JP6347453B2 - 電気自動車用充電制御システムおよび電気自動車 - Google Patents

Description

関連出願に対する相互参照
本願は、２０１３年１２月２６日に中華人民共和国国家知識産権局（State
Intellectual Property Office）に出願された中国特許出願第２０１３１０７３３６５５．５号、および２０１３年６月２８日に中華人民共和国国家知識産権局に出願された中国特許出願第２０１３１０２６９９５２．９号による優先権および利益を主張するものであり、これら出願の全容は参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、電気自動車に関し、更に詳しくは、電気自動車のための充電制御システム及び充電制御システムを含む電気自動車に関する。

現在、電気自動車の多くは大容量の二次電池を使用している。大容量の二次電池は電気自動車の航続性能を向上させる可能性はあるが、充電時間が長くかかる。高速充電が可能な充電ステーションはあるが、それはまだ高コストであり、また、大きな設置面積を要し、充電ステーション数を増やすことが難しい。更に、電気自動車には限られたスペースしかないため、その体積が制限された車載用二次電池は十分な充電容量を満たすことができない。

更に、従来、電気自動車の充電を行うためには専用の充電パイルが必要であり、外部グリッド用の異なる接続モードに合わせて充電システム用の異なる回路を構築することになり、ハードウエア・コストが増す。更に、現状の電気自動車用３相充電システムは、スター型の接続モードにのみ対応し、充電システムの汎用性を低下させている。

特開２０１２−１９１７９８号公報

本発明は、前述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、複数の課題、すなわち、大容量の二次電池の充電時間の短縮、及び、外部グリッドの異なる接続モードに対応可能な回路を具備した電気自動車のための充電制御システム及び充電制御システムを含む電気自動車を提供することである。

前述した課題を解決するための第１の発明は、電気自動車用充電制御システムであって、充放電ソケットと、電気自動車の二次電池の第１の端子に接続された第１のＤＣ端子、及び、二次電池の第２の端子に接続された第２のＤＣ端子を備える３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールと、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールのＡＣ端子と接続された第１の端子、及び、前記充放電ソケットと接続された第２の端子を備える充放電制御モジュールと、並列に接続された３つのインダクタ及び並列に接続された３つのフィルタリング・コンデンサからなり、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記ＡＣ端子と前記充放電制御モジュールの間に接続されたフィルタリング・モジュールと、前記充放電制御モジュールの第３の端子に接続された制御モジュールと、第１のコモンモード・コンデンサ及び第２のコモンモード・コンデンサと、を具備し、前記制御モジュールは、外部グリッドがアングル接続モードであり、且つ、前記電気自動車が充放電モードである場合に、前記充放電制御モジュールを作動するように制御し、前記フィルタリング・モジュール内のフィルタリング・コンデンサの接続中点を参照点として外部グリッドの出力電圧を検出し、前記外部グリッドが前記二次電池を充電するよう前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを前記外部グリッドの出力電圧に従って制御し、前記二次電池の前記第１の端子及び前記第２の端子間に、前記第１のコモンモード・コンデンサ及び第２のコモンモード・コンデンサは、直列に接続され、前記第１のコモンモード・コンデンサ及び前記第２のコモンモード・コンデンサ間のノードが接地され、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、第１〜第１２のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を具備し、前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第１のノードが前記第１のコンデンサ及び第２のコンデンサＣ２間に定義され、前記第１のＩＧＢＴと前記第２のＩＧＢＴは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第２のノードが前記第１のＩＧＢＴと前記第２のＩＧＢＴ間に定義され、前記第３のＩＧＢＴと前記第４のＩＧＢＴは、前記第１のノードと前記第２のノード間に直列に接続され、前記第５のＩＧＢＴと前記第６のＩＧＢＴは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第３のノードが前記第５のＩＧＢＴと前記第６のＩＧＢＴ間に定義され、前記第７のＩＧＢＴと前記第８のＩＧＢＴは、前記第１のノードと前記第３のノード間に直列に接続され、前記第９のＩＧＢＴと前記第１０のＩＧＢＴは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第４のノードが前記第９のＩＧＢＴと前記第１０のＩＧＢＴ間に定義され、且つ、前記第１１のＩＧＢＴと前記第１２のＩＧＢＴは、前記第１のノードと前記第４のノード間に直列に接続され、前記第２のノード、前記第３のノード、前記第４のノードは前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記ＡＣ端子を構成し、前記電気自動車用充電制御システムは、前記第１のノードと前記フィルタリング・モジュールの間に接続されたフィルタリング制御モジュールを更に具備し、前記制御モジュールは、前記電気自動車が駆動モードのとき、前記フィルタリング制御モジュールを切るよう制御し、前記第１のノードに接続されたフィルタリング制御モジュールの端子が参照点を形成することを特徴とする電気自動車用充電制御システムである。

第１の発明により、電気自動車用の充電制御システムは、複数の異なるグリッドシステムに適応可能になり、これにより電気自動車用充電システムの汎用性を効果的に改善し、電気自動車の利用可能性を向上することが可能になる。更に、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの採用により、コモンモード電圧が下がり、リーク電流が減少し、高調波が抑制される。更に、ＤＣ／ＤＣ電圧増減モジュールが不必要であり、高電力充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を改善し、充電時間を短縮できる。

本発明の第２の発明によると、電気自動車が提供される。電気自動車は、第２の発明の実施形態に係る充電制御システムを搭載する。

第２の発明によれば、電気自動車は、複数の異なるグリッドシステムに適応可能であり、電気自動車のための充電システムの汎用性を改善し、電気自動車の利用可能性が増す。更に、3レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの採用により、コモンモード電圧が下がり、リーク電流が減少し、高調波が抑制される。更に、ＤＣ／ＤＣ電圧増減モジュールが不必要であり、高電力充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を改善し、充電時間を短縮することが可能になる。

本発明の実施形態の更なる側面や利点は、以下の記述によってある程度与えられ、以下の記述によってある程度明白になり、あるいは本発明の実施形態の実践によって学ばれるであろう。

本発明の実施形態の様々な側面及び利点は、添付図面を参照する以下の記載から明白であり容易に理解される。その添付図面は以下のとおりである。
本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの構成図 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの回路図 本発明の実施形態に係る電気自動車用充電制御システムの回路図 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの構成図 本発明の実施形態に係る制御モジュールの構成図 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの機能決定処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムのモーター駆動制御機能を示す構成図 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの充放電機能開始決定処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの充電モード制御処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの電気自動車の充電終了制御処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態に係る電気自動車と電源供給装置の接続部の回路図 本発明の実施形態に係る電気自動車の充電制御処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態に係る充放電ソケットの構成図 本発明の実施形態に係るオフグリッド・オンロード放電プラグの構成図 本発明の実施形態に係る電気自動車の電力キャリア通信システムのブロック図 電力キャリア通信装置の構成を示すブロック図 ８つの電力キャリア通信装置と対応する制御装置間の通信を示す構成図 電力キャリア通信装置によるデータ受信方法の処理の流れを示すフローチャート 本発明の実施形態に係る電気自動車のモーター制御部と電気自動車の他の部分の接続部の構成図

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

本発明の実施形態を説明するための複数の図において、同一或いは同様の要素、及び、同一或いは同様の機能は当明細書内を通して同じ参照番号で示される。ここで図によって記述される実施形態は説明、例示であって、本発明を制限するものではない。

後述の記述では、複数の実施形態又は例示が本発明の異なる構造を実現する目的で提示される。本発明の掲載を簡単化するため、個々の実施形態の構成要素及び性質は単に説明的に記述されるが、本発明の範囲を制限するものではない。更に、本発明では、簡便性及び明確性を目的として参照番号及び又は文字を異なる実施形態において繰り返して使用するが、複数の実施形態及び又は性質の関係性を示すものではない。更に、実施形態の記述において、第１の特徴の“上位の”第２の特徴の構造は直接関係する第１及び第２の特徴によって構成される実施形態を含み、更に、第１の特徴と第２の特徴が直接関係していない場合でも第１及び第２の特徴間に構成される他の実施形態をも含む可能性がある。

本発明の記述において、特に指定限定がない限り、「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」という単語は、電子的接続または機械的接続、２つの要素相互間の通信、直接の接続、媒介による間接の接続等広く理解される。当業者ならば、特定の状況による本発明の特定の意味を了解可能と考える。

後述の記述及び図を参照することにより、本発明の様態が明確になるだろう。記述及び図において、幾つかの特定の実施形態が本発明に係る実施形態の原理の意味を示すために記述されるが、これによって本発明による実施形態の範囲は限定されない。一方、本発明の実施形態は、後述の請求項の精神及び本質の範囲にある変更、修正の全てを含む。

本発明の実施形態に係る電気自動車の充電制御システムは、次に説明される電気自動車の電源システム上に実装可能である。
本発明の実施形態係る電源システム及び同一の電源システムを備える電気自動車について、次に図を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの構成図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムは、二次電池１０、充放電ソケット２０、電気自動車用モーターＭ、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０、モーター制御スイッチ４０、充放電制御モジュール５０、及び、制御モジュール６０で構成される。

３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０は、二次電池１０の第１の端子に接続された第１のＤＣ端子ａ１、及び、二次電池１０の第２の端子に接続された第２のＤＣ端子ａ２を備える。３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０は、ＤＣ／ＡＣ変換を実現するよう構成される。モーター制御スイッチ４０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３に接続された第１の端子、及び、モーターＭと接続された第２の端子を備える。充放電制御モジュール５０は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３に接続された第１の端子、及び、充放電ソケット２０に接続された第２の端子を備える。制御モジュール６０は、それぞれ、モーター制御スイッチ４０及び充放電制御モジュール５０の第３の端子に接続され、モーター制御スイッチ４０及び充放電制御モジュール５０を電源システムの現行の動作モードに従って制御する。すなわち、車両は、駆動モードと充放電モードを切り替えることが可能である。

更に、本発明のいくつかの実施形態では、電源システムの現行の動作モードは駆動モード又は充放電モード含み得る。換言すれば、電気自動車の作業モードは、駆動モードおよび充放電モードを含んでもよい。充放電モードは、電気自動車が充電モードまたは放電モードのいずれかにあることを意味することに留意するべきである。

電源システムが駆動モードのとき、制御モジュール６０は、モーター制御スイッチ４０を制御して、モーターＭが正常に駆動するようスイッチをオンし、充放電制御モジュール５０を切るよう制御する。モーター制御スイッチ４０は、モーターへの２相入力に接続されモーターの制御を実現する２つのスイッチＫ３及びＫ４、又は１つのスイッチを更に備える可能性があることを注記しておく。その他の実施形態はこれについて詳細に説明しない。

電源システムが充放電モードのとき、制御モジュール６０は、モーターＭを停止するためにモーター制御スイッチ４０を切るよう制御し、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０が稼働するよう充放電制御モジュール５０を制御する。これによって外部電源によって二次電池１０を正常に充電することが可能になる。３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１と第２のＤＣ端子ａ２は、二次電池１０のＤＣバスの正極端子と負極端子にそれぞれ接続される。

図２は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの回路図である。図２に示すように、本発明の一実施形態では、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０は第１のコンデンサ（キャパシタ）Ｃ１、第２のコンデンサＣ２、及び、第１から第１２のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１〜１２を備える。

具体的には、第１及び第２のコンデンサＣ１、Ｃ２は直列に接続され、第１のコンデンサＣ１は、二次電池１０の第１の端子に接続された第１の端子と、第２のコンデンサＣ２の第１の端子に接続された第２の端子を備え、第２のコンデンサＣ２は、二次電池１０の第２の端子に接続された第２の端子を備え、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２間に第１のノードＪ１が定義される。
つまり、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に接続される。

第１のＩＧＢＴ１と第２のＩＧＢＴ２は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に直列に接続され、第２のノードＪ２が第１のＩＧＢＴ１と第２のＩＧＢＴ２間に定義される。
第３のＩＧＢＴ３と第４のＩＧＢＴ４は、第１のノードＪ１と第２のノードＪ２間に直列に接続される。
第５のＩＧＢＴ５と第６のＩＧＢＴ６は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に直列に接続され、第３のノードＪ３が第５のＩＧＢＴ５と第６のＩＧＢＴ６間に定義される。

第７のＩＧＢＴ７と第８のＩＧＢＴ８は、第１のノードＪ１と第３のノードＪ３間に直列に接続される。
第９のＩＧＢＴ９と第１０のＩＧＢＴ１０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に直列に接続され、第４のノードＪ４が第９のＩＧＢＴ９と第１０のＩＧＢＴ１０間に定義される。
第１１のＩＧＢＴ１１と第１２のＩＧＢＴ１２は、第１のノードＪ１と第４のノードＪ４間に直列に接続される。
第２のノードＪ２、第３のノードＪ３、第４のノードＪ４は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３を構成する。

図２に示すように、電気自動車用電源システムは、更に、第１のコモンモード・コンデンサＣ１１及び第２のコモンモード・コンデンサＣ１２を備える。第１、第２のコモンモード・コンデンサＣ１１、Ｃ１２は直列に接続され、二次電池１０の第１の端子及び第２の端子間に接続される。ここで、第１、第２のコモンモード・コンデンサの間のノードは接地される。

一般に、絶縁トランス無しのインバータとグリッドシステムではリーク電流は大きい。従来の２レベルのシステムと比較すると、本発明の実施形態による電源システムは３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを採用している点が異なる。３レベル制御を使用し、第１のコモンモード・コンデンサＣ１１と第２のコモンモード・コンデンサＣ１２を二次電池１０の第１の端子−第２の端子間に接続することにより、コモンモード電圧を理論上半分に下げることができ、制御系に一般的に存在する大きなリーク電流の問題を解決することが可能である。交流側のリーク電流も下げることが可能であり、様々な国の電気システムの要求を満たすことができる。

図２に示すように、本発明の一実施形態において、電気自動車用電源システムは更に、フィルタリング・モジュール７０、フィルタリング制御モジュール８０、及び、ＥＭＩ（電磁干渉：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｅ）フィルタ・モジュール９０を備える。

フィルタリング・モジュール７０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０と充放電制御モジュール５０の間に接続され、高調波を除去する。図２に示すように、フィルタリング・モジュール７０は、並列に接続されたインダクタＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、及び、並列に接続されたコンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６を備える。ここで、インダクタＬＡはコンデンサＣ６と、インダクタＬＢはコンデンサＣ５と、インダクタＬＣはコンデンサＣ４と直列に接続される。

図２に示すように、フィルタリング制御モジュール８０は、第１のノードＪ１とフィルタリング・モジュール７０の間に接続され、制御モジュール６０は、電源システムが駆動モードのとき、フィルタリング制御モジュール８０を切るよう制御する。フィルタリング制御モジュール８０は、例えばコンデンサ切替リレーで構成でき、コンタクタ（電磁接触器）Ｋ１０を備えてもよい。ＥＭＩフィルタリング・モジュール９０は、充放電ソケット２０と充放電制御モジュール５０の間に接続され、主に、伝導及び輻射の干渉をフィルタリングする。

図２におけるコンタクタＫ１０の位置は単なる例示であることを注記する。本発明の他の実施形態では、コンタクタＫ１０は、フィルタリング・モジュール７０をコンタクタＫ１０によって切る目的で別の位置に配置される可能性がある。例えば、本発明の他の実施形態では、コンタクタＫ１０は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０とフィルタリング・モジュール７０間に接続される。

図２に示すように、本発明の一実施形態では、充放電制御モジュール５０が３相スイッチＫ８及び／又は単相スイッチＫ７を更に備え、３相又は単相の充放電を実現する。

本発明の幾つかの実施形態では、電源システムが駆動モードのとき、制御モジュール６０は、モーター制御スイッチ４０をオンにするよう制御してモーターＭを正常に動作させ、充放電制御モジュール５０を切るよう制御する。これにより、二次電池１０からの直流電流が３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０により交流電流に変換され、交流電流がモーターＭに送られる。モーターＭは、回転変換復号技術（Ｒｅｖｏｌｖｉｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｄｅｃｏｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）によって、また、空間ベクトルパルス幅変調ＳＶＰＷＭ（Ｓｐａｃｅ Ｖｅｃｔｏｒ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御アルゴリズムによって制御可能である。

電源システムが充放電モードの場合、制御モジュール６０は、モーター制御スイッチ４０を切ってモーターＭを停止させるよう制御し、充放電制御モジュール５０をオンに制御し、３相交流又は単相電流等の外部電源が充放電ソケット２０を介して二次電池１０を正常に充電することを可能にする。

すなわち、充電接続信号、及び、ＡＣグリッド電源システムと車両電源管理情報を検出することにより、制御可能な整流機能が双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０を介して実行され、二次電池１０は、単相電源及び／又は３相電源によって充電可能になる。

本発明の実施形態に係る３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを採用した電気自動車用電源システムによれば、コモンモード電圧とリーク電流が削減される。更に、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の採用により、コモンモード電圧を低下させ、リーク電流を減少させるとともに、高調波が抑制される。更に、ＤＣ／ＤＣ電圧増減モジュールが不必要になり、高いパワー充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を向上し、充電時間を短縮できる。

例えば、駆動効率は９７％まで可能になり、充電時間は約１０分にまで短縮可能である。更に、本発明の実施形態に係る電源システムによれば、電気自動車は専用の充電パイルなしで充電可能であり、コストの削減、電気自動車の大衆化の促進が可能である。更に、電気自動車をＡＣ電気で直接充電可能であり、これは特に電気自動車の使用を促進し、電気自動車数の増加に寄与する。

次に、本発明の実施形態に係る電気自動車用充電制御システムについて説明する。
図３Ａは、本発明の実施形態に係る電気自動車用充電制御システムの回路図である。

図３Ａに示すように、一実施形態において、電気自動車用充電制御システムは、充放電ソケット２０、電気自動車用モーターＭ、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０、充放電制御モジュール５０、フィルタリング・モジュール７０、及び、制御モジュール６０で構成される。

具体的には、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０は、電気自動車の二次電池１０の第１の端子に接続された第１のＤＣ端子ａ１、及び、二次電池１０の第２の端子に接続された第２のＤＣ端子ａ２を備える。
充放電制御モジュール５０は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３と接続された第１の端子、及び、充放電ソケット２０と接続された第２の端子を備える。
フィルタリング・モジュール７０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３と充放電制御モジュール５０の間に接続される。

制御モジュール６０は、充放電制御モジュール５０の第３の端子に接続され、外部グリッド１００２がアングル接続モードで、且つ、電気自動車の現行の動作モードが充放電モードのとき、充放電制御モジュール５０をオンにするよう制御し、外部グリッド１００２の出力電圧をフィルタリング・モジュール内のフィルタリング・コンデンサの接続中点を参照点Ｆ１として（すなわち仮想サンプル点）検出し、外部グリッドの出力電圧に従って３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０を制御して、外部グリッドが二次電池１０を充電するよう制御する。

図３Ａに示すように、一実施形態において、充電制御システムは更に、充電装置１００１を備えてもよく、充電装置１００１は、外部グリッド１００２と充放電ソケット２０の間に接続される。ここで、充電装置１００１は充電パイルであってもよい。

図３Ａに示すように、充電制御システムは、更に、モーター制御スイッチ４０を備え、モーター制御スイッチ４０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３に接続された第１の端子、及び、電気自動車のモーターＭに接続された第２の端子を備える。
制御モジュール６０は、モーター制御スイッチ４０の第３の端子に接続され、電気自動車の現行の動作モードが充放電モードの場合、モーター制御スイッチ４０を切るよう制御するよう構成される。

具体的には、本発明の一実施形態では、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０は第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２、及び、第１〜第１２のＩＧＢＴ１〜１２を備える。

具体的には、第１及び第２のコンデンサＣ１、Ｃ２は直列に接続され、第１のコンデンサＣ１は、二次電池１０の第１の端子に接続された第１の端子と、第２のコンデンサＣ２の第１の端子に接続された第２の端子を備える。
第２のコンデンサＣ２は、二次電池１０の第２の端子に接続された第２の端子を備え、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２間に第１のノードＪ１が定義される。
つまり、第１のコンデンサＣ１と第２のコンデンサＣ２は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に接続される。

第１のＩＧＢＴ１と第２のＩＧＢＴ２は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に直列に接続され、第２のノードＪ２が第１のＩＧＢＴ１と第２のＩＧＢＴ２間に定義される。
第３のＩＧＢＴ３と第４のＩＧＢＴ４は、第１のノードＪ１と第２のノードＪ２間に直列に接続される。
第５のＩＧＢＴ５と第６のＩＧＢＴ６は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に直列に接続され、第３のノードＪ３が第５のＩＧＢＴ５と第６のＩＧＢＴ６間に定義される。

第７のＩＧＢＴ７と第８のＩＧＢＴ８は、第１のノードＪ１と第３のノードＪ３間に直列に接続される。
第９のＩＧＢＴ９と第１０のＩＧＢＴ１０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０の第１のＤＣ端子ａ１及び第２のＤＣ端子ａ２間に直列に接続され、第４のノードＪ４が第９のＩＧＢＴ９と第１０のＩＧＢＴ１０間に定義される。
第１１のＩＧＢＴ１１と第１２のＩＧＢＴ１２は、第１のノードＪ１と第４のノードＪ４間に直列に接続される。
第２のノードＪ２、第３のノードＪ３、第４のノードＪ４は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０のＡＣ端子ａ３を構成する。

図３Ａに示すように、一実施形態において、充電制御システムは、更に、第１のコモンモード・コンデンサＣ１１及び第２のコモンモード・コンデンサＣ１２を備える。第１、第２のコモンモード・コンデンサＣ１１、Ｃ１２は直列に接続され、二次電池１０の第１の端子及び第２の端子間に接続される。ここで、第１、第２のコモンモード・コンデンサ間のノードは接地される。

一般に、絶縁トランス無しのインバータとグリッドシステムではリーク電流は大きい。従来の２レベルのシステムと比較すると、本発明の実施形態による充電制御システムは３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを採用している。３レベル制御を使用し、第１のコモンモード・コンデンサＣ１１と第２のコモンモード・コンデンサＣ１２を二次電池１０の第１の端子‐第２の端子間に接続することにより、コモンモード電圧を理論上半分に下げることができ、制御系に一般的に存在する大きなリーク電流の問題を解決することが可能である。交流側のリーク電流も下げることが可能であり、様々な国の電気システムの要求を満たすことができる。

図３Ａに示すように、本発明の一実施形態において、充電制御システムは、更に、フィルタリング制御モジュール８０、ＥＭＩフィルタ・モジュール９０、及び、プリチャージ制御モジュール１００７を備える。

フィルタリング・モジュール７０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０と充放電制御モジュール５０間に接続され、高調波を除去する。図３Ａに示すように、フィルタリング・モジュール７０は、並列に接続されたインダクタＬＡ、ＬＢ、ＬＣ、及び、並列に接続されたコンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６を備える。ここで、インダクタＬＡはコンデンサＣ６と、インダクタＬＢはコンデンサＣ５と、インダクタＬＣはコンデンサＣ４と直列に接続される。

図３Ａに示すように、フィルタリング制御モジュール８０は、第１のノードＪ１とフィルタリング・モジュール７０の間に接続され、制御モジュール６０は、電源システムが駆動モードのとき、フィルタリング制御モジュール８０を切るよう制御する。フィルタリング制御モジュール８０のフィルタリング・モジュール７０と反対側の端子は第１のノードＪ１と接続され、参照点Ｆ１として機能する。フィルタ・モジュール８０は、例えばコンデンサ切替リレー等であり、コンタクタＫ１０を備えてもよい。

図３Ａに示すように、ＥＭＩフィルタリング・モジュール９０は、充放電ソケット２０と充放電制御モジュール５０の間に接続され、主に、伝導及び輻射の干渉をフィルタリングする。
プリチャージ制御モジュール１００７は、並列に充放電制御モジュール５０と接続され、フィルタリングモジュール７０内のコンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６を充電する機能を持つ。プリチャージ制御モジュール１００７は、並列に接続された３個のレジスタと３相コンタクタＫ９を備える。

車両が放電モードのとき、制御モジュール６０は、フィルタリング制御モジュール８０をオンに制御し、プリチャージ制御モジュール１００７を制御してフィルタリング・モジュール７０内のコンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６をコンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６の電圧までプリチャージする。このように、コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６が放電を実施するときに仮想参照点Ｆ１とする電圧があるので、制御モジュール６０は、参照点Ｆ１を介して充電装置１００１から出力電圧を検出することが可能になる。

図３Ａ内のコンタクタ１０の位置は単なる例示である。本発明の他の実施形態では、コンタクタＫ１０は、フィルタリング・モジュール７０をコンタクタＫ１０によって切る目的で別の位置に配置される可能性がある。例えば、本発明の別の実施形態では、コンタクタＫ１０は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０とフィルタリング・モジュール７０間に接続される。この場合、フィルタリング・コンデンサＣ４、Ｃ５、Ｃ６の接続中点が第１のノードＪ１に接続され、これにより、参照点Ｆ１は第１のノードＪ１となる。

本発明の一実施形態では、図３Ａに示すように、充放電制御モジュール５０が更に３相スイッチＫ８及び／又は単相スイッチＫ７をも備え、３相又は単相の充放電を実現する。

スター型接続モードの外部グリッド１００２が電気自動車の二次電池を充電パイルによって充電する場合、制御モジュール６０は、外部グリッド１００２の中性線を介して３相電圧を検出することが可能である。
しかし、アングル接続モードの外部グリッド１００２の場合、電気自動車の二次電池は中性線のない外部グリッド１００２によって充電することはできない。

本発明の実施形態に係る電気自動車用充電制御システムならば、参照点を提供することが可能である。図３Ａに示すように、参照点（すなわち、仮想参照点Ｆ１）はフィルタリング・モジュール７０のフィルタリング・コンデンサの接続中点である。
コンタクタＫ９とＫ１０がオンのとき、フィルタリング・コンデンサは交流電気によって充電される。フィルタリング・コンデンサが放電されると、仮想参照点Ｆ１に電圧が施される。
この場合、制御モジュール６０は仮想参照点Ｆ１によって３相電圧を検出し、識別と応答用のＤＳＰに検出した電圧を出力することが可能である。このように、電気自動車の二次電池を充電することが可能になる。

本発明の実施形態に係る電気自動車用充電制御システムは他のさまざまなグリッドシステムに適応可能であり、それによって電気自動車の充電システムの一般性を効果的に向上でき、また、電気自動車の利用可能性を広げることが可能である。更に、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを採用することにより、コモンモード電圧とリーク電流を減少させることができ、高調波も抑制される。更に、ＤＣ／ＤＣ電圧増減モジュールが必要なくなり、高いパワー充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を向上し、充電時間を短縮できる。

次に、第２の発明である電気自動車について説明する。電気自動車は、前述の充電制御システムを備える。

本発明の実施形態に係る電気自動車は、様々なグリッドシステムに適応可能であり、それによって電気自動車の充電システムの一般性を効果的に向上でき、また、電気自動車の利用可能性を広げることが可能である。更に、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを採用することにより、コモンモード電圧とリーク電流を減少させることができ、高調波も抑制される。更に、ＤＣ／ＤＣ電圧増減モジュールが必要なくなり、高いパワー充電を実現し、バス電圧を下げ、駆動効率を向上し、充電時間を短縮できる。

図３Ｂは、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの構成図である。
図３Ｂに示すように、一実施形態において、電気自動車用電源システムは、高電圧分配ボックス１０１、ダッシュボード１０２、バッテリー・マネジャ１０３、及び、全車両信号検出装置１０４を備える。

制御モジュール６０は、高電圧分配ボックス１０１、ダッシュボード１０２、バッテリー・マネジャ１０３、全車両信号検出装置１０４と接続される。バッテリー・マネジャ１０３は、高電圧分配ボックス１０１及び二次電池１０と接続される。

図４は、本発明の実施形態に係る制御モジュールの構成図である。
本発明の一実施形態では、図４に示すように、制御モジュール６０は、制御パネル２０１、駆動パネル２０２を備える。

制御パネル２０１は、２個の高速ディジタル信号プロセサ（ＤＳＰ１及びＤＳＰ２）を備える。２個のＤＳＰ２０１、２０２は、全車両情報インタフェース２０３に接続される。２個のＤＳＰ２０１、２０２は、駆動パネル２０２上の駆動ユニットから送信されるバス電圧抽出信号、ＩＰＭ保護信号、及び、ＩＧＢＴ温度抽出信号等を受信し、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号を駆動ユニットに同時に出力するよう構成される。

本発明の実施形態による電気自動車用電源システムは、モーター駆動、車両制御、ＡＣ充電グリッド接続電源供給、オフグリッド・オンロード、及び、車両相互の充電を含む多数の機能を持つ。更に、電源システムは、様々な機能モジュールを単純に物理的に結合することにより成立しているのではなく、モーター駆動制御システムに基づく周辺装置を導入することにより成立している。これによってスペースやコストを最大限節約し、パワー密度を向上している。

次に、電気自動車用電源システムの複数の機能について簡単ではあるが具体的に説明する。

１．モーター駆動機能
二次電池１０からの直流電気は３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０を用いて交流電気に変換され、交流電気はモーターＭに送られる。モーターＭは回転変換復号技術及び空間ベクトルパルス幅変調ＳＶＰＷＭ制御アルゴリズムによって制御可能である。

図５は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの機能決定処理の流れを示すフローチャートである。
図５に示すように、電源システムが稼働したときの、電源システムの機能を決定する処理は次のようなステップから成る。

ステップ５０１において、制御モジュール６０が稼働する。
ステップ５０２において、スロットルがゼロ、且つ、ギヤがニュートラル（Ｎ）、且つ、ハンドブレーキがかかっている、且つ、充電接続信号（すなわち、ＣＣ信号）が有効（すなわち、充放電ソケット２０が充電ガン等の充電コネクタに接続されている）か否かを判定し、ｙｅｓであれば、ステップ５０３を実行し、ｎｏであればステップ５０４を実行する。
ステップ５０３において、電源システムは充放電制御プロセスを実行する。
ステップ５０４において、電源システムは車両制御プロセスを実行する。

ステップ５０４の実行後、制御モジュール６０は、モーター制御スイッチ４０をオンにするよう制御し、電源システムが駆動モードになり、制御モジュール６０は全車両情報を検出し、全車両情報に基づいてモーターＭを駆動する。

図６は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムのモーター駆動制御機能を示す構成図である。
図６に示すように、制御モジュール６０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０が二次電池１０からの直流電気を交流電気に変換し、交流電気をモーターＭに送るよう制御するためにＰＷＭ信号を送る。次に、制御モジュール６０は、モーターＭを正確に作動させるために回転変圧器を介してローター位置を取得し、バス電圧及びモーターのＢ相電流、Ｃ相電流を検出する。つまり、制御モジュール６０は、電流センサによって検出されたモーターのＢ相電流及びＣ相電流、及び、回転変圧器からのフィードバック情報に従って、モーターＭを正確に動作させるためにＰＷＭ信号を調整する。

このように、車両全体のスロットル、ブレーキ、及び、ギヤの情報を検出し、車両の現行の動作状態を決定し、速度の上げ下げの機能、エネルギー・フィードバック機能を実現可能で、その結果、車両全体があらゆる状況下で信頼性の高い安全な動作をすることが可能になる。

２．充放電機能
（１）接続確認及び充放電機能の開始
図７は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの充放電機能開始決定処理の流れを示すフローチャートである。
図７に示すように、電源システムの充放電機能の開始決定処理は次のようなステップから成る。

ステップ７０１では、充電コネクタと充放電ソケット２０間の物理的な接続が完了する。
ステップ７０２では、電力供給装置が、充電接続信号（すなわち、ＣＣ信号）が正常か否かを判定し、ｙｅｓならばステップ７０３を実行し、ｎｏならばステップ７０２を繰り返して実行する。
ステップ７０３では、電力供給装置が、ＣＰ検出点の電圧が９Ｖか否かを判定し、ｙｅｓならばステップ７０６を実行し、ｎｏならばステップ７０２に戻って判定処理を繰り返す。９Ｖは、例として予め決定した値である。

ステップ７０４では、制御モジュール６０が、充電接続信号（すなわち、ＣＣ信号）が正常か否かを判定し、ｙｅｓならばステップ７０５を実行し、ｎｏならばステップ７０４を繰り返して実行する。
ステップ７０５では、出力充電接続信号と充電表示ランプ信号がプルダウンされる。

ステップ７０６では、電源システムが充放電機能を実行する。すなわち、電源システムは充放電モードになる。

図８は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの充電モード制御処理の流れを示すフローチャートである。
図８に示すように、充電モードにおける電源システムの制御の処理は次のようなステップから成る。

ステップ８０１では、稼働後、電源システムが完全に動作を開始しているか否かが判定され、ｙｅｓならばステップ８０２を実行し、ｎｏならステップ８０１を繰り返して実行する。
ステップ８０２では、充電コネクタの容量を決定するため、ＣＣ（充電接続：ｃｈａｒｇｅ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）検出点点の抵抗を検出する。
ステップ８０３では、ＣＰ検出点で一定のデューティー比になるＰＷＭ信号が検出されたか判定し、ｙｅｓならばステップ８０４を実行し、ｎｏならばステップ８０５を実行する。

ステップ８０４では、充電接続が正常に行われ、充電の準備が出来た旨のメッセージを送り、ＢＭＳが充電を許可し、且つ、充電コンタクタがオンであることを示すメッセージを受信し、ステップ８０６の実行に移る。
ステップ８０５では、充電接続が正常に行われていないことを示す。

ステップ８０６では、制御モジュール６０は内部スイッチをオンにする。
ステップ８０７では、ＡＣ外部充電装置が１．５秒等の予め定めた時間以内にＰＷＭ信号を送らないか否かを判定し、ｙｅｓ（送らない）ならばステップ８０８を実行し、ｎｏならばステップ８０９を実行する。
ステップ８０８では、外部充電装置が外部の国内標準の充電スタンドであり、且つ、ＰＷＭ信号が充電中送り出されないと判定する。

ステップ８０９では、ＰＷＭ信号が電源装置に送られる。
ステップ８１０では、ＡＣ入力が３秒等予め定めた時間以内に正常になるか判定し、ｙｅｓであればステップ８１３を実行し、ｎｏであればステップ８１１を実行する。
ステップ８１１では、ＡＣ外部充電装置に欠陥が発生していることを示す。
ステップ８１２では、欠陥が処理される。
ステップ８１３では、電源システムが充電ステージに入る。

図７及び図８に示すように、電力供給装置及び制御モジュール６０が自身を検出し、内部に欠陥が全くなければ、充電コネクタの容量がＣＣ信号の電圧を検出することにより決定され、充電コネクタが完全に接続されているかがＣＰ信号を検出することにより判定される。
充電コネクタが完全に接続されたと判定されると、充電接続が正常であり、充電の準備が完了したことを示すメッセージが送出され、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０が稼働するよう制御され、充電又は放電の準備がなされる。
すなわち、ＡＣ充電機能（Ｇ ｔｏ Ｖ：グリッドから車両への充電）、オフグリッド・オングリッド機能（Ｖ ｔｏ Ｌ：車両から負荷への電力供給）、車両から車両への充電機能（Ｖ ｔｏ Ｖ）等の機能がダッシュボードを介して設定される。

（２）ＡＣ充電機能（Ｇ ｔｏ Ｖ）
電源システムがダッシュボード１０２からの充電命令を受信すると、制御モジュール６０は、充電パイルの電力容量及び充電ケーブルの容量に従って適切な充電電力をセットする。更に、制御モジュール６０は、グリッドの情報を検出し、グリッドの電気的機構を判定し、グリッドの電気的機構に従って、制御パラメータを選択する。

制御パラメータが選択された後、制御モジュール６０は、コンタクタＫ１０をオンに制御し、その後、３相スイッチＫ８をオンに制御する。このとき、制御モジュール６０は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０を制御し、交流電気を整流する。
バッテリー・マネジャ１０３によって許容される最大充電電流、充電池が許容する最大電流の流量、及び、制御モジュールの最大出力電力から最小充電電流を選択し、予め定めた目標充電電流として使用される。そして、閉ループ電流制御が電源システム上で実施され、車両内の二次電池が充電される。

（３）オフグリッド・オンロード機能（Ｖ ｔｏ Ｌ）
電源システムがダッシュボード１０２からＶ ｔｏ Ｌ命令を受信すると、まず、二次電池１０の充電状態（ＳＯＣ）が許容される放電範囲にあるか否かが判定される。許容される場合には、Ｖ ｔｏ Ｌ命令に従って、電気出力手段が選択される。
最大出力電力がインテリジェントに選択され、制御パラメータが充電コネクタの定格電流に従って与えられ、その後、電源システムは制御プロセスに入る。

まず、制御モジュール６０は３相スイッチＫ８とコンタクタＫ１０をオンに制御し、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０が直流電気を交流電気に変換し、その後、専用の充電ソケットを介して電気機器に直接、ＡＣ電気による電力が供給される。

（４）グリッド接続機能（Ｖ ｔｏ Ｇ）
電源システムがＶ ｔｏ Ｇ命令をダッシュボード１０２から受信すると、まず、二次電池１０の充電状態（ＳＯＣ）が許容される放電範囲にあるか否かが判定される。許容される場合には、Ｖ ｔｏ Ｌ命令に従って、出力の電気的システムが選択される。
最大出力電力がインテリジェントに選択され、制御パラメータが充電コネクタの定格電流に従って与えられ、電源システムは制御プロセスに入る。

まず、制御モジュール６０は３相スイッチＫ８とコンタクタＫ１０をオンに制御し、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０が直流電気を交流電気に変換する。そして、制御モジュール６０は、予め定めた目標放電電流、及び、電流の検出値からフィードバックされた相電流に従って閉ループ電流制御を電源システム上で実施し、グリッド接続の放電を実行する。

（５）車両から車両への充電機能（Ｖ ｔｏ Ｖ）
Ｖ ｔｏ Ｖ機能は専用の接続プラグを必要とする。電源システムが充電接続信号（すなわち、ＣＣ信号）が有効であり、接続プラグがＶ ｔｏ Ｖ機能の専用充電プラグであると接続プラグのレベルから判定すると、電源システムはダッシュボード１０２からの命令を受け取る準備が完了する。
例えば、車両Ａが車両Ｂを充電すると仮定すると、車両Ａは放電状態にセットされる。すなわち、車両Ａはオフグリッド・オングリッド機能を実施するよう設定される。

車両Ａの制御モジュールは充電接続が正常で、且つ、充電がバッテリー・マネジャ１０３へ準備されていることを示すメッセージを送る。バッテリー・マネジャ１０３は充放電回路を制御してプリチャージを実施する。
プリチャージが完了すると、充電が許可され、充電コンタクタが稼働したことを示すメッセージを制御モジュールに送る。その後、電源システムは放電機能を実施し、ＰＷＭ信号を送る。

車両Ｂが充電命令を受信すると、車両Ｂの電源システムは車両Ａの電力供給準備が完了したか否かを判断するためのＣＰ信号を検出し、制御モジュール６０はバッテリー・マネジャ１０３に正常な接続メッセージを送る。
バッテリー・マネジャ１０３がそのメッセージを受信した後、バッテリー・マネジャ１０３はプリチャージ処理を完了し、全電源システムで充電の準備が完了したことを制御モジュール６０に知らせる。その後、車両から車両への充電機能（Ｖ ｔｏ Ｖ）が開始し、その後、車両間相互での充電が可能になる。

言い替えると、電源システムの稼働後、制御モジュール６０がダッシュボード１０２からＶ ｔｏ Ｖ命令を受信すると、情報充電接続信号と車両全体の電源管理関連の情報が検出され、車両は交流電力の出力状態にセットされ、充電ボックスのシミュレーションによるＣＰ信号を送り、充電される車両との通信を可能にする。
例えば、車両Ａが放電モードに設定されると、車両Ａの制御モジュールは、電力供給装置がそれらの機能を実現するためのシミュレーションを実施し、充電される車両Ｂが車両Ａと専用の充電ワイヤで接続され、Ｖ ｔｏ Ｖ充電機能が実現される。

次に、一実施形態における、充電完了時の電源システムの制御処理について説明する。図９は、本発明の実施形態に係る電気自動車用電源システムの電気自動車の充電終了制御処理の流れを示すフローチャートである。
図９に示すように、次のようなステップを含む。

ステップ１３０１では、電力供給装置は電源供給スイッチを切り、交流電気の出力を停止し、その後、ステップ１３０５を実行する。

ステップ１３０２では、制御モジュールが充電を停止し、アンロードを実施し、ステップ１３０３を実行する。
ステップ１３０３では、アンロードが完了した後、内部スイッチを切り、充電完了メッセージを送出する。
ステップ１３０４では、停電リクエストを送出する。
ステップ１３０５では、充電が完了する。

図１０は、本発明の実施形態に係る電気自動車と電源供給装置の接続部の回路図である。
図１０に示すように、電気自動車１０００に充電するために、電力供給装置３０１は、電気自動車１０００の車両プラグ３０３に電力供給プラグ３０２を介して接続される。電気自動車１０００の電源システムは、検出点３を介してＣＰ信号を、検出点４を介してＣＣ信号を検出し、電力供給装置３０１は、検出点１を介してＣＰ信号を、検出点２を介してＣＣ信号を検出する。
充電が完了すると、電力供給プラグ３０２及び車両プラグ３０３の両方にある内部スイッチＳ２を制御して切る。

別の実施形態において、電気自動車において二次電池を充電するために、並列に接続した複数の電源システムを使用することができる。例えば、二次電池を充電するために、並列に接続された２個の電源システムを使用し、２個の電源システムは共通の制御モジュールを用いる。

本発明のこの実施形態において、電気自動車の充電システムは、二次電池１０、第１の充電ブランチ、第２の充電ブランチ、及び、制御モジュール６０を備える。

第１の充電ブランチは、第１の整流ユニット（すなわち、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０）及び第１の充電インタフェース（すなわち、充電ソケット）を備える。第２の充電ブランチは、第２の整流ユニット（すなわち、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール３０）及び第２の充電インタフェース（すなわち、充電ソケット）を備える。
二次電池は第１の充電インタフェースと第１の整流ユニットを介して接続され、第２の充電インタフェースと第２の整流ユニットを介して接続される。

制御モジュールは、充電信号を受信した場合に、第１の整流ユニット及び第２の整流ユニットとそれぞれ接続され、第１の充電ブランチ及び第２の充電ブランチを介してそれぞれ二次電池を充電するようにグリッドを制御するよう構成される。

図１１は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の充電制御処理の流れを示すフローチャートである。
図１１に示すように、本発明の一実施形態により電気自動車の前述の充電制御手段を提供することが可能になる。充電制御手段は、次のステップから成る。

ステップ１１０１では、制御モジュールが、第１の充電ブランチが充放電ソケットを介して電力供給装置に接続され、且つ、第２の充電ブランチが充放電ソケットを介して電力供給装置に接続されたと判断した場合に、制御モジュールはバッテリー・マネジャに充電接続信号を送る。
ステップ１１０２では、バッテリー・マネジャは充電接続信号を受信すると、二次電池に充電の必要があるか否かを判定し、ｙｅｓならば、次にステップ１１０３を実行する。

ステップ１１０３では、バッテリー・マネジャは充電信号を制御モジュールに送る。
ステップ１１０４では、制御モジュールは充電信号を受信すると、制御モジュールは、第１の充電ブランチ及び第２の充電ブランチを介して二次電池を充電するために、グリッドを制御する。

電気自動車用充電システム、及び、本発明の前述の複数の実施形態による電気自動車の充電手段によれば、制御モジュールは、第１及び第２の充電ブランチをそれぞれ介して二次電池を充電するためにグリッドを制御する。これによって、電気自動車の充電パワーが増加し、充電時間が大幅に短縮し、高速充電、時間コストの節約が実現できる。

いくつかの実施形態では、電気自動車用電源システムは幅広い互換性を持ち、単相／３相のスイッチング機能を実施し、複数の国々のさまざまな電気系統に適用可能である。

図１２は、本発明の実施形態に係る充放電ソケットの構成図である。
図１２に示すように、具体的には、充放電ソケット２０は２種の充電ソケット（米国標準規格の充電ソケットや欧州標準規格の充電ソケット等）間のスイッチ機能を備える。
充放電ソケット２０は、米国の標準規格充電ソケット等の単相充電ソケット５０１、欧州標準規格の充電ソケット等の３相充電ソケット５０２、及び、２個の高電圧コネクタＫ５０３、Ｋ５０４を備える。

ＣＣ端子、ＣＰ端子、及び、ＣＥ端子は単相充電ソケット５０１及び３相充電ソケット５０２のための共通端子である。単相充電ソケット５０１は、３相充電ソケット５０２のＡ相ワイヤ及びＢ相ワイヤとコネクタＫ５０３及びＫ５０４を介してそれぞれ接続されたＬ相ワイヤ及びＮ相ワイヤを備える。

単相充放電命令を受信した場合、制御モジュール６０は、コネクタＫ５０３及びＫ５０４をオンに制御する。これにより、３相充電ソケット５０２のＡ相ワイヤ及びＢ相ワイヤが、単相充電ソケット５０１のＬ相ワイヤ及びＮ相ワイヤとそれぞれ接続される。３相充電ソケット５０２は動作せず、単相充電ソケット５０１のＬ相ワイヤ及びＮ相ワイヤの代わりに、３相充電ソケット５０２のＡ相ワイヤ及びＢ相ワイヤが充電プラグに接続され、充電モジュール６０は単相充電機能を正常に実施することが可能になる。

代替的に、図２に示すように、標準的な７芯コンセントが使用され、Ｎ相ワイヤとＢ相ワイヤとの間に単相スイッチＫ７が加えられる。単相充電命令または単相放電命令を受信した際、制御モジュール６０は、単相スイッチＫ７を制御してオンにして、Ｂ相ワイヤをＮ相ワイヤと接続する。次いで、Ａ相およびＢ相ワイヤは、それぞれＬ相およびＮ相ワイヤとして使用され、接続プラグは、専用接続プラグであるか、または、そのＢ相およびＣ相ワイヤが使用されない接続プラグである必要がある。

換言すれば、いくつかの実施形態において、電力システムは、制御モジュール６０を介してグリッドの電圧を検出し、計算によりグリッドの周波数および単相／三相を決定して、グリッド電気システムを獲得する。次いで、制御モジュール６０は、充放電コンセント２０およびグリッド電気システムのタイプに従って、異なる制御パラメータを選択する。更に、制御モジュール６０は、三レベル双方向ＤＣ−ＡＣモジュール３０を制御して、交流を制御可能に整流してＤＣ電気を獲得し、このＤＣ電気をパワーバッテリー１０に伝送する。

図１３は、本発明の実施形態に係るオフグリッド・オンロード放電プラグの構成図である。
別の実施形態では、図１３に示すように、オフグリッド・オンロード放電ソケットは、充電プラグに接続される２芯、３芯、及び、４芯のソケットを備え、単相、３相、及び４相電気を出力するよう構成される。

図１４は、本発明の一実施形態に係る電気自動車の電力キャリア通信システムの構成を示すブロック図である。
図１４に示すように、電力キャリア通信システム２０００は、複数の制御装置１１０、車両の電力ケーブル１２０、及び、複数の電力キャリア通信装置１３０を備える。

具体的には、各制御装置１１０は、通信インタフェースを備え、通信インタフェースは、例えば、シリアル通信インタフェースＳＣＩ等である。通信インタフェースの種類はこれに限らない。
車両電力ケーブル１２０は、制御装置１１０に電力を供給し、制御装置１１０は互に車両電力ケーブル１２０を介して通信する。
個々の電力キャリア通信装置１３０は個々の制御装置１１０と対を成し、制御装置１１０は、対応する電力キャリア通信装置１３０と自身の通信インタフェースを介して接続され、電力キャリア通信装置１３０は、車両電力ケーブル１２０を介して互いに接続される。

電力キャリア通信装置１３０は、車両電力ケーブル１２０からキャリア信号を得て、キャリア信号を復調し、復調したキャリア信号を対応する制御装置１１０に送り、また、対応する制御装置１１０から送信される復調情報を受信し、復調情報を車両電力ケーブル１２０に送る。

図１４に示すように、複数の制御装置１１０は、制御装置１〜Ｎ（Ｎは２以上の整数）を備える。複数の制御装置１１０に対応する複数の電力キャリア通信装置１３０は、電力キャリア通信装置１〜Ｎを備える。
例えば、制御装置１に制御装置２との通信の必要が生じると、制御装置２はまずキャリア信号を電力キャリア通信装置２に送り、電力キャリア通信装置２はそのキャリア信号を復調し、復調されたキャリア信号を車両電力ケーブル１２０に送る。次に、電力キャリア通信装置１は車両電力ケーブル１２０からキャリア信号を獲得し、復調されたキャリア信号を制御装置１に送る。

図１５は、電力キャリア通信装置の構成を示すブロック図である。
図１５に示すように、各電力キャリア通信装置１３０は、直列に接続されたカプラ１３１、フィルタ１３３、増幅器１３４、及び、モデム１３２を備える。

更に、図１６は、８つの電力キャリア通信装置と対応する制御装置間の通信を示す構成図である。
図１６に示すように、８個の電力キャリア通信装置１〜８等の複数の電力キャリア通信装置１３０は、車両電力ケーブル束１２１及び車両電力ケーブル束１２２を介してゲートウェイ３００に接続され、各電力キャリア通信装置は、１つの制御装置に対応する。

例えば、電力キャリア通信装置１は伝送制御装置１１１と対応し、電力キャリア通信装置２は発電機制御装置１１２と対応し、電力キャリア通信装置３はアクティブサスペンション装置１１３と対応し、電力キャリア通信装置４はエアコン制御装置１１４と対応し、電力キャリア通信装置５はエアバック１１５と対応し、電力キャリア通信装置６はダッシュボード表示装置１１６と対応し、電力キャリア通信装置７は故障診断装置１１７と対応し、電力キャリア装置８は照明装置１１８と対応する。

この実施形態において、電力キャリア通信装置によるデータの受信手段は、図１７に示すように、次にステップから成る。
図１７は、電力キャリア通信装置によるデータ受信方法の処理の流れを示すフローチャートである。

ステップ２１０１では、電力キャリア通信装置が稼働し、車両電力ケーブルからデータを受信する状態に入る。
ステップ２１０２では、キャリア信号があり、且つ、キャリア信号が正しいか判定し、ｙｅｓならばステップ２１０３を実行し、ｎｏならばステップ２１０４を実行する。

ステップ２１０３では、電力キャリア通信装置は車両電力ケーブルからのデータ受信を開始し、ステップ２１０５を実行する。
ステップ２１０４では、シリアル通信インタフェースＳＣＩを検出し、その中にデータがあるか判定し、データがある場合にはステップ２１０５を実行し、データがない場合にはステップ２１０１の処理に戻る。
ステップ２１０５では、電力キャリア通信装置はデータ受信の状態に移行する。

本発明の実施形態に係る電気自動車用電力キャリア通信システムによれば、電気自動車内のさまざまな制御システム間でのデータ伝送及びデータ・シェアリングが可能になる。更に、通信媒体として電力ケーブルを使用した電力キャリア通信は、新たな通信ネットワークの構築及び投資を避けることができ、製造コスト及び保守の難しさを軽減する。

図１８は、本発明の１実施形態に係る電気自動車のモーター制御装置と電気自動車の他の部分との間の接続を示すブロック図である。
モーター制御装置は、二次電池を充電するために、直流インタフェースを介して二次電池に接続され、グリッドと交流インタフェースを介して接続される。また、モーター制御装置は、負荷又は他の電気自動車とＡＣインタフェースを介して接続され、負荷や他の自動車への充電を可能にする。
本発明の本実施形態では、電気自動車のモーター制御装置は、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール、モーター制御スイッチ、充放電制御モジュール、及び、制御モジュールを備える。

３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、電気自動車の二次電池の第１の端子に接続された第１のＤＣ端子、及び、二次電池の第２の端子に接続された第２のＤＣ端子を備える。
モーター制御スイッチは３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールのＡＣ端子と接続された第１の端子、及び、モーターと接続された第２の端子を備える。
充放電制御モジュールは、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールのＡＣ端子と接続された第１の端子と、充放電ソケットに接続された第２の端子を備える。
制御モジュールは、モーター制御スイッチ及び充放電制御モジュール５０に接続され、電源システムの現行の動作モードに従ってモーター制御スイッチ及び充放電制御モジュールを制御する。

本発明の実施形態に係るモーター制御装置は双方向という特質がある。すなわち、モーター制御装置は、交流電気での電気自動車の直接の充電等の外部グリッドによる電気自動車の充電を実現するだけでなく、電気自動車から外部装置への放電をも実現可能である。その結果、モーター制御はさまざまな機能を備え、ユーザの使い勝手を大きく向上する。
更に、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを使用することによって、コモンモード電圧が大幅に減少し、リーク電流が減少し、高調波が抑制され、充電効率が改善される。更に、ＡＣ電気を使用して電気自動車を直接充電することにより、システム内にダイナモが不要になり、充電スタンドのコストを低減できる。
更に、ＡＣ電気を使用して時間、場所を問わず電気自動車を充電することが可能になる。

本発明の一実施形態において、電源システムが駆動モードの場合、制御モジュールは、モーター制御スイッチがオンになるよう制御し、充放電制御モジュールをオフに制御する。
電源システムが充放電モードの場合、制御モジュールはモーター制御スイッチを切り、充放電制御モジュールがオンになるよう制御する。これにより、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールが稼働する。

本発明の一実施形態において、モーター制御装置の３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、第１のコンデンサ、第２のコンデンサ、及び、第１〜第１２のＩＧＢＴを備える。
第１及び第２のコンデンサは直列に接続され、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの第１のＤＣ端子と第２のＤＣ端子間に接続され、第１のコンデンサと第２のコンデンサ間に第１のノードが定義される。

第１のＩＧＢＴと第２のＩＧＢＴは、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの第１のＤＣ端子及び第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第２のノードが第１のＩＧＢＴと第２のＩＧＢＴ間に定義される。
第３のＩＧＢＴと第４のＩＧＢＴは、第１のノードと第２のノード間に直列に接続される。
第５のＩＧＢＴと第６のＩＧＢＴは、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの第１のＤＣ端子及び第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第３のノードが第５のＩＧＢＴと第６のＩＧＢＴ間に定義される。

第７のＩＧＢＴと第８のＩＧＢＴは、第１のノードと第３のノード間に直列に接続される。
第９のＩＧＢＴと第１０のＩＧＢＴは、３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの第１のＤＣ端子及び第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第４のノードが第９のＩＧＢＴと第１０のＩＧＢＴ間に定義される。
第１１のＩＧＢＴと第１２のＩＧＢＴは、第１のノードと第４のノード間に直列に接続される。
ここで、第２のノード、第３のノード、第４のノードは３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールのＡＣ端子を構成する。

一実施形態において、電気自動車のモーター制御装置は、更に、第１のコモンモード・コンデンサ及び第２のコモンモード・コンデンサを備える。第１、第２のコモンモード・コンデンサは二次電池１０の第１の端子及び第２の端子間に直列に接続される。ここで、第１、第２のコモンモード・コンデンサの間のノードは接地される。

一実施形態において、電気自動車のモーター制御装置は、フィルタリング制御モジュールを備える。フィルタリング制御モジュールは、第１のノードとフィルタリング・モジュール間に接続され、制御モジュールは、車両が駆動モードにある場合、フィルタリング制御モジュールを切るよう制御する。

一実施形態において、電気自動車のモーター制御装置は、更に、ＥＭＩフィルタ・モジュールを備える。ＥＭＩフィルタ・モジュールは充放電ソケットと充放電制御モジュール間に接続され、伝導及び輻射の干渉をフィルタリングするよう構成される。

一実施形態において、充放電制御モジュールが３相の充放電を行うように構成された３相スイッチ、及び／又は、単相の充放電を行うように構成された単相スイッチを更に備える。
一実施形態において、モーター制御装置は、二次電池に接続され、また、負荷、グリッド、及び他の車両とも接続される。

本明細書のなかのフローチャートや図等で説明されたあらゆる手続きや手法は、特定の論理関数や手続きを実現する実行コードを格納する１個以上のモジュール又は部分を備えると理解できる。
更に、本発明の有利な実施形態は、実行順序が前述した説明とは異なる実施形態、例えば、複数の機能を概ね同時に実行したり、関連する機能によって反対の順序で実行するような実施形態も含む。このことは、本発明の実施形態が属する技術の当業者によって了解されるべきである。

例えば論理的な機能を実現する実行可能な命令のシーケンス・テーブル等、前述の説明やフローチャートに示した論理及び／又はステップは、命令実行システムや命令実行装置で、又は、命令実行システムや命令実行装置と連携して使われる、コンピュータで読み取り可能な記録媒体内に具体的に実現することが可能である。命令実行システム、命令実行装置とは、コンピュータ・システムや、プロセサや命令実行システムや装置から命令を得て実行することが可能なシステム等である。

本発明の各部分はハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、又はそれらの組み合せによって実現可能である。前述の実施形態において、ステップや手法の多くは記憶装置に格納されたソフトウエア又はファームウエアによって実現可能であり、適切な命令実行システムによって実行される。
例えば、ハードウエアによって実現される場合、新たな実施形態として、ステップや手法は１つ又は複数の次のような技術で実現可能である。すなわち、データ信号の論理機能を実現する論理ゲート回路を具備する個別論理回路技術、論理ゲート回路やプログラマブル・ゲートアレイ（ＰＧＡ）、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を具備するアプリケーションに特化した集積回路技術等である。

当業者であれば、本発明の前述の手法の全て或いは部分は、関連するハードウエアにプログラムを実行させることにより達成することが可能であると了解されるであろう。それらのプログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録可能であり、それらのプログラムは１台のコンピュータ上で実行する場合、本発明の実施形態による手法の１個又は複数のステップの組み合せを含む。

更に、本発明の実施形態の各機能セルは１つの処理モジュールに集積可能であり、また、複数のセルが物理的に分割された実態を採ることも可能である。また、２以上のセルが１つの処理モジュールに集積されてもよい。
集積されたモジュールはハードウエアやソフトウエア機能モジュールとして実現可能である。集積されたモジュールがソフトウエア機能モジュールとして実現され、販売され、独立した製品として使用された場合、その集積されたモジュールはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納可能である。
前述の記録媒体はＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ディスク、ＣＤ等である。

本明細書を通じて、「一実施形態」、「いくつかの実施形態」、「別の実施形態」、「一例示」、「ある特定の例示」、「いくつかの例示」等の言及は、実施形態又は例示と関連して記述された特定の機能、構造、材料、特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態又は例示に含まれることを意味する。であるから、本明細書を通じて多く散見される「いくつかの実施形態において」、「一実施形態において」、「別の例示において」、「一例示において」、「ある特定の例示において」等の語句は、必ずしも本発明の同一の実施形態又は例示を言及しているものではない。更に、特定の機能、構造、材料、特徴は、１つ又は複数の実施形態又は例示中で適宜組み合されることが可能である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０：二次電池
２０：充放電ソケット
３０：３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュール
４０：モーター制御スイッチ
５０：充放電制御モジュール
６０：制御モジュール
７０：フィルタリング・モジュール
８０：フィルタリング制御モジュール
９０：ＥＭＩ（電磁干渉：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｅ）フィルタ・モジュール
１００１：充電装置
１００２：外部グリッド
１００７：プリチャージ制御モジュール
Ｍ：モーター

Claims (6)

1. 電気自動車用充電制御システムであって、
   充放電ソケットと、
   電気自動車の二次電池の第１の端子に接続された第１のＤＣ端子、及び、二次電池の第２の端子に接続された第２のＤＣ端子を備える３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールと、
   前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールのＡＣ端子と接続された第１の端子、及び、前記充放電ソケットと接続された第２の端子を備える充放電制御モジュールと、
   並列に接続された３つのインダクタ及び並列に接続された３つのフィルタリング・コンデンサからなり、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記ＡＣ端子と前記充放電制御モジュールの間に接続されたフィルタリング・モジュールと、
   前記充放電制御モジュールの第３の端子に接続された制御モジュールと、
   第１のコモンモード・コンデンサ及び第２のコモンモード・コンデンサと、
   を具備し、
   前記制御モジュールは、外部グリッドがアングル接続モードであり、且つ、前記電気自動車が充放電モードである場合に、前記充放電制御モジュールを作動するように制御し、前記フィルタリング・モジュール内のフィルタリング・コンデンサの接続中点を参照点として外部グリッドの出力電圧を検出し、前記外部グリッドが前記二次電池を充電するよう前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールを前記外部グリッドの出力電圧に従って制御し、
   前記二次電池の前記第１の端子及び前記第２の端子間に、前記第１のコモンモード・コンデンサ及び第２のコモンモード・コンデンサは、直列に接続され、
   前記第１のコモンモード・コンデンサ及び前記第２のコモンモード・コンデンサ間のノードが接地され、
   前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールは、
   第１のコンデンサ及び第２のコンデンサと、
   第１〜第１２のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）を具備し、
   前記第１のコンデンサ及び前記第２のコンデンサは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第１のノードが前記第１のコンデンサ及び第２のコンデンサＣ２間に定義され、
   前記第１のＩＧＢＴと前記第２のＩＧＢＴは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第２のノードが前記第１のＩＧＢＴと前記第２のＩＧＢＴ間に定義され、
   前記第３のＩＧＢＴと前記第４のＩＧＢＴは、前記第１のノードと前記第２のノード間に直列に接続され、
   前記第５のＩＧＢＴと前記第６のＩＧＢＴは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第３のノードが前記第５のＩＧＢＴと前記第６のＩＧＢＴ間に定義され、
   前記第７のＩＧＢＴと前記第８のＩＧＢＴは、前記第１のノードと前記第３のノード間に直列に接続され、
   前記第９のＩＧＢＴと前記第１０のＩＧＢＴは、前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記第１のＤＣ端子及び前記第２のＤＣ端子間に直列に接続され、第４のノードが前記第９のＩＧＢＴと前記第１０のＩＧＢＴ間に定義され、且つ、
   前記第１１のＩＧＢＴと前記第１２のＩＧＢＴは、前記第１のノードと前記第４のノード間に直列に接続され、
   前記第２のノード、前記第３のノード、前記第４のノードは前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記ＡＣ端子を構成し、
   前記電気自動車用充電制御システムは、前記第１のノードと前記フィルタリング・モジュールの間に接続されたフィルタリング制御モジュールを更に具備し、
   前記制御モジュールは、前記電気自動車が駆動モードのとき、前記フィルタリング制御モジュールを切るよう制御し、
   前記第１のノードに接続されたフィルタリング制御モジュールの端子が参照点を形成する
   ことを特徴とする電気自動車用充電制御システム。
2. 前記３レベル双方向ＤＣ／ＡＣ変換モジュールの前記ＡＣ端子に接続された第１の端子、及び、前記電気自動車のモーターに接続された第２の端子を備えるモーター制御スイッチを更に具備し、
   前記制御モジュールは、前記モーター制御スイッチの第３の端子に接続され、前記電気自動車が充放電モードである場合に、前記モーター制御スイッチを切るよう制御することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用充電制御システム。
3. 前記充放電ソケットと前記充放電制御モジュール間に接続され、伝導及び輻射の干渉をフィルタリングするＥＭＩ（電磁干渉）フィルタリング・モジュールを更に具備することを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の電気自動車用充電制御システム。
4. 前記充放電制御モジュールと並列に接続され、前記フィルタリング・モジュール内の前記コンデンサをプリチャージするプリチャージ制御モジュールを更に具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気自動車用充電制御システム。
5. 前記充放電制御モジュールは、３相の充放電を行うように構成された３相スイッチ、及び／又は、単相の充放電を行うように構成された単相スイッチを更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電気自動車用充電制御システム。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の電気自動車用充電制御システムを搭載した電気自動車。
   

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