JP2011155730A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換手段で変換される電流量を低減してエネルギ損失を低減し得る装置を提供する。
【解決手段】スイッチ手段（７、８）の切換と電力変換手段（１０）が電源（１）へ供給する電流とを制御する制御手段（１５）を有し、制御手段（１５）は、検出電圧と同一位相となる基準電流と、スイッチ手段（７、８）が接続されているとき授受される蓄電電流とを演算し、基準電流から検出電流を差し引いた値である第１電流の絶対値と、基準電流から検出電流及び蓄電電流を差し引いた値である第２電流の絶対値との大小を判定し、第２電流の絶対値が第１電流の絶対値より小さいときにはスイッチ手段（７、８）を接続すると共に電力変換手段（１０）が電源（１）へ供給する電流を第２電流に制御し、第２電流の絶対値が第１電流の絶対値より大きいときにはスイッチ手段（７、８）を切断すると共に電力変換手段（１０）が電源（１）へ供給する電流を第１電流に制御する。
【選択図】図１Ａ

Description

この発明は電源装置に関する。

電気機器と、電気機器に電力を供給する電源との間に、充電池と、この充電池からの直流電力を交流電力に変換して電源と電流を授受するインバータとを有する電源装置がある（特許文献１参照）。

特開平７−５９２７４号公報

上記特許文献１の技術では、インバータと電源との間で授受される電流の絶対値が大きくなると、充電池からの電流が交流に変換されるためにインバータ内部のインピーダンスを通流する電流が大きくなり、インピーダンスで生じる発熱が大きくなる。そのため、インバータで熱に変換されて損失するエネルギが大きくなる。

そこで本発明は、電力変換手段で変換される電流量を低減して電力変換手段で生じるエネルギ損失を低減し得る装置を提供することを目的とする。

本発明は、電源と電気機器との間に配される電源装置において、前記電気機器と並列に接続される蓄電手段と、前記電源と前記蓄電手段との間で授受される蓄電電流の通流可否を切換えるスイッチ手段と、前記電気機器と並列に接続され直流を交流に変換して前記電源へ供給する電力変換手段と、当該電力変換手段に接続され当該電力変換手段に直流電流を供給する充電池と、前記電気機器に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、前記電気機器に供給される電流を検出する電流検出手段と、前記スイッチ手段の切換と前記電力変換手段が前記電源へ供給する電流とを制御する制御手段と、を有する。前記制御手段は、前記電圧検出手段により検出される電圧と同一位相となる基準電流と、前記スイッチ手段が接続されているとき授受される蓄電電流とを演算し、前記基準電流から前記電流検出手段により検出される電流を差し引いた値である第１電流の絶対値と、前記基準電流から前記電流検出手段により検出される電流及び蓄電電流を差し引いた値である第２電流の絶対値との大小を判定し、前記第２電流の絶対値が前記第１電流の絶対値より小さいときには前記スイッチ手段を接続すると共に前記電力変換手段が前記電源へ供給する電流を前記第２電流に制御し、前記第２電流の絶対値が前記第１電流の絶対値より大きいときには前記スイッチ手段を切断すると共に前記電力変換手段が前記電源へ供給する電流を前記第１電流に制御する。

本発明によれば、制御手段は、電源からの電流の位相を電圧の位相と同一とするために、蓄電手段を併用する場合に電力変換手段で変換する電流の大きさの絶対値と、蓄電手段を併用しない場合に電力変換手段で変換する電流の大きさの絶対値の大小を判定し、この判定結果より電流の大きさの絶対値が小さいほうの電流を選択するように制御するので、電力変換手段で変換される電流量を低減することが可能となり、電力変換手段で生じるエネルギ損失を低減できる。

本発明の第１実施形態の電源装置の概略構成図である。 制御手段の概略構成図である。 電機機器へ印加される電圧、電気機器へ供給される電流、インバータ電流のタイミングチャートである。 基準電流、電気機器へ供給される電流、インバータ電流、第１電流、第２電流、第１実施形態のインバータ電流のタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態の電源装置の概略構成図である。 有効無効電力平面での運転範囲を示す特性図である。 バッテリ２２の充放電が制限される場合の有効無効電力平面での運転範囲を示す特性図である。 トータル損失の小さい側を選択する実施例を説明するための特性図である。 本発明の第３実施形態の電源装置の概略構成図である。 第３実施形態のバッテリ充電時の起動シーケンスである。 第３実施形態のコンデンサのみを運転するときの起動シーケンスである。 本発明の第４実施形態の電源装置の概略構成図である。 第４実施形態のバッテリ充電時の起動シーケンスである。

図１Ａは本発明の第１実施形態の電源装置の概略構成図、図１Ｂは制御手段１５の概略構成図である。図１Ａにおいて、交流電源１と電気機器２とを配線３で接続し、この配線３の途中に電源装置４が配されている。

電源装置４は、コンデンサ６（蓄電手段）、スイッチ手段７、８、インバータ１０（電力変換手段）、バッテリ１２（充電池）、制御手段１５からなる。

詳細には、電気機器２と並列にコンデンサ６が接続される。つまり、配線３から分岐する配線５にコンデンサ６が設けられている。

配線５にはコンデンサ６と直列に２つのスイッチ手段７、８を備える。２つのスイッチ手段７、８は、交流電源１とコンデンサ６との間で授受されるコンデンサ電流（蓄電電流）の通流可否を切換える。

電気機器２には、直流を交流に変換して電源１へ供給するインバータ１０が並列に接続される。つまり、配線３から分岐する配線９にインバータ１０が設けられている。インバータ１０は配線１１でバッテリ１２（充電池）と接続されている。バッテリ１２はインバータ１０に直流電流を供給する。

配線３には電気機器２に印加される電圧を検出する電圧センサ１３（電圧検出手段）及び電気機器２に供給される電流を検出する電流センサ１４（電流検出手段）を備える。

これらセンサ１３、１４により検出される電圧、電流の各信号が入力される制御手段１５では、スイッチ手段７、８の切換とインバータ１０が電源１へ供給する電流とを制御する。制御手段１５には、図１Ｂに示したように、基準電流演算部１５ａ、コンデンサ電流演算部１５ｂ、第１電流絶対値演算部１５ｃ、第２電流絶対値演算部１５ｄ、大小判定部１５ｅ、制御部１５ｆが含まれている。まず、基準電流演算部１５ａでは検出電圧（電圧センサ１３により検出される電圧）Ｖと同一位相となる基準電流Ｉｔを演算する。

コンデンサ電流演算部１５ｂではスイッチ手段７、８が接続されているとき授受されるコンデンサ電流Ｉｃを演算する。この演算されるコンデンサ電流Ｉｃは、検出電圧Ｖより位相が９０度進んだ波形となる。

基準電流演算部１５ａからの基準電流Ｉｔと、検出電流（電流センサ１４により検出される電流）Ｉとが入力される第１電流絶対値演算部１５ｃでは基準電流Ｉｔから検出電流Ｉを差し引いた値である第１電流Ｉinv１（＝Ｉｔ−Ｉ）の絶対値を演算する。一方、基準電流演算部１５ａからの基準電流Ｉｔと、検出電流Ｉと、コンデンサ電流演算部１５ｂからのコンデンサ電流Ｉｃとが入力される第２電流絶対値演算部１５ｄでは基準電流Ｉｔから検出電流Ｉ及びコンデンサ電流Ｉｃを差し引いた値である第２電流Ｉinv２（＝Ｉｔ−Ｉ−Ｉｃ）の絶対値を演算する。

これら第１電流Ｉinv１、第２電流Ｉinv２の各絶対値が入力される大小判定部１５ｅでは、これら第１電流の絶対値と第２電流の絶対値との大小を判定（判断）する。この判定結果を受ける制御部１５ｆでは、第２電流Ｉinv２の絶対値が第１電流Ｉinv１の絶対値より小さいときにスイッチ手段７、８を接続すると共にインバータ１０が電源１へ供給する電流を第２電流Ｉinv２に制御する。一方、第２電流Ｉinv２の絶対値が第１電流Ｉinv１の絶対値より大きいときにはスイッチ手段７、８を切断すると共にインバータ１０が電源１へ供給する電流を第１電流Ｉinv１に制御する。

ここで、交流電源１には、家庭や施設に電力を供給する一般的な配電手段以外にも、自宅に設置される太陽光発電や風力発電等の電源が含まれる。また、コンデンサ電流の「演算」にはコンデンサ電流の「推定」と「検出」とが含まれる。スイッチ手段７、８が接続されていない場合にはコンデンサ電流Ｉｃは「推定」することしかできないが、２つのスイッチ手段７、８が接続される場合にはコンデンサ電流を「推定」することも「検出」することも可能である。

図１Ａ、図１Ｂに示すようにスイッチ手段７、８を複数設け、複数のスイッチ手段７、８を共に切断するか共に接続する場合で説明したが、２つのスイッチ手段７、８を切断するときにいずれか一方のみを切断するようにしてもかまわない。

ここで、制御手段１５により行われる作用効果を図２、図３を参照して説明する。

電気機器２へ印加される電圧Ｖの一周期について、図２に電気機器２へ印加される電圧Ｖを中太実線で、電気機器２へ供給される電流Ｉを一点鎖線で、コンデンサＯＮ時のコンデンサ電流Ｉｃを細実線で示している。同じく、電気機器２へ印加される電圧Ｖの一周期について、図３に基準電流Ｉｔを中太実線で、電気機器２へ供給される電流Ｉを一点鎖線で、コンデンサＯＮ時のコンデンサ電流Ｉｃを細実線で、第１電流Ｉinv１を長破線で、第２電流Ｉinv２を短破線で示している。ここで、コンデンサ電流Ｉｃは電源１よりコンデンサ６に向けて電荷が流れるときを正とする。時間スケールは図２と図３で同じである。

図２に示したように、電気機器２へ供給される電流Ｉの位相は電気機器２へ印加される電圧Ｖの位相より少し遅れると共に、コンデンサＯＮ時のコンデンサ電流Ｉｃは電気機器２へ印加される電圧Ｖに対して９０度位相が進んでいる。

図３に中太実線で示したように、基準電流Ｉｔの位相が電気機器２へ印加される電圧Ｖの位相と同じとなるように基準電流Ｉｔが生成（演算）されている。この基準電流Ｉｔから電気機器２へ供給される電流Ｉを差し引いた値である第１電流Ｉinv１は、図３に長破線で示したように、基準電流Ｉｔよりも位相が進むと共に、基準電流Ｉｔよりも小さな振幅で振れる電流となる。一方、基準電流Ｉｔから電気機器２へ供給される電流Ｉ及びコンデンサＯＮ時のコンデンサ電流Ｉｃを差し引いた値である第２電流Ｉinv２は、図３に短破線で示したように電気機器２へ供給される電流Ｉと振幅は同じで電気機器２へ供給される電流Ｉよりも位相が少し遅れた電流となる。

こうして演算される第１電流Ｉinv１と第２電流Ｉinv２の各絶対値の大小を判定したとき、第２電流Ｉinv２の絶対値が第１電流Ｉinv１より小さいのは、図３において時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの区間の２つの区間である。これら２つの区間で２つのスイッチ手段７、８が接続されると、インバータ１０が電源１へ供給する電流は第２電流Ｉinv２となる。一方、第２電流Ｉinv２の絶対値が第１電流Ｉinv１の絶対値より大きいのは、図３において時刻ｔ０から時刻ｔ１までの区間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間及び時刻ｔ４から時刻ｔ５までの区間の３つの区間である。これら３つの区間で２つのスイッチ手段７、８が切断されると、インバータ１０が電源１へ供給する電流は第１電流Ｉinv１となる。

この結果、図３に太実線で示したように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの区間で第１電流Ｉinv１が、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの区間で第２電流Ｉinv２が、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの区間で第１電流Ｉinv１が、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの区間で第２電流Ｉinv２が、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの区間で第１電流Ｉinv１がインバータ１０が電源１へ供給する電流（つまりインバータ電流）となる。ただし、線を重ねると見にくくなるので、第１電流Ｉinv１を表す長破線、第２電流Ｉinv２を表す短破線から太実線を少しずらして示している。これによって、インバータ１０に対してコンデンサ６を単に並列接続する場合（つまり図３において時刻ｔ０から時刻ｔ５までの全区間にわたってインバータ１０が電源１へ供給する電流を第２電流Ｉinv２とする場合）よりインバータ１０が電源１へ供給する電流の絶対値が小さくなる。インバータ１０が電源１へ供給する電流の絶対値が小さくなると、インバータ１０内部のインピーダンスで生じる発熱量が小さくなり、インバータ１０でのエネルギ損失を低減することができる。

上記第１実施形態の技術に対して、スイッチ手段７、８を上述のように制御することの意義を説明するために、上記第１実施形態からスイッチ手段７、８を省いた構成とした場合に生じる課題について説明する。

インバータ１０と電源１との間で授受する電流の大きさは、基準電流Ｉｔと電気機器に供給される電流Ｉとの差分電流の大きさからコンデンサ電流Ｉｃの大きさを差し引いたもの（＝Ｉｔ−Ｉ−Ｉｃ）に相当する。したがって、インバータ１０から供給する電流の位相は、コンデンサ電流Ｉｃの位相と、前記差分電流の位相を定める電気機器２への電圧Ｖ及び電流Ｉの位相とにより定まる。また、コンデンサ電流Ｉｃの位相は、電源１からの電圧により定まる。つまり、インバータ１０が電源１と授受する電流の位相およびコンデンサ電流Ｉｃの位相が定まる条件がそれぞれ異なるため、これら２つの電流の位相が同じになるとは限らない。

これら２つの電流の位相が異なると、正のコンデンサ電流Ｉｃがコンデンサ６から電源１へ流れて、電源１からの電流が小さくなる一方で、電源１からの電流を大きくするように負のコンデンサ電流Ｉｃがコンデンサ６から電源１へ流れる場合が生じる。このとき、インバータ１０では、前記差分電流に相当する大きさの電流に対して、負のコンデンサ電流Ｉｃにより小さくなる電源１からの電流を補填する電流を加えて、電源１と授受する。そのため、インバータ１０と電源１との間で授受する電流の大きさは、前記差分電流に対して大きくなることがある。

このように、インバータ１０と電源１との間で授受する電流の大きさが前記差分電流に対して大きくなるのでは、インバータ１０内部のインピーダンスを流れる電流が大きくなり、インピーダンスで生じる発熱が大きくなる。つまり、第１実施形態からスイッチ手段７、８を省いた構成では、インバータ１０で熱に変換されて損失するエネルギが大きくなるという課題が生じる。

このようにして、第１実施形態によれば、制御手段１５は、交流電源１からの電流の位相を電圧の位相と同一とするために、コンデンサ６（蓄電手段）を併用する場合にインバータ１０（電力変換手段）が電源１へ供給する電流の大きさの絶対値と、コンデンサ６を併用しない場合にインバータ１０が電源１へ供給する電流の大きさの絶対値の大小を判定し、この判定結果より電流の大きさの絶対値が小さいほうの電流を選択するように制御するので、インバータ１０が電源１へ供給する電流量を低減することが可能となり、インバータ１０で生じるエネルギ損失を低減できる。

図４は本発明の電源装置を急速充電器３５に応用した場合の第２実施形態の概略構成図である。図４において、車両２１には、充電可能なバッテリ（充電池）２２、バッテリ２２からの直流電流を配線２３を介して受け三相の交流電流に変換するモータ用インバータ２４、モータ用インバータ２４からの三相交流で駆動されるモータ２５、バッテリ２２を充電するための急速充電ポート２６、急速充電ポート２６とバッテリ２２とを接続する配線２７を備えている。

一方、系統３１（交流電源）からの三相交流の電力は、メイン配線３２を介して施設３３に供給されている。ここで、系統３１は、具体的には一般家庭や商業施設などに電力を供給する発電所および送電系統などの電源を指している。施設３３は、具体的には一般家庭や商業施設などに配される電気機器を指している。

施設３３と並列に車載バッテリ２２を充電するため定置式の急速充電器３５を備える。つまり、系統３１と施設３３との間に急速充電器３５が接続されている。急速充電器３５は、主にインバータ３７（電力変換手段）、三相コンデンサ３９（蓄電手段）、第１コンタクタ４０、第２コンタクタ４１（スイッチ手段）、制御部４２（制御手段）、出力ポート４４からなる。

詳細には、メイン配線３２から分岐する配線３６にインバータ３７が接続され、分岐配線３６の途中にこの分岐配線３６を断接する第１コンタクタ４０が設けられている。インバータ３７はバッテリ２２からの直流を系統３１への三相交流に変換して供給するものである。なお、インバータ３７は、系統３１からの三相交流をバッテリ２２を充電するために直流に変換するコンバータとしての機能をも有している。

分岐配線３６よりさらに分岐する配線３８に三相コンデンサ３９が接続され、分岐配線３８の途中にこの分岐配線３８を断接する第２コンタクタ４１（スイッチ手段）が設けられている。三相コンデンサ３９は力率改善コンデンサとして機能する。

インバータ３７はまた、配線４３を介して出力ポート４４と接続されている。

バッテリ２２の充電時には、車両２１の急速充電ポート２６が急速充電器３５の出力ポート４４に接続される。

制御部４２には、系統制御器からの制御信号が入力される。ここで、系統制御器とは電力系統の全体の周波数や、部分部分の電圧を正常範囲内に制御するシステム機器・通信手段などを包括したもので、発電所・変電所・電力会社などに分散して設置されている。

系統制御器からの制御信号には、充電／ＬＦＣ／ＳＴＡＴＣＯＭ切換信号、有効・無効電力指令、高調波電流指令などが含まれる。充電／ＬＦＣ／ＳＴＡＴＣＯＭ切換信号とは、充電とＬＦＣとＳＴＡＴＣＯＭとを切換える信号である。ここで、充電とは充電モードのことである。ＬＦＣとは負荷追従制御モード（本発明の電源装置から系統３１に戻す電力を指令するモード）の略称で、充電モードの指令と反対の内容を指令するものである。ＳＴＡＴＣＯＭとは電圧調整モード（主に系統３１の無効電力を調整するように本発明の電源装置に指令するモード）の略称である。

また、無効電力指令とは力率を改善するため系統３１に電力を供給するための指令、有効電力指令とはさらに機器に有効に効く電力を系統３１に供給するための指令である。また、高調波電流とは系統３１における高周波の電力のゆがみを低減して正弦波状の電流にするために補填する電流のことである。

制御部４２では、充電／ＬＦＣ／ＳＴＡＴＣＯＭの各指令、有効・無効電力指令、高調波電流指令を受けて、２つのコンタクタ４０、４１に切換信号を、インバータ３７にゲートＯＮ／ＯＦＦ信号を出力し、インバータ３７内部のインピーダンスで生じる発熱量が小さくなるように２つのコンタクタ４０、４１の断接及びインバータ電流を制御する。

三相コンデンサ３９をΔ結線で示しているが、Ｙ結線の三相コンデンサでもかまわない。

図４では、コンタクタ４０、４１は三相交流のうちＵ相、Ｒ相、Ｓ相の全てを開閉する構成であるが、Ｕ相、Ｒ相、Ｓ相のうちいずれか二相のみを開閉するように構成してもかまわない。図４では系統３１からの交流が三相である場合で記載しているが、系統３１からの交流が二相である場合、単相である場合であってもかまわない。

ここで、図４を第１実施形態の図１Ａと比較すればわかるように、第２実施形態では、急速充電器３５及び車載バッテリ２２から本発明の電源装置が構成されている。

図５は有効無効電力平面（ＰＱ平面）での運転範囲を示す特性図である。図５においてＰは有効電力、Ｑは無効電力である。有効電力Ｐがゼロの状態とは、有効電力を系統３１に供給していないし、系統３１から有効電力を受けていない状態のことである。無効電力Ｑがゼロの状態とは、無効電力を系統３１に供給していないし、系統３１から無効電力を受けていない状態のことである。

図５（い）は従来技術２の力率改善コンデンサ（図では単に「コンデンサ」で略記。）と、バッテリ及び充電装置とが別々に存在する場合のＰＱ平面での運転範囲を示している。図５（い）に示したように力率改善コンデンサで可能な運転点ＣはＱ軸上において負の位置にある。ここで、力率改善コンデンサとは電機機器にコンデンサを並列接続することで電源からの電力の力率を改善するようにしたものである。

一方、バッテリ及び充電装置で可能な運転範囲は、図５（い）に示したようにＰＱ平面の原点を中心とする円となる。ここでいうバッテリとは図４のバッテリ２２と同じものである。ここでいう充電装置とは、従来のバッテリ充電装置（コンバータによりバッテリを充電するもの。図１Ａに示した電源装置４からコンデンサ６及び２つのスイッチ手段７、８の構成を省いたもの）を指している。

次に、図５（は）はバッテリ及び充電装置に加えてＯＮ／ＯＦＦできない力率改善コンデンサを備える場合のＰＱ平面での運転範囲を示している。ここで、「力率改善コンデンサＯＮ」とは力率改善コンデンサが働く場合のことを、具体的には図４において２つのコンタクタ４０、４１が接続され、三相コンデンサ３９がインバータ３７と接続されていることをいう。一方、「力率改善コンデンサＯＦＦ」とは、力率改善コンデンサが働かない場合のことを、具体的には図４において２つのコンタクタ４０、４１が切断され、三相コンデンサ３９がインバータ３７と接続されていることをいう。従って、力率改善コンデンサがＯＮ／ＯＦＦできないとは、具体的には図４において２つのコンタクタ４０、４１が設けられておらず三相コンデンサ３９が常時インバータ３７と接続されていることをいう。図５（は）に示したように、この場合の運転範囲は運転点Ｃを中心とする円となる。運転点Ｃはこの円に含まれる。

次に、図５（ろ）はバッテリ及び充電装置に加えてＯＮ／ＯＦＦ可能な力率改善コンデンサを備える場合のＰＱ平面での運転範囲を示している。力率改善コンデンサがＯＮ／ＯＦＦ可能であるとは、具体的には図４に示したように、２つのコンタクタ４０、４１の断接によって三相コンデンサ３９をインバータ３７と接続したり切断したりし得ることをいう。図５（ろ）に示したように、力率改善コンデンサＯＮの場合に運転点Ｃを中心とする円となり、力率改善コンデンサＯＦＦの場合に原点を中心とする円となる。すなわち２つの円を合わせた範囲が運転範囲となる。

図５の特性をまとめると、バッテリ及び充電装置に加えてＯＮ／ＯＦＦ可能な力率改善コンデンサを備える場合（図５（ろ）の場合）には、従来の力率改善コンデンサと、バッテリ及び充電装置とが別々に存在する場合（図５（い）の場合）、バッテリ及び充電装置に加えてＯＮ／ＯＦＦできない力率改善コンデンサを備える場合（図５（は）の場合）のいずれの場合に比べても、より制御範囲を広くできるというメリットが生じている。

また、図５（ろ）において、２つの円が重なる部分では、同じ動作点（運転点）を実現する二つの動作状態があるので、トータル損失の小さい側を選択することで、バッテリ２２の充電効率を高めることができる。これについては図７により後述する。

なお、図５（ろ）において、ＰＱ平面の原点を中心とする円の端が力率改善コンデンサで可能な運転点Ｃを覆わないように設定している。円の端が力率改善コンデンサで可能な運転点Ｃを含むように設定することも可能である。円の大きさは、インバータ３７の電流容量で決まる。電流容量を大きくするとインバータ３７が高価・大型化するため、インバータ３７による円の大きさはできるだけ小さくしたいという要求がある。運転可能範囲を広げるために、インバータ３７による円の大きさをなるべく小さくしながら２つの円でカバーできる領域をなるべく大きくするために、ここでは力率改善コンデンサで可能な運転点Ｃを覆わないように設定しているわけである。

バッテリ２２の充電状態や温度などの要因でバッテリ２２の充放電が制限される場合に、ＰＱ平面での運転範囲は図５（い）、図５（ろ）、図５（は）より図６（い）ｂ、図６（ろ）ｂ、図６（は）ｂへと変化する。このようにバッテリ２２の充放電が制限される場合においても、図６（い）ｂ、図６（は）ｂに対する図６（ろ）ｂの優位性は保たれる。

次に、バッテリ及び充電装置に加えてＯＮ／ＯＦＦ可能な力率改善コンデンサを備える場合に、トータル損失の小さい側を選択する実施例を図７を参照して説明する。ここで、トータル損失とは、インバータでの損失と力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失とを合わせた損失のことである。力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失とは、力率改善コンデンサを通流する電流がコンデンサ部のインピーダンスを通過する際に生じる発熱が原因で生じるもののことである。

まず、インバータでの損失が力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失より充分大きい場合を考える。この場合には、インバータでの損失の大きさはインバータ電流の大きさ、すなわち力率改善コンデンサＯＦＦ時は原点からの矢印の長さに、また力率改善コンデンサＯＮ時は運転点Ｃからの矢印の長さにそれぞれ依存するため、図７（ろ）b-1に示したように、原点と力率改善コンデンサ単独運転点Ｃとの中線（一点鎖線参照）の右側では力率改善コンデンサＯＦＦ（第１コンタクタ４０を接続かつ第２コンタクタ４１を切断）としてインバータ３７を単独運転することにより、また中線の左側では力率改善コンデンサＯＮ（第１コンタクタ４０を接続かつ第２コンタクタ４１を接続）として三相コンデンサ３９を働かせると共にインバータ３７を運転することにより、常に損失最小動作点を選択できる。

厳密には、力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失Ｌｃ（一定）と、インバータでの損失Ｌinv＝ｆ（Ｐinv、Ｑinv）とを加えて評価する。ここで、Ｌinv＝ｆ（Ｐinv、Ｑinv）は、インバータでの損失Ｌinvがインバータ有効電力Ｐinvとインバータ無効電力Ｑinvとの関数であることを表している。このとき、インバータ有効電力Ｐinv＝有効電力指令値Ｐrefであるが、力率改善コンデンサＯＦＦ時であればインバータ無効電力Ｑinv＝無効電力指令値Ｑref、力率改善コンデンサＯＮ時であればインバータ無効電力Ｑinv＝無効電力指令値Ｑref−力率改善コンデンサ無効電力Ｑｃ（Ｑｃ一定）となる。有効電力指令値Ｐref、無効電力指令値Ｑrefは電力系統側より指令されるとする。

次に、力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失を無視できない場合を考える。力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失Ｌｃを無視できない場合には、力率改善コンデンサＯＦＦを選択する運転領域が広くなり、図７（ろ）b-2に示した実線Ａが力率改善コンデンサＯＮとするか力率改善コンデンサＯＦＦとするかを切換える境界となる。実線Ａは有効電力Ｐの絶対値の大きい領域では図７（ろ）b-2に示した一点鎖線Ｂ（＝図７（ろ）b-1の一点鎖線）に漸近する。

有効電力Ｐの絶対値の大きい領域で一点鎖線Ｂに漸近することになる理由は次の通りである。力率改善コンデンサでの損失がなければ、実線Ａと一点鎖線Ｂとは一致する。力率改善コンデンサでの損失があるため、交点は、実線Ａに対して左側にずれる。この左側へのずれ代は、破線Ｄから上下に離れるほど小さくなる。この交点の軌跡を結ぶと、実線Ａのように、一点鎖線Ｂに漸近した線になる。

図７（ろ）b-2において中太実線Ｃに沿った動作点で電源装置を運転したときにトータル損失がどうなるかを図７（ろ）b-3に、また図７（ろ）b-2において破線Ｄに沿った動作点で電源装置を運転したときにトータル損失がどうなるかを図７（ろ）b-4にそれぞれ示す。ここで、図７（ろ）b-2において中太実線Ｃは有効電力指令（＝充放電指令）がゼロで、無効電力指令のみ値がある場合である。中太実線Ｃに沿った動作点で電源装置を運転したとき、トータル損失は図７（ろ）b-3に示す細実線となり、図７（ろ）b-3に示す太実線がトータル損失の最小値を選択した場合の特性となる。

同様に、図７（ろ）b-2において破線Ｄは有効電圧指令（＝充放電指令）が正の場合である。破線Ｄに沿った動作点で電源装置を運転したとき、トータル損失は図７（ろ）b-4に示す細破線となり、図７（ろ）b-4に示す太点線がトータル損失の最小値を選択した場合の特性となる。

参考のため、図７（ろ）b-2において破線Ｄに沿った動作点で電源装置を運転したときのトータル損失を図７（ろ）b-3において破線で、また図７（ろ）b-2において中太実線Ｃに沿った動作点で電源装置を運転したときのトータル損失を図７（ろ）b-4において実線で重ねて示している。すなわち、図７（ろ）b-2において破線Ｄに沿った動作点で電源装置を運転したときのトータル損失は、図７（ろ）b-2において中太実線Ｃに沿った動作点で電源装置を運転したときのトータル損失よりも大きいものとなっている。

図７（ろ）b-3、図７（ろ）b-4のいずれにおいても左右方向の中央付近の丸がバッテリ及び充電装置に加えてＯＮ／ＯＦＦ可能な力率改善コンデンサを備える場合に、力率改善コンデンサＯＮとするか力率改善コンデンサＯＦＦするかを切換える境界であり、切換境界の左側が力率改善コンデンサＯＮの運転領域、右側が力率改善コンデンサＯＦＦの運転領域である。

つまり、力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失を無視できない場合、本装置における制御部４２では、コンデンサの損失により生じるコンデンサ電流の損失をパラメータの一つとして用いてコンデンサ電流を演算し、このコンデンサ電流の演算結果に基づき力率改善コンデンサを併用できるかどうかを判断する。その結果、インバータ電流の大小判定の精度を向上することができる。

ここで、第２実施形態の作用効果を説明する。

第２実施形態によれば、インバータ３７での損失と２つのコンタクタ４０、４１が接続されているときの三相コンデンサ３９での損失とを合わせた損失（トータル損失）が小さくなるように２つのコンタクタ４０、４１の断接を制御するので、バッテリ２２の充電時に電源からの電力の力率を高めることができる。

第２実施形態によれば、図７（ろ）b-1で説明したように、ＰＱ平面上で力率改善コンデンサ（三相コンデンサ３９）の運転点Ｃと原点との二等分線より原点側で２つのコンタクタ４０、４１を切断し、力率改善コンデンサ（三相コンデンサ３９）の運転点Ｃ側で２つのコンタクタ４０、４１を接続するので、インバータ３７での損失が２つのコンタクタ４０、４１が接続されているときの力率改善コンデンサ（三相コンデンサ３９）での損失（力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失）より充分大きい場合に、バッテリ２２の充電時に電源からの電力の力率を高めることができる。

第２実施形態によれば、図７（ろ）b-2で説明したように、２つのコンタクタ４０、４１が接続されているときの力率改善コンデンサ（三相コンデンサ３９）での損失及びインバータ３７での損失を加えた損失（トータル損失）と、２つのコンタクタ４０、４１が切断されているときのインバータ３７での損失とを計算し、両者が一致するＰＱ平面上の運転点をつないだ境界線（実線Ａ参照）より、原点側で２つのコンタクタ４０、４１を切断し、力率改善コンデンサ（三相コンデンサ３９）の運転点Ｃ側で２つのコンタクタ４０、４１を接続するので、２つのコンタクタ４０、４１が接続されているときの力率改善コンデンサ（三相コンデンサ３９）での損失（力率改善コンデンサＯＮ時の力率改善コンデンサでの損失）を無視できない場合においても、バッテリ２２の充電時に電源からの電力の力率を高めることができる。

従来技術では、インバータによりバッテリを充電する充電装置と、コンデンサを用いた力率改善装置とが別個に存在し、別個の制御部により各装置を制御していた。これに対して、第２実施形態では、制御部４２により２つのコンタクタ４０、４１の断接とインバータ電流とをまとめて制御するので、従来別個であった制御部を共用化できる。また、インバータブリッジを流用しない分効果は小さいものの、通信・保護などを含めて制御部４２をコンパクトに構成できる。

また、インバータ３７の一次側には、分岐していない通常のＮＦＢ（ノンフューズブレーカ）やフューズは置かれているはずなので、それらフューズに代えてコンタクタ４０を設けるだけで対応可能である。

図８は第３実施形態の電源装置の概略構成図である。第２実施形態ではスイッチ手段としての２つのコンタクタ４０、４１をインバータ３７の上流側に設けたが、第３実施形態はスイッチ手段としてのリレーをインバータ３７の下流側に設けるものである。すなわち、インバータ３７と出力ポート４４とを接続する配線４３から分岐する配線５１にコンデンサ５２を接続すると共に、分岐配線５１に常開のリレー５３（スイッチ手段）を介装している。このリレー５３は第２実施形態のコンタクタ４１に相当するものである。このリレー５３を他のリレーと区別するため、以下「コンデンサ接続リレー」という。また、定置式の急速充電器３５に設けられるコンデンサ５２を、後述する平滑コンデンサ６３と区別するため、以下「地上コンデンサ」という。

車両２１の急速充電ポート２６を急速充電器３５の出力ポート４４に接続する際の急速充電ポート２６での感電防止等の安全性向上を目的として、車両２１側には平滑コンデンサ６２、メインリレー６３、抵抗６５、充電リレー６６、急速充電ポートリレー６７を備えさせている。すなわち、モータ用インバータ２４内部においてバッテリ２２とモータ用インバータ２４とを接続する配線２３を結ぶ線６１に平滑コンデンサ６２が介装されている。バッテリ２２とモータ用インバータ２４とを接続する配線２３の途中に常開のメインリレー６３が介装されている。メインリレー６３をバイパスする配線６４に抵抗６５及び常開の充電リレー６６が介装されている。また、急速充電ポート２６とバッテリ２２とを接続する配線２７の途中に常開の急速充電ポートリレー６７が介装されている。

急速充電器３５側にも、インバータ３７と出力ポート４４とを接続する配線４３の途中に常開の充電出力リレー６８が介装されている。

そして、これら４つのリレー６３、６６、６７、６８及び上記コンデンサ接続リレー５３を次のように操作することで、急速充電ポート２６での感電を防止しつつバッテリ２２の充電を行わせる。

〈１〉まず、充電リレー６６を閉じる。これによってモータ用インバータ２４及びバッテリ２２の間で電位差があったとしても電流は抵抗６５を介して流れ、やがてモータ用インバータ２４及びバッテリ２２の間で電位差がなくなり、モータ用インバータ２４及びバッテリ２２の間で電流が流れなくなる。抵抗６５を介して電流を流すと、電流がゆっくりやりとりされるため、突入電流が生じない。ここで、モータ用インバータ２４及びバッテリ２２の間で電位差がなくなったときのバッテリ電圧を所定電圧Ｖａとする。

〈２〉電位差がなくなったことを把握した後にメインリレー６３を閉じ、充電リレー６６を開く。メインリレー６３を閉じるのは、電位差がなくなった状態では突入電流が生じないため、抵抗６５を介さずとも電流を流すことが可能となるからである。

〈３〉コンデンサ接続リレー５３を閉じ、インバータ３７により地上コンデンサ５２を所定電圧Ｖａとなるまで充電する。

〈４〉地上コンデンサ５２が所定電圧Ｖａとなった後に充電ポートリレー６７及び充電出力リレー６８を閉じる。急速充電ポート２６の上下流で同じ所定電圧Ｖａとなっているため、急速充電ポート２６を大電流が流れることはない。

このように、４つのリレー６３、６６、６７、６８及び上記コンデンサ接続リレー５３を上記〈１〉〜〈４〉の手順に従って操作することで、バッテリ２２と地上コンデンサ５２の間にあるすべてのリレー（コンデンサ接続リレー５３、急速充電ポートリレー６７、充電出力リレー６８）が突入電流により溶着して破損することを回避できる。

制御部４２によりこの操作を行わせるため、車両２１側にも制御部７１を設けておく。以下では２つの制御部４２、７１を区別するため、急速充電器の制御部４２を「充電器制御部」、制御部７１を「車両側制御部」という。

メインリレー６３、充電リレー６６、急速充電ポートリレー６７の３つのリレーと車両側制御部７１とを接続し、車両側制御部７１からの信号で３つの各リレー６３、６６、６７を開閉する。また、バッテリ電圧を検出するセンサ８１を設け、この電圧センサ８１からの信号を車両側制御部７１に入力させておく。車両側制御部７１と充電器制御部４２とで双方向通信が可能となるように、２つのポート７３、７４を備えさせ、一方のポート７３と充電器制御部４２とを通信線７５で、他方のポート７４と車両側制御部７１とを通信線７６でそれぞれ接続する。バッテリ２２の充電のために出力ポート４４と急速充電ポート２６とを接続するときには、同時に一方のポート７３と他方のポート７４とが接続されるように構成しておく。

急速充電器３５では、コンデンサ接続リレー５３、充電出力リレー６８の２つのリレーと充電器制御部４２とを接続し、充電器制御部４２からの信号でコンデンサ接続リレー５３、充電出力リレー６８の２つのリレーを開閉する。

充電器制御部４２により実行される操作（制御）を図９を参照して説明すると、図９はバッテリ２２を充電するときの起動シーケンスである。

ステップ１は起動シーケンスの開始に際して実行する部分で、コンデンサ接続リレー５３及び充電出力リレー６８を開くと共に、車両側制御部７１に指令してメインリレー６３、充電リレー６６、急速充電ポートリレー６７の全てのリレーを開かせる。

ステップ２では、モータ用インバータ２４内の平滑コンデンサ６２を放電させるため車両側制御部７１に指令して充電リレー６６を閉じる（図では「投入」）。これによって平滑コンデンサ６２からの電流が抵抗６５を介して流れ、やがてモータ用インバータ２４及びバッテリ２２の間で電位差がなくなる。

ステップ３では、車両側制御部７１によりモータ用インバータ（図では「モータ用ＩＮＶ」で略記）２４電圧及びブスバー電圧を確立させる。ブスバーとはバスバー（強電系の配線で用いられる胴のプレート状のもの）と同義である。ここでいうブスバー電圧とは、バッテリ２２の電圧のことを指している。ここでは、インバータ電圧とブスバー電圧（バッテリ電圧）との電圧差がなくなり、急速充電ポート２６の下流側（図８で右側）の回路で電流が流れない状態となったとき、モータ用インバータ２４電圧及びブスバー電圧が確立したと判断する。

ステップ４では、車両側制御部７１に指令してメインリレー６３を閉じ、役目を終えた充電リレー６６を開く（図では「オープン」）。ステップ５では、車両側制御部７１に指令してインバータ電圧とブスバー電圧（＝バッテリ電圧）が一致したときの電圧を電圧指令値として充電器制御部４２に送信させる。インバータ電圧とブスバー電圧（＝バッテリ電圧）が一致したときの電圧は電圧センサ８１により検出している。

ステップ６では、メインリレー６３の閉成（投入）が完了したことを確認する。メインリレー６３は、閉成したことが完了したときにその旨の信号を車両側制御部７１に返す構成となっているので、この信号を検出したことによりメインリレー６３の閉成が完了したと車両側制御部７１が判断する。この判断結果は充電器制御部４２に伝えられる。

ステップ７〜１０の処理は、ステップ２〜６の処理と同時並行的に行うことを意図している。ステップ７〜１０の処理が終了してからステップ２〜６の処理を行うようにしてもかまわない。

ステップ７では、コンデンサ接続リレー５３を閉じる。これによってインバータ３７と地上コンデンサ５２を接続する。

ステップ８では、コンデンサ接続リレー５３の閉成が完了したことを確認する。コンデンサ接続リレー５３も、閉成したことが完了したときにその旨の信号を充電器制御部４２に返す構成となっているので、この信号を検出したことによりコンデンサ接続リレー５３の閉成が完了したと判断する。

ステップ９では、地上コンデンサ５３の電圧が上記の電圧指令値（目標電圧）と一致するまでインバータ（図では「ＩＮＶ」で略記）３７により地上コンデンサ５２を充電（コンデンサ電圧制御）する。

ステップ１０では、地上コンデンサ５２の電圧を確立させる。ここでは、地上コンデンサ電圧と電圧指令値が一致したとき地上コンデンサ５２の電圧が確定したと判断する。地上コンデンサ５２の電圧が電圧指令値と等価であればもっとも望ましい。しかしながら、電圧指令値に対して小さな偏差であれば、バッテリ２２と地上コンデンサ５２との間に流れる電流も大きくなく、短絡電流によるリレーの破損を防止することができるため、地上コンデンサ電圧の電圧指令値からの偏差がある程度小さくなった場合には、地上コンデンサ５２の電圧が確定したと判断すればよい。

地上コンデンサ５２の電圧が確定したことは、地上コンデンサ５２の電圧とブスバー電圧（バッテリ電圧）とが同じになることを意味する。この状態では、バッテリ２２より地上コンデンサ５２に向けて短絡電流が流れることはない。

ステップ１１では、メインリレー６３の閉成完了と地上コンデンサ５２の電圧確定とが満たされたか否かをみて、共に満たされたときステップ１２に進む。ステップ１２では充電出力リレー６８を閉じると共に、車両側制御部７１に指令して急速充電ポートリレー６７を閉じる。

ステップ１３では、充電出力リレー６８及び急速充電ポートリレー６７の閉成が完了したことを確認する。充電出力リレー６８も、閉成したことが完了したときにその旨の信号を充電器制御部４２に返す構成となっているので、この信号を検出したことにより充電出力リレー６８の閉成が完了したと判断する。同様に、急速充電ポートリレー６７も、閉成したことが完了したときにその旨の信号を車両側制御部７１に返す構成となっているので、この信号を検出したことにより急速充電ポートリレー６７の閉成完了がしたと車両側制御部７１が判断する。車両制御部７１によるこの判断結果は充電器制御部４２に伝えられる。

ステップ１４は起動シーケンスの完了に際して実行する部分で、この起動シーケンスの完了後には充電・電圧調整同時制御へと進ませる。充電・電圧調整同時制御はバッテリ２２を所望の電圧となるまで充電制御するとともに、地上コンデンサ５２も充電制御するものである。

一方、メインリレー６３の閉成を完了しているときにはステップ６からスタートする。

また、メインリレー６３及び急速充電ポートリレー６７が閉じられている場合には一旦充電を中断し、メインリレー６３及び急速充電ポートリレー６７を開いた後に、ステップ１からの起動シーケンスを開始する。ここでのメインリレー６３及び急速充電ポートリレー６７が閉じられている場合とは、急速充電器３５によるのではなくバッテリ２２に電力が充電されている場合のことである。この場合には地上コンデンサ５２に電荷が蓄積されていないと、バッテリ２２から地上コンデンサ５２に突入電流が流れてしまう。そこで、急速充電器３５によるのではなくバッテリ２２に電力が充電されている場合には一旦充電を中断することとしたものである。

次に、図１０は地上コンデンサ５２のみを運転するときの起動シーケンスである。図９と同一部分には同一のステップ番号を付している。地上コンデンサ５２のみの運転は、系統３１側の電力の力率を改善するために行うものである。これは、図８のようにバッテリ２２が車載される場合で車両２１の急速充電ポート２６が急速充電器３５の充電出力ポート４４に接続されていない場合などに行われる。地上コンデンサ５２のみを運転する機会は実際多いと思われる。

地上コンデンサ５２のみを運転する場合には、有効電力制御は地上コンデンサ５２の電圧制御のために用いられ、無効電力制御のみが、外部（電力系統）からの指令に追従する。地上コンデンサ５２の直流電圧は一定であるので、有効電力はほぼゼロとなる。すなわち、インバータ３７の電圧を検出するセンサ８２（図８参照）を設けておき、減算器２１に電圧指令値と電圧センサ８２により検出されるインバータ３７の電圧とを入力し、有効電力制御部２２で、電圧センサ８２により検出されるインバータ３７の電圧が電圧指令値と一致するように有効電力を制御する（図１０参照）。

図１０と図９とを比較すると、図９のステップ２〜６、１１、１２、１３が図１０にない。図１０において図９と相違する部分を主に説明すると、ステップ２３は起動シーケンスの開始に際して実行する部分で、コンデンサ接続リレー５３及び充電出力リレー６８を開く。ステップ９では、地上コンデンサ５３の電圧が電圧指令値（目標電圧）と一致するまでインバータ３７により地上コンデンサ５２を充電（コンデンサ電圧制御）する。ステップ２４は起動シーケンスの完了に際して実行する部分で、この起動シーケンスの完了後には無効電力制御に進ませる。

第３実施形態によれば、無効電力補償時（つまり系統３１側から供給される電力の力率を向上させるための電力を系統３１側に供給する場合）に、地上コンデンサ５２に車両２１側の平滑コンデンサ６２が加わるため、無効電力補償可能範囲が広がる。系統３１側の電力の力率改善は、本来、地上コンデンサ５２が系統３１側に無効電力を供給することによりなされる。第３実施形態においては、地上コンデンサ５２の容量に平滑コンデンサ６２の容量が加わって無効電力を供給するコンデンサ容量が大きくなり、系統３１側に供給できる無効電力が大きくなる。

従来技術では、バッテリ充電時に充電時のリプル電圧に対するバッテリ保護のため、充電可能上限が制約され、バッテリを満充電にすることができない。これに対して第３実施形態によれば、コンデンサ接続リレー５３を閉じれば、リプル電圧を低減することができるため、充電可能上限を引き上げることができる。

さらに述べると、バッテリ２２の充電時、充電電圧にリプルが生じる。このリプルによる瞬時高電圧による過充電を防ぐために、従来は満充電直前にバッテリ２２への電流量を抑えて、満充電となる前にバッテリ２２の充電をやめるような対策を講じている。これに対して第３施形態においては、バッテリ２２に電力が供給されるまでにインバータ３７内の平滑コンデンサ６２に加えて地上コンデンサ５２がリプルを低減するように作用する。これによってリプルが小さくなり、より満充電に近い状態までバッテリ２２の充電が可能となる。

図１１は本発明の第４実施形態の電源装置の概略構成図である。第３実施形態の図８との相違は、充電出力リレー６８に代えて、高周波絶縁トランス・コンバータ９１を追加している点にある。インバータ９２、変圧器９３、コンバータ９４の直列接続から構成される高周波絶縁トランス・コンバータ９１は、入力側と出力側とを直接接続せずに直流を交流に、その交流をさらに直流に変換し得るものである。第３実施形態の充電出力リレー６８は、急速充電ポート２６における感電を防止する等の安全上の観点で設けられていた。第４実施形態では、系統３１と急速充電ポート２６との間に高周波絶縁トランス・コンバータ９１が介装されることで系統３１と急速充電ポート２６とが直接接続されていない状態となっているので、急速充電ポート２６における感電を防止できる。つまり第４実施形態にあっては、充電出力リレー６８を設定する意味がないので、充電出力リレー６８を設けていない。

第４実施形態では、第３実施形態と相違して、高周波絶縁トランス・コンバータ９１のうちのインバータ９２とインバータ３７とを接続する配線４３に平滑コンデンサ９５と放電抵抗９６とを介装している。これら平滑コンデンサ９５及び放電抵抗９６が必要となるのは、高周波絶縁トランス・コンバータ９１を構成するインバータ９２の作動を補償するためである。

図１２は第４実施形態のバッテリ２２を充電するときの起動シーケンスで、第２実施形態の図９に対応する。図９と同一部分には図９と同一のステップ番号を付している。

ステップ３１は起動シーケンスの開始に際して実行する部分で、充電中つまりメインリレー６３及び急速充電ポートリレー６７が閉じていることを確認する。このときコンデンサ接続リレー５３は、インバータ９２とも地上コンデンサ５２とも接続していない状態にある。

ステップ３２では、充電を一旦中止し、放電抵抗９６でＤＣリンクの電圧（図では「ＤＣ電圧」で略記。）を低下させるかまたはインバータ３７でゼロ電圧制御を行う。これは、充電中においてはインバータ９２の一次側平滑コンデンサ９５に電圧がありこの状態でコンデンサ接続リレー５３を閉じると平滑コンデンサ９５からリレー５３に突入電流が流れてしまうので、これを防止するためである。

ここで、ＤＣリンクとは、インバータ３７とインバータ９２の間（コンデンサ接続リレー５３が配置される箇所）のことであるので、ＤＣリンクの電圧は、インバータ電圧に等しい。充電を中止すれば独りでにＤＣリンクの電圧が低下する。インバータ３７でゼロ電圧制御を行うには、インバータ３７による回生制御（配電系への放電）によればよい。

ステップ３３では、ＤＣリンクのゼロ電圧が完了したことを確認する。これは電圧センサ８２により検出されるインバータ電圧がゼロになったことによりＤＣリンクのゼロ電圧が完了したと判断する。

ＤＣリンクをゼロ電圧とするのは、上記のように突入電流によるコンデンサ接続リレー５３の破損を防止するためである。コンデンサ接続リレー５３の瞬時許容電流量が大きければ許容される電圧差が大きくなるので、ＤＣリンクの電圧を必ずしもゼロにする必要はない。このときには、ＤＣリンクの電圧がコンデンサ接続リレー５３の許容電圧以下になったとき、ＤＣリンクのゼロ電圧が完了したと判断すればよい。コンデンサ接続リレー５３の許容電圧はリレーの仕様に応じて定めれよい。

ステップ７では、コンデンサ接続リレー５３を閉じる。これによってインバータ３７と地上コンデンサ５２を接続する。

ステップ８では、コンデンサ接続リレー５３の閉成が完了したことを確認する。コンデンサ接続リレー５３も、閉成したことが完了したときにその旨の信号を充電器制御部４２に返す構成となっているので、この信号を検出したことによりコンデンサ接続リレー５３の閉成が完了したと判断する。

ステップ３３、３４は図９のステップ９、１０と同様である。すなわち、ステップ３３では地上コンデンサ５２及び平滑コンデンサ９５の電圧が電圧指令値（目標電圧）と一致するまでインバータ３７により地上コンデンサ５２及び平滑コンデンサ９５を充電（コンデンサ電圧制御）する。電圧指令値は第２実施形態と同じにバッテリ電圧（電圧センサ８１により検出）である。

ステップ３４では、ＤＣリンクの電圧を確立する。ここでは、地上コンデンサ５２及び平滑コンデンサ９５の電圧と電圧指令値が一致したときＤＣリンクの電圧が確定したと判断する。地上コンデンサ５２及び平滑コンデンサ９５の電圧が電圧指令値と等価であればもっとも望ましい。しかしながら、電圧指令値に対して小さな偏差であれば、バッテリ２２と地上コンデンサ５２との間に流れる電流も大きくなく、短絡電流によるリレーの破損を防止することができるため、地上コンデンサ５２及び平滑コンデンサ９５の電圧の電圧指令値からの偏差がある程度小さくなった場合には、ＤＣリンクの電圧が確定したと判断すればよい。

一方、第４実施形態においても地上コンデンサ５２のみを運転する電圧調整（無効電力）制御を行わせ得る。この電圧調整（無効電力）制御中の場合であれば平滑コンデンサ９５にも荷電されているため、そのまま充電制御をスタートすることができる。すなわち、第４実施形態では、系統３１の力率改善を目的に、地上コンデンサ５２および平滑コンデンサ９５により無効電力を系統に供給する構成となっている。平滑コンデンサ９５に荷電されていないと、出力ポート４４と急速充電ポート２６を接続したときバッテリ２２からの電力がこの平滑コンデンサ９５に急激に流れて突入電流になる。第４実施形態では、平滑コンデンサ９５に荷電されているため、バッテリ２２からの電力が流れないかもしくは小さくなりる。そのため、シーケンスに基づいてバッテリ２２の充電を開始しても突入電流が流れないので、そのまま充電制御を開始できる。

１ 交流電源
２ 電気機器
４ 電源装置
６ コンデンサ（蓄電手段）
７、８ スイッチ手段
１０ インバータ（電力変換手段）
１２ バッテリ（充電池）
１３ 電圧センサ（電圧検出手段）
１４ 電流センサ（電流検出手段）
１５ 制御手段
２２ バッテリ（充電池）
３１ 系統（電源）
３３ 施設（電気機器）
３７ インバータ（電力変換手段）
３９ 三相コンデンサ（蓄電手段）
４１ 第２コンタクタ（スイッチ手段）
４２ 制御部（制御手段）

Claims (2)

1. 電源と電気機器との間に配される電源装置において、
   前記電気機器と並列に接続される蓄電手段と、
   前記電源と前記蓄電手段との間で授受される蓄電電流の通流可否を切換えるスイッチ手段と、
   前記電気機器と並列に接続され直流を交流に変換して前記電源へ供給する電力変換手段と、
   当該電力変換手段に接続され当該電力変換手段に直流電流を供給する充電池と、
   前記電気機器に印加される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電気機器に供給される電流を検出する電流検出手段と、
   前記スイッチ手段の切換と前記電力変換手段が前記電源へ供給する電流とを制御する制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   前記電圧検出手段により検出される電圧と同一位相となる基準電流と、前記スイッチ手段が接続されているとき授受される蓄電電流とを演算し、
   前記基準電流から前記電流検出手段により検出される電流を差し引いた値である第１電流の絶対値と、前記基準電流から前記電流検出手段により検出される電流及び蓄電電流を差し引いた値である第２電流の絶対値との大小を判定し、
   前記第２電流の絶対値が前記第１電流の絶対値より小さいときには前記スイッチ手段を接続すると共に前記電力変換手段が前記電源へ供給する電流を前記第２電流に制御し、
   前記第２電流の絶対値が前記第１電流の絶対値より大きいときには前記スイッチ手段を切断すると共に前記電力変換手段が前記電源へ供給する電流を前記第１電流に制御することを特徴とする電源装置。
2. 前記制御手段は、
   前記蓄電手段での電流損失を少なくともパラメータの一つとして用いて蓄電電流を演算することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

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