路に流れる電流量を示す電流検出値を生成するＮ個の電流センサと、
   を備えるものであり、
   前記校正装置は、
   標準抵抗器と、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対と電気的に接続可能なＮ個の端子対と、
   前記標準抵抗器を、前記Ｎ個の端子対のうち、任意のひとつに接続可能に構成されたセレクタと、
   チャンネルごとに設けられ、それぞれが、対応する前記プローブ対の間を短絡可能に構成された複数のシャントスイッチと、
   を備え、
   電流校正プロセスにおいて複数のチャンネルが順に校正対象とされ、校正対象のチャンネルにおいて、
   （i）そのチャンネルの電源から、対応する電流センサにプレヒート用の電流を流すプレヒート工程と、
   （ii）プレヒート工程の完了後に、そのチャンネルの電源から供給される校正電流を、電流センサにより測定するステップと、
   が実行され、
   あるチャンネルを校正中に、それ以外の未校正のチャンネルの少なくともひとつにおいて、前記シャントスイッチをオンすることによりプレヒート工程を並行して行うことを特徴とする校正装置。

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