JP2024084960A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチングノイズを低減させ、電力変換効率の向上させることが可能な蓄電システムを提供する。
【解決手段】インバータ回路２と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３と、制御回路６とを備える蓄電システム１であって、ＡＲＣＰ回路５と、インバータ回路２のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の第１接続点Ｘ１と端子Ｔｏとの間に介装された第１切換えスイッチＳ１と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の第２接続点Ｘ２と第１接続点Ｘ１との間に介装された第２切換えスイッチＳ２とをさらに備え、制御回路６は、ＡＲＣＰ回路５に共振動作を行わせる場合、第１切換えスイッチＳ１をオフ状態にするとともに第２切換えスイッチＳ２をオン状態にし、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチング時に、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をＡＲＣＰ回路５の共振用スイッチとして動作させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電システムに関する。

従来から、ＡＲＣＰ（Auxiliary Resonant Commutated Pole：補助共振転流ポール）回路を備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。ＡＲＣＰ回路は、直列接続された第１共振用スイッチおよび第２共振用スイッチと、共振用リアクトルと、第１共振用コンデンサおよび第２共振用コンデンサと、回生用トランスと、回生用ダイオードとを含む。

ＡＲＣＰ回路は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータのメインスイッチのスイッチング時にＬＣ共振動作を行うことで、メインスイッチのソフトスイッチングを可能にする。その結果、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチングノイズを低減することができ、電力変換効率を向上させることができる。

図３に、従来のハイブリッド型の蓄電システム１０を示す。蓄電システム１０は、電力系統の単相３線（Ｕ相、Ｗ相、Ｏ相の配線）に接続されるインバータ回路２０と、コンデンサＣ４と、蓄電池ＢＴに接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０と、太陽電池ＰＶに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ回路４０と、インバータ回路２０、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路４０を制御するための図示しない制御回路とを備える。

インバータ回路２０は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６と、コンデンサＣ１～Ｃ３と、チョークコイルＬ１～Ｌ３とで構成される。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の電流路には、ダイオードＤ１～Ｄ６が並列接続される。インバータ回路２０は、系統通電時に単相２線動作（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４、コンデンサＣ１、チョークコイルＬ１、Ｌ２による動作）を行う一方、系統停電時には単相３線動作（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６、コンデンサＣ１～Ｃ３、チョークコイルＬ１～Ｌ３による動作）を行う。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８と、コンデンサＣ５と、チョークコイルＬ４とで構成される。スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の電流路には、ダイオードＤ７、Ｄ８が並列接続される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８をオンオフさせることで蓄電池ＢＴの充放電を行う。

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４０は、スイッチング素子Ｑ９と、コンデンサＣ６と、チョークコイルＬ５と、ダイオードＤ１０とで構成される。スイッチング素子Ｑ９の電流路には、ダイオードＤ９が並列接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４０は、太陽電池ＰＶが発電している場合に、太陽電池ＰＶの発電電力を昇圧して、インバータ回路２０および／または双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０に供給する。

従来の蓄電システム１０では、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３０において、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチングノイズの低減および電力変換効率の向上が求められている。

特開２０２１－１９３９６号公報 特開２０１９－１４６４６９号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その課題とするところは、スイッチングノイズを低減させ、電力変換効率の向上させることが可能な蓄電システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る蓄電システムは、
単相３線の第１電圧線に接続される第１レグ、第２電圧線に接続される第２レグおよび中性線に接続される第３レグを備え、前記第３レグが上アームを構成する第１スイッチング素子と下アームを構成する第２スイッチング素子とを備えるインバータ回路と、
蓄電手段に接続される第４レグを備え、前記第４レグの両端が前記第３レグの両端に接続され、前記第４レグが上アームを構成する第３スイッチング素子と下アームを構成する第４スイッチング素子とを備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と前記インバータ回路とを制御する制御回路と、
を備える蓄電システムであって、
共振用リアクトル、共振用コンデンサ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを含むＡＲＣＰ回路と、
前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点である第１接続点と前記中性線とを接続する第１電力ラインに介装された第１切換えスイッチと、
前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点である第２接続点と前記第１接続点とを接続する第２電力ラインに介装された第２切換えスイッチと、
をさらに備え、
前記制御回路は、
前記ＡＲＣＰ回路に共振動作を行わせる場合、前記第１切換えスイッチをオフ状態にするとともに前記第２切換えスイッチをオン状態にし、前記第３スイッチング素子または前記第４スイッチング素子のスイッチング時に、前記第１スイッチング素子または前記第２スイッチング素子を前記ＡＲＣＰ回路の共振用スイッチとして動作させることを特徴とする。

この構成によれば、ＡＲＣＰ回路の共振動作により、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の第３スイッチング素子および第４スイッチング素子のスイッチングノイズを低減することができ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路の電力変換効率を向上させることができる。また、この構成によれば、インバータ回路の第１スイッチング素子および第２スイッチング素子をＡＲＣＰ回路の共振用スイッチとして流用するため、共振用スイッチの追加による部品点数の増加およびコストの増大を回避することができる。

前記蓄電システムにおいて、
前記制御回路は、
電力系統から前記単相３線に系統電力が供給されている系統通電時に、前記第１切換えスイッチをオフ状態にするとともに前記第２切換えスイッチをオン状態にして、前記インバータ回路に単相２線動作を行わせる一方、
前記単相３線に前記系統電力が供給されていない系統停電時に、前記第１切換えスイッチをオン状態にするとともに前記第２切換えスイッチをオフ状態にして、前記インバータ回路に単相３線動作を行わせるよう構成できる。

前記蓄電システムは、
前記インバータ回路と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路との間において、前記第３レグおよび前記第４レグに並列接続されたコンデンサをさらに備え、
前記共振用リアクトルは、前記第２切換えスイッチに直列接続され、
前記共振用コンデンサは、前記第３スイッチング素子の電流路に並列接続される第１共振用コンデンサおよび前記第４スイッチング素子の電流路に並列接続される第２共振用コンデンサを備え、
前記回生用トランスは、１次側コイルおよび２次側コイルを備え、
前記１次側コイルは、前記共振用リアクトルに直列接続され、
前記２次側コイルは、両端が前記回生用ダイオードを介して前記コンデンサのプラス端子に接続されるよう構成できる。

前記蓄電システムにおいて、
前記ＡＲＣＰ回路は、前記第１共振用コンデンサと前記第２共振用コンデンサとが直列接続され、前記第１共振用コンデンサと前記第２共振用コンデンサとの接続点である第３接続点が前記第２電力ラインに接続され、
前記第２切換えスイッチは、前記第２電力ラインの前記第３接続点と前記第２接続点との間に介装されるよう構成できる。

前記蓄電システムは、
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路をさらに備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、一端側に直流電源が接続され、他端側に前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路および前記前記ＡＲＣＰ回路が接続されるよう構成できる。

本発明によれば、スイッチングノイズを低減させ、電力変換効率の向上させることが可能な蓄電システムを提供することができる。

本発明に係る蓄電システムを示す図である。 本発明に係るＡＲＣＰ回路の動作時の各種波形図であって、（Ａ）はメインスイッチおよび共振用スイッチのゲート電圧、（Ｂ）はリアクトル電流および共振電流、（Ｃ）はメインスイッチのドレイン電流およびドレイン・ソース間電圧の波形図である。 従来の蓄電システムを示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る蓄電システムの実施形態について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る蓄電システム１を示す。蓄電システム１は、蓄電池充放電機能と太陽光発電機能とを備えたハイブリッド型の蓄電システムであり、端子Ｔｕ、Ｔｗ、Ｔｏと、端子Ｔａ、Ｔｂと、端子Ｔｃ、Ｔｄとを備える。

端子Ｔｕ、Ｔｗ、Ｔｏは、単相３線（Ｕ相、Ｗ相、Ｏ相の配線）を介して商用の電力系統に接続される。具体的には、端子Ｔｕは、本発明の「第１電圧線」に相当するＵ相の配線に接続され、端子Ｔｗは、本発明の「第２電圧線」に相当するＷ相の配線に接続され、端子Ｔｏは、本発明の「中性線」に相当するＯ相の配線に接続される。これらの各配線間には、家庭内の負荷（例えば、家電製品）が接続される。

端子Ｔａは、本発明の「蓄電手段」に相当する蓄電池ＢＴのプラス極に接続され、端子Ｔｂは、蓄電池ＢＴのマイナス極に接続される。蓄電池ＢＴとして、例えば、リチウムイオン蓄電池を用いることができる。また、端子Ｔｃは、本発明の「直流電源」に相当する太陽電池ＰＶのプラス極に接続され、端子Ｔｄは、太陽電池ＰＶのマイナス極に接続される。

蓄電システム１は、インバータ回路２と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４と、ＡＲＣＰ回路５と、制御回路６とを備える。なお、説明上、蓄電システム１の主回路部をインバータ回路２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４およびＡＲＣＰ回路５の４つの部分に分けて説明するが、４つの部分は機能上の分類であり、４つの部分が一体となった構成でもよい。

インバータ回路２は、コンデンサＣ１～Ｃ３およびチョークコイルＬ１～Ｌ３で構成されたフィルタ回路と、スイッチング素子Ｑ１が上アームを構成してスイッチング素子Ｑ２が下アームを構成するＵ相スイッチング回路（本発明の「第１レグ」に相当）と、スイッチング素子Ｑ３が上アームを構成してスイッチング素子Ｑ４が下アームを構成するＷ相スイッチング回路（本発明の「第２レグ」に相当）と、スイッチング素子Ｑ５（本発明の「第１スイッチング素子」に相当）が上アームを構成してスイッチング素子Ｑ６（本発明の「第２スイッチング素子」に相当）が下アームを構成するＯ相スイッチング回路（本発明の「第３レグ」に相当）と、第１切換えスイッチＳ１とを備える。スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の電流路には、ダイオードＤ１～Ｄ６が並列接続される。

Ｕ相スイッチング回路、Ｗ相スイッチング回路およびＯ相スイッチング回路は、互いに並列接続されるとともに、後述するコンデンサＣ４にも並列接続される。スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との接続点は、チョークコイルＬ１を介して端子Ｔｕに接続される。スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との接続点は、チョークコイルＬ２を介して端子Ｔｗに接続される。スイッチング素子Ｑ５とスイッチング素子Ｑ６との接続点Ｘ１（本発明の「第１接続点」に相当）は、第１切換えスイッチＳ１およびチョークコイルＬ３を介して端子Ｔｏに接続される。コンデンサＣ１は、Ｕ相－Ｗ相間に接続され、コンデンサＣ２は、Ｕ相－Ｏ相間に接続され、コンデンサＣ３は、Ｏ相－Ｗ相間に接続される。

スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６として、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を用いるが、ＭＯＳＦＥＴ以外の半導体スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）を用いてもよい。ダイオードＤ１～Ｄ６は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６の寄生ダイオードでもよいし、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６とは独立した外付けダイオードでもよいし、その両方でもよい。なお、後述するスイッチング素子Ｑ７～Ｑ９およびダイオードＤ７～Ｄ９も同様である。

第１切換えスイッチＳ１は、Ｏ相スイッチング回路の接続点Ｘ１とフィルタ回路のチョークコイルＬ３とを接続する電力ライン（本発明の「第１電力ライン」に相当）に介装される。第１切換えスイッチＳ１は、制御回路６の制御下でオン状態とオフ状態とが切り換わり、オン状態の時にＯ相スイッチング回路と端子Ｔｏとを導通接続し、オフ状態の時にＯ相スイッチング回路を端子Ｔｏから電気的に切り離す。第１切換えスイッチＳ１には、半導体スイッチを用いてもよいし、それ以外のスイッチ（例えば、リレー）を用いてもよい。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、スイッチング素子Ｑ７（本発明の「第３スイッチング素子」に相当）が上アームを構成してスイッチング素子Ｑ８（本発明の「第４スイッチング素子」に相当）が下アームを構成するスイッチング回路（本発明の「第４レグ」に相当）と、チョークコイルＬ４およびコンデンサＣ５とを備える。スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８の電流路には、ダイオードＤ７、Ｄ８が並列接続される。

スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８からなるスイッチング回路は、一端がコンデンサＣ４のプラス端子に接続され、他端がコンデンサＣ４のマイナス端子および端子Ｔｂに接続される。スイッチング素子Ｑ７とスイッチング素子Ｑ８との接続点Ｘ２（本発明の「第２接続点」に相当）は、チョークコイルＬ４を介して端子Ｔａに接続される。コンデンサＣ５は、端子Ｔａ、Ｔｂ間に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４は、ダイオードＤ１０と、スイッチング素子Ｑ９と、チョークコイルＬ５と、コンデンサＣ６とを備える。スイッチング素子Ｑ９の電流路には、ダイオードＤ９が並列接続される。

ダイオードＤ１０は、カソードがコンデンサＣ４のプラス端子に接続され、アノードがスイッチング素子Ｑ９の電流路の一端に接続される。スイッチング素子Ｑ９の電流路の他端は、コンデンサＣ４のマイナス端子および端子Ｔｄに接続される。チョークコイルＬ５は、一端がダイオードＤ１０のアノードに接続され、他端が端子Ｔｃに接続される。コンデンサＣ６は、端子Ｔｃ、Ｔｄ間に接続される。

ＡＲＣＰ回路５は、コンデンサＣ４と、共振用リアクトルＬ６と、共振用コンデンサＣ７、Ｃ８と、回生用トランスＴＲ１と、回生用ダイオードＤ１１、Ｄ１２と、第２切換えスイッチＳ２とを備える。回生用トランスＴＲ１は、１次側コイルＮ１および２次側コイルＮ２を備える。

コンデンサＣ４は、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６からなるＯ相スイッチング回路およびスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８からなるスイッチング回路に並列接続される。共振用コンデンサＣ７、Ｃ８は、直列回路を構成する。共振用コンデンサＣ７は、第２切換えスイッチＳ２を介してスイッチング素子Ｑ７の電流路に並列接続され、共振用コンデンサＣ８は、第２切換えスイッチＳ２を介してスイッチング素子Ｑ８の電流路に並列接続される。

共振用リアクトルＬ６は、一端がＯ相スイッチング回路の接続点Ｘ１に接続され、他端が回生用トランスＴＲ１の１次側コイルＮ１を介して共振用コンデンサＣ７と共振用コンデンサＣ８との接続点Ｘ３（本発明の「第３接続点」に相当）に接続される。なお、共振用リアクトルＬ６は、１次側コイルＮ１と接続点Ｘ３との間に設けてもよい。

回生用トランスＴＲ１の２次側コイルＮ２は、一端が回生用ダイオードＤ１１を介してコンデンサＣ４のプラス端子に接続され、他端が回生用ダイオードＤ１２を介してコンデンサＣ４のプラス端子に接続され、センタータップがコンデンサＣ４のマイナス端子に接続される。１次側コイルＮ１と２次側コイルＮ２との巻き数比は、例えば、Ｎ１：Ｎ２＝１：２である。

第２切換えスイッチＳ２は、第１接続点Ｘ１と第２接続点Ｘ２とを接続する電力ライン（本発明の「第２電力ライン」に相当）において、接続点Ｘ３と第２接続点Ｘ２との間に介装される。第２切換えスイッチＳ２は、制御回路６の制御下でオン状態とオフ状態とが切り換わり、オン状態の時にＡＲＣＰ回路５を動作可能とし、オフ状態の時にＡＲＣＰ回路５を双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３から電気的に切り離す。第２切換えスイッチＳ２には、半導体スイッチを用いてもよいし、それ以外のスイッチ（例えば、リレー）を用いてもよい。

制御回路６は、スイッチング素子Ｑ１～Ｑ９、第１切換えスイッチＳ１および第２切換えスイッチＳ２を制御するよう構成される。制御回路６は、制御プロセッサ、メモリ、周辺回路で構成され、例えば、マイクロコントローラやＤＳＰを用いることができる。また、制御回路６は、制御に必要な電圧および電流を検出するセンサ等で構成された検出回路を含むが、検出回路の説明および図示は省略する。

電力系統から単相３線に系統電力が供給されている系統通電時において、制御回路６は、第１切換えスイッチＳ１をオフ状態にする一方、第２切換えスイッチＳ２をオン状態にする。これにより、Ｏ相スイッチング回路がインバータ回路２から切り離され、ＡＲＣＰ回路５が動作可能となる。

系統通電時の制御回路６は、インバータ回路２に単相２線動作（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ４、コンデンサＣ１、チョークコイルＬ１、Ｌ２による動作）を行わせる。系統通電時のインバータ回路２は、ＡＲＣＰ回路５側から入力された直流電力を交流電力に変換して端子Ｔｕ、Ｔｗから出力するＤＣ／ＡＣ変換動作と、端子Ｔｕ、Ｔｗから入力された交流電力を直流電力に変換してＡＲＣＰ回路５側に出力するＡＣ／ＤＣ変換動作とを行う。

系統通電時の制御回路６は、蓄電池ＢＴの充放電を行う際に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８をメインスイッチとして動作させるとともに、Ｏ相スイッチング回路のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をＡＲＣＰ回路５の共振用スイッチとして動作させ、ＡＲＣＰ回路５に共振動作を行わせる。制御回路６は、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８に対して、例えば、ＰＷＭ制御を行う。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３は、蓄電池ＢＴの放電時に昇圧動作を行い、蓄電池ＢＴの充電時に降圧動作を行う。

太陽電池ＰＶが発電している場合、系統通電時の制御回路６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４に昇圧動作を行わせる。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路４は、太陽電池ＰＶの直流の発電電力を昇圧して、ＡＲＣＰ回路５側および／または双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３側に出力する。

電力系統から単相３線に系統電力が供給されていない系統停電時において、制御回路６は、第１切換えスイッチＳ１をオン状態にする一方、第２切換えスイッチＳ２をオフ状態にする。これにより、ＡＲＣＰ回路５が双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３から切り離される。

系統停電時の制御回路６は、インバータ回路２に単相３線動作（スイッチング素子Ｑ１～Ｑ６、コンデンサＣ１～Ｃ３、チョークコイルＬ１～Ｌ３による動作）を行わせる。系統停電時のインバータ回路２は、ＡＲＣＰ回路５側から入力された直流電力を交流電力に変換して端子Ｔｕ、Ｔｗ、Ｔｏから出力するＤＣ／ＡＣ変換動作を行う。これにより、インバータ回路２は、単相３線動作による自立出力が可能となる。

系統停電時の制御回路６は、ＡＲＣＰ回路５を動作させることなく、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３に蓄電池ＢＴの充放電動作を行わせ、太陽電池ＰＶが発電している場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ回路４に昇圧動作を行わせる。

図２（Ａ）～（Ｃ）に、系統通電時かつ蓄電池ＢＴの放電時における各種波形図を示す。図２（Ａ）はスイッチング素子Ｑ６、Ｑ８のゲート電圧Ｖｇｓ、図２（Ｂ）はチョークコイルＬ４を流れるリアクトル電流Ｉ_Ｌ４および共振用リアクトルＬ６を流れる共振電流Ｉ_Ｌ６、図２（Ｃ）はスイッチング素子Ｑ８のドレイン電流Ｉｄおよびドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの波形図である。スイッチング素子Ｑ６、Ｑ８は、ゲート電圧Ｖｇｓがハイレベル（Ｈ）の時にオン状態となり、ローレベル（Ｌ）の時にオフ状態となる。

時刻ｔ_１において、制御回路６がスイッチング素子Ｑ６をターンオンさせると、チョークコイルＬ４からダイオードＤ７に流れていた電流が回生用トランスＴＲ１の１次側コイルＮ１および共振用リアクトルＬ６に転流する。さらに、共振用リアクトルＬ６が共振用コンデンサＣ７、Ｃ８から電荷を引き抜くように作用するため、共振用リアクトルＬ６、回生用トランスＴＲ１のリーケージインダクタンスおよび共振用コンデンサＣ７、Ｃ８が共振する。これにより、共振用リアクトルＬ６に共振電流Ｉ_Ｌ６が流れ、スイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは減少する。

時刻ｔ_２において、共振電流Ｉ_Ｌ６の立下り時の電流波形とリアクトル電流Ｉ_Ｌ４の電流波形とが交差するタイミングで、制御回路６がスイッチング素子Ｑ８をターンオンさせると、スイッチング素子Ｑ６がオン状態なのでスイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓはほぼ０［Ｖ］になり、スイッチング素子Ｑ８のドレイン電流Ｉｄは０［Ａ］から立ち上がる。その結果、ゼロ電圧スイッチングおよびゼロ電流スイッチングが実現し、スイッチング素子Ｑ８のターンオン時のスイッチングロスが低減される。

共振電流Ｉ_Ｌ６が回生用トランスＴＲ１の１次側コイルＮ１に流れると、回生用トランスＴＲ１の２次側コイルＮ２に電圧が誘起される。２次側コイルＮ２に誘起された電圧は、回生用ダイオードＤ１１、Ｄ１２を介してコンデンサＣ４に回生される。

時刻ｔ_３において共振電流Ｉ_Ｌ６が０［Ａ］になった後、制御回路６は、時刻ｔ_４においてスイッチング素子Ｑ６をターンオフさせ、その後、ＰＷＭ制御のオンデューティに応じてスイッチング素子Ｑ８をターンオフさせる（時刻ｔ_５）。

時刻ｔ_５において、制御回路６がスイッチング素子Ｑ８をターンオフさせると、スイッチング素子Ｑ８を流れていた電流は共振用コンデンサＣ７、Ｃ８に転流し、共振用コンデンサＣ８が充電（共振用コンデンサＣ７は放電）される。スイッチング素子Ｑ８のドレイン電流Ｉｄが比較的早く減少する一方、スイッチング素子Ｑ８のドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓは緩やかに増加するため、ドレイン電流Ｉｄの立下りとドレイン・ソース間電圧Ｖｄｓの立上りとの重なる領域が減少する。その結果、ゼロ電圧スイッチングが実現され、スイッチング素子Ｑ８のターンオフ時のスイッチングロスが低減される。

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３では、蓄電池ＢＴの放電時と充電時とで電力の伝送方向が異なるだけで動作原理は同じである。すなわち、蓄電池ＢＴの充電時の制御回路６は、上記と同様にしてメインスイッチであるスイッチング素子Ｑ７および共振用スイッチであるスイッチング素子Ｑ５を制御する。

なお、ＡＲＣＰ回路５において共振電流が流れている期間をＰＷＭ制御不可期間（例えば、図２の時刻ｔ_１～ｔ_３）とし、共振電流が流れていない期間をＰＷＭ制御可能期間（例えば、図２の時刻ｔ_３～ｔ_６）とすると、制御回路６は、ＰＷＭ制御可能期間内でスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のオンデューティを可変させてＰＷＭ制御を行う。

しかしながら、ＰＷＭ制御不可期間が確保できないほど、スイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のオン時間が短くなる場合（入出力電圧差が小さく軽負荷の状態の場合）やスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のオフ時間が短くなる場合（入出力電圧差が大きく重負荷の状態の場合）は、ＡＲＣＰ回路５を動作させてもスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のソフトスイッチングを実現できず、スイッチング素子Ｑ５、Ｑ６によるスイッチングロスが増加してしまう。したがって、軽負荷または重負荷の場合、制御回路６は、ＡＲＣＰ回路５の動作を停止させて、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３の動作をＰＷＭ制御の双方向チョッパ動作へと切り換えることが好ましい。

上記のとおり、本実施形態に係る蓄電システム１によれば、系統通電時に、ＡＲＣＰ回路５の共振動作により双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３のスイッチング素子Ｑ７、Ｑ８のスイッチングノイズを低減することができ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３の電力変換効率を向上させることができる。

また、本実施形態に係る蓄電システム１によれば、インバータ回路２のＯ相スイッチング回路のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６をＡＲＣＰ回路５の共振用スイッチとして流用するため、共振用スイッチの追加による部品点数の増加およびコスト（放熱対策のためのコストを含む。）の増大等を回避することができる。

［変形例］
以上、本発明に係る蓄電システムの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本発明の蓄電システムは、単相３線の第１電圧線に接続される第１レグ、第２電圧線に接続される第２レグおよび中性線に接続される第３レグを備え、第３レグが上アームを構成する第１スイッチング素子と下アームを構成する第２スイッチング素子とを備えるインバータ回路と、蓄電手段に接続される第４レグを備え、第４レグの両端が第３レグの両端に接続され、第４レグが上アームを構成する第３スイッチング素子と下アームを構成する第４スイッチング素子とを備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路とインバータ回路とを制御する制御回路と、を備える蓄電システムであって、共振用リアクトル、共振用コンデンサ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを含むＡＲＣＰ回路と、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との接続点である第１接続点と中性線とを接続する第１電力ラインに介装された第１切換えスイッチと、第３スイッチング素子と第４スイッチング素子との接続点である第２接続点と第１接続点とを接続する第２電力ラインに介装された第２切換えスイッチと、をさらに備え、制御回路は、ＡＲＣＰ回路に共振動作を行わせる場合、第１切換えスイッチをオフ状態にするとともに第２切換えスイッチをオン状態にし、第３スイッチング素子または第４スイッチング素子のスイッチング時に、第１スイッチング素子または第２スイッチング素子をＡＲＣＰ回路の共振用スイッチとして動作させるのであれば、適宜構成を変更できる。

上記実施形態では、太陽電池ＰＶの発電電力をＤＣ／ＤＣコンバータ回路４の端子Ｔｃ、Ｔｄに入力しているが、直流電源から供給される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ回路４の端子Ｔｃ、Ｔｄに入力してもよい。

１ 蓄電システム
２ インバータ回路
３ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ回路
５ ＡＲＣＰ回路
６ 制御回路

Claims (5)

1. 単相３線の第１電圧線に接続される第１レグ、第２電圧線に接続される第２レグおよび中性線に接続される第３レグを備え、前記第３レグが上アームを構成する第１スイッチング素子と下アームを構成する第２スイッチング素子とを備えるインバータ回路と、
   蓄電手段に接続される第４レグを備え、前記第４レグの両端が前記第３レグの両端に接続され、前記第４レグが上アームを構成する第３スイッチング素子と下アームを構成する第４スイッチング素子とを備える双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と、
   前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路と前記インバータ回路とを制御する制御回路と、
   を備える蓄電システムであって、
   共振用リアクトル、共振用コンデンサ、回生用トランスおよび回生用ダイオードを含むＡＲＣＰ回路と、
   前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との接続点である第１接続点と前記中性線とを接続する第１電力ラインに介装された第１切換えスイッチと、
   前記第３スイッチング素子と前記第４スイッチング素子との接続点である第２接続点と前記第１接続点とを接続する第２電力ラインに介装された第２切換えスイッチと、
   をさらに備え、
   前記制御回路は、
   前記ＡＲＣＰ回路に共振動作を行わせる場合、前記第１切換えスイッチをオフ状態にするとともに前記第２切換えスイッチをオン状態にし、前記第３スイッチング素子または前記第４スイッチング素子のスイッチング時に、前記第１スイッチング素子または前記第２スイッチング素子を前記ＡＲＣＰ回路の共振用スイッチとして動作させる
   ことを特徴とする蓄電システム。
2. 前記制御回路は、
   電力系統から前記単相３線に系統電力が供給されている系統通電時に、前記第１切換えスイッチをオフ状態にするとともに前記第２切換えスイッチをオン状態にして、前記インバータ回路に単相２線動作を行わせる一方、
   前記単相３線に前記系統電力が供給されていない系統停電時に、前記第１切換えスイッチをオン状態にするとともに前記第２切換えスイッチをオフ状態にして、前記インバータ回路に単相３線動作を行わせる
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記インバータ回路と前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路との間において、前記第３レグおよび前記第４レグに並列接続されたコンデンサをさらに備え、
   前記共振用リアクトルは、前記第２切換えスイッチに直列接続され、
   前記共振用コンデンサは、前記第３スイッチング素子の電流路に並列接続される第１共振用コンデンサおよび前記第４スイッチング素子の電流路に並列接続される第２共振用コンデンサを備え、
   前記回生用トランスは、１次側コイルおよび２次側コイルを備え、
   前記１次側コイルは、前記共振用リアクトルに直列接続され、
   前記２次側コイルは、両端が前記回生用ダイオードを介して前記コンデンサのプラス端子に接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム。
4. 前記ＡＲＣＰ回路は、前記第１共振用コンデンサと前記第２共振用コンデンサとが直列接続され、前記第１共振用コンデンサと前記第２共振用コンデンサとの接続点である第３接続点が前記第２電力ラインに接続され、
   前記第２切換えスイッチは、前記第２電力ラインの前記第３接続点と前記第２接続点との間に介装される
   ことを特徴とする請求項３に記載の蓄電システム。
5. ＤＣ／ＤＣコンバータ回路をさらに備え、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ回路は、一端側に直流電源が接続され、他端側に前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ回路および前記前記ＡＲＣＰ回路が接続される
   ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄電システム。

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