JP2011147308A

JP2011147308A - バッテリの充電システム

Info

Publication number: JP2011147308A
Application number: JP2010008048A
Authority: JP
Inventors: Shinji Ichikawa; 真士市川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-01-18
Filing date: 2010-01-18
Publication date: 2011-07-28

Abstract

【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】充電システム４００は、複数の充電器４１０，４２０，４３０と、リレー４４０とを備える。リレー４４０は、バッテリ１１４，１１６，１１８を充電する場合、第１接続モードと第２接続モードとのいずれか一方のモードで、充電器４１０，４２０，４３０とバッテリ１１４，１１６，１１８とを接続する。第１接続モードにおいては、各充電器４１０，４２０，４３０と各バッテリ１１４，１１６，１１８とが接続される。第２接続モードにおいては、複数の充電器４１０，４２０，４３０が、１つのバッテリ１１４に接続される。
【選択図】図６

Description

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。

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。

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。

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。

特開平９−２３３７１０号公報

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。

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。

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。

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。充電システムは、電力を出力する複数の充電器と、バッテリを充電する場合、各充電器から出力された電力を別々のバッテリに供給するように各充電器と各バッテリとが接続される第１のモードと、各充電器から出力された電力を複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリに供給するように複数の充電器と複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリとが接続される第２のモードとのいずれか一方のモードで、充電器とバッテリとを接続する接続機構とを備える。

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、各充電器から出力された電力を別々のバッテリに供給するように各充電器と各バッテリとが接続される。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、各充電器から出力された電力を複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリに供給するように複数の充電器と複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリとが接続される。これにより、複数のバッテリを同時に急速充電することはできないが、充電システムに入力される電力を大きくせずに１つのバッテリに供給される電力を大き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。

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、複数の充電器のうちの一部の充電器は、バッテリの充電が停止された状態においてバッテリを放電する。

この構成によると、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おいて、バッテリを電源として用いることができる。

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、接続機構は、バッテリの充電が停止された状態において、一部の充電器に各バッテリを接続する。

この構成によると、複数の充電器のうちの一部の充電器だけがバッテリの放電機能を有していても、複数のバッテリの全てを放電することができる。

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１の発明の構成に加え、第１のモードにおいて、各充電器は出力電圧を一定にする。第２のモードにおいて、複数の充電器のうちのいずれか１つの充電器は出力電圧を一定にし、他の充電器は出力電流を一定にする。

この構成によると、各充電器から出力された電力を別々のバッテリに供給するように各充電器と各バッテリとが接続される場合には、各充電器が、一定の電圧で各バッテリを充電する。各充電器から出力された電力を複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリに供給するように複数の充電器と複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリとが接続される場合には、複数の充電器のうちのいずれか１つの充電器だけが一定の電圧でバッテリを充電する。他の充電器は一定の電流でバッテリを充電する。これにより、複数の充電器の出力電圧によってバッテリの電圧を定めずに、１つの充電器の出力電圧によってバッテリの電圧を定めることができる。そのため、１つの充電器だけがバッテリの電圧を制御するようにすることができる。その結果、バッテリの電圧の安定性を確保することができる。

電気自動車を示す概略構成図である。電気自動車の電気システムを示す図である。バッテリ交換ステーションを示す図である。充電システムを示す図（その１）である。充電システムを示す図（その２）である。第２接続モードを示す図（その１）である。バッテリを放電するときの充電器とバッテリとの接続関係を示す図である。バッテリを充電するときの制御構造を示すフローチャートである。バッテリを放電するときの制御構造を示すフローチャートである。第１接続モードを示す図である。第２接続モードを示す図（その２）である。放電機能を有する充電器に１つのバッテリのみを接続した状態を示す図である。放電機能を有する充電器に２つのバッテリを接続した状態を示す図である。放電機能を有する充電器に３つのバッテリを接続した状態を示す図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、充電器４１０，４２０，４３０と、リレー４４０とを備える。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。また、リレー４４０の数および構成は、図示するものに限定されない。

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。

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。

ＤＣ／ＤＣコンバータが充電器４１０，４２０，４３０として用いられる。複数の充電器４１０，４２０，４３０のうちの一部のみが、双方向インバータである。より具体的には、３つの充電器４１０，４２０，４３０のうち、充電器４１０のみが双方向インバータである。したがって、複数の充電器４１０，４２０，４３０のうちの一部の充電器は、バッテリ１１４，１１６，１１８の充電が停止された状態においてバッテリ１１４，１１６，１１８を放電する。より具体的には、３つの充電器４１０，４２０，４３０のうち、充電器４１０のみが、バッテリ１１４，１１６，１１８の充電が停止された状態においてバッテリ１１４，１１６，１１８を放電する。

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。

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。

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。

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。

充電器４２０は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４２２と、絶縁トランス４２４と、整流回路４２６とを含む。

ＤＣ／ＡＣ変換回路４２２は、単相ブリッジ回路から成る。ＤＣ／ＡＣ変換回路４２２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。

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４２２および整流回路４２６に接続される。絶縁トランス４２４は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４２２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整流回路４２６へ出力する。整流回路４２６は、絶縁トランス４２４から出力される交流電力を直流電力に整流する。

充電器４２０と同様に、充電器４３０は、ＤＣ／ＡＣ変換回路４３２と、絶縁トランス４３４と、整流回路４３６とを含む。なお、これらの機能は充電器４２０と同じであるため、ここではそれらの詳細な説明は繰返さない。

リレー４４０は、バッテリ１１４，１１６，１１８を充電する場合、第１接続モードと第２接続モードとのいずれか一方のモードで、充電器４１０，４２０，４３０とバッテリ１１４，１１６，１１８とを接続する。

第１接続モードにおいては、図４および５に示すように、各充電器４１０，４２０，４３０から出力された電力を別々のバッテリ１１４，１１６，１１８に供給するように各充電器４１０，４２０，４３０と各バッテリ１１４，１１６，１１８とが接続される。

より具体的には、充電器４１０に、バッテリ１１４が接続される。充電器４２０に、バッテリ１１６が接続される。充電器４３０に、バッテリ１１８が接続される。

第２接続モードにおいては、図６に示すように、各充電器４１０，４２０，４３０から出力された電力を複数のバッテリ１１４，１１６，１１８のうちのいずれか１つのバッテリに供給するように複数の充電器４１０，４２０，４３０と複数のバッテリ１１４，１１６，１１８のうちのいずれか１つのバッテリとが接続される。本実施の形態においては、複数の充電器４１０，４２０，４３０が、１つのバッテリ１１４に接続される。

また、リレー４４０は、バッテリ１１４，１１６，１１８の充電が停止された状態において、バッテリ１１４，１１６，１１８を放電する場合、複数の充電器４１０，４２０，４３０のうちの一部の充電器に各バッテリ１１４，１１６，１１８を接続する。本実施の形態においては、図７に示すように、３つの充電器４１０，４２０，４３０のうち、充電器４１０だけに各バッテリ１１４，１１６，１１８が接続される。

図５に戻って、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。

図８および９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。

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。

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。

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。

Ｓ１０４にて、第１接続モードで各充電器４１０，４２０，４３０と各バッテリ１１４，１１６，１１８とが接続される。すなわち、各充電器４１０，４２０，４３０から出力された電力を別々のバッテリ１１４，１１６，１１８に供給するように各充電器４１０，４２０，４３０と各バッテリ１１４，１１６，１１８とが接続される。

Ｓ１０６にて、各バッテリ１１４，１１６，１１８を充電するように、各充電器４１０，４２０，４３０が制御される。各充電器４１０，４２０，４３０は、バッテリ１１４，１１６，１１８の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が上限電圧より低い場合には出力電流を一定にし、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が上限電圧以上である場合に出力電圧を一定にすることによって、バッテリ１１４，１１６，１１８を充電する。すなわち、各充電器４１０，４２０，４３０は、第１接続モードにおいて、出力電圧を一定にする。

Ｓ１１０にて、第２接続モードで複数の充電器４１０，４２０，４３０と複数のバッテリ１１４，１１６，１１８のうちのいずれか１つのバッテリとが接続される。すなわち、各充電器４１０，４２０，４３０から出力された電力を複数のバッテリ１１４，１１６，１１８のうちのバッテリ１１４のみに供給するように、複数の充電器４１０，４２０，４３０が、バッテリ１１４に接続される。

Ｓ１１２にて、バッテリ１１４のみを充電するように、各充電器４１０，４２０，４３０が制御される。充電器４１０は、バッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧より低い場合には出力電流を一定にし、電圧Ｖ１が上限電圧以上である場合に出力電圧を一定にする。充電器４２０，４３０は、出力電流Ｉ２，Ｉ３を一定にする。したがって、バッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上である場合には、第２接続モードにおいて、複数の充電器４１０，４２０，４３０のうちのいずれか１つの充電器４１０は出力電圧を一定にし、他の充電器４２０，４３０は出力電流を一定にする。

Ｓ１１４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（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６に移される。もしそうでないと（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１１４に戻される。

Ｓ１１６にて、充電器４１０の出力電流Ｉ１が予め定められた値以下であるか否かが判断される。充電器４１０の出力電流Ｉ１が予め定められた値以下であると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでないと（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１１６に戻される。

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）、この処理は終了する。

Ｓ２０２にて、充電器４１０にバッテリ１１４だけが接続される。Ｓ２０４にて、バッテリ１１４から放電するように充電器４１０が制御される。なお、充電器４１０によってバッテリ１１４から放電された電力は、たとえばＡＣ／ＤＣ変換回路４０２により交流電力に変換された後、充電システム４００に接続された電気機器に供給される。

Ｓ２０６にて、バッテリ１１４の放電が完了したか否かが判断される。たとえば、バッテリ１１４の電圧Ｖ１がしきい値以下になると、バッテリ１１４の放電が完了したと判断される。バッテリ１１４の放電が完了した場合（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、処理はＳ２０８に移される。もしそうでないと（Ｓ２０６にてＮＯ）、処理はＳ２０６に戻される。

Ｓ２０８にて、充電器４１０に別のバッテリ１１６が接続される。Ｓ２１０にて、バッテリ１１６から放電するように充電器４１０が制御される。なお、充電器４１０によってバッテリ１１６から放電された電力は、たとえばＡＣ／ＤＣ変換回路４０２により交流電力に変換された後、充電システム４００に接続された電気機器に供給される。

Ｓ２１２にて、バッテリ１１６の放電が完了したか否かが判断される。たとえば、バッテリ１１６の電圧Ｖ２がしきい値以下になると、バッテリ１１６の放電が完了したと判断される。バッテリ１１６の放電が完了した場合（Ｓ２１２にてＹＥＳ）、処理はＳ２１４に移される。もしそうでないと（Ｓ２１２にてＮＯ）、処理はＳ２１２に戻される。

Ｓ２１４にて、充電器４１０に別のバッテリ１１８が接続される。Ｓ２１６にて、バッテリ１１８から放電するように充電器４１０が制御される。なお、充電器４１０によってバッテリ１１８から放電された電力は、たとえばＡＣ／ＤＣ変換回路４０２により交流電力に変換された後、充電システム４００に接続された電気機器に供給される。

Ｓ２１８にて、バッテリ１１８の放電が完了したか否かが判断される。たとえば、バッテリ１１８の電圧Ｖ３がしきい値以下になると、バッテリ１１８の放電が完了したと判断される。バッテリ１１８の放電が完了した場合（Ｓ２１８にてＹＥＳ）、この処理は終了する。もしそうでないと（Ｓ２１８にてＮＯ）、処理はＳ２１８に戻される。

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。

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１０に示すように、第１接続モードで各充電器４１０，４２０，４３０と各バッテリ１１４，１１６，１１８とが接続される（Ｓ１０４）。この場合、各充電器４１０，４２０，４３０が各バッテリ１１４，１１６，１１８を充電する（Ｓ１０６）。各充電器４１０，４２０，４３０は、バッテリ１１４，１１６，１１８の電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が上限電圧より低い場合には出力電流を一定にし、電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が上限電圧以上である場合に出力電圧を一定にすることによって、バッテリ１１４，１１６，１１８を充電する。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。

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１１に示すように、第２接続モードで複数の充電器４１０，４２０，４３０と複数のバッテリ１１４，１１６，１１８のうちのいずれか１つのバッテリとが接続される（Ｓ１１０）。本実施の形態においては、複数の充電器４１０，４２０，４３０が、バッテリ１１４のみに接続される。この場合、バッテリ１１４のみを充電するように、各充電器４１０，４２０，４３０が制御される（Ｓ１１２）。

これにより、複数の充電器４１０，４２０，４３０から出力された電力を１つのバッテリ１１４に供給することができる。そのため、充電システム４００に入力される電力を大きくせずに１つのバッテリ１１４に供給される電力を大きくすることができる。

バッテリ１１４の電圧Ｖ１が上限電圧以上であると（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、充電器４１０は、出力電圧を一定にする。この状態で、充電器４１０の出力電流Ｉ１が予め定められた値以下であると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、バッテリ１１４が満充電されたと考えられる。

よって、第１接続モードで各充電器４１０，４２０，４３０と各バッテリ１１４，１１６，１１８とが接続され（Ｓ１０４）、他のバッテリ１１６，１１８が充電される（Ｓ１０６）。

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。

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）、図１２に示すように、充電器４１０にバッテリ１１４だけが接続される（Ｓ２０２）。

前述したように、充電器４１０は、バッテリを放電する機能を有する。よって、バッテリ１１４から放電するように充電器４１０が制御される（Ｓ２０４）。これにより、バッテリ１１４に蓄えられた電力を、たとえば充電システム４００に接続された電気機器に供給することができる。

バッテリ１１４の放電が完了した場合（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、図１３に示すように、充電器４１０にバッテリ１１６が接続される（Ｓ２０８）。さらに、バッテリ１１６から放電するように充電器４１０が制御される（Ｓ２１０）。

バッテリ１１６の放電が完了した場合（Ｓ２１２にてＹＥＳ）、図１４に示すように、充電器４１０にバッテリ１１８が接続される（Ｓ２１４）。さらに、バッテリ１１８から放電するように充電器４１０が制御される（Ｓ２１６）。バッテリ１１８の放電が完了した場合（Ｓ２１８にてＹＥＳ）、バッテリ１１４，１１６，１１８の放電が終了する。

より大きな電力を放電する必要がある場合は、バッテリ１１４，１１６，１１８を一つずつ放電する代わりに、前述した図７に示すように、充電器４１０に全てのバッテリ１１４，１１６，１１８を並列に接続し、３つのバッテリ１１４，１１６，１１８から同時に放電するようにしてもよい。

このように、複数の充電器４１０，４２０，４３０のうち、１つの充電器４１０のみがバッテリ１１４，１１６，１１８の放電機能を有する。したがって、他の充電器４２０，４３０の構成を簡素化することができる。よって、コストの増大を抑制することができる。なお、３つの充電器のうち２つの充電器が放電機能を有するようにしてもよい。

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。

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、４０２ＡＣ／ＤＣ変換回路、４１０，４２０，４３０充電器、４１２，４１６，４２２，４３２ＤＣ／ＡＣ変換回路、４１４，４２４，４３４絶縁トランス、４２６，４３６整流回路、４４０リレー、４５１，４５２，４５３電流センサ、４６１，４６２，４６３電圧センサ。

Claims

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、
電力を出力する複数の充電器と、
前記バッテリを充電する場合、各前記充電器から出力された電力を別々のバッテリに供給するように各充電器と各バッテリとが接続される第１のモードと、各充電器から出力された電力を前記複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリに供給するように前記複数の充電器と前記複数のバッテリのうちのいずれか１つのバッテリとが接続される第２のモードとのいずれか一方のモードで、前記充電器と前記バッテリとを接続する接続機構とを備える、バッテリの充電システム。
前記複数の充電器のうちの一部の充電器は、前記バッテリの充電が停止された状態において前記バッテリを放電する、請求項１に記載のバッテリの充電システム。
前記接続機構は、前記バッテリの充電が停止された状態において、前記一部の充電器に各前記バッテリを接続する、請求項２に記載のバッテリの充電システム。
前記第１のモードにおいて、各前記充電器は出力電圧を一定にし、
前記第２のモードにおいて、前記複数の充電器のうちのいずれか１つの充電器は出力電圧を一定にし、他の充電器は出力電流を一定にする、請求項１に記載のバッテリの充電システム。