JP2016154416A - 電力供給システムおよび充放電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリを充放電する経路の絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することができる電力供給システムを得ること。
【解決手段】電力供給システムは、バッテリと商用電源との間で双方向の電力授受を行う充放電装置５０を有し、充放電装置５０には、直流直流変換器５６、直流直流変換器５６の二次側に設けられるコンデンサ５９、商用電源または補助バッテリの電力を使用してコンデンサ５９に絶縁診断用の電圧を印加する昇圧ユニット７０、バッテリを充放電する経路の絶縁診断を行う絶縁診断回路７５およびコンデンサ５９の電圧を検出する電圧検出回路７４が設けられる。充放電装置５０は、絶縁診断を行った後に、コンデンサ５９の電圧がバッテリの端子電圧以下になるようにコンデンサ５９に蓄電されたエネルギーを直流直流変換器５６の一次側に移送し、その後にバッテリに対する充放電動作を開始する。
【選択図】図３

Description

本発明は、バッテリとの電気的接続に関する絶縁診断機能を有し、バッテリと商用電源との間で双方向の電力授受を行う電力供給システムおよび当該バッテリを充放電する充放電装置に関する。

バッテリとの電気的接続に関する絶縁診断として、例えば下記特許文献１に示される絶縁不良検出装置では、電力変換器とバッテリとを接続する充電ケーブルの絶縁診断に際し、ＤＣ／ＤＣ変換部のスイッチング素子に入力されるスイッチング信号のデューティ比が、規定デューティ比より大きいときに、充電ケーブル端が絶縁不良と判定する技術が開示されている。

特開２０１３−１３２１２８号公報

しかしながら、上記特許文献１では、充電器の出力可能範囲内の高電圧を充電ケーブルに印加して絶縁診断を行うが、バッテリを接続した際に絶縁診断後の高電圧がそのままバッテリに印加されてしまうため、バッテリにストレスが加わり、バッテリ劣化の進行が促進されてしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリの絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することができる、電力供給システムおよび充放電装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電力供給システムは、バッテリと商用電源との間で双方向の電力授受を行う充放電装置を有する。充放電装置には、直流直流変換器、商用電源または補助バッテリの電力を使用して第１のコンデンサに絶縁診断用の電圧を印加する昇圧ユニット、バッテリを充放電する経路の絶縁診断を行う絶縁診断回路が設けられ、直流直流変換器の二次側には第１のコンデンサが設けられ、さらに第１のコンデンサの電圧を検出する電圧検出回路が設けられる。充放電装置は、絶縁診断を行った後に、第１のコンデンサの電圧がバッテリの端子電圧以下になるようにコンデンサに蓄電されたエネルギーを直流直流変換器の一次側に移送し、その後にバッテリに対する充放電動作を開始する。

本発明によれば、バッテリの絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することができる、という効果を奏する。

実施の形態１に係る電力供給システムを含む電力系統図 実施の形態１に係る配電盤の内部構成を示す回路図 実施の形態１に係る充放電装置の構成を示す回路図 図１に示す電気自動車の制御系を示すブロック図 実施の形態１に係る電力供給システムの要部構成を示すブロック図 実施の形態１に係る要部動作を説明するフローチャート 実施の形態１に係る充放電装置の図３とは異なる構成を示す回路図 実施の形態２に係る電力供給システムの要部構成を示すブロック図 実施の形態２、４に係る電力供給システムの動作説明に供する図 実施の形態３に係る電力供給システムを含む電力系統図 実施の形態３に係る電力供給システムの要部構成を示すブロック図

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る電力供給システムおよび充放電装置について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力供給システムを含む電力系統図である。図１に示すように、電力供給システム５００は、住宅１０に構成される。住宅１０には、交流電源である電力会社の電力系統（以下「商用電源」と称し、必要に応じて「商用電力系統」と言い換える）５が引き込まれている。商用電源５には、電力量計２０を介して、配電盤３０が接続されている。住宅１０に設置される電気設備は、配電盤３０を介して、商用電源５に接続されている。

住宅１０には、電気設備として、負荷４０および蓄電システム４１が設置されている。実施の形態１の蓄電システム４１は、電気自動車８０で構成される。なお、蓄電システム４１は、図示の電気自動車８０に限定されるものではなく、専用または汎用のバッテリを備えた蓄電手段であってもよい。

充放電装置５０にはコネクタ９０が設けられ、電気自動車８０にはコネクタ９２が設けられている。充放電装置５０と電気自動車８０とは、コネクタ９０，９２とを電気的に繋ぐケーブル９４によって接続される。なお、ケーブル９４は、蓄電システム４１のバッテリを充放電するための充放電ケーブルおよび制御ユニット６６と後述する車両制御ユニット８６との間の通信を行う通信ケーブルの機能を含むものであるが、充放電ケーブルと通信ケーブルとを個々に設けてもよい。

充放電装置５０は、補助電源または昇圧装置として動作する昇圧ユニット７０および、バックアップ用二次電池である補助バッテリユニット７２を備えている。商用電源５と配電盤３０との間には、電力量計２０が設けられる。負荷４０は、住宅１０で使用される電気機器であり、空調機、冷蔵庫、電子レンジ、洗濯機、テレビ、パーソナルコンピュータ等の家電である。商用電源５から電力が供給される場合（以下、適宜「非停電時」という）、負荷４０には商用電源５の電力が供給される。一方、商用電源５からの電力が途絶えている場合（以下、適宜「停電時」という）、充放電装置電力供給を要する負荷４０には、電力供給システム５００を介して蓄電システム４１からの電力が供給される。また、非停電時に、電力のピークカットなどを目的として、負荷４０の消費電力の一部または全部を、電力供給システム５００を介して蓄電システム４１からの電力で供給してもよい。

以上のように、実施の形態１では、電力量計２０と、電力量計２０の二次側に接続される電気設備によって家庭内電力系統が構成される。

図２は、配電盤３０の内部構成を示す回路図である。図２に示すように、配電盤３０は、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３および、複数の分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎ＋１を備えている。

主幹ブレーカ３１は、商用電力系統である商用電源５と、住宅１０の家庭内電力系統とを分離する遮断器である。主幹ブレーカ３１は、商用電源５から家庭内電力系統へ過電流が流れた場合に、商用電源５と連系する家庭内電力系統を、商用電源５から解列する。なお、主幹ブレーカ３１は、電力会社によっては設置されない場合もある。

漏電ブレーカ３２は、主幹ブレーカ３１の負荷側（商用電源５ではない側であり「二次側」ともいう）に設けられている。漏電ブレーカ３２は、漏電ブレーカ３２の二次側で漏電が発生した場合にオフとなる。漏電ブレーカ３２がオフになることで、漏電ブレーカ３２の二次側にある負荷４０が商用電源５から切り離される。

コンタクタ３３は、漏電ブレーカ３２の二次側に設けられている。コンタクタ３３は、充放電装置５０からの開閉指令によって動作し、商用電源５と家庭内電力系統とを連系し、また解列する。

分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎは、コンタクタ３３の二次側に相互が並列になった状態で設けられている。分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎのそれぞれは、負荷４０（４０_１〜４０_Ｎ）ごとに設けられ、分岐ブレーカ３４_Ｎ＋１は蓄電システム４１に対応して設けられている。分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎ＋１を開閉させることで、商用電源５から負荷４０（４０_１〜４０_Ｎ）および蓄電システム４１をそれぞれ切り離すことができる。

漏電ブレーカ３２の二次側、すなわち漏電ブレーカ３２とコンタクタ３３の間には、電圧検出変圧器ＶＴ１および変流器ＣＴ１が設けられている。電圧検出変圧器ＶＴ１は、商用電源５の電圧に比例した電圧の電圧信号Ｖを出力する。変流器ＣＴ１は、漏電ブレーカ３２とコンタクタ３３の間を流れる電流に比例した値の電流信号Ｉを出力する。なお、図２では、コンタクタ３３が１台である場合を示しているが、２台のコンタクタ３３が直列に接続されていてもよい。２台のコンタクタ３３を有する場合、何れかのコンタクタ３３の接点に溶着が発生したとしても、確実に負荷４０および蓄電システム４１を、商用電源５から切り離すことができる。

上述した、主幹ブレーカ３１、漏電ブレーカ３２、コンタクタ３３および、分岐ブレーカ３４_１〜３４_Ｎ＋１は、金属製または樹脂製の筐体に収容されている。なお、配電盤３０の一部の機能を電力供給システム５００内に設けてもよい。

図３は、充放電装置５０の構成を示す回路図である。図３に示すように、充放電装置５０は、コンタクタ５１、相互に直列に接続された３つの交流直流変換器５３，５４，５５、交流直流変換器５３，５４，５５をそれぞれ駆動する駆動ユニット６１，６２，６３、上記各部を統括的に制御する制御ユニット６６、制御ユニット６６に電力を供給する昇圧ユニット７０および、停電時の始動電力が蓄えられた補助バッテリユニット７２を有している。

コンタクタ５１は、配電盤３０に収容された分岐ブレーカ３４_Ｎ＋１の二次側に配置されている。このコンタクタ５１は、制御ユニット６６からの指示に基づいて動作する。コンタクタ５１がオフの場合には、充放電装置５０が負荷４０から切り離され、コンタクタ５１がオンの場合には、充放電装置５０が負荷４０に接続される。

交流直流変換器５３は、トランジスタ等のスイッチング素子と、トランジスタに並列に接続されたダイオードを有する。交流直流変換器５３は、コンタクタ５１の二次側に、リアクトル５２Ａ，５２Ｂを介して接続されている。交流直流変換器５３は、商用電源５の側（「一次側」ともいう）から供給される交流電力を直流電力に変換する。または、二次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。すなわち、交流直流変換器５３は、交流と直流とを相互に変換する双方向の交流直流変換器である。

交流直流変換器５４は、交流直流変換器５３と同様に、トランジスタ等のスイッチング素子とダイオードを有している。交流直流変換器５４は、交流直流変換器５３の二次側に接続されている。そして、交流直流変換器５４は、一次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。または、二次側から供給される交流電力を直流電力に変換する。すなわち、交流直流変換器５４は、交流と直流とを相互に変換する双方向の交流直流変換器である。

交流直流変換器５５は、交流直流変換器５３，５４と同様に、トランジスタ等のスイッチング素子とダイオードを有している。交流直流変換器５５は、絶縁トランス５８を介して、交流直流変換器５４の二次側に接続されている。交流直流変換器５５は、一次側から供給される交流電力を直流電力に変換する。または、二次側から供給される直流電力を交流電力に変換する。すなわち、交流直流変換器５５は、交流と直流とを相互に変換する双方向の交流直流変換器である。

交流直流変換器５５の二次側には、交流直流変換器５５の端子間電圧を安定させるためのコンデンサ５９が接続されている。コンデンサ５９は、必要に応じて第１のコンデンサと呼称する。

交流直流変換器５３と交流直流変換器５４の間には、各交流直流変換器５３，５４の端子間電圧を安定させるためのコンデンサ５７が接続されている。コンデンサ５７は、必要に応じて第２のコンデンサと呼称する。

絶縁トランス５８は、商用電源５と蓄電システム４１を絶縁する目的で設置されている。絶縁トランス５８が配置されることで、交流直流変換器５４，５５を用いて、交流直流変換器５４の二次側の交流電圧と、交流直流変換器５５の一次側の交流電圧との出力位相を調整して、コンデンサ５７の両端電圧よりコンデンサ５９の両端電圧を高くしたり、あるいは低くしたりすることができる。逆に、蓄電システム４１から電力が供給される場合に、コンデンサ５９の両端電圧よりコンデンサ５７の両端電圧を高くしたり、あるいは低くしたりすることができる。

第１の電圧検出回路である電圧検出回路７４は、コンデンサ５９の両端電圧を検出する。電圧検出回路７４は、必要に応じて第１の電圧検出回路と呼称する。電圧検出回路７４が検出した電圧は、制御ユニット６６に伝達される。なお、電圧検出回路７４の構成は任意であり、電圧検出機能のある専用の電圧検出器を用いてもよいし、直列接続した２個以上の抵抗器による分圧電圧を検出する構成でもよい。

絶縁診断回路７５は、充放電の対象であるバッテリ（後述するメインバッテリユニット８２が対応）を充放電する経路の絶縁診断を行う。絶縁診断回路７５としては、判定レベル以上の地絡電流を検出できればよく、公知の地絡検出回路を用いることができる。

ここで、電気自動車の充電器に関する規格としては、ＣＨＡｄｅＭＯ（ＣＨＡｒｇｅ ｄｅ ＭＯｖｅ）と称される規格が国際標準の１つとして承認されている。ＣＨＡｄｅＭＯ規格では、充電開始の前に毎回、直流絶縁診断として、充電回路の直流側（充電器から車両インレットまで）に高電圧の試験電圧（直流５００±２５［Ｖ］）を印加して充電器の内部および充放電ケーブルに地絡または短絡が無いことを確認することが記載されている。

上記のように絶縁診断を行う場合には、バッテリ接続端子側に高電圧を印加する必要があるが、この機能は昇圧ユニット７０が担う。昇圧ユニット７０としては、フライバックコンバータが例示される。充電回路の絶縁診断を行う場合、昇圧ユニット７０は、昇圧した電圧を二次側に印加する。昇圧した電圧は、コンデンサ５９に保持される。絶縁診断回路７５で行われた診断結果は、制御ユニット６６に伝達される。

以上のように構成された交流直流変換器５４、交流直流変換器５５および絶縁トランス５８によって直流直流変換器５６が構成される。直流直流変換器５６は、一次側から印加される第１の直流電圧を第２の直流電圧に変換して二次側に出力する。または、二次側から印加される第２の直流電圧を第１の直流電圧に変換して一次側に出力する。すなわち、直流直流変換器５６は、第１の直流電圧と第２の直流電圧とを相互に変換する双方向の直流直流変換器を構成する。なお、第１の直流電圧と第２の直流電圧とは、異なる値であっても同じ値であってもよい。

充放電装置５０では、交流直流変換器５３〜５５、コンデンサ５７，５９および絶縁トランス５８によって、電力変換部３００が構成される。電力変換部３００では、交流直流変換器５３〜５５が協働することで、商用電源５からの交流電力が直流電力に変換され、電気自動車８０に供給される。また、電気自動車８０からの直流電力が交流電力に変換され、配電盤３０を介して負荷４０に供給される。

駆動ユニット６１，６２，６３および制御ユニット６６によって制御部４００が構成される。制御部４００において、駆動ユニット６１，６２，６３は、制御ユニット６６の指示に基づいて、それぞれ交流直流変換器５３，５４，５５を構成するスイッチング素子を動作させる。駆動ユニット６１〜６３の制御に用いられる電力は、制御ユニット６６から供給される。

ここで、説明の便宜上、充放電装置５０の一次側から二次側に電力が供給されるときの交流直流変換器５３〜５５の動作を充電動作とし、充放電装置５０の二次側から一次側に電力が供給されるときの交流直流変換器５３〜５５の動作を放電動作とする。

昇圧ユニット７０には、配電盤３０および整流平滑回路６０を介して商用電源５が接続されている。そのため、昇圧ユニット７０には、整流平滑回路６０によって交流電圧から変換された直流電圧が印加される。直流電圧が印加された昇圧ユニット７０は、充放電装置５０における補助電源として動作し、整流平滑回路６０を介して供給される電力を制御ユニット６６へ供給する。

補助バッテリユニット７２は、電解液が充填された複数のセルからなるバッテリを有している。補助バッテリユニット７２には、商用電源５が停電した場合に、交流直流変換器５３〜５５の始動に用いられる電力が充電される。昇圧ユニット７０は、整流平滑回路６０を介して供給される電力を使用して、補助バッテリユニット７２を充電する。

商用電源５の停電により、交流直流変換器５３〜５５の動作が一次的に停止した場合、または、交流直流変換器５３〜５５の動作が停電発生前から停止していた場合、昇圧ユニット７０には補助バッテリユニット７２の直流電圧が印加された状態になる。この状態のとき、昇圧ユニット７０は、補助バッテリユニット７２から供給される電力を制御ユニット６６へ供給する。

制御ユニット６６は、ＣＰＵ、主記憶部、補助記憶部、インタフェースを有するマイクロプロセッサであるマイコン７８を備えている。制御ユニット６６は、電圧検出変圧器ＶＴ１からの電圧信号Ｖと、変流器ＣＴ１からの電流信号Ｉを監視して、昇圧ユニット７０、配電盤３０のコンタクタ３３、充放電装置５０のコンタクタ５１を制御すると共に、駆動ユニット６１〜６３を介して交流直流変換器５３〜５５を制御する。なお、制御ユニット６６の実施の形態１に係る動作については後述する。

図４は、電気自動車８０の制御系を示すブロック図である。電気自動車８０は、コネクタ９０とコネクタ９２との間を電気的に繋ぐケーブル９４を介して、充放電装置５０に電気的に接続される。図４に示すように、電気自動車８０は、コンタクタ８１、メインバッテリユニット８２、充電ユニット８３、補機用バッテリ８４、駆動ユニット８５、車両制御ユニット８６および電圧検出回路８７を有している。

コンタクタ８１は、駆動ユニット８５によって駆動される開閉スイッチである。このコンタクタ８１は、充放電装置５０と電気自動車８０を連系し、また解列する。

メインバッテリユニット８２は、コンタクタ８１の二次側に接続されている。このメインバッテリユニット８２は、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の充放電が可能なセル電池を直列または直並列接続されたユニットまたはモジュールである。メインバッテリユニット８２がリチウムイオン電池であれば、例えば３〜４［Ｖ］のリチウムイオン電池セルが直列に接続されることで、端子間電圧２００〜４００［Ｖ］程度のバッテリが構成される。なお、図１では、蓄電システム４１の例示を電気自動車８０としているが、プラグインハイブリッド車なども電気自動車に含まれることはいうまでもない。また、蓄電システム４１は電気自動車８０に限定するものではなく、直流電力が蓄電できるものであればよい。

メインバッテリユニット８２は、コンタクタ８１がオンのときに充放電装置５０に連系され、電力の充電および放電が可能な状態になる。

補機用バッテリ８４は、車両制御ユニット８６の制御に用いられる電力を蓄えるためのバッテリである。補機用バッテリ８４は、端子間電圧が１２［Ｖ］もしくは２４［Ｖ］程度で、電解液が充填された複数のセルから構成されている。

充電ユニット８３は、メインバッテリユニット８２と補機用バッテリ８４の間に設けられている。充電ユニット８３は、メインバッテリユニット８２の電圧を降圧して、補機用バッテリ８４と、車両制御ユニット８６に印加する。これにより、補機用バッテリ８４の充電と、車両制御ユニット８６への電力の供給が実現する。

駆動ユニット８５は、車両制御ユニット８６の指示に基づいて、コンタクタ８１を駆動する。

車両制御ユニット８６は、ＣＰＵ、主記憶部、補助記憶部、インタフェースを有するマイコン８８を備えている。車両制御ユニット８６は、コネクタ９０，９２間を繋ぐケーブル９４を介して充放電装置５０の制御ユニット６６と接続され、制御ユニット６６からの指示に基づいて、駆動ユニット８５を動作させる。また、車両制御ユニット８６は、メインバッテリユニット８２に蓄電された電力量などの情報を取得し、必要に応じて、制御ユニット６６に当該情報を提供する。

電圧検出回路８７は、メインバッテリユニット８２の両端電圧を検出する。電圧検出回路８７は、必要に応じて第２の電圧検出回路と呼称する。電圧検出回路８７が検出した電圧は、車両制御ユニット８６に伝達され、また、制御ユニット６６にも伝達される。なお、電圧検出回路８７の構成は任意であり、電圧検出機能のある専用の電圧検出器を用いてもよいし、直列接続した２個以上の抵抗器による分圧電圧を検出する構成でもよい。

図５は、実施の形態１に係る電力供給システムの要部構成を示すブロック図である。図５では、図３に示す回路図と図４に示すブロック図とを合わせて図示しており、各構成部は図３および図４と同一の符号を用いて示している。

つぎに、上述した充放電装置５０の実施の形態１に係る要部動作について、図５および図６の図面を参照して説明する。図６は、実施の形態１に係る要部動作を説明するフローチャートである。なお、図６のフローチャートを実行する際、交流直流変換器５３および直流直流変換器５６は停止状態であり、コンタクタ８１は開状態である。その後、図６のフローチャートに従って絶縁診断を実施し、絶縁診断の実施後に、コンタクタ８１を閉状態にして、メインバッテリユニット８２を電気的に直流直流変換器５６と接続してから、通常の充放電動作を開始する。すなわち、図６のフローチャートに従う処理シーケンスは、通常のバッテリの充放電動作を開始する前のプレシーケンスである。

まず、制御ユニット６６の指示により昇圧ユニット７０が起動される（ステップＳ１０１）。このとき、昇圧ユニット７０は、商用電源５の電圧を整流して平滑し、整流平滑した直流電圧または補助バッテリユニット７２の電圧を高電圧に変換して、コンデンサ５９（図６のフローチャートでは「バッテリ側コンデンサ」と表記）に印加する。

制御ユニット６６は、バッテリ側コンデンサ電圧が、絶縁診断を行うときの電圧である５００［Ｖ］以上であるか否か判定する（ステップＳ１０２）。バッテリ側コンデンサ電圧が５００［Ｖ］未満であれば（ステップＳ１０２，Ｎｏ）、ステップＳ１０２の判定処理を繰り返し、バッテリ側コンデンサ電圧が５００［Ｖ］以上であれば（ステップＳ１０２，Ｙｅｓ）、次のステップに移行する。

制御ユニット６６は、絶縁診断を行ったときの地絡電流が閾値以下であるか否か判定する（ステップＳ１０３）。地絡電流が閾値を超えている場合（ステップＳ１０３，Ｎｏ）、図示を省略した表示器にエラー表示を行い（ステップＳ１０４）、以後の処理を停止する（ステップＳ１０５）。一方、地絡電流が閾値以下の場合（ステップＳ１０３，Ｙｅｓ）、制御ユニット６６は、直流直流変換器５６を起動する（ステップＳ１０６）。このとき、制御ユニット６６は、バッテリ側コンデンサ電圧がメインバッテリユニット８２の端子電圧（以下「バッテリ電圧」という）以下になるように、コンデンサ５９に蓄電されたエネルギーを直流直流変換器５６の交流側、すなわち商用電源５の側に移送するように直流直流変換器５６のスイッチング素子を制御する。

制御ユニット６６は、バッテリ側コンデンサ電圧がバッテリ電圧以下であるか否かを判定し（ステップＳ１０７）、バッテリ側コンデンサ電圧がバッテリ電圧を超えていれば（ステップＳ１０７，Ｎｏ）、ステップＳ１０７の処理を繰り返す。一方、バッテリ側コンデンサ電圧がバッテリ電圧以下であれば（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）、コンタクタ８１をオン、すなわち閉にして、充放電装置５０とメインバッテリユニット８２とを電気的に接続し（ステップＳ１０８）、メインバッテリユニット８２に対する充電を開始する（ステップＳ１０９）。以上が、図６のフローチャートでの処理の流れである。

なお、図５の例は、蓄電システム側にコンタクタ８１および電圧検出回路８７を有する構成であるが、この構成に代えて、図７のように、充放電装置側にコンタクタ８１および電圧検出回路８７を有する構成であってもよい。

上記特許文献１を含む従来の技術では、絶縁診断のために蓄電されたエネルギーを戻すことは行っていない。このため、高電圧に蓄電されたバッテリ側コンデンサを、絶縁診断後にバッテリとそのまま接続していた。あるいは、抵抗とスイッチング素子で構成される図示しない放電回路で高電圧に蓄電されたバッテリ側コンデンサのエネルギーを熱消費していた。

これに対し、実施の形態１の充放電装置では、絶縁診断後にバッテリ側コンデンサに蓄電されたエネルギーをバッテリ電圧以下になるように直流直流変換器５６の一次側、すなわち直流直流変換器５６の商用電源５の側に移送する構成としたので、バッテリと接続する際に、バッテリに高電圧が印加されたり、バッテリに大電流が流れたりするのを防ぐことができる。その結果、バッテリを充放電する経路の絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することができる。

また、実施の形態１の充放電装置では、バッテリ側コンデンサに蓄電されたエネルギーを無駄にすることなく、有効に活用することができる。

また、実施の形態１の充放電装置では、バッテリを充放電する経路の絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することができるので、電気自動車またはプラグインハイブリッド車のバッテリのような大容量のバッテリを容易に扱うことができる。その結果として、実施の形態１の技術を適用した蓄電システムでは、自立運転時に長時間の電力供給が可能となる。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る電力供給システムの要部構成を示すブロック図である。実施の形態２に係る電力供給システムでは、実施の形態１では有していた電圧検出回路８７を省略している。電圧検出回路８７を省略した構成の場合、メインバッテリユニット８２の端子電圧を検出することはできない。それゆえ、図６に示すフローチャートのように、バッテリ側コンデンサ電圧を使用した制御を行うことができない。そこで、実施の形態２に係る電力供給システムでは、バッテリの使用電圧範囲を考慮した制御を行う。

図９は、実施の形態２に係る電力供給システムの動作説明に供する図である。図９において、縦軸には、ＣＨＡｄｅＭＯで規定される絶縁診断の規定電圧である絶縁診断電圧（５００［Ｖ］）および、電気自動車用のバッテリとして典型的なバッテリ定格電圧（３６０［Ｖ］）を示すと共に、絶縁診断電圧（５００［Ｖ］）を挟んで、絶縁診断の上限電圧（５２５［Ｖ］）および絶縁診断の下限電圧（４７５［Ｖ］）、ならびに、バッテリ定格電圧（３６０［Ｖ］）を挟んで、バッテリの使用電圧範囲である、バッテリ使用最大電圧（４２０［Ｖ］）およびバッテリ使用最低電圧（２８０［Ｖ］）を示している。

実施の形態２に係る電力供給システムでは、バッテリ使用最低電圧が２８０［Ｖ］の場合は、絶縁診断後にバッテリ側コンデンサ電圧が５００±２５［Ｖ］からバッテリ使用最低電圧である２８０［Ｖ］以下もしくは未満になるまで、コンデンサ５９に蓄電されたエネルギーを直流直流変換器５６の一次側に移送する。バッテリ側コンデンサ電圧が２８０［Ｖ］であるか否かの判定は、電圧検出回路７４の検出値を用いて行うことは言うまでもない。このような制御を行えば、メインバッテリユニット８２を充放電装置５０に接続する際に、メインバッテリユニット８２に高電圧が印加されるのを防止することができ、バッテリを充放電する経路の絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することが可能となる。

また、上記の制御では、コンデンサ５９に蓄電されたエネルギーを直流直流変換器５６の一次側に移送する閾値をバッテリ使用最低電圧（２８０［Ｖ］）としているが、閾値をバッテリ使用最大電圧（４２０［Ｖ］）としてもよい。バッテリ使用最大電圧は、システムとして使用が許可される電圧であるため、バッテリ使用最大電圧（４２０［Ｖ］）を閾値とする制御は可能である。バッテリ使用最大電圧（４２０［Ｖ］）を閾値とすれば、コンデンサ５９に蓄電されたエネルギーの移送時間を短縮することが可能である。なお、予め設定する閾値がバッテリ使用最低電圧に近いほど、バッテリ劣化の抑制効果が大きくなることは言うまでもない。

以上説明したように、実施の形態２の充放電装置では、バッテリの種類に応じた設定電圧以下となるまで、バッテリ側コンデンサに蓄積されたエネルギーを一次側に移送することとしたので、バッテリ電圧を検出する回路を不要とすることができ、電力供給システムの構成を簡素化することが可能となる。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る電力供給システムを含む電力系統図であり、図１１は、実施の形態３に係る電力供給システムの要部構成を示すブロック図である。実施の形態３では、図１０に示すように、バッテリの種類に応じたバッテリ使用最低電圧、または、バッテリ使用最大電圧およびバッテリ使用電圧範囲を含む情報（以下「バッテリ情報」という）を充放電装置５０に送信することができるリモコン１４０を備えている。また、実施の形態３では、リモコン１４０を用いて送信されたバッテリ情報を保持するためのメモリ７９を制御ユニット６６内に備えている。なお、その他の構成は、図１および図５に示す実施の形態１の構成と同一または同等であり、それらの同一または同等の構成部については、同一の符号を付すと共に、重複する説明は省略する。

リモコン１４０は、有線または無線による通信機能を備えており、リモコン、ホームエネルギーマネージメントシステム(Home Energy Management System：ＨＥＭＳ）用のコントローラである。

ユーザは、リモコン１４０を使用して、例えばリモコンからバッテリの使用最低電圧を設定すると、制御ユニット６６内のメモリ７９にバッテリの使用最低電圧が記憶される。この状態で絶縁診断が起動されると、制御ユニット６６は、バッテリ側コンデンサ電圧が、メモリ７９に記憶されたバッテリ使用最低電圧以下になるようにコンデンサ５９に蓄電されたエネルギーが直流直流変換器５６の一次側に移送されるように直流直流変換器５６を制御する。このとき、交流直流変換器５３は停止状態である。その後、制御ユニット６６からの指令により、コンタクタ８１を閉にしてメインバッテリユニット８２を充放電装置５０に接続してから、通常のバッテリの充放電動作を開始する。

バッテリの種類（鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等）および直列接続数に応じたバッテリ使用最低電圧の情報をメモリ７９に記憶しておけば、バッテリの種類に応じたより好ましい電圧値でバッテリの接続を行うことができる。

電気自動車のバッテリの定格総電圧は車種によって２７０［Ｖ］、３００［Ｖ］、３３０［Ｖ］、３３１［Ｖ］、３４６［Ｖ］、３６０［Ｖ］などが製品化され、また、プラグインハイブリッド車のバッテリの定格総電圧は２０７［Ｖ］などの種類が製品化されている。本実施の形態のように、これらの情報をメモリ７９に保持しておけば、電気自動車およびプラグインハイブリッド車の車種に応じたバッテリの使用最低電圧または定格総電圧以下もしくは未満でバッテリを接続できるので、バッテリの絶縁診断に伴って生じ得るバッテリ劣化の進行を抑制することが可能となる。なお、バッテリの放電を停止する電圧（以下「バッテリ放電停止電圧」という）が定められている場合には、バッテリ放電停止電圧の情報をメモリ７９に記憶しておくことが好ましい。バッテリ放電停止電圧に応じた制御を行えば、さらにきめ細やかな制御が可能になる。

なお、本実施の形態では、充放電装置５０と通信可能なリモコン１４０を使用してバッテリ情報を制御ユニット６６に保持する例を説明したが、バッテリ情報を、ケーブル９４による有線通信または、リモコン１４０とは異なる他の無線通信手段によって、バッテリ情報を電気自動車８０から充放電装置５０に送信してもよく、上記と同様な効果が得られる。

実施の形態４．
実施の形態４では、自動車の車種またはバッテリの情報が不明の場合の制御について説明する。

自動車の車種またはバッテリの情報が不明の場合、制御ユニット６６のメモリ７９には、バッテリの使用最低電圧を、例えば０［Ｖ］（ゼロボルト）と記憶しておく。この場合、上述した制御を適用すると、絶縁診断後のバッテリ側コンデンサ電圧の移送は、バッテリ側コンデンサに蓄積されたエネルギーの移送は、バッテリ側コンデンサ電圧が５００±２５［Ｖ］から０［Ｖ］になるまで実行される。エネルギーの移送は、実施の形態１〜３に比して時間はかかるが、バッテリとの接続を誤った電圧で行うことを防止することができ、バッテリの劣化防止措置を確実に行うことができるという効果がある。

なお、本実施の形態では、バッテリ側コンデンサ電圧が０［Ｖ］になるまで実行すると説明したが、完全に０［Ｖ］になるまで待つ必要はなく、５［Ｖ］、１０［Ｖ］程度の低電圧であれば、エネルギーの移送を停止して、バッテリの充放電を開始してもよい。

実施の形態５．
実施の形態５では、実施の形態１〜４に係る電力供給システムにおいて、直流直流変換器５６の二次側にあるコンデンサ５９の容量（コンデンサ要素が複数ある場合にはそれらの合成容量）が、直流直流変換器５６の一次側にあるコンデンサ５７の容量（コンデンサ要素が複数ある場合にはそれらの合成容量）よりも小さくなるように構成されている。すなわち、実施の形態５に係る電力供給システムは、第１のコンデンサであるコンデンサ５９の容量をＣ１とし、第２のコンデンサであるコンデンサ５７の容量をＣ２とするとき、これらＣ１，Ｃ２の間に“Ｃ１＜Ｃ２”の関係、すなわちコンデンサ５９の容量がコンデンサ５７の容量よりも小さいという関係があるように構成された電力供給システムである。

つぎに、実施の形態５に係る構成の要点について数式を用いて説明する。なお、以下の説明で使用する記号の意味は、つぎの通りである。

Ｖ１：絶縁診断電圧（５００±２５［Ｖ］）
Ｖ２：コンデンサ５７におけるエネルギー移送前の電圧（以下「移送前電圧」という）
Ｖ３：コンデンサ５７におけるエネルギー移送後の電圧（以下「移送後電圧」という）

まず、絶縁診断の直後、コンデンサ５９には、“Ｃ１×Ｖ１^２／２”のエネルギーが蓄えられている。この状態から、Ｖ１を５２５Ｖ（ＭＡＸ）から０Ｖ（ゼロボルト）まで直流直流変換器５６の一次側に移送する場合が最もエネルギーを移送する場合である。よって、移送前電圧Ｖ２と、移送後電圧Ｖ３の間には、エネルギー的に次式の関係が成り立つ。

Ｃ２×Ｖ３^２／２＝Ｃ１×Ｖ１^２／２＋Ｃ２×Ｖ２^２／２ …（１）

いま、Ｃ１＜Ｃ２として、Ｃ１＝２００［μＦ］、Ｃ２＝８０００［μＦ］、移送前電圧Ｖ２を０［Ｖ］とし、絶縁診断電圧Ｖ１を絶縁診断の上限電圧である５２５［Ｖ］とすると、移送後電圧Ｖ３は次式で表される。

Ｖ３＝Ｖ１√（Ｃ１／Ｃ２） …（２）

上記（２）式に、上記Ｃ１，Ｃ２の値を代入すれば、Ｖ３＝８３［Ｖ］となる。すなわち、コンデンサ５７の電圧上昇を８３［Ｖ］に抑制することができる。

また、移送前電圧Ｖ２を商用電圧２００Ｖをピーク整流した電圧２８２Ｖとする場合、上記（１）式は、次式で表される。

Ｖ３＝√｛（Ｃ１／Ｃ２）Ｖ１^２＋Ｖ２^２｝ …（３）

上記（２）式に、上記Ｃ１，Ｃ２の値を代入すれば、Ｖ３＝２９４［Ｖ］となる。すなわち、コンデンサ５７の電圧上昇を１２［Ｖ］（＝２９４−２８２［Ｖ］）に抑制することができる。

以上の説明のように、直流直流変換器５６の二次側にあるコンデンサ５９の容量Ｃ１を、直流直流変換器５６の一次側にあるコンデンサ５７の容量Ｃ２よりも小さくした回路構成とすれば、コンデンサ５９のエネルギーをコンデンサ５７に移送しても、コンデンサ５７の電圧が過剰に上昇しすぎるのを防止することができる。

実施の形態６．
上記実施の形態１〜５では、非停電時には配電盤３０を介して接続される負荷４０に商用電源５の電力を供給し、停電時には蓄電システム４１の電力を供給する電力供給システムへの適用例について説明してきたが、負荷４０に電力は供給せず、単独の電気自動車またはプラグインハイブリッド車に接続される充放電装置として構成してもよい。

なお、以上の実施の形態１〜６に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

５ 商用電源、１０ 住宅、２０ 電力量計、３０ 配電盤、３１ 主幹ブレーカ、３２ 漏電ブレーカ、３３，５１，８１ コンタクタ、３４（３４_１〜３４_Ｎ＋１） ブレーカ、４０（４０_１〜４０_Ｎ） 負荷、４１ 蓄電システム、５０ 充放電装置、５２Ａ，５２Ｂ リアクトル、５３，５４，５５ 交流直流変換器、５６ 直流直流変換器、５７ コンデンサ（第２のコンデンサ），５８ 絶縁トランス、５９ コンデンサ（第１のコンデンサ）、６０ 整流平滑回路、６１，６２，６３，８５ 駆動ユニット、６６ 制御ユニット、７０ 昇圧ユニット、７２ 補助バッテリユニット、７４ 電圧検出回路（第１の電圧検出回路），７８，８８ マイコン、８０ 電気自動車、８２ メインバッテリユニット、８３ 充電ユニット、８４ 補機用バッテリ、８６ 車両制御ユニット、８７ 電圧検出回路（第２の電圧検出回路）、９０，９２ コネクタ、９４ ケーブル、１４０ リモコン、３００ 電力変換部、４００ 制御部、５００ 電力供給システム、ＶＴ１ 電圧検出変圧器、ＣＴ１ 変流器。

Claims (8)

1. バッテリの電力を充放電する充放電装置であって、
   商用電源が接続される一次側から印加される第１の直流電圧と前記バッテリが接続される二次側から印加される第２の直流電圧とを相互に変換する直流直流変換器と、
   前記直流直流変換器の二次側に設けられる第１のコンデンサと、
   前記商用電源または補助バッテリの電力を使用して前記第１のコンデンサに絶縁診断用の電圧を印加する昇圧ユニットと、
   前記第１のコンデンサに保持された電圧を使用して前記バッテリを充放電する経路の絶縁診断を行う絶縁診断回路と、
   前記第１のコンデンサの電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
   を備え、
   前記絶縁診断を行った後に、前記第１のコンデンサの電圧が絶縁診断を行う電圧よりも低い設定電圧以下になるように前記第１のコンデンサに蓄電されたエネルギーを前記直流直流変換器の一次側に移送し、その後に前記バッテリに対する充放電動作を開始する充放電装置。
2. 前記バッテリの端子電圧を検出する第２の電圧検出回路が設けられ、
   前記第２の電圧検出回路が検出した前記バッテリの端子電圧を前記設定電圧として用いる請求項１に記載の充放電装置。
3. 前記設定電圧が前記バッテリの使用最大電圧である請求項１に記載の充放電装置。
4. 前記設定電圧が前記バッテリの使用最低電圧である請求項１に記載の充放電装置。
5. 前記設定電圧がゼロボルトである請求項１に記載の充放電装置。
6. 有線または無線による通信機能を具備するコントローラによって、前記使用最低電圧、または、前記使用最大電圧、または、前記使用最大電圧および前記バッテリの使用電圧範囲の情報が登録可能に構成されている請求項１から５の何れか１項に記載の充放電装置。
7. 前記直流直流変換器の一次側には第２のコンデンサが設けられており、
   前記第１のコンデンサの容量が、前記第２のコンデンサの容量よりも小さい請求項１から６の何れか１項に記載の充放電装置。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載の充放電装置を備え、前記充放電装置を介して前記バッテリと前記商用電源との間で双方向の電力授受を行う電力供給システム。

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