JP4783446B2 - 充放電試験用コントローラおよび充放電試験方法 - Google Patents
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Description
I1=6000mA
であり、トリクル充電電流I2をI1の1/30とすると(一般的には、トリクル充電電流1/30Itと表記する)、
I2=(1/30)I1=200mA
となる。従って、2週間に充電される電気量は、
200mA×24×14=67200mAh
となる。自己放電分600mAhを、67200mAhから差し引いた66600mAh分の電気量の殆どは熱として消費され、かかる過充電は、2次電池の寿命を短くするという問題が生じる。
600mAh÷14÷24=1.79mA
と求めることができる。しかし、このような小さな電流値では充電効率が低く、実際には電池に充電することができない。従って、トリクル充電方式は、自己放電率の低い高性能型2次電池の充電方式としては適していない。これに代わる充電方式として、最近では、平均電流を下げて充電効率が高い電流値で充電するパルス充電方式が採用されている。このような背景から、最近の充放電試験装置には、パルス充放電試験を行う機能が求められている。
(1)CR(Constant Resistance:定抵抗)モード
(2)CV(Constant Voltage:定電圧)モード
(3)CC(Constant Current:定電流)モード
(4)CP(Constant Power:定電力)モード
CR(定抵抗)モードとは、入力電圧の変動に比例した電流を吸収するモードであり、従来の摺動抵抗器型負荷と同様の作用をする。CRモードは、電子負荷装置4の基本的試験モードとされている。CV(定電圧)モードは、入力電流の変動にかかわらず負荷装置の入力端子電圧を一定に保つモードであり、電源装置、2次電池などの定電流特性試験に適している。CC(定電流)モードは、入力電圧の変動にかかわらず一定電流を吸い込むモードであり、1次電池、2次電池などの放電試験に適している。CP(定電力)モードは、負荷装置が吸収する電力を入力電圧または入力電流に追従させ、常に電力が一定になるようにする。CPモードは、太陽電池パネル、燃料電池、または2次電池などの電力試験に適している。
(1)既に保有している汎用型の直流電源装置と電子負荷装置を利用することによって、コントローラ本体価格を低価格で提供することができる。
(2)既に保有している汎用の直流電源装置と電子負荷装置との種類によって、多彩な容量の充放電試験装置を構成することができる。
という利点を有している。また、試験条件設定部として汎用のパーソナルコンピュータなどを利用することにより、パスル充放電試験が可能になる。充放電試験用コントローラをアナログ制御とすると、コントローラと電子負荷装置または直流電源装置との間の距離が長くなると、経路に存在するインダクタンス、ストレー容量の影響により異常発振を起こしやすくなる。充放電試験用コントローラをデジタル制御とすることで、このような問題も解決することができる。
PID制御=P(比例)制御+I(積分)制御+D(微分)制御
となる。最も基本的なP(比例)は、操作量を、出力値と目標値の偏差の一次関数として制御する。例えば、ある時刻tでの操作量をx(t)、出力値をy(t)、目標値をy0とすると、
x(t)=Kp(y(t)- y0)+ x0
となる。ここで、x0は、y(t)=y0のときにそれを維持するために必要な操作量である。
Δx(t)=x(t)-x0、Δy(t)=y(t)-y0
とすると、
Δx(t)=KpΔy(t) (式1)
が成立し、ある時点の操作量は、出力値のKp倍という比例関係が成立する。この偏差に比例して操作量を変化させる動作がP(比例)動作であり、定数Kpを比例ゲインと呼ぶ。また、出力値と目標値との偏差を残留偏差(オフセット)という。
残留偏差e=目標値(定電流設定値)−出力値(デジタル電流値)
e0=10−2=8A
しかし、P制御の係数Kpは1以下であるため、操作量は8Aとはならない。PID制御回路は、加算型のフィードバック制御回路であるため、係数Kp>1とすると、PID制御回路が異常発振、制御の不安定をきたし、2次電池を過電圧状態にするおそれがあるからである。
8×0.3=2.4A
が操作量となり、直流電源装置13に出力するアナログ制御信号は、
2+2.4=4.4A
となる。そして、デジタル電流値は、4.4Aとなり、
e1=10−4.4=5.6A
5.6×0.3=1.68A
5.6+1.68=6.08A
となり、6.08Aが次のアナログ制御信号となる。以上の制御動作を繰り返し、逐次操作量とデジタル電流値を比較し、残留偏差を求め、最終的に目標値である定電流設定値と出力値であるデジタル電流値とを一致させる。
図8に、本発明の一実施形態にかかる充放電試験用コントローラを示す。充放電試験用コントローラ31は、制御部36と、スイッチ37と、電流検出器38とから構成されている。スイッチ37を介して、直流電源装置13、電子負荷装置14および被試験物12が接続されている。直流電源装置13および電子負荷装置14は、既存の汎用製品であり、被試験物2の2次電池の電池容量に応じて、適正な能力の製品が選択される。被試験物12と直流電源装置13および電子負荷装置14の−端子側、すなわちリターン回路に電流検出器38が、挿入されている。制御部36には、試験条件を設定する試験条件設定部15として、パーソナルコンピュータなどが接続される。
8×0.3=2.4A
が操作量となり、直流電源装置13に出力するアナログ制御信号は、
2+2.4=4.4A
となる。そして、電流検出器38、A/Dコンバータ43精度誤差を無視すれば、デジタル電流値は、4.4Aとなり、
e1=10−4.4=5.6A
5.6×0.3=1.68A
5.6+1.68=6.08A
となる。このようにして、PID制御を10回繰り返し、Ptime1が終了したときの直前のアナログ制御信号が9.774Aだとする。このアナログ制御信号に対応するデジタル制御信号が、制御レジスタ48に格納されおり、この制御信号値が、制御信号メモリ45に記憶される。
13 直流電源装置
14 電子負荷装置
15 試験条件設定部
31 充放電試験用コントローラ
36 制御部
37 スイッチ
38 電流検出器
41 PID処理部
43 A/Dコンバータ
44a,44b D/Aコンバータ
45 制御信号メモリ部
46 目標値レジスタ部
47 タイマー部
48 制御レジスタ
Claims (5)
- 被試験物の充放電試験を行うために、直流電源装置および電子負荷装置を制御する充放電試験用コントローラにおいて、
前記直流電源装置から前記被試験物への充電電流および前記被試験物から前記電子負荷装置への放電電流が共通して流れる経路に挿入された電流検出器と、
前記電流検出器で検出された電流値が、外部から設定された定電流設定値となるように操作量を計算し、前記直流電源装置または前記電子負荷装置へ制御信号を出力する制御部とを備え、
前記定電流設定値を複数の段階で変化させたパターンを周期的に繰り返して充放電を行う場合に、前の周期の各々の段階が終了する直前の制御信号を記憶し、次の周期の各々の段階が開始するとき、記憶された制御信号を用いて、それぞれの段階の操作量を計算することを特徴とする充放電試験用コントローラ。 - 前記複数の段階の各々の定電流設定値を記憶する目標値レジスタ部と、
前記複数の段階の各々の時間幅を示す時間信号を受信するタイマー部と、
前記複数の段階のそれぞれにおいて、前記制御部から出力された前記制御信号を記憶する制御信号メモリ部とを備え、
前記目標値レジスタ部および前記制御信号メモリ部は、前記タイマー部からの制御により、各々の段階に応じて切り換えられることを特徴とする請求項1に記載の充放電試験用コントローラ。 - 被試験物の充放電試験を行うために、直流電源装置および電子負荷装置を制御する充放電試験用コントローラにおける充放電試験方法であって、
前記直流電源装置から前記被試験物への充電電流および前記被試験物から前記電子負荷装置への放電電流が共通して流れる経路に挿入された電流検出器から、電流値を取得する第1ステップと、
前記電流検出器で検出された電流値が、外部から設定された定電流設定値となるように操作量を計算し、前記直流電源装置または前記電子負荷装置へ制御信号を出力する第2ステップであって、前記定電流設定値を複数の段階で変化させたパターンを周期的に繰り返して充放電を行う場合に、前の周期の各々の段階が終了する直前の制御信号を記憶し、次の周期の各々の段階が開始するとき、記憶された制御信号を用いて、それぞれの段階の操作量を計算する第2ステップと
を備えたことを特徴とする充放電試験方法。 - 前記第2ステップは、前記複数の段階のそれぞれにおいて、前の周期の各々の段階が終了する直前の制御信号を、制御信号メモリ部に記憶し、次の周期の各々の段階が開始するとき、前記制御信号メモリ部に記憶された制御信号を用いて、それぞれの段階の操作量を計算し、
前記制御信号メモリ部は、前記複数の段階の各々の時間幅を示す時間信号を受信するタイマー部からの制御により、各々の段階に応じて切り換えられることを特徴とする請求項3に記載の充放電試験方法。 - 前記制御信号メモリ部は、充放電試験の開始時にゼロに設定され、
前記第2ステップは、前記制御信号メモリ部の内容がゼロのとき、前記制御信号メモリ部に記憶された制御信号を使用しないことを特徴とする請求項4に記載の充放電試験方法。
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