JP4122843B2

JP4122843B2 - Power converter

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Publication number: JP4122843B2
Application number: JP2002148304A
Authority: JP
Inventors: 一司榎; 和俊鈴木; 孝夫松岡; 勇志東山
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2002-05-22
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-05-22
Also published as: JP2003348832A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関し、さらに詳しくは、二次電池の充放電試験に用いられる充放電装置と、燃料電池等の負荷試験に用いられる負荷装置と、直流電力を発生する直流電源装置に関し、直流電源で力行／回生するインバータ、モータ用電源装置、インバータ、モータ用負荷装置であるダイナモ用インバータの各機能を併せ持つ装置技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車載用のバッテリ（二次電池）の試験は充電特性と放電特性とについて行われており、そのための充放電装置がある。図５（ａ）に、従来技術に係る充放電装置の基本構成を示す。同図に示すように、この充放電装置は、交流電力Ｐ１１と直流電力Ｐ１２を相互に電力変換するコンバータ部１１と、直流電力Ｐ１２，Ｐ１３を相互に電圧変換するチョッパー部１２とから構成される。
【０００３】
この充放電装置によれば、充電時には、外部の交流電源１０から供給される交流電力Ｐ１１がコンバータ部１１により直流電力Ｐ１２に変換される。この直流電力Ｐ１２は、チョッパー部１２により電圧変換されて直流電力Ｐ１３として充放電用端子１３に供給される。充放電用端子１３には被試験対象のバッテリ（図示なし）が接続されており、このバッテリが直流電力Ｐ１３により充電される。逆に、放電時には、被試験対象のバッテリから供給される直流電力Ｐ１３がチョッパー部１２により直流電力Ｐ１２に変換される。この直流電力Ｐ１２は、コンバータ部１１により交流電力Ｐ１１に変換され、交流電源１０に回生される。以上により、バッテリの充放電試験が行われる。
【０００４】
また、近年、電気自動車の実用化が推し進められ、その電源として燃料電池が注目されている。この種の用途では、比較的大きな電流を長時間にわたって安定的に供給する性能が電池に要求され、そのような電池の性能を評価するための負荷試験が行われている。図５（ｂ）に、従来技術に係る負荷装置の基本構成を示す。この負荷装置は、図示しない燃料電池側から供給される直流電力Ｐ２３を電圧変換して直流電力Ｐ２２を得るチョッパー部２２と、この直流電力Ｐ２２を交流電力Ｐ２１に変換するコンバータ部２１とから構成される。
【０００５】
この負荷装置によれば、端子２３に接続された燃料電池が発生する直流電力Ｐ２３は、チョッパー部２２により直流電力Ｐ２２に電力変換される。この直流電力Ｐ２２はコンバータ部２１により交流電力Ｐ２１に変換され、交流電源２０に回生される。以上により、負荷電流が電源側に回生される。
【０００６】
さらに、電気自動車には、補機類を駆動させるための電源として直流電源装置が搭載されている。図５（ｃ）に、従来技術に係る直流電源装置の基本構成を示す。この直流電源装置は、交流電力Ｐ３１を直流電力Ｐ３２に変換するコンバータ部３１と、この直流電力Ｐ３２を電圧変換して直流電力Ｐ３３を得るチョッパー部３２とから構成される。この直流電源装置によれば、交流電源３０から供給される交流電力Ｐ３１はコンバータ部３１により直流電力Ｐ３２に変換される。この直流電力Ｐ３２は、チョッパー部３２により直流電力Ｐ３３に変換され、直流電源用端子３３に接続された図示しない補機類に供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の従来技術によれば、充放電装置、負荷装置、直流電源装置のそれぞれが単独の装置として存在するため、これら装置の設置場所として広いスペースを確保する必要があると共にコストが上昇するという問題がある。
この発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、構成を簡略化し、省スペース化およびコストの低減を図ることができる電力変換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、この発明は以下の構成を有する。即ち、請求項１に記載された発明に係る電力変換装置は、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換すると共に回生機能を有するコンバータ部（例えば図１に示すコンバータ部１１に相当する構成要素）と、前記コンバータ部により変換された直流電力を第１の被試験対象である二次電池への直流電圧に適合した電圧に変換して前記二次電池に供給すると共に、前記二次電池から供給される直流電力を回生電力に変換する第１のチョッパー部（例えば図１に示すチョッパー部１２に相当する構成要素）と、前記コンバータ部から供給される電力を第２の被試験対象である車両用補機類に適合する電圧に変換して前記車両用補機類に供給する第２のチョッパー部（例えば図１に示すチョッパー部３２に相当する構成要素）と、を備えてなり、前記コンバータ部の直流端子（例えば図１に示すＰ電力１２，Ｐ３２が現れるノード）が、共通母線を介して前記第１および第２のチョッパー部に接続されており、前記二次電池の放電時において、前記第１のチョッパー部によって変換された回生電力が、前記第２のチョッパー部で必要とされる電力よりも大きい場合、前記第１のチョッパー部は、変換された前記回生電力のうち、前記第２のチョッパー部で必要とされる電力の分を、前記第２のチョッパー部に供給するとともに、残りの分を、前記コンバータ部に供給し、一方、変換された前記回生電力が、前記第２のチョッパー部で必要とされる電力よりも小さい場合、前記第１のチョッパー部は、変換された前記回生電力を第２のチョッパー部に供給し、前記コンバータ部は、前記コンバータ部からの直流電力を前記第２のチョッパー部に供給することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載された発明に係る電力変換装置は、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換すると共に回生機能を有するコンバータ部（例えば図２に示すコンバータ部１１に相当する構成要素）と、第１の被試験対象である電力発生装置から供給される直流電力を回生電力に変換する第１のチョッパー部（例えば図２に示すチョッパー部２２に相当する構成要素）と、前記コンバータ部から供給される電力を第２の被試験対象である車両用補機類に適合する電圧に変換して前記車両用補機類に供給する第２のチョッパー部（例えば図２に示すチョッパー部３２に相当する構成要素）と、を備えてなり、前記コンバータ部の直流端子（例えば図１に示す電力Ｐ２２，Ｐ３２が現れるノード）が、共通母線を介して前記第１および第２のチョッパー部に接続されており、前記第１のチョッパー部によって変換された回生電力が、前記第２のチョッパー部で必要とされる電力よりも大きい場合、前記第１のチョッパー部は、変換された前記回生電力のうち、前記第２のチョッパー部で必要とされる電力の分を、前記第２のチョッパー部に供給するとともに、残りの分を、前記コンバータ部に供給し、一方、変換された前記回生電力が、前記第２のチョッパー部で必要とされる電力よりも小さい場合、前記第１のチョッパー部は、変換された前記回生電力を第２のチョッパー部に供給し、前記コンバータ部は、前記コンバータ部からの直流電力を前記第２のチョッパー部に供給することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載された発明に係る電力変換装置は、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換すると共に回生機能を有するコンバータ部（例えば図３に示すコンバータ部１１に相当する構成要素）と、前記コンバータ部により変換された直流電力を第１の被試験対象である二次電池への直流電圧に適合した電圧に変換して該第１の被試験対象に供給すると共に、前記二次電池の放電時において前記二次電池から供給される直流電力を回生電力として前記コンバータ部に供給する第１のチョッパー部（例えば図３に示すチョッパー部１２に相当する構成要素）と、第２の被試験対象である電力発生装置から供給される直流電力を回生電力に変換する第２のチョッパー部（例えば図３に示すチョッパー部２２に相当する構成要素）と、を備えてなり、前記コンバータ部の直流端子（例えば図１に示す電力Ｐ１２，Ｐ２２が現れるノード）が、共通母線を介して前記第１および第２のチョッパー部に接続されており、前記二次電池の充電時において、前記第２のチョッパー部によって変換された回生電力が、前記第１のチョッパー部で必要とされる電力よりも大きい場合、前記第２のチョッパー部は、変換された前記回生電力のうち、前記第１のチョッパー部で必要とされる電力の分を、前記第１のチョッパー部に供給するとともに、残りの分を、前記コンバータ部に供給し、一方、前記第２のチョッパー部によって変換された回生電力が、前記第１のチョッパー部で必要とされる電力よりも小さい場合、前記第２のチョッパー部は、変換された前記回生電力を第１のチョッパー部に供給し、前記コンバータ部は、前記コンバータ部からの直流電力を前記第１のチョッパー部に供給することを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項４に記載された発明に係る電力変換装置は、外部の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換すると共に回生機能を有するコンバータ部（例えば図４に示すコンバータ部１１に相当する構成要素）と、前記コンバータ部により変換された直流電力を第１の被試験対象であるモータ装置への直流電圧に適合した電圧に変換して前記モータ装置に供給すると共に、前記モータ装置から供給される直流電力を回生電力として前記コンバータ部に供給するチョッパー部（例えば図４に示すチョッパー部１２に相当する構成要素）と、前記コンバータ部から供給される直流電力を交流電力に変換して前記モータ装置に連結された外部のダイナモに供給すると共に、前記ダイナモから供給された交流電力を直流電力に変換して前記コンバータ部に供給するインバータ部（例えば図４に示すインバータ部４２に相当する構成要素）と、を備えてなり、前記コンバータ部の直流端子（例えば図４に示す電力Ｐ１２，Ｐ４２が現れるノード）が、共通母線を介して前記チョッパー部および前記インバータ部に接続されており、前記チョッパー部が、前記モータ装置に電力を供給して前記モータ装置を駆動すると、前記インバータ部は、前記モータ装置によって駆動されたダイナモから供給された交流電力を直流電力に変換して前記チョッパー部に供給することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
なお、この発明では、電力の回生とは、電力を電源に戻すことのほかに、外部から電力を回収して電源に戻すことなく出力することを含むものとする。
（実施の形態１）
図１に、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置１００の構成例を示す。同図において、前述の図５に示す要素と共通する要素には同一符号を付す。この電力変換装置１００は、基本的には充放電装置として機能するものであり、直流電源装置としての機能を併せ持つ。即ち、この電力変換装置は、従来別体とされていた充放電装置と直流電源装置のコンバータ部１１を共用化したものであり、１台のコンバータ部１１と２台のチョッパー部１２，３２とを有する。
なお、この実施の形態１において、充放電装置とは、二次電池の充電特性および放電特性を試験するために用いられるものを意味するものとするが、この発明は、これに限定されるものではなく、試験以外のどのような用途に用いるものであってもよい。
【００１３】
図１において、コンバータ１１の一次側の交流端子は交流電源１０に接続され、その二次側の直流端子は、共通母線１０１を介してチョッパー部１２，３２の一次側の直流端子に接続される。チョッパー部１２の二次側の直流端子は充放電用端子１３を介して図示しない二次電池（バッテリ）に接続され、チョッパー部３２の二次側の直流端子は直流電源用端子３３を介して例えば電気自動車の補機類などの負荷装置に接続される。コンバータ部１１は、外部の交流電源１０から供給される交流電力Ｐ１１を直流電力Ｐ１２に変換する機能を有すると共に、直流電力Ｐ１２を交流電源１０側に回生する機能を有している。また、チョッパー部１２は、一次側の直流電力Ｐ１２と二次側の直流電力Ｐ１３とを相互に電圧変換する機能を有し、チョッパー部３２は、一次側の直流電力Ｐ３２を二次側の負荷に適合する直流電力Ｐ３３に電圧変換するものである。
【００１４】
以下、この実施の形態１に係る電力変換装置１００の動作を説明する。
充電動作時には、コンバータ部１１が、交流電源１０から供給される交流電力Ｐ１１を直流電力Ｐ１２に変換してチョッパー部１２に供給する。チョッパー部１２は、直流電力Ｐ１２を電圧変換して直流電力Ｐ１３とし、これを充放電用端子１３を介して図示しない二次電池に出力する。また、コンバータ部１１から出力された直流電力Ｐ１２の一部は、直流電力Ｐ３２としてチョッパー部３２に供給され、直流電力Ｐ３３に変換される。これにより、充放電用端子１３に接続された二次電池が充電されると共に、直流電源端子３３に接続された負荷装置に直流電力Ｐ３３が供給される。
【００１５】
これに対し、放電動作時には、充放電用端子１３に接続された二次電池から供給される直流電力Ｐ１３が、チョッパー部１２により直流電力Ｐ１２（回生電力）に電圧変換され、共通母線１０１を介し直流電力Ｐ３２としてチョッパー部３２に供給される。ここで、チョッパー部１２から出力された直流電力が、チョッパー部３２で必要とされる直流電力Ｐ３２を上回っている場合、その余剰分がコンバータ部１１側に供給され、交流電力Ｐ１１として交流電力１０に回生される。この場合、交流電源１０側の消費電力は発生しない。
また、チョッパー部１２から出力される直流電力が、チョッパー部３２で必要とされる直流電力Ｐ３２を下回っている場合、その不足分がコンバータ部１１側からチョッパー部３２に供給される。この場合、コンバータ部１１に供給すべき直流電力Ｐ３２の多くが、チョッパー部１２から出力される直流電力でまかなわれるので、コンバータ部１１から出力すべき直流電力Ｐ１２が低減される。
【００１６】
以上により、充放電用端子１３に接続された二次電池の充放電試験が行われると共に、直流電源端子３３に接続された負荷に電源が供給される。
この実施の形態１によれば、被試験対象の二次電池から放電される電力が負荷側に循環され、電力が回生される。このとき、余剰電力が発生した場合にはコンバータ部１１側に回生され、不足分が発生した場合にはコンバータ部１１側から補充される。従って、電力の有効利用（省エネ化）を図ることが可能になると共に、コンバータ部１１の容量の低減を図ることが可能になり、装置を小型に実現することが可能になる。
【００１７】
（実施の形態２）
図２に、この発明の実施の形態２に係る電力変換装置２００の構成例を示す。同図において、前述の図５に示す要素と共通する要素には同一符号を付す。
この電力変換装置２００は、基本的には負荷装置として機能するものであって、直流電源装置としての機能を併せ持つ。即ち、この電力変換装置は、従来別体とされていた負荷装置と直流電源装置のコンバータ部１１を共用化したものであり、上述の図１に示す実施の形態１の構成において、チョッパー部１２に代えてチョッパー部２２を備える。コンバータ部１１の二次側の直流端子は、共通母線２０１を介してチョッパー部２２，３２の一次側の直流端子に接続される。
【００１８】
チョッパー部２２は、負荷用端子２３を介して図示しない負荷試験の対象とされる電池側に接続され、この電池側から負荷電力として供給される直流電力Ｐ２３を直流電力Ｐ２２に電圧変換し、共通母線２０１を介してコンバータ部１１およびチョッパー部３２側に供給するものである。他の構成は上述の実施の形態１と同様である。
なお、この実施の形態２において、負荷装置とは、電池または発電機の負荷試験を行うための負荷電流を発生させるものを意味するものとするが、被試験対象物としては電池や発電機に限らず、電力を発生するものであれば、どのようなものであってもよい。
【００１９】
以下、この実施の形態２に係る電力変換装置２００の動作を説明する。
図２において、チョッパー部２２はスイッチング動作を行い、そのスイッチングのデューティに応じた負荷電流を発生させる。このとき、チョッパー部２２は、図示しない電池側から負荷電流に応じて供給される直流電力Ｐ２３を直流電力Ｐ２２（回生電力）に電圧変換する。この直流電力Ｐ２２は、直流電力Ｐ３２としてチョッパー部３２に供給される。
【００２０】
ここで、チョッパー部２２から出力される直流電力Ｐ２２が、チョッパー部３２で必要とされる直流電力Ｐ３２を上回っている場合、その余剰分がコンバータ部１１側に供給され、交流電力Ｐ１１として交流電力１０に回生される。また、チョッパー部２２から出力される直流電力Ｐ２２が、チョッパー部３２で必要とされる直流電力Ｐ３２を下回っている場合、その不足分がコンバータ部１１側からチョッパー部３２に供給される。以上により、負荷用端子２３に接続された電池の負荷試験が行われると共に、直流電源端子３３に接続された負荷に電源が供給される。
【００２１】
この実施の形態２によれば、上述の実施の形態１と同様に、被試験対象の電池から供給される負荷電力がチョッパー部２２により回収されてチョッパー部３２に供給される。このとき、余剰電力が発生した場合にはコンバータ部１１側に回生され、不足分が発生した場合にはコンバータ部１１側から補充されるので、電力の有効利用（省電力化）することができ、コンバータ部１１の容量の低減を図ることが可能になる。
【００２２】
（実施の形態３）
図３に、この発明の実施の形態３に係る電力変換装置３００の構成例を示す。同図において、上述の図１および図２に示す要素と共通する要素には同一符号を付す。この電力変換装置３００は、充放電装置と負荷装置の機能を併せ持つものであり、従来別体とされていた充放電装置と負荷装置のコンバータ部１１を共用化して構成されたものであり、上述の図１に示す実施の形態１の構成において、チョッパー部３２に代え、図２に示す実施の形態２に係るチョッパー部２２を備える。コンバータ部１１の二次側の直流端子は、共通母線３０１を介してチョッパー部１２，２２の一次側の直流端子に接続される。
【００２３】
以下、この実施の形態３に係る電力変換装置２００の動作を説明する。
図３において、チョッパー部２２は、実施の形態２と同様に、スイッチング動作を行って負荷電流を発生させ、この負荷電流に応じた直流電力Ｐ２３を直流電力Ｐ２２（回生電力）に電圧変換する。ここで、充放電用端子１３に接続された電池が放電状態にある場合、チョッパー１２は、直流電力Ｐ１３を直流電力Ｐ１２（回生電力）に変換して出力する。従ってこの場合、チョッパー部１２，２２側から供給される直流電力は、コンバータ部１１を介して交流電源１０側に回生される。
【００２４】
これに対し、充放電用端子１３に接続された電池が充電状態にある場合、チョッパー部２２から出力された直流電力Ｐ２２は、チョッパー部１２側に供給される。ここで、チョッパー部２２から出力される直流電力Ｐ２２が、チョッパー部１２で必要とされる直流電力Ｐ１２を上回っている場合、その余剰分がコンバータ部１１側に供給されて交流電力１０に回生される。また、チョッパー部２２から出力される直流電力Ｐ２２が、チョッパー部１２で必要とされる直流電力Ｐ１２を下回っている場合、その不足分がコンバータ部１１側からチョッパー部１２に供給される。以上により、充放電用端子１３に接続された電池の充放電試験が行われると共に、負荷用端子２３に接続された電池の負荷試験行われる。
【００２５】
この実施の形態３によれば、被試験対象の電池の負荷電力がチョッパー部２２により回収されてチョッパー部１２に供給される。このとき、余剰分が発生した場合にはコンバータ部１１側に回生され、不足分が発生した場合にはコンバータ部１１側から補充されるので、電力の有効利用（省電力化）が可能となり、コンバータ部１１の容量の低減を図ることが可能になる。
なお、図３に示す構成に加えてチョッパー部３２をさらに備え、直流電源装置としての機能をさらに併せ持つものとしてもよい。
【００２６】
（実施の形態４）
図４に、この発明の実施の形態４に係る電力変換装置４００の適用例を示す。同図において、上述の図１に示す要素と共通する要素には同一符号を付す。
この電力変換装置４００は、充放電装置とインバータ装置の機能を併せ持つものであり、従来別体とされていた充放電装置とインバータ装置とのコンバータ部１１を共用化したものであって、コンバータ部１１とチョッパー部１２とインバータ部４２とを有し、コンバータ１１の二次側の直流端子は、共通母線４０１を介してチョッパー部１２の一次側の直流端子およびインバータ部３２の一次側の直流端子に接続される。このインバータ部４２の二次側の交流端子は交流電源用端子４３に接続される。
【００２７】
インバータ部４２は、基本的には直流電力を交流電力に変換するものではあるが、この実施の形態４では、交流電源用端子４３を介して外部から供給された交流電力Ｐ４３を直流電力Ｐ４２に変換するものとして機能する。交流電源用端子４３には、ダイナモ（Ｄｙ）４４が接続され、充放電用端子１３には、インバータ（ＩＮＶ）４５を介してモータ（Ｍ）４６が接続される。これらインバータ４５とモータ４６はワークを構成する。モータ４６の出力軸はトルク計（Ｔ）４７を介してダイナモ４４の入力軸に連結される。
【００２８】
以下、この実施の形態４の動作を説明する。
コンバータ部１１は、交流電源１０から供給される交流電力Ｐ１１を直流電力Ｐ１２に変換してチョッパー部１２に供給する。チョッパー部１２は、直流電力Ｐ１２を電圧変換し、充放電用端子１３を介して直流電力Ｐ１３を外部のインバータ４５に出力する。インバータ４５は、直流電力Ｐ１３を交流電力に変換してモータ４６に供給し、モータ４６を駆動する。
【００２９】
モータ４６の回転力はトルク計４７を介してダイナモ４４を駆動する。これによりダイナモ４４が交流電力Ｐ４３を発電する。この交流電力Ｐ４３はインバータ部４２により直流電力Ｐ４２（回生電力）に変換される。インバータ部４２から出力された直流電力Ｐ４２は、チョッパー部１２に供給される。この結果、コンバータ部１１から供給される直流電力Ｐ１２は、直流電力Ｐ４２に相当する分だけ低減される。見方を変えれば、直流電力Ｐ４２が、回生機能を有するコンバータ部１１を介して交流電力１０側に回生されたとも言える。
このように、この実施の形態４によれば、チョッパー部１２から外部に直流電力Ｐ１３が出力される一方で、外部で発生した余剰の電力が交流電力Ｐ４３としてインバータ部４２により回収される。従って、システム全体で省電力化を図ることが可能になる。
【００３０】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば上述の実施の形態４では、充放電装置とインバータ装置とのコンバータを共用化するものとしたが、これに限定されることなく、負荷装置とインバータ装置とのコンバータ部、または直流電源装置とインバータ装置とのコンバータ部、または充放電装置と負荷装置と直流電源装置とインバータ装置とのコンバータ部をそれぞれ共用化するものとしてもよい。結局のところ、充放電装置、負荷装置、直流電源装置、インバータ装置を構成するコンバータ部を共用化し、外部の電力を回収するように構成される限度において、これら装置をどのように組み合わせてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、充放電装置、負荷装置、直流電源装置がそれぞれ備えるべきコンバータ部を共用化したので、複数のコンバータを備えることなく、充放電装置、負荷装置、直流電源装置などの各機能を備えた電力変換装置を実現することが可能になる。従って、構成を簡略化することができ、装置の省スペース化および低コスト化を図ることが可能になる。また、外部の電力を回収するようにしたので、電力を有効利用することができ、省電力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来技術に係る電力変換装置である充放電装置、負荷装置、および直流電源装置を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１０；交流電源、１１，２１，３１；コンバータ部、１２，２２，３２；チョッパー部、１３；充放電用端子、２３；負荷用端子、３３；直流電源用端子、４２；インバータ部、４３；交流電源用端子、１０１，２０１，３０１，４０１；共通母線。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a charge / discharge device used for a charge / discharge test of a secondary battery, a load device used for a load test of a fuel cell, and a DC power supply device that generates DC power. The present invention relates to an apparatus technology having both functions of an inverter powered / regenerated by a DC power supply, a motor power supply device, an inverter, and a dynamo inverter that is a motor load device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, tests for in-vehicle batteries (secondary batteries) have been conducted with respect to charge characteristics and discharge characteristics, and there are charge / discharge devices therefor. FIG. 5A shows a basic configuration of a conventional charge / discharge device. As shown in the figure, the charging / discharging device includes a converter unit 11 that converts AC power P11 and DC power P12 to each other, and a chopper unit 12 that converts DC powers P12 and P13 to voltages. .
[0003]
According to this charging / discharging device, AC power P11 supplied from the external AC power supply 10 is converted into DC power P12 by the converter unit 11 during charging. The DC power P12 is voltage-converted by the chopper unit 12 and supplied to the charging / discharging terminal 13 as DC power P13. A battery to be tested (not shown) is connected to the charging / discharging terminal 13, and this battery is charged with DC power P13. On the other hand, at the time of discharging, DC power P13 supplied from the battery under test is converted into DC power P12 by the chopper unit 12. The DC power P12 is converted into AC power P11 by the converter unit 11 and regenerated by the AC power supply 10. Thus, the battery charge / discharge test is performed.
[0004]
In recent years, electric vehicles have been put into practical use, and fuel cells have attracted attention as a power source. In this type of application, a battery is required to have a capability of stably supplying a relatively large current over a long period of time, and a load test is performed to evaluate the performance of such a battery. FIG. 5B shows a basic configuration of a load device according to the prior art. This load device includes a chopper unit 22 that converts DC power P23 supplied from a fuel cell (not shown) to obtain DC power P22, and a converter unit 21 that converts the DC power P22 into AC power P21. The
[0005]
According to this load device, DC power P23 generated by the fuel cell connected to the terminal 23 is converted into DC power P22 by the chopper unit 22. The DC power P22 is converted into AC power P21 by the converter unit 21 and regenerated by the AC power supply 20. As described above, the load current is regenerated to the power supply side.
[0006]
Further, the electric vehicle is equipped with a DC power supply device as a power source for driving the auxiliary machines. FIG. 5C shows the basic configuration of a DC power supply device according to the prior art. This DC power supply device includes a converter unit 31 that converts AC power P31 into DC power P32, and a chopper unit 32 that converts the DC power P32 into voltage to obtain DC power P33. According to this DC power supply device, the AC power P31 supplied from the AC power supply 30 is converted into DC power P32 by the converter unit 31. The DC power P32 is converted into DC power P33 by the chopper 32 and supplied to auxiliary equipment (not shown) connected to the DC power supply terminal 33.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the above-described prior art, since each of the charge / discharge device, the load device, and the DC power supply device exists as a single device, it is necessary to secure a wide space as an installation place of these devices and the cost increases. There is a problem.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device that can simplify the configuration, save space, and reduce costs.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. In other words, the power conversion device according to the first aspect of the invention converts a converter from AC power supplied from an external AC power source to DC power and has a regeneration function (for example, in the converter unit 11 shown in FIG. 1). Corresponding component), and the DC power converted by the converter unit is converted to a voltage suitable for the DC voltage to the secondary battery to be tested and supplied to the secondary battery. A first chopper part (for example, a component corresponding to the chopper part 12 shown in FIG. 1) that converts DC power supplied from the secondary battery into regenerative power, and power supplied from the converter part are the second chopper unit supplying the auxiliary machinery for the vehicle is converted into voltage compatible to the vehicle auxiliary machines to be tested and (components corresponding to the chopper unit 32 shown in FIG. 1, for example), the Ete becomes, the DC terminals of the converter part (e.g. P power 12 shown in FIG. 1, P32 appears node) is connected to said first and second chopper unit via a common bus, said secondary battery When the regenerative electric power converted by the first chopper unit is larger than the electric power required by the second chopper unit at the time of discharging, the first chopper unit converts the regenerated electric power converted Among them, the amount of power required by the second chopper unit is supplied to the second chopper unit, and the remaining amount is supplied to the converter unit, while the converted regenerative power Is smaller than the power required by the second chopper unit, the first chopper unit supplies the converted regenerative power to the second chopper unit, and the converter It is characterized by supplying DC power from the converter section into the second chopper unit.
[0009]
A power converter according to a second aspect of the present invention is a converter unit that converts AC power supplied from an external AC power source into DC power and has a regenerative function (for example, in the converter unit 11 shown in FIG. 2). Corresponding first component) and a first chopper part that converts DC power supplied from the first power generation apparatus to be tested into regenerative power (for example, a component corresponding to the chopper part 22 shown in FIG. 2). And a second chopper unit (for example, FIG. 2) that converts the electric power supplied from the converter unit into a voltage suitable for the vehicle auxiliary machinery that is the second object to be tested and supplies the converted voltage to the vehicle auxiliary machinery . it includes a component) corresponding to chopper 32, a shown in, the converter power P22, P32 appears node indicated DC terminals (e.g. in Figure 1) is, via said common bus No. And the second is connected to the chopper unit, the regenerative power converted by said first chopper unit, when the greater than the power required by the second chopper unit, the first chopper unit The portion of the converted regenerative power that is required by the second chopper unit is supplied to the second chopper unit, and the remaining amount is supplied to the converter unit. When the converted regenerative power is smaller than the power required by the second chopper unit, the first chopper unit supplies the converted regenerative power to the second chopper unit, The converter unit supplies DC power from the converter unit to the second chopper unit .
[0010]
The power conversion device according to the invention described in claim 3 is a converter unit that converts AC power supplied from an external AC power source into DC power and has a regeneration function (for example, in the converter unit 11 shown in FIG. 3). And the DC power converted by the converter unit is converted to a voltage suitable for the DC voltage to the secondary battery as the first device under test and supplied to the first device under test. In addition, a first chopper unit that supplies DC power supplied from the secondary battery to the converter unit as regenerative power when the secondary battery is discharged (for example, a component corresponding to the chopper unit 12 shown in FIG. 3). If, configuration corresponding to the second chopper unit (e.g. chopper unit 22 shown in FIG. 3 for converting DC power supplied from the power generating apparatus according to a second under test to the regenerative power It includes a prime), the DC terminals of the converter (e.g. power P12, P22 appears node shown in FIG. 1) is connected to said first and second chopper unit via a common bus When the secondary battery is charged, if the regenerative power converted by the second chopper unit is larger than the power required by the first chopper unit, the second chopper unit converts Among the generated regenerative power, the amount of power required by the first chopper unit is supplied to the first chopper unit, and the remaining amount is supplied to the converter unit, When the regenerative electric power converted by the second chopper unit is smaller than the electric power required by the first chopper unit, the second chopper unit converts the converted regenerative electric power to the first It is supplied to the chopper unit, wherein the converter unit is characterized by supplying DC power from the converter unit to the first chopper unit.
[0011]
Furthermore, the power conversion device according to the invention described in claim 4 converts the AC power supplied from the external AC power source into DC power and has a regenerative function (for example, in the converter unit 11 shown in FIG. 4). the corresponding components that) supplies to the motor unit converts the DC power converted by the converter section into a voltage suitable for the first DC voltage to the motor unit is to be tested, the motor device A chopper unit (for example, a component corresponding to the chopper unit 12 shown in FIG. 4) that supplies DC power supplied from the converter to the converter unit as regenerative power, and converts DC power supplied from the converter unit to AC power. the supplies to linked external dynamo motor device, converts the AC power supplied from the dynamo to a DC power Te wherein Inverter supplies the inverter section (for example, a component corresponding to the inverter unit 42 shown in FIG. 4), it comprises a DC terminal of the converter (power P12 shown in example 4, P42 appears node) The chopper unit is connected to the chopper unit and the inverter unit via a common bus, and when the chopper unit supplies power to the motor device to drive the motor device, the inverter unit is driven by the motor device. The AC power supplied from the dynamo is converted into DC power and supplied to the chopper unit .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present invention, the regeneration of power includes not only returning power to the power source but also collecting power from the outside and outputting it without returning it to the power source.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration example of a power conversion device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, elements common to the elements shown in FIG. The power conversion device 100 basically functions as a charge / discharge device, and also has a function as a DC power supply device. In other words, this power conversion device is one in which the charge / discharge device that has been conventionally separated and the converter unit 11 of the DC power supply device are shared, and one converter unit 11 and two chopper units 12, 32 Have
In the first embodiment, the charging / discharging device means one used for testing the charging characteristics and discharging characteristics of the secondary battery, but the present invention is limited to this. Instead, it may be used for any purpose other than testing.
[0013]
In FIG. 1, the primary AC terminal of the converter 11 is connected to the AC power supply 10, and the secondary DC terminal is connected to the primary DC terminals of the chopper units 12 and 32 via the common bus 101. . The DC terminal on the secondary side of the chopper 12 is connected to a secondary battery (battery) (not shown) via the charging / discharging terminal 13, and the DC terminal on the secondary side of the chopper 32 is connected to the DC power supply terminal 33. For example, it is connected to a load device such as auxiliary equipment of an electric vehicle. The converter unit 11 has a function of converting AC power P11 supplied from an external AC power supply 10 into DC power P12, and also has a function of regenerating DC power P12 to the AC power supply 10 side. The chopper unit 12 has a function of mutually converting the voltage of the DC power P12 on the primary side and the DC power P13 on the secondary side, and the chopper unit 32 converts the DC power P32 on the primary side to the load on the secondary side. Is converted to a DC power P33 suitable for the above.
[0014]
Hereinafter, the operation of the power conversion apparatus 100 according to the first embodiment will be described.
During the charging operation, converter unit 11 converts AC power P11 supplied from AC power supply 10 into DC power P12 and supplies it to chopper unit 12. The chopper unit 12 converts the DC power P12 into a DC power P13 and outputs it to a secondary battery (not shown) via the charging / discharging terminal 13. Further, a part of the DC power P12 output from the converter unit 11 is supplied to the chopper unit 32 as DC power P32 and converted to DC power P33. Thereby, the secondary battery connected to the charging / discharging terminal 13 is charged, and DC power P33 is supplied to the load device connected to the DC power supply terminal 33.
[0015]
On the other hand, during the discharging operation, the DC power P13 supplied from the secondary battery connected to the charging / discharging terminal 13 is converted into DC power P12 (regenerative power) by the chopper unit 12, and the common bus 101 is used. The DC power P32 is supplied to the chopper unit 32. Here, when the DC power output from the chopper unit 12 exceeds the DC power P32 required by the chopper unit 32, the surplus is supplied to the converter unit 11 side, and the AC power P11 is AC power 10 It is regenerated. In this case, power consumption on the AC power supply 10 side is not generated.
Further, when the DC power output from the chopper unit 12 is lower than the DC power P32 required by the chopper unit 32, the shortage is supplied to the chopper unit 32 from the converter unit 11 side. In this case, since most of the DC power P32 to be supplied to the converter unit 11 is provided by the DC power output from the chopper unit 12, the DC power P12 to be output from the converter unit 11 is reduced.
[0016]
As described above, the charge / discharge test of the secondary battery connected to the charge / discharge terminal 13 is performed, and the power is supplied to the load connected to the DC power supply terminal 33.
According to this Embodiment 1, the electric power discharged from the secondary battery to be tested is circulated to the load side, and the electric power is regenerated. At this time, when surplus power is generated, it is regenerated to the converter unit 11 side, and when a shortage occurs, it is replenished from the converter unit 11 side. Therefore, it is possible to effectively use electric power (energy saving), reduce the capacity of the converter unit 11, and realize a small apparatus.
[0017]
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a configuration example of a power conversion device 200 according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, elements common to the elements shown in FIG.
This power conversion device 200 basically functions as a load device, and also has a function as a DC power supply device. In other words, this power conversion device is a component in which the load device that has been conventionally separated and the converter unit 11 of the DC power supply device are shared. In the configuration of the first embodiment shown in FIG. Instead of this, a chopper portion 22 is provided. The secondary side DC terminal of the converter unit 11 is connected to the primary side DC terminal of the chopper units 22 and 32 via the common bus 201.
[0018]
The chopper unit 22 is connected to a battery side to be subjected to a load test (not shown) via a load terminal 23, converts the DC power P23 supplied as load power from the battery side to DC power P22, and is shared. It supplies to the converter part 11 and the chopper part 32 side via the bus-bar 201. FIG. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
In the second embodiment, a load device means a device that generates a load current for performing a load test of a battery or a generator, but the object to be tested is a battery or a generator. Any type of power can be used as long as it generates power.
[0019]
Hereinafter, the operation of the power conversion device 200 according to the second embodiment will be described.
In FIG. 2, the chopper 22 performs a switching operation and generates a load current corresponding to the switching duty. At this time, the chopper unit 22 converts the DC power P23 supplied according to the load current from the battery side (not shown) into DC power P22 (regenerative power). The DC power P22 is supplied to the chopper unit 32 as DC power P32.
[0020]
Here, when the DC power P22 output from the chopper unit 22 exceeds the DC power P32 required by the chopper unit 32, the surplus is supplied to the converter unit 11 side, and the AC power P11 is AC power. Regenerated to 10. Further, when the DC power P22 output from the chopper unit 22 is lower than the DC power P32 required by the chopper unit 32, the shortage is supplied to the chopper unit 32 from the converter unit 11 side. As described above, the load test of the battery connected to the load terminal 23 is performed, and the power is supplied to the load connected to the DC power supply terminal 33.
[0021]
According to the second embodiment, similarly to the first embodiment described above, the load power supplied from the battery under test is collected by the chopper unit 22 and supplied to the chopper unit 32. At this time, if surplus power is generated, it is regenerated on the converter unit 11 side, and if a shortage occurs, it is replenished from the converter unit 11 side, so that the power can be used effectively (power saving). The capacity of the converter unit 11 can be reduced.
[0022]
(Embodiment 3)
FIG. 3 shows a configuration example of a power conversion device 300 according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to elements common to the elements shown in FIGS. 1 and 2 described above. This power conversion device 300 has both functions of a charge / discharge device and a load device, and is configured by sharing the charge / discharge device and the converter unit 11 of the load device, which have been conventionally separated, and is described above. In the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1, a chopper portion 22 according to the second embodiment shown in FIG. 2 is provided instead of the chopper portion 32. The secondary side DC terminal of the converter unit 11 is connected to the primary side DC terminal of the chopper units 12 and 22 via the common bus 301.
[0023]
Hereinafter, the operation of the power conversion device 200 according to the third embodiment will be described.
In FIG. 3, the chopper unit 22 performs a switching operation to generate a load current as in the second embodiment, and converts the DC power P23 corresponding to the load current into DC power P22 (regenerative power). Here, when the battery connected to the charging / discharging terminal 13 is in a discharged state, the chopper 12 converts the DC power P13 into the DC power P12 (regenerative power) and outputs it. Therefore, in this case, the DC power supplied from the chopper units 12 and 22 side is regenerated to the AC power supply 10 side via the converter unit 11.
[0024]
On the other hand, when the battery connected to the charging / discharging terminal 13 is in a charged state, the DC power P22 output from the chopper unit 22 is supplied to the chopper unit 12 side. Here, when the DC power P22 output from the chopper unit 22 exceeds the DC power P12 required by the chopper unit 12, the surplus is supplied to the converter unit 11 side and regenerated to the AC power 10. The Further, when the DC power P22 output from the chopper unit 22 is lower than the DC power P12 required by the chopper unit 12, the shortage is supplied to the chopper unit 12 from the converter unit 11 side. As described above, the charge / discharge test of the battery connected to the charge / discharge terminal 13 is performed, and the load test of the battery connected to the load terminal 23 is performed.
[0025]
According to the third embodiment, the load power of the battery under test is collected by the chopper unit 22 and supplied to the chopper unit 12. At this time, if a surplus occurs, regeneration is performed on the converter unit 11 side, and if a deficiency occurs, replenishment is performed from the converter unit 11 side, so that effective use of power (power saving) becomes possible. The capacity of the converter unit 11 can be reduced.
In addition to the configuration shown in FIG. 3, a chopper portion 32 may be further provided to further have a function as a DC power supply device.
[0026]
(Embodiment 4)
FIG. 4 shows an application example of a power conversion device 400 according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to elements common to the elements shown in FIG.
This power conversion device 400 has the functions of a charging / discharging device and an inverter device. The power conversion device 400 shares the converter unit 11 of the charging / discharging device and the inverter device, which are conventionally separated, and includes a converter unit. 11, the chopper unit 12, and the inverter unit 42, and the secondary side DC terminal of the converter 11 is connected to the primary side DC terminal of the chopper unit 12 and the primary side DC terminal of the inverter unit 32 via the common bus 401. Connected to. The secondary side AC terminal of the inverter unit 42 is connected to the AC power source terminal 43.
[0027]
Although the inverter unit 42 basically converts DC power into AC power, in the fourth embodiment, AC power P43 supplied from the outside via the AC power supply terminal 43 is converted into DC power P42. Acts as a conversion. A dynamo (Dy) 44 is connected to the AC power supply terminal 43, and a motor (M) 46 is connected to the charge / discharge terminal 13 via an inverter (INV) 45. The inverter 45 and the motor 46 constitute a work. The output shaft of the motor 46 is connected to the input shaft of the dynamo 44 via a torque meter (T) 47.
[0028]
Hereinafter, the operation of the fourth embodiment will be described.
The converter unit 11 converts AC power P11 supplied from the AC power supply 10 into DC power P12 and supplies it to the chopper unit 12. The chopper unit 12 converts the DC power P12 into a voltage and outputs the DC power P13 to the external inverter 45 via the charging / discharging terminal 13. The inverter 45 converts the DC power P13 into AC power and supplies it to the motor 46 to drive the motor 46.
[0029]
The rotational force of the motor 46 drives the dynamo 44 via the torque meter 47. As a result, the dynamo 44 generates AC power P43. The AC power P43 is converted into DC power P42 (regenerative power) by the inverter unit 42. The DC power P42 output from the inverter unit 42 is supplied to the chopper unit 12. As a result, the DC power P12 supplied from the converter unit 11 is reduced by an amount corresponding to the DC power P42. In other words, it can be said that the DC power P42 is regenerated to the AC power 10 side through the converter unit 11 having a regeneration function.
As described above, according to the fourth embodiment, while the DC power P13 is output from the chopper unit 12 to the outside, surplus power generated outside is recovered by the inverter unit 42 as the AC power P43. Therefore, it is possible to save power in the entire system.
[0030]
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described fourth embodiment, the converter of the charge / discharge device and the inverter device is shared. However, the present invention is not limited to this, and the converter unit of the load device and the inverter device or the DC power supply device The converter unit with the inverter device or the converter unit with the charge / discharge device, the load device, the DC power supply device, and the inverter device may be shared. After all, the converters constituting the charge / discharge device, the load device, the DC power supply device, and the inverter device are shared, and these devices may be combined in any way as long as they are configured to recover external power. .
[0031]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the converter unit that the charging / discharging device, the load device, and the DC power supply device should each have is shared, each function of the charging / discharging device, the load device, the DC power supply device, etc. without including a plurality of converters. It becomes possible to implement | achieve the power converter device provided with. Therefore, the configuration can be simplified, and the space saving and cost reduction of the apparatus can be achieved. In addition, since external power is collected, the power can be used effectively and power saving can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a power conversion apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram for explaining a charge / discharge device, a load device, and a DC power supply device, which are power conversion devices according to the prior art.
[Explanation of symbols]
10; AC power supply, 11, 21, 31; Converter section, 12, 22, 32; Chopper section, 13; Charge / discharge terminal, 23; Load terminal, 33; DC power supply terminal, 42; Inverter section, 43; AC power supply terminal 101, 201, 301, 401; common bus.

Claims

A converter unit for converting AC power supplied from an external AC power source into DC power and having a regeneration function;
The direct-current power converted by the converter unit is converted into a voltage suitable for the direct-current voltage to the secondary battery that is the first object to be tested, supplied to the secondary battery, and supplied from the secondary battery. A first chopper unit that converts DC power into regenerative power ;
A second chopper section for converting the power supplied from the converter section into a voltage suitable for the vehicle auxiliary equipment to be tested second and supplying the voltage to the vehicle auxiliary equipment ;
With
DC terminals of the converter unit is connected to said first and second chopper unit via a common bus,
When the regenerative power converted by the first chopper unit is larger than the power required by the second chopper unit when the secondary battery is discharged, the first chopper unit is converted. Of the regenerative power, the amount of power required by the second chopper unit is supplied to the second chopper unit, and the remaining amount is supplied to the converter unit,
On the other hand, when the converted regenerative power is smaller than the power required by the second chopper unit, the first chopper unit supplies the converted regenerative power to the second chopper unit. The converter unit supplies DC power from the converter unit to the second chopper unit .

A converter unit for converting AC power supplied from an external AC power source into DC power and having a regeneration function;
A first chopper unit that converts direct current power supplied from the power generation device to be tested into regenerative power ;
A second chopper section for converting the power supplied from the converter section into a voltage suitable for the vehicle auxiliary equipment to be tested second and supplying the voltage to the vehicle auxiliary equipment ;
With
DC terminals of the converter unit is connected to said first and second chopper unit via a common bus,
When the regenerative electric power converted by the first chopper unit is larger than the electric power required by the second chopper unit, the first chopper unit uses the first of the converted regenerative electric powers. The amount of power required by the chopper part of 2 is supplied to the second chopper part, and the remaining part is supplied to the converter part,
On the other hand, when the converted regenerative power is smaller than the power required by the second chopper unit, the first chopper unit supplies the converted regenerative power to the second chopper unit. The converter unit supplies DC power from the converter unit to the second chopper unit .

A converter unit for converting AC power supplied from an external AC power source into DC power and having a regeneration function;
Supplies the DC power converted into the first of the test object first is converted to a voltage suitable for the DC voltage to the secondary battery is to be tested by the converter section, of the secondary battery A first chopper unit that supplies DC power supplied from the secondary battery to the converter unit as regenerative power during discharging ;
A second chopper unit that converts DC power supplied from the power generation device to be tested into regenerative power ;
With
DC terminals of the converter unit is connected to said first and second chopper unit via a common bus,
At the time of charge of the secondary battery, regenerative electric power converted by the second chopper unit, when the greater than the power required by the first chopper unit, the second chopper over portion is converted Among the generated regenerative power, the amount of power required by the first chopper unit is supplied to the first chopper unit, and the remaining amount is supplied to the converter unit,
On the other hand, when the regenerative electric power converted by the second chopper unit is smaller than the electric power required by the first chopper unit, the second chopper unit converts the converted regenerative electric power to the first The converter unit supplies DC power from the converter unit to the first chopper unit .

A converter unit for converting AC power supplied from an external AC power source into DC power and having a regeneration function;
The DC power converted by the converter unit is converted to a voltage suitable for the DC voltage to the motor device that is the first device to be tested and supplied to the motor device , and the DC power supplied from the motor device is A chopper part to supply the converter part as regenerative power;
The DC power supplied from the converter unit is converted to AC power and supplied to an external dynamo connected to the motor device, and the AC power supplied from the dynamo is converted to DC power to the converter unit. An inverter section to supply,
With
DC terminals of the converter unit is connected to the chopper unit and the inverter unit via the common bus,
When the chopper unit supplies power to the motor device to drive the motor device,
The inverter unit converts AC power supplied from a dynamo driven by the motor device into DC power and supplies the DC power to the chopper unit .