JP2015233355A - 充電システム、給電車両、充電車両、及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両間の電力供給によりバッテリを充電する際に、給電車両及び充電車両にそれぞれ設けられている変換器を効率的に活用しつつ、充電効率を高めた充電システムを提供する。
【解決手段】給電車両１００と充電車両２００との間を充電ケーブル３００で接続する。給電車両は、給電側バッテリ１０１と、給電側モータ１０４と、給電側電力変換手段１０３と、給電側充電ポート１０８と、給電側制御手段１１０とを備え、充電車両は、充電側バッテリ２０１と、充電側モータ２０４と、充電側電力変換手段２０３と、充電側充電ポート２０８と、充電側制御手段２１０とを備える。給電側制御手段は、給電側バッテリの電圧を給電側電力変換手段により変換して給電側充電ポートに出力し、充電側制御手段は、充電ケーブルを介して充電側充電ポートに入力された電圧を充電側電力変換手段により変換し充電側バッテリに出力して、充電側バッテリの充電を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電システム、給電車両、充電車両、及び充電方法に関するものである。

救援車両により救援対象車両のバッテリを充電する車両間充電装置において、救援車両のバッテリと、バッテリの直流電圧を昇圧するコンバータと、インバータとを救援車両に備え、インバータのスイッチング素子とモータの巻線リアクトルとの回路で降圧コンバータを構成し、救援車両のバッテリの電圧をコンバータにより昇圧して、昇圧された電圧を降圧コンバータにより降圧して救援対象車両に出力する。そして、救援対象車両では、救援車両から出力された電圧を昇降圧されることなく、直接、バッテリに供給されることで、救援対象車両のバッテリを充電するものが開示されている（特許文献１）。

特開２０１２−１９６１０５号公報

しかしながら、上記の車両間充電装置は、電力の供給側の車両に、電力を変換する変換器を備えているが、変換器を効率的に活用しておらず、また充電効率が低いという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、車両間の電力供給によりバッテリを充電する際に、給電車両及び充電車両にそれぞれ設けられている変換器を効率的に活用しつつ、充電効率を高めた充電システム、給電車両、充電車両、及び充電方法を提供することである。

本発明は、給電側バッテリの電力を変換して給電側モータに出力する給電側電力変換手段を給電車両に、充電側バッテリの電力を変換して充電側モータに出力する充電側電力変換手段を充電車両にそれぞれ設け、給電側バッテリの電圧を給電側電力変換手段により変換して給電側充電ポートに出力し、充電ケーブルを介して充電側充電ポートに入力された電圧を充電側電力変換手段により変換し、充電側バッテリに出力して、充電側バッテリの充電を制御することによって上記課題を解決する。

本発明は、給電車両と充電車両で、モータ駆動用の電力変換手段をそれぞれ用いた上で、バッテリを充電しているため、電力変換手段を効率的に活用でき、充電効率を高めることができる。

本発明の実施形態に係る充電システムのブロック図である。 図１の給電側コントローラの制御フローを示すフローチャートである。 図１の充電側コントローラの制御フローを示すフローチャートである。 図１のバッテリの特性を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。 図５の給電側コントローラの制御フローを示すフローチャートである。 図５の充電側コントローラの制御フローを示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
図１は本発明の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例の充電システムは、給電車両１００から充電車両２００へ直流で給電することで、給電車両のバッテリの電力で、充電車両のバッテリを充電するためのシステムである。なお、給電車両１００及び充電車両２００が電気自動車であることを前提に説明するが、給電車両１００及び充電車両２００は電気自動車に限らず、例えばプラグインハイブリッド車両でもよい。なお、図１において、太い点線はバッテリ１０１とバッテリ２０１との間の電力の流れを示しており、細い点線は、制御ライン又は通信ラインを示している。図５及び図８も同様に図示している。

給電車両１００は、バッテリ１０１と、コンデンサ１０２、１０６と、インバータ１０３と、モータ１０４と、追加リアクトル１０５と、コンタクタ１０７と、充電ポート１０８と、配線１０９ａ、１０９ｂと、給電側コントローラ１１０と、通信部１２０を備えている。

バッテリ１０１は、複数の二次電池を接続することで構成されている。バッテリ１０１は、モータ１０４に電力を供給するための電力源である。コンデンサ１０２は、一対の電源ラインを介して、バッテリ１０１の両端子間に接続されている。コンデンサ１０２はバッテリ１０１からインバータ１０３に出力される電圧を平滑するためのコンデンサである。

インバータ１０３は、バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換して、変換した電力をモータ１０４に出力する電力変換回路である。インバータ１０３は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相の各相に直列に接続された複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子にそれぞれ並列接続されたダイオードとを備えている。ダイオードは、スイチング素子の電流の導通方向に対して逆向きになるように接続されている。直列に接続されたスイッチング素子の両端は、バッテリ１０１の両端と一対の電源ラインで接続されている。また、各相の複数のスイッチング素子の接続点は、モータ１０４の各相のコイルにそれぞれ接続されている。インバータ１０３は、給電側コントローラ１１０から送信されるスイッチング信号により、スイッチング素子のオン、オフを切り替えて、電力を変換する。

モータ１０４は、バッテリ１０１の電力により駆動するモータであり、給電車両１００の駆動源となる。モータ１０４は、各相に対応する３つのコイルを有している。３つのコイルの両端のうち、一端は、配線を介してインバータ１０３の各相に接続されている。他端は中性点Ａに接続されている。モータ１０４はインバータ１０３を介してバッテリ１０１に接続されている。

追加リアクトル１０５は、モータ１０４の中性点Ａとコンタクタ１０７との間に接続されている。コンデンサ１０６は、一対のコンタクタ１０７にそれぞれ接続された一対の配線１０９ａ、１０９ｂの間に接続されている。コンデンサ１０６は、給電車両１００から充電車両２００に電力を出力する際にチャージされ、コンデンサ１０６にチャージされた電圧が、給電車両１００から充電車両２００に出力される電圧となる。

コンタクタ１０７は、一対の配線１０９ａ、１０９ｂにそれぞれ接続された一対のスイッチである。配線１０９ａに接続されたコンタクタ１０７は充電ポート１０８とモータ１０４の中性点Ａとの間に接続されている。配線１０９ｂに接続されたコンタクタ１０７は充電ポート１０８と、インバータ１０３の負の電源ラインに接続されている。コンタクタ１０７は、バッテリ１０１の電力を充電ポート１０８から出力する導通経路のオン、オフを切り替えるためのスイッチである。コンタクタ１０７のオン、オフは給電側コントローラ１１０により制御される。

充電ポート１０８は、充電ケーブル３００の接続口であり、充電ケーブル３００の先端部分のコネクタと嵌合するように構成されている。充電ポート１０８は配線１０９ａ、１０９ｂを介してコンタクタ１０７に接続されている。配線１０９ａは、モータ１０４の中性点Ａと充電ポート１０８との間を接続しつつ、追加リアクトル１０５及びコンタクタ１０７を接続するため配線である。配線１０９ｂは、インバータ１０３の負側の電源ラインと充電ポート１０８との間を接続しつつ、コンタクタ１０７を接続するため配線である。

これにより、モータ１０４の中性点Ａは、追加リアクトル１０５、コンデンサ１０６を介してコンタクタ１０７に接続されている。またインバータ１０３の負側の電源ラインは、コンデンサ１０６を介してコンタクタ１０７に接続されている。そして、コンタクタ１０７は充電ポート１０８に接続されている。

給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３及びコンタクタ１０７を制御するためのコントローラである。通信部１２０は、充電車両２００と通信するための通信機である。充電ケーブル３００には通信線が含まれている。そして、充電ケーブル３００が充電ポート１０８と充電ポート２０８に接続されることで、給電車両１００側の通信部１２０は、通信線と通じて、充電車両２００側の通信部２２０と通信可能な状態となる。

充電車両２００は、バッテリ２０１と、コンデンサ２０２、２０６と、インバータ２０３と、モータ２０４と、追加リアクトル２０５と、コンタクタ２０７と、充電ポート２０８と、配線２０９ａ、２０９ｂと、充電側コントローラ２１０と、通信部２２０を備えている。バッテリ２０１、コンデンサ２０２、２０６、インバータ２０３、モータ２０４、追加リアクトル２０５、コンタクタ２０７、充電ポート２０８、配線２０９ａ、２０９ｂ、充電側コントローラ２１０、及び、通信部２２０の各構成は、バッテリ１０１、コンデンサ１０２、１０６、インバータ１０３、モータ１０４、追加リアクトル１０５、コンタクタ１０７、充電ポート１０８、配線１０９ａ、１０９ｂ、給電側コントローラ１１０、及び通信部１２０の構成とそれぞれ同様であるため、説明を省略する。また充電車両２００の上記構成の配線経路は、給電車両１００の上記構成の配線経路と同一である。

次に、給電車両１００の走行中の給電側コントローラ１１０の制御を説明する。車両の走行中、給電側コントローラ１１０はコンタクタ１０７をオフ状態にする。給電側コントローラ１１０は、アクセル操作によるアクセル開度、モータの回転数等によりトルク指令値を演算しつつ、当該トルク指令値に相当するトルクをモータ１０４から出力させるように、インバータ１０３のスイッチング信号を生成し、各スイッチング素子に出力する。モータ１０４の力行時には、インバータ１０３は、バッテリ１０１の直流電力を交流電力に変換しつつ、モータに出力する。またモータ１０４の回生時には、インバータ１０３はモータ１０４から入力される交流電力を直流電力に変換して、バッテリ１０１に出力する。給電車両１００の走行中、コンタクタ１０７はオフ状態になっているため、モータ１０４の駆動中の中性点Ａの電位は充電ポート１０８に印加されない。なお、充電車両２００の走行中における充電側コントローラ２１０の制御は、給電側コントローラ１１０と同様であるため、説明を省略する。

次に、給電車両１００から充電車両２００へ直流で電力を供給する際の給電側コントローラ１１０の制御と充電側コントローラ２１０の制御を、それぞれ説明する。図２は給電側コントローラ１１０の制御フローを示すフローチャートである。図３は充電側コントローラ２１０の制御フローを示すフローチャートである。

まず、給電車両１００と充電車両２００との間の充電ポート１０８、２０８が充電ケーブル３００で接続されると、給電側コントローラ１１０は充電ケーブル３００の接続を確認する（ステップＳ１１）。

ステップＳ１２にて、給電側コントローラ１１０は、通信部１２０を用いて、充電車両２００との通信を開始する。給電側コントローラ１１０は、バッテリ２０１の情報を充電車両２００から取得する。バッテリ２０１の情報は、バッテリ２０１の現在の状態（充電を行う前の状態）を示す情報であって、バッテリ２０１の電圧、ＳＯＣ等である。

ステップＳ１３にて、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１に接続された電圧センサを用いて、バッテリ１０１の電圧を検出する。そして、給電側コントローラ１１０は、給電車両１００のバッテリ１０１の電圧と、充電車両２００のバッテリ２０１の電圧に基づいて、目標電圧を設定する。給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１の電圧及びバッテリ２０１の電圧よりも低い電圧を目標電圧に設定する。目標電圧は、充電ポート１０８から充電ポート２０８に出力される電圧であり、バッテリ１０１の充電中にコンデンサ１０６に充電される電圧である。

次に、ステップＳ１４にて、給電側コントローラ１１０はコンタクタ１０７をオフ状態からオン状態に切り替える。コンタクタ１０７がオフ状態からオン状態に切り替わる時に、コンデンサ１０６には電圧が印加されていない。

次に、ステップＳ１５にて、給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３のスイッチング素子を制御して、バッテリ１０１の電圧を、インバータ１０３及びモータ１０４により降圧させて、充電ポート１０８に出力する。給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３の三相のうち、二相のスイッチング素子をオフ状態にしつつ、一相のスイッチング素子のオン、オフを切り替える。このとき、一相のスイッチング素子、及び、当該一相のスイッチング素子の接続点に接続されたモータ１０４のコイル、及び追加リアクトル１０５は降圧コンバータとして動作する。そして、給電側コントローラ１１０は、コンデンサ１０６の電圧が目標電圧になるように、インバータ１０３とモータ１０４により、バッテリ１０１の電圧を目標電圧まで降圧させることで、バッテリ１０１の電圧制御を行う。なお、コンデンサ１０６の電圧は、コンデンサ１０６に接続された電圧センサにより管理されている。

ステップＳ１６にて、給電側コントローラ１１０は、通信部１２０を用いて、充電車両２００から充電停止信号を受信したか否か判定する。充電停止信号は、充電を停止するための指令信号である。充電停止信号を受信していない場合には、ステップＳ１５に戻る。そして、ステップＳ１５、Ｓ１６の制御ループが繰り返されることで、給電車両１００から充電車両２００への電力供給が継続される。

一方、充電停止信号を受信した場合には、給電側コントローラ１１０はインバータ１０３のスイッチング素子の切り替え動作を停止させることで、電力供給を停止する（ステップ１７）。そして、給電側コントローラ１１０はコンタクタ１０７をオン状態からオフ状態に切り替え、給電車両１００側の制御フローが終了する。

次に、充電側コントローラ２１０の制御を説明する。ステップＳ２１及びステップＳ２２の制御は、ステップＳ１１及びステップＳ１２の制御と同様である。

ステップＳ２３にて、充電側コントローラ２１０は、バッテリ２０１の状態に応じて、バッテリ２０１の充電電圧を設定する。ステップＳ２４にて、充電側コントローラ２１０はコンタクタ２０７をオフ状態からオン状態に切り替える。コンタクタ２０７がオフ状態からオン状態に切り替わる時に、コンデンサ２０６には電圧が印加されていない。

ステップＳ２５にて、充電側コントローラ２１０は、インバータ２０３のスイッチング素子を制御して、充電ポート２０８からコンタクタ２０７を介してインバータ２０３及びモータ２０４に入力される電圧を、インバータ２０３及びモータ２０４により昇圧させて、バッテリ２０１に出力する。充電側コントローラ２１０は、インバータ２０３の三相のうち、二相のスイッチング素子をオフ状態にしつつ、一相のスイッチング素子のオン、オフを切り替える。このとき、一相のスイッチング素子、及び、当該一相のスイッチング素子の接続点に接続されたモータ２０４のコイル、及び追加リアクトル２０５は昇圧コンバータとして動作する。そして、充電側コントローラ２１０は、インバータ２０３から出力される電圧がバッテリ２０１の充電電圧になるように、インバータ２０３及びモータ２０４の電流を制御して（電流制御）、充電ポート２０８から入力される電圧をバッテリ２０１の充電電圧まで昇圧させる。

ステップＳ２６にて、充電側コントローラ２１０は、充電を終了させるか否かを判定する。充電側コントローラ２１０は、バッテリ２０１の電圧が充電終了時の電圧になった場合に、充電終了として判定する。充電を終了しない場合には、ステップＳ２５に戻る。そして、ステップＳ２５、Ｓ２６の制御ループが繰り返されることで、バッテリ２０１の充電制御が継続される。

一方、充電を終了させる場合には、ステップＳ２７にて、充電側コントロー２１１０はインバータ２０３のスイッチング素子の切り替え動作を停止させることで、充電制御を停止する。ステップＳ２８にて、充電側コントローラ２１０は、充電停止信号を給電車両１００に送信する。そして、充電側コントローラ２１０はコンタクタ２０７をオン状態からオフ状態に切り替え（ステップＳ２９）、充電車両２００側の制御フローが終了する。

上記のように、本発明は、バッテリ１０１の電圧を、インバータ１０３及びモータ１０４により変換して充電ポート１０８に出力し、充電ケーブル３００を介して充電ポート２０８に入力された電圧をインバータ２０３及びモータ２０４により変換して、変換された充電電圧をバッテリ２０１に出力して、バッテリ２０１の充電を制御する。これにより、給電車両１００及び充電車両２００において、車両の走行時にモータを駆動させるために必要なインバータ１０３、２０３をそれぞれ用いた上で、二車両間を充電ケーブル３００で接続しつつ、バッテリ２０１を充電している。そのため、車両間充電だけのために、コンバータを別途設ける必要がないため、それぞれの車両における複数の構成要素を効率的に活用でき、さらに充電効率も高めることができる。また、コンバータが不要な分、安価な車両間充電を実現できる。

ここで、バッテリ１０１、２０１の性質について、図４を用いて説明する。図４は、バッテリ１０１、２０１の充電状態（ＳＯＣ）に対するバッテリ１０１、２０１の電圧の特性を示すグラフである。図４において、グラフａはバッテリ１０１、２０１に負荷が加わっていない時（非充電時）の特性を示し、グラフｂはバッテリ１０１、２０１の放電時の特性を示し、グラフｃはバッテリ１０１、２０１の充電時の特性を示す。なお、上記と同様に、バッテリ１０１は給電側の二次電池とし、バッテリ２０１は充電側の二次電池とする。

図４に示すように、バッテリ１０１、２０１の特性として、放電時にはバッテリ１０１、２０１の電圧は無負荷時よりも低下する。また、充電時にはバッテリ１０１、２０１の電圧は無負荷時よりも上昇する。そのため、例えばバッテリ１０１のＳＯＣが８０％とし、バッテリ２０１のＳＯＣが３５％とした場合に、バッテリ１０１の電圧はバッテリ２０１の電圧よりも高くなっている。一方、バッテリ１０１、２０１間で充電を行う場合には、給電側のバッテリ１０１の電圧は低下し、充電側のバッテリ２０１の電圧が上昇するため、バッテリ１０１の電圧はバッテリ２０１の電圧とほぼ同じになる。

そして、本発明とは異なり、バッテリ１０１とバッテリ２０１との間に昇圧コンバータとして機能する構成要素がない場合には、バッテリ１０１からバッテリ２０１に充電できなくなってしまう。さらに、充電開始時はバッテリ１０１のＳＯＣが高い状態であったとしても、充電が進むにつれて、バッテリ１０１のＳＯＣが低下するため、充電できなくなってしまう。そして、図４のグラフの例で、充電側のバッテリ２０１が充電対象として取り得るＳＯＣの範囲を３５％未満とした場合に、全ての範囲で充電可能とするためには、給電側のバッテリ１０１のＳＯＣは８０％以上にしなければならない。そのため、給電側のバッテリ１０１はＳＯＣ８０％以上とし、充電側のバッテリ２０１はＳＯＣ３５％未満としなければ、バッテリ間で充電することはできない。そして、ＳＯＣ３５％以上からＳＯＣ８０％未満は、充電不可領域となってしまう。

一方、本発明は、バッテリ１０１の電圧をインバータ１０３及びモータ１０４により降圧して充電ポート１０８に出力し、充電ケーブル３００を介して充電ポート２０８に入力された電圧をインバータ２０３、モータ２０４により昇圧し、バッテリ２０１に出力する。これにより、バッテリ１０１とバッテリ２０１との間の電位差に関わらず、バッテリ１０１からバッテリ２０１に電力を供給することができるため、広範囲のＳＯＣで充電を行うことができる。

また本発明は、充電ポート１０８をモータ１０４の中性点に接続し、充電ポート２０８をモータ２０４の中性点に接続している。これにより、車両の走行時にモータを駆動させるために必要なインバータ１０３、２０３及びモータ１０４、２０４を充電器として用いることができるため、それぞれの車両の構成要素を効率的に活用しつつ、コストを抑制できる。

本発明は、バッテリ１０１の電力をバッテリ２０１に供給する場合には、１２０により充電車両２００から取得した情報に基づき、充電ポート１０８から充電ポート２０８に出力する目標電圧を設定し、充電ポート１０８の出力電圧が目標電圧となるようインバータ１０３を制御する。また本発明は、バッテリ１０１の電力でバッテリ２０１を充電する場合には、インバータ２０３の出力電圧がバッテリ２０１の充電電圧となるようインバータ２０３制御する。これにより、給電車両１００及び充電車両２００を同一の構成にしつつ、電力供給側とバッテリの充電側で制御を変更するだけで、バッテリを充電する際の電力源及び充電器として機能を発揮できる。

また本発明は、インバータ１０３及びインバータ２０３を同一の電力変換回路としつつ、充電ポート１０８とインバータ１０３との間の配線経路と、充電ポート２０８とインバータ２０３との間の配線経路を同一にしている。これにより、同一の構成をもった全ての車両が、バッテリを充電する際の電力源及び充電器としての機能をもつことができるため、車両の利用効率を高めることができる。

なお、本発明の変形例として、充電ポート１０８は、インバータ１０３、モータ１０４を介してバッテリ１０１に接続する配線経路とは別に、バッテリ１０１に直接接続してもよい。バッテリ１０１と充電ポート１０８との間を直接接続した配線経路は、充電ポート１０８から供給される電力をバッテリ１０１に直接出力するための経路である。これにより、充電スタンド等の外部充電装置により、バッテリ１０１を充電する場合の電力損失を抑制できる。なお、外部充電装置によりバッテリ１０１を直接、充電する場合には、コンタクタ１０７はオフ状態になっている。

上記のインバータ１０３が本発明の「給電側電力変換手段」に相当し、給電側コントローラ１１０が本発明の「給電側制御手段」に相当し、通信部１２０が本発明の「通信手段」に相当し、インバータ２０３が本発明の「充電側電力変換手段」に相当し、充電側コントローラ２１０が本発明の「充電側制御手段」に相当する。

《第２実施形態》
図５は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第１実施形態に対して、給電車両１００側に、昇圧器１１１及びコンタクタ１１２を設ける点、充電車両２００側に、昇圧器２１１及びコンタクタ２１２を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであり、その記載を援用する。

給電車両１００は、インバータ１０３等の他に、昇圧器１１１及びコンタクタ１１２を備えている。昇圧器１１１は、バッテリ１０１とモータ１０４との間で電力を供給する経路に接続され、バッテリ１０１の出力側に接続されている。昇圧器１１１はバッテリ１０１の電圧を昇圧して、インバータ１０３に出力する。また昇圧器１１はバッテリ１０１の電圧を昇圧して、充電ポート１０８に出力する。昇圧器１１１は、バッテリ１０１の両端子間に接続されたコンデンサ１１１ａと、コンデンサ１１１ａに並列接続された複数のスイッチング素子１１１ｂ、１１１ｃと、スイッチング素子１１１ｂ、１１１ｃの接続点に接続されたコイル１１１ｄと、コイル１１１ｄの一端と負側の電源ラインとの間に接続されたコンデンサ１１１ｅを有している。

コンタクタ１１２は、昇圧器１１１とインバータ１０３との間、及び、昇圧器１１１と充電ポート１０８との間に接続されている。コンタクタ１１２は、バッテリ１０１から昇圧器１１１を介してインバータ１０３、モータ１０４までの導通経路と、バッテリ１０１から昇圧器１１１を介して充電ポート１０８までの導通経路を切り替えるためのスイッチである。

充電ポート１０８は、配線１０９ａ、１０９ｂにより、昇圧器１１１とインバータ１０３との間を接続する一対の電源ラインに接続されている。

充電車両２００は、インバータ２０３等の他に、昇圧器２１１及びコンタクタ２１２を備えている。昇圧器２１１及びコンタクタ２１２の構成は、昇圧器１１１及びコンタクタ１１２の構成と同様であるため説明を省略する。また充電車両２００の上記構成の配線経路は、給電車両１００の上記構成の配線経路と同一である。また昇圧器２１１を構成するコンデンサ２１１ａ、スイッチング素子２１１ｂ、２１１ｃ、コイル２１１ｄ、及びコンデンサ２１１ｅの接続も、昇圧器１１１と同様である。

次に、給電車両１００の走行中の給電側コントローラ１１０の制御を説明する。車両の走行中、給電側コントローラ１１０はバッテリ１０１からモータ１０４に電力を供給できるように、コンタクタ１０７をオン状態に切り替える。このとき、昇圧器１１１と充電ポート１０８との間のコンタクタ１０７はオフ状態になっているため、昇圧器１１１の電圧は充電ポート１０８に印加されない。そして、給電側コントローラ１１０は、昇圧器１１１によりバッテリ１０１の電圧を昇圧しつつ、所望のトルクがモータ１０から出力されるように、インバータ１０３を制御する。なお、充電車両２００の走行中における充電側コントローラ２１０の制御は、給電側コントローラ１１０と同様であるため、説明を省略する。

次に、給電車両１００から充電車両２００へ直流で電力を供給する際の給電側コントローラ１１０の制御と充電側コントローラ２１０の制御を、それぞれ説明する。図６は給電側コントローラ１１０の制御フローを示すフローチャートである。図７は充電側コントローラ２１０の制御フローを示すフローチャートである。

ステップＳ３１、Ｓ３２の制御は、第１実施形態に係るステップＳ１１、Ｓ１２の制御と同様であるため説明を省略する。

ステップＳ３３にて、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１に接続された電圧センサを用いて、バッテリ１０１の電圧を検出する。そして、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１の電圧と、充電車両２００のバッテリ２０１の電圧に基づいて、チャージ電圧を設定する。

給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１の電圧及びバッテリ２０１の電圧よりも高い電圧をチャージ電圧に設定する。昇圧器１１１のコンデンサ１１１ｅは、バッテリ１０１とモータ１０４との間に接続されており、またコンタクタ１１２を介して充電ポート１０８に電気的に接続されている。そして、モータ１０４の駆動時に、コンデンサ１１１ｅはチャージされている。また、昇圧器２１１のコンデンサ２１１ｅも同様に、バッテリ２０１とモータ２０４との間に接続されており、またコンタクタ２１２を介して充電ポート２０８に電気的に接続されている。そのため、コンデンサ１１１ｅとコンデンサ２１１ｅは異なる電圧になっている場合があり、電圧が異なる状態で、充電ケーブル３００を介して、コンデンサ１１１ｅとコンデンサ２１１ｅが接続されると、大きな電流が瞬間的に流れる可能性がある。

そのため、コンデンサ１１１ｅとコンデンサ２１１ｅが接続されるときの電位差を抑えるために、チャージ電圧が設定される。チャージ電圧は給電車両１００側と充電車両２００側で同じ値に設定される。なお、チャージ電圧は、充電ポート１０８から充電ポート２０８の出力電圧となる。

そして、ステップ３４にて、コントローラ１１０は昇圧器１１１を制御して、コンデンサ１１１ｅの電圧をチャージ電圧まで充電する（以下、プリチャージとも称す。）。

ステップＳ３５にて、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１から昇圧器１１１を介して充電ポート１０８までの配線経路を導通させるように、コンタクタ１１２をオン状態にする。

ステップＳ３６にて、給電側コントローラ１１０は、昇圧器１１１を制御して、バッテリ１０１の電圧を昇圧させて充電ポート１０８に出力する（電圧制御）。

ステップＳ３７にて、給電側コントローラ１１０は、通信部１２０を用いて、充電車両２００から充電停止信号を受信したか否か判定する。充電停止信号を受信していない場合には、ステップＳ３６に戻る。そして、ステップＳ３６、Ｓ３７の制御ループが繰り返されることで、給電車両１００から充電車両２００への電力供給が継続される。充電停止信号を受信した場合にはステップＳ３８に進む。ステップＳ３８、Ｓ３９の制御は、第１実施形態に係るステップＳ１７、１８の制御と同様であるため説明を省略する。

次に、充電側コントローラ２１０の制御を説明する。ステップＳ４１〜Ｓ４５の制御は、ステップＳ３１〜Ｓ３５の制御と同様である。

ステップＳ４６にて、充電側コントローラ２１０は、昇圧器２１１の電流を制御して（電流制御）、充電ポート１０８から充電ポート２０８に供給される電圧を降圧させて、バッテリ２０１に出力する。ステップＳ４７、Ｓ４９、Ｓ５０の制御は、第１実施形態に係るステップＳ２６、Ｓ２８、Ｓ２９の制御と同様である。ステップＳ４８では、充電側コントローラ２１０は昇圧器１１１を停止する。

上記のように、本発明は、バッテリ１０１の電圧を昇圧器１１１により変換して充電ポート１０８に出力し、充電ケーブル３００を介して充電ポート２０８に入力された電圧を昇圧器２１１により変換してバッテリ２０１の充電を制御する。これにより、給電車両１００及び充電車両２００において、車両の走行時にモータを駆動させるために必要な昇圧器１１１、２１１をそれぞれ用いた上で、二車両間を充電ケーブル３００で接続しつつ、バッテリ２０１を充電している。そのため、車両間充電だけのためにコンバータを別途設ける必要がないので、それぞれの車両における複数の構成要素を効率的に活用でき、さらに充電効率も高めることができる。また、コンバータが不要な分、安価な車両間充電を実現できる。

また本発明はバッテリ１０１の電圧を昇圧器１１１により昇圧して充電ポート１０８に出力し、充電ケーブル３００を介して充電ポート２０８に入力された電圧を昇圧器２１１により降圧し、バッテリ２０１に出力する。これにより、バッテリ１０１とバッテリ２０１との間の電位差に関わらず、バッテリ１０１からバッテリ２０１に電力を供給することができるため、広範囲のＳＯＣで充電を行うことができる。

また本発明は、充電ポート１０８を、昇圧器１１１とインバータ１０３とを接続する電源ラインに接続し、充電ポート２０８を、昇圧器２１１とインバータ２０３とを接続する電源ラインに接続している。これにより、バッテリ間で充電する際に、モータを導通経路に含めないことでモータをリアクトルとして利用する必要がなく、昇圧器１１１、２１１専用の小型リアクトルを利用するため、高効率の充電を実現できる。

また本発明は、バッテリ１０１の電力でバッテリ２０１を充電する前に、バッテリ１０１の電力でコンデンサ１１１ｅの電圧を所定の電圧（チャージ電圧）に充電し、バッテリ２０１の電力でコンデンサ２１１ｅの電圧を所定の電圧に充電する。これにより、バッテリ間で充電する際に、コンデンサ１１１ｅとコンデンサ２１１ｅを接続しても、大きな電流が瞬間的に流れることを防止できる。

なお、本発明の変形例として、充電ポート１０８は、昇圧器１１１を介してバッテリ１０１に接続する配線経路とは別に、バッテリ１０１に直接接続してもよい。これにより、充電スタンド等の外部充電装置により、バッテリ１０１を充電する場合の電力損失を抑制できる。なお、外部充電装置によりバッテリ１０１を直接、充電する場合には、コンタクタ１０７は、昇圧器１１１とインバータ１０３との間、及び、昇圧器１１１と充電ポート１０８との間でそれぞれオフ状態になっている。

上記の昇圧器１１１が本発明の「給電側コンバータ」に相当し、インバータ１０３が本発明の「給電側インバータ」に相当し、昇圧器２１１が本発明の「充電側コンバータ」に相当し、インバータ２０３が本発明の「充電側インバータ」に相当する。またコンデンサ１１１ｅが本発明の「給電側コンデンサ」に相当し、コンデンサ２１１ｅが本発明の「充電側コンデンサ」に相当する。

《第３実施形態》
図８は、発明の他の実施形態に係る充電システムのブロック図である。本例では上述した第２実施形態に対して、給電車両１００側に、昇圧器１１１の代わりに降圧器１１３を設ける点、充電車両２００側に、昇圧器２１１の代わりに降圧器２１３を設ける点が異なる。これ以外の構成は上述した第２実施形態と同じであり、第１、第２実施形態の記載を適宜、援用する。

給電車両１００は、インバータ１０３等の他に、降圧器１１３を備えている。降圧器１１３は、第２実施形態に係る昇圧器１１１の位置に接続されている。降圧器１１３はバッテリ１０１の電圧を降圧して、インバータ１０３に出力する。また降圧器１１３はバッテリ１０１の電圧を降圧して、充電ポート１０８に出力する。降圧器１１３は、バッテリ１０１の両端子間に接続されたコンデンサ１１３ａと、コンデンサ１１３ａの一端に接続されたコイル１１３ｂと、直列接続された複数のスイッチング素子１１３ｃ、１１３ｄと、複数のスイッチング素子１１３ｃ、１１３ｄに並列接続されたコンデンサ１１３ｅを有している。複数のスイッチング素子１１３ｃ、１１３ｄの接続点は、コイル１１３ｂの他端に接続されている。

充電車両２００は、インバータ２０３等の他に、降圧器２１３を備えている。降圧器２１３の構成は、降圧器１１３の構成と同様であるため説明を省略する。また充電車両２００の上記構成の配線経路は、給電車両１００の上記構成の配線経路と同一である。また降圧器２１３を構成するコンデンサ２１３ａ、コイル２１３ｂ、スイッチング素子２１３ｃ、２１３ｄ、及びコンデンサ２１３ｅの接続も、降圧器１１３と同様である。

給電車両１００の走行中の給電側コントローラ１１０の制御は、第２実施形態に係る給電側コントローラ１１０の制御のうち、昇圧器１１１の昇圧動作を、降圧器１１３の降圧動作とすればよい。充電車両２００の走行中の充電側コントローラ２１０の制御も同様に、第２実施形態に係る充電側コントローラ２１０の制御のうち、昇圧器２１１の昇圧動作を、降圧器２１３の降圧動作とすればよい。

給電車両１００から充電車両２００へ直流で電力を供給する際の給電側コントローラ１１０の制御と充電側コントローラ２１０の制御は、図６に示した制御フローのうち、ステップＳ３６の昇圧制御を、降圧制御にすればよく、図７に示した制御フローのうちステップＳ４６の降圧制御を、昇圧制御にすればよい。また、ステップＳ３３及びステップＳ４３で設定されるチャージ電圧は、コンデンサ１１３ｅ、２１３ｅのチャージ電圧であり、バッテリ１０１、２０１の電圧よりも低い電圧に設定される。

上記のように本発明は、バッテリ１０１の電圧を降圧器１１３により変換して充電ポート１０８に出力し、充電ケーブル３００を介して充電ポート２０８に入力された電圧を降圧器２１３により変換してバッテリ２０１の充電を制御する。これにより、給電車両１００及び充電車両２００において、車両の走行時にモータを駆動させるために必要な降圧器１１３、２１３をそれぞれ用いた上で、二車両間を充電ケーブル３００で接続しつつ、バッテリ２０１を充電している。そのため、車両間充電だけのために、コンバータを別途設ける必要がないため、それぞれの車両における複数の構成要素を効率的に活用でき、さらに充電効率も高めることができる。また、コンバータが不要な分、安価な車両間充電を実現できる。

また、本発明は、バッテリ電圧に対して、インバータ１０３、２０３の耐電圧を低下させることができるため、ＭＯＳＦＥＴ等の低圧素子を利用することができる。ＭＯＳＦＥＴはＩＧＢＴに比べて、低負荷領域での損失が少ないため、低負荷領域の効率を高めることができる。

上記の降圧器１１３が本発明の「給電側コンバータ」に相当し、降圧器２１３が本発明の「充電側コンバータ」に相当する。またコンデンサ１１３ｅが本発明の「給電側コンデンサ」に相当し、コンデンサ２１３ｅが本発明の「充電側コンデンサ」に相当する。

１００…給電車両
１０１…バッテリ
１０３…インバータ
１０４…モータ
１０７、１１２…コンタクタ
１０８…充電ポート
１１０…給電側コントローラ
１１１…昇圧器
１１３…降圧器
１２０…通信部
２００…充電車両
２０１…バッテリ
２０３…インバータ
２０４…モータ
２０７、１１２…コンタクタ
２０８…充電ポート
２１０…充電側コントローラ
２１１…昇圧器
２１３…降圧器
２２０…通信部

Claims (11)

1. 給電車両と充電車両との間を充電ケーブルで接続して、前記給電車両から前記充電車両に充電用の電力を供給する充電システムにおいて、
   前記給電車両は、
   給電側バッテリと、
   前記給電側バッテリの電力により駆動する給電側モータと、
   前記給電側バッテリの電力を変換して前記給電側モータに出力する給電側電力変換手段と、
   前記給電側電力変換手段を介して前記給電側バッテリに接続され、前記充電ケーブルの接続口である給電側充電ポートと、
   前記給電側電力変換手段を制御する給電側制御手段とを備え、
   前記充電車両は、
   充電側バッテリと、
   前記充電側バッテリの電力により駆動する充電側モータと、
   前記充電側バッテリの電力を変換して前記充電側モータに出力する充電側電力変換手段と、
   前記充電側電力変換手段を介して前記充電側バッテリに電気的に接続し、前記充電ケーブルの接続口である充電側充電ポートと、
   前記充電側電力変換手段を制御する充電側制御手段とを備え、
   前記給電側制御手段は、
   前記給電側バッテリの電圧を前記給電側電力変換手段により変換して前記給電側充電ポートに出力し、
   前記充電側制御手段は、
   前記充電ケーブルを介して前記充電側充電ポートに入力された電圧を前記充電側電力変換手段により変換し前記充電側バッテリに出力して、前記充電側バッテリの充電を制御する
   ことを特徴とする充電システム。
2. 請求項１記載の充電システムにおいて、
   前記給電側制御手段は、
   前記給電側バッテリの電圧を前記給電側電力変換手段により降圧して前記給電側充電ポートに出力し、
   前記充電側制御手段は、
   前記充電ケーブルを介して前記充電側充電ポートに入力された電圧を前記充電側電力変換手段により昇圧して、前記充電側バッテリに出力する
   ことを特徴とする充電システム。
3. 請求項２記載の充電システムにおいて、
   前記給電側充電ポートは前記給電側モータの中性点に接続されており、
   前記充電側充電ポートは前記充電側モータの中性点に接続されている
   ことを特徴とする充電システム。
4. 請求項１記載の充電システムにおいて、
   前記給電側制御手段は、
   前記給電側バッテリの電圧を前記給電側電力変換手段により昇圧して前記給電側充電ポートに出力し、
   前記充電側制御手段は、
   前記充電ケーブルを介して前記充電側充電ポートに入力された電圧を前記充電側電力変換手段により降圧し、前記充電側バッテリに出力する
   ことを特徴とする充電システム。
5. 請求項４記載の充電システムにおいて、
   前記給電側電力変換手段は、
   前記給電側バッテリの電圧を昇圧する給電側コンバータと、前記給電側コンバータにより昇圧された電力を交流に変換して前記給電側モータに出力する給電側インバータとを有し、
   前記充電側電力変換手段は、
   前記充電側バッテリの電圧を昇圧する充電側コンバータと、前記充電側コンバータにより昇圧された交流電力を直流に変換して前記充電側モータに出力する充電側インバータとを有し、
   前記給電側充電ポートは、前記給電側コンバータと前記給電側インバータとを接続する電源ラインに接続されており、
   前記充電側充電ポートは、前記充電側コンバータと前記充電側インバータとを接続する電源ラインに接続されている
   ことを特徴とする充電システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の充電システムにおいて、
   前記給電車両は、前記充電車両と通信を行う給電側通信手段を備え、
   前記給電側制御手段は、
   前記給電側バッテリの電力を前記充電側バッテリに供給する場合には、前記給電側通信手段により取得した情報に基づき、前記給電側充電ポートから前記充電側充電ポートに出力する目標電圧を設定し、前記給電側充電ポートの出力電圧が前記目標電圧になるよう前記給電側電力変換手段を制御し、
   前記充電側制御手段は、
   前記給電側バッテリから供給された電力により前記充電側バッテリを充電する場合には、前記充電側電力変換手段の出力電圧が前記充電側バッテリの充電電圧となるよう前記充電側電力変換手段を制御する
   ことを特徴とする充電システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の充電システムにおいて、
   前記給電車両は、
   前記給電側バッテリと前記給電側モータとの間で、前記給電側充電ポートに電気的に接続された給電側コンデンサを備え、
   前記充電車両は、
   前記充電側バッテリと前記充電側モータとの間で、前記充電側充電ポートに電気的に接続された充電側コンデンサを備え、
   前記給電側制御手段は、
   前記給電側バッテリの電力で前記充電側バッテリを充電する前に、前記給電側バッテリの電力により前記給電側コンデンサの電圧を所定の電圧に充電し、
   前記給電側制御手段は、
   前記給電側バッテリの電力で前記充電側バッテリを充電する前に、前記充電側バッテリの電力により前記充電側コンデンサの電圧を前記所定の電圧に充電する
   ことを特徴とする充電システム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の充電システムにおいて、
   前記給電側電力変換手段と前記充電側電力変換手段は、同一の電力変換回路であり、
   前記給電側充電ポートと前記給電側電力変換手段とを接続する配線経路と、前記充電側充電ポートと前記充電側電力変換手段とを接続する配線経路は、同一である
   ことを特徴とする充電システム。
9. 充電側バッテリを備えた充電車両と充電ケーブルにより接続された状態で、電力を供給する給電車両において、
   給電側バッテリと、
   前記給電側バッテリの電力により駆動するモータと、
   前記給電側バッテリの電力を変換して前記モータに出力する給電側電力変換手段と、
   前記給電側電力変換手段を介して前記給電側バッテリと接続し、前記充電ケーブルの接続口である充電ポートと、
   前記給電側電力変換手段を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、
   前記給電側バッテリの電圧を前記給電側電力変換手段により変換して、変換された出力電圧を前記充電ポートに出力し、
   前記出力電圧は、
   前記充電側バッテリの充電電力に変換する充電側電力変換手段への入力電圧となる
   ことを特徴とする給電車両。
10. 給電側バッテリを備えた給電車両と充電ケーブルにより接続された状態で、電力の供給を受ける充電車両において、
    充電側バッテリと、
    前記充電側バッテリの電力により駆動するモータと、
    前記充電側バッテリの電力を変換して前記モータに出力する充電側電力変換手段と、
    前記充電側電力変換手段を介して前記充電側バッテリと接続し、前記充電ケーブルの接続口である充電ポートと、
    前記充電側電力変換手段を制御する制御手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記充電ポートから入力された入力電圧を前記充電側電力変換手段により変換して、変換された充電電圧を前記充電側バッテリに出力して、前記充電側バッテリの充電を制御し、
    前記入力電圧は、
    前記給電側バッテリの電力を変換する給電側電力変換手段の出力電圧となる
    ことを特徴とする充電車両。
11. 給電車両の給電側充電ポートと充電車両の充電側充電ポートとを充電ケーブルで接続した状態で、前記給電車両から前記充電車両に電力を供給して、充電車両の充電側バッテリを充電する充電方法であって、
    前記給電車両の給電側バッテリの電力を変換して前記給電車両のモータに出力する給電側電力変換手段を用いて、前記給電側バッテリの電力を変換するステップと、
    前記給電側電力変換手段を介して前記給電側バッテリに接続されている前記給電側充電ポートに対して、前記給電側電力変換手段により変換された電力を出力するステップと、
    前記充電側バッテリの電力を変換して前記充電車両のモータに出力する充電側電力変換手段を用いて、前記充電ケーブルを介して前記充電側充電ポートに入力された入力電力を変換するステップと、
    前記充電側電力変換手段により変換された電力を前記充電側バッテリに出力して、前記充電側バッテリの充電を制御するステップとを含む
    ことを特徴とする充電方法。

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