車両間充電装置
【課題】急速充電用のＤＣ／ＤＣコンバータを用いず、救援対象車両のバッテリーに適した充電電流を供給可能であり、低コストかつ小型の車両間充電装置を提供する。
【解決手段】バッテリーＢＡＴ１と、インバータＩＮＶと、インバータＩＮＶにより駆動される車両駆動用のモータＭ１と、バッテリーＢＡＴ１の管理機能，インバータＩＮＶの制御機能，他の救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２への充電制御機能を備えた制御装置ＣＯＮＴ１と、を備えた救援車両１０１により、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２を充電する車両間充電装置において、モータＭ１の中性点とインバータＩＮＶの正負直流母線の一方とから出力される充電電流をバッテリーＢＡＴ２に供給し、かつ、バッテリーＢＡＴ２に充電するための制御信号を制御装置ＣＯＮＴ１と救援対象車両１０２との間で送受信する標準化されたコネクタ４ｓ，４ｒ、ケーブル５を備える。
【解決手段】バッテリーＢＡＴ１と、インバータＩＮＶと、インバータＩＮＶにより駆動される車両駆動用のモータＭ１と、バッテリーＢＡＴ１の管理機能，インバータＩＮＶの制御機能，他の救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２への充電制御機能を備えた制御装置ＣＯＮＴ１と、を備えた救援車両１０１により、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２を充電する車両間充電装置において、モータＭ１の中性点とインバータＩＮＶの正負直流母線の一方とから出力される充電電流をバッテリーＢＡＴ２に供給し、かつ、バッテリーＢＡＴ２に充電するための制御信号を制御装置ＣＯＮＴ１と救援対象車両１０２との間で送受信する標準化されたコネクタ４ｓ，４ｒ、ケーブル５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されて他の車両のバッテリーを充電する車両間充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるバッテリー上がりで自走できなくなった電気自動車等の車両（以下、救援対象車両という）を、バッテリー残量が十分にある電気自動車またはハイブリッド自動車等の車両（以下、救援車両という）により救援するため、車両間で充放電する従来技術として、特許文献１に記載された発明がある。
【０００３】
上記従来技術を、以下に説明する。
図１９は、自車のバッテリー残量が十分にある救援車両１０１が、バッテリーの切れた救援対象車両１０２を充電する主回路構成を示している。
まず、両車のバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２を接続する際に発生する突入電流を抑制するため、ケーブル５を接続した後リレーＲＹ２ａ，ＲＹ３ａとＲＹ２ｂ，ＲＹ３ｂとをそれぞれ導通させ、突入電流防止抵抗１を利用して予備充電を開始する。その後、リレーＲＹ１ａ，ＲＹ１ｂを導通させてバッテリーＢＡＴ１からバッテリーＢＡＴ２への主充電が開始される。なお、１１はコネクタである。
【０００４】
また、車両外部へ電力を供給する従来技術としては、特許文献２に記載された発明がある。
この従来技術は、内燃機関と、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の回転電機と、からなる発電装置を備えており、第１の回転電機は、内燃機関のクランク軸に回転軸が結合され、内燃機関の出力を用いて発電する。また、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の回転電機と、第１，第２の回転電機にそれぞれ対応して設けられる第１，第２のインバータと、電気負荷へ電力を出力するための電圧差を第１の多相巻線の第１の中性点と第２の多相巻線の第２の中性点との間に発生するように第１，第２のインバータを制御するインバータ制御部と、第１，第２の中性点に接続され、第１，第２の中性点から電気負荷へ電力を出力するための電力出力部と、を有する電力変換部を備えている。
前記制御部は、第１の回転電機の発電量が電力変換部から外部の電気負荷へ出力される電力量とほぼ同等となるように、第１の回転電機の発電量を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５２５４７号公報（段落[００１０]〜[００２１]、図１等）
【特許文献２】特許第４４１２２７０号公報（段落[００２２] ，[００２７]〜[００５５]、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る従来技術では、充電時の突入電流を抑えるためにプリチャージ回路が必要であり、コストや占有スペースが増大する。また、充電電流は救援車両と救援対象車両のバッテリー仕様、更には、バッテリーのＳＯＣ（充電状態）やＳＯＨ（劣化状態）に依存しており、適切なプリチャージ抵抗値や充電電流許容値を超えないようなメインリレーの投入タイミングを予め知ることは困難である。つまり、異なる車種間では、この従来技術を適用できない懸念がある。
更に、この従来技術では充電量を制御できないため、救援対象車両が最寄りの充電ステーションまで自走するのに必要最低限な充電量を充電する、といった運用ができない。
【０００７】
また、特許文献２に係る従来技術では、電力変換器を別途追加することなく外部負荷に供給する電流を制御することが可能であるが、２組の回転電機（モータ）及びインバータが必要になり、コストの増大や装置の大型化を招く。
一方、他の手段としては、標準規格に準拠する急速充電器を搭載した救援車両を使用することが考えられる。しかしながら、これによると急速充電用のＤＣ／ＤＣコンバータが別途必要になり、コスト高やスペースの圧迫を招く等の問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の解決課題は、プリチャージ回路や急速充電用のＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いず、救援対象車両のバッテリーに適した充電電流を供給可能であると共に、低コストかつ小型化が可能な車両間充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの直流出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記コンバータ及び前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した車両間充電装置において、前記救援車両は、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機とを備え、かつ、前記発電機により前記救援車両のバッテリーを充電する充電制御機能を有するものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、前記救援車両は、前記救援対象車両のバッテリーに対する充電量を指定する機能を備えたものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、前記接続部が、標準化された急速充電用のコネクタを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、救援対象車両のバッテリーに対する充電回路を救援車両のモータ駆動回路と共用して充電電流を任意に制御することができる。これにより、プリチャージ回路を用いずに充電開始時の突入電流を抑えることができ、充電対象である救援対象車両のバッテリーに適した充電電流による充電が可能である。また、これらの機能を実現するために従来、別途に必要であった充電専用のＤＣ／ＤＣコンバータも不要になる。
従って、本発明によれば、小型かつ低コストにて急速充電器相当の充電機能を有する救援車両を提供することができる。
請求項２に係る発明によれば、請求項１の効果に加え、救援対象車両が必要とする充電電圧が救援車両のバッテリー電圧より高い場合にも充電が可能である。
請求項３に係る発明によれば、請求項１，２の効果に加え、エンジンによる発電により救援車両自身のバッテリーを充電することができる。このため、救援車両の航続距離の制約が緩和され、運用範囲を広げることができる。
請求項４に係る発明によれば、救援対象車両が最寄りの充電ステーションまで自走するのに必要最低限な充電量を指定して充電する等の柔軟な対応が可能になる。このため、短時間で応急的な充電が可能であることから救援時間を短くでき、救援車両の効率的な運用を行うことができる。
請求項５に係る発明によれば、標準化されたインターフェースを利用することができ、救援対象車両の車種を問わずに救援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態が適用される電気自動車駆動システムの構成図である。
【図５】図４におけるインバータ制御装置の構成図である。
【図６】図４における充電制御装置の構成図である。
【図７】本発明の実施形態における救援対象車両への充電動作を示すフローチャートである。
【図８】図７に対応するタイムチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態が適用される電気自動車駆動システムの構成図である。
【図１０】図３を具体化した救援車両の構成図である。
【図１１】図１０における自車充電装置の構成図である。
【図１２】３相インバータによるモータ駆動回路である。
【図１３】図１２に示す３相インバータの零相等価回路である。
【図１４】３相インバータによるモータ駆動回路である。
【図１５】図１４に示す３相インバータの零相等価回路である。
【図１６】図１２に示す回路を対象としたＰＷＭパルス制御ブロックを示す図である。
【図１７】図１６の動作説明図である。
【図１８】予め決められた充電電流によって救援対象車両を充電するためのＰＷＭパルス制御ブロックを示す図である。
【図１９】特許文献１に記載された従来技術の主回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図４は、本発明の第１実施形態が適用される電気自動車駆動システムの構成図である。このシステムは、電気自動車やハイブリッド自動車を救援車両として他の救援対象車両（電気自動車等）のバッテリーを充電するためのものである。
【００１７】
図４において、電気自動車駆動システムは、電気自動車を走行させるための永久磁石同期電動機等のモータＭ１、このモータＭ１を駆動する３相インバータＩＮＶ、バッテリーＢＡＴ１、制御装置ＣＯＮＴ１を備えている。また、１は突入電流防止用の抵抗器、２ａ，２ｂ，２ｃ，ＲＹ１，ＲＹ２はリレー、３はコンデンサ、４ｓは接続部としての標準化された急速充電用のコネクタ、７，７ｕ，７ｖ，７ｗは電流検出器、８，８ａは電圧検出器、１０は磁極位置検出器、Ｔ１１〜Ｔ１６は半導体スイッチング素子である。
一方、制御装置ＣＯＮＴ１は、バッテリー管理装置１００、インバータ制御装置３００、充電制御装置４００、上位制御装置５００を備えており、上位制御装置５００には外部の充電量設定器２００から救援対象車両の充電量設定値（目標充電量）が入力されている。
【００１８】
このシステムの概略的な動作は、以下のとおりである。
車両走行時において、リレーＲＹ１，ＲＹ２は開放状態であり、インバータＩＮＶは通常の３相インバータ動作によってモータＭ１を駆動する。
一方、図示されていない救援対象車両のバッテリーに充電電流を供給する時には、リレーＲＹ１，ＲＹ２を閉じ、モータＭ１の中性点と負側直流母線とをコネクタ４ｓを介して救援対象車両のバッテリーに接続する回路を構成する。
【００１９】
このように回路を構成することで、例えば特許第３２２３８４２号公報によれば、図１２に示す３相インバータの零相等価回路は図１３となり、降圧コンバータを構成することができる。図１３において、ＴＵはインバータＩＮＶの上アームのスイッチング素子に、ＴＢは同じく下アームのスイッチング素子に、ＬｚはモータＭ１の巻線のリアクトルにそれぞれ相当し、負荷は救援対象車両のバッテリーに相当する。
この回路の動作原理については、特許第３２２３８４２号公報に詳述されているため、ここでは省略する。
【００２０】
上述した特許第３２２３８４２号公報には、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１と、モータＭ１の中性点と負側直流母線との間の電位差Ｖ２と、上アームのオンデューティＤ１との間に、数式１の関係があることが記載されている。
【数１】
【００２１】
数式１によれば、上下アームのデューティを変えることで、モータＭ１の中性点と負側直流母線との間に接続される救援対象車両への供給電圧（充電電圧）を、０〜Ｖ１の間で任意の大きさに調整することができる。このことは、救援対象車両に対する充電電流を制御できることを意味し、定電流充電が可能である。従って、充電電圧の初期値を救援対象車両のバッテリー電圧に設定した状態でリレーＲＹ１，ＲＹ２を閉じれば、突入電流が発生することはない。
【００２２】
別の構成として、図１４のようにモータＭ１の中性点と正側直流母線との間に負荷（救援対象車両のバッテリー）を接続した場合、３相インバータの零相等価回路は図１５となり、同様に降圧コンバータを構成することができる。
つまり、モータＭ１の中性点とインバータＩＮＶの正負直流母線のいずれか一方との間から出力電圧を得ることにより、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１を入力とした降圧コンバータを構成することができる。
【００２３】
次に、図１２に示す回路を対象とした上下アームのデューティを変える手段について説明する。
図１６は、ＰＷＭパルス制御ブロックを示す図であり、ＳＷ１，ＳＷ２はスイッチ、９ｕ，９ｖ，９ｗは加減算器、１２はＰＷＭ生成器を示す。また、図１７はこのブロックによるＰＷＭパルス生成方法を示す図である。
図１７に示すように、ＰＷＭ生成器１２では、搬送波である三角波と信号波である電圧指令値ｖｚ＊，ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊との大小を比較し、ＰＷＭパルスを生成する。
【００２４】
上下アームのデューティを変える方法としては、図１６のように、モータ駆動用の交流電圧指令値ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊をスイッチＳＷ１により遮断し（ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊をそれぞれ零としてもよい）、一方、スイッチＳＷ２を閉じて各相に同一の電圧指令値ｖｚ＊を入力する。この結果、インバータＩＮＶの各相上下アームのスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６のオンオフは同一のパターンとなり、図１３に示した降圧コンバータを構成するスイッチング素子ＴＵ，ＴＢとして機能する。ここで、ｖｚ＊を制御すれば、上下アームのデューティを変えることができるのは明白である。
【００２５】
図１８は、予め決められた充電電流によって救援対象車両を充電するためのＰＷＭパルス制御ブロックを示す図である。
前述した降圧コンバータの出力電流（充電電流）検出値ｉｚｄｅｔを帰還量とした電流調節器ＡＣＲを構成し、その出力を各相に入力する相電圧指令値ｖｚ＊とすることで、予め決められた電流指令値Ｉｃ＊に従って救援対象車両のバッテリーを充電することができる。なお、９ａは加減算器である。
充電停止の判断手段としては、標準化された充電インターフェースを利用し、救援車両と救援対象車両との間で前記コネクタ４ｓを介して通信することにより救援対象車両に搭載されたバッテリーのＳＯＣを取得し、その数値が予め設定したＳＯＣに到達したら充電を停止すればよい。
【００２６】
次に、図９は、本発明の第２実施形態に係る電気自動車駆動システムの構成図である。
図４との相違点を中心に説明すると、この第２実施形態では、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータが付加されており、バッテリーＢＡＴ１の電圧をインバータＩＮＶの主回路のスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６の耐圧限度内で昇圧し、直流母線へ供給するように構成されている。
なお、６００は、制御装置ＣＯＮＴ２に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置である。
【００２７】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）は、インバータＩＮＶに並列接続されたスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２の直列回路と、リアクトルＬ１とによって構成されており、リアクトルＬ１はコンデンサ３の一端とスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２同士の直列接続点との間に接続されている。なお、３ａはスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２の直列回路に並列接続されたコンデンサ、７aは電流検出器である。
【００２８】
ここで、バッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１と直流母線電圧Ｖ３との間には数式２の関係があることが知られている。なお、便宜的に、上アームのオン時間Ｔ２１はスイッチング素子Ｔ２１と同一符号を使用する。
【数２】
この数式２と数式１との関係より、充電出力であるモータＭ１の中性点と負側直流母線との間の電位差Ｖ２は、数式３となる。
【数３】
【００２９】
すなわち、スイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２の上下アームのデューティ比と、スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６の上下アームのデューティ比とを変えることで、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１を任意の大きさの電圧に調整することができる。このことは、救援対象車両が必要とする充電電圧が救援車両のバッテリー電圧Ｖ１より高くても、救援対象車両のバッテリーに所要の充電電流を制御できることを意味しており、定電流急速充電することが可能である。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例を説明する。
図１は、請求項１，４，５に相当する本発明の第１実施例を示している。この第１実施例は、前述した図４の第１実施形態に基づいて構成されており、電流検出器、電圧検出器等の図示は省略してある。また、第１実施例に係る充電装置が搭載された車両を救援車両１０１とし、この救援車両１０１によってバッテリーが充電される車両を救援対象車両１０２とする。
【００３１】
救援車両１０１はコネクタ４ｓに急速充電用出力端子を備え、救援対象車両１０２のコネクタ４ｒの急速充電用入力端子に、ケーブル５を介して接続される。このケーブル５により、充電電流及び充電制御用の制御信号が伝送される。接続部としてのコネクタ４ｒ，４ｓの構造仕様、電気仕様及び通信仕様は、標準化された急速充電用の規格が採用されている。また、充電開始及び終了手順は、標準化された急速充電シーケンス仕様にて行われるものとする。
一方、救援対象車両１０２は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車であり、前記コネクタ４ｒと、リレー２ｄ，２ｅ、バッテリーＢＡＴ２、制御装置ＣＯＮＴｒを備えている。
【００３２】
次に、救援車両１０１の制御装置ＣＯＮＴ１の構成を、図４に基づいて説明する。
この制御装置ＣＯＮＴ１は、下位制御装置であるバッテリー管理装置１００、インバータ制御装置３００、充電制御装置４００と、これらを統合的に制御する上位制御装置５００とを備え、上位制御装置５００には、救援対象車両１０２への充電量を設定する充電量設定器２００が接続されている。これらの各装置は、Ａ／Ｄ変換機能、メモリ機能及び通信機能を有するマイクロコンピュータ及び液晶タッチパネル等により構成されている。
なお、ｃｏｍ，ｃｏｍ１，ｃｏｍ２，ｃｏｍ３は通信信号である。
【００３３】
上位制御装置５００は、車両の運転指令、充電開始指令、及び、充電量設定器２００により設定された救援対象車両１０２の充電量設定値を、下位制御装置（バッテリー管理装置１００、インバータ制御装置３００、充電制御装置４００）へ伝達する。
充電量設定器２００は、目標とする充電量設定値を入力とするヒューマンインタフェース装置であり、設定されたデータを上位制御装置５００へ伝送する。
バッテリー管理装置１００は、自車のバッテリーＢＡＴ１のＳＯＣやＳＯＨ等をモニタするモニタ手段、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２に対する充電仕様を伝送する手段からなる。
【００３４】
インバータ制御装置３００は、図５に示すように構成されている。
このインバータ制御装置３００は、通信信号処理ブロック３１０、モータ制御ブロック３２０、充電電流制御ブロック３３０、及び、スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６を駆動するゲート信号を発生するＰＷＭ生成器１２を備えている。
モータ制御ブロック３２０への入力信号は、救援車両１０１を駆動するモータＭ１のトルク指令値Ｔ＊、インバータ出力相電流検出値ｉｕｄｅｔ，ｉｖｄｅｔ，ｉｗｄｅｔ、モータＭ１の磁極位置検出信号θｄｅｔであり、充電電流制御ブロック３３０への入力信号は、救援対象車両１０２に対する充電電流指令値Ｉｃ＊、ＡＣＲホールド信号ｈｏｌｄ、及び、電流調節器ＡＣＲ３の出力電圧初期値ｖｚｉｎｉ＊である。
ここで、加減算器９ｃにより算出されるインバータ出力相電流検出値ｉｕｄｅｔ，ｉｖｄｅｔ，ｉｗｄｅｔの和ｉｚｄｅｔは充電電流検出値となり、充電電流指令値Ｉｃ＊との偏差が加減算器９ｂにより算出されて電流調節器ＡＣＲ３に入力されている。
【００３５】
モータ制御ブロック３２０は、ベクトル演算器３２１、ベクトル回転器３２２，３２３、電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２、加減算器９ｄ，９ｑ、スイッチＳＷ１を備えている。そして、ベクトル回転器３２２から出力される各相電圧指令値ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊に電圧指令値ｖｚ＊を加算して得た電圧指令値ｖｕ２＊，ｖｖ２＊，ｖｗ２＊がＰＷＭ生成器１２に入力され、その出力が３相インバータＩＮＶの６つのスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６を駆動するゲート信号となる。
【００３６】
救援車両１０１の通常走行状態では、モータ制御ブロック３２０が動作し、上位制御装置５００からトルク指令Ｔ＊を受けて、この指令Ｔ＊に対応したトルクを発生するようにベクトル演算器３２１によりｄ軸，ｑ軸のモータ電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊を演算する。電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２は、モータＭ１に３相交流電圧を印加するためのものであり、その制御方法として、永久磁石同期電動機を駆動するベクトル制御を用いる。このベクトル制御方法は周知であるため、ここでは詳述を省略する。
電圧指令値切替用のスイッチＳＷ１を閉じ、これらと相補の関係になっているスイッチＳＷ２を開くことにより、ＰＷＭ生成器１２がＰＷＭ演算を行う電圧指令値を、電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２の出力とする。
従って、通常走行状態においては通常の３相インバータによるモータ駆動となんら変わらない制御となる。
【００３７】
次に、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２を充電する動作について説明する。
この場合には、スイッチＳＷ２を閉じ、これと相補の関係になっているスイッチＳＷ１を開くことにより、ＰＷＭ生成器１２がＰＷＭ演算を行う電圧指令値を、充電電流制御ブロック３３０内の電流調節器ＡＣＲ３の出力とする。
電流調節器ＡＣＲ３の入力である充電電流指令値Ｉｃ＊は、コネクタ４ｒ，４ｓ経由の通信により救援対象車両１０２から得た許容充電電流値とする。
【００３８】
次いで、図４における充電制御装置４００について、図６に基づいて説明する。
図６に示すように、充電制御装置４００は、初期電圧検出部４０１、通信信号処理部４０２，４０３、充電シーケンス制御装置４０４から構成されている。
すなわち、充電制御装置４００は、上位制御装置５００からの充電開始信号及び目標充電量ＳＯＣ＊（通信信号ｃｏｍ１）、救援対象車両１０２との双方向通信信号ｃｏｍ、救援対象車両１０２のバッテリー電圧検出値ＶＢＡＴ２ｄｅｔを入力とし、充電電流指令値及び充電初期電圧を、上位制御装置５００を経由してインバータ制御装置３００へ出力する。通信信号処理部４０２は、充電開始のタイミングで充電シーケンス制御装置４０４に対するｈｏｌｄ信号を解除し、充電電流を救援対象車両１０２へ通流する指令をインバータ制御装置３００に与える。上述した充電制御装置４００の機能は必要最低限であるが、搭載機能は標準化された急速充電仕様に適合させることが望ましい。
【００３９】
これらの制御ブロックにより図７に示すフローチャートを実行することで、救援車両１０１から救援対象車両１０２への充電が可能である。
図７は、この実施例における救援対象車両１０２への充電動作を示すフローチャートである。救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２の電圧を検出し、この電圧を電流調節器ＡＣＲ３の積分器にプリセットしてリレーＲＹ１，ＲＹ２を閉じ、ｈｏｌｄ信号の解除を待って電流調節器ＡＣＲ３を動作させる（ステップＳ１〜Ｓ６）。そして、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２のＳＯＣが設定値を超えたら、電流調節器ＡＣＲ３の電流指令値を零に設定し、リレーＲＹ１，ＲＹ２を開いて電流調節器ＡＣＲ３の動作を停止すると共に、充電完了信号を救援対象車両１０２に送信する（ステップＳ７〜Ｓ１１）。
なお、図８は、図７に対応するタイムチャートであり、（１）充電電流Ｉｃ、（２）充電電圧Ｖｏｕｔ、（３）バッテリーＢＡＴ２の電圧を示している。
【００４０】
次に、図２は請求項２に相当する本発明の第２実施例を示している。この第２実施例は、前述した図９の第２実施形態に基づいて構成されており、電流検出器、電圧検出器等の図示は省略してある。
図２の第２実施例が図１の第１実施例と異なる点は、図９において説明したように、救援車両１０１のバッテリーＢＡＴ１の電圧を昇圧コンバータにより昇圧する機能が付加されている点である。
第２実施例における救援車両１０１の制御装置ＣＯＮＴ２の構成は、前述した図９に示したとおりであり、充電制御方法は、以下の説明を除いて第１実施例と同様である。
【００４１】
前述した数式３より、救援車両１０１からの充電出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ側の上下アームスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２のデューティと、３相インバータＩＮＶ側の上下アームスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３及びＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６のデューティとの双方によって制御可能であるが、３相インバータＩＮＶ側の上下アームのデューティを制御して充電電流制御を行うため、ＤＣ／ＤＣコンバータ側の上下アームのデューティは固定とする。その固定値は、直流母線電圧が救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２の充電終止電圧Ｖｅｎｄとなる値とする。この結果、前述した数式３より、充電出力電圧は数式４となる。
【数４】
このような制御を行うことで、第１実施例により説明した充電制御方法を適用することができ、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２の電圧が救援車両１０１のバッテリーＢＡＴ１の電圧より高い場合にも充電可能である。
なお、昇圧コンバータの制御方法は周知であるため、説明を省略する。
【００４２】
次いで、図３は請求項３に相当する本発明の第３実施例を示している。
この第３実施例と第１，第２実施例との相違点は、救援車両１０１内に、エンジン７００、発電機８００と、自車のバッテリーＢＡＴ１を充電するための自車充電装置９００とを付加した点である。
【００４３】
図１０は、図３を具体化した救援車両１０１の構成を示す制御ブロック図である。
エンジン７００は発電指令により起動され、予め設定された回転数で動作し、機械軸６を介して発電機８００を駆動する。発電機８００は、３相交流同期発電機とする。
【００４４】
図１１は、自車の充電を行う自車充電装置９００の構成を示している。
自車充電装置９００は、発電機８００の３相交流出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから入力された電流を整流するダイオードＤ１〜Ｄ６からなる整流回路、自車のバッテリーＢＡＴ１の正極ＢＡＴ１（＋）、負極ＢＡＴ１（−）に充電電流を供給するスイッチング素子ＴＵ２，ＴＢ２、バッテリーＢＡＴ１のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算手段９０１、演算されたＳＯＣに基づいて充電電流を決定する充電電流決定手段９０２、決定した充電電流にて電流を制御する電流調節器９０４及びＰＷＭ生成器９０５、演算されたＳＯＣに基づきエンジン７００の発電指令を出力し、その起動、停止を制御するエンジン起動、停止判定手段９０３から構成されている。３ｂ，３ｃはコンデンサ、Ｌ２はリアクトル、７ｂは電流検出器、９ｅは加減算器である。
【００４５】
ＳＯＣ演算手段９０１は、バッテリーＢＡＴ１の充放電電流を計測して電流値を積算することでＳＯＣを演算する。ＶＢＡＴ１ｄｅｔはバッテリーＢＡＴ１の電圧検出値、ｉＢＡＴ１ｄｅｔはバッテリーＢＡＴ１の電流検出値である。なお、ＳＯＣを演算する具体的な方法は、例えば特開２００５−３５４８２５号公報等に開示されているので、詳述は省略する。
充電電流決定手段９０２は、ＳＯＣに対するバッテリーＢＡＴ１の充電電流受け入れ特性から充電電流を決定する。
エンジン起動、停止判定手段９０３は、予め決められたＳＯＣを閾値とし、ＳＯＣ演算手段９０１により演算されたＳＯＣが閾値以上のときにエンジン７００を停止し、閾値未満のときにエンジン７００を起動する信号Ｅｇｃｔｒを出力する。
【００４６】
この第３実施例によれば、上述した機能を付加することにより、第１，第２実施例により説明した救援対象車両１０２に対する充電が可能であることに加え、救援車両１０１のバッテリーＢＡＴ１を自車に搭載されたエンジン７００によって充電することができる。
【００４７】
なお、本発明は、救援対象車両１０２が電気自動車やハイブリッド自動車である場合だけでなく、通常のガソリン自動車や電動式自転車である場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１：抵抗器
２ａ，２ｂ，２ｃ：リレー
３，３ａ，３ｂ，３ｃ：コンデンサ
４，４ｓ，４ｒ：標準化された急速充電用コネクタ
５：ケーブル
６：機械軸
７，７ａ，７ｂ，７ｕ，７ｖ，７ｗ：電流検出器
８，８ａ：電圧検出器
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｑ，９ｕ，９ｖ，９ｗ：加減算器
１０：磁極位置検出器
１１：コネクタ
１２：ＰＷＭ生成器
１００：バッテリー管理装置
１０１：救援車両
１０２：救援対象車両
２００：充電量設定器
３００：インバータ制御装置
３１０：通信信号処理ブロック
３２０：モータ制御ブロック
３３０：充電電流制御ブロック
３２１：ベクトル演算器
３２２，３２３：ベクトル回転器
４００：充電制御装置
４０１：初期電圧検出部
４０２，４０３：通信信号処理部
４０３：充電シーケンス制御装置
５００：上位制御装置
６００：ＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置
７００：エンジン
８００：発電機
９００：自車充電装置
９０１：ＳＯＣ演算手段
９０２：充電電流決定手段
９０３：エンジン起動、停止判定手段
９０４：電流調節器
９０５：ＰＷＭ生成器
ＣＯＮＴ１，ＣＯＮＴ２，ＣＯＮＴ３，ＣＯＮＴｒ：制御装置
Ｍ１：モータ
ＢＡＴ１：救援車両のバッテリー
ＢＡＴ２：救援対象車両のバッテリー
Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２，ＴＵ，ＴＢ，ＴＵ２，ＴＢ２：スイッチング素子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌｚ：リアクトル
ＡＣＲ，ＡＣＲ１，ＡＣＲ２，ＡＣＲ３：電流調節器
ＲＹ１，ＲＹ２：リレー
Ｄ１〜Ｄ６：ダイオード
ＳＷ１，ＳＷ２：スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載されて他の車両のバッテリーを充電する車両間充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるバッテリー上がりで自走できなくなった電気自動車等の車両（以下、救援対象車両という）を、バッテリー残量が十分にある電気自動車またはハイブリッド自動車等の車両（以下、救援車両という）により救援するため、車両間で充放電する従来技術として、特許文献１に記載された発明がある。
【０００３】
上記従来技術を、以下に説明する。
図１９は、自車のバッテリー残量が十分にある救援車両１０１が、バッテリーの切れた救援対象車両１０２を充電する主回路構成を示している。
まず、両車のバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２を接続する際に発生する突入電流を抑制するため、ケーブル５を接続した後リレーＲＹ２ａ，ＲＹ３ａとＲＹ２ｂ，ＲＹ３ｂとをそれぞれ導通させ、突入電流防止抵抗１を利用して予備充電を開始する。その後、リレーＲＹ１ａ，ＲＹ１ｂを導通させてバッテリーＢＡＴ１からバッテリーＢＡＴ２への主充電が開始される。なお、１１はコネクタである。
【０００４】
また、車両外部へ電力を供給する従来技術としては、特許文献２に記載された発明がある。
この従来技術は、内燃機関と、星形結線された第１の多相巻線を固定子巻線として含む第１の回転電機と、からなる発電装置を備えており、第１の回転電機は、内燃機関のクランク軸に回転軸が結合され、内燃機関の出力を用いて発電する。また、星形結線された第２の多相巻線を固定子巻線として含む第２の回転電機と、第１，第２の回転電機にそれぞれ対応して設けられる第１，第２のインバータと、電気負荷へ電力を出力するための電圧差を第１の多相巻線の第１の中性点と第２の多相巻線の第２の中性点との間に発生するように第１，第２のインバータを制御するインバータ制御部と、第１，第２の中性点に接続され、第１，第２の中性点から電気負荷へ電力を出力するための電力出力部と、を有する電力変換部を備えている。
前記制御部は、第１の回転電機の発電量が電力変換部から外部の電気負荷へ出力される電力量とほぼ同等となるように、第１の回転電機の発電量を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２５２５４７号公報（段落[００１０]〜[００２１]、図１等）
【特許文献２】特許第４４１２２７０号公報（段落[００２２] ，[００２７]〜[００５５]、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に係る従来技術では、充電時の突入電流を抑えるためにプリチャージ回路が必要であり、コストや占有スペースが増大する。また、充電電流は救援車両と救援対象車両のバッテリー仕様、更には、バッテリーのＳＯＣ（充電状態）やＳＯＨ（劣化状態）に依存しており、適切なプリチャージ抵抗値や充電電流許容値を超えないようなメインリレーの投入タイミングを予め知ることは困難である。つまり、異なる車種間では、この従来技術を適用できない懸念がある。
更に、この従来技術では充電量を制御できないため、救援対象車両が最寄りの充電ステーションまで自走するのに必要最低限な充電量を充電する、といった運用ができない。
【０００７】
また、特許文献２に係る従来技術では、電力変換器を別途追加することなく外部負荷に供給する電流を制御することが可能であるが、２組の回転電機（モータ）及びインバータが必要になり、コストの増大や装置の大型化を招く。
一方、他の手段としては、標準規格に準拠する急速充電器を搭載した救援車両を使用することが考えられる。しかしながら、これによると急速充電用のＤＣ／ＤＣコンバータが別途必要になり、コスト高やスペースの圧迫を招く等の問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の解決課題は、プリチャージ回路や急速充電用のＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いず、救援対象車両のバッテリーに適した充電電流を供給可能であると共に、低コストかつ小型化が可能な車両間充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたものである。
【００１０】
請求項２に係る発明は、バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの直流出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記コンバータ及び前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載した車両間充電装置において、前記救援車両は、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機とを備え、かつ、前記発電機により前記救援車両のバッテリーを充電する充電制御機能を有するものである。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、前記救援車両は、前記救援対象車両のバッテリーに対する充電量を指定する機能を備えたものである。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、前記接続部が、標準化された急速充電用のコネクタを有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る発明によれば、救援対象車両のバッテリーに対する充電回路を救援車両のモータ駆動回路と共用して充電電流を任意に制御することができる。これにより、プリチャージ回路を用いずに充電開始時の突入電流を抑えることができ、充電対象である救援対象車両のバッテリーに適した充電電流による充電が可能である。また、これらの機能を実現するために従来、別途に必要であった充電専用のＤＣ／ＤＣコンバータも不要になる。
従って、本発明によれば、小型かつ低コストにて急速充電器相当の充電機能を有する救援車両を提供することができる。
請求項２に係る発明によれば、請求項１の効果に加え、救援対象車両が必要とする充電電圧が救援車両のバッテリー電圧より高い場合にも充電が可能である。
請求項３に係る発明によれば、請求項１，２の効果に加え、エンジンによる発電により救援車両自身のバッテリーを充電することができる。このため、救援車両の航続距離の制約が緩和され、運用範囲を広げることができる。
請求項４に係る発明によれば、救援対象車両が最寄りの充電ステーションまで自走するのに必要最低限な充電量を指定して充電する等の柔軟な対応が可能になる。このため、短時間で応急的な充電が可能であることから救援時間を短くでき、救援車両の効率的な運用を行うことができる。
請求項５に係る発明によれば、標準化されたインターフェースを利用することができ、救援対象車両の車種を問わずに救援することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す構成図である。
【図４】本発明の第１実施形態が適用される電気自動車駆動システムの構成図である。
【図５】図４におけるインバータ制御装置の構成図である。
【図６】図４における充電制御装置の構成図である。
【図７】本発明の実施形態における救援対象車両への充電動作を示すフローチャートである。
【図８】図７に対応するタイムチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態が適用される電気自動車駆動システムの構成図である。
【図１０】図３を具体化した救援車両の構成図である。
【図１１】図１０における自車充電装置の構成図である。
【図１２】３相インバータによるモータ駆動回路である。
【図１３】図１２に示す３相インバータの零相等価回路である。
【図１４】３相インバータによるモータ駆動回路である。
【図１５】図１４に示す３相インバータの零相等価回路である。
【図１６】図１２に示す回路を対象としたＰＷＭパルス制御ブロックを示す図である。
【図１７】図１６の動作説明図である。
【図１８】予め決められた充電電流によって救援対象車両を充電するためのＰＷＭパルス制御ブロックを示す図である。
【図１９】特許文献１に記載された従来技術の主回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図４は、本発明の第１実施形態が適用される電気自動車駆動システムの構成図である。このシステムは、電気自動車やハイブリッド自動車を救援車両として他の救援対象車両（電気自動車等）のバッテリーを充電するためのものである。
【００１７】
図４において、電気自動車駆動システムは、電気自動車を走行させるための永久磁石同期電動機等のモータＭ１、このモータＭ１を駆動する３相インバータＩＮＶ、バッテリーＢＡＴ１、制御装置ＣＯＮＴ１を備えている。また、１は突入電流防止用の抵抗器、２ａ，２ｂ，２ｃ，ＲＹ１，ＲＹ２はリレー、３はコンデンサ、４ｓは接続部としての標準化された急速充電用のコネクタ、７，７ｕ，７ｖ，７ｗは電流検出器、８，８ａは電圧検出器、１０は磁極位置検出器、Ｔ１１〜Ｔ１６は半導体スイッチング素子である。
一方、制御装置ＣＯＮＴ１は、バッテリー管理装置１００、インバータ制御装置３００、充電制御装置４００、上位制御装置５００を備えており、上位制御装置５００には外部の充電量設定器２００から救援対象車両の充電量設定値（目標充電量）が入力されている。
【００１８】
このシステムの概略的な動作は、以下のとおりである。
車両走行時において、リレーＲＹ１，ＲＹ２は開放状態であり、インバータＩＮＶは通常の３相インバータ動作によってモータＭ１を駆動する。
一方、図示されていない救援対象車両のバッテリーに充電電流を供給する時には、リレーＲＹ１，ＲＹ２を閉じ、モータＭ１の中性点と負側直流母線とをコネクタ４ｓを介して救援対象車両のバッテリーに接続する回路を構成する。
【００１９】
このように回路を構成することで、例えば特許第３２２３８４２号公報によれば、図１２に示す３相インバータの零相等価回路は図１３となり、降圧コンバータを構成することができる。図１３において、ＴＵはインバータＩＮＶの上アームのスイッチング素子に、ＴＢは同じく下アームのスイッチング素子に、ＬｚはモータＭ１の巻線のリアクトルにそれぞれ相当し、負荷は救援対象車両のバッテリーに相当する。
この回路の動作原理については、特許第３２２３８４２号公報に詳述されているため、ここでは省略する。
【００２０】
上述した特許第３２２３８４２号公報には、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１と、モータＭ１の中性点と負側直流母線との間の電位差Ｖ２と、上アームのオンデューティＤ１との間に、数式１の関係があることが記載されている。
【数１】
【００２１】
数式１によれば、上下アームのデューティを変えることで、モータＭ１の中性点と負側直流母線との間に接続される救援対象車両への供給電圧（充電電圧）を、０〜Ｖ１の間で任意の大きさに調整することができる。このことは、救援対象車両に対する充電電流を制御できることを意味し、定電流充電が可能である。従って、充電電圧の初期値を救援対象車両のバッテリー電圧に設定した状態でリレーＲＹ１，ＲＹ２を閉じれば、突入電流が発生することはない。
【００２２】
別の構成として、図１４のようにモータＭ１の中性点と正側直流母線との間に負荷（救援対象車両のバッテリー）を接続した場合、３相インバータの零相等価回路は図１５となり、同様に降圧コンバータを構成することができる。
つまり、モータＭ１の中性点とインバータＩＮＶの正負直流母線のいずれか一方との間から出力電圧を得ることにより、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１を入力とした降圧コンバータを構成することができる。
【００２３】
次に、図１２に示す回路を対象とした上下アームのデューティを変える手段について説明する。
図１６は、ＰＷＭパルス制御ブロックを示す図であり、ＳＷ１，ＳＷ２はスイッチ、９ｕ，９ｖ，９ｗは加減算器、１２はＰＷＭ生成器を示す。また、図１７はこのブロックによるＰＷＭパルス生成方法を示す図である。
図１７に示すように、ＰＷＭ生成器１２では、搬送波である三角波と信号波である電圧指令値ｖｚ＊，ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊との大小を比較し、ＰＷＭパルスを生成する。
【００２４】
上下アームのデューティを変える方法としては、図１６のように、モータ駆動用の交流電圧指令値ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊をスイッチＳＷ１により遮断し（ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊をそれぞれ零としてもよい）、一方、スイッチＳＷ２を閉じて各相に同一の電圧指令値ｖｚ＊を入力する。この結果、インバータＩＮＶの各相上下アームのスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６のオンオフは同一のパターンとなり、図１３に示した降圧コンバータを構成するスイッチング素子ＴＵ，ＴＢとして機能する。ここで、ｖｚ＊を制御すれば、上下アームのデューティを変えることができるのは明白である。
【００２５】
図１８は、予め決められた充電電流によって救援対象車両を充電するためのＰＷＭパルス制御ブロックを示す図である。
前述した降圧コンバータの出力電流（充電電流）検出値ｉｚｄｅｔを帰還量とした電流調節器ＡＣＲを構成し、その出力を各相に入力する相電圧指令値ｖｚ＊とすることで、予め決められた電流指令値Ｉｃ＊に従って救援対象車両のバッテリーを充電することができる。なお、９ａは加減算器である。
充電停止の判断手段としては、標準化された充電インターフェースを利用し、救援車両と救援対象車両との間で前記コネクタ４ｓを介して通信することにより救援対象車両に搭載されたバッテリーのＳＯＣを取得し、その数値が予め設定したＳＯＣに到達したら充電を停止すればよい。
【００２６】
次に、図９は、本発明の第２実施形態に係る電気自動車駆動システムの構成図である。
図４との相違点を中心に説明すると、この第２実施形態では、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータが付加されており、バッテリーＢＡＴ１の電圧をインバータＩＮＶの主回路のスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６の耐圧限度内で昇圧し、直流母線へ供給するように構成されている。
なお、６００は、制御装置ＣＯＮＴ２に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置である。
【００２７】
上記ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ）は、インバータＩＮＶに並列接続されたスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２の直列回路と、リアクトルＬ１とによって構成されており、リアクトルＬ１はコンデンサ３の一端とスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２同士の直列接続点との間に接続されている。なお、３ａはスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２の直列回路に並列接続されたコンデンサ、７aは電流検出器である。
【００２８】
ここで、バッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１と直流母線電圧Ｖ３との間には数式２の関係があることが知られている。なお、便宜的に、上アームのオン時間Ｔ２１はスイッチング素子Ｔ２１と同一符号を使用する。
【数２】
この数式２と数式１との関係より、充電出力であるモータＭ１の中性点と負側直流母線との間の電位差Ｖ２は、数式３となる。
【数３】
【００２９】
すなわち、スイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２の上下アームのデューティ比と、スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６の上下アームのデューティ比とを変えることで、救援車両のバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖ１を任意の大きさの電圧に調整することができる。このことは、救援対象車両が必要とする充電電圧が救援車両のバッテリー電圧Ｖ１より高くても、救援対象車両のバッテリーに所要の充電電流を制御できることを意味しており、定電流急速充電することが可能である。
【実施例】
【００３０】
次に、本発明の実施例を説明する。
図１は、請求項１，４，５に相当する本発明の第１実施例を示している。この第１実施例は、前述した図４の第１実施形態に基づいて構成されており、電流検出器、電圧検出器等の図示は省略してある。また、第１実施例に係る充電装置が搭載された車両を救援車両１０１とし、この救援車両１０１によってバッテリーが充電される車両を救援対象車両１０２とする。
【００３１】
救援車両１０１はコネクタ４ｓに急速充電用出力端子を備え、救援対象車両１０２のコネクタ４ｒの急速充電用入力端子に、ケーブル５を介して接続される。このケーブル５により、充電電流及び充電制御用の制御信号が伝送される。接続部としてのコネクタ４ｒ，４ｓの構造仕様、電気仕様及び通信仕様は、標準化された急速充電用の規格が採用されている。また、充電開始及び終了手順は、標準化された急速充電シーケンス仕様にて行われるものとする。
一方、救援対象車両１０２は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車であり、前記コネクタ４ｒと、リレー２ｄ，２ｅ、バッテリーＢＡＴ２、制御装置ＣＯＮＴｒを備えている。
【００３２】
次に、救援車両１０１の制御装置ＣＯＮＴ１の構成を、図４に基づいて説明する。
この制御装置ＣＯＮＴ１は、下位制御装置であるバッテリー管理装置１００、インバータ制御装置３００、充電制御装置４００と、これらを統合的に制御する上位制御装置５００とを備え、上位制御装置５００には、救援対象車両１０２への充電量を設定する充電量設定器２００が接続されている。これらの各装置は、Ａ／Ｄ変換機能、メモリ機能及び通信機能を有するマイクロコンピュータ及び液晶タッチパネル等により構成されている。
なお、ｃｏｍ，ｃｏｍ１，ｃｏｍ２，ｃｏｍ３は通信信号である。
【００３３】
上位制御装置５００は、車両の運転指令、充電開始指令、及び、充電量設定器２００により設定された救援対象車両１０２の充電量設定値を、下位制御装置（バッテリー管理装置１００、インバータ制御装置３００、充電制御装置４００）へ伝達する。
充電量設定器２００は、目標とする充電量設定値を入力とするヒューマンインタフェース装置であり、設定されたデータを上位制御装置５００へ伝送する。
バッテリー管理装置１００は、自車のバッテリーＢＡＴ１のＳＯＣやＳＯＨ等をモニタするモニタ手段、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２に対する充電仕様を伝送する手段からなる。
【００３４】
インバータ制御装置３００は、図５に示すように構成されている。
このインバータ制御装置３００は、通信信号処理ブロック３１０、モータ制御ブロック３２０、充電電流制御ブロック３３０、及び、スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６を駆動するゲート信号を発生するＰＷＭ生成器１２を備えている。
モータ制御ブロック３２０への入力信号は、救援車両１０１を駆動するモータＭ１のトルク指令値Ｔ＊、インバータ出力相電流検出値ｉｕｄｅｔ，ｉｖｄｅｔ，ｉｗｄｅｔ、モータＭ１の磁極位置検出信号θｄｅｔであり、充電電流制御ブロック３３０への入力信号は、救援対象車両１０２に対する充電電流指令値Ｉｃ＊、ＡＣＲホールド信号ｈｏｌｄ、及び、電流調節器ＡＣＲ３の出力電圧初期値ｖｚｉｎｉ＊である。
ここで、加減算器９ｃにより算出されるインバータ出力相電流検出値ｉｕｄｅｔ，ｉｖｄｅｔ，ｉｗｄｅｔの和ｉｚｄｅｔは充電電流検出値となり、充電電流指令値Ｉｃ＊との偏差が加減算器９ｂにより算出されて電流調節器ＡＣＲ３に入力されている。
【００３５】
モータ制御ブロック３２０は、ベクトル演算器３２１、ベクトル回転器３２２，３２３、電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２、加減算器９ｄ，９ｑ、スイッチＳＷ１を備えている。そして、ベクトル回転器３２２から出力される各相電圧指令値ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊に電圧指令値ｖｚ＊を加算して得た電圧指令値ｖｕ２＊，ｖｖ２＊，ｖｗ２＊がＰＷＭ生成器１２に入力され、その出力が３相インバータＩＮＶの６つのスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６を駆動するゲート信号となる。
【００３６】
救援車両１０１の通常走行状態では、モータ制御ブロック３２０が動作し、上位制御装置５００からトルク指令Ｔ＊を受けて、この指令Ｔ＊に対応したトルクを発生するようにベクトル演算器３２１によりｄ軸，ｑ軸のモータ電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊を演算する。電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２は、モータＭ１に３相交流電圧を印加するためのものであり、その制御方法として、永久磁石同期電動機を駆動するベクトル制御を用いる。このベクトル制御方法は周知であるため、ここでは詳述を省略する。
電圧指令値切替用のスイッチＳＷ１を閉じ、これらと相補の関係になっているスイッチＳＷ２を開くことにより、ＰＷＭ生成器１２がＰＷＭ演算を行う電圧指令値を、電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２の出力とする。
従って、通常走行状態においては通常の３相インバータによるモータ駆動となんら変わらない制御となる。
【００３７】
次に、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２を充電する動作について説明する。
この場合には、スイッチＳＷ２を閉じ、これと相補の関係になっているスイッチＳＷ１を開くことにより、ＰＷＭ生成器１２がＰＷＭ演算を行う電圧指令値を、充電電流制御ブロック３３０内の電流調節器ＡＣＲ３の出力とする。
電流調節器ＡＣＲ３の入力である充電電流指令値Ｉｃ＊は、コネクタ４ｒ，４ｓ経由の通信により救援対象車両１０２から得た許容充電電流値とする。
【００３８】
次いで、図４における充電制御装置４００について、図６に基づいて説明する。
図６に示すように、充電制御装置４００は、初期電圧検出部４０１、通信信号処理部４０２，４０３、充電シーケンス制御装置４０４から構成されている。
すなわち、充電制御装置４００は、上位制御装置５００からの充電開始信号及び目標充電量ＳＯＣ＊（通信信号ｃｏｍ１）、救援対象車両１０２との双方向通信信号ｃｏｍ、救援対象車両１０２のバッテリー電圧検出値ＶＢＡＴ２ｄｅｔを入力とし、充電電流指令値及び充電初期電圧を、上位制御装置５００を経由してインバータ制御装置３００へ出力する。通信信号処理部４０２は、充電開始のタイミングで充電シーケンス制御装置４０４に対するｈｏｌｄ信号を解除し、充電電流を救援対象車両１０２へ通流する指令をインバータ制御装置３００に与える。上述した充電制御装置４００の機能は必要最低限であるが、搭載機能は標準化された急速充電仕様に適合させることが望ましい。
【００３９】
これらの制御ブロックにより図７に示すフローチャートを実行することで、救援車両１０１から救援対象車両１０２への充電が可能である。
図７は、この実施例における救援対象車両１０２への充電動作を示すフローチャートである。救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２の電圧を検出し、この電圧を電流調節器ＡＣＲ３の積分器にプリセットしてリレーＲＹ１，ＲＹ２を閉じ、ｈｏｌｄ信号の解除を待って電流調節器ＡＣＲ３を動作させる（ステップＳ１〜Ｓ６）。そして、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２のＳＯＣが設定値を超えたら、電流調節器ＡＣＲ３の電流指令値を零に設定し、リレーＲＹ１，ＲＹ２を開いて電流調節器ＡＣＲ３の動作を停止すると共に、充電完了信号を救援対象車両１０２に送信する（ステップＳ７〜Ｓ１１）。
なお、図８は、図７に対応するタイムチャートであり、（１）充電電流Ｉｃ、（２）充電電圧Ｖｏｕｔ、（３）バッテリーＢＡＴ２の電圧を示している。
【００４０】
次に、図２は請求項２に相当する本発明の第２実施例を示している。この第２実施例は、前述した図９の第２実施形態に基づいて構成されており、電流検出器、電圧検出器等の図示は省略してある。
図２の第２実施例が図１の第１実施例と異なる点は、図９において説明したように、救援車両１０１のバッテリーＢＡＴ１の電圧を昇圧コンバータにより昇圧する機能が付加されている点である。
第２実施例における救援車両１０１の制御装置ＣＯＮＴ２の構成は、前述した図９に示したとおりであり、充電制御方法は、以下の説明を除いて第１実施例と同様である。
【００４１】
前述した数式３より、救援車両１０１からの充電出力電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ側の上下アームスイッチング素子Ｔ２１，Ｔ２２のデューティと、３相インバータＩＮＶ側の上下アームスイッチング素子Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３及びＴ１４，Ｔ１５，Ｔ１６のデューティとの双方によって制御可能であるが、３相インバータＩＮＶ側の上下アームのデューティを制御して充電電流制御を行うため、ＤＣ／ＤＣコンバータ側の上下アームのデューティは固定とする。その固定値は、直流母線電圧が救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２の充電終止電圧Ｖｅｎｄとなる値とする。この結果、前述した数式３より、充電出力電圧は数式４となる。
【数４】
このような制御を行うことで、第１実施例により説明した充電制御方法を適用することができ、救援対象車両１０２のバッテリーＢＡＴ２の電圧が救援車両１０１のバッテリーＢＡＴ１の電圧より高い場合にも充電可能である。
なお、昇圧コンバータの制御方法は周知であるため、説明を省略する。
【００４２】
次いで、図３は請求項３に相当する本発明の第３実施例を示している。
この第３実施例と第１，第２実施例との相違点は、救援車両１０１内に、エンジン７００、発電機８００と、自車のバッテリーＢＡＴ１を充電するための自車充電装置９００とを付加した点である。
【００４３】
図１０は、図３を具体化した救援車両１０１の構成を示す制御ブロック図である。
エンジン７００は発電指令により起動され、予め設定された回転数で動作し、機械軸６を介して発電機８００を駆動する。発電機８００は、３相交流同期発電機とする。
【００４４】
図１１は、自車の充電を行う自車充電装置９００の構成を示している。
自車充電装置９００は、発電機８００の３相交流出力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから入力された電流を整流するダイオードＤ１〜Ｄ６からなる整流回路、自車のバッテリーＢＡＴ１の正極ＢＡＴ１（＋）、負極ＢＡＴ１（−）に充電電流を供給するスイッチング素子ＴＵ２，ＴＢ２、バッテリーＢＡＴ１のＳＯＣを演算するＳＯＣ演算手段９０１、演算されたＳＯＣに基づいて充電電流を決定する充電電流決定手段９０２、決定した充電電流にて電流を制御する電流調節器９０４及びＰＷＭ生成器９０５、演算されたＳＯＣに基づきエンジン７００の発電指令を出力し、その起動、停止を制御するエンジン起動、停止判定手段９０３から構成されている。３ｂ，３ｃはコンデンサ、Ｌ２はリアクトル、７ｂは電流検出器、９ｅは加減算器である。
【００４５】
ＳＯＣ演算手段９０１は、バッテリーＢＡＴ１の充放電電流を計測して電流値を積算することでＳＯＣを演算する。ＶＢＡＴ１ｄｅｔはバッテリーＢＡＴ１の電圧検出値、ｉＢＡＴ１ｄｅｔはバッテリーＢＡＴ１の電流検出値である。なお、ＳＯＣを演算する具体的な方法は、例えば特開２００５−３５４８２５号公報等に開示されているので、詳述は省略する。
充電電流決定手段９０２は、ＳＯＣに対するバッテリーＢＡＴ１の充電電流受け入れ特性から充電電流を決定する。
エンジン起動、停止判定手段９０３は、予め決められたＳＯＣを閾値とし、ＳＯＣ演算手段９０１により演算されたＳＯＣが閾値以上のときにエンジン７００を停止し、閾値未満のときにエンジン７００を起動する信号Ｅｇｃｔｒを出力する。
【００４６】
この第３実施例によれば、上述した機能を付加することにより、第１，第２実施例により説明した救援対象車両１０２に対する充電が可能であることに加え、救援車両１０１のバッテリーＢＡＴ１を自車に搭載されたエンジン７００によって充電することができる。
【００４７】
なお、本発明は、救援対象車両１０２が電気自動車やハイブリッド自動車である場合だけでなく、通常のガソリン自動車や電動式自転車である場合にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１：抵抗器
２ａ，２ｂ，２ｃ：リレー
３，３ａ，３ｂ，３ｃ：コンデンサ
４，４ｓ，４ｒ：標準化された急速充電用コネクタ
５：ケーブル
６：機械軸
７，７ａ，７ｂ，７ｕ，７ｖ，７ｗ：電流検出器
８，８ａ：電圧検出器
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｑ，９ｕ，９ｖ，９ｗ：加減算器
１０：磁極位置検出器
１１：コネクタ
１２：ＰＷＭ生成器
１００：バッテリー管理装置
１０１：救援車両
１０２：救援対象車両
２００：充電量設定器
３００：インバータ制御装置
３１０：通信信号処理ブロック
３２０：モータ制御ブロック
３３０：充電電流制御ブロック
３２１：ベクトル演算器
３２２，３２３：ベクトル回転器
４００：充電制御装置
４０１：初期電圧検出部
４０２，４０３：通信信号処理部
４０３：充電シーケンス制御装置
５００：上位制御装置
６００：ＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置
７００：エンジン
８００：発電機
９００：自車充電装置
９０１：ＳＯＣ演算手段
９０２：充電電流決定手段
９０３：エンジン起動、停止判定手段
９０４：電流調節器
９０５：ＰＷＭ生成器
ＣＯＮＴ１，ＣＯＮＴ２，ＣＯＮＴ３，ＣＯＮＴｒ：制御装置
Ｍ１：モータ
ＢＡＴ１：救援車両のバッテリー
ＢＡＴ２：救援対象車両のバッテリー
Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ２１，Ｔ２２，ＴＵ，ＴＢ，ＴＵ２，ＴＢ２：スイッチング素子
Ｌ１，Ｌ２，Ｌｚ：リアクトル
ＡＣＲ，ＡＣＲ１，ＡＣＲ２，ＡＣＲ３：電流調節器
ＲＹ１，ＲＹ２：リレー
Ｄ１〜Ｄ６：ダイオード
ＳＷ１，ＳＷ２：スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたことを特徴とする車両間充電装置。
【請求項２】
バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの直流出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記コンバータ及び前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたことを特徴とする車両間充電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した車両間充電装置において、
前記救援車両は、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機とを備え、かつ、前記発電機により前記救援車両のバッテリーを充電する充電制御機能を有することを特徴とする車両間充電装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、
前記救援車両は、前記救援対象車両のバッテリーに対する充電量を指定する機能を備えたことを特徴とする車両間充電装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、
前記接続部が、標準化された急速充電用のコネクタを有することを特徴とする車両間充電装置。
【請求項１】
バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたことを特徴とする車両間充電装置。
【請求項２】
バッテリーと、前記バッテリーの直流電圧を昇圧するコンバータと、前記コンバータの直流出力電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより駆動される車両駆動用のモータと、前記バッテリーの管理機能，前記コンバータ及び前記インバータの制御機能，他の救援対象車両のバッテリーへの充電制御機能を備えた制御装置と、を備えた救援車両により、前記救援対象車両のバッテリーを充電可能とした車両間充電装置において、
前記モータの中性点と前記インバータの正負直流母線の一方とから出力される充電電流を前記救援対象車両のバッテリーに供給し、かつ、前記救援対象車両のバッテリーに充電するための制御信号を前記制御装置と前記救援対象車両との間で送受信する接続部を備えたことを特徴とする車両間充電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した車両間充電装置において、
前記救援車両は、エンジンと、前記エンジンにより駆動される発電機とを備え、かつ、前記発電機により前記救援車両のバッテリーを充電する充電制御機能を有することを特徴とする車両間充電装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、
前記救援車両は、前記救援対象車両のバッテリーに対する充電量を指定する機能を備えたことを特徴とする車両間充電装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した車両間充電装置において、
前記接続部が、標準化された急速充電用のコネクタを有することを特徴とする車両間充電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１９６１０５（Ｐ２０１２−１９６１０５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６００８１（Ｐ２０１１−６００８１）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（０００００５２３４）富士電機株式会社 (3,146)
【Ｆターム（参考）】
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