JP2018133904A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電力変換部を備える電力変換装置の寿命が短くなることを抑える。
【解決手段】互いに並列接続される複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と、複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の動作を制御する制御部１３とを備える電力変換装置１において、複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１は、電池２１の充電時、入力される電力を充電用電力に変換し、電池２１の放電時、入力される電力を系統用電力に変換し、制御部１３は、電池２１の充電時、複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１のうち記憶部１４に記憶した充電積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させ、電池２１の放電時、複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１のうち記憶部１４に記憶した放電積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置として、例えば、互いに並列接続される複数の電力変換部を備え、要求電力を電力変換部の数で割った電力をすべての電力変換部からそれぞれ出力させるものがある。

関連する技術として、例えば、特許文献１がある。

特開２００６−６０１９号公報

しかしながら、上述のように、互いに並列接続される複数の電力変換部を備え、要求電力を電力変換部の数で割った電力をすべての電力変換部からそれぞれ出力させる電力変換装置では、電力変換装置の使用時間の増加に伴って各電力変換部の寿命が短くなり、電力変換装置全体の寿命が短くなるという懸念がある。

そこで、本発明の一側面に係る目的は、複数の電力変換部を備える電力変換装置の寿命が短くなることを抑えることである。

本発明に係る一つの形態である電力変換装置は、互いに並列接続される複数の双方向電力変換部と、複数の双方向電力変換部の動作を制御する制御部とを備える。
複数の双方向電力変換部は、電池の充電時、入力される電力を充電用電力に変換し、電池の放電時、入力される電力を系統用電力に変換する。

制御部は、複数の双方向電力変換部のそれぞれの充電時間または充電電力の充電積算値と、放電時間または放電電力の放電積算値とを記憶する記憶部を有する。
制御部は、電池の充電時、複数の双方向電力変換部のうち記憶部に記憶した充電積算値が小さい双方向電力変換部を優先して動作させ、電池の放電時、複数の双方向電力変換部のうち記憶部に記憶した放電積算値が小さい双方向電力変換部を優先して動作させる。

本発明によれば、複数の双方向電力変換部を備える電力変換装置の寿命が短くなることを抑えることができる。

実施形態の電力変換装置の一例を示す図である。 双方向ＤＣＤＣコンバータの回路例を示す図である。 制御部の動作の一例を示すフローチャートである。 双方向ＤＣＤＣコンバータと充電時間の積算値とが対応づけられた情報、双方向ＤＣＤＣコンバータと充放電時間の積算値とが対応づけられた情報、及び双方向ＤＣＤＣコンバータと放電時間の積算値とが対応付けられた情報の一例を示す図である。 制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。 双方向ＤＣＤＣコンバータと充電電力の積算値とが対応づけられた情報、双方向ＤＣＤＣコンバータと充放電電力の積算値とが対応づけられた情報、及び双方向ＤＣＤＣコンバータと放電電力の積算値とが対応付けられた情報の一例を示す図である。 実施形態の電力変換装置の他の例を示す図である。 実施形態の電力変換装置の他の例を示す図である。

以下、図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態の電力変換装置の一例を示す図である。

図１に示す電力変換装置１は、例えば、車両２に搭載される電池２１または家３に設置される家電機器などの負荷３１へ電力を出力する充電スタンドであって、互いに並列接続される複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１（１１−１、１１−２、・・・、１２−ｎ）（電力変換部）と、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２と、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１及び双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２の動作を制御する制御部１３とを備える。なお、制御部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成される。また、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１及び双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、絶縁型、非絶縁型のいずれでもよい。

電池２１は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの充放電可能な電池であり、車両２に搭載される走行用モータや電装機器などに電力を供給する。
また、車両２に備えられる制御部２２は、電池２１の充電時、ユーザの指示や電池２１の状態などに基づいて、電力変換装置１から電池２１へ出力される電力が所定の電力になるように電流指令値Ｉｃ１を電力変換装置１へ出力する。

また、家３に備えられる制御部３２は、ユーザの指示や系統３３から分電盤３４を介して負荷３１へ出力される電流などに基づいて、電力変換装置１から分電盤３４を介して負荷３１へ出力される電力が所定の電力になるように電流指令値Ｉｃ２を電力変換装置１へ出力する。なお、制御部３２は、例えば、ＣＰＵ、マルチＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイスにより構成される。

各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１のうち、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１は、電池２１の充電時、入力される電力（双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２から出力される電力）を電池２１の充電用電力に変換し、電池２１へ出力する。また、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１のうち、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１は、電池２１の放電時、入力される電力（電池２１から出力される電力）を系統用電力に変換し、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２及び分電盤３４を介して負荷３１へ出力する。

双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、電池２１の充電時、分電盤３４から出力される交流電力を直流電力に変換し、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を介して電池２１へ出力する。また、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、電池２１の放電時、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から出力される直流電力を交流電力に変換し、分電盤３４を介して負荷３１へ出力する。

制御部１３は、電池２１の充電時、充電積算値として、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１それぞれの充電時間の積算値（電力変換装置１の使用開始から現在までにおいて、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から電池２１へ電力が出力される時間の積算値）、または、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１それぞれの充電電力の積算値（電力変換装置１の使用開始から現在までにおいて、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から電池２１へ出力される電力の積算値）を求める。

また、制御部１３は、電池２１の放電時、放電積算値として、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１それぞれの放電時間の積算値（電力変換装置１の使用開始から現在までにおいて、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２へ電力が出力される時間の積算値）、または、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１それぞれの放電電力の積算値（電力変換装置１の使用開始から現在までにおいて、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２へ出力される電力の積算値）を求める。

また、制御部１３は、電池２１の充電時、充電時間の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１または充電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から優先して動作させる。また、制御部１３は、電池２１の放電時、放電時間の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１または放電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させる。

このように、実施形態の電力変換装置１では、電池２１の充電時、充電時間の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１または充電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から優先して動作させ、電池２１の放電時、放電時間の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１または放電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させる構成であるため、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から出力される電力を時分割で電池２１または負荷３１へ出力させることができる。これにより、実施形態の電力変換装置１は、要求電力を双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数で割った電力をすべての双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から出力される場合に比べて、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１それぞれの動作時間を短くすることができるため、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命が短くなることを抑えることができ、電力変換装置１全体の寿命が短くなることを抑えることができる。制御部１３は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１毎の充電時間と放電時間とを合算した積算値又は充電電力と放電電力とを合算した積算値ではなく、充電時間の積算値及び放電時間の積算値又は充電電力の積算値及び放電電力の積算値をそれぞれ算出するとともに、電池２１の充電時には、充電時間又は充電電力の積算値（充電積算値）に基づき動作させる双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を選択し、電池２１の放電時には、放電時間又は放電電力の積算値（放電積算値）に基づき動作させる双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を選択している。従って、充電時と放電時とで双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の動作に偏りが生じることを抑制できる。すなわち、充電時間と放電時間とを合算した積算値又は充電電力と放電電力とを合算した積算値に基づき双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を動作させた場合、複数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１のうち、充電時に主に動作する双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と放電時に主に動作する双方向ＤＣＤＣコンバータ１１とが発生する可能性がある。この点、制御部１３は充電時と放電時とで区別した充電積算値と放電積算値に基づき動作させる双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を選択しているため、充電時と放電時とで各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を偏り無く動作させることができる。

図２は、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１の回路例を示す図である。なお、他の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２〜１１−ｎの回路例も双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１と同様とする。

図２に示す双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１は、絶縁型の双方向ＤＣＤＣコンバータであって、コンデンサＣ１と、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４と、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４と、トランスＴと、コンデンサＣ２と、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４と、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４とを備える。なお、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４及びスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により構成される。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４及びスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をＭＯＳＦＥＴにより構成する場合、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４及びダイオードＤ２１〜Ｓ２４をＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードとしてもよい。

コンデンサＣ１の一方端子は、電池２１の正極端子、スイッチング素子Ｓ１１の一方端子、スイッチング素子Ｓ１３の一方端子、ダイオードＤ１１のカソード端子、及びダイオードＤ１３のカソード端子に接続されている。コンデンサＣ１の他方端子は、電池２１の負極端子、スイッチング素子Ｓ１２の一方端子、スイッチング素子Ｓ１４の一方端子、ダイオードＤ１２のアノード端子、及びダイオードＤ１４のアノード端子に接続されている。スイッチング素子Ｓ１１の他方端子は、トランスＴの１次コイルＬ１の一方端子、スイッチング素子Ｓ１２の他方端子、ダイオードＤ１１のアノード端子、及びダイオードＤ１２のカソード端子に接続されている。スイッチング素子Ｓ１３の他方端子は、１次コイルＬ１の他方端子、スイッチング素子Ｓ１４の他方端子、ダイオードＤ１３のアノード端子、及びダイオードＤ１４のカソード端子に接続されている。

コンデンサＣ２の一方端子は、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２の正極側入出力端子Ｔ＋、スイッチング素子Ｓ２１の一方端子、スイッチング素子Ｓ２３の一方端子、ダイオードＤ２１のカソード端子、及びダイオードＤ２３のカソード端子に接続されている。コンデンサＣ２の他方端子は、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２の負極側入出力端子Ｔ−、スイッチング素子Ｓ２２の一方端子、スイッチング素子Ｓ２４の一方端子、ダイオードＤ２２のアノード端子、及びダイオードＤ２４のアノード端子に接続されている。スイッチング素子Ｓ２１の他方端子は、トランスＴの２次コイルＬ２の一方端子、スイッチング素子Ｓ２２の他方端子、ダイオードＤ２１のアノード端子、及びダイオードＤ２２のカソード端子に接続されている。スイッチング素子Ｓ２３の他方端子は、２次コイルＬ２の他方端子、スイッチング素子Ｓ２４の他方端子、ダイオードＤ２３のアノード端子、及びダイオードＤ２４のカソード端子に接続されている。

制御部１３は、電池２１の充電時、スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２４をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ２２、Ｓ２３をオフさせた後、スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２４をオフさせるとともにスイッチング素子Ｓ２２、Ｓ２３をオンさせることを繰り返す。また、制御部１３は、電池２１の充電時、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をオン、オフさせない。これにより、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２からコンデンサＣ２へ出力される直流電力が交流電力に変換され２次コイルＬ２から１次コイルＬ１へ伝わる。１次コイルＬ１に伝わった交流電力は、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４により整流され、コンデンサＣ１により平滑された後、直流電力として電池２１へ出力される。

また、制御部１３は、電池２１の放電時、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４をオンさせるとともにスイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３をオフさせた後、スイッチング素子Ｓ１１、Ｓ１４をオフさせるとともにスイッチング素子Ｓ１２、Ｓ１３をオンさせることを繰り返す。また、制御部１３は、電池２１の放電時、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をオン、オフさせない。これにより、電池２１からコンデンサＣ１へ出力される直流電力が交流電力に変換され１次コイルＬ１から２次コイルＬ２へ伝わる。２次コイルＬ２に伝わった交流電力は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４により整流され、コンデンサＣ２により平滑された後、直流電力として双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２へ出力される。

なお、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、スイッチング素子を備え、そのスイッチング素子が制御部１３によりオン、オフすることで、入力される直流電力を交流電力に変換したり、入力される交流電力を直流電力に変換したりするものとし、トランスＴなどの損失が大きい素子を備えていないものとする。

このように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１に損失が大きい素子（トランスＴなど）を備え、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２に損失が大きい素子を備えていない構成であるため、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１は、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２よりもトランスＴの発熱によって故障する可能性が高い。

実施形態の電力変換装置１では、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１それぞれの動作時間を低減させることができるため、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の損失が大きい素子による発熱を抑えることができ、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の故障を低減することができる。

また、実施形態の電力変換装置１では、電池２１の充電時と放電時とで異なるスイッチング素子が使用される構成であり、充電時間の積算値と放電時間の積算値が互いに異なったとしても、または、充電電力の積算値と放電電力の積算値が互いに異なったとしても、電池２１の充電時、充電時間または充電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させ、電池２１の放電時、放電時間または放電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させる構成であるため、電池２１の充電時に動作するスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４の劣化に伴う各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命や電池２１の放電時に動作するスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４の劣化に伴う各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命が短くなることを抑えることができ、電力変換装置１全体の寿命が短くなることを抑えることができる。

図３は、制御部１３の動作の一例を示すフローチャートである。
まず、制御部１３は、電池２１を充電するための指示（電池２１へ電力を出力するための指示）として電流指令値Ｉｃ１が入力されていないときで（Ｓ３１：Ｎｏ）、かつ、電池２１を放電するための指示（負荷３１へ電力を出力するための指示）として電流指令値Ｉｃ２が入力されていないとき（Ｓ３２：Ｎｏ）、現在の状態（すべての双方向ＤＣＤＣコンバータ１１や双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２を動作させない状態）を維持する。

次に、制御部１３は、電流指令値Ｉｃ１が入力されると（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、その電流指令値Ｉｃ１に基づいて、電池２１を充電するために電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ１を算出する（Ｓ３３）。例えば、電池２１の充電時の電力変換装置１の出力電圧が２００［Ｖ］、電流指令値Ｉｃ１が２０［Ａ］である場合、制御部１３は、２００［Ｖ］×２０［Ａ］＝４［ｋＷ］を計算することにより、電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ１として４［ｋＷ］を算出する。

次に、制御部１３は、電力Ｐ１を電力変換装置１から出力するために動作させる必要がある絶縁型双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数、すなわち、電池２１の充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数を算出する（Ｓ３４）。例えば、電力Ｐ１が４［ｋＷ］、電池２１の充電時の各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の最大出力電力が２［ｋＷ］である場合、制御部１３は、４［ｋＷ］／２［ｋＷ］＝２を計算することにより、電池２１の充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数として２を算出する。

次に、制御部１３は、電池２１の充電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を充電時間の積算値が小さい順に抽出する（Ｓ３５）。例えば、電池２１の充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が２である場合、制御部１３は、図４（ａ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充電時間の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各充電時間の積算値のうち充電時間の積算値が最も小さい「３０［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、放電時間の積算値が２番目に小さい「３２［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」を抽出する。

なお、Ｓ３５において、制御部１３は、電池２１の充電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を充放電時間の積算値が小さい順に抽出してもよい。例えば、電池２１の充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が２である場合、制御部１３は、図４（ｂ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充放電時間の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各充放電時間の積算値のうち充放電時間の積算値が最も小さい「５０［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、充放電時間の積算値が２番目に小さい「５４［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」を抽出する。

また、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充電時間の積算値とが関係付けられている情報や双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充放電時間の積算値とが関係付けられている情報は制御部１３の記憶部１４に記憶されているものとする。なお、制御部１３に有する記憶部１４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。

そして、制御部１３は、抽出した双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の動作を制御する（Ｓ３６）。これにより、電流指令値Ｉｃ１に基づく電力が電池２１へ出力され、電池２１が充電される。また、電池２１の充電時、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の充電時間の積算値や充放電時間の積算値を均一化させることができ、一部の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命のみが短くなることを抑えることができる。

一方、制御部１３は、電流指令値Ｉｃ２が入力されると（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、その電流指令値Ｉｃ２に基づいて、負荷３１へ電力を供給するために電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ２を算出する（Ｓ３７）。例えば、電池２１の放電時の電力変換装置１の出力電圧が２００［Ｖ］、電流指令値Ｉｃ２が３０［Ａ］である場合、制御部１３は、２００［Ｖ］×３０［Ａ］＝６［ｋＷ］を計算することにより、電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ２として６［ｋＷ］を算出する。

次に、制御部１３は、電力Ｐ２を電力変換装置１から出力するために動作させる必要がある双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数、すなわち、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数（負荷３１へ所望な電力を供給するために必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数）を算出する（Ｓ３８）。例えば、電力Ｐ２が６［ｋＷ］、電池２１の放電時の各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の最大出力電力が２［ｋＷ］である場合、制御部１３は、６［ｋＷ］／２［ｋＷ］＝３を計算することにより、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数として３を算出する。

次に、制御部１３は、電池２１の放電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を放電時間の積算値が小さい順に抽出する（Ｓ３９）。例えば、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が３である場合、制御部１３は、図４（ｃ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と放電時間の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各放電時間の積算値のうち放電時間の積算値が最も小さい「２０［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、放電時間の積算値が２番目に小さい「２２［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」と、放電時間の積算値が３番目に「２３［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１」を抽出する。

なお、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と放電時間の積算値とが関係付けられている情報は制御部１３の記憶部に記憶されているものとする。

また、Ｓ３９において、制御部１３は、電池２１の放電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を充放電時間の積算値が小さい順に抽出してもよい。例えば、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が３である場合、制御部１３は、図４（ｂ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充放電時間の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各充放電時間の積算値のうち充放電時間の積算値が最も小さい「５０［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、充放電時間の積算値が２番目に小さい「５４［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」と、充放電時間の積算値が３番目に小さい「５６［時間］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１」を抽出する。

そして、制御部１３は、抽出した双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の動作を制御する（Ｓ４０）。これにより、電流指令値Ｉｃ２に基づく電力が負荷３１へ出力される。また、電池２１の放電時、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の放電時間の積算値や充放電時間の積算値を均一化させることができ、一部の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命のみが短くなることを低減することができる。

図５は、制御部１３の動作の他の例を示すフローチャートである。
まず、制御部１３は、電池２１を充電するための指示（電池２１へ電力を出力するための指示）として電流指令値Ｉｃ１が入力されていないときで（Ｓ５１：Ｎｏ）、かつ、電池２１を放電するための指示（負荷３１へ電力を出力するための指示）として電流指令値Ｉｃ２が入力されていないとき（Ｓ５２：Ｎｏ）、現在の状態（すべての双方向ＤＣＤＣコンバータ１１や双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２を動作させない状態）を維持する。

次に、制御部１３は、電流指令値Ｉｃ１が入力されると（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、その電流指令値Ｉｃ１に基づいて、電池２１を充電するために電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ１を算出する（Ｓ５３）。例えば、電池２１の充電時の電力変換装置１の出力電圧が２００［Ｖ］、電流指令値Ｉｃ１が２０［Ａ］である場合、制御部１３は、２００［Ｖ］×２０［Ａ］＝４［ｋＷ］を計算することにより、電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ１として４［ｋＷ］を算出する。

次に、制御部１３は、電力Ｐ１を電力変換装置１から出力するために動作させる必要がある双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数、すなわち、電池２１の充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数を算出する（Ｓ５４）。例えば、電力Ｐ１が４［ｋＷ］、電池２１の充電時の各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の最大出力電力が２［ｋＷ］である場合、制御部１３は、４［ｋＷ］／２［ｋＷ］＝２を計算することにより、充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数として２を算出する。

次に、制御部１３は、電池２１の充電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を充電電力の積算値が小さい順に抽出する（Ｓ５５）。例えば、充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が２である場合、制御部１３は、図６（ａ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充電電力の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各充電電力の積算値のうち充電電力の積算値が最も少ない「３００［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、充電電力の積算値が２番目に小さい「３０２［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」を抽出する。

なお、Ｓ５５において、制御部１３は、電池２１の充電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を充放電電力の積算値が小さい順に抽出してもよい。例えば、電池２１の充電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が２である場合、制御部１３は、図６（ｂ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充放電電力の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各充放電電力の積算値のうち充放電電力の積算値が最も小さい「５００［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、充放電電力の積算値が２番目に小さい「５０４［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」を抽出する。

また、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充電電力の積算値とが関係付けられている情報や双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充放電電力の積算値とが関係付けられている情報は制御部１３の記憶部１４に記憶されているものとする。

そして、制御部１３は、抽出した双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の動作を制御する（Ｓ５６）。これにより、電流指令値Ｉｃ１に基づく電力が電池２１へ出力され、電池２１が充電される。また、電池２１の充電時、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の充電電力の積算値や充放電電力の積算値を均一化させることができ、一部の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命のみが短くなることを低減することができる。

一方、制御部１３は、電流指令値Ｉｃ２が入力されると（Ｓ５２：Ｙｅｓ）、その電流指令値Ｉｃ２に基づいて、負荷３１へ電力を供給するために電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ２を算出する（Ｓ５７）。例えば、電池２１の放電時の電力変換装置１の出力電圧が２００［Ｖ］、電流指令値Ｉｃ２が３０［Ａ］である場合、制御部１３は、２００［Ｖ］×３０［Ａ］＝６［ｋＷ］を計算することにより、電力変換装置１から出力させる必要がある電力Ｐ２として、６［ｋＷ］を算出する。

次に、制御部１３は、電力Ｐ２を電力変換装置１から出力するために動作させる必要がある双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数、すなわち、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数（負荷３１へ所望な電力を供給するために必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数）を算出する（Ｓ５８）。例えば、電力Ｐ２が６［ｋＷ］、電池２１の放電時の各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の最大出力電力が２［ｋＷ］である場合、制御部１３は、６［ｋＷ］／２［ｋＷ］＝３を計算することにより、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数として３を算出する。

次に、制御部１３は、電池２１の放電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を放電電力の積算値が小さい順に抽出する（Ｓ５９）。例えば、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が３である場合、制御部１３は、図６（ｃ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と放電電力の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各放電電力の積算値のうち放電電力の積算値が最も小さい「２００［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、放電電力の積算値が２番目に小さい「２０２［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」と、放電電力の積算値が３番目に小さい「２０３［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」を抽出する。

なお、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と放電電力の積算値とが関係付けられている情報は制御部１３の記憶部１４に記憶されているものとする。

また、Ｓ５９において、制御部１３は、電池２１の放電に必要な数の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を充放電電力の積算値が小さい順に抽出してもよい。例えば、電池２１の放電に必要な双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の数が３である場合、制御部１３は、図６（ｂ）に示すように、双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と充放電電力の積算値とが関係付けられている情報を参照して、各充放電電力の積算値のうち充放電電力の積算値が最も小さい「５００［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２」と、充放電電力の積算値が２番目に小さい「５０４［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−３」と、充放電電力の積算値が３番目に小さい「５０６［ｋＷ］」に対応する「双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１」を抽出する。

そして、制御部１３は、抽出した双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の動作を制御する（Ｓ６０）。これにより、電流指令値Ｉｃ２に基づく電力が負荷３１へ出力される。また、電池２１の放電時、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の放電電力の積算値や充放電電力の積算値を均一化させることができ、一部の双方向ＤＣＤＣコンバータ１１の寿命のみが短くなることを低減することができる。

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
例えば、図７に示すように、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１と双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２との接続点に、太陽光発電装置４及び定置式蓄電装置５を接続してもよい。

太陽光発電装置４は、太陽光パネル４１と、ＤＣＤＣコンバータ４２（電力変換部）と、ＤＣＤＣコンバータ４２の動作を制御する制御部４３とを備える。
制御部４３は、電力変換装置１の制御部１３から出力される電流指令値Ｉｃ３に基づいて、太陽光パネル４１から出力される電力が双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２及び分電盤３４を介して負荷３１へ出力されるように、または、太陽光パネル４１から出力される電力が制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を介して電池２１へ出力されるように、ＤＣＤＣコンバータ４２の動作を制御する。なお、制御部４３は、例えば、ＣＰＵ、マルチＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイスにより構成される。

定置式蓄電装置５は、定置式バッテリー５１と、双方向ＤＣＤＣコンバータ５２（電力変換部）と、制御部５３とを備える。
制御部５３は、定置式バッテリー５１の充電時、系統３３から分電盤３４及び双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２を介して出力される電力が、定置式バッテリー５１の充電用電力に変換されるように、双方向ＤＣＤＣコンバータ５２の動作を制御する。

また、制御部５３は、定置式バッテリー５１の放電時、定置式バッテリー５１から出力される電力が、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２及び分電盤３４を介して負荷３１へ出力されるように、双方向ＤＣＤＣコンバータ５２の動作を制御する。

また、制御部５３は、電池２１の充電時、定置式バッテリー５１から出力される電力が、電力変換装置１の制御部１３から出力される電流指令値Ｉｃ４に基づく電力に変換されるように、双方向ＤＣＤＣコンバータ５２の動作を制御する。

また、制御部５３は、電池２１の放電時、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から出力される電力が、定置式バッテリー５１の充電用電力に変換されるように、双方向ＤＣＤＣコンバータ５２の動作を制御する。

なお、制御部５３は、例えば、ＣＰＵ、マルチＣＰＵ、またはプログラマブルなデバイスにより構成される。

また、各双方向ＤＣＤＣコンバータ１１は、太陽光パネル４１に接続されるＤＣＤＣコンバータ４２及び定置式バッテリー５１に接続される双方向ＤＣＤＣコンバータ５２の少なくとも１つに接続されるように構成してもよい。このように構成することにより、電池２１から負荷３１へ出力される電力の不足分を太陽光パネル４１から出力される電力や定置式バッテリー５１から出力される電力で補うことができる。また、系統３３から電池２１へ出力される電力の不足分を太陽光パネル４１から出力される電力や定置式バッテリー５１から出力される電力で補うことができる。

また、例えば、図８に示すように、電力変換装置１に複数の双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２（１２−１〜１２−ｎ）を備えるように構成してもよい。双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２−１は双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−１に直列接続され、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２−２は双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−２に直列接続され、・・・、双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２−ｎは双方向ＤＣＤＣコンバータ１１−ｎに直列接続されている。各双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２のうち、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、電池２１の充電時、分電盤３４から出力される交流電力を直流電力に変換し、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を介して電池２１へ出力する。また、各双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２のうち、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１２は、電池２１の放電時、制御部１３により動作が制御される双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から出力される直流電力を交流電力に変換し、分電盤３４を介して負荷３１へ出力する。

また、例えば、制御部１３は、電池２１の充電時、充電時間の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から優先して動作させ、電池２１の放電時、放電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させるように構成してもよい。

また、例えば、制御部１３は、電池２１の充電時、充電電力の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１から優先して動作させ、電池２１の放電時、放電時間の積算値が小さい双方向ＤＣＤＣコンバータ１１を優先して動作させるように構成してもよい。

１ 電力変換装置
１１ 双方向ＤＣＤＣコンバータ
１２ 双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ
１３ 制御部
１４ 記憶部
２ 車両
２１ 電池
２２ 制御部
３ 家
３１ 負荷
３２ 制御部
３３ 系統
３４ 分電盤

Claims (6)

1. 互いに並列接続される複数の双方向電力変換部と、前記複数の双方向電力変換部の動作を制御する制御部とを備える電力変換装置であって、
   前記複数の双方向電力変換部は、電池の充電時、入力される電力を充電用電力に変換し、前記電池の放電時、入力される電力を系統用電力に変換し、
   前記制御部は、
   前記複数の双方向電力変換部のそれぞれの充電時間または充電電力の充電積算値と、放電時間または放電電力の放電積算値とを記憶する記憶部を有し、
   前記制御部は、
   前記電池の充電時、前記複数の双方向電力変換部のうち前記記憶部に記憶した前記充電積算値が小さい前記双方向電力変換部を優先して動作させ、
   前記電池の放電時、前記複数の双方向電力変換部のうち前記記憶部に記憶した前記放電積算値が小さい前記双方向電力変換部を優先して動作させる
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記充電積算値は、前記充電時間の積算値であり、
   前記放電積算値は、前記放電時間の積算値であり、
   前記制御部は、
   前記電池の充電時、動作させる必要がある前記双方向電力変換部の数を求め、その求めた数の前記双方向電力変換部を前記充電時間の積算値が小さい順に抽出し、その抽出した前記双方向電力変換部を動作させ、
   前記電池の放電時、動作させる必要がある前記双方向電力変換部の数を求め、その求めた数の前記双方向電力変換部を前記放電時間の積算値が小さい順に抽出し、その抽出した前記双方向電力変換部を動作させる
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１に記載の電力変換装置であって、
   前記充電積算値は、前記充電電力の積算値であり、
   前記放電積算値は、前記放電電力の積算値であり、
   前記制御部は、
   前記電池の充電時、動作させる必要がある前記双方向電力変換部の数を求め、その求めた数の前記双方向電力変換部を前記充電電力の積算値が小さい順に抽出し、その抽出した前記双方向電力変換部を動作させ、
   前記電池の放電時、動作させる必要がある前記双方向電力変換部の数を求め、その求めた数の前記双方向電力変換部を前記放電電力の積算値が小さい順に抽出し、その抽出した前記双方向電力変換部を動作させる
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 互いに並列接続される複数の双方向電力変換部と、前記複数の双方向電力変換部の動作を制御する制御部とを備える電力変換装置であって、
   前記双方向電力変換部には、電池の充電時、入力される電力を充電用電力に変換し、前記電池の放電時、入力される電力を系統用電力に変換し、
   前記制御部は、
   前記複数の双方向電力変換部のそれぞれの充放電時間または充放電電力の積算値を記憶する記憶部を有し、
   前記制御部は、前記電池の充電時または前記電池の放電時、前記積算値が小さい前記双方向電力変換部を優先して動作させる
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記複数の双方向電力変換部の接続点と系統との間に設けられる非絶縁型双方向ＤＣ／ＡＣコンバータを備え、
   前記複数の双方向電力変換部は、それぞれ、絶縁型双方向ＤＣＤＣコンバータである
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の電力変換装置であって、
   前記複数の双方向電力変換部は、太陽光パネルに接続される電力変換部及び定置式バッテリーに接続される電力変換部の少なくとも１つに接続される
   ことを特徴とする電力変換装置。
   

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