WO2023223063A1

WO2023223063A1 - 電力変換装置及びその制御方法

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Publication number: WO2023223063A1
Application number: PCT/IB2022/000282
Authority: WO
Inventors: 貴之猪狩; 滋春山上; ジョルジョロビソン; 克和桑原
Original assignee: 日産自動車株式会社; ルノーエス．ア．エス．
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2023-11-23

Abstract

本発明は、高速にスイッチングする第1スイッチング素子を有し入力端子から入力する電力を第1交流電力に変換する第1変換回路と、出力の極性を選択する第2スイッチング素子を有し第!変換回路から入力される第!交流電力を変換して出力端子に出カする第2変換回路とを有する。入力端子に入力される電力が交流か直流かを判断し、入力される電力が交流であると判断された場合に、第2変換回路が直流電力を出力するように第1スイッチング素子と第2スイッチング素子の動作を制御する。入力される電力が直流であると判断された場合に第2変換回路が直流電力又は第2交流電力を出力するよう第1スイッチング素子と第2スイッチング素子との動作を制御する。

Description

電力変換装置及びその制御方法

　本発明は、電力変換装置及びその制御方法に関する。

　電力系統から供給される交流電力を入力端子に接続し、出力端子に蓄電池を始めとした負荷を接続し、交流電力を電力変換して出力端子に供給し、出力端子に接続された蓄電池から入力端子に電力を供給できる双方向電力変換装置の需要がある。

　このような電力変換装置は、例えば交流電力から電動車両の蓄電池の充電を行う充電器としての機能を備えながら、電動車両の蓄電池から入力端子に電力を供給することができる。

　特許文献１に示す電力変換装置は、入力端子側に設けたスイッチング素子を有する第１変換回路と、出力端子側に設けたスイッチング素子を有する第２変換回路とを備える。電力変換装置は、第１変換回路と第２変換回路との動作状態を切り替えることにより双方向での電力変換を可能にする。

　この双方向型の電力変換装置では、入力端子から出力端子に電力を供給するときには入力端子側に配置されたインバータ回路が高周波の電流を生成し、出力端子側に配置された整流器が高周波電流を整流して出力端子に出力する。

　出力端子から入力端子に電力を供給するときには、出力端子側のインバータ回路が高周波の電流を生成し、入力端子側に配置された整流器が高周波電流を整流して入力端子側に出力する。

　通常、入力側と出力側にインバータと整流器をそれぞれ設けることはせず、それぞれのインバータ回路が整流器としての機能を兼ねる。

特表２０１９−５２５７０７号

　しかしながら、このような双方向型の電力変換装置では、電力変換の方向によって、入力側と出力側のインバータのいずれかが高周波のスイッチング動作を行う必要がある。このため、第１変換回路と第２変換回路との両方を高周波のスイッチング動作に対応させる必要があるため、コストが増大する。

　本発明は、コストを低減することができる電力変換装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

　本発明に係る電力変換装置の制御方法は、高速にスイッチングする第１スイッチング素子を有する第１変換回路と、第２スイッチング素子を有する第２変換回路とを有する電力変換装置の第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の動作を制御する。第１変換回路は、入力端子から入力する電力を第１交流電力に変換する。第２スイッチング素子は出力の極性を選択する。第２変換回路は、第１変換回路から入力される第１交流電力を変換して出力端子に出力する。

　電力変換装置の制御方法は、入力端子に入力される電力が交流か直流かを判断し、入力される電力が交流であると判断された場合に、第２変換回路が直流電力を出力するように第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の動作を制御する。入力される電力が直流であると判断された場合に第２変換回路が直流電力又は第２交流電力を出力するよう第１スイッチング素子と第２スイッチング素子との動作を制御する。

　本発明によれば、コストを低減することができる電力変換装置及びその制御方法を提供することができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。図３は本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。図４は本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。図５は本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。図６は本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。図７は本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。図８は本発明の第６の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。図９は本発明の第７の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。

　以下、本発明のいくつかの実施形態に係る電力変換装置及びその制御方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。各実施形態に係る電力変換装置及びその制御方法の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を省略する。

（第１の実施形態）
　図１は本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。第１の実施に係る電力変換装置１は、入力端子２及び出力端子３、第１変換回路４、第２変換回路５、制御回路６を有する。

　電力変換装置１は、交流電力から電動車両に充電を行うとき、入力端子２に交流電力を入力し、出力端子３に電動車両の蓄電池を接続する。また、電動車両から外部給電を行う際には、入力端子２に電動車両の蓄電池を接続し、出力端子３から直流電力又交流電力を出力する。

　入力端子２には、交流、直流どちらの電力も接続される可能性があるため、制御回路６は、入力に接続された電力が交流であるか直流であるかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　第１変換回路４は、高速にスイッチングするスイッチング素子Ｑ１を有し、入力端子２から入力する電力を第１交流電力に変換して第１交流電力を第２変換回路５に出力する電圧共振型インバータ回路である。第１変換回路４は、スイッチング素子Ｑ１が高周波でオン・オフを繰り返すことで高周波の交流電流を生成する。

　第１変換回路４は、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３と、スイッチング素子Ｑ１と交流電圧入力部との間に配置されたインダクタＬ１と、スイッチング素子Ｑ１と第１変換回路４の出力との間に配置されたＬＣ共振回路とを有する。ＬＣ共振回路は、インダクタＬ２とキャパシタＣ３からなる。キャパシタＣ２は、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続され、スイッチング素子Ｑ１の寄生容量であっても良い。

　第１変換回路４は、インダクタＬ２とキャパシタＣ３からなるＬＣ共振回路により、電圧共振させてスイッチング素子Ｑ１のターンオン時のゼロ電圧スイッチングを実現し、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング損失を低減できる。

　スイッチング素子Ｑ１は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのユニポーラトランジスタで構成される。スイッチング素子Ｑ１は、制御回路６からのオン・オフ制御信号によりオン動作とオフ動作とを切り替える。スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数は、例えば、数百ｋＨｚ又は１ＭＨｚ~１０ＭＨｚである。

　第２変換回路５は、出力の極性を選択することができるスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を有し、第１変換回路４から入力される第１交流電力を変換して出力端子３に出力する。

　第２変換回路５は、出力端子３に出力される電圧の極性を選択する役割で、出力端子３に正電圧を出力するときにはＰ側のスイッチング素子Ｑ２をオンし、Ｎ側のスイッチング素子Ｑ３をオフする。第２変換回路５は、出力端子３に負電圧を出力するときにはＮ側のスイッチング素子Ｑ３をオンし、Ｐ側のスイッチング素子Ｑ２をオフする。これにより、第２変換回路５は、直流電力又は第１変換回路４からの第１交流電力の周波数よりも低い周波数の第２交流電力を出力する。第２交流電力の周波数は、例えば、交流電源の周波数５０Ｈｚである。

　第２変換回路５において、第２変換回路５の一方の入力端子にはスイッチング素子Ｑ２の一端とダイオードＤ１のカソードとキャパシタＣ４の一端が接続される。スイッチング素子Ｑ２の他端にはダイオードＤ２のアノードとスイッチング素子Ｑ３の一端とが接続される。スイッチング素子Ｑ３の他端にはダイオードＤ２のカソードとキャパシタＣ４の他端が接続される。キャパシタＣ４の両端には、インダクタＬ３とキャパシタＣ５との直列回路が接続され、キャパシタＣ５の両端は出力端子３に接続される。

　ダイオードＤ１，Ｄ２，スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は、第１変換回路４からの高周波の交流電力を整流する整流器としての機能を有する。

　制御回路６は、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の動作を制御する。図２は本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。電力変換装置の制御方法は、制御回路６の動作により実現される。図２を参照して、電力変換装置の制御方法を説明する。

　制御回路６は、入力端子２に入力される電力が交流か直流かを判断する（ステップＳ１）。ステップＳ１において、制御回路６が、入力される電力が交流であると判断した場合には、第２変換回路５が直流電力を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の動作を制御する（ステップＳ２）。

　このとき、制御回路６は、第１変換回路４のスイッチング素子Ｑ１を高速にスイッチング動作させることにより、高周波の交流電力（第１交流電力）を生成して第２変換回路５に出力させる。制御回路６は、第１変換回路４からの高周波の交流電力を整流する整流器を有する第２変換回路５から出力される電力が直流になるようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の整流方向を制御する。

　ステップＳ１において、制御回路６は、入力される電力が直流であると判断した場合に、第２変換回路５が直流又は第２交流電力を出力するようスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の動作を制御する（ステップＳ３）。第２交流電力の周波数は、第１交流電力の周波数よりも低い周波数である。

　このとき、制御回路６は、第１変換回路４のスイッチング素子Ｑ１を高速にスイッチング動作させることにより、高周波の交流電力（第１交流電力）を生成して第２変換回路５に出力させる。制御回路６は、第１変換回路４からの高周波の交流電力を整流する整流器を有する第２変換回路５から出力される電力が直流または第２交流電力になるようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の整流方向を制御する。

　第１の実施形態に係る電力変換装置によれば、入力される電力が交流は又は直流のいずれの場合も、スイッチング素子Ｑ１が高周波スイッチングを行い、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３は高周波スイッチングを行う必要がない。即ち、交流電力を入力として直流電力を出力する機能と、直流電力を入力として直流電力又は交流電力を出力する機能とを備える電力変換装置を低コストで実現することができる。

　また、第１変換回路４は、入力端子２に接続された電源からの要求・制約や、出力端子３に接続された負荷の制約に応じて電圧・電流を制御する。これにより、充電時も外部給電時も、高周波でスイッチング動作を行う必要があるのは、入力端子２に配置されたインバータ回路からなる第１変換回路４のみである。整流器を有する第２変換回路５は、常に整流動作のみを行う。これにより、整流器に高コストで高周波動作可能なスイッチング素子を用いることがなくなり、１つの電力変換装置で充電と外部給電を実現することができる。

　また、入力される電力が交流は又は直流のいずれの場合も、入力端子側に配置された１変換回路４の電圧共振型インバータ回路がスイッチング動作を行うため、低損失スイッチングを実現することができる。

（第２の実施形態）
　図３は本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。第２の実施形態に係る電力変換装置は、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置に対して、さらに、第１通信インターフェース７、第２通信インターフェース８を備えている。

　第１通信インターフェース７は、入力端子２の内部に設けられ、外部と通信を行う。第２通信インターフェース８は、出力端子３の内部に設けられ、外部と通信を行う。蓄電システム１０は、蓄電池１１を有する。

　出力端子３は、２本の電力線９ａを介して蓄電システム１０に接続されている。２本の電力線９ａは、第２変換回路５からの電力を出力端子３と２本の電力線９ａとを介して蓄電池１１に供給する

　信号線９ｂは、第２通信インターフェース８と蓄電システム１０とに接続されている。制御回路６ａは、第２通信インターフェース８と信号線９ｂとを介して蓄電システム１０と通信を行う。

　また、入力端子２に２本の電力線９ａを介して蓄電システム１０が接続され、信号線９ｂが第１通信インターフェース７と蓄電システム１０とに接続される場合もある。このとき、制御回路６ａは、第１通信インターフェース７と信号線９ｂとを介して蓄電システム１０と通信を行う。

　次に、このように構成された第２の実施形態に係る電力変換装置の制御方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら、詳細に説明する。電力変換装置の制御方法は、制御回路６ａの制御により実現される。

　まず、制御回路６ａは、入力端子２に入力される電力が交流か直流かを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、制御回路６ａが、入力される電力が交流であると判断した場合には、出力端子３に蓄電システム１０が接続されているかどうかを判断する（ステップＳ１２）。出力端子３に蓄電システム１０が接続されているかどうかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　ステップＳ１２において、蓄電システム１０が接続されている場合には、制御回路６ａは、信号線９ｂと第２通信インターフェース８とを介して蓄電システム１０と通信を行い、蓄電システム１０から充電に関する命令を受け取る（ステップＳ１３）。

　制御回路６ａは、蓄電システム１０からの充電に関する命令に応じて、第２変換回路５が直流電力を出力して蓄電池１１への充電を制御するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の動作を制御する（ステップＳ１４）。

　ステップＳ１１において、制御回路６ａが、入力される電力が直流であると判断した場合には、入力端子２に蓄電システム１０が接続されているかどうかを判断する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において、入力端子２に蓄電システム１０が接続されているかどうかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　ステップＳ１５において、蓄電システム１０が接続されている場合には、制御回路６ａは、信号線９ｂと第１通信インターフェース７とを介して蓄電システム１０と通信を行い、蓄電システム１０から放電に関する命令を受け取る（ステップＳ１６）。

　制御回路６ａは、蓄電システム１０から放電に関する命令、即ち出力命令が直流か交流かを判断する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７において、制御回路６ａは、出力命令が交流であると判断した場合には、第２変換回路５が出力端子３に交流を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御する（ステップＳ１８）。

　この場合、スイッチング素子Ｑ１を高速にスイッチングさせて直流を高周波の交流に変換し、変換された高周波の交流をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を低速動作させて低周波の交流に変換する。

　ステップＳ１７において、制御回路６ａは、出力命令が直流であると判断した場合には、第２変換回路５が出力端子３に直流を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御する（ステップＳ１９）。

　この場合、スイッチング素子Ｑ１を高速にスイッチングさせて直流を高周波の交流に変換し、変換された高周波の交流をスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３を整流動作させて直流に変換する。

　即ち、入力端子２に蓄電池１１を有する蓄電システム１０が接続された場合に、蓄電池１１から出力端子３への出力を制御するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御する。

　第２の実施形態の駆動回路によれば、入力端子２又は出力端子３に蓄電池１１のような外部電源又は外部負荷が接続されたとき、制御回路６ａは、第１通信インターフェース７又は第２通信インターフェース８を介して蓄電システム１０と通信を行う。制御回路６ａは、通信結果に基づき、外部電源が出力可能かつ外部負荷が受け入れ可能な範囲内の動作になるように、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作を制御することができる。

　また、入力端子２に交流電力が接続され、出力端子３に蓄電システム１０が接続されたとき、制御回路６ａは、蓄電システム１０と通信を行う。蓄電システム１０の要求する充電における条件や手続きを考慮して、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作を制御することができる。

　また、入力端子２に蓄電システム１０が接続されたとき、入力端子２に接続された蓄電システム１０と通信を行う。蓄電システム１０が提供する放電における条件や手続きを考慮して、スイッチング素子Ｑ１及びスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作を制御することができる。

　また、入力端子２に蓄電システム１０が接続され、出力側に給電を行う際、蓄電システム側の指示により、出力端子３に直流と交流のどちらかを選択して出力することができる。ユーザは蓄電システム１０に直流と交流のどちらかを出力するか命令を行うことで、電力変換装置の出力から得られる電力を選択することができる。

（第３の実施形態）
　図５は本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。第３の実施形態に係る電力変換装置は、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置に対して、さらに、第１通信インターフェース７、第２通信インターフェース８、切替ボタン１３を備えている。

　入力端子２は、２本の電力線９ａを介して蓄電池１１を有する蓄電システム１０に接続されている。信号線９ｂが第１通信インターフェース７と蓄電システム１０とに接続されている。て制御回路６ｂは、信号線９ｂと第１通信インターフェース７とを介して蓄電システム１０と通信を行う。

　切替ボタン１３は、ユーザが操作可能なボタンであり、出力端子３に直流電力と交流電力とのいずれかを出力するかを切り替え選択し、切替選択信号を制御回路６ｂに出力する。切替ボタン１３の代わりに、ダイヤル、タッチパネルなどユーザが操作可能な他のインターフェースでもよい。

　制御回路６ｂは、切替ボタン１３からの切替選択信号に基づき、直流電力が選択された場合に、出力端子３に直流電力を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御する。制御回路６ｂは、交流電力が選択された場合に、出力端子３に交流電力を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御する。

　第３の実施形態の電力変換装置によれば、入力端子２に蓄電システム１０が接続され、出力側に給電を行う際、電力変換１ｂが備える切替ボタン１３により、出力端子３に直流と交流のどちらかを選択して出力することができる。ユーザは切替ボタン１３を直接操作することで、電力変換装置の出力から得られる電力を選択することができる。

（第４の実施形態）
　図６は本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。第４の実施形態に係る電力変換装置の制御方法について、図６に示すフローチャートを参照しながら、詳細に説明する。電力変換装置の制御方法は、制御回路６ｃの動作により実現される。

　まず、制御回路６ｃは、入力端子２に入力される電力が交流か直流かを判断する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、制御回路６ｃが、入力される電力が交流であると判断した場合には、出力端子３に蓄電システム１０が接続されているかどうかを判断する（ステップＳ２２）。出力端子３に蓄電システム１０が接続されているかどうかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　ステップＳ２２において、蓄電システム１０が接続されている場合には、制御回路６ｃは、信号線９ｂと第２通信インターフェース８とを介して蓄電システム１０と通信を行い、蓄電システム１０から充電に関する命令を受け取る（ステップＳ２３）。

　制御回路６ｃは、蓄電システム１０からの充電に関する命令に応じて、第２変換回路５が直流電力を出力して蓄電池１１への充電を制御するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の動作を制御する（ステップＳ２４）。

　ステップＳ２１において、制御回路６ｃが、入力される電力が直流であると判断した場合には、入力端子２に蓄電システム１０が接続されているかどうかを判断する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５において、入力端子２に蓄電システム１０が接続されているかどうかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　ステップＳ２５において、蓄電システム１０が接続されている場合には、制御回路６ｃは、信号線９ｂと第１通信インターフェース７とを介して蓄電システム１０と通信を行い、蓄電システム１０から放電に関する命令及び許容電流値を受け取る（ステップＳ２６）。

　制御回路６ｃは、蓄電システム１０から放電に関する命令、即ち出力命令が直流か交流かを判断する（ステップＳ２７）。制御回路６ｃは、出力命令が交流であると判断した場合、許容電流を超えないように第１変換回路４が制御を行い、第２変換回路５が出力端子３に交流を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御する（ステップＳ２８）。

　この場合、第１変換回路４は、スイッチング素子Ｑ１のスイッチング周波数を変動させることで動作電力を変化させる。電力（電流）を大きくするときにはスイッチング周波数を低くし、電力（電流）を小さくするときにはスイッチング周波数を高くする。

　第１変換回路４は、蓄電システムから供給される電流が、蓄電システムから伝えられた許容電流値を超えないように、スイッチング周波数を適切な値に制御する。

　ステップＳ２７において、制御回路６ｃは、出力命令が直流であると判断した場合、許容電流を超えないように、第１変換回路４がスイッチング素子Ｑ１の動作を制御する。第２変換回路５が出力端子３に直流を出力するようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作を制御する（ステップＳ２９）。

　第４の実施形態に係る電力変換装置によれば、入力端子２に蓄電システム１０が接続され、出力側に給電を行う際、蓄電システム１０が許容できる電流値の情報を受け取る。蓄電池１１が出力可能な電流が蓄電池１１の充電状態や温度、劣化度合いなど様々な要因で変化する。制御回路６ｃは、電力変換装置の入力電流が、その時点の蓄電システム１０の許容電流を超えないように、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御することができる。

　また、入力端子２に蓄電システム１０が接続され、出力端子３にも蓄電システム１０が接続されたときに、入力側の蓄電システム１０と出力側の蓄電システム１０の双方と通信を行う。入力側の蓄電システム１０と出力側の蓄電システム１０の充放電における条件や手続きを考慮して、制御回路６ｃがスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３との動作を制御することができる。

（第５の実施形態）
　図７は本発明の第５の実施形態に係る電力変換装置の制御方法を示すフローチャートである。第５の実施形態に係る電力変換装置の制御方法について、図７に示すフローチャートを参照しながら、詳細に説明する。電力変換装置の制御方法は、制御回路６ｄの動作により実現される。

　まず、制御回路６ｄは、入力端子２に入力される電力が交流か直流かを判断する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、制御回路６ｄが、入力される電力が交流であると判断した場合には、出力端子３に蓄電システム１０が接続されているかどうかを判断する（ステップＳ３２）。出力端子３に蓄電システム１０が接続されているかどうかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　ステップＳ３２において、蓄電システム１０が接続されている場合には、制御回路６ｄは、信号線９ｂと第２通信インターフェース８とを介して蓄電システム１０と通信を行う。蓄電システム１０から充電に関する命令及び許容電流値、許容電圧値を受け取る（ステップＳ３３）。

　制御回路６ｄは、許容電圧及び許容電流を超えないように、第１変換回路４が制御を行い、第２変換回路５が直流電力を出力するようにスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２の動作を制御する（ステップＳ３４）。

　ステップＳ３１において、制御回路６ｄが、入力される電力が直流であると判断した場合には、入力端子２に蓄電システム１０が接続されているかどうかを判断する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、入力端子２に蓄電システム１０が接続されているかどうかを、電圧センサなどを用いて検知し判断する。

　ステップＳ３５において、蓄電システム１０が接続されている場合には、制御回路６ｄは、信号線９ｂと第１通信インターフェース７とを介して蓄電システム１０と通信を行い、蓄電システム１０から放電に関する命令及び許容電流値を受け取る（ステップＳ３６）。

　制御回路６ｄは、蓄電システム１０から放電に関する命令、即ち出力命令が直流か交流かを判断する（ステップＳ３７）。制御回路６ｄは、出力命令が交流であると判断した場合、許容電流を超えないように、第１変換回路４がスイッチング素子Ｑ１の動作を制御する。第２変換回路５が出力端子３に交流を出力するようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作を制御する（ステップＳ３８）。

　第１変換回路４は、蓄電システムから供給される電力が、蓄電システムから伝えられた許容電流値を超えないように、スイッチング周波数を適切な値に制御する。

　ステップＳ３７において、制御回路６ｄは、出力命令が直流であると判断した場合には、許容電流を超えないように、第１変換回路４がスイッチング素子Ｑ１の動作を制御する。第２変換回路５が出力端子３に直流を出力するようにスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３の動作を制御する（ステップＳ３９）。

　第５の実施形態に係る電力変換装置によれば、入力側の蓄電システム１０の出力可能な電流と、出力側の蓄電システム１０が受け入れ可能な電圧・電流は、蓄電池１１の充電状態や温度、劣化度合いなど様々な要因で変化する。制御回路６ｄは、入力電流が入力側の蓄電システム１０の許容電流を超えないようにかつ出力電圧・出力電流が出力側の蓄電システム１０の入力許容電圧、入力許容電流を超えないようにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３の動作を制御することができる。

　また、入力端子２と出力端子３とを同一サイズに形成しても良い。この場合には、出力端子３に直流電力を出力するために外部の直流負荷に接続するときと、入力端子２に直流電力を入力するために外部の直流電源に接続するときに同じ形状のケーブルを用いることができる。

（第６の実施形態）
　図８は本発明の第６の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。車に搭載される充電器など予め端子が固定されて使用される電力変換装置がある。この場合、ユーザは容易に入力と出力とを切り替えることはできない。

　第６の実施形態に係る電力変換装置１ｅは、第１入出力切替部１７と第２入出力切替部１８により電力変換装置内で入力と出力とを切り替える。電力変換装置１ｅは、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成に、さらに、端子１５，１６、第１入出力切替部１７と第２入出力切替部１８を設けている。

　端子１５と入力端子２との間には第１入出力切替部１７が配置され、出力端子３と端子１６との間には第２入出力切替部１８が配置される。第１入出力切替部１７と第２入出力切替部１８とは電磁リレーで構成されている。

　第１入出力切替部１７は、入力端子２から外部への接続先を切り替え、端子ａ１，ｂ１，ｃ１，ｄ１を有し、端子ａ１，ｂ１と端子ｃ１，ｄ１とのどちらかを選択する。第２入出力切替部１８は、出力端子３から外部への接続先を切り替え、端子ａ２，ｂ２，ｃ２，ｄ２を有し、端子ａ２，ｂ２と端子ｃ２，ｄ２とのどちらかを選択する。

　端子ａ１と端子ｃ２とには電力線１９ａが接続されている。端子ｂ１と端子ｄ２とには電力線１９ｂが接続されている。端子ｃ１と端子ａ２とには電力線１９ｃが接続されている。端子ｄ１と端子ｂ２とには電力線１９ｄが接続されている。

　次に、第１入出力切替部１７と第２入出力切替部１８との動作について説明する。まず、端子１５に交流電源を接続した場合には、第１入出力切替部１７は、端子ａ１，ｂ１を選択し、第２入出力切替部１８は、端子ａ２，ｂ２を選択する。これにより、交流電源からの交流が入力端子を介して第１変換回路４に入力される。

　第１入出力切替部１７が、端子ｃ１，ｄ１を選択した場合には、端子１６に直流電源を接続し、電力線１９ｃ，１９ｄ、端子ｃ１，ｄ１、入力端子２を介して直流が第１変換回路４に入力される。

　第６の実施形態に係る電力変換装置によれば、予め端子が固定されて使用される電力変換装置１ｅであっても、電力変換装置１ｅの内部で入力端子２に交流電源を接続するか、直流電源を接続するかを選択することができる。

（第７の実施形態）
　図９は本発明の第７の実施形態に係る電力変換装置の構成ブロック図である。第７の実施形態に係る電力変換装置は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成に、さらに、アウトレット２０を追加した。

　アウトレット２０は、キャパシタＣ５と出力端子３とに接続される。この場合、入力端子２に直流電力が第１変換回路４に入力され、第２変換回路５が出力端子３に交流電力を供給する。アウトレット２０は、出力端子３に接続されているので、外部の負荷等に出力交流電力を給電することができる。

　第７の実施形態に係る電力変換装置によれば、交流電力を使用する装置のインレットを接続するためのアウトレット２０を別個の装置として接続することなく、交流電力を使用する負荷を使用することができる。

　本発明の電力変換装置は、交流電力から蓄電池への充電、電動車両から外部給電に適用可能である。

１　電力変換装置
２　入力端子
３　出力端子
４　第１変換回路
５　第２変換回路
６，６ａ~６ｅ　制御回路
７　第１通信インターフェース
８　第２通信インターフェース
９ａ，１９ａ~１９ｄ　電力線
９ｂ　信号線
１０　蓄電システム
１１　蓄電池
１３　切替ボタン
１５，１６　端子
１７　第１入出力切替部
１８　第２入出力切替部
２０　アウトレット
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３　スイッチング素子
Ｌ１，ｌ２，ｌ３　インダクタ
Ｃ１~Ｃ５　キャパシタ

Claims

　入力端子及び出力端子と、
　高速にスイッチングする第１スイッチング素子を有し前記入力端子から入力する電力を第１交流電力に変換する第１変換回路と、
　出力の極性を選択する第２スイッチング素子を有し前記第１変換回路から入力される前記第１交流電力を変換して前記出力端子に出力する第２変換回路と
　を有する電力変換装置の前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の動作を制御する前記電力変換装置の制御方法であって、
　前記入力端子に入力される電力が交流か直流かを判断し、
　前記入力される電力が交流であると判断された場合に前記第２変換回路が直流電力を出力するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の動作を制御し、
　前記入力される電力が直流であると判断された場合に前記第２変換回路が前記直流電力又は第２交流電力を出力するよう前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
電力変換装置の制御方法。
　前記電力変換装置は、外部と通信を行う第２通信インターフェースを更に有し、
　さらに、前記出力端子に蓄電池を有する蓄電システムが接続されたかどうかを判断し、
　前記入力端子に入力される電力が交流であると判断された場合で、さらに前記出力端子に前記蓄電池を有する前記蓄電システムが接続されたと判断された場合に、前記第２通信インターフェースを介して前記蓄電システムと通信を行い、
　前記蓄電システムから充電命令を受信し、前記充電命令に応じて、前記蓄電池への充電を制御するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項１に記載の電力変換装置の制御方法。
　前記電力変換装置は、外部と通信を行う第１通信インターフェースを更に有し、
　さらに、前記入力端子に蓄電池を有する蓄電システムが接続されたかどうかを判断し、
　前記入力端子に入力される電力が直流であると判断された場合で、さらに前記入力端子に蓄電池を有する蓄電システムが接続されたと判断された場合に前記第１通信インターフェースを介して前記蓄電システムと通信を行い、
　前記入力端子に接続された前記蓄電池から前記出力端子への出力を制御するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項１又は２に記載の電力変換装置の制御方法。
　前記第１通信インターフェースを介して前記蓄電システムと通信を行い、前記蓄電システムから直流出力命令を受信し、
　前記直流出力命令を受信した場合に前記出力端子に前記直流電力を出力するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御し、
　前記蓄電システムから交流出力命令を受信し、前記交流出力命令を受信した場合に前記出力端子に前記第２交流電力を出力するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項３に記載の電力変換装置の制御方法。
　前記出力端子に前記直流電力と前記第２交流電力とのいずれかを出力するかを選択し、
　前記直流電力が選択された場合に、前記出力端子に前記直流電力を出力するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御し、
　前記第２交流電力が選択された場合に、前記出力端子に前記第２交流電力を出力するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項３に記載の電力変換装置の制御方法。
　前記第１通信インターフェースを介する前記入力端子に接続された前記蓄電システムと通信を行い、前記入力端子に接続された前記蓄電システムから前記蓄電システムの出力許容電流の情報を受信し、
　受信した前記出力許容電流に基づき前記入力端子から入力される電流が前記出力許容電流を超えないように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項３に記載の電力変換装置の制御方法。
　さらに、前記入力端子に蓄電池を有する前記蓄電システムが接続されたかどうかを判断し、
　前記出力端子に前記蓄電池を有する前記蓄電システムが接続されたかどうかを判断し、
　前記入力端子に入力される電力が直流であると判断された場合で、さらに前記入力端子に前記蓄電池を有する前記蓄電システムが接続されたと判断された場合で、さらに出力端子に前記蓄電池を有する前記蓄電システムが接続されたと判断した場合に、
　前記第１通信インターフェースを介して前記入力端子に接続された前記蓄電システムと通信を行い、
　前記入力端子に接続された前記蓄電システムから、前記出力端子に接続された前記蓄電システムへの充電を制御するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項３に記載の電力変換装置の制御方法。
　前記入力端子に接続された前記蓄電システムから前記入力端子に接続された前記蓄電システムの出力許容電流の情報を受信し、
　前記出力端子に接続された前記蓄電システムから前記出力端子に接続された前記蓄電システムの入力許容電流の情報及び入力許容電圧の情報を受信し、
　前記入力端子から入力される電流が、前記入力端子に接続された前記蓄電システムの前記出力許容電流を超えないように、かつ前記出力端子から出力される電流及び電圧が前記出力端子に接続された前記蓄電システムの前記入力許容電流及び前記入力許容電圧を超えないように、前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
請求項７に記載の電力変換装置の制御方法。
　入力端子及び出力端子と、
　高速にスイッチングする第１スイッチング素子を有し前記入力端子から入力する電力を第１交流電力に変換する第１変換回路と、
　出力の極性を選択する第２スイッチング素子を有し前記第１変換回路から入力される前記第１交流電力を変換して前記出力端子に出力する第２変換回路と、
　前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の動作を制御する制御回路とを有する電力変換装置であって、
　前記制御回路は、前記入力端子に入力される電力が交流か直流かを判断し、
　前記入力される電力が交流であると判断された場合に、前記第２変換回路が直流電力を出力するように前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の動作を制御し、
　前記入力される電力が直流であると判断された場合に前記第２変換回路が前記直流電力又は前記第１交流電力の周波数よりも低い周波数の第２交流電力を出力するよう前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子との動作を制御する、
電力変換装置。
　前記第１変換回路は、前記入力端子と前記第１スイッチング素子との間に配置された入力インダクタと、
　前記第１スイッチング素子と前記第１変換回路の出力との間に配置されたＬＣ共振回路と、
　前記第１スイッチング素子と並列に接続されたキャパシタとを有し、
　前記第１交流電力を前記第２変換回路に出力する電圧共振型インバータ回路である請求項９に記載の電力変換装置。
　前記入力端子に配置された第１通信インターフェースと、前記出力端子に配置された第２通信インターフェースとを有する、外部と通信を行うための通信部を備え、
　前記制御回路は、前記通信部を介して外部から得た命令に基づき前記第１スイッチング素子と前記第２スイッチング素子の動作を制御する請求項９に記載の電力変換装置。
　前記入力端子と前記出力端子は、同一である、
請求項９に記載の電力変換装置。
　前記入力端子から外部への接続先を切り替える第１切替部と、
　前記出力端子から外部への接続先を切り替える第２切替部とを有する、
請求項９に記載の電力変換装置。
　前記入力端子に直流電力が入力されて前記出力端子に交流電力を供給するときに前記交流電力を給電できるアウトレットを有する、
請求項９に記載の電力変換装置。