(57)【要約】  昇降圧回路２００ａと、インバータ回路２００ｂと、を含む双方向電力制御回路２００を備え、直流電力と交流電力とを双方向に変換することによって電池ユニット２０２と系統電源２０４とを接続し、系統電源２０４から電池ユニット２０２へ充電を行う際に、電池ユニット２０２の充電電流に応じて設定される系統電源２０４からインバータ回路２００ｂへ流れ込む交流電流Ｉａの目標入力電流信号と、交流電流Ｉａの実測値と、の差に応じてインバータ回路２００ｂに含まれるスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５，ＳＷ６を制御することによってインバータ回路２００ｂをアクティブフィルタとして機能させる。
2012043138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力の電圧を昇圧及び降圧する昇降圧回路と、
上アーム及び下アームがそれぞれスイッチング素子とダイオードとの並列接続からなり、前記上アーム及び前記下アームの直列接続を少なくとも２つ並列に接続したインバータ回路と、
を含む双方向電力制御回路を備え、直流電力と前記インバータ回路に繋がる交流電力とを双方向に変換することによって蓄電池と交流電源との接続を可能にした電源システムであって、
前記交流電源から前記蓄電池へ充電を行う際に、前記蓄電池の充電電流に応じて設定される前記交流電源から前記インバータ回路へ流れ込む交流電流の目標入力電流信号と、前記交流電流の実測値と、の差に応じて前記インバータ回路に含まれる前記スイッチング素子のオン／オフを制御することを特徴とする電源システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電源システムであって、
前記交流電流が系統電源に同期した正弦波に近づくように制御を行うことを特徴とする電源システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電源システムであって、
前記交流電流の目標入力電流信号と、前記交流電流の実測値と、の差に応じたパルス幅をオンデューティとする周期的なパルス状の制御信号を生成するパルス幅変調回路を備え、
前記パルス幅変調回路において生成された制御信号により前記インバータ回路に含まれる前記スイッチング素子を制御することを特徴とする電源システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源システムであって、
前記昇降圧回路と前記インバータ回路との間の中間電圧の目標値を前記蓄電池の充電電流に応じて設定し、前記目標値と前記中間電圧の実測値との差に基づいて前記交流電流の目標入力電流信号の振幅を設定することを特徴とする電源システム。
【請求項５】
制御信号に応答するスイッチング素子とこのスイッチング素子と並列に逆方向に接続されたダイオードとから成る並列回路を上下に２回路を直列接続したアーム回路を３列とコンデンサとを並列に接続して構成したブリッジ回路の第１のアーム回路と第２のアーム回路との上下２つの並列回路の夫々の接続点をＬＰ（ローパス）フィルターを介して単相の系統電源に接続し第３のアーム回路の上下２つの並列回路の接続点にリアクタを介して蓄電池を接続して、この蓄電池を系統電源から充電可能に成すと共に前記蓄電池に蓄積された電荷を交流電力に変換して前記系統電源へ重畳もしくは単独出力を可能に成した電源システムにおいて、
前記蓄電池の蓄積電荷を放電する際には、前記蓄電池の出力を第３のアーム回路の負極側へつながる下の並列回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて昇圧させた直流電力を前記コンデンサに蓄えると共にこのコンデンサに蓄積された電荷を第１のアーム回路と第２のアーム回路とのそれぞれの並列回路を成すスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）方式に基づいてＯＮ／ＯＦＦして擬似正弦波を生成し、前記蓄電池を充電する際は、前記コンデンサに蓄積された電荷を第３のアーム回路の前記コンデンサの正極側へつながる上の並列回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて降圧し少なくとも所定の定電流又は所定の定電圧に従って前記蓄電池を充電すると共に第１のアーム回路及び第２のアーム回路の並列回路を成すそれぞれのスイッチング素子を前記系統電源と同期しかつ前記コンデンサの正極側の電圧と目標電圧とに基づく振幅を有する正弦波と前記ＬＰフィルターに前記系統電源から流れ込む電流波形との差分で所定の周波数の搬送波を変調して得るＯＮ／ＯＦＦ信号で駆動することを特徴とする電源システム。
【請求項６】
前記蓄電池の蓄積電荷を放電する際は第３のアーム回路の上の並列回路のスイッチング素子をＯＦＦ状態に制御し、前記蓄電池を充電する際は第３のアーム回路の下の並列回路のスイッチング素子をＯＦＦ状態に制御することを特徴とする請求項５に記載の電源システム。
【請求項７】
前記蓄電池は鉛蓄電池を複数直列に接続して成したものであり、この蓄電池の定格電圧より前記設定電圧を高く設定することを特徴とする請求項６に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源システムに関し、特に双方向の電力制御回路を有する電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン電池、鉛電池等の二次電池を蓄電池とし、この蓄電池に充電された電荷を用いて負荷に電力を供給する電源システムが用いられるようになってきている。【０００３】
従来の電源システムでは、図４に示すように、昇降圧回路１００ａ、インバータ回路１００ｂを含む双方向電力変換部１００を備える。電池ユニット１０２から負荷１０４へ電力を供給する際には、昇降圧回路１００ａのスイッチング素子ＳＷ２を開閉制御しスイッチング素子ＳＷ１を閉状態に保つことにより電池ユニット１０２の出力を昇圧しインバータ回路１００ｂへ供給し、インバータ回路１００ｂではスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６の開閉制御により昇降圧回路１００ａからの直流電力を交流電力に変換して負荷１０４へ供給する。一方、系統電源１０６から電池ユニット１０２へ充電を行う際には、インバータ回路１００ｂではスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６を全て閉状態として、これらスイッチング素子に並設されたスナバダイオードを全波整流のブリッジ回路として作用させ、交流電力を整流しコンデンサＣ２で平滑した後、昇降圧回路１００ａへ供給し、昇降圧回路１００ａではスイッチング素子ＳＷ１の開閉を制御しスイッチング素子ＳＷ２を閉状態に保って電圧を降圧して電池ユニット１０２へ供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６７６７３号公報
【特許文献２】特開２００２−３１５２３０号公報
【特許文献３】特許第３２５５３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の電源システムでは、系統電源１０６から電池ユニット１０２へ充電を行う際に、インバータ回路１００ｂのスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６を総て閉状態としてインバータ回路１００ｂをダイオードのブリッジ回路として利用して整流を行う。このとき、系統電源１０６からインバータ回路１００ｂへ供給される電圧が昇降圧回路１００ａとインバータ回路１００ｂとの間に設けられたコンデンサＣ２の負側母線に対する電圧Ｖｍよりも高くなった期間のみ系統電源１０６からインバータ回路１００ｂへ入力電流Ｉａが流れる。その結果、図５に示すように、入力電流Ｉａは高調波成分が重畳したインパルス状の波形を示す。【０００６】
このような入力電流Ｉａの高調波成分はノイズ等の原因となり、電源システムの動作を不安定にする原因になるおそれがある。【０００７】
本発明は、このような入力電流Ｉａの高調波成分を低減することを可能とする電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、直流電力の電圧を昇圧及び降圧する昇降圧回路と、上アーム及び下アームがそれぞれスイッチング素子とダイオードとの並列接続からなり、前記上アーム及び前記下アームの直列接続を少なくとも２つ並列に接続したインバータ回路と、を含む双方向電力制御回路を備え、直流電力と前記インバータ回路に繋がる交流電力とを双方向に変換することによって蓄電池と交流電源との接続を可能にした電源システムであって、前記交流電源から前記蓄電池へ充電を行う際に、前記蓄電池の充電電流に応じて設定される前記交流電源から前記インバータ回路へ流れ込む交流電流の目標入力電流信号と、前記交流電流の実測値と、の差に応じて前記インバータ回路に含まれる前記スイッチング素子のオン／オフを制御することを特徴とする電源システムである。【０００９】
ここで、前記交流電流が系統電源に同期した正弦波に近づくように制御を行うことが好適である。【００１０】
また、前記交流電流の目標入力電流信号と、前記交流電流の実測値と、の差に応じたパルス幅をオンデューティとする周期的なパルス状の制御信号を生成するパルス幅変調回路を備え、前記パルス幅変調回路において生成された制御信号により前記インバータ回路に含まれる前記スイッチング素子を制御することが好適である。【００１１】
また、前記昇降圧回路と前記インバータ回路との間の中間電圧の目標値を前記蓄電池の充電電流に応じて設定し、前記目標値と前記中間電圧の実測値との差に基づいて前記交流電流の目標入力電流信号の振幅を設定することが好適である。【００１２】
本発明の別の態様は、制御信号に応答するスイッチング素子とこのスイッチング素子と並列に逆方向に接続されたダイオードとから成る並列回路を上下に２回路を直列接続したアーム回路を３列とコンデンサとを並列に接続して構成したブリッジ回路の第１のアーム回路と第２のアーム回路との上下２つの並列回路の夫々の接続点をＬＰ（ローパス）フィルターを介して単相の系統電源に接続し第３のアーム回路の上下２つの並列回路の接続点にリアクタを介して蓄電池を接続して、この蓄電池を系統電源から充電可能に成すと共に前記蓄電池に蓄積された電荷を交流電力に変換して前記系統電源へ重畳もしくは単独出力を可能に成した電源システムにおいて、前記蓄電池の蓄積電荷を放電する際には、前記蓄電池の出力を第３のアーム回路の負極側へつながる下の並列回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて昇圧させた直流電力を前記コンデンサに蓄えると共にこのコンデンサに蓄積された電荷を第１のアーム回路と第２のアーム回路とのそれぞれの並列回路を成すスイッチング素子をＰＷＭ（パルス幅変調）方式に基づいてＯＮ／ＯＦＦして擬似正弦波を生成し、前記蓄電池を充電する際は、前記コンデンサに蓄積された電荷を第３のアーム回路の前記コンデンサの正極側へつながる上の並列回路のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦさせて降圧し少なくとも所定の定電流又は所定の定電圧に従って前記蓄電池を充電すると共に第１のアーム回路及び第２のアーム回路の並列回路を成すそれぞれのスイッチング素子を前記系統電源と同期しかつ前記コンデンサの正極側の電圧と目標電圧とに基づく振幅を有する正弦波と前記ＬＰフィルターに前記系統電源から流れ込む電流波形との差分で所定の周波数の搬送波を変調して得るＯＮ／ＯＦＦ信号で駆動することを特徴とする電源システムである。【００１３】
ここで、前記蓄電池の蓄積電荷を放電する際は第３のアーム回路の上の並列回路のスイッチング素子をＯＦＦ状態に制御し、前記蓄電池を充電する際は第３のアーム回路の下の並列回路のスイッチング素子をＯＦＦ状態に制御することが好適である。【００１４】
また、前記蓄電池は鉛蓄電池を複数直列に接続して成したものであり、この蓄電池の定格電圧より前記設定電圧を高く設定することが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、双方向電力制御回路を含む電源システムにおいて、電池ユニットへの充電を行う際の入力電流の高調波成分を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における電源システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における電源システムの作用を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における電源システムの構成の具体例を示す図である。
【図４】従来の電源システムの構成を示す図である。
【図５】従来の電源システムの充電期間における入力電流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の実施の形態における電源システムは、図１に示すように、双方向電力変換部２００、電池ユニット２０２、系統電源２０４及び制御部２０６を含んで構成される。双方向電力変換部２００には、直流電源である電池ユニット２０２と交流の系統電源２０４とが接続される。また、系統電源２０４には負荷２０８が接続されており、負荷２０８に対して系統電源２０４から交流電力が供給される。さらに、負荷２０８には双方向電力変換部２００を介して電池ユニット２０２が接続されており、電池ユニット２０２からの直流電力が双方向電力変換部２００において交流電力に変換されて負荷２０８に供給される。
【００１８】
電池ユニット２０２は、二次電池である蓄電池を含んで構成される。電池ユニット２０２は、例えば、リチウムイオン電池、鉛電池などの蓄電池セルを直並列に接続して構成され、リチウム電池であれば直流の開放電圧が２００Ｖ程度のものが採用される。電池ユニット２０２は、リチウムイオン電池の蓄電池セルを２４個並列に接続したものを、さらに直列に１３組接続して構成された電池パックを複数含んで構成される。電池ユニット２０２は、例えば、電池パックを５個直列に接続した電池パック列を４個並列に接続して構成される。電池ユニット２０２には、電圧検知センサ、電流検知センサ及び温度検知センサが設けられ、電池ユニット２０２の出力電圧、充放電電流、温度を制御部２０６へ出力する。
また、鉛電池であれば、６セル１２Ｖの電池を４直列として４８Ｖに構成する。
【００１９】
系統電源２０４は、例えば、交流商用電源である。本実施の形態では、系統電源２０４は、単相２００Ｖ交流電源とするが、これに限定されるものではない。系統電源２０４への接続を切り離し電源システムを独立運転させる場合は単相１００Ｖの交流電源として負荷２０８へ交流電源を供給してもよい。
【００２０】
双方向電力変換部２００は、上記のように、電池ユニット２０２から出力される直流電力を交流電力へ変換して負荷２０８へ供給すると共に、系統電源２０４からの交流電力を直流電力に変換して電池ユニット２０２の充電を行うために用いられる。
【００２１】
例えば、電力の使用が少ない時間帯において系統電源２０４からの交流電力によって電池ユニット２０２を充電し、負荷２０８による電力消費が大きい時間帯において電池ユニット２０２から放電してその電力を系統電源２０４から供給される電力に重畳して負荷２０８に供給する。これにより、系統電源２０４から供給される電力量の平均化を図ることができ、電力消費のピークの低減化を図ることができる。また、電源システムを系統電源２０４の停電時に独立運転させることによって、予備電源として活用することができる。
【００２２】
次に、双方向電力変換部２００について説明する。図１に示すように、双方向電力変換部２００は、昇降圧回路２００ａ、インバータ回路２００ｂ及び制御回路２００ｃを含んで構成される。双方向電力変換部２００は、制御部２０６と接続され、制御部２０６からの制御信号を受けた制御回路２００ｃによって昇降圧回路２００ａ及びインバータ回路２００ｂが制御される。
【００２３】
昇降圧回路２００ａは、電池ユニット２０２から出力される電圧を昇圧してインバータ回路２００ｂへ供給する機能と、インバータ回路２００ｂから出力される電圧を降圧して電池ユニット２０２へ供給する機能と、を実現する。昇降圧回路２００ａは、コンデンサＣ１、インダクタＬ１及びスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を含んで構成される。
【００２４】
電池ユニット２０２の正側出力端に接続される正側ラインと、負側出力端に接続される負側ラインが昇降圧回路２００ａに接続される。この正負側ライン間には、コンデンサＣ１が接続されている。また、正側ラインは、コイルＬ１を介し、２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の接続点に接続されている。ここで、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、それぞれＮ型のトランジスタと還流ダイオードの並列接続からなる。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のトランジスタには例えばＩＧＢＴなど大電流を流すパワートランジスタが採用されオン時に正側（コレクタ）から負側（エミッタ）に電流を流し、還流ダイオードは負側（トランジスタのエミッタ側）から正側（トランジスタのコレクタ側）に電流を流す。なお、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、ＦＥＴ等の半導体素子を用いて構成することも可能である。
【００２５】
スイッチング素子ＳＷ１は、そのコレクタがインバータ回路２００ｂの正側母線に接続され、エミッタはスイッチング素子ＳＷ２のコレクタに接続される。スイッチング素子ＳＷ２のエミッタは負側ラインに接続される。そして、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のゲートは、制御回路２００ｃに接続され、制御回路２００ｃがスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のトランジスタのオン／オフを制御する。すなわち、コイルＬ１、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２によりフルアームのＤＣコンバータが構成されており、制御回路２００ｃによりスイッチング素子ＳＷ１をオフに維持し、スイッチング素子ＳＷ２をオン／オフ制御することによって、インバータ回路２００ｂの正側母線側に電池ユニット２０２からの出力電圧を昇圧した直流電圧を得ることができる。また、スイッチング素子ＳＷ２をオフに維持し、スイッチング素子ＳＷ１のオン／オフ制御によってインバータ回路２００ｂの正側母線の電圧を降圧した直流電圧を電池ユニット２０２の正側出力端に得ることが可能となる。
【００２６】
このとき、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフのデューティ比を制御して電圧を変えることによって、昇降圧回路２００ａの電池ユニット２０２からインバータ回路２００ｂへ供給される電力及びインバータ回路２００ｂから電池ユニット２０２へ供給される電力の電力移動を制御することができる。
電池ユニット２０２を充電する際はスイッチング素子ＳＷ２を閉（オフ）状態に維持しスイッチング素子ＳＷ１を周期的にオン／オフさせこのオンデューティ比を変えることによって、中間電圧Ｖｍを任意の電圧に降圧してコンデンサＣ１の端子に印加させて行うことができる。従って、このコンデンサＣ１の端子電圧と目標電圧とに基づいてスイッチング素子ＳＷ１のオンデューティをフィードバック制御することができる。すなわち、電池ユニット２０２を目標電圧で定電圧充電することができる。また電池ユニット２０２に充電される電流をセンサＳ１から得て、この電流値と目標電流値とに基づいてスイッチング素子ＳＷ１のオンデューティをフィードバック制御することができる。すなわち、電池ユニット２０２を目標電流で定電流充電することができるものであり、この定電流充電と低電圧充電とを切り替えて電池ユニット２０２の充電を行うことができるものである。
例えば、電池ユニット２０２に定格４８Ｖ（１０５Ａｈ）の鉛電池を用いた場合は、目標電流値を０．１Ｃ（１０．５Ａ）の定電流充電を開始し、コンデンサＣ１（電池ユニット２０２）の端子電圧が５８．８Ｖ（＝４８×１．２２５）に至った時から目標電圧を５８．８Ｖの定電圧充電に切り替えて電池ユニット２０２の充電を行うものである。放電は放電電流と放電終止電圧（図示せず）に基づき電池ユニット２０２の放電終了を判断するがこの際過放電保護を考慮して放電終了電圧より所定値（１０％〜２０％）程度高い値を放電終了を判断する電圧として用いる。
尚、電池ユニット２０２に定格４８Ｖ（１０５Ａｈ）の鉛電池を用いたがこれに限るものではなく鉛電池を直列／並列に複数を接続して所望の定格値を得るように構成してもよいものであり、それぞれの目標電圧、目標電流は適に変更する。
【００２７】
制御部２０６は、センサＳ４によって得られる系統電源２０４からの供給電力の情報を受けて、電池ユニット２０２から負荷２０８へ供給する電力、すなわち電池ユニット２０２から系統電源２０４へ重畳する電力を求める。（例えば、系統電源２０４から供給される電力量が一定値を超えないように系統電源２０４への重畳する電力を求める。尚、この電力は時間帯によって変えるなどのスケジュールを設けても制御部２０６は、求められた電力が電池ユニット２０２から供給されるように指示する制御信号を制御回路２００ｃへ出力する。制御回路２００ｃは、センサＳ１によって電池ユニット２０２の電圧Ｖｄ及び充放電電流ＩｄとセンサＳ２によって測定される中間電圧Ｖｍとを受けて、これらの値及び制御部２０６から受けた制御信号に基づいて所望の電力移動となるようにスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフのデューティ比を制御する。なお、スイッチング素子ＳＷ２のエミッタが接続されるインバータ回路２００ｂの負側母線と、スイッチング素子ＳＷ１のコレクタが接続されるインバータ回路２００ｂの正側母線の間には、コンデンサＣ２が接続され、正負母線間の電圧を平滑化している。このコンデンサＣ２の負側母線に対する端子電圧を中間電圧Ｖｍとする。なお、スイッチング素子ＳＷ１とＳＷ２との接続点の電圧がスイッチング素子ＳＷ１に並列に接続された環流ダイオードを介してコンデンサＣ２の正側母線に表われている。
【００２８】
一般的に、インバータ回路２００ｂの正負母線間の中間電圧Ｖｍは、電池ユニット２０２の出力電圧Ｖｄに比べ高い電圧に制御される。ただし、電池ユニット２０２の電圧Ｖｄが中間電圧Ｖｍより高い場合には、中間電圧Ｖｍから電池ユニット２０２側に昇圧して電力を供給できる昇降圧回路を設け、電力を輸送すればよい。
【００２９】
インバータ回路２００ｂは、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６を含んで構成される。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６は、それぞれＮ型のトランジスタと還流ダイオードの並列接続からなる。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のトランジスタには例えばＩＧＢＴなど大電流を流すパワートランジスタが採用されオン時に正側（コレクタ）から負側（エミッタ）に電流を流し、還流ダイオードは負側（トランジスタのエミッタ側）から正側（トランジスタのコレクタ側）に電流を流す。スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ５はインバータ回路２００ｂの上アームを構成し、スイッチング素子ＳＷ４及びＳＷ６はインバータ回路２００ｂの下アームを構成する。これらのスイッチング素子ＳＷ４〜ＳＷ６は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２と同様にＦＥＴを用いて構成してもよい。
【００３０】
すなわち、インバータ回路２００ｂの正負母線間には、スイッチング素子ＳＷ３及びＳＷ４の直列接続およびスイッチング素子ＳＷ５及びＳＷ６の直列接続の２本のアームが接続される。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ５のコレクタが正側母線にそれぞれ接続され、エミッタがスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ６のコレクタに接続される。また、スイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ６のエミッタは、負極母線に接続される。このようにして、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６により単相のインバータ回路２００ｂが構成されている。いいかえると、スイッチング素子ＳＷ１乃至スイッチング素子ＳＷ６は、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ等の半導体素子と逆方向に並列に接続されたダイオードとからなり、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４を上下に接続して第２のアーム回路を構成し、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６を上下に接続して第１のアーム回路を構成し、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２を上下に接続して第３のアーム回路を構成する。
【００３１】
また、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の接続点は、コイルＬ２（リアクタ）を介し、系統電源２０４の一端に接続される交流出力端になっており、スイッチング素子ＳＷ５，ＳＷ６の接続点は、コイルＬ３（リアクタ）を介し、系統電源２０４の他端に接続される交流出力端になっている。コイルＬ２およびコイルＬ３の交流出力端側間には、コンデンサＣ３が接続されてＬＰＦ（ローパスフィルター）を構成している。コイルＬ２，Ｌ３及びコンデンサＣ３は、インバータ回路２００ｂの交流電流に生じる高周波成分の除去と、交流電流の位相を交流電圧の位相に近づける機能のために必要となる。
【００３２】
スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６は、制御回路２００ｃによってオン／オフ制御される。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のオン／オフ制御によって、電池ユニット２０２の放電時、すなわち電池ユニット２０２から負荷２０８へ電力を供給する期間においては昇降圧回路２００ａから供給される直流電力がインバータ回路２００ｂによって擬似正弦波に変換された後、ＬＰＦを経て、変換交流電力に変換されて負荷２０８へ供給される。具体的には、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６をオン及びスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５をオフにすることでコイルＬ２側の交流出力端が正となる出力が得られ、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ６をオフ及びスイッチング素子ＳＷ４，ＳＷ５をオンにすることでコイルＬ３側の交流出力端が正となる出力が得られる。ここで、制御回路２００ｃは、センサＳ３によって測定されるインバータ回路２００ｂへの入力電圧Ｖａ及び入出力電流Ｉａを受けて、これらの信号からゼロクロス点を検出して系統電源２０４から負荷２０８へ供給される電力の電圧位相と同期した交流電力がインバータ回路２００ｂから出力されるようにスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のオン／オフをＰＷＭ方式に基づいて制御する。
【００３３】
これにより、負荷２０８へ系統電源２０４及び電池ユニット２０２の両方から交流電力を供給することが可能になる。
【００３４】
一方、本実施の形態における双方向電力変換部２００では、電池ユニット２０２の充電時、すなわち系統電源２０４から電池ユニット２０２へ電力を供給する期間においてはインバータ回路２００ｂをアクティブフィルタとして機能させる。
【００３５】
従来の双方向電力変換部では、電池ユニット２０２の充電時にはインバータ回路２００ｂのスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６は総てオフとしてスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６に含まれる環流ダイオードのブリッジ回路の作用のみによって系統電源２０４からの交流電力を整流して昇降圧回路２００ａへ供給していた。これに対して、本実施の形態では、インバータ回路２００ｂをアクティブフィルタとして機能させることによって、インバータ回路２００ｂの入出力電流Ｉａを正弦波に成形することができ、入出力電流Ｉａに重畳する高調波成分を低減する。
【００３６】
電池ユニット２０２への充電は、図２に示すように、電池ユニット２０２の電圧Ｖｄが所定値Ｖｔｈとなるまで定電流モード（ＣＣモード）で行われ、所定値Ｖｔｈに到達すると定電圧モード（ＣＶモード）に切り替えられる。インバータ回路２００ｂは、少なくとも定電流モードでの充電時においてアクティブフィルタとして機能する。
【００３７】
制御回路２００ｃは、センサＳ１から電池ユニット２０２への充電電流Ｉｄの計測値を取得し、直流側の充電電流Ｉｄが一定の充電電流となると共に交流側の充電電流Ｉａが所定の値となるように制御するために、インバータ回路２００ｂへの入力電流Ｉａの目標となる目標入力電流信号を設定する。そして、制御回路２００ｃは、センサＳ３で測定される入力電流Ｉａの実測値と、設定された目標入力電流信号と、の差を求め、その差を小さくするようにスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６をオン／オフ制御する。
【００３８】
これによって、インバータ回路２００ｂへ流れ込む入力電流Ｉａが目標入力電流信号と一致するようなフィードバック制御ができる。例えば、目標入力電流信号を正弦波（又は、余弦波）とすることによって、実際の入力電流Ｉａが正弦波（又は、余弦波）となるように制御することができ、入力電流Ｉａに含まれる高調波を低減することができる。
【００３９】
具体的には、図３に示すように、制御回路２００ｃにパルス幅変調回路（ＰＷＭ回路）２００ｄを設け、パルス幅変調回路２００ｄから出力されるパルス信号によってスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６をオン／オフ制御すればよい。
【００４０】
制御回路２００ｃは、スイッチング素子ＳＷ２をオフに固定し、スイッチング素子ＳＷ１のオン／オフのデューティ比を制御することによってコンデンサＣ２の充電電圧である中間電圧Ｖｍを降圧し、電池ユニット２０２への充電電流Ｉｄが定電流モードの充電における設定値となるように制御を行う。このとき、制御回路２００ｃは、充電電流Ｉｄの実測値を受けて、その値を定電流モードの充電における設定値に維持するために必要な中間電圧Ｖｍの目標値を算出する。そして、センサＳ２で測定される中間電圧Ｖｍの実測値と中間電圧Ｖｍの目標値との差に応じて目標入力電流信号の振幅を設定する。すなわち、中間電圧Ｖｍの実測値が目標値より小さければ目標入力電流信号の正弦波の振幅を現在値より大きくするように設定し、中間電圧Ｖｍの実測値が目標値より大きければ目標入力電流信号の正弦波の振幅を現在値より小さくするように設定する。
【００４１】
ＰＷＭ回路２００ｄは、差分器２０、ＰＩＤ演算器２２、三角波（搬送波）発生部２４及び比較器２６を含んで構成することができる。差分器２０は、上記のように設定された目標入力電流信号とセンサＳ３によって測定された入力電流Ｉａの実測値との差分を算出してＰＩＤ演算器２２へ出力する。ＰＩＤ演算器２２は、入力値の絶対値、時間的積分値及び時間的微分値に応じて、実際の入力電流Ｉａと目標入力電流値との差を示すＰＩＤ値を出力する。比較器２６は、ＰＩＤ演算器２２からのＰＩＤ値と三角波発生部２４において生成された三角波とを比較し、その大小関係に応じてパルス幅が変調されたＰＷＭパルス信号を出力する。例えば、ＰＩＤ演算器２２からのＰＩＤ値が三角波発生部２４において生成された三角波より大きい期間のみハイレベルとし、そうでない期間はローレベルとするＰＷＭパルス信号を出力する。
【００４２】
このように生成されたＰＷＭパルス信号によってスイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５及びＳＷ６のオン／オフを制御する。これによって、目標入力電流信号と入力電流Ｉａとが一致するようにインバータ回路２００ｂを制御することができる。すなわち、コンデンサＣ２の電圧（中間電圧Ｖｍ）を充電電流Ｉｄに対応する目標電圧で一定になるようにアクティブフィルタを作動させているものである。
【００４３】
このようにして、電池ユニット２０２の充電時においてインバータ回路２００ｂをアクティブフィルタとして機能させる。系統電源２０４からインバータ回路２００ｂへ流れ込む入力電流Ｉａがインパルス等の急峻変化を伴わない波形となるようにすることによって、入力電流Ｉａに含まれる高調波成分を低減することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、ＰＷＭ回路２００ｄを上記のように構成したがこれに限定されるものではない。また、系統電源２０４が３相交流電源であれば、双方向電力変換部２００をｕ相，ｖ相，ｗ相の各相にそれぞれ設けることによって同様に処理することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  昇降圧回路、１２  インバータ回路、２０  差分器、２２  ＰＩＤ演算器、２４  三角波発生部、２６  比較器、１０２  電池ユニット、１０６  系統電源、２００  双方向電力変換部、２００ａ  昇降圧回路、２００ｂ  インバータ回路、２００ｃ  制御回路、２００ｄ  パルス幅変調回路、２０２  電池ユニット、２０４  系統電源、２０６  制御部、２０８  負荷。
【図１】
2012043138.tif 000003
【図２】
2012043138.tif 000004
【図３】
2012043138.tif 000005
【図４】
2012043138.tif 000006
【図５】
2012043138.tif 000007
【国際調査報告】
2012043138.tif 000008
2012043138.tif 000009
2012043138.tif 000010