JP7589126B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
鉄道では、省エネルギーの実現のために、電気車に搭載される蓄電システムの開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。 In order to achieve energy conservation in railways, development of storage systems to be installed in electric cars is underway (see, for example, Patent Document 1).
電気車に搭載される蓄電システムは、設置スペースの関係からその体積に制限があり、燃費の関係からできるだけ軽量であることが望まれる。蓄電システムの設計においては、単一種類の蓄電デバイスを利用するよりも、パワー密度やエネルギー密度が異なる複数種類の蓄電デバイスを併用することで、システム全体の小形化・軽量化を図れる可能性が有る。 The volume of the energy storage systems installed in electric vehicles is limited due to the installation space, and it is desirable for them to be as light as possible due to fuel efficiency. When designing an energy storage system, it may be possible to make the entire system smaller and lighter by combining multiple types of energy storage devices with different power densities and energy densities, rather than using a single type of energy storage device.
しかし、複数種類の蓄電デバイスを単純に接続しただけでは、各蓄電デバイスの充放電電流は受動的に決まるため、併用の効果が充分に得られない。このため、複数種類の蓄電デバイスを併用する場合、併用の効果を高めるために、電力変換装置によって各蓄電デバイスの充放電電流を能動的に制御する必要がある。しかし、電力変換装置を用いる従来の考え方は、プラス/マイナスの両端子を蓄電デバイス1つ1つに対して用意・接続し、1つ1つの蓄電デバイス全体の電圧をもとに制御する考え方であった。そのため、複数種類の蓄電デバイスの各容量に対して十分に制御可能な、電圧定格の大きい電力変換装置を用意する必要があった。そのため、大形の電力変換装置が必要となる結果、電力変換装置の放熱器も含めてシステム全体が大形化し、重量が増加する可能性があり、複数種類の蓄電デバイスを併用する効果を上回るほどの利点が得られない可能性があった。すなわち、システム全体の小形化要望に対して逆行し得た。 However, by simply connecting multiple types of power storage devices, the charge and discharge current of each power storage device is passively determined, and the effect of using them in combination cannot be fully achieved. For this reason, when using multiple types of power storage devices in combination, it is necessary to actively control the charge and discharge current of each power storage device using a power conversion device in order to enhance the effect of using them in combination. However, the conventional idea of using a power conversion device was to prepare and connect both positive and negative terminals to each power storage device and control based on the overall voltage of each power storage device. Therefore, it was necessary to prepare a power conversion device with a large voltage rating that could be sufficiently controlled for each capacity of multiple types of power storage devices. As a result, a large power conversion device was required, and as a result, the entire system, including the heat sink of the power conversion device, became larger and the weight increased, and there was a possibility that the benefits of using multiple types of power storage devices in combination could not be obtained. In other words, it was counter to the desire to make the entire system smaller.
本発明が解決しようとする課題は、併用する複数種類の蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置の小形化・軽量化を図ること、である。 The problem that this invention aims to solve is to reduce the size and weight of a power conversion device that controls the charge and discharge currents of multiple types of power storage devices used in combination.
上記課題を解決するための第1の発明は、
第1蓄電デバイス、第2蓄電デバイス、及び負荷回路の間に介在して電力を融通する電力変換装置であって、
前記第1蓄電デバイスが接続される第1端子と、
前記第2蓄電デバイスが接続される第2端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
を備え、
前記第1端子、前記第2端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置である。
The first invention for solving the above problem is:
A power conversion device that is interposed between a first power storage device, a second power storage device, and a load circuit and exchanges power,
a first terminal to which the first power storage device is connected;
a second terminal to which the second power storage device is connected;
a load terminal to which the load circuit is connected;
Equipped with
The power conversion apparatus controls charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling current flow between the first terminal, the second terminal, and the load terminal.
第1の発明によれば、複数種類の蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置の小形化・軽量化を図ることができる。電力変換装置は、各端子間の通流を制御することで、各蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御するが、例えば、第1端子と第2端子との間の電圧は第1蓄電デバイスと第2蓄電デバイスとの電圧差であり、負荷端子と第2端子との間の電圧は負荷回路と第2蓄電デバイスとの電圧差である。この電圧差が電力変換装置の入出力電圧となるため、電力変換装置の寸法の目安となる定格容量を小さくすることができる。これにより、電力変換装置の小形化・軽量化を図ることができる。 According to the first invention, it is possible to reduce the size and weight of a power conversion device that controls the charge and discharge currents of multiple types of power storage devices. The power conversion device controls the charging and discharging operations of each power storage device by controlling the current flow between each terminal. For example, the voltage between the first terminal and the second terminal is the voltage difference between the first power storage device and the second power storage device, and the voltage between the load terminal and the second terminal is the voltage difference between the load circuit and the second power storage device. Since this voltage difference becomes the input/output voltage of the power conversion device, it is possible to reduce the rated capacity, which is a guideline for the dimensions of the power conversion device. This allows the power conversion device to be reduced in size and weight.
第2の発明は、第1の発明において、
前記第1端子と前記第2端子との間の電圧を1次側電圧とし、前記負荷端子と前記第2端子との間の電圧を2次側電圧として、1次側と2次側との間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置である。
The second invention is the first invention,
This is a power conversion device that controls the charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling the flow of current between the primary side and the secondary side, with the voltage between the first terminal and the second terminal being a primary side voltage and the voltage between the load terminal and the second terminal being a secondary side voltage.
第2の発明によれば、電力変換装置の1次側電圧は第1蓄電デバイスと第2蓄電デバイスとの電圧差であり、2次側電圧は負荷回路と第2蓄電デバイスとの電圧差である。これらの電圧差が電力変換装置の入出力電圧となるため、電力変換装置の寸法の目安となる定格容量を小さくすることができる。これにより、電力変換装置の小形化・軽量化を図ることができる。 According to the second invention, the primary voltage of the power conversion device is the voltage difference between the first and second power storage devices, and the secondary voltage is the voltage difference between the load circuit and the second power storage device. Since these voltage differences become the input and output voltages of the power conversion device, the rated capacity, which is a guideline for the dimensions of the power conversion device, can be reduced. This allows the power conversion device to be made smaller and lighter.
電力変換装置の具体的な構成としては、次のように構成してもよい。 The specific configuration of the power conversion device may be as follows:
第3の発明として、第1又は第2の発明において、
電流可逆チョッパ回路(例えば、図2の電流可逆チョッパ回路41)を備え、
前記第1端子は、前記電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記電流可逆チョッパ回路の接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続されている、
電力変換装置(例えば、図2の電力変換装置30A)を構成してもよい。
As a third invention, in the first or second invention,
A current booster circuit (for example, the
the first terminal is connected to a high-voltage side connection point of the current boost chopper circuit;
The second terminal is connected to a ground connection point of the current boost chopper circuit,
The load terminal is connected to a low-voltage side connection point of the current boost chopper circuit.
A power conversion device (for example,
第4の発明として、第1又は第2の発明において、
低圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された2つの電流可逆チョッパ回路(例えば、図3の電流可逆チョッパ回路42a,42b)を備え、
前記第1端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続されている、
電力変換装置(例えば、図3の電力変換装置30B)を構成してもよい。
As a fourth invention, in the first or second invention,
The power supply includes two current booster circuits (for example, the
the first terminal is connected to a high-voltage side connection point of one of the two current boost chopper circuits;
the second terminal is connected to the ground connection point of the two current reversible chopper circuits;
The load terminal is connected to a high-voltage side connection point of the other of the two current reversible chopper circuits.
A power conversion device (for example,
第5の発明として、第1又は第2の発明において、
高圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された2つの電流可逆チョッパ回路(例えば、図4の電流可逆チョッパ回路43a,43b)を備え、
前記第1端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続されている、
電力変換装置(例えば、図4の電力変換装置30C)を構成してもよい。
As a fifth invention, in the first or second invention,
The power supply includes two current booster circuits (for example, the
the first terminal is connected to a low-voltage side connection point of one of the two current boost chopper circuits;
the second terminal is connected to the ground connection point of the two current reversible chopper circuits;
the load terminal is connected to a low-voltage side connection point of the other of the two current boost chopper circuits;
A power conversion device (for example,
第6の発明として、第1又は第2の発明において、
一方側接続点が前記第1端子に接続され、他方側接続点が前記負荷端子に接続され、接地接続点が前記第2端子に接続された電流可逆昇降圧チョッパ回路(例えば、図5の電流可逆昇降圧チョッパ回路44)、
を備える電力変換装置(例えば、図5の電力変換装置30D)を構成してもよい。
As a sixth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention,
a reversible buck-boost chopper circuit having one side connection point connected to the first terminal, the other side connection point connected to the load terminal, and a ground connection point connected to the second terminal (e.g., the reversible buck-
A power conversion device including the above (for example, the
第7の発明として、第1の発明において、
高圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された3つの電流可逆チョッパ回路(例えば、図6の電流可逆チョッパ回路45a~45c)を備え、
前記第1端子は、前記3つの電流可逆チョッパ回路のうちの第1の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記3つの電流可逆チョッパ回路のうちの第2の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記3つの電流可逆チョッパ回路のうちの第3の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続されている、
電力変換装置(例えば、図6の電力変換装置30E)を構成しても良い。
As a seventh invention, in the first invention,
The present invention includes three current booster circuits (for example, the
the first terminal is connected to a low-voltage side connection point of a first current reversible chopper circuit among the three current reversible chopper circuits;
the second terminal is connected to a low-voltage side connection point of a second current boost chopper circuit among the three current boost chopper circuits;
the load terminal is connected to a low-voltage side connection point of a third current reversible chopper circuit among the three current reversible chopper circuits;
A power conversion device (for example, the
第8の発明は、第1~第7の何れかの発明において、
前記第2蓄電デバイスは、前記第1蓄電デバイスよりもパワー密度が大きく、且つ、エネルギー密度が小さい、
電力変換装置である。
An eighth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to seventh aspects of the present invention,
The second power storage device has a higher power density and a lower energy density than the first power storage device.
It is a power conversion device.
第8の発明によれば、種類が異なる蓄電デバイスを併用し、各蓄電デバイスの充放電流を制御する電力変換装置を備える蓄電システムにおいて、小形化・軽量化を図ることが可能となる。 According to the eighth invention, it is possible to achieve a reduction in size and weight in an energy storage system that uses different types of energy storage devices in combination and has a power conversion device that controls the charge/discharge current of each energy storage device.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものではない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。 Below, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the forms to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiments. In addition, in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals.
[システム構成]
図1は、本実施形態の電力変換装置を適用した蓄電システム1の構成例を示す図である。本実施形態の蓄電システム1は、鉄道の電気車に搭載され、回生電力や架線電力等を蓄電し力行電力等として供給するために用いられる。図1に示すように、蓄電システム1は、第1蓄電デバイス10と、第2蓄電デバイス20と、電力変換装置30と、制御部60とを備える。
[System configuration]
Fig. 1 is a diagram showing a configuration example of a
第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20は、種類が異なる蓄電デバイスである。本実施形態では、第1蓄電デバイス10は、第2蓄電デバイス20に比較して、エネルギー密度が大きいがパワー密度は小さい蓄電デバイスである。例えば、二次電池や燃料電池等で実現される。また、第2蓄電デバイス20は、第1蓄電デバイス10に比較して、パワー密度が大きいがエネルギー密度が小さい蓄電デバイスである。例えば、電気二重層キャパシタ等で実現される。
The first
電力変換装置30は、直流-直流の電力変換を行う装置であり、第1蓄電デバイス10、第2蓄電デバイス20及び負荷回路100の間に介在して電力を融通する。電力変換装置30は、第1蓄電デバイス10が接続される第1端子31と、第2蓄電デバイス20が接続される第2端子32と、負荷回路100が接続される負荷端子33との3つの入出力端子を備える。負荷回路100は、主電動機を含む主回路や、補機用の静止形インバータ(SIV:Static Inverter)、パンタグラフ等の集電装置等である。
The
制御部60は、電力変換装置30の各入出力端子の通流を制御することで、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の充電動作及び放電動作を制御する。つまり、負荷回路100の出力電力を直流変換して第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20を充電する充電動作や、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の放電電力を直流変換して負荷回路100に供給する放電動作等を制御する。
The
ここで、蓄電システム1における各部の電圧及び電流を図1のように定める。つまり、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20それぞれの端子電圧を「Vb1」,「Vb2」とし、出力電流を「Ib1」,「Ib2」とし、負荷回路100の電圧(負荷電圧)を「VL」とし、負荷回路100への出力電流(負荷電流)「IL」とする。すると、電力変換装置30に入出力する電流及びエネルギーの関係は、電力変換装置30内部の電力損失を無視した場合には、次式(1),(2)を満たす必要がある。
Ib1+Ib2=IL ・・・(1)
Vb1・Ib1+Vb2・Ib2=VL・IL ・・・(2)
Here, the voltages and currents of the various parts of the
Ib1+Ib2=IL...(1)
Vb1・Ib1+Vb2・Ib2=VL・IL...(2)
電力変換装置30は、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20それぞれの出力電流Ib1,Ib2を制御(分流制御)することができる。電流ILに対する電流Ib1の比率(分流比)を「d」とすると、電流Ib1,Ib2は、次式(3),(4)で表される。
Ib1=d・IL ・・・(3)
Ib2=(1-d)・IL ・・・(4)
The
Ib1=d・IL...(3)
Ib2=(1-d)・IL...(4)
この式(3),(4)を式(2)に代入すると、電圧に関する次式(5)が得られる。
VL=d・Vb1+(1-d)Vb2 ・・・(5)
この式(5)から、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の端子電圧Vb1,Vb2と分流比dとに応じて負荷電圧VLが決定されることがわかる。
By substituting the equations (3) and (4) into the equation (2), the following equation (5) regarding voltage is obtained.
VL=d・Vb1+(1-d)Vb2...(5)
It can be seen from this equation (5) that the load voltage VL is determined according to the terminal voltages Vb1, Vb2 of the first
分流比dは、任意の実数とすることができる。分流比dが「0」とは、電流Ib1が「0」、つまり、電力変換装置30を介して第2蓄電デバイス20及び負荷回路100でなる閉ループのみに電流が流れている状態である。また、分流比dが「1」とは、電流Ib2が「0」、つまり、電力変換装置30を介して第1蓄電デバイス10及び負荷回路100でなる閉ループのみに電流が流れている状態である。また、分流比dが「1より大」又は「負値」とは、第1蓄電デバイス10と第2蓄電デバイス20の出力電流が逆極性の状態である。
The current division ratio d can be any real number. When the current division ratio d is "0", the current Ib1 is "0", that is, a current flows only through the closed loop consisting of the second
なお、分流比dの制御(分流制御)は、制御部60によってなされる。後述するように、電力変換装置30はチョッパ回路を備えて構成されるが、制御部60によってなされるこのチョッパ回路の各スイッチング素子のスイッチング制御(オン・オフ制御)によって、分流制御が実現される。
The control of the shunt ratio d (shunt control) is performed by the
以下、電力変換装置30の具体的な5つの実施例を順に説明する。
Five specific examples of the
[第1実施例]
図2は、第1実施例の電力変換装置30Aの回路構成を示す図である。第1実施例の電力変換装置30Aは、電流可逆チョッパ回路41を備える。電力変換装置30Aの第1端子31に電流可逆チョッパ回路41の高圧側接続点51が接続され、第2端子32に電流可逆チョッパ回路41の接地接続点53が接続され、負荷端子33に電流可逆チョッパ回路41の低圧側接続点52が接続されている。また、電力変換装置30Aは、第1端子31と第2端子32の間に接続された入出力用のコンデンサC1と、負荷端子33と第2端子32との間に接続された入出力用のコンデンサC2とを有する。
[First embodiment]
2 is a diagram showing a circuit configuration of the
電力変換装置30Aは、第1端子31に印加される電圧Vb1と、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=Vb1-Vb2)を1次側電圧とし、負荷端子33に印加される負荷電圧VLと、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=VL-Vb2)を2次側電圧とすると、電流可逆チョッパ回路41により1次側電圧と2次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆チョッパ回路41による双方向の直流変換によって1次側と2次側との間の直流変換ができ、これにより、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆チョッパ回路41の直流変換は、制御部60によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。
In the
また、電流Ib1,Ib2の分流制御(分流比dの制御)は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置30Aの各入出力端子の電圧Vb1,Vb2,VLを定める必要がある。従って、電圧Vb1,Vb2,VLが満たすべき大小関係の条件は、Vb2<VL<Vb1、となる。
In addition, the shunt control of currents Ib1 and Ib2 (control of shunt ratio d) is performed by switching control of the switching elements. Therefore, in order to actively control the shunt, it is necessary to determine the voltages Vb1, Vb2, and VL of each input/output terminal of the
[第2実施例]
図3は、第2実施例の電力変換装置30Bの回路構成を示す図である。電力変換装置30Bは、2つの電流可逆チョッパ回路42a,42bを備える。2つの電流可逆チョッパ回路42a,42bは、リアクトルLを共有して、低圧側接続点52同士及び接地接続点53同士を互いに接続することで並列接続されている。そして、電力変換装置30Bの第1端子31に、2つの電流可逆チョッパ回路42a,42bのうち、一方の電流可逆チョッパ回路42aの高圧側接続点51が接続され、第2端子32に、2つの電流可逆チョッパ回路42a,42bの接地接続点53が接続され、負荷端子33に、2つの電流可逆チョッパ回路42a,42bのうち、他方の電流可逆チョッパ回路42bの高圧側接続点51が接続されている。また、電力変換装置30Bは、第1端子31と第2端子32の間に接続された入出力用のコンデンサC1と、負荷端子33と第2端子32との間に接続された入出力用のコンデンサC2とを有する。
[Second embodiment]
3 is a diagram showing a circuit configuration of a
電力変換装置30Bは、第1端子31に印加される電圧Vb1と、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=Vb1-Vb2)を1次側電圧とし、負荷端子33に印加される負荷電圧VLと、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=VL-Vb2)を2次側電圧とすると、電流可逆チョッパ回路42a,42bにより1次側電圧と2次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆チョッパ回路42a,42bによる双方向の直流変換によって1次側と2次側との間の直流変換ができ、これにより、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆チョッパ回路42a,42bの直流変換は、制御部60によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。
In the
また、電流Ib1,Ib2の分流制御(分流比dの制御)は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置30Bの各入出力端子の電圧Vb1,Vb2,VLを定める必要がある。従って、電圧Vb1,Vb2,VLが満たすべき大小関係の条件は、Vb2<VL、かつ、Vb2<Vb1、となる。
In addition, the shunt control of currents Ib1 and Ib2 (control of shunt ratio d) is performed by switching control of the switching elements. Therefore, in order to actively control the shunt, it is necessary to determine the voltages Vb1, Vb2, and VL of each input/output terminal of the
[第3実施例]
図4は、第3実施例の電力変換装置30Cの回路構成を示す図である。電力変換装置30Cは、2つの電流可逆チョッパ回路43a,43bを備える。2つの電流可逆チョッパ回路43a,43bは、リンクコンデンサCmを介して、高圧側接続点51同士及び接地接続点53同士を互いに接続することで並列接続されている。そして、電力変換装置30Cの第1端子31に、2つの電流可逆チョッパ回路43a,43bのうち、一方の電流可逆チョッパ回路43aの低圧側接続点52が接続され、第2端子32に、2つの電流可逆チョッパ回路43a,43bの接地接続点53が接続され、負荷端子33に、2つの電流可逆チョッパ回路43a,43bのうち、他方の電流可逆チョッパ回路43bの低圧側接続点52が接続されている。また、電力変換装置30Cは、第1端子31と第2端子32の間に接続された入出力用のコンデンサC1と、負荷端子33と第2端子32との間に接続された入出力用のコンデンサC2とを有する。
[Third Example]
4 is a diagram showing a circuit configuration of a
電力変換装置30Cは、第1端子31に印加される電圧Vb1と、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=Vb1-Vb2)を1次側電圧とし、負荷端子33に印加される負荷電圧VLと、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=VL-Vb2)を2次側電圧とすると、電流可逆チョッパ回路43a,43bにより1次側電圧と2次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆チョッパ回路43a,43bによる双方向の直流変換によって1次側と2次側との間の直流変換ができ、これにより、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆チョッパ回路43a,43bの直流変換は、制御部60によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。
In the
また、電流Ib1,Ib2の分流制御(分流比dの制御)は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置30Cの各入出力端子の電圧Vb1,Vb2,VLを定める必要がある。従って、電力変換装置30Cの各入出力端子の電圧(端子電圧)が満たすべき条件は、Vb2<VL、かつ、Vb2<Vb1、となる。
In addition, the shunt control of currents Ib1 and Ib2 (control of shunt ratio d) is performed by switching control of the switching elements. Therefore, in order to actively control the shunt, it is necessary to determine the voltages Vb1, Vb2, and VL of each input/output terminal of
[第4実施例]
図5は、第4実施例の電力変換装置30Dの回路構成を示す図である。電力変換装置30Dは、電流可逆昇降圧チョッパ回路44を備える。電力変換装置30Dの第1端子31に、電流可逆昇降圧チョッパ回路44の一方側接続点54が接続され、負荷端子33に、電流可逆昇降圧チョッパ回路44の他方側接続点55が接続され、第2端子32に、電流可逆昇降圧チョッパ回路44の接地接続点56が接続されている。また、電力変換装置30Dは、第1端子31と第2端子32との間に接続された入出力用のコンデンサC1と、負荷端子33と第2端子32との間に接続された入出力用のコンデンサC2とを有する。
[Fourth embodiment]
5 is a diagram showing a circuit configuration of a
電力変換装置30Dは、第1端子31に印加される電圧Vb1と、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=Vb1-Vb2)を1次側電圧とし、負荷端子33に印加される負荷電圧VLと、第2端子32に印加される電圧Vb2との差電圧(=VL-Vb2)を2次側電圧とすると、電流可逆昇降圧チョッパ回路44により1次側電圧と2次側電圧との間の双方向の直流変換を行うことができる。つまり、電流可逆昇降圧チョッパ回路44による双方向の直流変換によって、1次側と2次側との間を直流変換することができ、これにより、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の充電動作及び放電動作を制御することができる。電流可逆昇降圧チョッパ回路44の直流変換は、制御部60によるスイッチング素子のスイッチング制御によって実現される。
In the
また、電流Ib1,Ib2の分流制御(分流比dの制御)は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置30Dの各入出力端子の電圧Vb1,Vb2,VLを定める必要がある。従って、電圧Vb1,Vb2,VLが満たすべき大小関係の条件は、VL<Vb2<Vb1、となる。
In addition, the shunt control of currents Ib1 and Ib2 (control of shunt ratio d) is performed by switching control of the switching elements. Therefore, in order to actively control the shunt, it is necessary to determine the voltages Vb1, Vb2, and VL of each input/output terminal of the
[第5実施例]
図6は、第5実施例の電力変換装置30Eの回路構成を示す図である。電力変換装置30Eは、3つの電流可逆チョッパ回路45a,45b,45cを備える。電流可逆チョッパ回路45a,45b,45cは、リンクコンデンサCmを介して、高圧側接続点51同士及び接地接続点53同士を互いに接続することで並列接続されている。電力変換装置30Eの第1端子31に、3つの電流可逆チョッパ回路45a,45b,45cのうちの第1の電流可逆チョッパ回路45aの低圧側接続点52が接続され、第2端子32に、3つの電流可逆チョッパ回路45a,45b,45cのうちの第2の電流可逆チョッパ回路45bの低圧側接続点52が接続され、負荷端子33に、3つの電流可逆チョッパ回路45a,45b,45cのうちの第3の電流可逆チョッパ回路45cの低圧側接続点52が接続されている。また、電力変換装置30Eは、第1の電流可逆チョッパ回路45aの低圧側接続点52と接地接続点53との間に接続された入出力用のコンデンサC1と、第2の電流可逆チョッパ回路45bの低圧側接続点52と接地接続点53との間に接続された入出力用のコンデンサC2と、第3の電流可逆チョッパ回路45cの低圧側接続点52と接地接続点53との間に接続された入出力用のコンデンサC3とを有する。
[Fifth Example]
6 is a diagram showing a circuit configuration of a
また、電流Ib1,Ib2の分流制御(分流比dの制御)は、スイッチング素子のスイッチング制御によってなされる。このため、分流を能動的に制御するためには、各スイッチング素子の逆並列ダイオードが常時オンとならないよう、電力変換装置30Eの各入出力端子の電圧Vb1,Vb2,VLを定める必要がある。電力変換装置30Eでは、第1端子31、第2端子32、及び負荷端子33の各入出力端子間に、それぞれ2つのスイッチング素子の逆並列ダイオードが相互に逆向きに接続されている。このため、逆並列ダイオードが常時オンすることがない。従って、電圧Vb1,Vb2,VLが満たすべき大小関係の条件はない。
In addition, the shunt control of currents Ib1 and Ib2 (control of shunt ratio d) is performed by switching control of the switching elements. Therefore, in order to actively control the shunt, it is necessary to determine the voltages Vb1, Vb2, and VL of the input/output terminals of the
[電力変換装置の制御例]
次に、電力変換装置30の具体的な制御例を説明する。何れの制御例においても、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20それぞれの出力電圧Vb1,Vb2は予め設計されており、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20それぞれの出力電流Ib1,Ib2が所望の値となるように分流比dを決定・制御する。出力電流Ib1,Ib2は、負荷回路100への出力電流ILに応じて、電流の関係式(1)を満たす値としている。出力電流Ib1,Ib2が「負値」とは、第1蓄電デバイス10や第2蓄電デバイス20への入力電流(充電電流)であることに相当し、出力電流ILが「負値」とは、負荷回路100からの入力電流であることに相当する。なお、簡単のため、電力変換装置30の損失は無い理想的な状態を想定している。
[Example of control of power conversion device]
Next, a specific control example of the
図7,図8は、電気車が力行する際に、負荷回路100が電流IL=400Aを消費する場合の制御例である。この場合、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20を放電動作させて、負荷回路100が消費する電流IL=400Aを出力する。
Figures 7 and 8 show an example of control in which the
図7は、パワー密度が高い第2蓄電デバイス20に、負荷回路100が消費する電流IL=400Aの全てを負担させる制御例である。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1を「0A」、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2を「400A」としており、分流比dは「0」である。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧VLは「1400V」となる。この図7の制御例は、負荷回路100への電力供給を大電力で行う必要がある場合に好適である。例えば、電気車の加速時、再加速時が該当する。
Figure 7 shows an example of control in which the second
図8は、負荷回路100が消費する電流IL=400Aを、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の両方に負担させる制御例である。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1を「100A」、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2を「300A」としており、分流比dは「0.25」である。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧VLは「1450V」となる。この図8の制御例は、図7の制御例に続けて負荷回路100に継続的に大きな電力供給を行う必要がある場合に好適である。例えば、電気車の走行速度を徐々に高めていく場合や、ほぼ一定の速度で力行走行する場合が該当する。
Figure 8 shows an example of control in which the current IL = 400 A consumed by the
図9~図11は、電気車が惰行又は停車している際に、負荷回路100が電流IL=20Aを消費する場合の制御例である。なお、この場合の電流ILは、補機が消費する電流を想定している。力行時と同じく、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の双方又は一方を放電動作して、負荷回路100が消費する電流IL=20Aを出力する。
Figures 9 to 11 show examples of control in which the
図9は、第1蓄電デバイス10に、負荷回路100が消費する電流IL=20Aの全てを負担させる制御例である。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1を「20A」、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2を「0A」としており、分流比dは「1」である。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧VLは「1600V」となる。この図9の制御例は、第2蓄電デバイス20が充電の必要のない状態(例えば満充電の状態)である場合に好適である。
Figure 9 shows an example of control in which the first
図10は、第1蓄電デバイス10に、負荷回路100が消費する電流IL=20Aの全てを負担させつつ、第2蓄電デバイス20を充電する制御例である。具体的には、蓄積エネルギーに余裕がある第1蓄電デバイス10を放電動作して、放電電流を負荷回路100へ出力しつつ、放電電流の一部を蓄積エネルギー残量が低下した第2蓄電デバイス20にも出力して第2蓄電デバイス20を充電している。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1を「40A」、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2を「-20A」としており、分流比dは「2」となる。出力電流Ib2がマイナスであるため、第2蓄電デバイス20への入力電流(充電電流)であることを意味する。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧は「1800V」となる。
Figure 10 shows an example of control in which the first
なお、図10の制御例は、電圧の大小関係が「Vb2<Vb1<VL」であるため、第1実施例の電力変換装置30A(図2参照)、第4実施例の電力変換装置30D(図5参照)では実施できない。
The control example in FIG. 10 cannot be implemented in the
図11は、図10の制御例と同様に、第1蓄電デバイス10に、負荷回路100が消費する電流IL=20Aの全てを負担させつつ、第2蓄電デバイス20を充電する制御例である。但し、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の電圧Vb1,Vb2が同じである点が、図10の制御例と異なる。つまり、出力電流Ib1を「60A」、出力電流Ib2を「-40A」としており、分流比dは「3」である。出力電流Ib2がマイナスであるため、第2蓄電デバイス20への入力電流(充電電流)であることを意味する。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧は「1600V」となる。
Figure 11 shows a control example in which the second
また、この場合、Vb1=Vb2、を電圧の関係式(5)に代入すると、VL=Vb1=Vb2、が得られる。つまり、負荷電圧VLは、分流比dによらず、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の出力電圧Vb1,Vb2に応じて決まる。従って、第2蓄電デバイス20への充電電流(出力電流Ib2の負値に相当)を変化(増加又は減少)させるために分流比dを変化させたとしても負荷電圧VLは変化しないため、分流比dの自由度が大きい。
In this case, substituting Vb1=Vb2 into the voltage relational equation (5) gives VL=Vb1=Vb2. In other words, the load voltage VL is determined according to the output voltages Vb1, Vb2 of the first and second
なお、図11の制御例は、電圧の大小関係が「Vb2=Vb1=VL」であるため、電圧の大小関係に条件のない第5実施例の電力変換装置30E(図6参照)のみで実施できる。
The control example in FIG. 11 can be implemented only by the
図12,図13は、電気車が減速して回生している又は架線等から充電する際に、負荷回路100から電流IL=400Aが入力される場合の制御例である。この場合、負荷回路100から入力される電流IL=400Aで第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の双方又は一方を充電動作させる。
Figures 12 and 13 show examples of control in the case where a current IL = 400A is input from the
図12は、負荷回路100からの入力電流IL=400Aの全てを、第2蓄電デバイス20に充電する制御例である。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1を「0A」、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2を「-400A」とし、分流比dは「0」である。出力電流Ib2がマイナスであるため、第2蓄電デバイス20への入力電流(充電電流)であることを意味する。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧VLは「1400V」となる。この図12の制御例は、第1蓄電デバイス10が充電の必要のない状態(例えば満充電の状態)である場合に好適である。
Figure 12 shows an example of control in which the entire input current IL = 400 A from the
図13は、負荷回路100からの入力電流IL=400Aを分流させて、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の両方を充電する制御例である。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1を「-100A」、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2を「-300A」としており、分流比dは「0.25」である。出力電流Ib1、Ib2がマイナスであるため、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20への入力電流(充電電流)であることを意味する。そして、電圧の関係式(5)から、負荷電圧VLは「1450V」となる。
Figure 13 shows an example of control in which the input current IL = 400 A from the
[電力変換装置の回路シミュレーション例]
続いて、電力変換装置30の回路シミュレーション結果を説明する。このシミュレーションは、電気車の(1)力行時、(2)惰行時、(3)回生時、のそれぞれについて、負荷回路100への出力電流ILを固定として分流比dを変化させる条件で行った。
[Example of circuit simulation of power conversion device]
Next, a description will be given of the results of a circuit simulation of the
図14は、電気車の力行時の回路シミュレーション結果であり、図15は、電気車の惰行時の回路シミュレーション結果であり、図16は、電気車の回生時の回路シミュレーション結果である。図14~図16の何れにおいても、横軸を共通の時間として、電圧Vb1,Vb2,VLと、電流Ib1,Ib2,ILとのそれぞれのグラフを示している。但し、グラフの見易さのために、出力電流Ib1,Ib2については、符号を反転させた値「-Ib1,-Ib2」のグラフとして示している。また、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20での電圧降下と、電力変換装置30の各スイッチング素子の寄生抵抗による電圧降下とを考慮している。このため、理想的な値とはわずかに異なっている。
Figure 14 shows the results of a circuit simulation when the electric vehicle is powered, Figure 15 shows the results of a circuit simulation when the electric vehicle is coasting, and Figure 16 shows the results of a circuit simulation when the electric vehicle is regenerating. In all of Figures 14 to 16, the horizontal axis represents time, and graphs of voltages Vb1, Vb2, VL and currents Ib1, Ib2, IL are shown. However, to make the graphs easier to see, the output currents Ib1 and Ib2 are shown as graphs of values with inverted signs, "-Ib1, -Ib2". In addition, the voltage drop in the first and second
図14は、電気車の力行時の回路シミュレーション結果である。このシミュレーションでは、電力変換装置30の回路構成を第1実施例の構成(図2参照)として行った。そして、電力変換装置30の分流制御として、図7に示した制御状態から、図8に示した制御状態に移行させることを想定して行った。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電圧Vb1を「約1600V」、第2蓄電デバイス20の出力電圧Vb2を「約1400V」、負荷回路100が消費する電流ILを「400A」とした。そして、分流比dを、図7の制御状態に相当する「0」から、図8の制御状態に相当する「0.25」に変化させた。
Figure 14 shows the results of a circuit simulation when the electric vehicle is powered. In this simulation, the circuit configuration of the
図14において、時間「0~0.02秒」の期間が、図7の制御状態に相当する期間(分流比d=0)であり、時間「0.03~0.06秒」の期間が、図8の制御状態に相当する期間(分流比d=0.25)である。分流比dが「0」の期間では、電力変換装置30の各スイッチング素子はオン又はオフに固定されている状態である。そして、時間「0.02秒」から0.01秒間をかけて、分流比dを「0.25」まで直線的に増加し、電力変換装置30の各スイッチング素子のスイッチング制御を開始した。すると、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1が「0A」から「100A」に変化し、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2が「400A」から「300A」に変化し、負荷電圧VLが「約1400V」から「約1450V」に変化した。この図14の回路シミュレーション結果から、本実施形態の電力変換装置30は、力行中に分流比を変化させる制御が可能であることが分かる。
In FIG. 14, the period from 0 to 0.02 seconds corresponds to the control state of FIG. 7 (diversion ratio d = 0), and the period from 0.03 to 0.06 seconds corresponds to the control state of FIG. 8 (diversion ratio d = 0.25). In the period when the diversion ratio d is "0", each switching element of the
なお、分流比dが「0」より大となっている期間では、電力変換装置30の各スイッチング素子のスイッチング制御(オン・オフ制御)に起因して、電圧VL、及び、電流Ib1,Ib2に脈動が生じている。
In addition, during the period when the current division ratio d is greater than "0", pulsation occurs in the voltage VL and the currents Ib1 and Ib2 due to the switching control (on/off control) of each switching element of the
図15は、電気車の惰行時の回路シミュレーション結果である。このシミュレーションでは、電力変換装置30の回路構成を第5実施例の構成(図6参照)として行った。そして、電力変換装置30の分流制御として、負荷回路100への出力電流ILを第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20それぞれの出力電流Ib1,Ib2に均等に負担させていた制御状態(分流比dが「0.5」の状態。「初期制御状態」という)から、図11に示した制御状態に移行させることを想定して行った。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電圧Vb1、及び、第2蓄電デバイス20の出力電圧Vb2をともに「約1600V」、負荷回路100が消費する電流ILを「20A」とした。そして、分流比dを、「0.5」から、図11の制御状態に相当する「3」に変化させた。
Figure 15 shows the results of a circuit simulation when the electric vehicle is coasting. In this simulation, the circuit configuration of the
図15において、時間「0~0.02秒」の期間が、初期制御状態に相当する期間(分流比d=0.5)であり、時間「0.03~0.06秒」の期間が、図11の制御状態に相当する期間(分流比d=3)である。時間「0.02秒」から0.01秒間をかけて、分流比dを「3」まで直線的に増加し、電力変換装置30の各スイッチング素子のスイッチング制御を開始した。すると、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1が「10A」から「60A」に変化し、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2が「10A」から「-40A(充電電流に相当)」に変化した。しかし、負荷電圧VLは、上述した電圧降下の影響は生じているが「約1600V」のままである。これは、図11において説明したように、Vb1=Vb2であるから、分流比dが変化しても負荷電圧VLは変化しないからである。この図15の回路シミュレーション結果から、本実施形態の電力変換装置30は、惰行中に分流比を変化させる制御が可能であることが分かる。
In FIG. 15, the period from 0 to 0.02 seconds corresponds to the initial control state (diversion ratio d = 0.5), and the period from 0.03 to 0.06 seconds corresponds to the control state of FIG. 11 (diversion ratio d = 3). From the time 0.02 seconds, the diversion ratio d was increased linearly to 3 over 0.01 seconds, and switching control of each switching element of the
なお、電力変換装置30の各スイッチング素子のスイッチング制御(オン・オフ制御)に起因して、電圧VL、及び、電流Ib1,Ib2に脈動が生じている。
Note that pulsations occur in the voltage VL and the currents Ib1 and Ib2 due to the switching control (on/off control) of each switching element of the
図16は、電気車の回生時の回路シミュレーション結果である。このシミュレーションでは、電力変換装置30の回路構成を第1実施例の構成(図2参照)として行った。そして、電力変換装置30の分流制御として、図12に示した制御状態から、図13に示した制御状態に移行させることを想定して行った。つまり、第1蓄電デバイス10の出力電圧Vb1を「約1600V」、第2蓄電デバイス20の出力電圧Vb2を「約1400V」、負荷回路100から入力される電流ILを「400A」とした。そして、分流比dを、図12の制御状態に相当する「0」から、図13の制御状態に相当する「0.25」に変化させた。
Figure 16 shows the results of a circuit simulation during regeneration of an electric vehicle. In this simulation, the circuit configuration of the
図16において、時間「0~0.02秒」の期間が、図12の制御状態に相当する期間(分流比d=0)であり、時間「0.03~0.06秒」の期間が、図13の制御状態に相当する期間(分流比d=0.25)である。分流比dが「0」の期間では、電力変換装置30の各スイッチング素子はオン又はオフに固定されている状態である。そして、時間「0.02秒」から0.01秒間をかけて、分流比dを「0.25」まで直線的に増加し、電力変換装置30の各スイッチング素子のスイッチング制御(分流制御)を開始した。すると、第1蓄電デバイス10の出力電流Ib1が「0A」から「-100A(充電電流に相当)」に変化し、第2蓄電デバイス20の出力電流Ib2が「-400A(充電電流に相当)」から「-300A(充電電流に相当)」に変化し、負荷電圧VLが「約1400V」から「約1450V」に変化した。この図16の回路シミュレーション結果から、本実施形態の電力変換装置30は、回生中に分流比を変化させる制御が可能であることが分かる。
In Figure 16, the period from "0 to 0.02 seconds" corresponds to the control state of Figure 12 (diversion ratio d = 0), and the period from "0.03 to 0.06 seconds" corresponds to the control state of Figure 13 (diversion ratio d = 0.25). During the period when the diversion ratio d is "0", each switching element of the
なお、分流比dが「0」より大となっている期間では、電力変換装置30の各スイッチング素子のスイッチング制御(オン・オフ制御)に起因して、電圧VL、及び、電流Ib1,Ib2に脈動が生じている。
In addition, during the period when the current division ratio d is greater than "0", pulsation occurs in the voltage VL and the currents Ib1 and Ib2 due to the switching control (on/off control) of each switching element of the
[作用効果]
このように、本実施形態によれば、複数種類の蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置30の小形化・軽量化を図ることができる。これにより、種類が異なる第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20を併用し、各蓄電デバイスの充放電電流を制御する電力変換装置30を備える蓄電システム1の小形化・軽量化を図ることが可能となる。
[Action and Effect]
In this way, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size and weight of the
電力変換装置30は、各入力端子間の通流を制御することで各蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御するが、第1端子31と第2端子32との間の1次側電圧は、第1蓄電デバイス10の電圧Vb1と第2蓄電デバイス20の電圧Vb2との電圧差(=Vb1-Vb2)であり、負荷端子33と第2端子32と間の2次側電圧は、負荷回路100の電圧VLと第2蓄電デバイス20の電圧との電圧差である。これらの電圧差が電力変換装置30の入出力電圧となるため、電力変換装置の寸法の目安となる定格容量を小さくすることができる。これにより、電力変換装置30の小形化・軽量化を図ることができる。
The
また、電力変換装置30はチョッパ回路を備えて構成されるが、このチョッパ回路が有する各スイッチング素子には、第1蓄電デバイス10及び第2蓄電デバイス20の電圧Vb1,Vb2や負荷電圧VLそのものではなく、電圧Vb1,Vb2の差電圧や、電圧Vb2と負荷電圧VLとの差電圧が印加される。このため、スイッチング素子として、定格電圧が小さく、小形で低損失の素子を用いることができる。このような理由からも、電力変換装置30の小形化・軽量化を図ることができる。
The
更に、小形で低損失のスイッチング素子を用いることで、電力変換装置30としての損失が小さくなり、省エネルギーに寄与するとともに、電力変換装置30に備える放熱器の小形化・軽量化にも繋がり、これも、電力変換装置30の小形化に寄与する。
Furthermore, the use of small, low-loss switching elements reduces losses in the
[変形例]
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
[Modification]
Incidentally, the applicable embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can of course be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上述の実施形態では、電力変換装置30を、蓄電デバイスのプラス側(正極側)に接続するプラス側回路として用いたが、蓄電デバイスのマイナス側(負極側)に接続するマイナス側回路として用いてもよい。
For example, in the above embodiment, the
図17は、電力変換装置をマイナス側回路として用いた蓄電システム1Xの構成例である。蓄電システム1Xにおいて、電力変換装置30の第1端子31には、第1蓄電デバイス10の負極側が接続され、第2端子32には、第2蓄電デバイス20の負極側が接続され、負荷端子33には、負荷回路100の負極側が接続される。そして、入出力端子に入出力する電流Ib1,Ib2,ILは、上述の実施形態における電力変換装置30(図1参照)とは正負が反転した値となる。電気車の多くでは回路のマイナス側が接地されるため、電力変換装置をマイナス側回路として用いることは、電力変換装置の対地電位を低減できるため、絶縁設計の面で有利となる。
Figure 17 is a configuration example of a
電力変換装置30Xの具体的な回路構成としては、基本的には、上述の実施例(第1~第5実施例)の回路構成における各素子の配置を上下に逆転させた配置の回路構成となる。具体的に図示すると、図18~図22のように構成される。図18は、第1実施例の電力変換装置30A(図2参照)をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図19は、第2実施例の電力変換装置30B(図3参照)をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図20は、第3実施例の電力変換装置30C(図4参照)をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図21は、第4実施例の電力変換装置30D(図5参照)をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図であり、図22は、第5実施例の電力変換装置30E(図6参照)をマイナス側に接続する場合の回路の回路構成図である。
The specific circuit configuration of the
1…蓄電システム
10…第1蓄電デバイス
20…第2蓄電デバイス
30(30A~30E)…電力変換装置
31…第1端子
32…第2端子
33…負荷端子
41,42a,42b,43a,43b,45a,45b,45c…電流可逆チョッパ回路
51…高圧側接続点
52…低圧側接続点
53…接地接続点
44…電流可逆昇降圧チョッパ回路
54…一方側接続点
55…他方側接続点
56…接地接続点
60…制御部
100…負荷回路
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記第1蓄電デバイスが接続される第1端子と、
前記第2蓄電デバイスが接続される第2端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
を備え、
前記第1端子と前記第2端子との間の電圧を1次側電圧とし、前記負荷端子と前記第2端子との間の電圧を2次側電圧として、1次側と2次側との間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。 A power conversion device that is interposed between a first power storage device, a second power storage device, and a load circuit and exchanges power,
a first terminal to which the first power storage device is connected;
a second terminal to which the second power storage device is connected;
a load terminal to which the load circuit is connected;
Equipped with
A power conversion device that controls charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling the flow of current between the primary side and the secondary side, with the voltage between the first terminal and the second terminal being a primary side voltage and the voltage between the load terminal and the second terminal being a secondary side voltage.
前記第1蓄電デバイスが接続される第1端子と、
前記第2蓄電デバイスが接続される第2端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
電流可逆チョッパ回路と、
を備え、
前記第1端子は、前記電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記電流可逆チョッパ回路の接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第1端子、前記第2端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。 A power conversion device that is interposed between a first power storage device, a second power storage device, and a load circuit and exchanges power,
a first terminal to which the first power storage device is connected;
a second terminal to which the second power storage device is connected;
a load terminal to which the load circuit is connected;
A current boost chopper circuit;
Equipped with
the first terminal is connected to a high-voltage side connection point of the current boost chopper circuit;
The second terminal is connected to a ground connection point of the current boost chopper circuit,
the load terminal is connected to a low-voltage side connection point of the current boost chopper circuit;
A power conversion apparatus that controls charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling current flow between the first terminal, the second terminal, and the load terminal.
前記第1蓄電デバイスが接続される第1端子と、
前記第2蓄電デバイスが接続される第2端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
低圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された2つの電流可逆チョッパ回路と、
を備え、
前記第1端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の高圧側接続点に接続され、
前記第1端子、前記第2端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。 A power conversion device that is interposed between a first power storage device, a second power storage device, and a load circuit and exchanges power,
a first terminal to which the first power storage device is connected;
a second terminal to which the second power storage device is connected;
a load terminal to which the load circuit is connected;
Two current booster chopper circuits connected in parallel by connecting their low-voltage side connection points to each other and their ground connection points to each other;
Equipped with
the first terminal is connected to a high-voltage side connection point of one of the two current boost chopper circuits;
the second terminal is connected to the ground connection point of the two current reversible chopper circuits;
the load terminal is connected to a high-voltage side connection point of the other of the two current boost chopper circuits;
A power conversion apparatus that controls charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling current flow between the first terminal, the second terminal, and the load terminal.
前記第1蓄電デバイスが接続される第1端子と、
前記第2蓄電デバイスが接続される第2端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
高圧側接続点同士及び接地接続点同士を互いに接続することで並列接続された2つの電流可逆チョッパ回路と、
を備え、
前記第1端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、一方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第2端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路の前記接地接続点に接続され、
前記負荷端子は、前記2つの電流可逆チョッパ回路のうち、他方の電流可逆チョッパ回路の低圧側接続点に接続され、
前記第1端子、前記第2端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。 A power conversion device that is interposed between a first power storage device, a second power storage device, and a load circuit and exchanges power,
a first terminal to which the first power storage device is connected;
a second terminal to which the second power storage device is connected;
a load terminal to which the load circuit is connected;
Two current booster chopper circuits connected in parallel by connecting high-voltage side connection points to each other and ground connection points to each other;
Equipped with
the first terminal is connected to a low-voltage side connection point of one of the two current boost chopper circuits;
the second terminal is connected to the ground connection point of the two current reversible chopper circuits;
the load terminal is connected to a low-voltage side connection point of the other of the two current boost chopper circuits;
A power conversion apparatus that controls charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling current flow between the first terminal, the second terminal, and the load terminal.
前記第1蓄電デバイスが接続される第1端子と、
前記第2蓄電デバイスが接続される第2端子と、
前記負荷回路が接続される負荷端子と、
一方側接続点が前記第1端子に接続され、他方側接続点が前記負荷端子に接続され、接地接続点が前記第2端子に接続された電流可逆昇降圧チョッパ回路と、
を備え、
前記第1端子、前記第2端子、及び前記負荷端子の各端子間の通流を制御することで、前記第1蓄電デバイス及び前記第2蓄電デバイスの充電動作及び放電動作を制御する電力変換装置。 A power conversion device that is interposed between a first power storage device, a second power storage device, and a load circuit and exchanges power,
a first terminal to which the first power storage device is connected;
a second terminal to which the second power storage device is connected;
a load terminal to which the load circuit is connected;
a reversible step-up/step-down chopper circuit having a first connection point connected to the first terminal, a second connection point connected to the load terminal, and a ground connection point connected to the second terminal;
Equipped with
A power conversion apparatus that controls charging and discharging operations of the first power storage device and the second power storage device by controlling current flow between the first terminal, the second terminal, and the load terminal.
請求項1~5の何れか一項に記載の電力変換装置。 The second power storage device has a higher power density and a lower energy density than the first power storage device.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5 .
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| JP2021156704A JP7589126B2 (en) | 2021-09-27 | 2021-09-27 | Power Conversion Equipment |
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