CN107750424A - 电力转换装置和用于控制该电力转换装置的方法 - Google Patents

电力转换装置和用于控制该电力转换装置的方法 Download PDF

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Abstract

提供的是一种电力转换装置，所述电力转换装置包括：开关，所述开关被设置在连接到AC系统的电路径中；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与蓄电池之间；以及控制单元，所述控制单元用于控制所述两个转换器。所述控制单元将基于所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较，在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现。当开始所述蓄电池的充电/放电时，所述控制单元使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。

Description

电力转换装置和用于控制该电力转换装置的方法
技术领域
本发明涉及电力转换装置和用于控制该电力转换装置的方法。
本申请要求于2015年6月22日提交的日本专利申请No.2015-124600的优先权，其整个内容通过引用并入在本文中。
背景技术
常常在诸如UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断电源)的备用电源装置中使用从蓄电池向AC负载提供电力的电力转换装置(例如，参考专利文献1(图1))。这样的电力转换装置包括用于使蓄电池的电压升压的DC/DC转换器以及用于执行从DC到AC的转换的逆变器。
在这种情况下，DC/DC转换器通过高频开关使蓄电池的电压升压到高于或者等于所需AC峰值的恒定电平，并且将经升压的电压输出到DC母线。逆变器通过高频开关对恒定电压进行调制以具有AC波形。因此，DC/DC转换器和逆变器各自始终进行高频开关。
通常，电力转换装置具有双向性质，并且能够将从诸如商用电源的AC电源输出的AC电压转换为适合于充电的DC电压，并且对蓄电池充电。在这种情况下，逆变器作为AC/DC转换器，并且对AC波形进行全波整流。经全波整流的波形由电容器平滑化。此外，DC/DC转换器行使降压功能。AC/DC转换器可通过使用与开关元件反向并联的二极管来执行全波整流。在这种情况下，形成AC/DC转换器的四个开关元件保持断开。
在电力转换装置中，当对蓄电池放电时，DC/DC转换器和逆变器各自始终执行高频开关。由于高频开关，发生所对应的开关损耗，并且开关损耗导致转换效率劣化。为了减小这种开关损耗以提高转换效率，例如，可采用使DC/DC转换器和逆变器在AC的一个周期内交替地执行开关操作的控制方法(例如，参考专利文献2)。在这种情况下，总体上可减少电力转换装置中的开关次数。可在相反方向上类似地执行如上所述的用于使DC/DC转换器和逆变器在AC的一个周期内交替地执行开关操作的控制方法。
引用列表
[专利文献]
专利文献1：日本特开专利公开No.2003-348768
专利文献2：日本特开专利公开No.2014-241714
发明内容
本发明的一个方面是被设置在AC系统与蓄电池之间的电力转换装置，所述电力转换装置包括：开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述AC系统的AC电压；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；电容器，所述电容器连接到所述DC母线；DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间；电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述蓄电池的两端之间的电压作为蓄电池电压；以及控制单元。所述控制单元被配置成：将基于所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较；在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现；以及当开始所述蓄电池的充电/放电时，使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。
本发明的另一方面是用于控制电力转换装置的方法，所述电力转换装置被设置在AC系统与蓄电池之间，并且包括：开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；电容器，所述电容器连接到所述DC母线；以及DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间。此方法包括：将基于所述AC系统的所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较；在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现。在此方法中，当开始所述蓄电池的充电/放电时，所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。
附图说明
图1是示出包括根据本发明的一个实施例的电力转换装置的充电/放电系统的示例的单线连接图。
图2是示出电力转换装置的具体电路图的示例的图。
图3是概念性地示出在电力转换装置正对蓄电池充电的情况下的操作的电压波形图。
图4是概念性地示出从由电力转换装置充电开始起的操作的电压波形图。
图5是示出以固定梯度增加电流的有效值的方法的图。
图6是示出在AC电压的过零定时处更新用于在充电时达到AC电流目标值的电流命令值的方式的图。
图7是概念性地示出在电力转换装置对蓄电池放电的情况下的操作的电压波形图。
具体实施方式
[要由公开解决的问题]
在使用了如上所述的能够减少开关次数的控制方法的情况下，例如，当在AC电压的过零定时处开始充电时，开关操作从如下状态开始：DC母线上的电压高于AC电压的绝对值并且电流的方向性尚未被确定。因此，电流可以从DC母线向AC侧倒流。电流的这种回流不会导致特别问题，因为它发生在非常短的时间内。然而，为了进一步改进充电效率，期望抑制电流的回流。
鉴于以上问题，本公开的一个目标是为了在两个转换器交替地执行开关操作的电力转换装置中抑制在充电/放电开始时的电流的回流。
[本公开的效果]
根据本公开，能够抑制在充电/放电开始时的电流的回流。
[实施例的概要]
本发明的实施例的概要至少包括以下内容。
(1)电力转换装置被设置在AC系统与蓄电池之间，并且包括：开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述AC系统的AC电压；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；电容器，所述电容器连接到所述DC母线；DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间；电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述蓄电池的两端之间的电压作为蓄电池电压；以及控制单元。所述控制单元被配置成，当基于所述AC电压的AC电压目标值的绝对值小于基于所述蓄电池电压的DC电压目标值时：将基于所述AC电压的所述AC电压目标值的所述绝对值与基于所述蓄电池电压的所述DC电压目标值相比较；在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现；以及当开始所述蓄电池的充电/放电时，使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。
在被配置成执行上述的控制方法的电力转换装置中，其中AC/DC转换器和DC/DC转换器主要取决于开始充电/放电的定时而执行开关操作。如果两个转换器中的一个从用于升压操作的开关操作起开始充电/放电，则因为要充电/放电的目标的电压高于转换器的电压，所以电流可以在与充电/放电方向相反的方向上流动。然而，当充电/放电从用于“降压操作”的开关操作开始时，因为充电/放电从要充电/放电的目标的电压低于转换器的电压的状态开始，所以能够防止电流在与预期方向相反的方向上流动。
(2)在根据(1)所述的电力转换装置中，在对蓄电池充电的情况下，当AC电压目标值的绝对值小于DC电压目标值时，控制单元使升压操作通过主要使用AC/DC转换器的开关操作来执行；以及当AC电压目标值的绝对值大于DC电压目标值时，控制单元使降压操作通过主要使用DC/DC转换器的开关操作来执行。当开始蓄电池的充电时，控制单元使开关在AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电在AC电压目标值的绝对值大于DC电压目标值的时段内开始。
在对蓄电池充电的情况下，如果充电在AC电压目标值大于DC电压目标值的时段内开始，则此充电从由DC/DC转换器进行的用于降压操作的开关操作开始，并且因此，能够防止电流在与充电方向相反的方向上流动。
(3)在根据(1)所述的电力转换装置中，在对蓄电池放电的情况下，当AC电压目标值的绝对值大于DC电压目标值时，控制单元使升压操作通过主要使用DC/DC转换器的开关操作来执行，以及当AC电压目标值的绝对值小于DC电压目标值时，控制单元使降压操作通过主要使用AC/DC转换器的开关操作来执行。当开始蓄电池的放电时，控制单元使开关在AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使放电在AC电压目标值的绝对值小于DC电压目标值的时段内开始。
在对蓄电池放电的情况下，如果放电在AC电压目标值小于DC电压目标值的时段内开始，则此放电从由AC/DC转换器进行的用于降压操作的开关操作开始，并且因此，能够防止电流在与放电方向相反的方向上流动。
(4)在根据(1)所述的电力转换装置中，在对蓄电池放电的情况下，当AC电压目标值的绝对值大于DC电压目标值时，控制单元使升压操作通过主要使用DC/DC转换器的开关操作来执行，以及当AC电压目标值的绝对值小于DC电压目标值时，控制单元使降压操作通过主要使用AC/DC转换器的开关操作来执行。当开始蓄电池的放电时，在设置在电路径中的开关被断开的状态下，控制单元使自主开关在自主AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使放电在AC电压目标值的绝对值小于DC电压目标值的时段内开始。
在对蓄电池放电的情况下，如果放电在AC电压目标值小于DC电压目标值的时段内开始，则此放电从由AC/DC转换器进行的用于降压操作的开关操作开始，并且因此，能够防止电流在与放电方向相反的方向上流动。
(5)在根据(2)所述的电力转换装置中，控制单元优选地在AC电压的过零定时处更新用于达到充电时的AC电流目标值的命令值。
在这种情况下，在过零定时处执行与命令值的更新相关联的PWM占空比的更新。因此，能够抑制电流的急剧改变和振荡。
(6)此外，提供了用于控制电力转换装置的方法，所述装置被设置在AC系统与蓄电池之间，并且包括：开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；电容器，所述电容器连接到所述DC母线；以及DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间。所述方法包括：将基于所述AC系统的所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较；以及在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作执行降压操作的时段交替地出现。在此方法中，当开始所述蓄电池的充电/放电时，所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。
在用于控制在其中执行控制方法的电力转换装置的方法中，其中AC/DC转换器和DC/DC转换器主要取决于开始充电/放电的定时而执行开关操作。如果两个转换器中的一个从用于升压操作的开关操作起开始充电/放电，则因为要充电/放电的目标的电压高于转换器的电压，所以电流可以在与充电/放电方向相反的方向上流动。然而，当充电/放电从用于“降压操作”的开关操作开始时，因为充电/放电从要充电/放电的目标的电压低于转换器的电压的状态开始，所以能够防止电流在与预期方向相反的方向上流动。
[实施方式的细节]
<充电/放电系统>
图1是示出包括根据本发明的一个实施例的电力转换装置的充电/放电系统的示例的单线连接图。在图1中，蓄电池2连接到电力转换装置1的一端，并且AC系统3连接到其另一端。此充电/放电系统运转，使得来自AC系统3的AC电力通过电力转换装置1被转换为DC电力，并且蓄电池2利用该DC电力充电。相反地，充电/放电系统也能够对蓄电池2放电，通过电力转换装置1将来自蓄电池2的DC电力转换为AC电力，并且将该AC电力供应给AC系统3的负载。
蓄电池2的电压例如是48V，并且AC系统3的电压例如是100V。然而，电压值不限于这些值。
电力转换装置1包括作为主要部件的设置在蓄电池2侧的DC/DC转换器10、设置在AC系统3侧的AC/DC转换器11、以及用于控制这两个转换器的操作的控制单元12。
控制单元12包括例如计算机，并且通过计算机执行软件(计算机程序)来实现用于两个转换器(10、11)所必需的控制功能。软件被存储在控制单元12的存储装置(未示出)中。然而，也能够从不包括计算机的仅硬件电路配置控制单元12。
<电力转换装置>
<<电路配置>>
图2示出电力转换装置1的具体电路图的示例。
在图2中，滤波器电路21被设置在AC/DC转换器11与AC系统3之间。开关26被设置在连接滤波器电路21和AC系统3的电路径中。开关26的断开/闭合由控制单元12来控制。当电力转换装置1在运转时开关26闭合。双向可传导的半导体元件被用作开关26。电压传感器25并联连接到AC系统3，并且将AC系统3的AC电压Va的信息提供给控制单元12。
滤波器电路21包括AC电抗器22和相对于AC电抗器22设置在AC系统侧(图2中的右侧)的平滑电容器23。滤波器电路21防止在AC/DC转换器11中产生的高频噪声泄漏到AC系统3侧。另外，设置了用于检测在AC电抗器22中流动的电流的电流传感器24。在AC电抗器22中流动的电流意指在AC/DC转换器11中流动的AC电流的检测值Iinv。电流传感器24将AC电流检测值Iinv的信息提供给控制单元12。
自主输出电路被配置成能够经由自主开关28从滤波器电路21中的电容器23的两端处的电路径向负载29提供自主输出。该自主输出的AC电压由电压传感器27来检测。所检测到的电压的信息被提供给控制单元12。自主开关28的断开/闭合由控制单元12来控制。当提供自主输出时，控制单元12使开关26断开并且使自主开关28闭合。
AC/DC转换器11包括形成全桥电路的开关元件Q1至Q4。开关元件Q1至Q4例如是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。作为MOSFET的开关元件Q1至Q4分别包括二极管(体二极管)d1至d4。开关元件Q1至Q4中的每一个由控制单元12来控制。
平滑电容器19连接到连接AC/DC转换器11和DC/DC转换器10的DC母线18。此电容器19具有小电容(μF级)，并且对以高频率(例如，20kHz)进行开关的电压行使平滑化功能，但是对以商用频率的大约两倍的频率(例如，100Hz)进行开关的电压不行使平滑化功能。DC母线18的电压由电压传感器20来检测，并且所检测到的电压的信息被提供给控制单元12。
DC/DC转换器10包括DC电抗器16、反向并联连接有二极管d5的开关元件Q5以及反向并联连接有二极管d6的开关元件Q6，从而形成DC斩波器电路。作为开关元件Q5和Q6，例如，可使用图2所示的IGBT(绝缘栅双极晶体管)或MOSFET。开关元件Q5和Q6中的每一个由控制单元12来控制。
电压传感器14、电流传感器17和平滑电容器15被设置在DC/DC转换器10的低电位侧(图2中的左侧)。另外，开关13被设置在连接DC/DC转换器10和蓄电池2的正极的电路经中。开关13的断开/闭合由控制单元12来控制。当电力转换装置1在运转时开关13闭合。作为开关13，使用双向可传导的半导体元件或继电器触点。
当开关13闭合时，电压传感器14并联连接到蓄电池2，并且检测蓄电池2的两端之间的电压。所检测到的电压的信息被作为蓄电池电压Vg提供给控制单元12。电流传感器17检测在DC/DC转换器10中流动的电流。所检测到的电流的信息被作为DC电流检测值Iin提供给控制单元12。
<<充电/放电操作的概要>>
如上所述配置的电力转换装置1能够执行双向操作，即，基于AC系统3的电力对蓄电池2充电的操作，以及基于蓄电池2的放电电力向AC系统3的负载供应电力的操作。在充电和放电的任一种情况下，AC/DC转换器11和DC/DC转换器10在AC的1/2周期内交替地执行开关操作。
在对蓄电池2充电的情况下，存在如下两种状态：在DC/DC转换器10行使简单地使电压/电流由其通过的“通过”功能的同时，AC/DC转换器11与AC电抗器22合作执行升压操作的状态；以及仅在DC/DC转换器10执行降压操作的同时，AC/DC转换器11简单地执行整流的状态。在AC/DC转换器11执行升压操作的情况下的AC电抗器22是AC/DC转换器11的一部分。
另一方面，在对蓄电池2放电的情况下，存在如下两种状态：在AC/DC转换器11仅执行周期性极性反转的同时，DC/DC转换器10执行升压操作的状态；以及在AC/DC转换器11为了降压操作(也包括极性反转)而行使逆变器功能的同时，DC/DC转换器10行使“通过”功能的状态。
<<电压波形图上的充电操作>>
图3是概念性地示出在如上所述配置的电力转换装置1正对蓄电池2充电的情况下的操作的电压波形图。
在图3中，(a)示出AC电压目标值Vinv*(峰值：大约141V，有效值：大约100V)的绝对值和DC电压目标值Vg’(大约48V)。AC电压目标值Vinv*是要基于AC电压Va在充电操作期间在AC/DC转换器11的输入端处达到的电压值。如果忽视AC电抗器22的阻抗，则满足Vinv*＝Va。DC电压目标值Vg’是考虑到DC电抗器16的压降的蓄电池电压Vg的电压值。如果忽视DC电抗器16的阻抗，则满足Vg’＝Vg。
上述的电压值仅仅是示例。控制单元12对这两个电压进行比较，并且根据比较的结果来控制AC/DC转换器11和DC/DC转换器10。
存在如下两种情况：
(#1)在从t0到t1的时段、从t2到t3的时段、从t4到t5的时段中，AC电压目标值Vinv*的绝对值小于DC电压目标值Vg’(或小于或者等于Vg’)。
(#2)例如，在从t1到t2的时段并从t3到t4的时段期间，AC电压目标值Vinv*的绝对值大于或等于DC电压目标值Vg’(或者大于Vg’)。
因此，取决于情况是(#1)还是(#2)，主要执行开关操作的转换器交替。
因为Vg’＝|Vinv*|的情况可被包括在(#1)或(#2)中，所以将集中于AC电压目标值Vinv*的绝对值小于DC电压目标值Vg’的情况以及AC电压目标值Vinv*的绝对值大于DC电压目标值Vg’的情况作出以下描述。
首先，如图3的(b)所示，在AC电压目标值Vinv*的绝对值小于DC电压目标值Vg’的时段(从t0到t1、从t2到t3、以及从t4到t5)期间，控制单元12使AC/DC转换器11执行开关操作，从而与AC电抗器22合作执行升压操作。这里所提及的“开关”例如意指在以20kHz的高频开关，而不意指在以被用于执行同步整流的如此低频率(商用频率的两倍)的开关。
此外，在这些时段(从t0到t1、从t2到t3、以及从t4到t5)期间，在DC/DC转换器10中开关元件Q6断开并且开关元件Q5闭合，并且因此，DC/DC转换器10使电压由其通过。注意，图3的(b)所示的垂直条纹图案实际上是PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲列，并且其占空比依照用于升压到DC电压目标值Vg’的电位差而变化。结果，在DC母线18处出现的电压具有如图3的(c)所示的波形。
在AC电压目标值Vinv*的绝对值大于DC电压目标值Vg’的时段(从t1到t2以及从t3到t4)期间，控制单元12使AC/DC转换器11停止开关操作，并且使DC/DC转换器10执行开关操作，从而执行降压操作。已停止开关操作的AC/DC转换器11通过使用二极管d1至d4执行全波整流。
图3的(d)所示的垂直条纹图案实际上是PWM脉冲列，并且其占空比依照AC电压目标值Vinv*的绝对值与DC电压目标值Vg’之间的电位差而变化。作为降压操作的结果，获得了如图3的(e)所示的期望的DC电压目标值Vg’，由此可对蓄电池2充电。
如上所述，AC/DC转换器11和DC/DC转换器10交替地执行开关操作，并且当转换器中的一个执行开关操作时，另一个转换器停止开关操作。也就是说，对于AC/DC转换器11和DC/DC转换器10中的每一个来说，出现开关操作被停止的时段。因此，在此控制方法中，与两个转换器各自始终执行开关操作的控制方法相比，总体上可极大地减小电力转换装置1的开关损耗。
<<充电时的控制的规范>>
电力转换装置1中的各种值被定义如下。
Ia*：来自AC系统3的电流的目标值
Iin：DC/DC转换器10的DC电流的检测值(由电流传感器17检测)
Iin*：DC/DC转换器10的电流的目标值
Iinv*：AC/DC转换器11的AC电流的目标值
Ig*：蓄电池2的DC电流的目标值
Ic：在电容器19中流动的电流
Ica：在电容器23中流动的电流
Va：AC电压
Vg：蓄电池电压
Vinv*：AC/DC转换器11的AC电压的目标值
Vo*：DC/DC转换器10的、在DC母线18侧的电压的目标值
Pin：蓄电池2的输入功率
PLOSS：电力转换装置1中的功率损耗
η：电力转换装置1的电力转换效率
蓄电池2的输入功率Pin的平均值<Pin>被表示如下：
<Pin>＝<Iin×Vg>…(1)
注意，表示法“<>”指示平均值(以下同样适用)。
来自AC系统3的电流的目标值的平均值<Ia*>被表示如下：
<Ia*>＝<Ig*×Vg>/(η×<Va>)…(2)
其中η是表示电力转换装置1的转换效率的常数。
电流目标值Ia*被表示如下：
Ia*＝(21/2)×<Ia*>×sinωt…(3)
此外，考虑到电容器23的电容Ca，AC/DC转换器11的AC电流目标值Iinv*被表示如下：
Iinv*＝Ia*-s CaVa…(4)
其中“s”是拉普拉斯算子(以下同样适用)。
假定AC电抗器22的阻抗是Za，AC电压目标值Vinv*被表示如下：
Vinv*＝Va-Za Iinv*…(5)
DC/DC转换器10的输入电压的目标值Vo*被表示如下：
Vo*＝Max(Vg+Z Iin,Vinv*的绝对值)…(6)
注意，“Max”指示括弧中的值中的较大一个，并且Z是DC电抗器16的阻抗。在表达式(6)中，(Vg+Z Iin)是上述的DC电压目标值Vg’。
DC/DC转换器10的电流目标值Iin*被表示如下：
Iin*＝{(Iinv*×Vinv*)–(s CVo*)×Vo*}/(Vg+Z Iin)…(7)
如果电容器19的静电电容C和功率损耗PLOSS充分地小于(Iinv*×Vinv*)，则获得以下表达式(8)。通过此表达式(8)计算出的Iin*可被用作包括在表达式(6)和(7)的右侧中的Iin。
Iin*＝(Iinv*×Vinv*)/Vg…(8)
如上所述，控制单元12执行控制以便在输出与AC/DC转换器11的AC电压目标值Vinv*的绝对值高于DC电压目标值(Vg+Z Iin)的一部分相对应的电压的情况下使DC/DC转换器10操作，以及在输出与AC/DC转换器11的AC电压目标值Vinv*的绝对值小于DC电压目标值(Vg+Z Iin)的一部分相对应的电压的情况下使AC/DC转换器11操作。因此，可减小AC/DC转换器11和DC/DC转换器10中的开关损耗，并且可按增加的效率输出DC电力。
此外，因为DC/DC转换器10和AC/DC转换器11两者基于由控制单元12设定的目标值来操作，所以即使执行操作以便在两个电路之间交替地切换高频开关时段，也可抑制在输入到AC/DC转换器11的AC电流中发生相位偏差或失真。
<<充电开始时的操作>>
接下来，将描述在通过使用上述的电力转换装置1从AC系统3开始蓄电池2的充电的情况下的操作。
为了开始充电，首先，在图2中，控制单元12使开关13闭合。当开关13闭合时，电容器15利用蓄电池电压Vg充电，并且进一步，电容器19通过DC电抗器16和二极管d5利用蓄电池电压Vg充电。DC母线18上的电压通常等于Vg(48V)。随后，控制单元12使开关26在AC电压Va的过零定时处闭合。
图4是概念性地示出电力转换装置1从充电开始的操作的接近于图3的电压波形图，然而图3示出充电期间的状态。假定开关26在时间t0闭合，根据控制方法AC/DC转换器11应该在从t0到t1的时段期间执行开关操作。然而，控制单元12在从t0到t1的时段(图4的(b)中的圆圈)期间不使AC/DC转换器11操作。
因此，开关元件Q1至Q4断开，并且二极管d1至d4的反向电压阻断功能防止电流由于DC母线18的电压而流向AC侧。在从t0到t1的时段期间，Vinv*的绝对值小于或者等于DC母线18的电压。因此，不从AC系统3向DC母线18馈送电力。也就是说，尽管蓄电池2的电压出现在DC母线18上，然而有助于充电的电压不是从AC侧供应的。从AC侧供应的充电电压被示出在图4的(c)中。
在时间t1，随着AC电压Va而增加的AC电压目标值Vinv*的绝对值达到DC电压目标值Vg’(48V)。DC/DC转换器10应该在从t1到t2的时段期间执行开关操作。因此，控制单元12在时间t1时或之后使DC/DC转换器10执行开关操作，从而执行降压操作(图4的(d))。为了迅速地开始充电，优选在时间t1时或紧接在时间t1之后开始开关操作。然而，根据控制方法，可以在从t1到t2的范围内的任何时间——即，在降压操作被执行的时段内——开始开关操作。因此，也可在从t3到t4的后续时段内开始开关操作。
在已经开始DC/DC转换器10的开关操作之后，正常操作被执行，并且蓄电池2被充电。例如，在充电开始之后的从t2到t3的时段期间，AC/DC转换器11执行开关操作。在这种情况下，因为在发生过零之前已经开始了开关操作，所以即使AC电压目标值Vinv*在此时段期间是低于DC电压目标值Vg’的电压，电流也不会从DC母线18流向AC侧。
如上所述，在对蓄电池2充电的情况下，如果在AC电压目标值Vinv*大于DC电压目标值Vg’＝(Vg+Z Iin)的时段内开始充电，则此充电从由DC/DC转换器10进行的用于降压操作的开关操作开始，并且因此，能够抑制电流在与充电方向相反的方向上流动。
<<更新AC电流目标值的方式>>
因为当充电开始时浪涌电流流动，所以可以提供用于抑制浪涌电流的软启动功能。例如，可通过将AC电流目标值Iinv*从0逐渐地增加到目标值来实现软启动功能。在控制方面，电流命令值被周期性地更新。
例如，图5示出以固定梯度增加电流有效值的方式。在这种情况下，当电流流动时命令值被更新。因此，PWM占空比被更新，这可能导致电流的急剧改变，或者可能导致振荡。
因此，如图6所示，控制单元12在AC系统3的AC电压Va的过零定时处更新用于达到充电时的AC电流目标值Vinv*的电流命令值。
在这种情况下，在过零定时处执行与命令值的更新相关联的PWM占空比的更新。因此，能够抑制电流的急剧改变或振荡的发生。
<<电压波形图上的放电操作>>
图7是概念性地示出在电力转换装置1对蓄电池2放电的情况下的操作的电压波形图。
在图7中，(a)示出AC电压目标值Vinv*(峰值：大约141V，有效值：大约100V)的绝对值和DC电压目标值Vg’(大约48V)。AC电压目标值Vinv*是要基于AC电压Va在放电操作期间在AC/DC转换器11的输出端处达到的电压值。如果忽视AC电抗器22的阻抗，则满足Vinv*＝Va。DC电压目标值Vg’是考虑到DC电抗器16的压降的蓄电池电压Vg的电压值。如果忽视DC电抗器16的阻抗，则满足Vg’＝Vg。
上述的电压值仅仅是示例。控制单元12对这两个电压进行比较，并且根据比较的结果来控制AC/DC转换器11和DC/DC转换器10。
首先，在AC电压目标值Vinv*的绝对值大于DC电压目标值Vg’的时段(从t1到t2以及从t3到t4)期间，控制单元12使DC/DC转换器10执行开关操作，从而执行升压操作(图7的(b))。结果，图7的(c)所示的电压出现在DC母线18上。
此外，在AC电压目标值Vinv*的绝对值小于DC电压目标值Vg’的时段(从t0到t1、从t2到t3、以及从t4到t5)中，控制单元12使AC/DC转换器11作为逆变器执行开关操作，从而执行降压操作(图7的(d))。除开关操作之外，AC/DC转换器11在与AC系统3的频率的两倍相对应的频率(例如，100Hz)的每个周期中使通电的极性反转。例如，此开关操作在速度上极其低于以20kHz的开关操作。此外，在AC/DC转换器11正执行开关操作的时段(从t0到t1、从t2到t3、以及此t4到t5)期间，DC/DC转换器10中的开关元件Q5、Q6两者断开，并且DC/DC转换器10使电压/电流通过二极管d5。
结果，获得了图7的(e)所示的期望的AC波形。
<<放电时的控制的规范>>
如在充电的情况下一样，电力转换装置1中的各种值被定义如下。
Ia*：AC系统3的电流的目标值
Iin：DC/DC转换器10的DC电流的检测值(由电流传感器17检测)
Iin*：DC/DC转换器10的电流的目标值
Iinv*：AC/DC转换器11的AC电流的目标值
Ig*：蓄电池2的DC电流的目标值
Ic：在电容器19中流动的电流
Ica：在电容器23中流动的电流
Va：AC电压
Vg：蓄电池电压
Vinv*：AC/DC转换器11的AC电压的目标值
Vo*：DC/DC转换器10的、在DC母线18侧的电压的目标值
Pin：来自蓄电池2的输出功率(反向输入功率)
PLOSS：电力转换装置1中的功率损耗
η：电力转换装置1的电力转换效率
来自蓄电池2的输出功率Pin的平均值<Pin>被表示如下：
<Pin>＝<Iin×Vg>…(1’)
AC系统3的电流的目标值的平均值<Ia*>被表示如下。
<Ia*>＝<Ig*×Vg>/(η×<Va>)…(2’)
其中η是表示电力转换装置1的转换效率的常数。
电流目标值Ia*被表示如下：
Ia*＝(21/2)×<Ia*>×sinωt…(3’)
此外，考虑到电容器23的电容Ca，AC/DC转换器11的AC电流的目标值Iinv*被表示如下：
Iinv*＝Ia*+s CaVa…(4’)
假定AC电抗器22的阻抗是Za，AC电压目标值Vinv*被表示如下：
Vinv*＝Va+Za Iinv*…(5’)
DC/DC转换器10的输入电压的目标值Vo*被表示如下：
Vo*＝Max(Vg-Z Iin,Vinv*的绝对值)…(6’)
注意，“Max”表示括弧中的值中的较大一个，并且Z是DC电抗器16的阻抗。在表达式(6’)中，(Vg-Z Iin)是DC电压目标值Vg’。
DC/DC转换器的电流目标值Iin*被表示如下：
Iin*＝{(Iinv*×Vinv*)+(s C Vo*)×Vo*}/(Vg-Z Iin)…(7’)
如果电容器19的静电电容C和功率损耗PLOSS充分地小于(Iinv*×Vinv*)，则获得以下表达式(8’)。通过此表达式(8’)计算出的Iin*可被用作包括在表达式(6’)和(7’)的右侧中的Iin。
Iin*＝(Iinv*×Vinv*)/Vg…(8’)
如上所述，控制单元12执行控制以便在输出与AC/DC转换器11的AC电压目标值Vinv*的绝对值高于DC电压目标值(Vg-Z Iin)的一部分相对应的电压的情况下使DC/DC转换器10操作，以及在输出与AC/DC转换器11的AC电压目标值Vinv*的绝对值低于DC电压(Vg-Z Iin)的一部分相对应的电压的情况下使AC/DC转换器11操作。因此，可减小AC/DC转换器11和DC/DC转换器10中的开关损耗，并且可按增加的效率输出DC电力。
此外，因为DC/DC转换器10和AC/DC转换器11两者基于由控制单元12设定的目标值来操作，所以即使执行操作以便在两个电路之间交替地切换高频开关时段，也可抑制在从AC/DC转换器11输出的AC电流中发生相位偏差或失真。
<<放电开始时的操作>>
接下来，将针对到系统负载的输出的情况和自主输出的情况中的每一种来描述在通过使用上述的电力转换装置1开始蓄电池2的放电的情况下的操作。
(到系统负载的输出的情况)
为了开始放电，首先，在图2中，控制单元12使开关13闭合。当开关13闭合时，电容器15利用蓄电池电压Vg充电，并且进一步，电容器19通过DC电抗器16和二极管d5利用蓄电池电压Vg充电。DC母线18上的电压通常等于Vg(48V)。随后，控制单元12使开关26在AC电压Va的过零定时处闭合。
在图7中，假定开关26在时间t0闭合，控制单元12使AC/DC转换器11在从t0到t1的时段期间执行开关操作，从而执行降压操作。在此时段期间，AC电压目标值Vinv*小于或者等于DC电压目标值Vg’，并且因此，不会发生电流从AC侧到DC母线18的回流。从那时起，正常操作被执行，并且蓄电池2被放电。
如果在从t0到t1的时段期间未使AC/DC转换器11开始开关操作，则可以在从t2到t3的后续时段期间使AC/DC转换器11开始开关操作。
如上所述，在对蓄电池2放电时，如果在AC电压目标值Vinv*小于DC电压目标值(Vg-Z Iin)的时段内开始放电，则此放电从由AC/DC转换器11进行的用于降压操作的开关操作开始，并且因此，防止了电流在与放电方向相反的方向上流动。
(自主输出的情况)
另一方面，为了在自主输出的情况下开始放电，首先，在图2中，控制单元12使开关13闭合。当开关13闭合时，电容器15利用蓄电池电压Vg充电，并且进一步，电容器19通过DC电抗器16和二极管d5利用蓄电池电压Vg充电。DC母线18上的电压通常等于Vg(48V)。随后，在开关26被断开的情况下，控制单元12使自主开关28在自主AC电压的过零定时处闭合。
在图7中，假定自主开关28在时间t0闭合，控制单元12使AC/DC转换器11在从t0到t1的时段期间执行开关操作，从而执行降压操作。在此时段期间，AC电压目标值Vinv*小于或者等于DC电压目标值Vg’，并且因此，不会发生电流从AC侧到DC母线18的回流。从那时起，正常操作被执行，并且蓄电池2被放电。
如果在从t0到t1的时段期间未使AC/DC转换器11开始开关操作，则可在从t2到t3的后续时段期间使AC/DC转换器11开始开关操作。
如上所述，当对蓄电池2放电时，如果在AC电压目标值Vinv*小于DC电压目标值(Vg-Z Iin)的时段内开始放电，则此放电从由AC/DC转换器11进行的用于降压操作的开关操作开始，并且因此，防止了电流在与放电方向相反的方向上流动。
<<充电/放电开始定时的概要>>
(连接到AC系统的情况)
如上所述，电力转换设备1的控制单元12将基于AC电压的AC电压目标值Vinv*的绝对值与基于蓄电池电压Vg的DC电压目标值(Vg+Z Iin或Vg-Z Iin)相比较，并且在这些值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用AC/DC转换器11和DC/DC转换器10中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现。当开始蓄电池2的充电/放电时，控制单元12使开关26在AC电压Va的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电从通过其执行降压操作的开关操作开始。
(自主输出的情况)
另外在自主输出的情况下，电力转换装置1的控制单元12将基于AC电压的AC电压目标值Vinv*的绝对值与基于蓄电池电压Vg的DC电压目标值(Vg+Z Iin或Vg-Z Iin)相比较，并且在这些值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用AC/DC转换器11和DC/DC转换器10中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现。当开始蓄电池2的放电时，控制单元12使自主开关28在自主AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使放电从通过其执行降压操作的开关操作开始。
在执行上述的控制方法的电力转换装置1中，其中AC/DC转换器11和DC/DC转换器10主要取决于开始充电/放电的定时而执行开关操作。如果两个转换器中的一个从用于升压操作的开关操作起开始充电/放电，则因为要充电/放电的目标的电压高于转换器的电压，所以电流可以在与充电/放电方向相反的方向上流动。然而，当充电/放电从用于“降压操作”的开关操作开始时，因为充电/放电从要充电/放电的目标的电压低于转换器的电压的状态开始，所以能够防止电流在与预期方向相反的方向上流动。
<补充注释>
在以上实施例中，当AC/DC转换器11和DC/DC转换器10中的一个执行开关操作时，另一个转换器停止开关操作(高频)。然而，也能够执行控制，使得当两个转换器交替时，两个转换器执行过渡性的开关操作。
注意，本文中所公开的实施例在所有方面仅仅是说明性的，而不应该被识别为是限制性的。本发明的范围通过权利要求书的范围而不是上述的含义来限定，并且旨在包括相当于权利要求书的范围的含义以及该范围内的所有修改。
[补充注释]
以上描述包括下面的附加注释中的特征。也就是说，电力转换装置也可被表示如下。
一种设置在AC系统与蓄电池之间的电力转换装置，所述电力转换装置包括：
开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述AC系统的AC电压；
AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；
电容器，所述电容器连接到所述DC母线；
DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述蓄电池的两端之间的电压作为蓄电池电压；以及
控制单元，所述控制单元被配置成
将基于所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较，
在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段在所述AC电压目标值的1/2周期内交替地出现，以及
在开始所述蓄电池的充电/放电的情况下，使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电在所述降压操作被执行的时段内开始，从而提供当充电开始时充电电流由于所述降压操作而流动的状态以及当放电开始时放电电流由于所述降压操作而流动的状态。
附图标记列表
1 电力转换装置
2 蓄电池
3 AC系统
10 DC/DC转换器
11 AC/DC转换器
12 控制单元
13 开关
14 电压传感器
15 电容器
16 DC电抗器
17 电流传感器
18 DC母线
19 电容器
20 电压传感器
21 滤波器电路
22 AC电抗器
23 电容器
24 电流传感器
25 电压传感器
26 开关
27 电压传感器
28 自主开关
29 负载
d1至d6 二极管
Q1至Q6 开关元件

Claims (7)

1.一种设置在AC系统与蓄电池之间的电力转换装置，所述电力转换装置包括：
开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述AC系统的AC电压；
AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；
电容器，所述电容器连接到所述DC母线；
DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述蓄电池的两端之间的电压作为蓄电池电压；以及
控制单元，所述控制单元被配置成
将基于所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较，
在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作来执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作来执行降压操作的时段交替地出现，以及
当开始所述蓄电池的充电/放电时，使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中
在对所述蓄电池充电的情况下，
当所述AC电压目标值的所述绝对值小于所述DC电压目标值时，所述控制单元使所述升压操作通过主要使用所述AC/DC转换器的开关操作来执行，
当所述AC电压目标值的所述绝对值大于所述DC电压目标值时，所述控制单元使所述降压操作通过主要使用所述DC/DC转换器的开关操作来执行，以及
当开始所述蓄电池的充电时，所述控制单元使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电在所述AC电压目标值的所述绝对值大于所述DC电压目标值的时段内开始。
3.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中
在对所述蓄电池放电的情况下，
当所述AC电压目标值的所述绝对值大于所述DC电压目标值时，所述控制单元使所述升压操作通过主要使用所述DC/DC转换器的开关操作来执行，
当所述AC电压目标值的所述绝对值小于所述DC电压目标值时，所述控制单元使所述降压操作通过主要使用所述AC/DC转换器的开关操作来执行，以及
当开始所述蓄电池的放电时，所述控制单元使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使放电在所述AC电压目标值的所述绝对值小于所述DC电压目标值的时段内开始。
4.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中
在对所述蓄电池放电的情况下，
当所述AC电压目标值的所述绝对值大于所述DC电压目标值时，所述控制单元使所述升压操作通过主要使用所述DC/DC转换器的开关操作来执行，
当所述AC电压目标值的所述绝对值小于所述DC电压目标值时，所述控制单元使所述降压操作通过主要使用所述AC/DC转换器的开关操作来执行，以及
当开始所述蓄电池的放电时，在设置在所述电路径中的所述开关被断开的状态下，所述控制单元使自主开关在自主AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使放电在所述AC电压目标值的所述绝对值小于所述DC电压目标值的时段内开始。
5.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中所述控制单元在所述AC电压的过零定时处更新用于达到充电时的AC电流目标值的命令值。
6.一种用于控制电力转换装置的方法，所述电力转换装置被设置在AC系统与蓄电池之间，并且包括：开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；电容器，所述电容器连接到所述DC母线；以及DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间，
所述方法包括：
将基于所述AC系统的所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较；以及
在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作执行降压操作的时段交替地出现，其中
当开始所述蓄电池的充电/放电时，所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，充电/放电从通过其执行所述降压操作的开关操作开始。
7.一种设置在AC系统与蓄电池之间的电力转换装置，所述电力转换装置包括：
开关，所述开关被设置在连接到所述AC系统的电路径中；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述AC系统的AC电压；
AC/DC转换器，所述AC/DC转换器被设置在所述开关与DC母线之间；
电容器，所述电容器连接到所述DC母线；
DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC母线与所述蓄电池之间；
电压传感器，所述电压传感器被配置成检测所述蓄电池的两端之间的电压作为蓄电池电压；以及
控制单元，所述控制单元被配置成
将基于所述AC电压的AC电压目标值的绝对值与基于所述蓄电池电压的DC电压目标值相比较，
在所述值的大小关系的基础上执行控制方法，使得通过主要使用所述AC/DC转换器和所述DC/DC转换器中的一个的开关操作执行升压操作的时段以及通过主要使用所述转换器中的另一个的开关操作执行降压操作的时段在所述AC电压目标值的1/2周期内交替地出现，以及
在开始所述蓄电池的充电/放电的情况下，使所述开关在所述AC电压的过零定时处闭合，并且此后，使充电/放电在所述降压操作被执行的时段内开始，从而提供当充电开始时充电电流由于所述降压操作而流动的状态以及当放电开始时放电电流由于所述降压操作而流动的状态。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111049379A (zh) * 2019-12-23 2020-04-21 广东工业大学 一种充放电式dc-dc变换电路及其充放电系统
CN112977120A (zh) * 2019-12-02 2021-06-18 北京新能源汽车股份有限公司 一种放电装置及放电方法
CN117748690A (zh) * 2024-02-19 2024-03-22 西安图为电气技术有限公司 电池的充放电电路和电池的充放电方法

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10476283B2 (en) * 2013-09-27 2019-11-12 Intel Corporation Bi-directional charger for battery device with control logic based on sensed voltage and device type
JP6981369B2 (ja) * 2018-06-06 2021-12-15 住友電気工業株式会社 蓄電システム
JP7192889B2 (ja) * 2019-01-22 2022-12-20 住友電気工業株式会社 電力変換装置及びその制御方法
WO2022074803A1 (ja) * 2020-10-08 2022-04-14 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
CN115885447B (zh) * 2021-07-29 2024-02-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 充放电装置、电池充电和放电的方法、以及充放电系统
CN117439384B (zh) * 2023-12-11 2024-03-12 中国科学院合肥物质科学研究院 一种电力电子能源设备的自适应igbt有源驱动电路

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037246A (ja) * 1999-07-27 2001-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 系統連系インバータ
CN1592025A (zh) * 2003-08-29 2005-03-09 富士电机系统株式会社 电力变换装置的起动方法
CN104242692A (zh) * 2014-07-28 2014-12-24 南京理工大学 最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3799294B2 (ja) * 2002-05-15 2006-07-19 ソニー株式会社 充電装置
JP2003348768A (ja) * 2002-05-24 2003-12-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 無停電電源装置
JP2011135730A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Fujitsu Semiconductor Ltd スイッチング電源回路及びスイッチング電源回路の制御方法
JP5279797B2 (ja) * 2010-11-01 2013-09-04 三菱電機株式会社 電力変換装置
DE112012005842T5 (de) * 2012-02-08 2014-11-06 Mitsubishi Electric Corporation Energie-Umwandlungsvorrichtung
JP5618022B1 (ja) * 2013-06-11 2014-11-05 住友電気工業株式会社 インバータ装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001037246A (ja) * 1999-07-27 2001-02-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 系統連系インバータ
CN1592025A (zh) * 2003-08-29 2005-03-09 富士电机系统株式会社 电力变换装置的起动方法
CN104242692A (zh) * 2014-07-28 2014-12-24 南京理工大学 最优频率变化范围的CRM Boost PFC变换器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112977120A (zh) * 2019-12-02 2021-06-18 北京新能源汽车股份有限公司 一种放电装置及放电方法
CN111049379A (zh) * 2019-12-23 2020-04-21 广东工业大学 一种充放电式dc-dc变换电路及其充放电系统
CN117748690A (zh) * 2024-02-19 2024-03-22 西安图为电气技术有限公司 电池的充放电电路和电池的充放电方法
CN117748690B (zh) * 2024-02-19 2024-05-24 西安图为电气技术有限公司 电池的充放电电路和电池的充放电方法

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