JP2008199780A - 電源制御装置および電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】充電効率を向上可能な電源制御装置およびその電源制御装置によって充電可能な電動車両を提供する。
【解決手段】車両２０に搭載された蓄電装置７０は、充電器６８を用いてパワーグリッド３０から充電することができる。また、蓄電装置５６は、住宅の蓄電装置５６からも充電される。蓄電装置５６から蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、コンバータ６４は、蓄電装置５６からの直流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換する。そして、蓄電装置５６からの直流電力は、コンバータ６４、スイッチ６５、直流電力線ＤＣＬおよび接続コネクタ２７を順次介して充電器６８を介することなく蓄電装置７０へ供給される。
【選択図】図３

Description

この発明は、電源制御装置および電動車両に関し、特に、電動車両に搭載された蓄電装置を車両外部から充電するための電源制御装置およびそのような電源制御装置によって充電可能な電動車両に関する。

特開２００１−８３８０号公報（特許文献１）は、電気自動車のバッテリと住宅との間で相互に電力伝達可能とする電力マネジメントシステムを開示する。このシステムでは、たとえば、電気自動車は、バッテリと、インレットと、バッテリとインレットとの間に設けられる第１のインバータとを備える。また、住宅は、配電盤に接続される第２のインバータと、第２のインバータと充電パドルとの間に設けられる第３のインバータと、第２および第３のインバータの間に接続される住宅用蓄電池とを備える。

そして、このシステムでは、第２および第３のインバータを用いて系統電力を高周波の交流電力に変換して充電パドルへ出力し、電気自動車においてインレットから入力される高周波の交流電力を第１のインバータにより直流電力に変換してバッテリを充電することができる。また、第２のインバータにより系統電力を直流電力に変換して住宅用蓄電池を充電することができる。また、住宅用蓄電池に蓄えられた電力を第３のインバータにより高周波の交流電力に変換して充電パドルへ出力し、電気自動車において第１のインバータにより直流電力に変換してバッテリを充電することができる（特許文献１参照）。
特開２００１−８３８０号公報 特開平１１−１７８２３４号公報 特開平７−２９８５１６号公報

しかしながら、住宅用蓄電池から電気自動車のバッテリを充電する場合、第３のインバータにより高周波の交流電力に変換し、電気自動車において第１のインバータにより直流電力に変換してバッテリを充電するので、電力変換回数が多く、充電効率が低下し得る。

それゆえに、この発明の目的は、充電効率を向上可能な電源制御装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、充電効率を向上可能な電源制御装置によって充電可能な電動車両を提供することである。

この発明によれば、電源制御装置は、充電装置を用いて交流電源から充電可能な第１の蓄電装置を第２の蓄電装置から充電する電源制御装置であって、第１および第２の電圧変換器と、出力装置と、制御装置とを備える。第１の電圧変換器は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換可能なように構成される。第２の電圧変換器は、第１の電圧変換器と第２の蓄電装置との間に設けられ、第１の電圧変換器と第２の蓄電装置との間で電圧変換を行なう。出力装置は、第２の電圧変換器により電圧変換された第２の蓄電装置からの直流電力を第１の蓄電装置へ供給するために設けられる。制御装置は、第２の電圧変換器を制御することによって、第２の蓄電装置からの直流電力を第１の蓄電装置の電圧レベルに変換して出力装置を介して第１の蓄電装置を充電するように構成される。

好ましくは、第１の蓄電装置は、第１の蓄電装置に蓄えられた電力を用いて車両走行用の電動機を駆動する電動車両に搭載される。

また、この発明によれば、電動車両は、充放電可能な蓄電装置と、電動機と、充電装置と、受電部とを備える。電動機は、蓄電装置から電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生する。充電装置は、与えられる交流電力を直流電力に変換して蓄電装置を充電可能なように構成される。受電部は、車両外部の交流電源から供給される交流電力を用いて蓄電装置を充電する第１の充電モード時、交流電源からの交流電力を充電装置に与え、車両外部から供給される直流電力を用いて蓄電装置を充電する第２の充電モード時、車両外部から供給される直流電力を蓄電装置へ出力する。

好ましくは、受電部は、第１および第２の受電部を含む。第１の受電部は、交流電源からの交流電力を受電する。第２の受電部は、車両外部から供給される直流電力を受電する。

さらに好ましくは、電動車両は、切替装置をさらに備える。切替装置は、第１の充電モード時、第１の受電部を充電装置と電気的に接続するとともに第２の受電部を蓄電装置から電気的に切離し、第２の充電モード時、第２の受電部を蓄電装置と電気的に接続するとともに第１の受電部を充電装置から電気的に切離す。

さらに好ましくは、電動車両は、充電制御部をさらに備える。充電制御部は、第２の受電部が直流電力を受電しているとき、第２の充電モードで蓄電装置を充電するように切替装置を制御し、第２の受電部が直流電力を受電していないとき、第１の充電モードで蓄電装置を充電するように切替装置を制御する。

この発明による電源制御装置においては、第２の蓄電装置からの直流電力は、第２の電圧変換器により第１の蓄電装置の電圧レベルに変換されて出力装置を介して第１の蓄電装置へ供給されるので、第２の蓄電装置からの直流電力を第２および第１の電圧変換器を用いて交流電力に変換し充電装置を介して第１の蓄電装置へ供給する充電ルートに比べて、電力変換回数が少ない。

したがって、この発明による電源制御装置によれば、第２の蓄電装置から第１の蓄電装置を充電する際の充電効率を向上させることができる。

また、この発明による電動車両においては、第１の充電モード時、受電部により受電される車両外部の交流電源からの交流電力が充電装置に与えられ、充電装置により直流電力に変換されて蓄電装置が充電される。一方、第２の充電モード時は、受電部により受電される車両外部からの直流電力を用いて蓄電装置が直接充電される。

したがって、この発明による電動車両によれば、車両外部から供給される電力が交流電力および直流電力のいずれの場合にも対応することができる。そして、第２の充電モード時においては、充電装置を用いることなく蓄電装置が直接充電されるので、充電効率が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明による電源制御装置および電動車両が用いられる電力システムの全体図である。図１を参照して、この電力システム１は、住宅１０と、車両２０と、接続ケーブル２５と、接続コネクタ２７と、パワーグリッド３０と、送電線３５とを備える。

住宅１０は、送電線３５に接続され、送電線３５を介してパワーグリッド３０と電力を授受することができる。また、住宅１０は、接続ケーブル２５および接続コネクタ２７によって接続される車両２０へ電力を供給することができる。

車両２０は、車両走行用の直流電源として蓄電装置を搭載した電動車両であり、たとえば、ハイブリッド車両や電気自動車である。車両２０は、接続ケーブル２５および接続コネクタ２７によって住宅１０と電気的に接続される。そして、車両２０は、住宅１０から電力の供給を受けて車載の蓄電装置を充電することができる。

接続ケーブル２５は、車両２０を住宅１０内の電力系統に接続して、車両２０に搭載された蓄電装置を住宅１０から充電するための充電ケーブルである。接続コネクタ２７は、接続ケーブル２５を車両２０に接続するためのコネクタである。なお、この図１では、接続コネクタ２７は、接続ケーブル２５の車両２０側に設けられ、車両２０に接続されるものとしたが、接続コネクタ２７を接続ケーブル２５の住宅１０側に設けて住宅１０に接続されるようにしてもよい。

パワーグリッド３０は、系統電力を生成する多数の発電設備から成る系統電源である。パワーグリッド３０には、火力発電所や原子力発電所、風力発電設備、水力発電設備、太陽光発電設備など、様々な発電設備が接続される。

図２は、図１に示した住宅１０の全体ブロック図である。図２を参照して、住宅１０は、太陽電池５２と、燃料電池５４と、蓄電装置５６と、負荷５８と、電力管理ステーション６０とを含む。太陽電池５２、燃料電池５４、蓄電装置５６、負荷５８および車両２０（図１）は、電力管理ステーション６０と電気的に接続される。そして、電力管理ステーション６０は、パワーグリッド３０と接続される。

太陽電池５２、燃料電池５４および蓄電装置５６は、住宅１０に設置された電源設備である。太陽電池５２は、太陽光を受けて発電し、その発電電力を電力管理ステーション６０へ出力する。燃料電池５４は、水素をエネルギー源として発電し、その発電電力を電力管理ステーション６０へ出力する。

蓄電装置５６は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置５６は、電力管理ステーション６０から電力の供給を受けて充電される。また、蓄電装置５６は、蓄電された電力を電力管理ステーション６０へ出力する。なお、蓄電装置５６として、電気二重層キャパシタを用いてもよい。

負荷５０は、住宅１０内の電気負荷を総括的に示したものであり、電力管理ステーション６０から電力の供給を受けて動作することができる。

電力管理ステーション６０は、太陽電池５２、燃料電池５４、蓄電装置５６、負荷５８、車両２０およびパワーグリッド３０（系統電源）間の電力需給を各設備の電力需給量および電力コストに基づいて管理する。たとえば、深夜時間帯の系統電力は安価であるので、電力管理ステーション６０は、パワーグリッド３０から蓄電装置５６および車両２０の充電を深夜時間帯に行なうことができる。また、車両２０の充電が昼間に要求されたとき、電力管理ステーション６０は、太陽電池５２により発電された電力や、深夜電力を用いて充電された蓄電装置５６からの電力を車両２０へ供給することができる。

図３は、図２に示した蓄電装置５６に関連する部分の電力管理ステーション６０の機能ブロック図である。図３を参照して、電力管理ステーション６０は、インバータ６２と、コンバータ６４と、スイッチ６５と、管理ＥＣＵ６６とを含む。

インバータ６２は、管理ＥＣＵ６６からの駆動信号に基づいてパワーグリッド３０からの交流電力を直流電力に変換し、その変換した直流電力をスイッチ６５へ出力する。コンバータ６４は、管理ＥＣＵ６６からの駆動信号に基づいて、インバータ６２からスイッチ６５を介して受ける直流電力を蓄電装置５６の電圧レベルに変換して蓄電装置５６へ出力する。

また、コンバータ６４は、蓄電装置５６に蓄えられた電力を用いて車両２０の充電が行なわれるとき、管理ＥＣＵ６６からの駆動信号に基づいて、蓄電装置５６からの直流電力を車両２０の蓄電装置７０の電圧レベルに変換してスイッチ６５へ出力する。

スイッチ６５は、蓄電装置５６から車両２０内の蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、管理ＥＣＵ６６からの制御信号に基づいてコンバータ６４を直流電力線ＤＣＬと電気的に接続する。一方、蓄電装置５６から車両２０の蓄電装置７０への給電が行なわれないときは、スイッチ６５は、管理ＥＣＵ６６からの制御信号に基づいてコンバータ６４をインバータ６２と電気的に接続する。

直流電力線ＤＣＬは、蓄電装置５６から車両２０の蓄電装置７０へ直流電力を供給するための電力線である。直流電力線ＤＣＬの一端は、スイッチ６５に接続され、その他端は、接続コネクタ２７（図１）に接続される。交流電力線ＡＣＬは、パワーグリッド３０から車両２０の蓄電装置７０へ系統電力を供給するための電力線である。交流電力線ＡＣＬの一端は、パワーグリッド３０に接続され、その他端は、接続コネクタ２７に接続される。なお、直流電力線ＤＣＬおよび交流電力線ＡＣＬは、図１に示した接続ケーブル２５を形成する。なお、直流電力線ＤＣＬ、交流電力線ＡＣＬおよびその他の各機器間に接続される電力線の各々は、実際には２本のケーブルから成る。

車両２０は、充電器６８と、蓄電装置７０とを含む。充電器６８は、パワーグリッド３０から蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、交流電力線ＡＣＬから受ける交流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換して蓄電装置７０へ出力する。一方、住宅１０内の蓄電装置５６から蓄電装置７０の充電が行なわれるときは、直流電力線ＤＣＬから受ける直流電力は、充電器６８を介することなく蓄電装置７０に直接充電される。なお、車両２０の構成については、後ほど詳しく説明する。

この実施の形態１においては、パワーグリッド３０からの系統電力を交流電力線ＡＣＬを介して車両２０へ直接供給し、車両２０に搭載された充電器６８を用いて車両２０の蓄電装置７０を充電することができる。

また、パワーグリッド３０からの系統電力をインバータ６２およびコンバータ６４を用いて蓄電装置５６の電圧レベルに変換し、蓄電装置５６を充電することができる。この蓄電装置５６に蓄えられた電力は、住宅１０内の負荷５８や、車両２０の蓄電装置７０の充電に用いることができる。そして、蓄電装置５６から蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、コンバータ６４は、蓄電装置５６からの電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換する。スイッチ６５は、コンバータ６４からの直流電力を直流電力線ＤＣＬへ出力する。そして、蓄電措置７０は、直流電力線ＤＣＬから受ける直流電力によって充電器６８を介することなく充電される。

すなわち、この実施の形態１においては、住宅１０の蓄電装置５６から車両２０の蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、コンバータ６４、インバータ６２、交流電力線ＡＣＬおよび充電器６８を順次介した充電ルートを用いるのではなく、直流電力線ＤＣＬを介した充電ルートが用いられる。そして、直流電力線ＤＣＬは、コンバータ６４とインバータ６２との間に接続され、蓄電装置５６からの電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換するためにコンバータ６４が流用される。

このような構成とすることにより、蓄電装置５６から蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、パワーグリッド３０からの充電ルートを用いる場合すなわち蓄電装置５６からコンバータ６４、インバータ６２、交流電力線ＡＣＬおよび充電器６８を順次介する充電ルートを用いる場合に比べて電力変換回数を少なくすることができ、その結果、充電効率が向上する。また、蓄電装置５６からの電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換するためのコンバータを別途備える必要がなく（コンバータ６４が流用される。）、低コストでの実現が可能である。

図４は、図３に示した車両２０の機能ブロック図である。なお、この図４では、電力管理システム６０（図３）からの充電に関する部分について詳細に示されている。図４を参照して、車両２０は、充電器６８と、蓄電装置７０と、インバータ１０２と、モータジェネレータ１０４と、受電部１０６Ａ，１０６Ｂと、スイッチ１０８と、充電ＥＣＵ１１８とを含む。充電器６８は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０，１１６と、ＤＣ／ＡＣ変換器１１２と、トランス１１４とから成る。

受電部１０６Ａは、直流電力線ＡＣＬからの交流電力（系統電力）を受電する。受電部１０６Ａは、図示されない電圧センサおよび電流センサを含み、受電された交流電力の電圧Ｖ１および電流Ｉ１を検出して充電ＥＣＵ１１８へ出力する。受電部１０６Ｂは、直流電力線ＤＣＬからの直流電力を受電する。受電部１０６Ｂも、図示されない電圧センサおよび電流センサを含み、受電された直流電力の電圧Ｖ２および電流Ｉ２を検出して充電ＥＣＵ１１８へ出力する。

スイッチ１０８は、充電ＥＣＵ１１８からの制御信号に基づいて、受電部１０６Ａと充電器６８との電気的な接続および切離し、ならびに受電部１０６Ｂと蓄電装置７０との電気的な接続および切離しを行なう。具体的には、交流電力線ＡＣＬから蓄電装置７０の充電が行なわれるとき（以下「第１の充電モード」と称する。）、スイッチ１０８は、充電ＥＣＵ１１８からの制御信号に基づいて、受電部１０６Ａを充電器６８と電気的に接続し、受電部１０６Ｂを蓄電装置７０から電気的に切離す。また、直流電力線ＤＣＬから蓄電装置７０の充電が行なわれるとき（以下「第２の充電モード」と称する。）、スイッチ１０８は、充電ＥＣＵ１１８からの制御信号に基づいて、受電部１０６Ａを充電器６８から電気的に切離し、受電部１０６Ｂを蓄電装置７０と電気的に接続する。

ＡＣ／ＤＣ変換器１１０は、第１の充電モード時、受電部１０６Ａによって受電された交流電力を直流電力に変換する。ＤＣ／ＡＣ変換器１１２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０からの直流電力を高周波の交流電力に変換する。トランス１１４は、ＤＣ／ＡＣ変換器１１２からの高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じて電圧変換する。ＡＣ／ＤＣ変換器１１６は、トランス１１４からの高周波の交流電力を直流電力に変換して蓄電装置７０へ出力する。

蓄電装置７０は、充放電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置７０は、第１の充電モード時、充電器６８によって充電され、第２の充電モード時、受電部１０６Ｂにより受電される直流電力を受けて直接充電される。そして、蓄電装置７０は、蓄えられた電力を車両走行用の電力としてインバータ１０２へ出力する。

インバータ１０２は、蓄電装置７０からの直流電力を交流電力に変換し、その変換した交流電力をモータジェネレータ１０４へ出力してモータジェネレータ１０４を駆動する。モータジェネレータ１０４は、車両走行用の電動機であり、インバータ１０２により駆動されて走行駆動力を発生する。

充電ＥＣＵ１１８は、受電部１０６Ａから電圧Ｖ１および電流Ｉ１の検出値を受け、受電部１０６Ｂから電圧Ｖ２および電流Ｉ２の検出値を受ける。そして、電力管理ステーション６０（図示せず）から蓄電装置７０の充電が要求されているとき、充電ＥＣＵ１１８は、電圧Ｖ２および電流Ｉ２に基づき受電部１０６Ｂでの受電を判定すると、第２の充電モードで蓄電装置７０の充電を実行する。具体的には、充電ＥＣＵ１１８は、受電部１０６Ｂと蓄電装置７０との電気的接続および受電部１０６Ａと充電器６８との電気的切離を指示する制御信号をスイッチ１０８へ出力する。

一方、充電ＥＣＵ１１８は、電圧Ｖ２および電流Ｉ２に基づき受電部１０６Ｂでの非受電を判定すると、第１の充電モードで蓄電装置７０の充電を実行する。具体的には、充電ＥＣＵ１１８は、受電部１０６Ａと充電器６８との電気的接続および受電部１０６Ｂと蓄電装置７０との電気的切離を指示する制御信号をスイッチ１０８へ出力する。

なお、電力管理ステーション６０から蓄電装置７０の充電要求は、たとえば、充電要求ボタンを利用者が操作することによって行なわれる。また、上記においては、スイッチ１０８の切替は、充電ＥＣＵ１１８の制御信号に基づいて自動的に行なわれるものとしたが、利用者が手動で行うようにしてもよい。

この車両２０においては、受電部１０６Ａにより受電される交流電力（系統電力）を充電器６８により直流電力に変換して蓄電装置７０を充電することができる。また、受電部１０６Ｂにおいて直流電力が受電されているときは、その受電された直流電力は、充電器６８を介することなく蓄電装置７０へ直接充電される。

以上のように、この実施の形態１においては、住宅１０内の蓄電装置５６からの直流電力は、電力管理ステーション６０内のコンバータ６４により車両２０の蓄電装置７０の電圧レベルに変換され、直流電力線ＤＣＬおよび接続コネクタ２７を介して車両２０の蓄電装置７０へ供給される。したがって、この実施の形態１によれば、住宅１０内の蓄電装置５６から車両２０の蓄電装置７０を充電する際の電力変換回数を少なくすることができ、充電効率を向上させることができる。また、蓄電装置５６からの直流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換する際にコンバータ６４が流用されるので、コスト低減も実現することができる。

また、車両２０においては、第１の充電モード時、受電部１０６Ａにより受電される交流電力（系統電力）が充電器６８に与えられ、充電器６８により直流電力に変換されて蓄電装置７０が充電される。一方、第２の充電モード時は、受電部１０６Ｂにより受電される蓄電装置５６からの直流電力によって蓄電装置７０が直接充電される。したがって、この実施の形態１による車両２０によれば、パワーグリッド３０および住宅１０内の蓄電装置５６のいずれからも蓄電装置７０を充電することができる。そして、第２の充電モード時は、充電器６８を用いることなく蓄電装置７０が直接充電されるので、充電効率が向上する。

［実施の形態２］
実施の形態１では、住宅１０の蓄電装置５６から車両２０の蓄電装置７０の充電時、蓄電装置５６からの直流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換するのに電力管理ステーション６０内のコンバータ６４を流用したが、この実施の形態２では、車載コンバータが用いられる。

実施の形態２における住宅の全体構成は、図２に示した実施の形態１における住宅１０と同じである。

図５は、実施の形態２における電力管理ステーション６０の機能ブロック図である。なお、この図５でも、図３と同様に蓄電装置５６に関連する部分のみ示されている。図５を参照して、電力管理ステーション６０Ａは、図３に示した実施の形態１における電力管理ステーション６０の構成において、スイッチ６５に代えてスイッチ６７を含む。

スイッチ６７は、蓄電装置５６から車両２０Ａ内の蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、管理ＥＣＵ６６からの制御信号に基づいて蓄電装置５６を直流電力線ＤＣＬと電気的に接続する。一方、蓄電装置５６から車両２０Ａの蓄電装置７０への給電が行なわれないときは、スイッチ６７は、管理ＥＣＵ６６からの制御信号に基づいて蓄電装置５６をコンバータ６４と電気的に接続する。

車両２０Ａは、実施の形態１における車両２０の構成において、コンバータ７２をさらに含む。コンバータ７２は、蓄電装置５６から蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、直流電力線ＤＣＬから受ける直流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換して蓄電装置７０を充電する。

図６は、図５に示した車両２０Ａの機能ブロック図である。なお、この図６でも、図４と同様に、電力管理システム６０Ａ（図５）からの充電に関する部分について詳細に示されている。図６を参照して、車両２０Ａは、図４に示した実施の形態１による車両２０の構成において、コンバータ７２をさらに含み、充電ＥＣＵ１１８に代えて充電ＥＣＵ１１８Ａを含む。

コンバータ７２は、蓄電装置７０とインバータ１０２との間に設けられ、蓄電装置７０とインバータ１０２との間で電圧変換を行なう。また、コンバータ７２をインバータ１０２と接続する正極線ＰＬ３および負極線ＮＬ３には、スイッチ１０８を介して受電部１０６Ｂが接続される。そして、コンバータ７２は、第２の充電モード時、充電ＥＣＵ１１８Ａからの制御信号に基づいて、受電部１０６Ｂからスイッチ１０８を介して正極線ＰＬ３および負極線ＮＬ３に与えられる直流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換して蓄電装置７０へ出力する。

充電ＥＣＵ１１８Ａは、第２の充電モード時、コンバータ７２を駆動するための制御信号を生成してコンバータ７２へ出力するとともに、インバータ１０２を停止するための制御信号を生成してインバータ１０２へ出力する。なお、充電ＥＣＵ１１８Ａのその他の機能は、図４に示した実施の形態１における充電ＥＣＵ１１８と同じである。

この実施の形態２においては、住宅１０内の蓄電装置５６からの直流電力は、スイッチ６７（図５）、直流電力線ＤＣＬおよび接続コネクタ２７を介して車両２０Ａの受電部１０６Ｂにより受電される。そして、受電部１０６Ｂにより受電された蓄電装置５６からの直流電力は、コンバータ７２により蓄電装置７０の電圧レベルに変換され、蓄電装置７０が充電される。

したがって、この実施の形態２によっても、住宅１０内の蓄電装置５６から車両２０Ａの蓄電装置７０を充電する際の電力変換回数を少なくすることができ、充電効率を向上させることができる。また、蓄電装置５６からの直流電力を蓄電装置７０の電圧レベルに変換する際に車両２０Ａのコンバータ７２が流用されるので、コスト低減も実現することができる。

［実施の形態３］
この実施の形態３では、住宅内の蓄電装置と車両の蓄電装置とが同一規格から成り、かつ、取外し可能とされ、蓄電装置の相互利用が図られる。

図７は、実施の形態３における蓄電システムのブロック図である。なお、この図７は、図２に対応するものであり、電力管理ステーション６０に接続されるパワーグリッド３０、太陽電池５２、燃料電池５４および負荷５８については、図示を省略している。

図７を参照して、蓄電装置５６は、複数の蓄電ブロック７０Ａ，７０Ｂを含む。蓄電ブロック７０Ａ，７０Ｂは、電力管理ステーション６０から電力の供給を受けて充電される。そして、蓄電ブロック７０Ａ，７０Ｂは、取外し可能なように構成される。また、車両２０の蓄電装置７０も、取外し可能なように構成される。

そして、蓄電ブロック７０Ａ，７０Ｂおよび蓄電装置７０は、同一規格から成り、相互利用可能なように構成される。具体的には、蓄電装置７０Ａ〜７０Ｃは、互いに同一形状であり、使用電圧範囲および容量が同一である。

したがって、この実施の形態３によれば、住宅内の蓄電装置５６の蓄電ブロック７０Ａ，７０Ｂと車両２０に搭載される蓄電装置７０との相互利用を図ることができる。

なお、特に図示しないが、同一規格化された蓄電装置７０および蓄電ブロック７０Ａ，７０Ｂをその他のモバイル機器（たとえば携帯発電機）で相互利用可能としてもよい。また、上記においては、蓄電装置５６は、蓄電ブロックを２つ含むものとしたが、３つ以上の蓄電ブロックを含んでもよい。

［実施の形態４］
実施の形態１においては、第１の充電モード時、車両に搭載された専用の充電器６８を用いて蓄電装置７０を充電するものとしたが、車両が少なくとも２つの交流電動機を搭載している場合、その２つの交流電動機にそれぞれ対応する２つのインバータを用いて系統電源から蓄電装置７０を充電するようにしてもよい。

この実施の形態４における住宅側の構成は、図３に示した実施の形態１における住宅１０と同じである。

図８は、実施の形態４における車両の機能ブロック図である。図８を参照して、この車両２０Ｂは、蓄電装置７０と、インバータ１０２−１，１０２−２と、モータジェネレータ１０４−１，１０４−２と、受電部１０６Ａ，１０６Ｂと、スイッチ１０８と、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２とを含む。

インバータ１０２−１，１０２−２は、三相ブリッジ回路から成り、互いに並列して蓄電装置７０に接続される。そして、インバータ１０２−１は、蓄電装置７０からの電力を用いてモータジェネレータ１０４−１を駆動し、インバータ１０２−２は、蓄電装置７０からの電力を用いてモータジェネレータ１０４−２を駆動する。

また、インバータ１０２−１，１０２−２は、交流電力線ＡＣＬから蓄電装置７０の充電が行なわれるとき、すなわち第１の充電モード時、後述の方法により、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介してモータジェネレータ１０４−１，１０４−２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる交流電力（系統電力）を直流電力に変換し、その変換した直流電力を蓄電装置７０へ出力する。

スイッチ１０８は、第１の充電モード時、図示されない充電ＥＣＵ１１８からの制御信号に基づいて、受電部１０６Ａを電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２と電気的に接続し、受電部１０６Ｂを蓄電装置７０から電気的に切離す。また、第２の充電モード時、スイッチ１０８は、充電ＥＣＵ１１８からの制御信号に基づいて、受電部１０６Ａを電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２から電気的に切離し、受電部１０６Ｂを蓄電装置７０と電気的に接続する。

モータジェネレータ１０４−１，１０４−２は、三相交流電動機であり、モータジェネレータ１０４−１の中性点Ｎ１およびモータジェネレータ１０４−２の中性点Ｎ２にそれぞれ電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２が接続される。

図９は、図８に示したインバータ１０２−１，１０２−２およびモータジェネレータ１０４−１，１０４−２の零相等価回路を示した図である。三相ブリッジ回路から成る各インバータ１０２−１，１０２−２においては、６個のスイッチング素子のオン／オフの組合わせは８パターン存在する。その８つのスイッチングパターンのうち２つは相間電圧が零となり、そのような電圧状態は零電圧ベクトルと称される。零電圧ベクトルについては、上アームの３つのスイッチング素子は互いに同じスイッチング状態（全てオンまたはオフ）とみなすことができ、また、下アームの３つのスイッチング素子も互いに同じスイッチング状態とみなすことができる。したがって、この図９では、インバータ１０２−１の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム１０２−１Ａとしてまとめて示され、インバータ１０２−１の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム１０２−１Ｂとしてまとめて示されている。同様に、インバータ１０２−２の上アームの３つのスイッチング素子は上アーム１０２−２Ａとしてまとめて示され、インバータ１０２−２の下アームの３つのスイッチング素子は下アーム１０２−２Ｂとしてまとめて示されている。

図９に示されるように、この零相等価回路は、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２を介して中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられる単相交流電力を入力とする単相ＰＷＭコンバータとみることができる。そこで、インバータ１０２−１，１０２−２の各々において零電圧ベクトルを変化させ、インバータ１０２−１，１０２−２を単相ＰＷＭコンバータのアームとして動作するようにスイッチング制御することによって、電力線ＡＣＬ１，ＡＣＬ２から入力される交流電力（系統電力）を直流電力に変換して正極線ＰＬ２および負極線ＮＬ２へ出力することができる。

なお、特に図示しないが、図８において蓄電装置７０とインバータ１０２−１，１０２−２との間にコンバータが設けられる場合には、実施の形態２のように、直流電力線ＤＣＬからの直流電力をコンバータに与えるようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態４においては、第１の充電モード時に受電部１０６Ａにより受電される交流電力は、モータジェネレータ１０４−１，１０４−２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与えられ、インバータ１０２−１，１０２−２を用いて直流電力に変換される。したがって、この実施の形態４によれば、第１の充電モード専用の充電器を別途設ける必要がない。

なお、上記において、蓄電装置７０は、この発明における「第１の蓄電装置」に対応し、蓄電装置５６は、この発明における「第２の蓄電装置」に対応する。また、インバータ６２は、この発明における「第１の電圧変換器」に対応し、コンバータ６４は、この発明における「第２の電圧変換器」に対応する。さらに、直流電力線ＤＣＬおよび接続コネクタ２７は、この発明における「出力装置」を形成し、管理ＥＣＵ６６は、この発明における「制御装置」に対応する。

また、さらに、蓄電装置７０は、この発明における「蓄電装置」に対応し、モータジェネレータ１０４は、この発明における「電動機」に対応する。また、さらに、充電器６８は、この発明における「充電装置」に対応し、受電部１０６Ａ，１０６Ｂは、この発明における「受電部」を形成する。また、さらに、スイッチ１０８は、この発明における「切替装置」に対応し、充電ＥＣＵ１１８は、この発明における「充電制御部」に対応する。

また、さらに、モータジェネレータ１０４−１，１０４−２の少なくとも一方は、この発明における「電動機」に対応し、インバータ１０２−１，１０２−２およびモータジェネレータ１０４−１，１０４−２は、この発明における「充電装置」を形成する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明による電源制御装置および電動車両が用いられる電力システムの全体図である。 図１に示す住宅の全体ブロック図である。 図２に示す蓄電装置に関連する部分の電力管理ステーションの機能ブロック図である。 図３に示す車両の機能ブロック図である。 実施の形態２における電力管理ステーションの機能ブロック図である。 図５に示す車両の機能ブロック図である。 実施の形態３における蓄電システムのブロック図である。 実施の形態４における車両の機能ブロック図である。 図８に示すインバータおよびモータジェネレータの零相等価回路を示した図である。

符号の説明

１ 電力システム、１０ 住宅、２０，２０Ａ，２０Ｂ 車両、２５ 接続ケーブル、２７ 接続コネクタ、３０ パワーグリッド、３５ 送電線、５２ 太陽電池、５４ 燃料電池、５６，７０ 蓄電装置、７０Ａ，７０Ｂ 蓄電ブロック、５８ 負荷、６０，６０Ａ 電力管理ステーション、６２，１０２，１０２−１，１０２−２ インバータ、６４，７２ コンバータ、６５，６７，１０８ スイッチ、６６ 管理ＥＣＵ、６８ 充電器、１０２−１Ａ，１０２−２Ａ 上アーム、１０２−１Ｂ，１０２−２Ｂ 下アーム、１０４，１０４−１，１０４−２ モータジェネレータ、１０６Ａ，１０６Ｂ 受電部、１１０，１１６ ＡＣ／ＤＣ変換器、１１２ ＤＣ／ＡＣ変換器、１１４ トランス、１１８，１１８Ａ 充電ＥＣＵ、ＡＣＬ 交流電力線、ＤＣＬ 直流電力線、Ｎ１，Ｎ２ 中性点、ＡＣＬ１，ＡＣＬ２ 電力線。

Claims (6)

1. 充電装置を用いて交流電源から充電可能な第１の蓄電装置を第２の蓄電装置から充電する電源制御装置であって、
   前記交流電源からの交流電力を直流電力に変換可能なように構成された第１の電圧変換器と、
   前記第１の電圧変換器と前記第２の蓄電装置との間に設けられ、前記第１の電圧変換器と前記第２の蓄電装置との間で電圧変換を行なう第２の電圧変換器と、
   前記第２の電圧変換器により電圧変換された前記第２の蓄電装置からの直流電力を前記第１の蓄電装置へ供給するための出力装置と、
   前記第２の電圧変換器を制御することによって、前記第２の蓄電装置からの直流電力を前記第１の蓄電装置の電圧レベルに変換し、前記出力装置を介して前記第１の蓄電装置を充電するように構成された制御装置とを備える電源制御装置。
2. 前記第１の蓄電装置は、前記第１の蓄電装置に蓄えられた電力を用いて車両走行用の電動機を駆動する電動車両に搭載される、請求項１に記載の電源制御装置。
3. 充放電可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置から電力の供給を受けて車両走行用の駆動力を発生する電動機と、
   与えられる交流電力を直流電力に変換して前記蓄電装置を充電可能なように構成された充電装置と、
   車両外部の交流電源から供給される交流電力を用いて前記蓄電装置を充電する第１の充電モード時、前記交流電源からの交流電力を前記充電装置に与え、車両外部から供給される直流電力を用いて前記蓄電装置を充電する第２の充電モード時、前記車両外部から供給される直流電力を前記蓄電装置へ出力する受電部とを備える電動車両。
4. 前記受電部は、
   前記交流電源からの交流電力を受電する第１の受電部と、
   前記車両外部から供給される直流電力を受電する第２の受電部とを含む、請求項３に記載の電動車両。
5. 前記第１の充電モード時、前記第１の受電部を前記充電装置と電気的に接続するとともに前記第２の受電部を前記蓄電装置から電気的に切離し、前記第２の充電モード時、前記第２の受電部を前記蓄電装置と電気的に接続するとともに前記第１の受電部を前記充電装置から電気的に切離す切替装置をさらに備える、請求項４に記載の電動車両。
6. 前記第２の受電部が直流電力を受電しているとき、前記第２の充電モードで前記蓄電装置を充電するように前記切替装置を制御し、前記第２の受電部が直流電力を受電していないとき、前記第１の充電モードで前記蓄電装置を充電するように前記切替装置を制御する充電制御部をさらに備える、請求項５に記載の電動車両。

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