特許ウォッチ

公開番号2025000232
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-07
出願番号2023099969
出願日2023-06-19
発明の名称双方向電力変換装置及びその制御方法
出願人日産自動車株式会社,ルノーエス.ア.エス.,RENAULT S.A.S.
代理人個人,個人,個人
主分類H02M 7/48 20070101AFI20241224BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】交流電力から直流電力に変換する場合と、直流電力から交流電力に変換する場合の双方向で変換効率の良い双方向電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流電力が入力される、または、交流電力を出力する交流端子T3,T4と、交流端子T3,T4に接続された、LC共振回路12と第1スイッチS1とを有するインバータ回路11を備えた第1変換器10と、中間部30を介して第1変換器10に接続されている第2変換器20と、第2変換器20に接続され、直流電力が入力される、または、直流電力を出力する直流端子T1,T2とを備えた双方向電力変換装置1の制御方法において、直流電力から交流電力に変換する場合、第2変換器20が出力する中間部30の中間電圧V2を第1変換器10が出力する交流電圧V1に応じて変化させるように第2変換器20を制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電力が入力される、または、交流電力を出力する交流端子と、
前記交流端子に接続された、ＬＣ共振回路と第１スイッチとを有するインバータ回路を備えた第１変換器と、
中間部を介して前記第１変換器に接続されている第２変換器と、
前記第２変換器に接続され、直流電力が入力される、または、直流電力を出力する直流端子と、
を備えた双方向電力変換装置の制御方法において、
直流電力から交流電力に変換する場合、前記第２変換器が出力する前記中間部の中間電圧を前記第１変換器が出力する交流電圧に応じて変化させるように前記第２変換器を制御する、
双方向電力変換装置の制御方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
交流電力から直流電力に変換する場合、前記第１変換器が出力する前記中間部の中間電圧を一定電圧にするように前記第１変換器の前記第１スイッチを制御する、
請求項１に記載の双方向電力変換装置の制御方法。
【請求項３】
直流電力から交流電力に変換する場合、前記第１変換器が出力する交流電力の値を変化させる時には、前記第２変換器が出力する前記中間電圧の最大値を変化させる、
請求項１に記載の双方向電力変換装置の制御方法。
【請求項４】
前記第１変換器は、第２スイッチを有する整流回路を更に備え、
直流電力から交流電力に変換する場合、前記第１変換器が出力する交流電力の値を変化させる時には、前記第２スイッチのスイッチング周波数を変化させる、
請求項１に記載の双方向電力変換装置の制御方法。
【請求項５】
直流電力から交流電力に変換する場合、前記第２変換器の出力する前記中間電圧の位相は、前記第１変換器の出力する交流電圧の位相に対して－７°から＋２８°の範囲に制御されている、
請求項１に記載の双方向電力変換装置の制御方法。
【請求項６】
交流電力が入力される、または、交流電力を出力する交流端子と、
前記交流端子に接続された、ＬＣ共振回路と第１スイッチとを有するインバータ回路を備えた第１変換器と、
中間部を介して前記第１変換器に接続されている第２変換器と、
前記第２変換器に接続され、直流電力が入力される、または、直流電力を出力する直流端子と、
前記第１変換器と前記第２変換器との動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、直流電力から交流電力に変換する場合、前記第２変換器が出力する前記中間部の中間電圧を前記第１変換器の出力する交流電圧に応じて変化させるように前記第２変換器を制御する、
双方向電力変換装置。
【請求項７】
前記第１変換器は，
前記第１スイッチと、前記第１スイッチの一端と前記交流端子との間に接続された入力チョークインダクタと、前記ＬＣ共振回路とを有し、高周波電流を生成する前記インバータ回路と、
第２スイッチを有し、前記インバータ回路で生成された前記高周波電流を直流電圧または低周波の交流電圧に整流する、前記インバータ回路の出力に接続された整流回路と、
を有する共振型回路である、
請求項６に記載の双方向電力変換装置。
【請求項８】
前記第２変換器は、双方向昇降圧型変換回路である、請求項６または７に記載の双方向電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向電力変換装置及びその制御方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
双方向電力変換装置は、２つの変換回路を用い、給電方向により入力部と出力部が変わる。回路構成の視点では、交流端子に接続される変換回路は力率改善回路と呼ばれ、バッテリの充電時においては電力を交流から直流に変換する役割がある。バッテリの充電時において、力率改善回路の出力は直流端子に接続される変換回路であるＤＣ／ＤＣ変換器の入力となり、ＤＣ／ＤＣ変換器は出力端に接続された負荷であるバッテリの直流電圧に合わせて電圧変換を行う。また、バッテリの放電時において、出力端子に接続されたバッテリの直流電圧はＤＣ／ＤＣ変換器の入力となり、双方向電力変換装置は充電時の電力変換パターンを逆方向で実行する。電力の大きさや幅広い電圧に対応するような用途の双方向電力変換装置において、デュアルアクティブブリッジ回路を用いた先行技術として、特許文献１の電力変換装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－１１２０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電力変換装置は、スイッチング素子を用いて交流電力と直流電力の双方向変換を行う変換回路と、スイッチング素子とトランスにより直流電力の電圧変換を行う双方向コンバータとを用いるという構成であるために、交流電力と直流電力の変換効率が低いという課題がある。
【０００５】
交流電力と直流電力の変換効率の高い共振型回路を用いたＥ級電力変換回路を適用することも考えられるが、Ｅ級電力変換回路を交流電力と直流電力の双方向で変換効率が高くすることは困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、交流電力から直流電力に変換する場合と、直流電力から交流電力に変換する場合の双方向で変換効率の良い双方向電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係わる双方向電力変換装置の制御方法は、交流電力が入力される、または、交流電力を出力する交流端子と、交流端子に接続された、ＬＣ共振回路と第１スイッチとを有するインバータ回路を備えた第１変換器と、中間部を介して第１変換器に接続されている第２変換器と、第２変換器に接続され、直流電力が入力される、または、直流電力を出力する直流端子とを備えた双方向電力変換装置の制御方法である。双方向電力変換装置の制御方法は、直流電力から交流電力に変換する場合、第２変換器が出力する中間部の中間電圧を第１変換器が出力する交流電圧に応じて変化させるように第２変換器を制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、交流電力から直流電力に変換する場合と、直流電力から交流電力に変換する場合の双方向で変換効率の良い双方向電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施形態に係る双方向電力変換装置の構成を示す回路図である。
図２は、実施形態に係り、双方向電力変換装置の充電動作における、入力としての交流電圧Ｖ１が１００Ｖの実効値、出力としての中間電圧Ｖ２が３８０Ｖの一定値、オンデューティ比が０．４のときの、中間電圧Ｖ２、中間電流Ｉ２、交流電圧Ｖ１、交流電流Ｉ１、スイッチ回路の両端電圧Ｖｓ１、電力変換効率の波形である。
図３は、比較例に係り、双方向電力変換装置の放電動作における、出力としての交流電圧Ｖ１が１００Ｖの実効値、入力としての中間電圧Ｖ２が３８０Ｖの一定値、オンデューティ比が０．４のときの、中間電圧Ｖ２、中間電流Ｉ２、交流電圧Ｖ１、交流電流Ｉ１、第３スイッチの両端電圧Ｖｓ２、電力変換効率の波形である。
図４は、実施形態に係り、双方向電力変換装置の放電動作における、出力としての交流電圧Ｖ１が１００Ｖ実効値、入力としての中間電圧Ｖ２が０Ｖから最大値＋３８０Ｖの可変電圧、オンデューティ比が０．４のときの、中間電圧Ｖ２、中間電流Ｉ２、交流電圧Ｖ１、交流電流Ｉ１、第３スイッチの両端電圧Ｖｓ２、電力変換効率の波形である。
図５は、実施形態に係る双方向電力変換装置の放電動作において、出力としての交流電圧Ｖ１が１００Ｖの実効値、入力としての中間電圧Ｖ２が０Ｖから最大値＋２００Ｖの可変電圧、オンデューティ比が０．４のときの、交流電圧と第３スイッチのスイッチング周波数に対するターンオン時の損失の分布と、第３スイッチの制御軌跡を同時にプロットした図である。
図６は、実施形態に係る双方向電力変換装置の放電動作において、出力としての交流電圧Ｖ１が１００Ｖの実効値、入力としての中間電圧Ｖ２が０Ｖから最大値＋２５０Ｖの可変電圧、オンデューティ比が０．４のときの、交流電圧と第３スイッチのスイッチング周波数に対するターンオン時の損失の分布と、第３スイッチの制御軌跡を同時にプロットした図である。
図７は、実施形態に係る双方向電力変換装置の放電動作において、出力としての交流電圧Ｖ１が１００Ｖの実効値、入力としての中間電圧Ｖ２が０Ｖから最大値＋３８０Ｖの可変電圧、オンデューティ比が０．４のときの、交流電圧と第３スイッチのスイッチング周波数に対するターンオン時の損失の分布と、第３スイッチの制御軌跡を同時にプロットした図である。
図８は、双方向電力変換装置１の放電動作において、中間電圧Ｖ２が交流電圧Ｖ１の位相と周波数に合わせるように０Ｖから＋３８０Ｖまでの範囲で５０Ｈｚの正弦波状に半波長分だけ変化させる制御を行った場合の動作を説明する図である。
図９は、双方向電力変換装置１の放電動作において、交流電圧Ｖ１に対して中間電圧Ｖ２の位相が－７°ずれて０Ｖから＋３８０Ｖまでの範囲で５０Ｈｚの正弦波状に半波長分だけ変化させる制御を行った場合の動作を説明する図である。
図１０は、双方向電力変換装置１の放電動作において、交流電圧Ｖ１に対して中間電圧Ｖ２の位相が＋２８°ずれて０Ｖから＋３８０Ｖまでの範囲で５０Ｈｚの正弦波状に半波長分だけ変化させる制御を行った場合の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許