JP6852661B2

JP6852661B2 - 充電装置

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Publication number: JP6852661B2
Application number: JP2017232400A
Authority: JP
Inventors: 圭内田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: JP2019103263A

Description

本発明は、充電装置に関する。

充電装置から二次電池へ高電力を出力するために、充電装置は、並列接続した複数の充電器を備えることがある。並列接続した複数の充電器からの総出力電力を制御するための総電力指令の値は、各充電器に入力する系統電力のフリッカを抑制するために、目標総電力値まで階段状に上昇あるいは下降するように設定される。また、入力した系統電力から生成される総出力電力の効率を向上させるために、総電力指令値に対応する総出力電力が可及的に少ない数の充電器によって生成されるように、分配マップに従って複数の充電器に総電力指令値は分配される。各充電器は、入力した電力指令値に対する所定の追随性能を有し、入力した電力指令値に対応する出力電力を追随性能に従って出力する。

なお、関連する技術として特許文献１及び２に記載の技術が知られている。

特開２０１６−８６６０９号公報特開２０１５−７０６６１号公報

しかしながら、総出力電力が可及的に少ない数の充電器によって生成されるように総電力指令値を分配マップに従って複数の充電器に分配すると、充電装置全体の応答性能は、動作する（出力電力を上昇させる）充電器の追随性能の合成分しか得られない。この結果、充電装置１からの総出力電力が目標総電力に到達するまでに時間がかかる。

本発明の一側面に係る目的は、フリッカ制御を行いつつ目標総電力に対する応答性能が向上した充電装置を提供することである。

本発明に係る一つの形態である充電装置は、２つの充電器と、フリッカ制御部と、分配部と、再分配部とを備える。２つの充電器は、並列接続し、入力した電力指令値に従った出力電力を出力する。フリッカ制御部は、２つの充電器からの総出力電力を制御する総電力指令値を最大指令幅毎に階段状に目標総電力値まで上昇させて出力する。分配部は、分配マップに従って、目標総電力値を２つの充電器に分配した各充電器の目標電力値を出力する。分配マップにおいて、総出力電力値が２つの充電器の内の第１の充電器の最大可能出力値以下である場合には、総出力電力値が第１の充電器に割り当てられる。また、分配マップにおいて、総出力電力値が第１の充電器の最大可能出力値を超える場合には、最大可能出力値が第１の充電器に割り当てられ、総出力電力値から最大可能出力値を減算した残余電力値が２つの充電器の内の第２の充電器に割り当てられる。再分配部は、２つの充電器の目標電力値がゼロよりも大きく、分配マップに従って総電力指令値を２つの充電器に分配すると２つの充電器の内の１つの充電器へ出力する電力指令値がゼロになる場合、総電力指令値を２つの充電器に分配した各充電器の電力指令値として、ゼロよりも大きい電力指令値を２つの充電器へ出力する。

本発明に係る一つの形態である充電装置は、フリッカ抑制のために階段状に上昇する総電力指令値が目標総電力値に到達するまでの過程において、目標電力値がゼロではない各充電器から電力を出力することで、総出力電力が目標電力に到達するまでの時間を短縮する。それ故、本発明に係る一つの形態である充電装置によれば、フリッカ制御を行いつつ、目標総電力に対する応答性能を向上することができる。

実施形態に従った充電装置によれば、フリッカ制御を行いつつ目標総電力に対する応答性能を向上することができる。

実施形態に従った充電装置の構成例を示す図である。実施形態に従った総電力指令制御の一例の説明図である。実施形態に従った分配マップの一例を示す図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、実施形態に従った充電装置の構成例を示す図である。図１に示す構成例では、充電装置１は、例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド車、又は電動フォークリフト等の車両に、二次電池２及び車両制御部３と共に搭載される。

図１に示すように、充電装置１は、複数の充電器１１、フリッカ制御部１２、分配部１３、及び再分配部１４を備える。なお、図１には２つの充電器１１が示されているが、充電装置１は３つ以上の充電器１１を備えてもよい。

複数の充電器１１は、並列接続し、入力した電力指令値に従った出力電力を出力する。具体的には、各充電器１１は、入力した交流電力を直流電力に変換して出力し得る最大可能出力値を有し、各充電器１１には、当該充電器１１の最大可能出力値以下の電力指令値が入力する。なお、各充電器１１の最大可能出力値は異なってもよいが、以下では、各充電器１１の最大可能出力値が同じであるものとして説明する。各充電器１１は、入力した電力指令値に対する所定の追随性能を有し、入力した電力指令値に対応する出力電力を追随性能に従って出力する。

図１に示すように、各充電器１１は、充電器制御部１１１及びＡＣ／ＤＣ（Alternating Current/Direct Current）コンバータ１１２を備える。充電器制御部１１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）等）により構成される。充電器制御部１１１は、入力した電力指令値に従ってＡＣ／ＤＣコンバータ１１２の動作を制御する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１２は、充電器制御部１１１の制御に従って、電力系統４から入力した交流電力を、電力指令値に対応した直流電力に変換して出力する。こうして、並列接続した充電器１１から二次電池２へ直流電力が出力される。

フリッカ制御部１２、分配部１３、及び再分配部１４は、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤ等）により構成される。
充電装置１が二次電池２を充電する場合、フリッカ制御部１２には、並列接続した複数の充電器１１が二次電池２へ出力する目標総電力値に対応する車両電力指令値が車両制御部３から入力する。目標総電力値とは、並列接続した充電器１１、すなわち充電装置１がフリッカ制御に従って二次電池２へ最終的に出力する電力値を指す。車両制御部３は、車両の走行等を制御する装置であり、例えば、ＣＰＵ、マルチコアＣＰＵ、又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡやＰＬＤ等）により構成される。図２に示すように、フリッカ制御部１２は、複数の充電器１１からの総出力電力を制御する総電力指令値を最大指令幅毎に階段状に目標総電力値まで上昇あるいは下降させて出力する。

図２は、実施形態に従った総電力指令制御の一例の説明図である。図２に示すように、系統電力のフリッカを抑制するために、総電力指令値を階段状に変化させる最大指令幅ΔＷが設定される。フリッカ制御部１２は、出力する総電力指令値を最大指令幅ΔＷ毎に上昇させ、上昇させた総電力指令値を一定時間維持する。総電力指令値が維持される時間は、最大指令幅ΔＷに追随して出力電力を上昇させる充電器１１の追随性能に従い得る。フリッカ制御部１２は、こうした制御を繰り返すことで、車両電力指令値が示す目標総電力値まで総電力指令値を階段状に生成して出力する。なお、図２は目標総電力値に向って上昇させる図を示したが、下降させる場合も同様に最大指令幅ΔＷ毎に下降させ、一定時間維持する制御を繰り返す。

また、充電装置１が二次電池２を充電する場合、分配部１３には、目標総電力値を表す車両電力指令値が車両制御部３から入力する。分配部１３は、目標総電力値を複数の充電器１１に分配した各充電器１１の目標電力値を、図３に示すような所定の分配マップに従って計算して出力する。各充電器１１の目標電力値とは、充電装置１が目標総電力を二次電池２へ出力した場合に、並列接続した各充電器１１が出力する電力値を指す。

図３は、実施形態に従った分配マップの一例を示す図であり、充電装置１が２つの充電器１１を備える場合の分配マップの一例である。図３に示す分配マップでは、総出力電力値が２つの充電器１１の内の第１の充電器１１の最大可能出力値Ａ[Ｗ]以下である場合には、総出力電力値の全てが第１の充電器１１に割り当てられる。また、総出力電力値が第１の充電器１１の最大可能出力値Ａ[Ｗ]を超える場合には、最大可能出力値Ａ[Ｗ]が第１の充電器１１に割り当てられ、総出力電力値から最大可能出力値Ａ[Ｗ]を減算した残余電力値が２つの充電器１１の内の第２の充電器１１に割り当てられる。このように、充電装置１が備える複数の充電器１１の内、第１の充電器１１には、分配マップに従って電力指令値が優先して割り当てられる。また、複数の充電器１１の内、第２の充電器１１には、分配マップに従って第１の充電器１１に劣後して電力指令値が割り当てられる。

なお、充電装置１が任意の複数の充電器１１を備える場合、分配マップは以下のように設定されてもよい。すなわち、総出力電力値が複数の充電器１１の内の１つ以上の第１の充電器１１の最大可能出力値の合計値以下である場合には、総出力電力値を該１つ以上の第１の充電器１１の数で除算した値が該１つ以上の第１の充電器１１に割り当てられる。また、総出力電力値が１つ以上の第１の充電器１１の最大可能出力値の合計値を超える場合には、最大可能出力値が該１つ以上の第１の充電器１１に割り当てられ、総出力電力値から最大可能出力値の合計値を減算した残余電力値が複数の充電器１１の内の残余の１つの第２の充電器１１に割り当てられる。

前述したように、各充電器１１は、入力した電力指令値に対する所定の追随性能を有し、入力した電力指令値に対応する出力電力を追随性能に従って出力する。そこで、図２に示すような総電力指令制御において、充電装置１からの総出力電力が最大指令幅ΔＷ分上昇するために要する時間は、入力した電力指令値に従って出力電力を上昇させる充電器１１の数が多い程短くなる。したがって、入力した電力指令値に従って出力電力を上昇させる充電器１１の数が多い程、総出力電力が目標総電力に到達するまでにかかる時間は短くなり、目標総電力に対する充電装置１全体の応答性能は向上する。

しかしながら、フリッカ制御部１２が出力する総電力指令値が目標総電力値に到達するまでの過程で、図３に示すような分配マップに従って総電力指令値を複数の充電器１１に分配すると、目標電力値がゼロではない充電器１１へ出力する電力指令値がゼロになる場合がある。例えば、分配マップに従って総電力指令値を充電装置１が備える２つの充電器に分配すると、２つの充電器の内の１つの充電器へ出力する電力指令値がゼロになる場合がある。こうした場合、目標総電力に対する充電装置１全体の応答性能は、各充電器１１が所定の追随性能を有するにもかかわらず、動作する（出力電力を上昇させる）充電器１１の追随性能の合成分しか得られない。

より具体的には、例えば、図３に示すように、各充電器１１の最大可能出力値がＡ[Ｗ]であり、車両電力指令値に対応する目標総電力値がＢ[Ｗ]であると仮定する。この仮定において、フリッカ制御部１２が出力する総電力指令値が目標総電力値Ｂ[Ｗ]に到達した場合、充電装置１が備える２つの充電器１１の内、第１の充電器１１に対する電力指令値は、該第１の充電器１１の最大可能出力値Ａ[Ｗ]である。また、第２の充電器１１に対する電力指令値は、Ｂ［Ｗ］からＡ[Ｗ]を減算したＣ［Ｗ］である。このように、総電力指令値が目標総電力値Ｂ［Ｗ］に到達した場合には各充電器１１の出力電力はゼロよりも大きくなるため、各充電器１１の目標電力値はゼロよりも大きい。しかしながら、総電力指令値が目標総電力値Ｂ[Ｗ]に達する以前のＡ[Ｗ]以下において（Ａ［Ｗ］に到達する過程において）分配マップに従うと、総電力指令値は第１の充電器１１のみに割り当てられ、第２の充電器１１には割り当てられない。すなわち、第１の充電器１１の電力指令値は総電力指令値の上昇と共に上昇し、第２の充電器１１の電力指令値はゼロである。このため、充電装置１の総出力電力は、総電力指令値がＡ[Ｗ]を超えるまでは、第１の充電器１１の追随性能にのみ依存して上昇する。また、総電力指令値がＡ[Ｗ]を超えて目標総電力値Ｂ[Ｗ]に到達するまでにおいて分配マップに従うと、第１の充電器１１の電力指令値は第１の充電器１１の最大可能出力値Ａ[Ｗ]に維持され、第２の充電器１１の電力指令値はＣ[Ｗ]まで上昇する。このため、充電装置１の総出力電力は、総電力指令値がＡ[Ｗ]を超えて目標総電力値Ｂ[Ｗ]に到達するまでは、第２の充電器１１の追随性能にのみ依存して上昇する。このように、目標総電力に対する充電装置１全体の応答性能は、各充電器１１が所定の追随性能を有するにもかかわらず、動作する（出力電力を上昇させる）充電器１１の追随性能の合成分（この場合１台分のみの追従性能）しか得られない。

そこで、フリッカ制御部１２が出力する総電力指令値が目標総電力値に到達するまでの過程において、再分配部１４は、充電装置１が備える各充電器１１に総電力指令値を以下の説明のように分配し、各充電器１１の電力指令値を出力する。

再分配部１４には、フリッカ制御部１２が出力した総電力指令値と、分配部１３が出力した各充電器１１の目標電力値とが入力する。入力した２つ以上の充電器１１の目標電力値がゼロよりも大きい場合、再分配部１４は、入力した総電力指令値を分配マップに従って複数の充電器１１に分配すると複数の充電器１１の内の１つの充電器１１以外の充電器１１へ出力する電力指令値がゼロになるか否かを判定する。例えば、再分配部１４は、分配マップに従って総電力指令値を２つの充電器１１に分配すると２つの充電器１１の内の１つの充電器へ出力する電力指令値がゼロになるか否かを判定する。

分配マップに従うと１つの充電器１１以外の充電器１１へ出力する電力指令値がゼロになる場合、再分配部１４は、総電力指令値を複数の充電器１１に分配した各充電器１１の電力指令値として、ゼロよりも大きい電力指令値を、目標電力値がゼロよりも大きい２つ以上の充電器１１へ出力する。例えば、分配マップに従うと２つの充電器１１の内の１つの充電器１１へ出力する電力指令値がゼロになる場合、再分配部１４は、総電力指令値を２つの充電器１１に分配した各充電器１１の電力指令値として、ゼロよりも大きい電力指令値を２つの充電器１１へ出力する。

具体的には、再分配部１４は、充電装置１が備える各充電器１１の電力指令値を式(1)及び式(2)に従い計算して出力する。
１つ以上の第２の充電器１１の内の各第２の充電器１１の電力指令値＝ｍｉｎ（総電力指令値／目標電力値がゼロではない充電器１１の数，各第２の充電器１１の目標電力値）・・・(1)
第１の充電器１１の電力指令値＝総電力指令値−１つ以上の第２の充電器１１の電力指令値の総和・・・(2)

例えば、充電装置１が２つの充電器１１を備える場合、式(1)は式(3)のように表され、式(2)は式(4)のように表される。
第２の充電器１１の電力指令値＝ｍｉｎ（総電力指令値／２，第２の充電器１１の目標電力値）・・・(3)
第１の充電器１１の電力指令値＝総電力指令値−第２の充電器の電力指令値・・・(4)

式(3)及び式(4)の計算によって、再分配部１４は、総電力指令値を２で除算した値が第２の充電器１１の目標電力値を超えるまで、総電力指令値を２で除算した値を電力指令値として２つの充電器１１へ出力する。そして、総電力指令値を２で除算した値が第２の充電器１１の目標電力値を超えると、再分配部１４は、第２の充電器１１の目標電力値を第２の充電器１１へ電力指令値として出力する。また、再分配部１４は、第２の充電器１１の目標電力値を総電力指令値から減算した残余電力値を第１の充電器１１へ電力指令値として出力する。

このように、充電装置１は、フリッカ抑制のために階段状に上昇する総電力指令値が目標総電力値に到達する過程において、目標電力値がゼロではない各充電器１１が電力を出力するようにすることで、総出力電力が目標電力に到達するまでの時間を短縮する。したがって、実施形態に従った充電装置によれば、フリッカ制御を行いつつ、目標総電力に対する応答性能を向上することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１充電装置
２二次電池
３車両制御部
４電力系統
１１充電器
１２フリッカ制御部
１３分配部
１４再分配部
１１１充電器制御部
１１２ＡＣ／ＤＣコンバータ

Claims

並列接続し、入力した電力指令値に従った出力電力を出力する２つの充電器と、
前記２つの充電器からの総出力電力を制御する総電力指令値を最大指令幅毎に階段状に目標総電力値まで上昇させて出力するフリッカ制御部と、
総出力電力値が前記２つの充電器の内の第１の充電器の最大可能出力値以下である場合には前記総出力電力値を前記第１の充電器に割り当て、前記総出力電力値が前記第１の充電器の最大可能出力値を超える場合には前記最大可能出力値を前記第１の充電器に割り当て、前記総出力電力値から前記最大可能出力値を減算した残余電力値を前記２つの充電器の内の第２の充電器に割り当てる分配マップに従って、前記目標総電力値を前記２つの充電器に分配した各充電器の目標電力値を出力する分配部と、
前記２つの充電器の前記目標電力値がゼロよりも大きく、前記分配マップに従って前記総電力指令値を前記２つの充電器に分配すると前記２つの充電器の内の１つの充電器へ出力する前記電力指令値がゼロになる場合、前記総電力指令値を前記２つの充電器に分配した前記各充電器の前記電力指令値として、ゼロよりも大きい前記電力指令値を前記２つの充電器へ出力する再分配部と
を備えることを特徴とする充電装置。
請求項１に記載の充電装置であって、
前記２つの充電器の前記目標電力値がゼロよりも大きく、前記分配マップに従って前記総電力指令値を前記２つの充電器に分配すると前記１つの充電器へ出力する前記電力指令値がゼロになる場合、前記再分配部は、前記総電力指令値を２で除算した値を前記２つの充電器へ出力する
ことを特徴とする充電装置。
請求項２に記載の充電装置であって、
前記総電力指令値を２で除算した値が前記第２の充電器の前記目標電力値を超える場合、前記再分配部は、前記第２の充電器の前記目標電力値を前記第２の充電器へ出力し、前記第２の充電器の前記目標電力値を前記総電力指令値から減算した残余電力値を前記第１の充電器へ出力する
ことを特徴とする充電装置。
並列接続し、入力した電力指令値に従った出力電力を出力する複数の充電器と、
前記複数の充電器からの総出力電力を制御する総電力指令値を最大指令幅毎に階段状に目標総電力値まで上昇させて出力するフリッカ制御部と、
総出力電力値が前記複数の充電器の内の１つ以上の第１の充電器の最大可能出力値の合計値以下である場合には前記総出力電力値を前記１つ以上の第１の充電器の数で除算した値を前記１つ以上の第１の充電器に割り当て、前記総出力電力値が前記１つ以上の第１の充電器の前記最大可能出力値の合計値を超える場合には前記最大可能出力値を前記１つ以上の第１の充電器に割り当て、前記総出力電力値から前記最大可能出力値の合計値を減算した残余電力値を前記複数の充電器の内の残余の１つの第２の充電器に割り当てる分配マップに従って、前記目標総電力値を前記複数の充電器に分配した各充電器の目標電力値を出力する分配部と、
前記複数の充電器の内の２つ以上の充電器の前記目標電力値がゼロよりも大きく、前記分配マップに従って前記総電力指令値を前記複数の充電器に分配すると前記複数の充電器の内の１つの充電器以外の充電器へ出力する前記電力指令値がゼロになる場合、前記総電力指令値を前記複数の充電器に分配した前記各充電器の前記電力指令値として、ゼロよりも大きい前記電力指令値を前記２つ以上の充電器へ出力する再分配部と
を備えることを特徴とする充電装置。