JPWO2014196121A1 - 充放電装置 - Google Patents
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Abstract
充放電装置は、二次電池と電気的に接続されるように構成されたDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータと電気的に接続されたインバータと、インバータと電気的に接続された主充電端子と、主充電端子の電圧を検出するように動作する電圧検出回路と、DC/DCコンバータとインバータと電圧検出回路と電気的に接続される制御回路とを備える。制御回路は、主充電端子に入力された電圧で二次電池を充電する際に、電圧検出回路で検出された電圧が直流電圧である場合に、インバータが電圧を実質的にそのままDC/DCコンバータに供給してかつDC/DCコンバータが二次電池を充電することと、インバータが電圧を変換してDC/DCコンバータに供給する直流電圧変換回路として機能させてかつDC/DCコンバータが二次電池を充電することを電圧に応じて切り替えるように動作する。この充放電装置は、簡単な構成で軽量な充電ケーブルにより二次電池間で電力を融通することを可能にする。
Description
本発明は、二次電池の充電および放電が可能な充放電装置に関する。
電力を蓄積する電動車両において、使用中にその電力が不十分になった場合、他の電動車両から応急的に電力を受ける充電システムが例えば特許文献1に記載されている。
図14は特許文献1に記載されている従来の充電システム501の構成図である。充電システム501は、電動車両101、103と、緊急充電用ケーブル125とを備える。電動車両101、103のそれぞれは、バッテリ105と、制御部107と、正極側コンタクタ109と、プリチャージコンタクタ111と、プリチャージ抵抗113と、負極側コンタクタ115と、接続口123とを備えている。接続口123は、端子117、119、121を有する。
正極側コンタクタ109、プリチャージコンタクタ111および負極側コンタクタ115は、制御部107により、導通・遮断を切換え制御される。更に、制御部107は接続口123の端子121と接続されている。緊急充電用ケーブル125のコネクタ127、129がそれぞれの接続口123と接続されることにより、制御部107と緊急充電用ケーブル125の制御部とが通信可能に構成されている。
電動車両101、103のそれぞれはオンボードチャージャ131を備えていてもよい。プラグ133が商用電源(交流電源)と接続されると、オンボードチャージャ131は交流電源から得られた交流を直流に変換し、バッテリ105に充電電流を供給することができる。
緊急充電用ケーブル125は、給電用ケーブル135と、受電用ケーブル137と、制御ボックス139とから構成されている。また、制御ボックス139には、昇降圧回路と制御部が格納される。
次に、電動車両101のバッテリ105に蓄えられた電力で電動車両103のバッテリ105を充電する場合の充電システム501の動作について説明する。制御ボックス139の制御部は、電動車両101の給電側であるバッテリ105充電率SOC1と、電動車両103の受電側であるバッテリ105充電率SOC2との大小関係を比較する。
充電率SOC1が充電率SOC2以下である場合は、充電率SOC1の低いバッテリ105から充電率SOC2の高いバッテリ105に充電しようとしている状態または、充電率の等しいバッテリ105間で充電しようとしている状態であるので、制御ボックス139の制御部は電動車両101のバッテリ105で電動車両103のバッテリ105を充電する接続を誤接続と判定する。
充電率SOC1が充電率SOC2より大きい場合は、制御部107が、まず、プリチャージコンタクタ111および負極側コンタクタ115をON状態とする。プリチャージ抵抗113が挿入されることにより、接続直後の突入電流により大電流が流れることを防止する。その後、正極側コンタクタ109をON状態とし、プリチャージコンタクタ111をOFF状態とする。これにより、電動車両101、103のバッテリ105間の充放電である「車両間充電」が開始される。
特許文献1には、充電システム501において車両101の使用中に電力が不十分となった場合、緊急で他の電動車両103から電力を受電することができると記載されている。充電システム501は、車両間充電を開始する際に、車両間充電開始時にプリチャージコンタクタ111をON状態としていることから、車両間で大電流を流す。したがって、大電流に対応した太いケーブルが給電用ケーブル135と受電用ケーブル137に必要になり、緊急充電用ケーブル125が重くなる。ゆえに、緊急充電用ケーブル125を例えば電動車両101に搭載して走行すると、緊急充電用ケーブル125の重さの分、効率が低下し、走行距離が短くなる可能性がある。さらに、緊急充電用ケーブル125の制御ボックス139内には電力を制御するための昇降圧回路が独立して設けられているので、緊急充電用ケーブル125の全体構成が複雑になる。
充放電装置は、二次電池と電気的に接続されるように構成されたDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータと電気的に接続されたインバータと、インバータと電気的に接続された主充電端子と、主充電端子の電圧を検出するように動作する電圧検出回路と、DC/DCコンバータとインバータと電圧検出回路と電気的に接続される制御回路とを備える。制御回路は、主充電端子に入力された電圧で二次電池を充電する際に、電圧検出回路で検出された電圧が直流電圧である場合に、インバータが電圧を実質的にそのままDC/DCコンバータに供給してかつDC/DCコンバータが二次電池を充電することと、インバータが電圧を変換してDC/DCコンバータに供給する直流電圧変換回路として機能させてかつDC/DCコンバータが二次電池を充電することとを電圧に応じて切り替えるように動作する。
この充放電装置は、簡単な構成で軽量な充電ケーブルにより二次電池間で電力を融通することを可能にする。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における充放電装置11のブロック回路図である。実施の形態1では、充放電装置11は電動車両に搭載され、電動車両等の車両に搭載された二次電池13と共に用いられるように構成されている。図1では、充放電装置11は商用の交流電源25から供給される交流電力を二次電池13に充電する。
図1は、本発明の実施の形態1における充放電装置11のブロック回路図である。実施の形態1では、充放電装置11は電動車両に搭載され、電動車両等の車両に搭載された二次電池13と共に用いられるように構成されている。図1では、充放電装置11は商用の交流電源25から供給される交流電力を二次電池13に充電する。
充放電装置11は、二次電池13と電気的に接続されるように構成されたDC/DCコンバータ15と、DC/DCコンバータ15と電気的に接続されたインバータ17と、インバータ17と電気的に接続された主充電端子19と、インバータ17と電気的に接続された電圧検出回路21と、制御回路23を備える。制御回路23は、DC/DCコンバータ15とインバータ17と電圧検出回路21と電気的に接続されている。制御回路23は、主充電端子19から二次電池13を充電する際に、電圧検出回路21で検出した主充電端子19の電圧である主充電端子電圧Voが交流電圧であれば、インバータ17が整流回路として機能するように制御する。その後、制御回路23は、DC/DCコンバータ15により二次電池13の充電を制御する。一方、主充電端子電圧Voが直流電圧であれば、制御回路23は、インバータ17が主充電端子電圧Voを実質的にそのまま出力するように制御する。その後、制御回路23は、DC/DCコンバータ15により二次電池13の充電を制御する。
これにより、制御回路23は、主充電端子電圧Voが交流電圧であるか直流電圧であるかに応じてインバータ17を制御するので、主充電端子19から入力される電力が直流であっても交流であっても二次電池13を充電することができる。その結果、商用の交流電源25から二次電池13を充電する回路構成をそのまま転用して、電動車両等の他の車両から応急的に直流電力を受電して二次電池13を充電することができる。転用された回路構成により大電流が流れることがなくなり、太い充電ケーブルが不要となる。さらに、制御回路23により他の車両からの電力の充電制御が可能となるので、昇降圧回路を独立して設ける必要もない。これらのことから、簡単な構成で軽量な充電ケーブルにより、車両間で電力を融通することが可能な充放電装置11が得られる。
以下、より具体的に実施の形態1における充放電装置11の構成、動作について説明する。
充放電装置11は電動車両である車両に搭載されるように構成されている。充放電装置11は、車両に搭載されてかつ車両を駆動するための電力を蓄える二次電池13と共に用いられるように構成されている。二次電池13は、例えばリチウムイオンバッテリからなり、車両を駆動するモータと電気的に接続されている。したがって、二次電池13に蓄積された電力によりモータを駆動することで車両を走行させる。なお、満充電時において二次電池13の電圧である二次電池電圧Vbは、100Vの実効電圧の商用の交流電源25のピーク電圧(141V)に近い約130Vとしている。なお、交流電源25の実効電圧やピーク電圧、二次電池13の満充電時の二次電池電圧Vbは上記の電圧に限定されるものではない。
DC/DCコンバータ15は電圧が入出力されるポート15A〜15Dを有し、ポート15A、15B間に入力された直流電圧を変換して、変換された直流電圧をポート15C、15Dから出力することができ、かつポート15C、15D間に入力された直流電圧を変換して、変換された直流電圧をポート15A、15Bから出力することができる双方向型のDC/DCコンバータである。DC/DCコンバータ15のポート15A、15Bは二次電池13と電気的に接続されるように構成されている。DC/DCコンバータ15はポート15A、15Bから出力された電力で二次電池13の充電を行うとともに、二次電池13に蓄積された電力を車両の駆動以外に使用する場合に二次電池13に蓄積された電力をポート15A、15Bに入力することで二次電池13の放電を行う機能を有する。インバータ17から主リレー18を介して主充電端子19に至る100V程度の電圧と放電時の二次電池電圧Vbとの差が大きいので、両者が電気的に直接接続されないように、DC/DCコンバータ15はポート15A、15Bがポート15C、15Dから絶縁された絶縁型のDC/DCコンバータである。
主リレー18は、主充電端子19に何も接続されない時に、二次電池13からの電力が不用意に主充電端子19から出力されないようにするために設けられる。
DC/DCコンバータ15の二次電池13が接続されないポート15C、15Dには平滑コンデンサ27およびインバータ17が電気的に接続されている。インバータ17は、ブリッジ接続されたスイッチング素子29、31、33、35よりなるブリッジ回路で構成されている。スイッチング素子29は接続点17A、17Cの間に直列に接続されている。スイッチング素子31は接続点17B、17Cの間に直列に接続されている。スイッチング素子33は接続点17A、17Dの間に直列に接続されている。スイッチング素子35は接続点17B、17Dの間に直列に接続されている。スイッチング素子29、31は接続点17Cで互いに直列に接続されている。スイッチング素子29、33は接続点17Aで互いに直列に接続されている。スイッチング素子31、35は接続点17Bで互いに直列に接続されている。スイッチング素子33、35は接続点17Dで互いに直列に接続されている。これらのスイッチング素子は例えば電界効果トランジスタ等の半導体スイッチング素子よりなり、互いに並列に接続されたスイッチと寄生ダイオードとを有する。具体的には、スイッチング素子29は、スイッチ29Sと、スイッチ29Sと並列に接続された寄生ダイオード29Dとを有する。スイッチング素子31は、スイッチ31Sと、スイッチ31Sと並列に接続された寄生ダイオード31Dとを有する。スイッチング素子33は、スイッチ33Sと、スイッチ33Sと並列に接続された寄生ダイオード33Dとを有する。スイッチング素子35は、スイッチ35Sと、スイッチ35Sと並列に接続された寄生ダイオード35Dとを有する。寄生ダイオード29Dのアノードとカソードは接続点17Cと接続点17Aにそれぞれ接続されている。寄生ダイオード31Dのアノードとカソードは接続点17Bと接続点17Cにそれぞれ接続されている。寄生ダイオード33Dのアノードとカソードは接続点17Dと接続点17Aにそれぞれ接続されている。寄生ダイオード35Dのアノードとカソードは接続点17Bと接続点17Dにそれぞれ接続されている。なお、寄生ダイオード29D、31D、33D、35Dに、それらより応答速度の速い外付けのダイオードをそれぞれ並列に接続してもよい。接続点17A、17BはDC/DCコンバータ15のポート15C、15Dにそれぞれ接続されている。平滑コンデンサ27は接続点17A、17B間に接続されている。制御回路23はスイッチ信号SW1によりスイッチ29S、31S、33S、35Sをオンオフさせることができる。以降、スイッチング素子29、31、33、35をオンオフさせることはスイッチ29S、31S、33S、35Sをオンオフさせることと定義する。これらの寄生ダイオードにより、インバータ17は、主充電端子19に接続された商用の交流電源25(交流100V)により二次電池13を充電する場合に、スイッチング素子29、31、33、35の全てをオフにすることで整流回路として動作する。
インバータ17は、二次電池13に蓄積された電力を車両の駆動以外に使用する場合は、次のように動作する。
まず、二次電池13の電力を商用の交流電源25の代わりとして車両すなわち充放電装置11の主充電端子19から出力する際には、制御回路23はスイッチ信号SW1でスイッチング素子29、35の組とスイッチング素子31、33の組とを交流電源25の周波数で互いに交互にオンオフさせる。これにより、インバータ17の接続点17C、17D間に矩形波の電圧が発生する。インバータ17の接続点17C、17Dにはフィルタ回路37が接続されている。フィルタ回路37によりインバータ17の接続点17C、17D間に発生した矩形波の電圧が正弦波の交流波形を有する交流電圧に変換されて主充電端子19から出力される。フィルタ回路37はインダクタ37Lとコンデンサとを有する。
次に、二次電池13の電力を直流電力として主充電端子19から出力する場合は、充放電装置11は以下のように動作する。DC/DCコンバータ15は二次電池13に蓄積された電力から所望の直流電圧をポート15C、15D間に生成する。制御回路23はインバータ17のスイッチング素子29、35をオンにしてスイッチング素子31、33をオフにする。その結果、主充電端子19から所望の直流電圧を出力させることができる。
二次電池13をインバータ17とDC/DCコンバータ15により充電する場合は、交流電源25を主充電端子19に接続する。一般的な商用の交流電源25によるこの充電を普通充電と定義する。
実施の形態1における充放電装置11は、インバータ17やDC/DCコンバータ15を介さずに二次電池13を直接充電する急速充電を行うことができる。急速充電を行うために、実施の形態1の充放電装置11は副充電端子39を備える。副充電端子39は副リレー41を介して二次電池13に直接電気的に接続される。すなわち、副リレー41は二次電池13に直接的に接続され、副充電端子39は副リレー41に直接的に接続されている。車外の急速充電器を副充電端子39に接続して、急速充電器から電力を二次電池13に供給することで急速充電を行う。
急速充電器は二次電池13を急速に充電するために大電流を流す。そのため、副充電端子39から副リレー41を経由して二次電池13に至るまでの経路には大電流に対応した太い配線が用いられる。
主充電端子19には、主充電端子電圧Voを検出するために電圧検出回路21が電気的に接続されている。電圧検出回路21は、主充電端子電圧Voが直流電圧であるか交流電圧であるかを判別することができる。電圧検出回路21は、主充電端子電圧Voが直流電圧であればその電圧値を主充電端子電圧Voとして出力し、主充電端子電圧Voが交流電圧であればその実効値を主充電端子電圧Voとして出力する。なお、主充電端子電圧Voが交流電圧である場合には、交流電圧値は実効値ではなく、ピーク値などの交流電圧に対応する他の値であってもよい。主充電端子19は接点19A、19Bを有する。主充電端子電圧Voは接点19A、19B間の電圧である。例えば、接点19Aの電位が接点19Bの電位より高い場合に主充電端子電圧Voは正であると定義し、接点19Aの電位が接点19Bの電位より低い場合に主充電端子電圧Voは負であると定義する。主充電端子電圧Voが直流電圧である場合は、電圧検出回路21は主充電端子電圧Voの極性すなわち主充電端子電圧Voが正であるか負であるか判別することができる。
DC/DCコンバータ15とインバータ17のスイッチング素子29、31、33、35と主リレー18と副リレー41と電圧検出回路21は制御回路23と電気的に接続されている。制御回路23は、マイクロコンピュータと、メモリを含む周辺回路とから構成され、主充電端子電圧Voを取り込むとともに、スイッチ信号SW1によりインバータ17のスイッチング素子29、31、33、35のオン、オフ動作を制御する。さらに、制御回路23は主リレー信号Rt1により主リレー18のオン、オフ動作を制御する。加えて、制御回路23は副リレー信号R1により副リレー41のオン、オフ動作も制御する。また、制御回路23は、制御信号CNT1によりDC/DCコンバータ15の制御を行なうとともに、DC/DCコンバータ15を介して制御信号CNT1により二次電池13の電圧である二次電池電圧Vbを取り込む。
制御回路23には、アンテナ43が電気的に接続されている。制御回路23はアンテナ43を介して他の二次電池に接続された他の充放電装置と無線により通信を行うことができる。これにより、制御回路23は他の充放電装置の他の制御回路へ無線でデータ信号DAT1を送信できる。また、制御回路23は他の制御回路から無線で他のデータ信号を受信できる。このように、制御回路23と他の制御回路はそれらの間で無線通信を行うことで、二次電池13と他の二次電池の状態や充放電装置11と他の充放電装置の動作状態などを検知することができる。また、充放電装置11と他の充放電装置との間の通信を無線通信で行うことより充放電装置11と他の充放電装置との間における通信配線が不要となり構成が簡単になる。
なお、充放電装置11と他の充放電装置との間の通信は無線通信に限定されるものではなく、独立した通信配線を用いても以下の動作を行うことは可能である。また、独立した通信配線を用いずに、電源線を介した通信を用いてもよい。この場合は電力と通信の信号との分離を行うために、例えばフィルタ回路37で信号を分離してもよい。
次に、充放電装置11の動作について説明する。
まず、交流電源25により普通充電を行う充放電装置11の動作について述べる。
商用の交流電源25(交流100V、ピーク電圧141V)は、主充電端子19に接続される。ユーザによる操作で充電開始の指示が制御回路23に対して与えられると、制御回路23は主リレー18をオンにするように主リレー信号Rt1を出力する。主リレー信号Rt1により主リレー18がオンになり、電圧検出回路21には主充電端子の電圧である主充電端子電圧Voが印加される。
電圧検出回路21は主充電端子電圧Voを検出して、主充電端子電圧Voが直流電圧であるか交流電圧であるかを示す信号と、主充電端子電圧Voの電圧値を示す信号を制御回路23へ出力する。これにより制御回路23は電圧検出回路21から取り込んだ主充電端子電圧Voが交流であることを検知することができる。その結果、制御回路23はインバータ17を整流回路として機能させるように制御する。具体的には、制御回路23はスイッチング素子29、31、33、35を全てオフにするようにスイッチ信号SW1を出力する。これにより、スイッチング素子29、31、33、35の寄生ダイオード29D、31D、33D、35Dによりブリッジ回路が形成され、インバータ17は整流回路として機能する。
整流回路として機能しているインバータ17で整流されて出力される電圧は平滑コンデンサ27で平滑されてDC/DCコンバータ15に入力される。DC/DCコンバータ15は二次電池13の電圧である二次電池電圧Vbを計測してその電圧値を制御信号CNT1により制御回路23に出力する。その結果、制御回路23は二次電池電圧Vbに応じてDC/DCコンバータ15をフィードバック制御し、二次電池13の充電を行なう。そして、制御回路23は二次電池電圧Vbが所定の満充電電圧に至れば充電を停止する。
このような動作により、充放電装置11により二次電池13の普通充電が行われる。
次に、急速充電での充放電装置11の動作について説明する。
副充電端子39に前述の急速充電器から延びる急速充電用コネクタが接続されると、急速充電器は送電開始信号を無線で出力する。制御回路23は送電開始信号をアンテナ43によりデータ信号DAT1として受信すると、副リレー41をオンにする。その結果、急速充電器と二次電池13とが電気的に直接接続される。
次に、制御回路23は充電の準備ができたことをデータ信号DAT1により急速充電器に送信する。これを受け、急速充電器は二次電池13への電力の供給を開始して二次電池13の充電を開始する。この場合、充放電装置11は二次電池13への充電の制御を行なわず、充電制御は急速充電器が行う。
二次電池13の充電が完了すると、急速充電器は二次電池13の充電が完了した旨をデータ信号DAT1として制御回路23へ送信する。これを受け、制御回路23は副リレー41をオフにする。
このような動作により、二次電池13の急速充電が行われる。
次に、車両を駆動する以外の目的、例えば商用の交流電圧で動作する家電機器を使用するために、二次電池13の電力を主充電端子19から放電する場合の充放電装置11の動作について説明する。
まず、ユーザにより主充電端子19に家電機器が接続される。次に、例えばユーザによる操作で交流電力供給の指示が制御回路23に与えられると、制御回路23は、主リレー18をオンにするとともに、電圧検出回路21で検出される主充電端子電圧Voが家電機器を動作させるために必要な交流電圧(例えば100V、60Hz)になるように、DC/DCコンバータ15を制御してポート15C、15D間に直流電圧を出力させる。制御回路23はスイッチ信号SW1でインバータ17のスイッチング素子29、31、33、35のオンオフ制御を行ない、接続点17C、17D間に矩形波の電圧を発生させる。フィルタ回路37は接続点17C、17D間の矩形波の電圧を正弦波の交流電圧に変換して主充電端子19から出力する。
このような動作により、二次電池電圧Vbを交流電圧に変換して主充電端子19から出力することができる。
なお、制御回路23は二次電池電圧Vbを監視することで、二次電池13が過放電にならないようにDC/DCコンバータ15を制御する。これにより、二次電池13の劣化を抑制することができる。
次に、主充電端子19から直流電力を出力する充放電装置11の動作について説明する。
まず、ユーザにより主充電端子19に電子機器が接続される。次に、ユーザによる操作で直流電力供給の指示が制御回路23に与えられると、制御回路23は、まず、主リレー18をオンにする。次に、制御回路23は、インバータ17のスイッチング素子29、35をオンにするとともに、スイッチング素子31、33をオフにするようにスイッチ信号SW1を出力する。これにより、インバータ17は、DC/DCコンバータ15の出力電圧を実質的にそのまま主充電端子19へ出力する。制御回路23は電圧検出回路21で検出される主充電端子電圧Voが、電子機器を動作させるために必要な直流電圧になるように、DC/DCコンバータ15を制御する。このような動作により、二次電池電圧Vbを上記直流電圧に変換して主充電端子19から出力することができる。
なお、この場合も、制御回路23は二次電池電圧Vbを監視し、二次電池13が過放電にならないように制御する。これにより、二次電池13の劣化を抑制することができる。
次に、二次電池13に蓄積されている電力の残量が低下し、他の車両の二次電池から供給された電力で二次電池13を充電する充放電装置11の動作について説明する。図2は、他の車両に搭載された他の充放電装置51に接続された充放電装置11の回路図である。
他の車両に搭載された他の充放電装置51は充放電装置11と同じ構成を備える。具体的には、充放電装置51は他の二次電池53が接続できるように構成されている。二次電池53は、二次電池13と同様に例えばリチウムイオンバッテリからなり、他の車両の他のモータと電気的に接続されている。なお、二次電池53の電圧である二次電池電圧Vbaも、二次電池電圧Vbと同様、満充電時に約200Vとなる。
他のDC/DCコンバータ55は、DC/DCコンバータ15と同様に、双方向絶縁型の構成を有し、ポート55A〜55Dを有する。二次電池53のポート55A、55BにはDC/DCコンバータ55と電気的に接続されるように構成されている。
DC/DCコンバータ55の二次電池53が接続されないポート55C、55Dには他の平滑コンデンサ67および他のインバータ57が電気的に接続されている。インバータ57は、ブリッジ回路を構成するように接続されたスイッチング素子69、71、73、75で構成されている。インバータ57は、インバータ17と同様に動作する。インバータ57には他のフィルタ回路77が接続される。フィルタ回路77は、フィルタ回路37と同様に、インダクタ77Lとコンデンサから構成される。また、フィルタ回路77と主充電端子59との間には主リレー58が電気的に接続されている。主リレー58は主リレー18と同じ構成を有する。
充放電装置51は、二次電池53の急速充電を行うために、他の副充電端子79を備える。副充電端子79は副リレー81を介して二次電池53に直接電気的に接続されるように構成されている。副充電端子79から副リレー81を経由して二次電池53に至るまでの経路に限っては大電流に対応した太い配線が用いられる。
なお、主充電端子59には主充電端子電圧Voaを検出するために他の電圧検出回路61が電気的に接続されている。電圧検出回路61は、電圧検出回路21と同様に、主充電端子電圧Voaが直流であるか交流であるかを判別することができる。主充電端子電圧Voaが直流電圧である場合は、主充電端子電圧Voaの極性を判別することができる。
DC/DCコンバータ55とインバータ57のスイッチング素子69、71、73、75と主リレー58と副リレー81と電圧検出回路61は制御回路63と電気的に接続されている。制御回路63も、制御回路23と同様に、マイクロコンピュータと、メモリを含む他の周辺回路とから構成され、主充電端子電圧Voaを取り込むとともに、スイッチ信号SW2によりインバータ57のスイッチング素子69、71、73、75のオン、オフ動作を制御する。さらに、制御回路63は主リレー信号Rt2により主リレー58のオン、オフ動作を制御する。加えて、制御回路63は副リレー信号R2により副リレー81のオン、オフ動作も制御する。また、制御回路63は制御信号CNT2によりDC/DCコンバータ55の制御を行なうとともに、DC/DCコンバータ55を介して制御信号CNT2により二次電池53の二次電池電圧Vbaを取り込む。
制御回路63には他のアンテナ83が電気的に接続されている。したがって、制御回路63はアンテナ83を介して、例えば充放電装置11の制御回路23と無線により通信を行うことができる。これにより、制御回路63は制御回路23へ無線でデータ信号DAT2を送信できる。また、制御回路63は制御回路23から無線でデータ信号DAT1を受信できる。
充放電装置11、51は、二次電池13に蓄積されている電力が不足している場合に二次電池53に蓄積されている電力で二次電池13を充電し、二次電池53に蓄積されている電力が不足している場合に二次電池13に蓄積されている電力で二次電池53を充電することができる。この動作を充放電装置11、51間で電力を融通する電力融通と呼ぶ。充放電装置51は、充放電装置11との電力融通以外の動作は、上記した充放電装置11の動作と同様に動作する。
次に、充放電装置51から充放電装置11へ電力を融通する場合の充放電装置11、51の動作について説明する。
まず、図2に示すように、ユーザにより、充電ケーブル85が副充電端子79と主充電端子19との間で接続される。この段階では、まだ電力融通が行われていないので、DC/DCコンバータ15は停止している。
充電ケーブル85は、副充電端子39と嵌合する形状のコネクタと、主充電端子19と嵌合する形状のコネクタと、を備える。いずれのコネクタも、極性が逆に接続されないような構造、例えばコネクタの一部に設けられた突起を有する。なお、車両間で電力を融通する際に、急速充電ではなく普通充電が行われるので、充電ケーブル85は急速充電用の太いケーブルである必要がない。従って、充電ケーブル85が軽量化され、これを車両に積載しても、重いケーブルを積載する場合に比べ、車両走行の効率低下を抑制することができる。
次に、ユーザは、充放電装置11において、他の車両からの電力融通を開始するスイッチを操作する。このスイッチは制御回路23に接続されている。これにより、制御回路23は、スイッチング素子29、31、33、35を全てオフにした後、副リレー81をオンにするようにデータ信号DAT1を充放電装置51に送信する。データ信号DAT1を受け、制御回路63は副リレー81をオンにする。この結果、二次電池53の二次電池電圧Vba(直流電圧)がインバータ17に印加される。
次に、制御回路23は、図2に示すように、スイッチング素子31、33をオフに維持したままスイッチング素子29、35をオンにする。これにより、インバータ17は、二次電池電圧Vbaを実質的にそのまま出力するように制御されるので、DC/DCコンバータ15のポート15C、15Dには二次電池電圧Vbaが印加される。ここで、インバータ17が、二次電池電圧Vba(直流電圧)を実質的にそのまま出力するとは、インバータ17に入力されるその直流電圧が、インバータ17における内部抵抗などに起因した電圧降下の範囲内でそのまま出力されることであると定義する。
次に、制御回路23は、DC/DCコンバータ15に印加された二次電池電圧Vbaを、二次電池13を充電するための電圧に変換して出力させる。これにより、二次電池53から供給された電力が二次電池13に充電されるので、車両間(充放電装置11、51間)の電力融通が行われる。このとき、充電ケーブル85には図2に示すように、充放電装置51の副充電端子79から充放電装置11の主充電端子19に電力が供給される。
制御回路23、63は、電力融通の間、二次電池13、53の充電率SOC1、SOC2をそれぞれ監視する。それと同時に、制御回路23は、制御回路63が監視している二次電池53の充電率SOC2を通信により取り込む。そして、制御回路23は、充電率SOC1、SOC2に基づいて、必要な電力融通が完了すれば、二次電池13の充電終了を判断する。
なお、実施の形態1において、二次電池13の充電率SOC1とは、二次電池13で蓄積できる電力の総量(容量)に対する、二次電池13に蓄積されて使用可能な電力の量の割合であり、百分率で表される。制御回路23は二次電池13の充放電電流の時間積分に基づいて充電率SOC1を求める。制御回路63は同様に二次電池53の充電率SOC2を求める。
制御回路23は、例えば以下の条件(1)〜(3)のいずれかにより充電が完了すると判断することができる。
条件(1):二次電池53(充放電装置51)から二次電池13(充放電装置11)に供給する電力量である電力融通量をユーザが設定し、その電力融通量だけ二次電池13が充電された場合に制御回路23は充電が完了したと判断する。
条件(2):他の車両の現在地から目的地まで走行可能な電力量(マージン含む)を制御回路63が設定する。設定された電力量を二次電池53に残し、二次電池53に蓄積されている電力量から設定された電力量を引いた残りの電力量を充放電装置11(二次電池13)に供給した場合に、制御回路23は充電が完了したと判断する。
条件(3):二次電池53に十分な電力量が蓄積されており、車両が現在地から目的地まで走行可能な電力量(マージン含む)を制御回路23が設定し、設定された電力量が二次電池53から二次電池13へ供給された場合に制御回路23は充電が完了したと判断する。
なお、制御回路23が充電の完了を判断する条件は上記の条件(1)〜(3)に限られるものではなく、他の条件を適用してもよい。
上記のような充放電装置11、51は以下のように充電終了時に動作する。制御回路23は、二次電池13の充電率SOC1を得る。制御回路23は、制御回路63との通信により二次電池53の他の充電率SOC2を得る。制御回路23は、充電率SOC1、SOC2に基づいて二次電池13の充電が終了したか否かを判断する。これにより、充電される二次電池13の過充電や、二次電池53の過放電を避けることができるとともに、必要以上の電力を融通することを避けることができる。
なお、実施の形態1では制御回路23は充電率SOC1、SOC2に基づいて充電の終了を判断するが、これに限定されるものではない。例えば、充電率SOC1、SOC2が二次電池電圧Vb、Vbaにそれぞれ比例している場合は、制御回路23は二次電池電圧Vb、Vbaに基づいて充電の終了を判断してもよい。
ここで、以上に説明した充放電装置11の全体的な動作について説明する。図3は充放電装置11の動作のフローチャートである。なお、図3に示す動作では、電力融通を行う場合は、電力を受ける車両と、電力を供給する他の車両との双方でそれら車両を起動させるメインスイッチやイグニションスイッチ等のスイッチがオンになっており、かつ、ユーザにより両方の車両が二次電池13、53(充放電装置11、51)間で電力を融通する電力融通モードに設定されている。
制御回路23が、ユーザによる二次電池13の充電を開始する指令を受けると図3のフローチャートを実行する。なお、図3のフローチャートは、制御回路23に内蔵されるマイクロコンピュータのメインルーチンから呼び出されて実行されるサブルーチンである。
図3のフローチャートによるサブルーチンが実行されると、制御回路23は、まず、インバータ17のスイッチング素子29、31、33、35の全てをオフにする(ステップS11)。
次に、制御回路23は、主リレー18をオンにし、充放電装置51の制御回路63に副リレー81をオンにするように指令する(ステップS12)。具体的には、制御回路23は主リレー18をオンにするための主リレー信号Rt1を主リレー18へ出力するとともに、副リレー81をオンにするデータ信号DAT1を充放電装置51へ送信する。これにより、電力融通モードであれば、主リレー18と副リレー81がオンになり、インバータ17に二次電池53の二次電池電圧Vbaが印加される。なお、電力融通モードでなければ、電力融通を行うための他の車両が存在しないので、充放電装置51の制御回路63はステップS12の動作により送信されたデータ信号DAT1を無視し、データ信号DAT1を受けても何もしない。
次に、制御回路23は電圧検出回路21から主充電端子電圧Voを取り込み(ステップS13)、主充電端子電圧Voが交流電圧であるか否かを判断する(ステップS15)。ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧であれば(ステップS15のYes)、商用の交流電源25から二次電池13を充電するために、制御回路23は、後述するステップS25以降の動作を行う。なお、この時点で、二次電池13を充電するための商用の交流電源25とは異なる電圧や周波数を有する交流電圧が印加された場合、制御回路23は規格外の電力であると判断し、ユーザに警告を出してもよい。図3に示す動作では、制御回路23は、交流電源25の交流電圧や周波数が変動しても二次電池13を充電できるようにDC/DCコンバータ15を制御する。
ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧でなければ(ステップS15のNo)、制御回路23は、主充電端子電圧Voが直流電圧であるか否かを判断する(ステップS17)。ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧であれば(ステップS17のYes)、制御回路23は、後述するステップS21以降の動作を行う。
一方、ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧でなければ(ステップS17のNo)、主充電端子19には交流電圧も直流電圧も印加されていないので、制御回路23は主充電端子19に充電ケーブル85が接続されていないと判断し、ユーザに対して未接続信号を出力して(ステップS19)、図3のサブルーチンを終了し、メインルーチンに戻る。ユーザはこれにより、接続状態を確認して再度充電操作を行うことができる。
ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧であれば(ステップS17のYes)、制御回路23はスイッチング素子31、33をオフに維持したままスイッチング素子29、35をオンにする(ステップS21)。その結果、インバータ17は主充電端子電圧Voを実質的にそのまま出力する。これにより、DC/DCコンバータ15のポート15C、15Dには主充電端子電圧Voが印加されるので、次に、制御回路23は二次電池13を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御する(ステップS25)。これにより、主充電端子19から供給される直流電力で二次電池13へ充電できる。この際、主充電端子19に接続される直流電力源は、図2で示す他の二次電池53であってもよいし、それ以外の、例えば太陽電池で発電した直流電力源、あるいは据え置き型の蓄電ユニットからの直流電力源であってもよい。いずれの場合であっても、制御回路23は、二次電池13を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御する。
一方、交流電源25が主充電端子19に接続されており、ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧である場合には(ステップS15のYes)、制御回路23はステップS25において二次電池13を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御する。この場合は、ステップS21の動作が行われずスイッチング素子29、31、33、35はオフに維持されているので、インバータ17はブリッジ接続されているスイッチング素子29、31、33、35の寄生ダイオード29D、31D、33D、35Dにより整流回路として機能する。従って、交流電源25からの交流電力がインバータ17で整流され、平滑コンデンサ27で平滑されてDC/DCコンバータ15のポート15C、15Dに供給される。したがって、交流電源25からの交流電力で二次電池13を充電することができる。
このように、図3に示すフローチャートでのサブルーチンを実行することで、主充電端子19に接続される電源が交流電源25であっても、上記した直流電力源であっても、他の二次電池53であっても、制御回路23により自動的に最適条件で二次電池13を充電することが可能となり、ユーザにとって極めて容易に、電力融通を含めた二次電池13の充電が可能になる。
上記の図3に示すフローチャートにより充放電装置11は以下のように動作する。制御回路23は、主充電端子19から二次電池13を充電する際に、電圧検出回路21で検出した主充電端子19の主充電端子電圧Voが交流電圧であれば、インバータ17が整流回路として機能するように制御した後、DC/DCコンバータ15により二次電池13の充電を制御する。また、制御回路23は、主充電端子電圧Voが直流電圧であれば、インバータ17が上記直流電圧を実質的にそのまま出力するように制御した後、DC/DCコンバータ15により二次電池13の充電を制御する。なお、充電終了動作については、上記したとおりである。
実施の形態1では、主充電端子電圧Voが交流電圧であれば制御回路23はインバータ17を整流回路として機能するように制御しているが、インバータ17を力率改善回路として機能するように制御してもよい。すなわち、整流回路で主充電端子電圧Voを直流に変換すると、平滑コンデンサ27に脈流が印加される。脈流の電圧の変動を低減するには大容量の平滑コンデンサ27が必要となり、充放電装置11が大型化する。
実施の形態1では、インバータ17がフィルタ回路37のインダクタ37Lとともに力率改善回路として機能するように、制御回路23がスイッチング素子29、31、33、35のスイッチング動作を行なうよう制御する。その結果、平滑コンデンサ27を大型化することがなくなる。また、このような動作は制御回路23のソフトウエアのみによって実現できるので他の回路を追加することもなく、DC/DCコンバータ15へ入力される電圧の安定化を図ることができ、さらに、高調波の抑制も可能となる。
なお、本実施の形態1のように、DC/DCコンバータ15が二次電池13を充電する場合は、二次電池13の容量が大きいと、脈動が存在しても充放電動作に大きな影響を及ぼさない場合もある。この場合には、制御回路23はインバータ17を力率改善回路ではなく整流回路として機能させてもよい。
また、実施の形態1では、主充電端子電圧Voが直流電圧であれば、インバータ17がその直流電圧を実質的にそのまま出力するように制御しているが、以下の理由で、インバータ17がフィルタ回路37のインダクタ37Lとともに直流電圧変換回路として機能するように制御してもよい。
二次電池13が放電した状態から充電する場合、充電する前では二次電池電圧Vbは低い状態にある。したがって、DC/DCコンバータ15はポート15C、15Dに入力される電圧である平滑コンデンサ27の電圧を降圧して二次電池13を充電する。ゆえに、平滑コンデンサ27の電圧は二次電池電圧Vbよりも高くする必要がある。
実施の形態1では、二次電池電圧Vbの満充電電圧(約130V)は、交流電源25のピーク電圧(141V)に近い。満充電電圧はピーク電圧よりも僅かに低いので、DC/DCコンバータ15は、平滑コンデンサ27の電圧(約141V)を昇圧することなく常に降圧することで二次電池13を満充電にすることができる。
双方向型のDC/DCコンバータ15は、ポート15C、15D間に印加された直流電圧を降圧してポート15A、15B間に出力し、ポート15A、15B間に印加された直流電圧を昇圧してポート15C、15D間に出力することができる。しかし、ポート15C、15D間の電圧とポート15A、15B間の電圧の高低関係はDC/DCコンバータ15の回路構成で決まり、DC/DCコンバータ15のスイッチング素子のオンオフの制御では容易に変更できない。すなわち、実施の形態1では、DC/DCコンバータ15は、ポート15C、15D間に印加された直流電圧を昇圧してポート15A、15B間に出力し、ポート15A、15B間に印加された直流電圧を降圧してポート15C、15D間に出力することは困難である。したがって、満充電電圧が例えば200V等の平滑コンデンサ27の電圧より高い場合には、平滑コンデンサ27の電圧と二次電池電圧Vbが近づくと、二次電池13の充電が困難になる。そこで、平滑コンデンサ27の電圧と二次電池電圧Vbが近づいた場合、制御回路23がインバータ17をフィルタ回路37のインダクタ37Lとともに直流電圧変換回路である昇圧型DC/DCコンバータとして動作させるようにスイッチング素子29、31、33、35をオンオフさせ、平滑コンデンサ27の電圧を上げることにより、DC/DCコンバータ15は降圧動作を継続することができ、二次電池13を満充電にすることが可能となる。
ゆえに、二次電池13の条件によっては、制御回路23はインバータ17が昇圧コンバータとして機能するように制御してもよい。
これらのことから、主充電端子19の主充電端子電圧Voが交流電圧である場合には、制御回路23はインバータ17を整流回路と力率改善回路のいずれか一方として機能させる。また、主充電端子電圧Voが直流電圧である場合には、制御回路23はインバータ17が上記直流電圧を実質的にそのまま出力するようにインバータ17を制御するか、または、インバータ17が直流電圧変換回路として機能するようにインバータ17を制御する。
図4Aは充放電装置11の上記の動作を示すフローチャートである。なお、図4Aのフローチャートは、図3に示すフローチャートと同様にメインルーチンから実行されるサブルーチンである。図4Aにおいて、図3に示すフローチャートと同じ動作には同じ参照番号を付す。
図4Aに示すサブルーチンが実行されると、制御回路23は、まず、図3に示すフローチャートと同様にステップS11からステップS15までの動作を行う。
制御回路23は、ステップS15で主充電端子電圧Voが交流電圧である場合(ステップS15のYes)、インバータ17を力率改善回路として機能させるよう制御する(ステップS27)。ステップS27では、具体的には、上記したように、インバータ17のスイッチング素子29、31、33、35を繰り返しオンオフさせるように制御することで、フィルタ回路37のインダクタ37Lを用いてインバータ17を力率改善回路として機能させる。その後、制御回路23は図3に示すフローチャートと同様にステップS25の動作を行う。
一方、ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧ではない場合(ステップS15のNo)、制御回路23は主充電端子電圧Voが直流電圧であるか否かを判断する(ステップS17)。
ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧である場合(ステップS17のYes)、制御回路23は、スイッチング素子33をオフに維持してかつスイッチング素子35をオンに維持した状態でスイッチング素子29、31を所定の周期で交互にオンオフさせる(ステップS29)。その結果、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、インバータ17は主充電端子電圧Voを昇圧して平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間に印加する直流電圧変換回路として機能する。これにより、平滑コンデンサ27の電圧をDC/DCコンバータ15の入力電圧に適した値とすることができる。その後、制御回路23は、図3に示すフローチャートと同様にステップS25の動作を行う。
ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧ではない場合(ステップS17のNo)、制御回路23は図3に示すフローチャートと同様にステップS19の動作を行う。
図4Aに示す動作により、平滑コンデンサ27の大型化と他の回路の追加を行うことなく、DC/DCコンバータ15へ入力される電圧の安定化を図ることができる。さらに、二次電池13の満充電電圧が平滑コンデンサ27の電圧よりも高い場合は、制御回路23がインバータ17を直流電圧変換回路(昇圧コンバータ)として機能するように制御することで、様々な満充電電圧を有する二次電池13を充放電する充放電装置11を実現できる。
図4Bは充放電装置11のさらに他の動作のフローチャートである。図4Bにおいて、図3と図4Aに示す動作と同様の動作には同じ参照番号を付す。図4Bに示す動作では、制御回路23は図4Aに示すステップS27の動作を行わず、図3に示す動作と同様に、制御回路23はインバータ17を整流回路として機能させるように制御する。
図4Cは充放電装置11のさらに他の動作のフローチャートである。図4Cにおいて、図3と図4Aに示す動作と同様の動作には同じ参照番号を付す。図4Cに示す動作では、制御回路23は、図4Aに示すステップS27の動作を行い、かつ、ステップS29の動作に代わって図3に示すステップS21の動作を行う。
以上の構成、動作により、商用の交流電源25から二次電池13を充電する回路をそのまま転用して、他の電動車両から応急的に直流電力を受電することができる。この際、回路を転用するので、大電流が流れることがなくなり充電ケーブル85を太くする必要がなくなる。さらに、制御回路23により他の電動車両からの電力の充電制御が可能となるので、別途、昇降圧回路を独立して設ける必要もない。これらのことから、簡単な構成で軽量な充電ケーブル85により、電動車両間で電力を融通することが可能な充放電装置11が得られる。図3、図4Aから図4Cに示す動作では、制御回路23、63は充放電装置11のDC/DCコンバータ15と充放電装置51のDC/DCコンバータ55のうちのDC/DCコンバータ15のみを動作させ、DC/DCコンバータ55を動作させない。DC/DCコンバータ15、55のうちの一方を動作させないことにより、二次電池53の電力の損失を低減することができる。
なお、本実施の形態1では、二次電池53から二次電池13へ電力を充電する場合について述べたが、二次電池13から二次電池53電力を充電する場合は、充電ケーブル85を充放電装置11の副充電端子39と充放電装置51の主充電端子59との間に接続し、制御回路63により、図3、図4Aから図4Cに示す動作のいずれか1つの動作を行う。
また、実施の形態1では、他の二次電池53の電力で二次電池13を充電する際、インバータ17は二次電池53の二次電池電圧Vba(直流電圧)を実質的にそのまま出力するように制御される。このとき、制御回路23はステップ21においてスイッチング素子29、35の両方をオンにするが、ステップS21においてスイッチング素子35だけをオンにし他のスイッチング素子29、31、33をオフにしてもよい。この場合、スイッチング素子29がオフであっても寄生ダイオード29Dを介して直流電圧がDC/DCコンバータ15に印加される。この動作では、スイッチング素子29の制御が不要になるものの、寄生ダイオード29Dにより損失が発生するので、図3に示すステップS21ではスイッチング素子29、35の両方をオンにすることが望ましい。
また、実施の形態1では、他の二次電池53に蓄積されている電力で二次電池13を充電する場合、充電ケーブル85を充放電装置11の主充電端子19と充放電装置51の副充電端子79との間に接続している。充電ケーブル85は、充放電装置11の主充電端子19と充放電装置51の主充電端子59の間に接続してもよい。これにより、副充電端子39を備えない電動車両であっても電力融通が可能となる。
但し、この場合は、DC/DCコンバータ15、55が共に絶縁型であるので、DC/DCコンバータ15、55の両方を動作させる必要がある。ゆえに、電力融通を行うことによる損失が大きくなるので、充放電装置11が副充電端子39を備えている場合は、充電ケーブル85を充放電装置11の主充電端子19と充放電装置51の副充電端子79との間に接続して、制御回路23、63はDC/DCコンバータ15、55のうちDC/DCコンバータ15のみを動作させ、DC/DCコンバータ55を動作させないことが望ましい。すなわち、充放電装置11は、二次電池13と副リレー41を介して電気的に接続される副充電端子39をさらに備える。他の充放電装置51は、二次電池53と他の副リレー81を介して電気的に接続される他の副充電端子79を備える。副リレー41は制御回路23によりオンオフ制御がなされる。二次電池13を他の二次電池53の電力により充電する際には、副充電端子79と主充電端子19とが充電ケーブル85で接続され、かつ、副リレー81がオンにされる。そして、制御回路23がDC/DCコンバータ15により二次電池13を充電する動作を行う。
なお、副充電端子39を備える場合は、高い二次電池電圧Vbが副充電端子39に常時には印加されないように、二次電池13と副充電端子39との間に副リレー41が設けられている。
実施の形態1では、制御回路23は、副リレー81のオンオフ制御を行なう他の制御回路63との間で通信を行うが、これは通信を行わなくてもよい。通信を行わない場合には、車両と他の車両において、電力融通のための、副リレー41、81のオンオフ、充電の開始、終了操作などをユーザにより行う。但し、ユーザによる操作では過充電や過放電の可能性がある上、操作も複雑になるので、実施の形態1のように通信による充放電装置11、51の相互制御を行う構成が望ましい。
(実施の形態2)
図5は実施の形態2における充放電装置11、51の直流電力充電時のブロック回路図である。図5において、図1と図2に示す充放電装置11、51と同じ部分には同じ参照番号を付す。
図5は実施の形態2における充放電装置11、51の直流電力充電時のブロック回路図である。図5において、図1と図2に示す充放電装置11、51と同じ部分には同じ参照番号を付す。
実施の形態2にける充放電装置11の電圧検出回路21は、主充電端子電圧Voが直流電圧である場合にその極性を区別して出力する機能を備える。制御回路23は、直流電圧の極性に応じてDC/DCコンバータ15に正常な電圧が印加されるようにインバータ17を制御する。これにより、充電ケーブル85にて極性を区別する必要がなくなり、そのために、逆挿しを防ぐための充電ケーブル85のコネクタに突起などを形成する構成も不要となるので、より簡単な構成の充電ケーブル85により、電動車両間で電力を融通することが可能となる。
以下、実施の形態2における充放電装置11の構成の詳細について説明する。実施の形態2における充放電装置11では、主充電端子電圧Voが直流電圧の場合に、電圧検出回路21は直流電圧の電圧値だけでなく、直流電圧の極性も出力する。したがって、実施の形態2における電圧検出回路21は、主充電端子電圧Voが交流電圧である場合にはその電圧値(実施の形態2では実効値)を出力し、主充電端子電圧Voが直流電圧である場合にはその直流電圧の符号を含む電圧値を出力することができる。
次に、他の充放電装置51の他の二次電池53が蓄積している電力を二次電池13へ充電する際の充放電装置11、51の動作について説明する。
ユーザが充放電装置51の副充電端子79と主充電端子19とを充電ケーブル85で接続する際に、図5の破線円に示すように、副充電端子79の正極が主充電端子19の負極である接点19Bと接続され、副充電端子79の負極が主充電端子19の正極である接点19Aと接続されている。それに対して、図2に示す回路では副充電端子79の正極が主充電端子19の正極である接点19Aと接続され、副充電端子79の負極が主充電端子19の負極である接点19Bと接続されている。このように、図2に示す回路に対して、図5に示す回路では充電ケーブル85が主充電端子19に逆の向きに挿入されている。接点19Aの電位が接点19Bの電位より高い場合に主充電端子電圧Voは正であり、接点19Aの電位が接点19Bの電位より低い場合に主充電端子電圧Voは負であると定義する。
図6は、この状態で他の二次電池53の電力を二次電池13へ充電する充放電装置11の動作を示すフローチャートである。なお、図6において、図3と図4Aから図4Cに示す動作と同じ動作には同じ参照番号を付す。図6に示すフローチャートも実施の形態1と同様に、メインルーチンから実行されるサブルーチンである。
図6に示すフローチャートに示すサブルーチンが実行されると、制御回路23は図3に示すフローチャートと同様にステップS11〜S15までの動作を行う。ステップS15において充電端子電圧Voが交流電圧である場合には(ステップS15のYes)、図3に示すフローチャートと同様にステップS25の動作を行う。
ステップS15において充電端子電圧Voが交流電圧ではない場合には(ステップS15のNo)、制御回路23は主充電端子電圧Voが正の直流電圧であるか否かを判断する(ステップS51)。もし、主充電端子電圧Voが正の直流電圧である場合には(ステップS51のYes)、充放電装置11は図3に示す動作と同様にステップS21、S25の動作を行う。
一方、ステップS51において主充電端子電圧Voが正の直流電圧ではない場合には(ステップS51のNo)、制御回路23は主充電端子電圧Voが負の直流電圧であるか否かを判断する(ステップS53)。ステップS53において主充電端子電圧Voが負の直流電圧である場合には(ステップS53のYes)、制御回路23はスイッチング素子29、35をオフに維持してスイッチング素子31、33をオンにする(ステップS55)。
図5はインバータ17のスイッチング素子29、31、33、35におけるステップS55でのオンオフ状態を示す。図5に示すように、充電ケーブル85が図3と逆方向に主充電端子19に挿入されて、二次電池53の正極に主充電端子19の負極である接点19Bに接続されていても、スイッチング素子33がオンでスイッチング素子35がオフであるので、主充電端子19の接点19BはDC/DCコンバータ15のポート15Cに正しく接続される。
同様に、充電ケーブル85が図3と逆方向に主充電端子19に挿入されて、二次電池53の負極に主充電端子19の正極である接点19Aが接続されていても、スイッチング素子31がオンでスイッチング素子29がオフであるので、主充電端子19の接点19AはDC/DCコンバータ15の負極のポート15Dに正しく接続される。
すなわち、図6に示すステップS21、S51〜S55の動作により、制御回路23は、主充電端子電圧Voの極性に応じて、DC/DCコンバータ15に正常な電圧が印加されるようにインバータ17を制御する。その結果、充電ケーブル85がユーザにより逆方向に主充電端子19に挿入されても、正常な電力融通が可能となるので、充電ケーブル85に極性を区別するための構造を付加する必要がなくなる。したがって、充電ケーブル85の構成を実施の形態1に比べ、さらに容易にすることができる。
図6において、ステップS53において主充電端子電圧Voが負の直流電圧ではない場合には(ステップS53のNo)、主充電端子電圧Voが交流電圧でも直流電圧でもないので、制御回路23は主充電端子19には充電ケーブル85が接続されていないと判断し、図3に示す動作と同様にステップS19の動作を行う。
なお、実施の形態2においても、主充電端子電圧Voが交流電圧であれば、制御回路23はインバータ17を整流回路として機能するように制御している。実施の形態1と同様に、制御回路23はインバータ17を力率改善回路として機能させるように制御してもよく、これにより、脈流の脈動の低減が可能となる。
図7Aは実施の形態2における充放電装置11、53の他の動作のフローチャートである。図7Aにおいて、図6と同じ動作には同じ参照番号を付す。
ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧である場合には(ステップS15のYes)、制御回路23はインバータ17を力率改善回路として機能させるように制御する(ステップS27)。この動作は、図4Aに示すステップS27の動作と同じである。その後、制御回路23はステップS25の動作を行う。
また、実施の形態2においても、主充電端子電圧Voが直流電圧であれば、インバータ17を直流電圧変換回路として機能するように制御してもよい。ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧ではない場合(ステップS15のNo)、制御回路23は、主充電端子電圧Voが正の直流電圧であるか否かを判断する(ステップS51)。
ステップS51において主充電端子電圧Voが正の直流電圧である場合には(ステップS51のYes)、制御回路23は、スイッチング素子33をオフに維持してかつスイッチング素子35をオンに維持した状態でスイッチング素子29、31を所定の周期で交互にオンオフさせる(ステップS29)。その結果、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、インバータ17は主充電端子電圧Voを昇圧して平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間に印加する直流電圧変換回路として機能する。その後、制御回路23はステップS25の動作を行う。
一方、ステップS51において主充電端子電圧Voが正の直流電圧でなければ(ステップS51のNo)、制御回路23は主充電端子電圧Voが負の直流電圧であるか否かを判断する(ステップS53)。
ステップS53において主充電端子電圧Voが負の直流電圧である場合には(ステップS53のYes)、制御回路23は、スイッチング素子29をオフに維持してスイッチング素子31をオンに維持した状態で、スイッチング素子33、35を所定の周期で交互にオンオフさせる(ステップS57)。その結果、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、インバータ17は主充電端子電圧Voを昇圧して平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間に印加する直流電圧変換回路として機能する。その後、制御回路23は、ステップS25以降の動作を行う。
ステップS53において主充電端子電圧Voが負の直流電圧ではない場合には(ステップS53のNo)、制御回路23は、ステップS19の動作を行う。
以上の構成、動作により、充電ケーブル85にて極性を区別する必要がなくなり、そのために、逆挿しを防ぐために充電ケーブル85のコネクタに突起などを形成する構成も不要となる。したがって、より簡単な構成の充電ケーブル85により、電動車両間で電力を融通することが可能な充放電装置11が得られる。
図7Bは実施の形態2における充放電装置11のさらに他の動作のフローチャートである。図7Bにおいて、図6と図7Aに示す動作と同様の動作には同じ参照番号を付す。図7Bに示す動作では、制御回路23は図7Aに示すステップS27の動作を行わず、図6に示す動作と同様に、制御回路23はインバータ17を整流回路として機能させるように制御する。
図7Cは実施の形態2における充放電装置11のさらに他の動作のフローチャートである。図7Cにおいて、図6と図7Aに示す動作と同様の動作には同じ参照番号を付す。図7Cに示す動作では、制御回路23は、図7Aに示すステップS27の動作を行い、かつ、ステップS29、S57の動作に代わって、それぞれ図6に示すステップS21、S55の動作を行う。
(実施の形態3)
図8は本発明の実施の形態3における充放電装置11の直流電力充電時のブロック回路図である。図8において、図1と図2に示す充放電装置11、51と同じ部分には同じ参照番号を付す。
図8は本発明の実施の形態3における充放電装置11の直流電力充電時のブロック回路図である。図8において、図1と図2に示す充放電装置11、51と同じ部分には同じ参照番号を付す。
実施の形態3における充放電装置11、51の制御回路23、63は、二次電池13、53の充電率SOC1、SOC2をそれぞれ求めることができる。制御回路23は、制御回路63との通信により二次電池53の充電率SOC2を得ることができる。制御回路23は、充電率SOC1が充電率SOC2より大きい場合は、他の二次電池53を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御する。
これにより、充電率SOC2が少ない、すなわち電力残量が少ない他の二次電池53の電力をさらに放電してしまう可能性を低減するとともに、充電率SOC1の大きい二次電池13の電力を、本来電力融通を必要とする他の二次電池53へ正常に充電することができる。さらに、充電ケーブル85の接続方向によらず電力残量の大きい二次電池から小さい二次電池へ電力を供給する電力融通を行うことができる。
以下、実施の形態3における充放電装置11の詳細について説明する。図8に示す充放電装置11、51では、二次電池13の充電率SOC1が二次電池53の充電率SOC2より大きい。この場合、図8に示すように、充放電装置11から充放電装置51へ電力が供給される。
図9は、図8に示す充電ケーブル85が接続された充放電装置11、51の電力融通の動作のフローチャートである。図9において、図3に示す動作と同じ動作には同じ参照番号を付す。図9に示すフローチャートも実施の形態1と同様に、メインルーチンから実行されるサブルーチンである。
図9に示すフローチャートのサブルーチンが実行されると、図3に示す動作と同様にステップS11〜S19の動作を行う。ステップS15において充電端子電圧Voが交流電圧である場合(ステップS15のYes)、図3に示す動作と同様にステップS25の動作を行う。
ステップS15において充電端子電圧Voが交流電圧ではない場合(ステップS15のNo)、主充電端子電圧Voが直流電圧であるか否かを判断する(ステップS17)。ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧である場合(ステップS17のYes)、制御回路23は充電率SOC1、SOC2を取り込む(ステップS61)。
充電率SOC1、SOC2は以下のよう求めている。DC/DCコンバータ15、55は二次電池13、53に流れる電流を検出する電流センサをそれぞれ内蔵している。制御回路23は、DC/DCコンバータ15に内蔵された電流センサの出力を制御信号CNT1により取り込み、その出力を時間積分することで充電率SOC1を定期的に更新して求める。同様に、制御回路63は、DC/DCコンバータ55に内蔵される電流センサの出力を制御信号CNT2により取り込み、その出力を時間積分することで充電率SOC2を定期的に更新して求める。
ステップS61において、制御回路23は充電率SOC1を求めて取り込む。一方、制御回路23は、制御回路63が求めた充電率SOC2を制御回路23へ送信するように制御回路63にデータ信号DAT1で要求する。制御回路63はデータ信号DAT1を受け、制御回路63が充電率SOC2をデータ信号DAT2として制御回路23へ送信する。制御回路13はデータ信号DAT2を受信することにより充電率SOC2を取り込む。
なお、充電率SOC1、SOC2を制御回路23、63がそれぞれ求めるが、これに限定されない。例えばDC/DCコンバータ15が制御用のマイクロコンピュータを内蔵している場合は、そのマイクロコンピュータが充電率SOC1を求めてもよい。このような構成とすることで、複数のマイクロコンピュータが必要になるものの、制御回路23の演算負担が軽減される。同様に、DC/DCコンバータ55が制御用のマイクロコンピュータを内蔵している場合には、そのマイクロコンピュータが充電率SOC2を求めてもよい。
次に、制御回路23は、スイッチング素子31、33をオフに維持した状態でスイッチング素子29、35をオンにする(ステップS21)。
次に、制御回路23は充電率SOC1と充電率SOC2を比較する(ステップS63)。ステップS63において充電率SOC1が他の充電率SOC2以下であれば(ステップS63のNo)、二次電池53から供給された電力で二次電池13を充電する(ステップS25)。
一方、ステップS63において充電率SOC1が他の充電率SOC2より大きい場合(ステップS63のYes)、制御回路23は、二次電池13の電力を他の二次電池53へ供給するために、すなわち二次電池13を放電するようにDC/DCコンバータ15を制御する(ステップS65)。その結果、二次電池53の電力が、さらに放電されてしまう可能性を低減することができる。ステップS65において、二次電池13からの電力はDC/DCコンバータ15のポート15A、15B間に供給され、DC/DCコンバータ15はポート15C、15Dから二次電池53を充電するために電力を出力する。DC/DCコンバータ15から出力された電力はインバータ17のスイッチング素子29、35とフィルタ回路37と主充電端子19と充電ケーブル85と副充電端子79と副リレー81とを介して二次電池53に供給されて二次電池53を充電する。DC/DCコンバータ15のこのような動作は、DC/DCコンバータ15が双方向型であるため実現できる。その後、図9のサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。
ステップS65の動作では、二次電池53の充電制御を制御回路63ではなく制御回路23が行なっている。この動作の詳細について説明する。
制御回路23が他の充放電装置51に接続されている他の二次電池53の充電制御を行なうためには、二次電池53の二次電池電圧Vbaと充電率SOC2と、二次電池53に流れる充電電流などが必要となる。このうち、二次電池53に流れる充電電流はDC/DCコンバータ15に流れる電流と誤差範囲内で実質的に同じであるので、DC/DCコンバータ15に内蔵される電流センサにより得られる。二次電池電圧Vbaは主充電端子電圧Voと誤差範囲内で実質的に同じであるので電圧検出回路21により求めることができる。
二次電池53の充電率SOC2は制御回路23が直接求めてはいない。制御回路23は、制御回路63が求めていた最新の充電率SOC2から出発して電流センサの出力を時間積分する演算を行い、充電率SOC2を定期的に更新して求める。求められた充電率SOC2を制御回路63へも送信する。このようにして、制御回路23は、他の充電率SOC2に基づく二次電池53の充電制御を行うことができる。
なお、このような動作は、実施の形態1、2においても実施されている。すなわち、実施の形態1では他の二次電池53が放電しているが、それに伴う充電率SOC2の更新を上記した動作により行なっている。
また、実施の形態3において、ステップS65の動作(二次電池13から他の二次電池53へ電力融通を行う)も行うことによって、充電ケーブル85の接続自由度が増す。すなわち、ユーザは、二次電池13、53の電力残量を意識せずに、充電ケーブル85で主充電端子19に副充電端子79を接続するだけで二次電池13、53のうちより充電率の大きい二次電池から充電率の小さい二次電池に電力を融通できる。さらに、ステップS21の前に実施の形態2での主充電端子電圧Voの極性の判別をさらに行うことで、充電ケーブル85のコネクタの接続方向を意識する必要がなくなり、より簡単な取り扱いで二次電池13、53間の電力融通が可能となる。具体的には、主充電端子電圧Voが正の場合には、制御回路23は図9に示す動作を行う。主充電端子電圧Voが負である場合には、ステップS21において制御回路23はスイッチング素子31、33をオフに維持してスイッチング素子29、35をオンにする代わりに、スイッチング素子29、35をオフに維持してスイッチング素子31、33をオンにする。これにより、主充電端子電圧Voの極性に関わらず、DC/DCコンバータ15のポート15Cは二次電池53の正極に接続され、ポート15Dは二次電池53の負極に接続される。
なお、充電ケーブル85を充放電装置51の主充電端子59と充放電装置11の副充電端子39の間に接続した場合においても、制御回路63が図9に示す上記の動作を行うことで、DC/DCコンバータ55で二次電池53の充放電が行われ、充電ケーブル85の接続自由度は増す。
また、本実施の形態3においても、主充電端子電圧Voが交流電圧であれば、制御回路23はインバータ17を整流回路として機能するように制御している。実施の形態1、2と同様に、制御回路23はインバータ17を力率改善回路として機能するように制御してもよく、これにより、脈流の脈動の低減が可能となる。図10Aは、実施の形態3における充放電装置11、51でインバータ17を力率改善回路として機能させる動作のフローチャートである。図10Aにおいて、図9と同じ動作には同じ参照番号を付す。
ステップS15において主充電端子電圧Voが交流電圧である場合には(ステップS15のYes)、図4Aに示す動作と同様に制御回路23はインバータ17を力率改善回路として機能するように制御する(ステップS27)。その後、制御回路23はステップS25の動作を行う。
図10Aに示す動作では、主充電端子電圧Voが直流電圧である場合に、制御回路23はインバータ17を直流電圧変換回路として機能させるように制御する。
ステップS15において充電端子電圧Voが交流電圧ではない場合に(ステップS15のNo)、図9に示す動作と同様に、制御回路23はステップS17、S19、S61の動作を行う。
ステップS17において主充電端子電圧Voが直流電圧である場合(ステップS17のYes)、図9に示すフローチャートでは制御回路23はステップS21の動作を行うが、図10Aに示す動作は、二次電池13の充電時もしくは放電時に、制御回路23はインバータ17を直流電圧変換回路として動作させるので、制御回路23は図9に示すステップS21の動作を行わない。
次に、制御回路23は、充電率SOC1と充電率SOC2を比較する(ステップS63)。ステップS63において充電率SOC1が充電率SOC2より大きくなければ(ステップS63のNo)、制御回路23は、実施の形態1と同様に、スイッチング素子33をオフに維持してかつスイッチング素子35をオンに維持した状態でスイッチング素子29、31を所定の周期で交互にオンオフさせる(ステップS29)。その結果、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、インバータ17は主充電端子電圧Voを昇圧して平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間に印加する直流電圧変換回路である昇圧コンバータとして機能する。その後、制御回路23は二次電池53の電力を二次電池13へ充電する動作を行う(ステップS25)。
一方、ステップS63において充電率SOC1が充電率SOC2より大きい場合(ステップS63のYes)、制御回路23は、スイッチング素子33をオフに維持してスイッチング素子35をオンに維持した状態でスイッチング素子29、31を所定の周期で交互にオンオフさせる(ステップS67)。その結果、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間の電圧を降圧して主充電端子19に出力する直流電圧変換回路である降圧コンバータとして機能する。なお、ステップS67におけるスイッチング素子35をオンにする動作、および、スイッチング素子29、31をスイッチングさせる動作は、いずれもステップS29の動作と同じである。しかし、制御回路23によるスイッチング素子29、31のスイッチング波形を変えることにより、インバータ17は昇圧コンバータとしても、降圧コンバータとしても動作させることができる。ゆえに、図10Aに示す動作では、制御回路23は、インバータ17が昇圧動作と降圧動作の両方を行うことができる直流電圧変換回路として機能するように制御する。その後、制御回路23は二次電池13を放電させて主充電端子19から出力された電圧で二次電池53を充電する。
以上の構成、動作により、充電率SOC2が少ないすなわち電力残量が少ない二次電池53の電力をさらに放電してしまう可能性を低減するとともに、充電率SOC1の大きい二次電池13の電力を、本来電力融通を必要とする二次電池53へ正常に充電することが可能な充放電装置11が実現できる。さらに、充電ケーブル85の接続方向によらず電力残量の大きい二次電池から電力残量の小さい二次電池へ電力融通が可能な充放電装置11が実現できる。
なお、電力残量については、実施の形態3の図9におけるステップS63では、制御回路23は充電率SOC1と充電率SOC2の比較を行って二次電池13、53の電力残量を比較している。たとえば充電率SOC1、SOC2が二次電池13、53の二次電池電圧Vb、Vbaと比例していれば、制御回路23は、二次電池電圧Vb、Vbaを比較することで二次電池13、53の電力残量を比較してもよい。
図10Bは充放電装置11のさらに他の動作のフローチャートである。図10Bにおいて、図9と図10Aに示す動作と同様の動作には同じ参照番号を付す。図10Bに示す動作では、制御回路23は図10Aに示すステップS27の動作を行わず、図9に示す動作と同様に、制御回路23はインバータ17を整流回路として機能させるように制御する。
図10Cは充放電装置11のさらに他の動作のフローチャートである。図10Cにおいて、図9と図10Aに示す動作と同様の動作には同じ参照番号を付す。図10Cに示す動作では、制御回路23は、図10Aに示すステップS27の動作を行い、ステップS29、S67の動作を行わずに図9に示すステップS21の動作を行う。
(実施の形態4)
図11は実施の形態4における充放電装置11の直流電力充電時のブロック回路図である。図11において、図1と図2に示す充放電装置11、51と同じ部分には同じ参照番号を付す。
図11は実施の形態4における充放電装置11の直流電力充電時のブロック回路図である。図11において、図1と図2に示す充放電装置11、51と同じ部分には同じ参照番号を付す。
図11において、充放電装置11の主充電端子19と他の充放電装置51の他の副充電端子79とが充電ケーブル85で接続されるとともに、充放電装置51の他の主充電端子59と充放電装置11の副充電端子39とが他の充電ケーブル87で接続される。制御回路23、63は、二次電池53の電力を二次電池13へ充電するように、DC/DCコンバータ15、55をそれぞれ制御する。これにより、二次電池53から放電される電力は充電ケーブル85、87により二系統で二次電池13へ供給され、二次電池13の電力融通が早く行われる。
図12Aと図12Bは実施の形態4における充放電装置11、51の動作のフローチャートである。図12Aと図12Bにおいて、図3と同じ動作には同じ参照番号を付す。図12Aと図12Bに示すフローチャートも実施の形態1と同様に、メインルーチンから実行されるサブルーチンである。
ユーザにより充電ケーブル85、87の二系統の電力融通を開始する指示が制御回路23に与えられると、図12Aと図12Bのフローチャートに示すサブルーチンが実行される。その結果、制御回路23は、まずインバータ17のスイッチング素子29、31、33、35をオフにするとともに、データ信号DAT1を制御回路63に送信することで制御回路63がインバータ57のスイッチング素子69、71、73、75をオフにする(ステップS70)。
次に、制御回路23は主リレー18、58と副リレー41、81をオンにする(ステップS71)。制御回路23は副リレー41と接続されているので、副リレー信号R1により、直接、副リレー41をオンにする。一方、充放電装置51の副リレー81は制御回路23と直接接続されていないので、制御回路23は、副リレー81をオンにするようにデータ信号DAT1を制御回路63へ送信する。これを受け、制御回路63が副リレー信号R2により副リレー81をオンにする。制御回路23は主リレー18、58も副リレー41、81と同様に制御する。
次に、制御回路23は、主充電端子電圧Vo、Voaを取り込む(ステップS73)。具体的には、主充電端子電圧Voaは制御回路63が取り込み、データ信号DAT2として制御回路23へ送信することで、制御回路23は主充電端子電圧Voaを得られる。
次に、制御回路23は、主充電端子電圧Vo、Voaの少なくとも一方が交流電圧であるか否かを判断する(ステップS75)。ステップS75においてもし、主充電端子電圧Vo、Voaの少なくとも一方が交流電圧であれば(ステップS75のYes)、制御回路23は主充電端子19、59の少なくとも一方に商用の交流電源25が接続されていると判断する。この状態は二系統による電力融通の状態ではないので、制御回路23は主リレー18、58と副リレー41、81をオフにし(ステップS77)、接続エラー信号を出力する(ステップS79)。これにより、ユーザは二系統の電力融通に対する接続間違いを知ることができる。そして、制御回路23は図12Aと図12Bのサブルーチンを終了して、メインルーチンに戻る。
一方、ステップS75において主充電端子電圧Vo、Voaがともに交流電圧ではない場合(ステップS75のNo)、制御回路23は主充電端子電圧Vo、Voaの両方が直流電圧であるか否かを判断する(ステップS81)。ステップS81において主充電端子電圧Vo、Voaの少なくとも一方が直流電圧でなければ(ステップS81のNo)、主充電端子19、59の少なくとも一方に電圧が印加されておらず未接続であると判断する。そして、制御回路23は未接続信号を出力し(ステップS19)、メインルーチンに戻る。
一方、ステップS81において主充電端子電圧Vo、Voaの両方が直流電圧である場合(ステップS81のYes)、制御回路23は充電ケーブル85、87の二系統による電力融通による二次電池13の充電が可能であると判断する。そして、制御回路23は、スイッチング素子31、33をオフに維持してスイッチング素子29、35をオンにする(ステップS21)。その後、制御回路23は、充放電装置51のスイッチング素子71、73をオフに維持してスイッチング素子69、75をオンにする指令をデータ信号DAT1として制御回路63に送信する。データ信号DAT1を受け、制御回路63がスイッチング素子71、73をオフに維持してスイッチング素子69、75をオンにする。図11にステップS83の動作を行った充放電装置11、51の状態を示す。図11において、主充電端子19、59がDC/DCコンバータ15、55とそれぞれ電気的に接続されている。
次に、図12Aと図12Bに示すように、制御回路23は主充電端子電圧Voが主充電端子電圧Voaより高いか否かを判断する(ステップS85)。これにより、電圧の低い二次電池からの電力で電圧の高い二次電池を充電することを防止できる。すなわち、ステップS85において主充電端子電圧Voが主充電端子電圧Voaより高い場合(ステップS85のYes)、制御回路23は二次電池53の電力を二次電池13へ充電するように制御する。
ここで、以下の動作により、主充電端子電圧Voは二次電池電圧Vbaと誤差範囲内で実質的に等しく、主充電端子電圧Voaは二次電池電圧Vbと誤差範囲内で実質的に等しい。まず、ステップS70で全てのスイッチング素子29、31、33、35、69、71、73、75がオフになっている。したがって、インバータ17の電圧が主充電端子19に印加されることはなく、インバータ57の電圧が主充電端子59に印加されることはない。次に、ステップS71で副リレー41、81がオンになる。その結果、主充電端子19には充電ケーブル85と副充電端子79と副リレー81を介して二次電池53が電気的に接続される。同様に、主充電端子59には充電ケーブル87と副充電端子39と副リレー41を介して二次電池13が電気的に接続される。ゆえに、電圧検出回路21は他の二次電池電圧Vbaを主充電端子電圧Voとして検出し、電圧検出回路61は二次電池電圧Vbを主充電端子電圧Voaとして検出している。
ステップS85において主充電端子電圧Voが主充電端子電圧Voaより高い場合(ステップS85のYes)、上記のことから、二次電池電圧Vbaが二次電池電圧Vbより高いので、制御回路23は、二次電池13を充電するようにDC/DCコンバータ15を駆動する(ステップS87)。そして、制御回路23は、二次電池53を放電するようにDC/DCコンバータ55を駆動する(ステップS89)。ステップS89の動作では、具体的には制御回路23が、DC/DCコンバータ55を駆動するようにデータ信号DAT1を制御回路63に送信することで実行される。
このような動作により、DC/DCコンバータ15、55の両方で電力融通の動作が行われる。両方のDC/DCコンバータ15、55を動作させる必要があるものの、充電ケーブル85、87の2本で軽量かつ簡単な構成で早く二次電池13、53間での電力融通を行うことが可能となる。
その後、制御回路23は図12Aと図12Bのサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。
一方、ステップS85において充電端子電圧Voが充電端子電圧Voaより高くない場合(ステップS85のNo)、制御回路23は、二次電池13を放電するようにDC/DCコンバータ15を制御する(ステップS91)。そして、制御回路23は、二次電池53を充電するようにDC/DCコンバータ55を駆動する(ステップS93)。これにより、二次電池電圧Vbと他の二次電池電圧Vbaの大小関係が逆転しても、それに対応して電力融通を行うことができる。
その後、制御回路23は図12Aと図12Bのサブルーチンを終了してメインルーチンに戻る。
なお、実施の形態4においては、図12Aと図12Bに示すステップS79において主充電端子電圧Vo、Voaの少なくとも一方が交流電圧であれば、制御回路23は接続エラー信号を出力し、二次電池13への充電を行わない。ゆえに、インバータ17には交流電圧が印加されないので、制御回路23、63はインバータ17またはインバータ57を力率改善回路として機能させる必要がない。
また、本実施の形態4においても、実施の形態1〜3と同様に、主充電端子電圧Vo、Voaが直流電圧であれば、制御回路23(63)はインバータ17、57を直流電圧変換回路として機能するように制御してもよい。図13Aと図13Bは実施の形態4における充放電装置11、51の他の動作のフローチャートである。図13Aと図13Bにおいて、図12Aと図12Bと同じ動作には同じ参照番号を付す。
ステップS81において主充電端子電圧Vo、Voaの両方が直流電圧である場合(ステップS81のYes)、制御回路23はインバータ17、57を直流電圧変換回路として機能させるように制御する。従って、制御回路23は図12Aと図12Bに示すステップS21、S83の動作は行わない。
次に、制御回路23は、主充電端子電圧Voが主充電端子電圧Voaより高いか否かを判断する(ステップS85)。ステップS85において、主充電端子電圧Voが主充電端子電圧Voaより高くない場合(ステップS85のNo)、制御回路23は、二次電池13を放電するために、図10Aに示す動作と同様に、スイッチング素子33をオフに維持してスイッチング素子35をオンに維持した状態でスイッチング素子29、31を所定の周期で交互にオンオフさせ、その結果、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間の電圧を降圧して主充電端子19に出力する直流電圧変換回路である降圧コンバータとして動作させる(ステップS67)。その後、制御回路23は、二次電池13を放電するようにDC/DCコンバータ15を制御する(ステップS91)。その後、制御回路23は、インバータ57が昇圧コンバータとして動作するように制御回路63にデータ信号DAT1を送信して指令する。データ信号DAT1を受けて、制御回路63はスイッチング素子73をオフに維持してスイッチング素子75をオンに維持した状態でスイッチング素子69、71を所定の周期で交互にオンオフさせる。その結果、インバータ57は、フィルタ回路77のインダクタ77Lとの組み合せで、主充電端子電圧Voaを昇圧して平滑コンデンサ67の両端すなわちDC/DCコンバータ55のポート55C、55D間に印加する直流電圧変換回路である昇圧コンバータとして動作させる(ステップS95)。その後、制御回路23は二次電池53を充電するようにDC/DCコンバータ55を動作させる(ステップS93)。これにより、2系統による他の二次電池53の充電が行われる。
一方、ステップS85において主充電端子電圧Voが主充電端子電圧Voaより高い場合(ステップS85のYes)、制御回路23は、二次電池13を充電するために、スイッチング素子33をオフに維持してかつスイッチング素子35をオンに維持した状態でスイッチング素子29、31を所定の周期で交互にオンオフさせる。その結果、インバータ17は、フィルタ回路37のインダクタ37Lとの組み合せで、主充電端子電圧Voを昇圧して平滑コンデンサ27の両端すなわちDC/DCコンバータ15のポート15C、15D間に印加する直流電圧変換回路である昇圧コンバータとして動作させる(ステップS29)。その後、二次電池13を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御する(ステップS87)。その後、制御回路23は、データ信号DAT1を制御回路63に送信することで、スイッチング素子73をオフに維持してかつスイッチング素子75をオンに維持した状態でスイッチング素子69、71を所定の周期で交互にオンオフさせる。その結果、インバータ57は、フィルタ回路77のインダクタ77Lとの組み合せで、平滑コンデンサ67の両端すなわちDC/DCコンバータ55のポート55C、55D間に印加の電圧を降圧して主充電端子59に出力する直流電圧変換回路である降圧コンバータとして動作する(ステップS97)。その後、制御回路23は二次電池53を放電するようにDC/DCコンバータ55を動作させる(ステップS89)。これにより、2系統による二次電池13の充電が行われる。
以上の構成、動作により、他の二次電池53から放電される電力は、軽量かつ簡単な構成の充電ケーブル85、87により、二系統で二次電池13へ供給される。従って、二次電池13の電力融通を早く行うことが可能な充放電装置11、51が得られる。
なお、実施の形態4においては、二次電池電圧Vb、Vbaに基づいて二次電池13、53のいずれを充電するかを判断しているが、実施の形態3と同様に、二次電池13、53の充電率SOC1、SOC2の比較により二次電池13、53のいずれを充電するかを判断してもよい。
また、実施の形態4では、上記したように充電方向を判断して電力融通を行っている。充電方向を判断せずに、ユーザが指定した充電方向と逆方向の充電が必要な場合は警告を発してもよい。この場合、ユーザが意図しない電力融通が行われてしまう可能性を低減することができる。
また、実施の形態4において、実施の形態2の構成、動作を組み合わせてもよい。この場合、充電ケーブル85を逆方向に主充電端子19と副充電端子79に接続し、もしくは充電ケーブル87を逆方向に主充電端子59と副充電端子39に接続しても、正常に電力融通を行うことが可能となる。
上述のように、充放電装置11は、二次電池13と電気的に接続されるように構成されたDC/DCコンバータ15と、DC/DCコンバータ15と電気的に接続されたインバータ17と、インバータ17と電気的に接続された主充電端子18と、主充電端子19の電圧を検出するように動作する電圧検出回路21と、DC/DCコンバータ15とインバータ17と電圧検出回路21と電気的に接続される制御回路23とを備える。制御回路23は、DC/DCコンバータ15が二次電池13に蓄積された電力により直流電圧を出力し、インバータ17がDC/DCコンバータ17から出力された直流電圧を交流電圧に変換するようにインバータ17とDC/DCコンバータ15を制御するよう動作する。制御回路23は、主充電端子59に入力された電圧で二次電池13を充電する際に、電圧検出回路21で検出された電圧が交流電圧である場合に、インバータ17が整流回路または力率改善回路として動作させて直流電圧をDC/DCコンバータ15に供給し、供給された直流電圧によりDC/DCコンバータ15が二次電池13を充電するようにインバータ17とDC/DCコンバータ15を制御するよう動作する。さらに、制御回路23は、主充電端子19に入力された電圧で二次電池13を充電する際に、電圧検出回路21で検出された電圧が直流電圧である場合に、(1)インバータ17が電圧を実質的にそのままDC/DCコンバータ15に供給してかつDC/DCコンバータ15が二次電池13を充電することと、(2)インバータ17が電圧を変換してDC/DCコンバータ15に供給する直流電圧変換回路として機能させてかつDC/DCコンバータ15が二次電池13を充電することとを、上記電圧に応じて切り替えるように動作する。
電圧検出回路21は、主充電端子19に入力された電圧で二次電池13を充電する際に、電圧検出回路21で検出された電圧が直流電圧である場合に直流電圧の極性を判別するように動作してもよい。この場合には、制御回路23は、主充電端子19に入力された電圧で二次電池13を充電する際に、電圧検出回路21で検出された電圧が直流電圧である場合に、直流電圧の極性に応じてDC/DCコンバータ15に一定の極性で電圧が供給されるようにインバータ17を制御するように動作する。
充放電装置11は、二次電池13に接続されるように構成された副リレー41と、副リレー41を介して二次電池13と電気的に接続されるように構成された副充電端子39とをさらに備えてもよい。充放電装置11は、他の二次電池53に接続されるように構成された他の充放電装置51と共に用いられるように構成されていてもよい。他の充放電装置51は、他の二次電池53に接続されるように構成された他の副リレー81と、他の副リレー81を介して他の二次電池53と電気的に接続されるように構成された他の副充電端子79とを備える。主充電端子59は、二次電池13を他の二次電池53に蓄積された電力により充電する際に、他の副充電端子79と充電ケーブル85で接続されるように構成されている。制御回路23は、二次電池13を他の二次電池53に蓄積された電力により充電する際に、他の副リレー81をオンにするように動作する。
他の充放電装置11は、他の副リレー81をオンオフする他の制御回路63をさらに備えてもよい。制御回路23は、二次電池13を他の二次電池53に蓄積された電力により充電する際に、他の制御回路63と通信を行って、他の制御回路63に他の副リレー81をオンオフさせるように動作する。
制御回路は23、二次電池13を他の二次電池53に蓄積された電力により充電する際に、二次電池の13の充電率SOC1を得て、他の制御回路63と通信を行って他の二次電池53の他の充電率SOC2を得て、充電率SC1、SOC2に基づいて二次電池13の充電を終了するか否かを判断するように動作してもよい。
制御回路は、充電率SOC1が他の充電率SOC2より大きい場合は、他の二次電池53を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御するように動作してもよい。
制御回路23は、充電率SOC1が他の充電率SOC2以下である場合は、二次電池13を他の二次電池53に蓄積された電力により充電するようにDC/DCコンバータ15を制御するように動作してもよい。
制御回路23は他の制御回路63と無線で通信を行うように動作してもよい。
他の充放電装置51は、他の二次電池53に接続されるように構成された他のDC/DCコンバータ55と、少なくとも他のDC/DCコンバータ55を介して他の二次電池53と電気的に接続されるように構成された他の主充電端子59と、他のDC/DCコンバータ55に接続された他の制御回路63とを備えてもよい。制御回路23は、主充電端子19と他の副充電端子59とが充電ケーブル85で接続されるとともに、他の主充電端子59と副充電端子79とが他の充電ケーブル87で接続されている場合に、他の二次電池53に蓄積された電力で二次電池13を充電するようにDC/DCコンバータ15を制御し、他の二次電池53に蓄積された電力で二次電池13を充電するように他のDC/DCコンバータ55を制御させるように他の制御回路63を制御するように動作してもよい。
また、実施の形態1〜4では、充放電装置11は電動車両に搭載されるように構成されているが、これに限定されず、例えば蓄電システムなどの、一般の二次電池の間で電力融通を行う場合における充放電装置等に適用できる。
本発明にかかる充放電装置は、軽量で簡単な構成の充電ケーブルで電動車両間の電力融通が可能となるので、特に電動車両の緊急電力融通が必要な充放電装置として有用である。
11 充放電装置
13 二次電池
15 DC/DCコンバータ
17 インバータ
19 主充電端子
21 電圧検出回路
23 制御回路
39 副充電端子
41 副リレー
53 二次電池(他の二次電池)
55 DC/DCコンバータ(他のDC/DCコンバータ)
59 主充電端子(他の主充電端子)
63 制御回路(他の制御回路)
79 副充電端子(他の副充電端子)
81 副リレー(他の副リレー)
85 充電ケーブル
87 充電ケーブル(他の充電ケーブル)
13 二次電池
15 DC/DCコンバータ
17 インバータ
19 主充電端子
21 電圧検出回路
23 制御回路
39 副充電端子
41 副リレー
53 二次電池(他の二次電池)
55 DC/DCコンバータ(他のDC/DCコンバータ)
59 主充電端子(他の主充電端子)
63 制御回路(他の制御回路)
79 副充電端子(他の副充電端子)
81 副リレー(他の副リレー)
85 充電ケーブル
87 充電ケーブル(他の充電ケーブル)
Claims (9)
- 二次電池と電気的に接続されるように構成されたDC/DCコンバータと、
前記DC/DCコンバータと電気的に接続されたインバータと、
前記インバータと電気的に接続された主充電端子と、
前記主充電端子の電圧を検出するように動作する電圧検出回路と、
前記DC/DCコンバータと前記インバータと前記電圧検出回路と電気的に接続される制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、
前記DC/DCコンバータが前記二次電池に蓄積された電力により直流電圧を出力し、
前記インバータが前記DC/DCコンバータから出力された前記直流電圧を交流電圧に変換する、
ように前記インバータと前記DC/DCコンバータを制御するよう動作し、
前記制御回路は、前記主充電端子に入力された電圧で前記二次電池を充電する際に、前記電圧検出回路で検出された前記電圧が交流電圧である場合に、
前記インバータが整流回路または力率改善回路として動作させて直流電圧を前記DC/DCコンバータに供給し、
前記供給された直流電圧により前記DC/DCコンバータが前記二次電池を充電する、
ように前記インバータと前記DC/DCコンバータを制御するよう動作し、
前記制御回路は、前記主充電端子に入力された前記電圧で前記二次電池を充電する際に、前記電圧検出回路で検出された前記電圧が直流電圧である場合に、
前記インバータが前記電圧を実質的にそのまま前記DC/DCコンバータに供給してかつ前記DC/DCコンバータが前記二次電池を充電することと、
前記インバータが前記電圧を変換して前記DC/DCコンバータに供給する直流電圧変換回路として機能させてかつ前記DC/DCコンバータが前記二次電池を充電することと、
を前記電圧に応じて切り替えるように動作する、充放電装置。 - 前記電圧検出回路は、前記主充電端子に入力された前記電圧で前記二次電池を充電する際に、前記電圧検出回路で検出された前記電圧が前記直流電圧である場合に前記直流電圧の極性を判別するように動作し、
前記制御回路は、前記主充電端子に入力された前記電圧で前記二次電池を充電する際に、前記電圧検出回路で検出された前記電圧が前記直流電圧である場合に、前記直流電圧の前記極性に応じて前記DC/DCコンバータに一定の極性で前記電圧が供給されるように前記インバータを制御するように動作する、請求項1に記載の充放電装置。 - 前記二次電池に接続されるように構成された副リレーと、
前記副リレーを介して前記二次電池と電気的に接続されるように構成された副充電端子と、
をさらに備え、
前記充放電装置は、他の二次電池に接続されるように構成された他の充放電装置と共に用いられるように構成されており、
前記他の充放電装置は、
前記他の二次電池に接続されるように構成された他の副リレーと、
前記他の副リレーを介して前記他の二次電池と電気的に接続されるように構成された他の副充電端子と、
を備え、
前記主充電端子は、前記二次電池を前記他の二次電池に蓄積された電力により充電する際に、前記他の副充電端子と充電ケーブルで接続されるように構成されており、
前記制御回路は、前記二次電池を前記他の二次電池に蓄積された前記電力により充電する際に、前記他の副リレーをオンにするように動作する、請求項1に記載の充放電装置。 - 前記他の充放電装置は、前記他の副リレーをオンオフする他の制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記二次電池を前記他の二次電池に蓄積された前記電力により充電する際に、前記他の制御回路と通信を行って、前記他の制御回路に前記他の副リレーをオンオフさせるように動作する、請求項3に記載の充放電装置。 - 前記制御回路は、前記二次電池を前記他の二次電池に蓄積された前記電力により充電する際に、
前記二次電池の充電率を得て、
前記他の制御回路と通信を行って前記他の二次電池の他の充電率を得て、
前記充電率と前記他の充電率に基づいて前記二次電池の充電を終了するか否かを判断する、
ように動作する、請求項4に記載の充放電装置。 - 前記制御回路は、
前記二次電池の充電率を得て、
前記他の制御回路との通信により前記他の二次電池の他の充電率を得て、
前記充電率が前記他の充電率より大きい場合は、前記他の二次電池を充電するように前記DC/DCコンバータを制御する、
ように動作する、請求項4に記載の充放電装置。 - 前記制御回路は、前記充電率が前記他の充電率以下である場合は、前記二次電池を前記他の二次電池に蓄積された前記電力により充電するように前記DC/DCコンバータを制御するように動作する、請求項6に記載の充放電装置。
- 前記制御回路は前記他の制御回路と無線で通信を行うように動作する、請求項4に記載の充放電装置。
- 前記他の充放電装置は、
前記他の二次電池に接続されるように構成された他のDC/DCコンバータと、
少なくとも前記他のDC/DCコンバータを介して前記他の二次電池と電気的に接続されるように構成された他の主充電端子と、
前記他のDC/DCコンバータに接続された他の制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記主充電端子と前記他の副充電端子とが前記充電ケーブルで接続されるとともに、前記他の主充電端子と前記副充電端子とが他の充電ケーブルで接続されている場合に、
前記他の二次電池に蓄積された前記電力で前記二次電池を充電するように前記DC/DCコンバータを制御し、
前記他の二次電池に蓄積された前記電力で前記二次電池を充電するように前記他のDC/DCコンバータを制御させるように前記他の制御回路を制御する、
ように動作する、請求項3に記載の充放電装置。
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