(57)【要約】【課題】電池または電気二重層キャパシタの充放電試験を行うための充放電装置を、必要とする回路部品点数を削減およびその制御も簡略化でき、過大な放電電流からの保護も容易にする。【解決手段】ＰＷＭコンバータ１１は双方向電力変換機能をもち、反転式昇降圧チョッパ回路１４はスイッチＳ１をオン後にオフすることでＰＷＭコンバータ１１側から電池１３を充電させ、スイッチＳ２をオン後にオフすることで電池１３からＰＷＭコンバータ１１側に放電させる。スイッチＳ１、Ｓ２の導通率で充放電電圧と電流を調整する。  ＰＷＭコンバータに代えて整流器とし、これに並列に抵抗式放電回路を設けた構成も含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池または電気二重層キャパシタの充放電試験を行うための充放電装置であって、
交流電源から直流電力を得る順変換と、直流電源から交流電源に電力を回生する逆変換ができる双方向電力変換器と、
半導体スイッチとこれに逆並列接続したダイオードからなる１対のアームと、直流リアクトルにより構成し、前記双方向電力変換器と前記電池または電気二重層キャパシタとの間に設けられ、前記半導体スイッチのチョッパ動作によって前記電力変換器を通した前記交流電源と前記電池または電気二重層キャパシタとの間の充電制御と放電制御を行う反転式昇降圧チョッパ回路と、
を備えたことを特徴とする電池または電気二重層キャパシタの充放電装置。
【請求項２】
電池または電気二重層キャパシタの充放電試験を行うための充放電装置であって、
交流電源から直流電力を得る整流器と、
半導体スイッチと放電抵抗の直列接続で前記整流器の出力側に設けた放電回路と、
半導体スイッチとこれに逆並列接続したダイオードからなる１対のアームと、直流リアクトルにより構成し、前記双方向電力変換器と前記電池または電気二重層キャパシタとの間に設けられ、前記半導体スイッチのチョッパ動作によって前記整流器を通した前記交流電源と前記電池または電気二重層キャパシタとの間の充電制御と、前記放電回路と前記電池または電気二重層キャパシタとの間の放電制御を行う反転式昇降圧チョッパ回路と、
を備えたことを特徴とする電池または電気二重層キャパシタの充放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池または電気二重層キャパシタの充放電特性や寿命評価などの試験を行うための充放電装置に係り、特に半導体スイッチのチョッパ動作によって充放電電流を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は回生式充放電装置の主回路構成を示す（例えば、特許文献１参照）。ＰＷＭコンバータ１は、交流電源ＡＣから電圧制御した直流電力を得る順変換機能と、直流電力を交流電源ＡＣに回生する逆変換機能を有する双方向電力変換器である。平滑コンデンサ２は、ＰＷＭコンバータ１の順変換動作には直流出力を平滑し、逆変換動作には直流電源になる。なお、ＰＷＭコンバータ１は順変換器と逆変換器（インバータ）を並列接続した２台構成にされる場合もある。４象限チョッパ回路（ブリッジ型可逆チョッパ回路）３は、基本アーム３Ａと制御アーム３Ｂで４組のアームをブリッジ接続した構成にされ、各アームのうち、互いに対角位置のアーム同士が相補アームになる。両アーム３Ａ、３Ｂの各アームは、半導体スイッチＳ１〜Ｓ４と、これらにそれぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４を接続した構成にされる。アーム３Ａ、３Ｂの上下アームの両接続点の間に、直流リアクトル４と被試験対象となる電池（電気二重層キャパシタ、キャパシタなど）５が接続される。
【０００３】
この構成において、電池５の放電時には、スイッチＳ２，Ｓ３をオンさせることにより、電池５には直流リアクトル４を通して直流電源側に放電電流を流し、その後にスイッチＳ３をオフさせることでスイッチＳ２とダイオードＤ４の経路で循環電流による放電電流を流し、その後にスイッチＳ２をオフさせることで循環電流をダイオードＤ１、Ｄ４の経路で直流電源への放電電流として流す。
【０００４】
また、電池５の充電時には、スイッチＳ１、Ｓ４をオンさせることにより、直流電源から電池５に充電電流を流し、その後にスイッチＳ１をオフさせることによりスイッチＳ４とダイオードＤ２の経路で循環電流を流し、その後にスイッチＳ４をオフさせることで循環電流をダイオードＤ２、Ｄ３を通して直流電源への放電電流として流す。
【特許文献１】特開２００１−１６７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の充放電装置は、四象限チョッパ回路を適用しているため、スイッチＳ１〜Ｓ４の４個の半導体スイッチを必要とし、さらに直流電源にはＰＷＭコンバータ１を用いるため、制御装置及び主回路構成が複雑となるし、高価な装置になる。
【０００６】
また、ＰＷＭコンバータ１に代えて整流器を使用し、電池５の放電試験には直流電源に放電用抵抗と半導体スイッチの直列接続構成の放電回路を設けることが考えられるが、電池５の充電エネルギーが大きい場合に放電回路に過大な電流が流れる回路状態が予想され、この過大電流から放電回路および半導体スイッチＳ１〜Ｓ４、ダイオードＤ１〜Ｄ４を保護する回路も必要となる。また、過大電流の発生に、放電を中断する機能をもたせる場合には直流遮断容量の大きい遮断器も必要となる。
【０００７】
本発明の目的は、必要とする回路部品点数を削減およびその制御も簡略化でき、過大な放電電流からの保護も容易にした、電池または電気二重層キャパシタの充放電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の課題を解決するための本発明は、以下の構成を特徴とする。
【０００９】
（１）電池または電気二重層キャパシタの充放電試験を行うための充放電装置であって、
交流電源から直流電力を得る順変換と、直流電源から交流電源に電力を回生する逆変換ができる双方向電力変換器と、
半導体スイッチとこれに逆並列接続したダイオードからなる１対のアームと、直流リアクトルにより構成し、前記双方向電力変換器と前記電池または電気二重層キャパシタとの間に設けられ、前記半導体スイッチのチョッパ動作によって前記電力変換器を通した前記交流電源と前記電池または電気二重層キャパシタとの間の充電制御と放電制御を行う反転式昇降圧チョッパ回路と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
（２）電池または電気二重層キャパシタの充放電試験を行うための充放電装置であって、
交流電源から直流電力を得る整流器と、
半導体スイッチと放電抵抗の直列接続で前記整流器の出力側に設けた放電回路と、
半導体スイッチとこれに逆並列接続したダイオードからなる１対のアームと、直流リアクトルにより構成し、前記双方向電力変換器と前記電池または電気二重層キャパシタとの間に設けられ、前記半導体スイッチのチョッパ動作によって前記整流器を通した前記交流電源と前記電池または電気二重層キャパシタとの間の充電制御と、前記放電回路と前記電池または電気二重層キャパシタとの間の放電制御を行う反転式昇降圧チョッパ回路と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上のとおり、本発明によれば、反転式昇降圧チョッパ回路によって、交流電源から電池または電気二重層キャパシタへの充電制御と、電池または電気二重層キャパシタから交流電源または放電回路への放電制御を行うため、必要とする回路部品点数を削減およびその制御も簡略化でき、過大な放電電流からの保護も容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（実施形態１）
図１は、本実施形態を示す充放電装置の主回路構成図である。ＰＷＭコンバータ１１は、図３と同様に、順変換機能と逆変換機能を有し、平滑コンデンサ１２との組み合わせで直流電源を構成する。被試験装置になる電池（または電気二重層キャパシタ）１３とＰＷＭコンバータ１１の直流電源との間に、反転式昇降圧チョッパ回路１４を設ける。
【００１３】
この反転式昇降圧チョッパ回路１４は、半導体スイッチＳ１，Ｓ２と、これらにダイオードＤ１，Ｄ２を逆並列接続した一対のアームの直列接続回路と、この両アームの接続点と基準電位との間に直流リアクトルＬを接続した構成とする。
【００１４】
半導体スイッチＳ１、Ｓ２の接続極性は、直流電源のＰ極から電池１３に順方向電流が流れる向きとする。電池１３はチョッパ回路１４のアーム出力端子側に負極（−）端子を接続し、基準電位側に正極（＋）端子を接続する。
【００１５】
この構成において、電池１３の充電時には、半導体スイッチＳ２をオフにした状態で、半導体スイッチＳ１をオンさせることで、ＰＷＭコンバータ１１の直流電源のＰ極から半導体スイッチＳ１→直流リアクトルＬ→Ｎ極の経路で短絡電流を流す。この後、直流リアクトルＬが飽和しない時間内で、半導体スイッチＳ１をオフすることで、直流リアクトルＬから電池１３→ダイオードＤ２の経路で電池１３への循環電流を流し、直流リアクトルＬに蓄えられた電気エネルギーにより電池１３の充電を行う。
【００１６】
このような充電動作は、半導体スイッチＳ１のスイッチング動作（オン／オフの繰り返し）によって電池１３に充電電流を流し、この充電時の充電電圧および電流は半導体スイッチＳ１のオン／オフ比率（導通率）によって調整し、さらにＰＷＭコンバータ１１の出力電圧制御によって調整できる。
【００１７】
次に、電池１３の放電時には、半導体スイッチＳ１をオフした状態で、半導体スイッチＳ２をオンさせることで、電池１３から直流リアクトルＬ→半導体スイッチＳ２の経路で短絡電流を流す。この後、直流リアクトルＬが飽和しない時間内で、半導体スイッチＳ２をオフすることで、直流リアクトルＬからダイオードＤ１→ＰＷＭコンバータ１１の経路で循環電流を流し、直流リアクトルＬに蓄えられた電気エネルギーを交流電源ＡＣ側に回生する。
【００１８】
このような放電動作は、半導体スイッチＳ２のスイッチング動作（オン／オフの繰り返し）によって電池１３から放電電流を流し、この放電時の放電電圧および電流は半導体スイッチＳ２のオン／オフ比率（導通率）によって調整し、さらにＰＷＭコンバータ１１の出力電圧制御によって調整できる。
【００１９】
本実施形態によれば、図３の構成に比べて、半導体スイッチおよび逆並列ダイオードで構成するアームの必要個数を１／２に削減できる。また、半導体スイッチの制御回路も簡略化できる。さらに、半導体スイッチＳ１．Ｓ２の導通率で充放電電流を調整できるため、ＰＷＭコンバータによる充放電制御を不要にしてその制御装置が簡単になる。
【００２０】
なお、本実施形態において、ＰＷＭコンバータは、順変換器と逆変換器の並列接続構成にした双方向電力変換器として同等の作用効果を得ることができる。
【００２１】
（実施形態２）
図２は、本実施形態を示す充放電装置の主回路構成図である。同図が図１と異なる部分は、ＰＷＭコンバータ１１に代えて、整流器１５と抵抗式放電回路１６を設けた点にある。
【００２２】
整流器１５は交流電源ＡＣの交流電力を直流電力に変換する整流機能のみをもち、平滑コンデンサ１２との組み合わせで直流電源を構成する。なお、整流器１５と交流電源ＡＣとの間に、半導体スイッチＳＷ１を設け、この間の回路遮断を可能にしておく。抵抗式放電回路１６は、放電抵抗Ｒと半導体スイッチＳＷ２の直列接続構成とし、直流電源に並列接続で設ける。
【００２３】
この構成において、電池１３の充電時の動作は半導体スイッチＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフさせた状態で、半導体スイッチＳ２をオフ、半導体スイッチＳ１のスイッチングにより、図１の場合と同様の充電動作を得る。
【００２４】
電池１３の放電時の動作は、半導体スイッチＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオン、半導体スイッチＳ１をオフした状態で、半導体スイッチＳ２をオンさせることで、電池１３から直流リアクトルＬ→半導体スイッチＳ２の経路で短絡電流を流す。この後、直流リアクトルＬが飽和しない時間内で、半導体スイッチＳ２をオフすることで、直流リアクトルＬからダイオードＤ１→スイッチＳＷ２→放電抵抗Ｒの経路で循環電流を流し、直流リアクトルＬに蓄えられた電気エネルギーを放電抵抗Ｒで熱として放電させる。
【００２５】
この放電動作において、放電電圧および放電電流は半導体スイッチＳ２によって調整することができ、電池１３の充電エネルギーが大きい場合にも過大な電流が放電回路に流れることはなく、半導体スイッチＳＷ２、Ｓ１およびダイオードＤ１を過電流から保護することができる。
【００２６】
本実施形態によれば、実施形態１の効果に加えて、高価なＰＷＭコンバータが不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態１を示す主回路構成図。
【図２】本発明の実施形態２を示す主回路構成図。
【図３】従来の回生式充放電装置の主回路構成図。
【符号の説明】
【００２８】
１、１１  ＰＷＭコンバータ
２、１２  平滑コンデンサ
５、１３  電池（または電気二重層キャパシタ）
１４  反転式昇降圧チョッパ
１５  整流器
１６  抵抗式放電回路
【図１】
2008086175.tif 000003
【図２】
2008086175.tif 000004
【図３】
2008086175.tif 000005