JP7800372B2 - DC load device - Google Patents
DC load deviceInfo
- Publication number
- JP7800372B2 JP7800372B2 JP2022165946A JP2022165946A JP7800372B2 JP 7800372 B2 JP7800372 B2 JP 7800372B2 JP 2022165946 A JP2022165946 A JP 2022165946A JP 2022165946 A JP2022165946 A JP 2022165946A JP 7800372 B2 JP7800372 B2 JP 7800372B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- converter
- unit
- voltage
- command value
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Landscapes
- Rectifiers (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
本発明は、直流負荷（例えば、大容量バッテリ）を複数接続した直流負荷装置に関する。 The present invention relates to a DC load device to which multiple DC loads (e.g., large-capacity batteries) are connected.
電池（直流負荷）の充放電を行う直流電源を充放電装置と呼ぶ。大容量のバッテリを複数個、充放電する場合は装置台数の増加もしくは試験時間の長期化といった問題がある。 A DC power supply that charges and discharges batteries (DC loads) is called a charge/discharge device. Charging and discharging multiple large-capacity batteries poses problems such as an increase in the number of devices or longer test times.
そこで、特許文献１ではＡＣＤＣコンバータを共通とし、バッテリ数に合わせてＤＣＤＣコンバータを接続することで、装置台数の増加なく充放電装置を構築している。 In Patent Document 1, a common AC-DC converter is used, and by connecting DC-DC converters according to the number of batteries, a charging/discharging device can be constructed without increasing the number of devices.
しかし、この方式では電圧の異なるバッテリが混在することがあり、ＡＣＤＣコンバータの出力電圧を共通にすると設計段階の最適な昇降圧比で駆動できないＤＣＤＣコンバータが出てきてしまう。その結果、効率低下や充電電流リプルの増加が発生する。効率低下は冷却装置の大型化，充電電流リプルの増加はバッテリ劣化などの問題が生じる。 However, with this method, batteries of different voltages can be mixed, and if the output voltage of the AC-DC converters is made common, some DC-DC converters will not be able to operate at the optimal step-up/step-down ratio as designed. This results in reduced efficiency and increased charging current ripple. Reduced efficiency leads to larger cooling equipment, while increased charging current ripple causes problems such as battery degradation.
そこで、特許文献２ではＤＣＤＣコンバータのスイッチング周波数を高くすることにより充電電流リプルの低減を可能としている。 Therefore, Patent Document 2 makes it possible to reduce charging current ripple by increasing the switching frequency of the DC-DC converter.
しかしながら、スイッチングレギュレータではスイッチング周波数に比例してスイッチング損失が増大する。また、充放電装置とバッテリの間にフィルタを挿入し、電流リプルを低減する手法があるが装置サイズの大型化を招く。 However, switching losses in switching regulators increase in proportion to the switching frequency. Also, while there is a method of reducing current ripple by inserting a filter between the charging/discharging device and the battery, this results in an increase in the size of the device.
以上示したようなことから、直流負荷を複数接続した直流負荷装置において、低電流リプル化・高効率化・電流の高応答化を図ることが課題となる。 For the reasons stated above, the challenges for DC load devices with multiple connected DC loads are to achieve low current ripple, high efficiency, and high current response.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、交流電圧を直流電圧に整流し、電圧を調整するＡＣＤＣコンバータと、前記ＡＣＤＣコンバータの出力側に複数並列接続されたユニットと、を備えた直流負荷装置であって、前記ユニットはそれぞれ、直流負荷の電流を制御するＤＣＤＣコンバータと、前記ＤＣＤＣコンバータの出力側に接続されたフィルタと、前記フィルタに接続された前記直流負荷と、を有し、前記直流負荷の電圧に基づいて、前記ＡＣＤＣコンバータの出力電圧指令値を設定することを特徴とする。 The present invention was devised in consideration of the above-mentioned problems of the prior art. One aspect of the present invention is a DC load device comprising an AC-DC converter that rectifies AC voltage to DC voltage and adjusts the voltage, and multiple units connected in parallel to the output side of the AC-DC converter. Each of the units has a DC-DC converter that controls the current of the DC load, a filter connected to the output side of the DC-DC converter, and the DC load connected to the filter, and is characterized in that the output voltage command value of the AC-DC converter is set based on the voltage of the DC load.
また、その一態様として、前記出力電圧指令値は、駆動している前記ユニットの前記直流負荷の電圧平均値とすることを特徴とする。 In one aspect, the output voltage command value is the average voltage value of the DC load of the unit being driven.
また、他の態様として、前記出力電圧指令値は、前記直流負荷の充放電電流が最も大きい前記ユニットの前記直流負荷の電圧とすることを特徴とする。 In another aspect, the output voltage command value is the voltage of the DC load of the unit with the largest charge/discharge current of the DC load.
また、その一態様として、前記ＡＣＤＣコンバータと前記ユニット同士の接続点との間に絶縁型ＤＣＤＣコンバータを接続したことを特徴とする。 In one aspect, an isolated DC-DC converter is connected between the AC-DC converter and the connection point between the units.
また、他の態様として、各前記ユニットは、前記ユニット同士の接続点と前記ＤＣＤＣコンバータとの間に絶縁型ＤＣＤＣコンバータを接続したことを特徴とする。 In another aspect, each of the units is characterized in that an isolated DC-DC converter is connected between the connection point between the units and the DC-DC converter.
本発明によれば、直流負荷を複数接続した直流負荷装置において、低電流リプル化・高効率化・電流の高応答化を図ることが可能となる。 This invention makes it possible to achieve low current ripple, high efficiency, and high current response in a DC load device with multiple DC loads connected.
以下、本願発明における直流負荷装置の実施形態１～３を図１～図７に基づいて詳述する。実施形態１～３では、直流負荷装置の一例として充放電装置を説明する。 Embodiments 1 to 3 of the DC load device of the present invention will be described in detail below with reference to Figures 1 to 7. In Embodiments 1 to 3, a charge/discharge device will be described as an example of a DC load device.
［実施形態１］
図１に本実施形態１における充放電装置のシステム構成を示す。図１に示すように、本実施形態１の充放電装置は、交流系統ＡＣの出力電圧を入力としたＡＣＤＣコンバータ１と、ＡＣＤＣコンバータ１の出力側にｍ（ｍ＝２以上の整数）台並列接続されたユニットＵｎｉｔ＿１～Ｕｎｉｔ＿ｍと、を有している。
[Embodiment 1]
Figure 1 shows the system configuration of the charge/discharge device in this embodiment 1. As shown in Figure 1, the charge/discharge device in this embodiment 1 has an AC-DC converter 1 to which the output voltage of an AC system AC is input, and m (m = an integer of 2 or more) units Unit_1 to Unit_m connected in parallel on the output side of the AC-DC converter 1.
ユニットＵｎｉｔ＿１～Ｕｎｉｔ＿ｍは、それぞれＤＣＤＣコンバータ２と、ＤＣＤＣコンバータ２の出力側に接続されたフィルタ３と、フィルタ３に接続された直流負荷（例えばバッテリ、以下バッテリと称する）４と、を備える。 Each of units Unit_1 to Unit_m includes a DC-DC converter 2, a filter 3 connected to the output side of the DC-DC converter 2, and a DC load (e.g., a battery, hereinafter referred to as the battery) 4 connected to the filter 3.
図２，図３に、本実施形態１の制御ブロック図を示す。図１のシステム構成に対して、図２（ａ）に示すＡＣＤＣコンバータ１の制御系ブロックと、図２（ｂ）に示すＤＣＤＣコンバータ２の制御系ブロックと、図３に示すＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値を生成するブロック（出力電圧指令値生成部）と、を有している。 Figures 2 and 3 show control block diagrams of this embodiment 1. In comparison with the system configuration of Figure 1, this system has a control system block for AC-DC converter 1 shown in Figure 2(a), a control system block for DC-DC converter 2 shown in Figure 2(b), and a block for generating an output voltage command value for AC-DC converter 1 (output voltage command value generation unit) shown in Figure 3.
図２（ａ）に示すＡＣＤＣコンバータ１の制御ブロックは、ＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆと出力電圧検出値Ｖｄｃの差分をとる第１差分器５と、第１差分器５の出力に基づいて系統電流指令値を出力する第１ＰＩ制御部（またはＰ制御部）６と、系統電流指令値と系統電流検出器の差分をとる第２差分器７と、第２差分器７の出力に基づいてゲート生成の指令値を出力する第２ＰＩ制御部（またはＰ制御部）８と、第２ＰＩ制御部８の出力に基づいてＡＣＤＣコンバータ１のゲート信号を出力する第１ゲート生成器９と、を有している。 The control block of the ACDC converter 1 shown in Figure 2(a) includes a first differentiator 5 that takes the difference between the output voltage command value Vdc_ref of the ACDC converter 1 and the output voltage detection value Vdc, a first PI control unit (or P control unit) 6 that outputs a grid current command value based on the output of the first differentiator 5, a second differentiator 7 that takes the difference between the grid current command value and the grid current detector, a second PI control unit (or P control unit) 8 that outputs a gate generation command value based on the output of the second differentiator 7, and a first gate generator 9 that outputs a gate signal for the ACDC converter 1 based on the output of the second PI control unit 8.
図２（ｂ）に示すＤＣＤＣコンバータの制御ブロックは、ｍ台目ユニットのバッテリ電流指令値ｉｂａｔ＿ｒｅｆ＿ｍとｍ台目ユニットのバッテリ電流検出値ｉｂａｔ＿ｍの差分をとる第３差分器１０と、第３差分器１０の出力に基づいて第２ゲート生成器の指令値を出力する第３ＰＩ制御部（またはＰ制御部）１１と、第３ＰＩ制御部１１の出力に基づいてＤＣＤＣコンバータ２のゲート信号を出力する第２ゲート生成器１２と、を有している。 The control block of the DC-DC converter shown in Figure 2(b) includes a third differentiator 10 that takes the difference between the battery current command value ibat_ref_m of the mth unit and the battery current detection value ibat_m of the mth unit, a third PI control unit (or P control unit) 11 that outputs a command value for the second gate generator based on the output of the third differentiator 10, and a second gate generator 12 that outputs a gate signal for the DC-DC converter 2 based on the output of the third PI control unit 11.
なお、図２（ｂ）ではｍ台目のユニットのＤＣＤＣコンバータ２の制御ブロックを示しているが、他のユニットも同様の構成でよい。ただし、バッテリ電流指令値とバッテリ電流検出値をそのユニットの値に変更する。例えば、第１ユニットＵｎｉｔ＿１であれば、バッテリ電流指令値はｉｂａｔ＿ｒｅｆ＿１とし、バッテリ電流検出値はｉｂａｔ＿１とする。 Note that while Figure 2(b) shows the control block of the DCDC converter 2 of the mth unit, other units may have a similar configuration. However, the battery current command value and battery current detection value are changed to the values of that unit. For example, for the first unit Unit_1, the battery current command value is ibat_ref_1 and the battery current detection value is ibat_1.
図３に、バッテリ４の電圧に基づいてＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆを生成する出力電圧指令値生成部を示す。 Figure 3 shows the output voltage command value generation unit that generates the output voltage command value Vdc_ref for the AC-DC converter 1 based on the voltage of the battery 4.
図３（ａ）は駆動ユニットにおけるバッテリ４の電圧平均値を出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとしている。 In Figure 3(a), the average voltage of the battery 4 in the drive unit is used as the output voltage command value Vdc_ref.
具体的には、乗算器１３で各ユニットのバッテリ電圧Ｖｂａｔ＿１～Ｖｂａｔ＿ｍとユニット駆動状態（駆動時：１，停止時：０）を乗算する。そして、平均値計算部１４で、乗算器１３の出力を足し合わせて駆動しているユニットの台数で除算することにより、駆動ユニットのバッテリ電圧平均値を計算し、この値を出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとする。 Specifically, multiplier 13 multiplies each unit's battery voltage Vbat_1 to Vbat_m by the unit's driving state (driving: 1, stopped: 0). Then, average value calculation unit 14 adds the outputs of multiplier 13 and divides by the number of driving units to calculate the average battery voltage of the driving units, and this value is used as the output voltage command value Vdc_ref.
図３（ｂ）はバッテリ４の充放電電流（電流指令値）が最も大きいユニットのバッテリ４の電圧をＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとしている。 In Figure 3(b), the voltage of the battery 4 in the unit with the largest charge/discharge current (current command value) of the battery 4 is set as the output voltage command value Vdc_ref of the AC-DC converter 1.
具体的には、最大値検出部１５で、各ユニットの電流指令値ｉｂａｔ＿ｒｅｆ＿１～ｉｂａｔ＿ｒｅｆ＿ｍに基づいて、最も電流指令値の大きいユニットを検出する。マルチプレクサ１６は、各ユニットのバッテリ電圧Ｖｂａｔ＿１～Ｖｂａｔ＿ｍを入力し、最も電流指令値が大きいユニットのバッテリ電圧を出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとする。 Specifically, the maximum value detection unit 15 detects the unit with the largest current command value based on the current command values ibat_ref_1 to ibat_ref_m of each unit. The multiplexer 16 inputs the battery voltages Vbat_1 to Vbat_m of each unit and sets the battery voltage of the unit with the largest current command value as the output voltage command value Vdc_ref.
図１の構成により、入力の交流電圧（単相もしくは三相）をＡＣＤＣコンバータ１により直流電圧に整流（変換）し、電圧を調整して出力する。ＡＣＤＣコンバータ１には三相インバータ方式や単相インバータ方式などがある。 With the configuration shown in Figure 1, the input AC voltage (single-phase or three-phase) is rectified (converted) to DC voltage by the AC-DC converter 1, which then adjusts the voltage and outputs it. There are various types of AC-DC converters, including three-phase inverter types and single-phase inverter types.
さらに、ＤＣＤＣコンバータ２によりバッテリ４の電流を制御する。また、ＤＣＤＣコンバータ２の出力する電流にはリプルがあるため、インダクタおよびキャパシタで構成されるフィルタ３を介して、バッテリ４の電流リプルを低減する。 Furthermore, the current of the battery 4 is controlled by the DCDC converter 2. Also, since the current output by the DCDC converter 2 has ripple, the current ripple of the battery 4 is reduced via a filter 3 consisting of an inductor and a capacitor.
特許文献１では試験時間の短縮および部品コストの低減に着目しており、昇降圧比がずれたことによる損失や電流リプル増加は考慮されていない。しかし、バッテリ電圧が充放電によって変化するとＤＣＤＣコンバータ２の昇降圧比が最適である１：１からずれるため、バッテリ電流リプルとＤＣＤＣコンバータ２の損失が大きく増加する。 Patent Document 1 focuses on shortening test time and reducing component costs, and does not take into account losses and increased current ripple caused by deviations in the step-up/step-down ratio. However, when the battery voltage fluctuates due to charging and discharging, the step-up/step-down ratio of the DCDC converter 2 deviates from the optimal 1:1, significantly increasing battery current ripple and losses in the DCDC converter 2.
そこで、図２に示す制御によって、ＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧を制御する。出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆは図３（ａ）に示すように、駆動しているユニットのバッテリ電圧平均値を出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆにすることで、駆動ユニットが最適な昇降圧比である１：１付近で駆動できるため、システム全体の損失や電流リプルを低減できる。 The output voltage of the AC-DC converter 1 is therefore controlled using the control shown in Figure 2. As shown in Figure 3(a), by setting the output voltage command value Vdc_ref to the average battery voltage of the driven unit, the drive unit can be driven at an optimal step-up/step-down ratio of approximately 1:1, thereby reducing losses and current ripple in the entire system.
また、図３（ｂ）に示すように充放電電流が最も大きいユニットのバッテリ４の電圧値を出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆに設定することで、充放電電流が最も大きいユニットを最適な昇降圧比である１：１付近で駆動できるため、最大電流のユニットの損失が低減できる。 Furthermore, by setting the voltage value of battery 4 of the unit with the largest charge/discharge current to the output voltage command value Vdc_ref as shown in Figure 3(b), the unit with the largest charge/discharge current can be driven at an optimal step-up/step-down ratio of approximately 1:1, thereby reducing losses in the unit with the largest current.
本実施形態１ではＤＣＤＣコンバータ２の一定スイッチング周波数の条件時での損失を低減できる。その損失低減分だけＤＣＤＣコンバータ２はスイッチング周波数を高周波化できるため、充電電流リプルを低減することができる。また、充電電流リプルを低減できるため、充電電流リプル低減のためのフィルタ３を小型化することができる。また、スイッチング周波数を高周波化できるため、高応答化を実現できる。 In this embodiment 1, losses can be reduced when the DCDC converter 2 has a constant switching frequency. The DCDC converter 2 can increase its switching frequency by the amount of the loss reduction, thereby reducing charging current ripple. Furthermore, because charging current ripple can be reduced, the filter 3 used to reduce charging current ripple can be made smaller. Furthermore, because the switching frequency can be increased, high response can be achieved.
以上示したように、本実施形態１によれば、複数の直流負荷（例えば、大容量バッテリ）を備えた充放電装置（直流負荷装置）において並列構成をとることで試験時間の短縮と回路コストの削減を達成することが可能となる。 As described above, according to this first embodiment, by adopting a parallel configuration in a charge/discharge device (DC load device) equipped with multiple DC loads (e.g., large-capacity batteries), it is possible to shorten test time and reduce circuit costs.
さらに、ＡＣＤＣコンバータ１により大多数のユニットまたは責務が最大のユニットのＤＣＤＣコンバータ２の昇降圧比が１：１となるよう入力電圧を制御することで電流リプルの低減と高効率化を実現できる。これにより、スイッチング周波数の高周波化が可能であるため、高効率化および高応答化を両立できる。 Furthermore, by using the AC-DC converter 1 to control the input voltage so that the step-up/step-down ratio of the DC-DC converter 2 of the majority of units or the unit with the greatest load is 1:1, it is possible to reduce current ripple and achieve high efficiency. This makes it possible to increase the switching frequency, thereby achieving both high efficiency and fast response.
これにより、充放電装置のみでなく、バッテリ劣化診断のためのインピーダンス測定にも応用可能である。 This makes it possible to apply the technology not only to charging and discharging devices, but also to impedance measurements for diagnosing battery degradation.
［実施形態２］
図４に本実施形態２である充放電装置のシステム構成を示す。実施形態１と比較して、ＡＣＤＣコンバータ１とユニットＵｎｉｔ＿１～Ｕｎｉｔ＿ｍの接続点との間に双方向の絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７が設けられている。この絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７の入出力電圧比は、コンバータ内部にある高周波トランスの巻線比となる。
[Embodiment 2]
4 shows the system configuration of the charge/discharge device of this embodiment 2. Compared to embodiment 1, a bidirectional isolated DC-DC converter 17 is provided between the connection point of the AC-DC converter 1 and the units Unit_1 to Unit_m. The input/output voltage ratio of this isolated DC-DC converter 17 is the winding ratio of the high-frequency transformer inside the converter.
図５に本実施形態２において追加した制御ブロック図を示す。図５はＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆを生成する出力電圧指令値生成部を示すブロック図である。まず、実施形態１（図３）と同様に乗算器１３と平均値計算部１４で駆動ユニットのバッテリ４の電圧平均値を計算する。そして、巻数比乗算部１８で、駆動ユニットのバッテリ４の電圧平均値に絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７の巻数比（ゲイン）を乗算し、この値を出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆとする。また、図３（ｂ）の出力に絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７の巻数比を乗算してもよい。 Figure 5 shows a control block diagram added in this second embodiment. Figure 5 is a block diagram showing an output voltage command value generation unit that generates the output voltage command value Vdc_ref for the AC-DC converter 1. First, as in the first embodiment (Figure 3), the multiplier 13 and average value calculation unit 14 calculate the average voltage of the drive unit battery 4. Then, the turns ratio multiplication unit 18 multiplies the average voltage of the drive unit battery 4 by the turns ratio (gain) of the isolated DC-DC converter 17, and this value is used as the output voltage command value Vdc_ref. Alternatively, the output of Figure 3(b) may be multiplied by the turns ratio of the isolated DC-DC converter 17.
図４の構成により、ＡＣＤＣコンバータ１の出力に非特許文献１，２に示すようなＤｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ方式もしくは共振型方式を採用した絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７を接続する。 With the configuration shown in Figure 4, an isolated DC-DC converter 17 employing a dual active bridge system or a resonant system, as shown in Non-Patent Documents 1 and 2, is connected to the output of the AC-DC converter 1.
本構成により、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７は高周波トランスによって高い昇降圧比であっても高効率に駆動できる。具体的な制御法として、図５の制御によって、ＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆは駆動しているユニットのバッテリ電圧平均値に高周波トランスの巻数比を乗算した値とする。 With this configuration, the isolated DC-DC converter 17 can be driven efficiently even at high step-up/step-down ratios using the high-frequency transformer. As a specific control method, the output voltage command value Vdc_ref of the AC-DC converter 1 is set to the value obtained by multiplying the average battery voltage of the driven unit by the turns ratio of the high-frequency transformer, using the control shown in Figure 5.
これにより、バッテリ４の電圧と入力電圧の昇降圧比がほぼ１：１となるため，ＤＣＤＣコンバータ２を高効率かつ低電流リプルで駆動できる。 This results in a step-up/step-down ratio between the battery 4 voltage and the input voltage of approximately 1:1, allowing the DCDC converter 2 to be driven with high efficiency and low current ripple.
実施形態１において交流電圧とバッテリ４の電圧値が大きく異なる場合、ＡＣＤＣコンバータ１の損失が大きくなってしまうおそれがある。本実施形態２では交流電圧とＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧をほぼ同じ電圧にすることが可能なので、ＡＣＤＣコンバータ１の損失が大きくなる問題を解決できる。 In embodiment 1, if the AC voltage and the voltage value of battery 4 differ significantly, there is a risk that the loss in the AC-DC converter 1 will be large. In embodiment 2, the AC voltage and the output voltage of the AC-DC converter 1 can be made approximately the same voltage, thereby solving the problem of large losses in the AC-DC converter 1.
さらに、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１７の追加によって、交流電圧とバッテリ４間の絶縁が確保できる。ＡＣＤＣコンバータ１内での絶縁トランスが不要となるため、ＡＣＤＣコンバータ１を小形化することが可能となる。 Furthermore, the addition of the isolated DC-DC converter 17 ensures insulation between the AC voltage and the battery 4. Since an isolation transformer is no longer required within the AC-DC converter 1, the AC-DC converter 1 can be made smaller.
［実施形態３］
図６に本実施形態３における充放電装置のシステム構成を示す。実施形態１と比較して、ユニットごとに双方向の絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９を追加した構成である。すなわち、各ユニットにおいてユニットＵｎｉｔ＿１～Ｕｎｉｔ＿ｍの接続点とＤＣＤＣコンバータ２との間に絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９を設ける。その他の構成は実施形態１と同様である。
[Embodiment 3]
6 shows the system configuration of a charge/discharge device in the third embodiment. Compared to the first embodiment, this configuration adds a bidirectional isolated DC-DC converter 19 to each unit. That is, in each unit, an isolated DC-DC converter 19 is provided between the connection point of units Unit_1 to Unit_m and the DC-DC converter 2. The other configurations are the same as those in the first embodiment.
図７に本実施形態３において追加した制御ブロック図を示す。図７は、本実施形態３の絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９の制御ブロック図である。 Figure 7 shows a control block diagram added in this third embodiment. Figure 7 is a control block diagram of the isolated DC-DC converter 19 in this third embodiment.
第４差分器２０は、ｍ台目ユニットにおける絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９のユニット電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆ＿ｍとユニット電圧検出値Ｖｄｃ＿ｍの差分をとる。第４ＰＩ制御部（Ｐ制御部）２１は、第４差分器２０の出力に基づいて第３ゲート生成器２２の指令値を出力する。第３ゲート生成器２２は、第４ＰＩ制御部２１の出力に基づいて絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９のゲート信号を生成する。 The fourth difference calculator 20 calculates the difference between the unit voltage command value Vdc_ref_m and the unit voltage detection value Vdc_m of the isolated DC-DC converter 19 in the mth unit. The fourth PI control unit (P control unit) 21 outputs a command value for the third gate generator 22 based on the output of the fourth difference calculator 20. The third gate generator 22 generates a gate signal for the isolated DC-DC converter 19 based on the output of the fourth PI control unit 21.
なお、図７ではｍ台目のユニットの絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９の制御ブロックを示しているが、他のユニットも同様の構成でよい。ただし、ユニット電圧指令値とユニット電圧検出値をそのユニットの値に変更する。例えば、第１ユニットＵｎｉｔ＿１であれば、ユニット電圧指令値はＶｄｃ＿ｒｅｆ＿１とし、ユニット電圧検出値はＶｄｃ＿１とする。 Note that while Figure 7 shows the control block of the isolated DC-DC converter 19 of the mth unit, other units may have a similar configuration. However, the unit voltage command value and unit voltage detection value are changed to the values of that unit. For example, for the first unit Unit_1, the unit voltage command value is Vdc_ref_1 and the unit voltage detection value is Vdc_1.
絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９の電圧制御機能がある点が、本実施形態３の実施形態２との差異である。 The difference between embodiment 3 and embodiment 2 is that the isolated DC-DC converter 19 has a voltage control function.
図６の構成により、本実施形態３の方式ではＡＣＤＣコンバータ１の出力電圧指令値Ｖｄｃ＿ｒｅｆは実施形態２と同様に決定する。すなわち、図３（ａ），（ｂ）の出力に絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９の巻数比を乗算する。 With the configuration shown in Figure 6, in the method of this embodiment 3, the output voltage command value Vdc_ref of the AC-DC converter 1 is determined in the same way as in embodiment 2. That is, the outputs of Figures 3(a) and 3(b) are multiplied by the turns ratio of the isolated DC-DC converter 19.
本実施形態３の特徴として、図７の制御によって、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９の出力電圧をバッテリ４の電圧と等しくなるように制御する。これにより全ユニットのＤＣＤＣコンバータ２を高効率かつ低電流リプルとなる電圧条件である昇降圧比１：１で駆動できる。本実施形態３は、ユニット数が多く、交流電圧とバッテリ４の電圧値が大きく異なる充放電装置において優位性がある。 A feature of this embodiment 3 is that the output voltage of the isolated DC-DC converter 19 is controlled to be equal to the voltage of the battery 4 using the control shown in Figure 7. This allows the DC-DC converters 2 of all units to be driven at a step-up/step-down ratio of 1:1, which is a voltage condition that results in high efficiency and low current ripple. This embodiment 3 is advantageous in charge/discharge devices with a large number of units and where the AC voltage and the voltage value of the battery 4 differ greatly.
以上示したように、本実施形態３は、実施形態２と比較して、各ユニットに絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１９を接続することで、全ユニットのＤＣＤＣコンバータ２を昇降圧比１：１で駆動できるため、ＤＣＤＣコンバータ２の効率向上及び電流リプルの低減がさらにできる。 As described above, in comparison with embodiment 2, embodiment 3 connects an isolated DC-DC converter 19 to each unit, allowing the DC-DC converters 2 of all units to be driven at a step-up/step-down ratio of 1:1, thereby further improving the efficiency of the DC-DC converters 2 and reducing current ripple.
なお、各実施形態において、事前の損失計算などにおいてＤＣＤＣコンバータ２の昇降圧比が１：１以外の場合の方が損失低減できることが判っている場合には、損失が最小値となる昇降圧比に応じて電圧指令値を補正してもよい。 In each embodiment, if it is known from prior loss calculations that losses can be reduced when the step-up/step-down ratio of the DC-DC converter 2 is other than 1:1, the voltage command value may be corrected according to the step-up/step-down ratio that minimizes losses.
さらに本発明は、バッテリ以外の直流負荷（キャパシタなど）のシステムに適用してもよい。 Furthermore, the present invention may be applied to systems with DC loads other than batteries (such as capacitors).
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 The present invention has been described in detail above, only with reference to the specific examples. However, it will be obvious to those skilled in the art that numerous variations and modifications are possible within the scope of the technical concept of the present invention, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the claims.
ＡＣ…交流系統
１…ＡＣＤＣコンバータ
Ｕｎｉｔ＿１～Ｕｎｉｔ＿ｍ…ユニット
２…ＤＣＤＣコンバータ
３…フィルタ
４…バッテリ（直流負荷）
５…第１差分器
６…第１ＰＩ制御部（Ｐ制御部）
７…第２差分器
８…第２ＰＩ制御部（Ｐ制御部）
９…第１ゲート生成器
１０…第３差分器
１１…第３ＰＩ制御部（Ｐ制御部）
１２…第２ゲート生成器
１３…乗算器
１４…平均値計算部
１５…最大値検出部
１６…マルチプレクサ
１７…絶縁型ＤＣＤＣコンバータ
１８…巻数比演算部
１９…絶縁型ＤＣＤＣコンバータ
２０…第４差分器
２１…第４ＰＩ制御部（Ｐ制御部）
２２…第３ゲート生成部
AC...AC system 1...AC-DC converter Unit_1 to Unit_m...Unit 2...DC-DC converter 3...Filter 4...Battery (DC load)
5...First differentiator 6...First PI control section (P control section)
7... Second differentiator 8... Second PI control section (P control section)
9... First gate generator 10... Third difference calculator 11... Third PI control unit (P control unit)
12... Second gate generator 13... Multiplier 14... Average value calculation unit 15... Maximum value detection unit 16... Multiplexer 17... Isolated DC-DC converter 18... Turns ratio calculation unit 19... Isolated DC-DC converter 20... Fourth difference unit 21... Fourth PI control unit (P control unit)
22...Third gate generation unit
Claims (5)
前記ＡＣＤＣコンバータの出力側に複数並列接続されたユニットと、を備えた直流負荷装置であって、
前記ユニットはそれぞれ、
直流負荷の電流を制御するＤＣＤＣコンバータと、
前記ＤＣＤＣコンバータの出力側に接続されたフィルタと、
前記フィルタに接続された前記直流負荷と、
を有し、
前記直流負荷の電圧に基づいて、前記ＡＣＤＣコンバータの出力電圧指令値を設定することを特徴とする直流負荷装置。 an AC-DC converter that rectifies AC voltage to DC voltage and adjusts the voltage;
A DC load device comprising a plurality of units connected in parallel to an output side of the AC-DC converter,
Each of the units is
a DC-DC converter for controlling a current of a DC load;
a filter connected to an output side of the DC-DC converter;
the DC load connected to the filter;
and
A DC load device, characterized in that an output voltage command value of the AC-DC converter is set based on the voltage of the DC load.
駆動している前記ユニットの前記直流負荷の電圧平均値とすることを特徴とする請求項１記載の直流負荷装置。 The output voltage command value is
2. The DC load device according to claim 1, wherein the voltage is an average voltage of the DC load of the unit being driven.
前記直流負荷の充放電電流が最も大きい前記ユニットの前記直流負荷の電圧とすることを特徴とする請求項１記載の直流負荷装置。 The output voltage command value is
2. The DC load device according to claim 1, wherein the voltage of the DC load of the unit having the largest charge/discharge current is set as the voltage of the DC load.
前記ユニット同士の接続点と前記ＤＣＤＣコンバータとの間に絶縁型ＤＣＤＣコンバータを接続したことを特徴とする請求項１記載の直流負荷装置。 Each of the units comprises:
2. The DC load device according to claim 1, wherein an insulating DC-DC converter is connected between the connection point between the units and the DC-DC converter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022165946A JP7800372B2 (en) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | DC load device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022165946A JP7800372B2 (en) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | DC load device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024058696A JP2024058696A (en) | 2024-04-30 |
| JP7800372B2 true JP7800372B2 (en) | 2026-01-16 |
Family
ID=90826810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022165946A Active JP7800372B2 (en) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | DC load device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7800372B2 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011114917A (en) | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Nichicon Corp | Switching power supply device |
| JP2016533701A (en) | 2013-09-26 | 2016-10-27 | メタ システム エス．ピー．エー．Ｍｅｔａ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓ．Ｐ．Ａ． | Battery charger for electric vehicles including PFC circuit |
| JP2017112681A (en) | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Electric power conversion system |
| JP2022111074A (en) | 2021-01-18 | 2022-07-29 | 台達電子企業管理（上海）有限公司 | Power conversion system and control method therefor |
| JP2022124722A (en) | 2021-02-16 | 2022-08-26 | 新電元工業株式会社 | Charging and discharging system |
-
2022
- 2022-10-17 JP JP2022165946A patent/JP7800372B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011114917A (en) | 2009-11-26 | 2011-06-09 | Nichicon Corp | Switching power supply device |
| JP2016533701A (en) | 2013-09-26 | 2016-10-27 | メタ システム エス．ピー．エー．Ｍｅｔａ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓ．Ｐ．Ａ． | Battery charger for electric vehicles including PFC circuit |
| JP2017112681A (en) | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | Electric power conversion system |
| JP2022111074A (en) | 2021-01-18 | 2022-07-29 | 台達電子企業管理（上海）有限公司 | Power conversion system and control method therefor |
| JP2022124722A (en) | 2021-02-16 | 2022-08-26 | 新電元工業株式会社 | Charging and discharging system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024058696A (en) | 2024-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10404071B2 (en) | Power system for multiple power sources | |
| US11381159B2 (en) | High power density power converter and uninterruptible power supply circuit and methods | |
| US9413271B2 (en) | Power conversion system with a DC to DC boost converter | |
| Huang et al. | 500kVA hybrid solid state transformer (HSST): architecture, functionality and control | |
| JP2008199808A (en) | Grid-connected inverter device | |
| EP3648276B1 (en) | Control of dc voltage distribution system | |
| Ryu et al. | An optimized design of bi-directional dual active bridge converter for low voltage battery charger | |
| TW201919319A (en) | DC-DC converter and power conditioner | |
| US20240001785A1 (en) | Ev chargers and ev charging | |
| Schmitz et al. | High step-up high efficiency dc-dc converter for module-integrated photovoltaic applications | |
| JP6008365B2 (en) | Charger | |
| WO2019076874A1 (en) | A dc-dc converter assembly | |
| JP2009207328A (en) | Power device | |
| JP7800372B2 (en) | DC load device | |
| US12143001B2 (en) | Power supply device | |
| JP2011193704A (en) | Dc-ac power converter | |
| EP3316467A2 (en) | Power system for multiple power sources | |
| KR102761198B1 (en) | System-linked energy storage system and power control apparatus | |
| Gurara et al. | Energy Density Enhancement of a Merged-Energy-Buffer-based Two-Stage AC-DC Converter | |
| JP3306326B2 (en) | Capacitor power storage device | |
| KR20180091543A (en) | Power factor correction converter | |
| JP7761179B1 (en) | Power conversion device and control method for power conversion device | |
| CN118316290B (en) | Low ripple power supply circuit and power socket | |
| JP5461779B2 (en) | Fuel cell apparatus and control program | |
| US20250149974A1 (en) | Control Method for Controlling Current Ripple of DC-DC Converter and An Electric System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20250213 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20251014 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251202 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251215 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7800372 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |