專利名稱：使用磁能再生開關(guān)的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用磁能再生開關(guān)的交流/直流電力的可逆轉(zhuǎn)換裝置，該裝置作為在車庫中從充電電源主要對電動汽車和混合汽車等的二次電池充電的充電器，具有從交流電源正向轉(zhuǎn)換為直流、從直流逆向轉(zhuǎn)換為交流的功能。

背景技術(shù)：
當(dāng)前，與運(yùn)輸相關(guān)的能源的大致一半利用石油維持著，電動汽車的普及使得利用取代石油的原子能、以及風(fēng)能和太陽能等來自自然能源的碳酸氣體排放較少的電力維持的比率增加，所以期待著該普及的推進(jìn)。另外，依靠二次電池和發(fā)動機(jī)雙方來行駛的混合汽車能夠格外地抑制燃料消耗，所以也同樣被期待著，而電氣比率較大的電油混合車是以電能為主、以汽油發(fā)動機(jī)為輔來行駛的汽車，被認(rèn)為是向完全電動汽車過渡而存在的車型。
電動汽車的充電使用來自電力系統(tǒng)的商用交流電源，而配電線路的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)完善到各個家庭中，所以無論在哪里都能夠充電。在家庭車庫中，主要在夜間對這些二次電池充電，盡管該充電器是每臺的容量為幾千瓦，但在電力集中于狹小地域時，有可能導(dǎo)致地域的電壓和廣域頻率的波動，所以應(yīng)該進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)控制，以不產(chǎn)生這種問題。
對于電氣熱水器等不急需的負(fù)載，如果通過因特網(wǎng)實(shí)時地集中控制，則能夠發(fā)揮與針對風(fēng)能等的波動電力的緩沖用負(fù)載調(diào)整電源相同的作用，并實(shí)現(xiàn)電力穩(wěn)定性，這種計劃已由本申請人提出(日本特開2006-353079)。
另外，電動汽車、混合汽車等同于在各個家庭中配備了電力儲存裝置，所以如果根據(jù)需要進(jìn)行從直流向交流的逆向轉(zhuǎn)換，則能夠成為針對各個家庭的需求負(fù)載的不間斷電源(UPS)，并成為商用電力線路的停電對策。
雖然是如此被期待的電動汽車，但以往的電池充電器只能像二極管整流器和晶閘管整流器那樣進(jìn)行從交流向直流的正向轉(zhuǎn)換，所以不能用于上述目的。圖2是表示以往的PWM逆變器/轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的電路框圖，如圖2所示，關(guān)于交流/直流的可逆電力轉(zhuǎn)換，使用電橋結(jié)構(gòu)的逆變器1進(jìn)行高于交流電源6的頻率的快速導(dǎo)通/截止，產(chǎn)生方形波電壓波形(被稱為PWM脈寬調(diào)制)的虛擬交流電壓，在該虛擬交流的相位遲于交流電源6時成為正向轉(zhuǎn)換，在該虛擬交流的相位早于交流電源6時成為逆向轉(zhuǎn)換，并通過交流電感器4與交流電源6連接。該情況時，由于PWM的頻率是高頻，所以優(yōu)點(diǎn)是交流電感器4的值可以比較小。
PWM逆變器產(chǎn)生高頻噪聲，所以需要濾波器。并且，由于半導(dǎo)體開關(guān)的多次開閉損耗使得效率下降，用于消除半導(dǎo)體的發(fā)熱的裝置變大型。
在逆向轉(zhuǎn)換時，直流電壓需要在交流電壓的輸出的峰值以上，如果直流電壓伴隨二次電池2的放電而下降，則需要提高直流電壓。圖3是表示具有DC增頻轉(zhuǎn)換器的PWM逆變器/轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的電路框圖，例如如圖3所示，需要在二次電池2和電容器7之間設(shè)置利用DC增頻轉(zhuǎn)換器10進(jìn)行電壓調(diào)整等的裝置。電壓波動增大，鋰二次電池在放電后電壓下降至接近70％。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于上述以往的交流/直流電力的可逆轉(zhuǎn)換裝置的問題而提出的，其目的在于，提供一種不需要由DC增頻轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電壓調(diào)整的高效率的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置。
本發(fā)明涉及具有從交流向直流的正向轉(zhuǎn)換和從直流向交流的逆向轉(zhuǎn)換的功能的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置，本發(fā)明的上述目的是利用交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置實(shí)現(xiàn)的，該交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，該交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置具有磁能再生雙向開關(guān)，其包括由4個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的電橋電路、連接在該電橋電路的直流端子之間并儲存電流切斷時的磁能的電容器7、和向各個所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極提供控制信號并進(jìn)行各個所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止控制的控制裝置；交流電感器4，其一端與交流電源6連接，另一端與所述電橋電路的交流端子連接；和直流電感器3，其一端與直流電源的二次電池2連接，另一端與所述電橋電路的直流端子連接， 所述電容器7的靜電電容C和/或所述交流電感器4的L被設(shè)定成為，使根據(jù)所述C和所述L確定的諧振頻率高于所述交流電源6的頻率，所述控制裝置控制所述控制信號，使所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)中、位于對角線上的開關(guān)對與所述交流電源6的電壓同步地同時導(dǎo)通/截止，而且兩組開關(guān)對不會同時導(dǎo)通，并且通過使所述控制信號的相位比所述交流電源的相位延遲來進(jìn)行所述正向轉(zhuǎn)換，通過使所述控制信號的相位比所述交流電源的相位提前來進(jìn)行所述逆向轉(zhuǎn)換。
并且，本發(fā)明的上述目的可以按照下面所述有效地實(shí)現(xiàn)，在所述交流電感器4和所述交流電源6之間插入由所述控制裝置控制開閉的交流開關(guān)5，所述控制裝置在檢測到所述交流電源6的停電或瞬間降低時，斷開所述交流開關(guān)5來切斷所述交流電源6，以產(chǎn)生替代所述交流電源的模擬同步信號，同時使所述控制信號的相位提前來切換為逆向轉(zhuǎn)換，對來自所述二次電池2或其他直流電源的直流電力進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換，持續(xù)向交流負(fù)載提供交流電力。
另外，本發(fā)明的上述目的可以按照下面所述更有效地實(shí)現(xiàn)，在所述直流電感器3和所述二次電池2之間、或者在所述直流電感器3和所述電橋電路的直流端子之間插入直流開關(guān)，或者在所述控制裝置設(shè)置進(jìn)行與外部的通信的通信單元。
另外，本發(fā)明涉及使用所述交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置的二次電池的充電放電控制系統(tǒng)，本發(fā)明的上述目的是利用二次電池的充電放電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，該二次電池的充電放電控制系統(tǒng)的特征在于，與電力系統(tǒng)的交流電源和直流電源的二次電池連接的一個或多個所述交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置和外部集中控制據(jù)點(diǎn)9的服務(wù)器，通過因特網(wǎng)等通信線路8以能夠互相通信的方式進(jìn)行連接，所述服務(wù)器監(jiān)視所述電力系統(tǒng)的電力的供求狀態(tài)，同時監(jiān)視所述二次電池的充電狀態(tài)， 根據(jù)所述供求狀態(tài)向所述控制裝置發(fā)送正向轉(zhuǎn)換或逆向轉(zhuǎn)換的指令，并控制所述二次電池的充電放電，由此實(shí)現(xiàn)所述電力系統(tǒng)的電力穩(wěn)定性。



圖1是表示本發(fā)明的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖2是表示以往的PWM逆變器/轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖3是表示具有DC增頻轉(zhuǎn)換器的PWM逆變器/轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖4是表示交流電源電壓與半導(dǎo)體開關(guān)柵極信號的相位關(guān)系的圖。
圖5是表示仿真結(jié)果1(直流電壓140V的逆向轉(zhuǎn)換逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)、相位提前30度)的圖。
圖6是表示仿真結(jié)果2(直流電壓100V的逆向轉(zhuǎn)換逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)、相位提前30度)的圖。
圖7是表示仿真結(jié)果3(直流電壓140V的正向轉(zhuǎn)換逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)、相位提前30度)的圖。
圖8是表示仿真結(jié)果4(直流電壓100V的正向轉(zhuǎn)換逆變器運(yùn)轉(zhuǎn)、相位提前30度)的圖。
圖9是控制裝置的功能框圖。
圖10是說明磁能再生開關(guān)的發(fā)展的圖。
圖11是說明從采用磁能再生開關(guān)的諧振器向直流交流逆向轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)展的圖。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明使用日本專利第3634982號公報公開的磁能再生開關(guān)1，針對處于其與交流電源6之間的交流電感器4和電容器7，通過使半導(dǎo)體開關(guān)對(SW1、SW3)和(SW2、SW4)交替地導(dǎo)通/截止，來使磁能在該交流電感器4與電容器7之間往返，由此使諧振振動連續(xù)進(jìn)行。圖10表示串聯(lián)地使用磁能再生開關(guān)來驅(qū)動儲存磁能的電感器的電路。
在圖10中示出了已經(jīng)公知的磁能再生開關(guān)(MERS)及其雙對電路(Dual MERS)，但在該電路中電壓源成為電流源，L成為C，串聯(lián)成為并聯(lián)。圖11表示在電容器連接直流電流源并從直流輸入電力的交流電力諧振電路、和在交流側(cè)連接交流電源的方式。
經(jīng)過這些磁能再生開關(guān)的發(fā)展，本發(fā)明如圖1所示，從直流向交流電力的可逆轉(zhuǎn)換采用最小的結(jié)構(gòu)，而且1周期只進(jìn)行1次導(dǎo)通/截止控制，由此降低開閉損耗，而且，將該電橋的直流電容器7與為了和交流電源6的耦合而設(shè)置的交流電感器4的諧振頻率設(shè)定為接近交流電源6的頻率，由此抑制伴隨導(dǎo)通/截止形成的波形變形。另外，交流電感器4構(gòu)成電源頻率的串聯(lián)濾波器，所以能夠消除來自外部系統(tǒng)和交流負(fù)載等的高頻噪聲的進(jìn)入。
并且，通過把根據(jù)電容器7和交流電感器4確定的諧振頻率設(shè)定為高于交流電源頻率，電容器7在每次放電后產(chǎn)生電壓為零的期間，對于半導(dǎo)體開關(guān)而言實(shí)現(xiàn)理想的零電壓/零電流的導(dǎo)通/截止，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低損耗。
使直流電源2從電容器7的兩端通過直流電感器3進(jìn)行耦合，由此在以交流電源頻率的2倍頻率振動的電容器7的平均電壓高于直流電壓時進(jìn)行正向轉(zhuǎn)換，相反在低于直流電壓時進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換。通過進(jìn)行使半導(dǎo)體開關(guān)的柵極信號的相位相對于交流電源6的相位提前或延遲的控制，能夠增減振動的電容器7的電壓。
在本發(fā)明中，不進(jìn)行以往利用可逆逆變器進(jìn)行的PWM控制，也不存在伴隨該控制的噪聲，所以不需要高次諧波濾波器。
控制裝置不僅進(jìn)行這些電源的運(yùn)轉(zhuǎn)，還設(shè)置進(jìn)行與外部的通信的通信單元(未圖示)，并具有以下功能，通過因特網(wǎng)等通信線路8向外部集中控制據(jù)點(diǎn)9(利用服務(wù)器構(gòu)成)發(fā)送數(shù)據(jù)、并接收指令，按照來自外部的指令改變充電電力，結(jié)果，能夠有助于地域的電力的穩(wěn)定性。
(實(shí)施例1) 圖1示出了實(shí)施例，使逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)形成為電橋結(jié)構(gòu)，在直流端子連接儲存磁能的電容器7。該電容器7與以往的單相逆變器不同，容量較小，只儲存磁能，所以在各個半個周期中以電壓達(dá)到峰值電壓和零電壓的方式進(jìn)行充電放電。
為了進(jìn)行選擇，使充電放電的電流波形接近交流電源6的角頻率ω0，靜電電容C與交流電感器L的關(guān)系式如下所述。
LC＝ω0-2 ……(1) 另外，通過使C的值略小于式(1)，在半個周期的放電之后，產(chǎn)生零電壓的期間，能夠容易進(jìn)行半導(dǎo)體開關(guān)的開閉。單相逆變器的電壓源電容器7與以往的PWM轉(zhuǎn)換器不同，其容量大幅減小，這是本發(fā)明的特征。
由于電容器7的電壓振動，為了進(jìn)行與直流電路的耦合，設(shè)置從振動頻率方面觀察時充分平滑的直流電感器3。振動頻率是ω0的2倍，電壓約是交流電壓的平均值。
因此，直流電源2的電壓即使小于以往的PWM逆變器的電壓源，也能夠進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換。
在直流電源2可以連接各種電池和引擎發(fā)電機(jī)的直流輸出、燃料電池等單體或組合體，還可以連接直流負(fù)載，但此處假設(shè)為能夠進(jìn)行充電及放電的鋰離子二次電池來進(jìn)行說明。
通過交流電感器4連接交流電源6。為了整形電流波形，需要較大的電抗器。在本實(shí)施例中，選擇電抗器電壓為50％～100％。如果該電感器通過變壓器連接交流系統(tǒng)，則可以利用變壓器的泄露，所以增加新的損耗的情況比較少。
交流電感器4通過交流負(fù)載和交流開關(guān)5連接交流電源6。交流開關(guān)5在上游的交流電力出現(xiàn)停電等異常時，即使從交流電源6切斷，也能夠使交流負(fù)載持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
并且，在二次電池2不需要充電放電的情況下，利用直流開關(guān)11將直流電感器3切斷，使磁能再生開關(guān)作為獨(dú)立的諧振電壓源進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，以能夠從系統(tǒng)接收相對于交流電源6的相位提前或延遲的無效電力。
控制裝置具有檢測交流電源6的電壓相位的功能、和向4個半導(dǎo)體開關(guān)(SW1～SW4)發(fā)送必要的柵極信號的功能。向位于對角線上的成對的半導(dǎo)體(SW1-SW3、SW2-SW4)同時發(fā)送信號，但不同時向上下關(guān)系的半導(dǎo)體發(fā)送導(dǎo)通信號。這是因?yàn)殡娙萜麟妷簩⒍搪?。如果在?dǎo)通期間停止成對的開關(guān)的一方的柵極，則電容器的放電充電停止，能夠進(jìn)行電壓波形的整形。如果以使柵極信號的相位比交流電壓的相位延遲的方式進(jìn)行控制，則成為將電力從交流轉(zhuǎn)換為直流的正向轉(zhuǎn)換模式，而如果以使柵極信號的相位比交流電壓的相位提前的方式進(jìn)行控制，則成為逆向轉(zhuǎn)換模式。正向轉(zhuǎn)換/逆向轉(zhuǎn)換能夠連續(xù)地進(jìn)行從相位的提前向延遲的控制。圖4表示交流電源電壓和柵極信號的關(guān)系。
控制裝置的功能如圖9所示，通過因特網(wǎng)等通信線路8與外部集中控制據(jù)點(diǎn)9的服務(wù)器相協(xié)作，能夠動態(tài)地進(jìn)行充電電力的增減。其效果已在專利文獻(xiàn)1中以電氣熱水器為例進(jìn)行了說明，但在像自然能源例如風(fēng)能發(fā)電和太陽能發(fā)電那樣以幾十秒的周期按時間變化的發(fā)電裝置中，本發(fā)明的充電電源(二次電池)也成為其緩沖的變動負(fù)載。這是因?yàn)槎坞姵氐某潆婋娏词闺S時間變化也沒有問題，而只關(guān)注最后被充電的儲存能量。
該情況時，電網(wǎng)或電力經(jīng)營商能夠減輕用于維持因發(fā)電電力形成的系統(tǒng)頻率的運(yùn)轉(zhuǎn)、即LFC控制。例如，在電油混合汽車普及數(shù)量較多時，利用本發(fā)明的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置在車庫中充電時通過因特網(wǎng)進(jìn)行集中控制，由此有助于夜間的電力系統(tǒng)的穩(wěn)定，不需要LFC控制用的發(fā)電設(shè)備、及故障時的備用發(fā)電設(shè)備，進(jìn)而也能夠期待著成為太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電的變動緩沖。
隨著今后電力市場化的推進(jìn)，例如由風(fēng)能經(jīng)營商通過該外部集中控制據(jù)點(diǎn)9實(shí)時地進(jìn)行與電力的產(chǎn)生量相同的消耗，能夠?qū)崿F(xiàn)電力系統(tǒng)只為通過的、電力的直接買賣。
外部集中控制據(jù)點(diǎn)9收集多個交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置的數(shù)據(jù)，根據(jù)電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)等，向各個交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置發(fā)送最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)控制數(shù)據(jù)。
[實(shí)施例的仿真] 表示仿真的分析結(jié)果。電路常數(shù)如下所述。
1.逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)S1、S2、S3、S4(在P-MOSFET中損耗被忽視) 2.直流電源(二次電池)100V、或140V 3.直流電感器120mH 4.交流電感器30mH 6.交流電源50Hz、峰值141V 7.電壓源電容器150μF 圖4表示柵極信號的電壓相位的關(guān)系、前進(jìn)角為60度時的情況。
圖5表示在從直流向交流的逆向轉(zhuǎn)換時，140V、逆向轉(zhuǎn)換前進(jìn)角為30度時的情況。
圖6表示在從直流向交流的逆向轉(zhuǎn)換時，100V、逆向轉(zhuǎn)換前進(jìn)角為30度時的情況。
圖7表示在從交流向直流的正向轉(zhuǎn)換時，140V、逆向轉(zhuǎn)換延遲角為30度時的情況。
圖8表示在從交流向直流的逆向轉(zhuǎn)換時，100V、逆向轉(zhuǎn)換延遲角為30度時的情況。
表1表示基于相位控制的電力控制。
表1直流電壓140V時、基于相位控制的電力 在直流的電壓下降為交流的實(shí)效值、平均值時也能夠進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換。以往PWM電壓需要交流電壓的峰值電壓，如果比較低，將成為延遲電力因數(shù)，所以如圖3所示，利用DC增頻轉(zhuǎn)換器10升壓的示例居多。根據(jù)本發(fā)明，利用直流電感器3的升壓效應(yīng)，即使在直流電壓減少到70％左右時也能夠進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換。
關(guān)于停電時控制，本發(fā)明的特征是只根據(jù)柵極控制信號的相位控制即可從正向轉(zhuǎn)換切換為逆向轉(zhuǎn)換，所以在交流電源6停電或瞬間降低時，馬上停止充電，利用交流開關(guān)5切斷交流電源6，從直流電源2對電力進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換，使交流負(fù)載能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，為此需要交流開關(guān)5的控制裝置。
通過柵極控制信號的相位控制，能夠控制從交流向直流的正向轉(zhuǎn)換、以及與其相反的逆向轉(zhuǎn)換，所以能夠具有以下功能，利用因特網(wǎng)等的通信功能接收外部的綜合式外部集中控制據(jù)點(diǎn)9的指令，有助于電力系統(tǒng)或微電網(wǎng)的電力穩(wěn)定性。
在本發(fā)明涉及的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置中，需要比以往的PWM轉(zhuǎn)換器大的交流電感器4，結(jié)果，原則上在1周期1脈沖的導(dǎo)通/截止中電流波形的高次諧波非常小。雖然略微殘留了低次諧波的變形，但通過將其三相化即可消除。通過減少導(dǎo)通/截止次數(shù)，實(shí)現(xiàn)開閉損耗的大幅降低。
與以往的PWM轉(zhuǎn)換器相比，DC鏈路部的電容器的尺寸、容量從十分之一降低為二十分之一。如果使用本發(fā)明這樣的磁能再生開關(guān)的原理，則DC鏈路電容器7可以是只儲存磁能的容量，與PWM轉(zhuǎn)換器相比，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。
由于設(shè)定為根據(jù)電容器靜電電容C和交流電感器L確定的諧振頻率高于交流電源頻率，所以半導(dǎo)體開關(guān)能夠在電容器電壓為零電壓時截止，而且電流不會因?yàn)殡姼衅鞯拇嬖诙彼偕仙?，即對于半?dǎo)體開關(guān)而言實(shí)現(xiàn)理想的零電壓零電流的開閉。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性 如果把本發(fā)明的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用于今后有望普及的電動汽車、電油混合汽車的充電系統(tǒng)，則能夠?qū)崿F(xiàn)正向轉(zhuǎn)換/逆向轉(zhuǎn)換的雙向充電放電，雖然認(rèn)為對于今后基于原子能化的發(fā)展的電力系統(tǒng)而言，夜間的頻率調(diào)整能力不足，但能夠輔助過去的可變速揚(yáng)水發(fā)電。
另外，伴隨電力市場化的推進(jìn)，根據(jù)電力市場進(jìn)行風(fēng)能發(fā)電經(jīng)營商的售電交易，根據(jù)風(fēng)能發(fā)電量的變化而實(shí)時地變化著供電，由此不會給電力系統(tǒng)施加負(fù)擔(dān)，如果能夠支付送電線路、配電線路的借電供電費(fèi)用即委托輸送費(fèi)，將能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車的充電完全依賴于風(fēng)能的系統(tǒng)。電動汽車能夠完全利用可再生的能源而運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)促進(jìn)自然能源的導(dǎo)入的商務(wù)模式?；蛘?，可以說只在原子能發(fā)電成為主流的時間即夜間充電的電動汽車，能夠利用確實(shí)不排放二氧化碳?xì)怏w的能源而運(yùn)行。
這些商務(wù)模式的實(shí)現(xiàn)將由外部的綜合式外部集中控制據(jù)點(diǎn)9承擔(dān)很大的作用。外部的綜合式外部集中控制據(jù)點(diǎn)9不僅進(jìn)行電力系統(tǒng)的頻率控制，也掌握與分散于地域中的全部交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置(充電器)連接的交流電壓和相位，所以通過控制交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置來進(jìn)行充電放電，以緩沖地域的電壓波動，外部的綜合式外部集中控制據(jù)點(diǎn)9有可能承擔(dān)地域的電力系統(tǒng)、分散微電網(wǎng)的電力穩(wěn)定裝置、電力儲存裝置的作用。
根據(jù)碳酸氣體排放權(quán)交易等今后的政策和經(jīng)濟(jì)模式，運(yùn)行方法有各種方法，但成為其核心的將是本發(fā)明的正逆雙向的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置。
權(quán)利要求
1.一種交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置，其具有從交流向直流的正向轉(zhuǎn)換和從直流向交流的逆向轉(zhuǎn)換的功能，該交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于，
該交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置具有
磁能再生雙向開關(guān)，其包括由4個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)構(gòu)成的電橋電路、連接在該電橋電路的直流端子之間并儲存電流切斷時的磁能的電容器(7)、和向各個所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的柵極提供控制信號并進(jìn)行各個所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的導(dǎo)通/截止控制的控制裝置；
交流電感器(4)，其一端與交流電源(6)連接，另一端與所述電橋電路的交流端子連接；和
直流電感器(3)，其一端與直流電源的二次電池(2)連接，另一端與所述電橋電路的直流端子連接，并且，
所述電容器(7)的靜電電容C和/或所述交流電感器(4)的L被設(shè)定成為，使根據(jù)所述C和所述L確定的諧振頻率高于所述交流電源(6)的頻率，
所述控制裝置控制所述控制信號，使所述逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)中、位于對角線上的開關(guān)對與所述交流電源(6)的電壓同步地同時導(dǎo)通/截止，而且兩組開關(guān)對不同時導(dǎo)通，并且通過使所述控制信號的相位比所述交流電源的相位延遲來進(jìn)行所述正向轉(zhuǎn)換，通過使所述控制信號的相位比所述交流電源的相位提前來進(jìn)行所述逆向轉(zhuǎn)換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述交流電感器(4)和所述交流電源(6)之間插入由所述控制裝置控制開閉的交流開關(guān)(5)，
在檢測到所述交流電源(6)的停電或瞬間降低時，所述控制裝置斷開所述交流開關(guān)(5)來切斷所述交流電源(6)，以產(chǎn)生替代所述交流電源的模擬同步信號，同時使所述控制信號的相位提前來切換為逆向轉(zhuǎn)換，對來自所述二次電池(2)或其他直流電源的直流電力進(jìn)行逆向轉(zhuǎn)換，持續(xù)向交流負(fù)載提供交流電力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述直流電感器(3)和所述二次電池(2)之間、或者在所述直流電感器(3)和所述電橋電路的直流端子之間插入直流開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中的任一項所述的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述控制裝置具有進(jìn)行與外部的通信的通信單元。
5.一種二次電池的充電放電控制系統(tǒng)，其特征在于，
與電力系統(tǒng)的交流電源和直流電源的二次電池連接的一個或多個權(quán)利要求4所述的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置、和外部集中控制據(jù)點(diǎn)(9)的服務(wù)器通過因特網(wǎng)等通信線路以能夠互相通信的方式進(jìn)行連接，
所述服務(wù)器監(jiān)視所述電力系統(tǒng)的電力的供求狀態(tài)，同時監(jiān)視所述二次電池的充電狀態(tài)，
根據(jù)所述供求狀態(tài)向所述控制裝置發(fā)送正向轉(zhuǎn)換或逆向轉(zhuǎn)換的指令，并控制所述二次電池的充電放電，由此實(shí)現(xiàn)所述電力系統(tǒng)的電力穩(wěn)定性。
全文摘要
本發(fā)明提供使用磁能再生開關(guān)的交流/直流電力轉(zhuǎn)換裝置，其從交流電源對二次電池充電、并從二次電池逆向轉(zhuǎn)換為交流電壓，在單相電橋結(jié)構(gòu)的4個逆向?qū)ㄐ桶雽?dǎo)體開關(guān)的直流端子連接電容器(C)，通過直流電感器連接二次電池，通過交流電感器(L)與交流電源側(cè)耦合而與電源電壓相位同步，從而使對置的成對半導(dǎo)體開關(guān)交替地導(dǎo)通/截止，在連接頻率低于LC的諧振頻率的交流電源時，開關(guān)能夠以零電壓零電流進(jìn)行導(dǎo)通/截止，只通過開關(guān)的柵極相位的控制即可實(shí)現(xiàn)交流和直流的可逆的電力轉(zhuǎn)換。
文檔編號H02M1/00GK101611536SQ200880004088
公開日2009年12月23日 申請日期2008年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
發(fā)明者嶋田隆一, 臼木一浩 申請人:國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué)