DE112015002219T5 - Energie-umsetzungsvorrichtung - Google Patents

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Takaaki Takahara
Satoshi Murakami
Ryota KONDO
Naohisa Uehara
Masaki Yamada
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Ein Transformator ist aus drei oder mehr Wicklungen gebildet, die magnetisch gekoppelt sind. Ein AC/DC-Umsetzer (2) zum Umwandeln von AC-Energie einer AC-Energieversorgung (1), ein Kondensator (3) und ein Schalt-Kreis (4) sind mit einer der Wicklungen (6a) verbunden, und ein Schalt-Kreis (8 oder 30) zur Energieumsetzung einer DC-Energieversorgung ist mit zumindest einer der anderen Wicklungen verbunden. Die Spannung des Kondensators (3) oder der AC-Energieversorgung (1) wird detektiert. Auf der Basis von deren detektiertem Wert wird der Betriebszustand eines jeden Schalt-Kreises (4, 8, 30) mittels einer Betriebszustand-Bestimmungsschaltung (101) bestimmt. Auf der Basis des Bestimmungsergebnisses wird die Energieversorgung zwischen der AC-Energieversorgung (1) und den DC-Energieversorgungen (11) und (34) mittels eines Ausgangs-Schalt-Kreises (103) umgeschaltet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Umsetzungsvorrichtung, die dazu imstande ist, eine Energie-Verteilungssteuerung der Eingangsleistung auf mehrere Ausgänge vorzunehmen sowie ein Umschalten einer Energieversorgungsquelle gemäß dem Zustand einer Last durchzuführen.
  • Stand der Technik
  • Einige herkömmliche Energie-Umsetzungsvorrichtungen verwenden komplexe Wicklungen für einen Transformator, um eine Energieversorgungs-Konfiguration mit mehreren Ausgängen zu erzielen (siehe z. B. das nachstehend genannte Patentdokument 1). Es ist eine Aufgabe einer herkömmlichen Energie-Umsetzungsvorrichtung, beim Laden von zwei DC-Energieversorgungen mit Energie von einer AC-Energieversorgung unter Verwendung eines Transformators, der komplexe Wicklungen aufweist, die magnetisch gekoppelt sind, die Priorität auf eine der zu ladenden DC-Energieversorgungen zu legen.
  • In einem Fall, in welchem es keine AC-Energieversorgung gibt, wird eine der DC-Energieversorgungen als eine Zufuhrquelle verwendet, um die andere DC-Energieversorgung zu laden, indem ein bidirektionaler Schalter verwendet wird.
  • Literaturverzeichnis
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: Japanische Patent-Veröffentlichung JP 4 263 736 B .
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Gemäß der Beschreibung in dem obigen Patentdokument 1 ist jedoch ein bidirektionaler Schaltkreis zum Steuern des Ladens mit einer Diode ausgerüstet, die antiparallel zu einem Schaltelement geschaltet ist. Selbst wenn der Wert der von jeder DC-Energieversorgung empfangenen Energie durch PWM mittels des bidirektionalen Schaltkreises gesteuert werden soll, gilt daher Folgendes:
  • Da die Energie von der Diode gleichgerichtet wird, die in Brückenform geschaltet ist, kann der Ladungswert zu jeder DC-Energieversorgung nicht gesteuert werden. Dies resultiert in einem dahingehenden Problem, dass eine Verteilungs-Steuerung für die AC-Eingangsleistung nicht durchgeführt werden kann.
  • Außerdem wird beschrieben, dass eine Detektionseinheit zum Detektieren vorgesehen ist, ob oder ob nicht eine AC-Eingangsspannung zugeführt wird. Wenn aus dem Detektionsergebnis durch die Detektionseinheit bestimmt wird, dass die AC-Eingangsspannung nicht zugeführt wird, so wird Energie von jeder DC-Energieversorgung aus zugeführt. In Abhängigkeit von der Leistungskapazität auf der AC-Eingangsseite gibt es jedoch eine Situation, in welcher Energie nicht zu einer Last zugeführt werden kann, und zwar selbst wenn die AC-Eingangsspannung vorliegt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energie-Umsetzungsvorrichtung anzugeben, bei welcher eine Mehrzahl von Energieversorgungen mit einer Mehrzahl von Wicklungen verbunden ist, die magnetisch gekoppelt sind, und welche dazu imstande ist, durch Schalten der Energieversorgungsquelle kontinuierlich Energie zuzuführen.
  • Lösung der Probleme
  • Eine Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Energie-Umsetzungsvorrichtung, bei der ein Transformator aus drei oder mehr Wicklungen gebildet ist, die magnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei ein AC/DC-Umsetzer zum Umsetzen von AC-Energie einer AC-Energieversorgung in DC, ein Kondensator zum Glätten der Ausgangsspannung des AC/DC-Umsetzers und ein Schalt-Kreis zum Umsetzen von der von dem Kondensator geglätteten DC-Spannung in AC sequentiell mit einer der Wicklungen verbunden sind, und wobei ein Schalt-Kreis zur Energieumsetzung einer DC-Energieversorgung mit mindestens einer der anderen der Wicklungen verbunden ist.
  • Die Energie-Umsetzungsvorrichtung weist Folgendes auf: eine Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung des Kondensators; eine Betriebszustand-Bestimmungsschaltung zum Bestimmen des Betriebszustands eines jeden Schalt-Kreises auf der Basis eines Detektionswerts von der Spannungs-Detektionseinheit; und eine Energieversorgungs-Schalteinheit zum Durchführen eines Energieversorgungs-Umschaltens zwischen der AC-Energieversorgung und der DC-Energieversorgung auf der Basis des Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung.
  • Eine weitere Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Energie-Umsetzungsvorrichtung, bei der ein Transformator aus drei oder mehr Wicklungen gebildet ist, die magnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei ein AC/DC-Umsetzer zum Umsetzen von AC-Energie einer AC-Energieversorgung in DC, ein Kondensator zum Glätten der Ausgangsspannung des AC/DC-Umsetzers und ein Schalt-Kreis zum Umsetzen von der von dem Kondensator geglätteten DC-Spannung in AC sequentiell mit einer der Wicklungen verbunden sind, und wobei ein Schalt-Kreis zur Energieumsetzung einer DC-Energieversorgung mit mindestens einer der anderen der Wicklungen verbunden ist.
  • Die Energie-Umsetzungsvorrichtung weist Folgendes auf: eine Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung der AC-Energieversorgung; eine Betriebszustand-Bestimmungsschaltung zum Bestimmen des Betriebszustands eines jeden Schalt-Kreises auf der Basis eines Detektionswerts von der Spannungs-Detektionseinheit; und eine Energieversorgungs-Schalteinheit zum Durchführen eines Energieversorgungs-Umschaltens zwischen der AC-Energieversorgung und der DC-Energieversorgung auf der Basis des Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung.
  • Wirkung der Erfindung
  • Die Energie-Umsetzungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, dass einer Last kontinuierlich Energie zugeführt wird, indem sie eine Energieknappheit in der Energieversorgung in Bezug auf die Lastleistung detektiert und die Energieversorgung auf eine Energieversorgung umschaltet, welche dazu imstande ist, Energie zuzuführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 1-A der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 1-A der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 1-B der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 1-B der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 1-C der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 1-C der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 1-D der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 1-D der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist ein erläuterndes Diagramm eines Ablaufdiagramms der Betriebszustand-Schaltsteuerung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 12 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuerungseinheit der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist ein Blockdiagramm, das die Einzelheiten der Konfiguration der Steuerungseinheit zeigt, die in 12 gezeigt ist.
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das die Einzelheiten der Konfiguration der Steuerungseinheit zeigt, die in 12 gezeigt ist.
  • 15 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 2-A der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 18 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 2-A der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 19 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 2-B der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 20 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 2-B der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 21 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 2-C der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 22 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 2-C der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 23 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in einem Betriebszustand 2-D der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 24 ist ein erläuterndes Diagramm des Energieflusses in dem Betriebszustand 2-D der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 25 ist ein erläuterndes Diagramm eines Ablaufdiagramms der Betriebszustand-Schaltsteuerung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 26 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Steuerungseinheit der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 27 ist ein Blockdiagramm, das die Einzelheiten der Konfiguration der Steuerungseinheit zeigt, die in 26 gezeigt ist.
  • 28 ist ein Blockdiagramm, das die Einzelheiten der Konfiguration der Steuerungseinheit zeigt, die in 26 gezeigt ist.
  • 29 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 30 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 31 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 32 ist ein Schaltungs-Konfigurationsdiagramm der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • 1 und 2 sind Schaltungs-Konfigurationsdiagramme einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • Die Energie-Umsetzungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform 1 wird beispielsweise bei einem Energieversorgungssystem verwendet, das ein Ladegerät für ein elektrisches Fahrzeug verwendet. Eine AC-Energieversorgung 1 ist eine kommerzielle AC-Energieversorgung, ein privater Stromgenerator oder dergleichen. Eine erste DC-Energieversorgung 11 ist eine Hochspannungsbatterie für die Fahrt des Fahrzeugs. Eine zweite DC-Energieversorgung 34 ist eine Batterie, wie z. B. eine Bleibatterie, welche eine Energieversorgung für eine elektrische Fahrzeugkomponente ist. Ein Wechselrichter 17 wird als eine Energieversorgung von 100 V AC verwendet, welche in dem Fahrzeug verwendet werden kann.
  • Die AC-Energieversorgung 1 ist mit einem AC/DC-Umsetzer 2 über eine Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 verbunden. Die AC-Spannung Vacin wird von dem AC/DC-Umsetzer 2 in DC umgewandelt und dann als DC-Spannung VL1 in einem Glättungskondensator 3 gespeichert. Die DC-Spannung VL1 wird in eine AC-Spannung Vtr1 mittels eines ersten Schalt-Kreises 4 umgewandelt. Der erste Schalt-Kreis 4 ist als ein Wechselrichter mit vier Schaltelementen 4a bis 4d ausgebildet, die in Brückenform geschaltet sind, und er steuert den Leistungs-Empfangswert der Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1.
  • Ein erstes Ende einer Aufwärtswandlungs-Spule 5 ist mit einem ersten AC-Ende des ersten Schalt-Kreises 4 verbunden, und ein erstes Ende einer ersten Wicklung 6a auf der Primärseite eines Transformators 6 mit komplexer Wicklung (nachfolgend als ein Transformator bezeichnet) ist mit einem zweiten Ende der Aufwärtswandlungs-Spule 5 verbunden. Ein zweites Ende der ersten Wicklung 6a ist mit einem zweiten AC-Ende des ersten Schalt-Kreises 4 verbunden.
  • Ein erstes Ende einer zweiten Wicklung 6b auf der Sekundärseite des Transformators 6 ist mit einem ersten Ende einer Aufwärtswandlungs-Spule 7 verbunden, und ein zweites Ende der Aufwärtswandlungs-Spule 7 ist mit einem ersten AC-Ende eines zweiten Schalt-Kreises 8 und einem Schalter 9 verbunden, der zwei Schaltelemente 9a und 9b aufweist. Ein zweites Ende der zweiten Wicklung 6b ist mit einem zweiten AC-Ende des zweiten Schalt-Kreises 8 verbunden. Der zweite Schalt-Kreis 8 ist aus vier Schaltelementen 8a bis 8d gebildet, die in Brückenform geschaltet sind.
  • Wenn die erste DC-Energieversorgung 11 geladen werden soll, dann wird der Schalter 9 ausgeschaltet, und die Schaltelemente 8a werden betrieben. Dadurch wird veranlasst, dass der zweite Schalt-Kreis 8 als eine Vollbrücken-Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung fungiert. Wenn die erste DC-Energieversorgung 11 entladen werden soll, dann wird der Schalter 9 eingeschaltet, und die Schaltelemente 8a bis 8d werden betrieben. Dadurch wird veranlasst, dass der zweite Schalt-Kreis 8 als Halbbrücken-Wechselrichter fungiert.
  • Der Ausgang des Schalters 9 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen zwei Kondensatoren 10a und 10b verbunden, die in Reihe geschaltet sind. Ein positiver DC-Anschluss des zweiten Schalt-Kreises 8 ist gemeinsam mit einem anderen Ende des Kondensators 10a verbunden, und er ist mit einem positiven Ende der ersten DC-Energieversorgung 11 über eine Spannungs-Strom-Detektionseinheit 53 verbunden. Ein negativer DC-Anschluss des zweiten Schalt-Kreises 8 ist gemeinsam mit einem anderen Ende des Kondensators 10b verbunden, und er ist mit einem negativen Ende der ersten DC-Energieversorgung 11 über die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 53 verbunden. Hierbei haben die zwei Kondensatoren 10a und 10b die gleiche Kapazität.
  • Ein erstes Ende einer dritten Wicklung 6c auf der Tertiärseite des Transformators 6 ist mit einem ersten Ende einer Aufwärtswandlungs-Spule 12 verbunden. Ein zweites Ende der Aufwärtswandlungs-Spule 12 ist mit einem ersten AC-Ende eines dritten Schalt-Kreises 13 verbunden. Ein zweites Ende der dritten Wicklung 6c ist mit einem zweiten AC-Ende des dritten Schalt-Kreises 13 verbunden. Der dritte Schalt-Kreis 13 wird gebildet, indem Folgendes parallelgeschaltet wird: ein Zweig, der aus einem Gleichrichtungselement 13a und einem Schaltelement 13b gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind; und ein Zweig, der aus einem Gleichrichtungselement 13c und einem Schaltelement 13d gebildet ist, die in Reihe geschaltet sind. Der dritte Schalt-Kreis 13 fungiert normalerweise als Gleichrichterschaltung, und wenn die DC-Spannung VL2, die an einem Glättungskondensator 15 auftritt, wie später beschrieben, niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, dann fungiert sie als eine Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung.
  • Die AC-Spannung Vtr3, die an der dritten Wicklung 6c des Transformators 6 auftritt, wird in DC mittels des dritten Schalt-Kreises 13 umgewandelt. Die in DC von dem dritten Schalt-Kreis 13 umgewandelte Schaltung wird von einer Glättungsspule 14 und dem Kondensator 15 geglättet, und sie wird dann als eine DC-Spannung VL2 in einem Kondensator 16 über eine Spannungs-Strom-Detektionseinheit 54 gespeichert. Beide Anschlüsse des Kondensators 16 sind mit einem DC-Eingangsende des Wechselrichters 17 verbunden, der aus vier Schaltelementen 17a bis 17d gebildet ist.
  • Ein AC-Ausgangsende des Wechselrichters 17 ist mit Glättungsspulen 18a und 18b, einem Glättungskondensator 19, einer Gleichtakt-Drosselspule 20, einer Spannungs-Strom-Detektionseinheit 55 und einem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden, und zwar in dieser Reihenfolge. An dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung wird eine AC-Spannung Vacout erzeugt, welche eine Energieversorgung zum Zuführen von Energie an verschiedene damit verbundene (nicht dargestellte) Einrichtungen ist (nachfolgend als eine AC-Last bezeichnet).
  • Vierte Wicklungen 6d1 und 6d2 auf der Quaternärseite des Transformators 6 sind in Mittelanzapfungsform konfiguriert. Erste Enden der zwei Schaltelemente 30a und 30b, die in einem vierten Schalt-Kreis 30 enthalten sind, sind mit den beiden Enden der vierten Wicklungen 6d1 bzw. 6d2 verbunden. Mit einem Verbindungspunkt als die Mittelanzapfung zwischen den vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 ist ein Schaltelement 33 verbunden, und es ist auch ein Schalter 35 angeschlossen, der aus zwei Schaltelementen 35a und 35b gebildet ist.
  • Eine Ausgangsseite des Schaltelements 33 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen einer Rückflussdiode 36 und einer Glättungsspule 31 verbunden. Der Ausgang der Glättungsspule 31, der Ausgang des Schalters 35 und ein erstes Ende eines Glättungskondensators 32 sind gemeinsam verbunden, und sie sind dann mit einem positiven Ende der zweiten DC-Energieversorgung 34 über eine Spannungs-Strom-Detektionseinheit 56 verbunden. Zweite Enden der Schaltelemente 30a und 30b sind miteinander verbunden, und sie sind mit einem Anodenende der Rückflussdiode 36, einem zweiten Ende des Glättungskondensators 32 und einem negativen Ende der zweiten DC-Energieversorgung 34 verbunden.
  • Der vierte Schalt-Kreis 30 ist aus den zwei Schaltelementen 30a und 30b, dem Schaltelement 33, der Rückflussdiode 36 und der Glättungsspule 31 gebildet. Wenn die zweite DC-Energieversorgung 34 geladen werden soll, dann wird veranlasst, dass der vierte Schalt-Kreis 30 als Abwärtswandlungs-Zerhackerschaltung fungiert, und zwar durch die Konfiguration des Schaltelements 33, der Rückflussdiode 36 und der Glättungsspule 31. Wenn die zweite DC-Energieversorgung 34 entladen werden soll, dann wird der Schalter 35 eingeschaltet, so dass das Schaltelement 33, die Rückflussdiode 36 udn die Glättungsspule 31 umgangen werden, und es wird veranlasst, dass der vierte Schalt-Kreis 30 als ein Wechselrichter fungiert, und zwar durch den Betrieb der zwei Schaltelemente 30a und 30b.
  • Jedes der Schaltelemente, die den ersten bis vierten Schalt-Kreis 4, 8, 13 und 30 bilden, und jedes der Schaltelemente, die den Wechselrichter 17 bilden, können IGBTs (Bipolartransistoren mit isolierten Gate), MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) oder dergleichen sein.
  • Eine Steuerungseinheit 100 hat die Funktion, den Betrieb des ersten bis vierten Schalt-Kreises 4, 8, 13 und 30 und den Wechselrichter 17 zu steuern.
  • Nachfolgend wird eine Zusammenfassung der Leistungsverteilung in der Energie-Umsetzungsvorrichtung beschrieben, die die obige Konfiguration hat.
  • Zunächst wird der Fall beschrieben, in welchem die AC-Energieversorgung 1 angeschlossen ist und die AC-Energieversorgung 1 als Energieversorgungsquelle verwendet wird. Die Spannung Vacin der AC-Energieversorgung 1 wird in die DC-Spannung VL1 mittels des AC/DC-Umsetzers 2 umgewandelt, und die DC-Spannung VL1 wird in die DC-Spannung Vbat1 auf der Sekundärseite umgesetzt, die durch den Transformator 6 getrennt wird, um die erste DC-Energieversorgung 11 zu laden.
  • Außerdem wird die DC-Spannung VL1 in die DC-Spannung VL2 auf der Tertiärseite umgewandelt, die durch den Transformator 6 getrennt wird, und dann wird aus der DC-Spannung VL2 eine AC-Spannung Vacout für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, durch den Wechselrichter 17 erzeugt. Ferner wird die DC-Spannung VL1 in die DC-Spannung Vbat2 auf der Quaternärseite umgewandelt, die durch den Transformator 6 getrennt wird, um die zweite DC-Energieversorgung 34 zu laden.
  • Nachfolgend wird der Fall beschrieben, in welchem die AC-Energieversorgung 1 nicht verbunden ist und daher die DC-Energieversorgung 11 als Energieversorgungsquelle verwendet wird. Die Spannung Vbat1 der ersten DC-Energieversorgung 11 wird in die DC-Spannung VL2 auf der Tertiärseite umgewandelt, die durch den Transformator 6 getrennt wird, und dann wird aus der DC-Spannung VL2 die AC-Spannung Vacout für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, mittels des Wechselrichters 17 erzeugt. Außerdem wird die Spannung Vbat1 der ersten DC-Energieversorgung 11 in die DC-Spannung Vbat2 auf der Quaternärseite umgewandelt, die durch den Transformator 6 getrennt wird, um die zweite DC-Energieversorgung 34 zu laden.
  • Nachfolgend wird der Fall beschrieben, in welchem die AC-Energieversorgung 1 nicht verbunden ist und die zweite DC-Energieversorgung 34 als Energieversorgungsquelle verwendet wird, da der Ladewert der ersten DC-Energieversorgung 11 unzureichend ist. Die Spannung Vbat2 der zweiten DC-Energieversorgung 34 wird in die DC-Spannung VL2 auf der Tertiärseite umgewandelt, die durch den Transformator 6 getrennt ist, und dann wird aus der DC-Spannung VL2 die AC-Spannung Vacout für die AC-Last erzeugt, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und zwar mittels des Wechselrichters 17. Außerdem wird die Spannung Vbat2 der zweiten DC-Energieversorgung 34 in die DC-Spannung Vbat1 auf der Sekundärseite umgewandelt, die durch den Transformator 6 getrennt wird, um die zweite DC-Energieversorgung 11 zu laden.
  • Die in 1 und 2 gezeigten Pfeile definieren die Leistungsrichtungen in der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • Hier ist die Leistung, die von der AC-Energieversorgung 1 durch den AC/DC-Umsetzer 2 und den ersten Schalt-Kreis 4 an die erste Wicklung 6a auf der Primärseite des Transformators zugeführt wird, als P1_in bezeichnet. Die Leistung, die von der zweiten Wicklung 6b auf der Sekundärseite des Transformators durch den zweiten Schalt-Kreis 8 an die erste DC-Energieversorgung 11 zugeführt wird, ist mit P2_out bezeichnet. Die Leistung, die von der ersten DC-Energieversorgung 11 durch den zweiten Schalt-Kreis 8 an die zweite Wicklung 6b auf der Sekundärseite des Transformators zugeführt wird, ist mit P2_in bezeichnet.
  • Die Leistung, die von der dritten Wicklung 6c auf der Tertiärseite des Transformators durch den dritten Schalt-Kreis 13 und den Wechselrichter 17 an die AC-Last zugeführt wird, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, ist mit P3_out bezeichnet. Die Leistung, die von den vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 auf der Quaternärseite des Transformators durch den vierten Schalt-Kreis 30 an die DC-Energieversorgung 34 zugeführt wird, ist mit P4_out bezeichnet. Die Leistung, die von der zweiten DC-Energieversorgung 34 durch die Schaltelemente 30a und 30b an die vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 auf der Quaternärseite des Transformators zugeführt wird, ist mit P4_in bezeichnet.
  • Als Betriebszustände der Energie-Umsetzungsvorrichtung bei der Ausführungsform 1, die in 1 und 2 gezeigt ist, gibt es vier Betriebszustände [1-A bis 1-D], die in 3 bis 10 gezeigt sind. Diese vier Betriebszustände werden nachstehend beschrieben.
  • 3 und 4 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 1-A. Dies ist der Fall, in welchem die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist und die AC-Energieversorgung 1 als eine Energieversorgungsquelle verwendet wird. In diesem Fall wird die Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 wie folgt verteilt: In Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11; in Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist; und in Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34.
  • 5 und 6 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 1-B. Dies ist der Fall, in welchem es aus einem Grund, wie z. B., dass die AC-Energieversorgung 1 nicht verbunden ist, keine Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 gibt und die erste DC-Energieversorgung 11 als Energieversorgungsquelle verwendet wird. In diesem Fall wird die Entladeleistung P2_in von der ersten DC-Energieversorgung 11 in Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 aufgeteilt.
  • 7 und 8 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 1-C. Dies ist der Fall, in welchem, wie in dem Fall gemäß 5 und 6, aus einem Grund wie beispielsweise, dass die AC-Energieversorgung 1 nicht verbunden ist, es keine Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 gibt. Da die Ladeleistung in der ersten DC-Energieversorgung 11 unzureichend ist, wird die zweite DC-Energieversorgung 34 als Energieversorgungsquelle verwendet. In diesem Fall wird die Entladeleistung P4_in von der zweiten DC-Energieversorgung 34 in Zufuhrleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 und Ladeleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, aufgeteilt.
  • Im Zusammenhang mit 3 bis 8 ist der Fall beschrieben, in welchem alle Leistungs-Empfangsteile, die verschieden sind von der Energieversorgungsquelle, als Lasten betrachtet werden und in welchem diesen Lasten die Leistung zugeführt wird. Es ist jedoch auch der Fall enthalten, in welchem die Leistung Null ist, die an eine der Lasten zugeführt wird. In 3 und 4 kann beispielsweise die Zufuhrleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 auf Null gesetzt sein, oder die Zufuhrleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 und die Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, können beide auf Null gesetzt sein.
  • 9 und 10 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 1-D. Dies ist der Fall, in welchem es keine Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 gibt und die Ladeleistungen in der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 beide unzureichend sind, so dass keine Entladung durchgeführt werden kann, oder in dem Fall, in welchem Leistung zu keinem der folgenden zugeführt wird: Erste DC-Energieversorgung 11; AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist; und zweite DC-Energieversorgung 34. In diesem Fall beendet die Energie-Umsetzungsvorrichtung alle Vorgänge, und der gesamte Energiefluss wird Null.
  • 11 zeigt ein Ablaufdiagramm der Betriebszustand-Schaltsteuerung.
  • Zunächst wird im Schritt S01 bestimmt, ob die Gesamtleistung der Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11, der Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und der Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 als Lasten von der Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 abgedeckt werden kann. Falls im Schritt S01 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung abgedeckt werden kann (JA), dann fährt der Prozess mit Schritt S02 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 1-A ist.
  • Falls im Schritt S01 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung nicht abgedeckt werden kann (NEIN), dann wird mit dem Prozess im Schritt S03 fortgefahren. Im Schritt S03 wird die Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 gestoppt, die erste DC-Energieversorgung 11 wird als Energieversorgungsquelle verwendet, und es wird bestimmt, ob die Gesamtleistung aus der Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und der Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 als Lasten von der Eingangsleistung P2_in von der ersten DC-Energieversorgung 11 abgedeckt werden kann. Falls im Schritt S03 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung abgedeckt werden kann (JA), dann fährt der Prozess mit Schritt S04 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 1-B ist.
  • Falls im Schritt S03 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung nicht abgedeckt werden kann (NEIN), dann wird mit dem Prozess im Schritt S05 fortgefahren. Im Schritt S05 wird die Zufuhr von Leistung von der ersten DC-Energieversorgung 11 gestoppt, die zweite DC-Energieversorgung 34 wird als Energieversorgungsquelle verwendet, und es wird bestimmt, ob die Gesamtleistung aus der Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 und der Ladeleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, als Lasten von der Eingangsleistung P4_in von der zweiten DC-Energieversorgung 34. abgedeckt werden kann.
  • Falls im Schritt S05 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung abgedeckt werden kann (JA), dann fährt der Prozess mit Schritt S06 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 1-C ist. Falls andererseits im Schritt S05 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung nicht abgedeckt werden kann (NEIN), dann fährt der Prozess mit Schritt S07 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 1-D ist.
  • Aus dem in 11 gezeigten Ablaufdiagramm kann Folgendes herausgefunden werden, wenn der Betrieb im Betriebszustand 1-A durchgeführt wird: Falls die Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1 abnimmt, oder falls die Leistung zunimmt, die einer der Lasten zugeführt wird, und die Leistung, die den Lasten zugeführt wird, die Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1 überschreitet, dann wird die Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 gestoppt, und die Entladung aus der ersten DC-Energieversorgung 11 wird priorisiert. Falls zu diesem Zeitpunkt die erste DC-Energieversorgung 11 geladen worden ist, so kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-B umgeschaltet werden.
  • Selbst in dem Fall, in welchem die erste DC-Energieversorgung 11 nicht geladen worden ist, gilt Folgendes: Falls die zweite DC-Energieversorgung 34 geladen worden ist, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-C umgeschaltet werden. Wenn sowohl die erste DC-Energieversorgung 11, als auch die zweite DC-Energieversorgung 34 nicht geladen worden sind, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-D umgeschaltet werden, welcher ein gestoppter Zustand ist.
  • Wenn der Betrieb im Betriebszustand 1-B durchgeführt wird, falls die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist oder falls die den Lasten zugeführte Leistung abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-A umgeschaltet werden. Falls die Entladeleistung von der ersten DC-Energieversorgung 11 abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-C umgeschaltet werden.
  • Wenn der Betrieb im Betriebszustand 1-C durchgeführt wird, falls die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist oder falls die den Lasten zugeführte Leistung abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-A umgeschaltet werden. Falls die Entladeleistung von der zweiten DC-Energieversorgung 34 abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 1-D umgeschaltet werden.
  • In dem in 11 gezeigten Ablaufdiagramm wird der Schritt S01 als die Bestimmung bei der zuobersten Stufe eingestellt, so dass die Leistung von der AC-Energieversorgung 1 bevorzugt verwendet werden kann. Ohne Einschränkung darauf gilt jedoch Folgendes: Falls es gewünscht ist, die Entladung von der ersten oder zweiten DC-Energieversorgung 11 oder 34 zu priorisieren, dann kann der Schritt S03 oder der Schritt S05 als die Bestimmung bei der zuobersten Stufe eingestellt werden. Alternativ kann der Schritt S05 als die Bestimmung bei der Stufe eingestellt werden, die auf den Schritt S01 folgt, und der Schritt S03 kann als die Bestimmung bei der Stufe eingestellt werden, die auf den Schritt S05 folgt.
  • 12 zeigt ein Konfigurationsdiagramm der Steuerungseinheit 100 zum Ausführen des Betriebszustand-Schaltsteuerungsablaufs, der in 11 gezeigt ist.
  • Die Steuerungseinheit 100 weist eine Gatesignal-Berechnungseinheit 102 zum Steuern des AC/DC-Umsetzers 2, der ersten bis vierten Schalt-Kreise 4, 8, 13, 30, des Schalters 9 und des Wechselrichters 17 auf. Die Gatesignal-Berechnungseinheit 102 berechnet Gate-Signale auf der Basis von Detektionssignalen von den Spannungs-Strom-Detektionseinheiten 51 bis 56. Eine Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 führt eine Bestimmung hinsichtlich der Betriebszustände des AC/DC-Umsetzers 2, des ersten bis vierten Schalt-Kreises 4, 8, 13, 30, des Schalters 9 und des Wechselrichters 17 auf der Basis von Detektionssignalen von den Spannungs-Strom-Detektionseinheiten 51 bis 56 aus, und sie berechnet ein Betriebszustand-Bestimmungssignal, das das Ergebnis der Bestimmung angibt.
  • Auf der Basis des Betriebszustand-Bestimmungssignals von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 wählt ein Ausgangs-Schaltkreis 103 Gate-Signale aus und gibt diese aus, welche zu dem Betriebszustand korrespondieren, und zwar aus den Gate-Signalen von der Gatesignal-Berechnungseinheit 102. Spannungs-Strom-Detektionssignale, die nicht zur Berechnung der Gatesignale oder zur Bestimmung hinsichtlich des Betriebszustands verwendet werden, können nicht in die Steuerungseinheit 100 eingegeben werden.
  • Die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 korrespondiert in den Ansprüchen mit einer Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung der AC-Energieversorgung 1. Die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 korrespondiert in den Ansprüchen mit einer Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung des Kondensators 3. Der Ausgangs-Schaltkreis 103 korrespondiert in den Ansprüchen zu einer Energieversorgungs-Schalteinheit.
  • Als Verfahren zum Detektieren eines Überschusses oder einer Knappheit der Leistung während des Betriebs kann ein Detektionsverfahren für die Spannung VL1 des Kondensators 3 verwendet werden. 13 und 14 zeigen ein Beispiel des Konfigurationsdiagramms der Steuerungseinheit 100 für den Fall, dass beispielsweise der Betriebszustand 1-A und der Betriebszustand 1-B unter Verwendung der Spannung VL1 des Kondensators 3 umgeschaltet werden.
  • Zunächst wird die Steuerung im Betriebszustand 1-A beschrieben. Wie oben beschrieben, korrespondiert der Betriebszustand 1-A mit dem Fall, in welchem die AC-nergieversorgung 1 verbunden ist und als Energieversorgungsquelle für das Energieversorgungssystem verwendet wird, und die Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 wird in Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11, Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 aufgeteilt.
  • In 13 und 14 werden Steuerungsblöcke für den Betriebszustand 1-A beispielsweise durch Steuerungsblöcke C1 bis C7 in der Gatesignal-Berechnungseinheit 102 repräsentiert. Die Steuerung durch die Steuerungsblöcke C1 bis C7 ist ein Steuerungsbeispiel, bei welchem ein solcher Vorgang durchgeführt wird, dass Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 priorisiert werden, und die verbleibende Leistung wird als Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 zugeführt.
  • Wie in dem Steuerungsblock C1 in 13 gezeigt, führt in diesem Fall der AC/DC-Umsetzer 2 Leistung mit konstantem Strom zu. Das heißt, für den AC/DC-Umsetzer 2 wird die Abweichung zwischen einem Strom-Befehlswert Iacin* für die AC-Energieversorgung 1 und ein Strom-Detektionswert Iacin von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 einer Proportionalregelung (P-Regelung) unterzogen, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird Leistung zu dem Kondensator 3 zugeführt, und zwar mit konstantem Strom, und gleichzeitig wird der AC-Strom mit einem hohem Leistungsfaktor gesteuert. Zu diesem Zeitpunkt kann der Strom-Befehlswert Iacin* für die AC-Energieversorgung 1 beliebig eingestellt werden.
  • Wie in dem Steuerungsblock C2 in 13 dargestellt, wird für den ersten Schalt-Kreis 4 ein PWM-Betrieb bei konstantem Zeitverhältnis auf der Basis eines beliebigen Zeitverhältnis-Befehlswerts Duty* durchgeführt, so dass AC-Leistung dem Transformator 6 zugeführt wird.
  • Wie in dem Steuerungsblock C3 in 13 gezeigt, wird für den zweiten Schalt-Kreis 8 eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) durchgeführt, und zwar auf der Basis der Abweichung zwischen einem Spannungs-Befehlswert VL1* für den Kondensator 3 und dem Spannungs-Detektionswert VL1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52, um einen Strom-Befehlswert Ibat1* für die erste DC-Energieversorgung 11 zu erhalten.
  • Die Abweichung zwischen dem Strom-Befehlswert Ibat1* und einem Strom-Detektionswert Ibat1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 53 wird einer Proportionalregelung (P-Regelung) unterzogen, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird eine Ladestromsteuerung für die erste DC-Energieversorgung 11 durchgeführt. Wie in dem Steuerungsblock C4 in 13 gezeigt, wird zu diesem Zeitpunkt der Schalter 9 ausgeschaltet, um zu veranlassen, dass der zweite Schalt-Kreis 8 als eine Vollbrücken-Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung fungiert.
  • Wie in dem Steuerungsblock C5 in 14 gezeigt, wird für den dritten Schalt-Kreis 13 eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) auf der Basis der Abweichung zwischen einem Spannungs-Befehlswert VL2* für den Glättungskondensator 15 und dem Spannungs-Detektionswert VL2 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 54 durchgeführt, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird die Spannung VL2 des Glättungskondensators 15 gesteuert.
  • Wie in dem Steuerungsblock C6 in 14 gezeigt, wird für den Wechselrichter 17 der Quotient eines Befehlswerts Vacout* für die Ausgangs-AC-Spannung und dem Spannungs-Detektionswert VL2 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 54 als Modulationsrate für einen Sinuswellen-Wechselrichter verwendet, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird die AC-Spannung Vacout an das Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung ausgegeben.
  • Wie in dem Steuerungsblock C7 in 14 gezeigt, wird für das Schaltelement 33, das den vierten Schalt-Kreis 30 bildet, eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) auf der Basis der Abweichung zwischen einem Spannungs-Befehlswert Vbat2* für die zweite DC-Energieversorgung 34 und dem Spannungs-Detektionswert Vbat2 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 56 durchgeführt, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird eine Ladespannungs-Steuerung für die zweite DC-Energieversorgung 34 durchgeführt.
  • Wie oben beschrieben, gilt im Fall des Betriebszustands 1-A Folgendes: Die Gate-Signale, die in den Steuerungsblöcken C1 bis C4 berechnet werden, werden durch Ausgangs-Schalteinheiten 103a bis 103d an den AC/DC-Umsetzer 2, den ersten Schalt-Kreis 4, den zweiten Schalt-Kreis 8 bzw. den Schalter 9 ausgegeben. Die Gate-Signale, die in den Steuerungsblöcken C5 bis C7 berechnet werden, werden in den dritten Schalt-Kreis 13, den Wechselrichter 17 bzw. das Schaltelement 33 des vierten Schalt-Kreises 30 eingegeben.
  • Nachfolgend wird die Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 beschrieben, die in 14 gezeigt ist. Hierbei ist die Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 als ein Schaltkreis zum Bestimmen konfiguriert, ob die Spannung VL1 des Kondensators 3 zunimmt oder abnimmt.
  • Das heißt, ein Subtrahierer 101a berechnet die Abweichung zwischen dem Spannungs-Ausgabewert VL1 der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 und dem Spannungs-Befehlswert VL1* für den Kondensator 3. Ein oberer Grenzwert ΔVL1 für die Spannungsschwankung wird beliebig eingestellt, und ein unterer Grenzwert –ΔVL1 für die Spannungsschwankung, der durch Multiplizieren von ΔVL1 mit –1 erhalten wird, wird eingestellt. Dann vergleichen Komparatoren 101b und 101c jeweils den oberen Grenzwert ΔVL1 für die Spannungsschwankung und den unteren Grenzwert –ΔVL1 für die Spannungsschwankung mit der Abweichung, die von den Subtrahierer 101a berechnet worden ist.
  • Wenn der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 um ΔVL1 oder mehr von dem Spannungs-Befehlswert VL1* zunimmt, dann nimmt ein Zunahme-Bestimmungssignal Sig_VL1_High, das von dem Komparator 101b ausgegeben wird, einen Wert von 1 an. Wenn der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 um ΔVL1 oder mehr von dem Spannungs-Befehlswert VL1* abnimmt, dann nimmt auf ähnliche Weise ein Abnahme-Bestimmungssignal Sig_VL1_Low, das von dem Komparator 101c ausgegeben wird, einen Wert von 1 an. Eine Zustands-Bestimmungseinheit 101d detektiert den Anstieg dieser Bestimmungssignale, so dass sie ein Betriebszustand-Bestimmungssignal erzeugt.
  • Das Betriebszustand-Bestimmungssignal von der Zustands-Bestimmungseinheit 101d wird den Ausgangs-Schalteinheiten 103a bis 103d der Ausgangs-Schalteinheit 103 zugeführt. Gemäß dem Betriebszustand-Bestimmungssignal schalten die Ausgangs-Schalteinheiten 103a bis 103d die jeweiligen Gate-Signale, die von der Gatesignal-Berechnungseinheit 102 ausgegeben werden.
  • Wenn beispielsweise ein Betrieb im Betriebszustand 1-A durchgeführt wird, gilt Folgendes: Falls die gesamte Leistung zunimmt, die an das Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung, die erste DC-Energieversorgung 11 und die zweite DC-Energieversorgung 34 als Lasten zugeführt wird, und die Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1 unzureichend wird, dann nimmt der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 ab. Wenn dann der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 um ΔVL1 oder mehr von dem Spannungs-Befehlswert VL1* abnimmt, dann nimmt das Abnahme-Bestimmungssignal Sig_VL1_Low einen Wert von 1 an. Der Anstieg des Bestimmungssignals wird von der Zustands-Bestimmungseinheit 101d detektiert, und in Antwort darauf gibt die Zustands-Bestimmungseinheit 101d ein Betriebszustand-Bestimmungssignal an die Ausgangs-Schalteinheit 103a aus. Die Ausgangs-Schalteinheit 103a schaltet das Gate-Signal, das im Steuerungsblock C1 berechnet wird, zu einem Gate-Signal mit dem Wert 0 um, so dass das Gate-Signal, das an die AC/DC-Umsetzer 2 ausgegeben wird, einen Wert von 0 annimmt, und der Betrieb des AC/DC-Umsetzers 2 wird gestoppt.
  • Auf ähnliche Weise schaltet die Ausgangs-Schalteinheit 103b das Gate-Signal, das im Steuerungsblock C2 berechnet worden ist, zu einem Gate-Signal mit dem Wert 0 um, so dass das Gate-Signal, das an den ersten Schalt-Kreis 4 ausgegeben wird, auch einen Wert von 0 annimmt, und dessen Betrieb wird gestoppt.
  • Ferner stellt die Ausgangs-Schalteinheit 103c die Einschaltzeit des zweiten Schalt-Kreises 8 auf einen vorbestimmten Wert Duty* ein, und zwar anstelle des Gate-Signals, das im Steuerungsblock C3 berechnet worden ist, und die Ausgangs-Schalteinheit 103d schaltet das Gate-Signal für den Schalter 9 von 0 auf 1 um, um den Schalter 9 einzuschalten. Dadurch wird die Energieversorgungsquelle von der AC-Energieversorgung 1 auf die erste DC-Energieversorgung 11 umgeschaltet.
  • Das heißt, der Betriebszustand wird von 1-A zum Betriebszustand 1-B umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt werden Komponenten, wie z. B. der dritte Schalt-Kreis 13, der Wechselrichter 17 und der vierte Schalt-Kreis 30, welche den Betrieb durch die gleichen Steuerungs-Berechnungen (z. B. die Steuerungsblöcke C5 bis C7) ungeachtet des Betriebszustands fortsetzen, kontinuierlich betrieben, ohne dass die Gate-Signale dafür geschaltet werden.
  • Wie oben beschrieben, gilt in dem Fall, dass der Kondensator 3 zum Glätten der Ausgangsspannung von dem AC/DC-Umsetzer 2 verwendet wird, Folgendes: Wenn die Eingangsleistung von der Eingangsseite abnimmt oder die Ausgangsleistung, die der Ausgangsseite zugeführt wird, zunimmt, dann nimmt die Kondensatorspannung transient zu. Wenn andererseits die Eingangsleistung von der Eingangsseite abnimmt oder die Ausgangsleistung zunimmt, die der Ausgangsseite zugeführt wird, dann nimmt die Kondensatorspannung transient ab.
  • Wenn solch ein Phänomen detektiert wird, indem der Spannungs-Detektionswert VL1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 für den Kondensator 3 verwendet wird, wird ein Überschuss oder eine Knappheit von Eingangsleistung relativ zu der Ausgangsleistung in der Energie-Umsetzungsvorrichtung in 1 und 2 detektiert, so dass ein Umschalten zwischen dem Betriebszustand 1-A und dem Betriebszustand 1-B durchgeführt werden kann.
  • Auf die gleiche Weise wie oben beschrieben wird die Spannungsschwankung im Glättungskondensator 15 detektiert, der auf der Ausgangsseite des dritten Schalt-Kreises 13 angeschlossen ist, so dass die Energieversorgung zwischen der AC-Energieversorgung 1, der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 umgeschaltet werden kann.
  • Das heißt, in dem Betriebszustand 1-A gilt Folgendes: Wenn die Spannung des Kondensators 15 so abnimmt, dass sie kleiner als ein vorbestimmter Schwellenewrt ist, wird – da die Spannung des Kondensators 3 ebenfalls abgenommen hat – der Betrieb des ersten Schalt-Kreises 4 angehalten, und der Betriebszustand wird in einen Zustand umgeschaltet, in welchem die erste DC-Energieversorgung 11 als die Energieversorgung verwendet wird. Das heißt, der Betriebszustand wird von 1-A zum Betriebszustand 1-B umgeschaltet.
  • Im Betriebszustand 1-B gilt Folgendes: Wenn die Spannung des Kondensators 15 so abnimmt, dass sie kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, dann wird – da die Ladeleistung in der ersten DC-Energieversorgung 11 abgenommen hat – der Betrieb des zweiten Schalt-Kreises 8 gestoppt, und der Betriebszustand wird zu einem Zustand umgeschaltet, in welchem die zweite DC-Energieversorgung 34 als die Energieversorgung verwendet wird. Das heißt, der Betriebszustand 1-B wird zu dem Betriebszustand 1-C umgeschaltet.
  • Im Betriebszustand 1-C gilt Folgendes: Wenn die Spannung des Kondensators 15 so abnimmt, dass sie kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, dann wird – da die Ladeleistung in der zweiten DC-Energieversorgung 34 abgenommen hat – der Betrieb des vierten Schalt-Kreises 30 gestoppt. Das heißt, der Betriebszustand 1-C wird zu dem Betriebszustand 1-D umgeschaltet.
  • Wenn das Verfahren zum Detektieren der Spannungen der Kondensatoren 3 und 15 verwendet wird, dann wird es folglich möglich, die Energieversorgungsquelle umzuschalten und den Steuerungsbetrieb fortzusetzen, ohne individuell zu detektieren, ob die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist oder nicht und ob die Leistung für die Lasteinrichtungen zunimmt oder abnimmt.
  • Anders als vorstehend beschrieben, kann als ein Verfahren zum Detektieren eines Überschusses oder einer Knappheit von Leistung während des Betriebs auch ein Verfahren zum Detektieren der Spannung und des Stroms der AC-Energieversorgung 1 verwendet werden. Das heißt, es wird detektiert, ob oder ob nicht die Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 Null ist, indem das Detektionsergebnis von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 verwendet wird, welche die Spannung und den Strom der AC-Energieversorgung 1 detektiert. Dadurch wird detektiert, ob oder ob nicht die AC-Energieversorgung 1 angeschlossen ist. Folglich kann das Schalten zwischen dem Betriebszustand 1-A und dem Betriebszustand 1-B durchgeführt werden.
  • Auf ähnliche Weise kann ein Überschuss oder eine Knappheit von Leistung aus den Detektionswerten von Spannungen oder Strömen der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 detektiert werden. Beispielsweise werden obere Grenzwerte jeweils auf die Ladeströme und die Entladeströme für die erste DC-Energieversorgung 11 und die zweite DC-Energieversorgung 34 eingestellt. Dann wird ein Zustand, in welchem ein Laden mit einem Strom gleich oder größer als der obere Grenzwert für den Ladestrom durchgeführt wird, als ein Zustand bestimmt, in welchem es überschüssige Leistung gibt.
  • Ein Zustand, in welchem ein Entladen mit einem Strom gleich groß oder größer als der obere Grenzwert für den Entladestrom durchgeführt wird, wird als ein Zustand bestimmt, in welchem die Leistung unzureichend ist. Folglich kann das Umschalten zwischen dem Betriebszustand 1-B und dem Betriebszustand 1-C oder das Umschalten zwischen dem Betriebszustand 1-C und dem Betriebszustand 1-D durchgeführt werden.
  • Beim Schalten des Betriebszustandes, wie in 12 bis 14 gezeigt, werden alle Betriebszustände berechnet und die notwendigen Signale werden auf der Basis des Betriebszustand-Bestimmungssignals von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 ausgegeben. Anstelle dieses Verfahrens kann jedoch auch das Betriebszustand-Bestimmungssignal von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 an die Gatesignal-Berechnungseinheit 102 ausgegeben werden, und es können auch nur die Gatesignale für den korrespondierenden Betriebszustand ausgegeben werden, so dass der Betriebszustand umgeschaltet werden kann. Wenn dieses Verfahren verwendet wird, so wird es möglich, eine Steuerung mit dem minimalen notwendigen Berechnungsaufwand durchzuführen, und zwar in dem Fall, in welchem die Berechnungsverarbeitung mittels einer digitalen Einrichtung, wie z. B. einem Mikrocomputer durchgeführt wird.
  • Beim Schalten des Betriebszustands gilt Folgendes: Wenn der Zufuhrwert der Leistung an eine der Lasten begrenzt wird, die die Leistungs-Empfangsteile sind, welche verschieden sind von einem Teil, der als Energieversorgungsquelle fungiert, um die den Lasten zugeführte Gesamtleistung zu verringern, kann die Zufuhr von Leistung an eine Last mit einer hohen Priorität maximal fortgesetzt werden.
  • Beispielsweise gilt in dem Betriebszustand 1-C, d. h. wenn der Betrieb mit der zweiten DC-Energieversorgung 34 erfolgt, die als die Energieversorgung verwendet wird, Folgendes: Wenn ein Energie-Zufuhrvorgang für die erste DC-Energieversorgung 11 im Voraus gestoppt wird, kann ein Wechsel zu dem Betriebszustand 1-D im Voraus vermieden werden, und die Zufuhr von Leistung zu der AC-Last, die mit dem Verbindungsende für die Lasteinrichtung 21 verbunden ist, kann fortgesetzt werden.
  • Eine DC-Energieversorgung, die einen großen Ladewert hat, kann aus den Spannungen oder Strömen der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 oder dergleichen bestimmt werden, und die Leistung kann von der DC-Energieversorgung zugeführt werden, welche einen Großteil des Ladewerts an die Lasteinrichtungen aufweist. Wenn die Leistung den Lasteinrichtungen von der ersten DC-Energieversorgung 11 oder der zweiten DC-Energieversorgung 34 zugeführt wird, kann, indem zu der Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 umgeschaltet wird, eine Steuerung zum Priorisieren der Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 über eine Entladung von der ersten DC-Energieversorgung 11 oder der zweiten DC-Energieversorgung 34 erzielt werden.
  • Wie oben beschrieben, gilt bei der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform 1 Folgendes: Wenn die von der Energieversorgung zugeführte Leistung unzureichend ist, dann wird eine Energieknappheit detektiert, und die Energieversorgung kann zu einer Energieversorgung umgeschaltet werden, welche dazu imstande ist, Leistung zuzuführen. Dadurch kann die Zufuhr von Leistung an die Last fortgesetzt werden.
  • Ausführungsform 2
  • 15 und 16 sind Schaltungs-Konfigurationsdiagramme einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, und die Komponenten, die zu denjenigen bei der Ausführungsform 1, die in 1 und 2 gezeigt ist, korrespondieren oder die gleichen wie diese sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Ein Konfigurationsmerkmal von Ausführungsform 2 ist, dass auf Seiten des Ausgangsendes des AC/DC-Umsetzers 2 das DC-Eingangsende des Wechselrichters 17, das aus den vier Schaltelementen 17a bis 17dc gebildet ist, parallel zu dem ersten Schalt-Kreis 4 über die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 54 geschaltet ist. Mit dem AC-Ausgangsende des Wechselrichters 17 sind die Glättungsspulen 18a und 18b, der Glättungskondensator 19, die Gleichtakt-Drosselspule 20, die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 55 und das Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung in dieser Reihenfolge verbunden. An dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung wird die AC-Spannung Vacout erzeugt, welche eine Energieversorgung für die (nicht gezeigte) AC-Last ist.
  • Die weitere Konfiguration ist im Wesentlichen die gleiche wie bei der Ausführungsform 1. Daher sind die korrespondierenden Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren detaillierte Beschreibung wird weggelassen. Die Vorgänge im ersten, zweiten und vierten Schalt-Kreis 4, 8 und 30, dem Wechselrichter 17 und dergleichen sind ebenfalls im Wesentlichen die gleiche wie bei der Ausführungsform 1, und daher wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Die in 15 und 16 gezeigten Pfeile definieren die Leistungsrichtungen in der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • Hier ist die Leistung, die von der AC-Energieversorgung 1 durch den AC/DC-Umsetzer 2 zum Kondensator 3 zugeführt wird, mit P1_in bezeichnet. Die Leistung, die von der zweiten Wicklung 6b auf der Sekundärseite des Transformators durch den zweiten Schalt-Kreis 8 an die erste DC-Energieversorgung 11 zugeführt wird, ist mit P2_out bezeichnet. Die Leistung, die von der ersten DC-Energieversorgung 11 durch den zweiten Schalt-Kreis 8 an die zweite Wicklung 6b auf der Sekundärseite des Transformators zugeführt wird, ist mit P2_in bezeichnet.
  • Die Leistung, die von dem Kondensator 3 durch den Wechselrichter 17 an die AC-Last zugeführt wird, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, ist mit P3_out bezeichnet. Die Leistung, die von den vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 auf der Quaternärseite des Transformators durch den vierten Schalt-Kreis 30 an die DC-Energieversorgung 34 zugeführt wird, ist mit P4_out bezeichnet. Die Leistung, die von der zweiten DC-Energieversorgung 34 durch die Schaltelemente 30a und 30b an die vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 auf der Quaternärseite des Transformators zugeführt wird, ist mit P4_in bezeichnet.
  • Als Betriebszustand der Energie-Umsetzungsvorrichtung bei der Ausführungsform 2, die in 15 und 16 gezeigt ist, gibt es vier Betriebszustände [2-A bis 2-D], die in 17 bis 24 gezeigt sind. Diese vier Betriebszustände werden beschrieben.
  • 17 und 18 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 2-A. Dies ist der Fall, in welchem die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist und die AC-Energieversorgung 1 als Energieversorgungsquelle verwendet wird. In diesem Fall wird die Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 wie folgt verteilt: In Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung, in Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist; und in Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34.
  • 19 und 20 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 2-B. Dies ist der Fall, in welchem es aus einem Grund, wie z. B., dass die AC-Energieversorgung 1 nicht verbunden ist, keine Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 gibt und die erste DC-Energieversorgung 11 als Energieversorgungsquelle verwendet wird. In diesem Fall wird die Entladeleistung P2_in von der ersten DC-Energieversorgung 11 in Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 aufgeteilt.
  • 21 und 22 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 2-C. Dies ist der Fall, in welchem aus einem Grund wie beispielsweise, dass die AC-Energieversorgung 1 nicht verbunden ist, es keine Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 gibt. Da die Ladeleistung in der ersten DC-Energieversorgung 11 unzureichend ist, wird die zweite DC-Energieversorgung 34 als Energieversorgungsquelle verwendet. In diesem Fall wird die Entladeleistung P4_in von der zweiten DC-Energieversorgung 34 in Zufuhrleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 und Ladeleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, aufgeteilt.
  • Im Zusammenhang mit 17 bis 22 ist der Fall beschrieben, in welchem alle Leistungs-Empfangsteile, die verschieden sind von der Energieversorgungsquelle, als Lasten betrachtet werden und in welchem diesen Lasten die Leistung zugeführt wird. Es ist jedoch auch der Fall enthalten, in welchem die Leistungen Null sind, die an die Lasten – außer einer von diesen – zugeführt werden. In 17 und 18 kann beispielsweise die Zufuhrleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 2 auf Null gesetzt sein, oder die Zufuhrleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung und die Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, können beide auf Null gesetzt sein.
  • 23 und 24 zeigen den Energiefluss im Betriebszustand 2-D. Dies ist der Fall, in welchem es keine Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 gibt und die Ladeleistungen in der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 beide unzureichend sind, so dass keine Entladung durchgeführt werden kann, oder in dem Fall, in welchem Leistung zu keinem der folgenden zugeführt wird: erste DC-Energieversorgung 11; AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist; und zweite DC-Energieversorgung 34. In diesem Fall beendet die Energie-Umsetzungsvorrichtung alle Vorgänge, und der gesamte Energiefluss wird Null.
  • 25 zeigt ein Ablaufdiagramm der Betriebszustand-Schaltsteuerung.
  • Zunächst wird im Schritt S08 bestimmt, ob die Gesamtleistung der Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 der Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und der Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 als Lasten von der Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 abgedeckt werden kann. Falls im Schritt S08 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung abgedeckt werden kann (JA), dann fährt der Prozess mit Schritt S09 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 2-A ist.
  • Falls im Schritt S08 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung nicht abgedeckt werden kann (NEIN), dann wird mit dem Prozess im Schritt S10 fortgefahren. Im Schritt S10 wird die Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 gestoppt, die erste DC-Energieversorgung 11 wird als eine Energieversorgungsquelle verwendet, und es wird bestimmt, ob die Gesamtleistung aus der Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und der Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 als Lasten von der Eingangsleistung P2_in von der ersten DC-Energieversorgung 11 abgedeckt werden kann. Falls im Schritt S10 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung abgedeckt werden kann (JA), dann fährt der Prozess mit Schritt S11 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 2-B ist.
  • Falls im Schritt S10 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung nicht abgedeckt werden kann (NEIN), dann wird mit dem Prozess im Schritt S12 fortgefahren. Im Schritt S12 wird die Zufuhr von Leistung von der ersten DC-Energieversorgung 11 gestoppt, die zweite DC-Energieversorgung 34 wird als eine Energieversorgungsquelle verwendet, und es wird bestimmt, ob die Gesamtleistung aus der Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 und der Ladeleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, als Lasten von der Eingangsleistung P4_in von der zweiten DC-Energieversorgung 34 abgedeckt werden kann.
  • Falls im Schritt S12 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung abgedeckt werden kann (JA), dann fährt der Prozess mit Schritt S13 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 2-C ist. Falls andererseits im Schritt S12 bestimmt wird, dass die Gesamtleistung nicht abgedeckt werden kann (NEIN), dann fährt der Prozess mit Schritt S14 fort, und es wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Betriebszustand 2-D ist.
  • Aus dem in 25 gezeigten Ablaufdiagramm kann Folgendes herausgefunden werden, wenn der Betrieb im Betriebszustand 2-A durchgeführt wird: Falls die Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1 abnimmt, oder falls die Leistung zunimmt, die einer der Lasten zugeführt wird, und die Leistung, die den Lasten zugeführt wird, die Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1 überschreitet, dann wird der Empfang von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 gestoppt, und die Entladung aus der ersten DC-Energieversorgung 11 wird priorisiert. Falls zu diesem Zeitpunkt die erste DC-Energieversorgung 11 geladen worden ist, so kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-B umgeschaltet werden.
  • Selbst in dem Fall, in welchem die erste DC-Energieversorgung 11 nicht geladen worden ist, gilt Folgendes: Falls die zweite DC-Energieversorgung 34 geladen worden ist, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-C umgeschaltet werden. Wenn sowohl die erste DC-Energieversorgung 11, als auch die zweite DC-Energieversorgung 34 nicht geladen worden sind, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-D umgeschaltet werden, welcher ein gestoppter Zustand ist.
  • Wenn der Betrieb im Betriebszustand 2-B durchgeführt wird, falls die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist oder falls die den Lasten zugeführte Leistung abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-A umgeschaltet werden. Falls die Entladeleistung von der ersten DC-Energieversorgung 11 abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-C umgeschaltet werden.
  • Wenn der Betrieb im Betriebszustand 2-C durchgeführt wird, falls die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist oder falls die den Lasten zugeführte Leistung abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-A umgeschaltet werden. Falls die Entladeleistung von der zweiten DC-Energieversorgung 34 abnimmt, dann kann der Betriebszustand in den Betriebszustand 2-D umgeschaltet werden.
  • In dem in 25 gezeigten Ablaufdiagramm wird der Schritt S08 als die Bestimmung bei der zuobersten Stufe eingestellt, so dass die Leistung von der AC-Energieversorgung 1 bevorzugt verwendet werden kann. Ohne Einschränkung darauf gilt jedoch Folgendes: Falls es gewünscht ist, die Entladung von jeder DC-Energieversorgung zu priorisieren, dann kann der Schritt S10 oder der Schritt S12 als die Bestimmung bei der zuobersten Stufe eingestellt werden. Alternativ kann der Schritt S12 als die Bestimmung bei der Stufe eingestellt werden, die auf den Schritt S08 folgt, und der Schritt S10 kann als die Bestimmung bei der Stufe eingestellt werden, die auf den Schritt S12 folgt.
  • 26 zeigt ein Konfigurationsdiagramm der Steuerungseinheit 100 zum Ausführen des Betriebszustand-Schaltsteuerungsablaufs, der in 25 gezeigt ist.
  • Die Steuerungseinheit 100 weist eine Gatesignal-Berechnungseinheit 102 zum Steuern des AC/DC-Umsetzers 2, des ersten, zweiten und vierten Schalt-Kreises 4, 8, 30, des Schalters 9 und des Wechselrichters 17 auf. Die Gatesignal-Berechnungseinheit 102 berechnet Gate-Signale auf der Basis von Detektionssignalen von den Spannungs-Strom-Detektionseinheiten 51 bis 53, 55, 56.
  • Die Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 führt eine Bestimmung hinsichtlich der Betriebszustände des AC/DC-Umsetzers 2, des ersten, zweiten und vierten Schalt-Kreises 4, 8, 30, des Schalters 9 und des Wechselrichters 17 auf der Basis der Detektionssignale von den Spannungs-Strom-Detektionseinheiten 51 bis 53, 55, 56 aus, und sie berechnet ein Betriebszustand-Bestimmungssignal, das das Ergebnis der Bestimmung angibt.
  • Auf der Basis des Betriebszustand-Bestimmungssignals von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 wählt der Ausgangs-Schaltkreis 103 Gate-Signale aus und gibt diese aus, welche zu dem Betriebszustand korrespondieren, und zwar aus den Gate-Signalen von der Gatesignal-Berechnungseinheit 102. Spannungs-Strom-Detektionssignale, die nicht zur Berechnung der Gatesignale oder zur Bestimmung hinsichtlich des Betriebszustands verwendet werden, können nicht in die Steuerungseinheit 100 eingegeben werden.
  • Die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 korrespondiert in den Ansprüchen mit einer Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung der AC-Energieversorgung 1. Die Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 korrespondiert in den Ansprüchen mit einer Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung des Kondensators 3. Der Ausgangs-Schaltkreis 103 korrespondiert in den Ansprüchen mit einer Energieversorgungs-Schalteinheit.
  • Als Verfahren zum Detektieren eines Überschusses oder einer Knappheit der Leistung während des Betriebs kann ein Detektionsverfahren für die Spannung VL1 des Kondensators 3 verwendet werden. 27 und 28 zeigen ein Beispiel des Konfigurationsdiagramms der Steuerungseinheit 100 für den Fall, dass beispielsweise der Betriebszustand 2-A und der Betriebszustand 2-B unter Verwendung der Spannung VL1 des Kondensators 3 umgeschaltet werden.
  • Zunächst wird die Steuerung im Betriebszustand 2-A beschrieben. Wie oben beschrieben, korrespondiert der Betriebszustand 2-A zu dem Fall, in welchem die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist und die AC-Energieversorgung 1 als eine Energieversorgungsquelle für das Energieversorgungssystem verwendet wird, und die Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 wird in Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung, Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 aufgeteilt.
  • In 27 und 28 werden Steuerungsblöcke für den Betriebszustand 2-A beispielsweise durch Steuerungsblöcke E1 bis E6 in der Gatesignal-Berechnungseinheit 102 repräsentiert. Die Steuerung mittels der Steuerungsblöcke E1 bis E6 ist ein Steuerungsbeispiel, bei welchem ein solcher Vorgang durchgeführt wird, dass Zufuhrleistung P3_out für die AC-Last, die mit dem Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung verbunden ist, und Ladeleistung P4_out für die zweite DC-Energieversorgung 34 priorisiert werden, und die verbleibende Leistung wird als Ladeleistung P2_out für die erste DC-Energieversorgung 11 zugeführt.
  • Wie in dem Steuerungsblock E1 in 27 gezeigt, führt in diesem Fall der AC/DC-Umsetzer 2 Leistung mit konstantem Strom zu. Das heißt, für den AC/DC-Umsetzer 2 wird die Abweichung zwischen einem Strom-Befehlswert Iacin* für die AC-Energieversorgung 1 und einem Strom-Detektionswert Iacin von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 einer Proportionalregelung (P-Regelung) unterzogen, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird Leistung zu dem Kondensator 3 zugeführt, und zwar mit konstantem Strom, und gleichzeitig wird der AC-Strom mit einem hohem Leistungsfaktor gesteuert. Zu diesem Zeitpunkt kann der Strom-Befehlswert Iacin* für die AC-Energieversorgung 1 beliebig eingestellt werden.
  • Wie in dem Steuerungsblock C2 in 27 dargestellt, wird für den ersten Schalt-Kreis 4 ein PWM-Betrieb bei konstantem Zeitverhältnis auf der Basis eines beliebigen Zeitverhältnis-Befehlswerts Duty* durchgeführt, so dass AC-Leistung dem Transformator 6 zugeführt wird.
  • Wie in dem Steuerungsblock E3 in 27 gezeigt, wird für den zweiten Schalt-Kreis 8 eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) durchgeführt, und zwar auf der Basis der Abweichung zwischen einem Spannungs-Befehlswert VL1* für den Kondensator 3 und dem Spannungs-Detektionswert VL1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52, um einen Strom-Befehlswert Ibat1* für die erste DC-Energieversorgung 11 zu erhalten.
  • Die Abweichung zwischen dem Strom-Befehlswert Ibat1* und dem Strom-Detektionswert Ibat1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 53 wird einer Proportionalregelung (P-Regelung) unterzogen, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird eine Ladestromsteuerung für die erste DC-Energieversorgung 11 durchgeführt. Wie in dem Steuerungsblock C4 in 27 gezeigt, wird zu diesem Zeitpunkt der Schalter 9 ausgeschaltet, um zu veranlassen, dass der zweite Schalt-Kreis 8 als Vollbrücken-Aufwärtswandlungs-Zerhackerschaltung fungiert.
  • Wie in dem Steuerungsblock E5 in 28 gezeigt, wird für den Wechselrichter 17 der Quotient eines Befehlswerts Vacout* für die Ausgangs-AC-Spannung und dem Spannungs-Detektionswert VL1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 als Modulationsrate für einen Sinuswellen-Wechselrichter verwendet, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird die AC-Spannung Vacout an das Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung ausgegeben.
  • Wie in dem Steuerungsblock E6 in 28 gezeigt, wird für das Schaltelement 33, das den vierten Schalt-Kreis 30 bildet, eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) auf der Basis der Abweichung zwischen einem Spannungs-Befehlswert Vbat2* für die zweite DC-Energieversorgung 34 und dem Spannungs-Detektionswert Vbat2 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 56 durchgeführt, und es wird eine PWM-Steuerung durchgeführt. Dadurch wird eine Ladespannungs-Steuerung für die zweite DC-Energieversorgung 34 durchgeführt.
  • Wie oben beschrieben, gilt im Fall des Betriebszustands 2-A Folgendes: Die Gate-Signale, die in den Steuerungsblöcken E1 bis E4 berechnet werden, werden durch Ausgangs-Schalteinheiten 103a bis 103d an den AC/DC-Umsetzer 2, den ersten Schalt-Kreis 4, den zweiten Schalt-Kreis 8 bzw. den Schalter 9 ausgegeben. Die Gate-Signale, die in den Steuerungsblöcken E5 bis E6 berechnet werden, werden in den Wechselrichter 17 bzw. das Schaltelement 33 des vierten Schalt-Kreises 30 eingegeben.
  • Nachfolgend wird die Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 beschrieben, die in 28 gezeigt ist. Hierbei ist die Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 als ein Schaltkreis zum Bestimmen konfiguriert, ob die Spannung VL1 des Kondensators 3 zunimmt oder abnimmt.
  • Das heißt, ein Subtrahierer 101a berechnet die Abweichung zwischen dem Spannungs-Ausgangswert VL1 der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 und dem Spannungs-Befehlswert VL1* für den Kondensator 3. Ein oberer Grenzwert ΔVL1 für die Spannungsschwankung wird beliebig eingestellt, und ein unterer Grenzwert –ΔVL1 für die Spannungsschwankung, der durch Multiplizieren von ΔVL1 mit –1 erhalten wird, wird eingestellt. Dann vergleichen Komparatoren 101b und 101c jeweils den oberen Grenzwert ΔVL1 für die Spannungsschwankung und den unteren Grenzwert –ΔVL1 für die Spannungsschwankung mit der Abweichung, die von den Subtrahierer 101a berechnet worden ist.
  • Wenn der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 um ΔVL1 oder mehr von dem Spannungs-Befehlswert VL1* zunimmt, dann nimmt ein Zunahme-Bestimmungssignal Sig_VL1_High, das von dem Komparator 101b ausgegeben wird, einen Wert von 1 an. Wenn der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 um ΔVL1 oder mehr von dem Spannungs-Befehlswert VL1* abnimmt, dann nimmt auf ähnliche Weise ein Abnahme-Bestimmungssignal Sig_VL1_Low, das von dem Komparator 101c ausgegeben wird, einen Wert von 1 an. Die Zustands-Bestimmungseinheit 101d detektiert den Anstieg dieser Bestimmungssignale, so dass sie ein Betriebszustand-Bestimmungssignal erzeugt.
  • Das Betriebszustand-Bestimmungssignal von der Zustands-Bestimmungseinheit 101d wird den Ausgangs-Schalteinheiten 103a bis 103d der Ausgangs-Schalteinheit 103 zugeführt. Gemäß dem Betriebszustand-Bestimmungssignal schalten die Ausgangs-Schalteinheiten 103a bis 103d die jeweiligen Gate-Signale, die von der Gatesignal-Berechnungseinheit 102 ausgegeben werden.
  • Wenn beispielsweise ein Betrieb im Betriebszustand 2-A durchgeführt wird, gilt Folgendes: Falls die gesamte Leistung zunimmt, die an das Verbindungsende 21 für die Lasteinrichtung, die erste DC-Energieversorgung 11 und die zweite DC-Energieversorgung 34 als Lasten zugeführt wird, und die Eingangsleistung von der AC-Energieversorgung 1 unzureichend wird, dann nimmt der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 ab. Wenn dann der Spannungs-Ausgabewert VL1 des Kondensators 3 um ΔVL1 oder mehr von dem Spannungs-Befehlswert VL1* abnimmt, dann nimmt das Abnahme-Bestimmungssignal Sig_VL1_Low einen Wert von 1 an.
  • Der Anstieg des Bestimmungssignals wird von der Zustands-Bestimmungseinheit 101d detektiert, und in Antwort darauf gibt die Zustands-Bestimmungseinheit 101d ein Betriebszustand-Bestimmungssignal an die Ausgangs-Schalteinheit 103a aus. Die Ausgangs-Schalteinheit 103a schaltet das Gate-Signal, das im Steuerungsblock E1 berechnet wird, zu einem Gate-Signal mit dem Wert 0 eines Steuerungsblocks F1 um, und sie gibt das Gate-Signal von 0 an den AC/DC-Umsetzer 2 aus, so dass der Betrieb des AC/DC-Umsetzers 2 gestoppt wird.
  • Die Ausgangs-Schalteinheit 103b schaltet – anstelle des Gate-Signals, das im Steuerungsblock E2 berechnet worden ist – auf ein Gate-Signal um, das im Steuerungsblock F2 berechnet worden ist, und sie gibt dieses an den ersten Schalt-Kreis 4 aus. In dem Steuerungsblock F2 gilt Folgendes: Um die Spannung VL1 des Kondensators 3 so zu steuern, dass sie konstant ist, wird eine Proportional-Integral-Regelung (PI-Regelung) auf der Basis der Abweichung zwischen dem Spannungs-Befehlswert VL1* des Kondensators 3 und dem Spannungs-Detektionswert VL1 der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 durchgeführt, und es wird ein Gate-Signal für die PWM-Steuerung berechnet.
  • Die Ausgangs-Schalteinheit 103c schaltet – anstelle des Gate-Signals, das im Steuerungsblock E3 berechnet worden ist – auf ein Gate-Signal um, das im Steuerungsblock F3 berechnet worden ist, und sie gibt dieses an den zweiten Schalt-Kreis 8 aus. In dem Steuerungsblock F3 gilt Folgendes: Um die erste DC-Energieversorgung 11 zu entladen, wird ein Gate-Signal zum Durchführen eines PWM-Betriebs mit einem festen Verhältnis auf der Basis eines beliebigen Zeitverhältnis-Befehlswerts Duty* berechnet. Zu diesem Zeitpunkt schaltet die Ausgangs-Schalteinheit 103d das Gate-Signal für den Schalter 9 von 0 auf 1 um, um den Schalter 9 einzuschalten.
  • Im Ergebnis wird die Energieversorgungsquelle von der AC-Energieversorgung 1 auf die erste DC-Energieversorgung 11 umgeschaltet. Das heißt, der Betriebszustand 2-A wird in den Betriebszustand 2-B umgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt werden Komponenten, wie z. B. der Wechselrichter 17 und der vierte Schalt-Kreis 30, welche den Betrieb durch die gleichen Steuerungs-Berechnungen (z. B. die Steuerungsblöcke E5 und E6) ungeachtet des Betriebszustands fortsetzen, kontinuierlich betrieben, ohne dass die Gate-Signale dafür geschaltet werden.
  • Wie oben beschrieben, gilt in dem Fall, dass der Kondensator 3 zum Glätten der Ausgangsspannung von dem AC/DC-Umsetzer 2 verwendet wird, Folgendes: Wenn die Eingangsleistung von der Eingangsseite abnimmt oder die Ausgangsleistung, die der Ausgangsseite zugeführt wird, zunimmt, dann nimmt die Kondensatorspannung transient zu. Wenn andererseits die Eingangsleistung von der Eingangsseite abnimmt oder die Ausgangsleistung zunimmt, die der Ausgangsseite zugeführt wird, dann nimmt die Kondensatorspannung transient ab.
  • Wenn solch ein Phänomen detektiert wird, indem der Spannungs-Detektionswert VL1 von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 52 für den Kondensator 3 verwendet wird, wird ein Überschuss oder eine Knappheit von Eingangsleistung relativ zu der Ausgangsleistung in der Energie-Umsetzungsvorrichtung in 15 und 16 detektiert, so dass ein Umschalten zwischen dem Betriebszustand 2-A und dem Betriebszustand 2-B durchgeführt werden kann.
  • Wenn das Verfahren zum Detektieren der Spannungen des Kondensators verwendet wird, so wird es folglich möglich, die Energieversorgungsquelle umzuschalten und den Steuerungsbetrieb fortzusetzen, ohne individuell zu detektieren, ob die AC-Energieversorgung 1 verbunden ist oder nicht und ob die Leistung für die Lasteinrichtungen zunimmt oder abnimmt.
  • Anders als oben beschrieben kann als ein Verfahren zum Detektieren eines Überschusses oder einer Knappheit von Leistung während des Betriebs auch ein Verfahren zum Detektieren der Spannung und des Stroms der AC-Energieversorgung 1 verwendet werden. Das heißt, es wird detektiert, ob oder ob nicht die Eingangsleistung P1_in von der AC-Energieversorgung 1 Null ist, indem das Detektionsergebnis von der Spannungs-Strom-Detektionseinheit 51 verwendet wird, welche die Spannung und den Strom der AC-Energieversorgung 1 detektiert. Dadurch wird detektiert, ob oder ob nicht die AC-Energieversorgung 1 angeschlossen ist. Folglich kann das Schalten zwischen dem Betriebszustand 2-A und dem Betriebszustand 2-B durchgeführt werden.
  • Auf ähnliche Weise kann ein Überschuss oder eine Knappheit von Leistung aus den Detektionswerten von Spannungen oder Strömen der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 detektiert werden. Beispielsweise werden obere Grenzwerte jeweils auf die Ladeströme und die Entladeströme für die erste DC-Energieversorgung 11 und die zweite DC-Energieversorgung 34 eingestellt. Dann wird ein Zustand, in welchem ein Laden mit einem Strom gleich oder größer als der obere Grenzwert für den Ladestrom durchgeführt wird, als ein Zustand bestimmt, in welchem es überschüssige Leistung gibt.
  • Ein Zustand, in welchem ein Entladen mit einem Strom gleich groß oder größer als der obere Grenzwert für den Entladestrom durchgeführt wird, wird als ein Zustand bestimmt, in welchem die Leistung unzureichend ist. Folglich kann das Umschalten zwischen dem Betriebszustand 2-B und dem Betriebszustand 2-C oder das Umschalten zwischen dem Betriebszustand 2-C und dem Betriebszustand 2-D durchgeführt werden.
  • Beim Schalten des Betriebszustands gilt Folgendes: Anstelle des Verfahrens, in welchem, wie in 26 bis 28 gezeigt, die Gate-Signale für alle Betriebsmodi berechnet werden und die notwendigen Signale auf der Basis des Ausgangssignals von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 ausgegeben werden, kann das Ausgangssignal auch von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung 101 in die Gatesignal-Berechnungseinheit 102 eingegeben werden, und nur die Gate-Signale für den korrespondieren Betriebszustand können berechnet werden, so dass der Betriebszustand umgeschaltet werden kann. Indem dieses Verfahren verwendet wird, wird es möglich, eine Steuerung mit dem minimalen notwendigen Berechnungsaufwand durchzuführen, und zwar in dem Fall, in welchem die Berechnungsverarbeitung mittels einer digitalen Einrichtung, wie z. B. einem Mikrocomputer durchgeführt wird.
  • Beim Schalten des Betriebszustands gilt Folgendes: Indem die Zufuhr der Leistung an eine der Lasten begrenzt wird, die die Leistungs-Empfangsteile sind, welche verschieden sind von einem Teil, der als Energieversorgungsquelle fungiert, um die den Lasten zugeführte Gesamtleistung zu verringern, kann die Zufuhr von Leistung an eine Last mit einer hohen Priorität maximal fortgesetzt werden.
  • Eine DC-Energieversorgung, die einen großen Ladewert hat, kann aus den Spannungen oder Strömen der ersten DC-Energieversorgung 11 und der zweiten DC-Energieversorgung 34 oder dergleichen bestimmt werden, und die Leistung kann von der DC-Energieversorgung zugeführt werden, welche einen Großteil des Ladewerts an die Lasteinrichtungen aufweist. Wenn die Leistung den Lasteinrichtungen von der ersten DC-Energieversorgung 11 oder der zweiten DC-Energieversorgung 34 zugeführt wird, kann, indem zu der Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 umgeschaltet wird, eine Steuerung zum Priorisieren der Zufuhr von Leistung von der AC-Energieversorgung 1 über eine Entladung von jeder DC-Energieversorgung erzielt werden.
  • Wie oben beschrieben, gilt bei der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform 2 Folgendes: Wenn die von der Energieversorgung zugeführte Leistung unzureichend ist, dann wird eine Energieknappheit detektiert, und die Energieversorgung kann zu einer Energieversorgung umgeschaltet werden, welche dazu imstande ist, Leistung zuzuführen.
  • Ausführungsform 3
  • 29 und 30 sind Schaltungs-Konfigurationsdiagramme einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, und die Komponenten, die mit denjenigen bei der Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, korrespondieren oder die gleichen wie diese sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es ist ein Merkmal bei der Ausführungsform 3, dass die Schaltung Folgendes aufweist: Die vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 des Transformators 6; und der vierte Schalt-Kreis 30 und die zweite DC-Energieversorgung 34, die mit den vierten Wicklungen 6d1 und 6d2 verbunden ist, ist aus der Konfiguration bei der Ausführungsform 1 beseitigt, die in 1 und 2 gezeigt ist. Die weitere Konfiguration ist die gleiche wie bei der Ausführungsform 1.
  • Mit Ausnahme des Betriebs der Schaltung, die den vierten Schalt-Kreis 30 und die zweite DC-Energieversorgung 34 bei der Ausführungsform 1 enthält, ist daher der grundsätzliche Betrieb der gleiche wie bei der Ausführungsform 1. Daher wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Bei der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform 3 gilt Folgendes: Wenn die von der Energieversorgung zugeführte Leistung unzureichend ist, dann wird eine Energieknappheit detektiert, und die Energieversorgung kann zu einer Energieversorgung umgeschaltet werden, welche dazu imstande ist, Leistung zuzuführen. Dadurch kann die Zufuhr von Leistung an die Last fortgesetzt werden.
  • Ausführungsform 4
  • 31 und 32 sind Schaltungs-Konfigurationsdiagramme einer Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, und die Komponenten, die mit denjenigen bei der Ausführungsform 1, die in 1 gezeigt ist, korrespondieren oder die gleichen wie diese sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Es ist ein Merkmal bei der Ausführungsform 4, dass die Schaltung Folgendes aufweist: Die dritte Wicklung 6c des Transformators 6; und der dritte Schalt-Kreis 13 und der Wechselrichter 17, die mit der dritten Wicklung 6c verbunden sind, ist aus der Konfiguration bei der Ausführungsform 1 beseitigt, die in 1 und 2 gezeigt ist. Die weitere Konfiguration ist die gleiche wie bei der Ausführungsform 1.
  • Mit Ausnahme des Betriebs der Schaltung, die den dritten Schalt-Kreis 13 und den Wechselrichter 17 bei der Ausführungsform 1 enthält, ist daher der grundsätzliche Betrieb der gleiche wie bei der Ausführungsform 1. Daher wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Bei der Energie-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform 4 gilt Folgendes: Wenn die von der Energieversorgung zugeführte Leistung unzureichend ist, dann wird eine Energieknappheit detektiert, und die Energieversorgung kann zu einer Energieversorgung umgeschaltet werden, welche dazu imstande ist, Leistung zuzuführen. Dadurch kann die Zufuhr von Leistung an die Last fortgesetzt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfigurationen beschränkt, die in den obigen Ausführungsformen 1 bis 4 gezeigt sind. Ohne von der Idee der vorliegenden Erfindung abzuweichen, können die Konfigurationen in den Ausführungsformen 1 bis 4 angemessen kombiniert werden, oder jede Konfiguration kann teilweise modifiziert oder dabei Merkmale weggelassen werden.

Claims (8)

  1. Energie-Umsetzungsvorrichtung, wobei ein Transformator aus drei oder mehr Wicklungen gebildet ist, die miteinander magnetisch gekoppelt sind, wobei ein AC/DC-Umsetzer zum Umsetzen von AC-Energie einer AC-Energieversorgung in DC, ein Kondensator zum Glätten der Ausgangsspannung des AC/DC-Umsetzers und ein Schalt-Kreis zum Umsetzen von der von dem Kondensator geglätteten DC-Spannung in AC sequentiell mit einer der Wicklungen verbunden sind, und wobei ein Schalt-Kreis zur Energieumsetzung einer DC-Energieversorgung mit mindestens einer der anderen der Wicklungen verbunden ist, wobei die Energie-Umsetzungsvorrichtung Folgendes aufweist: – eine Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung des Kondensators; – eine Betriebszustand-Bestimmungsschaltung zum Bestimmen des Betriebszustands eines jeden Schalt-Kreises auf der Basis eines Detektionswerts von der Spannungs-Detektionseinheit; und – eine Energieversorgungs-Schalteinheit zum Durchführen eines Energieversorgungs-Umschaltens zwischen der AC-Energieversorgung und der DC-Energieversorgung auf der Basis des Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung.
  2. Energie-Umsetzungsvorrichtung, wobei ein Transformator aus drei oder mehr Wicklungen gebildet ist, die miteinander magnetisch gekoppelt sind, wobei ein AC/DC-Umsetzer zum Umsetzen von AC-Energie einer AC-Energieversorgung in DC, ein Kondensator zum Glätten der Ausgangsspannung des AC/DC-Umsetzers und ein Schalt-Kreis zum Umsetzen von der von dem Kondensator geglätteten DC-Spannung in AC sequentiell mit einer der Wicklungen verbunden sind, und wobei ein Schalt-Kreis zur Energieumsetzung einer DC-Energieversorgung mit mindestens einer der anderen der Wicklungen verbunden ist, wobei die Energie-Umsetzungsvorrichtung Folgendes aufweist: – eine Spannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Spannung der AC-Energieversorgung; – eine Betriebszustand-Bestimmungsschaltung zum Bestimmen des Betriebszustands eines jeden Schalt-Kreises auf der Basis eines Detektionswerts von der Spannungs-Detektionseinheit; und – eine Energieversorgungs-Schalteinheit zum Durchführen eines Energieversorgungs-Umschaltens zwischen der AC-Energieversorgung und der DC-Energieversorgung auf der Basis des Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung.
  3. Energie-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklungen, welche den Transformator bilden, eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung, eine dritte Wicklung und eine vierte Wicklung aufweisen, wobei die DC-Energieversorgung eine erste DC-Energieversorgung und eine zweite DC-Energieversorgung aufweist, wobei der Schalt-Kreis zum Umwandeln der DC-Spannung, die von dem Kondensator geglättet worden ist, in AC als ein erster Schalt-Kreis definiert ist, wobei der Schalt-Kreis für die Energieumsetzung der DC-Energieversorgung einen zweiten Schalt-Kreis und einen vierten Schalt-Kreis aufweist, wobei der erste Schalt-Kreis mit der ersten Wicklung verbunden ist, wobei die erste DC-Energieversorgung mit der zweiten Wicklung über den zweiten Schalt-Kreis verbunden ist, wobei ein Wechselrichter zur Energieumsetzung für eine AC-Last mit der dritten Wicklung über einen dritten Schalt-Kreis zur Gleichrichtung verbunden ist, wobei die zweite DC-Energieversorgung mit der vierten Wicklung über den vierten Schalt-Kreis verbunden ist, und wobei die Energieversorgungs-Schalteinheit ein Energieversorgungs-Umschalten zwischen der AC-Energieversorgung, der ersten DC-Energieversorgung und der zweiten DC-Energieversorgung auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung durchführt.
  4. Energie-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklungen, welche den Transformator bilden, eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung und eine vierte Wicklung aufweisen, wobei die DC-Energieversorgung eine erste DC-Energieversorgung und eine zweite DC-Energieversorgung aufweist, wobei der Schalt-Kreis zum Umwandeln der DC-Spannung, die von dem Kondensator geglättet worden ist, in AC als ein erster Schalt-Kreis definiert ist, wobei der Schalt-Kreis für die Energieumsetzung der DC-Energieversorgung einen zweiten Schalt-Kreis und einen vierten Schalt-Kreis aufweist, wobei der erste Schalt-Kreis mit der ersten Wicklung verbunden ist, wobei die erste DC-Energieversorgung mit der zweiten Wicklung über den zweiten Schalt-Kreis verbunden ist, wobei die zweite DC-Energieversorgung mit der vierten Wicklung über den vierten Schalt-Kreis verbunden ist, wobei ein Wechselrichter zur Energieumsetzung für eine AC-Last parallel zu dem ersten Schalt-Kreis mit dem AC/DC-Umsetzer verbunden ist, und wobei die Energieversorgungs-Schalteinheit ein Energieversorgungs-Umschalten zwischen der AC-Energieversorgung, der ersten DC-Energieversorgung und der zweiten DC-Energieversorgung auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung durchführt.
  5. Energie-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklungen, welche den Transformator bilden, eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung und eine dritte Wicklung aufweisen, wobei die DC-Energieversorgung eine erste DC-Energieversorgung aufweist, wobei der Schalt-Kreis zum Umwandeln der DC-Spannung, die von dem Kondensator geglättet worden ist, in AC als ein erster Schalt-Kreis definiert ist, wobei der Schalt-Kreis für die Energieumsetzung der DC-Energieversorgung einen zweiten Schalt-Kreis aufweist, wobei der erste Schalt-Kreis mit der ersten Wicklung verbunden ist, wobei die erste DC-Energieversorgung mit der zweiten Wicklung über den zweiten Schalt-Kreis verbunden ist, wobei ein Wechselrichter zur Energieumsetzung für eine AC-Last mit der dritten Wicklung über einen dritten Schalt-Kreis zur Gleichrichtung verbunden ist, und wobei die Energieversorgungs-Schalteinheit ein Energieversorgungs-Umschalten zwischen der AC-Energieversorgung und der ersten DC-Energieversorgung auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung durchführt.
  6. Energie-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Wicklungen, welche den Transformator bilden, eine erste Wicklung, eine zweite Wicklung und eine vierte Wicklung aufweisen, wobei die DC-Energieversorgung eine erste DC-Energieversorgung und eine zweite DC-Energieversorgung aufweist, wobei der Schalt-Kreis zum Umwandeln der DC-Spannung, die von dem Kondensator geglättet worden ist, in AC als ein erster Schalt-Kreis definiert ist, wobei der Schalt-Kreis für die Energieumsetzung der DC-Energieversorgung einen zweiten Schalt-Kreis und einen vierten Schalt-Kreis aufweist, wobei der erste Schalt-Kreis mit der ersten Wicklung verbunden ist, wobei die erste DC-Energieversorgung mit der zweiten Wicklung über den zweiten Schalt-Kreis verbunden ist, wobei die zweite DC-Energieversorgung mit der vierten Wicklung über den vierten Schalt-Kreis verbunden ist, und wobei die Energieversorgungs-Schalteinheit ein Energieversorgungs-Umschalten zwischen der AC-Energieversorgung, der ersten DC-Energieversorgung und der zweiten DC-Energieversorgung auf der Basis eines Bestimmungsergebnisses von der Betriebszustand-Bestimmungsschaltung durchführt.
  7. Energie-Umsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3, 4 und 6, die ferner Folgendes aufweist: eine Detektionseinheit zum Detektieren der Ladezustände der ersten DC-Energieversorgung und der zweiten DC-Energieversorgung; und eine Steuerungseinheit zum Durchführen einer Steuerung vom vorrangigen Entladen einer von der ersten DC-Energieversorgung und der zweiten DC-Energieversorgung auf der Basis eines Detektionsergebnisses von der Detektionseinheit.
  8. Energie-Umsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei beim Energieversorgungs-Umschalten die Leistung, die einer der Lasten für die Energieversorgungen zugeführt wird, begrenzt wird.
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