JP6390179B2

JP6390179B2 - 給電車両、充電システム、及び充電方法

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Publication number: JP6390179B2
Application number: JP2014118426A
Authority: JP
Inventors: 大記田中
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-09
Filing date: 2014-06-09
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-06-09
Also published as: JP2015233356A

Description

本発明は、給電車両、充電システム、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、当該昇圧コンバータとモータとの間に接続された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する。そして、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、バッテリとインバータとの間にモータの駆動用の昇圧コンバータを接続しており、当該昇圧コンバータを車両出力と同等程度の大容量のコンバータにする必要があるため、システムコストが高くなる上、モータ駆動時の電力効率が悪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、電力効率を高めた安価な給電車両、充電システム、及び充電方法を提供することである。

本発明は、第１電力変換手段により給電側バッテリの電力を変換してモータに出力し、モータ及び第１電力変換手段を降圧回路として動作させて給電側バッテリの電圧を所定の電圧に降圧し、第２電力変換手段を昇圧回路として動作させて当該所定の電圧を昇圧し、昇圧された電圧を充電車両に出力することによって上記課題を解決する。

本発明によれば、車両間の電力供給時の充電出力に合わせた変換器を、昇圧回路として動作する第２電力変換手段に用いればよく、大容量の変換器を用いなくてもよいため、安価に且つモータ駆動時の電力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。本発明の変形例に係る充電システムのブロック図である。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６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。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。

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６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と、インバータ１０３と、モータ１０４と、追加リアクトル１０５と、コンバータ１０６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。コンバータ１０６は、給電車両１００のバッテリ１０１から充電車両２００に電力を供給する際に、インバータ１０３及びモータ１０４から出力される電圧を昇圧しつつ、昇圧された電圧を充電車両２００に出力するための電力変換回路（変換器）である。コンバータ１０６は、入力側に直列接続された複数のスイッチング素子（ハーフブリッジ）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、出力側に接続されたコンデンサとを備えている。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。

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はコンバータ１０６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はコンバータ１０６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はコンバータ１０６の出力側に接続されている。配線１０９ａは、モータ１０４の中性点Ａと、複数のスイッチング素子の接続点との間に接続されている。複数のスイッチング素子は、コンバータ１０６の入力側に直列接続されている素子である。配線１０９ｂは、インバータ１０３の負側の電源ラインと、コンバータ１０６の負側の配線との間を接続するため配線である。

給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３、コンバータ１０６、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と、インバータ２０３と、モータ２０４と、コンタクタ２０７と、充電ポート２０８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、充電ポート２０８、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、インバータ１０３、モータ１０４、充電ポート１０８、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。

コンタクタ２０７は、バッテリ２０１とコンデンサ２０２との間に接続されており、バッテリ２０１と充電ポート２０８との間に接続されている。コンタクタ２０７は、バッテリ２０１の電力をモータ２０４に出力する導通経路と、給電車両１００から充電ケーブル３００を介して供給される電力をバッテリ２０１に直接出力する導通経路とを切り替えるためのスイッチである。

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の電位はコンバータ１０６及び充電ポート１０８に印加されない。また、コンバータ１０６は駆動していない。

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。また、充電車両２００側の充電側コントローラ２１０が、給電車両１００から充電車両２００への出力電力となる目標値を管理している場合には、給電側コントローラ１１０は、当該目標値を取得してもよい。

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。目標電圧は、コンバータ１０６の出力電圧の目標値となる。給電側コントローラ１１０は、バッテリ２０１の電圧以上の電圧を目標電圧に設定する。また、図１に示すように、給電車両１００と充電車両２００との間で電力を供給する場合に、コンバータ１０６の電力はバッテリ２０１に直接供給される。そのため、目標電圧はバッテリ１０１の充電電圧となる。

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、コンバータ１０６の出力側のコンデンサ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により降圧させる。また、給電側コントローラ１１０は、コンバータ１０６のスイッチング素子を制御して、インバータ１０３及びモータ１０４により降圧した電圧を昇圧させる。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、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は降圧回路として動作する。インバータ１０３及びモータ１０４により降圧された電圧は、コンバータ１０６の入力側に印加される。

また、給電側コントローラ１１０は、コンバータ１０６の複数のスイッチング素子のオン、オフを切り替えることで、コンバータ１０６を昇圧回路として動作させて、コンバータ１０６の出力電圧を目標電圧にする。これにより、給電側コントローラ１１０は、コンバータ１０６の出力電圧が目標電圧になるように、インバータ１０３及びコンバータ１０６を制御して、バッテリ１０１の電圧を目標電圧まで昇降圧させることで、バッテリ１０１の電圧制御を行う。

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及びコンバータ１０６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Ｓ１７）。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（ステップＳ１８）、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はコンタクタ２０７をオフ状態からオン状態に切り替えて、充電ポート２０８とバッテリ２０１との間を導通させる。

コンタクタ２０７がオン状態になり、充電ポート２０８から電力が供給されると、充電ポート２０８への入力電圧はバッテリ２０１に直接、印加されることで、バッテリ２０１が充電される。そして、充電側コントローラ２１０は、バッテリ２０１の充電中、バッテリ２０１に接続された電圧センサを用いてバッテリ２０１の状態を管理することで、バッテリ２０１の充電を制御する（ステップＳ２４）。

ステップＳ２５にて、充電側コントローラ２１０は、バッテリ２０１の電圧と、充電の終了を示す閾値電圧とを比較する。バッテリ２０１の電圧が閾値電圧未満である場合には、充電は終了しておらず、ステップＳ２４に戻る。そして、ステップＳ２４、Ｓ２５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、バッテリ２０１の電圧が閾値電圧以上である場合には、充電終了となり、ステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６にて、充電側コントローラ２１０は、通信部２２０により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Ｓ２７）、充電車両２００側の制御フローが終了する。なお、バッテリ２０１の充電制御は、給電側コントローラ１１０により行われてもよい。

上記のように、本発明は、モータ１０４及びインバータ１０３を降圧回路として動作させてバッテリ１０１の電圧を所定の電圧に降圧し、コンバータ１０６を昇圧回路として動作させて当該所定の電圧を昇圧し、昇圧された電圧を給電車両１００から充電車両２００に出力することで、バッテリ２０１を充電する。これにより、給電車両１００側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１０６は、車両間で電力を供給するときの変換器として対応すれば十分なため、コンバータ１０６の容量を抑えることができる。その結果として、不要に大きなコンバータを給電車両１００に搭載する必要がないため、安価に車両間の充電システムを構成できる。

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、インバータ１０３、モータ１０４及びコンバータ１０６を、昇降圧回路として動作させている。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、コンバータ１０６の出力側に充電ポート１０８を接続し、コンバータ１０６の入力側とモータ１０４との間にコンタクタ１０７を接続し、モータ１０４を駆動させる場合にはコンタクタ１０７をオフ状態にする。これにより、モータを駆動させる際には、インバータ１０３による電力変換だけでよいため、電力効率を高めることができる。また、コンバータ１０６を、モータ駆動用の変換器としなくてもよいため、コンバータ１０６の容量を抑えることができる。

また本発明は、通信部１２０により充電車両２００から取得した情報に基づき、バッテリ２０１の充電電圧を設定し、コンバータ１０６の出力電圧が当該充電電圧になるようインバータ１０３及びコンバータ１０６を制御する。これにより、コンバータ１０６の出力電圧をバッテリ２０１に直接印加させることができ、給電車両１００と充電車両２００との間で直流充電を行うことができる。

なお、本発明の変形例として図５に示すように、給電車両１００は、外部充電装置４００から入力される電力を、バッテリ１０１に直接流すような回路を備えてもよい。給電車両１００は、コンタクタ１１１と、配線１１２ａ、１１２ｂとを備えている。コンタクタ１１１は、バッテリ１０１の電力をインバータ１０３に流す導通経路と、充電ポート１０８に入力された電力をバッテリ１０１に流す導通経路を切り替えるためのスイッチである。コンタクタ１１１は、バッテリ１０１とインバータ１０３の入力側との間、及び、バッテリ１０１と充電ポート１０８との間に接続されている。配線１１２ａ及び配線１１２ｂの一端はコンタクタ１１１に接続されている。配線１１２ａ及び配線１１２ｂの他端は充電ポート１０８とコンバータ１０６との間に接続されている。そして、配線１１２ａ、１１２ｂが、充電ポート１０８に入力された電力をバッテリ１０１に流す導通経路となる。そして、充電ポート１０８は、コンバータ１０６の出力側と、配線１１２ａ、１１２ｂに接続されている。

外部充電装置４００によりバッテリ１０１を充電する場合には、外部充電装置４００と充電ポート１０８との間が、充電ケーブル３００により接続される。給電側コントローラ１１０は、充電ポート１０８とバッテリ１０１との間を導通するように、コンタクタ１１１をオン状態にし、コンタクタ１０７をオフ状態にする。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、充電中のバッテリ１０１の状態を管理する。

これにより、充電ポート１０８を、外部充電装置４００によりバッテリ１０１を充電するときのポートと、車両間の電力供給によりバッテリ２０１を充電するときのポートを、充電ポート１０８で共通化できる。

上記のインバータ１０３が本発明の「第１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「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、コンバータ１０６が本発明の「第２電力変換手段」に相当する。

《第２実施形態》
図６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、モータ１０４の構成が異なり、またコンタクタ１１３、１１６、インバータ１１４、及びコンデンサ１１５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、コンデンサ１０２、１１５と、インバータ１０３、１１４と、モータ１０４と、コンタクタ１１３、１１６と、充電ポート１０８と、給電側コントローラ１１０と、通信部１２０とを備えている。

モータ１０４は、例えば多重巻線を有する同期モータ或いは誘導モータであって、インバータ１０３、１１４の交流側に接続されている。モータ１０４は、インバータ１０３に接続された一方の巻線（コイル１０４ａ〜１０４ｃに相当）と、インバータ１１４に接続された他方の巻線（コイル１０４ｄ〜１０４ｆに相当）とを備えている。

一方の巻線はスター状に結線した３つのコイル１０４ａ〜１０４ｃで構成され、他方の巻線はスター状に結線した３つのコイル１０４ｄ〜１０４ｆで構成されている。３つのコイル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ及び３つのコイル１０４ｄ、１０４ｅ、１０４ｆは、インバータ１０３、１１４のｕ、ｖ、ｗ相のアーム回路と対応している。

一方の巻線と他方の巻線との間は、直流的には導通していないが、各相のコイル間で、磁気的に結合されている。そのため、交流電流が一方巻線に流れると、他方の巻線に誘導電流が発生し、誘導電流がインバータ１１４の交流側に流れる。すなわち、モータ１０４はトランスとして作用し、インバータ１０３、１１４は一方の巻線及び他方の巻線５２に対して独立したインバータになっている。

コンタクタ１１３は、バッテリ１０１とインバータ１０３の間に接続されている。インバータ１１４は、バッテリ１０１の電力を交流電力に変換してモータ１０４に出力する電力変換回路である。インバータ１１４の回路構成は、インバータ１０３と同様である。コンデンサ１１５はバッテリ１０１からインバータ１１４の直流側に入力される電圧を平滑するためのコンデンサであって、インバータ１１４の直流側に接続されている。

コンタクタ１１６は、バッテリ１０１からインバータ１１４に電力を供給する導通経路と、インバータ１１４の直流側と充電ポート１０８との間の導通経路とを、切り替えるためのスイッチである。充電ポート１０８は、コンタクタ１１６及びコンデンサ１１５を介して、インバータ１１４の直流側に接続されている。

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１１３をオン状態にしつつ、バッテリ１０１とインバータ１１４の直流側とを導通させるように、コンタクタ１１６をオン状態にする。充電ポート１０８とインバータ１１４の直流側との間は遮断されている。そして、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１からインバータ１０３、１１４に入力される電力に対して、モータ１０４から指令値に応じたトルクを出力させるように、インバータ１０３、１１４のＰＷＭ制御を行う。

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の制御を説明する。図７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。なお、充電側コントローラ２１０の制御は、第１実施形態に係る充電側コントローラ２１０の制御と同様であるため、説明を省略する。

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２０１の現在の電圧をチャージ電圧に設定する。コンデンサ１１５は、コンタクタ１１６を介してバッテリ１０１とインバータ１１４との間に接続されている。そして、モータ１０４の駆動時に、コンデンサ１１５はチャージされている。そのため、コンデンサ１１５の電圧と、バッテリ２０１の電圧は異なっている場合がある。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１１５とバッテリ２０１が接続されると、大きな電流（突入電流）が瞬間的に流れる可能性がある。

そのため、コンデンサ１１５とバッテリ２０１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、以下のステップでコンデンサ１１５が充電される。

ステップＳ３４にて、給電側コントローラ１１０は、コンタクタ１１３をオン状態し、コンタクタ１１６をオフ状態にする。コンタクタ１１６はオフ状態のため、インバータ１１４の直流側は、バッテリ１０１と遮断され、充電ポート１０８とも遮断されている。

ステップＳ３５にて、給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３とインバータ１１４を制御して、コンデンサ１１５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Ｓ３６にて、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１とインバータ１１４の直流側との間を遮断しつつ、充電ポート１０８とインバータ１１４の直流側との間を導通させるように、コンタクタ１１６をオン状態に切り替える。

ステップＳ３７にて、給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３からモータ１０４の１次側の巻線（コイル１０４ａ、コイル１０４ｂ及びコイル１０４ｃ）に対して、１０ｋＨｚ程度の交流電圧が印加されるように、インバータ１０３を制御する。また、給電側コントローラ１１０は、モータ１０４の２次側の巻線（コイル１０４ｄ、コイル１０４ｅ及びコイル１０４ｆ）の交流電圧が、１次側の巻線に対して所定の位相差をもつように、インバータ１１４を制御する。そして、給電側コントローラ１１０は、フィードバック制御により交流電圧の位相差を制御することで、インバータ１１４の出力電圧がバッテリ２０１の充電電圧となるように、インバータ１１４を制御する。

ステップＳ３８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Ｓ３７に戻る。そして、ステップＳ３７、Ｓ３８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Ｓ３９に進む。ステップＳ３９、Ｓ４０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。

上記のように、本発明は、バッテリ１０１の電圧を降圧させて、さらに昇圧させるように、インバータ１０３、１１４、モータ１０４を動作させている。これにより、車両間で電力を供給する際に、モータ１０４の駆動用のインバータ１０３、１１４を利用できるため、別途コンバータを設けなくてもよい。その結果として、コストを抑制した車両間の充電システムを実現できる。

また本発明は、インバータ１０３、１１４及びモータ１０４を、昇降圧回路として動作させている。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、バッテリ１０１の電力を充電車両２００に供給する場合に、モータ１０４の多重巻線をトランスとして動作させている。これにより、バッテリ１０１とバッテリ２０１との間を、直流的に絶縁させることができる。

また本発明は、バッテリ１０１の電力を充電車両２００に供給する前に、バッテリ１０１の電力でコンデンサ１１５の電圧を所定の電圧（チャージ電圧）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１１５とバッテリ２０１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、給電車両１００は、第１実施形態の変形例で示したように、外部充電装置４００から充電ポート１０８に入力される電力を、バッテリ１０１に直接流すような回路を備えてもよい。

上記のインバータ１１４が本発明の「第２電力変換手段」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、モータ１０４の構成と、インバータ１０３、１１４の交流側とモータ１０４との接続部分が異なる。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実施形態及び第２実施形態の記載を適宜、援用する。

モータ１０４は３つのコイル１０４ａ〜１０４ｃを有している。コイル１０４ａの一端は、インバータ１０３のｕ相に相当する２つスイッチング素子の接続点に接続され、コイル１０４ａの他端（中性点）は、インバータ１１４のｕ相に相当する２つスイッチング素子の接続点に接続されている。コイル１０４ｂ、１０４ｃの一端は、インバータ１０３のｖ、ｗ相の２つスイッチング素子の接続点にそれぞれ接続され、コイル１０４ｂ、１０ｃの他端（中性点）は、インバータ１１４のｖ、ｗ相に相当する２つスイッチング素子の接続点に接続されている。

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１１３をオン状態にしつつ、バッテリ１０１とインバータ１１４の直流側とを導通させるように、コンタクタ１１６をオン状態にする。充電ポート１０８とインバータ１１４の直流側との間は遮断されている。そして、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１からインバータ１０３、１１４に入力される電力に対して、モータ１０４から指令値に応じたトルクを出力させるように、インバータ１０３、１１４を制御する。モータの１０４の駆動時には、インバータ１０３からモータ１０４に電力が供給され、モータ電流はモータ１０４の中性点を通って、インバータ１１４を介してバッテリ１０１に戻る。

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の制御を説明する。なお、充電側コントローラ２１０の制御は、第１実施形態に係る充電側コントローラ２１０の制御と同様であるため、説明を省略する。

充電ケーブル３００が給電車両１００に接続されてから、プリチャージが完了し、コンタクタ１１６の状態が切り替えるまでの制御は、第２実施形態に係るステップＳ３１〜Ｓ３６の制御と同様である。

コンタクタ１１６の状態が切り替わった後、給電側コントローラ１１０は、バッテリ１０１の電圧に対して降圧した電圧がモータ１０４に印加されるように、インバータ１０３及びモータ１０４を降圧回路として動作させる。給電側コントローラ１１０は、インバータ１０３及びモータ１０４の降圧回路によって降圧された電圧を昇圧するように、インバータ１１４及びモータ１０４を昇圧回路として動作させる。また、給電側コントローラ１１０は、インバータ１１４の出力電圧がバッテリ２０１の充電電圧となるように、インバータ１１４を制御する。

給電側コントローラ１１０は、充電車両２００から充電終了信号を受信するまで上記の制御を継続する。充電終了信号を受信した後の制御は、第２実施形態に係るステップＳ３９、Ｓ４０の制御と同様である。

また本発明は、モータ１０４の多重巻線の一方の端子をインバータ１０３に接続し、多重巻線の他方の端子をインバータ１１４に接続している。これにより、モータ１０４の相電圧の最大電圧がバッテリ１０１の電圧となるため、モータ１０４の線間電圧は、バッテリ１０１の電圧より大きくすることができる。その結果として、モータ１０４が駆動する際の回転数を高めることができる。

１００…給電車両
１０１…バッテリ
１０２、１１５…コンデンサ
１０３、１１４…インバータ
１０４…モータ
１０４ａ〜１０４ｆ…コイル
１０６…コンバータ
１０７、１１３、１１６…コンタクタ
１０８…充電ポート
１１０…給電側コントローラ
１２０…通信部
２００…充電車両

Claims

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第１電力変換手段と、
第２電力変換手段と、
前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段を制御する制御手段とを備え、
前記第２電力変換手段は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し、
前記制御手段は、
前記モータ及び前記第１電力変換手段を降圧回路として動作させて前記給電側バッテリの電圧を所定の電圧に降圧し、
前記第２電力変換手段を昇圧回路として動作させて前記所定の電圧を昇圧し、
昇圧された電圧を前記充電車両に出力し、
前記モータを駆動させる場合には、前記給電側バッテリからの直流電力を前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段により交流電力に変換し前記モータに出力する
ことを特徴とする給電車両。
請求項１記載の給電車両において、
前記モータは多重巻線を有し、
前記第１電力変換手段は前記多重巻線のうち一方の巻線に接続され、
前記第２電力変換手段は前記多重巻線のうち他方の巻線に接続され、
前記制御手段は、
前記給電側バッテリの電力を前記充電車両に供給する場合には、前記多重巻線をトランスとして動作させる
ことを特徴とする給電車両。
請求項１記載の給電車両において、
前記モータは複数の巻線を有し、
前記複数の巻線の一方の端子は前記第１電力変換手段にそれぞれ接続され、
前記複数の巻線の他方の端子は前記第２電力変換手段にそれぞれ接続されている
ことを特徴とする給電車両。
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第１電力変換手段と、
第２電力変換手段と、
前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段を制御する制御手段と、
外部充電装置と前記充電ケーブルを介して接続する際に、前記充電ケーブルの接続口となる充電ポートとを備え、
前記制御手段は、
前記モータ及び前記第１電力変換手段を降圧回路として動作させて前記給電側バッテリの電圧を所定の電圧に降圧し、
前記第２電力変換手段を昇圧回路として動作させて前記所定の電圧を昇圧し、
昇圧された電圧を前記充電車両に出力し、
前記充電ポートは、
前記外部充電装置から前記充電ポートに入力された電力を前記給電側バッテリに直接流すことで前記給電側バッテリを充電する回路に接続され、かつ、前記第２電力変換手段に接続されている
ことを特徴とする給電車両。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の給電車両において、
前記第２電力変換手段の出力側に接続され、前記充電ケーブルの接続口である充電ポートと、
前記第２電力変換手段の入力側と前記モータとの間に接続されたスイッチとを備え、
前記制御手段は、前記モータを駆動させる場合には前記スイッチをオフ状態にする
ことを特徴とする給電車両。
請求項１〜５のいずれ一項に記載の給電車両において、
前記充電車両と通信を行う通信手段を備え、
前記制御手段は、
前記通信手段により取得した情報に基づき、充電側バッテリの充電電圧を設定し、前記第２電力変換手段の出力電圧が前記充電電圧になるよう前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段を制御する
ことを特徴とする給電車両。
請求項１〜６のいずれか一項に記載の給電車両において、
前記第２電力変換手段に接続され、前記充電ケーブルの接続口である充電ポートと、
前記充電ポートと前記第２電力変換手段の間に接続されているコンデンサを備え、
前記制御手段は、
前記給電側バッテリの電力を前記充電車両に供給する前に、前記給電側バッテリの電力により、前記コンデンサの電圧が前記充電側バッテリの電圧になるまで前記コンデンサを充電する
ことを特徴とする給電車両。
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第１電力変換手段と、
第２電力変換手段と、
前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段を制御する制御手段とを備え、
前記第２電力変換手段は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し、
前記制御手段は、
前記モータ及び前記第１電力変換手段を降圧回路として動作させて前記給電側バッテリの電圧を所定の電圧に降圧し、
前記第２電力変換手段を昇圧回路として動作させて前記所定の電圧を昇圧し、
前記昇圧回路により昇圧された電圧を前記充電車両に出力し、
前記モータを駆動させる場合には、前記給電側バッテリからの直流電力を前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段により交流電力に変換し前記モータに出力する
ことを特徴とする充電システム。
給電車両と充電車両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第１電力変換手段及び前記モータを、降圧回路として動作させて、前記給電側バッテリの電圧を所定の電圧に降圧するステップと、
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第２電力変換手段を、昇圧回路として動作させて、前記所定の電圧を昇圧する昇圧ステップと、
前記昇圧ステップにより昇圧された電圧を前記充電車両に出力するステップと、
前記モータを駆動させる場合には、前記給電側バッテリからの直流電力を前記第１電力変換手段及び前記第２電力変換手段により交流電力に変換し前記モータに出力するステップを含むことを特徴とする充電方法。