JPH1118319A

JPH1118319A - 電力貯蔵型電力変換器

Info

Publication number: JPH1118319A
Application number: JP9166862A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Emori; 昭彦江守; Hideki Miyazaki; 英樹宮崎; Tadashi Takahashi; 正高橋; Akihiro Takanuma; 明宏高沼; Yoshimi Miyamoto; 好美宮本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-24
Filing date: 1997-06-24
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】力率を改善することが可能で、かつ、動作の安
定性が高い、小型で安価な電力貯蔵型電力変換器を実現
する。【解決手段】直流電力を貯蔵、供給可能な電力貯蔵装置
と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備え、
該電力変換器は、通常動作と蓄電動作時に電力制御を行
い、該電力貯蔵装置からの放電動作時には電圧を昇圧す
る昇圧チョッパ回路及び整流回路と平滑コンデンサを備
え、該整流回路の出力と該平滑コンデンサの間に該昇圧
チョッパ回路が接続され、該昇圧チョッパ回路に、該電
力貯蔵装置と負荷を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源高調波電流の
低減や力率の改善、または出力電圧の制御が必要な電力
変換器、及び入出力電圧の小さい、あるいは入出力電圧
の安定性が必要となる電力貯蔵装置に係わり、特に、無
停電電源装置やエアコン，冷蔵庫，エレベータなどのイ
ンバータ装置を有する機器に好適な電力貯蔵型電力変換
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蓄電池に蓄えた直流電力を交流電
力に変換し、停電時などに出力する無停電電源装置があ
った。例えば、実公平7−42152号公報に記載の装置がそ
れに相当する。

【０００３】図１０は、従来の無停電電源装置を示す図
である。図に於て、１００１は商用電源、１００２は充
電器、１００３は蓄電器、１００４は整流器、１００５
はインバータ、１００６は負荷である。商用電源１００
１による負荷１００６への電力供給は、整流器１００４
により変換された直流電力をインバータ１００５により
交流電力に変換して供給する。また、停電時などの蓄電
器からの電力供給は、商用電源１００１から充電器１０
０２を介して直流電力として蓄電器１００３に蓄えた電
力をインバータ１００５で交流電力に変換して供給す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の無停電電源装置
は、インバータ用の整流器と、蓄電器用の充電器を有す
る。蓄電器が直流電力を蓄えるものであることから、充
電器は商用電源を直流に変換する整流器を有することが
必須である。従って、同じ機能の整流器を２つ持った冗
長な構成となっている。

【０００５】また、整流回路の出力には、整流波形を平
滑する平滑コンデンサを設ける必要がある。この時、整
流回路の入力電流は、商用電源入力電圧より直流出力電
圧、即ち平滑コンデンサの端子間電圧が低くなった短期
間に流れ、交流入力電圧と同じ正弦波とはならずに尖頭
化する。尖頭化した入力電流は、基本周波数の整数倍の
周波数成分となる電源高調波電流を含む。この電源高調
波電流は商用電源を介して他の機器へ様々な障害を誘発
するため、その低減や抑制が必要となっている。また、
交流入力電圧より遅れて流れるため、力率の低下を招
く。

【０００６】加えて、商用電力受電時と、蓄電器電力供
給時とでインバータ出力を一致させるには、蓄電器の出
力電圧を整流器の出力電圧と同一にする必要がある。従
って、蓄電器出力電圧は商用電源電圧以上の高電圧に設
定する必要がある。一般に、蓄電器は複数の素電池より
構成され、この素電池あたりの出力電圧は数ボルトと小
さい。従って、この高電圧を得るには、多数の素電池を
直列接続する必要があり、素電池数が増加する問題があ
る。

【０００７】そして、多数の素電池を直列接続すると、
各素電池の内部インピーダンスや電池電圧に差が生じた
場合、充放電時に内部インピーダンスの大きい素電池に
電圧が集中し、その素電池が過電圧状態となる危険性が
ある。これを防ぐには、保護回路や過電圧を検出する検
出回路が必要となり、回路数，部品点数，コスト，サイ
ズなどが増加する問題がある。また、容量や充放電電
流，寿命などの電池性能も、直列接続された多数の素電
池の内、最も性能の悪い素電池で決定され、蓄電池全体
としての性能が低下し易くなる問題がある。

【０００８】これらの様に、従来の無停電電源装置をは
じめ電力貯蔵型電力変換器は様々な問題を有していた。

【０００９】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、電源高調波電流を低減し、力率を改善する
ことが可能で、かつ、電力貯蔵装置の出力電圧を小さ
く、また電力貯蔵装置の入力電圧と電力変換器出力電圧
を安定にでき、更に回路数，部品点数が少なく、小型で
安価な電力貯蔵型電力変換器を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電力貯蔵
型電力変換器は、直流電力を貯蔵，供給可能な電力貯蔵
装置と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備
える。また、該電力変換器は、通常動作と蓄電動作時に
電力制御を行い、該電力貯蔵装置からの放電動作時に電
圧を昇圧する昇圧チョッパ回路及び整流回路と平滑コン
デンサを備える。そして、該整流回路の出力と該平滑コ
ンデンサの間に該昇圧チョッパ回路が接続され、該昇圧
チョッパ回路に、該電力貯蔵装置と負荷を接続する。

【００１１】上記構成の電力貯蔵型電力変換器は、電源
からの交流電力を直流電力に変換し出力する動作（通常
動作）と、直流電力を貯蔵する動作（蓄電動作）、そし
て、電源が遮断され電力が供給されない時や、電源から
十分な電力が得られない時などに、電力貯蔵装置からの
直流電力を出力する動作（放電動作）を行う。これらの
動作の中で、電力変換器の昇圧チョッパ回路は、通常動
作時には電源高調波電流の抑制と力率の改善（アクティ
ブコンバータ動作），出力電圧の昇圧，負荷変動などに
対する出力電力の安定化と電力制御を行う。また、蓄電
動作時には電源高調波電流の抑制と力率の改善に加え、
充電器としての定電圧源又は定電流源として機能する。
そして、電力貯蔵装置からの放電動作時には、出力電圧
の昇圧と安定化を行う。更に、昇圧チョッパ回路により
電力貯蔵装置の出力電圧は昇圧されるため、電力貯蔵装
置の出力電圧を小さく設定できる。これらにより、電源
高調波電流を低減し、力率を改善することが可能で、更
に、回路数，部品点数を削減でき、小型で安価な電力貯
蔵型電力変換器の実現が可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図面
を用いて詳細に説明する。図に於て、同一の部分が２つ
以上あるものに関しては同一の符号を付し、説明を省略
している。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施例を示す図で
ある。図に於て、１０１は電源、１０２は電力変換器、
１０３は電力貯蔵装置、１０４は負荷、１０５は整流回
路、１０６は昇圧チョッパ回路、１０７は平滑コンデン
サである。

【００１４】電力変換器１０２は入力に整流回路１０５
を設け、その出力に昇圧チョッパ回路１０６を挟んで平
滑コンデンサ１０７が接続された構成である。そして、
整流回路１０５の入力に電源１０１が接続され、昇圧チ
ョッパ回路１０６の出力に負荷１０４が接続される。ま
た、電力貯蔵装置１０３は昇圧チョッパ回路１０６に接
続されている。

【００１５】本電力貯蔵型電力変換器は、電源からの交
流電力を直流電力に変換し出力する動作（通常動作）
と、直流電力を貯蔵する動作(蓄電動作)、そして、電源
１０１が遮断され電力が供給されない時や、電源１０１
から十分な電力が得られない時などに、電力貯蔵装置か
らの直流電力を出力する動作（放電動作）を行う。

【００１６】通常動作では、整流回路１０５は電源１０
１の交流電力を直流電力に変換する。そして、昇圧チョ
ッパ回路１０６は、電源高調波電流の抑制と力率の改
善，出力電圧の昇圧，負荷１０４の消費電力変動に対す
る出力電力の安定化を行う。

【００１７】蓄電動作では、整流回路１０５は通常動作
と同様に電源１０１の交流電力を直流電力に変換する。
そして、昇圧チョッパ回路１０６は、電源高調波電流の
抑制と力率の改善，昇圧，電力貯蔵装置１０３の入力電
力制御（充電器としての定電圧源又は定電流源としての
動作）の何れか、または、全ての動作を行う。また、電
力貯蔵装置１０３はこの直流電力を受けて蓄電する。

【００１８】放電動作では電力貯蔵装置１０３に蓄えら
れている直流電力が昇圧チョッパ回路１０６の入力に供
給される。昇圧チョッパ回路１０６はこの電力の電圧の
昇圧と安定化を行う。

【００１９】以上の様に、本電力貯蔵型電力変換器で
は、整流回路１０５や昇圧チョッパ回路１０６が、電力
変換器１０２と電力貯蔵装置１０３とで共用され、部品
点数や回路規模が削減され、小型化や低コスト化が可能
となる。

【００２０】そして、昇圧チョッパ回路１０６の電力制
御により、電源高調波電流を低減し、力率を改善するこ
とが可能である。また、昇圧機能により、電力貯蔵装置
103の電池電圧を負荷１０４で必要とする電圧より小さ
く設定できる。更に、昇圧チョッパ回路１０６の出力電
力制御により電力貯蔵装置１０３の入力電力を安定にで
きるため、定電圧や低電流充電を必要とする電力貯蔵装
置の充電制御回路を簡素化できる。

【００２１】図２は、電力変換器１０２の実施例を示す
図である。図に於て、２０１はチョークコイル、２０２
はダイオード、２０３はスイッチングトランジスタ、２
０４はスイッチング制御回路である。

【００２２】整流回路１０５の正極側の出力にチョーク
コイル２０１，ダイオード２０２が順に接続される。ま
た、チョークコイル２０１とダイオード２０２の接続点
と整流回路１０５の負極側の出力の間にスイッチングト
ランジスタ２０３が接続される。このスイッチングトラ
ンジスタ２０３はスイッチング制御回路２０４により制
御される。そして、ダイオード２０２の出力と整流回路
１０５の負極側の出力の間に平滑コンデンサ１０７が接
続される。この平滑コンデンサ１０７の両端が電力変換
器１０２の出力であり、負荷１０４が接続される。

【００２３】図３は、スイッチングトランジスタ２０３
を駆動しない時の電力変換器１０２の動作説明図であ
る。参考に、チョークコイル２０１を付加しない場合の
動作を点線で示している。

【００２４】先ず、チョークコイル２０１を付加しない
場合の動作について説明する。整流回路１０５の入力電
流は、電源１０１の入力電圧（整流電圧）より出力電圧
（平滑コンデンサ１０７の端子間電圧）が低くなった短
期間に流れる。また、入力電圧より遅れて流れ、力率が
低下している。更に、短期間に流れるため、入力電流は
入力電圧と同じ正弦波状とはならず尖頭化し、高調波を
多く含んだ波形となっている。

【００２５】次にチョークコイル２０１を付加した場合
の動作についてみると、入力電流は、チョークコイル２
０１を付加しない場合より長い期間流れている。即ち、
導通角が拡大されている。ここで、同じ入力電圧に対し
て平滑コンデンサ１０７に蓄えられる電荷は等しく、平
滑コンデンサ１０７へ流れ込む充電電流の積算値は常に
等しくなる。従って、これはチョークコイル２０１の交
流成分に対するインピーダンスにより、電流ピークが制
限され、同じ電荷を得るために電流の流れる期間が大き
くなったと理解できる。

【００２６】図４は、スイッチングトランジスタ２０３
を駆動した時の電力変換器１０２の動作説明図である。
スイッチングトランジスタ２０３がＯＮの時、整流回路
105の出力及び平滑コンデンサ１０７の端子間は短絡さ
れる。しかし、平滑コンデンサ１０７とスイッチングト
ランジスタ２０３の正極側にはダイオード２０２が接続
されているため、平滑コンデンサ１０７からスイッチン
グトランジスタ２０３へは電流が流れない。従って、ス
イッチングトランジスタ２０３がＯＮの時は整流回路１
０５から電流が供給され、平滑コンデンサ１０７の電圧
と電源１０１の電圧の大小関係とは無関係に入力電流が
流れる。この原理を利用し、負荷１０４へ流れる電流
分、即ち平滑コンデンサ１０７へ流れる電流分も考慮し
て、スイッチングトランジスタ２０３のＯＮの期間また
は周波数を制御し、平均値化することで入力電流を正弦
波に模擬することが可能である。これにより、力率及び
電源高調波電流の問題が解決される。

【００２７】一方、スイッチングトランジスタ２０３が
ＯＦＦすると、同時にチョークコイル２０１に逆起電力
が発生し、ダイオード２０２の入力電圧は、整流回路１
０５の出力電圧とチョークコイル２０１の逆起電力を加
えた電圧となる。従って、平滑コンデンサ１０７の電
圧、即ち電力変換器１０２の出力電圧は、電源１０１の
入力電圧より高い直流電圧を得ることができる。特に、
スイッチングトランジスタ２０３のＯＦＦ時間ｄｔかス
イッチングトランジスタ２０３に流れる電流ｄｉ、また
は、チョークコイル２０１のインダクタンス値を変更す
ることにより任意の電圧（Ｖ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）に昇圧
することができる。

【００２８】図５は、電力貯蔵装置１０３の実施例を示
す図である。図に於て、５０１は素電池、５０２はスイ
ッチング回路、５０３は電圧検出回路、５０４は選択回
路、５０５はスイッチング制御回路である。

【００２９】素電池５０１は直列に複数個接続され、そ
れぞれに電圧検出回路５０３が並列に接続される。この
電圧検出回路５０３の複数の出力は数組に分けられ、選
択回路５０４により選択され、スイッチング制御回路５
０５に入力される。そして、スイッチング制御回路５０
５の出力がスイッチング回路５０２に入力される。

【００３０】スイッチング制御回路５０５は、電圧検出
回路５０３の検出結果を反映してスイッチング回路５０
２を駆動する。特に、ある素電池に規定電圧以上の過電
圧が加わった時や、規定電圧以下になった時などにスイ
ッチング回路５０２をＯＦＦする。また、スイッチング
制御回路５０５は充放電時の切替えも行う。従って、電
源１０１の電圧または電流の情報を入力し、停電などの
時に放電を行う様にする方が、部品点数の削減などから
して妥当である。

【００３１】この様に、電力貯蔵装置１０３は、蓄電機
能に加え、充電，放電及び休止の切替えと素電池の保護
を行う。また、図示していないが、素電池に適した充放
電の制御や使用環境下に於ける電力貯蔵装置１０３全体
の保護などを行う。

【００３２】ここで、素電池５０１，電圧検出回路５０
３，選択回路５０４の数は電力貯蔵装置１０３の入出力
電圧に比例する。これからも、電力貯蔵装置１０３の入
出力電圧を低減することが、部品点数や回路規模の削
減，小型化，低コスト化に貢献することが分かる。

【００３３】図６は、第２の実施例を示す図である。図
に於て、６０１は充放電制御回路、６０２は放電用MOSF
ET、６０３は充電用MOSFET、６０４はダイオードであ
る。

【００３４】電力貯蔵装置１０３の入力及び出力が、充
放電制御回路６０１を介して昇圧チョッパ回路１０６の
入力に接続され、昇圧チョッパ回路１０６の出力に負荷
104が接続されている。

【００３５】また、充放電制御回路６０１は、充電用MO
SFET６０３とダイオード６０４の直列接続と放電用MOSF
ET６０２との並列接続とで構成され、充電に対しダイオ
ード６０４が準方向となるように配設される。そして、
これらが正極側の一方に挿入されている。

【００３６】蓄電動作に於て、充電用MOSFET６０３がＯ
Ｎし、放電用MOSFET６０２がＯＦＦする様にこれらのMO
SFETを駆動する。これにより、電力貯蔵装置１０３に流
れ込む電流に対しては、電力変換器１０２と電力貯蔵装
置１０３が電気的に接続される。そして、流れ出る電流
に対してはダイオード６０４によって電気的に切り放さ
れる。このため、昇圧チョッパ回路１０６がＯＮし、電
力貯蔵装置１０３の入出力が短絡されても、放電は起こ
らない。

【００３７】ここでは、電力貯蔵装置１０３の入出力
が、昇圧チョッパ回路１０６の入力に接続されているた
め、電力貯蔵装置１０３の入出力電圧は、電力変換器１
０２の出力電圧より低く設定できる。また、電力貯蔵装
置１０３に、降圧回路または昇降圧回路（図示せず）を
設けることで、入力電圧を更に低く設定することが容易
にできる。

【００３８】しかし、電力貯蔵装置１０３へ流れる充電
電流は、昇圧チョッパ回路１０６を通らない。このた
め、蓄電動作で電力貯蔵装置１０３に流れ込む電流分の
整流回路１０５の入力電流は、図３で示した様に、電源
１０１の入力電圧より電力貯蔵装置１０３の電圧が低く
なった短期間に流れる。また、電力貯蔵装置１０３の電
圧は蓄電が進むにつれ上昇するため、電力貯蔵装置１０
３に流れ込む電流値や期間も変化する。

【００３９】従って、電力貯蔵装置１０３へ流れ込む電
流が大きい場合は、通常動作と充電動作を同時に行おう
とすると、電源高調波電流の抑制と力率の改善、及び出
力電圧制御の両立が複雑になる。

【００４０】そこで、通常動作と充電動作を同時に行う
場合は、電力貯蔵装置１０３の入力電流を電源高調波電
流や力率が問題とならない小さい値にすることが好まし
い。一方、通常動作と充電動作を同時に行わない場合
は、昇圧チョッパ回路１０６の駆動方法を変えることが
可能なため、電源高調波電流の抑制や力率の改善が容易
に達成できる。

【００４１】以上の様に、本電力貯蔵型電力変換器で
も、整流回路１０５や昇圧チョッパ回路１０６が、電力
変換器１０２と電力貯蔵装置１０３とで共用され、部品
点数や回路規模が削減され、小型化や低コスト化が可能
となる。

【００４２】そして、昇圧チョッパ回路１０６の電力制
御により、電源高調波電流を低減し、力率を改善するこ
とが可能である。また、昇圧機能により、電力貯蔵装置
103の電池電圧を負荷１０４で必要とする電圧よりを小
さく、または、電源１０１の電圧以下に設定できる。

【００４３】図７は、第３の実施例を示す図である。図
に於て、７０１は充電切替え回路、７０２は放電切替え
回路である。

【００４４】昇圧チョッパ回路１０６の出力と電力貯蔵
装置１０３の入出力が充電切替え回路７０１を介して接
続され、昇圧チョッパ回路１０６の入力と電力貯蔵装置
103の入出力が放電切替え回路７０２を介して接続され
ている。

【００４５】ここでは、充電切替え回路７０１及び放電
切替え回路７０２は共にMOSFETで構成されている。

【００４６】蓄電動作では、充電切替え回路７０１がＯ
Ｎし、放電切替え回路７０２がOFFする。そして、放電
動作では、充電切替え回路７０１がＯＦＦし、放電切替
え回路７０２がＯＮする。また、蓄電も放電動作も行わ
ない時は、充電切替え回路７０１と放電切替え回路７０
２をＯＦＦする。

【００４７】蓄電動作に於て、電力貯蔵装置１０３へ流
れる電流は、昇圧チョッパ回路106を通る。このため、
電力貯蔵装置１０３に流れ込む電流が大きくても、通常
動作と蓄電動作分の電流の電源高調波電流の抑制や力率
の改善が同時に達成できる。しかし、通常動作と蓄電動
作を同時に行う場合は、電力貯蔵装置１０３の電圧は昇
圧後の電圧と同じ値に設定する必要がある。従って、放
電動作では昇圧チョッパ回路１０６はＯＦＦし、電力貯
蔵装置１０３の出力をそのまま負荷１０４に供給する。

【００４８】一方、通常動作と充電動作を同時に行わな
い場合は、昇圧チョッパ回路１０６の昇圧比を変えるこ
とで、電源高調波電流の抑制や力率の改善に加え、電力
貯蔵装置１０３の電圧を低く設定することができる。更
に、昇圧チョッパ回路１０６は電力貯蔵装置１０３の入
力電力制御（充電器としての定電圧源又は定電流源とし
ての動作）を行うことができる。

【００４９】この場合の放電動作では、電力貯蔵装置１
０３の出力を昇圧チョッパ回路106で昇圧する。

【００５０】以上の様に、本電力貯蔵型電力変換器で
も、整流回路１０５や昇圧チョッパ回路１０６が、電力
変換器１０２と電力貯蔵装置１０３とで共用され、部品
点数や回路規模が削減され、小型化や低コスト化が可能
となる。

【００５１】そして、昇圧チョッパ回路１０６の電力制
御により、電源高調波電流を低減し、力率を改善するこ
とが可能である。または、昇圧機能により、電力貯蔵装
置１０３の電池電圧を負荷１０４で必要とする電圧より
小さく設定できる。更に、定電圧や低電流充電を必要と
する電力貯蔵装置の充電制御回路を簡素化できる。図８
は、第４の実施例を示す図である。図に於て、８０１は
降圧回路、８０２は降圧トランス、８０３はスイッチン
グ回路、８０４はダイオード、８０５はコンデンサであ
る。

【００５２】降圧トランス８０２の１次側は、一端が昇
圧チョッパ回路１０６の出力の正極側に接続され、もう
一端はスイッチング回路８０３を介して負極側に接続さ
れる。また、降圧トランス８０２の２次側の一端はダイ
オード８０４を介して電力貯蔵装置１０３の入出力の正
極側に接続され、もう一端はそのまま電力貯蔵装置１０
３の入出力の負極側に接続される。そして、ダイオード
８０４の出力と降圧トランス８０２の２次側の負極側が
コンデンサ８０５により接続される。

【００５３】スイッチング回路８０３がＯＮ，ＯＦＦす
ると、降圧トランス８０２の１次巻線に電流が流れる。
この電流により生じた磁界を介して、降圧トランス８０
２の２次巻線に電圧が生じる。この時、ＯＮとＯＦＦと
で降圧トランス８０２の２次巻線に生じる電圧の極性が
反転する。これを直流にするため、ダイオード８０４で
一方向に整流し、コンデンサ８０５で平滑し直流出力を
得る。この直流出力の電圧は、降圧トランス８０２の１
次と２次の巻数比を変えることで任意に変えることがで
きる。

【００５４】以上の様に、本電力貯蔵型電力変換器で
は、整流回路１０５や昇圧チョッパ回路１０６が、電力
変換器１０２と電力貯蔵装置１０３とで共用され、部品
点数や回路規模が削減され、小型化や低コスト化が可能
となる。

【００５５】そして、通常動作と充電動作を同時に行う
場合も、独立して行う場合も、昇圧チョッパ回路１０６
の電力制御により、電源高調波電流を低減し、力率を改
善することが可能である。または、降圧回路８０１によ
る降圧と、昇圧チョッパ回路１０６の昇圧の組合せによ
り、電力貯蔵装置１０３の電圧を電源１０１の電圧以下
にも設定することが可能である。更に、降圧回路８０１
と昇圧チョッパ回路１０６により、電力貯蔵装置１０３
の定電圧や定電流充電を必要とする充電制御回路を簡素
化できる。

【００５６】図９は、第５の実施例を示す図である。図
に於て、９０１，９０２はオペアンプ、９０３，９０４
は比較器、９０５は電流検出抵抗である。電流検出抵抗
905は電流検出に使われる。従って、カレントトランス
などでも代用できる。

【００５７】オペアンプ９０１には基準電位と電力変換
器１０２の出力電圧が入力される。オペアンプ９０２に
は、オペアンプ９０１の出力と基準電流としての電源１
０１の電圧が入力される。比較器９０３の入力には、基
準電流としてのオペアンプ９０２の出力と、入力電流と
して電流検出抵抗９０５より検出された電圧が入力され
る。比較器９０４の入力には基本パルスと比較器９０３
の出力が入力され、この出力がスイッチング制御回路２
０５に入力される。

【００５８】基準電流と入力電流が比較器９０３で比較
され、入力電流が基準電流より大きくなると比較器９０
３の出力は反転し、スイッチングトランジスタ２０３を
OFFさせる。逆に、基準電流は電源１０１の電圧と同じ
正弦波のため、入力電流は入力電圧と同じ正弦波となっ
て流れることとなる。

【００５９】また、基準電流はオペアンプ９０１を通し
て電力変換器１０２の出力電圧に依存するため、出力電
圧が負荷１０４の変動や電源１０１の電圧変動が生じて
も、基準電流が変化し、スイッチングトランジスタ２０
３のＯＮの期間が変化する。従って、出力電圧は負荷１
０４の変動や電源１０１の電圧変動が生じても、常に安
定した電圧が得られる。即ち、本構成によれば、電力変
換器１０２は定電圧回路としても機能できる。更に、オ
ペアンプ３０１の利得を大きくすると、出力電圧の小さ
い変動も感知でき、結果として高精度な定電圧を得るこ
とができる。

【００６０】以上の様に、本電力貯蔵型電力変換器で
は、整流回路１０５や昇圧チョッパ回路１０６が、電力
変換器１０２と電力貯蔵装置１０３とで共用され、部品
点数や回路規模が削減され、小型化や低コスト化が可能
となる。

【００６１】そして、通常動作と充電動作を同時に行う
場合も、独立して行う場合も、昇圧チョッパ回路１０６
の電力制御により、電源高調波電流を低減し、力率を改
善することが可能である。または、降圧回路８０１によ
る降圧と、昇圧チョッパ回路１０６の昇圧の組合せによ
り、電力貯蔵装置１０３の電圧を電源１０１の電圧以下
にすることが可能である。更に、電力貯蔵装置１０３の
充電制御回路を簡素化できる。

【００６２】加えて、電力変換器１０２の出力電力と電
力貯蔵装置の入力電力を高精度に制御することができ
る。

【００６３】以上のように、本発明によれば、電源から
の交流電力を直流電力に変換し出力する動作と、直流電
力を貯蔵する動作、そして、電力貯蔵装置からの直流電
力を出力する動作を行う。そして、これらの動作の中
で、電力変換器の昇圧チョッパ回路は、通常動作時には
電源高調波電流の抑制と力率の改善（アクティブコンバ
ータ動作），出力電圧の昇圧，負荷変動などに対する出
力電力の安定化と電力制御を行う。また、蓄電動作時に
は電源高調波電流の抑制と力率の改善に加え、充電器と
しての定電圧源又は定電流源として機能する。そして、
電力貯蔵装置からの放電動作時には、出力電圧の昇圧と
安定化を行う。更に、該昇圧チョッパ回路により電力貯
蔵装置の出力電圧は昇圧されるため、電力貯蔵装置の出
力電圧を小さく設定できる。これらにより、電源高調波
電流を低減し、力率を改善することが可能で、更に、回
路数，部品点数を削減でき、小型で安価な電力貯蔵型電
力変換器の実現が可能となることが分かる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、電源
からの交流電力を直流電力に変換し出力する動作と、直
流電力を貯蔵する動作、そして、電力貯蔵装置からの直
流電力を出力する動作を行う。そして、これらの動作の
中で、電力変換器の昇圧チョッパ回路は、通常動作時に
は電源高調波電流の抑制と力率の改善（アクティブコン
バータ動作），出力電圧の昇圧，負荷変動などに対する
出力電力の安定化と電力制御を行う。また、蓄電動作時
には電源高調波電流の抑制と力率の改善に加え、充電器
としての定電圧源又は定電流源として機能する。そし
て、電力貯蔵装置からの放電動作時には、出力電圧の昇
圧と安定化を行う。更に、該昇圧チョッパ回路により電
力貯蔵装置の出力電圧は昇圧されるため、電力貯蔵装置
の出力電圧を小さく設定できる。これらにより、電源高
調波電流を低減し、力率を改善することが可能で、更
に、回路数，部品点数を削減でき、小型で安価な電力貯
蔵型電力変換器を実現することが可能となる。

【００６５】このため特に、電源高調波電流が少なく、
高力率、かつ、小形で安価な要求がされる、無停電電源
装置やエアコン，冷蔵庫，エレベータなどのインバータ
装置を有する機器、及び直流出力電力の制御が必要とな
る機器の電力貯蔵型電力変換器が有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】電力変換器１０２の実施例を示す図である。

【図３】スイッチングトランジスタ２０３を駆動しない
時の電力変換器１０２の動作説明図である。

【図４】スイッチングトランジスタ２０３を駆動した時
の電力変換器１０２の動作説明図である。

【図５】電力貯蔵装置１０３の実施例を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図７】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図８】本発明の第４の実施例を示す図である。

【図９】本発明の第５の実施例を示す図である。

【図１０】従来の無停電電源装置を示す図である。

【符号の説明】

１０１…電源、１０２…電力変換器、１０３…電力貯蔵
装置、１０４，1006…負荷、１０５…整流回路、１０６
…昇圧チョッパ回路、１０７…平滑コンデンサ、２０１
…チョークコイル、２０２，６０４，８０４…ダイオー
ド、２０３…スイッチングトランジスタ、２０４，５０
５…スイッチング制御回路、５０１…素電池、５０２，
８０３…スイッチング回路、５０３…電圧検出回路、５
０４…選択回路、６０１…充放電制御回路、６０２…放
電用MOSFET、６０３…充電用 MOSFET、７０１…充電切替え回路、７０２…放電切替え
回路、８０１…降圧回路、８０２…降圧トランス、８０
５…コンデンサ、９０１，９０２…オペアンプ、９０
３，９０４…比較器、９０５…電流検出抵抗、１００１
…商用電源、1002…充電器、１００３…蓄電器、１００
４…整流回路、１００５…インバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｍ 7/48 Ｈ０２Ｍ 7/48 Ｙ (72)発明者高沼明宏栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部栃木本部内 (72)発明者宮本好美栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部栃木本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を貯蔵、供給可能な電力貯蔵装置
と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備えた
電力貯蔵型電力変換器に於て、該電力変換器は、通常動
作と蓄電動作時に電力制御を行い、該電力貯蔵装置から
の放電動作時には電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路及び
整流回路と平滑コンデンサを備え、該整流回路の出力と
該平滑コンデンサの間に該昇圧チョッパ回路が接続さ
れ、該昇圧チョッパ回路に、該電力貯蔵装置と負荷が接
続されたことを特徴とする電力貯蔵型電力変換器。
【請求項２】直流電力を貯蔵、供給可能な電力貯蔵装置
と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備えた
電力貯蔵型電力変換器に於て、該電力変換器は、通常動
作と蓄電動作時に電力制御を行い、該電力貯蔵装置から
の放電動作時には電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路及び
整流回路と平滑コンデンサを備え、該整流回路の出力と
該平滑コンデンサの間に該昇圧チョッパ回路が接続さ
れ、該電力貯蔵装置の入力及び出力が該昇圧チョッパ回
路の入力に接続され、該昇圧チョッパ回路の出力に負荷
が接続されたことを特徴とする電力貯蔵型電力変換器。
【請求項３】直流電力を貯蔵、供給可能な電力貯蔵装置
と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備えた
電力貯蔵型電力変換器に於て、該電力変換器は、通常動
作と蓄電動作時に電力制御を行い、該電力貯蔵装置から
の放電動作時には電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路及び
整流回路と平滑コンデンサを備え、該整流回路の出力と
該平滑コンデンサの間に該昇圧チョッパ回路が接続さ
れ、該電力貯蔵装置の入力が該昇圧チョッパ回路の出力
に接続され、該電力貯蔵装置の出力が該昇圧チョッパ回
路の入力に接続され、該昇圧チョッパ回路の出力に負荷
が接続されたことを特徴とする電力貯蔵型電力変換器。
【請求項４】直流電力を貯蔵、供給可能な電力貯蔵装置
と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備えた
電力貯蔵型電力変換器に於て、該電力変換器は、通常動
作と蓄電動作時に電力制御を行い、該電力貯蔵装置から
の放電動作時には電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路及び
整流回路と平滑コンデンサを備え、該整流回路の出力と
該平滑コンデンサの間に該昇圧チョッパ回路が接続さ
れ、該電力貯蔵装置の入力が降圧回路を介して該昇圧チ
ョッパ回路の出力に接続され、該電力貯蔵装置の出力が
該昇圧チョッパ回路の入力に接続され、該昇圧チョッパ
回路の出力に負荷が接続されたことを特徴とする電力貯
蔵型電力変換器。
【請求項５】直流電力を貯蔵、供給可能な電力貯蔵装置
と交流電力を直流電力に変換する電力変換器とを備えた
電力貯蔵型電力変換器に於て、該電力変換器は、通常動
作と蓄電動作時に電力制御を行い、該電力貯蔵装置から
の放電動作時には電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路及び
整流回路と平滑コンデンサを備え、該整流回路の出力と
該平滑コンデンサの間に該昇圧チョッパ回路が接続さ
れ、該昇圧チョッパ回路に、該電力貯蔵装置と負荷が接
続され、且つ、少なくとも該電力変換器の入力または出
力、または該昇圧チョッパ回路の入力または出力に電流
または電圧を検出する検出回路を有し、該検出回路によ
り検出されたデータに基づき該昇圧チョッパ回路、また
は、該電力貯蔵装置を制御する制御回路を有したことを
特徴とする電力貯蔵型電力変換器。