JP2001016798A - 電池または電気二重層キャパシタの充放電装置 - Google Patents
電池または電気二重層キャパシタの充放電装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の回生式充放電装置により電池等を充放
電試験するのでは、電圧を零近くにした電池等の放電試
験ができない。放電時にバイアス電源を挿入する方式で
は、装置の大型化、リップル電圧や高調波電流の発生が
問題となる。 【解決手段】 昇圧形ＰＷＭコンバータ１１を直流電源
とし、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４とこれに逆並列にダイ
オードＤ１〜Ｄ４を接続した基本アーム１３Ａと制御ア
ーム１３Ｂからなる四象限チョッパ回路１３を使用す
る。電池等の放電試験時には、スイッチＳ2，Ｓ3をオン
させて直流電源電圧を電池等のバイアス電圧として直流
電源側に放電電流を流し、その後に一方のスイッチＳ3
をオフさせて電池等に循環電流を流し、その後に両スイ
ッチをオフさせて循環電流をダイオードを通して直流電
源への充電電流として流す。電池等の充電試験時には、
相補スイッチＳ1，Ｓ4のオンと、その一方をオフ、両方
をオフにする。
電試験するのでは、電圧を零近くにした電池等の放電試
験ができない。放電時にバイアス電源を挿入する方式で
は、装置の大型化、リップル電圧や高調波電流の発生が
問題となる。 【解決手段】 昇圧形ＰＷＭコンバータ１１を直流電源
とし、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４とこれに逆並列にダイ
オードＤ１〜Ｄ４を接続した基本アーム１３Ａと制御ア
ーム１３Ｂからなる四象限チョッパ回路１３を使用す
る。電池等の放電試験時には、スイッチＳ2，Ｓ3をオン
させて直流電源電圧を電池等のバイアス電圧として直流
電源側に放電電流を流し、その後に一方のスイッチＳ3
をオフさせて電池等に循環電流を流し、その後に両スイ
ッチをオフさせて循環電流をダイオードを通して直流電
源への充電電流として流す。電池等の充電試験時には、
相補スイッチＳ1，Ｓ4のオンと、その一方をオフ、両方
をオフにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池（または電気
二重層キャパシタ）の充放電特性や寿命評価などの試験
に使用される充放電装置に係り、特にチョッパ動作によ
って電池等の充放電電流を制御し、電池等の放電エネル
ギーを回生する回生式充放電装置に関する。
二重層キャパシタ）の充放電特性や寿命評価などの試験
に使用される充放電装置に係り、特にチョッパ動作によ
って電池等の充放電電流を制御し、電池等の放電エネル
ギーを回生する回生式充放電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は、回生式充放電装置の主回路構成
例を示す。昇圧形ＰＷＭコンバータ１は、半導体スイッ
チとダイオードの逆並列回路になる３相ブリッジアーム
を有し、半導体スイッチをＰＷＭ制御し、その制御角切
換えにより交流電源から直流電力を得る整流器機能及び
直流入力を交流電源に回生するインバータ機能をもつ。
例を示す。昇圧形ＰＷＭコンバータ１は、半導体スイッ
チとダイオードの逆並列回路になる３相ブリッジアーム
を有し、半導体スイッチをＰＷＭ制御し、その制御角切
換えにより交流電源から直流電力を得る整流器機能及び
直流入力を交流電源に回生するインバータ機能をもつ。
【０００３】平滑コンデンサ２は、コンバータ１の整流
器動作にはその出力を平滑し、インバータ動作には直流
電源になる。電流可逆チョッパ３は、上下アームに半導
体スイッチＳ1，Ｓ2とダイオードＤ1，Ｄ2の逆並列回路
を有し、試験対象となる電池４との間に直流リアクトル
ＤＣＬを有し、コンバータ１と平滑コンデンサ２を直流
電源として電池４の充電電流と放電電流を制御する。以
上の主回路構成における充放電電流制御を以下に説明す
る。
器動作にはその出力を平滑し、インバータ動作には直流
電源になる。電流可逆チョッパ３は、上下アームに半導
体スイッチＳ1，Ｓ2とダイオードＤ1，Ｄ2の逆並列回路
を有し、試験対象となる電池４との間に直流リアクトル
ＤＣＬを有し、コンバータ１と平滑コンデンサ２を直流
電源として電池４の充電電流と放電電流を制御する。以
上の主回路構成における充放電電流制御を以下に説明す
る。
【０００４】（１）電池の充電動作 コンバータ１は、整流器動作によって交流電圧ｅ（線間
実効値）を直流電圧Ｅ d（平均値）に変換する。チョッ
パ３は、電池４の充電には、スイッチＳ1をオン・オフ
制御することにより、直流電圧Ｅdを直流出力電圧Ｖ
b（平均値）に変換する。すなわち、電圧Ｖbは、上下ア
ームの接続点の出力電圧Ｖ10の平均値で、電池４の充電
電圧になる。
実効値）を直流電圧Ｅ d（平均値）に変換する。チョッ
パ３は、電池４の充電には、スイッチＳ1をオン・オフ
制御することにより、直流電圧Ｅdを直流出力電圧Ｖ
b（平均値）に変換する。すなわち、電圧Ｖbは、上下ア
ームの接続点の出力電圧Ｖ10の平均値で、電池４の充電
電圧になる。
【０００５】いま、スイッチＳ1をオンすると、チョッ
パの直流側からスイッチＳ1→リアクトルＤＣＬ→電池
４の経路で電流ｉLが流れ、電池４を充電する。このと
きの電流変化分ΔｉLは、以下の（１）式で表される。
また、電流ｉLを連続とすると、充電時の各部波形は図
５のようになる。
パの直流側からスイッチＳ1→リアクトルＤＣＬ→電池
４の経路で電流ｉLが流れ、電池４を充電する。このと
きの電流変化分ΔｉLは、以下の（１）式で表される。
また、電流ｉLを連続とすると、充電時の各部波形は図
５のようになる。
【０００６】
【数１】
【０００７】Ｌb：直流リアクトルＤＣＬのリアクタン
ス値 ｔ1：スイッチＳ1のオン時間 次に、スイッチＳ1をオフすると、リアクトルＤＣＬの
蓄積エネルギーとして流れていた電流ｉLは、電池４→
ダイオードＤ2→リアクトルＤＣＬの経路で循環電流と
して流れ、リアクトルＤＣＬの残留エネルギーを電池４
に放出する。このときの電流変化分ΔｉLは、以下の
（２）式のように減少していく。
ス値 ｔ1：スイッチＳ1のオン時間 次に、スイッチＳ1をオフすると、リアクトルＤＣＬの
蓄積エネルギーとして流れていた電流ｉLは、電池４→
ダイオードＤ2→リアクトルＤＣＬの経路で循環電流と
して流れ、リアクトルＤＣＬの残留エネルギーを電池４
に放出する。このときの電流変化分ΔｉLは、以下の
（２）式のように減少していく。
【０００８】
【数２】
【０００９】ｔ2：スイッチＳ1のオフ時間 また、電圧ＶbとＥdの関係は、電流ｉLが連続とする
と、以下の（３）式で表される。
と、以下の（３）式で表される。
【００１０】
【数３】
【００１１】Ｔ：チョッパ動作の一周期（Ｔ＝ｔ1＋
ｔ2） （２）電池の放電動作 チョッパ３の直流側電圧Ｅd、電池４の電圧Ｖbの状態に
おいて、いま、スイッチＳ2をオンすると、電池４の両
端はリアクトルＤＣＬで短絡され、以下の（４）式のよ
うに放電電流（放電方向を正とする）が増加し、リアク
トルＤＣＬにエネルギーが蓄積される。このときの電流
変化分ΔｉLは、以下の（４）式で表される。また、電
流ｉLを連続とすると、放電時の各部波形は図６のよう
になる。
ｔ2） （２）電池の放電動作 チョッパ３の直流側電圧Ｅd、電池４の電圧Ｖbの状態に
おいて、いま、スイッチＳ2をオンすると、電池４の両
端はリアクトルＤＣＬで短絡され、以下の（４）式のよ
うに放電電流（放電方向を正とする）が増加し、リアク
トルＤＣＬにエネルギーが蓄積される。このときの電流
変化分ΔｉLは、以下の（４）式で表される。また、電
流ｉLを連続とすると、放電時の各部波形は図６のよう
になる。
【００１２】
【数４】
【００１３】ｔ2’：スイッチＳ2のオン時間 次に、スイッチＳ2をオフすると、リアクトルＤＣＬの
蓄積エネルギーとして流れていた電流ｉLは、ダイオー
ドＤ1→コンデンサ２→電池４の経路でコンデンサ２の
充電電流として放出され、コンデンサ２を充電する。こ
のときの電流変化分ΔｉLは、以下の（５）式のように
減少していく。
蓄積エネルギーとして流れていた電流ｉLは、ダイオー
ドＤ1→コンデンサ２→電池４の経路でコンデンサ２の
充電電流として放出され、コンデンサ２を充電する。こ
のときの電流変化分ΔｉLは、以下の（５）式のように
減少していく。
【００１４】
【数５】
【００１５】ｔ1’：スイッチＳ2のオフ時間 また、電圧ＶbとＥdの関係は、電流ｉLが連続とする
と、以下の（６）式で表される。
と、以下の（６）式で表される。
【００１６】
【数６】
【００１７】Ｔ：チョッパ動作の一周期（Ｔ＝ｔ1'＋ｔ
2’） この放電動作によるコンデンサ２の電圧上昇には、ＰＷ
Ｍコンバータ１のインバータ動作により交流電源側に回
生され、直流電圧Ｅdが一定値に保たれる。
2’） この放電動作によるコンデンサ２の電圧上昇には、ＰＷ
Ｍコンバータ１のインバータ動作により交流電源側に回
生され、直流電圧Ｅdが一定値に保たれる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】最近、新型電池の開発
が活発になり、電池の詳細な特性試験が要求されてきて
いる。その１つとして、電池電圧が零に近い条件のもと
に、電池に定格電流を流しながら放電特性試験をするこ
とがある。
が活発になり、電池の詳細な特性試験が要求されてきて
いる。その１つとして、電池電圧が零に近い条件のもと
に、電池に定格電流を流しながら放電特性試験をするこ
とがある。
【００１９】この放電特性試験の場合、従来の回生式充
放電装置では、直流リアクトルＤＣＬで電池４を短絡
し、ある電流値に上昇したときにスイッチＳ2をオフさ
せ、リアクトルＤＣＬの蓄積エネルギーをダイオードＤ
1を通して直流回路側に放出させるというチョッパ動作
を繰り返す。
放電装置では、直流リアクトルＤＣＬで電池４を短絡
し、ある電流値に上昇したときにスイッチＳ2をオフさ
せ、リアクトルＤＣＬの蓄積エネルギーをダイオードＤ
1を通して直流回路側に放出させるというチョッパ動作
を繰り返す。
【００２０】しかし、従来装置では、電池４の電圧を零
近くにした放電試験では、電池４をリアクトルＤＣＬで
短絡するも、放電電流に必要な値が得られず、試験不能
になる。
近くにした放電試験では、電池４をリアクトルＤＣＬで
短絡するも、放電電流に必要な値が得られず、試験不能
になる。
【００２１】この不都合を解消するため、図７に示すよ
うに、従来装置の放電電流路にバイアス電源を挿入でき
るようにした充放電装置がある。同図は図４の回路に、
バイアス電源５と、電池４にバイアス電源５を直列に挿
入できる切換開閉器６とを設けている。
うに、従来装置の放電電流路にバイアス電源を挿入でき
るようにした充放電装置がある。同図は図４の回路に、
バイアス電源５と、電池４にバイアス電源５を直列に挿
入できる切換開閉器６とを設けている。
【００２２】バイアス電源５は、整流器５Ａと絶縁トラ
ンス５Ｂで構成され、絶縁トランス５Ｂを通して取り込
む交流電圧を整流器５Ａで整流し、この整流出力電圧
（バイアス電圧）だけ電池４の基準電圧を高める。これ
により、電池４の放電試験時には電池４の電圧がバイア
ス電源電圧でかさ上げされ、電池４に強制的に放電電流
を流すことができる。
ンス５Ｂで構成され、絶縁トランス５Ｂを通して取り込
む交流電圧を整流器５Ａで整流し、この整流出力電圧
（バイアス電圧）だけ電池４の基準電圧を高める。これ
により、電池４の放電試験時には電池４の電圧がバイア
ス電源電圧でかさ上げされ、電池４に強制的に放電電流
を流すことができる。
【００２３】しかし、この方式の充放電装置では、バイ
アス電圧は交流電源から整流器５Ａの整流で得ること、
及びバイアス電源の挿入／切り離しを切換開閉器６で行
うため、以下の問題がある。
アス電圧は交流電源から整流器５Ａの整流で得ること、
及びバイアス電源の挿入／切り離しを切換開閉器６で行
うため、以下の問題がある。
【００２４】（１）バイアス電圧に比較的低い周波数の
リップル電圧が現れ、これが電池４の放電電流精度を低
下させてしまう。例えば、整流器５Ａが単相ブリッジ構
成の場合は、電源周波数ｆ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）
の２倍（２ｆ）のリップル電圧が現れる。また、整流器
５Ａが３相ブリッジ構成の場合は、６倍（６ｆ）のリッ
プル電圧が現れる。
リップル電圧が現れ、これが電池４の放電電流精度を低
下させてしまう。例えば、整流器５Ａが単相ブリッジ構
成の場合は、電源周波数ｆ（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）
の２倍（２ｆ）のリップル電圧が現れる。また、整流器
５Ａが３相ブリッジ構成の場合は、６倍（６ｆ）のリッ
プル電圧が現れる。
【００２５】このようなリップル電圧を抑制するには、
整流器の直流出力側にリアクトルや低周波フィルタを設
けることになるため、これら機器は大型で高価なものに
なるし、電池の放電電流の応答性を阻害する。
整流器の直流出力側にリアクトルや低周波フィルタを設
けることになるため、これら機器は大型で高価なものに
なるし、電池の放電電流の応答性を阻害する。
【００２６】（２）整流器５Ａの交流側には、比較的低
次の高調波電流（単相ブリッジでは４ｆ±１次、３相ブ
リッジでは６ｆ±１次）が流れ、これら高調波電流を抑
制するためのフィルタ等の対策が必要になり、装置が一
層大型化する。
次の高調波電流（単相ブリッジでは４ｆ±１次、３相ブ
リッジでは６ｆ±１次）が流れ、これら高調波電流を抑
制するためのフィルタ等の対策が必要になり、装置が一
層大型化する。
【００２７】（３）整流器５Ａによるバイアス電源は、
電池４の充電時にその充電回路から切り離すための切換
開閉器６が必要となり、装置が一層大型化する。
電池４の充電時にその充電回路から切り離すための切換
開閉器６が必要となり、装置が一層大型化する。
【００２８】このような問題は、電池と同様の充放電機
能をもつ電気二重層キャパシタ（電気二重層コンデン
サ）の充放電試験にも起こり得る。
能をもつ電気二重層キャパシタ（電気二重層コンデン
サ）の充放電試験にも起こり得る。
【００２９】本発明の目的は、従来のバイアス電源の増
設を不要にし、しかも電池または電気二重層キャパシタ
の充放電時に直流バイアス電圧を印加した試験ができる
電池または電気二重層キャパシタの充放電装置を提供す
ることにある。
設を不要にし、しかも電池または電気二重層キャパシタ
の充放電時に直流バイアス電圧を印加した試験ができる
電池または電気二重層キャパシタの充放電装置を提供す
ることにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、コンバータ等の電力変換器と電池（または
電気二重層キャパシタ）との間に設けるチョッパを四象
限チョッパ回路とし、このチョッパ回路の出力端から直
流リアクトルを介して電池等に充放電電流を流すこと
で、電池等の放電時さらには充電時にも直流バイアス電
圧を印加できるようにしたもので、以下の構成を特徴と
する。
決するため、コンバータ等の電力変換器と電池（または
電気二重層キャパシタ）との間に設けるチョッパを四象
限チョッパ回路とし、このチョッパ回路の出力端から直
流リアクトルを介して電池等に充放電電流を流すこと
で、電池等の放電時さらには充電時にも直流バイアス電
圧を印加できるようにしたもので、以下の構成を特徴と
する。
【００３１】交流電源から直流電力を得る順方向電力変
換機能と、直流電力を交流電源に回生する逆方向電力変
換機能をもつ半導体電力変換器と、前記半導体電力変換
器の出力を直流電源として、半導体スイッチとこれに逆
並列にダイオードを接続した４組のアームをブリッジ接
続し、上下アームの半導体スイッチの直列接続点の両端
から直流リアクトルを介して試験対象電池または電気二
重層キャパシタに接続した四象限チョッパ回路とを備
え、前記四象限チョッパ回路は、前記電池または電気二
重層キャパシタの放電試験時には、前記２組の相補アー
ムをオンさせて前記直流電源電圧を該電池または電気二
重層キャパシタのバイアス電圧として該直流電源側に放
電電流を流し、その後に一方のアームをオフさせて前記
オン状態のアームと他のアームのダイオードを循環電流
路として該電池または電気二重層キャパシタに放電電流
を流し、その後に両アームをオフさせて該循環電流を前
記ダイオードを通して該直流電源への充電電流として流
すことを特徴とする。
換機能と、直流電力を交流電源に回生する逆方向電力変
換機能をもつ半導体電力変換器と、前記半導体電力変換
器の出力を直流電源として、半導体スイッチとこれに逆
並列にダイオードを接続した４組のアームをブリッジ接
続し、上下アームの半導体スイッチの直列接続点の両端
から直流リアクトルを介して試験対象電池または電気二
重層キャパシタに接続した四象限チョッパ回路とを備
え、前記四象限チョッパ回路は、前記電池または電気二
重層キャパシタの放電試験時には、前記２組の相補アー
ムをオンさせて前記直流電源電圧を該電池または電気二
重層キャパシタのバイアス電圧として該直流電源側に放
電電流を流し、その後に一方のアームをオフさせて前記
オン状態のアームと他のアームのダイオードを循環電流
路として該電池または電気二重層キャパシタに放電電流
を流し、その後に両アームをオフさせて該循環電流を前
記ダイオードを通して該直流電源への充電電流として流
すことを特徴とする。
【００３２】また、前記四象限チョッパ回路は、前記電
池または電気二重層キャパシタの充電試験時には、前記
放電時の２組の相補アームとは別の２組の相補アームを
オンさせて前記直流電源から該電池または電気二重層キ
ャパシタに充電電流を流し、その後に一方のアームをオ
フさせて前記オン状態のアームと他のアームのダイオー
ドを循環電流路として該電池または電気二重層キャパシ
タに充電電流を流し、その後に両アームをオフさせて該
直流電源電圧を該電池または電気二重層キャパシタのバ
イアス電圧として該循環電流を前記ダイオードを通して
該直流電源への充電電流として流すことを特徴とする。
池または電気二重層キャパシタの充電試験時には、前記
放電時の２組の相補アームとは別の２組の相補アームを
オンさせて前記直流電源から該電池または電気二重層キ
ャパシタに充電電流を流し、その後に一方のアームをオ
フさせて前記オン状態のアームと他のアームのダイオー
ドを循環電流路として該電池または電気二重層キャパシ
タに充電電流を流し、その後に両アームをオフさせて該
直流電源電圧を該電池または電気二重層キャパシタのバ
イアス電圧として該循環電流を前記ダイオードを通して
該直流電源への充電電流として流すことを特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態を示す
主回路構成図である。本実施形態は、充放電試験対象を
電池とする場合で説明するが、電気二重層キャパシタの
充放電試験に適用することもできる。
主回路構成図である。本実施形態は、充放電試験対象を
電池とする場合で説明するが、電気二重層キャパシタの
充放電試験に適用することもできる。
【００３４】昇圧形ＰＷＭコンバータ１１は、従来のコ
ンバータ１と同様の構成にされ、交流電源から直流電力
を得る整流器機能及び直流電力を交流電源に回生するイ
ンバータ機能を有する。また、平滑用コンデンサ１２
は、コンバータ１１の整流器動作にはその出力を平滑
し、インバータ動作には直流電源になる。なお、この順
方向電力変換機能と逆方向電力変換機能をもつコンバー
タ１１は、他の半導体電力変換回路で置換したものでも
よい。例えば、順方向電力変換用の回路と逆方向電力変
換用の回路とを並列接続した回路構成で実現できる。
ンバータ１と同様の構成にされ、交流電源から直流電力
を得る整流器機能及び直流電力を交流電源に回生するイ
ンバータ機能を有する。また、平滑用コンデンサ１２
は、コンバータ１１の整流器動作にはその出力を平滑
し、インバータ動作には直流電源になる。なお、この順
方向電力変換機能と逆方向電力変換機能をもつコンバー
タ１１は、他の半導体電力変換回路で置換したものでも
よい。例えば、順方向電力変換用の回路と逆方向電力変
換用の回路とを並列接続した回路構成で実現できる。
【００３５】四象限チョッパ回路（ブリッジ形可逆チョ
ッパ回路）１３は、基本アーム１３Ａと制御アーム１３
Ｂで４組のアームをブリッジ接続した構成にされ、各ア
ームのうち、互いに対角位置のアーム同士が相補アーム
になる。基本アーム１３Ａは、半導体スイッチＳ1，Ｓ2
とこれらにそれぞれ逆並列にダイオードＤ1，Ｄ2を接続
した上下アームで構成される。同様に、制御アーム１３
Ｂは、半導体スイッチＳ3，Ｓ4とこれらにそれぞれ逆並
列にダイオードＤ３，Ｄ４を接続した上下アームで構成
される。
ッパ回路）１３は、基本アーム１３Ａと制御アーム１３
Ｂで４組のアームをブリッジ接続した構成にされ、各ア
ームのうち、互いに対角位置のアーム同士が相補アーム
になる。基本アーム１３Ａは、半導体スイッチＳ1，Ｓ2
とこれらにそれぞれ逆並列にダイオードＤ1，Ｄ2を接続
した上下アームで構成される。同様に、制御アーム１３
Ｂは、半導体スイッチＳ3，Ｓ4とこれらにそれぞれ逆並
列にダイオードＤ３，Ｄ４を接続した上下アームで構成
される。
【００３６】四象限チョッパ回路１３は、その基本アー
ム１３Ａの半導体スイッチＳ1とＳ２の接続点（上下ア
ームの接続点）と、制御アーム１３Ｂの半導体スイッチ
Ｓ3とＳ4の接続点の両端から、直流リアクトルＤＣＬを
介して電池１４に接続する。
ム１３Ａの半導体スイッチＳ1とＳ２の接続点（上下ア
ームの接続点）と、制御アーム１３Ｂの半導体スイッチ
Ｓ3とＳ4の接続点の両端から、直流リアクトルＤＣＬを
介して電池１４に接続する。
【００３７】本実施形態は、上記の構成により電池１４
の充放電試験を可能にする。この四象限チョッパ回路１
３による電池１４の放電試験時には、まず、２組の相補
アームのスイッチＳ2，Ｓ3をオンさせることにより、電
池１４には直流電源電圧Ｅdをバイアス電圧として直流
電源側に放電電流を流す。その後、一方のスイッチＳ 3
をオフさせ、オン状態のスイッチＳ2とダイオードＤ4を
循環電流路として電池１４に放電電流を流す。その後、
スイッチＳ2をオフさせ、電池１４に流れていた循環電
流をダイオードＤ1，Ｄ4を通して直流電源への充電電流
として流す。
の充放電試験を可能にする。この四象限チョッパ回路１
３による電池１４の放電試験時には、まず、２組の相補
アームのスイッチＳ2，Ｓ3をオンさせることにより、電
池１４には直流電源電圧Ｅdをバイアス電圧として直流
電源側に放電電流を流す。その後、一方のスイッチＳ 3
をオフさせ、オン状態のスイッチＳ2とダイオードＤ4を
循環電流路として電池１４に放電電流を流す。その後、
スイッチＳ2をオフさせ、電池１４に流れていた循環電
流をダイオードＤ1，Ｄ4を通して直流電源への充電電流
として流す。
【００３８】また、四象限チョッパ回路１３による電池
の充電試験時には、まず、２組の相補アームのスイッチ
Ｓ1，Ｓ4をオンさせることにより、電池１４には直流電
源から充電電流を流す。その後、一方のスイッチＳ1を
オフさせ、オン状態のスイッチＳ4とダイオードＤ2を循
環電流路として電池１４に充電電流を流す。その後、ス
イッチＳ4をオフさせ、循環電流をダイオードＤ2，Ｄ3
を通して直流電源への放電電流として流す。このとき、
電池１４には直流電源電圧Ｅdがバイアス電圧として印
加される。
の充電試験時には、まず、２組の相補アームのスイッチ
Ｓ1，Ｓ4をオンさせることにより、電池１４には直流電
源から充電電流を流す。その後、一方のスイッチＳ1を
オフさせ、オン状態のスイッチＳ4とダイオードＤ2を循
環電流路として電池１４に充電電流を流す。その後、ス
イッチＳ4をオフさせ、循環電流をダイオードＤ2，Ｄ3
を通して直流電源への放電電流として流す。このとき、
電池１４には直流電源電圧Ｅdがバイアス電圧として印
加される。
【００３９】以上の基本的充放電動作になる本実施形態
は、特に電池１４の電圧を零近くにした放電試験を可能
にするものであり、図２及び図３の動作波形を参照して
充放電動作を以下に詳細に説明する。
は、特に電池１４の電圧を零近くにした放電試験を可能
にするものであり、図２及び図３の動作波形を参照して
充放電動作を以下に詳細に説明する。
【００４０】（１）電池の放電動作（動作波形は図２） 四象限チョッパ回路１３の直流側電圧Ｅd、電池１４の
電圧Ｖbの状態において、いま、スイッチＳ2，Ｓ3が共
にオンすると、電池１４にはその放電方向に直流電圧Ｅ
dが印加され、スイッチＳ3→電池１４→リアクトルＤＣ
Ｌ→スイッチＳ2の経路で放電電流が流れる。この期間
ｔb’に現れる電圧がバイアス電圧であり、そのときに
流れる電流がバイアス電流である。
電圧Ｖbの状態において、いま、スイッチＳ2，Ｓ3が共
にオンすると、電池１４にはその放電方向に直流電圧Ｅ
dが印加され、スイッチＳ3→電池１４→リアクトルＤＣ
Ｌ→スイッチＳ2の経路で放電電流が流れる。この期間
ｔb’に現れる電圧がバイアス電圧であり、そのときに
流れる電流がバイアス電流である。
【００４１】この場合の電流変化分ΔｉLは、以下の
（７）式で表される（ただし、放電方向を正とする）。
また、電流ｉLを連続とすると、充電時の各部波形は図
２のようになる。
（７）式で表される（ただし、放電方向を正とする）。
また、電流ｉLを連続とすると、充電時の各部波形は図
２のようになる。
【００４２】
【数７】
【００４３】ｔb’：スイッチＳ2，Ｓ３のオン時間（バ
イアス時間） 次に、時間ｔb’後にスイッチＳ3をオフすると、リアク
トルＤＣＬの蓄積エネルギーとして流れていた電流ｉL
は、スイッチＳ2→ダイオードＤ4→電池１４の経路で循
環電流として流れ、電池１４を放電させる。このときの
電流変化分Δｉ Lは、以下の（８）式のようになる。
イアス時間） 次に、時間ｔb’後にスイッチＳ3をオフすると、リアク
トルＤＣＬの蓄積エネルギーとして流れていた電流ｉL
は、スイッチＳ2→ダイオードＤ4→電池１４の経路で循
環電流として流れ、電池１４を放電させる。このときの
電流変化分Δｉ Lは、以下の（８）式のようになる。
【００４４】
【数８】
【００４５】ｔ2’：スイッチＳ2のみのオン時間 したがって、時間ｔb’，ｔ2’の間は、電池１４では放
電方向の電流が増加するが、時間ｔ2’を制御、つまり
スイッチＳ2のみのオン時間を制御することにより、放
電電流の大きさ（平均値）を制御できる。
電方向の電流が増加するが、時間ｔ2’を制御、つまり
スイッチＳ2のみのオン時間を制御することにより、放
電電流の大きさ（平均値）を制御できる。
【００４６】次に、時間ｔ2’後にスイッチＳ2をオフさ
せると、すべてのスイッチＳ1〜Ｓ4がオフ状態になるた
め、リアクトルＤＣＬの蓄積エネルギーはダイオードＤ
1，Ｄ4を通して直流側の充電電流として放出される。こ
のときの、電流変化分ΔｉLは、以下の（９）式のよう
に減少する。
せると、すべてのスイッチＳ1〜Ｓ4がオフ状態になるた
め、リアクトルＤＣＬの蓄積エネルギーはダイオードＤ
1，Ｄ4を通して直流側の充電電流として放出される。こ
のときの、電流変化分ΔｉLは、以下の（９）式のよう
に減少する。
【００４７】
【数９】
【００４８】以上の放電動作は、図２の電流波形から明
らかなように、電流波形を一周期にわたって平均したも
のが放電電流の平均値に相当するため、電池１４の電圧
が零に近い場合にも一定のバイアス時間ｔb’を設定し
ておくことにより、必要なバイアス電流が得られる。ま
た、バイアス時間を含む全体としての放電電流は時間ｔ
2’を変化させて制御することができる。
らかなように、電流波形を一周期にわたって平均したも
のが放電電流の平均値に相当するため、電池１４の電圧
が零に近い場合にも一定のバイアス時間ｔb’を設定し
ておくことにより、必要なバイアス電流が得られる。ま
た、バイアス時間を含む全体としての放電電流は時間ｔ
2’を変化させて制御することができる。
【００４９】しかも、この場合のバイアス電圧のリップ
ル周波数は、主回路チョッパの動作周波数と同じく高く
することができ、従来の整流器５Ａによるバイアス電圧
確保に比べて、リップル抑制用の大型のリアクトルや低
周波フィルタが不要になるし、これらが放電電流路に介
在しないため、応答性の高い放電電流を得ることができ
る。また、整流器５Ａが発生する低次の高調波電流が電
源側に現れることはない。
ル周波数は、主回路チョッパの動作周波数と同じく高く
することができ、従来の整流器５Ａによるバイアス電圧
確保に比べて、リップル抑制用の大型のリアクトルや低
周波フィルタが不要になるし、これらが放電電流路に介
在しないため、応答性の高い放電電流を得ることができ
る。また、整流器５Ａが発生する低次の高調波電流が電
源側に現れることはない。
【００５０】なお、この放電動作における電圧ＶbとＥd
の関係は、電流ｉLが連続とすると、以下の（１０）式
で表される。
の関係は、電流ｉLが連続とすると、以下の（１０）式
で表される。
【００５１】
【数１０】
【００５２】Ｔ：放電動作の一周期（Ｔ＝ｔ1’＋ｔ2’
＋ｔb’） （２）電池の充電動作（動作波形は図３） スイッチＳ1，Ｓ4をオンさせると、チョッパ回路１３の
直流側からスイッチＳ 1→リアクトルＤＣＬ→電池１４
→スイッチＳ4の経路で電池１４に充電電流が流れる。
このときの動作は、図４での充電電流ｉLとほぼ同じに
なり、電流変化分ΔｉLは、前記の（１）式で表され
る。
＋ｔb’） （２）電池の充電動作（動作波形は図３） スイッチＳ1，Ｓ4をオンさせると、チョッパ回路１３の
直流側からスイッチＳ 1→リアクトルＤＣＬ→電池１４
→スイッチＳ4の経路で電池１４に充電電流が流れる。
このときの動作は、図４での充電電流ｉLとほぼ同じに
なり、電流変化分ΔｉLは、前記の（１）式で表され
る。
【００５３】この時間ｔ1後にスイッチＳ1をオフさせる
と、リアクトルＤＣＬの蓄積エネルギーとして流れてい
た電流ｉLは、電池１４→スイッチＳ4→ダイオードＤ2
→リアクトルＤＣＬの経路で循環電流として流れ、リア
クトルＤＣＬの残留エネルギーを電池１４に放出する。
このときの動作は、図４の充電電流ｉLとほぼ同じにな
り、電流電流変化分ΔｉLは、前記の（２）式のように
減少していく。
と、リアクトルＤＣＬの蓄積エネルギーとして流れてい
た電流ｉLは、電池１４→スイッチＳ4→ダイオードＤ2
→リアクトルＤＣＬの経路で循環電流として流れ、リア
クトルＤＣＬの残留エネルギーを電池１４に放出する。
このときの動作は、図４の充電電流ｉLとほぼ同じにな
り、電流電流変化分ΔｉLは、前記の（２）式のように
減少していく。
【００５４】この時間ｔ2後にスイッチＳ4をオフさせる
と、すべてのスイッチＳ１〜Ｓ４がオフ状態になるた
め、それまで流れていた電流ｉLは、ダイオードＤ2→リ
アクトルＤＣＬ→電池１４→ダイオードＤ3の経路で直
流側に放出され、電流ｉLは下記の（１１）式で急速に
減流される。
と、すべてのスイッチＳ１〜Ｓ４がオフ状態になるた
め、それまで流れていた電流ｉLは、ダイオードＤ2→リ
アクトルＤＣＬ→電池１４→ダイオードＤ3の経路で直
流側に放出され、電流ｉLは下記の（１１）式で急速に
減流される。
【００５５】
【数１１】
【００５６】また、電圧ＶbとＥdの関係は、電流ｉLが
連続とすると、以下の（１２）式で表される。
連続とすると、以下の（１２）式で表される。
【００５７】
【数１２】
【００５８】Ｔ：充電動作の一周期（Ｔ＝ｔ1＋ｔ2＋ｔ
b） 以上の充電動作は、図３の電流波形から明らかなよう
に、すべてのスイッチＳ１〜Ｓ４がオフしている時間ｔ
bは、チョッパ回路１３の出力端子に電圧Ｖ12が充電方
向とは逆に現れている時間であり、これが充電動作での
バイアス電圧に相当する。
b） 以上の充電動作は、図３の電流波形から明らかなよう
に、すべてのスイッチＳ１〜Ｓ４がオフしている時間ｔ
bは、チョッパ回路１３の出力端子に電圧Ｖ12が充電方
向とは逆に現れている時間であり、これが充電動作での
バイアス電圧に相当する。
【００５９】そこで、電池１４の電圧が零近くにある場
合の充電動作において、従来装置では、前記の（３）式
から明らかなように、時間ｔ1を零近くまで小さくする
必要あるが、その限界はスイッチの特性に依存する。
合の充電動作において、従来装置では、前記の（３）式
から明らかなように、時間ｔ1を零近くまで小さくする
必要あるが、その限界はスイッチの特性に依存する。
【００６０】この点、本実施形態では、前記の（１２）
式から明らかなように、同一の電池電圧Ｖbに対して、
従来装置に比べてバイアス時間だけ時間ｔ1を大きく設
定できるため、スイッチのオン動作が安定し、かつスイ
ッチとして特別のものを不要にして低価格化を図ること
ができる。
式から明らかなように、同一の電池電圧Ｖbに対して、
従来装置に比べてバイアス時間だけ時間ｔ1を大きく設
定できるため、スイッチのオン動作が安定し、かつスイ
ッチとして特別のものを不要にして低価格化を図ること
ができる。
【００６１】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、四象限
チョッパ回路の出力端から直流リアクトルを介して電池
（または電気二重層キャパシタ）に充放電電流を流すこ
とで、電池等の放電時さらには充電時にも直流バイアス
電圧を印加できるようにしたため、以下の効果がある。
チョッパ回路の出力端から直流リアクトルを介して電池
（または電気二重層キャパシタ）に充放電電流を流すこ
とで、電池等の放電時さらには充電時にも直流バイアス
電圧を印加できるようにしたため、以下の効果がある。
【００６２】（１）バイアス電圧を直流電源電圧として
印加でき、電圧を零近くにした電池等の放電試験ができ
る。
印加でき、電圧を零近くにした電池等の放電試験ができ
る。
【００６３】（２）バイアス電圧を直流電源電圧として
印加でき、チョッパの動作周波数を上げることでリップ
ル電圧を抑制することができ、従来のリアクトルや低周
波フィルタを不要にして装置の小型化、低価格化、放電
電流の応答性の向上を図ることができる。
印加でき、チョッパの動作周波数を上げることでリップ
ル電圧を抑制することができ、従来のリアクトルや低周
波フィルタを不要にして装置の小型化、低価格化、放電
電流の応答性の向上を図ることができる。
【００６４】（３）従来のバイアス電源及び切換開閉器
が不要になるため、交流電源側への高調波電流対策が不
要となるし、装置の一層の小型化を図ることができる。
が不要になるため、交流電源側への高調波電流対策が不
要となるし、装置の一層の小型化を図ることができる。
【００６５】（４）バイアス電圧の印加により、スイッ
チのオン動作が安定し、かつスイッチとして特別のもの
を不要にして低価格化を図ることができる。
チのオン動作が安定し、かつスイッチとして特別のもの
を不要にして低価格化を図ることができる。
【００６６】（５）すべての半導体スイッチＳ1〜Ｓ4を
オフさせた状態での減流効果が大きくなり、装置及び電
池等の保護性能を高めることができる。
オフさせた状態での減流効果が大きくなり、装置及び電
池等の保護性能を高めることができる。
【図１】本発明の実施形態を示す充放電装置の主回路構
成図。
成図。
【図２】実施形態における電池の放電時のチョッパ動作
波形図。
波形図。
【図３】実施形態における電池の充電時のチョッパ動作
波形図。
波形図。
【図４】従来の回生式充放電装置の主回路構成図。
【図５】従来の電池の充電時のチョッパ動作波形図。
【図６】従来の電池の放電時のチョッパ動作波形図。
【図７】従来のバイアス電源方式の構成図。
１、１１…昇圧形ＰＷＭコンバータ ２、１２…平滑用コンデンサ ４、１４…試験対象の電池 Ｓ１〜Ｓ４…半導体スイッチ Ｄ１〜Ｄ４…ダイオード ＤＣＬ…直流リアクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G016 CA00 CB07 CB21 CB31 CC01 CC12 CD09 CD10 5G003 AA01 CC02 DA07 EA09 GB04
Claims (2)
- 【請求項１】 交流電源から直流電力を得る順方向電力
変換機能と、直流電力を交流電源に回生する逆方向電力
変換機能をもつ半導体電力変換器と、 前記半導体電力変換器の出力を直流電源として、半導体
スイッチとこれに逆並列にダイオードを接続した４組の
アームをブリッジ接続し、上下アームの半導体スイッチ
の直列接続点の両端から直流リアクトルを介して試験対
象電池または電気二重層キャパシタに接続した四象限チ
ョッパ回路とを備え、 前記四象限チョッパ回路は、前記電池または電気二重層
キャパシタの放電試験時には、前記２組の相補アームを
オンさせて前記直流電源電圧を該電池または電気二重層
キャパシタのバイアス電圧として該直流電源側に放電電
流を流し、その後に一方のアームをオフさせて前記オン
状態のアームと他のアームのダイオードを循環電流路と
して該電池または電気二重層キャパシタに放電電流を流
し、その後に両アームをオフさせて該循環電流を前記ダ
イオードを通して該直流電源への充電電流として流すこ
とを特徴とする電池または電気二重層キャパシタの充放
電装置。 - 【請求項２】 前記四象限チョッパ回路は、前記電池ま
たは電気二重層キャパシタの充電試験時には、前記放電
時の２組の相補アームとは別の２組の相補アームをオン
させて前記直流電源から該電池または電気二重層キャパ
シタに充電電流を流し、その後に一方のアームをオフさ
せて前記オン状態のアームと他のアームのダイオードを
循環電流路として該電池または電気二重層キャパシタに
充電電流を流し、その後に両アームをオフさせて該直流
電源電圧を該電池または電気二重層キャパシタのバイア
ス電圧として該循環電流を前記ダイオードを通して該直
流電源への充電電流として流すことを特徴とする請求項
１に記載の電池または電気二重層キャパシタの充放電装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17803299A JP4000719B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 電池または電気二重層キャパシタの充放電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17803299A JP4000719B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 電池または電気二重層キャパシタの充放電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001016798A true JP2001016798A (ja) | 2001-01-19 |
| JP4000719B2 JP4000719B2 (ja) | 2007-10-31 |
Family
ID=16041405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17803299A Expired - Lifetime JP4000719B2 (ja) | 1999-06-24 | 1999-06-24 | 電池または電気二重層キャパシタの充放電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4000719B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008035620A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Fujitsu Access Ltd | 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ |
| JP2008086175A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Meidensha Corp | 電池または電気二重層キャパシタの充放電装置 |
| KR100935681B1 (ko) | 2009-02-03 | 2010-01-08 | (주)갑진 | 회생전력의 구동원 전환형 충방전시스템 |
| KR101268942B1 (ko) | 2013-03-29 | 2013-05-29 | 주식회사 제파텍 | 전지의 내부저항 측정 회로 |
| JP2014102890A (ja) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | 充放電装置 |
| CN111884289A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-03 | 广东电网有限责任公司清远供电局 | 一种回路电阻测试的供电电源及回路电阻测试仪 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI523371B (zh) * | 2014-04-23 | 2016-02-21 | xin-hui Lin | Electronic load switching system |
-
1999
- 1999-06-24 JP JP17803299A patent/JP4000719B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2008086175A (ja) * | 2006-09-29 | 2008-04-10 | Meidensha Corp | 電池または電気二重層キャパシタの充放電装置 |
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| JP2014102890A (ja) * | 2012-11-16 | 2014-06-05 | Sansha Electric Mfg Co Ltd | 充放電装置 |
| KR101268942B1 (ko) | 2013-03-29 | 2013-05-29 | 주식회사 제파텍 | 전지의 내부저항 측정 회로 |
| CN111884289A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-11-03 | 广东电网有限责任公司清远供电局 | 一种回路电阻测试的供电电源及回路电阻测试仪 |
| CN111884289B (zh) * | 2020-07-23 | 2023-09-15 | 广东电网有限责任公司清远供电局 | 一种回路电阻测试的供电电源及回路电阻测试仪 |
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|---|---|
| JP4000719B2 (ja) | 2007-10-31 |
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