JP6279229B2

JP6279229B2 - 充放電制御装置

Info

Publication number: JP6279229B2
Application number: JP2013097955A
Authority: JP
Inventors: 隆船元; 佐藤　恭彰; 恭彰佐藤; 照哉濱井; 田中　彰; 彰田中
Original assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Current assignee: Toshiba IT and Control Systems Corp
Priority date: 2013-05-07
Filing date: 2013-05-07
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2033-05-07
Also published as: JP2014220896A

Description

本発明は、蓄電池の充放電制御装置に関するものである。

蓄電池の充放電制御装置としては、商用電源から電源回生可能なＡＣ／ＤＣを介してＤＣ電源を得て、更にＤＣ電源に接続された充放電可能なＤＣ／ＤＣを介して試験用蓄電池に接続する構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この充放電制御装置は、充電試験時には商用電源から試験用蓄電池に充電電力を供給する一方、放電試験時には試験用蓄電池の蓄電電力を商用電源に回生することで、電力損失を削減するものである。

図４は、このような従来の充放電制御装置の一般的な機能ブロック図である。図４に示すように、充放電制御装置は、交流電源１と蓄電池１０との間に介在する。蓄電池１０は、例えば異常検知遮断機能付きである。この充放電制御装置は、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とＤＣ／ＤＣ変換器６とを備える。双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４は交流電源１に接続され、ＤＣ／ＤＣ変換器６は蓄電池１０に接続される。双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とＤＣ／ＤＣ変換器６とはＤＣラインで接続されている。このＤＣラインの正負間には平滑コンデンサ５が設けられる。

双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４は、例えばＩＧＢＴからなるスイッチング素子とダイオードで構成された整流回路であり、ＰＷＭ制御等によってスイッチング素子を開閉し、交流電源１の交流とＤＣラインの直流とを相互に変換可能となっている。交流電源１と双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４との間には、入力力率改善や電流脈動抑制のためのリアクトル２が介挿されている。

ＤＣ／ＤＣ変換器６は、例えばＩＧＢＴからなるスイッチング素子を構成要素とする昇降圧チョッパー回路であり、ＤＣ／ＤＣ変換器６の後段にチョッパーリアクトル７と平滑コンデンサ８とを有し、ＰＷＭ制御等によるスイッチング素子の開閉に応じて、チョッパーリアクトル７のエネルギーを蓄積及び放出させることで、直流を昇圧及び降圧する。

充放電制御装置は、更に制御回路１１を備えている。制御回路１１は、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とＤＣ／ＤＣ変換器６の駆動を制御する。双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とＤＣ／ＤＣ変換器６には、それぞれ変流器ＣＴ３と変流器ＣＴ９が設けられている。制御回路１１は、変流器ＣＴ３と変流器ＣＴ９の検出電流を参照して、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とＤＣ／ＤＣ変換器６を制御する。ＤＣラインには、その正負間に抵抗器１２が設けられる場合があり、抵抗器１２への経路はスイッチ１３で開閉される。制御回路１１は、このスイッチ１３の開閉も制御する。

このような充放電制御装置の動作について説明する。蓄電池１０を充電試験する場合、制御回路１１は、変流器ＣＴ３の検出電流を参照しながら、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４のスイッチング素子を開閉することで、ＤＣラインの直流中間電圧が任意の定電圧となるように制御する。定電圧とは、交流電源１の電圧波高値及び蓄電池１０の直流電圧の最高電圧値よりも高い値である。蓄電池１０に対する充放電を可能とするためであり、言い換えるとＤＣラインを基準に電流が流れるようにするためである。

そして、ＤＣラインが任意の定電圧に達したところで、制御回路１１は、蓄電池１０への電流に相当する変流器ＣＴ９の検出電流を参照しながら、チョッパーリアクトル７を利用したＤＣ／ＤＣ変換器６の降圧チョッパー制御を行い、蓄電池１０に所定の充電電流または充電電力を供給する。この充放電制御装置による充電試験では、交流電源１から双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とＤＣ／ＤＣ変換器６を介して、蓄電池１０に充電エネルギーが供給されることになる。

一方、蓄電池１０を放電試験する場合、制御回路１１は、蓄電池１０からの電流に相当する変流器ＣＴ９の検出電流を参照しながら、ＤＣ／ＤＣ変換器６に対してチョッパーリアクトル７を利用した昇圧チョッパー制御を行い、蓄電池１０に所定の放電電流または放電電力を出力させる。

この結果、ＤＣラインの直流中間電圧は上昇するので、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４のスイッチング素子を開閉することで、リアクトル２のエネルギー蓄積及び放出を制御し、ＤＣラインの直流中間電圧が任意の定電圧となるように制御する。すなわち、この充放電制御装置による放電試験では、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４の駆動によりＤＣラインが定電圧制御され、ＤＣ／ＤＣ変換器６と双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４を介して、蓄電池１０の放電エネルギーが交流電源１に回生されることになる。

交流電源１に放電エネルギーが回生することを回避する場合、ＤＣラインの直流中間電圧を監視し、ＤＣラインの電圧が任意の電圧以上に上昇した時に、スイッチ１３を閉にすればよい。これにより、抵抗器１２がＤＣラインに接続され、蓄電池１０の放電エネルギーが抵抗器１２で消費される。ＤＣラインの電圧が任意の電圧以下に低下すれば、スイッチ１３を開にして、抵抗器１２によるエネルギーの消費を停止すればよい。

このような充放電制御装置では次のような各種の問題が内在している。すなわち、蓄電池１０の充放電試験容量に同等以上の容量を有する双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４とリアクトル２と変流器ＣＴ３とコンデンサ５を有する必要がある。その結果、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４は複雑化、大容量化し、充放電制御装置のコスト面に多大な影響を与えることになっている。

また、蓄電池１０の放電試験では、双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４による交流電源１への回生を伴うため、高調波重畳の規制と公的機関による認証を要する等の問題点を有している。このＡＣ／ＤＣ変換器４に双方向性機能を付与することは、構造の複雑化に繋がり、この点でもコスト面に影響を与える。抵抗器１２により回生エネルギーを消費させる方法もあるが、回生エネルギーを全て消費させる方法で抵抗器１２が大きくなることや放熱対策やエネルギーを浪費させる等の問題点を有している。

また、蓄電池１０の電池電圧は、電池セルや種類によって多様であり、充放電制御装置が多種の蓄電池１０に適用可能とするためには、蓄電池１０の最大電圧値でも昇降圧チョッパーＤＣ／ＤＣが制御可能なように高く設定しておく必要がある。そうすると、電池電圧が低い蓄電池１０ではＤＣ／ＤＣ変換器６と双方向性ＡＣ／ＤＣ変換器４でのエネルギーロスが増大するという欠点も有している。

また、蓄電池１０には異常検知遮断機能が内蔵されているものもあり、蓄電池１０の絶縁不良、短絡、過充電、過放電等の保護機能を有している場合がある。この蓄電池１０は自身の異常を検知すると入力を遮断する。従来では、充放電制御装置が蓄電池１０の自らの入力遮断に即応して短時間で充放電制御を停止するのは困難であり、充放電電流の大きい領域では蓄電池１０の遮断部にアーク等が発生して、蓄電池１０の故障に至るおそれがある。

特開２０１１−１９３６１４号公報

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、蓄電池の放電試験に起因する交流電源への回生を不要とし、高調波規制や公的機関の認証取得の不要とした充放電制御装置を提供することを目的する。

上記の目的を達成するために、充放電制御装置は、交流電源と充放電試験対象の蓄電池との間に介在する充放電制御装置であって、前記交流電源側のＡＣ／ＤＣ変換器と、前記ＡＣ／ＤＣ変換器に対して並列に接続される複数のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記ＡＣ／ＤＣ変換器と前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間のＤＣラインと、前記ＤＣラインの正負間に接続されたコンデンサと、前記ＡＣ／ＤＣ変換器及び前記ＤＣ／ＤＣ変換器とを制御する制御部と、を備え、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも一つに対して、充放電試験対象である第１の蓄電池が接続され、前記ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも他の一つに対して、エネルギー蓄電用の第２の蓄電池が接続され、前記制御部は、前記第１の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器に充放電制御を行わせ、前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器に前記ＤＣラインの定電圧制御を行わせ、前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器による定電圧制御では、前記第２の蓄電池の変流器の検出電流を参照しながら、前記ＤＣラインの中間直流電圧が、前記充放電試験対象である前記第１の蓄電池の電圧に対して、常に所定電圧値だけ高くなるように定電圧制御することで、前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池との間でエネルギーを移動させること、を特徴とする。

本発明の実施形態に係る充放電制御装置を示す回路図である。本発明の実施形態に係る定電圧制御態様を示す回路図である。本発明の実施形態に係るＤＣラインに設けられたコンデンサを示す回路図である。従来の充放電制御装置を示す回路図である。

（第１の実施形態）
以下、充放電制御装置の第１の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る充放電制御装置を示す回路図である。図１において、図４に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。

本実施形態の充放電制御装置は、被試験用蓄電池１０ａに対してエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂのエネルギーを充放電することで被試験用電池１０ａの充放電試験を行う。充放電制御装置には、ＡＣ／ＤＣ変換器４の後段に並列接続されたＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂが設けられる。ＤＣ／ＤＣ変換器６ａには、被試験用電池１０ａに接続され、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂには、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂが接続される。

ＡＣ／ＤＣ変換器４は、例えばＩＧＢＴからなるスイッチング素子とダイオードで構成された整流回路であり、制御回路１１によって交流電源１の交流を直流に変換してＤＣラインに出力する一方向性のＰＷＭ制御がなされる。ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂは、ＰＷＭ制御がなされる昇降圧チョッパー回路であり、後段に有するチョッパーリアクトル７ａ、７ｂのエネルギー蓄積及び放出を制御により、直流電流の充放電を行う。ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂには、制御回路１１に対して検出電流を入力する変流器ＣＴ９ａ、９ｂがそれぞれ設けられている。

ＤＣラインに並列に設けられた平滑用のコンデンサ５には、当該コンデンサ５の充放電電流を検出する変流器ＣＴ１４が更に設けられており、制御回路１１には、この変流器ＣＴ１４の検出電流も入力される。この変流器ＣＴの検出電流は、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂによる定電圧制御において制御回路１１により参照される。

この充放電制御装置の動作を説明する。まずＡＣ／ＤＣ変換器４は、初期設定として充放電試験前に、ＤＣラインの直流中間電圧を充放電可能電圧にする。この初期設定では、制御回路１１が、変流器ＣＴ３の検出電流を参照しながら、ＡＣ／ＤＣ変換器４のスイッチング素子を開閉する。

充放電可能電圧は、ＤＣ/ＤＣ変換器６ａが有するスイッチング素子等の回路構成によって定まり、スイッチング素子のスイッチロス等のエネルギーロスを凌駕し、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａから被試験用蓄電池１０ａへ電流を流すことができる過不足のない電圧であって、被試験用蓄電池１０ａに近い値であり、被試験用蓄電池１０ａの電圧と比例する。この比例係数を充放電可能係数というと、つまり、充放電可能係数は、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａのエネルギー効率の逆数である。制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器４を制御して、ＤＣラインの直流中間電圧を被試験用蓄電池１０ａの電圧の充放電可能係数倍以上であって、被試験用蓄電池１０ａに近い充放電可能電圧にする。

そして、直流中間電圧が充放電可能電圧に達すると、充放電制御装置は、被試験用蓄電池１０ａの特性を検査するために充放電特性の確認の試験を行う。被試験用蓄電池１０ａの特性を確認する上で、被試験用蓄電池１０ａに接続されたＤＣ／ＤＣ変換器６ａの動作としては、被試験用蓄電池１０ａに流れる電流を一定に制御する定電流制御モードと、被試験用蓄電池１０ａの電圧と電流の積である電力を一定に制御する定電力制御モードと、更に被試験用蓄電池１０ａに供給される電圧を一定に制御する定電圧制御モードとがある。充放電特性の確認の試験中、被試験用蓄電池１０ａが接続されたＤＣ／ＤＣ変換器６ａは、選択されたモードに従って制御回路１１の制御下において駆動する。

被試験用電池１０ａの充電試験においては、制御回路１１は、被試験用蓄電池１０ａへの電流に相当する変流器ＣＴ９ａの検出電流を参照しながら、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対して、チョッパーリアクトル７ｂのエネルギー蓄積及び放出を利用した降圧チョッパー制御を行い、被試験用蓄電池１０ａに所定の充電電流または充電電力を供給する。

ここで、充電電流、または充電電力制御によりＤＣラインのコンデンサ５が蓄電器として蓄えられたエネルギーが被試験用蓄電池１０ａへ放出されるため、ＤＣラインの中間直流電圧が低下する。そこで、制御回路１１は、蓄電池１０ｂからの電流に相当する変流器ＣＴ９ｂの検出電流を参照しながら、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対して、チョッパーリアクトル７ｂのエネルギー蓄積及び放出を利用した昇圧チョッパー制御による定電圧制御を行い、ＤＣラインの中間直流電圧が、充電中の被試験用蓄電池１０ａの電圧に対する充放電可能電圧を保つようにする。

これはエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂに蓄電されているエネルギーをＤＣラインのコンデンサ５に蓄電することになる。そして、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂに蓄電されていた蓄電エネルギーは、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂ側のＤＣ／ＤＣ変換器６ｂとＤＣラインのコンデンサ５と被試験用蓄電池１０ａ側のＤＣ／ＤＣ変換器６ａを介して、被試験用蓄電池１０ａに移動したことになる。

次に、被試験用蓄電池１０ａを放電試験する場合、制御回路１１は、被試験用蓄電池１０ａからの電流に相当する変流器ＣＴ９ａの検出電流を参照しながら、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対してチョッパーリアクトル７ｂのエネルギー蓄積及び放出を利用した昇圧チョッパー制御を行い、被試験用蓄電池１０ａに所定の放電電流または放電電力を出力させる。

ここで、被試験用蓄電池１０ａの放電電流、または放電電力は、ＤＣラインのコンデンサ５を蓄電器として蓄電され、この結果、ＤＣラインの直流中間電圧は上昇する。一方、ＡＣ／ＤＣ変換器４は交流電源１からＤＣラインへの一方向性としている。そこで、制御回路１１は、被試験用蓄電池１０ｂからの電流に相当する変流器ＣＴ９ｂの検出電流を参照しながら、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対してチョッパーリアクトル７ｂのエネルギー蓄積及び放出を利用した降圧チョッパー制御による定電圧制御を行い、ＤＣラインの直流中間電圧が充放電可能電圧を維持するようにする。

これは、ＤＣラインのコンデンサ５が蓄電器として蓄電したエネルギーをエネルギー蓄電用蓄電器１０ｂに蓄電することになる。そして、被試験用蓄電池１０ａに蓄電されていた蓄電エネルギーは、被試験用蓄電池１０ａ側のＤＣ／ＤＣ変換器６ａとＤＣラインのコンデンサ５とエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂ側のＤＣ／ＤＣ変換器６ｂを介して、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂに移動したことになる。

ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂの定電圧制御態様を更に詳細に説明する。図２は、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂの定電圧制御態様例を示すブロック図である。図２に示すように、ＤＣラインである直流中間電圧が定電圧制御の電圧基準Ｖｒｅｆ１５となる。制御回路１１は、ＤＣラインである直流中間電圧Ｖｆｂ１６を帰還信号として扱い、更に変流器ＣＴ１４が検出したコンデンサ５の放充電電流を電圧帰還部に付加させ、ＰＩ演算増幅器１８で演算増幅し、電流基準値Ｉｒｅｆ１９を出力する。

そして、電流基準値Ｉｒｅｆ１９に対して、変流器ＣＴ９ｂで検出したエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの蓄電池電流Ｉｆｂ２０を帰還電流として扱い、ＰＩ演算増幅器２１で演算増幅し、更に電圧出力としてＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに出力する。ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂでは、チョッパーリアクトル７ｂとコンデンサ８ｂを利用してＰＷＭ動作にて直流電圧を生成し、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂに印加する。

制御回路１１は、定電圧制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対して、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａの動作とは相反する制御指令、即ち、被試験用蓄電池１０ａと接続されているＤＣ／ＤＣ変換器６ａが充電制御となっている場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは放電制御を行わせるようにし、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａが放電制御となっている場合には、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは充電制御とする。

この充放電試験の最中、ＡＣ／ＤＣ変換器４は、被試験用蓄電池１０ａの充放電試験に伴う充放電エネルギーをエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂに効率よく授受することを主目的に、両蓄電池１０ａ、１０ｂ間の充放電電力の差分を補正するように、交流電源１のエネルギーをコンデンサ５へ供給する駆動を行う。

被試験用蓄電池１０ａの充電試験の際、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの残エネルギーが不足するならば、ＡＣ／ＤＣ変換器４は不足分を補充するように交流電源１から交流を受電する。被試験用蓄電池１０ａの放電試験の結果、次の被試験用蓄電池１０ａの充電試験の際、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの残エネルギー不足が予測されるならば、ＡＣ／ＤＣ変換器４は不足分を補充するように交流電源１から交流を受電する。

以上のような充放電制御装置では、交流電源１と接続されたＡＣ／ＤＣ変換器４の後段に、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂを並列接続し、被試験用蓄電池１０ａに対してエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂのエネルギーを充放電するようにした。そして、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａによる被試験用蓄電池１０ａの充放電制御に対して、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは、被試験用蓄電池１０ａの充放電によって応じて昇降するＤＣラインの中間直流電圧を定電圧となるように制御するようにした。

すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換器４は、ＤＣラインの定電圧制御に従事する必要はなくなり、また被試験用蓄電池１０ａの放電エネルギーの回生処理を行う必要はなくなる。そうすると、充放電制御装置から交流電源１に対する放電エネルギーの送出はなく、高調波重畳の規制に抵触せず、公的機関による認証も不要となる。また、ＡＣ／ＤＣ変換器４をそもそも交流電源１側からの一方向性とすることもでき、ＡＣ／ＤＣ変換器４が簡略化され、小型化と充放電制御装置全体の低価格化が可能となる。また、被試験用蓄電池１０ａの残留エネルギーを再利用することにも繋がるため、省エネ効果が非常に大きい。

また、この充放電制御装置では、被試験用蓄電池１０ａの蓄電池電圧の参照の下、ＤＣラインの定電圧制御を行うＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは、ＤＣラインを充放電可能係数倍以上であって、被試験用蓄電池１０ａに近い充放電可能電圧にするようにした。つまり、被試験用蓄電池１０ａの最大電圧値に応じてＤＣラインを必要不可欠な中間直流電圧とする。

この中間直流電圧では、ＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂのスイッチング素子でエネルギーロスが発生しても、ＤＣラインの電圧がＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの最大波高値を下回ることはなく、安定的に電流が流れる。また、ＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂのスイッチング素子で無駄なエネルギーロスが発生せず、エネルギーロスは最低限に抑えられる。よって、試験の信頼性向上と省エネ効果とを得ることできる。

また、定電圧制御を行うＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは、被試験用蓄電池１０ａの充電試験を受けて受動的に放電制御を行い、被試験用蓄電池１０ａの放電試験を受けて受動的に充電制御を行うようにした。そして、ＡＣ／ＤＣ変換器４は、一方向性とし、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの充放電電力の差分を補うように、交流電源１の電力をＤＣラインへ供給する。これによると、充放電制御装置による充放電試験では、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂや被試験用蓄電池１０ａの残エネルギーを再利用できるため、その分、交流電源１の省エネ効果も高まる。

そこで、定電圧制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対する放電電流指令値は、充電制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対する充電電流指令値と等価又は等価以下に設定するようにしてもよい。また、定電圧制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対する充電電流指令値は、放電制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対する放電電流指令値と等価又は等価以上に設定するようにしてもよい。

この制御態様では、被試験用蓄電池１０ａとエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂとの間のエネルギー授受に差が生じ、必ずＤＣラインの中間直流電圧は低下する。そこで、制御回路１１は、ＡＣ／ＤＣ変換器４にＤＣラインの定電圧制御を行わせると、ＡＣ／ＤＣ変換器４はカ行動作となる。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換器４を回生不要性と交流電源１の省エネ効果とを高度に両立することも可能となる。

ＡＣ／ＤＣ変換器４をＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの充放電電力の差分補充用とした場合、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの容量を被試験用蓄電池１０ａの容量と等価若しくは等価よりも大きくすれば、ＡＣ／ＤＣ変換器４の容量をＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの容量よりも小さくすることができる。しかも、ＡＣ／ＤＣ変換器４を一方向性として簡素化も、信頼性の高い充放電試験を実施できる。そのため、ＡＣ／ＤＣ変換器４の小容量化、小型化、充放電制御装置の低価格化も容易に達成可能となる。

更に、この充放電制御装置では、ＤＣラインの正負間に接続されたコンデンサ５に変流器ＣＴ１４を直列に接続し、コンデンサ５の蓄電器としての充放電電流を検出するようにし、この充放電電流値をＤＣ／ＤＣ変換器６ｂによる定電圧制御に付加するようにした。この定電圧制御態様では、定電圧制御がより高応答で安定な制御となることが確認された。従って、充放電試験における各動作が高応答且つ安定となる。特に軽負荷での定電圧制御の安定化に効果がある。

尚、本実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂは、必ずしも２つ一組である必要はなく、３以上のＤＣ／ＤＣ変換器を並列接続し、少なくとも一個のＤＣ／ＤＣ変換器を充放電制御用とし、他の少なくとも一個のＤＣ／ＤＣ変換器をＤＣラインの定電圧制御用とすることもでき、同じ効果を得ることができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、定電圧制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ｂの制御態様を、充放電制御を行うＤＣ／ＤＣ変換器６ａの制御に対する受動的制御態様とした。すなわち、制御回路１１は、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対して充電指令を送出する一方、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対して放電指令を送出する。また、制御回路１１は、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対して放電指令を送出する一方、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂに対して充電指令を送出する。

これに対して、定電圧制御するＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは、能動的に充放電を変更するようにしてもよい。すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂは、ＤＣラインの定電圧制御を前提とし、この定電圧を維持すべく、充放電制御を行う。この態様によっても、被試験用蓄電池１０ａとエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂとの間のエネルギー授受の差分の結果、ＤＣラインの中間直流電圧が変化すれば、ＡＣ／ＤＣ変換器４のＤＣラインを定電圧とする制御を作動させて、エネルギー授受の差分を補正するようにすることができ、交流電源１の省エネ効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、被試験用蓄電池１０ａの充電試験の際、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの残エネルギーが不足するならば、ＡＣ／ＤＣ変換器４は不足分を補充するように交流電源１から交流を受電するようにし、被試験用蓄電池１０ａの放電試験の結果、次の被試験用蓄電池１０ａの充電試験の際、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの残エネルギー不足が予測されるならば、ＡＣ／ＤＣ変換器４は不足分を補充するように交流電源１から交流を受電するようにした。

但し、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの容量を、被試験用蓄電池１０ａの容量よりも係数倍以上としておく。そして、被試験用蓄電池１０ａの運転停止時において、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの残容量が定格または充電可能係数倍以下であれば、ＡＣ／ＤＣ変換器４を起動して、エネルギー蓄電用蓄電池１０ｂへの充電のために交流電源１から電力を受電し、ＤＣ／ＤＣ変換器６ｂで充電制御を行うようにしてもよい。係数倍以下とは、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂでのエネルギーロスを考慮しても、被試験用蓄電池１０ａに試験に耐えうる容量分充電可能な容量であり、エネルギー効率に基づき、被試験用蓄電池１０ａの容量に比例する。この比率が充電可能係数倍である。

この変形例によると、交流電源１に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器４の入力電力の抑制を図ることもでき、安定的な動作補償をより確実なものとすることができる。また、ＡＣ／ＤＣ変換器４の負荷の平準化を図ることができ、公称電源容量の小容量化が可能となる。

（第４の実施形態）
ＤＣラインの正負間に接続されたコンデンサ５の充放電電流を検出する変流器ＣＴ１４の他の使用例について説明する。制御回路１１は、充放電試験下において、変流器ＣＴ１４の検出電流を監視して充放電制御装置への事故拡大を阻止することもできる。すなわち、制御回路１１は、閾値と変流器ＣＴ１４の検出電流とを比較する比較回路を有し、コンデンサ５の充放電電流が閾値を超えた場合の出力信号に応答して、ＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの運転を停止させるようにすればよい。

（第５の実施形態）
変流器ＣＴ１４の検出電流を電圧帰還部に付加させて定電圧制御の制御指令を生成する態様は、被試験用蓄電池１０ｂの容量が大きくなると充放電電流も大きくなり、直流中間電圧のコンデンサ５の容量もコンデンサの並列接続により大きくする必要があり、併せてコンデンサ６の充放電電流を検出する変流器ＣＴ１４の容量も大きくなる傾向が見られる。

この欠点を改善するために、制御の高応答、高精度を有するための信号は全電流の帰還を要求しないので、並列に接続されたコンデンサ５の最も平均化されたと類推可能な物理的な中間に位置する単独のコンデンサ５に小容量の変流器を設けて小型化を図り、小型、低価格化の効果をもたらせばよい。

例えば、図３に示すように、ＤＣラインに接続された複数構成のコンデンサ５において、少なくとも1個のコンデンサ５に対して直列接続ようにしてもよい。図３においては、ＤＣラインに接続されたコンデンサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅを５並列に接続する。この５並列のコンデンサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅのうち、真ん中のコンデンサ５ｃには、並びという物理的特性から並列コンデンサの平均的電流が流れる。

変流器ＣＴ１４は、当該中心コンデンサ５ｃに直列接続する。そして、制御回路１１は、当該中心コンデンサ５ｃの充放電電流を定電圧制御や事故拡大抑止のために利用する。この結果、変流器ＣT１４は小型、低価格化が可能となる。

（第６の実施形態）
被試験用蓄電池１０ａとエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂとしては、異常検知遮断機能付き蓄電池を接続することもできる。異常検知遮断機能には、遮断に相当する動作を行う機能も含む。この異常検知遮断機能は、電池パック内部に充放電路を開閉するスイッチと、内部温度、内部圧力、内部電流、内部電圧等の電池状況を検出するセンサと、センサ値と閾値とを比較して比較結果に応じてスイッチを遮断動作させる制御回路とにより構成される。また、制御回路１１は、被試験用蓄電池１０ａとエネルギー蓄電用蓄電池１０ｂの電圧値を監視している。

そして、制御回路１１は、被試験用蓄電池１０ａに接続のＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対する充放電制御指令をモニタリングし、その制御指令が不変または微少変化である状態で、被試験用蓄電池１０ａの監視電圧値が急変したことを検知すると、ＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの運転を停止させる。

被試験用蓄電池１０ａの異常検知遮断機能が作動し、充放電制御装置からの電流注入が途絶すると、充放電制御下のＤＣ／ＤＣ変換器６ａは被試験用蓄電池１０ｂに対する電流注入を可能とすべく、昇圧チョッパー制御又は降圧チョッパー制御を継続してＤＣラインの電圧急上昇又は急降下を促す。そうすると、このＤＣラインの電圧急上昇又は急降下が充放電制御装置の故障を招来させるおそれがある。また、被試験用蓄電池１０ａの遮断動作部にアークが発生し、被試験用蓄電池１０ａが故障に至るおそれもある。

しかしながら、この実施形態による充放電制御装置では、制御回路１１が被試験用蓄電池１０ａの異常検知遮断機能の作動を検出してＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの運転を停止させるので、充放電制御装置に対する事故の影響が波及したり、被試験用蓄電池１０ｂが故障するのを抑止することが可能となる。

また、制御回路１１は、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａに対する充放電制御指令の数値に応じて、被試験用蓄電池１０ａの内部電圧値急変とみなす検知幅を変更するようにすることもできる。そして、制御回路１１は、被試験用蓄電池１０ａの内部電圧値の変化が充放電制御指令の数値に対応する検知幅を超えると、ＡＣ／ＤＣ変換器４、ＤＣ／ＤＣ変換器６ａ、６ｂの運転を停止させるようにしてもよい。これにより、被試験用蓄電池１０ａの異常検知遮断機能が作動したと誤検知するおそれを低下させ、充放電制御装置の信頼性、充放電制御装置に対する事故の影響波及阻止、被試験用蓄電池１０ａの故障抑止を更に確実なものとすることが可能となる。

検知幅の変更態様としては、充放電制御指令の小さい数値領域では検知幅を充放電制御指令の数値に比例した幅とし、比較的大きい数値領域では一定検知幅とするようにしてもよい。これにより更なる確実な抑止も期待できる。

（その他の実施の形態）
本明細書において、本発明に係る複数の実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、各実施の形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。これらの実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１交流電源
２リアクトル
３変流器CT
４ AC/DC変換器
５平滑コンデンサ
６ DC/DC変換器
６ａ DC/DC変換器
６ｂ DC/DC変換器
７チョッパーリアクトル
７ａチョッパーリアクトル
７ｂチョッパーリアクトル
８平滑コンデンサ
８ａ平滑コンデンサ
８ｂ平滑コンデンサ
９変流器CT
９ａ変流器CT
９ｂ変流器CT
１０蓄電池
１０ａ被試験用蓄電池
１０ｂエネルギー蓄電用蓄電池
１１制御回路
１２抵抗器
１３スイッチ
１４変流器CT
１５ Vref
１６ Vfb
１７ Id
１８ PI演算増幅器
１９ Iref
２０ Ifb
２１ PI演算増幅器

Claims

交流電源と充放電試験対象の蓄電池との間に介在する充放電制御装置であって、
前記交流電源側のＡＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器に対して並列に接続される複数のＤＣ／ＤＣ変換器と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器と前記ＤＣ／ＤＣ変換器との間のＤＣラインと、
前記ＤＣラインの正負間に接続されたコンデンサと、
前記ＡＣ／ＤＣ変換器及び前記ＤＣ／ＤＣ変換器とを制御する制御部と、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも一つに対して、充放電試験対象である第１の蓄電池
が接続され、
前記ＤＣ／ＤＣ変換器の少なくとも他の一つに対して、エネルギー蓄電用の第２の蓄電
池が接続され、
前記制御部は、
前記第１の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器に充放電制御を行わせ、
前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器に前記ＤＣラインの定電圧制御を行わせ、
前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器による定電圧制御では、前記第２の蓄電池の変流器の検出電流を参照しながら、前記ＤＣラインの中間直流電圧が、前記充放電試験対象である前記第１の蓄電池の電圧に対して、常に所定電圧値だけ高くなるように定電圧制御することで、前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池との間でエネルギーを移動させること、
を特徴とする充放電制御装置。
前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、
前記ＤＣラインの電圧が前記第１の蓄電池の電圧に対して所定比率だけ高くなるように定電圧制御すること、
を特徴とする請求項１記載の充放電制御装置。
前記所定比率は、前記ＤＣ／ＤＣ変換器のエネルギー効率の逆数に相当すること、
を特徴とする請求項２記載の充放電制御装置。
前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、
前記第１の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器が放電制御の場合、前記第２の蓄電池への充電制御により前記定電圧制御を行い、
前記第１の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器が充電制御の場合、前記第２の蓄電池への放電制御により前記定電圧制御を行うこと、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の充放電制御装置。
前記制御部は、
前記第２の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器に対して、前記第１の蓄電池が接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器に対する充放電指令と相反する制御指令を送出すること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の充放電制御装置。
前記制御部は、
前記第２の蓄電池が接続されたＤＣ／ＤＣ変換器に対して、前記第１の蓄電池が接続されたＤＣ／ＤＣ変換器に対する充電電流指令値と等価又は等価以下の放電電流指令値を送出し、
前記第２の蓄電池が接続されたＤＣ／ＤＣ変換器に対して、前記第１の蓄電池が接続されたＤＣ／ＤＣ変換器に対する放電電流指令値と等価又は等価以上の充電電流指令値を送出すること、
を特徴とする請求項５に記載の充放電制御装置。
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、前記第１の蓄電池と前記第２の蓄電池のエネルギー授受の差分を補充すること、
を特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の充放電制御装置。
前記ＡＣ／ＤＣ変換器は、交流を直流に変換する一方向性の回路構成を有すること、
を特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の充放電制御装置。
前記ＤＣラインの正負間に接続された前記コンデンサに直列させて変流器ＣＴを更に備え、
前記第２の蓄電池に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器は、
ＤＣラインの前記変流器ＣＴの検出電流を加味して前記定電圧制御を行うこと、
を特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の充放電制御装置。
前記制御部は、
前記ＤＣラインの前記変流器ＣＴの検出電流が所定閾値を超えると、前記ＡＣ／ＤＣ変換器と前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器を運転停止させること、
を特徴とする請求項９記載の充放電制御装置。
前記ＤＣラインに設けられた前記コンデンサは並列に複数存在し、
前記変流器ＣＴは、複数の前記コンデンサの１つに直列に接続されていること、
を特徴とする請求項９又は１０に記載の充放電制御装置。
前記第１の蓄電池は、異常検知遮断機能を有し、
前記制御部は、前記第１の蓄電池の電圧を監視し、前記第１の蓄電池に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器への充放電制御指令が不変又は微小変化である間、前記第１の蓄電池の電圧が検知値を超えて変化すると、前記第１の蓄電池及び前記第２の蓄電池に接続された前記ＤＣ／ＤＣ変換器への制御を停止すること、
を特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の充放電制御装置。
前記制御部は、前記検知値を前記充放電制御指令の値に応じて変更すること、
を特徴とする請求項１２に記載の充放電制御装置。
前記制御部は、前記充放電制御指令の小さい数値領域では、前記検知値を前記第１の蓄電池の電圧に比例させて変更し、前記充放電制御指令の値が比較的大きい数値領域では一定の検知値に変更すること、
を特徴とする請求項１３に記載の充放電制御装置。