JP2008078256A

JP2008078256A - キャパシタモジュール特性検査装置

Info

Publication number: JP2008078256A
Application number: JP2006253758A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Katayama; 真一片山; Atsushi Shimizu; 敦清水
Original assignee: Power System Co Ltd
Current assignee: Power System Co Ltd
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: JP4014112B1

Abstract

【課題】比較的簡単な構成によってキャパシタモジュールの基本定なパラメータの正常・異常などを検査することができるキャパシタモジュール特性検査装置を提供する。
【解決手段】キャパシタモジュール特性検査装置は、直列接続された複数のキャパシタセル（Ｃ１，Ｃ２，・・Ｃｎ）と、該複数のキャパシタセルと並列に接続され、該複数のキャパシタセルが満充電に達すると満充電信号を発する複数の並列モニタ（Ｍ１，Ｍ２，・・Ｍｎ）とからなるキャパシタモジュールの特性検査を行うものであり、定電流発生部１１と、定電圧発生部１２と、電流検出部１３と、電圧検出部１４と、放電制御を行う放電制御部１５と、Ｆ信号検出部１６と、表示部１７と、検出結果に基づいて所定の演算などを行う主制御部１８と、を有する構成となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、キャパシタモジュールにおける並列モニタの良否や、キャパシタモジュール内のキャパシタセルと並列モニタの接続の良否、キャパシタモジュールの基本定なパラメータの正常・異常などを検査するキャパシタモジュール特性検査装置に関するものである。

近年、大電流の充放電が可能な電気二重層キャパシタが注目されている。電気二重層キャパシタは、電極と電解液との界面においてイオンの分極によりできる電気二重層を利用したキャパシタであり、従来のキャパシタに比較して大容量の静電容量を充電できるとともに、急速充放電が可能であり、その応用が期待されている。この電気二重層キャパシタの用途としては、メモリバックアップ用や電気自動車のパワーアシスト用や電力貯蔵用蓄電池代替などがあり、小容量品から大容量品まで幅広く検討されている。本件出願人は、例えば複数の電気二重層キャパシタのセルを直列に接続し、各キャパシタセルを並列モニタで監視しつつ充放電を行う電子回路と組み合わせて構成したキャパシタ蓄電装置を、ＥＣＳ(Energy Capacitor System）またはＥＣａＳＳ（Energy Capacitor Systems）(登録商標)として提案している。ここで、並列モニタは、複数の電気二重層キャパシタが直列に接続されたキャパシタバンクの各電気二重層キャパシタの端子間に接続され、キャパシタバンクの充電電圧が並列モニタの設定値を越えると充電電流をバイパスする装置である。

上記並列モニタを備えたキャパシタバンクは、充電する際にキャパシタバンクの充電電圧が設定値以上に上昇しないように充電電流をバイパスして一定に保つので、キャパシタバンク内のすべての電気二重層キャパシタは、設定された電圧まで均等に充電され、電気二重層キャパシタの蓄積能力をほぼ１００パーセント発揮させることができる。したがって、並列モニタは、キャパシタの特性のバラツキや残留電荷の大小がある場合にも、最大電圧の均等化、逆流防止、充電終止電圧の検出と制御などを行い、耐電圧いっぱいまで使えるようにするものとして、きわめて大きな役割を持ち、エネルギー密度の有効利用の手段として不可欠な装置である。このような並列モニタについては、特許文献１（特許第３３０６３２５号公報）等に開示されている。
特許第３３０６３２５号公報

上記のようなＥＣＳやＥＣａＳＳにおいては、複数のキャパシタセルと並列モニタとであらかじめキャパシタモジュールを構成しておき、このキャパシタモジュールを基本構成単位として顧客に提供する形態が検討されている。このようなキャパシタモジュールにおいては、キャパシタセルの個数が異なるいくつかのバリエーションを用意しておき、顧客は、これらのキャパシタモジュールからバリエーションから選択し、適宜これらを組み合わせることによって自らの設計仕様に最適な蓄電装置を構成することができる。このようなキャパシタモジュールの提供者としては、キャパシタセルの段階での特性検査に加えて、これらの単位キャパシタセルを複数組み合わせて構成したときの上記キャパシタモジュールの段階での特性検査も必要となる。キャパシタモジュールにおける特性検査としては、キャパシタモジュールとしての蓄電容量が規定値内に収まっているか、自己放電が不適正ではないか、などのキャパシタとしての基本定なパラメータのチェックに加えて、単位キャパシタセル同士が適切に接続されているか、或いは、単位キャパシタセルとともにキャパシタモジュールに組み込まれている並列モニタが動作するか、などのセルをモジュールとして組み上げたときに特有なチェックも必要となってくる。ところが、従来、キャパシタモジュールをモジュール単位で、簡便でしかも効率的に特性検査する装置については提案されていなかった。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、直列接続された複数のキャパシタセルと、該複数のキャパシタセルと並列に接続され、該複数のキャパシタセルが満充電に達すると満充電信号を発する複数の並列モニタとからなるキャパシタモジュールの特性検査を行うキャパシタモジュール特性検査装置において、該キャパシタモジュールに定電流を印加する定電流発生部と、該キャパシタモジュールに定電圧を印加する定電圧発生部と、該キャパシタモジュールの電流を検出する電流検出部と、該キャパシタモジュールの電圧を検出する電圧検出部と、該キャパシタモジュールの放電制御を行う放電制御部と、該複数の並列モニタから発せられた満充電信号を検出する満充電信号検出部と、該キャパシタモジュールの特性検査状況を表示する表示部と、該定電流発生部及び該定電圧発生部で発生させる電流と電圧を制御し、かつ該電流検出部と該電圧検出部と満充電信号検出部とで検出した検出結果を記録し、かつ該検出結果に基づいて所定の演算を行う主制御部と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出され時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、並列モニタの良否を判定することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出され時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、該キャパシタセルと並列モニタの接続状態の良否を判定することを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出され時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、該キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、該放電制御部によって該キャパシタモジュールを放電する際、該電圧検出部で検出されるＩＲドロップによって内部抵抗値を計算することを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、計算された内部抵抗値をあらかじめ設定される内部抵抗基準値と比較し、キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、該放電制御部によって該キャパシタモジュールを放電する際の該電流検出部と該電圧検出部との検出結果に基づいて静電容量値を計算することを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、請求項７に記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、計算された静電容量値をあらかじめ設定される静電容量基準値と比較し、キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする。

また、請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、キャパシタモジュールの種類別の内部抵抗基準値、静電容量基準値を記憶するモジュール別特性検査情報記憶部を有することを特徴とする。

本発明の実施の形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置によれば、比較的簡単な構成によって、キャパシタモジュールにおける並列モニタの良否や、キャパシタモジュール内のキャパシタセルと並列モニタの接続の良否、キャパシタモジュールの基本定なパラメータの正常・異常などを、簡便でしかも効率的に検査することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置のブロック構成を示す図である。図１において、１０はキャパシタモジュール特性検査装置、１１は定電流発生部、１２は定電圧発生部、１３は電流検出部、１４は電圧検出部、１５は放電制御部、１６はＦ信号検出部、１７は表示部、１８は主制御部、２０はキャパシタモジュール、２１はＯＲ論理回路、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎはキャパシタセル、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎは並列モニタをそれぞれ示している。

本発明のキャパシタモジュール特性検査装置１０において、キャパシタモジュール２０が被検査物であり、基本的にはキャパシタモジュール２０は、単位キャパシタセルであるＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎの直列接続をパッケージしたものである。単位キャパシタセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎのそれぞれには並列モニタＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎが図示するように並列に接続されている。並列モニタＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎはそれぞれに並列接続されている単位キャパシタセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎを監視するものであり、監視対象のキャパシタセルが満充電に達したときにＦ１信号、Ｆ２信号、Ｆ３信号・・・Ｆｎ信号を発する。Ｆ１信号、Ｆ２信号、Ｆ３信号・・・Ｆｎ信号はＯＲ論理回路２１で論理和がとられる。ＯＲ論理回路２１の出力はキャパシタモジュール２０全体のＦ信号としてモジュール外部に出力される。ＯＲ論理回路２１はＦ１信号、Ｆ２信号、Ｆ３信号・・・Ｆｎ信号からの論理和をとるので、このＦ信号が出力されるということは、単位キャパシタセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎのうちの少なくとも１つのキャパシタセルが満充電に達していることを意味する。キャパシタモジュール２０全体としてのＦ信号は、キャパシタモジュール特性検査装置１０に入力される。

キャパシタモジュール特性検査装置１０における定電流発生部１１は、定電流を発生しキャパシタモジュール２０を定電流充電させ、また、定電圧発生部１２は、定電圧を発生しキャパシタモジュール２０を定電圧で充電させる構成である。これら定電流発生部１１や定電圧発生部１２にどの程度の電流や電圧を発生させるのかは、マイクロコンピュータなどからなる主制御部１８のプログラム制御に基づいている。

電流検出部１３は、キャパシタモジュール２０を充放電しているときに電流を検出しモニタする。また、電圧検出部１４は、キャパシタモジュール２０を定電流充放電しているときに電圧を検出しモニタする。

放電制御部１５は、キャパシタモジュール２０を放電する際に放電電流を適当に設定する。このようなキャパシタモジュール２０の放電制御が行われているときには、電圧検出部１４は、キャパシタモジュール２０の電圧を検出しモニタする。

なお、キャパシタモジュール２０の充放電時の定電流発生部１１における設定電流、定電圧発生部１２における設定電圧、電流検出部１３における検出電流、電圧検出部１４における検出電圧は不図示の記憶手段に記憶・蓄積され、主制御部１８においてキャパシタモジュール２０を判定する際の基礎データとされる。

キャパシタモジュール特性検査装置１０におけるＦ信号検出部１６は、キャパシタモジュール２０から出力されるＦ信号を検出する構成である。Ｆ信号の検出により、キャパシタモジュール２０における単位キャパシタセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎのうちの少なくとも１つのキャパシタセルが満充電に達していることが判定できる。Ｆ信号検出部１６で検出された情報は、主制御部１８におけるキャパシタモジュール２０の良否の判定に用いられる。

キャパシタモジュール特性検査装置１０における表示部１７は、キャパシタモジュール２０の充放電特性曲線を表示したり、或いは、主制御部１８によるキャパシタモジュール２０の良否の判定の結果を表示したりするようになっている。

主制御部１８はＣＰＵなどの中央演算装置（不図示）とこれにシステムバス（不図示）を介して接続されるＲＯＭなどの不揮発性記憶素子（不図示）やＲＡＭなどの書き換え可能な記憶素子（不図示）、ＨＤＤなどの大容量記憶手段（不図示）や外部との通信制御部（不図示）等を備える周知のコンピュータの構成を有するものである。上記の定電流発生部１１、定電圧発生部１２、電流検出部１３、電圧検出部１４、放電制御部１５、Ｆ信号検出部１６、表示部１７も全て前記システムバスを介して前記の中央演算装置に接続されるものであり、これらの中央演算装置に接続された構成は、前記大容量記憶手段に記憶される、キャパシタモジュール特性検査装置１０を動作させるためのプログラムに基づいて中央演算装置が制御したり、データ取得したりするものである。なお、各検出部により取得された検出データは前記の前記大容量記憶手段に記憶される。この大容量記憶手段に記憶された検出データは、キャパシタモジュール特性検査装置１０を動作させるためのプログラムに基づいて後述するような各種判定に供される。

次に、単位キャパシタセルＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・Ｃｎのそれぞれに接続され、キャパシタセルを監視する並列モニタＭ１、Ｍ２、Ｍ３・・・Ｍｎについて説明する。図２は、キャパシタモジュール２０に内蔵される並列モニタＭの回路構成を示す図である。図２は、キャパシタモジュール２０のうちの一つのキャパシタセルＣに並列に接続される並列モニタＭを抜き出して示したものであり、Ｔｒはトランジスタ、Ｒは抵抗、ＣＭＰはコンパレータ、Ｖｒｅｆは基準電圧をそれぞれ示している。

以上の構成の並列モニタＭの動作について説明する。基準電圧Ｖｒｅｆには、キャパシタセルＣの満充電電圧（一般には、キャパシタセルＣの定格電圧）が設定される。並列モニタＭは、コンパレータＣＭＰにおいて、各キャパシタセルＣの端子間（Ｔ−Ｔ’間）の電圧を、この基準電圧Ｖｒｅｆと比較・監視し、キャパシタセルＣの電圧が基準電圧Ｖｒｅｆによる設定値を越えるとトランジスタＴｒをオンにして充電電流をバイパスするとともに、キャパシタセルＣが満充電に達したことを並列モニタＭ外部に報知するＦｎ信号を発するように構成されている。

次に、キャパシタモジュール特性検査装置１０によるキャパシタモジュール２０の特性検査の流れについて説明する。図３乃至図５は、本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置の特性検査動作のフローチャートを示す図である。不図示の前記大容量記憶手段に記憶された本実施形態のキャパシタモジュール特性検査装置１０のプログラムは、この図３乃至図５のフローチャートに基づいて動作するようになっている。キャパシタモジュール特性検査装置１０は、このフローチャートに基づくプログラムにより、図１における主制御部１８が、定電流発生部１１、定電圧発生部１２、電流検出部１３、電圧検出部１４、放電制御部１５、Ｆ信号検出部１６、表示部１７と共に協働することによって実現されるものである。

図６は、本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置がキャパシタモジュール２０の特性検査時に取得する充放電特性曲線の一例を示す図である。図６（Ａ）は電流値の充放電特性曲線を示すものであり、また、図６（Ｂ）は電圧値の充放電特性曲線を示すものである。図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の両図において、横軸は時間を示しており、その縮尺は同様のものである。なお、図６（Ａ）において、時間０からｔ₁₀まではキャパシタモジュール２０の充電電流を正の方向にとって示したものであり、時間ｔ₁₀以降はキャパシタモジュール２０の放電電流を正の方向にとって示したものである。以下、適宜これらの充放電特性曲線を参照しつつ、図３乃至図５のフローチャートについて説明する。

図３乃至図５で説明するフローチャートは、キャパシタモジュール特性検査装置１０が、満充電電圧Ｖｃである単位キャパシタセルｎ個の直列接続を有するキャパシタモジュール２０を判定するためのものである。なお、図３乃至図５のフローチャートにおいて、Ｖｔはキャパシタモジュール２０の検出（充電）電圧値、Ｉｔはキャパシタモジュール２０の検出（充電）電流値、Ｉｄは放電電流を示している。

ステップＳ１００でキャパシタモジュール特性検査装置のフローチャートの処理が開始されると、次にステップS１０１へと進み、検査対象キャパシタモジュール２０の内部抵抗基準値Ｒｏと静電容量基準値Ｃｏの双方の入力が行われる。この内部抵抗基準値Ｒｏと静電容量基準値Ｃｏはそれぞれ正常なキャパシタモジュール２０の内部抵抗値と静電容量値であり、後のステップにおいて計算された検査対象キャパシタモジュール２０の各値は、これらの値と比較され、検査対象キャパシタモジュール２０の良否が判定される。

続いてステップＳ１０２において、ｍなる変数（ただし、ｍは自然数）に対してｍ＝１がセットされる。後述するように検査対象キャパシタモジュール２０からＦ信号が検出されると、キャパシタモジュール２０に対する充電電流を一段階絞るように制御するが、本実施形態では、このときに、この変数ｍを用いて充電電流を絞るように構成する。本実施形態では、このようにｍを用いて充電電流を絞るようにしたが、これは必ずしも必須の構成要件ではなく、要はＦ信号検出のたびに充電電流を適当に絞るようにすればよい。

次にステップＳ１０３においては、充電電流Ｉｔを先の変数ｍを用いて、Ｉｏ／ｍに設定して、検査対象キャパシタモジュール２０の充電を開始する。ここで、Ｉｏは特性検査を開始する最初の段階で設定される初期充電電流値である。なお、このステップＳ１０３を図６の充放電特性曲線を用いて示すと、図６（Ａ）の時間ｔ₀からｔ₁までの間の期間がそれに相当する。

次に、ステップＳ１０４ではＦ信号が検出されたかどうかが判定される。このステップＳ１０４での判定結果がＹｅｓであればステップＳ１０５へと進み、ＮｏであればステップＳ１０６へと進む。

ステップＳ１０６に進んだ場合には、Ｆ信号が検出されなかったことを意味する。すなわち、この場合には、検査対象キャパシタモジュール２０の並列モニタが故障しているものとＦ信号検出時のＶｅとＶｓを比較することで並列モニタの故障の可能性を発見できる。

ステップＳ１０５に進んだ場合には、Ｆ信号が検出されたことを意味するので、この場合には、検査対象キャパシタモジュール２０の並列モニタが動作しているものと判定することができる。なお、以上の並列モニタの良否の判定結果は表示部１８に表示するように構成してもよい。

ステップＳ１０５からは、引き続いてステップＳ１０７に進み、Ｖｔ＞（Ｖｃ×ｎ×１．０２）／２であるかが判定される。ここで、このステップＳ１０５で具体的にどのようなことを判定しようとしているかについて図７を参照しつつ説明する。図７は、キャパシタモジュールを構成するキャパシタセルの正常接続状態と誤接続状態とを示す図である。図７（Ａ）は、キャパシタセルが正常に接続された状態を示しており、図７（Ｂ）は、キャパシタセルが誤接続された状態を示している。また、図７において、Ｃａ、Ｃｂ、Ｃｃはキャパシタセルを、Ｍａ、Ｍｂ、Ｍｃは並列モニタをそれぞれ示している。図７（Ａ）に示されるように、正常な接続状態では、キャパシタセルＣａ、Ｃｂ、Ｃｃのそれぞれを、１つ１つの並列モニタＭａ、Ｍｂ、Ｍｃが監視するような構成となる。一方、図７（Ｂ）に示されるような誤接続状態となると、例えば、並列モニタＭａはキャパシタセルＣａ及びＣｂの２つの直列接続を監視する構成となる。このような並列モニタＭａは、キャパシタセルＣａ分の電圧と、キャパシタセルＣｂ分の電圧の和をモニタすることとなるので、通常並列モニタが動作する電圧の約半分程度の電圧で並列モニタが動作してしまうこととなる。

ステップＳ１０７は、このような誤接続を判定するためのステップであり、ここで検出電圧Ｖｔと比較される判定基準である「（Ｖｃ×ｎ×１．０２）／２」について説明する。検査対象となっているキャパシタモジュール２０は、満充電電圧Ｖｃのものがｎ個直列接続された構成となっているので、通常の接続状態ではＶｃ×ｎ程度で、接続されている並列モニタのどれか１つが満充電電圧を検出するはずである。ただ、キャパシタセルの充電具合にはバラツキがあるので、ある程度の余裕Ｋを考慮して（Ｖｃ×ｎ×Ｋ）を並列モニタが満充電を検出する電圧としている。このため、その半分の値である「（Ｖｃ×ｎ×Ｋ）／２」を上記のような誤接続の判定基準としている。

ステップＳ１０７における判定の結果がＹｅｓであればステップＳ１０８へと進み、キャパシタモジュール２０内のキャパシタセルの接続状態が正常である旨、例えば表示部１８などに表示する。また、ステップＳ１０７における判定の結果がＮｏであればステップＳ１０９へと進み、例えば、表示部１８にキャパシタセルの誤接続が疑われる旨表示するような構成とする。

ステップＳ１０８からは続いてステップＳ１１０へと進む。ステップＳ１１０においては、Ｖｔ＞Ｖｃ×ｎ×αであるかが判定される。ここで、このステップＳ１１０で具体的にどのようなことを判定しようとしているかについて説明する。ステップＳ１１０は、並列モニタが動作する電圧があまりに低すぎないかどうかを検出するステップである。前述したのと同様に、検査対象となっているキャパシタモジュール２０は、満充電電圧Ｖｃのものがｎ個直列接続された構成となっているので、通常の接続状態ではＶｃ×ｎ程度で、接続されている並列モニタのどれか１つが満充電電圧を検出するはずである。ただ、キャパシタセルに依って充電の仕方にバラツキがあるので、αとして例えば０．８程度の係数をＶｃ×ｎに乗じたものを、並列モニタ動作の下限値とする。

ステップＳ１１０における判定の結果がＹｅｓであればステップＳ１１１へと進む。ステップＳ１１１では、並列モニタの動作電圧の観点からするとキャパシタモジュール２０が正常であると考えられるので、その旨、例えば表示部１８などに表示する。逆に、ステップＳ１１０における判定の結果がＮｏであればステップＳ１１２へと進む。ステップＳ１１２へと進むと言うことは、並列モニタが動作する電圧がＶｃ×ｎ×α以下と低いために、キャパシタモジュール２０に何らかの不良があるものと考えられる。そこで、例えば、表示部１８にキャパシタモジュール２０の不良である旨表示するような構成とする。

ステップＳ１１１から続いて、図４のステップＳ２００へと進む。まず、ステップＳ２００においては、変数ｍを１インクリメントする。前述したように、検査対象キャパシタモジュール２０からＦ信号が検出されると、キャパシタモジュール２０に対する充電電流を一段階絞るように制御する。この制御のために用いる変数ｍをこのステップではインクリメントするわけである。

ステップＳ２０１においては、次に設定する充電電流Ｉｔ＝Ｉｏ／ｍが１［Ａ］より大きいかが判定される。ここで、充電電流Ｉｔ＝Ｉｏ／ｍと１［Ａ］との大小関係を比較するのは、並列モニタの耐電流値が１［Ａ］であることに起因するが、必ずしもこのステップでの判定基準を１［Ａ］とする必要はなく、Ｉｏに比べて十分に低い並列モニタの許容電流値であればこれに拘ることはない。

ステップＳ２０１での判定の結果がＹｅｓである場合には、続いてステップＳ２０２へと進み、充電電圧Ｉｔ＝Ｉｏ／ｍにて再びキャパシタモジュール２０の充電を行う。

ステップＳ２０３においては、Ｆ信号が検出されたかどうかが判定される。Ｆ信号が検出される（Ｙｅｓの場合）とステップＳ２００へと進み、Ｆ信号が検出されない（Ｎｏの場合）ステップＳ２００へと進む。

ステップＳ２０３においてＦ信号が検出される場合について説明する。本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置においては前述するように、検査対象キャパシタモジュール２０からＦ信号が検出されると、キャパシタモジュール２０に対する充電電流を一段階絞るように制御する。そこで、Ｆ信号が検出されるたびに、充電電流をＩoからＩo／２へ、Ｉo／２からＩo／３へ、Ｉo／３からＩo／４へ、・・・というように段階的に下げていくわけである。このような制御を行うためのループがステップＳ２００からステップＳ２０３のループである。ステップＳ２００乃至ステップＳ２０３を参照するとわかるように、Ｆ信号が検出されるたびにｍが＋１された上で、充電電流がＩｔ＝Ｉｏ／ｍに設定される。このようなループをたどることによって、上記のような電流を絞る制御が行われる。このループにおけるキャパシタモジュール特性検査装置の充放電特性曲線はｔ₁からｔ₉までの間である。図６を参照すると段階的に充電電流が絞られていく様子がわかる。

ステップＳ２０１での判定の結果がＮｏである場合には、続いてステップＳ２０４へと進み、所定の電流値（例えば、１［Ａ］）にてキャパシタモジュール２０の充電を行う。

続くステップＳ２０５においては、Ｖｔ≦Ｖｃ×ｎであるかが判定される。ステップＳ２０５における判定結果がＹｅｓである場合にはステップＳ２０６へと進み、判定結果がＮｏである場合にはステップＳ２０７へと進む。このステップＳ２０５においては、キャパシタモジュール２０全体の電圧が（キャパシタセルの満充電電圧Ｖｃ）×（セル数ｎ）に達しているかどうかが判定される。もし達していなければ充電継続が可能であるとし、達していれば続く放電準備のための、後述する一定時間の緩和充電モードへと移行する。

ステップＳ２０６においては、充電電圧Ｉｔ＝Ｉｏ／ｍ（ただし、Ｉｏ／ｍ≦１［Ａ］）にてキャパシタモジュール２０の充電が開始されてから所定の時間が経過したかどうか判定される。ステップＳ２０６において、所定時間経過しておらず、判定結果がＮｏであれば、ステップＳ２０４に戻り充電を継続する。また、ステップＳ２０６において、所定時間経過し、判定結果がＹｅｓであれば、ステップＳ２０７へと進み、一定時間の緩和充電をモードへと移行する。

ステップＳ２０７においては、キャパシタモジュール２０に対して一定時間緩和充電を行うようにする。この緩和充電の時間はキャパシタセルの種類に適した設定にする。この緩和充電は、続くキャパシタモジュール２０の放電前の前提条件統一の為の準備と考えることができる。

ステップＳ２０８においては、Ｉ_VLが充分０に近づいているかどうかを検知し、Ｉ_VLが一定基準のＩ_refLよりも大きい（Ｉ_VL＞Ｉ_refL）場合自己放電の大きいセル、又は疑似短絡しているセルがある可能性がある。ステップＳ２０８では、漏れ電流の大きいセルを検知しようとしている。仮に漏れ電流が大きいセルがキャパシタモジュール中に存在すると、Ｉ_VLは０に近づかない。

ステップＳ２０８において、ある程度のΔＶｔが検知された場合（Ｙｅｓの場合）には、ステップＳ２０９へと進む。この場合、キャパシタモジュール２０の中に自己放電が大きいキャパシタセルが含まれていないと判断できるので、表示部１７にそのような表示を行う。

なお、ステップＳ２０４乃至ステップＳ２０９の期間は、図６のキャパシタモジュール特性検査装置の充放電特性曲線ではｔ₉からｔ₁₀までの間として示されるものである。

ステップＳ２０９から続いて、図５のステップＳ３００へと進む。図５に示すステップＳ３００以降のステップは、キャパシタモジュール特性検査装置１０の放電及び放電によって取得するデータに関わるステップである。まずステップＳ３００において、放電開始電圧Ｖｓを検出してデータ取得する。

続いて、キャパシタモジュール特性検査装置１０の放電制御部１５によって、放電動作をステップＳ３０１で開始させる。このときの放電終止電圧は、図６に示すようにＶｏであり、放電開始電流はＩｄｏである。

放電開始初期には、キャパシタモジュール２０の放電電圧特性はＩＲドロップという顕著な電圧降下特性を示すこと知られており、また、このＩＲドロップはキャパシタの内部抵抗を反映したものであることも知られている。ステップＳ３０２においては、このＩＲドロップ分の電圧降下ΔＶｄを検出して、放電電流Ｉｄと緩和充電時の電流I_VLとの和から内部抵抗Ｒの算出を行う。内部抵抗値Ｒの算出にはＲ＝ΔＶｄ／（Ｉｄ＋｜I_VL｜）が用いられる。なお、このような算出結果は適宜表示部１７に算出するようにしてよい。

次に、上記ステップＳ３０２における内部抵抗値Ｒの算出結果が正常範囲内であるかどうかが判定される。すなわち、ステップＳ３０３においては、Ｒｏ−ΔＲｏ＜Ｒ＜Ｒｏ＋ΔＲｏであるかどうかが判定される。ここで、ＲｏはステップＳ１０１において入力された検査対象キャパシタモジュール２０の内部抵抗基準値であり、ΔＲｏは内部抵抗基準値Ｒｏからのずれの許容量である。

ステップＳ３０３における判定の結果がＹｅｓであればステップＳ３０４へと進む。ステップＳ３０４では、内部抵抗値Ｒが、内部抵抗基準値Ｒｏからみて許容量内にあると考えられるので、例えば「内部抵抗値正常」である旨、表示部１８などに表示する。逆に、ステップＳ３０３における判定の結果がＮｏであればステップＳ３０５へと進む。ステップＳ３０５へと進むと言うことは、内部抵抗基準値Ｒｏからみて許容量内になく、異常であることとなるので、例えば「内部抵抗値異常」である旨、表示部１８に表示するような構成とする。

次にステップＳ３０６へと進み、キャパシタモジュール２０の電圧が放電終了電圧に達したかかどうかが判定される。到達していない場合は、Ｖｏに到達するまでＳ３０６をループする。Ｖｏに到達すると判断されると、続いてステップＳ３０７へと進む。

ステップＳ３０７ではキャパシタモジュール２０の放電を終了する。引き続きステップＳ３０８にて放電終了時のキャパシタモジュール２０の電圧Ｖｏを検出しデータ取得する。

続くステップＳ３０９においては放電分のエネルギーＥ、及びそれに基づいて静電容量Ｃ、さらにΩＦの計算がされる。まず、放電開始後から放電終了までのＩｄo（放電電流）とＶｔ（放電電圧）との積を積分することによって、放電分のエネルギーを計算する。これは次式（１）によって示すことができる。式（１）による計算は不図示の大容量記憶手段に取得されたデータに基づいて主制御部１８が行うものである。

次に、キャパシタモジュール２０の静電容量をＣとすると、放電分のエネルギーは次式（２）によっても計算することができる。

式（１）によって求めた放電分のエネルギーと式（２）によって求めた放電分のエネルギーとは等しいことから、静電容量Ｃを求めることができる。

また、ステップＳ３０９では、ステップＳ３０２で求めたＲと、上記の静電容量Ｃとの積を取ることによってΩＦを求める。

次に、ステップＳ３１０においては、静電容量Ｃの算出結果が正常範囲内であるかどうかが判定される。すなわち、ステップＳ３１０においては、Ｃｏ−ΔＣｏ＜Ｃ＜Ｃｏ＋ΔＣｏであるかどうかが判定される。ここで、ＣｏはステップＳ１０１において入力された検査対象キャパシタモジュール２０の静電容量基準値であり、ΔＣｏは静電容量基準値Ｃｏからのずれの許容量である。

ステップＳ３１０における判定の結果がＹｅｓであればステップＳ３１１へと進む。ステップＳ３１１では、測定された検査対象キャパシタモジュール２０の静電容量値Ｃが、静電容量基準値Ｃｏからみて許容量内にあると考えられるので、例えば「静電容量値正常」である旨、表示部１８などに表示する。逆に、ステップＳ３１０における判定の結果がＮｏであればステップＳ３１２へと進む。ステップＳ３１２へと進むと言うことは、静電容量基準値Ｃｏからみて許容量内になく、異常であることとなるので、例えば「静電容量値異常」である旨、表示部１８に表示するような構成とする。

続くステップＳ３１３においては、ΩＦの算出結果が正常範囲内であるかどうかが判定される。すなわち、ステップＳ３１３においては、ＲｏＣｏ−ΔＲｏＣｏ＜ＲＣ＜ＲｏＣｏ＋ΔＲｏＣｏであるかどうかが判定される。ここで、ＲｏＣｏ（ΩＦ基準値）はステップＳ１０１において入力された検査対象キャパシタモジュール２０の内部抵抗基準値と静電容量基準値との積であり、ΔＲｏＣｏはΩＦ基準値ＲｏＣｏからのずれの許容量である。また、ＲＣはステップＳ３０２で計算された内部抵抗値Ｒと、ステップＳ３０９で計算された静電容量値Ｃの積である。

ステップＳ３１３における判定の結果がＹｅｓであればステップＳ３１４へと進む。ステップＳ３１４では、測定された検査対象キャパシタモジュール２０のΩＦ値Ｒ・Ｃが、ΩＦ基準値ＲｏＣｏからみて許容量内にあると考えられるので、例えば「ΩＦ値正常」である旨、表示部１８などに表示する。逆に、ステップＳ３１３における判定の結果がＮｏであればステップＳ３１５へと進む。ステップＳ３１５へと進むと言うことは、ΩＦ値Ｒ・ＣがΩＦ基準値ＲｏＣｏからみて許容量内になく、異常であることとなるので、例えば「ΩＦ値異常」である旨、表示部１８に表示するような構成とする。

以上、本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置によれば、比較的簡単な構成によって、キャパシタモジュールにおける並列モニタの良否や、キャパシタモジュール内のキャパシタセルの接続の良否、キャパシタモジュールの基本定なパラメータの正常・異常などを、簡便でしかも効率的に検査することができる。

次に、本発明の他の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置について説明する。図８は、本発明の他の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置のブロック構成を示す図である。図８において、図１と同様な構成要素は同じ参照番号を付し説明を省略する。本実施形態が先の実施形態と異なる点は、モジュール別特性検査情報記憶部１９を有する点である。このモジュール別特性検査情報記憶部１９に記憶されたキャパシタモジュールに係る情報は不図示の指定手段によって指定され、主制御部１８の記憶手段（不図示）にセットされる。

モジュール別特性検査情報記憶部１９に記憶されるデータ内容について説明する。図９は、本発明の他の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置におけるモジュール別特性検査情報記憶部のデータ内容の概略を示す図である。図９に示すように、モジュール別特性検査情報記憶部１９には、キャパシタモジュールの型式、キャパシタモジュールに使用されているキャパシタセルの種類、直列キャパシタセル数、内部抵抗基準値や静電容量基準値などといったキャパシタモジュール別の特性検査用データがデータベース化され記憶されている。

前記したようにキャパシタモジュールは複数のバリエーションを用意しておき、これをユーザーに提供するものである。したがって、キャパシタモジュール特性検査装置は複数のバリエーションのキャパシタモジュールに即対応することが望ましい。このために、ある型式のキャパシタモジュールの特性検査を行いたいときには、モジュール別特性検査情報記憶部１９に記憶されているキャパシタモジュール型式情報を不図示の指定手段によって指定することで、その型式に対応するキャパシタセルの種類、直列キャパシタセル数、内部抵抗基準値や静電容量基準値などといったキャパシタモジュール別の特性検査用データなどが、主制御部１８の不図示の記憶手段（不図示）にセットされるように構成する。

このように本実施形態においては、キャパシタモジュールの特性検査時、型式を指定するだけで、特性検査に必要となるパラメータがキャパシタモジュール特性検査装置にセットされるように構成されているので、各種のキャパシタモジュールの特性検査に素早く対応することが可能となる。

本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置のブロック構成を示す図である。キャパシタモジュール２０に内蔵される並列モニタＭの回路構成を示す図である。本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置の特性検査動作のフローチャート（その１）を示す図である。本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置の特性検査動作のフローチャート（その２）を示す図である。本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置の特性検査動作のフローチャート（その３）を示す図である。本発明の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置がキャパシタモジュール２０の特性検査時に取得する充放電特性曲線の一例を示す図である。キャパシタモジュールを構成するキャパシタセルの正常接続状態と誤接続状態とを示す図である。本発明の他の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置のブロック構成を示す図である。本発明の他の実施形態に係るキャパシタモジュール特性検査装置におけるモジュール別特性検査情報記憶部のデータ内容の概略を示す図である。

符号の説明

１０・・・キャパシタモジュール特性検査装置、１１・・・定電流発生部、１２・・・定電圧発生部、１３・・・電流検出部、１４・・・電圧検出部、１５・・・放電制御部、１６・・・Ｆ信号検出部、１７・・・表示部、１８・・・主制御部、１９・・・モジュール別特性検査情報記憶部、２０・・・キャパシタモジュール、２１・・・ＯＲ論理回路

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、直列接続された複数のキャパシタセルと、該複数のキャパシタセルと並列に接続され、該複数のキャパシタセルが満充電に達すると満充電信号を発する複数の並列モニタとからなるキャパシタモジュールの特性検査を行うキャパシタモジュール特性検査装置において、該キャパシタモジュールに定電流を印加する定電流発生部と、該キャパシタモジュールに定電圧を印加する定電圧発生部と、該キャパシタモジュールの電流を検出する電流検出部と、該キャパシタモジュールの電圧を検出する電圧検出部と、該キャパシタモジュールの放電制御を行う放電制御部と、該複数の並列モニタから発せられた満充電信号を検出する満充電信号検出部と、該キャパシタモジュールの特性検査状況を表示する表示部と、該定電流発生部及び該定電圧発生部で発生させる電流と電圧を制御し、かつ該電流検出部と該電圧検出部と満充電信号検出部とで検出した検出結果を記録し、かつ該検出結果に基づいて所定の演算を行う主制御部と、を有し、該主制御部は、該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出された時に該定電流発生部による充電電流を段階的に絞るように制御すると共に、絞られた充電電流が所定の電流値以下となった時には、少なくとも一定時間緩和充電を行うように制御することを特徴とする。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、直列接続された複数のキャパシタセルと、該複数のキャパシタセルと並列に接続され、該複数のキャパシタセルが満充電に達すると満充電信号を発する複数の並列モニタとからなるキャパシタモジュールの特性検査を行うキャパシタモジュール特性検査装置において、
該キャパシタモジュールに定電流を印加する定電流発生部と、該キャパシタモジュールに定電圧を印加する定電圧発生部と、該キャパシタモジュールの電流を検出する電流検出部と、該キャパシタモジュールの電圧を検出する電圧検出部と、該キャパシタモジュールの放電制御を行う放電制御部と、該複数の並列モニタから発せられた満充電信号の論理和信号を検出する満充電信号検出部と、該キャパシタモジュールの特性検査状況を表示する表示部と、該定電流発生部及び該定電圧発生部で発生させる電流と電圧を制御し、かつ該電流検出部と該電圧検出部と満充電信号検出部とで検出した検出結果を記録し、かつ該検出結果に基づいて所定の演算を行う主制御部と、を有し、
該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出された時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、並列モニタの良否、該キャパシタセルと並列モニタの接続状態の良否、該キャパシタモジュールの良否を判定し、
該主制御部は、該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出された時に該定電流発生部による充電電流を段階的に絞るように制御すると共に、絞られた充電電流が所定の電流値以下となった時には、少なくとも一定時間緩和充電を行うように制御し、
該放電制御部によって該キャパシタモジュールを放電する際、該電圧検出部で検出されるＩＲドロップによって内部抵抗値を計算すると共に、
計算された内部抵抗値をあらかじめ設定される内部抵抗基準値と比較し、キャパシタモジュールの良否を判定し、
該放電制御部によって該キャパシタモジュールを放電する際の該電流検出部と該電圧検出部との検出結果に基づいて静電容量値を計算すると共に、
計算された静電容量値をあらかじめ設定される静電容量基準値と比較し、キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のキャパシタモジュール特性検査装置において、キャパシタモジュールの種類別の内部抵抗基準値、静電容量基準値を記憶するモジュール別特性検査情報記憶部を有することを特徴とする。

Claims

直列接続された複数のキャパシタセルと、該複数のキャパシタセルと並列に接続され、該複数のキャパシタセルが満充電に達すると満充電信号を発する複数の並列モニタとからなるキャパシタモジュールの特性検査を行うキャパシタモジュール特性検査装置において、
該キャパシタモジュールに定電流を印加する定電流発生部と、該キャパシタモジュールに定電圧を印加する定電圧発生部と、該キャパシタモジュールの電流を検出する電流検出部と、該キャパシタモジュールの電圧を検出する電圧検出部と、該キャパシタモジュールの放電制御を行う放電制御部と、該複数の並列モニタから発せられた満充電信号を検出する満充電信号検出部と、該キャパシタモジュールの特性検査状況を表示する表示部と、該定電流発生部及び該定電圧発生部で発生させる電流と電圧を制御し、かつ該電流検出部と該電圧検出部と満充電信号検出部とで検出した検出結果を記録し、かつ該検出結果に基づいて所定の演算を行う主制御部と、を有することを特徴とするキャパシタモジュール特性検査装置。
該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出され時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、並列モニタの良否を判定することを特徴とする請求項１に記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出され時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、該キャパシタセルと並列モニタの接続状態の良否を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
該定電流発生部により該キャパシタモジュールを充電しつつ、該満充電信号検出部で満充電信号を検出し、その満充電信号が検出され時の該キャパシタモジュール電圧値を該電圧検出部で検出し、前記キャパシタモジュール電圧値によって、該キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
該放電制御部によって該キャパシタモジュールを放電する際、該電圧検出部で検出されるＩＲドロップによって内部抵抗値を計算することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
計算された内部抵抗値をあらかじめ設定される内部抵抗基準値と比較し、キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする請求項５に記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
該放電制御部によって該キャパシタモジュールを放電する際の該電流検出部と該電圧検出部との検出結果に基づいて静電容量値を計算することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
計算された静電容量値をあらかじめ設定される静電容量基準値と比較し、キャパシタモジュールの良否を判定することを特徴とする請求項７に記載のキャパシタモジュール特性検査装置。
キャパシタモジュールの種類別の内部抵抗基準値、静電容量基準値を記憶するモジュール別特性検査情報記憶部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のキャパシタモジュール特性検査装置。