双方向ＤＣ／ＡＣインバータ
【課題】バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避を能力の高いスイッチング素子を使用することなく行うことが可能な双方向ＤＣ／ＡＣインバータを提供することを目的とする。
【解決手段】バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路３９を構成するスイッチング素子３５〜３８のうち下側のスイッチング素子３７、３８、フィルタ３４を構成するコイル３１、３２、及びコンデンサ４０をアクティブフィルタとして動作させることによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変させる。
【解決手段】バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路３９を構成するスイッチング素子３５〜３８のうち下側のスイッチング素子３７、３８、フィルタ３４を構成するコイル３１、３２、及びコンデンサ４０をアクティブフィルタとして動作させることによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータに関し、特に、バッテリ充電時の双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、既存の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
図３に示す双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、コイル３１、３２とコンデンサ３３とからなるフィルタ３４と、４つのスイッチング素子３５〜３８により構成されフィルタ３４に接続されるブリッジ回路３９と、４つのスイッチング素子４１〜４４により構成されブリッジ回路３９にコンデンサ４０を介して接続されるブリッジ回路４５と、４つのスイッチング素子４７〜５０により構成されブリッジ回路４５にトランス４６を介して接続されるブリッジ回路５１と、ブリッジ回路５１とバッテリ５２との間に設けられるコンデンサ５３及びコイル５４とを備えて構成されている。なお、スイッチング素子３５〜３８、スイッチング素子４１〜４４、及びスイッチング素子４７〜５０は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、各スイッチング素子にはダイオードが並列接続される。
【０００３】
上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、バッテリ５２を充電する場合、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１、４４とスイッチング素子４２、４３とを交互にオン、オフさせる。すなわち、バッテリ５２が充電される場合、外部からフィルタ３４を介してブリッジ回路３９に入力される交流電力は、ブリッジ回路３９のスイッチング素子３５〜３８に並列接続されるダイオードにより整流されると共にコンデンサ４０により平滑され直流電力に変換される。次に、その直流電力は、ブリッジ回路４５により交流電力に変換されトランス４６を介してブリッジ回路５１に出力される。次に、その交流電力は、ブリッジ回路５１のスイッチング素子４７〜５０に並列接続されるダイオードにより整流されると共にコンデンサ５３により平滑され直流電力に変換される。そして、その直流電力は、コイル５４を介してバッテリ５２に供給される。
【０００４】
また、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、外部に交流電力を出力する場合、ブリッジ回路５１のスイッチング素子４７、５０とスイッチング素子４８、４９とを交互にオン、オフさせると共に、ブリッジ回路３９のスイッチング素子３５、３８とスイッチング素子３６、３７とを交互にオン、オフさせる。すなわち、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０から交流電力が出力される場合、バッテリ５２から得られる直流電力は、ブリッジ回路５１により交流電力に変換されトランス４６を介してブリッジ回路４５に出力される。次に、その交流電力は、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４に並列接続されるダイオードにより整流されると共にコンデンサ４０により平滑され直流電力に変換される。そして、その直流電力は、ブリッジ回路３９により交流電力に変換されフィルタ３４を介して外部に出力される。
【０００５】
このように、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路４５のみを駆動し、交流電力出力時、ブリッジ回路３９及びブリッジ回路５１のみを駆動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、バッテリ５２の充電方法として、例えば、ブリッジ回路４５への入力電圧をほぼ一定に保ちながら、そのブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させてブリッジ回路４５から出力される電流を制御することにより充電電圧を調整しながらバッテリ５２を充電する方法がある。この方法は、例えば、バッテリ５２を定電流で充電する場合に、バッテリ５２への入力電圧をバッテリ５２の端子電圧よりも常に少し高い電圧に保たせるために適用される。上昇するバッテリ５２の端子電圧に合わせてバッテリ５２への入力電圧も上昇させる場合は、そのバッテリ５２の端子電圧の上昇に伴ってスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙが大きくなっていく。
【特許文献１】特開２００１−３７２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のように、バッテリ５２への入力電圧を可変させてバッテリ５２を充電する方法では、バッテリ５２の端子電圧が低くスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙが小さいとき、ブリッジ回路４５から出力される電流が小さくなりブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が低下する。そのため、上述の方法を適用してブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率を上げるためには、小さいｄｕｔｙのときでもより多くの電流を流すことが可能な能力の高いスイッチング素子を使用してブリッジ回路４５を構成する必要がありコストが増大するなどの問題がある。
【０００８】
そこで、本発明では、バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避を能力の高いスイッチング素子を使用することなく行うことが可能な双方向ＤＣ／ＡＣインバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し前記トランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変させることを特徴とする。
【００１０】
このように、バッテリの充電時、第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子、フィルタを構成するコイル、及び第１の電力変換手段と第２の電力変換手段との間のコンデンサをアクティブフィルタとして動作させることにより第２の電力変換手段への入力電圧を可変させているので、第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することなく第３の電力変換手段への入力電圧を可変することができる。これにより、第２の電力変換手段のスイッチング素子のｄｕｔｙを固定しつつバッテリへの入力電圧を可変しバッテリを充電することができるので、バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合の第２の電力変換手段のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避を第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子の能力を上げることなく行うことができる。
【００１１】
また、上記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧以上である期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを固定するように構成してもよい。
【００１２】
また、上記制御手段は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させるように構成してもよい。
【００１３】
また、上記所定電圧は、前記アクティブフィルタにより昇圧される前記第２の電力変換手段への入力電圧が最も低くなるときに前記バッテリを定電流又は定電力で充電可能な前記バッテリの端子電圧としてもよい。
【００１４】
また、本発明の双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、コイルを含むフィルタと、ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記フィルタに接続される第１のブリッジ回路と、ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第１のブリッジ回路に接続される第２のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路との間に設けられるコンデンサと、ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第２のブリッジ回路にトランスを介して接続される第３のブリッジ回路と、バッテリの充電時、前記第２のブリッジ回路を直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第１ブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ交流電力を直流電力に変換するように機能させ、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記第１のブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第２のブリッジ回路を交流電力を直流電力に変換するように機能させる制御回路とを備え、前記制御回路は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のうち所定のスイッチング素子、前記コイル、及び前記コンデンサをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２のブリッジ回路への入力電圧を可変させることを特徴とする。
【００１５】
また、上記制御回路は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定の電圧になるまでの期間、前記第２のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させるように構成してもよい。
【００１６】
また、本発明の双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法は、バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換しトランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備える双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法であって、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変することを特徴とする。
【００１７】
また、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、双方向ＤＣ／ＡＣインバータを構成するスイッチング素子の能力を上げることなく、バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。なお、図３に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００２０】
図１に示す双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１は、フィルタ３４と、ブリッジ回路３９（第１のブリッジ回路）と、コンデンサ４０と、ブリッジ回路４５（第２のブリッジ回路）と、トランス４６と、ブリッジ回路５１（第３のブリッジ回路）と、コンデンサ５３と、コイル５４と、バッテリ５２の充電時にスイッチング素子４１〜４４及びスイッチング素子３７、３８を駆動し、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時にスイッチング素子３５〜３８及びスイッチング素子４７〜５０を駆動する制御回路２（制御手段）と、外部からフィルタ３４に入力される交流電圧Ｖｉｎを検出する電圧検出回路３と、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを検出する電圧検出回路４と、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂを検出する電圧検出回路５と、外部からフィルタ３４に入力される交流電流Ｉｉｎを検出する電流検出回路６と、バッテリ５２に流れる電流Ｉｂを検出する電流検出回路７とを備えて構成されている。
【００２１】
なお、特許請求の範囲に記載される第１の電力変換手段は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路３９及びコンデンサ４０により構成され、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時、ブリッジ回路３９により構成される。また、特許請求の範囲に記載される第２の電力変換手段は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路４５により構成され、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時、ブリッジ回路４５及びコンデンサ４０により構成される。また、特許請求の範囲に記載される第３の電力変換手段は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路５１及びコンデンサ５３により構成され、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時、ブリッジ回路５１により構成される。また、スイッチング素子３５〜３８、スイッチング素子４１〜４４、及びスイッチング素子４７〜５０は、ボディダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されてもよい。また、ブリッジ回路３９、ブリッジ回路４５、またはブリッジ回路５１は、２つのスイッチング素子を備えるハーフブリッジ型のブリッジ回路により構成されてもよい。
【００２２】
上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の特徴とする点は、制御回路２が、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路３９を構成するスイッチング素子３５〜３８のうち下側のスイッチング素子３７、３８、フィルタ３４を構成するコイル３１、３２、及びコンデンサ４０をアクティブフィルタとして動作させることによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変する点である。
【００２３】
図２（ａ）は、図１に示すブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃとバッテリ５２の端子電圧Ｖｂとの関係を示す図である。なお、図２（ａ）に示すグラフの縦軸は電圧Ｖを示し、横軸は時間ｔを示している。また、図２（ａ）に示す実線はバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを示し、破線はブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを示している。また、充電開始時のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂは十分低くなっているものとする。また、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０からなるアクティブフィルタにより昇圧されるブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが最も低くなるとき（アクティブフィルタによる昇圧がされないとき）に入力電圧Ｖｃが端子電圧Ｖｂより所定値ｄだけ高い状態のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを所定電圧Ｖｐとする。なお、図１に示すトランス４６の１次側コイルと２次側コイルの巻き線比を１：１とする。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂは、充電を開始してからすぐに所定電圧Ｖｐまで急峻に上昇し、その後徐々に上昇していき、ある時点で再び急峻に上昇して上限の電圧Ｖｍに達している。
【００２５】
例えば、制御回路２は、図２（ａ）に示すように、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになってから上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃがバッテリ５２の端子電圧Ｖｂよりも常に所定値ｄだけ高い電圧となるように、スイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙを可変する。
【００２６】
例えば、図１に示す双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１において、フィルタ３４に入力される交流電力が正のとき、スイッチング素子３７がオンしスイッチング素子３８がオフすると、コイル３１にエネルギーが蓄積し、次に、スイッチング素子３７がオフしスイッチング素子３８がオンすると、コイル３１に蓄積されていたエネルギーがスイッチング素子３５に並列接続されたダイオードを介してコンデンサ４０に蓄積される。また、フィルタ３４に入力される交流電力が負のとき、スイッチング素子３７がオフしスイッチング素子３８がオンすると、コイル３２にエネルギーが蓄積し、次に、スイッチング素子３７がオンしスイッチング素子３８がオフすると、コイル３２に蓄積されていたエネルギーがスイッチング素子３６に並列接続されたダイオードを介してコンデンサ４０に蓄積される。従って、スイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙを大きくすると、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが高くなり、スイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙを小さくすると、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが低くなる。
【００２７】
これにより、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させることなくバッテリ５２の端子電圧Ｖｂの変化に応じてブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変させることができるので、バッテリ５２の充電を開始してからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値（例えば、５０％付近）に固定することができる。
【００２８】
なお、バッテリ５２の充電時のスイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙは、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂ及び所定値ｄに基づいて求めてもよいし、バッテリ５２に流れる電流Ｉｂに基づいて求めてもよい。
【００２９】
また、バッテリ５２の充電時、スイッチング素子３７、３８を同時にオン、オフさせてもよいし、スイッチング素子３５、３８とスイッチング素子３６、３７とを交互にオン、オフさせてもよい。
【００３０】
また、バッテリ５２の充電時、バッテリ５２の充電を開始してからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、スイッチング素子３７、３８を停止させてもよい。
【００３１】
また、バッテリ５２の充電時、フィルタ３４に入力される交流電圧Ｖｉｎ及び交流電流Ｉｉｎに基づいて、ブリッジ回路４５への入力電圧波形の位相とブリッジ回路４５への入力電流波形の位相とが一致するようにスイッチング素子３７、３８を駆動させてもよい。これにより、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０により構成するアクティブフィルタの力率を１にすることができそのアクティブフィルタの効率を向上させることができる。
【００３２】
このように、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１は、バッテリ５２の充電時、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０をアクティブフィルタとして動作させることによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変させているので、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変することなくトランス４６への入力電圧を可変することができる。これにより、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値に固定しつつバッテリ５２への入力電圧を可変しバッテリ５２を充電することができるので、バッテリ５２への入力電圧を可変させてバッテリ５２を充電する場合のブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避をスイッチング素子４１〜４４の能力を上げることなく行うことができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを常に固定する構成であるが、バッテリ５２の充電が開始されてからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させてもよい。
【００３４】
図２（ｂ）は、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させる場合のブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃとバッテリ５２の端子電圧Ｖｂとの関係を示す図である。なお、図２（ｂ）に示すグラフの縦軸は電圧Ｖを示し、横軸は時間ｔを示している。また、図２（ｂ）に示す実線はバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを示し、破線はブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを示している。また、充電開始時のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂは十分低くなっているものとする。また、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０からなるアクティブフィルタにより昇圧されるブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが最も低くなるとき（アクティブフィルタによる昇圧がされないとき）に入力電圧Ｖｃが端子電圧Ｖｂより所定値ｄだけ高い状態のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを所定電圧Ｖｐとする。なお、図１に示すトランス４６の１次側コイルと２次側コイルの巻き線比を１：１とする。
【００３５】
図２（ｂ）に示すバッテリ５２の端子電圧Ｖｂは、図２（ａ）に示すバッテリ５２の端子電圧Ｖｂと同様に、充電を開始してからすぐに所定電圧Ｖｐまで急峻に上昇していき、その後徐々に上昇してある時点で再び急峻に上昇し上限の電圧Ｖｍに達している。
【００３６】
例えば、制御回路２は、バッテリ５２の充電を開始してからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、バッテリ５２への入力電圧（図２（ｂ）に示す一点鎖線）がバッテリ５２の端子電圧Ｖｂよりも常に所定値ｄだけ高い電圧となるようにブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変すると共に、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになってから上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値（例えば、５０％付近）に固定する。
【００３７】
なお、バッテリ５２の充電時のスイッチング素子３７、３８の駆動制御は、図２（ａ）で説明した駆動制御と同様である。
これにより、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０からなるアクティブフィルタによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変することができない期間（例えば、バッテリ５２の充電が開始されてからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間）もバッテリ５２への入力電圧を可変することができるようになるので、容量の小さい低電流出力のバッテリ５２も充電することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、バッテリ５２への入力電流が一定になるようにバッテリ５２を充電する構成であるが、バッテリ５２への入力電力が一定になるようにバッテリ５２を充電するように構成してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、トランス４６の１次側コイルと２次側コイルの巻き線比を１：１としたが、この構成に限定されない。また、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになってから上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値に固定したが、最大となる値に限らない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
【図２】ブリッジ回路への入力電圧Ｖｃとバッテリの端子電圧Ｖｂとの関係を示す図である。
【図３】既存の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 双方向ＤＣ／ＡＣインバータ
２ 制御回路
３〜５ 電圧検出回路
６、７ 電流検出回路
３０ 双方向ＤＣ／ＡＣインバータ
３１、３２ コイル
３３ コンデンサ
３４ フィルタ
３５〜３８ スイッチング素子
３９ ブリッジ回路
４０ コンデンサ
４１〜４４ スイッチング素子
４５ ブリッジ回路
４６ トランス
４７〜５０ スイッチング素子
５１ ブリッジ回路
５２ バッテリ
５３ コンデンサ
５４ コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双方向ＤＣ／ＡＣインバータに関し、特に、バッテリ充電時の双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、既存の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
図３に示す双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、コイル３１、３２とコンデンサ３３とからなるフィルタ３４と、４つのスイッチング素子３５〜３８により構成されフィルタ３４に接続されるブリッジ回路３９と、４つのスイッチング素子４１〜４４により構成されブリッジ回路３９にコンデンサ４０を介して接続されるブリッジ回路４５と、４つのスイッチング素子４７〜５０により構成されブリッジ回路４５にトランス４６を介して接続されるブリッジ回路５１と、ブリッジ回路５１とバッテリ５２との間に設けられるコンデンサ５３及びコイル５４とを備えて構成されている。なお、スイッチング素子３５〜３８、スイッチング素子４１〜４４、及びスイッチング素子４７〜５０は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、各スイッチング素子にはダイオードが並列接続される。
【０００３】
上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、バッテリ５２を充電する場合、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１、４４とスイッチング素子４２、４３とを交互にオン、オフさせる。すなわち、バッテリ５２が充電される場合、外部からフィルタ３４を介してブリッジ回路３９に入力される交流電力は、ブリッジ回路３９のスイッチング素子３５〜３８に並列接続されるダイオードにより整流されると共にコンデンサ４０により平滑され直流電力に変換される。次に、その直流電力は、ブリッジ回路４５により交流電力に変換されトランス４６を介してブリッジ回路５１に出力される。次に、その交流電力は、ブリッジ回路５１のスイッチング素子４７〜５０に並列接続されるダイオードにより整流されると共にコンデンサ５３により平滑され直流電力に変換される。そして、その直流電力は、コイル５４を介してバッテリ５２に供給される。
【０００４】
また、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、外部に交流電力を出力する場合、ブリッジ回路５１のスイッチング素子４７、５０とスイッチング素子４８、４９とを交互にオン、オフさせると共に、ブリッジ回路３９のスイッチング素子３５、３８とスイッチング素子３６、３７とを交互にオン、オフさせる。すなわち、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０から交流電力が出力される場合、バッテリ５２から得られる直流電力は、ブリッジ回路５１により交流電力に変換されトランス４６を介してブリッジ回路４５に出力される。次に、その交流電力は、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４に並列接続されるダイオードにより整流されると共にコンデンサ４０により平滑され直流電力に変換される。そして、その直流電力は、ブリッジ回路３９により交流電力に変換されフィルタ３４を介して外部に出力される。
【０００５】
このように、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ３０は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路４５のみを駆動し、交流電力出力時、ブリッジ回路３９及びブリッジ回路５１のみを駆動する（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ところで、バッテリ５２の充電方法として、例えば、ブリッジ回路４５への入力電圧をほぼ一定に保ちながら、そのブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させてブリッジ回路４５から出力される電流を制御することにより充電電圧を調整しながらバッテリ５２を充電する方法がある。この方法は、例えば、バッテリ５２を定電流で充電する場合に、バッテリ５２への入力電圧をバッテリ５２の端子電圧よりも常に少し高い電圧に保たせるために適用される。上昇するバッテリ５２の端子電圧に合わせてバッテリ５２への入力電圧も上昇させる場合は、そのバッテリ５２の端子電圧の上昇に伴ってスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙが大きくなっていく。
【特許文献１】特開２００１−３７２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述のように、バッテリ５２への入力電圧を可変させてバッテリ５２を充電する方法では、バッテリ５２の端子電圧が低くスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙが小さいとき、ブリッジ回路４５から出力される電流が小さくなりブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が低下する。そのため、上述の方法を適用してブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率を上げるためには、小さいｄｕｔｙのときでもより多くの電流を流すことが可能な能力の高いスイッチング素子を使用してブリッジ回路４５を構成する必要がありコストが増大するなどの問題がある。
【０００８】
そこで、本発明では、バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避を能力の高いスイッチング素子を使用することなく行うことが可能な双方向ＤＣ／ＡＣインバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明では、以下のような構成を採用した。
すなわち、本発明の双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し前記トランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変させることを特徴とする。
【００１０】
このように、バッテリの充電時、第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子、フィルタを構成するコイル、及び第１の電力変換手段と第２の電力変換手段との間のコンデンサをアクティブフィルタとして動作させることにより第２の電力変換手段への入力電圧を可変させているので、第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することなく第３の電力変換手段への入力電圧を可変することができる。これにより、第２の電力変換手段のスイッチング素子のｄｕｔｙを固定しつつバッテリへの入力電圧を可変しバッテリを充電することができるので、バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合の第２の電力変換手段のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避を第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子の能力を上げることなく行うことができる。
【００１１】
また、上記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧以上である期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを固定するように構成してもよい。
【００１２】
また、上記制御手段は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させるように構成してもよい。
【００１３】
また、上記所定電圧は、前記アクティブフィルタにより昇圧される前記第２の電力変換手段への入力電圧が最も低くなるときに前記バッテリを定電流又は定電力で充電可能な前記バッテリの端子電圧としてもよい。
【００１４】
また、本発明の双方向ＤＣ／ＡＣインバータは、コイルを含むフィルタと、ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記フィルタに接続される第１のブリッジ回路と、ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第１のブリッジ回路に接続される第２のブリッジ回路と、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路との間に設けられるコンデンサと、ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第２のブリッジ回路にトランスを介して接続される第３のブリッジ回路と、バッテリの充電時、前記第２のブリッジ回路を直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第１ブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ交流電力を直流電力に変換するように機能させ、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記第１のブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第２のブリッジ回路を交流電力を直流電力に変換するように機能させる制御回路とを備え、前記制御回路は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のうち所定のスイッチング素子、前記コイル、及び前記コンデンサをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２のブリッジ回路への入力電圧を可変させることを特徴とする。
【００１５】
また、上記制御回路は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定の電圧になるまでの期間、前記第２のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させるように構成してもよい。
【００１６】
また、本発明の双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法は、バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換しトランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備える双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法であって、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変することを特徴とする。
【００１７】
また、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、双方向ＤＣ／ＡＣインバータを構成するスイッチング素子の能力を上げることなく、バッテリへの入力電圧を可変させてバッテリを充電する場合のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施形態の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。なお、図３に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
【００２０】
図１に示す双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１は、フィルタ３４と、ブリッジ回路３９（第１のブリッジ回路）と、コンデンサ４０と、ブリッジ回路４５（第２のブリッジ回路）と、トランス４６と、ブリッジ回路５１（第３のブリッジ回路）と、コンデンサ５３と、コイル５４と、バッテリ５２の充電時にスイッチング素子４１〜４４及びスイッチング素子３７、３８を駆動し、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時にスイッチング素子３５〜３８及びスイッチング素子４７〜５０を駆動する制御回路２（制御手段）と、外部からフィルタ３４に入力される交流電圧Ｖｉｎを検出する電圧検出回路３と、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを検出する電圧検出回路４と、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂを検出する電圧検出回路５と、外部からフィルタ３４に入力される交流電流Ｉｉｎを検出する電流検出回路６と、バッテリ５２に流れる電流Ｉｂを検出する電流検出回路７とを備えて構成されている。
【００２１】
なお、特許請求の範囲に記載される第１の電力変換手段は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路３９及びコンデンサ４０により構成され、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時、ブリッジ回路３９により構成される。また、特許請求の範囲に記載される第２の電力変換手段は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路４５により構成され、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時、ブリッジ回路４５及びコンデンサ４０により構成される。また、特許請求の範囲に記載される第３の電力変換手段は、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路５１及びコンデンサ５３により構成され、双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の交流電力出力時、ブリッジ回路５１により構成される。また、スイッチング素子３５〜３８、スイッチング素子４１〜４４、及びスイッチング素子４７〜５０は、ボディダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されてもよい。また、ブリッジ回路３９、ブリッジ回路４５、またはブリッジ回路５１は、２つのスイッチング素子を備えるハーフブリッジ型のブリッジ回路により構成されてもよい。
【００２２】
上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１の特徴とする点は、制御回路２が、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路３９を構成するスイッチング素子３５〜３８のうち下側のスイッチング素子３７、３８、フィルタ３４を構成するコイル３１、３２、及びコンデンサ４０をアクティブフィルタとして動作させることによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変する点である。
【００２３】
図２（ａ）は、図１に示すブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃとバッテリ５２の端子電圧Ｖｂとの関係を示す図である。なお、図２（ａ）に示すグラフの縦軸は電圧Ｖを示し、横軸は時間ｔを示している。また、図２（ａ）に示す実線はバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを示し、破線はブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを示している。また、充電開始時のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂは十分低くなっているものとする。また、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０からなるアクティブフィルタにより昇圧されるブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが最も低くなるとき（アクティブフィルタによる昇圧がされないとき）に入力電圧Ｖｃが端子電圧Ｖｂより所定値ｄだけ高い状態のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを所定電圧Ｖｐとする。なお、図１に示すトランス４６の１次側コイルと２次側コイルの巻き線比を１：１とする。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂは、充電を開始してからすぐに所定電圧Ｖｐまで急峻に上昇し、その後徐々に上昇していき、ある時点で再び急峻に上昇して上限の電圧Ｖｍに達している。
【００２５】
例えば、制御回路２は、図２（ａ）に示すように、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになってから上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃがバッテリ５２の端子電圧Ｖｂよりも常に所定値ｄだけ高い電圧となるように、スイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙを可変する。
【００２６】
例えば、図１に示す双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１において、フィルタ３４に入力される交流電力が正のとき、スイッチング素子３７がオンしスイッチング素子３８がオフすると、コイル３１にエネルギーが蓄積し、次に、スイッチング素子３７がオフしスイッチング素子３８がオンすると、コイル３１に蓄積されていたエネルギーがスイッチング素子３５に並列接続されたダイオードを介してコンデンサ４０に蓄積される。また、フィルタ３４に入力される交流電力が負のとき、スイッチング素子３７がオフしスイッチング素子３８がオンすると、コイル３２にエネルギーが蓄積し、次に、スイッチング素子３７がオンしスイッチング素子３８がオフすると、コイル３２に蓄積されていたエネルギーがスイッチング素子３６に並列接続されたダイオードを介してコンデンサ４０に蓄積される。従って、スイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙを大きくすると、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが高くなり、スイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙを小さくすると、ブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが低くなる。
【００２７】
これにより、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させることなくバッテリ５２の端子電圧Ｖｂの変化に応じてブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変させることができるので、バッテリ５２の充電を開始してからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値（例えば、５０％付近）に固定することができる。
【００２８】
なお、バッテリ５２の充電時のスイッチング素子３７、３８の各ｄｕｔｙは、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂ及び所定値ｄに基づいて求めてもよいし、バッテリ５２に流れる電流Ｉｂに基づいて求めてもよい。
【００２９】
また、バッテリ５２の充電時、スイッチング素子３７、３８を同時にオン、オフさせてもよいし、スイッチング素子３５、３８とスイッチング素子３６、３７とを交互にオン、オフさせてもよい。
【００３０】
また、バッテリ５２の充電時、バッテリ５２の充電を開始してからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、スイッチング素子３７、３８を停止させてもよい。
【００３１】
また、バッテリ５２の充電時、フィルタ３４に入力される交流電圧Ｖｉｎ及び交流電流Ｉｉｎに基づいて、ブリッジ回路４５への入力電圧波形の位相とブリッジ回路４５への入力電流波形の位相とが一致するようにスイッチング素子３７、３８を駆動させてもよい。これにより、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０により構成するアクティブフィルタの力率を１にすることができそのアクティブフィルタの効率を向上させることができる。
【００３２】
このように、上記双方向ＤＣ／ＡＣインバータ１は、バッテリ５２の充電時、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０をアクティブフィルタとして動作させることによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変させているので、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変することなくトランス４６への入力電圧を可変することができる。これにより、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値に固定しつつバッテリ５２への入力電圧を可変しバッテリ５２を充電することができるので、バッテリ５２への入力電圧を可変させてバッテリ５２を充電する場合のブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率の低下回避をスイッチング素子４１〜４４の能力を上げることなく行うことができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、バッテリ５２の充電時、ブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを常に固定する構成であるが、バッテリ５２の充電が開始されてからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させてもよい。
【００３４】
図２（ｂ）は、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変させる場合のブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃとバッテリ５２の端子電圧Ｖｂとの関係を示す図である。なお、図２（ｂ）に示すグラフの縦軸は電圧Ｖを示し、横軸は時間ｔを示している。また、図２（ｂ）に示す実線はバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを示し、破線はブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを示している。また、充電開始時のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂは十分低くなっているものとする。また、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０からなるアクティブフィルタにより昇圧されるブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃが最も低くなるとき（アクティブフィルタによる昇圧がされないとき）に入力電圧Ｖｃが端子電圧Ｖｂより所定値ｄだけ高い状態のバッテリ５２の端子電圧Ｖｂを所定電圧Ｖｐとする。なお、図１に示すトランス４６の１次側コイルと２次側コイルの巻き線比を１：１とする。
【００３５】
図２（ｂ）に示すバッテリ５２の端子電圧Ｖｂは、図２（ａ）に示すバッテリ５２の端子電圧Ｖｂと同様に、充電を開始してからすぐに所定電圧Ｖｐまで急峻に上昇していき、その後徐々に上昇してある時点で再び急峻に上昇し上限の電圧Ｖｍに達している。
【００３６】
例えば、制御回路２は、バッテリ５２の充電を開始してからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間、バッテリ５２への入力電圧（図２（ｂ）に示す一点鎖線）がバッテリ５２の端子電圧Ｖｂよりも常に所定値ｄだけ高い電圧となるようにブリッジ回路４５のスイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙを可変すると共に、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになってから上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値（例えば、５０％付近）に固定する。
【００３７】
なお、バッテリ５２の充電時のスイッチング素子３７、３８の駆動制御は、図２（ａ）で説明した駆動制御と同様である。
これにより、スイッチング素子３７、３８、コイル３１、３２、及びコンデンサ４０からなるアクティブフィルタによりブリッジ回路４５への入力電圧Ｖｃを可変することができない期間（例えば、バッテリ５２の充電が開始されてからバッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになるまでの期間）もバッテリ５２への入力電圧を可変することができるようになるので、容量の小さい低電流出力のバッテリ５２も充電することができる。
【００３８】
また、上記実施形態では、バッテリ５２への入力電流が一定になるようにバッテリ５２を充電する構成であるが、バッテリ５２への入力電力が一定になるようにバッテリ５２を充電するように構成してもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、トランス４６の１次側コイルと２次側コイルの巻き線比を１：１としたが、この構成に限定されない。また、バッテリ５２の端子電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｐになってから上限の電圧Ｖｍになるまでの期間、スイッチング素子４１〜４４の各ｄｕｔｙをブリッジ回路４５のＤＣ／ＡＣ電力変換効率が最大となる値に固定したが、最大となる値に限らない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
【図２】ブリッジ回路への入力電圧Ｖｃとバッテリの端子電圧Ｖｂとの関係を示す図である。
【図３】既存の双方向ＤＣ／ＡＣインバータを示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 双方向ＤＣ／ＡＣインバータ
２ 制御回路
３〜５ 電圧検出回路
６、７ 電流検出回路
３０ 双方向ＤＣ／ＡＣインバータ
３１、３２ コイル
３３ コンデンサ
３４ フィルタ
３５〜３８ スイッチング素子
３９ ブリッジ回路
４０ コンデンサ
４１〜４４ スイッチング素子
４５ ブリッジ回路
４６ トランス
４７〜５０ スイッチング素子
５１ ブリッジ回路
５２ バッテリ
５３ コンデンサ
５４ コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、
前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、
前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し前記トランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、
前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧以上である期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを固定する、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記制御手段は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項４】
請求項３に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記所定電圧は、前記アクティブフィルタにより昇圧される前記第２の電力変換手段への入力電圧が最も低くなるときに前記バッテリを定電流又は定電力で充電可能な前記バッテリの端子電圧である、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項５】
コイルを含むフィルタと、
ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記フィルタに接続される第１のブリッジ回路と、
ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第１のブリッジ回路に接続される第２のブリッジ回路と、
前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路との間に設けられるコンデンサと、
ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第２のブリッジ回路にトランスを介して接続される第３のブリッジ回路と、
バッテリの充電時、前記第２のブリッジ回路を直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第１ブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ交流電力を直流電力に変換するように機能させ、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記第１のブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第２のブリッジ回路を交流電力を直流電力に変換するように機能させる制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のうち所定のスイッチング素子、前記コイル、及び前記コンデンサをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２のブリッジ回路への入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項６】
請求項５に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記制御回路は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定の電圧になるまでの期間、前記第２のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項７】
バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換しトランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備える双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法であって、
前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変する、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法であって、
前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変する、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法。
【請求項１】
バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、
前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、
前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換し前記トランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、
前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項２】
請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記制御手段は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧以上である期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを固定する、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記制御手段は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項４】
請求項３に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記所定電圧は、前記アクティブフィルタにより昇圧される前記第２の電力変換手段への入力電圧が最も低くなるときに前記バッテリを定電流又は定電力で充電可能な前記バッテリの端子電圧である、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項５】
コイルを含むフィルタと、
ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記フィルタに接続される第１のブリッジ回路と、
ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第１のブリッジ回路に接続される第２のブリッジ回路と、
前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路との間に設けられるコンデンサと、
ダイオードと並列接続される複数のスイッチング素子により構成され、前記第２のブリッジ回路にトランスを介して接続される第３のブリッジ回路と、
バッテリの充電時、前記第２のブリッジ回路を直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第１ブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ交流電力を直流電力に変換するように機能させ、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記第１のブリッジ回路及び前記第３のブリッジ回路をそれぞれ直流電力を交流電力に変換するように機能させると共に、前記第２のブリッジ回路を交流電力を直流電力に変換するように機能させる制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のうち所定のスイッチング素子、前記コイル、及び前記コンデンサをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２のブリッジ回路への入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項６】
請求項５に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータであって、
前記制御回路は、前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定の電圧になるまでの期間、前記第２のブリッジ回路を構成する各スイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変させる、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータ。
【請求項７】
バッテリの充電時、外部から入力される交流電力を直流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される直流電力を交流電力に変換し外部に出力する第１の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第１の電力変換手段から出力される直流電力を交流電力に変換すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、入力される交流電力を直流電力に変換し前記第１の電力変換手段に供給する第２の電力変換手段と、前記バッテリの充電時、前記第２の電力変換手段からトランスを介して出力される交流電力を直流電力に変換し前記バッテリに供給すると共に、当該双方向ＤＣ／ＡＣインバータの交流電力出力時、前記バッテリから得られる直流電力を交流電力に変換しトランスを介して前記第２の電力変換手段に供給する第３の電力変換手段と、前記第１〜第３の電力変換手段のそれぞれの動作を制御する制御手段とを備える双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法であって、
前記バッテリの充電時、少なくとも前記バッテリの端子電圧が所定電圧以上である期間、前記第１の電力変換手段を構成するスイッチング素子とコンデンサ、及び前記第１の電力変換手段に接続されるフィルタを構成するコイルをアクティブフィルタとして動作させることにより前記第２の電力変換手段への入力電圧を可変する、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法であって、
前記バッテリの充電時、前記バッテリの端子電圧が前記所定電圧になるまでの期間、前記第２の電力変換手段を構成するスイッチング素子のｄｕｔｙを可変することにより前記バッテリへの入力電圧を可変する、
ことを特徴とする双方向ＤＣ／ＡＣインバータの駆動制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１１０８５６（Ｐ２００７−１１０８５６Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０１３９９（Ｐ２００５−３０１３９９）
【出願日】平成１７年１０月１７日（２００５．１０．１７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１７日（２００５．１０．１７）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【Ｆターム（参考）】
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