特開 2024-17749 充電器、充電システム及び車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024017749

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】充電器、充電システム及び車両

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240201BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20240201BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20240201BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 L

H02J7/00 P

H02J7/00 302B

H02J7/34 J

B60L53/14

H01M10/44 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022120599

(22)【出願日】2022-07-28

(71)【出願人】

【識別番号】510123839

【氏名又は名称】ニデックモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100155712

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 尚

(72)【発明者】

【氏名】増田 啓祐

(72)【発明者】

【氏名】折金 俊典

(72)【発明者】

【氏名】富田 洋輔

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H125

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB02

5G503CC08

5G503DA07

5G503DA17

5G503FA06

5G503GB03

5G503GB06

5H030AA10

5H030AS08

5H030BB01

5H030BB21

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H125AA01

5H125AC12

5H125AC24

5H125BC21

5H125BC24

5H125BE02

5H125CD04

5H125DD02

(57)【要約】

【課題】充電器の冷却機構とインバータの冷却機構で占められる配置スペースを縮小できる充電器を実現する。
【解決手段】充電器（１）は、充電動作と放電動作とを選択的に行う第１双方向電圧変換ユニット（Ｕ１）及び第２双方向電圧変換ユニット（Ｕ２）と、第１双方向電圧変換ユニット（Ｕ１）及び第２双方向電圧変換ユニット（Ｕ２）を制御する制御部（５）と、第１双方向電圧変換ユニット（Ｕ１）及び第２双方向電圧変換ユニット（Ｕ２）を冷却する冷却部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換して該直流電圧で蓄電池を充電する充電動作と、前記蓄電池から入力された直流電圧を交流電圧に変換して当該交流電圧を負荷に出力する放電動作とを、選択的に行う２つ以上の双方向電圧変換ユニットと、
前記充電動作または前記放電動作のどちらかを行うようにそれぞれの前記双方向電圧変換ユニットを制御する制御部と、
２つ以上の前記双方向電圧変換ユニットを冷却する冷却部と、
を備える、充電器。

【請求項2】

前記双方向電圧変換ユニットの一方の端子が、前記蓄電池に電気的に接続される第１配線と、
前記双方向電圧変換ユニットの他方の端子が、前記交流電源または前記負荷に電気的に接続される第２配線と、
前記第２配線を導通または遮断するように前記第２配線上に配置される１つまたは複数の切替部とを更に備え、
前記切替部は、前記制御部の命令により、前記第２配線を導通するオンと、前記第２配線を遮断するオフとが、切り替えられ、
前記制御部は、
前記切替部をオンまたはオフして、前記第２配線を流れる電流の経路を決定し、
すべての前記双方向電圧変換ユニットが前記充電動作を行う充電モードと、
すべての前記双方向電圧変換ユニットが前記放電動作を行う放電モードと、
一部の前記双方向電圧変換ユニットが前記充電動作を行い、その他の前記双方向電圧変換ユニットが前記放電動作を行う充放電モードと、を切り替える、請求項１に記載の充電器。

【請求項3】

２つ以上の前記双方向電圧変換ユニットのそれぞれの最大充電出力の和が、前記充電器の充電出力と略一致する、請求項１に記載の充電器。

【請求項4】

車両に搭載される、請求項１に記載の充電器。

【請求項5】

前記双方向電圧変換ユニットは、ＰＦＣ回路と、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータとを含む、請求項１に記載の充電器。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項に記載の充電器と、
前記蓄電池とを備える、充電システム。

【請求項7】

請求項６に記載の充電システムを備える、車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、充電器、充電システム及び車両に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータとを備える車載電源装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－０２６７１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の車載電源装置のような、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＡＣインバータとを備える充電器において、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣインバータの各々を冷却する冷却機構を個別に設けることが通常である。充電器が占める空間を縮小する上で、各々の冷却機構の共通化が望まれている。

【0005】

本開示の一態様は、充電器が占める空間を縮小することができる充電器、充電システム及び車両を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するために、本開示の態様１に係る充電器は、交流電源から入力される交流電圧を直流電圧に変換して該直流電圧で蓄電池を充電する充電動作と、前記蓄電池から入力された直流電圧を交流電圧に変換して当該交流電圧を負荷に出力する放電動作とを、選択的に行う２つ以上の双方向電圧変換ユニットと、前記充電動作または前記放電動作のどちらかを行うようにそれぞれの前記双方向電圧変換ユニットを制御する制御部と、２つ以上の前記双方向電圧変換ユニットを冷却する冷却部と、を備える。

【0007】

上記構成によれば、１つの冷却部が２つ以上の双方向電圧変換ユニットを冷却することができる。それゆえ、充電器が占める空間を縮小することができる。

【0008】

本開示の態様２に係る充電器は、上記の態様１において、前記双方向電圧変換ユニットの一方の端子が、前記蓄電池に電気的に接続される第１配線と、前記双方向電圧変換ユニットの他方の端子が、前記交流電源または前記負荷に電気的に接続される第２配線と、前記第２配線を導通または遮断するように前記第２配線上に配置される１つまたは複数の切替部とを更に備え、前記切替部は、前記制御部の命令により、前記第２配線を導通するオンと、前記第２配線を遮断するオフとが、切り替えられ、前記制御部は、前記切替部をオンまたはオフして、前記第２配線を流れる電流の経路を決定し、すべての前記双方向電圧変換ユニットが前記充電動作を行う充電モードと、すべての前記双方向電圧変換ユニットが前記放電動作を行う放電モードと、一部の前記双方向電圧変換ユニットが前記充電動作を行い、その他の前記双方向電圧変換ユニットが前記放電動作を行う充放電モードと、を切り替える。

【0009】

上記構成によれば、制御部は、第２配線上の１つまたは複数の切替部をオンオフして、交流電流が流れる経路を決定する。これにより、充電器は、蓄電池に電力を充電する充電モードと、蓄電池から電力を放電する放電モードと、蓄電池に充電しつつ、充電器に電気的に接続された負荷に電力を供給する充放電モードとを切り替えることができる。

【0010】

本開示の態様３に係る充電器は、上記の態様１または２において、２つ以上の前記双方向電圧変換ユニットのそれぞれの最大充電出力の和が、充電器の充電出力と略一致する。

【0011】

上記構成によれば、双方向電圧変換ユニットのそれぞれの最大充電出力の和が、充電器の充電出力と略一致する。双方向電圧変換ユニットのそれぞれの最大充電出力は、互いに等しくても、相違してもよい。これにより、充放電モードにおいて、充電器は、蓄電池に出力する直流電流の値と、負荷に出力する交流電流の値を調整して、効率的に蓄電池に電力を供給することができる。

【0012】

本開示の態様４に係る充電器は、上記の態様１から３のいずれかにおいて、車両に搭載される。

【0013】

本開示の態様５に係る充電器は、上記の態様１から４のいずれかにおいて、前記双方向電圧変換ユニットは、ＰＦＣ回路と、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータとを含む。

【0014】

上記構成によれば、充電器は、ＰＦＣ回路と絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを含み、交流電圧を直流電圧に電圧変換し、または直流電圧を交流電圧に電圧変換する。これにより、充電器は、双方向で電圧変換を行うことができる。

【0015】

本開示の態様６に係る充電システムは、上記の態様１から５のいずれかの充電器と、前記蓄電池とを備える。

【0016】

上記構成によれば、充電システムは、交流電圧を直流電圧に電圧変換して蓄電池に充電し、一方蓄電池が出力した直流電圧を交流電圧に電圧変換して負荷に出力する。これにより、充電システムは、蓄電池と充電器が連携して充電、放電または充放電を行うことができる。

【0017】

本開示の態様７に係る車両は、上記の態様６の充電システムを備える。

【0018】

上記構成によれば、車両は、充電システムにより充電、放電または充放電を行うことができる。これにより、車両は、蓄電池を充電し、負荷に電力を供給することができる。

【発明の効果】

【0019】

本開示の一態様によれば、充電器が占める空間を縮小することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本開示の実施形態に係る充電システムの機能構成図である。

【図2】本開示の実施形態に係る双方向電圧変換ユニットの概略回路図である。

【図3】本開示の実施形態に係る充電システムの充電モードのシーケンスである。

【図4】本開示の実施形態に係る充電システムの放電モードのシーケンスである。

【図5】本開示の実施形態に係る充電システムの充放電モードのシーケンスである。

【図6】本開示の実施形態に係る充電器の冷却部の構造の外観図である。

【図7】本開示の実施形態の変形例１に係る充電システムの放電モードのシーケンスである。

【図8】本開示の実施形態の変形例２に係る充電システムの放電モードのシーケンスである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本開示の一実施形態について、詳細に説明する。

【0022】

＜充電システムＶＳの機能構成＞
図１は、本実施形態に係る充電システムＶＳの概略構成図である。充電システムＶＳは、車両Ｖに搭載される。充電システムＶＳは、充電器１と、蓄電池２と、操作部４と、充電口３と、ＡＣ出力部Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎ（ｎは、１以上の自然数。以下、同様。）とを備える。以後、ＡＣ出力部Ｏ１、Ｏ２、・・・、Ｏｎは、単に「ＡＣ出力部ＯＸ」と称される場合がある。

【0023】

車両Ｖは、電気自動車である。なお、車両Ｖは、車両Ｖの外部から入力される交流電圧を用いて蓄電池２を充電する車両であればよい。例えば、車両Ｖは、プラグインハイブリッド自動車であっても良い。

【0024】

充電システムＶＳは、車両Ｖの外部から入力される交流電圧を用いて蓄電池２を充電することができる。また、充電システムＶＳは、蓄電池２から入力される直流電圧を用いて、車両Ｖの外部の負荷Ｆ及び、車両Ｖの内部の負荷Ｅ１、Ｅ２、・・・、Ｅｎに交流電圧を出力することができる。例えば、充電システムＶＳは、図示しないＶ２Ｈ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｏ Ｈｏｍｅ）機器と接続されて蓄電池２から入力された直流電圧を電圧変換して建物内の負荷に交流電圧を出力することができる。以後、負荷Ｅ１、Ｅ２、・・・、Ｅｎは、単に「負荷ＥＸ」と称される場合がある。

【0025】

充電口３は、交流電圧を入出力するためのケーブルの差込口である。充電口３には、車両Ｖに電力を供給する充電ステーションなどの交流電源と接続可能なＥＶＳＥ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｕｐｐｌｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）７と電気的に接続することができる。または、充電口３は、Ｖ２Ｈ機器を介して建物内の家庭用電化製品などの負荷と電気的に接続することができる。

【0026】

ＡＣ出力部ＯＸは、商用電源などから供給される交流電圧で動作する家庭用電化製品などの負荷ＥＸと電気的に接続するためのコンセントである。

【0027】

蓄電池２は、リチウムイオン２次電池またはニッケル水素電池などの２次電池である。

【0028】

充電器１は、ＯＢＣ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）である。充電器１は、ＥＶＳＥ７から入力された交流電圧を直流電圧に変換し、該直流電圧を蓄電池２に出力する。また、充電器１は、蓄電池２から入力された直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧を負荷ＥＸに出力する。さらに、充電器１は、蓄電池２から入力された直流電圧を交流電圧に変換し、該交流電圧を充電口３を介して負荷Ｆに出力する。

【0029】

充電器１の充電出力は、例えば６．６ｋＷである。充電出力は、充電器１が交流電圧を直流電圧に電圧変換して蓄電池２を充電する際の、最大出力電力である。充電出力は、充電器１が出力する、直流電圧である出力電圧と直流電流である出力電流との積から求められる。以下、充電器１の充電出力は、６．６ｋＷであるとする。但し、充電器１の充電出力は、６．６ｋＷでなくてもよく、これに限定されない。

【0030】

操作部４は、ユーザが充電器１を操作するための入力インターフェースである。ユーザは、操作部４に備えられたモード選択ボタンなどを操作して、充電器１のモードを充電モード、放電モード、または充放電モードに切り替えることができる。

【0031】

充電モードとは、蓄電池２を充電するモードである。充電器１は、ＥＶＳＥ７及び充電口３を介して入力された交流電圧を直流電圧に電圧変換し、該直流電圧を蓄電池２に出力する。

【0032】

放電モードとは、ＡＣ出力部ＯＸに接続された負荷ＥＸに交流電圧を出力するモードである。充電器１は、蓄電池２から入力された直流電圧を交流電圧に電圧変換し、該交流電圧を負荷ＥＸに出力する。

【0033】

充放電モードとは、蓄電池２を充電しつつ、負荷ＥＸに交流電圧を出力するモードである。充電器１は、ＥＶＳＥ７及び充電口３を介して入力された交流電圧を直流電圧に電圧変換し、該直流電圧を蓄電池２に出力する。同時に、充電器１は、充電口３から入力された交流電圧を直流電圧に電圧変換する。そして、充電器１は、該直流電圧を再び交流電圧に電圧変換し、該交流電圧をＡＣ出力部ＯＸを介して負荷ＥＸに出力する。

【0034】

充電器１は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と、第２双方向電圧変換ユニットＵ２と、制御部５と、切替部Ａと、切替部Ｂ１、Ｂ２，・・・、Ｂｎと、コネクタＣＮ１、ＣＮ２、・・・、ＣＮｎと、コネクタＣＮａと、コネクタＣＮｂと、コネクタＣＮｃと、第１配線Ｌ１と、第２配線Ｌ２とを備える。以後、切替部Ｂ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎは、単に「切替部ＢＸ」と称される場合がある。コネクタＣＮ１、ＣＮ２、・・・、ＣＮｎは、単に「コネクタＣＮＸ」と称される場合がある。

【0035】

第１双方向電圧変換ユニットＵ１は、充電動作または放電動作を行う。第２双方向電圧変換ユニットＵ２は、充電動作または放電動作を行う。充電動作とは、交流電圧を直流電圧に電圧変換し、該直流電圧を出力する動作をいう。また、放電動作とは、直流電圧を交流電圧に電圧変換し、該交流電圧を出力する動作をいう。

【0036】

ここで、第１双方向電圧変換ユニットＵ１の最大充電出力と第２双方向電圧変換ユニットＵ２の最大充電出力との和は、充電器１の充電出力に略一致する。最大充電出力とは、各ユニットが出力可能な充電出力の最大値である。第１双方向電圧変換ユニットＵ１の最大充電出力と第２双方向電圧変換ユニットＵ２の最大充電出力はいずれも３．３ｋＷである。但し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１の最大充電出力と第２双方向電圧変換ユニットＵ２の最大充電出力との和が、充電器１の充電出力と略一致していればよいので、第１双方向電圧変換ユニットＵ１の最大充電出力と第２双方向電圧変換ユニットＵ２の最大充電出力は、３．３ｋＷでなくてもよく、これに限定されない。

【0037】

なお、以下の説明において、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２とを区別する場合には、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２をそのまま表記し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２のいずれか一つのみ取り上げて説明する場合、双方向電圧変換ユニットＵと称する。

【0038】

切替部Ａは、制御部５からの制御信号ＳｇＡによってオンオフ制御されるスイッチである。例えば、切替部Ａは無接点リレーである。切替部Ａは、第２配線Ｌ２上の接続点Ｐ２と接続点Ｐ３との間に配置される。切替部Ａがオンのとき、接続点Ｐ２と接続点Ｐ３との間が導通する。切替部Ａがオフのとき、接続点Ｐ２と接続点Ｐ３との間が遮断される。

【0039】

切替部ＢＸは、制御部５の制御信号によってオンオフ制御されるスイッチである。例えば、切替部ＢＸは無接点リレーである。切替部ＢＸは、第２配線Ｌ２上の接続点Ｐ４とコネクタＣＮＸとの間に配置される。切替部ＢＸがオンのとき、接続点Ｐ４とコネクタＣＮＸとの間を導通させる。切替部ＢＸがオフのとき、切替部ＢＸは接続点Ｐ４とコネクタＣＮＸとの間を遮断させる。

【0040】

第１配線Ｌ１は、以下の配線からなる。なお、コネクタＣＮｃには蓄電池２が電気的に接続される。

【0041】

・第１双方向電圧変換ユニットＵ１の端子Ｔ１とコネクタＣＮｃとを電気的に接続する配線
・第２双方向電圧変換ユニットＵ２の端子Ｔ３とコネクタＣＮｃとを電気的に接続する配線
第２配線Ｌ２は、以下の配線からなる。

【0042】

・第１双方向電圧変換ユニットＵ１の端子Ｔ２とコネクタＣＮａとを電気的に接続する配線
・第２双方向電圧変換ユニットＵ２の端子Ｔ４とコネクタＣＮＸとを電気的に接続する配線
制御部５は、コネクタＣＮｂを介して操作部４と電気的に接続される。制御部５は、操作部４を操作するユーザから選択されたモード選択ボタンに応じて、第１双方向電圧変換ユニットＵ１の充電動作または放電動作のどちらかを選択的に行うように制御するための制御信号ＳｇＵ１を第１双方向電圧変換ユニットＵ１に送信する。

【0043】

制御部５は、操作部４を操作するユーザから選択されたモード選択ボタンに応じて、第２双方向電圧変換ユニットＵ２の充電動作または放電動作のどちらかを選択的に行うように制御するための制御信号ＳｇＵ２を第２双方向電圧変換ユニットＵ２に送信する。

【0044】

制御部５は、操作部４を操作するユーザから選択されたモード選択ボタンに応じて、切替部Ａをオンまたはオフするための制御信号ＳｇＡを切替部Ａに送信する。

【0045】

制御部５は、操作部４を操作するユーザから選択されたモード選択ボタンに応じて、切替部Ｂ１をオンまたはオフするための制御信号ＳｇＢ１を切替部Ｂ１に送信する。

【0046】

また、制御部５は、操作部４を操作するユーザから選択されたモード選択ボタンに応じて、切替部Ｂ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎをオンまたはオフするための制御信号ＳｇＢ１、ＳｇＢ２、・・・、ＳｇＢｎをそれぞれ切替部Ｂ１、Ｂ２、・・・、Ｂｎに送信する。以後、制御信号ＳｇＢ１、ＳｇＢ２、・・・、ＳｇＢｎは、単に「制御信号ＳｇＢＸ」と称される場合がある。

【0047】

＜電力変換ユニットＵの概略回路＞
図２は、双方向電圧変換ユニットＵの概略回路図である。双方向電圧変換ユニットＵは、ＰＦＣ回路９と、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８と、を有する。

【0048】

ＰＦＣ回路９は、インダクタＩ１と、コンデンサＣ１と、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４と、を有する。

【0049】

絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８は、トランスＴＲと、コンデンサＣ２と、スイッチング素子Ｑ５と、スイッチング素子Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ７と、スイッチング素子Ｑ８と、スイッチング素子Ｑ９と、スイッチング素子Ｑ１０と、スイッチング素子Ｑ１１と、スイッチング素子Ｑ１２と、を有する。

【0050】

双方向電圧変換ユニットＵが充電動作を行う場合、ＰＦＣ回路９では、充電口３から入力された交流電圧は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４と、インダクタＩ１と、コンデンサＣ１とにより直流電圧に変換される。

【0051】

また、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８では、ＰＦＣ回路９で変換された直流電圧は、スイッチング素子Ｑ５と、スイッチング素子Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ７と、スイッチング素子Ｑ８とにより高周波交流電圧に変換される。その後、変換された高周波交流電圧は、１次側のトランスＴＲから２次側のトランスＴＲに伝送される。伝送された高周波交流電圧は、スイッチング素子Ｑ９と、スイッチング素子Ｑ１０と、スイッチング素子Ｑ１１と、スイッチング素子Ｑ１２とにより直流電圧に整流される。そして整流された直流電圧は、コンデンサＣ２で平滑される。平滑された直流電圧は、蓄電池２に出力される。

【0052】

一方、双方向電圧変換ユニットＵが放電動作を行う場合、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ８では、蓄電池２から入力された直流電圧は、スイッチング素子Ｑ９と、スイッチング素子Ｑ１０と、スイッチング素子Ｑ１１と、スイッチング素子Ｑ１２とで高周波交流電圧に変換される。変換された高周波交流電圧は、１次側のトランスＴＲから２次側のトランスＴＲに伝送される。伝送された高周波交流電圧は、スイッチング素子Ｑ５と、スイッチング素子Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ７と、スイッチング素子Ｑ８とで直流電圧に整流される。

【0053】

また、ＰＦＣ回路９では、整流された直流電圧は、コンデンサＣ１で平滑される。平滑された直流電圧は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２と、スイッチング素子Ｑ３と、スイッチング素子Ｑ４と、インダクタＩ１とで交流電圧に変換される。変換された交流電圧は、充電口３に出力される。

【0054】

このようにして、双方向電圧変換ユニットＵは、充電動作及び放電動作を行うことができる。

【0055】

＜充電システムＶＳの充電モード＞
充電システムＶＳの充電モードについて、図１を用いて説明する。

【0056】

充電モードでは、充電口３にＥＶＳＥ７が接続される。制御部５は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２とを充電動作するように制御する。切替部Ａはオンである。切替部ＢＸはオフである。

【0057】

ここで、充電モードにおける、第２配線Ｌ２を流れる電流経路を説明する。ＥＶＳＥ７から充電口３を介してコネクタＣＮａに交流電圧が入力される。当該交流電圧に係る交流電流は、コネクタＣＮａ及び接続点Ｐ２を介して第１双方向電圧変換ユニットＵ１に流れる。また、当該交流電圧に係る交流電流は、コネクタＣＮａ、接続点Ｐ２、切替部Ａ及び接続点Ｐ３を介して第２双方向電圧変換ユニットＵ２に流れる。

【0058】

充電モードにおける、第１配線Ｌ１を流れる電流経路を説明する。第１双方向電圧変換ユニットＵ１で変換された直流電圧に係る直流電流は、接続点Ｐ１及びコネクタＣＮｃを介して蓄電池２に流れる。また、第２双方向電圧変換ユニットＵ２で変換された直流電圧に係る直流電流は、接続点Ｐ１及びコネクタＣＮｃを介して蓄電池２に流れる。

【0059】

図３は、充電システムＶＳの充電モードのシーケンスである。

【0060】

ステップＳ１０１：ユーザは操作部４において充電モード操作を行う。ステップＳ１０２：操作部４は制御部５へ充電モード実行命令を送信する。ステップＳ１０３：制御部５は初期化処理を行う。初期化処理は、切替部Ａ、切替部ＢＸ及び双方向電圧変換ユニットＵを初期状態にリセットする処理である。ここで、初期状態とは、切替部Ａ及び切替部ＢＸがオフし、第１双方向電圧変換ユニットＵ１及び第２双方向電圧変換ユニットＵ２の動作が停止した状態である。

【0061】

ステップＳ１０４：制御部５は第１双方向電圧変換ユニットＵ１へ制御信号ＳｇＵ１を送信し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１の動作を停止させる。ステップＳ１０５：制御部５は第２双方向電圧変換ユニットＵ２へ制御信号ＳｇＵ２を送信し、第２双方向電圧変換ユニットＵ２の動作を停止させる。ステップＳ１０６：第１双方向電圧変換ユニットＵ１は動作を停止する。ステップＳ１０７：第２双方向電圧変換ユニットＵ２は動作を停止する。

【0062】

ステップＳ１０８：制御部５は切替部Ａへ制御信号ＳｇＡを送信し、切替部Ａをオフさせる。ステップＳ１０９～Ｓ１１１：制御部５は切替部ＢＸへ制御信号ＳｇＢＸを送信し、切替部ＢＸをオフさせる。ステップＳ１１２：切替部Ａはオフする。ステップＳ１１３～Ｓ１１５：切替部ＢＸはオフする。

【0063】

ステップＳ１１６：制御部５は充電開始要求を行う。ステップＳ１１７：制御部５は切替部Ａへ制御信号ＳｇＡを送信し、切替部Ａをオンさせる。ステップＳ１１８：切替部Ａはオンする。ステップＳ１１９：制御部５は第１双方向電圧変換ユニットＵ１へ制御信号ＳｇＵ１を送信し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１に充電動作を開始させる。ステップＳ１２０：制御部５は第２双方向電圧変換ユニットＵ２へ制御信号ＳｇＵ２を送信し、第２双方向電圧変換ユニットＵ２に充電動作を開始させる。ステップＳ１２１：第１双方向電圧変換ユニットＵ１は充電動作を行う。ステップＳ１２２：第２双方向電圧変換ユニットＵ２は充電動作を行う。

【0064】

＜充電システムＶＳの放電モード＞
充電システムＶＳの放電モードについて、図１を用いて説明する。なお、以下では、充電口３には何も接続されず、一方、ＡＣ出力部ＯＸには負荷ＥＸが接続される場合を例に説明する。

【0065】

制御部５は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２とを放電動作するように制御する。切替部Ａはオンである。切替部ＢＸはオンである。

【0066】

ここで、放電モードにおける、第１配線Ｌ１を流れる電流経路を説明する。蓄電池２からコネクタＣＮｃを介して充電器１に直流電圧が入力される。当該直流電圧に係る直流電流は、接続点Ｐ１を介して第１双方向電圧変換ユニットＵ１に流れる。また、当該直流電圧に係る直流電流は、接続点Ｐ１を介して第２双方向電圧変換ユニットＵ２に流れる。

【0067】

放電モードにおける、第２配線Ｌ２を流れる電流経路を説明する。第１双方向電圧変換ユニットＵ１で電圧変換された交流電圧に係る交流電流は、接続点Ｐ２、切替部Ａ、接続点Ｐ３、接続点Ｐ４、切替部ＢＸ、コネクタＣＮＸ及びＡＣ出力部ＯＸを介して負荷ＥＸに流れる。また、第２双方向電圧変換ユニットＵ２で電圧変換された交流電圧に係る交流電流は、接続点Ｐ３、接続点Ｐ４、切替部ＢＸ、コネクタＣＮＸ及びＡＣ出力部ＯＸを介して負荷ＥＸに流れる。

【0068】

図４は、充電システムＶＳの放電モードのシーケンスである。

【0069】

ステップＳ２０１：ユーザは操作部４において放電モード操作を行う。ステップＳ２０２：操作部４は制御部５へ放電モード実行命令を送信する。ステップＳ２０３～Ｓ２１５の各処理はそれぞれ、図３のステップＳ１０３～Ｓ１１５の各処理と同一であるため、説明を省略する。

【0070】

ステップＳ２１６：制御部５は放電開始要求を行う。ステップＳ２１７：制御部５は切替部Ａへ制御信号ＳｇＡを送信し、切替部Ａをオンさせる。ステップＳ２１８～Ｓ２２０：制御部５は切替部ＢＸへ制御信号ＳｇＢＸを送信し、切替部Ｂをオンさせる。ステップＳ２２１：切替部Ａはオンする。ステップＳ２２２～Ｓ２２４：切替部ＢＸはオンする。ステップＳ２２５：制御部５は第１双方向電圧変換ユニットＵ１へ制御信号ＳｇＵ１を送信し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１に放電動作を開始させる。ステップＳ２２６：制御部５は第２双方向電圧変換ユニットＵ２へ制御信号ＳｇＵ２を送信し、第２双方向電圧変換ユニットＵ２に放電動作を開始させる。ステップＳ２２７：第１双方向電圧変換ユニットＵ１は放電動作を行う。ステップＳ２２８：第２双方向電圧変換ユニットＵ２は放電動作を行う。

【0071】

＜充電システムＶＳの充放電モード＞
充電システムＶＳの充放電モードについて、図１を用いて説明する。なお、以下では、充電口３にＥＶＳＥ７が接続され、ＡＣ出力部ＯＸには負荷ＥＸが接続される場合を例に説明する。

【0072】

制御部５は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１を充電動作するように制御する。制御部５は、第２双方向電圧変換ユニットＵ２を放電動作するように制御する。切替部Ａはオフである。切替部ＢＸはオンである。

【0073】

ここで、充放電モードにおける、第２配線Ｌ２を流れる電流経路を説明する。ＥＶＳＥ７から充電口３を介してコネクタＣＮａに交流電圧が入力される。当該交流電圧に係る交流電流は、コネクタＣＮａ及び接続点Ｐ２を介して第１双方向電圧変換ユニットＵ１に流れる。第２双方向電圧変換ユニットＵ２で電圧変換された交流電圧に係る交流電流は、接続点Ｐ３、接続点Ｐ４、切替部ＢＸ、コネクタＣＮＸ及びＡＣ出力部ＯＸを介して負荷ＥＸに流れる。

【0074】

充放電モードにおける、第１配線Ｌ１を流れる電流経路を説明する。第１双方向電圧変換ユニットＵ１で変換された直流電圧に係る直流電流は、接続点Ｐ１及びコネクタＣＮｃを介して蓄電池２に流れる。また、第１双方向電圧変換ユニットＵ１で変換された直流電圧に係る直流電流は、接続点Ｐ１を介して第２双方向電圧変換ユニットＵ２に流れる。

【0075】

図５は、充電システムＶＳの充放電モードのシーケンスである。

【0076】

ステップＳ３０１：ユーザは操作部４において充放電モード操作を行う。ステップＳ３０２：操作部４は制御部５へ充放電モード実行命令を送信する。ステップＳ３０３～Ｓ３１５の各処理はそれぞれ、図３のステップＳ１０３～Ｓ１１５の各処理と同一であるため、説明を省略する。

【0077】

ステップＳ３１６：制御部５は充放電開始要求を行う。ステップＳ３１７～Ｓ３１９：制御部５は切替部ＢＸへ制御信号ＳｇＢＸを送信し、切替部Ｂをオンさせる。Ｓ３２０～Ｓ３２２：切替部ＢＸはオンする。ステップＳ３２３：制御部５は第１双方向電圧変換ユニットＵ１へ制御信号ＳｇＵ１を送信し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１に充電動作を開始させる。ステップＳ３２４：制御部５は第２双方向電圧変換ユニットＵ２へ制御信号ＳｇＵ２を送信し、第２双方向電圧変換ユニットＵ２に放電動作を開始させる。ステップＳ３２５：第１双方向電圧変換ユニットＵ１は充電動作を行う。ステップＳ３２６：第２双方向電圧変換ユニットＵ２は放電動作を行う。

【0078】

以上、充電システムＶＳの充電モード、放電モード及び充放電モードについて説明を行った。上記の説明のとおり、制御部５は、切替部Ａ及びＢＸをオンオフして、第２配線Ｌ２を流れる交流電流の経路を決定する。これにより、充電器１は、蓄電池２に電力を充電する充電モードと、蓄電池２から電力を放電する放電モードと、蓄電池２に充電しつつ、充電器１に電気的に接続された負荷ＥＸに電力を供給する充放電モードとを切り替えることができる。

【0079】

＜充電器１の冷却部６の構造＞
充電器１は、図２に示したインダクタＩ１、トランスＴＲ及びスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１２が動作することにより発熱する。充電器１は、発熱を低減するために、冷却部６を備える。図６は、冷却部６の構造の外観図である。図６に示される発熱体Ｍは、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２と制御部５とを含む発熱部材が収容される筐体である。発熱体Ｍは、冷却部６と接触している。

【0080】

冷却部６は、本体部１０と、蓋部２０と、第１接続部３０と、第２接続部４０と、を備えている。

【0081】

本体部１０は、単一の部材により形成されており、例えば、アルミニウム等の金属製である。本体部１０は、冷媒が流れる流路を形成する。

【0082】

蓋部２０は、板状の部材である。蓋部２０は、本体部１０の上面を覆うように構成されている。蓋部２０は、ネジ等の固定部材により本体部１０に固定されるように構成されている。蓋部２０と本体部１０との間には、図示しない止水部が設けられている。止水部は、蓋部２０が本体部１０に固定された状態において、蓋部２０と本体部１０との間に生じる隙間を埋める役割を担っている。よって、蓋部２０が本体部１０に固定されることにより、冷媒が冷却部６から外部へ漏れることなく内部を循環する。

【0083】

第１接続部３０は、本体部１０に接続されている。第１接続部３０は、冷媒を循環させるポンプ５０から送り込まれる冷媒を図６に示す矢印Ｙ１の方向から本体部１０の内部へ送りこむことができるように構成されている。

【0084】

第２接続部４０は、本体部１０に接続されている。第２接続部４０は、第１接続部３０から本体部１０の内部へと送り込まれた冷媒を本体部１０の内部から外部へと送りだすように構成されている。第２接続部４０から外部へ送り出された冷媒は、図６に示す矢印Ｙ２の方向へ流れる。

【0085】

矢印Ｙ２の方向へ流れた冷媒は、例えば、ラジエータ６０へ流れていく。ラジエータ６０は、冷媒の熱を受け取り、空気に放熱する。ラジエータ６０に送り込まれた冷媒は図示しないファンなどにより冷やされ、再びポンプ５０を介して冷却部６へ送り込まれる。このようにして冷媒は冷却部６の内部を循環する。

【0086】

なお、ポンプ５０と第１接続部３０との間、および、ラジエータ６０と第２接続部４０との間は、例えば、金属製の配管やフレキシブルなホースにより接続されている。

【0087】

冷却部６の内部を流れる冷媒は、例えば、不凍液が使用されるが、冷却する対象部品、冷却部６が搭載される電子機器などに応じて適宜、最適な冷媒が選択されてよい。

【0088】

このように冷却部６は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と、第２双方向電圧変換ユニットＵ２と、制御部５とを含む発熱部材が収められた発熱体Ｍを冷却する。これにより、従来の充電器の冷却機構とインバータの冷却機構が占めていた機器配置スペースを縮小した充電器１が実現できる。

【0089】

〔変形例１〕
本実施形態の変形例１の放電モードについて、図１を用いて説明する。なお、以下では、充電口３に負荷Ｆが接続され、ＡＣ出力部ＯＸには負荷ＥＸが接続される場合を例に説明する。

【0090】

制御部５は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２とを放電動作するように制御する。切替部Ａはオフである。切替部ＢＸはオンである。

【0091】

図７は、充電システムＶＳの放電モードのシーケンスである。ステップＳ４０１からステップＳ４１５は、図４の放電モードのシーケンスと同じであるので、説明は省略する。

【0092】

ステップＳ４１６：制御部５は放電開始要求を行う。これにより、蓄電池２から直流電圧が充電器１に入力される。ステップＳ４１７～Ｓ４１９：制御部５は切替部ＢＸへ制御信号ＳｇＢＸを送信し、切替部Ｂをオンさせる。ステップＳ４２０～Ｓ４２２：切替部ＢＸはオンする。ステップＳ４２３：制御部５は第１双方向電圧変換ユニットＵ１へ制御信号ＳｇＵ１を送信し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１に充電動作を開始させる。ステップＳ４２４：制御部５は第２双方向電圧変換ユニットＵ２へ制御信号ＳｇＵ２を送信し、第２双方向電圧変換ユニットＵ２に放電動作を開始させる。ステップＳ４２５：第１双方向電圧変換ユニットＵ１は充電動作を行う。ステップＳ４２６：第２双方向電圧変換ユニットＵ２は放電動作を行う。

【0093】

〔変形例２〕
本実施形態の変形例２に係る放電モードについて、図１を用いて説明する。なお、以下では、充電口３に負荷Ｆが接続される一方、ＡＣ出力部ＯＸには負荷ＥＸが接続されない場合を例に説明する。

【0094】

制御部５は、第１双方向電圧変換ユニットＵ１と第２双方向電圧変換ユニットＵ２とを放電動作するように制御する。切替部Ａはオンである。切替部ＢＸはオフである。

【0095】

図８は、充電システムＶＳの放電モードのシーケンスである。ステップＳ５０１からステップＳ５１５は、図４の放電モードのシーケンスと同じであるので、説明は省略する。

【0096】

ステップＳ５１６：制御部５は放電開始要求を行う。これにより、蓄電池２から直流電圧が充電器１に入力される。ステップＳ５１７：制御部５は切替部Ａへ制御信号ＳｇＡを送信し、切替部Ａをオンさせる。ステップＳ５１８：切替部Ａはオンする。ステップＳ５１９：制御部５は第１双方向電圧変換ユニットＵ１へ制御信号ＳｇＵ１を送信し、第１双方向電圧変換ユニットＵ１に放電動作を開始させる。ステップＳ５２０：制御部５は第２双方向電圧変換ユニットＵ２へ制御信号ＳｇＵ２を送信し、第２双方向電圧変換ユニットＵ２に放電動作を開始させる。ステップＳ５２１：第１双方向電圧変換ユニットＵ１は放電動作を行う。ステップＳ５２２：第２双方向電圧変換ユニットＵ２は放電動作を行う。

【0097】

〔変形例３〕
本実施形態の変形例３では、第１双方向電圧変換ユニットの最大充電出力が４．４ｋＷであり、第２双方向電圧変換ユニットの最大充電出力が、２．２ｋＷである。

【0098】

これにより、充放電モードにおいて、充電器１は、蓄電池２に出力する直流電流の値と、負荷に出力する交流電流の値を調整して、効率的に蓄電池に電力を供給することができる。

【0099】

〔変形例４〕
本実施形態の変形例４では、第１双方向電圧変換ユニットの最大充電出力が５．１ｋＷであり、第２双方向電圧変換ユニットの最大充電出力が、１．５ｋＷであることである。

【0100】

これにより、充放電モードにおいて、充電器１は、蓄電池２に出力する直流電流の値と、負荷に出力する交流電流の値を調整して、効率的に蓄電池に電力を供給することができる。

【0101】

〔その他の実施形態〕
充電器１は、例えば３つ以上の双方向電圧変換ユニットＵを備えていてもよい。これにより、充放電モードにおいて、充電器１は、効率的に充電と放電を行うことができる。

【0102】

充電器１及び充電システムＶＳは車両Ｖに搭載される必要はない。充電器１及び充電システムＶＳは、建物内や屋外に設置されていてもよい。

【0103】

〔付記事項〕
本開示は上述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、当該実施形態及び各変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0104】

１ 充電器
２ 蓄電池
３ 充電口
４ 操作部
５ 制御部
６ 冷却部
Ｕ１ 第１双方向電圧変換ユニット
Ｕ２ 第２双方向電圧変換ユニット
Ａ、Ｂ１、Ｂ２、Ｂｎ 切替部
Ｌ１ 第１配線
Ｌ２ 第２配線
Ｏ１、Ｏ２、Ｏｎ ＡＣ出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】