(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電の状態を制御する制御信号及び情報信号を充電スタンドに設けられる第１制御部と電気自動車に設けられる第２制御部との間で伝送しながら、前記充電スタンドに設けられる電力供給源から前記電気自動車に設けられる二次電池に直流電力を供給して前記二次電池を充電する方法であって、
前記直流電力の供給は、
前記電力供給源と前記二次電池を繋ぐプラス側充電ラインとマイナス側充電ラインとを介して行われ、
前記制御信号及び前記情報信号の伝送は、
前記第１制御部と前記第２制御部とを繋ぐ第１通信ラインと、前記プラス側充電ライン及び前記マイナス側充電ラインのいずれか一方を利用する第２通信ラインと、を介して行われ、
前記第１通信ラインと、前記第２通信ラインに利用される前記プラス側充電ライン及び前記マイナス側充電ラインのいずれか一方と、前記第１制御部及び前記第２制御部とを含み、かつ前記電力供給源と前記二次電池とを含まない閉路が形成される、ことを特徴とする充電方法。
【請求項２】
前記第１制御部は第１アナログモデムを備え、
前記第２制御部は第２アナログモデムを備え、
前記制御信号及び前記情報信号は、前記第１アナログモデムと前記第２アナログモデムとを介して、前記第１制御部と前記第２制御部との間で相互に伝送される、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電方法。
【請求項３】
前記第１制御部は第１アナログモデム及び第１符号化回路部を備え、
前記第２制御部は第２アナログモデム及び第２符号化回路部を備え、
前記制御信号及び前記情報信号は、前記第１アナログモデム及び前記第１符号化回路部と、前記第２アナログモデム及び前記第２符号化回路部とを介して、前記第１制御部と前記第２制御部との間で相互に伝送される、
請求項１に記載の充電方法。
【請求項４】
前記第１通信ライン及び前記第２通信ラインに、抵抗及びカップリングコンデンサが配備される、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の充電方法。
【請求項５】
前記第１制御部と前記第２制御部との間の前記制御信号及び前記情報信号の伝送は、周波数分割による多重通信で行われる、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の充電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車内の二次電池にプラグイン式で外部の急速充電器から充電する際における電気自動車と急速充電器間の双方向通信に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策の一つとして電気自動車の普及を積極的に図ろうとしているが、電気自動車におけるモーターの駆動源は電気自動車に搭載されている二次電池から得ている。当然のことであるが、車載されている二次電池のエネルギーは主に走行距離により蓄えられていた電力量が減じられガス欠ならぬ電欠となりモーターの駆動源を失うことになる。電気自動車の電欠を防ぐためには時折外部の電気自動車用急速充電器から充電を行う必要がある。また電気自動車用急速充電器とは、２００Ｖの３相交流電力を直流に変換し、１５分から３０分程度の短時間で電気自動車に搭載された二次電池に充電する装置である。こうしたことから電気自動車の普及を図るには電気自動車用急速充電器、すなわち充電スタンドが全国随所に設置されてこそ初めてインフラストラクチャ化されたと言える。
【０００３】
また電気自動車の急速充電を行う場合、電気自動車内の二次電池を管理する電気自動車内の電子制御ユニット（ＥＣＵ）と充電スタンド内のコンピュータ（マイコンボード）は相互に情報通信を行い、充電が最適になるよう電気自動車の二次電池の状態に合わせ充電の電流値および充電の電圧値の制御を行う必要がある。
【０００４】
一方自動車内における情報の管理は、２本のケーブルを車内に張り巡らして各部に配置したコントロールユニットに接続しリアルタイムで処理されている。つまりシリアル通信方式の一種であるＣＡＮ通信アプリケーションが行われ、各部のコントロールユニットは単独で作動しているではなく、必要に応じて他のコントロールユニットとデータのやり取りを行っているのである。簡単に言えば、微弱な直流電圧回路を使いアプリケーションすることで運転速度やエンジンの回転数などの表示・油圧やシートベルトの警告・ライトの自動点灯の制御などを行っているのであるが、そうした中でも電気自動車では二次電池の充電状況の監視制御は極めて重要であり確実な通信処理が必要とされている。なお車内ＣＡＮ通信は、多重通信であり伝送速度も速く誤り信号を厳密にチェックする機能もあることから、車内の通信手段としては非常に優れた最適な方法であることには間違はいない。
【０００５】
図１は、電気自動車の急速充電を行うために通信用ケーブル５と充電用ケーブル６を接続して電力供給源２から二次電池１へ充電する際に、充電スタンド内の急速充電用のマイコンボード４と電気自動車内の電子制御ユニット３とが相互に情報交換を行うことを示す概要図である。
また、表１は電気自動車の急速充電時におけるデータ通信の内容を示すが、充電スタンドから電気自動車に対しては動作スティタスを伝達し、電気自動車から充電スタンドに対しては充電命令や充電電流値および充電電圧値などの指令を伝達することが必要となる。もともと自動車内における電気回路はＣＡＮ通信方式で情報の交換を行っていることから、これを活用し電気自動車と外部の充電スタンド間は直接ＣＡＮ通信で接続され情報通信を行っているのが既存の方式である。
【０００６】
【表１】
0004803849.tif 000002
【０００７】
図２は電気自動車の急速充電を行う場合における通信用ケーブルと充電用ケーブルとを別々のケーブルにして接続する場合を示す。
通信用コネクター１１と充電用コネクター１３が電気自動車に備えられており、通信ライン７および８の先端には通信用コネクター１２が備えられプラス側充電ライン９およびマイナス側充電ライン１０の先端に充電用コネクター１４が備えられている。通信用コネクター１２は通信用コネクター１１に接続し、充電用コネクター１４は充電用コネクター１３に接続される。
また、充電時においてケーブル接続の作業を１度で行えるように考えられた方法が図３に示されている。図３は、電気自動車側に通信用コネクターと充電用コネクターが一体化された複合コネクター１５を備え、通信用ラインと充電用ラインを一つに束ね１本のケーブルとした先端には通信用コネクターと充電用コネクターが一体化された複合コネクター１６が備えられている。この一体化された複合コネクター１６を一体化された電気自動車側の複合コネクター１５に接続することで接続作業を一度で行えるよう簡素化を図っている方法も行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−２４５３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
＜課題１＞
電気自動車用の急速充電を行えるインフラストラクチャー化が進まない原因として最も大きな障害になっているのが、電気自動車と充電スタンドを接続する際における通信用コネクター部の接触抵抗の増大、すなわち接触不良の発生である。
自動車内の通信はＣＡＮ通信である。ＣＡＮ通信とは直流の微電圧回路を使った通信方式であるが、こうした直流の微電圧回路において問題視されている接触抵抗とは論理上０．１Ω以下の小さい抵抗値を指すのが一般的である。この小さな接触抵抗値が増大することにより通信回路にリップルなどのノイズを引き込みデータ伝送に大きな影響を与え、正確な情報伝達がしばしば阻害されることは周知である。接触抵抗の増大の原因は、接触面の粗さ・酸化被膜・油・ホコリ・錆び・締め付け不良などである。そこでコネクター部の接触抵抗を最小限に維持するためにコネクター部は様々な対策が検討されている。
例えば、
接触部を金メッキにすることで抵抗値を小さくし、同時に腐食も防ぐなど材料の選択によるもの、
先端を針状にした金属を深い溝に挟むことで接触面を拡大する方法、
針状の先端をバネ状の受け口に差し込む圧接式やプラグに強力なバネを設けレバーを駆使しテコの原理で圧接し緩まないようにする構造、
などである。
しかしながら、金メッキする方法は材料が高価な上に頻繁に抜き差しするとメッキが剥れ、さらに接触抵抗が大きくなる可能性があり、電気自動車の充電用としては適切ではない。また、接触面の拡大や強力なバネによる圧接やレバーで固定して接触抵抗を小さくしようとする方法のコネクターは機械的に複雑であることから当然故障も多く、高価である。
【００１０】
また、電気自動車の急速充電は一定の訓練を受けた者や資格を得た者が行うのではなく、不特定多数の一般人が行うことから、コネクター部が粗雑に扱われることを考慮する必要がある。従って、コネクターの金属部に手脂やホコリの付着による接触不良が多発することを想定した対処が必要である。
なお、海岸付近に設置される充電スタンドのコネクターは塩害で金属部の腐食が促進され、火山地帯や化学物質が空気中に含まれている工場付近などでもガスの影響により金属部の腐食を促進させることは当然なことである。
つまり、電気自動車に不可欠な充電スタンドの普及の障害となっている充電時における通信ラインの接触不良による不具合の発生率を飛躍的に激減させることができなければ充電スタンドは隋所に設置されず、沿岸地帯や火山地帯など全国の何処であっても充電を可能とさせるインフラストラクチャーとは成り得ないのである。
【００１１】
＜課題２＞
電気自動車用の急速充電を行うインフラストラクチャー化が進まない原因として次に大きな障害になっているのが自動車内のＣＡＮ通信のアイソレーション化である。
自動車に限らず特定の場所で行われているデータ通信は、その特定の場所のみの通信で処理が行われるべきであり、他のシステムとリンクして通信を行う場合には何らかの媒体を介して通信の形式を換えて行われるべきであることは通信技術の一般常識である。例えば、電気自動車の充電において、充電スタンドの粗悪な保守体制や充電スタンドの周辺環境悪化などにより充電スタンド側の通信ラインが短絡（ショート）していたとする。そうすると、その通信ラインが短絡した充電スタンドに通信ラインを接続した電気自動車の車内ＣＡＮ通信は故障状態となり、車内の表示やドアロックなど各部の作動に支障をもたらす危険性が無いとは断ぜられない。または、近い将来、充電スタンド側がネットワーク化される可能性が大であるが、そうなった場合には電気自動車内のＣＡＮ通信の情報が充電スタンドを経て他に漏れる、あるいは充電スタンド側から不必要な情報や指示が電気自動車のＣＡＮ通信に侵入し迷惑情報となる可能性がある。
一方、電気自動車と充電スタンドとを直接リンクさせない方法として、無線ＬＡＮの利用もあるが、無線は放射線状に情報が放たれることから傍受や迷惑情報の割り込みが有線通信よりも簡単に行われてしまう。
従って、電気自動車の急速充電における電気自動車と充電スタンド間の通信は不要な情報は割り込むことができないよう何らかの媒体を配して信号のアイソレーション（隔離）を行うのが最良の手段であることは当然のことである。
【００１２】
＜課題３＞
次に求められるのは、１５分〜３０分の充電時間を有効活用して電気自動車と充電スタンド間における双方向通信の多様化の要望である。
近い将来において自動車側はカーナビゲーションのソフトウエアが改善され、充電スタンド側には急速充電用コンピュータとは別の用途を目的とするコンピュータが配備されるようなシステム環境が確立されたとする。これにより、急速充電時における通信の多重化は容易であり電気自動車と充電スタンド間の多様性は一気に改善されることが確実である。
表２は市内搬送用集配トラック業務における要望の一例である。表２のうち、例えば、「車体番号」は、電気自動車の生産過程においてカーナビゲーションにあらかじめ記憶させておくことで充電スタンド側は自動的に車体番号の認識ができ車両の管理ができる。例えば、「暗証番号」は、運転者が充電前にカーナビゲーションから打ち込むことにより無断充電の防止に役立つ。例えば、「配達時間」や「集荷時間」をカーナビゲーションに自動的に認識させることができるとすれば車両運行の詳細把握と運用管理を行うことが容易になる。例えば、「エコドライブ距離」の伝達をカーナビゲーションが自動的に行うとすれば、国策であるエコ対策に事業者のモラルとして貢献できる。例えば、「事務所立ち寄り指示」は、業務管理者から運転者への簡単な連絡の手段となる。つまり表２は車両を管理する上において利便性を向上させるデータ伝達の多様化を示している。
表３は市内搬送用集配トラックにおける集配作業における要望の一例であり、集配員の時間短縮や荷物の管理を行うための情報伝達である。事務所側に一定の通信プロトコルを定めたコンピュータをリンクしておくことで、例えば「緊急荷物がどの車での搬送中であるか」や「何時頃には届けられるか」などの荷物管理が可能となり、同時に集配事業における時間短縮を図れることから人件費の削減にもなる。
【００１３】
【表２】
0004803849.tif 000003
【００１４】
【表３】
0004803849.tif 000004
【００１５】
こうした電気自動車と充電スタンド間の通信の多様化は集配トラックなどに限られるものではなく、充電スタンド側のネットワーク化が進む環境に至れば、個人車などにも応用されることは確実である。例えば個人車が買い物や食事で駐車場にある充電スタンドで充電したとすると、その充電料金を銀行から自動的に引き落とすなどの通信システムが見込まれる。
しかしながら急速充電において必要不可欠な情報交換である表１に対し、表２および表３などの情報は、あくまでも車を利用する側の利便性の追求であり表１とは目的の次元が異なっていることにも注視しなければならない。車両の運用管理や荷物情報などの別次元の情報を車内ＣＡＮ通信に割り込ませて行うことは車内ＣＡＮ通信を誤動作させる元凶となり得ることから得策と言えないのである。すなわち、急速充電に必要な内容のデータと他のデータは同じプロトコルにより処理するのではなく、求められている表２および表３のデータ通信などの電気自動車と電気スタンド間における多重通信は別なプロトコルにより処理されるべきである。
【００１６】
＜課題４＞
次に問題となっているのが充電ケーブルを接続するコネクターの構造である。
既存のコネクターは機械的に複雑になることから頻繁に抜き差しが行われることから機械的な故障が発生しやすい部分であり、高価な部品である。また脱着操作もより簡単になるよう改良すべきである。
簡単に着脱できるコネクターとしては、一般の電機機械の電源を接続するＡＣ３相用の３極プラグがある。これらの３極プラグは電流値が多いことから一般家電のプラグよりやや大きいものの、構造は単純であり故障が少なく、またコンセントへの脱着も容易である。このように急速充電の際には一般家電のプラグを抜き差しするような簡単な操作でケーブルの脱着を行えるようになることが望まれている。
なおコンセントにプラグを楽に差し込むには、プラグの極数が４極より３極というように接触部の極数は少ない方がよいのは当然である。
【００１７】
以上のように、電気自動車の急速充電において求められている課題は、
（１）通信ラインの接触不良率を激減させること、
（２）車内ＣＡＮ通信を外部の設備に直接リンクさせないこと、
（３）多重通信を行い通信ラインの多様化を行うこと、
（４）ケーブル接続部（コネクター）の構造を単純化して故障を少なくし着脱も簡単にすること、
である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、充電の状態を制御する制御信号及び情報信号を充電スタンドに設けられる第１制御部と電気自動車に設けられる第２制御部との間で伝送しながら、充電スタンドに設けられる電力供給源から電気自動車に設けられる二次電池に直流電力を供給して二次電池を充電する方法に関するものである。
そして、直流電力の供給は、電力供給源と二次電池を繋ぐプラス側充電ラインとマイナス側充電ラインとを介して行われる。
また、制御信号及び情報信号の伝送は、第１制御部と第２制御部とを繋ぐ第１通信ラインと、プラス側充電ライン及びマイナス側充電ラインのいずれか一方を利用する第２通信ラインと、を介して行われる。
それにより、第１通信ラインと、第２通信ラインに利用されるプラス側充電ライン及びマイナス側充電ラインのいずれか一方と、第１制御部及び第２制御部とを含み、かつ電力供給源と二次電池とを含まない閉路が形成される。
【００１９】
本発明の充電方法において、第１制御部は第１アナログモデムを、また、第２制御部は第２アナログモデムを備えるものとすれば、制御信号及び情報信号は、第１アナログモデムと第２アナログモデムとを介して、第１制御部と第２制御部との間で相互に伝送されることが好ましい。
そうすることで、通信ラインに制御信号の減衰が生じさせる抵抗が存在しても正常な通信を可能とすることができる。
【００２０】
本発明の充電方法において、第１制御部は第１アナログモデム及び第１符号化回路部を備え、第２制御部は第２アナログモデム及び第２符号化回路部を備えるものとすれば、制御信号及び情報信号は、第１アナログモデム及び第１符号化回路部と、第２アナログモデム及び第２符号化回路部とを介して、第１制御部と第２制御部との間で相互に伝送されことが好ましい。
そうすることで、符号化回路とアナログモデムとが連携して一定のプロトコル（通信規約）に変換された交流信号で第１制御部と第２制御部とが相互に伝送されることによりＣＡＮ信号の隔離を行うことができる。
【００２１】
本発明の充電方法において、第１通信ライン及び第２通信ラインに、抵抗及びカップリングコンデンサを配備することができる。そうすることで、アナログモデムの保護を行うことができる。
【００２２】
さらに本発明の充電方法において、第１制御部と第２制御部との間の制御信号及び情報信号の伝送は、周波数分割による多重通信で行われることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
アナログモデムによる通信を行うことによりコネクター部の接触不良による通信障害が発生する確率を１０万分の１以下と飛躍的に改善することが可能なことから、沿岸地帯や火山性ガスなどが発生する地域においてもコネクター部の部品交換時期を大幅に延命できる。よって、全国の隋所に充電スタンドが配備されることができ電気自動車の普及に欠かせないインフラ化に向け大きな役目を果たせることになる。
【００２４】
アナログモデムを使った情報通信方式の技術を採用することで、車内ＣＡＮ通信のアイソレーションが可能となる。
【００２５】
また、急速充電に関する情報通信と他の情報通信を別々のプロトコルで作動させる多重通信が可能となり情報通信の多様化が達成される。例えば、集配事業を行う場合において急速充電器側をネットワーク化するとすれば集配車の管理はもとより荷物の位置や配達時間予測などを把握するなどが容易になり利便性が向上する。
【００２６】
さらに通信信号を片側直流重畳にしたことにより接触部の極数が４極から３極になることから、扱い易く故障の少ないＡＣ３相用３極プラグに類似した形状でプラグインすることができる。
【００２７】
通信ラインに１２ＫΩ程度の抵抗が存在しても通信に支障をきたさないことから、通信ラインの接触点はＡＣ電源用のコンセントおよびプラグに類似した材質で十分可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】電気自動車における急速充電の概要を説明するための図である。
【図２】急速充電における通信ラインと充電ラインを別々なコネクターで接続する場合の図である。
【図３】急速充電における通信ラインと充電ラインを一つのコネクターで接続する場合の図である。
【図４】直流重畳の模式図である。
【図５】急速充電における直流部のみを表わした回路図である。
【図６】充電回路には交流の重畳はできないことを説明するための仮想図である。
【図７】充電回路のプラス側ラインにのみ交流を重畳させる提案説明のための図である。
【図８】充電回路のマイナス側ラインにのみ交流を重畳させる説明のための図である。
【図９】単方向を行う場合の一般的な産業用情報伝送装置を活用し、アナログモデムの信号を充電回路の片線に重畳させることを説明した図である。
【図１０】通信ラインに抵抗があっても通信が可能であることを説明するための図である
【図１１】片線直流重畳の安全性を保つことを説明した図である。
【図１２】本提案を集約したシステム形態を説明するための系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳しく説明する。
＜課題４対応＞
まずケーブルの脱着を簡単にする方法を提案する。接触抵抗の増大などの接触不良を減少させる最も有効な方法は接触する個所が無くなれば良いことであり、通信線を無くすことができれば接触不良が発生しないことは言うまでもない。通信線を無くす方法として周知されている既存の技術に直流重畳方式がある。図４はＡ地点の遠隔負荷１７を駆動させるための直流の電力をＢ地点の遠隔負荷電源供給部１８から供給している回路においてコイルおよびコンデンサのインピーダンスの性質を活用し直流回路に交流信号を重ね合わせる一般的な直流重畳方式の回路図である。
【００３０】
コイルのインピーダンスは式（１）で、コンデンサのインピーダンスは式（２）で求められるが、コイルのインピーダンスは周波数に比例し、コンデンサのインピーダンスは周波数に反比例することが解る。
コイルのインピーダンス        ＺＬ  ＝  ｊωＬ          …（１）
コンデンサのインピーダンス    ＺＣ  ＝  １／ＪωＣ      …（２）
ω：２πｆ  （πは円周率、ｆは周波数）、Ｊは虚数
例えば、図４のチョークコイルＬ３が１Ｈ（ヘンリー）のインダクタンスを持っていたとする。チョークコイルＬ３に１ＫＨｚの周波数を通過させようとした場合のチョークコイルＬ３のインピーダンスを式（１）に当てはめると式（３）のように大きな値となり交流送信器１９から発せられる交流信号（制御信号及び情報信号に相当。以下、同じ。）が遠隔負荷電源供給部１８の直流回路に侵入することを極力抑えることができるのである。
ＺＬ３＝ωＬ＝２×３．１４×（１×１０３）×１＝６.２８ＫΩ      …（３）
【００３１】
例えば、図４のカップリングコンデンサＣ３が１μＦ（マイクロファラド）の容量を持っていたとする。カップリングコンデンサＣ３に周波数１ＫＨｚ（キロヘルツ）を通過させようとした場合のカップリングコンデンサＣ３のインピーダンスを式（２）に当てはめると式（４）のようにインピーダンスは比較的小さい値となり交流送信器１９から発せられた交流信号は容易にカップリングコンデンサを通過して直流電源ライン２１に侵入することができることになる。
ＺＣ３＝１／ωＣ＝１／２×３.１４×（１×１０３）×（１×１０−６）＝約１５９Ω  …（４）
なおコンデンサの特性としては直流を通過させないことから、直流がコンデンサを通過し交流送信器１９あるいは交流受信器２０に影響を及ぼすことは無い。
【００３２】
こうしたことから図４において、Ｂ地点の交流送信器１９から送出された交流信号は比較的インピーダンスが小さいカップリングコンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ２を容易に通過しＡ地点の交流受信器２０に到達することができるが、チョークコイルＬ３、Ｌ４、Ｌ１、Ｌ２のインピーダンスは比較的大きいことから交流送信器１９が送出した交流信号はチュークコイルＬ３、Ｌ４、Ｌ１、Ｌ２に阻まれて遠隔負荷電源供給部１８および遠隔負荷１７に与える影響は極めて小さくなり直流回路に支障を与えない。
なお図４おいて、Ｂ地点の交流送信器をＡ地点に移し、Ａ地点の交流受信器をＢ地点に移し送信器と受信器を入れ替えたとすると、Ａ地点の交流送信器が送出する交流信号がＢ地点の交流受信器で受信できることは当然である。
【００３３】
一方、図５は、充電の直流部分のみを記した回路図である。図６は、図５で充電が行われる直流回路に交流信号を重畳させるべく図４と同様の考え方に基づいてカップリングコンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ１、Ｃ２とチョークコイルＬ３、Ｌ４、Ｌ１、Ｌ２を配備した仮想の回路図である。図６において充電スタンド側の交流送信器１９から送出される交流信号は電気自動車側の交流受信器２０まで伝送が可能であるかのように見えるが、現実には充電を行う回路において交流信号を直流回路に重畳することはできない。何故なら、チョークコイルはチョークコイルの使命である交流信号の通過を阻止しなければならないが、交流信号を阻止するには一定の大きさのインピーダンスにしなければならない。コイルのインピーダンスを大きくするにはコイルの巻き数を増やす必要がありコイルの巻き数を増やすことは直流抵抗が大きくなることと、電池のインピーダンスはゼロであることがその理由である。例えば図６において、チョークコイルＬ１〜Ｌ４のそれぞれの直流抵抗が１Ω（オーム）であったとするとチョークコイルＬ１〜Ｌ４の直流抵抗値の合計は１Ω×４個＝４Ωとなるが、この回路に仮に１００Ａを流して急速充電を行おうとした場合チョークコイルＬ１〜Ｌ４の直流抵抗で消費される直流電力は式（５）となり某大な電力を消費する。
チョークコイルの消費電力  Ｐ＝Ｉ２ Ｒ＝１００２×４＝４０Ｋ（ＶＡ）…（５）
ＶＡ：直流電力（交流のワット（Ｗ）に相当）
つまり電力供給源２から二次電池１に５０ＫＶＡで充電しようとした場合、電力供給源２は充電経路に存在するチョークコイルＬ１〜Ｌ４が消費する無駄な電力である４０ＶＡ分を上乗せした９０ＫＶＡのエネルギーを捻出しなければないことになる。またチョークコイルによる無駄な電力消費を避けるためにチョークコイルＬ１〜Ｌ４を排除したと仮定すると、交流送信器１９から送出された交流信号はカップリングコンデンサＣ３およびＣ４を経て充電ライン９〜１０に侵入できるが、二次電池１のインピーダンスがゼロで（交流から見るとショート状態である）あるため交流信号は二次電池１で消滅してしまうのである。すなわち大電流が流れる充電回路にカップリングコンデンサやチョークコイルを配備しても充電回路に交流を重畳させ情報伝送を行うことは不可能なのである。
【００３４】
そこで、本実施形態では、図７に示す回路を提案する。通信を行うには、通常、図２および図３のように２本の通信ライン７および８が必要であるが、この２本の通信ラインのうち例えば通信ラインの片側である通信ライン７（第１通信ライン）とプラス側充電ライン９（第２通信ライン）を使い通信を行うものとした。つまり直流回路のうちのプラス側ラインにのみ交流信号を侵入させる、言わば、片線直流重畳方式である。しかしながら、通信の交流信号はプラス側充電ライン９にも流れているので、交流信号の接点数は通信ライン７が接触するコネクターＣＮ１とプラス側充電ライン９のコネクターＣＮ２の合計２か所であることに変わりは無く、通信信号の接触点の数が削減される訳ではない。
しかしながら、通信ラインを１／２に半減できるので接触部の極数を４極から３極に減らすことができる。
よって、解決すべき課題の一つである充電ケーブル接続時における故障を軽減させコンセントへの脱着を容易にすること（課題４）が可能となるのである。
なお、図８は、通信ライン７とマイナス側充電ライン１０を使い通信を行うものであるが、図７と同じ機能となることは当然のことである。
【００３５】
＜課題２対応＞
次に、車内ＣＡＮ通信を外部の充電スタンドと直接リンクさせない方法を説明する。
現在のインフラの一つに電話回線がある。電話回線の元々の考え方は、人間の声を電気信号に変換して遠方に届けようとする電線路であるが、この一対（２本の電線）の電話回線を利用してデジタル信号を遠方へ伝送する一般産業用の遠方監視制御装置（情報伝送装置と言う場合もある）が多々既存している。こうした情報伝送装置は主に、外部のコンピューターなどから多量のデータを取り込みまたは取り出すインターフェイス部と、規定された伝送プロトコルに従って送信するあるいは受信した信号に誤りが無いか検定するなどを行う符号化回路部と、デジタル信号をアナログ信号にするアナログモデムとで構成されている。なお、アナログモデムの任務は人間の耳で聞き取れる周波数（可聴周波数）である０.３〜３．４ＫＨｚの周波数の交流信号を使って遠方へ情報を伝送することである。こうした情報伝送方式は、符号化回路部とアナログモデムにより完璧に直流の微電圧回路はアイソレーションさせるのである。
図９は、信号を変調して送信する送信用アナログモデム２３および受信信号を復調する受信用アナログモデム２９と、符号化回路部（ｅｎｃ）３５および３６と、インターフェイス（ＩＦ）４１と４２を配備した情報伝送回路を示している。このような通信方式を活用して電気自動車内のＣＡＮ信号と充電スタンド間の通信を行うことで、電気自動車内のＣＡＮ通信を直接充電スタンドにリンクさせずアイソレーション（隔離）させることが可能となるのである。
【００３６】
＜課題１対応＞
次に、以上の提案を踏まえた上で、最も重要な課題である急速充電時に電気自動車と充電スタンドを接続する際における通信ラインの接触点の抵抗が増大しても通信を可能にする方法を説明する。
図９において、充電スタンド側のマイコンボード４が伝えたいデジタル信号は、インターフェイス４１および符号化回路部３５を経て送信用アナログモデム２３に伝達され、送信用アナログモデム２３はこれをマイコンボード４が発したデジタル情報を可聴周波数に変調して受信用アナログモデム２９に向けて送信する。
受信用アナログモデム２９は送信用アナログモデム２３からの可聴周波数の変調信号を捉えて復調し、復調された信号は符号化回路部３６を経てインターフェイス４２に渡される。インターフェイス４２は、これをＣＡＮ信号に変換して車内の二次電池１の管理用である電子制御ユニット３へ伝達することができるのである。
このような構成を備えて電話回線で遠方まで情報を伝達する方法として一般産業用の遠方監視制御装置（情報伝送装置と言う場合もある）があることは前項で記したが、この一般産業用遠方監視制御装置には日本電機工業会が定めた規定（ＪＥＭ−１３１８）がある。例えばＪＥＭ−１３１８の規定に準拠したアナログモデムで通信を行う場合、充電スタンドと電気自動車間の伝送路における抵抗値は約１８ＫΩとなっても正常な通信が可能である。すなわちアナログモデムは電話回線（伝送路）を使って数Ｋｍから数１０Ｋｍの遠方に正常に伝達させることを目的としており、電話回線（伝送路）を使って約１０Ｋｍの遠方に正常に伝達させることを目的としており、電話回線（伝送路）により送信された電気エネルギーが減衰することを想定して考えられたのがＪＥＭ−１３１８の規定である。ＪＥＭ−１３１８に準拠したアナログモデムを数ｍと極めて短距離伝送に逆利用することにより充電スタンドと電気自動車間における通信ライン抵抗は約１８ＫΩあっても全く問題なく通信が可能となるのである。
【００３７】
ここでアナログモデム伝送理論の概要を説明する。
アナログモデムの伝送におけるインピーダンス系列は音声系の６００Ωで行うものとされ、信号のレベルはデシベル（ｄｂ）で表現され、信号レベルの基準は０（ｄｂ）とされている。基準となっている０ｄｂとは、インピーダンス６００Ωの状態で１ｍＷの電力値を絶対値として規定されていることから式（６）で表わされる。式（７）および式（８）は、式（６）からオームの法則で導いた０（ｄｂ）における電圧値および電流値であり、６００Ω系の０ｄｂの電圧値は０．７７５Ｖであり電流値は１．２９１６ｍＡであることが解る。
０ｄｂとは、  Ｐ＝  Ｖ２／Ｒ  ＝  Ｖ２／６００Ω  ＝  １×１０−３  Ｗ  ＝  １ｍＷ  …  （６）
Ｖ０ｄｂ  ＝  （１×１０−３×０．６）１／２  ＝  ０．７７５Ｖ  …  （７）
Ｉ０ｄｂ  ＝  Ｖ／Ｒ  ＝  ０．７７５／６００  ＝  １．２９１６ｍＡ  …  （８）
【００３８】
さらにアナログモデムにおける伝送レベルの電力量を便宜的に計算する方法として式（９）が用いられている。
１０・ｌｏｇ１０  Ａ  ＝  Ｘ[ｄｂ]  …（９）
Ａ：基準値に対する倍数  Ｘ：デシベル値
【００３９】
一方、アナログモデムを有効活用している代表的な既存の情報伝送装置として遠方監視制御装置がある。遠方監視制御装置は電力会社の発変電所監視制御や国の河川ダム監視制御や自治体の水道事業などで広く使われているが、これらの遠方監視制御装置に関し日本電機工業会が規定した統一規格としてＪＥＭ−１３１８がある。ＪＥＭ−１３１８のアナログモデムについて「信号伝送の項」には次のように規定されている。
送信レベル    ０ｄｂｍ／ｃｈ
受信レベル    ０〜−２０ｄｂ/ｃｈ
回線断検出    標準着信よりも１０〜１５ｄｂにて動作
ｃｈ  ：  チャンネル
回線断検出  ：  モデムの受信能力があっても回線が切断されたとみなすべき値
すなわち、遠方監視制御装置に内蔵されているアナログモデムの送信出力が０（ｄｂ）でありアナログモデムの受信器の受信レベルが−２０ｄｂで到達している通信伝送回線の場合、受信側における標準受信レベルである−２０ｄｂからさらに１０〜１５ｄｂ下がった−３０〜−３５ｄｂでも正常に受信しなければならないということを意味している。
ちなみに一般的な電話回線である０．４φの市内ケーブルは１Ｋｍで約２ｄｂの減衰が生じる。従って、仮に送信レベルを０ｄｂとした遠方監視制御装置があったとする。これを０．４φのケーブルで伝送すると１０Ｋｍ先における遠方監視制御装置の受信レベルは約−２０ｄｂとなるのである。
−２０ｄｂとは、式（９）から０ｄｂの１／１００の電力値であることが解る。これを式（６）、式（７）及び式（８）に当てはめると、２０Ｋｍ先のアナログモデム受信器に到達する電力値は式（１０）の０．０１ｍＷであり、電圧値は式（１１）の０．０７７５Ｖであり、アナログモデム受信器に流れる電流は式（１２）の０．１２９１６ｍＡとなる。
−２０ｄｂとは、  Ｐ  ＝  Ｖ２／６００Ω  ＝  ０．０１ｍＷ              （１０）
Ｖ−２０ｄｂ  ＝  ０．０１×１０−３  ×６００  ＝  ０．０７７５Ｖ      （１１）
Ｉ−２０ｄｂ  ＝  ０．０７７５Ｖ／６００Ω＝  ０.１２９ｍＡ        （１２）
なお、正常に受信しなければならないとされている−３０ｄｂは、式（９）から１／１０００の電力値なので、電力値は式（１３）の０．００１ｍＷであり、電圧は式（１４）の０．０２４５Ｖであり、電流は式（１５）の０．０４０８ｍＡとなる。
−３０ｄｂは、    Ｐ  ＝  Ｖ２／６００Ω  ＝  ０．００１ｍＷ        （１３）
Ｖ−３０ｄｂ  ＝  ０．００１×１０−３  ×６００  ＝  ０．０２４５Ｖ  …  （１４）
Ｉ-３０ｄｂ  ＝  ０．０２４５Ｖ／６００Ω  ＝  ０.０４０８ｍＡ  …  （１５）
【００４０】
図１０は図９の回路に抵抗Ｒｔを挿入し、送信用アナログモデム２３から送出された交流の変調信号が受信用アナログモデム２９に到着するレベルを減衰させようとした回路図である。仮に送信用アナログモデム２３の送出レベルが０ｄｂであり抵抗Ｒｔにより受信用アナログモデム２９の到着レベルが−２０ｄｂであったとすると、送信用アナログモデム２３の電圧は式（７）から０．７７５であり受信用アナログモデム２９の電圧は式（１１）から０．０７７５Ｖであるから、通信回路にＲｔを挿入したことにより式（１６）で示すように抵抗Ｒｔで０．６９７Ｖの電圧が降下されることになる。よってオームの法則でＲｔの値を求めると式（１７）となり、−２０ｄｂに減衰をさせているＲｔの抵抗値は５．４ＫΩであるこということになる。
Ｒｔの電圧降下  ＶＲｔ＝０.７７５Ｖ−０．０７７５Ｖ＝０．６９７５Ｖ  …  （１６）
Ｒｔ  ＝  Ｖ／Ｉ  ＝  ０．６９７５／０．１２９×１０−３＝  ５．４ＫΩ  …  （１７）
【００４１】
また、仮に送信用アナログモデム２３が送出する変調信号のレベルが０ｄｂであり抵抗Ｒｔにより受信用アナログモデム２９の到着レベルが−３０ｄｂであったとすると、送信用アナログモデム２３の電圧は式（７）から０．７７５であり受信用アナログモデム２９の電圧は式（１４）から０．０２４５Ｖであるので、通信回路にＲｔを挿入したことにより式（１８）で示すように抵抗Ｒｔで０．７５０５Ｖの電圧が降下されることになる。よってオームの法則でＲｔの値を求めると式（１９）となり、−３０ｄｂになるまで減衰させた時のＲｔの抵抗値は１８．３９ＫΩであるこということになる。
Ｒｔの電圧降下  ＶＲｔ＝０.７７５Ｖ−０．０２４５Ｖ＝０．７５０５Ｖ  …  （１８）
Ｒｔ  ＝  Ｖ／Ｉ  ＝０．７５０５／０．０４０８×１０−３  ＝１８．３９ＫΩ  …  （１９）
【００４２】
また、図１０において何らかの理由で送信用アナログモデム２３および受信用アナログモデム２９の通信伝送路である通信ライン７とプラス側充電ライン９間にＤＣ５００Ｖ程度の充電電圧が印加されるような事故が発生しないとは言えない。こうしたことが発生すると送信用アナログモデム２３および受信用アナログモデム２９を損傷してしまい完全に通信不能となってしまう。
そこで、本実施形態では、図１１のように直流を通過させないカップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４を配備し、さらにアナログモデムの標準受信レベル−２０ｄｂまで減衰させた時のＲｔの値である５.４ＫΩの１/４の値１．３５ＫΩの抵抗Ｒ１〜Ｒ４を分散配備し送信用アナログモデム２３および受信用アナログモデム２９をより安全に保護することとした。この状態においてアナログモデムの周波数が仮に１ＫＨｚとした場合、充分受信可能なレベル−３０ｄｂ時に相当するＲｔの値は１８．３９ＫΩであるから、１８．３９ＫΩからＲｔに相当するＲ１〜Ｒ４の合計値（１．３５ＫΩ×４個＝５．４ＫΩ）およびカップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４のインピーダンス（１５９Ω×４個＝６３６Ω）を差し引いた値である１２．３５ＫΩの抵抗が通信の伝送路に存在していても良いことになる。このことは、通信信号の接触点であるコネクターＣＮ１とコネクターＣＮ２の接触抵抗の合計値が１２．３５ＫΩになったとしても通信は十分可能であることを意味する。
つまり、充電スタンドからの充電時における従来の通信方式は直流微弱電圧回路であったために接触抵抗値（０．１Ω以下）の増大の有無が大きな障害となっていたが、ＪＥＭ−１３１８に準じたアナログモデムを配備する方式にすることにより、０．１Ωの１０万倍以上の１２．３５ＫΩが通信伝送路に存在しても何ら問題が無いのである。このことを言い換えれば、充電スタンドの保守点検においては通信ラインのコネクター部の交換を時折行う必要があるが、接触部の抵抗値の増大が時間に比例すると仮定するならば、コネクター部を交換する時期は実に約１０万倍に延命させることが可能となるのである。
また、図１１の片線直流重畳は通常の２線による通信回路と異なり充電用ＤＣ５００Ｖが通信ライン７とプラス側充電ライン９の間、つまり通信回路に印加される故障の発生率はやや高い。したがって、送信用アナログモデム２３と受信用アナログモデム２９とカップリングコンデンサＣ１〜Ｃ４と、分散抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、ＤＣ５００Ｖ程度の電圧では損傷しない部品を選択して配備し、仮に故障した充電スタンドに充電ケーブルを接続しても電気自動車の通信機材に影響を与えないよう安全性の確保をすることが望まれる。
【００４３】
＜課題３対応＞
続いて多重通信の方法を説明する。例えば、ＪＥＭ−１３１８においては「信号伝送の項」に次のことも記されている。
ＪＥＭ−１３１８  「信号伝送」の項
伝送速度２００ビット／秒において、次の条件によるものとのする。
使用周波数配列：８００＋４００×（ｎ−１）Ｈｚ    （ｎ＝１〜６）
ここで言っている意味は、２００ビット／秒（ｂｐｓ）の速度で伝送を行う場合においては、０．３〜３．４ＫＨｚの可聴周波数を以下に示すように６つのチャンネルに分割することとしているのである。つまり多重通信を行う場合には、まず８００Ｈｚの周波数で通信するチャンネルをチャンネル１（ｃＨ１）とし、４００Ｈｚ上の周波数１２００Ｈｚを使って通信するチャンネルをチャンネル２（ｃＨ２）とし、順次４００Ｈｚ離れた周波数で６つのャンネルを形成する。その上で、該当する周波数のみを通過させることができるバンドパスフィルターをアナログモデムに付加して該当する周波数のチャンネルを抽出して多重通信をすべきであると言っているのである。
２００ｂｐｓのおけるチャンネル周波数
チャンネル（ｃＨ１）  ：    ８００Ｈｚ
チャンネル（ｃＨ２）  ：  １２００Ｈｚ
チャンネル（ｃＨ３）  ：  １６００Ｈｚ
チャンネル（ｃＨ４）  ：  ２０００Ｈｚ
チャンネル（ｃＨ５）  ：  ２４００Ｈｚ
チャンネル（ｃＨ６）  ：  ２８００Ｈｚ
【００４４】
図１２は、電気自動車と充電スタンドにおいて、ＪＥＭ−１３１８に従い２００ｂｐｓで多重通信を行った場合の図である。
例えば、チャンネル５（ｃｈ５）とチャンネル６（ｃｈ６）を使い、表１を用いて説明した急速充電に必要な情報を双方向通信で処理する。チャンネル１（ｃｈ１）とチャンネル２（ｃｈ２）を使い、例えば表２を用いて説明した車体の運用管理に必要な情報の双方向通信を行い、チャンネル３（ｃｈ３）とチャンネル４（ｃｈ４）を使い、表３を用いて説明した荷物管理に必要な情報の双方向通信を行うことができるのである。
なお、符号３５〜４０は各チャンネルの符号化回路部、符号４１〜４６は各チャンネルのインターフェイス、符号４７〜５０は各チャネルの急速受電用以外のコンピュータを示す。
【００４５】
なお、電気自動車の急速充電においては充電電圧と充電電流の管理いわゆる「定電流・定電圧充電を厳密に管理するプロセス」は非常に重要であることは先に記した通りである。つまり、電池のセル電圧が一定になるまで定電流で充電し電池のセル電圧が一定になった瞬間に定電圧に切り替えることで充電による加熱事故を防止し、バッテリィの寿命を延ばすことに努めなければならないのである。この充電設定値の切り替えを行うにあたり２００ｂｐｓ伝送速度の双方向通信では伝送遅れが心配される。しかしながら、仮にＪＥＭ−１３１８に準拠した方式に従い、２００ｂｐｓの伝送速度で急速充電の管理制御を行ったとしてもても０．５秒以下で行えることから伝送遅れによる影響はほとんど無いが、さらに安全の期する必要があるならば充電制御信号に予測制御信号などの仕組みを加えたソフトウエア処理を実施することにより急速充電の管理の不安を除外することができる。
また、ＪＥＭ−１３１８が規定する遠方監視制御装置は電話回線を使用して発電所やダムの監視および制御を行うことなどが目的であることから、様々な障害に耐える必要性がある。このことから多種多様に厳重な装備を施した強固で大型な装置であるが、電気自動車の急速充電用に特化するならば既存の遠方監視制御装置から排除しても良い部分（装備）は非常に多い。従って、仮に本質的部分のみＪＥＭ−１３１８に準じた、アイソレーションと符号化回路部とアナログモデムとを備えた双方向通信機を製作したとしても近年の電子機器製作技術からすれば、小型化は極めて容易であり、大量生産により安価で供給することも容易なことである。当然ＣＡＮ通信を変換するインターフェイス部（ＩＦ）の製作も同様にして容易である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ：二次電池、  ２  ：電力供給源、  ３  ：電子制御ユニット（ＥＣＵ）、
４  ：マイコンボード（ＣＰＵ）、  ５  ：通信用ケーブル、  ６  ：充電用ケーブル、
７〜８  ：通信ライン、９  ：プラス側充電ライン、  １０  ：マイナス側充電ライン、
１１〜１２  ：通信用コネクター、  １３〜１４  ：充電用コネクター、  １５〜１６  ：通信用および充電用の複合コネクター、  １７  ：遠隔負荷、  １８  ：遠隔負荷電源供給部、
１９  ：交流送信器、  ２０  ：交流受信器、  ２１〜２２  ：直流電源ライン、
２３〜２８  ：送信用アナログモデム、  ２９〜３４  ：受信用アナログンモデム、
３５〜４０  ：  符号化回路部、  ４１〜４６インターフェイス、
４７〜５０  ：急速受電用以外のコンピュータ、
Ｃ１〜Ｃ４  ：カップリングコンデンサ、  Ｌ１〜Ｌ４  ：チョークコイル、
ＣＮ１〜ＣＮ３  ：コネクター（接続部）、  Ｒｔ  ：抵抗、
Ｒ１〜Ｒ４  ：分散抵抗
【要約】      （修正有）【課題】電気自動車の急速充電において、インフラ化を阻害している充電ケーブルの接触不良の改善と、車内ＣＡＮ通信を隔離する通信方法と、充電における多重化通信と、充電ケーブル接続を簡素化する方法を提供する。【解決手段】遠方通信用であるアナログモデム２３，２９を極めて短距離の急速充電の通信に逆利用することで通信の障害となっていた接触抵抗増大を大幅に改善し、一般的電機機械用のＡＣ電源用コネクタ−に類似した形状と材料で接続が可能とし、通信信号を片線直流重畳させる方式により充電と通信を３極で接続することで、さらなるケ―ブル接続の簡素化を可能にした。これにより、沿岸地域や化学ガス発生地区においては頻繁に交換を要した通信ラインのコネクタ−部品交換の時期を大幅に延期できることから充電スタンドが隋所に設置されることが可能となりインフラ化が実現できる。同時に車内ＣＡＮ通信の隔離・多重通信をさせることも可能となる。【選択図】図９【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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【図１２】
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