JP2022162723A - Power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置に関する。 The present invention relates to a power supply device.
交流電源から出力される交流電力を直流電力に変換して負荷に供給する電源装置が知られている(例えば、特許文献1)。特許文献1に記載の電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータと、AC/DCコンバータが出力する直流電力を変換して負荷に供給する負荷用DC/DCコンバータと、AC/DCコンバータと負荷用DC/DCコンバータとの間に設けられている中間コンデンサと、負荷用DC/DCコンバータを制御する制御回路と、を備える。
A power supply device that converts AC power output from an AC power supply into DC power and supplies the DC power to a load is known (for example, Patent Document 1). The power supply device described in
このような電源装置では、中間コンデンサに印加される電圧である中間電圧が低い状態で負荷への電力伝送を開始すると、意図しない経路を介した電力伝送が行われる場合がある。この場合、電力変換効率の低下や過度な電流が流れることが懸念される。 In such a power supply device, when power transmission to a load is started in a state where the intermediate voltage applied to the intermediate capacitor is low, power may be transmitted through an unintended path. In this case, there is a concern that the power conversion efficiency will decrease and excessive current will flow.
上記課題を解決する電源装置は、交流電源から入力される交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータと、前記AC/DCコンバータが出力する直流電力を変換して負荷に供給する負荷用DC/DCコンバータと、前記AC/DCコンバータと前記負荷用DC/DCコンバータとの間に設けられている中間コンデンサと、前記中間コンデンサに接続されているとともに前記負荷用DC/DCコンバータに並列接続されている1又は複数の蓄電ユニットと、前記負荷用DC/DCコンバータ及び前記1又は複数の蓄電ユニットを制御する制御回路と、を備え、前記1又は複数の蓄電ユニットは、蓄電装置と、前記蓄電装置の電力を変換して前記中間コンデンサに向けて出力する蓄電用DC/DCコンバータと、前記蓄電装置と前記蓄電用DC/DCコンバータとの間に設けられているスイッチと、前記スイッチと並列接続されている抵抗と、を備え、前記制御回路は、前記交流電源から前記AC/DCコンバータへの入力電圧が判定電圧以下である状況において前記蓄電装置を用いて前記負荷への電力供給を行う場合、前記中間コンデンサの電圧である中間電圧が前記蓄電装置の電圧以上となるように、前記スイッチをOFF状態にした状態で前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させることにより前記中間コンデンサへの充電を行う事前充電部を備えている。 A power supply device that solves the above problems includes an AC/DC converter that converts AC power input from an AC power supply into DC power, and a load DC that converts the DC power output from the AC/DC converter and supplies it to a load. /DC converter, an intermediate capacitor provided between the AC/DC converter and the load DC/DC converter, and a capacitor connected to the intermediate capacitor and connected in parallel to the load DC/DC converter. and a control circuit that controls the load DC/DC converter and the one or more power storage units, wherein the one or more power storage units include a power storage device and the power storage unit. a power storage DC/DC converter that converts the power of a device and outputs the power to the intermediate capacitor; a switch provided between the power storage device and the power storage DC/DC converter; and a parallel connection with the switch. and a resistor, wherein the control circuit supplies power to the load using the power storage device in a situation where the input voltage from the AC power supply to the AC/DC converter is equal to or lower than the judgment voltage. and charging the intermediate capacitor by operating the power storage DC/DC converter with the switch in the OFF state so that the intermediate voltage, which is the voltage of the intermediate capacitor, is equal to or higher than the voltage of the power storage device. It is equipped with a pre-charging unit that performs
かかる構成によれば、蓄電ユニットが負荷用DC/DCコンバータに並列接続されているため、例えば交流電源からの電力供給がなく、交流電源からの入力電圧が判定電圧以下となっている場合にも、蓄電用DC/DCコンバータ及び負荷用DC/DCコンバータを動作させることにより、蓄電ユニットの蓄電装置を用いて負荷への電力供給が可能となる。 According to such a configuration, since the power storage unit is connected in parallel to the load DC/DC converter, for example, even when there is no power supply from the AC power supply and the input voltage from the AC power supply is equal to or lower than the judgment voltage. By operating the power storage DC/DC converter and the load DC/DC converter, power can be supplied to the load using the power storage device of the power storage unit.
ここで、入力電圧が判定電圧以下である場合、中間電圧が蓄電装置の電圧よりも低くなる場合がある。この場合、意図しない電力伝送が行われるおそれがある。一方、中間コンデンサに電荷が蓄積されていない状態で蓄電装置と中間コンデンサとを接続すると、過度な電流が流れるおそれがある。 Here, when the input voltage is equal to or lower than the determination voltage, the intermediate voltage may become lower than the voltage of the power storage device. In this case, unintended power transmission may occur. On the other hand, if the power storage device and the intermediate capacitor are connected in a state where the intermediate capacitor is not charged, an excessive current may flow.
この点、本構成によれば、スイッチをOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータを動作させることにより、抵抗を介して蓄電装置から中間コンデンサに電力伝送が行われ、中間電圧が蓄電装置の電圧以上となる。これにより、過度な電流が流れることを抑制しつつ、中間電圧を蓄電装置の電圧以上とすることができる。したがって、その後の蓄電装置を用いた負荷への電力供給を好適に行うことができる。 In this respect, according to this configuration, by operating the power storage DC/DC converter with the switch in the OFF state, power is transmitted from the power storage device to the intermediate capacitor via the resistor, and the intermediate voltage is transferred to the power storage device. above the voltage of As a result, the intermediate voltage can be equal to or higher than the voltage of the power storage device while suppressing excessive current flow. Therefore, subsequent power supply to the load using the power storage device can be performed favorably.
上記電源装置について、複数の前記蓄電ユニットを備え、前記複数の蓄電ユニットは、それぞれ前記蓄電装置を備え、前記事前充電部は、前記中間電圧が複数の前記蓄電装置の電圧の最大値よりも高くなるように、前記スイッチをOFF状態にした状態で前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、ものであってもよい。 The power supply device includes a plurality of power storage units, each of the plurality of power storage units includes the power storage device, and the pre-charging unit has the intermediate voltage higher than the maximum voltage of the plurality of power storage devices. The power storage DC/DC converter may be operated while the switch is in an OFF state so as to increase the voltage.
かかる構成によれば、中間電圧が複数の蓄電装置の電圧の最大値よりも高い電圧まで昇圧されるため、例えば、ある蓄電装置から他の蓄電装置への電力伝送が抑制される。したがって、意図しない電力伝送が行われて負荷への電力供給効率が低下することを抑制できる。 According to such a configuration, the intermediate voltage is boosted to a voltage higher than the maximum value of the voltages of the plurality of power storage devices, so power transmission from one power storage device to another power storage device is suppressed, for example. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of power supply to the load due to unintended power transmission.
上記電源装置について、前記制御回路は、前記交流電源から前記AC/DCコンバータへの入力電圧が判定電圧以下である状況において、前記1又は複数の蓄電ユニットのうち前記蓄電装置のSOCが予め定められた放電許容値以上である許容蓄電装置を有する許容蓄電ユニットがあるか否かを判定する許容判定部を備え、前記許容判定部によって前記許容蓄電ユニットがあると判定された場合に、前記許容蓄電装置を用いて前記負荷への電力供給を行うものであり、前記事前充電部は、前記中間電圧が前記許容蓄電装置の電圧以上となるように、前記許容蓄電ユニットの前記スイッチをOFF状態にした状態で前記許容蓄電ユニットの前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、ものであってもよい。 With respect to the power supply device, the control circuit determines in advance the SOC of the power storage device among the one or more power storage units in a situation where the input voltage from the AC power supply to the AC/DC converter is equal to or lower than a judgment voltage. a permissible power storage unit that determines whether or not there is an allowable power storage unit having an allowable power storage device having a discharge permissible value or more; The pre-charging unit turns off the switch of the allowable power storage unit so that the intermediate voltage becomes equal to or higher than the voltage of the allowable power storage unit. The power storage DC/DC converter of the allowable power storage unit may be operated in a state where the power storage unit is in a state where
かかる構成によれば、放電許容値以上のSOCを有する蓄電装置を用いて負荷への電力供給が行われる。これにより、SOCが低い状態の蓄電装置を用いて負荷への電力供給を行うことによる蓄電装置の劣化を抑制できる。したがって、電源装置の長寿命化を図ることができる。 According to such a configuration, power is supplied to the load using the power storage device having an SOC equal to or higher than the discharge allowable value. This makes it possible to suppress deterioration of the power storage device caused by supplying power to the load using the power storage device with a low SOC. Therefore, it is possible to extend the life of the power supply device.
上記電源装置について、前記制御回路は、前記許容蓄電装置が複数ある場合、前記複数の許容蓄電装置のうちSOHが最も高いものを用いて前記負荷への電力供給を行う、ものであってもよい。 In the above power supply device, when there are a plurality of allowable power storage devices, the control circuit may supply power to the load using one of the plurality of allowable power storage devices having the highest SOH. .
かかる構成によれば、相対的に劣化していない許容蓄電装置を用いて負荷への電力供給が行われる。これにより、相対的に劣化している蓄電装置を用いた負荷への電力供給の頻度が減るため、当該蓄電装置の劣化の進行を抑制できる。したがって、特定の蓄電装置が過度に劣化することを抑制できる。 According to this configuration, power is supplied to the load using the allowable power storage device that is relatively undegraded. As a result, the frequency of power supply to the load using the relatively deteriorated power storage device is reduced, so that progress of deterioration of the power storage device can be suppressed. Therefore, excessive deterioration of a specific power storage device can be suppressed.
上記電源装置について、前記制御回路は、前記事前充電部による前記中間コンデンサの充電が行われた後に前記スイッチを介して前記蓄電装置の少なくとも1つから前記負荷への電力供給が行われるように、前記スイッチをON状態にした状態で前記負荷用DC/DCコンバータ及び前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、ものであってもよい。 With respect to the power supply device, the control circuit is adapted to supply power from at least one of the power storage devices to the load via the switch after the intermediate capacitor is charged by the precharging unit. , the load DC/DC converter and the power storage DC/DC converter may be operated while the switch is in an ON state.
かかる構成によれば、負荷への電力供給のときには、抵抗よりも損失が小さいスイッチを介して、蓄電装置の電力が負荷に供給される。これにより、負荷への電力供給に際し、抵抗による電力の消費を抑制できる。したがって、電源装置の電力変換効率の低下を抑制できる。 According to such a configuration, when power is supplied to the load, the power of the power storage device is supplied to the load via the switch having a smaller loss than the resistance. As a result, power consumption by the resistance can be suppressed when power is supplied to the load. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the power conversion efficiency of the power supply device.
上記電源装置について、前記負荷は、充電可能な対象蓄電装置であり、前記事前充電部は、前記交流電源から前記AC/DCコンバータへの入力電圧が前記判定電圧以下である状況において、前記蓄電装置を用いて前記対象蓄電装置の充電を行う場合、前記中間電圧が前記対象蓄電装置の電圧よりも高くなるように、前記スイッチをOFF状態にした状態で前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、ものであってもよい。 In the power supply device, the load is a chargeable target power storage device, and the pre-charging unit performs the power storage when the input voltage from the AC power supply to the AC/DC converter is equal to or lower than the determination voltage. When the device is used to charge the target power storage device, the power storage DC/DC converter is operated with the switch turned off so that the intermediate voltage becomes higher than the voltage of the target power storage device. , may be
かかる構成によれば、負荷用DC/DCコンバータが降圧変換を行うことにより、対象蓄電装置を充電できる。また、対象蓄電装置から蓄電装置への電力の逆流を抑制できる。 According to such a configuration, the target power storage device can be charged by the step-down conversion performed by the load DC/DC converter. In addition, reverse electric power flow from the target power storage device to the power storage device can be suppressed.
本発明によれば、中間電圧が低いことに起因する意図しない電力伝送を抑制できる。 According to the present invention, unintended power transmission due to low intermediate voltage can be suppressed.
<電源システムについて>
以下、電源装置及び当該電源装置を備えた電源システムの一実施形態について説明する。
<About the power supply system>
An embodiment of a power supply device and a power supply system including the power supply device will be described below.
図1に示すように、電源システム100は、交流電力を出力する交流電源110と、直流電力が供給される負荷としての対象蓄電装置120と、電源装置10と、を備える。
交流電源110は、交流電力を出力する電力源である。交流電源110としては、任意の交流電力源を用いることができるが、例えば系統電源などの三相交流電力源である。交流電源110が供給可能な交流電力の最大値は、例えば、電力会社との契約内容又は他の電力システムの電力使用状況等に応じて変動する。
As shown in FIG. 1 , the
本実施形態の対象蓄電装置120は、充電可能であり、一例としては二次電池である。二次電池とは、例えば、リチウムイオン蓄電池や鉛蓄電池である。対象蓄電装置120は、例えば車両に搭載されているものでもよい。
The target
対象蓄電装置120には、対象BMS121が設けられていてもよい。対象BMS121は、対象蓄電装置120の要求電力Pr、電圧Vr、SOC(充電率:State of Charge)、及びSOH(健全率:State of Health)を監視するバッテリマネジメントシステム(BMS:Battery Management System)である。対象蓄電装置120の要求電力Prは、対象蓄電装置120を充電するために必要な電力である。なお、説明の便宜上、以降の説明において、対象蓄電装置120の電圧Vrを対象電圧Vrという。
The target
電源装置10は、交流電源110と対象蓄電装置120との間に設けられている。交流電源110の交流電力を直流電力に変換して対象蓄電装置120に供給できる。
電源装置10は、AC/DCコンバータ20と、負荷用DC/DCコンバータ30と、負荷スイッチ31と、負荷抵抗32と、中間コンデンサ40と、中間電圧センサ41と、複数の蓄電ユニット50と、制御回路60と、を備える。
The
AC/DCコンバータ20は、交流電源110に接続可能である。AC/DCコンバータ20は、交流電源110からの交流電力を直流電力に変換する。AC/DCコンバータ20の具体的態様は任意であるが、例えば、DAB(Dual Active Bridge)方式のAC/DCコンバータである。DAB方式のAC/DCコンバータは、直流電力を出力する2次側回路の位相差及びデューティ比を制御することにより、出力電圧を制御できる。
AC/
負荷用DC/DCコンバータ30は、AC/DCコンバータ20と接続されている。負荷用DC/DCコンバータ30は、AC/DCコンバータ20が出力する直流電力を変換して対象蓄電装置120に供給する。本実施形態の負荷用DC/DCコンバータ30は、チョッパ回路である。なお、負荷用DC/DCコンバータ30の具体的態様は任意であり、例えば、SEPICコンバータやLLCコンバータであってもよい。
The load DC/
中間コンデンサ40は、AC/DCコンバータ20と負荷用DC/DCコンバータ30との間に設けられている。
中間電圧センサ41は、中間コンデンサ40の電圧である中間電圧Vmを測定する電圧センサである。
複数の蓄電ユニット50は、それぞれ中間コンデンサ40に接続されているとともに負荷用DC/DCコンバータ30に並列接続されている。蓄電ユニット50は、負荷用DC/DCコンバータ30及び中間コンデンサ40に直流電力を出力可能な電力ユニットである。複数の蓄電ユニット50は、それぞれ蓄電装置51と、蓄電用DC/DCコンバータ53と、スイッチ54と、抵抗55と、を備える。
A plurality of
蓄電装置51は、直流電力を出力可能な電力源であり、例えば、二次電池である。各蓄電装置51は、蓄電BMS52を備える。各蓄電BMS52は、各蓄電装置51の電圧Vdc、SOC、及びSOHを監視する。
The
蓄電用DC/DCコンバータ53は、AC/DCコンバータ20が出力する直流電圧を降圧変換して蓄電装置51に出力できる。これにより、蓄電用DC/DCコンバータ53は、交流電源110の交流電力を用いて蓄電装置51を充電できる。また、蓄電用DC/DCコンバータ53は、蓄電装置51の電力を昇圧変換して負荷用DC/DCコンバータ30及び中間コンデンサ40に向けて出力できる。蓄電用DC/DCコンバータ53は、蓄電用DC/DCコンバータ53に設けられているスイッチング素子を操作することにより動作する。蓄電用DC/DCコンバータ53の具体的態様は任意であるが、例えば、負荷用DC/DCコンバータ30と同様に、チョッパ回路である。
The power storage DC/
スイッチ54は、蓄電装置51と蓄電用DC/DCコンバータ53との間に設けられている。本実施形態のスイッチ54はリレースイッチであるが、MOSFETやIGBTなど任意の態様を採用できる。
抵抗55は、スイッチ54と並列接続されている。スイッチ54がON状態の場合、蓄電装置51の電力はスイッチ54を介して蓄電用DC/DCコンバータ53に供給される。スイッチ54がOFF状態の場合、蓄電装置51の電力は抵抗55を介して蓄電用DC/DCコンバータ53に供給される。
A
制御回路60は、AC/DCコンバータ20、負荷用DC/DCコンバータ30、負荷スイッチ31、及び各蓄電ユニット50(詳細には、蓄電用DC/DCコンバータ53及びスイッチ54)を制御する。制御回路60の具体的なハードウェア構成は任意である。例えば、制御回路60は、スイッチング制御を行うための専用のハードェア回路を有する構成でもよいし、スイッチング制御を行うための制御プログラムや必要な情報が記憶されたメモリと、制御プログラムに基づいてスイッチング制御を行うCPUとを有する構成でもよい。
The
制御回路60は、各部材を制御するための情報を取得可能に構成されている。具体的には、制御回路60は、AC/DCコンバータ20から入力電圧Vacを、対象BMS121から対象蓄電装置120の要求電力Pr、対象電圧Vr、SOC、及びSOHを、各蓄電BMS52から各蓄電装置51の電圧Vdc、SOC、及びSOHを、それぞれ取得可能に構成されている。これらの情報の取得方法は任意であるが、例えば、CAN:Controller Area NetworkやLIN:Local Interconnect Networkなどの車両用の通信プロトコルに従った通信が挙げられる。
The
制御回路60は、上記各部材を制御することにより、交流電源110及び蓄電ユニット50の蓄電装置51の少なくとも一方を用いて、対象蓄電装置120への電力供給を行う電力供給処理を実行する。
The
<電力供給処理について>
以下、制御回路60が行う電力供給処理の一例について説明する。本実施形態における電力供給処理は、対象蓄電装置120への電力供給を行う処理である。対象蓄電装置120への電力供給とは、例えば対象蓄電装置120への充電である。なお、以下の説明では、電力供給処理を開始する際に、負荷スイッチ31及び各スイッチ54はOFF状態であるものとする。
<About power supply processing>
An example of power supply processing performed by the
図2に示すように、制御回路60は、ステップS1において、AC/DCコンバータ20から入力電圧Vacを取得する。
次に、制御回路60は、ステップS2において、入力電圧Vacが判定電圧V1以下であるか否かを判定する。判定電圧V1は任意に設定できるが、例えば、交流電源110が正常に動作する電圧の下限値以上である。
As shown in FIG. 2,
Next, in step S2, the
まず、ステップS2における判定結果が否定の場合の制御回路60の処理について説明する。ステップS2における判定結果が否定の場合、すなわち、入力電圧Vacが判定電圧V1より高い場合とは、例えば、交流電源110が正常に動作している状況に相当する。
First, the processing of the
この場合、制御回路60は、ステップS10に進み、対象BMS121から対象電圧Vrを、各蓄電装置51の蓄電BMS52から各蓄電装置51の電圧Vdcを、それぞれ取得する。
In this case, the
次に、制御回路60は、ステップS11に進み、ステップS10で取得した対象電圧Vr及び各蓄電装置51の電圧Vdcの中から、最大値Vmaxを特定する。最大値Vmaxとは、対象電圧Vr及び複数の蓄電装置51の電圧Vdcの中で最大の電圧である。
Next, the
次に、制御回路60は、ステップS12に進み、目標中間電圧Vtを設定する。目標中間電圧Vtは、ステップS11で特定された最大値Vmaxより高い値である。本実施形態における目標中間電圧Vtは、ステップS11で特定された最大値Vmaxより所定値だけ高い値である。当該所定値は、電力変換効率などに基づいて適宜設定されていればよい。
Next, the
次に、制御回路60は、ステップS13に進み、AC/DCコンバータ20を用いて、中間電圧Vmが目標中間電圧Vtとなるように中間コンデンサ40を充電する。このとき、制御回路60は、中間電圧センサ41から中間電圧Vmを取得する。AC/DCコンバータ20がDAB方式のAC/DCコンバータである場合には、AC/DCコンバータ20の二次側回路の位相差及びデューティ比の制御を通じて、AC/DCコンバータ20の出力電圧を制御することにより、中間コンデンサ40を充電すればよい。なお、AC/DCコンバータ20の具体的な制御態様は任意である。
Next, the
次に、制御回路60は、ステップS14に進み、ステップS13で取得した中間電圧Vmが目標中間電圧Vtと一致しているか否かを判定する。2つの値が一致している状態には、完全一致の状態のみならず、2つの値の差が所定の値以下の状態も含まれる。所定の値は、測定誤差などに基づいて適宜設定されていればよい。
Next, the
ステップS14における判定結果が否定の場合、制御回路60は、ステップS13に戻り、中間コンデンサ40の充電を継続する。
一方、ステップS14における判定結果が肯定の場合、制御回路60は、ステップS15に進み、負荷スイッチ31をOFF状態からON状態に切り替える。その後、制御回路60は、ステップS16に進む。
If the determination result in step S14 is negative, the
On the other hand, if the determination result in step S14 is affirmative, the
ステップS16において、制御回路60は、AC/DCコンバータ20及び負荷用DC/DCコンバータ30を動作させることにより、交流電源110を用いて対象蓄電装置120への電力供給を開始する。詳細には、制御回路60は、中間電圧Vmが目標中間電圧VtとなるようにAC/DCコンバータ20を制御し、且つ、要求電力Prに対応する電流が流れるように負荷用DC/DCコンバータ30を制御する。
In step S<b>16 ,
ここで、目標中間電圧Vtが対象電圧Vrよりも高く設定されているため、中間電圧Vmは対象電圧Vrよりも高くなる。したがって、負荷用DC/DCコンバータ30では降圧変換が行われる。換言すれば、負荷用DC/DCコンバータ30は、要求電力Prに対応する電流が流れるように降圧変換を行っているといえる。
Here, since the target intermediate voltage Vt is set higher than the target voltage Vr, the intermediate voltage Vm is higher than the target voltage Vr. Therefore, step-down conversion is performed in the load DC/
ちなみに、制御回路60は、要求電力Prが予め定められた閾値未満である場合には、上記のように交流電源110のみを用いて電力供給を行う一方、要求電力Prが閾値以上である場合には、交流電源110と各蓄電装置51のいずれかとを用いて電力供給を行ってもよい。この場合、制御回路60は、各蓄電装置51のうち、1又は複数の実行蓄電装置51bを選択する。実行蓄電装置51bは、対象蓄電装置120への電力供給に用いられる蓄電装置51である。実行蓄電装置51bの選択態様については、後述する。
Incidentally, when the required power Pr is less than the predetermined threshold, the
以下の説明では、実行蓄電装置51bを備える蓄電ユニット50を実行蓄電ユニット50bと、実行蓄電ユニット50bが備える蓄電用DC/DCコンバータ53、スイッチ54、及び抵抗55をそれぞれ、実行蓄電用DC/DCコンバータ53b、実行スイッチ54b、及び実行抵抗55bと称することがある。
In the following description, the effective power storage unit 50b includes the effective power storage device 51b, and the power storage DC/
そして、制御回路60は、実行蓄電装置51bと対象蓄電装置120との双方から対象蓄電装置120への電力供給が行われるように、実行スイッチ54bをOFF状態からON状態に切り替えるとともに、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bを動作させる。
Then, the
ここで、目標中間電圧Vtは各蓄電装置51の電圧Vdcよりも高く設定されているため、中間電圧Vmは実行蓄電装置51bの電圧Vdcよりも高くなる。したがって、制御回路60は、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bにて昇圧変換が行われ、且つ、負荷用DC/DCコンバータ30にて降圧変換が行われるように、負荷用DC/DCコンバータ30及び実行蓄電用DC/DCコンバータ53bを動作させる。
Here, since the target intermediate voltage Vt is set higher than the voltage Vdc of each
次に、ステップS2における判定結果が肯定の場合の制御回路60の処理について説明する。ステップS2における判定結果が肯定の場合とは、交流電源110からAC/DCコンバータ20への入力電圧Vacが判定電圧V1以下である状況であり、例えば停電時に相当する。
Next, the processing of the
この場合、制御回路60は、ステップS20に進み、対象BMS121から対象電圧Vrを、各蓄電BMS52から各蓄電装置51の電圧Vdc、SOC、及びSOHを、それぞれ取得する。
In this case, the
次に、制御回路60は、ステップS21に進み、ステップS20で取得した各蓄電装置51のSOCを放電許容値SOC1と比較することにより、許容蓄電ユニット50aがあるか否かを判定する。許容蓄電ユニット50aとは、許容蓄電装置51aを有する蓄電ユニット50である。許容蓄電装置51aとは、SOCが予め定められた放電許容値SOC1以上である蓄電装置51である。なお、放電許容値SOC1は任意の値を設定可能であるが、例えば各蓄電装置51から中間コンデンサ40への充電が許容されるSOCの下限値である。本実施形態では、ステップS21の処理を実行する制御回路60が許容判定部に対応する。
Next, the
ステップS21の判定結果が否定の場合、すなわち許容蓄電ユニット50aがないと判定された場合、制御回路60は、対象蓄電装置120への電力供給を行わずに、電力供給処理を終了する。このとき、制御回路60は、許容蓄電ユニット50aがないと判定されたことを外部に通知してもよい。
If the determination result in step S21 is negative, that is, if it is determined that there is no allowable power storage unit 50a, the
一方、ステップS21の判定結果が肯定の場合、すなわち許容蓄電ユニット50aがあると判定された場合、制御回路60は、ステップS22に進み、許容蓄電ユニット50aの数が複数か否かを判定する。ステップS22の判定結果が否定の場合、制御回路60は、ステップS24に進む。一方、ステップS22の判定結果が肯定の場合、制御回路60は、ステップS23に進む。
On the other hand, if the determination result in step S21 is affirmative, that is, if it is determined that there are allowable power storage units 50a, the
制御回路60は、ステップS23において、ステップS20で取得した各許容蓄電装置51aのSOHを互いに比較することで実行蓄電装置51bを選定し、ステップS24に進む。具体的には、制御回路60は、複数の許容蓄電装置51aのうちSOHが最も高いものを実行蓄電装置51bとして選定する。なお、ステップS22の判定結果が否定の場合、すなわち、許容蓄電ユニット50aが1つの場合、制御回路60は、当該許容蓄電ユニット50aが備える許容蓄電装置51aを実行蓄電装置51bとして取り扱えばよい。
In step S23, the
制御回路60は、ステップS24において、ステップS20で取得した各蓄電装置51の電圧Vdc及び対象電圧Vrの中から、最大値Vmaxを特定する。
次に、制御回路60は、ステップS25に進み、目標中間電圧Vtを設定する。目標中間電圧Vtは、ステップS23で特定された最大値Vmaxより高い値である。本実施形態における目標中間電圧Vtは、ステップS23で特定された最大値Vmaxより所定値だけ高い値である。当該所定値は、電力変換効率などに基づいて適宜設定されていればよい。
In step S24, the
Next, the
次に、制御回路60は、ステップS26に進み、実行蓄電装置51bから中間コンデンサ40への充電を行う。本実施形態では、制御回路60は、中間電圧Vmが目標中間電圧Vtとなるように、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bを動作させる。
Next, the
実行蓄電用DC/DCコンバータ53bの動作の具体的態様は任意であるが、例えば、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bの昇圧率を制御することで実行蓄電用DC/DCコンバータ53bから中間コンデンサ40に向かって出力される電圧を制御する。昇圧率の制御は、例えば、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bのデューティ比を制御することによって行われる。
Although the specific aspect of the operation of the effective power storage DC/DC converter 53b is arbitrary, for example, by controlling the step-up rate of the effective power storage DC/DC converter 53b, the voltage from the effective power storage DC/DC converter 53b to the
上述したように、実行スイッチ54bはOFF状態であるため、実行蓄電装置51bの直流電力は、実行抵抗55bを介して実行蓄電用DC/DCコンバータ53bに供給される。実行蓄電用DC/DCコンバータ53bは、実行蓄電装置51bから供給された直流電力を変換して中間コンデンサ40に向けて出力する。そのため、制御回路60は、ステップS26の処理を実行することにより、スイッチ54をOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させる。したがって、本実施形態では、ステップS26の処理を実行する制御回路60が事前充電部に対応する。
As described above, since the execution switch 54b is in the OFF state, the DC power of the execution power storage device 51b is supplied to the execution power storage DC/DC converter 53b via the execution resistance 55b. Effective power storage DC/DC converter 53 b converts the DC power supplied from effective power storage device 51 b and outputs the converted power to
目標中間電圧Vtは蓄電装置51(詳細には、許容蓄電装置51a)の電圧Vdcより高いため、制御回路60は、事前充電部として、中間電圧Vmが蓄電装置51(詳細には、許容蓄電装置51a)の電圧Vdc以上の電圧となるように、許容蓄電用DC/DCコンバータ53aを動作させるものといえる。
Since the target intermediate voltage Vt is higher than the voltage Vdc of the power storage device 51 (specifically, the allowable power storage device 51a), the
同様に、目標中間電圧Vtは対象電圧Vrよりも高いため、制御回路60は、事前充電部として、中間電圧Vmが対象電圧Vrよりも高くなるように、許容蓄電ユニット50aの許容スイッチ54aをOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータ53(詳細には、許容蓄電用DC/DCコンバータ53a)を動作させるものといえる。
Similarly, since the target intermediate voltage Vt is higher than the target voltage Vr, the
次に、制御回路60は、ステップS27に進み、ステップS26で取得した中間電圧Vmが目標中間電圧Vtと一致しているか否かを判定する。ステップS27における判定結果が否定の場合、制御回路60は、ステップS26に戻り、実行スイッチ54bをOFF状態にした状態で中間コンデンサ40の充電を継続する。すなわち、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bを用いた中間コンデンサ40の事前充電の終了条件は、中間電圧Vmが目標中間電圧Vtとなることである。
Next, the
一方、ステップS27における判定結果が肯定の場合、制御回路60は、ステップS28に進み、負荷スイッチ31及び実行スイッチ54bをOFF状態からON状態に切り替える。
On the other hand, if the determination result in step S27 is affirmative, the
次に、制御回路60は、ステップS29に進み、蓄電装置51(詳細には実行蓄電装置51b)を用いて対象蓄電装置120への電力供給を開始する。制御回路60は、実行スイッチ54bをON状態にした状態で負荷用DC/DCコンバータ30及び蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させる。これにより、事前充電部としての制御回路60による中間コンデンサ40の充電が行われた後に実行スイッチ54bを介して実行蓄電装置51bから対象蓄電装置120への電力供給が行われる。特に、制御回路60は、許容蓄電装置51aが複数ある場合、複数の許容蓄電装置51aのうちSOHが最も高いものである実行蓄電装置51bから対象蓄電装置120への電力供給を行う。
Next, the
ちなみに、制御回路60は、実行蓄電装置51bを用いて対象蓄電装置120への電力供給を行う場合、実行蓄電用DC/DCコンバータ53bにて昇圧変換が行われ、且つ、負荷用DC/DCコンバータ30にて降圧変換が行われるように、負荷用DC/DCコンバータ30及び実行蓄電用DC/DCコンバータ53bを動作させる。この場合、例えば、制御回路60は、中間電圧Vmが目標中間電圧Vtとなるように実行蓄電用DC/DCコンバータ53bのスイッチング素子のデューティ比の制御を行ってもよい。そして、制御回路60は、対象蓄電装置120に要求電力Prに対応する電流が出力されるように負荷用DC/DCコンバータ30のスイッチング素子のデューティ比の制御を行ってもよい。
Incidentally, when power is supplied to the target
<作用>
次に、本実施形態の作用について説明する。
例えば交流電源110からの電力供給がない場合、ステップS1において入力電圧Vacが判定電圧V1以下であると判定される。このとき、制御回路60は、蓄電装置51から対象蓄電装置120への電力供給を行う前に、蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させることで、中間電圧Vmが目標中間電圧Vtとなるように、蓄電装置51から中間コンデンサ40への充電を行う。このとき、スイッチ54がOFF状態となっているため、蓄電装置51から中間コンデンサ40への充電は、スイッチ54に並列接続された抵抗55を介して行われる。
<Action>
Next, the operation of this embodiment will be described.
For example, when there is no power supply from the
<効果>
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
(1)電源装置10は、交流電源110から入力される交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータ20と、AC/DCコンバータ20が出力する直流電力を変換して負荷に供給する負荷用DC/DCコンバータ30と、AC/DCコンバータ20と負荷用DC/DCコンバータ30との間に設けられている中間コンデンサ40と、中間コンデンサ40に接続されているとともに負荷用DC/DCコンバータ30に並列接続されている複数の蓄電ユニット50と、負荷用DC/DCコンバータ30及び複数の蓄電装置51を制御する制御回路60と、を備える。
<effect>
Next, the operation and effects of this embodiment will be described.
(1) The
かかる構成において、複数の蓄電ユニット50は、蓄電装置51と、蓄電装置51の電力を変換して中間コンデンサ40に向けて出力する蓄電用DC/DCコンバータ53と、蓄電装置51と蓄電用DC/DCコンバータ53との間に設けられているスイッチ54と、スイッチ54と並列接続されている抵抗55と、を備える。
In such a configuration, the plurality of
かかる構成において、制御回路60は、交流電源110からAC/DCコンバータ20への入力電圧Vacが判定電圧V1以下である状況において蓄電装置51を用いて対象蓄電装置120への電力供給を行う場合、中間電圧Vmが蓄電装置51の電圧Vdc以上となるように、スイッチ54をOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させることにより、中間コンデンサ40への充電を行うステップS26の処理を実行する。
In such a configuration, when the
かかる構成によれば、蓄電ユニット50が負荷用DC/DCコンバータ30に並列接続されているため、例えば交流電源110からの電力供給がなく、交流電源110からの入力電圧Vacが判定電圧V1以下となっている場合にも、負荷用DC/DCコンバータ30及び蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させることにより、蓄電ユニット50の蓄電装置51を用いて対象蓄電装置120への電力供給が可能となる。
According to this configuration, since the
ここで、入力電圧Vacが判定電圧V1以下である場合、中間電圧Vmが蓄電装置51の電圧Vdcよりも低くなる場合がある。この場合、意図しない電力伝送が行われるおそれがある。一方、中間コンデンサ40に電荷が蓄積されていない状態で蓄電装置51と中間コンデンサ40とを接続すると、過度な電流が流れるおそれがある。
Here, when input voltage Vac is equal to or lower than determination voltage V1, intermediate voltage Vm may be lower than voltage Vdc of
この点、本構成によれば、スイッチ54をOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させることにより、抵抗55を介して蓄電装置51から中間コンデンサ40に電力伝送が行われ、中間電圧Vmが蓄電装置51の電圧Vdc以上となる。
In this regard, according to this configuration, by operating the power storage DC/
これにより、過度な電流が流れることを抑制しつつ、中間電圧Vmを蓄電装置51の電圧Vdcとすることができる。したがって、その後の蓄電装置51を用いた対象蓄電装置120への電力供給を好適に行うことができる。
Thereby, the intermediate voltage Vm can be set to the voltage Vdc of the
(2)電源装置10は、複数の蓄電ユニット50を備え、複数の蓄電ユニット50は、それぞれ蓄電装置51を備える。
かかる構成において、制御回路60は、中間コンデンサ40の電圧である中間電圧Vmが複数の蓄電装置51の電圧Vdcの最大値よりも高くなるように、スイッチ54をOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させるステップS24~S26の処理を実行する。
(2) The
In such a configuration, the
かかる構成によれば、中間電圧Vmが複数の蓄電装置51の電圧Vdcの最大値より高い電圧まで昇圧されるため、例えば、ある蓄電装置51から他の蓄電装置51への意図しない電力伝送を抑制できる。したがって、意図しない電力伝送が行われて対象蓄電装置120への電力供給効率が低下することを抑制できる。
According to such a configuration, since the intermediate voltage Vm is boosted to a voltage higher than the maximum value of the voltages Vdc of the plurality of
(3)制御回路60は、交流電源110からAC/DCコンバータ20への入力電圧Vacが判定電圧V1以下である状況において、複数の蓄電ユニット50のうち蓄電装置51のSOCが予め定められた放電許容値SOC1以上である許容蓄電装置51aを有する許容蓄電ユニット50aがあるか否かを判定するステップS21の処理を実行する。
(3)
かかる構成において、制御回路60は、ステップS21において許容蓄電装置51aがあると判定された場合に、許容蓄電装置51aを用いて対象蓄電装置120への電力供給を行うステップS28の処理を実行する。
In such a configuration, the
かかる構成において、制御回路60は、中間電圧Vmが許容蓄電装置51aの電圧Vdc以上となるように、許容蓄電ユニット50aの許容スイッチ54aをOFF状態にした状態で許容蓄電ユニット50aの許容蓄電用DC/DCコンバータ53aを動作させるステップS26の処理を実行する。
In such a configuration, the
かかる構成によれば、放電許容値SOC1以上のSOCを有する蓄電装置51を用いて対象蓄電装置120への電力供給が行われる。SOCが低い蓄電装置51は、SOCが高い蓄電装置51に比べて放電によって劣化しやすい。そこで本構成によれば、SOCが低い状態の蓄電装置51を用いて対象蓄電装置120への電力供給を行うことによる蓄電装置51の劣化を抑制できる。これにより、電源装置10の長寿命化を図ることができる。
According to such a configuration, electric power is supplied to target
(4)制御回路60は、許容蓄電装置51aが複数ある場合、複数の許容蓄電装置51aのうちSOHが最も高いものを用いて対象蓄電装置120への電力供給を行うステップS23の処理を実行する。
(4) When there are a plurality of allowable power storage devices 51a, the
かかる構成によれば、相対的に劣化していない許容蓄電装置51aを用いて対象蓄電装置120への電力供給が行われる。これにより、相対的に劣化している蓄電装置51を用いた対象蓄電装置120への電力供給の頻度が減るため、当該蓄電装置51の劣化の進行を抑制できる。したがって、特定の蓄電装置51が過度に劣化することを抑制できる。
According to such a configuration, power is supplied to the target
(5)制御回路60は、ステップS26の処理による中間コンデンサ40の充電が行われた後にスイッチ54を介して蓄電装置51の少なくとも1つから対象蓄電装置120への電力供給が行われるように、スイッチ54をON状態にした状態で負荷用DC/DCコンバータ30及び蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させるステップS28及びステップS29の処理を実行する。
(5) The
かかる構成によれば、対象蓄電装置120への電力供給のときには、抵抗55よりも損失が小さいスイッチ54を介して、蓄電装置51の電力が対象蓄電装置120に供給される。これにより、対象蓄電装置120への電力供給に際し、抵抗55による電力の消費を抑制できる。したがって、電源装置10の電力変換効率の低下を抑制できる。
According to such a configuration, when power is supplied to the target
(6)制御回路60は、交流電源110からAC/DCコンバータ20への入力電圧Vacが判定電圧V1以下である状況において、蓄電装置51を用いて対象蓄電装置120の充電を行う場合、中間電圧Vmが対象蓄電装置120の電圧である対象電圧Vrよりも高くなるように、スイッチ54をOFF状態にした状態で蓄電用DC/DCコンバータ53を動作させるステップS24~S26の処理を実行する。
(6) When the target
かかる構成によれば、負荷用DC/DCコンバータ30が降圧変換を行うことにより、対象蓄電装置120を充電できる。また、対象蓄電装置120から蓄電装置51への電力の逆流を抑制できる。
According to such a configuration, the target
<変形例>
実施形態は、以下のように変更して実施できる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。
<Modification>
Embodiments can be implemented with the following modifications. The embodiments and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
○実施形態における制御シーケンスはあくまで例示であり、実施形態に限られない。例えば、制御回路60は、ステップS1の際にあわせてステップS10又はステップS20の処理を行ってもよい。
(circle) the control sequence in embodiment is an illustration to the last, and is not restricted to embodiment. For example, the
○目標中間電圧Vtは、最大値Vmaxでもよい。
○対象蓄電装置120への電力供給に用いられる蓄電装置51は実行蓄電装置51bに限られない。例えば、当該蓄電装置51は、許容蓄電装置51aであってもよいし、許容蓄電装置51a以外の蓄電装置51であってもよい。
○ The target intermediate voltage Vt may be the maximum value Vmax.
O The
○中間コンデンサ40の充電に用いる蓄電装置51は、SOHが最も高い許容蓄電装置51aに限られず、他の許容蓄電装置51aであっても、許容蓄電装置51a以外の蓄電装置51であってもよい。なお、許容蓄電装置51a以外の蓄電装置51から対象蓄電装置120への電力供給を行う場合、制御回路60は、許容判定部に対応するステップS21を実行しなくてもよい。
○ The
○蓄電ユニット50の数は複数でなくてもよく、1つであってもよい。つまり、電源装置10は、1又は複数の蓄電ユニット50を備えていればよい。
○各蓄電ユニット50が備える蓄電装置51は、1つに限られず、複数であってもよい。
O The number of
O The number of
○対象蓄電装置120には、対象BMS121が設けられていなくてもよい。例えば、対象BMS121に代えて、対象蓄電装置120の対象電圧Vrを測定するための電圧センサを別途設けてもよい。このとき、制御回路60は、当該電圧センサから取得できる対象電圧Vrに基づいて、最大値Vmaxの特定及び目標中間電圧Vtの設定を行ってもよい。
O The target
○本実施形態のように負荷が対象蓄電装置120の場合、負荷用DC/DCコンバータ30を蓄電用DC/DCコンバータ53の1つとして取り扱ってもよい。例えば、制御回路60は、負荷抵抗32を介して対象蓄電装置120から中間コンデンサ40への充電が行われるように、対象蓄電装置120から負荷スイッチ31がOFF状態となっている状態で負荷用DC/DCコンバータ30を動作させてもよい。
○ When the load is the target
○負荷は、対象蓄電装置120に限らず、抵抗や直流モータなど、直流電力を供給可能な任意の駆動装置を用いることができる。この場合、対象電圧Vrは、当該駆動装置を駆動させるのに必要な電圧である。
O The load is not limited to the target
10…電源装置、20…AC/DCコンバータ、30…負荷用DC/DCコンバータ、40…中間コンデンサ、50…蓄電ユニット、51…蓄電装置、51a…許容蓄電装置、53…蓄電用DC/DCコンバータ、54…スイッチ、55…抵抗、60…制御回路、110…交流電源、120…対象蓄電装置、SOC1…放電許容値、V1…判定電圧、Vac…入力電圧、Vdc…蓄電装置の電圧、Vm…中間電圧、Vmax…最大値、Vr…対象電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記AC/DCコンバータが出力する直流電力を変換して負荷に供給する負荷用DC/DCコンバータと、
前記AC/DCコンバータと前記負荷用DC/DCコンバータとの間に設けられている中間コンデンサと、
前記中間コンデンサに接続されているとともに前記負荷用DC/DCコンバータに並列接続されている1又は複数の蓄電ユニットと、
前記負荷用DC/DCコンバータ及び前記1又は複数の蓄電ユニットを制御する制御回路と、を備え、
前記1又は複数の蓄電ユニットは、
蓄電装置と、
前記蓄電装置の電力を変換して前記中間コンデンサに向けて出力する蓄電用DC/DCコンバータと、
前記蓄電装置と前記蓄電用DC/DCコンバータとの間に設けられているスイッチと、
前記スイッチと並列接続されている抵抗と、を備え、
前記制御回路は、
前記交流電源から前記AC/DCコンバータへの入力電圧が判定電圧以下である状況において前記蓄電装置を用いて前記負荷への電力供給を行う場合、前記中間コンデンサの電圧である中間電圧が前記蓄電装置の電圧以上となるように、前記スイッチをOFF状態にした状態で前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させることにより前記中間コンデンサへの充電を行う事前充電部を備えている、電源装置。 an AC/DC converter that converts AC power input from an AC power supply into DC power;
a load DC/DC converter that converts the DC power output from the AC/DC converter and supplies it to a load;
an intermediate capacitor provided between the AC/DC converter and the load DC/DC converter;
one or more power storage units connected to the intermediate capacitor and connected in parallel to the load DC/DC converter;
a control circuit that controls the load DC/DC converter and the one or more power storage units,
The one or more power storage units are
a power storage device;
a power storage DC/DC converter that converts the power of the power storage device and outputs the power toward the intermediate capacitor;
a switch provided between the power storage device and the power storage DC/DC converter;
a resistor connected in parallel with the switch;
The control circuit is
When the power storage device is used to supply power to the load in a situation where the input voltage from the AC power supply to the AC/DC converter is equal to or lower than the judgment voltage, the intermediate voltage, which is the voltage of the intermediate capacitor, is applied to the power storage device. a power supply device, comprising a pre-charging unit that charges the intermediate capacitor by operating the power storage DC/DC converter with the switch in the OFF state so that the voltage of the intermediate capacitor is equal to or higher than the voltage of .
前記複数の蓄電ユニットは、それぞれ前記蓄電装置を備え、
前記事前充電部は、前記中間電圧が複数の前記蓄電装置の電圧の最大値よりも高くなるように、前記スイッチをOFF状態にした状態で前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、請求項1に記載の電源装置。 comprising a plurality of said power storage units,
each of the plurality of power storage units includes the power storage device,
The pre-charging unit operates the power storage DC/DC converter with the switch turned off so that the intermediate voltage is higher than the maximum value of the voltages of the plurality of power storage devices. 2. The power supply device according to 1.
前記事前充電部は、前記中間電圧が前記許容蓄電装置の電圧以上となるように、前記許容蓄電ユニットの前記スイッチをOFF状態にした状態で前記許容蓄電ユニットの前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、請求項1又は請求項2に記載の電源装置。 The control circuit controls the SOC of the power storage device among the one or more power storage units to be equal to or higher than a predetermined discharge allowable value in a situation where the input voltage from the AC power supply to the AC/DC converter is equal to or lower than a judgment voltage. a permissible power storage unit that determines whether or not there is an allowable power storage unit having the permissible power storage device, and if the allowable power storage unit is determined to exist, the allowable power storage device is used to determine It supplies power to the load,
The pre-charging unit operates the power storage DC/DC converter of the allowable power storage unit while the switch of the allowable power storage unit is in an OFF state so that the intermediate voltage becomes equal to or higher than the voltage of the allowable power storage device. 3. The power supply device according to claim 1 or 2, which operates.
前記事前充電部は、前記交流電源から前記AC/DCコンバータへの入力電圧が前記判定電圧以下である状況において、前記蓄電装置を用いて前記対象蓄電装置の充電を行う場合、前記中間電圧が前記対象蓄電装置の電圧よりも高くなるように、前記スイッチをOFF状態にした状態で前記蓄電用DC/DCコンバータを動作させる、請求項1~5のいずれか一項に記載の電源装置。 the load is a target power storage device that can be charged,
The pre-charging unit charges the target power storage device using the power storage device in a situation where the input voltage from the AC power supply to the AC/DC converter is equal to or lower than the determination voltage, and the intermediate voltage is The power supply device according to any one of claims 1 to 5, wherein the power storage DC/DC converter is operated with the switch turned off so that the voltage becomes higher than the voltage of the target power storage device.
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