特許 6069103 電池の充放電装置、充放電方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6069103

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】電池の充放電装置、充放電方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170116BHJP

   H02J 7/04 20060101ALI20170116BHJP

   H02J 7/10 20060101ALI20170116BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20170116BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 B

   H02J7/04 F

   H02J7/10 B

   H02J7/10 H

   H02J3/32

   H02M3/155 H

【請求項の数】5

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-114612(P2013-114612)

(22)【出願日】2013年5月30日

(65)【公開番号】特開2014-236525(P2014-236525A)

(43)【公開日】2014年12月15日

【審査請求日】2016年4月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】390014384

【氏名又は名称】日本リライアンス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121119

【弁理士】

【氏名又は名称】花村 泰伸

(72)【発明者】

【氏名】馬渡 俊博

【審査官】 緑川 隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−３５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３３６９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−８７６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−９２７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５２１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１９１５７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２，７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｊ ３／００−５／００

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

Ｈ０２Ｍ ３／００−３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を変換するための制御信号を生成する電力制御回路を備え、外部電源からの電力を、前記制御信号に基づいてパワー変換器を介して電池へ供給し、前記電池へ供給された電力を、前記制御信号に基づいて前記パワー変換器を介して前記外部電源へ放出する充放電装置において、
前記電力制御回路は、
所定の電流指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電流との間の偏差を０にするための電流指令を生成する電流制御アンプ、
所定の電圧指令に所定のパルス指令を重畳させた指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電圧との間の偏差を０にするための電圧指令を生成する電圧制御アンプ、及び、
前記電圧制御アンプにより生成された電圧指令を反映した、前記電流指令を抑制するための電流制限値を設定し、前記電流制御アンプにより生成された電流指令と前記電流制限値とを比較し、前記電流指令が前記電流制限値よりも小さい場合、前記電流指令を、前記制御信号を生成するための指令として出力し、前記電流指令が前記電流制限値以上である場合、前記電流制限値を、前記制御信号を生成するための指令として出力する電流制限器を備え、
前記電流指令から生成した制御信号により、電流一定制御を行い、前記電流制限値から生成した制御信号により、前記パルス指令が重畳した電圧一定制御を行うことを特徴とする充放電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の充放電装置において、
前記電力制御回路は、
さらに、前記電圧制御アンプにより生成された電圧指令の平均値を算出する積分器、及び、
前記電圧制御アンプにより生成された電圧指令に、前記積分器により算出された平均値を加算し、新たな電圧指令を生成する加算器を備え、
前記電流制限器は、前記加算器により生成された新たな電圧指令を反映した電流制限値を設定することを特徴とする充放電装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載の充放電装置において、
前記パルス指令を、矩形波、三角波または正弦波のうちのいずれかの波形による指令とすることを特徴とする充放電装置。

【請求項4】

電力を変換するための制御信号を生成する電力制御回路を備え、外部電源からの電力を、前記制御信号に基づいてパワー変換器を介して電池へ供給し、前記電池へ供給された電力を、前記制御信号に基づいて前記パワー変換器を介して前記外部電源へ放出する充放電装置による充放電方法において、
所定の電流指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電流との間の偏差を０にするための電流指令を生成する第１のステップと、
所定の電圧指令に所定のパルス指令を重畳させた指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電圧との間の偏差を０にするための電圧指令を生成する第２のステップと、
前記第２のステップにより生成された電圧指令を反映した、前記電流指令を抑制するための電流制限値を設定する第３のステップと、
前記第１のステップにより生成された電流指令と前記第３のステップにより設定された電流制限値とを比較する第４のステップと、
前記第４のステップにより前記電流指令が前記電流制限値よりも小さい場合、前記電流指令を、前記制御信号を生成するための指令として出力する第５のステップと、
前記第４のステップにより前記電流指令が前記電流制限値以上である場合、前記電流制限値を、前記制御信号を生成するための指令として出力する第６のステップとを有し、
前記電流指令から生成した制御信号により、電流一定制御を行い、前記電流制限値から生成した制御信号により、前記パルス指令が重畳した電圧一定制御を行うことを特徴とする充放電方法。

【請求項5】

請求項４に記載の充放電方法をコンピュータに実行させることを特徴とする充放電プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源から電力エネルギーをリチウムイオン電池等の電池へ供給し、当該電池から電力エネルギーを商用電源へ放出する充放電装置、充放電方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、外部電源から電力エネルギーをリチウムイオン電池等の電池へ供給する充電処理と、当該電池に蓄積された電力エネルギーを外部電源へ放出する放電処理を行う充放電装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

一般に、充放電装置は、充電時に、一定の電流で電力エネルギーを電池へ供給する電流一定制御（ＣＣ制御）を行い、電池電圧が所定値（充電電圧値）になると、一定の電圧を維持するように電力エネルギーを電池へ供給する電圧一定制御（ＣＶ制御）を行う。電池電圧が充電電圧値になったときにＣＣ制御からＣＶ制御に切り換えるのは、電池電圧が異常に上昇し過剰充電による事故を回避し、また電池性能を低下させないようにするためである。一方、放電時には、充電時とは逆方向へ電流を流すことでＣＣ制御を行い、また電池電圧が所定値の放電電圧に達するとＣＶ制御を行う

【0004】

図１０は、従来の充放電装置に備えた電力制御回路の構成を示すブロック図である。従来の充放電装置は、電力制御回路１００、パワー変換器１１０、電流検出器１２０、電圧検出器１３０を備えている。尚、図１０は、従来の充放電制御を説明するために必要な構成のみを示しており、外部電源、交流電力を直流電力に変換するコンバータ等は省略してある。

【0005】

電力制御回路１００は、ＣＣ制御及びＣＶ制御を行い、電池１４０の電力を充電するための制御信号及び電池１４０の電力を放電するための制御信号をパワー変換器１１０に出力する。

【0006】

パワー変換器１１０は、充電時に、電力制御回路１００から電池１４０を充電するためのゲート信号（制御信号）を入力し、入力したゲート信号に基づいて、商用電源（図示せず）から回生コンバータ（図示せず）を介して入力した直流電力を所定の充電電力に変換し、電源１４０へ供給する。これにより、電池１４０は充電され、電力エネルギーが蓄積される。また、パワー変換器１１０は、放電時に、電力制御回路１００から電池１４０の電力を放電するためのゲート信号を入力し、電源１４０に蓄積された電力エネルギーを所定の放電電力に変換し、電源へ放電する。これにより、電池１４０に蓄積された電力は、ＤＣＤＣコンバータ及び電源同期型のコンバータ等を介して商用電源へと放出することが可能となる。

【0007】

電流検出器１２０は、パワー変換器１１０から電池１４０へ供給または放出される電流（充電電流及び放電電流）を検出する。電流検出器１２０により検出された電流は電流ＦＢとして電力制御回路１００へ入力される。電圧検出器１３０は、パワー変換器１１０から電池１４０へ供給または放出される電圧（充電電圧及び放電電圧）を検出する。電圧検出器１３０により検出された電圧は電圧ＦＢとして電力制御回路１００へ入力される。

【0008】

図１０に示すように、電力制御回路１００は、減算器１０１、電流制御アンプ１０２、減算器１０３、電圧制御アンプ１０４及びスイッチ１０５を備えている。電力制御回路１００は、充電時及び放電時に、減算器１０１及び電流制御アンプ１０２にてＣＣ制御を行い、減算器１０３及び電圧制御アンプ１０４にてＣＶ制御を行う。また、図示しない制御部は、充電を開始する場合、ＣＣ制御における充電電流の設定値として正極の充電電流指令を設定し、減算器１０１へ入力すると共に、ＣＶ制御における充電電圧の設定値として充電電圧指令を設定し、減算器１０３へ入力する。また、制御部は、放電を行う場合、ＣＣ制御における放電電流の設定値として負極の放電電流指令を設定し、減算器１０１へ入力すると共に、ＣＶ制御における放電電圧の設定値として放電電圧指令を設定し、減算器１０３へ入力する。

【0009】

充電時及び放電時において、制御部は、一般的には最初にＣＣ制御を行うため、電流制御アンプ１０２の出力側のスイッチ１０５をオンして導通状態にし、電圧制御アンプ１０４の出力側のスイッチ１０５をオフして非導通状態にする。これにより、減算器１０１及び電流制御アンプ１０２によるＣＣ制御にて生成される電流指令Ｉｃがゲート信号に変換され、パワー変換器１１０へ出力される。充電時には電池１４０の電池電圧は上昇し、放電時には電池電圧は下降する。

【0010】

そして、制御部は、充電時に、電圧検出器１３０からの電圧ＦＢである電池電圧を監視し、電池電圧が充電電圧値になったことを検出すると、ＣＣ制御からＣＶ制御に切り換えてＣＶ制御を行うため、電流制御アンプ１０２の出力側のスイッチ１０５をオフして非導通状態にし、電圧制御アンプ１０４の出力側のスイッチ１０５をオンして導通状態にする。一方、制御部は、放電時に、電池電圧が放電電圧値になったことを検出すると、ＣＣ制御からＣＶ制御に切り換えて制御を行うため、充電時と同様にスイッチ１０５をオンオフする。これにより、減算器１０３及び電圧制御アンプ１０４によるＣＶ制御にて生成される電圧指令Ｖｃがゲート信号に変換され、パワー変換器１１０へ出力される。

【0011】

電力制御回路１００がＣＣ制御を行う場合、減算器１０１は、所定の充電または放電電流値に設定された電流指令を入力すると共に、電流検出器１２０から電流ＦＢを入力し、電流指令から電流ＦＢを減算することで、電流偏差を算出する。そして、電流制御アンプ１０２は、減算器１０１により算出された電流偏差が０になるように、電流指令Ｉｃを生成する。生成された電流指令Ｉｃは、ＰＷＭ回路（図からは省略）にてゲート信号に変換され、ゲート信号がパワー変換器１１０へ出力される。これにより、所定の電流指令を基準にしたＣＣ制御が行われ、充電時には電池１４０の電池電圧は上昇し、放電時には電池電圧は下降する。

【0012】

電力制御回路１００がＣＶ制御を行う場合、減算器１０３は、充電時には所定の充電（上限）電圧値に設定された電圧指令を入力し、放電時には所定の放電（下限）電圧値に設定された電圧指令を入力すると共に、電圧検出器１３０から電圧ＦＢを入力し、電圧指令から電圧ＦＢを減算することで、電圧偏差を算出する。そして、電圧制御アンプ１０４は、減算器１０３により算出された電圧偏差が０になるように、電圧指令Ｖｃを生成する。生成された電圧指令Ｖｃは、電池１４０へ電力を供給するための電圧指令としてＰＷＭ回路にてゲート信号に変換され、ゲート信号がパワー変換器１１０へ出力される。これにより、所定の電圧指令を基準としたＣＶ制御が行われ、充電時には充電電流は徐々に減少し、放電時には放電電流は徐々に減少する。

【0013】

制御部は、充電時に、充電を開始後に、所定時間経過した場合、またはＣＶ制御に切り替わった後に所定時間経過し、電流が一定値以下になった場合、充電処理を停止する。または、制御部は、充電電力量（一般にはＳＯＣと呼ばれる）が所定値になったときに、充電処理を停止する。一方、放電時にはＣＶ制御を行っているときに、電池電圧が放電（下限）電圧にまで降下し、放電電流が一定値以下になったときに、または放電電力量が所定値になったときに、放電処理を停止する。

【0014】

図１１は、従来技術の充電時における電流及び電圧等の特性を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流値、電圧値及び電力値を示す。この特性は、充電時のＣＣ制御における充電電流、充電電圧及び充電電力の推移、並びに、ＣＶ制御に移行した後のＣＶ制御における充電電流、充電電圧及び充電電力の推移を示している。一般に、充電電力（Ｗ）は、充電時に発生する損失を無視すれば、電池１４０へ供給される充電電流（Ａ）と充電電圧（Ｖ）の積で表され、これに充電時間を乗算した結果が、電池１４０に蓄積される充電電力量である電力エネルギー（Ｗｈ）となる。

【0015】

充電時のＣＣ制御では、電池１４０へ供給する電流が所定の電流指令である充電電流ＡＨになるように、電流値一定に制御される。これにより、電池１４０の電池電圧（充電電圧）は上昇し、充電電力も短時間に増加する。

【0016】

そして、電池電圧が充電（上限）電圧ＶＨになると、ＣＣ制御からＣＶ制御に切り替わる。充電時のＣＶ制御では、電池電圧が所定の電圧指令である充電（上限）電圧ＶＨになるように、充電電流を減少させることで電池電圧は一定に制御される。これにより、電池電流が充電（上限）電流ＡＨから減少し、併せて充電電力も減少する。そして、所定時間経過したとき、または充電電力量が所定値になったとき等を判定し、充電処理を停止する。

【0017】

図１２は、従来技術の放電時における電流及び電圧等の特性を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流値、電圧値及び電力値を示す。この特性は、放電時のＣＣ制御における放電電流、放電電圧及び放電電力の推移、並びに、ＣＶ制御に移行した後のＣＶ制御における放電電流、放電電圧及び放電電力の推移を示している。尚、縦軸の電流値及び放電電流は、図１１に示した電流とは逆の極性である。後述する図４に対する図６、及び図７に対する図８も同様に、電流の極性は逆になる。一般に放電時に発生する損失を無視すると、放電電力（Ｗ）は、電池１４０から放出される放電電流（Ａ）と放電電圧（Ｖ）の積で表され、これに放電時間を乗算した結果が、電池１４０から放電される放電電力量（Ｗｈ）となる。

【0018】

放電時のＣＣ制御では、電池電流が所定の電流指令である放電（上限）電流ＡＨ（充電時とは極性を逆にした上限電流ＡＨ）になるように、電流一定値に制御される。これにより、電池１４０の電池電圧は充電（上限）電圧ＶＨから減少し、放電電力も減少する。

【0019】

そして、電池電圧が放電（下限）電圧ＶＬになると、ＣＣ制御からＣＶ制御に切り替わる。放電時のＣＶ制御では、電池電圧が所定の電圧指令である放電（下限）電圧ＶＬになるように、電圧一定値に制御される。これにより、電池電流が放電（上限）電流ＡＨから減少し、放電電力も減少する。そして、放電電力量が所定値になったときに、または放電電圧が所定値になったときに若しくは放電（下限）電圧になり放電電流が一定値以下になったときに、放電処理を停止する。

【0020】

図１３は、従来技術のパルス方式を用いた場合の充電時における電流及び電圧等の特性を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流値、電圧値及び電力値を示す。この特性は、充電時のＣＣ制御におけるパルス電流、充電電流（実効値）、パルス電圧、充電電圧（実効値）、パルス充電電力及び充電電力（実効値）の推移、並びに、ＣＶ制御に移行した後のＣＶ制御におけるパルス電流、充電電流（実効値）、パルス電圧、充電電圧（実効値）、パルス充電電力及び充電電力（実効値）の推移を示している。

【0021】

図１１に示した充電時の特性は、電池１４０へ一定の充電電流による電力及び一定の充電電圧による電力を供給したときの推移を示しているが、図１３に示す特性は、電池１４０へパルス電流による電力及びパルス電圧による電力を供給したときの推移を示すものである。図１３のパルス方式を用いた制御は、ＣＣ制御において充電電流の実効値が一定であり、ＣＶ制御において充電電圧の実効値が一定である点において、図１１に示した制御と同等であるといえる。

【0022】

このような充放電制御方式では、ＣＣ制御からＣＶ制御に切り替えていたことから、充電時には、充電が進むに従って充電電流が減少し、放電時には、放電が進むに従って放電電流が減少してしまう。このため、充電時間及び放電時間が長くなるという問題があった。

【0023】

一般に、前述の充放電制御方式を用いてリチウムイオン電池等の電池を製造する装置では、生産、出荷時に充放電が繰り返し行われ、また、電池を開発する時だけでなく、電池の中古市場での評価試験の時にも、充放電が繰り返し行われるために充放電時間の短縮が望まれていた。

【0024】

このような問題を解決するために、充電時間を短縮するための技術が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。この技術では、充電装置が、所定電圧のパルス制御により大電流で充電する。具体的には、充電装置は、ＣＣ制御により、充電電圧が電圧Ｖ１になるまで一定電流で充電し、その後、電圧Ｖ１に規制したパルス制御によりパルス電圧で充電する。そして、充電装置は、電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２によるＣＶ制御により、一定電圧で充電する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0025】

【特許文献1】特許第３３６９６２８号公報

【特許文献2】特開平６−１１３４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0026】

この特許文献２の技術は、スイッチング素子をオンオフしてパルス制御を実現することにより、充電時間を短縮する。しかしながら、この技術は、電池に対し、変化の大きいパルスの電圧及び電流を印加することから（特許文献２の図２−図４を参照）、電池に過剰な負担を強いるという問題があった。特に、印加する電流が矩形波状にＯＮ−ＯＦＦを繰り返すことから、この電流と内部抵抗により発生するスイッチング損失が電池に大きな負担を与えていた。

【0027】

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、充放電の時間を短縮すると共に、電池への負担の少ない充放電を実現可能な充放電装置、充放電方法及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0028】

前記目的を達成するために、本発明による充放電装置は、電力を変換するための制御信号を生成する電力制御回路を備え、外部電源からの電力を、前記制御信号に基づいてパワー変換器を介して電池へ供給し、及び前記電池へ供給された電力を、前記制御信号に基づいて前記パワー変換器を介して前記外部電源へ放出する充放電装置において、前記電力制御回路が、所定の電流指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電流との間の偏差を０にするための電流指令を生成する電流制御アンプ、所定の電圧指令に所定のパルス指令を重畳させた指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電圧との間の偏差を０にするための電圧指令を生成する電圧制御アンプ、及び、前記電圧制御アンプにより生成された電圧指令を反映した、前記電流指令を抑制するための電流制限値を設定し、前記電流制御アンプにより生成された電流指令と前記電流制限値とを比較し、前記電流指令が前記電流制限値よりも小さい場合、前記電流指令を、前記制御信号を生成するための指令として出力し、前記電流指令が前記電流制限値以上である場合、前記電流制限値を、前記制御信号を生成するための指令として出力する電流制限器を備え、前記電流指令から生成した制御信号により、電流一定制御を行い、前記電流制限値から生成した制御信号により、前記パルス指令が重畳した電圧一定制御を行うことを特徴とする。

【0029】

また、本発明による充放電装置は、前記電力制御回路が、さらに、前記電圧制御アンプにより生成された電圧指令の平均値を算出する積分器、及び、前記電圧制御アンプにより生成された電圧指令に、前記積分器により算出された平均値を加算し、新たな電圧指令を生成する加算器を備え、前記電流制限器が、前記加算器により生成された新たな電圧指令を反映した電流制限値を設定することを特徴とする。

【0030】

また、本発明による充放電装置は、前記パルス指令を、矩形波、三角波または正弦波のうちのいずれかの波形による指令とすることを特徴とする。

【0031】

さらに、本発明による充放電方法は、電力を変換するための制御信号を生成する電力制御回路を備え、外部電源からの電力を、前記制御信号に基づいてパワー変換器を介して電池へ供給し、前記電池へ供給された電力を、前記制御信号に基づいて前記パワー変換器を介して前記外部電源へ放出する充放電装置による充放電方法において、所定の電流指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電流との間の偏差を０にするための電流指令を生成する第１のステップと、所定の電圧指令に所定のパルス指令を重畳させた指令と、前記電池とパワー変換器との間で検出された電圧との間の偏差を０にするための電圧指令を生成する第２のステップと、前記第２のステップにより生成された電圧指令を反映した、前記電流指令を抑制するための電流制限値を設定する第３のステップと、前記第１のステップにより生成された電流指令と前記第３のステップにより設定された電流制限値とを比較する第４のステップと、前記第４のステップにより前記電流指令が前記電流制限値よりも小さい場合、前記電流指令を、前記制御信号を生成するための指令として出力する第５のステップと、前記第４のステップにより前記電流指令が前記電流制限値以上である場合、前記電流制限値を、前記制御信号を生成するための指令として出力する第６のステップとを有し、前記電流指令から生成した制御信号により、電流一定制御を行い、前記電流制限値から生成した制御信号により、前記パルス指令が重畳した電圧一定制御を行うことを特徴とする。

【0032】

さらに、本発明による充放電プログラムは、前記充放電方法をコンピュータに実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0033】

以上のように、本発明によれば、充放電の時間を短縮することができると共に、電池への負担の少ない充放電を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の実施形態による充放電装置を含む充放電システムの全体構成を示すブロック図である。

【図2】実施例１による電力制御回路の構成を示すブロック図である。

【図3】実施例１による電力制御回路の処理を示すフローチャートである。

【図4】矩形波を重畳した場合の充電時における電圧及び電流等の特性を示す図である。

【図5】矩形波を重畳した場合の充電時における電圧ＦＢ、電圧偏差、電圧指令Ｖｃ及び電流指令Ｉｔｒの特性を示す図である。

【図6】矩形波を重畳した場合の放電時における電圧及び電流等の特性を示す図である。

【図7】正弦波を重畳した場合の充電時における電圧及び電流等の特性を示す図である。

【図8】正弦波を重畳した場合の放電時における電圧及び電流等の特性を示す図である。

【図9】実施例２による電力制御回路の構成を示すブロック図である。

【図10】従来の充放電装置に備えた電力制御回路の構成を示すブロック図である。

【図11】従来技術の充電時における電流及び電圧等の特性を示す図である。

【図12】従来技術の放電時における電流及び電圧等の特性を示す図である。

【図13】従来技術のパルス方式を用いた場合の充電時における電流及び電圧等の特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔充放電システム〕
まず、電池の充放電を行う充放電装置を含む充放電システムについて説明する。図１は、本発明の実施形態による充放電装置を含む充放電システムの全体構成を示すブロック図である。この充放電システムは、商用電源（外部電源）１、充放電装置３０、リアクタ１４、コンデンサ１５、コモンチョークコイル１６、電流検出器１７、電圧検出器１８及び電池２０を備えて構成される。

【0036】

充放電装置３０は、リチウムイオン電池等の電池２０の製造装置または試験装置等で、電池２０の生産時及び評価時等に用いられる。充放電装置３０は、絶縁トランス２、電源同期型コンバータ２１及びＤＣＤＣコンバータ２２を備えている。絶縁トランス２は、商用電源１と電源同期型コンバータ２１との間で絶縁が必要な場合に設置される。

【0037】

電源同期型コンバータ２１は、電源回生型のコンバータであり、商用電源１から絶縁トランス２を介して取得した交流電力を直流電力に変換する。一方、ＤＣＤＣコンバータ２２は、電源同期型コンバータ２１により変換された直流電力を、電力制御回路１２を介してＣＣ制御及びＣＶ制御による指令が反映されたゲート信号に従ってパワー変換し、当該指令に基づいた直流電力を電池２０へ供給する。

【0038】

充放電装置３０の電源同期型コンバータ２１は、リアクタ３、パワー変換器４、リアクタ５、コンデンサ６、制御回路７、直流電源制御回路８、電流検出器９及び電圧検出器１０を備えている。

【0039】

リアクタ３は、パワー変換器４により高周波にスイッチングすることで電池２０への充電、または電池２０からの放電エネルギ-等、充放電の電力エネルギーを蓄積、伝搬する役割を持つ。パワー変換器４は、商用電源１側の交流電力を直流電力に変換し、または、電池２０側の直流電力を交流電力に逆変換する変換回路（回生コンバータ）である。リアクタ５及びコンデンサ６は、直流電力を平滑するために設置される。

【0040】

制御回路７は、商用電源１から供給された交流電力の電圧位相を検出する回路を具備し、パワー変換器４で電源回生機能を実現し、また他の制御用基板を駆動するための電源を生成する。直流電源制御回路８は、制御回路７から制御基板駆動用の電源が供給され、パワー変換器４から出力される電流を電流検出器９から取り込み、また電圧検出器１０から電圧を取り込むことで、任意の電力変換を行うための演算回路等で構成され、パワー変換器４のパワー素子を駆動するためのゲート信号を生成する。

【0041】

ＤＣＤＣコンバータ２２は、電池２０へ供給する電流及び電圧によって充電電力及び放電電力を任意に制御するための変換器であり、一般に、ＩＧＢＴ素子を採用した主回路と電力制御回路とにより構成される。さらに、ＤＣＤＣコンバータ２２は、パワー変換器１１、電力制御回路１２及びマイナーループ制御用の電流検出器１３を備えている。

【0042】

パワー変換器１１は、主回路用にＩＧＢＴ素子を使用したパワー変換回路を備え、電力制御回路１２により生成されたゲート信号に基づいて、電源同期型コンバータ２１により生成された直流電力を、電池２０の容量及び特性に応じた任意の直流電力に変換する。この場合、パワー変換器１１は、任意の直流電力に対応する電流及び電圧を生成する。尚、パワー変換器１１は、双方向型のコンバータであり、パワー変換器４から供給される電力を電池２０に充電し、または充電時の電流方向とは反対向きの電流を流すことで電池２０の電力を商用電源１に放出させる役割を担っている。

【0043】

電力制御回路１２は、パワー変換器４から供給される電圧及び電流を検出して電力制御する回路、及び、パワー変換器４の出力電力を電池２０に必要な電力に変換するためにパワー変換器１１のＩＧＢＴ素子のゲート回路を生成する機能を具備し、ＩＧＢＴ素子をスイッチングすることで所要の電力を得る回路により構成されている。また、電力制御回路１２は、電流検出器１３から電流制御の安定化を図るためのマイナーループ制御用の電流を取り込み、充放電電力制御用の電流検出器１７から電流ＦＢを入力すると共に、電圧検出器１８から電圧ＦＢを入力することで電力演算及び制御を可能にしている。そして、電力制御回路１２は、後述する充放電制御を行うための電流指令Ｉｔｒを生成し、電流検出器１３から入力した電流を用いて、電流マイナーループで安定的な制御状態を得ると共に、ＩＧＢＴ素子をスイッチング駆動するためのゲート信号をＰＷＭ回路で生成し、生成したゲート信号をパワー変換器１１に出力して所要の電力を得ている。

【0044】

充放電装置３０と電池２０との間に設置されたリアクタ１４及びコンデンサ１５は、パワー変換器１１からの充電電流、または電池２０からの放電電流を平滑化する。コモンチョークコイル１６は、高周波スイッチングによる漏れ電流を抑制するために設置される。電流検出器１７は、充電電流または放電電流である、電池２０に流れる電流ＦＢを検出する。電圧検出器１８は、充電電圧または放電電圧である、電池２０に供給する電圧ＦＢを検出する。

【0045】

このように、電源同期型コンバータ２１は、充電動作時には商用電源１からパワー変換器４を介して電池２０へ充電するための電力を供給し、放電動作時にはＤＣＤＣコンバータ２２を介して、電池２０から放出される放電電力エネルギーを、パワー変換器４を介して商用電源１へ放出する回生制御の役割を有する、交流を直流へ、直流を交流へ変換する双方向型のコンバータである。一方、充放電装置３０のＤＣＤＣコンバータ２２は、充電動作時には電源同期型コンバータ２１から供給された電力エネルギーを、パワー変換器１１を介して任意の電力を電池２０へ供給する役割と共に、放電動作時にはパワー変換器１１を介して、電池２０の電力を任意にパワー変換器４を経由して商用電源１へ放出する役割を有している。

【0046】

〔電力制御回路〕
次に、図１に示した電力制御回路１２について、実施例を挙げて詳細に説明する。以下に説明する実施例１は、電流制限器からの電流指令が反映されたゲート信号をパワー変換器へ出力する電力制御回路１２において、ＣＣ制御を行った後に、電圧指令にパルス指令を加えたＣＶ制御（以下、パルスＣＶ制御といい、電圧指令にパルス指令を加えた結果をパルスＣＶ電圧指令という。）を行い、電流制限器の上限値（電流制限値）を、パルスＣＶ制御にて生成した電圧指令で変化させることにより、ゲート信号の元となる電流指令を上限値に追従させ、減少する充電電流または放電電流を、従来の減少曲線に対してパルス状にパルス指令分だけ大きくなるように変化させるものである。具体的には、電力制御回路１２に備えた電圧制御アンプに、さらに電池２０にて許容可能な微小な電圧範囲内で、すなわち電池２０の定格電圧と電池２０の許容最大電圧または許容最低電圧以内で、パルス波形を繰り返し与えることにより、充電時には、電池２０へ供給する充電電流、充電電圧及び充電電力を増加させる。また、放電時には、電池２０から放出する放電電流及び放電電力を増加させる。これにより、充放電の時間を短縮することができる。また、充電電流及び放電電流は、パルスＣＶ制御時に、減少曲線に沿ってパルス状に減少するから、電池への負担の少ない充放電を実現することができる。

【0047】

実施例２は、実施例１におけるパルスＣＶ制御の回路に積分器等を追加したものである。これにより、実施例１の効果に加え、パルスＣＶ制御を一層安定的に動作させることができる。

【0048】

〔実施例１〕
まず、実施例１について説明する。実施例１は、前述のとおり、ＣＣ制御を行った後に、電圧指令にパルス指令を加えたパルスＣＶ電圧指令に基づくパルスＣＶ制御を行うものである。

【0049】

（構成／実施例１）
まず、実施例１による電力制御回路１２の構成について説明する。図２は、その構成を示すブロック図である。この実施例１による電力制御回路１２−１は、加減算器３１、電圧制御アンプ３２、減算器３３、電流制御アンプ３４、電流制限器３５及びダイオード３８を備えている。尚、図２に示す電力制御回路１２−１の構成は、充放電制御の特徴を説明するために必要な箇所のみを示しており、充放電制御の特徴に直接関係しない構成は省略してある。

【0050】

電力制御回路１２−１は、充電時に、正極の充電電流値の電流指令を減算器３３に与え、充電電圧値の電圧指令を加減算器３１に与える。そして、電力制御回路１２−１は、ＣＣ制御を行っているときに、電圧検出器１８で検出した電圧ＦＢである電池電圧（充電電圧）が所定の充電電圧ＶＨになったときに、ＣＣ制御からパルスＣＶ制御に切り替わる。ＣＣ制御は、減算器３３及び電流制御アンプ３４により生成される電流指令Ｉｃに基づいて行われ、パルスＣＶ制御は、加減算器３１及び電圧制御アンプ３２により生成される電圧指令Ｖｃに基づいて行われる。

【0051】

また、電力制御回路１２−１は、放電時に、負極の放電電流値の電流指令を減算器３３に与え、放電電圧値の電圧指令を加減算器３１に与える。そして、電力制御回路１２−１は、ＣＣ制御を行っているときに、電圧検出器１８で検出した電圧ＦＢである電池電圧（放電電圧）が所定の放電電圧ＶＬになったときに、ＣＣ制御からパルスＣＶ制御に切り替わる。充電時と同様に、ＣＣ制御は、減算器３３及び電流制御アンプ３４により生成される電流指令Ｉｃに基づいて行われ、パルスＣＶ制御は、加減算器３１及び電圧制御アンプ３２により生成される電圧指令Ｖｃに基づいて行われる。

【0052】

加減算器３１は、所定の電圧指令及び所定のパルス指令を入力し、これらの指令を加算した加算信号（パルスＣＶ電圧指令）を生成し、電池２０の電圧検出器１８から電圧ＦＢを入力し、この２つの信号の演算結果から電圧偏差を算出して電圧制御アンプ３２に入力する。

【0053】

充電時には、所定の電圧指令として電池２０の充電電圧値の電圧指令が入力され、所定のパルス指令として正極の矩形波、三角波、正弦波等が入力される。放電時には、所定の電圧指令として電池２０の放電電圧値の電圧指令が入力され、所定のパルス指令として負極の矩形波、三角波、正弦波等が入力される。

【0054】

電圧制御アンプ３２は、加減算器３１から電圧偏差を入力し、電圧偏差が０になるように電圧指令Ｖｃを生成し、生成した電圧指令Ｖｃを、ダイオード３８を介して電流制限器３５に出力する。電圧制御アンプ３２から出力される電圧指令Ｖｃは、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令に到達するまでは出力一定に維持され、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令に到達した後は積分的に大きな出力を発生するように設計されており、電流制限器３５の上限値Ｈに反映される。

【0055】

ここで、ＣＣ制御を行っているときには、パルスＣＶ電圧指令と電池２０の電圧との差は徐々に０に近づくが、積分型の電圧制御アンプ３２により生成される電圧指令Ｖｃの出力は、加減算器３１の結果が反転するまでは負極性で電池２０への充電電流を増加させる方向へ飽和している。しかし、この充電電流を増加させる負極性の電圧指令Ｖｃの出力は、内蔵された一方向性のダイオード３８、またはソフト的に通過しないように設計されており、電流制限器３５の上限値Ｈに影響を与えることはない。したがって、この場合の電流制限器３５の上限値Ｈは、電流制限器３５において電流制限がなされる値ではなく、電流指令Ｉｃ（電流制御アンプ３４により出力される電流指令Ｉｃ）は、電流制限の影響を受けることなく出力される。

【0056】

これに対し、パルスＣＶ充電は電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令値に到達すると同時にＣＣ制御から自動的にパルスＣＶ制御に切り替える必要がある。このため、電圧制御アンプ３２は、加減算器３１が入力する電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令値に到達し、出力が正極性に反転した瞬間から素早く、ＣＣ制御に優先してパルスＣＶ制御を実行する。以降、電池２０の電圧は、充電電流が供給されることでさらに上昇する指向性があるので、パルスＣＶ制御を行っているときには、積分型の電圧制御アンプ３２の電圧指令Ｖｃは、正極性に反転後もさらに増加しようとする。結果、充電が進むにつれて電流制限器３５の上限値Ｈの制限幅が拡大し、電流指令Ｉｃを抑制することでパルスＣＶ電圧指令値を維持するように動作する。したがって、パルスＣＶ制御を行っているときは、電圧指令Ｖｃが反映された電流制限器３５の上限値Ｈに基づいてゲート信号が生成され、パワー変換器１１において電力変換が行われる。詳細については後述する。

【0057】

減算器３３は、入力された所定の電流指令と、電流検出器１７で検出した電池２０へ充放電する際に発生する電流（ＦＢ）を比較するサミング回路である。この信号を比較演算することで得られた電流の微小偏差を電流制御アンプ３４で入力して、目標値である電流指令Ｉｃに見合った電流を得るべくＰＩ(比例積分)制御する。充電時には、所定の電流指令として正極の充電電流値の電流指令が入力され、放電時には、所定の電流指令として負極の放電電流値の電流指令が入力される。

【0058】

電流制御アンプ３４は、減算器３３で得られた電流の微小偏差信号を受けて、目標値である電流指令に見合った電流（電流指令Ｉｃ）を得るためのＰＩ(比例積分)制御回路である。このＰＩ制御回路は、電流指令と実際の電池２０に流れる電流の偏差をゼロにするような制御信号を取り出す。この制御信号を用いることで電力制御回路１２及びパワー変換回路１１により、電池２０へ供給する電流、電力を得ている。

【0059】

電流制限器３５は、電流制御アンプ３４の出力である電流指令Ｉｃと、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令値内に収まっているかを判断し、制御モードを自動選択する回路、電圧制御アンプ３２の電圧指令Ｖｃに基づいて電流指令Ｉｃを増減または抑制し、電池２０の電圧を一定に維持する回路を有する。電流制限器３５は、入力した電流指令Ｉｃと、設定した充電時の充電電圧に対応した上限値Ｈ及び予め設定された放電時の放電電圧に対応した下限値Ｌとを比較し、電流指令Ｉｃが上限値Ｈよりも小さくかつ下限値Ｌよりも大きい場合、入力した電流指令Ｉｃを電流指令Ｉｔｒとしてそのまま出力してＣＣ充放電する。一方、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧に到達もしくは超えた場合には、電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃは正極性で電流制限器３５に供給され、充電電流を引き下げる方向に作用する。したがって、電流指令Ｉｃは上限値Ｈ以下になるように抑制され、入力した電流指令Ｉｃに代えて上限値Ｈを電流指令Ｉｔｒとして出力し、パルスＣＶ充電へ移行する。この場合、上限値Ｈは電圧指令Ｖｃに応じた値となる。尚、放電時は電流の極性が逆になるだけで電流指令（−）Ｉｃ及び上限値（−）Ｈとなる。

【0060】

つまり、電流制限器３５は以下の処理を行う。電流制限器３５には、充電時の充電電圧に対応した上限値Ｈ、及び放電時の放電電圧に対応した下限値Ｌが予め設定されており、電流制限器３５は、電流制御アンプ３４から電流指令Ｉｃを入力すると共に、電圧制御アンプ３２からダイオード３８を介して電圧指令Ｖｃを入力し、電圧指令Ｖｃに応じて上限値Ｈを変更する。そして、電流制限器３５は、電流指令Ｉｃと上限値Ｈ及び下限値Ｌとを比較し、電流指令Ｉｃが上限値Ｈよりも小さくかつ下限値Ｌよりも大きい場合、入力した電流指令Ｉｃを電流指令Ｉｔｒとしてそのまま出力する。一方、電流制限器３５は、電流指令Ｉｃが上限値Ｈを超える場合、入力した電流指令Ｉｃに代えて上限値Ｈを電流指令Ｉｔｒとして出力する。ここで、入力した電圧指令Ｖｃが無信号の場合（電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧に到達していないため、電圧制御アンプ３２から負極性の電圧指令Ｖｃが出力され、負極性の電圧指令Ｖｃがダイオード３８を通過しない場合）、電流制限器３５は、上限値Ｈを変更しない。そして、電流指令Ｉｃが上限値Ｈよりも小さくかつ下限値Ｌよりも大きいから、入力した電流指令Ｉｃを電流指令Ｉｔｒとしてそのまま出力する。これにより、ＣＣ制御による充放電が行われる。一方、入力した電圧指令Ｖｃが無信号でない場合（電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧に到達または超えているため、電圧制御アンプ３２から正極性の電圧指令Ｖｃが出力され、正極性の電圧指令Ｖｃがダイオード３８を通過した場合）、電流制限器３５は、正極性の電圧指令Ｖｃを入力し、この電圧指令Ｖｃに応じて上限値Ｈを変更する。後述するように、上限値Ｈはパルス状に減少する値となる。そして、電流制限器３５は、電流指令Ｉｃが変更した上限値Ｈを超えると、入力した電流指令Ｉｃに代えて上限値Ｈを電流指令Ｉｔｒ（予め設定された元の上限値Ｈ以下となる抑制された指令）として出力する。これにより、ＣＣパルス制御による充放電が行われる。

【0061】

ここで、ＣＣ制御を行っているときには、電流制御アンプ３４から入力した電流指令Ｉｃは、電圧制御アンプ３２から入力した電圧指令Ｖｃが反映された上限値Ｈよりも小さく、かつ下限Ｌよりも大きくなる。したがって、電流制限器３５は、入力した電流指令Ｉｃを電流指令Ｉｔｒとしてそのまま出力する。これにより、ＣＣ制御を行っているときには、従来技術と同様に、所定の電流指令に基づいた電流及び電圧の特性が得られる。これに対し、パルスＣＶ制御を行っているときには、電流制御アンプ３４から入力した電流指令Ｉｃは、電圧制御アンプ３２から入力した電圧指令Ｖｃが反映された上限値Ｈ以上となる。したがって、電流制限器３５は、入力した電流指令Ｉｃに代えて上限値Ｈを電流指令Ｉｔｒとして出力する。これにより、電流制限器３５における上限値Ｈは所定のパルスＣＶ電圧指令に基づいて設定されるから、パルスＣＶ制御を行っているときには、従来技術とは異なり、所定のパルスＣＶ電圧指令に基づいた電流及び電圧の特性が得られる。詳細については後述する。

【0062】

電力制御回路１２−１は、電流制限器３５から出力された電流指令Ｉｔｒを補正信号として、パワー変換器１１を制御するためのゲート信号を図示しないＰＷＭ回路にて生成し、ゲート信号をパワー変換器１１に出力する。これにより、パワー変換器１１は、ＣＣ制御において、所定の電流指令に基づいた電力変換を行う。また、パワー変換器１１は、パルスＣＶ制御において、所定のパルスＣＶ電圧指令に基づいた電力変換を行う。つまり、パワー変換器１１は、ＣＣ制御を行っているときに、所定の電流指令に基づいて、大容量の電流及び電圧による直流電力を生成し、パルスＣＶ制御を行っているときには、所定のパルスＣＶ電圧指令に基づいて、パルス指令がない場合の従来技術よりも大容量の電流及び電圧による直流電力を生成する。

【0063】

（実施例１の処理）
電力制御回路１２−１の処理について説明する。図３は、電力制御回路１２−１の処理を示すフローチャートであり、図４は、矩形波を重畳した場合の充電時における電圧及び電流等の特性を示す図であり、図５は、矩形波を重畳した場合の充電時における電圧ＦＢ、電圧偏差、電圧指令Ｖｃ及び電流指令Ｉｔｒの特性を示す図である。また、図６は、矩形波を重畳した場合の放電時における電圧及び電流等の特性を示す図である。

【0064】

（充電処理）
まず、充電処理について説明する。オペレータによる充電開始の指示を受けると、電力制御回路１２−１の図示しない制御部は、所定の電流指令として正極の充電電流ＡＨの電流指令を設定し、所定の電圧指令として充電電圧ＶＨの電圧指令を設定し、所定のパルス指令として正極の矩形波等のパルス指令を設定し、充電処理を開始する。

【0065】

電力制御回路１２−１の電圧制御アンプ３２は、加減算器３１から電圧偏差を入力して電圧指令Ｖｃを生成し、電流制御アンプ３４は、減算器３３から電流偏差を入力して電流指令Ｉｃを生成する。そして、電流制限器３５は、電圧指令Ｖｃに基づいて上限値Ｈを設定し、電流指令Ｉｃと上限値Ｈとを比較する。

【0066】

充放電装置３０は、電池２０に蓄えた電力エネルギーが少ない場合に、ＣＣ制御及びパルスＣＶ制御による充電動作を開始する。図３に示すようにステップ３０１〜３０５において、電力制御回路１２−１は、パルスＣＶ電圧指令（電圧指令にパルス指令を加算した指令）よりも電池２０の電圧（電圧ＦＢ）が小さい場合、制御モードとしてＣＣ制御を選択する。逆に、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令以上の場合、制御モードとしてパルスＣＶ制御を選択する。ステップ３０１〜３０５の動作は連続的に繰り返される。ＣＣ制御では所定の電流指令として正極の指令を設定し、同時に上限値Ｈも設定する。所定の電流指令は電流制御アンプ３４から電流指令Ｉｔｃとして出力される。パルスＣＶ電圧指令よりも電池２０の電圧が小さい場合であれば電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃは負極性となるから、電圧指令Ｖｃは、図２に示したダイオードにより電流制限器３５ヘは供給されない。したがって、パルスＣＶ電圧制御系の制限を受けることなくＳ３０２のルートで、Ｉｃ=Ｉｔｃとしてパワー変換器１１へ送られて電力（電流）を電池２０へ供給する。電流制御アンプ３４は、電流指令と電流検出器１７からの電流ＦＢとを比較し、これらの偏差がゼロになるように制御する。所謂、ＣＣ制御を行う。一方、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令以上の場合、ステップＳ３０１により自動的に制御モードとしてパルスＣＶ制御を選択することになる。このパルスＣＶ制御の制御モードでは、電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃは正極特性となり積極的に電流指令を抑制する信号として電流制限器３５に供給される。このため、電流制御アンプ３４から出力された電流指令Ｉｃは、電流制限器３５で電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃの制限を受けて、上限値Ｈよりも低い値で変換器へ出力される。

【0067】

このように、ステップＳ３０１，ステップＳ３０２及びステップＳ３０４を繰り返すことで、電流指令Ｉｃに基づいたＣＣ制御が行われる。図４及び図５（１）に示すように、充電時にＣＣ制御を行っているときには、電圧ＦＢである電池２０の電圧は、所定の電圧指令である充電電圧ＶＨよりも小さい。このため、加減算器３１の偏差に基づく積分型の電圧制御アンプ３２により出力される電圧指令Ｖｃは負極性となり、正極性しか通さないように構成された今回の回路では電流制限器３５に出力されることはなく、ＣＣ制御では電流指令に基づいた電流が電池２０へ供給される。

【0068】

図３に戻って、ステップＳ３０１の処理は電圧制御アンプ３２により行われ、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令よりも小さい場合はステップＳ３０２が選択され、一方、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令以上の場合にはステップＳ３０３が選択され、さらにステップＳ３０２またはステップＳ３０３の処理を経て、ステップＳ３０４の処理によりパワー変換器１１が電池２０へ電力を供給する。

【0069】

このように、ステップＳ３０１、ステップＳ３０２及びステップＳ３０４を繰り返すことでＣＣ制御を、またステップＳ３０１、ステップＳ３０３及びステップＳ３０４を繰り返すことで、電圧指令Ｖｃが反映された上限値Ｈに基づいたパルスＣＶ制御が行われる。つまり、電圧指令Ｖｃにて電流制限器３５の出力を制限し電流指令Ｉｔｒを制御することにより、パルスＣＶ制御による電圧一定制御を行う。尚、電流制限器３５において、電流制御アンプ３４の出力である電圧指令Ｖｃに電圧制御アンプ３２の出力を加減算する方式の他、一定の比率を掛ける方式もある。

【0070】

この場合の電圧指令Ｖｃには、充電電圧ＶＨの電圧指令に重畳されたパルス指令が反映されている。図４及び図５（１）に示すように、充電時にパルスＣＶ制御を行っているときには、電圧ＦＢである電池２０の充電電圧は、所定の電圧指令である充電電圧ＶＨにパルス指令を加えた指令であるパルスＣＶ電圧指令を維持するように制御され、加減算器３１により出力される電圧偏差は、０を基準にしてパルス状に変化する。この場合、図５（２）に示すように、電圧制御アンプ３２により出力される電圧指令Ｖｃは、減少曲線に沿ってパルス状に徐々に減少して０に近づき、図５（３）に示すように、電圧制御アンプ３２により出力される電圧指令Ｖｃが反映された上限値Ｈも、減少曲線に沿ってパルス状に徐々に減少する。これにより、電流制限器３５は、入力した電流指令Ｉｃを制限制御するかまたは上限値Ｈ以上であることを判定し、入力した電流指令Ｉｃの代わりに上限値Ｈを電流指令Ｉｔｒとして出力する。図４に示すように、パルスＣＶ制御を行っているときには、充電電圧は、一定の電圧指令にパルスを加えた値に制御され、電流ＦＢである充電電流は、上限電流ＡＨから徐々に減少し、減少曲線に沿ってパルス状に下降する。充電電力も同様に下降する。

【0071】

尚、図４に示すように、電池２０を保護するために充電時には、電池２０の最大電圧を維持する必要があり、パルスＣＶ制御下でも充電電圧が電池２０の最大電圧を超えた許容最大電圧ＶＨＨよりも高くならないように制御される。

【0072】

図３に戻って、制御部は、ステップＳ３０４から移行して、充電の停止条件を満たすか否かを判定し（ステップＳ３０５）、停止条件を満たすと判定した場合（ステップＳ３０５：Ｙ）、充電を停止する。一方、制御部は、ステップＳ３０５において、停止条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ３０５：Ｎ）、ステップＳ３０１へ移行する。

【0073】

前述のとおり、充電の停止条件は、例えば、充電が開始した後に所定時間経過していること、パルスＣＶ制御に切り替わった後に所定時間経過していること、または、充電電力量が所定値になっていること等である。

【0074】

（放電処理）
次に、放電処理について説明する。オペレータによる放電開始の指示を受けると、電力制御回路１２−１の図示しない制御部は、所定の電流指令として、充電時とは極性が逆である負極の上限電流ＡＨの電流指令を設定する。負極の電流指令により、電流方向を充電時に対して逆にすることができる。また、制御部は、所定の電圧指令として下限電圧ＶＬの電圧指令を設定し、所定のパルス指令として、充電時とは極性が逆である負極の矩形波等のパルス指令を設定し、放電処理を開始する。尚、この場合の加減算器３１は、電圧指令から負極のパルス指令を加算し、加算結果から電圧ＦＢを減算して電圧偏差を求める。電圧指令に負極のパルス指令を加算（以下、加算結果をパルスＣＶ放電電圧指令という。）することは、電圧指令に正極のパルス指令（充電時のパルスＣＶ電圧指令）を減算することと同じである。

【0075】

放電処理は充電処理と同様であり、図３に示した処理が適用される。ステップＳ３０１〜ステップＳ３０４における電流指令Ｉｃ，Ｉｔｒ及び上限値Ｈは、充電時とは異なり極性が逆になる。したがって、図５（４）及び図６に示す電流指令Ｉｔｒ、上限値Ｈ及び放電電流ＡＨも、充電時とは異なり極性が逆になる。上限値Ｈは負側の上限を示す。

【0076】

充放電装置３０は、電池２０に蓄えた電力エネルギーを外部で利用する場合に、ＣＣ制御及びパルスＣＶ制御による放電動作を開始する。放電動作は、図３に示したステップＳ３０１〜３０５において、電力制御回路１２−１は、パルスＣＶ電圧指令（電圧指令にパルス指令を加算した指令）よりも電池２０の電圧（電圧ＦＢ）が大きい場合、制御モードとしてＣＣ制御を選択する。逆に、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令以下の場合、制御モードとしてパルスＣＶ制御を選択する。ステップＳ３０１〜３０５の動作は連続的に繰り返される。ＣＣ制御では所定の電流指令として負極の指令を設定し、同時に負極のレベルとして上限値Ｈも設定する。所定の電流指令は電流制御アンプ３４から電流指令Ｉｔｃとして出力される。パルスＣＶ電圧指令よりも電池２０の電圧が大きい場合であれば電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃは負極性となるから、電圧指令Ｖｃは、図２に示したダイオードにより電流制限器３５ヘは供給されない。したがって、パルスＣＶ電圧制御系の制限を受けることなくステップＳ３０２のルートで、Ｉｃ=Ｉｔｃとしてパワー変換器１１へ送られて電力を電池２０へ供給する。電流制御アンプ３４は、電流指令と電流検出器１７からの電流ＦＢとを比較し、これらの偏差がゼロになるように制御する。所謂、ＣＣ制御を行う。一方、電池２０の電圧がパルスＣＶ電圧指令以下の場合、ステップＳ３０１により自動的に制御モードとしてパルスＣＶ制御を選択することになる。このパルスＣＶ制御の制御モードでは、電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃは正極特性となり積極的に電流指令を抑制する信号として電流制限器３５に供給される。このため、電流制御アンプ３４から出力された電流指令Ｉｃは、電流制限器３５で電圧制御アンプ３２の出力である電圧指令Ｖｃの制限を受けて、上限値Ｈよりも低い値で変換器へ出力される。

【0077】

このように、ステップＳ３０１，ステップＳ３０２及びステップＳ３０４を繰り返すことで、電流指令Ｉｃに基づいたＣＣ制御が行われる。図４及び図５（１）に示すように、放電時にＣＣ制御を行っているときには、電圧ＦＢである電池２０の電圧は、所定のパルスＣＶ放電電圧指令である放電電圧ＶＬ−（マイナス）パルス分重畳電圧よりは大きい。このため、加減算器３１の偏差に基づく積分型の電圧制御アンプ３２により出力される電圧指令Ｖｃは負極性となり、正極性しか通さないように構成された今回の回路では電流制限器３５に出力されることはなく、ＣＣ制御では電流指令に基づいた電流が電池２０から放出される。

【0078】

また、図３のステップＳ３０１，ステップＳ３０３及びステップＳ３０４を繰り返すことで、電圧指令Ｖｃが反映された上限値Ｈに基づいたパルスＣＶ制御が行われる。この場合の電圧指令Ｖｃには、放電電圧ＶＬの電圧指令に重畳されたパルス指令が反映されている。図６に示すように、パルスＣＶ制御時には、電圧ＦＢである放電電圧は、所定の電圧指令である下限電圧ＶＬにパルス指令を加えた指令（パルスＣＶ放電電圧指令）になるように制御され、加減算器３１により出力される電圧偏差は、０を基準にしてパルス状に変化する。電圧制御アンプ３２により出力される電圧指令Ｖｃは、減少曲線に沿ってパルス状に徐々に減少して０に近づき、電圧制御アンプ３２により出力される電圧指令Ｖｃが反映された上限値Ｈも、減少曲線に沿ってパルス状に徐々に減少する。これにより、電流制限器３５は、入力した電流指令Ｉｃが上限値Ｈ以上であることを判定し、入力した電流指令Ｉｃの代わりに上限値Ｈを電流指令Ｉｔｒとして出力する。図６に示すように、パルスＣＶ制御時には、放電電圧は、一定の電圧指令にパルスを加えた値に制御され、電流ＦＢである放電電流は、放電電流ＡＨから減少曲線に沿って徐々にパルス状に下降する。

【0079】

尚、図６に示すように、放電時には、電池２０の最低電圧を維持する必要があり、少なくとも放電電圧が電池２０の定格電圧を超えた許容最低電圧ＶＬＬよりも低くならないように制御される。

【0080】

また、図３のステップＳ３０４において、放電の停止条件は、前述のとおり、例えば、パルスＣＶ制御において、放電電流または電圧ＦＢである電池２０の電圧が所定値まで下降したこと、または放電電力量が所定値になっていること等である。

【0081】

以上の説明は、図４及び図６に示したように、矩形波のパルス指令を用いた場合の処理であるが、電力制御回路１２−１は、矩形波以外のパルス指令を用いた場合も同様の処理を行う。

【0082】

図７は、正弦波を重畳した場合の充電時における電圧及び電流等の特性を示す図であり、図８は、正弦波を重畳した場合の放電時における電圧及び電流等の特性を示す図である。図７及び図８に示す正弦波のパルス指令を用いる場合も、図４及び図６に示した矩形波のパルス指令を用いる場合と同様の特性となる。

【0083】

以上のように、実施例１による電力制御回路１２−１を用いた充放電装置３０によれば、電力制御回路１２−１の加減算器３１は、所定の電圧指令に所定のパルス指令を加算した新たな電圧指令（パルスＣＶ電圧指令、パルスＣＶ放電電圧指令）を生成し、電圧制御アンプ３２は、新たなパルス指令が重畳した電圧指令に基づいた電圧指令Ｖｃを生成し、電流制限器３５は、電圧指令Ｖｃを反映した上限値Ｈを設定するようにした。電力制御回路１２−１は、減算器３３及び電流制御アンプ３４にて生成した電流指令Ｉｃを電流指令Ｉｔｒとして、パワー変換器１１を制御することでＣＣ制御を行い、電流指令ＩｃをパルスＣＶ制御で上限値Ｈを制限して電流指令Ｉｔｒを抑制し、パワー変換器１１を制御することでパルスＣＶ制御を行うようにした。これにより、パルスＣＶ制御時に、電流指令Ｉｔｒを電流制限器３５の上限値Ｈに追従させ、減少する充電電流及び放電電流を減少曲線に沿ってパルス状に変化させることができる。この場合、パルス指令を重畳させない場合に比べ、充電電流、放電電流、充電電力及び放電電力をパルス状に増加させることができる。

【0084】

つまり、図４及び図６に示すように、パルスＣＶ制御により、パルス指令に応じて充電電圧を許容最大電圧近くまで上昇させ、より大きな充電電流及び充電電力を電池２０へ供給することができる。また、パルス指令に応じて放電電圧を許容最低電圧近くまで下降させ、より大きな放電電流及び放電電力を電池２０から放出することができる。したがって、電池２０の充放電時間を短縮することができ、効率的な充放電を実現することができる。

【0085】

また、スイッチング素子を用いることなくパルスＣＶ制御を行うようにしたから、充電電流及び放電電流は０まで下がることがなく、減少曲線に沿ってパルス状に変化して減少する。したがって、電池２０への負担の少ない充放電を実現することができ、切り替え時の損失に伴う発熱による温度上昇を抑制することができる。

【0086】

充電電圧である上限電圧ＶＨ及び放電電圧である下限電圧ＶＬは、電池２０特有の特性電圧である。加減算器３１に与える所定の電圧指令及び減算器３３に与える所定の電流指令を電池２０の仕様に応じた指令とすることにより、充放電電流を任意に制御することででき、所望の充放電制御を実現することができる。

【0087】

〔実施例２〕
次に、実施例２について説明する。実施例２は、実施例１と同様に、ＣＣ制御を行った後に、電圧指令にパルス指令を加えたパルスＣＶ制御を行うものであり、実施例１におけるパルスＣＶ制御の回路に制御的な安定性を得るべく積分器等を追加したものである。

【0088】

図９は、実施例２による電力制御回路１２の構成を示すブロック図である。この実施例２による電力制御回路１２−２は、加減算器３１、電圧制御アンプ３２、減算器３３、電流制御アンプ３４、電流制限器３５、積分器３６、加算器３７及びダイオード３８を備えている。尚、図９に示す電力制御回路１２−２の構成は、充放電制御の特徴を説明するために必要な箇所のみを示しており、充放電制御の特徴に直接関係しない構成は省略してある。また、図９において、図２に示した電力制御回路１２−１の構成と共通する部分には図２と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

【0089】

積分器３６は、電圧制御アンプ３２から電圧指令Ｖｃを入力し、電圧指令Ｖｃの移動平均等の処理により平均値を算出する。加算器３７は、電圧制御アンプ３２から電圧指令Ｖｃを入力すると共に、積分器３６から平均値を入力し、電圧指令Ｖｃに平均値を加算し、加算結果を新たな電圧指令Ｖｃとして、ダイオード３８を介して電流制限器３５に出力する。

【0090】

これにより、電圧制御アンプ３２が入力する電圧偏差に一層追従可能な新たな電圧指令Ｖｃを生成することができ、充放電電圧特性を改善することができる。実施例２による充電処理及び放電処理は実施例１と同様であるので、詳しい説明は省略する。

【0091】

以上のように、実施例２による電力制御回路１２−２を用いた充放電装置３０によれば、実施例１の電力制御回路１２−１における電圧制御アンプ３２の後段に、積分器３６及び加算器３７を加えるようにした。これにより、電圧偏差に追従した新たな電圧指令Ｖｃを生成することができ、充放電電圧特性を改善することができるから、実施例１の効果に加え、パルスＣＶ制御を一層安定的に動作させることができる。

【0092】

以上、実施例１，２を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。前記実施例１，２による電力制御回路１２−１，１２−２では、図２及び図９に示したように、アナログ回路をベースに充放電制御を行っているが、コンピュータによるソフトウエアにて実現することも可能である。充放電装置３０に備えた電力制御回路１２−１，１２−２のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。電力制御回路１２−１，１２−２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。電力制御回路１２−１に備えた加減算器３１、電圧制御アンプ３２、減算器３３、電流制御アンプ３４及び電流制限器３５等は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。電力制御回路１２−２に備えた加減算器３１、電圧制御アンプ３２、減算器３３、電流制御アンプ３４、電流制限器３５、積分器３６及び加算器３７等も同様である。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。

【符号の説明】

【0093】

１ 商用電源
２ 絶縁トランス
３，５，１４ リアクタ
４，１１，１１０ パワー変換器
６，１５ コンデンサ
７ 制御回路
８ 直流電源制御回路
９，１３，１７，１２０ 電流検出器
１０，１８，１３０ 電圧検出器
１２，１００ 電力制御回路
１６ コモンチョークコイル
２０，１４０ 電池
２１ 電源同期型コンバータ
２２ ＤＣＤＣコンバータ
３０ 充放電装置
３１ 加減算器
３２，１０４ 電圧制御アンプ
３３，１０１，１０３ 減算器
３４，１０２ 電流制御アンプ
３５ 電流制限器
３６ 積分器
３７ 加算器
３８ ダイオード
１０５ スイッチ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】