JP2017184450A - Power converter and charge control method and discharge control method of storage battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体スイッチのスイッチングにより直流／交流の電力変換を行う電力変換装置を用いて蓄電池を充電し、又は放電させる場合の制御に関する。 The present invention relates to control in the case of charging or discharging a storage battery using a power conversion device that performs DC / AC power conversion by switching of a semiconductor switch.
直流から交流への電力変換を行う電力変換装置では、一般的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータが搭載されている。ＤＣ／ＤＣコンバータは、直流電源の直流電圧を一定の中間電圧に昇圧してＤＣバスに出力し、この中間電圧を、インバータが交流電圧波形に変換する。ここで、中間電圧は、交流電圧のピーク値（波高値）より高い電圧である。中間電圧を安定した直流電圧とするため、ＤＣバスに接続される中間コンデンサは例えばｍＦレベルの大容量コンデンサが用いられる。このような電力変換を行う場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータは常時、高速なスイッチングを行っているため、スイッチング損失その他の電力損失が相応にある。 In a power conversion device that performs power conversion from direct current to alternating current, a DC / DC converter and an inverter are generally mounted. The DC / DC converter boosts the DC voltage of the DC power source to a constant intermediate voltage and outputs the boosted voltage to the DC bus. The inverter converts the intermediate voltage into an AC voltage waveform. Here, the intermediate voltage is a voltage higher than the peak value (crest value) of the AC voltage. In order to make the intermediate voltage a stable DC voltage, for example, a large-capacity capacitor of mF level is used as the intermediate capacitor connected to the DC bus. When such power conversion is performed, since the DC / DC converter and the inverter always perform high-speed switching, switching loss and other power losses are appropriate.
そこで、本出願人は、電力損失を低減して効率を高めるべく、生成したい交流電圧の瞬時値の絶対値と、直流電源側の直流電圧とを比べて、昇圧が必要なときの交流波形部分はＤＣ／ＤＣコンバータに生成させ、降圧が必要なときの交流波形部分はインバータに生成させる制御方式を提案した（特許文献１参照。）。この制御方式によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータは、基本的に交互に高速なスイッチング動作を行う。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータは共に、交流１サイクルの期間内に高速なスイッチングを停止する休止期間ができる。これにより、電力損失が著しく改善される。この制御方式では、ＤＣバスの電圧が、直流電圧に交流電圧波形のピーク値前後の波形を乗せた脈流のような波形の電圧になる。そのため、当該交流電圧波形部分を平滑しない程度に、ＤＣバスに接続される中間コンデンサは小容量コンデンサ（例えば数十μＦ程度）が用いられる。 Therefore, in order to reduce power loss and increase efficiency, the present applicant compares the absolute value of the instantaneous value of the AC voltage to be generated with the DC voltage on the DC power supply side, and determines the AC waveform portion when boosting is required. Proposed a control method in which a DC / DC converter is generated and an AC waveform portion is generated by an inverter when step-down is necessary (see Patent Document 1). According to this control method, the DC / DC converter and the inverter basically perform high-speed switching operations alternately. Therefore, both the DC / DC converter and the inverter can have a pause period in which high-speed switching is stopped within the period of one AC cycle. This significantly improves power loss. In this control method, the voltage of the DC bus becomes a voltage having a waveform like a pulsating current obtained by adding a waveform around the peak value of the AC voltage waveform to the DC voltage. Therefore, a small-capacitance capacitor (for example, about several tens of μF) is used as the intermediate capacitor connected to the DC bus so that the AC voltage waveform portion is not smoothed.
しかしながら、特許文献１における上記の制御方式では、例えば、直流電源が蓄電池で、交流から直流への逆方向の変換を行うとき、蓄電池の充電電流が、交流周期の１／２周期で脈動する脈流になることがわかっている。脈流で蓄電池を充電すると、蓄電池の内部抵抗によって端子電圧が脈流に応じて変動し、厳密な定電圧充電ができない。また、蓄電池の端子電圧が充電上限電圧に到達したところで充電を停止すると、脈流電圧のピーク値で充電が停止になる。この場合、満充電に到達することなく充電が終わってしまう。
同様のことは、放電時にも起こり得る。すなわち、蓄電池の端子電圧が放電限界電圧に到達したところで放電を停止すると、脈流電圧のピーク値で放電が停止になる。この場合、実際にはもう少し放電可能なのに放電停止となってしまう。
However, in the above-described control method in Patent Document 1, for example, when the DC power source is a storage battery and conversion is performed in the reverse direction from AC to DC, the charging current of the storage battery pulsates at half the AC period. I know it ’s going to flow. When the storage battery is charged with a pulsating current, the terminal voltage fluctuates in accordance with the pulsating current due to the internal resistance of the storage battery, and strict constant voltage charging cannot be performed. Further, when the charging is stopped when the terminal voltage of the storage battery reaches the charging upper limit voltage, the charging is stopped at the peak value of the pulsating voltage. In this case, charging ends without reaching full charge.
The same thing can happen during discharge. That is, if the discharge is stopped when the terminal voltage of the storage battery reaches the discharge limit voltage, the discharge stops at the peak value of the pulsating voltage. In this case, the discharge is actually stopped although it can be discharged a little more.
かかる従来の問題点に鑑み、本発明の目的は、電力変換装置を介して蓄電池を充電する場合に満充電を可能とすることである。また、電力変換装置を介して蓄電池を放電させる場合には放電限界までの放電を可能とすることを目的とする。 In view of such conventional problems, an object of the present invention is to enable full charge when charging a storage battery via a power conversion device. Moreover, when discharging a storage battery via a power converter device, it aims at enabling discharge to a discharge limit.
本発明は、蓄電池と交流電路との間に設けられ、交流から直流への電力変換を行う電力変換装置であって、インバータを含み、前記蓄電池を脈流の充電電流で充電する電力変換部と、前記電力変換部のスイッチングを制御し、前記蓄電池の充電上限電圧を目標電圧値として充電を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、脈流の充電電流で前記蓄電池の充電を行うことにより脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより前記蓄電池を満充電の状態とする制御を、前記電力変換部に対して実行する電力変換装置である。 The present invention is a power conversion device that is provided between a storage battery and an alternating current circuit and performs power conversion from alternating current to direct current, including an inverter, and a power conversion unit that charges the storage battery with a pulsating charging current; A control unit that controls switching of the power conversion unit and performs charging using a charging upper limit voltage of the storage battery as a target voltage value, and the control unit charges the storage battery with a pulsating charging current. When the average value of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner in one cycle reaches or approaches the target voltage value, the charging battery is reduced by itself and the charging is continued to fully charge the storage battery. It is a power converter device which performs control mentioned above with respect to the power converter.
また、本発明は、蓄電池と交流電路との間に設けられ、直流から交流への電力変換を行う電力変換装置であって、インバータを含み、前記蓄電池を脈流の放電電流で放電させる電力変換部と、前記電力変換部のスイッチングを制御し、前記蓄電池の放電限界電圧を目標電圧値として放電を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、脈流の放電電流で前記蓄電池の放電を行わせることにより脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより前記蓄電池を放電限界の状態まで放電させる制御を、前記電力変換部に対して実行する電力変換装置でもある。 Further, the present invention is a power conversion device that is provided between a storage battery and an alternating current circuit and performs power conversion from direct current to alternating current, and includes an inverter, wherein the storage battery is discharged with a pulsating discharge current. And a control unit that controls switching of the power conversion unit and performs discharge using a discharge limit voltage of the storage battery as a target voltage value, and the control unit discharges the storage battery with a pulsating discharge current. When the average value of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner in one cycle reaches or approaches the target voltage value, the discharge battery is discharged by reducing the discharge current itself and continuing the discharge. It is also a power converter which performs control which discharges to a limit state with respect to the power converter.
また、本発明は、交流電路から電力変換部を介して蓄電池の充電を行う蓄電池の充電制御方法であって、脈流電流で前記蓄電池を充電し、脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記蓄電池の充電上限電圧である目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより前記蓄電池を満充電の状態とする、蓄電池の充電制御方法である。 Further, the present invention is a storage battery charging control method for charging a storage battery from an AC circuit via a power conversion unit, wherein the storage battery is charged with a pulsating current and the voltage of the storage battery changes in a pulsating manner. When the average value in one cycle reaches or approaches the target voltage value that is the charging upper limit voltage of the storage battery, the storage battery is fully charged by reducing the charging current by itself and continuing charging. It is a control method.
また、本発明は、蓄電池から電力変換部を介して交流電路に給電する蓄電池の放電制御方法であって、脈流電流で前記蓄電池を放電させ、脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記蓄電池の放電限界電圧である目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより前記蓄電池を放電限界の状態まで放電させる、蓄電池の放電制御方法でもある。 The present invention is also a discharge control method for a storage battery that supplies power to an AC circuit from a storage battery via a power conversion unit, wherein the storage battery is discharged with a pulsating current, and the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner is 1 When the average value in the period reaches or approaches the target voltage value that is the discharge limit voltage of the storage battery, the discharge of the storage battery is discharged to the discharge limit state by reducing the discharge current by itself and continuing the discharge. It is also a control method.
本発明によれば、電力変換装置を介して蓄電池を充電する場合には満充電が可能となる。また、電力変換装置を介して蓄電池を放電させる場合には放電限界までの放電が可能となる。 According to the present invention, when the storage battery is charged via the power conversion device, full charge is possible. Moreover, when discharging a storage battery via a power converter device, discharge to a discharge limit is attained.
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
[Summary of Embodiment]
The gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.
（１）充電の観点からは、蓄電池と交流電路との間に設けられ、交流から直流への電力変換を行う電力変換装置であって、インバータを含み、前記蓄電池を脈流の充電電流で充電する電力変換部と、前記電力変換部のスイッチングを制御し、前記蓄電池の充電上限電圧を目標電圧値として充電を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、脈流の充電電流で前記蓄電池の充電を行うことにより脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより前記蓄電池を満充電の状態とする制御を、前記電力変換部に対して実行する電力変換装置である。
(1) From the viewpoint of charging, it is a power conversion device that is provided between a storage battery and an AC circuit and performs power conversion from AC to DC, and includes an inverter, and charges the storage battery with a pulsating charging current. A power conversion unit that controls the switching of the power conversion unit, and a control unit that performs charging with a charge upper limit voltage of the storage battery as a target voltage value,
When the average value in one cycle of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner by charging the storage battery with a pulsating charging current reaches or approaches the target voltage value, the control unit It is a power converter which performs control which makes the storage battery the state of full charge by decreasing by itself and continuing charge to the power converter.
上記のように構成された電力変換装置は、充電により脈流状に変化する蓄電池の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより蓄電池を満充電の状態とする。このように、自ら、いわば能動的に充電電流を絞っていく充電により、蓄電池を満充電の状態まで充電することができる。
なお、蓄電池の電圧とは例えば端子電圧であるが、セルの集合体モジュールであればセル電圧であってもよい。
When the average value of the storage battery voltage that changes in a pulsating manner due to charging reaches or approaches the target voltage value, the power conversion device configured as described above reduces the charging current itself and continues charging. By doing so, the storage battery is fully charged. In this way, the storage battery can be charged to a fully charged state by charging by itself so as to actively reduce the charging current.
In addition, although the voltage of a storage battery is a terminal voltage, for example, a cell voltage may be used if it is a cell assembly module.
（２）また、（１）の電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達すると、充電電流を減少させて充電を継続することを、前記蓄電池が満充電の状態になるまで繰り返し実行する。
この場合、段階的に充電電流を絞っていく充電により、蓄電池を満充電の状態まで充電することができる。
(2) Further, in the power conversion device of (1), for example, when the average value of the voltage of the storage battery in one cycle reaches the target voltage value, the control unit continues charging by reducing the charging current. This is repeated until the storage battery is fully charged.
In this case, the storage battery can be charged to a fully charged state by charging in which the charging current is gradually reduced.
（３）また、放電の観点からは、蓄電池と交流電路との間に設けられ、直流から交流への電力変換を行う電力変換装置であって、インバータを含み、前記蓄電池を脈流の放電電流で放電させる電力変換部と、前記電力変換部のスイッチングを制御し、前記蓄電池の放電限界電圧を目標電圧値として放電を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、脈流の放電電流で前記蓄電池の放電を行わせることにより脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより前記蓄電池を放電限界の状態まで放電させる制御を、前記電力変換部に対して実行する電力変換装置である。
(3) Further, from the viewpoint of discharge, a power conversion device that is provided between the storage battery and the AC circuit and performs power conversion from DC to AC, includes an inverter, and the storage battery has a pulsating discharge current. A power conversion unit that discharges at a power source, and a control unit that controls switching of the power conversion unit and performs discharge with a discharge limit voltage of the storage battery as a target voltage value,
When the average value in one cycle of the voltage of the storage battery, which changes in a pulsating manner by causing the storage battery to discharge with a pulsating discharge current, reaches or approaches the target voltage value, the discharge current It is a power converter which performs control which discharges the above-mentioned storage battery to the state of a discharge limit by carrying out discharge by reducing self by itself with respect to the above-mentioned power converter.
上記（３）の電力変換装置は、放電により脈流状に変化する蓄電池の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより蓄電池を放電限界の状態まで放電させる。このように、自ら、いわば能動的に放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。 When the average value in one cycle of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner due to discharge reaches or approaches the target voltage value, the power conversion device of the above (3) reduces the discharge current itself and continues the discharge. To discharge the storage battery to the discharge limit state. In this way, the storage battery can be discharged to the discharge limit state by the discharge that actively reduces the discharge current.
（４）また、（３）の電力変換装置において、例えば、前記制御部は、前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達すると、放電電流を減少させて放電を継続することを、前記蓄電池が放電限界の状態になるまで繰り返し実行する。
この場合、段階的に放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。
(4) In the power conversion device of (3), for example, when the average value of the storage battery voltage in one cycle reaches the target voltage value, the control unit reduces the discharge current and continues the discharge. This is repeatedly performed until the storage battery reaches a discharge limit state.
In this case, the storage battery can be discharged to a discharge limit state by discharging in which the discharge current is gradually reduced.
（５）また、（１）又は（３）の電力変換装置の前記電力変換部において、前記インバータの直流側にＤＣ／ＤＣコンバータが接続され、当該ＤＣ／ＤＣコンバータと前記蓄電池との間に直流リアクトルが設けられており、前記制御部は、前記平均値を前記目標電圧値に近づけるフィードバック制御により、前記直流リアクトルに流れる電流を制御するものであってもよい。
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータによって構成される電力変換部の場合に、充電時は、直流リアクトルに流れる電流を制御して充電電流を絞っていく充電により、蓄電池を満充電の状態まで充電することができる。放電時は、直流リアクトルに流れる電流を制御して放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。
(5) Further, in the power conversion unit of the power conversion device according to (1) or (3), a DC / DC converter is connected to a DC side of the inverter, and a DC is connected between the DC / DC converter and the storage battery. A reactor may be provided, and the control unit may control a current flowing through the DC reactor by feedback control that brings the average value close to the target voltage value.
As a result, in the case of a power conversion unit composed of a DC / DC converter and an inverter, during charging, the storage battery is charged to a fully charged state by charging by controlling the current flowing through the DC reactor and reducing the charging current. can do. At the time of discharging, the storage battery can be discharged to a discharge limit state by discharging the current flowing through the DC reactor to control the discharging current.
（６）また、（１）又は（３）の電力変換装置の前記電力変換部において、前記電力変換部において、前記インバータの交流側に交流リアクトルが設けられており、前記制御部は、前記平均値を前記目標電圧値に近づけるフィードバック制御の操作量に基づいて、前記交流リアクトルに流れる電流を制御するようにしてもよい。
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータを有さずインバータのみで構成される電力変換部の場合に、充電時は、交流リアクトルに流れる電流を制御して充電電流を絞っていく充電により、蓄電池を満充電の状態まで充電することができる。放電時は、交流リアクトルに流れる電流を制御して放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。
(6) Moreover, in the power conversion unit of the power conversion device of (1) or (3), in the power conversion unit, an AC reactor is provided on the AC side of the inverter, and the control unit You may make it control the electric current which flows into the said AC reactor based on the operation amount of the feedback control which makes a value approach the said target voltage value.
As a result, in the case of a power conversion unit that does not have a DC / DC converter and is composed only of an inverter, during charging, the storage battery is fully charged by charging by controlling the current flowing through the AC reactor and reducing the charging current. It is possible to charge to the state. At the time of discharge, the storage battery can be discharged to the discharge limit state by discharging the current flowing through the AC reactor to control the discharge current.
（７）また、（１）〜（６）のいずれかの電力変換装置において、前記蓄電池の直流電圧は、前記交流電路の交流電圧のピーク値より低い状態であり、前記制御部は、前記電力変換部により前記直流電圧から前記交流電圧を生成するか又はその逆方向の生成をするにあたって、交流１サイクル内で、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを交互にスイッチング動作させ、それぞれにスイッチングの休止期間を設けるようにしてもよい。
この場合、電力変換の効率を高めながら、充放電を最大限に行うことができる。
(7) Moreover, in the power conversion device according to any one of (1) to (6), the DC voltage of the storage battery is lower than the peak value of the AC voltage of the AC circuit, and the control unit When the converter generates the AC voltage from the DC voltage or in the opposite direction, the DC / DC converter and the inverter are alternately switched within one AC cycle, and the switching is stopped. A period may be provided.
In this case, charging and discharging can be performed to the maximum while increasing the efficiency of power conversion.
（８）充電の方法としての観点からは、交流電路から電力変換部を介して蓄電池の充電を行う蓄電池の充電制御方法であって、脈流電流で前記蓄電池を充電し、脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記蓄電池の充電上限電圧である目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより前記蓄電池を満充電の状態とする、蓄電池の充電制御方法である。 (8) From a viewpoint as a charging method, a storage battery charging control method for charging a storage battery from an AC circuit via a power conversion unit, charging the storage battery with a pulsating current and changing in a pulsating manner When the average value of the voltage of the storage battery in one cycle reaches or approaches a target voltage value that is the charging upper limit voltage of the storage battery, the storage battery is fully charged by reducing the charging current itself and continuing the charging. It is the charge control method of a storage battery.
上記（８）のような蓄電池の充電制御方法では、充電により脈流状に変化する蓄電池の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより蓄電池を満充電の状態とする。このように、自ら、いわば能動的に充電電流を絞っていく充電により、蓄電池を満充電の状態まで充電することができる。 In the storage battery charge control method as in (8) above, when the average value of the storage battery voltage that changes in a pulsating manner by charging reaches or approaches the target voltage value, the charging current is decreased by itself and charged. To keep the storage battery fully charged. In this way, the storage battery can be charged to a fully charged state by charging by itself so as to actively reduce the charging current.
（９）放電の方法としての観点からは、蓄電池から電力変換部を介して交流電路に給電する蓄電池の放電制御方法であって、脈流電流で前記蓄電池を放電させ、脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記蓄電池の放電限界電圧である目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより前記蓄電池を放電限界の状態まで放電させる、蓄電池の放電制御方法である。 (9) From a viewpoint as a discharging method, the storage battery discharge control method supplies power to the alternating current circuit from the storage battery via the power conversion unit, and discharges the storage battery with a pulsating current to change in a pulsating manner. When the average value of the voltage of the storage battery in one cycle reaches or approaches a target voltage value that is the discharge limit voltage of the storage battery, the discharge battery is reduced by itself and the discharge is continued to reach the discharge limit state. It is a discharge control method of a storage battery to be discharged.
上記（９）のような蓄電池の放電制御方法では、放電により脈流状に変化する蓄電池の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより蓄電池を放電限界の状態まで放電させる。このように、自ら、いわば能動的に放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。 In the storage battery discharge control method as described in (9) above, when the average value of the storage battery voltage that changes in a pulsating manner due to discharge reaches or approaches the target voltage value, the discharge current is decreased by itself. To discharge the storage battery to the discharge limit state. In this way, the storage battery can be discharged to the discharge limit state by the discharge that actively reduces the discharge current.
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。
なお、以下に述べる実施形態の詳細では、「蓄電池の電圧」は、蓄電池の端子電圧であるものとして説明する。
[Details of the embodiment]
Hereinafter, details of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the details of the embodiments described below, the “storage battery voltage” is described as being the terminal voltage of the storage battery.
＜第１実施形態＞ <First Embodiment>
《回路構成例》
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の回路図の一例である。図において、電力変換装置１は、蓄電池２と交流電路３との間に設けられ、蓄電池２の直流電圧が交流電路３の交流電圧のピーク値（波高値）より低い状態で、直流／交流の双方向の電力変換を行うことができる。交流電路３には、電力変換装置１が設置されている需要家の負荷４Ｌ、及び、商用電力系統４Ｐが接続されている。
<< Circuit configuration example >>
FIG. 1 is an example of a circuit diagram of the power conversion device according to the first embodiment. In the figure, the power conversion device 1 is provided between the storage battery 2 and the AC circuit 3, and the DC voltage of the storage battery 2 is lower than the peak value (crest value) of the AC voltage of the AC circuit 3. Bidirectional power conversion can be performed. The AC power path 3 is connected to a consumer load 4L on which the power converter 1 is installed and a commercial power system 4P.
電力変換装置１は、電力変換部２０の主回路構成要素として、直流側コンデンサ５、ＤＣ／ＤＣコンバータ６、中間コンデンサ９、インバータ１０、及び、フィルタ回路１１を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、直流リアクトル７と、ハイサイドのスイッチング素子Ｑ１と、ローサイドのスイッチング素子Ｑ２とを備え、直流チョッパ回路を構成している。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）を使用することができる。ＭＯＳＦＥＴのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２はそれぞれ、ダイオード（ボディダイオード）ｄ１，ｄ２を有している。各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、制御部１４により制御される。 The power conversion device 1 includes a direct-current side capacitor 5, a DC / DC converter 6, an intermediate capacitor 9, an inverter 10, and a filter circuit 11 as main circuit components of the power conversion unit 20. The DC / DC converter 6 includes a DC reactor 7, a high-side switching element Q1, and a low-side switching element Q2, and constitutes a DC chopper circuit. For example, MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) can be used as the switching elements Q1, Q2. The MOSFET switching elements Q1, Q2 have diodes (body diodes) d1, d2, respectively. Each switching element Q1, Q2 is controlled by the control unit 14.
ＤＣ／ＤＣコンバータ６の高圧側は、ＤＣバス８に接続されている。ＤＣバス８の２線間に接続されている中間コンデンサ９は、小容量（１００μＦ以下、例えば数十μＦ）であり、高周波（例えば２０ｋＨｚ）でスイッチングされた電圧に対しては平滑作用を発揮するが、商用周波数の２倍程度の周波数（１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚ）で変化する電圧に対しては平滑作用を発揮しない。 The high voltage side of the DC / DC converter 6 is connected to the DC bus 8. The intermediate capacitor 9 connected between the two lines of the DC bus 8 has a small capacity (100 μF or less, for example, several tens of μF), and exhibits a smoothing action for a voltage switched at a high frequency (for example, 20 kHz). However, it does not exert a smoothing action on a voltage that changes at a frequency (100 Hz or 120 Hz) that is about twice the commercial frequency.
ＤＣバス８に接続されたインバータ１０は、フルブリッジ回路を構成するスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６を備えている。これらスイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴの場合は、スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６がそれぞれ、ダイオード（ボディダイオード）ｄ３〜ｄ６を有している。各スイッチング素子Ｑ３〜Ｑ６は、制御部１４により制御される。 The inverter 10 connected to the DC bus 8 includes switching elements Q3 to Q6 that constitute a full bridge circuit. These switching elements Q3 to Q6 are, for example, MOSFETs. In the case of a MOSFET, the switching elements Q3 to Q6 have diodes (body diodes) d3 to d6, respectively. The switching elements Q3 to Q6 are controlled by the control unit 14.
インバータ１０と交流電路３との間には、フィルタ回路１１が設けられている。フィルタ回路１１は、交流リアクトル１２と、交流リアクトル１２より負荷４Ｌ側（図の右側）に設けられた交流側コンデンサ１３とを備えている。フィルタ回路１１は、インバータ１０で発生する高周波ノイズが交流電路３側へ漏れ出ないように、通過を阻止している。 A filter circuit 11 is provided between the inverter 10 and the AC circuit 3. The filter circuit 11 includes an AC reactor 12 and an AC side capacitor 13 provided on the load 4L side (right side in the figure) from the AC reactor 12. The filter circuit 11 prevents passage of high-frequency noise generated in the inverter 10 so as not to leak to the AC electric circuit 3 side.
計測用の回路要素としては、ＤＣ／ＤＣコンバータ６の低圧側（図の左側）に、電圧センサ１５及び電流センサ１６が設けられている。電圧センサ１５は蓄電池２と並列接続され、蓄電池２の端子電圧を検出する。検出された電圧の情報は、制御部１４に提供される。電流センサ１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６に流れる電流を検出する。検出された電流の情報は、制御部１４に提供される。中間コンデンサ９には電圧センサ１７が並列接続されている。電圧センサ１７は、中間コンデンサ９の両端電圧すなわち、ＤＣバス８の電圧を検出する。検出された電圧の情報は、制御部１４に提供される。 As a circuit element for measurement, a voltage sensor 15 and a current sensor 16 are provided on the low voltage side (left side in the figure) of the DC / DC converter 6. The voltage sensor 15 is connected in parallel with the storage battery 2 and detects the terminal voltage of the storage battery 2. Information on the detected voltage is provided to the control unit 14. The current sensor 16 detects a current flowing through the DC / DC converter 6. Information on the detected current is provided to the control unit 14. A voltage sensor 17 is connected in parallel to the intermediate capacitor 9. The voltage sensor 17 detects the voltage across the intermediate capacitor 9, that is, the voltage of the DC bus 8. Information on the detected voltage is provided to the control unit 14.
一方、交流側には、交流リアクトル１２に流れる電流を検出する電流センサ１８が設けられている。電流センサ１８によって検出された電流の情報は、制御部１４に提供される。また、交流側コンデンサ１３と並列に、電圧センサ１９が設けられている。電圧センサ１９によって検出された電圧の情報は、制御部１４に提供される。 On the other hand, a current sensor 18 that detects a current flowing through the AC reactor 12 is provided on the AC side. Information on the current detected by the current sensor 18 is provided to the control unit 14. A voltage sensor 19 is provided in parallel with the AC capacitor 13. Information on the voltage detected by the voltage sensor 19 is provided to the control unit 14.
制御部１４は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１４の記憶装置（図示せず。）に格納される。但し、コンピュータを含まないハードウェアのみの回路で制御部を構成することも可能ではある。 The control unit 14 includes, for example, a computer, and realizes necessary control functions by causing the computer to execute software (computer program). The software is stored in a storage device (not shown) of the control unit 14. However, it is also possible to configure the control unit with a hardware-only circuit not including a computer.
《充放電動作の概要（最小スイッチング方式）》
上記の電力変換装置１は、蓄電池２の電力を放電させて、直流から交流への電力変換を行い、交流電路３に給電することができる。また、逆に、電力変換装置１は、交流から直流への変換を行って、商用電力系統４Ｐの電力に基づいて蓄電池２を充電することができる。
<Overview of charge / discharge operation (minimum switching method)>
The power conversion device 1 can discharge power from the storage battery 2, perform power conversion from direct current to alternating current, and supply power to the alternating current circuit 3. Conversely, the power conversion device 1 can perform conversion from alternating current to direct current to charge the storage battery 2 based on the power of the commercial power system 4P.
また、充電・放電いずれの場合も、交流１／２サイクルの間（又は１サイクルの間、とも言える。）に、インバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ６が交代でスイッチング動作する。このようなスイッチング方式は、最小スイッチング方式と呼ぶことができる。最小スイッチング方式の制御を行う電力変換装置１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の高周波スイッチングに休止期間が生じることによって、全体的な高周波スイッチング回数を減らすことができる。これにより、電力変換の効率を、大幅に改善することができる。 In both cases of charging and discharging, the inverter 10 and the DC / DC converter 6 perform switching operations alternately during the AC 1/2 cycle (or during one cycle). Such a switching method can be called a minimum switching method. The power conversion device 1 that performs the control of the minimum switching method can reduce the overall number of times of high-frequency switching because a pause occurs in the high-frequency switching of the switching elements Q1 to Q6. Thereby, the efficiency of power conversion can be improved significantly.
例えば、蓄電池２を充電する場合、インバータ１０が交流リアクトル１２と協働して昇圧を行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、電圧・電流を単に通過させるだけの「スルー」機能を発揮する状態と、インバータ１０が単に整流のみを行い、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は、降圧を行う状態とがある。なお、インバータ１０が昇圧を行う場合の交流リアクトル１２は、インバータ１０の一部でもある。 For example, when charging the storage battery 2, the inverter 10 performs boosting in cooperation with the AC reactor 12, and the DC / DC converter 6 exhibits a “through” function that simply allows voltage / current to pass; The inverter 10 simply performs rectification, and the DC / DC converter 6 is in a state of performing step-down. Note that the AC reactor 12 when the inverter 10 performs boosting is also a part of the inverter 10.
一方、蓄電池２を放電させる場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ６が昇圧を行い、インバータ１０は極性の非反転通過又は反転通過を行う状態と、ＤＣ／ＤＣコンバータ６は「スルー」機能を発揮して、インバータ１０が降圧のインバータ機能（必要な極性反転も含む。）を発揮する状態と、がある。 On the other hand, when the storage battery 2 is discharged, the DC / DC converter 6 boosts the voltage, the inverter 10 performs a non-inversion pass or inversion pass of polarity, and the DC / DC converter 6 exhibits a “through” function. Thus, there is a state where the inverter 10 exhibits a step-down inverter function (including necessary polarity inversion).
最小スイッチング方式は、前述の特許文献１にも詳細に記載されている既知の制御方式であるので詳細な制御理論については省略するが、電圧波形図で簡略に説明する。 Since the minimum switching method is a known control method described in detail in the above-mentioned Patent Document 1, detailed control theory is omitted, but will be briefly described with reference to a voltage waveform diagram.
《電圧波形図で見た充電動作》
図２は、上記のように構成された電力変換装置１が、例えば、蓄電池２の充電中である場合の動作を概念的に示した電圧波形の一例を示す図である。
（ａ）は、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値、及び、直流電圧目標値Ｖｇ’を示す。交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊とは、交流電圧Ｖａに基づいて、充電動作時におけるインバータ１０の入力端（交流側）での電圧となるべき値である。交流リアクトル１２のインピーダンスを無視すれば、Ｖｉｎｖ＊＝Ｖａである。直流電圧目標値Ｖｇ’とは、蓄電池電圧Ｖｇに直流リアクトル７の電圧降下を考慮した値である。直流リアクトル７のインピーダンスを無視すれば、Ｖｇ’＝Ｖｇである。
制御部１４は、これら２つの電圧を比較し、比較結果に基づいてインバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する。
<Charging operation as seen from the voltage waveform diagram>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform conceptually illustrating an operation when the power conversion device 1 configured as described above is charging the storage battery 2, for example.
(A) shows the absolute value of the AC voltage target value Vinv * and the DC voltage target value Vg ′. The AC voltage target value Vinv * is a value that should be a voltage at the input end (AC side) of the inverter 10 during the charging operation based on the AC voltage Va. If the impedance of the AC reactor 12 is ignored, Vinv * = Va. The DC voltage target value Vg ′ is a value in consideration of the voltage drop of the DC reactor 7 with respect to the storage battery voltage Vg. If the impedance of the DC reactor 7 is ignored, Vg ′ = Vg.
The control unit 14 compares these two voltages and controls the inverter 10 and the DC / DC converter 6 based on the comparison result.
ここで、
（＃１）時刻ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５の期間では、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より小さくなる（又はＶｇ’以下になる）。
（＃２）また、例えば、時刻ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４の期間では、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’以上となる（又は、Ｖｇ’より大きくなる）。
そこで、（＃１）か（＃２）か、の場合分けにより、主にスイッチング動作する変換部（ＤＣ／ＤＣコンバータ６又はインバータ１０）を交代させる。
なお、Ｖｇ’＝|Ｖｉｎｖ＊|の場合は、（＃１）、（＃２）のいずれか一方に含めればよいので、以下、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より小さい場合と、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より大きい場合とに着目して説明する。
here,
(# 1) In the period from time t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5, the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is smaller than the DC voltage target value Vg ′ (or less than Vg ′).
(# 2) Also, for example, in the period of time t1 to t2, t3 to t4, the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is equal to or greater than the DC voltage target value Vg ′ (or larger than Vg ′).
Therefore, the conversion unit (DC / DC converter 6 or inverter 10) that mainly performs the switching operation is changed depending on whether it is (# 1) or (# 2).
In the case of Vg ′ = | Vinv * |, it may be included in either (# 1) or (# 2). Therefore, hereinafter, the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is the DC voltage target value Vg ′. Description will be made by focusing on the case where the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is smaller than the DC voltage target value Vg ′.
まず、（ｂ）に示すように、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より小さい期間（ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５）では、制御部１４は、インバータ１０をスイッチング動作させ、交流リアクトル１２との協働による昇圧を行わせる。なお、ここで言うスイッチングとは、例えば２０ｋＨｚ程度の高周波スイッチングを意味し、同期整流を行う程度（商用周波数の２倍）の低周波なスイッチングのことではない（以下同様）。 First, as shown in (b), in a period (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is smaller than the DC voltage target value Vg ′, the control unit 14 10 is switched to perform voltage boosting in cooperation with the AC reactor 12. In addition, the switching said here means the high frequency switching of about 20 kHz, for example, and is not the low frequency switching of the grade which performs synchronous rectification (twice the commercial frequency) (the following is the same).
一方、これらの期間（ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５）においてＤＣ／ＤＣコンバータ６はスイッチング素子Ｑ１がオン、Ｑ２がオフの状態となり、電圧をそのままスルー（通過）させる状態となっている。なお、（ｂ）に示す縦縞模様は、実際にはＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルス列であり、直流電圧目標値Ｖｇ’まで昇圧させるための電位差に応じてデューティが異なる。この結果、ＤＣバス８に現れる電圧は、（ｃ）に示すような波形となる。 On the other hand, in these periods (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5), the DC / DC converter 6 is in a state in which the switching element Q1 is on and Q2 is off, and the voltage is passed through as it is. Yes. The vertical stripe pattern shown in (b) is actually a PWM (Pulse Width Modulation) pulse train, and the duty varies depending on the potential difference for boosting to the DC voltage target value Vg ′. As a result, the voltage appearing on the DC bus 8 has a waveform as shown in (c).
また、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より大きい期間（ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４）では、制御部１４は、インバータ１０のスイッチング動作を停止させ、代わりに、ＤＣ／ＤＣコンバータ６をスイッチング動作させ、降圧を行わせる。スイッチング動作を停止したインバータ１０は、同期整流又は、ダイオードｄ１〜ｄ４による全波整流を行う状態となる。
（ｄ）に示す縦縞模様は、実際にはＰＷＭパルス列であり、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値と直流電圧目標値Ｖｇ’との電位差に応じてデューティが異なる。降圧の結果、（ｅ）に示す所望の直流電圧目標値Ｖｇ’が得られ、これにより、蓄電池２を充電することができる。
Further, in a period (t1 to t2, t3 to t4) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is larger than the DC voltage target value Vg ′, the control unit 14 stops the switching operation of the inverter 10, and instead, DC The DC converter 6 is switched to perform step-down. The inverter 10 that has stopped the switching operation is in a state of performing synchronous rectification or full-wave rectification by the diodes d1 to d4.
The vertical stripe pattern shown in (d) is actually a PWM pulse train, and the duty varies depending on the potential difference between the absolute value of the AC voltage target value Vinv * and the DC voltage target value Vg ′. As a result of the step-down, a desired DC voltage target value Vg ′ shown in (e) is obtained, whereby the storage battery 2 can be charged.
《電圧波形図で見た放電動作》
図３は、電力変換装置１が、蓄電池２を放電させている場合の動作を概念的に示した電圧波形の一例を示す図である。
（ａ）は、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値、及び、直流電圧目標値Ｖｇ’を示す。交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊とは、交流電圧Ｖａに基づいて、放電動作時におけるインバータ１０の出力端での電圧となるべき値である。交流リアクトル１２のインピーダンスを無視すれば、Ｖｉｎｖ＊＝Ｖａである。直流電圧目標値Ｖｇ’とは、蓄電池電圧Ｖｇに直流リアクトル７の電圧降下を考慮した値である。直流リアクトル７のインピーダンスを無視すれば、Ｖｇ’＝Ｖｇである。
制御部１４は、これら２つの電圧を比較し、比較結果に基づいてインバータ１０及びＤＣ／ＤＣコンバータ６を制御する。
<Discharge operation as seen in voltage waveform diagram>
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a voltage waveform conceptually illustrating an operation when the power conversion device 1 is discharging the storage battery 2.
(A) shows the absolute value of the AC voltage target value Vinv * and the DC voltage target value Vg ′. The AC voltage target value Vinv * is a value that should be a voltage at the output terminal of the inverter 10 during the discharging operation based on the AC voltage Va. If the impedance of the AC reactor 12 is ignored, Vinv * = Va. The DC voltage target value Vg ′ is a value in consideration of the voltage drop of the DC reactor 7 with respect to the storage battery voltage Vg. If the impedance of the DC reactor 7 is ignored, Vg ′ = Vg.
The control unit 14 compares these two voltages and controls the inverter 10 and the DC / DC converter 6 based on the comparison result.
まず、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より大きい期間（ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４）では、制御部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６をスイッチング動作させ、昇圧を行わせる（図３の（ｂ））。この結果、ＤＣバス８には（ｃ）に示す電圧が現れる。 First, in a period (t1 to t2, t3 to t4) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is greater than the DC voltage target value Vg ′, the control unit 14 performs the switching operation by switching the DC / DC converter 6. ((B) of FIG. 3). As a result, the voltage shown in (c) appears on the DC bus 8.
一方、交流電圧目標値Ｖｉｎｖ＊の絶対値が直流電圧目標値Ｖｇ’より小さい期間（ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５）では、制御部１４は、インバータ１０をインバータとしてスイッチング動作させ、降圧を行わせる（図３の（ｄ））。また、このスイッチング動作とは別に、インバータ１０は、交流電路３の周波数の２倍に相当する周波数（例えば１００Ｈｚ）の周期ごとに通電の極性を反転させる。このスイッチング動作は、例えば２０ｋＨｚのスイッチング動作と比べると極めて低速である。一方、インバータ１０がスイッチング動作を行っている間（ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５）、ＤＣ／ＤＣコンバータ６では、スイッチング素子Ｑ１がオン又はオフ，スイッチング素子Ｑ２がオフの状態となり、オンのスイッチング素子Ｑ１又はダイオードｄ５を通して電圧・電流をそのままスルー（通過）させる状態となっている。
この結果、（ｅ）に示す所望の交流波形が得られる。
On the other hand, in a period (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv * is smaller than the DC voltage target value Vg ′, the control unit 14 performs switching operation using the inverter 10 as an inverter, The voltage is lowered ((d) in FIG. 3). In addition to this switching operation, the inverter 10 reverses the polarity of energization at every cycle of a frequency (for example, 100 Hz) corresponding to twice the frequency of the AC circuit 3. This switching operation is extremely slow compared to, for example, a 20 kHz switching operation. On the other hand, during the switching operation of the inverter 10 (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5), in the DC / DC converter 6, the switching element Q1 is turned on or off, and the switching element Q2 is turned off. The voltage / current is directly passed (passed) through the ON switching element Q1 or the diode d5.
As a result, the desired AC waveform shown in (e) is obtained.
［充電制御の実施例］
次に、充電の後半時期における充電制御の実施例（充電制御方法でもある。）について説明する。
[Example of charge control]
Next, an example of charge control in the second half of the charge (also a charge control method) will be described.
《脈流による充電》
上記の最小スイッチング変換方式では、例えば充電の際に、蓄電池２に流れる電流が脈流になる。
図４の（ａ）は、このような脈流の電流の一例を示す波形図（横軸は時間ｔ）である。この場合の脈流の１周期Ｔにおける電流の平均値は、図示の値Ｉ１である。周期Ｔは、商用電力系統４Ｐの交流１周期の１／２である。また、（ｂ）は、このような脈流の電流が蓄電池２に流れた場合の、蓄電池２の端子電圧の一例を示す波形図である。電圧は、電流に同期して、周期Ｔで脈動する。周期Ｔにおける端子電圧の平均値はＶ１である。充電が進むと、蓄電池２の端子電圧は上昇し、平均値はＶ１からＶ２に上昇する。
なお、（ａ）及び（ｂ）に示す脈動は、実際の脈動よりも、縦軸方向に誇張して表している。
<Charging by pulsating flow>
In the above minimum switching conversion method, for example, during charging, the current flowing through the storage battery 2 becomes a pulsating flow.
FIG. 4A is a waveform diagram (the horizontal axis is time t) showing an example of such a pulsating current. In this case, the average value of the current in one cycle T of the pulsating flow is the illustrated value I1. The period T is 1/2 of one AC period of the commercial power system 4P. Further, (b) is a waveform diagram showing an example of the terminal voltage of the storage battery 2 when such a pulsating current flows to the storage battery 2. The voltage pulsates with a period T in synchronization with the current. The average value of the terminal voltage in the period T is V1. As charging proceeds, the terminal voltage of the storage battery 2 rises, and the average value rises from V1 to V2.
The pulsations shown in (a) and (b) are exaggerated in the vertical axis direction from the actual pulsations.
《段階的に充電電流を減少させる充電》
図５は、本実施形態の電力変換装置１による、段階的に充電電流を減少させる充電の要領を示すグラフであり、（ａ）は充電電流Ｉ（１周期の平均値）、（ｂ）は蓄電池２の端子電圧Ｖ（１周期の平均値）、（ｃ）は蓄電池２の充電状態ＳＯＣ（State of Charge［％］）を、それぞれ示している。（ｂ）における縦軸のＶ＿ＭＡＸは、充電制御の目標電圧値としての、充電上限電圧である。充電上限電圧は、蓄電池２によって決まる既定値である。ＳＯＣは、例えば、蓄電池２のＢＭＳ（Battery Management System）２１（図１）から制御部１４が情報提供を受けることによって把握することができる。なお、蓄電池２の端子電圧Ｖは、ＢＭＳ２１から情報提供を受けるようにしてもよい。さらに、蓄電池２の構成が、セルの集合体モジュールであればセル電圧について、ＢＭＳ２１から情報提供を受けることもできる。
《Charging to reduce charging current step by step》
FIG. 5 is a graph showing a charging procedure for gradually reducing the charging current by the power conversion device 1 of the present embodiment, where (a) shows the charging current I (average value of one cycle), and (b) shows the charging current. The terminal voltage V of the storage battery 2 (average value for one cycle) and (c) indicate the state of charge [%] of the storage battery 2, respectively. V_MAX on the vertical axis in (b) is a charge upper limit voltage as a target voltage value for charge control. The charge upper limit voltage is a predetermined value determined by the storage battery 2. The SOC can be grasped, for example, when the control unit 14 receives information from a BMS (Battery Management System) 21 (FIG. 1) of the storage battery 2. Note that the terminal voltage V of the storage battery 2 may be provided with information from the BMS 21. Furthermore, if the configuration of the storage battery 2 is a cell assembly module, information about the cell voltage can be received from the BMS 21.
図５において、例えば、制御部１４の充電制御によって、最初は充電電流Ｉ１にて充電を行い、時刻ｔＣ１において端子電圧の平均値が、目標電圧値Ｖ＿ＭＡＸに到達すると、充電電流をＩ１からＩ２に減少させる。減少の割合は、例えば５０％である。蓄電池２の内部抵抗をｒとすると、充電電流の減少によって、端子電圧Ｖは、Ｖ＿ＭＡＸから（Ｉ１−Ｉ２）・ｒの分だけ下がる。 In FIG. 5, for example, by charging control of the control unit 14, charging is initially performed with the charging current I 1, and when the average value of the terminal voltage reaches the target voltage value V_MAX at time t C1 , the charging current is changed from I 1 to I 2. Reduce to. The rate of decrease is, for example, 50%. Assuming that the internal resistance of the storage battery 2 is r, the terminal voltage V decreases from V_MAX by (I1-I2) · r due to a decrease in the charging current.
次に、充電電流Ｉ２にて充電を行うことによって、時刻ｔＣ２において端子電圧の平均値が、再び、目標電圧値Ｖ＿ＭＡＸに到達すると、充電電流をＩ２からＩ３に減少させる。充電電流の減少によって、端子電圧Ｖは、Ｖ＿ＭＡＸから（Ｉ２−Ｉ３）・ｒの分だけ下がる。 Then, by performing the charging at a charging current I2, the average value of the terminal voltage at time t C2 is again reaches the target voltage value V_MAX, reducing charging current from I2 I3. As the charging current decreases, the terminal voltage V decreases from V_MAX by (I2-I3) · r.
さらに、充電電流Ｉ３にて充電を行うことによって、時刻ｔＣ３において端子電圧の平均値が、３度目の、目標電圧値Ｖ＿ＭＡＸに到達すると、充電電流をＩ３からＩ４に減少させる。充電電流の減少によって、端子電圧Ｖは、Ｖ＿ＭＡＸから（Ｉ３−Ｉ４）・ｒの分だけ下がる。下げ幅は毎回小さくなり、ＳＯＣは１００％に近づく。そして、時刻ｔＣ４において、ＳＯＣが１００％又はその近傍に到達すれば、蓄電池２は満充電で充電完了となる。 Further, by performing the charging at a charging current I3, the average value of the terminal voltage at time t C3 is the third time, and reaches the target voltage value V_MAX, reducing charging current from I3 I4. As the charging current decreases, the terminal voltage V decreases from V_MAX by (I3-I4) · r. The amount of decrease decreases each time, and the SOC approaches 100%. When the SOC reaches 100% or in the vicinity thereof at time t C4 , the storage battery 2 is fully charged and is fully charged.
なお、端子電圧を平均値で見ていることで、端子電圧が目標電圧値Ｖ＿ＭＡＸ（充電上限電圧）に達したとき、脈動のピークは、Ｖ＿ＭＡＸを僅かに超えるが、その場合でも、過充電となる閾値までは到達しない。
また、この例では、充電電流の減少率は５０％で、４段階の充電電流を示したが、減少率や段階数は、これに限定されるものではない。減少率ではなく、減少幅（例えば１Ａずつ小さくする等）を規定することも可能である。
By looking at the terminal voltage as an average value, when the terminal voltage reaches the target voltage value V_MAX (charge upper limit voltage), the peak of pulsation slightly exceeds V_MAX. This threshold is not reached.
Further, in this example, the reduction rate of the charging current is 50%, and four stages of charging currents are shown. However, the reduction rate and the number of steps are not limited to this. Instead of the reduction rate, it is also possible to define a reduction width (for example, decreasing by 1A).
図６は、図５に示したように段階的に充電電流を減少させる充電制御のフローチャートの一例である。制御部１４は、充電制御を開始すると、脈流１周期での端子電圧の平均値が目標電圧値に到達したか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、制御部１４は、到達までステップＳ１を繰り返し、到達すると、充電電流を減少させる（ステップＳ２）。そして、制御部１４は、蓄電池が満充電か否かを判定し（ステップＳ３）、満充電に至らない場合はステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。そして、ステップＳ３において満充電に到達すれば、充電終了となる。 FIG. 6 is an example of a flowchart of charge control for reducing the charge current stepwise as shown in FIG. When starting the charge control, the control unit 14 determines whether or not the average value of the terminal voltage in one cycle of the pulsating flow has reached the target voltage value (step S1). Here, the control part 14 repeats step S1 until it reaches | attains, and when it reaches | attains, it reduces a charging current (step S2). And the control part 14 determines whether a storage battery is fully charged (step S3), and when not reaching full charge, it returns to step S1 and repeats the same process. And if full charge is reached in step S3, charge will be complete | finished.
図７は、蓄電池２のＳＯＣが時間の経過と共に直線的に上昇する一例を示すグラフである。充電に関して、脈流である充電電流の１周期での平均値は、例えば、わかりやすい例として脈流が正弦波状であるならば、ピーク値の１／２となる。従って、端子電圧のピーク値が目標電圧値に達する時刻ＴにおけるＳＯＣの値をａ［％］とすると、端子電圧の平均値が目標電圧値に達する時刻（Ｔ＋ΔＴ）におけるＳＯＣの値は、（ａ＋Δａ［％］）となる。従って、ピーク値ではなく平均値で判断することで、より長い時間、充電を行うことができ、ＳＯＣの値が高くなる。 FIG. 7 is a graph showing an example in which the SOC of the storage battery 2 increases linearly with time. Regarding charging, the average value of charging current, which is a pulsating current, in one cycle is, for example, a half of the peak value if the pulsating current is sinusoidal as an easy-to-understand example. Accordingly, if the SOC value at the time T when the peak value of the terminal voltage reaches the target voltage value is a [%], the SOC value at the time (T + ΔT) when the average value of the terminal voltage reaches the target voltage value is (a + Δa). [%]). Therefore, by determining based on the average value instead of the peak value, charging can be performed for a longer time, and the SOC value becomes higher.
図８は、図５の（ｃ）と同様に、満充電に向けて充電電流を減少させる場合に、ＳＯＣが時間の経過と共に飽和するように上昇する一例を示すグラフである。実線は、端子電圧の平均値が目標電圧値に達したとき電流を減少させる場合の特性、破線（初期は実線と重複している。）は、端子電圧のピーク値が目標電圧値に達したとき電流を減少させる場合の特性である。図示のように、実線の特性の方が、満充電に達するまでの所要時間が短い（ｔａ＜ｔｐ）。 FIG. 8 is a graph showing an example in which the SOC rises so as to saturate with time when the charging current is reduced toward full charge, as in FIG. The solid line shows the characteristics when the current decreases when the average value of the terminal voltage reaches the target voltage value. The broken line (initially overlaps with the solid line) shows that the peak value of the terminal voltage reached the target voltage value. This is the characteristic when the current is reduced. As shown in the figure, the solid line characteristic requires a shorter time to reach full charge (ta <tp).
以上のように、上記の電力変換装置１は、充電により脈流状に変化する蓄電池２の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に到達すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより蓄電池２を満充電の状態とする。このように、自ら、いわば能動的に充電電流を絞っていく充電により、蓄電池２を満充電の状態まで充電することができる。 As described above, when the average value in one cycle of the voltage of the storage battery 2 that changes in a pulsating manner by charging reaches the target voltage value, the power conversion device 1 continues to charge by reducing the charging current itself. By doing so, the storage battery 2 is brought into a fully charged state. In this manner, the storage battery 2 can be charged to a fully charged state by charging by itself, that is, by actively reducing the charging current.
《滑らかに充電電流を減少させる充電》
図９は、図５に示した充電制御とは異なる他の充電制御を示す制御ブロック図である。これは、電圧フィードバック制御であり、制御部１４は、目標電圧値ｖ＿ｄｃ＿ｒｅｆと、端子電圧の脈流周期での平均値ｖ＿ｄｃ＿ａｖｅとを互いに比較し、誤差量ｄ＿ｖ＿ｄｃを求める。この誤差量ｄ＿ｖ＿ｄｃに、ＰＩ補償器の処理を施し、直流リアクトル７の電流目標値ｉ＿ｄｃ＿ｒｅｆを得ることができる。
<Charging that smoothly reduces charging current>
FIG. 9 is a control block diagram showing another charge control different from the charge control shown in FIG. This is voltage feedback control, and the control unit 14 compares the target voltage value v_dc_ref with the average value v_dc_ave of the terminal voltage in the pulsating cycle to obtain an error amount d_v_dc. The error amount d_v_dc can be processed by the PI compensator to obtain the current target value i_dc_ref of the DC reactor 7.
この電流目標値ｉ＿ｄｃ＿ｒｅｆに基づいて充電制御を行うことにより、端子電圧を目標電圧値に接近・到達させることができる。
すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ６及びインバータ１０によって構成される電力変換部２０の場合に、充電時は、直流リアクトル７に流れる電流を制御して充電電流を絞っていく充電により、蓄電池２を満充電の状態まで充電することができる。
By performing the charging control based on the current target value i_dc_ref, the terminal voltage can be made to approach or reach the target voltage value.
That is, in the case of the power conversion unit 20 configured by the DC / DC converter 6 and the inverter 10, during charging, the storage battery 2 is fully charged by charging by controlling the current flowing through the DC reactor 7 to reduce the charging current. It is possible to charge to the state.
この場合、充電電流の減少のさせ方は、段階的ではなく、滑らかである点で、図５の充電制御とは異なる。しかしながら、以下の点で図５の充電制御と同様か若しくは類似している。
すなわち、電力変換装置１は、充電により脈流状に変化する蓄電池２の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより蓄電池２を満充電の状態とする。このように、自ら、いわば能動的に充電電流を絞っていく充電により、蓄電池２を満充電の状態まで充電することができる。
In this case, the method of decreasing the charging current is different from the charging control of FIG. 5 in that it is not stepwise but smooth. However, it is the same as or similar to the charging control of FIG. 5 in the following points.
That is, when the average value in one cycle of the voltage of the storage battery 2 that changes in a pulsating manner due to charging approaches the target voltage value, the power conversion device 1 reduces the charging current by itself and continues charging to thereby store the storage battery 2. Is fully charged. In this manner, the storage battery 2 can be charged to a fully charged state by charging by itself, that is, by actively reducing the charging current.
［放電制御の実施例］
上記の充電制御の実施例は、放電制御の実施例（放電制御方法でもある。）にも同様に適用することができる。
[Example of discharge control]
The above-described embodiment of charge control can be similarly applied to the embodiment of discharge control (also a discharge control method).
《脈流による放電》
上記の最小スイッチング変換方式では、放電の際にも、蓄電池２に流れる電流（流れ出る電流）が脈流になる。
すなわち、放電の際の放電電流は、例えば図４の（ａ）に示すような脈流となる。このような脈流の電流が蓄電池２に流れた場合、蓄電池２の端子電圧は、電流に同期して、周期Ｔで脈動する。但し、図４の（ｂ）とは逆に、端子電圧の平均値は放電により下がっていく。
<Discharge due to pulsating flow>
In the above-described minimum switching conversion method, the current flowing through the storage battery 2 (current flowing out) becomes a pulsating flow even during discharge.
That is, the discharge current at the time of discharge becomes a pulsating flow as shown in FIG. When such a pulsating current flows to the storage battery 2, the terminal voltage of the storage battery 2 pulsates with a period T in synchronization with the current. However, contrary to (b) of FIG. 4, the average value of the terminal voltage is lowered by the discharge.
《段階的に放電電流を減少させる放電》
図１０は、本実施形態の電力変換装置１による、段階的に放電電流を減少させる放電の要領を示すグラフであり、（ａ）は放電電流Ｉ（１周期の平均値）、（ｂ）は蓄電池２の端子電圧Ｖ（１周期の平均値）、（ｃ）は蓄電池２の充電状態ＳＯＣ［％］を、それぞれ示している。（ｂ）における縦軸のＶ＿ＭＩＮは、放電制御の目標電圧値としての、放電限界電圧である。放電限界電圧は、蓄電池２によって決まる既定値である。
《Discharge that gradually reduces the discharge current》
FIG. 10 is a graph showing the point of discharge for reducing the discharge current stepwise by the power conversion device 1 of the present embodiment, where (a) is the discharge current I (average value for one cycle), and (b) is the graph. The terminal voltage V (average value of one cycle) of the storage battery 2 and (c) indicate the state of charge SOC [%] of the storage battery 2, respectively. V_MIN on the vertical axis in (b) is a discharge limit voltage as a target voltage value for discharge control. The discharge limit voltage is a predetermined value determined by the storage battery 2.
図１０において、例えば、制御部１４の放電制御によって、最初は放電電流Ｉ１にて放電を行わせ、時刻ｔＤ１において端子電圧の平均値が、目標電圧値Ｖ＿ＭＩＮに到達すると、放電電流をＩ１からＩ２に減少させる。減少の割合を、例えば５０％、蓄電池２の内部抵抗をｒとすると、放電電流の減少によって、端子電圧Ｖは、Ｖ＿ＭＩＮから（Ｉ１−Ｉ２）・ｒの分だけ上がる。 10, for example, the discharge control of the control unit 14, from the beginning to perform the discharge with the discharge current I1, the average value of the terminal voltage at time t D1 reaches the target voltage value V_MIN, discharge current I1 Decrease to I2. If the rate of decrease is 50%, for example, and the internal resistance of the storage battery 2 is r, the terminal voltage V increases from V_MIN by (I1-I2) · r due to the decrease in discharge current.
次に、放電電流Ｉ２にて放電を行わせることによって、時刻ｔＤ２において端子電圧の平均値が、再び、目標電圧値Ｖ＿ＭＩＮに到達すると、放電電流をＩ２からＩ３に減少させる。放電電流の減少によって、端子電圧Ｖは、Ｖ＿ＭＩＮから（Ｉ２−Ｉ３）・ｒの分だけ上がる。 Then, by causing the discharge at a discharge current I2, the average value of the terminal voltage at time t D2 is again reaches the target voltage value V_MIN, reduces the discharge current from I2 I3. As the discharge current decreases, the terminal voltage V increases from V_MIN by (I2-I3) · r.
さらに、放電電流Ｉ３にて放電を行わせることによって、時刻ｔＤ３において端子電圧の平均値が、３度目の、目標電圧値Ｖ＿ＭＩＮに到達すると、放電電流をＩ３からＩ４に減少させる。放電電流の減少によって、端子電圧Ｖは、Ｖ＿ＭＩＮから（Ｉ３−Ｉ４）・ｒの分だけ上がる。上げ幅は毎回小さくなり、ＳＯＣは放電限界のＸ［％］に近づく。そして、時刻ｔＤ４において、ＳＯＣが放電限界のＸ［％］又はその近傍に到達すれば、蓄電池２は放電限界まで放電したことになる。 Further, by causing the discharge at discharge current I3, the average value of the terminal voltage at time t D3 is the third time, and reaches the target voltage value V_MIN, reduces the discharge current from I3 I4. As the discharge current decreases, the terminal voltage V increases from V_MIN by (I3-I4) · r. The raising width decreases each time, and the SOC approaches the discharge limit X [%]. Then, at time t D4, if the SOC reaches the X [%] or near the discharge limit, the storage battery 2 will be discharged to a discharge limit.
なお、端子電圧を平均値で見ていることで、端子電圧が目標電圧値Ｖ＿ＭＩＮ（放電限界電圧）に達したとき、脈動の底の値は、Ｖ＿ＭＩＮを僅かに下回るが、その場合でも、過放電となる閾値までは到達しない。 By looking at the terminal voltage as an average value, when the terminal voltage reaches the target voltage value V_MIN (discharge limit voltage), the bottom value of the pulsation is slightly lower than V_MIN. The threshold value for discharging is not reached.
図１１は、図１０に示したように段階的に放電電流を減少させる放電制御のフローチャートの一例である。制御部１４は、放電制御を開始すると、脈流１周期での端子電圧の平均値が目標電圧値に到達したか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、制御部１４は、到達までステップＳ１を繰り返し、到達すると、放電電流を減少させる（ステップＳ２）。そして、制御部１４は、蓄電池が放電限界か否かを判定し（ステップＳ３）、放電限界に至らない場合はステップＳ１に戻り、同様の処理を繰り返す。そして、ステップＳ３において放電限界に到達すれば、放電終了となる。 FIG. 11 is an example of a flowchart of discharge control for gradually reducing the discharge current as shown in FIG. When starting the discharge control, the control unit 14 determines whether or not the average value of the terminal voltage in one cycle of the pulsating flow has reached the target voltage value (step S1). Here, the control part 14 repeats step S1 until it reaches | attains, and when it reaches | attains, it will reduce a discharge current (step S2). And the control part 14 determines whether a storage battery is a discharge limit (step S3), and when not reaching a discharge limit, it returns to step S1 and repeats the same process. If the discharge limit is reached in step S3, the discharge is terminated.
なお、端子電圧のピーク値ではなく平均値で判断することで、より長い時間、放電を行うことができ、蓄電池２の放電能力を最大限に発揮することができる。 In addition, it can discharge for a longer time by judging with an average value instead of the peak value of a terminal voltage, and the discharge capability of the storage battery 2 can be exhibited to the maximum.
以上のように、上記の電力変換装置１は、放電により脈流状に変化する蓄電池の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に到達すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより蓄電池を放電限界の状態まで放電させる。このように、自ら、いわば能動的に放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。 As described above, when the average value in one cycle of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner due to discharge reaches the target voltage value, the power conversion device 1 continues to discharge by reducing the discharge current by itself. As a result, the storage battery is discharged to a discharge limit state. In this way, the storage battery can be discharged to the discharge limit state by the discharge that actively reduces the discharge current.
《滑らかに放電電流を減少させる放電》
一方、滑らかに放電電流を減少させるための放電制御に関する制御ブロック図は、充電制御に関して図９に示した制御ブロック図と同様である。但し、放電制御では、目標電圧値が放電限界電圧になる。このような制御により、端子電圧を目標電圧値に接近・到達させることができる。
すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ６及びインバータ１０によって構成される電力変換部２０の場合に、放電時は、直流リアクトル７に流れる電流を制御して放電電流を絞っていく放電により、蓄電池２を放電限界の状態まで放電させることができる。
<Discharge that smoothly reduces the discharge current>
On the other hand, the control block diagram regarding the discharge control for smoothly reducing the discharge current is the same as the control block diagram shown in FIG. 9 regarding the charge control. However, in the discharge control, the target voltage value becomes the discharge limit voltage. By such control, the terminal voltage can be approached and reached the target voltage value.
That is, in the case of the power conversion unit 20 constituted by the DC / DC converter 6 and the inverter 10, at the time of discharging, the storage battery 2 is discharged to a discharge limit by controlling the current flowing through the DC reactor 7 to reduce the discharging current. It is possible to discharge to the state.
この場合、放電電流の減少のさせ方は、段階的ではなく、滑らかである点で、図１０の放電制御とは異なる。しかしながら、以下の点で、図１０の放電制御と同様か若しくは類似している。
すなわち、電力変換装置１は、放電により脈流状に変化する蓄電池の電圧の１周期での平均値が目標電圧値に接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより蓄電池を放電限界の状態まで放電させる。このように、自ら、いわば能動的に放電電流を絞っていく放電により、蓄電池を放電限界の状態まで放電させることができる。
In this case, the method of reducing the discharge current is different from the discharge control of FIG. 10 in that it is not stepwise but smooth. However, it is the same as or similar to the discharge control of FIG. 10 in the following points.
That is, when the average value in one cycle of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner due to discharge approaches the target voltage value, the power conversion device 1 discharges the storage battery by reducing the discharge current itself and continuing the discharge. Discharge to the limit. In this way, the storage battery can be discharged to the discharge limit state by the discharge that actively reduces the discharge current.
＜第２実施形態＞ Second Embodiment
《回路構成例》
図１２は、第２実施形態に係る電力変換装置の回路図の一例である。図１との違いは、電力変換部２０が実質的にインバータ１０単体の回路構成でありＤＣ／ＤＣコンバータ６が無い点である。また、これに伴って、図１の電流センサ１６、中間コンデンサ９及び電圧センサ１７が、図１２の電力変換装置１には設けられていない。その他の回路構成要素は図１と同じである。但し、蓄電池２の端子電圧は、交流電路３のピーク電圧より高い。従って、ＤＣバス８の電圧も、交流電路３のピーク電圧より高い。また、前述の最小スイッチング変換方式は、この電力変換装置１には適用されない。
<< Circuit configuration example >>
FIG. 12 is an example of a circuit diagram of the power conversion device according to the second embodiment. The difference from FIG. 1 is that the power conversion unit 20 is substantially a circuit configuration of the inverter 10 alone and there is no DC / DC converter 6. Accordingly, the current sensor 16, the intermediate capacitor 9, and the voltage sensor 17 in FIG. 1 are not provided in the power conversion device 1 in FIG. Other circuit components are the same as those in FIG. However, the terminal voltage of the storage battery 2 is higher than the peak voltage of the AC circuit 3. Therefore, the voltage of the DC bus 8 is also higher than the peak voltage of the AC circuit 3. Further, the above-described minimum switching conversion method is not applied to the power conversion device 1.
図１２において、直流から交流への電力変換時は、蓄電池２から出力されるＤＣバス８の電圧がインバータ１０によって交流波形に変換され、フィルタ回路１１を介して交流電路３に交流電圧が出力される。交流から直流への電力変換時には、交流リアクトル１２とインバータ１０とによって交流波形が直流電圧に変換され、変換後の電圧により蓄電池２が充電される。 In FIG. 12, at the time of power conversion from direct current to alternating current, the voltage of the DC bus 8 output from the storage battery 2 is converted into an alternating current waveform by the inverter 10, and the alternating current voltage is output to the alternating current circuit 3 through the filter circuit 11. The At the time of power conversion from AC to DC, the AC waveform is converted into a DC voltage by the AC reactor 12 and the inverter 10, and the storage battery 2 is charged by the converted voltage.
図１２の電力変換装置１においても、蓄電池２の充放電電流は脈流となる。従って、図１の電力変換装置１と同様の、充電制御及び放電制御を適用することができる。
滑らかに充放電電流を減少させる充電／放電に関しては、図１２の電力変換装置１には直流リアクトルが存在しないので、図９のフィードバック制御の考え方に、さらに工夫が必要である。
Also in the power converter 1 of FIG. 12, the charging / discharging current of the storage battery 2 becomes a pulsating flow. Therefore, charge control and discharge control similar to those of the power conversion device 1 of FIG. 1 can be applied.
Regarding charging / discharging for smoothly reducing the charging / discharging current, the power conversion apparatus 1 in FIG. 12 does not have a DC reactor, and therefore, the idea of feedback control in FIG. 9 needs to be further devised.
ここで、図１２のインバータ１０単体の回路で考えた場合、図９における直流リアクトルの電流目標値（ｉ＿ｄｃ＿ｒｅｆ）とは、図１２において、物理的にコンデンサ５に流れる電流を意味する。そこで、この電流目標値（ｉ＿ｄｃ＿ｒｅｆ）を、交流リアクトル１２での電流のフィードバック制御に持ち込むため、（ｉ＿ａｃ＿ｐ＿ｒｅｆ）を交流リアクトル１２の有効電流目標値、（ｖ＿ｄｃ）を蓄電池２の端子電圧（測定値）、（ｖ＿ａｃ＿ｒｍｓ）を交流電圧の実効値として、以下の式（１）の計算を行う。 Here, when considering the circuit of the inverter 10 alone in FIG. 12, the current target value (i_dc_ref) of the DC reactor in FIG. 9 means the current that physically flows in the capacitor 5 in FIG. 12. Therefore, in order to bring this current target value (i_dc_ref) into the feedback control of the current in the AC reactor 12, (i_ac_p_ref) is the effective current target value of the AC reactor 12, and (v_dc) is the terminal voltage (measured value) of the storage battery 2. , (V_ac_rms) as an effective value of the AC voltage, the following equation (1) is calculated.
（ｉ＿ａｃ＿ｐ＿ｒｅｆ）＝｛（Ｖ＿ｄｃ）×（ｉ＿ｄｃ＿ｒｅｆ）×
（２１／２）ｓｉｎωｔ｝／ｖ＿ａｃ＿ｒｍｓ ・・・（１）
但し、ωは交流の周波数をｆとして、ω＝２πｆである。
(I_ac_p_ref) = {(V_dc) × (i_dc_ref) ×
(2 1/2 ) sinωt} / v_ac_rms (1)
However, ω is ω = 2πf where f is an AC frequency.
式（１）より、図１２では架空の直流リアクトルの電流目標値（ｉ＿ｄｃ＿ｒｅｆ）を、交流リアクトル１２の電流目標値（ｉ＿ａｃ＿ｐ＿ｒｅｆ）に置き換えることができる。これにより交流リアクトル１２の有効電流目標値を計算することができ、これに、交流側コンデンサ１３の無効電流を加算すると、交流リアクトル１２の電流目標値を計算することができる。 From equation (1), the current target value (i_dc_ref) of the imaginary DC reactor in FIG. 12 can be replaced with the current target value (i_ac_p_ref) of the AC reactor 12. Thereby, the effective current target value of the AC reactor 12 can be calculated, and when the reactive current of the AC capacitor 13 is added to this, the current target value of the AC reactor 12 can be calculated.
このように、ＤＣ／ＤＣコンバータを有さずインバータ１０のみで構成される電力変換部２０の場合に、充電時は、交流リアクトル１２に流れる電流を制御して充電電流を絞っていく充電により、蓄電池２を満充電の状態まで充電することができる。放電時は、交流リアクトル１２に流れる電流を制御して放電電流を絞っていく放電により、蓄電池２を放電限界の状態まで放電させることができる。 In this way, in the case of the power conversion unit 20 configured only by the inverter 10 without having a DC / DC converter, at the time of charging, by charging by controlling the current flowing through the AC reactor 12 and reducing the charging current, The storage battery 2 can be charged to a fully charged state. At the time of discharging, the storage battery 2 can be discharged to a discharge limit state by discharging the current flowing through the AC reactor 12 to reduce the discharging current.
＜補記＞
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
<Supplementary note>
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 電力変換装置
２ 蓄電池
３ 交流電路
４Ｌ 負荷
４Ｐ 商用電力系統
５ 直流側コンデンサ
６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
７ 直流リアクトル
８ ＤＣバス
９ 中間コンデンサ
１０ インバータ
１１ フィルタ回路
１２ 交流リアクトル
１３ 交流側コンデンサ
１４ 制御部
１５ 電圧センサ
１６ 電流センサ
１７ 電圧センサ
１８ 電流センサ
１９ 電圧センサ
２０ 電力変換部
２１ ＢＭＳ
ｄ１〜ｄ６ ダイオード
Ｑ１〜Ｑ６ スイッチング素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 Storage battery 3 AC electric circuit 4L Load 4P Commercial power system 5 DC side capacitor 6 DC / DC converter 7 DC reactor 8 DC bus 9 Intermediate capacitor 10 Inverter 11 Filter circuit 12 AC reactor 13 AC side capacitor 14 Control part 15 Voltage Sensor 16 Current sensor 17 Voltage sensor 18 Current sensor 19 Voltage sensor 20 Power converter 21 BMS
d1-d6 Diode Q1-Q6 Switching element
Claims (9)
インバータを含み、前記蓄電池を脈流の充電電流で充電する電力変換部と、
前記電力変換部のスイッチングを制御し、前記蓄電池の充電上限電圧を目標電圧値として充電を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、脈流の充電電流で前記蓄電池の充電を行うことにより脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより前記蓄電池を満充電の状態とする制御を、前記電力変換部に対して実行する電力変換装置。 A power conversion device that is provided between a storage battery and an AC circuit and performs power conversion from AC to DC,
A power conversion unit including an inverter and charging the storage battery with a pulsating charging current;
A control unit that controls switching of the power conversion unit and performs charging with a charging upper limit voltage of the storage battery as a target voltage value, and
When the average value in one cycle of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner by charging the storage battery with a pulsating charging current reaches or approaches the target voltage value, the control unit The power converter which performs control which makes the said storage battery the state of a full charge by decreasing by itself and continuing charge with respect to the said power converter.
インバータを含み、前記蓄電池を脈流の放電電流で放電させる電力変換部と、
前記電力変換部のスイッチングを制御し、前記蓄電池の放電限界電圧を目標電圧値として放電を実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、脈流の放電電流で前記蓄電池の放電を行わせることにより脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより前記蓄電池を放電限界の状態まで放電させる制御を、前記電力変換部に対して実行する電力変換装置。 A power conversion device that is provided between a storage battery and an alternating current circuit and performs power conversion from direct current to alternating current,
A power converter including an inverter and discharging the storage battery with a pulsating discharge current;
A control unit that controls switching of the power conversion unit and executes discharge with a discharge limit voltage of the storage battery as a target voltage value,
When the average value in one cycle of the voltage of the storage battery, which changes in a pulsating manner by causing the storage battery to discharge with a pulsating discharge current, reaches or approaches the target voltage value, the discharge current The electric power conversion apparatus which performs control which discharges the said storage battery to the state of a discharge limit by continuously reducing discharge | emission to the said electric power conversion part.
前記制御部は、前記平均値を前記目標電圧値に近づけるフィードバック制御により、前記直流リアクトルに流れる電流を制御する、請求項１又は請求項３に記載の電力変換装置。 In the power conversion unit, a DC / DC converter is connected to the DC side of the inverter, and a DC reactor is provided between the DC / DC converter and the storage battery,
4. The power conversion device according to claim 1, wherein the control unit controls a current flowing through the DC reactor by feedback control that brings the average value closer to the target voltage value. 5.
前記制御部は、前記平均値を前記目標電圧値に近づけるフィードバック制御の操作量に基づいて、前記交流リアクトルに流れる電流を制御する、請求項１又は請求項３に記載の電力変換装置。 In the power conversion unit, an AC reactor is provided on the AC side of the inverter,
4. The power conversion device according to claim 1, wherein the control unit controls a current flowing through the AC reactor based on an operation amount of feedback control that brings the average value close to the target voltage value. 5.
前記制御部は、前記電力変換部により前記直流電圧から前記交流電圧を生成するか又はその逆方向の生成をするにあたって、交流１サイクル内で、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータを交互にスイッチング動作させ、それぞれにスイッチングの休止期間を設ける、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。 The DC voltage of the storage battery is lower than the peak value of the AC voltage of the AC circuit,
The controller switches the DC / DC converter and the inverter alternately in one cycle of AC when generating the AC voltage from the DC voltage by the power conversion unit or generating the opposite direction. The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein a switching pause period is provided for each.
脈流電流で前記蓄電池を充電し、
脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記蓄電池の充電上限電圧である目標電圧値に到達又は接近すると、充電電流を自ら減少させて充電を継続することにより前記蓄電池を満充電の状態とする、蓄電池の充電制御方法。 A storage battery charging control method for charging a storage battery from an AC circuit via a power converter,
Charging the storage battery with pulsating current,
When the average value in one cycle of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner reaches or approaches a target voltage value that is the charge upper limit voltage of the storage battery, the charge current is decreased by itself and charging is continued to continue the storage battery. Is a fully charged state of the storage battery.
脈流電流で前記蓄電池を放電させ、
脈流状に変化する前記蓄電池の電圧の１周期での平均値が前記蓄電池の放電限界電圧である目標電圧値に到達又は接近すると、放電電流を自ら減少させて放電を継続することにより前記蓄電池を放電限界の状態まで放電させる、蓄電池の放電制御方法。 A storage battery discharge control method for supplying power to an alternating current circuit from a storage battery via a power converter,
Discharging the storage battery with a pulsating current,
When the average value of the voltage of the storage battery that changes in a pulsating manner in one cycle reaches or approaches a target voltage value that is a discharge limit voltage of the storage battery, the discharge battery is decreased by itself and the discharge is continued, thereby the storage battery. The discharge control method of a storage battery which discharges to the state of a discharge limit.
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|---|---|---|---|---|
| CN111463877A (en) * | 2020-05-06 | 2020-07-28 | 东莞龙升电子有限公司 | Charging and discharging circuit, control method and control unit |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07296853A (en) * | 1994-04-22 | 1995-11-10 | Sony Corp | Method for charging |
| JP2001186674A (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Sony Corp | Battery adjuster and method of adjusting battery |
| JP2004048856A (en) * | 2002-07-09 | 2004-02-12 | Yamaha Motor Co Ltd | Power supply device of electric vehicle |
| US20060250831A1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-09 | Delta Electronics, Inc. | Non-isolated DC/AC converter |
| WO2009119075A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | パナソニック株式会社 | Charging method, charging device and battery pack |
| JP2010288391A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Charge control method of lithium ion battery |
| JP2014054025A (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Nippon Soken Inc | Power conversion device |
| JP2015149882A (en) * | 2014-01-10 | 2015-08-20 | 住友電気工業株式会社 | Conversion device |
| WO2015189983A1 (en) * | 2014-06-13 | 2015-12-17 | 日産自動車株式会社 | Charge control device and charge control method |
-
2016
- 2016-03-30 JP JP2016068161A patent/JP2017184450A/en active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07296853A (en) * | 1994-04-22 | 1995-11-10 | Sony Corp | Method for charging |
| JP2001186674A (en) * | 1999-12-27 | 2001-07-06 | Sony Corp | Battery adjuster and method of adjusting battery |
| JP2004048856A (en) * | 2002-07-09 | 2004-02-12 | Yamaha Motor Co Ltd | Power supply device of electric vehicle |
| US20060250831A1 (en) * | 2005-05-06 | 2006-11-09 | Delta Electronics, Inc. | Non-isolated DC/AC converter |
| WO2009119075A1 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | パナソニック株式会社 | Charging method, charging device and battery pack |
| JP2010288391A (en) * | 2009-06-12 | 2010-12-24 | Nissan Motor Co Ltd | Charge control method of lithium ion battery |
| JP2014054025A (en) * | 2012-09-05 | 2014-03-20 | Nippon Soken Inc | Power conversion device |
| JP2015149882A (en) * | 2014-01-10 | 2015-08-20 | 住友電気工業株式会社 | Conversion device |
| WO2015189983A1 (en) * | 2014-06-13 | 2015-12-17 | 日産自動車株式会社 | Charge control device and charge control method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111463877A (en) * | 2020-05-06 | 2020-07-28 | 东莞龙升电子有限公司 | Charging and discharging circuit, control method and control unit |
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