JP7351053B1 - Secondary battery testing device and secondary battery testing system equipped with the same - Google Patents
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Abstract
【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[Problem] A secondary battery testing device capable of suppressing overcharging and/or overdischarging of a secondary battery even when a malfunction occurs in measuring the voltage of the secondary battery, and a secondary battery tester equipped with the same. Provides battery testing systems. [Solution] A secondary battery testing device that tests a plurality of secondary batteries connected in series, the device is connected in series with each secondary battery, and a preset voltage value is set for the secondary battery. a protection means that generates a voltage according to a set voltage value, and a control section that controls the connection between the protection means and the secondary battery, and the control section controls when the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value. Connect the secondary battery and the protection means so that current flows through the protection means when the [Selection diagram] Figure 3
Description
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。 The present invention relates to a secondary battery testing device for testing the charging and/or discharging of secondary batteries such as lithium ion batteries, and a secondary battery testing system equipped with the same, and particularly relates to a secondary battery testing system including a plurality of secondary batteries connected in series. The present invention relates to a secondary battery testing device and a secondary battery testing system including the same.
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。 Conventionally, rechargeable secondary batteries have been widely used as power sources for IT devices such as smartphones and tablet terminals. In recent years, the shift to electric vehicles has been accelerating at a global level with the aim of realizing a decarbonized society, and the importance of secondary batteries as a power source for electric vehicles is increasing. Lithium ion batteries are generally used as secondary batteries for electric vehicles. Lithium-ion batteries have high volumetric and gravimetric energy densities, allowing for rapid charging and discharging, and there is no memory effect that shortens the usable time due to repeated charging without using up the charged power. Due to its advantages, it is used in various devices and equipment, including electric cars.
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。 At the final stage of the manufacturing process, secondary batteries undergo a charge/discharge test to confirm that they meet predetermined performance and characteristics in terms of quality and safety before being shipped. In addition, since the characteristics of a secondary battery vary greatly depending on the internal resistance value of the secondary battery, the internal resistance value is calculated by ACIR (Alternating Current Internal Resistance) test, DCIR (Direct Current Internal Resistance) test, etc. Secondary batteries are sometimes ranked based on internal resistance values. ACIR testing is a test method that applies a minute alternating current signal to the secondary battery to separate and measure the resistance and reactance components of the battery, while DCIR testing involves discharging the secondary battery with a constant current. However, this is an inspection method that calculates the internal resistance value from the discharge current value and the voltage drop at a specific timing.
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。 In charging and discharging tests of secondary batteries, charging and discharging of the secondary batteries are controlled and tests are conducted to confirm the performance and characteristics of the secondary batteries. As a control method for charging and discharging this secondary battery, especially in charge/discharge tests of lithium ion batteries, control using a constant current/constant voltage charging method and a constant current/constant voltage discharging method (hereinafter referred to as "CCCV control") is used. ) is commonly practiced. In CCCV control, first, the voltage of the secondary battery is increased (or decreased) by charging (or discharging) with a constant current (constant current) (hereinafter, this control is referred to as "CC control"), and the voltage When reaches a predetermined voltage, the charging (or discharging) current is finely adjusted to maintain this predetermined voltage (Constant Voltage) (hereinafter, this control is referred to as "CV control"), and the predetermined voltage is When the conditions (for example, a predetermined elapsed time, a predetermined end current value, etc.) are met, charging (or discharging) is ended. By switching from CC control to CV control, overcharging and overdischarging of the secondary battery is prevented. Prevention of overcharging and overdischarging of secondary batteries is an important issue. Particularly in the case of lithium-ion batteries, when overcharged, needle-shaped metallic lithium (dendrites) are deposited on the surface of the negative electrode inside the battery, and this breaks through the separator separating the negative and positive electrodes, causing an internal short circuit. However, there is a risk that the battery may explode or catch fire. In addition, if a lithium-ion battery is over-discharged for a long time, the copper foil used for the battery's negative electrode may melt and deteriorate, eventually making it impossible to charge. There is a possibility that a large amount of gas will be generated due to the progress of the reductive decomposition reaction of the electrolytic solution in parallel with the elution. Even in secondary batteries other than lithium ion batteries, overcharging and overdischarging can cause battery damage, performance deterioration, and the like. Therefore, in a charge/discharge test of a secondary battery, it is necessary to prevent the secondary battery from being overcharged or overdischarged.
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。 In the charge/discharge test of secondary batteries at the final stage of the manufacturing process, basically all batteries are tested, so in order to perform the test efficiently, multiple secondary batteries are tested at the same time. For example, by connecting multiple secondary batteries in series (hereinafter referred to as "series connection method") or in parallel (hereinafter referred to as "parallel connection method"), all connected secondary batteries Charging or discharging batteries simultaneously. Conventional charge/discharge tests for secondary batteries, especially lithium ion batteries, employ a parallel connection method. A charge/discharge test using a parallel connection method measures the voltage of each secondary battery individually, so it is suitable for charge/discharge tests of lithium-ion batteries, which require strict voltage measurement from a safety standpoint. However, in order to perform charge/discharge tests using a parallel connection method, a high-performance, expensive, and large-sized charge/discharge power supply that can output and control high current is required. This may lead to higher costs, etc. Furthermore, when a charging/discharging power source is used for each secondary battery, a cable connecting the positive and negative electrodes of the secondary battery is also required for each secondary battery, which can also be a factor in increasing costs. The use of high-output charging/discharging power supplies and the increase in the number of cables lead to an increase in heat emitted from the entire test equipment, including the secondary battery, and there is a risk that the test will be conducted in a high-temperature environment.
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。 In the case of a charge/discharge test using a series connection method, it is possible to alleviate the problems of the above-mentioned charge/discharge test using a parallel connection method. However, in charge/discharge tests using series connection methods, the overall voltage of secondary batteries connected in series is often measured, and in this case, it is difficult to determine the exact voltage of each individual secondary battery. This point can be particularly problematic when testing lithium ion batteries. Furthermore, since the secondary batteries are connected in series, control for preventing overcharging and overdischarging tends to be more complicated than in the case of parallel connection.
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。 Therefore, devices and systems have been proposed that take advantage of the advantages of the series connection method and attempt to solve the above problems.
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。 For example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2013-29485 (Patent Document 1), a plurality of units each including a secondary battery to be subjected to a charge/discharge test, four switches as switching means, and a switching control section are connected in series. A charging/discharging test device has been proposed that performs various charging/discharging tests and prevents overcharging and overdischarging by configuring a circuit that charges, discharges, and bypasses a secondary battery by a combination of on/off switches. The unit is also equipped with an ammeter that measures the current flowing through the secondary battery and a voltmeter that measures the voltage of the secondary battery. The switching control section controls charging and discharging by CCCV control or the like based on information about the current from the ammeter and the voltage from the voltmeter.
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。 Japanese Patent Laid-Open No. 2019-102267 (Patent Document 2) discloses a switching element (first switching element) for separating the secondary batteries from the series connection state when a plurality of series-connected secondary batteries are subjected to constant current discharge. A charge/discharge test system has been proposed that uses a series control circuit with a diode and a parallel control circuit with a switching element (second switching element) to suppress fluctuations in discharge current and accurately measure discharge capacity. ing. The charging/discharging test system has individual control means for controlling charging and discharging for each secondary battery, and the individual control means includes a comparator that measures the voltage of the secondary battery during discharge and compares it with a specified voltage. , has a driver that switches the first and second switching elements on and off according to the measured voltage of the secondary battery.
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。
As in the charge/discharge test device of
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。 However, if a problem occurs in measuring the voltage of the secondary battery while CV control is being performed, for example if the voltmeter fails or the voltage value transmission path is disconnected, accurate voltage values cannot be obtained. When the voltage reaches the specified voltage, the switch should be turned on to prevent current from flowing to the secondary battery, but a situation arises where the switch remains off and current continues to flow to the secondary battery. obtain. In this case, overcharging and/or overdischarging cannot be prevented.
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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and an object of the present invention is to prevent overcharging and/or overdischarging of the secondary battery even if a problem occurs in measuring the voltage of the secondary battery. An object of the present invention is to provide a secondary battery testing device and a secondary battery testing system equipped with the same that can suppress the situation where the above occurs.
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。 The present invention relates to a secondary battery testing device that tests a plurality of secondary batteries connected in series, and the above-mentioned object of the present invention is to test a plurality of secondary batteries connected in series. a protection unit that generates a voltage according to a set voltage value that is a preset voltage value; and a control unit that controls connection between the protection unit and the secondary battery, and the control unit This is achieved by connecting the secondary battery and the protection means so that when the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value, a current flows through the protection means.
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。 The above-mentioned object of the present invention is such that the control unit includes a voltage measuring means for measuring the voltage of each of the secondary batteries, and determines whether the voltage measured by the voltage measuring means has reached the set voltage value. and a switching means that switches the connection state of the secondary battery and the protection means based on the result of determination by the switching control unit, or the set voltage value is It is a charging set voltage value used when charging the secondary battery, and the protection means is provided with a protection circuit that generates a voltage according to the charging set voltage value, or the secondary battery is set. By further comprising a time measuring unit that measures the time from when charging of the secondary battery starts until the voltage of the secondary battery reaches the charging set voltage value, or the set voltage value is set to the charging set voltage value. It is a set voltage value for discharging used when discharging a secondary battery, and the protection means is provided with a protection circuit that generates a voltage according to the set voltage value for discharging, or the secondary battery is By further comprising a time measuring unit that measures the time from the start of discharging the battery until the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value for discharging, or the protection circuit includes a Zener diode and a By being composed of a resistor, or the set voltage value is a set voltage value for charging used when charging the secondary battery and a set voltage for discharging used when discharging the secondary battery. and the protection means includes a charging protection circuit that generates a voltage according to the charging setting voltage value, and a discharging protection circuit that generates a voltage according to the discharging setting voltage value. Alternatively, the time from the start of charging of the secondary battery until the voltage of the secondary battery reaches the set charging voltage value and the time from the start of discharging of the secondary battery until the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value for charging By further comprising a time measuring section that measures at least one of the times until the voltage of the battery reaches the set voltage value for discharging, or the charging protection circuit and the discharging protection circuit each have a Zener The charging protection circuit may be configured with a diode and a resistor, or the protection circuit may further include a current adjustment circuit that adjusts the current flowing through the protection circuit, or the charging protection circuit may further comprising a charging current adjustment circuit that adjusts the current flowing through the discharge protection circuit, and the discharge protection circuit further comprising a discharge current adjustment circuit that adjusts the current flowing through the discharge protection circuit. achieved.
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。 Further, the present invention relates to a secondary battery testing system including the above secondary battery testing device, and the above object of the present invention is achieved by further comprising a management device that manages the operation of the secondary battery testing device. .
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。 According to the secondary battery testing device and the secondary battery testing system of the present invention, when the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value, the battery is connected in series to the secondary battery and the voltage is adjusted according to the set voltage value. Since current flows through the protective means that generates the voltage, even if a problem occurs in measuring the voltage of the secondary battery during CV control, the protective means will function and prevent the secondary battery from being overcharged and/or Overdischarge can be suppressed.
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。 The secondary battery testing device according to the present invention performs a charge/discharge test using a series connection method. In other words, charging, discharging, or discharging multiple secondary batteries such as lithium ion batteries connected in series, and checking whether each secondary battery has performance and characteristics that meet predetermined requirements. Conduct the test. Since the test is conducted using a series connection method, it is possible to conduct the test without using a high-output, large-sized charging/discharging power supply, and it is possible to suppress the number of cables connected to the positive and negative electrodes of the secondary battery. Heat emitted from the entire device can be suppressed.
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。 In order to prevent overcharging and/or overdischarging of a secondary battery in a charge/discharge test using a series connection method, the secondary battery testing device according to the present invention installs protective measures for each secondary battery to be tested. It is equipped with The protection means is connected in series with each secondary battery, and when charging and discharging the secondary battery under CCCV control, for example, when switching from CC control to CV control, in other words, the voltage of the secondary battery is When a predetermined voltage (set voltage value) is reached, the connection state between the secondary battery and the protection means is switched so that current flows through the protection means. The protection means is configured to generate a voltage according to the set voltage value, and when current flows through the protection means, the voltage of the secondary battery is reset to the set voltage value. As a result, overcharging can be prevented by preventing the voltage of the secondary battery from becoming an overvoltage during charging, and overdischarging can be prevented by preventing the voltage of the secondary battery from dropping during discharging. In this way, overcharging and overdischarging of the secondary battery is prevented, so problems with voltage measurement during CV control can be avoided, such as when switching with a bypass circuit to prevent overcharging and overdischarging of the secondary battery. It is possible to avoid a situation where the secondary battery is overcharged or overdischarged due to the above.
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。 In addition, in the secondary battery testing device according to the present invention, the time (hereinafter referred to as , "charging time"), and/or the time from the start of discharging the secondary battery until the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value for discharging (set voltage value for discharging) (hereinafter referred to as "charging time") , "discharge time"). This information can be used to eliminate cell balance collapse, etc. Cell balancing is a function that equalizes the voltage of each secondary battery (cell) connected in series. This is a collapse of cell balance. Since electric vehicles and the like use battery packs (batteries) in which secondary batteries are connected in series, it is necessary to eliminate cell imbalance in order to use the battery packs efficiently. Ranking each secondary battery based on the charging time and/or discharging time measured by the secondary battery testing device according to the present invention, and determining secondary batteries to be combined in series connection based on the rank. This makes it possible to minimize disruption of cell balance and improve efficient use of the battery pack.
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。 Note that the present invention can be realized as a secondary battery testing device that performs a charging-only test, a discharging-only test, or a both charging and discharging test of a secondary battery. Further, the present invention may be realized as the above-mentioned secondary battery testing device, or may be realized as a secondary battery testing system that includes a management device that manages the operation of the secondary battery testing device in addition to the secondary battery testing device. You may do so.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the same components are given the same reference numerals, and their explanations may be omitted. Furthermore, the configurations and the like in the following description are merely examples, and the present invention is not limited thereto. Furthermore, the following description focuses on the main configurations and operations for implementing the present invention, and descriptions of general-purpose configurations, operations, etc. necessary for implementing the present invention will be simplified or omitted. are doing.
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。
FIG. 1 shows a configuration example (first embodiment) of a secondary battery testing system including a secondary battery testing device according to the present invention.
The secondary
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。 In a charge/discharge test using CCCV control, control is performed to shift from CC control to CV control both during charging and discharging. That is, at the time of charging, as shown in FIG. 2(A), the lithium ion battery is first charged with a constant current Ib having a current value I1 as CC control to increase the voltage Vb of the lithium ion battery, and the voltage Vb When reaches a preset voltage value V1 (set voltage value, set voltage value for charging) (for example, 4.25 V), shift to CV control and change current Ib so that voltage Vb maintains voltage value V1. The lithium ion battery is charged by gradually decreasing the current value from I1, and when a preset time t1 (for example, 3 hours) has elapsed, charging is terminated. When the current Ib becomes zero at the end of charging, the voltage Vb slowly decreases. At the time of discharging, as shown in FIG. 2(B), the lithium ion battery is first discharged with a constant current Ib of current value I3 as CC control to lower the voltage Vb of the lithium ion battery, and the voltage Vb is set in advance. When the set voltage value V2 (set voltage value, set voltage value for discharging) (for example, 1V) is reached, shift to CV control and change the current Ib from the current value I3 so that the voltage Vb maintains the voltage value V2. The lithium ion battery is gradually lowered to discharge the lithium ion battery, and when a preset time t2 (for example, 1 hour) has elapsed, the discharge is ended. Note that the charging and/or discharging may be terminated when the current Ib reaches a preset current value (sometimes referred to as "end current value") instead of depending on the elapsed time. For example, during charging, when the current Ib reaches the end current value (current value I2), as shown in FIG. 2(A), charging ends, and during discharging, as shown in FIG. 2(B), Then, when the current Ib reaches the end current value (current value I4), the discharge is ended. In FIG. 2A, the current Ib reaches the end current value at time t1, but the current value at time t1 does not have to be the end current value. Similarly, in FIG. 2B, the current Ib reaches the end current value at time t2, but the current value at time t2 does not have to be the end current value.
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。
The secondary
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。
Note that the secondary
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。
As shown in FIG. 1, the secondary
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。
The
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。
The
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。
A general-purpose information device such as a personal computer may be used as the
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。
The secondary
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。
The
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。
The charging/discharging
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。
The
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。
The
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。
In devices that perform charging/discharging tests using a conventional parallel connection method, a
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。
Details of the
FIG. 3 shows a configuration example of the
A plurality of lithium ion batteries are mounted in the
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。
The
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。
The switching means 131 is a single pole double throw type (single pole double throw type) switch having three contacts 131-1, 131-2 and 131-3, and the contacts 131-1 and 131-2 are connected. However, contacts 131-1 and 131-3 are connected. The contact 131-2 is connected to the positive electrode of the
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。
The switching means 131 performs switching when transitioning from CC control to CV control in a charge/discharge test using CCCV control. That is, in CC control, contact 131-1 and contact 131-2 are connected, and in CV control, contact 131-1 and contact 131-3 are connected. The timing of transition from CC control to CV control is detected by inputting a control switching signal Sc output from the switching
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。
The protection means 132 generates a voltage according to a set voltage value in CV control in order to prevent overcharging and overdischarging of the
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。
An example of the configuration of the protection means 132 is shown in FIG.
The protection means 132 includes a charging protection circuit 132-1, a discharging protection circuit 132-2, and a switching means 132-3. The charging protection circuit 132-1 and the discharging protection circuit 132-2 have the same configuration, and in CV control, the charging protection circuit 132-1 is set at the set voltage value during the charging test (charging set voltage value). A voltage corresponding to a certain voltage value V1 is generated, and the discharge protection circuit 132-2 generates a voltage corresponding to a voltage value V2 which is a set voltage value (discharge set voltage value) at the time of a discharge test. The switching means 132-3 switches between the charging protection circuit 132-1 and the discharging protection circuit 132-2 according to the type of charging/discharging test (charging test, discharging test).
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。 The switching means 132-3, like the switching means 131, is a single pole double throw type (single pole double throw type) switch having three contacts 132-31, 132-32 and 133-33. 132-31 and 132-32 are connected, and contacts 132-31 and 133-33 are connected. The contact 132-31 is connected to the contact 131-3 of the switching means 131, the contact 132-32 is connected to the charging protection circuit 132-1, and the contact 132-33 is connected to the discharging protection circuit 132-2. . Similar to the switching means 131, the switch used as the switching means 132-3 may be mechanical or electronic as long as it can switch the connection between the contact 132-31 and the contacts 132-32 and 132-33.
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。
In a charge/discharge test using CCCV control, the switching means 132-3 connects the contacts 132-31 and 132-32 when performing a charging test, and connects the contacts 132-31 and 132-32 when performing a discharge test. Connect 33. The mode of the charge/discharge test is determined based on the mode switching signal Sm output from the switching
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。 The charging protection circuit 132-1 is composed of a resistor 132-11, a Zener diode 132-12, a transistor 132-13, and a diode 132-14. The transistor 132-13 and the diode 132-14 form a circuit (current adjustment circuit, charging current adjustment circuit) that generates a corresponding voltage and adjusts the current flowing to the charging protection circuit 132-1.
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。
The Zener diode 132-12 has a characteristic that its insulation is broken when a constant reverse voltage is applied, and current flows while keeping the voltage constant. Therefore, in a charging test in which the contacts 132-31 and 132-32 of the switching means 132-3 are connected, the
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。 The transistors 132-13 are NPN type transistors and function as an amplifier. The base of transistor 132-13 is connected to resistor 132-11 and Zener diode 132-12. With this configuration, even if the current flowing into the charging protection circuit 132-1 becomes large, fluctuations in the current flowing through the resistor 132-11 and the Zener diode 132-12 are suppressed, and the voltage generated by the charging protection circuit 132-1 is suppressed. can be kept constant. In charge/discharge tests for lithium ion batteries, the magnitude of the current flowing through the lithium ion battery may be changed, such as during rapid charging, to change the charging or discharging time, but even in such cases, the charging protection circuit 132- 1 can absorb changes in the magnitude of the current by adjusting the transistors 132-13. The diode 132-14 functions as a freewheeling diode (freewheeling diode). Note that when a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) is used as the transistor 132-13 and a body diode (parasitic diode) formed within the MOSFET can be used instead of a freewheeling diode, the diode 132-14 is unnecessary. Further, if there is no need to adjust the current flowing through the charging protection circuit 132-1, or if the current is adjusted by another means, the transistor 132-13 and the diode 132-14 are unnecessary.
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。 Similar to the charging protection circuit 132-1, the discharging protection circuit 132-2 includes a resistor 132-21, a Zener diode 132-22, a transistor 132-23, and a diode 132-24. A circuit (current adjustment circuit, discharge current control circuit).
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。 The function and operation of the discharge protection circuit 132-2 are similar to those of the charge protection circuit 132-1.
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。 Note that the charging protection circuit 132-1 and the discharging protection circuit 132-2 do not need to have the configuration shown in FIG. 4 as long as they can generate a voltage according to the set voltage value in CV control. The charging protection circuit 132-1 and the discharging protection circuit 132-2 do not have to have the same configuration.
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。
Voltage measuring means 133 measures voltage Vb of
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。
The switching
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。
The switching
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。
The switching
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。
Furthermore, the switching
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。
The switching
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。
Note that the switching
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。
An example of the operation of the configuration of the
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）。
The switching
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）。
The switching
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）。 The switching means 132-3 connects the contact 132-31 and the contact 132-32 when the mode switching signal Sm is "charging test", and connects the contact 132-31 and the contact when the mode switching signal Sm is "discharging test". Connect 132-33. (Step S30).
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）。
The voltage measuring means 133 measures the voltage Vb of the
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）。
When the mode information Mi is "charging test" (step S50), the switching
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）。
When the mode information Mi is "discharge test" (step S50), the switching
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。 The operations of steps S40 to S110 are repeatedly performed at the timing when the voltage Vb is measured until the test (charging test, discharging test) is completed (step S120).
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。
Although the secondary
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。 For example, the following modifications can be made to this embodiment.
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。
In the secondary
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。
Alternatively, the switching means 131 and the switching means 132-3 of the protection means 132 may be integrated to use one single-pole three-throw switch. FIG. 7 shows a part of a configuration example in which a switching means 135, which is a single-pole three-throw switch, is used instead of the switching means 131 and the switching means 132-3. The switching means 135 has four contacts 135-1, 135-2, 135-3 and 135-4, and the contact 135-1 is connected to the contacts 135-2, 135-3 and 135-4, respectively. ing. The contact 135-2 is connected to the positive electrode of the
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。
In the secondary
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。 FIG. 8 shows a part of a configuration example of a secondary battery testing device in such a case. FIG. 8 shows an example of the configuration of the switching means, protection means, and lithium ion battery in the secondary battery testing device, and FIG. FIG. 8B shows a configuration example (third embodiment) in which the protection means functions only in the discharge test.
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。
In the second embodiment, the switching means 131 and the
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。
In the third embodiment, the switching means 131 and the
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。
Other embodiments of the present invention will be described.
Cell balance is an important function in a battery pack (battery) in which a plurality of secondary batteries (cells) are connected in series, which are used in electric vehicles and the like. In such a battery pack, voltage imbalance (cell imbalance) may occur between the secondary batteries connected in series due to variations in characteristics of the individual secondary batteries. When charging a battery pack with such an imbalance, the secondary battery with the higher voltage will reach the charging upper limit voltage (the upper limit voltage for safe charging) first, and the voltage will reach the charging upper limit voltage first. Charging stops even though there are secondary batteries that are not loaded. On the other hand, when discharging an unbalanced battery pack, the secondary batteries with lower voltage reach the discharge end voltage (the lowest voltage for discharging within a safe range) first, and the secondary batteries can still be used. Even if it exists, it will become unusable as a battery pack unless it is recharged. If there is a voltage imbalance between the secondary batteries in this way, the performance of the battery pack cannot be fully utilized, and there is also a risk of overcharging or overdischarging.
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。 There are active and passive methods for cell balancing to reduce the voltage imbalance between secondary batteries in a battery pack, but the active method has issues such as increased cost, while the passive method has problems with energy efficiency. There are issues such as a decline in Instead of such secondary processing, if secondary batteries that make up a battery pack are combined with secondary batteries with less variation in characteristics, the voltage imbalance between secondary batteries can be reduced. I can do it.
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。 In order to combine secondary batteries with less variation in characteristics, each secondary battery is ranked based on the characteristics of the secondary batteries related to cell balance, and the secondary batteries to be combined are determined based on that rank. . It is possible to use the internal resistance value of a secondary battery determined by ACIR test or DCIR test as the characteristic that is the basis for ranking, but it is not a direct characteristic such as internal resistance, but a direct Secondary characteristics derived from the characteristics, such as charging time, which is the time from the start of charging until reaching the set voltage value for charging, and discharging time, which is the time from the start of discharging until reaching the set voltage value for discharging. It is also possible to use
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。
Configuration example of a secondary battery testing system that measures charging time and discharging time used for ranking secondary batteries to eliminate such voltage imbalance between secondary batteries (fourth embodiment) is shown in Figure 9. In the secondary
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。
In addition to mode information Mi and test setting information Ti, the
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。
Similar to the switching
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。
The
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。
When the
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。
Similarly, upon receiving the discharge test start signal Sds transmitted from the
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。
In order to aggregate the measured charging time and discharging time, the secondary
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。
Note that the
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。
The
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。
In the configuration of the secondary
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）。
When the
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）。
When the
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。
When the
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）。
Furthermore, upon receiving the discharge test start signal Sds from the management device 40 (step S270), the
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）。
When the
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。
When the
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。
Note that in this embodiment, the secondary
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。
An example of a method for ranking
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。 As a simple ranking method, there is a method in which only charging time or discharging time is used, and classification is performed at fixed or variable time intervals to classify ranks. Although this is a simple method, since lithium ion batteries with similar charging or discharging times will belong to the same rank, it can be expected to suppress cell imbalance.
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。 As a ranking method using both charging time and discharging time, the ranking is done in two stages: first, ranking is done by charging time or discharging time, and then for each rank, ranking is done by the other time that is not being used. There are ways to separate them. Ranking at each stage is performed by the above-mentioned method of dividing at constant or variable time intervals. By dividing the ranks into two stages, more accurate ranking can be expected than by ranking in one stage.
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。 As a method of dividing ranks into two stages, there is a method that applies the concept of Coulomb efficiency (charging and discharging efficiency). Coulombic efficiency is the ratio of the discharge capacity during discharging to the amount of electricity charged during charging, expressed as a percentage, and lithium-ion batteries with the same Coulombic efficiency are considered to have the same performance. be able to. In the charging and discharging tests, assuming that charging and discharging are performed at the same rate (current), the ratio of discharging time to charging time (hereinafter referred to as "charging and discharging time efficiency") is This value is approximately the same as Coulomb efficiency. Therefore, first, ranks are performed based on charging time or discharging time, and in each rank, ranking is performed based on charging/discharging time efficiency. For example, the discharging time is divided into ranks at fixed or variable time intervals, and in each rank, the charging/discharging time efficiency is divided into ranks at fixed or variable intervals. By performing such a ranking, it is expected that the ranking will be more closely matched to the performance of the lithium ion battery.
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。
Note that the method for ranking the
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。
Ranking of the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Further, matters not explicitly disclosed in the above form do not deviate from the scope of what a person skilled in the art would normally do, and values that can be easily assumed by a person skilled in the art should be adopted. I can do it.
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。 Furthermore, the present invention is also applicable to devices and systems that charge and discharge secondary batteries. For example, the present invention can be applied to a power storage system used as a power source at a charging station (charging stand, charging spot), etc., which is a facility for charging electric vehicles. Such power storage systems store electricity in advance through charging and supply the stored electricity to electric vehicles, etc. Therefore, by applying the present invention during charging and discharging, overcharging and/or overcharging of secondary batteries can be prevented. Discharge can be suppressed.
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
1, 2 Secondary
Claims (13)
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。 A secondary battery testing device that tests multiple secondary batteries connected in series,
a protection means connected in series with each of the secondary batteries to generate a voltage according to a set voltage value that is a preset voltage value for the secondary battery;
A control unit that controls connection between the protection means and the secondary battery,
The secondary battery is characterized in that the control unit connects the secondary battery and the protection means so that when the voltage of the secondary battery reaches the set voltage value, a current flows through the protection means. Next battery testing equipment.
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。 The control section,
Voltage measuring means for measuring the voltage of each of the secondary batteries;
a switching control unit that determines whether the voltage measured by the voltage measuring means has reached the set voltage value;
The secondary battery testing device according to claim 1, further comprising a switching unit that switches the connection state of the secondary battery and the protection unit based on the result of the determination by the switching control unit.
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。 The set voltage value is a charging set voltage value used when charging the secondary battery,
The secondary battery testing device according to claim 1, wherein the protection means includes a protection circuit that generates a voltage according to the set charging voltage value.
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。 The set voltage value is a discharge set voltage value used when discharging the secondary battery,
The secondary battery testing device according to claim 1, wherein the protection means includes a protection circuit that generates a voltage according to the discharge setting voltage value.
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。 The set voltage value is a charging set voltage value used when charging the secondary battery and a discharging set voltage value used when discharging the secondary battery,
2. The protective device according to claim 1, wherein the protection means includes a charging protection circuit that generates a voltage according to the charging setting voltage value, and a discharging protection circuit that generates a voltage according to the discharging setting voltage value. The secondary battery testing device described.
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。 The charging protection circuit further includes a charging current adjustment circuit that adjusts the current flowing through the charging protection circuit,
The secondary battery testing device according to any one of claims 8 to 10, wherein the discharge protection circuit further includes a discharge current adjustment circuit that adjusts the current flowing through the discharge protection circuit.
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。 A secondary battery testing system comprising the secondary battery testing device according to claim 1,
A secondary battery testing system further comprising a management device that manages the operation of the secondary battery testing device.
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