JP2021191202A - 電力システム - Google Patents
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Abstract
【課題】対象蓄電装置の充電に電源用蓄電装置を用いる場合に対象蓄電装置の充電効率の向上を図ることができる電力システムを提供すること。【解決手段】電力システム10は、第1電源用蓄電装置12a及び第2電源用蓄電装置12bを含む複数の電源用蓄電装置12と、第1制御回路120aを有する第1充電装置30aと、第2制御回路120bを有する第2充電装置30bと、を備えている。第1制御回路120aは、第1電源用蓄電装置12aの電圧である第1電源電圧が第1目標電圧となるように、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電する。第2制御回路120bは、第2電源用蓄電装置12bの電圧である第2電源電圧が第1目標電圧とは異なる第2目標電圧となるように、系統電源11を用いて第2電源用蓄電装置12bを充電する。【選択図】図1
Description
本発明は、電力システムに関する。
例えば特許文献1には、電源用蓄電装置としての蓄電池を系統電源としての電力系統に系統連系させた電力システムについて記載されている。当該電力システムでは、電源用蓄電装置から出力される電力は、系統電力に変換されて電力系統に出力され、系統電力として負荷に供給される。
ここで、電源用蓄電装置を有する電力システムにおいて対象蓄電装置を充電する場合には、対象蓄電装置の充電効率が懸念される。特に、対象蓄電装置の充電に電源用蓄電装置を用いる場合、対象蓄電装置の充電を行う前に系統電源を用いて電源用蓄電装置を事前に充電する必要があり得る。このため、対象蓄電装置の充電に電源用蓄電装置を用いる場合、電源用蓄電装置の充電効率も考慮して、電力システム全体で効率が高くなるようにしたい場合があるため、比較的高い対象蓄電装置の充電効率が求められる場合がある。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は対象蓄電装置の充電に電源用蓄電装置を用いる場合に対象蓄電装置の充電効率の向上を図ることができる電力システムを提供することである。
上記目的を達成する電力システムは、第1電源用蓄電装置及び第2電源用蓄電装置を含む複数の電源用蓄電装置と、系統電源及び前記第1電源用蓄電装置に接続され、前記第1電源用蓄電装置、又は、前記第1電源用蓄電装置及び前記系統電源を用いて対象蓄電装置を充電したり、前記系統電源を用いて前記第1電源用蓄電装置を充電したりする第1充電装置と、前記系統電源及び前記第2電源用蓄電装置に接続され、前記第2電源用蓄電装置、又は、前記第2電源用蓄電装置及び前記系統電源を用いて前記対象蓄電装置を充電したり、前記系統電源を用いて前記第2電源用蓄電装置を充電したりする第2充電装置と、を備え、前記第1充電装置は、前記第1電源用蓄電装置の電圧である第1電源電圧が第1目標電圧となるように、前記系統電源を用いて前記第1電源用蓄電装置を充電する第1充電制御部を備え、前記第2充電装置は、前記第2電源用蓄電装置の電圧である第2電源電圧が前記第1目標電圧とは異なる第2目標電圧となるように、前記系統電源を用いて前記第2電源用蓄電装置を充電する第2充電制御部を備えていることを特徴とする。
かかる構成によれば、第1充電装置及び第2充電装置によって、第1電源用蓄電装置を用いて対象蓄電装置を充電したり、第2電源用蓄電装置を用いて対象蓄電装置を充電したりすることができる。
ここで、電源用蓄電装置を用いて対象蓄電装置を充電する場合、対象蓄電装置の充電効率は、電源用蓄電装置の電圧である電源電圧と対象蓄電装置の電圧とに応じて変動する。このため、電源電圧が異なれば、対象蓄電装置の充電効率が異なることとなる。
この点、本構成によれば、電源電圧が異なった第1電源用蓄電装置及び第2電源用蓄電装置が用意されているため、対象蓄電装置の電圧に合わせて充電効率の高くなる方を選択でき、それを通じて充電効率の向上を図ることができる。
上記電力システムについて、前記対象蓄電装置の充電開始タイミングにおける前記対象蓄電装置の電圧である対象初期電圧を把握する把握部と、前記把握部の把握結果及び前記両目標電圧に基づいて、前記第1電源用蓄電装置及び前記第2電源用蓄電装置のうち充電効率が高くなる方を前記対象蓄電装置の充電に用いるものとして選択する選択部と、を備えているとよい。
かかる構成によれば、対象初期電圧及び両目標電圧に基づいて、自動で充電効率が高くなる方が選択される。これにより、管理者が選択するといった煩雑さを抑制できる。
また、把握部によって対象蓄電装置の充電開始タイミングにおける対象蓄電装置の電圧である対象初期電圧が把握されるため、SOCの変動などによって対象蓄電装置の電圧が変動する場合であっても充電効率の高い方を選択することができる。
また、把握部によって対象蓄電装置の充電開始タイミングにおける対象蓄電装置の電圧である対象初期電圧が把握されるため、SOCの変動などによって対象蓄電装置の電圧が変動する場合であっても充電効率の高い方を選択することができる。
上記電力システムについて、前記第2目標電圧は前記第1目標電圧よりも高く設定されており、前記選択部は、前記対象初期電圧が前記第1目標電圧よりも高く且つ前記第2目標電圧よりも低い場合には前記第2電源用蓄電装置を選択するとよい。
電源用蓄電装置を用いた対象蓄電装置の充電が開始されると、電源用蓄電装置のSOCが低下することにより電源電圧は低下する一方、対象蓄電装置のSOCが上昇することにより対象蓄電装置の電圧が上昇する。このため、仮に対象初期電圧が第1目標電圧よりも高く第2目標電圧よりも低い状況下で第1電源用蓄電装置が選択された場合には、充電に伴って第1電源電圧が低下し且つ対象蓄電装置の電圧が上昇することになり、第1電源電圧と対象蓄電装置の電圧との差が大きくなる。第1電源電圧と対象蓄電装置の電圧との差が大きくなると、充電効率が低下しやすい。
この点、本構成によれば、対象初期電圧が第1目標電圧よりも高く第2目標電圧よりも低い場合には、対象初期電圧よりも高い第2目標電圧に対応する第2電源用蓄電装置が選択される。これにより、充電に伴って対象蓄電装置の電圧と第2電源電圧との差が小さくなるため、充電効率が向上する。また、仮に対象蓄電装置の電圧と第2電源電圧との大小関係が逆転した場合であっても両者の差を小さくできる。したがって、充電効率の向上を図ることができる。
上記電力システムについて、前記第2目標電圧は前記第1目標電圧よりも高く設定されており、前記選択部は、前記対象初期電圧が前記第1目標電圧及び前記第2目標電圧の双方よりも高い場合には前記第2電源用蓄電装置を選択するとよい。
かかる構成によれば、第2目標電圧が第1目標電圧よりも高く、且つ、対象初期電圧が両目標電圧の双方よりも高い場合には、第2目標電圧に対応する第2電源用蓄電装置が選択される。この場合、対象初期電圧と第2目標電圧との差の方が、対象初期電圧と第1目標電圧との差よりも小さいため、充電効率の向上を図ることができる。
上記電力システムについて、前記第2目標電圧は前記第1目標電圧よりも高く設定されており、前記選択部は、前記対象初期電圧が前記第1目標電圧及び前記第2目標電圧の双方よりも低い場合には前記第1電源用蓄電装置を選択するとよい。
かかる構成によれば、第2目標電圧が第1目標電圧よりも高く、且つ、対象初期電圧が両目標電圧、の双方よりも低い場合には、第1目標電圧に対応する第1電源用蓄電装置が選択される。この場合、対象初期電圧と第1目標電圧との差の方が、対象初期電圧と第2目標電圧との差よりも小さいため、充電効率の向上を図ることができる。
上記電力システムについて、前記対象蓄電装置を有する稼働体は、稼働計画に基づいて稼働するものであり、前記把握部は、前記稼働計画に基づいて前記対象初期電圧を推定することにより前記対象初期電圧を把握するとよい。
かかる構成によれば、稼働計画から対象蓄電装置の使用量を推定することができ、それを通じて対象初期電圧を推定することができる。これにより、事前に対象初期電圧を把握することができるため、対象蓄電装置の充電が開始される前に今回充電に用いる電源用蓄電装置を選択できる。
上記電力システムについて、前記対象蓄電装置を有する稼働体は移動体であり、前記電力システムは、前記選択部によって選択された電源用蓄電装置を用いて前記対象蓄電装置の充電が行われるように前記移動体を誘導する誘導部を備えているとよい。
かかる構成によれば、移動体が今回選択された電源用蓄電装置に向けて誘導されるため、誤って今回選択された電源用蓄電装置とは異なる電源用蓄電装置を用いて充電が行われることを抑制できる。
この発明によれば、対象蓄電装置の充電に電源用蓄電装置を用いる場合に対象蓄電装置の充電効率の向上を図ることができる。
(第1実施形態)
以下、電力システムの第1実施形態について説明する。本実施形態では、充電装置は、工場や商業施設などに設置されている。すなわち、本実施形態の電力システムは、家庭用ではなく商業用または産業用である。
以下、電力システムの第1実施形態について説明する。本実施形態では、充電装置は、工場や商業施設などに設置されている。すなわち、本実施形態の電力システムは、家庭用ではなく商業用または産業用である。
図1及び図2に示すように、本実施形態の電力システム10は、稼働体としての車両20に設けられた対象蓄電装置としての車両用蓄電装置21を充電するものであり、系統電源11とは異なる電源用蓄電装置12と、充電装置30と、車両20の稼働を管理する管理装置130と、を備えている。
系統電源11は、例えば3相の系統電力P0を出力するものである。系統電源11が供給可能な系統電力P0の最大値は、電力会社との契約内容又は他の電力システムの電力使用状況等に応じて変動する。
電源用蓄電装置12は、例えば二次電池や電気二重層キャパシタなどである。電源用蓄電装置12の電圧である電源電圧Vpは、電源用蓄電装置12のSOC(充電状態)に応じて変動する。一例としては、電源電圧Vpは、電源用蓄電装置12のSOCが高くなるに従って高くなる。詳細には、電源電圧Vpは、最小電源電圧Vpminから最大電源電圧Vpmaxまでの範囲内に亘って変動する。
車両20は、移動体の一種である。車両20は、対象蓄電装置としての車両用蓄電装置21の他に、車両用蓄電装置21の制御を行う車両ECU22と、車両用蓄電装置21の電力を用いて走行する走行用モータ23と、を備えている。
車両用蓄電装置21は、例えば二次電池や電気二重層キャパシタなどである。本実施形態では、充電電圧Vrの直流電力が車両用蓄電装置21に入力されることにより、車両用蓄電装置21の充電が行われる。このため、充電電圧Vrは、車両用蓄電装置21の電圧であり、車両用蓄電装置21が充電するのに必要な要求電圧といえる。また、充電電圧Vrは、負荷の要求電圧ともいえる。
車両用蓄電装置21の電圧である充電電圧Vrは、車両用蓄電装置21の種類やSOC(充電状態)に応じて変動する。例えば、車両用蓄電装置21がリチウムイオン電池である場合と鉛蓄電池である場合とで充電電圧Vrは異なる。また、一般的に、充電電圧Vrは、車両用蓄電装置21のSOCが高くなるに従って高くなる。
ここで、本電力システム10において想定される充電電圧Vrの最小値を最小充電電圧Vrminといい、充電電圧Vrの最大値を最大充電電圧Vrmaxという。充電電圧Vrは、最小充電電圧Vrminから最大充電電圧Vrmaxまでの範囲内に亘って変動する。
本実施形態では、最小電源電圧Vpminは最小充電電圧Vrminよりも低く、最大電源電圧Vpmaxは最小充電電圧Vrminよりも高い。詳細には、Vpmin<Vrmin<Vpmax<Vrmaxとなっている。このため、両蓄電装置12,21のSOCに応じて、電源電圧Vpが充電電圧Vrよりも低くなる場合と、電源電圧Vpが充電電圧Vrよりも高くなる場合とがある。なお、電源用蓄電装置12及び車両用蓄電装置21の具体的な構成は任意である。
なお、最大充電電圧Vrmaxは、最大電源電圧Vpmaxよりも高く設定されている。これにより、本電力システム10に適用可能な車両用蓄電装置21の範囲を広げることができる。したがって、汎用性の向上を図ることができる。
車両ECU22は、車両用蓄電装置21の充電に関する制御を行うものである。車両ECU22は、充電装置30と電気的に接続可能に構成されている。車両ECU22は、充電装置30と電気的に接続された場合には、充電装置30と通信を行うことにより、充電装置30に対して要求電力を通知する。本実施形態において、要求電力は、車両用蓄電装置21が充電するのに必要な電力である。
充電装置30は、車両20と電気的に接続するのに用いられる負荷接続部としてのコネクタ40を有している。コネクタ40が車両20に接続されることにより、充電装置30と、車両用蓄電装置21及び車両ECU22とが電気的に接続される。コネクタ40は、負荷と充電装置30とを接続するための接続部ともいえる。
図2に示すように、コネクタ40は、車両用蓄電装置21の正極端子に接続される正極負荷入力端子41と、車両用蓄電装置21の負極端子に接続される負極負荷入力端子42と、車両ECU22と接続される制御端子43と、を有している。
充電装置30は、負極蓄電入力端子35と負極負荷入力端子42とを接続する負極配線44を有している。これにより、電源用蓄電装置12と車両用蓄電装置21との負極同士が電気的に接続される。
以上のとおり、充電装置30は、系統電源11、電源用蓄電装置12及び車両20(詳細には車両用蓄電装置21)に接続可能に構成されている。そして、充電装置30は、電源用蓄電装置12、又は、系統電源11及び電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21の充電を行うものである。充電装置30の詳細な構成については後述する。
ここで、図1に示すように、本実施形態の電力システム10は、電源用蓄電装置12及び充電装置30を複数有している。これにより、複数の車両20を同時に充電することができる。
電源用蓄電装置12及び充電装置30の数は任意であるが、本実施形態では2つとする。なお、説明の便宜上、2つの電源用蓄電装置12のうち一方を第1電源用蓄電装置12aとし、他方を第2電源用蓄電装置12bとする。両電源用蓄電装置12a,12bは同一構成である。また、2つの充電装置30のうち一方を第1充電装置30aとし、他方を第2充電装置30bとする。
第1充電装置30aは、系統電源11及び第1電源用蓄電装置12aに接続されており、第1電源用蓄電装置12a、又は、系統電源11及び第1電源用蓄電装置12aを用いて車両用蓄電装置21の充電を行ったり、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電したりする。
第2充電装置30bは、系統電源11及び第2電源用蓄電装置12bに接続されており、第2電源用蓄電装置12b、又は、系統電源11及び第2電源用蓄電装置12bを用いて車両用蓄電装置21の充電を行ったり、系統電源11を用いて第2電源用蓄電装置12bを充電したりする。
管理装置130は、車両20及び複数の充電装置30を管理する管理CPU131を有している。管理CPU131は、車両20及び複数の充電装置30と通信可能に構成されている。詳細には、車両20、複数の充電装置30及び管理装置130はそれぞれ無線通信ユニットを有しており、管理CPU131は当該無線通信ユニットを用いて無線通信を行う。管理CPU131は、車両20及び各充電装置30と通信を行うことにより、車両20及び各充電装置30を遠隔制御したり、車両20及び各充電装置30の状態を把握したりする。なお、無線通信方式は、任意である。
管理CPU131は、車両20及び充電装置30を管理するための各種処理を実行する。
例えば、本実施形態の管理CPU131は、車両20の稼働計画を設定し、当該稼働計画を車両20に対して送信する処理を実行する。車両20は、管理装置130から送信された稼働計画に基づいて稼働する。詳細には、管理CPU131は、稼働計画として、走行ルート及び走行スケジュールが設定された走行計画を設定し、当該走行計画を車両20に送信する処理を実行する。車両20は、走行計画に基づいて自動で走行するように走行用モータ23を駆動させる。すなわち、本実施形態の車両20は、走行計画に基づいて自動で運転する自動運転車両である。
例えば、本実施形態の管理CPU131は、車両20の稼働計画を設定し、当該稼働計画を車両20に対して送信する処理を実行する。車両20は、管理装置130から送信された稼働計画に基づいて稼働する。詳細には、管理CPU131は、稼働計画として、走行ルート及び走行スケジュールが設定された走行計画を設定し、当該走行計画を車両20に送信する処理を実行する。車両20は、走行計画に基づいて自動で走行するように走行用モータ23を駆動させる。すなわち、本実施形態の車両20は、走行計画に基づいて自動で運転する自動運転車両である。
ちなみに、本実施形態の稼働計画には、車両用蓄電装置21の充電を行うことができる対象充電期間Tc1が設定されている。詳細には、本実施形態の走行計画には、対象充電期間Tc1として複数の充電装置30のいずれかの付近にて停車する期間が設定されている。これにより、例えば車両20が第1充電装置30a付近にて停車している期間中は、第1充電装置30aを用いて車両用蓄電装置21を充電することができる。なお、対象充電期間Tc1は、車両20が稼働していない期間ともいえる。
また、本実施形態の管理CPU131は、第1充電装置30aと通信を行うことにより、第1電源用蓄電装置12aの電圧である第1電源電圧Vp1を把握したり、車両20が第1充電装置30aに接続された場合に車両20の充電を行うように指令を出したりする。
同様に、管理CPU131は、例えば第2充電装置30bと通信を行うことにより、第2電源用蓄電装置12bの電圧である第2電源電圧Vp2を把握したり、車両20が第2充電装置30bに接続された場合に車両20の充電を行うように指令を出したりする。
充電装置30について以下に詳細に説明する。なお、第1充電装置30a及び第2充電装置30bは同一構成である。また、図2においては、図示の都合上、第1充電装置30aについて例示する。
図2に示すように、充電装置30は、フィルタ回路50と、第1トランス60と、第2トランス70と、1次側回路80と、第1の2次側回路としての昇圧回路90と、第2の2次側回路としての降圧回路100と、制御回路120と、を備えている。
フィルタ回路50は、系統入力端子31〜33から入力された系統電力P0に含まれるノイズを低減するものである。フィルタ回路50は、例えばフィルタインダクタ51とフィルタコンデンサ52とを有するLC回路である。ただし、これに限られず、フィルタ回路50の具体的な構成は任意である。
第1トランス60は、第1の1次側巻線61及び第1の2次側巻線62を有している。すなわち、第1トランス60は、所謂絶縁型である。
第1の2次側巻線62は、第1中間タップ62aを有している。第1中間タップ62aは電源用蓄電装置12に接続される。詳細には、第1中間タップ62aは、正極蓄電入力端子34に接続されている。これにより、第1中間タップ62aは、電源用蓄電装置12の正極端子に接続されることとなる。
第1の2次側巻線62は、第1中間タップ62aを有している。第1中間タップ62aは電源用蓄電装置12に接続される。詳細には、第1中間タップ62aは、正極蓄電入力端子34に接続されている。これにより、第1中間タップ62aは、電源用蓄電装置12の正極端子に接続されることとなる。
第2トランス70は、第2の1次側巻線71及び第2の2次側巻線72を有している。すなわち、第2トランス70は、所謂絶縁型である。第1の1次側巻線61と第2の1次側巻線71とは直列に接続されている。
第2の2次側巻線72は、第2中間タップ72aを有している。第2中間タップ72aは車両20に接続される。詳細には、第2中間タップ72aは、コネクタ40に接続されており、より具体的には正極負荷入力端子41に接続されている。
1次側回路80は、系統入力端子31〜33と両トランス60,70との間に設けられている。1次側回路80は、フィルタ回路50を介して系統入力端子31〜33に接続されており、フィルタ回路50によってノイズが低減された系統電力P0が1次側回路80に入力される。1次側回路80は、両1次側巻線61,71の直列接続体に接続されている。
1次側回路80は、例えばマトリックスコンバータである。1次側回路80は、1次側コイル81u〜81wと、1次側スイッチング素子82ua〜82wbと、を備えている。1次側回路80は、1次側スイッチング素子82ua〜82wbが周期的にON/OFFすることにより、交流の電力変換を行う。
1次側コイル81u〜81wは、フィルタ回路50(詳細にはフィルタインダクタ51)を介して、系統入力端子31〜33に接続されている。
1次側スイッチング素子82ua〜82wbは、順方向及び逆方向の双方の電圧をON/OFFすることができる双方向スイッチング素子である。1次側スイッチング素子82ua〜82wbの具体的な構成は任意であるが、例えば互いに並列に接続された複数のIGBT又はMOSFET及びダイオードを有するとよい。
1次側スイッチング素子82ua〜82wbは、順方向及び逆方向の双方の電圧をON/OFFすることができる双方向スイッチング素子である。1次側スイッチング素子82ua〜82wbの具体的な構成は任意であるが、例えば互いに並列に接続された複数のIGBT又はMOSFET及びダイオードを有するとよい。
1次側スイッチング素子82ua〜82wbは、1次側上アームスイッチング素子82ua,82va,82waと、1次側接続線83u,83v,83wによって1次側上アームスイッチング素子82ua,82va,82waと直列に接続された1次側下アームスイッチング素子82ub,82vb,82wbとによって構成されている。
1次側上アームスイッチング素子82ua,82va,82waと1次側下アームスイッチング素子82ub,82vb,82wbとの直列接続体は、互いに並列に接続されているとともに両1次側巻線61,71の直列接続体に対して並列に接続されている。1次側コイル81u,81v,81wは1次側接続線83u,83v,83wに接続されている。
昇圧回路90は、例えば電源用蓄電装置12から出力される電力を昇圧するものである。昇圧回路90は、第1の2次側巻線62の中間タップである第1中間タップ62aと電源用蓄電装置12との間に設けられた第1の2次側コイルとしての昇圧コイル91と、第1の2次側巻線62に接続された第1の2次側スイッチング素子としての昇圧スイッチング素子92〜95と、を備えている。
昇圧コイル91は、第1中間タップ62aと正極蓄電入力端子34とを接続する配線上に設けられている。
昇圧スイッチング素子92〜95は、例えばn型のMOSFETやIGBTである。ただし、これに限られず、昇圧スイッチング素子92〜95の具体的な構成は任意である。
昇圧スイッチング素子92〜95は、例えばn型のMOSFETやIGBTである。ただし、これに限られず、昇圧スイッチング素子92〜95の具体的な構成は任意である。
昇圧スイッチング素子92〜95は、例えば昇圧上アームスイッチング素子92,94と、昇圧接続線96,97を介して昇圧上アームスイッチング素子92,94と直列に接続された昇圧下アームスイッチング素子93,95とによって構成されている。
第1の2次側巻線62の一端は第1昇圧接続線96に接続されており、第1の2次側巻線62の他端は第2昇圧接続線97に接続されている。これにより、昇圧スイッチング素子92〜95が第1の2次側巻線62に接続されることとなる。
昇圧回路90は、両第1昇圧スイッチング素子92,93の直列接続体と、両第2昇圧スイッチング素子94,95の直列接続体とを並列に接続する第1昇圧配線98及び第2昇圧配線99を有している。第1昇圧配線98は、両昇圧上アームスイッチング素子92,94を接続し、第2昇圧配線99は、両昇圧下アームスイッチング素子93,95を接続している。第2昇圧配線99は負極配線44に接続されている。
降圧回路100は、例えば昇圧回路90から出力される直流電力を降圧させるものである。降圧回路100は、第2の2次側巻線72の中間タップである第2中間タップ72aと車両用蓄電装置21との間に設けられた第2の2次側コイルとしての降圧コイル101と、第2の2次側巻線72に接続された第2の2次側スイッチング素子としての降圧スイッチング素子102〜105と、を備えている。
降圧コイル101は、第2中間タップ72aと正極負荷入力端子41とを接続する配線上に設けられている。
降圧スイッチング素子102〜105は、例えばn型のMOSFETやIGBTである。ただし、これに限られず、降圧スイッチング素子102〜105の具体的な構成は任意である。
降圧スイッチング素子102〜105は、例えばn型のMOSFETやIGBTである。ただし、これに限られず、降圧スイッチング素子102〜105の具体的な構成は任意である。
降圧スイッチング素子102〜105は、例えば降圧上アームスイッチング素子102,104と、降圧接続線106,107を介して降圧上アームスイッチング素子102,104と直列に接続された降圧下アームスイッチング素子103,105とによって構成されている。
第2の2次側巻線72の一端は第1降圧接続線106に接続されており、第2の2次側巻線72の他端は第2降圧接続線107に接続されている。これにより、降圧スイッチング素子102〜105が第2の2次側巻線72に接続されることとなる。
降圧回路100は、両第1降圧スイッチング素子102,103の直列接続体と、両第2降圧スイッチング素子104,105の直列接続体とを並列に接続する第1降圧配線108及び第2降圧配線109を有している。第1降圧配線108は、両降圧上アームスイッチング素子102,104を接続し、第2降圧配線109は、両降圧下アームスイッチング素子103,105を接続している。
昇圧回路90と降圧回路100とは接続されている。詳細には、第1降圧配線108と第1昇圧配線98とが接続されており、第2降圧配線109と第2昇圧配線99とが接続されている。これにより、昇圧回路90から出力された電力は降圧回路100に入力され、当該降圧回路100によって電圧値を下げる変換が行われる。
充電装置30は、昇圧回路90と降圧回路100との間に設けられた中間コンデンサ110を備えている。中間コンデンサ110の一端は、第1昇圧配線98及び第1降圧配線108に接続されており、中間コンデンサ110の他端は、第2昇圧配線99及び第2降圧配線109に接続されている。
かかる構成においては、昇圧スイッチング素子92〜95は、中間コンデンサ110を介して降圧回路100(詳細には降圧スイッチング素子102〜105)に接続されているとも言える。また、降圧スイッチング素子102〜105は、中間コンデンサ110を介して昇圧回路90(詳細には昇圧スイッチング素子92〜95)に接続されているとも言える。
制御回路120は、1次側回路80、昇圧回路90、及び降圧回路100を制御するものである。制御回路120は、1次側スイッチング素子82ua〜82wb、昇圧スイッチング素子92〜95、及び降圧スイッチング素子102〜105を制御することにより、系統電源11及び電源用蓄電装置12の少なくとも一方を用いて車両用蓄電装置21の充電を行うように構成されている。
制御回路120の具体的なハードウェア構成は任意である。例えば、制御回路120は、スイッチング制御を行うための専用のハードェア回路を有する構成でもよいし、スイッチング制御を行うための制御プログラムや必要な情報が記憶されたメモリと、制御プログラムに基づいてスイッチング制御を行うCPUとを有する構成でもよい。
充電装置30は、電源電圧Vpを検出する電源電圧センサ121と、充電電圧Vrを検出する充電電圧センサ122と、を備えている。電源電圧センサ121は、両蓄電入力端子34,35間の電圧を検出することにより電源電圧Vpを検出し、その検出結果を制御回路120に出力する。充電電圧センサ122は、両負荷入力端子41,42間の電圧を検出することにより充電電圧Vrを検出し、その検出結果を制御回路120に出力する。これにより、制御回路120は、電源電圧Vp及び充電電圧Vrを把握できる。
また、制御回路120は、制御端子43を介して車両ECU22と接続されており、車両ECU22と通信を行うことができる。例えば、車両ECU22は、制御回路120に対して要求電力を通知する。制御回路120は、要求電力と同一の電力又は要求電力に近い電力を供給するように1次側回路80、昇圧回路90及び降圧回路100を制御する。
制御回路120によるスイッチング制御について以下に詳細に説明する。
本実施形態の制御回路120は、車両用蓄電装置21の充電を行うモードとして、少なくとも系統電源11を用いて車両用蓄電装置21の充電を行う系統モードと、電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21の充電を行う電源モードと、を有している。少なくとも系統電源11を用いるとは、系統電源11のみを用いる場合と、系統電源11と電源用蓄電装置12との双方を用いる場合とを含む。
本実施形態の制御回路120は、車両用蓄電装置21の充電を行うモードとして、少なくとも系統電源11を用いて車両用蓄電装置21の充電を行う系統モードと、電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21の充電を行う電源モードと、を有している。少なくとも系統電源11を用いるとは、系統電源11のみを用いる場合と、系統電源11と電源用蓄電装置12との双方を用いる場合とを含む。
ちなみに、制御回路120は、状況に応じて車両用蓄電装置21の充電を行うモードを制御する。モード制御の具体的な構成は任意である。例えば制御回路120は、所定の第1時間帯においては系統モードを選択し、第2時間帯においては電源モードを選択する構成でもよい。また、制御回路120は、電源用蓄電装置12のSOC(換言すれば充電状態)が閾値以上である場合には電源モードを選択し、電源用蓄電装置12のSOCが閾値未満である場合には系統モードを選択する構成でもよい。また、制御回路120は、ユーザによる選択操作に基づいて、車両用蓄電装置21の充電を行うモードを選択する構成でもよい。
制御回路120は、系統モードでは、1次側スイッチング素子82ua〜82wb、昇圧スイッチング素子92〜95、降圧スイッチング素子102〜105を周期的にON/OFFさせることにより、系統電源11、又は、系統電源11及び電源用蓄電装置12を用いて電力供給を行う。
例えば、制御回路120は、系統電源11が供給可能な系統電力P0の最大値よりも要求電力が小さい場合には系統電源11のみを用いて電力供給を行う。この場合には、制御回路120は、要求電力を系統電源11が供給可能な系統電力P0の最大値以内の目標値に設定し、当該目標値に対応させて1次側スイッチング素子82ua〜82wb、昇圧スイッチング素子92〜95、降圧スイッチング素子102〜105を周期的にON/OFFさせる。
詳細には、制御回路120は、系統電力P0の電力変換が行われるように1次側スイッチング素子82ua〜82wbを周期的にON/OFFさせる。
そして、制御回路120は、第1トランス60から出力される交流電力が直流電力に変換され、且つ、中間コンデンサ110に入力される中間電圧Vmが電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高い値となるように昇圧スイッチング素子92〜95を周期的にON/OFFさせる。
そして、制御回路120は、第1トランス60から出力される交流電力が直流電力に変換され、且つ、中間コンデンサ110に入力される中間電圧Vmが電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高い値となるように昇圧スイッチング素子92〜95を周期的にON/OFFさせる。
中間電圧Vmは、最大電源電圧Vpmaxよりも高い電圧に設定されている。また、本実施形態の中間電圧Vmは、充電電圧Vrよりも高く設定されており、例えば最大充電電圧Vrmaxよりも高く設定されている。制御回路120は、中間電圧Vmと電源電圧Vpとの電圧比に対応させて昇圧スイッチング素子92〜95のデューティ比を制御する。
また、制御回路120は、降圧回路100に入力される中間電圧Vmの直流電力が、充電電圧Vrで、かつ、要求電力と同一値の直流電力に変換されるように降圧スイッチング素子102〜105を周期的にON/OFFさせる。すなわち、制御回路120は、系統モード時では、中間電圧Vmが電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高くなるように昇圧回路90を制御し、中間電圧Vmの直流電力が充電電圧Vrの直流電力となるように降圧回路100を制御する。
なお、昇圧スイッチング素子92〜95及び降圧スイッチング素子102〜105のスイッチング態様については任意であるが、例えば、制御回路120は、昇圧スイッチング素子92〜95のスイッチングパターンを第1パターンと第2パターンとに交互に切り替える。第1パターンは、第1昇圧上アームスイッチング素子92及び第2昇圧下アームスイッチング素子95がON状態であり且つ第1昇圧下アームスイッチング素子93及び第2昇圧上アームスイッチング素子94がOFF状態であるスイッチングパターンである。第2パターンは、第1昇圧上アームスイッチング素子92及び第2昇圧下アームスイッチング素子95がOFF状態であり且つ第1昇圧下アームスイッチング素子93及び第2昇圧上アームスイッチング素子94がON状態であるスイッチングパターンである。
ここで、降圧回路100から車両用蓄電装置21に向けて流れる電流は、降圧スイッチング素子102〜105のデューティ比に応じて変化する。このため、制御回路120は、降圧スイッチング素子102〜105のデューティ比を制御することにより、降圧回路100から出力される電力(すなわち車両用蓄電装置21を充電する電力)を制御することができる。
また、系統電源11から降圧回路100に入力される電力が、降圧回路100から出力される電力よりも小さい場合、不足分を補うように電源用蓄電装置12の電力が昇圧回路90を介して降圧回路100に入力される。一方、系統電源11から降圧回路100に入力される電力が、降圧回路100から出力される電力以上である場合には、電源用蓄電装置12の電力は降圧回路100に入力されない。そして、系統電源11から昇圧回路90を介して降圧回路100に入力される電力は、1次側スイッチング素子82ua〜82wbのデューティ比に応じて変化する。したがって、降圧回路100から出力される電力に対応させて、1次側スイッチング素子82ua〜82wbのデューティ比を制御することにより、系統電源11のみを用いた車両用蓄電装置21の充電と、系統電源11及び電源用蓄電装置12の双方を用いた車両用蓄電装置21の充電と、を切り替えることができる。
制御回路120は、電源用蓄電装置12のSOC、要求電力又は系統電源11の供給能力などに基づいて、1次側スイッチング素子82ua〜82wbのデューティ比を制御することにより、系統電源11のみを用いた充電と、系統電源11及び電源用蓄電装置12の双方を用いた充電と、を切り替える。
かかる構成によれば、充電装置30に入力された系統電力P0は、1次側回路80及び第1トランス60によって昇圧されて昇圧回路90に入力される。そして、昇圧回路90に入力された電力は、昇圧回路90及び中間コンデンサ110によって整流されるとともに降圧される。また、必要に応じて、電源用蓄電装置12の電力が中間電圧Vmの直流電力に昇圧されて中間コンデンサ110に入力される。これにより、中間コンデンサ110には、中間電圧Vmの直流電力が入力される。この場合、中間コンデンサ110によって昇圧回路90から出力される直流電力が安定化しているともいえる。
そして、中間コンデンサ110によって電圧が安定化された中間電圧Vmの直流電力は、降圧回路100に入力され、降圧回路100によって充電電圧Vrに降圧されて車両用蓄電装置21に入力される。これにより、少なくとも系統電源11を用いた車両用蓄電装置21への電力供給、すなわち車両用蓄電装置21の充電が行われる。
なお、1次側回路80は、1次側スイッチング素子82ua〜82wbが周期的にON/OFFすることにより、系統電力P0(換言すれば系統電源11から降圧回路100に入力される電力)を調整するように構成されているともいえる。
次に電源モードについて説明する。
制御回路120は、電源モードでは、昇圧スイッチング素子92〜95及び降圧スイッチング素子102〜105の双方を周期的にON/OFFさせることにより、電源用蓄電装置12を用いて充電を行う。
制御回路120は、電源モードでは、昇圧スイッチング素子92〜95及び降圧スイッチング素子102〜105の双方を周期的にON/OFFさせることにより、電源用蓄電装置12を用いて充電を行う。
詳細には、制御回路120は、中間電圧Vmが電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高くなるように昇圧回路90(詳細には昇圧スイッチング素子92〜95)を制御する。すなわち、制御回路120は、昇圧回路90を用いて電源電圧Vpの直流電力を中間電圧Vmの直流電力への昇圧変換を行う。なお、中間電圧Vmの制御は、昇圧スイッチング素子92〜95のデューティ比を制御することによって実現される。
そして、制御回路120は、中間電圧Vmの直流電力が充電電圧Vrの直流電力に変換され、且つ、要求電力が車両用蓄電装置21に入力されるように降圧回路100(詳細には降圧スイッチング素子102〜105のデューティ比)を制御する。
一方、制御回路120は、電源モードでは1次側スイッチング素子82ua〜82wbについては周期的にON/OFFさせることなく、常時OFF状態とする。つまり、制御回路120は、車両用蓄電装置21の充電を行うモードが電源モードである場合には系統電力P0が両トランス60,70に向けて伝送されないように1次側スイッチング素子82ua〜82wbをOFF状態にしているといえる。
本実施形態の制御回路120は、電源用蓄電装置12の充電を行う充電モードを有している。充電モードについて説明する。
制御回路120は、充電モード時では、系統電力P0を用いて電源用蓄電装置12の充電を行う。詳細には、制御回路120は、充電モード時において、系統電力P0の交流変換が行われるように1次側回路80を制御し、第1の2次側巻線62から伝送される交流電力が電源電圧Vpの直流電力に変換されるように昇圧回路90を制御する。この場合、昇圧回路90は、交流電力を整流するとともに降圧している。これにより、系統電力P0を用いて電源用蓄電装置12の充電が行われる。
制御回路120は、充電モード時では、系統電力P0を用いて電源用蓄電装置12の充電を行う。詳細には、制御回路120は、充電モード時において、系統電力P0の交流変換が行われるように1次側回路80を制御し、第1の2次側巻線62から伝送される交流電力が電源電圧Vpの直流電力に変換されるように昇圧回路90を制御する。この場合、昇圧回路90は、交流電力を整流するとともに降圧している。これにより、系統電力P0を用いて電源用蓄電装置12の充電が行われる。
なお、制御回路120は、昇圧スイッチング素子92〜95のデューティ比を制御することによって、電源用蓄電装置12に入力される直流電力を制御する。これにより、電源用蓄電装置12の充電に適した直流電力が電源用蓄電装置12に供給される。
本実施形態の制御回路120は、管理CPU131から電源用蓄電装置12の充電を行う指令を受信したことに基づいて、電源用蓄電装置12の充電を行う。
本実施形態の管理CPU131は、電源用蓄電装置12を充電することができる電源充電期間Tc2において電源用蓄電装置12の充電が行われるように充電装置30に対して指令を送信する。電源充電期間Tc2とは、例えば車両用蓄電装置21の充電が行われない期間である。本実施形態では、電源充電期間Tc2は、対象充電期間Tc1以外の期間となる。既に説明したとおり、稼働計画には対象充電期間Tc1が設けられている。このため、管理CPU131は、稼働計画に基づいて対象充電期間Tc1を把握することにより、電源充電期間Tc2を把握する。
本実施形態の管理CPU131は、電源用蓄電装置12を充電することができる電源充電期間Tc2において電源用蓄電装置12の充電が行われるように充電装置30に対して指令を送信する。電源充電期間Tc2とは、例えば車両用蓄電装置21の充電が行われない期間である。本実施形態では、電源充電期間Tc2は、対象充電期間Tc1以外の期間となる。既に説明したとおり、稼働計画には対象充電期間Tc1が設けられている。このため、管理CPU131は、稼働計画に基づいて対象充電期間Tc1を把握することにより、電源充電期間Tc2を把握する。
なお、対象充電期間Tc1は、車両20が稼働することなく充電装置30付近にて停車している期間であることを考慮すると、対象充電期間Tc1以外の期間である電源充電期間Tc2は、車両20が稼働中の期間ともいえる。つまり、本実施形態の制御回路120は、車両20が稼働中に電源用蓄電装置12の充電を行う。
管理CPU131は、第1電源用蓄電装置12a及び第2電源用蓄電装置12bの充電が行われるように第1充電装置30a及び第2充電装置30bに対して指令を送信する。
ここで、第1充電装置30aの制御回路120(以下、説明の便宜上、第1制御回路120aという。)は、第1電源用蓄電装置12aの電圧である第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となるように、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電する。本実施形態では、第1制御回路120aが「第1充電制御部」に対応する。
ここで、第1充電装置30aの制御回路120(以下、説明の便宜上、第1制御回路120aという。)は、第1電源用蓄電装置12aの電圧である第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となるように、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電する。本実施形態では、第1制御回路120aが「第1充電制御部」に対応する。
詳細には、第1電源電圧Vp1は第1電源用蓄電装置12aのSOCが高くなることに従って高くなる。このため、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1よりも低い場合には、第1制御回路120aは、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となるまで第1電源用蓄電装置12aの充電を行い、その後第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となった状態を維持する。また、第1制御回路120aは、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1である場合には第1電源用蓄電装置12aの充電を実行せず、第1電源電圧Vp1を第1目標電圧Vt1に維持する。
なお、念の為に説明すると、上記の通り、本実施形態の第1制御回路120aは、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1以下となるように第1電源用蓄電装置12aの充電を制御している。このため、本実施形態では、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1よりも高くなることはない。
一方、第2充電装置30bの制御回路120(以下、説明の便宜上、第2制御回路120bという。)は、第2電源用蓄電装置12bの電圧である第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2となるように、系統電源11を用いて第2電源用蓄電装置12bを充電する。本実施形態では、第2制御回路120bが「第2充電制御部」に対応する。
第1目標電圧Vt1と第2目標電圧Vt2とは異なっている。例えば、第2目標電圧Vt2は第1目標電圧Vt1よりも高くなっている。既に説明したとおり、電源電圧Vpは、電源用蓄電装置12のSOCに応じて変動する。このため、両制御回路120a,120bは、第1電源用蓄電装置12aのSOCと第2電源用蓄電装置12bのSOCとが異なるように制御しているといえる。
詳細には、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2よりも低い場合には、第2制御回路120bは、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2となるまで第2電源用蓄電装置12bの充電を行い、その後第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2となった状態を維持する。また、第2制御回路120bは、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2である場合には第2電源用蓄電装置12bの充電を実行せず、第2電源電圧Vp2を第2目標電圧Vt2に維持する。
なお、念の為に説明すると、上記の通り、本実施形態の第2制御回路120bは、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2以下となるように第2電源用蓄電装置12bの充電を制御している。このため、本実施形態では、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2よりも高くなることはない。
かかる構成によれば、電源電圧Vp1,Vp2が異なる状態で両電源用蓄電装置12a,12bの充電が完了する。これにより、車両20は、電源電圧Vpが異なる両電源用蓄電装置12a,12bのうちいずれかを用いて車両用蓄電装置21を充電させることができる。
管理CPU131は、車両用蓄電装置21の充電を行う場合には、車両用蓄電装置21の充電に用いられる電源用蓄電装置12を選択するための選択処理を実行する。選択処理の実行タイミングは任意であるが、例えば車両用蓄電装置21を充電するために車両20が充電装置30に移動しているときに実行してもよいし、車両20が稼働中に実行してもよい。
選択処理について図3を用いて説明する。
図3に示すように、管理CPU131は、ステップS101にて、車両用蓄電装置21の充電を開始するタイミングにおける充電電圧Vrである対象初期電圧Vrfを把握する。
図3に示すように、管理CPU131は、ステップS101にて、車両用蓄電装置21の充電を開始するタイミングにおける充電電圧Vrである対象初期電圧Vrfを把握する。
対象初期電圧Vrfを把握するための具体的な構成は任意であるが、例えば管理CPU131は、稼働計画に基づいて車両用蓄電装置21のSOCの減少量を推定し、その推定結果と現在の充電電圧Vrとに基づいて、対象初期電圧Vrfを推定することにより対象初期電圧Vrfを把握してもよい。
ただし、これに限られず、例えば車両20が同一の稼働計画に基づいて繰り返し稼働している場合には、管理CPU131は、前回の充電時における対象初期電圧Vrfを記憶しておき、その対象初期電圧Vrfを読み出してもよい。
また、例えば車両20の稼働が終了してから充電装置30に向かっている最中に選択処理が実行される場合には、管理CPU131は、制御回路120と通信を行うことによって現在の充電電圧Vrを取得し、取得された充電電圧Vrを対象初期電圧Vrfとして把握してもよい。
その後、ステップS102では、管理CPU131は、対象初期電圧Vrfと両目標電圧Vt1,Vt2(換言すれば両電源電圧Vp1,Vp2)とに基づいて今回の車両用蓄電装置21の充電に用いる電源用蓄電装置12を選択する。本実施形態では、管理CPU131は、対象初期電圧Vrfと両目標電圧Vt1,Vt2とに基づいて、充電効率が高くなる電源用蓄電装置12を選択する。
詳述すると、車両用蓄電装置21の充電効率は、電源電圧Vpと対象初期電圧Vrfとに応じて変動する。このため、第1目標電圧Vt1と第2目標電圧Vt2とが異なっているため、第1電源用蓄電装置12aを用いる場合と第2電源用蓄電装置12bを用いる場合とで、充電効率が異なることとなる。したがって、管理CPU131は、今回の対象初期電圧Vrfに対して充電効率が高くなる方を選択する。
例えば、管理CPU131は、対象初期電圧Vrfが第1目標電圧Vt1よりも高く且つ第2目標電圧Vt2よりも低い場合には、今回充電に用いる電源用蓄電装置12として第2電源用蓄電装置12bを選択する。つまり、管理CPU131は、対象初期電圧Vrfよりも電源電圧Vpが高い電源用蓄電装置12を用いて充電するように選択する。
また、例えば、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも低い場合には第1電源用蓄電装置12aを選択し、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも高い場合には第2電源用蓄電装置12bを選択する。つまり、管理CPU131は、対象初期電圧Vrfに対して電源電圧Vpが近い電源用蓄電装置12を用いて充電するように選択する。
その後、管理CPU131は、ステップS103にて、車両20を今回選択した電源用蓄電装置12に対応する充電装置30に誘導する誘導処理を実行する。詳細には、管理CPU131は、今回選択した電源用蓄電装置12に対応する充電装置30付近に車両20が停車するように車両20に対して指令を送信する。車両20は、当該指令に基づいて、今回選択された電源用蓄電装置12に対応する充電装置30に向けて移動する。
ちなみに、本実施形態では、充電装置30と電源用蓄電装置12とが1対1で対応しているため、充電装置30を選択することと電源用蓄電装置12を選択することとは等価である。すなわち、選択処理は、車両用蓄電装置21の充電を行う充電装置30を選択するための処理とも言える。
なお、今回選択された充電装置30付近に車両20が停車した後は、当該充電装置30のコネクタ40を車両20に接続して、車両用蓄電装置21の充電を開始する。この場合、コネクタ40の接続作業は手動で行ってもよいし、自動で行われる構成でもよい。また、コネクタ40を省略して、非接触充電が行われる構成でもよい。
また、車両用蓄電装置21の充電には、電源用蓄電装置12が用いられるとよい。詳細には、制御回路120は、電源モード又は系統モードで車両用蓄電装置21を充電するとよい。この場合、系統モード中の少なくとも一部の期間においては、電源用蓄電装置12及び系統電源11の双方が用いられるとよい。ただし、これに限られず、系統電源11のみを用いて車両用蓄電装置21の充電が行われてもよい。
本実施形態の作用について図4を用いて説明する。図4は、第1電源電圧Vp1、第2電源電圧Vp2、充電電圧Vrの変化を示すグラフである。
図4に示すように、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1よりも低い場合には、対象充電期間Tc1よりも前の電源充電期間Tc2において第1電源用蓄電装置12aの充電が行われる。第1電源用蓄電装置12aの充電は、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となることによって終了し、その後第1電源電圧Vp1は第1目標電圧Vt1に維持される。
図4に示すように、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1よりも低い場合には、対象充電期間Tc1よりも前の電源充電期間Tc2において第1電源用蓄電装置12aの充電が行われる。第1電源用蓄電装置12aの充電は、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となることによって終了し、その後第1電源電圧Vp1は第1目標電圧Vt1に維持される。
同様に、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2よりも低い場合には、対象充電期間Tc1よりも前の電源充電期間Tc2において第2電源用蓄電装置12bの充電が行われる。第2電源用蓄電装置12bの充電は、第2電源電圧Vp2が第2目標電圧Vt2となることによって終了し、その後第2電源電圧Vp2は第2目標電圧Vt2に維持される。
一方、電源充電期間Tc2では車両20が稼働中(詳細には走行中)であるため、車両用蓄電装置21のSOCは減少する。このため、電源充電期間Tc2において充電電圧Vrは低下している。
ここで、車両用蓄電装置21の充電開始タイミングにおける充電電圧Vrである対象初期電圧Vrfが第1目標電圧Vt1と第2目標電圧Vt2との間にあると把握された場合、今回の充電に用いる電源用蓄電装置12として第2電源用蓄電装置12bが選択される。そして、第2充電装置30bによって、第2電源用蓄電装置12bを用いた充電が行われる。この場合、第2電源用蓄電装置12bのSOCの減少に伴い第2電源電圧Vp2が減少する一方、車両用蓄電装置21のSOCの上昇に伴い充電電圧Vrが上昇する。これにより、第2電源電圧Vp2と充電電圧Vrとが互いに近づくため、充電効率が向上する。
詳述すると、仮に対象初期電圧Vrfよりも低い第1電源電圧Vp1となっている第1電源用蓄電装置12aが選択された場合、図4の二点鎖線に示すように、第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1から徐々に低下するため、第1電源電圧Vp1と充電電圧Vrとの差は徐々に大きくなる。このため、充電効率は低下する。
一方、対象初期電圧Vrfよりも高い第2電源電圧Vp2に対応する第2電源用蓄電装置12bが選択された場合には、第2電源電圧Vp2と充電電圧Vrとが互いに近づくように変化するため、充電効率が向上する。また、充放電に伴い第2電源電圧Vp2と充電電圧Vrとの大小関係が逆転した場合であっても、第1電源用蓄電装置12aを用いた場合と比較して、第2電源電圧Vp2と充電電圧Vrとの差が小さいため、充電効率の低下を抑制できる。
その後、対象充電期間Tc1が終了すると、車両20は再度稼働する。これにより、車両用蓄電装置21のSOCが徐々に低下するため、充電電圧Vrも低下する。
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1−1)電力システム10は、第1電源用蓄電装置12a及び第2電源用蓄電装置12bを含む複数の電源用蓄電装置12と、第1制御回路120aを有する第1充電装置30aと、第2制御回路120bを有する第2充電装置30bと、を備えている。
第1充電装置30aは、系統電源11及び第1電源用蓄電装置12aに接続され、第1電源用蓄電装置12a、又は、第1電源用蓄電装置12a及び系統電源11を用いて対象蓄電装置としての車両用蓄電装置21を充電したり、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電したりするものである。
第2充電装置30bは、系統電源11及び第2電源用蓄電装置12bに接続され、第2電源用蓄電装置12b、又は、第2電源用蓄電装置12b及び系統電源11を用いて対象蓄電装置としての車両用蓄電装置21を充電したり、系統電源11を用いて第2電源用蓄電装置12bを充電したりするものである。
かかる構成において、第1制御回路120aは、第1電源用蓄電装置12aの電圧である第1電源電圧Vp1が第1目標電圧Vt1となるように、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電する。第2制御回路120bは、第2電源用蓄電装置12bの電圧である第2電源電圧Vp2が第1目標電圧Vt1とは異なる第2目標電圧Vt2となるように、系統電源11を用いて第2電源用蓄電装置12bを充電する。
かかる構成によれば、第1充電装置30a及び第2充電装置30bによって、第1電源用蓄電装置12aを用いて車両用蓄電装置21を充電したり、第2電源用蓄電装置12bを用いて車両用蓄電装置21を充電したりすることができる。
ここで、電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21を充電する場合、車両用蓄電装置21の充電効率は、電源電圧Vpと車両用蓄電装置21の電圧である充電電圧Vrとに応じて変動する。このため、電源電圧Vpが異なれば、車両用蓄電装置21の充電効率が異なることとなる。
この点、本構成によれば、電源電圧Vpが異なった第1電源用蓄電装置12a及び第2電源用蓄電装置12bが用意されているため、自身の充電電圧Vrに合わせて充電効率の高くなる方を選択でき、それを通じて充電効率の向上を図ることができる。
(1−2)管理CPU131は、車両用蓄電装置21の充電開始タイミングにおける車両用蓄電装置21の電圧である対象初期電圧Vrfを把握する処理と、対象初期電圧Vrf及び両目標電圧Vt1,Vt2に基づいて、両電源用蓄電装置12a,12bのうち充電効率が高くなる方を選択する処理とを実行するように構成されている。
かかる構成によれば、対象初期電圧Vrf及び両目標電圧Vt1,Vt2に基づいて、自動で充電効率が高くなる方が選択される。これにより、管理者が選択するといった煩雑さを抑制できる。
また、充電電圧Vrとして、車両用蓄電装置21の充電開始タイミングにおける車両用蓄電装置21の電圧である対象初期電圧Vrfを把握することにより、充電電圧Vrが変動する場合であっても充電効率の高い方を選択することができる。
(1−3)第2目標電圧Vt2は第1目標電圧Vt1よりも高く設定されている。管理CPU131は、対象初期電圧Vrfが第1目標電圧Vt1よりも高く第2目標電圧Vt2よりも低い場合には第2電源用蓄電装置12bを選択する。
電源用蓄電装置12を用いた車両用蓄電装置21の充電が開始されると、電源用蓄電装置12のSOCが低下することにより電源電圧Vpは低下する一方、車両用蓄電装置21のSOCが上昇することにより充電電圧Vrが上昇する。このため、仮に対象初期電圧Vrfが第1目標電圧Vt1よりも高く第2目標電圧Vt2よりも低い状況下で第1電源用蓄電装置12aが選択された場合には、充電に伴って第1電源電圧Vp1が低下し且つ充電電圧Vrが上昇することになり、第1電源電圧Vp1と充電電圧Vrとの差が大きくなる。第1電源電圧Vp1と充電電圧Vrとの差が大きくなると、充電効率が低下しやすい。
この点、本構成によれば、対象初期電圧Vrfが第1目標電圧Vt1よりも高く第2目標電圧Vt2よりも低い場合には、対象初期電圧Vrfよりも高い第2目標電圧Vt2に対応する第2電源用蓄電装置12bが選択される。これにより、充電に伴って充電電圧Vrと第2電源電圧Vp2との差が小さくなるため、充電効率が向上する。また、仮に充電電圧Vrと第2電源電圧Vp2との大小関係が逆転した場合であっても両者の差を小さくできる。したがって、充電効率の向上を図ることができる。
(1−4)管理CPU131は、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも高い場合には第2電源用蓄電装置12bを選択する。
かかる構成によれば、第2目標電圧Vt2が第1目標電圧Vt1よりも高く、且つ、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも高い場合には、第2目標電圧Vt2に対応する第2電源用蓄電装置12bが選択される。この場合、対象初期電圧Vrfと第2目標電圧Vt2との差の方が、対象初期電圧Vrfと第1目標電圧Vt1との差よりも小さいため、充電効率の向上を図ることができる。
かかる構成によれば、第2目標電圧Vt2が第1目標電圧Vt1よりも高く、且つ、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも高い場合には、第2目標電圧Vt2に対応する第2電源用蓄電装置12bが選択される。この場合、対象初期電圧Vrfと第2目標電圧Vt2との差の方が、対象初期電圧Vrfと第1目標電圧Vt1との差よりも小さいため、充電効率の向上を図ることができる。
(1−5)管理CPU131は、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも低い場合には第1電源用蓄電装置12aを選択する。
かかる構成によれば、第2目標電圧Vt2が第1目標電圧Vt1よりも高く、且つ、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも低い場合には、第1目標電圧Vt1に対応する第1電源用蓄電装置12aが選択される。この場合、対象初期電圧Vrfと第1目標電圧Vt1との差の方が、対象初期電圧Vrfと第2目標電圧Vt2との差よりも小さいため、充電効率の向上を図ることができる。
かかる構成によれば、第2目標電圧Vt2が第1目標電圧Vt1よりも高く、且つ、対象初期電圧Vrfが両目標電圧Vt1,Vt2の双方よりも低い場合には、第1目標電圧Vt1に対応する第1電源用蓄電装置12aが選択される。この場合、対象初期電圧Vrfと第1目標電圧Vt1との差の方が、対象初期電圧Vrfと第2目標電圧Vt2との差よりも小さいため、充電効率の向上を図ることができる。
(1−6)稼働体としての車両20は、稼働計画に基づいて稼働する。管理CPU131は、稼働計画に基づいて対象初期電圧Vrfを推定することにより対象初期電圧Vrfを把握する。
かかる構成によれば、稼働計画から車両用蓄電装置21の使用量を推定することができ、それを通じて対象初期電圧Vrfを推定することができる。これにより、事前に対象初期電圧Vrfを把握することができるため、車両用蓄電装置21の充電が開始される前に今回充電に用いる電源用蓄電装置12を選択できる。
(1−7)稼働体としての車両20は移動体であり、管理CPU131は、選択された電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21の充電が行われるように車両20を誘導する誘導処理を実行するように構成されている。
かかる構成によれば、車両20が今回選択された電源用蓄電装置12に向けて誘導されるため、誤って今回選択された電源用蓄電装置12とは異なる電源用蓄電装置12を用いて充電が行われることを抑制できる。
(1−8)第1充電装置30aは、第1の1次側巻線61及び第1の2次側巻線62を有する第1トランス60と、第2の1次側巻線71及び第2の2次側巻線72を有する第2トランス70と、を備えている。両1次側巻線61,71は直列に接続されている。第1の2次側巻線62は、第1電源用蓄電装置12aが接続される第1中間タップ62aを有している。第2の2次側巻線72は、車両用蓄電装置21が接続される第2中間タップ72aを有している。
第1充電装置30aは、系統電源11に接続され且つ両1次側巻線61,71の直列接続体に接続される電力変換回路である1次側回路80と、第1の2次側回路としての昇圧回路90と、第2の2次側回路としての降圧回路100と、昇圧回路90と降圧回路100との間に設けられた中間コンデンサ110と、を備えている。1次側回路80は、1次側スイッチング素子82ua〜82wbを有している。昇圧回路90は、第1中間タップ62aと第1電源用蓄電装置12aとの間に設けられる第1の2次側コイルとしての昇圧コイル91と、第1の2次側巻線62に接続された第1の2次側スイッチング素子としての昇圧スイッチング素子92〜95と、を備えている。降圧回路100は、第2中間タップ72aと車両用蓄電装置21との間に設けられる第2の2次側コイルとしての降圧コイル101と、第2の2次側巻線72に接続された第2の2次側スイッチング素子としての降圧スイッチング素子102〜105と、を備えている。
かかる構成によれば、各スイッチング素子82ua〜82wb,92〜95,102〜105を制御することにより、第1電源用蓄電装置12a、又は、第1電源用蓄電装置12a及び系統電源11を用いて車両用蓄電装置21の充電を行うことができる。また、各スイッチング素子82ua〜82wb,92〜95を制御することにより、系統電源11を用いて第1電源用蓄電装置12aの充電を行うことができる。なお、第2充電装置30bについても同様である。この場合、上記記載のうち、第1電源用蓄電装置12aを第2電源用蓄電装置12bに置換するとよい。
(第2実施形態)
本実施形態では、充電装置30の構成が第1実施形態と異なっている。その異なる点について図5を用いて説明する。
本実施形態では、充電装置30の構成が第1実施形態と異なっている。その異なる点について図5を用いて説明する。
図5に示すように、本実施形態の充電装置30は、フィルタ回路50と、AC/DC変換回路200と、第1変換回路230と、第2変換回路240と、中間コンデンサ110と、制御回路120と、を備えている。
なお、充電装置30は電力システム10の1つの構成であることを鑑みると、電力システム10がAC/DC変換回路200と、第1変換回路230と、第2変換回路240と、中間コンデンサ110と、制御回路120とを備えているとも言える。
AC/DC変換回路200は、系統電源11から出力される系統電力P0を直流電力に変換するものである。
本実施形態のAC/DC変換回路200は、1次側巻線202及び2次側巻線203を有するトランス201と、トランス201に対して1次側に設けられた1次側マトリックスコンバータ210と、トランス201に対して2次側に設けられた2次側フルブリッジ回路220と、を有している。すなわち、本実施形態のAC/DC変換回路200は、デュアルアクティブブリッジ形式のマトリックスコンバータである。
本実施形態のAC/DC変換回路200は、1次側巻線202及び2次側巻線203を有するトランス201と、トランス201に対して1次側に設けられた1次側マトリックスコンバータ210と、トランス201に対して2次側に設けられた2次側フルブリッジ回路220と、を有している。すなわち、本実施形態のAC/DC変換回路200は、デュアルアクティブブリッジ形式のマトリックスコンバータである。
1次側マトリックスコンバータ210は、1次側巻線202に接続されているとともに、系統入力端子31〜33に接続されている。これにより、1次側マトリックスコンバータ210は、系統入力端子31〜33を介して系統電源11に接続される。1次側マトリックスコンバータ210は、交流電力の双方向変換を可能に構成されている。
1次側マトリックスコンバータ210は、1次側スイッチング素子211〜216を備えている。1次側マトリックスコンバータ210は、1次側スイッチング素子211〜216が周期的にON/OFFすることにより交流の電力変換を行う。例えば、1次側マトリックスコンバータ210は、系統電力P0を所定電圧の交流電力に変換してトランス201の1次側巻線202に向けて出力したり、トランス201から入力された交流電力を系統電力P0に変換して系統電源11に出力したりする。
1次側スイッチング素子211〜216は、順方向及び逆方向の双方の電圧をON/OFFすることができる双方向スイッチング素子である。1次側スイッチング素子211〜216の具体的な構成は任意であるが、例えば互いに並列に接続された複数のIGBT又はMOSFET及びダイオードを有するとよい。
1次側スイッチング素子211〜216は、1次側上アームスイッチング素子211,212,213と、1次側接続線217,218,219によって1次側上アームスイッチング素子211,212,213と直列に接続された1次側下アームスイッチング素子214,215,216とによって構成されている。1次側上アームスイッチング素子211,212,213と1次側下アームスイッチング素子214,215,216との直列接続体は、互いに並列に接続された状態で1次側巻線202に接続されている。
系統入力端子31〜33は、フィルタ回路50を介して1次側接続線217〜219に接続されている。これにより、1次側マトリックスコンバータ210に系統電力P0が入力される。
トランス201は、1次側マトリックスコンバータ210と2次側フルブリッジ回路220との間に設けられており、交流電力の電圧変換を行う。なお、変圧比は、1次側巻線202と2次側巻線203との巻数比に対応する。
2次側フルブリッジ回路220は、2次側巻線203及び中間コンデンサ110に接続されている。2次側フルブリッジ回路220は、AC/DCの双方向変換を可能に構成されている。2次側フルブリッジ回路220は、2次側上アームスイッチング素子221,222と、2次側接続線225,226を介して2次側上アームスイッチング素子221,222に直列接続された2次側下アームスイッチング素子223,224と、を有している。2次側スイッチング素子221〜224は例えばn型のMOSFETである。ただし、これに限られず、2次側スイッチング素子221〜224の具体的な構成は任意である。
2次側巻線203は、2次側接続線225,226に接続されている。これにより、トランス201(詳細には2次側巻線203)から出力される交流電力は2次側フルブリッジ回路220に入力される。
2次側フルブリッジ回路220は、2次側スイッチング素子221〜224が周期的にON/OFFすることにより電力変換を行う。例えば、2次側フルブリッジ回路220は、トランス201から入力される交流電力を直流電力に変換したり、中間コンデンサ110側から入力される直流電力を交流電力に変換したりする。
すなわち、AC/DC変換回路200は、1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224が周期的にON/OFFすることにより、交流電力及び直流電力間の双方向変換を行う。
第1変換回路230は、電源用蓄電装置12に接続された電力変換回路である。本実施形態の第1変換回路230は、例えば直流電力の双方向変換が可能な双方向コンバータである。
第1変換回路230は、例えば第1変換スイッチング素子231〜234を有する。詳細には、第1変換回路230は、第1上アーム変換スイッチング素子231,232と、第1下アーム変換スイッチング素子233,234と、両者を直列に接続する第1変換接続線235,236と、を備えている。両第1変換接続線235,236は正極蓄電入力端子34に接続されており、両第1下アーム変換スイッチング素子233,234は負極蓄電入力端子35に接続されている。そして、第1変換回路230は、両第1変換接続線235,236と正極蓄電入力端子34とをつなぐ2つのライン上に設けられた第1変換コイル237,238を有している。
本実施形態の第1変換スイッチング素子231〜234は、逆方向の電流が流れることを可能とするダイオードを有している。当該ダイオードは、例えばMOSFETのボディダイオードである。ただし、これに限られず、上記ダイオードは、第1変換スイッチング素子231〜234に対して外付けされたものでもよい。
本実施形態の第1変換回路230は、電源用蓄電装置12に蓄電された直流電力を昇圧する昇圧回路である。第1変換回路230は、第1変換スイッチング素子231,233と第1変換コイル237とを有する回路と、第1変換スイッチング素子232,234と第1変換コイル238とを有する回路とからなる2つの回路が並列接続された双方向コンバータである。
第1変換回路230は、第1変換スイッチング素子231〜234が周期的にON/OFFすることにより直流電力の双方向変換を行う。第1変換回路230は、例えば電源用蓄電装置12に蓄電された直流電力を昇圧してAC/DC変換回路200又は第2変換回路240に出力したり、AC/DC変換回路200又は第2変換回路240から入力される直流電力を降圧して電源用蓄電装置12に出力したりする。
例えば、第1変換スイッチング素子231,234がON状態であり且つ第1変換スイッチング素子232,233がOFF状態であるスイッチングパターンを第1パターンとし、第1変換スイッチング素子231,234がOFF状態であり且つ第1変換スイッチング素子232,233がON状態であるスイッチングパターンを第2パターンとする。この場合、第1変換回路230は、第1変換スイッチング素子231〜234が第1パターンと第2パターンとで交互にスイッチングが行われることにより、電源用蓄電装置12に蓄電された直流電力を昇圧する。
第2変換回路240は、第2変換スイッチング素子241〜244を有する。詳細には、第2変換回路240は、第2上アーム変換スイッチング素子241,242と、第2下アーム変換スイッチング素子243,244と、両者を直列に接続する第2変換接続線245,246と、を備えている。両第2変換接続線245,246は正極負荷入力端子41に接続されており、両第2下アーム変換スイッチング素子243,244は負極負荷入力端子42に接続されている。これにより、第2変換回路240と車両用蓄電装置21とが接続される。第2変換回路240は、両第2変換接続線245,246と正極負荷入力端子41とをつなぐライン上に設けられた第2変換コイル247,248を有している。
第2変換回路240は、AC/DC変換回路200及び第1変換回路230の双方に接続されている。詳細には、充電装置30は、AC/DC変換回路200と第2変換回路240とを接続する正極配線LN1及び負極配線LN2を備えている。正極配線LN1及び負極配線LN2は、2次側フルブリッジ回路220と、第2上アーム変換スイッチング素子241及び第2下アーム変換スイッチング素子243の直列接続体と、第2上アーム変換スイッチング素子242及び第2下アーム変換スイッチング素子244の直列接続体と、を接続している。
そして、第1変換回路230は、正極配線LN1及び負極配線LN2に接続されている。この場合、AC/DC変換回路200及び第1変換回路230は、互いに並列に接続された状態で第2変換回路240に接続されているともいえる。
第2変換回路240は電力変換回路であり、例えば直流電力の電圧変換を行うDC/DCコンバータ回路である。本実施形態では、第2変換回路240は、直流電力の双方向変換が可能な双方向コンバータである。詳細には、第2変換回路240は、互いに直列に接続された第2変換スイッチング素子241,243と第2変換コイル247とを有する回路と、互いに直列に接続された第2変換スイッチング素子242,244と第2変換コイル248とを有する回路とが並列接続された双方向コンバータである。
第2変換回路240は、第2変換スイッチング素子241〜244が周期的にON/OFFすることにより直流電力の双方向変換を行う。第2変換回路240は、例えばAC/DC変換回路200から入力される直流電力及び第1変換回路230から入力される直流電力の少なくとも一方を降圧して車両用蓄電装置21に向けて出力したり、車両用蓄電装置21に蓄電された直流電力を昇圧してAC/DC変換回路200又は第1変換回路230に向けて出力したりする。
例えば、第2変換スイッチング素子241,244がON状態であり且つ第2変換スイッチング素子242,243がOFF状態であるスイッチングパターンを第1パターンとし、第2変換スイッチング素子241,244がOFF状態であり且つ第2変換スイッチング素子242,243がON状態であるスイッチングパターンを第2パターンとする。この場合、第2変換回路240は、各変換スイッチング素子241〜244が第1パターンと第2パターンとで交互にスイッチングが行われることにより電力変換を行う。
中間コンデンサ110は、AC/DC変換回路200と第2変換回路240との間に設けられている。詳細には、中間コンデンサ110は、正極配線LN1及び負極配線LN2に接続されている。
ここで、既に説明したとおり、第1変換回路230は正極配線LN1及び負極配線LN2に接続されている。このため、中間コンデンサ110と第1変換回路230とは、正極配線LN1及び負極配線LN2を介して接続されている。
なお、本実施形態では、図5に示すように、中間コンデンサ110は、正極配線LN1及び負極配線LN2における第1変換回路230との接続点よりも第2変換回路240側に設けられているが、これに限られず、上記接続点よりもAC/DC変換回路200側に設けられていてもよい。
本実施形態の制御回路120は、AC/DC変換回路200、第1変換回路230及び第2変換回路240、詳細には各スイッチング素子211〜216,221〜224,231〜234,241〜244を制御することにより電力制御を行う。
本実施形態の制御回路120によるスイッチング制御について以下に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、以下の説明では、系統モードのうち系統電力P0のみを用いて車両用蓄電装置21の充電を行うモードを第1系統モードとし、系統モードのうち系統電力P0及び電源用蓄電装置12の双方を用いて充電を行うモードを第2系統モードとする。
本実施形態の制御回路120は、第1系統モードである場合には、中間コンデンサ110に印加される中間電圧Vmが第1供給時中間電圧Vm1aとなるようにAC/DC変換回路200を制御する。詳細には、制御回路120は、AC/DC変換回路200から第1供給時中間電圧Vm1aの直流電力が出力されるように1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224をPWM制御する。これにより、1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224が周期的にON/OFFしてAC/DC変換が行われる。すなわち、制御回路120は、系統電力P0が第1供給時中間電圧Vm1aの直流電力に変換されるようにAC/DC変換回路200を制御する。
ここで、第1供給時中間電圧Vm1aは、電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高く設定されている。既に説明したとおり、本実施形態では、電源電圧Vp及び充電電圧Vrは変動するため、本実施形態の第1供給時中間電圧Vm1aは、最大電源電圧Vpmax及び最大充電電圧Vrmaxよりも高く設定されている。
詳細には、制御回路120は、第1供給時中間電圧Vm1a及びトランス201の巻数比などに基づいて、1次側スイッチング素子211〜216のデューティ比を算出し、そのデューティ比で1次側スイッチング素子211〜216を周期的にON/OFFさせる。また、制御回路120は、トランス201から出力された交流電力が直流電力に変換されるように2次側スイッチング素子221〜224を周期的にON/OFFさせる。なお、2次側フルブリッジ回路220は、PWM制御されることにより交流電力を直流電力に整流するPWM整流回路ともいえる。
かかる構成によれば、AC/DC変換回路200から第1供給時中間電圧Vm1aの直流電力が出力される。これにより、中間コンデンサ110には、第1供給時中間電圧Vm1aの直流電力によって電荷が蓄積され、正極配線LN1及び負極配線LN2間の電圧は、中間コンデンサ110によって第1供給時中間電圧Vm1aに維持される。すなわち、中間コンデンサ110は、第2変換回路240の前段の電圧を安定化させるものとして機能している。
制御回路120は、第1系統モードである場合、AC/DC変換回路200から出力される第1供給時中間電圧Vm1aの直流電力が充電電圧Vrの直流電力に変換されるように第2変換回路240を制御する。詳細には、既に説明したとおり、第1供給時中間電圧Vm1aは充電電圧Vrよりも高く設定されている。このため、制御回路120は、第2変換スイッチング素子241〜244をPWM制御することにより直流電力の降圧変換を行う。これにより、第2変換回路240によって変換された充電電圧Vrの直流電力が車両用蓄電装置21に入力され、車両用蓄電装置21が充電される。
ちなみに、制御回路120は、第1系統モードである場合には、第1変換回路230を停止させる。詳細には、制御回路120は、第1供給時中間電圧Vm1aの直流電力が電源用蓄電装置12に供給されないように第1変換スイッチング素子231〜234をOFF状態に維持する。すなわち、制御回路120は、第1系統モードである場合には、第1変換回路230についてはPWM制御を行わない。このため、第1変換スイッチング素子231〜234は周期的にON/OFFしない。
制御回路120は、第2系統モードである場合、中間電圧Vmが第2供給時中間電圧Vm1bとなるようにAC/DC変換回路200を制御する。詳細には、制御回路120は、系統電力P0が第2供給時中間電圧Vm1bの直流電力に変換されるようにAC/DC変換回路200を制御する。この制御態様は、第1系統モード時と同様である。
制御回路120は、第2系統モードである場合、電源用蓄電装置12の電力が第2供給時中間電圧Vm1bの直流電力に変換されるように第1変換回路230を制御する。
ここで、第2供給時中間電圧Vm1bは、電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高く設定されている。既に説明したとおり、本実施形態では、電源電圧Vp及び充電電圧Vrは変動するため、本実施形態の第2供給時中間電圧Vm1bは、最大電源電圧Vpmax及び最大充電電圧Vrmaxよりも高く設定されている。このため、制御回路120は、第1変換スイッチング素子231〜234をPWM制御することにより直流電力の昇圧変換を行う。第2供給時中間電圧Vm1bと第1供給時中間電圧Vm1aとの大小関係は任意であり、例えば同一でもよいし、異なっていてもよい。
ここで、第2供給時中間電圧Vm1bは、電源電圧Vp及び充電電圧Vrよりも高く設定されている。既に説明したとおり、本実施形態では、電源電圧Vp及び充電電圧Vrは変動するため、本実施形態の第2供給時中間電圧Vm1bは、最大電源電圧Vpmax及び最大充電電圧Vrmaxよりも高く設定されている。このため、制御回路120は、第1変換スイッチング素子231〜234をPWM制御することにより直流電力の昇圧変換を行う。第2供給時中間電圧Vm1bと第1供給時中間電圧Vm1aとの大小関係は任意であり、例えば同一でもよいし、異なっていてもよい。
既に説明したとおり、第2変換回路240は、AC/DC変換回路200と第1変換回路230との双方に接続されている。このため、第2変換回路240には、AC/DC変換回路200から出力される直流電力と、第1変換回路230から出力される直流電力との双方が入力される。
そして、制御回路120は、第2系統モードである場合、AC/DC変換回路200及び第1変換回路230の双方から出力される第2供給時中間電圧Vm1bの直流電力が充電電圧Vrの直流電力に変換されるように第2変換回路240を制御する。これにより、車両用蓄電装置21が充電される。
制御回路120は、電源モードでは、第1変換スイッチング素子231〜234及び第2変換スイッチング素子241〜244を周期的にON/OFFさせることにより、電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21を充電する。
詳細には、制御回路120は、中間電圧Vmが電源電圧Vp及び充電電圧Vrの双方よりも高くなるように第1変換回路230(第1変換スイッチング素子231〜234)を制御する。そして、制御回路120は、中間電圧Vmの直流電力が充電電圧Vrの直流電力に変換されるように第2変換回路240(第2変換スイッチング素子241〜244)を制御する。
一方、制御回路120は、電源モードである場合には、AC/DC変換回路200を停止させる。詳細には、制御回路120は、第1変換回路230から出力された電力が系統電源11に還流しないように1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224の少なくとも一方(本実施形態では双方)をOFF状態に維持する。すなわち、制御回路120は、電源モード時には、AC/DC変換回路200についてはPWM制御を行わない。このため、1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224は周期的にON/OFFしない。
以上のとおり、制御回路120は、電源用蓄電装置12及び系統電源11を用いて車両用蓄電装置21を充電する第2系統モードと、電源用蓄電装置12を用いて車両用蓄電装置21を充電する電源モードと、を有している。これにより、充電装置30は、電源用蓄電装置12、又は、電源用蓄電装置12及び系統電源11を用いて車両用蓄電装置21を充電することができる。
制御回路120は、制御モードとして、系統電源11を用いて電源用蓄電装置12を充電する充電モードを備えている。充電モードについて詳細に説明する。
制御回路120は、充電モード時には、中間電圧Vmが充電時中間電圧Vm2となるようにAC/DC変換回路200を制御する。詳細には、制御回路120は、1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224をPWM制御することにより系統電力P0を充電時中間電圧Vm2の直流電力に変換させる。
制御回路120は、充電モード時には、中間電圧Vmが充電時中間電圧Vm2となるようにAC/DC変換回路200を制御する。詳細には、制御回路120は、1次側スイッチング素子211〜216及び2次側スイッチング素子221〜224をPWM制御することにより系統電力P0を充電時中間電圧Vm2の直流電力に変換させる。
ここで、充電時中間電圧Vm2は、電源電圧Vpよりも高く設定されている。詳細には、充電時中間電圧Vm2は、最大電源電圧Vpmaxよりも高い値に予め設定されている。
ここで、最大充電電圧Vrmaxが最大電源電圧Vpmaxよりも高い場合、充電モード時における充電時中間電圧Vm2は、最大電源電圧Vpmaxよりも高い範囲内で第1供給時中間電圧Vm1a及び第2供給時中間電圧Vm1bよりも低くてもよい。例えば、充電時中間電圧Vm2は、最大電源電圧Vpmaxよりも高く且つ最大充電電圧Vrmaxよりも低い値に設定されていてもよい。なお、既に説明したとおり、第1供給時中間電圧Vm1a及び第2供給時中間電圧Vm1bは、最大充電電圧Vrmaxよりも高い。
ただし、これに限られず、充電時中間電圧Vm2は、第1供給時中間電圧Vm1a又は第2供給時中間電圧Vm1bと同一でもよいし、第1供給時中間電圧Vm1a及び第2供給時中間電圧Vm1bよりも低くてもよい。
制御回路120は、充電モード時には、AC/DC変換回路200から出力される充電時中間電圧Vm2の直流電力が電源電圧Vpの直流電力に変換されるように第1変換回路230を制御する。詳細には、制御回路120は、第1変換スイッチング素子231〜234をPWM制御することにより直流電力の降圧変換を行う。これにより、第1変換回路230によって変換された直流電力が電源用蓄電装置12に入力され、電源用蓄電装置12が充電される。
ちなみに、制御回路120は、充電モード時には、第2変換回路240を停止させる。詳細には、制御回路120は、充電時中間電圧Vm2の直流電力が車両用蓄電装置21に供給されないように第2変換スイッチング素子241〜244をOFF状態に維持する。
以上詳述した本実施形態によれば、(1−8)に代えて以下の作用効果を奏する。
(2−1)第1充電装置30aは、AC/DC変換回路200と、第1変換回路230と、第2変換回路240と、中間コンデンサ110と、を備えている。AC/DC変換回路200は、系統電源11から出力される系統電力P0を直流電力に変換する。第1変換回路230は、第1電源用蓄電装置12aに接続される電力変換回路であって、第1変換スイッチング素子231〜234を有している。第2変換回路240は、AC/DC変換回路200及び第1変換回路230の双方に接続された電力変換回路であって、第2変換スイッチング素子241〜244を有している。第1充電装置30aは、第2変換回路240によって変換された直流電力を車両用蓄電装置21に向けて出力するものである。
(2−1)第1充電装置30aは、AC/DC変換回路200と、第1変換回路230と、第2変換回路240と、中間コンデンサ110と、を備えている。AC/DC変換回路200は、系統電源11から出力される系統電力P0を直流電力に変換する。第1変換回路230は、第1電源用蓄電装置12aに接続される電力変換回路であって、第1変換スイッチング素子231〜234を有している。第2変換回路240は、AC/DC変換回路200及び第1変換回路230の双方に接続された電力変換回路であって、第2変換スイッチング素子241〜244を有している。第1充電装置30aは、第2変換回路240によって変換された直流電力を車両用蓄電装置21に向けて出力するものである。
かかる構成によれば、AC/DC変換回路200、第1変換回路230の第1変換スイッチング素子231〜234及び第2変換回路240の第2変換スイッチング素子241〜244を制御することによって、第1電源用蓄電装置12a及び系統電源11を用いて車両用蓄電装置21を充電できる。また、第1変換スイッチング素子231〜234及び第2変換スイッチング素子241〜244を制御することにより第1電源用蓄電装置12aを用いて車両用蓄電装置21を充電できる。そして、AC/DC変換回路200及び第1変換スイッチング素子231〜234を制御することにより、系統電力P0を用いて第1電源用蓄電装置12aを充電することができる。なお、第2充電装置30bについても同様である。この場合、上記記載のうち、第1電源用蓄電装置12aを第2電源用蓄電装置12bに置換するとよい。
ちなみに、電源用蓄電装置12及び系統電源11を用いて車両用蓄電装置21を充電する場合の一例としては、第1変換回路230は、第1変換スイッチング素子231〜234が周期的にON/OFFすることにより、電源用蓄電装置12の直流電力を昇圧変換するように構成されている。そして、第2変換回路240は、AC/DC変換回路200から出力される直流電力及び第1変換回路230から出力される直流電力を降圧変換して車両用蓄電装置21に向けて出力するように構成されている。
また、系統電源11を用いて電源用蓄電装置12を充電する場合の一例としては、第1変換回路230は、AC/DC変換回路200から出力される直流電力を降圧変換して電源用蓄電装置12に向けて出力するように構成されている。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。また、技術的に矛盾が生じない範囲内で、上記各実施形態と下記別例とを適宜組み合わせてもよい。
○ 電源用蓄電装置12の数は任意であり、3つ以上でもよい。かかる構成においては、電源電圧Vpがそれぞれ異なるように各電源用蓄電装置12のSOCを異ならせるとよい。
○ 電源用蓄電装置12の数は任意であり、3つ以上でもよい。かかる構成においては、電源電圧Vpがそれぞれ異なるように各電源用蓄電装置12のSOCを異ならせるとよい。
この場合、管理CPU131は、各電源用蓄電装置12のうち最も充電効率が高くなるものを選択するとよい。例えば、管理CPU131は、複数の電源電圧Vpのうち対象初期電圧Vrfよりも高い電圧であって対象初期電圧Vrfとの差が最も小さい電源電圧Vpの電源用蓄電装置12を選択するとよい。
また、管理CPU131は、対象初期電圧Vrfが各電源電圧Vpよりも高い場合には、最も高い電源電圧Vpの電源用蓄電装置12を選択するとよい。管理CPU131は、対象初期電圧Vrfが各電源電圧Vpよりも低い場合には、最も低い電源電圧Vpの電源用蓄電装置12を選択するとよい。
○ 各電源用蓄電装置12は同一の構成に限られず、例えば最大容量や電圧が異なっていてもよい。かかる構成においては、第1電源用蓄電装置12aと第2電源用蓄電装置12bとで、SOCが同一であっても電源電圧Vpが異なる場合があり得る。この場合、管理CPU131は、両電源用蓄電装置12a,12bを同一のSOCとなるように充電してもよい。
○ 管理CPU131が選択処理を実行することは必須ではない。例えば、互いに電源電圧Vpが異なるように充電された複数の電源用蓄電装置12が用意されている状況下で管理者が対象初期電圧Vrfを推測して適宜選択してもよい。つまり、電力システム10としては、自動的に選択される構成でもよいし、管理者によって選択される構成でもよい。要は、電力システム10は、SOC、種類及び規格(換言すれば最大容量)の少なくとも一方を異ならせることにより、電源電圧Vpが異なるように複数の電源用蓄電装置12が充電されるように構成されていればよい。
○ 管理CPU131は、充電開始タイミングにおける両電源電圧Vp1,Vp2を推定し、その推定値と対象初期電圧Vrfとに基づいて、今回の充電に用いる電源用蓄電装置12を選択してもよい。
○ 稼働体は、稼働計画に基づいて稼働するものに限られず、管理者によって非計画的に稼働される構成でもよい。この場合、管理CPU131は、車両用蓄電装置21を充電する直前に、現在の充電電圧Vrを対象初期電圧Vrfとして把握すればよい。
○ 稼働体は、車両20に限られず任意である。同様に、稼働計画は、走行計画に限られず任意である。
○ 車両20は、走行計画に基づいて自動で走行する自動運転車両に限られない。例えば、車両20は、人が運転する車両であってもよい。この場合、運転者は、管理装置130から送信される走行計画に基づいて車両20を運転すればよい。この場合であっても、対象初期電圧Vrfは推定できる。
○ 車両20は、走行計画に基づいて自動で走行する自動運転車両に限られない。例えば、車両20は、人が運転する車両であってもよい。この場合、運転者は、管理装置130から送信される走行計画に基づいて車両20を運転すればよい。この場合であっても、対象初期電圧Vrfは推定できる。
○ 誘導処理の具体的な構成は任意である。例えば、充電装置30は、今回選択されたことを示す報知部としての発光部を有しているとよい。この場合、管理CPU131は、誘導処理として、今回充電に用いる電源用蓄電装置12に対応する充電装置30の発光部が発光するように指令を送信する処理を実行する。これにより、管理者は、発光部が発光している充電装置30に向けて車両20を走行させることができる。
○ 稼働体は、車両20に限られず任意であり、例えば移動しないものであってもよい。つまり、稼働体とは、移動体に限られない。
○ 選択処理の実行主体は、管理CPU131に限られず任意である。例えば、車両20の車両ECU22が選択処理を実行してもよい。つまり、車両20が「把握部」及び「選択部」を備えている構成でもよい。この場合、車両ECU22は、管理CPU131から選択処理を実行するのに必要な情報(各電源用蓄電装置12の電源電圧Vp)を取得するとよい。
○ 選択処理の実行主体は、管理CPU131に限られず任意である。例えば、車両20の車両ECU22が選択処理を実行してもよい。つまり、車両20が「把握部」及び「選択部」を備えている構成でもよい。この場合、車両ECU22は、管理CPU131から選択処理を実行するのに必要な情報(各電源用蓄電装置12の電源電圧Vp)を取得するとよい。
○ 1次側回路80は、AC/AC変換することができればよく、その具体的な構成については実施形態のものに限られず任意である。
○ 昇圧回路90は、第1トランス60から出力(換言すれば伝送)される交流電力を直流電力に変換すること、及び、電源用蓄電装置12から出力される電力を昇圧することが可能に構成されていればよく、その具体的な構成は任意である。
○ 昇圧回路90は、第1トランス60から出力(換言すれば伝送)される交流電力を直流電力に変換すること、及び、電源用蓄電装置12から出力される電力を昇圧することが可能に構成されていればよく、その具体的な構成は任意である。
○ 降圧回路100は、中間コンデンサ110を介して昇圧回路90から出力される直流電力を降圧することができればよく、その具体的な構成は任意である。
○ AC/DC変換回路200の具体的な回路構成は第2実施形態のものに限られず任意である。例えば、AC/DC変換回路200は、交流電力の双方向変換が可能な構成に限られず、系統電力P0を直流電力に変換する片方向の変換回路であってもよい。一例としては、AC/DC変換回路200は、1次側マトリックスコンバータ210及びトランス201に代えて、ダイオードブリッジを有する整流回路でもよい。また、AC/DC変換回路200は、2次側フルブリッジ回路220に代えて、ハーフブリッジ回路を有する構成でもよいし、ダイオードブリッジ回路を有する構成でもよい。要は、AC/DC変換回路200は、系統電力P0を所望の電圧の直流電力に変換できればよい。
○ AC/DC変換回路200の具体的な回路構成は第2実施形態のものに限られず任意である。例えば、AC/DC変換回路200は、交流電力の双方向変換が可能な構成に限られず、系統電力P0を直流電力に変換する片方向の変換回路であってもよい。一例としては、AC/DC変換回路200は、1次側マトリックスコンバータ210及びトランス201に代えて、ダイオードブリッジを有する整流回路でもよい。また、AC/DC変換回路200は、2次側フルブリッジ回路220に代えて、ハーフブリッジ回路を有する構成でもよいし、ダイオードブリッジ回路を有する構成でもよい。要は、AC/DC変換回路200は、系統電力P0を所望の電圧の直流電力に変換できればよい。
○ 第1変換回路230は、電源用蓄電装置12の電力を電圧変換することができればその具体的な回路構成は任意である。例えば、第1変換回路230はハーフブリッジ回路を有する構成でもよい。また、第1変換回路230は双方向コンバータに限られず、片方向の電圧変換のみを行う構成でもよい。
○ 第2変換回路240は、AC/DC変換回路200又は第1変換回路230から入力される直流電力を電圧変換することができればその具体的な回路構成は任意である。また、第2変換回路240は、AC/DC変換回路200又は第1変換回路230から入力される直流電力を電圧変換することができる一方、車両用蓄電装置21の電力を電圧変換することができない回路であってもよい。すなわち、第2変換回路240は、片方向の電圧変換のみを行う構成でもよい。
○ 第1系統モード又は第2系統モードのいずれか一方を省略してもよい。
○ 電源モードを省略してもよい。
○ 電源用蓄電装置12は充電装置30の一部でもよい。すなわち、充電装置30は、電源用蓄電装置12を備えていなくてもよいし、備えていてもよい。
○ 電源モードを省略してもよい。
○ 電源用蓄電装置12は充電装置30の一部でもよい。すなわち、充電装置30は、電源用蓄電装置12を備えていなくてもよいし、備えていてもよい。
10…電力システム、11…系統電源、12…電源用蓄電装置、12a…第1電源用蓄電装置、12b…第2電源用蓄電装置、20…車両、21…車両用蓄電装置、30…充電装置、30a…第1充電装置、30b…第2充電装置、31〜33…系統入力端子、34,35…蓄電入力端子、40…コネクタ、41,42…負荷入力端子、43…制御端子、50…フィルタ回路、60…第1トランス、61…第1の1次側巻線、62…第1の2次側巻線、62a…第1中間タップ、70…第2トランス、71…第2の1次側巻線、72…第2の2次側巻線、72a…第2中間タップ、80…1次側回路、82ua〜82wb…1次側スイッチング素子、90…昇圧回路(第1の2次側回路)、92〜95…昇圧スイッチング素子、100…降圧回路(第2の2次側回路)、102〜105…降圧スイッチング素子、110…中間コンデンサ、120…制御回路、120a…第1制御回路、120b…第2制御回路、121…電源電圧センサ、122…充電電圧センサ、200…AC/DC変換回路、230…第1変換回路、231〜234…第1変換スイッチング素子、240…第2変換回路、241〜244…第2変換スイッチング素子、P0…系統電力、Vp…電源電圧(電源用蓄電装置の電圧)、Vp1…第1電源電圧、Vp2…第2電源電圧、Vr…充電電圧(電源用蓄電装置の電圧)、Vt1…第1目標電圧、Vt2…第2目標電圧、Vrf…対象初期電圧。
Claims (7)
- 第1電源用蓄電装置及び第2電源用蓄電装置を含む複数の電源用蓄電装置と、
系統電源及び前記第1電源用蓄電装置に接続され、前記第1電源用蓄電装置、又は、前記第1電源用蓄電装置及び前記系統電源を用いて対象蓄電装置を充電したり、前記系統電源を用いて前記第1電源用蓄電装置を充電したりする第1充電装置と、
前記系統電源及び前記第2電源用蓄電装置に接続され、前記第2電源用蓄電装置、又は、前記第2電源用蓄電装置及び前記系統電源を用いて前記対象蓄電装置を充電したり、前記系統電源を用いて前記第2電源用蓄電装置を充電したりする第2充電装置と、
を備え、
前記第1充電装置は、前記第1電源用蓄電装置の電圧である第1電源電圧が第1目標電圧となるように、前記系統電源を用いて前記第1電源用蓄電装置を充電する第1充電制御部を備え、
前記第2充電装置は、前記第2電源用蓄電装置の電圧である第2電源電圧が前記第1目標電圧とは異なる第2目標電圧となるように、前記系統電源を用いて前記第2電源用蓄電装置を充電する第2充電制御部を備えていることを特徴とする電力システム。 - 前記対象蓄電装置の充電開始タイミングにおける前記対象蓄電装置の電圧である対象初期電圧を把握する把握部と、
前記把握部の把握結果及び前記両目標電圧に基づいて、前記第1電源用蓄電装置及び前記第2電源用蓄電装置のうち充電効率が高くなる方を前記対象蓄電装置の充電に用いるものとして選択する選択部と、
を備えている請求項1に記載の電力システム。 - 前記第2目標電圧は前記第1目標電圧よりも高く設定されており、
前記選択部は、前記対象初期電圧が前記第1目標電圧よりも高く且つ前記第2目標電圧よりも低い場合には前記第2電源用蓄電装置を選択する請求項2に記載の電力システム。 - 前記第2目標電圧は前記第1目標電圧よりも高く設定されており、
前記選択部は、前記対象初期電圧が前記第1目標電圧及び前記第2目標電圧の双方よりも高い場合には前記第2電源用蓄電装置を選択する請求項2に記載の電力システム。 - 前記第2目標電圧は前記第1目標電圧よりも高く設定されており、
前記選択部は、前記対象初期電圧が前記第1目標電圧及び前記第2目標電圧の双方よりも低い場合には前記第1電源用蓄電装置を選択する請求項2に記載の電力システム。 - 前記対象蓄電装置を有する稼働体は、稼働計画に基づいて稼働するものであり、
前記把握部は、前記稼働計画に基づいて前記対象初期電圧を推定することにより前記対象初期電圧を把握する請求項2〜5のうちいずれか一項に記載の電力システム。 - 前記対象蓄電装置を有する稼働体は移動体であり、
前記電力システムは、前記選択部によって選択された電源用蓄電装置を用いて前記対象蓄電装置の充電が行われるように前記移動体を誘導する誘導部を備えている請求項2〜6のうちいずれか一項に記載の電力システム。
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