JP5616500B2 - 充電装置及びこの動作方法 - Google Patents

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Description

開示の実施形態は、充電装置に関し、特に、充電環境により、単一直流充電、マルチ直流充電、及びマルチ交流充電が可能な充電装置に関する。
未来型自動車の１つである電気自動車は、一般の家庭において、電源プラグを自動車に連結して２次電池に充電し、充電された電気エネルギを用いて自動車を駆動する自動車であり、プラグインハイブリッド自動車(Plug-In Hybrid Electric Vehicle)は基本的に、電源プラグを自動車に連結して２次電池に充電し、充電された電気エネルギを用いて自動車を駆動し、充電された電気エネルギが不足すると、一般の化石燃料を非常用として使用可能な自動車をいう。前記プラグインハイブリッド自動車は、グリッド接続ハイブリッド自動車(Grid-Connected Hybrid Electric Vehicle)とも呼ばれる。
図１は、従来技術による充電装置を説明する図である。
図１を参照すると、充電装置１０は、入力フィルタ１１と、交流-直流変換部１２と、高電圧バッテリ１３とを含む。
入力フィルタ１１は、外部から３相交流電源を入力され、前記入力された各相の交流電源に含まれているノイズを除去する。
ここで、入力フィルタ１１は、前記３相交流電源の各相に連結される３つのインダクタとして実現されることができる。
交流-直流変換部１２は、前記入力フィルタ１１を介して入力される交流電源を、直流電源に変換して出力する。
また、交流-直流変換部１２は、逆方向動作条件で、前記高電圧バッテリ１３に貯蔵された直流電源を、交流電源に変換して出力する。
高電圧バッテリ１３は、前記交流-直流変換部１２を介して出力される直流電源により、充電される。
前記のように、従来技術による充電装置１０は、交流-直流モジュールを逆に活用して、直流-交流モジュールとして活用することができるが、直流出力端及び交流出力端の機能が固定した形態であり、対称的に電力変換方向を変えて、直流電源又は交流電源を出力することとなっている。
本発明は、大容量充電器の電力変換器を構成するに際して、交流-直流変換及び直流-直流変換などの機能別モジュールのうち、共用化可能な部分を共用に活用して、コスト節減、及び体積減少を実現することができる充電装置を提供する。
以下の実施形態において達成しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に制限されることなく、言及していない他の技術的課題は、下記で提案される本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、明確に理解されるだろう。
本発明の一様態は、電気自動車のバッテリに電力を供給する充電装置であって、一端が電力系統、他端がエネルギ貯蔵部に連結される３対スイッチング素子群で構成され、正方向動作時に、前記一端を介して入力される交流電力を直流電力に変換して、前記他端に出力し、第１の逆方向の動作時に、前記他端を介して入力される直流電力を複数の直流電力に変換して、前記一端に出力する両方向電力変換部と、前記両方向電力変換部の他端に連結され、前記両方向電力変換部の他端を介して出力される直流電力を貯蔵するエネルギ貯蔵部と、前記電力系統と前記両方向電力変換部の一端間に設けられ、前記第１の逆方向動作時に、前記両方向電力変換部の一端を介して出力される直流電力を、外部に出力するマルチ直流電力出力部と、前記充電装置の充電条件を感知し、前記感知した充電条件が第１の条件であると、前記両方向電力変換部を正方向動作させて、前記エネルギ貯蔵部の充電が行われるようにし、前記感知した充電条件が第２の条件であると、前記両方向電力変換部を第１の逆方向動作させて、前記マルチ直流電力出力部を介して前記直流電力が出力されるように制御する充電制御部とを含み、前記両方向電力変換部は、前記第１の逆方向動作時に、前記３対のスイッチング素子群のそれぞれが、バック-コンバータとして動作して、前記直流電力を他のレベルの直流電力に変換する。
本発明の他の様態は、両方向電力変換部を含む充電装置の動作方法であって、既設定された充電条件を確認するステップと、前記確認された充電条件が第１の条件を満たすと、電力系統から供給される交流電力を、１つの単一直流電力に変換して、内部バッテリを充電させるステップと、前記確認された充電条件が第２の条件を満たすと、前記変換された単一直流電力を、既連結された電気自動車に供給するステップと、前記確認された充電条件が第３の条件を満たすと、前記内部バッテリに充電された単一直流電力を、複数の直流電力に変換して、少なくとも１つの電気自動車に供給するステップとを含む。
本発明によると、電力変換装置のフレキシブルな構成が可能であり、交流充電所及び直流充電所での様々な充電ポート構成が可能である。
また、本発明によると、充電装置を構成する機能別モジュールのうち、共用化可能な部分を共用に活用することにより、部品の数を減らし、全体モジュールのサイズを減らすことができる。
更に、本発明によると、電力料金単価などのような条件に連動して、電力補助貯蔵装置としての活用も可能である。
従来技術による充電装置を説明する図である。 第１の実施形態による充電装置を説明する図である。 第２の実施形態による充電装置を説明する図である。 実施形態による充電装置の動作を説明する図である。 実施形態による充電装置の動作を説明する図である。 実施形態による充電装置の動作を説明する図である。 実施形態による充電装置の動作を説明する図である。 実施形態による充電装置の動作を説明する図である。
以下の内容は、単に、本発明の原理を例示する。それで、当業者は、たとえ、本明細書に明確に説明・図示していなくても、本発明の原理を具現し、本発明の概念及び範囲に含まれる様々な装置を発明することができる。また、本明細書に挙げている全ての用語及び実施形態は、原則的に、本発明の概念を理解するための目的としてのみ明らかに意図され、このように特別に挙げている実施形態及び状態に制限されることではないことと理解されるべきである。
また、本発明の原理、観点、及び実施形態だけでなく、特定の実施形態を挙げる全ての詳細な説明は、このような事項の構造的及び機能的均等物を含むように意図されることと理解されるべきである。また、これらの均等物は、現在公知の均等物だけでなく、将来に開発される均等物、即ち、構造によらず、同一の機能を行うように発明された全ての素子を含むことと理解されるべきである。
以下では、電力変換装置のフレキシブルな構成が可能であり、交流充電所及び直流充電所での様々な充電ポート構成が可能であり、充電装置を構成する機能別モジュールのうち、共用化可能な部分を共用に活用することにより、部品の数を減らし、全体モジュールのサイズを減らすことができる充電装置について開示する。
図２は、第１の実施形態による充電装置を説明する図であり、図３は、第２の実施形態による充電装置を説明する図である。
しかし、前記では、第１の実施形態による充電装置と、第２の実施形態による充電装置とに分けて示しているが、これを１つの充電装置として構成することができる。
例えば、第１の実施形態による充電装置に、前記第２の実施形態による充電装置に構成された交流電力出力機能を付加して、前記第１及び第２の実施形態による充電装置をまとめた１つの充電装置を提供することもできる。
以下では、前記図面を参照して、前記直流電力出力機能を含む充電装置と、交流電力出力機能を含む充電装置とに分けて説明することにする。
図２を参照すると、第１の実施形態による充電装置１００は、入力フィルタ１０１と、両方向電力変換部１０２と、内部バッテリ１０３と、第１のスイッチ１０４と、第１の直流電力出力部１０５と、第２のスイッチ１０６と、第２の直流電力出力部１０７とを含む。
入力フィルタ１０１は、電力系統に連結される３相交流入力ラインにそれぞれ設けられ、前記電力系統を介して入力される３相交流電力に含まれたノイズを除去して出力する。
入力フィルタ１０１は、３相交流入力ラインにそれぞれ連結される３つのインダクタを含むことができる。一方、図２に示しているように、前記入力フィルタ１０１は、前記インダクタと、前記インダクタの一端に連結されるキャパシタとを、更に含むことができる。
特に、前記のような入力フィルタ１０１は、前記入力される３相交流電力に含まれた高調波を除去するために設けられる。
前記入力フィルタ１０１の出力端には、両方向電力変換部１０２が設けられる。
前記両方向電力変換部１０２は、正方向動作条件で、前記入力フィルタ１０１を介して出力される３相交流電力を、直流電力に変換して出力する。
また、これとは異なり、前記両方向電力変換部１０２は、逆方向動作条件で、内部バッテリ１０３を介して出力される直流電力を、他のレベルの直流電力に変換して出力する。
言い換えると、前記両方向電力変換部１０２は、正方向動作条件で、交流-直流電力変換部として動作し、逆方向動作条件で、直流-直流電力変換部として動作する。
前記両方向電力変換部１０２は、複数のスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、交流-直流電力変換を行うか、直流-直流電力変換を行う。
ここで、前記両方向電力変換部１０２は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation: パルス幅変調) 信号により制御されて、前記動作条件に対応する電力変換を行う。
前記両方向電力変換部１０２は、それぞれペアで構成される第１のスイッチング素子群と、第２のスイッチング素子群と、第３のスイッチング素子群とを含む。前記スイッチング素子は、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)であることができる。
前記３相のうち、Ｕ相に配置されたインダクタを介して出力される交流電力は、前記一対の第１のスイッチング素子群の中間点として入力される。
また、前記３相のうち、Ｖ相に配置されたインダクタを介して出力される交流電力は、前記一対の第２のスイッチング素子群の中間点として入力される。
また、前記３相のうち、Ｗ相に配置されるインダクタを介して出力される交流電力は、前記一対の第３のスイッチング素子群の中間点として入力される。
前記のように構成された両方向電力変換部１０２は、正方向動作条件で交流-直流変換部として動作して、前記電力系統から入力される交流電力を、直流電力に変換する。
また、前記両方向電力変換部１０２は、逆方向動作条件で、直流-直流変換部として動作して、内部バッテリ１０３に貯蔵された直流電力を、直流電力に変換して出力する。
ここで、前記両方向電力変換部１０２に含まれた各スイッチング素子群は、それぞれ、バック(Buck)コンバータとして動作して、前記内部バッテリ１０３を介して出力される直流電力を、それぞれ異なるレベルの直流電力に変換して出力する。
例えば、前記第１のスイッチング素子群は、前記内部バッテリ１０３を介して出力される直流電力を、第１の直流電力に変換して出力し、第２のスイッチング素子群は、第２の直流電力に変換して出力し、前記第３のスイッチング素子群は、第３の直流電力に変換して出力することができる。ここで、前記第１〜第３の直流電力は、直流電力の３つのラインに区分して出力されることを説明するために区分しただけであり、これらは、互いに同一のレベルを有した電力であるのが望ましい。
内部バッテリ１０３は、前記正方向動作条件で、前記両方向電力変換部１０２により変換された直流電力を貯蔵する。ここで、内部バッテリ１０３は、少なくとも１つのバッテリセルから構成されることができる。前記少なくとも１つのバッテリセルの動作は、後述する充電制御部１０８によって制御される。少なくとも１つのバッテリセルは、様々な種類のバッテリセルとして具現されることができ、例えば、ニッケル-カドミウム電池(nikel-cadmium battery)、鉛蓄電池、ニッケル-水素電池(NiMH: nickel metal hydride battery)、リチウム-イオン電池(lithium ion battery)、リチウムポリマ電池(lithium polymer battery)、金属リチウム電池、空気亜鉛蓄電池などである。少なくとも１つのバッテリセルの数は、充電装置１００で要求される電力容量、設計条件などによって決定される。
前記内部バッテリ１０３は、エネルギ貯蔵部としても称される。
第１のスイッチ１０４は、正方向動作条件での前記両方向電力変換部１０２を介して変換された直流電力が、前記内部バッテリ１０３、又は、第１の直流電力出力部１０５を介して出力されるようにする。
すなわち、第１のスイッチ１０４は、前記内部バッテリ１０３の充電条件で、前記両方向電力変換部１０２と内部バッテリ１０３とを連結して、前記両方向電力変換部１０２を介して変換された直流電力が、前記内部バッテリ１０３に供給されるようにする。
また、第１のスイッチ１０４は、第１の電気自動車充電条件で、前記両方向電力変換部１０２と前記第１の直流電力出力部１０５とを連結して、前記両方向電力変換部１０２を介して変換された直流電力が、前記第１の直流電力出力部１０５を介して電気自動車に供給されるようにする。
ここで、前記第１の直流電力出力部１０５は、単一直流電力を出力する単一充電ポートで構成され、これは、大容量の直流電力を出力するための大出力充電ポートである。
第２のスイッチ１０６は、逆方向動作条件での前記両方向電力変換部１０２を介して変換された直流電力が、前記第２の直流電力出力部１０７を介して出力されるようにする。
すなわち、前記両方向電力変換部１０２が、正方向動作条件内で動作すると、第２のスイッチ１０６は、前記電力系統に連結される３相交流電力入力ラインと接触して、前記３相交流電力が、前記入力フィルタ１０１及び両方向電力変換部１０２に供給されるようにする。
また、前記両方向電力変換部１０２が、逆方向動作条件内で動作すると、前記第２のスイッチ１０４は、前記第２の直流電力出力部１０７と接触して、前記両方向電力変換部１０２を介して変換された直流電力が、前記第２の直流電力出力部１０７を介して電気自動車に供給されるようにする。
ここで、前記第２の直流電力出力部１０７は、前記第１のスイッチング素子群、第２のスイッチング素子群、及び第３のスイッチング素子群を介して変換されたそれぞれの直流電力を、前記電気自動車に供給するための３つの出力ラインで構成される。
充電制御部１０８は、前記充電装置１００の全般的な動作を制御する。
特に、充電制御部１０８は、充電装置１００の動作条件を検出し、前記検出した動作条件により、前記両方向電力変換部１０２が正方向動作又は逆方向動作するように、前記両方向電力変換部１０２に含まれるスイッチング素子などのスイッチング動作を制御する。
また、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が正方向動作する場合、前記両方向電力変換部１０２を介して変換された直流電力が、前記内部バッテリ１０３又は第１の直流電力出力部１０５を介して供給されるように、前記第１のスイッチ１０４のスイッチング動作を制御する。
また、前記充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が正方向動作する場合、前記第２のスイッチ１０６が、前記３相交流電力入力ラインに連結されるようにする。
一方、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が逆方向動作する場合、前記逆方向動作条件により、前記両方向電力変換部１０２内に備えられる各スイッチング素子群のスイッチング動作を制御して、前記各スイッチング素子群により電力変換が行われるようにする。
また、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が逆方向動作する場合、前記各スイッチング素子群を介して変換された直流電力が、前記第２の直流電力部１０７を介して電気自動車に供給されるように、前記第２のスイッチ１０６が、前記第２の直流電力部１０７と接触するようにする。
また、充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３を保護するため、過充電保護機能、過放電保護機能、過電流保護機能、過電圧保護機能、過熱保護機能、及びセルバランシング機能などを行うことができる。また、このために、充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３の電圧、電流、温度、残余電力量、寿命などをモニタリングすることができる。
前記のように、本発明の第１の実施形態による充電装置は、充電装置の動作条件により、内部バッテリに直流電力を貯蔵するエネルギ貯蔵装置として動作するか、単一充電ポートを介して直流電力を出力して、電気自動車の内部に備えられたバッテリを充電させる大出力充電装置として動作するか、マルチ充電ポートを介して直流電力を出力して、電気自動車の内部に備えられたバッテリを充電させるマルチ充電装置として動作することになる。
図３を参照すると、第２の実施形態による充電装置は、入力フィルタ２０１、両方向電力変換部２０２、内部バッテリ２０３、交流電力出力部２０４、及び充電制御部２０５を制御する。
入力フィルタ２０１は、電力系統に連結される３相交流入力ラインにそれぞれ設けられ、前記電力系統を介して入力される３相交流電力に含まれたノイズを除去して出力する。入力フィルタ２０１は、３相交流入力ラインにそれぞれ連結される３つのインダクタを含むことができる。一方、図３に示しているように、前記入力フィルタ２０１は、前記インダクタと、前記インダクタの一端に連結されるキャパシタとを、更に含むことができる。
特に、前記のような入力フィルタ２０１は、前記入力される３相交流電力に含まれた高調波を除去するために設けられる。
前記入力フィルタ２０１の出力端には、両方向電力変換部２０２が設けられる。
前記両方向電力変換部２０２は、正方向動作条件で、前記入力フィルタ２０１を介して出力される３相交流電力を、直流電力に変換して出力する。
また、これとは異なり、前記両方向電力変換部２０２は、逆方向動作条件で、内部バッテリ２０３を介して出力される直流電力を、交流電力に変換して出力する。
言い換えると、前記両方向電力変換部２０２は、正方向動作条件で、交流-直流電力変換部として動作し、逆方向動作条件で、直流-交流電力変換部として動作する。
前記両方向電力変換部２０２は、複数のスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のスイッチング動作により、交流-直流電力変換、又は、直流-交流電力変換を行う。
ここで、前記両方向電力変換部２０２は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation: パルス幅変調)信号により制御されて、前記動作条件に対応する電力変換を行う。
内部バッテリ２０３は、前記正方向動作条件で、前記両方向電力変換部２０２を介して変換された直流電力を貯蔵する。ここで、内部バッテリ２０３は、少なくとも１つのバッテリセルで構成されることができる。前記少なくとも１つのバッテリセルの動作は、後述する充電制御部２０５によって制御される。少なくとも１つのバッテリセルは、様々な種類のバッテリセルとして具現されることができ、例えば、ニッケル-カドミウム電池(nikel-cadmium battery)、鉛蓄電池、ニッケル-水素電池(NiMH: nickel metal hydride battery)、リチウム-イオン電池(lithium ion battery)、リチウムポリマ電池(lithium polymer battery)、金属リチウム電池、空気亜鉛蓄電池などである。少なくとも１つのバッテリセルの数は、充電装置１００で要求される電力容量、設計条件などにより決定される。
交流電力出力部２０４は、前記充電装置２００の３相交流電力入力ラインに連結され、前記両方向電力変換部２０２が、逆方向動作条件内で動作することにより、出力される交流電力を電気自動車に出力する。
すなわち、前記交流電力出力部２０４は、前記交流電力を用いて、前記電気自動車を充電させる緩速充電器であることができる。
また、前記第１の実施形態において、第１の直流電力出力部１０５及び第２の直流電力出力部１０７は、前記直流電力を用いて前記電気自動車を充電させる、大出力急速充電器及びマルチ急速充電器であることができる。
充電制御部２０５は、前記第１の実施形態の充電制御部１０８と同様に、前記充電装置２００の全般的な動作を制御する。
充電制御部２０５は、正方向動作条件で、前記電力系統を介して供給される交流電力が、前記両方向電力変換部２０２を介して直流電力に変換されて、前記内部バッテリ２０３の充電が行われるようにする。
また、充電制御部２０５は、逆方向動作条件で、前記内部バッテリ２０３に貯蔵された直流電力が、前記両方向電力変換部２０２を介して交流電力に変換されて、前記交流電力出力部２０４を介して出力されるようにする。
ここで、充電制御部２０６は、前記逆方向動作条件で、前記交流電力出力部２０４に連結された電気自動車の存在可否により、前記変換された交流電力が、前記交流電力出力部２０４に出力されるか、前記電力系統に回生するようにする。
前記のように、第２の実施形態による充電装置は、動作条件により、内部バッテリに電力を貯蔵するエネルギ貯蔵装置として動作するか、前記貯蔵された電力を交流電力に変換して、電気自動車を充電させる充電装置として動作するか、前記貯蔵された電力を交流電力に変換して、電力系統に回生させる回生装置として動作することができる。
以下では、図４〜図８を参照して、前記第１及び第２の実施形態による充電装置について、より具体的に説明することにする。
また、前記で記載したように、前記第１及び第２の実施形態による充電装置は、１つの充電装置としてまとめて構成されることができ、これにより、説明の便宜のため、前記直流電力出力部２０４が、前記第１の実施形態による充電装置１００に統合構成されたものとして、説明することにする。
図４〜図８は、本発明の実施形態による充電装置の動作を説明するための図である。
まず、図４を参照すると、充電制御部１０８は、前記充電装置の動作条件、つまり、充電条件を確認する(Ｓ１０１)。
前記確認される充電条件としては、電力系統を介して入力される電力の単価、内部バッテリ１０３の充電状態、及び前記第１の直流電力出力部、第２の直流電力出力部、及び交流電力出力部に連結された電気自動車の存在可否などを含む。
ついで、充電制御部１０８は、前記確認した充電条件が、第１の充電条件を満たしているか否かを判断する(Ｓ１０２)。
すなわち、充電制御部１０８は、前記連結された電気自動車が存在していなく、前記確認した電力料金の単価が、既設定された基準料金の以下であるか否かを判断する。
前記判断結果(Ｓ１０２)、前記確認した充電条件が第１の充電条件を満たすと、前記充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３の充電条件を確認する(Ｓ１０３)。言い換えると、前記充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３の充電状態(例えば、充電容量)を確認する。
ついで、前記充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３の充電状態が充電を要する状態であるか否かを判断する(Ｓ１０４)。言い換えると、充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３の充電容量が基準容量の以下に減少して、前記内部バッテリ１０３の充電が必要であるか否かを判断する。
前記判断結果(Ｓ１０４)、前記内部バッテリ１０３の充電状態が充電を要する状態であると、前記充電制御部１０８は、系統電力から供給される交流電力を直流電力に変換し、それにより、前記変換された直流電力を用いて、前記内部バッテリ１０３を充電させる(Ｓ１０５)。
このために、充電制御部１０８は、前記第１のスイッチ１０４が、前記内部バッテリ１０３と接触するように電力経路を形成し、前記第２のスイッチ１０６が、前記３相交流電力を受信する３相交流電力入力ラインと接触するように、電力経路を形成する。
次に、図５を参照すると、充電制御部１０８は、前記のように充電条件を確認する(Ｓ２０１)。
そして、充電制御部１０８は、前記確認した充電条件が、第２の充電条件を満たしているか否かを判断する(Ｓ２０２)。
すなわち、充電制御部１０８は、第１の直流電力出力部１０５に、電気自動車が連結されているか否かを判断する。
前記判断結果(Ｓ２０２)、前記第１の直流電力出力部１０５に電気自動車が連結されていると、前記充電制御部１０８は、前記電力系統を介して３相交流電力を受信し(Ｓ２０３)、前記受信された３相交流電力が、両方向電力変換部１０２により直流電力に変換されて(Ｓ２０４)、前記第１の直流電力出力部１０５を介して出力されるようにする(Ｓ２０５)。
このために、充電制御部１０８は、前記第１のスイッチ１０４が、前記第１の直流電力出力部１０５と接触するように、電力経路を形成し、前記第２のスイッチ１０６が、前記３相交流電力を受信する３相交流電力入力ラインと接触するように、電力経路を形成する。
次に、図６を参照すると、充電制御部１０８は、前記のように充電条件を確認する(Ｓ３０１)。
そして、充電制御部１０８は、前記確認した充電条件が、第３の充電条件を満たしているか否かを判断する(Ｓ３０２)。
すなわち、充電制御部１０８は、第２の直流電力出力部１０７に、電気自動車が連結されているか否かを判断する。
前記判断結果(Ｓ３０２)、前記第２の直流電力出力部１０７に電気自動車が連結されていると、前記内部バッテリ１０３を放電させて、前記内部バッテリ１０３に貯蔵された直流電力を出力する(Ｓ３０３)。
そして、前記充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が逆方向動作するようにする。すなわち、充電制御部１０８は、前記逆方向動作する両方向電力変換部１０２内に含まれた各スイッチング素子群が、直流-直流コンバータ、より具体的には、バック-コンバータとして動作するようにする(Ｓ３０４)。
そして、充電制御部１０８は、前記各スイッチング素子群を介して、前記内部バッテリ１０３を介して出力される直流電力の変換が行われるようにし、それにより、前記各スイッチング素子群たちを介して変換されたマルチ直流電力を出力する(Ｓ３０５)。
以後、充電制御部１０８は、前記出力されるマルチ直流電力により、前記第２の直流電力出力部１０７に連結された電気自動車の充電が行われるようにする(Ｓ３０６)。
このために、充電制御部１０８は、前記第１のスイッチ１０４が前記内部バッテリ１０３と接触するように、電力経路を形成し、前記第２のスイッチ１０６が前記第２の直流電力出力部１０７と接触するように、電力経路を形成する。
次に、図７を参照すると、充電制御部１０８は、前記のように充電条件を確認する(Ｓ４０１)。
そして、充電制御部１０８は、前記確認した充電条件が、第４の充電条件を満たしているか否かを判断する(Ｓ４０２)。
すなわち、充電制御部１０８は、交流電力出力部２０４に、電気自動車が連結されているか否かを判断する。
前記判断結果(Ｓ４０２)、前記交流電力出力部２０４に電気自動車が連結されていると、前記充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３を放電させて、前記内部バッテリ１０３に貯蔵された直流電力を出力する(Ｓ４０３)。
以後、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が逆方向動作するようにする。すなわち、充電制御部１０８は、前記逆方向動作する両方向電力変換部１０２が、直流-交流コンバータとして動作するようにする(Ｓ４０４)。
そして、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２を介して変換された交流電力を、前記交流電力出力部２０４に出力する(Ｓ４０５)。
以後、充電制御部１０８は、前記交流電力出力部２０４を介して出力される交流電力により、前記交流電力出力部２０４に連結された電気自動車の充電が行われるようにする(Ｓ４０６)。
このために、充電制御部１０８は、前記第１のスイッチ１０４が前記内部バッテリ１０３と接触するように、電力経路を形成し、前記第２のスイッチ１０６が前記３相交流電力入力ラインと接触するように、電力経路を形成する。
次に、図８を参照すると、充電制御部１０８は、前記のように充電条件を確認する(Ｓ５０１)。
そして、充電制御部１０８は、前記確認した充電条件が、第５の充電条件を満たしているか否かを判断する(Ｓ５０２)。
即ち、充電制御部１０８は、現在連結されている電気自動車が存在しなく、前記内部バッテリ１０３がフル充電状態であるか否かを判断する。
前記判断結果(Ｓ５０２)、前記連結されている電気自動車が存在しなく、前記内部バッテリ１０３がフル充電状態であると、前記充電制御部１０８は、前記内部バッテリ１０３を放電させて、前記内部バッテリ１０３に貯蔵された直流電力を出力する(Ｓ５０３)。
以後、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２が逆方向動作するようにする。すなわち、充電制御部１０８は、前記逆方向動作する両方向電力変換部１０２が、直流-交流コンバータとして動作するようにする(Ｓ５０４)。
そして、充電制御部１０８は、前記両方向電力変換部１０２を介して変換された交流電力を出力し(Ｓ５０５)、前記変換された交流電力を電力系統に回生させる(Ｓ５０６)。
このために、充電制御部１０８は、前記第１のスイッチ１０４が前記内部バッテリ１０３と接触するように、電力経路を形成し、前記第２のスイッチ１０６が前記３相交流電力入力ラインと接触するように、電力経路を形成する。
また、以上では、本発明の望ましい実施形態について示しているが、本発明は、上述した特定の実施形態に限定されなく、請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなく、当該発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって、様々な変形実施が可能であることは勿論、これらの変形実施は、本発明の技術的思想や見込みから個別的に理解されてはいけない。
１００ 充電装置
１０１ 入力フィルタ
１０２ 両方向電力変換部
１０３ 内部バッテリ
１０４ 第１のスイッチ
１０５ 第１の直流電力出力部
１０６ 第２のスイッチ
１０７ 第２の直流電力出力部
１０８ 充電制御部
２０１ 入力フィルタ
２０２ 両方向電力変換部
２０３ 内部バッテリ
２０４ 交流電力出力部
２０５ 充電制御部

Claims (15)

  1. 電気自動車のバッテリに電力を供給する充電装置であって、
    一端が電力系統、他端がエネルギ貯蔵部に連結される３対のスイッチング素子群で構成され、正方向動作時に、前記一端を介して入力される交流電力を直流電力に変換して、前記他端に出力し、第１の逆方向動作時に、前記他端を介して入力される直流電力を複数の直流電力に変換して、前記一端に出力する両方向電力変換部と、
    前記両方向電力変換部の他端に連結され、前記両方向電力変換部の他端を介して出力される直流電力を貯蔵するエネルギ貯蔵部と、
    前記電力系統と前記両方向電力変換部の一端間に設けられ、前記第１の逆方向動作時に、前記両方向電力変換部の一端を介して出力される直流電力を、外部に出力するマルチ直流電力出力部と、
    前記充電装置の充電条件を感知し、前記感知した充電条件が第１の条件であると、前記両方向電力変換部を正方向動作させて、前記エネルギ貯蔵部の充電が行われるようにし、前記感知した充電条件が第２の条件であると、前記両方向電力変換部を第１の逆方向動作させて、前記マルチ直流電力出力部を介して前記直流電力が出力されるように制御する充電制御部とを含み、
    前記両方向電力変換部は、
    前記第１の逆方向動作時に、前記３対のスイッチング素子群のそれぞれが、バック-コンバータとして動作して、前記直流電力を他のレベルの直流電力に変換することを特徴とする充電装置。
  2. 前記両方向電力変換部は、
    前記正方向動作時に、交流-直流コンバータとして動作し、前記第１の逆方向動作時に、複数のバック-コンバータとして動作することを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
  3. 前記電力系統は、３相交流電力を供給し、
    前記３対のスイッチング素子群は、
    前記電力系統の第１の相と連結される一対の第１のスイッチング素子群と、
    前記電力系統の第２の相と連結される一対の第２のスイッチング素子群と、
    前記電力系統の第３の相と連結される一対の第３のスイッチング素子群と、を含み、
    前記第１乃至第３のスイッチング素子群のそれぞれは、
    前記第１の逆方向動作時に、バック-コンバータとして動作し、前記エネルギ貯蔵部に貯蔵された直流電力を、他のレベルの直流電力にそれぞれ変換することを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
  4. 一端が前記両方向電力変換部の一端に連結され、他端が前記３相交流電力の入力ラインと、前記マルチ直流電力出力部とのいずれかに選択的に連結される第１のスイッチを、更に含むことを特徴とする請求項３に記載の充電装置。
  5. 前記両方向電力変換部の他端と連結されて、前記両方向電力変換部を介して変換された直流電力を、外部に出力する直流電力出力部を、更に含み、
    前記出力される直流電力は、
    前記第１の逆方向動作時に、前記両方向電力変換部を介して変換された直流電力よりも高いレベルを有することを特徴とする請求項４に記載の充電装置。
  6. 一端が、前記両方向電力変換部の他端に連結され、他端が、前記エネルギ貯蔵部及び直流電力出力部のいずれかに選択的に連結されて、前記変換された直流電力が、前記エネルギ貯蔵部及び直流電力出力部のいずれかに出力されるようにする第２のスイッチを、更に含むことを特徴とする請求項５に記載の充電装置。
  7. 前記電力系統と両方向電力変換部との間に設けられ、前記電力系統を介して入力される交流電力に含まれたノイズを除去して、前記両方向電力変換部の一端に供給する入力フィルタを、更に含むことを特徴とする請求項６に記載の充電装置。
  8. 前記両方向電力変換部は、
    第２の逆方向動作時に、前記他端に介して入力される直流電力を交流電力に変換して、一端に出力する直流-交流コンバータとして動作し、
    前記第１のスイッチは、
    前記両方向電力変換部の第１の逆方向動作時に、前記直流電力出力部と、前記両方向電力変換部の一端間を連結し、
    前記両方向電力変換部の第２の逆方向動作時に、前記３相交流電力の入力ラインと、前記両方向電力変換部の一端間を連結することを特徴とする請求項６又は７に記載の充電装置。
  9. 前記３相交流電力の入力ラインに連結され、
    前記第２の逆方向動作時に、前記両方向電力変換部の一端を介して供給される交流電力を、外部の電気自動車に出力する交流電力出力部を、更に含むことを特徴とする請求項８に記載の充電装置。
  10. 両方向電力変換部を含む充電装置の動作方法であって、
    既設定された充電条件を確認するステップと、
    前記確認された充電条件が第１の条件を満たすと、前記両方向電力変換部の正方向動作によって、電力系統から供給される交流電力を、１つの単一直流電力に変換して、内部バッテリを充電させるステップと、
    前記確認された充電条件が第２の条件を満たすと、前記両方向電力変換部の正方向動作によって、前記変換された単一直流電力を、既連結された電気自動車に供給するステップと、
    前記確認された充電条件が第３の条件を満たすと、前記両方向電力変換部の逆方向動作によって、前記内部バッテリに充電された単一直流電力を、複数の直流電力に変換して、少なくとも１つの電気自動車に供給するステップとを含むことを特徴とする充電装置の動作方法。
  11. 前記充電条件は、
    電力料金単価、前記内部バッテリの充電状態、及び前記電気自動車の連結可否状態の少なくとも１以上を含むことを特徴とする請求項１０に記載の充電装置の動作方法。
  12. 前記第３の条件で、両方向電力変換部に含まれる複数のスイッチング素子群のそれぞれは、前記直流電力を、他のレベルの直流電力に変換するバックコンバータとして動作することを特徴とする請求項１１に記載の充電装置の動作方法。
  13. 前記確認された充電条件が第４の条件を満たすと、前記内部バッテリに貯蔵された直流電力を交流電力に変換して、電気自動車に出力するステップを、更に含み、
    前記第４の条件で前記両方向電力変換部は、第２の逆方向動作して、直流-交流コンバータとして動作することを特徴とする請求項１２に記載の充電装置の動作方法。
  14. 前記確認された充電条件が第５の条件を満たすと、前記内部バッテリに貯蔵された直流電力を交流電力に変換して、電力系統に回生するステップを、更に含み、
    前記第５の条件で前記両方向電力変換部は、第２の逆方向動作して、直流-交流コンバータとして動作することを特徴とする請求項１３に記載の充電装置の動作方法。
  15. 前記第１の条件は、現在連結されている電気自動車が存在していなく、かつ、電力料金単価が既設定された基準料金の以下である条件であり、
    前記第２の条件は、正方向動作する両方向電力変換部の出力端に、電気自動車が連結されている条件であり、
    前記第３の条件は、第１の逆方向動作する両方向電力変換部の出力端に、電気自動車が連結されている条件であり、
    前記第４の条件は、第２の逆方向動作する両方向電力変換部の出力端に、電気自動車が連結されている条件であり、
    前記第５の条件は、現在連結されている電気自動車が存在していなく、かつ、内部バッテリがフル充電状態である条件を含むことを特徴とする請求項１４に記載の充電装置の動作方法。
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