(57)【要約】蓄電池（１）と交流系統との間に接続され、交流系統からの電力により蓄電池（１）を充電し蓄電池（１）からの電力を交流系統に放電する電力変換装置（１０）であって、この電力変換装置（１０）は蓄電池（１）の蓄電池電圧と直流母線電圧との変換を行うＤＣ／ＤＣ変換回路（１３）と、直流母線電圧と交流系統の交流電圧との変換を行うＤＣ／ＡＣ変換回路（１７）と、ＤＣ／ＤＣ変換回路（１３）およびＤＣ／ＡＣ変換回路（１７）を制御する制御回路（１４、１８）とを備え、制御回路（１４、１８）は、蓄電池電圧と蓄電池の蓄電電力量と直流母線電圧の制御範囲とに基づきＤＣ／ＤＣ変換回路（１３）の制御方式として昇圧制御または降圧制御のいずれかを選択するとともに直流母線電圧の制御目標値を設定し、直流母線電圧が制御目標値となるよう選択した制御方式によりＤＣ／ＤＣ変換回路（１３）およびＤＣ／ＡＣ変換回路（１７）を制御する。
2013118336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池と交流系統との間に接続され、前記交流系統からの電力により前記蓄電池を充電し前記蓄電池からの電力を前記交流系統に放電する電力変換装置であって、
前記蓄電池の蓄電池電圧と直流母線電圧との変換を行うＤＣ／ＤＣ変換回路と、前記直流母線電圧と前記交流系統の交流電圧との変換を行うＤＣ／ＡＣ変換回路と、前記ＤＣ／ＤＣ変換回路および前記ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記蓄電池電圧と前記蓄電池の蓄電電力量と前記直流母線電圧の制御範囲とに基づき前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方式として昇圧制御または降圧制御のいずれかを選択するとともに前記直流母線電圧の制御目標値を設定し、前記直流母線電圧が前記制御目標値となるよう前記選択した制御方式により前記ＤＣ／ＤＣ変換回路および前記ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御する電力変換装置。
【請求項２】
前記交流系統からの電力を前記蓄電池に充電する場合、
前記制御回路は、前記制御方式として、前記蓄電電力量が第１の所定値未満または第２の所定値以上のときは前記降圧制御方式、前記蓄電電力量が前記第１の所定値以上で前記第２の所定値未満のときは前記昇圧制御方式を選択するとともに、前記選択された制御方式に基づき設定した前記直流母線電圧の制御目標値が、それぞれ前記直流母線電圧の前記制御範囲内に収まるときは前記選択された制御方式をそのまま踏襲し、前記直流母線電圧の前記制御範囲内に収まらないときは前記選択された制御方式と異なる降圧制御又は昇圧制御のいずれかの制御方式を選択する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記交流系統からの電力を前記蓄電池に充電する場合、
前記制御回路は、前記降圧制御方式で可能な最大の降圧最大充電電流値と前記蓄電池の温度を入力し、前記降圧最大充電電流値と前記温度における前記蓄電池に流しうる最大充電電流値とを比較し、前記降圧最大充電電流値が前記最大充電電流値未満のときは、前記制御方式として、前記蓄電電力量が第１の所定値未満または第２の所定値以上のときは前記降圧制御方式、前記蓄電電力量が前記第１の所定値以上で前記第２の所定値未満のときは前記昇圧制御方式を選択するとともに、前記選択された制御方式に基づき設定した前記直流母線電圧の制御目標値が、それぞれ前記直流母線電圧の前記制御範囲内に収まるときは前記選択された制御方式をそのまま踏襲し、前記直流母線電圧の前記制御範囲内に収まらないときは前記選択された制御方式と異なる降圧制御又は昇圧制御のいずれかの制御方式を選択し、
前記降圧最大充電電流値が前記最大充電電流値以上のときは常に前記制御回路は前記降圧制御方式を選択するようにした請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記蓄電池からの電力を前記交流系統に放電する場合、
前記制御回路は、前記制御方式として、前記蓄電電力量が第４の所定値未満のときは前記降圧制御方式、前記蓄電電力量が前記第４の所定値以上のときは前記昇圧制御方式を選択するとともに、前記選択された制御方式に基づき設定した前記直流母線電圧の制御目標値が、それぞれ前記直流母線電圧の前記制御範囲内に収まるときは前記選択された制御方式をそのまま踏襲し、前記直流母線電圧の前記制御範囲内に収まらないときは前記選択された制御方式と異なる降圧制御又は昇圧制御のいずれかの制御方式を選択する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記交流系統に交流電源と交流負荷とが接続され、前記蓄電池からの電力を前記交流系統に放電する場合、
前記蓄電池の放電制御に係る制御系の動作が、前記交流電源が正常時に比較して停電時は速くなるよう、前記交流電源の正常時／停電時で前記制御系の応答速度を変更するようにした請求項１または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御回路は、所定の充電または放電に係る電流目標指令値と前記蓄電池の温度とを入力し、前記電流目標指令値と前記温度における前記蓄電池に流しうる前記充電または放電に係る電流最大値とを比較し、前記電流目標指令値が前記電流最大値以上のときは前記電流最大値を前記充電または放電に係る電流制御目標値に設定し、前記電流目標指令値が前記電流最大値未満のときは前記電流目標指令値を前記電流制御目標値に設定する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記蓄電池の電流が、その初期値から所定の時定数で前記電流制御目標値まで増大するよう前記ＤＣ／ＤＣ変換回路および前記ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御する請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方式を昇圧制御から降圧制御にまたは降圧制御から昇圧制御に切り換える場合、切り換え前の制御方式を一旦停止して前記蓄電池の電流を零にし、切り換え後の制御方式をその制御変数を一旦初期化した後始動するようにした請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路を、スイッチングデバイスを備え前記蓄電池電圧と中間交流電圧との変換の行うＤＣ／ＡＣ変換器およびスイッチングデバイスを備え前記中間交流電圧と前記直流母線電圧との変換を行うＡＣ／ＤＣ変換器で構成し、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路が前記降圧制御を行う場合、前記ＤＣ／ＡＣ変換器およびＡＣ／ＤＣ変換器のいずれか一方のスイッチングデバイスのスイッチング動作を停止させるようにした請求項１記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
蓄電池と交流系統との間に接続され、交流系統からの電力により蓄電池を充電し蓄電池からの電力を交流系統に放電する電力変換装置に係り、特にその制御方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷の低減に向け、二酸化炭素を排出しない太陽光発電などの自然エネルギーを利用した発電システムが各家庭に普及しつつある。例えば、下記特許文献１には、太陽光発電と蓄電池を組み合わせ、連携して電力を系統に供給する給電システムの構成、および該給電システムの制御技術が開示されている。【０００３】
具体的には、太陽光発電からの第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、蓄電池からの第３の直流電圧を第４の直流電圧に変換する第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、上記第１および第２のＤＣ／ＤＣコンバータの出力を負荷に接続する供給部と、該供給部からの直流電圧を系統から供給される交流電圧波形に同期して交流電力を出力するＤＣ／ＡＣインバータから構成される。そして、例えば、電力不足解消のためピークカットを行う際、太陽光発電を優先し、交流負荷に電力を供給する場合は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータで第２の直流電圧を発生させる際の目標直流電圧値を、第２のＤＣ／ＤＣコンバータで第４の直流電圧を発生させる際の目標直流電圧値より高く設定することで、太陽光発電の発電電力を優先して交流負荷に電力を供給する方式が記載されている。【０００４】
ところで、太陽光発電に代表される自然エネルギーを用いた発電は、停電時には、予め電力変換装置に装備されている自立運転用のコンセントから最大１５００Ｗの電力を出力することしかできない。一方、東日本大震災以降、電力不足等に対応するため、蓄電池を具備したシステム、電気自動車を蓄電池として利用するシステム、太陽光発電と蓄電池を組み合わせたシステムなどの開発・製品化が各社で進められている。また上述の各システムでは、蓄電池としてリチュウムイオン電池が多く使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６４１５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、昨今の蓄電池を具備した各種システムにおいては、その充電放電の対象となる蓄電池が多岐の種類に亘る。例えば、電気自動車が自動車メーカより発売されているが、搭載されている蓄電池の蓄電電力量（ＳｏＣ：State  of  Charge）は車種によって異なる。また、蓄電池を内蔵した電力変換装置も数社発売しているが、その蓄電池のＳｏＣもメーカごとに異なる。【０００７】
更に、例えば、蓄電池として、電気自動車や家庭用の蓄電池システムに使用されるリチュウムイオン電池は、化学反応で電力を充電あるいは放電を行う。従って、例えば、蓄電池への充電を行う場合は、充電電流を急激に変化させた場合、充電電流の変化に化学反応が追随せず、金属リチュウムが析出し、蓄電池が劣化するというダメージを与える可能性がある。
従って、これら定格の異なる種々の種別の蓄電池を充電放電の処理対象とする場合は、個々の蓄電池の定格や蓄電池の特性に的確に応じ得る制御手段を具備する必要がある。【０００８】
特に、交流系統からの充電、交流系統への放電を行う場合、一般的に、この各種給電システムを構成する電力変換装置で設定する直流母線電圧の制御範囲は、当該交流系統の電圧に基づく一方、処理すべき蓄電池の電圧はこの制御範囲に拘わらず設定される。【０００９】
しかるに、上記特許文献１に記載されている給電システムは、太陽光発電からの電力を優先して交流電力に変換し、交流負荷に供給する場合については記載されているが、処理対象とする各種の蓄電池に的確に対処できる制御手段、制御方法については記載されていない。【００１０】
本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、各種の蓄電池に対して充電および放電の的確な処理制御を可能とする電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電力変換装置は、蓄電池と交流系統との間に接続され、交流系統からの電力により蓄電池を充電し蓄電池からの電力を交流系統に放電する電力変換装置であって、
蓄電池の蓄電池電圧と直流母線電圧との変換を行うＤＣ／ＤＣ変換回路と、直流母線電圧と交流系統の交流電圧との変換を行うＤＣ／ＡＣ変換回路と、ＤＣ／ＤＣ変換回路およびＤＣ／ＡＣ変換回路を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、蓄電池電圧と蓄電池の蓄電電力量と直流母線電圧の制御範囲とに基づきＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方式として昇圧制御または降圧制御のいずれかを選択するとともに直流母線電圧の制御目標値を設定し、直流母線電圧が制御目標値となるよう選択した制御方式によりＤＣ／ＤＣ変換回路およびＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するものである。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の電力変換装置の制御機能は、蓄電池電圧と蓄電池の蓄電電力量と直流母線電圧の制御範囲とに基づきＤＣ／ＤＣ変換回路の制御方式として昇圧制御または降圧制御のいずれかを選択するとともに直流母線電圧の制御目標値を設定し、直流母線電圧が制御目標値となるよう選択した制御方式によりＤＣ／ＤＣ変換回路およびＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するようにしたので、各種電圧が異なる蓄電池に対しても、充電および放電の的確な処理制御を可能とする電力変換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における電力変換装置のシステム構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図１に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の内部構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の昇圧制御による充電制御時の制御信号の出力波形の一例を示す図である。
【図５】図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の降圧制御による充電制御時の制御信号の出力波形の一例を示す図である。
【図６】図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の昇圧制御による放電制御時の制御信号の出力波形の一例を示す図である。
【図７】図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の降圧制御による放電制御時の制御信号の出力波形の一例を示す図である。
【図８】本実施の形態１における図４〜図７に示す制御信号を出力した際の制御指令値と充放電電力との関係を示す図である。
【図９】本実施の形態１における昇圧制御時の制御指令値と充放電電力との関係を示す図である。
【図１０】本実施の形態１における降圧制御時の制御指令値と充放電電力との関係を示す図である。
【図１１】本実施の形態１で処理対象とする各種蓄電池の蓄電電力量と蓄電池の電圧との関係を示す図である。
【図１２】本実施の形態１における蓄電池の特性と充電時の各蓄電電力量における直流母線電圧の一例を示す図である。
【図１３】本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の充電時の制御フローを示す図である。
【図１４】図１３に示される蓄電池充電制御Ｉ（ステップＳ１５）における制御フローを示す図である。
【図１５】図１４に示される充電電流目標値算出（ステップＳ３２）における制御フローを示す図である。
【図１６】図１３に示された蓄電池充電制御ＩＩ（ステップＳ１７）における制御フローを示す図である。
【図１７】本実施の形態１における図１２に示す特性を持つ蓄電池を所定の温度以下で充電する場合の充電電流を示す図である。
【図１８】本実施の形態１における図１２に示す特性を持つ蓄電池を所定の温度以上で充電する場合の充電電流を示す図である。
【図１９】本実施の形態１における、図１２とは異なる他の蓄電池の特性と充電時の各蓄電電力量における直流母線電圧の一例を示す図である。
【図２０】本実施の形態１における、更に異なる他の蓄電池の特性と充電時の各蓄電電力量における直流母線電圧の一例を示す図である。
【図２１】本実施の形態１における蓄電池の特性と放電時の各蓄電電力量における直流母線電圧の一例を示す図である。
【図２２】本実施の形態１における、図２１に示す特性を持つ蓄電池を使用した場合の放電時の各蓄電電力量における最大放電電力量の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のシステム構成図である。図において、電力変換装置１０は、蓄電池１と交流系統との間に接続されている。蓄電池１は、蓄電池１の蓄電電力量、蓄電池１内部の温度、ＳｏＣ等の特性などを管理する蓄電池管理ユニット２を備えている。交流系統には、交流電源である電力系統３および交流負荷４が接続されている。
【００１５】
電力変換装置１０は、蓄電池１の蓄電池電圧と直流母線バス２１の直流母線電圧との変換を行うＤＣ／ＤＣ変換手段としてのＤＣ／ＤＣ変換回路１３と、直流母線電圧と交流系統の交流電圧との変換を行うＤＣ／ＡＣ変換手段としてのＤＣ／ＡＣ変換回路１７と、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３およびＤＣ／ＡＣ変換回路１７を制御する制御手段としての、それぞれＤＣ／ＤＣ制御回路１４およびＤＣ／ＡＣ制御回路１８とを備えている。
【００１６】
電力変換装置１０は、更に、蓄電池１の出力電圧を計測する電圧計１１、蓄電池１から出力される電流を計測する電流計１２、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３より出力される、直流母線バス２１の直流母線電圧を計測する電圧計１５、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３から出力される電流を計測する電流計１６、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７より出力される交流電圧を計測する電圧計１９、およびＤＣ／ＡＣ変換回路１７より出力される交流電流を計測する電流計２０を備えている。
【００１７】
電力変換装置１０は、以上のように、電圧計１１、１５、１９、電流計１２、１６、２０、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８、および直流母線バス２１で構成され、電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１を充電し、また、蓄電池１に蓄電された直流電力を交流電力に変換して電力系統３、交流負荷４に放電する動作を担う。
【００１８】
図２は、本発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣ変換回路１３の一構成例を示すブロック構成図である。図において、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３は、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを備え、蓄電池１の蓄電池電圧と中間交流電圧との変換を行うＤＣ／ＡＣ変換器３１およびスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを備え、中間交流電圧と直流母線電圧との変換を行うＡＣ／ＤＣ変換器３２からなり、更に、上記中間交流電圧の回路には、リアクトル３５と絶縁トランス３６とを接続している。
【００１９】
また、蓄電池１の出力電力を平滑化するコンデンサ３３、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７への出力電力を平滑化するコンデンサ３４、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄへ供給される制御信号の信号レベルを所定のレベルに変換するレベル変換バッファ３７ａ〜３７ｄ、およびスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄへ供給される制御信号の信号レベルを所定のレベルに変換するレベル変換バッファ３８ａ〜３８ｄを備えている。
【００２０】
実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣ変換回路１３は、以上のように、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄからなるＤＣ／ＡＣ変換器３１、スイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄからなるＡＣ／ＤＣ変換器３２、コンデンサ３３、３４、リアクトル３５、絶縁トランス３６、レベル変換バッファ３７ａ〜３７ｄ、レベル変換バッファ３８ａ〜３８ｄから構成される。そして、本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を、図２に示すように、蓄電池１側とＤＣ／ＡＣ変換回路１７側とを電気的に絶縁する絶縁型で構成するものとして説明を続ける。
【００２１】
図３に、本発明の実施の形態１に係るＤＣ／ＤＣ制御回路１４のブロック構成図を示す。図において、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４は、蓄電池１への充電電力を昇圧制御（昇圧制御の詳細は後述する）にて供給制御する際の制御指令値を出力する充電昇圧制御回路５１、蓄電池１への充電電力を降圧制御（降圧制御の詳細は後述する）にて供給制御する際の制御指令値を出力する充電降圧制御回路５２、蓄電池１からの放電電力を昇圧制御にて供給制御する際の制御指令値を出力する放電昇圧制御回路５３、蓄電池１からの放電電力を降圧制御にて供給制御する際の制御指令値を出力する放電降圧制御回路５４、各制御回路５１〜５４の切換えを行う切換え回路５５、および蓄電池１を制御する際の制御目標値、制御方式（制御アルゴリズム）の選択などを実施する蓄電池制御回路５６を備えている。
【００２２】
更に、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電池電圧と蓄電池１の蓄電電力量と直流母線電圧の制御範囲とに基づき充電制御時の制御方式を選択するとともに、同様に、放電制御時の制御方式を選択するが、これらの選択動作については後段で詳述する。
【００２３】
実施の形態１におけるＤＣ／ＤＣ制御回路１４は、以上のように、充電昇圧制御回路５１、充電降圧制御回路５２、放電昇圧制御回路５３、放電降圧制御回路５４、切換え回路５５、および蓄電池制御回路５６で構成される。
【００２４】
次に、図１〜図２２を用いて本実施の形態１の電力変換装置の具体的な動作について説明する。なお、以下では、原則として、電力変換装置は、電力系統３から正常に電力が供給されている場合（通常運転時）について説明する。
【００２５】
最初に、図２に示す絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方法について説明する。図４は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を昇圧制御により充電する場合の各種制御信号波形を示す。充電時の昇圧制御とは、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合に使用する制御方法で、ＡＣ／ＤＣ変換器３２を構成するスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、図４に示すように、充電昇圧制御回路５１から出力される制御指令値ＣおよびＤに基づき、５０％のＤｕｔｙで駆動して交流電力を生成し、ＤＣ／ＡＣ変換器３１を構成するスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、同図に示すように、充電昇圧制御回路５１から出力される制御指令値ＡおよびＢに基づき制御信号を発生し充電電力を制御する。
【００２６】
同様に、充電降圧制御方法について説明する。図５は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を降圧制御により充電する場合の各種制御信号波形を示す。充電時の降圧制御とは、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合に使用する制御方法で、ＡＣ／ＤＣ変換器３２を構成するスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、図５に示すように、充電降圧制御回路５２から出力される制御指令値ＣおよびＤに基づき制御信号を発生し、交流電力を生成する。一方、ＤＣ／ＡＣ変換器３１を構成するスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、同図に示すように、充電降圧制御回路５２から出力される制御指令値ＡおよびＢに基づきノードを固定しスイッチングしないようにする。このように制御することで、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄは交流電力を整流するダイオードスイッチとして動作する。
【００２７】
降圧制御による充電制御は、上述のように構成するため、蓄電池１の畜電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合は、電力が供給できない。一方、昇圧制御の場合は、図４で説明したように、制御指令値ＡおよびＢに基づくＤｕｔｙ制御動作により、一旦リアクトル３５に蓄電した電力エネルギーを蓄電池１に送り込む動作となるので、蓄電池１の畜電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合でも電力の供給はできる。
【００２８】
次に、放電昇圧制御方法について説明する。図６は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を昇圧制御により放電する場合の各種制御信号波形を示す。放電時の昇圧制御とは、蓄電池１の畜電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合に使用する制御方法で、ＤＣ／ＡＣ変換器３１を構成するスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、図６に示すように、放電昇圧制御回路５３から出力される制御指令値ＡおよびＢに基づき５０％のＤｕｔｙで駆動して交流電力を生成し、ＡＣ／ＤＣ変換器３２を構成するスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、同図に示すように、放電昇圧制御回路５３から出力される制御指令値ＣおよびＤに基づき制御信号を発生し放電電力を制御する。
【００２９】
同様に、放電降圧制御方法について説明する。図７は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を降圧制御により放電する場合の各種制御信号波形を示す。放電時の降圧制御とは、蓄電池１の畜電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合に使用する制御方法で、ＤＣ／ＡＣ変換器３１を構成するスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、図７に示すように、放電降圧制御回路５４から出力される制御指令値ＡおよびＢに基づき制御信号を発生して交流電力を生成する。一方、ＡＣ／ＤＣ変換器３２を構成するスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、同図に示すように、放電降圧制御回路５４から出力される制御指令値ＣおよびＤに基づきノードを固定しスイッチングしないようにする。このように制御することで、スイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄは交流電力を整流するダイオードスイッチとして動作する。
【００３０】
降圧制御による放電制御は、上述のように構成するため、蓄電池１の畜電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合は、電力が供給できない。一方、昇圧制御の場合は、蓄電池１の畜電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合でも電力の供給はできる。
【００３１】
図８は、昇圧制御時および降圧制御時の制御指令値（Ｄｕｔｙと記す）と充放電時の電力との関係を示している。図に示すように、昇圧制御方式を用いた場合は多くの電力のやり取りができる一方、電力が制御指令値の変化に敏感に応答してしまう。また、降圧制御の場合は、制御指令値の変化になだらかに応答する反面、供給できる電力が昇圧制御方式に比べ小さい。
【００３２】
図９は、直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の畜電池電圧との差｜ΔＶ｜により、昇圧制御時の制御指令値（Ｄｕｔｙ）と充放電時の電力との関係がどのように変化するかを示している。図に示すように、｜ΔＶ｜が大きくなると特性（傾き）は緩やかになる。なお、図示していないが、直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の畜電池電圧との和が大きくなると特性（傾き）は急になる。
【００３３】
図１０は、直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の畜電池電圧との差｜ΔＶ｜により、降圧制御時の制御指令値（Ｄｕｔｙ）と充放電時の電力との関係がどのように変化するかを示している。図に示すように、｜ΔＶ｜が小さくなると電力が小さくなる。
【００３４】
以上のように、図８〜図１０で説明した、それぞれ昇圧制御と降圧制御の特徴は、図２で説明したＤＣ／ＤＣ変換回路１３の回路構成並びに図４〜図７で説明した各スイッチングデバイスの制御信号波形（スイッチングパターン）の場合に限定されるものではなく、一般的に成立する特性である。そして、後段で詳述するように、本願発明になる電力変換装置は、この昇圧制御方式と降圧制御方式とを創造的に適宜選択することで、各種電圧が異なる蓄電池１に対しても、充電および放電の的確な処理制御が可能となるとともに、蓄電池１に極力ダメージを与えない動作を担保するものである。
【００３５】
図１１は、蓄電池１の電圧と蓄電電力量（以下、ＳｏＣと記す）との関係を示している。図に示すように、畜電池の特性には種々の異なるものが存在しうる。例えば、電気自動車が自動車メーカより発売されているが、搭載されている蓄電池のＳｏＣは車種によって異なる。また、蓄電池を内蔵した電力変換装置も数社から発売されているが、その蓄電池のＳｏＣもメーカごとに異なる。
本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３は、特性が異なる複数の蓄電池（例えば、ＳｏＣの異なる電気自動車搭載蓄電池および据置蓄電池）に接続される場合を想定している。なお、図中、直流母線電圧制御範囲（図中Ｘで示した範囲）と記したエリアは、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７が安定に動作する電圧範囲を示し、通常、電力系統３や交流負荷４が接続される交流系統の電圧仕様に基づいて設定され、図１１に示すように、処理対象となる蓄電池の電圧は、必ずしも、この直流母線電圧制御範囲内に収まる訳ではない。
【００３６】
次に、充電時の制御動作について説明するが、本説明では、図１２に示すＳｏＣ特性を持つ蓄電池１を使用した場合について説明する。ここでは、具体例として、直流母線電圧の制御範囲が３２０Ｖ〜４５０Ｖに設定されており、蓄電池１の蓄電池電圧の変化範囲と直流母線電圧の制御範囲とがほぼ重なっているが、一部、蓄電電力量が低い範囲では蓄電池１の蓄電池電圧は、直流母線電圧の制御範囲を下回っている。
図１３は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４の充電時の制御フローを示す図である。
以下、図１３を参照して、蓄電池制御回路５６によるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の動作を説明する。
【００３７】
なお、本発明の実施の形態１の電力変換装置は、図１では図示していないが、省エネルギーを図るべく、家電機器や給湯機器など住宅内のエネルギー消費機器をネットワーク化し、自動制御する電力管理サーバー（以下、ＨＥＭＳ：Home  Energy  Management  Systemと記す）を制御系の最上位の装置とし、このＨＥＭＳからの指令に基づき動作するものを想定しており、以下、この想定に従って動作を説明するものとする。
【００３８】
図１３において、上述のＨＥＭＳから、蓄電池１への充電要求が通知されると、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の蓄電池制御回路５６は、蓄電池１に対して充電可能かを確認する（ステップＳ１１）。具体的には、蓄電池制御回路５６から蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して、蓄電池１の蓄電電力量および充電可否情報を通知するよう要求する。該要求を受信すると蓄電池管理ユニット２は、充電の可否および蓄電電力量を蓄電池制御回路５６に通知する。蓄電池制御回路５６は、充電不可の通知を受信した場合（ステップＳ１１でＮｏとされた場合）は、その旨をＨＥＭＳに通知し、次の指令が通知されるまで待機する。
【００３９】
一方、充電可能な場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）は、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して電力系統３と接続するよう指示を出す。本実施の形態１では、電力変換装置１０は、外部のＨＥＭＳからの充放電指示で起動し、通常時は、省電力化のため停止している場合について説明する。蓄電池制御回路５６より起動指示を受信すると予め定められた直流母線電圧値（本実施の形態１では、図１２に示す直流母線電圧制御範囲Ｘの中央の電圧を初期値とする）になるようＤＣ／ＡＣ変換回路１７の制御を開始する。本実施の形態１では、直流母線バス２１の直流母線電圧はＤＣ／ＡＣ変換回路１７で管理するものとする。
【００４０】
蓄電池制御回路５６は電圧計１５より出力される直流母線電圧値を監視し、直流母線バス２１の直流母線電圧が所定の電圧になるまで待機する。直流母線電圧が所定の電圧になると、蓄電池制御回路５６は蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して充電要求を出力する。蓄電池制御回路５６から充電要求を受信すると、蓄電池管理ユニット２は、蓄電池１のステータス情報を確認し、蓄電電力量、蓄電池１の上限電圧、下限電圧、蓄電池１の温度情報、最大充電電流情報、最大蓄電電力量、蓄電池電圧を出力する。
【００４１】
蓄電池管理ユニット２から上記蓄電池１のステータス情報を受信すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力量を確認する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２で蓄電池１の蓄電電力量の確認を終了すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電池電圧を確認する（ステップＳ１３）。本実施の形態１では、蓄電池管理ユニット２から出力される畜電池電圧を使用する。なお、蓄電池１の電圧の確認方法は、電圧計１１より出力される電圧情報を用いても良い。蓄電池１の畜電池電圧の確認を完了すると、ステップＳ１４で蓄電池１の蓄電電力量を第１の所定値と比較する。
【００４２】
第１の所定値未満の場合（ステップＳ１４でＮｏ）は、蓄電池充電制御Ｉに基づきＤＣ／ＤＣ変換回路１３を制御する（ステップＳ１５）。
ここで、ステップＳ１４での動作、具体的には、蓄電池制御回路５６が担っている動作について更に説明する。この実施の形態１においては、先ず、第１の所定値としては、図１２に示すように、満充電の状態での蓄電電力量を１００％としたときの値として、例えば、２０％としている。
【００４３】
なお、図１３では、上述したステップＳ１４での判別閾値としての第１の所定値の他に、後述する、ステップＳ１６での判別閾値としての第２の所定値、更には、ステップＳ１８での判別閾値としての第３の所定値が設定されており、また、後述する図１５では、蓄電池の温度情報に基づき充電電流値を調整しているので、これらを考慮する背景として、蓄電池の特性について以下に簡単に説明する。
【００４４】
例えば、蓄電池として、電気自動車や家庭用の蓄電池システムに使用されるリチュウムイオン電池は、化学反応で電力を充電あるいは放電を行う。従って、例えば、蓄電池への充電を行う場合は、充電電流を急激に変化させた場合、充電電流の変化に化学反応が追随せず、金属リチュウムが析出し、蓄電池が劣化する。同様に、高温で充電すると、蓄電池の劣化が進む。リチュウムイオン電池の場合、放電時も充電時ほどではないが急激に放電電力を変化させる、あるいは高温で電力を放電させるなどを行うと蓄電池の劣化が進む。更に、リチュウムイオン電池の場合、電力を全て放電してしまう、あるいは過充電してしまった場合（通常はフル充電時の９０〜９５％程度までしか充電を行わない）、蓄電池の劣化、あるいは蓄電池の破壊が進む。
【００４５】
なお、従来の電力変換装置では、例えば、充電開始時の充電電流制御や、蓄電池に充電されている蓄電電力量、蓄電池の温度などで、充電制御方式を変えていなかったので、充電開始時に急峻に充電電流を流すことによる蓄電池の劣化、蓄電池の温度（セル温度）が高い状態での充電電流過多など、蓄電池に対して必要以上にダメージを与え、電池寿命が短くなってしまうといった問題点があった。
同様に、従来の電力変換装置では、放電開始時の放電電力制御や、蓄電池に充電されている蓄電電力量、蓄電池の温度などで、放電制御方式を変えていなかったので、放電時に急峻に放電電力を変化させることによる蓄電池の劣化、蓄電池の温度（セル温度）が高い状態での放電電力過多など、蓄電池に対して必要以上にダメージを与え、電池寿命が短くなってしまうといった問題点があった。
【００４６】
実施の形態１に係る電力変換装置は、各種の蓄電池に対して充電および放電の的確な処理制御を可能とするに留まらず、処理状況に応じて制御方式を適宜選択切り換えることにより、処理対象の蓄電池に極力ダメージを与えないようにすることを目的としている。
【００４７】
図１３のステップＳ１５に戻り、蓄電池１の蓄電電力量が２０％未満と低い段階では、比較的小規模の充電電力で充電動作を円滑に立ち上げることが蓄電池１にダメージを与えない点で望ましい。このため、図８〜１０で説明したように、降圧制御により充電する方式がより適しておりこの充電降圧方式を選択する。即ち、ステップＳ１５で実行する蓄電池充電制御Ｉは、後述の図１４に示す充電降圧制御が該当する。
【００４８】
なお、蓄電池制御回路５６における充電制御方式は２段階で行われることとなる。即ち上記のように充電降圧制御方式を選択した場合、それに基づき設定した直流母線電圧の制御目標値が、直流母線電圧の制御範囲内に収まるときは上記選択した充電降圧制御方式をそのまま踏襲し、逆に直流母線電圧の制御範囲Ｘ内に収まらないときは上記選択した充電降圧制御方式と異なる制御方式を選択するという動作を行う。
【００４９】
なお、ここで充電の対象としている蓄電池１は、図１２に示す特性のものであり、後述するように、上記選択した充電降圧制御方式に基づき設定した直流母線電圧の制御目標値Ｇが直流母線電圧の制御範囲Ｘに収まるので、上記選択した充電降圧制御方式の動作をそのまま踏襲するケースとなる。
上記選択した充電降圧制御方式の動作に対して、動作が反転する場合（即ち降圧が昇圧に変わり、あるいは昇圧が降圧に変わる場合）、図１９や図２０の特性を持つ蓄電池を充電するケースで説明することとし、以下では、ステップＳ１４でＮｏとなり選択された充電降圧制御の動作を図１４を参照して説明する。
【００５０】
蓄電池充電制御Ｉ、即ち、充電降圧制御が選択されると、蓄電池制御回路５６は電圧計１１より出力される蓄電池１の畜電池電圧を基に直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を算出する。図１２に示すように、蓄電池１の蓄電電力量が第１の所定値未満の場合は、図５に示す降圧制御方式により蓄電池１へ充電を行う。降圧制御にて充電を行う場合は、図１０に示すように、直流母線電圧と蓄電池１の畜電池電圧との差により蓄電池１に供給できる最大電力が決まる。従って、直流母線電圧の制御目標値は、所定の充電電力が確保できる電圧差になるように決定する（ステップＳ３１）。
【００５１】
なお、図１２の最左端部分に示すように、上述した電圧差に基づき設定した直流母線電圧の制御目標値Ｇが、直流母線制御電圧の制御範囲Ｘを下回った場合（図１２の点線Ｐで示された部分）、直流母線制御電圧の制御範囲の下限電圧を直流母線電圧の制御目標値とする。
【００５２】
また、本実施の形態１では、蓄電池１の畜電池電圧との差が一定になるように直流母線電圧の目標値を算出したがこれに限るものではなく、例えば、蓄電池充電制御Ｉが選択された場合は、直流母線電圧の制御目標値を予め定められた所定値（一定値）に設定しても良いことは言うまでもない。
【００５３】
上述の要領で、直流母線電圧の制御目標値を決定すると、蓄電池制御回路５６は、直流母線電圧の制御目標値をＤＣ／ＡＣ制御回路１８へ出力する。該直流母線電圧の制御目標値が入力されると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、直流母線バス２１の直流母線電圧が該制御目標値になるよう制御を開始する。ステップＳ３１で、直流母線電圧の制御目標値の算出を終了すると、ステップＳ３２で充電電流の目標値の算出を行う。本実施の形態１では、蓄電池管理ユニット２より、蓄電池１への充電電流の目標指令値および蓄電池１内のセルの温度情報が蓄電池制御回路５６に通知されるものとして説明する。
なお、充電電流の目標指令値としては、例えば、蓄電池１と電力変換装置１０の性能に基づき、両者の通電可能な上限電流値のいずれか小さい方の値に設定される。
【００５４】
図１５は、図１４のステップＳ３２に示す充電電流の目標値を算出する動作を示す。
ステップＳ５１で蓄電池管理ユニット２より蓄電池１への充電電流の目標指令値および電池温度情報を取得すると、蓄電池制御回路５６では、ステップＳ５２で、温度条件に基づく充電電流の最大値を算出する。即ち、蓄電池１の温度特性を加味し、該温度において、異常な劣化やダメージを与えない、許容電流の限度値を充電電流最大値として求める。
本実施の形態１では、蓄電池制御回路５６内の図示していないメモリに、各温度条件、各ＳｏＣにおける充電電流最大値を記憶しておき、その数値を基に充電電流の最大値を算出する。
【００５５】
ステップＳ５２で、各温度条件における充電電流の最大値の算出を終了すると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ５３で、現在の充電電流の目標値が上記充電電流の最大値と一致しているかを確認する。そして、現在の充電電流の目標値が上記充電電流の最大値と一致していた場合（ステップＳ５３でＹｅｓ）は、たとえ、現在の充電電流の目標値が目標指令値に達していなくても、現在の充電電流の目標値をそのまま出力する。
一方、最大値と一致していなかった場合（ステップＳ５３でＮｏ）は、現在の充電電流の制御目標値にΔＩ１を加える（ステップＳ５４）。ステップＳ５４で、充電電流の目標値を算出すると、ステップＳ５５で、再度ステップＳ５２で算出した充電電流の最大値と比較する。そして、最大値以下の場合（ステップＳ５５でＮｏ）は、ステップＳ５４で算出した充電電流目標値を出力する。一方、最大値を超えていた場合（ステップＳ５５でＹｅｓ）は、ステップＳ５６で充電電流の目標値を充電電流の最大値として出力する。
【００５６】
現在の充電電流の目標値は、制御動作開始時は、零等、十分低い値に設定されるので、図１３に示すフローに基づく動作を継続することで、加算するΔＩ１の値に基づき徐々にその数値を増大させていき、最終的に、充電電流目標指令値（充電電流目標指令値＜充電電流最大値の場合）または充電電流最大値（充電電流目標指令値≧充電電流最大値の場合）に到達することになる。なお、本願請求項では、この到達値を電流制御目標値と称している。
【００５７】
以上のように、本実施の形態１では、図１５に示すように、充電電流の目標値の算出に際しては、上述した電流制御目標値にいきなり設定するのではなく、予め定められたΔＩ１値をもとに徐々に充電電流の目標値を上げていく。これは、上述したが、例えば、蓄電池１として、リチュウムイオン電池を用いた場合、電力の充電を化学反応で行う。よって、充電電流を急峻に変化させた場合、化学反応が追随せず、金属リチュウムが析出し、蓄電池１を劣化させる。同様に、高温で充電すると、蓄電池１の劣化が進む（充電電流が大きいと、充電時の発熱量が多くなり、さらに電池のセル温度が上昇し蓄電池１の劣化が進む）。
【００５８】
従って、本実施の形態１では、蓄電池１への充電電流をゆっくりと上げていくことで、充電時に蓄電池１にかかる負荷を最小限に抑え、蓄電池１の劣化を最小限に抑えることができる。即ち、この加算するΔＩ１は、充電電流が、その初期値から、蓄電池１の耐量を加味した所定の時定数で上述の電流制御目標値まで増大するよう、その値が設定される。
なお、本実施の形態１では、ΔＩ１を各温度で同一の値としたがこれに限るものではなく、蓄電池１の温度ごとにΔＩ１の値を変え制御しても同様の効果を奏することは言うまでもない。また、本実施の形態１では、蓄電池１の温度により充電時の充電電流最大値を変えることで、蓄電池１の劣化を最小限に抑えることができる。この蓄電池１の温度を加味した動作は、後段の図１８等で更に説明する。
【００５９】
図１４に戻り、ステップＳ３２で充電電流の目標値の算出を完了すると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ３３で、今回選択した充電時の降圧制御が前回からの継続であるかを確認する。前回からの継続制御でない場合（充電制御方式切換え後の初めての制御、あるいは充電を開始して初めての制御などでステップＳ３３でＮｏとされた場合）、ステップＳ３４で充電時の降圧制御アルゴリズムを選択し、ステップＳ３５で各種制御変数を初期化する。各種制御変数の初期化を完了すると、ステップＳ３６で制御指令値の初期化を行い、該初期化した制御指令値を充電降圧制御回路５２（図３）に通知するとともに、切換え回路５５に対して充電降圧制御回路５２の出力を選択するよう指示を出す。
【００６０】
昇圧制御、降圧制御の相互間で制御方式を切り換える場合、切り換え直前の制御方式における制御指令値が残っていると、切り換え後の制御方式で動作を開始した場合、瞬時に非常に大きな電流が流れることになり、以上の初期化の処理を施すことにより、このような不具合が解消される。
【００６１】
ステップＳ３３でＹｅｓの判定となり、前回の制御方式からの継続であった場合は、ステップＳ３２で算出した充電電流目標値を制御目標として制御指令値を算出する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７で制御指令値の算出を終了すると、蓄電池制御回路５６は、充電降圧制御回路５２に算出した制御指令値を通知する。該制御指令値を受信すると充電降圧制御回路５２は、該指令値を基に、スイッチングデバイス３１ａ〜ｄ、３２ａ〜ｄを制御する制御信号を出力する（図５参照）。
【００６２】
図１３に戻り、ステップＳ１５で蓄電池充電制御Ｉを完了すると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ１８で蓄電池１の蓄電電力量が第３の所定値以上かを確認する。なお、蓄電電力量におけるこの第３の所定値は、蓄電池１の過充電を防止するために設定するもので、例えば、満充電時の蓄電電力量の９５％等に設定される。
第３の所定値未満であった場合はステップＳ１２に戻り、以下、図１３に示すフローに従い充電制御を継続する。第３の所定値以上であった場合（ステップＳ１８でＹｅｓ）は、充電制御を終了する。これにより過充電による蓄電池１の劣化を確実に防止することができる。
【００６３】
蓄電池制御回路５６は、ステップＳ１５に示す蓄電地充電制御Ｉ（降圧制御）での充電が進み、ステップＳ１４で、蓄電池１の蓄電電力量が第１の所定値以上になると、ステップＳ１６で、蓄電池１の蓄電電力量を第２の所定値と比較する。比較の結果、第２の所定値未満の場合（ステップＳ１６でＮｏ）、ステップＳ１７で蓄電池充電制御ＩＩ（昇圧制御）を選択する。
これは、以下に示す理由による。即ち、降圧制御による充電では、図８に示すように、昇圧制御による充電に比べ充電できる最大電力量が十分に確保できない。従って、本実施の形態１では、図１２に示すように、ＳｏＣが低く、蓄電池１の電池電圧が低い範囲では降圧制御による充電を行うことで、蓄電池１の畜電池電圧を昇圧制御ができる電圧まで上げる。そして、昇圧制御が可能な電圧まで上げることが完了すると、蓄電池１の充電方式を昇圧制御方式に切り替えることで、蓄電池１に充電できる最大電力を確保する。これにより、充電時間の短縮を図ることができる。
【００６４】
ステップＳ１７で蓄電池充電制御ＩＩが選択されると、図１６において、蓄電池制御回路５６は、蓄電池充電制御Ｉを選択したときと同様に、ステップＳ４１で、直流母線バス２１の直流母線電圧の目標値の算出を実施する。昇圧制御にて充電を行う場合は、図９に示すように、直流母線電圧と蓄電池１の畜電池電圧との差により蓄電池１に供給できる最大電力が決まる。従って、直流母線電圧の制御目標値は、所定の充電電力が確保できる電圧差になるように決定する（ステップＳ４１）。なお、直流母線電圧の制御目標値が、直流母線電圧の制御範囲を下回った場合は、直流母線電圧の制御範囲の下限電圧を直流母線電圧の制御目標値に、上回った場合は、直流母線電圧の制御範囲の上限電圧を直流母線電圧の制御目標値とする。
【００６５】
ここでは、図１２に示す特性の蓄電池１を処理対象としており、昇圧制御方式が選択されることとなり、その昇圧制御方式に基づき設定する直流母線電圧の制御目標値を、直流母線電圧の制御範囲に収め得るので、ステップＳ１４のところで説明したと同様、どのような場合でも充電昇圧制御方式がそのまま踏襲されることになる。
【００６６】
本実施の形態１では、昇圧制御時も降圧制御の場合と同様に蓄電池１の電池電圧との差が一定になるように直流母線電圧の目標値を算出したが、これに限るものではなく、例えば、蓄電池充電制御ＩＩが選択された場合は、直流母線電圧の制御目標値を予め定められた所定値（一定値）に設定しても良いことは言うまでもない。
【００６７】
上述の要領で、直流母線電圧の制御目標値を決定すると蓄電池制御回路５６は直流母線電圧の制御目標値をＤＣ／ＡＣ制御回路１８へ出力する。該直流母線電圧の制御目標値が入力されるとＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、直流母線バス２１の直流母線電圧が該制御目標値になるよう制御を開始する。ステップＳ４１で直流母線電圧の制御目標値の算出を終了すると、Ｓ４２で充電電流の目標値の算出を行う。本実施の形態１では、蓄電池充電制御Ｉの場合と同様であるので詳細な説明は省略する。
【００６８】
ステップＳ４２で充電電流の目標値の算出を完了すると、蓄電池制御回路５６はＳ４３で、今回選択した充電時の昇圧制御が前回からの継続であるかを確認する。前回からの継続制御でない場合（充電制御方式切換え後の初めての制御、あるいは充電を開始して初めての制御などでステップＳ４３でＮｏとされた場合）、ステップＳ４４で充電時の昇圧制御アルゴリズムを選択し、ステップＳ４５で各種制御変数を初期化する。各種制御変数の初期化を完了すると、ステップＳ４６で制御指令値の初期化を行い、該初期化した制御指令値を充電昇圧制御回路５１に通知するとともに、切換え回路５５に対して充電昇圧制御回路５１の出力を選択するよう指示を出す。
【００６９】
ステップＳ４３で前回の制御からの継続であった場合は、ステップＳ４２で算出した充電電流目標値を制御目標として制御指令値を算出する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７で制御指令値の算出を終了すると、蓄電池制御回路５６は充電昇圧制御回路５１に算出した制御指令値を通知する。該制御指令値を受信すると、充電昇圧制御回路５１は、該指令値を基にスイッチングデバイス３１ａ〜ｄ、３２ａ〜ｄを制御する制御信号を出力する（図４参照）。図１３に戻り、ステップＳ１７で蓄電池充電制御ＩＩを完了すると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ１８で蓄電池１の蓄電電力量が第３の所定値以上かを確認する。そして、第３の所定値未満であった場合（ステップＳ１８でＮｏ）は、ステップＳ１２に戻り、以下、図１３に示すフローに従い充電制御を継続する。
ステップＳ１８でＹｅｓのときは、既述したとおり、過充電を防止するため充電制御を終了する。
【００７０】
ステップＳ１７に示す蓄電地充電制御ＩＩでの充電が進み、ステップＳ１６で蓄電池１の蓄電電力量が第２の所定値以上になると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ１９で蓄電池充電制御Ｉ（降圧制御）を選択する。これは、以下の理由による。上述したが、例えば、蓄電池１として、電気自動車や家庭用の蓄電池システムに使用されるリチュウムイオン電池を使用した場合、過充電してしまうと（通常は満充電時の９０〜９５％程度までしか充電を行わない）、蓄電池の劣化、あるいは蓄電池の破壊が進む。従って、本実施の形態１では、予め定められた蓄電電力量、即ち、最終的な過充電防止の閾値である第３の所定値の手前の第２の所定値（ここでは、例えば、８０％に設定している）以上となった場合、充電電流の目標値を蓄電電力量に応じて下げるとともに、制御方式を、図８で説明した、出力特性が比較的穏やかな降圧制御に切り換え、過充電をより確実に防止するわけである。
【００７１】
蓄電池充電制御Ｉが選択されると（ステップＳ１９）、上述したように蓄電池制御回路５６は、電圧計１１より出力される蓄電池１の畜電池電圧を基に直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を算出する。図１２に示すように、蓄電池１の蓄電電力量が第２の所定値以上でかつ第３の所定値未満の場合は、上述したように蓄電池１への過充電を防止するため、充電電流を徐々に落としていくとともに、図５に示す降圧制御方式に充電制御方式を切り換える。図１４のステップＳ３１では、直流母線電圧の制御目標値を、所定の充電電力が確保できる電圧差になるように決定する。その際、直流母線電圧の制御目標値が、直流母線制御電圧の制御範囲を上回った場合は、直流母線電圧の制御範囲の上限電圧を直流母線電圧の制御目標値とする。
【００７２】
上述の要領で、直流母線電圧の制御目標値を決定すると蓄電池制御回路５６は、直流母線電圧の制御目標値をＤＣ／ＡＣ制御回路１８へ出力する。該直流母線電圧の制御目標値が入力されると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、直流母線バス２１の直流母線電圧が該制御目標値になるよう制御を開始する。ステップＳ３１で直流母線電圧の制御目標値の算出を終了すると、ステップＳ３２で充電電流の目標値の算出を行う。更に、図１５のステップＳ５１で、充電電流目標値・電池温度取得を完了すると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ５２で各温度条件に基づく充電電流の最大値を算出する。本実施の形態１では、蓄電池制御回路５６内のメモリに、各温度条件、各ＳｏＣにおける最大充電電流を記憶しておき、その数値を基に充電電流の最大値を算出する。なお、本実施の形態１では、ＳｏＣが高い条件では充電電流量を絞るように予めメモリに記憶しておく。
【００７３】
ステップＳ５２で各温度条件における充電電流の最大値の算出を終了すると、蓄電池制御回路５６は、現在の充電電流の目標値が上記充電電流の最大値と一致しているかを確認する（ステップＳ５３）。そして、現在の充電電流の目標値が上記充電電流の最大値と一致していた場合は、現在の充電電流の目標値をそのまま出力する。一方、最大値と一致していなかった場合は、現在の充電電流の制御目標値にΔＩ１を加える（ステップＳ５４）。ステップＳ５４で充電電流の目標値を算出するとステップＳ５５で、再度ステップＳ５２で算出した充電電流の最大値と比較する。そして、最大値以下の場合は、ステップＳ５４で算出した充電電流目標値を出力する。一方、最大値を超えていた場合は、ステップＳ５６で充電電流の目標値を充電電流の最大値として出力する。
【００７４】
図１４のステップＳ３２で、充電電流の目標値の算出を完了すると、蓄電池制御回路５６は、ステップＳ３３で今回選択した充電時の降圧制御が前回からの継続であるかを確認する。前回からの継続制御でない場合（充電制御方式切換え後の初めての制御、あるいは充電を開始して初めての制御など）、ステップＳ３４で充電時の降圧制御アルゴリズムを選択し、ステップＳ３５で各種制御変数を初期化する。各種制御変数の初期化を完了するとステップＳ３６で制御指令値の初期化を行い、該初期化した制御指令値を充電降圧制御回路５２に通知するとともに、切換え回路５５に対して充電降圧制御回路５２の出力を選択するよう指示を出す。
【００７５】
本実施の形態１では、昇圧制御と降圧制御ではスイッチングデバイス３１ａ〜ｄおよび３２ａ〜ｄに出力する制御指令値に対する制御信号がまったく異なるため、一旦充電電力を０とした後に徐々に充電電流を上げていき、最大充電電流を越えた時点で、ステップＳ５２で算出した最大充電電流値が目標値として出力されるよう制御する。以下の制御は、ステップＳ１５の場合と同一であるので説明は省略する。そして、ステップＳ１９に示す蓄電地充電制御Ｉでの充電が進み、ステップＳ１８で、蓄電池１の蓄電電力量が第３の所定値以上になると、蓄電池制御回路５６は蓄電池１の充電制御を終了する。
【００７６】
なお、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力量が第３の所定値以上となると、満充電と判断し充電不可通知をＨＥＭＳに通知するとともに、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に停止要求を出力し、次の指令を受信するまで待機する。
【００７７】
図１７に蓄電池１の温度が常温時に充電した際の充電電流Ｈと時間の関係を示す。図に示すように、充電開始時は降圧制御にてＳｏＣを所定の蓄電電力量（本実施の形態１では満充電時の蓄電電力量の２０％）まで充電し、この充電が完了すると昇圧制御に切換える。そして、所定の蓄電電力量（本実施の形態１では満充電時の蓄電電力量の８０％）まで充電を完了すると、再度、降圧制御に切換え所定の蓄電電力量（本実施の形態１では満充電時の蓄電電力量の９５％）まで充電する。
【００７８】
以上に説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、蓄電池１を充電する際に、蓄電池１の蓄電電力量（ＳｏＣ）、蓄電池１の温度（セル温度）、および蓄電池１の電池電圧により、蓄電池１への充電制御方法、蓄電池１への最大充電電流量、および直流母線バス２１の直流母線電圧目標値を切換えるよう構成することで、蓄電池１への最大充電電力量を確保できるとともに、蓄電池１の劣化を最小限に抑えることができる効果がある。
【００７９】
また、本実施の形態１では、基本的には、最大電力を確保でき、かつ直流母線バス２１の直流母線電圧が制御範囲以内であれば降圧制御で充電制御を行う。これは、以下の理由による。図４および図６に示すように、昇圧制御の場合、スイッチングデバイス３１ａ〜ｄおよび３２ａ〜ｄは常にスイッチングを行っている。それに対して、降圧制御の場合は、図５および図７に示すように、スイッチングデバイス３１ａ〜ｄおよび３２ａ〜ｄのどちらか一方のスイッチングデバイスはスイッチングせず、ダイオード整流器としての動作のみを行う。よって、降圧制御の方がスイッチングデバイスのスイッチングロスが少ないため効率よく電力変換ができる。よって、実施の形態１では、不必要な昇圧制御による充放電制御を抑制することで、不必要な電力の変換ロスを抑え効率よく蓄電池１の充放電制御を行うことができる効果がある。
【００８０】
次に、図１８に蓄電池１の温度が高温時に充電した際の充電電流Ｈと時間の関係を示す。図に示すように、充電開始時は、降圧制御にてＳｏＣを所定の蓄電電力量（本実施の形態１では満充電時の蓄電電力量の２０％）まで充電し、この充電が完了すると、昇圧制御に切換える。昇圧制御では、高温のため最大充電電流が小さく設定され、通常時の充電電流よりも低くなる。そして、所定の蓄電電力量（本実施の形態１では満充電時の蓄電電力量の８０％）まで充電を完了すると、再度、降圧制御に切換え所定の蓄電電力量（本実施の形態１では満充電時の蓄電電力量の９５％）まで充電する。これにより、高温時にも、蓄電池１の劣化を最小限に抑え充電することができる効果がある。
【００８１】
なお、図１８では、最大充電電流（充電電流目標指令値）が、降圧制御時に制御できる最大充電電流（降圧最大充電電流値）より大きい場合について示したがこれに限るものではなく、該最大充電電流が、降圧制御時に制御できる降圧最大充電電流値より小さい場合は、制御方式を切り換えず降圧制御にて制御を実施する。これにより、制御の切換えによる充電制御の中断をなくすことができ、またスイッチングによる電力の変換ロスを抑えることができるとともに、蓄電池１の劣化を最小限に抑えることができる効果がある。
【００８２】
また、図１９には、図１２とは異なるＳｏＣ特性を持つ蓄電池１を充電する際の各蓄電電力量における直流母線電圧と、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方式を示した。図に示すように、ＳｏＣ特性が直流母線電圧の制御範囲Ｘ内からそれよりも高い電圧までカバーする場合について説明する。本例の場合、蓄電池１の蓄電電力量が第１の所定値より低く、降圧制御の際の直流母線電圧の制御目標値Ｇが直流母線電圧の制御範囲Ｘ内であれば図１２について説明した動作と同様降圧制御にて充電を実施する。降圧制御の際の直流母線電圧の算出方法は、図１２に示す場合と同様のため説明は省略する。
【００８３】
一方、降圧制御の際の直流母線電圧の制御目標値Ｇが直流母線電圧の制御範囲Ｘを超えた場合は、即ち、充電降圧制御方式を選択した場合、それに基づき設定した直流母線電圧の制御目標値が直流母線電圧の制御範囲に収まらない場合は、図１２において説明した動作と異なり蓄電池１の蓄電電力量が第１の所定値より低い場合でも、降圧制御ではない昇圧制御に充電制御方式を切り換える。即ち動作が反転することになる。昇圧制御では、図１２に示す場合と同様に、所定の充電電力量が確保できるように直流母線電圧の制御目標値を算出する。
【００８４】
そして、蓄電池１の蓄電電力量が第２の所定値以上となった場合、図１２に示すＳｏＣ特性を持つ蓄電池１の場合は、降圧制御にて充電を継続したが、図１９に示すＳｏＣ特性を持つ蓄電池１の場合は、直流母線電圧の制御目標値Ｇがその制御範囲内に収まらないため（図１９において点線Ｑで示された部分）、図１２についての動作で説明した降圧制御と異なり昇圧制御を選択し、結局、昇圧制御をそのまま継続し蓄電池１への充電を実施する。即ちこの場合は図１２の動作と比べると第２の所定値以上の場合は降圧から昇圧に動作が反転するのである。その際、蓄電電力量が高いため、本実施の形態１では、直流母線電圧の制御目標値を、図１９の実線Ｒに示すように下げていくことで、昇圧制御での供給最大電力を絞るよう制御する。これにより、供給最大電力を抑えることができ、外乱などの影響で発生する充電電流のリップルの振幅も抑えることができるとともに、電流リップルにより蓄電池１の劣化の抑制ができる効果がある。
【００８５】
また、図２０には、更に異なるＳｏＣ特性を持つ蓄電池１を充電する際の各蓄電電力量における直流母線電圧と、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方式を示した。図に示すように、ＳｏＣ特性が直流母線電圧制御範囲以下の場合について説明する。本例の場合、蓄電池１の蓄電電力量が第１の所定値より低いため降圧制御にて充電を実施する。その際、最大充電電流を確保するため、直流母線バス２１の直流母線電圧を制御する。図２０では、最大充電電流が十分に確保できるため、直流母線電圧の制御目標値Ｇは、直流母線電圧制御範囲Ｘの下限電圧とした。一方、蓄電池１の蓄電電力量が第１の所定値以上となると、蓄電池制御回路５６は最大充電電流量を確認する。その際、充電時間に余裕がある場合は、直流母線電圧の制御目標値Ｇを直流母線電圧制御範囲Ｘの下限電圧でそのまま制御を継続し（普通充電時Ｊ）、充電時間を短くしたい場合（急速充電時Ｋ）は、直流母線電圧の制御目標値を直流母線電圧制御範囲の上限電圧に制御する。図２０に示すようなＳｏＣ特性を持つ蓄電池１を充電する場合には、直流母線電圧の制御目標値が蓄電池１の蓄電電圧より常に大きいので、常に降圧制御を行い、蓄電電力量が第１の所定値と第２の所定値の間にある場合でも降圧制御となり、図１２の場合と比べるとこの範囲において動作が反転する。
【００８６】
なお、直流母線電圧の制御目標値を変える場合は、直流母線電圧制御範囲の下限電圧から直流母線電圧制御範囲の上限電圧に急峻に変化させるのではなく、予め定められた電圧ステップで徐々に制御目標値を変化させるよう構成する。これは、以下の理由による。図１２に示すＳｏＣ特性を持つ蓄電池１を制御する場合は、降圧制御から昇圧制御、あるいは昇圧制御から降圧制御に切り換えるため、制御切換え時に蓄電池１に負荷がかからないように、充電電流を制御していた。しかし、図２０に示すＳｏＣ特性を持つ蓄電池１を制御する場合は、降圧制御のまま制御目標値のみを変えるので、急峻に変化させた場合、大きな充電電流（過電流）が蓄電池１に供給される可能性がある。従って、本実施の形態１では、制御目標電圧を予め定められた電圧ステップで徐々に上げていくことで過電流を抑制する。これにより、過電流による蓄電池１の劣化を抑制することができる効果がある。なお、直流母線電圧の制御目標値を変化させる場合は、上述したように徐々に電圧値を変化させるように制御すれば、過電流を発生させることなく制御できるので蓄電池１に与える劣化を抑えることができる効果があることは言うまでもない。
【００８７】
そして、急速充電を実施するため直流母線電圧の制御目標値を上げて制御していた場合は、蓄電池１の蓄電電力量が第２の所定値以上となった場合、直流母線電圧の制御目標値を下げる。なお、直流母線電圧の制御目標値を下げる場合は、上述したように、蓄電池１への過電流による充電を避けるため、急峻に直流母線電圧の制御目標値を下げるのではなく、予め定められたステップで徐々に制御目標値を下げる。これにより、蓄電池１への最大電力供給量を抑えることができるとともに、外乱などの影響で発生する充電電流のリップルの振幅も抑えることができる。よって、電流リップルによる蓄電池１の劣化を防止することができる効果がある。
【００８８】
次に、放電時の制御方式について説明する。図２１に図１２と同様のＳｏＣ特性を持つ蓄電池１から放電する際の各蓄電電力量における直流母線電圧と、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方式を示した。放電時は、基本的には過放電を防止するため蓄電池１の蓄電電力量が低い範囲では最大放電電力量を絞るよう制御することで、蓄電池１からの過放電を抑制する。また、交流負荷４への電力は、基本的には、電力系統３から供給されるので、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の交流負荷４の消費電力変化に対する応答速度を低く設定することで蓄電池１からの放電電流の変化を緩やかに変化させるようにする。これにより、蓄電池１に与える劣化を最小限に抑えるよう制御を行うことができる。具体的な例として、家電機器のスイッチを入れた場合、定格電流よりも大きな電流が、スイッチを入れた瞬間に流れる（ラッシュカレントと呼ばれる）。本実施の形態１の電力変換装置１０では、上記ラッシュカレントについては電力系統３から供給するよう制御することで、蓄電池１から、急峻に大きな電流が放電されることを抑え、蓄電池１の劣化を最小限に抑える場合について説明する。
【００８９】
以下、図２１、２２を用いて蓄電池１の放電時の制御について説明する。図２２には、本実施の形態１における図２１に示す特性を持つ蓄電池１を使用した場合の放電時の各蓄電電力量における最大放電電力を示す。図に示すように、本実施の形態１では、蓄電池１の蓄電電力量が、予め定められた第３の所定値未満になると、最大放電電流を絞ることで蓄電池１からの過放電を抑制する。以下、蓄電池制御回路５６によるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の放電時の制御方法について説明する。
【００９０】
図１において、ＨＥＭＳから、蓄電池１への放電要求が通知されると、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の蓄電池制御回路５６は、蓄電池１に対して放電可能かを確認する。具体的には、蓄電池制御回路５６から蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して、蓄電池１の充電電力量および放電可否情報を通知するよう要求する。該要求を受信すると、蓄電池管理ユニット２は、放電の可否および蓄電電力量を蓄電池制御回路５６に通知する。蓄電池制御回路５６は、放電不可の通知を受信した場合は、その旨をＨＥＭＳに通知し、次の指令が通知されるまで待機する。一方、放電可能な場合は、ＨＥＭＳに対して放電可能であることを通知する。該放電可能通知を受信するとＨＥＭＳは放電電力を蓄電池制御回路５６に通知する。なお、本実施の形態１では、ＨＥＭＳから放電電力が定期的に送られてくる場合について説明する。
【００９１】
ＨＥＭＳから放電電力が通知されると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池管理ユニット２から出力される蓄電池１の温度情報および最大放電電力を基に、放電が可能な最大電力を算出し、その算出結果と、通知された放電電力を比較し、要求された放電電力が超えていた場合は、放電できる放電電力をＨＥＭＳに通知するとともに、該最大放電電力で蓄電池１の放電制御を実施する。なお、最大放電電力の算出に際しては、蓄電池制御回路５６内の図示していないメモリに、蓄電池１の温度およびＳｏＣ値と最大放電電力の関係を記憶しておき、そのデータを用いて最大放電電力を算出する。ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して電力系統３と接続するよう指示を出す。本実施の形態１では、充電時と同様に、電力変換装置１０は、外部のＨＥＭＳからの充放電指示で起動し、通常時は、省電力化のため停止している。蓄電池制御回路５６より起動指示を受信すると予め定められた直流母線電圧値になるようＤＣ／ＡＣ変換回路１７の制御を開始する。本実施の形態１では、電力系統３から電力が供給されている場合は、直流母線バス２１の直流母線電圧はＤＣ／ＡＣ変換回路１７で管理するものとする。
【００９２】
蓄電池制御回路５６は電圧計１５より出力される直流母線電圧値を監視し、直流母線バス２１の直流母線電圧が所定の電圧になるまで待機する。直流母線電圧が所定の電圧になると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して放電要求を出力する。蓄電池制御回路５６から放電要求を受信すると、蓄電池管理ユニット２は、蓄電池１のステータス情報を確認し、蓄電電力量、蓄電池１の上限電圧、下限電圧、蓄電池１の温度情報、最大放電電流情報、最大放電電力、蓄電池電圧を出力する。蓄電池管理ユニット２から上記蓄電池１のステータス情報を受信すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力量を確認する。なお、蓄電電力量が最大蓄電電力量の第５の所定値（これは、蓄電池１の過放電を避ける趣旨で設定するもので、ここでは、例えば、１０％に設定するものとする）未満の場合は、これ以上の放電は蓄電池１にダメージを与えることから、放電電力なしと判断し放電不可通知をＨＥＭＳに通知するとともに、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に停止要求を出力し、次の指令を受信するまで待機する。一方、蓄電電力量が第５の所定値１０％以上であった場合は、蓄電電力量が第５の所定値未満になるまで放電を行う。
【００９３】
蓄電池１の蓄電電力量が第５の所定値以上と判断すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の畜電池電圧を確認する。本実施の形態１では、充電時と同様に蓄電池管理ユニット２から出力される畜電池電圧を使用する。なお、蓄電池１の電圧の確認方法は、電圧計１１より出力される電圧情報を用いても良い。蓄電池１の電池電圧の確認を完了すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力量を第４の所定値と比較する。第４の所定値未満の場合は蓄電池１の蓄電電力量が小さいと判断し、降圧制御による放電制御を実施する。一方、第４の所定値以上の場合は、蓄電電力量が十分にあると判断し昇圧制御による放電制御を実施する。
なお、ここでは、第４の所定値として、満充電時の蓄電電力量の２０％に設定している。
【００９４】
蓄電池制御回路５６で、蓄電池１の蓄電電力量が第４の所定値以上あると判断した場合は、昇圧制御方式を選択し、昇圧制御に基づき、図２２に示す最大放電電力が放電できる電圧値に直流母線電圧の制御目標値を設定する。その際、設定した直流母線電圧の制御目標値が直流母線電圧の制御範囲を超えている場合は、直流母線電圧の制御目標値を直流母線電圧の制御範囲の上限電圧として制御範囲内に納め制御する。この場合、放電電力は、その分、図２２の最大放電電力より小さくなる。
【００９５】
なお、直流母線電圧の制御目標値Ｇがその制御範囲に収まり得ない場合は、蓄電池制御回路５６は降圧制御による放電制御を選択し、直流母線電圧の制御目標値がその制御範囲に入るまで該制御を継続する。その際、直流母線電圧の制御目標値Ｇは、放電電力を極力確保するため直流母線電圧の制御範囲の下限電圧として制御する。そして、直流母線電圧の制御目標値Ｇがその制御範囲に入ると、蓄電池１からの放電制御を一旦停止し、昇圧制御方式に切換え、蓄電池１からの放電を開始する。
【００９６】
昇圧制御での蓄電池１からの放電が選択されると、蓄電池制御回路５６は放電昇圧制御回路５３に対して昇圧放電制御を開始するよう指示を出すとともに、切換え回路５５に対して放電昇圧制御回路５３より出力される制御指令値を選択するよう指示を出す。蓄電池制御回路５６より昇圧放電開始指示を受け取ると、放電昇圧制御回路５３は、図示していない内部のレジスタ等を初期化し、蓄電池制御回路５６から出力される放電電力を制御目標としてＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御を開始する。一方、蓄電池制御回路５６は、昇圧放電制御が開始されると、放電電力を算出し、定期的に算出結果を放電昇圧制御回路５３に通知する。放電電力の算出に際しては、蓄電池１から過電流で電流が出力されないように、予め定められた電力の刻みで徐々に放電電力を上げ、放電昇圧制御回路５３に通知する。なお、ＨＥＭＳより出力される放電電力指令値が変化した場合も、急峻に放電電力を変化させるのではなく、予め定められた電力の刻みで徐々に変化させる。これにより、蓄電池１からの過電流による放電を抑制し、不必要な蓄電池１の劣化を抑制する。
【００９７】
放電が進み、蓄電池１の蓄電量が第４の所定値未満になると、蓄電池制御回路５６は放電制御方式を昇圧制御から降圧制御に切り換える。蓄電池管理ユニット２より出力される蓄電池１の蓄電電力量が第４の所定値未満になると、蓄電池制御回路５６は一旦放電制御を停止する。そして、放電降圧制御回路５４に降圧放電制御を開始するよう指示を出す。その際、切換え回路５５に対しても放電降圧制御回路５４の制御指令値を選択するよう指示を出す。蓄電池制御回路５６より降圧放電開始指示を受け取ると、放電降圧制御回路５４は、図示していない内部のレジスタ等を初期化し、蓄電池制御回路５６から出力される放電電力を制御目標としてＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御を開始する。
【００９８】
一方、蓄電池制御回路５６は、降圧放電制御が開始されると、昇圧制御のときと同様に、放電電力を算出し、定期的に算出結果を放電降圧制御回路５４に通知する。放電電力の算出に際しては、蓄電池１から過電流で電流が出力されないように、予め定められた電力の刻みで徐々に放電電力を上げ、放電降圧制御回路５４に通知する。なお、ＨＥＭＳより出力される放電電力指令値が変化した場合も、急峻に放電電力を変化させるのではなく、予め定められた電力の刻みで徐々に変化させる。これにより、昇圧制御時と同様に蓄電池１からの過電流による放電を抑制し、不必要な蓄電池１の劣化を抑制する。また、降圧制御に切り換える際は、蓄電池制御回路５６は、直流母線電圧の制御目標値も直流母線電圧の制御範囲の下限電圧に切り換える。その際も、制御目標を急峻に変えるのではなく、予め定められた電圧ステップで徐々に下げるように制御する。
【００９９】
降圧制御が開始されると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池管理ユニット２より出力される蓄電池１の蓄電電力量、電池温度情報を基に最大放電電力を算出し、算出結果と、ＨＥＭＳより通知される放電電力を比較し、蓄電池１より放電する放電電力を決定し、決定結果を放電降圧制御回路５４に通知する。放電降圧制御回路５４では、蓄電池制御回路５６より通知される放電電力を制御目標としてＤＣ／ＤＣ変換回路１３を制御する。そして、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力が１０％未満になった時点で放電制御を終了するよう放電降圧制御回路５４に停止指示を出すとともに、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８にも停止指示を出力する。その際、ＨＥＭＳに対しても蓄電電力量がなくなったことを通知する。
【０１００】
本実施の形態１では、上述のように放電制御を実施するので、蓄電池１からの放電に際しても、蓄電池１の放電制御方法および直流母線バス２１の直流母線電圧を基に、最大放電電力を最適に設定するので、放電電力の変化などで発生する放電電流のリップルなどを抑えることができ、放電時に蓄電池１に与えるダメージを最小限に抑えることができる効果がある。また、蓄電池１の蓄電電力が少ない状態では、蓄電池１から放電できる最大電力を絞ることで、過放電を確実に防止できる効果がある。さらに、ＨＥＭＳからの放電電力が変化した場合、制御目標を徐々に変化させることで、放電電力変化に伴う蓄電池１からの放電電流が過電流になることを抑えることができ、蓄電池１に与えるダメージを抑えることができる効果がある。更に、電力系統３から電力が供給されている際の、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御の応答性能を低く抑えることで、制御目標電力の変化や、外乱の入力により発生する放電電流のリップル電流を小さく抑えることができるので、蓄電池１に与えるダメージを軽減することができる効果がある。
【０１０１】
なお、以上では、電力系統３から電力が供給されている場合の放電制御について説明しが、これに限るものではない。以下、停電時の放電制御方法について説明する。停電時は、電力系統３から電力が供給されないため、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は交流電圧を自身で発生する。従って、直流母線バス２１の直流母線電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３で制御する。停電を検知すると、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して停止指令を出力する。停止指令が入力されるとＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７の動作を停止する。なお、停電は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７およびＤＣ／ＡＣ制御回路１８で電力系統３を監視しておき検出する。しかし、本実施の形態１では、停電検出方法については言及せず、停電が検出されたものとして、電力変換装置１０の停電時の放電動作についてのみ以下に説明する。
【０１０２】
蓄電池制御回路５６は停電を検知すると、蓄電池１の充放電制御を一旦停止する。そして、停止を確認すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２から出力される電池情報に基づき、蓄電池１からの放電制御を開始する。その際、直流母線電圧の制御目標値、および昇圧あるいは降圧制御の選択は、電力系統３から電力が給電されている場合と同様とする。ただし、停電時には電力系統３から電力が供給されないため、直流母線バス２１の直流母線電圧はＤＣ／ＤＣ変換回路１３で管理する。よって、蓄電池１からの放電制御に際しては、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４は、降圧制御、昇圧制御どちらの場合も、上記直流母線電圧が目標電圧になるように蓄電池１からの放電電力を制御する。
【０１０３】
例えば、蓄電池１の蓄電電力量が８０％程度あり、電池温度が通常であった場合は、蓄電池制御回路５６は昇圧制御を選択する。よって、蓄電池制御回路５６は、放電昇圧制御回路５３に対して、算出した直流母線電圧の制御目標値を制御目標に放電制御を開始するよう指示を出す。その際、蓄電池制御回路５６は切換え回路５５に対しても放電昇圧制御回路５３の出力を選択するよう指示を出す。蓄電池制御回路５６からの指示が入力されると放電昇圧制御回路５３は、蓄電池制御回路５６より出力される直流母線電圧の制御目標値を目標に放電制御を開始する。その際、蓄電池制御回路５６からは、直流母線電圧の制御目標値を急峻に変化させるのではなく、予め定められた電圧ステップにて徐々に上げるよう制御する。これにより、放電開始時に、蓄電池１からの過電流による放電を抑制できる効果がある。
【０１０４】
直流母線電圧が制御目標電圧に到達すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して交流電圧を発生するよう指示を出す。該指示を受け取るとＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、所定の振幅の交流電圧を発生させるよう、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７の制御を開始する。なお、本実施の形態１では、停電時は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７で交流電圧を発生させ、交流負荷４に電力を給電するため、例えば、交流負荷４のスイッチが入り、ラッシュカレントが流れた場合でも、電力変換装置１０は交流負荷４内の装置を起動できるように電力を供給する必要がある。従って、少なくとも放電昇圧制御回路５３は、系統が正常に動作している場合と比較して、蓄電池１からの放電電力制御の際の応答速度を向上させるように、各種制御パラメータ（例えば、比例制御の際のゲインを正常時より大きくするとともに、積分制御の際の積分時間を短く設定する）を変更する。
【０１０５】
上述のように制御することで、交流負荷４の消費電力が急に増加した場合でも、蓄電池１からの放電電力が、消費電力の増加にあわせ増えるので、動作中の機器は止まることなく動作を継続できる効果がある。また、交流負荷４の消費電力が急に減少した場合も、蓄電池１からの放電電力を消費電力の減少分に合わせて少なくすることができるので、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７から出力される交流電圧の実効値を所定の範囲以内に抑えることができる効果がある。
【０１０６】
蓄電池１内の蓄電電力量が少なくなり第４の所定値に近くなってくると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１からの過放電を防止するため直流母線電圧の制御目標値を算出する際の最大放電電力の数値を下げ、再度直流母線電圧の制御目標値を算出する。また、蓄電池１の蓄電電力量を監視し、蓄電電力量が更に減少し第４の所定値未満になると、蓄電池制御回路５６は、放電制御方式を昇圧制御から降圧制御方式に切り換える。また、昇圧制御から降圧制御への切り換えは、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７より出力する電圧波形が０Ｖと交わる時刻（０クロス点）で実施する。
【０１０７】
これは、以下の理由による。ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の放電制御を昇圧制御から降圧制御に切り換える（あるいはその反対）場合、スイッチングデバイス３１ａ〜ｄおよび３２ａ〜ｄに供給する制御信号がまったく異なる。従って、制御をいきなり切り換えると、例えば、スイッチングデバイス３１ａと３１ｂとが同時に両方とも同通する可能性がある。この場合、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３には非常に大きな電流が流れるため、電力変換装置１０は過電流を検出し通常停止する。従って、制御方式を切り換える場合は、一旦、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の動作を停止し、リアクトル３５内に蓄えられているエネルギーを放電した後に切り換える必要がある。そのため、制御方式の切換えに際しては、数ｍｓ程度の時間がかかる。よって、本実施の形態１では、交流負荷４の消費電力が比較的少なく、また、交流負荷４にほとんど電力を供給していない交流電圧の０クロス点付近で制御方式を切り換える。
【０１０８】
これにより、切換え時には、交流負荷４に供給する電力が少ないので、コンデンサ３３あるいは３４にチャージされた電力を放電して交流負荷４へ電力を供給することができるので、無瞬停で電力変換装置１０を運転することができる効果がある。また。蓄電池１の蓄電電力量が少ない場合は、降圧制御での放電ができるので、放電電力の最大値を絞ることができる効果がある。また、上述したように、停電時は、放電制御時の応答性能を、電力系統３から電力が供給されている場合と比較し、高くすることで、停電時は、交流負荷４の消費電力が急変しても応答に追随して必要とする電力を供給できるとともに、通常時は、応答性能が低いので、放電電力が急変した場合も、放電電流の電流リップルを、最小限に抑えることができ、蓄電池１に与えるダメージを最小限に抑えることができる効果がある。
【０１０９】
なお、図２１で示すＳｏＣ特性とは異なる、例えば、充電制御に関して取り上げた、図１９や図２０に示すＳｏＣ特性を備え、蓄電池電圧が一部または全部で直流母線電圧の制御範囲を越えるような蓄電池１の場合も、以上と同じ要領で放電制御を行うことができる。即ち、詳細な説明は省略するが、蓄電池制御回路５６により、蓄電池電圧、蓄電電力量および直流母線電圧の制御範囲に基づき、昇圧制御方式または降圧制御方式を適宜選択することで、これら各種の蓄電池の特性に合わせ、かつ、蓄電池に与えるダメージを極力抑えた放電処理が可能となる。
【０１１０】
実施の形態２．
本発明を適用できる、先に説明した実施の形態１の変形例を、以下、実施の形態２として説明する。
即ち、実施の形態１では、蓄電池１の蓄電電力量に係り、蓄電池制御回路５６において、充電制御における制御方式を選択する場合の閾値および充電を停止する閾値である第１、第２および第３の所定値として、それぞれ２０％、８０％および９５％に設定するとし、また、放電制御における制御方式を選択する場合の閾値および放電を停止する閾値である第４および第５の所定値として、それぞれ２０％および１０％に設定するとしたが、本発明の適用上、蓄電池１の特性、更には、電力系統３や交流負荷４を含むシステム全体の構成、重要性等を加味して、例示したものと異なる閾値を設定しても良いことは言うまでもない。
【０１１１】
また、実施の形態１では、説明を分かりやすくするため蓄電池１のみを使用する電力変換装置について説明したが、これに限るものではなく、自然エネルギーを活用する分散電源として太陽電池や風力発電を併設して構成したシステムに適用しても、先に説明したと同様の効果を奏することは言うまでもない。また、実施の形態１では、蓄電池１として据置型蓄電池を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、電気自動車の蓄電池を用いた場合でも同様の効果を奏することは言うまでもない。
【０１１２】
また、実施の形態１では、蓄電池１としてリチュウムイオン電池を用いた場合について説明したがこれに限るものではない。更に、蓄電池管理ユニット２を蓄電池１に内蔵する構成としたがこれに限るものではなく、例えば、電力変換装置１０本体で蓄電池１の情報を管理するように構成しても同様の効果を奏する。また、実施の形態１では、説明を簡単にするため、各制御（充放電昇圧、降圧制御）をＨ／Ｗで実施するものとして説明を行ったがこれに限るものではなく、上記全ての回路、あるいは一部の回路を中央集積回路（ＣＰＵ）上に実装し、該ＣＰＵ上で動作するＳ／Ｗで実現しても同様の効果を奏することはいうまでもない。また、上記各回路の機能をＳ／ＷとＨ／Ｗに分割し同様の機能を実現するようにしても良いことは言うまでもない。
【０１１３】
また、実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の構成として、図２に示す絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路を用いた場合について説明したがこれに限るものではなく、絶縁トランス３６を用いない非絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路を用いても同様の効果を奏することは言うまでもない。更に、回路構成も図２に限るものではないことは言うまでもない。
【０１１４】
また、実施の形態１では、絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方法として、図４〜図７に示す方法を説明したが、それに限るものではなく、例えば、昇圧制御を行う場合は、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄに供給するＤｕｔｙが５０％の制御信号とスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄに供給するＤｕｔｙが５０％の制御信号の位相を制御することにより、蓄電池１に充電する電力あるいは蓄電池１から放電する電力を制御するように構成しても良い。
【０１１５】
更に、実施の形態１では、蓄電池１の制御方式の切換えに蓄電池管理ユニット２より出力される蓄電池１内の蓄電電力量情報を使用したがこれに限るものではなく、例えば、蓄電電力量と蓄電池電圧との関係を基に、電圧計１１より出力される畜電池電圧で切り換えるように構成しても良いことは言うまでもない。また、蓄電電力量情報などの蓄電池１に関する情報に関しては、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の蓄電池制御回路５６内で管理しても良いことは言うまでもない。また、該蓄電池１の制御方式の切換え情報については、蓄電池１の劣化情報を管理している該蓄電池管理ユニット２より出力しても良いことは言うまでもない。
【０１１６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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