JP2024038763A - power converter - Google Patents
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- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
Abstract
【課題】蓄電容量と電流出力とを両立させることが容易な電力変換装置を提供する。【解決手段】レグ2と制御部5とを備え、上アーム3H及び下アーム3Lのそれぞれは、複数の高電流モジュールPMと複数の高容量モジュールEMとが直列接続された直列回路を含み、高電流モジュールPMは、高電流蓄電部BPと第一切換回路とを含み、高容量モジュールEMは、高容量蓄電部BEと第二切換回路とを含み、高電流蓄電部BPの定格電流値は、高容量蓄電部BEの定格電流値よりも大きく、高容量蓄電部BEの蓄電容量は、高電流蓄電部BPの蓄電容量よりも大きく、制御部5は、各第一切換回路及び各第二切換回路を制御することによって、複数の高電流蓄電部BP及び複数の高容量蓄電部BEのうちから選択的に電流を出力させる第一モードと、複数の高電流蓄電部BPのみのうちから選択的に電流を出力させる第二モードとを実行する。【選択図】図1[Problem] To provide a power conversion device that can easily achieve both a storage capacity and a current output. [Solution] The power conversion device includes a leg 2 and a control unit 5, and each of an upper arm 3H and a lower arm 3L includes a series circuit in which a plurality of high current modules PM and a plurality of high capacity modules EM are connected in series, the high current module PM includes a high current storage unit BP and a first switching circuit, the high capacity module EM includes a high capacity storage unit BE and a second switching circuit, the rated current value of the high current storage unit BP is greater than the rated current value of the high capacity storage unit BE, and the storage capacity of the high capacity storage unit BE is greater than the storage capacity of the high current storage unit BP, and the control unit 5 controls each of the first switching circuits and each of the second switching circuits to execute a first mode in which a current is selectively output from among the plurality of high current storage units BP and the plurality of high capacity storage units BE, and a second mode in which a current is selectively output from only the plurality of high current storage units BP. [Selected Figure] FIG.
Description
本発明は、電力変換を行う電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that performs power conversion.
近年、直流-交流変換を行うインバータとして、単位変換器を複数直列接続したモジュールを組み合わせる、モジュラーマルチレベル変換器(MMC:Modular Multilevel Converter)が用いられている(例えば、特許文献1参照。)。モジュラーマルチレベル変換器は、単位変換器に含まれるエネルギ貯蔵要素の端子電圧を加算することによって、任意の出力電圧を出力可能とされている。モジュラーマルチレベル変換器を用いたインバータは、電気自動車やハイブリッド車等の電動車両に、好適に用いられる。 In recent years, a modular multilevel converter (MMC), which combines modules in which a plurality of unit converters are connected in series, has been used as an inverter that performs DC-AC conversion (see, for example, Patent Document 1). A modular multilevel converter is capable of outputting an arbitrary output voltage by adding the terminal voltages of energy storage elements included in the unit converter. An inverter using a modular multilevel converter is suitably used in electric vehicles such as electric cars and hybrid cars.
ところで、単位変換器のエネルギ貯蔵要素は、放電すると端子電圧が低下する。そのため、モジュラーマルチレベル変換器を安定的に継続動作させるためには、エネルギ貯蔵要素の蓄電容量が大きいことが望ましい。一方、一般的に市場で入手可能な蓄電容量の大きなエネルギ貯蔵要素は、定格電流が小さい。そのため、蓄電容量と電流出力とを両立させることが難しい。 By the way, when the energy storage element of the unit converter is discharged, the terminal voltage decreases. Therefore, in order to continue operating the modular multilevel converter stably, it is desirable that the energy storage element has a large storage capacity. On the other hand, energy storage elements with a large storage capacity that are generally available on the market have a small rated current. Therefore, it is difficult to achieve both power storage capacity and current output.
本発明の目的は、蓄電容量と電流出力とを両立させることが容易な電力変換装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a power conversion device that can easily achieve both electrical storage capacity and current output.
本発明に係る電力変換装置は、上アームとインダクタと下アームとが、この順に直列接続されたレグと、制御部とを備え、前記上アーム及び前記下アームのそれぞれは、複数の高電流モジュールと複数の高容量モジュールとが直列接続された直列回路を含み、前記各高電流モジュールは、第一及び第二端子と、電荷を蓄える高電流蓄電部と、前記第一及び第二端子へ前記高電流蓄電部を接続する加入状態と前記第一及び第二端子間を短絡する離脱状態とを含む接続状態を切り換える第一切換回路とを含み、前記各高容量モジュールは、第三及び第四端子と、電荷を蓄える高容量蓄電部と、前記第三及び第四端子へ前記高容量蓄電部を接続する加入状態と前記第三及び第四端子間を短絡する離脱状態とを含む接続状態を切り換える第二切換回路とを含み、前記高電流蓄電部の定格電流値は、前記高容量蓄電部の定格電流値よりも大きく、前記高容量蓄電部の蓄電容量は、前記高電流蓄電部の蓄電容量よりも大きく、前記制御部は、前記各第一切換回路及び前記各第二切換回路による前記接続状態の切り換えを制御することによって、前記複数の高電流蓄電部及び前記複数の高容量蓄電部のうちから選択的に電流を出力させる第一モードと、前記複数の高電流蓄電部のみのうちから選択的に電流を出力させる第二モードとを実行する。 The power conversion device according to the present invention includes a leg in which an upper arm, an inductor, and a lower arm are connected in series in this order, and a control section, and each of the upper arm and the lower arm has a plurality of high current modules. and a plurality of high-capacity modules are connected in series, and each of the high-current modules has first and second terminals, a high-current power storage unit that stores electric charge, and a plurality of high-current storage units that connect the first and second terminals to the first and second terminals. a first switching circuit for switching connection states including an on state for connecting a high current power storage unit and a disengaged state for shorting between the first and second terminals; A terminal, a high-capacity power storage unit that stores charge, and a connection state that includes a connection state in which the high-capacity power storage unit is connected to the third and fourth terminals, and a disconnection state in which the third and fourth terminals are short-circuited. a second switching circuit for switching, the rated current value of the high current power storage unit is greater than the rated current value of the high capacity power storage unit, and the storage capacity of the high capacity power storage unit is greater than the rated current value of the high current power storage unit. capacity, and the control unit controls switching of the connection state by each of the first switching circuits and each of the second switching circuits, thereby controlling the plurality of high-current power storage units and the plurality of high-capacity power storage units. A first mode in which current is selectively outputted from among the high-current power storage units, and a second mode in which current is selectively outputted only from among the plurality of high-current power storage units are executed.
この構成によれば、加入状態とされた高電流モジュールの高電流蓄電部及び高容量モジュールの高容量蓄電部は直列接続され、離脱状態とされた高電流モジュールの高電流蓄電部及び高容量モジュールの高容量蓄電部は直列接続されない。従って、第一及び第二切換回路によって、加入状態の高電流モジュール及び高容量モジュールの数を増減することによって、レグの電圧を制御することが可能となる。そして、複数の高電流蓄電部及び複数の高容量蓄電部のうちから選択的に電流を出力させる第一モードと、複数の高電流蓄電部のみのうちから選択的に電流を出力させる第二モードとを適宜実行することによって、入手しやすい、定格電流値が大きく蓄電容量が小さい高電流蓄電部及び定格電流値が小さく蓄電容量が大きい高容量蓄電部を、組み合わせて用いることができ、蓄電容量と電流出力とを両立させることが容易となる。 According to this configuration, the high-current power storage unit of the high-current module and the high-capacity power storage unit of the high-capacity module that are in the joining state are connected in series, and the high-current power storage unit of the high-current module and the high-capacity module that are in the disconnected state are connected in series. The high-capacity power storage units are not connected in series. The first and second switching circuits therefore make it possible to control the voltage of the legs by increasing or decreasing the number of high current modules and high capacity modules in the joined state. A first mode in which current is selectively output from among the plurality of high-current power storage units and a plurality of high-capacity power storage units, and a second mode in which current is selectively output from only the plurality of high-current power storage units. By performing these steps appropriately, it is possible to use a combination of easily available high-current power storage units with large rated current values and small storage capacity, and high-capacity power storage units with low rated current values and large storage capacity. It becomes easy to achieve both current output and current output.
また、前記制御部は、前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値に満たない期間、前記第一モードを実行し、前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値を超える期間、前記第二モードを実行することが好ましい。 Further, the control unit executes the first mode during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is less than the rated current value of the high-capacity power storage unit, and the control unit executes the first mode so that the current output from the leg It is preferable that the second mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of exceeds the rated current value of the high capacity power storage unit.
レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値を超える場合、高容量蓄電部はその電流を流すことができない。この構成によれば、レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が高容量蓄電部の定格電流値を超える期間、第二モードが実行され、定格電流値が大きな高電流蓄電部のみから電流を出力させることによって、レグによる電流出力を行うことが可能となる。 If the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg exceeds the rated current value of the high-capacity power storage unit, the high-capacity power storage unit cannot pass the current. According to this configuration, the second mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg exceeds the rated current value of the high-capacity power storage unit, and the current is generated only from the high-current power storage unit with a large rated current value. By outputting , it becomes possible to perform current output by the leg.
また、前記制御部は、前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記高電流モジュールのみを用いて出力可能な最大の電圧である最大直列電圧を超える期間、前記第一モードを実行し、前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記最大直列電圧に満たない期間、前記第二モードを実行することが好ましい。 Further, the control unit controls the first mode for a period in which the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg exceeds a maximum series voltage that is a maximum voltage that can be output using only the high current module. Preferably, the second mode is executed during a period during which the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg is less than the maximum series voltage.
レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記最大直列電圧を超える場合、高電流モジュールのみでは、その電圧を出力することができない。この構成によれば、レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が前記最大直列電圧を超える期間、第一モードが実行され、高電流蓄電部及び高容量蓄電部の両方を用いて電圧出力することができるので、レグによる電圧出力を行うことが可能となる。 If the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg exceeds the maximum series voltage, the high current module alone cannot output that voltage. According to this configuration, the first mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg exceeds the maximum series voltage, and the voltage is output using both the high current power storage unit and the high capacity power storage unit. Therefore, it is possible to output voltage using the legs.
また、前記制御部は、前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値に満たず、かつ前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記高電流モジュールのみを用いて出力可能な最大の電圧である最大直列電圧を超える期間、前記第一モードを実行し、前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値を超える期間及び前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が前記最大直列電圧に満たない期間、前記第二モードを実行することが好ましい。 Further, the control unit may be configured such that the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is less than the rated current value of the high capacity power storage unit, and the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg is The first mode is executed for a period in which the maximum series voltage, which is the maximum voltage that can be output using only the high current module, is exceeded, and the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is set to the high capacity power storage unit. Preferably, the second mode is executed during a period in which the current exceeds the rated current value and during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg is less than the maximum series voltage.
この構成によれば、レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が高容量蓄電部の定格電流値に満たず、かつレグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が高電流モジュールのみを用いて出力可能な最大の電圧である最大直列電圧を超える期間、すなわち高容量蓄電部が出力可能な電流範囲内で電圧出力のために高電流蓄電部及び高容量蓄電部の両方を用いる必要がある場合に、第一モードが実行されて高電流蓄電部及び高容量蓄電部の両方を効果的に用いることができる。 According to this configuration, the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is less than the rated current value of the high-capacity power storage unit, and the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg only applies to the high-current module. It is necessary to use both the high-current power storage unit and the high-capacity power storage unit for voltage output during a period exceeding the maximum series voltage, which is the maximum voltage that can be output using the high-capacity power storage unit, that is, within the current range that the high-capacity power storage unit can output. In some cases, the first mode may be implemented to effectively utilize both high current storage and high capacity storage.
また、前記各第一切換回路は、ハーフブリッジ又はフルブリッジのブリッジ回路であり、前記各第二切換回路は、ハーフブリッジ又はフルブリッジのブリッジ回路であってもよい。 Further, each of the first switching circuits may be a half-bridge or full-bridge bridge circuit, and each of the second switching circuits may be a half-bridge or full-bridge bridge circuit.
ハーフブリッジの第一及び第二切換回路は、高電流モジュール及び高容量モジュールの接続状態を、加入状態と離脱状態とに切り換えることができる。フルブリッジの第一及び第二切換回路は、高電流モジュール及び高容量モジュールの接続状態を、加入状態及び離脱状態に加えて、加入状態とは逆極性で高電流蓄電部及び高容量蓄電部を接続する反転状態に切り換えることができる。 The first and second switching circuits of the half bridge can switch the connection state of the high current module and the high capacity module between an joining state and a disconnecting state. The first and second switching circuits of the full bridge change the connection state of the high current module and the high capacity module into a connected state and a disconnected state, as well as a high current power storage unit and a high capacity power storage unit with polarity opposite to the connected state. It can be switched to the inverted state to connect.
また、前記レグを三つ備え、前記三つのレグは、互いに並列接続されて三相インバータを構成することが好ましい。 Further, it is preferable that the three legs are provided, and the three legs are connected in parallel to each other to form a three-phase inverter.
この構成によれば、三相交流電力を出力することが可能となる。 According to this configuration, it becomes possible to output three-phase AC power.
このような構成の電力変換装置は、蓄電容量と電流出力とを両立させることが容易である。 A power conversion device having such a configuration can easily achieve both power storage capacity and current output.
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図1は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described based on the drawings. It should be noted that structures given the same reference numerals in each figure indicate the same structure, and the explanation thereof will be omitted. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of a power conversion device according to an embodiment of the present invention.
図1に示す電力変換装置1は、大略的に、レグ2u,2v,2wと、キャパシタCと、制御部5と、外部端子Tu,Tv,Twとを備えている。レグ2u,2v,2wが並列接続されて、三相インバータ6が構成されている。
The
三相インバータ6、及びキャパシタCは、高電位側の電力線WHと、低電位側の電力線WLによって、並列接続されている。キャパシタCは、平滑や電圧安定化等を行う。なお、電力変換装置1は、必ずしもキャパシタCを備えていなくてもよい。
The three-phase inverter 6 and the capacitor C are connected in parallel by a power line WH on the high potential side and a power line WL on the low potential side. Capacitor C performs smoothing, voltage stabilization, etc. Note that the
レグ2uは、上アーム3HとインダクタLと下アーム3Lとが、この順に直列接続されて構成されている。レグ2v,2wは、レグ2uと同様に構成されているのでその説明を省略する。以下、レグ2u,2v,2wを総称してレグ2と称する。
The
レグ2uのインダクタLの中点が外部端子Tuと接続され、レグ2vのインダクタLの中点が外部端子Tvと接続され、レグ2wのインダクタLの中点が外部端子Twと接続されている。これにより、外部端子Tu,Tv,Twが、電力変換装置1の三相電力出力端子、又は三相回生電流入力端子として機能する。外部端子Tu,Tv,Twには、例えば三相モータ等の、種々の三相電力負荷を接続することができ、電力変換装置1を電動車両に搭載してもよい。
The midpoint of inductor L of
インダクタLは、例えばセンタータップ付リアクトルであってもよく、二つのインダクタを直列接続し、その接続点を外部端子Tu,Tv,Twに接続したものであってもよい。レグ2u,2v,2wの出力電圧、すなわち外部端子Tu,Tv,Twの電圧を、出力電圧Vu,Vv,Vwとする。また、レグ2u,2v,2wの出力電流、すなわち外部端子Tu,Tv,Twから外部へ出力される電流を、出力電流Iu,Iv,Iwとする。
The inductor L may be, for example, a reactor with a center tap, or may be one in which two inductors are connected in series and their connection points are connected to external terminals Tu, Tv, and Tw. The output voltages of the
上アーム3H及び下アーム3Lのそれぞれは、複数の高電流モジュールPMと複数の高容量モジュールEMとが直列接続された直列回路を含んでいる。図1に示す例では、上アーム3H及び下アーム3Lは、複数の高電流モジュールPMと複数の高容量モジュールEMとが直列接続された直列回路のみから構成される例を示しているが、上アーム3H及び下アーム3Lは、複数の高電流モジュールPMと複数の高容量モジュールEMとの直列回路を含んでいればよく、複数の高電流モジュールPMと複数の高容量モジュールEMとの直列回路以外のものを含んでいてもよい。
Each of the
図2は、図1に示す高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMの構成の一例を示す概念的な回路図である。図2では、高容量モジュールEMに係る構成の符号を括弧書きで示している。 FIG. 2 is a conceptual circuit diagram showing an example of the configuration of the high current module PM and high capacity module EM shown in FIG. 1. In FIG. 2, the symbols of the components related to the high-capacity module EM are shown in parentheses.
レグ2の高電流モジュールPMは、端子T1(第一端子)、端子T2(第二端子)、電荷を蓄える高電流蓄電部BP、及び端子T1及び端子T2への高電流蓄電部BPの電気的な接続状態を切り換えるスイッチング素子SW1,SW2(第一切換回路)を含んでいる。高電流モジュールPMに用いられるスイッチング素子SW1,SW2は第一切換回路の一例に相当し、高容量モジュールEMに用いられるスイッチング素子SW1,SW2は第二切換回路の一例に相当する。図2に示す例では、第一切換回路及び第二切換回路は、ハーフブリッジを構成している。
The high current module PM of
具体的には、高電流モジュールPMは、高電流蓄電部BPとスイッチング素子SW1とが直列接続され、高電流蓄電部BPとスイッチング素子SW1の直列回路と並列にスイッチング素子SW2が接続されている。スイッチング素子SW1とスイッチング素子SW2の接続点が端子T1に接続され、スイッチング素子SW2と高電流蓄電部BPの接続点が端子T2に接続されている。 Specifically, in high current module PM, high current power storage unit BP and switching element SW1 are connected in series, and switching element SW2 is connected in parallel to the series circuit of high current power storage unit BP and switching element SW1. A connection point between switching element SW1 and switching element SW2 is connected to terminal T1, and a connection point between switching element SW2 and high current power storage unit BP is connected to terminal T2.
高容量モジュールEMは、高電流モジュールPMとは、高電流蓄電部BPの代わりに高容量蓄電部BEを用いる点、端子T1及び端子T2の代わりに端子T3(第三端子)及び端子T4(第四端子)を用いる点が異なる。その他の点では高容量モジュールEMは、高電流モジュールPMと同様に構成されているのでその説明を省略する。 High-capacity module EM differs from high-current module PM in that high-capacity power storage unit BE is used instead of high-current power storage unit BP, and terminal T3 (third terminal) and terminal T4 (third terminal) are used instead of terminals T1 and T2. The difference is that it uses four terminals). In other respects, the high-capacity module EM is configured similarly to the high-current module PM, so a description thereof will be omitted.
高電流モジュールPMの端子T1は、自モジュールよりも高電位側の、高電流モジュールPMの端子T2又は高容量モジュールEMの端子T4に接続される。高電流モジュールPMの端子T2は、自モジュールよりも低電位側の、高電流モジュールPMの端子T1又は高容量モジュールEMの端子T3に接続される。 Terminal T1 of high current module PM is connected to terminal T2 of high current module PM or terminal T4 of high capacity module EM, which is on the higher potential side than the own module. Terminal T2 of high current module PM is connected to terminal T1 of high current module PM or terminal T3 of high capacity module EM, which is on the lower potential side than the own module.
同様に、高容量モジュールEMの端子T3は、自モジュールよりも高電位側の、高電流モジュールPMの端子T2又は高容量モジュールEMの端子T4に接続される。高容量モジュールEMの端子T4は、自モジュールよりも低電位側の、高電流モジュールPMの端子T1又は高容量モジュールEMの端子T3に接続される。これにより、複数の高電流モジュールPMと複数の高容量モジュールEMとが直列接続されている。 Similarly, the terminal T3 of the high capacity module EM is connected to the terminal T2 of the high current module PM or the terminal T4 of the high capacity module EM, which is on the higher potential side than the own module. The terminal T4 of the high capacity module EM is connected to the terminal T1 of the high current module PM or the terminal T3 of the high capacity module EM, which is on the lower potential side than the own module. Thereby, the plurality of high current modules PM and the plurality of high capacity modules EM are connected in series.
図1に示す例では、複数の高電流モジュールPMのみの直列回路と、複数の高容量モジュールEMのみの直列回路とが直列接続される例を示したが、高電流モジュールPMと高容量モジュールEMとが混在して直列接続されていてもよい。 In the example shown in FIG. 1, a series circuit of only a plurality of high-current modules PM and a series circuit of only a plurality of high-capacity modules EM are connected in series, but the high-current modules PM and high-capacity modules EM A mixture of these may be connected in series.
上アーム3H内で最も高電位側の、高電流モジュールPMの端子T1又は高容量モジュールEMの端子T3は電力線WHに接続される。上アーム3H内で最も低電位側の、高電流モジュールPMの端子T2又は高容量モジュールEMの端子T4はインダクタLの一端に接続される。下アーム3L内で最も高電位側の、高電流モジュールPMの端子T1又は高容量モジュールEMの端子T3はインダクタLの他端に接続される。下アーム3L内で最も低電位側の、高電流モジュールPMの端子T2又は高容量モジュールEMの端子T4は電力線WLに接続される。
The terminal T1 of the high current module PM or the terminal T3 of the high capacity module EM on the highest potential side in the
スイッチング素子SW1,SW2としては、種々のスイッチング素子を用いることができ、例えばトランジスタ等の半導体スイッチング素子を好適に用いることができる。スイッチング素子SW1,SW2は、制御部5からの制御信号に応じてオン、オフする。
Various switching elements can be used as the switching elements SW1 and SW2, and for example, semiconductor switching elements such as transistors can be suitably used. Switching elements SW1 and SW2 are turned on and off according to a control signal from
高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEとしては、種々の蓄電素子を好適に用いることができ、単体の蓄電素子に限られず、複数の蓄電素子を組み合わせた組電池等を高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEとして用いてもよい。 Various types of power storage elements can be suitably used as the high current power storage unit BP and the high capacity power storage unit BE, and are not limited to single power storage elements, but also battery packs in which a plurality of power storage elements are combined, etc. It may also be used as a high capacity power storage unit BE.
高電流蓄電部BPの定格電流値Ipは、高容量蓄電部BEの定格電流値Ieよりも大きい。また、高容量蓄電部BEは、高電流蓄電部BPよりも蓄電容量が大きい。高電流蓄電部BPに用いられる蓄電素子と、高容量蓄電部BEに用いられる蓄電素子は、種類が異なっていてもよい。例えば、高電流蓄電部BP用の蓄電素子として電気二重層コンデンサ等のキャパシタを用い、高容量蓄電部BE用の蓄電素子としてリチウムイオン二次電池等の二次電池を用いてもよい。 Rated current value Ip of high-current power storage unit BP is larger than rated current value Ie of high-capacity power storage unit BE. Furthermore, high-capacity power storage unit BE has a larger power storage capacity than high-current power storage unit BP. The power storage element used in high-current power storage unit BP and the power storage element used in high-capacity power storage unit BE may be different in type. For example, a capacitor such as an electric double layer capacitor may be used as the power storage element for the high current power storage unit BP, and a secondary battery such as a lithium ion secondary battery may be used as the power storage element for the high capacity power storage unit BE.
符号Aで示す高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMは、接続状態が加入状態とされており、符号Bで示す高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMは、接続状態が離脱状態とされている。加入状態ではスイッチング素子SW1がオン、スイッチング素子SW2がオフし、離脱状態ではスイッチング素子SW1がオフ、スイッチング素子SW2がオンする。 The high current module PM and high capacity module EM indicated by symbol A are in the connected state, and the high current module PM and high capacity module EM indicated by symbol B are in the disconnected state. In the join state, the switching element SW1 is on and the switching element SW2 is off, and in the detached state, the switching element SW1 is off and the switching element SW2 is on.
加入状態の高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMにおける高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEは、上アーム3H及び下アーム3Lにおいて直列接続され、離脱状態の高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMは短絡される。これにより、上アーム3H、下アーム3Lにおける両端電圧は、上アーム3H、下アーム3Lにおける加入状態の高電流蓄電部BP及び高容量モジュールEMの合計電圧となる。
High current power storage unit BP and high capacity power storage unit BE in high current module PM and high capacity module EM in the joined state are connected in series at
以下、高容量モジュールEM及び高電流モジュールPMを総称してモジュールXMと称し、高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEを総称して蓄電部BXと称する場合がある。 Hereinafter, high capacity module EM and high current module PM may be collectively referred to as module XM, and high current power storage unit BP and high capacity power storage unit BE may be collectively referred to as power storage unit BX.
なお、高電流モジュールPMは第一切換回路としてフルブリッジを用いてもよく、高容量モジュールEMは第二切換回路としてフルブリッジを用いてもよい。図3は、第一切換回路、第二切換回路としてフルブリッジを用いた高電流モジュールPM、高容量モジュールEMの一例を示す概念的な回路図である。 Note that the high current module PM may use a full bridge as the first switching circuit, and the high capacity module EM may use a full bridge as the second switching circuit. FIG. 3 is a conceptual circuit diagram showing an example of a high current module PM and a high capacity module EM using full bridges as the first switching circuit and the second switching circuit.
図3に示すフルブリッジの高電流モジュールPM、高容量モジュールEMは、図2に示すハーフブリッジの高電流モジュールPM、高容量モジュールEMに加えて、さらにスイッチング素子SW3,SW4を備える。スイッチング素子SW3,SW4としては、スイッチング素子SW1,SW2と同様のスイッチング素子を用いることができる。 The full-bridge high-current module PM and high-capacity module EM shown in FIG. 3 further include switching elements SW3 and SW4 in addition to the half-bridge high-current module PM and high-capacity module EM shown in FIG. As the switching elements SW3 and SW4, switching elements similar to the switching elements SW1 and SW2 can be used.
具体的には、スイッチング素子SW3,SW4の直列回路がスイッチング素子SW1,SW2の直列回路と並列に接続されている。スイッチング素子SW1,SW2の接続点が端子T1又は端子T3に接続され、スイッチング素子SW3,SW4の接続点が端子T2又は端子T4に接続されている。高電流モジュールPMに用いられるスイッチング素子SW1~SW4はフルブリッジの第一切換回路の一例に相当し、高容量モジュールEMに用いられるスイッチング素子SW1~SW4はフルブリッジの第二切換回路の一例に相当する。 Specifically, a series circuit of switching elements SW3 and SW4 is connected in parallel to a series circuit of switching elements SW1 and SW2. A connection point between switching elements SW1 and SW2 is connected to terminal T1 or terminal T3, and a connection point between switching elements SW3 and SW4 is connected to terminal T2 or terminal T4. The switching elements SW1 to SW4 used in the high-current module PM correspond to an example of a full-bridge first switching circuit, and the switching elements SW1 to SW4 used in the high-capacity module EM correspond to an example of a full-bridge second switching circuit. do.
図3に示すフルブリッジの高電流モジュールPM、高容量モジュールEMは、符号Aで示す加入状態、符号Bで示す離脱状態に加えて、符号Cで示す反転状態とすることができる。反転状態の高電流モジュールPM、高容量モジュールEMでは、高電流蓄電部BP、高容量蓄電部BEが、極性を反転させて接続される。 The full-bridge high-current module PM and high-capacity module EM shown in FIG. 3 can be in an inverted state as shown in C, in addition to an joining state shown as A and a leaving state as shown B. In the high current module PM and high capacity module EM in the inverted state, the high current power storage unit BP and the high capacity power storage unit BE are connected with their polarities reversed.
加入状態ではスイッチング素子SW1,SW4がオン、スイッチング素子SW2,SW3がオフする。離脱状態ではスイッチング素子SW1,SW3がオフ、スイッチング素子SW2,SW4がオンする。反転状態ではスイッチング素子SW1,SW4がオフ、スイッチング素子SW2,SW3がオンする。なお、離脱状態ではスイッチング素子SW1,SW3をオン、スイッチング素子SW2,SW4をオフさせてもよい。 In the joining state, switching elements SW1 and SW4 are turned on and switching elements SW2 and SW3 are turned off. In the detached state, switching elements SW1 and SW3 are turned off, and switching elements SW2 and SW4 are turned on. In the inverted state, switching elements SW1 and SW4 are turned off, and switching elements SW2 and SW3 are turned on. Note that in the detached state, the switching elements SW1 and SW3 may be turned on and the switching elements SW2 and SW4 may be turned off.
以下、制御部5が、スイッチング素子SW1,SW2を制御して加入状態及び離脱状態を含む接続状態を制御すること、又はスイッチング素子SW1~SW4を制御して加入状態、離脱状態、及び反転状態を含む接続状態を制御することを、単に、接続状態を制御する、と記載する。
Hereinafter, the
図3に示すフルブリッジの高電流モジュールPMを用いた場合、上アーム3H、下アーム3Lにおける両端電圧は、上アーム3H、下アーム3Lにおける加入状態の高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMの高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEの合計電圧から、反転状態の高電流モジュールPM及び高容量モジュールEMの高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEの合計電圧を減算した電圧となる。 When using the full bridge high current module PM shown in FIG. The voltage is obtained by subtracting the total voltage of high current power storage unit BP and high capacity power storage unit BE of high current module PM and high capacity module EM in the inverted state from the total voltage of current power storage unit BP and high capacity power storage unit BE.
電力線WH,WLには、例えば図略の外部電源が接続され、高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEを適宜充電可能とされている。 For example, an unillustrated external power source is connected to the power lines WH and WL, so that the high current power storage unit BP and the high capacity power storage unit BE can be charged as appropriate.
図1に示す制御部5は、例えば、所定の論理演算を実行するCPU(Central Processing Unit)、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)、不揮発性の記憶装置、及びこれらの周辺回路等を備えて構成され、所定のプログラムを実行することによって動作する。また、制御部5は、電力変換装置1の外部例えば電動車両から、モータのロータの回転角R、要求トルクT、及びレグ2u,2v,2wからモータへ供給された出力電流Iu,Iv,Iwを示す情報等を取得可能とされている。
The
ロータの回転角Rは、モータ軸に取り付けられた回転角センサ(レゾルバ等)によって検出される。要求トルクTは、電動車両の車両コントローラ等から出力される、モータトルクの要求値である。出力電流Iu,Iv,Iwは、電動車両側に設けられた電流センサによって検出される。なお、電力変換装置1が、出力電流Iu,Iv,Iwを検出する電流センサを備えていてもよい。
The rotation angle R of the rotor is detected by a rotation angle sensor (such as a resolver) attached to the motor shaft. The required torque T is a required value of motor torque output from a vehicle controller or the like of the electric vehicle. The output currents Iu, Iv, and Iw are detected by current sensors provided on the electric vehicle side. Note that the
制御部5は、各高電流モジュールPM及び各高容量モジュールEMにおけるスイッチング素子SW1,SW2(SW3,SW4)による接続状態の切り換えを制御することによって、レグ2u,2v,2wから外部端子Tu,Tv,Twを介して外部へ、所望の波形の出力電圧Vu,Vv,Vwを出力させる。そして、モータ等の外部負荷に出力電圧Vu,Vv,Vwが印加されることによって、出力電流Iu,Iv,Iwが流れることになる。
The
三相インバータ6、すなわちレグ2u,2v,2wによって、電圧や電圧波形等を変換又は回生する制御方法としては、公知のインバータ制御方法を用いることができ、例えばモジュラーマルチレベル変換器に関する制御方法を用いることができる。
As a control method for converting or regenerating voltage, voltage waveforms, etc. by the three-phase inverter 6, that is, the
また、制御部5は、各第一切換回路及び各第二切換回路による接続状態の切り換えを制御することによって、複数の高電流蓄電部BP及び複数の高容量蓄電部BEのうちから選択的に電流を出力させる第一モードM1と、複数の高電流蓄電部BPのみのうちから選択的に電流を出力させる第二モードM2とを実行する。
Further, the
図4、図5は、図1に示す電力変換装置1の動作の一例を示すフローチャートである。以下の例では、電力変換装置1に接続される外部負荷が電動車両のモータである場合を例に説明する。まず、制御部5は、外部の電動車両等から信号を受信することによって、回転角R及び要求トルクTを取得する(ステップS1)。
4 and 5 are flowcharts showing an example of the operation of the
次に、制御部5は、要求トルクTに基づいて、三相インバータ6から出力するべき電流、すなわちモータに要求トルクTを発生させるために必要な電流である目標電流Itを取得する(ステップS2)。具体的には、制御部5は、予め設定された公知の数式を用いて要求トルクTから目標電流Itを算出してもよい。あるいは、制御部5は、予め設定された、トルクと電流の関係を示したルックアップテーブルを参照することによって、要求トルクTに対応する目標電流Itを取得してもよい。要求トルクTから目標電流Itを取得する方法は、特定の方法に限定されることなく、公知の種々の方法を用いることができる。
Next, the
次に、制御部5は、外部からリアルタイムに取得された出力電流Iu,Iv,Iwに基づくフィードバック制御により、出力電流Iu,Iv,Iwが目標電流Itとなるように、レグ2u,2v,2wにおける接続状態を制御することによって、出力電圧Vu,Vv,Vwを制御する(ステップS3)。ステップS3においては、後述するステップS13、S14,S23,S24.S33,S34で第一モードM1又は第二モードM2が既に設定されていた場合は、レグ2u,2v,2wに対してそれぞれ設定されたモードに応じてレグ2u,2v,2wにおける接続状態を制御する。
Next, the
具体的には、第一モードM1が設定されていた場合、制御部5は、各レグ内の、複数の高電流蓄電部BP及び複数の高容量蓄電部BEのうちから選択的に電流を出力させることによって、すなわち高電流蓄電部BPと高容量蓄電部BEとを両方用いて出力電流Iu,Iv,Iwが目標電流Itとなるように、レグ2u,2v,2wにおける接続状態を制御する。
Specifically, when the first mode M1 is set, the
一方、第二モードM2が設定されていた場合、制御部5は、各レグ内の、高容量モジュールEMをすべて離脱状態にすることにより高容量蓄電部BEからは電流出力させることなく、複数の高電流蓄電部BPのうちから選択的に電流を出力させることによって、すなわち高電流蓄電部BPのみを用いて出力電流Iu,Iv,Iwが目標電流Itとなるように、レグ2u,2v,2wにおける接続状態を制御する。
On the other hand, when the second mode M2 is set, the
フィードバック制御としては、PI制御等の種々の制御方法を用いることができる。また、出力電流Iu,Iv,Iwを、目標電流Itに近づけるように制御することができればよく、制御方法はフィードバック制御に限らない。 As the feedback control, various control methods such as PI control can be used. Moreover, it is sufficient if the output currents Iu, Iv, and Iw can be controlled so as to approach the target current It, and the control method is not limited to feedback control.
次に、制御部5は、ステップS3のフィードバック制御による接続状態から、出力電圧Vu,Vv,Vwの各相の瞬時電圧値Vr(u),Vr(v),Vr(w)を算出する(ステップS4)。制御部5は、ステップS3において得られたリアルタイムの接続状態に基づき、ハーフブリッジの場合であればレグ2u,2v,2wにおける加入状態のモジュールXMの蓄電部BXの電圧、フルブリッジの場合であればレグ2u,2v,2wにおける加入状態及び反転状態のモジュールXMの蓄電部BXの電圧から、出力電圧Vu,Vv,Vwの瞬時電圧値Vr(u),Vr(v),Vr(w)を算出することができる。各蓄電部BXの電圧は、例えば各蓄電部BXの電圧を検出する図略の電圧検出回路を備えることによって、取得することができる。
Next, the
次に、制御部5は、目標電流Itから、三相交流波形の出力電流Iu,Iv,Iwの瞬時電流値Ir(u),Ir(v),Ir(w)を算出する(ステップS5)。
Next, the
次に、制御部5は、ステップS11,S21,S31へ処理を移行する。以下、ステップS11~S14と、ステップS21~S24と、ステップS31~S34とは、並行して実行される。
Next, the
まず、レグ2uのU相に関する処理について説明する。瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ieを超えた場合(ステップS11でNO)、制御部5は、ステップS14へ処理を移行する。
First, processing related to the U phase of
ステップS14において、制御部5は、レグ2uに対して第二モードM2を設定することによって、ステップS3において電流を出力させる蓄電部BXが、レグ2u内の複数の高電流蓄電部BPのみのうちから選択されるように設定し(ステップS14)、再びステップS1へ処理を移行する。
In step S14,
図6は、瞬時電流値Ir(u)と、瞬時電流値Ir(u)が連続した波形で表される出力電流Iuと、定格電流値Ieと、第一モードM1及び第二モードM2との関係を示す説明図である。横軸は時間t、縦軸は電流値を示している。なお、図6では、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が、後述の最大直列電圧Vp(u)以下である場合を例示している。 FIG. 6 shows the instantaneous current value Ir(u), the output current Iu represented by a continuous waveform of the instantaneous current value Ir(u), the rated current value Ie, and the first mode M1 and second mode M2. It is an explanatory diagram showing a relationship. The horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents current value. Note that FIG. 6 illustrates a case in which the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) is less than or equal to the maximum series voltage Vp(u), which will be described later.
ステップS11,S14によれば、図6に示すように、出力電流Iuの交流波形において、瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ieを超える期間であるタイミングt1からタイミングt2まで、タイミングt3からタイミングt4まで、タイミングt5からタイミングt6まで、及びタイミングt7からタイミングt8までの期間、ステップS3において第二モードM2が実行される。 According to steps S11 and S14, as shown in FIG. 6, in the AC waveform of the output current Iu, from timing t1 to timing t2, which is the period during which the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) exceeds the rated current value Ie, The second mode M2 is executed in step S3 from timing t3 to timing t4, from timing t5 to timing t6, and from timing t7 to timing t8.
瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ieを超えた場合(ステップS11でNO)、高容量蓄電部BEはその瞬間、瞬時電流値Ir(u)の電流を出力できないことを意味する。そこで、瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ieを超えた場合(ステップS11でNO)、制御部5は、ステップS14において第二モードM2を設定し、ステップS3において第二モードM2を実行する。
If the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) exceeds the rated current value Ie (NO in step S11), it means that the high-capacity power storage unit BE cannot output the current of the instantaneous current value Ir(u) at that moment. do. Therefore, when the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) exceeds the rated current value Ie (NO in step S11), the
これにより、ステップS3におけるレグ2uからの電流出力が、高電流蓄電部BPのみによって行われ、高容量蓄電部BEからは電流出力されない。その結果、レグ2uから、定格電流値Ipを超える瞬時電流値Ir(u)を出力することが可能となる。
Thereby, current output from
一方、瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ie以下の場合(ステップS11でYES)、制御部5は、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値と、最大直列電圧Vp(u)とを比較する(ステップS12)。最大直列電圧Vp(u)は、レグ2uに含まれる高電流モジュールPMのみを用いて出力可能な最大の電圧である。
On the other hand, if the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) is less than or equal to the rated current value Ie (YES in step S11), the
具体的には、モジュールXMがハーブブリッジかフルブリッジかに関わらず、最大直列電圧Vp(u)は、瞬時電圧値Vr(u)が+のときはレグ2uの下アーム3Lに含まれるすべての高電流蓄電部BPの電圧の合計値となり、瞬時電圧値Vr(u)が-のときはレグ2uの上アーム3Hに含まれるすべての高電流蓄電部BPの電圧の合計値となる。制御部5は、上述の電圧検出回路によって検出された、各高電流蓄電部BPの電圧を合計することによって、最大直列電圧Vp(u)を算出することができる。
Specifically, regardless of whether the module XM is a herb bridge or a full bridge, the maximum series voltage Vp(u) is This is the total value of the voltages of high current power storage units BP, and when the instantaneous voltage value Vr(u) is −, it is the total value of the voltages of all high current power storage units BP included in
あるいは、レグ2uに含まれる高電流モジュールPMのみを用いて出力可能な最大の電圧としておおよそ妥当な電圧値を、予め固定的に最大直列電圧Vp(u)として設定してもよい。
Alternatively, a voltage value that is approximately appropriate as the maximum voltage that can be output using only the high current module PM included in the
上アーム3Hと下アーム3Lと両方を使う場合は、フルブリッジの効果は、蓄電部ごとに充電と放電を使いわけられられる点に限定される。下アーム3Lのみで構成された三相インバータ回路の場合、フルブリッジ回路を利用することで、正負の電圧出力が可能になり、正弦波交流出力が可能となる。
When both
最大直列電圧Vp(v),Vp(w)は、最大直列電圧Vp(u)と同様、レグ2v,2wに含まれる高電流モジュールPMのみを用いて、それぞれ出力可能な最大の電圧である。最大直列電圧Vp(v),Vp(w)は、レグ2v,2wに含まれる高電流モジュールPMに基づき、最大直列電圧Vp(u)と同様の方法により設定される。
Like the maximum series voltage Vp(u), the maximum series voltages Vp(v) and Vp(w) are the maximum voltages that can be output using only the high current modules PM included in the
瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が、最大直列電圧Vp(u)を超えていた場合(ステップS12でYES)、高電流モジュールPMのみを用いる第二モードM2では瞬時電圧値Vr(u)を出力することができないので、制御部5は、ステップS13へ移行し、第一モードを設定する。
If the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) exceeds the maximum series voltage Vp(u) (YES in step S12), in the second mode M2 using only the high current module PM, the instantaneous voltage value Vr(u) cannot be output, the
ステップS13において、制御部5は、レグ2uに対して第一モードを設定することによって、電流を出力させる蓄電部BXが、レグ2u内の複数の高電流蓄電部BP及び複数の高容量蓄電部の両方の中からステップS3で選択されるように設定し(ステップS13)、再びステップS1へ処理を移行する。
In step S13, the
図7は、瞬時電圧値Vr(u)と、瞬時電圧値Vr(u)が連続した波形で表される出力電圧Vuと、最大直列電圧Vp(u)と、第一モードM1及び第二モードM2との関係を示す説明図である。横軸は時間t、縦軸は電圧値を示している。なお、図7では、瞬時電流値Ir(u)の絶対値が、定格電流値Ie以下である場合を例示している。 FIG. 7 shows the instantaneous voltage value Vr(u), the output voltage Vu in which the instantaneous voltage value Vr(u) is represented by a continuous waveform, the maximum series voltage Vp(u), and the first mode M1 and the second mode. FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship with M2. The horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents voltage value. Note that FIG. 7 illustrates a case where the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) is less than or equal to the rated current value Ie.
ステップS12,S13によれば、図7に示すように、出力電圧Vuの交流波形において、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)を超える期間であるタイミングt11からタイミングt12まで、タイミングt13からタイミングt14まで、タイミングt15からタイミングt16まで、及びタイミングt17からタイミングt18までの期間、ステップS3において第一モードM1が実行される。 According to steps S12 and S13, as shown in FIG. 7, in the AC waveform of the output voltage Vu, from timing t11, which is a period in which the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) exceeds the maximum series voltage Vp(u), The first mode M1 is executed in step S3 until t12, from timing t13 to timing t14, from timing t15 to timing t16, and from timing t17 to timing t18.
瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)を超えた場合(ステップS12でYES)、レグ2uはその瞬間、高電流蓄電部BPだけでは瞬時電圧値Vr(u)の電圧を出力できないことを意味する。そこで、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)を超えた場合(ステップS12でYES)、制御部5は、第一モードM1(ステップS13)を設定し、ステップS3において第一モードM1を実行する。
If the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) exceeds the maximum series voltage Vp(u) (YES in step S12), the
これにより、ステップS3におけるレグ2uからの電圧出力を、第一モードM1によって高電流蓄電部BP及び高容量蓄電部BEの両方を用いて出力することができる。その結果、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)を超え、高電流蓄電部BPだけでは出力できない瞬時電圧値Vr(u)を、図7に示すように、第一モードM1によって出力することが可能となる。
Thereby, the voltage output from
一方、ステップS12において、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)を超えない場合(ステップS12でNO)、レグ2uの高電流蓄電部BPのみを用いて瞬時電圧値Vr(u)を出力することができるので、制御部5は、ステップS14へ移行して第二モードM2を設定し、ステップS3において第二モードM2を実行する。
On the other hand, in step S12, if the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) does not exceed the maximum series voltage Vp(u) (NO in step S12), the instantaneous voltage value is Since Vr(u) can be output, the
なお、瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ieに満たない場合(ステップS11でYES)にステップS12へ移行し、瞬時電流値Ir(u)の絶対値が定格電流値Ie以上の場合(ステップS11でNO)にステップS14へ移行してもよい。また、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)以上の場合(ステップS12でYES)、ステップS13へ移行し、瞬時電圧値Vr(u)の絶対値が最大直列電圧Vp(u)に満たない場合(ステップS12でNO)、ステップS14へ移行してもよい。 Note that if the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) is less than the rated current value Ie (YES in step S11), the process moves to step S12, and the absolute value of the instantaneous current value Ir(u) is greater than or equal to the rated current value Ie. In this case (NO in step S11), the process may proceed to step S14. Further, if the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) is greater than or equal to the maximum series voltage Vp(u) (YES in step S12), the process moves to step S13, and the absolute value of the instantaneous voltage value Vr(u) is equal to or higher than the maximum series voltage Vp(u). If it is less than Vp(u) (NO in step S12), the process may proceed to step S14.
レグ2vのV相に関するステップS21~S24、レグ2wのW相に関するステップS31~S34の処理は、瞬時電流値Ir(u)の代わりに瞬時電流値Ir(v),Ir(w)、瞬時電圧値Vr(u)の代わりに瞬時電圧値Vr(v),Vr(w)、レグ2uの代わりにレグ2v,2wとする点を除いてステップS11~S14と同様であるのでその説明を省略する。
Steps S21 to S24 regarding the V phase of
レグ2u,2v,2wの蓄電部BXは、三相交流等に変換された電圧波形で負荷へ電力を供給するので、負荷変動に追従して瞬間的に大電流を流す必要がある。そのため、蓄電部BXは、定格電流が大きい二次電池であることが好ましい。一方、蓄電部BXは、放電すると電圧が低下するため、電力変換装置1を安定的に継続動作させるためには蓄電部BXの蓄電容量が大きいことが望ましい。しかしながら、定格電流と、蓄電容量とが共に大きな蓄電素子は、入手が困難であったり、高価であったりする。
Since the power storage units BX of the
そこで、入手しやすい、定格電流値Ipが大きく蓄電容量が小さい高電流蓄電部BP及び定格電流値Ieが小さく蓄電容量が大きい高容量蓄電部BEを、組み合わせて用いることによって、蓄電部BXの入手が容易となり、かつコストを低減することが容易となる。さらに、複数の高電流蓄電部BP及び複数の高容量蓄電部BEのうちから選択的に電流を出力させる第一モードM1と、複数の高電流蓄電部BPのみのうちから選択的に電流を出力させる第二モードM2とを実行することによって、高電流蓄電部BPと高容量蓄電部BEとを組み合わせて用いつつ、蓄電容量と電流出力とを両立させることが容易となる。 Therefore, by using a combination of easily available high-current power storage unit BP with a large rated current value Ip and small storage capacity and high-capacity power storage unit BE with a small rated current value Ie and large storage capacity, it is possible to obtain power storage unit BX. This makes it easy to implement and reduce costs. Furthermore, a first mode M1 in which current is selectively outputted from among the plurality of high-current power storage units BP and the plurality of high-capacity power storage units BE, and a current is selectively outputted from only the plurality of high-current power storage units BP. By executing second mode M2, it becomes easy to achieve both power storage capacity and current output while using a combination of high-current power storage unit BP and high-capacity power storage unit BE.
なお、制御部5は、必ずしもステップS12,S22,S32を実行する必要はなく、ステップS11でYESのときステップS13へ処理を移行し、ステップS21でYESのときステップS23へ処理を移行し、ステップS31でYESのときステップS33へ処理を移行してもよい。
Note that the
また、制御部5は、必ずしもステップS11,S21,S31を実行する必要はなく、ステップS5からステップS12,S22,S32へ処理を移行してもよい。
Further, the
また、電力変換装置1は、電動車両に搭載される例に限られず、制御部5は、回転角R又は要求トルクTを取得しなくてもよく、ステップS1,S2を実行しなくてもよい。また、制御部5は、出力電流Iu,Iv,Iwを取得しなくてもよく、ステップS3において、出力電流Iu,Iv,Iwに基づくフィードバック制御を行う例に限らない。
Furthermore, the
出力電流Iu,Iv,Iw及び出力電圧Vu,Vv,Vwは、種々の波形であってよく、モータの駆動波形に限らない。例えば、出力電流Iu,Iv,Iw及び出力電圧Vu,Vv,Vwは、振幅、周波数固定の正弦波交流であってもよく、直流であってもよい。 The output currents Iu, Iv, Iw and the output voltages Vu, Vv, Vw may have various waveforms, and are not limited to motor drive waveforms. For example, the output currents Iu, Iv, Iw and the output voltages Vu, Vv, Vw may be sine wave alternating currents with fixed amplitudes and frequencies, or may be direct currents.
また、電力変換装置1は、三つのレグ2u,2v,2wを備える例に限らない。電力変換装置1は、レグを一つ備える単相の電力変換装置であってもよく、レグを二つ、あるいは四つ以上備える電力変換装置であってもよい。
Moreover, the
1 電力変換装置
2u,2v,2w レグ
3H 上アーム
3L 下アーム
5 制御部
6 三相インバータ
BE 高容量蓄電部
BP 高電流蓄電部
BX 蓄電部
C キャパシタ
EM 高容量モジュール
Ie,Ip 定格電流値
Ir(u),Ir(v),Ir(w) 瞬時電流値
It 目標電流
Iu,Iv,Iw 出力電流
L インダクタ
M1 第一モード
M2 第二モード
PM 高電流モジュール
R 回転角
SW1~SW4 スイッチング素子(第一切換回路、第二切換回路)
T 要求トルク
T1 端子(第一端子)
T2 端子(第二端子)
T3 端子(第三端子)
T4 端子(第四端子)
Tu,Tv,Tw 外部端子
Vp(u),Vp(v),Vp(w) 最大直列電圧
Vr(u),Vr(v),Vr(w) 瞬時電圧値
Vu,Vv,Vw 出力電圧
WH,WL 電力線
XM モジュール
1
T Required torque T1 Terminal (first terminal)
T2 terminal (second terminal)
T3 terminal (third terminal)
T4 terminal (fourth terminal)
Tu, Tv, Tw External terminals Vp (u), Vp (v), Vp (w) Maximum series voltage Vr (u), Vr (v), Vr (w) Instantaneous voltage values Vu, Vv, Vw Output voltage WH, WL Power Line XM Module
Claims (6)
制御部とを備え、
前記上アーム及び前記下アームのそれぞれは、複数の高電流モジュールと複数の高容量モジュールとが直列接続された直列回路を含み、
前記各高電流モジュールは、
第一及び第二端子と、
電荷を蓄える高電流蓄電部と、
前記第一及び第二端子へ前記高電流蓄電部を接続する加入状態と前記第一及び第二端子間を短絡する離脱状態とを含む接続状態を切り換える第一切換回路とを含み、
前記各高容量モジュールは、
第三及び第四端子と、
電荷を蓄える高容量蓄電部と、
前記第三及び第四端子へ前記高容量蓄電部を接続する加入状態と前記第三及び第四端子間を短絡する離脱状態とを含む接続状態を切り換える第二切換回路とを含み、
前記高電流蓄電部の定格電流値は、前記高容量蓄電部の定格電流値よりも大きく、
前記高容量蓄電部の蓄電容量は、前記高電流蓄電部の蓄電容量よりも大きく、
前記制御部は、
前記各第一切換回路及び前記各第二切換回路による前記接続状態の切り換えを制御することによって、前記複数の高電流蓄電部及び前記複数の高容量蓄電部のうちから選択的に電流を出力させる第一モードと、前記複数の高電流蓄電部のみのうちから選択的に電流を出力させる第二モードとを実行する電力変換装置。 A leg in which an upper arm, an inductor, and a lower arm are connected in series in this order;
It is equipped with a control section,
Each of the upper arm and the lower arm includes a series circuit in which a plurality of high current modules and a plurality of high capacity modules are connected in series,
Each of the high current modules is
first and second terminals;
A high current storage unit that stores charge,
a first switching circuit that switches between connection states including a connection state in which the high current power storage unit is connected to the first and second terminals and a disconnection state in which the first and second terminals are short-circuited;
Each of the high capacity modules is
third and fourth terminals;
A high-capacity storage unit that stores electric charge,
a second switching circuit that switches between connection states including a connection state in which the high-capacity power storage unit is connected to the third and fourth terminals and a disconnection state in which the third and fourth terminals are short-circuited;
The rated current value of the high current power storage unit is larger than the rated current value of the high capacity power storage unit,
The power storage capacity of the high capacity power storage unit is larger than the power storage capacity of the high current power storage unit,
The control unit includes:
Selectively outputting current from among the plurality of high current power storage units and the plurality of high capacity power storage units by controlling switching of the connection state by each of the first switching circuit and each of the second switching circuit. A power conversion device that executes a first mode and a second mode in which current is selectively output from only the plurality of high current power storage units.
前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値に満たない期間、前記第一モードを実行し、前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値を超える期間、前記第二モードを実行する請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
The first mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is less than the rated current value of the high-capacity power storage unit, and the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is The power conversion device according to claim 1 , wherein the second mode is executed during a period in which the current exceeds a rated current value of the high-capacity power storage unit.
前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記高電流モジュールのみを用いて出力可能な最大の電圧である最大直列電圧を超える期間、前記第一モードを実行し、前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記最大直列電圧に満たない期間、前記第二モードを実行する請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
The first mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg exceeds a maximum series voltage that is the maximum voltage that can be output using only the high current module, and the voltage is output from the leg. The power conversion device according to claim 1 , wherein the second mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the voltage applied is less than the maximum series voltage.
前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値に満たず、かつ前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が、前記高電流モジュールのみを用いて出力可能な最大の電圧である最大直列電圧を超える期間、前記第一モードを実行し、前記レグから出力される電流の瞬時値の絶対値が前記高容量蓄電部の定格電流値を超える期間及び前記レグから出力される電圧の瞬時値の絶対値が前記最大直列電圧に満たない期間、前記第二モードを実行する請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
The absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg is less than the rated current value of the high-capacity power storage unit, and the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg uses only the high-current module. The first mode is executed for a period in which the absolute value of the instantaneous value of the current output from the leg exceeds the rated current value of the high-capacity power storage unit. The power conversion device according to claim 1 , wherein the second mode is executed during a period in which the absolute value of the instantaneous value of the voltage output from the leg is less than the maximum series voltage.
前記各第二切換回路は、ハーフブリッジ又はフルブリッジのブリッジ回路である請求項1に記載の電力変換装置。 Each of the first switching circuits is a half-bridge or full-bridge bridge circuit,
The power conversion device according to claim 1, wherein each of the second switching circuits is a half-bridge or full-bridge bridge circuit.
前記三つのレグは、互いに並列接続されて三相インバータを構成する請求項1~5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 comprising three of the legs;
The power conversion device according to claim 1, wherein the three legs are connected in parallel to each other to constitute a three-phase inverter.
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