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技術 直流電源装置、電気自動車用充電装置、直流電源ユニットの並列運転方法および電気自動車の充電電流制御方法

出願人 中国電力株式会社日鉄住金テックスエンジ株式会社
発明者 大久保典浩岸元道広
出願日 2010年11月19日 (10年1ヶ月経過) 出願番号 2010-259060
公開日 2012年6月14日 (8年6ヶ月経過) 公開番号 2012-114971
状態 特許登録済
技術分野 直流の給配電 電池等の充放電回路 DC‐DCコンバータ
主要キーワード 電力用電子部品 予備ユニット 直流電源ユニット 並列運転方式 交流電源システム 流出電流 インバータ制御信号 出力要求信号
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

複数の直流電源ユニット並列運転する直流電源装置の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくする。

解決手段

並列に接続された同一定格出力の複数の直流電源ユニットと、出力すべき電流値または電力値である要求値を示す出力要求信号に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第1の直流電源ユニット以外の第2の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させる制御回路と、を有する。

概要

背景

電気自動車のうち、モータ電動機)のみを駆動源とし、バッテリ二次電池)に充電した電気でモータを回転させて走行する二次電池式電気自動車では、バッテリの残存容量が低下した場合に外部からバッテリを充電する必要がある。また、モータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド自動車は、通常エンジンを駆動してバッテリを充電するが、外部からバッテリを充電することができるプラグインハイブリッド自動車も知られている。例えば、特許文献1の図3では、商用電源1の交流電圧整流し、インバータ回路(DC−ACコンバータ回路)3によって高周波電力に変換したうえで、整流および平滑化して直流電流をバッテリ9に供給する電気自動車の充電装置が開示されている。

ところで、電気自動車用の大容量のバッテリを急速充電するためには、大電力の供給が可能な電源装置が必要となる。また、電源装置のコストを低減するため、単体で大電力を供給することができる大容量の電源装置の代わりに、小容量の電源ユニット並列運転して大電力を供給する方法が知られている。例えば、特許文献2では、電力変換装置主機1と従機2とを並列に接続し、従機2の出力電流を主機1の出力電流と一致するように制御することによって、各機の負担を常に均一な状態で運転することができる交流電源システムが開示されている。

このようにして、複数の電源ユニットを並列に接続し、各出力電流が一致するように並列運転することによって、低コストで大電力を供給することができる。

概要

複数の直流電源ユニットを並列運転する直流電源装置の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくする。並列に接続された同一定格出力の複数の直流電源ユニットと、出力すべき電流値または電力値である要求値を示す出力要求信号に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第1の直流電源ユニット以外の第2の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させる制御回路と、を有する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

並列に接続された同一定格出力の複数の直流電源ユニットと、出力すべき電流値または電力値である要求値を示す出力要求信号に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第1の直流電源ユニット以外の第2の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させる制御回路と、を有することを特徴とする直流電源装置

請求項2

前記第1の直流電源ユニットは、前記複数の直流電源ユニットのうちの1つであることを特徴とする請求項1に記載の直流電源装置。

請求項3

前記制御回路は、前記第2の直流電源ユニットのうち、出力電流値または出力電力値の和である和出力値が前記要求値未満の最大値となる個数だけ定格運転させ、前記要求値から前記和出力値を減算した残余出力値に応じて、前記第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御することを特徴とする請求項2に記載の直流電源装置。

請求項4

前記複数の直流電源ユニットは、直流パルス幅変調するインバータ回路と、前記インバータ回路の出力を整流および平滑化して出力する整流平滑回路と、をそれぞれ含み、前記制御回路は、前記第1の直流電源ユニットに対しては、前記整流平滑回路の出力電流値が前記残余出力値に応じた電流値と一致するように前記インバータ回路を制御し、前記第2の直流電源ユニットに対しては、前記インバータ回路が定格運転または停止するように制御することを特徴とする請求項3に記載の直流電源装置。

請求項5

前記第1の直流電源ユニットは、前記制御回路をさらに含み、前記制御回路は、前記第1の直流電源ユニットの前記インバータ回路を制御するとともに、前記第2の直流電源ユニットごとに前記インバータ回路を定格運転または停止させるための制御信号を出力することを特徴とする請求項4に記載の直流電源装置。

請求項6

前記制御回路は、前記複数の直流電源ユニットから1つを前記第1の直流電源ユニットとして選択することを特徴とする請求項4に記載の直流電源装置。

請求項7

定格出力の和が装置全体の定格出力以上となる個数の前記第2の直流電源ユニットを有することを特徴とする請求項1ないし請求項6の何れかに記載の直流電源装置。

請求項8

請求項1ないし請求項7の何れかに記載の直流電源装置を備え、前記複数の直流電源ユニットは、それぞれ商用交流電源から供給される電力を直流に変換し、前記出力要求信号に応じて直流電流電気自動車バッテリに供給することを特徴とする電気自動車用充電装置

請求項9

同一定格出力の複数の直流電源ユニットを並列に接続し、出力すべき電流値または電力値に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第1の直流電源ユニット以外の第2の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させることを特徴とする直流電源ユニットの並列運転方法

請求項10

それぞれ商用交流電源から供給される電力を直流に変換する同一定格出力の複数の直流電源ユニットを並列に接続し、電気自動車のバッテリに供給すべき電流値または電力値に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第1の直流電源ユニット以外の第2の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させることを特徴とする電気自動車の充電電流制御方法

技術分野

背景技術

0002

電気自動車のうち、モータ電動機)のみを駆動源とし、バッテリ二次電池)に充電した電気でモータを回転させて走行する二次電池式電気自動車では、バッテリの残存容量が低下した場合に外部からバッテリを充電する必要がある。また、モータとエンジンとを駆動源とするハイブリッド自動車は、通常エンジンを駆動してバッテリを充電するが、外部からバッテリを充電することができるプラグインハイブリッド自動車も知られている。例えば、特許文献1の図3では、商用電源1の交流電圧整流し、インバータ回路(DC−ACコンバータ回路)3によって高周波電力に変換したうえで、整流および平滑化して直流電流をバッテリ9に供給する電気自動車の充電装置が開示されている。

0003

ところで、電気自動車用の大容量のバッテリを急速充電するためには、大電力の供給が可能な電源装置が必要となる。また、電源装置のコストを低減するため、単体で大電力を供給することができる大容量の電源装置の代わりに、小容量の電源ユニット並列運転して大電力を供給する方法が知られている。例えば、特許文献2では、電力変換装置主機1と従機2とを並列に接続し、従機2の出力電流を主機1の出力電流と一致するように制御することによって、各機の負担を常に均一な状態で運転することができる交流電源システムが開示されている。

0004

このようにして、複数の電源ユニットを並列に接続し、各出力電流が一致するように並列運転することによって、低コストで大電力を供給することができる。

先行技術

0005

特開平9−233709号公報
特開2004−236394号公報

発明が解決しようとする課題

0006

特許文献2の交流電源システムのように複数の電源ユニットの出力を均一にする並列運転方式は、電源ユニットとして、特許文献1の電気自動車用充電装置のように商用交流電源の電力を直流に変換する直流電源ユニットを用いることもできる。したがって、小容量の直流電源ユニットを並列運転することによって大電力を供給し、電気自動車のバッテリを急速充電することができる。

0007

しかしながら、このような電気自動車用(急速)充電装置では、バッテリが要求する充電電流が小さい場合、各直流電源ユニットの出力は定格出力より小さくなる。そのため、交流から直流への交直変換の効率が低下し、また、出力が小さいため、流出電流に含まれる高調波成分が相対的に大きくなる。

課題を解決するための手段

0008

前述した課題を解決する主たる本発明は、並列に接続された同一定格出力の複数の直流電源ユニットと、出力すべき電流値または電力値である要求値を示す出力要求信号に応じて、前記複数の直流電源ユニットのうち、第1の直流電源ユニットの出力電流値を制御するとともに、前記第1の直流電源ユニット以外の第2の直流電源ユニットを個別に定格運転または停止させる制御回路と、を有することを特徴とする直流電源装置である。
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

発明の効果

0009

本発明によれば、複数の直流電源ユニットを並列運転する直流電源装置の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。

図面の簡単な説明

0010

本発明の第1実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成を示すブロック図である。
本発明の第1実施形態における第1の直流電源ユニットの構成を示すブロック図である。
本発明の第1実施形態における第2の直流電源ユニットの構成を示すブロック図である。
制御回路105の動作を説明するフローチャートである。
本発明の第2および第3実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成を示すブロック図である。
本発明の第2および第3実施形態における直流電源ユニットの構成を示すブロック図である。
本発明の第2実施形態における制御回路30の動作を説明するフローチャートである。
本発明の第3実施形態における制御回路30の動作を説明するフローチャートである。

実施例

0011

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

0012

<第1実施形態>
以下の第1および第2実施形態の説明において、第1の直流電源ユニットに相当する直流電源ユニットは、識別番号#0を付けて表し、第2の直流電源ユニットに相当する直流電源ユニットは、識別番号#1ないし#6を付けて表すこととする。また、(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6は、識別番号が小さい順に優先的に使用されるものとする。

0013

===電気自動車用充電装置全体の構成===
以下、図1を参照して、本発明の第1の実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成について説明する。

0014

図1に示されている電気自動車用充電装置は、電気自動車9のバッテリ91を充電するための装置であり、例えば200Vの商用交流電源5から電力が供給される直流電源装置1を備えている。また、直流電源装置1は、直流電源ユニット10ないし16、およびダイオード20ないし26を含んで構成されている。

0015

直流電源ユニット10ないし16には、商用交流電源5から並列に電力が供給されている。また、直流電源ユニット10ないし16には、それぞれダイオード20ないし26のアノードが接続されている。そして、ダイオード20ないし26のカソードは、直流電源装置1の出力ノードに共通に接続されている。なお、本実施形態では、直流電源ユニット10が、常に(第1の)直流電源ユニット#0に相当し、直流電源ユニット11ないし16が、常に(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6に相当する。

0016

直流電源ユニット#0には、電気自動車9の充電制御回路92から出力される出力要求信号Irqが入力されている。また、直流電源ユニット#0から出力される制御信号S#1ないしS#6は、それぞれ直流電源ユニット#1ないし#6に入力されている。そして、直流電源ユニット#0ないし#6からそれぞれ出力される電流I#0ないしI#6の総和は、直流電流Idcとして直流電源装置1から出力され、バッテリ91に供給されている。

0017

なお、直流電源ユニット#0ないし#6の定格出力は、いずれも同一となっている。ここで、一例として、各直流電源ユニットの定格出力Punitを5kW(=200V×25A)とし、直流電源装置1全体の定格出力Ptotalを30kW(=200V×150A)とする。この場合、直流電源ユニット#0ないし#6のうち、最大6個の直流電源ユニット#0ないし#5が使用され、直流電源ユニット#6は、通常使用されない予備ユニットとなる。

0018

===直流電源ユニットの構成===
以下、図2および図3を参照して、本実施形態における各直流電源ユニットの構成について説明する。

0019

図2に示されている(第1の)直流電源ユニット#0は、整流回路101、インバータ回路102、高周波トランス103、整流平滑回路104、制御回路105、および電流センサ106を含んで構成されている。

0020

インバータ回路102には、商用交流電源5から整流回路101を介して、電力が供給されている。また、高周波トランス103の一次巻線には、インバータ回路102が接続され、二次巻線には、整流平滑回路104が接続されている。そして、整流平滑回路104から出力される電流I#0は、直流電源ユニット#0から出力されるとともに、電流センサ106によって検出されて、制御回路105に入力されている。

0021

制御回路105には、出力要求信号Irqも入力され、制御回路105からは、インバータ制御信号C#0、および制御信号S#1ないしS#6が出力されている。そして、インバータ制御信号C#0は、インバータ回路102に入力されている。

0022

図3に示されている(第2の)直流電源ユニット#1は、整流回路111、インバータ回路112、高周波トランス113、整流平滑回路114、およびインバータ制御回路115を含んで構成されている。なお、インバータ制御回路115を除いて、直流電源ユニット#0と構成の共通化を図るため、直流電源ユニット#1は、通常使用されない電流センサ116を含んでいてもよい。

0023

インバータ回路112には、商用交流電源5から整流回路111を介して、電力が供給されている。また、インバータ制御回路115には、制御信号S#1が入力され、インバータ制御回路115から出力されるインバータ制御信号C#1は、インバータ回路112に入力されている。さらに、高周波トランス113の一次巻線には、インバータ回路112が接続され、二次巻線には、整流平滑回路114が接続されている。そして、整流平滑回路114から出力される電流I#1は、直流電源ユニット#1から出力されている。

0024

なお、直流電源ユニット#2ないし#6についても、直流電源ユニット#1と同様の構成となっているものとする。

0025

===電気自動車用充電装置の動作===
以下、図4を適宜参照して、本実施形態における電気自動車用充電装置の動作について説明する。

0026

直流電源ユニット#0ないし#6は、いずれも電流源として動作し、それぞれ商用交流電源5から供給される電力を直流に変換して、電流I#0ないしI#6を出力する。より具体的には、各直流電源ユニットの整流回路(101、111など)は、商用交流電源5から供給される電力を全波整流し、インバータ回路(102、112など)は、インバータ制御信号(C#0、C#1など)に応じて、さらにパルス幅変調して高周波電力に変換する。そして、整流平滑回路(104、114など)は、高周波トランス(103、113など)を介して供給される高周波電力を整流および平滑化して直流に変換し、電流I#0ないしI#6として出力する。
このようにして、各直流電源ユニットの出力電流は、インバータ制御信号に応じて制御される。

0027

直流電源ユニット#0では、バッテリ91に供給すべき電流値(要求値)を示す出力要求信号Irq、および電流センサ106によって検出される電流I#0に応じて、制御回路105がインバータ制御信号C#0を出力する。そして、インバータ回路102は、インバータ制御信号C#0に応じて、停止(出力0%)ないし定格運転(出力100%)の範囲で制御される。

0028

また、制御回路105は、出力要求信号Irq、および各直流電源ユニットの定格出力Punitに応じて、制御信号S#1ないしS#6を出力する。直流電源ユニット#1ないし#6では、それぞれ制御信号S#1ないしS#6に応じて、インバータ制御回路(115など)がインバータ制御信号を出力する。そして、インバータ回路は、インバータ制御信号に応じて、定格運転または停止するように制御される。一例として、制御信号S#1ないしS#6は、いずれも2値信号であり、直流電源ユニット#nのインバータ回路は、制御信号S#n=1の場合に定格運転し、制御信号S#n=0の場合に停止するものとする。

0029

図4は、制御回路105のより具体的な動作を示している。
制御回路105は、処理の開始時(S11)において、制御信号S#1ないしS#6をいずれも0に設定する。また、ループ変数nを1に設定する。なお、実際に出力される制御信号S#1ないしS#6は、当該設定によっては変化せず、後述するように、処理の終了時(S18)に変化する。

0030

次に、本実施形態では、出力要求信号Irqが示す要求値は、電流値として表され、各直流電源ユニットの定格出力Punit(=5kW)は、電力値として表されているため、これらの単位を一致させる変換処理を行う(S12)。具体的には、定格出力電圧値Vout(=200V)を用いて、電力要求値Prq(=Vout×Irq)を算出する。なお、電力要求値Prqが、直流電源装置1全体の定格出力Ptotal(=30kW)より大きい場合(S13:YES)には、Prq=Ptotalとする(S14)。

0031

次に、制御回路105は、電力要求値Prqを各直流電源ユニットの定格出力Punitと比較する(S15)。
S15において、電力要求値Prqが、各直流電源ユニットの定格出力Punitより大きい場合(S15:YES)には、直流電源ユニット#nが定格運転するよう、制御信号S#nを1に設定する。また、電力要求値Prqから各直流電源ユニットの定格出力Punitを減算する。そして、ループ変数nに1を加算したうえで、再びS15の処理を行う(S16)。
一方、S15において、電力要求値Prqが、各直流電源ユニットの定格出力Punit以下である場合(S15:NO)には、電流I#0=Prq/Voutとなるようにインバータ制御信号C#0を設定する(S17)。

0032

なお、S17の処理時においては、直流電源ユニット#1ないし#6のうち、(n−1)個が定格運転するように設定され、電力要求値Prqは、各直流電源ユニットの定格出力Punitが(n−1)個分減算された値(残余出力値)となっている。また、当該(n−1)個は、定格運転する直流電源ユニットの出力電流値の和(和出力値)が、出力要求信号Irqが示す要求値未満の最大値となる個数である。

0033

制御回路105は、処理の終了時(S18)において、設定されたインバータ制御信号C#0、および制御信号S#1ないしS#6を実際に出力する。そして、直流電源ユニット#0は、電流センサ106によって検出される電流I#0が残余出力値に応じた電流値と一致するように、インバータ回路102が制御される。一方、直流電源ユニット#1ないし#6のうち、和出力値が要求値未満の最大値となる個数だけインバータ回路が定格運転するように制御され、それ以外は、インバータ回路が停止するように制御される。

0034

一例として、Irq=60Aの場合には、各制御信号は、S#1=S#2=1、S#3=S#4=S#5=S#6=0となる。また、各直流電源ユニットは、I#0=10A、I#1=I#2=25A(定格運転)、I#3=I#4=I#5=I#6=0A(停止)となるように制御される。

0035

以上の処理を十分に短い周期で繰り返すことによって、本実施形態の電気自動車用充電装置は、出力要求信号Irqが示す要求値に追従する直流電流Idcをバッテリ91に供給することができる。また、直流電源装置1においては、直流電源ユニット#0以外の直流電源ユニット#1ないし#6が、いずれも定格運転または停止しているため、各直流電源ユニットの出力を均一に制御する場合より交直変換の効率が向上し、高調波成分の割合が小さくなる。

0036

なお、直流電源ユニット#0ないし#6は、直流電源装置1全体に比べて小容量であるため、高出力の電力用電子部品を削減し、汎用電子部品をより多く用いて、直流電源装置1のコストの低減を図っている。また、直流電源ユニット#1ないし#6は、同様の構成となっているため、量産することによるコストの低減も図っている。

0037

さらに、本実施形態では、直流電源ユニット11ないし16は、(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6のいずれにも割り当てることが可能であるため、予備ユニットである直流電源ユニット#6に割り当てるユニットを変更することができる。例えば、直流電源ユニット13の故障時には、直流電源ユニット13および16を、それぞれ直流電源ユニット#6および#3に割り当てることによって、直流電源装置1の運転を継続しつつ、直流電源ユニット13の修理を行うことができる。

0038

<第2実施形態>
===電気自動車用充電装置全体の構成===
以下、図5を参照して、本発明の第2の実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成について説明する。

0039

図5に示されている電気自動車用充電装置は、第1実施形態の電気自動車用充電装置に対して、直流電源装置1の代わりに直流電源装置3を備えている。また、直流電源装置3は、制御回路30、直流電源ユニット40ないし46、およびダイオード20ないし26を含んで構成されている。

0040

直流電源ユニット40ないし46には、商用交流電源5から並列に電力が供給されている。また、直流電源ユニット40ないし46には、それぞれダイオード20ないし26のアノードが接続されている。そして、ダイオード20ないし26のカソードは、直流電源装置3の出力ノードに共通に接続されている。なお、図5においては、直流電源ユニット40が、(第1の)直流電源ユニット#0に相当し、直流電源ユニット41ないし46が、(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6に相当する。しかしながら、後述するように、本実施形態では、当該割り当てを変更することができる。

0041

制御回路30には、電気自動車9の充電制御回路92から出力される出力要求信号Irqが入力されている。また、直流電源ユニット#0から出力される制御信号R#0ないしR#6は、それぞれ直流電源ユニット#0ないし#6に入力されている。そして、直流電源ユニット#0ないし#6からそれぞれ出力される電流I#0ないしI#6の総和は、直流電流Idcとして直流電源装置3から出力され、バッテリ91に供給されている。

0042

なお、第1実施形態と同様に、直流電源ユニット#0ないし#6の定格出力は、いずれも同一となっており、各直流電源ユニットの定格出力Punitおよび直流電源装置3全体の定格出力Ptotalとして、第1実施形態と同様の一例を用いることとする。

0043

===直流電源ユニットの構成===
以下、図6を参照して、本実施形態における各直流電源ユニットの構成について説明する。

0044

図6に示されている直流電源ユニット#0は、整流回路401、インバータ回路402、高周波トランス403、整流平滑回路404、インバータ制御回路405、および電流センサ406を含んで構成されている。インバータ回路402には、商用交流電源5から整流回路401を介して、電力が供給されている。また、高周波トランス403の一次巻線には、インバータ回路402が接続され、二次巻線には、整流平滑回路404が接続されている。そして、整流平滑回路404から出力される電流I#0は、直流電源ユニット#0から出力されるとともに、電流センサ406によって検出されて、インバータ制御回路405に入力されている。

0045

インバータ制御回路405には、制御信号R#0も入力され、インバータ制御回路405からは、インバータ制御信号C#0が出力されている。そして、インバータ制御信号C#0は、インバータ回路402に入力されている。
なお、直流電源ユニット#1ないし#6についても、直流電源ユニット#0と同様の構成となっているものとする。

0046

===電気自動車用充電装置の動作===
以下、図7を適宜参照して、本実施形態における電気自動車用充電装置の動作について説明する。

0047

直流電源ユニット#0ないし#6は、いずれも電流源として動作し、それぞれ商用交流電源5から供給される電力を直流に変換して、電流I#0ないしI#6を出力する。

0048

より具体的には、各直流電源ユニットの整流回路(401など)は、商用交流電源5から供給される電力を全波整流し、インバータ回路(402など)は、インバータ制御信号(C#0など)に応じて、さらにパルス幅変調して高周波電力に変換する。そして、整流平滑回路(404など)は、高周波トランス(403など)を介して供給される高周波電力を整流および平滑化して直流に変換し、電流I#0ないしI#6として出力する。

0049

このようにして、各直流電源ユニットの出力電流は、インバータ制御信号に応じて制御される。

0050

制御回路30は、バッテリ91に供給すべき電流値(要求値)を示す出力要求信号Irq、および各直流電源ユニットの定格出力Punitに応じて、制御信号R#0ないしR#6を出力する。なお、本実施形態では、直流電源ユニット#0ないし#6は、いずれも同様の構成となっており、インバータ制御回路(405など)がインバータ制御信号を出力する。

0051

直流電源ユニット#0では、インバータ制御回路402は、制御信号R#0、および電流センサ406によって検出される電流I#0に応じて、インバータ制御信号C#0を出力する。そして、インバータ回路402は、インバータ制御信号C#0に応じて、停止(出力0%)ないし定格運転(出力100%)の範囲で制御される。

0052

一方、直流電源ユニット#1ないし#6では、インバータ制御回路402は、それぞれ制御信号R#1ないしR#6に応じて、インバータ制御信号を出力する。そして、インバータ回路は、インバータ制御信号に応じて、定格運転または停止するように制御される。

0053

一例として、制御信号R#0ないしR#6は、いずれも8ビットデジタル信号であり、直流電源ユニット#0ないし#6がそれぞれ出力すべき電流I#0ないしI#6を100mA単位で示すものとする。したがって、直流電源ユニット#0のインバータ回路402は、電流センサ406によって検出される電流I#0が、制御信号R#0(0≦R#0≦250)が示す電流値と一致するように制御される。一方、制御信号R#1ないしR#6は、0または250以上の値(例えば255)のみを取り、直流電源ユニット#nのインバータ回路は、制御信号R#n=0の場合に停止し、制御信号R#n=255の場合に定格運転する。

0054

図7は、制御回路30のより具体的な動作を示している。
制御回路30は、処理の開始時(S31)において、制御信号R#0ないしR#6をいずれも0に設定する。また、ループ変数nを1に設定する。なお、実際に出力される制御信号R#0ないしR#6は、当該設定によっては変化せず、後述するように、処理の終了時(S38)に変化する。

0055

次に、第1実施形態と同様に、定格出力電圧値Vout(=200V)を用いて、電力要求値Prq(=Vout×Irq)を算出する(S32)。なお、電力要求値Prqが、直流電源装置3全体の定格出力Ptotal(=30kW)より大きい場合(S33:YES)には、Prq=Ptotalとする(S34)。
次に、制御回路30は、電力要求値Prqを各直流電源ユニットの定格出力Punit(=5kW)と比較する(S35)。

0056

S35において、電力要求値Prqが、各直流電源ユニットの定格出力Punitより大きい場合(S35:YES)には、直流電源ユニット#nが定格運転するよう、制御信号R#nを255に設定する。また、電力要求値Prqから各直流電源ユニットの定格出力Punitを減算する。そして、ループ変数nに1を加算したうえで、再びS35の処理を行う(S36)。
一方、S35において、電力要求値Prqが、各直流電源ユニットの定格出力Punit以下である場合(S35:NO)には、制御信号R#0=(Prq/Vout)×10と設定する(S37)。

0057

なお、S37の処理時においては、直流電源ユニット#1ないし#6のうち、(n−1)個が定格運転するように設定され、電力要求値Prqは、各直流電源ユニットの定格出力Punitが(n−1)個分減算された値(残余出力値)となっている。したがって、制御信号R#0は、残余出力値に応じた電流値を100mA単位で示している。また、当該(n−1)個は、定格運転する直流電源ユニットの出力電流値の和(和出力値)が、出力要求信号Irqが示す要求値未満の最大値となる個数である。

0058

制御回路30は、処理の終了時(S38)において、設定された制御信号R#0ないしR#6を実際に出力する。そして、直流電源ユニット#0は、電流センサ406によって検出される電流I#0が、制御信号R#0が示す電流値と一致するように、インバータ回路102が制御される。一方、直流電源ユニット#1ないし#6のうち、和出力値が要求値未満の最大値となる個数だけインバータ回路が定格運転するように制御され、それ以外は、インバータ回路が停止するように制御される。

0059

一例として、Irq=60Aの場合には、各制御信号は、R#0=100、R#1=S#2=255、S#3=S#4=S#5=S#6=0となる。また、各直流電源ユニットは、I#0=10A、I#1=I#2=25A(定格運転)、I#3=I#4=I#5=I#6=0A(停止)となるように制御される。

0060

以上の処理を十分に短い周期で繰り返すことによって、本実施形態の電気自動車用充電装置は、出力要求信号Irqが示す要求値に追従する直流電流Idcをバッテリ91に供給することができる。また、直流電源装置3においては、直流電源ユニット#0以外の直流電源ユニット#1ないし#6が、いずれも定格運転または停止しているため、各直流電源ユニットの出力を均一に制御する場合より交直変換の効率が向上し、高調波成分の割合が小さくなる。

0061

なお、直流電源ユニット#0ないし#6は、直流電源装置3全体に比べて小容量であるため、高出力の電力用電子部品を削減し、汎用の電子部品をより多く用いて、直流電源装置3のコストの低減を図っている。また、直流電源ユニット#0ないし#6は、いずれも同様の構成となっているため、量産することによるコストの低減も図っている。

0062

さらに、本実施形態では、直流電源ユニット40ないし46は、(第1の)直流電源ユニット#0、および(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6のいずれにも割り当てることが可能であるため、当該割り当てを変更することができる。例えば、直流電源ユニット#0は、直流電流Idcの出力時には常に動作しているため、制御回路30が直流電源ユニット#0に割り当てるユニットを選択し、当該選択を適宜変更することによって、各直流電源ユニットの使用頻度を平均化することができる。また、例えば、何れかの直流電源ユニットの故障時などに、予備ユニットである直流電源ユニット#6に割り当てるユニットを適宜変更することもできる。

0063

<第3実施形態>
前述したように、第1実施形態では、直流電源ユニット10が、常に(第1の)直流電源ユニット#0に相当し、当該割り当てを変更することができない。そのため、直流電源ユニット10の故障時には、直流電源ユニット10を、予備ユニットである直流電源ユニット#6に割り当てることができず、直流電源装置1の運転を継続しつつ、直流電源ユニット10の修理を行うことができない。

0064

一方、前述したように、第2実施形態では、直流電源ユニット40ないし46は、(第1の)直流電源ユニット#0、および(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6のいずれにも割り当てることが可能であるため、当該割り当てを変更することができる。そのため、直流電源ユニット40の故障時には、直流電源ユニット40および46を、それぞれ直流電源ユニット#6および#0に割り当てることによって、直流電源装置3の運転を継続しつつ、直流電源ユニット40の修理を行うことができる。

0065

しかしながら、第2実施形態では、制御回路30は、第1の直流電源ユニットとして直流電源ユニット#0に割り当てるユニットを選択し、当該ユニットの出力電流値のみを、出力すべき電流値(要求値)を示す出力要求信号Irqに応じて制御する。そのため、直流電源装置3の運転中は、第1および第2の直流電源ユニットの割り当てが固定され、要求値が連続的に変化すると、直流電源装置3の出力が不安定になる場合がある。例えば、Irq=49AからIrq=50Aに変化すると、I#0=24A(略定格運転)からI#0=0A(停止)に変化し、I#2=0A(停止)からI#2=25A(定格運転)に変化するため、各ユニットの運転状態の急激な切り替わりによって出力が不安定になる場合がある。

0066

本実施形態では、直流電源装置3の運転中に第1の直流電源ユニットとして機能するユニットを切り替えることによって、要求値が連続的に変化する場合であっても、直流電源装置3の出力が不安定になるのを防止している。なお、本実施形態における電気自動車用充電装置全体の構成は、第2実施形態の電気自動車用充電装置全体の構成と同様である。また、本実施形態における各直流電源ユニットの構成は、第2実施形態の各直流電源ユニットの構成と同様である。

0067

===電気自動車用充電装置の動作===
以下、図8を適宜参照して、本発明の第3の実施形態における電気自動車用充電装置の動作について説明する。なお、本実施形態における電気自動車用充電装置の動作は、制御回路30の動作を除いて、第2実施形態の電気自動車用充電装置の動作と同様である。

0068

制御回路30は、バッテリ91に供給すべき電流値(要求値)を示す出力要求信号Irq、および各直流電源ユニットの定格出力Punitに応じて、制御信号R#0ないしR#6を出力する。本実施形態では、制御回路30は、直流電源ユニット#0から順に定格運転するユニットを選択し、その次のユニットを停止(出力0%)ないし定格運転(出力100%)の範囲で制御し、さらにその次以降のユニットを停止する。したがって、第1の直流電源ユニットとして機能するユニットは、定格運転するユニットの個数に応じて切り替わることとなる。

0069

図8は、制御回路30のより具体的な動作を示している。
制御回路30は、処理の開始時(S31’)において、制御信号R#0ないしR#6をいずれも0に設定する。また、ループ変数nを0に設定する。なお、実際に出力される制御信号R#0ないしR#6は、当該設定によっては変化せず、後述するように、処理の終了時(S38)に変化する。

0070

次に、第2実施形態と同様に、定格出力電圧値Vout(=200V)を用いて、電力要求値Prq(=Vout×Irq)を算出する(S32)。なお、電力要求値Prqが、直流電源装置3全体の定格出力Ptotal(=30kW)より大きい場合(S33:YES)には、Prq=Ptotalとする(S34)。
次に、制御回路30は、電力要求値Prqを各直流電源ユニットの定格出力Punit(=5kW)と比較する(S35)。

0071

S35において、電力要求値Prqが、各直流電源ユニットの定格出力Punitより大きい場合(S35:YES)には、直流電源ユニット#nが定格運転するよう、制御信号R#nを255に設定する。また、電力要求値Prqから各直流電源ユニットの定格出力Punitを減算する。そして、ループ変数nに1を加算したうえで、再びS35の処理を行う(S36)。
一方、S35において、電力要求値Prqが、各直流電源ユニットの定格出力Punit以下である場合(S35:NO)には、制御信号R#n=(Prq/Vout)×10と設定する(S37’)。

0072

なお、S37’の処理時においては、直流電源ユニット#0から順にn個が定格運転するように設定され、電力要求値Prqは、各直流電源ユニットの定格出力Punitがn個分減算された値(残余出力値)となっている。したがって、制御信号R#nは、残余出力値に応じた電流値を100mA単位で示している。また、当該n個は、定格運転する直流電源ユニットの出力電流値の和(和出力値)が、出力要求信号Irqが示す要求値未満の最大値となる個数である。

0073

制御回路30は、処理の終了時(S38)において、設定された制御信号R#0ないしR#6を実際に出力する。そして、直流電源ユニット#nは、電流センサ406によって検出される電流I#nが、制御信号R#nが示す電流値と一致するように、インバータ回路102が制御される。一方、n≠0の場合には、直流電源ユニット#0ないし#(nー1)のn個のインバータ回路が定格運転するように制御される。また、直流電源ユニット#(n+1)以降は、インバータ回路が停止するように制御される。したがって、直流電源ユニット#nは、第1の直流電源ユニットとして機能し、それ以外は、第2の直流電源ユニットとして機能する。

0074

一例として、Irq=49Aの場合には、各制御信号は、R#0=255、R#1=240(n=1)、S#2=S#3=S#4=S#5=S#6=0となる。また、各直流電源ユニットは、I#0=25A(定格運転)、I#1=24A、I#2=I#3=I#4=I#5=I#6=0A(停止)となるように制御される。また、一例として、Irq=50Aの場合には、各制御信号は、R#0=R#1=255、S#2=S#3=S#4=S#5=S#6=0(n=2)となる。また、各直流電源ユニットは、I#0=I#1=25A(定格運転)、I#2=I#3=I#4=I#5=I#6=0A(停止)となるように制御される。

0075

以上の処理を十分に短い周期で繰り返すことによって、本実施形態の電気自動車用充電装置は、出力要求信号Irqが示す要求値に追従する直流電流Idcをバッテリ91に供給することができる。また、直流電源装置3においては、(第1の)直流電源ユニット#n以外の直流電源ユニットが、いずれも定格運転または停止しているため、各直流電源ユニットの出力を均一に制御する場合より交直変換の効率が向上し、高調波成分の割合が小さくなる。

0076

なお、本実施形態では、直流電源装置3の運転中に、第1の直流電源ユニットとして機能する直流電源ユニット#nを切り替えることができる。そのため、例えばIrq=49AからIrq=50Aのように要求値が連続的に変化する場合であっても、各ユニットの運転状態は、略定格運転から停止や、停止から定格運転に急激に切り替わらない。したがって、直流電源装置3の出力が不安定になるのを防止することができる。

0077

前述したように、直流電源装置1および3において、並列に接続された同一定格出力の直流電源ユニット#0ないし#6のうち、(第1の)直流電源ユニット#0以外の(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6を個別に定格運転または停止させることによって、直流電源装置全体として交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。

0078

また、直流電源ユニット#0ないし#6のうち、1つの直流電源ユニット#0の出力電流値のみを、出力すべき電流値(要求値)を示す出力要求信号Irqに応じて制御することによって、高調波成分の割合を最小限に抑えることができる。

0079

また、直流電源ユニット#1ないし#6のうち、出力電流値の和(和出力値)が、出力要求信号Irqが示す要求値未満の最大値となる個数だけ定格運転させることによって、要求値から和出力値を減算した残余出力値に応じて、1つの直流電源ユニット#0の出力電流値を制御することができる。

0080

また、各直流電源ユニットは、インバータ回路の出力を整流および平滑化して直流に変換することによって、インバータ回路を制御して各直流電源ユニットの出力電流値を制御することができる。

0081

また、直流電源装置1において、直流電源ユニット#0の制御回路105から制御信号S#1ないしS#6を出力することによって、直流電源ユニット#1ないし#6ごとにインバータ回路を定格運転または停止させることができる。

0082

また、直流電源装置3において、直流電源ユニット40ないし46とは独立した制御回路30が直流電源ユニット#0に割り当てるユニットを選択することによって、当該選択を適宜変更し、各直流電源ユニットの使用頻度を平均化することができる。

0083

また、第2の直流電源ユニットの個数を、それらの定格出力の和が直流電源装置全体の定格出力以上となるようにすることによって、1つ以上の第2の直流電源ユニットを予備ユニットとし、少なくとも第2の直流電源ユニットの何れかの故障時に、直流電源装置の運転を継続しつつ、修理を行うことができる。

0084

また、図1および図5に示した電気自動車用充電装置において、直流電源ユニット#0ないし#6がそれぞれ商用交流電源5から供給される電力を直流に変換し、出力要求信号Irqに応じて直流電流Idcを電気自動車9のバッテリ91に供給することによって、大電力の供給を必要とする急速充電装置のコストの低減を図りつつ、バッテリ91が要求する充電電流が小さい場合の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。

0085

また、同一定格出力の直流電源ユニット#0ないし#6を並列に接続し、(第1の)直流電源ユニット#0以外の(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6を個別に定格運転または停止させることによって、各直流電源ユニットの出力を均一にする並列運転方式より交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。

0086

また、それぞれ商用交流電源5から供給される電力を直流に変換する同一定格出力の直流電源ユニット#0ないし#6を並列に接続し、電気自動車9のバッテリ91に供給すべき電流値または電力値に応じて、(第1の)直流電源ユニット#0以外の(第2の)直流電源ユニット#1ないし#6を個別に定格運転または停止させることによって、大電力を供給してバッテリ91を急速充電することができるとともに、バッテリ91が要求する充電電流が小さい場合の交直変換の効率を向上させ、高調波成分の割合を小さくすることができる。

0087

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

0088

上記実施形態では、出力要求信号Irqが示す要求値は、電流値として表され、各直流電源ユニットの定格出力Punitは、電力値として表されているが、これに限定されるものではない。例えば、要求値および定格出力が、いずれも電流値または電力値として表されている場合には、図4のS12や図7のS32のように、要求値および定格出力の単位を一致させる変換処理を省略することができる。また、例えば、定格出力が電流値として表されている場合には、図4のS17、図7のS37、図8のS37’のように、残余出力値の単位を電流値に変換する処理を省略することができる。

0089

1、3直流電源装置
5商用交流電源
9電気自動車
10〜16、40〜46直流電源ユニット
20〜26ダイオード
30制御回路
91バッテリ
92充電制御回路
101、111整流回路
102、112インバータ回路
103、113高周波トランス
104、114整流平滑回路
105 制御回路
115インバータ制御回路
106、116電流センサ
401 整流回路
402 インバータ回路
403 高周波トランス
404 整流平滑回路
405 インバータ制御回路
406 電流センサ

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