JP2008245408A - 電力システムおよび電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源への高調波の影響を十分に抑制可能な電力システムを提供する。
【解決手段】高調波発生負荷２０は、商用交流電源１０からの受電に伴ない高調波を発生する。補償回路３０は、商用交流電源１０と高調波発生負荷２０との間に設けられ、商用交流電源１０から供給される交流電流Ｉａｃの一部を高調波発生負荷２０とは異なる電力消費部４０へ出力可能に構成される。制御装置５０は、高調波の商用交流電源１０への影響を防止するための補償電流Ｉｃｏｍｐを電力消費部４０へ流すように補償回路３０を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力システムおよび電動車両に関し、特に、交流電源への高調波の影響を抑制可能な電力システムおよび電動車両に関する。

特開平１０−２０１２２１号公報（特許文献１）は、電源高調波電流を低減可能なコンバータ装置を開示する。このコンバータ装置では、単相入力でコンデンサ平滑型の整流回路のＲ相およびＴ相の各々の入力にリアクトルが挿入される。このリアクトルにより、入力電流の導通幅が広げられ、電源高調波電流の低減が図られる（特許文献１参照）。
特開平１０−２０１２２１号公報 特開平９−２９４３７４号公報

しかしながら、上記特開平１０−２０１２２１号公報に開示されるコンバータ装置では、リアクトルのインダクタンスが小さいと電源高調波電流を十分に低減できない可能性がある。また、リアクトルにおいて発生する鉄損は効率の低下を招く。

そこで、この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、交流電源への高調波の影響を十分に抑制可能な電力システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、交流電源への高調波の影響を十分に抑制し、かつ、効率的な電力システムを提供することである。

また、この発明の別の目的は、交流電源から車載の蓄電装置を充電する際に交流電源への高調波の影響を十分に抑制可能な電動車両を提供することである。

また、この発明の別の目的は、交流電源から車載の蓄電装置を充電する際に交流電源への高調波の影響を十分に抑制し、かつ、効率的な電動車両を提供することである。

この発明によれば、電力システムは、高調波発生負荷と、補償回路と、制御装置とを備える。高調波発生負荷は、交流電源からの受電に伴ない高調波を発生する。補償回路は、交流電源と高調波発生負荷との間に設けられ、交流電源から供給される電流の一部を高調波発生負荷とは異なる電力消費部へ出力可能に構成される。制御装置は、高調波の交流電源への影響を防止するための補償電流を電力消費部へ流すように補償回路を制御する。

好ましくは、制御装置は、高調波発生負荷へ供給される負荷電流と同等の振幅を有する正弦波電流から負荷電流を差引くことによって補償電流を算出する。

好ましくは、高調波発生負荷は、充電可能な蓄電装置と、電力変換部とを含む。電力変換部は、交流電源からの電力を直流電力に変換して蓄電装置を充電可能に構成される。制御装置は、蓄電装置の充電状態を示す状態量に基づいて補償電流を推定する。

好ましくは、電力システムは、交流電源からの電流を検出する電流センサをさらに備える。制御装置は、電流センサによって検出された検出電流と同等の振幅を有する正弦波電流から検出電流を差引くことによって補償電流を算出する。

好ましくは、電力消費部は、補償電流を受けて発熱する抵抗器を含む。
また、この発明によれば、電動車両は、充電可能な蓄電装置と、受電部と、電力変換部と、補償回路と、制御装置とを備える。受電部は、車両外部の交流電源から電力の供給を受ける。電力変換部は、受電部によって受電された電力を直流電力に変換して蓄電装置を充電可能に構成される。補償回路は、受電部と電力変換部との間に設けられ、受電部からの電流の一部を電力を消費可能に構成された電力消費部へ出力可能に構成される。制御装置は、電力変換部が発生する高調波の交流電源への影響を防止するための補償電流を電力消費部へ流すように補償回路を制御する。

好ましくは、制御装置は、電力変換部へ供給される充電電流と同等の振幅を有する正弦波電流から充電電流を差引くことによって補償電流を算出する。

好ましくは、制御装置は、蓄電装置の充電状態を示す状態量に基づいて補償電流を推定する。

好ましくは、電動車両は、受電部から入力される電流を検出する電流センサをさらに備える。制御装置は、電流センサによって検出された検出電流と同等の振幅を有する正弦波電流から検出電流を差引くことによって補償電流を算出する。

好ましくは、電力消費部は、補償電流を受けて発熱する抵抗器を含む。

この発明においては、補償回路は、交流電源と高調波発生負荷との間に設けられ、交流電源から供給される電流の一部を電力消費部へ出力する。ここで、補償回路は、高調波の交流電源への影響を防止するための補償電流を電力消費部へ流すので、交流電源からの電流を歪み（高調波）のない電流にすることができる。したがって、この発明によれば、交流電源への高調波の影響を十分に抑制することができる。

また、この発明においては、補償電流を受けた抵抗器が発熱する。したがって、この発明によれば、住宅内や、抵抗器を搭載する車両内において、抵抗器が発生した熱を有効利用することができる。

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、この発明の実施の形態１による電力システムを機能的に示す全体ブロック図である。図１を参照して、電力システム１００は、商用交流電源１０と、高調波発生負荷２０と、補償回路３０と、電力消費部４０と、制御装置５０とを備える。

商用交流電源１０は、系統商用電源であって、交流電流Ｉａｃを補償回路３０へ供給する。高調波発生負荷２０は、補償回路３０を介して商用交流電源１０から負荷電流Ｉｓを受ける。この高調波発生負荷２０は、補償回路３０を介して商用交流電源１０からの受電に伴ない高調波を発生する。すなわち、負荷電流Ｉｓは、商用交流電源１０からの受電に伴ない高調波発生負荷２０が発生する高調波を含んだ電流である。

補償回路３０は、商用交流電源１０と高調波発生負荷２０との間に設けられる。補償回路３０は、制御装置５０からの制御指令に基づいて、商用交流電源１０から供給される交流電流Ｉａｃの一部を高調波発生負荷２０とは異なる電力消費部４０へ補償電流Ｉｃｏｍｐとして出力する。

制御装置５０は、高調波発生負荷２０が発生する高調波の商用交流電源１０への影響を防止するために、補償電流Ｉｃｏｍｐを電力消費部４０へ流すように補償回路３０を制御する。より具体的には、上述のように高調波発生負荷２０に供給される負荷電流Ｉｓは高調波を含むところ、制御装置５０は、商用交流電源１０から取得される交流電流Ｉａｃが高調波成分のない正弦波となるような補償電流Ｉｃｏｍｐを算出する。そして、制御装置５０は、その算出された補償電流Ｉｃｏｍｐが商用交流電源１０から電力消費部４０へ流れるように補償回路３０を制御する。

言い換えると、交流電流Ｉａｃは、補償回路３０によって負荷電流Ｉｓと補償電流Ｉｃｏｍｐとに分流されるところ、高調波を含む負荷電流Ｉｓと補償電流Ｉｃｏｍｐとの和が正弦波となるように補償電流Ｉｃｏｍｐが算出され、その算出された補償電流Ｉｃｏｍｐが補償回路３０から電力消費部４０へ流される。

図２は、商用交流電源１０からの交流電流Ｉａｃと高調波発生負荷２０へ供給される負荷電流Ｉｓと電力消費部４０へ流される補償電流Ｉｃｏｍｐとの関係を示した図である。図２を参照して、上述のように、負荷電流Ｉｓは、高調波発生負荷２０が発生する高調波を含んでおり、正弦波に対して歪んだ波形となっている。そして、補償電流Ｉｃｏｍｐは、斜線部で示される。すなわち、負荷電流Ｉｓと補償電流Ｉｃｏｍｐとの和が商用交流電源１０から供給される交流電流Ｉａｃであるところ、制御装置５０は、交流電流Ｉａｃが歪みのない正弦波となるように、負荷電流Ｉｓに基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出する。

これにより、商用交流電源１０から取得される交流電流Ｉａｃを歪みのない正弦波とすることができ、高調波発生負荷２０が発生する高調波の商用交流電源１０への影響が抑制される。

図３は、図１に示した電力システム１００の構成をより詳細に示した図である。図３を参照して、電力システム１００は、電圧センサ１２と、モデム５５とをさらに備える。図１に示した高調波発生負荷２０および電力消費部４０は、それぞれ電動車両２０Ａおよび抵抗器４０Ａから成る。

電圧センサ１２は、Ｒ相線ＲＬとＳ相線ＳＬとの間の電圧Ｖａｃを検出し、その検出値を制御装置５０へ出力する。電動車両２０Ａは、商用交流電源１０から車両駆動用の蓄電装置（図示せず）を充電可能に構成される。電動車両２０Ａは、蓄電装置を充電する際の電力変換に伴ない高調波を発生する。なお、電動車両２０Ａの構成については、後ほど説明する。

補償回路３０は、Ｒ相アーム３２と、Ｓ相アーム３４とを含む。Ｒ相アーム３２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２と、ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ１１，Ｄ１２とを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ１１は、抵抗器４０Ａに接続される電力線Ｌ２とＲ相線ＲＬとの間に接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ１２は、Ｒ相線ＲＬと抵抗器４０Ａに接続される電力線Ｌ１との間に接続される。Ｓ相アーム３４は、ｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２と、ｎｐｎ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ２１，Ｄ２２とを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ２１は、電力線Ｌ２とＳ相線ＳＬとの間に接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ２２は、Ｓ相線ＳＬと電力線Ｌ１との間に接続される。

そして、ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２は、制御装置５０からの駆動信号に基づいてスイッチング動作を行ない、電力線Ｌ１，Ｌ２を介して抵抗器４０Ａへ補償電流Ｉｃｏｍｐが流される。

モデム５５は、Ｒ相線ＲＬおよびＳ相線ＳＬを介して電動車両２０Ａと通信可能に構成される（以下、このような電力線を介しての通信を「ＰＬＣ（Power Line Communications）通信」とも称する。）。

制御装置５０は、電圧センサ１２から電圧Ｖａｃの検出値を受ける。また、制御装置５０は、電動車両２０Ａに搭載された蓄電装置の充電状態（以下「ＳＯＣ（State of Charge）」とも称する。）をモデム５５を介して電動車両２０Ａから受信する。そして、制御装置５０は、後述する方法により、電動車両２０Ａに搭載された蓄電装置のＳＯＣおよび電圧Ｖａｃに基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出し、その算出した補償電流Ｉｃｏｍｐを抵抗器４０Ａへ流すように補償回路３０をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。

なお、商用交流電源１０および電動車両２０Ａ以外の各機器は、たとえば住宅内に配設される。そして、商用交流電源１０から電動車両２０Ａの充電時に補償回路３０から補償電流Ｉｃｏｍｐを受ける抵抗器４０Ａは、たとえばヒータから成り、住宅内の温水器や暖房設備などの熱源として有効利用される。

図４は、図３に示した補償回路３０のスイッチング状態を説明するための図である。図３，図４を参照して、電圧Ｖａｃ＞０のとき、ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ２２はオフ状態に制御され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１２，Ｑ２１がＰＷＭ制御される。これにより、Ｒ相線ＲＬからｎｐｎ型トランジスタＱ１２、電力線Ｌ１、抵抗器４０Ａ、電力線Ｌ２およびｎｐｎ型トランジスタＱ２１を順次介してＳ相線ＳＬへ補償電流Ｉｃｏｍｐが流される。

一方、電圧Ｖａｃ＜０のとき、ｎｐｎ型トランジスタＱ１２，Ｑ２１はオフ状態に制御され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ２２がＰＷＭ制御される。これにより、Ｓ相線ＳＬからｎｐｎ型トランジスタＱ２２、電力線Ｌ１、抵抗器４０Ａ、電力線Ｌ２およびｎｐｎ型トランジスタＱ１１を順次介してＲ相線ＲＬへ補償電流Ｉｃｏｍｐが流される。

図５は、図３に示した電動車両２０Ａのパワートレーン構成を示した図である。図５を参照して、電動車両２０Ａは、蓄電装置Ｂと、駆動装置１１０と、モータジェネレータＭＧと、車輪１２０とを含む。また、電動車両２０Ａは、受電部１４０と、整流部１３０と、コンデンサＣと、モデム１５０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」とも称する。）１６０と、電圧センサ１６２と、電流センサ１６４とを含む。

蓄電装置Ｂは、正母線ＰＬに正極端子が接続され、負母線ＮＬに負極端子が接続される。蓄電装置Ｂは、充電可能な車両駆動用の直流電源であり、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。なお、蓄電装置Ｂとして、大容量のキャパシタを用いてもよい。

電圧センサ１６２は、蓄電装置Ｂの出力電圧Ｖｂを検出し、その検出値をＥＣＵ１６０へ出力する。電流センサ１６４は、蓄電装置Ｂの充放電電流Ｉｂを検出し、その検出値をＥＣＵ１６０へ出力する。

駆動装置１１０は、正母線ＰＬおよび負母線ＮＬを介して蓄電装置Ｂから直流電力を受け、ＥＣＵ１６０からの制御信号に基づいてモータジェネレータＭＧを駆動する。駆動装置１１０は、たとえばインバータや、蓄電装置Ｂからの直流電圧を昇圧してインバータへ供給する昇圧コンバータなどを含む。モータジェネレータＭＧは、車両駆動用の回転電機であり、たとえば三相交流回転電機から成る。モータジェネレータＭＧは、駆動装置１１０によって駆動され、ロータの回転軸に機械的に連結された車輪１２０へ駆動トルクを出力する。

受電部１４０は、車両外部の商用交流電源１０（図３）から蓄電装置Ｂの充電時、商用交流電源１０から供給される電力を受電する。受電部１４０は、たとえば充電プラグやコネクタなどから成る。

整流部１３０は、ダイオードＤ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２を含む。ダイオードＤ３１は、受電部１４０に接続される電力線Ｌ３にアノードが接続され、正母線ＰＬにカソードが接続される。ダイオードＤ３２は、負母線ＮＬにアノードが接続され、電力線Ｌ３にカソードが接続される。ダイオードＤ４１は、受電部１４０に接続される電力線Ｌ４にアノードが接続され、正母線ＰＬにカソードが接続される。ダイオードＤ４２は、負母線ＮＬにアノードが接続され、電力線Ｌ４にカソードが接続される。そして、整流部１３０は、受電部１４０から入力される交流電力を整流して正母線ＰＬおよび負母線ＮＬへ出力する。

コンデンサＣは、正母線ＰＬと負母線ＮＬとの間に接続され、正母線ＰＬと負母線ＮＬとの間の電圧変動成分を低減する。モデム１５０は、電力線Ｌ３，Ｌ４を介して、ＰＬＣ通信によって制御装置５０（図３）と通信可能に構成される。

ＥＣＵ１６０は、車両の走行時、モータジェネレータＭＧを駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号を駆動装置１１０へ出力する。また、ＥＣＵ１６０は、電圧センサ１６２からの出力電圧Ｖｂおよび電流センサ１６４からの充放電電流Ｉｂに基づいて蓄電装置ＢのＳＯＣを算出する。なお、ＳＯＣの算出手法については、種々の公知の手法を用いることができる。また、ＥＣＵ１６０は、商用交流電源１０から蓄電装置Ｂの充電時、算出した蓄電装置ＢのＳＯＣをモデム１５０を介して制御装置５０へ出力する。

この電動車両２０Ａにおいては、受電部１４０から入力される商用交流電源１０からの交流電力を整流部１３０により整流して蓄電装置Ｂを充電することができる。ここで、受電部１４０から入力される交流電力の電圧の絶対値が正母線ＰＬの電圧レベルを超えたときに受電部１４０から蓄電装置Ｂへ充電電流が流れるので、受電部１４０から入力される充電電流（図１，２に示した負荷電流Ｉｓに相当し、以下では充電電流Ｉｓとも称する。）は、正弦波にならずに尖塔化する。すなわち、車両外部から受電部１４０に供給される充電電流Ｉｓは高調波を含む。

図６は、図３に示した制御装置５０における補償電流Ｉｃｏｍｐの算出の考え方を説明するための図である。図６を参照して、蓄電装置ＢのＳＯＣに応じて充電電流Ｉｓが変化する。この理由は、蓄電装置ＢのＳＯＣに応じて蓄電装置Ｂの出力電圧Ｖｂが変化するところ、電動車両２０Ａにおける整流部１３０の入力電圧である商用交流電源１０の交流電圧と、整流部１３０の出力電圧である蓄電装置Ｂの出力電圧Ｖｂとの電圧差に応じて、整流部１３０を介して流れる充電電流Ｉｓが決まるからである。

そして、上述のように、補償電流Ｉｃｏｍｐは、充電電流Ｉｓと同等の振幅を有する正弦波電流と、充電電流Ｉｓとの差から成る。そこで、蓄電装置ＢのＳＯＣに基づいて充電電流Ｉｓを推定し、充電電流Ｉｓと同等の振幅を有する正弦波電流からその推定した充電電流Ｉｓを差引くことによって補償電流Ｉｃｏｍｐを算出することができる。実際には、この実施の形態１では、蓄電装置ＢのＳＯＣに応じて補償電流Ｉｃｏｍｐの波形を予め求めてマップ化あるいはモデル化しておくことで、蓄電装置ＢのＳＯＣに基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐが算出される。なお、上記の考え方に沿って、蓄電装置ＢのＳＯＣに応じて充電電流Ｉｓを算出し、その算出した充電電流Ｉｓから補償電流Ｉｃｏｍｐを算出してもよい。

図７は、図３に示した制御装置５０の制御構造を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートは、商用交流電源１０から電動車両２０Ａの蓄電装置Ｂの充電中、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図３，図７を参照して、制御装置５０は、電圧センサ１２から電圧Ｖａｃの検出値を取得する（ステップＳ１０）。次いで、制御装置５０は、モデム５５を介して電動車両２０Ａから蓄電装置Ｂ（図５）のＳＯＣを受信する（ステップＳ２０）。

そして、制御装置５０は、蓄電装置ＢのＳＯＣと補償電流Ｉｃｏｍｐとの関係を示す予め設定されたマップまたはモデル式を用いて、ステップＳ２０において受信した蓄電装置ＢのＳＯＣに基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出する（ステップＳ３０）。なお、制御装置５０は、電圧Ｖａｃのゼロクロス点を検出し、補償電流Ｉｃｏｍｐを商用交流電源１０と同期させる。

次いで、制御装置５０は、算出された補償電流Ｉｃｏｍｐが抵抗器４０Ａへ流れるように補償回路３０をＰＷＭ制御する（ステップＳ４０）。より具体的には、制御装置５０は、電圧Ｖａｃ＞０のとき、ｎｐｎ型トランジスタＱ１２，Ｑ２１をスイッチング制御するとともにｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ２２をオフ状態とし、電圧Ｖａｃ＜０のとき、ｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ２２をスイッチング制御するとともにｎｐｎ型トランジスタＱ１２，Ｑ２１をオフ状態とする。

以上のように、この実施の形態１においては、商用交流電源１０と電動車両２０Ａとの間に補償回路３０が設けられる。そして、補償回路３０は、電動車両２０Ａの充電時に発生する高調波の商用交流電源１０への影響を防止するための補償電流Ｉｃｏｍｐを抵抗器４０Ａへ流すので、商用交流電源１０からの交流電流Ｉａｃを歪み（高調波）のない電流にすることができる。したがって、この実施の形態１によれば、商用交流電源１０への高調波の影響を十分に抑制することができる。

また、この実施の形態１においては、補償電流Ｉｃｏｍｐを受けた抵抗器４０Ａが発熱する。したがって、この発明によれば、住宅内の温水器や暖房設備などにおいて、抵抗器４０Ａが発生した熱を有効利用することができる。

［実施の形態２］
図８は、実施の形態２による電力システムの全体ブロック図である。図８を参照して、電力システム１００Ａは、図３に示した実施の形態１による電力システム１００の構成において、モデム５５を備えず、電流センサ１４をさらに備え、制御装置５０に代えて制御装置５０Ａを備える。

電流センサ１４は、商用交流電源１０から供給される交流電流Ｉａｃを検出し、その検出値を制御装置５０Ａへ出力する。制御装置５０Ａは、後述する方法により、電流センサ１４からの電流Ｉａｃの検出値および電圧センサ１２からの電圧Ｖａｃの検出値に基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出し、その算出した補償電流Ｉｃｏｍｐを抵抗器４０Ａへ流すように補償回路３０をＰＷＭ制御する。

なお、電力システム１００Ａのその他の構成は、図３に示した電力システム１００と同じである。

図９は、図８に示した制御装置５０Ａの制御構造を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートも、商用交流電源１０から電動車両２０Ａの蓄電装置Ｂの充電中、一定時間ごとまたは所定の条件成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。

図８，図９を参照して、制御装置５０Ａは、電圧センサ１２から電圧Ｖａｃの検出値を取得し、電流センサ１４から交流電流Ｉａｃの検出値を取得する（ステップＳ１１０）。次いで、制御装置５０Ａは、交流電流Ｉａｃに基づいて参照正弦波電流を生成する（ステップＳ１２０）。具体的には、制御装置５０Ａは、交流電流Ｉａｃのピーク値と同等の振幅を有し、かつ、商用交流電源１０と同期した参照正弦波電流を生成する。

次いで、制御装置５０Ａは、その生成した参照正弦波電流から交流電流Ｉａｃを差引くことによって補償電流Ｉｃｏｍｐを算出する（ステップＳ１３０）。なお、制御装置５０Ａは、電圧Ｖａｃのゼロクロス点を検出し、参照正弦波電流および補償電流Ｉｃｏｍｐを商用交流電源１０と同期させる。

そして、制御装置５０Ａは、算出された補償電流Ｉｃｏｍｐが抵抗器４０Ａへ流れるように補償回路３０をＰＷＭ制御する（ステップＳ１４０）。

以上のように、この実施の形態２においては、電流センサ１４からの検出値を用いて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出するので、補償電流Ｉｃｏｍｐの推定精度が高い。したがって、この実施の形態２によれば、商用交流電源１０への高調波の影響を確実に抑制することができる。

［実施の形態３］
上記の実施の形態１，２では、補償回路や電力消費部（抵抗器）は、電動車両の外部に配設されるものとしたが、この実施の形態３では、全て電動車両に搭載される。

図１０は、実施の形態３における電動車両のパワートレーン構成を示した図である。図１０を参照して、この電動車両２０Ｂは、図５に示した実施の形態１における電動車両２０Ａの構成において、電圧センサ１６６と、補償回路３０と、抵抗器４０Ａとをさらに備え、ＥＣＵ１６０に代えてＥＣＵ１６０Ａをさらに備える。

電圧センサ１６６は、電力線Ｌ３と電力線Ｌ４との間の電圧Ｖａｃを検出し、その検出値をＥＣＵ１６０Ａへ出力する。補償回路３０のｎｐｎ型トランジスタＱ１１は、電力線Ｌ２と電力線Ｌ３との間に接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ１２は、電力線Ｌ３と電力線Ｌ１との間に接続される。また、ｎｐｎ型トランジスタＱ２１は、電力線Ｌ２と電力線Ｌ４との間に接続され、ｎｐｎ型トランジスタＱ２２は、電力線Ｌ４と電力線Ｌ１との間に接続される。

ＥＣＵ１６０Ａは、電圧センサ１６２からの出力電圧Ｖｂおよび電流センサ１６４からの充放電電流Ｉｂに基づいて蓄電装置ＢのＳＯＣを算出し、その算出した蓄電装置ＢのＳＯＣおよび電圧センサ１６６からの電圧Ｖａｃに基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出する。そして、ＥＣＵ１６０Ａは、その算出した補償電流Ｉｃｏｍｐを抵抗器４０Ａへ流すように補償回路３０をＰＷＭ制御する。なお、補償電流Ｉｃｏｍｐの具体的な算出方法は、実施の形態１の制御装置５０において実行される算出方法と同様である。

なお、ＥＣＵ１６０Ａのその他の機能は、実施の形態１におけるＥＣＵ１６０と同じである。また、電動車両２０Ｂのその他の構成は、実施の形態１における電動車両２０Ａと同じである。

商用交流電源１０から蓄電装置Ｂの充電時に補償回路３０から補償電流Ｉｃｏｍｐを受ける抵抗器４０Ａは、たとえばヒータから成り、蓄電装置Ｂを暖機する熱源として有効利用される。また、電動車両２０Ｂがエンジンを動力源として搭載したハイブリッド自動車の場合には、エンジンを暖機する熱源として抵抗器４０Ａを有効利用することもできる。

以上のように、この実施の形態３によれば、補償回路３０や抵抗器４０Ａは電動車両２０Ｂに搭載されるので、充電プラグやコネクタなどから成る受電部１４０を商用交流電源１０に直接接続しても、商用交流電源１０への高調波の影響を十分に抑制することができる。

また、この実施の形態３においては、補償電流Ｉｃｏｍｐを受けて発熱する抵抗器４０Ａによって、蓄電装置Ｂやエンジン（ハイブリッド自動車）などを暖機することができる。したがって、この実施の形態２によれば、蓄電装置Ｂの充電直後に車両を利用する場合に蓄電装置Ｂやエンジンの出力を直ちに確保することが可能となり、かつ、補償電流Ｉｃｏｍｐも有効利用することができる。

［実施の形態４］
図１１は、実施の形態４における電動車両のパワートレーン構成を示した図である。図１１を参照して、この電動車両２０Ｃは、図１０に示した実施の形態３における電動車両２０Ｂの構成において、電流センサ１６８をさらに備え、ＥＣＵ１６０Ａに代えてＥＣＵ１６０Ｂを備える。

電流センサ１６８は、受電部１４０から入力される交流電流Ｉａｃを検出し、その検出値をＥＣＵ１６０Ｂへ出力する。ＥＣＵ１６０Ｂは、電流センサ１６８からの電流Ｉａｃおよび電圧センサ１６６からの電圧Ｖａｃに基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出し、その算出した補償電流Ｉｃｏｍｐを抵抗器４０Ａへ流すように補償回路３０をＰＷＭ制御する。なお、補償電流Ｉｃｏｍｐの具体的な算出方法は、図８に示した実施の形態２における制御装置５０Ａにおいて実行される算出方法と同様である。

なお、ＥＣＵ１６０Ｂのその他の機能は、実施の形態３におけるＥＣＵ１６０Ａと同じである。また、電動車両２０Ｃのその他の構成は、実施の形態３における電動車両２０Ｂと同じである。

以上のように、この実施の形態４によれば、実施の形態３と同様の効果に加えて、実施の形態２における効果も得られる。

［実施の形態５］
実施の形態５では、図５に示した実施の形態１における電動車両２０Ａに代えて、以下に説明する電動車両２０Ｄが用いられる。

図１２は、実施の形態５における電動車両２０Ｄのパワートレーン構成を示した図である。図１２を参照して、この電動車両２０Ｄは、蓄電装置Ｂと、コンデンサＣ１と、インバータ１１０−１，１１０−２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、受電部１４０と、モデム１５０と、ＥＣＵ１６０Ｃと、電圧センサ１６２と、電流センサ１６４とを備える。

インバータ１１０−１，１１０−２は、正母線ＰＬおよび負母線ＮＬに互いに並列接続され、それぞれモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２に対応して設けられる。インバータ１１０−１は、ｎｐｎ型トランジスタＱ６１〜Ｑ６６と、ｎｐｎ型トランジスタＱ６１〜Ｑ６６にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ６１〜Ｄ６６とを含む。インバータ１１０−２は、ｎｐｎ型トランジスタＱ７１〜Ｑ７６と、ｎｐｎ型トランジスタＱ７１〜Ｑ７６にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ７１〜Ｄ７６とを含む。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の各々は、三相交流回転電機であって、Ｙ結線（星形結線）された三相コイルをステータコイルとして含む。そして、モータジェネレータＭＧ１の三相コイルの中性点Ｎ１に電力線Ｌ３が接続され、モータジェネレータＭＧ２の三相コイルの中性点Ｎ２に電力線Ｌ４が接続される。

ＥＣＵ１６０Ｃは、車両の走行時、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号を駆動装置１１０−１，１１０−２へ出力する。また、ＥＣＵ１６０Ｃは、車両外部の商用交流電源１０から蓄電装置Ｂの充電時、蓄電装置ＢのＳＯＣを算出してモデム１５０を介して制御装置５０（図３）へ出力する。

この実施の形態５では、車両外部の商用交流電源１０から蓄電装置Ｂの充電時、商用交流電源１０から供給される交流電力をモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２の中性点Ｎ１，Ｎ２に与え、インバータ１１０−１のダイオードＤ６１〜Ｄ６６およびインバータ１１０−２のダイオードＤ７１〜Ｄ７６を、入力された交流電力を整流して蓄電装置Ｂへ出力する整流部として用いる。

以上のように、この実施の形態５によれば、商用交流電源１０から蓄電装置Ｂの充電を行なうための専用の整流部を設ける必要がないので、低コスト化を図ることができる。

なお、特に図示しないが、実施の形態３と同様に、補償回路３０および抵抗器４０Ａを上記の電動車両２０Ｄに搭載してもよい。

［実施の形態６］
上記の各実施の形態では、商用交流電源１０は単相交流電源としたが、この実施の形態６では、商用交流電源が三相交流電源である場合に対応可能な構成が示される。

図１３は、実施の形態６による電力システムの全体ブロック図である。図１３を参照して、電力システム１００Ｂは、商用交流電源１０Ａと、電動車両２０Ｅと、補償回路３０Ａと、抵抗器４０Ａと、制御装置５０Ｂと、モデム５５と、電圧センサ１２Ａ，１２Ｂとを備える。

商用交流電源１０Ａは、三相交流電源であって、三相交流電流を補償回路３０Ａへ供給する。電圧センサ１２Ａは、Ｒ相線ＲＬとＳ相線ＳＬとの間の電圧Ｖａｃ１を検出し、その検出値を制御装置５０Ｂへ出力する。電圧センサ１２Ｂは、Ｓ相線ＳＬとＴ相線ＴＬとの間の電圧Ｖａｃ２を検出し、その検出値を制御装置５０Ｂへ出力する。電動車両２０Ｅは、商用交流電源１０Ａから車両駆動用の蓄電装置（図示せず）を充電可能に構成される。なお、電動車両２０Ｅの構成については、後ほど説明する。

補償回路３０Ａは、図３に示した補償回路３０の構成において、Ｔ相アーム３６をさらに含む。Ｔ相アーム３６は、ｎｐｎ型トランジスタＱ３１，Ｑ３２と、ｎｐｎ型トランジスタＱ３１，Ｑ３２にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードＤ３１，Ｄ３２とを含む。ｎｐｎ型トランジスタＱ３１は、電力線Ｌ２とＴ相線ＴＬとの間に接続される。ｎｐｎ型トランジスタＱ３２は、Ｔ相線ＴＬと電力線Ｌ１との間に接続される。

そして、補償回路３０Ａのｎｐｎ型トランジスタＱ１１，Ｑ１２，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３１，Ｑ３２は、制御装置５０Ｂからの駆動信号に基づいてスイッチング動作を行ない、電力線Ｌ１，Ｌ２を介して抵抗器４０Ａへ補償電流Ｉｃｏｍｐが流される。

制御装置５０Ｂは、電圧センサ１２Ａ，１２Ｂからそれぞれ電圧Ｖａｃ１，Ｖａｃ２の検出値を受ける。また、制御装置５０Ｂは、電動車両２０Ｅに搭載された蓄電装置（図示せず）のＳＯＣをモデム５５を介して電動車両２０Ｅから受信する。そして、制御装置５０Ｂは、受信した蓄電装置のＳＯＣおよび電圧Ｖａｃ１，Ｖａｃ２に基づいて補償電流Ｉｃｏｍｐを算出し、その算出した補償電流Ｉｃｏｍｐを抵抗器４０Ａへ流すように補償回路３０ＡをＰＷＭ制御する。

図１４は、図１３に示した電動車両２０Ｅのパワートレーン構成を示した図である。図１４を参照して、電動車両２０Ｅは、図５に示した実施の形態１における電動車両２０Ａの構成において、受電部１４０および整流部１３０に代えてそれぞれ受電部１４０Ａおよび整流部１３０Ａを含む。

受電部１４０Ａは、車両外部の商用交流電源１０Ａ（図３）から蓄電装置Ｂの充電時、商用交流電源１０Ａから供給される三相電力を受電する。整流部１３０Ａは、図５に示した実施の形態１における整流部１３０の構成において、ダイオードＤ５１，Ｄ５２をさらに含む。ダイオードＤ５１は、受電部１４０Ａに接続される電力線Ｌ５にアノードが接続され、正母線ＰＬにカソードが接続される。ダイオードＤ５２は、負母線ＮＬにアノードが接続され、電力線Ｌ５にカソードが接続される。

なお、電動車両２０Ｅのその他の構成は、実施の形態１における電動車両２０Ａと同じである。

以上のように、この実施の形態６によれば、商用交流電源が三相交流電源である場合にも、商用交流電源への高調波の影響を十分に抑制することができる。

なお、特に図示しないが、実施の形態３と同様に、補償回路３０Ａおよび抵抗器４０Ａを上記の電動車両２０Ｅに搭載してもよい。

なお、上記の実施の形態１，２，５，６においては、車両外部の制御装置と電動車両との間の通信をＰＬＣ通信で実現する構成について説明したが、制御装置と電動車両との間の通信は、このような通信方法に限られることはない。たとえば、通信ケーブルを別途設けてもよいし、無線ＬＡＮなどを用いてもよい。

また、上記の各実施の形態における電動車両は、上述した構成を備えていればどのような形態の車両であってもよく、たとえば、電気自動車や、エンジンを搭載したハイブリッド自動車、直流電源として燃料電池をさらに搭載した燃料電池車などを含む。

なお、上記において、電動車両２０Ａ〜２０Ｅは、この発明における「高調波発生負荷」に対応し、整流部１３０，１３０Ａは、この発明における「電力変換部」に対応する。また、実施の形態５におけるインバータ１１０−１，１１０−２も、この発明における「電力変換部」に対応する。

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。

この発明の実施の形態１による電力システムを機能的に示す全体ブロック図である。 商用交流電源からの交流電流と高調波発生負荷へ供給される負荷電流と電力消費部へ流される補償電流との関係を示した図である。 図１に示す電力システムの構成をより詳細に示した図である。 図３に示す補償回路のスイッチング状態を説明するための図である。 図３に示す電動車両のパワートレーン構成を示した図である。 図３に示す制御装置における補償電流の算出の考え方を説明するための図である。 図３に示す制御装置の制御構造を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２による電力システムの全体ブロック図である。 図８に示す制御装置の制御構造を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３における電動車両のパワートレーン構成を示した図である。 実施の形態４における電動車両のパワートレーン構成を示した図である。 実施の形態５における電動車両のパワートレーン構成を示した図である。 実施の形態６による電力システムの全体ブロック図である。 図１３に示す電動車両のパワートレーン構成を示した図である。

符号の説明

１０，１０Ａ 商用交流電源、１２，１２Ａ，１２Ｂ，１６２，１６６ 電圧センサ、１４，１６４，１６８ 電流センサ、２０ 高調波発生負荷、２０Ａ〜２０Ｅ 電動車両、３０，３０Ａ 補償回路、３２ Ｒ相アーム、３４ Ｓ相アーム、３６ Ｔ相アーム、４０ 電力消費部、４０Ａ 抵抗器、５０，５０Ａ，５０Ｂ 制御装置、５５，１５０ モデム、１００，１００Ａ，１００Ｂ 電力システム、１１０ 駆動装置、１１０−１，１１０−２ インバータ、１２０ 車輪、１３０，１３０Ａ 整流部、１４０，１４０Ａ 受電部、１６０，１６０Ａ〜１６０Ｃ ＥＣＵ、ＲＬ Ｒ相線、ＳＬ Ｓ相線、ＴＬ Ｔ相線、Ｑ１１〜Ｑ１３，Ｑ２１〜Ｑ２３，Ｑ６１〜Ｑ６６，Ｑ７１〜Ｑ７６ ｎｐｎ型トランジスタ、Ｄ１１〜Ｄ１３，Ｄ２１〜Ｄ２３，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ４１，Ｄ４２，Ｄ５１，Ｄ５２，Ｄ６１〜Ｄ６６，Ｄ７１〜Ｄ７６ ダイオード、Ｌ１〜Ｌ５ 電力線、Ｂ 蓄電装置、Ｃ，Ｃ１ コンデンサ、ＰＬ 正母線、ＮＬ 負母線、ＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (10)

1. 交流電源からの受電に伴ない高調波を発生する高調波発生負荷と、
   前記交流電源と前記高調波発生負荷との間に設けられ、前記交流電源から供給される電流の一部を前記高調波発生負荷とは異なる電力消費部へ出力可能に構成された補償回路と、
   前記高調波の前記交流電源への影響を防止するための補償電流を前記電力消費部へ流すように前記補償回路を制御する制御装置とを備える電力システム。
2. 前記制御装置は、前記高調波発生負荷へ供給される負荷電流と同等の振幅を有する正弦波電流から前記負荷電流を差引くことによって前記補償電流を算出する、請求項１に記載の電力システム。
3. 前記高調波発生負荷は、
   充電可能な蓄電装置と、
   前記交流電源からの電力を直流電力に変換して前記蓄電装置を充電可能に構成された電力変換部とを含み、
   前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態を示す状態量に基づいて前記補償電流を推定する、請求項１に記載の電力システム。
4. 前記交流電源からの電流を検出する電流センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記電流センサによって検出された検出電流と同等の振幅を有する正弦波電流から前記検出電流を差引くことによって前記補償電流を算出する、請求項１に記載の電力システム。
5. 前記電力消費部は、前記補償電流を受けて発熱する抵抗器を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電力システム。
6. 充電可能な蓄電装置と、
   車両外部の交流電源から電力の供給を受ける受電部と、
   前記受電部によって受電された電力を直流電力に変換して前記蓄電装置を充電可能に構成された電力変換部と、
   電力を消費可能に構成された電力消費部と、
   前記受電部と前記電力変換部との間に設けられ、前記受電部からの電流の一部を前記電力消費部へ出力可能に構成された補償回路と、
   前記電力変換部が発生する高調波の前記交流電源への影響を防止するための補償電流を前記電力消費部へ流すように前記補償回路を制御する制御装置とを備える電動車両。
7. 前記制御装置は、前記電力変換部へ供給される充電電流と同等の振幅を有する正弦波電流から前記充電電流を差引くことによって前記補償電流を算出する、請求項６に記載の電動車両。
8. 前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態を示す状態量に基づいて前記補償電流を推定する、請求項６に記載の電動車両。
9. 前記受電部から入力される電流を検出する電流センサをさらに備え、
   前記制御装置は、前記電流センサによって検出された検出電流と同等の振幅を有する正弦波電流から前記検出電流を差引くことによって前記補償電流を算出する、請求項６に記載の電動車両。
10. 前記電力消費部は、前記補償電流を受けて発熱する抵抗器を含む、請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の電動車両。

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