JP4125855B2 - 蓄電池用充放電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，蓄電池の化成又は化成後のテストに使用する蓄電池用充放電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常，製造された蓄電池の化成又は化成後のテストには蓄電池の充放電を繰り返すことが行われており，このような蓄電池の充放電に使用する充放電装置は，特開平９−２３３７１０号で提案しているように，例えば図３に示すように構成されている。
【０００３】
図３において，１ａ，１ｂ，１ｃは３相交流電源に接続された交流入力端子，２は，入力端子１ａ〜１ｃにそれぞれ接続された３相全波整流用サイリスタブリッジからなる充電用整流回路であり，各サイリスタが充電時に図示されていない駆動回路により駆動されるようになっている。また，１５は充電用整流回路２と逆並列に接続された３相全波整流用ブリッジからなる回生用整流回路で，各サイリスタが回生時に図示しない駆動回路により駆動される。３，４は一端が充電用整流回路２の正，負出力端子間に直列に設けられた平滑用リアクトル及びコンデンサである。
【０００４】
５は昇降圧コンバータで，平滑用リアクトル３の出力端子に接続されている第１の開閉手段６と，降圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ７と，昇圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ８と，トランジスタ７，８と逆並列に接続されたフリーホイリングダイオード１７，１８と，平滑用リアクトル１１と平滑コンデンサ１２と，平滑リアクトル１１の出力端子に接続されている第２の開閉手段１３ａと，この第２開閉手段１３ａと並列に接続された第３の開閉手段１３ｂと限流素子１４との直列回路とを備えている。さらに，トランジスタ７，８を高周波ＰＷＭ制御させる昇降圧コンバータ制御装置２３と，コンデンサ１２の両端電圧を検出する電圧検出器２２と，昇降圧コンバータ制御装置２３に入力する出力を設定する出力設定器２５も備えている。なお，２６は平滑用コンデンサである。
【０００５】
１０５及び２０５は昇降圧コンバータ５と同じ構成の昇降圧コンバータであり，図１では昇降圧コンバータは３個であるが，蓄電池１０，１１０，２１０の充放電を行う場合，通常もっと多数の昇降圧コンバータで構成される。
【０００６】
今，充電用整流回路２に駆動信号を入力して駆動させ，充電用整流回路２により交流入力を整流する。整流した直流を平滑リアクトル３及び平滑コンデンサ４により平滑する。また，第１開閉手段６及び第２開閉手段１３ａに指令信号を入力してオンさせるとともに，降圧コンバータ用スイッチング素子７に昇降圧コンバータ制御装置２３のドライブ信号を入力し，オンさせる。スイッチング素子７がオンすると，平滑された直流は開閉手段６，降圧スイッチング素子７，リアクトル１１，開閉手段１３ａ，蓄電池１０に電流が流れて，蓄電池１０は充電される。
【０００７】
そして，降圧コンバータ用スイッチング素子７のドライブ信号をオフさせると，スイッチング素子７はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギは開閉手段１３ａ，蓄電池１０，フリーホイリングダイオード１８を介して還流する。
【０００８】
ここで，電圧検出器２２は平滑コンデンサ１２の出力電圧を検出し，その検出信号が昇降圧コンバータ制御装置２３に入力される。ここで検出信号が出力設定器２５の信号と比較され，検出信号が出力設定器２５の信号に等しくなるように，すなわち，コンバータ制御装置２３は昇降圧コンバータ５の出力電圧が定電圧になるように制御する。
【０００９】
次に，蓄電池１０の放電時は，開閉手段６及び１３ａに指令信号を入力してオンさせ，さらに降圧コンバータ用スイッチング素子７をオフし，昇圧コンバータ用スイッチング素子８をオンさせると，蓄電池１０，開閉手段１３ａ，リアクトル１１，昇圧コンバータ用スイッチング素子８を介して放電する。
【００１０】
そして，昇圧コンバータ用スイッチング素子８のドライブ信号をオフさせると，スイッチング素子８はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギーはフリーホイリングダイオード１７，開閉手段６，リアクトル３，回生用整流回路１５，交流電源，回生用整流回路１５，蓄電池１０，開閉手段１３ａを介して放出し，蓄電池１０のエネルギが交流電源に回生される。
【００１１】
この蓄電池１０の放電時は，昇降圧コンバータ５の入力を高くすることができる。従って，昇圧時も降圧時も昇降圧コンバータ５の入力を同じ値にすることが可能となり，各昇降圧コンバータ５，１０５，２０５…を個別に蓄電池の充電と放電を行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，平滑コンデンサ１２の両端電圧と蓄電池１０の蓄電池電圧とに差が生じているとき，例えば充電された蓄電池は電圧が発生するが，平滑コンデンサには電圧が発生していない場合がある。このような場合蓄電池１０から平滑コンデンサ１２に過大電流が流れる。この過大電流を抑制するために，限流抵抗１４と第３開閉手段１３ｂが設けられている。そして，充放電の初期は第２開閉手段１３ａを開放し，第３開閉手段１３ｂを短絡させる。この過大電流は蓄電池１０の電圧と平滑コンデンサ１２の電圧が等しくなるようと減少し，平滑コンデンサ１２の電圧が一定になることで検出され，第２開閉手段１３ａが短絡され，第３開閉手段１３ｂが開放される。
このため，容量の大きな限流抵抗１４と第３開閉手段１３ｂを，それぞれ昇降圧コンバータユニット５，１０５，２０５，に設ける必要があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の蓄電池用充放電装置は，直流電圧を入力とし出力を制御するスイッチング素子と，上記出力を平滑し平滑した直流電圧を蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記スイッチング素子を制御させる制御装置を備えたものである。
【００１４】
平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサの両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置により，スイッチング素子の制御を行う。これにより，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がなくなり，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。
【００１５】
また，請求項２記載の発明の蓄電池用充放電装置は，交流電源を整流する充電用整流回路と，この充電用整流回路と逆並列に接続され，蓄電池の電気量を上記交流電源に回生する回生用整流回路と，上記充電用整流回路の出力に設けられ出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと，上記昇降圧コンバータの出力を平滑し平滑した直流電圧を上記蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記昇降圧コンバータを制御させる昇降圧コンバータ制御装置を備えたものである。
【００１６】
充電時には昇降圧コンバータを降圧コンバータとして使用し，放電時には昇圧コンバータとして使用する。例えば，蓄電池を充電する場合，降圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせる。蓄電池を放電する場合，昇圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせて昇圧コンバータ用スイッチング素子を介して放電する。この後，回生用整流回路を介して放電し，交流電源に回生させる。
【００１７】
平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサの両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置により，昇降圧コンバータの制御を行う。これにより，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がなくなり，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。
【００１８】
また，請求項３記載の発明の蓄電池用充放電装置は，交流電源に直列に接続された入力リアクトルと，この入力リアクトルの出力に設けられた整流器と，この整流器と逆並列に接続され高周波スイッチングするスイッチング素子とを有し，上記交流電源を整流するとともに，交流入力電流を正弦波状に制御し，かつ蓄電池の電気量を上記交流電源に回生させる双方向コンバータと，上記双方向コンバータの出力に設けられ，出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと，上記昇降圧コンバータの出力を平滑し，平滑した直流電圧を上記蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記昇降圧コンバータを制御させる昇降圧コンバータ制御装置を備えたものである。
【００１９】
そして，蓄電池を充電する場合，双方向コンバータのスイッチング素子が高周波スイッチングのオン時に入力リアクトルにエネルギが蓄積し，オフ時に出力させると，交流入力電流を正弦波状に制御され，双方向コンバータの出力には所望の直流出力電圧が得られる。双方向コンバータの出力をそれぞれの昇降圧コンバータを介して蓄電池を充電する。また，蓄電池を放電する場合，双方向コンバータのスイッチング素子が高周波スイッチングのオンすると，このオン時に双方向コンバータのスイッチング素子及び入力リアクトルを介して交流電源に回生される。
【００２０】
平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサの両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置により，昇降圧コンバータの制御を行う。これにより，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がなくなり，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。
【００２１】
また，請求項４記載の発明の蓄電池用充放電装置は，上記昇降圧コンバータが入力端と並列に接続された降圧コンバータ用スイッチング素子と昇圧コンバータ用スイッチング素子との直列回路と，上記両スイッチング素子とそれぞれ逆並列に接続されたフリーホイリングダイオードと，上記両スイッチング素子の接続点と出力端との間に設けられたリアクトルとを備えたものである。
【００２２】
そして，充電時には昇降圧コンバータを降圧コンバータとして使用し，放電時には昇圧コンバータとして使用する。例えば，蓄電池を充電する場合，降圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせると，この降圧コンバータ用スイッチング素子，リアクトルを介して蓄電池を充電し，上記降圧コンバータ用スイッチング素子をオフさせると，リアクトルの蓄積エネルギーが蓄電池に環流して蓄電池を充電させる。
【００２３】
また，蓄電池を放電する場合，昇圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせると，蓄電池はリアクトル，昇圧コンバータ用スイッチング素子を介して放電する。この後，昇圧コンバータ用スイッチング素子をオフさせると，蓄電池はリアクトル，降圧コンバータ用スイッチング素子と逆並列接続されたフリーホイリングダイオード，回生用整流回路を介して放電し，交流電源に回生させる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の蓄電池用充放電装置の一実施例を示すブロック結線図である。図１において，１ａ，１ｂ，１ｃは３相交流電源に接続された交流入力端子，２は入力端子１ａ〜１ｃに接続された３相全波整流用サイリスタブリッジからなる充電用整流回路であり，各サイリスタが充電時に図示されていない駆動回路により駆動されるようになっている。また，１５は充電用整流回路２と逆並列に接続された３相全波整流用サイリスタブリッジからなる回生用整流回路で，各サイリスタが回生時に図示しない駆動回路により駆動される。３，４は一端が充電用整流回路２の正，負出力端子間に直列に設けられた平滑用リアクトル及びコンデンサである。
【００２５】
５は昇降圧コンバータで，平滑用リアクトル３の出力端子と充電用整流回路２の負出力端子間に接続されている。この昇降圧コンバータ５は平滑用リアクトル３の出力端子と接続された開閉手段６と，この開閉手段６と充電用整流回路２の負出力端子間には直列接続された降圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ７と，昇圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ８と，さらに，トランジスタ７，８と逆並列に接続されたフリーホイリングダイオード１７，１８とを有している。トランジスタ８の両端には直列に接続され平滑リアクトル１１と平滑コンデンサ１２とが設けられ，平滑リアクトル１１の出力を出力端子し，負荷の蓄電池が接続されている。さらに，昇降圧コンバータ５は開閉手段１３と，トランジスタ７，８を高周波ＰＷＭ制御させる昇降圧コンバータ制御装置２３と，平滑コンデンサ１２の両端電圧を検出する第１の電圧検出器２２と，蓄電池１０の蓄電池電圧を検出する第２の電圧検出器２７とにより構成されている。なお，２５はコンバータ制御装置２３に入力する出力を設定する出力設定器，２６は平滑用コンデンサである。
【００２６】
１０５及び２０５は昇降圧コンバータ５と同じ構成の昇降圧コンバータであり，図１では昇降圧コンバータは３個であるが，蓄電池の充放電を行う場合，通常多数の昇降圧コンバータで構成される。
【００２７】
次に通常時の動作を説明する。このとき開閉手段６及び１３にオンされている。そして，充電用整流回路２に駆動信号を入力して駆動させ，充電用整流回路２により交流入力を整流する。整流した直流を平滑リアクトル３及び平滑コンデンサ４により平滑する。また，降圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ７に昇降圧コンバータ制御装置２３の高周波スイッチングするドライブ信号を入力し，オンさせる。トランジスタ７がオンすると，平滑された直流は開閉手段６，トランジスタ７，リアクトル１１，開閉手段１３，蓄電池１０，に電流が流れて，蓄電池は充電される。
【００２８】
そして，降圧コンバータ用トランジスタ７のドライブ信号をオフさせると，トランジスタ７はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギは開閉手段１３，蓄電池１０，フリーホイリングダイオード１８を介して還流する。
【００２９】
また，蓄電池１０の放電時は，降圧コンバータ用トランジスタ７をオフし，昇圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ８をオンさせると，蓄電池１０，開閉手段１３，リアクトル１１，昇圧コンバータ用トランジスタ８，蓄電池１０を介して放電する。
【００３０】
そして，昇圧コンバータ用トランジスタ８のドライブ信号をオフさせると，トランジスタ８はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギーはフリーホイリングダイオード１７，開閉手段６，リアクトル３，回生用整流回路１５，交流電源，回生用整流回路１５，蓄電池１０，開閉手段１３を介して放出し，蓄電池１０のエネルギが交流電源に回生される。
【００３１】
この蓄電池１０の放電時は，昇降圧コンバータ５の入力を高くすることができる。従って，昇圧時も降圧時も昇降圧コンバータ５の入力を同じ値にすることが可能となり，各昇降圧コンバータ５，１０５，２０５…を個別に蓄電池の充電と放電を行うことができる。
【００３２】
次に，コンデンサ１２の両端電圧と蓄電池１０の蓄電池電圧とに差があり，充放電開始の開閉手段１３を短絡したときについて説明する。第１電圧検出器２２によりコンデンサ１２の両端電圧を検出し，第２電圧検出器２７により蓄電池１０の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器２２の検出信号を，第２電圧検出器２７の検出電圧になるように昇降圧コンバータ制御装置２３を，降圧コンバータ用トランジスタ７又は昇圧コンバータ用トランジスタ８の制御を行う。
【００３３】
これにより，コンデンサ１２の両端電圧と蓄電池１０の蓄電池電圧とに差がなくなり，蓄電池１０からコンデンサ１２への充電は徐々に行われ，従来のように過大電流は流れることがなく，限流抵抗及び開閉手段を設ける必要がない。
【００３４】
上記実施の形態では，昇圧及び降圧コンバータ用スイッチング素子にトランジスタを用いていたが，ＩＧＢＴ，ＦＥＴ，バイボーラトランジスタ等であってもよい。
【００３５】
上記図１に示す実施形態は充電用整流器及び回生用整流器が例えばサイリスタで構成されるため，充電時（力行）と放電時（回生）のサイリスタの制御角が異なるため，回生力率が悪く，回生した有効電力の利用率がよくないことがあった。これを改善するための実施態様を図２に示す。図２において図１と同じ符号のものは同じ機能のものを示している。異なる点は，充電用整流回路と回生用整流回路とを双方向コンバータ５２に代えたものである。すなわち，双方向コンバータ５２は，交流電源に直列に接続された入力リアクトル５１と，入力リアクトル５１の出力に設けられた整流器５３〜５８と，この整流器５３〜５８と逆並列に接続され高周波スイッチングするスイッチング素子６３〜６８と，入力電圧を検出する入力電圧検出器７１と，入力電流を検出する電流検出器７２と，電流検出信号を電圧変換する電流電圧変換器７３と，双方向コンバータの出力電圧を検出する直流電圧検出器７４と，入力電圧検出器７１と電流電圧変換器７３と直流電圧検出器７４の出力信号を入力とし，交流入力電流を正弦波にするとともに力率を１にするようスイッチング素子６３〜６８を制御する双方向コンバータ制御装置７５とを設けたものである。
【００３６】
そして，蓄電池を充電する場合，双方向コンバータ５２のスイッチング素子６３〜６８が高周波スイッチングさせスイッチング素子６３〜６８のオン時に入力リアクトル５１にエネルギが蓄積し，オフ時に出力させると，交流入力電流を正弦波状に制御でき，入力電流は入力電圧に追従して制御され，力率は１にすることができる。さらに直流電圧検出器７４を検出し，出力設定値と比較させ，誤差が０になるように制御させることにより双方向コンバータの出力には所望の値の出力を得ることになる。双方向コンバータ５２の出力はそれぞれの昇降圧コンバータ５，１０５，２０５を介して蓄電池を充電する。
【００３７】
また，蓄電池を放電する場合，双方向コンバータ５２のスイッチング素子６３〜６８が高周波スイッチングのオン時にスイッチング素子及び入力リアクトルを介して交流電源に回生される。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１乃至４記載の発明の蓄電池用充放電装置によれば，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサと両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置を，昇降圧コンバータのスイッチング素子の制御を行う。これにより，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。そして，従来のように大容量の限流抵抗を設けることも，また限流抵抗と開閉手段を設ける必要もない。
【００３９】
なお，請求項３記載の発明の蓄電池用充放電装置では，交流入力電流を正弦波状に制御でき，入力電流を入力電圧に追従して制御され，力率を１にすることができる。そして，回生電力を有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄電池用充放電装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の蓄電池用充放電装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図３】従来の蓄電池用充放電装置のブロック図である。
【符号の説明】
２ 充電用整流回路
３ 平滑リアクトル
４ コンデンサ
５，１０５，２０５ 昇降圧コンバータ
６，１３ 開閉手段
７ 降圧コンバータ用スイッチング素子
８ 昇圧コンバータ用スイッチング素子
１０，１１０，２１０ 蓄電池
１７，１８ フリーホイリングダイオード
２２ 第１電圧検出器
２３ コンバータ制御装置
２５ 出力設定器
２６ 平滑コンデンサ
２７ 第２電圧検出器
【発明の属する技術分野】
本発明は，蓄電池の化成又は化成後のテストに使用する蓄電池用充放電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常，製造された蓄電池の化成又は化成後のテストには蓄電池の充放電を繰り返すことが行われており，このような蓄電池の充放電に使用する充放電装置は，特開平９−２３３７１０号で提案しているように，例えば図３に示すように構成されている。
【０００３】
図３において，１ａ，１ｂ，１ｃは３相交流電源に接続された交流入力端子，２は，入力端子１ａ〜１ｃにそれぞれ接続された３相全波整流用サイリスタブリッジからなる充電用整流回路であり，各サイリスタが充電時に図示されていない駆動回路により駆動されるようになっている。また，１５は充電用整流回路２と逆並列に接続された３相全波整流用ブリッジからなる回生用整流回路で，各サイリスタが回生時に図示しない駆動回路により駆動される。３，４は一端が充電用整流回路２の正，負出力端子間に直列に設けられた平滑用リアクトル及びコンデンサである。
【０００４】
５は昇降圧コンバータで，平滑用リアクトル３の出力端子に接続されている第１の開閉手段６と，降圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ７と，昇圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ８と，トランジスタ７，８と逆並列に接続されたフリーホイリングダイオード１７，１８と，平滑用リアクトル１１と平滑コンデンサ１２と，平滑リアクトル１１の出力端子に接続されている第２の開閉手段１３ａと，この第２開閉手段１３ａと並列に接続された第３の開閉手段１３ｂと限流素子１４との直列回路とを備えている。さらに，トランジスタ７，８を高周波ＰＷＭ制御させる昇降圧コンバータ制御装置２３と，コンデンサ１２の両端電圧を検出する電圧検出器２２と，昇降圧コンバータ制御装置２３に入力する出力を設定する出力設定器２５も備えている。なお，２６は平滑用コンデンサである。
【０００５】
１０５及び２０５は昇降圧コンバータ５と同じ構成の昇降圧コンバータであり，図１では昇降圧コンバータは３個であるが，蓄電池１０，１１０，２１０の充放電を行う場合，通常もっと多数の昇降圧コンバータで構成される。
【０００６】
今，充電用整流回路２に駆動信号を入力して駆動させ，充電用整流回路２により交流入力を整流する。整流した直流を平滑リアクトル３及び平滑コンデンサ４により平滑する。また，第１開閉手段６及び第２開閉手段１３ａに指令信号を入力してオンさせるとともに，降圧コンバータ用スイッチング素子７に昇降圧コンバータ制御装置２３のドライブ信号を入力し，オンさせる。スイッチング素子７がオンすると，平滑された直流は開閉手段６，降圧スイッチング素子７，リアクトル１１，開閉手段１３ａ，蓄電池１０に電流が流れて，蓄電池１０は充電される。
【０００７】
そして，降圧コンバータ用スイッチング素子７のドライブ信号をオフさせると，スイッチング素子７はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギは開閉手段１３ａ，蓄電池１０，フリーホイリングダイオード１８を介して還流する。
【０００８】
ここで，電圧検出器２２は平滑コンデンサ１２の出力電圧を検出し，その検出信号が昇降圧コンバータ制御装置２３に入力される。ここで検出信号が出力設定器２５の信号と比較され，検出信号が出力設定器２５の信号に等しくなるように，すなわち，コンバータ制御装置２３は昇降圧コンバータ５の出力電圧が定電圧になるように制御する。
【０００９】
次に，蓄電池１０の放電時は，開閉手段６及び１３ａに指令信号を入力してオンさせ，さらに降圧コンバータ用スイッチング素子７をオフし，昇圧コンバータ用スイッチング素子８をオンさせると，蓄電池１０，開閉手段１３ａ，リアクトル１１，昇圧コンバータ用スイッチング素子８を介して放電する。
【００１０】
そして，昇圧コンバータ用スイッチング素子８のドライブ信号をオフさせると，スイッチング素子８はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギーはフリーホイリングダイオード１７，開閉手段６，リアクトル３，回生用整流回路１５，交流電源，回生用整流回路１５，蓄電池１０，開閉手段１３ａを介して放出し，蓄電池１０のエネルギが交流電源に回生される。
【００１１】
この蓄電池１０の放電時は，昇降圧コンバータ５の入力を高くすることができる。従って，昇圧時も降圧時も昇降圧コンバータ５の入力を同じ値にすることが可能となり，各昇降圧コンバータ５，１０５，２０５…を個別に蓄電池の充電と放電を行うことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，平滑コンデンサ１２の両端電圧と蓄電池１０の蓄電池電圧とに差が生じているとき，例えば充電された蓄電池は電圧が発生するが，平滑コンデンサには電圧が発生していない場合がある。このような場合蓄電池１０から平滑コンデンサ１２に過大電流が流れる。この過大電流を抑制するために，限流抵抗１４と第３開閉手段１３ｂが設けられている。そして，充放電の初期は第２開閉手段１３ａを開放し，第３開閉手段１３ｂを短絡させる。この過大電流は蓄電池１０の電圧と平滑コンデンサ１２の電圧が等しくなるようと減少し，平滑コンデンサ１２の電圧が一定になることで検出され，第２開閉手段１３ａが短絡され，第３開閉手段１３ｂが開放される。
このため，容量の大きな限流抵抗１４と第３開閉手段１３ｂを，それぞれ昇降圧コンバータユニット５，１０５，２０５，に設ける必要があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の蓄電池用充放電装置は，直流電圧を入力とし出力を制御するスイッチング素子と，上記出力を平滑し平滑した直流電圧を蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記スイッチング素子を制御させる制御装置を備えたものである。
【００１４】
平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサの両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置により，スイッチング素子の制御を行う。これにより，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がなくなり，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。
【００１５】
また，請求項２記載の発明の蓄電池用充放電装置は，交流電源を整流する充電用整流回路と，この充電用整流回路と逆並列に接続され，蓄電池の電気量を上記交流電源に回生する回生用整流回路と，上記充電用整流回路の出力に設けられ出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと，上記昇降圧コンバータの出力を平滑し平滑した直流電圧を上記蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記昇降圧コンバータを制御させる昇降圧コンバータ制御装置を備えたものである。
【００１６】
充電時には昇降圧コンバータを降圧コンバータとして使用し，放電時には昇圧コンバータとして使用する。例えば，蓄電池を充電する場合，降圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせる。蓄電池を放電する場合，昇圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせて昇圧コンバータ用スイッチング素子を介して放電する。この後，回生用整流回路を介して放電し，交流電源に回生させる。
【００１７】
平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサの両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置により，昇降圧コンバータの制御を行う。これにより，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がなくなり，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。
【００１８】
また，請求項３記載の発明の蓄電池用充放電装置は，交流電源に直列に接続された入力リアクトルと，この入力リアクトルの出力に設けられた整流器と，この整流器と逆並列に接続され高周波スイッチングするスイッチング素子とを有し，上記交流電源を整流するとともに，交流入力電流を正弦波状に制御し，かつ蓄電池の電気量を上記交流電源に回生させる双方向コンバータと，上記双方向コンバータの出力に設けられ，出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと，上記昇降圧コンバータの出力を平滑し，平滑した直流電圧を上記蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記昇降圧コンバータを制御させる昇降圧コンバータ制御装置を備えたものである。
【００１９】
そして，蓄電池を充電する場合，双方向コンバータのスイッチング素子が高周波スイッチングのオン時に入力リアクトルにエネルギが蓄積し，オフ時に出力させると，交流入力電流を正弦波状に制御され，双方向コンバータの出力には所望の直流出力電圧が得られる。双方向コンバータの出力をそれぞれの昇降圧コンバータを介して蓄電池を充電する。また，蓄電池を放電する場合，双方向コンバータのスイッチング素子が高周波スイッチングのオンすると，このオン時に双方向コンバータのスイッチング素子及び入力リアクトルを介して交流電源に回生される。
【００２０】
平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサの両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置により，昇降圧コンバータの制御を行う。これにより，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がなくなり，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。
【００２１】
また，請求項４記載の発明の蓄電池用充放電装置は，上記昇降圧コンバータが入力端と並列に接続された降圧コンバータ用スイッチング素子と昇圧コンバータ用スイッチング素子との直列回路と，上記両スイッチング素子とそれぞれ逆並列に接続されたフリーホイリングダイオードと，上記両スイッチング素子の接続点と出力端との間に設けられたリアクトルとを備えたものである。
【００２２】
そして，充電時には昇降圧コンバータを降圧コンバータとして使用し，放電時には昇圧コンバータとして使用する。例えば，蓄電池を充電する場合，降圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせると，この降圧コンバータ用スイッチング素子，リアクトルを介して蓄電池を充電し，上記降圧コンバータ用スイッチング素子をオフさせると，リアクトルの蓄積エネルギーが蓄電池に環流して蓄電池を充電させる。
【００２３】
また，蓄電池を放電する場合，昇圧コンバータ用スイッチング素子をオンさせると，蓄電池はリアクトル，昇圧コンバータ用スイッチング素子を介して放電する。この後，昇圧コンバータ用スイッチング素子をオフさせると，蓄電池はリアクトル，降圧コンバータ用スイッチング素子と逆並列接続されたフリーホイリングダイオード，回生用整流回路を介して放電し，交流電源に回生させる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の蓄電池用充放電装置の一実施例を示すブロック結線図である。図１において，１ａ，１ｂ，１ｃは３相交流電源に接続された交流入力端子，２は入力端子１ａ〜１ｃに接続された３相全波整流用サイリスタブリッジからなる充電用整流回路であり，各サイリスタが充電時に図示されていない駆動回路により駆動されるようになっている。また，１５は充電用整流回路２と逆並列に接続された３相全波整流用サイリスタブリッジからなる回生用整流回路で，各サイリスタが回生時に図示しない駆動回路により駆動される。３，４は一端が充電用整流回路２の正，負出力端子間に直列に設けられた平滑用リアクトル及びコンデンサである。
【００２５】
５は昇降圧コンバータで，平滑用リアクトル３の出力端子と充電用整流回路２の負出力端子間に接続されている。この昇降圧コンバータ５は平滑用リアクトル３の出力端子と接続された開閉手段６と，この開閉手段６と充電用整流回路２の負出力端子間には直列接続された降圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ７と，昇圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ８と，さらに，トランジスタ７，８と逆並列に接続されたフリーホイリングダイオード１７，１８とを有している。トランジスタ８の両端には直列に接続され平滑リアクトル１１と平滑コンデンサ１２とが設けられ，平滑リアクトル１１の出力を出力端子し，負荷の蓄電池が接続されている。さらに，昇降圧コンバータ５は開閉手段１３と，トランジスタ７，８を高周波ＰＷＭ制御させる昇降圧コンバータ制御装置２３と，平滑コンデンサ１２の両端電圧を検出する第１の電圧検出器２２と，蓄電池１０の蓄電池電圧を検出する第２の電圧検出器２７とにより構成されている。なお，２５はコンバータ制御装置２３に入力する出力を設定する出力設定器，２６は平滑用コンデンサである。
【００２６】
１０５及び２０５は昇降圧コンバータ５と同じ構成の昇降圧コンバータであり，図１では昇降圧コンバータは３個であるが，蓄電池の充放電を行う場合，通常多数の昇降圧コンバータで構成される。
【００２７】
次に通常時の動作を説明する。このとき開閉手段６及び１３にオンされている。そして，充電用整流回路２に駆動信号を入力して駆動させ，充電用整流回路２により交流入力を整流する。整流した直流を平滑リアクトル３及び平滑コンデンサ４により平滑する。また，降圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ７に昇降圧コンバータ制御装置２３の高周波スイッチングするドライブ信号を入力し，オンさせる。トランジスタ７がオンすると，平滑された直流は開閉手段６，トランジスタ７，リアクトル１１，開閉手段１３，蓄電池１０，に電流が流れて，蓄電池は充電される。
【００２８】
そして，降圧コンバータ用トランジスタ７のドライブ信号をオフさせると，トランジスタ７はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギは開閉手段１３，蓄電池１０，フリーホイリングダイオード１８を介して還流する。
【００２９】
また，蓄電池１０の放電時は，降圧コンバータ用トランジスタ７をオフし，昇圧コンバータ用スイッチング素子のトランジスタ８をオンさせると，蓄電池１０，開閉手段１３，リアクトル１１，昇圧コンバータ用トランジスタ８，蓄電池１０を介して放電する。
【００３０】
そして，昇圧コンバータ用トランジスタ８のドライブ信号をオフさせると，トランジスタ８はオフし，リアクトル１１の蓄積エネルギーはフリーホイリングダイオード１７，開閉手段６，リアクトル３，回生用整流回路１５，交流電源，回生用整流回路１５，蓄電池１０，開閉手段１３を介して放出し，蓄電池１０のエネルギが交流電源に回生される。
【００３１】
この蓄電池１０の放電時は，昇降圧コンバータ５の入力を高くすることができる。従って，昇圧時も降圧時も昇降圧コンバータ５の入力を同じ値にすることが可能となり，各昇降圧コンバータ５，１０５，２０５…を個別に蓄電池の充電と放電を行うことができる。
【００３２】
次に，コンデンサ１２の両端電圧と蓄電池１０の蓄電池電圧とに差があり，充放電開始の開閉手段１３を短絡したときについて説明する。第１電圧検出器２２によりコンデンサ１２の両端電圧を検出し，第２電圧検出器２７により蓄電池１０の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器２２の検出信号を，第２電圧検出器２７の検出電圧になるように昇降圧コンバータ制御装置２３を，降圧コンバータ用トランジスタ７又は昇圧コンバータ用トランジスタ８の制御を行う。
【００３３】
これにより，コンデンサ１２の両端電圧と蓄電池１０の蓄電池電圧とに差がなくなり，蓄電池１０からコンデンサ１２への充電は徐々に行われ，従来のように過大電流は流れることがなく，限流抵抗及び開閉手段を設ける必要がない。
【００３４】
上記実施の形態では，昇圧及び降圧コンバータ用スイッチング素子にトランジスタを用いていたが，ＩＧＢＴ，ＦＥＴ，バイボーラトランジスタ等であってもよい。
【００３５】
上記図１に示す実施形態は充電用整流器及び回生用整流器が例えばサイリスタで構成されるため，充電時（力行）と放電時（回生）のサイリスタの制御角が異なるため，回生力率が悪く，回生した有効電力の利用率がよくないことがあった。これを改善するための実施態様を図２に示す。図２において図１と同じ符号のものは同じ機能のものを示している。異なる点は，充電用整流回路と回生用整流回路とを双方向コンバータ５２に代えたものである。すなわち，双方向コンバータ５２は，交流電源に直列に接続された入力リアクトル５１と，入力リアクトル５１の出力に設けられた整流器５３〜５８と，この整流器５３〜５８と逆並列に接続され高周波スイッチングするスイッチング素子６３〜６８と，入力電圧を検出する入力電圧検出器７１と，入力電流を検出する電流検出器７２と，電流検出信号を電圧変換する電流電圧変換器７３と，双方向コンバータの出力電圧を検出する直流電圧検出器７４と，入力電圧検出器７１と電流電圧変換器７３と直流電圧検出器７４の出力信号を入力とし，交流入力電流を正弦波にするとともに力率を１にするようスイッチング素子６３〜６８を制御する双方向コンバータ制御装置７５とを設けたものである。
【００３６】
そして，蓄電池を充電する場合，双方向コンバータ５２のスイッチング素子６３〜６８が高周波スイッチングさせスイッチング素子６３〜６８のオン時に入力リアクトル５１にエネルギが蓄積し，オフ時に出力させると，交流入力電流を正弦波状に制御でき，入力電流は入力電圧に追従して制御され，力率は１にすることができる。さらに直流電圧検出器７４を検出し，出力設定値と比較させ，誤差が０になるように制御させることにより双方向コンバータの出力には所望の値の出力を得ることになる。双方向コンバータ５２の出力はそれぞれの昇降圧コンバータ５，１０５，２０５を介して蓄電池を充電する。
【００３７】
また，蓄電池を放電する場合，双方向コンバータ５２のスイッチング素子６３〜６８が高周波スイッチングのオン時にスイッチング素子及び入力リアクトルを介して交流電源に回生される。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１乃至４記載の発明の蓄電池用充放電装置によれば，平滑コンデンサの両端電圧と，蓄電池の蓄電池電圧に差がある場合，第１電圧検出器によりコンデンサと両端電圧を検出し，第２電圧検出器により蓄電池の蓄電池電圧を検出する。そして，第１電圧検出器の検出信号を，第２電圧検出器の検出電圧になるように制御装置を，昇降圧コンバータのスイッチング素子の制御を行う。これにより，蓄電池からコンデンサへの充電は徐々に行われ，過大電流は流れることがない。そして，従来のように大容量の限流抵抗を設けることも，また限流抵抗と開閉手段を設ける必要もない。
【００３９】
なお，請求項３記載の発明の蓄電池用充放電装置では，交流入力電流を正弦波状に制御でき，入力電流を入力電圧に追従して制御され，力率を１にすることができる。そして，回生電力を有効利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄電池用充放電装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の蓄電池用充放電装置の他の実施形態を示すブロック図である。
【図３】従来の蓄電池用充放電装置のブロック図である。
【符号の説明】
２ 充電用整流回路
３ 平滑リアクトル
４ コンデンサ
５，１０５，２０５ 昇降圧コンバータ
６，１３ 開閉手段
７ 降圧コンバータ用スイッチング素子
８ 昇圧コンバータ用スイッチング素子
１０，１１０，２１０ 蓄電池
１７，１８ フリーホイリングダイオード
２２ 第１電圧検出器
２３ コンバータ制御装置
２５ 出力設定器
２６ 平滑コンデンサ
２７ 第２電圧検出器
Claims (4)
- 直流電圧を入力とし出力を制御するスイッチング素子と，上記出力を平滑し，平滑した直流電圧を蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記スイッチング素子を制御させる制御装置を備えた蓄電池用充放電装置。
- 交流電源を整流する充電用整流回路と，この充電用整流回路と逆並列に接続され，蓄電池の電気量を上記交流電源に回生する回生用整流回路と，上記充電用整流回路の出力に設けられ出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと，上記昇降圧コンバータの出力を平滑し平滑した直流電圧を上記蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記昇降圧コンバータを制御させる昇降圧コンバータ制御装置を備えた蓄電池用充放電装置。
- 交流電源に直列に接続された入力リアクトルと，この入力リアクトルの出力に設けられた整流器と，この整流器と逆並列に接続され高周波スイッチングするスイッチング素子とを有し，上記交流電源を整流するとともに，交流入力電流を正弦波状に制御し，かつ蓄電池の電気量を上記交流電源に回生させる双方向コンバータと，上記双方向コンバータの出力に設けられ，出力を制御するスイッチング素子を有する昇降圧コンバータと，上記昇降圧コンバータの出力を平滑し，平滑した直流電圧を上記蓄電池に印加する平滑コンデンサと，上記平滑コンデンサの両端電圧を検出する第１電圧検出器と，上記蓄電池の蓄電池電圧を検出する第２電圧検出器と，上記第１電圧検出器の検出信号を上記第２電圧検出器の検出信号になるように上記昇降圧コンバータを制御させる昇降圧コンバータ制御装置を備えた蓄電池用充放電装置。
- 上記昇降圧コンバータが入力端と並列に接続された降圧コンバータ用スイッチング素子と昇圧コンバータ用スイッチング素子との直列回路と，上記両スイッチング素子とそれぞれ逆並列に接続されたフリーホイリングダイオードと，上記両スイッチング素子の接続点と出力端との間に設けられたリアクトルとを備えた請求項２又は３記載の蓄電池用充放電装置。
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