JP2014057387A - Power conversion circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、双方向に変圧を行う電力変換回路に関する。 The present invention relates to a power conversion circuit that performs bidirectional transformation.
従来、二次電池を搭載した移動体が各種開発されており、EV[Electric Vehicle:電気自動車]はその代表的なものである。EVは各種の利点を有しており、様々な事業者や家庭に広く普及することが予想される。 Conventionally, various types of mobile bodies equipped with secondary batteries have been developed, and EV (Electric Vehicle) is a typical example. EV has various advantages and is expected to spread widely to various businesses and households.
各家庭におけるEVの充電には、一般的に、家庭用負荷にも電力を供給する電源(電力系統等)が用いられる。この場合、充電の際には、電源からEVに向けて電力が伝送されることになる。なおこのとき、二次電池の充電電圧を適正化するために変圧が行われる。 Generally, a power source (electric power system or the like) that supplies electric power to a household load is used to charge the EV in each home. In this case, when charging, power is transmitted from the power source to the EV. At this time, transformation is performed to optimize the charging voltage of the secondary battery.
また例えば震災等の非常時における家庭用負荷の外部電源として、EVの二次電池を活用することが提案されている。EVの二次電池がこのように外部電源として利用される場合、二次電池の放電電力が家庭用負荷に向けて伝送されることになる。なおこのとき、家庭用負荷への供給電圧を適正化するために変圧が行われる。 For example, it has been proposed to use an EV secondary battery as an external power source for household loads in an emergency such as an earthquake disaster. When the EV secondary battery is used as an external power supply in this way, the discharge power of the secondary battery is transmitted toward the household load. At this time, transformation is performed to optimize the supply voltage to the household load.
図6は、上述した形態の充電および放電を可能とした電力システムの構成例である。本図に示すように当該電力システムには、二次電池の充放電が行われるようにする充放電器101が設けられる。充放電器101は、一端に、DC/AC変換器104を介して電力系統Eおよび家庭用負荷LDが接続され、他端に、二次電池を搭載したEV106が接続される。
FIG. 6 is a configuration example of a power system that enables charging and discharging in the above-described form. As shown in the figure, the electric power system is provided with a charger /
また充放電器101には、双方向に変圧を行う電力変換回路が設けられる。電力変換回路は、二次電池の充電時には、充電電圧を適正化するための変圧動作を行い、二次電池の放電時には、家庭用負荷LDへの供給電圧を適正化するための変圧動作を行う。
The charger /
EV等の移動体の用途は基本的には移動手段であるため、これに搭載される二次電池は、主に移動体の駆動電源として利用される。このような事情から、移動体の二次電池における充電の頻度と放電の頻度を比べると、充電の頻度の方が圧倒的に高いと見込まれる。そのため上述した例の充放電器(電力変換回路)については、二次電池の放電時よりも充電時に効率が良くなっている方が、電力システムを効率的に活用することが出来る。 Since the use of a moving body such as EV is basically a moving means, the secondary battery mounted thereon is mainly used as a driving power source for the moving body. Under such circumstances, when comparing the frequency of charging and the frequency of discharging in the secondary battery of the mobile body, the frequency of charging is expected to be overwhelmingly higher. Therefore, about the charger / discharger (power conversion circuit) of the example mentioned above, the one where the efficiency is improved at the time of charging than when the secondary battery is discharged can efficiently use the power system.
なお上述した電力変換回路の構成例としては、トランスを用いて双方向に変圧を行う回路、および、双方向に変圧を行うチョッパ回路を組み合わせ、変圧を行う回路を2段に設けた構成が考えられる。このような2段の回路構成によれば、チョッパ回路が設けられているため、巻線数の比によって変圧比が決まるトランスだけでは昇圧或いは降圧できない電圧にも、対応可能である。またトランスを用いることにより、EV側と家庭の電力系統側を絶縁し、安全性の確保が可能である。 As a configuration example of the above-described power conversion circuit, a configuration in which a circuit that performs bidirectional transformation using a transformer and a chopper circuit that performs bidirectional transformation is provided and a circuit that performs transformation is provided in two stages is considered. It is done. According to such a two-stage circuit configuration, since a chopper circuit is provided, it is possible to cope with a voltage that cannot be boosted or lowered only by a transformer whose transformation ratio is determined by the ratio of the number of windings. Also, by using a transformer, it is possible to insulate the EV side from the home power system side and ensure safety.
しかし2段の回路構成によれば、1段の回路構成に比べて電力効率が低下する。例えばトランス用いて双方向に変圧を行う回路を有した1段の回路構成に比べ、上述した2段の回路構成によれば、チョッパ回路の変圧動作(チョッピング動作)が行われる分、電力効率が低下する。そのため、2段の回路構成の充放電器を用いる場合には、電力システムの効率低下が問題となる。 However, the two-stage circuit configuration results in lower power efficiency than the one-stage circuit configuration. For example, compared to a one-stage circuit configuration having a circuit that performs bidirectional transformation using a transformer, the above-described two-stage circuit configuration has a power efficiency that is equivalent to the transformation operation (chopping operation) of the chopper circuit. descend. Therefore, when a charger / discharger having a two-stage circuit configuration is used, there is a problem that the efficiency of the power system is lowered.
本発明は上述した問題に鑑み、電源と二次電池を搭載した移動体との間において双方向に変圧を行うものでありながら、電力システムの効率低下を抑えることが可能となる電力変換回路の提供を目的とする。 In view of the above-described problems, the present invention provides a power conversion circuit capable of suppressing a reduction in efficiency of a power system while performing bidirectional transformation between a power source and a mobile body equipped with a secondary battery. For the purpose of provision.
本発明に係る電力変換回路は、電源に接続される第1端と、二次電池を搭載した移動体に接続される第2端を有し、第1端と第2端の間において双方向に変圧を行う電力変換回路であって、チョッピング動作によって変圧を行うチョッパ回路、および、所定の変圧比を有するトランスが、第1端と第2端の間において直列に設けられ、第1端から第2端への変圧の際には前記チョッピング動作を行わず、前記トランスを用いた変圧を行い、第2端から第1端への変圧の際には前記チョッピング動作を行い、前記トランスおよび前記チョッパ回路を用いた変圧を行う構成とする。 A power conversion circuit according to the present invention has a first end connected to a power source and a second end connected to a mobile body equipped with a secondary battery, and is bidirectional between the first end and the second end. A power conversion circuit that performs voltage transformation in a chopper circuit that performs voltage transformation by a chopping operation and a transformer having a predetermined voltage transformation ratio are provided in series between the first end and the second end, and from the first end When performing transformation to the second end, the chopping operation is not performed, the transformation using the transformer is performed, and during the transformation from the second end to the first end, the chopping operation is performed, and the transformer and the It is configured to perform voltage transformation using a chopper circuit.
本構成によれば、電源と二次電池を搭載した移動体との間において双方向に変圧を行うものでありながら、電力システムの効率低下を抑えることが可能となる。なお電源と第1端との接続の具体的形態は特に限られず、例えば直接的な接続と間接的な接続の何れであっても構わない。また二次電池を搭載した移動体と第2端との接続の具体的形態は特に限られず、例えば直接的な接続と間接的な接続の何れであっても構わない。 According to this configuration, it is possible to suppress a reduction in the efficiency of the power system while performing bidirectional transformation between the power source and the mobile body equipped with the secondary battery. The specific form of connection between the power source and the first end is not particularly limited, and for example, either direct connection or indirect connection may be used. In addition, the specific form of connection between the mobile body on which the secondary battery is mounted and the second end is not particularly limited, and for example, either direct connection or indirect connection may be used.
また上記構成としてより具体的には、前記チョッパ回路、および、前記トランスを含む双方向変圧回路が、第1端と第2端の間において直列に設けられており、前記双方向変圧回路は、一端に入力される直流電圧を交流に変換し、該変換された電圧を前記トランスを用いて変圧し、該変圧された電圧を直流電圧に変換して他端から出力する動作を、双方向に行う構成としてもよい。 More specifically, the bidirectional transformer circuit including the chopper circuit and the transformer is provided in series between the first end and the second end, and the bidirectional transformer circuit, An operation of converting a DC voltage input to one end into AC, transforming the converted voltage using the transformer, converting the transformed voltage into a DC voltage, and outputting the voltage from the other end in both directions. It is good also as a structure to perform.
また上記構成としてより具体的には、前記チョッパ回路は、前記チョッピング動作によって第2端から第1端へ向かう方向の昇圧を行う、昇圧型のチョッパ回路である構成としてもよい。 More specifically, as the above configuration, the chopper circuit may be a boost type chopper circuit that performs boosting in the direction from the second end to the first end by the chopping operation.
また上記構成としてより具体的には、前記トランスの変圧比は、前記電源の電圧値と前記二次電池の充電に許容される電圧値との差に基づいて、設定されている構成としてもよい。 More specifically, in the above configuration, the transformer transformation ratio may be set based on the difference between the voltage value of the power source and the voltage value allowed for charging the secondary battery. .
また上記構成としてより具体的には、前記チョッパ回路および前記双方向変圧回路の動作を制御する制御回路を有し、前記制御回路の駆動電力が、前記二次電池から供給される構成としてもよい。 More specifically, the above configuration may include a control circuit that controls operations of the chopper circuit and the bidirectional transformer circuit, and the driving power of the control circuit may be supplied from the secondary battery. .
また上記構成としてより具体的には、前記移動体は、前記二次電池に蓄えられた電力を用いて駆動する電気自動車である構成としてもよい。 More specifically, the mobile unit may be an electric vehicle that is driven using electric power stored in the secondary battery.
本発明に係る電力変換回路によれば、電源と二次電池を搭載した移動体との間において双方向に変圧を行うものでありながら、電力システムの効率低下を抑えることが可能となる。 According to the power conversion circuit of the present invention, it is possible to suppress a reduction in the efficiency of the power system while performing bidirectional transformation between the power source and the mobile body equipped with the secondary battery.
[電力システムの構成]
本発明の実施形態に係る電力システムについて、以下に説明する。図1は、当該電力システム9の構成図である。本図に示すように電力システム9は、充放電器1、PV−DC/DC変換器2、BAT−DC/DC変換器3、DC/AC変換器4、充電ポート5、EV6、太陽電池PV、蓄電池BAT、電力系統E、および負荷LDを含んでいる。
[Power system configuration]
The power system according to the embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of the power system 9. As shown in the figure, the power system 9 includes a charger / discharger 1, a PV-DC / DC converter 2, a BAT-DC /
充放電器1は、双方向に変圧を行う機能を有しており、EV6に搭載された二次電池の充放電が適切に行われるようにする。充放電器1のより詳細な構成については、改めて説明する。充放電器1の一端は、直流電力の伝送に用いられる直流ラインLnに接続されており、充放電器1の他端は、充電ポート5に接続されている。
The charger / discharger 1 has a function of performing bidirectional transformation, so that the secondary battery mounted on the
PV−DC/DC変換器2は、一端が太陽電池PVに接続され、他端が直流ラインLnに接続されており、太陽電池PVの発電により得られた直流電力を変圧する役割を果たす。PV−DC/DC変換器2によって変圧された直流電力は、直流ラインLnに送出される。 The PV-DC / DC converter 2 has one end connected to the solar cell PV and the other end connected to the DC line Ln, and plays a role of transforming DC power obtained by power generation of the solar cell PV. The DC power transformed by the PV-DC / DC converter 2 is sent to the DC line Ln.
BAT−DC/DC変換器3は、一端が蓄電池BATに接続され、他端が直流ラインLnに接続されており、蓄電池BATの充電電力および放電電力を変圧する役割を果たす。すなわちBAT−DC/DC変換器3は、蓄電池BATの充電時には、直流ラインLnから受取る直流電力を変圧して蓄電池BATに送出する。またBAT−DC/DC変換器3は、蓄電池BATの放電時には、蓄電池BATから受取る直流電力を変圧して、直流ラインLnに送出する。
The BAT-DC /
DC/AC変換器4は、一端が直流ラインLnに接続され、他端が電力系統Eおよび負荷LDに接続されている。DC/AC変換器4は、直流ラインLnから受取る直流電力を交流に変換して負荷LD等へ送出する役割、および、電力系統Eから受取る交流電力を直流に変換して直流ラインLnへ送出する役割を果たす。 The DC / AC converter 4 has one end connected to the DC line Ln and the other end connected to the power system E and the load LD. The DC / AC converter 4 converts the direct current power received from the direct current line Ln into alternating current and sends it to the load LD, and converts the alternating current power received from the power system E into direct current and sends it to the direct current line Ln. Play a role.
なお、負荷LDは例えば家庭用負荷(家電製品など)であり、電力系統Eは負荷LDへの電力供給を行う。また電力系統Eは、EV6の二次電池に充電電力を供給する電源としても利用される。 The load LD is, for example, a household load (such as a home appliance), and the power system E supplies power to the load LD. The electric power system E is also used as a power source for supplying charging power to the EV6 secondary battery.
充電ポート5は、EV6に着脱自在となっており、充放電器1とEV6の間におけるインターフェースとしての役割を果たす。EV6は、例えば12Vの二次電池を搭載した移動体であり、この二次電池に蓄えられている電力を用いて駆動する。EV6が充電ポート5に接続されると、EV6の二次電池が充放電器1へ繋がるようになっている。
The
[充放電器の構成]
次に、充放電器1の構成についてより詳細に説明する。図2は、充放電器1およびその周辺の構成図である。
[Configuration of charger / discharger]
Next, the configuration of the charger / discharger 1 will be described in more detail. FIG. 2 is a configuration diagram of the charger / discharger 1 and its surroundings.
本図に示すように充放電器1は、EMIフィルタ回路11、フィルタ回路12、2段式変圧回路13、EMIフィルタ回路14、漏電遮断器15、地絡検出回路16、制御回路17、シーケンス回路18、および補助電源部19等を備えている。
As shown in the figure, the charger / discharger 1 includes an
なお充放電器1の一端(直流ラインLnに繋がる側)は、EMIフィルタ回路11およびフィルタ回路12を順に介して、2段式変圧回路13の一端である第1端子T1に接続されている。また2段式変圧回路13の他端である第2端子T2は、EMIフィルタ回路14および漏電遮断器15を順に介して、充放電器1の他端(充電ポート5に繋がる側)に接続されている。
One end of the charger / discharger 1 (side connected to the DC line Ln) is connected to the first terminal T1 which is one end of the two-
各EMIフィルタ回路(11、14)は、充放電器1において伝送される電力が周囲に与えるノイズ(電磁妨害)を、除去するフィルタである。またフィルタ回路12は、電解コンデンサおよびインダクタを有しており、充放電器1において伝送される電力に含まれるノイズを、除去するフィルタである。
Each EMI filter circuit (11, 14) is a filter that removes noise (electromagnetic interference) given to the surroundings by the power transmitted in the charger / discharger 1. The
漏電遮断器15[ELCB(Earth Leakage Circuit Breaker)]は、漏電が生じたときに両端間を自動的に遮断し、安全性を確保する役割を果たす。地絡検出回路16は、EMIフィルタ回路14と漏電遮断器15の間における地絡を検出する。
The earth leakage circuit breaker 15 [ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker)] plays a role of ensuring safety by automatically breaking between both ends when an earth leakage occurs. The ground
2段式変圧回路13は、後述するように2段の変圧用回路を有する構成となっており、第1端子T1と第2端子T2の間において双方向に変圧(電力変換)の動作を行うことが可能となっている。2段式変圧回路13の変圧の動作は、制御回路17から与えられる制御信号によって制御される。
As will be described later, the two-
すなわち2段式変圧回路13は、制御回路17とともに電力変換回路ECを形成している。電力変換回路ECは、第1端子T1と第2端子T2の間において双方向に変圧を行う。なお2段式変圧回路13のより具体的な構成については、改めて説明する。
That is, the two-
制御回路17は、充放電器1の各種動作を制御する。制御回路17は、充電ポート5との通信や、EV6とのCAN[Controller Area Network]通信を行う機能を有している。また制御回路17は、不図示のユーザインターフェース(リモートコントローラ等)の操作を認識し、ユーザの指示を受付ける機能をも有している。
The
制御回路17はこれらの機能により、EV6の充電ポート5への接続状態や、EV6の二次電池の充電または放電を行うタイミング等を判断することが可能である。制御回路17は、例えば、当該二次電池の充電が可能な状況下において、充電の指示が与えられたときに、当該二次電池の充電が行われるようにする。また制御回路17は、例えば、当該二次電池の放電が可能な状況下において、放電の指示が与えられたときに、当該二次電池の放電が行われるようにする。
With these functions, the
また制御回路17は、2段式変圧回路13の両端それぞれの電流値および電圧値を検出し、EV6の二次電池の充放電が適切に行われるように、2段式変圧回路13を制御する。またシーケンス回路18は、充放電器1とEV6の間におけるCHAdeMO(登録商標)方式の充電シーケンスに関する処理を行う。
The
補助電源部19は、制御回路17に駆動電力を供給する役割を果たす。補助電源部19は、EMIフィルタ回路11とフィルタ回路12の間に接続されており、通常時にはここから送られる電力を、駆動電力として制御回路17に供給する。なお補助電源部19はUPSとしての機能を有しており、停電時等の非常時においても、制御回路17への駆動電力の供給を継続させることが可能である。
The auxiliary
また補助電源部19は、充電ポート5を介してEV6の二次電池へ繋がり、この二次電池から送られる電力を、駆動電力として制御回路17へ供給するようになっていても良い。この場合、制御回路17の駆動電力は、EV6の二次電池から供給されることになる。
Further, the auxiliary
充放電器1は、EV6の二次電池の充電時には、直流ラインLnから入力された直流電力を、2段式変圧回路13等を含む経路を通して、充電ポート5に出力する。この出力された電力は、EV6の二次電池の充電に用いられる。
The charger / discharger 1 outputs the DC power input from the DC line Ln to the charging
また充放電器1は、EV6の二次電池の放電時には、充電ポート5から入力された直流電力(二次電池の放電電力)を、2段式変圧回路13等を含む経路を通して、直流ラインLnに出力する。この出力された電力は、負荷LD等へ送られることになる。
In addition, the charger / discharger 1 passes the DC power input from the charging port 5 (secondary battery discharge power) through the path including the two-
[2段式変圧回路の構成]
次に、2段式変圧回路13の構成についてより詳細に説明する。図3は、2段式変圧回路13の構成図である。
[Configuration of two-stage transformer circuit]
Next, the configuration of the two-
本図に示すように2段式変圧回路13は、チョッパ回路131、および双方向変圧回路132を有している。より具体的には、第1端子T1と第2端子T2の間において、チョッパ回路131と双方向変圧回路132が直列に設けられている。
As shown in the figure, the two-
すなわち2段式変圧回路13は、チョッパ回路131と双方向変圧回路132による2段の回路構成となっている。なお2段式変圧回路13には、フィルタ回路12に接続された第1端子T1およびEMIフィルタ回路14に接続された第2端子T2の他、接地点に接続される各端子(T3、T4)も設けられている。
That is, the two-
チョッパ回路131は、第1スイッチ素子Q1、第2スイッチ素子Q2、第1ダイオードD1、第2ダイオードD2、コイルL、および第1コンデンサC1を有している。
The
なお2段式変圧回路13に用いられるスイッチ素子の種類は、一例としてIGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor]であるとするが、両端間のオン/オフ(導通/遮断)が切替可能である他の種類であっても構わない。またダイオードの具体的形態は特に限定されず、例えばスイッチ素子における内蔵ダイオード等であっても構わない。
Note that the type of switch element used in the two-
チョッパ回路131は、第1端子T1側から入力される電圧をチョッピング動作により昇圧させて双方向変圧回路132側へ出力する、昇圧型のチョッパ回路となっている。チョッパ回路131のチョッピング動作は、第1および第2スイッチ素子(Q1、Q2)のスイッチング動作(オン/オフ切替の繰返し)によって実現される。
The
双方向変圧回路132は、第3〜第10スイッチ素子(Q3〜Q10)、第3〜第10ダイオード(D3〜D10)、第2コンデンサC2、第3コンデンサC3、およびトランスTrを有している。トランスTrは、互いに絶縁された第1コイルTr1と第2コイルTr2を有し、これらのコイル間では電磁誘導によって電力伝送がなされる。またトランスTrの変圧比は、その巻線数の比(第1コイルTr1の巻線数と第2コイルTr2の巻線数の比)によって定まっている。
The
第1コンデンサC1は、一端が第1端子T1に接続され、他端が端子T3に接続されている。第1スイッチ素子Q1は、コレクタが第1端子T1に接続されており、エミッタがコイルLの一端および第2スイッチ素子Q2のコレクタに接続されている。コイルLの他端は、第2コンデンサC2の一端、第3スイッチ素子Q3のコレクタ、および第5スイッチ素子Q5のコレクタに接続されている。 The first capacitor C1 has one end connected to the first terminal T1 and the other end connected to the terminal T3. The first switch element Q1 has a collector connected to the first terminal T1, and an emitter connected to one end of the coil L and the collector of the second switch element Q2. The other end of the coil L is connected to one end of the second capacitor C2, the collector of the third switch element Q3, and the collector of the fifth switch element Q5.
第2コンデンサC2の他端、第2スイッチ素子Q2のエミッタ、第4スイッチ素子Q4のエミッタ、および第6スイッチ素子Q6のエミッタは、端子T3に接続されている。第3スイッチ素子Q3のエミッタは、第4スイッチ素子Q4のコレクタおよび第1コイルTr1の一端に接続されている。第5スイッチ素子Q5のエミッタは、第6スイッチ素子Q6のコレクタおよび第1コイルTr1の他端に接続されている。 The other end of the second capacitor C2, the emitter of the second switch element Q2, the emitter of the fourth switch element Q4, and the emitter of the sixth switch element Q6 are connected to the terminal T3. The emitter of the third switch element Q3 is connected to the collector of the fourth switch element Q4 and one end of the first coil Tr1. The emitter of the fifth switch element Q5 is connected to the collector of the sixth switch element Q6 and the other end of the first coil Tr1.
第7スイッチ素子Q7のコレクタ、第9スイッチ素子Q9のコレクタ、および第3コンデンサC3の一端は、第2端子T2に接続されている。第8スイッチ素子Q8のエミッタ、第10スイッチ素子Q10のエミッタ、および第3コンデンサC3の他端は、端子T4に接続されている。第7スイッチ素子Q7のエミッタは、第8スイッチ素子Q8のコレクタおよび第2コイルTr2の一端に接続されている。第9スイッチ素子Q9のエミッタは、第10スイッチ素子Q10のコレクタおよび第2コイルTr2の他端に接続されている。 The collector of the seventh switch element Q7, the collector of the ninth switch element Q9, and one end of the third capacitor C3 are connected to the second terminal T2. The emitter of the eighth switch element Q8, the emitter of the tenth switch element Q10, and the other end of the third capacitor C3 are connected to the terminal T4. The emitter of the seventh switch element Q7 is connected to the collector of the eighth switch element Q8 and one end of the second coil Tr2. The emitter of the ninth switch element Q9 is connected to the collector of the tenth switch element Q10 and the other end of the second coil Tr2.
また第nダイオード(nは1〜10)は、第nスイッチ素子に対応している。各ダイオード(D1〜D10)は、アノードが、対応するスイッチ素子のエミッタに接続され、カソードが、対応するスイッチ素子のコレクタに接続されている。また第nスイッチ素子のゲートには、制御回路17から制御信号Snが入力される。これにより2段式変圧回路13の動作(チョッパ回路131および双方向変圧回路132の動作)は、制御回路17によって制御される。
The nth diode (n is 1 to 10) corresponds to the nth switch element. Each diode (D1 to D10) has an anode connected to the emitter of the corresponding switch element and a cathode connected to the collector of the corresponding switch element. A control signal Sn is input from the
[電力変換回路の動作形態]
制御回路17は、EV6の二次電池について充電と放電の何れを行うかに応じて、2段式変圧回路13の制御形態を変える。これにより、充電時と放電時において電力変換回路ECの動作形態が変わる。この動作形態について以下に説明する。
[Operation form of power conversion circuit]
The
EV6の二次電池の充電を行うとき、制御回路17は、第1端子T1から第2端子T2への変圧が行われるように、2段式変圧回路13を制御する。なお第1端子T1から第2端子T2への変圧が行われることにより、充放電器1全体として見れば、直流ラインLn側からEV6側への変圧が実現される。
When the EV6 secondary battery is charged, the
より具体的には、第1スイッチ素子Q1がオンに固定され、第2および第7〜第10スイッチ素子(Q2、Q7〜Q10)がオフに固定され、第3〜第6スイッチ素子(Q3〜Q6)がスイッチング動作を行うように、制御回路17は各制御信号(S1〜S10)を出力する。
More specifically, the first switch element Q1 is fixed on, the second and seventh to tenth switch elements (Q2, Q7 to Q10) are fixed off, and the third to sixth switch elements (Q3 to Q3) are fixed. The
図4は、このように各制御信号(S1〜S10)が出力される場合における、2段式変圧回路13の等価構成を示している。この構成によれば、双方向変圧回路132において第3〜第6スイッチ素子(Q3〜Q6)がスイッチング動作を行うことにより、第1端子T1に入力された直流電圧が交流電圧に変換される。この交流電圧は、トランスTrによって変圧された後に直流に戻され、第2端子T2から出力される。
FIG. 4 shows an equivalent configuration of the two-
なおこのとき、第1および第2スイッチ素子(Q1、Q2)はスイッチング動作を行わないため、チョッパ回路131によるチョッピング動作は行われない。このように第1端子T1から第2端子T2への変圧の際には、チョッパ回路131によるチョッピング動作は行われず、トランスTrを用いた変圧が行われる。そのため、チョッピング動作に伴う電力損失が抑えられる。
At this time, since the first and second switching elements (Q1, Q2) do not perform the switching operation, the chopping operation by the
またトランスTrの変圧比は、第1端子T1から第2端子T2への変圧の際に、トランスTrによる変圧だけで適切な変圧が実現されるように設定されている。例えばトランスTrの変圧比は、電力系統Eの電圧値とEV6の二次電池の充電に許容される電圧値との差に基づいて、当該二次電池の充電に支障が生じないように(変圧後の電圧値が、二次電池の充電に許容される電圧値となるように)設定されている。そのためチョッパ回路131によるチョッピング動作が行われなくても、第1端子T1から第2端子T2への変圧は適切に行われる。
Further, the transformation ratio of the transformer Tr is set so that an appropriate transformation can be realized only by the transformation by the transformer Tr when the transformation is performed from the first terminal T1 to the second terminal T2. For example, the transformation ratio of the transformer Tr is set based on the difference between the voltage value of the electric power system E and the voltage value allowed for charging the secondary battery of the EV6 so that the charging of the secondary battery is not hindered (transformation). The subsequent voltage value is set to be a voltage value allowed for charging the secondary battery. Therefore, even if the chopping operation by the
一方、EV6の二次電池の放電を行うとき、制御回路17は、第2端子T2から第1端子T1への変圧が行われるように、2段式変圧回路13を制御する。なお第2端子T2から第1端子T1への変圧が行われることにより、充放電器1全体として見れば、EV6側から直流ラインLn側への変圧が実現される。
On the other hand, when discharging the secondary battery of EV6, the
より具体的には、第1および第3〜第6スイッチ素子(Q1、Q3〜Q6)がオフに固定され、第2および第7〜第10スイッチ素子(Q2、Q7〜Q10)がスイッチング動作を行うように、制御回路17は各制御信号(S1〜S10)を出力する。
More specifically, the first and third to sixth switch elements (Q1, Q3 to Q6) are fixed off, and the second and seventh to tenth switch elements (Q2, Q7 to Q10) perform the switching operation. As is done, the
図5は、このように各制御信号(S1〜S10)が出力される場合における、2段式変圧回路13の等価構成を示している。この構成によれば、双方向変圧回路132において第7〜第10スイッチ素子(Q7〜Q10)がスイッチング動作を行うことにより、第2端子T2に入力された直流電圧が交流電圧に変換される。この交流電圧は、トランスTrによって変圧された後に直流に戻され、チョッパ回路131に送られる。この直流電圧は、チョッパ回路131のチョッピング動作によって昇圧され、直流電圧として第1端子T1から出力される。
FIG. 5 shows an equivalent configuration of the two-
このように第2端子T2から第1端子T1への変圧の際には、チョッパ回路131によるチョッピング動作が行われ、トランスTrおよびチョッパ回路131を用いた変圧が行われる。
As described above, during the transformation from the second terminal T2 to the first terminal T1, the chopping operation by the
そのため第2端子T2から第1端子T1への変圧において、目標とする変圧の量とトランスTrによる変圧の量との間に差異があっても、チョッパ回路131のチョッピング動作による変圧の量がこの差異を打ち消すように設定されることにより、適切な変圧が実現される。なお本実施形態のチョッパ回路131は、チョッピング動作によって第2端T2から第1端T1へ向かう方向の昇圧を行う、昇圧型のチョッパ回路であるとしたが、必要に応じて、降圧型或いは昇降圧型としても構わない。
Therefore, even when there is a difference between the target amount of transformation and the amount of transformation by the transformer Tr in the transformation from the second terminal T2 to the first terminal T1, the amount of transformation by the chopping operation of the
[その他]
以上に説明した通り、充放電器1においては電力変換回路ECが形成されている。電力変換回路ECは、電力系統E等の電源に接続される第1端子T1と、二次電池を搭載したEV6に接続される第2端子T2を有し、第1端子T1と第2端子T2の間において双方向に変圧を行う。
[Others]
As described above, the power converter circuit EC is formed in the charger / discharger 1. The power conversion circuit EC has a first terminal T1 connected to a power source such as the electric power system E and the like, and a second terminal T2 connected to the
また電力変換回路ECは、チョッピング動作によって変圧を行うチョッパ回路131、および、所定の変圧比を有するトランスTrが、第1端子T1と第2端子T2の間において直列に設けられ、第1端子T1から第2端子T2への変圧の際には前記チョッピング動作を行わず、トランスTrを用いた変圧を行い、第2端子T2から第1端子T1への変圧の際には前記チョッピング動作を行い、トランスTrおよびチョッパ回路131を用いた変圧を行う。
In the power conversion circuit EC, a
そのため電力変換回路ECによれば、電力系統E等の電源と二次電池を搭載したEV6との間において双方向に変圧を行うものでありながら、電力システム9の効率低下を抑えることが可能となっている。
Therefore, according to the power conversion circuit EC, it is possible to suppress a decrease in efficiency of the power system 9 while performing bidirectional transformation between the power source of the power system E and the like and the
すなわち電力変換回路ECによれば、二次電池の放電の際には、変圧量の調節等のためにチョッパ回路131によるチョッピング動作が行われるが、二次電池の充電の際には、当該チョッピング動作は行われない。そのため電力変換回路ECによれば、二次電池の充電時においてチョッピング動作による電力損失が抑えられ、電力変換の効率が良い。
That is, according to the power conversion circuit EC, when the secondary battery is discharged, the chopping operation by the
そしてEV等の移動体の用途は基本的には移動手段であるため、移動体に搭載される二次電池は、主に移動体の駆動電源として利用される。このような事情から、移動体の二次電池における充電の頻度と放電の頻度を比べると、充電の頻度の方が圧倒的に高いと見込まれる。そのため、充電時において電力変換の効率が良い電力変換回路ECによれば、電力システム9の効率低下が抑えられることになる。 Since the use of a moving body such as EV is basically a moving means, the secondary battery mounted on the moving body is mainly used as a driving power source for the moving body. Under such circumstances, when comparing the frequency of charging and the frequency of discharging in the secondary battery of the mobile body, the frequency of charging is expected to be overwhelmingly higher. Therefore, according to the power conversion circuit EC having good power conversion efficiency during charging, a decrease in efficiency of the power system 9 can be suppressed.
また電力変換回路ECでは、チョッパ回路131、および、トランスTrを含む双方向変圧回路132が、第1端子T1と第2端子T2の間において直列に設けられている。双方向変圧回路132は、一端に入力される直流電圧を交流に変換し、該変換された電圧をトランスTrを用いて変圧し、該変圧された電圧を直流電圧に変換して他端から出力する動作を、双方向に行うようになっている。
In the power conversion circuit EC, a
また本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 The configuration of the present invention can be variously modified in addition to the above embodiment without departing from the spirit of the invention. That is, the above-described embodiment is an example in all respects, and should be considered not restrictive. The technical scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of the claims, and is understood to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims. Should.
本発明は、EVが接続される電力システム等に利用することができる。 The present invention can be used for a power system to which an EV is connected.
1 充放電器
11 EMIフィルタ回路
12 フィルタ回路
13 2段式変圧回路
131 チョッパ回路
132 双方向変圧回路
14 EMIフィルタ回路
15 漏電遮断器
16 地絡検出回路
17 制御回路
18 シーケンス回路
19 補助電源部
2 PV−DC/DC変換器
3 BAT−DC/DC変換器
4 DC/AC変換器
5 充電ポート
6 EV(二次電池を搭載した移動体)
BAT 蓄電池
E 電力系統
EC 電力変換回路
LD 負荷
PV 太陽電池
T1 第1端子(第1端)
T2 第2端子(第2端)
T3、T4 端子
L コイル
Tr トランス
Tr1 第1コイル
Tr2 第2コイル
C1〜C3 コンデンサ
Q1〜Q10 スイッチ素子
D1〜D10 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Charger /
BAT Storage battery E Power system EC Power conversion circuit LD Load PV Solar cell T1 First terminal (first terminal)
T2 Second terminal (second end)
T3, T4 terminals L coil Tr transformer Tr1 first coil Tr2 second coil C1 to C3 capacitors Q1 to Q10 switching elements D1 to D10 diodes
Claims (6)
チョッピング動作によって変圧を行うチョッパ回路、および、所定の変圧比を有するトランスが、第1端と第2端の間において直列に設けられ、
第1端から第2端への変圧の際には前記チョッピング動作を行わず、前記トランスを用いた変圧を行い、
第2端から第1端への変圧の際には前記チョッピング動作を行い、前記トランスおよび前記チョッパ回路を用いた変圧を行うことを特徴とする電力変換回路。 A power conversion circuit that has a first end connected to a power source and a second end connected to a mobile body equipped with a secondary battery, and performs bidirectional transformation between the first end and the second end. And
A chopper circuit for performing transformation by a chopping operation, and a transformer having a predetermined transformation ratio are provided in series between the first end and the second end,
During the transformation from the first end to the second end, the chopping operation is not performed, the transformation using the transformer is performed,
A power conversion circuit that performs the chopping operation during the transformation from the second end to the first end, and performs transformation using the transformer and the chopper circuit.
前記双方向変圧回路は、
一端に入力される直流電圧を交流に変換し、該変換された電圧を前記トランスを用いて変圧し、該変圧された電圧を直流電圧に変換して他端から出力する動作を、双方向に行うことを特徴とする請求項1に記載の電力変換回路。 The bidirectional circuit including the chopper circuit and the transformer is provided in series between the first end and the second end,
The bidirectional transformer circuit is:
An operation of converting a DC voltage input to one end into AC, transforming the converted voltage using the transformer, converting the transformed voltage into a DC voltage, and outputting the voltage from the other end in both directions. The power conversion circuit according to claim 1, wherein the power conversion circuit is performed.
前記チョッピング動作によって第2端から第1端へ向かう方向の昇圧を行う、昇圧型のチョッパ回路であることを特徴とする請求項2に記載の電力変換回路。 The chopper circuit is
The power conversion circuit according to claim 2, wherein the power conversion circuit is a step-up chopper circuit that performs step-up in a direction from the second end toward the first end by the chopping operation.
前記電源の電圧値と前記二次電池の充電に許容される電圧値との差に基づいて、設定されていることを特徴とする請求項3に記載の電力変換回路。 The transformer transformation ratio is:
The power conversion circuit according to claim 3, wherein the power conversion circuit is set based on a difference between a voltage value of the power source and a voltage value allowed for charging the secondary battery.
前記制御回路の駆動電力が、前記二次電池から供給されることを特徴とする請求項2から請求項4の何れかに記載の電力変換回路。 A control circuit for controlling operations of the chopper circuit and the bidirectional transformer circuit;
5. The power conversion circuit according to claim 2, wherein driving power of the control circuit is supplied from the secondary battery. 6.
前記二次電池に蓄えられた電力を用いて駆動する電気自動車であることを特徴とする請求項1から請求項5の何れかに記載の電力変換回路。 The moving body is
The power conversion circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the power conversion circuit is an electric vehicle that is driven by using electric power stored in the secondary battery.
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