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    关 键 词:
    电力 变换 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN200880131207.5

    申请日:

    2008.09.26

    公开号:

    CN102160014A

    公开日:

    2011.08.17

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G05F 1/56申请公布日:20110817|||实质审查的生效IPC(主分类):G05F 1/56申请日:20080926|||公开
    IPC分类号: G05F1/56; G05F1/00 主分类号: G05F1/56
    申请人: 莫斯科技株式会社
    发明人: 小岛直人
    地址: 日本东京都
    优先权:
    专利代理机构: 北京三友知识产权代理有限公司 11127 代理人: 李辉;黄纶伟
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200880131207.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2014.05.14|||2011.09.28|||2011.08.17

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明的电力变换装置的目的是,在与弱电力系统连接的情况下,通过交流电流的超前控制来实现电压稳定,在受电合同范围内进行最大充电,该电力变换装置使用磁能再生开关来进行从交流或直流到直流的电力变换和它们的逆变换,在该磁能再生开关中,小电容的磁能蓄积电容器与使用至少2个反向导通型半导体开关的桥电路的直流端子连接。本发明构成为,使利用该电力变换装置的多个二次电池充电装置的直流部通过公共直流母线连接,在二次电池充电装置间相互交换电力。

    权利要求书

    1: 一种电力变换装置, 其进行从交流电到直流电的变换或者其逆变换, 该电力变换装 置的电路结构如下 : 将磁能再生开关从交流电源经由电感 Lac 与交流端子 AC、 AC 连接, 然后 在直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间经由平滑电感 Ldc 连接直流电源或负载, 该磁能再生开关 是将由 4 个反向导通型半导体开关构成的桥电路和蓄积电流切断时的电流具有的磁能的 磁能蓄积电容器 C 连接在桥电路的所述直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间而成的, 在所述电路结构中, 具有将控制信号提供给所述反向导通型半导体开关的栅极而进行 所述反向导通型半导体开关的接通 / 断开控制的栅极控制装置, 还具有 : 控制成同时进行 使位于桥电路的对角线上的一对所述反向导通型半导体开关接通、 使另一对所述反向导通 型半导体开关断开的动作, 并且使根据交流电源的电流方向选择的 1 对所述反向导通型半 导体开关进行高速接通 / 断开动作, 使得在直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间产生升压脉冲电 压的单元 ; 以及使所述升压脉冲电压经由所述平滑电感 Ldc 以平滑而变换为直流电压, 并 引到直流电压源、 二次电池 ( 蓄电池 ) 或者直流负载的单元, 使该电力变换装置与二次电池 ( 蓄电池 ) 充电装置串联连接或并联连接、 或者使用开 闭开关切换串联连接和并联连接, 在长时间地控制二次电池 ( 蓄电池 ) 的温度和充电量等 充电状况的同时, 短期地将输入电流的功率因数从滞后控制到超前, 通过与其它电力系统 的滞后功率因数一起调整电流功率因数来减小电流, 降低焦耳损失, 校正受电点的电压变 动、 过电压以及欠电压。
    2: 根据权利要求 1 所述的电力变换装置, 其中, 所述磁能再生开关的结构, 具有 : 由2 个所述反向导通型半导体开关和与该反向导通型半导体开关对置的 2 个二极管构成的桥 电路 ; 以及与所述 2 个二极管各自并联连接的共计 2 个串联连接的磁能蓄积电容器。
    3: 根据权利要求 1 所述的电力变换装置, 其中, 所述磁能再生开关的结构, 具有如下的 布线 : 将反向串联连接的 2 个所述反向导通型半导体开关和串联连接的 2 个磁能蓄积电容 器并联连接、 且将该 2 个反向导通型半导体开关的中点和该 2 个磁能蓄积电容器的中点彼 此连接。
    4: 根据权利要求 1 至 3 中的任一项所述的电力变换装置, 其特征在于, 将所述磁能再生 开关的接通 / 断开周期设定得比由所述磁能再生开关的所述磁能蓄积电容器 C 的电容 (C) 和所述电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的放电时间长, 所述磁能蓄积电容器 C 的电压按照每个 循环放电而成为零, 当所述反向导通型半导体开关断开时是零电压, 当所述反向导通型半 导体开关接通时是零电流。
    5: 根据权利要求 1 所述的电力变换装置, 其中, 作为所述产生升压脉冲电压的单元, 在 将三相交流用作电源的情况下, 进行基于以下方式的三相交流电力变换, 即, 将单相交流时 的电桥的臂设定为 3 个, 构成为基于 6 个反向导通型半导体开关的三相全波电桥结构的磁 能再生开关, 使所述磁能蓄积电容器 C 连接在直流母线的端子 P 与 N 之间, 各臂的 2 个反向 导通型半导体开关选择三相交流的电流方向的开关, 且使选择出的全部反向导通型半导体 开关同时高速地接通 / 断开, 使得在直流母线的端子 P 与 N 之间产生升压脉冲电压。
    6: 根据权利要求 1、 2 和 4 中的任一项所述的电力变换装置, 其中, 在输入电力是直流电 压的情况下, 仅使位于所述磁能再生开关的对角线上的一个反向导通型半导体开关对高速 地接通 / 断开, 而使另一个反向导通型半导体开关对始终断开而仅进行反向导通用的二极 管动作, 由此电流方向变反, 从而将电力从二次电池 ( 蓄电池 ) 逆变换到交流。 2
    7: 根据权利要求 1、 2 和 4 至 6 中的任一项所述的电力变换装置, 其中, 所述电力变换 装置具有控制装置, 该控制装置输入所述磁能再生开关的输入电压或输入电流的大小和方 向、 以及直流输出或交流输出的电压和电流、 以及磁能蓄积电容器的电压, 考虑施加给反向 导通型半导体开关的栅极脉冲信号的接通 / 断开时间比和开关周期来进行所述反向导通 型半导体开关的?;ず徒油?/ 断开控制。
    8: 根据权利要求 1 至 7 中的任一项所述的电力变换装置, 其中, 在不需要电力逆变换的 情况下, 取代脉冲脉动的所述平滑电感 Ldc 而具有二极管, 进行对输出电容器的反向电流 阻止, 同样地进行当所述反向导通型半导体开关断开时是零电压、 当所述反向导通型半导 体开关接通时是零电流的零电压零电流开关动作。
    9: 一种电力变换装置, 其具有磁能再生开关, 该磁能再生开关包含 : 桥电路, 其由 4 个 反向导通型半导体开关构成 ; 磁能蓄积电容器 C, 其连接在该桥电路的直流端子间, 蓄积电 流切断时的电流具有的磁能 ; 以及栅极控制装置, 其将控制信号提供给各所述反向导通型 半导体开关的栅极, 并控制成同时进行使位于所述桥电路的对角线上的一对所述反向导通 型半导体开关接通、 使另一对所述反向导通型半导体开关断开的动作, 该电力变换装置的 特征在于, 所述桥电路的交流端子能够经由电感 Lac 与交流或直流的输入电源连接, 所述桥电路的直流端子经由平滑电感 Ldc 与直流的输出电源连接, 所述栅极控制装置通过使根据输入电源的电流方向选择的一对所述反向导通型半导 体开关进行高速接通 / 断开动作, 并使另一对所述反向导通型半导体开关断开, 使得在所 述桥电路的所述直流端子上产生升压脉冲电压, 所述平滑电感 Ldc 对所述升压脉冲电压进行平滑来变换为直流电压, 所述高速接通 / 断开动作与比由所述磁能蓄积电容器 C 的静电电容和所述电感 Lac 的 电感 (Lac) 决定的所述桥电路的谐振频率低的高速接通 / 断开控制频率同步, 通过使所述 高速接通 / 断开控制频率和 / 或接通 / 断开时间比变化, 控制所述输入电源与直流的输出 电源之间的电力流。
    10: 根据权利要求 9 所述的电力变换装置, 其特征在于, 在输入电力是交流电的情况 下, 与所述交流电压的频率同步地, 每当电流方向发生变化时交替切换根据所述输入电源 的电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的所述反向导通型半导体开关的对。
    11: 根据权利要求 9 所述的电力变换装置, 其特征在于, 在输入电压是直流电压的情况 下, 根据所述输入电源的电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的所述反向导通型半导 体开关的对仅是一对, 另一对是始终断开。
    12: 一种电力变换装置, 其具有第 1 磁能再生开关和第 2 磁能再生开关, 该第 1 磁能再生开关包含 : 第 1 桥电路, 其由 4 个第 1 反向导通型半导体开关构成 ; 第 1 磁能蓄积电容器 C, 其连接在该桥电路的直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间, 蓄积电流切断时 的电流具有的磁能 ; 以及第 1 栅极控制装置, 其将控制信号提供给各所述第 1 反向导通型半 导体开关的栅极, 并进行各所述第 1 反向导通型半导体开关的接通 / 断开控制, 该第 2 磁能再生开关包含 : 第 2 桥电路, 其由 4 个第 2 反向导通型半导体开关构成 ; 第 2 磁能蓄积电容器 C, 其连接在该桥电路的直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间, 蓄积电流切断时 的电流具有的磁能 ; 以及第 2 栅极控制装置, 其将控制信号提供给各所述第 2 反向导通型半 3 导体开关的栅极, 并进行各所述第 2 反向导通型半导体开关的接通 / 断开控制, 该电力变换装置的特征在于, 所述第 1 桥电路的交流端子 AC、 AC 能够经由第 1 电感 Lac 与交流电源连接, 所述第 1 桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 经由第 1 平滑电感 Ldc 与直流母线连接, 所述第 2 桥电路 的交流端子 AC、 AC 经由第 2 电感 Lac 与所述直流母线连接, 或者所述第 2 桥电路的直流端 子 DC(P)、 DC(N) 中的任一方能够经由第 2 平滑电感 Ldc 与所述直流母线连接, 另一方能够 与二次电池 ( 蓄电池 ) 连接, 所述第 1 栅极控制装置和第 2 栅极控制装置均通过使根据输入电源的电流方向选择的 一对所述反向导通型半导体开关进行高速接通 / 断开动作, 并使另一对所述反向导通型半 导体开关断开, 来使得在对应的所述桥电路的所述直流端子上产生升压脉冲电压, 所述平滑电感 Ldc 对所述升压脉冲电压进行平滑来变换为直流电压, 所述第 1 磁能再生开关的所述高速接通 / 断开动作与比由所述第 1 磁能蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和所述第 1 电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的所述第 1 桥电路的谐振频率低的 第 1 高速接通 / 断开控制频率同步, 与所述交流电压的频率同步地对根据所述输入电源的 电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的所述反向导通型半导体开关的对进行交替切 换, 通过使所述第 1 高速接通 / 断开控制频率和 / 或接通 / 断开时间比变化, 控制所述交流 电源与所述直流母线之间的电力流, 并且 所述第 2 磁能再生开关的所述高速接通 / 断开动作与比由所述第 2 磁能蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和所述第 2 电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的所述第 2 桥电路的谐振频率低 的第 2 高速接通 / 断开控制频率同步, 根据所述输入电源的电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的所述反向导通型半导体开关对仅是一对, 另一对始终断开, 通过使所述第 2 高 速接通 / 断开控制频率和 / 或接通 / 断开时间比变化, 控制所述直流母线与所述二次电池 ( 蓄电池 ) 之间的电力流。
    13: 根据权利要求 12 所述的电力变换装置, 其特征在于, 在所述直流母线上, 能够连接 多个所述第 2 磁能再生开关, 能够经由各所述第 2 磁能再生开关连接多个二次电池 ( 蓄电 池 )。
    14: 根据权利要求 13 所述的电力变换装置, 其特征在于, 所述电力变换装置包含所述 第 2 桥电路的交流端子 AC、 AC 经由所述第 2 电感 Lac 与所述直流母线连接的所述第 2 磁能 再生开关以及所述第 2 桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 经由所述第 2 平滑电感 Ldc 与所述 直流母线连接的所述第 2 磁能再生开关的双方。
    15: 根据权利要求 9 和 12 至 14 中的任一项所述的电力变换装置, 其特征在于, 通过提 高所述高速接通 / 断开控制频率和 / 或增大接通 / 断开控制的接通时间比, 进行从与所述 桥电路、 所述第 1 桥电路和 / 或所述第 2 桥电路的交流端子 AC、 AC 连接的输入电源到与所 述桥电路、 所述第 1 桥电路和 / 或所述第 2 桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 连接的输出电 源的正变换。
    16: 根据权利要求 1 至 15 中的任一项所述的电力变换装置, 其特征在于, 在能够对多 个二次电池 ( 蓄电池 ) 同时进行充电的充电站中, 设置管理、 控制各个二次电池 ( 蓄电池 ) 的充电量的中央控制装置, 由多个充电中的二次电池 ( 蓄电池 ) 进行逆变换, 加上该逆变换 后的电力来进行需要快速充电的特定的二次电池 ( 蓄电池 ) 的充电, 从而减小要从外部接 4 收的受电电力的峰值。
    17: 根据权利要求 1 至 16 中的任一项所述的电力变换装置, 其特征在于, 在对二次电 池 ( 蓄电池 ) 进行充电的充电装置在其系统内有太阳光发电装置、 风力发电装置等变动大 的发电装置的情况下, 蓄电池充电装置将其功率 / 电压变动利用为变动吸收要素。
    18: 根据权利要求 1 至 17 中的任一项所述的电力变换装置, 其特征在于, 在与电力系统 之间的连接点处设置所述磁能再生开关, 以阻止逆流, 由此当处于系统电压短时下降等系 统侧的异常状态时, 对于反相电流成为高阻抗而自动地切断, 从而实现域内的功率及电压 的稳定。

    说明书


    电力变换装置

        技术领域 本发明涉及能进行从交流电或直流电到直流电的逆变换的电力变换装置, 特别涉 及可在对电动汽车等中的二次电池 ( 蓄电池 ) 进行充放电的充放电装置中使用的电力变换 装置。
         背景技术 以往, 为了对汽车用蓄电池等的二次电池进行充电, 在日本国内使用对单相 100V 进行降压的简单的变压器和二极管整流器。 而且, 在大容量的充电中, 关于从交流电到直流 电的电力变换, 各种方式得到实用化。 在这样的电力变换方式中, 期望的是高功率因数和高 效率, 并且, 还要求构成部件少且控制简单。
         可使用最新的电力变换技术即功率 MOSFET、 IGBT 等的可进行断开的半导体开关, 利用使用 PWM 变换器、 回扫电路的 PFC 电路进行充电 ( 参照专利文献 1、 2、 3 和 4)。并且, 还 提出了以下等各种系统 : 还考虑到费用对效果来对多个车辆进行有效充电的系统 ( 参照上 述专利文献 2), 与环境变换无关而有效进行急速充电的系统 ( 参照上述专利文献 3), 以及
         进行来自三相交流电源的充电的系统 ( 参照上述专利文献 4)。然而, 这些系统均在电力变 换上进行硬开关动作, 开关动作损失大。并且, 与系统电压的电压值和频率无关, 控制充电 电力在系统稳定性方面有问题。
         电力变换期望高速半导体开关, 而另一方面, 作为电路技术, 在接通 / 断开时使电 压或电流的任一方或其双方为零的软开关技术不仅在变换效率方面是优选的, 而且在可减 少噪声产生方面也是优选的, 可以说是重要的解决方案。
         另外, 提出了这样一种开关 ( 以下称为磁能再生开关 (MERS)) : 能使用 4 个不具有 反向阻止能力的即反向导通型半导体元件 ( 以下称为反向导通型半导体开关 ) 来仅通过栅 极控制接通 / 断开正反两方向的电流, 而且将在切断了电流时的电流具有的磁能蓄积在电 容器内, 通过被提供了接通栅极的半导体元件放电到负载侧来再生电流, 从而可无损失地 再生在电流双向且电路具有的磁能 ( 参照专利文献 5)。并且, 提出了使用该磁能再生开关 (MERS) 来进行与交流电源同步的开关动作的交流 / 直流电力变换装置 ( 参照专利文献 6)。
         并且, 提出了用于针对来自系统的电力受电进行稳定的潮流控制的装置 ( 参照专 利文献 7)。
         专利文献 1 : 日本特开 2008-206300 号公报
         专利文献 2 : 日本特表 2007-535282 号公报
         专利文献 3 : 日本特开 2007-049828 号公报
         专利文献 4 : 日本特开 2007-097341 号公报
         专利文献 5 : 特许第 3634982 号公报
         专利文献 6 : 国际公开 2008/096664 号公报
         专利文献 7 : 国际公开 2005/067117 号公报
         在大容量的充电装置中, 系统要求优良的高效率的充电装置。 例如, 当电动汽车普及且其数量增多时, 在夜间电力利用进展方面, 夜间电力设备利用率提高, 是优选的。
         然而, 在个人住宅的车库中进行该利用的情况下, 连续消耗 1kW 到 2kW 的电力。伴 随电动汽车的普及, 数百万台的电动汽车的充电消耗夜间电力, 而进行了半导体控制的充 电装置作为电力负载是一定电力的负载, 这使系统的稳定性愈发下降, 是不优选的。 发明内容
         本发明的目的是提供一种使用使全部开关元件的开关动作实现软开关动作化、 减 少高频噪声、 电力方向是可逆、 也能升压的磁能再生开关 (MERS) 的交流 / 直流电力变换装 置, 特别是提供也能作为电动汽车等中的二次电池 ( 蓄电池 ) 的充放电装置利用的电力变 换装置。
         并且, 本发明的另一目的是提供这样的电力变换装置 : 通过将磁能再生开关 (MERS) 也用作设置在直流母线和二次电池 ( 蓄电池 ) 之间的直流 / 直流电力变换装置, 在 考虑受电容量等受电合同的同时, 进行各个二次电池 ( 蓄电池 ) 的充电控制, 而且产生进相 电流来进行受电点的电压控制, 并且在需要的情况下, 还具有从二次电池 ( 蓄电池 ) 反向的 逆馈送交流电的功能, 而且系统优良。 为了达到上述目的, 本发明的例示的侧面的电力变换装置, 其特征在于, 该电力变 换装置是这样的电路结构, 即, 使由 4 个反向导通型半导体开关构成的桥电路和蓄积电流 切断时的电流具有的磁能的磁能蓄积电容器 C 连接在桥电路的直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之 间而构成的磁能再生开关从交流电源经由电感 Lac 与交流端子 AC、 AC 连接, 然后在直流端 子 DC(P) 与 DC(N) 之间, 经由平滑电感 Ldc 连接直流电源或负载,
         在该电路结构中, 具有将控制信号提供给反向导通型半导体开关的栅极而进行反 向导通型半导体开关的接通 / 断开控制的栅极控制装置, 还具有 : 控制成同时进行使位于 桥电路的对角线上的一对反向导通型半导体开关接通、 使另一对反向导通型半导体开关断 开的动作, 并且使根据交流电源的电流方向选择的 1 对反向导通型半导体开关进行高速接 通 / 断开动作, 使得在直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间产生升压脉冲电压的单元 ; 以及使升压 脉冲电压经由平滑电感 Ldc 以平滑而变换为直流电压, 并引到直流电压源、 二次电池 ( 蓄电 池 ) 或者直流负载的单元,
         使电力变换装置与二次电池 ( 蓄电池 ) 充电装置串联连接或并联连接, 或者使用 开闭开关切换串联连接及并联连接, 在长时间地控制二次电池 ( 蓄电池 ) 的温度和充电量 等充电状况的同时, 短期地将输入电流的功率因数从滞后控制到超前, 通过与其它电力系 统的滞后功率因数一起调整电流功率因数来减小电流, 降低焦耳损失, 校正受电点的电压 变动、 过电压以及欠电压。
         并且, 优选的是, 磁能再生开关是这样的结构, 即具有 : 由 2 个反向导通型半导体 开关和与该反向导通型半导体开关对置的 2 个二极管构成的桥电路 ; 以及与 2 个二极管各 自并联连接的共计 2 个串联连接的磁能蓄积电容器。
         并且, 优选的是, 磁能再生开关具有这样的布线 : 将反向串联连接的 2 个反向导通 型半导体开关和串联连接的 2 个磁能蓄积电容器并联连接, 将 2 个反向导通型半导体开关 的中点和 2 个磁能蓄积电容器的中点彼此连接。
         并且, 特征在于, 将磁能再生开关的接通 / 断开周期设定成比由磁能再生开关的
         磁能蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的放电时间长, 磁能蓄积 电容器 C 的电压按照每个循环放电而为零, 当反向导通型半导体开关断开时是零电压, 当 反向导通型半导体开关接通时是零电流。
         优选的是, 作为产生升压脉冲电压的单元, 在将三相交流用作电源的情况下, 进行 基于以下方式的三相交流电力变换, 即, 将单相交流时的电桥的臂设定为 3 个, 构成为基于 6 个反向导通型半导体开关的三相全波电桥结构的磁能再生开关, 使磁能蓄积电容器连接 在直流母线的端子 P、 N 之间, 各臂的 2 个反向导通型半导体开关选择三相交流的电流方 向的反向导通型半导体开关, 且使全部所选择的反向导通型半导体开关同时高速接通 / 断 开, 使升压脉冲电压产生在直流母线的端子 P、 N 端子之间。
         优选的是, 在输入电力是直流电压的情况下, 仅使位于磁能再生开关的对角线上 的反向导通型半导体开关对高速接通 / 断开, 而使另一个反向导通型半导体开关对始终断 开而仅用为反向导通用的二极管动作, 由此电流方向变反而将电力从二次电池 ( 蓄电池 ) 逆变换到交流。
         优选的是, 电力变换装置具有控制装置, 该控制装置输入磁能再生开关的输入电 压或输入电流的大小和方向、 以及直流输出或交流输出的电压和电流、 以及磁能蓄积电容 器的电压, 考虑施加给反向导通型半导体开关的栅极脉冲信号的接通 / 断开时间比和开关 周期来进行反向导通型半导体开关的?;ず徒油?/ 断开控制。 优选的是, 在不需要电力逆变换的情况下, 取代脉冲脉动的平滑电感 Ldc 而使用 二极管, 阻止向输出电容器的反向电流, 同样地进行当磁能再生开关断开时是零电压、 当磁 能再生开关接通时是零电流的零电压零电流开关动作。
         并且, 本发明的另一例示的侧面的电力变换装置, 该电力变换装置具有磁能再生 开关, 该磁能再生开关包含 : 桥电路, 其由 4 个反向导通型半导体开关构成 ; 磁能蓄积电容 器 C, 其连接在该桥电路的直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间, 蓄积电流切断时的电流具有的磁 能; 以及栅极控制装置, 其将控制信号提供给各反向导通型半导体开关的栅极, 并控制成同 时进行使位于桥电路的对角线上的一对反向导通型半导体开关接通、 使另一对反向导通型 半导体开关断开的动作, 电力变换装置的特征在于,
         桥电路的交流端子 AC 可经由交流电感 Lac 与交流或直流的输入电源连接,
         桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 经由平滑电感 Ldc 与直流的输出电源连接,
         栅极控制装置通过使根据输入电源的电流方向选择的一对反向导通型半导体开 关进行高速接通 / 断开动作, 并使另一对反向导通型半导体开关断开, 使得在桥电路的直 流端子上产生升压脉冲电压,
         平滑电感 Ldc 对升压脉冲电压进行平滑来变换为直流电压,
         高速接通 / 断开动作与比由磁能蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的桥电路的谐振频率低的高速接通 / 断开控制频率同步, 通过使高速接通 / 断开 控制频率和 / 或接通 / 断开时间比变化, 控制输入电源与直流母线之间的电力流。
         可以构成为, 在输入电力是交流电压的情况下, 将根据输入电源的电流方向选择 且进行高速接通 / 断开动作的反向导通型半导体开关对与交流电压的频率同步地每当电 流方向发生变化时交替切换。
         可以构成为, 在输入电压是直流电压的情况下, 使根据输入电源的电流方向选择
         且进行高速接通 / 断开动作的反向导通型半导体开关对仅是一对, 另一对是始终断开。
         并且, 本发明的又一例示的侧面的电力变换装置, 该电力变换装置具有第 1 磁能 再生开关和第 2 磁能再生开关, 第 1 磁能再生开关包含 : 第 1 桥电路, 其由 4 个第 1 反向导通 型半导体开关构成 ; 第 1 磁能蓄积电容器 C, 其连接在该桥电路的直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间, 蓄积电流切断时的电流具有的磁能 ; 以及第 1 栅极控制装置, 其将控制信号提供给各 第 1 反向导通型半导体开关的栅极, 并进行各第 1 反向导通型半导体开关的接通 / 断开控 制,
         第 2 磁能再生开关包含 : 第 2 桥电路, 其由 4 个第 2 反向导通型半导体开关构成 ; 第 2 磁能蓄积电容器 C, 其连接在该桥电路的直流端子 DC(P) 与 DC(N) 之间, 蓄积电流切断 时的电流具有的磁能 ; 以及第 2 栅极控制装置, 其将控制信号提供给各第 2 反向导通型半导 体开关的栅极, 并进行各第 2 反向导通型半导体开关的接通 / 断开控制,
         电力变换装置的特征在于,
         第 1 桥电路的交流端子 AC、 AC 能够经由第 1 电感 Lac 与交流电源连接, 第 1 桥电 路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 经由第 1 平滑电感 Ldc 能够与直流母线连接, 第 2 桥电路的交 流端子 AC、 AC 经由第 2 电感 Lac 与直流母线连接, 或者第 2 桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 中的任一方能够经由第 2 平滑电感 Ldc 与直流母线连接, 另一方能够与二次电池 ( 蓄电池 ) 连接,
         第 1 栅极控制装置和第 2 栅极控制装置都通过使根据输入电源的电流方向选择的 一对反向导通型半导体开关进行高速接通 / 断开动作, 并使另一对反向导通型半导体开关 断开, 来使得在对应的桥电路的直流端子上产生升压脉冲电压,
         平滑电感 Ldc 对升压脉冲电压进行平滑来变换为直流电压,
         第 1 磁能再生开关的高速接通 / 断开动作与比由第 1 磁能蓄积电容器 C 的静电电 容 (C) 和第 1 电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的第 1 桥电路的谐振频率低的第 1 高速接通 / 断 开控制频率同步地使根据输入电源的电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的反向导 通型半导体开关对与交流电压的频率同步地交替切换, 通过使第 1 高速接通 / 断开控制频 率和 / 或接通 / 断开时间比变化, 控制交流电源与直流母线之间的电力流, 并且
         第 2 磁能再生开关的高速接通 / 断开动作与比由第 2 磁能蓄积电容器 C 的静电电 容 (C) 和第 2 电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的第 2 桥电路的谐振频率低的第 2 高速接通 / 断 开控制频率同步地使根据输入电源的电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的反向导 通型半导体开关对仅是一个对, 另一个对始终断开, 通过使第 2 高速接通 / 断开控制频率和 / 或接通 / 断开时间比变化, 控制直流母线与二次电池 ( 蓄电池 ) 之间的电力流。
         并且, 可以构成为, 在直流母线上, 能够连接多个第 2 磁能再生开关, 能够经由各 第 2 磁能再生开关连接多个二次电池 ( 蓄电池 )。
         电力变换装置可以构成为包含经由第 2 电感 Lac 而将第 2 桥电路的交流端子 AC、 AC 与直流母线连接的第 2 磁能再生开关以及经由第 2 平滑电感 Ldc 而将第 2 桥电路的直流 端子 DC(P)、 DC(N) 与直流母线连接的第 2 磁能再生开关的双方。
         并且, 电力变换装置可以构成为, 通过提高高速接通 / 断开控制频率和 / 或增大接 通 / 断开控制的接通时间比, 进行从与桥电路、 第 1 桥电路和 / 或第 2 桥电路的交流端子 AC、 AC 连接的输入电源到与桥电路、 第 1 桥电路和 / 或第 2 桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 连接的输出电源的正变换。
         优选的是, 在能够对多个二次电池 ( 蓄电池 ) 同时进行充电的充电站中, 设置管 理、 控制各个二次电池 ( 蓄电池 ) 的充电量的中央控制装置, 由多个充电中的二次电池 ( 蓄 电池 ) 进行逆变换, 将该逆变换后的电力加入其中来进行需要快速充电的特定的二次电池 ( 蓄电池 ) 的充电, 从而减少从外部受到的受电电力的峰值。
         优选的是, 在对二次电池 ( 蓄电池 ) 进行充电的充电装置在其系统内有太阳光发 电装置以及风力发电装置等变动大的发电装置的情况下, 二次电池 ( 蓄电池 ) 充电装置将 该功率 / 电压变动利用为变动吸收要素。
         优选的是, 将以下作为电力变换装置的主构成要素 : 通过以阻止逆流为目的在与 电力系统之间的连接点设置磁能再生开关, 当处于系统电压短时下降等系统侧的异常状态 时, 对反相电流成为高阻抗而自动地切断, 从而实现域内的功率、 电压的稳定。
         根据本发明, 由于使电力贮存装置分散, 因而通过其有效应用, 可实现电力系统稳 定、 电压稳定、 停电避免。在充电对象是电动汽车的二次电池 ( 蓄电池 ) 的情况下, 许多电 动汽车可经由充电装置与电力系统连接, 因而将其用作应急用电源, 这在地震、 台风等自然 自害多的日本, 在能源的放心和安全方面具有重要的社会意义。 另一方面, 在汽车使用频度低的家庭中, 将夜间 1kW 的电力分出给充电装置在成 本上昂贵, 然而不用提高受电合同电力、 基本费用, 可使充电装置简单动作。通过检测受电 点的电流, 对充电装置进行反馈控制, 可以在受电合同范围内进行最大容量的充电。 即使是 利用不规则断续的电流的充电, 对二次电池 ( 蓄电池 ) 来说, 电流是累积充电, 因而也没有 问题。
         使用 MERS 的交流直流电力变换装置的逆变换还发挥产生超前电流的 SVC(Static Var Compensator, 静态无功补偿器 ) 的作用。因此, 在需要快速充电的情况下, 能利用其在 短时间内补偿电压的同时取得数十 kW 的电力。
         要在短时间内从电力系统取得数十 kW 的电力时, 对于容量小的变压器, 由于阻抗 高, 因而有压降, 然而能使电抗电压以超前功率因数的电流上升来补偿压降。 在充电站对许 多电动汽车进行充电的情况下, 也可以在已充电完成的状态下有效利用连接状态的电动汽 车。这是向需要急速充电的汽车借出电力的概念。其结果, 可削减受电合同。
         在大电力的情况下, 例如以 30 分钟需电量对电量进行管理, 而充电装置应与管理 系统协作。其结果, 能进行管理侧的自由电力纳入 30 分钟需电量的间隙等的控制。
         附图说明
         图 1 是示出本发明的实施方式涉及的电力变换装置的概略结构的电路框图。
         图 2 是示出本发明的实施方式涉及的电力变换装置的仿真电路的电路图。
         图 3 是示出仿真结果的图。
         图 4 是将磁能再生开关的交流或直流变换为直流的基本电路图。
         图 5 是在多个充电装置之间、 与交流系统之间相互互换电力的系统图。
         图 6 是在受电点配置电力潮流控制用磁能再生开关 (MERS) 来维持区域内电力系 统的电压的系统的结构图。
         图 7 是示出磁能再生开关 (MERS) 的另一方式的电路图。图 8 是示出磁能再生开关 (MERS) 的另一方式的电路图。
         标号说明
         SW1、 SW2、 SW3、 SW4 : 反向导通型半导体开关 ; Lac : 电感 ; (Lac) : 电感 Lac 的电感 (值); Ldc : 平滑电感 ; (Ldc) : 平滑电感 Ldc 的电感 ( 值 ) ; C: 磁能蓄积电容器 ; (C) : 磁能 蓄积电容器的静电电容 ; Lfilter : 滤波器用电感 ; Cfilter : 滤波器用电容器 ; AC、 AC : 磁能 再生开关 (MERS) 的交流端子 ; DC(P)、 DC(N) : 磁能再生开关 (MERS) 的直流端子 ( 磁能蓄积 电容器连接侧 ) ; P、 N: 直流母线的端子 ; Vin : 输入电压 ( 商用电源 100V、 50Hz) ; UY : 反向 导通型半导体开关 SW1、 SW3 的接通栅极信号 ; VX : 反向导通型半导体开关 SW2、 SW4 的接通 栅极信号 ; Ifilter : 流经滤波器用电容器 Lfilter 的电流 ; Imers : 流经磁能蓄积电容器 C 的电流 ; Vmers : 磁能蓄积电容器 C 的电压 ( 直流端子 DC(P)、 DC(N) 间的升压脉冲电压 ) ; Vout : 施加给电阻负载 Rload 的电压 ( 直流负载电压 ) ; Iout : 流经电阻负载 Rload 的电流 ; Rload : 电阻负载 ; V: 电压计 ; A: 电流计 ; MERS1、 MERS2、 MERS3、 MERS4 : 全桥型磁能再生开关 (MERS) ; 电源 A : 交流电源、 直流电源、 电阻负载 ; 电容器 ; 电源 B : 直流电源、 电阻负载、 电容 器。 具体实施方式 以下, 参照附图说明本发明涉及的优选实施方式。对各图所示的相同或同等的构 成要素、 部件、 处理附上相同标号, 适当省略重复说明。 并且, 实施方式对发明不作限定而是 例示, 实施方式中描述的全部特征和其组合不一定是发明的本质性的特征。
         图 1 是示出以使用磁能再生开关 (MERS) 的电力变换装置作为主要构成要素的本 发明的实施方式涉及的电动汽车用充电装置的概略结构的电路框图。 本发明以上述专利文 献 5 中公开的 MERS(Magnetic Energy Recovery Switch : 磁能再生开关 ) 作为主要构成要 素。
         磁能再生开关 (MERS) 是这样的开关, 该开关包含 : 桥电路, 其由 4 个反向导通型半 导体开关构成 ; 磁能蓄积电容器 C, 其连接在该桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间, 蓄积 电流切断时的电流具有的磁能 ; 以及栅极控制装置, 其将控制信号提供给各反向导通型半 导体开关的栅极, 控制成同时进行使位于桥电路的对角线上的一对反向导通型半导体开关 接通、 使另一对反向导通型半导体开关断开的动作, 该开关通过被提供了接通栅极的反向 导通型半导体开关在负载侧使磁能蓄积电容器放电来再生电流。该开关是电流双向, 而且 可无损失地再生电路具有的磁能。在桥电路的交流端子 AC、 AC 之间, 可经由电感 Lac 连接 到交流或直流的输入电源。桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 经由平滑电感 Ldc 与直流母线 的端子 P、 N 连接。
         栅极控制装置使根据输入电源的电流的方向选择的一对反向导通型半导体开关 进行高速接通 / 断开动作, 并使另一对反向导通型半导体开关断开, 从而使得在桥电路的 直流端子上产生以高速接通 / 断开动作频率进行脉动的升压脉冲电压, 该升压脉冲电压由 从脉冲频率来看具有充分的电感的平滑电感 Ldc 进行平滑并变换为直流电压。在输入电力 是交流电压的情况下, 采用这样的结构 : 将根据输入电源的电流方向选择且进行高速接通 / 断开动作的反向导通型半导体开关对与交流电压的频率同步地每当电流方向发生变化时 交替切换。即, 在交流时, 每当与交流频率同步地电流方向发生变化时, 交替切换进行高速
         接通 / 断开动作的对和保持为断开的对。例如, 在交流 50Hz 时, 电流方向为正时, SW2、 SW4 对进行高速接通 / 断开动作, SW1、 SW3 对被维持为断开, 而在为负时, SW1、 SW3 对进行高速 接通 / 断开动作, SW2、 SW4 对被维持为断开。
         通过高速接通 / 断开动作, 在电源电压为正的半周期, 例如反向导通型半导体开 关 SW2、 SW4 接通时, 反向导通型半导体开关 SW1、 SW3 被维持为断开而作为二极管进行工作, 桥电路的 AC、 AC 端子间处于导通状态, 电流增加, 磁能被蓄积在电感 Lac 内。在反向导通型 半导体开关 SW2、 SW4 断开时, 蓄积在电感 Lac 内的磁能成为电流流入磁能蓄积电容器 C 和 负载。此时, 施加给负载的电压和施加给磁能蓄积电容器 C 的电压相等的电流流动。磁能 为了弥补由电源提供的电力而升压并使磁能蓄积电容器 C 的两端电压上升。升压程度根据 负载的阻抗和磁能蓄积电容器 C 的阻抗而不同。并且, 根据高速接通 / 断开控制频率等而 不同。
         高速接通 / 断开动作是以比由磁能蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和电感 Lac 的电 感 (Lac) 决定的谐振频率低的高速接通 / 断开控制频率来进行的。 因此, 由于磁能蓄积电容 器 C 每次在放电后产生电压为零的期间, 因而各反向导通型半导体开关能以零电压断开, 并且即使接通, 由于电感的存在, 也不会使电流急速上升而能以零电流接通, 实现零电流零 电压开关动作。 这里, 高速接通 / 断开控制频率越高、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 占空比 ) 的接通 占空比越高, 直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间的升压脉冲电压就越高, 通过使高速接通 / 断开控 制频率、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 占空比 ) 连续变化, 可使直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间的 升压脉冲电压连续变化, 由此可连续改变从直流母线侧观察的输入电压侧的电压。在从直 流母线侧观察的输入电压侧的电压高于直流母线的电压的情况下, 电力从输入电压侧流到 直流母线侧, 进行从交流到直流的正变换。反之, 在低于直流母线的电压的情况下, 电力从 直流母线侧流到输入电压侧, 进行从直流到交流的逆变换。 因此, 两个电压在夹着进行平衡 的高速接通 / 断开控制频率、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 占空比 ) 的区域内连续变化, 从而 可例如在大电流正变换、 小电流正变换、 零 ( 无电力变换 )、 小电流逆变换、 大电流逆变换的 范围内连续进行输入电源与直流母线之间的电力流动。
         图 2 示出仿真电路。交流电源是日本国内的商用电源 100V、 50Hz, 该交流电源经 由 10μH 滤波器电容器 Lfilter 和 50μH 的交流电感 (Lac) 与桥电路连接。磁能蓄积电容 器 C 的静电电容 (C) 是 10μF。该电路具有由 50μH 的电感 Lac 和 10μF 的磁能蓄积电容 器 C 决定的约 7KHz 的谐振频率。与直流母线相当的电阻负载 Rload 是 10Ω。并且, 可使用 电流计和电压计计测流经该电阻负载 Rload 的电流 Iout 和施加给电阻负载 Rload 的电压 ( 直流负载电压 )Vout。
         图 3 是示出使用图 2 的仿真电路的仿真结果的图。最上部的图表示输入电压即 日本国内的商用电源 100V、 500Hz、 以及高速接通 / 断开控制信号。高速接通 / 断开控制信 号的频率是 1KHz, 接通 / 断开时间比 ( 占空比 ) 采用接通部分 0.7。当交流电压的极性改 变时, 受控制的反向导通型半导体开关被切换, 各自的反向导通型半导体开关以 1KHz 进行 开关动作。从上起第 2 个图是直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间的升压脉冲电压, 峰值可升压到 1500V 左右。从上起第 3 个图表示施加给电阻负载 Rload(10Ω) 的电压 ( 直流负载电压 ) Vout, 最下部的图表示流经该电阻负载的电流 Iout。直流负载电压 Vout 升压到平均 680V。
         该负载电压可通过使高速接通 / 断开动作频率、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 接通的占空比 ) 下降来连续下降, 可与期望的值一致。
         因此, 由使用磁能再生开关 (MERS) 的电力变换装置构成的电动汽车用充电装置 也可以将日本国内的商用电源 100V 用作输入电源, 对 200V 直流、 或 400V 直流的二次电池 ( 蓄电池 ) 进行充电。 并且, 正变换、 逆变换都是零电流零电压的软开关动作, 电力变换损失 也少, 基本上不产生伴随开关动作的高频噪声。
         图 4 示出使用磁能再生开关 (MERS) 的双向电力变换装置的基本结构。 电源 A 是输 入电源, 可以是交流电或直流电的任一方。电源 B 是直流电或直流母线。使用该电力变换 装置, 可在反向导通型半导体开关的栅极信号控制下进行从电源 A 到电源 B 的正变换 ( 从 交流或直流到直流 )、 以及从电源 B 到电源 A 的逆变换 ( 从直流到交流或直流 )。
         在电源 A 是交流电、 电源 B 是直流电 ( 或直流母线 ) 的情况下的正变换 / 逆变换如 在图 1 至图 3 的说明所详述那样。然后, 在电源 A 是直流电、 电源 B 是直流电 ( 直流母线 ) 的情况下, 相对于交流的电流方向与频率同步地交替重复的状况, 直流的电流方向是恒定 的, 使根据输入电源的电流方向选择的对的反向导通型半导体开关进行高速接通 / 断开动 作, 使另一对始终断开。即, 在交流的情况下, 每当与交流电压的频率同步地电流方向发生 变化时交替进行高速接通 / 断开动作的对与被保持为断开的对交替切换, 而在直流的情况 下, 在电流方向相同期间进行高速接通 / 断开动作的对和被保持为断开的对不改变。例如, 在电流方向从电源 A 向电源 B 正变换时, 仅 SW2、 SW4 的对进行高速接通 / 断开动作, SW1、 SW3 的对始终断开, 仅反向导通用的二极管进行动作。
         如图 4 所示, 输入电源 ( 直流电 ) 经由电感 Lac 与磁能再生开关 (MERS) 的桥电路 的交流端子 AC、 AC 连接。具体地说, 输入电源 ( 直流电 ) 是例如电动汽车的二次电池 ( 蓄 电池 )。桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 经由平滑电感 Ldc 与直流母线的端子 P、 N 连接。 同样, 通过高速接通 / 断开动作, 使得在桥电路的直流端子 DC(P)、 DC(N) 上产生以高速接通 / 断开动作频率进行脉动的升压脉冲电压, 该升压脉冲电压由从脉冲频率来看具有充分电 感的平滑电感 Ldc 进行平滑并变换为直流电压。
         并且, 即使在输入电源是直流电的情况下, 高速接通 / 断开动作也是以比由磁能 蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的谐振频率低的高速接通 / 断 开控制频率来进行的。因此, 由于磁能蓄积电容器 C 每次在放电后产生电压为零的期间, 因 而各反向导通型半导体开关能以零电压断开, 并且即使接通, 由于电感 Lac 的存在, 也不会 使电流急速上升而能以零电流接通, 实现零电流零电压开关动作。
         并且, 即使在输入电源是直流电的情况下, 也同样, 高速接通 / 断开控制频率越 高、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 占空比 ) 的接通占空比越高, 直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间 的升压脉冲电压就越高, 通过使高速接通 / 断开控制频率、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 占空 比 ) 连续变化, 可使直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间的升压脉冲电压连续变化, 由此可连续改变 从直流母线侧观察的输入电压侧的电压。 在从直流母线侧观察的输入电压侧的电压高于直 流母线的电压的情况下, 电力从输入电压侧正向流到直流母线侧, 进行从直流到直流的正 变换。 反之, 在从直流母线侧观察的输入电压侧的电压低于直流母线的电压的情况下, 电流 从直流母线侧流到输入电压侧, 电流方向反转。
         在直流电的电流方向是从电源 A 到电源 B 的正向时, 控制成例如, 仅 SW2、 SW4 的对进行高速接通 / 断开动作, SW1、 SW3 的对始终断开, 仅反向导通用的二极管进行动作, 然而 在电流方向是反向的情况下, 即在电流从直流母线侧流到输入电压侧且进行逆变换的情况 下, 对被切换成, 仅 SW1、 SW3 的对进行高速接通 / 断开动作, SW2、 SW4 的对始终断开, 仅反向 导通用的二极管进行动作。该切换可以通过测定与桥电路的交流端子 AC、 AC 连接的电源 A 的电流方向、 或者从直流母线侧观察的输入电压侧的电源与直流母线的电压之间的电压差 来进行切换。因此, 从直流母线侧观察的输入电压侧的电压和直流母线的电压在夹着进行 平衡的高速接通 / 断开控制频率、 和 / 或接通 / 断开时间比 ( 占空比 ) 的区域内连续变化, 从而可例如在大电流正变换、 小电流正变换、 零 ( 无电力变换 )、 小电流逆变换、 大电流逆变 换的范围内连续进行输入电源和直流母线之间的电力流动。
         并且, 在输入电源是电压 100V 的直流电的情况下, 而且在使用图 2 所示的仿真电 路的情况下, 尽管未图示, 直流负载电压升压到大致 680V。该负载电压同样通过使高速接 通 / 断开工作频率和 / 或接通 / 断开时间比 ( 接通的占空比 ) 下降来连续下降, 可与期望 的值一致。
         因此, 由使用磁能再生开关 (MERS) 的电力变换装置构成的电动汽车用充电装置 也可以将 100V 的直流电源, 例如 100V 的充分充电的二次电池 ( 蓄电池 )、 或者 100V 的固 定二次电池 ( 蓄电池 ) 用作输入电源, 对 200V 或 400V 直流的二次电池 ( 蓄电池 ) 进行充 电。并且, 不用更换二次电池 ( 蓄电池 ) 的连接, 而进行逆变换, 也可以从 200V 或 400V 的 二次电池 ( 蓄电池 ) 对 100V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 或 100V 的固定二次电池 ( 蓄电池 ) 进 行充电。 即使输入电源是例如 12V、 24V 的二次电池 ( 蓄电池 ), 通过利用使用磁能再生开关 (MERS) 的电力变换装置提高高速接通 / 断开动作频率, 也可以对 200V 或 400V 直流的二次 电池 ( 蓄电池 ) 进行充电。同样也能进行逆变换。并且, 在正变换、 逆变换都动作成始终为 比由磁能蓄积电容器 C 的静电电容 (C) 和电感 Lac 的电感 (Lac) 决定的谐振频率低的高速 接通 / 断开控制频率的情况下, 始终为零电流零电压的软开关动作, 电力变换损失也少, 基 本上不产生伴随开关动作的高频噪声。
         在上述的电力变换装置中, 磁能再生开关 (MERS) 由桥电路和磁能蓄积电容器 C 构 成, 桥电路由 4 个反向导通型半导体开关 SW1 ~ SW4 形成, 磁能蓄积电容器 C 连接在桥电路 的直流端子 DC(P)、 DC(N) 之间, 然而磁能再生开关 (MERS) 也可以是如下结构。
         图 7 和图 8 是示出磁能再生开关 (MERS) 的其它方式的图。图 7 所示的磁能再生 开关 (MERS) 与上述的由 4 个反向导通型半导体开关 SW1 ~ SW4 和 1 个磁能蓄积电容器 C 构成的全桥型磁能再生开关 (MERS) 相比, 为由 2 个反向导通型半导体开关和 2 个二极管、 以及 2 个磁能蓄积电容器 C 构成的纵型的半桥型磁能再生开关 (MERS)。
         更详细地说, 该纵型半桥结构的磁能再生开关 (MERS) 包含 : 串联连接的 2 个反向 导通型半导体开关 ; 与该 2 个反向导通型半导体开关并联设置的、 串联连接的共计 2 个磁能 蓄积电容器 C ; 以及与该 2 个磁能蓄积电容器 C 各自并联连接的 2 个二极管。
         图 8 所示的磁能再生开关 (MERS) 是横型的半桥型磁能再生开关 (MERS)。横型的 半桥型磁能再生开关 (MERS) 由 2 个反向导通型半导体开关和 2 个磁能蓄积电容器 C 构成。
         更详细地说, 该横型的半桥结构的磁能再生开关 (MERS) 如下得布线 : 将反向串联 连接的 2 个反向导通型半导体开关和串联连接的 2 个磁能蓄积电容器 C 并联连接、 且将 2 个反向导通型半导体开关的中点和 2 个磁能蓄积电容器的中点彼此连接。图 5 是使用以上所述的电力变换装置来构成电动汽车用充电装置的图, 是可对多 个电动汽车用二次电池 ( 蓄电池 ) 同时进行充电的充电站。MERS1 连接在作为交流电源的 例如日本国内的 100V 的商用电力系统和电动汽车用充电装置之间, 用作交流 / 直流电力 变换装置, 可进行从电力系统到直流母线的正变换、 以及从直流母线到电力系统的逆变换。 MERS2、 3 和 4 各自的直流端子 DC(P)、 DC(N) 与电动汽车用充电装置的直流母线的端子 P、 N 连接, 可使各自的交流端子 AC、 AC 分别与电动汽车的二次电池 ( 蓄电池 ) 连接。示出了 MERS2、 3 和 4 是 3 个的情况的例子, 然而可以是 1 个、 2 个或 4 个以上。与 MERS2、 3和4连 接的二次电池 ( 蓄电池 ) 可以是相同电压, 也可以是不同电压。例如, 可以将直流母线的电 压设定为 110V, 使 48V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 与 MERS2 连接, 使 72V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 与 MERS3 连接, 使 24V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 与 MERS4 连接。
         为了连接 200V 或 400V 的高压二次电池 ( 蓄电池 ), 可以将直流母线的母线电压 设定为高电压, 例如 400V, 然而直流母线的电压也能是例如 110V。例如, 在直流母线电压是 110V 的情况下, 在假定取代 48V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 而使直流母线电压以上的 200V 或 400V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 与 MERS2 连接的情况下, 可以使 MERS2 的连接反转, 使 MERS2 的交流端子 AC、 AC 与直流母线连接, 使直流端子 DC(P)、 DC(N) 与 200V 或 400V 的二次电池 ( 蓄电池 ) 连接。其它的 MERS3、 MERS4 的连接如上所述, 各直流端子 DC(P)、 DC(N) 可以与 直流母线的端子 P、 N 连接, 可使其交流端子 AC、 AC 分别与二次电池 ( 蓄电池 ) 连接。即, 可以使用磁能再生开关 (MERS) 的交流端子 AC、 AC 与直流母线连接, 也可以使用其直流端子 DC(P)、 DC(N) 与直流母线连接。
         直流母线可以为了供缓冲器用而连接与其直流母线电压对应的固定二次电池 ( 蓄电池 )。
         各磁能再生开关 (MERS) 的反向导通型半导体开关的栅极由与各磁能再生开关 (MERS) 对应的栅极控制装置 ( 未图示 ) 控制, 各栅极控制装置由中央控制装置 ( 未图示 ) 控制。根据这些结构, 中央控制装置可管理、 控制各个二次电池 ( 蓄电池 ) 的电压、 电流、 充 放电量。
         作为控制方式, 例如, 当有必要对特定的电动汽车用的二次电池 ( 蓄电池 ) 进行快 速充电时, 在观察系统受电点的电压、 电流的同时, 从充电已完成、 或者几乎完成的其它多 个二次电池 ( 蓄电池 ) 以及固定二次电池 ( 蓄电池 ) 进行反向电力变换, 可加上该逆变换 后的电力而对需要快速充电的二次电池 ( 蓄电池 ) 进行充电。由此, 可降低从外部商用电 源受到的受电电力的峰值。并且, 还可以测定各二次电池 ( 蓄电池 ) 的壳体温度, 在特定的 二次电池 ( 蓄电池 ) 的温度是预定温度以上的情况下, 抑制充电。
         在充电中系统侧有电力故障的情况下, 可以暂时抑制充电, 向系统侧输送电力, 可 发挥无停电电源的作用。 并且, 在从系统侧的交流电变换为充电用母线的直流电的情况下, 也使用利用磁能再生开关 (MERS) 的交流直流电力变换装置。这里, 由于可使交流电流的功 率因数为 “超前” , 因而可期待受电点的电流功率因数的改善效果。通过使电流的功率因数 为 1, 电流有效值降低, 焦耳损失减少, 可期待在短时间内在受电点的电压控制。对于在充 电装置接受大电力的情况下的功率因数的不良的滞后电流, 在受电点的电压降是不可避免 的, 然而在使用磁能再生开关 (MERS) 的交流直流电力变换中, 可以产生超前电流来使受电 点的电压上升。图 6 是还在将交流电变换为直流电的 MERS1 与电力系统之间设置电力潮流控制用 MERS 的图。作为电力潮流控制用 MERS, 可以使用专利文献 7 公开的 MERS。
         本充放电装置有助于电力综合稳定。即, 例如在缓解来自系统内的太阳光发电装 置的陡峭的电力变动时, 可期待执行补充运转的作用, 以使充电中的二次电池 ( 蓄电池 ) 缓 解电力变动。由于充电装置的运转自由度大, 因而也能实现这样的功能。
         在可利用许多充电装置对许多汽车同时进行充电的充电站中, 可期待以往 10 倍 左右的快速充电功能。为了在不增大受电合同电力而在短时间内进行充电, 如图 3 所示, 可 以在直流母线上放置固定二次电池 ( 蓄电池 ) 进行应对。随着进行二次电池 ( 蓄电池 ) 间 的充电放电, 来自电力系统的受电被平滑到其平均值, 然而即使没有固定二次电池 ( 蓄电 池 ), 只要在充电站中有多个等待中或充电中的二次电池 ( 蓄电池 ), 就也能从这些二次电 池 ( 蓄电池 ) 中取出电力, 进行快速充电。
         并且, 本充放电装置可具有能与外部进行利用 LAN 的信息交换的控制装置, 可选 择特别是电力品质不良的廉价电力来确定受电合同。
         特别是, 由于风力发电成为夜间电力变动的原因, 是对系统来说不优选的电力圆, 因而能以对其进行补偿为目的通过接收风力发电信息来使充电电力变化。 电力公司以控制 频率为目的经由 LAN 掌握电动汽车的夜间充电电力具有很大的意义。这对电力公司和充放 电装置的所有者双方来说都是有益的。 电压控制也一样, 在本充放电装置是始终运转中的情况下, 通过利用磁能再生开 关 (MERS) 使其交流电流 “超前” , 也能进行受电点的电压控制。一并能进行该电压控制在以 往是难以实现的, 然而能利用使用磁能再生开关 (MERS) 的本充放电装置重新实现。即使在 充电中停电的情况下, 使用能逆变换的磁能再生开关 (MERS) 的直流交流电力变换装置由 来自二次电池 ( 蓄电池 ) 的电力驱动, 得到与区域内设置无停电电源相同的结构, 因而也能 提供交流电。
         在电力系统由于接地、 短路事故等而使受电点的电压下降的情况下, 当要通过使 用可逆变换的磁能再生开关 (MERS) 的交流直流电力变换装置的逆变换动作来维持区域内 的电压时, 电流流出到系统, 不能维持域内的电压。因此如图 4 所示, 在受电点配置上述专 利文献 5 记载的磁能再生开关 (MERS) 作为交流双向开关, 进行栅极控制, 以使电流从电力 系统朝区域内电力系统的方向 ( 正向 )。 由此, 针对反向电流, 开关处于高阻抗状态, 无需检 测电压来使磁能再生开关 (MERS) 内的反向导通型半导体开关的栅极断开, 因而也能应对 瞬低那样的 3 循环程度的高速电压减少。
         当电动汽车用充电装置成为各家庭中的最大容量的电气设备时, 其控制使该家庭 中的电力情况为之一变。例如, 谁都要考虑有必要设置电动汽车用充电装置并提高受电合 同容量, 而受电合同的基本费用比从量费用高。 对于 1 周 1 次左右、 20km 左右的电动汽车的 行驶, 是每月 80km 左右的行驶距离, 对于小型电动汽车, 有 14kWh 左右的电力就够了。即使 该电费是 24 日元 /kWh, 也至多不过是 336 日元左右。
         在夜间电力方面电费更便宜是电动汽车的魅力, 而充电装置为了在 14 小时内进 行全充电而具有 1kW 的容量。1kW 的合同电量的上升在低压电力方面为 1071 日元的上涨。 在家庭用方面, 1kW 的上升是 300 日元左右, 因而不能忽视。因此, 在本发明的充放电装置 中, 通过在受电点考虑电流历史, 在断路器即将跳闸之前进行受电, 而通过将充电装置的电
         力、 电流功率因数用作其调整要素, 得到合理的充放电装置。 在事业所将许多电动汽车排列 来进行充电的情况下, 有必要进行针对受电合同的需量管理??傻玫侥苡行叶玫?能的系统。
         另外, 本发明不限定于上述的实施方式, 也能根据本领域技术人员的知识施加各 种设计变更等的变型, 被施加了这样的变型的实施方式也包含在本发明的范围内。

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