JP5664251B2 - Power supply stabilization device and power supply stabilization device control method - Google Patents
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Description
本発明は、電力供給安定化装置に関し、特に、負荷変動に対応できる電力供給安定化装置及び電力供給安定化装置制御方法に関する。 The present invention relates to a power supply stabilization device, and more particularly, to a power supply stabilization device and a power supply stabilization device control method that can cope with load fluctuations.
近年、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車や、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする電気自動車が注目されている。ハイブリッド自動車及び電気自動車においては、車両を適切に走行させつつエネルギー効率を向上させるために、そのモータに対する負荷に応じた電力を供給し、回生時は効率良くエネルギーを回収するために、二次電池(電源)とコンデンサ(キャパシタ)とを並列に接続したハイブリット型直流電源装置が提供されている。 In recent years, in addition to conventional engines, hybrid vehicles using a DC power source, an inverter and a motor driven by an inverter as a power source, and electric vehicles using a DC power source, a motor driven by an inverter and an inverter as a power source are attracting attention. Has been. In a hybrid vehicle and an electric vehicle, in order to improve energy efficiency while driving the vehicle appropriately, power is supplied according to the load on the motor, and a secondary battery is used to efficiently recover energy during regeneration. There is provided a hybrid DC power supply device in which a (power supply) and a capacitor (capacitor) are connected in parallel.
高エネルギー密度が特徴である二次電池と高電力密度が特徴であるキャパシタの双方から電力補償を行うシステムは数多く存在する(例えば、特許文献1参照。)。そのシステムでは、二次電池又はキャパシタのどちらか、又はその双方に充放電電流を制限する装置や電圧変換装置(DCDCコンバータ)等の制御装置を接続して電圧等の制御を行っている。 There are many systems that perform power compensation from both a secondary battery characterized by high energy density and a capacitor characterized by high power density (see, for example, Patent Document 1). In such a system, a control device such as a device for limiting charge / discharge current or a voltage converter (DCDC converter) is connected to either or both of the secondary battery and the capacitor to control the voltage or the like.
従来のシステムでは、二次電池やキャパシタそれぞれのDCDCコンバータが双方の状態を監視するために、通信を用いたデータのやりとりや、DCDCコンバータを挟んでの配線処理、又は外部センサ等が必要であった。 In the conventional system, in order for the DCDC converter of each of the secondary battery and the capacitor to monitor both states, data exchange using communication, wiring processing across the DCDC converter, an external sensor, etc. are necessary. It was.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、電源及びキャパシタそれぞれの電圧変換装置間での通信が不要であり、負荷側電圧を一定にできる電力供給安定化装置及び電力供給安定化装置制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not require communication between the voltage conversion devices of the power supply and the capacitor, and can provide a constant load-side voltage and a power supply stabilization device and a power supply stabilization device An object is to provide a control method.
本願発明の一態様によれば、負荷に対して電力を供給する電源と、電源と並列に接続され、負荷に対して電力を供給し、負荷で発生した回生電力を充電により蓄えることが可能なキャパシタと、電源とキャパシタとの間で電源と並列に接続され、キャパシタの端子間電圧を検知して、キャパシタの端子間電圧に基づいて電源の電圧を変換制御する第1電圧変換装置と、キャパシタと負荷に接続される端子との間でキャパシタ及び第1電圧変換装置と並列に接続され、端子の電圧を検知して、端子の電圧に基づいてキャパシタの端子間電圧を変換制御する第2電圧変換装置とを備える電力供給安定化装置であり、第1電圧変換装置は、力行時に、キャパシタの端子間電圧がキャパシタの定格電圧より低くなった場合に昇圧動作を行い電源からキャパシタに電力を供給し、回生時に、キャパシタの端子間電圧がキャパシタの定格電圧より高くなった場合に降圧動作を行いキャパシタから電源に電力を供給し、第2電圧変換装置は、力行時に、負荷に接続される端子の電圧が負荷の定格電圧より低くなった場合に昇圧動作を行いキャパシタから負荷に電力を供給し、回生時に、端子の電圧が負荷の定格電圧より高くなった場合に降圧動作を行い負荷からキャパシタに電力を供給することを要旨とする。 According to one aspect of the present invention, a power source that supplies power to a load, and a power source that is connected in parallel to the power source, supplies power to the load, and can store regenerative power generated at the load by charging. A capacitor, a first voltage converter connected in parallel with the power source between the power source and the capacitor, detecting a voltage between terminals of the capacitor, and converting and controlling the voltage of the power source based on the voltage between the terminals of the capacitor; and the capacitor And a terminal connected to the load are connected in parallel with the capacitor and the first voltage converter, a second voltage for detecting the voltage of the terminal and converting and controlling the voltage between the terminals of the capacitor based on the voltage of the terminal Ri power supply stabilizer der and a conversion device, the first voltage conversion device, when the power running, power Karaki performs boosting operation when the terminal voltage of the capacitor becomes lower than the rated voltage of the capacitor When power is supplied to the capacitor and the voltage between the terminals of the capacitor becomes higher than the rated voltage of the capacitor during regeneration, the step-down operation is performed to supply power from the capacitor to the power source. When the voltage of the terminal connected to the load becomes lower than the rated voltage of the load, the voltage is boosted and power is supplied from the capacitor to the load.When the voltage of the terminal becomes higher than the rated voltage of the load during regeneration, the voltage is lowered. And the power is supplied from the load to the capacitor .
本願発明の他の態様によれば、力行時において、第2電圧変換装置が負荷に接続される端子の電圧を検知して、端子の電圧が負荷の定格電圧より低くなった場合にキャパシタの端子間電圧を昇圧する工程と、第1電圧変換装置がキャパシタの電圧を検知して、キャパシタの端子間電圧がキャパシタの定格電圧より低くなった場合に電源の電圧を昇圧する工程とを含み、回生時において、第2電圧変換装置が端子の電圧を検知して、端子の電圧が負荷の定格電圧より高くなった場合にキャパシタの端子間電圧を降圧する工程と、第1電圧変換装置がキャパシタの端子間電圧を検知して、キャパシタの端子間電圧がキャパシタの定格電圧より高くなった場合に電源の電圧を降圧する工程とを含む電力供給安定化装置制御方法であることを要旨とする。
According to another aspect of the present invention, during powering, the second voltage conversion device detects the voltage of the terminal connected to the load, and when the terminal voltage becomes lower than the rated voltage of the load, the terminal of the capacitor And a step of boosting the voltage of the power source when the first voltage converter detects the voltage of the capacitor and the voltage between the terminals of the capacitor becomes lower than the rated voltage of the capacitor. The second voltage converter detects the voltage of the terminal, and when the voltage of the terminal becomes higher than the rated voltage of the load, the step of reducing the voltage across the terminals of the capacitor; by detecting the terminal voltage, to the gist that the terminal voltage of the capacitor is a power supply stabilizer control method comprising the step of stepping down the voltage of the power supply if it becomes higher than the rated voltage of the capacitor .
本発明によれば、電源及びキャパシタそれぞれの電圧変換装置間での通信が不要であり、負荷側電圧を一定にできる電力供給安定化装置及び電力供給安定化装置制御方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the communication between the voltage converters of a power supply and a capacitor is unnecessary, and the power supply stabilization apparatus and power supply stabilization apparatus control method which can make load side voltage constant can be provided.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
(実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る電力供給安定化装置は、図1に示すように、負荷に対して電力を供給する電源20と、電源20と並列に接続され、負荷に対して電力を供給し、負荷で発生した回生電力を充電により蓄えることが可能なキャパシタ30と、電源20とキャパシタ30との間で電源20と並列に接続され、キャパシタ30の端子間電圧を検知して、キャパシタ30の端子間電圧に基づいて電源20の電圧を変換制御する第1電圧変換装置10と、キャパシタ30と負荷に接続される端子40a,40bとの間でキャパシタ30及び第1電圧変換装置10と並列に接続され、端子40a,40bの電圧を検知して、端子40a,40bの電圧に基づいてキャパシタ30の端子間電圧を変換制御する第2電圧変換装置11とを備える。
(Embodiment)
As shown in FIG. 1, the power supply stabilization apparatus according to the first embodiment of the present invention is connected to a
電源20は、リチウムイオン電池及びニッケル水素電池等の充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用できる二次電池である。電源20は、充電及び放電を繰り返すことが可能であるので、繰り返し使用することができる。
The
キャパシタ30は、電源20と並列に接続された、例えば、電気二重層キャパシタ等である。キャパシタ30は、充電を行うことにより電気を蓄えて電源20の補助として機能する。
The
負荷(図示せず)は、端子40a,40bに接続される。負荷は、例えば、直流モータ等である。負荷としての直流モータは、加速時などで多くの電力が必要であるときは、電源20及びキャパシタ30に蓄積されている電力が双方から供給される。そして、負荷としての直流モータが定常状態となったときには、電源20のみから電力が供給される。また、負荷は、発電機として動作したときには回生電流(電力)を発生させる。回生電流は、電源20及びキャパシタ30に蓄積される。
A load (not shown) is connected to the
第1電圧変換装置(DCDCコンバータ)10は、電源20とキャパシタ30との間で並列に設けられる。第1電圧変換装置10は、キャパシタ30の端子間電圧を検知して、キャパシタ30の端子間電圧が所定値より低くなった場合に昇圧動作を行い、キャパシタ30の端子間電圧が所定値より高くなった場合に降圧動作を行う。キャパシタ30の端子間電圧における所定値とは、キャパシタ30の定格電圧(通常使用電圧)や耐電圧等によって予め定められる値をいう。
The first voltage converter (DCDC converter) 10 is provided in parallel between the
第1電圧変換装置10の力行時の動作について、図2及び図3を参照しながら説明する。力行時であって、キャパシタ30から負荷に電力を供給した場合、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが低下する。第1電圧変換装置10は、図2のステップS11において、キャパシタ30の端子間電圧Vcapを検知して、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが所定値V’capより低くなったか否かを判断する。第1電圧変換装置10は、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが所定値V’capより低くなったと判断した場合、ステップS12において、昇圧動作を行う。第1電圧変換装置10は、図3に示すように、昇圧動作を行って電源20からキャパシタ30に電力を供給する。
The operation during powering of the
第1電圧変換装置10の回生時の動作について、図2及び図4を参照しながら説明する。回生時であって、負荷からキャパシタ30に回生電流を供給した場合、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが上昇する。第1電圧変換装置10は、図2のステップS11において、キャパシタ30の端子間電圧を検知して、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが所定値V’capより高くなったか否かを判断する。第1電圧変換装置10は、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが所定値V’capより高くなったと判断した場合、ステップS13において、降圧動作を行う。第1電圧変換装置10は、図4に示すように、降圧動作を行ってキャパシタ30から電源20に電力を供給する。
An operation during regeneration of the
第2電圧変換装置(DCDCコンバータ)11は、キャパシタ30と負荷に接続される端子40a,40bとの間で並列に設けられる。第2電圧変換装置11は、第1電圧変換装置10とも並列に設けられる。第2電圧変換装置11は、端子40a,40bの電圧を検知して、端子40a,40bの電圧が所定値より低くなった場合に昇圧動作を行い、端子40a,40bの電圧が所定値より高くなった場合に降圧動作を行う。端子40a,40bの電圧における所定値とは、端子40a,40bと接続される負荷の定格電圧等によって予め定められる値をいう。
The second voltage converter (DCDC converter) 11 is provided in parallel between the
第2電圧変換装置11の力行時の動作について、図5及び図6を参照しながら説明する。力行時であって、キャパシタ30から負荷に電力を供給した場合、端子40a,40b間の電圧Voutが低下する。第2電圧変換装置11は、図5のステップS21において、端子40a,40b間の電圧Voutを検知して、端子40a,40b間の電圧Voutが所定値V’outより低くなったか否かを判断する。第2電圧変換装置11は、端子40a,40b間の電圧Voutが所定値V’outより低くなったと判断した場合、ステップS22において、昇圧動作を行う。第2電圧変換装置11は、図6に示すように、昇圧動作を行ってキャパシタ30から負荷に電力を供給する。
The operation at the time of power running of the
第2電圧変換装置11の回生時の動作について、図5及び図7を参照しながら説明する。回生時であって、負荷からキャパシタ30に回生電流を供給した場合、端子40a,40b間の電圧Voutが上昇する。第2電圧変換装置11は、図5のステップS21において、端子40a,40b間の電圧Voutを検知して、端子40a,40b間の電圧Voutが所定値V’outより高くなったか否かを判断する。第2電圧変換装置11は、端子40a,40b間の電圧Voutが所定値V’outより高くなったと判断した場合、ステップS23において、降圧動作を行う。第2電圧変換装置11は、図7に示すように、降圧動作を行って負荷からキャパシタ30に電力を供給する。
The operation at the time of regeneration of the
以下に、本発明の実施の形態に係る電力供給安定化装置を用いた力行時の電力供給安定化装置制御方法を図8及び図9のフローチャートを参照しながら説明する。 Hereinafter, a power supply stabilization device control method during powering using the power supply stabilization device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 8 and 9.
まず、図9のステップS31において、直流モータ等が起動させる(力行状態)。直流モータ等が起動することによって、負荷が大きくなる。負荷が大きくなるということは、図8に示す端子40a,40b間の電圧Voutが低下する(ステップS32)。
First, in step S31 of FIG. 9, a DC motor or the like is activated (powering state). The load increases when the DC motor or the like is started. When the load increases, the voltage Vout between the
次に、ステップS33において、キャパシタ30側のDCDCコンバータである第2電圧変換装置11は、端子40a,40b間の電圧Voutを直接検知しているので、端子40a,40b間の電圧Voutが低くなったことにより、キャパシタ30から供給される電圧の昇圧動作を行う。尚、キャパシタ30は、負荷に電力を供給するので、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが下がることになる(ステップS34)。
Next, in step S33, the
次に、ステップS35において、電源20側のDCDCコンバータである第1電圧変換装置10は、キャパシタ30の端子間電圧Vcapを直接検知しているので、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが低くなったことにより、電源20から供給される電圧の昇圧動作を行う。
Next, in step S35, the first
以下に、本発明の実施の形態に係る電力供給安定化装置を用いた回生時の電力供給安定化装置制御方法を図8及び図10のフローチャートを参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for controlling the power supply stabilization apparatus during regeneration using the power supply stabilization apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 8 and 10.
まず、図10のステップS41において、直流モータ等がブレーキすることにより、負荷が発電機として動作して回生電流を発生させる(回生状態)。直流モータ等が回生電流を発生させることによって、図8に示す端子40a,40b間の電圧Voutが上昇する(ステップS42)。
First, in step S41 of FIG. 10, the DC motor or the like brakes, so that the load operates as a generator to generate a regenerative current (regenerative state). When the DC motor or the like generates a regenerative current, the voltage Vout between the
次に、ステップS43において、キャパシタ30側のDCDCコンバータである第2電圧変換装置11は、端子40a,40b間の電圧Voutを直接検知しているので、端子40a,40b間の電圧Voutが高くなったことにより、キャパシタ30へ供給される電圧の降圧動作を行う。尚、キャパシタ30は、負荷から電力を供給されるので、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが上がることになる(ステップS44)。
Next, in step S43, the
次に、ステップS45において、電源20側のDCDCコンバータである第1電圧変換装置10は、キャパシタ30の電圧Vcapを直接検知しているので、キャパシタ30の端子間電圧Vcapが高くなったことにより、電源20へ供給される電圧の降圧動作を行う。
Next, in step S45, the first
実施の形態に係る電力供給安定化装置及び電力供給安定化装置制御方法によれば、第1電圧変換装置10及び第2電圧変換装置11を並列に接続し、2段昇圧型又は2段降圧型にすることで、第1電圧変換装置10及び第2電圧変換装置11は、それぞれの電圧値を直接検知することができる。したがって、必要なデータを直接取り込むことが可能である第1電圧変換装置10及び第2電圧変換装置11は、通信を用いたデータのやりとりが必要なくなり、データの遅れ等が無く処理を行うことができる。また、第1電圧変換装置10及び第2電圧変換装置11は、配線処理や外部センサ等が必要なくなり、配線の簡略化をすることができ、部品点数を少なくすることもできる。
According to the power supply stabilization device and the power supply stabilization device control method according to the embodiment, the first
更に、実施の形態に係る電力供給安定化装置及び電力供給安定化装置制御方法によれば、電源(二次電池)20やキャパシタ30のそれぞれに第1電圧変換装置10及び第2電圧変換装置11を用いることで、それぞれで昇圧動作及び降圧動作を行うことができるので、あらゆる負荷変動にも対応して負荷側電圧を一定にすることができる。
Furthermore, according to the power supply stabilization device and the power supply stabilization device control method according to the embodiment, the first
(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques should be apparent to those skilled in the art.
例えば、実施の形態において電源20は、二次電池として記載したが、図11に示すように、交流の系統電源21と、系統電源21から発生した交流を直流に変換する整流器22とからなる電源であっても構わない。この場合、回生電流は、系統電源21に供給されることになる。整流器22としては、ダイオード及び保護ダイオードを有するスイッチ回路等を利用することができる。
For example, although the
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によってのみ限定されるものである。 Thus, it should be understood that the present invention includes various embodiments and the like not described herein. Therefore, the present invention is limited only by the invention specifying matters in the scope of claims reasonable from this disclosure.
10…第1電圧変換装置
11…第2電圧変換装置
20…電源
21…系統電源
22…整流器
30…キャパシタ
40a,40b…端子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電源と並列に接続され、前記負荷に対して電力を供給し、前記負荷で発生した回生電力を充電により蓄えることが可能なキャパシタと、
前記電源と前記キャパシタとの間で前記電源と並列に接続され、前記キャパシタの端子間電圧を検知して、前記キャパシタの端子間電圧に基づいて前記電源の電圧を変換制御する第1電圧変換装置と、
前記キャパシタと前記負荷に接続される端子との間で前記キャパシタ及び前記第1電圧変換装置と並列に接続され、前記端子の電圧を検知して、前記端子の電圧に基づいて前記キャパシタの端子間電圧を変換制御する第2電圧変換装置
とを備え、
前記第1電圧変換装置は、力行時に、前記キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの定格電圧より低くなった場合に昇圧動作を行い前記電源から前記キャパシタに電力を供給し、回生時に、前記キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの定格電圧より高くなった場合に降圧動作を行い前記キャパシタから前記電源に電力を供給し、
前記第2電圧変換装置は、力行時に、前記負荷に接続される端子の電圧が前記負荷の定格電圧より低くなった場合に昇圧動作を行い前記キャパシタから前記負荷に電力を供給し、回生時に、前記端子の電圧が前記負荷の定格電圧より高くなった場合に降圧動作を行い前記負荷から前記キャパシタに電力を供給することを特徴とする電力供給安定化装置。 A power source for supplying power to the load;
A capacitor connected in parallel with the power source, supplying power to the load, and capable of storing regenerative power generated by the load by charging;
A first voltage converter connected in parallel with the power source between the power source and the capacitor, detecting a voltage between terminals of the capacitor, and converting and controlling the voltage of the power source based on the voltage between terminals of the capacitor. When,
Connected in parallel with the capacitor and the first voltage converter between the capacitor and a terminal connected to the load, detects the voltage of the terminal, and based on the voltage of the terminal, between the terminals of the capacitor e Bei a second voltage converter for converting the control voltage,
The first voltage converter performs a step-up operation when the voltage between the terminals of the capacitor is lower than the rated voltage of the capacitor during power running, and supplies power from the power source to the capacitor. When the voltage between the terminals becomes higher than the rated voltage of the capacitor, the step-down operation is performed to supply power from the capacitor to the power source,
The second voltage converter performs a step-up operation when the voltage of a terminal connected to the load is lower than the rated voltage of the load during power running, and supplies power from the capacitor to the load. A power supply stabilization device that performs a step-down operation and supplies power from the load to the capacitor when the voltage of the terminal becomes higher than the rated voltage of the load .
力行時において、第2電圧変換装置が負荷に接続される端子の電圧を検知して、前記端子の電圧が前記負荷の定格電圧より低くなった場合にキャパシタの端子間電圧を昇圧する工程と、第1電圧変換装置が前記キャパシタの電圧を検知して、前記キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの定格電圧より低くなった場合に電源の電圧を昇圧する工程とを含み、 A step of detecting a voltage of a terminal connected to a load by the second voltage conversion device during power running and boosting a voltage between terminals of the capacitor when the voltage of the terminal becomes lower than a rated voltage of the load; The first voltage converter detects the voltage of the capacitor, and boosts the voltage of the power supply when the voltage across the capacitor becomes lower than the rated voltage of the capacitor,
回生時において、前記第2電圧変換装置が前記端子の電圧を検知して、前記端子の電圧が前記負荷の定格電圧より高くなった場合にキャパシタの端子間電圧を降圧する工程と、前記第1電圧変換装置が前記キャパシタの端子間電圧を検知して、前記キャパシタの端子間電圧が前記キャパシタの定格電圧より高くなった場合に電源の電圧を降圧する工程とを含むことを特徴とする電力供給安定化装置制御方法。 The step of reducing the voltage between the terminals of the capacitor when the second voltage converter detects the voltage of the terminal during regeneration and the voltage of the terminal becomes higher than the rated voltage of the load; And a voltage converter detects a voltage between terminals of the capacitor, and includes a step of stepping down a voltage of a power supply when the voltage between the terminals of the capacitor becomes higher than a rated voltage of the capacitor. Stabilizer control method.
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