(57)【要約】【課題】突入電流防止回路を設けることなく、突入電流を防止することができる双方向電力変換装置、コンピュータプログラム及び双方向電力変換装置の制御方法を提供する。【解決手段】開閉部を有する電路を介してＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、制御部が交流を直流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、検出したキャパシタの電圧及び蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部とを備え、制御部は、条件を充足すると判定した場合、蓄電デバイスの直流を交流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。【選択図】図１
2017123739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置であって、
開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、
前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、
該制御部が交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、
該電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧及び前記電圧取得部で取得した前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部と
を備え、
前記制御部は、
前記判定部で前記条件を充足すると判定した場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する双方向電力変換装置。
【請求項２】
前記蓄電デバイスの充電率を取得する充電率取得部を備え、
前記判定部は、
前記充電率取得部で取得した充電率に基づいて前記条件を充足するか否かを判定する請求項１に記載の双方向電力変換装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記充電率取得部で取得した充電率が所定の上限値以上である場合に、前記電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧が前記蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であり、かつ前記蓄電デバイスの電圧以下であるときに前記条件を充足すると判定する請求項２に記載の双方向電力変換装置。
【請求項４】
前記判定部は、
前記充電率取得部で取得した充電率が所定の上限値未満である場合に、前記電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧が前記蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であり、前記蓄電デバイスの電圧より高い上限電圧以下であるときに前記条件を充足すると判定する請求項２又は請求項３に記載の双方向電力変換装置。
【請求項５】
コンピュータに、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、
コンピュータを、
開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、
前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、
交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、前記キャパシタの電圧及び前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部と
して機能させ、
前記制御部は、
前記条件を充足すると判定された場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御するコンピュータプログラム。
【請求項６】
交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置の制御方法であって、
開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を電圧取得部が取得し、
前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御部が制御し、
交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部が制御された場合に、前記キャパシタの電圧を電圧検出部が検出し、
検出された前記キャパシタの電圧及び取得された前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定部が判定し、
前記制御部は、
前記条件を充足すると判定された場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する双方向電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方に電力を変換する双方向電力変換装置、該双方向電力変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び前記双方向電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用電源から供給される交流を直流に変換する電力変換装置を搭載し、当該電力変換装置で変換した直流で車載のバッテリを充電するプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ：Plugin Hybrid Electric Vehicle）及び電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）等の車両が普及している。
【０００３】
また、近年、プラグインハイブリッド車及び電気自動車等の車両に搭載されたバッテリを、災害時又は非常時の電源として利用することが期待されている。バッテリを電源として利用するためには、交流を直流に変換するだけでなく、直流を交流に変換する必要がある。
【０００４】
例えば、ＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＤＣ変換部との２段構成を有し、交流を直流に及び直流を交流に変換することができる双方向コンバータが開示されている（特許文献１参照）。この双方向コンバータは、ＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＤＣ変換部との間、及びＤＣ／ＤＣ変換部とバッテリが接続される直流側端子との間に、直流を平滑するための平滑用キャパシタが接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１７８５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の双方向コンバータにあっては、車載のバッテリを電源として、直流を交流に変換する場合、平滑用キャパシタを充電するため急峻な電流が流れ、直流を交流に変換する動作を開始したときにバッテリから双方向コンバータへ過大な突入電流が流れ、双方向コンバータ内の電子部品、接点などが破損する可能性がある。また、突入電流を低減するためには、抵抗等で構成される突入電流防止回路を設ける必要がある。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、突入電流防止回路を設けることなく、突入電流を防止することができる双方向電力変換装置、該双方向電力変換装置を制御するためのコンピュータプログラム及び該双方向電力変換装置の制御方法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】
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置は、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置であって、開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、該制御部が交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧及び前記電圧取得部で取得した前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部とを備え、前記制御部は、前記判定部で前記条件を充足すると判定した場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【０００９】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、前記キャパシタの電圧及び前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部として機能させ、前記制御部は、前記条件を充足すると判定された場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【００１０】
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置の制御方法は、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置の制御方法であって、開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を電圧取得部が取得し、前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御部が制御し、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部が制御された場合に、前記キャパシタの電圧を電圧検出部が検出し、検出された前記キャパシタの電圧及び取得された前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定部が判定し、前記制御部は、前記条件を充足すると判定された場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、突入電流防止回路を設けることなく、突入電流を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態の双方向電力変換装置の回路構成の一例を示す説明図である。
【図２】本実施の形態の双方向電力変換装置の放電動作開始の条件の一例を示す説明図である。
【図３】コンタクタユニットを含む周辺回路の一例を示す説明図である。
【図４】本実施の形態の双方向電力変換装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［本願発明の実施形態の説明］
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置は、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置であって、開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、該制御部が交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、前記キャパシタの電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧及び前記電圧取得部で取得した前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部とを備え、前記制御部は、前記判定部で前記条件を充足すると判定した場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【００１４】
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置を制御させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を取得する電圧取得部と、前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する制御部と、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、前記キャパシタの電圧及び前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する判定部として機能させ、前記制御部は、前記条件を充足すると判定された場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【００１５】
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置の制御方法は、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、該ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と、該ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタとを備え、交流を直流に及び直流を交流に変換する双方向電力変換装置の制御方法であって、開閉部を有する電路を介して前記ＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイスの電圧を電圧取得部が取得し、前記開閉部が開状態で、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御部が制御し、交流を直流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部が制御された場合に、前記キャパシタの電圧を電圧検出部が検出し、検出された前記キャパシタの電圧及び取得された前記蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定部が判定し、前記制御部は、前記条件を充足すると判定された場合、前記蓄電デバイスの直流を交流に変換すべく前記ＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【００１６】
双方向電力変換装置は、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部、ＡＣ／ＤＣ変換部に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部、ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタを備え、交流を直流に及び直流を交流にと双方向に電力を変換する。蓄電デバイスを充電する場合には、ＡＣ／ＤＣ変換部は交流を直流に変換し、ＤＣ／ＤＣ変換部は、ＡＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を電圧変換して出力する。また、蓄電デバイスを放電する場合には、ＤＣ／ＤＣ変換部は、蓄電デバイスの直流を電圧変換し、ＡＣ／ＤＣ変換部は、ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を交流に変換して出力する。
【００１７】
電圧取得部は、開閉部を有する電路を介してＤＣ／ＤＣ変換部に接続される蓄電デバイス（例えば、バッテリ）の電圧を取得する。蓄電デバイスの電圧は、例えば、蓄電デバイスの電圧、電流などを監視するバッテリ監視装置のような装置から所定の通信機能を用いて取得することができる。なお、蓄電デバイスの電圧を直接検出して取得するようにしてもよい。
【００１８】
制御部は、開閉部が開状態（ＤＣ／ＤＣ変換部と蓄電デバイスとが電気的に非接続の状態）で、交流を直流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換部は、商用電源からの交流を直流に変換し、ＤＣ／ＤＣ変換部は、ＡＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を電圧変換して出力する。キャパシタは充電されるが、開閉部が開状態であるので、蓄電デバイスは充電されない。
【００１９】
電圧検出部は、制御部が交流を直流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御した場合に、キャパシタの電圧を検出する。キャパシタは、ＤＣ／ＤＣ変換部が変換した直流を平滑するキャパシタであるので、ＤＣ／ＤＣ変換部と蓄電デバイスとの間、及びＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＤＣ変換部との間に設けることができる。電圧検出部は、ＤＣ／ＤＣ変換部と蓄電デバイスとの間に設けられたキャパシタの電圧を検出するが、ＡＣ／ＤＣ変換部とＤＣ／ＤＣ変換部との間に設けられたキャパシタの電圧を検出してもよい。
【００２０】
判定部は、電圧検出部で検出したキャパシタの電圧及び電圧取得部で取得した蓄電デバイスの電圧が所要の条件を充足するか否かを判定する。所要の条件とは、キャパシタの電圧と蓄電デバイスの電圧とが同等であることを意味し、例えば、キャパシタの電圧と蓄電デバイスの電圧とが等しい、あるいはキャパシタの電圧と蓄電デバイスの電圧との電位差が所定範囲内である、とすることができる。
【００２１】
制御部は、判定部で所要の条件を充足すると判定した場合、直流を交流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部及びＤＣ／ＤＣ変換部を制御する。
【００２２】
すなわち、双方向電力変換装置を放電動作（直流から交流への変換）させる場合、まず交流を直流に変換し、平滑用のキャパシタを予め充電する。キャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧と同等になった場合、蓄電デバイスを双方向電力変換装置に接続して直流を交流に変換する。蓄電デバイスからＤＣ／ＤＣ変換部へ直流が供給されるときに、キャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧と同等になっているので、キャパシタを充電するための急峻な電流が発生しない。これにより、突入電流防止回路を具備しなくても、蓄電デバイスから双方向電力変換装置に流れる過大な突入電流を防止することができる。
【００２３】
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置は、前記蓄電デバイスの充電率を取得する充電率取得部を備え、前記判定部は、前記充電率取得部で取得した充電率に基づいて前記条件を充足するか否かを判定する。
【００２４】
充電率取得部は、蓄電デバイスの充電率を取得する。蓄電デバイスの充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、例えば、蓄電デバイスの充電率を監視するバッテリ監視装置のような装置から所定の通信機能を用いて取得することができる。
【００２５】
判定部は、充電率取得部で取得した充電率に基づいて所要の条件を充足するか否かを判定する。蓄電デバイスの充電率が所定の上限値以上である場合、蓄電デバイスへの充電を避けることが望ましい。また、蓄電デバイスの充電率が所定の上限値未満である場合、蓄電デバイスへの充電を行っても問題はない。そこで、判定部は、平滑用のキャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧以下となる場合、所要の条件を充足すると判定する。また、判定部は、平滑用のキャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧よりも余り高くならない場合、所要の条件を充足すると判定する。蓄電デバイスの充電率に基づいて所要の条件を充足するか否かを判定するので、予め充電されたキャパシタが蓄電デバイスと電気的に接続された場合でも蓄電デバイスへ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置は、前記判定部は、前記充電率取得部で取得した充電率が所定の上限値以上である場合に、前記電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧が前記蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であり、かつ前記蓄電デバイスの電圧以下であるときに前記条件を充足すると判定する。
【００２７】
判定部は、充電率取得部で取得した充電率が所定の上限値以上である場合に、電圧検出部で検出したキャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であり、かつ蓄電デバイスの電圧以下であるときに所要の条件を充足すると判定する。
【００２８】
キャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であるので、双方向電力変換装置を放電動作（直流から交流への変換）させる場合に、キャパシタを充電するための急峻な電流が発生しない。これにより、突入電流防止回路を具備しなくても、蓄電デバイスから双方向電力変換装置に流れる過大な突入電流を防止することができる。また、キャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧以下であるので、予め充電されたキャパシタが蓄電デバイスと電気的に接続された場合でも、蓄電デバイスを充電することを避けることができ、蓄電デバイスへ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る双方向電力変換装置は、前記判定部は、前記充電率取得部で取得した充電率が所定の上限値未満である場合に、前記電圧検出部で検出した前記キャパシタの電圧が前記蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であり、前記蓄電デバイスの電圧より高い上限電圧以下であるときに前記条件を充足すると判定する。
【００３０】
判定部は、充電率取得部で取得した充電率が所定の上限値未満である場合に、電圧検出部で検出したキャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であり、蓄電デバイスの電圧より高い上限電圧以下であるときに所要の条件を充足すると判定する。
【００３１】
キャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧より低い下限電圧以上であるので、双方向電力変換装置を放電動作（直流から交流への変換）させる場合に、キャパシタを充電するための急峻な電流が発生しない。これにより、突入電流防止回路を具備しなくても、蓄電デバイスから双方向電力変換装置に流れる過大な突入電流を防止することができる。また、蓄電デバイスの充電率が所定の上限値未満であるので、蓄電デバイスが充電されても問題はない。そして、キャパシタの電圧が蓄電デバイスの電圧より高い上限電圧以下であるので、蓄電デバイスが充電される場合でも、蓄電デバイスへ流れる電流のピークを抑制することができ、蓄電デバイスへ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００３２】
［本願発明の実施形態の詳細］
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本実施の形態の双方向電力変換装置１の回路構成の一例を示す説明図である。本実施の形態の双方向電力変換装置１は、例えば、プラグインハイブリッド車又は電気自動車に搭載され、交流及び直流を双方向に交直変換する絶縁型の電力変換装置である。双方向電力変換装置１は、商用電源２に接続される交流側端子Ｔ１、Ｔ２、蓄電デバイスとしてのバッテリ３に接続される直流側端子Ｔ３、Ｔ４を備える。バッテリ３は、例えば、リチウムイオン電池であるが、これに限定されない。
【００３３】
図１に示すように、双方向電力変換装置１は、ノイズフィルタ４、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能を有し、交流及び直流を双方向に変換するＡＣ／ＤＣ変換部５、ＡＣ／ＤＣ変換部５に接続され、直流を双方向に変換するＤＣ／ＤＣ変換部６、ＤＣ／ＤＣ変換部６が変換した直流を平滑するキャパシタＣ２、Ｃ３、制御部９などを備え、交流を直流に変換し、さらに直流を交流に変換する。
【００３４】
制御部９は、ＡＣ／ＤＣ変換部５及びＤＣ／ＤＣ変換部６を構成する後述の各トランジスタのオン／オフの制御を行う。制御部９は、電圧検出部９１、通信部９２、判定部９３などを備える。
【００３５】
バッテリ３を充電する場合には、ＡＣ／ＤＣ変換部５は交流を直流に変換し、ＤＣ／ＤＣ変換部６は、ＡＣ／ＤＣ変換部５が変換した直流を電圧変換して直流側端子Ｔ３、Ｔ４から出力する。また、バッテリ３を放電する場合には、ＤＣ／ＤＣ変換部６は、バッテリ３の直流を電圧変換し、ＡＣ／ＤＣ変換部５は、ＤＣ／ＤＣ変換部６が変換した直流を交流に変換して交流側端子Ｔ１、Ｔ２から出力する。
【００３６】
ＡＣ／ＤＣ変換部５は、トランジスタ５１、５２を直列に接続した直列回路及びトランジスタ５３、５４を直列に接続した直列回路それぞれを並列に接続した回路を有する。トランジスタ５１、５２、５３、５４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。また、トランジスタ５１、５２、５３、５４それぞれのコレクタ・エミッタ間には、ダイオード５５、５６、５７、５８が逆並列に接続（コレクタにカソードを、エミッタにアノードを接続）してある。
【００３７】
トランジスタ５１のエミッタとトランジスタ５２のコレクタとの接続点には、コイルＬ１の一端を接続してあり、トランジスタ５３のエミッタとトランジスタ５４のコレクタとの接続点には、コイルＬ２の一端を接続してある。コイルＬ１の他端には、リレーＳ１と抵抗Ｒとの並列回路の一端を接続してあり、当該並列回路の他端及びコイルＬ２の他端は、それぞれノイズフィルタ４を介して、交流側Ｔ１、Ｔ２に接続してある。また、コイルＬ１、Ｌ２の他端間には、キャパシタＣ１を接続してある。
【００３８】
リレーＳ１と抵抗Ｒとの並列回路は、双方向電力変換装置１を充電動作（交流から直流への変換）させた場合の商用電源２から双方向電力変換装置１へ流れる急峻な電流を防止するための回路である。まず、リレーＳ１を開状態にすることにより、商用電源２から流れ込む急峻なパルス状の電流のピーク（波高値）及びパルス幅を抵抗Ｒで抑制する。パルス状の電流が十分小さくなった時点でリレーＳ１を閉状態にする。
【００３９】
ＤＣ／ＤＣ変換部６は、トランジスタ６１及びトランジスタ６２を直列に接続した直列回路、トランジスタ６３及びトランジスタ６４を直列に接続した直列回路を備え、それぞれの直列回路を並列に接続してある。具体的には、トランジスタ６１のエミッタとトランジスタ６２のコレクタとを接続し、トランジスタ６３のエミッタとトランジスタ６４のコレクタとを接続してある。また、トランジスタ６１、６３のコレクタ同士を接続してあり、トランジスタ６２、６４のエミッタ同士を接続してある。トランジスタ６２、６４のエミッタは、ＡＣ／ＤＣ変換部５のトランジスタ５２、５４のエミッタに接続してあり、トランジスタ６１、６３のコレクタは、ＡＣ／ＤＣ変換部５のトランジスタ５１、５３のコレクタに接続してある。
【００４０】
トランジスタ６１のエミッタとトランジスタ６２のコレクタとの接続点、及びトランジスタ６３のエミッタとトランジスタ６４のコレクタとの接続点には、トランス７の一方側を接続してある。また、各トランジスタ６１、６２、６３、６４のコレクタ・エミッタ間には、それぞれダイオード６５、６６、６７、６８を逆並列に接続してある。
【００４１】
また、ＤＣ／ＤＣ変換部６は、トランジスタ８１及びトランジスタ８２を直列に接続した直列回路、トランジスタ８３及びトランジスタ８４を直列に接続した直列回路を備え、それぞれの直列回路を並列に接続してある。具体的には、トランジスタ８１のエミッタとトランジスタ８２のコレクタとを接続し、トランジスタ８３のエミッタとトランジスタ８４のコレクタとを接続してある。また、トランジスタ８１、８３のコレクタ同士を接続してあり、トランジスタ８２、８４のエミッタ同士を接続してある。トランジスタ８２、８４のエミッタは、直流側端子Ｔ４に接続してある。
【００４２】
トランジスタ８１、８３のコレクタには、インダクタＬ３の一端を接続してあり、インダクダＬ３の他端は直流側端子Ｔ３に接続してある。直流側端子Ｔ３、Ｔ４間には、ＤＣ／ＤＣ変換部６が変換する直流を平滑する平滑用のキャパシタＣ３を接続してある。直流側端子Ｔ３、Ｔ４間には、コンタクタユニット１０を介してバッテリ３が接続される。
【００４３】
コンタクタユニット１０は、開閉部としての機能を有し、直流側端子Ｔ３とバッテリ３の正側とを繋ぐ電路の開閉するリレーＳ２、直流側端子Ｔ４とバッテリ３の負側とを繋ぐ電路の開閉するリレーＳ３などを備える。
【００４４】
トランジスタ８１のエミッタとトランジスタ８２のコレクタとの接続点、及びトランジスタ８３のエミッタとトランジスタ８４のコレクタとの接続点には、トランス７の他方側を接続してある。また、各トランジスタ８１、８２、８３、８４のコレクタ・エミッタ間には、それぞれダイオード８５、８６、８７、８８を逆並列に接続してある。
【００４５】
ＡＣ／ＤＣ変換部５とＤＣ／ＤＣ変換部６との間には、ＡＣ／ＤＣ変換部５が変換した直流、及びＤＣ／ＤＣ変換部６が変換した直流を平滑するための平滑用のキャパシタＣ２を接続してある。すなわち、トランジスタ６１のコレクタとトランジスタ６２のエミッタ間に、キャパシタＣ２を接続してある。
【００４６】
制御部９は、各トランジスタ６１、６２、６３、６４を所定周波数（例えば、５０ｋＨｚであるが、これに限定されない）でオン／オフすべく制御する。トランジスタ６１、６２、６３、６４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。
【００４７】
また、制御部９は、各トランジスタ８１、８２、８３、８４を所定周波数（例えば、５０ｋＨｚであるが、これに限定されない）でオン／オフすべく制御する。トランジスタ８１、８２、８３、８４は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができるが、これに限定されるものではなく、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を用いることもできる。
【００４８】
通信部９２は、電圧取得部としての機能を有し、リレーＳ２、Ｓ３を有する電路を介してＤＣ／ＤＣ変換部６に接続されるバッテリ３の電圧を取得する。バッテリ３の電圧は、例えば、バッテリ３の電圧、電流などを監視するバッテリ監視装置（不図示）のような装置から所定の通信機能を用いて取得することができる。なお、バッテリ３の電圧を直接検出して取得するようにしてもよい。
【００４９】
制御部９は、リレーＳ２、Ｓ３が開状態（ＤＣ／ＤＣ変換部６とバッテリ３とが電気的に非接続の状態）で、交流を直流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部５及びＤＣ／ＤＣ変換部６を制御する。この場合、ＡＣ／ＤＣ変換部５は、商用電源２からの交流を直流に変換し、ＤＣ／ＤＣ変換部６は、ＡＣ／ＤＣ変換部５が変換した直流を電圧変換して出力する。キャパシタＣ２、Ｃ３は充電されるが、リレーＳ２、Ｓ３が開状態であるので、バッテリ３は充電されない。
【００５０】
電圧検出部９１は、キャパシタＣ２の電圧Ｖｃ２、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を検出する。なお、図１の例では、キャパシタＣ２の電圧Ｖｃ２及びキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３の両方の電圧を検出する構成であるが、いずれか一方のみでもよい。以下の説明では、電圧検出部９１は、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を検出するものとする。
【００５１】
電圧検出部９１は、制御部９が交流を直流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部５及びＤＣ／ＤＣ変換部６を制御した場合に、ＤＣ／ＤＣ変換部６とバッテリ３との間に設けられたキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を検出する。
【００５２】
判定部９３は、電圧検出部９１で検出したキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３及び通信部９２で取得したバッテリ３の電圧Ｖｂが所要の条件を充足するか否かを判定する。所要の条件とは、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３とバッテリ３の電圧Ｖｂとが同等であることを意味し、例えば、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３とバッテリ３の電圧Ｖｂとが等しい、あるいはキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３とバッテリ３の電圧Ｖｂとの電位差が所定範囲内である、とすることができる。
【００５３】
制御部９は、判定部９３で所要の条件を充足すると判定した場合、リレーＳ２、Ｓ３が閉状態で、直流を交流に変換すべくＡＣ／ＤＣ変換部５及びＤＣ／ＤＣ変換部６を制御する。
【００５４】
すなわち、双方向電力変換装置１を放電動作（直流から交流への変換）させる場合、まず交流を直流に変換し、平滑用のキャパシタＣ３（キャパシタＣ２も含む）を予め充電する。キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂと同等になった場合、リレーＳ２、３を開から閉にして、バッテリ３を双方向電力変換装置２に接続して直流を交流に変換する。バッテリ３からＤＣ／ＤＣ変換部６へ直流が供給されるときに、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂと同等になっているので、キャパシタＣ３（及びキャパシタＣ２）を充電するための急峻な電流が発生しない。
【００５５】
これにより、コンタクタユニット１０のリレーＳ２又はリレーＳ３に並列に、例えば、リレーと抵抗との直列回路を接続して構成された突入電流防止回路を具備しなくても、バッテリ３から双方向電力変換装置１に流れる過大な突入電流を防止することができる。
【００５６】
また、通信部９２は、充電率取得部としての機能を有し、バッテリ３の充電率を取得する。バッテリ３の充電率（ＳＯＣ：State of Charge）は、例えば、バッテリ３の充電率を監視するバッテリ監視装置（不図示）のような装置から所定の通信機能を用いて取得することができる。
【００５７】
判定部９３は、通信部９２で取得した充電率に基づいて所要の条件を充足するか否かを判定する。例えば、バッテリ３の充電率が所定の上限値以上である場合、バッテリ３への充電を避けることが望ましい。そこで、判定部９３は、平滑用のキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂ以下となる場合、所要の条件を充足すると判定する。
【００５８】
また、バッテリ３の充電率が所定の上限値未満である場合、バッテリ３への充電を行っても問題はない。そこで、判定部９３は、平滑用のキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂよりも余り高くならない場合、所要の条件を充足すると判定する。
【００５９】
バッテリ３の充電率に基づいて所要の条件を充足するか否かを判定するので、予め充電されたキャパシタＣ３がバッテリ３と電気的に接続された場合でもバッテリ３へ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００６０】
次に、上述の所要の条件（すなわち、放電動作開始の条件）について具体的に説明する。図２は本実施の形態の双方向電力変換装置１の放電動作開始の条件の一例を示す説明図である。前述のように、本実施の形態の双方向電力変換装置１は、放電動作を開始する場合、すなわち直流から交流に変換する動作を開始する場合、予めキャパシタＣ３、Ｃ２を充電しておき、例えば、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３が所要の条件（放電動作を開始するための条件）を充足した場合に、放電動作を開始するというものである。以下、図２に従って説明する。
【００６１】
図２に示すように、放電動作開始の条件は、バッテリ３の充電率（ＳＯＣ）に基づいて設定される。例えば、判定部９３は、通信部９２で取得したバッテリ３の充電率が所定の上限値以上である場合に、電圧検出部９１で検出したキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂより低い下限電圧以上であり、かつバッテリ３の電圧Ｖｂ以下であるときに所要の条件を充足すると判定する。
【００６２】
キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂより低い下限電圧以上であるので、双方向電力変換装置１を放電動作（直流から交流への変換）させる場合に、キャパシタＣ３（キャパシタＣ２も含む）を充電するための急峻な電流が発生しない。これにより、突入電流防止回路を具備しなくても、バッテリ３から双方向電力変換装置１に流れる過大な突入電流を防止することができる。また、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂ以下であるので、予め充電されたキャパシタＣ３がバッテリ３と電気的に接続された場合でも、バッテリ３を充電することを避けることができ、バッテリ３へ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００６３】
また、判定部９３は、通信部９２で取得した充電率が所定の上限値未満である場合に、電圧検出部９１で検出したキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂより低い下限電圧以上であり、バッテリ３の電圧Ｖｂより高い上限電圧以下であるときに所要の条件を充足すると判定する。
【００６４】
キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂより低い下限電圧以上であるので、双方向電力変換装置１を放電動作（直流から交流への変換）させる場合に、キャパシタＣ３（キャパシタＣ２も含む）を充電するための急峻な電流が発生しない。これにより、突入電流防止回路を具備しなくても、バッテリ３から双方向電力変換装置１に流れる過大な突入電流を防止することができる。また、バッテリ３の充電率が所定の上限値未満であるので、バッテリ３が充電されても問題はない。そして、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３がバッテリ３の電圧Ｖｂより高い上限電圧以下であるので、バッテリ３が充電される場合でも、バッテリ３へ流れる電流のピークを抑制することができ、バッテリ３へ悪影響を及ぼすことを防止することができる。
【００６５】
図２の例において、バッテリ３の電圧Ｖｂを、例えば、３００Ｖとすると、下限電圧は２９９Ｖ、上限電圧は３０１Ｖ程度とすることができる。例えば、バッテリ３と双方向電力変換装置１との間の電路のインピーダンス（インダクタンス分＋抵抗分）を１００ｍｍΩとすると、突入電流は１０Ａ程度まで抑制することができる。これにより、比較的定格電流が小さいトランジスタを使用することができ、部品コストを低減することができる。また、定格電流に対する余裕を大きくすることができ、トランジスタの品質低下を防止することができる。なお、下限電圧及び上限電圧は、バッテリ３の電圧Ｖｂ、電路のインピーダンス等に応じて適宜設定することができる。
【００６６】
上述のように、本実施の形態の双方向電力変換装置１によれば、図１に例示したコンタクタユニット１０に、突入電流防止回路を設ける必要がない。例えば、リレーＳ２又はリレーＳ３に並列に電流を制限するための抵抗と当該抵抗と直列に接続したリレー等の回路を設ける必要がない。これにより、既存のコンタクタユニット１０の構成を変更することなく当該コンタクタユニット１０に本実施の形態の双方向電力変換装置１をアドオンすることが可能となる。
【００６７】
図３はコンタクタユニット１０を含む周辺回路の一例を示す説明図である。本実施の形態の双方向電力変換装置１の直流側端子Ｔ３、Ｔ４が接続される端子Ｔ５、Ｔ６とバッテリ３との間にコンタクタユニット１０を設けてある。コンタクタユニット１０は、電路を開閉するリレーＳ２、Ｓ３を有し、リレーＳ２と並列に、抵抗Ｒ１とリレーＳ４との直列回路を接続してある。端子Ｔ５、Ｔ６には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を介して電池１２０を接続してある。電池１２０は、例えば、鉛電池であり、電池１２０の電圧は、たとえば、１４Ｖである。また、端子Ｔ５、Ｔ６とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０との間には、キャパシタ１４０を接続してある。
【００６８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を動作させて、バッテリ３により電池１２０を充電する場合、バッテリ３からＤＣ／ＤＣコンバータ１３０への突入電流を低減すべく、抵抗Ｒ１とリレーＳ４との直列回路を設けている。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を動作させる場合、リレーＳ２を開状態とし、リレーＳ４、Ｓ３を閉状態とすることにより、抵抗Ｒ１で突入電流を制限することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の入力電流が安定した時点でリレーＳ４を開状態とし、リレーＳ２を閉状態にする。
【００６９】
本実施の形態の双方向電力変換装置１によれば、図３に例示したコンタクタユニット１０に設けられた突入電流防止回路の構成、例えば、抵抗Ｒ１の値、定格電力などを変更する必要がない。これにより、既存のコンタクタユニット１０の構成を変更することなく当該コンタクタユニット１０に本実施の形態の双方向電力変換装置１をアドオンすることが可能となる。
【００７０】
図４は本実施の形態の双方向電力変換装置１の制御方法の一例を示すフローチャートである。便宜上、以下では制御部９を処理の主体として説明する。制御部９は、放電指示の有無を判定し（Ｓ１１）、放電指示がない場合（Ｓ１１でＮＯ）、ステップＳ１１の処理を繰り返す。放電指示は、例えば、通信部９２で取得することができる。放電指示があった場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、制御部９は、交流から直流の変換を行い（Ｓ１２）、バッテリ３の電圧Ｖｂを取得し（Ｓ１３）、バッテリ３の充電率を取得する（Ｓ１４）。
【００７１】
制御部９は、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を検出し（Ｓ１５）、検出したキャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３が所要の条件を充足するか否かを判定する（Ｓ１６）。なお、所要の条件は、例えば、図２に例示した条件とすることができる。所要の条件を充足しない場合（Ｓ１６でＮＯ）、制御部９は、ステップＳ１５の処理を行う。
【００７２】
所要の条件を充足する場合（Ｓ１６でＹＥＳ）、制御部９は、直流から交流への変換を行い（Ｓ１７）、処理を終了する。
【００７３】
本実施の形態の双方向電力変換装置１の制御方法は、制御部９の全部又は一部を、例えば、ＣＰＵ（プロセッサ）、ＲＡＭ（メモリ）などで構成し、図４に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをＲＡＭ（メモリ）にロードし、コンピュータプログラムをＣＰＵ（プロセッサ）で実行することにより、コンピュータ上で双方向電力変換装置１の制御方法を実現することができる。
【００７４】
上述の実施の形態では、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３を検出して、所要の条件を充足するか否かを判定する構成であったが、これに限定されるものではない。例えば、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３とキャパシタＣ２の電圧Ｖｃ２との関係を予め求めておき、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３に代えて、キャパシタＣ２の電圧Ｖｃ２を検出し、キャパシタＣ３の電圧Ｖｃ３に換算するようにしてもよい。
【００７５】
以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。
【符号の説明】
【００７６】
３  バッテリ
５  ＡＣ／ＤＣ変換部
６  ＤＣ／ＤＣ変換部
７  トランス
９  制御部
１０  コンタクタユニット
５１、５２、５３、５４  トランジスタ
５５、５６、５７、５８  ダイオード
６１、６２、６３、６４、８１、８２、８３、８４  トランジスタ
６５、６６、６７、６８、８５、８６、８７、８８  ダイオード
９１  電圧検出部
９２  通信部
９３  判定部
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３  キャパシタ
Ｌ３  インダクタ
【図１】
2017123739.tif 000003
【図２】
2017123739.tif 000004
【図３】
2017123739.tif 000005
【図４】
2017123739.tif 000006