專利名稱：電力變換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能進行從交流電或直流電到直流電的逆變換的電力變換裝置，特別涉及可在對電動汽車等中的二次電池(蓄電池)進行充放電的充放電裝置中使用的電力變換
直O(jiān)
背景技術(shù)：
以往，為了對汽車用蓄電池等的二次電池進行充電，在日本國內(nèi)使用對單相IOOV 進行降壓的簡單的變壓器和二極管整流器。而且，在大容量的充電中，關(guān)于從交流電到直流電的電力變換，各種方式得到實用化。在這樣的電力變換方式中，期望的是高功率因數(shù)和高效率，并且，還要求構(gòu)成部件少且控制簡單?？墒褂米钚碌碾娏ψ儞Q技術(shù)即功率MOSFET、IGBT等的可進行斷開的半導(dǎo)體開關(guān)， 禾Ij用使用PWM變換器、回掃電路的PFC電路進行充電(參照專利文獻1、2、3和4)。并且，還提出了以下等各種系統(tǒng)還考慮到費用對效果來對多個車輛進行有效充電的系統(tǒng)(參照上述專利文獻2)，與環(huán)境變換無關(guān)而有效進行急速充電的系統(tǒng)(參照上述專利文獻3)，以及進行來自三相交流電源的充電的系統(tǒng)(參照上述專利文獻4)。然而，這些系統(tǒng)均在電力變換上進行硬開關(guān)動作，開關(guān)動作損失大。并且，與系統(tǒng)電壓的電壓值和頻率無關(guān)，控制充電電力在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面有問題。電力變換期望高速半導(dǎo)體開關(guān)，而另一方面，作為電路技術(shù)，在接通/斷開時使電壓或電流的任一方或其雙方為零的軟開關(guān)技術(shù)不僅在變換效率方面是優(yōu)選的，而且在可減少噪聲產(chǎn)生方面也是優(yōu)選的，可以說是重要的解決方案。另外，提出了這樣一種開關(guān)(以下稱為磁能再生開關(guān)(MERS))能使用4個不具有反向阻止能力的即反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體元件(以下稱為反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān))來僅通過柵極控制接通/斷開正反兩方向的電流，而且將在切斷了電流時的電流具有的磁能蓄積在電容器內(nèi)，通過被提供了接通柵極的半導(dǎo)體元件放電到負載側(cè)來再生電流，從而可無損失地再生在電流雙向且電路具有的磁能(參照專利文獻5)。并且，提出了使用該磁能再生開關(guān) (MERS)來進行與交流電源同步的開關(guān)動作的交流/直流電力變換裝置(參照專利文獻6)。并且，提出了用于針對來自系統(tǒng)的電力受電進行穩(wěn)定的潮流控制的裝置(參照專利文獻7)。專利文獻1 日本特開2008-206300號公報專利文獻2 日本特表2007-535282號公報專利文獻3 日本特開2007-049828號公報專利文獻4 日本特開2007-097341號公報專利文獻5 特許第3634982號公報專利文獻6 國際公開2008/096664號公報專利文獻7 國際公開2005/067117號公報在大容量的充電裝置中，系統(tǒng)要求優(yōu)良的高效率的充電裝置。例如，當(dāng)電動汽車普及且其數(shù)量增多時，在夜間電力利用進展方面，夜間電力設(shè)備利用率提高，是優(yōu)選的。然而，在個人住宅的車庫中進行該利用的情況下，連續(xù)消耗IkW到2kW的電力。伴隨電動汽車的普及，數(shù)百萬臺的電動汽車的充電消耗夜間電力，而進行了半導(dǎo)體控制的充電裝置作為電力負載是一定電力的負載，這使系統(tǒng)的穩(wěn)定性愈發(fā)下降，是不優(yōu)選的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種使用使全部開關(guān)元件的開關(guān)動作實現(xiàn)軟開關(guān)動作化、減少高頻噪聲、電力方向是可逆、也能升壓的磁能再生開關(guān)(MERS)的交流/直流電力變換裝置，特別是提供也能作為電動汽車等中的二次電池(蓄電池)的充放電裝置利用的電力變
換裝置。并且，本發(fā)明的另一目的是提供這樣的電力變換裝置通過將磁能再生開關(guān) (MERS)也用作設(shè)置在直流母線和二次電池(蓄電池)之間的直流/直流電力變換裝置，在考慮受電容量等受電合同的同時，進行各個二次電池(蓄電池)的充電控制，而且產(chǎn)生進相電流來進行受電點的電壓控制，并且在需要的情況下，還具有從二次電池(蓄電池)反向的逆饋送交流電的功能，而且系統(tǒng)優(yōu)良。為了達到上述目的，本發(fā)明的例示的側(cè)面的電力變換裝置，其特征在于，該電力變換裝置是這樣的電路結(jié)構(gòu)，即，使由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的橋電路和蓄積電流切斷時的電流具有的磁能的磁能蓄積電容器C連接在橋電路的直流端子DC(P)與DC(N)之間而構(gòu)成的磁能再生開關(guān)從交流電源經(jīng)由電感Lac與交流端子AC、AC連接，然后在直流端子DC⑵與DC(N)之間，經(jīng)由平滑電感Ldc連接直流電源或負載，在該電路結(jié)構(gòu)中，具有將控制信號提供給反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極而進行反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制的柵極控制裝置，還具有控制成同時進行使位于橋電路的對角線上的一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通、使另一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開的動作，并且使根據(jù)交流電源的電流方向選擇的1對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，使得在直流端子DC(P)與DC(N)之間產(chǎn)生升壓脈沖電壓的單元；以及使升壓脈沖電壓經(jīng)由平滑電感Ldc以平滑而變換為直流電壓，并引到直流電壓源、二次電池(蓄電池)或者直流負載的單元，使電力變換裝置與二次電池(蓄電池)充電裝置串聯(lián)連接或并聯(lián)連接，或者使用開閉開關(guān)切換串聯(lián)連接及并聯(lián)連接，在長時間地控制二次電池(蓄電池)的溫度和充電量等充電狀況的同時，短期地將輸入電流的功率因數(shù)從滯后控制到超前，通過與其它電力系統(tǒng)的滯后功率因數(shù)一起調(diào)整電流功率因數(shù)來減小電流，降低焦耳損失，校正受電點的電壓變動、過電壓以及欠電壓。并且，優(yōu)選的是，磁能再生開關(guān)是這樣的結(jié)構(gòu)，即具有由2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和與該反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對置的2個二極管構(gòu)成的橋電路；以及與2個二極管各自并聯(lián)連接的共計2個串聯(lián)連接的磁能蓄積電容器。并且，優(yōu)選的是，磁能再生開關(guān)具有這樣的布線將反向串聯(lián)連接的2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和串聯(lián)連接的2個磁能蓄積電容器并聯(lián)連接，將2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的中點和2個磁能蓄積電容器的中點彼此連接。并且，特征在于，將磁能再生開關(guān)的接通/斷開周期設(shè)定成比由磁能再生開關(guān)的磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和電感Lac的電感(Lac)決定的放電時間長， 磁能蓄積電容器C的電壓按照每個循環(huán)放電而為零，當(dāng)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開時是零電壓，當(dāng)反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通時是零電流。優(yōu)選的是，作為產(chǎn)生升壓脈沖電壓的單元，在將三相交流用作電源的情況下，進行基于以下方式的三相交流電力變換，即，將單相交流時的電橋的臂設(shè)定為3個，構(gòu)成為基于 6個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的三相全波電橋結(jié)構(gòu)的磁能再生開關(guān)，使磁能蓄積電容器連接在直流母線的端子P、N之間，各臂的2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)選擇三相交流的電流方向的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)，且使全部所選擇的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)同時高速接通/斷開，使升壓脈沖電壓產(chǎn)生在直流母線的端子P、N端子之間。優(yōu)選的是，在輸入電力是直流電壓的情況下，僅使位于磁能再生開關(guān)的對角線上的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對高速接通/斷開，而使另一個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對始終斷開而僅用為反向?qū)ㄓ玫亩O管動作，由此電流方向變反而將電力從二次電池(蓄電池) 逆變換到交流。優(yōu)選的是，電力變換裝置具有控制裝置，該控制裝置輸入磁能再生開關(guān)的輸入電壓或輸入電流的大小和方向、以及直流輸出或交流輸出的電壓和電流、以及磁能蓄積電容器的電壓，考慮施加給反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極脈沖信號的接通/斷開時間比和開關(guān)周期來進行反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的保護和接通/斷開控制。優(yōu)選的是，在不需要電力逆變換的情況下，取代脈沖脈動的平滑電感Ldc而使用二極管，阻止向輸出電容器的反向電流，同樣地進行當(dāng)磁能再生開關(guān)斷開時是零電壓、當(dāng)磁能再生開關(guān)接通時是零電流的零電壓零電流開關(guān)動作。并且，本發(fā)明的另一例示的側(cè)面的電力變換裝置，該電力變換裝置具有磁能再生開關(guān)，該磁能再生開關(guān)包含橋電路，其由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成；磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子DC(P)與DC(N)之間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及柵極控制裝置，其將控制信號提供給各反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，并控制成同時進行使位于橋電路的對角線上的一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通、使另一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開的動作，電力變換裝置的特征在于，橋電路的交流端子AC可經(jīng)由交流電感Lac與交流或直流的輸入電源連接，橋電路的直流端子DC⑵、DC(N)經(jīng)由平滑電感Ldc與直流的輸出電源連接，柵極控制裝置通過使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇的一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，并使另一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，使得在橋電路的直流端子上產(chǎn)生升壓脈沖電壓，平滑電感Ldc對升壓脈沖電壓進行平滑來變換為直流電壓，高速接通/斷開動作與比由磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和電感Lac的電感 (Lac)決定的橋電路的諧振頻率低的高速接通/斷開控制頻率同步，通過使高速接通/斷開控制頻率和/或接通/斷開時間比變化，控制輸入電源與直流母線之間的電力流?？梢詷?gòu)成為，在輸入電力是交流電壓的情況下，將根據(jù)輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對與交流電壓的頻率同步地每當(dāng)電流方向發(fā)生變化時交替切換?？梢詷?gòu)成為，在輸入電壓是直流電壓的情況下，使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對僅是一對，另一對是始終斷開。并且，本發(fā)明的又一例示的側(cè)面的電力變換裝置，該電力變換裝置具有第1磁能再生開關(guān)和第2磁能再生開關(guān)，第1磁能再生開關(guān)包含第1橋電路，其由4個第1反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成；第1磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子DC(P)與DC(N) 之間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及第1柵極控制裝置，其將控制信號提供給各第1反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，并進行各第1反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制，第2磁能再生開關(guān)包含第2橋電路，其由4個第2反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成； 第2磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子DC(P)與DC(N)之間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及第2柵極控制裝置，其將控制信號提供給各第2反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，并進行各第2反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制，電力變換裝置的特征在于，第1橋電路的交流端子AC、AC能夠經(jīng)由第1電感Lac與交流電源連接，第1橋電路的直流端子DC⑵、DC(N)經(jīng)由第1平滑電感Ldc能夠與直流母線連接，第2橋電路的交流端子AC、AC經(jīng)由第2電感Lac與直流母線連接，或者第2橋電路的直流端子DC⑵、DC(N) 中的任一方能夠經(jīng)由第2平滑電感Ldc與直流母線連接，另一方能夠與二次電池(蓄電池) 連接，第1柵極控制裝置和第2柵極控制裝置都通過使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇的一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，并使另一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，來使得在對應(yīng)的橋電路的直流端子上產(chǎn)生升壓脈沖電壓，平滑電感Ldc對升壓脈沖電壓進行平滑來變換為直流電壓，第1磁能再生開關(guān)的高速接通/斷開動作與比由第1磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和第1電感Lac的電感(Lac)決定的第1橋電路的諧振頻率低的第1高速接通/斷開控制頻率同步地使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對與交流電壓的頻率同步地交替切換，通過使第1高速接通/斷開控制頻率和/或接通/斷開時間比變化，控制交流電源與直流母線之間的電力流，并且第2磁能再生開關(guān)的高速接通/斷開動作與比由第2磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和第2電感Lac的電感(Lac)決定的第2橋電路的諧振頻率低的第2高速接通/斷開控制頻率同步地使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對僅是一個對，另一個對始終斷開，通過使第2高速接通/斷開控制頻率和 /或接通/斷開時間比變化，控制直流母線與二次電池(蓄電池)之間的電力流。并且，可以構(gòu)成為，在直流母線上，能夠連接多個第2磁能再生開關(guān)，能夠經(jīng)由各第2磁能再生開關(guān)連接多個二次電池(蓄電池)。電力變換裝置可以構(gòu)成為包含經(jīng)由第2電感Lac而將第2橋電路的交流端子AC、 AC與直流母線連接的第2磁能再生開關(guān)以及經(jīng)由第2平滑電感Ldc而將第2橋電路的直流端子DC(P)、DC(N)與直流母線連接的第2磁能再生開關(guān)的雙方。并且，電力變換裝置可以構(gòu)成為，通過提高高速接通/斷開控制頻率和/或增大接通/斷開控制的接通時間比，進行從與橋電路、第1橋電路和/或第2橋電路的交流端子AC、 AC連接的輸入電源到與橋電路、第1橋電路和/或第2橋電路的直流端子DC⑵、DC(N)連接的輸出電源的正變換。優(yōu)選的是，在能夠?qū)Χ鄠€二次電池(蓄電池)同時進行充電的充電站中，設(shè)置管理、控制各個二次電池(蓄電池)的充電量的中央控制裝置，由多個充電中的二次電池(蓄電池)進行逆變換，將該逆變換后的電力加入其中來進行需要快速充電的特定的二次電池 (蓄電池)的充電，從而減少從外部受到的受電電力的峰值。優(yōu)選的是，在對二次電池(蓄電池)進行充電的充電裝置在其系統(tǒng)內(nèi)有太陽光發(fā)電裝置以及風(fēng)力發(fā)電裝置等變動大的發(fā)電裝置的情況下，二次電池(蓄電池)充電裝置將該功率/電壓變動利用為變動吸收要素。優(yōu)選的是，將以下作為電力變換裝置的主構(gòu)成要素通過以阻止逆流為目的在與電力系統(tǒng)之間的連接點設(shè)置磁能再生開關(guān)，當(dāng)處于系統(tǒng)電壓短時下降等系統(tǒng)側(cè)的異常狀態(tài)時，對反相電流成為高阻抗而自動地切斷，從而實現(xiàn)域內(nèi)的功率、電壓的穩(wěn)定。根據(jù)本發(fā)明，由于使電力貯存裝置分散，因而通過其有效應(yīng)用，可實現(xiàn)電力系統(tǒng)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、停電避免。在充電對象是電動汽車的二次電池(蓄電池)的情況下，許多電動汽車可經(jīng)由充電裝置與電力系統(tǒng)連接，因而將其用作應(yīng)急用電源，這在地震、臺風(fēng)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會意義。另一方面，在汽車使用頻度低的家庭中，將夜間IkW的電力分出給充電裝置在成本上昂貴，然而不用提高受電合同電力、基本費用，可使充電裝置簡單動作。通過檢測受電點的電流，對充電裝置進行反饋控制，可以在受電合同范圍內(nèi)進行最大容量的充電。即使是利用不規(guī)則斷續(xù)的電流的充電，對二次電池(蓄電池)來說，電流是累積充電，因而也沒有問題。使用MERS的交流直流電力變換裝置的逆變換還發(fā)揮產(chǎn)生超前電流的SVC(Static Var Compensator，靜態(tài)無功補償器)的作用。因此，在需要快速充電的情況下，能利用其在短時間內(nèi)補償電壓的同時取得數(shù)十kW的電力。要在短時間內(nèi)從電力系統(tǒng)取得數(shù)十kW的電力時，對于容量小的變壓器，由于阻抗高，因而有壓降，然而能使電抗電壓以超前功率因數(shù)的電流上升來補償壓降。在充電站對許多電動汽車進行充電的情況下，也可以在已充電完成的狀態(tài)下有效利用連接狀態(tài)的電動汽車。這是向需要急速充電的汽車借出電力的概念。其結(jié)果，可削減受電合同。在大電力的情況下，例如以30分鐘需電量對電量進行管理， 而充電裝置應(yīng)與管理系統(tǒng)協(xié)作。其結(jié)果，能進行管理側(cè)的自由電力納入30分鐘需電量的間隙等的控制。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式涉及的電力變換裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路框圖。圖2是示出本發(fā)明的實施方式涉及的電力變換裝置的仿真電路的電路圖。圖3是示出仿真結(jié)果的圖。圖4是將磁能再生開關(guān)的交流或直流變換為直流的基本電路圖。圖5是在多個充電裝置之間、與交流系統(tǒng)之間相互互換電力的系統(tǒng)圖。圖6是在受電點配置電力潮流控制用磁能再生開關(guān)(MERS)來維持區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)的電壓的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖7是示出磁能再生開關(guān)(MERS)的另一方式的電路圖。
圖8是示出磁能再生開關(guān)(MERS)的另一方式的電路圖。標號說明SWl、Sff2, Sff3, SW4 反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)；Lac 電感；(Lac)電感Lac的電感 (值)；Ldc:平滑電感；(Ldc)平滑電感Ldc的電感(值)；C:磁能蓄積電容器；(C)磁能蓄積電容器的靜電電容；Lfilter 濾波器用電感；Cfilter 濾波器用電容器；AC、AC 磁能再生開關(guān)(MERQ的交流端子；DC(P)、DC(N):磁能再生開關(guān)(MERQ的直流端子(磁能蓄積電容器連接側(cè))；P、N:直流母線的端子；Vin:輸入電壓(商用電源100V、50Hz) ；UY:反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW1、SW3的接通柵極信號；VX 反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2、SW4的接通柵極信號；Ifilter 流經(jīng)濾波器用電容器Lfilter的電流；Imers 流經(jīng)磁能蓄積電容器C 的電流；Vmers 磁能蓄積電容器C的電壓(直流端子DC⑵、DC(N)間的升壓脈沖電壓)； Vout 施加給電阻負載IUoad的電壓(直流負載電壓)；lout 流經(jīng)電阻負載IUoad的電流； Rload 電阻負載；V 電壓計；A 電流計；MERS1、MERS2、MERS3、MERS4 全橋型磁能再生開關(guān) (MERS)；電源A 交流電源、直流電源、電阻負載；電容器；電源B 直流電源、電阻負載、電容
ο
具體實施例方式以下，參照

本發(fā)明涉及的優(yōu)選實施方式。對各圖所示的相同或同等的構(gòu)成要素、部件、處理附上相同標號，適當(dāng)省略重復(fù)說明。并且，實施方式對發(fā)明不作限定而是例示，實施方式中描述的全部特征和其組合不一定是發(fā)明的本質(zhì)性的特征。圖1是示出以使用磁能再生開關(guān)(MERS)的電力變換裝置作為主要構(gòu)成要素的本發(fā)明的實施方式涉及的電動汽車用充電裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路框圖。本發(fā)明以上述專利文獻5中公開的MERS (Magnetic Energy Recovery Switch 磁能再生開關(guān))作為主要構(gòu)成要
ο磁能再生開關(guān)(MERS)是這樣的開關(guān)，該開關(guān)包含橋電路，其由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成；磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子DC (P)、DC(N)之間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及柵極控制裝置，其將控制信號提供給各反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，控制成同時進行使位于橋電路的對角線上的一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通、使另一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開的動作，該開關(guān)通過被提供了接通柵極的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)在負載側(cè)使磁能蓄積電容器放電來再生電流。該開關(guān)是電流雙向，而且可無損失地再生電路具有的磁能。在橋電路的交流端子AC、AC之間，可經(jīng)由電感Lac連接到交流或直流的輸入電源。橋電路的直流端子DC(P)、DC(N)經(jīng)由平滑電感Ldc與直流母線的端子P、N連接。柵極控制裝置使根據(jù)輸入電源的電流的方向選擇的一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，并使另一對反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，從而使得在橋電路的直流端子上產(chǎn)生以高速接通/斷開動作頻率進行脈動的升壓脈沖電壓，該升壓脈沖電壓由從脈沖頻率來看具有充分的電感的平滑電感Ldc進行平滑并變換為直流電壓。在輸入電力是交流電壓的情況下，采用這樣的結(jié)構(gòu)將根據(jù)輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通 /斷開動作的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對與交流電壓的頻率同步地每當(dāng)電流方向發(fā)生變化時交替切換。即，在交流時，每當(dāng)與交流頻率同步地電流方向發(fā)生變化時，交替切換進行高速接通/斷開動作的對和保持為斷開的對。例如，在交流50Hz時，電流方向為正時，SW2, SW4 對進行高速接通/斷開動作，SffU SW3對被維持為斷開，而在為負時，SffU SW3對進行高速接通/斷開動作，SW2, SW4對被維持為斷開。通過高速接通/斷開動作，在電源電壓為正的半周期，例如反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2、SW4接通時，反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW1、SW3被維持為斷開而作為二極管進行工作， 橋電路的AC、AC端子間處于導(dǎo)通狀態(tài)，電流增加，磁能被蓄積在電感Lac內(nèi)。在反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SW2、SW4斷開時，蓄積在電感Lac內(nèi)的磁能成為電流流入磁能蓄積電容器C和負載。此時，施加給負載的電壓和施加給磁能蓄積電容器C的電壓相等的電流流動。磁能為了彌補由電源提供的電力而升壓并使磁能蓄積電容器C的兩端電壓上升。升壓程度根據(jù)負載的阻抗和磁能蓄積電容器C的阻抗而不同。并且，根據(jù)高速接通/斷開控制頻率等而不同。高速接通/斷開動作是以比由磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和電感Lac的電感(Lac)決定的諧振頻率低的高速接通/斷開控制頻率來進行的。因此，由于磁能蓄積電容器C每次在放電后產(chǎn)生電壓為零的期間，因而各反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)能以零電壓斷開， 并且即使接通，由于電感的存在，也不會使電流急速上升而能以零電流接通，實現(xiàn)零電流零電壓開關(guān)動作。這里，高速接通/斷開控制頻率越高、和/或接通/斷開時間比(占空比)的接通占空比越高，直流端子DC⑵、DC(N)之間的升壓脈沖電壓就越高，通過使高速接通/斷開控制頻率、和/或接通/斷開時間比(占空比)連續(xù)變化，可使直流端子DC(P)、DC(N)之間的升壓脈沖電壓連續(xù)變化，由此可連續(xù)改變從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電壓。在從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電壓高于直流母線的電壓的情況下，電力從輸入電壓側(cè)流到直流母線側(cè)，進行從交流到直流的正變換。反之，在低于直流母線的電壓的情況下，電力從直流母線側(cè)流到輸入電壓側(cè)，進行從直流到交流的逆變換。因此，兩個電壓在夾著進行平衡的高速接通/斷開控制頻率、和/或接通/斷開時間比(占空比)的區(qū)域內(nèi)連續(xù)變化，從而可例如在大電流正變換、小電流正變換、零(無電力變換)、小電流逆變換、大電流逆變換的范圍內(nèi)連續(xù)進行輸入電源與直流母線之間的電力流動。圖2示出仿真電路。交流電源是日本國內(nèi)的商用電源100V、50Hz，該交流電源經(jīng)由10 μ H濾波器電容器Lfilter和50 μ H的交流電感(Lac)與橋電路連接。磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)是10 μ F。該電路具有由50 μ H的電感Lac和10 μ F的磁能蓄積電容器C決定的約7ΚΗζ的諧振頻率。與直流母線相當(dāng)?shù)碾娮柝撦dRload是10 Ω。并且，可使用電流計和電壓計計測流經(jīng)該電阻負載Rload的電流Iout和施加給電阻負載Rload的電壓 (直流負載電壓)Vout。圖3是示出使用圖2的仿真電路的仿真結(jié)果的圖。最上部的圖 表示輸入電壓即日本國內(nèi)的商用電源100V、500Hz、以及高速接通/斷開控制信號。高速接通/斷開控制信號的頻率是ΙΚΗζ，接通/斷開時間比(占空比)采用接通部分0.7。當(dāng)交流電壓的極性改變時，受控制的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)被切換，各自的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)以IKHz進行開關(guān)動作。從上起第2個圖是直流端子DC(P)、DC(N)之間的升壓脈沖電壓，峰值可升壓到 1500V左右。從上起第3個圖表示施加給電阻負載Rload(IOQ)的電壓(直流負載電壓) Vout，最下部的圖表示流經(jīng)該電阻負載的電流lout。直流負載電壓Vout升壓到平均680V。該負載電壓可通過使高速接通/斷開動作頻率、和/或接通/斷開時間比(接通的占空比) 下降來連續(xù)下降，可與期望的值一致。因此，由使用磁能再生開關(guān)(MERS)的電力變換裝置構(gòu)成的電動汽車用充電裝置也可以將日本國內(nèi)的商用電源100V用作輸入電源，對200V直流、或400V直流的二次電池 (蓄電池)進行充電。并且，正變換、逆變換都是零電流零電壓的軟開關(guān)動作，電力變換損失也少，基本上不產(chǎn)生伴隨開關(guān)動作的高頻噪聲。圖4示出使用磁能再生開關(guān)(MERS)的雙向電力變換裝置的基本結(jié)構(gòu)。電源A是輸入電源，可以是交流電或直流電的任一方。電源B是直流電或直流母線。使用該電力變換裝置，可在反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極信號控制下進行從電源A到電源B的正變換(從交流或直流到直流)、以及從電源B到電源A的逆變換(從直流到交流或直流)。在電源A是交流電、電源B是直流電(或直流母線)的情況下的正變換/逆變換如在圖1至圖3的說明所詳述那樣。然后，在電源A是直流電、電源B是直流電(直流母線) 的情況下，相對于交流的電流方向與頻率同步地交替重復(fù)的狀況，直流的電流方向是恒定的，使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇的對的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，使另一對始終斷開。即，在交流的情況下，每當(dāng)與交流電壓的頻率同步地電流方向發(fā)生變化時交替進行高速接通/斷開動作的對與被保持為斷開的對交替切換，而在直流的情況下，在電流方向相同期間進行高速接通/斷開動作的對和被保持為斷開的對不改變。例如， 在電流方向從電源A向電源B正變換時，僅SW2、SW4的對進行高速接通/斷開動作，SffU SW3的對始終斷開，僅反向?qū)ㄓ玫亩O管進行動作。如圖4所示，輸入電源(直流電)經(jīng)由電感Lac與磁能再生開關(guān)(MERS)的橋電路的交流端子AC、AC連接。具體地說，輸入電源(直流電)是例如電動汽車的二次電池(蓄電池)。橋電路的直流端子DC(P)、DC(N)經(jīng)由平滑電感Ldc與直流母線的端子P、N連接。 同樣，通過高速接通/斷開動作，使得在橋電路的直流端子DC(P)、DC(N)上產(chǎn)生以高速接通 /斷開動作頻率進行脈動的升壓脈沖電壓，該升壓脈沖電壓由從脈沖頻率來看具有充分電感的平滑電感Ldc進行平滑并變換為直流電壓。并且，即使在輸入電源是直流電的情況下，高速接通/斷開動作也是以比由磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和電感Lac的電感(Lac)決定的諧振頻率低的高速接通/斷開控制頻率來進行的。因此，由于磁能蓄積電容器C每次在放電后產(chǎn)生電壓為零的期間，因而各反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)能以零電壓斷開，并且即使接通，由于電感Lac的存在，也不會使電流急速上升而能以零電流接通，實現(xiàn)零電流零電壓開關(guān)動作。并且，即使在輸入電源是直流電的情況下，也同樣，高速接通/斷開控制頻率越高、和/或接通/斷開時間比(占空比)的接通占空比越高，直流端子DC(P)、DC(N)之間的升壓脈沖電壓就越高，通過使高速接通/斷開控制頻率、和/或接通/斷開時間比(占空比)連續(xù)變化，可使直流端子DC(P)、DC(N)之間的升壓脈沖電壓連續(xù)變化，由此可連續(xù)改變從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電壓。在從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電壓高于直流母線的電壓的情況下，電力從輸入電壓側(cè)正向流到直流母線側(cè)，進行從直流到直流的正變換。反之，在從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電壓低于直流母線的電壓的情況下，電流從直流母線側(cè)流到輸入電壓側(cè)，電流方向反轉(zhuǎn)。在直流電的電流方向是從電源A到電源B的正向時，控制成例如，僅SW2、SW4的對進行高速接通/斷開動作，SffU SW3的對始終斷開，僅反向?qū)ㄓ玫亩O管進行動作，然而在電流方向是反向的情況下，即在電流從直流母線側(cè)流到輸入電壓側(cè)且進行逆變換的情況下，對被切換成，僅SW1、SW3的對進行高速接通/斷開動作，SW2、SW4的對始終斷開，僅反向?qū)ㄓ玫亩O管進行動作。該切換可以通過測定與橋電路的交流端子AC、AC連接的電源A 的電流方向、或者從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電源與直流母線的電壓之間的電壓差來進行切換。因此，從直流母線側(cè)觀察的輸入電壓側(cè)的電壓和直流母線的電壓在夾著進行平衡的高速接通/斷開控制頻率、和/或接通/斷開時間比(占空比)的區(qū)域內(nèi)連續(xù)變化， 從而可例如在大電流正變換、小電流正變換、零(無電力變換)、小電流逆變換、大電流逆變換的范圍內(nèi)連續(xù)進行輸入電源和直流母線之間的電力流動。并且，在輸入電源是電壓100V的直流電的情況下，而且在使用圖2所示的仿真電路的情況下，盡管未圖示，直流負載電壓升壓到大致680V。該負載電壓同樣通過使高速接通/斷開工作頻率和/或接通/斷開時間比(接通的占空比)下降來連續(xù)下降，可與期望
的值一致。因此，由使用磁能再生開關(guān)(MERS)的電力變換裝置構(gòu)成的電動汽車用充 電裝置也可以將100V的直流電源，例如100V的充分充電的二次電池(蓄電池)、或者100V的固定二次電池(蓄電池)用作輸入電源，對200V或400V直流的二次電池(蓄電池)進行充電。并且，不用更換二次電池(蓄電池)的連接，而進行逆變換，也可以從200V或400V的二次電池(蓄電池)對100V的二次電池(蓄電池)或100V的固定二次電池(蓄電池)進行充電。即使輸入電源是例如12V、24V的二次電池(蓄電池)，通過利用使用磁能再生開關(guān) (MERS)的電力變換裝置提高高速接通/斷開動作頻率，也可以對200V或400V直流的二次電池(蓄電池)進行充電。同樣也能進行逆變換。并且，在正變換、逆變換都動作成始終為比由磁能蓄積電容器C的靜電電容(C)和電感Lac的電感(Lac)決定的諧振頻率低的高速接通/斷開控制頻率的情況下，始終為零電流零電壓的軟開關(guān)動作，電力變換損失也少，基本上不產(chǎn)生伴隨開關(guān)動作的高頻噪聲。在上述的電力變換裝置中，磁能再生開關(guān)(MERS)由橋電路和磁能蓄積電容器C構(gòu)成，橋電路由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl SW4形成，磁能蓄積電容器C連接在橋電路的直流端子DC (P)、DC (N)之間，然而磁能再生開關(guān)(MERS)也可以是如下結(jié)構(gòu)。圖7和圖8是示出磁能再生開關(guān)(MERS)的其它方式的圖。圖7所示的磁能再生開關(guān)(MERS)與上述的由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)SWl SW4和1個磁能蓄積電容器C 構(gòu)成的全橋型磁能再生開關(guān)(MERS)相比，為由2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個二極管、 以及2個磁能蓄積電容器C構(gòu)成的縱型的半橋型磁能再生開關(guān)(MERS)。更詳細地說，該縱型半橋結(jié)構(gòu)的磁能再生開關(guān)(MERS)包含串聯(lián)連接的2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)；與該2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)并聯(lián)設(shè)置的、串聯(lián)連接的共計2個磁能蓄積電容器C ；以及與該2個磁能蓄積電容器C各自并聯(lián)連接的2個二極管。圖8所示的磁能再生開關(guān)(MERS)是橫型的半橋型磁能再生開關(guān)(MERS)。橫型的半橋型磁能再生開關(guān)(MERS)由2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和2個磁能蓄積電容器C構(gòu)成。更詳細地說，該橫型的半橋結(jié)構(gòu)的磁能再生開關(guān)(MERS)如下得布線將反向串聯(lián)連接的2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和串聯(lián)連接的2個磁能蓄積電容器C并聯(lián)連接、且將2 個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的中點和2個磁能蓄積電容器的中點彼此連接。
圖5是使用以上所述的電力變換裝置來構(gòu)成電動汽車用充電裝置的圖，是可對多個電動汽車用二次電池(蓄電池)同時進行充電的充電站。MERSl連接在作為交流電源的例如日本國內(nèi)的100V的商用電力系統(tǒng)和電動汽車用充電裝置之間，用作交流/直流電力變換裝置，可進行從電力系統(tǒng)到直流母線的正變換、以及從直流母線到電力系統(tǒng)的逆變換。 MERS2、3和4各自的直流端子DC(P)、DC(N)與電動汽車用充電裝置的直流母線的端子P、 N連接，可使各自的交流端子AC、AC分別與電動汽車的二次電池(蓄電池)連接。示出了 MERS2、3和4是3個的情況的例子，然而可以是1個、2個或4個以上。與MERS2、3和4連接的二次電池(蓄電池)可以是相同電壓，也可以是不同電壓。例如，可以將直流母線的電壓設(shè)定為110V，使48V的二次電池(蓄電池)與MERS2連接，使72V的二次電池(蓄電池) 與MERS3連接，使MV的二次電池(蓄電池)與MERS4連接。為了連接200V或400V的高壓二次電池(蓄電池)，可以將直流母線的母線電壓設(shè)定為高電壓，例如400V，然而直流母線的電壓也能是例如110V。例如，在直流母線電壓是 IlOV的情況下，在假定取代48V的二次電池(蓄電池)而使直流母線電壓以上的200V或 400V的二次電池(蓄電池)與MERS2連接的情況下，可以使MERS2的連接反轉(zhuǎn)，使MERS2 的交流端子AC、AC與直流母線連接，使直流端子DC (P)、DC (N)與200V或400V的二次電池 (蓄電池)連接。其它的MERS3、MERS4的連接如上所述，各直流端子DC(P)、DC(N)可以與直流母線的端子P、N連接，可使其交流端子AC、AC分別與二次電池(蓄電池)連接。艮口， 可以使用磁能再生開關(guān)(MERQ的交流端子AC、AC與直流母線連接，也可以使用其直流端子 DC (P)、DC (N)與直流母線連接。直流母線可以為了供緩沖器用而連接與其直流母線電壓對應(yīng)的固定二次電池 (蓄電池)。各磁能再生開關(guān)(MERS)的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極由與各磁能再生開關(guān) (MERS)對應(yīng)的柵極控制裝置(未圖示)控制，各柵極控制裝置由中央控制裝置(未圖示) 控制。根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，中央控制裝置可管理、控制各個二次電池(蓄電池)的電壓、電流、充放電量。作為控制方式，例如，當(dāng)有必要對特定的電動汽車用的二次電池(蓄電池)進行快速充電時，在觀察系統(tǒng)受電點的電壓、電流的同時，從充電已完成、或者幾乎完成的其它多個二次電池(蓄電池)以及固定二次電池(蓄電池)進行反向電力變換，可加上該逆變換后的電力而對需要快速充電的二次電池(蓄電池)進行充電。由此，可降低從外部商用電源受到的受電電力的峰值。并且，還可以測定各二次電池(蓄電池)的殼體溫度，在特定的二次電池(蓄電池)的溫度是預(yù)定溫度以上的情況下，抑制充電。在充電中系統(tǒng)側(cè)有電力故障的情況下，可以暫時抑制充電，向系統(tǒng)側(cè)輸送電力，可發(fā)揮無停電電源的作用。并且，在從系統(tǒng)側(cè)的交流電變換為充電用母線的直流電的情況下， 也使用利用磁能再生開關(guān)(MERS)的交流直流電力變換裝置。這里，由于可使交流電流的功率因數(shù)為“超前”，因而可期待受電點的電流功率因數(shù)的改善效果。通過使電流的功率因數(shù)為1，電流有效值降低，焦耳損失減少，可期待在短時間內(nèi)在受電點的電壓控制。對于在充電裝置接受大電力的情況下的功率因數(shù)的不良的滯后電流，在受電點的電壓降是不可避免的，然而在使用磁能再生開關(guān)(MERS)的交流直流電力變換中，可以產(chǎn)生超前電流來使受電點的電壓上升。
圖6是還在將交流電變換為直流電的MERSl與電力系統(tǒng)之間設(shè)置電力潮流控制用 MERS的圖。作為電力潮流控制用MERS，可以使用專利文獻7公開的MERS。本充放電裝置有助于電力綜合穩(wěn)定。即，例如在緩解來自系統(tǒng)內(nèi)的太陽光發(fā)電裝置的陡峭的電力變動時，可期待執(zhí)行補充運轉(zhuǎn)的作用，以使充電中的二次電池(蓄電池)緩解電力變動。由于充電裝置的運轉(zhuǎn)自由度大，因而也能實現(xiàn)這樣的功能。

在可利用許多充電裝置對許多汽車同時進行充電的充電站中，可期待以往10倍左右的快速充電功能。為了在不增大受電合同電力而在短時間內(nèi)進行充電，如圖3所示，可以在直流母線上放置固定二次電池(蓄電池)進行應(yīng)對。隨著進行二次電池(蓄電池)間的充電放電，來自電力系統(tǒng)的受電被平滑到其平均值，然而即使沒有固定二次電池(蓄電池)，只要在充電站中有多個等待中或充電中的二次電池(蓄電池)，就也能從這些二次電池(蓄電池)中取出電力，進行快速充電。并且，本充放電裝置可具有能與外部進行利用LAN的信息交換的控制裝置，可選擇特別是電力品質(zhì)不良的廉價電力來確定受電合同。特別是，由于風(fēng)力發(fā)電成為夜間電力變動的原因，是對系統(tǒng)來說不優(yōu)選的電力圓， 因而能以對其進行補償為目的通過接收風(fēng)力發(fā)電信息來使充電電力變化。電力公司以控制頻率為目的經(jīng)由LAN掌握電動汽車的夜間充電電力具有很大的意義。這對電力公司和充放電裝置的所有者雙方來說都是有益的。電壓控制也一樣，在本充放電裝置是始終運轉(zhuǎn)中的情況下，通過利用磁能再生開關(guān)(MERS)使其交流電流“超前”，也能進行受電點的電壓控制。一并能進行該電壓控制在以往是難以實現(xiàn)的，然而能利用使用磁能再生開關(guān)(MERS)的本充放電裝置重新實現(xiàn)。即使在充電中停電的情況下，使用能逆變換的磁能再生開關(guān)(MERS)的直流交流電力變換裝置由來自二次電池(蓄電池)的電力驅(qū)動，得到與區(qū)域內(nèi)設(shè)置無停電電源相同的結(jié)構(gòu)，因而也能提供交流電。在電力系統(tǒng)由于接地、短路事故等而使受電點的電壓下降的情況下，當(dāng)要通過使用可逆變換的磁能再生開關(guān)(MERS)的交流直流電力變換裝置的逆變換動作來維持區(qū)域內(nèi)的電壓時，電流流出到系統(tǒng)，不能維持域內(nèi)的電壓。因此如圖4所示，在受電點配置上述專利文獻5記載的磁能再生開關(guān)(MERS)作為交流雙向開關(guān)，進行柵極控制，以使電流從電力系統(tǒng)朝區(qū)域內(nèi)電力系統(tǒng)的方向(正向)。由此，針對反向電流，開關(guān)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，無需檢測電壓來使磁能再生開關(guān)(MERS)內(nèi)的反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極斷開，因而也能應(yīng)對瞬低那樣的3循環(huán)程度的高速電壓減少。當(dāng)電動汽車用充電裝置成為各家庭中的最大容量的電氣設(shè)備時，其控制使該家庭中的電力情況為之一變。例如，誰都要考慮有必要設(shè)置電動汽車用充電裝置并提高受電合同容量，而受電合同的基本費用比從量費用高。對于1周1次左右、20km左右的電動汽車的行駛，是每月80km左右的行駛距離，對于小型電動汽車，有14kWh左右的電力就夠了。即使該電費是24日元/kWh，也至多不過是336日元左右。在夜間電力方面電費更便宜是電動汽車的魅力，而充電裝置為了在14小時內(nèi)進行全充電而具有IkW的容量。IkW的合同電量的上升在低壓電力方面為1071日元的上漲。 在家庭用方面，IkW的上升是300日元左右，因而不能忽視。因此，在本發(fā)明的充放電裝置中，通過在受電點考慮電流歷史，在斷路器即將跳閘之前進行受電，而通過將充電裝置的電力、電流功率因數(shù)用作其調(diào)整要素，得到合理的充放電裝置。在事業(yè)所將許多電動汽車排列來進行充電的情況下，有必要進行針對受電合同的需量管理?？傻玫侥苡行覄討B(tài)利用電能的系統(tǒng)。 另外，本發(fā)明不限定于上述的實施方式，也能根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識施加各種設(shè)計變更等的變型，被施加了這樣的變型的實施方式也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電力變換裝置，其進行從交流電到直流電的變換或者其逆變換，該電力變換裝置的電路結(jié)構(gòu)如下將磁能再生開關(guān)從交流電源經(jīng)由電感Lac與交流端子AC、AC連接，然后在直流端子DC(P)與DC(N)之間經(jīng)由平滑電感Ldc連接直流電源或負載，該磁能再生開關(guān)是將由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的橋電路和蓄積電流切斷時的電流具有的磁能的磁能蓄積電容器C連接在橋電路的所述直流端子DC(P)與DC(N)之間而成的，在所述電路結(jié)構(gòu)中，具有將控制信號提供給所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極而進行所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制的柵極控制裝置，還具有控制成同時進行使位于橋電路的對角線上的一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通、使另一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開的動作，并且使根據(jù)交流電源的電流方向選擇的1對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，使得在直流端子DC(P)與DC(N)之間產(chǎn)生升壓脈沖電壓的單元；以及使所述升壓脈沖電壓經(jīng)由所述平滑電感Ldc以平滑而變換為直流電壓，并引到直流電壓源、二次電池(蓄電池)或者直流負載的單元，使該電力變換裝置與二次電池(蓄電池)充電裝置串聯(lián)連接或并聯(lián)連接、或者使用開閉開關(guān)切換串聯(lián)連接和并聯(lián)連接，在長時間地控制二次電池(蓄電池)的溫度和充電量等充電狀況的同時，短期地將輸入電流的功率因數(shù)從滯后控制到超前，通過與其它電力系統(tǒng)的滯后功率因數(shù)一起調(diào)整電流功率因數(shù)來減小電流，降低焦耳損失，校正受電點的電壓變動、過電壓以及欠電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，所述磁能再生開關(guān)的結(jié)構(gòu)，具有由2 個所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和與該反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對置的2個二極管構(gòu)成的橋電路；以及與所述2個二極管各自并聯(lián)連接的共計2個串聯(lián)連接的磁能蓄積電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，所述磁能再生開關(guān)的結(jié)構(gòu)，具有如下的布線將反向串聯(lián)連接的2個所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)和串聯(lián)連接的2個磁能蓄積電容器并聯(lián)連接、且將該2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的中點和該2個磁能蓄積電容器的中點彼此連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的電力變換裝置，其特征在于，將所述磁能再生開關(guān)的接通/斷開周期設(shè)定得比由所述磁能再生開關(guān)的所述磁能蓄積電容器C的電容(C) 和所述電感Lac的電感(Lac)決定的放電時間長，所述磁能蓄積電容器C的電壓按照每個循環(huán)放電而成為零，當(dāng)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開時是零電壓，當(dāng)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通時是零電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力變換裝置，其中，作為所述產(chǎn)生升壓脈沖電壓的單元，在將三相交流用作電源的情況下，進行基于以下方式的三相交流電力變換，即，將單相交流時的電橋的臂設(shè)定為3個，構(gòu)成為基于6個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的三相全波電橋結(jié)構(gòu)的磁能再生開關(guān)，使所述磁能蓄積電容器C連接在直流母線的端子P與N之間，各臂的2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)選擇三相交流的電流方向的開關(guān)，且使選擇出的全部反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)同時高速地接通/斷開，使得在直流母線的端子P與N之間產(chǎn)生升壓脈沖電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2和4中的任一項所述的電力變換裝置，其中，在輸入電力是直流電壓的情況下，僅使位于所述磁能再生開關(guān)的對角線上的一個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對高速地接通/斷開，而使另一個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對始終斷開而僅進行反向?qū)ㄓ玫亩O管動作，由此電流方向變反，從而將電力從二次電池(蓄電池)逆變換到交流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2和4至6中的任一項所述的電力變換裝置，其中，所述電力變換裝置具有控制裝置，該控制裝置輸入所述磁能再生開關(guān)的輸入電壓或輸入電流的大小和方向、以及直流輸出或交流輸出的電壓和電流、以及磁能蓄積電容器的電壓，考慮施加給反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極脈沖信號的接通/斷開時間比和開關(guān)周期來進行所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的保護和接通/斷開控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項所述的電力變換裝置，其中，在不需要電力逆變換的情況下，取代脈沖脈動的所述平滑電感Ldc而具有二極管，進行對輸出電容器的反向電流阻止，同樣地進行當(dāng)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開時是零電壓、當(dāng)所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通時是零電流的零電壓零電流開關(guān)動作。
9.一種電力變換裝置，其具有磁能再生開關(guān)，該磁能再生開關(guān)包含橋電路，其由4個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成；磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及柵極控制裝置，其將控制信號提供給各所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，并控制成同時進行使位于所述橋電路的對角線上的一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)接通、使另一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開的動作，該電力變換裝置的特征在于，所述橋電路的交流端子能夠經(jīng)由電感Lac與交流或直流的輸入電源連接，所述橋電路的直流端子經(jīng)由平滑電感Ldc與直流的輸出電源連接，所述柵極控制裝置通過使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇的一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，并使另一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，使得在所述橋電路的所述直流端子上產(chǎn)生升壓脈沖電壓，所述平滑電感Ldc對所述升壓脈沖電壓進行平滑來變換為直流電壓，所述高速接通/斷開動作與比由所述磁能蓄積電容器C的靜電電容和所述電感Lac的電感(Lac)決定的所述橋電路的諧振頻率低的高速接通/斷開控制頻率同步，通過使所述高速接通/斷開控制頻率和/或接通/斷開時間比變化，控制所述輸入電源與直流的輸出電源之間的電力流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于，在輸入電力是交流電的情況下，與所述交流電壓的頻率同步地，每當(dāng)電流方向發(fā)生變化時交替切換根據(jù)所述輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的對。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電力變換裝置，其特征在于，在輸入電壓是直流電壓的情況下，根據(jù)所述輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的對僅是一對，另一對是始終斷開。
12.一種電力變換裝置，其具有第1磁能再生開關(guān)和第2磁能再生開關(guān)，該第1磁能再生開關(guān)包含第1橋電路，其由4個第1反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成；第 1磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子DC(P)與DC(N)之間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及第1柵極控制裝置，其將控制信號提供給各所述第1反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，并進行各所述第1反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制，該第2磁能再生開關(guān)包含第2橋電路，其由4個第2反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成；第 2磁能蓄積電容器C，其連接在該橋電路的直流端子DC(P)與DC(N)之間，蓄積電流切斷時的電流具有的磁能；以及第2柵極控制裝置，其將控制信號提供給各所述第2反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極，并進行各所述第2反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的接通/斷開控制， 該電力變換裝置的特征在于，所述第1橋電路的交流端子AC、AC能夠經(jīng)由第1電感Lac與交流電源連接，所述第1 橋電路的直流端子DC⑵、DC(N)經(jīng)由第1平滑電感Ldc與直流母線連接，所述第2橋電路的交流端子AC、AC經(jīng)由第2電感Lac與所述直流母線連接，或者所述第2橋電路的直流端子DC⑵、DC(N)中的任一方能夠經(jīng)由第2平滑電感Ldc與所述直流母線連接，另一方能夠與二次電池(蓄電池)連接，所述第1柵極控制裝置和第2柵極控制裝置均通過使根據(jù)輸入電源的電流方向選擇的一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)進行高速接通/斷開動作，并使另一對所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)斷開，來使得在對應(yīng)的所述橋電路的所述直流端子上產(chǎn)生升壓脈沖電壓， 所述平滑電感Ldc對所述升壓脈沖電壓進行平滑來變換為直流電壓， 所述第1磁能再生開關(guān)的所述高速接通/斷開動作與比由所述第1磁能蓄積電容器C 的靜電電容(C)和所述第1電感Lac的電感(Lac)決定的所述第1橋電路的諧振頻率低的第1高速接通/斷開控制頻率同步，與所述交流電壓的頻率同步地對根據(jù)所述輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通/斷開動作的所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的對進行交替切換，通過使所述第1高速接通/斷開控制頻率和/或接通/斷開時間比變化，控制所述交流電源與所述直流母線之間的電力流，并且所述第2磁能再生開關(guān)的所述高速接通/斷開動作與比由所述第2磁能蓄積電容器 C的靜電電容(C)和所述第2電感Lac的電感(Lac)決定的所述第2橋電路的諧振頻率低的第2高速接通/斷開控制頻率同步，根據(jù)所述輸入電源的電流方向選擇且進行高速接通 /斷開動作的所述反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)對僅是一對，另一對始終斷開，通過使所述第2高速接通/斷開控制頻率和/或接通/斷開時間比變化，控制所述直流母線與所述二次電池 (蓄電池)之間的電力流。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電力變換裝置，其特征在于，在所述直流母線上，能夠連接多個所述第2磁能再生開關(guān)，能夠經(jīng)由各所述第2磁能再生開關(guān)連接多個二次電池(蓄電池)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電力變換裝置，其特征在于，所述電力變換裝置包含所述第2橋電路的交流端子AC、AC經(jīng)由所述第2電感Lac與所述直流母線連接的所述第2磁能再生開關(guān)以及所述第2橋電路的直流端子DC(P) ,DC(N)經(jīng)由所述第2平滑電感Ldc與所述直流母線連接的所述第2磁能再生開關(guān)的雙方。
15.根據(jù)權(quán)利要求9和12至14中的任一項所述的電力變換裝置，其特征在于，通過提高所述高速接通/斷開控制頻率和/或增大接通/斷開控制的接通時間比，進行從與所述橋電路、所述第1橋電路和/或所述第2橋電路的交流端子AC、AC連接的輸入電源到與所述橋電路、所述第1橋電路和/或所述第2橋電路的直流端子DC⑵、DC(N)連接的輸出電源的正變換。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中的任一項所述的電力變換裝置，其特征在于，在能夠?qū)Χ鄠€二次電池(蓄電池)同時進行充電的充電站中，設(shè)置管理、控制各個二次電池(蓄電池) 的充電量的中央控制裝置，由多個充電中的二次電池(蓄電池)進行逆變換，加上該逆變換后的電力來進行需要快速充電的特定的二次電池(蓄電池)的充電，從而減小要從外部接收的受電電力的峰值。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任一項所述的電力變換裝置，其特征在于，在對二次電池(蓄電池)進行充電的充電裝置在其系統(tǒng)內(nèi)有太陽光發(fā)電裝置、風(fēng)力發(fā)電裝置等變動大的發(fā)電裝置的情況下，蓄電池充電裝置將其功率/電壓變動利用為變動吸收要素。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中的任一項所述的電力變換裝置，其特征在于，在與電力系統(tǒng)之間的連接點處設(shè)置所述磁能再生開關(guān)，以阻止逆流，由此當(dāng)處于系統(tǒng)電壓短時下降等系統(tǒng)側(cè)的異常狀態(tài)時，對于反相電流成為高阻抗而自動地切斷，從而實現(xiàn)域內(nèi)的功率及電壓的穩(wěn)定。
全文摘要
本發(fā)明的電力變換裝置的目的是，在與弱電力系統(tǒng)連接的情況下，通過交流電流的超前控制來實現(xiàn)電壓穩(wěn)定，在受電合同范圍內(nèi)進行最大充電，該電力變換裝置使用磁能再生開關(guān)來進行從交流或直流到直流的電力變換和它們的逆變換，在該磁能再生開關(guān)中，小電容的磁能蓄積電容器與使用至少2個反向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的橋電路的直流端子連接。本發(fā)明構(gòu)成為，使利用該電力變換裝置的多個二次電池充電裝置的直流部通過公共直流母線連接，在二次電池充電裝置間相互交換電力。
文檔編號G05F1/56GK102160014SQ20088013120
公開日2011年8月17日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月26日
發(fā)明者小島直人 申請人:莫斯科技株式會社