特表 2022-532311 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-14

(54)【発明の名称】双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20220707BHJP

【ＦＩ】

H02M3/155 P

H02M3/155 C

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021564219

(86)(22)【出願日】2021-08-05

(85)【翻訳文提出日】2021-10-27

(86)【国際出願番号】 CN2021110804

(87)【国際公開番号】W WO2021254533

(87)【国際公開日】2021-12-23

(31)【優先権主張番号】202110146268.6

(32)【優先日】2021-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518141882

【氏名又は名称】深▲せん▼市正浩創新科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＥｃｏＦｌｏｗ Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】Ｐｌａｎｔ Ａ２０２，Ｆｏｕｎｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｐａｒｋ，Ｓｈｉｙａｎ Ｓｕｂ－ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｂａｏ’ａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８０００ Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】王 雷

(72)【発明者】

【氏名】陳 熙

【テーマコード（参考）】

5H730

【Ｆターム（参考）】

5H730AA20

5H730AS04

5H730AS05

5H730AS08

5H730AS17

5H730BB13

5H730BB14

5H730DD04

5H730DD16

5H730EE13

5H730FD51

5H730FG05

5H730XX04

5H730XX12

5H730XX35

(57)【要約】

第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、インダクタンス電流検出回路と、制御回路とを含む双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。制御回路は、動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、目的スイッチ回路及び還流スイッチ回路を確定し、この制御回路は、さらに、目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、目的スイッチ回路がオンであるときに還流スイッチ回路をオフにし、目的スイッチ回路がオフであるときに還流スイッチ回路をオンにし、インダクタンス回路を流れる電流値が所定閾値以下であるときに還流スイッチ回路をオフにする。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、インダクタンス電流検出回路と、制御回路と、を含む双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、直流バスに接続するための第１電源ポートに接続するためのものであり、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、エネルギ貯蔵装置に接続するための第２電源ポートに接続するためのものであり、
前記インダクタンス回路は、一端が前記第１ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端が前記第２ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路は、前記インダクタンス回路によりＨブリッジ回路を形成し、
前記インダクタンス電流検出回路は、前記インダクタンス回路を流れる電流値を採取し、
前記制御回路は、４つの前記スイッチ回路及び前記インダクタンス電流検出回路にそれぞれ接続され、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定し、前記動作モードに基づいて１つの前記ハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記制御回路は、さらに前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、前記目的スイッチ回路がオンであるときに前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに前記目的スイッチ回路がオフであるときに前記還流スイッチ回路をオンにし、前記電流値が所定閾値以下であるときに、前記インダクタンス回路の貯蔵エネルギの放出が完了であることを確定し、前記還流スイッチ回路をオフにする、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項2】

前記インダクタンス電流検出回路は、抵抗回路及びサンプリング回路を含み、
前記抵抗回路は、前記Ｈブリッジ回路に設けられ、前記サンプリング回路は、前記抵抗回路及び前記制御回路に接続され、前記制御回路は、前記サンプリング回路により前記抵抗回路を流れる電流値を取得して前記インダクタンス回路を流れる電流値を確定する、請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項3】

前記サンプリング回路は、第１差動回路及び第２差動回路を含み、
前記第１差動回路の正入力端子は、前記抵抗回路の第１端に接続され、前記第１差動回路の負入力端子は、前記抵抗回路の第２端に接続され、前記第１差動回路の信号出力端子は、前記制御回路に接続され、
前記第２差動回路の正入力端子は、前記抵抗回路の第２端に接続され、前記第２差動回路の負入力端子は、前記抵抗回路の第１端に接続され、前記第２差動回路の信号出力端子は、前記制御回路に接続され、
前記抵抗回路を流れる電流の方向が第１端から第２端への方向である場合、前記制御回路は、前記第１差動回路により前記インダクタンス回路を流れる電流値を確定し、
前記抵抗回路を流れる電流の方向が第２端から第１端への方向である場合、前記制御回路は、前記第２差動回路により前記インダクタンス回路を流れる電流値を確定し、請求項２に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項4】

前記制御回路は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定するものであり、具体的には、
動作指令を取得し、前記動作指令及び前記第１電源ポートの電圧値と前記第２電源ポートの電圧値との大きさの関係に基づいて前記動作モードを確定し、
前記動作モードは、昇圧充電、昇圧放電、降圧充電及び降圧放電を含む、請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項5】

前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される第１スイッチ回路と第２スイッチ回路を含み、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される第３スイッチ回路と第４スイッチ回路を含み、
前記第１スイッチ回路は、前記第１ハーフブリッジ回路の上アームであり、
前記第３スイッチ回路は、前記第２ハーフブリッジ回路の上アームであり、
前記第２スイッチ回路は、前記第１ハーフブリッジ回路の下アームであり、
前記第４スイッチ回路は、前記第２ハーフブリッジ回路の下アームであり、
前記制御回路は、前記動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、具体的には、
前記動作モードが降圧充電である場合、前記第１ハーフブリッジ回路を前記目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記第１スイッチ回路を前記目的スイッチ回路、前記第２スイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記動作モードが昇圧充電である場合、前記第２ハーフブリッジ回路を前記目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記第４スイッチ回路を前記目的スイッチ回路、前記第３スイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記動作モードが昇圧放電である場合、前記第１ハーフブリッジ回路を前記目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記第２スイッチ回路を前記目的スイッチ回路、前記第１スイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記動作モードが降圧放電である場合、前記第２ハーフブリッジ回路を前記目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記第３スイッチ回路を前記目的スイッチ回路、前記第４スイッチ回路を還流スイッチ回路として確定する、請求項４に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項6】

前記第１ハーフブリッジ回路は、前記第１スイッチ回路に並列接続される第１バイパススイッチ回路をさらに含み、
前記第２ハーフブリッジ回路は、前記第３スイッチ回路に並列接続される第２バイパススイッチ回路をさらに含み、
前記第１バイパススイッチ回路の内部抵抗値が前記第１スイッチ回路の内部抵抗値よりも低く、
前記第２バイパススイッチ回路の内部抵抗値が前記第３スイッチ回路の内部抵抗値よりも低く、
前記制御回路は、さらに、前記第１ハーフブリッジ回路が前記目的ハーフブリッジ回路である場合、前記第１バイパススイッチ回路をオフにし、前記第２バイパススイッチ回路をオンにし、前記第２ハーフブリッジ回路が前記目的ハーフブリッジ回路である場合、前記第１バイパススイッチ回路をオンにし、前記第２バイパススイッチをオフにする、請求項５に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項7】

前記第１バイパススイッチ回路及び前記第２バイパススイッチ回路は、いずれも継電器を含む、請求項６に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項8】

前記制御回路は、さらに、スイッチ制御量に基づいて前記目的スイッチ回路のデューティ比を確定し、
前記スイッチ制御量は、電流偏差制御量を含み、
前記電流偏差制御量は、前記動作モードでの電流設定値と前記電流値との差である、請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項9】

前記制御回路は、さらに、補償電流値に基づいて前記電流偏差制御量を補正し、
前記補償電流値は、前記電流設定値と前記第２電源ポートを流れる電流平均値との差である、請求項８に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項10】

前記スイッチ回路は、１つのスイッチ又は並列接続される複数のスイッチを含み、
前記制御回路は、さらに充電電力又は放電電力に基づいてオンにするスイッチの数を確定する、請求項１に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項11】

前記スイッチは、ＭＯＳトランジスタである請求項１０に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項12】

前記制御回路は、ＰＷＭ制御信号により前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御する、請求項１０に記載の双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項13】

第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、インダクタンス電流検出回路と、制御回路とを含む双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、直流バスに接続するための第１電源ポートに接続するためのものであり、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、エネルギ貯蔵装置に接続するための第２電源ポートに接続するためのものであり、各前記スイッチ回路はそれぞれ１つのスイッチ又は並列接続される複数のスイッチからなり、
前記インダクタンス回路は、一端が前記第１ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端が前記第２ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路は、前記インダクタンス回路によりＨブリッジ回路を形成し、
前記インダクタンス電流検出回路は、前記インダクタンス回路を流れる電流値を採取するものであり、
前記制御回路は、４つの前記スイッチ回路及び前記インダクタンス電流検出回路にそれぞれ接続され、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定し、前記動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、前記目的スイッチ回路がオンであるときに前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路がオフであるときに前記還流スイッチ回路をオンにし、前記電流値が所定閾値以下であるときに前記インダクタンス回路の貯蔵エネルギの放出が完了したと確定し、前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに、スイッチ制御量に基づいて前記目的スイッチ回路のデューティ比を確定し、前記スイッチ制御量は、電流偏差制御量を含み、前記スイッチ制御量は、前記電流偏差制御量の変化によって変化し、前記電流偏差制御量は、前記動作モードでの電流設定値と前記電流値との差であり、
前記制御回路は、さらに、補償電流値に基づいて前記電流偏差制御量を補正し、制御精度を向上させ、
前記補償電流値は、前記電流設定値と前記第２電源ポートを流れる電流平均値との差である、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ。

【請求項14】

双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵装置を含むエネルギ貯蔵システムであって、
前記エネルギ貯蔵装置は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの第２電源ポートに接続され、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、インダクタンス電流検出回路と、制御回路とを含み、
前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、直流バスに接続するための第１電源ポートに接続するためのものであり、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、エネルギ貯蔵装置に接続するための第２電源ポートに接続するためのものであり、
前記インダクタンス回路は、一端が前記第１ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端が前記第２ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路は、前記インダクタンス回路によりＨブリッジ回路を形成し、
前記インダクタンス電流検出回路は、前記インダクタンス回路を流れる電流値を採取するものであり、
前記制御回路は、４つの前記スイッチ回路及び前記インダクタンス電流検出回路にそれぞれ接続され、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定し、前記動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、前記目的スイッチ回路がオンであるときに前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路がオフであるときに前記還流スイッチ回路をオンにし、前記電流値が所定閾値以下であるときに前記インダクタンス回路の貯蔵エネルギの放出が完了したと確定し、前記還流スイッチ回路をオフにする、エネルギ貯蔵システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年０２月０３日に提出された中国特許出願第２０２１１０１４６２６８６（発明の名称：双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵システム）の優先権を主張し、そのすべての内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本発明は、電圧変換技術分野に属し、特に双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵システムに関する。

【背景技術】

【0003】

ここでの記述は、本出願に関連する背景情報のみを提供するものであり、必ずしも例示的な技術を構成するものではない。

【0004】

ＤＣ／ＤＣコンバータは、電圧変換を実現できるため、リチウム電池の充放電に適用できる。具体的には、リチウム電池を充放電する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータの内部にｂｕｃｋ回路又はｂｏｏｓｔ回路が形成されることにより電圧変換を実現する。しかし、従来技術において、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作するときの信頼性が低いという問題があった。

【発明の概要】

【0005】

本発明の各実施例によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵システムが提供される。

【0006】

第１態様では、本発明の実施例によれば、第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、前記インダクタンス電流検出回路と、制御回路と、を含む双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、直流バスに接続するための第１電源ポートに接続するためのものであり、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、エネルギ貯蔵装置に接続するための第２電源ポートに接続するためのものであり、
前記インダクタンス回路は、一端が前記第１ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端が前記第２ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路は、前記インダクタンス回路によりＨブリッジ回路を形成し、
前記インダクタンス電流検出回路は、前記インダクタンス回路を流れる電流値を採取し、
前記制御回路は、４つの前記スイッチ回路及び前記インダクタンス電流検出回路にそれぞれ接続され、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定し、前記動作モードに基づいて１つの前記ハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記制御回路は、さらに前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、前記目的スイッチ回路がオンであるときに前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに前記目的スイッチ回路がオフであるときに前記還流スイッチ回路をオンにし、前記電流値が所定閾値以下であるときに、前記インダクタンス回路の貯蔵エネルギの放出が完了であることを確定し、前記還流スイッチ回路をオフにする、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが提供される。

【0007】

第２態様では、本発明の実施例によれば、第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、インダクタンス電流検出回路と、制御回路とを含む双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであって、
前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、直流バスに接続するための第１電源ポートに接続するためのものであり、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、エネルギ貯蔵装置に接続するための第２電源ポートに接続するためのものであり、各前記スイッチ回路はそれぞれ１つのスイッチ又は並列接続される複数のスイッチからなり、
前記インダクタンス回路は、一端が前記第１ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端が前記第２ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路は、前記インダクタンス回路によりＨブリッジ回路を形成し、
前記インダクタンス電流検出回路は、前記インダクタンス回路を流れる電流値を採取するものであり、
前記制御回路は、４つの前記スイッチ回路及び前記インダクタンス電流検出回路にそれぞれ接続され、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定し、前記動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、前記目的スイッチ回路がオンであるときに前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路がオフであるときに前記還流スイッチ回路をオンにし、前記電流値が所定閾値以下であるときに前記インダクタンス回路の貯蔵エネルギの放出が完了したと確定し、前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに、スイッチ制御量に基づいて前記目的スイッチ回路のデューティ比を確定し、前記スイッチ制御量は、電流偏差制御量を含み、前記スイッチ制御量は、前記電流偏差制御量の変化によって変化し、前記電流偏差制御量は、前記動作モードでの電流設定値と前記電流値との差であり、
前記制御回路は、さらに、補償電流値に基づいて前記電流偏差制御量を補正し、制御精度を向上させ、
前記補償電流値は、前記電流設定値と前記第２電源ポートを流れる電流平均値との差である、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが提供される。

【0008】

第３態様では、本発明の実施例によれば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びエネルギ貯蔵装置を含むエネルギ貯蔵システムであって、
前記エネルギ貯蔵装置は、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの第２電源ポートに接続され、
前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータは、第１ハーフブリッジ回路と、第２ハーフブリッジ回路と、インダクタンス回路と、インダクタンス電流検出回路と、制御回路とを含み、
前記第１ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、直流バスに接続するための第１電源ポートに接続するためのものであり、
前記第２ハーフブリッジ回路は、直列接続される２つのスイッチ回路を含み、エネルギ貯蔵装置に接続するための第２電源ポートに接続するためのものであり、
前記インダクタンス回路は、一端が前記第１ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端が前記第２ハーフブリッジ回路における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、前記第１ハーフブリッジ回路及び前記第２ハーフブリッジ回路は、前記インダクタンス回路によりＨブリッジ回路を形成し、
前記インダクタンス電流検出回路は、前記インダクタンス回路を流れる電流値を採取するものであり、
前記制御回路は、４つの前記スイッチ回路及び前記インダクタンス電流検出回路にそれぞれ接続され、前記双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを確定し、前記動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、前記目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定し、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、前記目的スイッチ回路がオンであるときに前記還流スイッチ回路をオフにし、
前記制御回路は、さらに、前記目的スイッチ回路がオフであるときに前記還流スイッチ回路をオンにし、前記電流値が所定閾値以下であるときに前記インダクタンス回路の貯蔵エネルギの放出が完了したと確定し、前記還流スイッチ回路をオフにする、エネルギ貯蔵システムが提供される。

【0009】

本発明の１つ又は複数の実施形態の詳細は、以下の図面及び説明で提示される。本明細書、図面及び特許請求の範囲から、本発明の他の特徴、目的及び利点が明らかになる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本発明の技術的解決策をより明確に説明するために、以下、実施例に必要な図面を簡単に説明する。明らかなように、以下に示される図面は本発明のいくつかの実施例であり、当業者が創造的な労働なしにこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

【図1】従来技術におけるＤＣ／ＤＣコンバータの回路構造の模式図である。

【図2】従来技術におけるＤＣ／ＤＣコンバータの別の回路構造の模式図である。

【図3】一実施例におけるエネルギ貯蔵システムの回路構造の模式図である。

【図4】一実施例におけるエネルギ貯蔵システムがリチウム電池の充放電に使用される場合の例示的な回路構造の模式図である。

【図5】一実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構造の模式図である。

【図6】一実施例においてインダクタンス回路を流れる電流値に基づいて還流スイッチ回路をオフにする制御タイミングチャートである。

【図7】一実施例におけるインダクタンス電流検出回路の回路構造の模式図である。

【図8】一実施例におけるサンプリング回路の回路構造の模式図である。

【図9】一実施例における制御回路が動作モードを確定するフローチャートである。

【図10A】一実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが降圧充電である場合に形成された回路構造の模式図である。

【図10B】図１０Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第１スイッチ回路がオンであり且つ第２スイッチ回路がオフであるときの回路構造の模式図である。

【図10C】図１０Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第１スイッチ回路がオフであり且つ第２スイッチ回路がオンであるときの回路構造の模式図である。

【図10D】双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが降圧充電である場合の例示的な回路構造の模式図である。

【図11A】一実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが昇圧充電である場合に形成された回路構造の模式図である。

【図11B】図１１Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第４スイッチ回路がオンであり且つ第３スイッチ回路がオフであるときの回路構造の模式図である。

【図11C】図１１Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第４スイッチ回路がオフであり且つ第３スイッチ回路がオンであるときの回路構造の模式図である。

【図11D】双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが昇圧充電である場合の例示的な回路構造の模式図である。

【図12A】一実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが昇圧放電である場合に形成された回路構造の模式図である。

【図12B】図１２Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第２スイッチ回路がオンであり且つ第１スイッチ回路がオフであるときの回路構造の模式図である。

【図12C】図１２Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第２スイッチ回路がオフであり且つ第１スイッチ回路がオンであるときの回路構造の模式図である。

【図12D】双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが昇圧放電である場合の例示的な回路構造の模式図である。

【図13A】一実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが降圧放電である場合に形成された回路構造の模式図である。

【図13B】図１３Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第３スイッチ回路がオンであり且つ第４スイッチ回路がオフであるときの回路構造の模式図である。

【図13C】図１３Ａに示される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの、第３スイッチ回路がオフであり且つ第４スイッチ回路がオンであるときの回路構造の模式図である。

【図13D】双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードが降圧放電である場合の例示的な回路構造の模式図である。

【図14】一実施例で用いる閉ループの模式図である。

【図15】一実施例で用いる別の閉ループ模式図である。

【図16】一実施例におけるバイパススイッチ回路の回路構造の模式図である。

【図17】一実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータの具体的な回路構造の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例に係る技術的解決策を明確で完全に説明する。明らかに、以下に記載の実施例は、すべての実施例ではなく、本出願の実施例の一部にすぎない。本発明の実施例に基づいて当業者が創造的な労働をせずに獲得したすべての他の実施例は、本発明の保護範囲に含まれる。

【0012】

また、本明細書、特許請求の範囲、又は上記図面中の用語「第１」、「第２」、「第３」、「第４」等（存在する場合）は、類似の対象を区別するために使用されるものであり、必ず特定の順序又は優先順位を記述するものではなく、それらの相対的重要性を示す又は暗示するものとして理解されるべきではない。

【0013】

さらに、本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される用語「及び／又は」は、関連するリストされたアイテムのうちの１つ又は複数の任意の組み合わせ及び可能なすべての組み合わせを指し、これらの組み合わせを含むことが理解されるべきである。

【0014】

ＤＣ／ＤＣコンバータがリチウム電池の充放電に使用される際に、その内部にはｂｕｃｋ回路又はｂｏｏｓｔ回路が形成されることで直流から直流への電圧変換を実現することができる。

【0015】

図１に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ内部には、ｂｕｃｋ回路を形成することができ、即ち、メインスイッチＳ１、還流ダイオードＳ２及びインダクタンスＬからなる。このようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、リチウム電池の降圧充電が可能となるように、直流電源が出力した電圧をリチウム電池が耐えられる充電電圧に低減させることができる。或いは、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ内部には、ｂｏｏｓｔ回路を形成することができる。このようにして、ＤＣ／ＤＣコンバータは、リチウム電池の昇圧充電が可能となるように、直流電源が出力した電圧をリチウム電池に適した充電電圧に増大させることができる。図１及び図２においてメインスイッチＳ１及び還流ダイオードＳ２としてＭＯＳトランジスタが使用されている。当業者に知られるように、ＭＯＳトランジスタは寄生ダイオード（ボディダイオードと呼ばれてもよい）を有するため、本発明の図面にはＭＯＳトランジスタの寄生ダイオードが示されていない。

【0016】

本発明者は、ＤＣ／ＤＣコンバータが動作する際に安定性が低いことで、ＤＣ／ＤＣコンバータの信頼性が低いという問題を発見した。具体的には、従来技術におけるＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチが還流ダイオードとして使用され（即ち、スイッチがサブトランジスタとして使用される）、メイントランジスタ及びサブトランジスタは、通常厳格な相補的な導通の制御戦略を採用する。つまり、メイントランジスタがオンであるときにサブトランジスタがオフであり、メイントランジスタがオフであるときにサブトランジスタがオンである。これにより、インダクタンス電流が断続的である場合、サブトランジスタは、還流完了後にもオン状態にある可能性がある。そうすると、電流が逆方向に流れるなどの問題が引き起こされ、ＤＣ／ＤＣコンバータが電圧を正常に変換できないおそれがあることで、ＤＣ／ＤＣコンバータの安定性が低くなる。例えば、図１及び図２に示されるＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチＳ２が還流ダイオード（即ち、スイッチＳ２がサブトランジスタ）として使用されるため、インダクタンスＬの電流が断続的である場合、スイッチＳ２は還流完了後にもオン状態にある可能性がある。この場合、電池はスイッチＳ２及びインダクタンスＬを介して放電することでインダクタンスＬを流れる電流は逆方向になり、深刻なものはポジティブフィードバックが発生し、制御が失敗し、ひいては過電流保護が起動され、又は電力部品が損傷する可能性がある。これによって、ＤＣ／ＤＣコンバータは正常に電圧を変換することができず、コンバータの安定性が低くなる。

【0017】

そのため、本発明の実施例によれば、エネルギ貯蔵システムが提供される。図３に示すように、このエネルギ貯蔵システムは、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０及びエネルギ貯蔵装置２０を含む。具体的には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、直流バスに接続するための第１電源ポート１１０及びエネルギ貯蔵装置２０に接続するための第２電源ポート１２０を有する。直流バスは、直流負荷又は直流電源に直接接続されてもよく、ＡＣ／ＤＣ変換回路を介して交流負荷又は交流電源に接続されてもよい。説明の便宜上、本実施例では、直流バスに接続される設備を外部設備３０と呼ぶ。エネルギ貯蔵装置２０は、電気エネルギを貯蔵する能力を有する装置であり、例えば、リチウム電池などであってもよい。例示的には、本発明の実施例に記載のエネルギ貯蔵システムは、リチウム電池の充放電試験に適用でき、リチウム電池の正常使用過程にも適用できる。図４に示すように、エネルギ貯蔵装置２０はリチウム電池であってもよい。第１電源ポート１１０に接続される直流バスはＡＣ／ＤＣ変換装置を介して商用電源に接続される。商用電源は、交流電源としてエネルギ貯蔵装置に充電する。また、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータが双方向変換回路であるため、エネルギ貯蔵装置が出力した直流電流は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを通過した後、ＡＣ／ＤＣ変換装置によって交流電流に変換されてから電力系統に入ってもよい。

【0018】

本発明の実施例に係る双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、図５に示すように、第１ハーフブリッジ回路１３０、第２ハーフブリッジ回路１４０、インダクタンス回路１５０、インダクタンス電流検出回路１６０及び制御回路１７０を含む。

【0019】

第１ハーフブリッジ回路１３０及び第２ハーフブリッジ回路１４０は、いずれも直列接続した２つのスイッチ回路を含み、第１ハーフブリッジ回路１３０は第１電源ポート１１０に接続され、第２ハーフブリッジ回路１４０は第２電源ポート１２０に接続される。インダクタンス回路１５０はインダクタンスを含み、その一端は第１ハーフブリッジ回路１３０における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続され、他端は第２ハーフブリッジ回路１４０における２つのスイッチ回路の接続箇所に接続される。理解され得るように、第１ハーフブリッジ回路１３０及び第２ハーフブリッジ回路１４０は、インダクタンス回路１５０を介してＨブリッジ回路を形成する。インダクタンス電流検出回路１６０はこのＨブリッジ回路に設けられ、インダクタンス回路１５０を流れる電流値を採取する。

【0020】

制御回路１７０は、マイクロ制御ユニット（Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ，ＭＣＵ）、デジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ＤＳＰ）制御システムなどを含み、それぞれ４つのスイッチ回路に接続される（図に接続関係が示されていない）。具体的には、それぞれが各スイッチ回路の制御端子に接続することができる。制御回路１７０は、インダクタンス電流検出回路１６０にも接続される。

【0021】

制御回路１７０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードを確定し、動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路として確定し、目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路、もう１つのスイッチ回路を還流スイッチ回路として確定することができる。具体的には、制御回路１７０は具体的な動作モードに基づいて２つのハーフブリッジ回路から目的ハーフブリッジ回路を確定すると同時に、目的スイッチ回路及び還流スイッチ回路を確定することができる。これによって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、目的ハーフブリッジ回路及びインダクタンス回路１５０を介して昇圧回路又は降圧回路を形成し、例えば、ｂｏｏｓｔ回路又はｂｕｃｋ回路を形成することができる。

【0022】

さらに、制御回路１７０は、目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御するとともに、目的スイッチ回路がオンであるときに還流スイッチ回路をオフにし、目的スイッチ回路がオフであるときに還流スイッチ回路をオンにし、インダクタンス回路１５０を流れる電流値が所定閾値以下である場合、還流スイッチ回路をオフにする。つまり、還流スイッチ回路がオンにされた後、インダクタンス回路１５０を流れる電流値と所定閾値との大きさの関係に応じて事前にこの還流スイッチ回路をオフにする必要があるかを判断する。所定閾値は、インダクタンス回路１５０に貯蔵されたエネルギの放出が完了したこと又は完了すると確定されたときの電流の閾値である。一実施形態において、この所定閾値を０Ａに設定してもよく、他の実施形態において、この閾値を一定の範囲内に設定してもよく、電流がこの範囲内であれば、インダクタンス回路１５０における貯蔵エネルギの放出が完了したと判定することができる。したがって、実際に検出されたインダクタンス回路１５０を流れる電流値とインダクタンス回路１５０における貯蔵エネルギの放出が完了したときの閾値との比較により、インダクタンス回路１５０における貯蔵エネルギの放出が完了したか、即ち、回路にはまだ還流電流があるかを判断することができる。これによって、還流終了時に還流スイッチ回路をオフにすることができる。

【0023】

具体的には、インダクタンス回路１５０に還流スイッチ回路により還流が形成される場合、連続的な放電により、インダクタンス回路１５０に貯蔵された電気エネルギは徐々に放出されて少なくなり、還流回路全体における電流も徐々に減少される。インダクタンス回路１５０を流れる電流値が所定閾値よりも低くなったときに、制御回路１７０は、インダクタンス回路１５０に貯蔵された電気エネルギの放出が完了した又は完了すると確定することができる。これによって、制御回路１７０は、還流スイッチ回路をオフにすることができる。本実施例において、インダクタンス回路１５０が位置する回路における実際の電流検出に基づいて還流スイッチ回路をオフにする時点を確定できるため、インダクタンス回路１５０の還流終了後に還流スイッチ回路をタイムリーにオフにすることができる。従来のメインスイッチと還流スイッチは、厳格に相補的に導通し、つまり、一方がオンとなると、もう一方がオフとなり、還流スイッチは、メインスイッチが再度オンにされたときにのみオフにされる。その結果、還流スイッチのオン時間はインダクタンス回路の還流時間よりも長くなり、つまり、還流終了後にも還流スイッチがオン状態にある場合がある。この場合、還流回路における電源設備は、放電することで電流が逆方向に流動し、深刻なのはポジティブフィードバックが発生し、ひいては制御が失敗し、ＤＣ／ＤＣ過電流保護が発生したり、電力部品が損傷したりする恐れがある。これに対し、本実施例において、還流終了時に還流スイッチ回路をタイムリーにオフにすることができるため、上記問題の発生を効果的に回避できるとともに、スイッチ回路をインダクタンス回路１５０の還流回路として使用することにより、大きなエネルギ損失をもたらすことがない。

【0024】

図６を参照されたい。制御回路１７０は、図に示される「メインスイッチ駆動信号曲線図」に対応するＰＷＭ制御信号により目的スイッチ回路を制御することにより、目的スイッチ回路は周期的オン／オフを実現することができる。理解され得るように、目的スイッチ回路の各オン／オフ周期Ｔは同じであり、即ち、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は同じであり、インダクタンス回路１５０を流れる各時点の電流値は、図における対応曲線に示され、所定閾値の具体的な数値も合理的に設定することができる。目的スイッチ回路がオンであるとき、制御回路１７０は、還流スイッチ回路（即ち、サブスイッチ）をオフにし、この場合、インダクタンス回路１５０を流れる電流値は段々大きくなる。例えば、Ｔ１及びＴ２オン／オフ周期内において、目的スイッチ回路がｔ_１時間帯内でオン状態にある場合、この時間帯で制御回路１７０は還流スイッチ回路をオフにする必要があり、インダクタンス回路１５０を流れる電流値は大きくなる。そして、目的スイッチ回路がオフにされた場合、制御回路１７０は還流スイッチ回路をオンにする必要があり、この場合、インダクタンス回路１５０は還流スイッチ回路により還流を形成し、還流の進行に伴い、インダクタンス回路１５０を流れる電流値は小さくなる。このようにして、インダクタンス回路１５０を流れる電流値が所定閾値よりも低くなったときに、制御回路１７０は、還流スイッチ回路をオフにすることができ、即ち、還流終了時に還流スイッチ回路をタイムリーにオフにすることができる。例えば、Ｔ１及びＴ２オン／オフ周期内において、インダクタンス回路１５０は、ｔ_２時間帯内で還流を形成し、還流の進行に伴い、インダクタンス回路１５０を流れる電流値が所定閾値よりも低くなるため、制御回路１７０は事前に還流スイッチ回路をオフにすると、メインスイッチ回路及び還流スイッチ回路はｔ_３時間帯内でいずれもオフ状態にある。なお、Ｔ３、Ｔ４及びＴ５オン／オフ周期内において、目的スイッチ回路がオフであるときにインダクタンス回路１５０を流れる電流値が所定閾値よりも低くはないため、制御回路１７０は事前に還流スイッチ回路をオフにする必要がなく、つまり、本実施例では、「事前にオフにする」ことは、還流が終了し、且つメインスイッチがオフにされていない場合に実行され、還流が終了しておらず、且つメインスイッチが既にオンにされた場合に、還流スイッチを直接オフにすればよい。

【0025】

一実施例において、図７に示すように、インダクタンス電流検出回路１６０は、抵抗回路１６１及びサンプリング回路１６２を含む。抵抗回路１６１は、高精度抵抗を含み、上記Ｈブリッジ回路に設けられる。サンプリング回路１６２は、抵抗回路１６１及び制御回路１７０に接続される。具体的には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作状態にある場合、抵抗回路１６１とインダクタンス回路１５０は直列接続関係にあるため、抵抗回路１６１を流れる電流はインダクタンス回路１５０を流れる電流と等しい。これによって、制御回路１７０は、サンプリング回路１６２によりインダクタンス回路１５０を流れる電流値を確定することができる。例えば、制御回路１７０は、サンプリング回路１６２により抵抗回路１６１の両端の電圧値を取得し、この電圧値及び抵抗回路１６１の抵抗値に基づいて抵抗回路１６１を流れる電流値を確定することができる。抵抗回路１６１とインダクタンス回路１５０が同一回路において直列接続されるため、インダクタンス回路１５０を流れる電流値を確定することができる。

【0026】

一実施形態において、図８に示すように、サンプリング回路１６２は、第１差動回路１６２１及び第２差動回路１６２２を含む。第１差動回路１６２１の正入力端子は、抵抗回路１６１の第１端に接続され、負入力端子は、抵抗回路１６１の第２端に接続され、信号出力端子は、制御回路１７０に接続される。したがって、抵抗回路１６１を流れる電流の方向が第１端から第２端への方向である場合、制御回路１７０は、第１差動回路１６２１によりインダクタンス回路１５０を流れる電流値を確定することができる。例えば、第１差動回路１６２１は抵抗回路１６１の両端の電圧を採取し、対応する電気信号を生成するため、制御回路１７０は、第１差動回路１６２１が入力した電気信号に基づいて抵抗回路１６１の両端の電圧値を確定し、さらにインダクタンス回路１５０を流れる電流値を確定することができる。同様に、第２差動回路１６２２の正入力端子は、抵抗回路１６１の第２端に接続され、負入力端子は、抵抗回路１６１の第１端に接続され、信号出力端子は、制御回路１７０に接続される。したがって、抵抗回路１６１を流れる電流方向が第２端から第１端への方向である場合、制御回路１７０は、第２差動回路１６２２によりインダクタンス回路１５０を流れる電流値を確定することができる。

【0027】

一実施例において、制御回路１７０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードを確定し、具体的には、動作指令を取得し、動作指令及び第１電源ポート１１０の電圧値と第２電源ポート１２０的電圧値との大きさの関係に基づいて動作モードを確定する。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードは、昇圧充電、昇圧放電、降圧充電及び降圧放電を含む。具体的には、動作指令は、充電指令、放電指令などを含んでもよい。この動作指令は、監視ホストコンピュータから通信により制御回路１７０に送信されてもよく、ユーザがコンバータ上の指令ボタンを直接操作することで送信されてもよい。例えば、監視ホストコンピュータは、ユーザの操作に基づいて制御回路１７０に具体的な動作指令を送信することができる。或いは、例えば、ユーザは、コンバータ上の放電スイッチボタン又は充電スイッチボタンを直接操作することで具体的な動作指令を送信することもできる。これによって、制御回路１７０は動作指令を受信し、第１電源ポート１１０の電圧値と第２電源ポート１２０の電圧値との大きさの関係に基づいて動作モードを確定することができる。例えば、図９に示すように、動作指令が充電指令である場合において、第１電源ポート１１０の電圧値（図中、Ｖ１）が第２電源ポート１２０の電圧値（図中、Ｖ２）を超えた場合、動作モードが降圧充電であると確定され、そうではない場合、動作モードが昇圧充電であると確定される。同様に、動作指令が放電指令である場合において、第１電源ポート１１０の電圧値が第２電源ポート１２０の電圧値を超えた場合、動作モードが昇圧放電であると確定され、そうではない場合、動作モードが降圧放電であると確定される。

【0028】

一実施例において、図５に示すように、第１ハーフブリッジ回路１３０は、直列接続される第１スイッチ回路と第２スイッチ回路を含み、第２ハーフブリッジ回路１４０は、直列接続される第３スイッチ回路と第４スイッチ回路を含む。第１スイッチ回路及び第３スイッチ回路は、それぞれ対応するハーフブリッジ回路の上アームとなり、第２スイッチ回路及び第４スイッチ回路は、それぞれ対応するハーフブリッジ回路の下アームとなる。具体的には、第１スイッチ回路は、第１ハーフブリッジ回路１３０の上アームとして第１電源ポート１１０の正極１１０Ａに接続され、第３スイッチ回路は、第１ハーフブリッジ回路１３０の下アームとして第１電源ポート１１０の負極１１０Ｂに接続される。同様に、第３スイッチ回路は、第２ハーフブリッジ回路１４０の上アームとして第２電源ポート１２０の正極１２０Ａに接続され、第４スイッチ回路は、第２ハーフブリッジ回路１４０の下アームとして第２電源ポート１２０の負極１２０Ｂに接続される。さらに、一実施形態において、各スイッチ回路はそれぞれ１つのスイッチ又は並列接続される複数のスイッチを含むことができる。例えば、１つのＭＯＳトランジスタ又は並列接続される３つのＭＯＳトランジスタを含む。また、スイッチは、ボディダイオードのスイッチなどを含んでもよい。図には、ボディダイオードが示されていない。

【0029】

本実施例において、制御回路１７０は、動作モードに基づいて目的ハーフブリッジ回路、目的スイッチ回路及び還流スイッチ回路を確定することができる。目的スイッチ回路は、メインスイッチとして理解され得る。還流スイッチ回路は、サブスイッチとして理解され得る。これによって、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、目的ハーフブリッジ回路及びインダクタンス回路１５０により昇圧回路又は降圧回路を形成することができる。以下、具体的に説明する。

【0030】

（１）動作モードが降圧充電である場合において、制御回路１７０は、第１ハーフブリッジ回路１３０が目的ハーフブリッジ回路であり、第１スイッチ回路が目的スイッチ回路であり、第２スイッチ回路が還流スイッチ回路であり、即ち、第１スイッチ回路がメインスイッチであり、第２スイッチ回路がサブスイッチであることを確定することができ、図１０Ａに示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第１ハーフブリッジ回路１３０及びインダクタンス回路１５０によりｂｕｃｋ降圧回路を形成する。この場合、第２ハーフブリッジ回路１４０はオフ状態にあり、第１ハーフブリッジ回路１３０及びインダクタンス回路１５０に生成する電流は、第２ハーフブリッジ回路１４０におけるスイッチのボディダイオードを流れた後、エネルギ貯蔵装置２０に出力される。したがって、回路をより明確に説明するために、図１０Ａにはオフ状態にある第２ハーフブリッジ回路１４０が省略される。他の実施例において、インダクタンス回路１５０と第２電源ポート１２０の１２０Ａとが接続されるように第３スイッチ回路をオン状態に保持してもよいが、これに限定されない。

【0031】

より具体的には、第１スイッチ回路がオンであり、第２スイッチ回路がオフであるとき、図１０Ｂに示すように、外部設備３０は、第１スイッチ回路によりエネルギ貯蔵装置２０に充電すると同時に、インダクタンス回路１５０に充電する。図１０Ｂには、オフ状態にある第２ハーフブリッジ回路１４０及びオフ状態にある第２スイッチ回路が省略される。回路の動作より明確に説明するために、以降の図面にもオフ状態にあるスイッチユニットが省略される。第１スイッチ回路がオフであり、第２スイッチ回路がオンであるとき、図１０Ｃに示すように、インダクタンス回路１５０に貯蔵された電気エネルギは第２スイッチ回路により還流を形成し、エネルギ貯蔵装置２０に充電する。例示的には、図１０Ｄに示すように、第１スイッチ回路は、スイッチＳ１を含んでもよく、第２スイッチ回路は、スイッチＳ２を含んでもよく、インダクタンス回路１５０は、インダクタンスＬを含んでもよく、スイッチＳ１及びスイッチＳ２はいずれも少なくとも１つのＭＯＳトランジスタを含む。インダクタンス電流検出回路１６０における抵抗回路１６１は、抵抗Ｒを含んでもよい。この場合において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが降圧充電である場合、スイッチＳ１はメインスイッチ、スイッチＳ２はサブスイッチである。これによって、メインスイッチＳ１がオンであり、サブスイッチＳ２がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線１）に示され、メインスイッチＳ１がオフであり、サブスイッチＳ２がオンであるとき、電流が流れる方向は図における曲線２）に示される。

【0032】

（２）動作モードが昇圧充電である場合、制御回路１７０は、第２ハーフブリッジ回路１４０を目的ハーフブリッジ回路として確定し、第４スイッチ回路を目的スイッチ回路、第３スイッチ回路を還流スイッチ回路として確定することができ、即ち、第４スイッチ回路はメインスイッチ、第３スイッチ回路がサブスイッチである。図１１Ａに示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第２ハーフブリッジ回路１４０及びインダクタンス回路１５０によりｂｏｏｓｔ昇圧回路を形成する。この場合、第１ハーフブリッジ回路１３０はオフ状態にあり、インダクタンス回路における電流が第１スイッチ回路のスイッチのボディダイオードを流れた後、第１電源ポート１１０により出力される。他の実施例において、インダクタンス回路１５０が第１電源ポート１１０の１１０Ａに接続されるように第１スイッチ回路をオン状態に保持してもよいが、これに限定されない。より具体的には、第４スイッチ回路がオンであり、第３スイッチ回路がオフであるとき、図１１Ｂに示すように、外部設備３０は、第４スイッチ回路によりインダクタンス回路１５０に充電し、第４スイッチ回路がオフであり、第３スイッチ回路がオンであるとき、図１１Ｃに示すように、インダクタンス回路１５０に貯蔵された電気エネルギは、第３スイッチ回路により還流を形成し、外部設備３０及びインダクタンス回路１５０は共にエネルギ貯蔵装置２０に充電する。例示的には、図１１Ｄに示すように、第３スイッチ回路はスイッチＳ３を含んでもよく、第４スイッチ回路はスイッチＳ４を含んでもよく、インダクタンス回路１５０はインダクタンスＬを含んでもよく、インダクタンス電流検出回路１６０における抵抗回路１６１は抵抗Ｒを含んでもよい。この場合において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが昇圧充電である場合、スイッチＳ４はメインスイッチ、スイッチＳ３はサブスイッチである。これによって、メインスイッチＳ４がオンであり、サブスイッチＳ３がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線１）に示され、メインスイッチＳ４がオフであり、サブスイッチＳ３がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線２）に示される。

【0033】

（３）動作モードが昇圧放電である場合、制御回路１７０は、第１ハーフブリッジ回路１３０が目的ハーフブリッジ回路であり、第２スイッチ回路が目的スイッチ回路であり、第１スイッチ回路が還流スイッチ回路であり、即ち、第２スイッチ回路がメインスイッチであり、第１スイッチ回路がサブスイッチであり、図１２Ａに示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は第１ハーフブリッジ回路１３０及びインダクタンス回路１５０によりｂｏｏｓｔ昇圧回路を形成する。この場合、第２ハーフブリッジ回路１４０はオフ状態にあり、エネルギ貯蔵装置が出力した電流は第３スイッチ回路のスイッチのボディダイオードを流れた後、インダクタンス回路に出力される。他の実施例において、インダクタンス回路１５０が第２電源ポート１２０の１２０Ａに接続されるように第３スイッチ回路をオン状態に保持してもよいが、これに限定されない。より具体的には、第２スイッチ回路がオンであり、第１スイッチ回路がオフであるとき、図１２Ｂに示すように、エネルギ貯蔵装置２０は、第２スイッチ回路によりインダクタンス回路１５０に電力を提供し、第２スイッチ回路がオフであり、第１スイッチ回路がオンであるとき、図１２Ｃに示すように、インダクタンス回路１５０に貯蔵された電気エネルギは、第１スイッチ回路により還流を形成し、エネルギ貯蔵装置２０及びインダクタンス回路１５０は共に外部設備３０に電力を提供する。例示的には、図１２Ｄに示すように、第１スイッチ回路はスイッチＳ１を含んでもよく、第２スイッチ回路はスイッチＳ２を含んでもよく、インダクタンス回路１５０はインダクタンスＬを含んでもよく、インダクタンス電流検出回路１６０における抵抗回路１６１は抵抗Ｒを含んでもよい。この場合において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが昇圧放電である場合、スイッチＳ２はメインスイッチ、スイッチＳ１はサブスイッチである。これによって、メインスイッチＳ２がオンであり、サブスイッチＳ１がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線１）に示され、メインスイッチＳ２がオフであり、サブスイッチＳ１がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線２）に示される。

【0034】

（４）当動作モードが降圧放電である場合、制御回路１７０は、第２ハーフブリッジ回路１４０を目的ハーフブリッジ回路として確定し、第３スイッチ回路を目的スイッチ回路、第４スイッチ回路を還流スイッチ回路として確定することがき、即ち、第３スイッチ回路がメインスイッチであり、第４スイッチ回路がサブスイッチである。図１３Ａに示すように、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、第２ハーフブリッジ回路１３０及びインダクタンス回路１５０によりｂｕｃｋ降圧回路を形成する。この場合、第１ハーフブリッジ回路１３０はオフ状態にあり、インダクタンス回路における電流は第１スイッチ回路のスイッチのボディダイオードを流れた後、第１電源ポート１１０によって出力される。他の実施例において、インダクタンス回路１５０が第１電源ポート１１０の１１０Ａに接続されるように第１スイッチ回路をオン状態に保持してもよいが、これに限定されない。より具体的には、第３スイッチ回路がオンであり、第４スイッチ回路がオフであるとき、図１３Ｂに示すように、エネルギ貯蔵装置２０は第３スイッチ回路により外部設備３０に電力を提供すると同時に、インダクタンス回路１５０に電力を提供し、第３スイッチ回路がオフであり、第４スイッチ回路がオンであるとき、図１３Ｃに示すように、インダクタンス回路１５０に貯蔵された電気エネルギは第４スイッチ回路により還流を形成し、外部設備３０に電力を提供する。例示的には、図１３Ｄに示すように、第３スイッチ回路はスイッチＳ３を含んでもよく、第４スイッチ回路はスイッチＳ４を含んでもよく、インダクタンス回路１５０はインダクタンスＬを含んでもよく、インダクタンス電流検出回路１６０における抵抗回路１６１は抵抗Ｒを含んでもよい。この場合において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが昇圧充電である場合、スイッチＳ４はメインスイッチ、スイッチＳ３はサブスイッチである。これによって、メインスイッチＳ４がオンであり、サブスイッチＳ３がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線１）に示され、メインスイッチＳ４がオフであり、サブスイッチＳ３がオフであるとき、電流が流れる方向は図における曲線２）に示される。

【0035】

一実施例において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０がエネルギ貯蔵装置２０の充放電に適用される場合、エネルギ貯蔵装置２０の充電電流又は放電電流の大きさを制御するために、制御回路１７０は、スイッチ制御量に基づいて目的スイッチ回路のデューティ比を確定するためにも使用される。スイッチ制御量は、電流偏差制御量を含む。電流偏差制御量は、動作モードでの電流設定値とインダクタンス回路１５０を流れる電流値との差値である。

【0036】

本実施例において、電流設定値は、ユーザ又はシステムが所望な充放電の電流値であり、即ち、ユーザ又はシステムが所望する、エネルギ貯蔵装置２０が充電する際の充電電流値又は放電する際の放電電流値である。一実施形態において、この電流設定値は、ユーザが監視ホストコンピュータにより制御回路１７０に送信するものであってもよい。例えば、ユーザは、監視ホストコンピュータにより制御回路１７０に動作指令を送信する際にこの電流設定値を一緒に送信し、又は双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が動作中に、ユーザは調整などの目的でこの電流設定値を制御回路１７０に送信する。或いは、この電流設定値は、所定のパラメータであってもよい。例えば、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に複数の参考値が記憶され、例えば、充電電流参考値、放電電流参考値などが記憶される。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが昇圧又は降圧充電である場合、制御回路１７０は、充電電流参考値を上記電流設定値とすることができる。同様に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが昇圧又は降圧放電である場合、制御回路１７０は、放電電流参考値を上記電流設定値とすることができる。一実施形態において、この電流設定値は、数値的には、マッピング関係表により確定することができる。例えば、このマッピング関係表には、複数の使用シナリオに対応する充放電電流参考値が記録され、具体的な使用シナリオに応じて、このマッピング関係表により対応する参考値を取得し、この参考値を上記電流設定値とすることができる。

【0037】

具体的には、制御回路１７０は、ＰＷＭ制御信号により目的スイッチ回路の周期的オン／オフを駆動することができる。理解され得るように、エネルギ貯蔵装置２０の充放電電流は、インダクタンス回路１５０により影響されるため、制御回路１７０は、電流閉ループによりエネルギ貯蔵装置２０の充放電電流を制御することができる。より具体的には、図１４に示すように、制御回路１７０は、確定された電流設定値（図中、Ｉ_ｒｅｆ）とインダクタンス回路１５０を流れる電流値（図中、Ｉ_ｆｅｄ）との差に基づいて電流偏差制御量を確定することができる。スイッチ制御量に電流偏差制御量が含まれるため、電流偏差制御量が変化すると、スイッチ制御量も変化する。したがって、制御回路１７０は、スイッチ制御量に基づいて目的スイッチ回路のデューティ比を確定し、ＰＷＭ制御信号のデューティ比を調整し、例えば、デューティ比を増大又は減少できる。これによって、インダクタンス回路１５０を離れる電流値を調整し、ひいてはエネルギ貯蔵装置２０の充放電電流値を調整することができる。これによって、制御回路１７０は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の充電電流値又は放電電流値を効果的に制御することができる。

【0038】

一実施形態において、制御精度を向上させるために、制御回路１７０は、補償電流値に基づいて電流偏差制御量を補正することにも使用される。補償電流値は、電流設定値と第２電源ポート１２０を離れる電流平均値との差である。上記のように、メイン回路及び還流回路があるため、インダクタンス電流のピークと電池電流の平均値との間の対応関係は、変化可能である。即ち、異なる動作条件下で、対応関係は異なる。したがって、上記電流ピーク制御アルゴリズムのみにより、出力電流の精度を保証できない。したがって、一実施例において、インダクタンス電流により偏差を制御する際に、電池電流の平均値により補償し、電池電流（即ち、エネルギ貯蔵装置２０の電流；充電電流又は放電電流であり得る）制御的精度を向上させる。具体的には、第２電源ポート１２０を流れる電流の平均値は、所定時間帯内で第２電源ポート１２０を流れる電流の平均値である。また、エネルギ貯蔵装置２０が第２電源ポート１２０に接続されるため、第２電源ポート１２０を流れる電流の平均値は、エネルギ貯蔵装置２０を流れる電流の平均値とみなされ得る。さらに、補償電流値が電流設定値と第２電源ポート１２０を流れる電流平均値との差値であるため、補償電流値は、所望な充放電電流値と実際の充放電電流値との差である。したがって、制御回路１７０は、補償電流値に基づいて電流偏差制御量を補正し、制御精度を向上させることができる。例えば、図１５に示すように、制御回路１７０は、電流設定値（図中、Ｉ_ｒｅｆ）と第２電源ポート１２０を流れる電流平均値（図中、Ｉ_ａｖｅ）との差に基づいて補償電流値（図中、Ｉ_{ｏ＿ａｖｇ}）を確定し、Ｉ_ｒｅｆ、Ｉ_ｆｅｄ及びＩ_{ｏ＿ａｖｇ}に基づいて電流偏差制御量を確定することができ、これによって、制御精度が向上する。

【0039】

一実施例において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の消費電力をさらに低減させるために、図１６に示すように、第１ハーフブリッジ回路１３０は、第１スイッチ回路に並列接続される第１バイパススイッチ回路をさらに含み、第２ハーフブリッジ回路１４０は、第３スイッチ回路に並列接続される第２バイパススイッチ回路をさらに含む。第１バイパススイッチ回路の内部抵抗値は、第１スイッチ回路の内部抵抗値よりも低く、第２バイパススイッチ回路の内部抵抗値は、第３スイッチ回路の内部抵抗値よりも低い。したがって、第１バイパススイッチの導通損失は、第１スイッチ回路の導通損失よりも低い。同様に、第２バイパススイッチの導通損失は、第３スイッチ回路の導通損失よりも低い。

【0040】

本実施例において、制御回路１７０は、さらに第１ハーフブリッジ回路１３０が目的ハーフブリッジ回路である場合、第１バイパススイッチ回路をオフにし、第２バイパススイッチ回路をオンにし、第２ハーフブリッジ回路１４０が目的ハーフブリッジ回路である場合、第１バイパススイッチ回路をオンにし、第２バイパススイッチをオフにする。具体的には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが降圧充電及び昇圧放電である場合、第１ハーフブリッジ回路１３０は目的ハーフブリッジ回路であり、制御回路１７０は、第１バイパススイッチ回路をオフにし、第２バイパススイッチ回路をオンにすることができる。これによって、インダクタンス回路１５０と第２電源ポート１２０の１２０Ａとは、第２バイパススイッチ回路により接続されることが理解され得る。同様に、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作モードが昇圧充電及び降圧放電である場合、第２ハーフブリッジ回路１４０は目的ハーフブリッジ回路であり、制御回路１７０は、第１バイパススイッチ回路をオンにし、第２バイパススイッチ回路をオフにすることができる。これによって、インダクタンス回路１５０と第１電源ポート１１０の１１０Ａとは、第１バイパススイッチ回路により接続させることが理解され得る。したがって、バイパススイッチの導通損失がスイッチ回路の導通損失よりも低いため、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の消費電力をさらに低減させ、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の信頼性をさらに向上できる。

【0041】

一実施例において、上記のように、各スイッチ回路は、それぞれ１つのスイッチ又は並列接続される複数のスイッチを含むことができるため、制御回路１７０は、さらに充電電力又は放電電力に基づいてオンにするスイッチの数を確定することができる。例示的には、第１ハーフブリッジ回路１３０は、目的ハーフブリッジ回路であってもよく、第１スイッチ回路は、目的スイッチ回路であってもよい。第１スイッチ回路は、並列接続される３つのスイッチを含んでもよく、各スイッチが耐えられる電力は１１００Ｗである。これによって、このときの充電電力又は放電電力が３０００Ｗである場合、制御回路１７０は、オンにするスイッチの数が３であると確定し、このときの充電電力又は放電電力が１０００Ｗである場合、制御回路１７０は、オンにするスイッチの数が１であると確定することができる。

【0042】

以上より、本発明の実施例における双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、図１７に示すように、それぞれエネルギ貯蔵装置２０及び外部設備３０に接続でき、エネルギ貯蔵装置２０の充放電に適用できる。具体的には、このコンバータにおいて、第１スイッチ回路はスイッチＳ１を含み、第２スイッチ回路はスイッチＳ２を含み、第３スイッチ回路はスイッチＳ３を含み、第４スイッチ回路はスイッチＳ４を含み、インダクタンス回路１５０はインダクタンスＬを含み、抵抗回路１６１は高精度抵抗Ｒを含み、第１バイパススイッチ回路は継電器Ｋ１を含み、第２バイパススイッチ回路は継電器Ｋ２を含む。制御回路１７０は、スイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３及びスイッチＳ４の制御端子に夫々接続される。他の素子及び接続関係は、上記の説明及び図面に参照されたい。これによって、制御回路１７０は、動作指令及び第１電源ポート１１０の電圧値と第２電源ポート１２０の電圧値との大きさの関係に基づいて動作モードを確定すること；動作モードに基づいて１つのハーフブリッジ回路を目的ハーフブリッジ回路とし、目的ハーフブリッジ回路における１つのスイッチ回路を目的スイッチ回路として確定し、もう１つを還流スイッチ回路として確定し、目的ハーフブリッジ回路におけるバイパススイッチ回路をオフにし、もう１つのハーフブリッジ回路のバイパススイッチ回路をオンにすること；目的ハーフブリッジ回路における目的スイッチ回路の周期的オン／オフを制御し、目的スイッチ回路がオンであるときに還流スイッチ回路をオフにし、目的スイッチ回路がオフであるときに還流スイッチ回路をオンにし、インダクタンス回路１５０を流れる電流値が所定閾値以下であるときに還流スイッチ回路をオフにすることに適用できるが、これらに限定されない。

【0043】

以上の説明は、本発明の具体的な実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲はこれに限定されない。当業者は、本発明に開示の技術範囲内において様々な同等な修正又は置換を容易に想到できる。これらの修正又は置換は、全て本発明の保護範囲に含まれるべきである。したがって、本発明の保護範囲は、特許請求の範囲に準ずるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図12D】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【国際調査報告】