JP6347364B2 - 電源システム及び直流電源装置並びにこれを用いた試験方法 - Google Patents

Description

本発明は電源システム及び直流電源装置並びにこれを用いた試験方法に関する。

電源システムは様々な用途に応じて様々なタイプのものが提供されている。一例として、供試体の試験に用いられる電源システムであって、試験に際しては、直流電圧に交流試験信号を重畳した電力を供試体に印加し、電源システム内の電力供給ラインに流れる電流をそこに設置した電流センサで検出し、検出結果に応じて直流電圧を制御する電源システムがある。

この種の電源システムの一例を、図１を参照して説明する。図１は、本発明に関連する技術として、交流試験信号の重畳機能付き電源システムの概略構成を示す。

図１において、電源システム１０と供試体３０との間をケーブル４０で接続している。これは、供試体３０を恒温室のような環境下におく場合があることを想定している。このような場合、ケーブル４０の長さは１０ｍを越えることがある。

電源システム１０は、商用電源のような交流電源（図示省略）に接続したＡＣ／ＤＣコンバータとこのＡＣ／ＤＣコンバータに接続したＤＣ／ＤＣコンバータを含む変換部１１と、変換部１１からの直流電力を出力すべく出力端子１２を介してケーブル４０に接続される電力供給ライン１３に設けられた電流センサ１４と、電流センサ１４で検出した直流電流検出信号を受けると共に、供試体３０側で検出した電圧検出信号を入力端子１５経由で受け、直流電流の検出値と直流電圧の検出値を出力する計測部１６と、計測部１６からの計測結果に基づいて変換部１１を制御する電源制御部１７と、を有する。変換部１１のブロック内に示されている直流記号は、ＤＣ／ＤＣコンバータが電力供給ライン１３を通して直流電力を供給することを意味する。また、この直流ラインに示された交流記号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ内に交流試験信号出力部１１−１が挿入、接続されていることを意味する。すなわち、交流試験信号出力部１１−１は、電源制御部１７の制御のもと、電源システム（特に、ＤＣ/ＤＣコンバータ）の出力電圧を変動させ、その結果としてケーブル４０に交流試験電流を流す。交流試験信号出力部１１−１において変動させるリップル電圧Ｖ_{ｒｉｐｐｌｅ}（Ｖ）は、下記の数式（１）にて表される。数式（１）には、電源システム１０と供試体３０との間を接続するケーブル４０のインダクタンス成分Ｌが、パラメータとして含まれる。そのため、数式（１‘）にて表されるように、ケーブル４０の種別、長さ等に起因してそのインダクタンス成分が大きくなると、供試体３０を流れる交流試験電流は減衰してしまう。つまり、供試体３０に到達する交流試験電流は、電源システム１０と供試体３０を結ぶケーブル４０の種別や長さ等によって変動（減衰）する。そして、図１のような電源システムの構成では、装置（電源システム１０）の出力端での出力値補償が一般的であり、供試体３０の受信端での出力値補償が出来ないという課題があった。
Ｖ_{ｒｉｐｐｌｅ}＝ωＬＩ_{ｒｉｐｐｌｅ}＝２πｆＬＩ_{ｒｉｐｐｌｅ} （１）
Ｉ_{ｒｉｐｐｌｅ}＝Ｖ_{ｒｉｐｐｌｅ}／２πｆＬ （１‘）
但し、ｆはリップル周波数(Hz)、Ｌはケーブル４０のインダクタンス成分、Ｉは交流試験電流(A)である。

特開２００８−３０４７３０号公報

上記の課題を、本発明に関連する技術として図１に示した電源システムとは別の技術、例えば特許文献１に開示された技術を引用して説明する。

特許文献１では、帯電ローラに対して、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加する電源装置を含む画像形成装置について記載している。特許文献１はまた、電源ラインに電流検出手段として微小固定抵抗ｒを設け、この微小固定抵抗の両端にかかる電圧から帯電ローラに流れる交流電流値(実効値)を検出して制御部にフィードバックすることにより帰還制御を行うことを開示している。

しかしながら、特許文献１の図６に記載されているように、電流検出手段(微小固定抵抗ｒ)を電源装置の内部に設けており、本発明に関連する技術として図１に示した電源システムと同等の着想および構成を示しているにすぎない。

以上のように、これまでの交流試験信号の重畳機能付き電源システムは、電源システムの出力端での出力値補償が一般的である。換言すると、供試体の受信端で交流試験信号の受信値を補償しようとすると、供試体側に試験者及び必要な試験機器を配置して測定を行い、測定結果に基づいて電源システムの調整を行う必要があり、試験環境、例えば１０ｍを越えるようなケーブルの長さの違いによって、試験系のばらつきが生じてしまう。

しかるに、各種電源シミュレーション試験や再現試験においては、供試体の受信端での電源再現性が重要であるため、電源システムを自動調整できる構成が望まれている。

そこで、本発明の目的は、供試体の受信端での出力値補償が出来ないという課題を解決する電源システム及び直流電源装置並びにこれを用いた試験方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、交流試験信号の重畳機能付き電源システムであって、前記交流試験信号を含む電力を供試体に供給するためのケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整する手段を備えることを特徴とする電源システムが提供される。

本発明の第２の態様によれば、交流試験信号を含む電力を、ケーブルを通して供試体に出力する直流電源装置であって、直流電圧に前記交流試験信号を重畳して出力する機能を有する電力供給手段と、前記電力供給手段に接続された前記ケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段の検出信号に基づいて前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整する制御手段と、を含むことを特徴とする直流電源装置が提供される。

本発明の第３の態様によれば、直流電圧に交流試験信号を重畳して出力する機能を有する電力供給手段を備える直流電源装置から前記交流試験信号を含む電力を、ケーブルを通して供試体に出力し、前記ケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流を検出し、検出された前記交流試験信号の電流値とあらかじめ決められた設定値とを比較し、比較結果に応じて前記電力供給手段を制御して前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整することにより、前記ケーブルの種別、長さの異なる試験環境であっても、前記交流試験信号の電流値を補償するようにしたことを特徴とする直流電源装置を用いた試験方法が提供される。

本発明によれば、電源システムと供試体との間に接続されたケーブルの種別、長さ等の異なる試験環境であっても、供試体受信端での出力値、例えば交流試験電流値を補償することができる。

本発明に関連する技術の一例として、交流試験信号の重畳機能付き電源システムの概略構成を示した図である。 本発明の態様に係る電源システムを説明するためのブロック図である。 本発明の実施形態による、交流試験信号の重畳機能付き電源システムの概略構成を示した図である。 図３の電源システムの構成により、供試体受信端で交流試験電流値を補償する動作を説明するためのフローチャート図である。

本発明の態様に係る電源システムは、図２に示すように、交流試験信号の重畳機能付き電源システムであって、前記交流試験信号を含む電力を供試体３０に供給するためのケーブル４０における前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整する調整部（調整手段）１を備える電源システムとして提供され得る。

［実施形態の構成］
図３を参照して、本発明の好ましい実施形態による、交流試験信号の重畳機能付き電源システム２０の構成について説明する。ここでは、電気自動車用の充電池に対して様々な試験を行う充放電試験システムを想定して説明を進めることとする。このような充放電試験システムでは、充電池等の供試体３０を恒温室のような環境下に置くために、電源システム２０と供試体３０を接続するためのケーブル４０の長さが１０ｍを越える場合があることは前述した通りである。

試験の具体例としては、恒温室におけるさまざまな温度環境下での電気自動車の高速運転、低速運転の再現に伴う充電池の充放電試験や、さまざまな給電装置による充電池への充電を想定し、充電電源にノイズが含まれる場合の再現試験等がある。

図３において、本実施形態による電源システム２０は、商用電源のような交流電源（図示省略）に接続したＡＣ／ＤＣコンバータとこのＡＣ／ＤＣコンバータに接続したＤＣ／ＤＣコンバータを含む変換部（電力供給手段）２１と、変換部２１からの直流電力を出力すべく出力端子２２を介してケーブル４０に接続される電力供給ライン２３に設けられた電流センサ２４と、を含む。電源システム２０はまた、電流センサ２４で検出した直流電流検出信号を受けると共に、供試体３０側で電圧検出部２９（電圧検出手段）により検出された電圧検出信号を入力端子２５経由で受け、直流電流の検出値と直流電圧の検出値を出力する計測部２６と、計測部２６からの計測結果に基づいて変換部２１を制御する電源制御部２７を備えている。計測部２６と電源制御部２７はまとめて制御部３５と呼ばれても良い。また、入力端子２５は電圧検出信号の受信部として機能する。

変換部２１のブロック内に示されている直流記号及び交流記号は、図１での説明と同じである。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータによる直流供給ラインに交流試験信号出力部２１−１が挿入、接続されている。交流試験信号出力部２１−１は、電源制御部２７の制御のもと、供試体３０の電圧に対して、電源システム（特に、ＤＣ/ＤＣコンバータ）の出力電圧を変動させ、その結果としてケーブル４０に交流試験電流を流す。つまり、交流試験信号出力部２１−１は、供試体３０に対し、設定された交流試験電流値に即した交流試験電流出力を実現する。

本実施形態による電源システム２０は更に、供試体３０に近いケーブル４０に設置された、交流試験信号用の電流センサ部２８を備える。電流センサ部２８は、交流試験信号の電流をセンシングし、検出信号を計測部２６へ出力する。計測部２６は電流センサ部２８から受信した検出信号より交流試験信号の電流値を計測し、計測結果を電源制御部２７へフィードバックする。本実施形態における計測部２６は、電流センサ２４からの直流電流検出信号、供試体３０における直流電圧検出信号を受けるほか、電流センサ部２８からの交流試験信号の電流値（ディジタル値）を受け、それぞれの計測結果を電源制御部２７に送る。

電流センサ部２８は電源システム２０の構成要素であるが、図３では、作図の都合上、電源システム２０のブロック外に示されている。すなわち、電流センサ部２８は電源システム２０に備え付けられるものであって、ケーブル４０の任意の場所に設置可能であり、配線２８−１を通して計測部２６に検出信号を送る。電流センサ部２８と計測部２６の間は、ケーブル４０と同程度の配線長さを必要とするところ、検出信号をアナログ信号で送ると、信号の劣化が懸念される。それゆえ、電流センサ部２８において検出信号をディジタル信号に変換したうえで送信するのが望ましい。このような電流センサ部２８は、次のような構成で実現することができる。

電流センサ部２８は、電流センサで検知した電流を電圧値に変換し、変換した信号をアナログ／ディジタル変換して計測部２６へ送信する。計測部２６は受信した電圧値を電流値に変換したうえで電源制御部２７に送る。なお、アナログ／ディジタル変換のサンプリングは、交流試験信号周波数の２倍以上とすることが望ましい。

電源制御部２７は、電流センサ部２８による交流試験信号の電流値の計測結果に応じて交流試験信号出力部２１−１に対する設定値を増減し、ケーブル４０のインダクタンス成分Ｌによる交流試験信号の電流値の減衰分を補正する。上記の動作を繰り返すことにより、電源システム２０は供試体３０の受信端での交流試験信号の電流値を補償する。

なお、電流センサ２４からの直流電流検出信号、供試体３０における直流電圧検出信号は、電源制御部２７による変換部２１、特にＤＣ／ＤＣコンバータの制御に利用される。

以上のような構成、作用をなす電源システム２０は、直流電源装置としても提供され得る。

［実施形態の動作］
次に、図３の交流試験信号の重畳機能付き電源システムの構成において、供試体３０の受信端での交流試験信号の電流補償動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。

変換部２１のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて電源制御部２７の制御のもと、出力電圧を変動させることにより、電源制御部２７で設定された交流試験電流を交流試験信号出力部２１−１より供試体３０へ出力する(ステップＳ１)。供試体３０の受信端に設置された交流試験信号の電流センサ部２８は、交流試験電流のセンシングを行い(ステップＳ２)、検出した交流試験信号の電流値をディジタル信号に変換して計測部２６に送る。計測部２６は、電流センサ部２８からのディジタル信号を受けて交流試験電流値を計測する(ステップＳ３)。

電源制御部２７は、計測部２６からの交流試験電流の計測結果を交流試験電流の設定値と比較し、比較結果が一致した場合（ステップＳ４）には設定動作を完了する。

電源制御部２７は、計測部２６からの交流試験電流の計測結果が設定値より低い電流値であれば（ステップＳ５のＹＥＳ）、交流試験信号出力部２１−１に対して交流試験電流を増加させるように指示する(ステップＳ６)。一方、計測部２６からの交流試験電流の計測結果が設定値より高い電流値であれば（ステップＳ５のＮＯ）、電源制御部２７は交流試験電流を減少させる指示(ステップＳ７)を交流試験信号出力部２１−１へ送出する。上記のフローを繰り返すことで、供試体３０の受信端での交流試験電流値を調整し、出力値の補正を行うことができる。

以上説明したように、上記実施形態によれば、供試体の受信端において交流試験電流を検出するようにし、検出した電流値（好ましくはディジタル値）を用いて、交流試験電流のフィードバック制御を行うことにより、電源システムと供試体との間を接続しているケーブルの種別、長さの異なる試験環境であっても、供試体の受信端での交流試験電流値を補償することができる。また、電源システムと供試体との間を接続しているケーブル長が長くなることに起因する損失をカバーリングすることができる。

なお、計測部２６と電源制御部２７はまとめて制御部としてＣＰＵ等の手段で実現することが可能である。この場合、あらかじめ定められた制御手順（例えば図４のステップＳ３〜Ｓ７）を制御プログラムとして記憶したメモリを備え、制御に際しては、メモリから制御プログラムを読み出して制御手順を実行するように構成することができる。

本発明は、例えば電気自動車等のバッテリー充放電装置への適用に適している。

以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の構成や詳細には、本発明の範囲内で当事者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１１、２１ 変換部
１２、２２ 出力端子
１３、２３ 電力供給ライン
１５、２５ 入力端子
１１−１、２１−１ 交流試験信号出力部
２９ 電圧検出部
３５ 制御部

Claims (9)

1. 交流試験信号の重畳機能付き電源システムであって、
   前記交流試験信号を含む電力を供試体に供給するためのケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整する手段を備え、
   前記調整する手段は、
   直流電圧に前記交流試験信号を重畳して前記供試体に供給する機能を有する電力供給手段と、
   前記ケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段の検出信号に基づいて前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整する制御手段と、
   を含むことを特徴とする電源システム。
2. 前記電流検出手段は、
   前記交流試験信号の検出信号をディジタル信号に変換したうえで前記制御手段に送ることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。
3. 前記制御手段は、
   前記電流検出手段の検出信号を受けて前記交流試験信号の電流値を計測する計測手段と、
   前記計測手段による計測値とあらかじめ決められた設定値とを比較し、比較結果に応じて前記電力供給手段を制御して前記交流試験信号の電流値を調整する電源制御手段と、
   からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電源システム。
4. 前記調整する手段は、更に、
   前記供試体側に設置した電圧検出手段と、
   前記ケーブルに接続されるべき当該電源システム内の電力供給ラインに設置した電流センサと、を含み、
   前記計測手段は、
   前記電流検出手段からの検出信号に加えて前記電圧検出手段からの電圧検出信号、前記電流センサからの電流検出信号を受けて、それぞれの計測結果を前記電源制御手段に送り、
   前記電源制御手段は、
   前記それぞれの計測結果を受けて、前記電力供給手段を制御して前記交流試験信号の電流値を調整すると共に、前記直流電圧を制御することを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
5. 交流試験信号を含む電力を、ケーブルを通して供試体に出力する直流電源装置であって、
   直流電圧に前記交流試験信号を重畳して出力する機能を有する電力供給手段と、
   前記電力供給手段に接続された前記ケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流を検出する電流検出手段と、
   該電流検出手段の検出信号に基づいて前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整する制御手段と、
   を含むことを特徴とする直流電源装置。
6. 前記電流検出手段は、
   前記交流試験信号の検出信号をディジタル信号に変換したうえで前記制御手段に送ることを特徴とする請求項５に記載の直流電源装置。
7. 前記制御手段は、
   前記電流検出手段の検出信号を受けて前記交流試験信号の電流値を計測する計測手段と、
   前記計測手段による計測値とあらかじめ決められた設定値とを比較し、比較結果に応じて前記電力供給手段を制御して前記交流試験信号の電流値を調整する電源制御手段と、
   からなることを特徴とする請求項５又は６に記載の直流電源装置。
8. 当該直流電源装置は、更に、
   前記供試体側で検出された電圧検出信号の受信手段と、
   前記ケーブルに接続されるべき当該直流電源装置内の電力供給ラインに設置した直流電流センサと、を含み、
   前記計測手段は、
   前記電流検出手段からの検出信号に加えて、前記電圧検出信号、前記直流電流センサからの直流電流検出信号を受けて、それぞれの計測結果を前記電源制御手段に送り、
   前記電源制御手段は、
   前記それぞれの計測結果を受けて、前記電力供給手段を制御して前記交流試験信号の電流値を調整すると共に、前記直流電圧を制御することを特徴とする請求項７に記載の直流電源装置。
9. 直流電圧に交流試験信号を重畳して出力する機能を有する電力供給手段を備える直流電源装置から前記交流試験信号を含む電力を、ケーブルを通して供試体に出力し、
   前記ケーブルにおける前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流を検出し、
   検出された前記交流試験信号の電流値とあらかじめ決められた設定値とを比較し、
   比較結果に応じて前記電力供給手段を制御して前記供試体の受信端での前記交流試験信号の電流値を調整することにより、前記ケーブルの種別、長さの異なる試験環境であっても、前記交流試験信号の電流値を補償するようにしたことを特徴とする直流電源装置を用いた試験方法。

Images