JP2019122222A - 待機電力の低い充電電源システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】待機電力を低減し、充電電源システムの全体効率を高めることが可能な待機電力の低い充電電源システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】待機電力の低い充電電源システムは、システム制御ユニットと複数の充電モジュールとを含む。各充電モジュールは、互いに並列に接続され、入力電源を受け、補助電源供給ユニットと、電源変換ユニットと、充電モジュール制御ユニットとを備える。充電モジュールが待機状態に入るとき、システム制御ユニットは補助電源制御信号を提供するとともに、充電モジュール制御ユニットは主電源制御信号を提供することで、補助電源の出力を停止するように補助電源供給ユニットを対応して制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、電源システムに関し、特に、待機電力の低い充電電源システム及びその制御方法に関する。

近年、省エネルギー意識の高まり、政府や民間企業のグリーンエネルギー政策の推進に伴い、電気自動車（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）や充電ステーション（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ）の関連技術が注目され、開発が進んでいる。電気自動車の普及に伴い、電気自動車の充電ステーションの需要も増加していき、電力グリッドの電力の需要と依存も増加している。

電気自動車充電ステーションは、一般的な電力システムの長期連続運転とは異なり、断続的な給電態様である。電気自動車の電量が切れてしまい、充電を行う必要な時間が決まっていないので、電気自動車充電ステーションの給電のオフピークとピークの時間帯が大きく違っている。例えば、電気自動車の充電ステーションが設置された初期の充電使用率が低く、又は夜間時間帯（特に深夜時間帯）の充電の割合が、昼間時間帯の充電率の割合よりも低い。このため、エネルギー消費、操業コスト及び電力グリッドの負担を低減するように、充電動作が提供されない時間帯、特に上記の設置された初期及び／又は夜間時間帯（特に深夜時間帯）において待機電力を低減できるようにすることが急務となっている。

図１は、関連技術の電気自動車充電ステーションの電力変換システムを示す回路ブロック図である。図１に示す従来の電気自動車充電ステーションの電力変換システム（以下、「電力変換システム」と略称する）により、その待機電力が低減される。電気自動車充電ステーションの電力変換システムは、主電力変換部分とシステム制御部分とを含む。主電力変換部分は、互いに並列に接続される少なくとも１つの電力変換モジュールＭｐｃ１〜Ｍｐｃｎを含む。システム制御部分は、電力変換システムを制御するための主制御ユニットＣｔｒによって実現される。電力変換システムは、その待機電力を低減するために、通常、少なくとも１つの電力変換モジュールＭｐｃ１〜Ｍｐｃｎと入力電源Ｖｉｎとの間に介在して電気的に接続された主スイッチＳｗｓをさらに含む。主制御ユニットＣｔｒは、出力電源Ｖｏｕｔ（出力電圧又は出力電流を含んでもよい）に基づいて、電力変換システムが待機状態であることを検出すると、即ち、電気自動車が充電されていないとき、主スイッチＳｗｓをオフ（切換）するためのスイッチ制御信号Ｓｃｗを出力する。

しかしながら、５０キロワット（ｋＷ）、１５０キロワット又は３００キロワットの電気自動車充電ステーションでは、入力電流がかなり大きく、典型的には数百アンペアにも達するので、主給電経路を導通／遮断するための主スイッチＳｗｓを追加して使用することは、システムコストや充電動作電力が増加するという問題があった。

また、主スイッチＳｗｓのオン／オフを制御することで、少なくとも１つの電力変換モジュールＭｐｃ１〜Ｍｐｃｎの全体を同時に給電又は同時に給電をやめることしか制御できないため、電力変換システムの柔軟な適用に不利である。さらに、少なくとも１つの電力変換モジュールＭｐｃ１〜Ｍｐｃｎが同時に給電し、定格出力電流の動作状態で動作しない場合、電力変換システム全体の動作効率が大幅に低下することになる。

本発明の目的は、待機電力の低減、及び充電電源システムを柔軟に制御することができないという問題を解決する待機電力の低い充電電源システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、待機電力の低減、及び充電電源システムを柔軟に制御することができないという問題を解決する待機電力の低い充電電源システムの制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る待機電力の低い充電電源システムは、システム制御ユニットと、充電モジュールとを含む。システム制御ユニットは、補助電源制御信号を生成する。充電モジュールは、互いに並列に接続され、入力電源を受け、補助電源供給ユニットと、電源変換ユニットと、充電モジュール制御ユニットとを備える。補助電源供給ユニットは、補助電源経路を介して入力電源に接続され、補助電源を生成する。電源変換ユニットは、主電源経路を介して入力電源に接続され、補助電源を受ける。充電モジュール制御ユニットは、補助電源供給ユニットに接続され、補助電源を受け、主電源制御信号を生成する。主電源制御信号及び補助電源制御信号は、充電モジュールが待機状態に入るとき、補助電源の出力を停止するように補助電源供給ユニットを制御する。

一実施形態において、主電源経路には、主経路スイッチが設けられ、補助電源経路には、補助経路スイッチが設けられる。補助経路スイッチは、補助電源制御信号を受信して、補助電源供給ユニットから補助電源を出力させ、主経路スイッチは、主電源制御信号を受信して、電源変換ユニットに入力電源を出力電源に変換させる。

一実施形態において、充電モジュールが待機状態に入るとき、補助電源供給ユニットから補助電源の出力を停止させるように、補助電源制御信号は、補助経路スイッチをオフして補助電源経路を遮断し、主電源制御信号は、主経路スイッチをオフして主電源経路を遮断する。

一実施形態において、補助電源供給ユニットは、集積回路を備える。集積回路は、補助電源制御信号を受信し、補助電源制御信号により補助電源を出力するように補助電源供給ユニットを制御する。主電源経路に主経路スイッチが設けられ、主経路スイッチは、主電源制御信号を受信して、電源変換ユニットに入力電源を出力電源に変換させる。

一実施形態において、充電モジュールが待機状態に入るとき、補助電源制御信号は、集積回路をディスエーブルし、主電源制御信号は、主経路スイッチをオフして主電源経路を遮断することで、補助電源供給ユニットから補助電源の出力を停止させる。

一実施形態において、補助電源経路には、補助経路スイッチに直列に接続された電流制限抵抗がさらに設けられる。

一実施形態において、主経路スイッチ及び補助経路スイッチは、リレー又は半導体パワースイッチである。

上記他の目的を達成するため、充電電源システムは、電源変換ユニットと、補助電源供給ユニットと、充電モジュール制御ユニットとを備える充電モジュールを複数含み、本発明に係る待機電力の低い充電電源システムの制御方法は、（ａ）各充電モジュールは、入力電源を受ける工程と、（ｂ）補助電源供給ユニットが補助電源を生成して充電モジュール制御ユニット及び電源変換ユニットに供給するように、各充電モジュールの補助電源経路を導通する工程と、（ｃ）電源変換ユニットが入力電源を出力電源に変換するように、各充電モジュールの主電源経路を導通する工程と、（ｄ）充電モジュールが待機状態に入るとき、補助電源供給ユニットから補助電源の出力を停止させる工程と、を含む。

一実施形態において、主電源経路には、主経路スイッチが設けられ、補助電源経路には、補助経路スイッチが設けられる。補助経路スイッチは、補助電源制御信号を受信して、補助電源供給ユニットから補助電源を出力させ、主経路スイッチは、主電源制御信号を受信して、電源変換ユニットに入力電源を出力電源に変換させる。

一実施形態において、充電モジュールが待機状態に入るとき、補助電源供給ユニットから補助電源の出力を停止させるように、補助電源制御信号は、補助経路スイッチをオフして補助電源経路を遮断し、主電源制御信号は、主経路スイッチをオフして主電源経路を遮断する。

一実施形態において、補助電源供給ユニットは、集積回路を備える。集積回路は、補助電源制御信号を受信し、補助電源制御信号により補助電源を出力するように補助電源供給ユニットを制御する。主電源経路に主経路スイッチが設けられ、主経路スイッチは、主電源制御信号を受信して、電源変換ユニットに入力電源を出力電源に変換させる。

一実施形態において、充電モジュールが待機状態に入るとき、補助電源制御信号は、集積回路をディスエーブルし、主電源制御信号は、主経路スイッチをオフして主電源経路を遮断することで、補助電源供給ユニットから補助電源の出力を停止させる。

一実施形態において、充電電源システムは、補助電源制御信号を生成するシステム制御ユニットをさらに含み、充電モジュール制御ユニットは、主電源制御信号を生成する。

本発明に係る待機電力の低い充電電源システムは、待機電力の低減、充電電源システムの全体効率の向上、及び充電電源システムの電力制御を柔軟に制御する役割を兼ねる。

本発明に係る待機電力の低い充電電源システムの制御方法は、待機電力の低減、充電電源システムの全体効率の向上、及び充電電源システムの電力制御を柔軟に制御する役割を有する。

本発明の利点は次の通りである。
１．高インピーダンス値を有する電流制限抵抗を用いることにより、スイッチ導通時の容量効果による突入電流が抑制される。
２．主電源経路を遮断するか、及び補助電源経路を遮断するか又は補助電源供給ユニット内部の集積回路をディスエーブルすることで、充電モジュールが待機状態になると、補助電源をオフすることを実現することにより、待機電力を大幅に低減し、充電電源システムの全体効率を向上させることができる。

関連技術の電力変換システムを示す回路ブロック図である。 本発明に係る待機電力の低い充電電源システムを示すブロック図である。 本発明に係る充電モジュールの第１実施形態を示す回路ブロック図である。 本発明に係る充電モジュールの第２実施形態を示す回路ブロック図である。 本発明に係る充電モジュールの第１実施形態の制御タイミングを示す概略図である。 本発明に係る充電モジュールの第２実施形態の制御タイミングを示す概略図である。 本発明に係る待機電力の低い充電電源システムの制御方法の第１実施形態を示すフローチャートである。

本発明の詳細な説明及び技術内容について、図面を参照して以下に説明するが、図面は、ただ参考及び説明に用いるのみであり、本発明の特許請求の範囲に制限を加えるものではない。

図２は、本発明に係る待機電力の低い充電電源システムを示すブロック図である。本発明は、関連技術に存在する、主給電経路を導通／遮断するための主スイッチＳｗｓ（図１に示す）の追加に起因するシステムコストや充電動作電力が増加するという問題を克服するものである。そこで、本発明に係る待機電力の低い充電電源システム（以下、「充電電源システム」と略称する）は、外部スイッチを称する上流側の主スイッチ（即ち、図１に示す主スイッチＳｗｓ）を不要とするので、充電電源システムのコストを削減するとともに、充電電源システムの動作効率を向上させることができる。

一実施形態では、図２に示す充電電源システム１００は、電気自動車の充電を提供する充電ステーション（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ）である。充電電源システム１００は、複数の充電モジュール１０とシステム制御ユニット２０とを含む。充電モジュール１０は、互いに並列に接続され、その入力側が入力電源Ｖｉｎを直接受ける。入力電源Ｖｉｎは、直流入力電源又は交流入力電源であってもよい。システム制御ユニット２０は、各充電モジュール１０に対応して接続され、単一の補助電源制御信号を生成して各充電モジュール１０を同期制御してもよく、複数の補助電源制御信号Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎを生成して充電モジュール１０（図２に示す）に対応して制御することで、充電モジュール１０の内部の補助電源の動作状況を制御してもよい。例えば、充電モジュール１０が待機状態に入ったときの給電遮断、及び待機状態時のウェイクアップ制御については、後に詳述する。

図３は、本発明に係る充電モジュールの第１実施形態を示す回路ブロック図である。同図に示すように、充電モジュール１０は、主電源経路と、電源変換ユニット１１と、補助電源経路と、補助電源供給ユニット１２と、充電モジュール制御ユニット１３とを備える。主電源経路は、入力電源Ｖｉｎに接続される。電源変換ユニット１１は、主電源経路を介して入力電源Ｖｉｎに接続される。つまり、主電源経路は、入力電源Ｖｉｎが電源変換ユニット１１と接続する経路とされる。

一実施形態では、電源変換ユニット１１は、交流入力電源Ｖｉｎを直流出力電源Ｖｏｕｔに変換する、変圧器、スイッチング素子及び能動や受動電気部品を含むＡＣ−ＤＣコンバータであってもよい。また、他の実施形態では、電源変換ユニット１１は、直流入力電源Ｖｉｎを直流出力電源Ｖｏｕｔに変換する、変圧器、スイッチング素子及び能動や受動電気部品を含むＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。

補助電源供給ユニット１２は、例えば、フライバックコンバータ（ｆｌｙｂａｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であり、充電モジュール１０の内部回路の電気素子が必要とされる電源を供給するために、直流出力である補助電源Ｖａ、例えば、１２ボルト、５ボルト、又は３．３ボルトの低直流電圧出力を提供する。例えば、補助電源供給ユニット１２が出力する補助電源Ｖａは、電源変換ユニット１１及び充電モジュール制御ユニット１３が必要とされる電源、又は充電モジュール１０における他の内部回路、例えば、エネルギー変換回路、フィードバック回路、通信回路、測定回路等が必要とされる電源を供給する。

補助電源経路は、入力電源Ｖｉｎに接続され、補助電源供給ユニット１２は、補助電源経路を介して入力電源Ｖｉｎに接続される。即ち、補助電源経路は、入力電源Ｖｉｎが補助電源供給ユニット１２と接続する経路とされる。

充電モジュール制御ユニット１３は、充電電源システム全体を制御するためのシステム制御ユニット２０（図２に示す）とは異なり、充電モジュール１０の内部に設けられ、補助電源供給ユニット１２に接続され、主電源制御信号Ｓｓｍを生成する。

具体的には、システム制御ユニット２０からの補助電源制御信号Ｓｓａ１〜ＳＳｓａｎは、補助電源経路の導通／遮断を対応的に制御する。図３に示すように、補助電源制御信号Ｓｓａは、システム制御ユニット２０から出力され、充電モジュール１０によって受け、補助電源経路の導通や遮断を制御するための制御信号である。言い換えれば、充電モジュール１０にとっては、システム制御ユニット２０から出力される補助電源制御信号Ｓｓａが、充電モジュール１０内部の補助経路スイッチＳａを制御するための外部制御信号である。これについては後述する。また、各充電モジュール制御ユニット１３は、主電源制御信号Ｓｓｍを提供して、主経路スイッチＳｍを対応的に制御することで、主電源経路の導通／遮断を制御する。これについては後述する。

図３に示す実施形態では、主電源経路に主経路スイッチＳｍが設けられ、補助電源経路に補助経路スイッチＳａが設けられる。主経路スイッチＳｍ及び補助経路スイッチＳａは、ノーマルオープン（ｎｏｒｍａｌ−ｏｐｅｎ）リレー等のリレーであってもよいが、これに限定されない。本実施形態では、補助電源制御信号Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ及び主電源制御信号Ｓｓｍは、リレーの励磁コイルに対して励磁制御することにより、各充電モジュール１０のリレーに対して個別に制御することができ、スイッチとして機能させることができる。

また、補助電源経路には、バイパス抵抗と称される電流制限抵抗Ｒがさらに設けられる。電流制限抵抗Ｒは、高インピーダンス値の抵抗であり、補助経路スイッチＳａと直列に接続される。補助経路スイッチＳａは、電流制限抵抗Ｒと直列に接続され、補助経路スイッチＳａが導通する瞬間の突入電流（ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ）を抑制するので、瞬間的に短時間の動作である。よって、補助経路スイッチＳａのリレーとして小さな電流容量を有するものを用いても、電気的ストレスに耐えるのに十分である。ただし、他の実施形態では、主経路スイッチＳｍ及び補助経路スイッチＳａは、リレーに限定されず、半導体パワースイッチを用いてもよい。例えば、トライアック（ｔｒｉｏｄｅ ＡＣ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｗｉｔｃｈ，ＴＲＩＡＣ）が挙げられる。十分な電圧及び電流ストレスに耐えれば、主経路スイッチＳｍ及び補助経路スイッチＳａとして用いることができる。

図４は、本発明に係る充電モジュールの第２実施形態を示す回路ブロック図である。図４に示す第２実施形態と図３に示す第１実施形態との最大の相違点は、補助電源供給ユニット１２’の集積回路１２１を制御することにより、補助電源供給経路を導通／遮断制御することである。具体的に、集積回路１２１は、補助電源供給ユニット１２’の内部に配置され、システム制御ユニット２０から出力される補助電源制御信号Ｓｓａを受信して制御される。図４は、集積回路１２１が補助電源制御信号Ｓｓａを直接受けることを示しているが、実際の回路応用では、光アイソレータにより集積回路１２１と補助電源制御信号Ｓｓａとを接続してもよい。即ち、光アイソレータが補助電源制御信号Ｓｓａを受信して集積回路１２１を制御可能な駆動信号に変換してもよい。補助電源経路を遮断しようとする場合、光アイソレータは、遮断を制御するための補助電源制御信号Ｓｓａを受信してディスエーブル（ｄｉｓａｂｌｅ）信号に変換する。これにより、補助電源の出力を停止するように補助電源供給ユニット１２’を制御することで、補助電源による消費電力を低減することができる。

以下、図３及び図４に示す各充電モジュール１０の動作や制御について詳細に説明する。図５は、本発明に係る充電モジュールの第１実施形態の制御タイミングを示す概略図である。本実施形態は、図３に示す第１実施形態を制御することに対応する。図５には、入力電源Ｖｉｎ、補助電源制御信号Ｓｓａ、補助電源Ｖａ、及び主電源制御信号Ｓｓｍの概略図が上から順に示される。以下、説明の便宜及び明瞭化のため、一つの充電モジュール１０の動作のみを説明する。時間ｔ１において、充電電源システム１００の充電モジュール１０は、入力電源Ｖｉｎを受ける。即ち、入力電源Ｖｉｎは、各充電モジュール１０に給電する。時間ｔ２において、補助電源制御信号Ｓｓａがローレベルからハイレベルになり、補助電源経路を導通させる。ただし、補助電源経路に対する導通制御は、これに限定されず、補助電源経路の導通制御を実現できる方法であれば、本発明の範囲に含まれる。

補助電源制御信号Ｓｓａは、図３に示す第１実施形態に対応し、システム制御ユニット２０から出力される補助電源制御信号Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎである。補助電源制御信号Ｓｓａがローレベルからハイレベルになることにより、補助経路スイッチＳａがオンされて補助電源経路が導通する。その結果、補助電源供給ユニット１２が給電されて補助電源Ｖａを生成する。したがって、補助電源供給ユニット１２は、時間ｔ３において、生成された補助電源Ｖａを出力して、電源変換ユニット１１及び充電モジュール制御ユニット１３が必要とされる電源、又は充電モジュール１０における他の内部回路、例えば、エネルギー変換回路、フィードバック回路、通信回路、測定回路等が必要とされる電源を供給する。

補助電源Ｖａが生成された後（時間ｔ３）、補助電源Ｖａによって充電モジュール制御ユニット１３が必要とされる電源を提供するので、充電モジュール制御ユニット１３は、主電源制御信号Ｓｓｍを生成することができる。ここで、充電モジュール制御ユニット１３は、補助電源Ｖａが生成された時間ｔ３において主電源制御信号Ｓｓｍを出力するか、又は、図５に示すように補助電源Ｖａによって給電された後、充電モジュール１０の異常を検出して主電源経路を導通するか否かを判断する。充電モジュール１０が正常に動作できることを確認した後、時間ｔ４において主電源制御信号Ｓｓｍを出力して主電源経路を導通させることで、電源変換ユニット１１に入力電源Ｖｉｎを提供して出力電源Ｖｏｕｔに変換させる。これにより、電気自動車の充電に必要な充電電源、例えば充電電流を提供することができる。

入力電源Ｖｉｎは、主電源経路が導通しているので、主電源経路を介して補助電源供給ユニット１２に給電し、補助電源供給ユニット１２が必要とする電源を維持することができる。即ち、補助電源供給ユニット１２の電源供給源が補助電源経路を経由する必要がないので、補助電源経路を遮断することができる。図５に示すように、一実施形態では、時間ｔ５において、システム制御ユニット２０（図２に示す）から生成された補助電源制御信号Ｓｓａがハイレベルからローレベルになり（実線で示す補助電源制御信号Ｓｓａ）、外部制御により充電モジュール１０の補助電源経路を遮断する。又は、他の実施形態では、補助電源経路を遮断しなくてもよい。即ち、補助電源制御信号Ｓｓａは、ハイレベル状態を継続維持し（破線で示す補助電源制御信号Ｓｓａ）、時間ｔ７になると、補助電源経路を遮断するようにローレベルになってもよい。しかし、実際の応用では、システム制御ユニット２０は、補助電源制御信号Ｓｓａがローレベルになるタイミングだけでなく、主電源制御信号Ｓｓｍにより主電源経路を導通させた後（時間ｔ４）、補助電源経路を遮断するように補助電源制御信号Ｓｓａをローレベルに変化してもよい。

このようにして、入力電源Ｖｉｎは、主電源経路を介して補助電源供給ユニット１２に給電することができるので、補助電源供給ユニット１２は、補助電源Ｖａを継続出力して、充電モジュール１０の内部回路の電気部品に必要な電源を供給することができる。これにより、電源変換ユニット１１、充電モジュール制御ユニット１３、及び充電モジュール１０の他の内部回路、例えば、エネルギー変換回路、フィードバック回路、通信回路、測定回路等の通常動作を維持することができる。

図５を参照して、入力電源Ｖｉｎが異常であり、又は他の理由で電源供給が中断される場合、充電モジュール１０の動作をさらに説明する。仮に時間ｔ６において入力電源Ｖｉｎの給電が中断される場合、補助電源供給ユニット１２は、充電モジュール１０の内部コンデンサ蓄電効果により、短時間の給電を維持することができる。補助電源供給ユニット１２は、コンデンサが徐々に放電して電圧が切れてしまうと、補助電源Ｖａを出力することができなくなる（時間ｔ７）。充電モジュール制御ユニット１３は、補助電源Ｖａからの給電がなくなるため、主電源制御信号Ｓｓｍがハイレベルからローレベルになり、主電源経路が遮断される。

入力電源Ｖｉｎが正常に継続給電される場合、即ち、図５に示す入力電源Ｖｉｎが時間ｔ６以降もハイレベルである場合。図３を併せて参照して、本発明の充電電源システムは、上流側の主スイッチを不要とするので、充電モジュール１０が待機（又はスリープ、アイドル）状態になったことを検出すると、システム制御ユニット２０から生成された補助電源制御信号Ｓｓａにより補助経路スイッチＳａをオフするとともに、充電モジュール制御ユニット１３から生成された主電源制御信号Ｓｓｍにより主経路スイッチＳｍをオフすることができる。このようにして、補助電源供給ユニット１２は、補助電源経路及び主電源経路を通じて入力電源Ｖｉｎから給電を受けることができなくなる。これにより、補助電源Ｖａの出力を停止するように補助電源供給ユニット１２を制御することで、その待機電力を大幅に低減することができる。図５に示すように、充電モジュール１０は、時間ｔ７の後に待機の省電力状態に入る。

本発明は、充電モジュール１０が待機状態に入ったことが検出された場合、補助経路スイッチＳａ及び主経路スイッチＳｍを遮断して待機電力を節約することを目的としているので、システム制御ユニット２０及び充電モジュール制御ユニット１３が補助電源制御信号Ｓｓａ及び主電源制御信号Ｓｓｍをそれぞれ出力可能な場合には、補助経路スイッチＳａを先にオフするか、主経路スイッチＳｍを先にオフするか、又は補助経路スイッチＳａ及び主経路スイッチＳｍを同時にオフしても、充電モジュール１０の待機電力を節約する目的を達成することができる。したがって、図５に示すタイミング動作の概略図は、実施形態の一つに過ぎず、補助経路スイッチＳａ及び主経路スイッチＳｍをオフする順序がこれに限定されない。

図６は、本発明に係る充電モジュールの第２実施形態の制御タイミングを示す概略図である。本実施形態は、本実施形態は図４に示す第２実施形態を制御することに対応する。図４に示す実施形態では、補助電源制御信号Ｓｓａは、システム制御ユニット２０が出力する補助電源制御信号Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎである。補助電源制御信号Ｓｓａがローレベルからハイレベルになることにより、光アイソレータを介して導通を制御するための補助電源制御信号Ｓｓａを受信してイネーブル（ｅｎａｂｌｅ）信号に変換することで、補助電源Ｖａを出力するように補助電源供給ユニット１２’を制御する。

図５（図３に対応）及び図６（図４に対応）と比較して、時間ｔ１において入力電源Ｖｉｎが供給され、時間ｔ２において補助電源制御信号Ｓｓａにより補助電源経路がオンされ、時間ｔ３において補助電源Ｖａが生成され、及び時間ｔ４において主電源制御信号Ｓｓｍにより主電源経路がオンされることが同じであるので、その説明については省略する。

また、図４に示す第２実施形態は、図３に示す補助経路スイッチＳａと電流制限抵抗Ｒとが直列接続されているものではないので、図６に示すように、システム制御ユニット２０から生成された補助電源制御信号Ｓｓａがハイレベルの状態を継続維持することで、補助電源供給ユニット１２’を制御して、補助電源Ｖａを継続出力させて充電モジュール制御ユニット１３’に供給して主電源制御信号Ｓｓｍを継続出力して主電源経路を導通する。

仮に時間ｔ６において、入力電源Ｖｉｎが異常であり、又は他の理由で電源供給が中断される場合、補助電源供給ユニット１２’は、充電モジュール１０’の内部コンデンサ蓄電効果により、短時間の給電を維持することができる。補助電源供給ユニット１２’は、コンデンサが徐々に放電して電圧が切れてしまうと、補助電源Ｖａを出力することができなくなる（時間ｔ７）。充電モジュール制御ユニット１３’は、補助電源Ｖａからの給電がなくなるため、主電源制御信号Ｓｓｍがハイレベルからローレベルになり、主電源経路が遮断される。

入力電源Ｖｉｎが正常に継続給電される場合、即ち、図６に示す入力電源Ｖｉｎが時間ｔ６以降もハイレベルである場合。図４を併せて参照して、本発明の充電電源システムは、上流側の主スイッチを不要とするので、充電モジュール１０が待機（又はスリープ、アイドル）状態になったことを検出すると、システム制御ユニット２０から生成された補助電源制御信号Ｓｓａにより集積回路１２１をディスエーブルするとともに、充電モジュール制御ユニット１３’から生成された主電源制御信号Ｓｓｍにより主経路スイッチＳｍをオフすることができる。このようにして、補助電源供給ユニット１２’は、主電源経路を通じて入力電源Ｖｉｎから給電を受けること、及び集積回路１２１を直接ディスエーブルすることができなくなる。これにより、補助電源Ｖａの出力を停止するように補助電源供給ユニット１２’を制御することで、その待機電力を大幅に低減することができる。図５に示すように、充電モジュール１０は、時間ｔ７の後に待機の省電力状態に入る。

本発明は、充電モジュール１０が待機状態に入ったことが検出された場合、主経路スイッチＳｍを遮断したり集積回路１２１をディスエーブルしたりして待機電力を節約することを目的としているので、システム制御ユニット２０及び充電モジュール制御ユニット１３’が補助電源制御信号Ｓｓａ及び主電源制御信号Ｓｓｍをそれぞれ出力可能な場合には、主経路スイッチＳｍをオフすると同時又はその後に集積回路１２１をディスエーブルすれば、充電モジュール１０’の待機電力を節約する目的を達成することができる。したがって、図６に示すタイミング動作の概略図は、実施形態の一つに過ぎず、主経路スイッチＳｍ及び集積回路１２１をディスエーブルする順序がこれに限定されない。

次に、複数の充電モジュール１０への適用について説明する。例えば、充電電源システム１００は１０個の充電モジュール１０を有し、各充電モジュール１０の定格出力電流は１０アンペアである。電気自動車に対して２０アンペアの電流で充電する場合、そのうちの２つの充電モジュール１０が定格出力電流で動作するように制御される場合（即ち、全負荷動作）、即ち、２つの充電モジュール１０は、電気自動車充電を供給するために１０アンペアの出力電流をそれぞれ供給する。電気自動車を充電するための２つの充電モジュール１０がともに定格出力電流で動作するので、２つの充電モジュール１０を高効率に維持することができる。また、残りの８つの充電モジュール１０を待機（ｓｔａｎｄｂｙ）状態又はスリープ（ｓｌｅｅｐ）状態となるように制御することにより、充電電源システム１００全体の動作効率を最適に維持することができる。

従来技術では、電気自動車に対して２０アンペアの電流で充電する場合、上流側の主スイッチを制御することで、１０個の充電モジュールを同時に給電、又は同時に給電をやめることしか制御できない。そのため、各充電モジュールは、充電のために電気自動車に２アンペアの出力電流を供給することになる。このような充電状態では、全ての充電モジュールが定格出力電流で動作しないことになる（この場合、定格出力電流の２０％のみを出力する）。したがって、充電電源システム１００全体の動作効率が大幅に低下する。

上述したように、本発明の充電電源システム１００は、電気自動車の充電電流要求に応答して、充電モジュール１０のオン（給電）及びオフ（待機又はスリープ）を柔軟に制御することで、充電に関与する充電モジュール１０は高効率な定格出力電流で動作することが期待される。また、給電する必要がない残りの充電モジュール１０が待機又はスリープ状態になることで、補助電源Ｖａの出力を停止するように補助電源供給ユニット１２を制御することができるので、充電電源システム１００全体の動作効率を最適化することができる。

図７は、本発明に係る待機電力の低い充電電源システムの制御方法の第１実施形態を示すフローチャートである。第１実施形態は図５に対応し、具体的な説明は、図５及びその対応する内容を参照する。制御方法は以下の工程を含む。まず、充電電源システムの複数の充電モジュールは、入力電源を受ける（Ｓ１１）。入力電源は、直流入力電源又は交流入力電源であってもよい。工程Ｓ１１は、図５に示す時間ｔ１に対応する。次に、充電モジュールの補助電源経路を導通し、補助電源を出力するように充電モジュールの補助電源経路をイネーブルする（Ｓ１２）。工程Ｓ１２は、図５に示す時間ｔ２及び時間ｔ３にそれぞれ対応する。

その後、充電モジュールの主電源経路を導通し、入力電源を出力電源に変換して充電電源を供給するように充電モジュールの電源変換ユニットをイネーブルする（Ｓ１３）。工程Ｓ１３は、図５に示す時間ｔ４に対応する。そして、充電モジュールが待機状態に入ったことが検出されると、補助電源供給ユニットから補助電源の出力をオフする（Ｓ１４）。工程Ｓ１４は、図５又は図６に示す時間ｔ７に対応する。このようにして、充電モジュールが待機（又はスリープ、アイドル）状態にされた後、補助電源の出力を停止するように補助電源供給ユニットを制御することで、その待機電力を大幅に低減することができる。

以上により、本発明の利点は次の通りである。
１．高インピーダンス値を有する電流制限抵抗を用いることにより、スイッチ導通時の容量効果による突入電流が抑制される。
２．主電源経路を遮断するか、及び補助電源経路を遮断するか又は補助電源供給ユニット内部の集積回路をディスエーブルすることで、充電モジュールが待機状態になると、補助電源をオフすることを実現することにより、待機電力を大幅に低減し、充電電源システムの全体効率を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態を挙げて説明したが、これは本発明の実施形態の一例に過ぎない。説明した実施形態は、本発明の範囲を限定するものではないことが理解されたい。当業者であれば本発明の概念又は技術的思想を含む各種の変動や交換は、本発明の保護を求める範囲内に属するものである。

１００ 充電電源システム
Ｖｉｎ 入力電源
Ｖｏｕｔ 出力電源
１０、１０’ 充電モジュール
１１、１１’ 電源変換ユニット
１２、１２’ 補助電源供給ユニット
１３、１３’ 充電モジュール制御ユニット
Ｓｍ 主経路スイッチ
Ｓａ 補助経路スイッチ
２０ システム制御ユニット
１２１ 集積回路
Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ 補助電源制御信号
Ｓｓｍ 主電源制御信号
Ｖａ 補助電源
Ｒ 電流制限抵抗
Ｍｐｃ１〜Ｍｐｃｎ 電力変換モジュール
Ｃｔｒ 主制御ユニット
Ｓｗｓ 主スイッチ
Ｓｃｗ スイッチ制御信号
ｔ１〜ｔ７ 時間

Claims (15)

1. 少なくとも１つの補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）を生成するシステム制御ユニット（２０）と、
   互いに並列に接続され、入力電源（Ｖｉｎ）を受ける複数の充電モジュール（１０、１０’）と、を含み、
   各前記充電モジュール（１０、１０’）は、
   補助電源経路を介して前記入力電源（Ｖｉｎ）に接続され、補助電源（Ｖａ）を生成する補助電源供給ユニット（１２、１２’）と、
   主電源経路を介して前記入力電源（Ｖｉｎ）に接続され、前記補助電源（Ｖａ）を受ける電源変換ユニット（１１、１１’）と、
   前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）に接続され、前記補助電源（Ｖａ）を受け、主電源制御信号（Ｓｓｍ）を生成する充電モジュール制御ユニット（１３、１３’）と、を備え、
   前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）及び前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）は、前記充電モジュール（１０、１０’）が待機状態に入るとき、前記補助電源（Ｖａ）の出力を停止するように前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）を制御することを特徴とする待機電力の低い充電電源システム（１００）。
2. 前記主電源経路には、主経路スイッチ（Ｓｍ）が設けられ、
   前記補助電源経路には、補助経路スイッチ（Ｓａ）が設けられ、
   前記補助経路スイッチ（Ｓａ）は、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）を受信して、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）を出力させ、
   前記主経路スイッチ（Ｓｍ）は、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）を受信して、前記電源変換ユニット（１１、１１’）に前記入力電源（Ｖｉｎ）を出力電源（Ｖｏｕｔ）に変換させることを特徴とする請求項１に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
3. 前記充電モジュール（１０、１０’）が待機状態に入るとき、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）の出力を停止させるように、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）は、前記補助経路スイッチ（Ｓａ）をオフして前記補助電源経路を遮断し、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）は、前記主経路スイッチ（Ｓｍ）をオフして前記主電源経路を遮断することを特徴とする請求項２に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
4. 各前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）は、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）を受信し、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）により前記補助電源（Ｖａ）を出力するように前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）を制御する集積回路（１２１）を備え、
   前記主電源経路には主経路スイッチ（Ｓｍ）が設けられ、前記主経路スイッチ（Ｓｍ）は、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）を受信して、前記電源変換ユニット（１１、１１’）に前記入力電源（Ｖｉｎ）を出力電源（Ｖｏｕｔ）に変換させることを特徴とする請求項１に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
5. 前記充電モジュール（１０、１０’）が待機状態に入るとき、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）は、前記集積回路（１２１）をディスエーブルし、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）は、前記主経路スイッチ（Ｓｍ）をオフして前記主電源経路を遮断することで、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）の出力を停止させることを特徴とする請求項４に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
6. 前記補助電源経路には、前記補助経路スイッチ（Ｓａ）に直列に接続された電流制限抵抗（Ｒ）がさらに設けられることを特徴とする請求項２に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
7. 前記補助電源経路には、電流制限抵抗（Ｒ）が設けられることを特徴とする請求項４に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
8. 前記主経路スイッチ（Ｓｍ）及び前記補助経路スイッチ（Ｓａ）は、リレー又は半導体パワースイッチであることを特徴とする請求項２に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
9. 前記主経路スイッチ（Ｓｍ）は、リレー又は半導体パワースイッチであることを特徴とする請求項４に記載の待機電力の低い充電電源システム（１００）。
10. 待機電力の低い充電電源システムの制御方法であって、
    前記充電電源システムは、電源変換ユニット（１１、１１’）と、補助電源供給ユニット（１２、１２’）と、充電モジュール制御ユニット（１３、１３’）とを備える複数の充電モジュール（１０、１０’）を含み、
    前記制御方法は、
    （ａ）各前記充電モジュール（１０、１０’）は、入力電源（Ｖｉｎ）を受ける工程と、
    （ｂ）前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）が補助電源（Ｖａ）を生成して前記充電モジュール制御ユニット（１３、１３’）及び前記電源変換ユニット（１１、１１’）に供給するように、各前記充電モジュール（１０、１０’）の補助電源経路を導通する工程と、
    （ｃ）前記電源変換ユニット（１１、１１’）が前記入力電源（Ｖｉｎ）を出力電源（Ｖｏｕｔ）に変換するように、各前記充電モジュール（１０、１０’）の主電源経路を導通する工程と、
    （ｄ）前記充電モジュール（１０、１０’）が待機状態に入るとき、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）の出力を停止させる工程と、を含むことを特徴とする待機電力の低い充電電源システムの制御方法。
11. 前記主電源経路には、主経路スイッチ（Ｓｍ）が設けられ、
    前記補助電源経路には、補助経路スイッチ（Ｓａ）が設けられ、
    前記補助経路スイッチ（Ｓａ）は、補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）を受信して、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）を出力させ、
    前記主経路スイッチ（Ｓｍ）は、主電源制御信号（Ｓｓｍ）を受信して、前記電源変換ユニット（１１、１１’）に前記入力電源（Ｖｉｎ）を前記出力電源（Ｖｏｕｔ）に変換させることを特徴とする請求項１０に記載の待機電力の低い充電電源システムの制御方法。
12. 前記充電モジュール（１０、１０’）が待機状態に入るとき、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）の出力を停止させるように、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）は、前記補助経路スイッチ（Ｓａ）をオフして前記補助電源経路を遮断し、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）は、前記主経路スイッチ（Ｓｍ）をオフして前記主電源経路を遮断することを特徴とする請求項１１に記載の待機電力の低い充電電源システムの制御方法。
13. 各前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）は、補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）を受信し、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）により前記補助電源（Ｖａ）を出力するように前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）を制御する集積回路（１２１）を備え、
    前記主電源経路には主経路スイッチ（Ｓｍ）が設けられ、前記主経路スイッチ（Ｓｍ）は、主電源制御信号（Ｓｓｍ）を受信して、前記電源変換ユニット（１１、１１’）に前記入力電源（Ｖｉｎ）を前記出力電源（Ｖｏｕｔ）に変換させることを特徴とする請求項１０に記載の待機電力の低い充電電源システムの制御方法。
14. 前記充電モジュール（１０、１０’）が待機状態に入るとき、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）は、前記集積回路（１２１）をディスエーブルし、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）は、前記主経路スイッチ（Ｓｍ）をオフして前記主電源経路を遮断することで、前記補助電源供給ユニット（１２、１２’）から前記補助電源（Ｖａ）の出力を停止させることを特徴とする請求項１３に記載の待機電力の低い充電電源システムの制御方法。
15. 前記充電電源システムは、前記補助電源制御信号（Ｓｓａ１〜Ｓｓａｎ）を生成するシステム制御ユニット（２０）をさらに含み、
    前記充電モジュール制御ユニット（１３、１３’）は、前記主電源制御信号（Ｓｓｍ）を生成することを特徴とする請求項１１又は請求項１３のいずれかに記載の待機電力の低い充電電源システムの制御方法。