WO2007060903A1 - 充電装置、電動車両および充電システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a charging device, an electric vehicle, and a charging system, and more particularly, to a charging method for a charging device mounted on an electric vehicle and capable of charging a power storage device from a commercial power source outside the vehicle.
- Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-2 7 6 6 7 7 discloses a charging device that uses an external power source to charge a power storage device mounted in an electric vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. Disclose.
- the charging device includes a cooling unit that cools the power storage device, and a drive circuit that drives the cooling unit by charging power from the charger.
- this charging device when charging power is supplied from the charger to the power storage device, a part of the charging power is also supplied to the cooling means, and the power storage device is cooled by the cooling means during charging of the power storage device. Therefore, according to this charging device, it is possible to suppress an increase in the temperature of the power storage device and to perform good charging.
- an electric air conditioner that consumes a large amount of power but has a high cooling capacity is used as a cooling means for the power storage device.
- power storage devices are charged in ordinary households where the amount of commercial power) is limited to a predetermined amount by a contract with an electric power company, it is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-27 6 6 7 7 In such a charging device, it may not be possible to secure charging power for the power storage device.
- the input commercial power is charged and charged by the storage device.
- the input commercial power is consumed by the drive of the cooling means and the loss generated during the voltage conversion, and it may happen that the charging power of the power storage device cannot be secured at all.
- the present invention has been made to solve a significant problem, and an object of the present invention is to provide a charging device that can reliably charge the power storage device while appropriately cooling the power storage device. is there.
- Another object of the present invention is to provide an electric vehicle capable of reliably charging a power storage device while appropriately cooling the power storage device.
- Another object of the present invention is to provide a charging system that can reliably charge the power storage device while appropriately cooling the power storage device.
- the charging device includes a power input unit that receives commercial power supplied from a commercial power source, and converts the commercial power input from the power input unit into a voltage level of the power storage device to charge the power storage device.
- a charge control unit that cools the power storage device, and a control unit that drives the charge control unit and the cooling device in a time-sharing manner.
- the charging and cooling of the power storage device are performed in a time-sharing manner, so that the commercial power input from the electric power unit is performed.
- Electric power is all supplied to the power storage device except for conversion loss in the time zone in which the power storage device is charged, and is supplied to the cooling device in the time zone in which the power storage device is cooled. .
- the charging power of the power storage device can be reliably ensured.
- the power storage device can be reliably charged while appropriately cooling the power storage device.
- the power storage device can be charged without increasing the contract amount of commercial power.
- the cooling device is driven by receiving commercial power input from the power input unit.
- the control unit controls the charge control unit and the cooling device such that cooling of the power storage device by the cooling device has priority over charging of the power storage device by the charge control unit.
- the cooling of the power storage device by the cooling device has priority over the charging of the power storage device by the charge control unit. Therefore, according to this charging device, it is possible to reliably prevent damage to the power storage device due to overheating.
- control unit controls the charging control unit and the cooling device so that each of the charging power of the power storage device and the power consumption of the cooling device does not exceed a predetermined amount.
- this charging device it is possible to charge and cool the power storage device while suppressing the amount of commercial power used to a predetermined amount, for example, a contracted power amount with a power company.
- the charging device further includes a relay device that is connected between the power storage device and the charging control unit and that operates in accordance with a command given from the control unit.
- the control unit outputs a shut-off command to the relay device when the power storage device is cooled, and outputs a drive command to the cooling device, and outputs a connection command to the relay device when the power storage device is charged. And, a stop command is output to the cooling device.
- the control unit when the power storage device is cooled, the control unit outputs a cutoff command to the relay device, so that the power storage device is electrically disconnected from the charge control unit.
- the control unit When the power storage device is charged, the control unit outputs a connection command to the relay device and outputs a stop command to the cooling device, so that the power storage device is electrically connected to the charge control unit, and The cooling device stops. Therefore, according to this charging device, it is possible to prevent the power storage device from being cooled and charged simultaneously.
- the cooling device includes an electric air conditioner.
- an electric air conditioner that consumes a large amount of power but has a high cooling capacity is used as a cooling device in order to ensure sufficient cooling performance of the power storage device. Therefore, according to this charging device, the power storage device can be secured while sufficiently ensuring the cooling performance of the power storage device. Can be reliably charged.
- the electric vehicle includes a power storage device, an electric motor that generates driving force of the vehicle using electric power from the power storage device, and any of the charging devices described above. Therefore, according to the electric vehicle of the present invention, the power storage device can be reliably charged while appropriately cooling the power storage device. In addition, the power storage device can be charged without increasing the contracted amount of commercial power.
- the electric vehicle further includes an internal combustion engine and another electric motor capable of generating electric power for driving the electric motor using an output of the internal combustion engine.
- each of the motor and the other motor includes a star-connected multiphase winding as a stator winding.
- the power input of the charger is connected to the neutral point of each of the multiphase feeders of the motor and the other motor.
- the charging control unit of the charging device includes first and second inverters provided corresponding to the electric motor and the other electric motor, respectively. The first and second inverters convert the commercial power supplied to the neutral point of each of the multiphase feeders of the motor and the other motor by the power input unit into DC power for charging the storage device .
- the charging system includes a plurality of electric vehicles each including any one of the above-described charging devices, and a plurality of electric vehicles connected to each other, and the commercial power supplied from the commercial power source is supplied to the plurality of electric vehicles. And charging equipment for outputting to at least one vehicle.
- the charging facility includes a power control unit that controls the power output to the plurality of electric vehicles so that the sum of the power output to the plurality of electric vehicles does not exceed a predetermined amount.
- the total power supplied from the charging facility to the plurality of electric vehicles does not exceed a predetermined amount. Therefore, according to this charging system, it is possible to charge and cool the power storage device in each electric vehicle while suppressing the amount of commercial power used to a predetermined amount, for example, the amount of contracted power with a power company.
- each of the plurality of electric vehicles includes a state quantity calculating unit that calculates a state quantity indicating a charging state of the power storage device, and an output unit that outputs the state quantity calculated by the state quantity calculating unit to the charging facility. Further included.
- the power control unit preferentially outputs commercial power to the electric vehicle that receives the least amount of state from each of the plurality of electric vehicles.
- the state quantity (SOC) indicating the state of charge of the power storage device is The least electric vehicle is preferentially charged. Therefore, according to this charging system, it is possible to efficiently charge a plurality of electric vehicles.
- FIG. 1 is an overall block diagram of a hybrid vehicle shown as an example of an electric vehicle according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2 is a diagram showing a zero-phase equivalent circuit of the inverter and motor generator shown in FIG.
- FIG. 3 is a flowchart of processing relating to charging control of the power storage device by the control device shown in FIG.
- Fig. 4 is a diagram showing how commercial power input from the input port is used in a hybrid vehicle.
- FIG. 5 is a diagram illustrating the use of commercial power when charging and cooling of the power storage device are performed simultaneously.
- FIG. 6 is an overall block diagram schematically showing a charging system according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 7 is an overall block diagram of the hybrid vehicle shown in FIG.
- FIG. 8 is a flowchart of a process related to power control by the power E CU of the charging station shown in FIG.
- Fig. 9 is a diagram showing the usage status of commercial power supplied from the charging station shown in Fig. 6 to the hybrid vehicle.
- FIG. 1 is an overall block diagram of a hybrid vehicle shown as an example of an electric vehicle according to Embodiment 1 of the present invention.
- hybrid vehicle 100 includes an engine 4, motor generators MG 1 and MG 2, a power distribution mechanism 3, and wheels 2.
- Hybrid vehicle 100 includes power storage device B, system main relay 5, boost converter 10, inverters 20 and 30, input port 50, control device 60, and capacitors Cl and C2.
- power lines PL 1 and PL 2 ground lines SL 1 and SL 2, U-phase lines UL 1 and UL 2, V-phase lines VL 1 and VL 2, and W-phase lines WL 1 and WL 2 Is further provided.
- Hybrid vehicle 100 further includes inverter 40, U-phase line UL 3, V-phase line VL 3, W-phase line WL 3, air conditioner compressor MC, and temperature sensor 70.
- Power distribution mechanism 3 is coupled to engine 4 and motor generators MG1 and MG2 to distribute power between them.
- a planetary gear mechanism having three rotation shafts of a sun gear, a planetary carrier and a ring gear can be used. These three rotating shafts are connected to the rotating shafts of engine 4 and motor generators MG 1 and MG 2, respectively.
- the engine 4 and the motor generators MG 1 and MG 2 can be mechanically connected to the power distribution mechanism 3 by making the rotor of the motor generator MG 1 hollow and passing the crank shaft of the engine 4 through its center.
- the rotating shaft of motor generator MG 2 is coupled to wheel 2 by a reduction gear and an operation gear (not shown). Further, a reduction gear for the rotation shaft of motor generator MG 2 may be further incorporated in power distribution mechanism 3.
- Motor generator MG 1 operates as a generator driven by engine 4 and is incorporated in hybrid vehicle 100 as an electric motor that can start engine 4, and motor generator MG 2 includes a driving wheel. It is installed in hybrid vehicle 100 as an electric motor that drives wheel 2. .
- Power storage device B is connected to power supply line PL 1 and ground line SL 1 via system main relay 5.
- Capacitor C 1 is connected to power line PL 1 and ground line Connected between SL 1.
- Boost converter 10 is connected between power supply line PL 1 and ground line SL 1 and power supply line PL 2 and ground line SL 2.
- Capacitor C 2 is connected between power supply line PL 2 and ground line SL 2.
- Inverters 20, 30, 40 are connected in parallel to power supply line PL 2 and ground line SL 2.
- Motor generator MG 1 includes a Y-connected three-phase coil (not shown) as a stator coil, and is connected to inverter 20 via U, V, and W phase lines UL 1, VL 1 and WL 1.
- Motor generator MG 2 also includes a Y-connected three-phase coil (not shown) as a stator coil, and is connected to inverter 30 via U, V, and W phase lines UL 2, VL 2 and WL 2. Then, one end of the power input lines AC L 1 and AC L 2 is connected to the neutral points N 1 and N 2 of the three-phase coils of the motor generators MG 1 and MG 2, respectively. Input port 50 is connected to the other end.
- the air conditioner compressor M3 is connected to the inverter 40 via the U, V, W phase lines UL 3, VL 3, WL 3.
- the power storage device B is a DC power source that can be charged and discharged, and is composed of, for example, a secondary battery such as nickel metal hydride ion. Power storage device B supplies DC power to boost converter 10. Storage device B is charged by receiving DC power output from boost converter 10 to power supply line PL 1. Note that a large capacity capacitor may be used as the power storage device B.
- system main relay 5 Electrically connect and disconnect B from power line P L 1 and ground line S L 1. Specifically, system main relay 5 electrically connects power storage device B to power supply line P L 1 and ground line S L 1 when signal SE is activated. System main relay 5 electrically disconnects power storage device B from power supply line PL 1 and ground line S L 1 when signal SE is deactivated.
- Capacitor C 1 smoothes voltage fluctuations between power line PL 1 and ground line SL 1.
- Boost converter 10 boosts the DC voltage received from power storage device B based on signal PWC from control device 60, and outputs the boosted voltage to power supply line PL2.
- Boost converter 10 also receives signal PWC from controller 60. Based on the above, the DC voltage received from inverters 20 and 30 through power supply line PL 2 is stepped down to the voltage level of power storage device B to charge power storage device B.
- Boost converter 10 is configured by, for example, a step-up / down booster circuit.
- Capacitor C 2 'smoothes voltage fluctuations between power line P L 2 and ground line S L 2.
- Inverter 20 converts the DC voltage received from power supply line PL 2 into a three-phase AC voltage based on signal P WM 1 from control device 60, and outputs the converted three-phase AC voltage to motor generator MG 1. To do. Further, the inverter 20 converts the three-phase AC voltage generated by the motor generator MG 1 in response to the output of the engine 4 into a DC voltage based on the signal P WM 1 from the control device 60 and converts the converted voltage. Output DC voltage to power line PL2.
- Inverter 30 converts DC voltage received from power supply line PL 2 into three-phase AC voltage based on signal P WM 2 from control device 60, and converts the converted three-phase AC voltage to motor generator MG 2 Output to. Thereby, motor generator MG 2 is driven to generate a specified torque. Further, the inverter 30 generates a three-phase AC voltage generated by the motor generator MG 2 in response to the rotational force from the wheel 2 during regenerative braking of the vehicle based on the signal P WM 2 from the controller 60. Converts to DC voltage and outputs the converted DC voltage to power line PL2.
- inverters 20 and 30 receive power input line ACL 1 from input port 5 0 when power storage device B is charged using commercial power from commercial power source 55 input from input port 50.
- the commercial power supplied to neutral points Nl and N2 of motor generators MG1 and MG2 via ACL 2 is converted to DC power based on signals PWMl and PWM2 from controller 60.
- the converted DC power is output to the power supply line PL2.
- Motor generators MG 1 and MG 2 are three-phase AC motors, for example, three-phase AC synchronous motors.
- Motor generator MG 1 uses the output of engine 4 to generate a three-phase AC voltage, and outputs the generated three-phase AC voltage to inverter 20.
- Motor generator MG 1 generates driving force by the three-phase AC voltage received from inverter 20, and starts engine 4.
- Motor generator MG 2 uses the three-phase AC voltage received from inverter 30 to appear.
- Motor generator MG 2 generates a three-phase AC voltage and outputs it to inverter 30 during regenerative braking of the vehicle.
- the input port 50 is an input terminal for inputting commercial power from the commercial power source 55 to the hybrid vehicle 100.
- Input port 50 is connected to the outlet of commercial power supply 55, for example, to a power outlet at home.
- the input port 50 has an internal relay (not shown) that operates according to the signal EN from the control device 60.
- the power input lines ACL 1 and ACL 2 are used for commercial use according to the signal EN. Make electrical connections to and disconnect from the power supply.
- Inverter 40 converts the DC voltage received from power supply line P L 2 into a three-phase AC voltage based on signal PWM3 from control device 60, and outputs the converted three-phase AC voltage to air conditioner compressor MC.
- the compressor MC for air conditioners is a compressor used for electric air conditioners installed in this hybrid vehicle 10 °.
- the compressor MC for air conditioners consists of a three-phase AC motor and is driven by the three-phase AC voltage received from the inverter 40.
- the air conditioner compressor MC When the air conditioner compressor MC is driven and the electric air conditioner operates, the electric air conditioner functions not only as an air conditioner in the vehicle compartment but also as a cooling device that cools the power storage device B.
- Temperature sensor 7 Q detects temperature T of power storage device B and outputs the detected temperature T to control device 60.
- Controller 60 generates signal PWC for driving boost converter 10 and signals PWM 1 and PWM2 for driving inverters 20 and 30, respectively.
- the generated signals PWC, PWM1 and PWM 2 are generated respectively.
- control device 60 is given to the neutral points N 1 and N 2 from the input port 50 through the power input lines AC L 1 and AC L 2 when charging the power storage device B with commercial power from the commercial power supply 55.
- control device 60 uses power storage device B based on temperature T from temperature sensor 70. Monitor the temperature. Then, control device 60 deactivates signal SE and stops generation of signal PWC when the temperature of power storage device B exceeds a preset threshold value indicating the temperature rise of power storage device B. At the same time, a signal P WM 3 is generated and output to the inverter 40.
- control device 60 activates signal SE again and generates signal PWC when the temperature of power storage device B falls below a preset threshold value indicating that power storage device B has been cooled. At the same time, the generation of the signal P WM 3 is stopped.
- control device 60 turns off system main relay 5 and stops boost converter 10 and drives inverter 40 to operate air conditioner compressor MC. Let As a result, the power supply to power storage device B is interrupted, and the power input from input port 50 is supplied to air conditioner compressor MC to cool power storage device B.
- control device 60 turns system main relay .5 on again, drives boost converter 1 and stops inverter 40.
- boost converter 1 drives boost converter 1 and stops inverter 40.
- the power supply to the compressor MC for the air conditioner is stopped, and the electric power input from the input port 50 is all supplied to the power storage device B except for the switching loss in the inverters 20 and 30 and the boosting comparator 10. Supplied.
- hybrid vehicle 100 when charging control of power storage device B, charging and cooling of power storage device B are performed in a time-sharing manner.
- FIG. 2 shows a zero-phase equivalent circuit of inverters 20 and 30 and motor generators MG 1 and MG 2 shown in FIG.
- inverters 20 and 30 that are three-phase inverters, there are eight patterns of combinations of on / off of six transistors. Two of the eight switching patterns have zero interphase voltage, and such a voltage state is called zero voltage vector.
- the three transistors in the upper arm can be regarded as the same switching state (all on or off), and the three transistors in the lower arm can be regarded as the same switching state.
- the three transistors in the upper arm of inverter 20 are collectively shown as upper arm 2 OA, and the three transistors in the lower arm of inverter 20 are collectively shown as lower arm 2 0 B. : It is shown.
- the three transistors in the upper arm of inverter 30 are collectively shown as upper arm 3 OA, and the three transistors in the lower arm of inverter 30 are collectively shown as lower arm 30B. .
- this zero-phase equivalent circuit is a single-phase P WM converter that uses AC commercial power supplied to neutral points N 1 and N 2 via power input lines ACL 1 and ACL 2 as input. Can be seen. Therefore, by changing the zero voltage vector in each of the inverters 20 and 30 and performing switching control so that the inverters 20 and 30 operate as respective phase arms of the single-phase PWM converter, respectively. AC commercial power can be converted to DC power and output to the power line PL2.
- FIG. 3 is a flowchart of processing relating to charging control of power storage device B by control device 60 shown in FIG. The process shown in this flowchart is
- control device 60 first determines whether or not charging control of power storage device B is in progress (step S 1 0). Whether or not the charging control of power storage device B is in progress, commercial power from commercial power source 55 is applied to input port 50, and the relay in input port 50 is turned on. Is determined to be in charge control. If control device 60 determines that charging control is not being performed (NO in step S 10), the process is terminated without performing the subsequent series of processes, and the process is returned to the main routine.
- control device 60 will determine the temperature of power storage device B based on temperature T from temperature sensor 70. It is determined whether or not the temperature of power storage device B is higher than a preset threshold value T 1 indicating an increase (step S 20). If control device 60 determines that the temperature of power storage device B is equal to or lower than threshold value T 1 (NO in step S 20), it terminates the processing without performing the following series of processing, Processing is returned to.
- control device 60 determines that the temperature of power storage device B is higher than threshold value T 1 (step S 3 0). . Further, control device 60 deactivates signal SE activated in accordance with the start of charge control of power storage device B, and turns off system main relay 5 (step S 40). At this time, control device 60 also stops boost converter 10. When system main relay 5 is turned off and boost converter 10 is stopped, all the electric power input from input port 50 is supplied to air conditioner compressor MC, and power storage device B is cooled by the electric air conditioner. .
- control device 60 based on temperature T from temperature sensor 70, sets a preset threshold value T 2 indicating that power storage device B has been sufficiently cooled. It is determined whether or not the temperature of the power storage device ⁇ has fallen below ( ⁇ T 1) (step: step S 50).
- control device 60 determines that the temperature of power storage device ⁇ has fallen below threshold value ⁇ 2 (YES in step S 50), it activates signal SE and turns on system main relay 5 (step S 6 0). At this time, control device 60 also starts driving boost converter 10. Further, control device 60 stops the output of signal P WM 3 to inverter 40 and stops inverter 40 (step S 70). As a result, the electric power input from input port 50 is all supplied to power storage device ⁇ except for the switching loss in inverters 20 and 30 and boost converter 10, and power storage device ⁇ is charged.
- FIG. 4 is a diagram showing a use situation of the commercial power input from the input port 50 in the hybrid vehicle 10 0.
- the horizontal axis represents time
- the vertical axis represents commercial power input from input port 50.
- the amount of power that can be used by the hybrid vehicle 100 is limited by the contract power with the power company.
- the input commercial power is used to cool power storage device B.
- the input commercial power is used for charging power storage device B.
- FIG. 5 shows the case where power storage device B is charged and cooled simultaneously. It is the figure which showed the usage condition of commercial power.
- the commercial power input is largely used to cool power storage device B, as shown in the figure.
- an electric air conditioner has a large cooling capacity but a large power consumption. Therefore, although the power storage device B is always charged, the charging power input to the power storage device B is small. Since switching loss occurs in inverters 20 and 30 and boost converter 10, the charging power that should be input to power storage device B can be zero due to switching loss.
- Embodiment 1 since cooling and charging of power storage device B are performed in a time-sharing manner, the time period during which power storage device B is charged is temporarily reduced. However, in the time zone during which charging is performed (times t 1 to t 2 and t 3 to t 4 in FIG. 3), sufficient charging power is secured, and the inverters 20 and 30 and the boost converter 10 The charging power input to power storage device B will not be zero due to switching loss.
- air conditioner compressor MC is driven using commercial power input from input port 50, but input port 5 Instead of the commercial power input from 0, the air conditioner compressor MC may be driven using the power stored in the power storage device B.
- SOC state of charge
- the charging power of power storage device B can be reliably ensured. As a result, it is possible to reliably charge the power storage device B while ensuring the cooling performance of the power storage device B. In addition, the power storage device B "can be charged without increasing the contract power amount of commercial power.
- Embodiment 2 shows a configuration of a charging system that can charge a plurality of electric vehicles. It is.
- FIG. 6 is an overall block diagram schematically showing a charging system according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 6 there are three or more electric vehicles that are force-charged, which is representatively shown when two electric vehicles are charged.
- charging system 200 includes hybrid vehicle 10 OA, ⁇ ⁇ ⁇ , charging station 80, and commercial power supply 55.
- Each of the hybrid vehicles 100 ⁇ and 100 ⁇ is connected to the charging station 80 by the input port 5 OA, and the commercial power supplied from the commercial power source 55 is supplied from the charging station 80 to the power input lines AC L 1 and AC L 2.
- Receive through Each of the hybrid vehicles 10 OA and 10 OB calculates the SOC of the power storage device mounted and outputs the calculated SOC to the charging station 80 via the signal line SGL.
- Charging station 80 receives commercial power from commercial power supply 55 and supplies the received commercial power to hybrid cars 100 A and 10 OB.
- the charging station 80 includes a power ECU (Electronic Control Unit) 82.
- Electric power ECU 82 receives SOC of the power storage device mounted on each vehicle from each of hybrid vehicles 100A and 100B via signal line SGL. Then, the electric power ECU 82 controls the electric power output from the charging station 80 to the hybrid vehicles 10 OA and 100 B so that the power storage device mounted on the vehicle with low SOC is preferentially charged.
- FIG. 7 is an overall block diagram of hybrid vehicle 100A, 10OB shown in FIG. Since the configuration of hybrid vehicle 100B is the same as that of hybrid vehicle 100A, hybrid vehicle 100A will be described below.
- hybrid vehicle 100A has a signal line SGL in the configuration of hybrid vehicle 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, and replaces input port 50 and control device 60 with each other.
- Input port 5 OA and control device 6 OA are provided.
- the signal line SGL is disposed between the control device 6 OA and the input port 5 OA.
- Control device 6 OA calculates the SOC of power storage device B and outputs the calculated SOC to signal line SGL.
- SOC of power storage device B For the calculation method of SOC of power storage device B, refer to power storage device B
- the known voltage can be used by using the inter-terminal voltage, charge / discharge current, temperature, etc.
- Input port 5 OA outputs the SOC of power storage device B received from control device 6 OA via signal line SGL to charging station 80 (not shown).
- the other configuration of input port 5 OA is the same as that of input port 50 shown in FIG.
- Other configurations of hybrid vehicle 10 OA are the same as hybrid vehicle 100 shown in FIG.
- FIG. 8 is a flowchart of processing related to power control by the power ECU 82 of the charging station 80 shown in FIG.
- the processing shown in this flowchart is called from the main routine and executed at regular time intervals or whenever a predetermined condition is satisfied.
- electric power ECU 8 2 obtains SOC of power storage device B mounted on each vehicle from each of hybrid vehicles 100A and 100B connected to charging station 80 from signal line SGL (step) S 1 10).
- the electric power ECU 82 calculates the difference (absolute value) of the SOC acquired from each vehicle, and sets a pre-set threshold value indicating that the SOCs in the hybrid vehicles 10 OA and 100 B are at substantially the same level : It is determined whether or not the calculated S0C difference is less than ⁇ SOC (step S 120).
- step S 120 If power ECU 82 determines that the calculated SOC difference (absolute value) is greater than or equal to threshold A SOC ( ⁇ in step S 120), it is preferentially commercialized from the charging station 8 to the vehicle with the lower SOC.
- the electric power output from the charging station; Y 80 is controlled so that electric power is supplied (step S 1 30).
- step S 120 if it is determined that the S0C difference (absolute value) calculated in step S 120 is below the threshold ⁇ S0C (YES in step S 120), the electric ECU 82 The power output from charging station 80 is controlled so that commercial power is supplied from charging station 8 ⁇ to the two hybrid vehicles 100A and 100B approximately evenly (step S140).
- FIG. 9 is a diagram showing a use state of commercial power supplied from the charging station 80 shown in FIG. 6 to the hybrid vehicles 100A and 100B.
- the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents commercial power supplied from the charging station 80 to the hybrid vehicle 1 0 A and Z or 100 B.
- “Cooling (A)” indicates that commercial power supplied from charging station 80 is used to cool power storage device B installed in hybrid vehicle 10 OA.
- “Cooling (B)” It shows that it is used for cooling power storage device B mounted on hybrid vehicle 100 B.
- Charge (A)” indicates that the commercial power supplied from the charging station 80 is used to charge the power storage device B installed in the hybrid vehicle 10 OA.
- Charge (B) It shows that it is used for charging power storage device B installed in hybrid vehicle 100B.
- Charge The amount of power that can be supplied from the station 80 to the hybrid vehicle 100 A and Z or 100 B is limited by the contract power with the power company.
- the SOC of power storage device B mounted on hybrid vehicle 100 B is lower than the SOC of power storage device B mounted on hybrid vehicle 10 OA.
- Power storage device B mounted on 100 B is charged with priority over power storage device B mounted on hybrid vehicle 10 OA.
- the input commercial power is mounted on hybrid vehicle 100 B at times t 0 to t 1 and t 2 to t 3. It is used for cooling power storage device B, and is used for charging power storage device B at times tl to t2 and t3 to t4.
- the cooling and charging switching timing of power storage device B mounted on each of hybrid vehicle 10 OA, 1 ° 0 B is shown as hybrid vehicle 10 OA, 10 ° B.
- the cooling and charging switching timing of the power storage device B in each of the hybrid vehicles 10 OA and 100 B does not necessarily have to be the same, and is mounted on each vehicle. It is determined based on the temperature of power storage device B.
- the power storage device is charged and cooled in each hybrid vehicle 10 OA and 10 OB while the amount of commercial power used is limited to the amount of contract power with the electric power company. Can do.
- a vehicle with a low SOC of the power storage device is preferentially charged, a plurality of vehicles can be charged efficiently.
- the electric air conditioner including the air conditioner compressor MC is used as the cooling device for cooling the power storage device B.
- a cooling fan or the like is separately provided in place of the electric air conditioner. May be.
- a hybrid vehicle is shown as an example of the electric vehicle according to the present invention, but the scope of application of the present invention is not limited to a hybrid vehicle, fuel cell (fuel cell) and a fuel cell vehicle equipped with a chargeable power storage device using the commercial power such as also including ⁇ : a Dressings.
- boost converter 10 is provided.
- the present invention can also be applied to an electric vehicle that does not include pressure converter 10.
- the input port 50 (5 OA) and the power input lines AC L 1 and ACL 2 form the “power input section” in the present invention
- the control device 60 (60A) forms the “charge control unit” in the present invention.
- Air conditioner compressor MC and inverter 40 correspond to the “cooling device” in the present invention
- control device 60 (6 OA) corresponds to the “control unit” in the present invention.
- the system main relay 5 corresponds to the “relay device” in the present invention
- the motor generator MG 2 corresponds to the “motor” in the present invention.
- the charging station 80 corresponds to the “charging facility” in the present invention
- the power ECU 82 corresponds to the “power control unit” in the present invention
- the control device 6 OA corresponds to the “state quantity calculation unit” in the present invention
- the input port 5 OA corresponds to the “output unit” in the present invention
- engine 4 corresponds to “internal combustion engine” in the present invention
- motor generator MG 1 corresponds to “another electric motor J” in the present invention.
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Abstract
商用電源(55)からの蓄電装置(B)の充電制御時、蓄電装置(B)の充電と冷却とが時分割して行なわれる。すなわち、制御装置(60)は、蓄電装置(B)の温度が上昇すると、システムメインリレー(5)をオフさせ、かつ、昇圧コンバータ(10)を停止するとともに、インバータ(40)を駆動してエアコン用コンプレッサ(MC)を作動させる。そして、制御装置(60)は、蓄電装置(B)が冷却されると、システムメインリレー(5)を再びオンさせ、かつ、昇圧コンバータ(10)を駆動するとともに、インバータ(40)を停止する。
Description
明細書 充電装置、 電動車両および充電システム 技術分野
この発明は、 充電装置、 電動車両および充電システムに関し、 特に、 電動車両 に搭載され、 車両外部の商用電源;^ら蓄電装置を充電可能な充電装置の充電方法 に関する。 背景技術
特開平 5— 2 7 6 6 7 7号公報は、 電気自動車 (Electric Vehicle) やハイブ リッド自動車 (Hybrid Vehicle) などの電動車両に搭載された蓄電装置を外部電 源を用いて充電する充電装置を開示する。 この充電装置は、 蓄電装置を冷却する 冷却手段と、 充電器からの充電電力によつて冷却手段を駆動する駆動回路とを備 える。
この充電装置においては、 充電器から蓄電装置へ充電電力が供給されると、 充 電電力の一部が冷却手段へも供給され、 蓄電装置の充電中、 蓄電装置は冷却手段 によって冷却される。 したがって、 この充電装置によれば、 蓄電装置の温度上昇 を抑制することができ、 良好な充電を行なうことができる。
し力 しながら、 特開平 5— 2 7 6 6 7 7号公報に開示される充電装置では、 冷 却手段による消費電力が大きいと、 外部から供給される電力の多くが冷却手段の 駆動に用いられ、 蓄電装置を充電できなくなる可能性がある。
特に、 蓄電装置の十分な冷却性を確保するために、 電力消費量は多いが冷却能 力の高い電動エアコンなどを蓄電装置の冷却手段として用いる場合であって、 外 部から供給される電力 (商用電力) の使用量が電力会社との契約により所定量に 制限されている一般家庭などにおいて蓄電装置の充電が行なわれる場合において は、 特開平 5— 2 7 6 6 7 7号公報に開示される充電装置では、 蓄電装置の充電 電力を確保できなくなるおそれがある。
すなわち、 この充電装置では、 入力された商用電力は蓄電装置の充電分と冷却
手段の駆動分とに振り分けられるところ、 入力された商用電力が冷却手段の駆動 と電圧変換の際に発生する損失とによって消費され、 蓄電装置の充電電力を全く 確保できない事態が発生し得る。
—方、 電力会社との契約電力量を引き上げるのは、 利用者に負担を強いるもの であり、 仮に契約電力量を引き上げたとしても、 将来的に蓄電装置の大型化およ びそれに伴なう冷却手段の冷却能力が増大したときに、 蓄電装置の充電電力を確 実に確保できることを保障することはできない。 発明の開示
そこで、 この発明は、 力かる課題を解決するためになされたものであり、 その 目的は、 蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に充電することができる充 電装置を提供することである。
また、 この発明の別の目的は、 蓄電装置を適切に冷却しつつ藿電装置を確実に 充電することができる電動車両を提供することである。
また、 この発明の別の目的は、 蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実に 電することができる充電システムを提供することである。
この発明によれば、 充竃装置は、 商用電源から供給される商用電力を受ける電 力入力部と、 電力入力部から入力される商用電力を蓄電装置の電圧レベルに変換 して蓄電装置を充電する充電制御部と、 蓄電装置を冷却する冷却装置と、 充電制 御部と冷却装置とを時分割して駆動する制御部とを備える。
この発明による充電装置においては、 充電制御部と冷却装置とが時分割して駆 動ざれることにより蓄電装置の充電と冷却とが時分割して行なわれるので、 電力 力部から入力された商用電力は、 蓄電装置の充電が行なわれる時間帯において は、 変換ロスを除いて全て蓄電装置に供給され、 蓄電装置の冷却が行なわれる時 間帯においては、 冷却装置に供給される。 .
したがって、 この発明による充電装置によれば、 蓄電装置の充電電力を確実に 確保することができる。 その結果、 蓄電装置を適切に冷却しつつ蓄電装置を確実 に充電することができる。 また、 商用電力の契約電力量を増 させることなく、 蓄電装置を充電することができる。
好ましくは、 冷却装置は、 電力入力部から入力される商用電力を受けて駆動さ れる。
この充電装置においては、 冷却装置の駆動に蓄電装置の電力が用いられない。 したがって、 この充電装置によれば、 効率的に蓄電装置を充電することができる。 好ましくは、 制御部は、 冷却装置による蓄電装置の冷却が充電制御部による蓄 電装置の充電よりも優先するように充電制御部および冷却装置を制御する。
この充電装置においては、 充電制御部による蓄電装置の充電よりも冷却装置に よる蓄電装置の冷却が優先される。 したがって、 この充電装置によれば、 蓄電装 置の過熱による破損を確実に防止することができる。
好ましくは、 制御部は、 蓄電装置の充電電力および冷却装置の消費電力の各々 が所定量を超えないように充電制御部および冷却装置を制御する。
したがって、 この充電装置によれば、 商用電力の使用量を所定量、 たとえば電 力会社との契約電力量までに抑えつつ、 蓄電装置の充電および冷却を行なうこと ができる。
好ましくは、 充電装置は、 蓄電装置と充電制御部との間に接続され、 かつ、 制 御部から与えられる指令に応じて動作するリレー装置をさらに備える。 制御部は、 蓄電装置の冷却が行なわれるとき、 リレー装置へ遮断指令を出力し、 かつ、 冷却 装置へ駆動指令を出力し、 蓄電装置の充電が行なわれるとき、 リレー装置へ接続 指令を出力し、 かつ、 冷却装置へ停止指令を出力する。
この充電装置においては、 蓄電装置の冷却が行なわれるとき、 制御部はリレー 装置へ遮断指令を出力するので、 蓄電装置が充電制御部から電気的に切離される。 そして、 蓄電装置の充電が行なわれるとき、 制御部はリレー装置へ接続指令を出 力し、 かつ、 冷却装置へ停止指令を出力するので、 蓄電装置が充電制御部と電気 的に接続され、 かつ、 冷却装置が停止する。 したがって、 この充電装置によれば、 蓄電装置の冷却と充電とが同時に行なわれることを抑止することができる。
好ましくは、 冷却装置は、 電動エアコンを含む。
この充電装置においては、 蓄電装置の十分な冷却性を確保するために、 電力消 費量は多いが冷却能力の高い電動エアコンが冷却装置として用いられる。 したが つて、 この充電装置によれば、 蓄電装置の冷却性を十分に確保しつつ、 蓄電装置
を確実に充電することができる。
また、 この発明によれば、 電動車両は、 蓄電装置と、 蓄電装置からの電力を用 いて車両の駆動力を発生する電動機と、 上述したいずれかの充電装置とを備える。 したがって、 この発明による電動車両によれば、 蓄電装置を適切に冷却しつつ ' 蓄電装置を確実に充電することができる。 また、 商用電力の契約電力量を増加さ せることなく、 蓄電装匱を充電することができる。
好ましくは、 電動車両は、 内燃機関と、 電動機を駆動するための電力を内燃機 関の出力を用いて発電可能なもう 1つの電動機とをさらに備える。
: : さらに好ましくは、 電動機およびもう 1つの電動機の各々は、 星形結線された 多相巻線を固定子巻線として含む。 充電装置の電力入力部は、 電動機およびもう 1つの電動機の各々の多相卷線の中性点に接続ざれる。 充電装置の充電制御部は、 電動機およびもう 1つの電動機にそれぞれ対応して設けられる第 1および第 2の インバータを含む。 第 1および第 2のインバータは、 電力入力部によって電動機 およびもう 1つの電動機の各々の多相卷線の中性点に与えられる商用電力を、 蓄 電装置を充電するための直流電力に変換する。
また、 この発明によれば、 充電システムは、 各々が上述したいずれかの充電装 置を含む複数の電動車両と、 複数の電動車両が接続され、 商用電源かち供給され る商用電力を複数の電動車両の少なくとも 1台へ出力する充電設備とを備える。 充電設備は、 複数の電動車両へ出力する電力の総和が所定量を超えないように複 数の電動車両へ出力する電力を制御する電力制御部を含む。
この発明による充電システムにおいては、 充電設備から複数の電動 ΐ両へ供給 される電力の総和が所定量を超えることはない。 したがって、 この充電システム によれば、 商用電力の使用量を所定量、 たとえば電力会社との契約電力量までに ; 抑えつつ、 各電動車両において蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。
好ましくは、 複数の電動車両の各々は、 蓄電装置の充電状態を示す状態量を算 出する状態量算出部と、 状態量算出部によって算出された状態量を充電設備へ出 力する出力部とをさらに含む。 電力制御部は、 複数の電動車両の各々から受ける 状態量が最も少ない電動車両へ商用電力を優先的に出力する。
この充電システムにおいては、 蓄電装置の充電状態を示す状態量 (S O C ) が
最も少ない電動車両が優先的に充電される。 したがって、 この充電システムによ れば、 複数の電動車両を効率的に充電することができる。
以上のように、 この発明によれば、 蓄電装置の充電と冷却とを時分割して行な うようにしたので、 蓄電装置の冷却性を確保しつつ蓄電装置を確実に充電するこ とができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 この発明の実施の形態 1による電動車両の一例として示されるハイブ リツド自動車の全体ブロック図である。
図 2は、 図 1に示すインバータおよびモータジェネレータのゼロ相等価回路を 示した図である。
図 3は、 図 1に示す制御装置による蓄電装置の充電制御に関する処理のフロー チャートである。
図 4は、 入力ポートから入力される商用電力のハイブリッド自動車内における 使用状況を示した図である。
図 5は、 仮に蓄電装置の充電と冷却とが同時に行なわれる場合の商用電力の使 用状況を示した図である。
図 6は、 この発明の実施の形態 2による充電システムを概略的に示す全体ブ口 ック図である。
図 7は、 図 6に示すハイブリッド自動車の全体ブロック図である。
図 8は、 図 6に示す充電ステーションの電力 E C Uによる電力制御に関する処 理のフローチャートである。
図 9は、 図 6に示す充電ステーションからハイブリッド自動車に供給される商 用電力の使用状況を示した図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について、 図面を参照しながら詳細に説明する。 な お、 図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
[実施の形態 1 ]
図 1は、 この発明の実施の形態 1による電動車両の一例として示されるハイブ リツド自動車の全体ブロック図である。 図 1を参照して、 ハイブリッド自動車 1 00は、 エンジン 4と、 モータジェネレータ MG 1 , MG2と、 動力分配機構 3 と、 車輪 2とを備える。 また、 ハイブリッド自動車 100は、 蓄電装置 Bと、 シ ステムメインリ レー 5と、 昇圧コンバータ 10と、 インバ一タ 20, 30と、 入 力ポート 50と、 制御装置 60と、 コンデンサ C l, C 2と、 電源ライン PL 1, PL 2と、 接地ライン S L 1, S L 2と、 U相ライン UL 1, UL 2と、 V相ラ イン VL 1, VL 2と、 W相ライン WL 1, WL 2とをさらに備える。 さらに、 ハイブリッド自動車 100は、 インバータ 40と、 U相ライン UL 3と、 V相ラ イン VL 3と、 W相ライン WL 3と、 エアコン用コンプレッサ MCと、 温度セン サ 70とをさらに備える。
動力分配機構 3は、 エンジン 4とモータジェネレータ MG 1, MG2とに結合 されてこれらの間で動力を分配する。 たとえば、 動力分配機構 3としては、 サン ギヤ、 プラネタリキヤリャおよびリングギヤの 3つの回転軸を有する遊星歯車機 構を用いることができる。 この 3つの回転軸がエンジン 4およびモータジエネレ ータ MG 1, MG 2の各回転軸にそれぞれ接続される。 たとえば、 モータジエネ レータ MG 1のロータを中空としてその中心にエンジン 4のクラング軸を通すこ とで動力分配機構 3にエンジン 4とモータジェネレータ MG 1, MG2とを機械 的に接続することができる。
なお、 モータジェネレータ MG 2の回転軸は、 図示されない減速ギヤや作動ギ ャによって車輪 2に結合されている。 また、 動力分配機構 3の内部にモータジェ ネレ一タ MG 2の回転軸に対する減速機をさらに組込んでもよい。
そして、 モータジェネレータ MG 1は、 エンジン 4によって駆動される発電機 として動作し、 かつ、 エンジン 4の始動を行ない得る電動機として動作するもの としてハイブリッド自動車 100に組込まれ、 モータジェネレータ MG 2は、 駆 動輪である車輪 2を駆動する電動機としてハイプリッド自動車 100に組込まれ る。 . .
蓄電装置 Bは、 システムメインリレー 5を介して電源ライン PL 1および接地 ライン S L 1に接続される。 コンデンサ C 1は、 電源ライン P L 1と接地ライン
S L 1との間に接続される。 昇圧コンバータ 10は、 電源ライン PL 1および接 地ライン S L 1と電源ライン PL 2および接地ライン S L 2との間に接続される。 コンデンサ C 2は、 電源ライン P L 2と接地ライン S L 2との間に接続される。 インバータ 20, 30, 40は、 電源ライン P L 2および接地ライン S L 2に互 いに並列に接続される。
モータジェネレータ MG 1は、 図示されない Y結線された 3相コイルをステ一 タコイルとして含み、 U, V, W各相ライン UL 1, VL 1, WL 1を介してィ ンバータ 20に接続される。 モータジェネレータ MG 2も、 図示されない Y結線 された 3相コイルをステータコイルとして含み、 U, V, W各相ライン UL 2, VL 2, WL 2を介してインバータ 30に接続される。 そして、 モータジエネレ ータ MG 1, MG 2の 3相コイルの中性点 N 1, N 2にそれぞれ電力入力ライン AC L 1 , AC L 2の一端が接続され、 電力入力ライン ACL 1, A C L 2の他 端に入力ポート 50が接続される。 エアコン用コンプレッサ M3は、 U, V, W 各相ライン UL 3, VL 3, WL 3を介してインバータ 40に接続される。
蓄電装置 Bは、 充放電可能な直流電源であり、 たとえば、 ニッケル水素ゃリチ ゥムイオン等の二次電池からなる。 蓄電装置 Bは、 昇圧コンバータ 10へ直流電 力を供給する。 また、 蓄亀装置 Bは、 昇圧コンバータ 10から電源ライン PL 1 へ出力される直流電力を受けて充電される。 なお、 蓄電装置 Bとして、 大容量の キャパシタを用いてもよい。
システムメインリ レー 5は、 制御装置 60からの信号 S Eに応じて、 蓄電装置
Bと電源ライン P L 1および接地ライン S L 1との電気的な接続および切離しを 行なう。 具体的には、 システムメインリ レー 5は、 信号 SEが活性化されている とき、 蓄電装置 Bを電源ライン P L 1および接地ライン S L 1と電気的に接続す る。 また、 システムメインリ レー 5は、 信号 SEが非活性化されているとき、 蓄 電装置 Bを電源ライン PL 1および接地ライン S L 1から電気的に切離す。
コンデンサ C 1は、 電源ライン P L 1と接地ライン S L 1との間の電圧変動を 平滑化する。 昇圧コンバータ 10は、 制御装置 60からの信号 PWCに基づいて、 蓄電装置 Bから受ける直流電圧を昇圧し、 その昇圧した昇圧電圧を電源ライン P L 2へ出力する。 また、 昇圧コンバータ 10は、 制御装置 60からの信号 PWC
に基づいて、 電源ライン P L 2を介してインバータ 2 0, 3 0から受ける直流電 圧を蓄電装置 Bの電圧レベルに降圧して蓄電装置 Bを充電する。 昇圧コンバータ 1 0は、 たとえば、 昇降圧型のチヨツバ回路などによって構成される。
コンデンサ C 2は、 電源ライン P L 2と接地ライン S L 2との間の電圧変動を ' 平滑化する。 インバータ 2 0は、 制御装置 6 0からの信号 P WM 1に基づいて、 電源ライン P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、 その変換した 3 相交流電圧をモータジェネレータ MG 1へ出力する。 また、 インバ一タ 2 0は、 エンジン 4の出力を受けてモータジェネレータ MG 1が発電した 3相交流電圧を 制御装置 6 0からの信号 P WM 1に基づいて直流電圧に変換し、 その変換した直 流電圧を電源ライン P L 2へ出力する。
インバ一タ 3 0は、 制御装置 6 0からの信号 P WM 2に基づいて、 電源ライン P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、 その変換した 3相交流電圧 をモータジェネレータ MG 2へ出力する。 これにより、 モータジェネレータ MG 2は、 指定されたトルクを発生するように駆動される。 また、 インバ一タ 3 0は、 車両の回生制動時、 車輪 2からの回転力を受けてモータジェネレータ MG 2が発 電した 3相交流電圧を制御装置 6 0からの信号 P WM 2に基づいて直流電圧に変 換し、 その変換した直流電圧を電源ライン P L 2へ出力する。
また、 インバータ 2 0, 3 0は、 入力ポート 5 0から入力される商用電源 5 5 からの商用電力を用いて蓄電装置 Bの充電が行なわれるとき、 入力ポート 5 0か ら電力入力ライン A C L 1 , A C L 2を介してモータジェネレータ MG 1 , MG 2の中性点 N l, N 2に与えられる商用電力を制御装置 6 0からの信号 P WM l, P WM 2に基づいて直流電力に変換し、 その変換した直流電力を電源ライン P L 2へ出力する。
モータジェネレータ MG 1, MG 2は、 3相交流電動機であり、 たとえば 3相 交流同期電動機から成る。 モータジェネレータ MG 1は、 エンジン 4の出力を用 いて 3相交流電圧を発生し、 その発生した 3相交流電圧をインバ一タ 2 0へ出力 する。 また、 モータジェネレータ MG 1は、 インバータ 2 0から受ける 3相交流 電圧によって駆動力を発生し、 エンジン 4の始動を行なう。 モータジェネレータ MG 2は、 インバータ 3 0から受ける 3相交流電圧によって車両の駆動トルクを
発生する。 また、 モータジェネレータ MG 2は、 車両の回生制動時、 3相交流電 圧を発生してインバータ 30へ出力する。
入力ポート 50は、 商用電源 5 5からの商用電力をハイブリッド自動車 100 に入力するための入力端子である。 入力ポート 50は、 商用電源 55のコンセン トに接続され、 たとえば、 自宅の電源コンセントに接続される。 また、 入力ポ一 ト 50は、 制御装置 60からの信号 ENに応じて動作するリレーを内部に備えて おり (図示せず) 、 その信号 ENに応じて電力入力ライン ACL 1, ACL 2と 商用電源側との電気的な接続および切離しを行なう。
インバータ 40は、 制御装置 60からの信号 PWM3に基づいて、 電源ライン P L 2から受ける直流電圧を 3相交流電圧に変換し、 その変換した 3相交流電圧 をエアコン用コンプレッサ MCへ出力する。
エアコン用コンプレッサ MCは、 このハイブリッド自動車 10◦に搭載される 電動エアコンに用いられるコンプレッサである。 エアコン用コンプレッサ MCは、 3相交流電動機から成り、 インバータ 40から受ける 3相交流電圧によって駆動 される。.エアコン用コンプレッサ MCが駆動されて電動エアコンが作動すると、 電動エアコンは、 車室内の空調装置として機能するとともに、 蓄電装置 Bを冷却 する冷却装置として機能十る。
温度センサ 7 Qは、 蓄電装置 Bの温度 Tを検出し、 その検出した温度 Tを制御 装置 60へ出力する。
制御装置 60は、 昇圧コンバータ 10を駆動するための信号 PWCおよびイン バ一タ 20, 30をそれぞれ駆動するための信号 PWM 1, PWM2を生成し、 その生成した信号 PWC, PWM1, PWM 2をそれぞれ昇圧コンバータ 10お よびインバ一タ 20, 30へ出力する。
また、 制御装置 60は、 商用電源 55からの商用電力による蓄電装置 Bの充電 時、 入力ポート 50から電力入力ライン AC L 1, AC L 2を介して中性点 N 1 , N 2に与えられる商用電力を直流電力に変換して蓄電装置 Bの充電が行なわれる ように、 インバータ 20, 30および昇圧コンバータ 10をそれぞれ制御するた めの信号 PWM1, PWM2, PWCを生成し、 信号 SEを活性化する。
ここで、 制御装置 60は、 温度センサ 70からの温度 Tに基づいて蓄電装置 B
の温度を監視する。 そして、 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Bの温度上昇を示す予め 設定されたしきい値を蓄電装置 Bの温度が超えると、 信号 S Eを非活性化し、 か つ、 信号 P WCの生成を停止するとともに、 信号 P WM 3を生成してインバータ 4 0へ出力する。
そして、 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Bが冷却されたことを示す予め設定された しきい値を蓄電装置 Bの温度が下回ると、 信号 S Eを再び活性化し、 かつ、 信号 P WCを生成するとともに、 信号 P WM 3の生成を停止する。
すなわち、 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Bの温度が上昇すると、 システムメイン リレー 5をオフさせ、 かつ、 昇圧コンバータ 1 0を停止するとともに、 インバー タ 4 0を駆動してエアコン用コンプレッサ M Cを作動させる。 これにより、 蓄電 装置 Bへの給電が遮断され、 入力ポート 5 0から入力された電力がエアコン用コ ンプレッサ MCに給電されて蓄電装置 Bの冷却が行なわれる。
そして、 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Bが冷却されると、 システムメインリレー .5を再びオンさせ、 かつ、 昇圧コンバータ 1◦を駆動するとともに、 インバータ 4 0を停止する。 これにより、 エアコン用コンプレッサ MCへの給電が停止され、 入力ポート 5 0から入力された電力は、 インバータ 2 0, 3 0および昇圧コンパ —タ 1 0におけるスィツチング損失分を除いて蓄電装置 Bに全て供給される。 このように、 このハイブリ ッ ド自動車 1 0 0においては、 蓄電装置 Bの充電制 御時、 蓄電装置 Bの充電と冷却とが時分割して行なわれる。
図 2は、 図 1に示したインバータ 2 0, 3 0およびモータジェネレータ MG 1 , MG 2のゼロ相等価回路を示す。 3相インバータであるインバータ 2 0 , 3 0の 各々においては、 6個のトランジスタのオン Zオフの組合わせは 8パターン存在 する。 その 8つのスィツチングパターンのうち 2つは相間電圧がゼロとなり、 そ のような電圧状態はゼロ電圧べク トノレと称される。 ゼロ電圧べク トルについては、 上アームの 3つのトランジスタは互いに同じスィツチング状態 (全てオンまたは オフ) とみなすことができ、 また、 下アームの 3つのトランジスタも互いに同じ スイッチング状態とみなすことができる。 したがって、 この図 2では、 インバー タ 2 0の上アームの 3つのトランジスタは上アーム 2 O Aとしてまとめて示され、 インバータ 2 0の下アームの 3つのトランジスタは下アーム 2 0 Bとしてまとめ
: て示されている。 同様に、 インバータ 3 0の上アームの 3つのトランジスタは上 アーム 3 O Aとしてまとめて示され、 インバ一タ 3 0の下アームの 3つのトラン ジスタは下アーム 3 0 Bとしてまとめて示されている。
図 2に示されるように、 このゼロ相等価回路は、 電力入力ライン A C L 1 , A C L 2を介して中性点 N 1, N 2に与えられる交流の商用電力を入力とする単相 P WMコンバータとみることができる。 そこで、 インバータ 2 0 , 3 0の各々に おいてゼロ電圧ベク トルを変化させ、 インバータ 2 0, 3 0をそれぞれ単相 P W Mコンバータの各相アームとして動作するようにスイッチング制御することによ つて、 交流の商用電力を直流電力に変換して電源ライン P L 2へ出力することが できる。
: 図 3は、 図 1に示した制御装置 6 0による蓄電装置 Bの充電制御に関する処理 のフローチャートである。 .なお、 このフローチャートに示される処理は、 一定時
: 間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出されて実行され
' る。' .
図 3を参照して、 制御装置 6 0は、 まず、 蓄電装置 Bの充電制御中であるか否 : かを判定する (ステップ S 1 0 ) 。 蓄電装置 Bの充電制御中であるか否かについ , ては、 商用電源 5 5からの商用電力が入力ポート 5 0に印加され、 かつ、 入力ポ —ト 5 0内のリ レーがオンされているとき、 充電制御中であると判定される。 そ して、 制御装置 6 0は、 充電制御中でないと判定すると (ステップ S 1 0におい て N O) 、 以降の一連の処理を行なうことなく処理を終了し、 メインル一チンに 処理が戻される。
ステップ S 1 0において充電制御中であると判定されると (ステップ S 1 0に おいて Y E S ) 、 制御装置 6 0は、 温度センサ 7 0からの温度 Tに基づいて、 蓄 電装置 Bの温度上昇を示す予め設定されたしきい値 T 1よりも蓄電装置 Bの温度 が高いか否かを判定する (ステップ S 2 0 ) 。 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Bの温 度がしきい値 T 1以下であると判定すると (ステップ S 2 0において N O) 、 以 降の一連の処理を行なうことなく処理を終了し、 メインルーチンに処理が戻され る。
一方、 蓄電装置 Bの温度がしきい値 T 1よりも高いと判定されると (ステップ
S 2 0において Y E S ) 、 制御装置 6 0は、 信号 P WM 3を生成してインバータ 4 0へ出力し、 エアコン用コンプレッサ M Cに対応するインバ一タ 4 0を駆動す る (ステップ S 3 0 ) 。 さらに、 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Bの充電制御の開始 に伴なつて活性化した信号 S Eを非活性化し、 システムメインリレー 5をオフさ せる (ステップ S 4 0 ) 。 なお、 このとき、 制御装置 6 0は、 昇圧コンバータ 1 0も停止させる。 システムメインリ レー 5がオフされ、 昇圧コンバータ 1 0が停 止することにより、 入力ポート 5 0から入力される電力は全てエアコン用コンプ レッサ M Cに供給され、 電動エアコンにより蓄電装置 Bが冷却される。
電動エアコンによる蓄電装置 Bの冷却中、 制御装置 6 0は、 温度センサ 7 0か らの温度 Tに基づいて、 蓄電装置 Bが十分に冷却されたことを示す予め設定され たしきい値 T 2 ( < T 1 ) を蓄電装置 Βの温度が下回ったか否かを判定する (ス :. テツプ S 5 0 ) 。
そして、 制御装置 6 0は、 蓄電装置 Βの温度がしきい値 Τ 2を下回ったと判定 すると (ステップ S 5 0において Y E S ) 、 信号 S Eを活性化し、 システムメイ ンリ レー 5をオンさせる (ステップ S 6 0 ) 。 なお、 このとき、 制御装置 6 0は、 . 昇圧コンバータ 1 0の駆動も開始する。 さらに、 制御装置 6 0は、 信号 P WM 3 のインバータ 4 0への出力を停止してインバータ 4 0を停止する (ステップ S 7 0 ) 。 これにより、 入力ポート 5 0から入力される電力は、 インバータ 2 0 , 3 0および昇圧コンバータ 1 0におけるスイッチング損失分を除いて蓄電装置 Βへ 全て供給ざれ、 蓄電装置 Βが充電される。
図 4は、 入力ポート 5 0から入力される商用電力のハイブリッド自動車 1 0 0 内における使用状況を示した図である。 図 4を参照して、 横軸は、 時間を示し、 縦軸は、 入力ポート 5 0から入力される商用電力を示す。 ハイブリッド自動車 1 0 0が使用可能な電力量は、 電力会社との契約電力によって制限される。
この図 4では、 蓄電装置 Βの温度に基づいて、 時刻 t 0 〜 t 1および t 2 〜 t
3においては、 入力された商用電力は蓄電装置 Bの冷却に使用されている。 また、 時刻 t 1 〜 t 2および t 3 〜 t 4においては、 入力された商用電力は蓄電装置 B の充電に使用されている。
比較として、 図 5は、 仮に蓄電装置 Bの充電と冷却とが同時に行なわれる場合
の商用電力の使用状況を示した図である。 図 5を参照して、 たとえば夏の炎天下 など高温の環境下においては、 図に示されるように、 入力された商用電力は蓄電 装置 Bの冷却に多く充てられる。 特に、 電動エアコンは、 その冷却能力は大きい が消費電力も大きい。 したがって、 蓄電装置 Bの充電は常時行なわれているけれ ども、 蓄電装置 Bに入力される充電電力は小さい。 そして、 インバ一タ 2 0, 3 0や昇圧コンバータ 1 0においては、 スイッチング損失が発生するため、 蓄電装 置 Bに入力されるはずの充電電力がスィツチング損失によって 0になり得る。 これに対して、 この実施の形態 1では、 上述のように、 蓄電装置 Bの冷却と充 電とを時分割で行なうようにしたので、 蓄電装置 Bの充電が行なわれる時間帯が 仮に少なくなつても、 充電が行なわれる時間帯 (図 3の時刻 t 1〜 t 2および t 3〜t 4 ) においては、 十分な充電電力が確保され、 インバータ 2 0, 3 0や昇 圧コンバータ 1 0のスィツチング損失によって蓄電装置 Bに入力される充電電力 が 0となることはなレ、。
なお、 上記においては、 商用電源 5 5からの蓄電装置 Bの充電制御時において は、 入力ポート 5 0から入力される商用電力を用いてエアコン用コンプレッサ M Cを駆動するものとしたが、 入力ポート 5 0から入力される商用電力に代えて、 蓄電装置 Bに蓄電されている電力を用いてエアコン用コンプレッサ M Cを駆動し てもよい。 なお、.この場合において、 蓄電装置 Bに蓄電されている電力を甩いて エアコン用コンプレッサ M Cを駆動することにより蓄電装置 Bの充電状態 (State of Charge: S O C ) が大きく低下した場合には、 上述のように、 入力 ポート 5 0から入力される電力がエアコン用コンプレッサ MCへ供給されるよう に切替可能としてもよレ、。
以上のように、 この実施の形態 1によれば、 蓄電装置 Bの充電と冷却とを時分 割して行なうようにしたので、 蓄電装置 Bの充電電力を確実に確保することがで きる。 その結果、 蓄電装置 Bの冷却性を確保しつつ蓄電装置 Bを確実に充電する ことができる。 また、 商用電力の契約電力量を増加させることなく、 蓄電装置 B " を充電することができる。
[実施の形態 2 ]
実施の形態 2では、 複数台の電動車両を充電可能な充電システムの構成が示さ
れる。
図 6は、 この発明の実施の形態 2による充電システムを概略的に示す全体プロ ック図である。 なお、 この図 6では、 2台の電動車両が充電される場合が代表的 に示される力 充電される電動車両は 3台以上であってもよい。
図 6を参照して、 この充電システム 200は、 ハイブリッド自動車 10 OA, Ι Ο Οβと、 充電ステーション 80と、 商用電源 55とを備える。 ハイブリッド 自動車 100 Α, 100 Βの各々は、 入力ポート 5 OAによって充電ステーショ ン 80に接続され、 商用電源 55から供給される商用電力を充電ステーション 8 0から電力入力ライン AC L 1, AC L 2を介して受ける。 また、 ハイブリッド 自動車 10 OA, 10 OBの各々は、 搭載される蓄電装置の SOCを算出し、 そ の算出した SOCを信号線 SGLを介して充電ステ一ション 80へ出力する。 充電ステーション 80は、 商用電源 55から商用電力を受け、 その受けた商用 電力をハイブリッド自動車 100 A, 10 O Bへ供給する。 充電ステーション 8 0は、 電力 ECU (Electronic Control Unit) 82を含む。 電力 ECU 82は、 ハイブリッド自動車 100A, 1 00 Bの各々から信号線 S G Lを介して各車両 に搭載された蓄電装置の S OCを受ける。 そして、 電力 ECU82は、 SOCの 低い車両に搭載される蓄電装置が優先して充電されるように、 充電ステーション 80からハイプリッド自動車 10 OA, 100 Bへ出力する電力を制御する。 図 7は、 図 6に示したハイブリッド自動車 100A, 10 OBの全体ブロック 図である。 なお、 ハイプリッド自動車 100Bの構成は、 ハイプリッド自動車 1 00 Aと同じであるので、 以下では、 ハイブリッド自動車 100Aについて説明 する。
図 7を参照して、 ハイブリッド自動車 100Aは、 図 1に示した実施の形態 1 によるハイブリッド自動車 100の構成において、 信号線 SGLをさちに備え、 入力ポ一ト 50および制御装置 60に代えてそれぞれ入力ポート 5 OAおよび制 御装置 6 OAを備える。
信号線 SGLは、 制御装置 6 OAと入力ポート 5 OAとの間に配設される。 制 御装置 6 OAは、 蓄電装置 Bの S OCを算出し、 その算出した SOCを信号線 S GLへ出力する。 なお、 蓄電装置 Bの SOCの算出方法については、 蓄電装置 B
の端子間電圧ゃ充放電電流、 温度などを用いて、 公知の手法を用いることができ
• ■る。 .
入力ポート 5 OAは、 制御装置 6 OAから信号線 SGLを介して受ける蓄電装 . 置 Bの SOCを図示されない充電ステーション 80へ出力する。 なお、 入力ポー ト 5 OAのその他の構成は、 図 1に示される入力ポート 50と同じである。 . なお、 ハイブリッド自動車 10 OAのその他の構成は、 図 1に示したハイブリ ッド自動車 100と同じである。
図 8は、 図 6に示した充電ステーション 80の電力 ECU82による電力制御 に関する処理のフローチャートである。 なお、 このフローチャートに示される処 理は、 一定時間毎または所定の条件が成立するごとにメインルーチンから呼出さ れて実行される。
図 8を参照して、 電力 ECU 8 2は、 充電ステーショ 80に接続されたハイ ブリツド自動車 100A, 100 Bの各々から各車両に搭載される蓄電装置 Bの SOCを信号線 SGLから取得する (ステップ S 1 10) 。
次いで、 電力 ECU82は、 各車両から取得した SOCの差 (絶対値) を算出 し、 ハイブリッド自動車 10 OA, 100 Bにおける SOCが略同等のレベルに : なったことを示す予め設 されたしきい値 Δ SOCをその算出された S〇C差が : 下回ったか否かを判定する (ステップ S 1 20) 。
電力 ECU82は、 算出された SOC差 (絶対値) がしきい値 A SOC以上で あると判定すると (ステップ S 1 20において ΝΌ) 、 充電ステーション 8ひか ら SOCが低い方の車両へ優先的に商用電力が供給されるように、 充電ステーシ ; ヨン 80から出力される電力を制御する (ステップ S 1 30) 。
一方、 ステップ S 1 20において算出された S〇C差 (絶対値) がしきい値 Δ S〇Cを下回っていると判定されると (ステップ S 1 20において YES) 、 電 力 ECU 82は、 充電ステーション 8◦から 2台のハイブリッド自動車 100 A, 100 Bへ略均等に商用電力が供給されるように、 充電ステーション 80から出 力される電力を制御する (ステップ S 140) 。
図 9は、 図 6に示した充電ステーション 80からハイブリッド自動車 100 A, 100 Bに供給される商用電力の使用状況を示した図である。 図 9を参照して、
横軸は、 時間を示し、 縦軸は、 充電ステーション 80からハイブリッド自動車 1 ◦ 0 Aおよび Zまたは 1 00 Bへ供給される商用電力を示す。 また、 「冷却 (A) 」 は、 充電ステーション 80から供給される商用電力がハイブリッド自動 車 1 0 OAに搭載される蓄電装置 Bの冷却に使用されることを示し、 「冷却 (B) 」 は、 ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの冷却に使用 されることを示す。 さらに、 「充電 (A) 」 は、 充電ステーション 80から供給 される商用電力がハイブリッド自動車 1 0 OAに搭載される蓄電装置 Bの充電に 使用されることを示し、 「充電 (B) 」 は、 ハイブリッド自動車 100 Bに搭載 される蓄電装置 Bの充電に使用されることを示す。 そして、 充^:ステーション 8 0からハイブリッド自動車 100 Aおよび Zまたは 100 Bへ供給可能な電力量 は、 電力会社との契約電力によって制限される。
この図 9では、 時刻 t O〜t 4においては、 ハイブリッド自動車 100 Bに搭 載される蓄電装置 Bの SOCがハイブリッド自動車 10 OAに搭載される蓄電装 置 Bの SOCよりも低いので、 ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装 置 Bがハイプリッド自動車 10 OAに搭載される蓄電装置 Bに優先して充電され る。 なお、 ハイプリッド自動車 1 00 Bに搭載される蓄電装置 Bの温度に基づい て、 時刻 t 0〜 t 1および t 2〜 t 3においては、 入力された商用電力は、 ハイ ブリツド自動車 100 Bに搭載される蓄電装置 Bの冷却に使用され、 時刻 t l〜 t 2および t 3〜 t 4においては、 蓄電装置 Bの充電に使用されてい 。
そして、 時刻 t 4において、 ハイブリッド自動車 100 Bに搭載される蓄電装 置 Bの SOCがハイブリッド自動車 10 OAに搭載される蓄電装置 Bの SOCと 略同等になると、 その後は、 契約電力の範囲内でハイプリッド自動車 10 OA, 100 Bに略均等に電力が供給される。
なお、 この図 9では、 時刻 t 4〜t 8において、 ハイブリッド自動車 10 OA, 1◦ 0 Bの各々に搭載された蓄電装置 Bの冷却および充電の切替タイミングがハ イブリツド自動車 10 OA, 10◦ Bにおいて同じタイミングで行なわれる場合 が示されているが、 ハイブリッド自動車 10 OA, 100 Bの各々における蓄電 装置 Bの冷却および充電の切替タイミングは、 必ずしも同じである必要はなく、 各車両に搭載される蓄電装置 Bの温度に基づいて決定される。
以上のように、 この実施の形態 2によれば、 商用電力の使用量を電力会社との 契約電力量までに抑えつつ、 各ハイブリッド自動車 10 OA, 10 OBにおいて 蓄電装置の充電および冷却を行なうことができる。 また、 蓄電装置の SO Cが低 い車両を優先的に充電するようにしたので、 複数の車両を効率的に充電すること ができる。
なお、 上記の各実施の形態 1, 2においては、 蓄電装置 Bを冷却する冷却装置 として、 エアコン用コンプレッサ MCを含む電動エアコンを用いるものとしたが、 電動エアコンに代えて冷却ファンなどを別途設けてもよい。
また、 上記においては、 この発明による電動車両の一例としてハイブリッド自 動車の場合が示されたが、 この発明の適用範囲は、 ハイブリッド自動車に限定さ れるものではなく、 電気自動車 (Electric Vehicle) や、 燃料電池 (Fuel Cell) と商用電力を用いて充電可能な蓄電装置とを搭載した燃料電池車なども含 ■ : むものである。
" また、 上記においては、 モータジェネレータ MG 1, 1^02の中性点1^1, ^ 2から商用電力を入力するものとしたが、 AC/DCコンバータを別途設けて商 用電源 55からの商用電力を入力するようにしてもよい。 なお、 モータジエネレ ータ MG 1 , MG 2の中性点 N 1 , N 2に商用電力が入力される上記の各実施の 形態 2によれば、 AC/DCコンバータを別途設ける必要がないので、 車両 の軽量化や低コス ト化に寄与し得る。
また、 上記においては、 昇圧コンバータ 10が設けられているが、 この発明は、 圧コンバータ 10を備えていない電動車両にも適用可能である。
なお、 上記において、 入力ポート 50 (5 OA) および電力入力ライン AC L 1, ACL 2は、 この発明における 「電力入力部」 を形成し、 インバータ 20, 30、 昇圧コンバータ 10、 システムメインリ レー 5および制御装置 60 (60 A) は、 この発明における 「充電制御部」 を形成する。 また、 エアコン用コンプ レッサ MCおよびインバータ 40は、 この発明における 「冷却装置」 に対応し、 制御装置 60 (6 OA) は、 この発明における 「制御部」 に対応する。 さらに、 システムメインリ レー 5は、 この発明における 「リ レー装置」 に対応し、 モータ ジェネレータ MG 2は、 この発明における 「電動機」 に対応する。
また、 さらに、 充電ステーション 8 0は、 この発明における 「充電設備」 に対 応し、 電力 E C U 8 2は、 この発明における 「電力制御部」 に対応する。 また、 さらに、 制御装置 6 O Aは、 この発明における 「状態量算出部」 に対応し、 入力 ポート 5 O Aは、 この発明における 「出力部」 に対応する。 また、 さらに、 ェン ジン 4は、 この発明における 「内燃機関」 に対応し、 モータジェネレータ MG 1 は、 この発明における 「もう 1つの電動機 J に対応する。
今回開示された実施の形態は、 すべての点で例示であって制限的なものではな いと考えられるべきである。 本発明の範囲は、 上記した実施の形態の説明ではな くて請求の範囲によって示され、 請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ ての変更が含まれることが意図される。
Claims
1 . 商用電源から供給される商用電力を受ける電力入力部と、
前記電力入力部から入力される前記商用電力を蓄電装置の電圧レベルに変換し
5. て前記蓄電装置を充電する充電制御部と、
前記蓄電装置を冷却する冷却装置と、
前記充電制御部と前記冷却装置とを時分割して駆動する制御部とを備える充電 装置。
2 . 前記冷却装置は、 前記電力入力部から入力ざれる前記商用電力を受けて駆動 される、 請求の範囲第 1項に記載の充電装置。
' 3 . 前記制御部は、 前記冷却装置による前記蓄電装置の冷却が前記充電制御部に よる前記蓄電装置の充電よりも優先するように前記充電制御部および前記冷却装 ' 置を制御する、 請求の範囲第 1項に記載の充電装置。
4 . 前記制御部は、 前記蓄電装置の充電電力および前記冷却装置の消費電力の5 . 各々が所定量を超えないように前記充電制御部および前記冷却装置を制御する、 . . 請求の範囲第 1項に記載の充電装置。
5 . 前記蓄電装置と前記充電制御部との間に接続され、 前記制御部から与えられ る指令に応じて動作するリ レー装置をさらに備え、
前記制御部は、
0 前記蓄電装置の冷却が行なわれるとき、 前記リ レー装置へ遮断指令を出力し、 かつ、 前記冷却装置へ駆動指令を出力し、
前記蓄電装置の充電が行なわれるとき、 前記リ レー装置へ接続指令を出力し、 かつ、 前記冷却装置へ停止指令を出力する、 請求の範囲第 1項に記載の充電装置。
6 . 前記冷却装置は、 電動エアコンを含む、 請求の範囲第 1項に記載の充電装置。5
7 . 蓄電装置と、
前記蓄電装置からの電力を用いて車両の駆動力を発生する電動機と、
請求の範囲第 1項から第 6項のいずれか 1項に記載の充電装置とを備える電動 車両。
8 . 内燃機関と、
前記電動機を駆動するための電力を前記内燃機関の出力を用いて発電可能なも う 1つの電動機とをさらに備える、 請求の範囲第 7項に記載の電動車両。
9 . 前記電動機および前記もう 1つの電動機の各々は、 星形結線された多相巻線 を固定子巻線として含み、
前記充電装置の電力入力部は、 前記電動機および前記もう 1つの電動機の各々 の多相巻線の中性点に接続され、
前記充電装置の充電制御部は、 前記電動機および前記もう 1つの電動機にそれ ぞれ対応して設けられる第 1および第 2のインバータを含み、
前記第 1および第 2のインバータは、 前記電力入力部によって前記電動機およ び前記もう 1つの電動機の各々の多相巻線の中性点に与えられる商用電力を、 前 記蓄電装置を充電するための直流電力に変換する、 請求の範囲第 8項に記載の電 動車両 D
1 0 . 各々が請求の範囲第 1項から第 6項のいずれか 1項に記載の充電装置を含 む複数の電動車両と、
前記複数の電動車両が接続され、 商用電源から供給される商用電力を前記複数 の電動車両の少なくとも 1台へ出力する充電設備とを備え、
前記充電設備は、 前記複数の電動車両へ出力する電力の総和が所定量を超えな いように前記複数の電動車両へ出力する電力を制御する電力制御部を含む、 充電 システム。
1 1 . 前記複数の電動車両の各々は、
前記蓄電装置の充電状態を示す状態量を算出する状態量算出部と、
前記状態量算出部によって算出された状態量を前記充電設備へ出力する出力部 とをさらに含み、
前記電力制御部は、 前記複数の電動車両の各々から受ける前記状態量が最も少 ない電動車両へ前記商用電力を優先的に出力する、 請求の範囲第 1 0項に記載の 充電システム。
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