JP2007236064A - Energy storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蓄電装置に関し、特に、損失を低減する技術に関する。 The present invention relates to a power storage device, and more particularly to a technique for reducing loss.
エンジンと蓄電デバイスを動力源とするハイブリッド車両において、蓄電デバイスにキャパシタを用いる場合、キャパシタの容量変化による出力電圧変動を抑えるためにDC/DCコンバータをキャパシタと出力線の間に挿入するが、DC/DCコンバータでの回路損失により充放電効率が低下する。また、キャパシタの蓄電エネルギーを有効利用するためには、高昇圧比・大電流対応のDC/DCコンバータが必要である。 In a hybrid vehicle using an engine and a power storage device as a power source, when a capacitor is used as the power storage device, a DC / DC converter is inserted between the capacitor and the output line in order to suppress output voltage fluctuation due to a change in the capacitance of the capacitor. Charge / discharge efficiency decreases due to circuit loss in the DC converter. Further, in order to effectively use the stored energy of the capacitor, a DC / DC converter that supports a high step-up ratio and a large current is required.
一方、蓄電デバイスとしてキャパシタと蓄電池を用い、さらにDC/DCコンバータを用いた電源システムにおいて、DC/DCコンバータの替わりに、選択的に直並列接続できる2つ以上の蓄電池を設けることで、キャパシタの使用効率を向上する技術が特許文献1に開示されている。 On the other hand, in a power supply system using a capacitor and a storage battery as a storage device and using a DC / DC converter, by providing two or more storage batteries that can be selectively connected in series and parallel, instead of the DC / DC converter, A technique for improving the use efficiency is disclosed in Patent Document 1.
しかしながら、高昇圧比・大電流対応のDC/DCコンバータはコストアップの要因となる上、回路損失が大きくなるという問題があった。 However, the DC / DC converter corresponding to a high boost ratio and a large current causes a problem of an increase in cost and a circuit loss.
また、特許文献1記載の技術では、DC/DCコンバータでの損失は生じないが、きめ細かい電圧変換を実現するには、蓄電池を複数個設ける必要があり、コストアップの要因となるという問題があった。また、蓄電池は化学反応を伴うため、寿命が短いという問題があった。 Further, although the technique described in Patent Document 1 does not cause a loss in the DC / DC converter, it is necessary to provide a plurality of storage batteries in order to realize fine voltage conversion, which causes a cost increase. It was. Moreover, since a storage battery accompanies a chemical reaction, there existed a problem that a lifetime was short.
そこで、本発明は、蓄電デバイスとしてキャパシタのみを用い、高昇圧比・大電流対応のDC/DCコンバータを必要とせず、さらにDC/DCコンバータで生じる回路損失を低減できる蓄電装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a power storage device that uses only a capacitor as a power storage device, does not require a DC / DC converter that supports a high boost ratio and a large current, and can reduce circuit loss caused by the DC / DC converter. Objective.
この発明にかかる蓄電装置の第1の態様は、出力線(60)と、蓄電部(20)と、入力された電圧を電圧変換して前記出力線に与えるコンバータ(40)と、前記蓄電部の出力電圧を、選択的に、前記コンバータまたは前記出力線に与える第1スイッチ(50)と、前記蓄電部の前記出力電圧の電圧値に基づいて、前記第1スイッチの切り替え制御を行う制御部(30)とを備える。 A first aspect of the power storage device according to the present invention includes an output line (60), a power storage unit (20), a converter (40) that converts the input voltage to apply to the output line, and the power storage unit A first switch (50) that selectively gives the output voltage to the converter or the output line, and a control unit that performs switching control of the first switch based on a voltage value of the output voltage of the power storage unit (30).
この発明にかかる蓄電装置の第2の態様は、第1の態様にかかる蓄電装置であって、前記蓄電部の前記電圧値が第1の値を下回るときに、前記制御部は前記第1スイッチを切り替えて、前記蓄電部の前記出力電圧を前記コンバータに与える。 A second aspect of the power storage device according to the present invention is the power storage device according to the first aspect, wherein the control unit controls the first switch when the voltage value of the power storage unit is lower than the first value. And the output voltage of the power storage unit is applied to the converter.
この発明にかかる蓄電装置の第3の態様は、第2の態様にかかる蓄電装置であって、前記第1の値は、前記出力線に接続された負荷(10,70)の入力に要求される最小電圧に基づいて選定される。 A third aspect of the power storage device according to the present invention is the power storage device according to the second aspect, wherein the first value is required for input of a load (10, 70) connected to the output line. Selected based on the minimum voltage.
この発明にかかる蓄電装置の第4の態様は、第2の態様にかかる蓄電装置であって、前記出力線の電圧に基づいて駆動される負荷(10,70)の必要負荷電力を検出できる必要負荷電力検出部(36)をさらに備え、前記第1の値は、前記必要負荷電力に基づいて選定される。 A fourth aspect of the power storage device according to the present invention is the power storage device according to the second aspect, and needs to be able to detect the required load power of the load (10, 70) driven based on the voltage of the output line. A load power detector (36) is further provided, and the first value is selected based on the required load power.
この発明にかかる蓄電装置の第5の態様は、第1ないし第4のいずれかの態様にかかる蓄電装置であって、前記蓄電部(20)は、前記電圧を出力する第1端(20a)および第2端(20b)と、第1蓄電用キャパシタ(21)と、第2蓄電用キャパシタ(22)と、前記第1蓄電用キャパシタおよび前記第2蓄電用キャパシタを、前記第1端および第2端の間で、選択的に直列接続または並列接続する第2スイッチ(23,24)とを備える。 A fifth aspect of the power storage device according to the present invention is the power storage device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the power storage unit (20) outputs the voltage at the first end (20a). And the second end (20b), the first storage capacitor (21), the second storage capacitor (22), the first storage capacitor and the second storage capacitor, the first end and the second storage capacitor (22). And a second switch (23, 24) selectively connected in series or in parallel between the two ends.
この発明にかかる蓄電装置の第6の態様は、第5の態様にかかる蓄電装置であって、前記第1蓄電用キャパシタおよび前記第2蓄電用キャパシタが並列接続されている状態での前記蓄電部の前記電圧値が、前記出力線に接続された負荷(10,70)の入力に要求される最大電圧の半値を下回ったときに、前記制御部は前記第2スイッチを切り替えて、前記第1および第2の蓄電用キャパシタを直列接続させる。 A sixth aspect of the power storage device according to the present invention is the power storage device according to the fifth aspect, wherein the power storage unit in a state where the first power storage capacitor and the second power storage capacitor are connected in parallel. When the voltage value is less than half the maximum voltage required for the input of the load (10, 70) connected to the output line, the control unit switches the second switch to switch the first switch The second storage capacitor is connected in series.
この発明にかかる蓄電装置の第7の態様は、第1の態様にかかる蓄電装置であって、前記出力線(60)の電圧値に基づいて駆動される負荷(10,70)の必要負荷電力を検出できる必要負荷電力検出部(36)をさらに備え、前記蓄電部(20)は、前記電圧を出力する第1端(20a)および第2端(20b)と、第1の蓄電用キャパシタ(21)と、第2の蓄電用キャパシタ(22)と、前記第1の蓄電用キャパシタおよび前記第2の蓄電用キャパシタを、前記第1端および第2端の間で、選択的に直列接続または並列接続する第2スイッチ(23,24)とを備え、前記第1の蓄電用キャパシタの両端電圧と前記第2の蓄電用キャパシタの両端電圧との和が、前記出力線に接続された負荷(10,70)の入力に要求される最小電圧以上あり、かつ前記必要負荷電力が予め定められた第2の値を越えたときに、前記制御部(30)は前記第2スイッチを切り替えて前記第1の蓄電用キャパシタと前記第2の蓄電用キャパシタを直列に接続し、かつ前記第1スイッチを切り替えて前記蓄電部の出力電圧を前記出力線に与える。 A seventh aspect of the power storage device according to the present invention is the power storage device according to the first aspect, wherein the required load power of the load (10, 70) driven based on the voltage value of the output line (60) A required load power detection unit (36) that can detect the voltage, the power storage unit (20) includes a first terminal (20a) and a second terminal (20b) that output the voltage, and a first power storage capacitor ( 21), a second storage capacitor (22), and the first storage capacitor and the second storage capacitor are selectively connected in series between the first end and the second end, or A second switch (23, 24) connected in parallel, and a sum of a voltage across the first storage capacitor and a voltage across the second storage capacitor is a load connected to the output line ( 10, 70) When the required load power exceeds the predetermined second value, the control unit (30) switches the second switch to switch the first power storage capacitor and the second power storage. The capacitors for use are connected in series, and the first switch is switched to give the output voltage of the power storage unit to the output line.
この発明にかかる蓄電装置の第1の態様によれば、蓄電部の出力電圧がコンバータを介さず出力されるときは、コンバータでの損失がなくなるため、蓄電装置全体としてコンバータで生じる損失を低減することができる。 According to the first aspect of the power storage device of the present invention, when the output voltage of the power storage unit is output without going through the converter, the loss in the converter is eliminated, so that the power storage device as a whole reduces the loss generated in the converter. be able to.
この発明にかかる蓄電装置の第2の態様によれば、蓄電部の出力電圧が高い場合にはコンバータを介さずに出力電圧を出力線に与えるので、コンバータで生じる損失を低減することができる。 According to the second aspect of the power storage device of the present invention, when the output voltage of the power storage unit is high, the output voltage is applied to the output line without going through the converter, so that loss generated in the converter can be reduced.
この発明にかかる蓄電装置の第3の態様によれば、負荷からの電圧についての要求を損なわずにコンバータで生じる損失を低減することができる。 According to the 3rd aspect of the electrical storage apparatus concerning this invention, the loss which arises in a converter can be reduced, without impairing the request | requirement about the voltage from load.
この発明にかかる蓄電装置の第4の態様によれば、負荷からの電力についての要求を損なわずにコンバータで生じる損失を低減することができる。 According to the 4th aspect of the electrical storage apparatus concerning this invention, the loss which arises in a converter can be reduced, without impairing the request | requirement about the electric power from load.
この発明にかかる蓄電装置の第5の態様によれば、第1および第2の蓄電用キャパシタが並列接続から直列接続に切り替わると、蓄電部の出力電圧が上昇する。コンバータを介さずに蓄電部の出力電圧が出力線に与えられるべき当該出力電圧の範囲が広がるため、蓄電装置全体として、コンバータで生じる損失をさらに低減することができる。 According to the fifth aspect of the power storage device of the present invention, when the first and second power storage capacitors are switched from the parallel connection to the series connection, the output voltage of the power storage unit increases. Since the range of the output voltage to which the output voltage of the power storage unit should be applied to the output line without passing through the converter is widened, the loss generated in the converter can be further reduced as the entire power storage device.
この発明にかかる蓄電装置の第6の態様によれば、第1および第2の蓄電用キャパシタが直列接続された場合であっても、蓄電部の電圧値は負荷の入力に要求される最大電圧を上回らないので、負荷にダメージを与えることなくコンバータで生じる損失を低減することができる。 According to the sixth aspect of the power storage device of the present invention, even when the first and second power storage capacitors are connected in series, the voltage value of the power storage unit is the maximum voltage required for load input. Therefore, the loss generated in the converter can be reduced without damaging the load.
この発明にかかる蓄電装置の第7の態様によれば、第1および第2の蓄電用キャパシタの両端電圧の和が、負荷の入力に要求される最小電圧以上あり、負荷の必要負荷電力が所定の値以上のときに、第1および第2の蓄電用キャパシタを直列接続して蓄電部の出力電圧を上昇させ、コンバータを介さずに出力できるので、コンバータで生じる損失を伴わずに負荷のパワーアップ駆動を行うことができる。 According to the seventh aspect of the power storage device of the present invention, the sum of the voltages across the first and second power storage capacitors is equal to or greater than the minimum voltage required for the load input, and the required load power of the load is predetermined. Since the output voltage of the power storage unit can be increased by connecting the first and second storage capacitors in series when the value is equal to or greater than the value of the power storage unit, the power of the load can be output without any loss caused by the converter. Up-drive can be performed.
第1の実施の形態.
本発明にかかる第1の実施の形態の蓄電装置の概略構成図を図1に示す。本第1の実施の形態にかかる蓄電装置は、出力線60と、蓄電部20と、入力された電圧を電圧変換して出力線60に与えるDC/DCコンバータ40と、蓄電部20の出力電圧を、選択的に、DC/DCコンバータ40または出力線60に与えるバイパススイッチ50と、蓄電装置の挙動を制御するシステム制御部30とで構成されている。なお、本蓄電装置は、図示しないインバータの主回路が接続され、ハイブリッド車両用の動力源として機能している。
First embodiment.
FIG. 1 shows a schematic configuration diagram of a power storage device according to a first embodiment of the present invention. The power storage device according to the first embodiment includes an
蓄電部20は、2つの蓄電用キャパシタ21および22と、蓄電用キャパシタ21および22を、ノード20aおよび20bの間で、選択的に直列接続または並列接続するスイッチ23、24とで構成されている。蓄電部20は、ノード20aおよび20bの間の電圧を出力する。
システム制御部30は、本蓄電装置に接続される主回路の電圧を検出できる主回路電圧検出部31と、蓄電部20の電圧値を検出する蓄電部電圧検出部33と、蓄電部電圧検出部33で検出した電圧値に基づいて、バイパススイッチ50を制御するバイパス制御部32と、スイッチ23、24を制御するキャパシタ直並列切替制御部34と、DC/DCコンバータ40を制御するDC/DCコンバータ制御部35とで構成されている。なお、システム制御部30は、例えば、ワンチップマイコンで構成されており、各機能部は、ソフトウェアで実現することができる。
The
バイパス制御部32は、蓄電部電圧検出部33で検出した蓄電部20の出力電圧が第1の所定値以上のときに、バイパススイッチ50を出力線60側に接続させ、第1の所定値を下回っているときに、バイパススイッチ50をDC/DCコンバータ40側に接続させる。なお、本第1の実施の形態では、第1の所定値は、本蓄電装置に接続される主回路の入力に要求される最小電圧が選定される。
The
キャパシタ直並列切替接続制御部34は、蓄電用キャパシタ21および22が並列接続された状態での蓄電部20の出力電圧が、本蓄電装置に接続される主回路の入力に要求される最大電圧の半値を下回っているときに、スイッチ23、24を切り替えて、蓄電用キャパシタ21および22を直列接続する。
The capacitor series / parallel switching
DC/DCコンバータ制御部35は、蓄電部20の出力電圧がDC/DCコンバータ40に入力されたときに、その出力電圧を、主回路の入力に要求される電圧範囲内の適切な電圧値に変換するように、DC/DCコンバータ40を制御する。
When the output voltage of the
また、DC/DCコンバータ制御部35は、主回路電圧検出部31で検出された主回路の電圧値に応じて、蓄電部20の放電電流を制御する。具体的には、主回路に接続されているモータ(図示せず)で消費される電力が蓄電部20の最大放電電力よりも大きければ、蓄電部20の放電電流を、要求される負荷電力に対して最大の電流値で駆動し、モータで消費される電力が軽いときは、主回路電圧検出部31で検出した電圧が主回路の入力に要求される電圧範囲内となるように蓄電部20の放電電流を制御する。なお、主回路およびモータが出力線60に接続された負荷と見なすことができる。
In addition, the DC / DC
続いて、本第1の実施の形態にかかる蓄電装置の具体的な動作について説明する。主回路の入力に要求される電圧範囲を、例えば、電圧280V±10%とする。なお、この値は一般的な商用交流電源が200Vの場合に使用される値の一例であって、これ以外でも構わない。また、この電圧範囲は主回路が定格出力を必ず出力できるという範囲を意味する。 Subsequently, a specific operation of the power storage device according to the first embodiment will be described. The voltage range required for the input of the main circuit is, for example, a voltage of 280 V ± 10%. This value is an example of a value used when a general commercial AC power supply is 200 V, and other values may be used. This voltage range means a range in which the main circuit can always output the rated output.
2つの蓄電用キャパシタ21および22には、それぞれ280Vの電圧が充電されており、お互い並列接続で接続されている。すなわち、このとき蓄電部20が出力する電圧は、280Vである。
The two
図2は、蓄電用キャパシタ21の両端電圧と、DC/DCコンバータ40で生じる回路損失の関係を示す図である。図2において、実線が本蓄電装置における当該関係を示し、比較のために、バイパススイッチ50を備えずに常時DC/DCコンバータ40を用いて出力線60に電圧を供給する蓄電装置(以下、第1蓄電装置と呼ぶ)における当該関係を破線で示す。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the voltage across the
まず、第1蓄電装置の動作について述べる。蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧が280Vの時、蓄電部20の出力電圧は280Vであり、この出力電圧がDC/DCコンバータ40を介して、主回路に供給される。蓄電部20の出力電圧が280Vの時にDC/DCコンバータ40を流れる電流をIとすると、DC/DCコンバータ40で生じる回路損失はI2R(Rは定数)と表される。
First, the operation of the first power storage device will be described. When the voltage across
その後、蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧は下降する。すなわち、蓄電部20の出力電圧も下降し、その電圧下降に伴ってDC/DCコンバータ40を流れる電流が増大するため、DC/DCコンバータ40で生じる回路損失は上昇する。
Thereafter, the voltage across the
蓄電用キャパシタ21の両端電圧が140Vの時、蓄電装置20の出力電圧は当初の電圧の半分(140V)である。そうすると、蓄電部20からは2Iの電流が流れるため、DC/DCコンバータ40で生じる回路損失は4I2Rとなる。なお、このような回路損失上昇を考慮に入れると、実質的に、蓄電部20の出力電圧は、140V以上で使用するのが望ましい。
When the voltage across the
蓄電用キャパシタ21の両端電圧が140Vを下回ると、キャパシタ直並列切替制御部34は、スイッチ23、24を切り替えて、蓄電用キャパシタ21および22を直列接続する。すると、蓄電部20の出力電圧は、再び280Vとなる。蓄電部20の出力電圧上昇に伴い、DC/DCコンバータ40を流れる電流値が再びIとなるため、回路損失はI2Rまで低下する。その後、蓄電キャパシタ21および22の両端電圧の下降に伴って、蓄電部20の出力電圧が下降し、再び回路損失が上昇する。
When the voltage across
続いて、本蓄電装置の動作について述べる。蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧が280Vの時、蓄電部20の出力電圧は280Vである。これは主回路の入力に要求される電圧範囲内(280V±10%)であるため、バイパス制御部32は、バイパススイッチ50を出力線60側に接続する。当該出力電圧は、DC/DCコンバータ40を介さず、直接出力線60から主回路に供給される。このとき、DC/DCコンバータ40での回路損失は生じない。
Subsequently, an operation of the power storage device will be described. When the voltage across the
そして、蓄電キャパシタ21の両端電圧が252V(280V−10%)を下回ると、つまり蓄電部20の出力電圧が第1の所定値(主回路の入力に要求される電圧の最小値252V)を下回ると、バイパス制御部32は、バイパススイッチ50をDC/DCコンバータ40側に接続する。DC/DCコンバータ40は、蓄電部20の出力電圧を、主回路の入力に要求される電圧範囲内(280V±10%)の適切な電圧値に変換して、主回路に供給する。そのため、第1蓄電装置と同様に、DC/DCコンバータ40での回路損失が生じ、蓄電キャパシタ21および22の両端電圧下降に伴う電流の増加により、回路損失が上昇する。
When the voltage across the
そして、蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧はさらに下降し、両端電圧が154Vを下回ると、つまり、蓄電部20の出力電圧が、主回路の入力に要求される電圧の最大値308V(280V+10%)の半値を下回ると、キャパシタ直並列切替制御部34は、スイッチ23、24を切り替えて、蓄電用キャパシタ21および22を直列接続する。この時、蓄電部20の出力電圧は、308Vであり、主回路の入力に要求される電圧の最大値(280V+10%)である。
The voltage across
蓄電部20の出力電圧が再び主回路の入力に要求される電圧範囲内(280V±10%)となるので、DC/DCコンバータ40を介す必要がない。そこで、バイパス制御部32は、再びバイパススイッチ50を出力線60側に接続させ、蓄電部20の出力電圧をDC/DCコンバータ40を介さずに、出力線60から主回路に供給する。このときDC/DCコンバータ40での回路損失は生じない。
Since the output voltage of the
そして、さらに蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧は下降し、両端電圧が126Vを下回ると、つまり、蓄電部20の出力電圧が第1の所定値(主回路の入力に要求される電圧の最小値252V)を下回ると、バイパス制御部32は、再びバイパススイッチ50をDC/DCコンバータ40側に接続させる。蓄電部20の出力電圧は、DC/DCコンバータ40を介して、主回路の入力に要求される電圧範囲内(280V±10%)の適切な電圧値に変換され、主回路に供給される。そのため、第1蓄電装置と同様に、DC/DCコンバータ40での回路損失が再び生じることになる。
Further, the voltage across the
以上のように、蓄電部20の出力電圧が直接出力線60に出力される場合は、DC/DCコンバータ40での回路損失が発生しないため、蓄電装置全体として、損失を低減することができる。なお、図2中、斜線で示す領域が、第1蓄電装置と比較して低減された損失である。
As described above, when the output voltage of the
なお、蓄電部20は、一つの蓄電用キャパシタ21のみからなる構成でも構わない。この場合も、一つの蓄電用キャパシタ21のみからなる第1蓄電装置と比較して、DC/DCコンバータ40で生じる回路損失を低減することができる。DC/DCコンバータ40で生じる回路損失と、蓄電キャパシタの両端電圧の関係は、図2で示す280V〜154Vの範囲で表され、この場合は280V〜252Vまでに生じる回路損失を低減することができる。
The
また、蓄電部20は、例えば、4つの蓄電用キャパシタから構成されてもよい。この場合、並列接続された4つの蓄電用キャパシタ(図3(a)参照)の各々の両端電圧が、当初の半分の電圧付近を下回ると、並列接続された2つの蓄電用キャパシタによる2組みをそれぞれ直列接続し(図3(b)参照)、さらに各蓄電用キャパシタの両端電圧が当初の4分の1の電圧付近を下回ると、4つの蓄電用キャパシタをそれぞれ直列接続する(図3(c)参照)。直列接続時に、蓄電部20の出力電圧を上昇できるため、その都度DC/DCコンバータ40での回路損失を回避でき、蓄電装置全体として、さらに損失を低減することができる。
In addition, the
なお、本第1の実施の形態にかかる蓄電装置に接続する主回路の入力に要求される電圧は280V±10%であるとして説明したが、例えば、上限が280V+10%、下限が−15%であってもよい。この場合、DC/DCコンバータ40を介さない期間を広くすることができ、蓄電装置全体として、さらに損失を低減することができる。
In addition, although the voltage requested | required of the input of the main circuit connected to the electrical storage apparatus concerning this 1st Embodiment is 280V +/- 10%, for example, an upper limit is 280V + 10% and a minimum is -15%. There may be. In this case, the period during which the DC /
第2の実施の形態.
本発明にかかる第2の実施の形態の蓄電装置の概略構成図を図4に示す。なお、同一符号は同一または相当部分を指し、重畳する説明は省略する。図4は、本第2の実施の形態にかかる蓄電装置をインバータ10に接続し、インバータ10がモータ70を駆動する態様で示している。本第2の実施の形態にかかる蓄電装置は、第1の実施の形態にかかる蓄電装置と比較して、システム制御部30がモータ70の必要負荷電力を検出できる必要負荷電力検出部36をさらに備えている。
Second embodiment.
FIG. 4 shows a schematic configuration diagram of a power storage device according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol points out the same or an equivalent part, and the description which overlaps is abbreviate | omitted. FIG. 4 shows a state in which the power storage device according to the second embodiment is connected to the
第1の実施の形態では、蓄電部20の出力電圧が、第1の所定値(主回路の入力に要求される最小電圧)を下回ると、DC/DCコンバータ40を介して出力されているが、本第2の実施の形態では、主回路が必要とする必要負荷電力を考慮することで、蓄電部20の出力電圧が、主回路の入力に要求される電圧の最小値を下回った範囲でも、DC/DCコンバータ40を介さずに出力電圧を主回路に供給する。
In the first embodiment, when the output voltage of the
通常、蓄電装置から供給される電圧が、インバータ10の入力に要求する電圧の最小値を下回ると、インバータ10は定格出力が満足されない。しかし、インバータ10の負荷が小さい(軽負荷)時の運転では、定格出力より小さい出力でモータ70を駆動できるため、インバータ10に供給する電圧がインバータ10の入力に要求される電圧の最小値より小さくとも構わない場合がある。
Normally, when the voltage supplied from the power storage device is lower than the minimum voltage required for the input of the
そこで、必要負荷電力検出部36は、モータ70の必要負荷電力を検出し、その必要負荷電力に基づいて、第1の所定値を選定する。蓄電部20の出力電圧が、第1の所定値を下回ったときに、バイパス制御部32は、バイパススイッチ50をDC/DCコンバータ40側に切り替える。
Therefore, the required load
具体的に、インバータ10は、電圧280V±10%で駆動されるものとする。例えば、モータ70の必要負荷電力が100Wを下回っているときに、蓄電装置からインバータ10に供給される出力電圧が230V以上あれば、問題なくモータ70を駆動できるとする。すなわち、必要負荷電力が100Wを下回っているとき、第1の所定値は230Vが選定され、必要負荷電力が100W以上のときは、第1の所定値は、当然に第1の実施の形態と同様、インバータ10の入力に要求される電圧の最小値252Vが選定される。
Specifically, the
図5は、本第2の実施の形態にかかる蓄電装置において、蓄電用キャパシタの両端電圧とDC/DCコンバータ40で生じる回路損失の関係を示す図である。図5において、実線が本蓄電装置を示し、比較のために、第1の実施の形態にかかる蓄電装置を一点鎖線で、第1の実施の形態で述べた第1蓄電装置を破線で示している。なお、簡単のために、モータ70の必要負荷電力は常に100Wを下回っているとして図示している。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the voltage across the storage capacitor and the circuit loss that occurs in the DC /
第1の実施の形態と同様、蓄電用キャパシタ21および22が並列接続された状態で、蓄電用キャパシタの両端電圧が下降し、蓄電部20の出力電圧が252Vを下回っても、モータ70の必要負荷電力は100Wを下回っているため、DC/DCコンバータ40を介さずに、直接インバータ10に供給され、蓄電装置20の出力電圧が第1の所定値(230V)を下回ったときに、DC/DCコンバータ40を介して、インバータ10に供給される。
Similar to the first embodiment, even when the
従って、蓄電部20の出力電圧がDC/DCコンバータ40を介さずに出力線60から出力される範囲がさらに広くなり、蓄電装置全体として、損失をさらに低減することができる。なお、図5中、散点で示す領域が第1の実施の形態にかかる蓄電装置と比較して、さらに低減された損失である。
Therefore, the range in which the output voltage of the
なお、本第3の実施の形態では、必要負荷電力が100Wを下回っているか否かで第1の所定値を選定しているが、これに限らず、必要負荷電力を段階的に複数の範囲に分け、各々の範囲に応じて、それぞれ第1の所定値を選定する態様でもかまわない。これにより必要負荷電力の要求を損なわずに、蓄電装置全体として、さらに損失を低減することができる。 In the third embodiment, the first predetermined value is selected based on whether or not the required load power is less than 100 W. However, the present invention is not limited to this. The first predetermined value may be selected according to each range. As a result, the loss of the power storage device as a whole can be further reduced without impairing the required load power.
なお、必要負荷電力検出部36は、モータ70の必要負荷電力を検出しているが、これに限らず、インバータ10の必要負荷電力を検出し、インバータ10の必要負荷電力に基づいて、第1の所定値を選定してもよい。
The required load
第3の実施の形態.
本第3の実施の形態にかかる蓄電装置について説明する。本第3の実施の形態にかかる蓄電装置は、第2の実施の形態と同一構成である。第2の実施の形態では、軽負荷時にDC/DCコンバータ40を介さない期間を広くとることで、さらに蓄電装置全体として損失を低減していたが、本第3の実施の形態は、モータ70の必要負荷電力が大きくなった場合に、インバータ10に高い電圧を供給して、インバータ10の出力を上げてモータ70を駆動する。
Third embodiment.
A power storage device according to the third embodiment will be described. The power storage device according to the third embodiment has the same configuration as that of the second embodiment. In the second embodiment, the loss of the power storage device as a whole is further reduced by widening the period not passing through the DC /
通常、モータ70の必要負荷電力が大きくなると、インバータ10は出力を上げてモータ70を駆動する。インバータ10の最大出力は、主回路電圧と、最大許容電流の積で決まるが、出力を上げるために最大許容電流を上げることは、インバータ10を構成するパワーデバイスのコストアップと、損失アップを招く。
Normally, when the required load power of the
一方、DC/DCコンバータ40の昇圧比をあげて主回路電圧を上昇させる方法は、コストアップは伴わないが、蓄電用キャパシタ21および22からの電流を増加させるため、DC/DCコンバータ40での損失アップは避けられない。そこで、本第3の実施の形態では、DC/DCコンバータ40を介さずに蓄電部20の出力電圧を上げてインバータ10に供給することで、インバータ10の出力を上げる。
On the other hand, the method of increasing the main circuit voltage by increasing the step-up ratio of the DC /
具体的には、蓄電用キャパシタ21および22が並列接続された状態で、蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧の和が、インバータ10の入力に要求される最大電圧以上あり、かつ必要負荷電力が第2の所定値を越えたときに、キャパシタ直並列切替制御部34は、スイッチ23、24を切り替えて蓄電用キャパシタ21および22を直列接続し、かつバイパス制御部32は、バイパススイッチ50を出力線60側に切り替える。
Specifically, with the
すると、直列接続によって蓄電装置20の出力電圧は並列接続時の2倍になり、DC/DCコンデンサ40を介さずに、出力線60からインバータ10へ供給することができる。従って、モータ70の必要負荷電力が大きくなった場合に、DC/DCコンバータ40での損失を伴わず、インバータ10に高い電圧を供給して、インバータ10のパワーアップ駆動を行うことができる。
Then, the output voltage of the
なお、蓄電用キャパシタ21および22の両端電圧の和が、インバータ10の規格(許容される最大の印加電圧)を越えているときは、インバータ10の保護のため、上記動作を行わないことは言うまでもない。
Needless to say, when the sum of the voltages across the
なお、必要負荷電力検出部36は、モータ70の必要負荷電力を検出しているが、これに限らず、インバータ10の必要負荷電力を検出し、インバータ10の必要負荷電力が第2の所定値を越えたときに、上述した方法で蓄電装置の出力電圧を上げてもよい。
The required load
20 蓄電部
20a,20b ノード
21,22 蓄電用キャパシタ
23,24 スイッチ
33 蓄電部電圧検出部
36 必要負荷電力検出部
40 DC/DCコンバータ
50 バイパススイッチ
60 出力線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
蓄電部(20)と、
入力された電圧を電圧変換して前記出力線に与えるコンバータ(40)と、
前記蓄電部の出力電圧を、選択的に、前記コンバータまたは前記出力線に与える第1スイッチ(50)と、
前記蓄電部の前記出力電圧の電圧値に基づいて、前記第1スイッチの切り替え制御を行う制御部(30)と
を備える、蓄電装置。 An output line (60);
A power storage unit (20);
A converter (40) for converting the input voltage to the output line and converting the input voltage;
A first switch (50) for selectively providing an output voltage of the power storage unit to the converter or the output line;
A power storage device comprising: a control unit (30) that performs switching control of the first switch based on a voltage value of the output voltage of the power storage unit.
をさらに備え、
前記第1の値は、前記必要負荷電力に基づいて選定される、請求項2記載の蓄電装置。 Required load power detector (36) capable of detecting the required load power of the load (10, 70) driven based on the voltage of the output line
Further comprising
The power storage device according to claim 2, wherein the first value is selected based on the required load power.
前記電圧を出力する第1端(20a)および第2端(20b)と、
第1蓄電用キャパシタ(21)と、
第2蓄電用キャパシタ(22)と、
前記第1蓄電用キャパシタおよび前記第2蓄電用キャパシタを、前記第1端および第2端の間で、選択的に直列接続または並列接続する第2スイッチ(23,24)と
を備える、請求項1ないし4のいずれかに記載の蓄電装置。 The power storage unit (20)
A first end (20a) and a second end (20b) for outputting the voltage;
A first storage capacitor (21);
A second storage capacitor (22);
2. A second switch (23, 24) that selectively connects the first storage capacitor and the second storage capacitor in series or in parallel between the first end and the second end. The power storage device according to any one of 1 to 4.
前記出力線(60)の電圧値に基づいて駆動される負荷(10,70)の必要負荷電力を検出できる必要負荷電力検出部(36)をさらに備え、
前記蓄電部(20)は、
前記電圧を出力する第1端(20a)および第2端(20b)と、
第1の蓄電用キャパシタ(21)と、
第2の蓄電用キャパシタ(22)と、
前記第1の蓄電用キャパシタおよび前記第2の蓄電用キャパシタを、前記第1端および第2端の間で、選択的に直列接続または並列接続する第2スイッチ(23,24)と
を備え、
前記第1の蓄電用キャパシタの両端電圧と前記第2の蓄電用キャパシタの両端電圧との和が、前記出力線に接続された負荷(10,70)の入力に要求される最大電圧以上あり、かつ前記必要負荷電力が予め定められた第2の値を越えたときに、前記制御部(30)は前記第2スイッチを切り替えて前記第1の蓄電用キャパシタと前記第2の蓄電用キャパシタを直列に接続し、かつ前記第1スイッチを切り替えて前記蓄電部の出力電圧を前記出力線に与える、蓄電装置。 The power storage device according to claim 1,
A required load power detector (36) capable of detecting a required load power of the load (10, 70) driven based on the voltage value of the output line (60);
The power storage unit (20)
A first end (20a) and a second end (20b) for outputting the voltage;
A first storage capacitor (21);
A second storage capacitor (22);
A second switch (23, 24) for selectively connecting the first storage capacitor and the second storage capacitor in series or in parallel between the first end and the second end;
The sum of the voltage across the first storage capacitor and the voltage across the second storage capacitor is greater than or equal to the maximum voltage required for the input of the load (10, 70) connected to the output line; When the required load power exceeds a predetermined second value, the control unit (30) switches the second switch to switch the first storage capacitor and the second storage capacitor. A power storage device that is connected in series and switches the first switch to apply an output voltage of the power storage unit to the output line.
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