JP5820316B2

JP5820316B2 - ２次電池の充放電装置

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Publication number: JP5820316B2
Application number: JP2012057879A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　崇; 崇佐藤; 匠伊東; 敏彦千々岩
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP2013192405A

Description

本発明は、２次電池の充放電装置に関する。

リチウムイオン電池、ニッケル水素電池をはじめとする繰り返し充電可能な２次電池が広く利用されている。２次電池はその出荷前に、充放電検査装置を用いて正常に機能するかが検査される。

２次電池は、一定電流で充電する方式（定電流充電：ＣＣ充電）によって充電され、その後、２次電池が満充電状態に近づくと、端子電圧が一定となるように充電する方式（定電圧充電：ＣＶ充電）によって充電される。続いて、２次電池は一定電流で放電される（定電流放電：ＣＣ放電）。このサイクルを繰り返すことにより、２次電池の良否が判定される。

特開２０１１−５１５８４号公報特開２０１１−１８８６２４号特開２０１１−０６１９５６号

図１は、本発明者らが検討した比較技術に係る充放電検査装置の構成を示す回路図である。充放電検査装置２の出力端子には２次電池１が接続される。充放電検査装置２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８およびコントローラ１０を備える。
ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、上側トランジスタＭ１、下側トランジスタＭ２、インダクタＬ１、を含む。コントローラ１０は、電池電圧Ｖ_ＢＡＴを示す測定値Ｖと、充電電流Ｉ_ＣＨＧもしくは放電電流Ｉ_ＤＩＳを示す測定値Ｉを受け、それらにもとづいて上側ドライブ信号ＧＨおよび下側ドライブ信号ＧＬを生成する。ドライバ９Ｈおよび下側ドライバ９Ｌはそれぞれ、上側ドライブ信号ＧＨおよび下側ドライブ信号ＧＬにもとづいて、上側トランジスタＭ１および下側トランジスタＭ２を相補的にスイッチングする。

２次電池１の充電時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、第１端子Ｐ１を入力、第２端子Ｐ２を出力とする降圧ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。反対に２次電池１の放電時にＤＣ／ＤＣコンバータ８は、第２端子Ｐ２を入力、第１端子Ｐ１を出力とする昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータとして動作する。

上側トランジスタＭ１と下側トランジスタＭ２が同時にオンすると、第１端子Ｐ１と接地端子間がショートし、貫通電流が流れる。これを防止するために、上側トランジスタＭ１のオン期間と、下側トランジスタＭ２のオン期間の間には、上側トランジスタＭ１、下側トランジスタＭ２が両方オフとなるデッドタイムが挿入される。

図２（ａ）、（ｂ）は、図１の比較技術に係るＤＣ／ＤＣコンバータ８の動作波形図である。たとえばＤＣ／ＤＣコンバータ８は、ＣＣ放電を行うものとする。このときコントローラ１０は、放電電流Ｉ_ＤＩＳが所定の目標値と一致するようにレベルが変化する制御指令値ＣＭＤを生成する。そして制御指令値ＣＭＤを、三角波信号と比較することにより、デューティ比が変化するパルス信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。制御指令値ＣＭＤの生成には、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御が用いられ、あるいは、誤差増幅器を用いたアナログ信号処理が利用される。

上側ドライブ信号ＧＨは、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのポジティブエッジから、デッドタイムＴｄ遅れて、上側トランジスタＭ１のオンに対応するレベル（たとえばハイレベル）に遷移し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのネガティブエッジで、上側トランジスタＭ１のオフに対応するレベル（たとえばローレベル）に遷移する。

下側ドライブ信号ＧＬは、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのネガティブエッジから、デッドタイムＴｄ遅れて、下側トランジスタＭ２のオンに対応するレベル（たとえばハイレベル）に遷移し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのポジティブエッジで、下側トランジスタＭ２のオフに対応するレベル（たとえばローレベル）に遷移する。

放電電流Ｉ_ＤＩＳをある一定レベルに保とうとする場合、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低いほど下側トランジスタＭ２のオン時間を長く、上側トランジスタＭ１のオン時間を短くする必要がある。つまり電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低いほど、制御指令値ＣＭＤのレベルは低くなる。

図２（ｂ）に示すように、制御指令値ＣＭＤが、デッドタイムＴｄに対応するレベルまで低下すると、上側ドライブ信号ＧＨはオフレベルに固定される。また、下側ドライブ信号ＧＬがオンレベルとなる期間は、デッドタイムＴｄの２倍となる。

ここで、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低い領域において、大きな放電電流Ｉ_ＤＩＳを得るためには、下側トランジスタＭ２のオン期間を長くする必要があるが、デッドタイムＴｄを挿入する場合、それによって下側トランジスタＭ２のオン期間が短くなり、放電電流Ｉ_ＤＩＳを大きくできないという問題が生ずる。この問題は、第１端子Ｐ１の電圧Ｖ_ＩＮと、第２端子Ｐ２の電池電圧Ｖ_ＢＡＴの比Ｖ_ＩＮ／Ｖ_ＢＡＴが大きいほど顕著となる。

２次電池１の充電時においても、同様の理由によって、充電電流Ｉ_ＣＨＧを大きくできないという問題が生じうる。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、大きな放電電流あるいは充電電流を得られる充放電装置の提供にある。

本発明のある態様は、２次電池の充放電装置に関する。充放電装置は、２次電池の電圧より高い電圧が発生する第１端子と、２次電池が接続される第２端子と、第１端子と接地端子の間に順に直列に設けられた上側トランジスタおよび下側トランジスタと、上側トランジスタと下側トランジスタの接続点と第２端子の間に設けられたインダクタと、２次電池の放電時において、２次電池から流れる放電電流にもとづいてデューティ比が調節されるパルス信号を生成し、パルス信号の第１エッジからデッドタイムの経過後に上側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、パルス信号の第２エッジにおいて上側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する上側ゲートドライブ信号を生成し、パルス信号の第２エッジからデッドタイムの経過後に下側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、パルス信号の第１エッジにおいて下側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する下側ゲートドライブ信号を生成するコントローラと、上側ゲートドライブ信号に応じて上側トランジスタをスイッチングする上側ドライバと、下側ゲートドライブ信号に応じて下側トランジスタをスイッチングする下側ドライバと、を備える。コントローラは、パルス信号の第１エッジから第２エッジまでの期間であるパルス幅が所定の第１しきい値より大きいとき、デッドタイムを初期値に設定し、パルス信号のパルス幅が第１しきい値以下のとき、上側ゲートドライブ信号をオフレベルに固定するとともに、デッドタイムを初期値より短く設定する。

放電動作中にパルス信号のパルス幅が第１しきい値以下になると、言い換えれば下側トランジスタのオン期間があるしきい値より長くなると、上側トランジスタがオフに固定される。この状態において、デッドタイムを短くすることにより、下側トランジスタのオン期間を長くすることができ、放電電流を大きくすることができる。

本発明の別の態様も、２次電池の充放電装置に関する。充放電装置は、２次電池の電圧より高い電圧が発生する第１端子と、２次電池が接続される第２端子と、第１端子と接地端子の間に順に直列に設けられた上側トランジスタおよび下側トランジスタと、上側トランジスタと下側トランジスタの接続点と第２端子の間に設けられたインダクタと、２次電池の充電時において、２次電池に流れる充電電流にもとづいてデューティ比が調節されるパルス信号を生成し、パルス信号の第１エッジからデッドタイムの経過後に上側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、パルス信号の第２エッジにおいて上側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する上側ゲートドライブ信号を生成し、パルス信号の第２エッジからデッドタイムの経過後に下側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、パルス信号の第１エッジにおいて下側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する下側ゲートドライブ信号を生成するコントローラと、上側ゲートドライブ信号に応じて上側トランジスタをスイッチングする上側ドライバと、下側ゲートドライブ信号に応じて下側トランジスタをスイッチングする下側ドライバと、を備える。コントローラは、パルス信号の第２エッジから第１エッジまでの期間であるパルス幅が所定の第２しきい値より大きいとき、デッドタイムを初期値に設定し、パルス信号のパルス幅が第２しきい値より以下のとき、デッドタイムを初期値より短く設定する。

充電動作中にパルス信号のパルス幅が第２しきい値より短くなると、言い換えれば上側トランジスタのオン期間があるしきい値より長くなると、下側トランジスタがオフに固定される。この状態において、デッドタイムを短くすることにより、上側トランジスタのオン期間を長くすることができ、充電電流を大きくすることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、大きな放電電流あるいは充電電流を得られる。

本発明者らが検討した比較技術に係る充放電検査装置の構成を示す回路図である。図２（ａ）、（ｂ）は、図１の比較技術に係るＤＣ／ＤＣコンバータの動作波形図である。実施の形態に係る充放電検査装置の全体構成を示すブロック図である。図３のコントローラの構成例を示すブロック図である。図５（ａ）は、制御指令値とパルス幅の関係を示す図であり、図５（ｂ）は、制御指令値とデッドタイムの関係を示す図である。図６（ａ）は、図３の充放電検査装置の放電時における、デッドタイム固定モードの動作波形図であり、図６（ｂ）はデッドタイム可変モードの動作波形図である。図７（ａ）は、比較技術に係る充放電検査装置における制御指令値とデッドタイムの関係を示す図であり、図７（ｂ）は、制御指令値とパルス幅の関係を示す図である。図８（ａ）は、第１変形例における制御指令値とパルス幅の関係を示す図であり、図８（ｂ）は、制御指令値とデッドタイムの関係を示す図である。図９（ａ）は、第１変形例にかかる充放電検査装置の、充電時におけるデッドタイム固定モードの動作波形図であり、図９（ｂ）は、デッドタイム可変モードの動作波形図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図３は、実施の形態に係る充放電検査装置２の全体構成を示すブロック図である。充放電検査装置２は、検査対象の２次電池１を充電し、あるいは放電することにより、２次電池１の電気的特性が仕様を満たしているかを検査する。２次電池１は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池などが例示されるが、特に限定されない。

充放電検査装置２は、回生コンバータ４、双方向コンバータ６、昇降圧コンバータ８、およびコントローラ１０を備える。

回生コンバータ４の１次側（Ｐ）は商用交流電源に電気的に連結され、商用交流電圧を整流平滑化することにより、その２次側（Ｓ）に直流電圧Ｖ１を発生させる。回生コンバータ４は、双方向コンバータ６からの電圧Ｖ１を受け、三相交流電圧に変換することにより、２次電池１に蓄えられたエネルギーを商用交流電源に回収する。すなわち回生コンバータ４は、１次側（Ｐ）と２次側（Ｓ）との間で双方向にエネルギーを授受できるように構成される。

双方向コンバータ６もまた、１次側（Ｐ）と２次側（Ｓ）との間で双方向にエネルギーを授受できるように構成される。双方向コンバータ６は、充電時には１次側の電圧Ｖ１を降圧して第２電圧Ｖ２を生成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の第１端子Ｐ１に供給する。放電時には、２次側の電圧Ｖ２を昇圧して１次側に第１電圧Ｖ１を生成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ８からのエネルギーを回生コンバータ４に戻す。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、いわゆる昇降圧コンバータであり、その第１端子Ｐ１には、負荷として試験対象の２次電池１が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ８は充電動作時には、双方向コンバータ６からの電圧Ｖ２を受け、それを降圧して２次電池１を充電する。放電動作時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８は２次電池１の電池電圧Ｖｂａｔを受け、それを電圧Ｖ２に昇圧して双方向コンバータ６に戻す。

コントローラ１０は、回生コンバータ４、双方向コンバータ６、ＤＣ／ＤＣコンバータ８それぞれの動作を制御する。具体的には、コントローラ１０は、回生コンバータ４および双方向コンバータ６それぞれの電力伝送の方向を制御する。また、コントローラ１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ８を制御することにより、２次電池１を定電流充電、または定電圧充電し、あるいは定電流放電する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、第１端子Ｐ１、第２端子Ｐ２、上側トランジスタＭ１、下側トランジスタＭ２、インダクタＬ１、上側ドライバ９Ｈ、下側ドライバ９Ｌを備える。
第１端子Ｐ１には、２次電池１の電池電圧Ｖ_ＢＡＴより高い電圧Ｖ_ＩＮが発生する。第２端子Ｐ２には、２次電池１が接続される。インダクタＬ１は、上側トランジスタと下側トランジスタの接続点と第２端子Ｐ２の間に設けられる。上側ドライバ９Ｈは、コントローラ１０により生成される上側ゲートドライブ信号ＧＨに応じて上側トランジスタＭ１をスイッチングする。下側ドライバ９Ｌは、コントローラ１０により生成される下側ゲートドライブ信号ＧＬに応じて下側トランジスタＭ２をスイッチングする。

上側トランジスタＭ１および下側トランジスタＭ２は、第１端子Ｐ１と接地端子の間に順に直列に設けられる。コントローラ１０には、電池電圧Ｖ_ＢＡＴを示す電圧測定値Ｖと、充電時の充電電流Ｉ_ＣＨＧまたは放電時の放電電流Ｉ_ＤＩＳを示す電流測定値Ｉが入力される。

コントローラ１０は、２次電池１の放電時において、２次電池１から流れる放電電流Ｉ_ＤＩＳにもとづいてデューティ比が調節されるパルス信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。コントローラ１０は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第１エッジ（本実施の形態ではポジティブエッジ）からデッドタイムＴｄ経過後に上側トランジスタＭ１のオンに対応するオンレベル（本実施の形態においてハイレベル）に遷移し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第２エッジ（本実施の形態においてネガティブエッジ）において上側トランジスタＭ１のオフに対応するオフレベル（本実施の形態においてローレベル）に遷移する上側ゲートドライブ信号ＧＨを生成する。またコントローラ１０は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第２エッジ（ネガティブエッジ）からデッドタイムＴｄの経過後に下側トランジスタＭ２のオンに対応するオンレベル（ハイレベル）に遷移し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第１エッジ（ポジティブエッジ）において下側トランジスタＭ２のオフに対応するオフレベル（本実施の形態においてローレベル）に遷移する下側ゲートドライブ信号ＧＬを生成する。

コントローラ１０は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第１エッジ（ポジティブエッジ）から第２エッジ（ネガティブエッジ）までの期間であるパルス幅τ１が所定の第１しきい値τ_ＴＨ１より大きいとき、デッドタイムＴｄを初期値Ｔｄ_ＩＮＩＴに設定する。またコントローラ１０は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１が第１しきい値τ_ＴＨ１以下のとき、上側ゲートドライブ信号ＧＨをオフレベル（ローレベル）に固定するとともに、デッドタイムＴｄを初期値Ｔｄ_ＩＮＩＴより短く設定する。

図４は、コントローラ１０の構成例を示すブロック図である。コントローラ１０は、ＰＩコントローラ１２と、パルス生成部１４と、を備える。

ＰＩコントローラ１２は、ＰＩ制御、あるいはＰ制御、ＰＩＤ制御によって制御指令値ＣＭＤを生成する。放電時において、制御指令値ＣＭＤのレベルは、放電電流Ｉ_ＤＩＳの測定値Ｉとその目標値Ｉ_Ｒが一致するように変化する。Ｋ_Ｐは比例係数、Ｋ_Ｉは積分係数である。また充電時には、制御指令値ＣＭＤの値は、充電電流Ｉ_ＣＨＧの測定値Ｉとその目標値Ｉ_Ｒが一致するように変化する。

パルス生成部１４は、制御指令値ＣＭＤにもとづいて、パルス幅τ１およびデッドタイムＴｄを設定し、それらにもとづいて上側ドライブ信号ＧＨおよび下側ドライブ信号ＧＬを生成する。

パルス生成部１４の動作は、制御指令値ＣＭＤが含まれる範囲に応じて、デッドタイム固定モードと、デッドタイム可変モードの異なる２つのモードで動作する。
図５（ａ）は、制御指令値ＣＭＤとパルス幅τ１の関係を示す図であり、図５（ｂ）は、制御指令値ＣＭＤとデッドタイムτｄの関係を示す図である。

（１）デッドタイム固定モード
制御指令値ＣＭＤが、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１が第１しきい値τ_ＴＨ１より大きい第１領域（I）に含まれるとき、言い換えれば制御指令値ＣＭＤが第１しきい値τ_ＴＨ１に対応するしきい値ＴＨ１より大きいとき、パルス生成部１４はデッドタイム固定モードとなる。

デッドタイム固定モードにおいて、パルス生成部１４は、デッドタイムＴｄを初期値Ｔｄ_ＩＮＩＴに設定する。また、パルス生成部１４は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１を制御指令値ＣＭＤに応じて線形に変化させる。

（２）デッドタイム可変モード
制御指令値ＣＭＤが、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１が第１しきい値τ_ＴＨ１より短い第２領域（II）に含まれるとき、言い換えれば制御指令値ＣＭＤがしきい値ＴＨ１以下のとき、パルス生成部１４はデッドタイム可変モードとなる。

デッドタイム可変モードにおいて、パルス生成部１４は、デッドタイムＴｄを制御指令値ＣＭＤに応じて線形に変化させる。またデッドタイム可変モードにおいて、パルス生成部１４は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１を、制御指令値ＣＭＤとは無関係の最小値τ_ＭＩＮに設定する。最小値τ_ＭＩＮは、パルス幅τ１の分解能（１階調）Δτに相当してもよい。このとき第１領域（I）においてパルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１は、最小値τ_ＭＩＮの整数倍を取り得る。

デッドタイム固定モードとデッドタイム可変モードの境界において、デッドタイムＴｄおよびパルス幅τ１はそれぞれ連続であることが望ましい。この場合、τ_ＴＨ１＝τ_ＭＩＮである。

たとえばパルス生成部１４は、パルス変調器１６とデッドタイム挿入部１８を含む。パルス変調器１６は、制御指令値ＣＭＤに応じて、パルス信号Ｓ_ＰＷＭを生成し、デッドタイムＴｄを設定する。

デッドタイム挿入部１８は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第１エッジＥ１をデッドタイムＴｄ遅延させることにより、上側ドライブ信号ＧＨを生成し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第２エッジＥ２をデッドタイムＴｄ遅延させることにより、下側ドライブ信号ＧＬを生成する。デッドタイム可変モードにおいて上側ドライブ信号ＧＨは、オフレベルに固定される。

以上がコントローラ１０の構成である。

続いて充放電検査装置２の動作を説明する。
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図３の充放電検査装置２の、放電時におけるデッドタイム固定モードおよびデッドタイム可変モードの動作波形図である。周期信号ＯＳＣは、図２との対比のために参考として示すものである。また図６（ｂ）のデッドタイム可変モードの波形は、図５（ａ）のデッドタイム固定モードの波形よりも大きく拡大されている。

図６（ａ）を参照する。放電開始直後に２次電池１の電圧Ｖ_ＢＡＴが高いときには、制御指令値ＣＭＤはある程度高いレベルをとり、ＣＭＤ＞ＴＨ１のときデッドタイム固定モードとなる。このモードでは、制御指令値ＣＭＤに応じたパルス幅τ１のパルス信号Ｓ_ＰＷＭが生成され、デッドタイムＴｄは初期値Ｔｄ_ＩＮＩＴに設定される。上側ドライブ信号ＧＨおよび下側ドライブ信号ＧＬは、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのエッジＥ１、Ｅ２をデッドタイムＴｄ遅延させることにより生成される。

図６（ｂ）を参照する。放電が進み電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低くなると、制御指令値ＣＭＤが小さくなり、ＣＭＤ≦ＴＨ１となるとデッドタイム可変モードとなる。このとき上側ドライブ信号ＧＨは、オフレベル（ローレベル）に固定される。下側ドライブ信号ＧＬは、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第２エッジＥ２からデッドタイムＴｄ（＜Ｔｄ_ＩＮＩＴ）遅れてオンレベル（ハイレベル）に遷移し、次のパルス信号Ｓ_ＰＷＭの第１エッジＥ１でオフレベル（ローレベル）に遷移する。つまり下側トランジスタＭ２のオン期間は、Ｔｐ−（τ_ＭＩＮ＋τｄ）で与えられる。Ｔｐは周期信号ＯＳＣの周期である。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、デッドタイム可変モードにおいては、制御指令値ＣＭＤが小さくなるほど、デッドタイムＴｄが短くなり、下側トランジスタＭ２のオン期間は長くなる。

以上が充放電検査装置２の動作である。充放電検査装置２の利点は、比較技術にかかる充放電検査装置との対比によって明確となる。図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、比較技術に係る充放電検査装置における制御指令値ＣＭＤとデッドタイムＴｄ、制御指令値ＣＭＤとパルス幅τ１の関係を示す図である。

比較技術では、制御指令値ＣＭＤが小さくなっても、デッドタイムＴｄの長さが一定値をとる。したがって、下側ドライブ信号ＧＬのオン期間は、最大でも（Ｔｐ−２×Ｔｄ）となる。その結果、電池電圧Ｖ_ＢＡＴの低下時に、大きな放電電流を得ることができない。

これに対して図３の充放電検査装置２によれば、制御指令値ＣＭＤが小さくなると、デッドタイム可変モードに移行し、デッドタイムＴｄが短くなるため、下側トランジスタＭ２のオン期間を、比較技術よりも長くすることができ、放電電流Ｉ_ＤＩＳを大きくすることができる。

また図３の充放電検査装置２では、デッドタイムＴｄを、制御指令値ＣＭＤが小さいほど短く設定している。その結果、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低下するほど、下側トランジスタＭ２のオン期間を長くすることができ、より放電電流Ｉ_ＤＩＳを大きくできる。

さらに図３の充放電検査装置２では、デッドタイム可変モードにおいて、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ１を、制御指令値ＣＭＤが小さいほど短く設定している。これによっても、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低下するほど、下側トランジスタＭ２のオン期間を長くすることができ、より放電電流Ｉ_ＤＩＳを大きくできる。

また、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、デッドタイム可変モードとデッドタイム固定モードの境界において、パルス幅τ１、デッドタイムＴｄは連続である。したがって、回路動作を安定化できる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
実施の形態では、２次電池１の放電時において電池電圧Ｖ_ＢＡＴが低下したときに、放電電流Ｉ_ＤＩＳを大きくするための技術を説明した。この技術は、２次電池１の充電時において、電池電圧Ｖ_ＢＡＴが上昇したときに、充電電流Ｉ_ＣＨＧを大きくするためにも利用できる。

この変形例において、コントローラ１０は、パルス信号Ｓ_ＰＷＭの第２エッジＥ２から第１エッジＥ１までの期間であるパルス幅τ２が所定の第２しきい値τ_ＴＨ２より長いとき、デッドタイムＴｄ_ＩＮＩＴを初期値に設定し、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ２が第２しきい値τ_ＴＨ２より短いとき、デッドタイムＴｄを初期値Ｔｄ_ＩＮＩＴより短く設定する。

図８（ａ）は、第１変形例における制御指令値ＣＭＤとパルス幅τ２の関係を示す図であり、図８（ｂ）は、制御指令値ＣＭＤとデッドタイムτｄの関係を示す図である。

コントローラ１０は、制御指令値ＣＭＤが、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ２が第２しきい値τ_ＴＨ２以下の領域に入ると、つまりＣＭＤ≧ＴＨ２のとき、制御指令値ＣＭＤに応じてデッドタイムＴｄの長さを線形に変化させる。

またコントローラ１０は、制御指令値ＣＭＤが、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ２が第２しきい値τ_ＴＨ２以下の領域に入ると、つまりＣＭＤ≧ＴＨ２のとき、パルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ２を、制御指令値ＣＭＤによらずに、所定の最小値τ_ＭＩＮに固定する。

図９（ａ）、（ｂ）は、第１変形例にかかる充放電検査装置２の、充電時におけるデッドタイム固定モードおよびデッドタイム可変モードの動作波形図である。ＣＭＤ＜ＴＨ２であるデッドタイム固定モードの動作は、図６（ａ）と同様である。

ＣＭＤ≧ＴＨ２のときデッドタイム可変モードとなる。このとき下側ドライブ信号ＧＬはオフレベルに固定される。またパルス信号Ｓ_ＰＷＭのパルス幅τ２は、所定値τ_ＭＩＮに固定され、デッドタイムＴｄはその初期値Ｔｄ_ＩＮＩＴより小さく設定される。

第１変形例によれば、充電時において、充電電流Ｉ_ＣＨＧを大きくできる。

充電時のデッドタイム制御に関する第１変形例は、単独で用いてもよいし、放電時のデッドタイム制御に関する実施の形態と組み合わせてもよい。

（第２変形例）
実施の形態では、２次電池１を充放電する充放電検査装置２を例に説明したが、本発明の適用範囲はそれに限定されない。近年、一般家庭用の蓄電池が普及を見せており、あるいは車載用の蓄電池からの電力を、家電製品に供給する試みがなされている。実施の形態に係るコントローラは、そのような用途の充電装置にも適用できる。

（第２変形例）
実施の形態では、コントローラ１０がデジタル回路で構成される場合を説明したが、当業者であれば、コントローラ１０が誤差増幅器やアナログコンパレータを用いたアナログ回路でも構成できることが理解される。

（第３変形例）
また、実施の形態で説明した、各信号のハイレベル、ローレベルの割り当ては一例であり、適宜反転させてもよい。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

１…２次電池、２…充放電検査装置、４…回生コンバータ、６…双方向コンバータ、８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｍ１…上側トランジスタ、Ｍ２…下側トランジスタ、Ｌ１…インダクタ、９Ｈ…上側ドライバ、９Ｌ…下側ドライバ、ＧＨ…上側ドライブ信号、ＧＬ…下側ドライブ信号、１０…コントローラ、１２…ＰＩコントローラ、１４…パルス生成部、１６…パルス変調器、１８…デッドタイム挿入部、Ｐ１…第１端子、Ｐ２…第２端子。

Claims

２次電池を充放電する充放電装置であって、
前記２次電池の電圧より高い電圧が発生する第１端子と、
前記２次電池が接続される第２端子と、
前記第１端子と接地端子の間に順に直列に設けられた上側トランジスタおよび下側トランジスタと、
前記上側トランジスタと前記下側トランジスタの接続点と前記第２端子の間に設けられたインダクタと、
前記２次電池の放電時において、前記２次電池から流れる放電電流にもとづいてデューティ比が調節されるパルス信号を生成し、前記パルス信号の第１エッジからデッドタイムの経過後に前記上側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、前記パルス信号の第２エッジにおいて前記上側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する上側ゲートドライブ信号を生成し、前記パルス信号の前記第２エッジから前記デッドタイムの経過後に前記下側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、前記パルス信号の前記第１エッジにおいて前記下側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する下側ゲートドライブ信号を生成するコントローラと、
前記上側ゲートドライブ信号に応じて前記上側トランジスタをスイッチングする上側ドライバと、
前記下側ゲートドライブ信号に応じて前記下側トランジスタをスイッチングする下側ドライバと、
を備え、
前記コントローラは、
前記パルス信号の前記第１エッジから前記第２エッジまでの期間であるパルス幅が所定の第１しきい値より大きいとき、前記デッドタイムを初期値に設定し、
前記パルス信号の前記パルス幅が前記第１しきい値以下のとき、前記上側ゲートドライブ信号を前記オフレベルに固定するとともに、前記デッドタイムを前記初期値より短く設定することを特徴とする２次電池の充放電装置。
前記コントローラは、
前記２次電池から流れる放電電流が目標値に近づくようにレベルが調節される制御指令値を生成し、
前記制御指令値に応じて、前記パルス信号のパルス幅および前記デッドタイムを設定することを特徴とする請求項１に記載の充放電装置。
前記コントローラは、前記制御指令値が前記パルス信号の前記パルス幅が前記第１しきい値以下の領域に入ると、前記制御指令値に応じて前記デッドタイムの長さを変化させることを特徴とする請求項２に記載の充放電装置。
前記コントローラは、前記制御指令値が前記パルス信号の前記パルス幅が前記第１しきい値以下の領域に入ると、前記制御指令値に応じて前記デッドタイムの長さを線形に変化させることを特徴とする請求項３に記載の充放電装置。
前記コントローラは、前記制御指令値が、前記パルス信号の前記パルス幅が前記第１しきい値以下の領域に入ると、前記パルス信号の前記パルス幅を、前記制御指令値によらずに、所定の最小値に固定することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の充放電装置。
２次電池を充放電する充放電装置であって、
前記２次電池の電圧より高い電圧が発生する第１端子と、
２次電池が接続される第２端子と、
前記第１端子と接地端子の間に順に直列に設けられた上側トランジスタおよび下側トランジスタと、
前記上側トランジスタと前記下側トランジスタの接続点と前記第２端子の間に設けられたインダクタと、
前記２次電池の充電時において、前記２次電池に流れる充電電流にもとづいてデューティ比が調節されるパルス信号を生成し、前記パルス信号の第１エッジからデッドタイムの経過後に前記上側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、前記パルス信号の第２エッジにおいて前記上側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する上側ゲートドライブ信号を生成し、前記パルス信号の前記第２エッジから前記デッドタイムの経過後に前記下側トランジスタのオンに対応するオンレベルに遷移し、前記パルス信号の前記第１エッジにおいて前記下側トランジスタのオフに対応するオフレベルに遷移する下側ゲートドライブ信号を生成するコントローラと、
前記上側ゲートドライブ信号に応じて前記上側トランジスタをスイッチングする上側ドライバと、
前記下側ゲートドライブ信号に応じて前記下側トランジスタをスイッチングする下側ドライバと、
を備え、
前記コントローラは、
前記パルス信号の前記第２エッジから前記第１エッジまでの期間であるパルス幅が所定の第２しきい値より大きいとき、前記デッドタイムを初期値に設定し、
前記パルス信号の前記パルス幅が前記第２しきい値以下のとき、前記下側ゲートドライブ信号を前記オフレベルに固定するとともに、前記デッドタイムを前記初期値より短く設定することを特徴とする２次電池の充放電装置。
前記コントローラは、
前記２次電池に流れる充電電流が目標値に近づくようにレベルが調節される制御指令値を生成し、
前記制御指令値に応じて、前記パルス信号のパルス幅および前記デッドタイムを設定することを特徴とする請求項６に記載の充放電装置。
前記コントローラは、前記制御指令値が前記パルス信号の前記パルス幅が前記第２しきい値以下の領域に入ると、前記制御指令値に応じて前記デッドタイムの長さを変化させることを特徴とする請求項７に記載の充放電装置。
前記コントローラは、前記制御指令値が前記パルス信号の前記パルス幅が前記第２しきい値以下の領域に入ると、前記制御指令値に応じて前記デッドタイムの長さを線形に変化させることを特徴とする請求項８に記載の充放電装置。
前記コントローラは、前記制御指令値が、前記パルス信号の前記パルス幅が前記第２しきい値以下の領域に入ると、前記パルス信号の前記パルス幅を、前記制御指令値によらずに、所定の最小値に固定することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の充放電装置。