JP5766356B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに絶縁された直流電圧源の間で双方向の直流電力変換を行う電力変換装置に関するものである。

近年、環境負荷の低減に向け、二酸化炭素を排出しない太陽光発電などの自然エネルギーを利用した発電システムが各家庭に普及しつつある。また、電力不足等に対応するため、蓄電池を具備したシステム、電気自動車を蓄電池として利用するシステム、太陽光発電と蓄電池とを組み合わせたシステムなどの開発・製品化が進められている。上述のシステムでは、蓄電池としてリチュウムイオン電池が多く使用されている。

例えば、特許文献１には、二次電池として蓄電池を具備した絶縁型ＤＣ／ＤＣ変換装置の構成およびその制御技術が開示されている。
具体的には、直流電源からの電力で蓄電池に充電する場合は、１次側（直流電源が接続されている側）のコンバータにより交流電圧を発生させ、この１次側コンバータとトランスを介して接続された、２次側（蓄電池が接続されている側）のコンバータにより交流電力を直流電力に変換（ダイオード整流）する。また、蓄電池から直流電源に放電する場合は、２次側のコンバータにより交流電圧を発生させ、１次側のコンバータにより交流電力を直流電力に変換（ダイオード整流）する。

ところで、特許文献１に記載されている電力変換装置は、例えば、蓄電池に充電する場合、２次側に接続されたコンバータで１次側より供給される交流波形を整流するため、少なくとも、２次側に供給される交流波形の最大振幅が、蓄電池の電池電圧よりも高くないと電力を供給することができない。同様に、蓄電池から放電させ１次側の直流電源に電力を供給させる場合は、１次側に接続されたコンバータで２次側より供給される交流波形を整流するため、少なくとも、２次側から供給される交流波形の最大振幅が、１次側の直流電源の電圧よりも高くないと電力を供給することができない。

そのため、特許文献１に記載されている電力変換装置では、１次側、および２次側のコンバータの間に配置されたトランスの巻数比を電力の供給方向（充電方向と放電方向）で切り換えることで、電力の供給を受ける側のコンバータへ入力される交流電圧の振幅を電力の供給を受ける側のコンバータの直流出力電圧より高くなるように制御している。

特許第３６９７１１２号公報

上述したように、特許文献１に記載されている電力変換装置は、電力供給側のコンバータで、交流電力を発生させ、電力需要側のコンバータで、入力された交流電力を直流電力に変換するため、１次側、および２次側のコンバータの間に配置されたトランスの巻数比を電力の供給方向で切り換える必要がある。
このため、トランスのサイズが大きくなってしまうとともに、コストも上がってしまうという問題点があった。

更に、蓄電池として、例えば、リチュウムイオン電池を用いた場合は、この課題が一層深刻化する。
リチュウムイオン電池は、その充電電力量により電池電圧が変化する。特に、電気自動車に搭載されているリチュウムイオン電池は、通常の電池の使用範囲で２百数十Ｖ〜３百数十Ｖ、従って、１００Ｖ以上、電池電圧は変化する。このような蓄電池を家庭用の蓄電システム用の蓄電池として使用する場合、特許文献１に記載されている電力変換装置では、そのトランスにより昇降圧する過程で更に電圧範囲を可変（例えば、１／２倍から２倍）とする必要がある。これにより、トランスの構造が一層複雑になるとともに、トランスを最高の効率点で使用することができず、コストとともに損失も増大することになる。

そこで、本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、トランスで絶縁された２つの直流電圧源の間で双方向に電力エネルギーのやり取りを行う電力変換装置において、トランスの巻数比を電力の供給方向、あるいは２つの直流電圧源の電圧により変える必要がなく、トランスを最適に使用することができ、低コスト、低損失の電力変換装置を提供することにある。

本発明の電力変換装置は、それぞれスイッチングデバイスを有し、前記スイッチングデバイスをオンオフ駆動することにより直流交流双方向の変換を行うインバータ動作と前記スイッチングデバイスをオフし交流を直流に変換する整流動作とが可能な第１の電力変換器および第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の交流側端子と前記第２の電力変換器の交流側端子とを接続する絶縁トランスと、前記第１、第２の電力変換器を制御する制御回路とを備え、前記第１の電力変換器の直流側端子が接続される第１の直流電圧源と前記第２の電力変換器の直流側端子が接続される第２の直流電圧源との間で双方向の直流電力変換を行う。
前記制御回路は、第１の整流制御モード、第１のインバータ制御モード、第２の整流制御モードおよび第２のインバータ制御モードの４つの制御モードを有する。前記制御回路は、前記第１の直流電圧源から前記第２の直流電圧源への電力供給時に、前記インバータ動作により前記第１の電力変換器を出力可動制御すると共に、前記整流動作により前記第２の電力変換器を制御する前記第１の整流制御モードを用い、前記第１の電力変換器を制御する指令値が第１の設定値以上になると、前記インバータ動作により前記第１の電力変換器を出力固定制御すると共に、前記インバータ動作により前記第２の電力変換器を出力可動制御する前記第１のインバータ制御モードに切り換える。また、前記制御回路は、前記第２の直流電圧源から前記第１の直流電圧源への電力供給時に、前記インバータ動作により前記第２の電力変換器を出力可動制御すると共に、前記整流動作により前記第１の電力変換器を制御する前記第２の整流制御モードを用い、前記第２の電力変換器を制御する指令値が第２の設定値以上になると、前記インバータ動作により前記第２の電力変換器を出力固定制御すると共に、前記インバータ動作により前記第１の電力変換器を出力可動制御する前記第２のインバータ制御モードに切り換える。

本発明の電力変換装置は以上のように構成されているため、絶縁トランスの巻数比を一定にでき、また、絶縁トランスを最適に使用することができる。このため、絶縁トランスのサイズおよびコストを低減でき、また、不要な電力損失を抑えて電力変換効率が向上する。

本発明の実施の形態１における電力変換装置のシステム構成を概略的に示す図である。 図１に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の構成を概略的に示す図である。 図１に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の内部構成を概略的に示すブロック図である。 図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の第１のインバータ制御モードによる充電制御時の制御信号の波形例を示す図である。 図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の第１の整流制御モードによる充電制御時の制御信号の波形例を示す図である。 図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の第２のインバータ制御モードによる放電制御時の制御信号の波形例を示す図である。 図２に示されるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の第２の整流制御モードによる放電制御時の制御信号の波形例を示す図である。 本実施の形態１における、図４〜図７に示す制御信号を出力する際の制御指令値と充放電電力との関係を示す図である。 各蓄電池の蓄電電力量と蓄電池の電圧との関係を示す図である。 本実施の形態１におけるインバータ制御モードで蓄電池に充電する際の、制御指令値と充電電流との関係を示す図である。 本実施の形態１における整流制御モードで蓄電池に充電する際の、制御指令値と充電電流との関係を示す図である。 本実施の形態１における各制御モードで蓄電池に充電する際の、直流母線電圧とリップル電流との関係を示す図である。 本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の充電時の制御フローを示す図である。 本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の充電時の制御フローを示す図である。 本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の充電時の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の放電時の制御フローを示す図である。 本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の放電時の制御フローを示す図である。 本実施の形態１における図３に示されるＤＣ／ＤＣ制御回路１４の放電時の動作を説明するためのタイミングチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のシステム構成図である。図において、電力変換装置１０は、第１の直流電圧源であるＤＣ／ＡＣ変換回路１７と第２の直流電圧源である蓄電池１との間に接続されており、後段で詳述する、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３およびこのＤＣ／ＤＣ変換回路１３を制御する制御回路としてのＤＣ／ＤＣ制御回路１４を備えている。

蓄電池１は、蓄電池１の蓄電電力量、蓄電池１内部の温度、ＳｏＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆも Ｃｈａｒｇｅ）等の特性などを管理する蓄電池管理ユニット２を備えている。
ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３から出力される直流母線バス２１の電圧（直流母線電圧）を交流電力に変換し、電力系統３と交流負荷４に出力する。また、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は、電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換し第１の直流電圧源としてＤＣ／ＤＣ変換回路１３を介して蓄電池１に充電することもできる。
ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７を制御することで直流母線電圧を制御する直流電圧制御回路としての機能を担う。

更に、蓄電池１の出力電圧を計測する電圧計１１、蓄電池１から出力される電流を計測する電流計１２、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３から出力される、直流母線電圧を計測する電圧計１５、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３から出力される電流を計測する電流計１６、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７から出力される交流電圧を計測する電圧計１９、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７から出力される交流電流を計測する電流計２０を備えている。

図２は、図１のＤＣ／ＤＣ変換回路１３の回路構成例を示す図である。図において、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３は、その直流側端子がＤＣ／ＡＣ変換回路１７の直流側端子に接続された第１の電力変換器４１、その直流側端子が蓄電池１に接続された第２の電力変換器４２、および絶縁トランス３６を備えている。絶縁トランス３６の１次側巻線は、第１の電力変換器４１の交流側端子に接続され、１次側巻線と電気的に絶縁された２次巻線は、リアクトル３５を介して第２の電力変換器４２の交流側端子に接続される。

第１の電力変換器４１は、２アームに構成され、後段で詳述する整流動作とインバータ動作とを担う４個のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄと、レベル変換バッファ３７ａ〜３７ｄと、コンデンサ３３とを備えている。レベル変換バッファ３７ａ〜３７ｄは、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄへ供給される制御信号の信号レベルを所定のレベルに変換するものである。また、コンデンサ３３は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７からの出力電力を平滑化する。

第２の電力変換器４２は、２アームに構成され、後段で詳述する整流動作とインバータ動作とを担う４個のスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄと、レベル変換バッファ３８ａ〜３８ｄと、コンデンサ３４とを備えている。レベル変換バッファ３８ａ〜３８ｄは、スイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄへ供給される制御信号の信号レベルを所定のレベルに変換するものである。また、コンデンサ３４は、蓄電池１の出力電力を平滑化する。

なお、いずれのスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄも、後述するように、Ｄｕｔｙ比を指令値としてそのオンオフ動作が制御される。
そして、第１および第２の電力変換器４１、４２は、Ｄｕｔｙ比の指令値に基づきそのスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄをオンオフ駆動することにより、直流交流双方向の変換を行うインバータ動作と、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄをオフし（Ｄｕｔｙ比＝０％に相当する）、交流を直流に変換する整流動作とが可能となる。なお、このインバータ動作と整流動作については更に後段で触れる。

図３は、図１のＤＣ／ＤＣ制御回路１４の内部構成例を示すブロック図である。図において、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４は、第１のインバータ制御モードにて蓄電池１への充電電力を供給制御する制御信号（ＰＷＭ信号）Ｇａ〜Ｇｄを出力する充電インバータモード制御回路５１と、第１の整流制御モードにて蓄電池１への充電電力を供給制御する制御信号（ＰＷＭ信号）Ｇａ〜Ｇｄを出力する充電整流モード制御回路５２と、第２のインバータ制御モードにて蓄電池１からの放電電力を供給制御する制御信号（ＰＷＭ信号）Ｇａ〜Ｇｄを出力する放電インバータモード制御回路５３と、第２の整流制御モードにて蓄電池１からの放電電力を供給制御する制御信号（ＰＷＭ信号）Ｇａ〜Ｇｄを出力する放電整流モード制御回路５４とを備える。
ＤＣ／ＤＣ制御回路１４は、さらに各制御回路５１〜５４の切り換えを行う切換え回路５５、および蓄電池１を制御する際の制御目標値、制御アルゴリズムの選定などを実施する蓄電池制御回路５６を備えている。

各制御回路５１〜５４の制御モードの詳細は後述するが、いずれもＤｕｔｙ比の指令値Ａ〜Ｄを制御指令値として生成し、該指令値Ａ〜Ｄを基に制御信号Ｇａ〜Ｇｄを出力する。
そして、指令値Ａに基づく制御信号Ｇａにより、第２の電力変換器４２のスイッチングデバイス３２ｂ、３２ｃが駆動制御され、指令値Ｂに基づく制御信号Ｇｂにより、第２の電力変換器４２のスイッチングデバイス３２ａ、３２ｄが駆動制御される。また指令値Ｃに基づく制御信号Ｇｃにより、第１の電力変換器４１のスイッチングデバイス３１ｂ、３１ｃが駆動制御され、指令値Ｄに基づく制御信号Ｇｄにより、第１の電力変換器４１のスイッチングデバイス３１ａ、３１ｄが駆動制御される。

次に、図１〜図１８を用いて本実施の形態１の電力変換装置の具体的な動作について説明する。なお、実施の形態１では、電力変換装置は、電力系統３から正常に電力が供給されている場合（通常運転時）について説明する。
先ず、電力変換装置により蓄電池１を充電する場合、即ち、電力系統３からの電力により第１の直流電圧源であるＤＣ／ＡＣ変換回路１７から第２の直流電圧源である蓄電池１に電力を供給する場合の制御について説明する。
図４は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を、充電インバータモード制御回路５１による第１のインバータ制御モードにて充電制御する場合のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄに供給する制御信号波形を示す。

充電時のインバータ制御モード（第１のインバータ制御モード）とは、一般的には、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合に使用する制御方法である。この場合、一旦、リアクトル３５に蓄電した電力エネルギーを蓄電池１に送り込む動作により、直流電圧の低い電源から直流電圧の高い電源へ電力を供給することができる。なお、インバータ制御モードでは、直流電圧の高い電源から直流電圧の低い電源にも電力を供給することができる。本制御モードの更なる説明は後述する。
図４に示すように、第１の電力変換器４１のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄをＤｕｔｙ比５０％で駆動し交流電力を生成する。この第１の電力変換器４１の制御は、指令値Ｃ、ＤがＤｕｔｙ比５０％の固定であり、制御信号Ｇｃと制御信号Ｇｄとの“Ｈ”の期間の長さが等しい。一方、第２の電力変換器４２のスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、可変に生成される指令値Ａ、Ｂに基づく制御信号Ｇａ、Ｇｂで駆動し、充電電力（充電電流）を制御する。
なお、各第１、第２の電力変換器４１、４２が、それぞれのスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄをオンオフ駆動することにより直流、交流間の電力変換を行う動作をインバータ動作と称す。また、指令値を固定にする制御を出力固定制御、指令値を可変に演算して生成する制御を出力可動制御と称す。即ち、図４に示す充電時のインバータ制御モードでは、第１の電力変換器４１をインバータ動作による出力固定制御で、第２の電力変換器４２をインバータ動作による出力可動制御で制御する。

図５は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を、充電整流モード制御回路５２による第１の整流制御モードにて充電制御する場合のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄに供給する制御信号波形を示す。
充電時の整流制御モード（第１の整流制御モード）とは、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合に使用する制御方法である。
図５に示すように、第１の電力変換器４１のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、生成される指令値Ｃ、Ｄに基づく制御信号Ｇｃ、Ｇｄで駆動し、即ち第１の電力変換器４１をインバータ動作による出力可動制御で制御して交流電力を生成する。一方、第２の電力変換器４２のスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、ノードをオフに固定しスイッチングしないようにする。このように制御することで、第２の電力変換器４２の各スイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄは、交流電力を整流するダイオードスイッチとして動作する。

なお、各第１、第２の電力変換器４１、４２が、それぞれのスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄのノードをオフに固定して交流を直流に変換する動作を整流動作と称す。
図５に示す充電時の整流制御モードでは、第１の電力変換器４１をインバータ動作による出力可動制御で、第２の電力変換器４２を整流動作により制御する。

なお、第１の整流制御モードによる充電制御は、上述のように構成するため、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合は、電力が供給できない。一方、第１のインバータ制御モードによる充電制御の場合は、上述したように、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合でも電力供給はできる。

また、第１の整流制御モードは、スイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄをスイッチングせず、ダイオード整流器として使用するので、スイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄのスイッチングロスが少なくなる。これにより、第１のインバータ制御モードと比較して効率よく電力変換ができる。
よって、この実施の形態１では、後述するように、不必要なインバータ制御モードによる充放電制御を抑制することで、不必要な電力の変換ロスを抑え効率よく蓄電池１の充放電制御を行うことができるよう構成するものである。

次に、電力変換装置により蓄電池１を放電する場合、即ち、第２の直流電圧源である蓄電池１の電力を第１の直流電圧源であるＤＣ／ＡＣ変換回路１７を経て電力系統３や交流負荷４に供給する場合の制御について説明する。
図６は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を、放電インバータモード制御回路５３による第２のインバータ制御モードにて放電制御する場合のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄに供給する制御信号波形を示す。

放電時のインバータ制御モード（第２のインバータ制御モード）とは、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合に使用する制御方法である。
図６に示すように、第２の電力変換器４２のスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄをＤｕｔｙ比５０％で駆動し交流電力を生成する。この第２の電力変換器４２の制御は、指令値Ａ、ＢがＤｕｔｙ比５０％の固定であり、制御信号Ｇａと制御信号Ｇｂとの“Ｈ”の期間の長さが等しい。一方、第１の電力変換器４１のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、可変に生成される指令値Ｃ、Ｄに基づく制御信号Ｇｃ、Ｇｄで駆動し、放電電力を制御する。
即ち図６に示す放電時のインバータ制御モードでは、第２の電力変換器４２をインバータ動作による出力固定制御で、第１の電力変換器４１をインバータ動作による出力可動制御で制御する。

図７は、図２に示すＤＣ／ＤＣ変換回路１３を、放電整流モード制御回路５４による第２の整流制御モードにて放電制御する場合のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄに供給する制御信号波形を示す。
放電時の整流制御モード（第２の整流制御モード）とは、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合に使用する制御方法である。
図７に示すように、第２の電力変換器４２のスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄを、生成される指令値Ａ、Ｂに基づく制御信号Ｇａ、Ｇｂで駆動し、即ち第２の電力変換器４２をインバータ動作による出力可動制御で制御して交流電力を生成する。一方、第１の電力変換器４１のスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄを、ノードをオフに固定しスイッチングしないようにする。このように制御することで、第１の電力変換器４１の各スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄは、交流電力を整流するダイオードスイッチとして動作する。
即ち図７に示す放電時の整流制御モードでは、第２の電力変換器４２をインバータ動作による出力可動制御で、第１の電力変換器４１を整流動作により制御する。

なお、第２の整流制御モードによる放電制御は、上述のように構成するため、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が高い場合は、電力が供給できない。一方、第２のインバータ制御モードによる放電制御の場合は、蓄電池１の電池電圧に対して、直流母線バス２１の直流母線電圧が低い場合でも電力供給はできる。

図８は、インバータ制御モード時、および整流制御モード時の制御指令値（以下、単に指令値と称す）であるＤｕｔｙ比と、充放電時の電力の関係を示した。なお、第１のインバータ制御モードと第２のインバータ制御モードとは、充放電の向きである電力移行方向が異なるだけであり、特に充放電の方向を指定しない場合は、単にインバータ制御モードと称す。同様に、第１の整流制御モードと第２の整流制御モードとは、充放電の向きが異なるだけであり、特に充放電の方向を指定しない場合は、単に整流制御モードと称す。
図に示すように、インバータ制御モードを用いた場合は多くの電力のやり取りができるが、指令値の変化に敏感に応答してしまう。また、整流制御モードの場合は、指令値の変化に対してなだらかに応答するが、供給できる電力量がインバータ制御モードに比べ小さい。

図９は、各蓄電池の電圧と蓄電電力量（以下、ＳｏＣと記す）との関係を示した。図に示すように、電池の特性はいろいろとある。例えば、電気自動車に搭載されているバッテリのＳｏＣは車種によって異なる。また、蓄電池を内蔵した電力変換装置も発売されているが、その蓄電池のＳｏＣもメーカごとに異なる。
本実施の形態１では、複数の蓄電池（例えば、ＳｏＣの異なる電気自動車搭載蓄電池や据置蓄電池）に接続される場合にも対応できるＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方法ついて、以下に説明する。なお、図中、直流母線電圧制御範囲と記したエリアは、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７が安定に動作する直流母線バス２１の電圧範囲を示す。

詳しくは後述するように、本願発明の最大の特徴は、充電および放電の動作において、以上で説明した、整流制御モードとインバータ制御モードとを適宜選択切り換えることで、絶縁トランス３６を、固定巻数比の簡単な構造のものとするとともに、変換対象の両直流電圧の変動に円滑に順応できるようにすることにある。
以下の図１０〜図１２は、この選択切り換えの要領を決めるに当たって考慮すべき各種特性を示したものである。

先ず、図１０は、蓄電池１を第１のインバータ制御モードで充電した場合の指令値（Ｄｕｔｙ比）と充電電流との関係を示した。図１０（ａ）は、蓄電池１の電圧が直流母線バス２１の直流母線電圧以上の場合の特性を示す。同様に、図１０（ｂ）は、蓄電池１の電圧が直流母線バス２１の直流母線電圧未満の場合の特性を示す。

図１０（ｂ）に示すように、第１のインバータ制御モードでは、蓄電池１の電圧が直流母線バス２１の直流母線電圧未満の場合、第２の電力変換器４２の出力が０になるよう第２の電力変換器４２への指令値が０になった場合でも、いくらかの充電電流が流れる。これは、第１の整流制御モードにおいて第１の電力変換器４１への指令値を５０％とした場合の第２の電力変換器４２と実質同様の回路動作であり、即ち、蓄電池１への出力が０にならない。

なお、蓄電池１から第２のインバータ制御モードで放電した場合も、指令値と放電電流の関係は、電力の供給方向が反対になるため、蓄電池１の電圧と直流母線バス２１の直流母線電圧との大小関係は反対となるが、特性は図１０と同様になる。
具体的には、蓄電池１の電圧が直流母線バス２１の直流母線電圧以下の場合は、図１０（ａ）に示すように、指令値が０になると放電電流は０Ａになる。一方、蓄電池１の電圧が直流母線バス２１の直流母線電圧を超えていた場合は、図１０（ｂ）に示すような関係になり、指令値が０になっても放電電流は０にならない。

図１１は、蓄電池１を第１の整流制御モードで充電した場合の指令値（Ｄｕｔｙ比）と充電電流との関係を示した。最大充電電流量は、直流母線電圧から蓄電池１の電池電圧を引いた差分電圧ΔＶの大きさで決まる。具体的には、ΔＶが小さくなると最大充電電流量は小さくなり、直流母線電圧が蓄電池１の電池電圧以下になると充電電流は０になる。
なお、蓄電池１から第２の整流制御モードで放電した場合の指令値と放電電流との関係は、電力の供給方向が反対になるため、ΔＶの算出方法が蓄電池１の電池電圧から直流母線電圧を引いた差分結果となるが、指令値と放電電流との関係（特性）は変わらない。

図１２は、各制御モードにおける直流母線電圧と充電時のリップル電流との関係の１例を示した。なお、図１２では、蓄電池１の電池電圧を３００Ｖ、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７を電力系統（２００Ｖ）に接続するものとし、直流母線電圧は、３００Ｖ〜４００Ｖの間で制御するものとして説明する。
ここで、充電時のリップル電流について示したのは、以下の理由に基づく。例えば、蓄電池１として、リチュウムイオンバッテリを用いた場合、電力の充電は化学反応により実施される。よって、充電電流が急峻に変化した場合、あるいは充電電流に大振幅のリップルが重畳した場合は、上記化学反応が追随せず、金属リチュウムが析出し、蓄電池１を劣化させる。同様に、高温で充電すると、蓄電池１の劣化が進む。また充電電流が大きいと、充電時の発熱量が多くなり、さらに電池のセル温度が上昇し蓄電池１の劣化が進む。

従って、本実施の形態１では、起動時に第１の整流制御モードを採用することで蓄電池１への充電電流量をゆっくりと上げていく。また、不必要に第１のインバータ制御モードを使用しないことで、充電電流に重畳するリップル電流を小さく抑える。このような、充電時に蓄電池１にかかる負荷を最小限に抑え、蓄電池１の劣化を最小限に抑えることができる制御方式について説明する。

ところで、図１２に示すように、整流制御モードでは、電力を供給する側の直流電圧（充電時は、第１の直流電圧源の電圧が相当する）と、電力を受け取る側の直流電圧（充電時は、第２の直流電圧源の電圧が相当する）の差が大きくなるとリップル電流が大きくなる。また、インバータ制御モードでは、電力を供給する側の直流電圧（充電時は、第１の直流電圧源の電圧が相当する）と、電力を受け取る側の直流電圧（充電時は、第２の直流電圧源の電圧が相当する）の差が大きくなるとリップル電流が小さくなる。

従って、放電時は、電力供給側と電力受け取り側とが充電時と逆になるので、リップル電流の傾向が、充電時と逆となる。即ち、放電時の第２の整流制御モードでは、直流母線電圧が高くなるとリップル電流は小さくなり、放電時の第２のインバータ制御モードでは、直流母線電圧が高くなるとリップル電流が大きくなる。

放電時についても、充電時ほどではないが、放電電流が急峻に変化した場合や、放電電流に大振幅のリップルが重畳した場合は、蓄電池１を劣化させる。
従って、本実施の形態１では、放電時に蓄電池１にかかる負荷を最小限に抑え、蓄電池１の劣化を最小限に抑える制御方式についても説明する。

以下、本発明の実施の形態１における電力変換装置の充電、および放電時の動作について説明する。なお、第１の電力変換器４１を一次側、第２の電力変換器４２を２次側として、第１の電力変換器４１への指令値を一次側指令値、第２の電力変換器４２への指令値を二次側指令値とする。
図１３、図１４は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４の充電時の制御フローを示す図である。
図１において、図示していない外部の宅内の電力管理サーバー（以下、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）と記す）から、蓄電池１への充電要求が通知されると、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の蓄電池制御回路５６は、蓄電池１に対して充電可能かを確認する（図１３のステップＳ１１）。

具体的には、蓄電池制御回路５６から蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して、蓄電池１の充電電力量、および充電可否情報を通知するよう要求する。該要求を受信すると蓄電池管理ユニット２は、充電の可否、および充電電力量を蓄電池制御回路５６に通知する。蓄電池制御回路５６は、充電不可の通知を受信した場合（ステップＳ１１でＮｏ）は、その旨をＨＥＭＳに通知し、次の指令が通知するまで待機する。

一方、充電可能な場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）は、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して電力系統３と接続するよう指示を出す。
本実施の形態１では、電力変換装置１０は、外部のＨＥＭＳからの充放電指示で起動し、通常時は、省電力化のため停止している場合について説明する。ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、蓄電池制御回路５６より起動指示を受信すると予め定められた直流母線電圧値になるようＤＣ／ＡＣ変換回路１７の制御を開始する。この場合、図９に示す直流母線電圧制御範囲の中央の電圧（３５０Ｖ）を直流母線電圧の制御目標の初期値とする。なお、初期値は３５０Ｖに限るものではないことは言うまでもない。本実施の形態１では、直流母線バス２１の直流母線電圧はＤＣ／ＡＣ変換回路１７で管理するものとする。

蓄電池制御回路５６は電圧計１５より出力される直流母線電圧値を監視し、直流母線バス２１の直流母線電圧が所定の電圧になるまで待機する。直流母線電圧が所定の電圧になると、蓄電池制御回路５６は蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して充電要求を出力する。蓄電池制御回路５６から充電要求を受信すると、蓄電池管理ユニット２は、蓄電池１のステータス情報を確認し、蓄電電力量、蓄電池１の上限電圧、下限電圧、蓄電池１の温度情報、最大充電電流情報、最大蓄電電力量、蓄電池電圧を出力する。

蓄電池管理ユニット２から蓄電池１のステータス情報を受信すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力量を確認する。なお、蓄電電力量が最大蓄電電力量の９０％を超えていた場合は満充電と判断し充電不可通知をＨＥＭＳに通知するとともに、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に停止要求を出力し、次の指令を受信するまで待機する。一方、蓄電電力量が９０％未満であった場合は、蓄電電力量が９５％を越えるまで充電を行う。

蓄電池１の蓄電電力量の確認を終了すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を、後述する理由により、直流母線電圧制御範囲の上限値である４００Ｖに変更するよう指示を出す（ステップＳ１２）。新たな直流母線電圧の制御目標値が通知されると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、制御目標値を変更し、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７に制御信号を出力する。ステップＳ１２で直流母線電圧の制御目標値の変更が完了すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第１の整流制御モードで起動する（ステップＳ１３）。

具体的には、充電整流モード制御回路５２に起動指示を出力するとともに、切換え回路５５に対して充電整流モード制御回路５２より出力される制御信号Ｇａ〜Ｇｄを出力するよう指示を出す。なお、充電整流モード制御回路５２は予め定められた初期値から起動される。

ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第１の整流制御モードで起動すると、蓄電池制御回路５６は、充電整流モード制御回路５２より出力される一次側指令値である指令値Ｃ、Ｄを監視する。そして、第１の電力変換器４１に出力される制御信号Ｇｃ、Ｇｄの指令値Ｃ、Ｄが最大になったかを、指令値Ｃ、Ｄの上限値またはこの上限値に基づいて検出誤差等を考慮して設定した設定値（最大値）と比較して確認する。なお、この設定値が第１の設定値となる（ステップＳ１４）。このステップＳ１４では、蓄電池１への出力（充電電流）が、充電整流モード制御回路５２に基づく第１の整流制御モードで出力しうる上限値に達して、それ以上確保できないことを判断する。

指令値Ｃ、Ｄが設定値（最大値）未満であった場合（ステップＳ１４でＮｏ）は、図示していないＨＥＭＳより充電停止要求指示があったか、あるいは蓄電池管理ユニット２から充電停止指示があったか、あるいは充電電力量が９５％を越えたかを確認する（ステップＳ１５）。なお、充電電流の指示値が０Ａの場合も充電停止指示と判断する。充電停止指示がなかった場合、または充電電力量が９５％未満の場合（ステップＳ１５でＮｏ）は、ステップＳ１４に戻り、上記指令値の監視を継続する。

一方、上記充電停止要求指示または上記充電停止指示が通知されていた場合、または充電電力量が９５％以上の場合（ステップＳ１５でＹｅｓ）は、以下のように充電制御を終了する。即ち、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を元の３５０Ｖに変更するように指示を出すとともに、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３での充電制御を停止する。そして、直流母線バス２１の直流母線電圧が３５０Ｖに収束後、ＨＥＭＳに対して充電を停止したことを通知し、次の動作指示を待つ。所定時間待ってもＨＥＭＳより指示がない場合は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７を停止する。

一方、充電整流モード制御回路５２より出力される指令値Ｃ、Ｄが設定値（最大値）以上であった場合、即ち蓄電池１への出力（充電電流）が上記第１の上限値以上となった場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）は、その第１の整流制御モードによっては、これ以上充電電流をＤＣ／ＤＣ変換回路１３から出力できない。そして、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を、後述する理由により、４００Ｖから所定量下げて３８０Ｖに変更するように指示を出す（ステップＳ１６）。

新たな直流母線電圧の制御目標値が通知されると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、制御目標値を変更し、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７に制御信号を出力する。ステップＳ１６で直流母線電圧の制御目標値の変更が完了すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第１のインバータ制御モードで起動する（ステップＳ１７）。具体的には、充電整流モード制御回路５２に停止指示を出し、充電インバータモード制御回路５１に起動指示を出力する。なお、停止指示を受け取ると充電整流モード制御回路５２は、各種レジスタや変数値を維持し停止する。一方、充電インバータモード制御回路５１は、予め定められた初期値より制御を起動する。

以上の充電開始からステップＳ１７に至るまでのＤＣ／ＤＣ変換回路１３の動作を、図１５を用いて更に詳細に説明する。なお、図１５は、直流母線電圧が蓄電池１の電池電圧より高い場合の動作を示した。

図１５（ａ）は、直流母線電圧の制御目標値波形を示す。図において、横軸は時間、縦軸は電圧値を示す。図１５（ｂ）は、蓄電池管理ユニット２より出力される充電電流の目標値、および第２の電力変換器４２から蓄電池１に出力される充電電流の変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸は電流値を示す。図１５（ｃ）は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の充電インバータモード制御回路５１、および充電整流モード制御回路５２内で生成される指令値（Ｄｕｔｙ比）波形を示す。図において、横軸は時間、縦軸は第１の電力変換器４１、および第２の電力変換器４２を制御するために生成された指令値の数値を示す。図１５（ｄ）は、蓄電池１の蓄電電力量の変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸は充電により蓄電池１に蓄電される蓄電電力量（％）を示す。

ＨＥＭＳより充電開始指令が入力され、蓄電池管理ユニット２から充電許可を受信すると、上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は電力系統３と接続する。そして、電力系統３と接続し直流母線バス２１の直流母線電圧が３５０Ｖとなると、蓄電池制御回路５６は蓄電池１への充電を開始する。蓄電池１への充電を開始すると、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は、直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を、その電圧範囲の上限値である４００Ｖに変更し制御を行う（図１５（ａ）時刻ｔ１参照）。
一方、蓄電池制御回路５６は、充電整流モード制御回路５２に対して起動指示を出すとともに、切換え回路５５に対して充電整流モード制御回路５２の出力を選択するよう指示を出す。起動指示を受け取ると、充電整流モード制御回路５２は、蓄電池管理ユニット２から出力される充電電流の目標値（図１５（ｂ）破線）に基づき充電電流の制御を開始する。時刻ｔ１−ｔ２の期間では、充電整流モード制御回路５２は、第１の電力変換器４１を制御するための指令値Ｃ、Ｄ（一次側指令値）を生成して制御信号Ｇｃ、Ｇｄを出力し、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３は第１の整流制御モードにより制御される。

本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第１の整流制御モードで起動するため、直流母線バス２１の直流母線電圧を４００Ｖ（システムの上限電圧）に上げる。これは、以下の理由による。整流制御モードは、電力供給側で交流電圧（交流電力）を発生させ、電力受け取り側で電力供給側から入力された交流電圧（交流電力）をダイオード整流することで直流電圧（直流電力）に変換する。従って、図１１に示すように、直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧の差が大きいほど電流量（電力量）を稼ぐことができる。また、図１２に示すように、充電電流リップルについては、直流母線電圧が高くなると増加するが、インバータ制御モードと比較すると整流制御モードのほうが小さいため、充電により蓄電池１に与える劣化を小さく抑えることができる。これにより、直流母線電圧を４００Ｖに上げることで、第１の整流制御モードで管理できる充電電流範囲を拡大し、第１のインバータ制御モードの適用機会を抑えることで蓄電池１に与える充電による劣化の軽減を図ることができる効果がある。

特に、蓄電池１の充電電力量が少なく電池電圧が低い場合、あるいは深夜電力での充電など充電時間が十分取れ、充電電流を大きく取る必要がない場合などは特に効果があることは言うまでもない。また、本実施の形態１では、直流母線バス２１の直流母線電圧を制御範囲の上限電圧に設定したがこれに限るものではなく、例えば、制御時の定常偏差などを考慮し、上限電圧に近い所定の電圧に設定しても同様の効果を奏することは言うまでもない。

第１の整流制御モードは、上述したように、第１のインバータ制御モードと比較し、充電電流を十分に確保することができない。従って、図１５（ｃ）に示すように、充電電流の目標値に充電電流が到達する前に、第１の電力変換器４１を制御する指令値は設定値（最大値）に達し（図１５中、時刻ｔ２）、第１の整流制御モードでは充電電流をこれ以上確保できなくなる。蓄電池制御回路５６は、充電整流モード制御回路５２からの指令値を監視し、上限値（最大値）に達したことを確認すると、第１の整流制御モードではそれ以上の充電電流を確保することができないと判断し（図１３のステップＳ１４でＹｅｓ）、制御モードを第１のインバータ制御モードに切り換える。
具体的には、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対しては、直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値の変更指示（４００→３８０Ｖ）、充電整流モード制御回路５２に停止指示、充電インバータモード制御回路５１に対しては起動指示、切換え回路５５に対しては充電インバータモード制御回路５１の出力を選択するよう指示を出す。

停止指示を受け取ると、充電整流モード制御回路５２は、各種レジスタ、制御変数などを保持し停止する。また、充電インバータモード制御回路５１は、初期値より制御を起動する（図１５（ｃ）のインバータ制御モードを参照）。上述のように、制御モードを切り換えることで、第１の整流制御モードでは管理できない電流範囲（電力範囲）を第１のインバータ制御モードで管理できる。このため、本制御方式を採用することで高い充電電流（充電電力）範囲までカバーすることができるとともに、上述したように、充電電流（充電電力）が小さい場合は、充電電流リップルを小さく抑えることができ、蓄電池１に与える劣化を軽減することができる効果がある。

また、第１の整流制御モードで最大電流（最大電力）を蓄電池１に供給しているときのＤＣ／ＤＣ変換回路１３の回路動作は、第１のインバータ制御モードで指令値“０”で蓄電池１に電力を供給しているときの動作と同一である。このため制御を切り換える際に、第１の電力変換器４１、および第２の電力変換器４２の動作を一旦停止させる必要がなく、シームレスにスムーズに制御方式の切り換えを行うことができる効果がある。

また、本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第１のインバータ制御モードに切り換える際、直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を４００Ｖから３８０Ｖに下げる。これは、以下の理由による。例えば、充電電流の目標値が、第１の整流制御モードにより供給できる充電電流値とほぼ同じであった場合、直流母線電圧値を変えずに制御モードを切り換えると、制御モードのハンチング、具体的には、第１の整流制御モードと第１のインバータ制御モードとが交互に切り換わり制御モードが安定しない状態が発生する。
よって、本実施の形態１では、制御モードを切り換える際に、直流母線電圧を、切り換え前の値から所定量（ここでは２０Ｖ）下げ、第１の整流制御モードで供給できる電流（電力）の最大値を低減することで、制御モードを切り換える際にヒステリシスを持たせることができる。これにより、制御モード切り換え時のハンチングを防止することができ、安定して充電制御を行うことができる効果がある。

なお、本実施の形態１では、制御モードを切り換える際、直流母線電圧の制御目標値を３８０Ｖとしたが、これに限るものではない。切り換え前の第１の整流制御モードでの直流母線電圧の制御目標値より所定量下げた値をとれば同様の効果を奏することは言うまでもない。また、第１のインバータ制御モードでは、一般的に、図１２に示すように直流母線電圧を下げると、充電電流のリップル量が増加する。従って、直流母線電圧の制御目標値を決定する場合は、上記ハンチングが防止できる範囲で最大の電圧に設定することが望ましいことは言うまでもない。

図１５（ｄ）に示すように、以上の充電動作により蓄電池１内の蓄電電力量が次第に増大していく。以降の充電動作の説明は、図１４をも参照して続ける。
蓄電池１の蓄電電力量が、所定値（例えば、９０％）以上になると、蓄電池管理ユニット２は、蓄電池１への充電を停止するため、図１５（ｂ）に示すように、充電電流目標値を徐々に下げていく。充電インバータモード制御回路５１は、図に示すように、その指令値を徐々に下げ充電電流を絞っていく。蓄電池制御回路５６は、充電インバータモード制御回路５１内の指令値情報を監視する。そして、２次側指令値である第２の電力変換器４２の指令値が“０”になったかを確認する（図１４のステップＳ１８）。

図１５の時刻ｔ３において、第２の電力変換器４２の指令値が“０”であることを確認すると（ステップＳ１８でＹｅｓ）、蓄電池制御回路５６は、電流計１２により蓄電池１への電流が“０”となったかを確認する（図１４のステップＳ１９）。
図１０（ｂ）で上述したが、直流母線電圧が蓄電池１の電池電圧より高い場合は、充電インバータモード制御回路５１内の指令値が“０”になっても充電電流を“０”に絞ることはできない。従って、本実施の形態１では、充電インバータモード制御回路５１内の第２の電力変換器４２の指令値が“０”となった場合でも充電電流が流れている場合は（ステップＳ１９でＮｏ）、ステップＳ１２に戻り、制御モードを第１の整流制御モードに再び切り換えて制御を継続する（図１５の整流制御モードを参照）。

なお、その時点での直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧との関係により、充電電流が０であれば（ステップＳ１９でＹｅｓ）、ステップＳ２０に進み、特に充電継続の指示がなく充電終了と判断されると（ステップＳ２０でＹｅｓ）蓄電池充電制御を終了する。この場合は、再び第１の整流制御モードに戻ることなく、第１のインバータ制御モードで充電制御を終了することになる。

蓄電池制御回路５６は、第１の整流制御モードへの移行を判断すると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標を元の４００Ｖに変更するよう指示を出す（図１３のステップＳ１２）とともに、充電整流モード制御回路５２を起動する。その際、切換え回路５５に対して充電整流モード制御回路５２より出力される制御信号を出力するよう指示を出す。充電整流モード制御回路５２は、起動指示が出されると、前回の制御終了時に保持していたレジスタ値、変数値を初期値として制御を開始する（図１５の時刻ｔ３）。

第１の整流制御モードでの充電制御を開始すると、蓄電池制御回路５６は、充電整流モード制御回路５２内の指令値、および充電電流を監視し、指令値、および充電電流が“０”になると充電が終了したと判断して（図１３のステップＳ１５でＹｅｓ）、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の充電制御に関係するレジスタ、および変数を初期化し、ＨＥＭＳに充電が完了したことを通知して、電力変換装置を停止する。
なお、第１の整流制御モード移行後、充電電流指令値などが変化し、充電整流モード制御回路５２より出力される指令値が設定値（最大値）になった場合（図１３のステップＳ１４でＹｅｓ）は、再度、第１のインバータ制御モードに移行する（ステップＳ１６、Ｓ１７）。

以上に説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、蓄電池１を充電する際に、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御モードを、第１の整流制御モードで起動する。そして、第１の整流制御モードで目標充電電流（電力）が得られない場合は、該制御モードを第１のインバータ制御モードに切り換える。このため、目標充電電流（電力）が小さい場合は、第１の整流制御モードで充電することで充電電流リップルを小さく抑えることができ、蓄電池１に与える劣化を最小限に抑えることができる効果がある。
また、目標充電電流（電力）が得られない場合は、該制御モードを充電電流が十分に確保できる第１のインバータ制御モードに切り換えるので、急速な充電が必要な場合にも対応ができる効果がある。

また、電力系統３と連携できる太陽電池を備えたシステムにおいて、その電力系統３の停電時に、本実施の形態１の電力変換装置が太陽電池と連携運転を実施して、宅内負荷に電力を供給する場合には、以下の効果がある。日射量が急変し太陽電池が発電する電力に大量の余剰電力が発生し第１の整流制御モードでは余剰電力を全て蓄電池１に充電できない場合でも、シームレスに第１のインバータ制御モードに切り換え、余剰電力を蓄電池１に充電することができるので、太陽電池の発電量を最大限活用することができる。

なお、本実施の形態１では、充電インバータモード制御回路５１、および充電整流モード制御回路５２の初期値については言及しなかったが、以下に説明する。
一般に、電力変換器を制御する場合、制御信号の遅延量の違いや、スイッチング速度（素子の応答性能）の違いなどに起因して発生するアーム短絡を防止するため、スイッチングデバイスを駆動する制御信号にデッドタイムを設ける。そのため、第１の整流制御モードから第１のインバータ制御モードに切り換える際、指令値がデッドタイムで規定される時間以上のパルス幅が確保できない期間はスイッチングデバイスに供給される制御信号は“０”となる。これにより、制御切り換え時に、充電電流量（電力量）が変化しない時間が現れる。
特に、本実施の形態１では、制御モード切り換え時に直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を切り換えるため、例えば、第１の整流制御モードから第１のインバータ制御モードに切り換える場合、上記デッドタイムの期間は、直流母線電圧が下がるため、充電電流が小さくなる。

よって、本実施の形態１では、充電インバータモード制御回路５１、および充電整流モード制御回路５２の制御に使用する各レジスタ、および変数の初期値を、該デッドタイムを考慮した初期値（デッドタイム分のオフセットを含む値）とするよう構成する。これにより、制御モード切り換え時に、デッドタイムに起因する充電電流量が変化しない時間を短く、あるいは全くなくすことができ、制御モードの切り換えを連続的に行うことができる効果がある。
また、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄはスイッチがオンするまでの時間（ターンオン時間）、およびスイッチがオフするまでの時間（ターンオフ時間）がある。これらターンオン時間、およびターンオフ時間を考慮し、充電インバータモード制御回路５１、および充電整流モード制御回路５２の制御に使用する各レジスタ、および変数の初期値を与えるように構成する。これにより、制御モード切り換え時に、ターンオン時間、あるいはターンオフ時間に起因する充電電流量が変化しない時間を短く、あるいは全くなくすことができ、制御モードの切り換えを連続的に行うことができる効果がある。

更に、制御モード切り換え時に直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を切り換えるので、制御モード切り換え時に発生するハンチングを抑える効果がある。また、インバータ制御モードで直流母線電圧が蓄電池１の電池電圧より高い場合は、充電インバータモード制御回路５１内の指令値を“０”にしても充電電流を“０”に絞ることはできないが、その場合、制御モードを再び第１の整流制御モードに切り換えるので最終的には充電電流を“０”にすることができる効果がある。

また、実施の形態１では、第１のインバータ制御モードから第１の整流制御モードに切り換える際、蓄電池１への出力である充電電流を電流計１２の出力により判断したがこれに限るものではない。例えば、直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧から判断しても良いことは言うまでもない。また、電流計１２などは一般に誤差を持っているので、充電電流値などの判断は、電流計などのセンサー類の誤差を予め見込んだ値にしても良いことは言うまでもない。さらに、制御モード切り換えの判断は、充電電流と直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧を組み合わせて判断しても良いことは言うまでもない。

次に、電力変換装置の放電時の動作について説明する。図１６、図１７は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４の放電時の制御フローを示す図である。
図１において、図示していない外部のＨＥＭＳから、蓄電池１への放電要求が通知されると、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の蓄電池制御回路５６は、蓄電池１に対して放電可能かを確認する（図１６のステップＳ３１）。

具体的には、蓄電池制御回路５６から蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して、蓄電池１の充電電力量、および放電可否情報を通知するよう要求する。該要求を受信すると蓄電池管理ユニット２は、放電の可否、および充電電力量を蓄電池制御回路５６に通知する。蓄電池制御回路５６は、放電不可の通知を受信した場合（ステップＳ３１でＮｏ）は、ＨＥＭＳに放電不可、および蓄電池１の蓄電電力量を通知し、次の指令が通知するまで待機する。

一方、放電可能な場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）は、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して電力系統３と接続するよう指示を出す。
本実施の形態１では、充電時にも説明したが、電力変換装置１０は、外部のＨＥＭＳからの充放電指示で起動し、通常時は、省電力化のため停止しているものとして説明する。ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、蓄電池制御回路５６より起動指示を受信すると予め定められた直流母線電圧値になるようＤＣ／ＡＣ変換回路１７の制御を開始する。この場合、図９に示す直流母線電圧制御範囲の中央の電圧（３５０Ｖ）を直流母線電圧の制御目標の初期値とする。本実施の形態１では、直流母線バス２１の直流母線電圧はＤＣ／ＡＣ変換回路１７で管理するものとする。

蓄電池制御回路５６は、充電時と同様に、電圧計１５より出力される直流母線電圧値を監視し、直流母線バス２１の直流母線電圧が所定の電圧になるまで待機する。直流母線電圧が所定の電圧になると、蓄電池制御回路５６は蓄電池１内の蓄電池管理ユニット２に対して放電要求を出力する。蓄電池制御回路５６から放電要求を受信すると、蓄電池管理ユニット２は、蓄電池１のステータス情報を確認し、蓄電電力量、蓄電池１の上限電圧、下限電圧、蓄電池１の温度情報、最大放電電流情報、最大蓄電電力量、蓄電池電圧を出力する。

蓄電池管理ユニット２から上記蓄電池１のステータス情報を受信すると、蓄電池制御回路５６は、蓄電池１の蓄電電力量を確認する。なお、蓄電電力量が最低蓄電電力量の２０％未満の場合は蓄電電力量不足と判断し放電不可通知をＨＥＭＳに通知するとともに、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に停止要求を出力し、次の指令を受信するまで待機する。一方、蓄電電力量が２０％以上であった場合は、蓄電電力量が２０％を未満になるまで放電を行う。

蓄電池１の蓄電電力量の確認を終了すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を、後述する理由により、直流母線電圧制御範囲の下限値である３００Ｖに変更するよう指示を出す（ステップＳ３２）。新たな直流母線電圧の制御目標値が通知されると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、制御目標値を変更し、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７に制御信号を出力する。ステップＳ３２で直流母線電圧の制御目標値の変更が完了すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第２の整流制御モードで起動する（ステップＳ３３）。

具体的には、放電整流モード制御回路５４に起動指示を出力するとともに、切換え回路５５に対して放電整流モード制御回路５４より出力される制御信号Ｇａ〜Ｇｄを出力するよう指示を出す。なお、放電整流モード制御回路５４は予め定められた初期値で起動する。

また、本実施の形態１では、放電電流量（あるいは放電電力量）は、外部のＨＥＭＳより蓄電池制御回路５６経由で放電整流モード制御回路５４に通知される。放電整流モード制御回路５４は、該通知された放電電流量（あるいは放電電力量）を目標値として、蓄電池１からの放電電力量を制御する。

ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第２の整流制御モードで起動すると、蓄電池制御回路５６は、放電整流モード制御回路５４より出力される二次側指令値である指令値Ａ、Ｂを監視する。そして、第２の電力変換器４２に出力される制御信号Ｇａ、Ｇｂの指令値Ａ、Ｂが最大になったかを、指令値Ａ、Ｂの上限値またはこの上限値に基づいて検出誤差等を考慮して設定した設定値（最大値）と比較して確認する。なお、この設定値が第２の設定値となる（ステップＳ３４）。このステップＳ３４では、蓄電池１からの出力（放電電流）が、放電整流モード制御回路５４に基づく第２の整流制御モードで出力しうる上限値に達して、それ以上確保できないことを判断する。

指令値Ａ、Ｂが設定値（最大値）未満であった場合（ステップＳ３４でＮｏ）は、図示していないＨＥＭＳより放電停止要求指示があったか、あるいは蓄電池管理ユニット２から放電停止指示があったか、あるいは蓄電池１の蓄電電力残量が２０％未満かを確認する（ステップＳ３５）。放電停止指示がなかった場合、あるいは充電電力量が２０％以上の場合（ステップＳ３５でＮｏ）は、ステップＳ３４に戻り、上記指令値の監視を継続する。

一方、放電終了指示が通知されていた場合、または放電電力量が２０％未満の場合（ステップＳ３５でＹｅｓ）は、以下のように放電制御を終了する。即ち、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を元の３５０Ｖに変更するように指示を出すとともに、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３での放電制御を停止する。そして、直流母線バス２１の直流母線電圧が３５０Ｖに収束後、ＨＥＭＳに対して放電を停止したことを通知し、次の動作指示を待つ。所定時間待ってもＨＥＭＳより指示がない場合は、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７を停止する。

一方、放電整流モード制御回路５４より出力される指令値Ａ、Ｂが設定値（最大値）以上であった場合、即ち蓄電池１からの出力（放電電流）が上記第２の上限値以上となった場合（ステップＳ３４でＹｅｓ）は、その第２の整流制御モードによっては、これ以上放電電流（放電電力）をＤＣ／ＤＣ変換回路１３から出力できない。そして、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を、後述する理由により、３００Ｖから所定量上げて４００Ｖに変更するように指示を出す（ステップＳ３６）。

新たな直流母線電圧の制御目標値が通知されると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８は、制御目標値を変更し、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７に制御信号を出力する。ステップＳ３６で直流母線電圧の制御目標値の変更が完了すると、蓄電池制御回路５６は、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第２のインバータ制御モードで起動する（ステップＳ３７）。具体的には、放電整流モード制御回路５４に停止指示を出し、放電インバータモード制御回路５３に起動指示を出力する。なお、停止指示を受け取ると放電整流モード制御回路５４は、各種レジスタや変数値を維持し停止する。一方、放電インバータモード制御回路５３は、予め定められた初期値より制御を起動する。

以上の放電開始からステップＳ３７に至るまでのＤＣ／ＤＣ変換回路１３の動作を、図１８を用いて更に詳細に説明する。なお、図１８は、蓄電池１の電池電圧が直流母線電圧より高い場合の動作を示した。

図１８（ａ）は、直流母線電圧の制御目標値波形を示す。図において、横軸は時間、縦軸は電圧値を示す。図１８（ｂ）は、ＨＥＭＳより出力される放電電流の目標値、および第１の電力変換器４１から出力される放電電流の波形を示す。図において、横軸は時間、縦軸は電流値を示す。図１８（ｃ）は、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の放電インバータモード制御回路５３、および放電整流モード制御回路５４内で生成される制御指令値（Ｄｕｔｙ比）波形を示す。図において、横軸は時間、縦軸は第１の電力変換器４１、および第２の電力変換器４２を制御するために生成された指令値の数値を示す。図１８（ｄ）は、蓄電池１の蓄電電力量の変化を示す。図において、横軸は時間、縦軸は放電により変化する蓄電電力量（％）を示す。

ＨＥＭＳより放電開始指令が入力され、蓄電池管理ユニット２から放電許可を受信すると、上述したように、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は電力系統３と接続する。そして、電力系統３と接続し直流母線バス２１の直流母線電圧が３５０Ｖとなると、蓄電池制御回路５６は蓄電池１からの放電を開始する。蓄電池１からの放電を開始すると、ＤＣ／ＡＣ変換回路１７は、直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を、その電圧範囲の下限値である３００Ｖに変更し制御を行う（図１８（ａ）時刻ｔ１参照）。
一方、蓄電池制御回路５６は、放電整流モード制御回路５４に対して起動指示を出すとともに、切換え回路５５に対して放電整流モード制御回路５４の出力を選択するよう指示を出す。起動指示を受け取ると、放電整流モード制御回路５４は、ＨＥＭＳから出力される放電電流の目標値（図１８（ｂ）破線）に基づき放電電流の制御を開始する。時刻ｔ１−ｔ２の期間では、放電整流モード制御回路５４は、第２の電力変換器４２を制御するための指令値Ａ、Ｂ（二次側指令値）を生成して制御信号Ｇａ、Ｇｂを出力し、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３は第２の整流制御モードにより制御される。

本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第２の整流制御モードで起動するため、直流母線バス２１の直流母線電圧を３００Ｖ（システムの下限電圧）に下げる。これは、以下の理由による。整流制御モードは、電力供給側で交流電圧（交流電力）を発生させ、電力受け取り側で電力供給側から入力された交流電圧（交流電力）をダイオード整流することで直流電圧（直流電力）に変換する。従って、図１１に示すように、蓄電池１の電池電圧と直流母線電圧の差が大きいほど電流量（電力量）を稼ぐことができる。また、図１２に示すように、放電電流リップルについては、充電時とは異なり、直流母線電圧が低くなると増加するが、インバータ制御モードと比較すると整流制御モードのほうが小さいため、放電により蓄電池１に与える劣化は小さく抑えることができる。これにより、直流母線電圧を３００Ｖに下げることで、第２の整流制御モードで管理できる放電電流範囲を拡大し、第２のインバータ制御モードの適用機会を抑えることで蓄電池１に与える放電による劣化の軽減を図ることができる効果がある。

特に、蓄電池１の放電電力量が少なく電池電圧が高い場合には特に効果があることは言うまでもない。また、本実施の形態１では、直流母線バス２１の直流母線電圧を制御範囲の下限電圧に設定したがこれに限るものではなく、例えば、制御時の定常偏差などを考慮し、下限電圧に近い所定の電圧に設定しても同様の効果を奏することは言うまでもない。

第２の整流制御モードは、上述したように、第２のインバータ制御モードと比較し、放電電流を十分に確保することができない。従って、図１８（ｃ）に示すように、放電電流の目標値に放電電流が到達する前に、第２の電力変換器４２を制御する指令値は設定値（最大値）に達し（図１８中、時刻ｔ２）、第２の整流制御モードでは放電電流をこれ以上確保できなくなる。蓄電池制御回路５６は、放電整流モード制御回路５４の指令値を監視し、上限値（最大値）に達したことを確認すると、第２の整流制御モードではそれ以上の放電電流を確保することができないと判断し（図１６のステップＳ３４でＹｅｓ）、制御モードを第２のインバータ制御モードに切り換える。
具体的には、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対しては、直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値の変更指示（３００→４００Ｖ）、放電整流モード制御回路５４に停止指示、放電インバータモード制御回路５３に対しては起動指示、切換え回路５５に対しては放電インバータモード制御回路５３の出力を選択するよう指示を出す。

停止指示を受け取ると放電整流モード制御回路５４は、各種レジスタ、制御変数などを保持し停止する。また、放電インバータモード制御回路５３は、初期値より制御を起動する（図１８（ｃ）のインバータ制御モードを参照）。上述のように、制御モードを切り換えることで、第２の整流制御モードでは管理できない電流範囲（電力範囲）を第２のインバータ制御モードで管理できる。このため、本制御方式を採用することで高い放電電流（放電電力）範囲までカバーすることができるとともに、上述したように、放電電流（放電電力）が小さい場合は、放電電流リップルを小さく抑えることができ、蓄電池１に与える劣化を軽減することができる効果がある。

また、第２の整流制御モードで最大電流（最大電力）を蓄電池１から出力しているときのＤＣ／ＤＣ変換回路１３の回路動作は、第２のインバータ制御モードで指令値“０”で蓄電池１から電力を出力しているときの動作と同一である。このため制御を切り換える際に、第１の電力変換器４１、および第２の電力変換器４２の動作を一旦停止させる必要がなく、シームレスにスムーズに制御方式の切り換えを行うことができる効果がある。

また、本実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３を第２のインバータ制御モードに切り換える際、直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を３００Ｖから４００Ｖに上げる。これは、以下の理由による。例えば、放電電流の目標値が、第２の整流制御モードにより供給できる放電電流値とほぼ同じであった場合、直流母線電圧値を変えずに制御モードを切り換えると、制御モードのハンチング、具体的には、第２の整流制御モードと第２のインバータ制御モードとが交互に切り換わり制御モードが安定しない状態が発生する。
よって、本実施の形態１では、制御モードを切り換える際に、直流母線電圧を所定量（ここでは１００Ｖ）上げ、第２の整流制御モードで出力できる電流（電力）の最大値を低減することで、制御モードを切り換える際にヒステリシスを持たせることができる。これにより、制御モード切り換え時のハンチングを防止することができ、安定して放電制御を行うことができる効果がある。

なお、本実施の形態１では、制御モードを切り換える際、直流母線電圧の制御目標値を４００Ｖとしたが、これに限るものではない。切り換え前の第２の整流制御モードでの直流母線電圧の制御目標値より所定量上げた値をとれば同様の効果を奏することは言うまでもない。なお、第２のインバータ制御モードでは、一般的に、図１２に示すように直流母線電圧を上げると、放電電流のリップル量が増加する。従って、該制御目標電圧を決定する場合は、上記ハンチングが防止できる範囲で最大の電圧に設定することが望ましいことは言うまでもない。

図１８（ｄ）に示すように、以上の放電動作により蓄電池１内の蓄電電力量が次第に減少していく。以降の放電動作の説明は、図１７をも参照して続ける。
蓄電池１の蓄電電力量が、所定値（例えば、２０％）以下になると、ＨＥＭＳは、蓄電池１からの放電を停止するため、図１８（ｂ）に示すように、放電電流目標値を徐々に下げていく。放電インバータモード制御回路５３は、図に示すように、指令値を徐々に下げ放電電流を絞っていく。蓄電池制御回路５６は、放電インバータモード制御回路５３内の指令値情報を監視する。そして、１次側指令値である第１の電力変換器４１の指令値が“０”になったかを確認する（図１７のステップＳ３８）。

図１８の時刻ｔ３において、第１の電力変換器４１の指令値（図１８（ｃ）の破線）が“０”であることを確認すると（ステップＳ３８でＹｅｓ）、蓄電池制御回路５６は、電流計１６により蓄電池１からの電流が“０”となったかを確認する（図１７のステップＳ３９）。
図１０（ｂ）で上述したが、蓄電池１の電池電圧が直流母線電圧より高い場合は、放電インバータモード制御回路５３内の指令値が“０”になっても放電電流を“０”に絞ることはできない。従って、本実施の形態１では、放電インバータモード制御回路５３内の第１の電力変換器４１の指令値が“０”となった場合でも放電電流が流れている場合は（ステップＳ３９でＮｏ）、ステップＳ３２に戻り、制御モードを第２の整流制御モードに再び切り換えて制御を継続する（図１８の時刻ｔ３−ｔ４期間の破線参照）。

以上、制御モードを第２の整流制御モードに再び切り換えて制御を継続する場合は、図１８中の破線で示す波形が対応する。
これに対し、図１８の同部分に実線で示すように、直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧との関係により、第１の電力変換器４１の指令値が“０”になった時点で放電電流が“０”になった場合（ステップＳ３９でＹｅｓ）は、ステップＳ４０に進む。そして、特に放電継続の指示がなく放電終了と判断されると（ステップＳ４０でＹｅｓ）蓄電池放電制御を終了する。この場合は、再び第２の整流制御モードに戻ることなく、第２のインバータ制御モードで放電制御を終了することになる。

蓄電池制御回路５６は、第２の整流制御モードへの移行を判断すると、ＤＣ／ＡＣ制御回路１８に対して直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標を元の３００Ｖに変更するよう指示を出す（図１６のステップＳ３２）とともに、放電整流モード制御回路５４を起動する。その際、切換え回路５５に対して放電整流モード制御回路５４より出力される制御信号を出力するよう指示を出す。放電整流モード制御回路５４は、起動指示が出されると、前回の制御終了時に保持していたレジスタ値、変数値を初期値として制御を開始する（図１８の時刻ｔ３）。

第２の整流制御モードでの放電制御を開始すると、蓄電池制御回路５６は、放電整流モード制御回路５４内の指令値、および放電電流を監視し、指令値、および放電電流が“０”になると放電が終了したと判断して（図１６のステップＳ３５でＹｅｓ）、ＤＣ／ＤＣ制御回路１４内の放電制御に関係するレジスタ、および変数を初期化し、ＨＥＭＳに放電が完了したことを通知して、電力変換装置を停止する。
なお、第２の整流制御モード移行後、放電電流指令値などが変化し、放電整流モード制御回路５４より出力される指令値が設定値（最大値）になった場合（図１６のステップＳ３４でＹｅｓ）は、再度第２のインバータ制御モードに移行する（ステップＳ３６、Ｓ３７）。

以上に説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、蓄電池１を放電する際に、ＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御モードを、第２の整流制御モードで起動し、第２の整流制御モードで目標放電電流（電力）が得られない場合は、該制御モードを第２のインバータ制御モードに切り換える。このため、目標放電電流（電力）が小さい場合は、第２の整流制御モードで放電することで放電電電流リップルを小さく抑えることができ、蓄電池１に与える劣化を最小限に抑えることができる効果がある。
また、目標放電電流（電力）が得られない場合は、該制御モードを放電電流が十分に確保できる第２のインバータ制御モードに切り換えるので、急速な放電が必要な場合にも対応ができる効果がある。

また、電力系統３と連携できる太陽電池を備えたシステムにおいて、その電力系統３の停電時に、本実施の形態１の電力変換装置が太陽電池と連携運転を実施して、宅内負荷に電力を供給するような場合には、以下の効果がある。日射量が急変し太陽電池が発電する電力が急峻に落ちた場合、第２の整流制御モードでは宅内の家電負荷に供給する全ての電力量を蓄電池１から放電できない場合でも、シームレスに第２のインバータ制御モードに切り換え、蓄電池１からの放電電力量を増やすことができる。このため、停電時に日射量の急変が発生し、太陽電池の発電電力が落ちた場合でも宅内負荷を安定して使用することができる。

なお、本実施の形態１では、放電インバータモード制御回路５３、および放電整流モード制御回路５４の初期値については言及しなかったが、以下に説明する。
上述したように、一般に、スイッチングデバイスを駆動する制御信号にはアーム短絡を防止するためデッドタイムを設ける。そのため、第２の整流制御モードから第２のインバータ制御モードに切り換える際、指令値がデッドタイムで規定される時間以上のパルス幅が確保できない期間はスイッチングデバイスに供給される制御信号は“０”となる。これにより、制御切り換え時に、放電電流量（電力量）が変化しない時間が現れる。
特に、本実施の形態１では、制御モード切り換え時に直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を切り換えるため、例えば、第２の整流制御モードから第２のインバータ制御モードに切り換える場合、上記デッドタイムの期間は、直流母線電圧が上がるため、放電電流が小さくなる。

よって、本実施の形態１では、放電インバータモード制御回路５３、および放電整流モード制御回路５４の制御に使用する各レジスタ、および変数の初期値を、該デッドタイムを考慮した初期値（デッドタイム分のオフセットを含む値）とするよう構成する。これにより、制御モード切り換え時に、デッドタイムに起因する放電電流量が変化しない時間を短く、あるいは全くなくすことができ、制御モードの切り換えを連続的に行うことができる効果がある。
また、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄはスイッチがオンするまでの時間（ターンオン時間）、およびスイッチがオフするまでの時間（ターンオフ時間）がある。これらターンオン時間、およびターンオフ時間を考慮し、放電インバータモード制御回路５３、および放電整流モード制御回路５４の制御に使用する各レジスタ、および変数の初期値を与えるように構成する。これにより、制御モード切り換え時に、ターンオン時間、あるいはターンオフ時間に起因する放電電流量が変化しない時間を短く、あるいは全くなくすことができ、制御モードの切り換えを連続的に行うことができる効果がある。

更に、制御モード切り換え時に直流母線バス２１の直流母線電圧の制御目標値を切り換えるので、制御モード切り換え時に発生するハンチングを抑える効果がある。また、インバータ制御モードで直流母線電圧が蓄電池１の電池電圧より低い場合は、放電インバータモード制御回路５３内の指令値を“０”にしても放電電流を“０”に絞ることはできないが、その場合、制御モードを再び第２の整流制御モードに切り換えるので最終的には放電電流を“０”にすることができる効果がある。

また、実施の形態１では、第２のインバータ制御モードから第２の整流制御モードに切り換える際、蓄電池１からの出力である放電電流を電流計１６の出力により判断したがこれに限るものではない。例えば、直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧から判断しても良いことは言うまでもない。また、電流計１６などは一般に誤差を持っているので、放電電流値などの判断は、電流計などのセンサー類の誤差を予め見込んだ値にしても良いことは言うまでもない。さらに、制御モード切り換えの判断は、放電電流と直流母線バス２１の直流母線電圧と蓄電池１の電池電圧を組み合わせて判断しても良いことは言うまでもない。

なお、本実施の形態１では、上述したように、整流制御モードを可能な限り使用するのでスイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、３２ａ〜３２ｄのスイッチング回数を減らすことができるで、不必要な電力損失を抑え効率よく蓄電池１の充放電制御を行うことができる効果がある。

具体的には、最大電力量を確保でき、かつ直流母線バス２１の直流母線電圧が制御範囲以内であれば、基本的に整流制御モードで充放電制御を行う。上述したように、図４、および図６に示すように、インバータ制御モードの場合、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、および３２ａ〜３２ｄは、常にスイッチングを行っている。それに対して、整流制御モードの場合は、図５、および図７に示すように、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄ、またはスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄのどちらか一方のスイッチングデバイスはスイッチングせず、ダイオード整流器としての動作のみを行う。よって、整流制御モードの方がスイッチングデバイスのスイッチング損失が少ないため効率よく電力変換ができる。よって、実施の形態１では、不必要なインバータ制御モードによる充放電制御を抑制することで、不必要な電力損失を抑え効率よく蓄電池１の充放電制御を行うことができる効果がある。

また、本実施の形態１では、上述したように、整流制御モードとインバータ制御モードとをシームレスに切り換えることで、蓄電池１の電池電圧や直流母線バス２１の直流母線電圧に関係なく、蓄電池１とＤＣ／ＡＣ変換回路１７との間の電力のやり取りを行うことができる。このため、絶縁トランス３６の巻数比を一定の簡便な構成のものにでき、絶縁トランス３６を最適点で使用することができるので、不必要な効率の劣化を抑えることができる効果がある。
また、絶縁トランス３６の巻数比を一定にできるので、絶縁トランス３６のサイズを不必要に大きくすることもなく、またコストも抑えることができる効果がある。

なお、本実施の形態１では、電力系統３から電力が供給されている場合の充放電制御について説明しが、これに限るものではない。停電時も充電、あるいは放電電力量に応じて整流制御モードとインバータ制御モードとを切り換えて使用するので、電流リップルを最小限に抑えることができる効果がある。

なお、本実施の形態１では、説明を分かりやすくするために蓄電池１のみを使用する電力変換装置について説明したが、これに限るものではなく、自然エネルギーを活用する分散電源として太陽電池や風力発電を併設して構成したシステムでも同様の効果を奏することは言うまでもない。
また、本実施の形態１では、蓄電池１として据置バッテリを用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、電気自動車のバッテリを用いた場合でも同様の効果を奏することは言うまでもない。また、実施の形態１では、蓄電池１としてリチュウムイオンバッテリを用いる場合について説明したがこれに限るものではない。さらに、蓄電池管理ユニット２を蓄電池１に内蔵する構成としたがこれに限るものではなく、例えば、電力変換装置１０本体で蓄電池１の情報を管理するように構成しても同様の効果を奏する。

更に、本実施の形態１では、説明を簡単にするため、各種制御（充電制御／放電制御、インバータ制御モード／整流制御モード）をハードウェアで実施するものとして説明を行ったが、これに限るものではなく、上記各種制御における全ての回路、あるいは一部の回路を中央集積回路（ＣＰＵ）を実装し、該ＣＰＵ上で動作するソフトウェアで実現しても同様の効果を奏することはいうまでもない。
また、上記各回路の機能をソフトウェアとハードウェアに分割し同様の機能を実現しても良いことは言うまでもない。

なお、実施の形態１では、絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換回路１３の制御方法として、図４〜図７に示す方法を説明したが、それに限るものではない。例えば、インバータ制御モードによる制御の場合は、スイッチングデバイス３１ａ〜３１ｄに供給するＤｕｔｙ比が５０％の制御信号とスイッチングデバイス３２ａ〜３２ｄに供給するＤｕｔｙ比が５０％の制御信号との位相を制御することにより、蓄電池１に充電する電力量、あるいは蓄電池１から放電する電力量を制御するように構成しても良い。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (14)

1. それぞれスイッチングデバイスを有し、前記スイッチングデバイスをオンオフ駆動することにより直流交流双方向の変換を行うインバータ動作と前記スイッチングデバイスをオフし交流を直流に変換する整流動作とが可能な第１の電力変換器および第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の交流側端子と前記第２の電力変換器の交流側端子とを接続する絶縁トランスと、前記第１、第２の電力変換器を制御する制御回路とを備え、
   前記第１の電力変換器の直流側端子が接続される第１の直流電圧源と前記第２の電力変換器の直流側端子が接続される第２の直流電圧源との間で双方向の直流電力変換を行う電力変換装置において、
   前記制御回路は、
   第１の整流制御モード、第１のインバータ制御モード、第２の整流制御モードおよび第２のインバータ制御モードの４つの制御モードを有し、
   前記第１の直流電圧源から前記第２の直流電圧源への電力供給時に、前記インバータ動作により前記第１の電力変換器を出力可動制御すると共に、前記整流動作により前記第２の電力変換器を制御する前記第１の整流制御モードを用い、前記第１の電力変換器を制御する指令値が第１の設定値以上になると、前記インバータ動作により前記第１の電力変換器を出力固定制御すると共に、前記インバータ動作により前記第２の電力変換器を出力可動制御する前記第１のインバータ制御モードに切り換え、
   前記第２の直流電圧源から前記第１の直流電圧源への電力供給時に、前記インバータ動作により前記第２の電力変換器を出力可動制御すると共に、前記整流動作により前記第１の電力変換器を制御する前記第２の整流制御モードを用い、前記第２の電力変換器を制御する指令値が第２の設定値以上になると、前記インバータ動作により前記第２の電力変換器を出力固定制御すると共に、前記インバータ動作により前記第１の電力変換器を出力可動制御する前記第２のインバータ制御モードに切り換える、
   電力変換装置。
2. 前記第１の直流電圧源から前記第２の直流電圧源への電力供給時に、前記第１の直流電圧源の電圧が前記第２の直流電圧源の電圧より高い場合、
   前記制御回路は、前記第１のインバータ制御モードにおいて、前記第２の電力変換器の出力を０にするよう制御しても前記第２の直流電圧源への出力が０にならないときは、前記第１のインバータ制御モードを再び前記第１の整流制御モードに切り換えて前記第１、第２の電力変換器を制御する、
   請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記第２の直流電圧源から前記第１の直流電圧源への電力供給時に、前記第２の直流電圧源の電圧が前記第１の直流電圧源の電圧より高い場合、
   前記制御回路は、前記第２のインバータ制御モードにおいて、前記第１の電力変換器の出力を０にするよう制御しても前記第２の直流電圧源からの出力が０にならないときは、前記第２のインバータ制御モードを再び前記第２の整流制御モードに切り換えて前記第１、第２の電力変換器を制御する、
   請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記第１の直流電圧源の電圧を所定の電圧範囲で制御する直流電圧制御回路を備え、
   前記第１の直流電圧源から前記第２の直流電圧源に電力供給時に、前記制御回路が前記第１の整流制御モードにより前記第１、第２の電力変換器を制御する際、
   前記直流電圧制御回路は前記第１の直流電圧源の電圧を設定された上限値に制御する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記第１の直流電圧源の電圧を所定の電圧範囲で制御する直流電圧制御回路を備え、
   前記第２の直流電圧源から前記第１の直流電圧源に電力供給時に、前記制御回路が前記第２の整流制御モードにより前記第１、第２の電力変換器を制御する際、
   前記直流電圧制御回路は前記第１の直流電圧源の電圧を設定された下限値に制御する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
6. 前記第１の直流電圧源の電圧を所定の電圧範囲で制御する直流電圧制御回路を備え、
   前記第１の直流電圧源から前記第２の直流電圧源に電力供給時に、前記制御回路が前記第１の整流制御モードから前記第１のインバータ制御モードに切り換えて前記第１、第２の電力変換器を制御する際、
   前記直流電圧制御回路は前記第１の直流電圧源の電圧を前記切り換え前の値から所定量低い値に制御する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
7. 前記第１の直流電圧源の電圧を所定の電圧範囲で制御する直流電圧制御回路を備え、
   前記第２の直流電圧源から前記第１の直流電圧源に電力供給時に、前記制御回路が前記第２の整流制御モードから前記第２のインバータ制御モードに切り換えて前記第１、第２の電力変換器を制御する際、
   前記直流電圧制御回路は前記第１の直流電圧源の電圧を前記切り換え前の値から所定量高い値に制御する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
8. 前記第１の直流電圧源の電圧を所定の電圧範囲で制御する直流電圧制御回路を備え、
   前記第１の直流電圧源から前記第２の直流電圧源に電力供給時に、前記制御回路が前記第１のインバータ制御モードから前記第１の整流制御モードに切り換えて前記第１、第２の電力変換器を制御する際、
   前記直流電圧制御回路は前記第１の直流電圧源の電圧を前記切り換え前の値から所定量高い値に制御する、
   請求項２に記載の電力変換装置。
9. 前記第１の直流電圧源の電圧を所定の電圧範囲で制御する直流電圧制御回路を備え、
   前記第２の直流電圧源から前記第１の直流電圧源に電力供給時に、前記制御回路が前記第２のインバータ制御モードから前記第２の整流制御モードに切り換えて前記第１、第２の電力変換器を制御する際、
   前記直流電圧制御回路は前記第１の直流電圧源の電圧を前記切り換え前の値から所定量低い値に制御する、
   請求項３に記載の電力変換装置。
10. 前記第１の直流電圧源は、その交流側端子が電力系統に接続され、その直流側端子の電圧が前記直流電圧制御回路により制御されるＤＣ／ＡＣ変換回路である、
    請求項４から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
11. 前記第２の直流電圧源は蓄電池である、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記第１、第２の電力変換器は、それぞれ２アームに構成された４個の前記スイッチングデバイスを備え、
    前記制御回路は、前記各スイッチングデバイスのＤｕｔｙ比を前記指令値として前記第１、第２の電力変換器を制御し、前記第１、第２の設定値は、前記Ｄｕｔｙ比により設定される、
    請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記制御回路は、前記各第１、第２の電力変換器をそれぞれ前記整流動作により制御する際、前記４個のスイッチングデバイスのＤｕｔｙ比である前記指令値を０とする、
    請求項１２記載の電力変換装置。
14. 前記制御回路は、前記各第１、第２の電力変換器をそれぞれ前記インバータ動作により出力固定制御する際、前記４個のスイッチングデバイスにＤｕｔｙ比である前記指令値を０．５とする、
    請求項１２記載の電力変換装置。

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