(57)【要約】【課題】電流リプルを低減することができる充電制御装置を提供する。【解決手段】充放電制御装置１０は、住宅２０と車両３０との間において車両３０に搭載されたバッテリ３１を、系統電源４０からの電力で充電する。並列接続された複数の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３と、複数の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を制御して、バッテリ３１に対し互いに並列接続された双方向電力変換ユニット１１，１２，１３において電力変換した電力でバッテリ３１を充電させる制御ユニット１４を備える。制御ユニット１４は、バッテリ３１の目標充電電力に応じて稼動させる双方向電力変換ユニットの数を増減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
住宅と車両との間において前記車両に搭載されたバッテリを、系統電源からの電力で充電する充電制御装置であって、
並列接続された複数の電力変換装置と、
前記複数の電力変換装置を制御して、前記バッテリに対し互いに並列接続された電力変換装置において電力変換した電力で前記バッテリを充電させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、バッテリの目標充電電力に応じて稼動させる電力変換装置の数を増減することを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記複数の電力変換装置は、前記バッテリを充放電可能であり、
前記制御部は、充電時において、目標電力に合わせて稼動させる電力変換装置の数を増減することを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
【請求項３】
稼動させる電力変換装置の個数はＮ個であり、
稼動させる電力変換装置に、目標電流の１／Ｎの電流値を流すことを特徴とする請求項１又は２に記載の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、住宅と車両との間において車両に搭載されたバッテリの充電を制御する充電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源装置におけるリプル対策の一例として、例えば特許文献１においては、電圧変換比の制御範囲を確保するとともに、リプル電流を広い動作範囲にわたって低減することが可能な電源装置が開示されている。詳しくは、直流電源および電源配線の間に第１のコンバータと第２のコンバータが並列に接続されている。第１および第２のコンバータの各々は、スイッチング素子のオンオフ制御におけるデューティ比によって直流電源の出力電圧に対する電源配線の電圧の比である電圧変換比が変化するように構成されている。第１および第２のコンバータの間では、デューティ比に対するリプル電流特性が異なる。制御回路は、電源配線の電圧指令値と直流電源の出力電圧とに基づいて必要な電圧変換比を算出するとともに、特性記憶部に記憶された情報に従って、第１および第２のコンバータから、算出された電圧変換比においてリプル電流がより小さい一方のコンバータを選択的に動作させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１０９８１５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、住宅と車両との間に設けられる充電制御装置（所謂Ｖ２Ｈ機器）においては、車両に搭載されたバッテリを、系統電源からの電力で充電する。少なくともＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ変換器）は共通部品としてユニット化することができる。この場合の充電動作として、車両から通信で充電電力指令が送られ、最適な充電電力値となるように並列接続している例えば３つのＤＣ／ＤＣコンバータそれぞれに目標充電電流値の１／３の電流値を指示し合計で目標充電電力値になるようにする。この場合においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ単体の電流リプルは低いが、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続すると電流リプル同士が共振し大幅に悪化する。電流リプルを低減するためＤＣ／ＤＣコンバータ間の同期制御を行う方法もあるが、ＤＣ／ＤＣコンバータの個体差ばらつきを考慮しなければならず制御が複雑になる。また、電流リプルを低減するため、平滑コンデンサを追加して電流リプルを緩和する方法もあるが、コストと体格が大きくなる。
【０００５】
本発明の目的は、電流リプルを低減することができる充電制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、住宅と車両との間において前記車両に搭載されたバッテリを、系統電源からの電力で充電する充電制御装置であって、並列接続された複数の電力変換装置と、前記複数の電力変換装置を制御して、前記バッテリに対し互いに並列接続された電力変換装置において電力変換した電力で前記バッテリを充電させる制御部と、を備え、前記制御部は、バッテリの目標充電電力に応じて稼動させる電力変換装置の数を増減することを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、制御部により、複数の電力変換装置が制御されて、バッテリに対し互いに並列接続された電力変換装置において電力変換した電力でバッテリが充電される。この際、制御部により、バッテリの目標充電電力に応じて稼動させる電力変換装置の数が増減される。よって、電力変換装置間の同期制御を行うことなく電流リプルを低減することができる。また、平滑コンデンサを用いることなく電流リプルを低減することができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の充電制御装置において、前記複数の電力変換装置は、前記バッテリを充放電可能であり、前記制御部は、充電時において、目標電力に合わせて稼動させる電力変換装置の数を増減するとよい。
【０００９】
請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載の充電制御装置において、稼動させる電力変換装置の個数はＮ個であり、稼動させる電力変換装置に、目標電流の１／Ｎの電流値を流すとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電流リプルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態における充放電制御装置の概略構成図。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は充放電制御装置の作用を説明するための説明図。
【図３】充放電制御装置の概略構成図。
【図４】電力と個数と電流指令についての説明図。
【図５】別例の充放電制御装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を充放電制御装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、充放電制御装置１０は、電気機器としての負荷２１を含む住宅２０と車両３０との間に接続される。つまり、充放電制御装置１０は、車両と住宅を接続するＶ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ  ｔｏ  Ｈｏｍｅ）機器である。充放電制御装置１０は、車両３０に搭載されたバッテリ３１の充放電を制御する。車両３０は電気自動車（ＥＶ）であり、走行中においてはバッテリ３１の放電が行われる。
【００１３】
住宅２０は、負荷２１と分電盤２２を有する。住宅２０に対し系統電源（商用電源）４０から、例えば１００Ｖ若しくは２００Ｖの交流電力が分電盤２２を介して負荷２１に供給可能となっている。
【００１４】
車両３０にはバッテリ３１、走行モータ等の負荷３２、制御部３３が搭載されている。直流電源であるバッテリ３１は、高圧、例えば３００Ｖの二次電池であり、具体的には例えばリチウムイオン二次電池が使用される。制御部３３によりバッテリ３１の電力で走行モータ等の負荷３２を駆動できるようになっている。
【００１５】
充放電制御装置１０は、複数（本実施形態では３つ）の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３と、制御ユニット１４を有する。
充放電制御装置１０には、充電開始ボタン、放電開始ボタン等が設けられている。
【００１６】
双方向電力変換ユニット１１は、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１１ａとＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１１ｂを有し、ＤＣ／ＤＣ変換器１１ａとＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂとは直列に接続されている。同様に、双方向電力変換ユニット１２は、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１２ｂを有し、ＤＣ／ＤＣ変換器１２ａとＤＣ／ＡＣ変換器１２ｂとは直列に接続されている。双方向電力変換ユニット１３は、ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１３ａとＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１３ｂを有し、ＤＣ／ＤＣ変換器１３ａとＤＣ／ＡＣ変換器１３ｂとは直列に接続されている。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１１ａ，１２ａ，１３ａ及びＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成されており、スイッチング素子のオンオフ制御（デューティ制御）により出力が調整される。ＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１１ａ，１２ａ，１３ａにおいては出力電流が調整できる。
【００１８】
双方向電力変換ユニット１１，１２，１３は並列接続されている。並列接続された双方向電力変換ユニット１１，１２，１３は、住宅２０の分電盤２２と接続されている。即ち、ＤＣ／ＡＣ変換器１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが住宅２０の分電盤２２と接続されている。
【００１９】
充放電制御装置１０と車両３０とはインターフェイスとしてのケーブル付コネクタを用いて接続される。詳しくは、車両３０に設けられたインレットに対し充放電制御装置１０から延びるケーブル付コネクタを挿入する。これにより、充放電制御装置１０において並列接続された双方向電力変換ユニット１１，１２，１３におけるＤＣ／ＤＣ変換器１１ａ，１２ａ，１３ａと車両３０のバッテリ３１とが接続されるとともに、充放電制御装置１０の制御ユニット１４と車両３０の制御部３３とが通信可能に接続される。
【００２０】
具体的には、例えばＣＨＡｄｅＭＯ方式に対応する車両は制御部３３がバッテリ３１の充電率（ＳＯＣ）を常に監視しており、ケーブル付コネクタに備わる通信線を介して充放電制御装置１０にバッテリ３１の充電率（ＳＯＣ）を通知することができるようになっている。他にも、ＣＨＡｄｅＭＯ方式に対応する車両は制御部３３が、充放電の際の目標電流指令値（広義には目標電力指令値）等を、ケーブル付コネクタに備わる通信線を介して充放電制御装置１０に通知することができるようになっている。
【００２１】
充放電制御装置１０において制御ユニット１４は双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を制御して車両３０のバッテリ３１の電力で双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を介して住宅２０の負荷２１を駆動することができる。即ち、車両３０のバッテリ３１の放電電力で住宅２０の負荷２１を駆動することができる。そのために、ユーザは、放電開始ボタンを用いてバッテリ３１から放電を開始させることができる。
【００２２】
また、制御ユニット１４は双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を制御して系統電源４０の電力で双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を介して車両３０のバッテリ３１を充電することができる。そのために、ユーザは、充電開始ボタンを用いてバッテリ３１への充電を開始させることができる。
【００２３】
なお、住宅２０の分電盤２２において系統電源４０への電力ラインには逆潮防止用電流センサ２３が設けられ、逆潮防止用電流センサ２３が逆潮を検出すると系統電源４０側への放電動作を停止させるようになっている。
【００２４】
次に、作用について説明する。
充放電制御装置１０により、住宅２０と車両３０との間において車両３０に搭載されたバッテリ３１が、系統電源４０からの電力で充電される。即ち、制御部としての制御ユニット１４は、並列接続された複数の電力変換装置としての複数の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を制御して、バッテリ３１に対し互いに並列接続された双方向電力変換ユニット１１，１２，１３において電力変換した電力でバッテリ３１を充電させる。
【００２５】
ここで、制御ユニット１４は、バッテリ３１の目標充電電流（広義には目標充電電力）に応じて稼動させる双方向電力変換ユニットの数を増減する。
特に、複数の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３は、バッテリ３１を充放電可能であり、制御ユニット１４は、充電時において、目標電流（広義には目標電力）に合わせて稼動させる双方向電力変換ユニット（１１，１２，１３）の数を増減する。
【００２６】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を用いて、稼動させる双方向電力変換ユニット（電力変換装置）の個数が「３」の場合について説明する。第１の双方向電力変換ユニット１１、第２の双方向電力変換ユニット１２及び第３の双方向電力変換ユニット１３の各双方向電力変換ユニットにおける単体の定格電力は１．８ｋＷである。
【００２７】
図２（ａ）に示すように、目標電流に対応する目標電力が５．４ｋＷで充電する場合には、第１の双方向電力変換ユニット１１を１．８ｋＷでフル稼動、第２の双方向電力変換ユニット１２を１．８ｋＷでフル稼動、第３の双方向電力変換ユニット１３を１．８ｋＷでフル稼動する。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、目標電流に対応する目標電力が４．２ｋＷで充電する場合には、第１の双方向電力変換ユニット１１を１．４ｋＷで稼動、第２の双方向電力変換ユニット１２を１．４ｋＷで稼動、第３の双方向電力変換ユニット１３を１．４ｋＷで稼動する。
【００２９】
図２（ｃ）に示すように、目標電流に対応する目標電力が３．６ｋＷで充電する場合には、第１の双方向電力変換ユニット１１を１．８ｋＷでフル稼動、第２の双方向電力変換ユニット１２を１．８ｋＷでフル稼動、第３の双方向電力変換ユニット１３を停止する。
【００３０】
図２（ｄ）に示すように、目標電流に対応する目標電力が１．８ｋＷで充電する場合には、第１の双方向電力変換ユニット１１を１．８ｋＷでフル稼動、第２の双方向電力変換ユニット１２を停止、第３の双方向電力変換ユニット１３を停止する。
【００３１】
このように、電流リプル低減のための平滑コンデンサを用いておらずコストや体格を変更せず、双方向電力変換ユニット（特にＤＣ／ＤＣコンバータ）間の同期制御を行うことなく電流リプルを低減することができる。
【００３２】
詳しく説明すると、少なくともＤＣ／ＤＣコンバータ（ＤＣ／ＤＣ変換器）は共通部品としてユニット化することができる。この場合の充電動作として、車両から通信で充電電力指令が送られ、最適な充電電力値となるように並列接続している例えば３つのＤＣ／ＤＣコンバータそれぞれに目標充電電流値の１／３の電流値を指示し合計で目標充電電力値になるようにする。この場合においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ単体の電流リプルは低いが、複数のＤＣ／ＤＣコンバータを並列接続すると電流リプル同士が共振し大幅に悪化する。電流リプルを低減するためＤＣ／ＤＣコンバータ間の同期制御を行う方法を用いると、ＤＣ／ＤＣコンバータの個体差ばらつきを考慮しなければならず制御が複雑になる。また、電流リプルを低減すべく平滑コンデンサを追加して電流リプルを緩和しようとすると、コストと体格が大きくなる。
【００３３】
本実施形態では、複数で並列接続している双方向電力変換ユニットについて、目標充放電電力に合わせて稼動する双方向電力変換ユニットの数をできるだけ少なくすることで、容易に電流リプルが低減できる。
【００３４】
充電時について説明したが放電時についても同様である。また、目標電流値は目標電力値であっても良い。
以下、図３，４を用いて広義に説明する。
【００３５】
図３に示すように、稼動させる双方向電力変換ユニット（電力変換装置）の個数はＮ個（Ｎは整数）である。即ち、第１の双方向電力変換ユニット、第２の双方向電力変換ユニット、第３の双方向電力変換ユニット、・・・、第Ｎの双方向電力変換ユニットを有する。双方向電力変換ユニットにおける単体の定格電力はＡｋＷ（Ａは所定値）である。
【００３６】
そして、図４に示すように、稼動させる双方向電力変換ユニット（電力変換装置）に、目標電流の１／Ｎの電流値を流す。即ち、稼動させない双方向電力変換ユニット（電力変換装置）には電流が流れない。
【００３７】
詳しくは、図４において目標充放電電力が、ＡｋＷ以下の場合、ＡｋＷより大きくＡ×２ｋＷ以下の場合、・・・、Ａ×（Ｎ−３）ｋＷより大きくＡ×（Ｎ−２）ｋＷ以下の場合、Ａ×（Ｎ−２）ｋＷより大きくＡ×（Ｎ−１）ｋＷ以下の場合、Ａ×（Ｎ−１）ｋＷより大きい場合を示す。なお、Ａは所定の値である。
【００３８】
まず、ＡｋＷ以下の場合には、稼動する双方向電力変換ユニットの個数は「１」であり、電流指令は目標電流／１、即ち、目標電流である。
また、ＡｋＷより大きくＡ×２ｋＷ以下の場合には、稼動する双方向電力変換ユニットの個数は「２」であり、電流指令は目標電流／２、即ち、目標電流の半分である。
【００３９】
また、Ａ×（Ｎ−３）ｋＷより大きくＡ×（Ｎ−２）ｋＷ以下の場合には、稼動する双方向電力変換ユニットの個数は「Ｎ−２」であり、電流指令は目標電流／（Ｎ−２）である。
【００４０】
また、Ａ×（Ｎ−２）ｋＷより大きくＡ×（Ｎ−１）ｋＷ以下の場合には、稼動する双方向電力変換ユニットの個数は「Ｎ−１」であり、電流指令は目標電流／（Ｎ−１）である。
【００４１】
また、Ａ×（Ｎ−１）ｋＷより大きい場合には、稼動する双方向電力変換ユニットの個数は「Ｎ」であり、電流指令は目標電流／Ｎである。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００４２】
（１）充放電制御装置１０は、住宅２０と車両３０との間において車両３０に搭載されたバッテリ３１を、系統電源４０からの電力で充電する充電制御装置である。その構成として、並列接続された複数の電力変換装置としての双方向電力変換ユニット１１，１２，１３と、複数の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３を制御して、バッテリ３１に対し互いに並列接続された双方向電力変換ユニット１１，１２，１３において電力変換した電力でバッテリ３１を充電させる制御部としての制御ユニット１４を備える。制御ユニット１４は、バッテリ３１の目標充電電流（広義には目標充電電力）に応じて稼動させる双方向電力変換ユニットの数（電力変換装置の数）を増減する。よって、双方向電力変換ユニット間の同期制御を行うことなく電流リプルを低減することができる。また、平滑コンデンサを用いることなく電流リプルを低減することができる。
【００４３】
（２）複数の電力変換装置である複数の双方向電力変換ユニット１１，１２，１３は、バッテリ３１を充放電可能であり、制御ユニット１４は、充電時において、目標電力に合わせて稼動させる双方向電力変換ユニットの数を増減する。この場合、好適にバッテリ３１を充充電することができる。
【００４４】
（３）図４を用いて説明したように稼動させる双方向電力変換ユニットの個数はＮ個であり、稼動させる双方向電力変換ユニットに、目標電流の１／Ｎの電流値を流す。この場合、好適にバッテリ３１を充充電することができる。
【００４５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  図１では並列接続される双方向電力変換ユニット（１１，１２，１３）は、それぞれ、ＤＣ／ＤＣ変換器とＤＣ／ＡＣ変換器とを有していたが、この方式に限らない。例えば、図５に示すように、複数のＤＣ／ＤＣ変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）５０，５１，５２がそれぞれ並列接続され、この並列回路に、１つのＤＣ／ＡＣ変換器５３が直列接続されている方式に適用してもよい。この場合は、並列接続されるＤＣ／ＤＣ変換器５０，５１，５２が、並列接続される電力変換装置となる。即ち、電力変換装置としてのＤＣ／ＤＣ変換器５０，５１，５２が並列接続され、制御部としての制御ユニット１４は、バッテリ３１の目標充電電力に応じて稼動させるＤＣ／ＤＣ変換器（５０，５１，５２）の数を増減する。
【００４６】
○  図１等では車載バッテリ３１を充電及び放電するための充放電制御装置１０について説明したが、車載バッテリ３１の充電のみを行う充電制御装置に適用してもよい。
○  車両３０は電気自動車（ＥＶ）以外にも、例えば、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０…充電制御装置、１１…双方向電力変換ユニット（電力変換装置）、１２…双方向電力変換ユニット（電力変換装置）、１３…双方向電力変換ユニット（電力変換装置）、１４…制御ユニット（制御部）、２０…住宅、３０…車両、３１…バッテリ、４０…系統電源、５０…ＤＣ／ＤＣ変換器（電力変換装置）、５１…ＤＣ／ＤＣ変換器（電力変換装置）、５２…ＤＣ／ＤＣ変換器（電力変換装置）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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