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公開番号2025140309
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-29
出願番号2024039632
出願日2024-03-14
発明の名称給電装置、充電装置、充放電装置、充放電システムおよび制御方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02J 7/00 20060101AFI20250919BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】簡易な構成で、AC電源からバッテリへの充電だけでなくバッテリからAC電源への給電(放電)を可能にすること。
【解決手段】充放電装置は、多重巻線を有するモータの一方の巻線とバッテリとの間に接続された第1インバータと、他方の巻線に接続された第2インバータと、交流電力供給源との接続を開閉する連系リレーと、充電時には連系リレーを介して接続された交流電力供給源からの交流電力を直流電力に変換して第2インバータへ出力し、放電時は第2インバータからの直流電力を交流電力に変換して連系リレーを介して交流電力供給源へ出力する第3インバータと、第2インバータの直流側と第3インバータの直流側との間に接続された第1リレースイッチとを備え、バッテリの状態を監視(モニタリング)し、充放電する場合には第1リレースイッチの接続を閉じ、交流電力供給源の電圧および周波数が所定の範囲内である場合に連系リレーの接続を閉じる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
バッテリからの電力を交流電力供給源へ給電する給電装置であって、
多重巻線を有するモータと、
前記多重巻線のうち第１巻線と前記バッテリとの間に接続され、前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第１インバータと、
前記多重巻線のうち第２巻線に接続され、前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には前記モータが出力する交流電力を直流電力に変換して出力する第２インバータと、
一方に前記交流電力供給源が接続され、外部指令により前記交流電力供給源との接続を開閉する連系リレーと、
前記連系リレーの他方に接続され、前記第２インバータが出力する直流電力を交流電力に変換して前記連系リレーを介して前記交流電力供給源へ出力する第３インバータと、
一方が前記第２インバータの直流側に接続され、他方が前記第３インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第２インバータの直流側と前記第３インバータの直流側との接続を開閉する第１リレースイッチと、
前記交流電力供給源の電圧および周波数を計測する計測部と、
前記バッテリの状態を監視するバッテリ監視部と、
前記計測部および前記バッテリ監視部の出力が入力され、当該入力に基づいて前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記第３インバータおよび前記連系リレーへ駆動信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には、前記第１リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチに出力し、
前記計測部が計測した前記交流電力供給源の電圧および周波数が所定の範囲内である場合に、前記連系リレーの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記連系リレーに出力する、
給電装置。
続きを表示（約 3,400 文字）【請求項２】
一方が前記第１インバータの直流側に接続され、他方が前記第２インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第１インバータの直流側と前記第２インバータの直流側との接続を開閉する第２リレースイッチ、
を備え、
前記制御部は、
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電しない場合には、前記第１リレースイッチの接続を開く駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチへ出力するとともに、前記第２リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第２リレースイッチへ出力する、
請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記第１巻線のΔ結線の接続を開閉する第３リレースイッチと、
前記第１巻線の中性点の接続を開閉する第４リレースイッチと、
前記第２巻線のΔ結線の接続を開閉する第５リレースイッチと、
前記第２巻線の中性点の接続を開閉する第６リレースイッチと、
を備え、
前記制御部は、
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電しない場合には、
前記第４リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
または前記第３リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＮし、前記第４リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＦＦし、
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には、
前記第４リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
または前記第４リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＦＦする、
または前記第３リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第４リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
請求項１に記載の給電装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には、
前記第２インバータの直流側電圧の√３倍と、前記多重巻線の一方の巻線と他方の巻線との間の結合係数との積、および前記バッテリの電圧の差が予め定められた値より大きいときに、前記第４リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＦＦする、
請求項３に記載の給電装置。
【請求項５】
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には、前記第１インバータの出力電流の波形は、前記モータが回転停止状態となる電流波形である、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の給電装置。
【請求項６】
前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には、前記第１インバータの各相の出力電流の波形は、ゼロクロスタイミングが一致した交番電流またはゼロ電流であり、かつ各相の電流の和がゼロである、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の給電装置。
【請求項７】
交流電力供給源からの電力でバッテリを充電する充電装置であって、
多重巻線を有するモータと、
前記多重巻線のうち第１巻線と前記バッテリとの間に接続され、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には前記モータが出力する交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力する第１インバータと、
前記多重巻線のうち第２巻線に接続され、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第２インバータと、
一方に前記交流電力供給源が接続され、外部指令により前記交流電力供給源との接続を開閉する連系リレーと、
前記連系リレーの他方に接続され、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には前記連系リレーを介して接続された前記交流電力供給源からの交流電力を直流電力に変換して出力する第３インバータと、
一方が前記第２インバータの直流側に接続され、他方が前記第３インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第２インバータの直流側と前記第３インバータの直流側との接続を開閉する第１リレースイッチと、
前記交流電力供給源の電圧および周波数を計測する計測部と、
前記バッテリの状態を監視するバッテリ監視部と、
前記計測部および前記バッテリ監視部の出力が入力され、当該入力に基づいて前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記第３インバータおよび前記連系リレーへ駆動信号を出力する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には、前記第１リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチに出力し、
前記計測部が計測した前記交流電力供給源の電圧および周波数が所定の範囲内である場合に、前記連系リレーの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記連系リレーに出力する、
充電装置。
【請求項８】
一方が前記第１インバータの直流側に接続され、他方が前記第２インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第１インバータの直流側と前記第２インバータの直流側との接続を開閉する第２リレースイッチ、
を備え、
前記制御部は、
前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電しない場合には、前記第１リレースイッチの接続を開く駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチへ出力するとともに、前記第２リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第２リレースイッチへ出力する、
請求項７に記載の充電装置。
【請求項９】
前記第１巻線のΔ結線の接続を開閉する第３リレースイッチと、
前記第１巻線の中性点の接続を開閉する第４リレースイッチと、
前記第２巻線のΔ結線の接続を開閉する第５リレースイッチと、
前記第２巻線の中性点の接続を開閉する第６リレースイッチと、
を備え、
前記制御部は、
前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電しない場合には、
前記第４リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
または前記第３リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＮし、前記第４リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＦＦし、
前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には、
前記第４リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
または前記第４リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＮし、前記第３リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＦＦする、
または前記第３リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第４リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
請求項７に記載の充電装置。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には、
前記バッテリの電圧の√３倍と、前記多重巻線の一方の巻線と他方の巻線との間の結合係数との積、および前記第２インバータの直流側電圧の差が予め定められた値より大きいときに、
前記第３リレースイッチおよび前記第６リレースイッチをＯＮし、前記第４リレースイッチおよび前記第５リレースイッチをＯＦＦする、
請求項９に記載の充電装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、給電装置、充電装置、充放電装置、充放電システムおよび制御方法に関する。
続きを表示（約 4,100 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラル実現に向けた再生可能エネルギーの導入の拡大に伴い、不安定な再生可能エネルギー発電電力を平滑し、商用電源系統を安定化する技術の重要性が高まっている。例えば蓄電池を活用した電力需給の平滑化などである。中でも近年普及拡大が著しい電気自動車などの電動車両が搭載する蓄電池を活用したＶ２Ｘ（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＸ）システムに関する技術が注目されている。Ｖ２Ｘシステムの一形態であるＶ２Ｈ（ＶｅｈｉｃｌｅｔｏＨｏｍｅ）システムでは、電動車両が搭載するバッテリを住宅内の配電線につなぎ、住宅内配電線からバッテリを充電したり、バッテリの電力を住宅内配電線に給電したりすることができる。例えば昼間、太陽光発電システムの発電電力が消費電力よりも大きい時には、その余剰電力を電動車両のバッテリに蓄電する。夜間など太陽光発電システムの発電電力が無く消費電力の方が大きい時には、電動車両のバッテリの電力を住宅内に供給することで、太陽光発電システムの発電電力の商用電源系統への売電を減らすとともに、商用電源系統から住宅内への電力供給を減らすことができ、電力需給を平滑化することができる。
【０００３】
しかしながら、Ｖ２Ｘシステムを構成するためには、電動車両とは別に、電動車両が搭載するバッテリを充放電するためのＶ２Ｘ装置が必要である。Ｖ２Ｘ装置は、一般的に、絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータとインバータとで構成される充放電部と、ＡＣ電源系統に異常があった場合に充放電部とＡＣ電源系統とを切り離し両者を保護する系統連系保護部とで構成されている。そのため、Ｖ２Ｘシステムを構成するには、システムが複雑で高価であることから、広く普及するまでには至っていない。
【０００４】
この問題を改善する技術として、例えば特許文献１には、二重三相モータを駆動する第１インバータおよび第２インバータと、ＡＣ電源系統からの電力をＤＣ電力に変換して第２インバータへ供給するコンバータとを備え、ＡＣ電源系統からバッテリを充電する時に、二重三相モータを絶縁トランスとして使い、第１のインバータおよび第２インバータとともに絶縁型ＤＣ－ＤＣコンバータとして機能させることで、電動車両における絶縁機能付加に伴う部品機構の複雑化、大型化を抑えながら、外部充電装置の絶縁機能を不要として、充電システムを簡易にする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６０７９４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の充電装置は、ＡＣ電源系統から電動車両内のバッテリを充電できるが、バッテリの電力をＡＣ電源系統へ給電（放電）することができなかった。そのため前述のＶ２Ｘシステムを構成するためには別体のＶ２Ｘ装置が必要となり、Ｖ２Ｘシステムが複雑で、大型になるという問題があった。また、別体のＶ２Ｘ装置を用いた充放電においては、電動車両内のバッテリ制御部とＶ２Ｘ装置内の充放電制御部との間で、通信によるシーケンス制御が必要となり、装置間の相性によって通信異常が発生すると充放電ができないという問題があった。
【０００７】
本開示は、上記した事情に鑑みてなされたもので、簡易な構成で、ＡＣ電源からバッテリへの充電だけでなくバッテリからＡＣ電源への給電（放電）が可能な給電装置、充電装置、充放電装置、充放電システムおよび制御方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様は、バッテリからの電力を交流電力供給源へ給電する給電装置であって、多重巻線を有するモータと、前記多重巻線のうち第１巻線と前記バッテリとの間に接続され、前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第１インバータと、前記多重巻線のうち第２巻線に接続され、前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には前記モータが出力する交流電力を直流電力に変換して出力する第２インバータと、一方に前記交流電力供給源が接続され、外部指令により前記交流電力供給源との接続を開閉する連系リレーと、前記連系リレーの他方に接続され、前記第２インバータが出力する直流電力を交流電力に変換して前記連系リレーを介して前記交流電力供給源へ出力する第３インバータと、一方が前記第２インバータの直流側に接続され、他方が前記第３インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第２インバータの直流側と前記第３インバータの直流側との接続を開閉する第１リレースイッチと、前記交流電力供給源の電圧および周波数を計測する計測部と、前記バッテリの状態を監視するバッテリ監視部と、前記計測部および前記バッテリ監視部の出力が入力され、当該入力に基づいて前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記第３インバータおよび前記連系リレーへ駆動信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バッテリからの電力を前記交流電力供給源へ給電する場合には、前記第１リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチに出力し、前記計測部が計測した前記交流電力供給源の電圧および周波数が所定の範囲内である場合に、前記連系リレーの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記連系リレーに出力する、給電装置である。
【０００９】
また、本開示の一態様は、交流電力供給源からの電力でバッテリを充電する充電装置であって、多重巻線を有するモータと、前記多重巻線のうち第１巻線と前記バッテリとの間に接続され、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には前記モータが出力する交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力する第１インバータと、前記多重巻線のうち第２巻線に接続され、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第２インバータと、一方に前記交流電力供給源が接続され、外部指令により前記交流電力供給源との接続を開閉する連系リレーと、前記連系リレーの他方に接続され、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には前記連系リレーを介して接続された前記交流電力供給源からの交流電力を直流電力に変換して出力する第３インバータと、一方が前記第２インバータの直流側に接続され、他方が前記第３インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第２インバータの直流側と前記第３インバータの直流側との接続を開閉する第１リレースイッチと、前記交流電力供給源の電圧および周波数を計測する計測部と、前記バッテリの状態を監視するバッテリ監視部と、前記計測部および前記バッテリ監視部の出力が入力され、当該入力に基づいて前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記第３インバータおよび前記連系リレーへ駆動信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電力供給源からの電力で前記バッテリを充電する場合には、前記第１リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチに出力し、前記計測部が計測した前記交流電力供給源の電圧および周波数が所定の範囲内である場合に、前記連系リレーの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記連系リレーに出力する、充電装置である。
【００１０】
また、本開示の一態様は、バッテリと交流電力供給源との間で充放電する充放電装置であって、多重巻線を有するモータと、前記多重巻線のうち一方の巻線と前記バッテリとの間に接続され、前記バッテリを充電する場合には前記モータが出力する交流電力を直流電力に変換して前記バッテリに出力し、前記バッテリを放電する場合には前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力する第１インバータと、前記多重巻線のうち他方の巻線に接続され、前記バッテリを充電する場合には直流電力を交流電力に変換して前記モータに出力し、前記バッテリを放電する場合には前記モータが出力する交流電力を直流電力に変換して出力する第２インバータと、一方に前記交流電力供給源が接続され、外部指令により前記交流電力供給源との接続を開閉する連系リレーと、前記連系リレーの他方に接続され、前記バッテリを充電する場合には前記連系リレーを介して接続された前記交流電力供給源からの交流電力を直流電力に変換して出力し、前記バッテリを放電するときは前記第２インバータが出力する直流電力を交流電力に変換して前記連系リレーを介して前記交流電力供給源へ出力する第３インバータと、一方が前記第２インバータの直流側に接続され、他方が前記第３インバータの直流側に接続され、外部指令により前記第２インバータの直流側と前記第３インバータの直流側との接続を開閉する第１リレースイッチと、前記交流電力供給源の電圧および周波数を計測する計測部と、前記バッテリの状態を監視するバッテリ監視部と、前記計測部および前記バッテリ監視部の出力が入力され、当該入力に基づいて前記第１インバータ、前記第２インバータ、前記第３インバータおよび前記連系リレーへ駆動信号を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バッテリと前記交流電力供給源との間で充放電する場合には、前記第１リレースイッチの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記第１リレースイッチに出力し、前記計測部が計測した前記交流電力供給源の電圧および周波数が所定の範囲内である場合に、前記連系リレーの接続を閉じる駆動信号を前記外部指令として前記連系リレーに出力する、充放電装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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