(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源によって充電可能に構成された蓄電装置を搭載した電動車両であって、
前記外部電源によって前記蓄電装置を充電する外部充電時に、前記外部電源からの供給電力を受ける充電コネクタと、
前記外部電源からの供給電力を前記蓄電装置の充電電力に変換する電力変換器と、
前記蓄電装置および車両駆動力発生用の電動機の間に接続されて、前記電動機を駆動制御するように構成された電力制御ユニットと、
前記充電コネクタおよび前記電力変換器の間の通電経路に介挿接続される第１の開閉器と、
前記電力変換器および前記蓄電装置の間の通電経路に介挿接続される第２の開閉器と、
前記第２の開閉器と前記電力変換器との間の第１の配線から電力を供給されるように接続された補機負荷系とを備える、電動車両。
【請求項２】
前記蓄電装置および前記電力制御ユニットの間の通電経路に介挿接続される第３の開閉器と、
前記外部充電時に、前記第１および前記第２の開閉器を閉成する一方で、前記第３の開閉器を開放し、かつ、前記電力変換器を作動させて前記蓄電装置を充電する制御部とをさらに備える、請求項１記載の電動車両。
【請求項３】
前記制御部は、前記外部充電時に前記蓄電装置の充電完了に応答して、前記第２の開閉器を開放する、請求項２記載の電動車両。
【請求項４】
前記補機負荷系は、
前記蓄電装置よりも出力電圧が低い補機用蓄電装置と、
前記第１の配線上の電力を前記補機用蓄電装置の充電電力に変換する補機用電力変換器と、
前記補機用蓄電装置からの電力によって動作する負荷機器とを含む、請求項１記載の電動車両。
【請求項５】
前記外部充電時に、前記補機用電力変換装置を作動させて前記補機用蓄電装置を充電するとともに、前記補機用蓄電装置の充電完了に応答して前記補機用電力変換器を停止させる制御部をさらに備える、請求項４記載の電動車両。
【請求項６】
前記外部電源は、系統電源であり、
前記電動車両は、
前記第１の開閉器と前記電力変換器との間の第２の配線から前記系統電源と同等の交流電力を出力するためのコンセントと、
前記第２の配線と前記コンセントとの間の通電経路に接続された第４の開閉器と、
前記外部充電時において、前記電動車両の電気システムの起動が指示されたときに前記第４の開閉器を閉成する制御部とをさらに備える、請求項１記載の電動車両。
【請求項７】
前記電力変換器は、双方向に電力変換可能に構成されて、前記蓄電装置からの電力を前記交流電力に変換可能であり、
前記制御部は、前記第４の開閉器の閉成時に、前記外部電源が停電しているときには、前記電力変換器を作動させて変換した前記交流電力を前記第２の配線に出力させる、請求項６記載の電動車両。
【請求項８】
前記蓄電装置は複数個設けられ、
前記第２の開閉器は、前記複数個の蓄電装置にそれぞれ対応して複数個設けられる、請求項１記載の電動車両。
【請求項９】
前記複数個の蓄電装置および前記電力制御ユニットの間の通電経路のそれぞれに介挿接続される複数個の第３の開閉器と、
前記外部充電時に、前記第１の開閉器および各前記第２の開閉器を閉成する一方で、各前記第３の開閉器を開放し、かつ、前記電力変換器を作動させて前記蓄電装置を充電する制御部とをさらに備える、請求項８記載の電動車両。
【請求項１０】
前記制御部は、前記外部充電時に、各前記蓄電装置の充電完了に応答して、対応する前記第２の開閉器を開放する、請求項９記載の電動車両。
【請求項１１】
前記蓄電装置および前記電力制御ユニットの間の通電経路に介挿接続される第３の開閉器と、
前記第３の開閉器と前記電力制御ユニットとの間の第３の配線と、前記第１の配線とを電気的に接続する第４の配線とをさらに備える、請求項１，４〜１０のいずれか１項に記載の電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両に関し、より特定的には、車両外部の電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した電動車両の電気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池に代表される蓄電装置からの電力によって車両駆動用電動機を駆動する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両では、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称する）によってこの蓄電装置を充電する構成が提案されている。また、以下では、外部電源による蓄電装置の充電を「外部充電」とも称する。
【０００３】
たとえば、特開２００１−１６３０４１号公報（特許文献１）には、外部の商用電源に接続可能な接続器を介して得られる交流電力を整流平滑した後、所定の電圧に昇圧して車軸駆動用のバッテリへ充電する構成が記載されている。さらに、特許文献１では、当該バッテリに蓄えられた電荷を用いて冷凍サイクルを構成する圧縮機の駆動を可能にした自動車用空調装置において、通常の場合には、冷凍サイクル中の圧縮機をバッテリからの電力によって電気的に駆動する一方で、キャンプ場等で駐車した状態で車内を空調する場合には、バッテリを圧縮機駆動回路から切り離して、交流電源から整流平滑された電力を直接圧縮機の駆動に用いることを可能にする回路を設けることが記載されている。
【０００４】
これにより、特許文献１による自動車用空調装置では、キャンプ場等で駐車中にバッテリの消耗を気にすることなく、また発電のためにエンジンを動かし続けることなく長時間空調装置を運転することが可能となる。
【０００５】
また、特開２０００−２９９９８８号公報（特許文献２）には、車両用商用電源装置において、コンセントをインバータおよび商用電源で自動切換可能にした構成が記載されている。特許文献２の構成によれば、切換スイッチによって、商用電源から入力された交流電力、あるいはインバータがバッテリからの電力を変換して出力した交流電圧の一方を選択的に、商用電源およびインバータに共通の電源出力用コンセントと接続することが可能となっている。
【０００６】
また、特開２００１−４５６７３号公報（特許文献３）では、電動装置およびその電池用ユニットの構成として、商用電源および充電手段による電池ユニットの充電経路と、電池ユニットから負荷の駆動手段への通電経路とのそれぞれに独立にスイッチを配置する回路構成が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−１６３０４１号公報
【特許文献２】特開２０００−２９９９８８号公報
【特許文献３】特開２００１−４５６７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された構成では、外部電源（商用電源）によってバッテリ（Ｂ１）を充電する経路と、バッテリの電力を動力モータへ供給する経路との切換を単一のスイッチ（ＳＷ１）で実行している。このスイッチは、バッテリから動力モータへの供給電流が通過するため比較的大容量のものが必要とされるため、接点間の接続のための駆動電力が大きくなることが予想される。このため、外部充電時に当該スイッチによりＢ側の接点を接続する必要がある特許文献１の構成では、充電時の効率が低下することが懸念される。
【０００８】
また、特許文献１では、上記スイッチとは別個のスイッチ（ＳＷ２）によって接点間を接続することによって、外部充電時にも圧縮機（１３）を含む空調機器を作動させることができる。このように、このような車両の補機負荷系について、外部充電時にもユーザ要求によって動作が必要な場合が出てくる。この際に、充電効率を向上させた上で、このような補機負荷系の動作を確保するための電気システムの構成が求められるが、特許文献２および３は、このような補機負荷系の構成について全く言及していない。
【０００９】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、外部電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した電動車両において、外部充電時に充電効率向上および補機負荷系の動作確保の両方が可能な電気システムの構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明による電動車両は、外部電源によって充電可能に構成された蓄電装置を搭載した電動車両であって、充電コネクタと、電力変換器と、電力制御ユニットと、第１および第２の開閉器と、補機負荷系とを備える。充電コネクタは、外部電源によって蓄電装置を充電する外部充電時に、外部電源からの供給電力を受ける。電力変換器は、外部電源からの供給電力を蓄電装置の充電電力に変換する。電力制御ユニットは、蓄電装置および車両駆動力発生用の電動機の間に接続されて、電動機を駆動制御するように構成される。第１の開閉器は、充電コネクタおよび電力変換器の間の通電経路に介挿接続される。第２の開閉器は、電力変換器および蓄電装置の間の通電経路に介挿接続される。補機負荷系は、第２の開閉器と電力変換器との間の第１の配線から電力を供給されるように接続される。
【００１１】
上記電動車両によれば、第１および第２の開閉器を閉成することによって、外部電源から電力制御ユニットを介した車両駆動力発生用電動機への通電経路とは独立に、蓄電装置、補機負荷系および外部電源の間を接続する通電経路を確保できる。ここで、第１および第２の開閉器は、車両駆動力発生用電動機への通電経路に配設されていないので電流容量を抑制することができる。したがって、外部充電時における開閉器（すなわち、第１および第２の開閉器）の消費電力を抑制することによって充電効率を向上しつつ、補機負荷系を動作させることが可能となる。
【００１２】
好ましくは、電動車両は、蓄電装置および電力制御ユニットの間の通電経路に介挿接続される第３の開閉器と、制御部とをさらに備える。制御部は、外部充電時に、第１および第２の開閉器を閉成する一方で、第３の開閉器を開放し、かつ、電力変換器を作動させて蓄電装置を充電する。
【００１３】
このようにすると、第１および第２の開閉器よりも電流容量が大きい、車両駆動力発生用電動機への通電経路に設けられた第３の開閉器を開放して外部充電を実行するので、外部充電時における開閉器の消費電力を抑制して充電効率を向上できる。
【００１４】
さらに好ましくは、制御部は、外部充電時に蓄電装置の充電完了に応答して、第２の開閉器を開放する。
【００１５】
このようにすると、蓄電装置の充電完了に応答して、外部充電経路を形成する開閉器（第２の開閉器）を開放して無用な電力消費を抑制するとともに、第１の開閉器を介した外部電源からの電力によって補機負荷系を動作させることができる。
【００１６】
また好ましくは、補機負荷系は、蓄電装置よりも出力電圧が低い補機用蓄電装置と、第１の配線上の電力を補機用蓄電装置の充電電力に変換する補機用電力変換器と、補機用蓄電装置からの電力によって動作する負荷機器とを含む。
【００１７】
このようにすると、外部充電時に、外部電源からの電力によって補機用蓄電装置（補機バッテリ）を充電することができる。
【００１８】
あるいは好ましくは、電動車両は、制御部をさらに備える。制御部は、外部充電時に、補機用電力変換装置を作動させて補機用蓄電装置を充電するとともに、補機用蓄電装置の充電完了に応答して補機用電力変換器を停止させる。
【００１９】
このようにすると、外部充電時に、補機用蓄電装置の充電完了に応答して補機用電力変換器の動作を停止させるので、無用な電力消費を抑制することができる。
【００２０】
また好ましくは、外部電源は、系統電源であり、電動車両は、コンセントと、制御部とをさらに備える。コンセントは、第１の開閉器と電力変換器との間の第２の配線から系統電源と同等の交流電力を出力するために設けられる。第４の開閉器は、第２の配線とコンセントとの間の通電経路に接続される。制御部は、外部充電時において、電動車両の電気システムの起動が指示されたときに第４の開閉器を閉成する。
【００２１】
このようにすると、電動車両に設けられたコンセントから、外部充電時には系統電源からの交流電力を出力することが可能となる。これにより、蓄電装置の電力消耗が抑制できる。
【００２２】
さらに好ましくは、電力変換器は、双方向に電力変換可能に構成されて、蓄電装置からの電力を交流電力に変換可能である。そして、制御部は、第４の開閉器の閉成時に、外部電源が停電しているときには、電力変換器を作動させて変換した交流電力を第２の配線に出力させる。
【００２３】
このようにすると、外部充電時に外部電源が停電している場合には、蓄電装置の電力によって、コンセントから系統電源と同等の交流電力を出力することができる。
【００２４】
好ましくは、蓄電装置は複数個設けられ、第２の開閉器は、複数個の蓄電装置にそれぞれ対応して複数個設けられる。さらに好ましくは、電動車両は、複数個の蓄電装置および電力制御ユニットの間の通電経路のそれぞれに介挿接続される複数個の第３の開閉器と、制御部とをさらに備える。制御部は、外部充電時に、第１の開閉器および各第２の開閉器を閉成する一方で、各第３の開閉器を開放し、かつ、電力変換器を作動させて蓄電装置を充電する。さらに、制御部は、外部充電時に、各蓄電装置の充電完了に応答して、対応する第２の開閉器を開放する。
【００２５】
このようにすると、蓄電装置が複数個設けられた電気システムにおいて、外部充電時における開閉器（すなわち、第１および第２の開閉器）の消費電力を抑制することによって充電効率を向上しつつ、補機負荷系を動作させることが可能となる。さらに、蓄電装置ごとに充電完了に応答して対応の第２の開閉器を開放することにより、無用な電力消費を抑制することができる。
【００２６】
好ましくは、電動車両は、蓄電装置および電力制御ユニットの間の通電経路に介挿接続される第３の開閉器と、第４の配線とを備える。第４の配線は、第３の開閉器と電力制御ユニットとの間の第３の配線と、第１の配線とを電気的に接続する。
【００２７】
このようにすると、第２の開閉器をオフしても、蓄電装置からの電力によって補機負荷系を動作させることが可能となる。このため、通常走行時には第２の開閉器を開放することによって、消費電力抑制による燃費改善を図ることができる。また、蓄電装置の異常発生時に、第２および第３の開閉器の開放によって蓄電装置を電気システムから切り離しても、車両駆動用電動機からの回生電力によって補機負荷系の動作を確保できる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明による電動車両によれば、外部電源による蓄電装置の充電時における充電効率の向上および補機負荷系の動作確保の両方を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下において、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一の符号を付してその説明は原則として繰返さないものとする。
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【００３１】
図１を参照して、電動車両１００は、制御装置５と、メインバッテリ１０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ）２０と、平滑コンデンサ２２と、モータジェネレータ３０と、動力伝達ギア４０と、駆動輪５０とを備える。
【００３２】
制御装置５は、電動車両１００の搭載機器を制御する機能のうちの、各リレーのオン（閉成）・オフ（開放）や、各機器の作動（電源オン）・停止（電源オフ）を制御する機能部分を示すものとする。なお、制御装置５は、図示しない内蔵メモリに予め記憶されたプログラムの実行による所定の演算処理や電子回路等のハードウェアによる所定の演算処理によって、上記機能を達成するように構成できる。
【００３３】
メインバッテリ１０は、「蓄電装置」の代表例として示され、代表的にはリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池により構成される。たとえば、メインバッテリ１０の出力電圧は２００Ｖ程度である。あるいは、電気二重層キャパシタによって、あるいは二次電池とキャパシタとの組合せ等によって「蓄電装置」を構成してもよい。
【００３４】
ＰＣＵ２０は、メインバッテリ１０の蓄積電力を、モータジェネレータ３０を駆動制御するための電力に変換する。たとえば、モータジェネレータ３０は永久磁石型の３相同期電動機で構成されて、ＰＣＵ２０は、三相インバータにより構成される。あるいは、ＰＣＵ２０については、メインバッテリ１０からの出力電圧を可変制御するコンバータと、コンバータの出力電圧を交流電圧に変換する三相インバータとの組合せによって構成してもよい。
【００３５】
メインバッテリ１０とＰＣＵ２０との間の通電経路には、「第３の開閉器」に対応するリレー１５０Ｃが接続される。リレー１５０Ｃは、電動車両１００の電気システムの起動指令、たとえばイグニッションスイッチのオン（ＩＧ−ＯＮ）に応答してオンされるシステムメインリレー（ＳＭＲ）に対応する。メインバッテリ１０は、リレー１５０Ｃを介して、ＰＣＵ２０の電源配線１５３と接続される。平滑コンデンサ２２は、電源配線１５３に接続されて、直流電圧を平滑する機能を果たす。
【００３６】
モータジェネレータ３０の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア４０を介して駆動輪５０に伝達されて、電動車両１００を走行させる。
【００３７】
モータジェネレータ３０は、電動車両１００の回生制動動作時には、駆動輪５０の回転力によって発電することができる。そしてその発電電力は、ＰＣＵ２０によってメインバッテリ１０の充電電力に変換される。
【００３８】
また、モータジェネレータ３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ３０を協調的に動作させることによって、必要な電動車両１００の車両駆動力が発生される。この際には、エンジンの回転による発電電力を用いて、メインバッテリ１０を充電することも可能である。すなわち、電動車両１００は、車両駆動力発生用の電動機を搭載する車両を示すものであり、エンジンおよび電動機により車両駆動力を発生するハイブリッド自動車、エンジンを搭載しない電気自動車、燃料電池車等を含む。
【００３９】
メインバッテリ１０およびＰＣＵ２０に対して、それぞれの動作を管理・制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられる。たとえば、メインバッテリ１０に対しては電池ＥＣＵ１５が設けられ、ＰＣＵ２０に対してはＭＧ−ＥＣＵ２５が設けられる。
【００４０】
電池ＥＣＵ１５は、メインバッテリ１０に配設された図示しない温度センサ、電流センサ、電圧センサ等に基づいて、メインバッテリの充放電状態を管理制御する。代表的には電池ＥＣＵ１５によってメインバッテリ１０の残存容量（ＳＯＣ：State of Charge）が算出される。
【００４１】
ＭＧ−ＥＣＵ２５は、モータジェネレータ３０が、動作指令（代表的にはトルク指令値）に従って動作するように、ＰＣＵ２０における電力変換動作、具体的には、上述のインバータ（図示せず）あるいは、インバータおよびコンバータ（図示せず）を構成する電力用半導体スイッチング素子のオンオフ動作を制御する。
【００４２】
電動車両１００は、メインバッテリ１０（蓄電装置）の外部充電のための構成として、充電コネクタ１０５と、電力変換器１１０とを含む。さらに、電動車両１００には、商用交流電源を取出すためのＡＣコンセント１２０が配置される。
【００４３】
充電コネクタ１０５は、充電ケーブル２００を介して、外部電源４００と接続される。外部電源４００は、代表的には系統電源により構成される。充電ケーブル２００は、充電コネクタ２０５および充電プラグ２１０を有するように構成される。
【００４４】
外部充電時には、外部電源４００のコンセント４０５が充電プラグ２１０と接続され、かつ、充電コネクタ２０５が電動車両１００の充電コネクタ１０５と接続されることによって、外部電源４００からの電力が充電コネクタ２０５へ供給される。
【００４５】
充電コネクタ１０５は、外部電源４００と電気的に接続されたときに、そのことを制御装置５に通知する機能を有する。
【００４６】
電力変換器１１０は、ノードＮ１，Ｎ２間の交流電圧ＶａｃとノードＮ３，Ｎ４間の直流電圧Ｖｄｃとの間で電力変換を実行する。電力変換器１１０のノードＮ１およびＮ２は電源配線１５２と接続される。電源配線１５２は、「第１の開閉器」に対応するリレー１５０Ａを介して充電コネクタ１０５と電気的に接続される。さらに、電源配線１５２は、「第４の開閉器」に対応するリレー１５０Ｄを介して、ＡＣコンセント１２０と電気的に接続される。
【００４７】
電力変換器１１０のノードＮ３およびＮ４は、電源配線１５１と接続される。さらに、電源配線１５１は、「第２の開閉器」に対応するリレー１５０Ｂを介してメインバッテリ１０と電気的に接続される。
【００４８】
リレー１５０Ａ〜１５０Ｄの各々は、代表的には、通電時に接点間を接続することによって閉成（オン）される一方で、非通電時には接点間を非接続とすることによって開放（オフ）される電磁リレーによって構成される。なお、リレー１５０Ｃを通過して車両駆動用のモータジェネレータ３０とメインバッテリ１０の間で授受される電流は、外部充電時にリレー１５０Ａ，１５０Ｂを通過する電流、および、リレー１５０Ｄを通過してＡＣコンセント１１０から出力される電流よりも大きい。このため、リレー１５０Ｃは、他のリレー１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｄよりも電流容量が大きく、オン時における励磁コイルの通過電流も大きくなる。このため、リレー１５０Ｃのオン時の消費電力も、他のリレー１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｄと比較して大きい。
【００４９】
電動車両１００は、さらに、電源配線１５１から電力供給（直流電圧Ｖｄｃ）を受ける補機系負荷を有する。補機系負荷は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０と、空調機器６５と、補機バッテリ７０と、補機負荷８０とを含む。
【００５０】
空調機器６５は、電源配線１５１上の直流電圧Ｖｄｃをコンプレッサ（図示せず）を駆動制御する交流電力に変換するインバータ（図示せず）を含む。補機バッテリ７０の出力電圧は、メインバッテリ１０の出力電圧よりも低い（たとえば、１２Ｖ程度）。補機負荷８０は、補機バッテリ７０からの供給電力によって動作する機器類を総括的に表記するものであり、オーディオ機器や小型モータ類を含む。制御装置５を始め各ＥＣＵについても、補機バッテリ７０からの供給電力によって動作する。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、電源配線１５１上の直流電圧Ｖｄｃ、すなわちメインバッテリ１０の出力電圧を補機バッテリ７０の充電電圧に降圧する。
【００５２】
電力変換器１１０は、外部充電時において、ノードＮ１，Ｎ２間に伝達された外部電源４００からの交流電圧Ｖａｃを、直流電圧Ｖｄｃに変換してノードＮ３，Ｎ４間に出力するように構成される。直流電圧Ｖｄｃは、メインバッテリ１０の出力電圧に相当する。
【００５３】
好ましくは、電力変換器１１０は、ノードＮ３，Ｎ４間の直流電圧Ｖｄｃを、ＡＣコンセント１２０から出力するための交流電圧Ｖａｃに変換する機能をさらに有するように構成される。したがって、本実施の形態では、電力変換器１１０は、双方向の直流／交流電圧変換が可能に構成されているものとする。
【００５４】
図２は、電力変換器１１０の構成例を示す回路図である。
図２を参照して、電力変換器１１０は、ノードＮ１に直列に接続されたリアクトルＬ１と、ノードＮ２に直列に接続されたリアクトルＬ２と、平滑コンデンサＣ１と、ブリッジ回路１１２，１１４，１１６と、トランス１１５とを含む。
【００５５】
ブリッジ回路１１２は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、ノードＮ１，Ｎ２間の交流電圧Ｖａｃを直流電圧に変換して、電源配線１１７および１１８間に出力する。電源配線１１７および１１８間には平滑コンデンサＣ１が接続される。
【００５６】
ブリッジ回路１１２は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、電源配線１１７，１１８間の直流電圧を交流電力に変換して、トランス１１５の一次側に出力する。トランス１１５は、所定の一次／二次側巻線比に従って一次側の交流電圧を電圧変換して、二次側へ出力する。
【００５７】
ブリッジ回路１１６は、電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御によって、トランス１１５の二次側の交流電圧を直流電圧に変換して、変換した直流電圧ＶｄｃをノードＮ３，Ｎ４間に出力する。
【００５８】
このようにすると、外部電源４００とメインバッテリ１０との間で絶縁を確保しながら、外部電源４００からの交流電圧Ｖａｃ（たとえば１００ＶＡＣ）を、メインバッテリ１０を充電する直流電圧Ｖｄｃに変換する、ＡＣ／ＤＣ変換動作を実行できる。
【００５９】
あるいは、電力変換器１１０は、上述のＡＣ／ＤＣ変換動作とは逆方向に動作して、ノードＮ３，Ｎ４間の直流電圧Ｖｄｃを交流電圧Ｖａｃに変換して、ノードＮ１，Ｎ２間に出力することも可能である。
【００６０】
このＤＣ／ＡＣ変換動作時には、ブリッジ回路１１６は、ノードＮ３，Ｎ４間の直流電圧Ｖｄｃを交流電圧に変換して、トランス１１５へ出力する。そして、ブリッジ回路１１４は、トランス１１５によって伝達された交流電圧を直流電圧に変換して電源配線１１７，１１８間に出力する。そして、ブリッジ回路１１２は、電源配線１１７，１１８間の直流電圧を、系統電源と同等の交流電圧Ｖａｃに変換してノードＮ１，Ｎ２間に出力する。
【００６１】
なお、ブリッジ回路１１２，１１４，１１６における、ＡＣ／ＤＣ変換あるいは、ＤＣ／ＡＣ変換のための電力用半導体スイッチング素子のオンオフ制御については周知のものを適用可能であるので、詳細な説明は省略する。
【００６２】
次に、図３および図１を参照して、図１に示した電動車両の電気システムにおける各リレーのオンオフ制御について説明する。
【００６３】
図３を参照して、車両走行時には、イグニッションスイッチのオン（ＩＧ−ＯＮ）により、電動車両１００の電気システムは起動されている。この状態では、リレー１５０Ａがオフされる一方で、リレー１５０Ｂ〜１５０Ｄの各々はオンされる。
【００６４】
図１を参照して、車両走行時には、システムメインリレーに相当するリレー１５０Ｃのオンにより、メインバッテリ１０およびモータジェネレータ３０の間で電力授受が可能となり、メインバッテリ１０の蓄積電力によってモータジェネレータ３０を駆動制御することが可能になる。これにより、メインバッテリ１０の電力によるモータジェネレータ３０を用いた車両駆動力の発生や、モータジェネレータ３０の回生発電電力によるメインバッテリ１０の充電が可能となる。
【００６５】
また、リレー１５０Ｂをオンすることにより、補機負荷系が接続された電源配線１５１とメインバッテリ１０とが電気的に接続される。これにより、メインバッテリ１０からの電力によって、補機負荷系に電力を供給することができる。さらに、リレー１５０Ｄをオンすることにより、メインバッテリ１０の直流電圧を電力変換器１１０によって交流電圧Ｖａｃに変換して、ＡＣコンセント１２０から出力することも可能である。また、制御装置５により、車載の各ＥＣＵおよび各機器の電源がオンされる。
【００６６】
一方で、車両走行時には、外部充電は実行されないため、リレー１５０Ａはオフされる。
【００６７】
再び図３を参照して、外部電源４００が充電コネクタ１０５に接続される外部充電時には、リレー１５０Ａ，１５０Ｂがオンされる一方で、リレー１５０Ｃがオフされる。そして、リレー１５０Ｄは、ユーザによって、電気システムの起動を指示するイグニッションスイッチがオンされるかに応じて、その開閉が制御される。
【００６８】
再び図１を参照して、外部充電時には、リレー１５０Ａおよび１５０Ｂがオンされることにより、外部電源４００からの供給電力（交流電圧Ｖａｃ）を電力変換器１１０によって直流電力（直流電圧Ｖｄｃ）に変換してメインバッテリ１０に供給する通電経路を構成できる。これにより、メインバッテリ１０の外部充電が可能となる。
【００６９】
さらに、電源配線１５１に接続された補機負荷系についても、リレー１５０Ａがオンされていることにより、外部電源４００からの供給電力を変換した直流電圧Ｖｄｃによって動作することが可能である。すなわち、補機負荷系を、システムメインリレーに相当するリレー１５０Ｃと接続される電源配線１５３ではなく、電源配線１５１と接続することによって、リレー１５０Ｃをオフしても補機負荷系に動作電力を供給可能である。そして、補機負荷系では、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０によって、補機バッテリ７０の充電電力および、補機負荷８０の動作電力を供給できる。
【００７０】
これにより、外部充電時に、車両駆動力に相当する電力を伝達するために比較的大容量であるリレー１５０Ｃをオフしても、メインバッテリ１０の充電および、補機負荷系への電力供給が可能となる。すなわち、外部充電時に、リレー１５０Ｃをオフ可能であるので、充電効率を向上することができる。
【００７１】
一方、リレー１５０Ｄは、ユーザによって電気システムが起動されていないときには、オフされる一方で、電気システムが起動される（ＩＧ−ＯＮ）の場合にはオンされる。これにより、ユーザにより電気システムが起動された場合には、ＡＣコンセント１２０から交流電力を出力することが可能である。外部充電時には、リレー１５０Ａ，１５０Ｄの両方がオンされるため、基本的には、メインバッテリ１０からの電力を用いることなく、外部電源４００からの供給された交流電圧ＶａｃをＡＣコンセント１２０から出力することができるようになる。この面からも、外部充電時にはメインバッテリ１０を速やかに充電できる。
【００７２】
外部充電時には、制御装置５は、電気システム全体を起動することなく、外部充電に必要なＥＣＵおよび機器のみの電源をオンする。具体的には、電池ＥＣＵ１５、電力変換器１１０およびＤＣ／ＤＣコンバータ６０の電源がオンされる一方で、その他の機器については基本的にオフされる。外部充電に必要最小限の機器のみを作動させることにより、外部充電の効率がさらに向上する。
【００７３】
なお、外部充電時であっても、ユーザによりイグニッションスイッチが操作されて電気システムが起動された場合（ＩＧ−ＯＮ）には、各ＥＣＵおよび各機器の電源がオンされる。
【００７４】
ここで、図１の構成において、上述のように、リレー１５０Ａ〜１５０Ｄは、「第１の開閉器」〜「第４の開閉器」にそれぞれ対応する。また、電源配線１５１〜１５３は、「第１の配線」〜「第３の配線」にそれぞれ対応する。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、「補機用電力変換器」に対応し、補機バッテリ７０は、「補機用蓄電装置」に対応する。
【００７５】
次に、図４および図５を用いて、図１に示した電動車両の電気システムにおける外部充電時のリレー制御動作について説明する。図４および図５に示した制御動作は、たとえば、制御装置５が予め記憶されたプログラムを実行することによって実現される。
【００７６】
図４には、リレー１５０Ａ〜１５０Ｃの制御に関連する処理手順が示される。
図４を参照して、制御装置５は、ステップＳ１００により、充電コネクタ１０５に外部電源４００が接続されているかどうかを判定する。たとえば、充電ケーブル２００には、外部電源４００から電力が供給されていることを示す電気信号を出力する回路が設けられる。そして、充電ケーブル２００が充電コネクタ１０５に接続されたときに、当該回路からの上記電気信号が制御装置５に伝達されるように構成することによって、ステップＳ１００による判定を当該電気信号の有無に基づいて実行することができる。
【００７７】
制御装置５は、外部電源４００が充電コネクタ１０５に接続されると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、外部充電時であることを認識して、ステップＳ１１０に処理を進める。制御装置５は、ステップＳ１１０では、外部充電に必要最小限である、電池ＥＣＵ１５、外部充電用の電力変換器１１０、およびＤＣ／ＤＣコンバータ６０を起動する。
【００７８】
さらに、制御装置５は、ステップＳ１２０により、リレー１５０Ａ，１５０Ｂをオンする一方で、リレー１５０Ｃをオフする。そして、ステップＳ１３０では、リレー１５０Ａ，１５０Ｂのオンによって形成された通電経路により、外部電源４００からの交流電圧Ｖａｃを、メインバッテリ１０を充電するための直流電圧Ｖｄｃに変換するように電力変換器１１０を制御することによって外部充電が実行される。
【００７９】
制御装置５は、外部充電の実行時にはステップＳ１４０に処理を進めて、補機バッテリ７０の充電が完了したかどうかを判定する。そして、補機バッテリ７０の充電が完了すると（Ｓ１４０のＹＥＳ判定時）、制御装置５は、ステップＳ１５０に処理を進めて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を停止する。これにより、補機バッテリ７０の充電の完了後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０によって無用な電力が消費されることを回避できる。
【００８０】
一方、補機バッテリ７０の充電が未完了であるとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１５０の処理はスキップされて、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０の作動が維持される。
【００８１】
制御装置５は、さらにステップＳ１６０により、メインバッテリ１０の充電が完了したかどうかを判定する。たとえば、電池ＥＣＵによって管理されるメインバッテリ１０のＳＯＣに基づいて、ステップＳ１６０の判定を実行できる。制御装置５は、メインバッテリの充電完了時（Ｓ１６０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ１７０に処理を進めてリレー１５０Ｂをオフする。これにより、メインバッテリ１０の充電が完了すると、リレー１５０Ｂをオフして、不要となった充電経路を維持することによってリレー１５０Ｂが無用な電力が消費することを回避できる。
【００８２】
このとき、制御装置５は、ステップＳ１８０により、リレー１５０Ｄがオンされているときには、リレー１５０Ｂのオフ後であっても、リレー１５０Ａおよびリレー１５０Ｄを経由することによって外部電源４００からの電力をＡＣコンセント１２０より出力することができる。
【００８３】
一方、メインバッテリ１０の充電が未完了であるとき（Ｓ１４０のＮＯ判定時）には、ステップＳ１３０に処理が戻されて、外部充電が継続される。すなわち、充電コネクタ１０５に外部電源が接続されている外部充電時には、ステップＳ１２０によるリレー１５０Ｂのオンは、メインバッテリ１０の充電が完了するまで維持される。また、ステップＳ１１０で起動されたＤＣ／ＤＣコンバータ６０は、補機バッテリ７０の充電が完了するまで動作する。
【００８４】
図５には、リレー１５０Ｄの制御に関する制御装置５の処理手順が示される。
図５を参照して、制御装置５は、外部充電時（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２００によりユーザによりイグニッションスイッチ（ＩＧ）がオンされているかどうかを判定する。
【００８５】
制御装置５は、ＩＧがオフされている場合には、制御装置５は、外部充電のみを実行するために、ステップＳ２４０により、リレー１５０Ｄをオフする。さらに、オーディオ等の補機類への電源もオフすることによって、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０により補機バッテリ７０を速やかに充電できる。また、補機負荷系の消費電力を抑制して、外部充電を高効率で実行できる。
【００８６】
一方、ＩＧがオン、すなわち、電気システムが起動されている場合（Ｓ２００のＹＥＳ判定時）には、制御装置５は、ステップＳ２１０により、リレー１５０Ｄをオンするとともに、各ＥＣＵおよび各補機類の電源をオンする。さらに、制御装置５は、ステップＳ２２０に処理を進めて、外部電源４００が停電しているか否かを判定する。たとえば、充電コネクタ１０５等にゼロクロス検出器（図示せず）を設けることによって、ステップＳ２２０の判定が実行できる。
【００８７】
そして、制御装置５は、外部電源４００の停電時（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）には、ステップＳ２３０に処理を進めて、メインバッテリ１０からの直流電力を、電力変換器１１０によって、系統電源と同等の交流電力に変換するように制御指示を発生する。これにより、電源配線１５２に出力された交流電圧Ｖａｃが、リレー１５０Ｄを介してＡＣコンセント１２０から出力されるようになる。
【００８８】
一方、外部電源が停電していないとき（Ｓ２２０のＮＯ判定時）には、ステップＳ２２０はスキップされて、電力変換器１１０によるＤＣ／ＡＣ変換動作は非実行とされる。そして、ＡＣコンセント１２０からは、メインバッテリ１０の電力を消耗することなく、リレー１５０Ａおよび１５０Ｂのオンによって外部電源４００からの交流電力が出力される。
【００８９】
このように、ユーザによる電気システムの起動有無（ＩＧオン／オフ）に従って、ＡＣコンセント１２０からの交流電力の出力を実行／停止することが可能となる。
【００９０】
以上説明したように、本発明の実施の形態１による電動車両の電気システムによれば、外部充電時には、車両駆動力発生用電動機（モータジェネレータ３０）へ通電経路を形成する大容量のリレー１５０Ｃをオフしたままで、リレー１５０Ａおよび１５０Ｂのオンによって、外部電源４００からの供給電力によってメインバッテリ１０を充電する経路を形成するとともに、補機負荷系が接続された電源配線１５３に電力を供給できる。したがって、外部充電時において、補機負荷系の動作を確保した上で、リレー（開閉器）の消費電力を抑制することによって充電効率を高めることができる。
【００９１】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２による電動車両の電気システムの構成を示すブロック図である。
【００９２】
図６を図１と比較して、実施の形態２による電動車両の電気システムでは、複数個のメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）が設けられる点が、実施の形態１と異なる。ここで、ｎは２以上の整数である。電池ＥＣＵについても、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）の残存容量をそれぞれ管理するために、電池ＥＣＵ１５（１）〜１５（ｎ）が別個に設けられる。
【００９３】
メインバッテリ１０が複数個設けられる構成では、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）と電源配線１５３との間には、別個のリレー１５０Ｃ（１）〜１５０Ｃ（ｎ）がそれぞれ配置されて、オンオフはそれぞれ独立に制御される。リレー１５０Ｃ（１）〜１５０Ｃ（ｎ）の各々は、基本的には電気システムの起動時にオンされる。
【００９４】
電力変換器１１０とメインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）との間についても、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）にそれぞれ対応するリレー１５０Ｂ（１）〜１５０Ｂ（ｎ）が別個に設けられる。リレー１５０Ｂ（１）〜１５０Ｂ（ｎ）のオンオフについても、それぞれ独立に制御される。
【００９５】
電力変換器１１０は、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）のそれぞれに対応して、図２に示したノードＮ３，Ｎ４を別個独立に有する。たとえば、図２に示す構成において、メインバッテリ１０の個数に合せて、トランス１１５の二次側（ブリッジ回路１１６側）巻線およびブリッジ回路１１６を、ｎ個並列に配置することによって、図６に示した構成が実現できる。この場合には、ｎ個のブリッジ回路１１６を独立にスイッチング制御することにより、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）のそれぞれに対応する直流電圧Ｖｄｃを独立に制御することが可能となる。
【００９６】
これにより、電源配線１５１についても、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）ごとに独立に配置される。ＤＣ／ＤＣコンバータ６０、空調機器６５、補機バッテリ７０および補機負荷８０を含む補機負荷系は、これらｎ個の電源配線１５１の少なくとも１つと接続される。
【００９７】
次に、図６の電気システムにおける、複数個配置されるリレー１５０Ｂ，１５０Ｃのオンオフ制御について説明する。
【００９８】
外部充電時には、リレー１５０Ｂ（１）〜１５０Ｂ（ｎ）の各々がオンされた後、メインバッテリ１０（１）から１０（ｎ）の充電状態に応じて、すなわち、図４のステップＳ１６０，Ｓ１７０をメインバッテリ１０毎に独立に実行する態様にて、リレー１５０Ｂ（１）〜１５０Ｂ（ｎ）のオフが独立に制御される。ただし、補機負荷系と接続された電源配線１５１に対応するリレー１５０Ｂについては、対応のメインバッテリ１０の充電が完了した場合にも、少なくとも補機バッテリ７０の充電が完了するまではオンに維持する必要がある。
【００９９】
リレー１５０Ｃ（１）〜１５０Ｃ（ｎ）の各々は、実施の形態１でのリレー１５０Ｃと同様に制御される。
【０１００】
一方、車両走行時には、リレー１５０Ｃ（１）〜１５０Ｃ（ｎ）の各々がオンされる一方で、リレー１５０Ｂ（１）〜１５０Ｂ（ｎ）については全数をオンする必要はなく、基本的には、補機負荷系と接続された電源配線１５１に対応するリレー１５０Ｂのみがオンされる。なお、複数個の電源配線１５１が補機負荷系と接続される場合には、対応する複数個のリレー１５０（Ｂ）のオンオフを、対応のメインバッテリ１０の状態（ＳＯＣ等）に応じて切換えてもよい。
【０１０１】
また、ＡＣコンセント１２０からの出力電力を供給するために、メインバッテリ１０（１）〜１０（ｎ）のうちの残存容量（ＳＯＣ）が大きい一部のバッテリに限定して、リレー１５０Ｂをオンする構成としてもよい。
【０１０２】
なお、車両走行時および外部充電時を通じて、異常が発生したメインバッテリ１０（ｉ）については、対応のリレー１５０Ｂ（ｉ）および１５０Ｃ（ｉ）をオフすることによって、電気システムから当該メインバッテリを切り離すことが可能となる。
【０１０３】
その他の部分の電気システム構成および制御については、実施の形態１と同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【０１０４】
このように実施の形態２による電動車両の電気システムによれば、実施の形態１による電動車両の電気システムと同様の効果を、メインバッテリが複数個並列に配置された構成で享受することができる。
【０１０５】
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３による電動車両の電気システムの構成を示すブロック図である。
【０１０６】
図７を図１と比較して、実施の形態３による電動車両の電気システムでは、実施の形態１の構成と比較して、電源配線１５１，１５３の間を電気的に接続するための、「第４の配線」に対応する電源配線１５４がさらに配置される点で異なる。その他の構成および各リレーの制御については、図１に示したのと同様であるので詳細な説明は繰返さない。
【０１０７】
電源配線１５４が非配置である図１の電気システムの構成では、車両走行中にリレー１５０Ｂがオフ故障すると、電源配線１５１に接続された補機系負荷に対する電力供給経路が遮断される。また、メインバッテリ１０に異常が発生して、リレー１５０Ｂ，１５０Ｃをオフする必要が生じた場合も同様である。
【０１０８】
これらの場合には、電動車両１００の退避走行を行うこととなるが、上記のように補機バッテリ７０への給電経路を確保できないため、補機バッテリ７０の電圧低下によって各ＥＣＵへの電源供給が不十分となることによって、退避走行距離の確保に問題が生じることが懸念される。
【０１０９】
これに対して、図７に示された実施の形態３による電気システムの構成では、電源配線１５４を設けることによって、リレー１５０Ｂをオフしても、リレー１５０Ｃを介したメインバッテリ１０からの電力によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を含む補機負荷系への電力供給が可能となる。これにより、通常の車両走行時には、リレー１５０Ｂを常にオフできるので、リレーによる消費電力を低減して、燃費向上を図ることも可能となる。
【０１１０】
また、車両走行中に、メインバッテリ１０に異常が発生してリレー１５０Ｂ，１５０Ｃをオフしても、車両走行中にリレー１５０Ｂがオフ故障しても、モータジェネレータ３０からの回生電力によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ６０を含む補機負荷系への電力供給が可能となる。したがって、図１の構成と比較して、退避走行距離を相対的に長く確保できることが期待される。
【０１１１】
なお、図７の構成では、外部充電の終了時には、平滑コンデンサ２２に電荷が蓄積される。したがって、外部電源の終了（たとえば、充電ケーブル２００の切り離し）に応答して、ＭＧ−ＥＣＵ２５を一時的に起動して、平滑コンデンサ２２の蓄積電力を、ＰＣＵ２０およびモータジェネレータ３０によって無効電力として消費するように、ＰＣＵ２０を動作させることが好ましい。たとえば、モータジェネレータ３０の出力トルクが零となるように制御して、モータジェネレータ３０のコイル巻線に電流を通過させることで、平滑コンデンサ２２の蓄積電力を消費できる。
【０１１２】
［実施の形態３の変形例］
図８は、本発明の実施の形態３の変形例による電動車両の電気システム構成を説明するブロック図である。
【０１１３】
図８を図１と参照して、実施の形態３の変形例による電動車両の電気システムでは、補機バッテリ７０を充電するための太陽電池５００がさらに設けられる点が、実施の形態１と異なる。
【０１１４】
太陽電池５００は、電動車両１００のルーフ等の日光を受光可能な箇所に設置されて、受光量に応じて発電する。このようにすると、補機バッテリ７０の充電電力を確保できるので、退避走行時を含めて、補機バッテリ７０により動作電力を供給される補機負荷８０（各ＥＣＵを含む）の動作期間を確保することができる。また、外部充電時には、リレー１５０Ｂのオン期間を短縮することによって充電効率を高めることも期待できる。
【０１１５】
なお、図７および図８の構成を組合わせて、図１の構成に対して、電源配線１５４および太陽電池５００の両方を付加することも可能である。あるいは、メインバッテリ１０が複数個配置された図６の構成に対して、図７、図８に示した構成に従って電源配線１５４および／または太陽電池５００を付加する構成とすることも可能である。
【０１１６】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の形態１による電動車両の電気システム構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示された電力変換器の構成例を示す回路図である。
【図３】図１に示した電動車両の電気システムにおける各リレーのオンオフ制御を説明する図表である。
【図４】図１に示した電動車両の電気システムにおける外部充電時のリレー制御動作を説明する第１のフローチャートである。
【図５】図１に示した電動車両の電気システムにおける外部充電時のリレー制御動作を説明する第２のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２による電動車両の電気システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態３による電動車両の電気システム構成を説明するブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３の変形例による電動車両の電気システム構成を説明するブロック図である。
【符号の説明】
【０１１８】
５  制御装置、１０，１０（１）〜１０（ｎ）  メインバッテリ、１５，１５（１）〜１５（ｎ）  電池ＥＣＵ、２２  平滑コンデンサ、２５  ＭＧ−ＥＣＵ、３０  モータジェネレータ、４０  動力伝達ギア、５０  駆動輪、６０  ＤＣ／ＤＣコンバータ、６５  空調機器、７０  補機バッテリ、８０  補機負荷、１００  電動車両、１０５  充電コネクタ、１１０  電力変換器、１１２，１１４，１１６  ブリッジ回路、１１５  トランス
、１１７，１１８  電源配線、１２０  ＡＣコンセント（車内）、１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｂ（１）〜１５０Ｂ（ｎ），１５０Ｃ，１５０Ｃ（１）〜１５０Ｃ（ｎ），１５０Ｄ  リレー、１５１〜１５４  電源配線、２００  充電ケーブル、２０５  充電コネクタ、２１０  充電プラグ、４００  外部電源、４０５  コンセント、５００  太陽電池、Ｃ１  平滑コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２  リアクトル、Ｎ１，Ｎ２  ノード（ＡＣ側）、Ｎ３，Ｎ４  ノード（ＤＣ側）、Ｖａｃ  交流電圧、Ｖｄｃ  直流電圧。
【要約】
【課題】外部電源によって充電可能な蓄電装置を搭載した電動車両において、外部充電時に充電効率向上および補機負荷系の動作確保を両方する。
【解決手段】外部充電４００によるメインバッテリ１０の充電経路は、リレー１５０Ａ，１５０Ｂのオンにより形成される。この充電経路はリレー１５０Ｃのオンにより形成される、車両駆動力発生用のモータジェネレータ３０およびメインバッテリ１０の間の通電経路から独立するように設けられる。さらに、補機バッテリ７０を含む補機負荷系は、リレー１５０Ｃをオフしても動作可能なように、上記通電経路に接続されるのではなく、リレー１５０Ｂおよび電力変換器１１０の間の電源配線１５１から動作電力を供給される。
【選択図】図１【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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