JPWO2011064856A1

JPWO2011064856A1 - 充電装置

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Publication number: JPWO2011064856A1
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Inventors: 真士市川
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Current assignee: Toyota Motor Corp
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Filing date: 2009-11-26
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Abstract

ケーブルリール（３０）のドラム（５０２）の内部にコントロールパイロット回路（３３２）および温度センサ（３４２）が設けられる。温度センサ（３４２）は、ドラム（５０２）に巻き取られた充電ケーブル（２０）の温度を検出してコントロールパイロット回路（３３２）へ出力する。コントロールパイロット回路（３３２）は、充電ケーブル（２０）の電流許容値に応じて予め定められたデューティー比を有するパイロット信号を生成し、充電ケーブル（２０）を介して車両へ送信する。また、コントロールパイロット回路（３３２）は、温度センサ（３４２）から受ける充電ケーブル（２０）の温度の検出値に基づいてパイロット信号のデューティー比を変更する。

Description

この発明は、充電装置に関し、特に、車両外部の電源によって充電可能に構成された車両へ充電電力を供給するための充電装置に関する。

特開２００９−７７５３５号公報（特許文献１）は、車両外部の電源（以下、単に「外部電源」とも称し、さらに、外部電源による車載蓄電装置の充電を単に「外部充電」とも称する。）によって充電可能に構成された車両へ外部電源から電力を供給するための車両充電システムを開示する。この車両充電システムにおいては、充電ケーブルは、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）を含み、ＣＣＩＤは、コントロールパイロット回路を含む。

充電ケーブルのプラグが外部電源に接続され、かつ、充電ケーブルのコネクタが車両のコネクタに接続されると、コントロールパイロット回路は、予め定められたデューティー比を有するパイロット信号ＣＰＬＴを生成し、その生成されたパイロット信号ＣＰＬＴをコントロールパイロット線を介して車両へ送信する。

ここで、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比により、充電ケーブルの電流許容値（定格電流）が車両へ通知される。そして、車両において、充電電流がその電流許容値を超えないように充電制御が実行される（特許文献１参照）。

特開２００９−７７５３５号公報特開２０００−２５５２４８号公報特開２００３−２４４８３２号公報特開平８−３３１２１号公報

充電ケーブルを巻取り可能なリールが設けられる場合、充電ケーブルがリールに巻き取られた状態で外部充電が行なわれると、充電ケーブルが過熱するおそれがある。そして、充電ケーブルが過熱した場合には、車両において実行される充電制御において充電電流を低減するように車両へ通知することが必要であるところ、上記公報では、そのような点については特に検討されていない。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、充電ケーブルの過熱を防止可能な充電装置を提供することである。

この発明によれば、充電装置は、車両外部の外部電源によって充電可能に構成された車両へ外部電源から電力を供給するための充電装置であって、充電ケーブルと、リールと、温度センサと、制御装置とを備える。充電ケーブルは、外部電源を車両と電気的に接続し得る。リールは、充電ケーブルを巻取り可能である。温度センサは、リールに設けられ、充電ケーブルの温度を検出するためのものである。制御装置は、予め定められた充電ケーブルの電流許容値に応じて予め定められたデューティー比を有するパルス信号を生成し、その生成されたパルス信号を車両へ送信可能に構成される。そして、制御装置は、温度センサにより検出される充電ケーブルの温度に応じてパルス信号のデューティー比を変更する。

好ましくは、制御装置は、温度センサにより検出される充電ケーブルの温度が高くなるに従って、充電ケーブルの電流許容値が小さくなる方向にデューティー比を変更する。

また、この発明によれば、充電装置は、車両外部の外部電源によって充電可能に構成された車両へ外部電源から電力を供給するための充電装置であって、充電ケーブルと、リールと、制御装置とを備える。充電ケーブルは、外部電源を車両と電気的に接続し得る。リールは、充電ケーブルを巻取り可能である。制御装置は、予め定められた充電ケーブルの電流許容値に応じて予め定められたデューティー比を有するパルス信号を生成し、その生成されたパルス信号を車両へ送信可能に構成される。そして、制御装置は、リールによる充電ケーブルの巻取り量に応じてパルス信号のデューティー比を変更する。

好ましくは、制御装置は、リールによる充電ケーブルの巻取り量が多くなるに従って、充電ケーブルの電流許容値が小さくなる方向にデューティー比を変更する。

好ましくは、充電装置は、プラグと、プラグ温度センサとをさらに備える。プラグは、充電ケーブルを外部電源に接続するためのものである。プラグ温度センサは、プラグの温度を検出するためのものである。そして、制御装置は、プラグ温度センサにより検出されるプラグの温度に応じてパルス信号のデューティー比をさらに変更する。

また、好ましくは、充電装置は、電圧センサをさらに備える。電圧センサは、外部電源の電圧を検出するためのものである。そして、制御装置は、外部電源の電圧降下に応じてパルス信号のデューティー比をさらに変更する。

この発明においては、充電ケーブルを巻取り可能なリールが設けられる。そして、リールに設けられた温度センサにより検出される充電ケーブルの温度に応じて、あるいはリールによる充電ケーブルの巻取り量に応じて、充電ケーブルの電流許容値をデューティー比により通知するパルス信号（パイロット信号ＣＰＬＴ）のデューティー比を変更可能であるので、充電ケーブルの温度状況をパルス信号を用いて車両へ通知し、充電ケーブルの過熱のおそれがある場合には、車両の充電制御において充電電流を低減させる等の対応をとることができる。したがって、この発明によれば、充電ケーブルの過熱を防止することができる。

この発明の実施の形態１による充電装置が用いられる車両充電システムの全体図である。充電装置を用いて外部電源により充電される車両の全体ブロック図である。充電システムの電気的構成を説明するための図である。充電ケーブル内部の概略構成図である。コントロールパイロット回路によって発生されるパイロット信号の波形を示した図である。外部充電時におけるパイロット信号およびスイッチのタイミングチャートである。図１に示すケーブルリールの構成を示した図である。充電ケーブルの電流許容値とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。充電ケーブルの温度とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。パイロット信号の生成に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。変形例における、充電ケーブルの電流許容値とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。変形例における、充電ケーブルの温度とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。実施の形態２におけるケーブルリールの構成を示した図である。ケーブルリールによる充電ケーブルの巻取り量とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。実施の形態２におけるパイロット信号の生成に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。充電ケーブルの巻取り量とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。実施の形態３におけるケーブルリールの構成を示した図である。プラグの温度とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。実施の形態４におけるケーブルリールの構成を示した図である。外部電源の電圧とパイロット信号のデューティー比との関係を示した図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による充電装置が用いられる車両充電システムの全体図である。図１を参照して、この車両充電システムは、充電装置１０と、車両６０とを備える。車両６０は、走行用動力源として蓄電装置およびモータを搭載した電動車両であり、たとえば、電気自動車やハイブリッド自動車等である。車両６０は、充電装置１０を用いて外部電源（図示せず）により蓄電装置を充電可能に構成される。

充電装置１０は、充電ケーブル２０と、ケーブルリール３０と、コネクタ４０と、プラグ５０と含む。充電ケーブル２０は、外部電源から車両６０へ充電電力を供給するための電力線である。充電ケーブル２０は、プラグ５０およびコネクタ４０によってそれぞれ外部電源および車両６０と接続可能であり、外部電源と車両６０とを電気的に接続し得る。

ケーブルリール３０は、充電ケーブル２０を巻取り可能に構成され、外部電源と車両６０との距離に応じて充電ケーブル２０を自由に引出すことができる。コネクタ４０は、充電ケーブル２０を車両６０に接続するための端子であり、プラグ５０は、充電ケーブル２０を外部電源に接続するための端子である。なお、プラグ５０を設けることなく、充電ケーブル２０を外部電源に固定的に接続してもよい。

（車両６０の構成）
図２は、充電装置１０を用いて外部電源により充電される車両６０の全体ブロック図である。なお、この図２では、一例として、車両６０がハイブリッド自動車の場合が示される。図２を参照して、車両６０は、エンジン１１０と、動力分割装置１２０と、モータジェネレータ１３０，１５０と、減速機１４０と、駆動軸１６０と、駆動輪１７０とを含む。また、車両６０は、蓄電装置１８０と、昇圧コンバータ１９０と、インバータ２００，２１０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０と、インレット２３０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２４０とをさらに含む。

エンジン１１０およびモータジェネレータ１３０，１５０は、動力分割装置１２０に連結される。そして、車両６０は、エンジン１１０およびモータジェネレータ１５０の少なくとも一方からの駆動力によって走行する。エンジン１１０が発生する動力は、動力分割装置１２０によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機１４０を介して駆動軸１６０へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１３０へ伝達される経路である。

モータジェネレータ１３０は、交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１３０は、動力分割装置１２０によって分割されたエンジン１１０の動力を用いて発電する。たとえば、蓄電装置１８０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）が予め定められた値よりも低くなると、エンジン１１０が始動してモータジェネレータ１３０により発電が行なわれる。そして、モータジェネレータ１３０によって発電された電力は、インバータ２００により交流から直流に変換され、昇圧コンバータ１９０により降圧されて蓄電装置１８０に蓄えられる。

モータジェネレータ１５０は、交流回転電機であり、たとえば三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１５０は、蓄電装置１８０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１３０により発電された電力の少なくとも一方を用いて車両の駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１５０の駆動力は、減速機１４０を介して駆動軸１６０に伝達される。

なお、車両の制動時には、車両の運動エネルギーを用いてモータジェネレータ１５０が駆動され、モータジェネレータ１５０が発電機として動作する。これにより、モータジェネレータ１５０は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして動作する。そして、モータジェネレータ１５０により発電された電力は、蓄電装置１８０に蓄えられる。

動力分割装置１２０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１１０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１３０の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１５０の回転軸および減速機１４０に連結される。

蓄電装置１８０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置１８０には、モータジェネレータ１３０，１５０によって発電される電力のほか、外部電源（図示せず）から供給されインレット２３０から入力される電力も蓄えられる。なお、蓄電装置１８０として、大容量のキャパシタも採用可能である。

昇圧コンバータ１９０は、ＥＣＵ２４０からの制御信号に基づいて、インバータ２００，２１０に与えられる直流電圧を蓄電装置１８０の電圧以上に調整する。昇圧コンバータ１９０は、たとえば昇圧チョッパ回路によって構成される。

インバータ２００は、ＥＣＵ２４０からの制御信号に基づいて、モータジェネレータ１３０により発電された電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ１９０へ出力する。インバータ２１０は、ＥＣＵ２４０からの制御信号に基づいて、昇圧コンバータ１９０から供給される電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１５０へ出力する。なお、エンジン１１０の始動時、インバータ２００は、昇圧コンバータ１９０から供給される電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１３０へ出力する。また、インバータ２１０は、車両の制動時、モータジェネレータ１５０により発電された電力を直流電力に変換して昇圧コンバータ１９０へ出力する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０は、充電装置１０（図１）を用いた外部充電時、インレット２３０に接続される充電装置１０を介して外部電源から供給される充電電力（交流）を直流に変換し、蓄電装置１８０へ出力する。インレット２３０は、充電装置１０を車両６０に接続するためのインターフェースである。インレット２３０は、充電装置１０のコネクタ４０（図１）が接続されると、その旨をＥＣＵ２４０へ通知する。また、インレット２３０は、充電装置１０から供給される充電電力をＡＣ／ＤＣコンバータ２２０へ出力する。

ＥＣＵ２４０は、昇圧コンバータ１９０およびモータジェネレータ１３０，１５０を駆動するための制御信号を生成し、その生成した制御信号を昇圧コンバータ１９０およびインバータ２００，２１０へ出力する。また、ＥＣＵ２４０は、外部充電時、インレット２３０から充電電力を受けて蓄電装置１８０を充電するようにＡＣ／ＤＣコンバータ２２０を駆動するための制御信号を生成してＡＣ／ＤＣコンバータ２２０へ出力する。

（充電システムの構成）
図３は、充電システムの電気的構成を説明するための図である。図３を参照して、外部充電時、車両と外部電源とは、充電装置１０によって接続される。充電装置１０は、充電ケーブル２０と、コネクタ４０と、プラグ５０と、ＣＣＩＤ（Charging Circuit Interrupt Device）３１０とを含む。プラグ５０は、外部電源４０２のコンセント４００に接続される。

コネクタ４０は、車両６０（図１）のインレット２３０に接続される。コネクタ４０には、リミットスイッチ３２０が設けられており、コネクタ４０がインレット２３０に接続されるとリミットスイッチ３２０が作動する。そして、リミットスイッチ３２０の作動に伴ない信号レベルが変化するケーブル接続信号ＰＩＳＷが車両６０のＥＣＵ２４０に入力される。

ＣＣＩＤ３１０は、ＣＣＩＤリレー３３０と、コントロールパイロット回路３３２と、温度センサ３４２とを含む。ＣＣＩＤリレー３３０は、充電ケーブル２０に設けられ、コントロールパイロット回路３３２によってオン／オフされる。温度センサ３４２は、ケーブルリール３０（図１）に設けられる。温度センサ３４２は、充電ケーブル２０の温度を検出し、その検出値をコントロールパイロット回路３３２へ出力する。

コントロールパイロット回路３３２は、コネクタ４０およびインレット２３０を介して車両のＥＣＵ２４０へパイロット信号ＣＰＬＴを出力する。このパイロット信号ＣＰＬＴは、充電ケーブル２０の電流許容値（定格電流）を車両のＥＣＵ２４０へ通知するとともに、ＥＣＵ２４０によって操作されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位に基づいてＥＣＵ２４０からＣＣＩＤリレー３３０を遠隔操作するための信号である。そして、コントロールパイロット回路３３２は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位変化に基づいてＣＣＩＤリレー３３０を制御する。

コントロールパイロット回路３３２は、発振器３３４と、抵抗素子Ｒ１と、電圧センサ３３６と、ＣＰＬＴ−ＥＣＵ３３８とを含む。発振器３３４は、ＣＰＬＴ−ＥＣＵ３３８から受ける指令に基づいて、規定の周波数（たとえば１ｋＨｚ）および所定のデューティー比で発振するパイロット信号ＣＰＬＴを生成する。電圧センサ３３６は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位を検出し、その検出値をＣＰＬＴ−ＥＣＵ３３８へ出力する。

ＣＰＬＴ−ＥＣＵ３３８は、電圧センサ３３６および温度センサ３４２の各検出値を受ける。そして、ＣＰＬＴ−ＥＣＵ３３８は、電圧センサ３３６によって検出されるパイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位Ｖ１（たとえば１２Ｖ）近傍のとき、非発振のパイロット信号ＣＰＬＴを生成するように発振器３３４を制御する。また、ＣＰＬＴ−ＥＣＵ３３８は、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ１から低下すると、規定の周波数および所定のデューティー比で発振するパイロット信号ＣＰＬＴを生成するように発振器３３４を制御する。

なお、パイロット信号ＣＰＬＴの電位は、後述のように、ＥＣＵ２４０の抵抗回路３８０で抵抗値を切替えることによって操作される。また、デューティー比は、予め定められる充電ケーブル２０の許容電流値に基づいて設定される。なお、後述のように、充電ケーブル２０の許容電流値に基づいて設定されたデューティー比は、温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度に応じて変更される。そして、パイロット信号ＣＰＬＴの電位が規定の電位Ｖ３（たとえば６Ｖ）近傍に低下すると、コントロールパイロット回路３３２は、ＣＣＩＤリレー３３０をオンさせる。

なお、コントロールパイロット回路３３２は、プラグ５０がコンセント４００に接続されたときに外部電源４０２から供給される電力を受けて動作する。

一方、車両側において、インレット２３０とＡＣ／ＤＣコンバータ２２０（図２）との間の電力線には、ＤＦＲ（Dead Front Relay）３５０と、ＬＣフィルタ３６０とが設けられる。ＤＦＲ３５０は、インレット２３０とＡＣ／ＤＣコンバータ２２０との電気的な接続／切離しを行なうためのリレーであり、ＥＣＵ２４０からの制御信号によってオン／オフされる。すなわち、外部充電時、ＤＦＲ３５０はオンされ、インレット２３０はＡＣ／ＤＣコンバータ２２０に電気的に接続される。ＬＣフィルタ３６０は、ＤＦＲ３５０とインレット２３０との間に設けられ、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０のスイッチング動作に応じて発生する高周波のノイズが充電ケーブル２０へ出力されるのを防止する。

電圧センサ３７０は、外部充電時、外部電源４０２の電圧ＶＡＣを検出し、その検出値をＥＣＵ２４０へ出力する。電流センサ３７２は、外部充電時、外部電源４０２から供給される電流ＩＡＣを検出し、その検出値をＥＣＵ２４０へ出力する。

ＥＣＵ２４０は、抵抗回路３８０と、入力バッファ３８２，３８４と、ＣＰＵ（Control Processing Unit）３８６とを含む。抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２，Ｒ３と、スイッチＳＷ１，ＳＷ２とを含む。プルダウン抵抗Ｒ２およびスイッチＳＷ１は、パイロット信号ＣＰＬＴが通信されるコントロールパイロット線Ｌ１と車両アース３８８との間に直列に接続される。プルダウン抵抗Ｒ３およびスイッチＳＷ２も、コントロールパイロット線Ｌ１と車両アース３８８との間に直列に接続される。そして、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、ＣＰＵ３８６からの制御信号に応じてオン／オフされる。

この抵抗回路３８０によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位が操作される。具体的には、コネクタ４０がインレット２３０に接続されると、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ１がオンされ、抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位を規定の電位Ｖ２（たとえば９Ｖ）に低下させる。そして、車両において充電準備が完了すると、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ２がオンされ、抵抗回路３８０は、プルダウン抵抗Ｒ２，Ｒ３によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位を規定の電位Ｖ３に低下させる。このように、抵抗回路３８０を用いてパイロット信号ＣＰＬＴの電位を操作することにより、ＥＣＵ２４０からＣＣＩＤ３１０のＣＣＩＤリレー３３０を遠隔操作することができる。

入力バッファ３８２は、コントロールパイロット線Ｌ１のパイロット信号ＣＰＬＴを受け、その受けたパイロット信号ＣＰＬＴをＣＰＵ３８６へ出力する。入力バッファ３８４は、コネクタ４０のリミットスイッチ３２０に接続される信号線Ｌ３からケーブル接続信号ＰＩＳＷを受け、その受けたケーブル接続信号ＰＩＳＷをＣＰＵ３８６へ出力する。

なお、信号線Ｌ３にはＥＣＵ２４０から電圧がかけられており、コネクタ４０がインレット２３０に接続されると、リミットスイッチ３２０がオンすることによって信号線Ｌ３の電位は接地レベルとなる。すなわち、ケーブル接続信号ＰＩＳＷは、コネクタ４０がインレット２３０に接続されているときＬ（論理ロー）レベルとなり、非接続時はＨ（論理ハイ）レベルとなる信号である。

ＣＰＵ３８６は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷおよびパイロット信号ＣＰＬＴに基づいて外部電源４０２と車両との接続を判定する。具体的には、ＣＰＵ３８６は、入力バッファ３８４から受けるケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づいてインレット２３０とコネクタ４０との接続を検出し、入力バッファ３８２から受けるパイロット信号ＣＰＬＴの入力有無に基づいてプラグ５０とコンセント４００との接続を検出する。

ＣＰＵ３８６は、ケーブル接続信号ＰＩＳＷに基づきインレット２３０とコネクタ４０との接続が検出されると、スイッチＳＷ１をオンする。これにより、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ１から低下することによってパイロット信号ＣＰＬＴが発振し、ＣＰＵ３８６は、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比に基づいて充電ケーブル２０の電流許容値を検知する。

充電ケーブル２０の電流許容値が検知され、蓄電装置１８０の充電準備が完了すると、ＣＰＵ３８６は、スイッチＳＷ２をオンする。これにより、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３まで低下し、ＣＣＩＤ３１０においてＣＣＩＤリレー３３０がオンされる。その後、ＣＰＵ３８６は、ＤＦＲ３５０をオンする。これにより、外部電源４０２からの電力がＡＣ／ＤＣコンバータ２２０（図２）に与えられ、電圧センサ３７０によって検出される電圧ＶＡＣおよび電流センサ３７２によって検出される電流ＩＡＣに基づいて、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比により通知された充電ケーブル２０の電流許容値を電流ＩＡＣが超えない範囲で、ＣＰＵ３８６により充電制御が実行される。

図４は、充電ケーブル２０の内部の概略構成図である。図４を参照して、充電ケーブル２０の内部には、電力線５０６と、コントロールパイロット線Ｌ１と、接地線Ｌ２（図３）とが配設される。電力線５０６は、外部電源４０２から供給される充電電力を送電する。コントロールパイロット線Ｌ１は、パイロット信号ＣＰＬＴを伝達する。接地線Ｌ２は、車両外部のアースに接続される。

図５は、コントロールパイロット回路３３２によって生成されるパイロット信号ＣＰＬＴの波形を示した図である。図５を参照して、パイロット信号ＣＰＬＴは、規定の周期Ｔで発振する。ここで、予め定められた充電ケーブル２０の電流許容値（定格電流）に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのパルス幅Ｔｏｎが設定される。そして、周期Ｔに対するパルス幅Ｔｏｎの比で示されるデューティー比によって、充電ケーブル２０の電流許容値がコントロールパイロット回路３３２から車両６０のＥＣＵ２４０へ通知される。

なお、電流許容値は、充電ケーブル毎に定められており、充電ケーブルの種類が異なれば、電流許容値も異なるので、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比も異なる。そして、車両６０のＥＣＵ２４０は、充電ケーブル２０に設けられたコントロールパイロット回路３３２から送信されるパイロット信号ＣＰＬＴをコントロールパイロット線Ｌ１を介して受信し、その受信したパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を検知することによって充電ケーブル２０の電流許容値を検知し、その電流許容値を充電電流が超えないように充電制御を実行することができる。なお、後ほど詳しく説明するが、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比は、充電装置１０のケーブルリール３０に設けられた温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度に応じて変更される。

図６は、外部充電時におけるパイロット信号ＣＰＬＴおよびスイッチＳＷ１，ＳＷ２のタイミングチャートである。図６を参照して、時刻ｔ１において、充電ケーブル２０のプラグ５０が外部電源４０２のコンセント４００に接続されると、外部電源４０２から電力を受けてコントロールパイロット回路３３２がパイロット信号ＣＰＬＴを発生する。

なお、この時点では、充電ケーブル２０のコネクタ４０は車両６０のインレット２３０に接続されておらず、パイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ１（たとえば１２Ｖ）であり、パイロット信号ＣＰＬＴは非発振状態である。

時刻ｔ２において、コネクタ４０がインレット２３０に接続されると、抵抗回路３８０のプルダウン抵抗Ｒ２によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ２（たとえば９Ｖ）に低下する。そうすると、時刻ｔ３において、コントロールパイロット回路３３２はパイロット信号ＣＰＬＴを発振させる。そして、車両６０のＣＰＵ３８６においてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比に基づき充電ケーブル２０の電流許容値が検知され、充電制御の準備が完了すると、時刻ｔ４において、ＣＰＵ３８６によりスイッチＳＷ２がオンされる。そうすると、抵抗回路３８０のプルダウン抵抗Ｒ３によってパイロット信号ＣＰＬＴの電位はＶ３（たとえば６Ｖ）にさらに低下する。

そして、パイロット信号ＣＰＬＴの電位がＶ３に低下すると、コントロールパイロット回路３３２によってＣＣＩＤ３１０のＣＣＩＤリレー３３０がオンされる。その後、車両６０においてＤＦＲ３５０がオンされ、外部電源４０２から蓄電装置１８０の充電が実行される。

（ケーブルリール３０の構成）
図７は、図１に示したケーブルリール３０の構成を示した図である。図７を参照して、ケーブルリール３０は、ドラム５０２と、充電ケーブル２０と、コントロールパイロット回路３３２と、温度センサ３４２とを含む。充電ケーブル２０は、ドラム５０２に巻きつくようにして巻き取られ、コネクタ４０側を引出可能である。

コントロールパイロット回路３３２および温度センサ３４２は、たとえばドラム５０２の内部に設けられる。そして、温度センサ３４２は、たとえばドラム５０２の内周に密着され、ドラム５０２に巻き取られた充電ケーブル２０の温度を検出してコントロールパイロット回路３３２へ出力する。

コントロールパイロット回路３３２は、上述のようにパイロット信号ＣＰＬＴを生成し、その生成したパイロット信号ＣＰＬＴを充電ケーブル２０のコントロールパイロット線Ｌ１（図３，４）へ出力する。ここで、コントロールパイロット回路３３２は、後述のように、温度センサ３４２から受ける充電ケーブル２０の温度の検出値に基づいて、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を必要に応じて変更する。

図８は、充電ケーブル２０の電流許容値とパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比との関係を示した図である。図８を参照して、予め定められた充電ケーブル２０の電流許容値に正比例してパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が設定される。なお、特に図示しないが、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が段階的に変化するようにデューティー比を設定してもよい。

充電ケーブル２０の電流許容値とパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比とのこのような関係が予めマップとして用意され、コントロールパイロット回路３３２により、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が設定される。

ここで、この実施の形態１では、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいて設定されたパイロット信号ＣＰＬＴが、温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度に応じて変更される。すなわち、充電ケーブル２０がケーブルリール３０に巻き取られた状態で外部充電が行なわれると、充電ケーブル２０の放熱不足により充電ケーブル２０が過熱し得る。そして、充電ケーブル２０が加熱した場合には、充電電力を低減する必要があるところ、この実施の形態１においては、ケーブルリール３０に巻き取られた充電ケーブル２０の温度が温度センサ３４２によって検出され、充電ケーブル２０の温度が高くなるに従って、充電ケーブル２０の電流許容値が小さくなる方向にパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が変更される。これにより、車両６０の充電制御において充電電流が低減され、充電ケーブル２０の加熱が回避される。

図９は、充電ケーブル２０の温度とパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比との関係を示した図である。なお、この図９は、一例として、充電ケーブル２０の電流許容値がＡ１であり、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比がＤ１の場合（図８）について示したものであるが、デューティー比がＤ１以外の値でもこの図９に示す関係と同様である。

図９を参照して、温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度が充電ケーブル２０の定格温度Ｔ１を超えると、温度上昇に応じてデューティー比が小さくなるようにデューティー比が変更される。そして、この変更されたデューティー比を有するパイロット信号ＣＰＬＴが車両６０へ伝達される。なお、特に図示しないが、デューティー比を変更する温度しきい値を設けることなく、温度上昇に応じてデューティー比が小さくなるようにデューティー比を変更するようにしてもよい。

パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比と充電ケーブル２０の温度とのこのような関係が予めマップとして用意され、温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度に基づいて、コントロールパイロット回路３３２によりパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が変更される。

図１０は、パイロット信号ＣＰＬＴの生成に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。図１０を参照して、コントロールパイロット回路３３２は、図８に示した関係を規定する予め用意されたマップを用いて、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を設定する（ステップＳ１０）。

次いで、ケーブルリール３０に設けられた温度センサ３４２により、充電ケーブル２０の温度が検出される（ステップＳ２０）。そして、コントロールパイロット回路３３２は、検出された充電ケーブル２０の温度が充電ケーブル２０の定格温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。

充電ケーブル２０の温度が定格温度Ｔ１以上であると判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、コントロールパイロット回路３３２は、図９に示した関係を規定する予め用意されたマップを用いて、ステップＳ２０において検知された充電ケーブル２０の温度に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を変更する（ステップＳ４０）。一方、ステップＳ３０において充電ケーブル２０の温度が定格温度Ｔ１よりも低いと判定されると（ステップＳ３０においてＮＯ）、コントロールパイロット回路３３２は、ステップＳ４０の処理を実行することなくステップＳ５０へ処理を進める。

そして、コントロールパイロット回路３３２は、ステップＳ４０において変更されたデューティー比（ステップＳ４０においてデューティー比が変更されていない場合には、ステップＳ１０において設定されたデューティー比）を有するパイロット信号ＣＰＬＴを生成する（ステップＳ５０）。

以上のように、この実施の形態１においては、ケーブルリール３０に設けられた温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を変更可能としたので、パイロット信号ＣＰＬＴを用いて充電ケーブル２０の温度状況を車両６０へ通知し、充電ケーブル２０の過熱のおそれがある場合には、車両側の充電制御において充電電流を低減させる対応をとることができる。したがって、この実施の形態１によれば、充電ケーブル２０の過熱を防止することができる。

［変形例］
上記においては、図８に示したように、充電ケーブル２０の電流許容値が小さいほどパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が小さくなるようにデューティー比が設定され、この関係を前提として、図９に示したように、充電ケーブル２０の温度が定格温度Ｔ１を超えるとデューティー比が小さくなるようにデューティー比を変更するものとした。

一方、図１１に示すように、充電ケーブル２０の電流許容値が小さいほどパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が大きくなるようにデューティー比を設定するものとし、この関係を前提として、図１２に示すように、充電ケーブル２０の温度が定格温度Ｔ２を超えるとデューティー比が大きくなるようにデューティー比を変更するようにしてもよい。

［実施の形態２］
ケーブルリールによる充電ケーブルの巻取り量が多いほど、充電ケーブルの放熱性が悪くなるので、充電ケーブルが過熱するおそれが高まる。そこで、この実施の形態２では、ケーブルリールによる充電ケーブル２０の巻取り量に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が変更される。

この実施の形態２における充電システムの全体構成および電気的構成ならびに充電装置を用いて充電される車両の構成は、実施の形態１と同じである。

図１３は、実施の形態２におけるケーブルリールの構成を示した図である。図１３を参照して、ケーブルリール３０Ａは、図７に示した実施の形態１におけるケーブルリール３０の構成において、温度センサ３４２およびコントロールパイロット回路３３２に代えてそれぞれ巻取りセンサ５１０およびコントロールパイロット回路３３２Ａを含む。

巻取りセンサ５１０は、充電ケーブル２０の巻取り量を検出するためのものである。たとえば、充電ケーブル２０が完全に引出されたときのドラム５０２の回転位置を基準として、ドラム５０２の回転量に基づいて巻取り量を推定することができる。巻取り量の推定は、巻取りセンサ５１０で行なってもよいし、コントロールパイロット回路３３２Ａで行なってもよい。

コントロールパイロット回路３３２Ａは、パイロット信号ＣＰＬＴを生成して充電ケーブル２０のコントロールパイロット線Ｌ１（図３，４）へ出力する。コントロールパイロット回路３３２Ａは、実施の形態１におけるコントロールパイロット回路３３２と同様に、図８に示した関係を用いて、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を設定する。

ここで、実施の形態１では、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいて設定されたパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が、温度センサ３４２により検出される充電ケーブル２０の温度に応じて変更されたが、この実施の形態２では、以下に説明するように、巻取りセンサ５１０を用いて検出される充電ケーブル２０の巻取り量に応じて変更される。

図１４は、ケーブルリール３０Ａによる充電ケーブル２０の巻取り量とパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比との関係を示した図である。なお、この図１４も、一例として、充電ケーブル２０の電流許容値がＡ１であり、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比がＤ１の場合（図８）について示したものであるが、デューティー比がＤ１以外の値でもこの図１４に示す関係と同様である。

図１４を参照して、巻取りセンサ５１０を用いて検出される充電ケーブル２０の巻取り量が予め定められた巻取り量Ｒ１を超えると、巻取り量の増加に応じてデューティー比が小さくなるようにデューティー比が変更される。そして、この変更されたデューティー比を有するパイロット信号ＣＰＬＴが車両６０へ伝達される。なお、特に図示しないが、デューティー比が変更されるしきい値（巻取り量Ｒ１）を設けることなく、巻取り量の増加に応じてデューティー比が小さくなるようにデューティー比を変更するようにしてもよい。

パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比とケーブルリール３０Ａによる充電ケーブル２０の巻取り量とのこのような関係が予めマップとして用意され、コントロールパイロット回路３３２Ａは、巻取りセンサ５１０を用いて検出される充電ケーブル２０の巻取り量に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を変更する。

図１５は、実施の形態２におけるパイロット信号ＣＰＬＴの生成に関する処理手順を説明するためのフローチャートである。図１５を参照して、コントロールパイロット回路３３２Ａは、図８に示した関係を規定する予め用意されたマップを用いて、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を設定する（ステップＳ１１０）。

次いで、ケーブルリール３０に設けられた巻取りセンサ５１０を用いて、ケーブルリール３０Ａによる充電ケーブル２０の巻取り量が検出される（ステップＳ１２０）。そして、コントロールパイロット回路３３２Ａは、検出された充電ケーブル２０の巻取り量が所定量以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。なお、この所定量は、たとえば、充電ケーブル２０の電流許容値に基づいて予め決定される。

充電ケーブル２０の巻取り量が所定量以上であると判定されると（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、コントロールパイロット回路３３２Ａは、図１４に示した関係を規定する予め用意されたマップを用いて、ステップＳ１２０において検知された充電ケーブル２０の巻取り量に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を変更する（ステップＳ４０）。一方、ステップＳ１３０において充電ケーブル２０の巻取り量が所定量よりも少ないと判定されると（ステップＳ１３０においてＮＯ）、コントロールパイロット回路３３２Ａは、ステップＳ１４０の処理を実行することなくステップＳ１５０へ処理を進める。

そして、コントロールパイロット回路３３２Ａは、ステップＳ１４０において変更されたデューティー比（ステップＳ１４０においてデューティー比が変更されていない場合には、ステップＳ１１０において設定されたデューティー比）を有するパイロット信号ＣＰＬＴを生成する（ステップＳ１５０）。

なお、図１１に示したように、充電ケーブル２０の電流許容値が小さいほどパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が大きくなるようにデューティー比が設定される場合には、図１６に示すように、充電ケーブル２０の巻取り量が所定量Ｒ２を超えるとデューティー比が大きくなるようにデューティー比を変更するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態２においては、ケーブルリール３０Ａによる充電ケーブル２０の巻取り量に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比を変更可能としたので、パイロット信号ＣＰＬＴを用いて充電ケーブル２０の温度状況を車両６０へ通知し、充電ケーブル２０の過熱のおそれがある場合には、車両側の充電制御において充電電流を低減させる対応をとることができる。したがって、この実施の形態２によっても、充電ケーブル２０の過熱を防止することができる。

［実施の形態３］
充電ケーブル２０とともに、外部電源との接続端子であるプラグ５０も過熱するおそれがある。そこで、この実施の形態３では、上記の実施の形態１または２に加えて、プラグ５０の温度が検出され、プラグ５０の温度に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比がさらに変更される。

図１７は、実施の形態３におけるケーブルリールの構成を示した図である。図１７を参照して、ケーブルリール３０Ｂは、図７に示した実施の形態１におけるケーブルリール３０の構成において、コントロールパイロット回路３３２に代えてコントロールパイロット回路３３２Ｂを含む。また、プラグ５０には、温度センサ５１２が設けられる。

温度センサ５１２は、プラグ５０の温度を検出する。温度センサ５１２による温度の検出値は、図示されない信号線を介してコントロールパイロット回路３３２Ｂへ送信される。コントロールパイロット回路３３２Ｂは、実施の形態１で説明したコントロールパイロット回路３３２の機能に加えて、温度センサ５１２により検出されるプラグ５０の温度に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比をさらに変更する。

図１８は、プラグ５０の温度とパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比との関係を示した図である。なお、この図１８も、一例として、充電ケーブル２０の電流許容値がＡ１であり、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比がＤ１の場合（図８）について示したものであるが、デューティー比がＤ１以外の値でもこの図１８に示す関係と同様である。

図１８を参照して、温度センサ５１２により検出されるプラグ５０の温度が予め定められた温度Ｔ３を超えると、温度上昇に応じてデューティー比が小さくなるようにデューティー比が変更される。そして、この変更されたデューティー比を有するパイロット信号ＣＰＬＴが車両６０へ伝達される。なお、特に図示しないが、デューティー比を変更する温度しきい値を設けることなく、温度上昇に応じてデューティー比が小さくなるようにデューティー比を変更するようにしてもよい。

以上のように、この実施の形態３によれば、プラグ５０に設けられる温度センサ５１２により検出されるプラグ５０の温度に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比をさらに変更可能としたので、プラグ５０の過熱も防止することができる。

［実施の形態４］
この実施の形態４では、上記の実施の形態１または２に加えて、外部電源の電圧が検出され、外部電源の電圧降下が大きいとき、充電ケーブル２０の電流許容値が小さくなるようにパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比がさらに変更される。

図１９は、実施の形態４におけるケーブルリールの構成を示した図である。図１９を参照して、ケーブルリール３０Ｃは、図７に示した実施の形態１におけるケーブルリール３０の構成において、電圧センサ５１４をさらに含み、コントロールパイロット回路３３２に代えてコントロールパイロット回路３３２Ｃを含む。

電圧センサ５１４は、たとえばドラム５０２の内部に設けられ、プラグ５０が接続される外部電源４０２（図３）の電圧を検出してコントロールパイロット回路３３２Ｃへ出力する。コントロールパイロット回路３３２Ｃは、実施の形態１で説明したコントロールパイロット回路３３２の機能に加えて、以下に説明するように、電圧センサ５１４の検出値に基づいてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比をさらに変更する。

図２０は、外部電源の電圧とパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比との関係を示した図である。なお、この図２０も、一例として、充電ケーブル２０の電流許容値がＡ１であり、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比がＤ１の場合（図８）について示したものであるが、デューティー比がＤ１以外の値でもこの図２０に示す関係と同様である。

図２０を参照して、電圧Ｖ１は、外部電源が正常時の電圧を示す。外部電源の電圧が電圧Ｖ２（電圧Ｖ１からの電圧降下量ΔＶ）を下回ると、パイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比が小さくなるようにデューティー比が変更される。そして、この変更されたデューティー比を有するパイロット信号ＣＰＬＴが車両６０へ伝達される。

以上のように、この実施の形態４によれば、外部電源の電圧降下に応じてパイロット信号ＣＰＬＴのデューティー比をさらに変更可能としたので、外部電源が電圧降下したときの異常充電を回避することができる。

なお、上記の各実施の形態においては、車両６０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２０を用いて、外部電源４０２から供給される充電電力を電圧変換するものとしたが、専用のコンバータを設けることなく、インレット２３０からの電力線対をモータジェネレータ１３０，１５０の中性点にそれぞれ接続し、インバータ２００，２１０により中性点間の電圧を調整することによって、外部電源４０２から供給される充電電力を電圧変換してもよい。

また、上記においては、車両６０は、走行用の動力源としてエンジンおよびモータジェネレータを搭載するハイブリッド自動車としたが、この発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に限定されるものではなく、エンジンを搭載しない電気自動車や、直流電源として燃料電池を搭載した燃料電池自動車なども含む。

なお、上記において、ケーブルリール３０，３０Ａ〜３０Ｃの各々は、この発明における「リール」の一実施例に対応し、温度センサ３４２は、この発明における「温度センサ」の一実施例に対応する。また、コントロールパイロット回路３３２，３３２Ａ〜３３２Ｃの各々は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応し、温度センサ５１２は、この発明における「プラグ温度センサ」の一実施例に対応する。さらに、電圧センサ５１４は、この発明における「電圧センサ」の一実施例に対応する。

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、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

１０充電装置、２０充電ケーブル、３０，３０Ａ〜３０Ｃケーブルリール、４０コネクタ、５０プラグ、６０車両、１１０エンジン、１２０動力分割装置、１３０，１５０モータジェネレータ、１４０減速機、１６０駆動軸、１７０駆動輪、１８０蓄電装置、１９０昇圧コンバータ、２００，２１０インバータ、２２０ＡＣ／ＤＣコンバータ、２３０インレット、２４０ＥＣＵ、３１０ＣＣＩＤ、３２０リミットスイッチ、３３０ＣＣＩＤリレー、３３２，３３２Ａ〜３３２Ｃコントロールパイロット回路、３３４発振器、３３６，３７０，５１４電圧センサ、３３８ＣＰＬＴ−ＥＣＵ、３４２，５１２温度センサ、３５０ＤＦＲ、３６０ＬＣフィルタ、３７２電流センサ、３８０抵抗回路、３８２，３８４入力バッファ、３８６ＣＰＵ、３８８車両アース、４００コンセント、４０２外部電源、５０２ドラム、５０６電力線、５１０巻取りセンサ、Ｒ１抵抗素子、Ｒ２，Ｒ３プルダウン抵抗、ＳＷ１，ＳＷ２スイッチ、Ｌ１コントロールパイロット線、Ｌ２接地線。

Claims

車両外部の外部電源（４０２）によって充電可能に構成された車両（６０）へ前記外部電源から電力を供給するための充電装置であって、
前記外部電源を前記車両と電気的に接続し得る充電ケーブル（２０）と、
前記充電ケーブルを巻取り可能なリール（３０）と、
前記リールに設けられ、前記充電ケーブルの温度を検出するための温度センサ（３４２）と、
予め定められた前記充電ケーブルの電流許容値に応じて予め定められたデューティー比を有するパルス信号（ＣＰＬＴ）を生成し、その生成されたパルス信号を前記車両へ送信可能に構成された制御装置（３３２）とを備え、
前記制御装置は、前記温度センサにより検出される前記充電ケーブルの温度に応じて前記パルス信号のデューティー比を変更する、充電装置。
前記制御装置は、前記温度センサにより検出される前記充電ケーブルの温度が高くなるに従って、前記充電ケーブルの電流許容値が小さくなる方向に前記デューティー比を変更する、請求の範囲１に記載の充電装置。
車両外部の外部電源（４０２）によって充電可能に構成された車両（６０）へ前記外部電源から電力を供給するための充電装置であって、
前記外部電源を前記車両と電気的に接続し得る充電ケーブル（２０）と、
前記充電ケーブルを巻取り可能なリール（３０Ａ）と、
予め定められた前記充電ケーブルの電流許容値に応じて予め定められたデューティー比を有するパルス信号（ＣＰＬＴ）を生成し、その生成されたパルス信号を前記車両へ送信可能に構成された制御装置（３３２Ａ）とを備え、
前記制御装置は、前記リールによる前記充電ケーブルの巻取り量に応じて前記パルス信号のデューティー比を変更する、充電装置。
前記制御装置は、前記リールによる前記充電ケーブルの巻取り量が多くなるに従って、前記充電ケーブルの電流許容値が小さくなる方向に前記デューティー比を変更する、請求の範囲３に記載の充電装置。
前記充電ケーブルを前記外部電源に接続するためのプラグ（５０）と、
前記プラグの温度を検出するためのプラグ温度センサ（５１２）とをさらに備え、
前記制御装置（３３２Ｂ）は、前記プラグ温度センサにより検出される前記プラグの温度に応じて前記パルス信号のデューティー比をさらに変更する、請求の範囲１から４のいずれかに記載の充電装置。
前記外部電源の電圧を検出するための電圧センサ（５１４）をさらに備え、
前記制御装置（３３２Ｃ）は、前記外部電源の電圧降下に応じて前記パルス信号のデューティー比をさらに変更する、請求の範囲１から４のいずれかに記載の充電装置。