JP2014007904A - Two-way power conversion device and charging/discharging system - Google Patents

Two-way power conversion device and charging/discharging system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a two-way power conversion device that reconciles miniaturization and switching loss reduction.SOLUTION: According to an embodiment, a two-way power conversion device 20 for performing AC-DC conversion from a first pair of terminals to a second pair of terminals and performing DC-AC conversion from the second pair of terminals to the first pair of terminals includes: a capacitive element 21 connected between the first pair of terminals; first and second switching elements 23a, 23b connected in series between the second pair of terminals; third and fourth switching elements 23c, 23d connected in series between the second pair of terminals; first to fourth rectification elements 24a-24d; inductor elements 22a, 22b connected between the first to fourth switching elements 23a-23d and the capacitive element 21; and a control section 60 for performing switching control of the first to fourth switching elements 23a-23d. The control section 60 employs a higher switching frequency during DC-AC conversion than during AC-DC conversion.

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、及び、この充放電システムに適用可能な双方向電力変換装置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 it possible to use the power stored in the power storage device, and a bidirectional power conversion device applicable to the charge / discharge system. It is about.

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. Patent Document 1 discloses a bidirectional converter as this type of charge / discharge system.

特許文献１に開示の双方向コンバータ１は、ＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）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、コンデンサＣ１と、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、このフルブリッジ型回路とコンデンサＣ１との接続ライン上に挿入された一対のインダクタ２４Ｌ１，２４Ｌ２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（交流−直流変換時）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（直流−交流変換時）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 bidirectional converter 1 disclosed in Patent Document 1 includes an AC / DC converter 2 including an AC / DC converter (bidirectional power converter) 2A and a DC / DC converter 2B. The AC / DC converter 2A includes a capacitor C1, a full-bridge circuit composed of switching elements SW21 to SW24 and a rectifier, and a pair of inductors inserted on a connection line between the full-bridge circuit and the capacitor C1. 24L1, 24L2 and a capacitor 25C. On the other hand, the DC / DC converter 2B includes a DC / AC converter composed of full-bridge switching elements SW31 to SW34 and a rectifier, a transformer 22, and full-bridge switching elements SW41 to SW44 and a rectifier. A configured AC / DC converter and a capacitor 26C are provided. In this bidirectional converter 1, when the battery is charged (AC-DC conversion), the AC / DC converter 2A functions as a synchronous rectifier circuit having a PFC function, and the DC / AC converters SW31 to SW34 serve as inverter circuits. The AC / DC converters SW41 to SW44 function as a rectifier circuit. On the other hand, when the battery is discharged (DC-AC conversion), the AC / DC converters SW41 to SW44 function as inverter circuits, and the DC / AC converters SW31 to SW34 function as rectifier circuits, and the AC / DC converter 2A functions as an inverter circuit.

特開２０１０−１７８５６６号公報JP 2010-178666 A

特許文献１に記載のＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）２Ａでは、バッテリ充電時（交流−直流変換時）、力率改善のためにコンデンサＣ１のキャパシタンスを小さくする必要がある。   In the AC / DC converter (bidirectional power converter) 2A described in Patent Document 1, it is necessary to reduce the capacitance of the capacitor C1 in order to improve the power factor when the battery is charged (AC-DC conversion).

一方、バッテリ放電時（直流−交流変換時）、インダクタ２４Ｌ１，２４Ｌ２とコンデンサＣ１とがＬＣフィルタとして機能し、スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４（インバータ回路）のスイッチング周波数のリップル電圧を低減する。一般に、ＬＣフィルタの遮断周波数は、スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４のスイッチング周波数の１／１０倍に設定され、スイッチング周波数のリップル電圧は１／１００倍（−４０ｄＢ）まで低減される。ＬＣフィルタの遮断周波数はｆｃ＝１／２π√ＬＣであるので、上記したようにバッテリ充電時の力率改善のためにコンデンサＣ１のキャパシタンスを小さくすると、バッテリ放電時に適切なＬＣフィルタの遮断周波数を得るために、インダクタ２４Ｌ１，２４Ｌ２のインダクタンスを大きくする必要がある。その結果、インダクタ２４Ｌ１，２４Ｌ２が大きくなり、装置の大型化を招いてしまう。   On the other hand, when the battery is discharged (DC-AC conversion), the inductors 24L1, 24L2 and the capacitor C1 function as an LC filter, and the ripple voltage of the switching frequency of the switching elements SW21 to SW24 (inverter circuit) is reduced. In general, the cutoff frequency of the LC filter is set to 1/10 times the switching frequency of the switching elements SW21 to SW24, and the ripple voltage of the switching frequency is reduced to 1/100 times (−40 dB). Since the cutoff frequency of the LC filter is fc = 1 / 2π√LC, if the capacitance of the capacitor C1 is reduced to improve the power factor when charging the battery as described above, an appropriate cutoff frequency of the LC filter is obtained when the battery is discharged. In order to obtain this, it is necessary to increase the inductance of the inductors 24L1 and 24L2. As a result, the inductors 24L1 and 24L2 become large, leading to an increase in the size of the device.

この点に関し、装置の小型化のために、すなわち、インダクタ２４Ｌ１，２４Ｌ２のインダクタンスを小さくするために、スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４のスイッチング周波数を高くし、ＬＣフィルタの遮断周波数を高くすることが考えられる。しかしながら、スイッチング周波数を高くすると、バッテリ放電時のみならず、スイッチング周波数を高くする必要性がないバッテリ充電時にも、スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４のスイッチング損失が増加してしまう。   In this regard, it is conceivable to increase the switching frequency of the switching elements SW21 to SW24 and increase the cutoff frequency of the LC filter in order to reduce the size of the device, that is, to reduce the inductance of the inductors 24L1 and 24L2. . However, when the switching frequency is increased, the switching loss of the switching elements SW21 to SW24 increases not only when the battery is discharged but also when the battery is charged without the need to increase the switching frequency.

そこで、本発明は、小型化とスイッチング損失低減との両立が可能な双方向電力変換装置、及び、充放電システムを提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide a bidirectional power conversion device and a charge / discharge system capable of achieving both a reduction in size and a reduction in switching loss.

本発明の双方向電力変換装置は、第１の入出力端子対に供給される交流電力を交流−直流変換して第２の入出力端子対へ出力し、前記第２の入出力端子対に供給される直流電力を直流−交流変換して前記第１の入出力端子対へ出力する双方向電力変換装置であって、（ａ）第１の入出力端子対間に接続された容量素子と、（ｂ）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、その間のノードが第１の入出力端子対の一方に電気的に接続された当該第１及び第２のスイッチング素子と、（ｃ）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、その間のノードが第１の入出力端子対の他方に電気的に接続された当該第３及び第４のスイッチング素子と、（ｄ）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、（ｅ）第１及び第２のスイッチング素子の間のノードと容量素子との間、及び、第３及び第４のスイッチング素子の間のノードと容量素子との間のうちの少なくとも何れか一方に接続されたインダクタ素子と、（ｆ）第１〜第４のスイッチング素子をスイッチング制御する制御部とを備え、（ｇ）制御部は、交流−直流変換時のスイッチング周波数よりも直流−交流変換時のスイッチング周波数を高くする。   The bidirectional power conversion device according to the present invention converts AC power supplied to the first input / output terminal pair to AC-DC conversion and outputs the converted power to the second input / output terminal pair. A bidirectional power conversion device for converting supplied DC power into DC-AC and outputting the converted DC power to the first input / output terminal pair, wherein: (a) a capacitive element connected between the first input / output terminal pair; (B) First and second switching elements connected in series between the second input / output terminal pair, and a node between them is electrically connected to one of the first input / output terminal pair. The first and second switching elements, and (c) third and fourth switching elements connected in series between the second input / output terminal pair, the node between them being the first input / output terminal The third and fourth switching elements electrically connected to the other of the pair; (d) first to first First to fourth rectifying elements connected in parallel to the switching elements, (e) between the node between the first and second switching elements and the capacitive element, and the third and fourth An inductor element connected to at least one of a node between the switching element and the capacitive element, and (f) a control unit that performs switching control of the first to fourth switching elements. ) The control unit raises the switching frequency at the time of DC-AC conversion higher than the switching frequency at the time of AC-DC conversion.

また、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交流電力によって第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直流電力を第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、上記した双方向電力変換装置であって、第１の入出力端子対が第１のシステム入出力端子対に電気的に接続された当該双方向電力変換装置と、双方向電力変換装置の第２の入出力端子対に接続された第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、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、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２の電力変換部とを備える。   In addition, the charge / discharge system of the present invention charges the power storage device connected to the second system input / output terminal pair by AC power supplied to the first system input / output terminal pair, and is stored in the power storage device. A charging / discharging system for discharging DC power to a first system input / output terminal pair, the bidirectional power conversion apparatus described above, wherein the first input / output terminal pair is electrically connected to the first system input / output terminal pair. Connected bidirectional power converter, a first input / output terminal pair connected to a second input / output terminal pair of the bidirectional power converter, and a second input / output terminal pair When 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. When discharging, the second input / output terminal The AC power supplied to the terminal pair is converted to DC power and the DC power is converted A first power converter that outputs to the first input / output terminal pair; a transformer having a primary coil connected between the second input / output terminal pair of the first power converter; and a secondary side of the transformer A first input / output terminal pair connected to the coil; and a second input / output terminal pair electrically connected to the second system input / output terminal pair. The AC power supplied to the terminal pair is converted to DC power, and the DC power is output to the second input / output terminal pair. During discharging, the DC power supplied to the second input / output terminal pair is converted to AC. A second power conversion unit that converts the power into electric power and outputs the AC power to the first input / output terminal pair.

この双方向電力変換装置及び充放電システムによれば、制御部によって、交流−直流変換時のスイッチング周波数よりも直流−交流変換時のスイッチング周波数を高くするので、交流−直流変換時の力率改善のために容量素子の容量値を小さくしても、直流−交流変換時、容量素子とインダクタ素子とで構成されるＬＣフィルタの遮断周波数を、第１〜第４のスイッチング素子のスイッチング周波数に相関して高めることができ、インダクタ素子のインダクタンスを小さくすることができる。その結果、インダクタを小さくすることができ、装置の小型化が可能となる。   According to this bidirectional power converter and charge / discharge system, the control unit increases the switching frequency at the time of the DC-AC conversion than the switching frequency at the time of the AC-DC conversion, thereby improving the power factor during the AC-DC conversion. For this reason, even when the capacitance value of the capacitive element is reduced, the cutoff frequency of the LC filter composed of the capacitive element and the inductor element is correlated with the switching frequency of the first to fourth switching elements during DC-AC conversion. The inductance of the inductor element can be reduced. As a result, the inductor can be reduced, and the device can be miniaturized.

一方、スイッチング周波数を高くする必要性がない交流−直流変換時には、直流−交流変換時よりもスイッチング周波数が低いので、第１〜第４のスイッチング素子のスイッチング損失を低減することができる。   On the other hand, the switching loss of the first to fourth switching elements can be reduced because the switching frequency is lower at the time of AC-DC conversion without the need to increase the switching frequency than at the time of DC-AC conversion.

本発明によれば、小型化とスイッチング損失低減との両立が可能となる。   According to the present invention, it is possible to achieve both reduction in size and reduction in switching loss.

本発明の一実施形態に係る充放電システム及び双方向電力変換装置を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a charge / discharge system and a bidirectional power converter according to an embodiment of the present invention. ＬＣフィルタの利得−周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the gain-frequency characteristic of LC filter.

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.

図１は、本発明の一実施形態に係る充放電システム及び双方向電力変換装置を示す回路図である。図１に示す充放電システム１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 and a bidirectional power converter according to an embodiment of the present invention. A charging / discharging system 1 shown in FIG. 1 is mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle or a plug-in hybrid vehicle, and charges and discharges an in-vehicle battery. The first system input / output terminal pair T1, T2 includes The charging port of the vehicle, and the second system input / output terminal pair T3, T4 is connected to the battery 2. When charging the battery, a power source external to the vehicle (for example, a power outlet provided at home or a common facility) is connected to the first system input / output terminal pair T1, T2 via a charging cable or the like. When the battery is discharged, AC power is generated at the first system input / output terminal pair T1, T2.

この充放電システム１は、ノイズフィルタ１０と、ＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）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 / discharge system 1 includes a noise filter 10, an AC / DC converter (bidirectional power converter) 20, a capacitor 25, a DC / AC converter (first power converter) 30, and a transformer 40. , An AC / DC converter (second power converter) 50, a capacitor 55, and a controller 60 are provided.

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 noise filter 10 is for removing noise of commercial AC power supplied to the first system input / output terminal pair T1, T2. The AC power from which noise has been removed is supplied to the first input / output terminal pair 20T1 and 20T2 of the AC / DC converter 20.

ＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）２０は、バッテリ充電時（交流−直流変換時）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（直流−交流変換時）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（容量素子）２１と、インダクタ（インダクタ素子）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 / DC converter (bidirectional power converter) 20 functions as a rectifier circuit having a PFC function when the battery is charged (AC-DC conversion), and an inverter when the battery is discharged (DC-AC conversion). Functions as a circuit. The AC / DC converter 20 includes a capacitor (capacitance element) 21, inductors (inductor elements) 22a and 22b, first to fourth n-type transistors (switching elements) 23a to 23d, and first to fourth diodes. (Rectifier element) It is comprised by the full bridge circuit containing 24a-24d. As the first to fourth transistors 23a to 23d, high power transistors such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) can be used. In this embodiment, the case where IGBT is used as the 1st-4th transistors 23a-23d is illustrated.

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 capacitor 21 is connected between the first input / output terminal pair 20T1 and 20T2 of the AC / DC converter 20. One of the first input / output terminal pairs 20T1 is connected to the emitter of the first transistor 23a and the collector of the second transistor 23b via the inductor 22a, and the other of the first input / output terminal pairs. 20T2 is connected to the emitter of the third transistor 23c and the collector of the fourth transistor 23d via the inductor 22b.

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 first transistor 23a is connected to one of the second input / output terminal pairs 20T3, and the emitter of the first transistor 23a is connected to the collector of the second transistor 23b. The emitter of the second transistor 23b is connected to the other 20T4 of the second input / output terminal pair. Similarly, the collector of the third transistor 23c is connected to one of the second input / output terminal pairs 20T3, and the emitter of the third transistor 23c is connected to the collector of the fourth transistor 23d. The emitter of the fourth transistor 23d is connected to the other 20T4 of the second input / output terminal pair.

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 fourth diodes 24a to 24d are connected to the emitters of the first to fourth transistors 23a to 23d, respectively. The cathodes of the first to fourth diodes 24a to 24d are respectively The first to fourth transistors 23a to 23d are connected to the collectors.

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 capacitor 25 is electrically connected between the second input / output terminal pair 20T3 and 20T4 of the AC / DC converter 20. The second input / output terminal pair 20T3 and 20T4 of the AC / DC conversion unit 20 are connected to the first input / output terminal pair 30T1 and 30T2 of the DC / AC conversion unit 30, respectively.

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 / DC converter 30 functions as an inverter circuit when the battery is charged, and functions as a rectifier circuit when the battery is discharged. The AC / DC conversion unit 30 is configured by a full bridge circuit including first to fourth n-type transistors (switching elements) 31a to 31d and first to fourth diodes (rectifier elements) 32a to 32d. Yes. Note that high power transistors such as IGBTs and MOSFETs can be used as the first to fourth transistors 31a to 31d. In this embodiment, the case where IGBT is used as the 1st-4th transistors 31a-31d is illustrated.

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 first transistor 31a is connected to one of the first input / output terminal pair 30T1, and the emitter of the first transistor 31a is connected to the collector of the second transistor 31b. The emitter of the second transistor 31b is connected to the other 30T2 of the first input / output terminal pair. Similarly, the collector of the third transistor 31c is connected to one of the first input / output terminal pair 30T1, and the emitter of the third transistor 31c is connected to the collector of the fourth transistor 31d. The emitter of the fourth transistor 31d is connected to the other 30T2 of the first input / output terminal pair.

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 first transistor 31a and the collector of the second transistor 31b are connected to one terminal of the primary side coil of the transformer 40, and the emitter of the third transistor 31c and the collector of the fourth transistor 31d are the transformer. 40 is connected to the other terminal of the primary coil.

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 fourth diodes 32a to 32d are connected to the emitters of the first to fourth transistors 31a to 31d, respectively. The cathodes of the first to fourth diodes 32a to 32d are respectively The first to fourth transistors 31a to 31d are connected to the collectors.

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-vehicle battery 2. The transformer 40 is for insulating a power supply outside the vehicle and the in-vehicle battery 2. The secondary coil of the transformer 40 is connected to the first input / output terminal pair 50T1 and 50T2 of the AC / DC converter 50.

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 / DC converter 50 functions as a rectifier circuit when the battery is charged, and functions as an inverter circuit when the battery is discharged. The AC / DC converter 50 is configured by a full bridge circuit including first to fourth n-type transistors (switching elements) 51a to 51d and first to fourth diodes (rectifier elements) 52a to 52d. As the first to fourth transistors 51a to 51d, high power transistors such as IGBTs and MOSFETs can be used. In this embodiment, the case where IGBT is used as the 1st-4th transistors 51a-51d is illustrated.

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 / DC converter 50 is connected to the emitter of the first transistor 51a and the collector of the second transistor 51b, and the other 50T2 of the first input / output terminal pair. Are connected to the emitter of the third transistor 51c and the collector of the fourth transistor 51d.

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 first transistor 51a is connected to one of the second input / output terminal pairs 50T3, and the emitter of the first transistor 51a is connected to the collector of the second transistor 51b. The emitter of the second transistor 51b is connected to the other 50T4 of the second input / output terminal pair. Similarly, the collector of the third transistor 51c is connected to one of the second input / output terminal pairs 50T3, and the emitter of the third transistor 51c is connected to the collector of the fourth transistor 51d. The emitter of the fourth transistor 51d is connected to the other 50T4 of the second input / output terminal pair.

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 fourth diodes 52a to 52d are connected to the emitters of the first to fourth transistors 51a to 51d, respectively. The cathodes of the first to fourth diodes 52a to 52d are respectively The first to fourth transistors 51a to 51d are connected to the collectors.

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 capacitor 55 is electrically connected between the second input / output terminal pair 50T3 and 50T4 of the AC / DC converter 50. Further, the second input / output terminal pair 50T3, 50T4 of the AC / DC converter 50 is connected to the second system input / output terminal pair T3, T4, respectively.

また、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄ、ＤＣ／ＡＣ変換部３０の第１〜第４のトランジスタ３１ａ〜３１ｄ、及び、ＡＣ／ＤＣ変換部５０の第１〜第４のトランジスタ５１ａ〜５１ｄ各々のゲートは、制御部６０に接続されている。制御部６０は、これらのトランジスタにおけるコレクタ−エミッタ間の導通状態をスイッチング制御する制御電圧（又は制御電流）を生成する。   Further, the first to fourth transistors 23 a to 23 d of the AC / DC converter 20, the first to fourth transistors 31 a to 31 d of the DC / AC converter 30, and the first to first transistors of the AC / DC converter 50. The gates of the fourth transistors 51 a to 51 d are connected to the control unit 60. The control unit 60 generates a control voltage (or control current) for switching control of the conduction state between the collector and the emitter in these transistors.

また、制御部６０は、バッテリ充電時（交流−直流変換時）とバッテリ放電時（直流−交流変換時）とで、ＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）２０の第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのスイッチング周波数を変更する。具体的には、制御部６０は、バッテリ充電時のスイッチング周波数よりもバッテリ放電時のスイッチング周波数を高くする。例えば、バッテリ充電時のスイッチング周波数を２０ｋＨｚとし、バッテリ放電時のスイッチング周波数を５０ｋＨｚとする。   In addition, the control unit 60 performs the first to fourth operations of the AC / DC conversion unit (bidirectional power conversion device) 20 when the battery is charged (AC-DC conversion) and when the battery is discharged (DC-AC conversion). The switching frequency of the transistors 23a to 23d is changed. Specifically, the control part 60 makes the switching frequency at the time of battery discharge higher than the switching frequency at the time of battery charging. For example, the switching frequency during battery charging is 20 kHz, and the switching frequency during battery discharging is 50 kHz.

次に、本実施形態の充放電システム１の動作を説明する。
（バッテリ充電時） Next, operation | movement of the charging / discharging system 1 of this embodiment is demonstrated.
(When charging the battery)

まず、バッテリ充電時、制御部６０によって生成された制御電圧が、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の第２及び第４のトランジスタ２３ｂ，２３ｄのゲート、及び、ＤＣ／ＡＣ変換部３０の第１〜第４のトランジスタ３１ａ〜３１ｄのゲートに供給される。このとき、制御部６０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の第２及び第４のトランジスタ２３ｂ，２３ｄのスイッチング周波数を例えば２０ｋＨｚに設定する。   First, when the battery is charged, the control voltage generated by the control unit 60 includes the gates of the second and fourth transistors 23b and 23d of the AC / DC conversion unit 20 and the first to first of the DC / AC conversion unit 30. 4 is supplied to the gates of the transistors 31a to 31d. At this time, the control unit 60 sets the switching frequency of the second and fourth transistors 23b and 23d of the AC / DC conversion unit 20 to 20 kHz, for example.

すると、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。   Then, for example, the AC / DC converter 20 turns off the first and third transistors 23a and 23c, and alternately switches the second transistor 23b and the fourth transistor 23d every half cycle of the AC voltage. By controlling, the AC power supplied to the first input / output terminal pair 20T1 and 20T2 is converted into DC power, and this DC power is output to the second input / output terminal pair 20T3 and 20T4.

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 second transistor 23b is turned on and the fourth transistor 23d is turned off, the second transistor 23b is PWM-controlled so that the phase of the alternating voltage and the phase of the alternating current are matched. To do. Similarly, in the half cycle in which the second transistor 23b is turned off and the fourth transistor 23d is turned on, the fourth transistor 23d is subjected to PWM control so that the phase of the AC voltage and the phase of the AC current are matched. To do. Thereby, the AC / DC conversion unit 20 functions as a rectifier circuit having a PFC function.

次に、ＤＣ／ＡＣ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 DC / AC converter 30 functions as an inverter, and specifically controls switching of the first and fourth transistors 31a and 31d and the second and third transistors 31b and 31c alternately. Thus, the DC power supplied to the first input / output terminal pair 30T1 and 30T2 is converted into AC power, and this AC power is output to the second input / output terminal pair 30T3 and 30T4.

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 / DC converter 50 turns off the first to fourth transistors 51a to 51d, and supplies them to the first input / output terminal pairs 50T1 and 50T2 by the first to fourth diodes 52a to 52d. The AC power is converted into DC power, and this DC power is output to the second input / output terminal pair 50T3, 50T4.
(During battery discharge)

一方、バッテリ放電時、制御部６０によって生成された制御電圧が、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのゲート、及び、ＡＣ／ＤＣ変換部５０の第１〜第４のトランジスタ５１ａ〜５１ｄのゲートに供給される。このとき、制御部６０は、ＡＣ／ＤＣ変換部２０の第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのスイッチング周波数を例えば５０ｋＨｚに設定する。   On the other hand, when the battery is discharged, the control voltage generated by the control unit 60 includes the gates of the first to fourth transistors 23a to 23d of the AC / DC conversion unit 20 and the first to first of the AC / DC conversion unit 50. 4 are supplied to the gates of the transistors 51a to 51d. At this time, the control unit 60 sets the switching frequency of the first to fourth transistors 23a to 23d of the AC / DC conversion unit 20 to, for example, 50 kHz.

すると、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。   Then, the AC / DC conversion unit 50 functions as an inverter, and specifically switches and controls the first and fourth transistors 51a and 51d and the second and third transistors 51b and 51c alternately. Thus, the DC power supplied to the second input / output terminal pair 50T3, 50T4 is converted into AC power, and this AC power is output to the first input / output terminal pair 50T1, 50T2.

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 / AC conversion unit 30 turns off the first to fourth transistors 31a to 31d and supplies them to the second input / output terminal pair 30T3 and 30T4 by the first to fourth diodes 32a to 32d. The AC power to be converted is converted into DC power, and this DC power is output to the first input / output terminal pair 30T1 and 30T2.

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 / DC converter 20 functions as an inverter, and specifically controls switching of the first and fourth transistors 23a and 23d and the second and third transistors 23b and 23c alternately. By doing so, the DC power supplied to the second input / output terminal pair 20T3, 20T4 is converted into AC power, and this AC power is output to the first input / output terminal pair 20T1, 20T2.

ここで、ＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）２０では、バッテリ充電時（交流−直流変換時）、力率改善のためにコンデンサ２１のキャパシタンスを小さくする必要がある。   Here, in the AC / DC conversion unit (bidirectional power conversion device) 20, when the battery is charged (AC-DC conversion), it is necessary to reduce the capacitance of the capacitor 21 in order to improve the power factor.

一方、バッテリ放電時（直流−交流変換時）、インダクタ２２ａ，２２ｂとコンデンサ２１とがＬＣフィルタとして機能し、第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄ（インバータ回路）のスイッチング周波数のリップル電圧を低減する。一般に、図２に示すように、ＬＣフィルタの遮断周波数ｆｃは、第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのスイッチング周波数ｆｓｗの１／１０倍に設定され、スイッチング周波数ｆｓｗのリップル電圧は１／１００倍（−４０ｄＢ）まで低減される。ＬＣフィルタの遮断周波数はｆｃ＝１／２π√ＬＣであるので、上記したようにバッテリ充電時の力率改善のためにコンデンサ２１のキャパシタンスを小さくすると、バッテリ放電時に適切なＬＣフィルタの遮断周波数を得るために、インダクタ２２ａ，２２ｂのインダクタンスを大きくする必要がある。その結果、インダクタ２２ａ，２２ｂが大きくなり、装置の大型化を招いてしまう。   On the other hand, when the battery is discharged (DC-AC conversion), the inductors 22a and 22b and the capacitor 21 function as an LC filter, and the ripple voltage of the switching frequency of the first to fourth transistors 23a to 23d (inverter circuit) is reduced. To do. In general, as shown in FIG. 2, the cutoff frequency fc of the LC filter is set to 1/10 times the switching frequency fsw of the first to fourth transistors 23a to 23d, and the ripple voltage of the switching frequency fsw is 1/100. Doubled (−40 dB). Since the cutoff frequency of the LC filter is fc = 1 / 2π√LC, as described above, if the capacitance of the capacitor 21 is reduced in order to improve the power factor during battery charging, an appropriate cutoff frequency of the LC filter during battery discharging is obtained. In order to obtain this, it is necessary to increase the inductance of the inductors 22a and 22b. As a result, the inductors 22a and 22b become large, leading to an increase in the size of the device.

この点に関し、装置の小型化のために、すなわち、インダクタ２２ａ，２２ｂのインダクタンスを小さくするために、第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのスイッチング周波数を高くし、ＬＣフィルタの遮断周波数を高くすることが考えられる。しかしながら、スイッチング周波数を高くすると、バッテリ放電時のみならず、スイッチング周波数を高くする必要性がないバッテリ充電時にも、第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのスイッチング損失が増加してしまう。   In this regard, in order to reduce the size of the device, that is, to reduce the inductance of the inductors 22a and 22b, the switching frequency of the first to fourth transistors 23a to 23d is increased, and the cutoff frequency of the LC filter is increased. It is possible to do. However, if the switching frequency is increased, the switching loss of the first to fourth transistors 23a to 23d increases not only when the battery is discharged but also when the battery is charged without the need to increase the switching frequency.

しかしながら、本実施形態のＡＣ／ＤＣ変換部（双方向電力変換装置）２０及び充放電システム１によれば、制御部６０によって、バッテリ充電時（交流−直流変換時）のスイッチング周波数よりもバッテリ放電時（直流−交流変換時）のスイッチング周波数を高くするので、バッテリ充電時の力率改善のためにコンデンサ２１のキャパシタンスを小さくしても、バッテリ放電時、コンデンサ２１とインダクタ２２ａ，２２ｂとで構成されるＬＣフィルタの遮断周波数を、第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｄのスイッチング周波数に相関して高めることができ、インダクタ２２ａ，２２ｂのインダクタンスを小さくすることができる。その結果、インダクタ２２ａ，２２ｂを小さくすることができ、装置の小型化が可能となる。   However, according to the AC / DC conversion unit (bidirectional power conversion device) 20 and the charge / discharge system 1 of the present embodiment, the control unit 60 discharges the battery more than the switching frequency during battery charging (AC-DC conversion). Since the switching frequency at the time (DC-AC conversion) is increased, even if the capacitance of the capacitor 21 is reduced to improve the power factor during battery charging, the capacitor 21 and the inductors 22a and 22b are configured when the battery is discharged. The cutoff frequency of the LC filter can be increased in correlation with the switching frequencies of the first to fourth transistors 23a to 23d, and the inductances of the inductors 22a and 22b can be reduced. As a result, the inductors 22a and 22b can be reduced, and the apparatus can be downsized.

例えば、バッテリ充電時の力率改善のためにコンデンサ２１のキャパシタンスを１μＦとする場合を考える。バッテリ充電時とバッテリ放電時とのスイッチング周波数を同じ２０ｋＨｚとし、バッテリ放電時のＬＣフィルタの遮断周波数を２ｋＨｚとすると、インダクタ２２ａ，２２ｂのインダクタンスは合計６．３ｍＨとなる。その結果、インダクタ２２ａ，２２ｂのサイズはかなり大きくなってしまう。   For example, consider a case where the capacitance of the capacitor 21 is 1 μF in order to improve the power factor during battery charging. When the switching frequency at the time of battery charging and at the time of battery discharging is set to 20 kHz, and the cutoff frequency of the LC filter at the time of battery discharging is set to 2 kHz, the inductances of the inductors 22a and 22b become a total of 6.3 mH. As a result, the sizes of the inductors 22a and 22b are considerably increased.

一方、バッテリ放電時のスイッチング周波数を５０ｋＨｚとし、ＬＣフィルタの遮断周波数を５ｋＨｚとすると、インダクタ２２ａ，２２ｂのインダクタンスを２／５倍に小さくすることできる。その結果、インダクタ２２ａ，２２ｂのサイズを小さくすることができる。   On the other hand, when the switching frequency during battery discharge is 50 kHz and the cutoff frequency of the LC filter is 5 kHz, the inductance of the inductors 22a and 22b can be reduced to 2/5 times. As a result, the sizes of the inductors 22a and 22b can be reduced.

一方、スイッチング周波数を高くする必要性がないバッテリ充電時には、バッテリ放電時よりもスイッチング周波数が低いので、第１〜第４のトランジスタ２３ａ〜２３ｂのスイッチング損失を低減することができる。   On the other hand, when the battery is charged without the need to increase the switching frequency, the switching frequency is lower than when the battery is discharged, so that the switching loss of the first to fourth transistors 23a to 23b can be reduced.

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、第１及び第２のスイッチング素子２３ａ，２３ｂの間のノードと容量素子２１の一方の端子との間にインダクタ素子２２ａを備え、かつ、第３及び第４のスイッチング素子２３ｃ，２３ｄの間のノードと容量素子２１の他方の端子との間にインダクタ素子２２ｂを備える形態を例示したが、インダクタ素子２２ａ，２２ｂの何れか一方を備える形態であってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the present embodiment, the inductor element 22a is provided between the node between the first and second switching elements 23a and 23b and one terminal of the capacitive element 21, and the third and fourth switching elements. Although an example in which the inductor element 22b is provided between the node between the nodes 23c and 23d and the other terminal of the capacitive element 21 is illustrated, a form in which any one of the inductor elements 22a and 22b is provided may be employed.

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や、系統電源（商用電源）との連携を行うＰＣＳに接続されるバッテリの充放電を行う充放電システム等の様々なものにも適用可能である。   Further, in the present embodiment, a high-power charge / discharge system that charges and discharges an in-vehicle battery or the like is illustrated, but a small-power charge / discharge system that charges and discharges a battery such as a portable terminal or a system power supply (commercial power supply) The present invention can also be applied to various devices such as a charge / discharge system for charging / discharging a battery connected to a PCS that cooperates with a power source.

１，１Ｘ…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（双方向電力変換装置）、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（容量素子）、２２ａ，２２ｂ…インダクタ（インダクタ素子）、２３ａ〜２３ｄ…第１〜第４のトランジスタ（第１〜第４のスイッチング素子）、２４ａ〜２４ｄ…第１〜第４のダイオード（第１〜第４の整流素子）、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、５２ａ〜５２ｄ…第１〜第４のダイオード、５５…コンデンサ、６０…制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1X ... Charge / discharge system, T1, T2 ... 1st system input / output terminal pair, T3, T4 ... 2nd system input / output terminal pair, 2 ... Battery (power storage device), 10 ... Noise filter, 20 ... AC / DC converter (bidirectional power converter), 20T1, 20T2 ... first input / output terminal pair, 20T3, 20T4 ... second input / output terminal pair, 21 ... capacitor (capacitance element), 22a, 22b ... inductor ( Inductor elements), 23a to 23d, first to fourth transistors (first to fourth switching elements), 24a to 24d, first to fourth diodes (first to fourth rectifying elements), 25 ... Capacitor 30 ... DC / AC converter (first power converter), 30T1, 30T2 ... first input / output terminal pair, 30T3, 30T4 ... second input / output terminal pair, 31a-31d ... first to first 4 G Transistors, 32a to 32d, first to fourth diodes, 40, transformer, 50, AC / DC converter (second power converter), 50T1, 50T2, first input / output terminal pair, 50T3, 50T4,. 2nd input / output terminal pair, 51a-51d ... 1st-4th transistor, 52a-52d ... 1st-4th diode, 55 ... Capacitor, 60 ... Control part.

Claims (2)

第１の入出力端子対に供給される交流電力を交流−直流変換して第２の入出力端子対へ出力し、前記第２の入出力端子対に供給される直流電力を直流−交流変換して前記第１の入出力端子対へ出力する双方向電力変換装置であって、
前記第１の入出力端子対間に接続された容量素子と、
前記第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、その間のノードが前記第１の入出力端子対の一方に電気的に接続された当該第１及び第２のスイッチング素子と、
前記第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、その間のノードが前記第１の入出力端子対の他方に電気的に接続された当該第３及び第４のスイッチング素子と、
前記第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、
前記第１及び第２のスイッチング素子の間のノードと前記容量素子との間、及び、前記第３及び第４のスイッチング素子の間のノードと前記容量素子との間のうちの少なくとも何れか一方に接続されたインダクタ素子と、
前記第１〜第４のスイッチング素子をスイッチング制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記交流−直流変換時のスイッチング周波数よりも前記直流−交流変換時のスイッチング周波数を高くする、
双方向電力変換装置。 AC power supplied to the first input / output terminal pair is AC-DC converted and output to the second input / output terminal pair, and DC power supplied to the second input / output terminal pair is DC-AC converted. A bidirectional power converter for outputting to the first input / output terminal pair,
A capacitive element connected between the first input / output terminal pair;
First and second switching elements connected in series between the second input / output terminal pair, and a node between them is electrically connected to one of the first input / output terminal pair. A first and a second switching element;
Third and fourth switching elements connected in series between the second input / output terminal pair, and a node between them is electrically connected to the other of the first input / output terminal pair. 3 and 4 switching elements;
First to fourth rectifier elements respectively connected in parallel to the first to fourth switching elements;
At least one of a node between the first and second switching elements and the capacitive element, and a node between the third and fourth switching elements and the capacitive element. An inductor element connected to
A control unit that performs switching control of the first to fourth switching elements;
With
The control unit increases the switching frequency at the time of the DC-AC conversion than the switching frequency at the time of the AC-DC conversion.
Bidirectional power converter. 第１のシステム入出力端子対に供給される交流電力によって第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、前記蓄電装置に蓄えられた直流電力を前記第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、
請求項１に記載の双方向電力変換装置であって、第１の入出力端子対が前記第１のシステム入出力端子対に電気的に接続された当該双方向電力変換装置と、
前記双方向電力変換装置の第２の入出力端子対に接続された第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２の電力変換部と、
を備える、充放電システム。 The power storage device connected to the second system input / output terminal pair is charged by the AC power supplied to the first system input / output terminal pair, and the DC power stored in the power storage device is input to the first system input. A charge / discharge system for discharging to a pair of output terminals,
The bidirectional power conversion device according to claim 1, wherein the first input / output terminal pair is electrically connected to the first system input / output terminal pair;
A first input / output terminal pair connected to the second input / output terminal pair of the bidirectional power conversion device; and a second input / output terminal pair. 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. During discharging, the AC power supplied to the second input / output terminal pair is converted to DC power. A first power converter that converts and 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; and a second input / output terminal pair electrically connected to the second system input / output terminal pair. The 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. A second power converter that converts supplied DC power into AC power and outputs the AC power to the first input / output terminal pair;
A charge / discharge system comprising:
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