(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電手段を備えた自動車などの移動体に接続し、該移動体の蓄電手段の充電を、家庭などで行うために蓄電池を備えた家庭用充放電装置において、
該家庭用充放電装置は、電力系統に第一の遮断器を介して接続される第一の電力変換手段を備え、
該第一の電力変換手段の直流部分には直流電圧レベルを調整し、蓄電池の充放電を行うための第二の電力変換手段を備え、
前記第一の電力変換手段の前記直流部には直流を交流に変換するための第三の電力変換手段を備え、
該第三の電力変換手段の交流出力は、第二の遮断器と前記移動体に接続され、
前記第二の遮断器のもう一方は、前記第一の遮断器の第一の電力変換手段側に接続され、前記第二の電力変換手段のもう一方の直流側は前記蓄電池に接続され、
前記第一の遮断器を開放し、前記第二の遮断器を閉じておき、前記蓄電池の電力を、前記第三の電力変換手段と前記第一の電力変換手段の両方から出力し、前記移動体に電力を供給する手段を備えることを特徴とする家庭用充放電装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記蓄電池は前記移動体と同じ蓄電手段を用いることを特徴とする家庭用充放電装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記蓄電池を前記蓄電手段と交換することを特徴とする家庭用充放電装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうちの１つの請求項において、
前記第一から前記第三の電力変換手段は、それ自身と同じ電力変換手段と並列接続して出力容量を増すことを特徴とする家庭用充放電装置。
【請求項５】
蓄電手段を備えた自動車などの移動体に接続し、該移動体の蓄電手段の充電を、家庭などで行うために蓄電池を備え、
該家庭用充放電装置は、電力系統に第一の遮断器を介して接続される第一の電力変換手段を備え、
該第一の電力変換手段の直流部分には直流電圧レベルを調整し、蓄電池の充放電を行うための第二の電力変換手段を備え、
前記第一の電力変換手段の前記直流部には直流を交流に変換するための第三の電力変換手段を備え、
該第三の電力変換手段の交流出力は、第二の遮断器と前記移動体に接続され、
前記第二の遮断器のもう一方は、前記第一の遮断器の第一の電力変換手段側に接続され、前記第二の電力変換手段のもう一方の直流側は前記蓄電池に接続される家庭用充放電装置の制御方法であって、
前記第一の遮断器を開放し、前記第二の遮断器を閉じておき、前記蓄電池の電力を、前記第三の電力変換手段と前記第一の電力変換手段の両方から出力し、前記移動体に電力を供給する家庭用充放電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭に設置される蓄電池付の充放電装置及びその制御方法に関す
る。
【背景技術】
【０００２】
外部充放電装置とハイブリッド自動車を接続して充電する構成は、以下の〔特許文献１〕に示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明で解決しようとする課題は、特に家庭用に設置される充放電装置を用いて、ハイブリッド自動車等に短時間で急速充電したいときに、充電装置の容量が不足する問題点を解決することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は蓄電手段を備えた自動車などの移動体に接続し、該移動体の蓄電手段の充電を、家庭などで行うために蓄電池を備えた家庭用充放電装置において、該家庭用充放電装置は、電力系統に第一の遮断器を介して接続される第一の電力変換手段を備え、該第一の電力変換手段の直流部分には直流電圧レベルを調整するための第二の電力変換手段を備え、前記第一の電力変換手段の前記直流部には直流を交流に変換するための第三の電力変換手段を備え、該第三の電力変換手段の交流出力は、第二の遮断器と前記移動体に接続され、前記第二の遮断器のもう一方は、前記第一の遮断器の第一の電力変換手段側に接続され、前記第二の電力変換手段のもう一方の直流側は前記蓄電池に接続されることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明は、前記第一の遮断器を開放し、前記第二の遮断器を閉じておき、前記蓄電池の電力を、前記第三の電力変換手段と前記第一の電力変換手段の両方から出力し、前記移動体に電力を供給する手段を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明は、前記蓄電池は前記移動体と同じ蓄電手段を用いることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明は、前記蓄電池を前記蓄電手段と交換することを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明は、前記第一から前記第三の電力変換手段は、それ自身と同じ電力変換手段と並列接続して出力容量を増すことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、前記第一の遮断器を開放し、前記第二の遮断器を閉じておき、前記蓄電池の電力を、前記第三の電力変換手段と前記第一の電力変換手段の両方から出力し、前記移動体に電力を供給する制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明は蓄電手段を備えた自動車などの移動体に接続し、該移動体の蓄電手段の充電を、家庭などで行うために蓄電池を備えた家庭用充放電装置において、前記蓄電池を充電するための第一の電力変換器を備え、また、前記蓄電手段を充電するための第二の電力変換器を備え、該蓄電手段に急速充電が必要なときには、前記第一の電力変換器も前記蓄電手段を充電するために使用する手段を備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明は蓄電手段を備えた自動車などの移動体に接続し、該移動体の蓄電手段の充電を、家庭などで行うために蓄電池を備えた家庭用充放電装置において、蓄電池を充電するための第一の電力変換器を備え、また、前記蓄電手段を充電するための第二の電力変換器を備え、前記蓄電手段に急速充電が必要なときには、前記第一の電力変換器も前記蓄電手段を充電するために使用することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、充放電装置の系統側変換器を車の充電にも利用することで、家の受電電力の契約を変更せずに、車への充電を２倍で行うことができ、安価な急速充電装置を実現できる。
【００１４】
また、変換器を並列または直列に接続することで、容量を変更でき車の台数の増加にも容易に対応できる。
【００１５】
また、車の電池は、充放電装置に内蔵する二次電池と同じものを用いるため、非常時には車の二次電池と充放電装置に内蔵する二次電池を交換するができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例の装置構成を示す単線結線図である。
【００１７】
家の分電盤１０１は、遮断器１０２を介して商用周波数の電力系統に接続されている。
また、一方で分電盤１０１は、家の負荷例えば照明，エアコンなどに、遮断器１０４や１０５を介して、電力を供給する。また、分電盤１０１の遮断器１０３を介して、家庭用のハイブリッド自動車や電気自動車の充放電装置２０１が接続される。
【００１８】
充放電装置２０１は、遮断器２０２を介して分電盤１０１に接続される。遮断器２０２の充放電装置側には、遮断器２０３と２０８が遮断器２０２からみて並列に接続されている。
【００１９】
遮断器２０３は、交流直流変換器２０４の交流側端子に接続されており、交流直流変換器２０４の直流側端子は、直流直流変換器２０５の直流側端子と直流交流変換器２０７の直流側端子に接続される。直流直流変換器２０５のもう一方の直流側端子は二次電池２０６（例えば、鉛電池，ニッケル水素電池，リチウム電池など。あるいは大容量コンデンサでもよい。）に接続されている。
【００２０】
また、直流交流変換器２０７の交流側端子は、遮断器２０８と、車３０１に接続するためのケーブルを介して充電接続器３０４に接続されている。
【００２１】
充電接続器３０４は、車３０１の交流直流変換器３０２の交流側端子に脱着可能（図では接続状態）な構造となっている。充電接続器３０４は、車３０１に接続されたことを認識できるように、例えば機械式のスイッチなどを内蔵しており、その信号を使って充放電装置２０１に接続状態を伝えられる構造にする。
【００２２】
交流直流変換器３０２の直流側端子は車３０１が車載している二次電池３０３（例えば、鉛電池，ニッケル水素電池，リチウム電池など。あるいは大容量コンデンサでもよい）に接続される。
【００２３】
また、各変換器や電池は容量を容易に直列／並列に増設できる構造が望ましい。また、車の電池３０３は、充放電装置２０１に内蔵する二次電池２０６と同じものを用いると、非常時には二次電池３０３と２０６を交換することもできる。
【００２４】
次に、充放電装置２０１の動作について図２から図４を用いて説明する。
【００２５】
図２は充放電装置２０１から車３０１の二次電池３０３に充電するときの電力の流れを、矢印で示す。
【００２６】
このモードは、電力系統の電力の購入金額が高い時間帯（例えば、日本では、契約条件にもよるが、昼間の時間帯）に、主に使用するモードである。このとき、充放電装置２０１の二次電池２０６に蓄えられた電力は、購入単価が安い、例えば夜間に充電された電力であり、この安い電力を使って、直流直流変換器２０５と、交流直流変換器２０７、充電接続器３０４を介して、車３０１の二次電池３０３を充電する。
【００２７】
このモードでは、電力系統からの二次電池３０３への充電を防止するため、遮断器２０８はオフ状態にしておく。遮断器２０３も、交流直流変換器２０４を介して、電力系統からの二次電池３０３への充電が起こる場合には、オフする。
【００２８】
図８は、図２に示す昼間充電時の直流直流変換器２０５の構成を示す。直流直流変換器２０５は、例えばＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を用いたコンバータ５０１を用いる。直流直流変換器２０５は、二次電池２０６の電圧をセンサーＳＳ４で検出して電池の状態を監視し、充放電可能な最大電力Ｐmaxを電池監視部５０２が計算して出力する。
【００２９】
また、直流直流変換器２０５の制御について説明する。直流側の電圧ＥｄはセンサーＳＳ３で検出され、電圧目標値Ｖdstrとの偏差を計算されたあと、比例積分調整器ＡＶＲに入力される。比例積分調整器ＡＶＲの出力は電池の充電電流指令値となり、電流センサーで検出した電池電流の偏差を計算した後、比例積分調整器ＡＣＲに入力する。比例積分調整器ＡＣＲの出力は直流直流変換器２０５を構成するコンバータを動作させるためのオンオフ信号をパルス作成器ＰＷＭで作成する。
【００３０】
図９は、直流交流変換器２０７の構成を示す。直流交流変換器２０７は、例えば、交流直流変換するＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子からなるコンバータ６０１で構成される。交流電圧はセンサーＳＳ６で検出され、検出された電圧は振幅演算器６０４で交流電圧振幅を計算される。また、交流電流はセンサーＳＳ７で検出され、電圧検出値とともに電力計算器６０３に入力される。計算された電力Ｐは、電圧指令計算器６０５に入力される。電圧指令計算器６０５は、電力Ｐと最大電力Ｐmaxを入力する。最大電力Ｐmaxは、電力ＰがＰmaxより小さいときは、電圧指令値Ｖacstrに定格電圧値Ｖ１を出力し、電力ＰがＰmaxよりも大きいときは電圧指令値を低減するように電圧指令値Ｖacstrを出力する。
電圧指令値Ｖacstrと電圧振幅値との偏差計算し、比例積分調整器ＡＣＡＶＲに入力する。比例積分調整器ＡＣＡＶＲの出力は、内部発振器６０６の作成する発振波を乗じて交流に変換し、直流交流変換器２０７を構成する半導体スイッチ素子を動作させるためのオンオフ信号をパルス作成器ＰＷＭで作成する。また、電流検出値は、その振幅値Ｉrefを振幅演算器６０２で計算し、出力する。
【００３１】
図１０は、交流直流変換器３０２の構成を示す。交流直流変換器３０２は、例えば、交流直流変換するダイオード整流器と直流直流変換するＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子を用いたコンバータ７０１を用いる。二次電池３０３の電圧は、センサーＳＳ９で検出され、交流直流変換器３０２の充電電流指令値演算器７０３に入力される。充電電流指令値演算器７０３は、電圧から電池の状態からを検知して充電電流指令値Ｉｂ１を計算する。また、交流電圧はセンサーＳＳ８で検出され、電圧振幅Ｖは振幅演算器７０２により計算される。交流電圧振幅Ｖは、電流制限計算器７０４に入力される。電流制限計算器７０４は、交流電圧振幅Ｖから制限値Ｌmaxを計算する。制限値Ｌmaxは、例えば交流電圧振幅が定格±正常範囲のときには最大値を、電圧が低下すると制限値を小さくする機能をもつ。この制限値Ｌmaxと、電流指令値Ｉｂ１はリミッタ７０５に入力される。指令値Ｉｂ１は、リミッタの上下限にかかるとリミッタ値を、リミッタの上下限内では入力値を出力値Ｉｂ２として出力する。出力値Ｉｂ２は電池の充電電流指令値となり、電流センサーＳＳ１０で検出した電池電流との偏差を計算した後、比例積分調整器ＡＣＲに入力する。比例積分調整器ＡＣＲの出力は直流直流変換器３０２を構成する半導体スイッチ素子を動作させるためのオンオフ信号をパルス作成器ＰＷＭで作成する。
【００３２】
図８から図１０で示したように、直流交流変換器２０７が交流出力電圧を定格値に制御すると、二次電池３０３は充電指令値Ｉｂ１に従い充電できる。交流電圧が、二次電池２０６の制限をうけて低下（Ｐmaxにより制限される）すると、二次電池３０３の充電指令値はリミッタ値Ｌmaxにより制限されることになる。
【００３３】
このような構成により、充放電装置２０１と通信を行わず、独立に動作して充電が可能になる。
【００３４】
図３は、電力系統から、充放電装置２０１の二次電池２０６と、車３０１の二次電池３０３を充電するときの電力の流れを矢印で示したものである。
【００３５】
このモードは、電力系統の電力の購入金額が安い時間帯（例えば、日本では、契約条件にもよるが、夜間の時間帯）に、主に使用するモードである。
【００３６】
このとき、充放電装置２０１の二次電池２０６，３０３に蓄える電力は、購入単価が安い、例えば夜間に充電する。このため、遮断器２０３，交流直流変換器２０４，直流直流変換器２０５を通して二次電池２０６を充電し、また、遮断器２０８，交流直流変換器３０２をとおして二次電池３０３を充電する。
【００３７】
図５は交流直流変換器２０４の構成を示したものである。交流直流変換器２０４は、例えば、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子からなるコンバータ４０１で構成される。
直流側の電圧は、センサーＳＳ２で検出され、直流電圧指令値Ｖdstrとの偏差を計算した後、比例積分調整器ＡＶＲに入力される。比例積分調整器ＡＶＲの出力リミッタ値は、最大電力値Ｐmaxから±Ｐmaxとなるように設定される。比例積分調整器ＡＶＲの出力は電流指令値として用いられ、この電流指令値に系統電圧位相検出結果である交流信号を乗算することで交流電流指令値を作成する。交流電流指令値と、電流センサーＳＳ３で検出した電流検出値との偏差が計算され、偏差は比例積分調整器ＡＣＲに入力される。比例積分調整器ＡＣＲの出力は、系統電圧フィードフォワード成分を加算し、半導体スイッチ素子を動作させるためのオンオフ信号をパルス作成器ＰＷＭで作成する。
【００３８】
図７は、図３に示す夜間充電時の直流直流変換器２０５の制御構成を示したものである。前述したように直流直流変換器２０５は、二次電池２０６の電圧をセンサーＳＳ５で検出して電池の状態を監視し、充放電可能な最大電力Ｐmaxを計算して出力する。系統から充電するときは電池の充電電流指令値Ｉbstrは電池の状態から決める。電流指令値Ｉbstrと、電池電流の偏差は、比例積分調整器ＡＣＲに入力する。比例積分調整器ＡＣＲの出力は直流直流変換器２０５を構成するコンバータを動作させるためのオンオフ信号をパルス作成器ＰＷＭで作成する。
【００３９】
交流直流変換器３０２の制御構成は、前述の図１０の説明と同様であるので省略する。
【００４０】
図４は充放電装置２０１から車３０１の二次電池３０３を急速に充電するときの電力の流れを矢印で示したものである。
【００４１】
このモードは、夜間の車３０１の二次電池３０３の充電が時間がかかるため、急に車３０１を使用したいときに使う。このときは、図２で説明した夜間充電にくらべ二倍の電力で車３０１の二次電池３０３の充電を行うモードである。
【００４２】
このとき、充放電装置２０１の二次電池２０６に蓄えられた電力は、購入単価が安い、例えば夜間に充電された電力であり、この安い電力を使って、直流直流変換器２０５と、交流直流変換器２０７，充電接続器３０４を介して、車３０１の二次電池３０３を充電する経路に加え、交流直流変換器２０４，遮断器２０３，２０８，充電接続器３０４を介する経路で、車３０１の二次電池３０３を充電する。
【００４３】
このモードでは、電力系統からの二次電池３０３への充電を防止するため、遮断器２０２はオフ状態にしておく。遮断器２０３も、交流直流変換器２０４を介して、電力系統からの二次電池３０３への充電が起こる場合には、オフする。
【００４４】
交流変換器の制御動作は前述の図８の実施例と同じなので省略する。
【００４５】
図６を使って、交流直流変換器２０４の制御構成を説明する。交流直流変換器２０４は、例えば、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチング素子からなるコンバータ４０１で構成される。交流電圧は、センサーＳＳ１で検出され、位相検出器ＴＨＤＥＴに入力される。直流交流変換器２０７からの電流指令値Ｉrefを入力し、電流指令値として用いる。この電流指令値に、系統電圧位相検出結果である交流信号を乗算することで交流電流指令値を作成する。交流電流指令値と、電流センサーＳＳ３で検出した電流検出値との偏差は、比例積分調整器ＡＣＲに入力される。比例積分調整器ＡＣＲの出力は、系統電圧フィードフォワード成分を加算し、半導体スイッチ素子を動作させるためのオンオフ信号をパルス作成器ＰＷＭで作成する。
【００４６】
また、交流直流変換器３０２の制御構成は、前述の図１０の説明とほぼ同様である。異なるのは、急速充電モードを充放電装置２０１から急速充電指令で電流指令値Ｉｂ１をＮ倍にする点である。
【００４７】
このように、充放電装置を構成することで、家の受電電力の契約を変更せずに、車への充電を２倍で行うことができ、安価な急速充電装置を実現できる。
【００４８】
また、変換器を並列または直列に接続することで、容量を変更でき車の台数の増加にも容易に対応できる。
【００４９】
また、車の電池３０３は、充放電装置２０１に内蔵する二次電池２０６と同じものを用いるため、非常時には二次電池３０３と二次電池２０６を交換するができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明によれば、ハイブリッド自動車，電気自動車などの移動体の蓄電池を充電する家庭用充放電装置やそのほか、急速充電が必要な移動体の充電装置などにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】家庭用充放電装置の構成を示した説明図。
【図２】家庭用充放電装置の運転例１を示した説明図。
【図３】家庭用充放電装置の運転例２を示した説明図。
【図４】家庭用充放電装置の急速充電の例を示した説明図。
【図５】第一の電力変換器２０４の動作を示した説明図。
【図６】第一の電力変換器２０４の動作を示した説明図。
【図７】第二の電力変換器２０５の動作を示した説明図。
【図８】第二の電力変換器２０５の動作を示した説明図。
【図９】第三の電力変換器２０６の動作を示した説明図。
【図１０】車用の電力変換器の動作を示した説明図。
【符号の説明】
【００５２】
１０１  受電盤
１０２，１０３，１０４，１０５，２０２，２０３，２０８  遮断器
１０６  家庭内の負荷（照明，テレビ，エアコンなど）
２０１  家庭用充放電装置
２０７  家庭用充放電装置の蓄電池
３０１  車
３０３  車用蓄電池
【図１】
0005033697.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005033697.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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