特許 6376370 フィードバック制御装置

(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】6376370

(24)【登録日】2018年8月3日

(45)【発行日】2018年8月22日

(54)【発明の名称】フィードバック制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 11/42 20060101AFI20180813BHJP

【ＦＩ】

   G05B11/42 Z

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-506978(P2017-506978)

(86)(22)【出願日】2014年8月8日

(65)【公表番号】特表2017-523532(P2017-523532A)

(43)【公表日】2017年8月17日

(86)【国際出願番号】IB2014001502

(87)【国際公開番号】WO2016020717

(87)【国際公開日】20160211

【審査請求日】2017年2月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】595098011

【氏名又は名称】東洋システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100095337

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100174425

【弁理士】

【氏名又は名称】水崎 慎

(72)【発明者】

【氏名】庄司 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】宗像 一郎

【審査官】 稲垣 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２１８４８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１６８２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５１２２１９９（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ １１／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力の充電または放電を行う制御対象に対して定電流制御を行う第１制御部、
前記制御対象に対して定電圧制御を行う第２制御部、
前記定電流制御ならびに前記定電圧制御に用いる単一の積分制御部、
予め設定された電流設定値と前記制御対象から電流計測部によって計測された電流値との偏差を求めて前記第１制御部へ入力する第１減算器、
予め設定された電圧設定値と前記制御対象から電圧計測部によって計測された電圧値との偏差を求めて前記第２制御部へ入力する第２減算器、
前記積分制御部の出力制御値を入力し、該積分制御部の出力制御値と前記第１制御部または前記第２制御部の出力制御値とを加算する加算器、
前記加算器から出力される制御値を用いて前記制御対象の充電または放電を制御する出力制御部、
前記第１減算器から出力される偏差と前記第２減算器から出力される偏差とを切替えて前記積分制御部へ入力する第１切替スイッチ、
前記第１制御部の出力制御値と前記第２制御部の出力制御値とを切替えて前記加算器へ入力する第２切替スイッチ、
および、
前記制御対象の電圧を判定して前記第１切替スイッチならびに前記第２切替スイッチの接続切替えを制御する切替判定部、
を備え、
前記電流計測部、前記第１減算器、前記第１制御部、前記積分制御部、前記加算器、および、前記出力制御部により前記制御対象の定電流制御ループを形成し、
前記電圧計測部、前記第２減算器、前記第２制御部、前記積分制御部、前記加算器、および、前記出力制御部により前記制御対象の定電圧制御ループを形成し、
前記切替判定部は、
前記第１切替スイッチおよび前記第２切替スイッチを制御して前記定電流制御ループを形成させ、前記第１制御部の出力制御値と前記積分制御部の出力制御値とを加算して前記定電流制御を行い、
前記定電流制御により前記制御対象の電圧が前記電圧設定値となったことを認識したとき、
前記第１切替スイッチおよび前記第２切替スイッチを制御して前記定電圧制御ループを形成させ、前記第２制御部の出力制御値と前記積分制御部の出力制御値とを加算して前記定電圧制御を行い、
前記定電流制御から前記定電圧制御へ切替えるとき前記積分制御部の出力制御値の出力を継続させる、
ことを特徴とするフィードバック制御装置。

【請求項2】

前記第１制御部は、第１比例制御部を含み、
前記第２制御部は、第２比例制御部を含み、
前記制御対象に、前記定電流制御として第１のＰＩ制御を行い、前記定電圧制御として第２のＰＩ制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィードバック制御装置。

【請求項3】

前記第１制御部は、第１比例制御部および第１微分制御部を含み、
前記第２制御部は、第２比例制御部および第２微分制御部を含み、
前記制御対象に、前記定電流制御として第１のＰＩＤ制御を行い、前記定電圧制御として第２のＰＩＤ制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のフィードバック制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、二元パラメータのフィードバック制御を切り替えて制御対象を制御するフィードバック制御装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

例えば、入力電圧の昇圧と降圧とを行う昇降圧コンバータなどにおいては、２系統の制御手段を備え、それぞれのフィードバック制御を切り替えて行っている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、コンデンサや二次電池に供給する電源電圧を昇圧、あるいは降圧してから力行動作または回生動作を行うように構成されている。具体的には、昇圧を行う際のＰＩ制御系と降圧を行う際のＰＩ制御系とをそれぞれ備え、これらの制御系を電力出力手段等に切り替え接続することによって上記の各装置動作を行っている。また、２系統のフィードバック制御を行う装置には、例えば定電流制御と定電圧制御とを切替えて継続制御を行うものがある。

【0003】

図４は、従来のＰＩ制御装置の構成を示す説明図である。この図は、例えばコンデンサなどの制御対象１１１にフィードバック制御（ＰＩ制御）を行うＰＩ制御装置１０１の構成例を示したものである。
ＰＩ制御装置１０１は、外部から電流設定値を入力する基準入力部（Ａ）１０２、この電流設定値を用いてＰＩ制御を行う電流制御部１０３、制御対象１１１に流れる電流を測定する電流計測部（Ａ’）１０４を電流制御系として備えている。
また、外部から電圧設定値を入力する基準入力部（Ｂ）１０５、この電圧設定値を用いてＰＩ制御を行う電圧制御部１０６、制御対象１１１に生じる、あるいは印加されている電圧を測定する電圧計測部（Ｂ’）１０７を電圧制御系として備えている。

【0004】

電流制御部１０３の出力点と電圧制御部１０６の出力点は、切替スイッチ１０９を介して出力制御部１０８に接続されている。切替スイッチ１０９は、例えば制御対象１１１の電圧出力等に応じて前述の電流制御と電圧制御の切替判定を行う切替判定部１１０に接続されている。
出力制御部１０８は、例えばパワー半導体素子を備えて電流制御部１０３または電圧制御部１０６から出力される制御信号（出力電圧）等に応じた大きさの電圧または電流を制御対象１１１へ出力するように構成されている。

【0005】

電流制御部１０３は、基準入力部（Ａ）１０２と電流計測部（Ａ’）１０４の各出力値の差を求める減算器２０１、減算器２０１の出力値を用いてＰ制御値を求めるP 制御部２０２、減算器２０１の出力値を用いてＩ制御値を求めるＩ（積分）制御部２０３、P 制御部２０２とＩ（積分）制御部２０３の各出力値を加算してＰＩ制御値を求める加算器２０４を備えている。
電圧制御部１０６は、基準入力部（Ｂ）１０５と電圧計測部（Ｂ’）１０７の各出力値の差を求める減算器２０５、減算器２０５の出力値を用いてＰ制御値を求めるP 制御部２０６、減算器２０５の出力値を用いてＩ制御値を求めるＩ（積分）制御部２０７、P 制御部２０６とＩ（積分）制御部２０７の各出力値を加算してＰＩ制御値を求める加算器２０８を備えている。

【0006】

図５は、従来のＰＩＤ制御装置の構成を示す説明図である。図示したＰＩＤ制御装置１２０は、電流制御部１２１および電圧制御部１２２以外について図４のＰＩ制御装置１０１と同様に構成されている。
電流制御部１２１は、減算器２０１、P 制御部２０２、I (積分)制御部２０３、加算器２０４を備え、さらに減算器２０１の出力値を用いてＤ制御値を求めるＤ制御部２１０を備えている。電流制御部１２１の加算器２０４は、P制御部２０２、I (積分)制御部２０３、Ｄ制御部２１０の各出力値を加算してＰＩＤ制御値を出力するように構成されている。
電圧制御部１２２は、減算器２０５、P制御部２０６、Ｉ（積分）制御部２０７、加算器２０８を備え、さらに減算器２０５の出力値を用いてＤ制御値を求めるＤ制御部２１１を備えている。電圧制御部１２２の加算器２０８は、P制御部２０６、Ｉ（積分）制御部２０７、Ｄ制御部２１１の各出力値を加算してＰＩＤ制御値を求めるように構成されている。

【0007】

次に動作について説明する。
図５のＰＩＤ制御装置１２０は、Ｄ制御部２１０，２１１の各出力値を含めて制御対象１１１の制御を行う以外はＰＩ制御装置１０１と同様に動作することから、ここではＰＩ制御装置１０１の動作を代表して説明する。また、制御対象１１１への充電動作を例示して説明する。以下、充電を放電と読み替えた場合でも制御切替えは同様に行われる。
前述のように外部から電流設定値が基準入力部（Ａ）１０２を介して電流制御部１０３へ入力されると、当該電流制御部１０３は、前述の電流設定値と、電流計測部（Ａ’）１０４から出力された制御対象１１１に流れる電流測定値との偏差を、自ら備える減算器２０１によって求め、この値をP制御部２０２およびI (積分)制御部２０３へ入力する。P制御部２０２およびI (積分)制御部２０３がそれぞれ求めた値を、加算器２０４を用いて加算してＰＩ制御値（電流制御値）を求める。

【0008】

また、外部から電圧設定値が基準入力部（Ｂ）１０５を介して電圧制御部１０６へ入力されると、電圧制御部１０６は、前述の電圧設定値と、電圧計測部（Ｂ’）１０７から出力された制御対象１１１の例えば電極間の電圧測定値との偏差を、自ら備える減算器２０５によって求め、この値をP制御部２０６およびI (積分)制御部２０７へ入力する。P制御部２０６およびI (積分)制御部２０７がそれぞれ求めた値を、加算器２０８を用いて加算してＰＩ制御値（電圧制御値）を求める。

【0009】

図６は、図４のＰＩ制御装置の動作を示す説明図である。この図は、切替判定部１１０が切替スイッチ１０９を制御する際の制御動作を示したものである。
図６（ａ）は、縦軸が電流値、横軸が経過時間を表し、ＰＩ制御装置１０１から制御対象１１１へ供給される充電電流の時間変化を示したものである。
図６（ｂ）は、縦軸が電圧値、横軸が経過時間を表し、ＰＩ制御装置１０１に接続された制御対象１１１の例えば電極間電圧の時間変化を示したものである。
図６（ｃ）は、縦軸が電流制御値、横軸が経過時間を表し、上記のように制御対象１１１に充電電流を供給するときの電流制御の時間変化を示している。なお、図６（ｃ）には、電流制御値について、P制御部２０２から出力されるＰ制御値（グラフ（１））とI (積分)制御部２０３から出力されるＩ制御値（グラフ（２））とをそれぞれ示している。
図６（ｄ）は、縦軸が電圧制御値、横軸が経過時間を表し、上記の充電電流を供給する（充電電圧を印加する）ときの電圧制御の時間変化を示している。なお、図６（ｄ）には、電圧制御について、P制御部２０６から出力されるＰ制御値（グラフ（３））と、Ｉ(積分)制御部２０７から出力されるＩ制御値（グラフ（４））とをそれぞれ示している。

【0010】

制御対象１１１が例えばリチウムイオン二次電池であり、この制御対象１１１に充電電力を供給するとき、切替判定部１１０は、充電を開始する際に切替スイッチ１０９を制御して電流制御部１０３と出力制御部１０８とを接続する。出力制御部１０８と接続された電流制御部１０３は、制御対象１１１へ供給する充電電流が基準入力部（Ａ）１０２から入力した電流設定値となるようにＰＩ制御を行う。
このとき、電流制御部１０３は、電流計測部（Ａ’）１０４が測定した電流測定値と上記の電流設定値との偏差を求め、以降の電流測定値が電流設定値となって一定に維持されるように、図６（ｃ）に示したようにＰ制御およびＩ制御によって求めている電流制御値を調整して定電流制御（ＰＩ制御）を行う。

【0011】

前述のように、定電流制御によって充電が進行し、図６（ｂ）に示したように制御対象１１１の電圧値が上昇して、基準入力部（Ｂ）１０５によって入力された電圧設定値に達すると、切替判定部１１０は図示したポイントＰ１において切替条件が発生したと判定し、切替スイッチ１０９の接続を切替えて電圧制御部１０６と出力制御部１０８とを接続する。
換言すると、切替判定部１１０は、例えば電圧計測部（Ｂ’）１０７の電圧測定値が電圧設定値に到達すると、これまで行ってきた定電流制御を図６（ｃ）のポイントＰ２において定電圧制御へ切替える。

【0012】

電圧制御部１０６は、上記の制御切替によって出力制御部１０８に接続されると、図６（ｂ）の定電圧制御区間に示したように制御対象１１１の電極間電圧を一定にするための電圧制御値を求める。
切替判定部１１０によって定電流制御から定電圧制御へ切替えた直後には、図６（ｄ）に示したポイントＰ３（変動区間）のように電圧制御部１０６から出力される電圧制御値が不安定になり、特に、Ｉ制御によって求めた電圧制御値が大きく変動し、制御対象１１１へ供給されている電圧等が不安定になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

特許文献１：特許第５１２２１９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

従来のフィードバック制御装置は以上のように構成されているので、２元パラメータに関して制御切替えを行ったとき、フィードバック制御値が変動して制御対象への制御が不安定になるという問題点があった。

【0015】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、２元のフィードバック制御を切替えるとき円滑に制御を継続するフィードバック制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

この発明に係るフィードバック制御装置は、電力の充電または放電を行う制御対象に対して定電流制御を行う第１制御部、前記制御対象に対して定電圧制御を行う第２制御部、前記定電流制御ならびに前記定電圧制御に用いる単一の積分制御部、予め設定された電流設定値と前記制御対象から電流計測部によって計測された電流値との偏差を求めて前記第１制御部へ入力する第１減算器、予め設定された電圧設定値と前記制御対象から電圧計測部によって計測された電圧値との偏差を求めて前記第２制御部へ入力する第２減算器、前記積分制御部の出力制御値を入力し、該積分制御部の出力制御値と前記第１制御部または前記第２制御部の出力制御値とを加算する加算器、前記加算器から出力される制御値を用いて前記制御対象の充電または放電を制御する出力制御部、前記第１減算器から出力される偏差と前記第２減算器から出力される偏差とを切替えて前記積分制御部へ入力する第１切替スイッチ、前記第１制御部の出力制御値と前記第２制御部の出力制御値とを切替えて前記加算器へ入力する第２切替スイッチ、および、前記制御対象の電圧を判定して前記第１切替スイッチならびに前記第２切替スイッチの接続切替えを制御する切替判定部、を備え、前記電流計測部、前記第１減算器、前記第１制御部、前記積分制御部、前記加算器、および、前記出力制御部により前記制御対象の定電流制御ループを形成し、前記電圧計測部、前記第２減算器、前記第２制御部、前記積分制御部、前記加算器、および、前記出力制御部により前記制御対象の定電圧制御ループを形成し、前記切替判定部は、前記第１切替スイッチおよび前記第２切替スイッチを制御して前記定電流制御ループを形成させ、前記第１制御部の出力制御値と前記積分制御部の出力制御値とを加算して前記定電流制御を行い、前記定電流制御により前記制御対象の電圧が前記電圧設定値となったことを認識したとき、前記第１切替スイッチおよび前記第２切替スイッチを制御して前記定電圧制御ループを形成させ、前記第２制御部の出力制御値と前記積分制御部の出力制御値とを加算して前記定電圧制御を行い、前記定電流制御から前記定電圧制御へ切替えるとき前記積分制御部の出力制御値の出力を継続させる、ことを特徴とする。

【0017】

また、前記第１制御部は、第１比例制御部を含み、前記第２制御部は、第２比例制御部を含み、前記制御対象に、前記定電流制御として第１のＰＩ制御を行い、前記定電圧制御として第２のＰＩ制御を行う、ことを特徴とする。

【0018】

また、前記第１制御部は、第１比例制御部および第１微分制御部を含み、前記第２制御部は、第２比例制御部および第２微分制御部を含み、前記制御対象に、前記定電流制御として第１のＰＩＤ制御を行い、前記定電圧制御として第２のＰＩＤ制御を行う、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

この発明によれば、第１フィードバック制御から第２フィードバック制御へ切替えるときに制御値の変動を抑えることができ、フィードバック制御を滑らかに継続させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施例によるフィードバック制御装置の構成を示す説明図である。

【図2】本発明の実施例によるフィードバック制御装置の他の構成を示す説明図である。

【図3】本発明の実施例によるフィードバック制御装置の動作を示す説明図である。

【図4】従来のＰＩ制御装置の構成を示す説明図である。

【図5】従来のＰＩＤ制御装置の構成を示す説明図である。

【図6】図４のＰＩ制御装置の動作を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、この発明の実施の一形態を説明する。

【実施例】

【0022】

図１は、この発明の実施例によるフィードバック制御装置の構成を示す説明図である。この図は、フィードバック制御装置の一構成例であるＰＩ制御装置１を示したものである。
ＰＩ制御装置１は、外部から電流設定値を入力する基準入力部（Ａ）１１、基準入力部（Ａ）１１を介して電流設定値を入力し、例えば制御対象２１へ供給する充電電流を一定に維持するための制御値を求める電流制御部１２、制御対象２１に流れる電流を計測して例えば当該電流測定値を減算器３０において処理可能な所定様式の信号に変換する、もしくは当該信号を生成する電流計測部（Ａ’）１３を備えている。

【0023】

また、ＰＩ制御装置１は、外部から電圧設定値を入力する基準入力部（Ｂ）１４、基準入力部（Ｂ）１４を介して電圧設定値を入力し、例えば制御対象２１へ印加する充電電圧を一定に維持するための制御値を求める電圧制御部１５、制御対象２１の例えば電極間電圧を計測して例えば当該電圧測定値を、減算器３２において処理可能な所定様式の信号に変換する、もしくは当該信号を生成する電圧計測部（Ｂ’）１６を備えている。
またさらに、ＰＩ制御装置１は、入力切替スイッチ２２、出力切替スイッチ２３、Ｉ（積分）制御部２４、加算器２５、出力制御部２６、u1/u2判定部２７を備えている。
制御対象２１は、ＰＩ制御装置１の出力制御部２６によって所定の制御が行われるもので、例えばコンデンサや二次電池等である。
なお、ここでは制御対象２１へ充電電力を供給するものを例示して説明する。

【0024】

電流制御部１２は、基準入力部（Ａ）１１から入力した電流設定値と電流計測部（Ａ’）１３から入力した電流測定値の偏差を求める減算器３０と、減算器３０の出力値を用いてＰ（Proportional：比例）制御値を求めるP制御部３１とを有している。
電圧制御部１５は、基準入力部（Ｂ）１４から入力した電圧設定値と電圧計測部（Ｂ’）１６から入力した電圧測定値の偏差を求める減算器３２と、減算器３２の出力値を用いてＰ制御値を求めるP制御部３３とを有している。
減算器３０の出力点は、P制御部３１の入力点および入力切替スイッチ２２の接点ｕ１に接続されている。
減算器３２の出力点は、P制御部３３の入力点および入力切替スイッチ２２の接点ｕ２に接続されている。
入力切替スイッチ２２の基点ｂは、Ｉ（Integral：積分）制御値を求めるＩ（積分）制御部２４の入力点に接続されており、減算器３０と減算器３２のいずれか一方の出力点がＩ（積分）制御部２４の入力点と接続するように構成されている。

【0025】

Ｉ（積分）制御部２４の出力点は、加算器２５の第１入力点に接続されている。また、加算器２５の第２入力点は出力切替スイッチ２３の基点ｂに接続されている。
P制御部３１の出力点は、出力切替スイッチ２３の接点ｕ１に、P制御部３３の出力点は、出力切替スイッチ２３の接点ｕ２に接続されており、P制御部３１とP制御部３３のいずれか一方の出力点が加算器２５の第２入力点と接続するように構成されている。
加算器２５の出力点は、出力制御部２６の入力点に接続されており、電流制御部１２およびＩ（積分）制御部２４によって生成される電流制御値（詳しくは、P制御部３１から出力されるＰ制御値とＩ（積分）制御部２４から出力されるＩ制御値とを加算したＰＩ制御値）、または電圧制御部１５およびI (積分)制御部２４によって生成される電圧制御値（詳しくは、P制御部３３から出力されるＰ制御値とI (積分)制御部２４から出力されるＩ制御値とを加算したＰＩ制御値）のいずれか一方を出力制御部２６へ入力するように構成されている。

【0026】

出力制御部２６は、加算器２５の加算処理によって生成されたＰＩ制御値に応じて制御対象２１を制御するように構成されている。具体的には、例えば前述の電流制御値に応じた充電電流を制御対象２１へ供給するように構成されており、また、前述の電圧制御値に応じた充電電圧を制御対象２１へ印加するように構成されている。
U1/u2判定部２７は、制御対象２１の状態を監視し、具体的には、例えば制御対象２１の電極間電圧を検知する電圧検知手段、また、制御対象２１に流れる電流（例えば制御対象２１に供給されている充電電流等）の値を検知する電流検知手段等を有し、これらの検知手段が検知した値に応じて入力切替スイッチ２２および出力切替スイッチ２３の各切替動作を制御するように構成されている。

【0027】

図２は、この発明の実施例によるフィードバック制御装置の他の構成を示す説明図である。この図は、フィードバック制御装置の他の構成例であるＰＩＤ制御装置２を示したものである。図１に示したものと同一、あるいは相当する部分に同じ符号を使用し、その説明を省略する。
ＰＩＤ制御装置２が備える電流制御部１２ａは、減算器３０、P制御部３１、さらにＤ（Differential：微分）制御値を求めるＤ制御部４１、加算器４２を備えている。また、電圧制御部１５ａは、減算器３２、P制御部３３、さらにＤ制御部４３、加算器４４を備えている。

【0028】

電流制御部１２ａのＤ制御部４１は、自身の入力点をP制御部３１の入力点とともに、減算器３０の出力点と入力切替スイッチ２２の接点ｕ１に接続している。
Ｄ制御部４１は、出力点を加算器４２の第１入力点に接続しており、当該加算器４２の第２入力点には、P制御部３１の出力点が接続されている。即ち、Ｄ制御部４１はP制御部３１と並列に接続されており、当該P制御部３１と同一の入力値、即ち減算器３０の出力値を入力するように接続されている。また、当該Ｄ制御部４１が求めたＤ制御値を加算器４２へ入力し、P制御部３１が求めたＰ制御値と加算するように接続されている。
加算器４２の出力点は、出力切替スイッチ２３の接点ｕ１に接続されている。

【0029】

電圧制御部１５ａのＤ制御部４３は、自身の入力点をP制御部３３の入力点とともに、減算器３２の出力点と入力切替スイッチ２２の接点ｕ２に接続している。
Ｄ制御部４３は、出力点を加算器４４の第１入力点に接続しており、当該加算器４４の第２入力点には、P制御部３３の出力点が接続されている。即ち、Ｄ制御部４３はP制御部３３と並列に接続されており、当該P制御部３３と同一の入力値、即ち減算器３２の出力値を入力するように接続されている。また、当該Ｄ制御部４３が求めたＤ制御値を加算器４４へ入力し、P制御部３３が求めたＰ制御値と加算するように接続されている。
加算器４４の出力点は、出力切替スイッチ２３の接点ｕ２に接続されている。

【0030】

次に動作について説明する。
図２に示したＰＩＤ制御装置２は、Ｄ制御部４１，４３ならびに加算器４２，４４を備えた以外は、図１のＰＩ制御装置１と同様に構成されており、また、定電流制御と定電圧制御の切替動作に関しては同様に動作する。ここでは、図１に示したＰＩ制御装置１の充電動作を代表して説明する。なお、２つの制御ループを切替える放電動作も同様に行うことが可能であり、この場合、以下の説明において「充電」を「放電」へ、また「上昇」を「下降」へ、などの読み替えを行ったものになる。
図３は、この発明の実施例によるフィードバック制御装置の動作を示す説明図である。この図は、u1/u2判定部２７が切替スイッチ２２，２３を制御する際の制御動作を示したものである。

【0031】

制御対象２１が例えばリチウムイオン二次電池である場合、充電開始時においては当該リチウムイオン二次電池の規格等によって定められている電流値（基準入力部（Ａ）１１によって設定された電流設定値）を維持して充電を行う。また、この定電流充電によってリチウムイオン二次電池の電極間電圧が上昇し、この電圧値が当該リチウムイオン二次電池の規格等に基づいて定められている規定電圧（基準入力部（Ｂ）１４によって設定された電圧設定値）に達すると、この規定電圧を維持して定電圧充電を続行する。
ここでは、リチウムイオン二次電池の充電動作におけるＰＩ制御を例示して説明する。
図３には、上記の定電流充電を行う期間を「定電流制御区間」とし、また、電圧設定値（上記の規定電圧）を維持して定電圧充電を行う期間を「定電圧制御区間」として示している。
なお、基準入力部（Ａ）１１から入力される電流設定値、および、基準入力部（Ｂ）１４から入力される電圧設定値は、適宜、外部から入力され、例えば充電動作を開始する前には当該ＰＩ制御装置１へ入力設定されている。

【0032】

図３（ａ）は、縦軸が電流値、横軸が経過時間を表し、ＰＩ制御装置１から制御対象２１へ供給される充電電流の時間変化を示したものである。
図３（ｂ）は、縦軸が電圧値、横軸が経過時間を表し、ＰＩ制御装置１に接続された制御対象２１の例えば電極間電圧の時間変化を示したものである。
図３（ｃ）は、縦軸が電流制御値、横軸が経過時間を表し、上記のように制御対象２１に充電電流を供給するときの電流制御の時間変化を示している。なお、図３（ｃ）には、電流制御値について、P制御部３１から出力されるＰ制御値（グラフ（５））と、I (積分)制御部２４から出力されるＩ制御値（グラフ（６））とをそれぞれ示している。
図３（ｄ）は、縦軸が電圧制御値、横軸が経過時間を表し、上記の充電電流を供給する（充電電圧を印加する）ときの電圧制御の変遷を示している。なお、図３（ｄ）には、電圧制御について、P制御部３３から出力されるＰ制御値を示している。この電圧制御におけるＩ（積分）制御部２４から出力されるＩ制御値は、図３（ｃ）の定電圧制御区間に示したグラフ（６）のようになる。

【0033】

制御対象２１がリチウムイオンニ次電池等である場合には、この制御対象２１に充電電流を供給するとき、u1/u2判定部２７は、初めに定電流制御による充電を行うために入力切替スイッチ２２および出力切替スイッチ２３の各基点ｂを接点ｕ１へ接続させる。即ち、電流制御部１２の減算器３０の出力点とＩ（積分）制御部２４の入力点とを接続し、また、電流制御部１２（P制御部３１）の出力点とＩ（積分）制御部２４の出力点とを加算器２５を介して出力制御部２６へ接続する。
上記のスイッチ接続状態において、基準入力部（Ａ）１１から入力された電流設定値を、電流計測部（Ａ’）１３から出力されている電流測定値とともに減算器３０へ入力する。
減算器３０が求めた値（偏差）は、P制御部３１へ入力されるとともに入力切替スイッチ２２を介してＩ（積分）制御部２４へ入力され、この時点におけるＰ制御値およびＩ制御値を求める。

【0034】

Ｉ（積分）制御部２４からのＩ制御値は加算器２５へ入力され、P制御部３１からのＰ制御値は出力切替スイッチ２３を介して加算器２５へ入力される。加算器２５は、これらの制御値からＰＩ制御値を求めて出力制御部２６へ出力する。
出力制御部２６は、入力したＰＩ制御値に応じた充電電流を制御対象２１へ供給する。この充電電流の大きさは、電流計測部（Ａ’）１３によって計測され、次の時点の電流測定値として減算器３０へ出力される。

【0035】

減算器３０は、上記時点の電流測定値と前述の電流設定値（入力基準値）との偏差を求め、この値をP制御部３１へ出力するとともに入力切替スイッチ２２を介してI (積分)制御部２４へ出力する。
この後、P制御部３１およびＩ（積分）制御部２４は、新たな入力値に対してＰ制御値およびＩ制御値を求め、加算器２５が新たなＰＩ制御値を生成する。このＰＩ制御値を出力制御部２６へ入力し、図３（ａ）に示したように、（図示した定電流制御区間において）出力制御部２６から制御対象２１へ供給する充電電流が電流設定値となるように補償するフィードバック制御を行う。
定電流制御においては、上記のようにP制御部３１、Ｉ（積分）制御部２４、加算器２５、出力制御部２６、（制御対象２１）、電流計測部（Ａ’）１３、減算器３０等によって定電流制御ループが形成されている。

【0036】

前述のように一定に維持した充電電流を制御対象２１へ供給することによって、制御対象２１の電極間、もしくは充電端子間の電圧値が図３（ｂ）に示したように上昇する。
U1/u2判定部２７は、図３（ｂ）に示したポイントＰ４の時点において、制御対象２１の電極間電圧が電圧設定値に到達したことを認識すると、充電動作の制御を定電流制御から定電圧制御へ切替える。具体的には、入力切替スイッチ２２および出力切替スイッチ２３を制御して、各スイッチの基点ｂを接点ｕ１から接点ｕ２に切替え接続させる。
Ｉ（積分）制御部２４は、定電圧制御が開始されるポイントＰ４の時点において、定電流制御の最新の偏差を入力しておる。即ち、Ｉ（積分）制御部２４は、上記の状態で定電流制御から定電圧制御への切替えが行われることから、常に定電流制御ループまたは定電圧制御ループ内において稼動しており、図３（ｃ）のグラフ（６）に示したように制御切替時点において大きく変動することなくＩ制御値の出力を継続する。

【0037】

また、ポイントＰ４の時点における制御切替えでは、前述のように出力切替スイッチ２３の接点接続が切替わり、加算器２５とP制御部３１の接続が遮断され、加算器２５の入力点にP制御部３３が接続される。即ち、図３（ｃ）に示したポイントＰ５においてP制御部３１から加算器２５へ入力されていた定電流制御のＰ制御値が遮断され、図３（ｄ）に示したポイントＰ６においてP制御部３３から加算器２５へ定電圧制御のＰ制御値入力が開始される。なお、上記のポイントＰ４〜Ｐ６は充電期間内において同一時点とみなすことができる時間長さである。

【0038】

定電圧制御に用いるフィードバック制御系、即ち電圧制御部１５等は、図３の定電流制御区間において稼動する制御ループに含まれていない。定電流制御区間では、充電動作が進行することによって制御対象２１の電極間電圧が電圧設定値に近づいて行く。そのため、定電流制御区間ではフィードバック制御として稼動していないが、この定電流制御区間において、電圧制御部１５の減算器３２が求める偏差は充電進行にともなって小さくなり、P制御部３３が求めるＰ制御値も補償が小さいものへ遷移する。
これらのことから、P制御部３３は、ポイントＰ６の時点において定電圧制御を開始するときには、出力制御部２６から出力される充電電圧を電圧設定値に補償するためのＰ制御値を生成することができる。

【0039】

このように、電圧制御部１５のP制御部３３から適正なＰ制御値が出力されており、また、Ｉ（積分）制御部２４からも前述のように定電圧制御値として概ね妥当な値を出力していることから、出力制御部２６へ入力されるＰＩ制御値は、定電流制御から定電圧制御へ切り替わる時点において適正な値から大きく外れたものとはなっていない。そのため安定したＰＩ制御を継続することができる。
図３に示した「定電圧制御区間」において、予め基準入力部（Ｂ）１４から入力した設定電圧値を充電電圧として一定に維持するときには、前述のようにu1/u2判定部２７の制御によって入力切替スイッチ２２ならびに出力切替スイッチ２３の各基点ｂの接続を、接点ｕ１から接点ｕ２へ切り替え、電圧制御部１５等を稼動させて定電圧制御ループによるフィードバック制御を行う。
上記の定電圧制御ループは、P制御部３３、Ｉ（積分）制御部２４、加算器２５、出力制御部２６、（制御対象２１）、電圧計測部（Ｂ’）１６、減算器３２等によって形成されている。

【0040】

具体的には、電圧計測部（Ｂ’）１６が制御対象２１の例えば電極間電圧を測定し、減算器３２が上記の電圧測定値と電圧設定値との偏差を求める。この偏差は、P制御部３３およびＩ（積分）制御部２４へ入力され、当該偏差に応じたＰ制御値、および、Ｉ制御値を求める。
加算器２５は、上記のＰ制御値とＩ制御値とを入力し、定電圧制御のＰＩ制御値を求める。出力制御部２６は、入力した定電圧制御のＰＩ制御値に応じて、制御対象２１の電極間、もしくは充電端子間の電圧が電圧設定値となるように補償する制御動作を行って、当該制御対象２１へ充電電圧を供給し、例えば、電流計測部（Ａ’）１３が測定した充電電流値が予め設定された所定値よりも小さくなるまで、上記の定電圧制御による充電動作を継続する。
このように制御対象２１に対する制御を滑らかに切替えて、一連の制御動作を適宜終了させる。

【0041】

以上のようにこの実施例によれば、定電流制御を行うときには電流制御部１２とＩ（積分）制御部２４とを接続し、定電圧制御を行うときには電圧制御部１５とＩ（積分）制御部２４とを接続してＰＩ制御値を生成し、出力制御部２６から制御対象２１へ充電電流を供給するようにしたので、定電流制御から定電圧制御へ切替えるときに、ＰＩ制御値が大きく変動することを防ぐことができ、制御対象２１に対して安定した制御を行うことができる。

【符号の説明】

【0042】

１ ＰＩ制御装置
２ ＰＩＤ制御装置
１１ 基準入力部（Ａ）
１２，１２ａ 電流制御部
１３ 電流計測部（Ａ’）
１４ 基準入力部（Ｂ）
１５，１５ａ 電圧制御部
１６ 電圧計測部（Ｂ’）
２１ 制御対象
２２ 入力切替スイッチ
２３ 出力切替スイッチ
２４ I (Integral:積分)制御部
２５，４２，４４ 加算器
２６ 出力制御部
２７ u1/u2判定部（切替判定部）
３０，３２ 減算器
３１，３３ P（Proportional:比例）制御部
４１，４３ Ｄ（Differential:微分）制御部
１０１ ＰＩ制御装置
１０２ 基準入力部（Ａ）
１０３ 電流制御部
１０４ 電流計測部（Ａ’）
１０５ 基準入力部（Ｂ）
１０６ 電圧制御部
１０７ 電圧計測部（Ｂ’）
１０８ 出力制御部
１０９ 切替スイッチ
１１０ 切替判定部
１２０ ＰＩＤ制御装置
１１１ 制御対象
１２１ 電流制御部
１２２ 電圧制御部
２０１，２０５ 減算器
２０２，２０６ P（Proportional:比例）制御部
２０３，２０７ I (Integral：積分)制御部
２０４，２０８ 加算器
２１０，２１１ Ｄ (Differential:微分) 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】