CN107636950B - 电力变换装置以及电力变换装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

在电力系统与直流电源(100)之间变换电力的电力变换装置(1)具备：交流直流变换器(4、6、8)，在电力系统与直流电源(100)之间，从交流电力变换为直流电力，或者从直流电力变换为交流电力；电容器(10)，设置在交流直流变换器(4、6、8)的直流电源(100)侧，积蓄直流电力；以及升压单元(20)，对电容器(10)充电。

Description

电力变换装置以及电力变换装置的控制方法

技术领域

本发明涉及在电力系统(power grid)与直流电源之间将来自电力系统的交流电力变换为直流电力、或将来自直流电源的直流电力变换为交流电力的电力变换装置以及与直流电源互连(interconnection)时的电力变换装置的控制方法。

背景技术

近年来，作为向灾害所致的电力供给能力下降的对策，以削减能耗量为目的的研究得到重视，太阳能发电系统所代表的分散型的电源系统正在普及。根据这样的背景，具备用于将在夜间等积蓄的电力(例如，电动汽车内的蓄电池电力)从直流电力变换为交流电力的电力变换装置的分散型的电源系统正在普及。在该系统中，需要在与直流电源互连之前确认健全性。

公开了一种电力变换装置，该电力变换装置在将电动汽车内的蓄电池与电力变换装置进行互连之前，利用升压单元对设置于电力变换构件的电容器充电，使用交流直流变换器进一步升压，对电动汽车与电力变换装置之间施加绝缘诊断用的电压，确认健全性(例如，专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-27826号公报(第[0086]～[0088]段以及图12)

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在专利文献1公开的发明中，由交流直流变换器对利用升压单元充电后的电容器的电压进行进一步的升压，但一定需要使交流直流变换器工作。交流直流变换器在轻负荷时的效率差，所以存在升压单元变大型、成本高的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供能够使在将直流电源内的蓄电池与电力变换装置进行互连之前的健全性确认中使用的升压单元小型化、低成本化并能够降低损耗的电力变换装置以及电力变换装置的控制方法。

解决技术问题的技术方案

本发明提供一种电力变换装置，在电力系统与直流电源之间变换电力，其中，所述电力变换装置具备：交流直流变换器，在电力系统与直流电源之间，从交流电力变换为直流电力，或者从直流电力变换为交流电力；电容器，设置在交流直流变换器的直流电源侧，积蓄直流电力；升压单元，对电容器充电；以及异常检测装置，在交流直流变换器的直流电源侧，升压单元根据绝缘诊断用基准电压产生绝缘诊断用的电压，施加到交流直流变换器的直流电源侧，对电容器充电。

本发明提供一种电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置具备：交流直流变换器，在电力系统与直流电源之间变换电力；电容器，设置在交流直流变换器的直流电源侧，积蓄直流电力；以及升压单元，产生对电容器充电的电压，其中，所述电力变换装置的控制方法具有在与直流电源互连之前进行的绝缘诊断工序和预充电工序，在所述绝缘诊断工序中，利用升压单元产生绝缘诊断用的电压，施加到直流电源与交流直流变换器之间来确认健全性，在所述预充电工序中，利用升压单元产生基于直流电源的电压的预充电用电压，对电容器充电。

发明效果

根据本发明的电力变换装置，在交流直流变换器的直流电源侧设置电容器，升压单元对该电容器充电，所以能够使用于健全性确认的升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。

在本发明的电力变换装置的控制方法中，所述电力变换装置在交流直流变换器的直流电源侧设置电容器，具备对该电容器充电的升压单元，其中，所述电力变换装置的控制方法具有绝缘诊断工序和预充电工序，所以能够使在健全性确认中使用的升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的电力变换装置的结构图。

图2是本发明的实施方式1的电力变换装置的升压单元的结构图。

图3是本发明的实施方式1的电力变换装置的升压控制电路的结构图。

图4是本发明的实施方式1的电力变换装置的电动汽车的控制框图。

图5是本发明的实施方式1的电力变换装置的绝缘诊断流程图。

图6是本发明的实施方式1的电力变换装置的预充电流程图。

图7是本发明的实施方式2的电力变换装置的升压控制电路的结构图。

图8是本发明的实施方式3的电力变换装置的升压控制电路的结构图。

图9是本发明的实施方式4的电力变换装置的升压控制电路的结构图。

图10是本发明的实施方式5的电力变换装置的升压控制电路的结构图。

图11是本发明的实施方式6的电力变换装置的升压控制电路的结构图。

具体实施方式

实施方式1.

实施方式1涉及一种电力变换装置，该电力变换装置包括电力变换部、控制部、健全性确认部，作为主要设备而具备：交流直流变换器，在电力系统与电动汽车之间双向地变换电力；次级侧的电容器，该次级侧是交流直流变换器的电动汽车侧；升压单元，产生输出到交流直流变换器的次级侧的电压；以及异常检测电路，在交流直流变换器的次级侧。

以下，根据电力变换装置的结构图即图1、升压单元的结构图即图2、升压控制电路的结构图即图3、电动汽车的控制框图即图4以及绝缘诊断、预充电的流程图即图5、图6，对实施方式1的电力变换装置的结构以及工作进行说明。

首先，根据图1和图4说明包括实施方式1的电力变换装置1的系统整体的结构。

系统整体包括电力变换装置1和作为互连对象的电动汽车100。电力变换装置1大体包括电力变换部、控制部以及健全性确认部。

电力变换部作为主要设备而具备交流直流变换器4、6、8、绝缘变压器7、电容器5、10、电抗器3A、3B、接触器2、15A、15B以及连接器16。

控制部作为主要设备而具备控制单元24、驱动单元17～19、整流电路21以及电力供给单元22。

健全性确认部作为主要设备而具备升压单元20、接地故障检测电路12、电流传感器11、放电电路9、接触器13以及限制电阻14。

电动汽车100作为主要设备而具备电动汽车内蓄电池130、充电单元131、辅助设备用电池组132、车辆控制单元133、驱动单元134以及接触器135A、135B。

接下来，依次说明电力变换装置1的各部分(电力变换部、控制部、健全性确认部)以及电动汽车100的功能和工作。之后，对健全性确认(绝缘诊断功能和预充电功能)的整体工作进行说明。

首先，根据图1说明电力变换部的功能、工作。

接触器2根据来自之后说明的控制单元24的指示而工作，将电力变换装置1与商用电力系统互连或者解列(parallel off)。接触器2在接通(ON)的情况下与商用电力系统互连，在断开(OFF)的情况下与商用电力系统解列。

交流直流变换器4包括双极型晶体管、场效应晶体管或者绝缘栅双极型晶体管等多个开关元件以及与各开关元件反并联地连接的二极管。交流直流变换器4经由电抗器3A、3B连接于接触器2。

交流直流变换器4将从初级侧(以下表示商用电力系统侧)供给的交流电力变换为直流电力。另外，将从次级侧(以下表示电动汽车侧)供给的直流电力变换为交流电力。

交流直流变换器6与交流直流变换器4同样地，包括多个开关元件以及与各开关元件反并联地连接的二极管。交流直流变换器6的初级侧连接于交流直流变换器4的次级侧。而且，交流直流变换器6将从初级侧供给的直流电力变换为交流电力。另外，将从次级侧供给的交流电力变换为直流电力。

在交流直流变换器4与交流直流变换器6之间连接有电容器5，该电容器5用于使各交流直流变换器4、6的端子间电压稳定。

交流直流变换器8与交流直流变换器4、6同样地，包括多个开关元件以及与各开关元件反并联地连接的二极管。

交流直流变换器8的初级侧经由绝缘变压器7连接于交流直流变换器6的次级侧。而且，交流直流变换器8将从初级侧供给的交流电力变换为直流电力。另外，将从次级侧供给的直流电力变换为交流电力。在交流直流变换器8的次级侧连接有电容器10，该电容器10用于使交流直流变换器8的端子间电压稳定。

绝缘变压器7是以使商用电力系统与电动汽车100绝缘为目的而设置的。通过设置绝缘变压器7，能够调整交流直流变换器6的次级侧的交流电压和交流直流变换器8的初级侧的交流电压的相位，使电容器10的两端电压高于或者低于电容器5的两端电压。

相反，在从电动汽车内蓄电池130供给电力的情况下，能够使电容器5的两端电压高于或者低于电容器10的两端电压。

另外，接触器15A、15B根据来自控制单元24的指示而工作，将电力变换装置1与电动汽车100进行互连或者解列。

在电力变换装置1中，通过交流直流变换器4、6、8的协作，来自商用电力系统的交流电力被变换为直流电力，供给到电动汽车内蓄电池130。

另外，来自电动汽车内蓄电池130的直流电力被变换为交流电力，供给到商用电力系统。

接下来，根据图1说明控制部的功能、工作。

驱动单元17～19根据控制单元24的指示，分别使构成交流直流变换器4、6、8的开关元件工作。从电力供给单元22供给用于驱动单元17～19的控制的电力。

此外，为了便于说明，将从电力变换装置1的初级侧对次级侧供给电力时的交流直流变换器4、6、8的工作设为充电工作，将从电力变换装置的次级侧对初级侧供给电力时的交流直流变换器4、6、8的工作设为放电工作。

电力供给单元22是用于向控制单元24、升压单元20以及驱动单元17～19供给电力的单元。商用电力系统经由整流电路21连接于电力供给单元22。因此，利用整流电路21从交流电力变换而得到的直流电力被供给到电力供给单元22。

电力供给单元22将经由整流电路21供给的电力向控制单元24、升压单元20以及驱动单元17～19供给。与此同时，电力供给单元22还将该电力供给到与电力供给单元22连接的电力变换装置内蓄电池23(以下适当地记载为蓄电池23)。由此，进行电力变换装置1内的蓄电池23的充电。

电力供给单元22经由升压单元20连接于交流直流变换器8的次级侧。另外，电力供给单元22在交流直流变换器8与电动汽车内蓄电池130互连之前，对升压单元20供给电力。

由于在电力供给单元22连接有蓄电池23，所以在商用电力系统停电而交流直流变换器4、6、8的工作临时地停止时以及交流直流变换器4、6、8在从商用电力系统的停电发生之前起停止时，从蓄电池23对电力供给单元22供给直流电压。

在该状态下，电力供给单元22将从蓄电池23供给的电力向控制单元24供给。

因此，在商用电力系统的停电时电力变换装置1也能够工作。当电力变换装置1开始放电工作时，从交流直流变换器4的初级侧经由电抗器3A、3B、接触器2以及整流电路21对电力供给单元22供给电力。电力供给单元22能够对蓄电池23充电。

电力变换装置内蓄电池23具有包括填充有电解液的多个组件(cell)的电池组。

蓄电池23在商用电力系统健全的情况下，对从商用电力系统经由整流电路21供给到电力供给单元22的电力进行蓄电，在商用电力系统停电的情况下，该蓄电而得到的电力用于起动交流直流变换器4、6、8。

控制单元24具备具有CPU、存储部、接口部的计算机。控制单元24进行接触器2、15A、15B的接通/断开工作、驱动单元17～19的控制、针对升压单元20的接通/断开切换信号、接通/断开信号的输出、健全性确认(绝缘诊断功能，预充电功能)所需的处理等。

接下来，根据图1至图3说明健全性确认部的功能、工作。

首先，以升压单元20为中心，根据图2说明接触器13、15A、15B、限制电阻14、接地故障检测电路12、放电电路9以及电流传感器11的功能、工作。

图2是以升压单元20为中心，包括升压单元20的内部结构和与健全性确认关联的结构要素在内而记载的结构图。

升压单元20使从电力供给单元22供给的电压升压。升压单元20包括升压部71和升压控制电路72。

升压部71包括电容器29、开关元件30、绝缘变压器31以及整流用二极管32。升压控制电路72包括控制电路33，绝缘电路34以及反馈切换电路35。

电容器29使从电力供给单元22供给的电压稳定。绝缘变压器31使电力供给单元22与和电动汽车100连接的电力变换部的次级侧之间绝缘。控制电路33通过根据来自控制单元24的接通/断开信号38以及来自绝缘电路34的反馈信号37，控制开关元件30的开关工作，从而将升压单元20的输出电压控制为恒定。此外，来自控制单元24的接通/断开信号38对控制电路33内的电源控制IC53进行控制。

反馈切换电路35根据来自控制单元24的反馈切换信号36经由绝缘电路34对绝缘诊断时和预充电时的反馈基准电压进行切换。绝缘电路34使电力变换部的次级侧与控制单元24以及控制电路33之间绝缘。

此外，绝缘诊断是为了在将电力变换装置1与电动汽车100进行互连之前确认电力变换装置1与电动汽车100之间的健全性而进行的。

另外，预充电是为了抑制在将电动汽车100与电力变换装置1互连时流入到电容器10的冲击电流而进行的。

升压单元20根据从控制单元24发送的反馈切换信号36，将之后说明的反馈基准电压切换为绝缘诊断用的基准电压A和预充电用的基准电压B。由此，能够使升压单元20的输出电压与绝缘诊断用电压(400V～500V)、或者作为预充电用的电动汽车内蓄电池130的电压相等。

升压单元20根据从控制单元24发送的接通/断开信号38，将控制后的电压(绝缘诊断用或者预充电用电压)输出到升压单元20的输出端26A、26B。

接下来，以反馈切换电路35为中心，根据图3，参照图2，对升压控制电路72进行说明。

图3示出构成升压控制电路72的反馈切换电路35、绝缘电路34以及控制电路33的具体的电路结构。

交流直流变换器8的次级侧的电压从第1反馈端27A、27B输入到反馈切换电路35并被分压电阻RA、RB分压的电压被输入到误差增幅器50的单侧(+端子)。放大器48构成电压跟随器电路，使分压电阻RA、RB侧与误差增幅器50侧的阻抗分离。

在此，对反馈基准电压进行说明。

首先，绝缘诊断用基准电源40的基准电压A通过开关41、二极管43、放大器49输入到误差增幅器50的单侧(－端子)。在绝缘诊断时需要接通开关41，所以从控制单元24发送反馈切换信号36，经由光电耦合器52使晶体管45导通。

此时，为了避免预充电用基准电压B被输入到误差增幅器50，开关42被断开。在图3中，晶体管47导通，晶体管46为截止，开关42为断开。

放大器49构成电压跟随器电路，与放大器48同样地，使基准电压B侧与误差增幅器50侧的阻抗分离。

接下来，在预充电时，电动汽车内蓄电池130的电压从第2反馈端28A、28B输入到反馈切换电路35。被分压电阻RC、RD分压后的预充电用基准电压B经由开关42、二极管44、放大器49输入到误差增幅器50的单侧(－端子)。放大器49与绝缘诊断时同样地构成电压跟随器电路，使基准电压B侧与误差增幅器50侧的阻抗分离。

在此，由于在预充电时需要接通开关42，所以使用开关54从控制单元24发送反馈切换信号36，经由光电耦合器52使晶体管47截止，使晶体管46导通，使开关42接通。

此时，为了避免绝缘诊断用基准电压A被输入到误差增幅器50，开关41被断开。

在图3中，晶体管45截止，开关41为断开。

此外，权利要求书的切换电路为反馈切换电路35。

在绝缘诊断时，对为了避免将预充电用基准电压B输入到误差增幅器50的单侧(－端子)而断开开关42的必要性进行说明。

在绝缘诊断时，接触器15A、15B接通，所以第1反馈端27A、27B的电压还被施加到第2反馈端28A、28B。在不进行切换而开关41、42这两方接通的情况下，如果预充电用基准电压B大于绝缘诊断用基准电压A，则优先将基准电压B侧的电压作为输入到误差增幅器50的单侧(－端子)的电压，使升压单元20的输出电压上升。

之后，升压单元20在其输出端26A、26B输出大于绝缘诊断用基准电压A的电压，进而从第2反馈端28A、28B检测其电压，依赖于放大器49以及误差增幅器50的增益，进而使输出端26A、26B的电压上升。

通过该重复工作(循环)，会输出电源控制IC53能够控制的最大输出电压，施加绝缘诊断用电压(400V～500V)以上的过电压。

在实施方式1的反馈切换电路35中，具备切换各个绝缘诊断用基准电压A和预充电用基准电压B的开关41、42，且是在绝缘诊断时断开开关42的结构。因此，在实施方式1中，不陷入如上所述的循环，而升压单元20能够以稳定的控制输出绝缘诊断用电压(400V～500V)。

另外，在预充电时，电动汽车内蓄电池130的电压变动为135～450V，所以预充电用基准电压B有时会低于绝缘诊断用基准电压A。

为了正常地将预充电用基准电压B输入到误差增幅器50的单侧(－端子)，断开开关41，从而升压单元20能够输出预充电用电压。

在本实施方式1中，作为图3所示的反馈切换用的开关41、42使用了双极型晶体管。但是，作为开关元件，能够使用场效应晶体管。

在使用了双极型晶体管的情况下，从基准电压A、B下降了双极型晶体管的集电极－发射极间的电压后的电压被输入到放大器49，升压单元20的输出电压变化。在使用了场效应晶体管的情况下，放大器49的输入为高阻抗，所以从基准电压A、B流过的电流为微小电流。场效应晶体管的漏极－源极间为低电阻，所以基准电压A、B的电压降量减少。

通过这样使用场效应晶体管作为反馈切换用开关，变得能够输入高精度的基准电压，升压单元20的输出电压的精度提高。

接下来，根据图4说明电动汽车100的功能、工作。

电动汽车100经由连接器16装卸自如地连接于电力变换装置1。

接触器135A、135B根据车辆控制单元133的指示，由驱动单元134驱动，将电力变换装置1与电动汽车100进行互连或者解列。

电动汽车内蓄电池130是用于积蓄用于电动汽车100的行驶的电力的单元，连接于接触器135A、135B的次级侧。作为该电动汽车内蓄电池130的电池组，通常使用多个锂离子电池。

在本实施方式1中，电动汽车内蓄电池130串联地连接多个3V～4V的锂离子电池组件，构成端子间电压135V～450V的电池组。

电动汽车内蓄电池130由连接器16连接于电力变换装置1。而且，在电动汽车100的接触器135A、135B接通时与电力变换装置1互连，能够进行电力的充电以及放电。

在将连接器16连接于电动汽车100时，用户侧手动地连接、拆卸。因此，在用户侧手动地将电力变换装置1连接于电动汽车100之后，在将电力变换装置1与电动汽车100进行互连之前，需要进行电力变换装置1与电动汽车100之间的绝缘诊断。

辅助设备用电池组132是用于积蓄用于车辆控制单元133的控制的电力的电池组。该辅助设备用电池组132的端子间电压为12V或24V左右，包括填充有电解液的多个组件。

充电单元131设置于电动汽车内蓄电池130与辅助设备用电池组132之间。该充电单元131使电动汽车内蓄电池130的电压降压，对辅助设备用电池组132和车辆控制单元133供给电力。由此，对辅助设备用电池组132充电，进行向车辆控制单元133的电力供给。

车辆控制单元133具备具有CPU、存储部、接口部的计算机。该车辆控制单元133经由连接器16而与电力变换装置1的控制单元24连接。而且，根据来自电力变换装置1的控制单元24的指示，使驱动单元134工作。

另外，车辆控制单元133获取积蓄于电动汽车内蓄电池130的电力量等信息，根据需要将这些信息提供给电力变换装置1的控制单元24。

接下来，根据图1至图4进行健全性确认部的绝缘诊断功能以及预充电功能的工作说明，之后，根据图5、图6的流程图进行绝缘诊断方法以及预充电方法的说明。

首先，根据图1至图4进行健全性确认部的绝缘诊断功能的工作说明。

为了在与电动汽车100互连之前进行绝缘诊断，在断开电动汽车内接触器135A、135B的状态下接通接触器15A、15B、13。

为了将升压单元20的输出端26A、26B的电压设为绝缘诊断用电压(400V～500V)，接通反馈切换电路35内的开关41，断开开关42，将绝缘诊断用基准电源40的基准电压A输入到误差增幅器50的单方(－端)。

另外，第1反馈端27A、27B的电压被分压电阻RA、RB分压，输入到误差增幅器50的另一方(+端)。

误差增幅器50对输入端(+端、－端)的差电压进行增幅，经由光电耦合器51的输出电流(反馈信号37)对电源控制IC53进行控制。控制电路33根据误差增幅器50的输出电压，将升压单元20的输出端26A、26B的电压恒定地控制为绝缘诊断用电压(400V～500V)。

此时，使用设置于电力变换装置1的检测接地故障电流的接地故障检测电路12和测定直流电流的电流传感器11，进行施加绝缘诊断用电压(400V～500V)时的、接地故障产生的检测和直流电流的测定。

其结果是，当在电动汽车内接触器135A、135B至交流直流变换器8的次级侧之间检测到接地故障时以及测定出基准值以上的直流电流时，能够判断为电动汽车100的接触器135A、135B与连接器16之间或者电力变换装置1侧的绝缘强度下降。

在绝缘诊断结束之后，利用放电电路9使充电到电容器10的电荷放电，使电容器10的电压为0V。

接下来，根据图1至图4，进行健全性确认部的预充电功能的说明。

断开接触器15A、15B、13，并且接通电动汽车内接触器135A、135B。

接下来，为了抑制向电动汽车内蓄电池130或者电容器10的冲击电流，进行将升压单元20的输出端26A、26B的电压设为与电动汽车内蓄电池130相等的电压的操作。

首先，断开反馈切换电路35内的开关41，接通开关42。通过该操作，电动汽车内蓄电池130的蓄电池电压经由第2反馈端28A、28B输入到升压单元20。该电压被分压电阻RC、RD分压，所得到的基准电压B被输入到误差增幅器50的单方(－端)。

另外，第1反馈端27A、27B的电压被分压电阻RA、RB分压，被输入到误差增幅器50的另一方(+端)。

误差增幅器50对输入端(+端，－端)的差电压进行增幅，经由光电耦合器51的输出电流(反馈信号37)对电源控制IC53进行控制。控制电路33根据误差增幅器50的输出电压，将升压单元20的输出端26A、26B的电压控制为与电动汽车内蓄电池130相等的电压。

在电动汽车内蓄电池130的电压与升压单元20的输出端26A、26B的电压的偏差为既定值(25V)以内的状态下，接通接触器15A、15B。通过该操作，抑制冲击电流，并且电动汽车内蓄电池130的电压与升压单元20的输出端26A、26B的电压变得相等。

接下来，为了进行旁路而接通接触器13，从而电动汽车内蓄电池130与电力变换装置1的连接变为通常的运用状态。

接下来，适当地参照图1至图4，根据图5的流程图，说明互连前的绝缘诊断方法。

对进行从电力变换装置1的交流直流变换器8的次级侧至电动汽车内接触器135A、135B的初级侧的绝缘诊断的方法进行说明。

当开始绝缘诊断(S01)时，首先，断开电动汽车100的接触器135A、135B(S02)。

接下来，接通电力变换装置1的接触器13、15A、15B(S03)。通过该操作，从电力变换装置1的交流直流变换器8的次级侧至电动汽车100的接触器135A、135B的初级侧被连接。

接下来，将来自控制单元24的反馈切换信号36切换为“绝缘诊断”(S04)。通过该操作，接通反馈切换信号36，接通反馈切换电路35内的开关41，断开开关42，将绝缘诊断用基准电源40的基准电压A输入到误差增幅器50的单方(－端)。

接下来，接通从控制单元24输入到控制电路33的接通/断开信号38(S05)。通过该操作，升压控制电路72将升压单元20的输出端26A、26B的输出电压控制为基于绝缘诊断用基准电压A的电压(在此为400V～500V左右)。升压单元20对从电力变换装置1的交流直流变换器8的次级侧至电动汽车100的接触器135A、135B的初级侧施加绝缘诊断用电压。

接下来，确认第1反馈端27A、27B的电压是否正常(在此为是否为绝缘诊断用电压下限值以上)(S06)。

此时，如果在从电力变换装置1的交流直流变换器8的次级侧至电动汽车内接触器135A、135B的初级侧的绝缘诊断对象部中存在绝缘异常，则不对由控制单元24监视的第1反馈端27A、27B施加正常电压(400V～500V)。在第1反馈端27A、27B的电压小于绝缘诊断用电压下限值的情况下，被判断为异常，从控制单元24输出异常信号(S11)。

当在步骤S06中为正常的情况下，利用设置于第1反馈端27A、27B与地线之间的接地故障检测电路12检测有无接地故障(S07)。如果在第1反馈端27A、27B与地线之间产生了接地故障，则接受来自接地故障检测电路12的异常信号，从控制单元24输出异常信号(S11)。

当在步骤S07中为没有接地故障的情况下，利用设置在第1反馈端27A侧的电流传感器11测定直流电流，检测有无异常(S08)。在由电流传感器11测定出基准值以上的直流电流的情况下，控制单元24输出异常信号(S11)。

当在绝缘诊断用电压、接地故障检测以及直流电流异常检测的任意中检测到异常的情况(S11)下，控制单元24使系统(电力变换装置1)安全地停止(S12)，结束绝缘诊断的处理(S13)。根据异常产生的状况进行所需的应对处理。

当在步骤S08中正常，即绝缘诊断用电压、接地故障检测以及直流电流异常检测全部正常的情况下，断开从控制单元24输出到控制电路33的接通/断开信号38(S09)。

接下来，控制单元24使放电电路9工作，使充电到电容器10的电荷放电(S10)。至此，结束绝缘诊断的处理(S13)。

接下来，适当地参照图1至图4，根据图6的流程图，说明预充电方法。

说明为了抑制在将电动汽车100、即电动汽车内蓄电池130与电力变换装置1互连时流入到电容器10或电动汽车内蓄电池130的冲击电流而实施的电容器10的预充电方法。

当开始预充电工作(S21)时，断开电力变换装置1的接触器13、15A、15B(S22)。

接下来，接通电动汽车100的接触器135A、135B(S23)。

接下来，将来自控制单元24的反馈切换信号36切换为“预充电”(S24)。通过该操作，断开反馈切换电路35内的开关41，接通开关42，电动汽车内蓄电池130的蓄电池电压经由第2反馈端28A、28B输入到升压单元20。利用分压电阻RC、RD将该电压进行分压，将所得到的基准电压B输入到误差增幅器50的单方(－端)。

接下来，接通从控制单元24输入到控制电路33的接通/断开信号38(S25)。通过该操作，升压控制电路72进行控制以使升压单元20的输出端26A、26B的输出电压变为电动汽车100内的蓄电池130的电压，对电容器10进行预充电。

电动汽车内蓄电池130的电压根据所积蓄的电荷量而在约135V～450V的范围内变化。确认该蓄电池电压与升压单元20的输出电压、即电容器10的充电电压的偏差是否处于规定值内(在此为偏差在25V以内)(S26)。

在该偏差超过规定值的情况下，从控制单元24输出异常信号(S30)，使系统(电力变换装置1)安全地停止(S31)，结束预充电的处理(S32)。根据异常产生的状况，进行所需的应对处理。

当在步骤S26中，电动汽车内蓄电池130的电压与充电到电容器10的电压的偏差在规定值以内的情况下，被判断为正常，断开从控制单元24输出到控制电路33的接通/断开信号38(S27)。

接下来，接通接触器15A、15B(S28)。通过该操作，利用限制电阻14限制由于电动汽车内蓄电池130的电压与预充电后的电容器10的电压的电压差而流过的冲击电流，并消除电压差。

接下来，接通接触器13(S29)。通过该操作，对限制电阻14进行旁路，完成电力变换装置1与电动汽车内蓄电池130的连接。至此，结束预充电的处理(S32)。

在电力变换装置1与电动汽车内蓄电池130的互连完成之后，控制单元24对驱动单元17～19进行驱动，进行充电工作或放电工作。

在实施方式1的电力变换装置1中，将升压单元20的连接目的地连接于电容器10(电容约60uF～300uF)，该电容器10的电容小于电容器5(电容约2000uF～20000uF)。

在以往的电力变换装置中，对与电容器5相当的电容器以一定的电压进行充电，使交流直流变换器工作，对与电容器10相当的电容器充电。但是，在该情况下，由于为轻负荷，所以效率差，损耗大。在实施方式1中，无需使交流直流变换器工作，所以实现电力变换装置1的损耗的削减、节能化，并且能够使升压单元20小型化、低成本化。

另外，绝缘诊断时和预充电时的充电时间依赖于待充电的电容器中的电容。在实施方式1的电力变换装置1中，充电到电容小于电容器5的电容器10，所以即使是电容小的升压单元20也能够以短时间进行充电，用户的操作时间被缩短。

在实施方式1中，能够在将电动汽车100与电力变换装置1进行互连之前，进行从电动汽车100内的接触器135A、135B的初级侧至电力变换装置1的交流直流变换器8的次级侧的绝缘诊断。在将电力变换装置1与电动汽车100进行互连之前确认了健全性，能够防止在互连时发生电动汽车内蓄电池130的接地故障以及短路。因此，能够增强电力变换装置1的功能，并且能够防止电动汽车以及电力变换装置1产生故障。

此外，在实施方式1中，在绝缘诊断中，使用绝缘诊断用电压、接地故障检测电路12以及电流传感器11确认了健全性，但能够仅检测接地故障电流来确认健全性。另外，作为异常检测装置，设置有接地故障检测电路和电流传感器这两方，但也能够仅设置任意一方来确认绝缘诊断的健全性。

在实施方式1中，将电容器10预先充电为与电动汽车内蓄电池130相等的电压。由此，抑制在将电动汽车100与电力变换装置1互连时流入到电容器10或电动汽车内蓄电池130的冲击电流。因此，能够防止电力变换装置1的接触器15A、15B以及电动汽车内的接触器135A、135B的接点熔敷(contact welding)，实现接触器的小型化。进而，能够防止电力变换装置1的限制电阻14烧坏，所以实现限制电阻的小型化。因此，实现电力变换装置1的小型化及质量提高。

另外，由于在电动汽车内蓄电池130不流过急剧的充放电电流，所以延长电动汽车内蓄电池130的寿命。

在本发明中，利用从控制单元24向升压单元20的反馈切换信号36进行了绝缘诊断功能与预充电功能的切换。具体而言，通过利用反馈切换信号36切换开关41、42，切换绝缘诊断用的基准电压A和预充电用的基准电压B而实现。因此，利用1个升压单元20实现了绝缘诊断功能和预充电功能，能够实现升压单元20的台数削减和小型化，能够实现提高产品的环境保护性和降低环境负荷。

另外，通过不使用双极型晶体管，而使用场效应晶体管作为升压单元20的升压控制电路72的开关元件，能够减少开关间的电压降量。因此，能够提高升压单元20的输出电压的精度。

在实施方式1的说明中，对具有电动汽车内蓄电池130的电动汽车100作为电力变换装置1的互连对象的情况进行了说明。

但也可以是具备直流电源、例如专用的电池组的蓄电单元，而不是电动汽车。另外，蓄电单元也可以是具备电池组的太阳能发电装置以及具备电池组的风力发电装置。

在实施方式1中，对如图1那样电力变换装置1具备单相的交流直流变换器4、6、8的情况进行了说明。这是一个例子，电力变换装置1也可以具备三相的交流直流变换器。

在具备三相的交流直流变换器的情况下，作为绝缘变压器，能够使用Y－Y接线的绝缘变压器、Y－Δ接线的绝缘变压器或者Δ－Δ接线的绝缘变压器。在该情况下，对单相三线式的家庭内电力系统的应对也变得容易。

在实施方式1中，设为电力变换装置内蓄电池23包括填充有电解液的多个组件。蓄电池23既可以是铅蓄电池，也可以是锂离子电池组件等。

另外，由于蓄电池23只积蓄用于控制的电力即可，所以还能够使用例如碱性干电池等。另外，能够不形成为始终设置有蓄电池23的状态，而通过准备连接端子，从而形成为仅在停电时将蓄电池23连接于控制单元24的结构。

在蓄电池23的充电不充分的情况下，也可以连接通用的干电池，对控制单元24供给电力。

另外，也可以使用便携用发电机、燃料电池、太阳能电池、风力发电机，而不使用蓄电池23。便携用发电机可以是利用丙烷气、汽油、轻油来发电的装置或由利用积蓄于热水器的热能来发电的珀耳帖元件构成的装置。

如以上说明那样，作为电力变换装置内蓄电池23，即使使用碱性干电池、便携用发电机、燃料电池等而不使用铅蓄电池，也能够实现同等的效果。

另外，蓄电池的端子间电压并不限定于约135V～450V。

如以上说明那样，实施方式1的电力变换装置包括电力变换部、控制部、健全性确认部，作为主要设备而具备：交流直流变换器，在电力系统与电动汽车之间变换电力；交流直流变换器的次级侧的电容器；升压单元，产生输出到交流直流变换器的次级侧的电压；以及异常检测电路，设置在交流直流变换器的次级侧。因此，能够形成为能够使升压单元小型化、低成本化并能够降低损耗的电力变换装置。

实施方式2.

在实施方式2的电力变换装置中，使用了模拟开关作为升压单元的升压控制电路的切换用开关。

以下，根据作为升压控制电路的结构图的图7，以与实施方式1的差异为中心对实施方式2的电力变换装置进行说明。在图7中，与实施方式1的图3相同或者相当的部分标注有相同的符号。

此外，为了与实施方式1的电力变换装置1进行区分，在实施方式2中，设为升压控制电路272、反馈切换电路235。

首先，根据图7，说明实施方式2的电力变换装置的升压控制电路272的结构。

与实施方式1的升压控制电路72的区别在于反馈切换电路35的结构要素。具体而言，在反馈切换电路235中，将反馈切换电路35的开关41、42变更为模拟开关62。将晶体管45变更为逻辑IC55，将晶体管46、47变更为逻辑IC56。

在实施方式1中，使基准电压A、B的电压下降了双极型晶体管的集电极－发射极间的电压量后的电压被输入到放大器49，升压单元20的输出电压变化。

在实施方式2的反馈切换电路235中使用的模拟开关62为低电阻。放大器49的输入为高阻抗，所以从基准电压A、B流过的电流为微小电流。因此，在实施方式2的反馈切换电路235中，基准电压A、B的电压降量减少，能够将高精度的基准电压输入到误差增幅器50，升压单元的输出电压不变化。

如以上说明那样，在实施方式2的电力变换装置中，使用了模拟开关作为升压单元的升压控制电路的切换用开关。因此，与实施方式1同样地，能够使升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。进而，能够提高升压单元的输出电压的精度。

实施方式3.

在实施方式3的电力变换装置中，使用了电磁接触式继电器作为升压单元的升压控制电路的切换用开关。

以下，根据作为升压控制电路的结构图的图8，以与实施方式1的差异为中心对实施方式3的电力变换装置进行说明。在图8中，与实施方式1的图3相同或者相当的部分标注有相同的符号。

此外，为了与实施方式1的电力变换装置1进行区分，在实施方式3中，设为升压控制电路372、反馈切换电路335。

首先，根据图8，说明实施方式3的电力变换装置的升压控制电路372的结构。

与实施方式1的升压控制电路72的区别在于反馈切换电路35的结构要素。具体而言，在反馈切换电路335中，将反馈切换电路35的开关41、42变更为电磁接触式继电器57、58。

在实施方式1中，使基准电压A、B的电压下降了双极型晶体管的集电极－发射极间的电压量后的电压被输入到放大器49，升压单元20的输出电压变化。

在实施方式3的反馈切换电路335中使用的电磁接触式继电器57、58的接点为低电阻。放大器49的输入为高阻抗，所以从基准电压A、B流过的电流为微小电流。因此，在实施方式3的反馈切换电路335中，基准电压A、B的电压降量减少，能够将高精度的基准电压输入到误差增幅器50，升压单元的输出电压不变化。

如以上说明的那样，在实施方式3的电力变换装置中，使用了电磁接触式继电器作为升压单元的升压控制电路的切换用开关。因此，与实施方式1同样地，能够使升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。进而，能够提高升压单元的输出电压的精度。

实施方式4.

在实施方式4的电力变换装置中，将升压单元的升压控制电路的反馈切换信号分离为绝缘诊断用和预充电用。

以下，根据作为升压控制电路的结构图的图9，以与实施方式1的差异为中心对实施方式4的电力变换装置进行说明。在图9中，与实施方式1的图3相同或者相当的部分标注有相同的符号。

此外，为了与实施方式1的电力变换装置1进行区分，在实施方式4中，设为控制单元424、升压控制电路472、反馈切换电路435、绝缘电路434。

首先，根据图9，以实施方式4的电力变换装置的升压控制电路472的结构为中心进行说明。

与实施方式1的升压控制电路72的区别主要在于反馈切换电路435、绝缘电路434的结构。具体而言，在反馈切换电路435中，去除了反馈切换电路35的晶体管47，另行设置有接通/断开开关42的预充电用反馈切换信号。即，利用控制单元424的晶体管60以及绝缘电路434的光电耦合器59进行开关42的接通/断开。

在实施方式4中，由于另行设置有预充电用反馈切换信号61，所以追加有控制单元424的晶体管60以及绝缘电路434的光电耦合器59。但是，能够删除1个反馈切换电路435的晶体管，所以能够实现升压单元的小型化。

如以上说明的那样，在实施方式4的电力变换装置中，将升压单元的升压控制电路的反馈切换信号分离为绝缘诊断用和预充电用。因此，与实施方式1同样地，能够使升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。进而，能够实现升压单元的小型化。

实施方式5.

在实施方式5的电力变换装置中，简化了升压单元的绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压的输入以及切换电路。

以下，根据作为升压控制电路的结构图的图10，以与实施方式1的差异为中心对实施方式5的电力变换装置进行说明。在图10中，与实施方式1的图3相同或者相当的部分标注有相同的符号。

此外，为了与实施方式1的电力变换装置1进行区分，在实施方式5中，设为升压控制电路572、反馈切换电路535。

首先，根据图10，以本发明的实施方式5的电力变换装置的升压控制电路572的结构为中心进行说明。

与实施方式1的升压控制电路72的区别在于反馈切换电路35的结构。具体而言，在反馈切换电路535中，删除了反馈切换电路35的开关41、42，简化了绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压向放大器49的输入和切换电路。

在实施方式5中，由于简化了绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压的输入以及切换电路，所以实现升压单元的小型化。

如以上说明的那样，在实施方式5的电力变换装置中，简化了升压单元的绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压的输入以及切换电路。因此，与实施方式1同样地，能够使升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。进而，实现升压单元的小型化。

实施方式6.

在实施方式6的电力变换装置中，将升压单元的绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压设为双极型晶体管的发射极－集电极间耐受电压以下。

以下，根据作为升压控制电路的结构图的图11，以与实施方式1的差异为中心对实施方式6的电力变换装置进行说明。在图11中，与实施方式1的图3相同或者相当的部分标注有相同的符号。

此外，为了与实施方式1的电力变换装置1进行区分，在实施方式6中，设为升压控制电路672、反馈切换电路635。

首先，根据图11，以本发明的实施方式6的电力变换装置的升压控制电路672的结构为中心进行说明。

与实施方式1的升压控制电路72的区别在于反馈切换电路35的结构。具体而言，在反馈切换电路635中，删除了反馈切换电路35的二极管43、44，将开关41、42的集电极侧直接连接于绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压的放大器49的+侧端子。

在实施方式6中，删除了用于保护晶体管的二极管43、44，从而需要将升压单元的绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压设为双极型晶体管的发射极－集电极间耐受电压以下。

但是，通过删除二极管43、44，能够预计到升压单元的小型化。另外，能够减小二极管的正向电压所致的电压降量，进而能够消除二极管的正向电压的零件偏差或温度特性所致的电压降量的变化。因此，基准电压A、B被精度良好地输入到放大器49，能够提高升压单元的输出电压的精度。

此外，参照实施方式1的图3，说明了与实施方式1的区别，但通过针对实施方式2至实施方式5的升压控制电路也删除反馈切换电路的二极管43、44，能够提高升压单元的输出电压的精度。

如以上说明的那样，在实施方式6的电力变换装置中，将升压单元的绝缘诊断用基准电压、预充电用基准电压设为双极型晶体管的发射极－集电极间耐受电压以下。因此，与实施方式1同样地，能够使升压单元小型化、低成本化，能够降低损耗。另外，进而实现升压单元的小型化，能够提高升压单元的输出电压的精度。

此外，本发明能够在其发明的范围内，对各实施方式自由地进行组合，或者对实施方式适当地进行变形、省略。

工业上的利用可能性

本发明涉及在电力系统与直流电源之间，将来自电力系统的交流电力变换为直流电力或将来自直流电源的直流电力变换为交流电力的电力变换装置以及与直流电源互连时的电力变换装置的控制方法，能够广泛应用于设置于电力系统与直流电源之间的电力变换装置及其控制方法。

Claims (12)

1.一种电力变换装置，在电力系统与直流电源之间变换电力，其中，所述电力变换装置具备：

交流直流变换器，在所述电力系统与所述直流电源之间，从交流电力变换为直流电力，或者从直流电力变换为交流电力；

电容器，设置在所述交流直流变换器的所述直流电源侧，积蓄所述直流电力；以及

升压单元，对所述电容器充电；以及

异常检测装置，设置在所述交流直流变换器的所述直流电源侧，

所述升压单元根据绝缘诊断用基准电压产生绝缘诊断用的电压，施加到所述交流直流变换器的所述直流电源侧，对所述电容器充电。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，

所述升压单元产生基于所述直流电源的电压的预充电用电压，对所述电容器充电。

3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，

所述升压单元具备切换电路，该切换电路对所述绝缘诊断用基准电压的信号和所述直流电源的电压的信号进行切换。

4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中，

所述切换电路使用了场效应晶体管。

5.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中，

所述切换电路使用了模拟开关。

6.根据权利要求3所述的电力变换装置，其中，

所述切换电路使用了电磁接触式继电器。

7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电力变换装置，其中，

所述直流电源为电动汽车内蓄电池。

8.根据权利要求1至6中的任意一项所述的电力变换装置，其中，

所述异常检测装置为接地故障检测电路和电流传感器这两方或者任意一方。

9.根据权利要求7所述的电力变换装置，其中，

所述异常检测装置为接地故障检测电路和电流传感器这两方或者任意一方。

10.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，

所述升压单元根据所述绝缘诊断用基准电压，使用开关以及放大器产生所述绝缘诊断用的电压。

11.根据权利要求10所述的电力变换装置，其中，

所述升压单元在所述开关与所述放大器之间还具备二极管。

12.一种电力变换装置的控制方法，所述电力变换装置具备：

交流直流变换器，在电力系统与直流电源之间变换电力；

电容器，设置在所述交流直流变换器的所述直流电源侧，积蓄直流电力；以及

升压单元，产生对所述电容器充电的电压，

其中，所述电力变换装置的控制方法具有在与所述直流电源互连之前进行的绝缘诊断工序和预充电工序，

在绝缘诊断工序中，利用所述升压单元产生绝缘诊断用的电压，施加到所述直流电源与所述交流直流变换器之间，确认健全性，

在所述预充电工序中，利用所述升压单元产生基于所述直流电源的电压的预充电用电压，对所述电容器充电。