特許 7439799 充放電装置および電池接続装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】充放電装置および電池接続装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 50/80 20160101AFI20240220BHJP

   B60L 55/00 20190101ALI20240220BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20240220BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20240220BHJP

   H02J 50/40 20160101ALI20240220BHJP

   H02J 7/00 20060101ALN20240220BHJP

【ＦＩ】

H02J50/80

B60L55/00

H02J3/32

H02J50/10

H02J50/40

H02J7/00 P

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021112256

(22)【出願日】2021-07-06

(65)【公開番号】P2023008582

(43)【公開日】2023-01-19

【審査請求日】2022-11-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石垣 将紀

(72)【発明者】

【氏名】田原 康佐

(72)【発明者】

【氏名】繁内 宏治

(72)【発明者】

【氏名】石川 敬祐

【審査官】杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８６４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－８８１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１２６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２２０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８７００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－２７２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平８－５０５２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０６２１９８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／０７７４５０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５５／００

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ５０／１０

Ｈ０２Ｊ ５０／４０

Ｈ０２Ｊ ５０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力供給網に接続され、電池を含む電池ユニットとの間で非接触電力伝送を行う充放電装置であって、
前記非接触電力伝送をするための充放電スイッチング回路を備え、
前記電力供給網から与えられる直流グリッド電圧に基づいて、前記電池に対する伝送電力目標値を求め、前記伝送電力目標値に応じて前記充放電スイッチング回路のスイッチングを行い、前記電池ユニットをスイッチング制御するスイッチング信号を前記伝送電力目標値に応じて生成し、前記スイッチング信号を非接触通信によって前記電池ユニットに送信することを特徴とする充放電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の充放電装置であって、
前記充放電装置に流れる電流の変化に対する前記直流グリッド電圧の変化を表す充放電特性設定値と、
無負荷状態としたときにおける前記電力供給網への接続端の電圧を表す無負荷電圧設定値と、を設定し、
前記直流グリッド電圧の測定値と、前記充放電特性設定値と、前記無負荷電圧設定値とから、前記伝送電力目標値を求めることを特徴とする充放電装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の充放電装置において、
前記電池ユニットに含まれる蓄電素子の端子間の電圧測定値を前記非接触通信によって取得し、
前記電圧測定値と、前記直流グリッド電圧の測定値とに基づいて、前記スイッチング信号を生成することを特徴とする充放電装置。

【請求項4】

請求項３に記載の充放電装置において、
前記非接触通信によって前記電圧測定値が取得されないときは、スイッチングを行わないことを特徴とする充放電装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の充放電装置において、
前記電池ユニットは、
前記非接触通信によって前記スイッチング信号が取得されないときは、スイッチングを行わないことを特徴とする充放電装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の充放電装置において、
並列に接続された２つのスイッチングアームであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える２つのスイッチングアームと、
２つの前記スイッチングアームのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点と、他方における２つのスイッチング素子の直列接続点との間に接続された巻線と、
前記電池ユニットとの間で前記非接触通信を行うと共に、各前記スイッチングアームの各スイッチングをする充放電コントローラと、
を備え、
前記直流グリッド電圧が、各前記スイッチングアームの２つの並列接続点の間に印加されることを特徴とする充放電装置。

【請求項7】

前記電池が接続されることで前記電池ユニットを構成し、請求項６に記載の充放電装置との間で前記非接触電力伝送を行う電池接続装置において、
並列に接続された２つのスイッチングレッグであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングレッグが備える２つのスイッチングレッグと、
２つの前記スイッチングレッグのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点と、他方における２つのスイッチング素子の直列接続点との間に接続された第２巻線と、
前記充放電装置との間で前記非接触通信を行うと共に、前記スイッチング信号に応じて、各前記スイッチングレッグのスイッチングをする電池コントローラと、
を備え、
前記第２巻線のタップと、各前記スイッチングアームの２つの並列接続点のうちの一方との間に前記電池が接続されることを特徴とする電池接続装置。

【請求項8】

電池が接続され、電力供給網に接続された充放電装置との間で非接触電力伝送を行う電池接続装置において、
並列に接続された２つのスイッチングレッグであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングレッグが備える２つのスイッチングレッグと、
２つの前記スイッチングレッグのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点と、他方における２つのスイッチング素子の直列接続点との間に接続された巻線と、
前記充放電装置との間で非接触通信を行うと共に、前記充放電装置から前記非接触通信によって取得したスイッチング信号に応じて、各前記スイッチングレッグのスイッチングをする電池コントローラと、を備え、
前記巻線のタップと、各前記スイッチングアームの２つの並列接続点のうちの一方との間に前記電池が接続されることを特徴とする電池接続装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、充放電装置および電池接続装置に関し、特に、電力供給網と電池との間で電力を伝送する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

二次電池の電力を用いて走行するハイブリッド自動車や電気自動車等の電動自動車が広く用いられている。電動自動車に対しては、電力事業者が提供する電力供給網に接続された充電装置が、サービスステーションや駐車場等に設けられている。電動自動車の二次電池は充電装置によって充電される。

【0003】

また、工場、オフィス、イベント会場等では、フォークリフト、運搬車、清掃ロボット等、二次電池を利用した電動装置が用いられている。複数の電動装置を工場やオフィス等の敷地内のあらゆる場所で用いるため、局所的に構築された電力供給網の要所に充電装置が接続された充電システムが開発されている。

【0004】

充電装置は、電力供給網から電動自動車または電動装置（以下、これらをまとめて電池搭載装置という）に電力を供給するスイッチング回路を備えている。また、電池搭載装置は、充電装置から取得した電力を二次電池に供給するスイッチング回路を備えている。充電装置側のスイッチング回路と、電池搭載装置側のスイッチング回路との間では、トランスを介して電力が伝送される。

【0005】

以下の特許文献１～４には、２つのスイッチング回路をトランスによって結合させる電力変換装置が記載されている。特許文献１～３に記載の電力変換装置では、１次巻線を有するコネクタと、２次巻線を有するコネクタとが結合することでトランスが構成される。以下の特許文献４には、非接触電力伝送を行うスイッチング回路の間で、結合素子を用いて非接触の制御通信を行う技術が記載されている。

【0006】

また、本願発明に関連する事項として、特許文献５には、車両に組み立てられる複数のモジュールの間で非接触給電が行われるシステムが記載されている。特許文献６には、非接触送電回路、非接触受電回路および素電池が１つのケースに収容された電源が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】米国特許５３４１０８３号明細書

【文献】米国特許公開公報２０１７／１７９７６５号明細書

【文献】特開２０２１－２７２８１号公報

【文献】特開２０１９－１８７００６号公報

【文献】特開２０１６－８８１６９号公報

【文献】特開２０１８－１９１５０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

近年では、Ｖ２Ｇ（Vehicle to Grid）と呼ばれる技術につき研究が行われている。Ｖ２Ｇでは、電動自動車に搭載された二次電池から電力供給網に電力が供給され、あるいは、電力供給網から二次電池に電力が供給される。また、上記の充電システムでは、ある充電装置における二次電池から、局所的に構築された電力供給網を介して他の充電装置における二次電池に充電電力を供給する制御が考えられている。

【0009】

このように、電力供給網から供給される電力によって二次電池を充電すると共に、二次電池から電力供給網に電力を供給する双方向電力伝送が行われる電池搭載装置については、電力供給網の状況に応じた具体的な制御処理が確立されていない。電力供給網の状況には、例えば、電力供給網に接続された複数の電池搭載装置のうち、電力供給源として動作している装置が供給する電力と、負荷として動作している装置が取得する電力との大小関係がある。

【0010】

本発明は、二次電池と電力供給網との間で、電力供給網の状況に応じた双方向電力伝送を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、電力供給網に接続され、電池を含む電池ユニットとの間で非接触電力伝送を行う充放電装置であって、前記非接触電力伝送をするための充放電スイッチング回路を備え、前記電力供給網から与えられる直流グリッド電圧に基づいて、前記電池に対する伝送電力目標値を求め、前記伝送電力目標値に応じて前記充放電スイッチング回路のスイッチングを行い、前記電池ユニットをスイッチング制御するスイッチング信号を前記伝送電力目標値に応じて生成し、前記スイッチング信号を非接触通信によって前記電池ユニットに送信することを特徴とする。

【0012】

望ましくは、前記充放電装置に流れる電流の変化に対する前記直流グリッド電圧の変化を表す充放電特性設定値と、無負荷状態としたときにおける前記電力供給網への接続端の電圧を表す無負荷電圧設定値と、を設定し、前記直流グリッド電圧の測定値と、前記充放電特性設定値と、前記無負荷電圧設定値とから、前記伝送電力目標値を求める。

【0013】

望ましくは、前記電池ユニットに含まれる蓄電素子の端子間の電圧測定値を前記非接触通信によって取得し、前記電圧測定値と、前記直流グリッド電圧の測定値とに基づいて、前記スイッチング信号を生成する。

【0014】

望ましくは、前記非接触通信によって前記電圧測定値が取得されないときは、スイッチングを行わない。

【0015】

望ましくは、前記電池ユニットは、前記非接触通信によって前記スイッチング信号が取得されないときは、スイッチングを行わないことを特徴とする。

【0016】

望ましくは、並列に接続された２つのスイッチングアームであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングアームが備える２つのスイッチングアームと、２つの前記スイッチングアームのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点と、他方における２つのスイッチング素子の直列接続点との間に接続された巻線と、前記電池ユニットとの間で前記非接触通信を行うと共に、各前記スイッチングアームの各スイッチングをする充放電コントローラと、を備え、前記直流グリッド電圧が、各前記スイッチングアームの２つの並列接続点の間に印加される。

【0017】

望ましくは、前記電池が接続されることで前記電池ユニットを構成し、前記充放電装置との間で前記非接触電力伝送を行う電池接続装置において、並列に接続された２つのスイッチングレッグであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングレッグが備える２つのスイッチングレッグと、２つの前記スイッチングレッグのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点と、他方における２つのスイッチング素子の直列接続点との間に接続された第２巻線と、前記充放電装置との間で前記非接触通信を行うと共に、前記スイッチング信号に応じて、各前記スイッチングレッグのスイッチングをする電池コントローラと、を備え、前記第２巻線のタップと、各前記スイッチングアームの２つの並列接続点のうちの一方との間に前記電池が接続される。

【0018】

また、本発明は、電池が接続され、電力供給網に接続された充放電装置との間で非接触電力伝送を行う電池接続装置において、並列に接続された２つのスイッチングレッグであって、直列接続された２つのスイッチング素子を各前記スイッチングレッグが備える２つのスイッチングレッグと、２つの前記スイッチングレッグのうちの一方における２つのスイッチング素子の直列接続点と、他方における２つのスイッチング素子の直列接続点との間に接続された巻線と、前記充放電装置との間で非接触通信を行うと共に、前記充放電装置から前記非接触通信によって取得したスイッチング信号に応じて、各前記スイッチングレッグのスイッチングをする電池コントローラと、を備え、前記巻線のタップと、各前記スイッチングアームの２つの並列接続点のうちの一方との間に前記電池が接続されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、二次電池と電力供給網との間で、電力供給網の状況に応じて双方向電力伝送を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る電池運用システムの構成を示す図である。

【図2】電池運用システムの具体的な構成を示す図である。

【図3】充放電コネクタの例を示す図である。

【図4】電池ユニットの例を示す図である。

【図5】充放電コントローラに構成される充放電制御装置の構成を示す図である。

【図6】電気装置コネクタの例を示す図である。

【図7】電池コントローラに構成される放電制御装置の構成を示す図である。

【図8】充放電処理のフローチャートである。

【図9】充放電マップを概念的に示す図である。

【図10】充放電マップを概念的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に記載された同一の事項については同一の符号を付してその説明を簡略化する。本明細書における「上」「下」等の方向を示す用語は、図面における方向を示す。また、本明細書における「電池」の用語は、二次電池を意味する。

【0022】

図１には、本発明の実施形態に係る電池運用システム１００の構成が示されている。電池運用システム１００は、交流電力網１０、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２、直流電力網１４、充放電コネクタ１６、電池ユニット１８、電気装置２０および太陽電池システム２４を備えている。

【0023】

交流電力網１０は、電力供給事業者が提供する電力供給網であってよい。直流電力網１４は、工場、オフィス等に局所的に構築された電力供給網であってよい。ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は、交流直流変換を行い、交流電力網１０から供給される交流電力を直流電力に変換して直流電力網１４に供給する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２は、直流交流変換を行い、直流電力網１４から供給される直流電力を交流電力に変換して交流電力網１０に供給する。直流電力網１４には、電池ユニット１８を結合するための複数の充放電コネクタ１６が接続されている。

【0024】

電池運用システム１００は、電力源としての電池ユニット１８を運用するものである。すなわち、電池運用システム１００では、直流電力網１４から供給される電力によって電池ユニット１８の電池２６が充電される。電池２６を充電するときは、電池ユニット１８が充放電コネクタ１６に結合され、電池ユニット１８が直流電力網１４に電気的に接続される。電池２６が充電された電池ユニット１８は、充放電コネクタ１６から取り外されて電気装置２０に結合され、電池２６の電力が電気装置２０に供給される。電池２６の充電電荷量が不足した電池ユニット１８は、電気装置２０から取り外されて充放電コネクタ１６に再び結合され、直流電力網１４から供給される電力によって電池ユニット１８の電池２６が充電される。

【0025】

なお、電池ユニット１８は、他の充放電コネクタ１６に結合した他の電池ユニット１８に電力を供給し、他の電池ユニット１８が備える電池２６を充電してもよい。電池ユニット１８は、フォークリフト、運搬車、電動自転車等の電池搭載装置に固定され、または着脱自在に備え付けられた装置であってもよい。

【0026】

電池ユニット１８は、電池２６と、電池２６が接続された電池コネクタ２８を備えている。電池２６は電池コネクタ２８に着脱自在であってよい。電池コネクタ２８は充放電コネクタ１６に着脱自在である。充放電コネクタ１６および電池コネクタ２８が結合することで、充放電コネクタ１６と電池コネクタ２８との間で電力伝送が行われる。

【0027】

電気装置２０は電池搭載装置であってよい。電気装置２０は電気装置コネクタ３０および装置本体部３２を備えている。電気装置コネクタ３０は、電池コネクタ２８に着脱自在である。すなわち、電気装置コネクタ３０および電池コネクタ２８が結合することで、電池コネクタ２８と電気装置コネクタ３０との間で非接触電力伝送が行われる。

【0028】

太陽電池システム２４は、太陽電池３４およびＤＣ／ＤＣコンバータ３６を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、太陽電池３４が出力する電圧を調整して直流電力網１４に出力し、太陽電池３４から直流電力網１４に直流電力を供給する。

【0029】

図２には、電池運用システム１００の具体的な構成が示されている。充放電コネクタ１６は、充放電スイッチング回路４０、第１巻線４２および充放電コントローラ４４を備えている。充放電スイッチング回路４０は、直流電力網１４における一対の直流電力線４７に接続されている。充放電コントローラ４４は通信線４９に接続されている。電池ユニット１８は電池コネクタ２８および電池２６を備え、電池コネクタ２８は、電池スイッチング回路４６、第２巻線４８および電池コントローラ５０を備えている。電池スイッチング回路４６には電池２６が接続されている。

【0030】

図２の上段に示されているように、充放電コネクタ１６に電池コネクタ２８を結合することで、充放電コネクタ１６が備える第１巻線４２と、電池コネクタ２８が備える第２巻線４８が結合する。これによって、第１巻線４２と第２巻線４８がトランスを構成する。

【0031】

充放電コントローラ４４は、充放電コネクタ１６および電池コネクタ２８の制御に用いられる情報を、ホストコンピュータ４５から通信線４９を介して取得してよい。充放電コントローラ４４および電池コントローラ５０は非接触通信を行う。充放電コントローラ４４および電池コントローラ５０は、互いに制御信号を送受信する。充放電コントローラ４４が電池コントローラ５０に送信する制御信号には、電池コントローラ５０に対する指令の他、充放電スイッチング回路４０の状態を示す情報（各部の電圧測定値、電流測定値等）が含まれてもよい。電池コントローラ５０が充放電コントローラ４４に送信する制御信号には、充放電コントローラ４４に対する指令の他、電池スイッチング回路４６の状態を示す情報（各部の電圧測定値、電流測定値等）が含まれてもよい。

【0032】

充放電コントローラ４４は充放電スイッチング回路４０のスイッチング制御をし、電池コントローラ５０は、電池スイッチング回路４６のスイッチング制御をする。これによって、直流電力網１４から電池２６に電力が供給され、あるいは電池２６から直流電力網１４に電力が供給される。

【0033】

図２の下段左側に示された電気装置２０は、整流回路５２、装置本体部３２、第３巻線５６および電気装置コントローラ５４を備えている。本実施形態における整流回路５２は、スイッチング制御が必要とされないダイオードによって構成されている。装置本体部３２には電池が搭載されている。図２の中段に示されているように、電池２６の充電が終了した電池ユニット１８は、充放電コネクタ１６から取り外される。下段に示されているように、電池ユニット１８の電池コネクタ２８を電気装置２０の電気装置コネクタ３０に結合することで、電池コネクタ２８が備える第２巻線４８と、電気装置コネクタ３０が備える第３巻線５６が結合する。これによって、第２巻線４８と第３巻線５６がトランスを構成する。

【0034】

電池コントローラ５０および電気装置コントローラ５４は非接触通信を行う。電池コントローラ５０および電気装置コントローラ５４は制御信号を互いに送受信する。電池コントローラ５０が電気装置コントローラ５４に送信する制御信号には、電気装置コントローラ５４に対する指令の他、電池スイッチング回路４６の状態を示す情報（各部の電圧測定値、電流測定値等）が含まれてもよい。電気装置コントローラ５４が電池コントローラ５０に送信する制御信号には、電池コントローラ５０に対する指令の他、電気装置２０の状態を示す情報（各部の電圧測定値、電流測定値等）が含まれてもよい。

【0035】

電池コントローラ５０は、電池スイッチング回路４６のスイッチング制御をする。電池２６から整流回路５２には、電池スイッチング回路４６、第２巻線４８および第３巻線５６を介して交流電力が供給され、整流回路５２によって得られた直流電力が装置本体部３２に供給される。これによって、装置本体部３２が備える電池が充電されてよい。あるいは、装置本体部３２は、整流回路５２から供給された電力によって動作してもよい。

【0036】

図３には、充放電コネクタ１６の例が示されている。充放電コネクタ１６は、直流電力網１４に接続され、電池ユニット１８との間で非接触電力伝送を行う充放電装置である。充放電コネクタ１６が備える充放電スイッチング回路４０は、入出力コンデンサＣＡ、スイッチングアームＵ、Ｖ、正極端子６０ｐおよび負極端子６０ｎを備えている。スイッチングアームＵおよびＶのそれぞれは、直列接続された上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２を備えている。各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等が用いられてよい。スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のエミッタ電極に他方のコレクタ電極が接続されることをいう。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、２つのスイッチング素子が直列接続されるとは、一方のソース電極に他方のドレイン電極が接続されることをいう。

【0037】

スイッチング素子としてＩＧＢＴが用いられる場合、ＩＧＢＴのエミッタ電極にアノード電極が接続され、コレクタ電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴが用いられる場合、ＭＯＳＦＥＴのソース電極にアノード電極が接続され、ドレイン電極にカソード電極が接続されたダイオードをスイッチング素子が備える。

【0038】

スイッチングアームＵおよびＶは並列接続されている。すなわち、各スイッチングアームの上スイッチング素子Ｓ１の上端が共通に接続され、各スイッチングアームの下スイッチング素子Ｓ２の下端が共通に接続されている。入出力コンデンサＣＡは、スイッチングアームＵおよびＶに並列接続されている。すなわち、スイッチングアームＵおよびＶの上側の並列接続点と、下側の並列接続点との間に入出力コンデンサＣＡが接続されている。入出力コンデンサＣＡ、スイッチングアームＵおよびＶの上端は、正極端子６０ｐに接続され、入出力コンデンサＣＡ、スイッチングアームＵおよびＶの下端は、負極端子６０ｎに接続されている。正極端子６０ｐおよび負極端子６０ｎは、直流電力網１４における一対の直流電力線４７に接続されている。

【0039】

スイッチングアームＵにおける上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２の直列接続点と、スイッチングアームＶにおける上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２の直列接続点との間には、第１巻線４２が接続されている。

【0040】

充放電コントローラ４４は通信線４９に接続されている。充放電コントローラ４４は、通信線４９に接続されたホストコンピュータ４５との間で通信を行ってもよい。充放電コントローラ４４は結合素子６２を備えている。結合素子６２は、電池ユニット１８の電池コントローラ５０が備える結合素子と非接触で結合する。充放電コントローラ４４は、自らの結合素子６２と、電池コントローラ５０の結合素子を介して、電池コントローラ５０との間で非接触通信を行い、制御信号を相互に送受信する。結合素子６２は、電池コントローラ５０が備える結合素子と近傍界で結合する導体素子であってもよいし、遠方界で結合する導体素子（アンテナ素子）であってもよい。

【0041】

充放電コントローラ４４によるスイッチング制御に応じて、各スイッチングアームは次のように動作する。各スイッチングアームの上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２は交互にオンオフする。すなわち、上スイッチング素子Ｓ１がオフからオンに切り替わると共に、下スイッチング素子Ｓ２はオンからオフに切り替わり、上スイッチング素子Ｓ１がオンからオフに切り替わると共に、下スイッチング素子Ｓ２はオフからオンに切り替わる。スイッチングアームＵがオンオフするスイッチング位相と、スイッチングアームＶがオンオフするスイッチング位相は、１８０°異なっていてよい。スイッチングアームＵおよびＶのスイッチングによって、正極端子６０ｐと負極端子６０ｎとの間の電圧がスイッチングされ、第１巻線４２に印加される。

【0042】

充放電スイッチング回路４０、充放電コントローラ４４、および第１巻線４２は、電池ユニット１８を充放電コネクタ１６に結合させるための筐体に収容されてもよい。この場合、正極端子６０ｐおよび負極端子６０ｎから筐体の外側に引き出された一対の導線が、一対の直流電力線４７に接続されてもよい。

【0043】

図４には、電池ユニット１８の例が示されている。電池ユニット１８は、電池２６と、電池２６が接続された電池コネクタ２８とを備えている。電池コネクタ２８は、充放電コネクタ１６（充放電装置）との間で非接触電力伝送を行う電池接続装置である。電池コネクタ２８が備える電池スイッチング回路４６は、第１コンデンサＣ１、第２コンデンサＣ２、スイッチングレッグＸ、Ｙ、正極端子６６ｐおよび負極端子６６ｎを備えている。ここでは、充放電コネクタ１６に用いられたスイッチングアームＵおよびＶと区別するため、「スイッチングレッグ」の用語が用いられている。スイッチングレッグＸおよびＹのそれぞれは、直列接続された上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２を備えている。各スイッチング素子には、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等が用いられてよい。

【0044】

スイッチングレッグＸおよびＹは並列接続されている。第１コンデンサＣ１は、スイッチングレッグＸおよびＹに並列接続されている。スイッチングレッグＸにおける上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２の直列接続点と、スイッチングレッグＹにおける上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２の直列接続点との間には、第２巻線４８が接続されている。

【0045】

第２巻線４８を形成する導線の中途点にはタップが設けられている。タップは、第２巻線４８を形成する導線の中点に設けられたセンタータップであってよい。スイッチングレッグＸ、Ｙ、第１コンデンサＣ１の並列接続点の下端と、第２巻線４８のタップとの間には第２コンデンサＣ２が接続されている。また、第２巻線４８のタップには、電池電流センサＡｓｐを介して正極端子６６ｐが接続され、スイッチングレッグＸ、Ｙ、第１コンデンサＣ１の並列接続点の下端には負極端子６６ｎが接続されている。正極端子６６ｐには電池２６の正極が接続され、負極端子６６ｎには電池２６の負極が接続される。

【0046】

電池コントローラ５０は結合素子６４を備えている。結合素子６４は、充放電コントローラ４４が備える結合素子６２、または、電気装置コントローラ５４が備える結合素子と非接触で結合する。充放電コントローラ４４は、自らの結合素子６４と、充放電コントローラ４４または電気装置コントローラ５４の結合素子を介して、充放電コントローラ４４または電気装置コントローラ５４との間で非接触通信を行い、相互に制御信号を送受信する。結合素子６４は、充放電コントローラ４４が備える結合素子６２または電気装置コントローラ５４が備える結合素子と近傍界で結合する導体素子であってもよいし、遠方界で結合する導体素子であってもよい。電池コントローラ５０は、さらにアンテナ６５を備えており、アンテナ６５を介してホストコンピュータ４５との間で無線通信を行う。

【0047】

電池コントローラ５０のスイッチング制御によって、各スイッチングレッグは次のように動作する。各スイッチングレッグの上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２は交互にオンオフする。スイッチングレッグＸがオンオフするスイッチング位相と、スイッチングレッグＹがオンオフするスイッチング位相は、１８０°異なっていてよい。

【0048】

第１コンデンサＣ１には、電池２６の電圧が昇圧された電圧が印加される。昇圧電圧は、スイッチングレッグＸおよびＹの上スイッチング素子Ｓ１のデューティ比に応じて定まる。ここで、デューティ比は、スイッチング周期に対する、上スイッチング素子Ｓ１がオンになる時間の比率である。また、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチングによって、第２巻線４８には、第１コンデンサＣ１の端子間電圧がスイッチングされた電圧が印加される。

【0049】

電池スイッチング回路４６、電池コントローラ５０および第２巻線４８は、電池ユニット１８を充放電コネクタ１６または電気装置コネクタ３０に結合させるための筐体に収容されてもよい。この場合、正極端子６６ｐおよび６６ｎから筐体の外側に引き出された一対の導線が、電池２６の正極および負極に接続されてもよい。また、電池スイッチング回路４６、電池コントローラ５０および第２巻線４８に加えて電池２６が筐体に収容されてもよい。

【0050】

充放電コネクタ１６の第１巻線４２と電池コネクタ２８の第２巻線４８が結合しているときの動作の例について説明する。各スイッチングアームおよび各スイッチングレッグは、同一の周波数でスイッチングをする。スイッチングアームＵおよびＶの上スイッチング素子Ｓ１と、スイッチングレッグＸおよびＹの上スイッチング素子Ｓ１は、同一のデューティ比αで動作し、デューティ比αが調整される。また、スイッチングアームＵのスイッチングに対するスイッチングレッグＸのスイッチングの位相差φ、およびスイッチングアームＶのスイッチングに対するスイッチングレッグＹのスイッチングの位相差φが調整される。

【0051】

充放電コネクタ１６から電池ユニット１８に伝送される電力Ｐは、デューティ比αおよび位相差φによって定まり、デューティ比αおよび位相差φを変化させることで調整される。なお、電力Ｐが負の値であるときは、電池ユニット１８から充放電コネクタ１６に電力が伝送される。位相差φの極性に応じて、充放電コネクタ１６から電池ユニット１８に電力が伝送されるか、電池ユニット１８から充放電コネクタ１６に電力が伝送されるかが定まる。

【0052】

図５には、充放電コネクタ１６の第１巻線４２と電池ユニット１８の第２巻線４８が結合しているときに、充放電コントローラ４４に構成される充放電制御装置１０２の構成が示されている。充放電制御装置１０２が実行する処理では、直流グリッド電圧Ｖｇｇ、電池ユニット電圧Ｖｂｂ、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１および伝送電力Ｐｏｕｔ１が用いられる。直流グリッド電圧Ｖｇｇは、充放電コネクタ１６の正極端子６０ｐと負極端子６０ｎとの間の電圧である。電池ユニット電圧Ｖｂｂは、電池ユニット１８が備える第１コンデンサＣ１の端子間電圧である。伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１は、充放電コネクタ１６から電池ユニット１８に伝送される電力についての目標値であり、後述する充放電処理において求められてよい。伝送電力Ｐｏｕｔ１は、充放電コネクタ１６から電池ユニット１８に伝送される電力である。

【0053】

充放電コネクタ１６（図３）は、直流グリッド電圧Ｖｇｇを測定する直流グリッド電圧センサＳｇを備えている。また、充放電コネクタ１６は、正極端子６０ｐに流れる直流グリッド電流Ｉｇｇを測定する直流グリッド電流センサＡｓｇを備えている。直流グリッド電圧センサＳｇおよび直流グリッド電流センサＡｓｇは、測定値を充放電コントローラ４４に出力する。

【0054】

電池ユニット１８（図４）は、第１コンデンサＣ１の端子間電圧、すなわち、電池ユニット電圧Ｖｂｂを測定する電池ユニット電圧センサＳｂを備えている。電池ユニット電圧センサＳｂは、測定値を電池コントローラ５０に出力する。また、電池ユニット１８は、電池２６が出力する電池電圧Ｖｂを測定する電池電圧センサＳｐと、電池２６から流出する電池電流Ｉｂを測定する電池電流センサＡｓｐを備えている。電池電圧センサＳｐおよび電池電流センサＡｓｐは、測定値を電池コントローラ５０に出力する。電池コントローラ５０は、電池ユニット電圧Ｖｂｂ、電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂの各測定値を充放電コントローラ４４に送信する。

【0055】

充放電コントローラ４４は、直流グリッド電圧Ｖｇｇおよび直流グリッド電圧Ｖｇｇの各測定値に基づいて伝送電力Ｐｏｕｔ１を求める。また、充放電コントローラ４４は、電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂの各測定値に基づいて、伝送電力Ｐｏｕｔ１を求めてもよい。

【0056】

充放電制御装置１０２は、減算器８１、積分器８２、減算器８３、加算器８４、積分器８５、リミッタ８６およびスイッチング信号生成器８７を備えている。これらの構成要素は、充放電コントローラ４４がプログラムを実行することで、充放電コントローラ４４において仮想的に構成されてよい。減算器８１は、直流グリッド電圧Ｖｇｇから電池ユニット電圧Ｖｂｂを減算して第１制御値ｅ１を求め、積分器８２および加算器８４に出力する。積分器８２は、第１制御値ｅ１を積分し、所定の係数を乗ずることでデューティ比αを求める。減算器８３は、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１から伝送電力Ｐｏｕｔ１を減算して第２制御値ｅ２を求め、加算器８４に出力する。加算器８４は、第１制御値ｅ１と第２制御値ｅ２を加算して第３制御値ｅ３を求め、積分器８５に出力する。積分器８５は、第３制御値ｅ３を積分し、所定の係数を乗ずることで位相差φ０を求める。リミッタ８６は、位相差φ０が負の制限値φｍ以上であり、かつ、正の制限値φｐ以下であるときは、位相差φ０と同一値の位相差φをスイッチング信号生成器８７に出力する。リミッタ８６は、位相差φ０が正の制限値φｐを超えるときは、位相差φ０の値を制限値φｐに置き換えて、位相差φとしてスイッチング信号生成器８７に出力する。リミッタ８６は、位相差φ０が負の制限値φｍ未満であるときは、位相差φ０の値を負の制限値φｍに置き換えて、位相差φとしてスイッチング信号生成器８７に出力する。このように、リミッタ８６は、負の制限値φｍ以上であり、かつ、正の制限値φｐ以下の範囲に値が制限された位相差φをスイッチング信号生成器８７に出力する。

【0057】

スイッチング信号生成器８７は、デューティ比αおよび位相差φに基づいて、スイッチングアームＵおよびＶのそれぞれと、スイッチングレッグＸおよびＹのそれぞれにおける上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２に対するスイッチング信号を生成する。スイッチング信号は、例えば、値がハイのときにスイッチング素子がオンになり、ローのときにスイッチング素子がオフになる信号であってよい。

【0058】

充放電コントローラ４４は、スイッチングアームＵおよびＶのそれぞれの上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２に対して生成された各スイッチング制御信号に基づいて、スイッチングアームＵおよびＶのスイッチング制御をする。充放電コントローラ４４は、スイッチングレッグＸおよびＹのそれぞれの上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２に対して生成された各スイッチング制御信号を、電池コントローラ５０に送信する。電池コントローラ５０は、充放電コントローラ４４から送信された各スイッチング制御信号に基づいて、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチング制御をする。

【0059】

ここでは、電池ユニット電圧Ｖｂｂの測定値がスイッチング信号の生成に用いられる実施形態が示された。充放電制御装置１０２は、電池ユニット電圧Ｖｂｂの測定値に代えて、電池電圧Ｖｂの測定値を用いてもよい。この場合、充放電制御装置１０２は、電池電圧Ｖｂの測定値に基づいて電池ユニット電圧Ｖｂｂを演算によって求め、演算によって求められた電池ユニット電圧Ｖｂｂを減算器８１に入力する。

【0060】

このように、充放電制御装置１０２は、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１と伝送電力Ｐｏｕｔ１との差異の積分値に基づいてデューティ比αを求める。充放電制御装置１０２は、さらに、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１と伝送電力Ｐｏｕｔ１との差異と、電池ユニット１８における電圧測定値と直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値との差異に基づいて、位相差φを求める。電池ユニット１８における電圧測定値は、電池ユニット１８に含まれる蓄電素子の端子間の電圧の測定値である。すなわち、電池ユニット１８における電圧測定値は、第１コンデンサＣ１（蓄電素子）の端子間電圧である電池ユニット電圧Ｖｂｂの測定値、または電池２６（蓄電素子）の端子間電圧である電池電圧Ｖｂの測定値である。

【0061】

充放電制御装置１０２の構成および処理によって、充放電コネクタ１６から電池ユニット１８に伝送される電力が伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１に近付けられ、あるいは一致する。位相差φが回路の特性で定まる数値範囲を外れると、位相差φに応じた伝送電力の調整が困難となる。本実施形態によれば、リミッタ８６によって位相差φの値が取り得る範囲が制限され、このような制御破綻が回避される。

【0062】

図６には、電気装置接続器としての電気装置コネクタ３０の例が示されている。電気装置コネクタ３０は、整流回路５２、第３巻線５６および出力コンデンサＣＢを備えている。整流回路５２は、ダイオードブリッジを構成するダイオードアームＺおよびＷを備えている。各ダイオードアームは、上ダイオードＤ１および下ダイオードＤ２を備えており、上ダイオードＤ１のアノード端子に下ダイオードＤ２のカソード端子が接続されている。ダイオードアームＺおよびＷは並列に接続されている。すなわち、各ダイオードアームが備える上ダイオードＤ１のカソード端子が共通に接続され、各ダイオードアームが備える下ダイオードＤ２のアノード端子が共通に接続されている。

【0063】

ダイオードアームＺにおける上ダイオードＤ１と下ダイオードＤ２との接続点と、ダイオードアームＷにおける上ダイオードＤ１と下ダイオードＤ２との接続点との間には、第３巻線５６が接続されている。ダイオードアームＺおよびＷには、出力コンデンサＣＢが並列に接続されている。ダイオードアームＺ、Ｗおよび出力コンデンサＣＢの上側の並列接続点には正極出力端子７０ｐが接続され、下側の並列接続点には負極出力端子７０ｎが接続されている。正極出力端子７０ｐおよび負極出力端子７０ｎには、装置本体部３２が接続されている。

【0064】

整流回路５２、電気装置コントローラ５４および第３巻線５６は、電池ユニット１８を電気装置コネクタ３０に結合させるための筐体に収容されてもよい。この場合、正極出力端子７０ｐおよび負極出力端子７０ｎから筐体の外側に引き出された一対の導線が、装置本体部３２に接続されてもよい。また、整流回路５２、電気装置コントローラ５４および第３巻線５６に加えて装置本体部３２が筐体に収容されてもよい。

【0065】

電池コネクタ２８の第２巻線４８と、電気装置コネクタ３０の第３巻線５６とが結合しているときの動作の例について説明する。スイッチングレッグＸおよびＹが、ある位相差で同一の周波数でスイッチングをすることにより、第２巻線４８に交流電圧が印加され、これによって第３巻線５６に交流電圧が現れる。第３巻線５６に現れた交流電圧は、整流回路５２によって整流され、直流電圧が出力コンデンサＣＢに印加される。これによって、正極出力端子７０ｐおよび負極出力端子７０ｎから装置本体部３２に直流電力が出力される。

【0066】

電池コネクタ２８における第２巻線４８のインダクタンスによって、電池２６の出力電圧が昇圧されて得られる昇圧電圧が、正極出力端子７０ｐおよび負極出力端子７０ｎから出力され得る。この昇圧電圧は、スイッチングレッグＸおよびＹのそれぞれにおける上スイッチング素子Ｓ１のデューティ比βを変化させることで調整され得る。また、昇圧電圧の調整によって、正極出力端子７０ｐおよび負極出力端子７０ｎから装置本体部３２に出力される電力が調整され得る。

【0067】

図７には、電池ユニット１８の第２巻線４８と、電気装置コネクタ３０の第３巻線５６が結合しているときに、電池コントローラ５０に構成される放電制御装置１０４の構成が示されている。放電制御装置１０４が実行する処理では、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ２および伝送電力Ｐｏｕｔ２が用いられる。伝送電力目標値Ｐｃｏｍ２は、電池ユニット１８から電気装置２０に伝送される電力に対する目標値であり、電気装置コントローラ５４から電池コントローラ５０に送信されてもよいし、電池コントローラ５０が設定してもよい。伝送電力Ｐｏｕｔ２は、電池ユニット１８から電気装置２０に伝送される電力の測定値である。

【0068】

電気装置コネクタ３０（図６）は、正極出力端子７０ｐと負極出力端子７０ｎとの間の出力電圧Ｖｑを測定する出力電圧センサＳｑを備えている。また、電気装置コネクタ３０は、正極出力端子７０ｐから装置本体部３２に流出する出力電流Ｉｑを測定する出力電流センサＡｓｑを備えている。出力電圧センサＳｑおよび出力電流センサＡｓｑは測定値を電気装置コントローラ５４に出力する。電気装置コントローラ５４は、出力電圧センサＳｑおよび出力電流センサＡｓｑによる各測定値を電池コントローラ５０に送信する。

【0069】

電池コントローラ５０は、出力電圧Ｖｑおよび出力電流Ｉｑの各測定値に基づいて、電池ユニット１８から電気装置２０に伝送される伝送電力Ｐｏｕｔ２を求める。また、電池コントローラ５０は、電池電圧センサＳｐおよび電池電流センサＡｓｐによって測定された電池電圧Ｖｂおよび電池電流Ｉｂに基づいて、電池ユニット１８から電気装置２０に伝送される伝送電力Ｐｏｕｔ２を求めてもよい。

【0070】

放電制御装置１０４は、減算器９０、積分器９１、リミッタ９２およびスイッチング信号生成器９３を備えている。これらの構成要素は、電池コントローラ５０がプログラムを実行することで、電池コントローラ５０において仮想的に構成されてよい。減算器９０は、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ２から伝送電力Ｐｏｕｔ２を減算して第４制御値ｅ４を求め、積分器９１に出力する。積分器９１は、第４制御値ｅ４を積分し、所定の係数を乗ずることでデューティ比β０を求める。リミッタ９２は、デューティ比β０が下限値βＬ以上であり、かつ、上限値βＵ以下であるときは、デューティ比β０と同一値のデューティ比βをスイッチング信号生成器９３に出力する。リミッタ９２は、デューティ比β０が上限値βＵを超えるときは、デューティ比β０の値を上限値βＵに置き換えて、デューティ比βとしてスイッチング信号生成器９３に出力する。リミッタ９２は、デューティ比β０が下限値βＬ未満であるときは、デューティ比β０の値を下限値βＬに置き換えて、デューティ比βとしてスイッチング信号生成器９３に出力する。このように、リミッタ９２は、下限値βＬ以上であり、かつ、上限値βＵ以下の範囲に値が制限されたデューティ比βをスイッチング信号生成器９３に出力する。

【0071】

スイッチング信号生成器９３は、デューティ比βに基づいて、スイッチングレッグＸおよびＹのそれぞれにおける上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２に対するスイッチング信号を生成する。スイッチング信号は、例えば、値がハイのときにスイッチング素子がオンになり、ローのときにスイッチング素子がオフになる信号であってよい。電池コントローラ５０は、スイッチングレッグＸおよびＹのそれぞれの上スイッチング素子Ｓ１および下スイッチング素子Ｓ２に対して生成された各スイッチング制御信号に基づいて、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチング制御をする。

【0072】

放電制御装置１０４の構成および処理によって、電池ユニット１８から電気装置２０に伝送される電力が伝送電力目標値Ｐｃｏｍ２に近付けられ、あるいは一致する。デューティ比βが回路の特性で定まる数値範囲を外れると、デューティ比βに応じた伝送電力の調整が困難となる。本実施形態によれば、リミッタ９２によってデューティ比βの値が取り得る範囲が制限され、このような制御破綻が回避される。

【0073】

図８には充放電処理のフローチャートが示されている。充放電処理は、電池ユニット１８が充放電コネクタ１６に結合されているときに、ホストコンピュータ４５、充放電コントローラ４４、および電池コントローラ５０によって実行される。ステップＳ１０１およびＳ１０２は、ホストコンピュータ４５によって実行される処理である。ステップＳ２０１～Ｓ２０８は、充放電コントローラ４４によって実行される処理である。ステップＳ３０１～Ｓ３０６は、電池コントローラ５０によって実行される処理である。

【0074】

電池コントローラ５０は、電池２６に関する電池情報をホストコンピュータ４５に送信する（Ｓ３０１）。電池情報には、電池２６の無負荷時の出力電圧、ＳＯＣ（State Of Charge）、ＳＯＨ（State Of Health）、満充電容量、耐圧、許容電流、種類（リチウムイオン、ニッケルカドミウム等）等を示す情報が含まれてよい。ホストコンピュータ４５は、電池情報に基づいて充放電情報を生成し（Ｓ１０１）、充放電コントローラ４４に送信する（Ｓ１０２）。充放電情報には、例えば、電池２６の無負荷時の出力電圧、現時点のＳＯＣ、ＳＯＣの目標値、電池２６をどの程度の速さで充電または放電するか等の情報が含まれてよい。

【0075】

充放電コントローラ４４は、充放電情報に基づいて、後述の充放電マップを設定する（Ｓ２０１）。充放電マップは、伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を決定するための情報である。

【0076】

電池コントローラ５０は、電池ユニット電圧センサＳｂ、電池電圧センサＳｐおよび電池電流センサＡｓｐの各測定値を取得し、充放電コントローラ４４に送信する（Ｓ３０２）。充放電コントローラ４４は、総ての測定値を受信したか否かを判定する（Ｓ２０２）。充放電コントローラ４４は、いずれかの測定値を受信しなかったと判定したときは、スイッチングアームＵおよびＶのスイッチング制御を停止する（Ｓ２０８）。ここで、スイッチングアームＵおよびＶのスイッチング制御を停止することには、これまでスイッチングが行われていたスイッチングアームＵおよびＶのスイッチングを停止することの他、これまでスイッチングが行われていなかったスイッチングアームＵおよびＶについて、スイッチングを行わない状態を維持することが含まれる。

【0077】

なお、ステップＳ２０２の処理は、電池コントローラ５０から充放電コントローラ４４に送信されるべき信号を、充放電コントローラ４４が受信したか否かを判定する処理であってもよい。

【0078】

一方、充放電コントローラ４４は、総ての測定値を受信したと判定したときは、局所的動作が正常であるか否かを判定する（Ｓ２０３）。ここで、局所的動作が正常であるとは、充放電コネクタ１６を構成する回路について予め定められた動作条件を満足していることをいう。動作条件には、例えば、直流グリッド電圧センサＳｇおよび直流グリッド電流センサＡｓｇによる測定値の範囲が予め定められた範囲内にあるという条件がある。充放電コントローラ４４は、局所的動作が正常でないと判定したときは、スイッチングアームＵおよびＶのスイッチング制御を停止する（Ｓ２０８）。充放電コントローラ４４は、局所的動作が正常である判定したときは、次に説明するように、充放電マップを用いた処理によって伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を決定する。

【0079】

図９には、充放電マップが概念的に示されている。横軸は直流グリッド電流Ｉｇｇを示し、縦軸は直流グリッド電圧Ｖｇｇを示す。充放電マップにおいて、直流グリッド電流Ｉｇｇが正である領域は、電池２６が放電し、電池ユニット１８から充放電コネクタ１６に電力が伝送され、充放電コネクタ１６から直流電力網１４に電力が出力される状態に対応する。直流グリッド電流Ｉｇｇが負である領域は、直流電力網１４から充放電コネクタ１６に電力が供給され、充放電コネクタ１６から電池ユニット１８に電力が伝送され、電池２６が充電される状態に対応する。充放電マップでは、直流グリッド電流Ｉｇｇに対して、上限値Ｉｍａｘおよび下限値Ｉｍｉｎが定められている。

【0080】

充放電コントローラ４４は、ホストコンピュータ４５から送信された充放電情報に基づいて、充放電マップ上に充放電線Ｌを設定する。充放電線Ｌは、電池２６を無負荷状態にしたときの直流グリッド電圧Ｖ０と、直流グリッド電流Ｉｇｇに対する直流グリッド電圧Ｖｇｇの変化率（充放電抵抗）に基づいて求められる。すなわち、充放電コントローラ４４は、無負荷時の直流グリッド電圧Ｖ０を縦軸切片とし、傾きを充放電抵抗とする一次関数直線を充放電線Ｌとして求める。ここで、無負荷時の直流グリッド電圧Ｖ０は、電池２６の無負荷時の出力電圧を、正極端子６０ｐと負極端子６０ｎとの間の電圧、すなわち直流グリッド電圧Ｖｇｇに換算することで求められる。また、充放電線の傾きは、充放電抵抗の値を、正極端子６０ｐおよび負極端子６０ｎにおける値に換算することで求められる。

【0081】

充放電コントローラ４４は、充放電マップに設定された充放電線Ｌを参照し、直流グリッド電圧センサＳｇによって得られた直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値（縦軸の値）に対応する直流グリッド電流Ｉｇｇ（横軸の値）を、直流グリッド電流目標値として取得する。充放電コントローラ４４は、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値と、直流グリッド電流目標値に基づいて伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を求める。

【0082】

無負荷時の直流グリッド電圧Ｖ０が、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値よりも大きい場合には、直流グリッド電流目標値が正の値となり、充放電コネクタ１６から直流電力網１４に放電される電力の目標値として伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１が求められる。一方、無負荷時の直流グリッド電圧Ｖ０が、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値よりも小さい場合には、直流グリッド電流目標値が負の値となり、直流電力網１４から電池２６に向けて充電される電力の目標値として伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１が求められる。

【0083】

図１０には、３本の充放電線Ｌ０、Ｌ１およびＬ２が例として示されている。充放電線Ｌ０、Ｌ１およびＬ２は、縦軸切片をそれぞれＶ００、Ｖ０１およびＶ０２とし、傾きをそれぞれＲ０、Ｒ１およびＲ２とする直線である。Ｖ０１＜Ｖ００＜Ｖ０２、および｜Ｒ０｜＜｜Ｒ２｜＜｜Ｒ１｜の関係が成立している。

【0084】

充放電線Ｌ１の傾きＲ１の大きさは、充放電線Ｌ２の傾きＲ２の大きさよりも大きい。したがって、充放電線Ｌ１に従って伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を求めた方が、充放電線Ｌ２に従って伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を求める場合に比べて、伝送電力が伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１に達するまでの時間が長くなる。充放電線Ｌ２の傾きＲ２の大きさは、充放電線Ｌ０の傾きＲ０の大きさよりも大きい。したがって、充放電線Ｌ２に従って伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を求めた方が、充放電線Ｌ０に従って伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１を求める場合に比べて、伝送電力が伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１に達するまでの時間が長くなる。

【0085】

このように、充放電処理では、充放電コネクタ１６に流れる直流グリッド電流Ｉｇｇの変化に対する、直流グリッド電圧Ｖｇｇの変化を表す充放電抵抗（充放電特性設定値）が設定される。また、無負荷状態としたときにおける直流電力網１４への接続端の電圧、すなわち、正極端子６０ｐと負極端子６０ｎとの間の電圧を表す縦軸切片の値（無負荷電圧設定値）とが設定される。そして、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値と、充放電特性設定値としての充放電抵抗と、無負荷電圧設定値としての縦軸切片の値とから、伝送電力目標値が求められる。具体的には、直流グリッド電流Ｉｇｇと直流グリッド電圧Ｖｇｇとを結びつける一次関数が設定され、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値（縦軸の値）に対応する直流グリッド電流Ｉｇｇ（横軸の値）が、直流グリッド電流目標値として取得される。さらに、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値と、直流グリッド電流目標値に基づいて伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１が求められる。

【0086】

図８に戻って、充放電コントローラ４４、および電池コントローラ５０が実行する処理について説明する。充放電コントローラ４４は、図５に示された充放電制御装置１０２を構成し、スイッチングアームＵおよびＶと、スイッチングレッグＸおよびＹに対するスイッチング信号を生成する（Ｓ２０５）。充放電コントローラ４４は、スイッチングレッグＸおよびＹに対するスイッチング信号を電池コントローラ５０に送信すると共に（Ｓ２０６）、スイッチングアームＵおよびＶに対するスイッチング制御をする（Ｓ２０７）。

【0087】

電池コントローラ５０は、スイッチング信号を受信したか否かを判定する（Ｓ３０３）。電池コントローラ５０は、スイッチング信号を受信しなかったと判定したときは、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチングを停止する（Ｓ３０６）。ここで、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチング制御を停止することには、これまでスイッチングが行われていたスイッチングレッグＸおよびＹのスイッチングを停止することの他、これまでスイッチングが行われていなかったスイッチングレッグＸおよびＹについて、スイッチングを行わない状態を維持することが含まれる。

【0088】

また、電池コントローラ５０は、スイッチング信号を受信したと判定したときは、局所的動作が正常であるか否かを判定する。局所的動作が正常であるとは、電池ユニット１８を構成する回路について予め定められた動作条件を満足していることをいう。動作条件には、例えば、電池ユニット電圧センサＳｂ、電池電圧センサＳｐ、および電池電流センサＡｓｐによる測定値の範囲が予め定められた範囲内にあるという条件がある。電池コントローラ５０は、局所的動作が正常でないと判定したときは、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチングを停止する（Ｓ３０６）。電池コントローラ５０は、局所的動作が正常であると判定したときは、スイッチングレッグＸおよびＹに対するスイッチング制御をする（Ｓ３０６）。

【0089】

ステップＳ３０１、Ｓ１０２およびＳ３０２における非接触通信は、パケットによる通信であってよい。一方、ステップＳ２０６における非接触通信は、パルス信号等、信号の立ち上がりまたは立ち下がりがスイッチングタイミングを直接示す信号による通信であってよい。ステップＳ２０６における非接触通信は、複雑な変調処理等を行う必要がないため、充放電コントローラ４４から電池コントローラ５０にスイッチングタイミングが迅速に伝えられる。

【0090】

本実施形態に係る充放電処理では、充放電マップに基づいて伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１が求められる。この伝送電力目標値Ｐｃｏｍ１は、無負荷時の電池２６の出力電圧と、直流グリッド電圧Ｖｇｇの測定値との関係から求められる。したがって、直流電力網１４の電圧である直流グリッド電圧Ｖｇｇに対して適応的かつ自律的に電池２６に対する充放電制御が実行される。

【0091】

複数の電池ユニット１８のそれぞれが、充放電コネクタ１６を介して直流電力網１４に接続されているという観点からは、次の効果が得られる。すなわち、縦軸切片Ｖ０が異なる複数の電池ユニット１８がある場合、縦軸切片Ｖ０が大きい電池ユニット１８に、縦軸切片Ｖ０の小さい電池ユニット１８よりも大きい電力が供給される。また、充放電抵抗Ｒが異なる複数の電池ユニット１８がある場合、充放電抵抗Ｒが小さい電池ユニット１８に、充放電抵抗Ｒが大きい電池ユニット１８よりも大きい電力が供給される。これによって、直流電力網１４における電力の需給バランスが、各充放電コネクタ１６および各電池ユニット１８において自律分散的に調整される。

【0092】

また、本実施形態に係る充放電処理では、充放電コントローラ４４が、電池ユニット電圧センサＳｂ、電池電圧センサＳｐおよび電池電流センサＡｓｐの測定値を受信しなかったときは、充放電コントローラ４４は、スイッチングアームＵおよびＶのスイッチングを停止する。また、電池コントローラ５０が、スイッチング信号を受信しなかったときは、電池コントローラ５０は、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチングを停止する。これによって、充放電コネクタ１６に電池ユニット１８が結合されていないときに、スイッチングアームＵおよびＶのスイッチングが行われることが回避される。同様に、電池ユニット１８が充放電コネクタ１６に結合されていないときに、スイッチングレッグＸおよびＹのスイッチングが行われることが回避される。

【0093】

充放電コネクタ１６と電池ユニット１８と結合されていない状態で、スイッチングアームＵおよびＶ、あるいは、スイッチングレッグＸおよびＹをスイッチングすると、各スイッチング素子で無駄な電力が消費されることがある。また、第１巻線４２が異物に接触している場合等、第１巻線４２が置かれた状況によっては、スイッチングアームＵおよびＶを構成するスイッチング素子に過大な電流が流れることがある。同様に、第２巻線４８が異物に接触している場合等、第２巻線４８が置かれた状況によっては、スイッチングレッグＸおよびＹを構成するスイッチング素子に過大な電流が流れることがある。本実施形態に係る充放電素子によれば、充放電コネクタ１６と電池ユニット１８と結合されていない状態において、各スイッチング素子に与えられる電気的な負担が軽減される。また、充放電コネクタ１６と電池ユニット１８と結合されていない状態において、各スイッチング素子において消費される電力が削減される。

【符号の説明】

【0094】

１０ 交流電力網、１２ ＡＣ／ＤＣコンバータ、１４ 直流電力網、１６ 充放電コネクタ、１８ 電池ユニット、２０ 電気装置、２４ 太陽電池システム、２６ 電池、２８ 電池コネクタ、３０ 電気装置コネクタ、３２ 装置本体部、３４ 太陽電池、３６ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０ 充放電スイッチング回路、４２ 第１巻線、４４ 充放電コントローラ、４５ ホストコンピュータ、４６ 電池スイッチング回路、４７ 直流電力線、４８ 第２巻線、４９ 通信線、５０ 電池コントローラ、５２ 整流回路、５４ 電気装置コントローラ、５６ 第３巻線、６０ｐ，６６ｐ 正極端子、６０ｎ，６６ｎ 負極端子、６２，６４ 結合素子、６５ アンテナ、７０ｐ 正極出力端子、７０ｎ 負極出力端子、８１，８３，９０ 減算器、８２，８５，９１ 積分器、８４ 加算器、８６，９２ リミッタ、８７，９３ スイッチング信号生成器、１００ 電池運用システム、１０２ 充放電制御装置、１０４ 放電制御装置、Ｕ，Ｖ スイッチングアーム、Ｘ，Ｙ スイッチングレッグ、Ｓ１ 上スイッチング素子、Ｓ２ 下スイッチング素子、Ｓｇ 直流グリッド電圧センサ、Ａｓｇ 直流グリッド電流センサ、Ｓｂ 電池ユニット電圧センサ、Ｓｐ 電池電圧センサ、Ａｓｐ 電池電流センサ、Ｓｑ 出力電圧センサ、Ａｓｑ 出力電流センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】