充放電試験システム
【課題】充放電試験システムの電力使用効率を向上させる。
【解決手段】双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、交流側端子が交流電源に接続され、直流側端子が直流バスに接続される。複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３は、一端が直流バス６０に接続され、他端が試料３１〜３３に接続され。制御装置５０は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御して、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３による複数の試料３１〜３３に対する充放電を制御する。その際、複数の複数の試料３１〜３３の充放電パターンに応じて、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御する。複数の試料３１〜３３の充放電パターンは、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされている。
【解決手段】双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、交流側端子が交流電源に接続され、直流側端子が直流バスに接続される。複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３は、一端が直流バス６０に接続され、他端が試料３１〜３３に接続され。制御装置５０は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御して、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３による複数の試料３１〜３３に対する充放電を制御する。その際、複数の複数の試料３１〜３３の充放電パターンに応じて、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御する。複数の試料３１〜３３の充放電パターンは、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生機能付きの充放電試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境にやさしい、ハイブリット車、プラグインハイブリッド車、電気自動車が普及してきている。これらの車の普及には、安価な駆動用電池開発が鍵となっている。これらの電池は、携帯電池などのコンシューマ用とは異なり、一般に数ｋＷから数十ｋＷと大容量である。このため、開発時や量産試験時の充放電の電力が極めて大きくなる。今後、上述したタイプの車の普及が進むにつれて、その充放電の電力はさらに増大する。また、上述したタイプの車には多数の電池セルが組み合わせて用いられるため、多数の電池セルを並行して試験可能な装置が求められる。
【０００３】
従来、充電した電気は抵抗から熱エネルギとして放電していたが、放電エネルギが無駄となる。これに対して、近年、放電電力を回生電源により交流に戻して効率を向上させる手法が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、従来技術に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。当該充放電試験システム１００は、複数の試料３１〜３３の試験を並行して行うことができる。当該充放電試験システム１００は、複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３と、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を備える。図１では３つの試料３１〜３３を並行に試験可能な３チャンネルの充放電試験装置を備える当該充放電試験システム１００の例を描いているが、当然のことながら４チャンネル以上の充放電装置を備えてもよい。制御装置５０は充放電試験システム１００に内蔵されていてもよいし、外付けされていてもよい。制御装置５０は、充放電装置として機能する各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御することにより、各試料３１〜３３に対する充放電を制御する。また、制御装置５０は、各試料３１〜３３から計測データを取得し、管理する。
【０００５】
図１にて、各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３は、交流電力回生機能を持つ交流回生電源として機能する。各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３は、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３からの直流回生電力を交流回生電力に変換して、交流バス４１に放出する。この放出された回生電力は、別の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３で使用されるか、ＡＣ電源４０に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２５３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３は、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３からの直流回生電力を交流バス４１に放出するため、その直流回生電力が抵抗により熱に変換される場合と比較し、電力の使用効率を向上させることができる。ただし依然として、各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３における、直流回生電力から交流回生電力への変換ロスは発生する。本発明者は、充放電試験システムの電力使用効率をさらに向上させる手法を見出した。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電試験システムの電力使用効率を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の充放電試験システムは、交流側端子が交流電源に接続され、直流側端子が直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータと、一端が直流バスに接続され、他端が試料に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる試料に対する充放電を制御する制御装置と、を備える。直流バスに接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数は、直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数より多く、制御装置は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ接続される複数の試料の充放電パターンに応じて、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。複数の試料の充放電パターンは、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされている。
【００１０】
この態様によると、充放電試験システムの電力使用効率を大幅に向上させることができる。
【００１１】
制御装置は、各種試験の充放電パターンを保持するパターンデータ保持部と、複数の試料のそれぞれについて試験条件設定を受け付ける受付部と、受付部により受け付けられた試験条件設定にしたがい、複数の試料のそれぞれの充放電パターンをパターンデータ保持部から取得するパターンデータ取得部と、パターンデータ取得部により取得された複数の充放電パターンにもとづく複数の試料の試験のそれぞれの開始タイミングを、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから直流バスを介して双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力のピークまたは平均が最小化されるよう、スケジュールするスケジュール部と、を有してもよい。
【００１２】
制御装置は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータから供給される力行電力または双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が所定の設定電力を超えたとき、予め設定された優先順位にしたがい、少なくとも一つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを無効化してもよい。これによれば、優先順位の高い試験の停止を回避することができる。
【００１３】
直流バスに接続される蓄電池をさらに備えてもよい。冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを含め複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータが直流バスに接続されてもよい。
【００１４】
制御装置は、ユーザに対して所定の情報を通知する通知部と、スケジュール部によりスケジュールされた複数の充放電パターンをもとに実施される試験により、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる複数の試料に対する総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えるか否か検査する検査部と、さらに備えてもよい。通知部は、検査部による検査結果を通知してもよい。
【００１５】
制御装置は、検査部により総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えると判定されたとき、無効化させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの順番を決定する無効化順番決定部をさらに備えてもよい。通知部は、無効化順番決定部により決定された無効化順番を通知してもよい。
【００１６】
制御装置は、総充電ピーク電力または総放電ピーク電力と、少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力にもとづき、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの余裕度を算出する余裕度算出部をさらに備えてもよい。通知部は、余裕度算出部により算出された余裕度を通知してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、充放電試験システムの電力使用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置の構成例を示す図である。
【図４】サイクル試験に用いられる充放電パターンの一例を示す図である。
【図５】抵抗測定試験に用いられる充放電パターンの一例を示す図である。
【図６】充放電効率試験に用いられる充放電パターンの一例を示す図である。
【図７】スケジュール部によるスケジュール作成の基本概念を説明するための図である。図７（ａ）はスケジュール調整前の２種類の充放電パターンを示し、図７（ｂ）はスケジュール調整後の２種類の充放電パターンを示す。
【図８】本実施の形態の変形例１に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図９】本実施の形態の変形例２に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図１０】本実施の形態の変形例３に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。当該充放電試験システム１００は、複数の試料３１〜３３の試験を並行して行うことができる。当該充放電試験システム１００は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１および複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を備える。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、交流側端子が交流バス４１を介してＡＣ電源４０に接続され、直流側端子が直流バス６０に接続される。例えば、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、力行時、２００Ｖの交流電圧を３２０Ｖの直流電圧に変換し、回生時、直流バス６０の直流電圧を２００Ｖの交流電圧に変換する。
【００２０】
複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３のそれぞれは、一端が直流バス６０に接続され、他端が各試料３１〜３３に接続される。例えば、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３は、力行時、直流バス６０の直流電圧を１２Ｖの直流電圧に変換し、回生時、各試料３１〜３３の直流放電電圧を、３２０Ｖの直流電圧に変換する。
【００２１】
本実施の形態に係る充放電試験システム１００では、直流バス６０に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数が、直流バス６０に接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数より多くなるよう設計される。なお、図１では説明を分かりやすくするため直流バス６０に接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数を１にしているが、１に限るものではない（後述する図１０参照）。
【００２２】
試料３１〜３３は、被試験対象であり、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。
【００２３】
制御装置５０は、充放電試験システム１００に内蔵されていてもよいし、外付けされてもよい。外付けされる場合、一般的なＰＣやサーバを用いることができる。制御装置５０は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御して、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３による複数の試料３１〜３３に対する充放電を制御する。その際、制御装置５０は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３にそれぞれ接続される複数の試料３１〜３３の充放電パターンに応じて、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御する。複数の試料３１〜３３の充放電パターンは、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされている。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態に係る制御装置５０の構成例を示す図である。当該制御装置５０は、パターンデータ保持部５１、計測データ保持部５２、受付部５３、通知部５４および制御部５５を備える。パターンデータ保持部５１は、試料３１〜３３に対して実施すべき各種試験の充放電パターンを保持する。各種試験の充放電パターンの具体例は後述する。計測データ保持部５２は、試料３１〜３３に対して実施する各種試験により得られる計測データを保持する。
【００２５】
受付部５３は、ユーザ操作に起因したユーザの指示を受け付ける。例えば、複数の試料３１〜３３のそれぞれについての試験条件設定を受け付ける。通知部５４は、ユーザに対して制御部５５により生成された各種情報を通知する。例えば、通知部５４はディスプレイを備え、当該ディスプレイに各種情報を表示させる。
【００２６】
制御部５５は、パターンデータ取得部５５１、スケジュール部５５２、検査部５５３、無効化順番決定部５５４、余裕度算出部５５５、充放電制御部５５６および計測部５５７を含む。これらの構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２７】
パターンデータ取得部５５１は、受付部５３により受け付けられた試験条件設定にしたがい、複数の試料３１〜３３のそれぞれの充放電パターンをパターンデータ保持部５１から取得する。スケジュール部５５２は、パターンデータ取得部５５１により取得された複数の充放電パターンにもとづく複数の試料３１〜３３の試験のそれぞれの開始タイミングを、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から直流バス６０を介して双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力のピークまたは平均が最小化されるよう、スケジュールする。
【００２８】
充放電制御部５５６は、スケジュール部５５２により生成されたスケジュールにしたがい、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３の充放電を制御する。通知部５４は、スケジュール部５５２により生成されたスケジュールをユーザに通知することができる。計測部５５７は、各種試験中において、試料３１〜３３の電圧、電流、温度などを計測し、計測データとして計測データ保持部５２に格納する。
【００２９】
次に、試料である電池に対する各種試験に用いられる充放電パターンの具体例を挙げる。以下、サイクル試験、電圧保持試験および充放電効率試験に用いられる充放電パターンの例を挙げる。
【００３０】
図４は、サイクル試験に用いられる充放電パターンの一例を示す。図４の充放電パターンは電流パターンを示している。まず、定電流（ＣＣ）充電がなされ、次に、定電圧（ＣＶ）充電がなされる。充電が終了すると、休止期間を挟み、定電流（ＣＣ）放電がなされる。放電が終了すると、休止期間となる。この一連のサイクルが繰り返し実行される。
【００３１】
図５は、抵抗測定試験に用いられる充放電パターンの一例を示す。まず、定電流（ＣＣ）充電が短時間実行され、その後、定電圧（ＣＶ）充電がなされる。充電が終了すると、休止期間を挟み、定電流（ＣＣ）放電がなされる。放電が終了すると、休止期間となる。
【００３２】
図６は、充放電効率試験に用いられる充放電パターンの一例を示す。まず、予備定電流（ＣＣ）充電がなされ、続けて予備定電圧（ＣＶ）充電がなされる。続けて本定電流（ＣＣ）充電がなされ、続けて本定電圧（ＣＶ）充電がなされる。充電が終了すると、定電流（ＣＣ）放電がなされる。放電が終了すると、休止期間となる。本充電期間の開始時点から本充電開始時点の電圧まで放電された時点までが、測定期間となる。
【００３３】
なお、これらの試験は一例であり、容量・内部抵抗・最大出力密度の試験、実際の走行データにもとづくシミュレーション試験など、他にも様々な試験がある。ユーザは、各試料３１〜３３について、いずれの試験を行うか受付部５３から指定することができる。
【００３４】
次に、スケジュール部５５２によるスケジュール作成アルゴリズムの一例について説明する。図７は、スケジュール部５５２によるスケジュール作成の基本概念を説明するための図である。図７では、２つの電池に対して異なる試験が実行される場合の、２種類の充放電パターンを示す図である。図７（ａ）はスケジュール調整前の２種類の充放電パターンを示し、図７（ｂ）はスケジュール調整後の２種類の充放電パターンを示す。スケジュール調整前では、第１充放電パターンＰ１のピーク充電電流と、第２充放電パターンＰ２のピーク充電電流が重複している。したがって、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は大きな力行電力を直流バス６０を介して２つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに供給する必要がある。また、第２充放電パターンＰ２の放電期間では、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は大きな回生電力を交流バス４１に戻す必要があり、大きな交流変換ロスが発生する。
【００３５】
これに対して、スケジュール部５５２は第１充放電パターンＰ１の開始タイミングを、第２充放電パターンＰ２の放電期間まで遅らせることにより、第１充放電パターンＰ１の充電電流と第２充放電パターンＰ２の充電電流の合成電流のピーク値を低減できる。また、第２充放電パターンＰ２の放電電流が直流バス６０を介して第１充放電パターンＰ１の充電電流に転用されるため、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１が交流バス４１に戻す回生電力を低減できる。
【００３６】
このように、複数の試料３１〜３３に対して並行して実行される試験において、少なくとも一つの試料に吸収される充電電流の総和と、少なくとも一つの試料から吐き出される放電電流の総和が可能な限り等しい状態が継続されることが好ましい。直流バス６０を介して複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３間で電流をやりとりできれば、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の力行電力および回生電力を低減することができ、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の規模削減、低コスト化につながる。また、当該回生電力が低減するため、交流変換ロスを低減できる。
【００３７】
スケジュール部５５２は、このようなスケジュールを生成するために既存のアルゴリズムを用いることができる。例えば、複数の試料３１〜３３に対する試験期間における各時点の総充電電流と総放電電流の和（以下、本明細書では偏差という）の合計が最小化される各充放電パターンの位相を求め、各充放電パターンの開始タイミングを決定してもよい。これは、無駄なエネルギロスを最小化するためのアルゴリズムである。
【００３８】
また、スケジュール部５５２は、複数の試料３１〜３３に対する試験期間における上記偏差の最大値が最小化される各充放電パターンの位相を求め、各充放電パターンの開始タイミングを決定してもよい。これは、ピーク電流を最小化するためのアルゴリズムである。なお、ここまで電流ベースの例を挙げたが、電力ベースで演算してもよい。
【００３９】
図３に戻る。検査部５５３は、スケジュール部５５２によりスケジュールされた複数の充放電パターンをもとに実施される試験により、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３による複数の試料３１〜３３に対する総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲を超えるか否か検査する。通知部５４は、検査部５５３による検査結果をユーザに通知する。ユーザは、この検査結果を参酌して、各試料３１〜３３に対する試験の内容変更を受付部５３から指定することができる。
【００４０】
無効化順番決定部５５４は、検査部５５３により総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲を超えると判定されたとき、無効化させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３の順番を決定する。無効化とは、例えば、直流バス６０と双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとを電気的に切り離すことを指す。無効化順番決定部５５４は、例えば、優先順位が低い試験を行っている双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３の順に無効化させる。優先順位が低い試験とは、例えば、試験時間が短い試験である。通知部５４は、無効化順番決定部５５４により決定された無効化順番をユーザに通知する。ユーザは、この無効化順番を参酌して、各試料３１〜３３に対する試験の内容変更を受付部５３から指定することができる。また、当該無効化順番を、ユーザが受付部５３から指定してもよい。
【００４１】
余裕度算出部５５５は、総充電ピーク電力または総放電ピーク電力と、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲にもとづき、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の余裕度を算出する。通知部５４は、余裕度算出部５５５により算出された余裕度をユーザに通知する。ユーザは、この余裕度を参酌して、各試料３１〜３３に対する試験の内容変更を受付部５３から指定することができる。
【００４２】
以上説明したように本発明の実施の形態によれば、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３間で電流をやりとりするための直流バス６０を設けたことにより、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１から交流バス４１に戻される回生電力を低減でき、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１における交流変換ロスを低減できる。したがって、充放電試験システムの電力使用効率を向上させることができる。また、図１の充放電試験システム１００と比較し、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の数を減らすことができ、交流回生電源の規模削減、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
また、各充放電プログラムパターンを適宜、時間移動させることにより、ユーザの設定条件範囲内で総充電電力および総放電電力が最小となる充放電プログラムパターンを自動生成することができ、省電力運転が可能となる。したがって、交流変換ピーク電力や交流変換平均電力の最小化運転が可能となり、電力使用効率をさらに向上させ、回生交流電源の規模削減、低コスト化をさらに図ることができる。このように本発明の実施の形態によれば、充放電試験システム１００の導入コストや量産試験時のランニングコストを低減することにより、低価格な電池の提供が可能となり、ひいては車の電動化を推進することにつながる。
【００４４】
以上、本発明を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合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。
【００４５】
図８は、本実施の形態の変形例１に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。変形例１に係る充放電試験システム１００は、図２に示した充放電試験システム１００に対して電力検出部６１が追加された構成である。電力検出部６１は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１から直流バス６０を介して複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３に供給される力行電力または複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から直流バス６０を介して双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力を検出する。電力検出部６１には一般的な電力計や電流計を用いることができる。
【００４６】
制御装置５０は、電力検出部６１により検出された力行電力または回生電力が所定の設定電力（例えば、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲）を超えたとき、予め設定された優先順位にしたがい、少なくとも一つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを無効化させる。当該優先順位は、ユーザが受付部５３から指定したものであってもよいし、無効化順番決定部５５４により自動算出されたものであってもよい。
【００４７】
変形例１によれば、ユーザの操作ミスやサージ電流などによる電力オーバーに対して、優先順位にしたがい双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを電気的に切断する機能を設けたことにより、優先順位の高い試験の停止を回避することができる。とくに、長時間かかる試験のデータは貴重な財産であり、その保護の必要性は高い。
【００４８】
図９は、本実施の形態の変形例２に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。変形例２に係る充放電試験システム１００は、図２に示した充放電試験システム１００に対して蓄電池６２が追加された構成である。蓄電池（二次電池）６２は、直流バス６０に接続される。
【００４９】
変形例２によれば、直流バス６０に蓄電池６２を接続したことにより、交流回生電源のピーク電力を低下させることができ、交流回生電源の規模削減、低コスト化に寄与する。
【００５０】
図１０は、本実施の形態の変形例３に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。変形例３に係る充放電試験システム１００は、図２に示した充放電試験システム１００と比較し、冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを含め複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１ｎが直流バス６０に接続される構成である。また、直流バス６０には複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２ｍが接続される。変形例３において、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数より少なく設置される。
【００５１】
上述したように直流バス６０により複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２ｍ間で電流をやりとりすることには多数のメリットがある。ただし、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに不具合が発生すると、すべての試験データに被害が及んでしまう。電池の試験データは１ヶ月以上の長期に渡ることもあり、極めて貴重なものである。変形例３によれば、冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを設けることにより、直流バス６０による直流供給をより信頼度の高いものとすることができる。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、試料３１〜３３として電池を想定したが、キャパシタや電力変換器を伴うモータなど、充放電試験の対象となるものであれば、電池に限るものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 充放電試験システム、 １１，１２，１３，１ｎ 双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ、 ２１，２２，２３，２ｍ 双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、 ３１，３２，３３，３ｍ 試料、 ４０ ＡＣ電源、 ４１ 交流バス、 ５０ 制御装置、 ５１ パターンデータ保持部、 ５２ 計測データ保持部、 ５３ 受付部、 ５４ 通知部、 ５５ 制御部、 ５５１ パターンデータ取得部、 ５５２ スケジュール部、 ５５３ 検査部、 ５５４ 無効化順番決定部、 ５５５ 余裕度算出部、 ５５６ 充放電制御部、 ５５７ 計測部、 ６０ 直流バス、 ６１ 電力検出部、 ６２ 蓄電池。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生機能付きの充放電試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境にやさしい、ハイブリット車、プラグインハイブリッド車、電気自動車が普及してきている。これらの車の普及には、安価な駆動用電池開発が鍵となっている。これらの電池は、携帯電池などのコンシューマ用とは異なり、一般に数ｋＷから数十ｋＷと大容量である。このため、開発時や量産試験時の充放電の電力が極めて大きくなる。今後、上述したタイプの車の普及が進むにつれて、その充放電の電力はさらに増大する。また、上述したタイプの車には多数の電池セルが組み合わせて用いられるため、多数の電池セルを並行して試験可能な装置が求められる。
【０００３】
従来、充電した電気は抵抗から熱エネルギとして放電していたが、放電エネルギが無駄となる。これに対して、近年、放電電力を回生電源により交流に戻して効率を向上させる手法が実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１は、従来技術に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。当該充放電試験システム１００は、複数の試料３１〜３３の試験を並行して行うことができる。当該充放電試験システム１００は、複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３と、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を備える。図１では３つの試料３１〜３３を並行に試験可能な３チャンネルの充放電試験装置を備える当該充放電試験システム１００の例を描いているが、当然のことながら４チャンネル以上の充放電装置を備えてもよい。制御装置５０は充放電試験システム１００に内蔵されていてもよいし、外付けされていてもよい。制御装置５０は、充放電装置として機能する各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御することにより、各試料３１〜３３に対する充放電を制御する。また、制御装置５０は、各試料３１〜３３から計測データを取得し、管理する。
【０００５】
図１にて、各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３は、交流電力回生機能を持つ交流回生電源として機能する。各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３は、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３からの直流回生電力を交流回生電力に変換して、交流バス４１に放出する。この放出された回生電力は、別の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３で使用されるか、ＡＣ電源４０に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２５３５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３は、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３からの直流回生電力を交流バス４１に放出するため、その直流回生電力が抵抗により熱に変換される場合と比較し、電力の使用効率を向上させることができる。ただし依然として、各双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１３における、直流回生電力から交流回生電力への変換ロスは発生する。本発明者は、充放電試験システムの電力使用効率をさらに向上させる手法を見出した。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電試験システムの電力使用効率を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の充放電試験システムは、交流側端子が交流電源に接続され、直流側端子が直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータと、一端が直流バスに接続され、他端が試料に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる試料に対する充放電を制御する制御装置と、を備える。直流バスに接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数は、直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数より多く、制御装置は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ接続される複数の試料の充放電パターンに応じて、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御する。複数の試料の充放電パターンは、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされている。
【００１０】
この態様によると、充放電試験システムの電力使用効率を大幅に向上させることができる。
【００１１】
制御装置は、各種試験の充放電パターンを保持するパターンデータ保持部と、複数の試料のそれぞれについて試験条件設定を受け付ける受付部と、受付部により受け付けられた試験条件設定にしたがい、複数の試料のそれぞれの充放電パターンをパターンデータ保持部から取得するパターンデータ取得部と、パターンデータ取得部により取得された複数の充放電パターンにもとづく複数の試料の試験のそれぞれの開始タイミングを、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから直流バスを介して双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力のピークまたは平均が最小化されるよう、スケジュールするスケジュール部と、を有してもよい。
【００１２】
制御装置は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータから供給される力行電力または双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が所定の設定電力を超えたとき、予め設定された優先順位にしたがい、少なくとも一つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを無効化してもよい。これによれば、優先順位の高い試験の停止を回避することができる。
【００１３】
直流バスに接続される蓄電池をさらに備えてもよい。冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを含め複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータが直流バスに接続されてもよい。
【００１４】
制御装置は、ユーザに対して所定の情報を通知する通知部と、スケジュール部によりスケジュールされた複数の充放電パターンをもとに実施される試験により、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる複数の試料に対する総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えるか否か検査する検査部と、さらに備えてもよい。通知部は、検査部による検査結果を通知してもよい。
【００１５】
制御装置は、検査部により総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えると判定されたとき、無効化させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの順番を決定する無効化順番決定部をさらに備えてもよい。通知部は、無効化順番決定部により決定された無効化順番を通知してもよい。
【００１６】
制御装置は、総充電ピーク電力または総放電ピーク電力と、少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力にもとづき、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの余裕度を算出する余裕度算出部をさらに備えてもよい。通知部は、余裕度算出部により算出された余裕度を通知してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、充放電試験システムの電力使用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】従来技術に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置の構成例を示す図である。
【図４】サイクル試験に用いられる充放電パターンの一例を示す図である。
【図５】抵抗測定試験に用いられる充放電パターンの一例を示す図である。
【図６】充放電効率試験に用いられる充放電パターンの一例を示す図である。
【図７】スケジュール部によるスケジュール作成の基本概念を説明するための図である。図７（ａ）はスケジュール調整前の２種類の充放電パターンを示し、図７（ｂ）はスケジュール調整後の２種類の充放電パターンを示す。
【図８】本実施の形態の変形例１に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図９】本実施の形態の変形例２に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【図１０】本実施の形態の変形例３に係る充放電試験システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。当該充放電試験システム１００は、複数の試料３１〜３３の試験を並行して行うことができる。当該充放電試験システム１００は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１および複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を備える。双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、交流側端子が交流バス４１を介してＡＣ電源４０に接続され、直流側端子が直流バス６０に接続される。例えば、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は、力行時、２００Ｖの交流電圧を３２０Ｖの直流電圧に変換し、回生時、直流バス６０の直流電圧を２００Ｖの交流電圧に変換する。
【００２０】
複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３のそれぞれは、一端が直流バス６０に接続され、他端が各試料３１〜３３に接続される。例えば、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３は、力行時、直流バス６０の直流電圧を１２Ｖの直流電圧に変換し、回生時、各試料３１〜３３の直流放電電圧を、３２０Ｖの直流電圧に変換する。
【００２１】
本実施の形態に係る充放電試験システム１００では、直流バス６０に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数が、直流バス６０に接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数より多くなるよう設計される。なお、図１では説明を分かりやすくするため直流バス６０に接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数を１にしているが、１に限るものではない（後述する図１０参照）。
【００２２】
試料３１〜３３は、被試験対象であり、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などが挙げられる。
【００２３】
制御装置５０は、充放電試験システム１００に内蔵されていてもよいし、外付けされてもよい。外付けされる場合、一般的なＰＣやサーバを用いることができる。制御装置５０は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御して、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３による複数の試料３１〜３３に対する充放電を制御する。その際、制御装置５０は、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３にそれぞれ接続される複数の試料３１〜３３の充放電パターンに応じて、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３を制御する。複数の試料３１〜３３の充放電パターンは、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされている。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態に係る制御装置５０の構成例を示す図である。当該制御装置５０は、パターンデータ保持部５１、計測データ保持部５２、受付部５３、通知部５４および制御部５５を備える。パターンデータ保持部５１は、試料３１〜３３に対して実施すべき各種試験の充放電パターンを保持する。各種試験の充放電パターンの具体例は後述する。計測データ保持部５２は、試料３１〜３３に対して実施する各種試験により得られる計測データを保持する。
【００２５】
受付部５３は、ユーザ操作に起因したユーザの指示を受け付ける。例えば、複数の試料３１〜３３のそれぞれについての試験条件設定を受け付ける。通知部５４は、ユーザに対して制御部５５により生成された各種情報を通知する。例えば、通知部５４はディスプレイを備え、当該ディスプレイに各種情報を表示させる。
【００２６】
制御部５５は、パターンデータ取得部５５１、スケジュール部５５２、検査部５５３、無効化順番決定部５５４、余裕度算出部５５５、充放電制御部５５６および計測部５５７を含む。これらの構成は、ハードウェア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウェア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらの組み合わせによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２７】
パターンデータ取得部５５１は、受付部５３により受け付けられた試験条件設定にしたがい、複数の試料３１〜３３のそれぞれの充放電パターンをパターンデータ保持部５１から取得する。スケジュール部５５２は、パターンデータ取得部５５１により取得された複数の充放電パターンにもとづく複数の試料３１〜３３の試験のそれぞれの開始タイミングを、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から直流バス６０を介して双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力のピークまたは平均が最小化されるよう、スケジュールする。
【００２８】
充放電制御部５５６は、スケジュール部５５２により生成されたスケジュールにしたがい、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３の充放電を制御する。通知部５４は、スケジュール部５５２により生成されたスケジュールをユーザに通知することができる。計測部５５７は、各種試験中において、試料３１〜３３の電圧、電流、温度などを計測し、計測データとして計測データ保持部５２に格納する。
【００２９】
次に、試料である電池に対する各種試験に用いられる充放電パターンの具体例を挙げる。以下、サイクル試験、電圧保持試験および充放電効率試験に用いられる充放電パターンの例を挙げる。
【００３０】
図４は、サイクル試験に用いられる充放電パターンの一例を示す。図４の充放電パターンは電流パターンを示している。まず、定電流（ＣＣ）充電がなされ、次に、定電圧（ＣＶ）充電がなされる。充電が終了すると、休止期間を挟み、定電流（ＣＣ）放電がなされる。放電が終了すると、休止期間となる。この一連のサイクルが繰り返し実行される。
【００３１】
図５は、抵抗測定試験に用いられる充放電パターンの一例を示す。まず、定電流（ＣＣ）充電が短時間実行され、その後、定電圧（ＣＶ）充電がなされる。充電が終了すると、休止期間を挟み、定電流（ＣＣ）放電がなされる。放電が終了すると、休止期間となる。
【００３２】
図６は、充放電効率試験に用いられる充放電パターンの一例を示す。まず、予備定電流（ＣＣ）充電がなされ、続けて予備定電圧（ＣＶ）充電がなされる。続けて本定電流（ＣＣ）充電がなされ、続けて本定電圧（ＣＶ）充電がなされる。充電が終了すると、定電流（ＣＣ）放電がなされる。放電が終了すると、休止期間となる。本充電期間の開始時点から本充電開始時点の電圧まで放電された時点までが、測定期間となる。
【００３３】
なお、これらの試験は一例であり、容量・内部抵抗・最大出力密度の試験、実際の走行データにもとづくシミュレーション試験など、他にも様々な試験がある。ユーザは、各試料３１〜３３について、いずれの試験を行うか受付部５３から指定することができる。
【００３４】
次に、スケジュール部５５２によるスケジュール作成アルゴリズムの一例について説明する。図７は、スケジュール部５５２によるスケジュール作成の基本概念を説明するための図である。図７では、２つの電池に対して異なる試験が実行される場合の、２種類の充放電パターンを示す図である。図７（ａ）はスケジュール調整前の２種類の充放電パターンを示し、図７（ｂ）はスケジュール調整後の２種類の充放電パターンを示す。スケジュール調整前では、第１充放電パターンＰ１のピーク充電電流と、第２充放電パターンＰ２のピーク充電電流が重複している。したがって、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は大きな力行電力を直流バス６０を介して２つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに供給する必要がある。また、第２充放電パターンＰ２の放電期間では、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１は大きな回生電力を交流バス４１に戻す必要があり、大きな交流変換ロスが発生する。
【００３５】
これに対して、スケジュール部５５２は第１充放電パターンＰ１の開始タイミングを、第２充放電パターンＰ２の放電期間まで遅らせることにより、第１充放電パターンＰ１の充電電流と第２充放電パターンＰ２の充電電流の合成電流のピーク値を低減できる。また、第２充放電パターンＰ２の放電電流が直流バス６０を介して第１充放電パターンＰ１の充電電流に転用されるため、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１が交流バス４１に戻す回生電力を低減できる。
【００３６】
このように、複数の試料３１〜３３に対して並行して実行される試験において、少なくとも一つの試料に吸収される充電電流の総和と、少なくとも一つの試料から吐き出される放電電流の総和が可能な限り等しい状態が継続されることが好ましい。直流バス６０を介して複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３間で電流をやりとりできれば、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の力行電力および回生電力を低減することができ、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の規模削減、低コスト化につながる。また、当該回生電力が低減するため、交流変換ロスを低減できる。
【００３７】
スケジュール部５５２は、このようなスケジュールを生成するために既存のアルゴリズムを用いることができる。例えば、複数の試料３１〜３３に対する試験期間における各時点の総充電電流と総放電電流の和（以下、本明細書では偏差という）の合計が最小化される各充放電パターンの位相を求め、各充放電パターンの開始タイミングを決定してもよい。これは、無駄なエネルギロスを最小化するためのアルゴリズムである。
【００３８】
また、スケジュール部５５２は、複数の試料３１〜３３に対する試験期間における上記偏差の最大値が最小化される各充放電パターンの位相を求め、各充放電パターンの開始タイミングを決定してもよい。これは、ピーク電流を最小化するためのアルゴリズムである。なお、ここまで電流ベースの例を挙げたが、電力ベースで演算してもよい。
【００３９】
図３に戻る。検査部５５３は、スケジュール部５５２によりスケジュールされた複数の充放電パターンをもとに実施される試験により、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３による複数の試料３１〜３３に対する総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲を超えるか否か検査する。通知部５４は、検査部５５３による検査結果をユーザに通知する。ユーザは、この検査結果を参酌して、各試料３１〜３３に対する試験の内容変更を受付部５３から指定することができる。
【００４０】
無効化順番決定部５５４は、検査部５５３により総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲を超えると判定されたとき、無効化させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３の順番を決定する。無効化とは、例えば、直流バス６０と双方向ＤＣ−ＤＣコンバータとを電気的に切り離すことを指す。無効化順番決定部５５４は、例えば、優先順位が低い試験を行っている双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３の順に無効化させる。優先順位が低い試験とは、例えば、試験時間が短い試験である。通知部５４は、無効化順番決定部５５４により決定された無効化順番をユーザに通知する。ユーザは、この無効化順番を参酌して、各試料３１〜３３に対する試験の内容変更を受付部５３から指定することができる。また、当該無効化順番を、ユーザが受付部５３から指定してもよい。
【００４１】
余裕度算出部５５５は、総充電ピーク電力または総放電ピーク電力と、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲にもとづき、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の余裕度を算出する。通知部５４は、余裕度算出部５５５により算出された余裕度をユーザに通知する。ユーザは、この余裕度を参酌して、各試料３１〜３３に対する試験の内容変更を受付部５３から指定することができる。
【００４２】
以上説明したように本発明の実施の形態によれば、複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３間で電流をやりとりするための直流バス６０を設けたことにより、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１から交流バス４１に戻される回生電力を低減でき、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１における交流変換ロスを低減できる。したがって、充放電試験システムの電力使用効率を向上させることができる。また、図１の充放電試験システム１００と比較し、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の数を減らすことができ、交流回生電源の規模削減、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
また、各充放電プログラムパターンを適宜、時間移動させることにより、ユーザの設定条件範囲内で総充電電力および総放電電力が最小となる充放電プログラムパターンを自動生成することができ、省電力運転が可能となる。したがって、交流変換ピーク電力や交流変換平均電力の最小化運転が可能となり、電力使用効率をさらに向上させ、回生交流電源の規模削減、低コスト化をさらに図ることができる。このように本発明の実施の形態によれば、充放電試験システム１００の導入コストや量産試験時のランニングコストを低減することにより、低価格な電池の提供が可能となり、ひいては車の電動化を推進することにつながる。
【００４４】
以上、本発明を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合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。
【００４５】
図８は、本実施の形態の変形例１に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。変形例１に係る充放電試験システム１００は、図２に示した充放電試験システム１００に対して電力検出部６１が追加された構成である。電力検出部６１は、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１から直流バス６０を介して複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３に供給される力行電力または複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２３から直流バス６０を介して双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１に供給される回生電力を検出する。電力検出部６１には一般的な電力計や電流計を用いることができる。
【００４６】
制御装置５０は、電力検出部６１により検出された力行電力または回生電力が所定の設定電力（例えば、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１の許容電力範囲）を超えたとき、予め設定された優先順位にしたがい、少なくとも一つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを無効化させる。当該優先順位は、ユーザが受付部５３から指定したものであってもよいし、無効化順番決定部５５４により自動算出されたものであってもよい。
【００４７】
変形例１によれば、ユーザの操作ミスやサージ電流などによる電力オーバーに対して、優先順位にしたがい双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを電気的に切断する機能を設けたことにより、優先順位の高い試験の停止を回避することができる。とくに、長時間かかる試験のデータは貴重な財産であり、その保護の必要性は高い。
【００４８】
図９は、本実施の形態の変形例２に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。変形例２に係る充放電試験システム１００は、図２に示した充放電試験システム１００に対して蓄電池６２が追加された構成である。蓄電池（二次電池）６２は、直流バス６０に接続される。
【００４９】
変形例２によれば、直流バス６０に蓄電池６２を接続したことにより、交流回生電源のピーク電力を低下させることができ、交流回生電源の規模削減、低コスト化に寄与する。
【００５０】
図１０は、本実施の形態の変形例３に係る充放電試験システム１００の構成を示す図である。変形例３に係る充放電試験システム１００は、図２に示した充放電試験システム１００と比較し、冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを含め複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１１〜１ｎが直流バス６０に接続される構成である。また、直流バス６０には複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２ｍが接続される。変形例３において、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数より少なく設置される。
【００５１】
上述したように直流バス６０により複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２１〜２ｍ間で電流をやりとりすることには多数のメリットがある。ただし、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに不具合が発生すると、すべての試験データに被害が及んでしまう。電池の試験データは１ヶ月以上の長期に渡ることもあり、極めて貴重なものである。変形例３によれば、冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを設けることにより、直流バス６０による直流供給をより信頼度の高いものとすることができる。
【００５２】
また、上述した実施の形態では、試料３１〜３３として電池を想定したが、キャパシタや電力変換器を伴うモータなど、充放電試験の対象となるものであれば、電池に限るものではない。
【符号の説明】
【００５３】
１００ 充放電試験システム、 １１，１２，１３，１ｎ 双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ、 ２１，２２，２３，２ｍ 双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、 ３１，３２，３３，３ｍ 試料、 ４０ ＡＣ電源、 ４１ 交流バス、 ５０ 制御装置、 ５１ パターンデータ保持部、 ５２ 計測データ保持部、 ５３ 受付部、 ５４ 通知部、 ５５ 制御部、 ５５１ パターンデータ取得部、 ５５２ スケジュール部、 ５５３ 検査部、 ５５４ 無効化順番決定部、 ５５５ 余裕度算出部、 ５５６ 充放電制御部、 ５５７ 計測部、 ６０ 直流バス、 ６１ 電力検出部、 ６２ 蓄電池。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流側端子が交流電源に接続され、直流側端子が直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータと、
一端が前記直流バスに接続され、他端が試料に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる前記試料に対する充放電を制御する制御装置と、を備え、
前記直流バスに接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数は、前記直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数より多く、
前記制御装置は、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ接続される複数の試料の充放電パターンに応じて、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記複数の試料の充放電パターンは、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされていることを特徴とする充放電試験システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
各種試験の充放電パターンを保持するパターンデータ保持部と、
前記複数の試料のそれぞれについて試験条件設定を受け付ける受付部と、
前記受付部により受け付けられた試験条件設定にしたがい、前記複数の試料のそれぞれの充放電パターンを前記パターンデータ保持部から取得するパターンデータ取得部と、
前記パターンデータ取得部により取得された複数の充放電パターンにもとづく前記複数の試料の試験のそれぞれの開始タイミングを、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから前記直流バスを介して前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力のピークまたは平均が最小化されるよう、スケジュールするスケジュール部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の充放電試験システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータから供給される力行電力または前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が所定の設定電力を超えたとき、予め設定された優先順位にしたがい、少なくとも一つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを無効化することを特徴とする請求項１または２に記載の充放電試験システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
ユーザに対して所定の情報を通知する通知部と、
前記スケジュール部によりスケジュールされた前記複数の充放電パターンをもとに実施される試験により、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる前記複数の試料に対する総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、前記少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えるか否か検査する検査部と、さらに備え、
前記通知部は、前記検査部による検査結果を通知することを特徴とする請求項２に記載の充放電試験システム。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記検査部により前記総充電ピーク電力または前記総放電ピーク電力が、前記少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えると判定されたとき、無効化させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの順番を決定する無効化順番決定部をさらに備え、
前記通知部は、前記無効化順番決定部により決定された無効化順番を通知することを特徴とする請求項４に記載の充放電試験システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記総充電ピーク電力または前記総放電ピーク電力と、前記少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力にもとづき、前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの余裕度を算出する余裕度算出部をさらに備え、
前記通知部は、前記余裕度算出部により算出された余裕度を通知することを特徴とする請求項４または５に記載の充放電試験システム。
【請求項７】
前記直流バスに接続される蓄電池をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の充放電試験システム。
【請求項８】
冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを含め複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータが前記直流バスに接続されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の充放電試験システム。
【請求項１】
交流側端子が交流電源に接続され、直流側端子が直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータと、
一端が前記直流バスに接続され、他端が試料に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御して、前記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる前記試料に対する充放電を制御する制御装置と、を備え、
前記直流バスに接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの数は、前記直流バスに接続される双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの数より多く、
前記制御装置は、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータにそれぞれ接続される複数の試料の充放電パターンに応じて、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記複数の試料の充放電パターンは、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が最小化されるようスケジュールされていることを特徴とする充放電試験システム。
【請求項２】
前記制御装置は、
各種試験の充放電パターンを保持するパターンデータ保持部と、
前記複数の試料のそれぞれについて試験条件設定を受け付ける受付部と、
前記受付部により受け付けられた試験条件設定にしたがい、前記複数の試料のそれぞれの充放電パターンを前記パターンデータ保持部から取得するパターンデータ取得部と、
前記パターンデータ取得部により取得された複数の充放電パターンにもとづく前記複数の試料の試験のそれぞれの開始タイミングを、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータから前記直流バスを介して前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力のピークまたは平均が最小化されるよう、スケジュールするスケジュール部と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の充放電試験システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータから供給される力行電力または前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータに供給される回生電力が所定の設定電力を超えたとき、予め設定された優先順位にしたがい、少なくとも一つの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを無効化することを特徴とする請求項１または２に記載の充放電試験システム。
【請求項４】
前記制御装置は、
ユーザに対して所定の情報を通知する通知部と、
前記スケジュール部によりスケジュールされた前記複数の充放電パターンをもとに実施される試験により、前記複数の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータによる前記複数の試料に対する総充電ピーク電力または総放電ピーク電力が、前記少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えるか否か検査する検査部と、さらに備え、
前記通知部は、前記検査部による検査結果を通知することを特徴とする請求項２に記載の充放電試験システム。
【請求項５】
前記制御装置は、
前記検査部により前記総充電ピーク電力または前記総放電ピーク電力が、前記少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力を超えると判定されたとき、無効化させる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの順番を決定する無効化順番決定部をさらに備え、
前記通知部は、前記無効化順番決定部により決定された無効化順番を通知することを特徴とする請求項４に記載の充放電試験システム。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記総充電ピーク電力または前記総放電ピーク電力と、前記少なくとも一つの双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの総能力にもとづき、前記双方向ＡＣ−ＤＣコンバータの余裕度を算出する余裕度算出部をさらに備え、
前記通知部は、前記余裕度算出部により算出された余裕度を通知することを特徴とする請求項４または５に記載の充放電試験システム。
【請求項７】
前記直流バスに接続される蓄電池をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の充放電試験システム。
【請求項８】
冗長の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータを含め複数の双方向ＡＣ−ＤＣコンバータが前記直流バスに接続されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の充放電試験システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１５４７９３（Ｐ２０１２−１５４７９３Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４１７０（Ｐ２０１１−１４１７０）
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００２３７６６２）富士通テレコムネットワークス株式会社 (682)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２６日（２０１１．１．２６）
【出願人】（０００２３７６６２）富士通テレコムネットワークス株式会社 (682)
【Ｆターム（参考）】
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