JP2000341964A - マルチレベルインバータ - Google Patents
マルチレベルインバータInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 チョッパやインバータ等を不必要とし、また
活物質流通型２次電池の利用率に応じて当該電池の容量
を配置したマルチレベルインバータを得る。 【解決手段】 直列接続された複数の活物質流通型２
次電池と、該電池間端子の電位の積み重ねを制御して交
流電力を構成するインバータ部と、活物質を流通させる
活物質流通経路とを備え、活物質流通型２次電池には、
共通する正負１組の活物質流通経路から正負の活物質が
循環供給される構成とする。
活物質流通型２次電池の利用率に応じて当該電池の容量
を配置したマルチレベルインバータを得る。 【解決手段】 直列接続された複数の活物質流通型２
次電池と、該電池間端子の電位の積み重ねを制御して交
流電力を構成するインバータ部と、活物質を流通させる
活物質流通経路とを備え、活物質流通型２次電池には、
共通する正負１組の活物質流通経路から正負の活物質が
循環供給される構成とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活物質流通型２次
電池を直流電源に用いた、インバータやチョッパを必要
としないマルチレベルインバータに関する。
電池を直流電源に用いた、インバータやチョッパを必要
としないマルチレベルインバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】サイリスタ等のパワーエレクトロニクス
用デバイスを用いることにより、複数の直流電源から電
圧の積み重ねを１周期の間に変化させて電圧および周波
数を任意に変えた交流を得ることができる。このマルチ
レベルインバータは、インバータ（交直変換器）やチョ
ッパ（直流変換器）のように一定電圧のパルス状電圧に
するのではなく、電位の異なる複数の直流を積み重ねる
というきめ細かく無駄のない積み重ねを行うので、ほと
んど損失を生じることがない。しかし、マルチレベルイ
ンバータは、電力損失はほとんど生じないものの、安定
した電圧の交流を確保するために、まず複数の交直変換
装置等を必要とし、しかも複雑な制御を行わなければな
らない。
用デバイスを用いることにより、複数の直流電源から電
圧の積み重ねを１周期の間に変化させて電圧および周波
数を任意に変えた交流を得ることができる。このマルチ
レベルインバータは、インバータ（交直変換器）やチョ
ッパ（直流変換器）のように一定電圧のパルス状電圧に
するのではなく、電位の異なる複数の直流を積み重ねる
というきめ細かく無駄のない積み重ねを行うので、ほと
んど損失を生じることがない。しかし、マルチレベルイ
ンバータは、電力損失はほとんど生じないものの、安定
した電圧の交流を確保するために、まず複数の交直変換
装置等を必要とし、しかも複雑な制御を行わなければな
らない。
【０００３】このようなマルチレベルインバータの直流
電源を簡易化するために、いくつかの提案がなされてき
た。例えば、文献１（北畑剛、松瀬貢現、森田一樹「電
圧型三相５レベルインバータのＰＷＭ制御の一手法」平
成９年電気学会全国大会Ｎｏ. ８９３）には、このよう
な複数の直流電源の使用をやめ、一つの直流電源を複数
のコンデンサにより分圧することにより複数の直流電圧
端子を得るための直流電源簡易化の技術が紹介されてい
る。しかしながら、この技術においても電位の相違する
直流電圧を積み重ねる際の複雑な制御は必要である。
電源を簡易化するために、いくつかの提案がなされてき
た。例えば、文献１（北畑剛、松瀬貢現、森田一樹「電
圧型三相５レベルインバータのＰＷＭ制御の一手法」平
成９年電気学会全国大会Ｎｏ. ８９３）には、このよう
な複数の直流電源の使用をやめ、一つの直流電源を複数
のコンデンサにより分圧することにより複数の直流電圧
端子を得るための直流電源簡易化の技術が紹介されてい
る。しかしながら、この技術においても電位の相違する
直流電圧を積み重ねる際の複雑な制御は必要である。
【０００４】上記のように、コンデンサによって一つの
直流電圧の分圧をする場合、各分圧点において電位変動
が生じる問題がある。この分圧コンデンサの電位変動は
コンデンサに出入りする電流によって引き起こされる。
文献２（松本晃、木村紀之、森實俊充、谷口勝則「二重
化マルチレベル変換器の直流電圧制御」平成９年電気学
会全国大会Ｎｏ. ８９６）には、コンデンサに出入りす
る電流の総和をゼロにするために、マルチレベルインバ
ータから電源とその制御部とを除いた部分であるインバ
ータ部を二つ並列に接続する構造が提案されている。す
なわち、一台目のインバータ部から入力または出力する
コンデンサ電流と対称の電流を二台目のインバータ部か
ら取り出すかまたは注入すれば、コンデンサ入出力電流
の総和をゼロにすることができる。以後の説明におい
て、インバータ部を二台並列に接続することを、インバ
ータ部の二重化という。
直流電圧の分圧をする場合、各分圧点において電位変動
が生じる問題がある。この分圧コンデンサの電位変動は
コンデンサに出入りする電流によって引き起こされる。
文献２（松本晃、木村紀之、森實俊充、谷口勝則「二重
化マルチレベル変換器の直流電圧制御」平成９年電気学
会全国大会Ｎｏ. ８９６）には、コンデンサに出入りす
る電流の総和をゼロにするために、マルチレベルインバ
ータから電源とその制御部とを除いた部分であるインバ
ータ部を二つ並列に接続する構造が提案されている。す
なわち、一台目のインバータ部から入力または出力する
コンデンサ電流と対称の電流を二台目のインバータ部か
ら取り出すかまたは注入すれば、コンデンサ入出力電流
の総和をゼロにすることができる。以後の説明におい
て、インバータ部を二台並列に接続することを、インバ
ータ部の二重化という。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような二重化イン
バータ部を有するマルチレベルインバータにおいても、
１周期の間に複数の直流電圧端子の積み重ねを変化させ
交流を構成させる点では従来のマルチレベルインバータ
と同じなので、正確な直流電圧を維持することを必要と
する。正確な直流電圧を維持するためには直流電圧電源
に対しても複雑な制御が必要となる。この複雑な制御の
具体的な内容は、直流チョッパやインバータによる電圧
変換制御であり、これらパワーエレクトロニクスデバイ
スを必ず必要とする。したがって、上記のマルチレベル
インバータは高価格とならざるをえない。
バータ部を有するマルチレベルインバータにおいても、
１周期の間に複数の直流電圧端子の積み重ねを変化させ
交流を構成させる点では従来のマルチレベルインバータ
と同じなので、正確な直流電圧を維持することを必要と
する。正確な直流電圧を維持するためには直流電圧電源
に対しても複雑な制御が必要となる。この複雑な制御の
具体的な内容は、直流チョッパやインバータによる電圧
変換制御であり、これらパワーエレクトロニクスデバイ
スを必ず必要とする。したがって、上記のマルチレベル
インバータは高価格とならざるをえない。
【０００６】また、上記の直流電圧端子においては、最
高および最低の電位の両端の端子と、中央値付近端子と
では電源の利用率、すなわち平均通電電流が異なり、中
央値付近端子の平均通電電流が高くなる。このような利
用率の分布が有る電源端子に同一の容量の電源を配した
のでは効率性が低下して、最終的に安定した直流電圧の
維持がはかれない。
高および最低の電位の両端の端子と、中央値付近端子と
では電源の利用率、すなわち平均通電電流が異なり、中
央値付近端子の平均通電電流が高くなる。このような利
用率の分布が有る電源端子に同一の容量の電源を配した
のでは効率性が低下して、最終的に安定した直流電圧の
維持がはかれない。
【０００７】そこで、本発明の第１の目的は、正確な直
流電圧を維持する活物質流通型２次電池を直流電源とし
て用いることにより、ＤＣチョッパやインバータ等によ
る直流電圧の制御、およびインバータ部の２重化等を不
必要とするマルチレベルインバータを提供することにあ
り、その他の目的は各直流電圧電源を構成する活物質流
通型２次電池の利用率に応じて当該電池の容量を配置し
て、正確な直流電圧維持をはかるマルチレベルインバー
タを提供することにある。
流電圧を維持する活物質流通型２次電池を直流電源とし
て用いることにより、ＤＣチョッパやインバータ等によ
る直流電圧の制御、およびインバータ部の２重化等を不
必要とするマルチレベルインバータを提供することにあ
り、その他の目的は各直流電圧電源を構成する活物質流
通型２次電池の利用率に応じて当該電池の容量を配置し
て、正確な直流電圧維持をはかるマルチレベルインバー
タを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のマルチレベルイ
ンバータにおいては、マルチレベル電圧の直流電源とし
て用いられる直列接続された複数の活物質流通型２次電
池と、直列接続された複数の活物質流通型２次電池の間
の端子電圧の開閉を一定時間ごとに切り換えて該電池間
端子の電位の積み重ねを制御して交流電力を構成するイ
ンバータ部と、活物質流通型２次電池に循環供給される
正極活物質および負極活物質をそれぞれ流通させる正極
活物質流通経路および負極活物質流通経路と、を備え、
活物質流通型２次電池には、共通する１組の正極活物質
流通経路および負極活物質流通経路からそれぞれ正極活
物質および負極活物質が循環供給される。
ンバータにおいては、マルチレベル電圧の直流電源とし
て用いられる直列接続された複数の活物質流通型２次電
池と、直列接続された複数の活物質流通型２次電池の間
の端子電圧の開閉を一定時間ごとに切り換えて該電池間
端子の電位の積み重ねを制御して交流電力を構成するイ
ンバータ部と、活物質流通型２次電池に循環供給される
正極活物質および負極活物質をそれぞれ流通させる正極
活物質流通経路および負極活物質流通経路と、を備え、
活物質流通型２次電池には、共通する１組の正極活物質
流通経路および負極活物質流通経路からそれぞれ正極活
物質および負極活物質が循環供給される。
【０００９】上記により、組成濃度が揃った活物質によ
り充放電が行われるので、本マルチレベルインバータは
高精度の一定電圧を維持することができる。この結果、
複数のインバータやチョッパを用いることなく、直流電
圧電源を構成することが可能となる。また、一定電圧の
維持のためにこれらインバータ等に対して複雑な制御を
行う必要がなく、簡素なマルチレベルインバータとする
ことができる。なお、上記の「活物質流通経路」には配
管のみならず、タンクやポンプ等も含まれる。また、１
組の活物質流通経路とは、正負を合わせて１組とするこ
とを意味する。
り充放電が行われるので、本マルチレベルインバータは
高精度の一定電圧を維持することができる。この結果、
複数のインバータやチョッパを用いることなく、直流電
圧電源を構成することが可能となる。また、一定電圧の
維持のためにこれらインバータ等に対して複雑な制御を
行う必要がなく、簡素なマルチレベルインバータとする
ことができる。なお、上記の「活物質流通経路」には配
管のみならず、タンクやポンプ等も含まれる。また、１
組の活物質流通経路とは、正負を合わせて１組とするこ
とを意味する。
【００１０】上記のマルチレベルインバータは、ある局
面では、活物質流通型２次電池が偶数個あり、その直列
接続の中央の電池間端子の電位より高電位側の活物質流
通型２次電池には第１組の活物質流通経路から活物質が
供給され、その中央の電池間端子の電位より低電位側の
活物質流通型２次電池には第２組の活物質流通経路から
活物質が供給されることが望ましい。
面では、活物質流通型２次電池が偶数個あり、その直列
接続の中央の電池間端子の電位より高電位側の活物質流
通型２次電池には第１組の活物質流通経路から活物質が
供給され、その中央の電池間端子の電位より低電位側の
活物質流通型２次電池には第２組の活物質流通経路から
活物質が供給されることが望ましい。
【００１１】交流を構成する場合、直流電源の中央電位
より高電位側と低電位側とは回路の構成上の理由により
良好な対称性が保たれる。したがって、中央電位より高
電位側の活物質流通型２次電池の活物質流通経路と、低
電位側の活物質流通型２次電池の活物質流通経路と、を
別のものとしても電位の変動は大きく生じることはな
い。この結果、活物質流通経路を独立した２組のものに
分割することにより、活物質流通型２次電池において激
しく生じる場合があるシャントカレントを分断して、シ
ャントカレントロスを小さくすることが可能となる。
より高電位側と低電位側とは回路の構成上の理由により
良好な対称性が保たれる。したがって、中央電位より高
電位側の活物質流通型２次電池の活物質流通経路と、低
電位側の活物質流通型２次電池の活物質流通経路と、を
別のものとしても電位の変動は大きく生じることはな
い。この結果、活物質流通経路を独立した２組のものに
分割することにより、活物質流通型２次電池において激
しく生じる場合があるシャントカレントを分断して、シ
ャントカレントロスを小さくすることが可能となる。
【００１２】上記のマルチレベルインバータは、直列接
続された活物質流通型２次電池の両端の電位の中央値電
位を示す電池間端子に近い、利用率の高い活物質流通型
２次電池ほど、その電極面積を増大させて活物質流通型
２次電池の容量の効率的な配置を行うことが望ましい。
続された活物質流通型２次電池の両端の電位の中央値電
位を示す電池間端子に近い、利用率の高い活物質流通型
２次電池ほど、その電極面積を増大させて活物質流通型
２次電池の容量の効率的な配置を行うことが望ましい。
【００１３】上記のように、活物質流通型２次電池の容
量の効率的な配置を行うことにより、直流電圧電源の高
精度の電圧の維持をはかることが可能となる。また、副
次的な効果として、上記の電池の電極の耐久性を高める
ことが可能となる。
量の効率的な配置を行うことにより、直流電圧電源の高
精度の電圧の維持をはかることが可能となる。また、副
次的な効果として、上記の電池の電極の耐久性を高める
ことが可能となる。
【００１４】また、ある場合には、上記のマルチレベル
インバータにおける電極面積の増大が、前記活物質流通
型２次電池に対して他の活物質流通型２次電池を並列接
続させることによって行われることが望ましい。
インバータにおける電極面積の増大が、前記活物質流通
型２次電池に対して他の活物質流通型２次電池を並列接
続させることによって行われることが望ましい。
【００１５】通常、上記の電池は規格品として量産され
るので、電極面積のみを増大させる改良を行うよりも、
その規格品を利用率の高い電池に並列接続して容量の効
率配置を実現するほうが、簡易にできるし、安価でもあ
る。
るので、電極面積のみを増大させる改良を行うよりも、
その規格品を利用率の高い電池に並列接続して容量の効
率配置を実現するほうが、簡易にできるし、安価でもあ
る。
【００１６】上記のマルチレベルインバータにおいて
は、直列接続された活物質流通型２次電池の両端の端子
に対してさらに別の電池を並列接続したものが望まし
い。
は、直列接続された活物質流通型２次電池の両端の端子
に対してさらに別の電池を並列接続したものが望まし
い。
【００１７】上記したように、活物質流通経路を絞るこ
とによる充放電時の電圧高精度一定化や中央部分の２次
電池の不均等な利用率の問題を解決したうえで、別の電
池にはシンプルに２端子で使用することを可能とする。
この結果、別の電池としては、中間タップを出しにくい
鉛蓄電池のような蓄電池であっても、出力端子から任意
の電圧の直流電圧を交流波形の変形として引き出すこと
が可能となり、１種の直流トランスとして使用すること
が可能となる。
とによる充放電時の電圧高精度一定化や中央部分の２次
電池の不均等な利用率の問題を解決したうえで、別の電
池にはシンプルに２端子で使用することを可能とする。
この結果、別の電池としては、中間タップを出しにくい
鉛蓄電池のような蓄電池であっても、出力端子から任意
の電圧の直流電圧を交流波形の変形として引き出すこと
が可能となり、１種の直流トランスとして使用すること
が可能となる。
【００１８】上記のマルチレベルインバータにおいて
は、直列接続された活物質流通型２次電池の両端の電位
の中央値の電位を示す電池間端子が接地されていること
が望ましい。
は、直列接続された活物質流通型２次電池の両端の電位
の中央値の電位を示す電池間端子が接地されていること
が望ましい。
【００１９】直流電圧電源の中央値の電位を接地するこ
とにより、不動の基準電位を中央値電位として設定で
き、それより高電位側および低電位側の電池間端子の電
位を精度よく維持することが容易となる。また、電位の
全体的なドリフトも防止することが可能となる。
とにより、不動の基準電位を中央値電位として設定で
き、それより高電位側および低電位側の電池間端子の電
位を精度よく維持することが容易となる。また、電位の
全体的なドリフトも防止することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図を用いて説明する。
図を用いて説明する。
【００２１】（実施の形態１）図１は実施の形態１にお
けるマルチレベルインバータを示す構成図である。図１
を参照して、上記マルチレベルインバータは、直列に接
続されてマルチレベル端子電圧を構成するレドックスフ
ロー型２次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と、上記のマル
チレベル端子の電位の積み重ねを制御して交流電力を構
成するインバータ部８とを備える。レドックスフロー型
２次電池に対しては、正極液タンク１１と正極液ポンプ
１３とを含む正極液路３、および負極液タンク１２と負
極液ポンプ１４とを含む負極液路４を通じて、それぞれ
正極液と負極液とが供給される。これら正極液路３およ
び負極液路４は閉じた経路であり、各電解液は循環供給
される。インバータ部８の交流電力出力端子１０には、
抵抗Ｒ、インダクタンスＬおよび容量Ｃによって構成さ
れる負荷７が接続されている。図１の構成は単相交流を
生成するためのものであるが、インバータ部をさらに２
つ、図１のインバータ部に並列に接続して位相がずれる
ように制御すれば、３相交流電力を得ることが可能であ
る。直列接続された４個のレドックスフロー型２次電池
の中央端子（Ｅ２とＥ３の間の端子）は接地されゼロ電
位とされている。各レドックスフロー型２次電池は５０
０Ｖ程度、４個トータルで２０００Ｖ程度の起電力を発
生する。本マルチレベルインバータは大電力の交流を生
成することを目的としている。以後の実施の形態２〜４
においても同様である。
けるマルチレベルインバータを示す構成図である。図１
を参照して、上記マルチレベルインバータは、直列に接
続されてマルチレベル端子電圧を構成するレドックスフ
ロー型２次電池Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４と、上記のマル
チレベル端子の電位の積み重ねを制御して交流電力を構
成するインバータ部８とを備える。レドックスフロー型
２次電池に対しては、正極液タンク１１と正極液ポンプ
１３とを含む正極液路３、および負極液タンク１２と負
極液ポンプ１４とを含む負極液路４を通じて、それぞれ
正極液と負極液とが供給される。これら正極液路３およ
び負極液路４は閉じた経路であり、各電解液は循環供給
される。インバータ部８の交流電力出力端子１０には、
抵抗Ｒ、インダクタンスＬおよび容量Ｃによって構成さ
れる負荷７が接続されている。図１の構成は単相交流を
生成するためのものであるが、インバータ部をさらに２
つ、図１のインバータ部に並列に接続して位相がずれる
ように制御すれば、３相交流電力を得ることが可能であ
る。直列接続された４個のレドックスフロー型２次電池
の中央端子（Ｅ２とＥ３の間の端子）は接地されゼロ電
位とされている。各レドックスフロー型２次電池は５０
０Ｖ程度、４個トータルで２０００Ｖ程度の起電力を発
生する。本マルチレベルインバータは大電力の交流を生
成することを目的としている。以後の実施の形態２〜４
においても同様である。
【００２２】インバータ部はスイッチＳ１〜Ｓ４、Ｓ１
１〜Ｓ１４の合計８個のスィッチング素子と、６個のダ
イオードＤ１〜Ｄ６とを備える。このインバータ部のス
ィッチング素子の開閉の制御は、制御部（図示せず）の
指示によってなされる。交流電力を出力端子１０におい
て得る場合の各スィッチング素子の時系列（時間ピッチ
１〜２５まで）の例を図２に示す。図２において、出力
波形は出力端子１０での電流波形である。また、図３
は、上記の各スィッチング素子の動作に応じて各レドッ
クスフロー型２次電池が通電状態になる時間ピッチ１〜
１２までの時系列を示す図である。ここで、注意すべき
点は中央部の接地されている端子をはさむレドックスフ
ロー型２次電池Ｅ２、Ｅ３の通電状態がその上下のレド
ックスフロー型２次電池のそれより長いことである。す
なわち、Ｅ２およびＥ３に対する利用率はＥ１およびＥ
４のそれに比較して高い。これは、図２に示すスィッチ
ング素子のオン状態の頻度からも分かることである。
１〜Ｓ１４の合計８個のスィッチング素子と、６個のダ
イオードＤ１〜Ｄ６とを備える。このインバータ部のス
ィッチング素子の開閉の制御は、制御部（図示せず）の
指示によってなされる。交流電力を出力端子１０におい
て得る場合の各スィッチング素子の時系列（時間ピッチ
１〜２５まで）の例を図２に示す。図２において、出力
波形は出力端子１０での電流波形である。また、図３
は、上記の各スィッチング素子の動作に応じて各レドッ
クスフロー型２次電池が通電状態になる時間ピッチ１〜
１２までの時系列を示す図である。ここで、注意すべき
点は中央部の接地されている端子をはさむレドックスフ
ロー型２次電池Ｅ２、Ｅ３の通電状態がその上下のレド
ックスフロー型２次電池のそれより長いことである。す
なわち、Ｅ２およびＥ３に対する利用率はＥ１およびＥ
４のそれに比較して高い。これは、図２に示すスィッチ
ング素子のオン状態の頻度からも分かることである。
【００２３】図１においては、直列接続された４個のレ
ドックスフロー型２次電池の各々に１個の正極液タンク
および１個の負極液タンクから、それぞれ正極液および
負極液が供給される。したがって、電解液の組成濃度が
ほぼ揃った状態で各電池で正極反応および負極反応が生
じる、この結果、各レドックスフロー型２次電池Ｅ１、
Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４で発生する電圧は同じレベルに揃い、
直列接続の結果、等間隔に積層配置されたマルチレベル
電圧を得ることができる。
ドックスフロー型２次電池の各々に１個の正極液タンク
および１個の負極液タンクから、それぞれ正極液および
負極液が供給される。したがって、電解液の組成濃度が
ほぼ揃った状態で各電池で正極反応および負極反応が生
じる、この結果、各レドックスフロー型２次電池Ｅ１、
Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４で発生する電圧は同じレベルに揃い、
直列接続の結果、等間隔に積層配置されたマルチレベル
電圧を得ることができる。
【００２４】このマルチレベル端子電圧を制御部によっ
て区切って積み重ねて構成した交流も電圧変動のない安
定した交流となる。すなわち、直流電源から損失をほと
んど伴わずに波形の揃った安定したピーク電圧数千ボル
トの大電力の交流を得ることが可能となる。
て区切って積み重ねて構成した交流も電圧変動のない安
定した交流となる。すなわち、直流電源から損失をほと
んど伴わずに波形の揃った安定したピーク電圧数千ボル
トの大電力の交流を得ることが可能となる。
【００２５】（実施の形態２）図４は実施の形態２にお
けるマルチレベルインバータを示す図である。図４を参
照して、同マルチレベルインバータにおいては、レドッ
クスフロー型２次電池Ｅ１およびＥ２と、Ｅ３およびＥ
４とは電解液の流通経路が別々に分離している。すなわ
ち、電池Ｅ 1およびＥ２においては、正極液が正極液タ
ンク１１および正極液ポンプ１３を含む正極液路３を経
て供給され、負極液が負極液タンク１２および負極液ポ
ンプ１４を含む負極液路４を経て供給される。一方、電
池Ｅ３およびＥ４においては、正極液が正極液タンク２
１および正極液ポンプ２３を含む正極液路２５を経て供
給され、負極液が負極液タンク２２および負極液ポンプ
２４を含む負極液路２６を経て供給される。図４におけ
る他の部分の構成は図１と同様である。
けるマルチレベルインバータを示す図である。図４を参
照して、同マルチレベルインバータにおいては、レドッ
クスフロー型２次電池Ｅ１およびＥ２と、Ｅ３およびＥ
４とは電解液の流通経路が別々に分離している。すなわ
ち、電池Ｅ 1およびＥ２においては、正極液が正極液タ
ンク１１および正極液ポンプ１３を含む正極液路３を経
て供給され、負極液が負極液タンク１２および負極液ポ
ンプ１４を含む負極液路４を経て供給される。一方、電
池Ｅ３およびＥ４においては、正極液が正極液タンク２
１および正極液ポンプ２３を含む正極液路２５を経て供
給され、負極液が負極液タンク２２および負極液ポンプ
２４を含む負極液路２６を経て供給される。図４におけ
る他の部分の構成は図１と同様である。
【００２６】実施の形態１と異なり、電解液の供給を２
つの独立した供給系に分けてもよい根拠は、回路構成上
の理由により交流波形を構成する正弦波はプラス側とマ
イナス側の上下の対称性が良いことが挙げられる。すな
わち、正弦波のプラス側の波形を構成する電池Ｅ１およ
びＥ２へ供給する電解液と、電池Ｅ３およびＥ４へ供給
する電解液とを別にしてもきれいな波形の正弦波を得る
ことが可能である。
つの独立した供給系に分けてもよい根拠は、回路構成上
の理由により交流波形を構成する正弦波はプラス側とマ
イナス側の上下の対称性が良いことが挙げられる。すな
わち、正弦波のプラス側の波形を構成する電池Ｅ１およ
びＥ２へ供給する電解液と、電池Ｅ３およびＥ４へ供給
する電解液とを別にしてもきれいな波形の正弦波を得る
ことが可能である。
【００２７】上記のように、レドックスフロー型２次電
池への電解液供給系を分割することにより、シャントカ
レントロスを減らすことができ、上記レドックスフロー
型２次電池の電池効率を高めることが可能となる。
池への電解液供給系を分割することにより、シャントカ
レントロスを減らすことができ、上記レドックスフロー
型２次電池の電池効率を高めることが可能となる。
【００２８】（実施の形態３）図５は実施の形態３にお
けるマルチレベルインバータの構成を示す図である。図
５において、２次電池Ｅ２０はＥ２に並列に、また、２
次電池Ｅ３０はＥ３に対して並列に接続されている。２
次電池Ｅ２とＥ２０とを合成した１個の電池に置き換え
てみると、この合成電池は電池Ｅ２とＥ２０との電極面
積を合わせたの電極面積を有する。
けるマルチレベルインバータの構成を示す図である。図
５において、２次電池Ｅ２０はＥ２に並列に、また、２
次電池Ｅ３０はＥ３に対して並列に接続されている。２
次電池Ｅ２とＥ２０とを合成した１個の電池に置き換え
てみると、この合成電池は電池Ｅ２とＥ２０との電極面
積を合わせたの電極面積を有する。
【００２９】図３および図２に認められたように、２次
電池Ｅ２およびＥ３の利用率は、直列接続の両端の２次
電池Ｅ１、Ｅ４の利用率よりも高い。２次電池の利用率
が高いということは、平均放電電流が高いことを意味す
る。すなわち、２次電池Ｅ１やＥ４は、単位時間に比較
して短い時間だけしか放電しないのに対して、２次電池
Ｅ２やＥ３は多くの時間放電を継続する。このため、２
次電池Ｅ２やＥ３の電極面積を大きくすること、および
２次電池Ｅ２０やＥ３０のようにＥ２およびＥ３に並列
に２次電池を接続すること、はいずれも２次電池を効率
良く配置することになる。この結果、上記の２次電池の
電圧を安定に維持することが可能となり、対称性の良い
交流波形を得ることができる。また、上記のように２次
電池を効率良く配置することにより、副次的な効果とし
て使用頻度の高い部分の２次電池の電極の耐久性を高め
ることが可能となる。
電池Ｅ２およびＥ３の利用率は、直列接続の両端の２次
電池Ｅ１、Ｅ４の利用率よりも高い。２次電池の利用率
が高いということは、平均放電電流が高いことを意味す
る。すなわち、２次電池Ｅ１やＥ４は、単位時間に比較
して短い時間だけしか放電しないのに対して、２次電池
Ｅ２やＥ３は多くの時間放電を継続する。このため、２
次電池Ｅ２やＥ３の電極面積を大きくすること、および
２次電池Ｅ２０やＥ３０のようにＥ２およびＥ３に並列
に２次電池を接続すること、はいずれも２次電池を効率
良く配置することになる。この結果、上記の２次電池の
電圧を安定に維持することが可能となり、対称性の良い
交流波形を得ることができる。また、上記のように２次
電池を効率良く配置することにより、副次的な効果とし
て使用頻度の高い部分の２次電池の電極の耐久性を高め
ることが可能となる。
【００３０】（実施の形態４）図６は、実施の形態４に
おけるマルチレベルインバータの構成を示す図である。
図６を参照して、同マルチレベルインバータは電池Ｅ０
を備える点で実施の形態１の構成と相違する。図６に示
すマルチレベルインバータの他の部分の構成は、図１の
それと同様である。
おけるマルチレベルインバータの構成を示す図である。
図６を参照して、同マルチレベルインバータは電池Ｅ０
を備える点で実施の形態１の構成と相違する。図６に示
すマルチレベルインバータの他の部分の構成は、図１の
それと同様である。
【００３１】図６の構成のマルチレベルインバータにお
いては、上記したように、レドックスフロー型２次電池
の電解液流通経路を絞ることによる充放電電圧の高精度
一定化や直列接続の中央部分の２次電池の不均等な利用
率の問題を解決したうえで、別の電池Ｅ０にはシンプル
に２端子で使用することを可能とする。この結果、中間
タップを出しにくい鉛蓄電池のような蓄電池であって
も、出力端子から任意の電圧の直流電圧を交流波形の変
形として引き出すことが可能となり、１種の直流トラン
スとして使用することが可能となる。
いては、上記したように、レドックスフロー型２次電池
の電解液流通経路を絞ることによる充放電電圧の高精度
一定化や直列接続の中央部分の２次電池の不均等な利用
率の問題を解決したうえで、別の電池Ｅ０にはシンプル
に２端子で使用することを可能とする。この結果、中間
タップを出しにくい鉛蓄電池のような蓄電池であって
も、出力端子から任意の電圧の直流電圧を交流波形の変
形として引き出すことが可能となり、１種の直流トラン
スとして使用することが可能となる。
【００３２】なお、図６に示すレドックスフロー型２次
電池には図５に示すような中間部に並列接続して電極面
積を増やしたものを用いてもよいことは言うまでもな
い。
電池には図５に示すような中間部に並列接続して電極面
積を増やしたものを用いてもよいことは言うまでもな
い。
【００３３】なお、上記の実施の形態１〜４において、
活物質流通型２次電池としてはレドックスフロー型２次
電池を用いたが、必ずしもレドックスフロー型２次電池
に限る必要はなく、他の活物質流通型２次電池、例えば
燃料電池を用いることができ、場合によっては燃料電池
のほうが望ましい。
活物質流通型２次電池としてはレドックスフロー型２次
電池を用いたが、必ずしもレドックスフロー型２次電池
に限る必要はなく、他の活物質流通型２次電池、例えば
燃料電池を用いることができ、場合によっては燃料電池
のほうが望ましい。
【００３４】上記において、本発明の実施の形態につい
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範
囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特
許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更を含むことが意図される。
て説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形
態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発
明の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範
囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特
許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべ
ての変更を含むことが意図される。
【００３５】
【発明の効果】本発明により、直流電圧電源に活物質流
通型２次電池を用い１つの活物質流通経路から活物質を
供給することにより電圧変動の小さい大電力の交流電力
をほとんど損失無く得ることができる。また、利用率の
高い直列接続の中央部の活物質流通型２次電池の電極面
積を増大させることにより、活物質流通型２次電池の効
率的な配置を実現し、電圧の安定した大電力の交流電力
を得ることができる。また、電極面積の増大による副次
的な効果として活物質流通型２次電池の電極の耐久性を
高めることが可能となる。
通型２次電池を用い１つの活物質流通経路から活物質を
供給することにより電圧変動の小さい大電力の交流電力
をほとんど損失無く得ることができる。また、利用率の
高い直列接続の中央部の活物質流通型２次電池の電極面
積を増大させることにより、活物質流通型２次電池の効
率的な配置を実現し、電圧の安定した大電力の交流電力
を得ることができる。また、電極面積の増大による副次
的な効果として活物質流通型２次電池の電極の耐久性を
高めることが可能となる。
【図１】実施の形態１におけるマルチレベルインバータ
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１におけるマルチレベルインバータ
のスィッチングの開閉の時系列を示す図である。
のスィッチングの開閉の時系列を示す図である。
【図３】レドックスフロー型２次電池の通電の時系列を
示す図である。
示す図である。
【図４】実施の形態２におけるマルチレベルインバータ
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図５】実施の形態３におけるマルチレベルインバータ
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
【図６】実施の形態４におけるマルチレベルインバータ
の構成を示す図である。
の構成を示す図である。
１ 正極 ２ 負極 ３、２５ 正極液路 ４、２６ 負極液路 ７ 負荷 ８ インバータ部 １１、２１ 正極液タンク １２、２２ 負極液タンク Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４ 活物質流通型２次電池（レド
ックスフロー型２次電池） Ｅ２０ Ｅ２に並列接続された２次電池 Ｅ３０ Ｅ３に並列接続された２次電池
ックスフロー型２次電池） Ｅ２０ Ｅ２に並列接続された２次電池 Ｅ３０ Ｅ３に並列接続された２次電池
Claims (6)
- 【請求項１】 マルチレベル電圧の直流電源として用い
られる直列接続された複数の活物質流通型２次電池と、 前記直列接続された複数の活物質流通型２次電池の間の
端子電圧の開閉を一定時間ごとに切り換えて該電池間端
子の電位の積み重ねを制御して交流電力を構成するイン
バータ部と、 前記活物質流通型２次電池に循環供給される正極活物質
および負極活物質をそれぞれ流通させる正極活物質流通
経路および負極活物質流通経路と、を備え、 前記活物質流通型２次電池には、共通する１組の正極活
物質流通経路および負極活物質流通経路からそれぞれ正
極活物質および負極活物質が循環供給される、マルチレ
ベルインバータ。 - 【請求項２】 前記活物質流通型２次電池が偶数個あ
り、その直列接続の中央の電池間端子の電位より高電位
側の活物質流通型２次電池には第１組の活物質流通経路
から活物質が供給され、その中央の電池間端子の電位よ
り低電位側の活物質流通型２次電池には第２組の活物質
流通経路から活物質が供給される、請求項１に記載のマ
ルチレベルインバータ。 - 【請求項３】 前記直列接続された活物質流通型２次電
池の両端の電位の中央値電位を示す電池間端子に近い、
利用率の高い活物質流通型２次電池ほど、その電極面積
を増大させて活物質流通型２次電池の容量の効率的な配
置を行った、請求項１または２に記載のマルチレベルイ
ンバータ。 - 【請求項４】 前記電極面積の増大が、前記活物質流通
型２次電池に対して他の活物質流通型２次電池を並列接
続させることによって行われる、請求項３に記載のマル
チレベルインバータ。 - 【請求項５】 前記直列接続された活物質流通型２次電
池の両端の端子に対してさらに別の電池を並列接続し
た、請求項１〜４のいずれかに記載のマルチレベルイン
バータ。 - 【請求項６】 前記直列接続された活物質流通型２次電
池の両端の電位の中央値の電位を示す電池間端子が接地
されている、請求項１〜５のいずれかに記載のマルチレ
ベルインバータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11149843A JP2000341964A (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | マルチレベルインバータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11149843A JP2000341964A (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | マルチレベルインバータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000341964A true JP2000341964A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=15483878
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11149843A Withdrawn JP2000341964A (ja) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | マルチレベルインバータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000341964A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003007464A2 (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-23 | Squirrel Holdings Ltd. | Trasformerless static voltage inverter for battery systems |
| WO2003043170A2 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Squirrel Holdings Ltd. | Redox flow battery system and method of operating it |
| US6867560B2 (en) | 2002-04-01 | 2005-03-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Drive of rotary electric machine |
| DE102011006762A1 (de) | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Robert Bosch Gmbh | Batteriedirektumrichter in Ringkonfiguration |
| US9099937B2 (en) | 2013-01-08 | 2015-08-04 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power converter capable of outputting a plurality of different levels of voltages |
| US9843272B2 (en) | 2013-04-04 | 2017-12-12 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power converter capable of outputting a plurality of different levels of voltages |
| JP2022504262A (ja) * | 2018-10-05 | 2022-01-13 | イーエスエス テック インコーポレーテッド | 電力供給システム及び方法 |
-
1999
- 1999-05-28 JP JP11149843A patent/JP2000341964A/ja not_active Withdrawn
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003007464A2 (en) * | 2001-07-11 | 2003-01-23 | Squirrel Holdings Ltd. | Trasformerless static voltage inverter for battery systems |
| US7046531B2 (en) | 2001-07-11 | 2006-05-16 | Squirrel Holdings Ltd. | Transformerless static voltage inverter for battery systems |
| WO2003007464A3 (en) * | 2001-07-11 | 2003-09-25 | Squirrel Holdings Ltd | Trasformerless static voltage inverter for battery systems |
| WO2003043170A3 (en) * | 2001-11-16 | 2003-10-09 | Squirrel Holdings Ltd | Redox flow battery system and method of operating it |
| JP2005510194A (ja) * | 2001-11-16 | 2005-04-14 | スクワレル・ホールディングス・リミテッド | 電圧及び周波数が変更可能な電源からのエネルギーの蓄積及び／または変換装置 |
| WO2003043170A2 (en) * | 2001-11-16 | 2003-05-22 | Squirrel Holdings Ltd. | Redox flow battery system and method of operating it |
| US6867560B2 (en) | 2002-04-01 | 2005-03-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Drive of rotary electric machine |
| DE102011006762A1 (de) | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Robert Bosch Gmbh | Batteriedirektumrichter in Ringkonfiguration |
| WO2012136395A1 (de) | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Robert Bosch Gmbh | Batteriedirektumrichter in ringkonfiguration |
| US9099937B2 (en) | 2013-01-08 | 2015-08-04 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power converter capable of outputting a plurality of different levels of voltages |
| US9843272B2 (en) | 2013-04-04 | 2017-12-12 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power converter capable of outputting a plurality of different levels of voltages |
| JP2022504262A (ja) * | 2018-10-05 | 2022-01-13 | イーエスエス テック インコーポレーテッド | 電力供給システム及び方法 |
| JP7426384B2 (ja) | 2018-10-05 | 2024-02-01 | イーエスエス テック インコーポレーテッド | 鉄レドックスフロー電池、電力システム及び方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060801 |