(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された同一定格出力の複数の直流電源ユニットと、
出力すべき電流値または電力値である要求値を示す出力要求信号に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第１の直流電源ユニット以外の第２の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させる制御回路と、
を有し、
前記第１の直流電源ユニットは、前記複数の直流電源ユニットのうちの１つであり、
前記制御回路は、
前記要求値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下であると、前記第２の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記要求値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御し、
前記要求値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値より大きいと、前記一の直流電源ユニットを定格運転させるとともに、前記要求値から前記一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値を減算した値を新たな要求値とすることを繰返し、前記新たな要求値が前記第２の直流電源ユニットのうち残余の一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下になると、前記第２の直流電源ユニットのうち残余の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記要求値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御する
ことを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記複数の直流電源ユニットは、
直流をパルス幅変調するインバータ回路と、
前記インバータ回路の出力を整流および平滑化して出力する整流平滑回路と、
をそれぞれ含み、
前記制御回路は、
前記第１の直流電源ユニットに対しては、前記整流平滑回路の出力電流値が、前記第２の直流電源ユニットのうち定格運転させる個数分の出力電流値又は出力電力値を前記要求値から減じた残余出力値に応じた電流値と一致するように前記インバータ回路を制御し、
前記第２の直流電源ユニットに対しては、前記インバータ回路が定格運転または停止するように制御することを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
前記第１の直流電源ユニットは、前記制御回路をさらに含み、
前記制御回路は、前記第１の直流電源ユニットの前記インバータ回路を制御するとともに、前記第２の直流電源ユニットごとに前記インバータ回路を定格運転または停止させるための制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の直流電源装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記複数の直流電源ユニットから１つを前記第１の直流電源ユニットとして選択することを特徴とする請求項２に記載の直流電源装置。
【請求項５】
定格出力の和が装置全体の定格出力以上となる個数の前記第２の直流電源ユニットを有することを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の直流電源装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５の何れかに記載の直流電源装置を備え、
前記複数の直流電源ユニットは、それぞれ商用交流電源から供給される電力を直流に変換し、前記出力要求信号に応じて直流電流を電気自動車のバッテリに供給することを特徴とする電気自動車用充電装置。
【請求項７】
同一定格出力の複数の直流電源ユニットを並列に接続し、
出力すべき電流値または電力値に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第１の直流電源ユニット以外の第２の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させ、
前記第１の直流電源ユニットは、前記複数の直流電源ユニットのうちの１つであり、
前記出力すべき電流値または電力値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下であると、前記第２の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記出力すべき電流値または電力値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御し、
前記出力すべき電流値または電力値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値より大きいと、前記一の直流電源ユニットを定格運転させるとともに、前記出力すべき電流値または電力値から前記一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値を減算した値を新たな出力すべき電流値または電力値とすることを繰返し、前記新たな出力すべき電流値または電力値が前記第２の直流電源ユニットのうち残余の一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下になると、前記第２の直流電源ユニットのうち残余の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記出力すべき電流値または電力値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御する
ことを特徴とする直流電源ユニットの並列運転方法。
【請求項８】
それぞれ商用交流電源から供給される電力を直流に変換する同一定格出力の複数の直流電源ユニットを並列に接続し、
電気自動車のバッテリに供給すべき電流値または電力値に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第１の直流電源ユニット以外の第２の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させ、
前記第１の直流電源ユニットは、前記複数の直流電源ユニットのうちの１つであり、
前記バッテリに供給すべき電流値または電力値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下であると、前記第２の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記バッテリに供給すべき電流値または電力値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御し、
前記バッテリに供給すべき電流値または電力値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値より大きいと、前記一の直流電源ユニットを定格運転させるとともに、前記バッテリに供給すべき電流値または電力値から前記一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値を減算した値をバッテリに供給すべき新たな電流値または電力値とすることを繰返し、前記バッテリに供給すべき新たな電流値または電力値が前記第２の直流電源ユニットのうち残余の一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下になると、前記第２の直流電源ユニットのうち残余の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記バッテリに供給すべき電流値または電力値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御する
ることを特徴とする電気自動車の充電電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源装置、電気自動車用充電装置、直流電源ユニットの並列運転方法、および電気自動車の充電電流制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車のうち、モータ（電動機）のみを駆動源とし、バッテリ（二次電池）に充電した電気でモータを回転させて走行する二次電池式電気自動車では、バッテリの残存容量が低下した場合に外部からバッテリを充電する必要がある。また、モータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド自動車は、通常エンジンを駆動してバッテリを充電するが、外部からバッテリを充電することができるプラグインハイブリッド自動車も知られている。例えば、特許文献１の図３では、商用電源１の交流電圧を整流し、インバータ回路（ＤＣ−ＡＣコンバータ回路）３によって高周波電力に変換したうえで、整流および平滑化して直流電流をバッテリ９に供給する電気自動車の充電装置が開示されている。
【０００３】
ところで、電気自動車用の大容量のバッテリを急速充電するためには、大電力の供給が可能な電源装置が必要となる。また、電源装置のコストを低減するため、単体で大電力を供給することができる大容量の電源装置の代わりに、小容量の電源ユニットを並列運転して大電力を供給する方法が知られている。例えば、特許文献２では、電力変換装置の主機１と従機２とを並列に接続し、従機２の出力電流を主機１の出力電流と一致するように制御することによって、各機の負担を常に均一な状態で運転することができる交流電源システムが開示されている。
【０００４】
このようにして、複数の電源ユニットを並列に接続し、各出力電流が一致するように並列運転することによって、低コストで大電力を供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２３３７０９号公報
【特許文献２】特開２００４−２３６３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の交流電源システムのように複数の電源ユニットの出力を均一にする並列運転方式は、電源ユニットとして、特許文献１の電気自動車用充電装置のように商用交流電源の電力を直流に変換する直流電源ユニットを用いることもできる。したがって、小容量の直流電源ユニットを並列運転することによって大電力を供給し、電気自動車のバッテリを急速充電することができる。
【０００７】
しかしながら、このような電気自動車用（急速）充電装置では、バッテリが要求する充電電流が小さい場合、各直流電源ユニットの出力は定格出力より小さくなる。そのため、交流から直流への交直変換の効率が低下し、また、出力が小さいため、流出電流に含まれる高調波成分が相対的に大きくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した課題を解決する主たる本発明は、並列に接続された同一定格出力の複数の直流電源ユニットと、出力すべき電流値または電力値である要求値を示す出力要求信号に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第１の直流電源ユニット以外の第２の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させる制御回路と、を有し、前記第１の直流電源ユニットは、前記複数の直流電源ユニットのうちの１つであり、前記制御回路は、前記要求値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下であると、前記第２の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記要求値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御し、前記要求値が前記第２の直流電源ユニットのうち一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値より大きいと、前記一の直流電源ユニットを定格運転させるとともに、前記要求値から前記一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値を減算した値を新たな要求値とすることを繰返し、前記新たな要求値が前記第２の直流電源ユニットのうち残余の一の直流電源ユニットの出力電流値または出力電力値以下になると、前記第２の直流電源ユニットのうち残余の直流電源ユニットを停止させるとともに、前記要求値に応じて前記第１の直流電源ユニットの出力電流値を制御することを特徴とする直流電源装置である。
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数の直流電源ユニットを並列運転する直流電源装置の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態における第１の直流電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における第２の直流電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】制御回路１０５の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の第２および第３実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２および第３実施形態における直流電源ユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態における制御回路３０の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態における制御回路３０の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１２】
＜第１実施形態＞
以下の第１および第２実施形態の説明において、第１の直流電源ユニットに相当する直流電源ユニットは、識別番号＃０を付けて表し、第２の直流電源ユニットに相当する直流電源ユニットは、識別番号＃１ないし＃６を付けて表すこととする。また、（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６は、識別番号が小さい順に優先的に使用されるものとする。
【００１３】
＝＝＝電気自動車用充電装置全体の構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成について説明する。
【００１４】
図１に示されている電気自動車用充電装置は、電気自動車９のバッテリ９１を充電するための装置であり、例えば２００Ｖの商用交流電源５から電力が供給される直流電源装置１を備えている。また、直流電源装置１は、直流電源ユニット１０ないし１６、およびダイオード２０ないし２６を含んで構成されている。
【００１５】
直流電源ユニット１０ないし１６には、商用交流電源５から並列に電力が供給されている。また、直流電源ユニット１０ないし１６には、それぞれダイオード２０ないし２６のアノードが接続されている。そして、ダイオード２０ないし２６のカソードは、直流電源装置１の出力ノードに共通に接続されている。なお、本実施形態では、直流電源ユニット１０が、常に（第１の）直流電源ユニット＃０に相当し、直流電源ユニット１１ないし１６が、常に（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６に相当する。
【００１６】
直流電源ユニット＃０には、電気自動車９の充電制御回路９２から出力される出力要求信号Ｉｒｑが入力されている。また、直流電源ユニット＃０から出力される制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６は、それぞれ直流電源ユニット＃１ないし＃６に入力されている。そして、直流電源ユニット＃０ないし＃６からそれぞれ出力される電流Ｉ＃０ないしＩ＃６の総和は、直流電流Ｉｄｃとして直流電源装置１から出力され、バッテリ９１に供給されている。
【００１７】
なお、直流電源ユニット＃０ないし＃６の定格出力は、いずれも同一となっている。ここで、一例として、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔを５ｋＷ（＝２００Ｖ×２５Ａ）とし、直流電源装置１全体の定格出力Ｐｔｏｔａｌを３０ｋＷ（＝２００Ｖ×１５０Ａ）とする。この場合、直流電源ユニット＃０ないし＃６のうち、最大６個の直流電源ユニット＃０ないし＃５が使用され、直流電源ユニット＃６は、通常使用されない予備ユニットとなる。
【００１８】
＝＝＝直流電源ユニットの構成＝＝＝
以下、図２および図３を参照して、本実施形態における各直流電源ユニットの構成について説明する。
【００１９】
図２に示されている（第１の）直流電源ユニット＃０は、整流回路１０１、インバータ回路１０２、高周波トランス１０３、整流平滑回路１０４、制御回路１０５、および電流センサ１０６を含んで構成されている。
【００２０】
インバータ回路１０２には、商用交流電源５から整流回路１０１を介して、電力が供給されている。また、高周波トランス１０３の一次巻線には、インバータ回路１０２が接続され、二次巻線には、整流平滑回路１０４が接続されている。そして、整流平滑回路１０４から出力される電流Ｉ＃０は、直流電源ユニット＃０から出力されるとともに、電流センサ１０６によって検出されて、制御回路１０５に入力されている。
【００２１】
制御回路１０５には、出力要求信号Ｉｒｑも入力され、制御回路１０５からは、インバータ制御信号Ｃ＃０、および制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６が出力されている。そして、インバータ制御信号Ｃ＃０は、インバータ回路１０２に入力されている。
【００２２】
図３に示されている（第２の）直流電源ユニット＃１は、整流回路１１１、インバータ回路１１２、高周波トランス１１３、整流平滑回路１１４、およびインバータ制御回路１１５を含んで構成されている。なお、インバータ制御回路１１５を除いて、直流電源ユニット＃０と構成の共通化を図るため、直流電源ユニット＃１は、通常使用されない電流センサ１１６を含んでいてもよい。
【００２３】
インバータ回路１１２には、商用交流電源５から整流回路１１１を介して、電力が供給されている。また、インバータ制御回路１１５には、制御信号Ｓ＃１が入力され、インバータ制御回路１１５から出力されるインバータ制御信号Ｃ＃１は、インバータ回路１１２に入力されている。さらに、高周波トランス１１３の一次巻線には、インバータ回路１１２が接続され、二次巻線には、整流平滑回路１１４が接続されている。そして、整流平滑回路１１４から出力される電流Ｉ＃１は、直流電源ユニット＃１から出力されている。
【００２４】
なお、直流電源ユニット＃２ないし＃６についても、直流電源ユニット＃１と同様の構成となっているものとする。
【００２５】
＝＝＝電気自動車用充電装置の動作＝＝＝
以下、図４を適宜参照して、本実施形態における電気自動車用充電装置の動作について説明する。
【００２６】
直流電源ユニット＃０ないし＃６は、いずれも電流源として動作し、それぞれ商用交流電源５から供給される電力を直流に変換して、電流Ｉ＃０ないしＩ＃６を出力する。より具体的には、各直流電源ユニットの整流回路（１０１、１１１など）は、商用交流電源５から供給される電力を全波整流し、インバータ回路（１０２、１１２など）は、インバータ制御信号（Ｃ＃０、Ｃ＃１など）に応じて、さらにパルス幅変調して高周波電力に変換する。そして、整流平滑回路（１０４、１１４など）は、高周波トランス（１０３、１１３など）を介して供給される高周波電力を整流および平滑化して直流に変換し、電流Ｉ＃０ないしＩ＃６として出力する。  
このようにして、各直流電源ユニットの出力電流は、インバータ制御信号に応じて制御される。
【００２７】
直流電源ユニット＃０では、バッテリ９１に供給すべき電流値（要求値）を示す出力要求信号Ｉｒｑ、および電流センサ１０６によって検出される電流Ｉ＃０に応じて、制御回路１０５がインバータ制御信号Ｃ＃０を出力する。そして、インバータ回路１０２は、インバータ制御信号Ｃ＃０に応じて、停止（出力０％）ないし定格運転（出力１００％）の範囲で制御される。
【００２８】
また、制御回路１０５は、出力要求信号Ｉｒｑ、および各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔに応じて、制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６を出力する。直流電源ユニット＃１ないし＃６では、それぞれ制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６に応じて、インバータ制御回路（１１５など）がインバータ制御信号を出力する。そして、インバータ回路は、インバータ制御信号に応じて、定格運転または停止するように制御される。一例として、制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６は、いずれも２値信号であり、直流電源ユニット＃ｎのインバータ回路は、制御信号Ｓ＃ｎ＝１の場合に定格運転し、制御信号Ｓ＃ｎ＝０の場合に停止するものとする。
【００２９】
図４は、制御回路１０５のより具体的な動作を示している。  
制御回路１０５は、処理の開始時（Ｓ１１）において、制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６をいずれも０に設定する。また、ループ変数ｎを１に設定する。なお、実際に出力される制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６は、当該設定によっては変化せず、後述するように、処理の終了時（Ｓ１８）に変化する。
【００３０】
次に、本実施形態では、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値は、電流値として表され、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔ（＝５ｋＷ）は、電力値として表されているため、これらの単位を一致させる変換処理を行う（Ｓ１２）。具体的には、定格出力電圧値Ｖｏｕｔ（＝２００Ｖ）を用いて、電力要求値Ｐｒｑ（＝Ｖｏｕｔ×Ｉｒｑ）を算出する。なお、電力要求値Ｐｒｑが、直流電源装置１全体の定格出力Ｐｔｏｔａｌ（＝３０ｋＷ）より大きい場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、Ｐｒｑ＝Ｐｔｏｔａｌとする（Ｓ１４）。
【００３１】
次に、制御回路１０５は、電力要求値Ｐｒｑを各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔと比較する（Ｓ１５）。  
Ｓ１５において、電力要求値Ｐｒｑが、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔより大きい場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、直流電源ユニット＃ｎが定格運転するよう、制御信号Ｓ＃ｎを１に設定する。また、電力要求値Ｐｒｑから各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔを減算する。そして、ループ変数ｎに１を加算したうえで、再びＳ１５の処理を行う（Ｓ１６）。  
一方、Ｓ１５において、電力要求値Ｐｒｑが、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔ以下である場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、電流Ｉ＃０＝Ｐｒｑ／Ｖｏｕｔとなるようにインバータ制御信号Ｃ＃０を設定する（Ｓ１７）。
【００３２】
なお、Ｓ１７の処理時においては、直流電源ユニット＃１ないし＃６のうち、（ｎ−１）個が定格運転するように設定され、電力要求値Ｐｒｑは、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔが（ｎ−１）個分減算された値（残余出力値）となっている。また、当該（ｎ−１）個は、定格運転する直流電源ユニットの出力電流値の和（和出力値）が、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値未満の最大値となる個数である。
【００３３】
制御回路１０５は、処理の終了時（Ｓ１８）において、設定されたインバータ制御信号Ｃ＃０、および制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６を実際に出力する。そして、直流電源ユニット＃０は、電流センサ１０６によって検出される電流Ｉ＃０が残余出力値に応じた電流値と一致するように、インバータ回路１０２が制御される。一方、直流電源ユニット＃１ないし＃６のうち、和出力値が要求値未満の最大値となる個数だけインバータ回路が定格運転するように制御され、それ以外は、インバータ回路が停止するように制御される。
【００３４】
一例として、Ｉｒｑ＝６０Ａの場合には、各制御信号は、Ｓ＃１＝Ｓ＃２＝１、Ｓ＃３＝Ｓ＃４＝Ｓ＃５＝Ｓ＃６＝０となる。また、各直流電源ユニットは、Ｉ＃０＝１０Ａ、Ｉ＃１＝Ｉ＃２＝２５Ａ（定格運転）、Ｉ＃３＝Ｉ＃４＝Ｉ＃５＝Ｉ＃６＝０Ａ（停止）となるように制御される。
【００３５】
以上の処理を十分に短い周期で繰り返すことによって、本実施形態の電気自動車用充電装置は、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値に追従する直流電流Ｉｄｃをバッテリ９１に供給することができる。また、直流電源装置１においては、直流電源ユニット＃０以外の直流電源ユニット＃１ないし＃６が、いずれも定格運転または停止しているため、各直流電源ユニットの出力を均一に制御する場合より交直変換の効率が向上し、高調波成分の割合が小さくなる。
【００３６】
なお、直流電源ユニット＃０ないし＃６は、直流電源装置１全体に比べて小容量であるため、高出力の電力用電子部品を削減し、汎用の電子部品をより多く用いて、直流電源装置１のコストの低減を図っている。また、直流電源ユニット＃１ないし＃６は、同様の構成となっているため、量産することによるコストの低減も図っている。
【００３７】
さらに、本実施形態では、直流電源ユニット１１ないし１６は、（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６のいずれにも割り当てることが可能であるため、予備ユニットである直流電源ユニット＃６に割り当てるユニットを変更することができる。例えば、直流電源ユニット１３の故障時には、直流電源ユニット１３および１６を、それぞれ直流電源ユニット＃６および＃３に割り当てることによって、直流電源装置１の運転を継続しつつ、直流電源ユニット１３の修理を行うことができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
＝＝＝電気自動車用充電装置全体の構成＝＝＝
以下、図５を参照して、本発明の第２の実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成について説明する。
【００３９】
図５に示されている電気自動車用充電装置は、第１実施形態の電気自動車用充電装置に対して、直流電源装置１の代わりに直流電源装置３を備えている。また、直流電源装置３は、制御回路３０、直流電源ユニット４０ないし４６、およびダイオード２０ないし２６を含んで構成されている。
【００４０】
直流電源ユニット４０ないし４６には、商用交流電源５から並列に電力が供給されている。また、直流電源ユニット４０ないし４６には、それぞれダイオード２０ないし２６のアノードが接続されている。そして、ダイオード２０ないし２６のカソードは、直流電源装置３の出力ノードに共通に接続されている。なお、図５においては、直流電源ユニット４０が、（第１の）直流電源ユニット＃０に相当し、直流電源ユニット４１ないし４６が、（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６に相当する。しかしながら、後述するように、本実施形態では、当該割り当てを変更することができる。
【００４１】
制御回路３０には、電気自動車９の充電制御回路９２から出力される出力要求信号Ｉｒｑが入力されている。また、直流電源ユニット＃０から出力される制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６は、それぞれ直流電源ユニット＃０ないし＃６に入力されている。そして、直流電源ユニット＃０ないし＃６からそれぞれ出力される電流Ｉ＃０ないしＩ＃６の総和は、直流電流Ｉｄｃとして直流電源装置３から出力され、バッテリ９１に供給されている。
【００４２】
なお、第１実施形態と同様に、直流電源ユニット＃０ないし＃６の定格出力は、いずれも同一となっており、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔおよび直流電源装置３全体の定格出力Ｐｔｏｔａｌとして、第１実施形態と同様の一例を用いることとする。
【００４３】
＝＝＝直流電源ユニットの構成＝＝＝
以下、図６を参照して、本実施形態における各直流電源ユニットの構成について説明する。
【００４４】
図６に示されている直流電源ユニット＃０は、整流回路４０１、インバータ回路４０２、高周波トランス４０３、整流平滑回路４０４、インバータ制御回路４０５、および電流センサ４０６を含んで構成されている。インバータ回路４０２には、商用交流電源５から整流回路４０１を介して、電力が供給されている。また、高周波トランス４０３の一次巻線には、インバータ回路４０２が接続され、二次巻線には、整流平滑回路４０４が接続されている。そして、整流平滑回路４０４から出力される電流Ｉ＃０は、直流電源ユニット＃０から出力されるとともに、電流センサ４０６によって検出されて、インバータ制御回路４０５に入力されている。
【００４５】
インバータ制御回路４０５には、制御信号Ｒ＃０も入力され、インバータ制御回路４０５からは、インバータ制御信号Ｃ＃０が出力されている。そして、インバータ制御信号Ｃ＃０は、インバータ回路４０２に入力されている。  
なお、直流電源ユニット＃１ないし＃６についても、直流電源ユニット＃０と同様の構成となっているものとする。
【００４６】
＝＝＝電気自動車用充電装置の動作＝＝＝
以下、図７を適宜参照して、本実施形態における電気自動車用充電装置の動作について説明する。
【００４７】
直流電源ユニット＃０ないし＃６は、いずれも電流源として動作し、それぞれ商用交流電源５から供給される電力を直流に変換して、電流Ｉ＃０ないしＩ＃６を出力する。
【００４８】
より具体的には、各直流電源ユニットの整流回路（４０１など）は、商用交流電源５から供給される電力を全波整流し、インバータ回路（４０２など）は、インバータ制御信号（Ｃ＃０など）に応じて、さらにパルス幅変調して高周波電力に変換する。そして、整流平滑回路（４０４など）は、高周波トランス（４０３など）を介して供給される高周波電力を整流および平滑化して直流に変換し、電流Ｉ＃０ないしＩ＃６として出力する。
【００４９】
このようにして、各直流電源ユニットの出力電流は、インバータ制御信号に応じて制御される。
【００５０】
制御回路３０は、バッテリ９１に供給すべき電流値（要求値）を示す出力要求信号Ｉｒｑ、および各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔに応じて、制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６を出力する。なお、本実施形態では、直流電源ユニット＃０ないし＃６は、いずれも同様の構成となっており、インバータ制御回路（４０５など）がインバータ制御信号を出力する。
【００５１】
直流電源ユニット＃０では、インバータ制御回路４０２は、制御信号Ｒ＃０、および電流センサ４０６によって検出される電流Ｉ＃０に応じて、インバータ制御信号Ｃ＃０を出力する。そして、インバータ回路４０２は、インバータ制御信号Ｃ＃０に応じて、停止（出力０％）ないし定格運転（出力１００％）の範囲で制御される。
【００５２】
一方、直流電源ユニット＃１ないし＃６では、インバータ制御回路４０２は、それぞれ制御信号Ｒ＃１ないしＲ＃６に応じて、インバータ制御信号を出力する。そして、インバータ回路は、インバータ制御信号に応じて、定格運転または停止するように制御される。
【００５３】
一例として、制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６は、いずれも８ビットのデジタル信号であり、直流電源ユニット＃０ないし＃６がそれぞれ出力すべき電流Ｉ＃０ないしＩ＃６を１００ｍＡ単位で示すものとする。したがって、直流電源ユニット＃０のインバータ回路４０２は、電流センサ４０６によって検出される電流Ｉ＃０が、制御信号Ｒ＃０（０≦Ｒ＃０≦２５０）が示す電流値と一致するように制御される。一方、制御信号Ｒ＃１ないしＲ＃６は、０または２５０以上の値（例えば２５５）のみを取り、直流電源ユニット＃ｎのインバータ回路は、制御信号Ｒ＃ｎ＝０の場合に停止し、制御信号Ｒ＃ｎ＝２５５の場合に定格運転する。
【００５４】
図７は、制御回路３０のより具体的な動作を示している。  
制御回路３０は、処理の開始時（Ｓ３１）において、制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６をいずれも０に設定する。また、ループ変数ｎを１に設定する。なお、実際に出力される制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６は、当該設定によっては変化せず、後述するように、処理の終了時（Ｓ３８）に変化する。
【００５５】
次に、第１実施形態と同様に、定格出力電圧値Ｖｏｕｔ（＝２００Ｖ）を用いて、電力要求値Ｐｒｑ（＝Ｖｏｕｔ×Ｉｒｑ）を算出する（Ｓ３２）。なお、電力要求値Ｐｒｑが、直流電源装置３全体の定格出力Ｐｔｏｔａｌ（＝３０ｋＷ）より大きい場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）には、Ｐｒｑ＝Ｐｔｏｔａｌとする（Ｓ３４）。  
次に、制御回路３０は、電力要求値Ｐｒｑを各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔ（＝５ｋＷ）と比較する（Ｓ３５）。
【００５６】
Ｓ３５において、電力要求値Ｐｒｑが、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔより大きい場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）には、直流電源ユニット＃ｎが定格運転するよう、制御信号Ｒ＃ｎを２５５に設定する。また、電力要求値Ｐｒｑから各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔを減算する。そして、ループ変数ｎに１を加算したうえで、再びＳ３５の処理を行う（Ｓ３６）。  
一方、Ｓ３５において、電力要求値Ｐｒｑが、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔ以下である場合（Ｓ３５：ＮＯ）には、制御信号Ｒ＃０＝（Ｐｒｑ／Ｖｏｕｔ）×１０と設定する（Ｓ３７）。
【００５７】
なお、Ｓ３７の処理時においては、直流電源ユニット＃１ないし＃６のうち、（ｎ−１）個が定格運転するように設定され、電力要求値Ｐｒｑは、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔが（ｎ−１）個分減算された値（残余出力値）となっている。したがって、制御信号Ｒ＃０は、残余出力値に応じた電流値を１００ｍＡ単位で示している。また、当該（ｎ−１）個は、定格運転する直流電源ユニットの出力電流値の和（和出力値）が、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値未満の最大値となる個数である。
【００５８】
制御回路３０は、処理の終了時（Ｓ３８）において、設定された制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６を実際に出力する。そして、直流電源ユニット＃０は、電流センサ４０６によって検出される電流Ｉ＃０が、制御信号Ｒ＃０が示す電流値と一致するように、インバータ回路１０２が制御される。一方、直流電源ユニット＃１ないし＃６のうち、和出力値が要求値未満の最大値となる個数だけインバータ回路が定格運転するように制御され、それ以外は、インバータ回路が停止するように制御される。
【００５９】
一例として、Ｉｒｑ＝６０Ａの場合には、各制御信号は、Ｒ＃０＝１００、Ｒ＃１＝Ｓ＃２＝２５５、Ｓ＃３＝Ｓ＃４＝Ｓ＃５＝Ｓ＃６＝０となる。また、各直流電源ユニットは、Ｉ＃０＝１０Ａ、Ｉ＃１＝Ｉ＃２＝２５Ａ（定格運転）、Ｉ＃３＝Ｉ＃４＝Ｉ＃５＝Ｉ＃６＝０Ａ（停止）となるように制御される。
【００６０】
以上の処理を十分に短い周期で繰り返すことによって、本実施形態の電気自動車用充電装置は、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値に追従する直流電流Ｉｄｃをバッテリ９１に供給することができる。また、直流電源装置３においては、直流電源ユニット＃０以外の直流電源ユニット＃１ないし＃６が、いずれも定格運転または停止しているため、各直流電源ユニットの出力を均一に制御する場合より交直変換の効率が向上し、高調波成分の割合が小さくなる。
【００６１】
なお、直流電源ユニット＃０ないし＃６は、直流電源装置３全体に比べて小容量であるため、高出力の電力用電子部品を削減し、汎用の電子部品をより多く用いて、直流電源装置３のコストの低減を図っている。また、直流電源ユニット＃０ないし＃６は、いずれも同様の構成となっているため、量産することによるコストの低減も図っている。
【００６２】
さらに、本実施形態では、直流電源ユニット４０ないし４６は、（第１の）直流電源ユニット＃０、および（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６のいずれにも割り当てることが可能であるため、当該割り当てを変更することができる。例えば、直流電源ユニット＃０は、直流電流Ｉｄｃの出力時には常に動作しているため、制御回路３０が直流電源ユニット＃０に割り当てるユニットを選択し、当該選択を適宜変更することによって、各直流電源ユニットの使用頻度を平均化することができる。また、例えば、何れかの直流電源ユニットの故障時などに、予備ユニットである直流電源ユニット＃６に割り当てるユニットを適宜変更することもできる。
【００６３】
＜第３実施形態＞
前述したように、第１実施形態では、直流電源ユニット１０が、常に（第１の）直流電源ユニット＃０に相当し、当該割り当てを変更することができない。そのため、直流電源ユニット１０の故障時には、直流電源ユニット１０を、予備ユニットである直流電源ユニット＃６に割り当てることができず、直流電源装置１の運転を継続しつつ、直流電源ユニット１０の修理を行うことができない。
【００６４】
一方、前述したように、第２実施形態では、直流電源ユニット４０ないし４６は、（第１の）直流電源ユニット＃０、および（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６のいずれにも割り当てることが可能であるため、当該割り当てを変更することができる。そのため、直流電源ユニット４０の故障時には、直流電源ユニット４０および４６を、それぞれ直流電源ユニット＃６および＃０に割り当てることによって、直流電源装置３の運転を継続しつつ、直流電源ユニット４０の修理を行うことができる。
【００６５】
しかしながら、第２実施形態では、制御回路３０は、第１の直流電源ユニットとして直流電源ユニット＃０に割り当てるユニットを選択し、当該ユニットの出力電流値のみを、出力すべき電流値（要求値）を示す出力要求信号Ｉｒｑに応じて制御する。そのため、直流電源装置３の運転中は、第１および第２の直流電源ユニットの割り当てが固定され、要求値が連続的に変化すると、直流電源装置３の出力が不安定になる場合がある。例えば、Ｉｒｑ＝４９ＡからＩｒｑ＝５０Ａに変化すると、Ｉ＃０＝２４Ａ（略定格運転）からＩ＃０＝０Ａ（停止）に変化し、Ｉ＃２＝０Ａ（停止）からＩ＃２＝２５Ａ（定格運転）に変化するため、各ユニットの運転状態の急激な切り替わりによって出力が不安定になる場合がある。
【００６６】
本実施形態では、直流電源装置３の運転中に第１の直流電源ユニットとして機能するユニットを切り替えることによって、要求値が連続的に変化する場合であっても、直流電源装置３の出力が不安定になるのを防止している。なお、本実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成は、第２実施形態の電気自動車用充電装置全体の構成と同様である。また、本実施形態における各直流電源ユニットの構成は、第２実施形態の各直流電源ユニットの構成と同様である。
【００６７】
＝＝＝電気自動車用充電装置の動作＝＝＝
以下、図８を適宜参照して、本発明の第３の実施形態における電気自動車用充電装置の動作について説明する。なお、本実施形態における電気自動車用充電装置の動作は、制御回路３０の動作を除いて、第２実施形態の電気自動車用充電装置の動作と同様である。
【００６８】
制御回路３０は、バッテリ９１に供給すべき電流値（要求値）を示す出力要求信号Ｉｒｑ、および各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔに応じて、制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６を出力する。本実施形態では、制御回路３０は、直流電源ユニット＃０から順に定格運転するユニットを選択し、その次のユニットを停止（出力０％）ないし定格運転（出力１００％）の範囲で制御し、さらにその次以降のユニットを停止する。したがって、第１の直流電源ユニットとして機能するユニットは、定格運転するユニットの個数に応じて切り替わることとなる。
【００６９】
図８は、制御回路３０のより具体的な動作を示している。  
制御回路３０は、処理の開始時（Ｓ３１’）において、制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６をいずれも０に設定する。また、ループ変数ｎを０に設定する。なお、実際に出力される制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６は、当該設定によっては変化せず、後述するように、処理の終了時（Ｓ３８）に変化する。
【００７０】
次に、第２実施形態と同様に、定格出力電圧値Ｖｏｕｔ（＝２００Ｖ）を用いて、電力要求値Ｐｒｑ（＝Ｖｏｕｔ×Ｉｒｑ）を算出する（Ｓ３２）。なお、電力要求値Ｐｒｑが、直流電源装置３全体の定格出力Ｐｔｏｔａｌ（＝３０ｋＷ）より大きい場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）には、Ｐｒｑ＝Ｐｔｏｔａｌとする（Ｓ３４）。  
次に、制御回路３０は、電力要求値Ｐｒｑを各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔ（＝５ｋＷ）と比較する（Ｓ３５）。
【００７１】
Ｓ３５において、電力要求値Ｐｒｑが、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔより大きい場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）には、直流電源ユニット＃ｎが定格運転するよう、制御信号Ｒ＃ｎを２５５に設定する。また、電力要求値Ｐｒｑから各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔを減算する。そして、ループ変数ｎに１を加算したうえで、再びＳ３５の処理を行う（Ｓ３６）。  
一方、Ｓ３５において、電力要求値Ｐｒｑが、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔ以下である場合（Ｓ３５：ＮＯ）には、制御信号Ｒ＃ｎ＝（Ｐｒｑ／Ｖｏｕｔ）×１０と設定する（Ｓ３７’）。
【００７２】
なお、Ｓ３７’の処理時においては、直流電源ユニット＃０から順にｎ個が定格運転するように設定され、電力要求値Ｐｒｑは、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔがｎ個分減算された値（残余出力値）となっている。したがって、制御信号Ｒ＃ｎは、残余出力値に応じた電流値を１００ｍＡ単位で示している。また、当該ｎ個は、定格運転する直流電源ユニットの出力電流値の和（和出力値）が、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値未満の最大値となる個数である。
【００７３】
制御回路３０は、処理の終了時（Ｓ３８）において、設定された制御信号Ｒ＃０ないしＲ＃６を実際に出力する。そして、直流電源ユニット＃ｎは、電流センサ４０６によって検出される電流Ｉ＃ｎが、制御信号Ｒ＃ｎが示す電流値と一致するように、インバータ回路１０２が制御される。一方、ｎ≠０の場合には、直流電源ユニット＃０ないし＃（ｎー１）のｎ個のインバータ回路が定格運転するように制御される。また、直流電源ユニット＃（ｎ＋１）以降は、インバータ回路が停止するように制御される。したがって、直流電源ユニット＃ｎは、第１の直流電源ユニットとして機能し、それ以外は、第２の直流電源ユニットとして機能する。
【００７４】
一例として、Ｉｒｑ＝４９Ａの場合には、各制御信号は、Ｒ＃０＝２５５、Ｒ＃１＝２４０（ｎ＝１）、Ｓ＃２＝Ｓ＃３＝Ｓ＃４＝Ｓ＃５＝Ｓ＃６＝０となる。また、各直流電源ユニットは、Ｉ＃０＝２５Ａ（定格運転）、Ｉ＃１＝２４Ａ、Ｉ＃２＝Ｉ＃３＝Ｉ＃４＝Ｉ＃５＝Ｉ＃６＝０Ａ（停止）となるように制御される。また、一例として、Ｉｒｑ＝５０Ａの場合には、各制御信号は、Ｒ＃０＝Ｒ＃１＝２５５、Ｓ＃２＝Ｓ＃３＝Ｓ＃４＝Ｓ＃５＝Ｓ＃６＝０（ｎ＝２）となる。また、各直流電源ユニットは、Ｉ＃０＝Ｉ＃１＝２５Ａ（定格運転）、Ｉ＃２＝Ｉ＃３＝Ｉ＃４＝Ｉ＃５＝Ｉ＃６＝０Ａ（停止）となるように制御される。
【００７５】
以上の処理を十分に短い周期で繰り返すことによって、本実施形態の電気自動車用充電装置は、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値に追従する直流電流Ｉｄｃをバッテリ９１に供給することができる。また、直流電源装置３においては、（第１の）直流電源ユニット＃ｎ以外の直流電源ユニットが、いずれも定格運転または停止しているため、各直流電源ユニットの出力を均一に制御する場合より交直変換の効率が向上し、高調波成分の割合が小さくなる。
【００７６】
なお、本実施形態では、直流電源装置３の運転中に、第１の直流電源ユニットとして機能する直流電源ユニット＃ｎを切り替えることができる。そのため、例えばＩｒｑ＝４９ＡからＩｒｑ＝５０Ａのように要求値が連続的に変化する場合であっても、各ユニットの運転状態は、略定格運転から停止や、停止から定格運転に急激に切り替わらない。したがって、直流電源装置３の出力が不安定になるのを防止することができる。
【００７７】
前述したように、直流電源装置１および３において、並列に接続された同一定格出力の直流電源ユニット＃０ないし＃６のうち、（第１の）直流電源ユニット＃０以外の（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６を個別に定格運転または停止させることによって、直流電源装置全体として交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。
【００７８】
また、直流電源ユニット＃０ないし＃６のうち、１つの直流電源ユニット＃０の出力電流値のみを、出力すべき電流値（要求値）を示す出力要求信号Ｉｒｑに応じて制御することによって、高調波成分の割合を最小限に抑えることができる。
【００７９】
また、直流電源ユニット＃１ないし＃６のうち、出力電流値の和（和出力値）が、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値未満の最大値となる個数だけ定格運転させることによって、要求値から和出力値を減算した残余出力値に応じて、１つの直流電源ユニット＃０の出力電流値を制御することができる。
【００８０】
また、各直流電源ユニットは、インバータ回路の出力を整流および平滑化して直流に変換することによって、インバータ回路を制御して各直流電源ユニットの出力電流値を制御することができる。
【００８１】
また、直流電源装置１において、直流電源ユニット＃０の制御回路１０５から制御信号Ｓ＃１ないしＳ＃６を出力することによって、直流電源ユニット＃１ないし＃６ごとにインバータ回路を定格運転または停止させることができる。
【００８２】
また、直流電源装置３において、直流電源ユニット４０ないし４６とは独立した制御回路３０が直流電源ユニット＃０に割り当てるユニットを選択することによって、当該選択を適宜変更し、各直流電源ユニットの使用頻度を平均化することができる。
【００８３】
また、第２の直流電源ユニットの個数を、それらの定格出力の和が直流電源装置全体の定格出力以上となるようにすることによって、１つ以上の第２の直流電源ユニットを予備ユニットとし、少なくとも第２の直流電源ユニットの何れかの故障時に、直流電源装置の運転を継続しつつ、修理を行うことができる。
【００８４】
また、図１および図５に示した電気自動車用充電装置において、直流電源ユニット＃０ないし＃６がそれぞれ商用交流電源５から供給される電力を直流に変換し、出力要求信号Ｉｒｑに応じて直流電流Ｉｄｃを電気自動車９のバッテリ９１に供給することによって、大電力の供給を必要とする急速充電装置のコストの低減を図りつつ、バッテリ９１が要求する充電電流が小さい場合の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。
【００８５】
また、同一定格出力の直流電源ユニット＃０ないし＃６を並列に接続し、（第１の）直流電源ユニット＃０以外の（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６を個別に定格運転または停止させることによって、各直流電源ユニットの出力を均一にする並列運転方式より交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。
【００８６】
また、それぞれ商用交流電源５から供給される電力を直流に変換する同一定格出力の直流電源ユニット＃０ないし＃６を並列に接続し、電気自動車９のバッテリ９１に供給すべき電流値または電力値に応じて、（第１の）直流電源ユニット＃０以外の（第２の）直流電源ユニット＃１ないし＃６を個別に定格運転または停止させることによって、大電力を供給してバッテリ９１を急速充電することができるとともに、バッテリ９１が要求する充電電流が小さい場合の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。
【００８７】
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００８８】
上記実施形態では、出力要求信号Ｉｒｑが示す要求値は、電流値として表され、各直流電源ユニットの定格出力Ｐｕｎｉｔは、電力値として表されているが、これに限定されるものではない。例えば、要求値および定格出力が、いずれも電流値または電力値として表されている場合には、図４のＳ１２や図７のＳ３２のように、要求値および定格出力の単位を一致させる変換処理を省略することができる。また、例えば、定格出力が電流値として表されている場合には、図４のＳ１７、図７のＳ３７、図８のＳ３７’のように、残余出力値の単位を電流値に変換する処理を省略することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１、３  直流電源装置
５    商用交流電源
９    電気自動車
１０〜１６、４０〜４６  直流電源ユニット
２０〜２６  ダイオード
３０  制御回路
９１  バッテリ
９２  充電制御回路
１０１、１１１  整流回路
１０２、１１２  インバータ回路
１０３、１１３  高周波トランス
１０４、１１４  整流平滑回路
１０５  制御回路
１１５  インバータ制御回路
１０６、１１６  電流センサ
４０１  整流回路
４０２  インバータ回路
４０３  高周波トランス
４０４  整流平滑回路
４０５  インバータ制御回路
４０６  電流センサ
【図１】
0005636267.tif 000002
【図２】
0005636267.tif 000003
【図３】
0005636267.tif 000004
【図４】
0005636267.tif 000005
【図５】
0005636267.tif 000006
【図６】
0005636267.tif 000007
【図７】
0005636267.tif 000008
【図８】
0005636267.tif 000009