JP5682702B2 - 電力変換設備、電動車両および電動車両の充電システム - Google Patents

Description

この発明は、電力変換設備、電動車両および電動車両の充電システムに関し、より特定的には、車両外部の電力変換設備を利用した電動車両の車載蓄電装置の充電に関する。

二次電池に代表される蓄電装置からの電力によって走行用電動機を駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両の開発が進められている。これらの電動車両では、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によって車載蓄電装置を充電する構成が提案されている。以下では、外部電源による車載蓄電装置の充電を単に「外部充電」とも称する。

特開平８−８８９０８号公報（特許文献１）には、商用電源から絶縁トランスを介して電動車両の車載蓄電装置を充電するための充電装置の構成が記載されている。特許文献１に記載されるように、外部充電の際には、車載蓄電装置および外部電源の間を絶縁トランスによって絶縁することが、安全上好ましい。

特許文献１の充電装置は、走行用インバータにダイオードアームが追加された構成を有する。当該ダイオードアームおよびインバータの１アームを用いて、商用電源からの交流電力が、蓄電装置を充電するための直流電力に変換される。特許文献１の構成では、電動車両の搭載部品（走行用インバータ）の構成の一部を外部充電にも用いることによって、充電装置を小型化することができる。

特開平８−８８９０８号公報

近年、クリーンエネルギによる発電設備として、太陽電池や燃料電池を直流電力源とした、太陽光発電システムや燃料電池システム等の適用が拡大している。あるいは、定置型二次電池を直流電力源として、系統電源と同等の交流電力を発生するシステムの開発も進められている。

これらのシステムでは、直流電力源からの直流電力を交流電力に変換するためのパワーコンディショナと呼ばれる電力変換設備が設けられる。したがって、電動車両の外部充電についても、上述の電力変換設備と連携させることによって、車両側の構成を簡略化できる可能性がある。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、直流電力源および系統電源の間で電力変換を行なうための電力変換設備を利用して、電動車両の車載蓄電装置を充電するための効率的な構成を提供することである。

この発明のある局面では、電動車両の充電システムは、直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備と、蓄電装置を搭載した電動車両とを含む。電力変換設備は、インバータと、第１の開閉器と、絶縁トランスと、コネクタとを含む。インバータは、直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するように構成される。第１の開閉器は、第１の電力線とインバータとの間に接続される。絶縁トランスは、第２の電力線と系統電源との間に接続される。コネクタは、第１の電力線と電気的に接続される。電動車両は、充電インレットと、コンバータとを含み。充電インレットは、充電ケーブルによって第１の電力線と電気的に接続される。コンバータは、充電インレットに伝達された直流電力を蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。電力変換設備は、制御部をさらに含む。制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、第１の開閉器を閉成するとともに、系統電源からの交流電力を直流電力に変換して第１の電力線に出力するようにインバータを制御するように構成される。

好ましくは、電力変換設備は、第２の開閉器をさらに含む。第２の開閉器は、絶縁トランスをバイパスするように系統電源および第２の電力線の間に設けられる。制御部は、系統電源および蓄電装置の間で電力が授受されているときには第２の開閉器を開放する。

さらに好ましくは、制御部は、系統電源および蓄電装置の間で電力が授受されていない場合には、直流電力源からの直流電力を系統電源の交流電力に変換するようにインバータを制御する際に第２の開閉器を閉成する。

また好ましくは、電力変換設備は、第３の開閉器をさらに含む。第３の開閉器は、直流電力源と第１の電力線との間に接続される。制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、直流電力源からの供給電力が閾値よりも小さいときには、第３の開閉器を開放する。

あるいは好ましくは、制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置の電力を用いて交流電力を発生する場合に、第１の開閉器を閉成するとともに、蓄電装置から第１の電力線に出力された直流電力を、系統電源の交流電力に変換して第２の電力線に出力するようにインバータを制御する。

好ましくは、制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、ユーザからの指示に応じて、第１の開閉器を開放するとともにインバータを停止し、直流電力源からの電力を第１の電力線に出力するように電力変換設備を制御する。

この発明の他の局面では、直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備であって、第１の開閉器と、インバータと、絶縁トランスと、コネクタと、制御部を含む。インバータは、直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するように構成される。第１の開閉器は、第１の電力線とインバータとの間に接続される。絶縁トランスは、第２の電力線と系統電源との間に接続される。コネクタは、第１の電力線と電気的に接続されるとともに、充電ケーブルによって電動車両の充電インレットと電気的に接続可能に構成される。さらに、コネクタは、充電ケーブルによって充電インレットと接続されることによって、電動車両に搭載された蓄電装置とさらに電気的に接続される。制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、第１の開閉器を閉成するとともに、系統電源からの交流電力を直流電力に変換して第１の電力線に出力するようにインバータを制御する。

好ましくは、電力変換設備は、第２の開閉器をさらに含む。第２の開閉器は、絶縁トランスをバイパスするように系統電源および第２の電力線の間に設けられる。制御部は、系統電源および蓄電装置の間で電力が授受されているときには第２の開閉器を開放する。

さらに好ましくは、制御部は、系統電源および蓄電装置の間で電力が授受されていない場合には、直流電力源からの直流電力を系統電源の交流電力に変換するようにインバータを制御する際に第２の開閉器を閉成する。

好ましくは、電力変換設備は、第３の開閉器をさらに含む。第３の開閉器は、直流電力源と第１の電力線との間に接続される。制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、直流電力源からの供給電力が閾値よりも小さいときには、第３の開閉器を開放する。

また好ましくは、制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置の電力を用いて交流電力を発生する場合に、第１の開閉器を閉成するとともに、蓄電装置から第１の電力線に出力された直流電力を、系統電源の交流電力に変換して第２の電力線に出力するようにインバータを制御する。

あるいは好ましくは、制御部は、コネクタが充電インレットと電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、ユーザからの指示に応じて、第１の開閉器を開放するとともにインバータを停止して、直流電力源からの電力を第１の電力線に出力するように電力変換設備を制御する。

この発明のさらに他の局面では、電動車両は、蓄電装置と、充電インレットと、コンバータと、制御部とを含む。充電インレットは、充電ケーブルによって、直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備のコネクタに対して電気的に接続可能に構成される。第１の電力変換器は、充電インレットに伝達された直流電力を蓄電装置の充電電力に変換するように構成される。制御部は、電力変換設備に対して蓄電装置の充電を要求するように構成される。そして、制御部は、充電インレットおよびコネクタが充電ケーブルによって電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、電力変換設備に対して、直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、絶縁トランスを介して系統電源と接続された第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータを、系統電源からの交流電力を直流電力に変換して第１の電力線に出力するように制御すること、ならびに、第１の電力線およびインバータの間に接続された第１の開閉器を閉成することを要求する。

好ましくは、制御部は、コネクタおよび充電インレットが充電ケーブルによって電気的に接続されている状態で蓄電装置の電力を用いて交流電力を発生する場合に、電力変換設備に対して、第１の開閉器を閉成すること、ならびに、蓄電装置から第１の電力線に出力された直流電力を、系統電源の交流電力に変換して第２の電力線に出力するようにインバータを制御することを要求する。

また好ましくは、制御部は、系統電源および蓄電装置の間で電力が授受されているときには、電力変換設備に対して、絶縁トランスをバイパスするように系統電源および第２の電力線の間に設けられた第２の開閉器を開放することを要求する。

さらに好ましくは、制御部は、系統電源および蓄電装置の間で電力が授受されていない場合には、電力変換設備に対して、直流電力源からの直流電力を系統電源の交流電力に変換するようにインバータを制御する際に第２の開閉器を閉成することを要求する。

また好ましくは、制御部は、コネクタおよび充電インレットが電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合に、直流電力源からの供給電力が閾値よりも小さいときには、電力変換設備に対して、直流電力源と第１の電力線との間に接続された第３の開閉器を開放するように要求する。

あるいは好ましくは、第１の電力変換ユニットは、第３の電力線と蓄電装置との間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。電動車両は、第１の開閉素子と、車両駆動力を発生するための電動機と、第２の電力変換ユニットと、第２の開閉素子とをさらに含む。第１の開閉素子は、充電インレットおよび第３の電力線の間に接続される。第２の電力変換ユニットは、第３の電力線および電動機の間で双方向の電力変換を実行することによって電動機の出力を制御するように構成される。第２の開閉素子は、第３の電力線および電力変換器の間に接続される。

好ましくは、制御部は、コネクタおよび充電インレットが電気的に接続されている状態で蓄電装置を充電する場合には、ユーザからの指示に応じて、第１の開閉器を開放するとともにインバータを停止し、直流電力源からの電力を第１の電力線に出力するように、電力変換設備に対して要求する。

この発明によれば、直流電力源および系統電源の間で電力変換を行なうための電力変換設備を利用して、電動車両の車載蓄電装置を充電するための効率的な構成を提供することができる。

本発明の実施の形態１による電動車両の充電システムの構成を説明するブロック図である。 本発明の実施の形態１による充電システムにおける電力変換設備での制御処理を説明するフローチャートである。 本発明の実施の形態１による充電システムにおける電動車両での制御処理を説明するフローチャートである 本発明の実施の形態２による電動車両の充電システムの構成を説明するブロック図である。 絶縁トランスをバイパスするためのリレーの制御処理を説明する第１のフローチャートである。 絶縁トランスをバイパスするためのリレーの制御処理を説明する第２のフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則として繰返さないものとする。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による電動車両の充電システムの構成を説明するブロック図である。

図１を参照して、電動車両の充電システム１０は、電動車両１００および電力変換設備２００を含む。電力変換設備２００は、電動車両１００の外部に設置される。

電動車両１００は、メインバッテリ１１０と、制御装置１０５と、コンバータ１２０と、インバータ１２５と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０とを含む。

制御装置１０５は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを内蔵した電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成される。ＥＣＵは、当該メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、各センサによる検出値を用いた演算処理を行なうように構成される。あるいは、ＥＣＵの少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。制御装置１０５に対しては、電動車両１００に設けられた、スイッチやタッチパネル等の図示しない操作端から各種のユーザ要求を入力することが可能である。また、制御装置１０５は、図示しない複数のセンサの出力によって、種々の車両状態を検知することが可能である。

メインバッテリ１１０は、電動車両１００に搭載された「蓄電装置」の一例として示される。たとえば、メインバッテリ１１０の出力電圧は、２００Ｖ程度である。メインバッテリ１１０は、代表的には、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタ等の組合せ等によって「蓄電装置」を構成してもよい。

コンバータ１２０は、メインバッテリ１１０の電圧および電力線ＰＬ１の直流電圧ＶＨの間で、双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。図１の例では、コンバータ１２０は、電力用半導体スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、逆並列ダイオードＤ１，Ｄ２およびリアクトルＬ１を含む、いわゆる昇圧チョッパにより構成される。電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」とも称する）としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタあるいは電力用バイポーラトランジスタ等の、オンオフが制御可能な任意の素子を用いることができる。

平滑コンデンサＣ１は、メインバッテリ１１０およびコンバータ１２０の間に配置されて、直流電圧／電流に重畳された高調波成分を除去する。

モータジェネレータ１３０は、たとえば永久磁石型の三相同期電動機で構成される。インバータ１２５は、一般的な三相コンバータの構成を有する。インバータ１２５は、モータジェネレータ１３０が動作指令（代表的にはトルク指令値）に従って動作するように、電力線ＰＬ２上の直流電力と、モータジェネレータ１３０に供給される交流電力との間で、双方向の直流／交流電力変換を実行する。すなわち、モータジェネレータ１３０の出力トルクは、インバータ１２５によって制御される。

モータジェネレータ１３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギヤ１４０を介して、駆動輪１５０に伝達されて、電動車両１００を走行させる。また、モータジェネレータ１３０は、電動車両１００の回生制動時には、駆動輪１５０の回転力によって発電する。この発電電力は、インバータ１２５によって直流電力に変換される。この直流電力は、コンバータ１２０を介して、メインバッテリ１１０の充電に用いられる。

なお、モータジェネレータ１３０のほかにエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、電動車両１００の必要な車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いてメインバッテリ１１０を充電することも可能である。このように、電動車両１００は、走行用電動機および蓄電装置を搭載する車両を包括的に示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車と、エンジンを搭載しない電気自動車および燃料電池車等との両方を含むものである。

電動車両１００は、さらに、充電インレット１９０と、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２と、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２とを含む。

充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２は、電力線ＰＬ１および接地配線ＧＬ１と、充電インレット１９０との間に配置される。充電インレット１９０は、充電ケーブル３００によって、電力変換設備２００と電気的に接続可能に構成される。

システムリレーＳＲ１は、電力線ＰＬ１と、インバータ１２５と接続される電力線ＰＬ２との間に配置される。システムリレーＳＲ２は、接地配線ＧＬ１と、インバータ１２５と接続される接地配線ＧＬ２との間に配置される。システムリレーＳＲ１，ＳＲ２の閉成時には、平滑コンデンサＣ０によって、インバータ１２５の直流リンク電圧が平滑化される。なお、平滑コンデンサＣ０をシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２よりも前段（メインバッテリ側）に配置することにより、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２が開放された状態でのメインバッテリ１１０の充放電時にも、平滑コンデンサＣ０を活用することが可能となる。

なお、本実施の形態において、各リレーは、「開閉器」あるいは「開閉素子」の代表例として示される。すなわち、開放および閉成を制御可能な任意の素子を、リレーに代えて用いることができる。

制御装置１０５は、ユーザ要求および車両状態に基づいて、電動車両１００が適切に走行するように、電動車両１００の各搭載機器を制御する。図１の構成では、制御装置１０５は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２およびシステムリレーＳＲ１，ＳＲ２の開閉を制御するとともに、コンバータ１２０およびインバータ１２５の動作を制御する。

電動車両１００の走行時には、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２が開放される一方で、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２が閉成される。これにより、メインバッテリ１１０と、電力線ＰＬ２との間が電気的に接続されるため、メインバッテリ１１０の充放電を伴って、モータジェネレータ１３０による走行が可能となる。一方で、走行時には、充電インレット１９０を、メインバッテリ１１０から電気的に切離すことができる。

電動車両１００の外部充電時には、充電インレット１９０が、充電ケーブル３００によって、電力変換設備２００のコネクタ２９０と電気的に接続される。具体的には、充電ケーブル３００のコネクタ３１０が、電力変換設備２００のコネクタ２９０と正常に接続され、かつ、充電ケーブル３００のコネクタ３２０が充電インレット１９０と正常に接続されることによって、電力変換設備２００のコネクタ２９０および充電インレット１９０が電気的に接続されるように、充電ケーブル３００が構成される。充電ケーブル３００が正常に接続された際には、コネクタ２９０および充電インレット１９０が電気的に接続された状態であることを示す信号（図示せず）が、少なくとも制御装置１０５に対して入力される。

外部充電時には、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２が閉成される一方で、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２が開放される。これにより、電力線ＰＬ２および接地配線ＧＬ２以降の車両走行系の機器（インバータ１２５およびモータジェネレータ１３０等）を電気的に切離した上で、電力変換設備２００とメインバッテリ１１０との間に電気経路を形成することができる。

さらに、制御装置１０５は、少なくとも外部充電の際に、後述する電力変換設備２００内の制御装置２０５との間で、情報あるいはデータを相互に通信できるように構成されている。

次に、電力変換設備２００の構成について説明する。電力変換設備２００は、直流電力源２１０および系統電源４００の間に配置される。

直流電力源２１０は、代表的には、太陽電池や燃料電池等のクリーンエネルギによって直流電力を発生する電力源である。あるいは、定置型二次電池のように、電力を一時的に蓄える装置を直流電力源２１０として用いることも可能である。直流電力源２１０は、直流電圧Ｖｐｖを出力する。

系統電源４００は、商用交流電源により構成される。以下では、系統電源４００によって供給される交流電力の電圧は、交流電圧Ｖｓｙｓで示される。

電力変換設備２００は、コンバータ２２０と、インバータ２３０と、絶縁トランス２４０と、制御装置２０５とを含む。

制御装置２０５は、制御装置１０５と同様に、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成される。制御装置１０５および制御装置２０５は、情報・データ等を相互に通信可能に構成されている。制御装置１０５および２０５の間の通信経路は、無線によって構成されてもよく、充電ケーブル３００の接続時に、いわゆる電力線通信によって形成されてもよい。

制御装置２０５に対しては、電力変換設備２００に設けられた、スイッチやタッチパネル等の図示しない操作端から各種のユーザ要求を入力することが可能である。

コンバータ２２０は、直流電力源２１０の出力電圧Ｖｐｖと、電力線ＰＬａの直流電圧との間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成される。たとえば、コンバータ２２０は、コンバータ１２０と同様に昇圧チョッパにより構成される。すなわち、コンバータ２２０は、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂ、逆並列ダイオードＤａ，ＤｂおよびリアクトルＬ２を有するように構成される。

なお、直流電力源２１０が充電されないシステム構成のときには、コンバータ２２０は、直流電力源２１０から電力線ＰＬａへ向かう単一方向の直流電圧変換を行うように構成されてもよい。この際には、スイッチング素子Ｑａの配置を省略して、上アームをダイオードＤａのみとする回路構成を適用することができる。あるいは、直流電力源２１０の出力電圧Ｖｐｖが安定的なものであるシステム構成のときには、コンバータ２２０の配置を省略してもよい。

電力線ＰＬａおよび電力線ＰＬｂの間には、リレーＲＰＶが配置される。リレーＲＰＶの開閉は、制御装置２０５により制御される。リレーＲＰＶを開放することにより、コンバータ２２０および直流電力源２１０を、電力線ＰＬｂから電気的に切離すことができる。

電力線ＰＬｂおよび接地配線ＧＬａの間には、平滑コンデンサＣ２が接続される。平滑コンデンサＣ２は、電力線ＰＬｂの直流電圧ＶＩの高調波成分を除去する。

インバータ２３０は、電力線ＰＬｃおよび電力線ＰＬｄの間で双方向の直流／交流電力変換を実行するように構成される。たとえば、インバータ２３０は、スイッチング素子Ｑｃ〜Ｑｆにより構成されるフルブリッジ回路からなる。スイッチング素子Ｑｃ〜Ｑｆには、逆並列ダイオードＤｃ〜Ｄｆがそれぞれ接続されている。

絶縁トランス２４０は、電力線ＰＬｄおよび系統電源４００の間に接続される。系統電源４００の交流電圧Ｖｓｙｓと、電力線ＰＬｄの交流電圧Ｖａｃとの間の電圧振幅比は、絶縁トランス２４０の巻数比に従ったものとなる。

電力線ＰＬｂおよび電力線ＰＬｃの間には、リレーＲＡＣ１が配置される。同様に、接地配線ＧＬａおよび接地配線ＧＬｃの間には、リレーＲＡＣ２が配置される。リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２の開閉は、制御装置２０５によって制御される。リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を開放することにより、インバータ２３０および系統電源４００を、電力線ＰＬｂから電気的に切離すことができる。

コネクタ２９０は、電力線ＰＬｂおよび接地配線ＧＬａと電気的に接続される。コネクタ２９０は、充電ケーブル３００のコネクタ３１０と電気的に接続可能に構成される。充電ケーブル３００によって、コネクタ２９０および充電インレット１９０が電気的に接続されると、電力線ＰＬｂの直流電力を、電動車両１００へ伝達することができる。反対に、電動車両１００からの直流電力を電力線ＰＬｂへ伝達することもできる。

コンバータ２２０は、リレーＲＰＶが閉成されているときに、制御装置２０５により動作を制御される。具体的には、制御装置２０５からの制御信号に応答してスイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのオンオフ比（デューティ比）が制御されることにより、電圧比（ＶＩ／Ｖｐｖ）が制御される。一方、コンバータ２２０は、リレーＲＰＶが開放されているときには、制御装置２０５によって停止される。この状態では、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂがオフに固定される。

インバータ２３０は、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２が閉成されているときに、制御装置２０５により動作を制御される。インバータ２３０は、電力線ＰＬｄの交流電力（交流電圧Ｖａｃ）を直流電力（直流電圧ＶＩ）に変換して電力線ＰＬｃに出力する第１の電力変換動作と、電力線ＰＬｃの直流電力を交流電力に変換して電力線ＰＬｄに出力する第２の電力変換動作との一方を選択的に実行できる。

第１の電力変換動作では、制御装置２０５は、スイッチング素子Ｑｃ〜Ｑｆのデューティ制御によって、電力線ＰＬｃに出力される直流電圧（電流）を制御することができる。同様に、第２の電力変換動作では、制御装置２０５は、スイッチング素子Ｑｃ〜Ｑｆのデューティ制御によって、電力線ＰＬｄに出力される交流電圧（電流）の位相および振幅を制御することができる。なお、インバータ２３０は、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２が開放されているときには、制御装置２０５によって停止される。この状態では、スイッチング素子Ｑｃ〜Ｑｆがオフに固定される。

なお、図示を省略しているが、電動車両１００および電力変換設備２００の内部における各部位の電圧および電流は、適宜センサを設けることによって、制御装置１０５，２０５によって検知することが可能である点について確認的に記載する。

図１の構成において、電力変換設備２００において、電力線ＰＬｂは「第１の電力線」に対応し、電力線ＰＬｄは「第２の電力線」に対応する。また、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２は「第１の開閉器」に対応し、リレーＲＰＶは「第３の開閉器」に対応する。電動車両１００において、電力線ＰＬ１は「第３の電力線」に対応し、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２は「第１の開閉素子」に対応し、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は「第２の開閉素子」に対応する。また、コンバータ１２０は「第１の電力変換ユニット」に対応し、インバータ１２５は「第２の電力変換ユニット」に対応する。

次に、充電システム１０の動作について説明する。
電力変換設備２００は、本来は、直流電力源２１０からの直流電力を、系統電源４００と同等の交流電力に変換するための、いわゆるパワーコンディショナとしての機能を有するものである。したがって、上記車両充電モードおよび車両発電モードのいずれも選択されていない場合における、電力変換設備２００の通常動作は、以下のとおりである。

制御装置２０５によって、リレーＲＰＶ，ＲＡＣ１，ＲＡＣ２が閉成される。そして、コンバータ２２０は、制御装置２０５によるデューティ制御に従って、直流電力源２１０の出力電圧Ｖｐｖを直流電圧ＶＩに変換して、電力線ＰＬｂへ出力する。インバータ２３０は、電力線ＰＬｂの直流電圧ＶＩを交流電圧Ｖａｃに変換して、電力線ＰＬｄに出力するように動作する。交流電圧Ｖａｃの振幅および位相は、制御装置２０５によるスイッチング素子Ｑｃ〜Ｑｆのオンオフ制御によって調整される。そして、電力線ＰＬｄの交流電圧Ｖａｃは、絶縁トランス２４０を介して交流電圧Ｖｓｙｓに変換される。これにより、系統電源４００と同等の交流電力が、電力変換設備２００から出力される。以下では、直流電力源２１０からの直流電力を交流電力に変換して、系統電源４００へ出力する動作状態を「通常モード」とも称する。

本発明の実施の形態１による電動車両の充電システム１０では、充電ケーブル３００によって電動車両１００および電力変換設備２００が接続された状態で、電力変換設備２００からの電力によって、電動車両１００のメインバッテリ１１０を充電することができる。以下で、このような動作状態を「車両充電モード」とも称する。

また、電動車両１００および電力変換設備２００が電気的に接続された状態で、充電システム１０は、メインバッテリ１１０の電力を用いて、系統電源４００と同等の交流電力を出力するように動作することも可能である。以下では、このような動作状態を「車両発電モード」とも称する。

車両充電モードおよび車両発電モードの各々は、たとえば、充電ケーブル３００によって電動車両１００および電力変換設備２００が接続されている場合に、制御装置１０５および／または制御装置２０５に入力されたユーザ要求に応じて起動される。

まず、車両充電モードでの充電システム１０の動作について説明する。
電力変換設備２００は、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を閉成した状態でインバータ２３０を動作させることによって、系統電源４００からの電力を用いてメインバッテリ１１０の充電電力を発生することができる。具体的には、インバータ２３０は、電力線ＰＬｄの交流電圧Ｖａｃを、直流電圧ＶＩに変換して電力線ＰＬｃに出力するように制御される。これにより、系統電源４００からの交流電力を源とする直流電力が電力線ＰＬｂに発生され、かつ、コネクタ２９０および充電ケーブル３００を介して、充電インレット１９０へ伝達される。車両充電モードでの直流電圧ＶＩの指令値は、メインバッテリ１１０の充電に適した値に設定される。

電動車両１００では、充電インレット１９０に伝達された直流電力が、コンバータ１２０によってメインバッテリ１１０の充電電力に変換される。これにより、系統電源４００からの電力によって、メインバッテリ１１０を外部充電することができる。

一方で、電力変換設備２００は、リレーＲＰＶを閉成した状態でコンバータ２２０を動作させることによって、直流電力源２１０からの電力を用いてメインバッテリ１１０の充電電力を発生することも可能である。具体的には、コンバータ２２０は、直流電力源２１０からの直流電圧Ｖｐｖを、直流電圧ＶＩに変換して電力線ＰＬｂに出力するように制御される。これにより、直流電力源２１０からの直流電力が電力線ＰＬｂに発生され、かつ、コネクタ２９０および充電ケーブル３００を介して、充電インレット１９０へ伝達される。

リレーＲＰＶと、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２とは、制御装置２０５によって独立に制御される。リレーＲＰＶを開放し、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を閉成することにより、直流電力源２１０を用いることなく、系統電源４００の電力のみによって、メインバッテリ１１０を充電することができる。

反対に、リレーＲＰＶを閉成する一方で、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を開放することにより、系統電源４００からの電力を用いることなく、直流電力源２１０の電力のみを用いてメインバッテリ１１０を充電することもできる。この場合には、系統電源４００を用いない、すなわち、電気料金が発生しない外部充電（以下、「エコ充電」とも称する）が実現できる。

あるいは、リレーＲＰＶとリレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２との両方を閉成することによって、系統電源４００からの電力および直流電力源２１０からの電力の両方を用いて、メインバッテリ１１０を外部充電することも可能である。

次に、車両発電モードでの充電システム１０の動作について説明する。
電動車両１００において、制御装置１０５は、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２を閉成するとともに、コンバータ１２０を動作させる。一方で、システムリレーＳＲ１，ＳＲ２は開放される。コンバータ１２０は、制御装置１０５によって、メインバッテリ１１０の出力電圧を直流電圧ＶＨに変換して電力線ＰＬ１に出力するように制御される。電力線ＰＬ１の直流電圧ＶＨは、充電インレット１９０および充電ケーブル３００を介して、電力変換設備２００のコネクタ２９０へ伝達される。

電力変換設備２００では、電力線ＰＬｂの直流電圧ＶＩが、電動車両１００からの直流電圧ＶＨと同等となる。制御装置２０５は、少なくともリレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を閉成するとともに、インバータ２３０を動作させる。インバータ２３０は、通常モードと同様に、電力線ＰＬｂの直流電圧ＶＩ（ＶＩ＝ＶＨ）を交流電圧Ｖａｃに変換して、電力線ＰＬｄに出力するように動作する。そして、電力線ＰＬｄの交流電圧Ｖａｃは、絶縁トランス２４０を介して交流電圧Ｖｓｙｓに変換される。これにより、電力変換設備２００は、電動車両１００のメインバッテリ１１０の電力を用いて、通常モードと同等の交流電力を発生することができる。

なお、車両発電モードでは、リレーＲＰＶを閉成することによって、直流電力源２１０からの電力、および、電動車両１００（メインバッテリ１１０）からの電力の両方を用いて交流電力を発生することも可能である。あるいは、リレーＲＰＶを開放することによって、直流電力源２１０からの電力を用いることなく、電動車両１００（メインバッテリ１１０）からの電力のみによって交流電力を発生することも可能である。

実施の形態１による充電システム１０では、通常動作モードのみが適用される場合には必須ではない、絶縁トランス２４０およびリレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２が、電力変換設備２００に設けられている。これにより、電動車両１００の搭載部品を増やすことなく、電力変換設備２００の回路要素を共有することによって、絶縁トランスによる絶縁が確保されたメインバッテリ１１０の外部充電を実現することができる。

次に、図１に示した充電システム１０での具体的な制御処理の例について説明する。
図２には、実施の形態１による充電システムにおける電力変換設備２００での制御が示される。図２のフローチャートに示される各ステップは、制御装置２０５によるソフトウェア処理および／またはハードウェア処理により実行されるものとする。制御装置２０５は、所定周期ごとに図２のフローチャートによる制御処理を実行する。

図２を参照して、制御装置２０５は、ステップＳ１００により、充電ケーブル３００によって電動車両１００が電力変換設備２００に接続されているかどうかを判定する。ステップＳ１００による判定は、充電ケーブル３００の接続状態に基づいて判定される。たとえば、充電ケーブル３００が電力変換設備２００のコネクタ２９０および充電インレット１９０と正常に接続されていることを示す信号が、充電ケーブル３００または制御装置１０５から制御装置２０５へ入力されると、ステップＳ１００は、ＹＥＳ判定とされる。

制御装置２０５は、電動車両１００が接続されているとき（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１１０により、車両充電モードが選択されているかどうかを判定する。車両充電モードが選択されていないとき（Ｓ１１０のＮＯ判定時）には、制御装置２０５は、さらにステップＳ１２０により、車両発電モードが選択されているかどうかを判定する。

なお、メインバッテリ１１０が充電不能あるいは発電不能な状態である場合には、ユーザ要求があっても、車両充電モードおよび車両発電モードは選択されない。すなわち、ステップＳ１１０，Ｓ１２０において、車両充電モードまたは車両発電モードが選択されているときには、メインバッテリ１１０が充電可能または発電可能な状態であることを示しているものとする。

制御装置２０５は、車両充電モードが選択されているとき（Ｓ１１０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ１３０に処理を進めて、外部充電のための充電電力指令を設定する。たとえば、制御装置１０５から送信された充電電力要求値に基づいて、電力変換設備２００での充電電力指令が演算される。たとえば、電動車両１００側では、メインバッテリ１１０のＳＯＣ（State of Charge）に基づいて、充電電力要求値を設定することができる。

制御装置２０５は、さらにステップＳ１４０により、エコ充電が指定されるエコ充電モードが選択されているかどうかを判定することができる。エコ充電モードは、電動車両１００側で制御装置１０５に入力されたユーザ要求および／または電力変換設備２００側で制御装置２０５に入力されたユーザ要求に基づいて選択される。

制御装置２０５は、エコ充電モードが選択されているとき（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１５０により、リレーＲＡＣ１およびＲＡＣ２を開放する一方でリレーＲＰＶを閉成する。さらに、制御装置２０５は、ステップＳ１６０により、インバータ２３０を停止する。これにより、系統電源４００から電力線ＰＬｂへの電力供給経路が遮断される。

さらに、制御装置２０５は、ステップＳ１７０により、直流電力源２１０の出力電圧Ｖｐｖとメインバッテリ１１０の充電に必要な電圧Ｖｃｈとを比較する。Ｖｃｈは、メインバッテリ１１０のＳＯＣあるいは電圧に応じて設定することができる。

Ｖｐｖ＞Ｖｃｈのとき（Ｓ１７０のＹＥＳ判定時）には、制御装置２０５は、ステップＳ１８０に処理を進めて、コンバータ２２０を停止する。コンバータ２２０を停止しても、図１に示したダイオードＤａの経路によって、直流電力源２１０から電力線ＰＬｂへの電力供給を行うことができるからである。このような電圧条件のときには、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂをオフに固定することによって、コンバータ２２０でのスイッチング損失を発生させることなく、高効率で外部充電を実行することができる。

一方、Ｖｐｖ＜Ｖｃｈのとき（ステップＳ１７０のＮＯ判定時）には、制御装置２０５は、ステップＳ１９０に処理を進めて、コンバータ２２０を動作させる。これにより、スイッチング素子Ｑａ，Ｑｂのオンオフ制御によって、直流電力源２１０の出力電圧Ｖｐｖを昇圧した直流電圧ＶＩが、電力線ＰＬｂに出力される。このときの直流電圧ＶＩの指令値は、Ｖｃｈと同等あるいは、Ｖｃｈよりも高い電圧に設定されている。これにより、メインバッテリ１１０の充電電圧および充電電流が制御される。

このように、ステップＳ１５０〜Ｓ１９０の処理によって、エコ充電モードによる外部充電動作が実現される。

一方、制御装置２０５は、エコ充電モードが選択されていないとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２００により、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を閉成する。さらに、制御装置２０５は、ステップＳ２１０により、インバータ２３０を動作させる。インバータ２３０は、電力線ＰＬｄの交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換して電力線ＰＬｃ（ＰＬｂ）に出力するように制御される。

制御装置２０５は、さらに、ステップＳ２２０により、直流電力源２１０からの供給電力Ｐｐｖが、所定電力値Ｐ０よりも大きいかどうかを判定する。

直流電力源２１０からの供給電力Ｐｐｖが小さいときには、直流電力源２１０による電力供給の効率が低下することが懸念される。したがって、制御装置２０５は、Ｐｐｖ＜Ｐ０のとき（Ｓ２２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２５０により、リレーＲＰＶを開放するとともに、ステップＳ２６０に処理を進めてコンバータ２２０を停止する。これにより、直流電力源２１０による充電の効率が低下する領域では、系統電源４００からの電力のみでメインバッテリ１１０を充電することによって、外部充電の効率が低下することを回避する。

一方、制御装置２０５は、Ｖｐｖ＞Ｐ０のときには（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）、ステップＳ２３０によりリレーＲＰＶを閉成するとともに、ステップＳ２４０に処理を進めて、コンバータ２２０を動作させる。これにより、直流電力源２１０による充電の効率が低下しない領域では、系統電源４００からの電力および直流電力源２１０からの電力の両方を用いて、メインバッテリ１１０を速やかに充電できる。なお、ステップＳ２４０において、コンバータ２２０は、いわゆる最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）を実行するように制御されることが好ましい。このようにすると、直流電力源２１０の効率が最大となるように、直流電力源２１０からの出力電力（電流）を制御できるため、外部充電を高効率化することが期待できる。

このように、ステップＳ２００〜Ｓ２６０の処理によって、系統電源４００を用いた外部充電動作が実現される。

次に、車両発電モードが選択されているとき（Ｓ１２０のＹＥＳ判定時）の制御処理について説明する。

制御装置２０５は、車両発電モードが選択されて車両発電モードが選択されているときには、ステップＳ３００に処理を進めて、電動車両１００からの発電電力指令値を取得する。たとえば、電動車両１００側では、メインバッテリ１１０の状態（ＳＯＣ等）に基づいて、出力可能な発電電力を設定することができる。そして、ステップＳ３００では、電動車両１００での発電電力を考慮して、電力変換設備２００での発電電力指令を通常モードから修正する。

一方、車両発電モードが選択されていないとき（Ｓ１２０のＮＯ判定時）には、電力変換設備２００と、電動車両１００のメインバッテリ１１０との間で電力が授受されない。すなわち、この場合には、電力変換設備２００は、通常モードで動作する。このときには、電動車両１００による発電電力が発生しないので、ステップＳ３００の処理はスキップされる。

車両発電モードおよび通常モードのいずれであっても、制御装置２０５は、ステップＳ３１０により、リレーＲＰＶおよびリレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２を閉成する。さらに、制御装置２０５は、ステップＳ３２０により、コンバータ２２０を動作させる。コンバータ２２０は、直流電力源２１０からの出力電圧Ｖｐｖを電圧変換して、電力線ＰＬｂに出力するように制御される。なお、ステップＳ３２０においても、コンバータ２２０は、ステップＳ２４０と同様に、ＭＰＰＴ制御に従って動作することが好ましい。

さらに、制御装置２０５は、ステップＳ３３０により、インバータ２３０を動作させる。インバータ２３０は、電力線ＰＬｂの直流電力を、交流電圧Ｖａｃに変換して電力線ＰＬｄに出力するように制御される。

なお、車両発電モードでは、電動車両１００の発電電力によって、直流電力源２１０からの出力電力が不要になるケースも考えられる。このようなケースでは、直流電力源２１０からの電力供給を停止してもよい。この場合には、制御装置２０５は、ステップＳ３１０においてリレーＲＰＶを開放するとともに、ステップＳ３２０においてコンバータ２２０を停止する。

このように、ステップＳ３００〜Ｓ３３０の処理によって、電動車両１００のメインバッテリ１１０および／または直流電力源２１０からの電力を用いて、交流電力を系統電源４００へ出力する発電動作が実現される。

なお、電動車両１００が接続されていないとき（Ｓ１００のＮＯ判定時）には、電動車両１００と関連する上述の処理は実行されず、電力変換設備２００は、通常モードで動作する。

図３は、本発明の実施の形態１による充電システムにおける電動車両１００での制御処理を説明するためのフローチャートである。図３のフローチャートに示される各ステップは、制御装置１０５によるソフトウェア処理および／またはハードウェア処理により実行されるものとする。制御装置１０５は、所定周期ごとに図３のフローチャートによる制御処理を実行する。

図３を参照して、制御装置１０５は、ステップＳ４００により、充電ケーブル３００によって電動車両１００が電力変換設備２００に接続されているかどうかを判定する。ステップＳ４００による判定は、図２のステップＳ１００と同様に、充電ケーブル３００の接続状態に基づいて判定することができる。

制御装置１０５は、電動車両１００が電力変換設備２００に接続されているとき（Ｓ４００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ４１０により、メインバッテリ１１０の電力を用いた交流電力の発生、すなわち車両発電が要求されているかどうかを判定する。車両発電のユーザ要求は、電力変換設備２００側で制御装置２０５に入力されてもよいし、電動車両１００側で制御装置１０５に入力されてもよい。

制御装置１０５は、車両発電が要求されていないとき（Ｓ４１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ４２０に処理を進めて、メインバッテリ１１０の充電要否を判定する。たとえば、制御装置１０５または２０５に入力されたユーザ要求や、メインバッテリ１１０の状態（ＳＯＣ等）に応じて、ステップＳ４２０の判定は実行される。

たとえば、ユーザがメインバッテリ１１０の充電を要求しており、かつ、メインバッテリ１１０に充電可能な状態である場合には、「充電要」と判定される。一方、ユーザが要求していても、メインバッテリ１１０が充電不能な状態であるときには、「充電要」とは判定されない。なお、充電ケーブル３００による接続そのものを、ユーザによる充電要求とみなすことも可能である。

制御装置１０５は、ステップＳ４３０により、ステップＳ４２０での判定結果を確認する。「充電要」と判定されたとき（Ｓ４３０のＹＥＳ判定時）には、制御装置１０５は、ステップＳ４４０に処理を進めて、車両充電モードを選択する。そして、制御装置１０５は、ステップＳ４５０により、車両充電モードが選択されていること、および、メインバッテリ１１０の充電に関する情報を、制御装置２０５に対して送信する。

ステップＳ４５０で送信される情報には、メインバッテリ１１０を充電するための、電力変換設備２００に対する充電電力要求値が含まれる。また、電動車両１００側で「エコ充電」の選択が指示されている場合には、この指示もステップＳ４５０により送信される。

制御装置１０５は、車両充電モードの選択時には、ステップＳ４６０に処理を進めて、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２を閉成する。このとき、システムシレーＳＲ１，ＳＲ２は開放される。さらに、制御装置１０５は、ステップＳ４７０に処理を進めて、コンバータ１２０を動作させる。コンバータ１２０は、電力変換設備２００から充電インレット１９０へ伝達されてきた直流電力を、メインバッテリ１１０の充電電力に変換するように制御される。これにより、メインバッテリ１１０の充電電圧あるいは充電電流が適切に制御される。

一方で、車両充電モードが非選択のとき（Ｓ４３０のＮＯ判定時）には、制御装置１０５は、ステップＳ４８０に処理を進めて、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２を開放する。これにより、コンバータ１２０およびメインバッテリ１１０は、充電インレット１９０から電気的に切離される。

なお、電動車両１００が電力変換設備２００に接続されていないとき（Ｓ４００のＮＯ判定時）にも、制御装置１０５は、ステップＳ４８０に処理を進めて、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２を開放する。

電動車両１００が電力変換設備２００に接続されており（Ｓ４００のＹＥＳ判定時）、さらに、ユーザによって車両発電が要求されているとき（Ｓ４１０のＹＥＳ判定時）には、制御装置１０５は、ステップＳ５１０により、メインバッテリ１１０の状態に基づいて、車両発電の実行が可能であるかどうかを判定する。

たとえば、メインバッテリ１１０が車両発電可能な状態である場合には、「車両発電可能」と判定される。一方、ユーザが要求していても、メインバッテリ１１０が発電不能な状態であるときには、「車両発電可能」とは判定されない。

制御装置１０５は、ステップＳ５２０により、ステップＳ５１０での判定結果を確認する。「車両発電可能」と判定されたとき（Ｓ５２０のＹＥＳ判定時）には、制御装置１０５は、ステップＳ５３０に処理を進めて、車両発電モードを選択する。そして、制御装置１０５は、ステップＳ５４０により、車両発電モードが選択されていること、および、車両発電に関する情報を、制御装置２０５に対して送信する。ステップＳ５４０で送信される情報には、メインバッテリ１１０からの放電される電力値が含まれる。

制御装置１０５は、車両発電モードが選択されると（Ｓ５３０）、ステップＳ５５０に処理を進めて、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２を閉成する。このとき、システムシレーＳＲ１，ＳＲ２は開放されている。

さらに、制御装置１０５は、ステップＳ５６０に処理を進めて、コンバータ１２０を動作させる。コンバータ１２０は、メインバッテリ１１０からの放電電流（電力）を指令値に従って制御しながら、メインバッテリ１１０の出力電圧を直流電圧ＶＨに変換して、電力線ＰＬ１へ出力する。これにより、コンバータ１２０によって制御された電力線ＰＬ１の直流電力が、充電インレット１９０および充電ケーブル３００を経由して、電力変換設備２００のコネクタ２９０および電力線ＰＬｂへ伝達される。電力変換設備２００では、上述のように、インバータ２３０によって電力線ＰＬｂの直流電力が交流電力に変換されることによって、系統電源４００へ交流電力が出力される。

一方、制御装置１０５は、「車両発電可能」と判定されなかったとき（Ｓ５２０のＮＯ判定時）には、車両発電モードを選択することなく、処理をステップＳ４８０に進める。これにより、充電リレーＣＨＲ１，ＣＨＲ２が開放されるので、充電インレット１９０からメインバッテリ１１０が電気的に切離される。

以上説明したように、実施の形態１による電力変換設備２００、電動車両１００およびこれらを備えた充電システム１０では、電力変換設備２００に設けられた絶縁トランス２４０を用いて、系統電源４００によってメインバッテリ１１０を充電できる。すなわち、電動車両１００の搭載部品を増加させることなく、絶縁を確保した外部充電が可能となる。また、電力変換設備２００のインバータ２３０およびコンバータ２２０を用いることにより、比較的大容量で、メインバッテリ１１０を急速に充電することが可能である。すなわち、電力変換設備２００を本実施の形態のように利用することで、車載蓄電装置を急速充電するためのインフラストラクチャーを低コストで安全性高く実現できる。

さらに、メインバッテリ１１０の電力を用いて交流電力を発生する際（車両発電モード）にも、絶縁トランス２４０によって、電動車両１００および系統電源４００の間を電気的に絶縁することができる。

また、リレーＲＡＣ１，ＲＡＣ２およびリレーＲＰＶを電力変換設備２００に配置することによって、メインバッテリ１１０の充電態様を適宜選択できる。具体的には、直流電力源２１０のみによるエコ充電および、直流電力源２１０および系統電源４００の両方による急速充電を切換えることができる。また、直流電力源２１０の低出力時には、直流電力源２１０を用いないようにして外部充電の効率低下を抑制することも可能である。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２による電動車両の充電システム１０♯の構成を説明するブロック図である。

図４を図１と比較して、実施の形態２による充電システム１０♯では、図１に示した電力変換設備２００に代えて、電力変換設備２００♯が設けられる。電力変換設備２００♯は、図１に示した電力変換設備２００と比較して、絶縁トランス２４０をバイパスするためのリレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２をさらに含む点で異なる。リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開閉は、制御装置２０５からの制御信号Ｓｂｐに基づいて制御される。

リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２は、系統電源４００および電力線ＰＬｄとの間に、絶縁トランス２４０をバイパスするように配置される。したがって、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２が閉成されるときには、絶縁トランス２４０をバイパスして、系統電源４００および電力線ＰＬｄとが電気的に接続される。リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２は「第２の開閉器」に対応する。

電力変換設備２００♯のその他の部分の構成および動作は、図１に示した電力変換設備２００と同様であるので説明は繰返さない。また、電動車両１００の構成は、図１と同様であるので説明を繰返さない。

次に図５および図６を用いて、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開閉制御について説明する。なお、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開閉制御以外については、実施の形態１での制御処理と同様であるので説明は繰返さない。

図５は、電力変換設備２００♯によるリレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の制御処理を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、制御装置２０５によって所定周期で繰返し実行される。また図５に示した各ステップについても、制御装置２０５によるソフトウェア処理および／またはハードウェア処理によって実行される。

図５を参照して、制御装置２０５は、ステップＳ６００により、ステップＳ１００と同様に、電動車両１００が電力変換設備２００♯に接続されているかどうかを判定する。そして、制御装置２０５は、電動車両１００が接続されているとき（Ｓ６００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ６１０により、車両充電モードが選択されているかどうかを判定する。そして、車両充電モードが選択されていないとき（Ｓ６１０のＮＯ判定時）には、制御装置２０５は、ステップＳ６２０に処理を進めて、車両発電モードが選択されているかどうかを判定する。

制御装置２０５は、車両充電モードの選択時（Ｓ６１０のＹＥＳ判定時）または車両発電モードの選択時（Ｓ６２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ６５０に処理を進めて、絶縁トランス２４０を含む経路による電力変換を選択する。すなわち、制御装置２０５はステップＳ６６０に処理を進めて、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開放を指示する。

これにより、車両充電モードあるいは車両発電モード、すなわち、系統電源４００とメインバッテリ１１０との間で電力が授受される場合には、実施の形態１で説明したように、絶縁トランス２４０を介して電力変換が実行される。

一方、車両充電モードおよび車両発電モードの両方が選択されていないとき（Ｓ６２０のＮＯ判定時）には、制御装置２０５は、ステップＳ６７０に処理を進めて、絶縁トランス２４０をバイパスした電力変換経路を選択する。すなわち、電力変換設備２００♯の通常モードでは、制御装置２０５は、ステップＳ６８０に処理を進めて、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２を閉成する。

また、電動車両１００が電力変換設備２００♯に接続されていないとき（Ｓ６００のＮＯ判定時）には、制御装置２０５は、ステップＳ６９０に処理を進めて、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２を閉成する。これにより、絶縁トランス２４０をバイパスした経路が選択される。

上述のように、電動車両１００のメインバッテリ１１０に対する充放電が行われないときには、絶縁トランス２４０をバイパスした経路が選択される。これにより、通常モードでは、絶縁トランス２４０での損失を発生させることなく、直流電力源２１０からの直流電力を交流電力に変換することができる。この結果、通常モードでの電力変換の効率を向上することができる。

図６には、電動車両１００からの要求による、図４に示したリレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の制御処理が示される。図６に示すフローチャートは、制御装置１０５によって所定周期で繰返し実行される。また図６に示した各ステップについても、制御装置１０５によるソフトウェア処理および／またはハードウェア処理によって実行される。

図６を参照して、制御装置１０５は、ステップＳ７００により、ステップＳ４００と同様に、電動車両１００が電力変換設備２００♯に接続されているかどうかを判定する。そして、制御装置１０５は、電動車両１００が電力変換設備２００♯に接続されているとき（Ｓ７００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ７１０により、車両充電モードまたは車両発電モードが選択されているかどうかを判定する。上述のように、車両充電モードおよび車両発電モードは、図３のステップＳ４４０，Ｓ５３０によって選択される。

制御装置１０５は、車両充電モードまたは車両放電モードが選択されているとき（Ｓ７１０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ７２０により、電力変換設備２００♯に対して、絶縁トランス２４０を経由した電力変換を要求する。すなわち、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開放が要求される。これにより、電力変換設備２００♯では、図５のステップＳ６５０，Ｓ６６０の処理が実行される。

一方、制御装置１０５は、車両充電モードおよび車両発電モードのいずれもが選択されていないとき（Ｓ７１０のＮＯ判定時）には、ステップＳ７３０により、電力変換設備２００♯に対して、絶縁トランス２４０をバイパスした電力変換を要求する。すなわち、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の閉成が要求される。これにより、電力変換設備２００♯では、図５のステップＳ６７０，Ｓ６８０の処理が実行される。

このように、電動車両１００から電力変換設備２００♯に対して、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開放あるいは閉成を、直接的に要求する制御処理とすることも可能である。

また、電動車両１００が電力変換設備２００♯に接続されていないとき（Ｓ７００のＮＯ判定時）には、制御装置１０５は、電力変換設備２００♯に対して、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２の開閉については要求しない。この場合には、電力変換設備２００♯は通常モードで動作するので、リレーＲＢＰ１，ＲＢＰ２は閉成されて、絶縁トランス２４０をバイパスした経路が選択される。

以上説明したように、実施の形態２による充電システム１０♯によれば、電力変換設備２００♯において、絶縁トランス２４０をバイパスする電力変換と、絶縁トランス２４０による絶縁を確保した電力変換とを選択できる。これにより、電動車両１００と系統電源４００との間で電力変換を実行しない場合には、絶縁トランス２４０での電力損失を発生させることなく、高効率で直流電力源２１０の出力電力を交流電力に変換することができる。一方で、電動車両１００と系統電源４００との間で電力変換については、実施の形態１と同様に絶縁を確保することによって安全性を高めることができる。

なお、実施の形態１，２におけるインバータ２３０およびコンバータ１２０，２２０の構成は、図１，４の例示に限定されるものではない。実施の形態１，２で説明したのと同等の直流／交流電力変換および直流電圧変換が実行可能であれば、任意の回路構成を適用することが可能である。

また、実施の形態１，２において、電力線ＰＬ２および接地配線ＧＬ２以降（車両走行系）の構成は、図示された構成に限定されるものではない。すなわち、上述したように、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等、走行用電動機を搭載した電動車両に対して、本発明は共通に適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、ハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池車等の電動車両に搭載された蓄電装置の外部充電に適用することができる。

１０、１０♯ 充電システム、１００ 電動車両、１０５，２０５ 制御装置（ＥＣＵ）、１１０ メインバッテリ、１２０，２２０ コンバータ、１２５，２３０ インバータ、１３０ モータジェネレータ、１４０ 動力伝達ギヤ、１５０ 駆動輪、１９０ 充電インレット、２００，２００♯ 電力変換設備、２１０ 直流電力源、２４０ 絶縁トランス、２９０ コネクタ（電力変換設備）、３００ 充電ケーブル、３１０，３２０ コネクタ（充電ケーブル）、４００ 系統電源、Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２ 平滑コンデンサ、ＣＨＲ１，ＣＨＲ２ 充電リレー、Ｄ１，Ｄ２，Ｄａ，〜Ｄｆ ダイオード、ＧＬ１，ＧＬ２，ＧＬａ，ＧＬｃ 接地配線、Ｌ１，Ｌ２ リアクトル、Ｐ０ 所定電力値、ＰＬ１，ＰＬ２ 電力線（電動車両）、ＰＬａ，ＰＬｂ，ＰＬｃ，ＰＬｄ 電力線（電力変換設備）、Ｑ１，Ｑ２，Ｑａ，〜Ｑｆ 電力用半導体スイッチング素子、ＲＡＣ１，ＲＡＣ２，ＲＰＶ リレー、ＲＢＰ１，ＲＢＰ２ リレー（バイパス）、ＳＲ１，ＳＲ２ システムリレー、Ｓｂｐ 制御信号（バイパスリレー）、ＶＨ，ＶＩ，Ｖｐｖ 直流電圧、Ｖａｃ，Ｖｓｙｓ 交流電圧。

Claims (19)

1. 直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備と、
   蓄電装置を搭載した電動車両とを備え、
   前記電力変換設備は、
   前記直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータと、
   前記第１の電力線と前記インバータとの間に接続された第１の開閉器と、
   前記第２の電力線と前記系統電源との間に接続された絶縁トランスと、
   前記第１の電力線と電気的に接続されたコネクタとを含み、
   前記電動車両は、
   充電ケーブルによって前記第１の電力線と電気的に接続される充電インレットと、
   前記充電インレットに伝達された直流電力を前記蓄電装置の充電電力に変換するための車載コンバータとを含み、
   前記電力変換設備は、
   前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記第１の開閉器を閉成したときには前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第１の電力線に出力するように前記インバータを制御する一方で、前記第１の開閉器を開放したときには前記インバータを停止するとともに前記直流電力源からの電力を前記第１の電力線に出力するように前記電力変換設備を制御するための制御部をさらに含む、電動車両の充電システム。
2. 直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備と、
   蓄電装置を搭載した電動車両とを備え、
   前記電力変換設備は、
   前記直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータと、
   前記第１の電力線と前記インバータとの間に接続された第１の開閉器と、
   前記第２の電力線と前記系統電源との間に接続された絶縁トランスと、
   前記第１の電力線と電気的に接続されたコネクタとを含み、
   前記電動車両は、
   充電ケーブルによって前記第１の電力線と電気的に接続される充電インレットと、
   前記充電インレットに伝達された直流電力を前記蓄電装置の充電電力に変換するための車載コンバータとを含み、
   前記電力変換設備は、
   前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記第１の開閉器を閉成するとともに、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第１の電力線に出力するように前記インバータを制御するための制御部と、
   前記絶縁トランスをバイパスするように前記系統電源および前記第２の電力線の間に設けられた第２の開閉器をさらに含み、
   前記制御部は、前記系統電源および前記蓄電装置の間で電力が授受されているときには前記第２の開閉器を開放する、電動車両の充電システム。
3. 前記制御部は、前記系統電源および前記蓄電装置の間で電力が授受されていない場合には、前記直流電力源からの直流電力を前記系統電源の交流電力に変換するように前記インバータを制御する際に前記第２の開閉器を閉成する、請求項２に記載の電動車両の充電システム。
4. 前記電力変換設備は、
   前記直流電力源と前記第１の電力線との間に接続された第３の開閉器をさらに含み、
   前記制御部は、前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記直流電力源からの供給電力が閾値よりも小さいときには、前記第３の開閉器を開放する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の充電システム。
5. 前記制御部は、前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置の電力を用いて前記交流電力を発生する場合に、前記第１の開閉器を閉成するとともに、前記蓄電装置から前記第１の電力線に出力された直流電力を、前記系統電源の交流電力に変換して前記第２の電力線に出力するように前記インバータを制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の充電システム。
6. 前記電力変換設備は、
   前記直流電力源および前記第１の電力線の間に接続されたコンバータをさらに含み、
   前記制御部は、前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合には、前記直流電力源からの電圧に応じて前記コンバータを動作または停止する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両の充電システム。
7. 直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備であって、
   前記直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータと、
   前記第１の電力線と前記インバータとの間に接続された第１の開閉器と、
   前記第２の電力線と前記系統電源との間に接続された絶縁トランスと、
   前記第１の電力線と電気的に接続されるとともに、充電ケーブルによって電動車両の充電インレットと電気的に接続可能に構成されたコネクタとを備え、
   前記コネクタは、前記充電ケーブルによって前記充電インレットと接続されることによって、前記電動車両に搭載された蓄電装置とさらに電気的に接続されるように構成され、
   前記電力変換設備は、
   前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記第１の開閉器を閉成したときには前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第１の電力線に出力するように前記インバータを制御する一方で、前記第１の開閉器を開放したときには前記インバータを停止するとともに前記直流電力源からの電力を前記第１の電力線に出力するように前記電力変換設備を制御するための制御部をさらに備える、電力変換設備。
8. 直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備であって、
   前記直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータと、
   前記第１の電力線と前記インバータとの間に接続された第１の開閉器と、
   前記第２の電力線と前記系統電源との間に接続された絶縁トランスと、
   前記第１の電力線と電気的に接続されるとともに、充電ケーブルによって電動車両の充電インレットと電気的に接続可能に構成されたコネクタとを備え、
   前記コネクタは、前記充電ケーブルによって前記充電インレットと接続されることによって、前記電動車両に搭載された蓄電装置とさらに電気的に接続されるように構成され、
   前記電力変換設備は、
   前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記第１の開閉器を閉成するとともに、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第１の電力線に出力するように前記インバータを制御するための制御部と、
   前記絶縁トランスをバイパスするように前記系統電源および前記第２の電力線の間に設けられた第２の開閉器とをさらに備え、
   前記制御部は、前記系統電源および前記蓄電装置の間で電力が授受されているときには前記第２の開閉器を開放する、電力変換設備。
9. 前記制御部は、前記系統電源および前記蓄電装置の間で電力が授受されていない場合には、前記直流電力源からの直流電力を前記系統電源の交流電力に変換するように前記インバータを制御する際に前記第２の開閉器を閉成する、請求項８に記載の電力変換設備。
10. 前記直流電力源と前記第１の電力線との間に接続された第３の開閉器をさら備え、
    前記制御部は、前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記直流電力源からの供給電力が閾値よりも小さいときには、前記第３の開閉器を開放する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の電力変換設備。
11. 前記制御部は、前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置の電力を用いて前記交流電力を発生する場合に、前記第１の開閉器を閉成するとともに、前記蓄電装置から前記第１の電力線に出力された直流電力を、前記系統電源の交流電力に変換して前記第２の電力線に出力するように前記インバータを制御する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の電力変換設備。
12. 前記直流電力源および前記第１の電力線の間に接続されたコンバータをさらに備え、
    前記制御部は、前記コネクタが前記充電インレットと電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合には、前記直流電力源からの電圧に応じて前記コンバータを動作または停止する、請求項７〜９のいずれか１項に記載の電力変換設備。
13. 蓄電装置と、
    充電ケーブルによって、直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備のコネクタに対して電気的に接続可能に構成された充電インレットと、
    前記充電インレットに伝達された直流電力を前記蓄電装置の充電電力に変換するための第１の電力変換ユニットと、
    前記電力変換設備に対して前記蓄電装置の充電を要求するための制御部とを備え、
    前記制御部は、前記充電インレットおよび前記コネクタが前記充電ケーブルによって電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記電力変換設備に対して、前記直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、絶縁トランスを介して前記系統電源と接続された第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータを、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第１の電力線に出力するように制御すること、ならびに、前記第１の電力線および前記インバータの間に接続された第１の開閉器を閉成することによる第１の充電動作、または、前記第１の開閉器を開放するとともに前記インバータを停止させた前記直流電力源からの電力のみによる第２の充電動作のいずれかを要求する、電動車両。
14. 前記制御部は、前記コネクタおよび前記充電インレットが前記充電ケーブルによって電気的に接続されている状態で前記蓄電装置の電力を用いて前記交流電力を発生する場合に、前記電力変換設備に対して、前記第１の開閉器を閉成すること、ならびに、前記蓄電装置から前記第１の電力線に出力された直流電力を、前記系統電源の交流電力に変換して前記第２の電力線に出力するように前記インバータを制御することを要求する、請求項１３に記載の電動車両。
15. 蓄電装置と、
    充電ケーブルによって、直流電力源および系統電源の間に設けられた電力変換設備のコネクタに対して電気的に接続可能に構成された充電インレットと、
    前記充電インレットに伝達された直流電力を前記蓄電装置の充電電力に変換するための第１の電力変換ユニットと、
    前記電力変換設備に対して前記蓄電装置の充電を要求するための制御部とを備え、
    前記制御部は、前記充電インレットおよび前記コネクタが前記充電ケーブルによって電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記電力変換設備に対して、前記直流電力源と電気的に接続された第１の電力線と、絶縁トランスを介して前記系統電源と接続された第２の電力線との間で双方向の直流交流電力変換を実行するためのインバータを、前記系統電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第１の電力線に出力するように制御すること、ならびに、前記第１の電力線および前記インバータの間に接続された第１の開閉器を閉成することを要求し、さらに、
    前記制御部は、前記系統電源および前記蓄電装置の間で電力が授受されているときには、前記電力変換設備に対して、前記絶縁トランスをバイパスするように前記系統電源および前記第２の電力線の間に設けられた第２の開閉器を開放することを要求する、電動車両。
16. 前記制御部は、前記系統電源および前記蓄電装置の間で電力が授受されていない場合には、前記電力変換設備に対して、前記直流電力源からの直流電力を前記系統電源の交流電力に変換するように前記インバータを制御する際に前記第２の開閉器を閉成することを要求する、請求項１５に記載の電動車両。
17. 前記制御部は、前記コネクタおよび前記充電インレットが電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合に、前記直流電力源からの供給電力が閾値よりも小さいときには、前記電力変換設備に対して、前記直流電力源と前記第１の電力線との間に接続された第３の開閉器を開放するように要求する、請求項１３または１４に記載の電動車両。
18. 前記第１の電力変換ユニットは、第３の電力線と前記蓄電装置との間で双方向の直流電圧変換を実行するように構成され、
    前記電動車両は、
    前記充電インレットおよび前記第３の電力線の間に接続された第１の開閉素子と、
    車両駆動力を発生するための電動機と、
    前記第３の電力線および前記電動機の間で双方向の電力変換を実行することによって前記電動機の出力を制御するための第２の電力変換ユニットと、
    前記第３の電力線および前記第２の電力変換ユニットの間に接続された第２の開閉素子とをさらに備える、請求項１３または１４に記載の電動車両。
19. 前記充電インレットが電気的に接続されている状態で前記蓄電装置を充電する場合には、前記電力変換設備において、前記直流電力源および前記第１の電力線の間に接続されたコンバータが、前記直流電力源からの電圧に応じて前記コンバータを動作または停止される、請求項１３または１４に記載の電動車両。

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