JP2014003827A - Charging/discharging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置(例えば、バッテリ)を充電すると共に、当該蓄電装置に蓄えられた電力を利用可能にするための充放電システムに関するものである。 The present invention relates to a charge / discharge system for charging a power storage device (for example, a battery) and making available electric power stored in the power storage device.
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が実用化されている。電気自動車では、車両外部の電源(例えば、電源コンセント)から車載のバッテリを充電可能になっている。例えば、自宅や共用施設などに設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより充電を行う。一方、ハイブリッド車でも、同様に、車両外部の電源から車載のバッテリを充電可能にしたプラグインハイブリッド車が実用化されている。 As environmentally friendly vehicles, electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles have been put into practical use. In an electric vehicle, an in-vehicle battery can be charged from a power source (for example, a power outlet) outside the vehicle. For example, charging is performed by connecting a power outlet provided at home or a common facility to a charging port provided in the vehicle with a charging cable. On the other hand, plug-in hybrid vehicles that enable charging of an in-vehicle battery from a power source outside the vehicle have also been put to practical use.
近年、車載のバッテリを、車載機器だけでなく、他の電気機器に給電する移動用、災害用又は非常用の電源として利用することが期待されており、車載のバッテリに蓄えられた電力を車両の充電口、充電ケーブルを介して放電可能にすることが要望されている。すなわち、充電と放電との双方化が可能な充放電システムを車両に搭載することが要望されている。特許文献1には、この種の充放電システムとして双方向コンバータが開示されている。
In recent years, it is expected that an in-vehicle battery is used not only as an in-vehicle device but also as a power source for movement, disaster, or emergency that supplies power to other electric devices, and the electric power stored in the in-vehicle battery is used in the vehicle. It is desired to be able to discharge through the charging port and the charging cable. That is, it is desired to mount a charge / discharge system capable of both charging and discharging on a vehicle.
特許文献1に開示の双方向コンバータ1は、AC/DC変換部2AとDC/DC変換部2Bとを含む交流/直流変換部2を備えている。AC/DC変換部2Aは、スイッチング素子SW21〜SW24及び整流素子によって構成されたフルブリッジ型回路と、コンデンサ25Cとを備えている。一方、DC/DC変換部2Bは、フルブリッジ型のスイッチング素子SW31〜SW34及び整流素子によって構成されたDC/AC変換部と、トランス22と、フルブリッジ型のスイッチング素子SW41〜SW44及び整流素子によって構成されたAC/DC変換部と、コンデンサ26Cとを備えている。この双方向コンバータ1では、バッテリ充電時には、AC/DC変換部2AがPFC機能を有する同期整流回路として機能し、DC/AC変換部SW31〜SW34がインバータ回路として機能し、AC/DC変換部SW41〜SW44が整流回路として機能する。一方、バッテリ放電時には、AC/DC変換部SW41〜SW44がインバータ回路として機能し、DC/AC変換部SW31〜SW34が整流回路として機能し、AC/DC変換部2Aがインバータ回路として機能する。
The
しかしながら、特許文献1に記載の双方向コンバータ1では、バッテリ充電時、AC/DC変換部SW41〜SW44の出力をコンデンサ26Cのみで平滑化するため、コンデンサ26Cに過大なリップル電流が流れ、コンデンサ26Cが破損してしまう虞がある。
However, in the
この問題点に関し、AC/DC変換部SW41〜SW44の出力の一方とコンデンサ26Cとの間にチョークコイルを挿入することが考えられる。チョークコイルは、自身に流れる電流の変化をなくすように作用するため、バッテリ充電時、コンデンサ26Cに過大なリップル電流が流れることを抑制することができる。しかしながら、バッテリ放電時、チョークコイルのエネルギーの蓄積・放出が適切に行えず、AC/DC変換部のスイッチング素子SW41〜SW44を破損する虞がある。具体的には、フルブリッジ回路では、短絡電流防止のために、スイッチング素子SW41〜SW44のオンオフ切替時の間にすべてのスイッチング素子SW41〜SW44がオフする期間を設ける必要がある。チョークコイルは、自身に流れる電流がなくなると電圧が反転するため、すべてのスイッチング素子SW41〜SW44がオフする期間に、スイッチング素子SW41〜SW44に過大なサージ電圧が印加され、スイッチング素子SW41〜SW44が破損してしまう虞がある。 Regarding this problem, it is conceivable to insert a choke coil between one of the outputs of the AC / DC converters SW41 to SW44 and the capacitor 26C. The choke coil acts so as to eliminate a change in the current flowing through the choke coil, so that an excessive ripple current can be prevented from flowing through the capacitor 26C during battery charging. However, when the battery is discharged, the energy of the choke coil cannot be properly stored / released, and the switching elements SW41 to SW44 of the AC / DC converter may be damaged. Specifically, in the full bridge circuit, it is necessary to provide a period during which all the switching elements SW41 to SW44 are turned off during switching of the switching elements SW41 to SW44 to prevent short circuit current. Since the voltage of the choke coil is reversed when there is no current flowing through the choke coil, an excessive surge voltage is applied to the switching elements SW41 to SW44 during a period in which all the switching elements SW41 to SW44 are turned off. There is a risk of damage.
そこで、本発明は、蓄電装置の充電時に容量素子に過大なリップル電流が流れることを抑制することが可能であり、かつ、蓄電装置の放電時にスイッチング素子に過大なサージ電圧が印加することを抑制することが可能な充放電システムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention can suppress an excessive ripple current from flowing through the capacitor element during charging of the power storage device, and suppress an excessive surge voltage from being applied to the switching element during discharging of the power storage device. It aims at providing the charging / discharging system which can be performed.
本発明の充放電システムは、第1のシステム入出力端子対に供給される電力によって第2のシステム入出力端子対に接続される蓄電装置を充電すると共に、蓄電装置に蓄えられた電力を第1のシステム入出力端子対へ放電する充放電システムであって、(a)第1のシステム入出力端子対に電気的に接続された第1の入出力端子対と、第2の入出力端子対とを有し、充電時には、該第1の入出力端子対に供給される直流電力を交流電力に変換して該交流電力を該第2の入出力端子対へ出力し、放電時には、該第2の入出力端子対に供給される交流電力を直流電力に変換して該直流電力を該第1の入出力端子対へ出力する第1の電力変換部と、(b)第1の電力変換部の第2の入出力端子対間に接続された一次側コイルを有するトランスと、(c)トランスの二次側コイルに接続された第1の入出力端子対と、第2のシステム入出力端子対に電気的に接続された第2の入出力端子対と、該第2の入出力端子対間に直列に接続された第1及び第2のスイッチング素子であって、その間のノードが該第1の入出力端子対の一方に接続された該第1及び第2のスイッチング素子と、該第2の入出力端子対間に直列に接続された第3及び第4のスイッチング素子であって、その間のノードが該第1の入出力端子対の他方に接続された該第3及び第4のスイッチング素子と、該第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された第1〜第4の整流素子とを有し、充電時には、該第1〜第4の整流素子によって、該第1の入出力端子対に供給される交流電力を直流電力に変換して該直流電力を該第2の入出力端子対へ出力し、放電時には、該第1〜第4のスイッチング素子によって、該第2の入出力端子対に供給される直流電力を交流電力に変換して該交流電力を該第1の入出力端子対へ出力する第2の電力変換部と、(d)第2の電力変換部の第2の入出力端子対間に電気的に接続された容量素子と、(e)第2の電力変換部の第2の入出力端子対の一方と容量素子との間に接続された充電補助インダクタ素子と、(f)第2の電力変換部の第2の入出力端子対間に接続された放電補助部であって、直列に接続された補助スイッチング素子と補助容量素子とを有する当該放電補助部とを備え、(g)放電補助部の補助スイッチング素子は、放電時、少なくとも第2の電力変換部の第1〜第4のスイッチング素子すべてがオフ状態となる期間に、オン状態となる。 The charging / discharging system of the present invention charges the power storage device connected to the second system input / output terminal pair by the power supplied to the first system input / output terminal pair, and uses the power stored in the power storage device for the first time. A charge / discharge system for discharging to one system input / output terminal pair, wherein: (a) a first input / output terminal pair electrically connected to the first system input / output terminal pair; and a second input / output terminal A pair, and during charging, the DC power supplied to the first input / output terminal pair is converted into AC power, and the AC power is output to the second input / output terminal pair. A first power converter that converts AC power supplied to the second input / output terminal pair into DC power and outputs the DC power to the first input / output terminal pair; and (b) first power. A transformer having a primary coil connected between the second input / output terminal pair of the converter; ) A first input / output terminal pair connected to the secondary coil of the transformer, a second input / output terminal pair electrically connected to the second system input / output terminal pair, and the second input / output First and second switching elements connected in series between a pair of terminals, the first and second switching elements having a node between them connected to one of the first input / output terminal pairs; Third and fourth switching elements connected in series between the second input / output terminal pair, and a node between them is connected to the other of the first input / output terminal pair. 4 switching elements and first to fourth rectifying elements connected in parallel to the first to fourth switching elements, respectively, and during charging, the first to fourth rectifying elements AC power supplied to the first input / output terminal pair is converted to DC power, and the DC power Is output to the second input / output terminal pair, and at the time of discharging, the first to fourth switching elements convert DC power supplied to the second input / output terminal pair into AC power. A second power converter that outputs power to the first input / output terminal pair; (d) a capacitive element electrically connected between the second input / output terminal pair of the second power converter; (E) a charge auxiliary inductor element connected between one of the second input / output terminal pair of the second power conversion unit and the capacitive element; and (f) a second input / output of the second power conversion unit. A discharge auxiliary unit connected between the pair of terminals, the auxiliary discharge unit having an auxiliary switching element and an auxiliary capacitance element connected in series; and (g) the auxiliary switching element of the discharge auxiliary unit At least all of the first to fourth switching elements of the second power conversion unit are off It becomes an ON state during the period.
なお、「スイッチング素子がオン状態となる」とは、スイッチング素子が電流を流せる状態(導通状態)になることを示し、「スイッチング素子がオフ状態となる」とは、スイッチング素子が電流を遮断する状態(非導通状態)になることを示す。 Note that “the switching element is turned on” means that the switching element is in a state where a current can flow (conduction state), and “the switching element is turned off” means that the switching element cuts off the current. It shows that it will be in a state (non-conduction state).
この充放電システムによれば、充電時には、充電補助インダクタ素子が、自身に流れる電流の変化をなくすように作用するので、容量素子に過大なリップル電流が流れることを抑制することができ、この容量素子の破損を回避することができる。 According to this charging / discharging system, during charging, the charging auxiliary inductor element acts so as to eliminate a change in the current flowing to itself, so that it is possible to suppress an excessive ripple current from flowing through the capacitive element. Damage to the element can be avoided.
一方、放電時には、すくなくとも第2の電力変換部の第1〜第4のスイッチング素子すべてがオフ状態となる期間に、放電補助部の補助スイッチング素子がオン状態となるので、充電補助インダクタ素子に電流が流れ続け、充電補助インダクタ素子の電圧が反転することを回避することができる。よって、第2の電力変換部の第1〜第4のスイッチング素子に過大なサージ電圧が印加されることを回避し、これらのスイッチング素子の破損を回避することができる。 On the other hand, at the time of discharging, since at least the auxiliary switching elements of the discharge assisting unit are in the on state during the period when all the first to fourth switching elements of the second power conversion unit are in the off state, Can continue to flow and the voltage of the charging auxiliary inductor element can be prevented from reversing. Therefore, it is possible to avoid applying an excessive surge voltage to the first to fourth switching elements of the second power conversion unit, and to avoid damage to these switching elements.
上記した放電補助部の補助スイッチング素子は、第2の電力変換部の第1及び第4のスイッチング素子と第2及び第3のスイッチング素子とが交互にオン状態となる期間にもオン状態を保持してもよい。 The auxiliary switching element of the discharge auxiliary unit described above maintains the on state even during the period in which the first and fourth switching elements and the second and third switching elements of the second power conversion unit are alternately turned on. May be.
また、上記した充放電システムは、第1のシステム入出力端子対に電気的に接続された第1の入出力端子対と、第1の電力変換部の第1の入出力端子対に接続された第2の入出力端子対とを有し、充電時には、該第1の入出力端子対に供給される交流電力を直流電力に変換して該直流電力を該第2の入出力端子対へ出力し、放電時には、該第2の入出力端子対に供給される直流電力を交流電力に変換して該交流電力を該第1の入出力端子対へ出力する第3の電力変換部を更に備えていてもよい。 The charging / discharging system described above is connected to the first input / output terminal pair electrically connected to the first system input / output terminal pair and the first input / output terminal pair of the first power conversion unit. A second input / output terminal pair, and at the time of charging, the AC power supplied to the first input / output terminal pair is converted into DC power, and the DC power is transferred to the second input / output terminal pair. A third power conversion unit that outputs and converts the DC power supplied to the second input / output terminal pair to AC power and outputs the AC power to the first input / output terminal pair during discharging. You may have.
本発明によれば、蓄電装置の充電時に容量素子に過大なリップル電流が流れることを抑制することができ、かつ、蓄電装置の放電時にスイッチング素子に過大なサージ電圧が印加することを抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that an excessive ripple current flows into a capacitive element at the time of charge of an electrical storage apparatus, and suppresses that an excessive surge voltage is applied to a switching element at the time of discharge of an electrical storage apparatus. Can do.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
本発明の好適な実施形態について説明する前に、本発明の実施形態に係る充放電システムの特徴の理解を容易にするために、まず、本発明に至るまでに本願発明者らが考案した第1〜第3の比較例に係る充放電システムについて説明することとする。
[第1の比較例]
Before describing the preferred embodiment of the present invention, in order to facilitate understanding of the characteristics of the charge / discharge system according to the embodiment of the present invention, first, the present inventors have devised up to the present invention. The charge / discharge system according to the first to third comparative examples will be described.
[First Comparative Example]
図1は、第1の比較例に係る充放電システムを示す回路図である。図1に示す第1の比較例の充放電システム1Xは、例えば、電気自動車やプラグインハイブリッド車両などの電動車両に搭載され、車載バッテリの充放電を行うものであり、第1のシステム入出力端子対T1,T2が車両の充電口であり、第2のシステム入出力端子対T3,T4がバッテリ2に接続される。なお、バッテリ充電の際には、車両外部の電源(例えば、自宅や共用施設などに設けられた電源コンセント)が、充電ケーブル等を介して第1のシステム入出力端子対T1,T2に接続され、バッテリ放電の際には、第1のシステム入出力端子対T1,T2に交流電力が生成されることとなる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a charge / discharge system according to a first comparative example. A charge /
この第1の比較例の充放電システム1Xは、ノイズフィルタ10と、AC/DC変換部(第3の電力変換部)20と、コンデンサ25と、DC/AC変換部(第1の電力変換部)30と、トランス40と、AC/DC変換部(第2の電力変換部)50と、コンデンサ55と、制御部60とを備えている。
The charge /
ノイズフィルタ10は、第1のシステム入出力端子対T1,T2に供給される商用交流電力のノイズを除去するためのものである。ノイズが除去された交流電力は、AC/DC変換部20の第1の入出力端子対20T1,20T2へ供給される。
The
AC/DC変換部20は、バッテリ充電時にはPFC機能を有する整流回路として機能し、バッテリ放電時にはインバータ回路として機能する。AC/DC変換部20は、コンデンサ21と、インダクタ22a,22bと、第1〜第4のn型トランジスタ(スイッチング素子)23a〜23d及び第1〜第4のダイオード(整流素子)24a〜24dを含むフルブリッジ回路とによって構成されている。なお、第1〜第4のトランジスタ23a〜23dとしては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField Effect Transistor)等の大電力用トランジスタを用いることができる。本実施形態では、第1〜第4のトランジスタ23a〜23dとしてIGBTを用いた場合を例示する。
The AC /
AC/DC変換部20の第1の入出力端子対20T1,20T2間にはコンデンサ21が接続されている。また、第1の入出力端子対の一方20T1は、インダクタ22aを介して、第1のトランジスタ23aのエミッタ及び第2のトランジスタ23bのコレクタに接続されており、第1の入出力端子対の他方20T2は、インダクタ22bを介して、第3のトランジスタ23cのエミッタ及び第4のトランジスタ23dのコレクタに接続されている。
A
第1のトランジスタ23aのコレクタは第2の入出力端子対の一方20T3に接続されており、第1のトランジスタ23aのエミッタは第2のトランジスタ23bのコレクタに接続されている。第2のトランジスタ23bのエミッタは第2の入出力端子対の他方20T4に接続されている。同様に、第3のトランジスタ23cのコレクタは第2の入出力端子対の一方20T3に接続されており、第3のトランジスタ23cのエミッタは第4のトランジスタ23dのコレクタに接続されている。第4のトランジスタ23dのエミッタは第2の入出力端子対の他方20T4に接続されている。
The collector of the
また、第1〜第4のダイオード24a〜24dのアノードは、それぞれ第1〜第4のトランジスタ23a〜23dのエミッタに接続されており、第1〜第4のダイオード24a〜24dのカソードは、それぞれ第1〜第4のトランジスタ23a〜23dのコレクタに接続されている。
The anodes of the first to
第1〜第4のトランジスタ23a〜23d各々のゲートは制御部60に接続されており、第1〜第4のトランジスタ23a〜23d各々におけるコレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御部60から提供される制御電圧(又は制御電流)によって制御される。
The gates of the first to
このAC/DC変換部20の第2の入出力端子対20T3,20T4間には、コンデンサ25が電気的に接続されている。また、AC/DC変換部20の第2の入出力端子対20T3,20T4は、それぞれDC/AC変換部30の第1の入出力端子対30T1,30T2に接続されている。
A
AC/DC変換部30は、バッテリ充電時にはインバータ回路として機能し、バッテリ放電時には整流回路として機能する。AC/DC変換部30は、第1〜第4のn型トランジスタ(スイッチング素子)31a〜31dと、第1〜第4のダイオード(整流素子)32a〜32dとを含むフルブリッジ回路によって構成されている。なお、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dとしては、IGBTやMOSFET等の大電力用トランジスタを用いることができる。本実施形態では、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dとしてIGBTを用いた場合を例示する。
The AC /
第1のトランジスタ31aのコレクタは第1の入出力端子対の一方30T1に接続されており、第1のトランジスタ31aのエミッタは第2のトランジスタ31bのコレクタに接続されている。第2のトランジスタ31bのエミッタは第1の入出力端子対の他方30T2に接続されている。同様に、第3のトランジスタ31cのコレクタは第1の入出力端子対の一方30T1に接続されており、第3のトランジスタ31cのエミッタは第4のトランジスタ31dのコレクタに接続されている。第4のトランジスタ31dのエミッタは第1の入出力端子対の他方30T2に接続されている。
The collector of the
第1のトランジスタ31aのエミッタ及び第2のトランジスタ31bのコレクタはトランス40の1次側コイルの一方の端子に接続されており、第3のトランジスタ31cのエミッタ及び第4のトランジスタ31dのコレクタはトランス40の1次側コイルの他方の端子に接続されている。
The emitter of the
また、第1〜第4のダイオード32a〜32dのアノードは、それぞれ第1〜第4のトランジスタ31a〜31dのエミッタに接続されており、第1〜第4のダイオード32a〜32dのカソードは、それぞれ第1〜第4のトランジスタ31a〜31dのコレクタに接続されている。
The anodes of the first to
第1〜第4のトランジスタ31a〜31d各々のゲートは制御部60に接続されており、第1〜第4のトランジスタ31a〜31d各々におけるコレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御部60から提供される制御電圧(または制御電流)によって制御される。
The gates of the first to
ここで、車両に搭載される電気機器の接地電位はフローティング電位であり、車両外部の電源と車載バッテリ2とを絶縁する必要がある。トランス40は、車両外部の電源と車載バッテリ2とを絶縁するためのものである。トランス40の二次側コイルは、AC/DC変換部50の第1の入出力端子対50T1,50T2に接続されている。
Here, the ground potential of the electric device mounted on the vehicle is a floating potential, and it is necessary to insulate the power supply outside the vehicle from the in-
AC/DC変換部50は、バッテリ充電時には整流回路として機能し、バッテリ放電時にはインバータ回路として機能する。AC/DC変換部50は、第1〜第4のn型トランジスタ(スイッチング素子)51a〜51d及び第1〜第4のダイオード(整流素子)52a〜52dを含むフルブリッジ回路によって構成されている。なお、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dとしては、IGBTやMOSFET等の大電力用トランジスタを用いることができる。本実施形態では、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dとしてIGBTを用いた場合を例示する。
The AC /
AC/DC変換部50の第1の入出力端子対の一方50T1は、第1のトランジスタ51aのエミッタ及び第2のトランジスタ51bのコレクタに接続されており、第1の入出力端子対の他方50T2は、第3のトランジスタ51cのエミッタ及び第4のトランジスタ51dのコレクタに接続されている。
One of the first input / output terminal pairs 50T1 of the AC /
第1のトランジスタ51aのコレクタは第2の入出力端子対の一方50T3に接続されており、第1のトランジスタ51aのエミッタは第2のトランジスタ51bのコレクタに接続されている。第2のトランジスタ51bのエミッタは第2の入出力端子対の他方50T4に接続されている。同様に、第3のトランジスタ51cのコレクタは第2の入出力端子対の一方50T3に接続されており、第3のトランジスタ51cのエミッタは第4のトランジスタ51dのコレクタに接続されている。第4のトランジスタ51dのエミッタは第2の入出力端子対の他方50T4に接続されている。
The collector of the
また、第1〜第4のダイオード52a〜52dのアノードは、それぞれ第1〜第4のトランジスタ51a〜51dのエミッタに接続されており、第1〜第4のダイオード52a〜52dのカソードは、それぞれ第1〜第4のトランジスタ51a〜51dのコレクタに接続されている。
The anodes of the first to
第1〜第4のトランジスタ51a〜51d各々のゲートは制御部60に接続されており、第1〜第4のトランジスタ51a〜51d各々におけるコレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御部60から提供される制御電圧(又は制御電流)によって制御される。
The gates of the first to
このAC/DC変換部50の第2の入出力端子対50T3,50T4間には、コンデンサ55が電気的に接続されている。また、AC/DC変換部50の第2の入出力端子対50T3,50T4は、それぞれ第2のシステム入出力端子対T3,T4に接続されている。
A
次に、この第1の比較例の充放電システム1Xの動作を説明する。
(バッテリ充電時)
Next, the operation of the charge /
(When charging the battery)
まず、バッテリ充電時、AC/DC変換部20は、例えば、第1及び第3のトランジスタ23a,23cをオフ状態とし、交流電圧の半周期ごとに第2のトランジスタ23bと第4のトランジスタ23dとを交互にスイッチング制御することによって、第1の入出力端子対20T1,20T2に供給される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を第2の入出力端子対20T3,20T4へ出力する。
First, when the battery is charged, the AC /
このとき、第2のトランジスタ23bをオン状態とし、第4のトランジスタ23dをオフ状態とする半周期では、交流電圧の位相と交流電流の位相とを合わせるように、第2のトランジスタ23bをPWM制御する。同様に、第2のトランジスタ23bをオフ状態とし、第4のトランジスタ23dをオン状態とする半周期では、交流電圧の位相と交流電流の位相とを合わせるように、第4のトランジスタ23dをPWM制御する。これにより、AC/DC変換部20は、PFC機能を有する整流回路として機能することとなる。
At this time, in the half cycle in which the
次に、AC/DC変換部30は、インバータとして機能することによって、具体的には、第1及び第4のトランジスタ31a,31dと第2及び第3のトランジスタ31b,31cとを交互にスイッチング制御することによって、第1の入出力端子対30T1,30T2に供給される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を第2の入出力端子対30T3,30T4へ出力する。
Next, the AC /
次に、AC/DC変換部50は、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dをオフ状態とし、第1〜第4のダイオード52a〜52dによって、第1の入出力端子対50T1,50T2に供給される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を第2の入出力端子対50T3,50T4へ出力する。
(バッテリ放電時)
Next, the AC /
(During battery discharge)
一方、バッテリ放電時、AC/DC変換部50は、インバータとして機能することによって、具体的には、第1及び第4のトランジスタ51a,51dと第2及び第3のトランジスタ51b,51cとを交互にスイッチング制御することによって、第2の入出力端子対50T3,50T4に供給される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を第1の入出力端子対50T1,50T2へ出力する。
On the other hand, when the battery is discharged, the AC /
次に、DC/AC変換部30は、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dをオフ状態とし、第1〜第4のダイオード32a〜32dによって、第2の入出力端子対30T3,30T4に供給される交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を第1の入出力端子対30T1,30T2へ出力する。
Next, the DC /
次に、AC/DC変換部20は、インバータとして機能することによって、具体的には、第1及び第4のトランジスタ23a,23dと第2及び第3のトランジスタ23b,23cとを交互にスイッチング制御することによって、第2の入出力端子対20T3,20T4に供給される直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を第1の入出力端子対20T1,20T2へ出力する。
Next, the AC /
この第1の比較例の充放電システム1Xでは、バッテリ充電時、AC/DC変換部50の出力をコンデンサ55のみで平滑化することとなる。そのため、コンデンサ55に過大なリップル電流が流れ、コンデンサ55が破損してしまう虞がある。
In the charge /
この問題点に関し、本願発明者らは、第2の比較例の充放電システム1Yに示すように、チョークコイルの電流保持作用を利用することを考案する。
[第2の比較例]
With regard to this problem, the inventors of the present application devise utilizing the current holding action of the choke coil as shown in the charge /
[Second Comparative Example]
図2は、第2の比較例に係る充放電システムを示す回路図である。図2に示す第2の比較例の充放電システム1Yは、第1の比較例の充放電システム1Xにおいて、AC/DC変換部50の第2の入出力端子対の一方50T3とコンデンサ55との間に接続されたチョークコイル(充電補助インダクタ素子)70を更に備える点で、第1の比較例と相違している。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a charge / discharge system according to a second comparative example. The charge /
チョークコイル70は、自身に流れる電流の変化をなくすように作用する。この作用により、第2の比較例の充放電システム1Yによれば、バッテリ充電時、コンデンサ55に過大なリップル電流が流れることを抑制することができ、コンデンサ55の破損を回避することができる。
The
しかしながら、バッテリ放電時、チョークコイル70のエネルギーの蓄積・放出が適切に行えず、AC/DC変換部50の第1〜第4のトランジスタ51a〜51dを破損する虞がある。具体的には、フルブリッジ回路では、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dのオンオフ切替時の間にすべてのトランジスタ51a〜51dがオフする期間を設ける必要がある。チョークコイル70は、自身に流れる電流がなくなると電圧が反転するため、すべてのトランジスタ51a〜51dがオフする期間に、これらのトランジスタ51a〜51dに過大なサージ電圧が印加され、これらのトランジスタ51a〜51dが破損してしまう虞がある。
However, when the battery is discharged, the energy of the
この問題点に関し、本願発明者らは、第3の比較例の充放電システム1Zに示すように、バッテリ放電時にバイパスを設けることを考案する。
[第3の比較例]
With respect to this problem, the inventors of the present application devise provision of a bypass during battery discharge, as shown in the charge /
[Third comparative example]
図3は、第3の比較例に係る充放電システムを示す回路図である。図3に示す第3の比較例の充放電システム1Zは、第2の比較例の充放電システム1Yにおいて、チョークコイル70に直列に接続された第1のスイッチ素子71と、チョークコイル70及び第1のスイッチ素子71の直列回路に並列に接続されたバイパス用の第2のスイッチ素子72とを更に備える点で、第2の比較例と相違する。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a charge / discharge system according to a third comparative example. The charge /
この第3の比較例の充放電システム1Zによれば、バッテリ充電時には、第1のスイッチ素子71をオン状態とすると共に第2のスイッチ素子72をオフ状態とすることによって上記したチョークコイル70の作用を得ることができ、一方、バッテリ放電時には、第1のスイッチ素子71をオフ状態とすると共に第2のスイッチ素子72をオン状態とすることによって上記したチョークコイル70の問題点を回避することができる。しかしながら、部品点数の増加、大型化等の問題や、これらのスイッチ素子の何れかで常時損失が発生することに起因する効率低下の問題が考えられる。
According to the charge /
これらの問題点に関し、本願発明者らは、本実施形態の充放電システムに示すように、放電補助部80を設けることを考案する。
[第1の実施形態]
With regard to these problems, the inventors of the present application devise providing a
[First Embodiment]
図4は、本発明の第1の実施形態に係る充放電システムを示す回路図である。図4に示す第1の実施形態の充放電システム1は、第2の比較例の充放電システム1Yにおいて、AC/DC変換部50の第2の入出力端子対50T3,50T4間に接続された放電補助部80を更に備える点で、第2の比較例と相違する。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the charge / discharge system according to the first embodiment of the present invention. The charge /
放電補助部80は、第2の入出力端子対50T3,50T4間に直列に接続されたn型の補助トランジスタ81と補助コンデンサ82とによって構成されている。また、放電補助部80は、補助トランジスタ81に並列に接続された補助ダイオード83を備えている。なお、補助トランジスタ81としては、IGBTやMOSFET等の大電力用トランジスタを用いることができる。本実施形態では、補助トランジスタ81としてIGBTを用いた場合を例示する。
The discharge
補助トランジスタ81のエミッタはAC/DC変換部50の第2の入出力端子対の一方50T3に接続されており、補助トランジスタ81のコレクタは補助コンデンサ82の一方の端子に接続されている。補助コンデンサ82の他方の端子はAC/DC変換部50の第2の入出力端子対の他方50T4に接続されている。また、補助ダイオード83のアノードは補助トランジスタ81のエミッタに接続されており、補助ダイオード83のカソードは補助トランジスタ81のコレクタに接続されている。また、補助トランジスタ81のゲートは制御部60に接続されており、コレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御部60から提供される制御電圧(又は制御電流)によって制御される。
The emitter of the
図5は、放電補助部80の補助トランジスタ81、及び、AC/DC変換部50の第1〜第4のトランジスタ51a〜51dのバッテリ放電時における状態を示す図である。なお、ハイ側がオン状態を示し、ロー側がオフ状態を示す。また、図6(a)〜(f)は、図5に示す期間Pa〜Pfにおけるトランス40、AC/DC変換部50、チョークコイル70、及び、放電補助部80の電流経路を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a state of the
まず、図5及び図6(a)に示すように、期間Paでは、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dすべてをオン状態とし、チョークコイル70にエネルギーを蓄積する。その後、図5及び図6(b)に示すように、期間Pbでは、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dすべてを一旦オフ状態とする。このとき、補助トランジスタ81をオン状態とし、チョークコイル70に電流を流し続けることにより、チョークコイル70の電圧が反転することを回避し、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dに過大なサージ電圧が印加されることを防止する。なお、このとき、補助コンデンサ82にエネルギーが蓄積されることとなる。期間Pbにおける最初の一部期間では、補助ダイオード83を利用して、電流保持及びエネルギー蓄積が可能になっている。
First, as shown in FIGS. 5 and 6A, in the period Pa, all of the first to
その後、図5及び図6(c)に示すように、期間Pcでは、第1及び第4のトランジスタ51a,51dをオン状態とする。なお、本実施形態では、期間Pcでも、補助トランジスタ81のオン状態を保持する。これにより、補助コンデンサ82へのエネルギー蓄積を継続し(電流経路I)、チョークコイル70に蓄積したエネルギーが放出された後には、補助コンデンサ82に蓄積したエネルギーを放出することができる(電流経路II)。その後、図5及び図6(d)に示すように、期間Pdでは、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dすべてを一旦オフ状態とする。このとき、補助トランジスタ81のオン状態を保持し、チョークコイル70に電流を流し続けることにより、チョークコイル70の電圧が反転することを回避し、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dに過大なサージ電圧が印加されることを防止する。なお、このとき、補助コンデンサ82にエネルギーが再蓄積されることとなる。期間Pdにおける最初の一部期間でも、補助ダイオード83を利用して、電流保持及びエネルギー蓄積が可能になっている。
After that, as shown in FIGS. 5 and 6C, in the period Pc, the first and
その後、図5及び図6(e)に示すように、期間Peでは、第2及び第3のトランジスタ51b,51cをオン状態とする。なお、本実施形態では、期間Peでも、補助トランジスタ81のオン状態を保持する。これにより、補助コンデンサ82へのエネルギー蓄積を継続し(電流経路I)、チョークコイル70に蓄積したエネルギーが放出された後には、補助コンデンサ82に蓄積したエネルギーを放出することができる(電流経路II)。その後、図5及び図6(f)に示すように、期間Pfでは、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dすべてを一旦オフ状態とする。このとき、補助トランジスタ81のオン状態を保持し、チョークコイル70に電流を流し続けることにより、チョークコイル70の電圧が反転することを回避し、第1〜第4のトランジスタ51a〜51dに過大なサージ電圧が印加されることを防止する。なお、このとき、補助コンデンサ82にエネルギーが再蓄積されることとなる。なお、期間Pfにおける最初の一部期間でも、補助ダイオード83を利用して、電流保持及びエネルギー蓄積が可能になっている。その後、上記した期間Paに戻り、期間Pa〜Pfの動作を繰り返す。
After that, as shown in FIGS. 5 and 6E, in the period Pe, the second and
このように、第1の実施形態の充放電システム1によれば、バッテリ放電時には、AC/DC変換部50の第1〜第4のスイッチング素子51a〜51dすべてがオフ状態となる期間に、放電補助部80の補助トランジスタ81がオン状態であるので、また、補助ダイオード83を備えているので、チョークコイル70に電流が流れ続け、チョークコイル70の電圧が反転することを回避することができる。よって、AC/DC変換部50の第1〜第4のスイッチング素子51a〜51dに過大なサージ電圧が印加されることを回避し、これらのスイッチング素子51a〜51dの破損を回避することができる。
Thus, according to the charging / discharging
更に、第1の実施形態の充放電システム1によれば、第3の比較例の充放電システム1Zと比較して、部品点数の削減、小型化が可能であり、スイッチ素子での常時損失の発生に起因する効率低下を抑制することができる。
Furthermore, according to the charging / discharging
一方、バッテリ充電時には、上記した第2の比較例の充放電システム1Yと同様に、チョークコイル70が、自身に流れる電流の変化をなくすように作用するので、コンデンサ55に過大なリップル電流が流れることを抑制することができ、コンデンサ55の破損を回避することができる。
[第2の実施形態]
On the other hand, when charging the battery, the
[Second Embodiment]
ところで、第1の実施形態の充放電システム1では、バッテリ放電時、出力電圧の調整が困難であり、所望の交流電圧が得られないことがあった。この問題点に関し、本願発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、DC/AC変換部30の整流出力電圧が設計値よりも大きくなってしまうことが原因であることを見出した。この原因について、以下に詳細に説明する。
By the way, in the charging / discharging
図7は、AC/DC変換部50の第1のトランジスタ51aのコレクタ−エミッタ間電圧・電流波形、トランス40の一次側コイルの電圧・電流波形、及び、DC/AC変換部30の第1のダイオード32aの電圧・電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。なお、図7には、AC/DC変換部50の第1及び第3のトランジスタ51a,51cのオンオフ状態も示している。また、図8(a)〜(d)は、図7に示す期間Pa〜PdにおけるAC/DC変換部50、トランス40、及び、DC/AC変換部30の電流経路を示す図である。
7 shows the collector-emitter voltage / current waveform of the
図7によれば、期間Tbにおいて、AC/DC変換部50の第1及び第4のトランジスタ51a,51dがオン状態からオフ状態になっても、トランス40の一次側コイルに電圧が残っていることがわかる。また、AC/DC変換部50の第1のトランジスタ51aのコレクタ−エミッタ間電圧、及び、DC/AC変換部30の第1のダイオード52aの端子間電圧が増加していることがわかる。
According to FIG. 7, voltage remains in the primary side coil of the
また、期間Tdにおいて、AC/DC変換部50の第2及び第3のトランジスタ51b,51cがオン状態からオフ状態になっても、トランス40の一次側コイルに電圧が残っていることがわかる。また、AC/DC変換部50の第1のトランジスタ51aのコレクタ−エミッタ間、及び、DC/AC変換部30の第1のダイオード52aの端子間にも電圧が残り、次第に減少していることがわかる。
Further, it can be seen that voltage remains in the primary coil of the
これより、本願発明者らは以下のように推察する。 From this, the inventors of the present application infer as follows.
期間taにおいて、AC/DC変換部50の第1及び第4のトランジスタ51a,51dがオン状態である時、図8(a)に示すように、AC/DC変換部50の第2及び第3のトランジスタ51b,51c、及び、第2及び第3のダイオード52b,52cの寄生容量にエネルギーが蓄積される。また、DC/AC変換部30の第2及び第3のトランジスタ31b,31c、及び、第2及び第3のダイオード32b,32cの寄生容量にエネルギーが蓄積される。
When the first and
その後、期間tbにおいて、第1及び第4のトランジスタ51a,51dがオフ状態になると、図8(b)に示すように、AC/DC変換部50の第2及び第3のトランジスタ51b,51c、及び、第2及び第3のダイオード52b,52cの寄生容量に蓄積されたエネルギーが放電し、第1及び第4のトランジスタ51a,51d、及び、第1及び第4のダイオード52a,52dの寄生容量が充電する際に、電流経路Aが形成される。この電流経路Aの形成により、トランス40の一次側コイルに電圧が残り、コンデンサ25が充電される。
After that, when the first and
また、DC/AC変換部30の第2及び第3のトランジスタ31b,31c、及び、第2及び第3のダイオード32b,32cの寄生容量に蓄積されたエネルギーが放電し、第1及び第4のトランジスタ31a,31d、及び、第1及び第4のダイオード32a,32dの寄生容量が充電される際に、電流経路Bが形成される。この電流経路Bの形成により、コンデンサ25が充電される。
Further, the energy accumulated in the parasitic capacitances of the second and
同様に、期間tcにおいて、AC/DC変換部50の第2及び第3のトランジスタ51b,51cがオン状態である時、図8(c)に示すように、AC/DC変換部50の第1及び第4のトランジスタ51a,51d、及び、第1及び第4のダイオード52a,52dの寄生容量にエネルギーが蓄積される。また、DC/AC変換部30の第1及び第4のトランジスタ31a,31d、及び、第1及び第4のダイオード32a,32dの寄生容量にエネルギーが蓄積される。
Similarly, when the second and
その後、期間tdにおいて、第2及び第3のトランジスタ51b,51cがオフ状態になると、図8(d)に示すように、AC/DC変換部50の第1及び第4のトランジスタ51a,51d、及び、第1及び第4のダイオード52a,52dの寄生容量に蓄積されたエネルギーが放電し、第2及び第3のトランジスタ51b,51c、及び、第2及び第3のダイオード52b,52cの寄生容量が充電する際に、電流経路Aが形成される。この電流経路Aの形成により、トランス40の一次側コイルに電圧が残り、コンデンサ25が充電される。
Thereafter, when the second and
また、DC/AC変換部30の第1及び第4のトランジスタ31a,31d、及び、第1及び第4のダイオード32a,32dの寄生容量に蓄積されたエネルギーが放電し、第2及び第3のトランジスタ31b,31c、及び、第2及び第3のダイオード32b,32cの寄生容量が充電される際に、電流経路Bが形成される。この電流経路Bの形成により、コンデンサ25が充電される。
Also, the energy accumulated in the parasitic capacitances of the first and
このように、短絡電流防止のためにすべてのトランジスタ51a〜51dがオフ状態となる期間tb,tdにも、コンデンサ25が充電される。しかしながら、設計では、これらの期間tb,tdではコンデンサ25の充電は行われないものとしているため、DC/AC変換部30の整流出力電圧が設計値よりも大きくなってしまう。これは、整流回路の負荷が、コンデンサ25、及び、比較的エネルギー消費が小さいインバータ回路(AC/DC変換部20)であることに起因する。
As described above, the
この点に関し、本願発明者らは、以下に示すように、チョークコイルのエネルギー蓄積作用を利用することを考案する。 In this regard, the inventors of the present invention devise using the energy storage action of the choke coil as described below.
図9は、本発明の第2の実施形態に係る充放電システムを示す回路図である。図9に示す第2の実施形態の充放電システム1Aは、第1の実施形態の充放電システム1において、チョークコイル(放電補助インダクタ素子)70A及び充電補助部80Aを更に備える点で、第1の実施形態と相違する。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a charge / discharge system according to the second embodiment of the present invention. The charge /
チョークコイル70Aは、DC/AC変換部30の第1の入出力端子対の一方30T1とコンデンサ25との間に接続されている。
The
また、充電補助部80Aは、AC/DC変換部30の第1の入出力端子対30T1,30T2間に接続されている。充電補助部80Aは、AC/DC変換部30の第1の入出力端子対30T1,30T2間に直列に接続されたn型の補助トランジスタ81Aと補助コンデンサ82Aとによって構成されている。また、充電補助部80Aは、補助トランジスタ81Aに並列に接続された補助ダイオード83Aを備えている。なお、補助トランジスタ81Aとしては、IGBTやMOSFET等の大電力用トランジスタを用いることができる。本実施形態では、補助トランジスタ81AとしてIGBTを用いた場合を例示する。
Further, the
補助トランジスタ81AのエミッタはAC/DC変換部30の第1の入出力端子対の一方30T1に接続されており、補助トランジスタ81Aのコレクタは補助コンデンサ82Aの一方の端子に接続されている。補助コンデンサ82Aの他方の端子はAC/DC変換部30の第1の入出力端子対の他方30T2に接続されている。また、補助ダイオード83Aのアノードは補助トランジスタ81Aのエミッタに接続されており、補助ダイオード83Aのカソードは補助トランジスタ81Aのコレクタに接続されている。また、補助トランジスタ81Aのゲートは制御部60に接続されており、コレクタ−エミッタ間の導通状態は、該制御部60から提供される制御電圧(又は制御電流)によって制御される。
The emitter of the
次に、チョークコイル70Aのエネルギー蓄積作用について説明する。図10は、上記した図7に対応するシミュレーション結果の一例であって、トランス40の一次側コイルの電圧・電流波形を示す図である。
Next, the energy storage action of the
図10によれば、期間Tbにおいて、AC/DC変換部50の第1及び第4のトランジスタ51a,51dがオン状態からオフ状態になる際に、トランス40の一次側コイルに電圧が残ることが抑制されていることがわかる。また、期間Tdにおいて、AC/DC変換部50の第2及び第3のトランジスタ51b,51cがオン状態からオフ状態になる際に、トランス40の一次側コイルに電圧が残ることが抑制されていることがわかる。これは、トランス40の一次側コイルに残るエネルギーがチョークコイル70Aに蓄積されたことによる。
According to FIG. 10, during the period Tb, when the first and
このように、チョークコイル70Aが、上記した電流経路A及びBによってコンデンサ25に供給されるエネルギーを蓄積するように作用する。よって、第2の実施形態の充放電システム1Aによれば、短絡電流防止のためにすべてのトランジスタ51a〜51dがオフ状態となる期間tb,tdにコンデンサ25が充電されることを抑制することができる。その結果、DC/AC変換部30の整流出力電圧が設計値よりも大きくなることを抑制することができ、バッテリ放電時の充放電システムの出力電圧の調整が可能となる。
In this way, the
しかしながら、バッテリ充電時、チョークコイル70Aのエネルギーの蓄積・放出が適切に行えず、AC/DC変換部30の第1〜第4のトランジスタ31a〜31dを破損する虞がある。具体的には、短絡電流防止のためにすべてのトランジスタ31a〜31dがオフ状態となる期間に、チョークコイル70Aの電圧が反転し、これらのトランジスタ31a〜31dに過大なサージ電圧が印加され、これらのトランジスタ31a〜31dが破損してしまう虞がある。
However, when the battery is charged, the energy of the
この問題点に関し、本実施形態の充放電システム1Aは、充電補助部80Aを備えている。図11は、充電補助部80Aの補助トランジスタ81A、及び、AC/DC変換部30の第1〜第4のトランジスタ31a〜31dのバッテリ充電時における状態を示す図である。なお、ハイ側がオン状態を示し、ロー側がオフ状態を示す。また、図12(a)〜(f)は、図11に示す期間Pa〜PfにおけるAC/DC変換部30、チョークコイル70A、及び、充電補助部80Aの電流経路を示す図である。
Regarding this problem, the charging / discharging
まず、図11及び図12(a)に示すように、期間Paでは、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてをオン状態とし、チョークコイル70Aにエネルギーを蓄積する。その後、図11及び図12(b)に示すように、期間Pbでは、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてを一旦オフ状態とする。このとき、補助トランジスタ81Aをオン状態とし、チョークコイル70Aに電流を流し続けることにより、チョークコイル70Aの電圧が反転することを回避し、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dに過大なサージ電圧が印加されることを防止する。なお、このとき、補助コンデンサ82Aにエネルギーが蓄積されることとなる。期間Pbにおける最初の一部期間では、補助ダイオード83Aを利用して、電流保持及びエネルギー蓄積が可能になっている。
First, as shown in FIGS. 11 and 12A, in the period Pa, all of the first to
その後、図11及び図12(c)に示すように、期間Pcでは、第1及び第4のトランジスタ31a,31dをオン状態とする。なお、本実施形態では、期間Pcでも、補助トランジスタ81Aのオン状態を保持する。これにより、補助コンデンサ82Aへのエネルギー蓄積を継続し(電流経路I)、チョークコイル70Aに蓄積したエネルギーが放出された後には、補助コンデンサ82Aに蓄積したエネルギーを放出することができる(電流経路II)。その後、図11及び図12(d)に示すように、期間Pdでは、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてを一旦オフ状態とする。このとき、補助トランジスタ81Aのオン状態を保持し、チョークコイル70Aに電流を流し続けることにより、チョークコイル70Aの電圧が反転することを回避し、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dに過大なサージ電圧が印加されることを防止する。なお、このとき、補助コンデンサ82Aにエネルギーが再蓄積されることとなる。期間Pdにおける最初の一部期間でも、補助ダイオード83Aを利用して、電流保持及びエネルギー蓄積が可能になっている。
After that, as shown in FIGS. 11 and 12C, in the period Pc, the first and
その後、図11及び図12(e)に示すように、期間Peでは、第2及び第3のトランジスタ31b,31cをオン状態とする。なお、本実施形態では、期間Peでも、補助トランジスタ81Aのオン状態を保持する。これにより、補助コンデンサ82Aへのエネルギー蓄積を継続し(電流経路I)、チョークコイル70Aに蓄積したエネルギーが放出された後には、補助コンデンサ82Aに蓄積したエネルギーを放出することができる(電流経路II)。その後、図11及び図12(f)に示すように、期間Pfでは、短絡電流防止のために、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてを一旦オフ状態とする。このとき、補助トランジスタ81Aのオン状態を保持し、チョークコイル70Aに電流を流し続けることにより、チョークコイル70Aの電圧が反転することを回避し、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dに過大なサージ電圧が印加されることを防止する。なお、このとき、補助コンデンサ82Aにエネルギーが再蓄積されることとなる。期間Pfにおける最初の一部期間でも、補助ダイオード83Aを利用して、電流保持及びエネルギー蓄積が可能になっている。その後、上記した期間Paに戻り、期間Pa〜Pfの動作を繰り返す。
After that, as shown in FIGS. 11 and 12E, in the period Pe, the second and
このように、第2の実施形態の充放電システム1Aによれば、バッテリ充電時には、AC/DC変換部30の第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてがオフ状態となる期間に、充電補助部80Aの補助トランジスタ81Aがオン状態となるので、また、補助ダイオード83Aを備えているので、チョークコイル70Aに電流が流れ続け、チョークコイル70Aの電圧が反転することを回避することができる。よって、AC/DC変換部30の第1〜第4のトランジスタ31a〜31dに過大なサージ電圧が印加されることを回避し、第1〜第4のトランジスタ31a〜31dの破損を回避することができる。
As described above, according to the charging / discharging
なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、バッテリ放電時、AC/DC変換部50の第1〜第4のトランジスタ51a〜51dすべてがオフ状態となる期間Pb,Pd,Pfのみならず、第1及び第4のトランジスタ51a,51dがオン状態となる期間Pc及び第2及び第3のトランジスタ51b,51cがオン状態となる期間Pc,Peにも、放電補助部80の補助トランジスタ81のオン状態を保持したが、補助トランジスタ81はすくなくとも第1〜第4のトランジスタ51a〜51dすべてがオフ状態となる期間Pb,Pd,Pfにオン状態となればよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the present embodiment, not only the periods Pb, Pd, and Pf in which all of the first to
同様に、第2の実施形態では、バッテリ放電時、AC/DC変換部30の第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてがオフ状態となる期間Pb,Pd,Pfのみならず、第1及び第4のトランジスタ31a,31dがオン状態となる期間Pc及び第2及び第3のトランジスタ31b,31cがオン状態となる期間Pc,Peにも、充電補助部80Aの補助トランジスタ81Aのオン状態を保持したが、補助トランジスタ81Aはすくなくとも第1〜第4のトランジスタ31a〜31dすべてがオフ状態となる期間Pb,Pd,Pfにオン状態となればよい。
Similarly, in the second embodiment, during battery discharge, not only the periods Pb, Pd, and Pf in which all the first to
また、本実施形態では、AC/DC変換部(第3の電力変換部)20、DC/AC変換部(第1の電力変換部)30、及び、AC/DC変換部(第2の電力変換部)を備え、AC/DC変換を行う充放電システムを例示したが、本発明の特徴は、図13に示すように、DC/AC変換部(第1の電力変換部)30及びAC/DC変換部(第2の電力変換部)を備え、DC/DC変換を行う充放電システム1Bにも適用可能である。この種のDC/DC変換型の充放電システムは、例えば急速充電を行う場合(充電)や、系統電源(商用電源)との連携を行うPCSに車載バッテリを接続する場合(放電)に適用されることが検討されている。
In the present embodiment, the AC / DC converter (third power converter) 20, the DC / AC converter (first power converter) 30, and the AC / DC converter (second power converter) The charge / discharge system that performs AC / DC conversion is illustrated. However, as shown in FIG. 13, the feature of the present invention is that the DC / AC converter (first power converter) 30 and the AC / DC The present invention is also applicable to a charge /
また、本実施形態では、車両外部の電源と車両の充電口とを充電ケーブルで接続することにより車載バッテリの充電を行う手法を例示したが、本発明の特徴はこの手法に限定されない。例えば、近年、充電ケーブルを用いない非接触充電手法が注目されている。本発明の充放電システムは、このような非接触充電手法にも適用可能である。この場合、トランスの二次側を車両に搭載し、一次側を車両外部に設ければよい。 In the present embodiment, the method of charging the in-vehicle battery by connecting the power source outside the vehicle and the charging port of the vehicle with the charging cable is exemplified, but the feature of the present invention is not limited to this method. For example, in recent years, a non-contact charging method that does not use a charging cable has attracted attention. The charge / discharge system of the present invention is also applicable to such a non-contact charging method. In this case, the secondary side of the transformer may be mounted on the vehicle and the primary side may be provided outside the vehicle.
また、本実施形態では、車載バッテリ等の充放電を行う大電力系の充放電システムを例示したが、携帯端末等のバッテリの充放電を行う小電力系の充放電システムにも適用可能である。 Further, in the present embodiment, a large power charge / discharge system that charges and discharges an in-vehicle battery or the like is illustrated, but the present invention is also applicable to a small power charge / discharge system that charges and discharges a battery such as a portable terminal. .
1,1A,1B,1X,1Y,1Z…充放電システム、T1,T2…第1のシステム入出力端子対、T3,T4…第2のシステム入出力端子対、2…バッテリ(蓄電装置)、10…ノイズフィルタ、20…AC/DC変換部(第3の電力変換部)、20T1,20T2…第1の入出力端子対、20T3,20T4…第2の入出力端子対、21…コンデンサ、22a,22b…インダクタ、23a〜23d…第1〜第4のトランジスタ、24a〜24d…第1〜第4のダイオード、25…コンデンサ、30…DC/AC変換部(第1の電力変換部)、30T1,30T2…第1の入出力端子対、30T3,30T4…第2の入出力端子対、31a〜31d…第1〜第4のトランジスタ、32a〜32d…第1〜第4のダイオード、40…トランス、50…AC/DC変換部(第2の電力変換部)、50T1,50T2…第1の入出力端子対、50T3,50T4…第2の入出力端子対、51a〜51d…第1〜第4のトランジスタ(第1〜第4のスイッチング素子)、52a〜52d…第1〜第4のダイオード(第1〜第4の整流素子)、55…コンデンサ(容量素子)、60…制御部、70…チョークコイル(充電補助インダクタ素子)、70A…チョークコイル(放電補助インダクタ素子)、71,72…スイッチ素子、80…放電補助部、81…補助トランジスタ(補助スイッチング素子)、82…補助コンデンサ(補助容量素子)、83…補助ダイオード(補助整流素子)、80A…充電補助部、81A…補助トランジスタ(補助スイッチング素子)、82A…補助コンデンサ(補助容量素子)、83A…補助ダイオード(補助整流素子)。
1, 1A, 1B, 1X, 1Y, 1Z ... charge / discharge system, T1, T2 ... first system input / output terminal pair, T3, T4 ... second system input / output terminal pair, 2 ... battery (power storage device), DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1のシステム入出力端子対に電気的に接続された第1の入出力端子対と、第2の入出力端子対とを有し、充電時には、該第1の入出力端子対に供給される直流電力を交流電力に変換して該交流電力を該第2の入出力端子対へ出力し、放電時には、該第2の入出力端子対に供給される交流電力を直流電力に変換して該直流電力を該第1の入出力端子対へ出力する第1の電力変換部と、
前記第1の電力変換部の第2の入出力端子対間に接続された一次側コイルを有するトランスと、
前記トランスの二次側コイルに接続された第1の入出力端子対と、前記第2のシステム入出力端子対に電気的に接続された第2の入出力端子対と、該第2の入出力端子対間に直列に接続された第1及び第2のスイッチング素子であって、その間のノードが該第1の入出力端子対の一方に接続された該第1及び第2のスイッチング素子と、該第2の入出力端子対間に直列に接続された第3及び第4のスイッチング素子であって、その間のノードが該第1の入出力端子対の他方に接続された該第3及び第4のスイッチング素子と、該第1〜第4のスイッチング素子にそれぞれ並列に接続された第1〜第4の整流素子とを有し、充電時には、該第1〜第4の整流素子によって、該第1の入出力端子対に供給される交流電力を直流電力に変換して該直流電力を該第2の入出力端子対へ出力し、放電時には、該第1〜第4のスイッチング素子によって、該第2の入出力端子対に供給される直流電力を交流電力に変換して該交流電力を該第1の入出力端子対へ出力する第2の電力変換部と、
前記第2の電力変換部の第2の入出力端子対間に電気的に接続された容量素子と、
前記第2の電力変換部の第2の入出力端子対の一方と前記容量素子との間に接続された充電補助インダクタ素子と、
前記第2の電力変換部の第2の入出力端子対間に接続された放電補助部であって、直列に接続された補助スイッチング素子と補助容量素子とを有する当該放電補助部と、
を備え、
前記放電補助部の補助スイッチング素子は、放電時、少なくとも前記第2の電力変換部の第1〜第4のスイッチング素子すべてがオフ状態となる期間に、オン状態となる、
充放電システム。 The power storage device connected to the second system input / output terminal pair is charged by the power supplied to the first system input / output terminal pair, and the power stored in the power storage device is used as the first system input / output terminal. A charge / discharge system that discharges to a pair,
A first input / output terminal pair electrically connected to the first system input / output terminal pair; and a second input / output terminal pair, which are supplied to the first input / output terminal pair during charging. The direct current power is converted into alternating current power, and the alternating current power is output to the second input / output terminal pair. At the time of discharging, the alternating current power supplied to the second input / output terminal pair is converted into direct current power. A first power converter that outputs the DC power to the first input / output terminal pair;
A transformer having a primary coil connected between a second input / output terminal pair of the first power converter;
A first input / output terminal pair connected to the secondary coil of the transformer, a second input / output terminal pair electrically connected to the second system input / output terminal pair, and the second input / output terminal pair. First and second switching elements connected in series between the output terminal pair, and a node between the first and second switching elements connected to one of the first input / output terminal pairs; , Third and fourth switching elements connected in series between the second input / output terminal pair, and a node between the third and fourth switching elements connected to the other of the first input / output terminal pair It has a fourth switching element and first to fourth rectifying elements connected in parallel to the first to fourth switching elements, respectively, and at the time of charging, by the first to fourth rectifying elements, AC power supplied to the first input / output terminal pair is converted to DC power to Electric power is output to the second input / output terminal pair, and at the time of discharging, the first to fourth switching elements convert DC power supplied to the second input / output terminal pair into AC power, A second power converter that outputs AC power to the first input / output terminal pair;
A capacitive element electrically connected between the second input / output terminal pair of the second power converter;
A charge auxiliary inductor element connected between one of the second input / output terminal pair of the second power conversion unit and the capacitive element;
A discharge auxiliary unit connected between the second input / output terminal pair of the second power conversion unit, the auxiliary discharge unit having an auxiliary switching element and an auxiliary capacitance element connected in series;
With
The auxiliary switching element of the discharge auxiliary unit is turned on at least during a period in which all of the first to fourth switching elements of the second power conversion unit are turned off.
Charge / discharge system.
請求項1に記載の充放電システム。 The auxiliary switching element of the discharge auxiliary unit remains on even during a period in which the first and fourth switching elements and the second and third switching elements of the second power conversion unit are alternately turned on. To
The charge / discharge system according to claim 1.
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Cited By (2)
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CN104795876A (en) * | 2015-04-28 | 2015-07-22 | 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 | Intelligent charging device based on multi-resonant topology |
CN113794261A (en) * | 2021-10-15 | 2021-12-14 | 东莞市腾威动力新能源有限公司 | Portable energy storage product |
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