特開 2024-11478 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011478

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

H02M7/49

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022113461

(22)【出願日】2022-07-14

(71)【出願人】

【識別番号】512280080

【氏名又は名称】ＡＺＡＰＡ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100177264

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 嘉秀

(74)【代理人】

【識別番号】100074561

【弁理士】

【氏名又は名称】柳野 隆生

(74)【代理人】

【識別番号】100124925

【弁理士】

【氏名又は名称】森岡 則夫

(74)【代理人】

【識別番号】100141874

【弁理士】

【氏名又は名称】関口 久由

(72)【発明者】

【氏名】守屋 一成

(72)【発明者】

【氏名】楊 偉佳

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA01

5H770DA03

5H770DA23

5H770DA41

5H770DA44

5H770HA02W

5H770HA02Y

5H770HA03X

5H770JA11X

(57)【要約】

【課題】単位モジュールの蓄電部を適切に充電することが容易な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置１は、レグ２と、直流電圧源４と、制御部５とを備え、上アーム３Ｈ及び下アーム３Ｌの各単位モジュールＥＭは、端子Ｔ１，Ｔ２と、第一蓄電部Ｂ１と、加入状態と離脱状態とを含む接続状態を切り換える第一切換回路ＳＷ１，ＳＷ２とを含み、直流電圧源４の各蓄電ブロックＢＢは、端子Ｔ３，Ｔ４と、第二蓄電部Ｂ２と、加入状態と離脱状態とを含む接続状態を切り換える第二切換回路ＳＷ１，ＳＷ２とを含み、制御部５は、接続状態の切り替えを制御することによって、レグ２に所定の電力を出力させ、接続状態の切り替えを制御することによって、直流電圧源４とレグ２との間での電荷の移動を制御する電力変換装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
複数の蓄電ブロックが直列接続された直列回路を含むと共に、前記レグと並列に接続された直流電圧源と、
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、複数の単位モジュールが直列接続された直列回路を含み、
前記各単位モジュールは、
第一及び第二端子と、
電荷を蓄える第一蓄電部と、
前記第一及び第二端子へ前記第一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、
前記各蓄電ブロックは、
第三及び第四端子と、
電荷を蓄える第二蓄電部と、
前記第三及び第四端子へ前記第二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、
前記制御部は、
前記各第一切換回路による接続状態の切り替えを制御することによって、前記レグに所定の電力を出力させ、
前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による接続状態の切り替えを制御することによって、前記直流電圧源と前記レグとの間での電荷の移動を制御する電力変換装置。

【請求項2】

前記各第一蓄電部及び前記各第二蓄電部は、二次電池であり、
前記各第二蓄電部は、前記各第一蓄電部よりも蓄電容量が大きい請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記各第一蓄電部は、前記各第二蓄電部よりも電流定格が大きい請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記直流電圧源の電圧を相対的に上昇させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記直流電圧源から前記レグへ電荷を移動させる請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記レグから外部へ出力された電荷量と略同一の電荷量を、前記直流電圧源から前記レグへ移動させるように、前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御する請求項４に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記レグに含まれる前記第一蓄電部の開放端電圧の合計が、予め設定された第一基準電圧を下回った場合、前記直流電圧源の出力電圧を相対的に上昇させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記直流電圧源から前記レグへ電荷を移動させる請求項４に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記直流電圧源の電圧を相対的に低下させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記レグから前記直流電圧源へ電荷を移動させる請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記制御部は、外部から前記レグへ入力された電荷量と略同一の電荷量を、前記レグから前記直流電圧源へ移動させるように、前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御する請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記レグに含まれる前記第一蓄電部の開放端電圧の合計が、予め設定された第二基準電圧を上回った場合、前記直流電圧源の出力電圧を相対的に低下させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記レグから前記直流電圧源へ電荷を移動させる請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記制御部は、さらに、前記レグ内における前記上アームの電圧と、前記レグ内における前記下アームの電圧との比率を変化させることによって、前記レグによる電力変換を制御する請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項11】

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、
前記各第二切替回路は、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１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項12】

前記レグを複数備え、
前記複数のレグは並列接続され、
前記制御部は、さらに、前記各レグに含まれる前記第一蓄電部の開放端電圧の合計値を比較し、相対的に前記合計値が大きいレグの電圧を相対的に上昇させるように前記各レグの第一切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記相対的に前記合計値が大きいレグから、前記相対的に前記合計値が小さいレグへ電荷を移動させる請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項13】

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請求項１～９のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換を行う電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、直流－交流変換を行うインバータとして、単位モジュール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、単位モジュールに含まれるキャパシタ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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－０１２７６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、単位モジュールのキャパシタは、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継続動作させるためには、単位モジュールのキャパシタを適切に充電する必要がある。

【0005】

本発明の目的は、単位モジュールの蓄電部を適切に充電することが容易な電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

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、複数の蓄電ブロックが直列接続された直列回路を含むと共に、前記レグと並列に接続された直流電圧源と、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、複数の単位モジュールが直列接続された直列回路を含み、前記各単位モジュールは、第一及び第二端子と、電荷を蓄える第一蓄電部と、前記第一及び第二端子へ前記第一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、前記各蓄電ブロックは、第三及び第四端子と、電荷を蓄える第二蓄電部と、前記第三及び第四端子へ前記第二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、前記制御部は、前記各第一切換回路による接続状態の切り替えを制御することによって、前記レグに所定の電力を出力させ、前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による接続状態の切り替えを制御することによって、前記直流電圧源と前記レグとの間での電荷の移動を制御する。

【0007】

この構成によれば、加入状態とされた単位モジュールの第一蓄電部は直列接続され、離脱状態とされた単位モジュールの第一蓄電部は直列接続されない。従って、第一切換回路によって、加入状態の単位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。同様に、加入状態とされた蓄電ブロックの第二蓄電部は直列接続され、離脱状態とされた蓄電ブロックの第二蓄電部は直列接続されない。従って、第一切換回路によって、加入状態の単位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。第二切換回路によって、加入状態の蓄電ブロックの数を増減することによって、直流電圧源の電圧を制御することが可能となる。そして、レグと直流電圧源とは並列に接続されているので、直流電圧源の電圧をレグの電圧より相対的に高くすれば直流電圧源からレグへ電荷を移動させてレグの単位モジュールを充電することができる。従って、単位モジュールの蓄電部を適切に充電することが容易となる。

【0008】

また、前記各第一蓄電部及び前記各第二蓄電部は、二次電池であり、前記各第二蓄電部は、前記各第一蓄電部よりも蓄電容量が大きいことが好ましい。

【0009】

この構成によれば、外部へ電力を出力するレグ内の第一蓄電部は、第二蓄電部よりも蓄電容量が小さくてよいので、蓄電容量よりもレグによる電力変換に適した性能の二次電池を第一蓄電部として用いることが容易となる。

【0010】

また、前記各第一蓄電部は、前記各第二蓄電部よりも電流定格が大きいことが好ましい。

【0011】

この構成によれば、負荷変動に応じてレグから供給可能な瞬時電力を増大させつつ、直流電圧源の第二蓄電部からレグへ平均電力に相当する電荷を移動させ、レグ内の第一蓄電部を充電することが容易となる。

【0012】

また、前記制御部は、前記直流電圧源の電圧を相対的に上昇させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記直流電圧源から前記レグへ電荷を移動させることが好ましい。

【0013】

この構成によれば、制御部は、加入状態の蓄電ブロック数を増加させることによって直流電圧源の電圧を上昇させることができ、加入状態の単位モジュール数を減少させることによってレグの電圧を低下させることができる。従って、制御部は、各第一切換回路及び／又は各第二切換回路による接続状態の切り替えを制御して直流電圧源の電圧を相対的に上昇させることによって、直流電圧源からレグへ電荷を移動させることができる。

【0014】

また、前記制御部は、前記レグから外部へ出力された電荷量と略同一の電荷量を、前記直流電圧源から前記レグへ移動させるように、前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することが好ましい。

【0015】

この構成によれば、レグから外部へ出力された電荷量と略同一の電荷量を、直流電圧源からレグへ移動させることができるので、レグによる外部への電力出力を継続することが可能となる。

【0016】

また、前記制御部は、前記レグに含まれる前記第一蓄電部の開放端電圧の合計が、予め設定された第一基準電圧を下回った場合、前記直流電圧源の出力電圧を相対的に上昇させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記直流電圧源から前記レグへ電荷を移動させることが好ましい。

【0017】

第一蓄電部が放電すると開放端電圧が低下する。従って、レグに含まれる第一蓄電部の開放端電圧の合計が第一基準電圧を下回った場合、直流電圧源の出力電圧を相対的に上昇させて直流電圧源からレグへ電荷を移動させることによって、レグによる外部への電力出力を継続することが可能となる。

【0018】

また、前記制御部は、前記直流電圧源の電圧を相対的に低下させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記レグから前記直流電圧源へ電荷を移動させることが好ましい。

【0019】

この構成によれば、制御部は、加入状態の蓄電ブロック数を減少させることによって直流電圧源の電圧を低下させることができ、加入状態の単位モジュール数を増加させることによってレグの電圧を上昇させることができる。従って、制御部は、各第一切換回路及び／又は各第二切換回路による接続状態の切り替えを制御して直流電圧源の電圧を相対的に低下させることによって、レグから直流電圧源へ電荷を移動させることができる。

【0020】

また、前記制御部は、外部から前記レグへ入力された電荷量と略同一の電荷量を、前記レグから前記直流電圧源へ移動させるように、前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することが好ましい。

【0021】

例えばモータの回生電力等、外部からレグへ電力が入力される場合がある。この構成によれば、外部からレグへ入力された電荷量と略同一の電荷量を、レグから直流電圧源へ移動させることができるので、外部からの電力の受け入れを継続することが可能となる。

【0022】

また、前記制御部は、前記レグに含まれる前記第一蓄電部の開放端電圧の合計が、予め設定された第二基準電圧を上回った場合、前記直流電圧源の出力電圧を相対的に低下させるように前記各第一切換回路及び／又は前記各第二切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記レグから前記直流電圧源へ電荷を移動させることが好ましい。

【0023】

第一蓄電部の充電量が増大すると開放端電圧が上昇する。従って、レグに含まれる第一蓄電部の開放端電圧の合計が第二基準電圧を上回った場合、直流電圧源の出力電圧を相対的に低下させてレグから直流電圧源へ電荷を移動させることによって、レグによる外部からの電力受け入れを継続することが可能となる。

【0024】

また、前記制御部は、さらに、前記レグ内における前記上アームの電圧と、前記レグ内における前記下アームの電圧との比率を変化させることによって、前記レグによる電力変換を制御することが好ましい。

【0025】

レグ内における上アームの電圧と、レグ内における下アームの電圧との比率は、レグの両端電圧とは独立して変化させることが可能である。従って、この構成によれば、レグの両端電圧とは独立してレグの出力電圧を変化させ、電力変換を行うことが可能となる。その結果、レグによる電力変換動作と、直流電圧源とレグの間での電荷の移動とを並行して行うことが可能となる。

【0026】

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、前記各第二切替回路は、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ことが好ましい。

【0027】

ハーフブリッジの第一切換回路は、単位モジュールの接続状態を、加入状態と離脱状態とに切り替えることができる。フルブリッジの第一切換回路は、単位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第一及び第二端子へ第一蓄電部を接続する反転状態に切り替えることができる。ハーフブリッジの第二切換回路は、蓄電ブロックの接続状態を、加入状態と離脱状態とに切り替えることができる。フルブリッジの第二切換回路は、蓄電ブロックの接続状態を、加入状態及び離脱状態に加えて、加入状態とは逆極性で第三及び第四端子へ第二蓄電部を接続する反転状態に切り替えることができる。

【0028】

また、前記レグを複数備え、前記複数のレグは並列接続され、前記制御部は、さらに、前記各レグに含まれる前記第一蓄電部の開放端電圧の合計値を比較し、相対的に前記合計値が大きいレグの電圧を相対的に上昇させるように前記各レグの第一切換回路による前記接続状態の切り替えを制御することによって、前記相対的に前記合計値が大きいレグから、前記相対的に前記合計値が小さいレグへ電荷を移動させることが好ましい。

【0029】

この構成によれば、レグが複数並列接続されているので、複数のレグによる、より複雑な電力変換を行うことが可能となる。

【0030】

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。

【0031】

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。

【発明の効果】

【0032】

このような構成の電力変換装置は、単位モジュールの蓄電部を適切に充電することが容易である。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】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。

【図2】図１に示す単位モジュールＥＭ及び蓄電ブロックＢＢの構成の一例を示す概念的な回路図である。

【図3】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単位モジュールＥＭ、蓄電ブロックＢＢの一例を示す概念的な回路図である。

【図4】図１に示す電力変換装置の出力制御に係る動作の一例を示すフローチャートである。

【図5】図１に示す電力変換装置の回生制御に係る動作の一例を示すフローチャートである。

【図6】図１に示す電力変換装置のバランス制御に係る動作の一例を示すフローチャートである。

【図7】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための説明図である。

【図8】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための説明図である。

【図9】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための説明図である。

【図10】図１に示す電力変換装置の動作を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

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。

【0035】

図１に示す電力変換装置１は、大略的に、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗと、直流電圧源４と、キャパシタＣと、制御部５と、電流センサ７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。三相インバータ６、キャパシタＣ、及び直流電圧源４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。

【0036】

電流センサ７は、直流電圧源４と三相インバータ６との間を流れる電流を検出し、その電流値を制御部５へ送信する。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く、電流センサ７を備えていなくてもよい。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

上アーム３Ｈ及び下アーム３Ｌのそれぞれは、複数の単位モジュールＥＭ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、複数の単位モジュールＥＭ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、単位モジュールＥＭの直列回路を含んでいればよく、単位モジュールＥＭの直列回路以外のものを含んでいてもよい。

【0041】

直流電圧源４は、複数の蓄電ブロックＢＢ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、直流電圧源４は、複数の蓄電ブロックＢＢ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、直流電圧源４は、蓄電ブロックＢＢの直列回路を含んでいればよく、蓄電ブロックＢＢの直列回路以外のものを含んでいてもよい。

【0042】

図２は、図１に示す単位モジュールＥＭ及び蓄電ブロックＢＢの構成の一例を示す概念的な回路図である。図２では、蓄電ブロックＢＢに係る構成の符号を括弧書きで示している。

【0043】

レグ２の単位モジュールＥＭは、端子Ｔ１（第一端子）、端子Ｔ２（第二端子）、電荷を蓄える第一蓄電部Ｂ１、端子Ｔ１及び端子Ｔ２への第一蓄電部Ｂ１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）とを含んでいる。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、第一切換回路及び第二切換回路の一例であり、図２に示す例では、ハーフブリッジを構成している。

【0044】

具体的には、第一蓄電部Ｂ１とスイッチング素子ＳＷ１とが直列接続され、第一蓄電部Ｂ１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と第一蓄電部Ｂ１の接続点が端子Ｔ２に接続されている。

【0045】

端子Ｔ１は、自モジュールよりも高電位側の単位モジュールＥＭの端子Ｔ２に接続され、端子Ｔ２は、自モジュールよりも低電位側の単位モジュールＥＭの端子Ｔ１に接続される。これにより、複数の単位モジュールＥＭが直列接続されている。

【0046】

上アーム３Ｈ内で最も高電位側の単位モジュールＥＭの端子Ｔ１は電力線ＷＨに接続され、上アーム３Ｈ内で最も低電位側の単位モジュールＥＭの端子Ｔ２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単位モジュールＥＭの端子Ｔ１はインダクタＬの他端に接続され、下アーム３Ｌ内で最も低電位側の単位モジュールＥＭの端子Ｔ２は電力線ＷＬに接続される。

【0047】

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。

【0048】

第一蓄電部Ｂ１としては、種々の二次電池を好適に用いることができ、単電池に限られず、複数の二次電池を組み合わせた組電池を第一蓄電部Ｂ１として用いてもよい。

【0049】

直流電圧源４の蓄電ブロックＢＢは、単位モジュールＥＭとは、第一蓄電部Ｂ１の代わりに第二蓄電部Ｂ２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。その他の点では蓄電ブロックＢＢは、単位モジュールＥＭと同様に構成されているのでその説明を省略する。

【0050】

第二蓄電部Ｂ２としては、種々の二次電池を好適に用いることができ、単電池に限られず、複数の二次電池を組み合わせた組電池を第二蓄電部Ｂ２として用いてもよい。

【0051】

第一蓄電部Ｂ１としては、第二蓄電部Ｂ２よりも電流定格が大きい二次電池が用いられ、第二蓄電部Ｂ２としては、第一蓄電部Ｂ１よりも蓄電容量が大きい二次電池が用いられる。

【0052】

レグ２ｕ，２ｖ，２ｗの第一蓄電部Ｂ１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、第一蓄電部Ｂ１は、電流定格が大きい二次電池であることが好ましい。しかしながら、電流定格と、蓄電容量とが共に大きな二次電池は、入手が困難であったり、高価であったりする。

【0053】

そこで、第一蓄電部Ｂ１を、電流定格が大きく、蓄電容量が小さな二次電池とすれば、負荷変動への追従性を確保しつつ、入手性やコスト低減が容易となる。

【0054】

一方、直流電圧源４は、略直流電圧でレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ電力を供給するので、直流電圧源４の第二蓄電部Ｂ２は、略平均的な電流を出力すればよく、第一蓄電部Ｂ１のように、瞬間的に大電流を出力する必要性は低い。電流定格が小さく蓄電容量が大きい二次電池は、電流定格が大きく蓄電容量が大きい二次電池よりも、入手し易く、安価である。

【0055】

そこで、第二蓄電部Ｂ２を、第一蓄電部Ｂ１よりも、電流定格が小さく蓄電容量が大きい二次電池とすれば、第一蓄電部Ｂ１の蓄電容量の小ささを、第二蓄電部Ｂ２の大きな蓄電容量で補いつつ、電流定格が大きい第一蓄電部Ｂ１によって、負荷変動への追従性を確保することが容易となる。

【0056】

なお、第一蓄電部Ｂ１は、電荷を蓄えることができればよく、必ずしも二次電池に限られない。例えば、第一蓄電部Ｂ１を、電気二重層コンデンサ等のキャパシタで構成してもよい。

【0057】

しかしながら、第一蓄電部Ｂ１をキャパシタで構成した場合、第一蓄電部Ｂ１を二次電池で構成した場合よりも蓄電容量が小さくなる。第一蓄電部Ｂ１の蓄電容量が小さいと、第一蓄電部Ｂ１が瞬間的に大電流を放電した場合、速やかに直流電圧源４から第一蓄電部Ｂ１へ電荷を移動させて充電する必要が生じるため、電力線ＷＬ，ＷＨを流れる電流の瞬時値が大きくなる。電力線ＷＬ，ＷＨを流れる電流の瞬時値が大きくなると、電力線ＷＬ，ＷＨで生じる電力損失が大きくなる。

【0058】

そこで、第一蓄電部Ｂ１を、キャパシタよりも蓄電容量を大きくすることが容易な二次電池とすることによって、第一蓄電部Ｂ１が瞬間的に大電流を放電した場合であっても、第一蓄電部Ｂ１の蓄電量で賄うことが容易となる。その結果、直流電圧源４から電力線ＷＬ，ＷＨを介してレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ供給される電流の瞬時値が低減され、電力線ＷＬ，ＷＨで生じる電力損失を低減することが容易となる。従って、第一蓄電部Ｂ１は、キャパシタよりも二次電池であることがより好ましい。

【0059】

端子Ｔ３は、自ブロックよりも高電位側の蓄電ブロックＢＢの端子Ｔ４に接続され、端子Ｔ４は、自モジュールよりも低電位側の蓄電ブロックＢＢの端子Ｔ３に接続される。これにより、複数の蓄電ブロックＢＢが直列接続されている。

【0060】

直流電圧源４内で最も高電位側の蓄電ブロックＢＢの端子Ｔ３は電力線ＷＨに接続され、直流電圧源４内で最も低電位側の蓄電ブロックＢＢの端子Ｔ４は電力線ＷＬに接続される。

【0061】

符号Ａで示す単位モジュールＥＭ及び蓄電ブロックＢＢは、接続状態が加入状態とされており、符号Ｂで示す単位モジュールＥＭ及び蓄電ブロックＢＢ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。

【0062】

加入状態の単位モジュールＥＭにおける第一蓄電部Ｂ１は、上アーム３Ｈ及び下アーム３Ｌにおいて直列接続され、離脱状態の単位モジュール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第一蓄電部Ｂ１の合計電圧となる。

【0063】

同様に、加入状態の蓄電ブロックＢＢにおける第二蓄電部Ｂ２は直列接続され、離脱状態の蓄電ブロックＢＢは短絡される。これにより、蓄電ブロックＢＢから電力線ＷＬ，ＷＨ間へ出力される電圧は、蓄電ブロックＢＢにおける加入状態の第二蓄電部Ｂ２の合計電圧となる。

【0064】

なお、単位モジュールＥＭは第一切換回路としてフルブリッジを用いてもよく、蓄電ブロックＢＢ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単位モジュールＥＭ、蓄電ブロックＢＢの一例を示す概念的な回路図である。

【0065】

図３に示すフルブリッジの単位モジュールＥＭ、蓄電ブロックＢＢは、図２に示すハーフブリッジの単位モジュールＥＭ、蓄電ブロックＢＢ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。

【0066】

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。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４は、フルブリッジの第一切換回路、第二切換回路の一例に相当する。

【0067】

図３に示すフルブリッジの単位モジュールＥＭ、蓄電ブロックＢＢ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。反転状態の単位モジュールＥＭ、蓄電ブロックＢＢでは、第一蓄電部Ｂ１、第二蓄電部Ｂ２が、極性を反転させて接続される。

【0068】

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がオフし、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がオンし、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。

【0069】

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。

【0070】

図３に示すフルブリッジの単位モジュールＥＭ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単位モジュールＥＭの第一蓄電部Ｂ１の合計電圧から、反転状態の単位モジュールＥＭの第一蓄電部Ｂ１の合計電圧を減算した電圧となる。

【0071】

同様に、図３に示すフルブリッジの蓄電ブロックＢＢを用いた場合、直流電圧源４から電力線ＷＬ，ＷＨ間へ出力される電圧は、直流電圧源４における加入状態の蓄電ブロックＢＢの第二蓄電部Ｂ２の合計電圧から、反転状態の蓄電ブロックＢＢの第二蓄電部Ｂ２の合計電圧を減算した電圧となる。

【0072】

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。

【0073】

制御部５は、各単位モジュール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替えを制御することによって、直流電圧源４から得られた電力をレグ２ｕ，２ｖ，２ｗで変換させ、あるいは外部から外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗで取り込まれた回生電力をレグ２ｕ，２ｖ，２ｗの第一蓄電部Ｂ１に充電する。

【0074】

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。

【0075】

また、制御部５は、各蓄電ブロックＢＢ及び／又は各単位モジュール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替えを制御することによって、直流電圧源４とレグ２ｕ，２ｖ，２ｗとの間での電荷の移動を制御する。また、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ毎の単位モジュール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替えを制御することによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間での電荷の移動を制御する。

【0076】

図４は、図１に示す電力変換装置１の出力制御に係る動作の一例を示すフローチャートである。まず、電力変換装置１から、外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに接続された三相電力負荷へ電力を出力する際の出力制御について説明する。

【0077】

図７～図１０は、図１に示す電力変換装置１の動作を説明するための説明図である。図７～図１０では、説明を容易にするため、以下の仮定条件を設定している。すなわち、単位モジュールＥＭ及び蓄電ブロックＢＢはハーフブリッジを用いるものとし、上アーム３Ｈ及び下アーム３Ｌは、それぞれ単位モジュールＥＭを四個ずつ備えるものとする。また、直流電圧源４は、レグ２の単位モジュールＥＭの数と同じ八個の蓄電ブロックＢＢを備えるものとする。また、各単位モジュールＥＭ及び各蓄電ブロックＢＢの電圧は、すべて同一として説明する。さらに、各単位モジュールＥＭ及び各蓄電ブロックＢＢの接続状態について、加入状態をＯＮ、離脱状態をＯＦＦと記載している。

【0078】

なお、以上の仮定条件は、説明の都合上設定したものであり、電力変換装置１は、この仮定条件に限定されるものではない。

【0079】

レグ２ｕ，２ｖ，２ｗと、直流電圧源４とは並列接続されているので、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗの出力電圧（両端電圧）と、直流電圧源４の出力電圧（両端電圧）とは、互いに等しい。しかしながら、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ及び直流電圧源４の開放端電圧は、それぞれ、加入状態の単位モジュールＥＭ又は蓄電ブロックＢＢの開放端電圧の合計となる。

【0080】

図７～図１０では、レグ２ｕの開放端電圧をＶＯｕ、レグ２ｖの開放端電圧をＶＯｖ、レグ２ｗの開放端電圧をＶＯｗ、直流電圧源４の開放端電圧をＶＯｐｓとして示している。

【0081】

開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗは、以下のようにして測定することができる。すなわち、電力変換装置１が各第一蓄電部Ｂ１の電圧を検出する電圧センサを備え、離脱状態にした単位モジュールＥＭの第一蓄電部Ｂ１の電圧を電圧センサで測定することによって、各第一蓄電部Ｂ１の開放端電圧、すなわち各単位モジュールＥＭの開放端電圧を測定することができる。開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗは、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗにおける、レグ毎の加入状態の単位モジュールＥＭの開放端電圧を合計することによって得られる。

【0082】

開放端電圧ＶＯｐｓは、以下のようにして測定することができる。すなわち、電力変換装置１が各第二蓄電部Ｂ２の電圧を検出する電圧センサを備え、離脱状態にした蓄電ブロックＢＢの第二蓄電部Ｂ２の電圧を電圧センサで測定することによって、各第二蓄電部Ｂ２の開放端電圧、すなわち各蓄電ブロックＢＢの開放端電圧を測定することができる。開放端電圧をＶＯｐｓは、直流電圧源４における加入状態の蓄電ブロックＢＢの開放端電圧を合計することによって得られる。

【0083】

まず、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗの各第一蓄電部Ｂ１は、予め充電されている。この状態で、制御部５は、例えば公知のモジュラーマルチレベル変換制御に基づき各単位モジュールＥＭの接続状態を制御することによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗで所定の三相交流電力を生成し、外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに接続された三相電力負荷へ出力する（ステップＳ１）。

【0084】

図７では、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗにおける加入状態（ＯＮ）の単位モジュールＥＭの数は、それぞれ四個であり、各単位モジュールＥＭの電圧は同一である。従って、開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗは互いに等しく、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間では電荷の移動は原則生じない。また、直流電圧源４における加入状態（ＯＮ）の蓄電ブロックＢＢの数は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗと同じ四個であり、開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗと開放端電圧ＶＯｐｓとは等しい。従って、直流電圧源４とレグ２との間でも、電荷の移動は原則生じない。

【0085】

この状態で、ステップＳ１において、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内における上アーム３Ｈの電圧と、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内における下アーム３Ｌの電圧との比率を変化させることによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗによる電力変換を制御する。図７では、レグ２ｕにおける上アーム３Ｈと下アーム３Ｌの電圧比率は１：３、レグ２ｖにおける上アーム３Ｈと下アーム３Ｌの電圧比率は２：２、レグ２ｗにおける上アーム３Ｈと下アーム３Ｌの電圧比率は３：１となっている。

【0086】

このように、制御部５は、開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗが一定のまま、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗへ出力される電圧を互いに異ならせることができる。さらに制御部５は、時間の経過に応じてレグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内における上アーム３Ｈの電圧と、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内における下アーム３Ｌの電圧との比率を変化させることによって、外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗへ、１２０度ずつ位相がずれた三相交流電力を出力させることができる。

【0087】

次に、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗが外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗから外部へ出力された電荷量Ｑｏを取得する（ステップＳ２）。例えば電力変換装置１が電動車両に搭載され、外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗが電動車両のモータに接続されている場合、制御部５は、電動車両側から、電荷量Ｑｏを表すデータとしてモータに流れた電気量ＡｈやＷｈを取得してもよい。また、制御部５は、モータに流れた電流値を電動車両等から取得してこれを積算することによって、電荷量Ｑｏを算出してもよい。あるいは、電力変換装置１が、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗと外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗとの間に流れる電流を検出する電流センサを備え、制御部５は、この電流センサで検出された電流値を積算することによって、電荷量Ｑｏを算出してもよい。

【0088】

ステップＳ１で外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗから外部へ電力が供給されると、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の第一蓄電部Ｂ１が放電する。そこで、制御部５は、直流電圧源４の開放端電圧ＶＯｐｓを相対的に上昇させるように各蓄電ブロックＢＢ及び／又は単位モジュールＥＭの接続状態を制御することによって、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の第一蓄電部Ｂ１へ電荷を移動させ、各第一蓄電部Ｂ１を充電する（ステップＳ３）。

【0089】

具体的には、例えば図８に示すように、直流電圧源４における加入状態の蓄電ブロックＢＢの数を、四個から五個に増加させることによって、開放端電圧ＶＯｐｓを上昇させる。これにより、開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗよりも開放端電圧ＶＯｐｓの方が相対的に高くなり、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ電流が流れ、移動した電荷によって各第一蓄電部Ｂ１が充電される。

【0090】

なお、制御部５は、直流電圧源４の開放端電圧ＶＯｐｓを開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗに対して相対的に上昇させることができればよく、例えばレグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の加入状態の単位モジュールＥＭの数を減少させることによって開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗを低下させてもよく、開放端電圧ＶＯｐｓの上昇と開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗの低下とを組み合わせてもよい。

【0091】

次に、制御部５は、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ移動した電荷量Ｑｍを取得する（ステップＳ４）。制御部５は、電流センサ７によって検出された、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ流れる電流値を積算することによって、電荷量Ｑｍを取得することができる。

【0092】

次に、制御部５は、電荷量Ｑｍと電荷量Ｑｏとを比較する（ステップＳ５）。そして、電荷量Ｑｍが電荷量Ｑｏに満たなければ（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ１～Ｓ４を繰り返し、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへの電荷の移動を継続する。一方、電荷量Ｑｍが電荷量Ｑｏに達すれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、制御部５は、各蓄電ブロックＢＢ及び／又は単位モジュールＥＭの接続状態を制御し、開放端電圧ＶＯｐｓと開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗとを略等しくすることによって、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへの電荷を移動を停止させ（ステップＳ６）、再びステップＳ１へ処理を移行する。

【0093】

ステップＳ５において、電荷量Ｑｏと電荷量Ｑｍとは、略同一であればよく、正確に同一でなくてもよい。例えば、電荷量Ｑｍは、０．８×Ｑｏ～１．２×Ｑｏであればよい。

【0094】

ステップＳ１～Ｓ６によって、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから外部へ出力された電荷量Ｑｏと略同一の電荷量Ｑｍを、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ移動させることができる。これにより、各第一蓄電部Ｂ１の放電量を補充することができ、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗによる三相電力出力動作を継続することが可能となる。従って、ステップＳ１～Ｓ６によれば、各単位モジュールＥＭの第一蓄電部Ｂ１を適切に充電することが容易となる。

【0095】

なお、ステップＳ２、Ｓ４、Ｓ５で、レグ２から外部へ出力された電荷量Ｑｏに基づいて、直流電圧源４からレグ２へ電荷を移動させる例を示したが、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに関する電圧に基づいて直流電圧源４からレグ２へ電荷を移動させてもよい。具体的には、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに含まれる第一蓄電部Ｂ１の開放端電圧の合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗをそれぞれ算出する。そして制御部５は、合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗのうちいずれかが予め設定された第一基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った場合、ステップＳ３と同様、直流電圧源４の開放端電圧ＶＯｐｓを相対的に上昇させるように各蓄電ブロックＢＢ及び／又は単位モジュールＥＭの接続状態を制御することによって、直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の第一蓄電部Ｂ１へ電荷を移動させ、各第一蓄電部Ｂ１を充電してもよい。

【0096】

合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗは、各レグにおけるすべての単位モジュールＥＭが加入状態のときの開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗに相当する。電力変換装置１は、各第一蓄電部Ｂ１の電圧を検出する電圧センサを備え、制御部５は、電圧センサで検出された各第一蓄電部Ｂ１の開放端電圧を取得することによって、合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗを算出することができる。第一基準電圧Ｖｒｅｆ１としては、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗを充電する必要が生じる合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗの値を予め適宜設定することができる。

【0097】

合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗは、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗにおける充電量が減少すると低下する。従って、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗが放電して合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗのうちいずれかが第一基準電圧Ｖｒｅｆ１を下回った場合に直流電圧源４からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の第一蓄電部Ｂ１へ電荷を移動させることによって、各単位モジュールＥＭの第一蓄電部Ｂ１を適切に充電することが容易となる。

【0098】

次に、外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに接続された外部負荷から電力を回収する回生制御について説明する。図５は、図１に示す電力変換装置の回生制御に係る動作の一例を示すフローチャートである。外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに接続された外部負荷から回生電流が外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗに入力された場合、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗの各単位モジュールＥＭの接続状態を制御することによって、外部端子Ｔｕ，Ｔｖ，Ｔｗで得られた回生電流を、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗの各第一蓄電部Ｂ１に充電する（ステップＳ１１）。

【0099】

次に、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに充電された電荷量Ｑｉを取得する（ステップＳ１２）。制御部５は、ステップＳ２と同様、例えば電動車両等の外部から得られたデータに基づき電荷量Ｑｉを取得してもよく、図略の電流センサで検出された電流値を積算することによって、電荷量Ｑｉを算出してもよい。

【0100】

次に、制御部５は、直流電圧源４の開放端電圧ＶＯｐｓを相対的に低下させるように各蓄電ブロックＢＢ及び／又は単位モジュールＥＭの接続状態を制御することによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の第一蓄電部Ｂ１から直流電圧源４へ電荷を移動させ、直流電圧源４の各第二蓄電部Ｂ２を充電する（ステップＳ１３）。

【0101】

具体的には、例えば図９に示すように、直流電圧源４における加入状態の蓄電ブロックＢＢの数を、四個から三個に減少させることによって、開放端電圧ＶＯｐｓを低下させる。これにより、開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗよりも開放端電圧ＶＯｐｓの方が相対的に低くなり、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４へ電流が流れ、移動した電荷によって各第二蓄電部Ｂ２が充電される。

【0102】

なお、制御部５は、直流電圧源４の開放端電圧ＶＯｐｓを開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗに対して相対的に低下させることができればよく、例えばレグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の加入状態の単位モジュールＥＭの数を増加させることによって開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗを上昇させてもよく、開放端電圧ＶＯｐｓの低下と開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗの上昇とを組み合わせてもよい。

【0103】

次に、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４へ移動した電荷量Ｑｎを取得する（ステップＳ１４）。制御部５は、電流センサ７によって検出された、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４へ流れる電流値を積算することによって、電荷量Ｑｎを取得することができる。

【0104】

次に、制御部５は、電荷量Ｑｎと電荷量Ｑｉとを比較する（ステップＳ１５）。そして、電荷量Ｑｎが電荷量Ｑｉに満たなければ（ステップＳ１５でＮＯ）、ステップＳ１１～Ｓ１４を繰り返し、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４への電荷の移動を継続する。一方、電荷量Ｑｎが電荷量Ｑｉに達すれば（ステップＳ１５でＹＥＳ）、制御部５は、各蓄電ブロックＢＢ及び／又は単位モジュールＥＭの接続状態を制御し、開放端電圧ＶＯｐｓと開放端電圧ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗとを略等しくすることによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４への電荷を移動を停止させ（ステップＳ１６）、再びステップＳ１１へ処理を移行する。

【0105】

ステップＳ１５において、電荷量Ｑｉと電荷量Ｑｎとは、略同一であればよく、正確に同一でなくてもよい。例えば、電荷量Ｑｎは、０．８×Ｑｉ～１．２×Ｑｉであればよい。

【0106】

ステップＳ１１～Ｓ１６によって、制御部５は、外部からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ回生された電荷量Ｑｉと略同一の電荷量Ｑｎを、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４へ移動させることができる。これにより、外部からレグ２ｕ，２ｖ，２ｗへ回生され、各第一蓄電部Ｂ１に充電された充電量を、直流電圧源４の各第二蓄電部Ｂ２に移動させることができるので、各第一蓄電部Ｂ１が過充電になることを防止しつつ、外部から回生電力を受け入れることが可能となる。

【0107】

なお、ステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１５で、外部からレグ２へ充電された電荷量Ｑｉに基づいて、レグ２から直流電圧源４へ電荷を移動させる例を示したが、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに関する電圧に基づいてレグ２から直流電圧源４へ電荷を移動させてもよい。

【0108】

具体的には、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに含まれる第一蓄電部Ｂ１の開放端電圧の合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗをそれぞれ算出する。そして制御部５は、合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗのうちいずれかが予め設定された第二基準電圧Ｖｒｅｆ２を上回った場合、ステップＳ１３と同様、直流電圧源４の開放端電圧ＶＯｐｓを相対的に低下させるように各蓄電ブロックＢＢ及び／又は単位モジュールＥＭの接続状態を制御することによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ内の第一蓄電部Ｂ１から直流電圧源４へ電荷を移動させ、各第二蓄電部Ｂ２を充電してもよい。

【0109】

第二基準電圧Ｖｒｅｆ２としては、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに回生電流が充電された場合にレグ２ｕ，２ｖ，２ｗを放電させる必要が生じる合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗの値を予め適宜設定することができる。

【0110】

合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗは、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗにおける充電量が増大すると上昇する。従って、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗが充電されて合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗのうちいずれかが第二基準電圧Ｖｒｅｆ２を上回った場合にレグ２ｕ，２ｖ，２ｗから直流電圧源４の第二蓄電部Ｂ２へ電荷を移動させることによって、外部から回生電力を適切に回収することが容易となる。

【0111】

次に、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間の充電量を均衡させるためのバランス制御について説明する。電力変換装置１による電力変換や電力回生を行う過程で、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間の第一蓄電部Ｂ１による充電量が不均衡になる場合がある。レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間の充電量が不均衡になると、相間で電圧に差が生じ、不都合である。そこで、下記のバランス制御を行うことによって、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間の充電量の不均衡を低減する。

【0112】

図６は、図１に示す電力変換装置のバランス制御に係る動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御部５は、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗに含まれる第一蓄電部Ｂ１の開放端電圧の合計値ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗをそれぞれ算出して比較する（ステップＳ２１）。

【0113】

次に、制御部５は、合計値ＳＶが最大のレグ２の開放端電圧ＶＯを相対的に上昇させるように、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗの各単位モジュールＥＭの接続状態を制御する（ステップＳ２２）。

【0114】

図１０は、レグ２ｕの合計値ＳＶｕが最大、レグ２ｗの合計値ＳＶｗが最小の場合を示す説明図である。レグ２ｕの合計値ＳＶｕが最大の場合、制御部５は、図１０に示すように、レグ２ｕの加入状態の単位モジュールＥＭの数を増加させることによって、開放端電圧ＶＯｕを相対的に上昇させる。これにより、合計値ＳＶｕが最も大きく、従って充電量が最も多いレグ２ｕから、他のレグ２ｖ，２ｗへ電荷が移動するので、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間の充電量の不均衡が低減する。

【0115】

制御部５は、さらに、合計値ＳＶが最小のレグ２ｗの加入状態の単位モジュールＥＭの数を、図１０に示すように減少させてもよい。これにより、レグ２ｗへの電荷の移動量が、レグ２ｖへの電荷の移動量よりも増大するので、レグ２ｕ，２ｖ，２ｗ相互間の充電量の不均衡の低減効果がさらに増大する。

【0116】

なお、制御部５は、合計値ＳＶが最大のレグ２の開放端電圧ＶＯを相対的に上昇させればよく、合計値ＳＶが最大のレグ２の開放端電圧ＶＯそのものを上昇させる例に限らない。制御部５は、合計値ＳＶが最大のレグ２以外の開放端電圧ＶＯを低下させることによって、合計値ＳＶが最大のレグ２の開放端電圧ＶＯを相対的に上昇させてもよい。

【0117】

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。

【符号の説明】

【0118】

１ 電力変換装置
２，２ｕ，２ｖ，２ｗ レグ
３Ｈ 上アーム
３Ｌ 下アーム
４ 直流電圧源
５ 制御部
６ 三相インバータ
７ 電流センサ
Ｂ１ 第一蓄電部
Ｂ２ 第二蓄電部
ＢＢ 蓄電ブロック
Ｃ キャパシタ
ＥＭ 単位モジュール
Ｌ インダクタ
Ｑｉ，Ｑｍ，Ｑｎ，Ｑｏ 電荷量
ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４ スイッチング素子（第一切換回路、第二切換回路）
ＳＶ，ＳＶｕ，ＳＶｖ，ＳＶｗ 合計値
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
ＶＯ，ＶＯｐｓ，ＶＯｕ，ＶＯｖ，ＶＯｗ 開放端電圧
Ｖｒｅｆ１ 第一基準電圧
ＷＬ，ＷＨ 電力線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】