(57)【要約】【課題】複数のバッテリを充電する充電システムに入力される電力を抑えつつ、バッテリの急速充電を実現する。【解決手段】第１充電器４１０および第２充電器４２０は、第１充電モードおよび第２充電モードの中から選択されたモードで電力を出力する。第１充電モードでは、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１と、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２とが同じである。第２充電モードでは、第１充電器４１０の出力電力が増大される。第２充電器４２０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから第１充電器４１０の出力電力Ｐ１を減算した電力を出力する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリを充電可能なバッテリの充電システムであって、
バッテリが接続され、電力を出力する第１の充電器と、
前記第１の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、前記第１の充電器が出力可能な最大の電力よりも小さい第２の充電器とを備え、
前記第１の充電器および前記第２の充電器は、前記第１の充電器の出力電力と前記第２の充電器の出力電力とが同じである第１のモード、および、前記第１の充電器の出力電力が増大され、前記第１の充電器が出力可能な最大の電力から前記第１の充電器の出力電力を減算した電力を前記第２の充電器が出力する第２のモードの中から選択されたモードで電力を出力する、バッテリの充電システム。
【請求項２】
前記第１の充電器は、前記第２のモードが選択された場合、前記第１の充電器が出力可能な最大の電力を出力する、請求項１に記載のバッテリの充電システム。
【請求項３】
前記第１の充電器は、
前記第２のモードが選択され、かつ前記第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が予め定められた上限電圧より低い場合、前記第１の充電器が出力可能な最大の電力を出力し、
前記第２のモードが選択され、かつ前記第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧以上である場合、出力電圧を一定にし、
前記第２の充電器は、
前記第２のモードが選択され、かつ前記第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、
前記第２のモードが選択され、かつ前記第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧以上である場合、前記第１の充電器が出力可能な最大の電力から前記第１の充電器の出力電力を減算した電力を出力する、請求項２に記載のバッテリの充電システム。
【請求項４】
前記第２の充電器は、前記第２のモードが選択され、かつ前記第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧以上である場合、出力電力を予め定められた値以下に制限する、請求項３に記載のバッテリの充電システム。
【請求項５】
前記充電システムは、前記第１の充電器に接続されたバッテリおよび前記第２の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、前記第２の充電器が出力可能な最大の電力と同じである第３の充電器をさらに備え、
前記第３の充電器は、
前記第１のモードが選択された場合、前記第１の充電器の出力電力および前記第２の充電器の出力電力と同じ電力を出力し、
前記第２のモードが選択され、かつ前記第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が前記上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、
前記第２のモードが選択され、かつ前記第２の充電器の出力電力が前記予め定められた値である場合、前記第１の充電器が出力可能な最大の電力から、前記第１の充電器の出力電力および前記第２の充電器の出力電力を減算した電力を出力する、請求項４に記載のバッテリの充電システム。
【請求項６】
前記第１の充電器は、前記第１の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第２の充電器は、前記第２の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第３の充電器は、前記第３の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第１の充電器に接続されたバッテリ、前記第２の充電器に接続されたバッテリおよび前記第３の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、前記第１の充電器は出力電圧を制御し、前記第２の充電器は出力電流を制御し、前記第３の充電器は出力電流を制御する、請求項５に記載のバッテリの充電システム。
【請求項７】
前記第１の充電器は、前記第１の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第２の充電器は、前記第２の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有し、
前記第１の充電器に接続されたバッテリおよび前記第２の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、前記第１の充電器は出力電圧を制御し、前記第２の充電器は出力電流を制御する、請求項１〜４のいずれかに記載のバッテリの充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリの充電システムに関し、特に、複数のバッテリを充電する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電動モータからの駆動力で走行する電気自動車が知られている。一般的に、電気自動車には、電動モータに供給する電力を蓄えるバッテリが搭載されている。バッテリは、たとえば充電ステーションおよび自宅などにおいて、電気自動車の外部から供給される電力により充電される。バッテリの充電には、所定の時間が必要である。急速充電器を用いた場合であっても、ガソリンなどの化石燃料を給油する場合に比べて、充電には長い時間が必要である。そのため、バッテリの充電時間を短縮することが望まれる。しかしながら、バッテリの充電時間を給油時間と同等以下にするためには、克服すべき技術的な課題が未だ多い。
【０００３】
そこで、バッテリを充電する代わりに、残存容量が少ないバッテリを満充電されたバッテリと交換するというビジネスモデルが提案されている。インフラとして設置されたバッテリ交換ステーションなどにおいて、電気自動車に搭載されたバッテリが交換される。バッテリ交換ステーションにおいては、満充電されたバッテリの代わりに電気自動車から取外されたバッテリを再度充電する。バッテリ交換ステーションにおいては、不特定多数の電気自動車に対して満充電されたバッテリを用意するために、複数のバッテリを充電する必要がある。したがって、複数のバッテリを充電する充電システムが必要である。
【０００４】
特開平９−２３３７１０号公報（特許文献１）は、交流電源を整流する充電用整流回路と、この充電用整流回路と逆並列に接続され複数に分割された蓄電池の電気量を交流電源に回生する回生用整流回路と、充電用整流回路と分割された蓄電池との間に設けられた複数の昇降圧コンバータとを備える蓄電池化成用充放電装置を開示する。この公報に記載の蓄電池化成用充放電装置によれば、各昇降圧コンバータが個別に蓄電池の充電又は放電を行うことができる。したがって、複数の蓄電池の充電と放電を同時に行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２３３７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、複数のバッテリを充電するように構成された充電システムにおいては、充電時間を短縮するために大きな電力を各バッテリに供給するように構成した場合、供給電力の総和、すなわち充電システムに入力される電力が非常に大きくなる。そのため、電力会社がバッテリ交換ステーションに供給可能な電力を大きく設定しなければならない。その結果、供給可能な電力が大きいほど電気料金が高くなるように定められる場合には、電気料金が高くなる。また、大きな電力を取り扱うためには、容量が大きい導線および回路などが必要である。そのため、充電システム自体のコストが増大し得る。
【０００７】
コストを抑制するために、充電システムに入力される電力が小さくなるようにした場合、各バッテリに供給される電力が小さくなる。そのため、バッテリの充電時間が長くなり得る。その結果、バッテリの交換を所望するドライバに対して、満充電されたバッテリを準備できないこともあり得る。
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数のバッテリを充電する充電システムに入力される電力を抑えつつ、バッテリの急速充電を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明に係るバッテリの充電システムは、複数のバッテリを充電可能なバッテリの充電システムである。この充電システムは、バッテリが接続され、電力を出力する第１の充電器と、第１の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、第１の充電器が出力可能な最大の電力よりも小さい第２の充電器とを備える。第１の充電器および第２の充電器は、第１の充電器の出力電力と第２の充電器の出力電力とが同じである第１のモード、および、第１の充電器の出力電力が増大され、第１の充電器が出力可能な最大の電力から第１の充電器の出力電力を減算した電力を第２の充電器が出力する第２のモードの中から選択されたモードで電力を出力する。
【００１０】
この構成によると、たとえば、バッテリの急速充電が要求されていない場合には、第１のモードが選択される。第１のモードでは、第１の充電器の出力電力と第２の充電器の出力電力とが同じにされる。これにより、充電時間が短くはないが、複数のバッテリを同時に充電することができる。バッテリの急速充電が要求されている場合には、第２のモードが選択される。第２のモードでは、第１の充電器の出力電力が増大される。比較的容量が大きい第１の充電器から大きな電力をバッテリに供給することによって、第１の充電器に接続されたバッテリの充電時間を短くすることができる。第２の充電器は、第１の充電器が出力可能な最大の電力から第１の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。これにより、充電システム全体として入出力する電力を第１の充電器が出力可能な最大の電力以下に制限することができる。そのため、充電システムに入力される電力を抑えつつ、バッテリの急速充電を実現することができる。
【００１１】
第２の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第１の発明の構成に加え、第１の充電器は、第２のモードが選択された場合、第１の充電器が出力可能な最大の電力を出力する。
【００１２】
この構成によると、第１の充電器に接続されたバッテリをできるだけ速く充電することができる。
【００１３】
第３の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第２の発明の構成に加え、第１の充電器は、第２のモードが選択され、かつ第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が予め定められた上限電圧より低い場合、第１の充電器が出力可能な最大の電力を出力し、第２のモードが選択され、かつ第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧以上である場合、出力電圧を一定にする。第２の充電器は、第２のモードが選択され、かつ第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、第２のモードが選択され、かつ第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧以上である場合、第１の充電器が出力可能な最大の電力から第１の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。
【００１４】
この構成によると、第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が低い場合、すなわち残存容量が小さい場合、第１の充電器が出力可能な最大の電力で、バッテリが充電される。この場合、第２の充電器は、電力の出力を停止する。これにより、充電システム全体として入出力する電力を第１の充電器が出力可能な最大の電力以下に制限しつつ、第１の充電器に接続されたバッテリを急速に充電することができる。第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が高い場合、すなわち残存容量が大きい場合、第１の充電器は、出力電圧を一定にする。これにより、バッテリを満充電することができる。また、この場合、第２の充電器は、第１の充電器が出力可能な最大の電力から第１の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。これにより、第１の充電器に接続されたバッテリに加えて、第２の充電器に接続されたバッテリを充電することができる。そのため、複数のバッテリを同時に充電することができる。
【００１５】
第４の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第３の発明の構成に加え、第２の充電器は、第２のモードが選択され、かつ第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧以上である場合、出力電力を予め定められた値以下に制限する。
【００１６】
この構成によると、第２の充電器の容量以上の電力が出力されることを防ぐことができる。
【００１７】
第５の発明に係るバッテリの充電システムは、第４の発明の構成に加え、第１の充電器に接続されたバッテリおよび第２の充電器に接続されたバッテリとは別のバッテリが接続され、出力可能な最大の電力が、第２の充電器が出力可能な最大の電力と同じである第３の充電器をさらに備える。第３の充電器は、第１のモードが選択された場合、第１の充電器の出力電力および第２の充電器の出力電力と同じ電力を出力し、第２のモードが選択され、かつ第１の充電器に接続されたバッテリの電圧が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止し、第２のモードが選択され、かつ第２の充電器の出力電力が予め定められた値である場合、第１の充電器が出力可能な最大の電力から、第１の充電器の出力電力および第２の充電器の出力電力を減算した電力を出力する。
【００１８】
この構成によると、第３の充電器により、さらに別のバッテリを充電することができる。
【００１９】
第６の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第５の発明の構成に加え、第１の充電器は、第１の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第２の充電器は、第２の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第３の充電器は、第３の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第１の充電器に接続されたバッテリ、第２の充電器に接続されたバッテリおよび第３の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、第１の充電器は出力電圧を制御し、第２の充電器は出力電流を制御し、第３の充電器は出力電流を制御する。
【００２０】
この構成によると、バッテリから放電することにより、バッテリを車両以外の電気機器などの電源として用いることができる。そのため、たとえば電力会社から家屋などへの電力供給が遮断された場合に、緊急用の電源としてバッテリを用いることができる。このような場合、電力の容量が最も大きい第１の充電器のみが出力電圧を制御し、その他の充電器が出力電流を制御する。これにより、第１の充電器は、他の充電器から出力される電力に比べて大きな電力を出力することができる。そのため、要求される電力が変動した場合に、容量が大きい第１の充電器により、電力の変動に対応することができる。その結果、電力を安定して供給することができる。
【００２１】
第７の発明に係るバッテリの充電システムにおいては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加え、第１の充電器は、第１の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第２の充電器は、第２の充電器に接続されたバッテリを放電する機能を有する。第１の充電器に接続されたバッテリおよび第２の充電器に接続されたバッテリを放電する場合、第１の充電器は出力電圧を制御し、第２の充電器は出力電流を制御する。
【００２２】
この構成によると、バッテリから放電することにより、バッテリを車両以外の電気機器の電源として用いることができる。そのため、たとえば電力会社から家屋などへの電力供給が遮断された場合に、緊急用の電源としてバッテリを用いることができる。このような場合、電力の容量が最も大きい第１の充電器のみが出力電圧を制御し、第２の充電器が出力電流を制御する。これにより、第１の充電器は、第２の充電器から出力される電力に比べて大きな電力を出力することができる。そのため、要求される電力が変動した場合に、容量が大きい第１の充電器により、電力の変動に対応することができる。その結果、電力を安定して供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電気自動車を示す概略構成図である。
【図２】電気自動車の電気システムを示す図である。
【図３】バッテリ交換ステーションを示す図である。
【図４】充電システムを示す図（その１）である。
【図５】充電システムを示す図（その２）である。
【図６】充電器の制御構造を示すフローチャートである。
【図７】第１充電モードを示す図である。
【図８】第２充電モードを示す図（その１）である。
【図９】第２充電モードを示す図（その２）である。
【図１０】第２充電モードを示す図（その３）である。
【図１１】バッテリから放電するときの充電システムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
図１を参照して、電気自動車には、電動モータ１００と、バッテリ１１０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２０とが搭載される。電気自動車は、電動モータ１００からの駆動力により走行する。すなわち、電動モータ１００が駆動源として電気自動車に搭載される。
【００２６】
電動モータ１００は、たとえば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。電動モータ１００は、バッテリ１１０に蓄えられた電力により駆動する。電動モータ１００の駆動力は、駆動輪１３０に伝えられる。
【００２７】
電気自動車の回生制動時には、駆動輪１３０により電動モータ１００が駆動され、電動モータ１００が発電機として作動する。これにより電動モータ１００は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。電動モータ１００により発電された電力は、バッテリ１１０に蓄えられる。
【００２８】
バッテリ１１０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１１０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１１０には、電動モータ１００の他、電気自動車の外部の電源から供給される電力が充電される。また、後述するように、バッテリ１１０は、別のバッテリと交換可能である。
【００２９】
図２を参照して、電気自動車の電気システムについてさらに説明する。電気自動車には、コンバータ２００と、インバータ２１０とが設けられる。
【００３０】
コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。
【００３１】
２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１２０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
【００３２】
なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。
【００３３】
バッテリ１１０から放電された電力を電動モータ１００に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、電動モータ１００により発電された電力をバッテリ１１０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。
【００３４】
インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、電動モータ１００の各コイルの中性点とは異なる端部にそれぞれ接続される。
【００３５】
インバータ２１０は、バッテリ１１０から供給される直流電流を交流電流に変換し、電動モータ１００に供給する。また、インバータ２１０は、電動モータ１００により発電された交流電流を直流電流に変換する。コンバータ２００およびインバータ２１０は、ＥＣＵ１２０により制御される。
【００３６】
図３を参照して、電気自動車のバッテリを交換するバッテリ交換ステーション３００について説明する。バッテリ交換ステーション３００では、たとえば残存容量が低下したバッテリ１１０を、満充電されたバッテリ１１２と自動で取り替える。なお、手動で取り替えるようにしてもよい。
【００３７】
バッテリ交換ステーション３００では、不特定多数の電気自動車に対してバッテリを取り替える。したがって、バッテリ交換ステーション３００では、不特定多数の電気自動車に対して満充電されたバッテリを用意する必要がある。そこで、図４に示すようにバッテリ交換ステーション３００には、複数のバッテリ１１４，１１６，１１８を充電可能な充電システム４００が設けられる。なお、図４においては、３つのバッテリ１１４，１１６，１１８を充電可能なシステムを示すが、バッテリの数は３に限定されない。２つのバッテリを充電可能なシステムを設けてもよい。４つ以上のバッテリを充電可能なシステムを設けてもよい。また、複数の充電システムを設けてもよい。
【００３８】
充電システム４００は、たとえばコンピュータにより制御される。充電システム４００は、ＡＣ／ＤＣ変換回路４０２と、第１充電器４１０と、第２充電器４２０、第３充電器４３０とを備える。各充電器４１０，４２０，４３０には、別々のバッテリが接続される。より具体的には、第１充電器４１０には、バッテリ１１４が接続される。第２充電器４２０には、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４とは別のバッテリ１１６が接続される。第３充電器４３０には、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４および第２充電器４２０に接続されたバッテリ１１６とは別のバッテリ１１８が接続される。なお、図４においては、３つの充電器４１０，４２０，４３０を示すが、２つ、または４つ以上の充電器を設けてもよい。
【００３９】
本実施の形態において、第２充電器４２０が出力可能な最大の電力は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力よりも小さい。第３充電器４３０が出力可能な最大の電力は、第２充電器４２０が出力可能な最大の電力と同じである。
【００４０】
図５を参照して、充電システム４００についてさらに詳細に説明する。ＡＣ／ＤＣ変換回路４０２は、単相ブリッジ回路から成る。ＡＣ／ＤＣ変換回路４０２は、たとえば電力会社が所有する施設（発電所、変電所など）から供給された交流電力を直流電力に変換する。また、ＡＣ／ＤＣ変換回路４０２は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能し得る。
【００４１】
充電器４１０，４２０，４３０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路４０２とバッテリとの間に接続される。充電器４１０，４２０，４３０は、バッテリ１１４，１１６，１１８を充電するための電力を出力する。充電器４１０，４２０，４３０は、絶縁トランスを有する絶縁型充電器である。絶縁型の充電器を用いなくてもよい。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータが充電器４１０，４２０，４３０として用いられる。第１充電器４１０は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１２と、絶縁トランス４１４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１６とを含む。
【００４３】
ＤＣ／ＡＣ変換回路４１２は、単相ブリッジ回路から成る。電力会社から供給された電力を用いてバッテリを充電する場合、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１２は、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス４１４へ出力する。一方、バッテリを放電する場合、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１２は、絶縁トランス４１４から出力される交流電力を直流電力に整流する。
【００４４】
絶縁トランス４１４は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれＤＣ／ＡＣ変換回路４１２およびＤＣ／ＡＣ変換回路４１６に接続される。絶縁トランス４１４は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１２から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換してＤＣ／ＡＣ変換回路４１６へ出力する。
【００４５】
ＤＣ／ＡＣ変換回路４１６は、単相ブリッジ回路から成る。電力会社から供給された電力を用いてバッテリを充電する場合、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１６は、絶縁トランス４１４から出力される交流電力を直流電力に整流する。一方、バッテリを放電する場合、ＤＣ／ＡＣ変換回路４１６は、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス４１４へ出力する。すなわち、第１充電器４１０は、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４を放電する機能を有する。
【００４６】
第１充電器４１０と同様に、第２充電器４２０は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４２２と、絶縁トランス４２４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４２６とを含む。第１充電器４１０および第２充電器４２０と同様に、第３充電器４３０は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４３２と、絶縁トランス４３４と、ＤＣ／ＡＣ変換回路４３６とを含む。なお、これらの機能は第１充電器４１０と同じである。そのため、ここではそれらの詳細な説明は繰返さない。また、第１充電器４１０と同様に、第２充電器４２０は、第２充電器４２０に接続されたバッテリ１１６を放電する機能を有する。第３充電器４３０は、第３充電器４３０に接続されたバッテリ１１８を放電する機能を有する。
【００４７】
後述するように、各充電器４１０，４２０，４３０は、第１充電モードおよび第２充電モードの中から選択されたモードで電力を出力する。第１充電モードでは、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１と、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２と、第３充電器４３０の出力電力Ｐ３とが同じである。したがって、充電システム４００全体として入出力される電力は、各充電器４１０，４２０，４３０が第１モードで出力する電力Ｐｃの３倍である。ただし、各バッテリ１１４，１１６，１１８の電圧が予め定められたしきい値以上になると、一定の電圧で各バッテリ１１４，１１６，１１８が充電される。
【００４８】
第２充電モードでは、第１充電器４１０の出力電力が増大される。より具体的には、第１充電器４１０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘ（Ｐｍａｘ＞Ｐｃ）を出力する。第１充電器４１０は、第２充電モードが選択され、かつ第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４の電圧Ｖ１が予め定められた上限電圧より低い場合、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力を出力する。また、第１充電器４１０は、第２充電モードが選択され、かつ第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上である場合、出力電圧を一定にする。
【００４９】
第２充電器４２０は、第２充電モードが選択され、かつ第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１６の電圧Ｖ１が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止する。また、第２充電器４２０は、第２充電モードが選択され、かつ第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１６の電圧Ｖ１が上限電圧以上である場合、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから第１充電器４１０の出力電力Ｐ１を減算した電力を出力する。
【００５０】
さらに、第２充電器４２０は、第２充電モードが選択され、かつ第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上である場合、出力電力Ｐ２を予め定められた値以下に制限する。本実施の形態においては、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃ以下に、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が制限される。
【００５１】
第３充電器４３０は、第２充電モードが選択され、かつ第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧より低い場合、電力の出力を停止する。また、第３充電器４３０は、第２のモードが選択され、かつ第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が予め定められた値（第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃ）である場合、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１および第２充電器４２０の出力電力Ｐ２を減算した電力を出力する。
【００５２】
また、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４、第２充電器４２０に接続されたバッテリ１１６および第３充電器４３０に接続されたバッテリ１１８を放電する場合、第１充電器４１０は出力電圧を制御し、第２充電器４２０は出力電流を制御し、第３充電器４３０は出力電流を制御する。すなわち、３つの充電器４１０，４２０，４３０のうち、第１充電器４１０のみが出力電圧を制御し、その他の充電器４２０，４３０は出力電流を制御する。
【００５３】
各充電器４１０，４２０，４３０の出力電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は、電流センサ４５１，４５２，４５３により検出され、充電システム４００を制御するコンピュータに入力される。各バッテリ１１４，１１６，１１８の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、電圧センサ４６１，４６２，４６３により検出され、充電システム４００を制御するコンピュータに入力される。
【００５４】
図６を参照して、充電器４１０，４２０，４３０の制御構造について説明する。
ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が要求されているか否かが判断される。たとえば、充電システム４００に設けられた所定のスイッチを押すなどの予め定められた操作がユーザにより行なわれた場合、バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が要求されていると判断される。
【００５５】
バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が要求されている場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ２００に移される。バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が要求されていない場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１０２に移される。
【００５６】
Ｓ１０２にて、バッテリの急速充電が要求されているか否かが判断される。たとえば、充電システム４００に設けられた所定のスイッチを押すなどの予め定められた操作がユーザにより行なわれた場合、急速充電が要求されていると判断される。
【００５７】
急速充電が要求されている場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。急速充電が要求されていないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０４に移される。
【００５８】
Ｓ１０４にて、第１充電モードが選択され、第１充電モードでバッテリ１１４，１１６，１１８が充電される。したがって、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２および第３充電器４３０の出力電力Ｐ３は、電力Ｐｃである。
【００５９】
Ｓ１１０にて、第２充電モードが選択されて、第２充電モードでバッテリ１１４，１１６，１１８が充電される。したがって、第１充電器４１０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘ（Ｐｍａｘ＞Ｐｃ）を出力する。第２充電器４２０および第３充電器４３０は、電力の出力を停止する。よって、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２および第３充電器４３０の出力電力Ｐ３は、「０」である。
【００６０】
Ｓ１１２にて、バッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上であるか否かが判断される。バッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上であると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１１４に移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。Ｓ１１４にて、第１充電器４１０は、出力電圧を一定にする。
【００６１】
Ｓ１１６にて、第２充電器４２０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから第１充電器４１０の出力電力Ｐ１を減算した電力を出力する。
【００６２】
Ｓ１１８にて、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃより大きいか否かが判断される。第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃより大きいと（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。もしそうでないと（１１８にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。
【００６３】
Ｓ１２０にて、第２充電器４２０が、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃと同じ電力を出力するように制御される。したがって、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２は、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃと同じである。よって、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃ以下に制限される。
【００６４】
Ｓ１２２にて、第３充電器４３０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１および第２充電器４２０の出力電力Ｐ２を減算した電力を出力する。
【００６５】
Ｓ２００にて、バッテリ１１４，１１６，１１８の充電が停止されているか否かが判断される。バッテリ１１４，１１６，１１８の充電が停止されていると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０２に移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、この処理はＳ１００に戻される。
【００６６】
Ｓ２０２にて、各バッテリ１１４，１１６，１１８を放電するように、各充電器４１０，４２０，４３０が制御される。この場合、第１充電器４１０は出力電圧を制御する。第２充電器４２０は出力電流を制御する。第３充電器４３０は出力電流を制御する。
【００６７】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る充電システム４００の機能について説明する。
【００６８】
バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が要求されておらず（Ｓ１００にてＮＯ）、かつ、急速充電が要求されていないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、図７に示すように、第１充電モードが選択され、第１充電モードでバッテリ１１４，１１６，１１８が充電される（Ｓ１０４）。したがって、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２および第３充電器４３０の出力電力Ｐ３は、電力Ｐｃである。各バッテリ１１４，１１６，１１８の電圧が予め定められたしきい値以上になると、一定の電圧で各バッテリ１１４，１１６，１１８が充電される。これにより、複数のバッテリ１１４，１１６，１１８を同時に充電することができる。
【００６９】
ところで、バッテリ交換ステーション３００に満充電されたバッテリが１つもない場合は、できるだけ早くバッテリを充電することが望ましい。そこで、急速充電が要求されている場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、図８に示すように、第２充電モードが選択されて、第２充電モードでバッテリ１１４，１１６，１１８が充電される（Ｓ１１０）。したがって、第１充電器４１０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘを出力する。これにより、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４に供給される電力を大きくすることができる。第２充電器４２０および第３充電器４３０は、電力の出力を停止する。これにより、充電システム全体として入出力する電力Ｐｓを、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘ以下に制限することができる。そのため、複数のバッテリ１１４，１１６，１１８を同時に急速充電することはできないが、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４の充電時間を短くすることができる。その結果、充電システムに入力される電力Ｐｓを抑えつつ、バッテリ１１４の急速充電を実現することができる。
【００７０】
バッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上であると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、バッテリ１１４を正確に満充電するために、第１充電器４１０は、出力電圧を一定にする（Ｓ１１４）。図９に示すように、第２充電器４２０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから第１充電器４１０の出力電力Ｐ１を減算した電力を出力する（Ｓ１１６）。これにより、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４に加えて、第２充電器４２０に接続されたバッテリ１１６を充電することができる。
【００７１】
第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４の残存容量が大きくなると、バッテリ１１４の電圧が高くなる。その結果、第１充電器４１０の出力電力が低下するとともに、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が増大する。第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃより大きいと（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２が、第１充電モードで第２充電器４２０が出力する電力Ｐｃに制限される（Ｓ１２０）。これにより、第２充電器４２０の出力電力Ｐ２を、第２充電器４２０の容量以下に制限することができる。
【００７２】
図１０に示すように、第３充電器４３０は、第１充電器４１０が出力可能な最大の電力Ｐｍａｘから、第１充電器４１０の出力電力Ｐ１および第２充電器４２０の出力電力Ｐ２を減算した電力を出力する（Ｓ１２２）。これにより、第１充電器４１０に接続されたバッテリ１１４および第２充電器４２０に接続されたバッテリ１１６に加えて、第３充電器４３０に接続されたバッテリ１１８を充電することができる。４個以上の充電器が設けられた場合にも、同様の動作が行なわれる。
【００７３】
ところで、何等かの理由により、電力会社から家屋等への電力供給が遮断された場合においては、バッテリ交換ステーション３００のバッテリを電源として利用することが考えられる。
【００７４】
そこで、バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が要求され（Ｓ１００にてＹＥＳ）、かつ、バッテリ１１４，１１６，１１８の充電が停止されていると（Ｓ２００にてＹＥＳ）、各バッテリ１１４，１１６，１１８を放電するように、各充電器４１０，４２０，４３０が制御される（Ｓ２０２）。図１１に示すように、第１充電器４１０は出力電圧を制御する。第２充電器４２０は出力電流を制御する。第３充電器４３０は出力電流を制御する。これにより、３つの充電器４１０，４２０，４３０が発電器として作動し、連動して発電制御（放電制御）を実現することができる。そのため、要求される電力が変動した場合に、容量が大きい第１充電器４１０により、電力の変動に対応することができる。その結果、電力を安定して供給することができる。
【００７５】
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説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００７６】
１００  電動モータ、１１０，１１２，１１４，１１６，１１８  バッテリ、２００  コンバータ、２１０  インバータ、３００  バッテリ交換ステーション、４００  充電システム、４０２  ＡＣ／ＤＣ変換回路、４１０  第１充電器、４１２，４１６  ＤＣ／ＡＣ変換回路、４１４  絶縁トランス、４２０  第２充電器、４２２，４２６  ＤＣ／ＡＣ変換回路、４２４  絶縁トランス、４３０  第３充電器、４３２，４３６  ＤＣ／ＡＣ変換回路、４３４  絶縁トランス、４５１，４５２，４５３  電流センサ、４６１，４６２，４６３  電圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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