JP2011158354A - バッテリシミュレータ - Google Patents

Abstract

【課題】 電流急変時の過渡的な状況にあってもそれに応じた電圧変動を模擬することができるバッテリシミュレータを提供する。
【解決手段】 バッテリシミュレータにおいて、商用交流電源から直流電源を生成する電源部１１に一端が接続され、他端が外部端子１３に接続された電源ライン１２に抵抗１５が介挿されている。従って、電流ΔＩが急激に変化しても、抵抗１５によってそれに応じた電圧降下ΔＩ・Ｒが生じる。よって、電流急変時の過渡的な状況にあってもそれに応じた電圧変動を模擬することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリを模擬するバッテリシミュレータに関する。

電気自動車の駆動機構用の電動機等の負荷に電力を供給するバッテリを模擬する装置として、バッテリシミュレータが用いられている。このようなバッテリシミュレータは、バッテリを模擬するために、バッテリシミュレータの制御部からの指令電圧にバッテリシミュレータの出力電圧を一致させるための制御機能を備えている。具体的には、バッテリシミュレータは、バッテリシミュレータの出力電流及び出力電圧を検出し、これらの検出値に基づき、減算器や自動電圧調整器、自動電流調整器、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）回路等を用いて、出力電圧の制御を行っている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２９５８６９号公報（段落００３１、図１）

特許文献１に記載された技術では、演算により出力電圧を制御しているため、負荷側の電源オンやタイヤのスリップ等により負荷側に流れる電流が急変した場合には負荷側に印加される電圧値の演算が間に合わないことがある。つまり、特許文献１に記載された技術では、電流急変時の過渡的な状況に応じた電圧変動を模擬することができない、という問題ある。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、電流急変時の過渡的な状況にあってもそれに応じた電圧変動を模擬することができるバッテリシミュレータを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るバッテリシミュレータは、バッテリを模擬する電源であるバッテリシミュレータであって、端子を有し、交流の電力より直流の電力に変換し、前記端子より前記直流の電力を外部に供給する電源部と、前記端子が一端に接続され、外部端子が他端に接続された電源ラインと、前記電源ラインに直列に介挿され、前記バッテリの内部抵抗に相当する抵抗値を有する抵抗とを具備する。

本発明では、端子を有し、交流の電力より直流の電力に変換する電源部と、電源ラインとを備え、この電源ラインにバッテリの内部抵抗に相当する抵抗値を有する抵抗が介挿されている。このため、電源部の端子から電源ラインに電流が流れるときに、抵抗にこの電流を流すことができ、この結果、抵抗に流れる電流により電圧降下が生じ、電流急変時の過渡的な電圧変動を模擬することができる。

上記抵抗は、異なる抵抗値を有し、上記電源ラインに対して相互に並列に介挿された複数の抵抗器と、それぞれの上記抵抗器に直列に介挿された複数のスイッチとを有するようにしてもよい。試験を行う温度環境に応じてスイッチをオン・オフして抵抗の抵抗値を設定することで、温度環境に合致した試験を行うことができる。つまり、バッテリの内部抵抗は温度に応じて変動するので、バッテリシミュレータの電源ラインに直列に介挿された抵抗の抵抗値を温度変動に応じた値に近似させることで、温度環境に合致した試験を行うことができる。

本発明によれば、電流急変時の過渡的な状況にあってもそれに応じた電圧変動を模擬することができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリシミュレータを示すブロック図である。 図１に示すバッテリシミュレータの出力電圧の急変時のＶ−ｔグラフである。 第２の実施の形態に係るバッテリシミュレータを示すブロック図である。 第３の実施の形態に係るバッテリシミュレータを示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るバッテリシミュレータを示すブロック図である。
バッテリシミュレータ１は、負荷に対して電力を供給するバッテリを模擬するための装置であり、電源部１１、電源ライン１２、外部端子１３、１４及び抵抗１５を備える。

電源部１１は、商用交流電源から直流電源を生成する。電源部１１は、チョッパを備えると共に、端子１１ａ、１１ｂを備える。バッテリシミュレータ１は、電源部１１の出力電圧を制御するためのパルス信号を電源部１１に出力する図示しない制御部を備える。

電源ライン１２は、その一端が電源部１１の端子１１ａに接続され、他端が外部端子１３に接続されている。グランドライン１７は、その一端が端子１１ｂに接続され、他端が外部端子１４に接続されている。外部端子１３、１４は、バッテリシミュレータ１の外部端子である。電源ライン１２とグランドライン１７とは、コンデンサ７を介して接続されている。

抵抗１５は、電源ライン１２に介挿されており、その抵抗値をＲとする。抵抗１５の抵抗値Ｒは、バッテリシミュレータ１が模擬する被模擬体であるバッテリの内部抵抗に相当する。

図２は図１に示すバッテリシミュレータ１の出力電流の急変時のＶ−ｔグラフである。図２の縦軸はバッテリシミュレータ１の出力電圧Ｖｏｕｔ、横軸はバッテリシミュレータ１から電流が流れ始めてから経過する時間ｔを表す。

バッテリシミュレータ１から電流ΔＩが流れ始める瞬間（ｔ＝０）には、バッテリシミュレータ１の出力電圧Ｖｏｕｔは電圧（指令電圧値）Ｖｉｎである。時刻（ｔ＝０）から所定の時間（ｔ＝ｔ１）が経過すると、抵抗１５に電流ΔＩが流れ、抵抗１５により電圧降下が生じる。つまり、所定の時間（ｔ＝ｔ１）では、バッテリシミュレータ１の出力電圧ＶｏｕｔはＶｉｎ−ΔＩ・Ｒと急激に減少する。

このように本実施形態によれば、電源ライン１２に抵抗１５が介挿されているので、電流ΔＩが急激に変化しても、抵抗１５によってそれに応じた電圧降下ΔＩ・Ｒが生じ、従って、電流急変時の過渡的な状況にあってもそれに応じた電圧変動を模擬することができる。

図３は第２の実施の形態に係るバッテリシミュレータを示すブロック図である。なお、本実施形態以降では、上記実施形態と同一の構成部材等には同一の符号を付しその説明を省略し、異なる箇所を中心に説明する。

バッテリシミュレータ２は、上述した第１の実施形態のバッテリシミュレータ１に比べて、図１に示す抵抗１５の代わりに図３に示す切替抵抗２０を備える点が異なる。

切替抵抗２０は、それぞれ異なる抵抗値Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を有する抵抗器２０１、２０２及び２０３を備えると共に、抵抗器２０１、抵抗器２０２及び抵抗器２０３のそれぞれのオンオフを切り替えるためのスイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３を備える。

抵抗器２０１、２０２及び２０３は、電源ライン１２に対して相互に並列に介挿されている。一般にバッテリシミュレータの内部抵抗がバッテリシミュレータの温度に応じて変化することを考慮して、抵抗器２０１、２０２及び２０３は、バッテリシミュレータ２の異なる温度Ｔ１、Ｔ２及びＴ３に応じて定められた抵抗値Ｒ１、Ｒ２及びＲ３をそれぞれ有している。具体的には、バッテリシミュレータ２の温度が低くなるにつれバッテリシミュレータ２の内部抵抗は大きくなる。例えば温度Ｔ１（低温）＜温度Ｔ２（常温）＜温度Ｔ３（高温）であり、抵抗値Ｒ１＞抵抗値Ｒ２＞抵抗値Ｒ３である。

スイッチＳＷ１は、抵抗器２０１に直列に接続され、スイッチＳＷ２は、抵抗器２０２に直列に接続され、スイッチＳＷ３は抵抗器２０３に直列に接続されている。スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３は、それぞれ手動により切り替え可能である。

このように本実施形態によれば、抵抗器２０１、２０２及び２０３は、電源ライン１２に並列に接続されており、スイッチＳＷ１、ＳＷ２及びＳＷ３により切り替え可能である。また、抵抗器２０１、２０２及び２０３は、バッテリシミュレータ２の異なる温度（環境温度）Ｔ１、Ｔ２及びＴ３に応じて定められた抵抗値Ｒ１、Ｒ２及びＲ３をそれぞれ有している。このため、ユーザは、バッテリシミュレータ２を用いて負荷に対する試験を行う前に、試験を行いたい環境温度に対応するスイッチにスイッチＳＷ１〜ＳＷ３を切り替えておくことで、所望の温度環境下におけるバッテリシミュレータ２を用いた試験を行うことができる。

また、別の環境温度における試験を行う場合にも、一旦バッテリシミュレータ２の電源をオフにし、スイッチを別のスイッチに切り替えることで、容易に試験を行うことができる。

図４は第３の実施の形態に係るバッテリシミュレータを示すブロック図である。
バッテリシミュレータ３は、バッテリシミュレータ１´、記憶部３１、演算出力部３２、減算器３３及び制御回路部４０を備える。

バッテリシミュレータ１´は、図１に示すバッテリシミュレータ１に比べて、電流検出器１８と、電圧検出器１９とを更に備える点が異なる。電流検出器１８は、電源ライン１２に介挿されており、電源ライン１２に流れる直流電流値を検出する。電流検出器１８で検出された直流電流値は、演算出力部３２に出力される。電圧検出器１９は、外部端子１３、１４間の電圧を検出する。電圧検出器１９で検出された電圧値は、減算器４３に出力される。

記憶部３１には、予めユーザにより定められた直流電流値と、この直流電流値に応じて予めユーザにより定められた抵抗値とが対応付けられたデータテーブルが記憶されている。

演算出力部３２は、電流検出器１８で検出された直流電流値に対応するデータテーブル中の直流電流値を求め、記憶部３１のデータテーブルを用いて、この求められた直流電流値に対応する抵抗値を求め、求めた直流電流値と求めた抵抗値とを用いて電圧降下値を演算し、電圧降下値を減算器３３に出力する。

減算器３３は、演算出力部３２から出力された電圧降下値を指令電圧値であるＶｉｎから減算し、指令電圧値を補正する。なお、電圧指令値は、バッテリシミュレータ３の図示しないコントローラから減算器３３に入力される。

制御回路部４０は、減算器４１、自動電圧調整器（ＡＶＲ）４２、減算器４３、自動電流調整器（ＡＣＲ）４４、三角波発生器（ＰＷＭ）４５及びコンパレータ４６を備える。

減算器４１は、電圧指令値Ｖｉｎから電圧検出器１９で検出された電圧値を減算し、電圧誤差信号を求め、この電圧誤差信号を自動電圧調整器（ＡＶＲ）４２に出力する。
自動電圧調整器（ＡＶＲ）４２は、この電圧誤差信号を０にするための直流指令値を生成する。

減算器４３は、電流検出器１８により検出された直流電流値をこの電流指令値から減算し、電流誤差信号を求め、この電流誤差信号を自動電流調整器（ＡＣＲ）４４に出力する。
自動電流調整器（ＡＣＲ）４４は、この電流誤差信号を０にするための電圧指令値を生成する。

三角波発生器（ＰＷＭ）４５は、電源部１１のチョッパ周波数に対応した三角波を発生する。コンパレータ４６は、この三角波と自動電流調整器（ＡＣＲ）４４から出力される電圧指令値とを比較する。これにより、コンパレータ４６から電圧指令値に応じて変調されたパルスが電源部１１に出力される。

このように本実施形態によれば、予めユーザにより定められた直流電流値と、この直流電流値に応じて予めユーザにより定められた抵抗値とが対応付けられたデータテーブルが記憶された記憶部３１と、演算出力部３２と、減算器３３とを備える。このため、電源部１１から出力される直流電流値に応じて変化する抵抗分を補正することができる。従って、抵抗１５に加えて、より細かいバッテリシミュレータ３の抵抗値の制御を行うことができる。

本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。

上記第１の実施の形態では、図１に示すように電源ライン１２に１個の抵抗１５を介挿する例を示した。しかし、電源ライン１２に介挿する抵抗１５の数はこれに限定されず、適宜変更可能である。

上記第２の実施の形態では、３段切り替えの切替抵抗２０を例示した。しかし、バッテリシミュレータの試験環境の温度に応じて、切替温度の数は適宜変更可能である。
さらに、抵抗１５を介挿する位置は、電源ライン１２上であれば特に限定されない。

Ｖｏｕｔ 出力電圧
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 抵抗値
Ｖｉｎ 電圧指令値
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３ スイッチ
１、２、３ バッテリシミュレータ
１１ 電源部
１１ａ、１１ｂ 端子
１２ 電源ライン
１３、１４ 外部端子
１５ 抵抗
１８ 電流検出器
２０ 切替抵抗
３１ 記憶部
３２ 演算出力部
３３ 減算部
２０１、２０２、２０３ 抵抗器

Claims (2)

1. バッテリを模擬する電源であるバッテリシミュレータであって、
   端子を有し、交流の電力より直流の電力に変換し、前記端子より前記直流の電力を供給する電源部と、
   前記端子が一端に接続され、前記バッテリシミュレータより外部に電力を供給するための外部端子が他端に接続された電源ラインと、
   前記電源ラインに介挿され、前記バッテリの内部抵抗に相当する抵抗値を有する抵抗と
   を具備するバッテリシミュレータ。
2. 請求項１に記載のバッテリシミュレータであって、
   前記抵抗は、
   異なる抵抗値を有し、前記電源ラインに対して相互に並列に介挿された複数の抵抗器と、
   それぞれの前記抵抗器に直列に介挿された複数のスイッチと
   を有するバッテリシミュレータ。

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