JP7528784B2 - 電力伝送システム - Google Patents

Description

本開示は、電力伝送システムに関する。

現在、市販されている電動車両（プラグインハイブリッド車、電気自動車等）には電動車両を充電するための電力変換装置が搭載されている。電力変換装置は、電動車両の外部に設けられた外部電源（給電設備）から供給される交流（ＡＣ：Alternating Current）電力を、車載バッテリを充電するための直流（ＤＣ：Direct Current）電力に変換する。

今後、上記ＡＣ充電方式の外部電源（いわゆる普通充電器）に加えて、ＤＣ充電方式の外部電源（いわゆる急速充電器）の普及が進むことが予想されている。急速充電器ではＡＣ／ＤＣ変換は行われない。そのため、急速充電器を主に使用するユーザにとっては、ＡＣ／ＤＣ変換を行う車載の電力変換装置は必ずしも必要でなくなる。そこで、車載（車両に備え付け）の電力変換装置に代わる、持ち運び可能な電力変換装置（いわばポータブル充電器）が提案されている（たとえば特開２０２０－７８１５３号公報（特許文献１）参照）。

特開２０２０－７８１５３号公報 特開２０２０－６８６１８号公報

電力変換装置に、車両への充電機能に加えて、車両からの給電機能を持たせることが考えられる。給電機能とは、より具体的には、車両（たとえば車載バッテリ）の直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を外部機器（コンセント、車外の電気機器など）に給電する機能である。このような電力変換装置においては、充電と給電とを適切に管理することが望ましい。

本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、車両の外部に設けられた電力変換装置において、充電と給電とを適切に管理することである。

（１）本開示のある局面に従う電力変換装置は、車両と外部電源または外部負荷との間で電力変換を行う電力変換装置であって、ＤＣコネクタと、ＡＣコネクタと、電力変換回路と、切替回路と、制御回路とを備える。ＤＣコネクタは、車両のインレットとの間で直流電力を伝送するように構成されている。充電ポートは、外部電源から交流電力を受けるように構成されている。給電ポートは、外部負荷に交流電力を出力するように構成されている。電力変換回路は、双方向の電力変換回路であり、ＤＣコネクタと充電ポートとの間で電力変換を実行可能であるとともに、ＤＣコネクタと給電ポートとの間で電力変換を実行可能に構成されている。切替回路は、電力変換回路と充電ポートとを電気的に接続するか、電力変換回路と給電ポートとを電気的に接続するかを選択的に切り替えるように構成されている。制御回路は、電力変換回路および切替回路を制御することによって、充電動作および給電動作を選択的に実行するように構成されている。

充電動作は、外部電源から充電ポートを介して供給される交流電力を電力変換回路により直流電力に変換し、その直流電力をＤＣコネクタから出力することで車両を充電する動作である。給電動作は、車両からＤＣコネクタを介して供給される直流電力を電力変換回路により交流電力に変換し、その交流電力を給電ポートから出力することで外部負荷に給電する動作である。

（２）電力変換回路、充電ポートおよび給電ポートの各々は、第１端子および第２端子を含む。切替回路は、第１および第２のリレーを含む。第１のリレーは、電力変換回路の第１端子を、充電ポートの第１端子と接続するか、給電ポートの第１端子と接続するかを切り替えるように構成されている。第２のリレーは、電力変換回路の第２端子を、充電ポートの第２端子と接続するか、給電ポートの第２端子と接続するかを切り替えるように構成されている。

上記（１），（２）の構成においては、切替回路により、電力変換回路と充電ポートとを電気的に接続するか、電力変換回路と給電ポートとを電気的に接続するかが選択的に切り替えられる。充電ポートと給電ポートとが電気的に接続されることはない。したがって、充電ポートに接続された外部電源と、給電ポートに接続された外部負荷との間が電気的に遮断された状態を常に確保できる（詳細は後述）。よって、上記（１）の構成によれば、電力変換装置の充電と給電とを適切に管理できる。

（３）制御回路は、車両からＤＣコネクタを介して供給される電圧を、給電動作の実行時における制御回路の動作電圧に使用するように構成されている。

（４）制御回路は、外部機器から給電ポートを介して供給される電圧を、充電動作の実行時における制御回路の動作電圧に使用するように構成されている。

上記（３），（４）の構成においては、電力変換装置の外部から供給される動作電圧により制御回路が動作する。したがって、上記（３），（４）の構成によれば、電力変換装置の動作電圧の供給源（内蔵バッテリなど）を電力変換装置内に設けなくてよくなるので、電力変換装置の構造を単純化し、部材コストも削減できる。

（５）電力変換装置は、充電動作および給電動作のうちのいずれか一方を選択するユーザ操作を受け付けるように構成された操作部をさらに備える。制御回路は、操作部がユーザ操作を受け付けるまでは、充電ポートと電力変換回路とが電気的に接続されるように切替回路を制御する。

上記（５）の構成においては、操作部がユーザ操作を受け付けるまでは充電動作が選択された状態をデフォルトとする。一般に、充電動作の方が給電動作よりも選択される機会が多い。よって、上記（５）の構成によれば、ユーザが充電動作を選択する手間を省くことができる。

（６）本開示の他の局面に従う電力伝送システムは、上記電力変換装置と、車両とを備える。車両はリレーを含む。リレーは、インレットとＤＣコネクタとの接続検知後に、給電動作を実行するための制御回路の動作電圧を出力するように構成されている。

上記（６）の構成によれば、インレットと充電ポートとの接続を検知してから、より確実に動作電圧を供給できる。

本開示によれば、車両の外部に設けられた電力変換装置において、充電と給電とを適切に管理できる。

本実施の形態に係るポータブル充電器の充電動作時における電力伝送システムの全体構成を概略的に示す模式図である。 ポータブル充電器の充電動作時における電力伝送システムの構成をより詳細に示す回路ブロック図である。 ＡＣ／ＤＣ変換器の回路構成の一例を示す図である。 本実施の形態に係るポータブル充電器の給電動作時における電力伝送システムの全体構成を概略的に示す模式図である。 ポータブル充電器の給電動作時における電力伝送システムの構成をより詳細に示す回路ブロック図である。 本実施の形態に係るポータブル充電器の充電動作および給電動作を示すフローチャートである。 ＤＣコネクタの接続面の一例を示す図である。 給電動作のための動作電圧をポータブル充電器に供給する回路構成を示す回路ブロック図である。 給電動作に先立つ車両およびポータブル充電器の制御を示すフローチャートである。 充電動作のための動作電圧をポータブル充電器に供給する回路構成を示す回路ブロック図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

［実施の形態］
＜電力伝送システムの全体構成＞
図１は、本実施の形態に係るポータブル充電器の充電動作時における電力伝送システムの全体構成を概略的に示す模式図である。図２は、本実施の形態に係るポータブル充電器２の給電動作時における電力伝送システム９の全体構成を概略的に示す模式図である。図１および図２を参照して、電力伝送システム９は、車両１と、ポータブル充電器２と、外部機器３とを備える。

車両１は、外部機器３から供給される電力による充電（いわゆる外部充電）が可能に構成されている。また、車両１は、車両１に蓄えられた電力（車両１で発電された電力であってもよい）を外部機器３に給電（いわゆる外部給電）も可能に構成されている。本実施の形態において、車両１は電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）である。しかし、車両１の種類は、外部充電および外部給電の両方が可能であれば、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle）であってもよいし、プラグイン燃料電池車（ＰＦＣＶ：Plug-in Fuel Cell Vehicle）であってもよい。

ポータブル充電器２は、充電機能に加えて給電機能も有する電力変換装置である。ポータブル充電器２は、ユーザにより車両１に必要に応じて搭載される。そして、たとえば車両１の外出先において車両１を充電する場合、および／または、車両１から給電する場合に、車両１から取り出されて使用される。

外部機器３は、車両１およびポータブル充電器２の外部に設けられた機器である。ポータブル充電器２の充電動作時における外部機器３は、図１に示すように、交流電力を外部に供給可能な外部電源３Ａである。外部電源３Ａは、たとえば車両用の充電設備（ユーザの自宅に設置された充電器、公共の充電スタンド等）である。外部電源３Ａは、系統電源に接続された電力設備（コンセント等）であってもよい。図１には、ポータブル充電器２の充電動作開始に先立ち、車両１のインレット１１と外部電源３Ａのコネクタ３１（この例ではコンセント）とがポータブル充電器２を介して電気的に接続された状況が図示されている。

一方、ポータブル充電器２の給電動作時における外部機器３は、図２に示すように、外部から交流電力の供給を受ける外部負荷３Ｂである。外部負荷３Ｂは、たとえば、交流電力を消費する各種電気機器であり得る。図２には、ポータブル充電器２の給電動作開始に先立ち、車両１のインレット１１と外部負荷３Ｂのコネクタ３２（この例ではプラグ）とがポータブル充電器２を介して電気的に接続された状況が図示されている。

＜ポータブル充電器の詳細構成＞
図３は、ポータブル充電器２の充電動作時における電力伝送システム９の構成をより詳細に示す回路ブロック図である。図４は、ポータブル充電器２の給電動作時における電力伝送システム９の構成をより詳細に示す回路ブロック図である。

図３および図４を参照して、車両１は、インレット１１と、電圧センサ１２と、電流センサ１３と、充電リレー１４と、バッテリ１５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）１６と、モータジェネレータ１７と、動力伝達ギヤ１８と、駆動輪１９と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０とを備える。

インレット１１は、嵌合等の機械的な連結を伴ってポータブル充電器２のＤＣコネクタ２６を挿入することが可能に構成されている。ＤＣコネクタ２６の挿入に伴い、車両１とポータブル充電器２とが電気的に接続される。また、車両１のＥＣＵ１０とポータブル充電器２のコントローラ２０とがＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信規格に従う通信線ＣＬにより接続される。これにより、ＥＣＵ１０とコントローラ２０との間で各種情報（指令、メッセージまたはデータ等）を相互に送受信することが可能になる。

電圧センサ１２は、インレット１１と充電リレー１４との間において電力線間の直流電圧を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０に出力する。電流センサ１３は、上記電力線を流れる電流を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０に出力する。ＥＣＵ１０は、電圧センサ１２および電流センサ１３による検出結果に基づき、ポータブル充電器２から車両１への供給電力（バッテリ１５の充電電力）を算出できる。

充電リレー１４は、インレット１１とバッテリ１５との間に電気的に接続されている。ＥＣＵ１０からの指令に従って充電リレー１４が閉成されると、インレット１１とバッテリ１５との間での電力伝送が可能な状態となる。

バッテリ１５は、複数のセル（図示せず）を含む組電池である。各セルは、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの二次電池である。バッテリ１５は、車両１の駆動力を発生させるための電力を供給する。また、バッテリ１５は、モータジェネレータ１７により発電された電力を蓄える。さらに、バッテリ１５は、外部電源３Ａからポータブル充電器２を介して供給される電力により充電される。

ＰＣＵ１６は、コンバータおよびインバータ（いずれも図示せず）を含む。ＰＣＵ１６は、ＥＣＵ１０からの指令に従って、バッテリ１５から供給された電力を用いてモータジェネレータ１７を駆動する。

モータジェネレータ１７は、交流回転電機である。モータジェネレータ１７の出力トルクは、動力伝達ギヤ１８を通じて駆動輪１９に伝達され、車両１を走行させる。また、モータジェネレータ１７は、車両１の制動動作時には、駆動輪１９の回転力によって発電することができる。モータジェネレータ１７による発電電力は、ＰＣＵ１６によってバッテリ１５の充電電力に変換される。

ＥＣＵ１０は、各センサ等からの信号に応じて、車両１が所望の状態となるように機器類（充電リレー１４、ＰＣＵ１６等）を制御する。なお、ＥＣＵ１０は、機能毎に複数のＥＣＵ（電池ＥＣＵ、ＭＧ－ＥＣＵ等）に分割して構成されていてもよい。

ポータブル充電器２は、外部電源３Ａから供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力により車両１に搭載されたバッテリ１５を充電する。また、ポータブル充電器２は、車両１から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を外部負荷３Ｂ（図４および図５参照）に給電する。

ポータブル充電器２は、ＡＣ充電ポート２１と、ＡＣ給電ポート２２と、切替回路２３と、電力線ＡＣＬと、電圧センサ２４１と、電流センサ２４２と、ＡＣ／ＤＣ変換器２５と、給電線ＰＬ，ＮＬと、電圧センサ２４３と、電流センサ２４４と、ＤＣコネクタ２６と、操作パネル２７と、インジケータ２８と、通信モジュール２９と、コントローラ２０とを備える。ポータブル充電器２の構成要素のうち外部インターフェース（ＡＣ充電ポート２１、ＡＣ給電ポート２２およびＤＣコネクタ２６）以外の構成要素は、単一の筐体ＳＨ（図１および図２参照）の表面または内部に配置することができる。

ＡＣ充電ポート２１は、ポータブル充電器２の充電動作開始に先立ち、外部電源３Ａのコネクタ３１（コンセント等）と機械的に接続されるように構成されている（図３参照）。ＡＣ充電ポート２１は、外部電源３Ａのコネクタ３１と接続された状態において、外部電源３Ａから供給される交流電力を受ける。ＡＣ充電ポート２１は、第１端子ｔａおよび第２端子ｔｂを含む。第１端子Ｔａは、リレー２３１に電気的に接続されている。第２端子ｔｂは、リレー２３２に電気的に接続されている。

ＡＣ給電ポート２２は、ポータブル充電器２の給電動作開始に先立ち、外部負荷３Ｂのコネクタ３２（プラグ等）と機械的に接続されるように構成されている（図４参照）。ＡＣ給電ポート２２は、外部負荷３Ｂのコネクタ３２と接続された状態において、外部負荷３Ｂに供給するための交流電力を出力する。ＡＣ給電ポート２２は、第１端子Ｔｃおよび第２端子Ｔｄを含む。第１端子Ｔｃは、リレー２３１に電気的に接続されている。第２端子Ｔｄは、リレー２３２に電気的に接続されている。

切替回路２３は、コントローラ２０からの指令に従って、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ／ＤＣ変換器２５とを電気的に接続するか、ＡＣ給電ポート２２とＡＣ／ＤＣ変換器２５とを電気的に接続するかを切り替えるように構成されている。切替回路２３は、この例では２つのリレー２３１，２３２を含む。各リレー２３１，２３２は、１回路－２接点（ＳＰＤＴ：Single Pole Double Throw）型の回路構成を有する。

リレー（第１のリレー）２３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の第１端子ｔ１を、ＡＣ充電ポート２１の第１端子ｔａと接続するか、ＡＣ給電ポート２２の第１端子ｔｃと接続するかを切り替えるように構成されている。リレー（第２のリレー）２３２は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の第２端子ｔ２を、ＡＣ充電ポート２１の第２端子ｔｂと接続するか、ＡＣ給電ポート２２の第２端子ｔｄと接続するかを切り替えるように構成されている。

ポータブル充電器２の充電動作には、図３に示すように、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ／ＤＣ変換器２５とが電力線ＡＣＬを介して電気的に接続されているように、切替回路２３の接点が選択される。より詳細には、リレー２３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の第１端子ｔ１とＡＣ充電ポート２１の第１端子ｔａとを接続する。リレー２３２は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の第２端子ｔ２とＡＣ充電ポート２１の第２端子ｔｂとを接続する。

一方、ポータブル充電器２の給電動作には、図４に示すように、ＡＣ給電ポート２２とＡＣ／ＤＣ変換器２５とが電力線ＡＣＬを介して電気的に接続されているように、切替回路２３の接点が選択される。より詳細には、リレー２３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の第１端子ｔ１とＡＣ給電ポート２２の第１端子ｔｃとを接続する。リレー２３２は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の第２端子ｔ２とＡＣ給電ポート２２の第２端子ｔｄとを接続する。

電力線ＡＣＬは、切替回路２３とＡＣ／ＤＣ変換器２５とを電気的に接続する。電力線ＡＣＬは、切替回路２３とＡＣ／ＤＣ変換器２５との間で交流電力を伝送する。

電圧センサ２４１は、電力線ＡＣＬ間の交流電圧を検出し、その検出結果をコントローラ２０に出力する。電流センサ２４２は、電力線ＡＣＬを流れる交流電流を検出し、その検出結果をコントローラ２０に出力する。

ＡＣ／ＤＣ変換器２５は、外部電源３Ａから供給される電力線ＡＣＬ上の交流電力を、車両１に搭載されたバッテリ１５を充電するための直流電力に変換する（ＡＣ／ＤＣ変換動作）。また、ＡＣ／ＤＣ変換器２５は、車両１から供給される直流電力を、外部負荷３Ｂに給電するための交流電力に変換することも可能に構成されている（ＤＣ／ＡＣ変換動作）。すなわち、ＡＣ／ＤＣ変換器２５は、双方向の電力変換動作が可能に構成されている。

図５は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５の回路構成の一例を示す図である。図５を参照して、ＡＣ／ＤＣ変換器２５は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路２５１と、絶縁回路２５２と、遮断スイッチ２５３と、整流回路２５４とを含む。

ＰＦＣ回路２５１は、整流回路２５１ａと、インバータ２５１ｂとを含む。整流回路２５１ａは、交流電力を整流するとともに昇圧し、昇圧した直流電力をインバータ２５１ｂに出力する。より具体的には、整流回路２５１ａは、昇圧チョッパ回路であって、２つの上下アームと、２つのリアクトルと、平滑コンデンサとを含む。各上下アームにおいて、上アームはダイオードを含み、下アームはスイッチング素子を含む。

インバータ２５１ｂは、整流回路２５１ａからの直流電力を高周波の交流電力に変換する。インバータ２５１ｂは、たとえばフルブリッジ回路であって、４つのスイッチング素子を含む。各スイッチング素子は、制御装置１１１によって制御される。

絶縁回路２５２は、絶縁トランスであって、第１コイル２５２ａと第２コイル２５２ｂとを含む。絶縁回路２５２は、第１コイル２５２ａよりもＰＦＣ回路２５１側の電力経路と、第２コイル２５２ｂよりも整流回路２５４側の電力経路とを電気的に絶縁する。その上で、絶縁回路２５２は、第１コイル２５２ａに印加される交流電圧を昇圧して第２コイル２５２ｂに出力する。

遮断スイッチ２５３は、第２コイル２５２ｂと整流回路２５４との間に電気的に接続されている。第２コイル２５２ｂに流れる電流の導通／遮断を切り替え可能に構成されている。

整流回路２５４は、絶縁回路２５２の第２コイル２５２ｂからの交流電力を直流電力に変換する。整流回路２５４は、ダイオードブリッジ回路であって、４つのダイオードを含む。なお、ＡＣ／ＤＣ変換器２５は、本開示に係る「電力変換回路」に相当する。

図３および図４を再び参照して、給電線ＰＬ，ＮＬは、ＡＣ／ＤＣ変換器２５とＤＣコネクタ２６とを電気的に接続する。給電線ＰＬ，ＮＬは、ＡＣ／ＤＣ変換器２５とＤＣコネクタ２６との間で直流電力を伝送する。

電圧センサ２４３は、給電線ＰＬと給電線ＮＬとの間の直流電圧を検出し、その検出結果をコントローラ２０に出力する。電流センサ２４４は、給電線ＰＬを流れる直流電流を検出し、その検出結果をコントローラ２０に出力する。

ＤＣコネクタ２６は、車両１のインレット１１に挿入することが可能に構成されている。ＤＣコネクタ２６は、ポータブル充電器２の充電動作時には、ＡＣ／ＤＣ変換器２５からの直流電力をインレット１１に出力する。ＤＣコネクタ２６は、ポータブル充電器２の給電動作時には、インレット１１からの直流電力を受ける。

操作パネル２７は、ポータブル充電器２に対するユーザ操作を受け付ける。本実施の形態において、操作パネル２７は、たとえば、ポータブル充電器２に充電動作をさせるか給電動作をさせるのかをユーザが選択する操作を受け付けるように構成されている。なお、操作パネル２７は、本開示に係る「操作部」に相当する。

インジケータ２８は、コントローラ２０からの指令に従って、ポータブル充電器２の動作状態をユーザに報知する。インジケータ２８は、たとえば充電ランプおよび給電ランプ（いずれも図示せず）を含む。充電ランプは、ポータブル充電器２の充電動作時（ＡＣ／ＤＣ変換器２５のＡＣ／ＤＣ変換動作時）には点灯する一方で、それ以外の動作時には消灯する。一方、給電ランプは、ポータブル充電器２の給電動作時（ＡＣ／ＤＣ変換器２５のＤＣ／ＡＣ変換動作時）には点灯する一方で、それ以外の動作時には消灯する。これにより、ポータブル充電器２の近くにいるユーザがポータブル充電器２の動作状態を容易に確認できる。

なお、インジケータ２８は、充電ランプに代えて小型ディスプレイ（液晶パネル等）を含んでもよい。また、操作パネル２７と小型ディスプレイとがタッチパネルとして一体的に構成されていてもよい。

通信モジュール２９は、コントローラ２０からの指令に従って、ポータブル充電器２の動作状態をユーザの携帯端末（スマートホン等）に送信する。これにより、ユーザは、ポータブル充電器２から離れた場所からでもポータブル充電器２の動作状態を確認できる。たとえば、ユーザは、他の用事をしながらであっても充電または給電の終了タイミングを知ることができる。

コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ２０１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリ２０２と、入出力ポート２０３とを含む。コントローラ２０は、計時のためのカウンタ（タイマー）を含んでもよい。コントローラ２０は、電圧センサ２４１（または電圧センサ２４３）により検出された電圧、電流センサ２４２（または電流センサ２４４）により検出された電流、操作パネル２７からの信号、車両１からの信号、ならびに、メモリ２０２に記憶されたマップおよびプログラムに基づいて、ポータブル充電器２の構成要素を制御する。具体的には、コントローラ２０は、ＡＣ／ＤＣ変換器２５によるＡＣ／ＤＣ変換動作およびＤＣ／ＡＣ変換動作を制御したり、インジケータ２８の表示内容（充電ランプおよび給電ランプの点灯／消灯）を制御したり、通信モジュール２９による通信を制御したりする。なお、コントローラ２０は、本開示に係る「制御回路」に相当する。

以上のように、ポータブル充電器２は、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ給電ポート２２とを別々に備え、充電動作および給電動作の両方が可能に構成されている。このような構成においては、ポータブル充電器２の充電と給電とを適切に管理可能であることが望ましい。より具体的に説明すると、図示しないが上記構成では、外部電源３ＡがＡＣ充電ポート２１に接続され、かつ、外部負荷３ＢがＡＣ給電ポート２２に接続される状況が生じ得る。その場合、外部電源３Ａおよび外部負荷３Ｂのうちの一方が他方に悪影響を及ぼし得る。たとえば、外部電源３Ａが単相２００Ｖの交流電力を出力する一方で、外部負荷３Ｂが単相１００Ｖを消費する機器である場合、外部電源３Ａからの交流電力が外部負荷３Ｂに入力され、外部負荷３Ｂが故障する可能性がある。

本実施の形態において、切替回路２３は、電力線ＡＣＬの接続先をＡＣ充電ポート２１とＡＣ給電ポート２２との間で選択的（択一的）に切り替えるように構成されている。言い換えると、ＡＣ充電ポート２１およびＡＣ給電ポート２２のうちのいずれか一方しか電力線ＡＣＬに接続されず、両方が同時に電力線ＡＣＬに接続されることはない。そのため、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ給電ポート２２との間は常に電気的に遮断されている。したがって、外部電源３ＡがＡＣ充電ポート２１に接続され、かつ、外部負荷３ＢがＡＣ給電ポート２２に接続されたとしても、外部電源３Ａと外部負荷３Ｂとが電気的に接続されることを防止できる。よって、外部負荷３Ｂの故障を予防できる。つまり、外部電源３Ａと外部負荷３Ｂとが相互的または一方的に悪影響を及ぼさないようにポータブル充電器２を管理できる。

＜制御フロー＞
図６は、本実施の形態に係るポータブル充電器２の制御を示すフローチャートである。このフローチャートは、予め定められた演算周期毎に繰り返し実行される。このフローチャートに含まれる各ステップは、コントローラ２０によるソフトウェア処理により実現されるが、コントローラ２０内に作製されたハードウェア（電気回路）により実現されてもよい。以下、ステップをＳと略す。

当該フローチャートの実行開始に先立ち、車両１と外部機器３（外部電源３Ａまたは外部負荷３Ｂ）との間にポータブル充電器２が接続されているものとする。詳細は後述するが、本実施の形態におけるコントローラ２０の動作電圧は、車両１または外部機器３から供給される。ただし、コントローラ２０の動作電圧の供給源は特に限定されない。コントローラ２０が内蔵バッテリ（図示せず）を備えていてもよい。

図６を参照して、Ｓ１０１において、コントローラ２０は、充電機能および給電機能のうちのどちらの機能がユーザにより選択されているかを判定する。ユーザが操作パネル２７を操作することで充電機能が選択されている場合（Ｓ１０１において充電機能）、コントローラ２０は、処理をＳ１１１に進め、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ／ＤＣ変換器２５とが電力線ＡＣＬを介して電気的に接続されるように切替回路２３を制御する（図３参照）。また、コントローラ２０は、充電機能が選択された旨を表示するようにインジケータ２８を制御する。

一方、ユーザが操作パネル２７を操作することで給電機能が選択されている場合（Ｓ１０１において給電機能）、コントローラ２０は、処理をＳ１２１に進め、ＡＣ給電ポート２２とＡＣ／ＤＣ変換器２５とが電力線ＡＣＬを介して電気的に接続されるように切替回路２３を制御する（図４参照）。また、コントローラ２０は、給電機能が選択された旨を表示するようにインジケータ２８を制御する。

ユーザが操作パネル２７を操作していない場合（Ｓ１０１において選択なし）、コントローラ２０は、充電機能が選択されている場合と同様に、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ／ＤＣ変換器２５とが電気的に接続されるように切替回路２３を制御できる（Ｓ１１１）。つまり、ユーザが操作パネル２７を操作する前のデフォルトの状態では、ポータブル充電器２は充電機能が選択された状態に暫定的に設定される。ポータブル充電器２においては、通常、充電機能の方が給電機能よりも選択されやすい（高頻度である）と考えられる。したがって、デフォルト＝充電機能とすることで、ユーザが操作パネル２７を操作する手間を省くことができる。

Ｓ１０１にて充電機能が選択された場合（または、ユーザ操作が行われずデフォルトのままの場合）、コントローラ２０は、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ／ＤＣ変換器２５とを切替回路２３により電気的に接続した後（Ｓ１１１）、ユーザが操作パネル２７に対して充電開始操作を行うまで待機する（Ｓ１１２においてＮＯ）。充電開始操作の一例としては、操作パネル２７に設けられた充電開始スイッチ（図示せず）を押す操作が挙げられる。充電開始操作が行われると（Ｓ１１２においてＹＥＳ）、コントローラ２０は、所定の充電シーケンスに従って外部電源３Ａから車両１への充電を開始する（Ｓ１１３）。この充電シーケンスとしては公知の様々なシーケンスを採用できる。車両１への充電中、コントローラ２０は、充電ランプを点灯するようにインジケータ２８を制御する（Ｓ１１４）。

コントローラ２０は、車両１から送信される充電停止要求を受けるまでの間、処理をＳ１１３に戻し（Ｓ１１５においてＮＯ）、車両１への充電を継続する。車両１は、バッテリ１５が満充電に至った場合、タイマー充電において予め定められた時刻が到来した場合などに充電停止要求をポータブル充電器２に送信する。車両１から充電停止要求を受けると（Ｓ１１５においてＹＥＳ）、コントローラ２０は、車両１への充電を終了するようにＡＣ／ＤＣ変換器２５を制御する（Ｓ１１６）。さらに、コントローラ２０は、インジケータ２８を制御することで充電ランプを消灯させ、充電が終了した旨をユーザに報知する（Ｓ１１７）。その後、コントローラ２０は、処理をメインルーチンに戻す。

Ｓ１０１にて給電機能が選択された場合、コントローラ２０は、ＡＣ給電ポート２２とＡＣ／ＤＣ変換器２５とを切替回路２３により電気的に接続した後（Ｓ１２１）、ユーザが操作パネル２７に対して給電開始操作を行うまで待機する（Ｓ１２２においてＮＯ）。給電開始操作の例としても、操作パネル２７に設けられた給電開始スイッチ（図示せず）を押す操作が挙げられる。給電開始操作が行われると（Ｓ１２２においてＹＥＳ）、コントローラ２０は、車両１から外部負荷３Ｂへの給電を開始する（Ｓ１２３）。車両１からの給電は、典型的には定電力または定電圧で行われる。車両１からの給電中、コントローラ２０は、給電ランプを点灯するようにインジケータ２８を制御する（Ｓ１２４）。コントローラ２０は、インジケータ２８に代えてまたは加えて、通信モジュール２９を用いた通知を行ってもよい。

コントローラ２０は、操作パネル２７がユーザによる給電停止操作（図示しない給電停止スイッチを押す操作など）を受け付けるまでの間、処理をＳ１２３に戻し（Ｓ１２５においてＮＯ）、車両１からの給電を継続する。給電停止操作に代えて、予め定められた時刻の到来時に給電を停止するようにしてもよい（タイマー給電）。操作パネル２７が給電停止操作を受け付ける等すると（Ｓ１２５においてＹＥＳ）、コントローラ２０は、車両１からの給電を終了するようにＡＣ／ＤＣ変換器２５を制御する（Ｓ１２６）。さらに、コントローラ２０は、インジケータ２８を制御することで給電ランプを消灯させ、給電が終了した旨をユーザに報知する（Ｓ１２７）。コントローラ２０は、インジケータ２８に代えてまたは加えて、通信モジュール２９を用いた通知を行ってもよい。Ｓ１１７またはＳ１２７の処理後、コントローラ２０は、処理をメインルーチンに戻す。

以上のように、本実施の形態においては、ＡＣ／ＤＣ変換器２５とＡＣ充電ポート２１とを電気的に接続するか、ＡＣ／ＤＣ変換器２５とＡＣ給電ポート２２とを電気的に接続するかを選択的に切り替えるように、切替回路２３が構成されている。これにより、ＡＣ充電ポート２１とＡＣ給電ポート２２との間が電気的に遮断された状態が常に確保されている。したがって、外部電源３ＡがＡＣ充電ポート２１に接続され、かつ、外部負荷３ＢがＡＣ給電ポート２２に接続されたとしても、外部電源３Ａと外部負荷３Ｂとの間の電気的な相互作用をポータブル充電器２が媒介しないようにすることができる。よって、本実施の形態によれば、ポータブル充電器２において充電と給電とを適切に管理できる。

また、本実施の形態では、コントローラ２０は、充電機能が選択された状態を初期状態（デフォルト）として動作する（Ｓ１０１においてＮＯ）。典型的なユーザにとっては、充電機能を選択する機会の方が給電機能を選択する機会よりも多い。そのため、どちらかの機能が選択されるまでは充電機能が選択されていると見なすことで、ユーザによる操作回数を低減し、操作パネル２７のユーザビリティを向上させることができる。

＜コントローラの動作電圧＞
続いて、コントローラ２０の動作電圧がコントローラ２０の外部からコントローラ２０にどのように供給されるのかについて、詳細に説明する。

図７は、ＤＣコネクタ２６の接続面の一例を示す図である。図７を参照して、ＤＣコネクタ２６は、この例ではチャデモ（CHAdeMO）方式の電力伝送規格に適合している。ＤＣコネクタ２６は、端子Ｔ１～Ｔ１０を含む。

端子Ｔ１は、グランド端子である。端子Ｔ２，Ｔ４，Ｔ７～Ｔ１０は、信号端子であって、作動開始停止用、コネクタ接続確認用またはＣＡＮ信号伝送用などの各種端子を含む。端子Ｔ５，Ｔ６は、直流電力が入出力される電力端子（ポジティブ端子／ネガティブ端子）である。

端子Ｔ３は、車両１に搭載された補機バッテリ１０１（図８参照）の補機電圧Ｖａｕｘ（たとえばＶａｕｘ＝１２Ｖ）を伝送するための端子である。ポータブル充電器２は、車両１から端子Ｔ３を介して供給される補機電圧Ｖａｕｘを用いて動作する。

なお、ＤＣコネクタ２６が適合する電力伝送規格の種類は特に限定されるものではない。ＤＣコネクタ２６は、チャデモ方式以外の方式（ＣＣＳ方式、ＧＢ／Ｔ方式、テスラ（Tesla）方式等）の規格に適合していてもよい。コントローラ２０への動作電圧の供給に用いられるＤＣコネクタ２６の端子は、ＤＣコネクタ２６が適合する電力伝送規格に応じて適宜定めることができる。

図８は、給電動作のための動作電圧をポータブル充電器２に供給する回路構成を示す回路ブロック図である。図８を参照して、車両１は、補機バッテリ１０１と、補機リレー１０２とをさらに備える。補機リレー１０２は、補機バッテリ１０１とインレット１１との間に電気的に接続され、ＥＣＵ１０からの指令に応じて開閉される。

ポータブル充電器２のＤＣコネクタ２６と車両１のインレット１１とが接続されると、補機リレー１０２が閉成する。そうすると、補機バッテリ１０１とコントローラ２０の動作電圧線ＯＬとがＤＣコネクタ２６の端子Ｔ３を介して電気的に接続される。これにより、補機バッテリ１０１の補機電圧Ｖａｕｘを動作電圧としてコントローラ２０に供給できる。

なお、車両１またはポータブル充電器２は、補機バッテリ１０１の補機電圧Ｖａｕｘを降圧する降圧コンバータをさらに備えてもよい。この降圧コンバータを用いることで、補機電圧Ｖａｕｘからコントローラ２０の動作電圧を生成できる。

図９は、給電動作に先立つ車両１およびポータブル充電器２の制御を示すフローチャートである。図９では、図中左側に車両１のＥＣＵ１０により実行される処理を示し、右側にポータブル充電器２のコントローラ２０により実行される処理を示している。図９に示したフローチャートは、図６に示したフローチャートに先立って実行される。なお、車両１ではイグニッションオン（ＩＧ－ＯＮ）操作が行われ、ＥＣＵ１０は起動しているものとする。

図９を参照して、Ｓ２０１において、ＥＣＵ１０は、車両１のインレット１１とポータブル充電器２のＤＣコネクタ２６とが接続されているかどうかを判定する。この判定は、前述のコネクタ接続確認用の信号端子（たとえば端子Ｔ７）の電圧値に基づいて行うことができる。

ポータブル充電器２のＤＣコネクタ２６が接続されたことを検知すると（Ｓ２０１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、端子Ｔ３から動作電圧を供給する条件が成立しているかどうかを判定する（Ｓ２０２）。ＥＣＵ１０は、たとえば補機バッテリ１０１の補機電圧Ｖａｕｘが規定の電圧範囲内である場合に上記条件が成立していると判定できる。動作電圧を供給する条件が成立していることを確認すると（Ｓ２０２においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、補機リレー１０２を閉成することで、ポータブル充電器２への動作電圧の供給を開始する。この動作電圧の供給を受けて、ポータブル充電器２のコントローラ２０が起動する（Ｓ１００）。

Ｓ１００に続く処理は、図６にて説明したＳ１０１以降の処理と同様であるため、ここでの詳細な説明は繰り返さない。図示しないが、ＥＣＵ１０は、一連の給電シーケンス（Ｓ２０４）の実行後には補機リレー１０２を開放し、車両１からポータブル充電器２への動作電圧の供給を終了してもよい。

以上のように、本実施の形態においては、ポータブル充電器２の外部からポータブル充電器２にコントローラ２０の動作電圧が供給される。これにより、コントローラ２０を動作させるためのポータブル充電器２の内蔵バッテリを削減できる。その結果、内蔵バッテリの電力切れを起こすことがなくなり、電力切れに備えた対策も不要になる。

この例では、ポータブル充電器２の給電動作時におけるコントローラ２０の動作電圧が車両１から供給される。電力供給源である車両１は十分な電力をバッテリ１５に有しており、バッテリ１５と補機バッテリ１０１との間での電力のやり取りも可能である。したがって、コントローラ２０の動作電圧を余裕を持って供給できる。

［変形例］
図１０は、充電動作のための動作電圧をポータブル充電器２に供給する回路構成を示す回路ブロック図である。図１０を参照して、ポータブル充電器２は、コントローラ２０の動作電圧を生成するための小型のＡＣ／ＤＣコンバータ２５ａを備えてもよい。ＡＣ／ＤＣコンバータ２５ａは、外部電源３Ａから供給される交流電圧を、コントローラ２０の動作電圧に変換する。この回路構成におけるポータブル充電器２の制御は、図６にて説明したフローチャートと同様であるため、説明は繰り返さない。

ポータブル充電器２の充電動作時におけるコントローラ２０の動作電圧については外部電源３Ａから供給することで、コントローラ２０の動作電圧を余裕を持って供給できる。ただし、ポータブル充電器２の充電動作時におけるコントローラ２０の動作電圧を車両１から供給してもよい。

また、ポータブル充電器２は、外部電源３Ａからも車両１からも動作電圧の供給を受けることが可能なように構成されていてもよい。言い換えると、図８に示した回路億世と図１０に示した回路構成とを組み合わせてもよい。

ポータブル充電器２は、ＤＣコネクタ２６に代えて、直流電力（ＤＣ）および交流電力（ＡＣ）の両方に対応するコネクタを備えてもよい。すなわち、ポータブル充電器２は、ＡＣ／ＤＣ変換に加えて、ＡＣ／ＡＣ変換も可能に構成されていてもよい。また、ポータブル充電器２は、ＡＣ充電ポート２１、ＡＣ給電ポート２２およびＤＣコネクタ２６の形状を、所望の電力伝送規格（チャデモ方式、ＣＣＳ方式、ＧＢ／Ｔ方式、テスラ方式等）に適合するように取り替え可能に構成されていてもよい。

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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。

１ 車両、１０ ＥＣＵ、１１ インレット、１２ 電圧センサ、１３ 電流センサ、１４ 充電リレー、１５ バッテリ、１６ ＰＣＵ、１７ モータジェネレータ、１８ 動力伝達ギヤ、１９ 駆動輪、２ ポータブル充電器、２０ コントローラ、２０１ プロセッサ、２０２ メモリ、２０３ 入出力ポート、２１ ＡＣ充電ポート、２２ ＡＣ給電ポート、２３ 切替回路、２５ ＡＣ／ＤＣ変換器、２４１，２４３ 電圧センサ、２４２，２４４ 電流センサ、２５ａ ＡＣ／ＤＣコンバータ、２６ ＤＣコネクタ、２７ 操作パネル、２８ インジケータ、２９ 通信モジュール、１０１ 補機バッテリ、１０２ 補機リレー、１１１ 制御装置、２３１，２３２ リレー、２５１ 回路、２５１ａ，２５４ 整流回路、２５１ｂ インバータ、２５２ 絶縁回路、２５２ａ 第１コイル、２５２ｂ 第２コイル、２５３ 遮断スイッチ、２０２０ 特開、ＡＣＬ 電力線、ＣＬ 通信線、ＮＬ，ＰＬ 給電線、ＯＬ 動作電圧線、ＳＨ 筐体、ｔ１，ｔ２，ｔａ～ｔｄ，Ｔ１～Ｔ１０ 端子、３ 外部機器、３Ａ 外部電源、３Ｂ 外部負荷、３１，３２ コネクタ、９ 電力伝送システム。

Claims (1)

1. 車両と外部電源または外部負荷との間で電力変換を行う電力変換装置と、
   前記車両とを備え、
   前記電力変換装置は、
   前記車両のインレットとの間で直流電力を伝送するように構成されたＤＣコネクタと、
   前記外部電源から交流電力を受けるように構成された充電ポートと、
   前記外部負荷に交流電力を出力するように構成された給電ポートと、
   前記ＤＣコネクタと前記充電ポートとの間で電力変換を実行可能であるとともに、前記ＤＣコネクタと前記給電ポートとの間で電力変換を実行可能に構成された、双方向の電力変換回路と、
   前記電力変換回路と前記充電ポートとを電気的に接続するか、前記電力変換回路と前記給電ポートとを電気的に接続するかを選択的に切り替えるように構成された切替回路と、
   前記電力変換回路および前記切替回路を制御することによって、充電動作および給電動作を選択的に実行するように構成された制御回路とを含み、
   前記充電動作は、前記外部電源から前記充電ポートを介して供給される交流電力を前記電力変換回路により直流電力に変換し、その直流電力を前記ＤＣコネクタから出力することで前記車両を充電する動作であり、
   前記給電動作は、前記車両から前記ＤＣコネクタを介して供給される直流電力を前記電力変換回路により交流電力に変換し、その交流電力を前記給電ポートから出力することで前記外部負荷に給電する動作であり、
   前記制御回路は、前記車両から前記ＤＣコネクタを介して供給される電圧を、前記給電動作の実行時における前記制御回路の動作電圧に使用するように構成され、
   前記車両は、前記インレットと前記ＤＣコネクタとの接続検知後に、前記給電動作を実行するための前記制御回路の動作電圧を出力するように構成されたリレーを含む、電力伝送システム。

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