WO2013145140A1

WO2013145140A1 - 蓄電デバイスの寿命診断方法

Info

Publication number: WO2013145140A1
Application number: PCT/JP2012/058018
Authority: WO
Inventors: 善則神田; 奥田　哲也
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2013-10-03
Also published as: JP5851589B2; KR20140138200A; CN104204828A; CN104204828B; DE112012006146T5; TW201339607A; US20140372050A1; KR101607799B1; JPWO2013145140A1; TWI467203B

Abstract

　蓄電装置が接続されるモータ制御装置の電源投入時にコンバータ回路にて行われる直流母線に所定の母線電圧を形成する初期充電時に、蓄電装置内の昇降圧チョッパ回路における降圧用スイッチング素子に所定回数オン・オフ動作を行わせて蓄電デバイスに初期充電を行い、その所定回数オン・オフ動作期間内に蓄電デバイスに与えられた総エネルギーと蓄電デバイスが示す充電電圧とから該蓄電デバイスの実際の静電容量を算出し、それと蓄電デバイスの初期静電容量とを比較し、蓄電デバイスの劣化度を推定し寿命を診断する。

Description

蓄電デバイスの寿命診断方法

　本発明は、モータ制御装置の直流母線に接続されている蓄電装置内の蓄電デバイスの寿命診断を実施する蓄電デバイスの寿命診断方法に関するものである。

　例えば、数値制御工作機械やプレス機等の産業機械におけるモータを駆動制御するモータ制御装置では、直流母線に蓄電装置を接続し、モータの力行時にコンバータ回路が直流母線に出力する直流電力を一時的に補う（アシストする）直流電力を該蓄電装置から直流母線に供給でき、また、モータの回生時にモータが発生する回生電力がインバータ回路から直流母線に出力されるので、その回生電力を該蓄電装置に蓄電できるようにする構成が採用されている。

　この種の蓄電装置で用いられる蓄電デバイスには、電解コンデンサや電気二重層キャパシタが用いられる。これらの蓄電デバイスは、充放電を繰り返すことによって静電容量や内部抵抗の特性が劣化するので、それらの劣化度が所定の設計値に到達したことをもって寿命と判断される。このような蓄電デバイスの劣化、寿命により当該モータ制御装置が適用されているシステムが突然異常停止に至る前に蓄電デバイスの交換を実施する等の処置が行えるようにするには、蓄電デバイスの寿命を推定することが必要となる。蓄電デバイスの寿命を推定する従来技術として、例えば特許文献１，２に提案された方法が知られている。

　すなわち、特許文献１では、装置稼動時における電圧、温度を測定し、その測定データからキャパシタの推定劣化度を、劣化検査における放電量の測定データより導かれる電圧と温度に応じた劣化係数を使用して算出し、キャパシタを一定電流により充放電し、充放電の直前と直後及び充電中の電圧を測定して実劣化度演算手段によりキャパシタの実劣化度を求め、推定劣化度と実劣化度における差分が基準値を超える場合キャパシタの異常と判定する診断方法が提案されている。

　また、特許文献２では、試験対象となる電池や蓄電デバイスに対し、パルス充電あるいはパルス放電することによって充電時または放電時における電池電圧波形を測定するとともに、電池電圧が単位時間あたりに変化する電圧変化勾配（ΔＶ／Δｔ）を測定して電池の寿命を判断する診断方法が提案されている。

特許第４０４２９１号公報特開２００７－１８７５３３号公報

　しかし、特許文献１や特許文献２に記載された従来技術は、何れも寿命を診断するために、温度を検出する回路や寿命診断用の回路といった特別な回路、寿命診断装置といった別装置が必要となり、また、通常稼動運転モード以外に特殊な寿命推定モードでの運転が必要となる。これらの方法を採用し、電流を一定にする回路や寿命診断をするための別装置、特殊モードの設定を行うと、コストアップにつながる場合がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、モータ制御装置の直流母線に接続されている蓄電装置内の蓄電デバイスの寿命診断を特殊な回路や特殊なモードを必要とせず、蓄電装置内の既存の回路を利用して実施できる蓄電デバイスの寿命診断方法を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、交流電源を直流電源へ変換するコンバータ回路、及び前記コンバータ回路が直流母線に出力する直流電力からモータを駆動制御する交流電力を変換生成するインバータ回路を備えるモータ制御装置における前記直流母線に前記インバータ回路と並列に接続される蓄電装置は、蓄電デバイスと、該蓄電デバイスと前記直流母線との間に設けられる昇降圧チョッパ回路と、前記昇降圧チョッパ回路に昇圧動作を行わせて前記コンバータ回路が前記直流母線へ出力する直流電力を補う直流電力を前記蓄電デバイスから前記直流母線へ供給させる放電制御、及び前記昇降圧チョッパ回路に降圧動作を行わせて前記インバータ回路から前記直流母線へ出力される前記モータが発生する回生電力を前記蓄電デバイスに蓄電させる充電制御を行う制御部とを備え、前記制御部が、前記モータ制御装置の電源投入時に前記コンバータ回路にて行われる前記直流母線に所定の母線電圧を形成する初期充電時において実施する前記蓄電デバイスの寿命診断は、前記昇降圧チョッパ回路において降圧用スイッチング素子に所定回数オン・オフ動作を行わせ、前記コンバータ回路が前記直流母線に形成した所定の母線電圧を降圧して前記蓄電デバイスに初期充電を行う工程と、前記所定回数オン・オフ動作を行った期間内に前記蓄電デバイスに与えられた総エネルギーを算出する工程と、前記算出した総エネルギーと前記蓄電デバイスが示す充電電圧とから該蓄電デバイスの実際の静電容量を算出する工程と、前記算出した実際の静電容量と前記蓄電デバイスの初期静電容量との比較に基づき、前記蓄電デバイスの劣化度を推定し寿命を診断する工程とを含むことを特徴とする。

　本発明によれば、モータ制御装置の直流母線にインバータ回路と並列に接続されている蓄電装置内の蓄電デバイスの寿命診断を蓄電装置内の既存の回路（チョッパ回路、制御部）を利用して実施できる。チョッパ回路の降圧用スイッチング素子は、通常運転時に使用するＰＷＭ信号によりオン・オフ駆動されるので、蓄電デバイスへの初期充電は、可変周波数の電流制御によって行われる。したがって、従来技術のように、一定電流での充電や寿命診断用の特殊な回路、特殊なモード、特別な調整、付加装置を追加する必要がなくなる。これによって、コストを掛けることなく、蓄電デバイスの寿命診断という付加機能をモータ制御装置の直流母線に接続して用いる蓄電装置に追加することができる。そして、診断結果である蓄電デバイスの劣化度を使用者に対して表示することができるので、使用者は、事前の交換準備が可能になり、交換作業のための装置停止期間を最低限に留めることが可能になるという効果を奏する。

図１は、本発明の一実施例による蓄電デバイスの寿命診断方法を実施する蓄電装置の構成及びモータ制御装置との接続関係を説明するブロック図である。図２は、図１に示すモータ制御装置の運転シーケンスを説明するフローチャートである。図３は、図１に示す蓄電装置が行う電力アシスト及び充電の動作例を説明するタイムチャートである。図４は、図１に示す蓄電装置が実施する蓄電デバイスの寿命診断方法の一例を説明するタイムチャートである。

　以下に、本発明にかかる蓄電デバイスの寿命診断方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

　図１は、本発明の一実施例による蓄電デバイスの寿命診断方法を実施する蓄電装置の構成及びモータ制御装置との接続関係を示すブロック図である。図１において、モータ制御装置１は、基本的な構成要素として、コンバータ回路２及びインバータ回路３を備えている。

　コンバータ回路２は、ダイオードスタック４と、主回路コンデンサ５とで構成される。ダイオードスタック４は、三相交流電源６から得られた三相（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）の交流電力を直流電力へ変換する。コンバータ２の正極端及び負極端には、直流母線を構成する正極母線Ｐ及び負極母線Ｎが接続される。正極母線Ｐ及び負極母線Ｎの間に接続される主回路コンデンサ５は、ダイオードスタック４が正極母線Ｐ及び負極母線Ｎ間に出力する直流電圧を平滑し、母線電圧を生成保持する作用を営む。

　コンバータ回路２は、この回路構成から、当該モータ制御装置１の電源投入直後においては、直ちに所定値の母線電圧を出力するのではなく、主回路コンデンサ５などにおける或る充電時間（初期充電の期間）を経てインバータ回路３が必要とする所定値の母線電圧を出力することが解る。

　母線電圧検出回路７は、コンバータ回路２が正極母線Ｐ及び負極母線Ｎからなる直流母線へ出力する母線電圧を検出し、インバータ回路３内の図示しない制御回路へ出力する。インバータ回路３内のインバータスイッチング回路８は、コンバータ２の正極端及び負極端に接続される正極母線Ｐ及び負極母線Ｎの間に配置される複数のスイッチング素子が、インバータ回路３内の制御回路からの駆動信号によって母線電圧をスイッチングし、母線電圧から任意の大きさ及び周波数の三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の交流電圧を変換生成し、産業機械（例えば数値制御工作機械やプレス機等）内のモータ９を駆動する。

　さて、蓄電装置１０は、コンバータ２の正極端及び負極端に、つまり、当該モータ制御装置１の直流母線を構成する正極母線Ｐ及び負極母線Ｎに、インバータ回路３と並列に接続されている。蓄電装置１０は、蓄電デバイス１１と、昇降圧チョッパ回路１２と、制御部１３とを備えている。

　蓄電デバイス１１は、直並列接続した複数の電気二重層キャパシタや電解コンデンサで構成される。この蓄電デバイス１１は、負極端が当該モータ制御装置１の負極母線Ｎに接続され、正極端が昇降圧チョッパ回路１２を介して当該モータ制御装置１の正極母線Ｐに接続される。

　昇降圧チョッパ回路１２は、スイッチング回路１４とリアクトル１５とを備えている。スイッチング回路１４は、２つのスイッチング素子１４ａ，１４ｂの直列回路で構成されている。スイッチング素子１４ａ，１４ｂには、それぞれダイオード１４ｃ，１４ｄが逆並列接続されている。スイッチング素子１４ａのコレクタ端子はダイオード１４ｃのカソード端子と共に当該モータ制御装置１の正極母線Ｐに接続され、スイッチング素子１４ｂのエミッタ端子はダイオード１４ｄのアノード端子と共に当該モータ制御装置１の負極母線Ｎに接続されている。そして、スイッチング素子１４ａ，１４ｂ同士の接続端及びダイオード１４ｃ，１４ｄ同士の接続端がリアクトル１５を介して蓄電デバイス１１の正極端に接続されている。

　電流センサ１６は、リアクトル１５を流れる電流の大きさを検出し、その検出値を制御部１３に出力する。蓄電電圧検出回路１７は、蓄電デバイス１１の蓄電電圧を検出し、その検出値を制御部１３に出力する。母線電圧検出回路１８は、スイッチング回路１４の両端に印加される母線電圧を検出し、その検出値を制御部１３に出力する。なお、母線電圧検出回路１８を省略し、制御部１３は、モータ制御装置１から母線電圧検出回路７が検出した母線電圧を受信するようにしてもよい。

　制御部１３は、電流センサ１６の検出電流値と、蓄電電圧検出回路１７が検出した蓄電デバイス１１の蓄電電圧と、母線電圧とに基づき、スイッチング回路１４のスイッチング素子１４ａ，１４ｂをオン・オフ制御して、昇降圧チョッパ回路１２に、スイッチング素子１４ｂ及びダイオード１４ｃによる昇圧動作（蓄電デバイス１１から直流母線への放電制御）と、スイッチング素子１４ａ及びダイオード１４ｄによる降圧動作（直流母線から蓄電デバイス１１への充電制御）とを行わせる機能を備えている。なお、スイッチング回路１４のスイッチング素子１４ａ，１４ｂをオン・オフ駆動する信号は、ＰＷＭ信号である。つまり、通常運転時において行われる放電制御及び充電制御は、可変周波数の電流制御によって行われる。

　本実施例では、制御部１３に、上記した２つの機能に加えて、蓄電デバイス１１の寿命を診断する機能が追加されている。以下、図１～図４を参照して、本実施例に関わる部分の動作について説明する。

　まず、図１を参照しつつ図２に沿ってモータ制御装置１の運転シーケンスについて説明する。なお、図２は、図１に示すモータ制御装置の運転シーケンスを説明するフローチャートである。

　図２において、当該モータ制御装置１が適用されるシステムの運転開始に伴い当該モータ制御装置１の電源がオンすると（ステップＳＴ１）、コンバータ回路２において主回路コンデンサ５に所定の母線電圧を形成する充電（初期充電）が行われる（ステップＳＴ２）。主回路コンデンサ５の充電が進行し母線電圧がインバータ回路３にて必要とされる所定値になったことが母線電圧検出回路７により検出され、スイッチング回路１４の両端に母線電圧が印加されたことが母線電圧検出回路１８により検出されると（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、母線電圧検出回路１８から通知を受けた制御部１３が昇降圧チョッパ回路１２を駆動して蓄電デバイス１１への充電を行うと同時に、後述の方法で蓄電デバイス１１の寿命診断を行う（ステップＳＴ４）。

　蓄電デバイス１１の充電及び寿命診断（ステップＳＴ４）が終わると、インバータ回路３内の制御回路は、当該モータ制御装置１が運転可能状態になったと認識し、インバータ回路３からモータ９へ駆動電力が供給され、モータ９が駆動される（ステップＳＴ５～ステップＳＴ７）。なお、ステップＳＴ５～ステップＳＴ７の動作期間が１サイクルの単位動作期間である（図３参照）。

　ステップＳＴ５では、モータ９は加速駆動される。この加速駆動時では、モータ９が大きな電力を消費するので、コンバータ回路２が生成する直流電力では不足する場合が起こる。そこで、制御部１３は、モータ９が加速駆動される力行時に、コンバータ回路２が直流母線に出力する直流電力を補うために、昇降圧チョッパ回路１２においてスイッチング素子１４ｂにオン・オフ動作を行わせて蓄電デバイス１１から取り出した充電電圧を昇圧して直流母線に供給（放電）し、力行時の不足電力をアシストする。

　ステップＳＴ６では、モータ９は等速駆動される。この場合は、昇降圧チョッパ回路１２では、スイッチング素子１４ａ，１４ｂは、共にオフしていて、インバータ回路３は、コンバータ回路２が生成する直流電力のみからモータ９を駆動する交流電力を変換生成する。

　ステップＳＴ７では、モータ９は減速駆動され、所定位置に停止する。この減速駆動時では、発電機となるモータ９が出力する回生電力が、インバータ回路３から直流母線に出力される。そこで、制御部１３は、モータ９が減速駆動される回生時に、インバータ回路３から直流母線に出力される回生電力により母線電圧が上昇すると、昇降圧チョッパ回路１２においてスイッチング素子１４ａにオン・オフ動作を行わせ、回生電力により上昇した母線電圧を降圧して蓄電デバイス１１に取り込んで蓄電（充電）することを行う。

　ここで、使用者によっては回生動作から始まる運転パターンで装置を稼動する場合がある。この使用パターンの場合、蓄電デバイス１１の初期充電は必要なく、回生エネルギーを充電する動作内にて同様に寿命診断を行うことが可能である。

　そして、ステップＳＴ８では、インバータ回路３の制御回路は、運転終了か否かを判断し、運転終了となるまで（ステップＳＴ８：Ｎｏ）ステップ５～ステップ７のモータ駆動を繰り返す。運転終了になると（ステップＳＴ８：Ｙｅｓ）、当該モータ制御装置１の電源がオフされる（ステップＳＴ１０）。

　なお、運転終了とは、その日の生産活動の終了または予定されていた生産活動の終了を意味し、さらには、無休による連続生産の場合には、メンテナンス時に装置電源をオフするときである。いずれの場合も再度装置電源をオンすると、ステップ２～ステップ４の処理期間を経てモータ駆動が行われる。本実施例では、この点に着目し、ステップ２～ステップ４の処理期間において蓄電デバイスの寿命診断を漏れなく確実に実施できるようにしている。

　すなわち、本実施例では、ステップ２～ステップ４の処理期間において、コンバータ回路２が生成した母線電圧がインバータ回路３にて必要とされる所定値になった後、制御部１３が、コンバータ回路２が生成した母線電圧を昇降圧チョッパ回路１２におけるスイッチング素子１４ａに所定回数のオン・オフ動作を行わせて降圧し、蓄電デバイス１１に取り込んで蓄電（充電）することを行い（図３、図４参照）、その過程において蓄電に要したエルギー量などから蓄電デバイス１１の寿命を診断する。インバータ回路３内の制御回路は、蓄電デバイス１１への充電完了後に当該モータ制御装置１が運転可能状態になったと認識し、モータ駆動を行うようになっている。

　次に、図３は、図１に示す蓄電装置が行う電力アシスト及び充電の動作例を説明するタイムチャートである。図３では、図２におけるステップＳＴ１～ステップＳＴ７での、（１）モータ速度及びトルクの変化状態と、（２）力行時の放電（電力アシスト）及び回生時の充電と、（３）母線電圧の変化状態と、（４）蓄電デバイス電圧の変化状態と、が示されている。

　図３において、タイミング２０にて当該モータ制御装置１の電源がオンすると、コンバータ回路２において主回路コンデンサ５への初期充電が開始され、タイミング２１にて主回路コンデンサ５の充電電圧が所定の母線電圧になる。タイミング２１での母線電圧は、図示例では、インバータ回路３にて必要とされる所定値になっている。インバータ回路３内の制御回路は、制御部１３から蓄電デバイス１１への充電完了の通知が来たときにモータ制御装置１は運転可能状態であると認識する。

　タイミング２１にて主回路コンデンサ５の充電電圧が所定の母線電圧になると、制御部１３がチョッパ回路１２に母線電圧を降圧させて蓄電デバイス１１に蓄電する初期充電２２を開始する。初期充電２２は、タイミング２１からスイッチング素子１４ａのオン・オフ回数で定まる期間経過直後のタイミング２３にて完了する。図４に、この初期充電２２を行うチョッパ回路１２の動作内容の一例が示されている。「タイミング２０～タイミング２１」と「タイミング２１～タイミング２３」とを合わせた期間が初期充電シーケンスである。

　制御部１３は、タイミング２３にて蓄電デバイス１１の充電完了を検出すると、インバータ回路３内の制御回路へその旨を通知するとともに、チョッパ回路１２の制御を中止し、後述する方法で蓄電デバイス１１の劣化度を推定し寿命を診断する。診断結果の報知方法は、表示器に表示する方法を用いるようにすれば、劣化度の程度の応じた適切な報知が行える。

　インバータ回路３内の制御回路は、制御部１３から蓄電デバイス１１の初期充電２２が終了した旨の通知を受け取るタイミング２３から所定時間経過後に、インバータ回路３内のインバータスイッチング回路８によるモータ駆動を開始する。図３（１）では、モータ駆動の状態として、最初の１サイクルと２回目以降の１サイクルとが示されている。モータ駆動の各１サイクルは、加速期間２４と等速期間２５と減速期間２６とからなる。図３（２）（４）に示すように、加速駆動される力行時では、蓄電装置１０から直流母線へ放電（電力アシスト）２７が行われ、減速駆動される回生時では、直流母線から蓄電装置１０へ充電２８が行われる。前記したように、放電（電力アシスト）２７及び充電２８は、可変周波数の電流制御によって行われる。

　次に、図４を参照して、蓄電デバイス１１の寿命診断を、図３（４）に示す初期充電２２において実施する動作について説明する。なお、図４は、図１に示す蓄電装置が実施する蓄電デバイスの寿命診断方法の一例を説明するタイムチャートである。図４では、（１）降圧動作を行わせるスイッチング素子１４ａに与えるスイッチング信号と、（２）電流センサ１６が検出したリアクトル電流と、（３）蓄電デバイス１１の蓄電電圧の変化と、が示されている。

　初期充電２２では、制御部１３に、リアクトル１５に流れる電流の上限電流Ｉｈと下限電流Ｉｌとを設定し、スイッチング素子１４ａのオン・オフ回数を例えば１８回と定めてある。つまり、スイッチング素子１４ａのオン・オフ回数が１８回となったタイミングが蓄電デバイス１１の充電完了タイミングである。なお、スイッチング素子１４ａのオン・オフ回数は、上限電流Ｉｈと下限電流Ｉｌとの設定次第で変化する。

　制御部１３がスイッチング素子１４ａに与えるスイッチング信号は、図４（１）に示すようにＰＷＭ信号であるから、電流センサ１６が検出したリアクトル電流は、図４（２）に示すように、可変周波数の鋸波状波形となる。スイッチング素子１４ａは、電流センサ１６が検出したリアクトル電流が上限電流Ｉｈに到達するまでオンし、到達するとオフし、それをリアクトル電流が下限電流Ｉｌに到達するまで継続し、下限電流Ｉｌに到達するとオンするようにオン・オフ制御される。

　スイッチング素子１４ａのオン時には、直流母線からのエネルギーによってリアクトル１５と蓄電デバイス１１とにエネルギーが蓄えられ、蓄電デバイス１１の充電が母線電圧と蓄電デバイス１１の電圧との差分に応じて実施される。また、スイッチング素子１４ａのオフ時には、リアクトル１５に蓄えられたエネルギーが蓄電デバイス１１に充電される。図４（３）において、蓄電デバイス１１の電圧値Ｖｓは初期値であり、電圧値Ｖｌは図４に示す例では、１８回のオン・オフ動作（充電動作）によるエネルギー総量を蓄電デバイス１１に与えた時の電圧である。

　蓄電デバイス１１の静電容量は、１８回のオン・オフ動作により蓄電デバイス１１に与えられるエネルギーの総量を算出し、そのエネルギーの総量と、その時の蓄電デバイス１１の電圧値とから算出することができる。

　エネルギー総量の算出方法としては、例えば、スイッチング素子１４ａのオフ時におけるリアクトル１５のエネルギーＥＬは、式（１）から求める。なお、式（１）において、Ｌはリアクトル１５のインダクタンスである。
　ＥＬ＝（１／２）＊Ｌ＊（Ｉｈ＾２－Ｉｌ＾２）　…（１）

　また、スイッチング素子１４ａのオン時における蓄電デバイス１１に蓄えられるエネルギーＥＣは、式（２）から求める。なお、式（２）において、Ｖｐｎは母線電圧値であり、Ｔｏｎはスイッチング素子１４ａのオン時間であり、Ｔｏｆｆはスイッチング素子１４ａのオフ時間である。
　ＥＣ＝（１／２）＊（Ｉｈ＋Ｉｌ）＊Ｖｐｎ＊Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）…（２）

　そして、このエネルギーＥＬとエネルギーＥＣとを加算して蓄電デバイス１１に与えた総エネルギーＥＡを求める。そうすると、蓄電デバイス１１の静電容量Ｃは、式（３）として求めることができる。
　Ｃ＝２＊ＥＡ／（Ｖｌ＾２－Ｖｓ＾２）　…（３）

　そして、制御部１３は、このように計算した静電容量Ｃと、予め設定した蓄電デバイス１１の初期静電容量とを比較することにより劣化具合を比率として算出し、寿命を診断する。制御部１３は、この劣化具合が所定値となった時に、モータ制御装置１が適用されるシステムの使用者に対し警告表示を発し、交換用の蓄電デバイス１１の準備を促す。これによって、使用者は、蓄電デバイス１１の交換準備期間を作り出すことができ、交換作業を行うための装置停止時間を最小限に留めることが可能になる。

　このように、本実施例による蓄電デバイスの寿命診断方法は、蓄電装置がインバータ回路と並列に直流母線に接続されるモータ制御装置が適用されるシステムの電源投入時においてコンバータ回路にて行われる直流母線に所定の母線電圧を形成する初期充電時に、蓄電装置において、蓄電装置内の昇降圧チョッパ回路における降圧用スイッチング素子にＰＷＭ信号により所定回数オン・オフ動作を行わせ、コンバータ回路が直流母線に形成した所定の母線電圧を降圧して蓄電デバイスに初期充電を行い、その所定回数オン・オフ動作を行った期間と、その期間内に蓄電デバイスに流れ込んだ電流値とから蓄電デバイスに与えられた総エネルギーを算出し、その算出した総エネルギーと蓄電デバイスが示す充電電圧とから該蓄電デバイスの実際の静電容量を算出し、その算出した実際の静電容量と前記蓄電デバイスの初期静電容量との比較に基づき、前記蓄電デバイスの劣化度を推定し寿命を診断する。

　すなわち、本実施例によれば、蓄電装置内の蓄電デバイスの寿命診断を蓄電装置内の既存の回路（チョッパ回路、制御部）を利用して実施できる。チョッパ回路の降圧用スイッチング素子は、通常運転時に使用するＰＷＭ信号によりオン・オフ駆動されるので、蓄電デバイスへの初期充電は、可変周波数の電流制御によって行われる。したがって、従来技術のように、一定電流での充電や寿命診断用のユニット、特殊な回路、特殊なモード、特別な調整、付加装置を追加する必要がなくなる。

　これによって、本実施例によれば、コストを掛けることなく、蓄電デバイスの寿命診断という付加機能をモータ制御装置の直流母線に接続して用いる蓄電装置に追加することができる。そして、診断結果である蓄電デバイスの劣化度を使用者に対して表示することができるので、使用者は、事前の交換準備が可能になり、交換作業のための装置停止期間を最低限に留める事が可能になる。

　なお、本実施例では、エネルギーの算出では、初回及び最終回の充電時でのエネルギーは算出しない。その理由は、初回及び最終回の充電時での最低電流値が図４（２）に示すように下限電流値Ｉｌを下回ってゼロとなり、計算が複雑となるためである。つまり、計算が複雑となることを意に介さない場合は、その限りではない。

　なお、充電動作の回数は、本実施例を示す図４では、１８回としているが、本発明はこれに限定されるものではない。蓄電デバイス１１に例えば数ボルトから数十ボルトといった少量の充電を行う場合においては、１回または２回の充電動作で充電を完了するとともに、寿命の推定も完了させることができる。これらのことを意図して、本発明での充電動作の回数は、所定回数としている。

　さらに、エネルギーの計算は、上記では電流エネルギーを計算したが、その他、蓄電デバイス１１に与えられる電荷のエネルギーを算出することでもよい。

　以上のように、本発明にかかる蓄電デバイスの寿命診断方法は、モータ制御装置の直流母線に接続されている蓄電装置内の蓄電デバイスの寿命診断を特殊な回路や特殊なモードを必要とせずに、既存の回路を利用して実施できる蓄電デバイスの寿命診断方法として有用である。

　１　モータ駆動制御
　２　コンバータ回路
　３　インバータ回路
　４　ダイオードスタック
　５　主回路コンデンサ
　６　三相交流電源
　７　母線電圧検出回路
　８　インバータスイッチング回路
　９　モータ
　１０　蓄電装置
　１１　蓄電デバイス
　１２　昇降圧チョッパ回路
　１３　制御部
　１４　スイッチング回路
　１４ａ，１４ｂ　スイッチング素子
　１４ｃ、１４ｄ　還流ダイオード
　１５　リアクトル
　１６　電流センサ
　１７　蓄電電圧検出回路
　１８　母線電圧検出回路
　２０，２１，２３　タイミング
　２２　初期充電
　２４　加速期間
　２５　等速期間
　２６　減速期間
　２７　充電
　２８　放電

Claims

　交流電源を直流電源へ変換するコンバータ回路、及び前記コンバータ回路が直流母線に出力する直流電力からモータを駆動制御する交流電力を変換生成するインバータ回路を備えるモータ制御装置における前記直流母線に前記インバータ回路と並列に接続される蓄電装置は、
　蓄電デバイスと、該蓄電デバイスと前記直流母線との間に設けられる昇降圧チョッパ回路と、前記昇降圧チョッパ回路に昇圧動作を行わせて前記コンバータ回路が前記直流母線へ出力する直流電力を補う直流電力を前記蓄電デバイスから前記直流母線へ供給させる放電制御、及び前記昇降圧チョッパ回路に降圧動作を行わせて前記インバータ回路から前記直流母線へ出力される前記モータが発生する回生電力を前記蓄電デバイスに蓄電させる充電制御を行う制御部とを備え、
　前記制御部が、前記モータ制御装置の電源投入時に前記コンバータ回路にて行われる前記直流母線に所定の母線電圧を形成する初期充電時において実施する前記蓄電デバイスの寿命診断は、
　前記昇降圧チョッパ回路において降圧用スイッチング素子に所定回数オン・オフ動作を行わせ、前記コンバータ回路が前記直流母線に形成した所定の母線電圧を降圧して前記蓄電デバイスに初期充電を行う工程と、
　前記所定回数オン・オフ動作を行った期間内に前記蓄電デバイスに与えられた総エネルギーを算出する工程と、
　前記算出した総エネルギーと前記蓄電デバイスが示す充電電圧とから該蓄電デバイスの実際の静電容量を算出する工程と、
　前記算出した実際の静電容量と前記蓄電デバイスの初期静電容量との比較に基づき、前記蓄電デバイスの劣化度を推定し寿命を診断する工程と
　を含むことを特徴とする蓄電デバイスの寿命診断方法。