(57)【要約】【課題】蓄電池の電圧と直流母線電圧の差が小さい場合でも、所定の電力を維持しながらＤＣ／ＤＣ変換回路の昇圧動作と降圧動作を切替えることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】蓄電池２の充放電情報と第１の直流電圧に基づき第２の直流電圧を制御するとともに、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧・降圧・中間放電および昇圧・降圧・中間充電動作のいずれかの動作モードに切替えて、蓄電池２から電力を放電し、蓄電池２へ電力を充電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電手段の出力である第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、
前記第２の直流電圧を交流電圧に変換し負荷に供給するとともに外部電源の交流電圧を直流電圧に変換できるＤＣ／ＡＣ変換回路と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するＤＣ／ＤＣ制御回路と、
前記ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、
前記蓄電手段の充放電情報と前記第１の直流電圧に基づき前記第２の直流電圧を制御するとともに、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、中間放電動作、昇圧充電動作、降圧充電動作、および中間充電動作のいずれかの動作モードに切替えて前記蓄電手段から電力を放電し、あるいは前記蓄電手段へ電力を充電する電力変換装置。
【請求項２】
前記外部電源である電力系統と連携時において、前記蓄電手段の充放電情報と前記第１の直流電圧に基づき前記ＤＣ／ＡＣ変換回路が前記第２の直流電圧を制御するとともに、
受信した電力指令に基づき前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路のスイッチング素子のデューティを算出し、前記算出したデューティに基づき前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の前記動作モードを切替える請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記外部電源である電力系統と非連携で自立運転時において、前記蓄電手段の充放電情報と前記第１の直流電圧に基づき前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路が前記第２の直流電圧を制御するとともに、
前記第２の直流電圧から生成した電圧指令に基づき前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路のスイッチング素子のデューティを算出し、前記算出したデューティから前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の動作モードを切替える請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記蓄電手段が電気自動車内のバッテリであり、前記負荷がハウス内の電気機器である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置を備えたスマートハウス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、充放電可能な蓄電手段と接続され、所定の充放電電力を確保することができる電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置として、蓄電手段の充電時には接続部電圧を高く設定し、蓄電手段の放電時には接続部電圧を低く設定することで、蓄電手段の充放電を行う電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、汎用的に使用されている制御方法を蓄電手段の充放電を行う電力変換装置に適用して、降圧動作と昇圧動作を組み合わせ、電力変換装置の対角のスイッチング素子をスイッチングして昇降圧動作する制御方法（対角昇降圧制御）がある（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６５６１１３号公報（段落［０００９］〜［００１０］、図１）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編、「パワーエレクトロニクス回路」、第１版、株式会社オーム社、２０００年１１月３０日、ｐ．２６４−２６５、２８３−２８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の開示発明では、短絡状態を防止するため、スイッチング素子のＯＮ時間割合に上限が設けられており、直流母線電圧を切替えて降圧動作にて蓄電手段の充放電を行う場合、蓄電手段の電圧と直流母線電圧の差が小さいと、所定の電力が得られない問題があった。
また、汎用技術である対角昇降圧動作を用いると、蓄電手段の充放電において所定の電力が得られるが、降圧動作と昇圧動作を組み合わせた制御と比較して、蓄電手段の電流リップルが大きくなる問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、蓄電手段の充放電において所定の電力を維持しながら、蓄電手段の電圧と直流母線電圧の差が小さい場合でも、ＤＣ／ＤＣ変換回路の昇圧動作と降圧動作を切替えることができ、かつ蓄電手段の電流リップルを低減できる電力変換装置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】
この発明に係る電力変換装置は、蓄電手段の出力である第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、第２の直流電圧を交流電圧に変換し負荷に供給するとともに外部電源の交流電圧を直流電圧に変換できるＤＣ／ＡＣ変換回路と、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電手段の充放電情報と第１の直流電圧に基づき第２の直流電圧を制御するとともに、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、中間放電動作、昇圧充電動作、降圧充電動作、および中間充電動作のいずれかの動作モードに切替えて蓄電手段から電力を放電し、あるいは蓄電手段へ電力を充電する構成としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る電力変換装置は、上記のように構成されているため、蓄電手段の充放電において昇圧動作と降圧動作を双方に切替える場合でも、中間動作を用いることで所定の電力を維持しながら連続的に昇圧動作と降圧動作を切替えることができ、かつ電流リップルが小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る蓄電池の残容量に対する電圧特性図である。
【図３】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を中心としたブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る蓄電池の充電動作の説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の動作説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係るＤＣ／ＤＣ制御回路のブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧充電動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図８】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を中間充電動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図９】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を降圧充電動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図１０】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図１１】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を中間放電動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図１２】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を降圧放電動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図１３】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る充電モード制御回路のブロック図である。
【図１４】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る充電時のスイッチング信号の生成フローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る放電モード制御回路のブロック図である。
【図１６】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る放電時のスイッチング信号の生成フローチャートである。
【図１７】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を対角昇降圧動作させる場合のスイッチング信号波形である。
【図１８】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路のリアクトル電流リップルの説明図である。
【図１９】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る直流母線電圧制御の説明図である。
【図２０】この発明の実施の形態１の電力変換装置に係る蓄電池の充電時の直流母線電圧切替の説明図である。
【図２１】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図２２】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係るＤＣ／ＤＣ制御回路のブロック図である。
【図２３】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る放電モード制御回路のブロック図である。
【図２４】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る放電時のスイッチング信号の生成フローチャートである。
【図２５】この発明の実施の形態２の電力変換装置に係る蓄電池の放電時の直流母線電圧切替の説明図である。
【図２６】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係るシステム構成図である。
【図２７】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係るＤＣ／ＤＣ制御回路のブロック図である。
【図２８】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係る充電モード制御回路のブロック図である。
【図２９】この発明の実施の形態３の電力変換装置に係る充電時のスイッチング信号の生成フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１は、蓄電池の出力である第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、第２の直流電圧を交流電圧に変換し負荷に供給するとともに連携した電力系統の交流電圧を直流電圧に変換できるＤＣ／ＡＣ変換回路と、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電池の充放電情報と第１の直流電圧に基づきＤＣ／ＡＣ変換回路が第２の直流電圧を制御するとともに、電力管理サーバからの電力指令に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、中間放電動作、昇圧充電動作、降圧充電動作、および中間充電動作のいずれかのモードに切替えて蓄電池から電力を放電し、あるいは蓄電池へ電力を充電する電力変換装置に関するものである。
【００１２】
以下、本願発明の実施の形態１に係る電力変換装置１の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図１、蓄電池の残容量に対する電圧特性図である図２、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を中心としたブロック図である図３、蓄電池の充電動作の説明図である図４、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の動作説明図である図５、ＤＣ／ＤＣ制御回路のブロック図である図６、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧充電動作、中間充電動作、降圧充電動作させる場合のスイッチング信号波形である図７〜図９、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、中間放電動作、降圧放電動作させる場合のスイッチング信号波形である図１０〜図１２、充電モード制御回路のブロック図である図１３、充電時のスイッチング信号の生成フローチャートである図１４、放電モード制御回路のブロック図である図１５、放電時のスイッチング信号の生成フローチャートである図１６、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を対角昇降圧動作させる場合のスイッチング信号波形である図１７、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路のリアクトル電流リップルの説明図である図１８、直流母線電圧制御の説明図である図１９、および蓄電池の充電時の直流母線電圧切替の説明図である図２０に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態１の電力変換装置１を含む全体システムの構成を示す。システム全体は、電力変換装置１、蓄電池２、電力系統３、および負荷４を備える。蓄電池２は、蓄電池管理ユニット５を備える。
通常、電力系統３から負荷４に電力が供給され、電力変換装置１によって蓄電池２が充電される。万一、電力系統３が停止した場合、蓄電池２に充電された直流電力が電力変換装置１で交流電力に変換され、負荷４に供給される。
実施の形態１では、電力系統３が健全である通常運転時を想定している。
なお、蓄電池２が本発明の蓄電手段であり、電力系統３が本発明の外部電源である。
【００１４】
次に、電力変換装置１の全体構成を図１に基づいて説明する。
電力変換装置１は、主要回路として、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２、ＤＣ／ＡＣ変換回路１３、ＤＣ／ＡＣ制御回路１４を備える。さらに、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１およびＤＣ／ＡＣ変換回路１３を後に説明する電力指令に基づき制御するために必要な各部の電圧、電流を計測する電圧計１５、１７、１９および電流計１６、１８、２０を備える。図１において、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１とＤＣ／ＡＣ変換回路１３の間の直流母線を直流母線バス２１と記載する。
【００１５】
次に電力変換装置１の各主要回路と電圧計、電流計の機能、動作を説明する。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１は、蓄電池２の端子電圧である第１の直流電圧を第２の直流電圧である直流母線電圧に変換する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１２は、蓄電池２の蓄電池管理ユニット５からの信号および第１の直流電圧に関する電圧計１５、電流計１６と第２の直流電圧、すなわち、直流母線バス２１に関する電圧計１７、電流計１８からの信号に基づき、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を制御（制御の説明は後述）する。
ＤＣ／ＡＣ変換回路１３は、第２の直流電圧である直流母線電圧を交流電圧に変換し、電力系統３および負荷４に出力する。ＤＣ／ＡＣ制御回路１４は、直流母線電圧に関する電圧計１７、電流計１８とＤＣ／ＡＣ変換回路１３の電力系統３、負荷４側の交流電圧に関する電圧計１９、電流計２０からの信号に基づき、ＤＣ／ＡＣ変換回路１３を制御する。
また、ＤＣ／ＡＣ変換回路１３は、交流電圧を直流電圧、すなわち第２の直流電圧に変換することもできる。
【００１６】
次に、本発明の実施の形態１に用いる蓄電池２の残容量（ＳＴＡＴＥ  ＯＦ  ＣＨＡＲＧＥ）に対する蓄電池の電圧特性を図２で説明する。なお、図２は、蓄電池の残容量に対する蓄電池の電圧特性の一例である。
蓄電池の充電残量が増加すると蓄電池の電圧も増加し、蓄電池の充電残量が減少すると蓄電池の電圧も減少する。
【００１７】
次に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の具体的構成と動作原理について説明する。
図３は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を中心としたブロック図であり、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の構成とＤＣ／ＤＣ制御回路１２との関係を示している。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１は、スイッチング素子３１〜３４、リアクトル３５、およびコンデンサ３６、３７から構成される。
スイッチング素子３１、３２は蓄電池２と接続され、スイッチング素子３３、３４はＤＣ／ＡＣ変換回路１３に接続される。コンデンサ３６は蓄電池２の出力電力を平滑化し、コンデンサ３７はＤＣ／ＡＣ変換回路１３の出力電圧、電流を平滑化する。リアクトル３５はスイッチング素子３１、３２の結合点とスイッチング素子３３、３４の結合点を接続し、電力変換時にエネルギーを蓄積する。
スイッチング素子３１〜３４は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２からのスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４でスイッチング（ＯＮ／ＯＦＦ）される。
【００１８】
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の動作原理について説明する。
図１に図示していない外部の宅内電力管理サーバ（ＨＯＭＥ  ＥＮＥＲＧＹ  ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭ）（以下、ＨＥＭＳと記載する）から、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２に蓄電池２の放電電力指令または充電電力指令が通知される。この放電電力指令または充電電力指令を以降、電力指令と記載する。ＤＣ／ＤＣ制御回路１２は、ＨＥＭＳからの電力指令に対して、蓄電池２が放電または充電可能かを確認する。ＨＥＭＳからの電力指令に対して、蓄電池２が放電または充電可能である場合、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２はＨＥＭＳから通知される電力指令に一致するように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を制御して蓄電池２の放電または充電を制御する。
なお、ＨＥＭＳからの電力指令が、本発明の受信した電力指令である。
【００１９】
次に、本発明の実施形態１に係る蓄電池２の充電動作の一例を図４に基づいて説明する。図４（ａ）は蓄電池２の電圧と直流母線電圧の関係を示す。図４（ｂ）はパルス幅変調（ＰＵＬＳＥ  ＷＩＤＴＨ  ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ）（以下、ＰＷＭと記載する）用のキャリア波とスイッチング信号のＯＮ時間割合（以下、デューティと記載する）を示す。図４（ｃ）は双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の降圧動作で充電を行う際のスイッチング信号を示す。この時、スイッチング信号Ｓ３でスイッチング素子３３をスイッチングする。図４（ｄ）は双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のリアクトル電流の変化、図４（ｅ）は蓄電池２の充電電力の変化を示している。
【００２０】
図４（ｄ）のリアクトル電流の変化から、リアクトル電流は、スイッチング素子３３がＯＮで増加し、増加量は蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分とスイッチング素子３３のＯＮ時間で決まることがわかる。また、一般的にリアクトル電流は、スイッチング素子３３がＯＦＦで減少し、減少量は直流母線電圧とスイッチング素子３３のＯＦＦ時間で決まる。
【００２１】
図４では、蓄電池２を降圧動作で充電しており、蓄電池２の充電によって蓄電池２の電圧が増加している。蓄電池２の電圧が増加すると、蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が減少し、スイッチング素子３３のＯＮ時間におけるリアクトル電流の増加量も減少する。リアクトル電流が減少すると蓄電池２の充電電力も低下するので、蓄電池２の充電電力をＨＥＭＳからの電力指令と一致させるために、スイッチング素子３３のＯＮ時間割合を増加（デューティを増加と同等）させる。
このように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のデューティ信号は、蓄電池２の充電電力がＨＥＭＳからの電力指令と一致するように調節される。
【００２２】
しかし、デューティ信号が上限に達すると、それ以上リアクトル電流を増加させることはできないため所定の電力を確保することができない。
また、降圧動作で蓄電池２の充電電力を維持できない蓄電池２の電圧と直流母線電圧において、昇圧動作を用いると、スイッチング素子がＯＮ時間、ＯＦＦ時間でもリアクトル電流が増加するので、リアクトル電流の制御ができない。
【００２３】
次に、本発明の実施形態１に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の動作と蓄電池２の電圧および直流母線電圧の関係を図５に基づいて説明する。
図５（ａ）は蓄電池２の充電動作、図５（ｂ）は蓄電池２の放電動作の説明である。
図５（ａ）において、横軸は蓄電池２の電圧、縦軸は直流母線電圧である。図４で説明したように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１は、降圧動作において蓄電池２の電圧と直流母線電圧の関係でデューティ信号が上限に達すると、ＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充電電力を一致させることができなくなる。
【００２４】
このため、本実施の形態１では新たに中間動作を用いて双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の制御を行う。中間動作は、降圧動作のスイッチング動作と昇圧動作のスイッチング動作を組み合わせたもので、降圧動作のスイッチング素子３１または３３のデューティが上限となった状態で、昇圧動作のスイッチング素子３２または３４のデューティを増加させる動作である。
このように双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチングを行うことで、蓄電池２の充電によって、蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さくなり、デューティ信号が上限に達しても対応できる。すなわち、昇圧動作のスイッチング素子３２または３４のデューティを増加させることで、リアクトル電流の減少を防ぐことができる。
したがって、本発明の電力変換装置１では、蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さい場合でも、蓄電池２の充放電電力をＨＥＭＳからの電力指令に一致させることができる。
【００２５】
蓄電池２の充電動作について、図５（ａ）に基づいてさらに詳細に説明する。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１は、蓄電池２の電圧が直流母線電圧よりも高い場合、昇圧動作で充電を行う（図５（ａ）中に昇圧と記載）。蓄電池２の電圧が直流母線電圧より低く、ＨＥＭＳから指示された電力を維持できない場合（蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さい場合）は、中間動作で充電を行う（図５（ａ）中に中間と記載）。蓄電池２の電圧が直流母線電圧より低く、ＨＥＭＳから指示された電力を維持できる場合、降圧動作で充電を行う（図５（ａ）中に降圧と記載）。
【００２６】
蓄電池２の放電動作を図５（ｂ）に示す。蓄電池２の放電動作は、図５（ａ）で説明した充電動作と対称となるため、説明は省略する。
【００２７】
以上説明のように、本願発明の電力変換装置１は双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１に中間動作を用いることで、蓄電池２の電圧と直流母線電圧がどのような組み合わせであっても、ＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充放電電力を一致させることができる。これにより、蓄電池２の電圧が変化しても、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が蓄電池２の充放電電力をＨＥＭＳからの電力指令と一致させることができる。
【００２８】
次に、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２の回路構成例を説明する。
図６は、本発明の実施形態１に係るＤＣ／ＤＣ制御回路１２の構成例のブロック図である。ＤＣ／ＤＣ制御回路１２は、蓄電池制御回路４０、充電モード制御回路４１、放電モード制御回路４２、および切替回路４３から構成される。
蓄電池制御回路４０は、蓄電池管理ユニット５との通信を行い、電圧計１５、電流計１６、電圧計１７、電流計１８からの電圧、電流信号の受信を行う。蓄電池制御回路４０はさらに、充電モード制御回路４１、放電モード制御回路４２、および切替回路４３との通信を行い、図示していないＨＥＭＳとの通信を行う。
以降の説明では、ＨＥＭＳからの電力指令を蓄電池２の電圧を計測する電圧計１５の出力で除算した値を蓄電池２の電流指令とする。
充電モード制御回路４１、放電モード制御回路４２は、蓄電池制御回路４０からの蓄電池２の電流指令と、蓄電池２の電流を計測する電流計１６の出力に基づき、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作の選択と、スイッチングを行うスイッチング素子のデューティを算出する。
【００２９】
また、蓄電池制御回路４０は、ＨＥＭＳの電力指令から蓄電池２を充電モードで動作させるか、放電モードで動作させるかを判別し、充電モード制御回路４１、放電モード制御回路４２、切替回路４３にこの信号を出力する。
判別の結果、蓄電池２を充電モードで動作させる場合は、充電モード制御回路４１から出力されるデューティ信号を切替回路４３が選択して、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４に出力する。蓄電池２を放電モードで動作させる場合は、放電モード制御回路４２から出力されるデューティ信号を切替回路４３が選択して、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４に出力する。
【００３０】
次に、本実施の形態１の電力変換装置１の具体的な動作について、図１、図３、図７〜図１２に基づいて説明する。なお、実施の形態１では、電力系統３が健全であり、電力変換装置が電力系統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。
【００３１】
まず、図３の双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の制御方法について説明する。
図７は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧動作で充電動作させる場合（以下、昇圧充電動作と記載する）のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
昇圧充電動作は、蓄電池２の電圧に対して、直流母線電圧が低い場合に使用する制御方法である。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４を図７に示すように、スイッチング素子３１、３４は常時ＯＦＦ、スイッチング素子３３は常時ＯＮ、スイッチング素子３２はＤＣ／ＤＣ制御回路１２から出力されるデューティ信号（算出の説明は後述）でＯＮする時間の割合が変わる。スイッチング素子３２のデューティ信号は、ＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充電電力が一致するように制御する。
【００３２】
図８は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を中間動作で充電動作させる場合（以下、中間充電動作と記載する）のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
中間充電動作は、蓄電池２の電圧に対して、直流母線電圧が高く、降圧動作で充電動作させると、ＨＥＭＳから指示された電力を維持できない場合に使用する制御方法である。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４を図８に示すように、スイッチング素子３１、３４は常時ＯＦＦ、スイッチング素子３３はスイッチングのデューティの上限、スイッチング素子３２はＤＣ／ＤＣ制御回路１２から出力されるデューティ信号でＯＮする時間の割合が変わる。スイッチング素子３２のデューティ信号は、ＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充電電力が一致するように制御する。
【００３３】
図９は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を降圧動作で充電動作させる場合（以下、降圧充電動作と記載する）のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
降圧充電動作は、蓄電池２の電圧に対して、直流母線電圧が高い場合に使用する制御方法である。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４を図９に示すように、スイッチング素子３１、３２、３４は常時ＯＦＦ、スイッチング素子３３はＤＣ／ＤＣ制御回路１２から出力されるデューティ信号でＯＮする時間の割合が変わる。スイッチング素子３３のデューティ信号をＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充電電力が一致するように制御する。
【００３４】
図１０は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧動作で放電動作させる場合（以下、昇圧放電動作と記載する）のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
昇圧放電動作は、蓄電池２の電圧に対して、直流母線電圧が高い場合に使用する制御方法である。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４を図１０に示すように、スイッチング素子３２、３３は常時ＯＦＦ、スイッチング素子３１は常時ＯＮ、スイッチング素子３４はＤＣ／ＤＣ制御回路１２から出力されるデューティ信号でＯＮする時間の割合が変わる。スイッチング素子３４のデューティ信号をＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の放電電力が一致するように制御する。
【００３５】
図１１は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を中間動作で放電動作させる場合（以下、中間放電動作と記載する）のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
中間放電動作は、蓄電池２の電圧に対して直流母線電圧が低く、降圧動作で放電動作させると、ＨＥＭＳから指示された電力を維持できない場合に使用する制御方法である。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４を図１１に示すように、スイッチング素子３２、３３は常時ＯＦＦ、スイッチング素子３１はスイッチングのデューティの上限、スイッチング素子３４はＤＣ／ＤＣ制御回路１２から出力されるデューティ信号でＯＮする時間の割合が変わる。スイッチング素子３４のデューティ信号をＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の放電電力が一致するように制御する。
【００３６】
図１２は、示す双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を降圧動作で放電動作させる場合（以下、降圧放電動作と記載する）のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。
降圧放電動作は、蓄電池２の電圧に対して、直流母線電圧が低い場合に使用する制御方法である。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のスイッチング素子３１〜３４を図１２に示すように、スイッチング素子３２、３３、３４は常時ＯＦＦ、スイッチング素子３１はＤＣ／ＤＣ制御回路１２から出力されるデューティ信号で変化する。スイッチング素子３１のデューティをＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の放電電力が一致するように制御する。
【００３７】
次に、充電モードにおけるスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４の生成を、充電モード制御回路４１のブロック図である図１３とスイッチング信号の生成フローチャートである図１４に基づいて説明する。
【００３８】
まず、充電モード制御回路４１の構成例を図１３に基づいて説明する。
充電モード制御回路４１は、減算器５０、ＰＩ制御器５１、動作選択回路５２、デューティ信号生成回路５３、キャリア波発生器５４〜５７、コンパレータ５８〜６１、遅延器６２〜６５、およびＡＮＤ回路６６〜６９から構成される。
減算器５０は、蓄電池制御回路４０の出力（蓄電池２の電流指令Ｉｂａｔ＊）と電流計１６の出力（蓄電池２の電流Ｉｂａｔ）との差異を演算する。ＰＩ制御器５１は減算器５０の出力からデューティＤＯＮを生成する。
動作選択回路５２は、デューティＤＯＮとスイッチング素子のデューティ上限（以下、Ｄｍと適宜記載する）を比較し、降圧、中間、昇圧動作のいずれを選択するか決定し、デューティ信号生成回路５３に出力する。デューティ信号生成回路５３はＰＩ制御器５１からのデューティＤＯＮと動作選択回路５２からの選択信号に基づき、降圧、中間、昇圧動作に対応するデューティ信号を生成する。
コンパレータ５８〜６１は、デューティ信号生成回路５３からのデューティ信号とキャリア波発生器５４〜５７からのキャリア信号に基づきスイッチング信号を生成する。
遅延器６２〜６５は、コンパレータ５８〜６１からのスイッチング信号をデッドタイムｔｄ時間遅らせる。ＡＮＤ回路６６〜６９は、コンパレータ５８〜６１からのスイッチング信号と遅延器６２〜６５からの信号を用いて、デッドタイムを挿入して、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する。
【００３９】
通常運転での充電時の動作フローを図１４に基づいて説明する。なお、以下の説明では、充電時の説明であることが明確な場合は「充電」を省略し、例えば、降圧充電動作を降圧動作と記載する。
充電時はＨＥＭＳからの電力指令に基づいて蓄電池２を充電する。
ＨＥＭＳから充電の電力指令を受信すると蓄電池の充電モードが開始される。ステップ１（ＳＴ０１）で蓄電池制御回路４０が蓄電池管理ユニット５と通信を行い、蓄電池２が充電可能かどうかを確認する。蓄電池制御回路４０は、通信の結果、蓄電池２が充電可能であれば、充電モード制御回路４１と切替回路４３に蓄電池２の充電を開始／継続指示を出力する。
蓄電池２が充電不可の場合（蓄電池２が満充電、蓄電池２のセル温度が所定の範囲外、蓄電池２が故障等）は、蓄電池制御回路４０からＨＥＭＳに蓄電池２が充電不可であること、およびその理由を通知し、蓄電池２への充電を終了する。
なお、蓄電池２に関する情報（蓄電池２の満充電、過放電、セル温度が所定の範囲外、故障等）が、本発明の蓄電手段の充放電情報である。
【００４０】
蓄電池２が充電可能な場合は、ステップ２（ＳＴ０２）で蓄電池制御回路４０から通知される蓄電池２の電流指令と電流計１６の出力（蓄電池２の電流）を取得し、ステップ３（ＳＴ０３）で減算器５０によって減算する。減算器５０の出力は、ＰＩ制御器５１で処理され（ステップ４）、デューティＤＯＮを生成する。
ここで、蓄電池２の電流指令は、ＨＥＭＳからの電力指令を蓄電池２の電圧を計測する電圧計１５の出力で除算した値である。
ＰＩ制御器５１の出力は、動作選択回路５２とデューティ信号生成回路５３に入力される。
【００４１】
動作選択回路５２では、デューティＤＯＮとスイッチング素子のデューティ上限Ｄｍとを比較する（ステップ５）。デューティＤＯＮがＤｍ以下の場合、動作選択回路５２が降圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路５３に出力する。
デューティ信号生成回路５３は、ＰＩ制御器５１からのデューティＤＯＮと動作選択回路５２の出力信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の降圧動作のデューティ信号を生成する。
【００４２】
デューティ信号生成回路５３で生成されたデューティ信号は、キャリア波５４〜５７とコンパレータ５８〜６１で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器６２〜６５、ＡＮＤ回路６６〜６９によって、デッドタイムが挿入され、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４が生成される（ステップ７）。
具体的には、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ４が常時ＯＦＦ、Ｓ３がデューティＤＯＮでスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４は、切替回路４３に出力される（ステップ１０）。
【００４３】
動作選択回路５２で、デューティＤＯＮとＤｍを比較した（ステップ５）結果、デューティＤＯＮがＤｍより大きい場合は、デューティＤＯＮと１を比較する（ステップ６）。デューティＤＯＮが１より小さい場合、動作選択回路５２は中間動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路５３に出力する。
デューティ信号生成回路５３は、ＰＩ制御器５１からのデューティＤＯＮと動作選択回路５２の出力信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の中間動作のデューティ信号を生成する。
デューティ信号生成回路５３で生成したデューティ信号は、キャリア波５４〜５７とコンパレータ５８〜６１で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器６２〜６５、ＡＮＤ回路６６〜６９によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する（ステップ８）。
具体的には、Ｓ１、Ｓ４が常時ＯＦＦ、Ｓ２が（ＤＯＮ−Ｄｍ）でスイッチング、Ｓ３がＤｍでスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４は、切替回路４３に出力される（ステップ１０）。
【００４４】
動作選択回路５２で、デューティＤＯＮと１を比較し（ステップ６）、デューティＤＯＮが１以上の場合、動作選択回路５２が昇圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路５３に出力する。
デューティ信号生成回路５３は、ＰＩ制御器５１からのデューティＤＯＮと動作選択回路５２の出力信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作のデューティ信号を生成する。
【００４５】
デューティ信号生成回路５３で生成したデューティ信号は、キャリア波５４〜５７とコンパレータ５８〜６１で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器６２〜６５、ＡＮＤ回路６６〜６９によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する（ステップ９）。
具体的には、Ｓ１、Ｓ４が常時ＯＦＦ、Ｓ２が（ＤＯＮ−１）でスイッチング、Ｓ３が常時ＯＮするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４は、切替回路４３に出力される（ステップ１０）。
【００４６】
スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を切替回路４３に出力後、蓄電池制御回路４０が電圧計１５、１７、電流計１６、１８の出力が正常（電圧、電流が所定の範囲内）かどうかを判断する（ステップ１１）。
正常でない場合は、蓄電池制御回路４０がＨＥＭＳに充電モード停止、およびその理由を通知し、蓄電池充電モードを終了する（ステップ１３）。
正常な場合は、蓄電池制御回路４０はＨＥＭＳから充電停止指令が通知されたか確認する（ステップ１２）。ＨＥＭＳから充電モードの停止指令が通知された場合、蓄電池充電モードを終了し、ＨＥＭＳに充電モードを停止したことを通知する（ステップ１３）。
充電停止指令が通知されていなかった場合はステップ１（ＳＴ０１）の処理に戻る。
【００４７】
次に、放電モードにおけるスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４の生成を、放電モード制御回路４２のブロック図である図１５とスイッチング信号の生成フローチャートである図１６に基づいて説明する。
【００４８】
放電モード制御回路４２の構成例を図１５に基づいて説明する。
放電モード制御回路４２は、減算器７０、ＰＩ制御器７１、動作選択回路７２、デューティ信号生成回路７３、キャリア波発生器７４〜７７、コンパレータ７８〜８１、遅延器８２〜８５、およびＡＮＤ回路８６〜８９から構成される。
放電モード制御回路４２の各構成回路等の機能、動作は充電モード制御回路４１と同じであるため、説明は省略する。
【００４９】
通常運転での放電時の動作フローを説明する。なお、以下の説明では、放電時の説明であることが明確な場合は「放電」を省略し、例えば、降圧放電動作を降圧動作と記載する。
放電時はＨＥＭＳからの電力指令に基づいて蓄電池２を放電する。
ＨＥＭＳから放電の電力指令を受信すると蓄電池の放電モードが開始される。ステップ２１（ＳＴ２１）で蓄電池制御回路４０が蓄電池管理ユニット５と通信を行い、蓄電池２が放電可能かを確認する。蓄電池制御回路４０は、通信の結果で蓄電池２が放電可能であれば、放電モード制御回路４２と切替回路４３に蓄電池２の放電を開始／継続指示を出力する。
蓄電池２が放電不可の場合（蓄電池２が過放電、蓄電池２のセル温度が所定の範囲外、蓄電池２が故障等）は、蓄電池制御回路４０からＨＥＭＳに蓄電池２が放電不可であること、およびその理由を通知し、蓄電池２の放電を終了する。
【００５０】
蓄電池２が放電可能な場合は、ステップ２２（ＳＴ２２）で蓄電池制御回路４０から通知される蓄電池２の電流指令と電流計１６の出力（蓄電池２の電流）を取得する。
減算器７０は蓄電池２の電流指令（Ｉｂａｔ＊）から電流計１６の出力（蓄電池２の電流Ｉｂａｔ）を減算する（ステップ２３）。
減算器７０の出力は、ＰＩ制御器７１で処理され、デューティＤＯＮを生成する（ステップ２４）。
ここで、蓄電池２の電流指令（Ｉｂａｔ＊）は、ＨＥＭＳからの電力指令を蓄電池２の電圧を計測する電圧計１５の出力で除算した値である。
ＰＩ制御器７１の出力は、動作選択回路７２とデューティ信号生成回路７３に入力される。
【００５１】
動作選択回路７２では、デューティＤＯＮとスイッチング素子のデューティ上限Ｄｍとを比較する（ステップ２５）。デューティＤＯＮがＤｍ以下の場合、動作選択回路７２が降圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路７３に出力する。
デューティ信号生成回路７３は、ＰＩ制御器７１からのデューティＤＯＮと動作選択回路７２の出力信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の降圧動作のデューティ信号を生成する。デューティ信号生成回路７３で生成されたデューティ信号は、キャリア波７４〜７７とコンパレータ７８〜８１で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器８２〜８５、ＡＮＤ回路８６〜８９によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する（ステップ２７）。
具体的には、Ｓ１がデューティＤＯＮでスイッチング、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４が常時ＯＦＦするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４は、切替回路４３に出力される（ステップ３０）。
【００５２】
動作選択回路７２で、デューティＤＯＮとＤｍを比較した（ステップ２５）結果、デューティＤＯＮがＤｍより大きい場合は、デューティＤＯＮと１を比較する（ステップ２６）。デューティＤＯＮが１より小さい場合、動作選択回路７２は中間動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路７３に出力する。
デューティ信号生成回路７３は、ＰＩ制御器７１からのＤＯＮと動作選択回路７２の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の中間動作のデューティ信号を生成する。
デューティ信号生成回路７３で生成したデューティ信号は、キャリア波７４〜７７とコンパレータ７８〜８１で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器８２〜８５、ＡＮＤ回路８６〜８９によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する（ステップ２８）。
具体的には、Ｓ１がＤｍでスイッチング、Ｓ２、Ｓ３が常時ＯＦＦ、Ｓ４が（ＤＯＮ−Ｄｍ）でスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４は、切替回路４３に出力される（ステップ３０）。
【００５３】
動作選択回路７２で、デューティＤＯＮと１を比較し（ステップ２６）、デューティＤＯＮが１以上の場合、動作選択回路７２が昇圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路７３に通知する。
デューティ信号生成回路７３は、ＰＩ制御器７１からのデューティＤＯＮと動作選択回路７２の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作のデューティ信号を生成する。
デューティ信号生成回路７３で生成したデューティ信号は、キャリア波７４〜７７とコンパレータ７８〜８１で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器８２〜８５、ＡＮＤ回路８６〜８９によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を生成する（ステップ２９）。
具体的には、Ｓ１が常時ＯＮ、Ｓ２、Ｓ３が常時ＯＦＦ、Ｓ４が（ＤＯＮ−１）でスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４は、切替回路４３に出力される（ステップ３０）。
【００５４】
スイッチング信号Ｓ１〜Ｓ４を切替回路４３に出力後、蓄電池制御回路４０が電圧計１５、１７、電流計１６、１８の出力が正常（電圧、電流が所定の範囲内）かを判断する（ステップ３１）。
正常でない場合は、蓄電池制御回路４０がＨＥＭＳに放電モード停止、およびその理由を通知し、蓄電池放電モードを終了する（ステップ３３）。
正常な場合は、蓄電池制御回路４０はＨＥＭＳから放電停止指令が通知されたか確認する（ステップ３２）。ＨＥＭＳから放電モードの停止指令が通知された場合、蓄電池放電モードを終了し、ＨＥＭＳに放電モードを停止したことを通知する（ステップ３３）。
放電停止指令が通知されていなかった場合はステップ２１の処理に戻る。
【００５５】
以上、本願発明の電力変換装置１の昇圧動作、中間動作、降圧動作を用いた蓄電池２の制御方法を説明した。汎用技術として対角昇降圧動作を用いる方法がある。
対角昇降圧動作を用いた場合、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２に対応する構成例として、図６の充電モード制御回路４１と放電モード制御回路４２、切替回路４３を一つにまとめたものが考えられる。
図１７は、図３に示す双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を対角昇降圧動作で動作させる場合のスイッチング素子３１〜３４に供給する信号波形Ｓ１〜Ｓ４を示す。対角昇降圧動作では、スイッチング信号Ｓ１とＳ３が同じ信号であり、スイッチング信号Ｓ２とＳ４が同じ信号である。スイッチング信号Ｓ１（Ｓ３）がＯＮの時にスイッチング信号Ｓ２（Ｓ４）がＯＦＦ、スイッチング信号Ｓ２（Ｓ４）がＯＮの時にスイッチング信号Ｓ１（Ｓ３）がＯＦＦとなるように信号が出力される。また、スイッチング素子の短絡を防止するため、スイッチング素子がＯＮからＯＦＦに戻るまでの間にデッドタイムがある。
対角昇降圧動作は動作モードが少なくなるが、リアクトル３５の電流リップルが大きくなる問題がある。
【００５６】
次に、本発明の実施形態１に係る双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の制御方式によるリアクトル電流リップルの低減効果例を図１８に基づいて説明する。
図１８において、Ｖｄｃは直流母線電圧、ΔＩＬはリアクトル電流リップルであり、蓄電池２の電圧を３５０Ｖ一定としている。
図１８（ａ）は充電モード、図１８（ｂ）は放電モードの説明である。
図１８から、充電モード、放電モードのいずれの場合も、対角昇降圧動作（○印）は、本願発明の昇圧動作（■印）、降圧動作（▲印）、および中間動作（●印）に比べてリアクトル電流リップルが大きいことがわかる。
【００５７】
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のリアクトル電流リップルが大きくなると、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１に接続される蓄電池２の電流リップルも大きくなる。蓄電池２の電流リップルが大きくなると、蓄電池２の内部抵抗による損失が増加する。
また、蓄電池２の電流にリップルが生じると、蓄電池２の電流リップルと蓄電池２の内部抵抗により、蓄電池２の電圧が振動する。蓄電池２の電圧が上限電圧近くでは、この電圧振動により蓄電池２に入力される電圧が上限電圧を超えて過電圧となる可能性がある。過電圧となると、例えばリチュウムイオンを材料とする蓄電池２はリチュウムイオンの析出が生じて、蓄電池２の容量低下に繋がり、最悪の場合は発火する危険も考えられる。
【００５８】
以上説明したように、本発明の電力変換装置１では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１に昇圧動作、中間動作、降圧動作を用いることで、汎用技術の対角昇降圧動作と比較して蓄電池２の電流リップルを低減することができる。このため、蓄電池２の損失を低減でき、蓄電池２の容量低下防止と発火の危険を防ぐことができる。
【００５９】
本発明の電力変換装置１の双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作について図１８に基づいてさらに説明する。
昇圧動作や降圧動作では蓄電池２の電圧と直流母線電圧が近い電圧（蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分の絶対値が小さい電圧）になると、リアクトル電流リップルが小さくなる。特に蓄電池２の電圧と直流母線電圧が等しくなる３５０Ｖ付近の昇圧動作と降圧動作が最もリアクトル電流リップルが小さい。しかし、デッドタイムの影響で、蓄電池２の電圧と直流母線電圧が近い電圧では、降圧動作でＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充放電電力を一致させることができない。そのため、降圧動作において蓄電池２の電圧と直流母線電圧が近い電圧では中間動作を用いる。中間動作は、蓄電池２の電圧と直流母線電圧が近い電圧において、昇圧動作よりもリアクトル電流リップルが大きいため、リアクトル電流リップルを最も小さくできるのは、蓄電池２の電圧と直流母線電圧が近い電圧で昇圧動作を用いた場合である。
【００６０】
しかし、常に昇圧動作で双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を動作させると、電圧の低い蓄電池２や充電残量の少なくなった蓄電池２では、直流母線電圧がＤＣ／ＡＣ変換回路１３が交流電圧を維持できない電圧まで小さくなる場合がある。また、昇圧動作において、直流母線電圧が上限電圧を超える場合もある。その場合は昇圧動作を維持することができないので、中間動作または降圧動作を行う。図１８から、中間動作とＨＥＭＳからの電力指令と蓄電池２の充放電電力を一致させることのできる降圧動作で蓄電池２の電圧と直流母線電圧が近い電圧（図１８においては直流母線電圧が３３０Ｖ付近の降圧動作）では、中間動作と降圧動作のリアクトル電流リップルは、ほぼ等しくなる。また、中間動作は昇圧動作、降圧動作と異なり、２つのスイッチング素子のスイッチングを行う。そのため、スイッチングによる損失が昇圧動作、降圧動作より大きくなる。
【００６１】
以上から、リアクトル電流リップルとスイッチングによる損失を考慮すると、昇圧動作を行えない場合、降圧動作のリアクトル電流リップルを小さく抑えるため、蓄電池２の電圧の変化に応じてリアクトル電流リップルが小さくなるように直流母線電圧を制御する。
【００６２】
次に、本発明の実施形態１に係る蓄電池２の電圧変化に応じた直流母線電圧制御の例を図１９に基づいて説明する。図１９（ａ）は充電モード、図１９（ｂ）は放電モードの説明である。
直流母線電圧は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１３の交流電圧を維持できる下限電圧以下、または直流母線電圧の上限電圧以上とならないように制御する必要がある。
【００６３】
図１９（ａ）に示すように、蓄電池２を充電する場合は、蓄電池２の電圧が低い範囲で昇圧動作を行うと、直流母線電圧がＤＣ／ＡＣ変換回路１３の交流電圧を維持できる下限電圧以下になるため、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を降圧動作で制御する。この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ高い電圧にＤＣ／ＡＣ変換回路１３が直流母線電圧を制御する。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ高い電圧」が第２の直流電圧の制御目標電圧である。
ΔＶｄは降圧動作でＨＥＭＳから指示された充電電力が維持でき、デッドタイムと直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の電圧差分である。
蓄電池２の充電により、直流母線電圧を切替えて双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧動作で制御しても、直流母線電圧がＤＣ／ＡＣ変換回路１３の交流電圧を維持できる下限電圧以下とならない電圧になると、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧動作で制御する。ここで、下限電圧以下とならない電圧とは、蓄電池の電圧−ΔＶｕ≧ＤＣ／ＡＣ変換回路１３の交流電圧を維持できる下限電圧である。
この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ低い電圧にＤＣ／ＡＣ変換回路１３が直流母線電圧を制御する。ΔＶｕは昇圧動作でＨＥＭＳから指示された電力が維持でき、直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分電圧である。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ低い電圧」が第２の直流電圧の制御目標電圧である。
【００６４】
また、図１９（ｂ）に示すように、蓄電池２を放電する場合は、蓄電池２の電圧が高い範囲で昇圧動作を行うと、直流母線電圧が上限電圧以上になるため、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を降圧動作で制御する。この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ低い電圧にＤＣ／ＡＣ変換回路１３が直流母線電圧を制御する。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ低い電圧」が第２の直流電圧の制御目標電圧である。
ΔＶｄは降圧動作でＨＥＭＳから指示された電力が維持でき、デッドタイムと直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の電圧差分である。
蓄電池２の放電により、直流母線電圧を切替えて双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧動作で制御しても、直流母線電圧が上限電圧以上とならない電圧になると、直流母線電圧を切替えて双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１を昇圧動作で制御する。ここで、上限電圧以上とならない電圧とは、蓄電池の電圧＋ΔＶｕ≦直流母線電圧の上限である。
この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ高い電圧にＤＣ／ＡＣ変換回路１３が直流母線電圧を制御する。ΔＶｕは昇圧動作でＨＥＭＳから指示された電力が維持でき、直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分電圧である。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ高い電圧」が第２の直流電圧の制御目標電圧である。
このように蓄電池２の電圧に応じて直流母線電圧を切替えることで、リアクトル電流リップルを低減でき、蓄電池２の電流リップル低減の効果が得られる。
【００６５】
次に、本発明の実施形態１に係る蓄電池２の充電において直流母線電圧を切替えた場合の蓄電池電圧と直流母線電圧の変化を図２０に基づいて説明する。
図２０（ａ）は、中間動作なしで降圧動作から昇圧動作に切替えた場合を示し、図２０（ｂ）は、中間動作を経由して降圧動作から昇圧動作に切替えた場合を示す。
【００６６】
まず、図２０（ａ）について説明する。
図２０（ａ）は、蓄電池２の充電において双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が昇圧動作と降圧動作で制御でき、直流母線電圧を切替えた場合の蓄電池２の充電電力を示した図である。直流母線電圧を切替える前の状態では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が降圧動作で蓄電池２の充電電力をＨＥＭＳから指示された電力に維持しているが、直流母線電圧を切替えると、降圧動作のスイッチング素子のデューティが上限になり、蓄電池２の充電電力をＨＥＭＳから指示された電力を維持できなくなる。
直流母線電圧を切替える途中、直流母線電圧が蓄電池２の電圧より小さくなる付近で、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が降圧動作から昇圧動作に切替わる。直流母線電圧の切替えが終わると、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が昇圧動作で蓄電池２の充電電力をＨＥＭＳから指示された電力に維持している。
図２０（ａ）のように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作と降圧動作を用いて直流母線電圧を切替えた場合、蓄電池２の出力電力をＨＥＭＳから指示された電力に維持できない状態が生じる。
【００６７】
図２０（ｂ）は、蓄電池２の充電において双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が昇圧動作、中間動作、降圧動作で動作でき、直流母線電圧を切替えた場合の蓄電池２の出力電力を示した図である。直流母線電圧を切替える前の状態では、蓄電池２の出力電力を双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が降圧動作でＨＥＭＳから指示された電力に維持している。直流母線電圧を切替えると、降圧動作のスイッチング素子のデューティが上限になり、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の動作が中間動作に切替わる。
中間動作では、蓄電池２の出力電力をＨＥＭＳから指示された電力に維持できる。直流母線電圧を切替える途中、直流母線電圧が蓄電池２の電圧より小さくなる付近で、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が中間動作から昇圧動作に切替わる。直流母線電圧の切替えが終わると、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１が昇圧動作で蓄電池２の出力電力をＨＥＭＳから指示された電力に維持している。
この実施例のように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作を用いて直流母線電圧を切替えた場合、蓄電池２の出力電力を常にＨＥＭＳから指示された電力に維持できる。
【００６８】
なお、ＤＣ／ＡＣ変換回路１３は直流を交流に変換する、あるいは逆に交流を直流に変換する回路であり、ＤＣ／ＡＣ制御回路１４によって制御される。ＤＣ／ＡＣ変換回路１３の回路構成および制御方法は、一般的公知技術であるため、詳細説明は省略する。
【００６９】
実施の形態１では、電力系統３に連携した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太陽電池や風力発電等の分散電源とも連携させることができる。
また、蓄電池２が電気自動車内のバッテリであり、負荷４がスマートハウス内の電気機器であり、電力変換装置１をスマートハウスに備える構成として、本実施の形態１の発明を適用することができる。
【００７０】
本実施の形態１では、各種制御（蓄電池２の充放電や双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作の制御）をＨ／Ｗで実施するものとして説明したが、これに限るものではなく、全ての回路あるいは一部の回路については中央集積回路（ＣＰＵ）によるＳ／Ｗ処理で実現してもよい。
また、蓄電池管理ユニット５を蓄電池２に内蔵する構成としたが、例えば電力変換装置１で蓄電池２の情報を管理するように構成することができる。
また、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１の構成として非絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路を用いた場合について説明したが、絶縁トランスを用いる絶縁型の双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を用いることができる。
【００７１】
本実施の形態１では、ＨＥＭＳからの電力指令に基づいてデューティＤＯＮを生成する際、蓄電池２の電流をＤＣ／ＤＣ制御回路１２のフィードバックとして用いたが、例えば双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１のリアクトル電流または双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１から出力される電流を用いることができる。
【００７２】
また、本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２の制御回路として、図１３、図１５に示す回路構成を用いたが、例えば昇圧動作、中間動作、降圧動作の切替条件をデューティＤＯＮからではなく、蓄電池２の電圧と直流母線電圧から判定することもできる。
【００７３】
以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、ＤＣ／ＡＣ変換回路と、ＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電池の充放電情報と第１の直流電圧に基づきＤＣ／ＡＣ変換回路が第２の直流電圧を制御するとともに、電力管理サーバからの電力指令に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、中間放電動作、昇圧充電動作、降圧充電動作、および中間充電動作のいずれかのモードに切替えて蓄電池から電力を放電し、あるいは蓄電池へ電力を充電するものである。このため、実施の形態１の電力変換装置は、蓄電池の充放電において昇圧動作と降圧動作を双方に切替える場合でも、中間動作を用いることで所定の電力を維持しながら連続的に昇圧動作と降圧動作を切替えることができ、かつ電流リップルが小さくできる。さらに、電流リップルを低減することで省エネルギーの効果がある。
【００７４】
実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、蓄電池の出力である第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、第２の直流電圧を交流電圧に変換し負荷に供給するＤＣ／ＡＣ変換回路と、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電池の充放電情報と第１の直流電圧に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路が第２の直流電圧を制御するとともに、第２の直流電圧から生成した電圧指令に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、および中間放電動作、のいずれかのモードに切替えて蓄電池から電力を放電し負荷に供給するものである。
【００７５】
以下、実施の形態２の電力変換装置２０１の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図２１、ＤＣ／ＤＣ制御回路のブロック図である図２２、放電モード制御回路のブロック図である図２３、放電時のスイッチング信号の生成フローチャートである図２４、および蓄電池の放電での直流母線電圧切替の説明図である図２５に基づいて実施の形態１との差異を中心に説明する。また、実施の形態１で説明した双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の動作説明図である図５および直流母線電圧制御の説明図である図１９を適宜参照する。
なお、図２１において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【００７６】
図２１は、本発明の実施の形態２の電力変換装置２０１を含む全体システムの構成を示す。システム全体は、実施の形態１と同じであり、電力変換装置２０１と蓄電池２と負荷４から構成される。
なお、実施の形態１は、電力系統３が健全で電力変換装置１が電力系統３と連携している場合を説明したが、実施の形態２は電力系統３と連携していない（以下、自立運転という）場合を想定している。すなわち、例えば電力系統３に故障が発生し、電力系統３からは電力が供給されず、電力変換装置２０１は蓄電池２の直流電力を交流電力に変換して負荷４に供給する。したがって、実施の形態２では、蓄電池２は放電動作のみとなる。
また、実施の形態１で説明したＨＥＭＳから電力指令は電力変換装置２０１に送信されないが、蓄電池２の放電を停止させる停止指令は、ＨＥＭＳから送信される。
【００７７】
次に、電力変換装置２０１の全体構成を図２１に基づいて説明する。
電力変換装置２０１は、主要回路として、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１、ＤＣ／ＤＣ制御回路２１２、ＤＣ／ＡＣ変換回路２１３、ＤＣ／ＡＣ制御回路２１４を備える。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１およびＤＣ／ＤＣ制御回路２１２を制御するために必要に各部の電圧、電流を計測する電圧計１５、１７、１９および電流計１６、１８、２０を備える。
【００７８】
電力変換装置２０１の各主要回路と電圧計、電流計の機能、動作は、基本的に実施の形態１と同じであるため説明を省略する。
主要回路については、実施の形態１と区別するために、図２１においてそれぞれ双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１、ＤＣ／ＤＣ制御回路２１２、ＤＣ／ＡＣ変換回路２１３、およびＤＣ／ＡＣ制御回路２１４としている。
【００７９】
まず、電力変換装置が実施の形態１の通常運転中に、電力系統３が停電し、自立運転への移行について説明する。
具体的には、ＨＥＭＳが電力系統３の停電を検出すると、ＨＥＭＳからＤＣ／ＤＣ制御回路１２とＤＣ／ＡＣ制御回路１４に自立運転の制御に切替える指令を自動で送信する。ＨＥＭＳから自立運転に切替える指令を受信したＤＣ／ＤＣ制御回路１２は、ＨＥＭＳからの電力指令に応じた蓄電池２の充電または放電制御から、直流母線電圧を制御する方法（制御方法の説明は後述）に移行する。また、ＨＥＭＳから自立運転に切替える指令を受信したＤＣ／ＡＣ制御回路１４は、負荷４に供給する交流電圧を制御する。
なお、以上の移行の説明では、通常運転中の動作として、ＤＣ／ＤＣ制御回路１２、ＤＣ／ＡＣ制御回路１４とした。
【００８０】
次に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の動作原理について説明する。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１は、直流母線電圧を所定の電圧に制御する。以下の説明では、蓄電池２の電圧に基づいて直流母線電圧から生成した所定の電圧を電圧指令とする。電圧指令は、蓄電池２の電圧、または蓄電池２の放電電力を電力変換装置２０１が効率よく利用できる電圧により決定される。本実施の形態２では、蓄電池２の電圧に基づいて電圧指令を決定する。
【００８１】
実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、降圧動作、昇圧動作、および中間動作で双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の制御を行う。中間動作は、降圧動作のスイッチング動作と昇圧動作のスイッチング動作を組み合わせたもので、降圧動作のスイッチング素子３１または３３のデューティが上限となった状態で、昇圧動作のスイッチング素子３２または３４のデューティを増加させる動作である。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１のスイッチング素子のスイッチングを行うことで、蓄電池２の放電によって、蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さくなり、デューティ信号が上限に達しても対応できる。すなわち、昇圧動作のスイッチング素子３２または３４のデューティを増加させることで、リアクトル電流の減少を防ぐことができる。
【００８２】
次に、図５（ｂ）を参照し蓄電池２の放電動作について説明する。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１には、直流母線電圧が蓄電池２の電圧よりも高い場合、昇圧動作で放電を行う（図５（ｂ）中に昇圧と記載）。直流母線電圧が蓄電池２の電圧より低く、負荷４に供給する電力を維持できない場合（蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さい場合）、中間動作で放電を行う（図５（ｂ）中に中間と記載）。直流母線電圧が蓄電池２の電圧より低く、負荷４に供給する電力を維持できる場合、降圧動作で放電を行う（図５（ｂ）中に降圧と記載）。
したがって、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１に中間動作を用いることで、蓄電池２の電圧と直流母線電圧がどのような組み合わせであっても、負荷４に供給する電力を維持することができる。
【００８３】
次に、ＤＣ／ＤＣ制御回路２１２の回路構成例を説明する。
図２２は、本発明の実施形態２に係るＤＣ／ＤＣ制御回路２１２の構成例のブロック図である。ＤＣ／ＤＣ制御回路２１２は、蓄電池制御回路２４０および放電モード制御回路２４２から構成される。
蓄電池制御回路２４０は、蓄電池管理ユニット５との通信を行い、電圧計１５、電流計１６、電圧計１７、電流計１８からの電圧、電流信号の受信を行う。蓄電池制御回路２４０はさらに、放電モード制御回路２４２との通信を行い、図示していないＨＥＭＳとの通信を行う。
放電モード制御回路２４２は、蓄電池制御回路２４０からの蓄電池２の電圧に基づいた電圧指令（Ｖｄｃ＊）と、直流母線電圧を計測する電圧計１８の出力（Ｖｄｃ）と、蓄電池２の電流を計測する電流計１６の出力（Ｉｂａｔ）とにより、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作の選択とスイッチングを行うスイッチング素子のデューティを算出する。
【００８４】
次に、放電モードにおけるスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４の生成を、放電モード制御回路２４２のブロック図である図２３とスイッチング信号の生成フローチャートである図２４に基づいて説明する。
【００８５】
まず、放電モード制御回路２４２の構成例を図２３に基づいて説明する。
放電モード制御回路２４２は、減算器２５０、２５３、ＰＩ制御器２５１、２５４、リミッタ２５２、動作選択回路２５５、デューティ信号生成回路２５６、キャリア波発生器２５７〜２６０、コンパレータ２６１〜２６４、遅延器２６５〜２６８、およびＡＮＤ回路２６９〜２７２から構成される。
実施の形態１の放電モード制御回路４２と比較して、構成上の差異は減算器２５０、ＰＩ制御器２５１、リミッタ２５２とが追加されていることである。この構成上の差異と入力信号の差異について説明する。
減算器２５０は、蓄電池制御回路２４０の出力（直流母線電圧指令Ｖｄｃ＊）と電圧計１７の出力（直流母線電圧Ｖｄｃ）との差異を演算する。ＰＩ制御器２５１は減算器２５０の出力から蓄電池２の電流指令を生成する。リミッタ２５２は蓄電池２の過電流を防止するために電流指令を制限する。減算器２５３は、リミッタ２５２の出力と電流計１６の出力（蓄電池の電流Ｉｂａｔ）との差異を演算する。ＰＩ制御器２５４は減算器２５３の出力からデューティＤＯＮを生成する。
ＰＩ制御器２５４でデューティＤＯＮを生成した以降の機能、動作は、実施の形態１の放電モード制御回路４２と同じであるため、説明は省略する。
【００８６】
自立運転での放電時の動作フローを説明する。
自立運転では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が蓄電池２の電圧の変化に応じて蓄電池２を放電する。蓄電池放電モードが開始されると、ステップ１０１（ＳＴ１０１）で蓄電池制御回路２４０が蓄電池管理ユニット５と通信を行い、蓄電池２が放電可能かどうかを確認する。蓄電池制御回路２４０は、通信の結果で蓄電池２が放電可能であれば、放電モード制御回路２４２に蓄電池２の放電を開始／継続指示を出力する。
蓄電池２が放電不可の場合（蓄電池２が過放電、蓄電池２のセル温度が所定の範囲外、蓄電池２が故障等）は、蓄電池制御回路２４０からＨＥＭＳに蓄電池２が放電不可であること、およびその理由を通知し、蓄電池２の放電を終了する。
【００８７】
蓄電池２が放電可能な場合は、ステップ１０２（ＳＴ１０２）で蓄電池制御回路２４０から通知される電圧指令と電圧計１７の出力（直流母線電圧）を取得し、ステップ１０３（ＳＴ１０３）で減算器２５０によって減算する。ＰＩ制御器２５１は減算器２５０の出力を処理し、蓄電池２の電流指令（Ｉｂａｔ＊）を生成する（ステップ１０４）。
ここで、電圧指令は、蓄電池２の電圧に基づいて決定される（説明は後述する）。
【００８８】
ＰＩ制御器２５１の出力である蓄電池２の電流指令（Ｉｂａｔ＊）はリミッタ２５２に入力される。リミッタ２５２では、蓄電池２の過電流を防止するため、蓄電池２の放電可能な最大電流で蓄電池の電流指令（ＰＩ制御器２５１の出力）が制限される（ステップ１０５）。
リミッタ２５２で処理された電流指令（Ｉｂａｔ＊）と電流計１６の出力（蓄電池２の電流）を取得する（ステップ１０６）。
減算器２５３はリミッタ２５２から出力される蓄電池２の電流指令（Ｉｂａｔ＊）から電流計１６の出力（蓄電池２の電流Ｉｂａｔ）を減算する（ステップ１０７）。ＰＩ制御器２５４は減算器２５３の出力を処理し、デューティＤＯＮを生成する（ステップ１０８）。
ＰＩ制御器２５４の出力は、動作選択回路２５５とデューティ信号生成回路２５６に入力される。
【００８９】
動作選択回路２５５では、デューティＤＯＮとスイッチング素子のデューティの上限Ｄｍとを比較する（ステップ１０９）。デューティＤＯＮがＤｍ以下の場合、動作選択回路２５５が降圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路２５６に通知する。
デューティ信号生成回路２５６は、ＰＩ制御器２５４からのデューティＤＯＮと動作選択回路２５５の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の降圧動作のデューティ信号を生成する。
【００９０】
デューティ信号生成回路２５６で生成したデューティ信号は、キャリア波２５７〜２６０とコンパレータ２６１〜２６４で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器２６５〜２６８、ＡＮＤ回路２６９〜２７２によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する（ステップ１１１）。具体的には、Ｓ１１がデューティＤＯＮでスイッチング、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４が常時ＯＦＦするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１に出力される（ステップ１１４）。
【００９１】
動作選択回路２５５で、デューティＤＯＮとＤｍを比較した（ステップ１０９）結果、デューティＤＯＮがＤｍより大きい場合は、デューティＤＯＮと１を比較する（ステップ１１０）。ＤＯＮが１より小さい場合、動作選択回路２５５が中間動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路２５６に通知する。
デューティ信号生成回路２５６は、ＰＩ制御器２５４からのデューティＤＯＮと動作選択回路２５５の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の中間動作のデューティ信号を生成する。
【００９２】
デューティ信号生成回路２５６で生成したデューティ信号は、キャリア波２５７〜２６０とコンパレータ２６１〜２６４で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器２６５〜２６８、ＡＮＤ回路２６９〜２７２によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する（ステップ１１２）。
具体的には、Ｓ１１がＤｍでスイッチング、Ｓ１２、Ｓ１３が常時ＯＦＦ、Ｓ１４が（ＤＯＮ−Ｄｍ）でスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１に出力される（ステップ１１４）。
【００９３】
動作選択回路２５５で、デューティＤＯＮと１を比較し（ステップ１１０）、デューティＤＯＮが１以上の場合、動作選択回路２５５が昇圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路２５６に通知する。デューティ信号生成回路２５６は、ＰＩ制御器２５４からのデューティＤＯＮと動作選択回路２５５の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の昇圧動作のデューティ信号を生成する。
【００９４】
デューティ信号生成回路２５６で生成したデューティ信号は、キャリア波２５７〜２６０とコンパレータ２６１〜２６４で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器２６５〜２６８、ＡＮＤ回路２６９〜２７２によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する（ステップ１１３）。
具体的には、Ｓ１１が常時ＯＮ、Ｓ１２、Ｓ１３が常時ＯＦＦ、Ｓ１４が（ＤＯＮ−１）でスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１に出力される（ステップ１１４）。
【００９５】
スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路１１に出力後、蓄電池制御回路２４０が電圧計１５、１７、電流計１６、１８の出力が正常（電圧、電流が所定の範囲内）かを判断する（ステップ１１５）。正常でない場合は、蓄電池制御回路２４０がＨＥＭＳに放電モード停止、およびその理由を通知し、蓄電池放電モードを終了する（ステップ１１７）。正常な場合は、蓄電池制御回路２４０はＨＥＭＳから放電モードの停止指令が通知されたか確認する（ステップ１１６）。ＨＥＭＳから放電モードの停止指令が通知された場合、蓄電池放電モードを終了し、ＨＥＭＳに放電モードを停止したことを通知する（ステップ１１７）。放電停止指令が通知されていなかった場合はステップ１０１（ＳＴ１０１）の処理に戻る。
【００９６】
次に、実施の形態２における自立運転における放電モードでの電圧指令の生成について図１９を参照して説明する。
本発明の実施の形態２においては、実施の形態１で述べたように蓄電池２の電圧に基づいて直流母線電圧を切替える方法を用いる。
具体的には、実施の形態１の図１９（ｂ）に示した直流母線電圧と同様となる電圧指令を蓄電池２の電圧に基づいて生成する。
実施の形態２での蓄電池２の放電は、実施の形態１で説明したと同様に、蓄電池２の電圧が高い範囲では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１を降圧動作で制御する。この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ低い電圧に双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が直流母線電圧を制御する。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ低い電圧」が第２の直流電圧の制御目標電圧（電圧指令）である。
ΔＶｄは降圧動作で負荷４への電力供給を維持でき、デッドタイムと直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の電圧差分である。
【００９７】
蓄電池２の放電により、直流母線電圧がＤＣ／ＡＣ変換回路２１３の交流電圧を維持できる下限電圧以下となると、直流母線電圧を切替えて双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１を昇圧動作で制御する。
この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ高い電圧に双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が直流母線電圧を制御する。ΔＶｕは昇圧動作で負荷４への電力供給を維持でき、直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分電圧である。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ高い電圧」が第２の直流電圧の制御目標電圧（電圧指令）である。
このように蓄電池２の電圧に基づいて直流母線電圧を切替えることで、リアクトル電流リップルを低減でき、蓄電池２の電流リップル低減の効果が得られる。
【００９８】
次に、本発明の実施形態２に係る蓄電池２の放電において直流母線電圧を切替えた場合の蓄電池電圧と直流母線電圧の変化を図２５に基づいて説明する。
ＤＣ／ＡＣ変換回路２１３が交流電圧を十分に維持するために必要な直流母線電圧以下に直流母線電圧が低下すると、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が直流母線電圧を切替える。
図２５（ａ）、（ｂ）は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が昇圧動作と降圧動作で動作でき、直流母線電圧を切替えた場合を示した図である。図２５（ｃ）は、中間動作を経由して降圧動作から昇圧動作に切替えた場合を示す。
【００９９】
図２５（ａ）は、蓄電池２の電圧が直流母線電圧より大きくなった場合に、降圧動作から昇圧動作に切替える場合の蓄電池２の放電電力を示した図である。この場合、スイッチングのデューティの上限のため、降圧動作で蓄電池２の放電電力に上限がある。この制限により、負荷４の消費電力と直流母線電圧を切替える電力を蓄電池２が出力することができないため、直流母線電圧の切替えができない。このため、本来切替わる直流母線電圧が一定となる。
【０１００】
図２５（ｂ）は、蓄電池２の電圧が直流母線電圧を切替える電圧より小さくなった場合に、降圧動作から昇圧動作に強制的に切替える場合の例を示す。図２５（ｂ）では、降圧動作から昇圧動作に切替わり、直流母線電圧の切替えができる。しかし、蓄電池２の出力電力が過剰に増加する。直流母線電圧を切替える電圧では、本来、蓄電池２の電圧と直流母線電圧が昇圧動作の電圧関係にないため、昇圧動作では蓄電池２の出力電力を制御できない。このため、蓄電池２の放電電力が過剰に増加する。
【０１０１】
図２５（ｃ）は、放電において双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が昇圧動作、中間動作、降圧動作で動作でき、直流母線電圧を切替えた場合の蓄電池２の出力電力を示した図である。直流母線電圧を切替える前の状態では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が降圧動作で蓄電池２の出力電力を所定の電力に維持している。直流母線電圧を切替えて、降圧動作のスイッチング素子のデューティが上限になると中間動作に切替わり、蓄電池２の放電電力は過剰に増加させることなく、ある範囲に維持している。直流母線電圧の切替えが終わると、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が昇圧動作で蓄電池２の放電電力を所定に値に維持している。
この例のように、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作を用いて直流母線電圧を切替えた場合、蓄電池２の出力電力を過剰に増加させることなく、直流母線電圧を切替えることができる。
【０１０２】
蓄電池２が電気自動車内のバッテリであり、負荷４がハウス内の電気機器であり、電力変換装置２０１をスマートハウスに備える構成として、本実施の形態２の発明を適用することができる。
【０１０３】
本実施の形態２では、各種制御（蓄電池２の放電や双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作の制御）をＨ／Ｗで実施するものとして説明したが、これに限るものではなく、全ての回路あるいは一部の回路については中央集積回路（ＣＰＵ）によるＳ／Ｗ処理で実現してもよい。
また、蓄電池管理ユニット５を蓄電池２に内蔵する構成としたが、例えば電力変換装置２０１で蓄電池２の情報を管理するように構成することができる。
【０１０４】
以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置２０１は、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、ＤＣ／ＡＣ変換回路と、ＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電池の充放電情報と第１の直流電圧に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路が第２の直流電圧を制御するとともに、第２の直流電圧から生成した電圧指令に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、および中間放電動作、のいずれかのモードに切替えて蓄電池から電力を放電するものである。このため、実施の形態２の電力変換装置は、蓄電池の放電において昇圧動作と降圧動作を双方に切替える場合でも、中間動作を用いることで所定の電力を維持しながら連続的に昇圧動作と降圧動作を切替えることができ、かつ電流リップルが小さくできる。さらに、電流リップルを低減することで省エネルギーの効果がある。
【０１０５】
実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、蓄電池の出力である第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、第２の直流電圧を交流電圧に変換し負荷に供給するとともに連携した分散電源の交流電圧を直流電圧に変換できるＤＣ／ＡＣ変換回路と、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御するＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ変換回路を制御するＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電池の充放電情報と第１の直流電圧に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路が第２の直流電圧を制御するとともに、第２の直流電圧から生成した電圧指令に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、中間放電動作、昇圧充電動作、降圧充電動作、および中間充電動作のいずれかのモードに切替えて蓄電池から電力を放電し、あるいは蓄電池へ電力を充電するものである。
【０１０６】
以下、実施の形態３の電力変換装置３０１の構成、動作について、電力変換装置を含むシステム構成図である図２６、ＤＣ／ＤＣ制御回路のブロック図である図２７、充電モード制御回路のブロック図である図２８、および充電時のスイッチング信号の生成フローチャートである図２９に基づいて実施の形態１、２との差異を中心に説明する。また、実施の形態１で説明した双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路の動作説明図である図５および直流母線電圧制御の説明図である図１９を適宜参照する。
なお、図２６において、図１、図２１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。
【０１０７】
図２６は、本発明の実施の形態３の電力変換装置３０１を含む全体システムの構成を示す。システム全体は、基本的に実施の形態１、２と同じであり、電力変換装置３０１と蓄電池２、分散電源６と負荷４から構成される。
【０１０８】
実施の形態１は、電力系統３が健全で電力変換装置１が電力系統３と連携している場合（通常運転）であり、実施の形態２は電力系統３に例えば故障が発生し、電力系統３からは電力が供給されない場合（自立運転）場合を想定していた。
実施の形態３は、電力系統３とは連携していないが、太陽光発電や風力発電等の分散電源と連携している場合を想定している。
【０１０９】
分散電源と連携している場合は、分散電源から電力が供給されるため、分散電源が供給する電力が負荷４への供給および蓄電池２の充電に使用される。しかし、分散電源は時間的変動が激しい（例えば、太陽光発電は夜間発電できない）ため、実施の形態１で説明した通常運転を行うことは問題がある。電力変換装置３０１は、基本的に自立運転での動作となるが、分散電源６からの電力供給があるため、実施の形態２のように蓄電池２は放電動作のみではなく、充電動作も行われる。
自立運転での蓄電池２の放電は実施の形態２で説明しているため、実施の形態３では、蓄電池２の充電を中心に説明する。
なお、分散電源６が本発明の外部電源である。
【０１１０】
次に、電力変換装置３０１の全体構成を図２６に基づいて説明する。
電力変換装置３０１は、主要回路として、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１、ＤＣ／ＤＣ制御回路３１２、ＤＣ／ＡＣ変換回路３１３、ＤＣ／ＡＣ制御回路３１４を備える。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１およびＤＣ／ＤＣ制御回路３１２を制御するために必要な各部の電圧、電流を計測する電圧計１５、１７、１９および電流計１６、１８、２０を備える。
【０１１１】
電力変換装置３０１の各主要回路と電圧計、電流計の機能、動作は、基本的に実施の形態１、２と同じであるため説明を省略する。
主要回路については、実施の形態１、２と区別するために、図２６においてそれぞれ双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１、ＤＣ／ＤＣ制御回路３１２、ＤＣ／ＡＣ変換回路３１３、およびＤＣ／ＡＣ制御回路３１４としている。
【０１１２】
実施の形態３では分散電源６と連携しており、蓄電池２は充電と放電の両方の運転が行われる。自立運転ではあるが、分散電源６の発電状況によって、実施の形態２とは異なり、蓄電池２は充電での運転がある点が異なる。すなわち、分散電源６の発電電力が負荷４の消費電力より大きくなれば、余剰電力を蓄電池２に充電する。また、分散電源６の発電電力が負荷４の消費電力より小さくなれば、不足電力を蓄電池２から放電して、負荷４に供給する。
分散電源６の発電電力が負荷４に対して余剰しているのか不足しているのかは、負荷４と分散電源６とＤＣ／ＡＣ変換回路３１３が接続する部分の電圧（電圧計１９で計測される電圧）で判断することができる。一般的に、複数の電源が連携する場合において、その内一つの電源の放電電力を増加させるには、放電電力を増加させる電源の出力電圧を大きくする必要がある。また、その内一つの電源の充電電力を増加させるには、充電電力を増加させる電源の出力電圧を小さくする必要がある。
実施の形態３においては、分散電源６の発電電力が負荷４の消費電力より大きい場合は、電圧計１９で計測される電圧が上昇する。また、分散電源６の発電電力が負荷４の消費電力より小さい場合は、電圧計１９で計測される電圧が低下する。
そのため、ＤＣ／ＡＣ変換回路３１３は電圧計１９で計測される電圧を規格される電圧に維持するように制御する。分散電源６の出力電力が増加して電圧計１９で計測される電圧が増加すると、ＤＣ／ＡＣ変換回路３１３は電圧計１９で計測される電圧を規格される電圧に維持するために充電動作を行う。分散電源６の出力電力が低下して電圧計１９で計測される電圧が低下すると、ＤＣ／ＡＣ変換回路３１３は電圧計１９で計測される電圧を規格される電圧に維持するために放電動作を行う。
この動作は負荷４の変動においても同様である。このように、ＤＣ／ＡＣ変換回路３１３は、電圧計１９で計測される電圧を規格される電圧に維持するように制御することで、分散電源６の発電電力および負荷４の消費電力が最適となるように動作できる。
【０１１３】
次に、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の動作原理について説明する。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１は、直流母線電圧を所定の電圧に制御する。実施の形態２と同様、蓄電池２の電圧に基づいた直流母線電圧から生成した所定の電圧を電圧指令とする。電圧指令は、蓄電池２の電圧、または蓄電池２の充電電力および放電電力を電力変換装置３０１が効率よく利用できる電圧により決定される。実施の形態２と同様に、蓄電池２の電圧に基づいて電圧指令を決定する。
【０１１４】
実施の形態３においても、実施の形態２と同様に、降圧動作、昇圧動作、および中間動作で双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の制御を行う。中間動作は、降圧動作のスイッチング動作と昇圧動作のスイッチング動作を組み合わせたもので、降圧動作のスイッチング素子３１または３３のデューティが上限となった状態で、昇圧動作のスイッチング素子３２または３４のデューティを増加させる動作である。
双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１のスイッチング素子のスイッチングを行うことで、蓄電池２の充電あるいは放電によって、蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さくなり、デューティ信号が上限に達しても対応できる。すなわち、昇圧動作のスイッチング素子３２または３４のデューティを増加させることで、リアクトル電流の減少を防ぐことができる。
【０１１５】
次に、図５（ａ）を参照して蓄電池２の充電動作について説明する。双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１は、蓄電池２の電圧が直流母線電圧よりも高い場合、昇圧動作で充電を行う（図５（ａ）中に昇圧と記載）。蓄電池２の電圧が直流母線電圧より低く、所定の充電電力を維持できない場合（蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分が小さい場合）、中間動作で充電を行う（図５（ａ）中に中間と記載）。蓄電池２の電圧が直流母線電圧より低く、充電電力を維持できる場合、降圧動作で充電を行う（図５（ａ）中に降圧と記載）。
したがって、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１に中間動作を用いることで、蓄電池２の電圧と直流母線電圧がどのような組み合わせであっても、蓄電池２を充電する電力を維持することができる。
【０１１６】
次に、ＤＣ／ＤＣ制御回路３１２の回路構成例を説明する。
図２７は、本発明の実施形態３に係るＤＣ／ＤＣ制御回路３１２の構成例のブロック図である。ＤＣ／ＤＣ制御回路３１２は、蓄電池制御回路３４０、充電モード制御回路３４１、放電モード制御回路３４２、および切替回路３４３から構成される。
蓄電池制御回路３４０は、蓄電池管理ユニット５との通信を行い、電圧計１５、電流計１６、電圧計１７、電流計１８からの電圧、電流信号の受信を行う。蓄電池制御回路３４０はさらに、充電モード制御回路３４１、放電モード制御回路３４２、および切替回路３４３との通信を行う。
充電モード制御回路３４１は、蓄電池制御回路３４０からの蓄電池２の電流指令と、蓄電池２の電圧に基づいた電圧指令（Ｖｄｃ＊）と直流母線電圧を計測する電圧計１８の出力（Ｖｄｃ）と蓄電池２の電流を計測する電流計１６の出力（Ｉｂａｔ）とに基づき、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作の選択と、スイッチングを行うスイッチング素子のデューティを算出する。
なお、放電モード制御回路３４２は、実施の形態２の放電モード制御回路２４２と機能、動作は同じである。
【０１１７】
次に、充電モードにおけるスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４の生成を、充電モード制御回路３４１のブロック図である図２８とスイッチング信号の生成フローチャートである図２９に基づいて説明する。
【０１１８】
まず、充電モード制御回路３４１の構成例を図２８に基づいて説明する。
充電モード制御回路３４１は、減算器３５０、３５３、ＰＩ制御器３５１、３５４、リミッタ３５２、動作選択回路３５５、デューティ信号生成回路３５６、キャリア波発生器３５７〜３６０、コンパレータ３６１〜３６４、遅延器３６５〜３６８、およびＡＮＤ回路３６９〜３７２から構成される。
実施の形態１の充電モード制御回路４１と比較して、構成上の差異は減算器３５０、ＰＩ制御器３５１、リミッタ３５２とが追加されていることである。この構成上の差異と入力信号の差異ついて説明する。
減算器３５０は、蓄電池制御回路３４０の出力（直流母線電圧指令Ｖｄｃ＊）と電圧計１７の出力（直流母線電圧Ｖｄｃ）との差異を演算する。ＰＩ制御器３５１は減算器３５０の出力から蓄電池２の電流指令を生成する。リミッタ３５２は蓄電池２の過電流を防止するために電流指令を制限する。減算器３５３は、リミッタ３５２の出力と電流計１６の出力（蓄電池の電流Ｉｂａｔ）との差異を演算する。ＰＩ制御器３５４は減算器３５３の出力からデューティＤＯＮを生成する。
ＰＩ制御器３５４でデューティＤＯＮを生成した以降の機能、動作は、実施の形態１の充電モード制御回路４１と同じであるため、説明は省略する。
【０１１９】
自立運転での充電時の動作フローを説明する。
自立運転では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１が直流母線電圧の変化に応じて蓄電池２を充電する。蓄電池充電モードが開始されると、ステップ２０１（ＳＴ２０１）で蓄電池制御回路３４０が蓄電池管理ユニット５と通信を行い、蓄電池２が充電可能かどうかを確認する。蓄電池制御回路３４０は、通信の結果、蓄電池２が充電可能であれば、充電モード制御回路３４１に蓄電池２の充電を開始／継続指示を出力する。
蓄電池２が充電不可の場合（蓄電池２が満充電、蓄電池２のセル温度が所定の範囲外、蓄電池２が故障等）は、蓄電池制御回路３４０からＨＥＭＳに蓄電池２が充電不可であること、およびその理由を通知し、蓄電池２の充電を終了する。
【０１２０】
蓄電池２が充電可能な場合は、ステップ２０２（ＳＴ２０２）で蓄電池制御回路３４０から通知される電圧指令と電圧計１７の出力（直流母線電圧）を取得し、ステップ２０３（ＳＴ２０３）で減算器３５０によって減算する。減算器３５０の出力は、ＰＩ制御器３５１で処理され、デューティＤＯＮを生成する。
ここで、電圧指令は、蓄電池２の電圧に基づいて決定される（説明は後述する）。
【０１２１】
ＰＩ制御器３５１の出力は、蓄電池２の電流指令としてリミッタ３５２に入力される。リミッタ３５２では、蓄電池２の過電流を防止するため、蓄電池２の充電可能な最大電流で蓄電池の電流指令（ＰＩ制御器３５１の出力）が制限される（ステップ２０５）。
減算器３５３はリミッタ３５２から出力される蓄電池２の電流指令から電流計１６の出力（蓄電池２の電流）を減算する（ステップ２０８）。減算器３５３の出力は、ＰＩ制御器３５４で処理され、デューティＤＯＮを生成する。
ＰＩ制御器３５４の出力は、動作選択回路３５５とデューティ信号生成回路３５６に入力される。
【０１２２】
動作選択回路３５５では、デューティＤＯＮとスイッチング素子のデューティの上限Ｄｍとを比較する（ステップ２０９）。デューティＤＯＮがＤｍ以下の場合、動作選択回路３５５が降圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路３５６に出力する。
デューティ信号生成回路３５６は、ＰＩ制御器３５４からのデューティＤＯＮと動作選択回路３５５の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の降圧動作のデューティ信号を生成する。
【０１２３】
デューティ信号生成回路３５６で生成したデューティ信号は、キャリア波３５７〜３６０とコンパレータ３６１〜３６４で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器３６５〜３６８、ＡＮＤ回路３６９〜３７２によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する（ステップ２１１）。
具体的には、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１４が常時ＯＦＦ、Ｓ１３がデューティＤＯＮでスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、切替回路３４３に出力される（ステップ２１４）。
【０１２４】
動作選択回路３５５で、デューティＤＯＮとＤｍを比較した（ステップ２０９）結果、デューティＤＯＮがＤｍより大きい場合は、デューティＤＯＮと１を比較する（ステップ２１０）。デューティＤＯＮが１より小さい場合、動作選択回路３５５が中間動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路３５６に出力する。
デューティ信号生成回路３５６は、ＰＩ制御器３５４からのデューティＤＯＮと動作選択回路３５５の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の中間動作のデューティ信号を生成する。
【０１２５】
デューティ信号生成回路３５６で生成したデューティ信号は、キャリア波３５７〜３６０とコンパレータ３６１〜３６４で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器３６５〜３６８、ＡＮＤ回路３６９〜３７２によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する（ステップ２１２）。
具体的には、Ｓ１１、Ｓ１４が常時ＯＦＦ、Ｓ１２が（ＤＯＮ−Ｄｍ）でスイッチング、Ｓ１３がＤｍでスイッチングするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、切替回路３４３に出力される（ステップ２１４）。
【０１２６】
動作選択回路３５５で、デューティＤＯＮと１を比較し（ステップ２１０）、デューティＤＯＮが１より大きい場合、動作選択回路３５５が昇圧動作を選択し、選択した動作をデューティ信号生成回路３５６に通知する。デューティ信号生成回路３５６は、ＰＩ制御器３５４からのデューティＤＯＮと動作選択回路３５５の信号から、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の昇圧動作のデューティ信号を生成する。
【０１２７】
デューティ信号生成回路３５６で生成したデューティ信号は、キャリア波３５７〜３６０とコンパレータ３６１〜３６４で比較され、デッドタイムを含まないスイッチング信号に変換される。その後、遅延器３６５〜３６８、ＡＮＤ回路３６９〜３７２によって、デッドタイムを挿入し、スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を生成する（ステップ２１４）。
具体的には、Ｓ１１、Ｓ１４が常時ＯＦＦ、Ｓ１２が（ＤＯＮ−１）でスイッチング、Ｓ１３が常時ＯＮするスイッチング信号を生成する。生成されたスイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４は、切替回路３４３に出力される（ステップ２１４）。
【０１２８】
スイッチング信号Ｓ１１〜Ｓ１４を双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１に出力後、蓄電池制御回路３４０が電圧計１５、１７、電流計１６、１８の出力が正常（電圧、電流が所定の範囲内）かを判断する（ステップ２１５）。正常でない場合は、蓄電池制御回路３４０がＨＥＭＳに充電モード停止、およびその理由を通知し、蓄電池充電モードを終了する（ステップ２１６）。正常な場合は、蓄電池制御回路３４０はＨＥＭＳから充電モードの停止指令が通知されたか確認する（ステップ２１６）。ＨＥＭＳから充電モードの停止指令が通知された場合、蓄電池充電モードを終了し、ＨＥＭＳに充電モードを停止したことを通知する（ステップ２１７）。充電停止指令が通知されていなかった場合はステップ２０１（ＳＴ２０１）の処理に戻る。
【０１２９】
次に、実施の形態３における自立運転における充電モードでの電圧指令の生成について図１９を参照して説明する。
本発明の実施の形態２と同様に、自立運転では蓄電池２の電圧に基づいて直流母線電圧を切替える方法を用いる。
具体的には、実施の形態１の図１９（ａ）に示した直流母線電圧と同様となる電圧指令を蓄電池２の電圧に基づいて生成する。
実施の形態３における蓄電池２の充電は、蓄電池２の電圧が低い範囲では、双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１を降圧動作で制御する。この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ高い電圧に双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路２１１が直流母線電圧を制御する。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｄ高い電圧」が、第２の直流電圧の制御目標電圧（電圧指令）である。
ΔＶｄは降圧動作で蓄電池２への充電を維持でき、デッドタイムと直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の電圧差分である。
【０１３０】
蓄電池２の充電により、直流母線電圧がＤＣ／ＡＣ変換回路２１３の交流電圧を維持できる下限電圧以下とならない電圧になると、直流母線電圧を切替えて双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１を昇圧動作で制御する。
この時の直流母線電圧としては、蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ低い電圧に双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１が直流母線電圧を制御する。ΔＶｕは昇圧動作で負荷４への電力供給を維持でき、直流母線電圧の電圧振動を考慮した蓄電池２の電圧と直流母線電圧の差分電圧である。
なお、ここで「蓄電池２の電圧よりもΔＶｕ低い電圧」が、第２の直流電圧の制御目標電圧（電圧指令）である。
このように蓄電池２の電圧に応じて直流母線電圧を切替えることで、リアクトル電流リップルを低減でき、蓄電池２の電流リップル低減の効果が得られる。
【０１３１】
蓄電池２が電気自動車内のバッテリであり、負荷４がスマートハウス内の電気機器であり、電力変換装置３０１をスマートハウスに備える構成として、本実施の形態３の発明を適用することができる。
【０１３２】
本実施の形態３では、各種制御（蓄電池２の放電や双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路３１１の昇圧動作、中間動作、降圧動作の制御）をＨ／Ｗで実施するものとして説明したが、これに限るものではなく、全ての回路あるいは一部の回路を中央集積回路（ＣＰＵ）によるＳ／Ｗ処理で実現してもよい。
また、蓄電池管理ユニット５を蓄電池２に内蔵する構成としたが、例えば電力変換装置３０１で蓄電池２の情報を管理するように構成することができる。
【０１３３】
以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置３０１は、蓄電池の出力である第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換する双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、第２の直流電圧を交流電圧に変換し負荷に供給するとともに連携した分散電源の交流電圧を直流電圧に変換できるＤＣ／ＡＣ変換回路と、ＤＣ／ＤＣ制御回路と、ＤＣ／ＡＣ制御回路とを備え、蓄電池の充放電情報と第１の直流電圧に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路が第２の直流電圧を制御するとともに、第２の直流電圧から生成した電圧指令に基づき双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を昇圧放電動作、降圧放電動作、中間放電動作、昇圧充電動作、降圧充電動作、および中間充電動作のいずれかのモードに切替えて蓄電池から電力を放電し、あるいは蓄電池へ電力を充電するものである。このため、実施の形態３の電力変換装置は、蓄電池の充放電において昇圧動作と降圧動作を双方に切替える場合でも、中間動作を用いることで所定の電力を維持しながら連続的に昇圧動作と降圧動作を切替えることができ、かつ電流リップルが小さくできる。さらに、電流リップルを低減することで省エネルギーの効果がある。
【０１３４】
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、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１３５】
１，２０１，３０１  電力変換装置、２  蓄電池、３  電力系統、４  負荷、
５  蓄電池管理ユニット、６  分散電源、
１１，２１１，３１１  双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路、
１２，２１２，３１２  ＤＣ／ＤＣ制御回路、１５，１７，１９  電圧計、
１６，１８，２０  電流計、１３，２１３，３１３  ＤＣ／ＡＣ変換回路、
１４，２１４，３１４  ＤＣ／ＡＣ制御回路、２１  直流母線バス、
３１，３２，３３，３４  スイッチング素子、３５  リアクトル、
３６，３７  コンデンサ、４０，２４０，３４０  蓄電池制御回路、
４１，３４１  充電モード制御回路、４２，２４２，３４２  放電モード制御回路、
４３，３４３  切替回路、５０，７０，２５０，２５３，３５０，３５３  減算器、
５１，７１，２５１，２５４，３５１，３５４  ＰＩ制御器、
５２，７２，２５５，３５５  動作選択回路、
５３，７３，２５６，３５６  デューティ信号生成回路、
５４，５５，５６，５７，７４，７５，７６，７７，２５７，２５８，２５９，２６０，３５７，３５８，３５９，３６０  キャリア波、
５８，５９，６０，６１，７８，７９，８０，８１，２６１，２６２，２６３，２６４，３６１，３６２，３６３，３６４  コンパレータ、
６２，６３，６４，６５，８２，８３，８４，８５，２６５，２６６，２６７，２６８，３６５，３６６，３６７，３６８  遅延器、
６６，６７，６８，６９，８６，８７，８８，８９，２６９，２７０，２７１，２７２，３６９，３７０，３７１，３７２  ＡＮＤ回路、
２５２，３５２  リミッタ。
【図１】
2015056933.tif 000003
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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