JP2010057286A - 電力回生機能を有する車両のバッテリの充電方法及び充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力回生機能を有しバッテリを搭載している車両のバッテリへの充電を、簡単かつ安全に、また効率的に行えるようにする。
【解決手段】駆動輪を駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリとを備え、前記電動機の回生電力で前記バッテリを充電する車両におけるバッテリの充電方法であって、前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させるステップと、前記駆動輪によって回転駆動される前記電動機の回生電力によって前記バッテリを充電するステップとを有する。前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させる前記ステップにおいては、前記車両の外部に前記駆動輪に回転力を伝達する回転力伝達機構を設け、前記回転力伝達機構によって前記駆動輪を回転させることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電力回生機能を有する車両のバッテリの充電方法及びシステムに係わり、特に電力回生を行うバッテリ搭載の車両において、簡単に、安全に、かつ効率的にそのバッテリを充電することができるバッテリの充電方法及びシステムに関する。

近年、原油価格の急激な上昇に伴う世界的燃料費の高騰、及び地球温暖化防止のためのＣＯ_２排出抑制といった問題を背景に、駆動力の一部又は全部を電力エネルギーによってまかなう、いわゆる電気自動車を早急に普及させようとする試みが活発化している。現状では、既存のガソリンエンジンやディーゼルエンジンと言った内燃機関と、バッテリによって駆動される電動機とを組み合わせて用いるいわゆるハイブリッド自動車が実用化の点では先行しているが、このハイブリッド自動車にあっても、バッテリへの充電を家庭用電源から行うことができる、いわゆるプラグインハイブリッド自動車の実用化へシフトしている。以下、本明細書で「電気自動車」と言うときには、バッテリのみで駆動される車両だけでなく、内燃機関等の他の動力源を併用したものも含むものとする。

バッテリ駆動の電気自動車は、使用時にＣＯ_２を排出しないという利点があるが、高性能のリチウムイオン電池を搭載しても、１回の充電あたりの航続距離が百数十ｋｍにとどまるという問題があり、この点はプラグインハイブリッド方式であっても電動機による走行距離を伸ばそうとすれば同様である。

充電場所については、ショッピングセンターなどの商業施設の駐車場などに充電用設備を設け、利便性を高める方向に動きつつあるが、充電中は当然移動することができないので、車両としての稼働率は低下する。また、充電電流をバッテリに供給するための電力プラグを充電の都度車両に対して着脱しなければならないため、安全面においても課題が残されている。

前記のような電気自動車のバッテリ充電に関する課題の解決に資するべく、従来種々のシステムや方式が提案されている。特許文献１は移動中の移動体に対してエネルギー供給を円滑に行うことができるエネルギー供給装置に係わり、電磁誘導により移動中の移動体に非接触で電力供給することによりバッテリを充電する構成が開示されている。

特許文献２は車両用充電装置等に係わり、車両駐車中にマイクロ波などの無線波を効率的に供給するエネルギー供給設備を備えてバッテリの充電を行う構成である。

また特許文献３は電気車両に対して従来のガソリン車並みの便利さでエネルギーを供給することを目標として、カセット化されたバッテリを電気車両に採用し、所定のエネルギー供給ステーションにおいて使用済みのバッテリカセットを満充電済みのバッテリカセットと交換することでエネルギー供給をするものである。
特開２００１−１７７９１６号公報 特開２００４−２２９４２５号公報 特開２００１−５７７１１号公報

しかし、特許文献１及び２の提案では、移動体の側に非接触で電力を受信するための特別な設備を設ける必要があるという問題があり、特許文献２の場合にはさらに、充電中は車両を稼働させられないという問題もある。

また、特許文献３の場合には、充電時間の短縮という効果は見込めるものの、専用のバッテリカセットを採用する必要があるため、既存の電気自動車等に対応することは難しいという問題があった。

本発明は、上記の及び他の課題を解決するためになされたもので、電力回生機能を有する車両のバッテリを、簡単に、安全に、かつ効率的に充電することができる、電力回生機能を有する車両のバッテリの充電方法及びシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一態様は、駆動輪を駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリとを備え、前記電動機の回生電力で前記バッテリを充電する車両におけるバッテリの充電方法であって、前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させるステップと、前記駆動輪によって回転駆動される前記電動機の回生電力によって前記バッテリを充電するステップとを有することを特徴とする。

前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させる前記ステップにおいて、前記車両の外部に前記駆動輪に回転力を伝達する回転力伝達機構を設け、前記回転力伝達機構によって前記駆動輪を回転させることとすることができる。

本発明の一態様に係るバッテリの充電方法及びシステムによれば、電力回生機能を有する車両のバッテリを、簡単に、安全に、かつ効率的に充電することができる。

以下、本発明をその一実施形態に即して添付図面を参照しつつ説明する。
本発明の第一実施形態に係る電力エネルギー供給システム１の外力構成図を図１に示す。バッテリ充電システム１は、車両２００に電力エネルギーを供給するものであり、駆動輪回転装置１００を備えている。

車両２００は電動機を動力源として走行する車両であって、リチウムイオン電池等のバッテリで駆動される電気自動車、内燃機関と電動機を併用するハイブリッド型車両などを含む。そして、惰行時、制動時などの一定の条件の下で、電動機からバッテリへの電力回生が行われる構成のものを対象とする。

図１に示す車両２００はその代表的な構成を示しており、駆動輪２６０の駆動力の少なくとも一部を供給するモータ２２０を備える。モータ２２０は例えば誘導電動機が好適に用いられる。

車両２００にはさらに、バッテリ２３０とインバータ２１０とが備えられる。バッテリ２３０は前記のように例えばリチウムイオン電池のような二次電池で、車両２００の直流電源として機能する。インバータ２１０はバッテリ２３０からの直流電流を、パルス幅変調（ＰＷＭ）方式、ベクトル制御方式等適宜の制御方式でトランジスタ等のスイッチング素子をオンオフ制御することにより、モータ２２０を駆動する交流電流に変換する装置である。

発電機２４０は、図示を省略するガソリンエンジン等の内燃機関が原動機として併用される場合には、エンジンの出力により作動される交流発電機であり、エンジン稼働中には図示を省略する整流回路を介してバッテリ２３０を浮動充電する。

車両制御装置２５０は車両２００のシステム全体の動作を制御する車載コンピュータであって、一般に、ＣＰＵ、制御用プログラムの格納及びそのワーキングエリアとして使用されるメモリ、及び車両２００各部との入出力インターフェイス等を備えて構成される。

電力回生制御もこの車両制御装置２５０の機能の一部として実現されるが、これについては公知の技術であるからここでは説明を省略する。ただし、本発明の他の実施形態によるシステムでは電力回生制御に関するデータを取得しこれを地上側システムへ伝送する機能ブロックが車両制御装置２５０に収容されることになる。これについては、他の実施形態に関連して後述する。

図１では、矢印で示すように、電力回生が行われるモードを示している。すなわち、車両２００では、回転駆動されるゴムタイヤ等の駆動輪２６０によって、図示を省略する動力伝達機構を介してモータ２２０を回転させる。このときモータ２２０は交流発電機として機能し、その固定巻線に交流起電力を生起させる。インバータ２１０は車両制御装置２５０からの電力回生指令を受けて、そのスイッチング素子を回生モードでオンオフ制御し、直流電流としてバッテリ２３０を充電する。

車両２００がどのような状態にあるときに電力回生制御を行うかは、対象となる車両２００の形式、種別等によるが、一般的に、変速段がＰ（パーキング）、Ｎ（ニュートラル）、Ｒ（リバース）レンジ以外の位置に、すなわち通常の走行モードに設定されていて、アクセルがオフの状態、すなわちガソリンエンジン車で言えば「エンジンブレーキ」を使用している状態がこれに当たる。本実施形態では、回生電力を利用してバッテリ２３０の充電を行うので、本システム１の動作条件としては、充電を行う車両２００が電力回生モードに設定されていることが前提となる。

本システム１の地上側には、駆動輪回転装置１００が設けられている。この駆動輪回転装置１００は、地上制御装置１１０、モータ１２０、及びモータ１２０によって回転駆動される駆動ローラＤを備える。図示のように、駆動ローラＤは、バッテリ充電の対象である車両２００の駆動輪２６０を従動ローラＲとともに回動可能に支持しており、それぞれ適宜の金属、あるいは合成樹脂製のローラ等で構成される。

モータ１２０は直接に、あるいは図示を省略する適宜の動力伝達装置を介して駆動ローラＤを回転駆動させる。制御装置１１０はモータ１２０に駆動用の電力を供給する。モータ１２０、及び地上制御装置１１０の形式は、電力回生モードに設定された車両２００の駆動輪２６０を回転させることができるトルクを一定時間にわたって発生する条件を満たせば、設計条件に応じて適宜に選択することができる。

本システム１の地上側には、また、地上端末機１００Ａが設けられる。この地上端末機１００Ａは、本システム１をユーザが利用する際のユーザインターフェイス部１３０Ａを備えている。ユーザインターフェイス部１３０Ａは、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェイス等を備えるコンピュータ端末であって、本システム１を作動させるときに要する料金を現金、クレジットカード、プリペイドカードなどの適宜の形態で収納する料金収納部と、本システム１の利用料金の投入額、利用案内、動作状態等の情報を表示する表示部等を設けることができる。ユーザインターフェイス部１３０Ａは、地上制御装置１１０と通信可能に接続されて、各種データの授受を行う。

ユーザ端末機１００Ａにはさらに、保安センサ１４０Ａが設けられる。本システム１では、バッテリ充電中に車両２００の駆動輪２６０が回転するため、安全上動作中はユーザが回転部分に接近することができないようにする必要がある。このために、保安センサ１４０Ａとして光電センサ等を設け、回転部分に人や物が接近したことを検知してユーザインターフェイス部１３０Ａに入力できるようになっている。

次に、図２を参照して、地上制御装置１１０のハードウェア構成について説明する。図２は本システム１が有する地上制御装置１１０のハードウェア概略構成図である。地上制御装置１１０は、ＣＰＵ１１１、メモリ１１２、記憶装置１１３、データ入出力インターフェイス部１１４、及びモータ駆動制御インターフェイス部１１５を備える。

記憶装置１１３は、後述する本装置１１０の各機能ブロックを実現するプログラムを格納するＲＯＭあるいはハードディスクドライブ等の記憶媒体であり、ここからＣＰＵ１１１によって読み出され、ＲＡＭ等のメモリ１１２上に展開されたプログラムが、ＣＰＵ１１１によって実行される。

データ入出力インターフェイス部１１４は、主として地上端末機１００Ａのユーザインターフェイス部１３０Ａとの間でデータの授受を行う。モータ駆動制御インターフェイス部１１５は、データ入出力インターフェイス部１１４を介してユーザインターフェイス部１３０Ａから動作指令を受け取り、それに基づいて、図示を省略するモータ１２０の駆動回路に駆動信号を出力する。

次に、図３を参照して地上制御装置１１０の機能について説明する。図３は本システム１の地上制御装置１１０の概略機能ブロック図である。モータ駆動制御部１１６は、主としてユーザインターフェイス部１３０Ａとの間でのデータ授受を行う入出力インターフェイス部１１８を通じて、ユーザインターフェイス部１３０Ａから動作指令を受け取り、これに基づいてモータ駆動制御インターフェイス部１１５からモータ１２０の駆動回路に出力される駆動信号を生成する。

課金制御部１１７は、入出力インターフェイス部１１８を通じてユーザインターフェイス部１３０Ａから入力される料金収納情報に基づいて駆動時間を設定し、モータ駆動制御部１１６にその駆動時間データを送信する。

次に、図４を参照して本システム１の地上制御装置１１０の動作について説明する。図４は本システム１の地上制御装置１１０によって実行される処理フローの一例を示す図である。まず地上制御装置１１０は、ユーザ端末機１００Ａのユーザインターフェイス部１３０Ａから料金収納情報が受信されるのを待ち（Ｓ４０１、Ｎｏ）、料金収納情報を受信したら（Ｓ４０１、Ｙｅｓ）、課金制御部１１７で収受額を確認処理してそれに対応する充電時間（モータ１２０の駆動時間）を設定する（Ｓ４０２、Ｓ４０３）。

このとき、地上制御装置１１０には、ユーザインターフェイス部１３０Ａを通じて保安センサ１４０Ａの状態情報が入力されており、保安センサ１４０Ａが、例えば光電センサに障害物が検知されている等の安全条件が確立されていない状態であると判定すれば（Ｓ４０４、Ｎｏ）、ユーザインターフェイス部１３０Ａを通じてブザー鳴動、警告灯点灯等の報知をユーザに対して行う（Ｓ４０５）。

保安センサ１４０Ａにより安全条件が確立していると判定された場合には（Ｓ４０４、Ｙｅｓ）、モータ駆動制御部１１６からモータ駆動制御インターフェイス部１１５を通じてモータ１２０に駆動信号を出力して、モータ１２０の駆動を開始する（Ｓ４０６）。駆動開始後は課金制御部１１７によって設定された駆動時間が経過したかどうかの監視を継続し（Ｓ４０７）、設定された駆動時間が経過したと判定された場合には（Ｓ４０７、Ｙｅｓ）、モータ駆動制御部１１６からモータ駆動制御インターフェイス部１１５を通じてモータ１２０への駆動信号出力を停止し（Ｓ４０８）、ユーザ端末機１００Ａのユーザインターフェイス部１３０Ａに「充電終了」の旨の情報を表示して（Ｓ４０９）、一連の処理を終了する。

このように、車両２００のバッテリ２３０を充電しようとするユーザは、車両２００の駆動輪２６０を本システム１の駆動ローラＤ及び従動ローラＲ上に配置して電力回生制御が行われるモードに車両２００の制御状態を設定し、ユーザ端末機１００Ａにより所定の料金を投入すれば、駆動ローラＤによって車両２００の駆動輪２６０が一定時間回転駆動され、その間に車両２００のモータ２２０が発生する回生電力によって簡単にバッテリ２３０を充電することができる。

なお、本実施形態においては、充電時間をコンピュータによって管理する方式としているが、もっとも簡便には、例えばユーザ端末機１００Ａへの投入料金に応じて一定時間オンするハードウェアタイマーを設けて充電時間を管理するようにしてもよい。

以上の構成を有する本発明の第１実施形態に係るバッテリ充電システム１によれば、バッテリに充電する車両２００について、電力回生制御機能を備えたものであれば、なんら追加の機器を設けることなく簡単にバッテリ充電を行うことができる。

次に、本発明の第２実施形態に係るバッテリ充電システム２について説明する。図５Ａは本発明の第２実施形態に係るバッテリ充電システム２（以下「本システム２」と略称する。）の概略構成図である。

本システム２においても、バッテリ充電の対象となる車両２００は、その駆動力の一部又は全部をモータに依存するものであって、一定の条件の下にモータからの回生電力によってバッテリが充電される形式の車両である。電力回生制御が行われる状態において駆動輪を回転させてバッテリを充電するという原理は第１実施形態と同様であるが、本実施形態では車両２００が走行状態にあるときに充電を行うことができる点が異なる。

また、本システム２の場合には、地上側で車両２００の位置を検出する必要があるため、車両２００に後述する地上設備と通信するための車上子２７０が設けられる。

本システム２の地上側設備としては、車両２００が走行する走行路５１０に沿って、複数の磁石装置５２０を進行方向に並べて設置している。走行路５１０は、例えば高速道路のような自動車専用道路の一つの車線を一定の距離にわたって割り当てて（例えば特定のインターチェンジ間など）用いるのが好適であるが、特に制限はない。また本システム２によりバッテリ充電を行おうとする車両専用としてもよいし、ガソリンエンジン車等の一般車両が混在するものとしても差し支えない。

各磁石装置５２０は、それぞれ図示を省略するコイルを内蔵しており、後述するように地上制御装置５４０からの励磁信号によって、各々励磁・非励磁を切り換えられるようになっている。これにより、隣接する磁石装置５２０のコイルに次々に電流を供給して励磁させることにより、車両２００を構成するシャーシ等の磁性部材を次々に吸引して車両２００の駆動力を用いることなく走行路５１０に沿って移動させることができる。なお、車両２００の磁石装置５２０と対向する位置に、磁性材料の板材などを設け、磁石装置の吸引力をより効率的に利用することができるようにしてもよい。

このとき車両２００の側で、第１実施形態に関して述べたような電力回生が行われる条件設定がされていれば、車両２００が磁石装置５２０に吸引されながら走行路５１０に沿って移動する間に駆動輪２６０を介してモータ２２０が回転駆動されて回生電力を発生する。これによって、走行路５１０に沿って移動しながらなおかつバッテリ２３０を充電することができる。またこの際車両２００の運転者は、他の車両との間隔が狭まったなどの事態のほかは、基本的に運転操作を行う必要がないという利点もある。

前記磁石装置５２０に用いるコイルは、電力回生制御下にある車両２００の牽引に必要とされる磁気吸引力に基づいて、材質、巻数、定格電流等を定めればよい。電流による発熱に制限されることなく大電流を通電させて強力な吸引力を得られるという点では、超伝導コイルを採用することも好ましい。また、車両２００に一次コイルを搭載し、走行路５１０に沿って二次導体（リアクションプレート）を設置して、これらにより誘導型リニアモータを構成して車両に外力を与えることもできる。

走行路５１０に沿っては、また、複数の地上センサ５３０が路面又は側壁等に並べて設置されており、車両２００の車上子２７０と通信することにより該当車両の位置と速度とを検出する。

地上制御装置５４０は、地上センサ５３０から受信する車両位置信号に基づいて車両２００の位置と速度とを連続的に検知しており、その検知結果に基づいて、車両２００に対する磁石装置５２０の吸引動作を、各磁石装置５２０に励磁信号を送信することによって制御する。

磁石装置５２０、地上センサ５３０、及び地上制御装置５４０に電力を供給する電源５５０が設けられる。電源５５０は、地上制御装置５４０等へ電源を供給する低圧電源と、各磁石装置５２０のコイル励磁電流用高圧電源とに分けて設けることができる。この場合、低圧電源部は例えば地上制御装置５４０とまとめて地上制御拠点に設置し、高圧電源部は各磁石装置５２０への給電時の損失を低減するために、走行路５１０に沿って適宜の間隔で設置して給電することが好ましい。

走行路５１０の入口と出口には例えばゲート５６０を設け、このゲート５６０に設置した地上アンテナ５７０によって車両２００の車両制御装置２５０等と通信できるように構成する。車両２００側の車上アンテナ（図示省略）は、高速道路等の有料道路において通行料金収受に使用されているＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システムの車上アンテナを利用することもできる。

次に、第２実施形態の変形例について説明する。図５Ｂは図５Ａのバッテリ充電システム２の変形例を示す概略構成図である。この変形例に係るシステム３では、前記システム２において磁石装置５２０を用いて車両２００を牽引していたのに対して、走行路５１０に沿って無端状の駆動ベルト５８２を設置し、図示を省略するモータで回転駆動される駆動ホイール５８１によってこれを走行路５１０の進行方向に沿って移動させることにより車両２００を牽引しようとするものである。

駆動ベルト５８２には適宜の間隔で駆動ベルト５８２と車両２００のシャーシ等の剛性部材とを機械的に係合させるカプラ５８３を固接しておき、車両２００を駆動ベルト５８２の移動により引っ張って牽引する。駆動ホイール５８１の動作は地上制御装置５４０及び電源５５０によって制御される。

駆動ベルト５８２の形状、材質、駆動ホイール５８１の定格トルク、カプラ５８３の形状、材質等は、牽引の対象となる車両２００の仕様に応じて適宜決定することができる。車両２００とカプラ５８３との係脱は、システム２と同様に地上センサ５３０により車両２００の位置と速度を検出し、それに基づいてカプラ５８３を突出・収納させるなどして適宜の形態で行うことができる。

次に、図５Ａに示す第２実施形態のシステム２に設けられる地上制御装置５４０の機能について説明する。図６は本発明の第２実施形態に係るバッテリ充電システム２の地上制御装置５４０の概略機能ブロック図である。なお、ハードウェア構成については一般的なＣＰＵ等を備えたコンピュータと同等であるから説明を省略する。図６に示される各機能ブロックは、例えばコンピュータによって各対応プログラムを実行することにより実現される。

車両位置検出部５４１は、接続される地上センサ５３０から車両２００の車両位置信号を受信して、車両２００の位置を取得するとともに、時間的な位置変化に基づいて車両２００の移動速度を算出する。この車両２００の位置情報及び速度情報は、磁石コイル制御部５４２に渡される。

磁石コイル制御部５４２は、走行路５１０に沿って設置された各磁石装置５２０の励磁・非励磁を制御する励磁信号を、車両位置検出部５４１から受け取った車両位置情報と速度情報とから生成する。すなわち、車両位置情報に基づいて車両２００の直下にある磁石装置５２０のコイルを励磁して吸引力を発生させ、速度情報に従って進行方向の磁石装置５２０のコイルについて順次励磁を切り換えることにより車両２００を吸引しつつ牽引する。

車両通信制御部５４３は、地上アンテナ５７０及び車上アンテナを通じて車両２００の車両制御装置と各種データの授受を行う。これらのデータには、後述するように、本システム２の利用に関する課金関係情報、車両２００におけるバッテリ２３０の充電状態情報、牽引距離情報などが含まれる。

課金制御部５４４は、車両２００から受け取った走行距離情報、充電状態情報等に基づいて、当該車両２００に請求する課金情報を生成する。この場合、車両２００から課金関係情報としてクレジットカード番号等の与信情報を取得するように構成されているときには、あらかじめ地上制御装置５４０に通信可能に接続されている与信機関のコンピュータに課金情報を提供して料金収納を行うことができる。

表示制御部５４５は、利用車両の状況、磁石装置５２０のコイルの状態など、本システム２の稼働状態をモニタ画面等に表示出力する。

次に、本システム２を利用する車両２００に設備されている車両制御装置２５０について説明する。図７は、本システム２の処理対象となる車上制御装置２５０の概略機能ブロック図である。前記した地上制御装置５４０と同様に、ハードウェア構成については一般的なＣＰＵ等を備えたコンピュータと同等であるから説明を省略する。図７に示される各機能ブロックは、例えばコンピュータによって各対応プログラムを実行することにより実現される。

また、第１実施形態に関して説明したように、車両制御装置２５０は車両２００の制御システム全体を管理するコンピュータであり、燃料噴射制御、変速制御、姿勢制御等の多くの機能ブロックを備えるが、図７には簡略のために、本システム２と関連する機能ブロックのみを図示している。

電力回生制御部２５１は、車両２００の電力回生条件が成立していること、例えば第１実施形態に関して述べたように、変速段がＰ、Ｎ、Ｒレンジ以外の設定であってアクセルがオフとされていることを検出したときに、インバータ２１０に対して電力回生制御を行うように指令する。これにより、モータ２２０が発生する回生電力によってバッテリ２３０が充電される。

車上子制御部２５２は、車上子１８０の地上センサ３００とのデータ授受を行い、例えば後述する本システム２で用いられる制御ＩＤを車両２００固有の識別情報として地上センサ３００を通じて地上制御装置５４０に送信する。

通信制御部２５３は、車上アンテナ及び地上アンテナ５７０を通じて地上制御装置５４０との通信を行う。この通信を通じて、前記のように、車両２００の課金関係情報、充電状態情報、及び牽引距離情報等が地上制御装置５４０へ送信される。

回生電力モニタ部２５４は、車両２００において電力回生制御中に、電流センサ等を用いて取得した回生電流に基づいて、バッテリ２３０への充電状態をモニタしている。例えば電力回生制御中にバッテリ２３０へ流入する充電電流が減少したなど、所定の条件を検知した場合に充電終了を検知してその旨の充電状態情報を通信制御部２５３へ受け渡す。また充電電流と充電時間から充電量を算出し、これを充電状態情報に含めることもできる。

表示制御部２５５は、地上制御装置５４０との通信結果に基づいて、車両２００の制御状態を示す情報、「自動牽引中」、「バッテリ充電中」等の情報を、例えばインストゥルメントパネルに設けたディスプレイ等に表示する。

課金制御部２５６は、本システム２の課金に必要な情報、例えば前記したクレジットカード番号等の与信情報等を管理しており、所定のタイミングで通信制御部２５３にその情報を受け渡す。

次に、図８Ａ〜図８Ｃを参照して、第２実施形態に係るシステム２における車両２００の自動牽引制御、及びバッテリへの充電作用について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、本発明の第２実施形態に係るバッテリ充電システム２の車上−地上制御装置間処理フローの一例を示す図である。

まず、本システム２を利用しようとする車両２００が走行路５１０の入路に進入すると、地上制御装置５４０からゲート５６０に設けられた地上アンテナ５７０を介して自動牽引ゾーンに入ったことを報知する旨の信号が車両制御装置２５０へ送られる（Ｓ８０１）。車両制御装置２５０からは、これを受けて自動牽引ゾーン進入を確認する応答信号が地上制御装置５４０へ返される（Ｓ８０２）。

車両制御装置２５０には、運転者の手動操作によって自動牽引を利用しない旨の情報を記憶させておくことができるものとする。自動牽引を利用しない旨の応答信号を地上制御装置５４０へ返した場合には（Ｓ８０３、Ｎｏ）、それ以上の地上側での制御はキャンセルされるとともに、その車両２００が本システム２の走行路５１０を利用する意味がないので、地上制御装置５４０から車両制御装置２５０へ走行路５１０から退出するように促す信号を送信する（Ｓ８０４）。

自動牽引利用が確認されると（Ｓ８０３、Ｙｅｓ）、地上制御装置５４０は、対象となる車両２００の制御状態をトレースするためにその車両２００について制御ＩＤを発行する（Ｓ８０５）。以後、本システム２から対象の車両２００が離脱するまで、その車両２００の制御情報は、この制御ＩＤの下に管理される。

次いで、地上制御装置５４０は、地上センサ５３０から車両位置情報を取得し（Ｓ８０６）、その時間的な変化から車両位置検出部５４１にて車両速度情報を算出する（Ｓ８０７）。地上制御装置５４０の牽引コイル制御部５４２は、これらの車両位置情報及び速度情報に基づいて、対象車両直下の磁石装置５２０のコイルから励磁制御を開始する（Ｓ８０８）。

地上制御装置５４０は、励磁制御している磁石装置５２０のコイルの位置と地上センサ５３０から受信する車両位置情報とを比較して、両者の同期がとれているか、すなわち自動牽引制御が正常に開始されたか否かを判定する（Ｓ８０９）。同期がとれていないと判定された場合には（Ｓ８０９、Ｎｏ）、対象車両の位置情報取得から処理を再試行する。同期がとれていると判定された場合には（Ｓ８０９、Ｙｅｓ）、車両制御装置２５０へ自動牽引制御が開始された旨の信号を送信する（Ｓ８１０）。

自動牽引開始が通知された車両制御装置２５０は、表示制御部２５５を通じてインストゥルメントパネルのディスプレイ等に自動牽引中である旨の表示を行う（Ｓ８１１）。そして、車両制御装置２５０の電力回生制御部２５１は、前記例示したような電力回生制御が行われる車両側の条件が成立しているかどうかを判定する（Ｓ８１２）。成立していれば（Ｓ８１２、Ｙｅｓ）、充電中である旨の信号を地上制御装置５４０へ送信する（Ｓ８１３）。

電力回生制御の条件が成立していないと判定されれば（Ｓ８１２、Ｎｏ）、条件が成立するのを待機する。なお、この場合には、判定後一定時間経過後に地上制御装置５４０に対して電力回生条件が成立していない旨の信号を送信し、それを受けて地上制御装置５４０において当該車両が充電を行っていない旨の記録を制御ＩＤに対応づけて記憶しておくようにしてもよい。あるいは、判定後一定時間経過後に表示制御部２５５を通じて電力回生条件が成立していない旨の表示を行うようにしてもよい。また、運転者が手動介入することによって電力回生による充電を行わない旨車両制御装置２５０の電力回生制御部２５１へ入力し、その旨通信制御部２５３を介して地上制御装置５４０へ通知する構成とすることができる。

次に、図８Ｂを参照して、本システム２における自動牽引制御中の処理フローを説明する。自動牽引制御中、地上制御装置５４０は、励磁制御している磁石装置５２０のコイルの位置と地上センサ５３０から受信する車両位置情報とを比較して、両者の同期がとれているか、すなわち自動牽引制御が正常に実行されているか否かを随時判定している（Ｓ８１４）。これは、例えば自動牽引制御を利用しない一般車両等が走行路５１０に混在している場合、そのような車両との間隔が狭まったりした場合に自動牽引制御を受けている車両の運転者がブレーキをかけることで磁石装置５２０の励磁制御との同期が外れてしまうことなどが考えられるためである。

同期が外れたと判定された場合（Ｓ８１４、Ｎｏ）、地上制御装置５４０は、車両通信制御部５４３を通じて制御対象である車両２００に自動牽引制御から逸脱した旨の信号を車両制御装置２５０へ送信する（Ｓ８１５）。車両制御装置２５０はこれを受けて、表示制御部２５５を通じて自動牽引制御逸脱を表示して運転者に報知する（Ｓ８１６）。

地上制御装置５４０では、地上センサ５３０から車両位置情報を取得するとともに、その時間的な変化から車両位置検出部５４１にて車両速度情報を算出する（Ｓ８１７）。地上制御装置５４０の磁石コイル制御部５４２は、これらの車両位置情報及び速度情報に基づいて、対象車両直下の磁石装置５２０のコイルから励磁制御を再開する（Ｓ８１８）。

地上制御装置５４０は、励磁制御している磁石装置５２０のコイルの位置と地上センサ５３０から受信する車両位置情報とを比較して、両者の同期がとれているか否かを判定する（Ｓ８１９）。同期がとれていないと判定された場合には（Ｓ８１９、Ｎｏ）、対象車両の位置情報取得から処理を再試行する。同期がとれていると判定された場合には（Ｓ８１９、Ｙｅｓ）、車両制御装置２５０へ自動牽引制御が再開された旨の信号を送信する（Ｓ８２０）。これを受けて車両制御装置２５０は、表示制御部２５５を通じてインストゥルメントパネルのディスプレイ等に自動牽引制御が再開された旨の表示を行う（Ｓ８２１）。

次に、図８Ｃを参照して、本システム２から離脱する際の処理フローを説明する。本システム２の走行路５１０出口において、地上制御装置５４０の車両通信制御部５４３からゲート５６０に設置された地上アンテナ５７０、及び車上アンテナを介して、制御対象の車両に搭載されている車両制御装置２５０に自動牽引制御が終了する旨の信号が送信される（Ｓ８２２）。これを受けて車両制御装置２５０では、表示制御部２５５を介して自動牽引制御が終了する旨の表示を行う（Ｓ８２３）とともに、回生電力モニタ部２５４、課金制御部２５６より、地上制御装置５４０に、充電状態情報としての充電量情報及び自動牽引制御により走行した距離情報が通知される（Ｓ８２４）。

地上制御装置５４０では、車両制御装置２５０から通知された走行距離情報と当該車両の制御ＩＤに対応づけられている自動牽引制御開始から終了までの距離情報とを比較して、その差が所定の誤差範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ８２５）。これは、自動牽引制御された距離に対して従量課金する場合に、車両側・地上側いずれか一方の記録のみを自動的に採用することで、誤った課金がされてしまうおそれを少なくするための処理である。

距離情報に所定以上の差が生じて不一致であると判定された場合には（Ｓ８２５、Ｎｏ）、地上制御装置５４０は、その旨を車両制御装置２５０に通知する（Ｓ８２６）とともに、地上制御装置５４０の課金制御部５４４では、あらかじめ規定しておいた方式で課金に使用する距離情報を生成する（Ｓ８２７）。これには、例えば不一致となった距離情報のうちユーザにとって有利となる小さい方の距離情報によって課金するといった方式などが考えられ、システム２の設計思想に応じて適宜規定すればよい。

距離情報の判定に問題がない場合には（Ｓ８２５、Ｙｅｓ）、その情報によって課金制御部５４４にて課金情報が生成される（Ｓ８２８）。次いで、車両制御装置２５０から取得された充電量情報によって、同様に課金制御部５４４にて課金情報が生成される（Ｓ８２９）。そして、これらの課金情報は、車両制御装置２５０の課金制御部２５６から取得して制御ＩＤと対応づけられていたクレジットカード番号等の与信情報に基づいて、所定の与信機関などへ送信される（Ｓ８３０）。なお、充電量、牽引距離のいずれかに基づいて従量課金する、あるいは充電量、牽引距離とは関係なく定額の利用料金を課金するなど、課金方式は適宜選定して採用すればよい。

以上説明したように、本発明の第２実施形態に係るバッテリ充電方法及びシステムによれば、車両に備えられている電力回生制御の機能を利用して簡単かつ安全にバッテリの充電を行うことができるだけでなく、バッテリに充電しつつ車両を走行移動させることが出来、充電中の時間を無駄にすることなく移動することができるという効果を奏する。

前記車両に、前記電動機から前記電力制御装置を通じて前記バッテリに回生される電力の状態を監視する電力回生モニタ部と、前記電力回生モニタ部が検出したモニタデータを前記地上制御装置に送信する車上通信制御部を設け、前記回転力伝達機構にその動作を制御する地上制御装置を設け、前記地上制御装置は前記車上通信制御部と通信する地上通信制御部を備え、前記地上通信制御部にて前記車上通信制御部からの前記モニタデータを受信した前記地上制御装置は、そのモニタデータの内容に従って前記回転力伝達機構の動作を制御することとすれば、車両側の電力回生状態をモニタしつつそのモニタ結果に応じて回転力伝達機構の動作を制御することができる。

前記電力回生モニタ部が、前記回生電力の前記バッテリへの供給によって前記バッテリが満充電状態となったことを検知したときに、前記車上通信制御装置を介してその旨を前記地上制御装置の前記地上通信制御部へ送信し、前記地上制御装置はそれに基づいて前記回転力伝達機構の動作を停止させることとすれば、充電終了次第回転力伝達機構を停止させることでシステムを無駄に稼働させることがなくなる。

前記地上制御装置は、利用者からの利用料金を受領してそれに応じて前記回転力伝達機構の動作時間データを設定する課金制御部を備え、前記課金制御部が利用者から受領した利用料金に応じて設定した動作時間データに応じた動作時間だけ前記回転力伝達機構を動作させることとすれば、利用者は当座必要なだけバッテリを充電することができ経済的である。

前記外力印加手段が、前記車両が走行する走行路に沿って設けられた、前記車両を牽引する牽引手段を備えることとすれば、充電中も車両で移動することが出来、充電のために無駄に駐車させておく必要がない。

前記牽引手段は、前記走行路にそれぞれ前記車両を構成する磁性体と磁気的に結合するように前記車両の進行方向に沿って相隣り合うように設けられた複数の電磁石装置と、前記複数の電磁石装置への通電制御を行う磁石制御装置と、前記車両の前記走行路上における位置を検出する地上センサと、前記地上センサから検知信号を受信して前記車両の前記走行路における位置及び速度を算出する車両位置検出部と、前記車両位置検出部から受信する前記車両の位置と速度とに応じて、前記磁石制御装置によって前記複数の電磁石装置を、前記車両を電磁吸引しつつ牽引することとすれば、運転者が特に運転操作を行うことなく、かつバッテリに充電しながら安全に移動することができる。

前記牽引手段は、前記車両の一部と係合する係合部と、前記係合部が複数設けられている無端状回動部と、前記無端状回動部を回動させる動力部、前記動力部の動作を制御する動力部制御装置と、前記車両の前記走行路上における位置を検出する地上センサと、前記地上センサから検知信号を受信して前記車両の前記走行路における位置及び速度を算出する車両位置検出部とを備え、前記車両位置検出部から受信する前記車両の位置と速度とに応じて、前記動力部によって前記無端状回動部を移動させ、前記係合部によって前記車両を牽引することとすれば、同様に運転者が特に運転操作を行うことなく、かつバッテリに充電しながら安全に移動することができる。

以上、本発明について、その一実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

本発明の一実施形態に係るバッテリ充電システムの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリ充電システムの制御装置ハードウェア概略構成図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリ充電システムの制御装置概略機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリ充電システムの制御装置処理フローの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ充電システムの概略構成図である。 図５Ａのバッテリ充電システムの変形例を示す概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ充電システムの処理対象となる車上制御装置概略機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ充電システムの地上制御装置概略機能ブロック図である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ充電システムの車上−地上制御装置間処理フローの一例を示す図その１である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ充電システムの車上−地上制御装置間処理フローの一例を示す図その２である。 本発明の他の実施形態に係るバッテリ充電システムの車上−地上制御装置間処理フローの一例を示す図その３である。

符号の説明

１、２、３ バッテリ充電システム
１００ 駆動輪回転装置
１００Ａ 地上端末機（バッテリ充電システム１の）
１３０Ａ ユーザ操作器
１４０Ａ 保安センサ
１１０ 地上制御装置（バッテリ充電システム１の）
１１１ ＣＰＵ
１１２ メモリ
１１３ 記憶装置
１１４ データ入出力インターフェイス
１１５ モータ駆動制御インターフェイス
１１６ モータ駆動制御部
１１７ 課金制御部
１１８ 入出力インターフェイス
１１９ ユーザインターフェイス制御部
１２０ モータ
２００ 車両
２１０ インバータ
２２０ モータ
２３０ バッテリ
２４０ 発電機
２５０ 車両制御装置
２５１ 電力回生制御部
２５２ 車上子制御部
２５３ 通信制御部
２５４ 電力回生モニタ部
２５５ 表示制御部
２５６ 課金制御部
２６０ 駆動輪（駆動輪）
２７０ 車上子
５１０ 走行路
５２０ 磁石装置（牽引手段）
５３０ 地上センサ
５４０ 地上制御装置
５４１ 車両位置検出部
５４２ 磁石装置制御部
５４３ 車両通信制御部
５４４ 課金制御部
５４５ 表示制御部
５５０ 電源
５６０ 走行路制御ゲート
５７０ 地上アンテナ
５８０ 牽引装置（牽引手段）
５８１ 駆動ホイール
５８２ 駆動ベルト
５８３ カプラ
Ｄ 駆動ローラ
Ｒ 従動ローラ

Claims (11)

1. 駆動輪を駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリとを備え、前記電動機の回生電力で前記バッテリを充電する車両におけるバッテリの充電方法であって、
   前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させるステップと、
   前記駆動輪によって回転駆動される前記電動機の回生電力によって前記バッテリを充電するステップと、
   を有することを特徴とするバッテリの充電方法。
2. 前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させる前記ステップにおいて、前記車両の外部に前記駆動輪に回転力を伝達する回転力伝達機構を設け、前記回転力伝達機構によって前記駆動輪を回転させることを特徴とする請求項１に記載のバッテリの充電方法。
3. 前記回転力伝達機構は、前記車両の前記駆動輪の外周面に接触させてこれを強制的に回転させる回転駆動手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のバッテリの充電方法。
4. 前記回転力伝達機構は、前記車両に外力を加えてこれを走行させ、それによって前記駆動輪を強制的に回転させる外力印加手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のバッテリの充電方法。
5. 前記車両に、前記電動機から前記電力制御装置を通じて前記バッテリに回生される電力の状態を監視する電力回生モニタ部と、前記電力回生モニタ部が検出したモニタデータを前記地上制御装置に送信する車上通信制御部を設け、
   前記回転力伝達機構にその動作を制御する地上制御装置を設け、前記地上制御装置は前記車上通信制御部と通信する地上通信制御部を備え、前記地上通信制御部にて前記車上通信制御部からの前記モニタデータを受信した前記地上制御装置は、そのモニタデータの内容に従って前記回転力伝達機構の動作を制御する、
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のバッテリの充電方法。
6. 前記電力回生モニタ部が、前記回生電力の前記バッテリへの供給によって前記バッテリが満充電状態となったことを検知したときに、前記車上通信制御装置を介してその旨を前記地上制御装置の前記地上通信制御部へ送信し、前記地上制御装置はそれに基づいて前記回転力伝達機構の動作を停止させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載のバッテリの充電方法。
7. 前記地上制御装置は、利用者からの利用料金を受領してそれに応じて前記回転力伝達機構の動作時間データを設定する課金制御部を備え、前記課金制御部が利用者から受領した利用料金に応じて設定した動作時間データに応じた動作時間だけ前記回転力伝達機構を動作させる、
   ことを特徴とする請求項５に記載のバッテリの充電方法。
8. 前記外力印加手段が、前記車両が走行する走行路に沿って設けられた、前記車両を牽引する牽引手段を備えていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載のバッテリの充電方法。
9. 前記牽引手段は、前記走行路にそれぞれ前記車両を構成する磁性体と磁気的に結合するように前記車両の進行方向に沿って相隣り合うように設けられた複数の電磁石装置と、前記複数の電磁石装置への通電制御を行う磁石制御装置と、前記車両の前記走行路上における位置を検出する地上センサと、前記地上センサから検知信号を受信して前記車両の前記走行路における位置及び速度を算出する車両位置検出部と、前記車両位置検出部から受信する前記車両の位置と速度とに応じて、前記磁石制御装置によって前記複数の電磁石装置を、前記車両を電磁吸引しつつ牽引する、
   ことを特徴とする請求項８に記載のバッテリの充電方法。
10. 前記牽引手段は、前記車両の一部と係合する係合部と、前記係合部が複数設けられている無端状回動部と、前記無端状回動部を回動させる動力部、前記動力部の動作を制御する動力部制御装置と、前記車両の前記走行路上における位置を検出する地上センサと、前記地上センサから検知信号を受信して前記車両の前記走行路における位置及び速度を算出する車両位置検出部とを備え、前記車両位置検出部から受信する前記車両の位置と速度とに応じて、前記動力部によって前記無端状回動部を移動させ、前記係合部によって前記車両を牽引する、
    ことを特徴とする請求項８に記載のバッテリの充電方法。
11. 駆動輪を駆動する電動機と、前記電動機に電力を供給するバッテリとを備え、前記電動機の回生電力で前記バッテリを充電する車両におけるバッテリの充電システムであって、
    前記車両にその外部からエネルギーを与えることによって前記駆動輪を回転させる回転力伝達機構を備え、
    前記駆動輪によって回転駆動される前記電動機の回生電力によって前記バッテリを充電する、
    ことを特徴とするバッテリの充電システム。

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