JP6717117B2 - Charge/discharge control method, battery system and storage battery system - Google Patents

Charge/discharge control method, battery system and storage battery system Download PDF

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Description

本発明は、充放電制御方法、電池システム及び蓄電池システムに関する。 The present invention relates to a charge/discharge control method, a battery system and a storage battery system.

例えば、蓄電池と交流電路との間に設けられ、直流/交流の電力変換を行う電力変換装置には、DC/DCコンバータと、インバータとが搭載されている。また、これらを繋ぐDCバスには、平滑用のコンデンサが接続されている。この種の伝統的な電力変換装置では、例えば、蓄電池の出力する電圧を、DC/DCコンバータは、交流電圧のピーク値(波高値)以上の電圧に変換してDCバスに出力し、インバータは、このDCバスの電圧から、交流電圧を生成する。このような電力変換装置では、DC/DCコンバータ及びインバータは、常時、高周波のスイッチング動作を行っている。 For example, a DC/DC converter and an inverter are mounted on a power conversion device that is provided between a storage battery and an AC power line and performs DC/AC power conversion. Further, a smoothing capacitor is connected to the DC bus connecting them. In this type of traditional power converter, for example, a DC/DC converter converts a voltage output from a storage battery into a voltage equal to or higher than a peak value (peak value) of an AC voltage and outputs the voltage to a DC bus. An AC voltage is generated from the voltage of the DC bus. In such a power converter, the DC/DC converter and the inverter constantly perform high-frequency switching operation.

一方、高周波のスイッチング動作に伴う電力損失を大幅に低減することができる電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1(図10,図11)参照)。このような電力変換装置では、蓄電池の出力する直流電圧と交流電圧の瞬時値とを常時大小比較して、昇圧が必要な時期(位相)はDC/DCコンバータにて交流電圧の波形を生成させ、その一方、インバータは高周波スイッチングを停止して、必要な極性反転のみを行う。逆に降圧が必要な時期(位相)はDC/DCコンバータを停止させ、蓄電池の出力電圧を単に通過させるとともに、インバータにて交流電圧の波形を生成させる。 On the other hand, there has been proposed a power conversion device capable of significantly reducing power loss due to high-frequency switching operation (see, for example, Patent Document 1 (FIGS. 10 and 11)). In such a power converter, the DC voltage output from the storage battery and the instantaneous value of the AC voltage are constantly compared in magnitude to generate a waveform of the AC voltage by the DC/DC converter at the time (phase) when boosting is required. On the other hand, the inverter stops high frequency switching and only performs the necessary polarity reversal. On the contrary, the DC/DC converter is stopped at the time (phase) when the step-down is required, the output voltage of the storage battery is simply passed, and the waveform of the AC voltage is generated by the inverter.

このようにして、DC/DCコンバータ及びインバータで、昇圧・降圧の役割を分担することができる。また、これにより、交流半サイクル内でDC/DCコンバータ及びインバータのいずれか一方に高周波スイッチングの休止期間を生じさせ、全体としてのスイッチング回数を低減する「最小スイッチング変換方式」を実行することができる。蓄電池を充電する際も、同様に、全体としてのスイッチング回数を低減する「最小スイッチング変換方式」を実行することができる。 In this way, the DC/DC converter and the inverter can share the role of step-up/step-down. Further, as a result, a "minimum switching conversion system" can be executed in which a high-frequency switching quiescent period is generated in one of the DC/DC converter and the inverter within the AC half cycle, and the number of times of switching as a whole is reduced. .. Similarly, when the storage battery is charged, the “minimum switching conversion method” that reduces the number of times of switching as a whole can be executed.

このような最小スイッチング変換を実現するには、DCバスに接続されたコンデンサのキャパシタンスが「μF級」の小容量であることが必要である。これは、DCバスに現れる電圧が、単なる平坦な直流電圧ではなく、直流電圧に交流波形のピーク値前後の位相部分を重畳した複合波形になるからである。DCバスに接続されるコンデンサには、この交流波形のピーク値前後の位相部分を平滑しない程度の小容量であること、が求められる。 In order to realize such minimum switching conversion, it is necessary that the capacitance of the capacitor connected to the DC bus is a small capacitance of “μF class”. This is because the voltage appearing on the DC bus is not a flat DC voltage but a composite waveform in which the DC voltage is superimposed with the phase portion around the peak value of the AC waveform. The capacitor connected to the DC bus is required to have a small capacity that does not smooth the phase portion around the peak value of this AC waveform.

特開2015−149882号公報JP, 2005-149882, A

上記の最小スイッチング変換方式を実行する電力変換装置では、蓄電池に流れる電流(放電電流・充電電流)が脈流になることがわかっている。これは、上述の、コンデンサが小容量であることに起因している。また、電流が脈流になることで、放電中又は充電中の蓄電池の両端電圧も脈動を含む直流電圧になる。このように脈動波形となる電流又は電圧は、平坦な直流電圧に比べると、サンプリングによる検出の誤差が生じやすい。誤差が生じると、充放電制御に影響し、蓄電池の過放電・過充電を招く可能性がある。 It is known that in the power conversion device that executes the above-described minimum switching conversion method, the current (discharge current/charge current) flowing in the storage battery becomes a pulsating current. This is because the capacitor has a small capacity as described above. Further, the pulsating current causes the voltage across the storage battery being discharged or charged to be a DC voltage including pulsation. As described above, the current or voltage having a pulsating waveform is more likely to cause a detection error due to sampling than a flat DC voltage. If an error occurs, the charge/discharge control may be affected and the storage battery may be over-discharged or over-charged.

かかる課題に鑑み、本発明は、脈動波形となる電流又は電圧を、より正確に検出して制御の精度を高めることを目的とする。 In view of such a problem, it is an object of the present invention to more accurately detect a current or voltage having a pulsating waveform and improve control accuracy.

本開示は、以下の発明を含む。但し、本発明は、特許請求の範囲によって定められるものである。
開示は、充電制御方法としての一表現によれば、電池の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる場合の充放電制御方法であって、所定の周期で前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、前記平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、充放電制御方法である。
The present disclosure includes the following inventions. However, the present invention is defined by the claims.
According to one expression as a charge control method, the present disclosure is a charge/discharge control method in the case where a current and a voltage related to charging or discharging a battery have a pulsating waveform, and the pulsating waveform is sampled at a predetermined cycle. A charging/discharging control method for obtaining a value obtained by averaging an effective value based on a detected value obtained by the sampling for a predetermined period and controlling charging/discharging based on the averaged value.

また、本開示は、電池システムとしての一表現によれば、電池と、前記電池と交流電路との間に設けられ、前記電池の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる電力変換装置と、を備え、前記電力変換装置は、所定の周期で前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、当該平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、電池システムである。 Further, the present disclosure is, in one expression as a battery system, a power conversion device that is provided between a battery and the battery and an alternating current circuit, and that current and voltage related to charging or discharging of the battery have a pulsating waveform. And, the power conversion device, the pulsating waveform is sampled at a predetermined cycle, the value obtained by averaging the effective value based on the detection value obtained by the sampling in a predetermined period, to the averaged value A battery system that controls charging and discharging based on the above.

また、本開示は、蓄電池システムとしての一表現によれば、蓄電池と、前記蓄電池と交流電路との間に設けられ、前記蓄電池の充放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる電力変換装置と、を備え、前記電力変換装置は、前記脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期で、前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、当該平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、蓄電池システムである。 Further, the present disclosure is, in one expression, as a storage battery system, a storage battery, and a power conversion device that is provided between the storage battery and an AC circuit, and in which a current and a voltage related to charging and discharging of the storage battery have a pulsating waveform. , The power converter is a cycle other than a cycle that is a natural number multiple of one cycle of the pulsation waveform, the pulsation waveform is sampled, the effective value based on the detection value obtained by the sampling in a predetermined period. It is a storage battery system that obtains an averaged value and controls charging/discharging based on the averaged value.

本発明によれば、脈動波形となる電流又は電圧を、より正確に検出して制御の精度を高めることができる。 According to the present invention, it is possible to more accurately detect a current or voltage having a pulsating waveform and improve control accuracy.

一実施形態に係る蓄電池システムの回路図の一例である。It is an example of a circuit diagram of a storage battery system according to an embodiment. 電力変換装置が、例えば、蓄電池の充電中である場合の動作を概念的に示した電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage waveform which showed the operation|movement when a power converter device is charging the storage battery, for example. 電力変換装置が、蓄電池を放電させている場合の動作を概念的に示した電圧波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage waveform which showed the operation|movement when a power converter device is discharging the storage battery notionally. 上段のグラフは、脈流の電流の一例を示す波形図(横軸は時間t)であり、下段のグラフは、このような脈流の電流が蓄電池に流れた場合の、蓄電池の端子電圧の一例を示す波形図である。The upper graph is a waveform diagram (horizontal axis is time t) showing an example of the pulsating current, and the lower graph is the terminal voltage of the storage battery when such a pulsating current flows to the storage battery. It is a waveform diagram which shows an example. サンプリング周期0.1msで100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the pulsating current detected as a result of measuring pulsating current for 100 ms with a sampling cycle of 0.1 ms. サンプリング周期1msで100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the pulsating current detected as a result of measuring pulsating flow for 100 ms with the sampling period of 1 ms. サンプリング周期10msで100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットして繋いだグラフである。It is the graph which plotted and connected the pulsating current detected as a result of measuring pulsating current for 100 ms with a sampling period of 10 ms. サンプリング周期15msで100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットして繋いだグラフである。It is the graph which connected and plotted the pulsating current detected as a result of measuring pulsating current for 100 ms with a sampling period of 15 ms. 100Hz(50Hzの2倍、実線)と120Hz(60Hzの2倍、破線)の脈流電流を表す図である。It is a figure showing the pulsating current of 100Hz (2 times 50Hz, a solid line) and 120Hz (2 times 60Hz, a broken line). サンプリング周期を0〜0.1[s]の範囲で変化させた場合の、サンプリングに基づく平均化した値と真値との誤差を示すグラフである。It is a graph which shows the error of the average value and true value based on sampling when a sampling cycle is changed in the range of 0-0.1 [s].

[実施形態の要旨]
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
[Summary of Embodiment]
The gist of the embodiment of the present invention includes at least the following.

(1)これは、電池の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる場合の充放電制御方法であって、所定の周期で前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、前記平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、充放電制御方法である。 (1) This is a charging/discharging control method in the case where a current and a voltage related to charging or discharging a battery have a pulsating waveform, in which the pulsating waveform is sampled at a predetermined cycle, and the detected value obtained by the sampling is used. A charging/discharging control method for obtaining a value obtained by averaging an effective value based on a predetermined period and controlling charging/discharging based on the averaged value.

このような充放電制御方法を実行することにより、脈動波形となる電流又は電圧であっても、精度良く、検出値を得ることができる。これにより、充電又は放電における制御の精度を高めることができる。 By executing such a charge/discharge control method, it is possible to obtain a detection value with high accuracy even with a current or voltage having a pulsating waveform. Thereby, the accuracy of control in charging or discharging can be improved.

(2)また、(1)の充放電制御方法において、前記所定の周期とは例えば、前記脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期である。
脈動波形の1周期の自然数倍の周期をサンプリング周期とすると、毎回同じ値を検出してしまうので、これを回避することで、脈動波形の値を、位相的にまんべんなく検出することができる。従って、平均化により、精度良く検出値を得ることができる。
(2) In the charge/discharge control method of (1), the predetermined cycle is, for example, a cycle other than a cycle that is a natural multiple of one cycle of the pulsating waveform.
If the sampling cycle is a cycle that is a natural multiple of one cycle of the pulsation waveform, the same value will be detected each time. Therefore, by avoiding this, the values of the pulsation waveform can be detected in a uniform phase. Therefore, by averaging, it is possible to accurately obtain the detected value.

(3)また、(1)又は(2)の充放電制御方法において、前記サンプリング周期を変化させた場合に、前記平均化した値と真値との誤差に現れる変化特性を予め把握し、前記誤差が、相対的に小さくなるサンプリング周期を選択するようにしてもよい。
この場合、より誤差の少ない平均化した値を得ることができる。
(3) Further, in the charge/discharge control method of (1) or (2), when the sampling period is changed, a change characteristic appearing in an error between the averaged value and a true value is grasped in advance, and You may make it select the sampling period with which an error becomes relatively small.
In this case, an averaged value with less error can be obtained.

(4)また、物としての一態様は、電池と、前記電池と交流電路との間に設けられ、前記電池の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる電力変換装置と、を備え、前記電力変換装置は、所定の周期で前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、当該平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、電池システムである。 (4) One aspect as an object includes a battery, and a power conversion device that is provided between the battery and an AC electric path and has a pulsating waveform of current and voltage related to charging or discharging of the battery. The power conversion device samples the pulsating waveform at a predetermined cycle, obtains an average value of effective values based on the detection value obtained by the sampling for a predetermined period, and charges and discharges based on the averaged value. It is a battery system that controls.

このような充電制御又は放電制御を実行することにより、脈動波形となる電流又は電圧であっても、精度良く、検出値を得ることができる。これにより、電池システムにおける充電又は放電の際の、制御の精度を高めることができる。 By executing such charge control or discharge control, it is possible to obtain a detected value with high accuracy even with a current or voltage having a pulsating waveform. Thereby, the accuracy of control at the time of charging or discharging in the battery system can be improved.

(5)また、物としての他の態様は、蓄電池と、前記蓄電池と交流電路との間に設けられ、前記蓄電池の充放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる電力変換装置と、を備え、前記電力変換装置は、前記脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期で、前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、当該平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、蓄電池システムである。 (5) Another aspect as an object includes a storage battery, and a power conversion device that is provided between the storage battery and an AC electric line and has a pulsating waveform of a current and a voltage related to charging and discharging of the storage battery. The power conversion device samples the pulsation waveform in a cycle other than a cycle that is a natural multiple of one cycle of the pulsation waveform, and averages effective values based on the detection values obtained by the sampling in a predetermined period. A storage battery system that obtains a value and controls charging and discharging based on the averaged value.

このような充放電制御を実行することにより、脈動波形となる電流又は電圧であっても、精度良く、検出値を得ることができる。これにより、蓄電池システムにおける充放電の制御の精度を高めることができる。 By executing such charge/discharge control, it is possible to obtain the detection value with high accuracy even with a current or voltage having a pulsating waveform. As a result, the accuracy of charge/discharge control in the storage battery system can be improved.

[実施形態の詳細]
以下、本発明の実施形態の詳細について、図面を参照して説明する。
[Details of Embodiment]
Hereinafter, details of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

《回路構成例》
図1は、一実施形態に係る蓄電池システムの回路図の一例である。図において、電力変換装置1は、蓄電池2と交流電路3との間に設けられ、蓄電池2の直流電圧が交流電路3の交流電圧のピーク値(波高値)より低い状態で、直流/交流の双方向の電力変換を行うことができる。交流電路3には、電力変換装置1が設置されている需要家の負荷4L、及び、商用電力系統4Pが接続されている。
<<Circuit configuration example>>
FIG. 1 is an example of a circuit diagram of a storage battery system according to an embodiment. In the figure, the power conversion device 1 is provided between the storage battery 2 and the AC electric circuit 3, and in the state where the DC voltage of the storage battery 2 is lower than the peak value (peak value) of the AC voltage of the AC electric path 3, Bidirectional power conversion can be performed. A load 4L of a customer in which the power conversion device 1 is installed and a commercial power system 4P are connected to the AC power line 3.

電力変換装置1は、電力変換部20の主回路構成要素として、直流側コンデンサ5、DC/DCコンバータ6、中間コンデンサ9、インバータ10、及び、フィルタ回路11を備えている。DC/DCコンバータ6は、直流リアクトル7と、ハイサイドのスイッチング素子Q1と、ローサイドのスイッチング素子Q2とを備え、直流チョッパ回路を構成している。スイッチング素子Q1,Q2としては例えば、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)を使用することができる。MOSFETのスイッチング素子Q1,Q2はそれぞれ、ダイオード(ボディダイオード)d1,d2を有している。各スイッチング素子Q1,Q2は、制御部14により制御される。 The power conversion device 1 includes a DC-side capacitor 5, a DC/DC converter 6, an intermediate capacitor 9, an inverter 10, and a filter circuit 11 as main circuit components of the power conversion unit 20. The DC/DC converter 6 includes a DC reactor 7, a high-side switching element Q1 and a low-side switching element Q2, and constitutes a DC chopper circuit. As the switching elements Q1 and Q2, for example, MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) can be used. The switching elements Q1 and Q2 of the MOSFET have diodes (body diodes) d1 and d2, respectively. The switching elements Q1 and Q2 are controlled by the control unit 14.

DC/DCコンバータ6の高圧側は、DCバス8に接続されている。DCバス8の2線間に接続されている中間コンデンサ9は、小容量(100μF以下、例えば数十μF)であり、高周波(例えば20kHz)でスイッチングされた電圧に対しては平滑作用を発揮するが、商用周波数の2倍程度の周波数(100Hz又は120Hz)で変化する電圧に対しては平滑作用を発揮しない。 The high voltage side of the DC/DC converter 6 is connected to the DC bus 8. The intermediate capacitor 9 connected between the two lines of the DC bus 8 has a small capacity (100 μF or less, for example, several tens of μF), and exhibits a smoothing action for a voltage switched at a high frequency (for example, 20 kHz). However, it does not exert a smoothing effect on a voltage that changes at a frequency about twice the commercial frequency (100 Hz or 120 Hz).

DCバス8に接続されたインバータ10は、フルブリッジ回路を構成するスイッチング素子Q3〜Q6を備えている。これらスイッチング素子Q3〜Q6は、例えば、MOSFETである。MOSFETの場合は、スイッチング素子Q3〜Q6がそれぞれ、ダイオード(ボディダイオード)d3〜d6を有している。各スイッチング素子Q3〜Q6は、制御部14により制御される。 The inverter 10 connected to the DC bus 8 includes switching elements Q3 to Q6 forming a full bridge circuit. These switching elements Q3 to Q6 are, for example, MOSFETs. In the case of MOSFET, the switching elements Q3 to Q6 have diodes (body diodes) d3 to d6, respectively. The switching elements Q3 to Q6 are controlled by the control unit 14.

インバータ10と交流電路3との間には、フィルタ回路11が設けられている。フィルタ回路11は、交流リアクトル12と、交流リアクトル12より負荷4L側(図の右側)に設けられた交流側コンデンサ13とを備えている。フィルタ回路11は、インバータ10で発生する高周波ノイズが交流電路3側へ漏れ出ないように、通過を阻止している。 A filter circuit 11 is provided between the inverter 10 and the AC electric circuit 3. The filter circuit 11 includes an AC reactor 12 and an AC-side capacitor 13 provided on the load 4L side (right side in the drawing) of the AC reactor 12. The filter circuit 11 blocks passage of high-frequency noise generated in the inverter 10 so that the high-frequency noise does not leak to the AC electric circuit 3 side.

計測用の回路要素としては、DC/DCコンバータ6の低圧側(図の左側)に、電圧センサ15及び電流センサ16が設けられている。電圧センサ15は蓄電池2と並列接続され、蓄電池2の端子電圧を検出する。検出された電圧の情報は、制御部14に提供される。電流センサ16は、DC/DCコンバータ6に流れる電流を検出する。DC/DCコンバータ6に流れる電流は、直流側コンデンサ5に流れる電流を無視すれば、蓄電池2に流れる電流でもある。検出された電流の情報は、制御部14に提供される。中間コンデンサ9には電圧センサ17が並列接続されている。電圧センサ17は、中間コンデンサ9の両端電圧すなわち、DCバス8の電圧を検出する。検出された電圧の情報は、制御部14に提供される。 As a circuit element for measurement, a voltage sensor 15 and a current sensor 16 are provided on the low voltage side (left side in the figure) of the DC/DC converter 6. The voltage sensor 15 is connected in parallel with the storage battery 2 and detects the terminal voltage of the storage battery 2. Information on the detected voltage is provided to the control unit 14. The current sensor 16 detects a current flowing through the DC/DC converter 6. The current flowing through the DC/DC converter 6 is also a current flowing through the storage battery 2 if the current flowing through the DC side capacitor 5 is ignored. Information on the detected current is provided to the control unit 14. A voltage sensor 17 is connected in parallel to the intermediate capacitor 9. The voltage sensor 17 detects the voltage across the intermediate capacitor 9, that is, the voltage of the DC bus 8. Information on the detected voltage is provided to the control unit 14.

一方、交流側には、交流リアクトル12に流れる電流を検出する電流センサ18が設けられている。電流センサ18によって検出された電流の情報は、制御部14に提供される。また、交流側コンデンサ13と並列に、電圧センサ19が設けられている。電圧センサ19によって検出された電圧の情報は、制御部14に提供される。 On the other hand, on the AC side, a current sensor 18 that detects the current flowing through the AC reactor 12 is provided. Information on the current detected by the current sensor 18 is provided to the control unit 14. Further, a voltage sensor 19 is provided in parallel with the AC side capacitor 13. Information on the voltage detected by the voltage sensor 19 is provided to the control unit 14.

制御部14は例えば、CPU(Central Processing Unit)を含み、ソフトウェア(コンピュータプログラム)をCPUが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部14の記憶装置(図示せず。)に格納される。 The control unit 14 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), and the CPU executes a software (computer program) to realize a necessary control function. The software is stored in the storage device (not shown) of the control unit 14.

蓄電池2には例えばBMS(Battery Management System)21が設けられている。BMS21は、蓄電池2に流れる電流、蓄電池2の両端電圧、蓄電池2の充電状態(SOC:State of Charge)などの情報を、制御部14に提供することができる。 The storage battery 2 is provided with, for example, a BMS (Battery Management System) 21. The BMS 21 can provide the control unit 14 with information such as the current flowing through the storage battery 2, the voltage across the storage battery 2, and the state of charge (SOC) of the storage battery 2.

《充放電動作の概要(最小スイッチング変換方式)》
上記の電力変換装置1は、蓄電池2の電力を放電させて、直流から交流への電力変換を行い、交流電路3に給電することができる。また、逆に、電力変換装置1は、交流から直流への変換を行って、商用電力系統4Pの電力に基づいて蓄電池2を充電することができる。
<<Outline of charge/discharge operation (minimum switching conversion method)>>
The power conversion device 1 described above is capable of discharging the power of the storage battery 2, converting the power from direct current to alternating current, and supplying power to the alternating current electrical path 3. On the contrary, the power conversion device 1 can perform conversion from AC to DC and charge the storage battery 2 based on the power of the commercial power system 4P.

また、充電・放電いずれの場合も、交流1/2サイクルの間(又は1サイクルの間、とも言える。)に、インバータ10及びDC/DCコンバータ6が交代でスイッチング動作する。このようなスイッチング変換方式は、最小スイッチング変換方式と呼ぶことができる。最小スイッチング変換方式の制御を行う電力変換装置1は、スイッチング素子Q1〜Q6の高周波スイッチングに休止期間が生じることによって、全体的な高周波スイッチング回数を減らすことができる。これにより、電力変換の効率を、大幅に改善することができる。 In either case of charging or discharging, the inverter 10 and the DC/DC converter 6 alternately perform switching operation during the AC 1/2 cycle (or during 1 cycle). Such a switching conversion method can be called a minimum switching conversion method. The power conversion device 1 that performs the control of the minimum switching conversion method can reduce the total number of high frequency switching operations due to the idle period occurring in the high frequency switching of the switching elements Q1 to Q6. Thereby, the efficiency of power conversion can be significantly improved.

例えば、蓄電池2を充電する場合、インバータ10が交流リアクトル12と協働して昇圧を行い、DC/DCコンバータ6は、電圧・電流を単に通過させるだけの「スルー」機能を発揮する状態と、インバータ10が単に整流のみを行い、DC/DCコンバータ6は、降圧を行う状態とがある。なお、インバータ10が昇圧を行う場合の交流リアクトル12は、インバータ10の一部でもある。 For example, when charging the storage battery 2, the inverter 10 cooperates with the AC reactor 12 to boost the voltage, and the DC/DC converter 6 exhibits a “through” function of simply passing a voltage/current. In some cases, the inverter 10 only performs rectification, and the DC/DC converter 6 performs step-down. The AC reactor 12 when the inverter 10 boosts voltage is also a part of the inverter 10.

一方、蓄電池2を放電させる場合には、DC/DCコンバータ6が昇圧を行い、インバータ10は極性の非反転通過又は反転通過を行う状態と、DC/DCコンバータ6は「スルー」機能を発揮して、インバータ10が降圧のインバータ機能(必要な極性反転も含む。)を発揮する状態と、がある。 On the other hand, when the storage battery 2 is discharged, the DC/DC converter 6 boosts the voltage, the inverter 10 performs the non-inversion passage or the inversion passage of the polarity, and the DC/DC converter 6 exhibits the “through” function. Then, the inverter 10 exhibits a step-down inverter function (including necessary polarity reversal).

最小スイッチング変換方式は、前述の特許文献1にも詳細に記載されている既知の制御方式であるので詳細な制御理論については省略するが、電圧波形図で簡略に説明する。 The minimum switching conversion method is a known control method that is also described in detail in Patent Document 1 described above, and thus a detailed control theory is omitted, but it will be briefly described with a voltage waveform diagram.

《電圧波形図で見た充電動作》
図2は、上記のように構成された電力変換装置1が、例えば、蓄電池2の充電中である場合の動作を概念的に示した電圧波形の一例を示す図である。
(a)は、交流電圧目標値Vinv*の絶対値、及び、直流電圧目標値Vg’を示す。交流電圧目標値Vinv*とは、交流電圧Vaに基づいて、充電動作時におけるインバータ10の入力端(交流側)での電圧となるべき値である。交流リアクトル12のインピーダンスを無視すれば、Vinv*=Vaである。直流電圧目標値Vg’とは、蓄電池電圧Vgに直流リアクトル7の電圧降下を考慮した値である。直流リアクトル7のインピーダンスを無視すれば、Vg’=Vgである。
制御部14は、これら2つの電圧を比較し、比較結果に基づいてインバータ10及びDC/DCコンバータ6を制御する。
<<Charging operation seen from voltage waveform diagram>>
FIG. 2 is a diagram showing an example of a voltage waveform conceptually showing the operation of the power conversion device 1 configured as described above, for example, when the storage battery 2 is being charged.
(A) shows the absolute value of the AC voltage target value Vinv* and the DC voltage target value Vg'. The AC voltage target value Vinv* is a value that should be a voltage at the input end (AC side) of the inverter 10 during the charging operation based on the AC voltage Va. If the impedance of the AC reactor 12 is ignored, Vinv*=Va. The DC voltage target value Vg′ is a value that takes the voltage drop of the DC reactor 7 into consideration in the storage battery voltage Vg. If the impedance of the DC reactor 7 is ignored, Vg'=Vg.
The control unit 14 compares these two voltages and controls the inverter 10 and the DC/DC converter 6 based on the comparison result.

ここで、
(#1)時刻t0〜t1,t2〜t3,t4〜t5の期間では、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より小さくなる(又はVg’以下になる)。
(#2)また、例えば、時刻t1〜t2,t3〜t4の期間では、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’以上となる(又は、Vg’より大きくなる)。
そこで、(#1)か、あるいは(#2)か、の場合分けにより、主にスイッチング動作する変換部(DC/DCコンバータ6又はインバータ10)を交代させる。
なお、Vg’=|Vinv*|の場合は、(#1)、(#2)のいずれか一方に含めればよいので、以下、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より小さい場合と、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より大きい場合とに着目して説明する。
here,
(#1) In the period of time t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5, the absolute value of the AC voltage target value Vinv* becomes smaller than the DC voltage target value Vg' (or becomes Vg' or less).
(#2) Further, for example, in the period from time t1 to t2 and t3 to t4, the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is equal to or higher than the DC voltage target value Vg′ (or is larger than Vg′).
Therefore, the conversion unit (the DC/DC converter 6 or the inverter 10) that mainly performs the switching operation is changed depending on whether it is (#1) or (#2).
When Vg′=|Vinv*|, it is necessary to include it in either (#1) or (#2). Therefore, hereinafter, the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is the DC voltage target value Vg′. Description will be made focusing on the case where it is smaller and the case where the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is larger than the DC voltage target value Vg′.

まず、(b)に示すように、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より小さい期間(t0〜t1,t2〜t3,t4〜t5)では、制御部14は、インバータ10をスイッチング動作させ、交流リアクトル12との協働による昇圧を行わせる。なお、ここで言うスイッチングとは、例えば20kHz程度の高周波スイッチングを意味し、同期整流を行う程度(商用周波数の2倍)の低周波なスイッチングのことではない(以下同様)。 First, as shown in (b), during a period (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is smaller than the DC voltage target value Vg', the control unit 14 causes the inverter to operate. The switching operation of 10 is performed, and boosting is performed in cooperation with the AC reactor 12. Note that the switching here means high-frequency switching of, for example, about 20 kHz, and does not mean low-frequency switching of a degree (twice the commercial frequency) for performing synchronous rectification (the same applies hereinafter).

一方、これらの期間(t0〜t1,t2〜t3,t4〜t5)においてDC/DCコンバータ6はスイッチング素子Q1がオン、Q2がオフの状態となり、電圧をそのままスルー(通過)させる状態となっている。なお、(b)に示す縦縞模様は、実際にはPWM(Pulse Width Modulation)パルス列であり、直流電圧目標値Vg’まで昇圧させるための電位差に応じてデューティが異なる。この結果、DCバス8に現れる電圧は、(c)に示すような波形となる。 On the other hand, in these periods (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5), in the DC/DC converter 6, the switching element Q1 is on and Q2 is off, and the voltage is directly passed (passed). There is. The vertical stripe pattern shown in (b) is actually a PWM (Pulse Width Modulation) pulse train, and the duty differs depending on the potential difference for boosting to the DC voltage target value Vg'. As a result, the voltage appearing on the DC bus 8 has a waveform as shown in (c).

また、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より大きい期間(t1〜t2,t3〜t4)では、制御部14は、インバータ10のスイッチング動作を停止させ、代わりに、DC/DCコンバータ6をスイッチング動作させ、降圧を行わせる。スイッチング動作を停止したインバータ10は、同期整流又は、ダイオードd1〜d4による全波整流を行う状態となる。
(d)に示す縦縞模様は、実際にはPWMパルス列であり、交流電圧目標値Vinv*の絶対値と直流電圧目標値Vg’との電位差に応じてデューティが異なる。降圧の結果、(e)に示す所望の直流電圧目標値Vg’が得られ、これにより、蓄電池2を充電することができる。
Further, during a period (t1 to t2, t3 to t4) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is larger than the DC voltage target value Vg′, the control unit 14 stops the switching operation of the inverter 10, and instead, the DC The /DC converter 6 is caused to perform a switching operation to reduce the voltage. The inverter 10 that has stopped the switching operation is in a state of performing synchronous rectification or full-wave rectification by the diodes d1 to d4.
The vertical stripe pattern shown in (d) is actually a PWM pulse train, and the duty differs depending on the potential difference between the absolute value of the AC voltage target value Vinv* and the DC voltage target value Vg′. As a result of the step-down, the desired DC voltage target value Vg′ shown in (e) is obtained, and thus the storage battery 2 can be charged.

《電圧波形図で見た放電動作》
図3は、電力変換装置1が、蓄電池2を放電させている場合の動作を概念的に示した電圧波形の一例を示す図である。
(a)は、交流電圧目標値Vinv*の絶対値、及び、直流電圧目標値Vg’を示す。交流電圧目標値Vinv*とは、交流電圧Vaに基づいて、放電動作時におけるインバータ10の出力端での電圧となるべき値である。交流リアクトル12のインピーダンスを無視すれば、Vinv*=Vaである。直流電圧目標値Vg’とは、蓄電池電圧Vgに直流リアクトル7の電圧降下を考慮した値である。直流リアクトル7のインピーダンスを無視すれば、Vg’=Vgである。
制御部14は、これら2つの電圧を比較し、比較結果に基づいてインバータ10及びDC/DCコンバータ6を制御する。
<<Discharge operation seen from voltage waveform diagram>>
FIG. 3 is a diagram showing an example of a voltage waveform conceptually showing the operation when the power conversion device 1 is discharging the storage battery 2.
(A) shows the absolute value of the AC voltage target value Vinv* and the DC voltage target value Vg'. The AC voltage target value Vinv* is a value that should be a voltage at the output terminal of the inverter 10 during the discharging operation based on the AC voltage Va. If the impedance of the AC reactor 12 is ignored, Vinv*=Va. The DC voltage target value Vg′ is a value that takes the voltage drop of the DC reactor 7 into consideration in the storage battery voltage Vg. If the impedance of the DC reactor 7 is ignored, Vg'=Vg.
The control unit 14 compares these two voltages and controls the inverter 10 and the DC/DC converter 6 based on the comparison result.

まず、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より大きい期間(t1〜t2,t3〜t4)では、制御部14は、DC/DCコンバータ6をスイッチング動作させ、昇圧を行わせる(図3の(b))。この結果、DCバス8には(c)に示す電圧が現れる。 First, during a period (t1 to t2, t3 to t4) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is larger than the DC voltage target value Vg', the control unit 14 causes the DC/DC converter 6 to perform a switching operation to perform boosting. (FIG. 3(b)). As a result, the voltage shown in (c) appears on the DC bus 8.

一方、交流電圧目標値Vinv*の絶対値が直流電圧目標値Vg’より小さい期間(t0〜t1,t2〜t3,t4〜t5)では、制御部14は、インバータ10をインバータとしてスイッチング動作させ、降圧を行わせる(図3の(d))。また、このスイッチング動作とは別に、インバータ10は、交流電路3の周波数の2倍に相当する周波数(例えば100Hz)の周期ごとに通電の極性を反転させる。このスイッチング動作は、例えば20kHzのスイッチング動作と比べると極めて低速である。一方、インバータ10がスイッチング動作を行っている間(t0〜t1,t2〜t3,t4〜t5)、DC/DCコンバータ6では、スイッチング素子Q1がオン又はオフ,スイッチング素子Q2がオフの状態となり、オンのスイッチング素子Q1又はダイオードd5を通して電圧・電流をそのままスルー(通過)させる状態となっている。
この結果、(e)に示す所望の交流波形が得られる。
On the other hand, during a period (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5) in which the absolute value of the AC voltage target value Vinv* is smaller than the DC voltage target value Vg', the control unit 14 causes the inverter 10 to perform a switching operation as an inverter. The voltage is reduced ((d) in FIG. 3). In addition to this switching operation, the inverter 10 inverts the polarity of energization at each cycle of a frequency (for example, 100 Hz) corresponding to twice the frequency of the AC circuit 3. This switching operation is extremely slow compared to the switching operation of 20 kHz, for example. On the other hand, while the inverter 10 is performing the switching operation (t0 to t1, t2 to t3, t4 to t5), in the DC/DC converter 6, the switching element Q1 is on or off and the switching element Q2 is off, The voltage/current is directly passed through the switching element Q1 or the diode d5 which is on.
As a result, the desired AC waveform shown in (e) is obtained.

《充放電制御方法の実施例》
次に、充電又は放電時に、蓄電池2に流れる電流の検出について説明する。充放電制御は、検出した電流に基づいて、これを目標値に一致させるように、制御部14によって行われる。従って、制御の精度を高めるには、より正確に電流を検出する必要がある。
<<Example of charge/discharge control method>>
Next, detection of the current flowing through the storage battery 2 during charging or discharging will be described. The charge/discharge control is performed by the control unit 14 based on the detected current so as to match it with the target value. Therefore, in order to improve the control accuracy, it is necessary to detect the current more accurately.

上記の最小スイッチング変換方式では、充電又は放電の際に、蓄電池2に流れる電流が脈流になる。
例えば、交流側の瞬時電圧v(t)、実効値電圧V、瞬時電流i(t)、実効値電流I、瞬時電力p(t)、力率1、周波数f、時間tとすると、以下のようになる。
v(t)=√2・V・sin(2πft) ・・・(1)
i(t)=√2・I・sin(2πft) ・・・(2)
p(t)=v(t)・i(t)=2VI・sin(2πft) ・・・(3)
In the above-mentioned minimum switching conversion method, the current flowing through the storage battery 2 becomes a pulsating flow at the time of charging or discharging.
For example, assuming that the AC side instantaneous voltage v(t), effective value voltage V, instantaneous current i(t), effective value current I, instantaneous power p(t), power factor 1, frequency f, and time t are as follows: Like
v(t)=√2·V·sin(2πft) (1)
i(t)=√2·I·sin(2πft) (2)
p(t)=v(t)·i(t)=2VI·sin 2 (2πft) (3)

蓄電池2に流れる電流ig(t)は、基本的には、式(3)に示す交流の瞬時電力p(t)を、蓄電池2の電圧Vgで割った値となるので、
ig(t)=2(VI/Vg)・sin(2πft) ・・・(4)
=(VI/Vg)・(1−cos(4πft)) ・・・(5)
=(VI/Vg)・(1+sin{(3π/2)+4πft} ・・・(6)
である。式(5)、(6)は、電流igが、脈流となり、脈動の周波数が交流側の周波数の2倍となることを表している。
なお、蓄電池2の電圧Vgも、電流に比べると振幅は小さいが、同じ周期で脈動する。
Since the current ig(t) flowing in the storage battery 2 is basically a value obtained by dividing the AC instantaneous power p(t) shown in the equation (3) by the voltage Vg of the storage battery 2,
ig(t)=2 (VI/Vg)·sin 2 (2πft) (4)
=(VI/Vg)·(1-cos(4πft)) (5)
=(VI/Vg)·(1+sin{(3π/2)+4πft}... (6)
Is. Expressions (5) and (6) represent that the current ig becomes a pulsating flow, and the pulsating frequency is twice the frequency on the AC side.
The voltage Vg of the storage battery 2 also has a smaller amplitude than the current, but pulsates in the same cycle.

図4の上段のグラフは、このような脈流の電流の一例を示す波形図(横軸は時間t)である。この場合の脈流の1周期τにおける電流の平均値は、図示の値I1である。周期τは、商用電力系統4Pの交流1周期の1/2である。また、下段のグラフは、このような脈流の電流が蓄電池2に流れた場合の、蓄電池2の端子電圧の一例を示す波形図である。電圧は、電流に同期して、周期τで脈動する。周期τにおける端子電圧の平均値は、V1である。充電が進むと、蓄電池2の端子電圧は上昇し、平均値はV1からV2に上昇する。放電時は逆に、放電が進むと、端子電圧が下降する。 The upper graph of FIG. 4 is a waveform diagram (the horizontal axis represents time t) showing an example of such a pulsating current. The average value of the current in one cycle τ of the pulsating flow in this case is the illustrated value I1. The cycle τ is 1/2 of one AC cycle of the commercial power system 4P. The lower graph is a waveform diagram showing an example of the terminal voltage of the storage battery 2 when such a pulsating current flows in the storage battery 2. The voltage pulsates in a cycle τ in synchronization with the current. The average value of the terminal voltage in the period τ is V1. As the charging progresses, the terminal voltage of the storage battery 2 rises and the average value rises from V1 to V2. Conversely, during discharge, the terminal voltage drops as the discharge progresses.

次に、交流電路3の周波数が50Hzで、蓄電池2に流れる脈流電流の周期が10msである場合を例にとって、同じ脈流電流(実効値20[A]、ピーク値28.2[A])を、サンプリング周期を変えて測定した結果をグラフで示す。 Next, the same pulsating current (effective value 20 [A], peak value 28.2 [A]) is taken as an example where the frequency of the AC electric circuit 3 is 50 Hz and the period of the pulsating current flowing in the storage battery 2 is 10 ms. ) Is a graph showing the results of measurement by changing the sampling period.

図5は、サンプリング周期0.1msで100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットしたグラフである。実際には1000msに亘って脈流を測定するが、紙面の都合で100msまでを表示する(以下、図6〜8も同様。)。縦軸は電流[A]である。この場合、波形は実際の脈流に極めて忠実に再現される。
ここで、1000ms内の例えば所定期間T(T1〜T2)の実効値ig_RMSを以下の式(7)により求める。
FIG. 5 is a graph in which the pulsating current detected as a result of measuring the pulsating current during a sampling period of 0.1 ms and 100 ms is plotted. Actually, the pulsating flow is measured over 1000 ms, but up to 100 ms is displayed due to space limitations (hereinafter, the same applies to FIGS. 6 to 8). The vertical axis represents the current [A]. In this case, the waveform is reproduced very faithfully to the actual pulsating flow.
Here, the effective value ig_RMS in a predetermined period T (T1 to T2) within 1000 ms, for example, is calculated by the following equation (7).

このような実効値を1000msに亘って複数取得して、これらを平均化した値は、20.0[A]となった。 A plurality of such effective values were acquired over 1000 ms, and the averaged value was 20.0 [A].

次に、図6は、サンプリング周期1msで100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットしたグラフである。縦軸は電流[A]である。この場合も、波形は実際の脈流に概ね忠実に再現されている。但し、図5と比較すると、サンプリング周期が10倍になっているため、ピーク値(波高値)に若干、微小な高低差が見られる。所定期間の実効値を1000msに亘って複数取得して、これらを平均化した値は20.0[A]となり、小数点1桁までは、サンプリング周期0.1msの場合と差が無い。 Next, FIG. 6 is a graph plotting the detected pulsating current as a result of measuring the pulsating current for 100 ms at a sampling period of 1 ms. The vertical axis represents the current [A]. Also in this case, the waveform is reproduced almost faithfully to the actual pulsating flow. However, as compared with FIG. 5, the sampling period is 10 times, so that a slight slight difference in height is seen in the peak value (peak value). A plurality of effective values for a predetermined period are acquired over 1000 ms, and the average value of these values is 20.0 [A], and there is no difference up to the first digit of the decimal point when the sampling cycle is 0.1 ms.

次に、図7は、サンプリング周期をさらに長く、10msとして、100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットして繋いだグラフである。縦軸は電流[A]である。この場合、図5,図6との比較により明らかなように、実際の脈流が忠実に再現されてはいないが、所定期間の実効値を1000msに亘って複数取得して、これらを平均化した値は、やはり20.0[A]となり、小数点1桁までは、サンプリング周期0.1ms及び1msの場合と差が出なかった。 Next, FIG. 7 is a graph obtained by plotting and connecting the detected pulsating currents as a result of measuring the pulsating currents for 100 ms with the sampling period further increased to 10 ms. The vertical axis represents the current [A]. In this case, as is clear from comparison with FIGS. 5 and 6, the actual pulsating flow is not faithfully reproduced, but multiple effective values for a predetermined period are acquired over 1000 ms, and these are averaged. The value obtained was 20.0 [A], and there was no difference up to the first digit of the decimal point with the sampling periods of 0.1 ms and 1 ms.

さらに、図8は、サンプリング周期を図7の50%増の15msとして、100msの間、脈流を測定した結果、検出された脈流電流をプロットして繋いだグラフである。縦軸は電流[A]である。この場合も、図7と同様に、実際の脈流が忠実に再現されてはいないが、所定期間の実効値を1000msに亘って複数取得して、これらを平均化した値は、20.1[A]となり、小数点1桁で0.1[A]の誤差が出る程度であった。しかしながら、さらにサンプリング周期を長くすると、誤差が拡大することが予想される。 Further, FIG. 8 is a graph obtained by plotting and connecting the detected pulsating currents as a result of measuring the pulsating current for 100 ms with the sampling period being increased by 50% in FIG. 7 to 15 ms. The vertical axis represents the current [A]. Also in this case, as in FIG. 7, the actual pulsating flow is not faithfully reproduced, but a plurality of effective values for a predetermined period are acquired over 1000 ms, and the averaged value is 20.1. It was [A], and there was an error of 0.1 [A] in one decimal place. However, if the sampling period is further lengthened, the error is expected to increase.

図5〜図8より、サンプリング周期が、脈流周期(この例では10ms)と同じか、あるいは50%増程度では、実効値を平均化することにより、誤差が十分に小さいレベルに抑えられることがわかる。検出精度を最優先すればサンプリング周期は短い方が良いが、その場合には、制御部14のCPUの演算処理負担が重くなるので、高性能・高価格なCPUを使用する必要がある。電力変換装置1の製品全体としてのコストパフォーマンスを考えると、サンプリング周期を非常に小さくすれば良いというものではない。 From FIGS. 5 to 8, when the sampling period is the same as the pulsating flow period (10 ms in this example) or about 50% increase, the error can be suppressed to a sufficiently small level by averaging the effective values. I understand. If the detection accuracy is given the highest priority, it is preferable that the sampling cycle is short, but in that case, the calculation processing load of the CPU of the control unit 14 becomes heavy, and therefore it is necessary to use a high-performance and high-priced CPU. Considering the cost performance of the power conversion device 1 as a whole, it is not enough to make the sampling period very small.

従って、高すぎない演算処理能力で比較的廉価なCPUを用いつつ、脈流周期と大幅に違わない程度(例えば0.1倍〜1.5倍)のサンプリング周期を選択することが、実用上、好ましいと考えられる。 Therefore, it is practically possible to select a sampling period that is not significantly different from the pulsating flow period (for example, 0.1 times to 1.5 times) while using a relatively inexpensive CPU with an arithmetic processing capacity that is not too high. , Considered preferable.

以上のように、蓄電池2の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる場合の充放電制御としては、所定の周期で脈動波形をサンプリングし、サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、平均化した値に基づいて充放電の制御を行うことができる。
このような充放電制御を実行することにより、脈動波形となる電流又は電圧であっても、精度良く、検出値を得ることができる。これにより、充電又は放電における制御の精度を高めることができる。
As described above, as charge/discharge control when the current and voltage related to charging or discharging the storage battery 2 have a pulsating waveform, the pulsating waveform is sampled at a predetermined cycle, and the effective value based on the detected value obtained by sampling is determined. It is possible to obtain an averaged value in a predetermined period and control charging/discharging based on the averaged value.
By executing such charge/discharge control, it is possible to obtain the detection value with high accuracy even with a current or voltage having a pulsating waveform. Thereby, the accuracy of control in charging or discharging can be improved.

但し、サンプリング周期には、選択してはならない値がある。
図9は、100Hz(50Hzの2倍、実線)と120Hz(60Hzの2倍、破線)の脈流電流を表す図である。
例えば、実線の波形に注目すると、仮にサンプリング周期を10ms(脈流周期の1倍)として、時刻10msからサンプリングを開始したとすると、20,30,40,50msと、立て続けに同じ値を検出することになる(図の実線の丸印)。これでは、実効値を平均化しても妥当な値にならない。サンプリング周期を20ms(脈流周期の2倍),30ms(脈流周期の3倍),40ms(脈流周期の4倍)・・・としても結果は同じことである。
However, the sampling period has a value that should not be selected.
FIG. 9: is a figure showing the pulsating current of 100 Hz (2 times 50 Hz, a solid line) and 120 Hz (2 times 60 Hz, a broken line).
For example, focusing on the waveform of the solid line, if the sampling period is set to 10 ms (1 times the pulsating flow period) and sampling is started from time 10 ms, the same value is detected in succession as 20, 30, 40, 50 ms. This is the case (the solid circle in the figure). In this case, even if the effective values are averaged, they do not become reasonable values. Even if the sampling period is 20 ms (twice the pulsating flow period), 30 ms (three times the pulsating flow period), 40 ms (four times the pulsating flow period), the result is the same.

一方、破線の波形に注目すると、仮にサンプリング周期を8.33ms(脈流周期の1倍)として、時刻10msからサンプリングを開始したとすると、(10+8.33)ms、(10+8.33×2)ms、(10+8.33×3)ms、(10+8.33×4)msと、立て続けに同じ値を検出することになる(図の破線の丸印)。これでは、実効値を平均化しても妥当な値にならない。サンプリング周期を16.67ms(脈流周期の2倍),25ms(脈流周期の3倍),33.33ms(脈流周期の4倍)・・・としても結果は同じことである。 On the other hand, paying attention to the waveform of the broken line, assuming that the sampling period is 8.33 ms (one time of the pulsating flow period) and sampling is started from time 10 ms, (10+8.33) ms, (10+8.33×2) ms, (10+8.33×3)ms, and (10+8.33×4)ms, the same values are detected in succession (circle mark of broken line in the figure). In this case, even if the effective values are averaged, they do not become reasonable values. Even if the sampling period is set to 16.67 ms (twice the pulsating flow period), 25 ms (three times the pulsating flow period), 33.33 ms (four times the pulsating flow period), the result is the same.

つまり、回避すべきサンプリング周期は、脈動波形の1周期の自然数倍となる周期である。従って、サンプリング周期とすべき所定の周期は、脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期でなければならない。
これにより、脈動波形の値を、位相的にまんべんなく検出することができる。従って、実効値をとって平均化することにより、精度良く検出値を得ることができる。その結果、充放電の制御の精度を高めることができる。
That is, the sampling period to be avoided is a period that is a natural number multiple of one period of the pulsating waveform. Therefore, the predetermined cycle that should be the sampling cycle must be a cycle other than a cycle that is a natural multiple of one cycle of the pulsation waveform.
As a result, the value of the pulsating waveform can be detected evenly in phase. Therefore, the detected values can be obtained with high accuracy by taking the effective values and averaging them. As a result, the accuracy of charge/discharge control can be improved.

図10は、サンプリング周期を0〜0.1[s]の範囲で変化させた場合の、サンプリングに基づく平均化した値(実効値を平均化した値)と、真値との誤差を示すグラフである。図において、誤差はサンプリング周期の増大に応じて先鋭な山・谷となる狭い時間幅での変化と、全体を大きな包絡線のように見た場合の50msを1区間とした大きな変化とがある。すなわち、0.050[s]を中心に、図の左半分と右半分とは、互いに同様な変化特性となっている。
サンプリング周期が短い方の(すなわち図の左半分の)誤差の特大、大、中、小、最小を、サンプリング周期と対応付けてまとめると以下の表1のようになる。
FIG. 10 is a graph showing an error between a true value and a value averaged based on sampling (value obtained by averaging effective values) when the sampling cycle is changed in the range of 0 to 0.1 [s]. Is. In the figure, the error has a change in a narrow time width with sharp peaks and valleys as the sampling cycle increases, and a large change with 50 ms as one section when the whole is viewed as a large envelope. .. That is, the left half and the right half of the figure have similar change characteristics to each other around 0.050 [s].
Table 1 below summarizes the extra-large, large, medium, small, and minimum errors in the shorter sampling period (that is, in the left half of the figure) in association with the sampling period.

そこで、表1のうち、誤差が「最小」となるサンプリング周期範囲内からサンプリング周期を選択することが好ましい。さらに、サンプリング数が統計的にバラツキ影響も反映されるN=30点以上であることが、より望ましい。
そして、サンプリング周期を変化させた場合に、平均化した値と真値との誤差に現れる変化特性を予め把握し、誤差が、相対的に小さくなるサンプリング周期を選択するのである。もちろん、脈流周期の自然数倍を避けることは必要である。
これによって、より誤差の少ない平均化した値を得ることができる。
Therefore, in Table 1, it is preferable to select the sampling period from the sampling period range in which the error is “minimum”. Furthermore, it is more desirable that the number of samplings is N=30 or more, which statistically reflects the influence of variations.
Then, when the sampling cycle is changed, the change characteristic appearing in the error between the averaged value and the true value is grasped in advance, and the sampling cycle in which the error becomes relatively small is selected. Of course, it is necessary to avoid a natural multiple of the pulsating cycle.
This makes it possible to obtain an averaged value with less error.

《その他》
なお、図6以降は、脈流電流を対象として説明したが、図4の下段に示す脈動電圧についても同様に、サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、平均化した値に基づいて充放電の制御を行うことにより、制御の精度を高めることができる。
《Others》
In addition, although the pulsating current has been described as an object from FIG. 6 onward, the pulsating voltage shown in the lower part of FIG. 4 is similarly obtained by averaging the effective value based on the detection value obtained by sampling over a predetermined period. By controlling the charging/discharging based on the averaged value, the accuracy of the control can be increased.

また、DC/DCコンバータを用いずに、インバータ単体で構成される電力変換装置の場合も、直流側が脈流になる。従って、この場合も同様に、平均化した値に基づく充放電制御を適用することができる。
また、蓄電池に代えて燃料電池を用いる電池システムも考えられる。この場合も同様に、平均化した値に基づく放電制御を適用することにより、燃料電池の放電制御の精度を高めることができる。
Also, in the case of a power conversion device configured by an inverter alone without using a DC/DC converter, the DC side has a pulsating flow. Therefore, also in this case, the charge/discharge control based on the averaged value can be similarly applied.
A battery system using a fuel cell instead of the storage battery is also conceivable. Also in this case, similarly, by applying the discharge control based on the averaged value, the accuracy of the discharge control of the fuel cell can be improved.

《補記》
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
《Supplementary note》
It should be understood that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

1 電力変換装置
2 蓄電池
3 交流電路
4L 負荷
4P 商用電力系統
5 直流側コンデンサ
6 DC/DCコンバータ
7 直流リアクトル
8 DCバス
9 中間コンデンサ
10 インバータ
11 フィルタ回路
12 交流リアクトル
13 交流側コンデンサ
14 制御部
15 電圧センサ
16 電流センサ
17 電圧センサ
18 電流センサ
19 電圧センサ
20 電力変換部
21 BMS
d1〜d6 ダイオード
Q1〜Q6 スイッチング素子
1 Power Converter 2 Storage Battery 3 AC Line 4L Load 4P Commercial Power System 5 DC Capacitor 6 DC/DC Converter 7 DC Reactor 8 DC Bus 9 Intermediate Capacitor 10 Inverter 11 Filter Circuit 12 AC Reactor 13 AC Side Capacitor 14 Controller 15 Voltage Sensor 16 Current sensor 17 Voltage sensor 18 Current sensor 19 Voltage sensor 20 Power converter 21 BMS
d1 to d6 diodes Q1 to Q6 switching elements

Claims (4)

電池の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる場合の充放電制御方法であって、
前記脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期で前記脈動波形をサンプリングし、
前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、
前記平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、
充放電制御方法。
A charging/discharging control method when a current and a voltage related to charging or discharging a battery have a pulsating waveform,
Sampling the pulsating waveform in a cycle other than a cycle that is a natural multiple of one cycle of the pulsating waveform,
Obtaining a value obtained by averaging the effective value based on the detection value obtained by the sampling in a predetermined period,
The charge/discharge is controlled based on the averaged value,
Charge/discharge control method.
前記サンプリングの周期を変化させた場合に、前記平均化した値と真値との誤差に現れる変化特性を予め把握し、
前記誤差が、相対的に小さくなる前記サンプリングの周期を選択する、請求項1に記載の充放電制御方法。
When the sampling cycle is changed, the change characteristics appearing in the error between the averaged value and the true value are grasped in advance,
The charge/discharge control method according to claim 1 , wherein the sampling period in which the error is relatively small is selected .
電池と、
前記電池と交流電路との間に設けられ、前記電池の充電又は放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる電力変換装置と、を備え、
前記電力変換装置は、前記脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期で前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、当該平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、電池システム
A battery,
A power conversion device provided between the battery and an alternating current circuit, wherein the current and voltage relating to charging or discharging of the battery have a pulsating waveform,
The power conversion device samples the pulsation waveform in a cycle other than a cycle that is a natural number multiple of one cycle of the pulsation waveform, and averages an effective value based on a detection value obtained by the sampling in a predetermined period. A battery system that obtains and controls charging and discharging based on the averaged value .
電池と、
前記電池と交流電路との間に設けられ、前記電池の充放電に係る電流及び電圧が脈動波形となる電力変換装置と、を備え、
前記電力変換装置は、前記脈動波形の1周期の自然数倍となる周期以外の周期で前記脈動波形をサンプリングし、前記サンプリングにより得た検出値に基づく実効値を所定期間で平均化した値を求め、当該平均化した値に基づいて充放電の制御を行う、電池システム。
And battery,
Wherein provided between the battery and the AC circuit, and a power conversion device current and voltage is pulsating waveform of the charging and discharging of the battery,
The power conversion device samples the pulsation waveform in a cycle other than a cycle that is a natural number multiple of one cycle of the pulsation waveform, and averages an effective value based on a detection value obtained by the sampling in a predetermined period. seeking to control the charging and discharging based on the value obtained by the averaging, cell system.
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