(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
救援車両が、第１，第２のバッテリーと、第１のバッテリーの正極，負極にそれぞれ接続される正側直流母線と負側直流母線との間の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより運転される車両駆動用のモータと、を有し、少なくとも第１のバッテリーの直流電力により外部の救援対象バッテリーを充電可能とした充電装置において、
第２のバッテリーの正極を前記負側直流母線に接続すると共に、
前記救援車両は、
一端が前記モータの中性点に接続されて他端が正側充電端子に接続された第１のスイッチと、一端が第２のバッテリーの負極に接続されて他端が負側充電端子に接続された第２のスイッチと、一端が第２のバッテリーの正極に接続されて他端が前記負側充電端子に接続された第３のスイッチと、前記インバータ及び第１〜第３のスイッチを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段を動作させることにより、
第１〜第３のスイッチを全てオフさせる第一の接続状態と、第１，第３のスイッチをオンさせて第２のスイッチをオフさせる第二の接続状態と、第１，第２のスイッチをオンさせて第３のスイッチをオフさせる第三の接続状態と、を実現し、
第二の接続状態または第三の接続状態のもとで前記インバータを運転することにより、前記モータの中性点から、前記正側充電端子及び前記負側充電端子を介して、前記救援対象バッテリーに充電電流を供給することを特徴とする充電装置。
【請求項２】
請求項１に記載した充電装置において、
前記制御手段を動作させて第一の接続状態のもとで前記インバータを運転することにより、前記モータを駆動して前記救援車両を走行させることを特徴とする充電装置。
【請求項３】
救援車両が、第１，第２のバッテリーと、第１のバッテリーの正極，負極にそれぞれ接続される正側直流母線と負側直流母線との間の直流電圧を交流電圧に変換するインバータと、前記インバータにより運転される車両駆動用のモータと、を有し、第１，第２のバッテリーの直流電力により外部の救援対象バッテリーを充電可能とした充電装置において、
前記救援車両は、
一端が前記モータの中性点に接続されて他端が正側充電端子に接続された第１のスイッチと、一端が前記負側直流母線に接続されて他端が負側充電端子に接続された第２のスイッチと、第１，第２のバッテリーの正極相互間に接続された第３のスイッチと、第１，第２のバッテリーの負極相互間に接続された第４のスイッチと、一端が第２のバッテリーの負極に接続されて他端が前記負側充電端子に接続された第５のスイッチと、一端が第２のバッテリーの正極に接続されて他端が前記負側直流母線に接続された第６のスイッチと、前記インバータ及び第１〜第６のスイッチを制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段を動作させることにより、
第１，第２，第５，第６のスイッチをオフさせて第３，第４のスイッチをオンさせる第一の接続状態と、第１〜第４のスイッチをオンさせて第５，第６のスイッチをオフさせる第二の接続状態と、第１，第５，第６のスイッチをオンさせて第２〜第４のスイッチをオフさせる第三の接続状態と、を実現し、
第二の接続状態または第三の接続状態のもとで前記インバータを運転することにより、前記モータの中性点から、前記正側充電端子及び前記負側充電端子を介して、前記救援対象バッテリーに充電電流を供給することを特徴とする充電装置。
【請求項４】
請求項３に記載した充電装置において、
前記制御手段を動作させて第一の接続状態のもとで前記インバータを運転することにより、前記モータを駆動して前記救援車両を走行させることを特徴とする充電装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載した充電装置において、
前記制御手段が、
第二の接続状態のもとで前記インバータに零電圧ベクトルを出力させるように前記インバータを制御することにより、前記正側充電端子と前記負側充電端子との間の充電出力電圧を、０〜Ｖｂａｔ１（Ｖｂａｔ１：第１のバッテリーの電圧値）の範囲で制御することを特徴とする充電装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載した充電装置において、
前記制御手段が、
第三の接続状態のもとで前記インバータに零電圧ベクトルを出力させるように前記インバータを制御することにより、前記正側充電端子と前記負側充電端子との間の充電出力電圧を、Ｖｂａｔ２〜Ｖｂａｔ１＋Ｖｂａｔ２（Ｖｂａｔ１：第１のバッテリーの電圧値，Ｖｂａｔ２：第２のバッテリーの電圧値）の範囲で制御することを特徴とする充電装置。
【請求項７】
請求項３または４に記載した充電装置において、
前記制御手段が、
第二の接続状態のもとで前記インバータに零電圧ベクトルを出力させるように前記インバータを制御することにより、前記正側充電端子と前記負側充電端子との間の充電出力電圧を、０〜Ｖｂａｔ（Ｖｂａｔ：並列接続された第１，第２のバッテリーの電圧値）の範囲で制御することを特徴とする充電装置。
【請求項８】
請求項３または４に記載した充電装置において、
前記制御手段が、
第三の接続状態のもとで前記インバータに零電圧ベクトルを出力させるように前記インバータを制御することにより、前記正側充電端子と前記負側充電端子との間の充電出力電圧を、Ｖｂａｔ〜２・Ｖｂａｔ（Ｖｂａｔ：並列接続された第１，第２のバッテリーの電圧値）の範囲で制御することを特徴とする充電装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか１項に記載した充電装置において、
前記制御手段は、前記インバータの上アームまたは下アームのオンデューティを変化させて前記充電出力電圧を制御することを特徴とする充電装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載した充電装置において、
前記救援対象バッテリーが、前記救援車両の外部の救援対象車両に搭載されたバッテリーであることを特徴とする充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電気自動車またはハイブリッド自動車に搭載されたバッテリーにより外部のバッテリーを充電する充電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリーが放電して自走できなくなった車両（以下、救援対象車両と定義する）を、バッテリー残量が十分にある車両（以下、救援車両と定義する）により充電する車両間充電技術として、図１８に示すものが考えられる。
図１８において、１００は救援車両、２００は救援車両１００により充電される救援対象車両である。
【０００３】
救援車両１００は、バッテリーＢＡＴ１と、このバッテリーＢＡＴ１の正極及び負極間に接続されたモータ駆動用インバータ１１０及び充電用コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１２０と、車両駆動用のモータＭ１と、標準化された充電コネクタ１３０と、を備えている。
救援対象車両２００は、ケーブル３００を介して充電コネクタ１３０に接続される充電コネクタ２３０と、バッテリーＢＡＴ３と、充電コネクタ２３０とバッテリーＢＡＴ３との間に設けられたスイッチ２４０，２５０と、制御装置２１０と、を備えている。
なお、救援車両１００は、例えば電気自動車またはハイブリッド自動車であるのに対し、救援対象車両２００は、ガソリン自動車でも、電気自動車またはハイブリッド自動車でもよい。
【０００４】
救援車両１００では、モータ駆動用インバータ１１０により自車のモータＭ１を駆動する。一方、救援対象車両２００では、制御装置２１０の動作により救援車両１００の充電用コンバータ１２０を制御し、バッテリーＢＡＴ１の直流電力を用いて、充電用コンバータ１２０、コネクタ１３０、ケーブル３００、コネクタ２３０及びスイッチ２４０，２５０を介してバッテリーＢＡＴ３を充電する。
【０００５】
更に、特許文献１には、モータ及びモータ駆動用インバータにより充電用コンバータを構成し、充電装置の小型化、低コスト化を可能にする技術が記載されている。
特許文献１に記載された従来技術によれば、図６に示すような三相のインバータによるモータ駆動装置の零相等価回路は、図７となる。
図６において、１４０はコンデンサ、Ｔ１１〜Ｔ１６はインバータ１１０を構成する半導体スイッチング素子であり、その他の部品は図１８と同一の参照符号を付してある。また、図７において、ＴＵ，ＴＢは、図６の上アームのスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１３または下アームのスイッチング素子Ｔ１４〜Ｔ１６を一括してオンまたはオフさせる（零電圧ベクトルを出力させる）ことにより等価的に形成されるスイッチング素子、ＬＺはモータＭ１の漏れインダクタンスに相当する零相リアクトル、４００は負荷を示している。
【０００６】
図７の回路によれば、インバータ１１０に相当する上下アーム（スイッチング素子ＴＵ，ＴＢ）及びモータＭ１の零相リアクトルＬＺにより、降圧コンバータを構成することができる。
図６，図７に示した回路の動作原理及び制御方法については、特許文献１に詳述されているため、ここでは説明を省略する。
【０００７】
次に、特許文献１の従来技術を利用して車両外部へ電力を供給する従来技術が、特許文献２に開示されている。
すなわち、特許文献２では、２台のモータジェネレータの三相巻線にそれぞれ接続された２台の三相インバータを、正負の直流母線間に並列に接続し、これらの三相インバータに零電圧ベクトルを出力させる。これにより、２台のモータジェネレータの中性点の間に接続された車両外部の負荷装置に交流電力を供給している。
【０００８】
更に、特許文献３には、バッテリー及び二次電池を通常時には並列に接続してモータに供給し、モータを高速回転させる緊急時のごとく高い電源電圧が必要となる場合には、バッテリー及び二次電池を直列に接続してモータに供給する従来技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３２２３８４２号公報（段落[００２９]，[００３０]、図１０，図１１等）
【特許文献２】特許第４４１２２７０号公報（段落[００５６]〜[００５８]、図１，図２等）
【特許文献３】特開２００５−２８７２２２号公報（段落[００２３]，[００２６]、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１８に示したように、モータ駆動用インバータ１１０及び充電用コンバータ１２０を搭載した救援車両１００は、電力変換回路としてインバータ及びコンバータが必要であるため、救援車両１００の大型化や重量の増加を招く。
また、特許文献１及び特許文献２の従来技術を組み合わせれば、図１８のような充電用コンバータ１２０は不要になるが、特許文献１の従来技術によると、インバータの正負直流母線間に接続されるバッテリーの電圧以上の電圧を、車両外部に出力することはできない。
すなわち、救援対象車両のバッテリーに対する充電最大出力電圧は、救援車両に搭載されたバッテリーのＳＯＣ（充電状態または充電率）に依存するため、急速充電が求められる場合に十分な充電出力電圧が得られない恐れがある。このため、特許文献２では、バッテリーの直流電圧を昇圧コンバータにより一旦、昇圧してインバータの正負直流母線間に供給しているが、これによると回路構成が複雑になる。
【００１１】
また、特許文献３の従来技術や高い公称電圧のバッテリーを利用することにより、ＳＯＣが低下しても所要の電圧を確保することができるが、インバータを構成するＩＧＢＴやダイオードに高耐圧の素子を使用する必要がある。一般的に、高耐圧の半導体スイッチング素子は順方向降下電圧が大きい。従って、同じ充電電流であれば、充電装置の損失を低減するという観点からは、低耐圧の半導体スイッチング素子を使用することが望ましい。
すなわち、半導体スイッチング素子やダイオードに高耐圧の素子を使用する場合には、充電装置の損失が増加して効率が低下するという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、昇圧コンバータ等を不要にして充電に使用する電力変換回路の構成を簡略化し、これらの回路や救援車両の小型化・軽量化を図った充電装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、損失が少なく高効率な充電を可能にした充電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明は、請求項１に記載するように、第１，第２のバッテリー、第１のバッテリーの直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、このインバータにより運転される車両駆動用のモータ、を有する救援車両を備え、少なくとも第１のバッテリーの直流電力により外部のバッテリーを充電するものである。
救援車両において、第２のバッテリーの正極は負側直流母線に接続されていると共に、救援車両は、一端がモータの中性点に接続されて他端が正側充電端子に接続された第１のスイッチと、一端が第２のバッテリーの負極に接続されて他端が負側充電端子に接続された第２のスイッチと、一端が第２のバッテリーの正極に接続されて他端が負側充電端子に接続された第３のスイッチと、インバータ及び第１〜第３のスイッチを制御するＣＰＵ等の制御手段と、を備えている。
そして、制御手段の動作により、第１〜第３のスイッチのオン・オフパターンが異なる第一，第二，第三の接続状態を実現し、そのうちの第二または第三の接続状態のもとでインバータを運転する。これにより、救援車両の第１のバッテリー、または、第１，第２のバッテリーの直流電力を用いて、インバータ、モータ、正側充電端子及び負側充電端子を介して救援対象バッテリーを充電する。
【００１４】
また、本発明における救援車両の他の構成としては、請求項３に記載するように、一端がモータの中性点に接続されて他端が正側充電端子に接続された第１のスイッチと、一端が負側直流母線に接続されて他端が負側充電端子に接続された第２のスイッチと、第１，第２のバッテリーの正極相互間に接続された第３のスイッチと、第１，第２のバッテリーの負極相互間に接続された第４のスイッチと、一端が第２のバッテリーの負極に接続されて他端が負側充電端子に接続された第５のスイッチと、一端が第２のバッテリーの正極に接続されて他端が負側直流母線に接続された第６のスイッチと、インバータ及び第１〜第６のスイッチを制御する制御手段と、を備えている。
そして、制御手段の動作により、第１〜第６のスイッチのオン・オフパターンが異なる第一，第二，第三の接続状態を実現し、そのうちの第二または第三の接続状態のもとでインバータを運転する。これにより、救援車両の第１，第２のバッテリーの直流電力を用いて、インバータ、モータ、正側充電端子及び負側充電端子を介して救援対象バッテリーを充電する。
【００１５】
なお、請求項２，４に記載するように、前述した第一の接続状態のもとでインバータを運転することにより、救援車両と救援対象バッテリーとの間の充電経路が遮断されるため、救援車両のモータをインバータにより駆動する通常の走行状態が実現される。
更に本発明では、請求項５〜９に記載するように、第二または第三の接続状態のもとでインバータに零電圧ベクトルを出力させると共にインバータの上下アームのオンデューティを制御することにより、救援車両による充電出力電圧を、様々な範囲で制御することができる。
また、請求項１０に記載するように、救援対象バッテリーが救援車両の外部の車両に搭載されたバッテリーである場合には、本発明により車両間充電装置が構成されることになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、従来技術のような昇圧コンバータが不要になるため、充電に使用される電力変換回路の構成を簡略化し、これらの回路の小型化、省スペース化、軽量化を図ることができる。これにより、急速充電器相当の充電が可能な救援車両、ひいては充電装置を提供することができる。
また、救援車両の正負直流母線間の電圧以上の充電出力電圧を発生できるので、定格電圧の低い半導体スイッチング素子をインバータ等の主回路に用いることができ、充電時において損失が少なく高効率の充電装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施例を示す回路図である。
【図２】図１における救援車両の詳細な構成図である。
【図３】本発明の第２実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態の主要部を示す回路図である。
【図５】図４の等価回路図である。
【図６】三相インバータによるモータ駆動装置の主回路構成図（図４の等価回路図）である。
【図７】図６の零相等価回路図である。
【図８】図４の等価回路図である。
【図９】本発明の第２実施形態の主要部を示す回路図である。
【図１０】図９の等価回路図である。
【図１１】図９の等価回路図である。
【図１２】図９の等価回路図である。
【図１３】図９の等価回路図である。
【図１４】図２におけるインバータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１５】図２における充電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第１実施例における充電時のフローチャートである。
【図１７】本発明の第１実施例における充電時のタイムチャートである。
【図１８】従来の車両間充電装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
ここでは、本発明を車両間充電装置に適用した場合について説明するが、充電対象となるバッテリーは車載のものに限られず、各種の機械や装置に電源として搭載されたバッテリーであってもよい。
【００１９】
前後するが、図４は本発明の第１実施形態の主要部を示す回路図である。この回路は、救援車両に搭載される主回路に相当しており、前述した図６における部品と同一の部品には図６と同一の参照符号を付してある。
図４において、救援車両に搭載された第１のバッテリーＢＡＴ１の正極，負極には、スイッチＲＹａ，ＲＹｂを介してコンデンサ１４０が接続されている。また、スイッチＲＹａの両端には、抵抗１５０とスイッチＲＹｃとの直列回路が接続されている。ここで、スイッチＲＹａ，ＲＹｂ，ＲＹｂは、コンデンサ１４０の初期充電を行うためのものである。
【００２０】
コンデンサ１４０の両端には、半導体スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６をブリッジ接続して構成された三相のインバータ１１０が接続されている。半導体スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６は、例えばＩＧＢＴと、ＩＧＢＴに逆並列接続された還流ダイオードとによって構成される。
インバータ１１０の三相交流端子は、モータＭ１の三相巻線の端部に接続され、これらの巻線の中性点は、第１のスイッチＲＹ１を介してコネクタ１３０の正側充電端子１３１に接続される。モータＭ１には、例えば永久磁石同期モータが用いられる。
また、インバータ１１０の負側直流母線は、第３のスイッチＲＹ３を介してコネクタ１３０の負側充電端子１３２に接続されている。このスイッチＲＹ３の両端には、第２のバッテリーＢＡＴ２と第２のスイッチＲＹ２との直列回路が接続されている。なお、コネクタ１３０内の符号１３３は、後述する制御装置１７０に接続される制御端子である。
【００２１】
図４の回路において、車両の走行時は、スイッチＲＹ１〜ＲＹ３を表１に示す第一の接続状態にすることで、図５に示すような通常の三相インバータによるモータ駆動回路が構成される。ただし、スイッチＲＹａ〜ＲＹｃを利用したコンデンサ１４０の初期充電シーケンスは終了しているものとし、スイッチＲＹａ，ＲＹｂはオン、スイッチＲＹｃはオフ状態とする。ここで、コンデンサ１４０の初期充電時には、スイッチＲＹｃをオンして抵抗１５０により電流を制限しながらバッテリーＢＡＴ１によりコンデンサ１４０を充電し、コンデンサ１４０の電圧が確立したら、スイッチＲＹａ，ＲＹｂをオンし、スイッチＲＹｃをオフする。
【００２２】
【表１】
0005945936.tif 000002
【００２３】
図示されていない救援対象車両のバッテリーを充電するための充電時（モード１）には、図４のスイッチＲＹ１〜ＲＹ３を、表１における第二の接続状態とする。これにより、図４の回路は、前述した図６の回路となる。
特許文献２によれば、図６の回路においてインバータ１１０に零電圧ベクトルを出力させるように制御すれば、等価的に図７に示すような降圧コンバータが構成されるため、救援車両のバッテリー電圧Ｖｂａｔ１と、モータ中性点と負側直流母線との電位差Ｖ２（＝Ｖｏｕｔ）と、インバータ１１０の上アームのオンデューティーＤ１との間には、数式１の関係がある。
【００２４】
【数１】
0005945936.tif 000003
すなわち、インバータ１１０の上アームのオンデューティーＤ１（言い換えれば下アームのオンデューティー）を変えることで、救援車両の充電出力電圧Ｖｏｕｔを０〜Ｖｂａｔ１の範囲で任意の値に調整することができる。
【００２５】
また、救援対象車両のバッテリーを充電するための充電時（モード２）には、スイッチＲＹ１〜ＲＹ３を、表１における第三の接続状態にする。これにより、図４の回路は図８のようになる。この結果、救援車両の充電出力電圧Ｖｏｕｔは、モータ中性点と負側直流母線との電位差Ｖ２と、バッテリー電圧Ｖｂａｔ２との加算値となる。
従って、充電時（モード１）と同様に、Ｖ２を０〜Ｖｂａｔ１の間で任意の値に調整できることから、救援車両の充電出力電圧ＶｏｕｔをＶｂａｔ２〜（Ｖｂａｔ１＋Ｖｂａｔ２）の範囲で任意の値に調整することができる。
【００２６】
上述した動作は、救援対象車両のバッテリー電圧に合わせて充電時のモード１，モード２を適切に選択すれば、救援車両から救援対象車両への充電電流を制御可能であることを意味している。すなわち、この実施形態によれば、救援対象車両のバッテリーを、いわゆる定電流充電することが可能である。
また、表１に示す全ての接続状態において、インバータ１１０を構成する半導体スイッチング素子に必要な耐圧はバッテリーＢＡＴ１の電圧Ｖｂａｔ１であり、特に充電時の第三乃接続状態（モード２）において、耐圧がＶｂａｔ１である半導体スイッチング素子を使用した場合に（Ｖｂａｔ１＋Ｖｂａｔ２）までの充電電圧を出力することができる。
【００２７】
次に、図９は本発明の第２実施形態の主要部を示す回路図である。この回路も、救援車両に搭載される主回路に相当しており、図４における部品と同一の部品には、図４と同一の参照符号を付してある。
以下、図４との相違点を中心に説明する。
図９において、第１のバッテリーＢＡＴ１の両端には、第３のスイッチＲＹ３，第４のスイッチＲＹ４及び第２のバッテリーＢＡＴ２が直列に接続され、バッテリーＢＡＴ２の正極はスイッチＲＹ６の一端に接続され、バッテリーＢＡＴ２の負極はスイッチＲＹ５の一端に接続されている。スイッチＲＹ６の他端は負側直流母線を介して第２のスイッチＲＹ２の一端に接続され、スイッチＲＹ２の他端はスイッチＲＹ５の他端と共にコネクタ１３０の負側充電端子１３２に接続されている。
【００２８】
図９の回路において、車両の走行時には第１〜第６のスイッチＲＹ１〜ＲＹ６を表２に示す第一の接続状態にすることで、図１０に示すように、第１，第２のバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２を並列に接続した通常の三相インバータによるモータ駆動回路が構成される。
ただし、第１実施形態と同様に、スイッチＲＹａ〜ＲＹｃを用いたコンデンサ１４０の初期充電シーケンスは終了しているものとし、スイッチＲＹａ，ＲＹｂはオン、ＲＹｃはオフ状態であるものとする。
なお、バッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２の電圧は等しい値（＝Ｖｂａｔ）とする。
【００２９】
【表２】
0005945936.tif 000004
【００３０】
救援対象車両のバッテリーを充電する充電時（モード１）には、スイッチＲＹ１〜ＲＹ６を表２における第二の接続状態にする。これにより、図９の回路は、図１１に示すように２つのバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２を並列接続した回路となる。
前述した特許文献２によれば、図１１におけるインバータ１１０に零電圧ベクトルを出力させるように制御すれば、等価的に図１２に示す降圧コンバータが構成されるため、救援車両のバッテリー電圧Ｖｂａｔと、モータ中性点と負側直流母線との電位差Ｖ２（＝Ｖｏｕｔ）と、インバータ１１０の上アームのオンデューティーＤ１との間には、数式２の関係がある。なお、この数式２と前述の数式１は、バッテリー電圧（ＶｂａｔとＶｂａｔ１）が異なるだけである。
【００３１】
【数２】
0005945936.tif 000005
すなわち、この実施形態においても、インバータ１１０の上アームのオンデューティーＤ１（言い換えれば下アームのオンデューティー）を変えることで、救援車両の充電出力電圧Ｖｏｕｔを０〜Ｖｂａｔの範囲で任意の値に調整することができる。
【００３２】
また、救援対象車両のバッテリーを充電するための充電時（モード２）には、スイッチＲＹ１〜ＲＹ６を、表２における第三の接続状態にする。これにより、図９の回路は図１３のようになる。この結果、救援車両の充電出力電圧Ｖｏｕｔは、モータ中性点と負側直流母線との電位差Ｖ２と、バッテリー電圧Ｖｂａｔとの加算値となる。
従って、充電時（モード１）と同様に、Ｖ２を０〜Ｖｂａｔの範囲で任意の値に調整できることから、救援車両の充電出力電圧ＶｏｕｔをＶｂａｔ〜２・Ｖｂａｔの範囲で任意の値に調整することができる。
【００３３】
上述した動作は、救援対象車両のバッテリー電圧に合わせて充電時のモード１，モード２を適切に選択すれば、救援車両から救援対象車両への充電電流を制御可能であることを意味しており、救援対象車両のバッテリーを、いわゆる定電流充電することが可能である。
また、表２に示す全ての接続状態において、インバータ１１０を構成する半導体スイッチング素子に必要な耐圧はバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２の電圧Ｖｂａｔであり、特に充電時のモード２において、耐圧がＶｂａｔである半導体スイッチング素子を使用した場合に２・Ｖｂａｔまでの充電電圧を出力することができる。
【００３４】
更に、第一の接続状態または第二の接続状態にすることで、バッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２の間で電力の融通を行うことができる。これにより、充電状態（ＳＯＣ）が均等化されるので、何れか一方のバッテリーが放電終止状態になって運用不能となる恐れがなく、救援車両に搭載された二つのバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２の有効利用を図ることができる。
【００３５】
次に、本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の第１実施例を示す回路図であり、図４における部品と同一の部品には図４と同一の参照符号を付してある。
図１において、１００Ａは救援車両であり、その主要部は図４と同一であるため、重複を避けるために説明を省略する。また、２００は救援車両１００Ａによってバッテリー（救援対象バッテリー）ＢＡＴ３が充電される救援対象車両であり、その主要部は図１８と同一である。
【００３６】
前述したように、救援車両１００Ａに設けられたコネクタ１３０と、救援対象車両２００に設けられたコネクタ２３０とは、ケーブル３００によって接続される。これらのコネクタ１３０，２３０の構造仕様、電気仕様及び通信仕様には、標準化された急速充電器の規格が採用されている。
コネクタ１３０，２３０に設けられた正側充電端子１３１，２３１、負側充電端子１３２，２３２は、ケーブル３００を介し互いに電気的に接続されて救援車両１００Ａから救援対象車両２００に充電電流を供給するためのものである。また、制御端子１３３，２３３はケーブル３００を介して互いに接続されると共に、制御端子１３３は後述する制御装置１７０に接続され、制御端子２３３は制御装置２１０に接続されている。
【００３７】
救援車両１００Ａには、充電条件設定器１６０及び制御装置１７０が設けられ、制御装置１７０の出力がコネクタ１３０の制御端子１３３に加えられている。
次に、制御装置１７０の構成を図２に基づいて説明する。
【００３８】
図２に示すように、制御装置１７０は、下位制御装置であるバッテリー管理装置１７２、インバータ制御装置１７３、充電制御装置１７４と、これらの各装置１７２〜１７４を統合的に制御する上位制御装置１７１と、を備えている。そして、充電条件設定器１６０から上位制御装置１７１に対して、救援対象車両２００の目標充電量（充電指令値）が設定されるようになっている。
制御装置１７０及び充電条件設定器１６０は、Ａ／Ｄ変換機能、メモリ機能、通信機能等を備えたマイクロコンピュータ、及び、液晶タッチパネル等の入出力装置により構成される。
【００３９】
上位制御装置１７１は、救援車両１００Ａの運転指令、充電開始指令、及び、充電条件設定器１６０により設定された目標充電量等の情報を、下位の各装置１７２〜１７４に伝達する。なお、上位制御装置１７１と各装置１７２，１７３，１７４との間で送受信される通信信号を、それぞれｃｏｍ３，ｃｏｍ２，ｃｏｍ１とする。
【００４０】
充電条件設定器１６０は、目標充電量、充電終止電圧、前述した充電時のモード等が入力されるヒューマンインターフェイス装置であり、設定されたデータを上位制御装置１７１へ伝達する。
バッテリー管理装置１７２は、第１，第２のバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２のＳＯＣやＳＯＨ（バッテリーの劣化状態）等のバッテリー状態をモニタする手段、外部の急速充電器（図示せず）に対してバッテリーＢＡＴ１，ＢＡＴ２の充電仕様等を伝送する手段等を備えている。
充電制御装置１７４は、所定の通信手段により、コネクタ１３０，２３０及びケーブル３００を介して救援対象車両２００との間で充電シーケンスや充電条件を送受信し、また、充電出力電圧Ｖｏｕｔを上位制御装置１７１に送信する。
なお、図２において、１８１〜１８３は電圧検出器、１８４〜１８６は電流検出器、１８７は位置検出器である。
【００４１】
図１４は、図２におけるインバータ制御装置１７３の構成を示すブロック図である。
インバータ制御装置１７３は、通信信号処理ブロック１７３ａ、モータ制御ブロック１７３ｂ、充電電流制御ブロック１７３ｃ、及び、ＰＷＭ生成器１７３ｄを備えている。
【００４２】
通信信号処理ブロック１７３ａは、上位制御装置１７１との間で通信信号ｃｏｍ２を送受信可能であると共に、救援車両１００Ａを駆動するモータＭ１のトルク指令値Ｔ＊、救援対象車両２００に対する充電電流指令値ｉｃ＊、充電電流制御ブロック１７３ｃ内の電流調節器ＡＣＲ３に対するホールド信号ｈｏｌｄ、電流調節器ＡＣＲ３に対する出力電圧初期値（充電初期電圧指令値）ｖｚｉｎｉ＊、及び、前記スイッチＲＹ１〜ＲＹ３のオンオフ指令信号を生成して出力する。
【００４３】
モータ制御ブロック１７３ｂは、救援車両１００Ａが通常走行状態であるときに動作すする。
すなわち、モータＭ１がトルク指令値Ｔ＊に応じたトルクを発生するように、ベクトル演算器１７３ｅにより電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊を演算し、電流調節器ＡＣＲ１，ＡＣＲ２により電圧指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊を生成する。これら一連の制御方法には、永久磁石同期モータを駆動するためのベクトル制御方法が用いられる。この制御方法は周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
なお、モータ制御ブロック１７３ｂにおいて、１７３ｋ，１７３ｌは、電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊と電流検出値ｉｄ，ｉｑとの偏差をそれぞれ演算する減算器、１７３ｆは三相の電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗを位置検出値θに基づいてｄ，ｑ軸上の電流検出値ｉｄ，ｉｑに変換するベクトル回転器である。
【００４４】
電圧指令値ｖｄ＊，ｖｑ＊はベクトル回転器１７３ｇに入力され、位置検出値θに基づいて三相の電圧指令値ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊に変換される。
電圧指令値ｖｕ１＊，ｖｖ１＊，ｖｗ１＊は、スイッチＳＷ１を介して加算器１７３ｉの各一端に入力され、加算器１７３ｉの出力が電圧指令値ｖｕ２＊，ｖｖ２＊，ｖｗ２＊としてＰＷＭ生成器１７３ｄに入力されている。ここで、加算器１７３ｉの各他端には、スイッチＳＷ１に対して相補的にオンオフするスイッチＳＷ２を介して、充電電流制御ブロック１７３ｃからの零相電圧指令値ｖｚ＊が入力されている。
ＰＷＭ生成器１７３ｄは、電圧指令値ｖｕ２＊，ｖｖ２＊，ｖｗ２＊に基づき、インバータ１１０のスイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６に対するゲート信号を生成して出力する。
【００４５】
インバータ１１０の各相電流検出値ｉｕ，ｉｖ，ｉｗは加算器１７３ｈに入力され、充電電流ｉｚ（＝ｉｃ）が検出される。
この充電電流検出値ｉｚは、充電電流制御ブロック１７３ｃ内の減算器１７３ｊに入力され、充電電流指令値ｉｃ＊との偏差が算出される。
電流調節器ＡＣＲ３では、上記の電流偏差がゼロになるように調節動作し、零相電圧指令値ｖｚ＊を生成して出力する。この零相電圧指令値ｖｚ＊は、救援対象車両２００のバッテリーＢＡＴ３の充電時にオンするスイッチＳＷ２を介して、前記加算器１７３ｉの各他端に入力される。
【００４６】
上述した図１４の回路構成において、救援車両１００Ａの通常走行時には、スイッチＳＷ１をオンしてスイッチＳＷ２をオフさせることにより、インバータ制御装置１７３は、実質的に、通信信号処理ブロック１７３ａ、モータ制御ブロック１７３ｂ及びＰＷＭ生成器１７３ｄによって構成されることになる。
すなわち、モータ制御ブロック１７３ｂはトルク指令値Ｔ＊に基づいてベクトル制御を行うことにより電圧指令値ｖｕ２＊，ｖｖ２＊，ｖｗ２＊を生成し、ＰＷＭ生成器１７３ｄが電圧指令値ｖｕ２＊，ｖｖ２＊，ｖｗ２＊に基づいてゲート信号を生成し、スイッチング素子Ｔ１１〜Ｔ１６を駆動するため、三相インバータによる通常のモータ駆動時と何ら変わらない制御が実行される。
【００４７】
次に、救援対象車両２００のバッテリーＢＡＴ３を充電する動作を説明する。
バッテリーＢＡＴ３を充電する際には、前述した表１の第二の接続状態または第三の接続状態（充電時のモード１またはモード２）のどちらによって充電するかを選択し、スイッチＲＹ１〜ＲＹ３を表１に示した接続状態とする。なお、スイッチＲＹ１〜ＲＹ３のオンオフ指令信号は、上位制御装置１７１からインバータ制御装置１７３内の通信信号処理ブロック１７３ａを経由して送出される（図１４を参照）。
充電時のモード１またはモード２の選択方法としては、例えば、後述する充電モード選択手段により、充電条件設定器１６０から入力された救援対象車両２００のバッテリー充電終止電圧と、モード１により出力可能な充電最大電圧とを比較し、バッテリー充電終止電圧の方が高ければモード２を選択し、それ以外の場合にはモード１を選択する。
【００４８】
次に、図１４におけるスイッチＳＷ２をオンし、このスイッチＳＷ２と相補的に動作するスイッチＳＷ１をオフすることにより、ＰＷＭ生成器１７３ｄに入力される電圧指令値を充電電流制御ブロック１７３ｃ内の電流調節器ＡＣＲ３の出力（零相電圧指令値）ｖｚ＊とする。ここで、電流調節器ＡＣＲ３の入力である充電電流指令値ｉｃ＊は、コネクタ２３０，１３０を介した通信により救援対象車両２００から得た許容充電電流とする。
【００４９】
次いで、図２の充電制御装置１７４の構成及び動作について、図１５に基づいて説明する。
充電制御装置１７４は、通信信号処理手段１７４ａ，１７４ｂ、充電シーケンス制御装置１７４ｃ、初期電圧検出手段１７４ｄを備えている。
通信信号処理手段１７４ａは、上位制御装置１７１との間で通信信号ｃｏｍ１を送受信すると共に、通信信号処理手段１７４ａには初期電圧検出手段１７４ｄからの充電初期電圧指令値ｖｚｉｎｉ＊が入力されている。ここで、充電初期電圧指令値ｖｚｉｎｉ＊は、図２における電圧検出器１８３により得た出力電圧検出値Ｖｏｕｔから生成される。また、通信信号処理手段１７４ａから出力される充電量指令値ＳＯＣ＊は充電シーケンス制御装置１７４ｃに入力され、この充電シーケンス制御装置１７４ｃから出力された充電電流指令値ｉｃ＊及びｈｏｌｄ信号が通信信号処理手段１７４ａに入力されている。
更に、充電シーケンス制御装置１７４ｃは、通信信号処理手段１７４ｂを介して、図２のコネクタ１３０との間、言い換えれば救援対象車両２００との間で双方向通信信号ｃｏｍを送受信可能である。
【００５０】
双方向通信信号ｃｏｍには、救援対象車両２００の制御装置２１０からコネクタ２３０，１３０を介して送信されるバッテリーＢＡＴ３の電圧検出値ＶＢＡＴ３等が含まれ、これらの信号は充電シーケンス制御装置１７４ｃに送られる。上位制御装置１７１から送信される通信信号ｃｏｍ１には、充電開始信号、充電条件設定器１６０からの充電量指令値ＳＯＣ＊等が含まれ、充電量指令値ＳＯＣ＊は充電シーケンス制御装置１７４ｃに送られる。
充電シーケンス制御装置１７４ｃは、受信した電圧検出値ＶＢＡＴ３、充電量指令値ＳＯＣ＊等に基づいて充電シーケンスを作成し、通信信号処理手段１７４ａを介して、充電電流指令値ｉｃ＊及び充電初期電圧指令値ｖｚｉｎｉ＊を通信信号ｃｏｍ１により上位制御装置１７１に送信する。
上位制御装置１７１は、これらの信号を、通信信号ｃｏｍ２としてインバータ制御装置１７３へ出力する。
【００５１】
そして、充電開始のタイミングで、充電シーケンス制御装置１７４ｃから通信信号処理手段１７１ａに送られているｈｏｌｄ信号を解除し、図２の上位制御装置１７１を介して、救援対象車両２００のバッテリーＢＡＴ３に充電電流を通流させる指令をインバータ制御装置１７３に与える。
なお、上述した充電制御装置１７４の機能は必要最低限のものであるが、充電制御装置１７４への搭載機能は、標準化された急速充電仕様に適合させることが望ましい。
【００５２】
以上説明したような図２，図１４，図１５の制御ブロックによって図１６のフローチャートを実行することで、救援車両１００Ａから救援対象車両２００のバッテリーＢＡＴ３に対する充電が実行される。なお、図１７は、図１６に対応した充電タイムチャートである。
【００５３】
図１６において、まず、充電条件設定器１６０により、救援対象車両２００の充電終止電圧を入力し、表１に示した第二の接続状態または第三の接続状態（充電時のモード１またはモード２）を選択する（ステップＳ１，Ｓ２）。
制御装置１７０は、充電準備完了信号を救援対象車両２００から受信すると共に、そのバッテリーＢＡＴ３の電圧を救援対象車両２００の制御装置２１０により検出し、充電制御装置１７４を介して取得する（ステップＳ３，Ｓ４）。
【００５４】
次に、検出した電圧を初期電圧として、図１４の電流調節器ＡＣＲ３の積分器にプリセットする（ステップＳ５）。この時刻ＡにおけるバッテリーＢＡＴ３の電圧は、図１７における時刻Ａと特性線（３）との交点の値である。
その後、図２のスイッチＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３を、表１における選択された充電モードに従って操作する（ステップＳ６）。
そして、図１５の充電シーケンス制御装置１７４ｃによるｈｏｌｄ信号が解除されたことを確認して電流調節器ＡＣＲ３の動作を開始する（ステップＳ７ＹＥＳ，Ｓ８）。この時刻Ｂにおける充電電流Ｉｃ、救援車両１００Ａの出力電圧Ｖｏｕｔ、救援対象車両２００のバッテリーＢＡＴ３の電圧は、図１７における時刻Ｂと特性線（１），(２)，（３）との交点の値である。なお、図１７において、ｉｃ＊は電流調節器ＡＣＲ３に対する充電電流指令値であり、図２の上位制御装置１７１からインバータ制御装置１７３に送信される通信信号ｃｏｍ２に含まれている。
【００５５】
次いで、充電制御装置１７４は、救援対象車両２００のＳＯＣが充電量指令値ＳＯＣ＊を超えたか否かを判断し、充電量指令値ＳＯＣ＊を超えた場合には電流調節器ＡＣＲ３の充電電流指令値ｉｃ＊を零に設定する（ステップＳ９ＹＥＳ，Ｓ１０）。この時刻Ｃにおける充電電流ｉｃ、救援車両１００Ａの出力電圧Ｖｏｕｔ、救援対象車両２００のバッテリーＢＡＴ３の電圧は、図１７における時刻Ｃと特性線（１），(２)，（３）との交点の値である。
そして、スイッチＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３を全てオフする（ステップＳ１１）。この時刻が、図１７における時刻Ｄである。
その後、電流調節器ＡＣＲ３が動作を停止し、充電完了信号（双方向通信信号ｃｏｍ）を救援車両１００Ａの充電制御装置１７４から救援対象車両２００の制御装置２１０に送信することにより、一連の車両間充電動作を終了する（ステップＳ１２，Ｓ１３）
【００５６】
この第１実施例によれば、救援車両１００Ａ内の電力変換回路は実質的にインバータ１１０のみとなるため、回路の簡略化、小型化、軽量化が可能である。
また、第１〜第３のスイッチＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３のオン・オフパターンを適切に制御することで、充電出力電圧Ｖｏｕｔを広範囲に制御することができる。
【００５７】
次に、本発明の第２実施例を説明する。
図３は、本発明の第２実施例を示す回路図であり、図９における部品と同一の部品には図９と同一の参照符号を付してある。
図３において、１００Ｂは救援車両であり、その主要部は図９と同一であるため、重複を避けるために説明を省略する。また、救援車両１００ＢによりバッテリーＢＡＴ３が充電される救援対象車両２００の主要部は、図１８と同一である。
【００５８】
この第２実施例において、バッテリーＢＡＴ３の充電時に、前述した表２におけるモード１またはモード２に応じて第１〜第６のスイッチＲＹ１〜ＲＹ６の接続状態が制御される点を除いて、充電条件設定器１６０、制御装置１７０等の動作は第１実施例と同様であるため、重複を避けるために説明を省略する。
この第２実施例においても、救援車両１００Ｂ内の電力変換回路の簡略化、小型化、軽量化が可能である。
また、第１〜第６のスイッチＲＹ１〜ＲＹ６のオン・オフパターンを適切に制御することで、充電出力電圧Ｖｏｕｔを広範囲に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、救援車両により他車のバッテリーを充電する車両間充電装置として、更に、各種の機械や装置に搭載された外部のバッテリーを救援車両により充電する充電装置として、利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１００Ａ，１００Ｂ：救援車両
１１０：インバータ
１３０，２３０：コネクタ
１３１，１３２，１３３，２３１，２３２，２３３：端子
１４０：コンデンサ
１５０：抵抗
１６０：充電条件設定器
１７０：制御装置
１７１：上位制御装置
１７２：バッテリー管理装置
１７３：インバータ制御装置
１７３ａ：通信信号処理ブロック
１７３ｂ：モータ制御ブロック
１７３ｃ：充電電流制御ブロック
１７３ｄ：ＰＷＭ生成器
１７３ｅ：ベクトル演算器
１７３ｆ，１７３ｇ：ベクトル回転器
１７３ｈ，１７３ｉ：加算器
１７３ｊ，１７３ｋ，１７３ｌ：減算器
１７４：充電制御装置
１７４ａ，１７４ｂ：通信信号処理手段
１７４ｃ：充電シーケンス制御装置
１７４ｄ：初期電圧検出手段
１８１〜１８３：電圧検出器
１８４〜１８６：電流検出器
１８７：位置検出器
２００：救援対象車両
２１０：制御装置
２４０，２５０：スイッチ
３００：ケーブル
４００：負荷
Ｍ１：モータ
ＢＡＴ１，ＢＡＴ２，ＢＡＴ３：バッテリー
Ｔ１１〜Ｔ１６，ＴＵ，ＴＢ：半導体スイッチング素子
ＬＺ：零相リアクトル
ＲＹ１，ＲＹ２，ＲＹ３，ＲＹ４，ＲＹ５，ＲＹ６，ＲＹａ，ＲＹｂ，ＲＹｃ：スイッチ
【図１】
0005945936.tif 000006
【図２】
0005945936.tif 000007
【図３】
0005945936.tif 000008
【図４】
0005945936.tif 000009
【図５】
0005945936.tif 000010
【図６】
0005945936.tif 000011
【図７】
0005945936.tif 000012
【図８】
0005945936.tif 000013
【図９】
0005945936.tif 000014
【図１０】
0005945936.tif 000015
【図１１】
0005945936.tif 000016
【図１２】
0005945936.tif 000017
【図１３】
0005945936.tif 000018
【図１４】
0005945936.tif 000019
【図１５】
0005945936.tif 000020
【図１６】
0005945936.tif 000021
【図１７】
0005945936.tif 000022
【図１８】
0005945936.tif 000023