WO2024106116A1 - 電力伝送システム、及び電力伝送プログラム - Google Patents
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Definitions
- This disclosure relates to a power transmission system that includes multiple electromagnetically coupled power conversion devices.
- Patent Document 1 describes a power supply device that includes multiple power supply units (power conversion devices).
- the multiple power supply units are electrically connected to each other via a wiring backboard that is provided separately from the power supply units, and power is exchanged via the wiring backboard.
- a configuration for transmitting power in addition to a configuration in which multiple power conversion devices are electrically connected, a configuration in which multiple power conversion devices are electromagnetically coupled via a magnetic path can be considered. With such a configuration, power can be transmitted between two power conversion devices while maintaining electrical isolation between them. However, as the number of power conversion devices increases, the magnetic path length between two distant power conversion devices becomes longer, and the leakage inductance between the two power conversion devices increases. This reduces the maximum power that can be transmitted between two distant power conversion devices.
- the present disclosure has been made to solve the above problems, and its main objective is to increase the maximum power that can be transmitted between two power conversion devices that are separated from each other in a power transmission system that includes multiple electromagnetically coupled power conversion devices.
- the first means for solving the above problem is to Three or more power converters; an input/output unit connected to each of the three or more power conversion devices to input and output power; A transmission unit connected to each of the three or more power conversion devices to transmit power; A control unit that controls the three or more power conversion devices; A power transmission system comprising: When transmitting power between a first power conversion device and a second power conversion device among the three or more power conversion devices, the control unit controls at least one of the intermediate power conversion devices, which is a power conversion device connected to an intermediate transmission unit, which is a transmission unit arranged between a first transmission unit, which is the transmission unit connected to the first power conversion device, and a second transmission unit, which is the transmission unit connected to the second power conversion device, to an operating state.
- the input/output unit is connected to each of the three or more power conversion devices to input and output power.
- the transmission unit is connected to each of the three or more power conversion devices to transmit power. Therefore, by the control unit controlling a first power conversion device of the three or more power conversion devices, the power input from the input/output unit connected to the first power conversion device can be output to the first transmission unit connected to the first power conversion device.
- the first transmission unit and the second transmission unit connected to the second power conversion device of the three or more power conversion devices are electromagnetically coupled by a magnetic path. Therefore, by the control unit controlling the second power conversion device, the power can be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit in an electrically insulated state, and the power can be output from the input/output unit connected to the second power conversion device.
- the intermediate power conversion device connected to the intermediate transmission section arranged between the first transmission section and the second transmission section when transmitting power between the first power conversion device and the second power conversion device, if the intermediate power conversion device connected to the intermediate transmission section arranged between the first transmission section and the second transmission section is in a stopped state, power is transmitted directly from the first transmission section to the second transmission section via the magnetic path.
- the magnetic path length from the first transmission section to the second transmission section becomes longer, and the leakage inductance between the first transmission section and the second transmission section becomes larger.
- the maximum power that can be transmitted between the first transmission section and the second transmission section decreases.
- the control unit controls at least one of the intermediate power conversion devices connected to the intermediate transmission unit to an operating state when transmitting power between the first power conversion device and the second power conversion device.
- power can be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit via the magnetic path and the intermediate transmission unit, i.e., power can be transmitted from the first transmission unit to the intermediate transmission unit via the magnetic path, and power can be transmitted from the intermediate transmission unit to the second transmission unit via the magnetic path. Therefore, the magnetic path length from the first transmission unit to the intermediate transmission unit and the magnetic path length from the intermediate transmission unit to the second transmission unit can be made shorter than the magnetic path length from the first transmission unit to the second transmission unit.
- the leakage inductance between the first transmission unit and the intermediate transmission unit and the leakage inductance between the intermediate transmission unit and the second transmission unit can be made smaller than the leakage inductance between the first transmission unit and the second transmission unit.
- the three or more transmission units include at least two detachable transmission units that are detachable from one another, and the power conversion devices connected to the separate detachable transmission units are housed in separate housings together with the detachable transmission units and the input/output units connected to the power conversion devices.
- the power conversion devices, the detachable transmission units, and the input/output units can be detached together with the housings, and the configuration of the power transmission system can be easily changed to suit the needs of the user.
- intermediate operating devices The greater the number of intermediate power conversion devices (hereinafter referred to as “intermediate operating devices") that are controlled to an operating state, the greater the number of intermediate transmission sections (hereinafter referred to as “relay transmission sections”) that are connected to the intermediate operating devices and relay the transmission of power.
- intermediate transmission sections hereinafter referred to as “relay transmission sections” that are connected to the intermediate operating devices and relay the transmission of power.
- This allows the magnetic path length from the first transmission section to the relay transmission section, the magnetic path length between the relay transmission sections, and the magnetic path length from the relay transmission section to the second transmission section to be shortened. Therefore, when the intermediate power conversion device is in an operating state, the maximum power that can be transmitted between the first transmission section and the second transmission section can be increased.
- the power conversion device is controlled to an operating state, losses occur in switching elements and the like included in the power conversion device. Therefore, the greater the number of intermediate operating devices, the greater the losses in the entire power transmission system.
- the control unit increases the number of intermediate power conversion devices controlled to an operating state as the target value of the power to be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit increases. Therefore, the larger the target value of the power to be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit, the more the maximum power that can be transmitted between the first transmission unit and the second transmission unit can be increased, making it easier to transmit the target value of power.
- the control unit decreases the number of intermediate operating devices as the target value of the power to be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit decreases. Therefore, the smaller the target value of the power to be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit, the more the loss in the entire power transmission system can be reduced.
- the control unit when transmitting power between the first power conversion device and the second power conversion device, selects the intermediate power conversion device to be controlled to an operating state such that the relay transmission unit, which is the transmission unit connected to the intermediate power conversion device to be controlled to an operating state, divides the non-relay transmission units, which are the transmission units connected to the multiple intermediate power conversion devices that are not controlled to an operating state, into groups of the most even number of consecutive non-relay transmission units.
- the control unit selects the intermediate power conversion device to be controlled to an operating state such that the relay transmission unit, which is the transmission unit connected to the intermediate power conversion device to be controlled to an operating state, divides the non-relay transmission units, which are the transmission units connected to the multiple intermediate power conversion devices that are not controlled to an operating state, into groups of the most even number of consecutive non-relay transmission units.
- the operation of the intermediate operating device may be stopped.
- the control unit controls the intermediate power conversion device having a higher rated power to an operating state as the target value of the power transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit increases.
- the control unit controls the intermediate power conversion device controlled to an operating state so that the power output by the input/output unit connected to the intermediate power conversion device controlled to an operating state becomes zero when transmitting power between the first power conversion device and the second power conversion device.
- the transmission unit can be configured to include a coil connected to the power conversion device and a magnetic core around which the coil is wound and connected to the magnetic path.
- the eighth means is Three or more power converters; an input/output unit connected to each of the three or more power conversion devices to input and output power; A transmission unit connected to each of the three or more power conversion devices to transmit power; A control unit that controls the three or more power conversion devices; A power transmission program applied to a power transmission system in which the transmission units are electromagnetically coupled to each other by a magnetic path, The control unit, When transmitting power between a first power conversion device and a second power conversion device among the three or more power conversion devices, at least one of the intermediate power conversion devices, which is the power conversion device connected to an intermediate transmission unit, which is the transmission unit arranged between a first transmission unit, which is the transmission unit connected to the first power conversion device, and a second transmission unit, which is the transmission unit connected to the second power conversion device, is controlled to an operating state.
- the power transmission program applied to the power transmission system can achieve the same effect as the first means.
- FIG. 1 is a circuit diagram of a power transmission system according to a first embodiment
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of intermediate transmission parts and leakage inductance
- FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of intermediate transmission sections and the maximum transmittable power
- FIG. 4 is a graph showing the on/off states of the switching elements of the power conversion devices of the first embodiment, the currents flowing through the coils, and the average power input to the input/output units
- FIG. 5 is a circuit diagram of a power transmission system according to a second embodiment
- FIG. 1 is a circuit diagram of a power transmission system according to a first embodiment
- FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of intermediate transmission parts and leakage inductance
- FIG. 3 is a graph showing the relationship between the number of intermediate transmission sections and the maximum transmittable power
- FIG. 4 is a graph showing the on/off states of the switching elements of the power conversion devices of the first embodiment, the currents flowing through the coils, and the
- FIG. 6 is a circuit diagram of a power transmission system according to a third embodiment
- FIG. 7 is a graph showing the on/off states of the switching elements of the power conversion devices of the third embodiment, the currents flowing through the coils, and the average power input to the input/output units.
- FIG. 8 is a graph showing the maximum transmittable power of each of FIGS. 7(a) to (d);
- FIG. 9 is a graph showing the on/off states of the switching elements of the power conversion devices of the fourth embodiment, the currents flowing through the coils, and the average power input to the input/output units.
- FIG. 10 is a graph showing the maximum transmittable powers of FIGS.
- the power transmission system can be connected to various external devices, transmits DC power or AC power of various voltages input from the connected external devices, and outputs DC power or AC power of an appropriate voltage to the connected external devices.
- the power transmission system 100 includes input/output units 11, 21, and 31, power conversion devices 10, 20, and 30, capacitors 12, 22, and 32, and power transmission units 15, 25, and 35.
- External devices are connected to the input/output units 11, 21, and 31, respectively.
- the external devices include external power sources such as a system power supply, a power storage device, a generator, or a solar cell, and electrical loads such as electrical equipment and a power storage device.
- the input/output units 11, 21, and 31 can be changed between an input state in which power is input from the outside, an output state in which power is output to the outside, and a stopped state in which no power is input or output.
- the power conversion devices 10, 20, and 30 are configured as full-bridge circuits having, for example, four switching elements.
- Input/output units 11, 21, and 31 are connected to the power conversion devices 10, 20, and 30, respectively.
- the input/output units 11, 21, and 31 are connected to the positive terminal of the upper switching element and the negative terminal of the lower switching element.
- Capacitors 12, 22, and 32 are connected in parallel between the input/output units 11, 21, and 31 and the power conversion devices 10, 20, and 30, respectively.
- Power transmission units 15, 25, 35 are connected to the connection points between the upper and lower switching elements of the power conversion devices 10, 20, 30.
- the power transmission units 15, 25, 35 (transmission units) are equipped with coils 16, 26, 36, respectively. Both ends of the coils 16, 26, 36 are connected to the connection points between the upper and lower switching elements in each leg.
- the power transmission units 15, 25, 35 are equipped with magnetic cores 17, 27, 37, respectively.
- the magnetic cores 17, 27, 37 (magnetic paths) are members made of, for example, ferrite.
- the coils 16, 26, 36 are wound around the magnetic cores 17, 27, 37, respectively.
- Magnetic core 17 and magnetic core 27 are connected by magnetic core 71 (magnetic path).
- coil 16 and coil 26 are electromagnetically coupled by magnetic cores 17, 71, and 27.
- Magnetic core 27 and magnetic core 37 are connected by magnetic core 72 (magnetic path).
- coil 26 and coil 36 are electromagnetically coupled by magnetic cores 27, 72, and 37.
- Magnetic cores 71 and 72 are members made of, for example, ferrite.
- Coils 16, 26, and 36 are electromagnetically coupled to each other by magnetic cores 17, 71, 27, 72, and 37.
- power transmission units 15, 25, and 35 are electromagnetically coupled to each other by magnetic cores 71 and 72.
- the number of turns of coils 16, 26, and 36 may be the same or may be different depending on the level of the voltage input and output to and from input/output units 11, 21, and 31.
- the power transmission units 15, 25, and 35 transmit power to each other based on the control of the power conversion devices 10, 20, and 30.
- the power transmission units 15, 25, and 35 and the power conversion devices 10, 20, and 30 form a DAB (Dual Active Bridge) circuit.
- the control unit 90 is mainly composed of a computer including, for example, a CPU, ROM, RAM, a drive circuit, and an input/output interface.
- the control unit 90 controls the power conversion devices 10, 20, and 30.
- the control unit 90 controls the on/off state of each of the switching elements Q1 to Q12 of the power conversion devices 10, 20, and 30. All of the above components are housed in a single housing.
- the control unit 90 controls the phase (hereinafter referred to as the "on phase") at which the switching elements of each of the power conversion devices 10, 20, 30 are turned on, thereby transmitting power between each of the power transmission units 15, 25, 35.
- the on phase of one power conversion device is advanced relative to the on phase of the other power conversion device, the greater the power transmitted from the input/output unit connected to one power conversion device to the input/output unit connected to the other power conversion device.
- the more the on phase of one power conversion device is delayed relative to the on phase of the other power conversion device, the greater the power transmitted from the input/output unit connected to the other power conversion device to the input/output unit connected to one power conversion device. Therefore, by adjusting the on phase of each power conversion device, the power required for each input/output unit (the target value of the power output by each input/output unit) can be realized.
- the above operation is effective when the on-phase is within a range of ⁇ 90° in a configuration in which two power conversion devices are electromagnetically coupled, and is effective even when the on-phase has a range wider than ⁇ 90° in a configuration in which three or more power conversion devices are electromagnetically coupled.
- the on-phase is set to a maximum range of ⁇ 90° even in a configuration in which three or more power conversion devices are electromagnetically coupled.
- the stopped state can be achieved by turning off the switching element of the power conversion device, or by disconnecting the input/output section using a relay, etc.
- FIG. 1 is a graph showing the relationship between the number of intermediate transmission sections and the leakage inductance. As shown in the figure, the greater the number of intermediate transmission sections, the greater the leakage inductance between the power conversion devices connected to the power transmission sections arranged on both sides.
- Figure 3 is a graph showing the relationship between the number of intermediate transmission sections and the maximum power that can be transmitted. As shown in the figure, as the number of intermediate transmission sections increases, the maximum power that can be transmitted between the power conversion devices connected to the power transmission sections arranged on both sides decreases.
- the control unit 90 controls the power conversion device 20 (at least one of the intermediate power conversion devices) connected to the power transmission unit 25 (intermediate transmission unit) arranged between the power transmission unit 15 (first transmission unit) and the power transmission unit 35 (second transmission unit) to an operating state (not to a stopped state).
- the upper switching element in one leg is turned on and the lower switching element is turned off, and in the other leg, the upper switching element is turned off and the lower switching element is turned on.
- a state in which the switching elements Q1, Q4 are turned on and the switching elements Q2, Q3 are turned off, and a state in which the switching elements Q1, Q4 are turned off and the switching elements Q2, Q3 are turned on are alternately repeated.
- the power conversion device 20 is controlled to an operating state, switching losses occur when the switching elements Q5 to Q8 are turned on and off. For this reason, when power is not being input or output from the input/output unit 21, the power conversion device 20 is usually put into a stopped state (not in an operating state).
- Figure 4 is a graph showing the on/off states of the switching elements of each power conversion device 10, 20, 30, the currents Itr1, Itr2, Itr3 flowing through coils 16, 26, 36, respectively, and the average powers P1, P2, P3 input by input/output units 11, 21, 31, respectively.
- the average powers P1, P2, P3 are input when they are positive values, and output when they are negative values.
- the on phase of switching element Q1 (Q4) of power conversion device 10 leads the on phase of switching element Q9 (Q12) of power conversion device 30 by 90 degrees. Note that in this figure, the height of the graphs in the on state is different to make the on/off states of each switching element Q1, Q5, Q9 easier to see.
- FIG. 4(a) shows the case where the power conversion device 20 (intermediate power conversion device) is controlled to a stopped state.
- the switching elements Q5 to Q8 of the power conversion device 20 are kept off. Therefore, the current Itr2 is 0, and the average power P2 is 0.
- FIG. 4(b) shows a case where the power conversion device 20 is controlled to an operating state.
- the switching element Q5 (Q8) of the power conversion device 20 is turned on between when the switching element Q1 is turned on and when the switching element Q9 (Q12) is turned on. That is, the on phase of the switching element Q5 of the power conversion device 20 lags behind the on phase of the switching element Q1 of the power conversion device 10 and leads the on phase of the switching element Q9 of the power conversion device 30. Therefore, the current Itr2 increases with the decrease in the current Itr1, and the current Itr3 increases with the decrease in the current Itr2.
- the slope of the current Itr2 in FIG. 4(b) is larger than the slope of the current Itr2 in FIG. 4(a).
- the average power P1 (P3) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 31 in FIG. 4(b) is higher than the average power P1 (P3) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 31 in FIG. 4(a).
- the average power P1 (P3) transmitted in FIG. 4(b) i.e., the maximum power that can be transmitted, can be increased. Note that FIG.
- the input/output units 11, 21, and 31 are connected to the power conversion devices 10, 20, and 30, respectively, to input and output power.
- the power transmission units 15, 25, and 35 are connected to the power conversion devices 10, 20, and 30, respectively, to transmit power. Therefore, by the control unit 90 controlling the power conversion device 10 of the power conversion devices 10, 20, and 30, the power input from the input/output unit 11 connected to the power conversion device 10 can be output to the power transmission unit 15 connected to the power conversion device 10.
- the power transmission unit 15 and the power transmission unit 35 connected to the power conversion device 30 of the power conversion devices 10, 20, and 30 are electromagnetically coupled by the magnetic cores 71, 27, and 72. Therefore, by the control unit 90 controlling the power conversion device 30, power can be transmitted from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 35 in an electrically insulated state, and power can be output from the input/output unit 31 connected to the power conversion device 30.
- the control unit 90 controls the power conversion device 20 connected to the power transmission unit 25 to an operating state.
- power can be transmitted from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 35 via the magnetic cores 71, 72 and the power transmission unit 25, that is, power can be transmitted from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 25 via the magnetic core 71, and from the power transmission unit 25 to the power transmission unit 35 via the magnetic core 72. Therefore, the magnetic path length from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 25 and the magnetic path length from the power transmission unit 25 to the power transmission unit 35 can be shorter than the magnetic path length from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 35.
- the leakage inductance between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 25 and the leakage inductance between the power transmission unit 25 and the power transmission unit 35 can be smaller than the leakage inductance between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 35.
- the maximum power that can be transmitted between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 25, and the maximum power that can be transmitted between the power transmission unit 25 and the power transmission unit 35 can be made greater than the maximum power that can be transmitted between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 35 when the power conversion device 20 is in a stopped state, and thus the maximum power that can be transmitted between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 35 can be increased.
- the control unit 90 controls the power conversion device 20 so that the power output by the input/output unit 21 connected to the power conversion device 20 controlled to the operating state is zero.
- the slope of the current Itr2 in FIG. 4(b) can be made larger than the slope of the current Itr2 in FIG. 4(a).
- the average power P1 (P3) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 31 in FIG. 4(b) can be made larger than the average power P1 (P3) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 31 in FIG. 4(a).
- the second embodiment differs from the first embodiment in that the power transmission system 200 includes a housing 81 that houses the power conversion device 10 and the like, and a housing 82 that houses the power conversion devices 20, 30 and the like.
- the housing 81 houses the input/output unit 11, the capacitor 12, the power conversion device 10, and the power transmission unit 15.
- the power transmission unit 15 has a joint 18.
- the housing 82 houses the input/output units 21, 31, the capacitors 22, 32, the power conversion devices 20, 30, the magnetic core 72, the power transmission units 25, 35, and the control unit 90.
- the control unit 90 may be housed in the housing 81 instead of the housing 82.
- the control unit 90 may also be composed of a sub-control unit that controls the power conversion devices 10, 20, 30 at high speed, and a main control unit that controls the sub-control units collectively. In that case, each sub-control unit may be housed in each housing that houses the power conversion devices 10, 20, 30.
- the power transmission unit 25 has a joint 28.
- the joint 18 and the joint 28 are detachably joined. This allows power transmission unit 15 (detachable transmission unit) and power transmission unit 25 (detachable transmission unit) to be detachable, and thus allows housing 81 and housing 82 to be detachable.
- power transmission unit 15 detachable transmission unit
- power transmission unit 25 detachable transmission unit
- housing 81 and housing 82 detachable.
- the power transmission units 15, 25, and 35 include power transmission units 15, 25 that are detachable from each other (detachable power transmission units), and the power conversion devices 10, 20 connected to the separate power transmission units 15, 25 are housed in separate housings 81, 82 together with the power transmission units 15, 25 and input/output units 11, 21 connected to them.
- the power conversion device 10 the power transmission unit 15, and the input/output unit 11, and the power conversion devices 20, 30, the power transmission units 25, 35, and the input/output units 21, 31 can be attached and detached together with the housings 81, 82, and the configuration of the power transmission system 200 can be easily changed according to the user's needs.
- the power conversion device 20 and the power conversion device 30 may each be housed in separate housings.
- the joint of the power transmission unit 25 and the joint of the power transmission unit 35 may be detachably joined in the same manner as the joints 18 and 28 described above.
- the magnetic cores 27 and 37 may be connected, and the coils 26 and 36 may be electromagnetically coupled by the magnetic cores 27 and 37.
- the power transmission system 300 in this embodiment is different from the first embodiment in that it includes power conversion devices 10, 20, 30, 40, and 50, input/output units 11, 21, 31, 41, and 51, capacitors 12, 22, 32, 42, and 52, power transmission units 15, 25, 35, 45, and 55, and magnetic cores 71, 72, 73, and 74, which are connected to the power conversion devices 10, 20, 30, 40, and 50, respectively.
- the power conversion devices 20, 30, and 40 are controlled to be in an operating state, the maximum power that can be transmitted between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 55 can be increased.
- the power conversion devices 20, 30, and 40 are controlled to be in an operating state, losses occur in the switching elements Q5 to Q16 and the like included in the power conversion devices 20, 30, and 40. In more detail, switching losses occur when the switching elements Q5 to Q16 are turned on and off. Therefore, the greater the number of intermediate operating devices, the greater the losses in the entire power transmission system 300.
- the control unit 90 therefore increases the number of intermediate operating devices as the target value of the power to be transmitted from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 55 increases.
- the relationship between the target value of the power to be transmitted and the number of intermediate operating devices can be set in advance based on simulations, experiments, etc.
- Figure 7 is a graph showing the on/off states of the switching elements of each power conversion device 10, 20, 30, 40, 50, the currents Itr1, Itr2, Itr3, Itr4, Itr5 flowing through coils 16, 26, 36, 46, 56, respectively, and the average powers P1, P2, P3, P4, P5 input to input/output units 11, 21, 31, 41, 51, respectively.
- the on phase of switching element Q1 (Q4) of power conversion device 10 leads the on phase of switching element Q17 (Q20) of power conversion device 50 by 90 deg.
- FIG. 7(a) shows the case where the power conversion devices 20, 30, and 40 (intermediate power conversion devices) are controlled to a stopped state.
- the switching elements Q5 and Q16 of the power conversion devices 20, 30, and 40 are kept off. Therefore, the currents Itr2, Itr3, and Itr4 are 0, and the average powers P2, P3, and P4 are 0.
- FIG. 7(b) shows a case where the power conversion device 20 is controlled to an operating state.
- the switching element Q5 (Q8) of the power conversion device 20 is turned on between when the switching element Q1 is turned on and when the switching element Q17 (Q20) is turned on. That is, the on phase of the switching element Q5 of the power conversion device 20 lags behind the on phase of the switching element Q1 of the power conversion device 10 and leads the on phase of the switching element Q17 of the power conversion device 50.
- FIG. 7(b) is increased more than the average power P1 (P5) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 51 in FIG. 7(a). And, when the average power P1 (P5) in FIG. 7(a) is the maximum transmittable power, the average power P1 (P5) transmitted in FIG. 7(b), i.e., the maximum transmittable power, can be increased.
- FIG. 7(b) shows a case where the average powers P2, P3, and P4 are set to 0, but even when the average powers P2, P3, and P4 are input with positive values, and when the average powers P2, P3, and P4 are output with negative values, the effect of increasing the transmitted average power P1 (P5) can be obtained regardless of the values of the average powers P2, P3, and P4. This point is also the same in the following FIGS. 7(c) and (d).
- FIG. 7(c) shows a case where the power conversion devices 20 and 30 are controlled to be in an operating state.
- the switching elements Q5 (Q8) and Q9 (Q12) of the power conversion devices 20 and 30 are turned on in sequence between when the switching element Q1 is turned on and when the switching element Q17 (Q20) is turned on. That is, the on phase of the switching elements Q5 and Q9 of the power conversion devices 20 and 30 lags behind the on phase of the switching element Q1 of the power conversion device 10 and leads the on phase of the switching element Q17 of the power conversion device 50.
- the average power P1 (P5) transmitted in FIG. 7(b) is higher than the average power P1 (P5) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 51 in FIG. 7(b). And, if the average power P1 (P5) in FIG. 7(b) is the maximum transmittable power, the average power P1 (P5) transmitted in FIG. 7(c), i.e., the maximum transmittable power, can be further increased.
- Figure 7(d) shows a case where the power conversion devices 20, 30, and 40 are controlled to be in an operating state.
- the switching elements Q5 (Q8), Q9 (Q12), and Q13 (Q16) of the power conversion devices 20, 30, and 40 are turned on in sequence between when the switching element Q1 is turned on and when the switching element Q17 (Q20) is turned on. That is, the on phase of the switching elements Q5, Q9, and Q13 of the power conversion devices 20, 30, and 40 lags behind the on phase of the switching element Q1 of the power conversion device 10 and leads the on phase of the switching element Q17 of the power conversion device 50.
- the average power P1 (P5) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 51 in Figure 7(d) is higher than the average power P1 (P5) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 51 in Figure 7(c).
- the average power P1 (P5) transmitted in FIG. 7(d) i.e., the maximum power that can be transmitted, can be further increased.
- Figure 8 is a graph showing the maximum transmittable power for each of Figures 7(a) to (d).
- the fourth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the third embodiment.
- the configuration of the power transmission system 300 of the present embodiment is the same as the configuration of the power transmission system 300 of the third embodiment.
- the method of selecting an intermediate operating device is different from that of the third embodiment.
- the magnetic path length in that portion increases, and the maximum transmittable power decreases.
- the power conversion devices 20, 30, 40 is controlled to an operating state when transmitting power from power conversion device 10 (input/output unit 11) to power conversion device 50 (input/output unit 51).
- the power transmission units 35, 45 connected to power conversion devices 30, 40 that are not controlled to an operating state are consecutive.
- the power transmission units 25, 45 connected to power conversion devices 20, 40 that are not controlled to an operating state are not consecutive.
- the magnetic path length from power transmission unit 25 to power transmission unit 55 when power conversion device 20 is controlled to the operating state is longer than the magnetic path length from power transmission unit 15 to power transmission unit 35 and the magnetic path length from power transmission unit 35 to power transmission unit 55 when power conversion device 30 is controlled to the operating state. Therefore, the maximum power that can be transmitted when power conversion device 20 is controlled to the operating state is less than the maximum power that can be transmitted when power conversion device 30 is controlled to the operating state.
- the control unit 90 selects an intermediate operating device such that, when transmitting power between two power conversion devices that are distant from each other, the relay power transmission unit connected to the intermediate operating device divides the non-relay power transmission units connected to the multiple power conversion devices that are not controlled to be in an operating state into groups of the most even (roughly equal) number of consecutive non-relay power transmission units.
- the power transmission unit 35 connected to the power conversion device 30 controlled to the operating state selects the power conversion device to be controlled to the operating state so that the power transmission units 25, 45 connected to the power conversion devices 20, 40 that are not controlled to the operating state are divided into a group of one power transmission unit 25 and a group of one power transmission unit 45.
- the control unit 90 selects the intermediate operating device so that the number of non-relaying power transmission units sandwiched between the power transmission units that transmit (relay) power is as equal as possible (roughly equal).
- the power transmission unit 25 connected to the power conversion device 20 divides the power transmission units 35, 45 connected to the power conversion devices 30, 40 that are not controlled to the operating state into a group of 0 power transmission units and a group of two power transmission units 35, 45.
- the number of non-relay power transmission units sandwiched between power transmission units 15, 25, and 55 that transmit (relay) power is 0 and 2, respectively.
- FIG. 9(a) shows the case where the power conversion device 20 is controlled to be in an operating state, and is the same as FIG. 7(b).
- FIG. 9(b) shows the case where the power conversion device 30 is controlled to an operating state.
- the average power P1 (P5) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 51 is increased compared to the average power P1 (P5) transmitted from the input/output unit 11 to the input/output unit 51 in FIG. 9(a). If the average power P1 (P5) in FIG. 9(a) is the maximum transmittable power, the average power P1 (P5) transmitted in FIG. 9(b), i.e., the maximum transmittable power, can be increased. Note that, although FIG.
- Figure 10 is a graph showing the maximum transmittable power for Figures 9(a) and (b).
- the above configuration makes it possible to prevent the number of consecutive non-relay power transmission sections from increasing, and to prevent the occurrence of sections with long magnetic path lengths. Therefore, between two power conversion devices 10, 50 that transmit power to each other, the maximum transmittable power per number of power conversion devices controlled to an operating state (1 in the above) can be maximized, and the number of intermediate operating devices can be reduced. As a result, power can be transmitted efficiently with fewer intermediate operating devices, and losses associated with controlling the power conversion devices to an operating state can be reduced.
- the power transmission system includes six or more power conversion devices and transmits power between two power conversion devices that are separated from each other, by controlling multiple intermediate power conversion devices to an operating state.
- the fifth embodiment will be described with reference to the drawings, focusing on the differences from the third embodiment.
- the configuration of the power transfer system 300 of the present embodiment is the same as the configuration of the power transfer system 300 of the third embodiment.
- the method of selecting an intermediate operating device is different from the third and fourth embodiments.
- the operation of the intermediate operating device may be stopped. For example, if the current flowing through the coil or switching element of the intermediate operating device exceeds an upper limit, the intermediate operating device may be forcibly stopped.
- the control unit 90 therefore controls the intermediate power conversion device with a higher rated power to be in an operating state as the target value of the power to be transmitted from the power transmission unit 15 to the power transmission unit 55 increases.
- the rated power of each of the power conversion devices 10, 20, 30, 40, 50 is predetermined, and the control unit 90 acquires the rated power of each of the power conversion devices 10, 20, 30, 40, 50 in advance.
- the control unit 90 selects an intermediate operating device based on the target value of the transmitted power and the rated power of each of the power conversion devices 10, 20, 30, 40, 50.
- the above configuration makes it possible to prevent the power supplied to the intermediate operating device from exceeding the rated power, and to prevent the maximum power that can be transmitted between the power transmission unit 15 and the power transmission unit 55 from being limited.
- the power transmission system includes six or more power conversion devices and transmits power between two power conversion devices that are separated from each other, by controlling multiple intermediate power conversion devices to an operating state.
- intermediate power conversion devices whose rated power is greater than a predetermined power may be controlled to an operating state.
- the proportion of intermediate operating devices whose rated power is greater may be increased as the target value of the power to be transmitted from power transmission unit 15 to power transmission unit 55 increases.
- a DC/AC converter can also be provided between each input/output unit and each power conversion device.
- Each power conversion device can also be configured as a half-bridge circuit with two switching elements and two capacitors.
- control unit 90 and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor and memory programmed to execute one or more functions (instructions) embodied in a computer program (power transmission program).
- control unit 90 and the method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer provided by configuring a processor with one or more dedicated hardware logic circuits.
- control unit 90 and the method described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by combining a processor and memory programmed to execute one or more functions and a processor configured with one or more hardware logic circuits.
- the computer program may be stored in a computer-readable non-transient tangible recording medium as instructions executed by the computer.
- the power transmission system (100, 200, 300) includes: The control unit controls, to an operating state, at least one of the intermediate power conversion devices (20, 30, 40) that are the power conversion devices connected to an intermediate transmission unit (25, 35, 45) that is the transmission unit arranged between a first transmission unit (15) that is the transmission unit connected to the first power conversion device and a second transmission unit (35, 55) that is the transmission unit connected to the second power conversion device, when transmitting power between a first power conversion device (10) and a second power conversion device (30, 50) among the three or more power conversion devices
- the three or more transmission units include at least two detachable transmission units (15, 25) that are detachable from each other,
- the power conversion devices (10, 20) each connected to a separate detachable transmission unit are housed in a separate housing (81, 82) together with the detachable transmission unit and the input/output unit (11, 21) connected to the power conversion devices (10, 20).
- the control unit selects the intermediate power conversion device to be controlled to an operating state so that, when transmitting power between the first power conversion device and the second power conversion device, a relay transmission unit (35) which is the transmission unit connected to the intermediate power conversion device (30) which is controlled to an operating state divides the non-relay transmission units (25, 45) which are the transmission units respectively connected to a plurality of the intermediate power conversion devices (20, 40) which are not controlled to an operating state into groups of the most even number of consecutive non-relay transmission units.
- the control unit controls the intermediate power conversion device having a higher rated power to an operating state as the target value of the power to be transmitted from the first transmission unit to the second transmission unit increases.
- [Configuration 6] A power transmission system described in any one of configurations 1 to 5, wherein the control unit controls the intermediate power conversion device that is controlled to an operating state so that the power output by the input/output unit connected to the intermediate power conversion device that is controlled to an operating state is zero when transmitting power between the first power conversion device and the second power conversion device.
- the transmission unit includes a coil (16, 26, 36, 46, 56) connected to the power conversion device, and a magnetic core (17, 27, 37, 47, 57) around which the coil is wound and connected to the magnetic path.
- the power transmission system according to any one of configurations 1 to 6.
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Abstract
電力伝送システム(100)は、3以上の電力変換装置(10,20,30)と、3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部(11,21,31)と、3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部(15,25,35)と3以上の電力変換装置を制御する制御部(90)と、を備える。伝送部が磁路(71,72)により互いに電磁気的に結合されている。制御部は、3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置(10)と第2電力変換装置(30)との間で電力を伝送する際に、第1伝送部(15)と第2伝送部(35)との間に配置された中間伝送部(25)に接続された中間電力変換装置(20)の少なくとも1つを動作状態に制御する。
Description
本出願は、2022年11月17日に出願された日本出願番号2022-184257号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、電磁気的に結合された複数の電力変換装置を備える電力伝送システムに関する。
特許文献1には、複数の電源ユニット(電力変換装置)を備える電源装置が記載されている。この電源装置では、複数の電源ユニットは、電源ユニットとは別に設けられた配線用バックボードを介して互いに電気的に接続されており、配線用バックボードを介して電力の授受を行う。
ところで、電力を伝送する構成として、複数の電力変換装置を電気的に接続する構成の他に、磁路を介して複数の電力変換装置を電磁気的に結合する構成が考えられる。こうした構成によれば、2つの電力変換装置間を電気的に絶縁した状態で電力を伝送することができる。しかし、電力変換装置の数が増えるほど、互いに離れた2つの電力変換装置間の磁路長が長くなり、2つの電力変換装置間の漏れインダンクタンスが大きくなる。このため、互いに離れた2つの電力変換装置間で伝送可能な最大電力が減少することとなる。
本開示は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、電磁気的に結合された複数の電力変換装置を備える電力伝送システムにおいて、互いに離れた2つの電力変換装置間で伝送可能な最大電力を増加させることにある。
上記課題を解決するための第1の手段は、
3以上の電力変換装置と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部と、
を備え、前記伝送部が磁路により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システムであって、
前記制御部は、前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置と第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部との間に配置された前記伝送部である中間伝送部に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置の少なくとも1つを動作状態に制御する。
3以上の電力変換装置と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部と、
を備え、前記伝送部が磁路により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システムであって、
前記制御部は、前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置と第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部との間に配置された前記伝送部である中間伝送部に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置の少なくとも1つを動作状態に制御する。
上記構成によれば、入出力部は、前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する。伝送部は、前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する。このため、制御部が前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置を制御することにより、第1電力変換装置に接続された入出力部から入力した電力を、第1電力変換装置に接続された第1伝送部へ出力することができる。第1伝送部と、前記3以上の電力変換装置のうちの第2電力変換装置に接続された第2伝送部とが磁路により電磁気的に結合されている。このため、制御部が第2電力変換装置を制御することにより、第1伝送部から第2伝送部へ電力を電気的に絶縁した状態で伝送し、第2電力変換装置に接続された入出力部から電力を出力することができる。
ここで、第1電力変換装置と第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、第1伝送部と第2伝送部との間に配置された中間伝送部に接続された中間電力変換装置が停止状態である場合は、第1伝送部から磁路を介して第2伝送部へ直接電力が伝送される。この場合、第1伝送部から第2伝送部までの磁路長が長くなり、第1伝送部と第2伝送部との間の漏れインダクタンスが大きくなる。その結果、第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力が減少することとなる。
これに対して、前記制御部は、第1電力変換装置と第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、中間伝送部に接続された中間電力変換装置の少なくとも1つを動作状態に制御する。この場合、第1伝送部から磁路及び中間伝送部を介して第2伝送部へ電力を伝送する、すなわち第1伝送部から磁路を介して中間伝送部へ電力を伝送し、中間伝送部から磁路を介して第2伝送部へ電力を伝送することができる。このため、第1伝送部から第2伝送部までの磁路長よりも、第1伝送部から中間伝送部までの磁路長、及び中間伝送部から第2伝送部までの磁路長をそれぞれ短くすることができる。したがって、第1伝送部と第2伝送部との間の漏れインダクタンスよりも、第1伝送部と中間伝送部との間の漏れインダクタンス、及び中間伝送部と第2伝送部との間の漏れインダクタンスを小さくすることができる。その結果、中間電力変換装置が停止状態である場合に第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力よりも、中間電力変換装置が動作状態である場合に、第1伝送部と中間伝送部との間で伝送可能な最大電力、及び中間伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力を大きくすることができ、ひいては第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力を増加させることができる。
第2の手段では、3以上の前記伝送部は、互いに着脱可能な前記伝送部である着脱伝送部を少なくとも2つ含み、互いに別個の前記着脱伝送部にそれぞれ接続された前記電力変換装置は、自身に接続された前記着脱伝送部及び前記入出力部と共に互いに別個の筐体にそれぞれ収納されている。こうした構成によれば、電力変換装置、着脱伝送部、及び入出力部を、筐体ごと着脱することができ、ユーザの要望に合わせて電力伝送システムの編成を容易に変更することができる。
動作状態に制御する前記中間電力変換装置(以下、「中間動作装置」という)の数が多いほど、中間動作装置に接続されて電力の伝送を中継する中間伝送部(以下、「中継伝送部」という)の数を多くすることができる。このため、第1伝送部から中継伝送部までの磁路長、中継伝送部同士の間の磁路長、及び中継伝送部から第2伝送部までの磁路長を短くすることができる。したがって、中間電力変換装置が動作状態である場合に、第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力を増加させることができる。一方、電力変換装置を動作状態に制御する際には、電力変換装置に含まれるスイッチング素子等において損失が生じる。このため、中間動作装置の数が多くなるほど、電力伝送システム全体での損失が増加する。
この点、第3の手段では、前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、動作状態に制御する前記中間電力変換装置の数を多くする。したがって、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力を増加させることができ、目標値の電力を伝送しやすくなる。一方、前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が小さいほど、中間動作装置の数を少なくする。したがって、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が小さくなるほど、電力伝送システム全体での損失を減少させることができる。
動作状態に制御しない前記中間電力変換装置に接続された前記伝送部である非中継伝送部が連続する数が多くなると、その部分において磁路長が長くなり、伝送可能な最大電力が減少する。
この点、第4の手段では、前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置に接続された前記伝送部である中継伝送部が、動作状態に制御しない複数の前記中間電力変換装置にそれぞれ接続された前記伝送部である非中継伝送部を、最も均等に近い数の連続する前記非中継伝送部のグループに分けるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を選択する。こうした構成によれば、非中継伝送部が連続する数が多くなることを抑制することができ、磁路長が長い部分が生じることを抑制することができる。したがって、中間電力変換装置を動作状態に制御する数あたりの伝送可能な最大電力を最大化することができ、中間動作装置の数を減少させることができる。その結果、より少ない中間動作装置により効率的に電力を伝送することができ、中間電力変換装置を動作状態に制御することに伴う損失を低減することができる。
前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、中間動作装置に供給される電力が定格電力を超えると、中間動作装置の動作が停止されるおそれがある。
この点、第5の手段では、前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、定格電力が大きい前記中間電力変換装置を動作状態に制御する。こうした構成によれば、中間動作装置に供給される電力が定格電力を超えることを抑制することができ、第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力が制限されることを抑制することができる。
第6の手段では、前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置に接続された前記入出力部が出力する電力が0になるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を制御する。こうした構成によれば、動作状態に制御する前記中間電力変換装置に接続された前記入出力部が出力する電力の目標値が0である場合でも、中間電力変換装置を動作状態に制御することができ、第1伝送部と第2伝送部との間で伝送可能な最大電力を増加させることができる。
具体的には、第7の手段のように、前記伝送部は、前記電力変換装置に接続されたコイルと、前記コイルが巻回されて前記磁路に接続された磁性体コアとを含む、といった構成を採用することができる。
第8の手段は、
3以上の電力変換装置と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部と、
を備え、前記伝送部が磁路により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システム、に適用される電力伝送プログラムであって、
前記制御部に、
前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置と第2電力変換装置との間で電力を伝送させる際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部との間に配置された前記伝送部である中間伝送部に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置の少なくとも1つを動作状態に制御させる。
3以上の電力変換装置と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部と、
を備え、前記伝送部が磁路により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システム、に適用される電力伝送プログラムであって、
前記制御部に、
前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置と第2電力変換装置との間で電力を伝送させる際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部との間に配置された前記伝送部である中間伝送部に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置の少なくとも1つを動作状態に制御させる。
上記構成によれば、電力伝送システムに適用される電力伝送プログラムにより、第1の手段と同様の作用効果を奏することができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図1は、第1実施形態の電力伝送システムの回路図であり、
図2は、中間伝送部の数と漏れインダクタンスとの関係を示すグラフであり、
図3は、中間伝送部の数と伝送可能な最大電力との関係を示すグラフであり、
図4は、第1実施形態の各電力変換装置のスイッチング素子のオンオフ状態、各コイルにそれぞれ流れる電流、各入出力部がそれぞれ入力する平均電力を示すグラフであり、
図5は、第2実施形態の電力伝送システムの回路図であり、
図6は、第3実施形態の電力伝送システムの回路図であり、
図7は、第3実施形態の各電力変換装置のスイッチング素子のオンオフ状態、各コイルにそれぞれ流れる電流、各入出力部がそれぞれ入力する平均電力を示すグラフであり、
図8は、図7(a)~(d)の伝送可能な最大電力をそれぞれ示すグラフであり、
図9は、第4実施形態の各電力変換装置のスイッチング素子のオンオフ状態、各コイルにそれぞれ流れる電流、各入出力部がそれぞれ入力する平均電力を示すグラフであり、
図10は、図9(a),(b)の伝送可能な最大電力をそれぞれ示すグラフである。
(第1実施形態)
以下、移動販売車等のMaaS(Mobility as a Service)に搭載される電力伝送システムに具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。電力伝送システムは、多様な外部機器に接続可能であり、接続された外部機器から入力される多様な電圧の直流電力又は交流電力を伝送して、接続された外部機器に対して適切な電圧の直流電力又は交流電力を出力する。
以下、移動販売車等のMaaS(Mobility as a Service)に搭載される電力伝送システムに具現化した第1実施形態について、図面を参照して説明する。電力伝送システムは、多様な外部機器に接続可能であり、接続された外部機器から入力される多様な電圧の直流電力又は交流電力を伝送して、接続された外部機器に対して適切な電圧の直流電力又は交流電力を出力する。
図1に示すように、電力伝送システム100は、入出力部11,21,31、電力変換装置10,20,30、コンデンサ12,22,32、及び電力伝送部15,25,35等を備えている。
入出力部11,21,31には、それぞれ外部機器が接続される。外部機器は、系統電源、蓄電装置、発電機、又は太陽電池等の外部電源と、電気機器、蓄電装置等の電気負荷とを含んでいる。入出力部11,21,31は、外部から電力を入力する入力状態と、外部へ電力を出力する出力状態と、電力を入出力しない停止状態とに変化し得る。
電力変換装置10,20,30は、例えば4つのスイッチング素子を備えるフルブリッジ回路により構成されている。電力変換装置10,20,30には、それぞれ入出力部11,21,31が接続されている。入出力部11,21,31は、上側スイッチング素子の正極端子と下側スイッチング素子の負極端子とに接続されている。入出力部11,21,31と電力変換装置10,20,30との間には、それぞれコンデンサ12,22,32が並列に接続されている。
電力変換装置10,20,30の上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との接続点には、電力伝送部15,25,35が接続されている。電力伝送部15,25,35(伝送部)は、それぞれコイル16,26,36を備えている。コイル16,26,36の両端は、それぞれのレグにおいて上側スイッチング素子と下側スイッチング素子との接続点に接続されている。電力伝送部15,25,35は、それぞれ磁性体コア17,27,37を備えている。磁性体コア17,27,37(磁路)は、例えばフェライトからなる部材である。磁性体コア17,27,37には、それぞれコイル16,26,36が巻回されている。
磁性体コア17と磁性体コア27とは、磁性体コア71(磁路)により接続されている。これにより、コイル16とコイル26とは、磁性体コア17,71,27により電磁気的に結合されている。磁性体コア27と磁性体コア37とは、磁性体コア72(磁路)により接続されている。これにより、コイル26とコイル36とは、磁性体コア27,72,37により電磁気的に結合されている。磁性体コア71,72は、例えばフェライトからなる部材である。コイル16,26,36は、磁性体コア17,71,27,72,37により互いに電磁気的に結合されている。すなわち、電力伝送部15,25,35は、磁性体コア71,72により互いに電磁気的に結合されている。コイル16,26,36の巻数は、同一でもよいし、入出力部11,21、31に入出力する電圧の高さに応じて異ならせてもよい。電力伝送部15,25,35は、電力変換装置10,20,30の制御に基づいて、互いに電力を伝送する。電力伝送部15,25,35及び電力変換装置10,20,30により、DAB(Dual Active Bridge)回路が構成されている。
制御部90は、例えばCPU、ROM、RAM、駆動回路、及び入出力インターフェース等を備えるコンピュータを主体として構成されている。制御部90は、電力変換装置10,20,30を制御する。詳しくは、制御部90は、電力変換装置10,20,30の各スイッチング素子Q1~Q12のオンオフ状態を制御する。なお、上記の各構成は、1つの筐体に全て収納されている。
そして、制御部90は、各電力変換装置10,20,30のスイッチング素子をオンにする位相(以下、「オン位相」という)を制御することにより、各電力伝送部15,25,35の間で電力を伝送する。具体的には、一方の電力変換装置のオン位相を他方の電力変換装置のオン位相よりも進めるほど、一方の電力変換装置に接続された入出力部から他方の電力変換装置に接続された入出力部へ伝送される電力が大きくなる。一方の電力変換装置のオン位相を他方の電力変換装置のオン位相よりも遅らせるほど、他方の電力変換装置に接続された入出力部から一方の電力変換装置に接続された入出力部へ伝送される電力が大きくなる。このため、各電力変換装置のオン位相を調整することにより、各入出力部に必要な電力(各入出力部が出力する電力の目標値)を実現することができる。
なお、上記動作は、2つの電力変換装置が電磁気的に結合された構成ではオン位相が±90degの範囲内で成立し、3以上の電力変換装置が電磁気的に結合された構成ではオン位相が±90degよりも広い範囲でも成立する。しかし、以降の説明を簡単にするため、3以上の電力変換装置が電磁気的に結合された構成においても、オン位相を最大でも±90degの範囲内とする。また、停止状態は、電力変換装置のスイッチング素子をオフとする、又はリレー等により入出力部を切り離す等により実現可能である。
ここで、電力伝送システム100が備える電力変換装置の数が増えるほど、互いに離れた2つの電力変換装置間の磁路長が長くなり、2つの電力変換装置間の漏れインダンクタンスが大きくなる。例えば、電力変換装置10と電力変換装置30との間で電力を伝送する際に、電力伝送部15と電力伝送部35との間に配置された電力伝送部(中間伝送部)の数が増えるほど、電力変換装置10と電力変換装置30との間の磁路長が長くなる。その結果、電力変換装置10と電力変換装置30との間の漏れインダクタンスが大きくなる。図2は、中間伝送部の数と漏れインダクタンスとの関係を示すグラフである。同図に示すように、中間伝送部の数が増えるほど、その両側に配置された電力伝送部にそれぞれ接続された電力変換装置の間の漏れインダクタンスが大きくなる。
図3は、中間伝送部の数と伝送可能な最大電力との関係を示すグラフである。同図に示すように、中間伝送部の数が増えるほど、その両側に配置された電力伝送部にそれぞれ接続された電力変換装置の間で伝送可能な最大電力が減少する。
そこで、制御部90は、電力変換装置10(第1電力変換装置)と電力変換装置30(第2電力変換装置)との間で電力を伝送する際に、電力伝送部15(第1伝送部)と電力伝送部35(第2伝送部)との間に配置された電力伝送部25(中間伝送部)に接続された電力変換装置20(中間電力変換装置の少なくとも1つ)を動作状態に制御する(停止状態にしない)。電力変換装置10,20,30を動作状態に制御する(駆動する)際には、一方のレグにおいて上側のスイッチング素子をオンにして下側のスイッチング素子をオフにし、且つ他方のレグにおいて上側のスイッチング素子をオフにして下側のスイッチング素子をオンにする。例えば、電力変換装置10を動作状態に制御する際には、スイッチング素子Q1,Q4をオンにし且つスイッチング素子Q2,Q3をオフにした状態と、スイッチング素子Q1,Q4をオフにし且つスイッチング素子Q2,Q3をオンにした状態とを交互に繰り返す。なお、電力変換装置20を動作状態に制御すると、スイッチング素子Q5~Q8をオンオフする際にスイッチング損失が生じる。このため、入出力部21から電力の入出力を行わない場合は、電力変換装置20を停止状態にする(動作状態にしない)ことが通常である。
図4は、各電力変換装置10,20,30のスイッチング素子のオンオフ状態、コイル16,26,36にそれぞれ流れる電流Itr1,Itr2,Itr3、入出力部11,21,31がそれぞれ入力する平均電力P1,P2,P3を示すグラフである。平均電力P1,P2,P3は、正の値の場合に入力となり、負の値の場合に出力となる。電力変換装置10のスイッチング素子Q1(Q4)のオン位相は、電力変換装置30のスイッチング素子Q9(Q12)のオン位相よりも90deg進んでいる。なお、同図では、各スイッチング素子Q1,Q5,Q9のオンオフ状態を見やすくするために、オン状態でのグラフの高さを異ならせている。
図4(a)は、電力変換装置20(中間電力変換装置)を停止状態に制御した場合である。この場合、電力変換装置20のスイッチング素子Q5~Q8はオフで維持されている。このため、電流Itr2は0であり、平均電力P2は0である。
図4(b)は、電力変換装置20を動作状態に制御した場合である。この場合、電力変換装置20のスイッチング素子Q5(Q8)は、スイッチング素子Q1がオンにされてからスイッチング素子Q9(Q12)がオンにされるまでの間にオンにされている。すなわち、電力変換装置20のスイッチング素子Q5のオン位相は、電力変換装置10のスイッチング素子Q1のオン位相よりも遅れており、電力変換装置30のスイッチング素子Q9のオン位相よりも進んでいる。このため、電流Itr1の減少に伴って電流Itr2が増加し、電流Itr2の減少に伴って電流Itr3が増加している。図4(b)における電流Itr2の傾きは、図4(a)における電流Itr2の傾きよりも大きくなっている。その結果、図4(b)において入出力部11から入出力部31へ伝送された平均電力P1(P3)は、図4(a)において入出力部11から入出力部31へ伝送された平均電力P1(P3)よりも増加している。そして、図4(a)の平均電力P1(P3)が伝送可能な最大電力である場合、図4(b)で伝送される平均電力P1(P3)、すなわち伝送可能な最大電力を増加させることができる。なお、図4(b)は、平均電力P2を0にした場合を示しているが、平均電力P2が正の値で入力の場合、及び平均電力P2が負の値で出力の場合も、平均電力P2の値によらず、伝送される平均電力P1(P3)が増加する効果が得られる。
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
・入出力部11,21,31は、電力変換装置10,20,30にそれぞれ接続されて電力を入出力する。電力伝送部15,25,35は、電力変換装置10,20,30にそれぞれ接続されて電力を伝送する。このため、制御部90が電力変換装置10,20,30のうちの電力変換装置10を制御することにより、電力変換装置10に接続された入出力部11から入力した電力を、電力変換装置10に接続された電力伝送部15へ出力することができる。電力伝送部15と、電力変換装置10,20,30のうちの電力変換装置30に接続された電力伝送部35とが磁性体コア71,27,72により電磁気的に結合されている。このため、制御部90が電力変換装置30を制御することにより、電力伝送部15から電力伝送部35へ電力を電気的に絶縁した状態で伝送し、電力変換装置30に接続された入出力部31から電力を出力することができる。
・制御部90は、電力変換装置10と電力変換装置30との間で電力を伝送する際に、電力伝送部25に接続された電力変換装置20を動作状態に制御する。この場合、電力伝送部15から磁性体コア71,72及び電力伝送部25を介して電力伝送部35へ電力を伝送する、すなわち電力伝送部15から磁性体コア71を介して電力伝送部25へ電力を伝送し、電力伝送部25から磁性体コア72を介して電力伝送部35へ電力を伝送することができる。このため、電力伝送部15から電力伝送部35までの磁路長よりも、電力伝送部15から電力伝送部25までの磁路長、及び電力伝送部25から電力伝送部35までの磁路長をそれぞれ短くすることができる。したがって、電力伝送部15と電力伝送部35との間の漏れインダクタンスよりも、電力伝送部15と電力伝送部25との間の漏れインダクタンス、及び電力伝送部25と電力伝送部35との間の漏れインダクタンスを小さくすることができる。その結果、電力変換装置20が停止状態である場合に電力伝送部15と電力伝送部35との間で伝送可能な最大電力よりも、電力変換装置20が動作状態である場合に、電力伝送部15と電力伝送部25との間で伝送可能な最大電力、及び電力伝送部25と電力伝送部35との間で伝送可能な最大電力を大きくすることができ、ひいては電力伝送部15と電力伝送部35との間で伝送可能な最大電力を増加させることができる。
・制御部90は、電力変換装置10と電力変換装置30との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する電力変換装置20に接続された入出力部21が出力する電力が0になるように、電力変換装置20を制御する。こうした構成によれば、動作状態に制御する電力変換装置20に接続された入出力部21が出力する電力の目標値が0である場合でも、電力変換装置20を動作状態に制御することができ、電力伝送部15と電力伝送部35との間で伝送可能な最大電力を増加させることができる。
・図4(b)における電流Itr2の傾きを、図4(a)における電流Itr2の傾きよりも大きくすることができる。その結果、図4(b)において入出力部11から入出力部31へ伝送された平均電力P1(P3)を、図4(a)において入出力部11から入出力部31へ伝送された平均電力P1(P3)よりも増加させることができる。
(第2実施形態)
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図5に示すように、本実施形態では電力伝送システム200が、電力変換装置10等を収納した筐体81と、電力変換装置20,30等を収納した筐体82とを備える点で、第1実施形態と異なる。
以下、第2実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図5に示すように、本実施形態では電力伝送システム200が、電力変換装置10等を収納した筐体81と、電力変換装置20,30等を収納した筐体82とを備える点で、第1実施形態と異なる。
筐体81は、入出力部11、コンデンサ12、電力変換装置10、及び電力伝送部15を収納している。電力伝送部15は、接合部18を備えている。筐体82は、入出力部21,31、コンデンサ22,32、電力変換装置20,30、磁性体コア72、電力伝送部25,35、及び制御部90を収納している。なお、制御部90は、筐体82ではなく、筐体81に収納されていてもよい。また、制御部90は、電力変換装置10,20,30をそれぞれ高速で制御する副制御部と、副制御部を統括して制御する主制御部とにより構成されていてもよい。その場合、各副制御部は、各電力変換装置10,20,30を収納する各筐体に収納されていてもよい。電力伝送部25は、接合部28を備えている。接合部18と接合部28とは、着脱可能に接合している。これにより、電力伝送部15(着脱伝送部)と電力伝送部25(着脱伝送部)とが着脱可能になっており、ひいては筐体81と筐体82とが着脱可能になっている。接合部18と接合部28とが接合している状態において、磁性体コア17と磁性体コア27とが接続されており、コイル16とコイル26とが磁性体コア17,27により電磁気的に結合されている。
すなわち、電力伝送部15,25,35は、互いに着脱可能な電力伝送部15,25(着脱電力伝送部)を含み、互いに別個の電力伝送部15,25にそれぞれ接続された電力変換装置10,20は、自身に接続された電力伝送部15,25及び入出力部11,21と共に互いに別個の筐体81,82にそれぞれ収納されている。
上記構成によれば、電力変換装置10、電力伝送部15、及び入出力部11と、電力変換装置20,30、電力伝送部25,35、及び入出力部21,31とを、筐体81,82ごと着脱することができ、ユーザの要望に合わせて電力伝送システム200の編成を容易に変更することができる。
なお、電力変換装置20と電力変換装置30とが別個の筐体にそれぞれ収納されていてもよい。この場合、電力伝送部25が備える接合部と、電力伝送部35が備える接合部とが、上記接合部18,28と同様に着脱可能に接合していればよい。そして、磁性体コア27と磁性体コア37とが接続されており、コイル26とコイル36とが磁性体コア27,37により電磁気的に結合されていればよい。
(第3実施形態)
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図6に示すように、本実施形態では電力伝送システム300が、電力変換装置10,20,30,40,50と、電力変換装置10,20,30,40,50にそれぞれ接続された入出力部11,21,31,41,51、コンデンサ12,22,32,42,52、及び電力伝送部15,25,35,45,55と、磁性体コア71,72,73,74と、を備える点で、第1実施形態と異なる。
以下、第3実施形態について、第1実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図6に示すように、本実施形態では電力伝送システム300が、電力変換装置10,20,30,40,50と、電力変換装置10,20,30,40,50にそれぞれ接続された入出力部11,21,31,41,51、コンデンサ12,22,32,42,52、及び電力伝送部15,25,35,45,55と、磁性体コア71,72,73,74と、を備える点で、第1実施形態と異なる。
ここで、入出力部11から入出力部51へ電力を伝送する場合、電力変換装置20,30,40のうち動作状態に制御する電力変換装置(中間動作装置)の数が多いほど、中間動作装置に接続されて電力の伝送を中継する電力伝送部(中継電力伝送部)の数を多くすることができる。このため、電力伝送部15から中継電力伝送部までの磁路長、中継電力伝送部同士の間の磁路長、及び中継電力伝送部から電力伝送部55までの磁路長を短くすることができる。したがって、電力変換装置20,30,40(中間電力変換装置)の少なくとも1つを動作状態に制御する場合に、電力伝送部15と電力伝送部55との間で伝送可能な最大電力を増加させることができる。一方、電力変換装置20,30,40を動作状態に制御する際には、電力変換装置20,30,40に含まれるスイッチング素子Q5~Q16等において損失が生じる。詳しくは、スイッチング素子Q5~Q16をオンオフする際には、スイッチング損失が生じる。このため、中間動作装置の数が多くなるほど、電力伝送システム300全体での損失が増加する。
そこで、制御部90は、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が大きいほど、中間動作装置の数を多くする。伝送する電力の目標値と中間動作装置の数との関係は、予めシミュレーションや実験等に基づいて設定しておくことができる。
図7は、各電力変換装置10,20,30,40,50のスイッチング素子のオンオフ状態、コイル16,26,36,46,56にそれぞれ流れる電流Itr1,Itr2,Itr3,Itr4,Itr5、入出力部11,21,31,41,51がそれぞれ入力する平均電力P1,P2,P3,P4、P5を示すグラフである。電力変換装置10のスイッチング素子Q1(Q4)のオン位相は、電力変換装置50のスイッチング素子Q17(Q20)のオン位相よりも90deg進んでいる。
図7(a)は、電力変換装置20,30,40(中間電力変換装置)を停止状態に制御した場合である。この場合、電力変換装置20,30,40のスイッチング素子Q5Q16はオフで維持されている。このため、電流Itr2,Itr3,Itr4は0であり、平均電力P2,P3,P4は0である。
図7(b)は、電力変換装置20を動作状態に制御した場合である。この場合、電力変換装置20のスイッチング素子Q5(Q8)は、スイッチング素子Q1がオンにされてからスイッチング素子Q17(Q20)がオンにされるまでの間にオンにされている。すなわち、電力変換装置20のスイッチング素子Q5のオン位相は、電力変換装置10のスイッチング素子Q1のオン位相よりも遅れており、電力変換装置50のスイッチング素子Q17のオン位相よりも進んでいる。その結果、図7(b)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)は、図7(a)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)よりも増加している。そして、図7(a)の平均電力P1(P5)が伝送可能な最大電力である場合、図7(b)で伝送される平均電力P1(P5)、すなわち伝送可能な最大電力を増加させることができる。なお、図7(b)は、平均電力P2,P3,P4を0にした場合を示しているが、平均電力P2,P3,P4が正の値で入力の場合、及び平均電力P2,P3,P4が負の値で出力の場合も、平均電力P2,P3,P4の値によらず、伝送される平均電力P1(P5)が増加する効果が得られる。この点は、以降の図7(c),(d)でも同様である。
図7(c)は、電力変換装置20,30を動作状態に制御した場合である。この場合、電力変換装置20,30のスイッチング素子Q5(Q8),Q9(Q12)は、スイッチング素子Q1がオンにされてからスイッチング素子Q17(Q20)がオンにされるまでの間に順にオンにされている。すなわち、電力変換装置20,30のスイッチング素子Q5,Q9のオン位相は、電力変換装置10のスイッチング素子Q1のオン位相よりも遅れており、電力変換装置50のスイッチング素子Q17のオン位相よりも進んでいる。その結果、図7(c)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)は、図7(b)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)よりも増加している。そして、図7(b)の平均電力P1(P5)が伝送可能な最大電力である場合、図7(c)で伝送される平均電力P1(P5)、すなわち伝送可能な最大電力をさらに増加させることができる。
図7(d)は、電力変換装置20,30,40を動作状態に制御した場合である。この場合、電力変換装置20,30,40のスイッチング素子Q5(Q8),Q9(Q12),Q13(Q16)は、スイッチング素子Q1がオンにされてからスイッチング素子Q17(Q20)がオンにされるまでの間に順にオンにされている。すなわち、電力変換装置20,30,40のスイッチング素子Q5,Q9,Q13のオン位相は、電力変換装置10のスイッチング素子Q1のオン位相よりも遅れており、電力変換装置50のスイッチング素子Q17のオン位相よりも進んでいる。その結果、図7(d)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)は、図7(c)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)よりも増加している。そして、図7(c)の平均電力P1(P5)が伝送可能な最大電力である場合、図7(d)で伝送される平均電力P1(P5)、すなわち伝送可能な最大電力をさらに増加させることができる。
図8は、図7(a)~(d)の伝送可能な最大電力をそれぞれ示すグラフである。
したがって、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が大きいほど、電力伝送部15と電力伝送部55との間で伝送可能な最大電力を増加させることができ、目標値の電力を伝送しやすくなる。一方、制御部90は、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が小さいほど、中間動作装置の数を少なくする。したがって、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が小さくなるほど、電力伝送システム300全体での損失を減少させることができる。
(第4実施形態)
以下、第4実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図6に示すように、本実施形態の電力伝送システム300の構成は、第3実施形態の電力伝送システム300の構成と同一である。本実施形態では、中間動作装置を選択する方法が第3実施形態と異なっている。
以下、第4実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図6に示すように、本実施形態の電力伝送システム300の構成は、第3実施形態の電力伝送システム300の構成と同一である。本実施形態では、中間動作装置を選択する方法が第3実施形態と異なっている。
ここで、動作状態に制御しない電力変換装置に接続された電力伝送部(非中継電力伝送部)が連続する数が多くなると、その部分において磁路長が長くなり、伝送可能な最大電力が減少する。例えば、電力変換装置10(入出力部11)から電力変換装置50(入出力部51)へ電力を伝送する際に、電力変換装置20,30,40のいずれか1つを動作状態に制御する場合について考える。電力変換装置20を動作状態に制御する場合、動作状態に制御しない電力変換装置30,40にそれぞれ接続された電力伝送部35,45が連続する。これに対して、電力変換装置30を動作状態に制御する場合、動作状態に制御しない電力変換装置20,40にそれぞれ接続された電力伝送部25,45は連続しない。このため、電力変換装置20を動作状態に制御する場合の電力伝送部25から電力伝送部55までの磁路長は、電力変換装置30を動作状態に制御する場合の電力伝送部15から電力伝送部35までの磁路長及び電力伝送部35から電力伝送部55までの磁路長よりも長くなる。したがって、電力変換装置20を動作状態に制御する場合に伝送可能な最大電力は、電力変換装置30を動作状態に制御する場合に伝送可能な最大電力よりも減少する。
そこで、制御部90は、互いに離れた2つの電力変換装置の間で電力を伝送する際に、中間動作装置に接続された中継電力伝送部が、動作状態に制御しない複数の電力変換装置にそれぞれ接続された非中継電力伝送部を、最も均等に近い(概ね等しい)数の連続する非中継電力伝送部のクループに分けるように、中間動作装置を選択する。
例えば、電力変換装置10と電力変換装置50との間電力を伝送する際は、動作状態に制御する電力変換装置30に接続された電力伝送部35が、動作状態に制御しない電力変換装置20,40にそれぞれ接続された電力伝送部25,45を、1つの電力伝送部25のグループと1つの電力伝送部45のクループとに分けるように、動作状態に制御する電力変換装置を選択する。すなわち、制御部90は、電力を電送(中継)する電力伝送部に挟まれた非中継電力伝送部の数が最も均等に近く(概ね等しく)なるように、中間動作装置を選択する。なお、電力変換装置20を動作状態に制御する場合、電力変換装置20に接続された電力伝送部25が、動作状態に制御しない電力変換装置30,40にそれぞれ接続された電力伝送部35,45を、0の電力伝送部のグループと2つの電力伝送部35,45のクループとに分けている。また、電力を電送(中継)する電力伝送部15,25,55に挟まれた非中継電力伝送部の数が、それぞれ0と2になっている。
図9(a)は電力変換装置20を動作状態に制御した場合であり、図7(b)と同一のである。
図9(b)は、電力変換装置30を動作状態に制御した場合である。図9(b)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)は、図9(a)において入出力部11から入出力部51へ伝送された平均電力P1(P5)よりも増加している。そして、図9(a)の平均電力P1(P5)が伝送可能な最大電力である場合、図9(b)で伝送される平均電力P1(P5)、すなわち伝送可能な最大電力を増加させることができる。なお、図9(a),(b)は、平均電力P2,P3,P4を0にした場合を示しているが、平均電力P2,P3,P4が正の値で入力の場合、及び平均電力P2,P3,P4が負の値で出力の場合も、平均電力P2,P3,P4の値によらず、伝送される平均電力P1(P5)が増加する効果が得られる。
図10は、図9(a),(b)の伝送可能な最大電力をそれぞれ示すグラフである。
上記構成によれば、非中継電力伝送部が連続する数が多くなることを抑制することができ、磁路長が長い部分が生じることを抑制することができる。したがって、互いに電力を伝送する2つの電力変換装置10,50の間において、電力変換装置を動作状態に制御する数(上記では1)あたりの伝送可能な最大電力を最大化することができ、中間動作装置の数を減少させることができる。その結果、より少ない中間動作装置により効率的に電力を伝送することができ、電力変換装置を動作状態に制御することに伴う損失を低減することができる。
なお、電力伝送システムが6以上の電力変換装置を備え、互いに離れた2つの電力変換装置の間で電力を伝送する際に、複数の中間電力変換装置を動作状態に制御する場合も同様の作用効果を奏することができる。
(第5実施形態)
以下、第5実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図6に示すように、本実施形態の電力伝送システム300の構成は、第3実施形態の電力伝送システム300の構成と同一である。本実施形態では、中間動作装置を選択する方法が第3,第4実施形態と異なっている。
以下、第5実施形態について、第3実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。図6に示すように、本実施形態の電力伝送システム300の構成は、第3実施形態の電力伝送システム300の構成と同一である。本実施形態では、中間動作装置を選択する方法が第3,第4実施形態と異なっている。
ここで、電力変換装置10と電力変換装置50との間で電力を伝送する際に、中間動作装置に供給される電力が定格電力を超えると、中間動作装置の動作が停止されるおそれがある。例えば、中間動作装置のコイルやスイッチング素子に流れる電流が上限値を超えた場合は、中間動作装置が強制的に停止されることがある。
そこで、制御部90は、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が大きいほど、定格電力が大きい中間電力変換装置を動作状態に制御する。各電力変換装置10,20,30,40,50の各定格電力は予め決まっており、制御部90は各電力変換装置10,20,30,40,50の各定格電力を予め取得している。そして、制御部90は、伝送する電力の目標値と各電力変換装置10,20,30,40,50の各定格電力とに基づいて、中間動作装置を選択する。
上記構成によれば、中間動作装置に供給される電力が定格電力を超えることを抑制することができ、電力伝送部15と電力伝送部55との間で伝送可能な最大電力が制限されることを抑制することができる。
なお、電力伝送システムが6以上の電力変換装置を備え、互いに離れた2つの電力変換装置の間で電力を伝送する際に、複数の中間電力変換装置を動作状態に制御する場合も同様の作用効果を奏することができる。
また、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が所定目標値よりも大きい場合に、定格電力が所定電力よりも大きい中間電力変換装置を動作状態に制御してもよい。また、電力伝送部15から電力伝送部55へ伝送する電力の目標値が大きいほど、定格電力が大きい中間動作装置の割合を大きくしてもよい。
なお、第1~第5実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
・各入出力部と各電力変換装置との間に、DC/ACコンバータを設けることもできる。
・各電力変換装置を、2つのスイッチング素子と2つのコンデンサとを備えるハーフブリッジ回路により構成することもできる。
・本開示に記載の制御部90及びその手法は、コンピュータプログラム(電力伝送プログラム)により具体化された一つ乃至は複数の機能(命令)を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部90及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部90及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
・以下、上述した各実施形態及び変更例から抽出される特徴的な構成を記載する。
[構成1]
3以上の電力変換装置(10,20,30,40,50)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部(11,21,31,41,51)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部(15,25,35,45,55)と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部(90)と、
を備え、前記伝送部が磁路(71,72,73,74)により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システム(100,200,300)であって、
前記制御部は、前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置(10)と第2電力変換装置(30,50)との間で電力を伝送する際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部(15)と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部(35,55)との間に配置された前記伝送部である中間伝送部(25,35,45)に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置(20,30,40)の少なくとも1つを動作状態に制御する、電力伝送システム。
[構成2]
3以上の前記伝送部は、互いに着脱可能な前記伝送部である着脱伝送部(15,25)を少なくとも2つ含み、
互いに別個の前記着脱伝送部にそれぞれ接続された前記電力変換装置(10,20)は、自身に接続された前記着脱伝送部及び前記入出力部(11,21)と共に互いに別個の筐体(81,82)にそれぞれ収納されている、構成1に記載の電力伝送システム。
[構成3]
前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、動作状態に制御する前記中間電力変換装置の数を多くする、構成1又は2に記載の電力伝送システム。
[構成4]
前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置(30)に接続された前記伝送部である中継伝送部(35)が、動作状態に制御しない複数の前記中間電力変換装置(20,40)にそれぞれ接続された前記伝送部である非中継伝送部(25,45)を、最も均等に近い数の連続する前記非中継伝送部のグループに分けるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を選択する、構成1~3のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成5]
前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、定格電力が大きい前記中間電力変換装置を動作状態に制御する、構成1~3のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成6]
前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置に接続された前記入出力部が出力する電力が0になるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を制御する、構成1~5のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成7]
前記伝送部は、前記電力変換装置に接続されたコイル(16,26,36,46,56)と、前記コイルが巻回されて前記磁路に接続された磁性体コア(17,27,37,47,57)とを含む、構成1~6のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成1]
3以上の電力変換装置(10,20,30,40,50)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部(11,21,31,41,51)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部(15,25,35,45,55)と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部(90)と、
を備え、前記伝送部が磁路(71,72,73,74)により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システム(100,200,300)であって、
前記制御部は、前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置(10)と第2電力変換装置(30,50)との間で電力を伝送する際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部(15)と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部(35,55)との間に配置された前記伝送部である中間伝送部(25,35,45)に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置(20,30,40)の少なくとも1つを動作状態に制御する、電力伝送システム。
[構成2]
3以上の前記伝送部は、互いに着脱可能な前記伝送部である着脱伝送部(15,25)を少なくとも2つ含み、
互いに別個の前記着脱伝送部にそれぞれ接続された前記電力変換装置(10,20)は、自身に接続された前記着脱伝送部及び前記入出力部(11,21)と共に互いに別個の筐体(81,82)にそれぞれ収納されている、構成1に記載の電力伝送システム。
[構成3]
前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、動作状態に制御する前記中間電力変換装置の数を多くする、構成1又は2に記載の電力伝送システム。
[構成4]
前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置(30)に接続された前記伝送部である中継伝送部(35)が、動作状態に制御しない複数の前記中間電力変換装置(20,40)にそれぞれ接続された前記伝送部である非中継伝送部(25,45)を、最も均等に近い数の連続する前記非中継伝送部のグループに分けるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を選択する、構成1~3のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成5]
前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、定格電力が大きい前記中間電力変換装置を動作状態に制御する、構成1~3のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成6]
前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置に接続された前記入出力部が出力する電力が0になるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を制御する、構成1~5のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
[構成7]
前記伝送部は、前記電力変換装置に接続されたコイル(16,26,36,46,56)と、前記コイルが巻回されて前記磁路に接続された磁性体コア(17,27,37,47,57)とを含む、構成1~6のいずれか1つに記載の電力伝送システム。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (8)
- 3以上の電力変換装置(10,20,30,40,50)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部(11,21,31,41,51)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部(15,25,35,45,55)と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部(90)と、
を備え、前記伝送部が磁路(71,72,73,74)により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システム(100,200,300)であって、
前記制御部は、前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置(10)と第2電力変換装置(30,50)との間で電力を伝送する際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部(15)と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部(35,55)との間に配置された前記伝送部である中間伝送部(25,35,45)に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置(20,30,40)の少なくとも1つを動作状態に制御する、電力伝送システム。 - 3以上の前記伝送部は、互いに着脱可能な前記伝送部である着脱伝送部(15,25)を少なくとも2つ含み、
互いに別個の前記着脱伝送部にそれぞれ接続された前記電力変換装置(10,20)は、自身に接続された前記着脱伝送部及び前記入出力部(11,21)と共に互いに別個の筐体(81,82)にそれぞれ収納されている、請求項1に記載の電力伝送システム。 - 前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、動作状態に制御する前記中間電力変換装置の数を多くする、請求項1又は2に記載の電力伝送システム。
- 前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置(30)に接続された前記伝送部である中継伝送部(35)が、動作状態に制御しない複数の前記中間電力変換装置(20,40)にそれぞれ接続された前記伝送部である非中継伝送部(25,45)を、最も均等に近い数の連続する前記非中継伝送部のグループに分けるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を選択する、請求項1又は2に記載の電力伝送システム。
- 前記制御部は、前記第1伝送部から前記第2伝送部へ伝送する電力の目標値が大きいほど、定格電力が大きい前記中間電力変換装置を動作状態に制御する、請求項1又は2に記載の電力伝送システム。
- 前記制御部は、前記第1電力変換装置と前記第2電力変換装置との間で電力を伝送する際に、動作状態に制御する前記中間電力変換装置に接続された前記入出力部が出力する電力が0になるように、動作状態に制御する前記中間電力変換装置を制御する、請求項1又は2に記載の電力伝送システム。
- 前記伝送部は、前記電力変換装置に接続されたコイル(16,26,36,46,56)と、前記コイルが巻回されて前記磁路に接続された磁性体コア(17,27,37,47,57)とを含む、請求項1又は2に記載の電力伝送システム。
- 3以上の電力変換装置(10,20,30,40,50)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を入出力する入出力部(11,21,31,41,51)と、
前記3以上の電力変換装置にそれぞれ接続されて電力を伝送する伝送部(15,25,35,45,55)と、
前記3以上の電力変換装置を制御する制御部(90)と、
を備え、前記伝送部が磁路(71,72,73,74)により互いに電磁気的に結合されている電力伝送システム(100,200,300)、に適用される電力伝送プログラムであって、
前記制御部に、
前記3以上の電力変換装置のうちの第1電力変換装置(10)と第2電力変換装置(30,50)との間で電力を伝送させる際に、前記第1電力変換装置に接続された前記伝送部である第1伝送部(15)と、前記第2電力変換装置に接続された前記伝送部である第2伝送部(35,55)との間に配置された前記伝送部である中間伝送部(25,35,45)に接続された前記電力変換装置である中間電力変換装置(20,30,40)の少なくとも1つを動作状態に制御させる、電力伝送プログラム。
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