(57)【要約】【課題】充電装置の状況の変化に対応可能な制御技術を利用した充電装置を提供する。【解決手段】交流電源をＡＣ／ＤＣコンバータにより直流変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電する充電装置であって、前記ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／および前記ＤＣ／ＤＣコンバータはコンバータ制御部を有し、前記コンバータ制御部の少なくとも一方は脈流調整部を有し、前記脈流調整部は、充電電流の脈流を２回以上測定し、ｎ回目に計測された脈流値とｎ−１回目（ｎは２以上の整数）に計測された脈流値との比較により得られた値を、対応する前記ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御に用いることを特徴とする充電装置。【選択図】図２
2020078205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源をＡＣ／ＤＣコンバータにより直流変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電する充電装置であって、
前記ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／および前記ＤＣ／ＤＣコンバータはコンバータ制御部を有し、
前記コンバータ制御部の少なくとも一方は脈流調整部を有し、
前記脈流調整部は、充電電流の脈流を２回以上測定し、ｎ回目に計測された脈流値とｎ−１回目（ｎは２以上の整数）に計測された脈流値との比較により得られた値を、対応する前記ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御に用いることを特徴とする充電装置。
【請求項２】
前記脈流調整部は、
前記脈流成分の位相を調整する位相調整部と、
前記脈流成分の利得を調整する利得調整部を有し、
前記位相調整部は、
ｎ−１回目とｎ回目の脈流値を比較し、脈流値の比較結果に基づき位相を移動させ、
前記利得調整部は、
ｎ−１回目とｎ回目の脈流値を比較し、脈流値の比較結果に基づき利得を移動させることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
【請求項３】
前記脈流調整部は、調整対象選択部を有し、
前記調整対象選択部は位相の調整か利得の調整かを選択し、
位相の調整を選択した場合には前記位相調整部において位相の調整を２回以上連続して行い、
利得の調整を選択した場合には前記利得調整部において利得の調整を２回以上連続して行うことを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、交流電源を用いて蓄電池を充電する充電装置が用いられている。
【０００３】
例えば、図１は、充電装置の概略構成例を示す機能ブロック図である。図１に示すように、充電装置Ａは、交流電源１をＡＣ／ＤＣコンバータ３等で整流して直流変換し、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ５で電圧を調整して生成される充電電流を蓄電池２１に充電する充電装置が知られている。なお、蓄電池への充電は主に定電流で行われる。そして、蓄電池２１からも、負荷などに向けて電力が供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７０９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、図１に示すような構成において、一般に周波数ｆ（Ｈｚ）の単相系統（交流電源）１を全波整流すると、ＡＣ／ＤＣコンバータ３の出力４には系統周波数の２倍の周波数２ｆ（Ｈｚ）の脈流が生じる。ＡＣ／ＤＣコンバータ３が力率改善機能を含んでいたとしても、直流出力には単純な整流器と同じく、系統周波数の２倍の周波数２ｆ（Ｈｚ）の脈流が生じる。
【０００６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、一例として、高周波トランスを用いた双方向型のコンバータからなる。図１の構成例は蓄電システムであるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ５ともに双方向型である。
【０００７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、半導体によってトランスに電圧を印加する導通角とトランス比によって、電圧変換を行うだけである。従って、入力に脈流があるとＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力６にも同じように脈流が発生する。
【０００８】
交流電源を整流すると、交流周波数の２倍の周波数成分が整流器の出力に重畳される。この脈流がＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力に現れ、蓄電池２１の充電電流に重畳される。上記のように発生する、この脈流は電池寿命に悪影響を及ぼすという問題がある。
【０００９】
そこで、特許文献１によると、充電電流の脈流は交流周波数の２倍の周波数であることから、当該課題を解決するために、脈流を相殺するような信号を制御に足し込む技術が記載されている。特許文献１では、充電電流、電圧、温度によって変化する脈流を相殺するための決められた相殺信号をあらかじめ用意しておき、脈流を低減するフィードフォワード制御を行っている。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いると、様々な状況組み合わせの相殺信号を予めメモリ等に記憶しておく必要があったり、相殺信号の演算が複雑になるという課題がある。加えて、相殺信号は予め用意された値や式を有するため、想定していなかった、充電装置の状況の変化に対応できない等の課題がある。
【００１１】
本発明は、充電装置の状況の変化に対応可能な制御技術を利用した充電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】
【００１２】
本発明の一観点によれば、交流電源をＡＣ／ＤＣコンバータにより直流変換し、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して充電する充電装置であって、前記ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／および前記ＤＣ／ＤＣコンバータはコンバータ制御部を有し、前記コンバータ制御部の少なくとも一方は脈流調整部を有し、前記脈流調整部は、充電電流の脈流を２回以上測定し、ｎ回目に計測された脈流値とｎ−１回目（ｎは２以上の整数）に計測された脈流値との比較により得られた値を、対応する前記ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／および前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御に用いることを特徴とする充電装置が提供される。
【００１３】
上記の構成によれば、脈流成分のフィードバック機能による脈流成分の自動相殺が可能である。
【００１４】
前記脈流調整部は、前記脈流成分の位相を調整する位相調整部と、前記脈流成分の利得を調整する利得調整部を有し、前記位相調整部は、ｎ−１回目とｎ回目の脈流値を比較し、脈流値の比較結果に基づき位相を移動させ、前記利得調整部は、ｎ−１回目とｎ回目の脈流値を比較し、脈流値の比較結果に基づき利得を移動させることを特徴とする。
【００１５】
位相差と利得とを独立して調整する位相調整部と利得調整部とを有することで、脈流成分の抑制機能が向上する。
【００１６】
上記の処理は、例えば、今回は、前回の相殺信号よりも進み方向に位相をずらした１周期の相殺信号に決まったとする。仮に進み方向に位相を移動させたことが脈流低減に効果があった場合、位相を進み方向に移動したことが正しいのでさらに位相を進める。
【００１７】
そしてまた１周期後の結果を見る。仮に、再再度、脈流低減に効果があった場合は、さらに位相を進める。仮に脈流が増えた場合は、位相を進み方向に移動したことは正しくない方向のため、位相を遅れ方向に戻す。
【００１８】
このように、「比較」と「結果比較」とを繰り返すことにより、脈流を最小に収束させることができる。
【００１９】
前記脈流調整部は、調整対象選択部を有し、前記調整対象選択部は位相の調整か利得の調整かを選択し、位相の調整を選択した場合には前記位相調整部において位相の調整を２回以上連続して行い、利得の調整を選択した場合には前記利得調整部において利得の調整を２回以上連続して行うことを特徴とする。
【００２０】
同じ調整対象について複数回（ｎ回）の調整を行ってから調整対象を切り換えることで、調整の効果を向上させることができる。ｎは、２以上であり、脈流成分を速く収束させるためには、例えば６以下が好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、充電装置の状況の変化に対応可能な制御技術を利用した充電装置を提
供することができる。ここでいう充電装置の状況の変化とは、充電電流、充電電圧、充電電力、温度、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力特性の変化などである。また、様々な状況組み合わせの相殺信号を予め調査して、メモリ等に記憶しておく必要が無くなり、相殺信号の演算の複雑化を回避できる。以上より、蓄電池の劣化を招く充電電流の脈流成分を効果的に減少できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施の形態による充電装置の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図２】本実施の形態による充電装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】本実施の形態による充電装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ制御部の制御の流れの一例を示すフローチャート図である。
【図４】本実施の形態による充電装置における充電電流等の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明の一実施の形態による充電装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２４】
本実施の形態による充電装置の基本構成は、図１に示すものと同様であるため、詳細な説明は省略する。図１に示す充電装置Ａは、蓄電池２１への充電と、蓄電池２１からの放電との両方、例えば充放電が可能なシステムである。放電を含まないシステムも含む。
【００２５】
尚、図１において例示的に説明するように、ＡＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の両方を統括して制御するのがシステム制御部７である。システム制御部７は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３を制御するＡＣ／ＤＣコンバータ制御部３ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ制御部５ａとの両方を介してＡＣ／ＤＣコンバータ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の両方を制御する。ＡＣ／ＤＣコンバータまたは／およびＤＣ／ＤＣコンバータがコンバータ制御部を有するようにしても良い。
【００２６】
本実施の形態では、脈流成分の相殺信号の大きさ、位相を可変とする。つまり、充電装置の状況変化に応じて、脈流成分に起因する脈流が最小になるように脈流成分の相殺信号の値と位相とを自動的に調整する。
【００２７】
すなわち、充電装置の状況変化に応じて、脈流成分に起因する脈流が最小になるように、脈流成分の相殺信号を自動的に調整する。具体的な脈流成分の相殺信号の調整は図３を参照して以下に説明する。
【００２８】
図２は、本実施の形態によるＤＣ／ＤＣコンバータ制御部５ａの一構成例を示す機能ブロック図である。尚、図２に示す構成は、図１の制御系のいずれかに設ければ良い。ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部５ａに設けたのは一例であるため、設ける位置は限定されない。
【００２９】
図２に示すように、本実施の形態によるＤＣ／ＤＣコンバータの制御ブロック図においては、蓄電池２１を充電する充電電流２１ａを制御するため、蓄電池に入力する充電電流２１ａを電流計などにより測定し、この充電電流２１ａと、目標の電流である充電電流指令値２３（例えば、１Ａなどの一定値）との差分をとる。
【００３０】
そして、この差分を、ＰＩ制御部２５に入力する。充電電流指令値２３に対しての上記差分を制御理論でいうところの補償器（ＰＩ部（ＰＩ制御部））２５を介して制御値２７とするのは公知の制御構成例である。
【００３１】
ここで、Ｐは比例制御、Ｉは積分制御を表し、各々、目標の差分に対して比例的に制御する強さを加減したり、指令値に対する差分を蓄積して制御対象を指令値に近づける働きをする。
【００３２】
また、充電電流２１ａは破線部で囲まれた利得・位相調整機能部（脈流調整部）５ｂに入力される。脈流調整部５ｂは、調整対象選択部（図示せず）を有し、調整対象選択部は位相の調整か利得の調整かを選択する。
【００３３】
本実施の形態においては、その後の経路において、脈流成分を相殺する相殺信号を足し込む破線部で囲まれた制御機能を設けた点に特徴がある。
【００３４】
一方、前述の特許文献１のように、公知技術においては、装置状況に応じて、フィードフォワードとしてあらかじめ脈流成分の相殺データを用意しておく。尚、装置状況とは充電電流、充電電圧、充電電力、温度、ＡＣ／ＤＣコンバータの出力特性の変化などである。
【００３５】
本実施の形態による脈流成分の相殺技術においては、相殺信号により脈流成分の低減に効果があったかどうかを、自己で判断しながら、脈流成分が最小になるように、相殺信号を調整する点を特徴とする。
【００３６】
脈流成分の調整は、図２における破線部に囲まれた構成により実行される。より、詳細には、脈流調整部は、脈流成分の抽出部３１と、位相差／利得調整方向判定部３７と、位相（φ）調整部４３と、利得（Ｋ）調整部４５と、を有する。さらに、調整対象となる脈流成分より前の前回脈流成分を記憶する前回脈流成分記憶部３３と、基準正弦波Ｋ×sin(2ωｔ+Φ)を記憶する基準正弦波記憶部４１を有している。
【００３７】
脈流成分の抽出部３１において脈流を抽出するためには、（充電電流）−（充電電流の平均値）を演算したり、電流追従性が良いなら（充電電流）−（充電電流指令値）を演算したり、あるいは、ＨＰＦを使用しても良い。
すなわち、脈流の抽出方法は限定されない。
【００３８】
図２に示すように、充電電流２１ａは、脈流成分の抽出部３１に入力され、前回脈流成分との差分をとる。その差分が位相差／利得調整方向判定部３７に入力され、脈流調整部５ｂ、すなわち、位相（φ）調整部４３と利得（Ｋ）調整部４５とに出力される。尚、カウンタ３７ａなどにより、脈流の１周期毎に調整回数をカウントすることができる。位相（φ）調整部４３は、基準正弦波記憶部（Ｋ×sin(2ωt+Φ)）４１から得られた基準正弦波に基づいて位相を調整する。すなわち、ｎ−１回目とｎ回目の脈流値を比較し、脈流値が小さくなるように位相を移動させ、移動させた位相を固定する。
【００３９】
利得（Ｋ）調整部４５は、基準正弦波記憶部４１から得られた基準正弦波に基づいて振幅を調整する。すなわち、ｎ−１回目とｎ回目の脈流値を比較し、脈流値が小さくなるように利得を移動させ、移動させた利得を固定する。
【００４０】
このようにして、調整された位相と利得をもった正弦波が、ＰＩ部（ＰＩ制御部）２５から出力された制御信号に加算されて、制御値２７として、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御に利用される。例えば、制御値２７により、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の一次側の半導体スイッチのオンオフのタイミング制御を調整する。
【００４１】
例えば、基準正弦波記憶部４１の周波数は系統電圧を、ゼロクロスコンパレータを通して周波数計測したものでも良いし、図１の充電装置Ａがもつ、ＣＡＮ通信上にある情報から周波数を判断しても良い。
【００４２】
また、例えば、図２の脈流成分の抽出部３１と前回脈流成分記憶部３３による脈流成分の比較は、過去（１周期前）と現在（今回の周期）の実効値で比較してもよいし、過去（１周期前）と現在（今回の周期）のピークｔｏピーク（振幅の大きさ）で比較しても良い。
【００４３】
比較して効果があったかどうか自己判断するためのブロック（位相差／利得調整方向判定部３７）を持ち、相殺信号の足し込み位相と大きさを調整して、脈流成分が収束するような制御を行う。
【００４４】
例えば、図３は、本実施の形態による充電装置におけるＤＣ／ＤＣコンバータ制御部５ａの制御の流れの一例を示すフローチャート図である。図３に示すように、位相差、利得調整方向の判定が開始されると（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ１において、初期値として、経過サイクル数＝０、位相、利得の初期値を与える。
【００４５】
次いで、ステップＳ２において、通信により、或いは、周波数計測回路により、周波数判定を行う。これにより１周期を決定することができる。
【００４６】
ステップＳ３において、例えば、周期は、１０ｍｓ，５０Ｈｚ×２などにおける、脈流成分期内の計測電流の最大値（max）最小値（min）を計測し、メモリなどに記憶しておく。例えば、１周期は、内部の正弦波０°基準で判断する。
【００４７】
ステップＳ４は、図２の基準正弦波記憶部４１のデータを取り出すための処理である。脈流の判定をしつつ、１周期の間、振幅、位相を固定して相殺信号を出しつづけ、内部基準正弦波データを進める。上述データの間隔は、例えば、５０Ｈｚで＋１．２°，６０Ｈｚで＋１．４４°などである。これは、ソフトウェアを使用して実現する場合、割り込み処理の間隔と、扱っている脈流2fの周期で１回に進めるデータの間隔が決定される。
【００４８】
ステップＳ５において、１周期に到達したか否かを判定する。Ｎの場合には、ステップＳ１６において、停止指令があるかどうかを判断し、停止指令があれば（Ｙ）、処理を停止し、停止指令がなければ（Ｎ）、ステップＳ２に戻る。
【００４９】
ステップＳ５でＹの場合には、ステップＳ６に進み、経過サイクル数に１を加算する
次いで、ステップＳ７で、電流脈流Ｉripplen(Imax-Imin)を求める。これにより今回の周期のＰＰ（ピークｔｏピーク）を求めることができる。
【００５０】
ステップＳ８において、調整要素（調整対象）が位相Φであるか、ゲインＫであるかを判定する。
【００５１】
調整対象が位相の場合には、ステップＳ９に進み、経過サイクル数が１であるか２以上であるかを判定する。経過サイクル数が１の場合には、ステップＳ１２に進み、経過サイクル数が２以上の場合には、ステップＳ１０に進む。
【００５２】
ステップＳ１０においては、以下の処理を行う。
【００５３】
今回のIripplen(Imax-Imin)と前回Iripplen-1(Imax-Imin)の脈流成分を比較し、脈流成分が小さくなる方向に位相をずらす。そして、決めた位相で固定する。
【００５４】
経過サイクル数は２以上、脈流成分を速く収束させるためには、例えば６以下が好ましい。
【００５５】
次いで、例として現在６サイクル目であれば、経過サイクル数＝０とし、次回から、調整要素をゲインに変更する。
【００５６】
そして、ステップＳ１２において、以下の式のように、今回計測した脈流を前回値として格納、記憶する。
Iripplen-1(Imax-Imin)＝Iripplen(Imax-Imin)
そして、ステップＳ１６に進む。
【００５７】
一方、ｎが所定の値（この例では６）以上となった場合には、ステップＳ８で、調整要素を前回までとは異なるゲインＫに切り換えて、ステップＳ１３に進む。
【００５８】
ステップＳ１３において、すなわち、経過サイクル数の判定処理を行う。所定数未満、この例では、経過サイクル数が１の場合には、ステップＳ１２に進み、経過サイクル数が２以上の場合には、ステップＳ１４に進む。
【００５９】
ステップＳ１４においては、今回Iripplen(Imax-Imin)と前回Iripplen-1(Imax-Imin)との脈流成分を比較し、脈流成分が小さくなる方向にゲインをずらす。そして、決めたゲインで固定する。
【００６０】
次いで、ステップＳ１５において、例として現在６サイクル目であれば、経過サイクル数＝０とし、次回から調整要素を位相に変更する。そして、ステップＳ１２に進み、今回計測した脈流を前回値として以下のように格納、記憶する。
Iripplen-1(Imax-Imin)＝Iripplen(Imax-Imin)
そして、ステップＳ１６に進む。
【００６１】
以上の処理に示されるように、脈流調整部５ｂは、充電電流の脈流を２回以上測定し、ｎ回目に計測された脈流値とｎ−１回目（ｎは２以上の整数）に計測された脈流値との比較により得られた値を、対応するＡＣ／ＤＣコンバータ３または／およびＤＣ／ＤＣコンバータ５の制御に用いる。
【００６２】
そして、脈流調整部５ｂは、位相調整部４３において位相の調整をｎ回行い、その後、利得調整部４５において利得の調整を行う。また、利得調整部４３において利得の調整をｎ回行い、その後、位相調整部４５において位相の調整を行い、位相調整部４３と利得調整部４５はｎ回の調整後、互いに交代しながら脈流の調整を行う。
【００６３】
以上の処理を繰り返すことで、脈流成分の充電電流への影響を抑制することができる。
【００６４】
図４は、上記の制御技術を利用した場合の、本実施の形態による充電装置における充電電流等の波形を示す図である。図４は、ｎ＝６、すなわち、６サイクル毎に調整対象を変更した例を示す図である。
【００６５】
図４の横軸は時間であり、全幅が１ｓである。
図４には、ＡＣ／ＤＣ接続部電圧と、充電電流と、（内部）相殺信号と、ＡＣ／ＤＣ接続部の電流とを示している。
【００６６】
図４から明らかなように、本実施の形態による制御技術によれば、充電電流の振幅が１ｓ程度で低減し収束することがわかる。
【００６７】
この技術により装置状況を判断するセンサーが不要になる。また、あらかじめフィードフォワードするための信号を満遍なく調査する必要もなく、調査の抜けも発生しない。組み合わせるＡＣ／ＤＣコンバータを選ばず、脈流の影響を有効に抑制することができる。すなわち、従来技術では、ＡＣ／ＤＣコンバータを変更するたびに、新たにフィードフォワードするための信号を調査する必要があったのに対して、本実施の形態では、自動的に脈流成分の影響を低減することができるため、煩雑な作業が不要となる。
【００６８】
また、脈流の相殺信号をテーブルとして持たせる必要がなくなるため制御の簡素化が可能となる。
【００６９】
上記の処理および制御は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によるソフトウェア処理、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）によるハードウェア処理によって実現することができる。
【００７０】
また、上記の実施の形態において、図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、充電装置の状況の変化に対応可能な制御技術を利用した充電装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００７２】
Ａ  充電装置
３  ＡＣ／ＤＣコンバータ
３ａ  ＡＣ／ＤＣコンバータ制御部
４  ＡＣ／ＤＣコンバータの出力
５  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ａ  ＤＣ／ＤＣコンバータ制御部
５ｂ  脈流調整部
６  ＤＣ／ＤＣコンバータの出力
７  システム制御部
２１  蓄電池
２５  ＰＩ部（ＰＩ制御部）
３１  脈流成分の抽出部
３３  前回脈流成分記憶部
３７  位相差／利得調整方向判定部
４１  基準正弦波記憶部
４３  位相（φ）調整部
４５  利得（Ｋ）調整部
【図１】
2020078205.tif 000003
【図２】
2020078205.tif 000004
【図３】
2020078205.tif 000005
【図４】
2020078205.tif 000006