JP5379450B2 - 蓄電装置の充放電試験システムおよび充放電試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄電池やキャパシタなどの蓄電装置の充放電試験システムおよび充放電試験方法に係り、特に供試蓄電装置に対する定電流／定電力／定抵抗の充放電制御から定電圧の充放電制御への遷移制御に関する。

この種の充放電試験システムは、充放電制御のアプリケーションソフトを搭載したパソコン（コンピュータ）と、蓄電池や電力用コンデンサ、電気二重層キャパシタなどの供試蓄電装置に対する充放電電流や電圧を制御できる充放電装置で構成し、アプリケーションソフトから試験条件設定と充放電装置の出力制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

試験条件は通常複数のステップから成り、各ステップは充電、放電、休止のいずれかのモードに切替えを可能にする。また、充放電装置の出力制御には、供試蓄電装置に流れた電流や両端電圧を測定し、これらをフィードバック信号として充放電装置の出力電流や電圧を制御する。

充電モードおよび放電モードには、供試蓄電装置に対して一定電流で充放電する定電流充放電制御、一定電力で充放電する定電力充放電制御、一定電圧で充放電する定電圧充放電制御、一定抵抗で充放電する定抵抗充放電制御などがあり、これらモードを試験中に切替え可能にしている。

図６は、供試蓄電池に対する定電流制御（または定電力制御、定抵抗制御）から定電圧制御に遷移させて供試蓄電池を充放電制御する装置構成図である。主回路構成は、交流電源１から安定化電源２によって電圧制御した直流電力を取りだし、この安定化電源２の直流出力側には直列に充電器３を、さらに充電器３の出力側に並列に放電器４を介挿し、この出力側には電流検出用抵抗５を直列にした供試蓄電池６を接続する。

制御回路のうち、電圧制御系は、供試蓄電池６の両端電圧を検出する電圧検出回路７、このアナログ検出電圧をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ８、デジタル電圧指令をアナログ電圧に変換するＤＡコンバータ９および電圧検出信号と電圧指令の偏差を積分（または比例積分）して電圧制御信号を得る電圧制御アンプ１０で構成する。

制御回路のうち、電流制御系は、電流検出用抵抗５の両端電圧から充放電電流を検出する電流検出回路１１、このアナログ検出電流をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１２、デジタル電流指令をアナログ電圧に変換するＤＡコンバータ１３および電流検出信号と電流指令の偏差を積分（または比例積分）して電流制御信号を得る電流制御アンプ１４で構成する。

制御用ＣＰＵ（コンピュータ）１５は、上記のＡＤ変換器８、１２を通して検出電圧／検出電流信号を取り込み、充放電制御アプリケーションの実行結果として、デジタル電圧指令およびデジタル電流指令をＤＡコンバータ９、１３に指令する。

電圧／電流比較回路１６は、電圧制御アンプ１０と電流制御アンプ１４の両出力の大小を比較し、高い電圧レベルの指令を選択してその指令値に従った出力を得る。この出力は、充放電制御回路１７の制御信号とし、充放電制御回路１７によって充電モードでは充電器３の充電出力を制御し、放電モードでは放電器４の放電入力を制御する。

このような充放電試験システムにより、充電モードから休止モードを経て放電モードに入る繰り返し試験には、供試蓄電池６の充電初期にはその電圧が低いため定電流制御を行い、供試蓄電池電圧が設定値まで上昇してきたときに定電流制御（または定電力制御、定抵抗制御）から定電圧制御に遷移させる。
特開平０６−２１５８０１号公報

（１）図６のシステム構成において、定電流制御から定電圧制御に遷移するためには、比較回路１６の比較結果が定電圧制御側に切り替わる必要がある。この定電圧制御への切替えには、電圧制御アンプ１０の積分時定数を供試蓄電池６の緩やかな充電電圧変化に合わせて大きく設計しているため、その応答遅れが大きくなる。この遅れ時間の発生は、蓄電池６の電圧が目標値を超えて上がり続け、比較回路１６の結果が定電圧制御に切り替わるまで充電電圧にオーバーシュートを発生させてしまう。

図７は定電流制御から定電圧制御への切り替わり時のニッケル水素電池の電流、電圧波形を示し、定電流（電流値を逆極性で示す）充電中に電圧が目標値Ｖｓｅｔまで充電されたにも係わらず、電圧制御系の応答遅れ時間だけ定電流充電が継続されて充電電圧が上昇（オーバーシュート）し、遅れ時間後に電圧制御に切り替わり、充電電流を急速に減じて定電圧制御に遷移する。なお、オーバーシュート量を低減するには、電圧制御アンプ１０の積分時定数を小さく設計することが考えられるが、この時定数を小さくすると蓄電池電圧の緩やかな変化に対する電圧制御の速い応答で、蓄電池電圧が一定電圧に収束するまでの時間遅れが大きくなり、速やかな定電圧制御の確立ができない。

（２）定電圧制御への切り替わり時に、充電電流値が減った場合、電流レンジを下げることで小さい電流を精度良く検出し、高い精度の定電圧制御を図る機能を実現できない。

電流レンジ切り替えは、電流検出用抵抗５を抵抗値が異なる複数の抵抗を切替スイッチで切り替える構成にされる。このため、抵抗５の抵抗値を大きくした電流レンジの切り替えでは、電流制御アンプ１４の出力が電圧制御アンプ１０の出力よりも大きくなり、再び定電流制御から始まり、この後に定電圧制御に切り替える制御になるため、レンジを切り替えるたびに電圧のオーバーシュートが発生してしまう。

以上のことは、定電流制御から定電圧制御に遷移させる場合に限らず、定電力制御や定抵抗制御から定電圧制御に遷移させる場合にも、充電電圧のオーバーシュートと定電圧制御の精度低下という問題がある。

本発明の目的は、定電流／定電力／定抵抗制により蓄電装置を充放電し、充放電電圧が目標電圧に達したときに、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御へ遷移するときの電圧オーバーシュートを抑制し、しかも電圧リプルを小さく、さらに速やかに定電圧制御を確立でき、さらには検出レンジの切り替えによる高い精度の定電圧制御ができる蓄電装置の充放電試験システムおよび充放電試験方法を提供することにある。

前記の課題を解決するため、本発明は、以下の充放電試験システムおよび充放電試験方法を特徴とする。

（１）供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を発生できるコンピュータと、前記コンピュータから入力される前記指令信号に従って充放電電流／電力／抵抗を制御し、供試蓄電装置が目標電圧まで充放電されたときに定電圧制御に切り替える充放電装置とを備えた蓄電装置の充放電試験システムであって、
前記充放電装置は、前記コンピュータから入力される指令信号を切り替えて供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗および充放電電圧をフィードバック制御する単一の制御系で構成し、
前記コンピュータは、前記指令信号を前記制御系に印加して充放電電流／電力／抵抗の制御を開始し、この制御で供試蓄電装置の検出電圧が目標電圧に達したときに、該指令信号を該目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させる制御手段を備え、
前記制御手段は、供試蓄電装置の充放電電圧が目標電圧に達した最初の制御サイクルでは前記指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、次の制御サイクル以降では充放電電圧が目標値±閾値Ｘの範囲よりも高い場合は現在の指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、該範囲内であれば現在の指令信号のまま保持し、該範囲を下回る場合は現在の指令信号を増加係数Ｌの比率で増やす制御手段を備えたことを特徴とする。

（２）前記制御手段は、前記指令信号を増減させた場合、前記減少係数Ｋまたは増加係数Ｌを増減率縮小係数Ｍだけ減らす手段を備えたことを特徴とする。

（３）前記制御手段は、前記指令信号を増減させた時の該指令信号の最大値と最小値の平均を求め、この平均値を充放電電圧を一定電圧に保持するのに必要な指令信号として設定する手段を備えたことを特徴とする。

（４）前記制御手段は、前記定電圧制御に切り替えた後、前記指令信号の減少に応じて蓄電装置の充放電電圧の検出レンジを切り替える手段を備えたことを特徴とする。

（５）供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を発生できるコンピュータと、前記コンピュータから入力される前記指令信号に従って充放電電流／電力／抵抗を制御し、供試蓄電装置が目標電圧まで充放電されたときに定電圧制御に切り替える充放電装置とを備えた蓄電装置の充放電試験方法であって、
前記充放電装置は、前記コンピュータから入力される指令信号の切り替えで供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗および充放電電圧をフィードバック制御する単一の制御系で構成し、
前記コンピュータは、前記指令信号を前記制御系に印加して充放電電流／電力／抵抗の制御を開始し、この制御で供試蓄電装置の検出電圧が目標電圧に達したときに、該指令信号を該目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させる制御手順を有し、
前記制御手順は、供試蓄電装置の充放電電圧が目標電圧に達した最初の制御サイクルでは前記指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、次の制御サイクル以降では充放電電圧が目標値±閾値Ｘの範囲よりも高い場合は現在の指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、該範囲内であれば現在の指令信号のまま保持し、該範囲を下回る場合は現在の指令信号を増加係数Ｌの比率で増やす制御手順を有することを特徴とする。

（６）前記制御手順は、前記指令信号を増減させた場合、前記減少係数Ｋまたは増加係数Ｌを増減率縮小係数Ｍだけ減らす手順を有することを特徴とする。

（７）前記制御手順は、前記指令信号を増減させた時の該指令信号の最大値と最小値の平均を求め、この平均値を充放電電圧を一定電圧に保持するのに必要な指令信号として設定する手順を有することを特徴とする。

（８）前記制御手順は、前記定電圧制御に切り替えた後、前記指令信号の減少に応じて蓄電装置の充放電電圧の検出レンジを切り替える手順を有することを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、充放電装置はコンピュータから入力される指令信号の切り替えで供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗および充放電電圧をフィードバック制御する単一の制御系で構成し、コンピュータは指令信号を制御系に印加して充放電電流／電力／抵抗の制御を開始し、この制御で供試蓄電装置の電圧が目標電圧に達したときに、指令信号を目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移するようにしたため、定電流／定電力／定抵抗制御から定電圧制御へ遷移するときの電圧オーバーシュートを抑制できる。

さらに、指令信号を制御サイクル毎に減少係数Ｋや増加係数Ｌの比率で増減すること、この増減毎に減少係数Ｋまたは増加係数Ｌを増減率縮小係数Ｍだけ減らすこと、さらには指令信号を増減させた時の最大値と最小値の平均値を充放電電圧を一定電圧に保持するのに必要な指令信号として設定することにより、充電電圧リプルを小さく、さらに速やかに定電圧制御を確立ができる。

さらにまた、定電圧制御に切り替えた後、指令信号の減少に応じて蓄電装置の充放電電圧の検出レンジを切り替えることにより、高い精度の定電圧制御ができる

図１は、本実施形態を示す蓄電装置の充放電試験システムである。同図が図６と異なる部分は、電圧制御系を省き、単一の電流制御系のみで構成した充放電装置とし、コンピュータは電流制御系に電流指令を印加して充放電電流の制御を開始し、この制御で供試蓄電装置の電圧が目標電圧に達したときに、電流指令を目標電圧に相当する値に切り替え制御することで定電流制御から定電圧制御に遷移させる点にある。

図１において、電流制御系は、電流検出用抵抗５の両端電圧から充放電電流を検出する電流検出回路１１と、このアナログ検出電流をデジタル信号に変換して制御用ＣＰＵ（コンピュータ）１５に電流検出データとして入力するＡＤコンバータ１２と、制御用ＣＰＵ１５から出力されるデジタル電流指令をアナログ電流指令に変換するＤＡコンバータ１３および電流検出信号と電流指令の偏差を積分（または比例積分）して電流制御信号を得る電流制御アンプ１４で構成する。

なお、電圧制御系のうち、供試蓄電池６の両端電圧を検出する電圧検出回路７と、このアナログ検出電圧をデジタル信号に変換して制御用ＣＰＵ１５にデータ入力するＡＤコンバータ８は残しておく。

以上のシステム構成において、制御用ＣＰＵ１５は電流指令を電流制御アンプ１４に印加し、この電流指令と検出電流の偏差を電流制御アンプ１４により積分（または比例積分）演算して蓄電池６への充放電電流制御を開始する。この電流制御状態で制御用ＣＰＵ１５は電圧検出回路７とＡＤコンバータ８の経由で電圧を監視しておき、この電圧が目標電圧に達したときに定電圧制御に遷移させる。この定電圧制御では、ＤＡコンバータ１３を通して電流制御アンプ１４に与える電流指令の制御で蓄電池６の充放電電圧を目標電圧に保持する。

図２は制御用ＣＰＵ１５による充放電制御のフローチャートである。なお、ステップＳ６，Ｓ９における括弧内の「小なり記号」の向きは放電モードの場合を示し、以降の説明は充電モードの場合である。

図２で使用する変数・用語の意味は、下記の通りであり、変数は制御用ＣＰＵ１５内で定義され、制御開始に先立って初期化される。

・目標値：定電圧制御の目標電圧
・検出電圧：ＡＤコンバータ８から読み込んだ検出電圧値
・電流レンジ切替：電流レンジにオートが選択されている場合、電流レンジを１段下げる。

・Ｆｌａｇｃｖ：定電圧制御中を表すフラグ（初期値０）
・Ｆｌａｇｘ：Ｉｍａｘの更新フラグ（初期値０）
・Ｆ１ａｇｙ：Ｉｍｉｎの更新フラグ（初期値０）
・Ｆｌａｇｒ：電流レンジ変更可能フラグ（初期値０）
・Ｉｓｅｔ：電流設定値（初期値は定電流／定電力／定抵抗制御時の電流制御設定値）
・Ｋ：電流減少係数（設定値０．９）
・Ｌ：電流増加係数（設定値１．１）
・Ｍ：電流増減率縮小係数（設定値０．５）
・Ｘ：電流の増減を行う閾値（設定値０．０２％ＦＳ［Ｖ］）
・Ｉｍａｘ：電流設定の最大値記憶変数（初期値０）
・Ｉｍｉｎ：電流設定の最小値記憶変数（初期値０）
・ＩｒａｎｇｅＦＳ：１つ下の電流レンジのフルスケール［Ａ］
図２による充電制御の基本的な動作を説明する。蓄電池に充電電流を供給すると充電電圧は徐々に上がり、この電圧が目標値に達した場合、最初の制御サイクルでは充電電流を電流減少係数Ｋの比率で減らす。次の制御サイクル以降では充電電圧が目標値に達している場合、電圧値が目標値±閾値Ｘの範囲よりも高い場合は電流減少係数Ｋの比率で更に電流を減らし、電圧値が目標値±Ｘの範囲内の場合は電流を現在値のまま保持し、電圧値が目標値±Ｘの範囲を下回ったときは電流増加係数Ｌの比率で電流を増やし、電圧値を目標値±Ｘの範囲内に保持する。

基本的には上記の動作を繰り返すが、このままでは電圧のリプルが大きくなる。そこで、電流を増減させた場合、１回の制御サイクル当たりの電流増減量を減らす処理を加える。また、定電圧制御で蓄電池電圧が一定になるまでの収束時間を短縮するため、電流指令を増減させた時の最大値と最小値の平均を求め、この平均値を一定電圧に保持するのに必要な電流指令として設定し、この電流指令値から再び電流の増減を行う。

なお、平均値を算出する際に最初の制御サイクルで電流を減らしたときの最小電流値は電流平均値の算定には含めない。理由は、デジタル制御で定電圧制御をしてもＡＤコンバータの変換遅れ、ＣＰＵの処理速度により、定電流制御から定電圧制御に切り替えるのには少し時間がかかるためである。

また、キャパシタのように少しでもオーバーシュートすると電流を０［Ａ］にしても短時間では電圧が下がらない場合、キャパシタの容量と充電の電流値によっては切替時間分のオーバーシュートが発生する。このオーバーシュートは定電圧制御の電流の増減によって発生した電圧リプルではないため、電流平均値の算定には含めない。

図２の処理フローの詳細を図３及び図４のタイムチャートを参照して説明する。制御用ＣＰＵ１５は、定電流制御中に蓄電池電圧検出制御を開始し（Ｓ１）、まず蓄電池６の検出電圧を読込み（Ｓ２）、電流レンジ変更がオートか否かを設定するＦｌａｇｒから現在の電流レンジの変更が可能か否か（オートレンジに設定されているか否か）をチェックし（Ｓ３）、変更可能（Ｆｌａｇｒ＝１）であれば電流レンジを切替える（Ｓ４）。次いで、Ｆｌａｇｃｖから定電圧制御中か否かをチェックし（Ｓ５）、定電圧制御中でなければ（Ｆｌａｇｃｖ＝０）、検出電圧が目標電圧を越えたか否かをチェックし（Ｓ６）、目標電圧を越えたときは現在の電流設定値（Ｉｓｅｔ）を電流減少係数Ｋだけ減じると共に定電圧制御に遷移する（Ｆｌａｇｃｖ＝１）にセットし（Ｓ７）、検出電圧が目標電圧よりも低いときは今回の制御サイクルでの充電電圧の大小判定と電流設定値（Ｉｓｅｔ）の変更を終了する。

次に、１回目の制御サイクルで、電圧検出値が目標値を越え（Ｓ６）、電圧制御に遷移したとき（Ｓ７）、この電流制御に遷移したときの次回の制御サイクルで電流判定を開始し（Ｓ１）、Ｓ５において定電圧制御中（Ｆｌａｇｃｖ＝１）になっているため、目標値を電圧Ｘ（電流の増減を行う閾値）だけ増減した値（目標値±Ｘ）の範囲内に検出電圧があるか否かをチェックし、該範囲内にあれば電流設定値Ｉｓｅｔを何も変更することなく今回の制御サイクルを終了する（Ｓ８）。

検出電圧が（目標値±Ｘ）の範囲内になく、検出電圧が（目標値±Ｘ）の範囲を越えているか否かをチェックし（Ｓ９）、該範囲を超えている場合には現在の電流設定値Ｉｓｅｔに電流減少係数Ｋを乗じた値に減らし（Ｓ１０）、電流最大値Ｉｍａｘの更新フラグＦｌａｇｘが（Ｆｌａｇｘ＝１）か否かをチェックし（Ｓ１１）、更新不可であれば今回の制御サイクルを終了する。

また、更新可能（Ｆｌａｇｘ＝１）であれば、電流最小値Ｉｍｉｎを現在の電流設定値Ｉｓｅｔに更新すると共に電流最小値Ｉｍｉｎの更新フラグＦ１ａｇｙを（Ｆ１ａｇｙ＝１）にセットし（Ｓ１２）、今回の制御サイクルを終了する。

次に、検出電圧が（目標値±Ｘ）の範囲外で且つ小さい場合、電流最大値Ｉｍａｘの更新可能（Ｆｌａｇｘ＝１）で、かつ電流最小値Ｉｍｉｎの更新可能（Ｆ１ａｇｙ＝１）の両条件が同時に成立しているか否かをチェックする（Ｓ１３）。この両条件が同時に成立していないとき、現在の電流設定値Ｉｓｅｔに電流増加係数Ｌを乗じた値に増やし（Ｓ１４）、電流最大値Ｉｍａｘを現在の電流設定値Ｉｓｅｔに更新すると共に電流最大値Ｉｍａｘの更新フラグＦ１ａｇｘを（Ｆ１ａｇｘ＝１）にセットし（Ｓ１５）、今回の制御サイクルを終了する。

以上までの処理Ｓ１〜Ｓ１５において、図３における時刻ｔ１では検出電圧が目標値を超えたことで（Ｓ６）、電流設定値ＩｓｅｔをＩｓｅｔ＊Ｋに減じると共にＦｌａｇｃｖ＝１にセットする（Ｓ７）。また、図３における時刻ｔ２では、検出電圧が目標値±Ｘの範囲を超えたため、現在の電流設定値Ｉｓｅｔを再度Ｉｓｅｔ＊Ｋに減じ（Ｓ１０）、このときＦｌａｇｘ＝０であるため電流設定値Ｉｓｅｔを電流最小値Ｉｍｉｎとして設定することなく（Ｓ１１）、今回の制御サイクルを終了する。さらに、時刻ｔ２で電流設定値Ｉｓｅｔが再度減じられることから、時刻ｔ３では検出電圧が目標値の範囲の下限以下に低下した場合、電流設定値ＩｓｅｔをＩｓｅｔ＊Ｌに増し（Ｓ１４）、この現在の電流設定値Ｉｓｅｔを電流最大値Ｉｍａｘとして設定しておく（Ｓ１５）。同様に、時刻ｔ４では検出電圧が目標値±Ｘの範囲を超えたため、電流設定値ＩｓｅｔをＩｓｅｔ＊Ｋに減じ（Ｓ１０）、電流最小値Ｉｍｉｎを電流設定値Ｉｓｅｔにセットし（Ｓ１２）、今回の制御サイクルを終了する。

次に、図２のフローチャートの残りの部分の説明をする。電流最大値Ｉｍａｘおよび電流最小値Ｉｍｉｎの両方が更新可能である場合（Ｓ１３）、電流設定値Ｉｓｅｔを現在の電流最大値Ｉｍａｘと電流最小値Ｉｍｉｎの平均値（電流最大値Ｉｍａｘ＋電流最小値Ｉｍｉｎ）／２に更新する（Ｓ１６）。この後、電流最大値Ｉｍａｘの更新フラグＦ１ａｇｘと電流最小値Ｉｍｉｎの更新フラグＦ１ａｇｙをそれぞれ「０」にしてそれらの更新を不可とし、電流減少係数Ｋと電流増加係数Ｌについては、それぞれ増減率縮小係数Ｍを乗じた演算（Ｋ＝１−（１−Ｋ）＊Ｍ、Ｌ＝１＋（Ｌ−１）＊Ｍ）で増減し、電流最大値Ｉｍａｘと電流最小値Ｉｍｉｎを初期化「０」にする（Ｓ１７）。

さらに、現在の電流設定値Ｉｓｅｔが１つ下の電流レンジのフルスケールＩｒａｎｇｅＦＳよりも小さいか否かをチェックし（Ｓ１８）、小さいときは電流レンジ変更可能フラグＦｌａｇｒをセットし（Ｓ１９）、今回の制御サイクルを終了する。

以上までの処理Ｓ１３〜Ｓ１９において、図３における時刻ｔ５では電流設定値Ｉｓｅｔを平均値（電流最大値Ｉｍａｘ＋電流最小値Ｉｍｉｎ）／２にセットし（Ｓ１６）、電流減少係数Ｋと電流増加係数Ｌの設定値を減じると共に電流最大値Ｉｍａｘと電流最小値Ｉｍｉｎを「０」にセットする（Ｓ１７）。さらに、電流設定値Ｉｓｅｔが電流レンジのフルスケール以下のときには電流レンジ切り替えを可能にする（Ｓ１８，Ｓ１９）。

これら平均値処理をした後は、図４に示すように、時刻ｔ６では検出電圧が目標値±Ｘの範囲を超えたため、電流設定値ＩｓｅｔをＩｓｅｔ＊Ｋに減じ（Ｓ１０）、電流最小Ｉｍｉｎを電流設定値Ｉｓｅｔにセットし（Ｓ１２）、逆に時刻ｔ７では電流設定値ＩｓｅｔをＩｓｅｔ＊Ｌに増し（Ｓ１４）、この電流設定値Ｉｓｅｔを電流最大値Ｉｍａｘとしてセットしておく（Ｓ１５）。このような動作を時刻ｔ８，ｔ９で繰り返し、係数Ｋ、Ｌを減じた状態で電流設定値Ｉｓｅｔを切り替えると共に電流最大値Ｉｍａｘおよび最小値Ｉｍｉｎを徐々に電流増減率縮小係数Ｍで減じ、検出電圧を目標値±Ｘの範囲内に保持した制御を繰り返す。

図５は、従来の図７と同じ試験条件にした、本実施形態での定電流制御から定電圧制御への遷移時のニッケル水素電池の電流、電圧波形を示し、定電流（電流値を逆極性で示す）充電中に電圧が目標値Ｖｓｅｔ±Ｘの範囲まで充電されたときにはオーバーシュートを起こすことなく、定電圧制御に遷移させた波形が得られた。

以上のとおり、本実施形態によれば、定電流制御から定電圧制御への遷移に電流制御系のみによる連続的な電流制御になり、充放電電圧が目標電圧に達したときに電流指令をそのまま絞る制御に移行でき、充放電電圧のオーバーシュートを小さく抑えることが出来る。特に、電流制御系の遅れ時間（積分時定数）を小さくして応答性を高めればオーバーシュートの抑制に効果的となる。

また、定電圧制御の開始で電流を増減させた場合、１回の制御サイクル当たりの電流増減量を減らす処理を加えるため、電圧リプルを小さくできる。

さらに、電流を増減させた時の平均値を一定電圧に保持するのに必要な電流として設定し、この設定電流から再び電流の増減を行うことにより、充放電電圧の振動の収束を速め、速やかに定電圧制御を確立できる。

また、定電圧制御系を省いて、定電圧制御アンプと定電圧／定電流比較回路の部品を減らすことが可能で、コストダウンを図ることができる。

また、オートレンジを選択した場合、電流レンジを切り替えても目標電流が分かっているため電流データに継ぎ目がほとんど無く、従来システムのように電流レンジの切り替えで再び定電流制御から定電圧制御に切り替えることがないため、電流レンジ切り替えにおける電圧オーバーシュートが発生することはない。しかも、電流レンジの切り替えにより小さい電流を精度良く検出して高い精度の定電圧制御ができる。

なお、実施形態では、充電制御の場合を示すが、放電制御の場合も同様の処理で実現される。また、実施形態では定電流制御から定電圧制御に遷移する場合を示すが、定電力制御または定抵抗制御から定電圧制御に遷移する場合も同様の処理で実現される。

本発明の実施形態を示す蓄電装置の充放電試験システム。 実施形態での充放電制御のフローチャート。 実施形態での充放電制御のタイムチャート。 実施形態での充放電制御のタイムチャート。 実施形態での定電流制御から定電圧制御への遷移時の電流、電圧波形。 従来の蓄電装置の充放電試験システム。 従来の定電流制御から定電圧制御への遷移時の電流、電圧波形。

符号の説明

３ 充電器
４ 放電器
５ 電流検出用抵抗
６ 供試蓄電池
７ 電圧検出回路
８、１２ ＡＤコンバータ
９、１３ ＤＡコンバータ
１０ 電圧制御アンプ
１１ 電流検出回路
１４ 電圧制御アンプ
１５ 制御用ＣＰＵ
１６ 電圧／電流比較回路
１７ 制御回路

Claims (8)

1. 供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を発生できるコンピュータと、前記コンピュータから入力される前記指令信号に従って充放電電流／電力／抵抗を制御し、供試蓄電装置が目標電圧まで充放電されたときに定電圧制御に切り替える充放電装置とを備えた蓄電装置の充放電試験システムであって、
   前記充放電装置は、前記コンピュータから入力される指令信号を切り替えて供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗および充放電電圧をフィードバック制御する単一の制御系で構成し、
   前記コンピュータは、前記指令信号を前記制御系に印加して充放電電流／電力／抵抗の制御を開始し、この制御で供試蓄電装置の検出電圧が目標電圧に達したときに、該指令信号を該目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させる制御手段を備え、
   前記制御手段は、供試蓄電装置の充放電電圧が目標電圧に達した最初の制御サイクルでは前記指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、次の制御サイクル以降では充放電電圧が目標値±閾値Ｘの範囲よりも高い場合は現在の指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、該範囲内であれば現在の指令信号のまま保持し、該範囲を下回る場合は現在の指令信号を増加係数Ｌの比率で増やす制御手段を備えたことを特徴とする蓄電装置の充放電試験システム。
2. 前記制御手段は、前記指令信号を増減させた場合、前記減少係数Ｋまたは増加係数Ｌを増減率縮小係数Ｍだけ減らす手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の充放電試験システム。
3. 前記制御手段は、前記指令信号を増減させた時の該指令信号の最大値と最小値の平均を求め、この平均値を充放電電圧を一定電圧に保持するのに必要な指令信号として設定する手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置の充放電試験システム。
4. 前記制御手段は、前記定電圧制御に切り替えた後、前記指令信号の減少に応じて蓄電装置の充放電電圧の検出レンジを切り替える手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蓄電装置の充放電試験システム。
5. 供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗の指令信号および充放電電圧の指令信号を発生できるコンピュータと、前記コンピュータから入力される前記指令信号に従って充放電電流／電力／抵抗を制御し、供試蓄電装置が目標電圧まで充放電されたときに定電圧制御に切り替える充放電装置とを備えた蓄電装置の充放電試験方法であって、
   前記充放電装置は、前記コンピュータから入力される指令信号の切り替えで供試蓄電装置に対する充放電電流／電力／抵抗および充放電電圧をフィードバック制御する単一の制御系で構成し、
   前記コンピュータは、前記指令信号を前記制御系に印加して充放電電流／電力／抵抗の制御を開始し、この制御で供試蓄電装置の検出電圧が目標電圧に達したときに、該指令信号を該目標電圧に相当する値に切り替えて定電圧制御に遷移させる制御手順を有し、
   前記制御手順は、供試蓄電装置の充放電電圧が目標電圧に達した最初の制御サイクルでは前記指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、次の制御サイクル以降では充放電電圧が目標値±閾値Ｘの範囲よりも高い場合は現在の指令信号を減少係数Ｋの比率で減らし、該範囲内であれば現在の指令信号のまま保持し、該範囲を下回る場合は現在の指令信号を増加係数Ｌの比率で増やす制御手順を有することを特徴とする蓄電装置の充放電試験方法。
6. 前記制御手順は、前記指令信号を増減させた場合、前記減少係数Ｋまたは増加係数Ｌを増減率縮小係数Ｍだけ減らす手順を有することを特徴とする請求項５に記載の蓄電装置の充放電試験方法。
7. 前記制御手順は、前記指令信号を増減させた時の該指令信号の最大値と最小値の平均を求め、この平均値を充放電電圧を一定電圧に保持するのに必要な指令信号として設定する手順を有することを特徴とする請求項５又は６に記載の蓄電装置の充放電試験方法。
8. 前記制御手順は、前記定電圧制御に切り替えた後、前記指令信号の減少に応じて蓄電装置の充放電電圧の検出レンジを切り替える手順を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の蓄電装置の充放電試験方法。

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