(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流母線と蓄電池間に接続され、前記直流母線の母線電圧が一定になるように前記母線から前記蓄電池への充電制御と前記蓄電池から前記母線への放電制御を行う双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの並列運転装置において、
ｎ個の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと、
各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されたｎ個の蓄電池と、
各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット間を接続する通信回線と、を備え、
前記各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットは、
電池電流指令データに基づいて前記蓄電池への充電電流または前記蓄電池からの放電電流を制御する電流制御部と、
他の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに接続された蓄電池の電池残量を前記通信回線により受信し、下記（１）式によって前記充電電流に対する電池電流指令データを補正し、下記（２）式によって前記放電電流に対する電池電流指令データを補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【数３】
0006542113.tif 000004
但し、
ＩＲＥＦ：補正後の電池電流指令データ
ＳＯＣｋ：ｋ番目の蓄電池の電池残量
α：自双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの番号
ＳＯＣα：自双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに接続される蓄電池の電池残量
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、双方向に電流を流すことのできる双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ、特に、直流母線と蓄電池間に接続される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの並列運転装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータは、トランスの一次側と二次側にスイッチングコンバータを接続し、それぞれのスイッチングコンバータを制御することにより、トランスの一次側から二次側に向けてエネルギー（電力）を伝送したり、トランスの二次側から一次側に向けてエネルギー（電力）を伝送する。
【０００３】
そこで、この双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの一次側端子に蓄電池を接続し、トランスの一次側から二次側に向けて電力を伝送するようにスイッチングコンバータを制御すると蓄電池から電力を放電し、トランスの二次側から一次側に向けて電力を伝送するようにスイッチングコンバータを制御すると蓄電池に電力を充電するというように、蓄電池の充放電制御が可能となる。
【０００４】
このような双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットを並列に接続して並列運転する場合の全体の構成を示すと図１のようになる。
【０００５】
図１に示す例では、２０ｋｗコンバータ盤１に１０ｋｗの双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット２０、２１を設置し、各ユニットに、複数のリチウムイオン蓄電池を含む蓄電池３０、３１を接続している。各蓄電池３０、３１と各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット２０、２１とは充電電流または放電電流を流す電源ライン４０、４１と制御線５０、５１とで接続され、制御線５０、５１は蓄電池の制御信号を蓄電池に伝送したり電池残量を示す電池情報を各ユニットに伝送する。
【０００６】
各ユニット２０、２１は、各蓄電池３０、３１から得られた電池残量を参照して電池電流指令データを生成し、このデータを制御目標値として充電または放電制御を行う。
【０００７】
しかし、以上の構成の装置では各蓄電池の電池残量の偏りが生じるため、電池寿命にバラツキが生じる問題があり、また、一方の蓄電池に充電が行われているときに他方の蓄電池から放電が行われることがあり、その場合、一方が他方に干渉し、動作が不安定となったり母線電圧が安定しなくなる問題があった。
【０００８】
そこで、各ユニット毎に、他ユニットに接続される蓄電池からの情報を取得する通信線を接続した装置が提案されている（特許文献１）。この装置によれば、通信線によって、他ユニットに接続される蓄電池の情報を取得出来るため、各蓄電池の電池残量に偏りが出ないようにすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１６１１９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、上記先行技術は、一定期間Ｔ毎に、各ユニットが順番に充放電を行うようにしているため、各蓄電池の電池残量は常に同じではない。例えば、ある期間Ｔ１で１番目の蓄電池に充電し、次の期間Ｔ２で２番目の蓄電池から放電することも頻繁に行われる場合があり、この場合には、短期間では各蓄電池の電池残量に偏りが生じ、且つ、母線電圧も安定しにくいという問題が生じる。
【００１１】
この発明の目的は、各蓄電池の電池残量が常に同じとなり母線電圧も常に安定するように、各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの充放電量を設定することが可能な双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの並列運転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ装置は、
直流母線と蓄電池間に接続され、前記直流母線の母線電圧が一定になるように前記母線から前記蓄電池への充電制御と前記蓄電池から前記母線への放電制御を行う双方向ＤＣ−ＤＣコンバータの並列運転装置において、
ｎ個の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットと、
各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されたｎ個の蓄電池と、
各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット間を接続する通信回線と、を備え、
前記各双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットは、
電池電流指令データに基づいて前記蓄電池への充電電流または前記蓄電池からの放電電流を制御する電流制御部と、
他の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに接続された蓄電池の電池残量を前記通信回線により受信し、下記（１）式によって前記充電電流に対する電池電流指令データを補正し、下記（２）式によって前記放電電流に対する電池電流指令データを補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【数１】
0006542113.tif 000002
【００１４】
但し、
ＩＲＥＦ：補正後の電池電流指令データ
ＳＯＣｋ：ｋ番目の蓄電池の電池残量
α：自双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの番号
ＳＯＣα：自双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに接続される蓄電池の電池残量
上記式（１）は充電時に、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット組み合わせ数を参照して各ユニットの補正された電池電流指令データを求める式である。また、式（２）は放電時に、各ユニットの補正された電池電流指令データを求める式である。
【００１５】
式（１）において、右辺第１項は、各ユニットにおける電池電流指令データの合計を示す。
【００１６】
右辺第２項の２／ｎ（ｎ−１）は、各ユニット間の通信回線数の逆数であり、右辺第３項の係数である。ユニット間の通信回線数は、通信回線の組み合わせ数ｎＣ２で表される。例えば、図１に示すようにｎ＝２であれば、通信回線数は１である。また、ｎ＝３であれば、通信回線数は３、ｎ＝４であれば、通信回線数は６となる。
【００１７】
右辺第３項は、他の蓄電池の電池残量と自己の蓄電池の電池残量に基づくバランス項を示す。
【００１８】
各ユニットにおいて、上記（１）式、（２）式を演算して電池電流指令データを補正することで、各蓄電池の電池残量が常に同じとなるような電流制御が可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、各ユニットにおいて電池電流指令データの補正が同時に行われるため、全蓄電池の電池残量が常に同じ残量となる。このため、それぞれの蓄電池の電池寿命にバラツキがなくなり、また、母線電圧にフラツキがなくなり安定する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット並列運転装置の全体の構成図。
【図２】この発明の実施形態である双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ並列運転装置の全体の構成図。
【図３】各ユニット２０、２１に設けられる制御部の構成図。
【図４】電池電流指令データ［補正］により充電または放電した時の同データと電池残量の変化を示す図。
【図５】ｎ＝４のときの通信回線を示す図。
【図６】ｎ＝４のときのユニットの電池電流指令データ［補正］（ＩＲＥＦ）を示す表である。
【図７】ｎ＝４のときの各ユニットの電池電流指令データ［補正］（ＩＲＥＦ）を示す表である。
【図８】ｎ＝４のときの各ユニットの電池電流指令データ［補正］（ＩＲＥＦ）を示す表である。
【図９】ｎ＝４のときの各ユニットの電池電流指令データ［補正］（ＩＲＥＦ）を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図２は、この発明の実施形態である双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ並列運転装置の全体の構成を示し、ここでは双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットを２台接続したものを示している。
【００２２】
図２において、図１と相違する部分は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット（以下、単にユニットという）２０、２１間に通信回線６を接続した点である。
【００２３】
図３は、各ユニット２０、２１に設けられる制御部の構成を示している。
【００２４】
制御部７は、直流母線８の電圧を検出し、一定の電圧（例えばＤＣ３６０Ｖ）以上になると同電圧を下げるために蓄電池３０、３１への充電を行う。このとき制御部７内では蓄電池３０、３１への電池電流指令データを生成し、さらに、これを補正し、この補正値を制御目標値として充電電流の一定制御を行う。
【００２５】
制御部７において、符号ＣＡＮは、自ユニット以外の他のユニットの番号を表す。制御部７は、自ユニットにおいて検出された直流母線電圧に基づいて生成された電池電流指令データ［自己］と、他ユニットにおいて検出された直流母線電圧に基づいて生成された電池電流指令データ［ＣＡＮ］を用いて、電池電流指令データ［自己］を補正し、電池電流指令データ［補正］を求める。この補正を行う補正手段７０は、電池電流目標値算出部７０ａと、この電池電流目標値算出部７０ａの出力と電池電流指令データ［自己］とを加算する加算部７０ｂとで構成される。制御部７は、さらに、前記補正手段７０の出力に基づいて、得られた電池電流指令データ［補正］に基づいて充電電流または放電電流を一定制御する電流一定制御部７１を備えている。
【００２６】
前記電池電流目標値算出部７０ａには、電池電流指令データ［ＣＡＮ］と電池残量（以下、これをＳＯＣと略する）［ＣＡＮ］と、ＳＯＣ［自己］のデータが入力する。これらのデータに基づいて下記の式（３）（４）によって、電池電流指令データ［補正］を求める。
【００２７】
（充電時）
電池電流指令データ［補正］＝（電池電流指令データ［自己］＋電池電流指令データ［ＣＡＮ］）×ＳＯＣ［ＣＡＮ］／（ＳＯＣ［自己］＋ＳＯＣ［ＣＡＮ］）――――（３）
（放電時）
電池電流指令データ［補正］＝（電池電流指令データ［自己］＋電池電流指令データ［ＣＡＮ］）×ＳＯＣ［自己］／（ＳＯＣ［自己］＋ＳＯＣ［ＣＡＮ］）――――（４）
上記式（３）において、右辺の第１項の（電池電流指令データ［自己］＋電池電流指令データ［ＣＡＮ］）は、それぞれのユニット２０、２１において直流母線電圧に基づいて生成されたデータの加算値である。右辺の第２項のＳＯＣ［ＣＡＮ］／（ＳＯＣ［自己］＋ＳＯＣ［ＣＡＮ］）は、２つの蓄電池３０、３１のＳＯＣの比率を示す。したがって、この式（３）は、蓄電池３０、３１の各充電電流を蓄電池３０、３１のＳＯＣの比率に基づいて補正することを示している。
【００２８】
上記式（４）も同様であり、蓄電池３０、３１の各放電電流を蓄電池３０、３１のＳＯＣの比率に基づいて補正することを示している。
【００２９】
図４は、上記式（３）（４）の電池電流指令データ［補正］により充電または放電した時の同データと電池残量の変化を示している。同図（Ａ）は放電時、同図（Ｂ）は充電時である。いずれも、制御前のＳＯＣに大きな差がある場合を示している。放電時（同図（Ａ））においては、ユニット１のＳＯＣ（１）が多いためユニット１の電池電流指令データ［補正］が大きい。また、充電時（同図（Ｂ））においては、ユニット１のＳＯＣ（１）が多いためユニット２の電池電流指令データ［補正］が大きい。充電、放電いずれの場合も、その後、ＳＯＣ１とＳＯＣ２が同じになるように電流制御されていく。もし、通信回線のない図１のような構成であれば、他ＳＯＣが考慮されずに電流制御されるため、ＳＯＣ１とＳＯＣ２が同じ値に収束することは困難であるか、収束するまでに長時間かかる。
【００３０】
上記実施形態は２台のユニットを用いた装置を示したが、一般にｎ台のユニットを用いた装置では、各ユニットにおける電池電流指令データ［補正］は次の式（１）（２）で示される。式（１）は充電時の電池電流指令データ［補正］、式（２）は放電時の電池電流指令データ［補正］を示している。
【００３１】
【数２】
0006542113.tif 000003
【００３２】
但し、
ＩＲＥＦ：補正後の電池電流指令データ
ＳＯＣｋ：ｋ番目の蓄電池の電池残量
α：自双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの番号
ＳＯＣα：自双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニットに接続される蓄電池の電池残量
上記式（１）は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット組み合わせ数を参照して各ユニットの充電時の電池電流指令データ［補正］を求める式である。
【００３３】
式（１）の右辺第１項は、各ユニットにおける電池電流指令データの合計を示す。
【００３４】
右辺第２項の２／ｎ（ｎ−１）は、各ユニット間の通信回線数の逆数であり、右辺第３項の係数である。ユニット間の通信回線数は、通信回線の組み合わせ数ｎＣ２で表される。例えば、図１に示すようにｎ＝２であれば、通信回線数は１である。また、ｎ＝３であれば、通信回線数は３、ｎ＝４であれば、通信回線数は６となる。
【００３５】
右辺第３項は、他の蓄電池の電池残量と自己の蓄電池の電池残量に基づくバランス項を示す。
【００３６】
図５は、ｎ＝４のときの通信回線を示している。図示のように通信（１）〜通信（６）を行う合計６本の通信回線が各ユニット間に接続される。各通信回線を介して得られる情報に基づいて、各ユニットが同時に補正部７０で式（１）（２）を演算して電池電流指令データ［補正］ＩＲＥＦを求める。
【００３７】
図６は、ｎ＝４のときに、ＳＯＣ１〜４の各電池残量が異なる場合の上記式（１）によって求められる各ユニットの電池電流指令データ［補正］（ＩＲＥＦ）を示す表である。同図において、αはユニット番号を示す。同図（Ａ）は、ユニット番号（α）＝１を自ユニットとしたときのＩＲＥＦを示し、図７は、ユニット番号（α）＝２を自ユニットとしたときのＩＲＥＦを示し、図８は、ユニット番号（α）＝３を自ユニットとしたときのＩＲＥＦを示し、図９は、ユニット番号（α）＝４を自ユニットとしたときのＩＲＥＦを示している。なお、ここでは、各ユニットにおける電池電流指令データの合計は１０Ａと仮定している（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）。
【００３８】
図６において、例えば、一番上の欄のＳＯＣ１＝０％の電池残量のときは、上記式（１）によって求められた自ユニットのＩＲＥＦが５．０Ａとされることがわかる。図７〜図９においても、電池残量が同じ条件の場合、自ユニットのＩＲＥＦが５．０Ａとなっている。このように、各ユニットで優劣がないように、ＩＲＥＦが求められることがわかる。
【００３９】
放電の場合は、全ユニットの電池残量に対する自ユニットの電池残量の比率を求めれば良いため，上記（２）式でユニット毎のＩＲＥＦを求めれば良い。（２）式は、全ユニットの電池残量に対する自ユニットの電池残量の比率を求める式であり、充電の場合のようにユニット組み合わせ数を考慮する必要がない。
【００４０】
以上のように、上記双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ並列運転装置では、各ユニット毎に同時に電池電流指令データ［補正］ＩＲＥＦを求め、この値に基づいて同時に電流制御を行う。これにより、全蓄電池の電池残量が常に同じ残量となり、それぞれの蓄電池の電池寿命にバラツキがなくなり、また、母線電圧にフラツキがなくなり安定する。
【符号の説明】
【００４１】
１−コンバータ盤１
２０、２１−双方向ＤＣ−ＤＣコンバータユニット
３０、３１−蓄電池
６−通信回線
７−制御部
７０−補正手段
【図１】
0006542113.tif 000005
【図２】
0006542113.tif 000006
【図３】
0006542113.tif 000007
【図４】
0006542113.tif 000008
【図５】
0006542113.tif 000009
【図６】
0006542113.tif 000010
【図７】
0006542113.tif 000011
【図８】
0006542113.tif 000012
【図９】
0006542113.tif 000013