(57)【要約】  無軌道上を走行する電動車両の蓄電装置を超高速充電することが可能な電動車両及び車両給電方法を提供する。電動車両（１２）の制御装置（５２）は、給電部（１５２）から蓄電装置（２４）への入力電流又は単位時間当たりの入力電流の変化量を制限するように電圧変換器（２８）を制御して蓄電装置（２４）を充電させる第１充電制御と、電圧変換器（２８）の変圧動作の停止等を行って蓄電装置（２４）を充電させる第２充電制御とを実行する。両充電制御は、通電部（２６）と給電部（１５２）の接点を移動させながら実行され、第１充電制御よりも第２充電制御の方が実行時間が長い。
2015146392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無軌道上を走行する電動車両（１２、１２ａ）であって、
前記電動車両（１２、１２ａ）は、
走行モータ（２０）と、
前記走行モータ（２０）に電力を供給する蓄電装置（２４）と、
給電部（１５２）と接触して前記給電部（１５２）と前記蓄電装置（２４）との間を電気的に接続させる通電部（２６）と、
前記通電部（２６）を介して前記給電部（１５２）から前記蓄電装置（２４）への電力の供給を調整する電圧変換器（２８、２８ａ）と、
前記電圧変換器（２８、２８ａ）を制御する制御装置（５２）と
を備え、
前記制御装置（５２）は、
前記給電部（１５２）から前記蓄電装置（２４）への入力電流又は単位時間当たりの前記入力電流の変化量を制限するように前記電圧変換器（２８、２８ａ）を制御して前記蓄電装置（２４）を充電させる第１充電制御と、
前記電圧変換器（２８、２８ａ）の変圧動作を停止させて変圧なしに前記給電部（１５２）からの電力を前記蓄電装置（２４）に充電させる又は前記蓄電装置（２４）に供給する電力の目標値である目標電力に基づいて前記電圧変換器（２８、２８ａ）を制御して前記蓄電装置（２４）に充電させる第２充電制御と
を実行し、
さらに、前記制御装置（５２）は、
前記通電部（２６）と前記給電部（１５２）の接点を移動させながら前記第１充電制御及び前記第２充電制御を実行し、
前記通電部（２６）が前記給電部（１５２）に接触すると前記第１充電制御を実行し、
前記第１充電制御の後に、前記第１充電制御よりも長い時間、前記第２充電制御を実行する
ことを特徴とする電動車両（１２、１２ａ）。
【請求項２】
請求項１記載の電動車両（１２、１２ａ）において、
前記制御装置（５２）は、前記第２充電制御において前記蓄電装置（２４）への入力電圧が前記蓄電装置（２４）の満充電電圧に到達すると、前記入力電圧を前記満充電電圧に維持するように前記電圧変換器（２８、２８ａ）を動作させる第３充電制御を実行する
ことを特徴とする電動車両（１２、１２ａ）。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電動車両（１２、１２ａ）において、
前記通電部（２６）の先端には、前記給電部（１５２）と接触するローラ形状の端子（７６ｎ、７６ｐ）が形成される
ことを特徴とする電動車両（１２、１２ａ）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両（１２、１２ａ）において、
前記電動車両（１２、１２ａ）は、走行中に前記通電部（２６）を車体（６２）の側方において突出させるアーム変位機構（４８）を備える
ことを特徴とする電動車両（１２、１２ａ）。
【請求項５】
外部給電装置（１４）の給電部（１５２）に対して電動車両（１２、１２ａ）の通電部（２６）が接触した状態で前記外部給電装置（１４）の電力により前記電動車両（１２、１２ａ）の蓄電装置（２４）を充電する車両給電方法であって、
前記電動車両（１２、１２ａ）は、無軌道上を走行するものであり、
前記電動車両（１２、１２ａ）では、
前記給電部（１５２）から前記蓄電装置（２４）への入力電流又は単位時間当たりの前記入力電流の変化量を制限するように電圧変換器（２８、２８ａ）を制御して前記蓄電装置（２４）を充電させる第１充電制御と、
前記電圧変換器（２８、２８ａ）の変圧動作を停止させて変圧なしに前記給電部（１５２）からの電力を前記蓄電装置（２４）に充電させる又は前記蓄電装置（２４）に供給する電力の目標値である目標電力値に基づいて前記電圧変換器（２８、２８ａ）を制御して前記蓄電装置（２４）に充電させる第２充電制御と
を実行し、
さらに、前記電動車両（１２、１２ａ）では、
前記通電部（２６）と前記給電部（１５２）の接点を移動させながら前記第１充電制御及び前記第２充電制御を実行し、
前記通電部（２６）が前記給電部（１５２）に接触すると前記第１充電制御を実行し、
前記第１充電制御の後に前記第２充電制御を実行し、
前記給電部（１５２）は、任意の位置で前記通電部（２６）と接触開始可能且つ離間可能であり、
前記蓄電装置（２４）の残容量が所定値であり且つ前記電動車両（１２、１２ａ）の車速若しくは前記給電部（１５２）の移動速度が想定速度である又は想定速度範囲内である状態で前記通電部（２６）が前記給電部（１５２）と接触したとき、前記第１充電制御及び前記第２充電制御は、前記給電部（１５２）の全長の半分よりも短い範囲で完了すると共に、前記第２充電制御の実行時間は、前記第１充電制御よりも長くする
ことを特徴とする車両給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無軌道上を走行する電動車両及び当該電動車両を用いた車両給電方法に関する。より詳細には、本発明は、走行中に通電アームを外部電力線に接触させて超高速給電を可能とする電動車両及び当該電動車両を用いた車両給電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動車両の充電方法として、電動車両の停車中に充電ノズルを電動車両に接続して充電する接触式充電や、非接触状態で磁力を介して充電する非接触充電が知られている。【０００３】
前者の場合、比較的早い急速充電方式であっても現在設置されている充電装置では電動車両の満充電まで３０分程度かかり、ガソリン車に比べると実用性は低いと言わざるを得ない。【０００４】
後者の非接触充電は磁力を介して充電を行うが、磁力の外部への影響も考慮しなければならないことで充電電力が低いことや、技術及び設備の複雑さによってインフラストラクチャへの投資コストが高いといった課題が存在した。【０００５】
しかしながら、環境問題の観点から電動車両の実用化は急務であり、ガソリン車と同等の利便性を有する電動車両を早期に開発することが求められている。【０００６】
そこで、特開２００６−２４６５６８号公報及び特開２００１−１２８３０４号公報のように電動車両の利便性を上げるために、走行中に充電する技術が提案されている。しかしながら、その全てが構想段階のものであり、実際に深く検討され具体化されているものは従来存在しなかった。【０００７】
また、走行中に充電するという観点では比較的近く、進歩が著しい技術として特開２００８−２６３７４１号公報及び特開２００９−１７１７７２号公報のようなハイブリッド電車の技術が存在する。これは、軌道上を走行する車両が電化区間と非電化区間を走行する。そして、電化区間では架線からの電力で走行すると共に車載している蓄電装置に充電を行い、非電化区間では蓄電装置の充電電力で走行する。【０００８】
しかしながら、軌道上を走行する車両の場合、電化区間を最初から最後までおおよそ所定の車速で走行することを前提として構築されるため、電化区間内で蓄電装置を満充電にできればよく、それに従って電化区間と非電化区間の長さや充電速度を設定すればよかった。【０００９】
従って、無軌道上を走行する自動車のように、運転者の意思に応じて電化区間内での車速や架線への接触と離脱がコントロールされてしまう環境下では充電時間が確約されない。このため、根本的に考え方が異なり、単にハイブリッド電車の技術を転用することはできなかった。【００１０】
このような事情に鑑み、本出願人は、特開２０１３−２０８００８号公報（以下「ＪＰ ２０１３−２０８００８ Ａ」という。）に記載の技術を提案している。ＪＰ ２０１３−２０８００８ Ａの給電制御（図４〜図６）では、受電アームＡＭが架線接触端子ＣＴに接触する前の「ＩＩ：給電直前」では、プリチャージを行う。また、受電アームＡＭが架線接触端子ＣＴに接触した後の「ＩＩＩ：給電初期」には、高圧バッテリ２４に流れる電流（バッテリ電流Ｉｂ）が徐々に増加するように制御する。その後の「ＩＶ：給電」時には、外部電源装置１２と高圧バッテリ２４とを直結させる。
【発明の概要】
【００１１】
上記のように、ＪＰ ２０１３−２０８００８ Ａでは、「ＩＩ：給電直前」、「ＩＩＩ：給電初期」及び「ＩＶ：給電」に分けて制御を変化させている。ＪＰ ２０１３−２０８００８ Ａでは、充電時においてバッテリ電流Ｉｂが制限される電流増加区間（「ＩＩＩ：給電初期」）を長く取っている（図６）。このため、充電時間は未だ長く、これに応じて架線区間を長く取らなければならなかったため、実用化に向けて課題が存在した。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を考慮してなされたものであり、無軌道上を走行する電動車両の蓄電装置を超高速充電することが可能な電動車両及び車両給電方法を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明に係る電動車両は、無軌道上を走行するものであって、走行モータと、前記走行モータに電力を供給する蓄電装置と、給電部と接触して前記給電部と前記蓄電装置との間を電気的に接続させる通電部と、前記通電部を介して前記給電部から前記蓄電装置への電力の供給を調整する電圧変換器と、前記電圧変換器を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記給電部から前記蓄電装置への入力電流又は単位時間当たりの前記入力電流の変化量を制限するように前記電圧変換器を制御して前記蓄電装置を充電させる第１充電制御と、前記電圧変換器の変圧動作を停止させて変圧なしに前記給電部からの電力を前記蓄電装置に充電させる又は前記蓄電装置に供給する電力の目標値である目標電力に基づいて前記電圧変換器を制御して前記蓄電装置に充電させる第２充電制御とを実行し、さらに、前記制御装置は、前記通電部と前記給電部の接点を移動させながら前記第１充電制御及び前記第２充電制御を実行し、前記通電部が前記給電部に接触すると前記第１充電制御を実行し、前記第１充電制御の後に、前記第１充電制御よりも長い時間、前記第２充電制御を実行することを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、通電部が給電部に接触すると、蓄電装置への入力電流（単位時間当たりの変化量を含む。）を制御対象とする第１充電制御を行う。これにより、通電開始時の瞬間的なサージ電流を防止して給電部と通電部との溶着又は給電部側若しくは通電部側の電気回路の破損を防ぐことが可能となる。また、第１充電制御の後に、変圧なしでの給電又は目標電力を用いた給電（すなわち、蓄電装置への入力電流及び入力電圧が直接的には制限されない給電）を実行する第２充電制御を第１充電制御よりも長時間行う。従って、第１充電制御と第２充電制御を組み合わせることで極短時間での充電が可能になる。
【００１５】
さらに、第１充電制御から第２充電制御に亘る制御環境下で給電部と通電部の接点を移動させながら接触させることで、接点での発熱が１か所に集中しないようにする。これにより、第１充電制御よりも長く行う第２充電制御において高電流が通電したとしても、給電部と通電部との溶着又は給電部側若しくは通電部側の電気回路の破損を防ぐことが可能となる。
【００１６】
さらにまた、第１充電制御及び第２充電制御により極短時間での充電が可能になるため、無軌道上を走行する場合等に問題となる、運転者の意思により給電部への接触位置及び給電部からの離脱位置が変化してしまうこと、また、給電部により規定される給電区間を高速で走行すること等に起因した充電時間が予測不可能という状況においても確実に蓄電装置を充電することが可能となる。
【００１７】
加えて、極短時間での充電ができるため、給電区間の設置距離及び数を最低限とすることができ、インフラストラクチャへの投資コストも低減できる。
【００１８】
前記制御装置は、前記第２充電制御において前記蓄電装置への入力電圧が前記蓄電装置の満充電電圧に到達すると、前記入力電圧を前記満充電電圧に維持するように前記電圧変換器を動作させる第３充電制御を実行してもよい。これにより、より確実に蓄電装置を満充電とすることが可能となる。
【００１９】
前記通電部の先端には、前記給電部と接触するローラ形状の端子が形成されてもよい。これにより、給電部に対する通電部の接触部の損傷を軽減することが可能となる。
【００２０】
前記電動車両は、走行中に前記通電部を車体の側方において突出させるアーム変位機構を備えてもよい。これにより、走行路の側方に給電部を配置することが可能となるため、給電部の設置を低コストで行うことが可能となる。すなわち、給電部を車体の上方に配置する場合と比較して、給電部をより低い位置に設けることが可能となるため、給電部を支持するための設備を簡易にすることができる。また、給電部を車体の下方に配置する場合、走行路内に給電部を埋め込む必要が生じるが、走行路の側方に給電部を配置する場合、給電部を走行路内に埋め込む必要がない。このため、給電部を簡易に配置することが可能となる。
【００２１】
本発明に係る車両給電方法は、外部給電装置の給電部に対して電動車両の通電部が接触した状態で前記外部給電装置の電力により前記電動車両の蓄電装置を充電する車両給電方法であって、前記電動車両は、無軌道上を走行するものであり、前記電動車両では、前記給電部から前記蓄電装置への入力電流又は単位時間当たりの前記入力電流の変化量を制限するように電圧変換器を制御して前記蓄電装置を充電させる第１充電制御と、前記電圧変換器の変圧動作を停止させて変圧なしに前記給電部からの電力を前記蓄電装置に充電させる又は前記蓄電装置に供給する電力の目標値である目標電力値に基づいて前記電圧変換器を制御して前記蓄電装置に充電させる第２充電制御とを実行し、さらに、前記電動車両では、前記通電部と前記給電部の接点を移動させながら前記第１充電制御及び前記第２充電制御を実行し、前記通電部が前記給電部に接触すると前記第１充電制御を実行し、前記第１充電制御の後に前記第２充電制御を実行し、前記給電部は、任意の位置で前記通電部と接触開始可能且つ離間可能であり、前記蓄電装置の残容量が所定値であり且つ前記電動車両の車速若しくは前記給電部の移動速度が想定速度である又は想定速度範囲内である状態で前記通電部が前記給電部と接触したとき、前記第１充電制御及び前記第２充電制御は、前記給電部の全長の半分よりも短い範囲で完了すると共に、前記第２充電制御の実行時間は、前記第１充電制御よりも長くすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動車両を備える充電システムの概略構成図である。
【図２】前記実施形態における前記充電システムの一部を強調して示す平面図である。
【図３】前記実施形態における前記充電システムの一部を強調して示す正面図である。
【図４】前記実施形態における外部給電装置の一部を概略的に示す外観図である。
【図５】前記実施形態における通電アーム制御のフローチャートである。
【図６】前記実施形態における前記電動車両での受電制御のフローチャートである。
【図７】図６のフローチャートを実行した場合におけるバッテリの端子間電圧及び入出力電流の一例を示す図である。
【図８】電流制限制御のフローチャート（図６のＳ１３の詳細）である。
【図９】目標電圧制御のフローチャート（図６のＳ１７の詳細）である。
【図１０】本発明の変形例に係る電動車両を備える充電システムの概略構成図である。
【図１１】目標電力制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
Ｉ．一実施形態
１Ａ．構成
［１Ａ−１．全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る電動車両１２を備える充電システム１０の概略構成図である。図２は、充電システム１０の一部を強調して示す平面図である。図３は、充電システム１０の一部を強調して示す正面図である。図１〜図３に示すように、充電システム１０は、電動車両１２（以下「車両１２」ともいう。）に加え、外部給電装置１４（以下「給電装置１４」ともいう。）を含む。図２及び図３における方向（「前」、「後」、「左」、「右」、「上」及び「下」）は、いずれも車両１２を基準とした方向である（図４も同様である。）。
【００２４】
本実施形態では、給電装置１４から車両１２に対して電力を供給し、車両１２の走行用バッテリ２４（図１）の充電等が行われる。反対に、車両１２から外部装置（給電装置１４等）に電力を供給してもよい。
【００２５】
［１Ａ−２．電動車両１２］
（１Ａ−２−１．車両１２の全体構成）
図１〜図３に示すように、車両１２は、走行モータ２０（以下「モータ２０」ともいう。）と、インバータ２２と、走行用バッテリ２４（以下「バッテリ２４」ともいう。）と、通電アーム２６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と、コンデンサ３０、３２と、電圧センサ３４、３６、３８、４０と、電流センサ４２、４４と、ＳＯＣセンサ４６と、アーム展開機構４８（以下「展開機構４８」ともいう。）と、アーム展開スイッチ５０と、通電電子制御装置５２（以下「通電ＥＣＵ５２」又は「ＥＣＵ５２」という。）とを有する。
【００２６】
車両１２は、無軌道上を走行する。換言すると、電動車両１２は、鉄道車両等のように軌道上を走行する車両とは異なり、軌道を自由に変更することが可能である。
【００２７】
（１Ａ−２−２．走行モータ２０）
モータ２０は、３相交流ブラシレス式であり、インバータ２２を介してバッテリ２４から供給される電力に基づいて車両１２の駆動力Ｆ［Ｎ］（又はトルク［Ｎ・ｍ］）を生成する。また、モータ２０は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２４に出力することでバッテリ２４の充電を行う。回生電力Ｐｒｅｇは、図示しない降圧型コンバータ、低電圧バッテリ及び補機に出力してもよい。
【００２８】
（１Ａ−２−３．インバータ２２）
インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされて、バッテリ２４からの直流を３相の交流に変換してモータ２０に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流をバッテリ２４等に供給する。
【００２９】
（１Ａ−２−４．バッテリ２４）
バッテリ２４は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素電池等を利用することができる。或いは、バッテリ２４の代わりに又はバッテリ２４に加えて、キャパシタ等の蓄電装置を用いることも可能である。なお、インバータ２２とバッテリ２４との間に図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを設け、バッテリ２４の出力電圧又はモータ２０の出力電圧を昇圧又は降圧してもよい。
【００３０】
（１Ａ−２−５．通電アーム２６）
通電アーム２６（以下「アーム２６」ともいう。）は、給電装置１４からの電力によりバッテリ２４を充電する際に給電装置１４と接触する部位（通電部）である。図２に示すように、通電アーム２６は、前輪Ｗｆ及び後輪Ｗｒの間において、その一端（固定端）が回転軸６０を中心として回動可能に車体６２に連結されている。このため、通電アーム２６は、給電装置１４との接触時に車両１２の車幅方向又は側方（本実施形態では右側）に向かって展開（変位）可能である。
【００３１】
通電アーム２６の先端には、受電部７２（通電部）及び接触センサ７４を有する通電ヘッド７０が設けられる。受電部７２は、正極端子７６ｐ及び負極端子７６ｎを含む。正極端子７６ｐ及び負極端子７６ｎは、それぞれ図示しない導電部材を介して固定端側と電気的に接続される。本実施形態の正極端子７６ｐ及び負極端子７６ｎは、ローラ形状である（図２及び図３参照）。受電部７２が給電装置１４の外部電力線１７０（給電部又は給電線）と接触することにより車両１２と給電装置１４が電気的に接続される。
【００３２】
接触センサ７４は、通電ヘッド７０と外部給電装置１４（後述する外部電力線１７０）との接触を検出するものであり、例えば、通電ヘッド７０の一部に配置された圧力センサからなる。或いは、接触センサ７４は、受電部７２とコンバータ２８との間に配置された電圧センサとして構成してもよい。
【００３３】
通電アーム２６の主な構成については、例えば、特開２０１３−２３３０３７号公報に記載のものを用いることができる。
【００３４】
（１Ａ−２−６．ＤＣ／ＤＣコンバータ２８）
ＤＣ／ＤＣコンバータ２８（以下「コンバータ２８」又は「車両側コンバータ２８」ともいう。）は、給電装置１４の出力電圧（以下「出力電圧Ｖｓ」又は「給電電圧Ｖｓ」という。）を変圧してインバータ２２及びバッテリ２４に出力する。加えて、コンバータ２８は、バッテリ２４からの出力電圧を変圧して受電部７２を介して外部（例えば、外部給電装置１４）に供給することができる。
【００３５】
本実施形態のコンバータ２８は、給電電圧Ｖｓを降圧して車両１２側に出力すると共に、バッテリ２４の出力電圧を昇圧して外部に出力する。しかしながら、コンバータ２８は、給電電圧Ｖｓの昇圧のみを行うもの又は昇圧及び降圧を行うものであってもよい。
【００３６】
図１に示すように、コンバータ２８は、上アーム８０、下アーム８２及びリアクトル８４を有する。上アーム８０は、スイッチング素子８６ｕと、これに逆並列に配置されたダイオード８８ｕとを含む。下アーム８２は、スイッチング素子８６ｌと、これに逆並列に配置されたダイオード８８ｌとを含む。スイッチング素子８６ｕ、８６ｌとしては、ＭＯＳＦＥＴ（ＳｉＣ（炭化ケイ素）型ＭＯＳＦＥＴを含む。）又はＩＧＢＴ等の電力スイッチング素子が採用される。
【００３７】
スイッチング素子８６ｕは、ＥＣＵ５２から供給される駆動信号Ｓｕによりスイッチングされ、スイッチング素子８６ｌは、ＥＣＵ５２から供給される駆動信号Ｓｌによりスイッチングされる。駆動信号Ｓｕ、ＳｌはＰＷＭ（パルス幅変調）信号である。
【００３８】
なお、図１において、スイッチング素子８６ｕ、８６ｌは、それぞれ１つずつ示しているが、それぞれを並列に配置した複数のスイッチング素子で構成してもよい。換言すると、並列に配置した複数のスイッチング素子８６ｕと、並列に配置した複数のスイッチング素子８６ｌを設けてもよい。また、複数のスイッチング素子８６ｕを用いる場合、そのうちの１つ又は複数をＳｉＣ型ＭＯＳＦＥＴとし、残りをＩＧＢＴで構成してもよい。これにより、ＳｉＣ型ＭＯＳＦＥＴにより電流の通過速度を高め、ＩＧＢＴにより大電流を通過させることが可能となる。同様に、ダイオード８８ｕ、８８ｌも、並列に配置した複数のダイオードから構成してもよい。
【００３９】
（１Ａ−２−７．コンデンサ３０、３２）
コンデンサ３０は、アーム２６の受電部７２とコンバータ２８との間に配置される。コンデンサ３２は、コンバータ２８と分岐点９０ｐ、９０ｎとの間に配置される。コンデンサ３０、３２は、例えば、給電装置１４からの電力を一時的に蓄えて電圧変動を抑制する。
【００４０】
（１Ａ−２−８．電圧センサ３４、３６、３８、４０）
電圧センサ３４は、受電部７２とＤＣ／ＤＣコンバータ２８との間に配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の１次側（入力側）の電圧（以下「コンバータ入力電圧Ｖｃ１」、「コンバータ１次電圧Ｖｃ１」又は「１次電圧Ｖｃ１」という。）を検出する。電圧センサ３６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と分岐点９０ｐ、９０ｎとの間に配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の２次側（出力側）の電圧（以下「コンバータ出力電圧Ｖｃ２」、「コンバータ２次電圧Ｖｃ２」又は「２次電圧Ｖｃ２」という。）を検出する。
【００４１】
電圧センサ３８は、分岐点９０ｐ、９０ｎとバッテリ２４との間に配置され、バッテリ２４の入出力電圧（以下「バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏ」、「入出力電圧Ｖｂｉｏ」又は「電圧Ｖｂｉｏ」という。）を検出する。電圧センサ４０は、バッテリ２４の端子間電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」又は「電圧Ｖｂａｔ」という。）を検出する。
【００４２】
（１Ａ−２−９．電流センサ４２、４４）
電流センサ４２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と分岐点９０ｐとの間に配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の２次側の電流（以下「コンバータ出力電流Ｉｃ２」、「コンバータ２次電流Ｉｃ２」又は「２次電流Ｉｃ２」という。）を検出する。電流センサ４４は、バッテリ２４と分岐点９０ｐとの間に配置され、バッテリ２４の入出力電流（以下「バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏ」、「入出力電流Ｉｂｉｏ」又は「電流Ｉｂｉｏ」という。）を検出する。
【００４３】
（１Ａ−２−１０．ＳＯＣセンサ４６）
ＳＯＣセンサ４６は、バッテリ２４の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を検出してＥＣＵ５２に出力する。
【００４４】
（１Ａ−２−１１．アーム展開機構４８及びアーム展開スイッチ５０）
アーム展開機構４８は、アーム２６を展開させるものであり、図２に示すように、スライダユニット１００と、ダンパユニット１０２とを有する。スライダユニット１００は、スライダ１１０及びスライダ支持部１１２を含む。スライダ１１０は、ＥＣＵ５２からの指令に基づき、スライダ支持部１１２に対して摺動可能である。スライダ１１０は、例えば、電磁式又は空気圧式のリニアアクチュエータである。
【００４５】
ダンパユニット１０２は、その一端（第１端）がスライダ１１０に回動自在に連結され、他端（第２端）がアーム２６に回動自在に連結されている。アーム２６を展開する際には、スライダ１１０を車両１２の前側に変位させてダンパユニット１０２の第１端を前方に変位させる。アーム２６を収納する際には、スライダ１１０を車両１２の後ろ側に変位させてダンパユニット１０２の第１端を後方に変位させる。
【００４６】
アーム展開スイッチ５０（以下「スイッチ５０」ともいう。）は、ユーザの操作によりアーム２６の展開を指令するものである。スイッチ５０は、例えば、ステアリングホイール（図示せず）の一部に形成される。スイッチ５０がオンのとき、展開機構４８を介してアーム２６を展開させ、スイッチ５０がオフのとき、展開機構４８を介してアーム２６を収納させる。
【００４７】
（１Ａ−２−１２．ＥＣＵ５２）
ＥＣＵ５２は、車両側通信線１２０（図１）を介して車両１２の各部からの入力を受け付け又は各部を制御するものであり、入出力部１３０、演算部１３２及び記憶部１３４を含む。本実施形態において、ＥＣＵ５２の演算部１３２は、アーム制御部１４０及び通電制御部１４２を有する。アーム制御部１４０は、アーム展開機構４８を介して通電アーム２６を制御する。通電制御部１４２は、バッテリ２４への充電又はバッテリ２４からの給電を制御する。
【００４８】
［１Ａ−３．外部給電装置１４］
図４は、外部給電装置１４の一部を概略的に示す外観図である。図１〜図４に示すように、給電装置１４は、直流電源１５０、接触給電部１５２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５４（以下「コンバータ１５４」又は「外部コンバータ１５４」ともいう。）、ダイオード１５６、電圧センサ１５８、入力装置１６０及び制御装置１６２を有する。以下では、直流電源１５０、コンバータ１５４、ダイオード１５６、電圧センサ１５８、入力装置１６０及び制御装置１６２を電圧印加部１６４ともいう。電圧印加部１６４は、接触給電部１５２に対して電圧を印加する部位である。
【００４９】
（１Ａ−３−１．直流電源１５０）
直流電源１５０（以下「電源１５０」ともいう。）は、車両１２に対して電力を供給する。本実施形態の電源１５０は、例えば、複数のバッテリが直列に接続されて構成される。或いは、電源１５０は、単一のバッテリとして構成されてもよい。或いは、電源１５０は、交流の商用電源とＡＣ／ＤＣコンバータとの組合せ（図示せず）により構成することも可能である。
【００５０】
（１Ａ−３−２．接触給電部１５２）
（１Ａ−３−２−１．接触給電部１５２の全体）
接触給電部１５２（以下「給電部１５２」ともいう。）は、車両１２のアーム２６と接触して電源１５０からの電力を車両１２側に供給する部位である。図１〜図４に示すように、本実施形態の接触給電部１５２は、外部電力線１７０（以下「電力線１７０」ともいう。）と、電力線保持部１７２と、複数の支柱１７４とを含む。
【００５１】
（１Ａ−３−２−２．外部電力線１７０）
外部電力線１７０は、正極端子１８０ｐ及び負極端子１８０ｎを備える。図３及び図４に示すように、正極端子１８０ｐ及び負極端子１８０ｎは、電力線保持部１７２に形成された溝部１８２内に形成される。このため、外部電力線１７０は、走行路１９０（図２及び図３）の上方に配置された架線として構成される。また、図２に示すように、正極端子１８０ｐ及び負極端子１８０ｎは、車両１２の走行路１９０に沿って走行路１９０の側方に配置されている。特に本実施形態の正極端子１８０ｐ及び負極端子１８０ｎは、直線状に配置される。車両１２の進行方向における正極端子１８０ｐ及び負極端子１８０ｎの長さ（全長）は、例えば、２０〜３００ｍの範囲におけるいずれかの値とすることができる。
【００５２】
（１Ａ−３−２−３．電力線保持部１７２及び支柱１７４）
上記のように、電力線保持部１７２は、その溝部１８２において外部電力線１７０を保持する。支柱１７４は、走行路１９０の側方において垂直に設けられ、外部電力線１７０及び電力線保持部１７２を支持する。
【００５３】
（１Ａ−３−３．外部コンバータ１５４）
コンバータ１５４は、電源１５０からの入力電圧（電源電圧Ｖｃｃ）を変圧して外部電力線１７０に出力する。コンバータ１５４は、例えば、昇降圧式コンバータである。或いは、電源電圧Ｖｃｃに依存して、コンバータ１５４は、昇圧式又は降圧式のコンバータとすることも可能である。
【００５４】
コンバータ１５４の変圧率は、制御装置１６２が制御する。すなわち、コンバータ１５４に対する駆動信号Ｓｄのデューティ比を調整することにより、電源電圧Ｖｃｃを変圧して給電電圧Ｖｓを制御する。本実施形態の電源電圧Ｖｃｃは、比較的高圧であり、コンバータ１５４は、電源電圧Ｖｃｃを降圧して給電電圧Ｖｓとする。或いは、コンバータ１５４は、電源電圧Ｖｃｃの昇圧のみを行うもの又は昇圧及び降圧を行うものであってもよい。給電電圧Ｖｓが目標値に到達した後、制御装置１６２は、給電電圧Ｖｓを一定に保つ。
【００５５】
（１Ａ−３−４．ダイオード１５６）
ダイオード１５６は、コンバータ１５４と正極端子１８０ｐの間に配置され、車両１２側から給電装置１４側に電流が流れることを防止する。
【００５６】
（１Ａ−３−５．電圧センサ１５８）
電圧センサ１５８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５４の２次側（出力側）に配置され、コンバータ１５４の出力電圧Ｖｓを検出して、制御装置１６２に出力する。
【００５７】
（１Ａ−３−６．入力装置１６０）
入力装置１６０は、給電装置１４の管理者の指令を制御装置１６２に入力するためのものである。入力装置１６０は、例えば、複数の操作ボタン、キーボード等の入力手段により構成することができる。
【００５８】
（１Ａ−３−７．制御装置１６２）
制御装置１６２は、給電装置１４全体を制御するものであり、本実施形態では、主として外部コンバータ１５４を制御する。
【００５９】
１Ｂ．各種制御
［１Ｂ−１．概要］
次に、給電装置１４から車両１２に対して電力を供給し、車両１２のバッテリ２４を充電する際の各種制御について説明する。ここでの制御には、通電アーム制御及び充電制御が含まれる。
【００６０】
通電アーム制御は、バッテリ２４の充電前、充電中及び充電後における通電アーム２６の制御であり、通電ＥＣＵ５２のアーム制御部１４０により実行される。充電制御は、車両１２のバッテリ２４を充電するための制御である。充電制御には、給電装置１４の制御装置１６２が実行する給電制御と、車両１２のＥＣＵ５２の通電制御部１４２が実行する受電制御とが含まれる。
【００６１】
［１Ｂ−２．通電アーム制御］
図５は、本実施形態における通電アーム制御のフローチャートである。ステップＳ１において、ＥＣＵ５２は、通電アーム２６の展開開始条件が成立したか否かを判定する。当該展開開始条件としては、例えば、展開スイッチ５０がオンされたことを挙げることができる。
【００６２】
これに加えて又はこれの代わりに、車両１２の進行方向における車両１２と接触給電部１５２との距離（走行方向距離）が所定の閾値（距離閾値）以下となったことを展開開始条件としてもよい。走行方向距離を判定するためには、例えば、図示しない現在位置検出装置（例えば、ナビゲーション装置）と、給電装置１４（接触給電部１５２）の位置情報を記憶した地図データベースとを車両１２に設けておく。そして、車両１２の現在位置と接触給電部１５２の位置との距離として走行方向距離を算出することができる。
【００６３】
或いは、車両１２及び給電装置１４それぞれに近距離通信用の通信装置を設けておき、両通信装置間に通信が確立されたときに展開開始条件が成立したと判定することも可能である。
【００６４】
展開開始条件が不成立である場合（Ｓ１：ＮＯ）、今回の処理を終了し、所定期間の経過後に再びステップＳ１から開始する。展開開始条件が成立した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。
【００６５】
ステップＳ２において、ＥＣＵ５２は、収納状態にある通電アーム２６を展開するための展開処理を実行する。展開処理により、通電アーム２６は、車両１２の車体６２から最も突出する位置まで変位する。この状態で運転者が操舵により車両１２と接触給電部１５２との距離Ｌｓ（図２）を調整することで、アーム２６が外部電力線１７０に接近する。
【００６６】
ステップＳ３において、ＥＣＵ５２は、通電アーム２６の展開終了条件が成立したか否かを判定する。当該展開終了条件としては、例えば、展開スイッチ５０がオフされたことを挙げることができる。
【００６７】
これに加えて又はこれの代わりに、バッテリ２４の充電が完了したことを展開終了条件としてもよい。充電の完了は、ＳＯＣが所定の閾値（ＳＯＣ閾値）に到達したこと又はバッテリ電圧Ｖｂａｔが所定の閾値（バッテリ電圧閾値）に到達したことで判定することができる。
【００６８】
或いは、車両１２及び給電装置１４それぞれに近距離通信用の通信装置を設けておき、両通信装置間に通信が確立された後、通信が途絶えたときに展開終了条件が成立したと判定することも可能である。
【００６９】
展開終了条件が不成立である場合（Ｓ３：ＮＯ）、ステップＳ３を繰り返す。展開終了条件が成立した場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ステップＳ４において、ＥＣＵ５２は、展開状態にある通電アーム２６を収納するための収納処理を実行する。収納処理が終了すると、所定期間の経過後に再びステップＳ１から開始する。
【００７０】
［１Ｂ−３．給電装置１４での給電制御］
外部給電装置１４の制御装置１６２は、入力装置１６０を介して入力された管理者からの指令に基づいて外部電力線１７０を給電可能状態とする。具体的には、制御装置１６２は、外部コンバータ１５４のスイッチング素子（図示せず）に駆動信号Ｓｄ（図１）を断続的に又は連続的に出力して電源１５０と電力線１７０とを接続する。これにより、電力線１７０は給電可能状態となる。そして、アーム２６の受電部７２が電力線１７０に接触したとき、当該電力線１７０を介して給電装置１４から車両１２への給電が行われる。
【００７１】
［１Ｂ−４．車両１２での受電制御］
（１Ｂ−４−１．受電制御の全体的な流れ）
図６は、本実施形態における車両１２での受電制御のフローチャートである。図７は、図６のフローチャートを実行した場合におけるバッテリ２４の端子間電圧Ｖｂａｔ及び入出力電流Ｉｂｉｏの一例を示す図である。図６の制御は、アーム２６が展開しているときに行われる。例えば、ＥＣＵ５２は、展開スイッチ５０が押されたことを契機として受電制御を開始する。
【００７２】
図６のステップＳ１１において、ＥＣＵ５２は、コンバータ２８の１次電圧Ｖｃ１を閾値（１次電圧閾値ＴＨｖｃ１）まで昇圧させるプリチャージを行う。具体的には、ＥＣＵ５２は、スイッチング素子８６ｕをオフにした状態でスイッチング素子８６ｌをオンにしてバッテリ２４からの電力をリアクトル８４に蓄積する。その後、スイッチング素子８６ｌをオフにした状態でスイッチング素子８６ｕをオンにしてコンデンサ３０に充電して１次電圧Ｖｃ１を上昇させる。
【００７３】
ステップＳ１２において、ＥＣＵ５２は、アーム２６の受電部７２が給電装置１４の給電部１５２と接触したか否かを判定する。当該判定は、接触センサ７４の出力に基づいて行う。
【００７４】
受電部７２が給電部１５２と接触していない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１２を繰り返す。受電部７２が給電部１５２と接触した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。
【００７５】
ステップＳ１３において、ＥＣＵ５２は、バッテリ２４への入出力電流Ｉｂｉｏ（ここでは特に入力電流）を制限する電流制限制御を実行する（図７の時点ｔ１〜ｔ２）。電流制限制御については、図８を参照して後述する。
【００７６】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ５２は、バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏ（ここでは特に入力電圧（充電電圧））が閾値（以下「第１充電電圧閾値ＴＨｖｃｈｇ１」又は「第１閾値ＴＨｖｃｈｇ１」という。）以上になったか否かを判定する。閾値ＴＨｖｃｈｇ１は、例えば、給電装置１４からの出力電圧Ｖｓと車両１２側の電圧（１次電圧Ｖｃ１）との電圧差が、給電装置１４から車両１２への突入電流を低減するのに十分なほど小さいか否かを判定するための閾値である。閾値ＴＨｖｃｈｇ１は、バッテリ２４の満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌよりも低い値に設定される。
【００７７】
当該判定では、バッテリ２４への入力方向を正とし、バッテリ２４からの出力方向を負としていること及び正負を反対に定義可能であることに留意されたい（その他の判定も同様である。）。電圧Ｖｂｉｏが閾値ＴＨｖｃｈｇ１未満である場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１３に戻り、電流制限制御を継続する。電圧Ｖｂｉｏが閾値ＴＨｖｃｈｇ１以上になった場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、電流制限制御を終了してステップＳ１５に進む。
【００７８】
なお、ステップＳ１４の判定は、バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏと閾値ＴＨｖｃｈｇ１の比較の代わりに、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏとその閾値（入力電流閾値ＴＨｉｃｈｇ１）との比較としてもよい。電流閾値ＴＨｉｃｈｇ１は、バッテリ２４に入力される電流（電流Ｉｂｉｏ又は電流Ｉｃ２）が突入電流とならないことを担保するための閾値である。
【００７９】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ５２は、コンバータ２８による変圧を停止し、給電装置１４からの電力をバッテリ２４等に直接供給させる直結制御を実行する（図７の時点ｔ２〜ｔ３）。この場合、ＥＣＵ５２は、コンバータ２８のスイッチング素子８６ｕに対する駆動信号Ｓｕを連続的に（すなわち、デューティ比１００％）で出力する。直結制御は、バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏ及びバッテリ入出力電流Ｉｂｉｏの組み合わせ（又はコンバータ２８の出力電圧Ｖｃ２及び出力電流Ｉｃ２の組み合わせ）を直接的な制御対象とはしない制御（電圧・電流無制限制御）である。
【００８０】
直結制御では、コンバータ２８での変圧なしに給電部１５２の出力電圧Ｖｓがバッテリ２４に印加される。これに伴って、バッテリ電圧Ｖｂａｔは徐々に上昇する一方、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏは減少する（図７の時点ｔ２〜ｔ３参照）。
【００８１】
ステップＳ１６において、ＥＣＵ５２は、電圧Ｖｂｉｏが、バッテリ２４の満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌ以上になったか否かを判定する。電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌ未満である場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ステップＳ１５に戻り、直結制御を継続する。電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌ以上になった場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、直結処理を終了してステップＳ１７に進む。
【００８２】
ステップＳ１７において、ＥＣＵ５２は、バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏを目標値（以下「目標電圧Ｖｂｉｏｔａｒ」という。）に一致させるための目標電圧制御を実行する（図７の時点ｔ３〜ｔ４）。目標電圧制御では、目標電圧Ｖｂｉｏｔａｒが、バッテリ２４の満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌに設定される。すなわち、ＥＣＵ５２は、コンバータ２８による変圧後の電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌとなるようにコンバータ２８のデューティを設定する。これにより、バッテリ電圧Ｖｂａｔは満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌに向かって緩やかに上昇する一方、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏは減少する（図７の時点ｔ３〜ｔ４参照）。
【００８３】
ステップＳ１８において、ＥＣＵ５２は、バッテリ２４のＳＯＣが、閾値（以下「満充電閾値ＴＨｓｏｃｆｕｌｌ」又は「閾値ＴＨｓｏｃｆｕｌｌ」という。）以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨｓｏｃｆｕｌｌは、バッテリ２４が満充電状態であることを示すＳＯＣの閾値である。ステップＳ１８では、ＳＯＣと閾値の比較の代わりに、電圧Ｖｂｉｏと満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌとを比較してもよい。ＳＯＣが閾値ＴＨｓｏｃｆｕｌｌ以上でない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、ステップＳ１７に戻り、目標電圧制御を継続する。ＳＯＣが閾値ＴＨｓｏｃｆｕｌｌ以上である場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ５２は、目標電圧制御を終了して今回の処理を終える。
【００８４】
（１Ｂ−４−２．電流制限制御）
図８は、電流制限制御のフローチャート（図６のＳ１３の詳細）である。本実施形態における電流制限制御の実行時間は、直結制御の実行時間と比較して大幅に短い。これにより、車両１２での超高速充電を実現することが可能となる。電流制限制御と直結制御との時間的関係については後に詳述する。以下では、今回の演算周期における値には「（今回）」を付し、前回の演算周期における値には「（前回）」を付す。
【００８５】
図８のステップＳ２１において、ＥＣＵ５２は、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏ（今回））を取得する。
【００８６】
ステップＳ２２において、ＥＣＵ５２は、電流差ΔＩｂｉｏを算出する。電流差ΔＩｂｉｏは、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏ（今回）と、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏ（前回）との差である。
【００８７】
ステップＳ２３において、ＥＣＵ５２は、電流差ΔＩｂｉｏが閾値（以下「電流差閾値ＴＨΔｉｂｉｏ」又は「閾値ＴＨΔｉｂｉｏ」ともいう。）を下回るか否かを判定する。閾値ＴＨΔｉｂｉｏは、バッテリ２４に入力される電流（電流Ｉｂｉｏ又は電流Ｉｃ２）が突入電流とならないことを担保するための閾値である。
【００８８】
本実施形態において、閾値ＴＨΔｉｂｉｏは、バッテリ２４の仕様としての放電容量Ｗｂ［Ａｈ］の１０〜１００倍（例えば、６０倍又はそれ以上）に対応する値に設定される。例えば、バッテリ２４の放電容量Ｗｂが２［Ａｈ］である場合、閾値ＴＨΔｉｂｉｏは、２０〜２００［Ａｈ］を実現する値に設定される。閾値ＴＨΔｉｂｉｏは、図８のフローチャートを行う演算周期にも依存して設定される。
【００８９】
電流差ΔＩｂｉｏが閾値ＴＨΔｉｂｉｏを下回る場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、閾値ＴＨΔｉｂｉｏと等しくなるまで、電流Ｉｂｉｏの増加率を上げる余地がある。そこで、ステップＳ２４において、ＥＣＵ５２は、上アーム８０のデューティＤＵＴｕの加算値ΔＤＵＴｕを増加させる。すなわち、デューティＤＵＴｕの加算値ΔＤＵＴｕ（前回）に正の固定値αを加算して加算値ΔＤＵＴｕ（今回）とする。続くステップＳ２８において、ＥＣＵ５２は、デューティＤＵＴｕ（前回）に加算値ΔＤＵＴｕ（今回）を加算してデューティＤＵＴｕ（今回）を算出する。
【００９０】
ステップＳ２３において電流差ΔＩｂｉｏが閾値ＴＨΔｉｂｉｏを下回らない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２５において、ＥＣＵ５２は、電流差ΔＩｂｉｏが閾値ＴＨΔｉｂｉｏを上回るか否かを判定する。なお、ステップＳ２５における閾値は、ステップＳ２３における閾値よりも大きい別の値としてもよい。電流差ΔＩｂｉｏが閾値ＴＨΔｉｂｉｏを上回る場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、電流Ｉｂｉｏが必要以上に急激に増加している。そこで、ステップＳ２６において、ＥＣＵ５２は、上アーム８０のデューティＤＵＴｕの加算値ΔＤＵＴｕを減少させる。すなわち、デューティＤＵＴｕの加算値ΔＤＵＴｕ（前回）から正の固定値βを減算して加算値ΔＤＵＴｕ（今回）とする。
【００９１】
一方、電流差ΔＩｂｉｏが閾値ＴＨΔｉｂｉｏを上回らない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、電流差ΔＩｂｉｏと閾値ＴＨΔｉｂｉｏは等しく、電流Ｉｂｉｏの増加率は適切である。そこで、ステップＳ２７において、ＥＣＵ５２は、加算値ΔＤＵＴｕを維持する。すなわち、加算値ΔＤＵＴｕ（前回）をそのまま加算値ΔＤＵＴｕ（今回）とする。ステップＳ２６、Ｓ２７の後も、ステップＳ２８において、ＥＣＵ５２は、デューティＤＵＴｕ（前回）に加算値ΔＤＵＴｕ（今回）を加算してデューティＤＵＴｕ（今回）を算出する。
【００９２】
続くステップＳ２９において、ＥＣＵ５２は、デューティＤＵＴｕ（今回）に基づいて上アーム８０及び下アーム８２を制御する。具体的には、上アーム８０のスイッチング素子８６ｕに対しては、デューティＤＵＴｕとなる駆動信号Ｓｕを出力する。また、下アーム８２のスイッチング素子８６ｌに対しては、１００％−ＤＵＴｕをスイッチング素子８６ｌのデューティＤＵＴｌとして演算し（ＤＵＴｌ＝１００−ＤＵＴｕ）、デューティＤＵＴｌとなる駆動信号Ｓｌを出力する。但し、両スイッチング素子８６ｕ、８６ｌへの駆動信号Ｓｕ、Ｓｌの間にはデッドタイムを含ませる。
【００９３】
（１Ｂ−４−３．目標電圧制御）
図９は、目標電圧制御のフローチャート（図６のＳ１７の詳細）である。ステップＳ３１において、ＥＣＵ５２は、今回の演算周期（制御周期）におけるバッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏを電圧センサ３８から取得する。ステップＳ３２において、ＥＣＵ５２は、電圧Ｖｂｉｏが、バッテリ２４の満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌと等しいか否かを判定する。電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌと等しい場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、ステップＳ３３において、ＥＣＵ５２は、コンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを維持する。電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌと等しくない場合（Ｓ３２：ＮＯ）、ステップＳ３４に進む。
【００９４】
ステップＳ３４において、ＥＣＵ５２は、電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌを下回るか否かを判定する。電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌを下回る場合（Ｓ３４：ＹＥＳ）、ステップＳ３５において、ＥＣＵ５２は、入出力電圧Ｖｂｉｏを増加させるようにコンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを変化させる。例えば、降圧の場合、上アーム８０のスイッチング素子８６ｕのデューティＤＵＴｕを大きくすると降圧率が小さくなり、デューティＤＵＴｕを小さくすると降圧率が大きくなる。
【００９５】
電圧Ｖｂｉｏが満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌを下回らない場合（Ｓ３４：ＮＯ）、電圧Ｖｂｉｏは、満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌを上回っている（Ｖｂｉｏ＞ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌ）。この場合、ステップＳ３６において、ＥＣＵ５２は、入出力電圧Ｖｂｉｏを減少させるようにコンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを変化させる。
【００９６】
（１Ｂ−４−４．電流制限制御と直結制御との時間的関係）
以下では、電流制限制御と直結制御との時間的関係について説明する。上記のように、本実施形態における電流制限制御の実行時間は、直結制御の実行時間と比較して大幅に短く、車両１２での超高速充電を実現することが可能となる。
【００９７】
（１Ｂ−４−４−１．基本的な考え方）
本実施形態に係る車両１２は、無軌道上を走行するものである。このため、鉄道車両のように軌道上を走行する車両と比較して、外部電力線１７０との接触開始位置及び接触後の離間位置の自由度が高い。軌道上を走行する車両であれば、外部電力線１７０との接触開始位置及び接触後の離間位置は、基本的に同じとなる。これに対し、車両１２のような無軌道上を走行する電動車両は、接触開始位置及び離間位置を運転者の意思に委ねることが好ましい。走行路１９０が複数車線から構成され、複数の電動車両が同一の走行路１９０を走行している場合、その傾向が強くなる。特に、自動車レースが開催されている場面ではさらにその傾向が顕著となる。
【００９８】
そこで、本実施形態では、走行路１９０に沿って連続する溝部１８２内に外部電力線１７０を形成することにより、外部電力線１７０のいずれの位置においても通電ヘッド７０が接触及び離間可能としている。
【００９９】
加えて、本実施形態では、電流制限制御（第１充電制御）の実行時間を極力短くし、直結制御（第２充電制御）の実行時間を極力長くするようにしている。別の観点からすれば、電流制限制御の実行時間（絶対値）を短くすることにより、直結制御の実行時間との相対的な時間的割合も低下させる。
【０１００】
（１Ｂ−４−４−２．外部給電装置１４側での対応）
電流制限制御の実行時間を極力短くし、直結制御の実行時間を極力長くするため、給電装置１４側では、まず直流電源１５０の放電容量を比較的高くする。加えて、直結制御においてコンバータ２８での電力損失（スイッチング損失等）を回避しつつ高効率での充電を行うため、給電電圧Ｖｓをバッテリ２４の満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌと等しい値又はこれに余裕分（電圧降下等を考慮した値）に設定する。
【０１０１】
さらに、外部電力線１７０の全長Ｌｌｐ（長さ）は、バッテリ２４のＳＯＣが所定値（例えば、０〜３０％のいずれかの値からなる固定値）であり且つ車両１２が想定速度（例えば、２０〜１５０ｋｍ／ｈのいずれかの値）である状態で（又は想定速度範囲内である状態で）外部電力線１７０の手前の端部から奥側の端部まで接触した場合、電流制限制御は、電力線１７０の長さの半分よりも短い範囲で行われるように設定される。
【０１０２】
例えば、バッテリ２４のＳＯＣが０％近傍の値であり且つ車両１２が想定速度である状態で外部電力線１７０に接触した場合、例えば、１〜１０ｍの接触長さで電流制限制御を完了させる一方、直結制御は１９〜１５０ｍの接触長さで直結制御を完了させる。その結果、電流制限制御の実行時間（絶対値）は非常に短くなり、直結制御の実行時間との相対的な時間的割合も大幅に低下する。
【０１０３】
加えて、電流制限制御及び直結制御は、外部電力線１７０の全長Ｌｌｐに亘って電力線１７０と接触しなくても完了することとなる。例えば、全長Ｌｌｐの半分又はそれ以下と接触することで電流制限制御及び直結制御を完了することが可能となる。
【０１０４】
（１Ｂ−４−４−３．電動車両１２側での対応）
電流制限制御の実行時間を極力短くし、直結制御の実行時間を極力長くするため、車両１２側では、電流制限制御（図６のＳ１３、図８）における電流差ΔＩｂｉｏの閾値ＴＨΔｉｂｉｏ（電流Ｉｂｉｏの増加率）（図８のＳ２３、Ｓ２５）を、バッテリ２４の放電容量Ｗｂの１０〜１００倍（例えば、６０倍又はそれ以上）に対応する値に設定する。この際、閾値ＴＨΔｉｂｉｏを実現するため、スイッチング素子８６ｕ、８６ｌ（少なくともスイッチング素子８６ｕ）について、電流の通過速度が速いスイッチング素子（例えば、ＳｉＣ型ＭＯＳＦＥＴ）を用いることが好ましい。
【０１０５】
加えて、電流制限制御に続く制御として直結制御を用いる（但し、後述するようにその他の制御を用いることも可能である。）。これにより、コンバータ２８での電力損失を回避し、バッテリ２４の充電時間を短縮することが可能となる。
【０１０６】
１Ｃ．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、通電アーム２６（通電部）が外部電力線１７０（給電部又は給電線）に接触すると、バッテリ２４（蓄電装置）への入力電流（入出力電流Ｉｂｉｏ）を制御対象とする電流制限制御（第１充電制御）を行う（図６のＳ１３、図８）。これにより、通電開始時の瞬間的なサージ電流を防止して外部電力線１７０と通電アーム２６との溶着又は外部電力線１７０側若しくは通電アーム２６側の電気回路の破損を防ぐことが可能となる。また、電流制限制御の後に、変圧なしでの給電を実行する直結制御（第２充電制御）を電流制限制御よりも長時間行う（図６のＳ１５、図７）。従って、電流制限制御と直結制御を組み合わせることで極短時間での充電が可能になる。
【０１０７】
さらに、電流制限制御から直結制御に亘る制御環境下で外部電力線１７０と通電アーム２６が接点を移動させながら接触させることで、接点での発熱が１か所に集中しないようにする。これにより、電流制限制御よりも長く行う直結制御において高電流が通電したとしても、外部電力線１７０と通電アーム２６との溶着又は外部電力線１７０側若しくは通電アーム２６側の電気回路の破損を防ぐことが可能となる。
【０１０８】
さらにまた、電流制限制御及び直結制御により極短時間での充電が可能になるため、無軌道上を走行する場合等に問題となる、運転者の意思により外部電力線１７０への接触位置及び外部電力線１７０からの離脱位置が変化してしまうこと、また、外部電力線１７０により規定される給電区間を高速で走行すること等に起因した充電時間が予測不可能という状況においても確実にバッテリ２４（蓄電装置）を充電することが可能となる。
【０１０９】
加えて、極短時間での充電ができるため、給電区間の設置距離（外部電力線１７０の全長）及び数を最低限とすることができ、インフラストラクチャへの投資コストも低減できる。
【０１１０】
本実施形態において、ＥＣＵ５２（制御装置）は、直結制御（第２充電制御）においてバッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏ（又はコンバータ２８（電圧変換器）の出力電圧Ｖｃ２）がバッテリ２４の満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌに到達すると（図６のＳ１６：ＹＥＳ）、電圧Ｖｂｉｏを満充電電圧ＴＨｖｂａｔｆｕｌｌに維持するようにコンバータ２８を動作させる目標電圧制御（第３充電制御）を実行する（図６のＳ１７、図９）。これにより、より確実にバッテリ２４を満充電とすることが可能となる。
【０１１１】
本実施形態において、通電アーム２６の先端には、外部電力線１７０（給電部又は給電線）と接触するローラ形状の正極端子７６ｐ及び負極端子７６ｎが形成される（図２及び図３）。これにより、外部電力線１７０に対する通電アーム２６の接触部としての受電部７２の損傷を軽減することが可能となる。
【０１１２】
本実施形態において、電動車両１２は、走行中に通電アーム２６を車体６２の側方において突出させるアーム展開機構４８（アーム変位機構）を備える（図２）。これにより、走行路１９０の側方に外部電力線１７０を配置することが可能となるため、外部電力線１７０の設置を低コストで行うことが可能となる。すなわち、外部電力線１７０を車体６２の上方に配置する場合と比較して、外部電力線１７０をより低い位置に設けることが可能となるため、外部電力線１７０を支持するための設備を簡易にすることができる。また、外部電力線１７０を車体６２の下方に配置する場合、走行路１９０内に外部電力線１７０を埋め込む必要が生じるが、走行路１９０の側方に外部電力線１７０を配置する場合、外部電力線１７０を走行路１９０内に埋め込む必要がない。このため、外部電力線１７０を簡易に配置することが可能となる。
【０１１３】
ＩＩ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
【０１１４】
２Ａ．車両１２
［２Ａ−１．車両１２の種類］
上記実施形態では、自動四輪車である車両１２について説明した（図２）。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、自動四輪車以外の車両にも本発明を適用可能である。例えば、車両１２は、自動二輪車、自動三輪車及び自動六輪車のいずれかとすることも可能である。或いは、車両１２以外の移動物体（例えば、船舶）に対して本発明を適用することもできる。
【０１１５】
上記実施形態では、車両１２は、駆動源として走行モータ２０のみを有するいわゆる電気自動車（battery vehicle）を想定していた（図１）。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、車両１２は、電気自動車以外の電動車両であってもよい。例えば、車両１２は、ハイブリッド車両又は燃料電池車両としてもよい。
【０１１６】
［２Ａ−２．回路構成］
上記実施形態では、車両１２の電気的な回路構成を図１に示すものとした。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、これに限らない。例えば、車両側コンバータ２８の位置を変更することも可能である。
【０１１７】
図１０は、本発明の変形例に係る電動車両１２ａ（以下「車両１２ａ」ともいう。）を備える充電システム１０Ａの概略構成図である。上記実施形態に係る車両１２のコンバータ２８は、受電部７２と分岐点９０ｐ、９０ｎとの間に配置されていた（図１）。これに対し、変形例に係る車両１２ａのコンバータ２８ａは、バッテリ２４と分岐点９０ｐ、９０ｎとの間に配置される（図１０）。
【０１１８】
［２Ａ−３．通電アーム２６（通電部）］
上記実施形態では、車体６２の右側方に展開可能にアーム２６を配置した（図２及び図３）。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、これに限らず、車体６２の左側方又は上側若しくは下側にアーム２６を配置してもよい。なお、アーム２６の配置を変更した場合、給電装置１４の外部電力線１７０の配置も変更する必要が生じる。
【０１１９】
上記実施形態では、通電アーム２６を接触給電部１５２に接近及び接触させる際、回転軸６０を中心にアーム２６を回転させた（図２）。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、これに限らない。例えば、アーム２６を直線的に変位させる機構を設け、アーム２６を直線的に接触給電部１５２に接近及び接触させることも可能である。或いは、車体６２に対する変位なしでも給電装置１４側の給電部（外部電力線１７０等）と接触可能な通電部として構成してもよい。
【０１２０】
２Ｂ．外部給電装置１４
［２Ｂ−１．外部電力線１７０］
上記実施形態では、外部電力線１７０を直線状に配置した（図２参照）。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、カーブ路に沿って配置してもよい。
【０１２１】
［２Ｂ−２．その他］
上記実施形態では、制御装置１６２により外部コンバータ１５４を制御することで外部電力線１７０の給電電圧Ｖｓを制御した。しかしながら、例えば、複数の直流電源（例えば、バッテリ）が直列に接続された集合体として電源１５０が構成される場合、コンバータ１５４及び制御装置１６２を省略することも可能である。
【０１２２】
２Ｃ．受電制御
［２Ｃ−１．全般］
上記実施形態における受電制御は、電流制限制御、直結制御（電圧・電流無制限制御）及び目標電圧制御を含んでいた（図６）。しかしながら、例えば、電流制限制御及び直結制御に着目すれば、目標電圧制御を省略することも可能である。
【０１２３】
上記実施形態における受電制御において、バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏを制御対象として用いた処理（例えば、図６のＳ１４）では、コンバータ出力電圧Ｖｃ２を用いることも可能である。同様に、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏを制御対象として用いた処理（例えば、図８のＳ２２、Ｓ２３、Ｓ２５）では、コンバータ出力電流Ｉｃ２を用いることも可能である。
【０１２４】
［２Ｃ−２．電流制限制御（第１充電制御）］
上記実施形態の電流制限制御では、バッテリ入出力電流Ｉｂｉｏの増加率を所定値（閾値ＴＨΔｉｂｉｏ）以下に抑制する制御を用いた（図８）。しかしながら、例えば、電流Ｉｂｉｏ又はその変化を制限する観点からすれば、これに限らない。例えば、定電流制御も可能である。すなわち、ＥＣＵ５２は、電流Ｉｂｉｏの目標値（目標電流Ｉｂｉｏｔａｒ）を設定し、電流Ｉｂｉｏが目標電流Ｉｂｉｏｔａｒと一致するようにコンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを制御してもよい。
【０１２５】
［２Ｃ−３．電圧・電流無制限制御（第２充電制御）］
上記実施形態では、電流制限制御に続く制御（第２充電制御）として、直結制御を用いた（図６のＳ１５）。しかしながら、例えば、電圧Ｖｂｉｏ及び電流Ｉｂｉｏを直接的には制限しない制御（電圧・電流無制限制御）としての観点からすれば、これに限らない。例えば、バッテリ２４に供給される電力（以下「供給電力Ｐｂｉｏ」、「バッテリ入出力電力Ｐｂｉｏ又は「電力Ｐｂｉｏ」という。）の目標値（目標電力Ｐｂｉｏｔａｒ）を設定し、供給電力Ｐｂｉｏが目標電力Ｐｂｉｏｔａｒと一致するように制御する目標電力制御を行うことも可能である。
【０１２６】
図１１は、目標電力制御のフローチャートである。目標電力制御は、直結制御（図６のＳ１５）の代わりに用いられる。ステップＳ４１において、ＥＣＵ５２は、バッテリ入出力電圧Ｖｂｉｏ及びバッテリ入出力電流Ｉｂｉｏを取得する。ステップＳ４２において、ＥＣＵ５２は、電圧Ｖｂｉｏ及び電流Ｉｂｉｏを乗算してバッテリ入出力電力Ｐｂｉｏを算出する。
【０１２７】
ステップＳ４３において、ＥＣＵ５２は、電力Ｐｂｉｏが閾値（以下「閾値ＴＨｐｂｉｏ」という。）と等しいか否かを判定する。閾値ＴＨｐｂｉｏは、例えば、コンバータ２８が比較的高効率に電圧変換を行える値に設定することが可能である。電力Ｐｂｉｏが閾値ＴＨｐｂｉｏと等しい場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、ステップＳ４４において、ＥＣＵ５２は、コンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを維持する。電力Ｐｂｉｏが閾値ＴＨｐｂｉｏと等しくない場合（Ｓ４３：ＮＯ）、ステップＳ４５に進む。なお、ステップＳ４３の判定は、閾値ＴＨｐｂｉｏ（単一値）を用いる代わりに、閾値ＴＨｐｂｉｏを含む一定範囲を用いることも可能である。
【０１２８】
ステップＳ４５において、ＥＣＵ５２は、電力Ｐｂｉｏが閾値ＴＨｐｂｉｏを下回るか否かを判定する。電力Ｐｂｉｏが閾値ＴＨｐｂｉｏを下回る場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）、ステップＳ４６において、ＥＣＵ５２は、入出力電力Ｐｂｉｏ（及び入出力電圧Ｖｂｉｏ）を増加させるようにコンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを変化させる。
【０１２９】
電力Ｐｂｉｏが閾値ＴＨｐｂｉｏを下回らない場合（Ｓ４５：ＮＯ）、電力Ｐｂｉｏは、閾値ＴＨｐｂｉｏを上回っている（Ｐｂｉｏ＞ＴＨｐｂｉｏ）。この場合、ステップＳ４７において、ＥＣＵ５２は、入出力電力Ｐｂｉｏ（及び入出力電圧Ｖｂｉｏ）を減少させるようにコンバータ２８の変圧率Ｒｃｏｎを変化させる。
【０１３０】
２Ｄ．その他
上記実施形態（図１）及び上記変形例（図１０）では、給電装置１４から車両１２への給電のみを行う構成について説明した。しかしながら、これとは反対に、車両１２から給電装置１４への給電を行う構成に本発明を適用することも可能である。その場合、車両１２においてガソリン等により発電機で発電を行うことができるのであれば、走行モータ２０に電力を供給するためのバッテリ２４又は蓄電装置を設けないことも可能である。
【０１３１】
上記実施形態では、給電装置１４から車両１２に対して直流で電力供給する場合に本発明を適用した。しかしながら、例えば、車両１２での受電制御（図６）に着目すれば、給電装置１４から車両１２に対して交流で電力供給する場合に本発明を適用することも可能である。
【０１３２】
上記実施形態では、給電装置１４の外部電力線１７０（給電部又は給電線）に対して車両１２の通電アーム２６（通電部）が変位することで、両者の接点を移動させながら充電を行った。換言すると、外部電力線１７０は静止状態にあり、アーム２６が移動状態にある中で充電を行った。
【０１３３】
しかしながら、例えば、給電装置１４側の接点を移動させながら充電を行う点に着目すれば、これに限らない。例えば、車両１２の通電部に対して給電装置１４の給電部が変位する構成（換言すると、車両１２が停止状態にある中で、給電部が変位しながら充電する構成）も可能である。このような構成の場合、静止中の通電部に対して、給電装置１４の通電部（例えば、外部電力線１７０）を変位させる通電部変位機構を設ける。ここでの通電部の変位は、例えば、直線的な一方向の運動又は往復運動とすることができる。或いは、通電部が円弧状又は円環状に形成される場合、通電部を回転移動させることも可能である。
【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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【国際調査報告】
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