JPH06213981A

JPH06213981A - 充放電システム

Info

Publication number: JPH06213981A
Application number: JP5005736A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Shinozuka; 政彦篠塚
Original assignee: Kikusui Electronics Corp
Current assignee: Kikusui Electronics Corp
Priority date: 1993-01-18
Filing date: 1993-01-18
Publication date: 1994-08-05

Abstract

(57)【要約】【構成】充電期間中、定電流電源１０から充電電流ｉ
が二次電池２に供給される。この二次電池２の端子間電
圧ｖは、電圧検出器１６によって検出されてＣＰＵ１１
に送られる。ＣＰＵ１１は、端子間電圧ｖがあらかじめ
定められた値になるように定電流電源１０の出力電流値
を制御する。各充放電ユニットＵ１〜Ｕ８内の定電流電
源１０は端子Ｃ１〜Ｃ８，ｄ１〜ｄ８を用いて相互に並
列接続することができる。ＣＰＵ１１は並列接続された
定電流電源１０を並列運転する。【効果】並列運転が容易である定電流電源の出力電流
値を制御して端子間電圧ｖを一定に保っているので、広
範囲に亘る容量の二次電池の充放電試験を安定して行う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、充放電可能な二次電池
の性能を試験する充放電システムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の充放電システムは図４に示すよう
に構成されていた。図４において、定電圧定電流電源１
は被試験物である二次電池２の端子間電圧が設定された
電圧以下のときには定電流源として動作し、二次電池２
の端子間電圧が設定電圧のときには定電圧源として動作
する。定電流負荷装置３は、二次電池２から供給される
電流があらかじめ設定された値となるように二次電池２
の端子間電圧に応じてその負荷の値を変化させる。

【０００３】制御器４は、使用者によってあらかじめ設
定された条件に従って定電圧定電流源１，定電流負荷装
置３およびスイッチＳ１，Ｓ２を制御する。そしてこの
制御器４は、充放電システム５が現在どのような動作状
態であるのかを、発光ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ
４のいずれかに電圧を印加して点灯させ使用者に表示す
る。ここでＲ１〜Ｒ４は発光ダイオードＤ１〜Ｄ４に流
れる電流を制限するための抵抗である。

【０００４】このような充放電システム５を二次電池２
と接続し、図４に示すように二次電池２の端子間電圧ｖ
の経時的変化を記録する例えばペンレコーダのようなＸ
Ｙレコーダ６を、さらに放電電流ｉの経時的変化を記録
するＸＹレコーダを二次電池２に接続した状態で、使用
者は二次電池２の性能を試験する。

【０００５】以上のように構成された従来システムを用
いて行う二次電池の性能試験の一例を図５を用いて説明
する。

【０００６】図５は、二次電池２の端子間電圧ｖおよび
充放電電流ｉの経時的変化を示した図であり、端子間電
圧ｖの変化はＸＹレコーダ６によって時々刻々記録され
てゆく。ここで、使用者は、試験開始前に制御器４を用
いて以下の条件を設定する。すなわち定電圧定電流電源
１が定電流モードから定電圧モードに移る電圧ｖ₁ 、通
常運転時の放電終了電圧ｖ₂ 、容量試験運転時の放電終
了電圧ｖ₃ 、定電圧定電流電源１の定電流モードにおけ
る充電電流ｉ₁ 、定電流負荷装置３による放電流−ｉ
₂ 、通常運転時における充電時間Ｔ₁ および休止時間Ｔ
₂ ，Ｔ₃ 、容量試験運転時における充電時間Ｔ₄ および
休止時間Ｔ₅ ，Ｔ₆ 、通電運転の回数Ｎを使用者は試験
開始前に制御器４を用いて設定する。さらに使用者はＮ
回の通常運転を事前に行う容量試験運転を何サイクル行
うかを試験開始前に制御器４を用いて設定する。

【０００７】以上のように設定された状態で使用者は二
次電池２の性能試験を行う。

【０００８】性能試験が開始されると、制御器４は定電
圧定電流電源１を始動させスイッチＳ１，Ｓ２を端子ａ
に接続するとともに、発光ダイオードＤ１に抵抗Ｒ１を
介して電圧を印加してこれを点灯させて充放電システム
５が充電状態であることを表示する。この状態では、定
電圧定電流電源１は定電流モードであり、二次電池２に
充電電流ｉ₁ が流れて二次電池２の端子間電圧ｖが上昇
する。端子間電圧ｖが設定電圧ｖ₁ になると、定電圧定
電流電源１は定電圧モードに移行する。そして、充電時
間Ｔ₁ が経過すると、制御器４は定電圧定電流電源１を
停止させ、発光ダイオードＤ₁ への電圧の印加を停止す
るとともに、発光ダイオードＤ３を点灯させて充放電シ
ステム５が休止状態であることを表示する。この休止時
間はあらかじめ設定された時間Ｔ₂ である。

【０００９】この休止時間Ｔ₂ が経過すると、制御器４
は、スイッチＳ１，Ｓ２を端子ｂに接続して、二次電池
２を定電流負荷装置３に接続して放電させるとともに、
発光ダイオードＤ２を点灯させて充放電システム５が放
電状態であることを表示する。このとき、放電電流の値
が設定電流ｉ₂ となるように制御器４は定電流負荷装置
を制御する。この放電の結果、二次電池２の端子間電圧
ｖは低下してゆき、その値が通常運転時の放電終了電圧
ｖ₂ になると、制御器４はスイッチＳ１，Ｓ２を端子ａ
に切り替えて放電を停止させるとともに発光ダイオード
３を点灯させて充放電システム５が休止状態であること
を表示する。この休止時間はあらかじめ設定された時間
Ｔ₃ である。

【００１０】時間Ｔ₃ が経過すると、制御器４は定電圧
定電流電源１を始動させて次の通常運転を開始する。

【００１１】そして、以上説明した通常運転がＮ回繰り
返される。

【００１２】通常運転がＮ回繰り返されると、制御器４
は容量試験運転を行う。ここで、この容量試験運転は、
充電時間Ｔ₄ 、充電終了電圧Ｖ₃ および休止時間Ｔ₅ ，
Ｔ₆だけが上述した通常運転と異なっており、他の動作
は通常運転と同様なのでその説明は省略する。

【００１３】以上のようなＮ回の通常運転の後１回の容
量試験運転を行うことを１サイクルとすると、制御器４
はあらかじめ定められたサイクル数の運転が終了した時
点で発光ダイオードＤ４に電圧を印加して点灯させて全
ての運転が終了したことを表示する。

【００１４】この後、使用者は、ＸＹレコーダ６によっ
て記録された二次電池２の端子間電圧ｖの経時的変化か
ら、容量試験運転における放電時間Ｔを読み取って各サ
イクル毎のｉ₂ ×Ｔ＝Ｃ〔Ａ・Ｈ〕を計算して図６に示
す寿命特性曲線を作成する。

【００１５】以上のようにして得られた各サイクル毎の
容量試験運転時の放電特性と寿命特性とを用いて使用者
は二次電池２の性能を判定する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ここで、以上説明した
ような充放電システムによって試験される二次電池２の
容量は、小型ポータブル用二次電池に限定しても１００
ｍＡ／ｈ〜５０００ｍＡ／ｈと比較的広範囲に亘ってい
る。そして、このような二次電池の試験を行う充放電シ
ステムに要求される安定度としては、定電圧モードに対
しては設定電圧の±０．１％程度であり、定電流モード
に対しては設定電流の±０．５％程度である。従って、
１つの充放電システムで、容量が１００ｍＡ／ｈ〜５０
００ｍＡ／ｈの範囲、すなわち最大容量が最小容量の５
０倍という範囲の二次電池の試験を行えるようにするた
めには、その充放電システムはシステムの最大の定電流
モード時に設定電流の±０．５％の１／５０である±
０．０１％の安定度が要求されることになる。

【００１７】ここで、このような最大容量が５０００ｍ
Ａ／ｈという充放電システムの定電流モード時に使用さ
れる電流検出用の抵抗器は、発熱を抑えるためにその抵
抗値が１００ｍΩ程度の小さい値の抵抗器が用いられて
いる。そして、このような抵抗値が小さい抵抗器は対温
度特性およびノイズ特性が悪いために、現状ではその精
度は０．１％が限界になっている。従って１台の大容量
の定電圧定電流電源では、上述した±０．０１％の電流
安定度を確保することができないために、１００ｍＡ／
ｈ程度の容量の二次電池の試験をすることができない。

【００１８】そこで、従来は、１００ｍＡ／ｈ〜５００
０ｍＡ／ｈという比較的広範囲な容量の二次電池の充放
電試験を高精度で行える充放電システムとして、小容量
の定電圧定電流電源を並列接続する充放電システムが提
案されていた。

【００１９】しかしながら、このように定電圧定電流電
源を並列接続する充放電システムにおいては、定電圧モ
ード時において、システムが不安定になってしまうとい
う問題点があった。その理由は、定電圧定電流電源は定
電圧電源として作動するときには、出力インピーダンス
が零になってしまうために、並列接続された全ての定電
圧定電流電源の出力電圧が全て一致していない場合に
は、出力電圧の高い電源から出力電圧の低い電源に原理
上無限大の電流が流れしまうからである。そして並列接
続された複数個の定電圧定電流電源の出力電圧を全て高
精度で一致させることは実際問題として非常に困難であ
る。

【００２０】本発明の目的は、広範囲に亘る容量の二次
電池の充放電試験を１つのシステムで高精度に安定して
行うことができる充放電システムを提供することにあ
る。

【００２１】さらに本発明の他の目的は、二次電池の定
電力放電試験を行える充放電システムを提供することに
ある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】充電状態における定電圧
モードでの出力電圧を安定化させる第１の手段として本
発明は、充電可能な二次電池に対して、所定の充電条件
を満たすまで充電を行った後に、放電を開始させ所定の
放電条件を満たすまでの放電期間所定電流で放電させる
操作を繰り返す充放電システムにおいて、前記二次電池
に充電電流を供給する複数個の定電流電源と、該複数個
の定電流電源のうち選択された個数の定電流電源を並列
接続する並列接続手段と、前記充電の期間中、前記二次
電池の端子間電圧を検出する電圧検出手段と、該電圧検
出手段から出力される前記端子間電圧をあらかじめ定め
られた値と比較する比較手段と、該比較手段の出力に従
って、前記並列接続手段によって接続された定電流電源
の各々の出力電流値を前記端子間電圧が前記あらかじめ
定められた値になるように制御する電流制御手段とを備
えることを特徴とするものである。

【００２３】放電状態における消費電力を一定に保つ第
２の手段として本発明は、充電可能な二次電池に対し
て、所定の充電条件を満たすまで充電を行った後に、放
電を開始させ所定の放電条件を満たすまでの放電期間所
定電流で放電させる操作を繰り返す充放電システムにお
いて、前記放電期間中、前記二次電池の端子間電圧を検
出する電圧検出手段と、前記二次電池の放電電流を所定
の値に保つ定電流負荷手段と、前記電圧検出手段から出
力される前記端子間電圧との積が、あらかじめ定められ
た値になるような電流値を前記所定の値として前記定電
流負荷手段に指示する電力制御手段とを備えることを特
徴とするものである。

【００２４】

【作用】第１の手段によれば、充電期間中、電圧検出手
段が二次電池の端子間電圧を検出し、その電圧値を比較
手段があらかじめ定められた値と比較してその結果を出
力する。この比較結果に従って電流制御手段は、二次電
池の端子間電圧があらかじめ定められた値になるよう
に、並列接続手段によって並列接続された複数個の定電
流電源から二次電池に供給される充電電流の値を制御す
る。

【００２５】第２の手段によれば、放電期間中、電圧検
出手段が二次電池の端子間電圧を検出する。そして、そ
の電圧値との積があらかじめ定められた値になるような
電流値を、電力制御手段が定電流負荷手段に指示する。

【００２６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００２７】図１は本発明の一実施例の構成を示すブロ
ック図であり、図４と同一符号のものは同一のものを示
している。１０は定電流電源であり、ＣＰＵ１１の指示
に従って所定の値の電流を出力する。またＣＰＵ１１は
ＲＯＭ１２に格納されている後述するプログラムに従っ
て充放電システム５全体を制御する。１３は図４に示し
た発光ダイオードＤ１〜Ｄ４および抵抗Ｒ１〜Ｒ４から
なる表示器、１４は作業用ＲＡＭ、１５は設定電圧や休
止時間等をＣＰＵ１１に入力するためのキーボードであ
る。１６は二次電池２の端子間電圧ｖを検出する電圧検
出器であり、差動増幅器とＡ／Ｄコンバータによって構
成されている。

【００２８】ここで、定電流電源１０，定電流負荷装置
３，電圧検出器１６およびスイッチＳ１，Ｓ２は充放電
ユニットＵ１を構成しており、定電流電源１０の出力端
は端子Ｃ１，ｄ１に、定電流負荷装置３の入力端は端子
ｆ１，ｇ１にそれぞれ接続されている。本実施例におい
てはこのような構成の充放電ユニットを８個備えてお
り、通常それぞれの充放電ユニットＵ１〜Ｕ８はＣＰＵ
１１によって別個に制御されている。このため、小容量
の二次電池であれば、それぞれの充放電ユニットに１個
づつ二次電池を接続することにより合計８個の二次電池
の充放電試験を同時に行うことができる。

【００２９】そして、１個の充放電ユニットの容量を越
える二次電池の充放電試験をする場合には、使用者は試
験をする二次電池の容量に応じた個数の充放電ユニット
を選んで、その充放電ユニット内の定電流電源１０およ
び定電流負荷装置３を端子を用いて相互に並列接続す
る。

【００３０】例えば、１個の充放電ユニットの２倍の容
量を必要とする二次電池の充放電試験をする場合には、
充放電ユニットＵ１の端子と充放電ユニットＵ２の端子
を以下のように接続する。

【００３１】Ｃ１−Ｃ２，ｄ１−ｄ２，ｆ１−ｆ２，ｇ１−ｇ２次に使用者は、充放電ユニットＵ２には二次電池を接続
せず充放電ユニットＵ１にのみ被試験用の二次電池６を
接続して、充放電ユニットＵ１内の電圧検出器１６の出
力に従ってＣＰＵ１１が充放電ユニットＵ１，Ｕ２内の
２台の定電流電源または２台の定電流負荷装置を同時に
制御するようにキーボード１５を用いてＣＰＵ１１に指
示する。

【００３２】使用者が以上のように操作した場合には、
２台の定電流電源１０または２台の定電流負荷装置３が
ＣＰＵ１１の指示に従って並列運転されることになるた
めに、二次電池６が接続されている充放電ユニットＵ１
の出力端から見た容量を１台の充放電ユニットの容量の
２倍にすることができる。このようにして本実施例にお
いては、８台の充放電ユニットＵ１〜Ｕ８を順次接続す
ることにより、１台の充放電ユニットの容量を基準とし
て最大８倍までその容量を増すことができる。

【００３３】次に以上のように構成された本実施例の動
作について説明する。なお、以下においては、１台の充
放電ユニットの動作について説明する。複数個の充放電
ユニットを接続した場合には、その容量が増加するのみ
でその動作は１台の充放電ユニットの場合と同様であ
る。

【００３４】ＲＯＭ１２には、図４で示した制御器４が
行うべき動作と同様の動作のプログラムがあらかじめ格
納されている。

【００３５】従って、先ず、使用者は各充放電ユニット
Ｕ１〜Ｕ８のそれぞれが行うべき試験の条件をキーボー
ド１５を用いてＣＰＵ１１に入力する。すなわち充電状
態において定電流モードから定電圧モードに移る電圧ｖ
₁ 、通常運転時の放電終了電圧ｖ₂ 、容量試験運転時の
放電終了電圧ｖ₃ 、充電状態の定電流モードにおける充
電電流ｉ₁ 、定電流負荷装置３による放電流−ｉ₂ 、通
常運転時における充電時間Ｔ₁ および休止時間Ｔ₂ ，Ｔ
₃ 、容量試験運転時における充電時間Ｔ₄ および休止時
間Ｔ₅ ，Ｔ₆ 、通常運転の回数Ｎ、Ｎ回の通常運転を事
前に行う容量試験運転の回数を使用者は試験開始前にキ
ーボード１５を用いて設定する。

【００３６】以上のような値を使用者が設定した後に、
充放電システム５は二次電池２の充放電試験を行う。本
実施例の動作が従来例と異なるのは充電状態における定
電圧モード時の動作であるので、その動作を図２を用い
て説明する。その他の動作は従来例と同様であるのでそ
の説明は省略する。

【００３７】充電状態において電圧検出器１６が、定電
流モードから定電圧モードへ移るべき電圧ｖ₁ を検出す
ると、ＣＰＵ１１は図２に示したフローチャートに従っ
て定電流電源１０の出力電流値を制御する。

【００３８】ステップＳ２１では、現在が充電モードで
あるか否か、すなわち充電時間Ｔ₁あるいはＴ₄ が経過
していないか否かを判断する。

【００３９】そして、充電モードであればステップＳ２
２に進んで電圧検出器１６から二次電池２の端子間電圧
ｖを取り込む。

【００４０】ステップＳ２３では、定電圧モード時に出
力すべき電圧ｖ₁ と端子間電圧ｖとを比較する。

【００４１】端子間電圧ｖが電圧ｖ₁ 未満の場合には、
ステップＳ２４に進み、定電流電源１０の現在の出力電
流値を維持してステップＳ２１に戻る。この場合には、
二次電池２は充電電流ｉによって充電されて、その端子
間電圧ｖは徐々に上昇する。

【００４２】端子間電圧ｖが電圧ｖ₁ 以上の場合には、
ステップＳ２５に進み、定電流電源１０の出力電流値を
あらかじめ定められた値Δｉだけ減らしてステップＳ２
１に戻る。この場合には、二次電池２への供給電流値が
下がるために、二次電池２の端子間電圧ｖも低下するこ
とになる。

【００４３】充電状態における定電圧モードの期間中Ｃ
ＰＵ１１は以上の操作を行う。そして、充電期間Ｔ₁ あ
るいはＴ₄ が経過すると、ステップＳ２１で否定判定と
なるために、ＣＰＵ１１は定電流電源１０の動作を停止
させる。

【００４４】ここでステップＳ２５で用いられる電流の
減少分Δｉの定め方について説明する。このΔｉの値
は、充電状態における定電流モードから定電圧モードへ
の移行時に充電電流ｉ₁ を零とした場合、二次電池２の
端子間電圧ｖの充電終了電圧ｖ₁ からの減少分をΔＶと
し、電流Δｉによる端子間電圧ｖの減少分をΔｖとすれ
ば、

【００４５】

【数１】Δｉ：ｉ₁ ＝Δｖ：ΔＶという関係を満たすはずである。この式を変形して、

【００４６】

【数２】Δｖ＝Δｉ・ΔＶ／ｉ₁ 故に、

【００４７】

【数３】Δｖ／ｖ₁ ＝Δｉ・ΔＶ／ｉ₁ ・ｖ₁ の値が定電圧モード時の許容値である±０．１％以下の
値となるようにΔｉの値を選べばよい。

【００４８】以上説明したように本実施例によれば、複
数個の充放電ユニットを接続して容量を増加させた場合
にも、並列運転の制御が容易な複数個の定電流電源を同
時に制御することによって出力電圧を高安定度に維持す
ることができる。

【００４９】また、このように構成された本実施例によ
れば、二次電池２を定電力で放電させることが容易にで
きる。その場合には、放電モード時に図３に示すフロー
チャートに従ってＣＰＵ１１は定電流負荷装置３を流れ
る放電電流を制御すればよい。

【００５０】先ず、ステップＳ３１で放電時における消
費電力Ｗ₁ を設定する。この値Ｗ₁は使用者がキーボー
ド１５によってあらかじめ入力しておいた値である。

【００５１】ステップＳ３２で二次電池２の端子間電圧
ｖを取り込む。

【００５２】ステップＳ３３で放電開始電流ｉをＷ₁ ／
ｖの値に選んで、放電終了条件が満たされるまで放電さ
せる（ステップＳ３４）。

【００５３】この放電期間中、ＣＰＵ１１は端子間電圧
ｖを検出し（ステップＳ３５）、現在の消費電力Ｗ＝ｖ
×ｉを計算し（ステップＳ３６）、その値をステップＳ
３１で設定された値Ｗ₁ と比較する（ステップＳ３
７）。

【００５４】そして、Ｗ＜Ｗ₁ であれば、所定分Δｉだ
け放電電流を増し（ステップＳ３８）、Ｗ＝Ｗ₁ であれ
ば現在の放電電流を維持する（ステップＳ３９）。

【００５５】以上説明したようなプログラムをＲＯＭ１
２にあらかじめ格納しておけば二次電池の定電力放電試
験を容易に行うことがきる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、広
範囲に亘る容量の二次電池の充放電試験を１つのシステ
ムで安定して行うことができる。さらに、本発明によれ
ば、二次電池の定電力放電試験を容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示すＣＰＵが充電状態における定電圧モ
ード時に処理すべき手順を示すフローチャートである。

【図３】図１に示すＣＰＵが定電力放電時に処理すべき
手順を示すフローチャートである。

【図４】従来の充放電システムの構成を示すブロック図
である。

【図５】充放電システムの動作の説明図である。

【図６】二次電池の寿命特性図である。

【符号の説明】

１定電圧定電流電源２二次電池３定電流負荷装置５充放電システム１０定電流電源１１ＣＰＵ１２ＲＯＭ１３表示器１４ＲＡＭ１５キーボード１６電圧検出器Ｃ１，Ｃ２，Ｃ８端子ｄ１，ｄ２，ｄ８端子ｆ１，ｆ２，ｆ８端子ｇ１，ｇ２，ｇ８端子Ｕ１，Ｕ２，Ｕ８充放電ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電可能な二次電池に対して、所定の充
電条件を満たすまで充電を行った後に、放電を開始させ
所定の放電条件を満たすまでの放電期間所定電流で放電
させる操作を繰り返す充放電システムにおいて、前記二次電池に充電電流を供給する複数個の定電流電源
と、該複数個の定電流電源のうち選択された個数の定電流電
源を並列接続する並列接続手段と、前記充電の期間中、前記二次電池の端子間電圧を検出す
る電圧検出手段と、該電圧検出手段から出力される前記端子間電圧をあらか
じめ定められた値と比較する比較手段と、該比較手段の出力に従って、前記並列接続手段によって
接続された定電流電源の各々の出力電流値を前記端子間
電圧が前記あらかじめ定められた値になるように制御す
る電流制御手段とを備えることを特徴とする充放電シス
テム。
【請求項２】充電可能な二次電池に対して、所定の充
電条件を満たすまで充電を行った後に、放電を開始させ
所定の放電条件を満たすまでの放電期間所定電流で放電
させる操作を繰り返す充放電システムにおいて、前記放電期間中、前記二次電池の端子間電圧を検出する
電圧検出手段と、前記二次電池の放電電流を所定の値に保つ定電流負荷手
段と、前記電圧検出手段から出力される前記端子間電圧との積
が、あらかじめ定められた値になるような電流値を前記
所定の値として前記定電流負荷手段に指示する電力制御
手段とを備えることを特徴とする充放電システム。