JP4761209B2 - Power converter using electric double layer capacitor and electric double layer capacitor charging method - Google Patents
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Description
本発明は、電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置および電気二重層コンデンサの充電方法に関し、特に、蓄電装置としての電気二重層コンデンサと充放電装置としての昇降圧チョッパ装置を備えた電力変換装置およびこの電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置における電気二重層コンデンサの充電方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device to which an electric double layer capacitor is applied and a method for charging the electric double layer capacitor, and in particular, a power conversion device including an electric double layer capacitor as a power storage device and a step-up / step-down chopper device as a charge / discharge device. The present invention also relates to a method for charging an electric double layer capacitor in a power conversion device to which the electric double layer capacitor is applied.
図８は、従来技術を示す電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置の構成図であり、電力変換装置は蓄電装置としての電気二重層コンデンサと充放電装置としての昇降圧チョッパ装置を備えている。
図８において、１は電気二重層コンデンサ、４はコンデンサ、５はリアクトル、６は昇降圧チョッパ装置、１０、１１はトランジスタなどのスイッチング素子、１２、１３はダイオードである。また、Ｐ、Ｎ、ＢＰ、ＢＮは端子、Ｖｏは電気二重層コンデンサの電圧、Ｖｉは高圧側の電圧すなわち主回路電圧である。
以下、図８を用いて従来技術における電気二重層コンデンサ１を適用した電力変換装置の構成を説明する。
昇降圧チョッパ装置６の高圧側すなわち主回路であるＰ、Ｎ端子には発電装置（図示せず）、あるいは交直変換装置（図示せず）の直流側が接続される。また、昇降圧チョッパ装置６はスイッチング素子１０、１１、ダイオード１２、１３、リアクトル５、及びリップル電流吸収用コンデンサであるコンデンサ４を内蔵し、低圧側のＢＰ、ＢＮ端子には蓄電装置としての電気二重層コンデンサ１が接続されている。
この電力変換装置は、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏを０Ｖまで放電することが可能であり、電気二重層コンデンサ１の充電エネルギーを１００％利用することが可能とされている（例えば、特許文献１参照）。
In FIG. 8, 1 is an electric double layer capacitor, 4 is a capacitor, 5 is a reactor, 6 is a buck-boost chopper device, 10 and 11 are switching elements such as transistors, and 12 and 13 are diodes. P, N, BP, and BN are terminals, Vo is the voltage of the electric double layer capacitor, and Vi is a voltage on the high voltage side, that is, a main circuit voltage.
Hereinafter, the configuration of the power conversion device to which the electric double layer capacitor 1 in the prior art is applied will be described with reference to FIG.
The DC side of the power generator (not shown) or the AC / DC converter (not shown) is connected to the high voltage side of the step-up / down chopper device 6, that is, the P and N terminals which are main circuits. The step-up / step-down chopper device 6 includes switching elements 10 and 11, diodes 12 and 13, a reactor 5, and a capacitor 4 that is a ripple current absorbing capacitor, and the low-voltage side BP and BN terminals have electric power as a power storage device. A double layer capacitor 1 is connected.
This power conversion device can discharge the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 to 0 V and can use 100% of the charging energy of the electric double layer capacitor 1 (for example, Patent Documents). 1).
しかしながら、図８に示した構成の電力変換装置において、電気二重層コンデンサ１の電圧が０Ｖ、あるいは０Ｖに近い状態から充電する場合、リアクトル５の通電電流が発散するという問題がある。この問題を以下に説明する。 However, in the power conversion device having the configuration shown in FIG. 8, when the voltage of the electric double layer capacitor 1 is charged from 0V or a state close to 0V, there is a problem that the energization current of the reactor 5 diverges. This problem will be described below.
まず、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが０Ｖ、あるいは０Ｖに近い状態からではなく、ある程度の電圧を保持している状態から電気二重層コンデンサ１を充電する場合を考える。
図９は、従来の電力変換装置における昇降圧チョッパ装置６のリアクトル５の通電電流波形図である。図９において、ＩＬはリアクトル５の通電電流、ｔ０、ｔ１、ｔ２は時間である。
以下、図９を用いて、ある程度の電圧を保持している状態から電気二重層コンデンサ１を充電する場合の昇降圧チョッパ装置６の動作、及びリアクトル５の通電電流波形について説明する。
スイッチング素子１０をオンさせ、一定時間ｔ０経過後、スイッチング素子１０をオフさせると、リアクトル５の通電電流ＩＬはダイオード１３を通って還流し、一定時間ｔ１経過後、通電電流ＩＬは零となる。さらに一定時間ｔ２経過後、再度スイッチング素子１０をオンさせる。
以上のように、スイッチング素子１０のオン、オフを繰り返すことにより、電気二重層コンデンサ１が充電される。
ここで、リアクトル５のインダクタンスをＬ、Ｐ端子、Ｎ端子間の主回路電圧をＶｉとすると、スイッチング素子１０のオン時、オフ時にリアクトル５に流れる電流ＩＬの傾きΔＩＬ／Δｔはそれぞれ式１、式２で表される。
スイッチング素子１０がオン時：ΔＩＬ／Δｔ＝（Ｖｉ−Ｖｏ）／Ｌ・・・（式１）
スイッチング素子１０がオフ時：ΔＩＬ／Δｔ＝−Ｖｏ／Ｌ・・・（式２）
First, consider a case where the electric double layer capacitor 1 is charged from a state where a voltage of a certain level is maintained, not from a state where the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is 0V or close to 0V.
FIG. 9 is an energization current waveform diagram of the reactor 5 of the step-up / step-down chopper device 6 in the conventional power converter. In FIG. 9, IL is the energization current of the reactor 5, and t0, t1, and t2 are time.
Hereinafter, the operation of the step-up / step-down chopper device 6 in the case where the electric double layer capacitor 1 is charged from a state where a certain level of voltage is held, and the energization current waveform of the reactor 5 will be described with reference to FIG.
When the switching element 10 is turned on and the switching element 10 is turned off after a lapse of a certain time t0, the energization current IL of the reactor 5 flows back through the diode 13, and after the lapse of a certain time t1, the conduction current IL becomes zero. Further, after a certain time t2 has elapsed, the switching element 10 is turned on again.
As described above, the electric double layer capacitor 1 is charged by repeatedly turning on and off the switching element 10.
Here, assuming that the inductance of the reactor 5 is L, the main circuit voltage between the P terminal and the N terminal is Vi, the slope ΔIL / Δt of the current IL flowing through the reactor 5 when the switching element 10 is on and off, respectively, It is represented by Formula 2.
When switching element 10 is on: ΔIL / Δt = (Vi−Vo) / L (Expression 1)
When the switching element 10 is off: ΔIL / Δt = −Vo / L (Expression 2)
次に、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが０Ｖの状態から電気二重層コンデンサ１を充電する場合を考える。
この場合スイッチング素子１０のオン時、オフ時のリアクトル５に流れる電流ＩＬの傾きΔＩＬ／Δｔは、式１、式２において、Ｖｏ＝０Ｖとすることによりそれぞれ式３、式４で表される。
スイッチング素子１０がオン時：ΔＩＬ／Δｔ＝Ｖｉ／Ｌ・・・（式３）
スイッチング素子１０がオフ時：ΔＩＬ／Δｔ＝０・・・（式４）
なお、スイッチング素子１０がオフ時は、電気二重層コンデンサ１の内部抵抗による逆起電力、及びダイオード１３の順方向電圧降下が発生するため、厳密にはΔＩＬ／Δｔ＝０とは言えないが、これらの電圧はせいぜい数Ｖであるので無視する。また、電気二重層コンデンサ１がわずかに数Ｖ程度充電されている場合も同様に無視することとし、以下の説明においてはΔＩＬ／Δｔ＝０と考えることとする。
図１０は、従来の電力変換装置における昇降圧チョッパ装置６のリアクトル５の通電電流波形図である。
図１０において、ＩＬ、ＩＬ０はリアクトル５の通電電流、ＩＬＯＣは過電流保護レベル、ｔ０、ｔ１、ｔ２は時間である。
以下、図１０を用いて、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが０Ｖの状態から電気二重層コンデンサ１を充電する場合の昇降圧チョッパ装置６の動作、及びリアクトル５の通電電流波形について説明する。
まず、スイッチング素子１０をオンさせ、一定時間ｔ０経過後、オフさせる。図９の場合とＰ端子、Ｎ端子間の主回路電圧Ｖｉが同じであるとすると、この場合のスイッチング素子１０がオン時のリアクトル５に流れる電流ＩＬの傾きは図９の場合より大きくなる。
リアクトル５に流れる電流ＩＬはダイオード１３を通って還流するが、一定時間ｔ１が経過しても、ΔＩＬ／Δｔ＝０のためリアクトル５に流れる電流ＩＬは減少せず、スイッチング素子１０がオフした時点の電流値ＩＬ０を保持する。
さらに一定時間ｔ２経過後もリアクトル５に流れる電流ＩＬはＩＬ０のままであり、再度スイッチング素子１０をオンさせると、この電流値ＩＬ０を初期値としてリアクトル５の通電電流が増加し、昇降圧チョッパ装置６のスイッチング素子保護のための過電流保護レベルＩＬＯＣに到達し、昇降圧チョッパ装置６が停止する。
Next, consider the case where the electric double layer capacitor 1 is charged from the state where the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is 0V.
In this case, the slope ΔIL / Δt of the current IL flowing through the reactor 5 when the switching element 10 is on and off is expressed by Expression 3 and Expression 4 by setting Vo = 0V in Expression 1 and Expression 2, respectively.
When switching element 10 is on: ΔIL / Δt = Vi / L (Expression 3)
When the switching element 10 is off: ΔIL / Δt = 0 (Expression 4)
Note that when the switching element 10 is off, a back electromotive force due to the internal resistance of the electric double layer capacitor 1 and a forward voltage drop of the diode 13 are generated. Therefore, strictly speaking, it cannot be said that ΔIL / Δt = 0. Since these voltages are at most several volts, they are ignored. Similarly, the case where the electric double layer capacitor 1 is charged only about several volts is ignored, and in the following description, ΔIL / Δt = 0.
FIG. 10 is an energization current waveform diagram of the reactor 5 of the step-up / step-down chopper device 6 in the conventional power converter.
In FIG. 10, IL and IL0 are the energization currents of the reactor 5, ILOC is the overcurrent protection level, and t0, t1, and t2 are time.
Hereinafter, the operation of the step-up / step-down chopper device 6 when the electric double layer capacitor 1 is charged from the state where the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is 0 V, and the energization current waveform of the reactor 5 will be described with reference to FIG.
First, the switching element 10 is turned on and turned off after a predetermined time t0. Assuming that the main circuit voltage Vi between the P terminal and the N terminal is the same as in the case of FIG. 9, the slope of the current IL flowing through the reactor 5 when the switching element 10 is on is larger than in the case of FIG.
Although the current IL flowing through the reactor 5 flows back through the diode 13, the current IL flowing through the reactor 5 does not decrease because ΔIL / Δt = 0 even when the predetermined time t1 has elapsed, and the switching element 10 is turned off. Current value IL0 is held.
Further, the current IL flowing through the reactor 5 remains IL0 even after the lapse of the predetermined time t2, and when the switching element 10 is turned on again, the energization current of the reactor 5 increases with the current value IL0 as an initial value, and the step-up / down chopper device The overcurrent protection level ILOC for protecting the switching element 6 is reached, and the step-up / step-down chopper device 6 stops.
以上のように、従来技術による電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置は、電気二重層コンデンサの電圧が０Ｖあるいは０Ｖに近い状態から充電する場合、リアクトルの通電電流が発散し、昇降圧チョッパ装置のスイッチング素子を保護するための過電流保護レベルまでリアクトル通電電流が到達し、昇降圧チョッパ装置が停止してしまうという問題があった。 As described above, in the power conversion device to which the electric double layer capacitor according to the prior art is applied, when the voltage of the electric double layer capacitor is charged from the state of 0V or close to 0V, the energization current of the reactor diverges, and the step-up / step-down chopper device There is a problem that the reactor energization current reaches the overcurrent protection level for protecting the switching element, and the step-up / down chopper device stops.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、電気二重層コンデンサの電圧が０Ｖあるいは０Ｖに近い低電圧の状態からでも、リアクトルの通電電流が発散することなく充電を可能とする、電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置および電気二重層コンデンサの充電方法を提供することを目的とする。加えて、充電時間の短縮を図ることができる電気二重層コンデンサの充電方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and enables charging without causing the current flowing through the reactor to diverge even when the voltage of the electric double layer capacitor is 0 V or a low voltage close to 0 V. An object of the present invention is to provide a power conversion device to which an electric double layer capacitor is applied and a method for charging the electric double layer capacitor. In addition, an object of the present invention is to provide a method for charging an electric double layer capacitor capable of shortening the charging time.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明のある観点によれば、本発明は、蓄電装置としての電気二重層コンデンサと、リアクトル、スイッチング素子を有し低圧側に接続された前記電気二重層コンデンサの充放電装置としての昇降圧チョッパ装置と、を備えた電力変換装置において、前記昇降圧チョッパ装置と前記電気二重層コンデンサとの間に接続された抵抗とスイッチからなる並列体と、前記スイッチをドライブするスイッチドライブ信号発生器と、前記スイッチング素子をドライブするスイッチング素子ドライブ信号発生器と、前記電気二重層コンデンサの充電時に、前記電気二重層コンデンサの電圧、前記昇降圧チョッパ装置の高圧側主回路電圧、予め設定した初期充電完了の目標電圧である初期充電目標電圧設定値、予め設定した充電完了の目標値である充電目標電圧設定値に基づいて前記スイッチング素子のスイッチングのオン時間、オフ時間を演算して前記スイッチング素子ドライブ信号発生器に出力し、前記スイッチのオンオフの判断を行って前記スイッチドライブ信号発生器に出力する演算装置と、を備えたことを特徴としている。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
According to one aspect of the present invention, there is provided an electric double layer capacitor as a power storage device, and a step-up / down chopper as a charge / discharge device for the electric double layer capacitor connected to a low voltage side, having a reactor and a switching element. A power converter comprising: a parallel body comprising a resistor and a switch connected between the step-up / step-down chopper device and the electric double layer capacitor; a switch drive signal generator for driving the switch; Switching element drive signal generator for driving the switching element, and charging of the electric double layer capacitor, the voltage of the electric double layer capacitor, the high-voltage side main circuit voltage of the step-up / step-down chopper device, a preset initial charge completion Initial charge target voltage set value that is target voltage, charge target that is preset target value for charge completion Based on the pressure setting value, the on-time and off-time of switching of the switching element are calculated and output to the switching element drive signal generator, and the switch on / off is determined and output to the switch drive signal generator. And an arithmetic unit.
また、上記発明では、前記演算装置は、前記電気二重層コンデンサの電圧が０Ｖ、あるいは数Ｖ以下であると判断した場合は前記抵抗を介して電気二重層コンデンサを充電し、前記電圧が前記初期充電目標電圧設定値まで上昇したと判断した場合は前記抵抗の両端を短絡するように前記スイッチを制御してもよい。 In the above invention, the arithmetic unit charges the electric double layer capacitor via the resistor when the voltage of the electric double layer capacitor is determined to be 0 V or several V or less, and the voltage is the initial voltage. When it is determined that the charging target voltage has been increased to the set value, the switch may be controlled so as to short-circuit both ends of the resistor .
また、上記発明では、前記演算装置は、前記電気二重層コンデンサの電圧が前記初期充電目標電圧設定値以上かつ前記充電目標電圧設定値以下の場合は、前記電気二重層コンデンサの電圧に基づいてオン時間とオフ時間をそれぞれ連続して変化させるよう前記スイッチング素子を制御してもよい。 In the above invention, the arithmetic unit is turned on based on the voltage of the electric double layer capacitor when the voltage of the electric double layer capacitor is not less than the initial charge target voltage set value and not more than the charge target voltage set value. The switching element may be controlled to continuously change the time and the off time .
また、上記発明では、前記演算装置は、前記初期充電目標電圧設定値と前記充電目標電圧設定値の間に予め設定した中間電圧設定値を有し、前記電気二重層コンデンサの電圧が前記中間電圧設定値より低いと判断した場合は、前記スイッチング素子のオン時間を短く、且つオフ時間を長くすることにより前記リアクトルの通電電流が発散しないよう前記スイッチング素子を制御してもよい。 In the above invention, the arithmetic unit has an intermediate voltage setting value preset between the initial charging target voltage setting value and the charging target voltage setting value, and the voltage of the electric double layer capacitor is the intermediate voltage. If it is determined that the switching element is lower than the set value, the switching element may be controlled so that the energization current of the reactor does not diverge by shortening the ON time of the switching element and increasing the OFF time .
また、上記発明では、前記演算装置は、前記電気二重層コンデンサの電圧が前記中間電圧設定値より高いと判断した場合は、前記スイッチング素子のオン時間を長く、且つオフ時間を短くすることにより前記電気二重層コンデンサの充電電力を大きくして前記電気二重層コンデンサの充電時間を短縮するよう前記スイッチング素子を制御してもよい。 Further, in the above invention, when the arithmetic unit determines that the voltage of the electric double layer capacitor is higher than the intermediate voltage set value, the ON time of the switching element is lengthened and the OFF time is shortened. The switching element may be controlled to increase the charging power of the electric double layer capacitor to shorten the charging time of the electric double layer capacitor .
また、本発明の別の観点によれば、本発明は、蓄電装置としての電気二重層コンデンサと、リアクトル、スイッチング素子を有し低圧側に接続された前記電気二重層コンデンサの充放電装置としての昇降圧チョッパ装置と、を備えた電力変換装置における前記電気二重層コンデンサの充電方法において、前記昇降圧チョッパ装置と前記電気二重層コンデンサとの間に抵抗とスイッチからなる並列体を備えた構成とし、前記スイッチング素子を連続してオンさせ前記抵抗を介して前記電気二重層コンデンサを初期充電するステップと、前記電気二重層コンデンサの電圧が予め設定した初期充電目標電圧設定値に達すると前記スイッチング素子を一旦オフし、その後前記スイッチをオンにして前記抵抗の両端を短絡するステップと、前記スイッチング素子のオン時間を前記リアクトルの通電電流が予め設定された過電流保護レベルに達しないよう十分短くし、尚且つ、前記スイッチング素子のオフ時間を前記通電電流が０Ａまで下がり発散しないよう十分長くして前記スイッチング素子をスイッチングさせるステップと、前記電圧が前記初期充電目標電圧設定値と前記充電目標電圧設定値の間に予め設定した中間電圧設定値に達すると前記スイッチング素子のオン時間を前記通電電流が前記過電流保護レベルに達しない程度に長くし、尚且つ、前記スイッチング素子のオフ時間を前記通電電流が０Ａまで下がり発散しない程度に短くするステップと、前記電圧が予め設定された充電目標電圧設定値に達すると前記スイッチング素子のスイッチングを停止するステップと、を備えたことを特徴としている。 Further , according to another aspect of the present invention, the present invention provides an electric double layer capacitor as a power storage device, and a charge / discharge device for the electric double layer capacitor having a reactor and a switching element and connected to a low voltage side. In a method for charging the electric double layer capacitor in a power converter comprising a step-up / step-down chopper device, the electric double layer capacitor is charged with a parallel body comprising a resistor and a switch between the step-up / step-down chopper device and the electric double layer capacitor. Continuously turning on the switching element and initially charging the electric double layer capacitor through the resistor; and when the voltage of the electric double layer capacitor reaches a preset initial charge target voltage setting value, the switching element Turning off the switch and then turning on the switch to short-circuit both ends of the resistor; and The on-time of the switching element is sufficiently shortened so that the energization current of the reactor does not reach a preset overcurrent protection level, and the off-time of the switching element is sufficiently long so that the energization current does not decrease to 0 A and diverges. Switching the switching element, and when the voltage reaches an intermediate voltage setting value preset between the initial charging target voltage setting value and the charging target voltage setting value, the on-time of the switching element is determined as the energization time. A step of lengthening the current so that the current does not reach the overcurrent protection level, and shortening the off time of the switching element so that the energization current does not decrease to 0 A and the voltage is set in advance. And a step of stopping switching of the switching element when a voltage set value is reached. It is a symptom.
また、本発明の別の観点によれば、本発明は、蓄電装置としての電気二重層コンデンサと、リアクトル、スイッチング素子を有し低圧側に接続された前記電気二重層コンデンサの充放電装置としての昇降圧チョッパ装置と、を備えた電力変換装置における前記電気二重層コンデンサの充電方法において、前記昇降圧チョッパ装置と前記電気二重層コンデンサとの間に抵抗とスイッチからなる並列体を備えた構成とし、前記スイッチング素子を連続してオンさせ前記抵抗を介して前記電気二重層コンデンサを初期充電するステップと、前記電気二重層コンデンサの電圧が予め設定した初期充電目標電圧設定値に達すると前記スイッチング素子を一旦オフし、その後前記スイッチをオンにして前記抵抗の両端を短絡するステップと、前記リアクトルの通電電流が過電流保護レベルに達しないように、また前記リアクトルの通電電流が０Ａまで下がり発散しないように、前記スイッチング素子のオン時間とオフ時間を前記電気二重層コンデンサの電圧と前記昇降圧チョッパ装置の高圧側主回路電圧の値に基づいてそれぞれ連続して変化させ制御するステップと、前記電圧が予め設定された充電目標電圧設定値に達すると前記スイッチング素子のスイッチングを停止するステップと、を備えたことを特徴としている。 Further , according to another aspect of the present invention, the present invention provides an electric double layer capacitor as a power storage device, and a charge / discharge device for the electric double layer capacitor having a reactor and a switching element and connected to a low voltage side. In a method for charging the electric double layer capacitor in a power converter comprising a step-up / step-down chopper device, the electric double layer capacitor is charged with a parallel body comprising a resistor and a switch between the step-up / step-down chopper device and the electric double layer capacitor. Continuously turning on the switching element and initially charging the electric double layer capacitor through the resistor; and when the voltage of the electric double layer capacitor reaches a preset initial charge target voltage setting value, the switching element Turning off the switch and then turning on the switch to short-circuit both ends of the resistor; and The on-time and off-time of the switching element are set to the voltage of the electric double layer capacitor and the step-up / step-down voltage so that the energizing current of the switching element does not reach the overcurrent protection level and the energizing current of the reactor does not diverge to 0 A. A step of continuously changing and controlling based on the value of the high-voltage side main circuit voltage of the chopper device, and a step of stopping switching of the switching element when the voltage reaches a preset charging target voltage setting value; It is characterized by having.
以上説明したように本発明によれば、電気二重層コンデンサの電圧が０Ｖあるいは０Ｖに近い低電圧の状態からでも、リアクトルの通電電流が発散することなく電気二重層コンデンサへの充電を可能とすることができる。また、本発明によれば、電気二重層コンデンサ電圧に応じて、オン時間、オフ時間を連続して変化させることにより、充電時間の短縮を図ることも可能である。 As described above, according to the present invention, even when the voltage of the electric double layer capacitor is 0V or a low voltage close to 0V, it is possible to charge the electric double layer capacitor without causing the current flowing through the reactor to diverge. be able to. Further, according to the present invention, it is possible to shorten the charging time by continuously changing the on time and the off time according to the electric double layer capacitor voltage.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の第１実施例を示す電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置の構成図である。
図１において、２はスイッチ、３は抵抗である。尚、従来技術を示す図８と同じ説明符号のものは図８と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本発明が図８に示す従来技術と異なる点は、昇降圧チョッパ装置６のＢＰ端子と電気二重層コンデンサ１との間に、電気二重層コンデンサ１の初期充電のための抵抗３及び初期充電完了後に抵抗３を短絡するためのスイッチ２を設けるようにしている点、及び以下のステップＳＴ１〜５に示す電気二重層コンデンサ１の充電方法を備えるようにしている点である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a power conversion device to which an electric double layer capacitor according to a first embodiment of the present invention is applied.
In FIG. 1, 2 is a switch and 3 is a resistor. Note that components having the same reference numerals as those in FIG. 8 indicating the prior art indicate the same components as those in FIG. 8, and description thereof is omitted.
The present invention is different from the prior art shown in FIG. 8 in that a resistor 3 for initial charging of the electric double layer capacitor 1 and completion of initial charging are provided between the BP terminal of the step-up / step-down chopper device 6 and the electric double layer capacitor 1. The switch 2 for short-circuiting the resistor 3 is provided later, and the charging method of the electric double layer capacitor 1 shown in the following steps ST1 to ST5 is provided.
図２は、本発明の第１実施例における電気二重層コンデンサの電圧波形図である。
図２において、Ｖｏ１は電気二重層コンデンサ１の初期充電の目標電圧の設定値である初期充電目標電圧設定値、Ｖｏ２は電気二重層コンデンサの初期充電目標電圧設定値と充電目標電圧設定値の間に設けられた中間電圧設定値、Ｖｏ３は電気二重層コンデンサの充電目標電圧の設定値である充電目標電圧設定値である。
また、図３は、本発明の第１実施例において電気二重層コンデンサ電圧が低い場合の昇降圧チョッパ装置のリアクトルの通電電流波形図、図４は、本発明の第１実施例において電気二重層コンデンサ電圧が高い場合の昇降圧チョッパ装置のリアクトルの通電電流波形図である。
以下、図１〜４を用いて本実施例を示す電気二重層コンデンサ１の充電方法を以下のステップＳＴ１〜５に示す。
先ず、ステップＳＴ１で、スイッチ２をオフした状態でスイッチング素子１０を連続してオンさせ、電気二重層コンデンサ１を初期充電する。この場合、電気二重層コンデンサ１には抵抗３を介して電流が流れる。
なお、抵抗３の抵抗値が小さいほど初期充電時間が短くなるが、逆に抵抗の容量を大きくしなくてはならなくなり、コストアップにつながる。この抵抗３は初期充電にしか使用しないものであるため、初期充電に時間はかかるが、抵抗３としては抵抗値が大きく容量の小さいものを選定する方が得策である。
次に、ステップＳＴ２で、図２に示すように電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが予め設定された初期充電目標電圧設定値Ｖｏ１まで上昇すると、スイッチング素子１０を一旦オフする。その後スイッチ２をオンし、抵抗３の両端を短絡する。
次に、ステップＳＴ３で、スイッチング素子１０がオン時に、リアクトル５の通電電流ＩＬが予め設定された過電流保護レベルＩＬＯＣに達しないよう、オン時間ｔｏｎを十分短く、なおかつ、スイッチング素子１０がオフ時にリアクトル５の通電電流ＩＬが０Ａまで下がり、通電電流ＩＬが発散しないようオフ時間ｔｏｆｆを十分長くしてスイッチング素子１０をスイッチングさせる。この場合のリアクトル５に流れる電流ＩＬの波形が図３である。
ここで、電気二重層コンデンサ１を充電するのはスイッチング素子１０がオン時のリアクトル５に流れる電流ＩＬであり、スイッチング素子１０のオン時間ｔｏｎが長いほど、またスイッチング周期が短いほど充電電力が大きくなる。前述の式１、式２より、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの上昇に伴い、オン時のリアクトル５の通電電流ＩＬの傾きが小さくなっていき、同時にオフ時のリアクトル５の通電電流ＩＬの傾きが大きくなっていくと言える。よって、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが大きい程、オン時間ｔｏｎを長く、オフ時間ｔｏｆｆを短くすることができる。
したがって、ステップＳＴ４では、図２に示すように電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが予め設定された中間電圧設定値Ｖｏ２まで上昇すると、スイッチング素子１０がオン時にリアクトル５の通電電流ＩＬが過電流保護レベルＩＬＯＣに達しない程度にオン時間ｔｏｎを長くし、なおかつ、オフ時にリアクトル５の通電電流ＩＬが０Ａまで下がり、通電電流ＩＬが発散しない程度にオフ時間ｔｏｆｆを短くする。
こうすることは、スイッチング素子１０のオン時間を長く、かつスイッチング周期を短くすることであり、電気二重層コンデンサ１の充電電力を大きくし、充電時間を短縮することができる。この場合のリアクトル５に流れる電流ＩＬの波形が図４である。
次に、ステップＳＴ５では、図２に示すように予め設定された電気二重層コンデンサ１の充電目標電圧設定値Ｖｏ３に達すると、スイッチング素子１０のスイッチングを停止する。電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏは充電目標電圧設定値Ｖｏ３に保持される。
FIG. 2 is a voltage waveform diagram of the electric double layer capacitor in the first embodiment of the present invention.
In FIG. 2, Vo1 is an initial charging target voltage setting value that is a setting value of an initial charging target voltage of the electric double layer capacitor 1, and Vo2 is between the initial charging target voltage setting value and the charging target voltage setting value of the electric double layer capacitor. An intermediate voltage setting value Vo3 provided in FIG. 3 is a charging target voltage setting value that is a setting value of the charging target voltage of the electric double layer capacitor.
FIG. 3 is a waveform diagram of current flowing through the reactor of the step-up / down chopper device when the electric double layer capacitor voltage is low in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an electric double layer in the first embodiment of the present invention. It is an energization current waveform figure of a reactor of a buck-boost chopper device in case a capacitor voltage is high.
Hereinafter, the charging method of the electric double layer capacitor 1 which shows a present Example using FIGS. 1-4 is shown to the following steps ST1-5.
First, in step ST1, the switching element 10 is continuously turned on with the switch 2 turned off, and the electric double layer capacitor 1 is initially charged. In this case, a current flows through the electric double layer capacitor 1 via the resistor 3.
Note that the smaller the resistance value of the resistor 3, the shorter the initial charging time, but conversely, the capacitance of the resistor must be increased, leading to an increase in cost. Since the resistor 3 is used only for initial charging, it takes time for initial charging. However, it is better to select a resistor 3 having a large resistance value and a small capacity.
Next, in step ST2, when the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 rises to a preset initial charging target voltage setting value Vo1 as shown in FIG. 2, the switching element 10 is temporarily turned off. Thereafter, the switch 2 is turned on to short-circuit both ends of the resistor 3.
Next, in step ST3, when the switching element 10 is turned on, the on-time ton is sufficiently short so that the energization current IL of the reactor 5 does not reach the preset overcurrent protection level ILOC, and the switching element 10 is turned off. The switching element 10 is switched by setting the off time toff sufficiently long so that the energization current IL of the reactor 5 decreases to 0 A and the energization current IL does not diverge. The waveform of the current IL flowing through the reactor 5 in this case is shown in FIG.
Here, the electric double layer capacitor 1 is charged with a current IL flowing through the reactor 5 when the switching element 10 is on, and the charging power increases as the on-time ton of the switching element 10 becomes longer and the switching cycle becomes shorter. Become. From the above formulas 1 and 2, as the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 increases, the gradient of the energization current IL of the reactor 5 at the time of turning on decreases, and at the same time, the energization current IL of the reactor 5 at the time of off is reduced. It can be said that the inclination increases. Therefore, the larger the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1, the longer the on time ton and the shorter the off time toff.
Therefore, in step ST4, when the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 rises to a preset intermediate voltage setting value Vo2 as shown in FIG. 2, the energizing current IL of the reactor 5 is overcurrent protected when the switching element 10 is turned on. The on-time ton is lengthened to such an extent that the level ILOC is not reached, and the off-time toff is shortened to the extent that the energizing current IL of the reactor 5 drops to 0 A when off and the energizing current IL does not diverge.
This means that the ON time of the switching element 10 is lengthened and the switching period is shortened, so that the charging power of the electric double layer capacitor 1 can be increased and the charging time can be shortened. The waveform of the current IL flowing through the reactor 5 in this case is shown in FIG.
Next, in step ST5, when the charging target voltage setting value Vo3 of the electric double layer capacitor 1 set in advance is reached as shown in FIG. 2, switching of the switching element 10 is stopped. The voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is held at the charging target voltage set value Vo3.
以下に示す第２実施例は、第１実施例を示す図１と同じ構成であるが、電気二重層コンデンサ１の電圧に応じて、スイッチング素子１０のオン時間、オフ時間を連続して変化させることにより、第１実施例よりも充電時間の短縮を図るものである。
図５は、本発明の電気二重層コンデンサを適用した電力変換装置における制御ブロック図である。
図５において、７は演算装置、８はスイッチング素子ドライブ信号発生器、９はスイッチドライブ信号発生器である。尚、本実施例において、第１実施例における用語や説明符号と同じものは第１実施例と同じ構成要素および意味を示すものであるとし、その説明は省略する。
以下、図５を用いて、本発明における制御ブロックの構成を説明する。
演算装置７には、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏ、主回路電圧Ｖｉが入力される。
演算装置７は、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの値に応じてスイッチング素子１０のスイッチングのオン時間ｔｏｎ、オフ時間ｔｏｆｆを演算して演算結果をスイッチング素子ドライブ信号発生器８に出力し、また、スイッチ２のオンオフの判断を行いスイッチドライブ信号発生器９に出力する。スイッチング素子ドライブ信号発生器８は演算装置７から入力した演算結果に基づいてスイッチング素子１０のドライブ信号を出力する。
また、スイッチドライブ信号発生器９は演算装置７から入力した判断結果に基づいて、スイッチ２のドライブ信号を出力する。
The second embodiment shown below has the same configuration as that of FIG. 1 showing the first embodiment, but the ON time and OFF time of the switching element 10 are continuously changed according to the voltage of the electric double layer capacitor 1. As a result, the charging time is shortened compared to the first embodiment.
FIG. 5 is a control block diagram in the power conversion device to which the electric double layer capacitor of the present invention is applied.
In FIG. 5, 7 is an arithmetic unit, 8 is a switching element drive signal generator, and 9 is a switch drive signal generator. In the present embodiment, the same terms and explanations as in the first embodiment indicate the same components and meaning as in the first embodiment, and the description thereof is omitted.
The configuration of the control block in the present invention will be described below using FIG.
The arithmetic device 7 receives the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 and the main circuit voltage Vi.
The computing device 7 computes the switching on time ton and off time toff of the switching element 10 according to the value of the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 and outputs the computation result to the switching element drive signal generator 8. The switch 2 is turned on / off and output to the switch drive signal generator 9. The switching element drive signal generator 8 outputs a drive signal for the switching element 10 based on the calculation result input from the calculation device 7.
The switch drive signal generator 9 outputs a drive signal for the switch 2 based on the determination result input from the arithmetic unit 7.
以下、図５を用いて、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの上昇に伴う本実施例の制御ブロックの具体的な動作を以下に説明する。
先ず、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏ＜初期充電目標電圧設定値Ｖｏ１の場合は、電気二重層コンデンサ１を初期充電する。このため、スイッチ２はオフのままでスイッチング素子１０は連続してオンさせる。すなわち下記信号を出力する。
ｔｏｎ、ｔｏｆｆの演算結果：ｔｏｎ＝∞、ｔｏｆｆ＝０
スイッチ２のオンオフ判断結果：オフ
次に、初期充電目標電圧設定値Ｖｏ１≦電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏ＜充電目標電圧設定値Ｖｏ３ の場合は、電気二重層コンデンサ１の初期充電が完了したため、スイッチング素子１０を一旦オフし、スイッチ２をオンさせ抵抗３を短絡する。すなわち下記信号を出力する。
ｔｏｎ、ｔｏｆｆの演算結果：ｔｏｎ＝０、ｔｏｆｆ＝∞
スイッチ２オンオフ判断結果：オン
スイッチ２がオンした後は、後で詳細に述べる式５、式７より決定されるｔｏｎ、ｔｏｆｆで、スイッチング素子１０をスイッチングさせ、電気二重層コンデンサ１を充電する。すなわち下記信号を出力する。
ｔｏｎ、ｔｏｆｆの演算結果：
ｔｏｎ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／（Ｖｉ−Ｖｏ）・・・（式５）
ｔｏｆｆ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／Ｖｏ＋α・・・（式７）
スイッチ２オンオフ判断結果：オン
次に、充電目標電圧設定値Ｖｏ３≦電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの場合は、電気二重層コンデンサ１の電圧が充電目標電圧に達したため、スイッチング素子１０をオフする。すなわち下記信号を出力する。
ｔｏｎ、ｔｏｆｆの演算結果：ｔｏｎ＝０、ｔｏｆｆ＝∞
スイッチ２オンオフ判断結果：オン
Hereinafter, the specific operation of the control block of this embodiment accompanying the increase in the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 will be described with reference to FIG.
First, when the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 <the initial charging target voltage setting value Vo1, the electric double layer capacitor 1 is initially charged. For this reason, the switching element 10 is continuously turned on while the switch 2 remains off. That is, the following signal is output.
Calculation result of ton and toff: ton = ∞, toff = 0
Determination result of ON / OFF of switch 2: OFF Next, when initial charging target voltage setting value Vo1 ≦ voltage Vo of electric double layer capacitor 1 <charging target voltage setting value Vo3, initial charging of electric double layer capacitor 1 is completed. The switching element 10 is temporarily turned off, the switch 2 is turned on, and the resistor 3 is short-circuited. That is, the following signal is output.
Calculation results of ton and toff: ton = 0, toff = ∞
Switch 2 ON / OFF judgment result: ON After the switch 2 is turned ON, the switching element 10 is switched and the electric double layer capacitor 1 is charged according to ton and toff determined by equations 5 and 7 described in detail later. That is, the following signal is output.
Calculation result of ton and toff:
ton = (L × Imax) / (Vi−Vo) (Formula 5)
toff = (L × Imax) / Vo + α (Expression 7)
Switch 2 ON / OFF judgment result: ON Next, when the charging target voltage setting value Vo3 ≦ the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1, the voltage of the electric double layer capacitor 1 has reached the charging target voltage, so the switching element 10 is turned off. . That is, the following signal is output.
Calculation results of ton and toff: ton = 0, toff = ∞
Switch 2 ON / OFF judgment result: ON
図６は、本発明の第２実施例における電気二重層コンデンサの電圧波形図、図７は、本発明の第２実施例のステップＳＴ３１におけるリアクトル電流波形図である。
以下、図６、７を参照しながら本実施例を示す電気二重層コンデンサの充電方法を説明する。
本実施例の電気二重層コンデンサ１の充電方法はステップＳＴ１〜２までは第１実施例と同じであるので省略する。
ステップＳＴ３のかわりに本実施例ではステップＳＴ３１で、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの値に応じて、オン時間ｔｏｎ、オフ時間ｔｏｆｆの値を以下に示す式５、式６のように制御する。
先ず、リアクトル電流ＩＬに通電する最大電流をＩｍａｘとする。このＩｍａｘは過電流保護レベルＩＬＯＣより小さい値に予め設定する。すなわち、Ｉｍａｘ＜ＩＬＯＣとする。
式１において、ΔＩＬ＝Ｉｍａｘ、Δｔ＝ｔｏｎとすると、ｔｏｎは式５で表される。
ｔｏｎ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／（Ｖｉ−Ｖｏ）・・・（式５）
また、式２において、ΔＩＬ＝−Ｉｍａｘ、Δｔ＝ｔｏｆｆとすると、ｔｏｆｆは式６で表される。
ｔｏｆｆ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／Ｖｏ・・・（式６）
電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの値に応じて、オン時間ｔｏｎ、オフ時間ｔｏｆｆの値を式５、式６のように制御することにより、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの値に対する最適なスイッチング時間、すなわち最大オン時間、最小スイッチング周期に設定することができる。よって、電気二重層コンデンサ１の充電を効率よく行うことができ、電気二重層コンデンサ１の充電時間を実施例１の場合よりも短縮できる。
なお、オフ時間ｔｏｆｆに関しては、式６のぎりぎりの値だと、リアクトル５の通電電流ＩＬが零にならず発散する可能性があるので、式７のように、若干余裕を持たせることが望ましい。
ｔｏｆｆ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／Ｖｏ＋α・・・（式７）
ここで、αはマージンである。
次にステップＳＴ３２で、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが電気二重層コンデンサ１の充電目標電圧設定値Ｖｏ３に達すると、スイッチング素子１０のスイッチングを停止する。電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏは充電目標電圧設定値Ｖｏ３に保持される。
FIG. 6 is a voltage waveform diagram of the electric double layer capacitor in the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a reactor current waveform diagram in step ST31 of the second embodiment of the present invention.
Hereinafter, a method for charging the electric double layer capacitor according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Since the charging method of the electric double layer capacitor 1 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment from step ST1 to step ST2, it is omitted.
In this embodiment, instead of step ST3, in step ST31, the on time ton and the off time toff are controlled as shown in the following equations 5 and 6 according to the value of the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1. .
First, the maximum current that is passed through the reactor current IL is Imax. This Imax is preset to a value smaller than the overcurrent protection level ILOC. That is, Imax <ILOC.
In Expression 1, when ΔIL = Imax and Δt = ton, ton is expressed by Expression 5.
ton = (L × Imax) / (Vi−Vo) (Formula 5)
In Expression 2, when ΔIL = −Imax and Δt = toff, toff is expressed by Expression 6.
toff = (L × Imax) / Vo (Formula 6)
By controlling the values of the on-time ton and the off-time toff according to the values of the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 as shown in Equations 5 and 6, the optimum value for the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is obtained. The switching time, that is, the maximum on-time and the minimum switching period can be set. Therefore, the electric double layer capacitor 1 can be charged efficiently, and the charging time of the electric double layer capacitor 1 can be shortened compared to the case of the first embodiment.
Regarding the off time toff, if the value is just the value of Equation 6, the energization current IL of the reactor 5 may diverge without being zero, so it is desirable to provide a slight margin as in Equation 7. .
toff = (L × Imax) / Vo + α (Expression 7)
Here, α is a margin.
Next, when voltage Vo of electric double layer capacitor 1 reaches charging target voltage setting value Vo3 of electric double layer capacitor 1 in step ST32, switching of switching element 10 is stopped. The voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is held at the charging target voltage set value Vo3.
以上述べたように、本実施例に係わる電気二重層コンデンサ１を適用した電力変換装置および電気二重層コンデンサ１の充電方法は、充電回路として抵抗３とスイッチ２からなる並列回路を追加し、最初は抵抗３を通じて電気二重層コンデンサ１を充電し、ある程度電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが上昇すると抵抗３の両端をスイッチ２で短絡し、次に、リアクトル５の通電電流ＩＬが発散しないようオン時間ｔｏｎを十分短く、オフ時間ｔｏｆｆを十分長くして昇降圧チョッパ６のスイッチング素子１０を動作させて電気二重層コンデンサ１を充電し、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏの上昇に伴いオン時間ｔｏｎを長く、オフ時間ｔｏｆｆを短くしていくようにしているので、電気二重層コンデンサ１の電圧Ｖｏが０Ｖからの充電においてもリアクトル５の通電電流ＩＬが発散してしまうのを防ぐことができ、電気二重層コンデンサ１の充電電力を大きくして充電時間を短縮することができる。 As described above, the power conversion device to which the electric double layer capacitor 1 according to this embodiment is applied and the method for charging the electric double layer capacitor 1 add a parallel circuit including a resistor 3 and a switch 2 as a charging circuit. Charges the electric double layer capacitor 1 through the resistor 3, and when the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 rises to some extent, both ends of the resistor 3 are short-circuited by the switch 2 and then turned on so that the energization current IL of the reactor 5 does not diverge. The electric double layer capacitor 1 is charged by operating the switching element 10 of the step-up / step-down chopper 6 with the time ton sufficiently short and the off time toff sufficiently long, and the on time ton as the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 increases. Since the off time toff is shortened, the voltage Vo of the electric double layer capacitor 1 is charged from 0V. Oite can also be energized current IL of the reactor 5 prevent diverges, it is possible to charge electric power of the electric double layer capacitor 1 is increased to shorten the charging time.
本発明は、電気二重層コンデンサを電源バックアップ用途、電力平準化用途等に使用するあらゆる用途の装置に適用でき、電気二重層コンデンサの充放電装置として昇降圧チョッパ装置を備えた無停電源電源装置、太陽光発電システム、風力発電システム等の電力変換装置、あるいは、大きなイナーシャを有するスピンドル設備や射出成形設備等、あるいは停電や復帰時の安全を要求されるロボット設備や搬送設備等に使用されるインバータ装置およびサーボドライブ装置の主回路装置に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to a device for any application that uses an electric double layer capacitor for power backup applications, power leveling applications, and the like, and a non-discontinuous power supply device including a step-up / step-down chopper device as an electric double layer capacitor charge / discharge device Used in power conversion devices such as solar power generation systems and wind power generation systems, spindle equipment and injection molding equipment with large inertia, or robot equipment and transport equipment that require safety during power outages and recovery It can be used for main circuit devices of inverter devices and servo drive devices.
１ 電気二重層コンデンサ
２ スイッチ
３ 抵抗
４ コンデンサ
５ リアクトル
６ 昇降圧チョッパ装置
７ 演算装置
８ スイッチング素子ドライブ信号発生器
９ スイッチドライブ信号発生器
１０、１１ スイッチング素子
１２、１３ ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric double layer capacitor 2 Switch 3 Resistance 4 Capacitor 5 Reactor 6 Buck-boost chopper device 7 Arithmetic device 8 Switching element drive signal generator 9 Switch drive signal generator 10, 11 Switching element 12, 13 Diode
Claims (4)
前記昇降圧チョッパ装置による前記電気二重層コンデンサへの充放電を制御する演算装置と、
を有し、
前記昇降圧チョッパ装置は、
前記電気二重層コンデンサに電流を供給可能なリアクトルと、
オン時に前記リアクトルに電流を供給可能なスイッチング素子と、
を少なくも有し、
前記電気二重層コンデンサの電圧をＶｏとし、前記昇降圧チョッパ装置の主回路電圧をＶｉとし、前記前記スイッチング素子のオン時間をｔｏｎとしオフ時間をｔｏｆｆとし、前記リアクトルのインダクタンスをＬとし、前記リアクトルの過電流保護レベルＩＬＯＣよりも低い値に設定される該リアクトルの最大電流をＩｍａｘとし、オフ時間に対するマージンをαとした場合、
前記演算装置は、前記スイッチング素子のオン／オフを周期的に繰り返して前記電気二重層コンデンサを充電する際に、前記電気二重層コンデンサの電圧の上昇に伴ない、
ｔｏｎ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／（Ｖｉ−Ｖｏ） と、
ｔｏｆｆ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／Ｖｏ＋α と、
を満たすように、前記スイッチング素子のオン／オフの各周期におけるオン時間ｔｏｎを増加させ、かつ、オフ時間ｔｏｆｆを減少させることを特徴とする、電力変換装置。 A step-up / step-down chopper device capable of charging / discharging an electric double layer capacitor connected to the low voltage side;
An arithmetic device that controls charging and discharging of the electric double layer capacitor by the step-up / down chopper device;
Have
The step-up / down chopper device comprises:
A reactor capable of supplying a current to the electric double layer capacitor;
A switching element capable of supplying current to the reactor when turned on;
Have at least
The voltage of the electric double layer capacitor is Vo, the main circuit voltage of the buck-boost chopper device is Vi, the on time of the switching element is ton, the off time is toff, the inductance of the reactor is L, the reactor When the maximum current of the reactor set to a value lower than the overcurrent protection level ILOC is Imax and the margin for the off time is α,
The arithmetic device, when charging the electric double layer capacitor by periodically repeating on / off of the switching element, along with a rise in the voltage of the electric double layer capacitor,
ton = (L × Imax) / (Vi−Vo)
toff = (L × Imax) / Vo + α
An on-time ton in each cycle of on / off of the switching element is increased and an off-time toff is decreased so as to satisfy the above- described power conversion device.
前記昇降圧チョッパ装置と前記電気二重層コンデンサとの間に直列に配置された抵抗と、
前記抵抗と並列に配置されオン時に該抵抗を短絡可能なスイッチと、
更にを有し、
前記演算装置は、
前記電気二重層コンデンサの電圧が、予め設定された初期充電完了の目標電圧である初期充電目標電圧設定値未満である場合には、前記スイッチをオフし、かつ、前記スイッチング素子を連続的にオンして、前記リアクトルから供給される電流を、前記抵抗を介して前記電気二重層コンデンサに充電し、
前記電気二重層コンデンサの電圧が、前記初期充電目標電圧設定値以上であり、かつ、予め設定された充電完了の目標電圧である充電目標電圧設定値未満である場合には、前記スイッチをオンして前記抵抗を短絡し、かつ、前記スイッチング素子のオン／オフを周期的に繰り返すことにより、前記リアクトルから供給される電流を、前記スイッチを介して前記電気二重層コンデンサに充電することを特徴とする、請求項１に記載の電力変換装置。 The power converter is
A resistor arranged in series between the step-up / step-down chopper device and the electric double layer capacitor;
A switch arranged in parallel with the resistor and capable of short-circuiting the resistor when turned on;
And further
The arithmetic unit is:
When the voltage of the electric double layer capacitor is less than a preset initial charging target voltage setting value that is a preset target voltage for initial charging, the switch is turned off and the switching element is continuously turned on. Then, the electric current supplied from the reactor is charged to the electric double layer capacitor through the resistor,
When the voltage of the electric double layer capacitor is equal to or higher than the initial charging target voltage setting value and lower than a charging target voltage setting value that is a preset target voltage for completion of charging, the switch is turned on. The electrical double layer capacitor is charged via the switch with the current supplied from the reactor by short-circuiting the resistor and periodically switching on and off the switching element. The power conversion device according to claim 1.
前記昇降圧チョッパ装置による前記電気二重層コンデンサへの充放電を制御する演算装置と、
を有し、
前記昇降圧チョッパ装置は、
前記電気二重層コンデンサに電流を供給可能なリアクトルと、
オン時に前記リアクトルに電流を供給可能なスイッチング素子と、
を少なくも有する電力変換装置を使用し、
前記電気二重層コンデンサの電圧をＶｏとし、前記昇降圧チョッパ装置の主回路電圧をＶｉとし、前記前記スイッチング素子のオン時間をｔｏｎとしオフ時間をｔｏｆｆとし、前記リアクトルのインダクタンスをＬとし、前記リアクトルの過電流保護レベルＩＬＯＣよりも低い値に設定される該リアクトルの最大電流をＩｍａｘとし、オフ時間に対するマージンをαとした場合、
前記演算装置により、前記スイッチング素子のオン／オフを周期的に繰り返して前記電気二重層コンデンサを充電する際に、前記電気二重層コンデンサの電圧の上昇に伴ない、
ｔｏｎ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／（Ｖｉ−Ｖｏ） と、
ｔｏｆｆ＝（Ｌ×Ｉｍａｘ）／Ｖｏ＋α と、
を満たすように、前記スイッチング素子のオン／オフの各周期におけるオン時間ｔｏｎを増加させ、かつ、オフ時間ｔｏｆｆを減少させることを特徴とする、電気二重層コンデンサの充電方法。 A step-up / step-down chopper device capable of charging / discharging an electric double layer capacitor connected to the low voltage side;
An arithmetic device that controls charging and discharging of the electric double layer capacitor by the step-up / down chopper device;
Have
The step-up / down chopper device comprises:
A reactor capable of supplying a current to the electric double layer capacitor;
A switching element capable of supplying current to the reactor when turned on;
Use a power converter that has at least
The voltage of the electric double layer capacitor is Vo, the main circuit voltage of the buck-boost chopper device is Vi, the on time of the switching element is ton, the off time is toff, the inductance of the reactor is L, the reactor When the maximum current of the reactor set to a value lower than the overcurrent protection level ILOC is Imax and the margin for the off time is α,
When the electric double layer capacitor is charged by periodically repeating ON / OFF of the switching element by the arithmetic device, along with the increase in the voltage of the electric double layer capacitor,
ton = (L × Imax) / (Vi−Vo)
toff = (L × Imax) / Vo + α
An on-time ton in each on / off period of the switching element is increased and an off-time toff is decreased so as to satisfy the above- described conditions, and the electric double layer capacitor charging method is characterized by:
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