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【発明の名称】 回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び回生エネルギー蓄積装置
【発明者】 【氏名】門田 行生
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内

【氏名】中沢 洋介
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内

【氏名】結城 和明
【住所又は居所】東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝府中事業所内
【要約】 【課題】回生エネルギー蓄積装置の保護、特に回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを利用した回生エネルギー蓄積装置の保護技術を提供する。

【解決手段】直流を交流に変換するインバータ１と、当該インバータにより駆動されるモータ負荷２と、インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサ３と、直流源５と、回生エネルギー蓄積手段６と、回生エネルギー蓄積手段とインバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータ７と、ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段８から成り、インバータ１の直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を回生エネルギー蓄積手段への充電電流を上昇させる方向に変化させてインバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、回生エネルギー蓄積手段を保護する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段とから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を回生エネルギー蓄積手段への充電電流を上昇させる方向に変化させることを特徴とする回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項２】 前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を上げることを特徴とする請求項１に記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項３】 前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型であり、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの回生エネルギー蓄積手段に対する充電電流を流す側のスイッチング素子を全オンすることを特徴とする請求項１に記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項４】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段と、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチとから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、且つ前記放電抵抗スイッチをオンすることを特徴とする回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項５】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力を接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段と、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチと、前記回生エネルギー蓄積手段の入出力端子に設けられた端子スイッチとから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、前記端子スイッチをオフし、且つ前記放電抵抗スイッチをオンすることを特徴とする回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項６】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、当該ブレーキ抵抗スイッチの通流率を制御するスイッチ通流率制御手段とから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を前記直流入力電圧が低下する方向に制御することを特徴とする回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項７】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段と、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を制御するスイッチ通流率制御手段とから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を前記直流入力電圧が低下する方向に制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックすることを特徴とする回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項８】 前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型コンバータであることを特徴とする請求項１、２、４〜７のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項９】 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは高周波絶縁型コンバータであることを特徴とする請求項１、２、４〜７のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項１０】 前記回生エネルギー蓄積手段の端子間にコンデンサを設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項１１】 前記回生エネルギー蓄積手段は、２次電池であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項１２】 前記回生エネルギー蓄積手段は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法。
【請求項１３】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を回生エネルギー蓄積手段への充電電流を上昇させる方向に変化させる制御をする通流率制御手段とを備えて成る回生エネルギー蓄積装置。
【請求項１４】 前記通流率制御手段は、前記インバータの直流入力電圧の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を上げる制御をすることを特徴とする請求項１３に記載の回生エネルギー蓄積装置。
【請求項１５】 前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型であり、前記通流率制御手段は、前記インバータの直流入力電圧の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの回生エネルギー蓄積手段に対する充電電流を流す側のスイッチング素子を全オンする制御をすることを特徴とする請求項１３に記載の回生エネルギー蓄積装置。
【請求項１６】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、且つ前記放電抵抗スイッチをオンする制御手段とを備えて成る回生エネルギー蓄積装置。
【請求項１７】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチと、前記回生エネルギー蓄積手段の入出力端子に設けられた端子スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、前記端子スイッチをオフし、前記放電抵抗スイッチをオンする制御手段とを備えて成る回生エネルギー蓄積装置。
【請求項１８】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記直流入力電圧が低下する方向に前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を制御するスイッチ通流率制御手段とを備えて成る回生エネルギー蓄積装置。
【請求項１９】 直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記直流入力電圧が低下する方向にブレーキ抵抗スイッチの通流率を制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックする制御手段とを備えて成る回生エネルギー蓄積装置。
【請求項２０】 前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型コンバータであることを特徴とする請求項１３、１４、１６〜１９のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置。
【請求項２１】 前記ＤＣ／ＤＣコンバータは高周波絶縁型コンバータであることを特徴とする請求項１３、１４、１６〜１９のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置。
【請求項２２】 前記回生エネルギー蓄積手段の端子間にコンデンサを設けたことを特徴とする請求項１３〜２１のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置。
【請求項２３】 前記回生エネルギー蓄積手段は、２次電池であることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置。
【請求項２４】 前記回生エネルギー蓄積手段は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする請求項１３〜２２のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び回生エネルギー蓄積装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electric Double Layer Capacitor）が注目されている。電気二重層とは、 固体と液体など二つの異なる相が接触すると、その境界面にプラスとマイナスの電荷が分子レベルの距離を隔てて存在する状態をいう。そして、電気二重層キャパシタは、コンデンサにおける誘電体の替りに電気二重層を誘電体の機能として利用したものである。
【０００３】その特徴は、・ 急速な充放電が可能であり、・出力密度が大きく、・化学反応を伴わないので繰り返し充放電による劣化が少なく、・長寿命でメンテナンスフリーであり、・充放電効率が高く、・蓄電量が電圧で分かり、制御しやすく、・構成材料が無公害で材料枯渇の心配が無い点等にある。
【０００４】このような電気二重層キャパシタは、広く、電気自動車、鉄道、船舶等の電源あるいは補助電源として、回生エネルギーの蓄積用に二次電池に代用することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように技術的に優れた特性を有する電気二重層キャパシタではあるが、従来はその用途の開発に注力されていて、その保護技術に関しては着目した技術は知られていない。
【０００６】本発明は、このような従来の技術的背景に鑑み、回生エネルギー蓄積装置の保護、特に回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを利用した回生エネルギー蓄積装置の保護技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段とから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を回生エネルギー蓄積手段への充電電流を上昇させる方向に変化させることを特徴とする。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を上げることを特徴とする。
【０００９】請求項３の発明は、請求項１の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型であり、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの回生エネルギー蓄積手段に対する充電電流を流す側のスイッチング素子を全オンすることを特徴とする。
【００１０】請求項４の発明は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段と、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチとから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、且つ前記放電抵抗スイッチをオンすることを特徴とする。
【００１１】請求項５の発明は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力を接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段と、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチと、前記回生エネルギー蓄積手段の入出力端子に設けられた端子スイッチとから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、前記端子スイッチをオフし、且つ前記放電抵抗スイッチをオンすることを特徴とする。
【００１２】請求項６の発明は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、当該ブレーキ抵抗スイッチの通流率を制御するスイッチ通流率制御手段とから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を前記直流入力電圧が低下する方向に制御することを特徴とする。
【００１３】請求項７の発明は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、当該ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を制御する通流率制御手段と、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を制御するスイッチ通流率制御手段とから成る回生エネルギー蓄積装置の保護方法であって、前記インバータの直流入力電圧を検出し、検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を前記直流入力電圧が低下する方向に制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックすることを特徴とする。
【００１４】請求項８の発明は、請求項１、２、４〜７の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型コンバータであることを特徴とする。
【００１５】請求項９の発明は、請求項１、２、４〜７のいずれかに記載の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは高周波絶縁型コンバータであることを特徴とする。
【００１６】請求項１０の発明は、請求項１〜９の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記回生エネルギー蓄積手段の端子間にコンデンサを設けたことを特徴とする。
【００１７】請求項１１の発明は、請求項１〜１０の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記回生エネルギー蓄積手段は、２次電池であることを特徴とする。
【００１８】請求項１２の発明は、請求項１〜１０の回生エネルギー蓄積装置の保護方法において、前記回生エネルギー蓄積手段は、電気二重層キャパシタであることを特徴とする。
【００１９】請求項１３の発明の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を回生エネルギー蓄積手段への充電電流を上昇させる方向に変化させる制御をする通流率制御手段とを備えたものである。
【００２０】請求項１４の発明は、請求項１３の回生エネルギー蓄積装置において、前記通流率制御手段は、前記インバータの直流入力電圧の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を上げる制御をすることを特徴とするものである。
【００２１】請求項１５の発明は、請求項１３の回生エネルギー蓄積装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型であり、前記通流率制御手段は、前記インバータの直流入力電圧の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの回生エネルギー蓄積手段に対する充電電流を流す側のスイッチング素子を全オンする制御をすることを特徴とするものである。
【００２２】請求項１６の発明の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、前記インバータの直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、且つ前記放電抵抗スイッチをオンする制御手段とを備えたものである。
【００２３】請求項１７の発明の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流源の出力端に設けられた電源スイッチと、前記直流コンデンサと並列に設けられた放電抵抗及び放電抵抗スイッチと、前記回生エネルギー蓄積手段の入出力端子に設けられた端子スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、前記電源スイッチをオフし、前記端子スイッチをオフし、前記放電抵抗スイッチをオンする制御手段とを備えたものである。
【００２４】請求項１８の発明の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を前記直流入力電圧が低下する方向に制御するスイッチ通流率制御手段とを備えたものである。
【００２５】請求項１９の発明の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータと、当該インバータにより駆動されるモータ負荷と、インバータ直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサと、前記インバータに直流電力を供給する直流源と、回生エネルギー蓄積手段と、当該回生エネルギー蓄積手段と前記インバータの直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記直流コンデンサと並列に設けられたブレーキ抵抗及びブレーキ抵抗スイッチと、前記インバータの直流入力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出電圧が設定レベルを超えたことにより、前記ブレーキ抵抗スイッチの通流率を前記直流入力電圧が低下する方向に制御し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックする制御手段とを備えたものである。
【００２６】請求項２０の発明は、請求項１３、１４、１６〜１９の回生エネルギー蓄積装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータはチョッパ型コンバータであることを特徴とするものである。
【００２７】請求項２１の発明は、請求項１３、１４、１６〜１９の回生エネルギー蓄積装置において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは高周波絶縁型コンバータであることを特徴とするものである。
【００２８】請求項２２の発明は、請求項１３〜２１の回生エネルギー蓄積装置において、前記回生エネルギー蓄積手段の端子間にコンデンサを設けたことを特徴とするものである。
【００２９】請求項２３の発明は、請求項１３〜２２の回生エネルギー蓄積装置において、前記回生エネルギー蓄積手段は、２次電池であることを特徴とするものである。
【００３０】請求項２４の発明は、請求項１３〜２２の回生エネルギー蓄積装置において、前記回生エネルギー蓄積手段は、電気二重層キャパシタであることを特徴とするものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】本発明の回生エネルギー蓄積装置は、発電装置で発電された直流電力の蓄電、あるいは負荷の回生エネルギーの蓄積に利用するもので、特に、鉄道、電気自動車、エレベータ、船舶等の直流電源、補助電源、回生電力の蓄積装置として利用することができる。
【００３２】以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の第１の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の回路構成を示している。本実施の形態の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータ１と、このインバータ１により駆動されるモータ負荷２と、インバータ１の直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサ３と、リアクトル４と、インバータ１に直流電力を供給する直流源５と、回生エネルギー蓄積手段６と、この回生エネルギー蓄積手段６とインバータ１の直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータ７と、インバータ１の直流入力電圧を検出する電圧検出器８と、回生エネルギー蓄積手段６とＤＣ／ＤＣコンバータ７の接続線に流れる電流を検出する電流検出器９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の通流率を制御する通流率制御部１０から構成されている。
【００３３】回生エネルギー蓄積手段６には、図１２に示すような鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池その他の二次電池を用いることができ、また、図１３に示すような電気二重層キャパシタ、さらには通常のコンデンサを用いることができる。しかし、特に電気二重層キャパシタを用いた場合、その電気的特性故に後述する保護制御が特に効果的である。
【００３４】また、図１４に示すように、回生エネルギー蓄積手段６の端子間にコンデンサ１１を設け、この端子間をＤＣ／ＤＣコンバータ７に接続することにより、高周波動作するＤＣ／ＤＣコンバータ７の充放電動作に対して回生エネルギー蓄積手段６側の追従性を補償することができる。
【００３５】ＤＣ／ＤＣコンバータ７には、図１５に示すような充電側スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１、放電側スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２、リアクトルＬ、コンデンサＣから構成されるチョッパ型コンバータを採用し、あるいは一般的な高周波絶縁型コンバータを用いることができる。
【００３６】次に、上記の構成の第１の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の動作について説明する。通常時、直流源５の直流電力をリアクトル４と直流コンデンサ３によりリップル成分を除去した後、インバータ１の直流入力端に入力し、このインバータ１によって直流−交流変換し、所定周波数、所定電圧の交流電力にしてモータ負荷２に供給する。
【００３７】また、直流源５が途絶えたとき、あるいはその電圧が低下したときには、回生エネルギー蓄積手段６を直流源とし、ＤＣ／ＤＣコンバータ７で所定電圧の直流に変換した後、インバータ１の直流入力端に供給し、インバータ１で直流−交流変換し、所定周波数、所定電圧の交流電力にしてモータ負荷２に供給する。
【００３８】他方、モータ負荷２に回生電力が発生したときには、インバータ１はコンバータとして作用して、モータ負荷２の交流電力を交流−直流逆変換してその直流端側に出力する。これにより、電圧検出器８が検出するインバータ１の直流入力電圧が上昇すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７は直流電力をＤＣ／ＤＣ変換し、回生エネルギー蓄積手段６に回生電流を蓄積させる。
【００３９】ＤＣ／ＤＣコンバータ７は、通流率制御部１０によって回生エネルギー蓄積手段６に充電する方向（「正方向」とする）のスイッチング素子のオン／オフと同手段６から放電させる方向（「負方向」とする）のスイッチング素子のオン／オフのそれぞれの通流率を制御し、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ７の出力側端子（図１において右側の端子）に印加される回生電流を回生エネルギー蓄積手段６に充電する期間と、また同コンバータ７の入力端子（回生エネルギー蓄積手段６側の端子）に印加される回生エネルギー蓄積手段６から電流を出力端子側から出力する期間との割合を制御する。そして、この通流率制御は、回生エネルギー蓄積手段６とＤＣ／ＤＣコンバータ７との間の接続線に流れる電流を検出する電流検出器９の検出値に基づいて行う。
【００４０】なお、この通流率制御方法は、従来から回生エネルギー蓄積手段１が二次電池である場合に通常実施されている方法による。また、本明細書で、「ゲートブロック」とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の動作を完全に停止させることをいう。また、チョッパ型コンバータにおけるスイッチング素子の「全オン」とは、回生エネルギー蓄積手段６に対する充電方向の電流を流すスイッチング素子を全オンし、放電方向の電流を流すスイッチング素子を全オフさせる状態をいう。
【００４１】通流率制御部１０は、本実施の形態においてはさらに、図２のタイミングチャートに示すように、電圧検出器８によって直流コンデンサ３の両端電圧、つまり、インバータ１の直流入力電圧を監視していて、実験によってあらかじめ決定されている設定レベルＲ１を超える電圧が発生したときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の通流率を上げる制御を行い、回生エネルギー蓄積手段６に回生する充電電流を増加させ、インバータ１の直流入力電圧の上昇を抑える保護制御を行う。
【００４２】これにより、第１の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置及びその保護方法では、回生エネルギーが大きくなり、インバータ１の直流入力電圧が設定レベルＲ１を超えるほどに高くなれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７を通して回生エネルギー蓄積手段６に回生される充電電流を増加させる方向にコンバータ７の通流率を制御することにより、インバータ１の直流入力側に過電圧が発生するのを抑制し、インバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を保護する。特に、回生エネルギー蓄積手段６に電気二重層キャパシタを採用している場合、その特性により回生エネルギーの吸収が速く行え、直流入力電圧の抑制が効果的に行える。
【００４３】次に、本発明の第２の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置について、図１及び図３を用いて説明する。第２の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の回路構成は第１の実施の形態と同様であり、図１に示したものである。そして、第２の実施の形態の特徴は、その保護動作にある。
【００４４】すなわち、通流率制御部１０は電圧検出器８の検出電圧を監視していて、あらかじめ実験により決定された所定の設定レベルＲ２に到達したときに、通流率制御部１０によってＤＣ／ＤＣコンバータ７の通流率を全オンとすることで、回生エネルギー蓄電手段へ多くの電流を流し、インバータ１の直流入力電圧を急速に下げ、インバータ１の直流入力側に過電圧が発生するのを防止し、インバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を保護する。特に、回生エネルギー蓄積手段６に電気二重層キャパシタを採用している場合、その特性により回生エネルギーの吸収が速く行えるので、直流入力電圧の過電圧の防止が効果的に行える。
【００４５】なお、第１の実施の形態と第２の実施の形態の保護方法を組み合わせ、インバータ１の直流入力電圧が設定レベルＲ１になった時点でＤＣ／ＤＣコンバータ７の通流率を上げる制御をし、さらに直流入力電圧が設定レベルＲ２（＞Ｒ１）に到達した時点でＤＣ／ＤＣコンバータ７を全オンして直流入力電圧を急速に低下させる二段構えの保護方法を採用することも可能である。
【００４６】次に、本発明の第３の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置について、図４及び図５を用いて説明する。第３の実施の形態の特徴は、図１に示した第１の実施の形態の回路構成に対して、さらに、直流源５の出力端に電源スイッチ１２と、直流コンデンサ３に対して並列に設けられた放電抵抗１３及び放電抵抗スイッチ１４と、電圧検出器８の検出電圧により放電抵抗スイッチ１４をオン／オフ制御するスイッチ制御部１５を備えた点にある。
【００４７】次に、上記の第３の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の動作について説明する。第３の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の通常の動作は、第１の実施の形態と同様であるが、次のように保護動作する。
【００４８】通流率制御部１０は電圧検出器８の検出電圧を監視していて、あらかじめ実験により決定された所定の設定レベルＲ３に到達したときに、通流率制御部１０によってＤＣ／ＤＣコンバータ７をゲートブロックして停止させ、回生エネルギー蓄電手段へ回生エネルギーが流れないようにする。これと共に、スイッチ制御部１５も電圧検出器８の検出電圧を監視していて、設定レベルＲ３に到達したときに、電源スイッチ１２をオフし、放電抵抗スイッチ１４をオンすることによって直流電流を放電抵抗１３によって消費させる。
【００４９】これにより、第３の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置では、インバータ１の直流入力電圧を回生エネルギー蓄積手段６の電圧まで急速に下げ、インバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を過電圧から保護することができ、また回生エネルギー蓄積手段６に過大な回生電流が流れ込むのを防止することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段６に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段１の保護に有効である。
【００５０】次に、本発明の第４の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置について、図６及び図７を用いて説明する。第４の実施の形態の特徴は、図４に示した第３の実施の形態の回路構成に対して、さらに、端子スイッチ１６を回生エネルギー蓄積手段６の端子に設け、これをスイッチ制御部１５によってオン／オフ制御させるようにした点にある。なお、図６のブロック図において、図４の回路部品と共通するものには同一の符号を付して示してある。
【００５１】上記の第４の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の通常の動作は、第１の実施の形態と同様である。そして、インバータ１の直流入力電圧が設定レベルＲ４を超えたときの保護動作は、次の通りである。
【００５２】第３の実施の形態と同様に、通流率制御部１０は電圧検出器８の検出電圧を監視していて、あらかじめ実験により決定された所定の設定レベルＲ４（なお、この設定レベルＲ４はＲ３と等しいものに設定することができるが、実験により決められた適切な値に設定される）に到達したときに、通流率制御部１０によってＤＣ／ＤＣコンバータ７をゲートブロックして停止させ、回生エネルギー蓄電手段へ回生エネルギーが流れないようにする。
【００５３】これと共に、スイッチ制御部１５も電圧検出器８の検出電圧を監視していて、設定レベルＲ３に到達したときに、電源スイッチ１２をオフし、放電抵抗スイッチ１４をオンすることによって直流電流を放電抵抗１３によって消費させ、さらに、回生エネルギー蓄積手段６の端子スイッチ１６をオフする。
【００５４】これにより、第４の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置では、インバータ１の直流入力電圧を回生エネルギー蓄積手段６の電圧まで急速に下げ、インバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を過電圧から保護することができ、また回生エネルギー蓄積手段６に過大な回生電流が流れ込むのを防止することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段６に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段１の保護に有効である。
【００５５】次に、本発明の第５の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置について、図８及び図９を用いて説明する。本実施の形態の回生エネルギー蓄積装置は、直流を交流に変換するインバータ１と、このインバータ１により駆動されるモータ負荷２と、インバータ１の直流入力電圧の瞬時リプルを抑制する直流コンデンサ３と、リアクトル４と、インバータ１に直流電力を供給する直流源５と、回生エネルギー蓄積手段６と、この回生エネルギー蓄積手段６とインバータ１の直流入力とを接続するＤＣ／ＤＣコンバータ７と、インバータ１の直流入力電圧を検出する電圧検出器８と、回生エネルギー蓄積手段６とＤＣ／ＤＣコンバータ７との間に流れる電流を検出する電流検出器９と、この電流検出器９の検出電流に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ７の通流率を制御する通流率制御部１０とを備えている。
【００５６】本実施の形態の回生エネルギー蓄積装置はさらに、直流コンデンサ３と並列に設けられたブレーキ抵抗１７及びブレーキ抵抗スイッチ（ＳＬＤ）１８と、電圧検出器８の検出電圧により、ブレーキ抵抗スイッチ１８の通流率を制御するスイッチ通流率制御部１９を備えている。
【００５７】次に、上記の構成の第５の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置の動作について説明する。本実施の形態の通常の動作は、図１に示した第１の実施の形態と同様である。そして、本実施の形態の特徴も、その保護動作にあり、次のように動作する。
【００５８】スイッチ通流率制御部１９がインバータ１の直流入力電圧を監視していて、実験によって決定された適切な設定レベルＲ５を超えたら、ブレーキ抵抗スイッチ１８の通流率をゼロから増加させてブレーキ抵抗１７にコンデンサ電流を消費させ、直流入力電圧を低下させる。
【００５９】これにより、第５の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置では、モータ負荷２に回生エネルギーが発生し、インバータ１の直流入力電圧が上昇するようになっても、設定レベルＲ５を超えるようになればブレーキ抵抗１７によって回生エネルギを消費させ、インバータ１とＤＣ／ＤＣコンバータ７を過電圧から保護することができ、また回生エネルギー蓄積手段６に過大な回生電流が流れ込むのを抑制することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段６に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段１の保護に有効である。
【００６０】次に、本発明の第６の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置について、図１０及び図１１を用いて説明する。第６の実施の形態の特徴は、図８に示した第５の実施の形態に対して、さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ７に対する通流率制御部１０にも電圧検出器８の検出電圧を監視させ、この検出電圧が設定レベルＲ６を超えれば、スイッチ通流率制御部１９によってブレーキ抵抗スイッチ１８をゼロから増加させると共に、通流率制御部１０によってＤＣ／ＤＣコンバータ７をゲートブロックさせる保護動作するようにした点にある。なお。図１０の回路構成において、図８に示した回路における回路部品と共通するものには同一の符号を付して示してある。
【００６１】これにより、第６の実施の形態の回生エネルギー蓄積装置では、インバータ１の直流入力電圧が設定レベルＲ６を超えたら、ＤＣ／ＤＣコンバータ７をゲートブロックし、且つブレーキ抵抗スイッチ１８の通流率をゼロから増加させて回生電流をブレーキ抵抗１７に消費させることで、直流入力電圧が過電圧になるのを防止し、インバータ１及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を保護し、また回生エネルギー蓄積手段６に過大な回生電流が流れ込むのを防止することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段６に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段１の保護に有効である。
【００６２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、 回生エネルギー蓄積装置の保護、特に回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを利用した回生エネルギー蓄積装置において、インバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ及び回生エネルギー蓄積手段の保護を確実に行うことができる。
【００６３】特に、請求項１、２の発明の回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び請求項１３、１４の発明の回生エネルギー蓄積装置によれば、回生エネルギーが大きくなり、インバータの直流入力電圧が設定を超えるほどに高くなれば、ＤＣ／ＤＣコンバータを通して回生エネルギー蓄積手段に回生される充電電流を増加させる方向にコンバータの通流率を制御するので、インバータの直流入力側に過電圧が発生するのを抑制し、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを保護することができる。特に、回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを採用している場合、その特性により回生エネルギーの吸収が速く行え、直流入力電圧の抑制が効果的に行える。
【００６４】請求項３の発明の回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び請求項１５の発明の回生エネルギー蓄積装置によれば、インバータの直流入力電圧が設定レベルに到達したときにＤＣ／ＤＣコンバータの通流率を全オンとするので、回生エネルギー蓄電手段へ多くの電流を流し、インバータの直流入力電圧を急速に下げ、インバータの直流入力側に過電圧が発生するのを防止することができ、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを保護することができる。特に、回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを採用している場合、その特性により回生エネルギーの吸収が速く行えるので、直流入力電圧の過電圧の防止が効果的に行える。
【００６５】請求項４、５の発明の回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び請求項１６、１７の発明の回生エネルギー蓄積装置によれば、インバータの直流入力電圧を回生エネルギー蓄積手段の電圧まで急速に下げ、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを過電圧から保護することができ、また回生エネルギー蓄積手段に過大な回生電流が流れ込むのを防止することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段の保護に有効である。
【００６６】請求６の発明の回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び請求項１８の発明の回生エネルギー蓄積装置によれば、モータ負荷に回生エネルギーが発生し、インバータの直流入力電圧が上昇するようになっても、設定レベルを超えるようになればブレーキ抵抗によって回生エネルギを消費させ、インバータとＤＣ／ＤＣコンバータを過電圧から保護することができ、また回生エネルギー蓄積手段に過大な回生電流が流れ込むのを抑制することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段の保護に有効である。
【００６７】請求項７の発明の回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び請求項１９の発明の回生エネルギー蓄積装置によれば、インバータの直流入力電圧が設定レベルを超えたら、ＤＣ／ＤＣコンバータをゲートブロックし、且つブレーキ抵抗スイッチの通流率をゼロから増加させて回生電流をブレーキ抵抗に消費させるので、直流入力電圧が過電圧になるのを防止し、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを保護し、また回生エネルギー蓄積手段に過大な回生電流が流れ込むのを防止することもできる。特に、回生エネルギー蓄積手段に電気二重層キャパシタを採用している場合、応答性の速い回生エネルギー蓄積手段の保護に有効である。
【００６８】請求項１０の発明の回生エネルギー蓄積装置の保護方法及び請求項２２の発明の回生エネルギー蓄積装置によれば、回生エネルギー蓄積手段の出力端子間にコンデンサを設けたので、高周波動作するＤＣ／ＤＣコンバータとの間をこのコンデンサによって緩衝させることができ、回生エネルギー蓄積手段の充放電動作を安定させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【住所又は居所】東京都港区芝浦一丁目１番１号
【出願日】 平成１３年１２月２５日（２００１．１２．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００８３８０６
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外７名）
【公開番号】 特開２００３−１９９２０３（Ｐ２００３−１９９２０３Ａ）
【公開日】 平成１５年７月１１日（２００３．７．１１）
【出願番号】 特願２００１−３９２５９１（Ｐ２００１−３９２５９１）