CN102348574B - 电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动车辆。电动车辆(1)能利用从车辆外部的供电设备供给的电力进行行驶。受电用共振器(20)配设在金属制的下车身(10)的下部，构成为通过经由电磁场与供电设备的送电用共振器(60)共振而从送电用共振器(60)接受电力。蓄电装置(40)储存由受电用共振器(20)接受的电力。电缆(30)与受电用共振器(20)一同配置在下车身(10)的下部，构成为将由受电用共振器(20)接受的电力向蓄电装置(40)输送。

Description

电动车辆
技术领域
本发明涉及电动车辆，尤其涉及能从车辆外部的电源通过共振法来以非接触方式接受电力的电动车辆。
背景技术
作为考虑环境的车辆，电动汽车和混合动力车等电动车辆备受瞩目。电动汽车从车辆外部的电源对车载的电池充电，使用该充入的电力来驱动马达以进行行驶。混合动力车是除了马达之外还搭载发动机来作为动力源的车辆或还搭载燃料电池来作为车辆驱动用的直流电源的车辆。
在混合动力车中，还已知有与电动汽车同样地能从车辆外部的电源对车载的电池充电的车辆。例如，已知所谓的“插电式混合动力车”：通过将设置于房屋的电源插座和设置于车辆的充电口用充电电缆连接，从而能够从一般家庭的电源对车载电池充电。
另一方面，作为输电方法，不使用电源线和输电电缆的无线输电近年来备受瞩目。作为该无线输电技术，最有希望的技术已知有使用电磁感应的输电、使用微波的输电和使用共振法的输电这三种技术。
其中，共振法是使一对共振器(例如一对自谐振线圈)在电磁场(接近场)中共振、经由电磁场来输电的非接触的输电技术，也能够在比较长的距离(例如数米)输送数kW的较大电力(参照非专利文献1)。
非专利文献1：Andre Kurs et al.，“Wireless Power Transfer viaStrongly Coupled Magnetic Resonances”、[online]、2007年7月6日、Science、第317卷、p.83-86、[2007年9月12日检索]、互联网＜URL：http://www.sciencemag.org/cgi/317/5834/83.pdf＞
发明内容
发明所要解决的问题
在将上述基于共振法的非接触输电(送电)技术用于从车辆外部的电源向电动车辆供电的情况下，在车辆中接受例如数百kHz水平的高频电力，因此随着接受电力而产生的电磁波能对车内的各种电气设备产生不良影响。
因此，本发明的目的是提供能抑制随着从车辆外部的电源接受电力所产生的电磁波对车内的电气设备的不良影响的电动车辆。
用于解决问题的手段
根据本发明，电动车辆是能够利用从车辆外部的电源供给的电力进行行驶，该电动车辆具备受电用共振器、蓄电装置以及电缆。受电用共振器配设于金属制的下车身的下部，构成为通过经由电磁场与车辆外部的电源的送电用共振器共振而从送电用共振器接受电力。蓄电装置储存通过受电用共振器接受的电力。电缆与受电用共振器一同配置于下车身的下部，构成为将通过受电用共振器接受的电力向蓄电装置输送。
优选蓄电装置配设于下车身的上部，并由能够屏蔽电磁波的部件覆盖。
进一步优选部件为金属制。
另外，优选蓄电装置配设于下车身的下部。
优选电动车辆还具备整流器。整流器构成为对通过受电用共振器接受的交流电力进行整流。并且，整流器配设于下车身的下部。
发明的效果
在该电动车辆中，受电用共振器通过经由电磁场与车辆外部的电源的送电用共振器共振而从送电用共振器接受电力。该受电用共振器配设在金属制的下车身的下部，因此随着接受高频电力而在受电用共振器的周围产生的电磁波被下车身屏蔽，能抑制电磁波对车内的影响。此外，在随着接受电力而产生的电磁波在用于将由受电用共振器接收的电力向蓄电装置输送的电缆中传播时，在该电动车辆中，电缆也配设在金属制的下车身的下部，所以从电缆产生的电磁波也被下车身屏蔽。
因此，根据该电动车辆，能抑制随着从车辆外部的电源接受电力而产生的电磁波所致的对车内的电气设备的不良影响。
附图说明
图1是对于本发明实施方式1的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。
图2是图1所示的电动车辆的下车身周围的放大图。
图3是表示铁的电磁场屏蔽效果的曲线图。
图4是用于说明基于共振法的输电的原理的图。
图5是表示距电流源(磁流源)的距离和电磁场的强度之间的关系的图。
图6是表示图1所示的电动车辆的动力传动系构成的框图。
图7是对于实施方式1的变形例1的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。
图8是对于实施方式1的变形例2的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。
图9是对于实施方式2的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。
图10是图9所示的电动车辆的下车身周围的放大图。
附图标记说明：
1，1A～1C电动车辆；10下车身；20受电用共振器；22，340次级自谐振线圈；24，350次级线圈；30电缆；35整流器；40蓄电装置；42电磁屏蔽材料；44后座；46中控制台；50地面；60送电用共振器；70高频电源驱动器；80交流电源；110PCU；112升压转换器；114，116变换器；120，122电动发电机；124发动机；126动力分配装置；128驱动轮；130ECU；310高频电源；320初级线圈；330初级自谐振线圈；360负载；SMR1，SMR2系统主继电器；PL1，PL2正极线；NL1，NL2负极线。
具体实施方式
下面根据附图来详细说明本发明的实施方式。对于图中相同或相当的部分标以相同标记并不重复其说明。
[实施方式1]
图1是对于本发明实施方式1的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。参照图1，电动车辆1具备下车身10、受电用共振器20、电缆30和蓄电装置40。该电动车辆1构成为：能够接受从设于车辆外部的后述的供电设备供给的电力，利用未图示的行驶用马达来进行行驶。
下车身10是车辆的车体下面，由金属制部件构成。下车身10通常由铁构成，但本发明并不限于由铁构成下车身10的结构(以下，设为下车身10由铁构成的结构)。
受电用共振器20在下车身10的下部(即车外)固定设置。受电用共振器20构成为：能够通过经由电磁场与供电设备的送电用共振器60共振来从送电用共振器60以非接触方式接受电力。作为一例，受电用共振器20由构成为以数百kHz的高频经由电磁场与送电用共振器60共振的自谐振线圈(LC谐振线圈)、由TiO2或BaTi4O9、LiTaO3等高介电常数材料形成的高电介质盘等构成。
电缆30与受电用共振器20一同设置在下车身10的下部。电缆30将由受电用共振器20接受的电力向蓄电装置40输送。
在该实施方式1中，蓄电装置40配置在下车身10的上部(即车内)，具体而言，配置在行李室内。蓄电装置40是能再充电的直流电源，包括例如锂离子和/或镍氢等的二次电池。该蓄电装置40暂时储存由受电用共振器20接受的电力、由未图示的行驶用马达或发电机发电产生的电力，在行驶时将该储存的电力向行驶用马达供给。作为蓄电装置40，也可采用大容量的电容器。
能够向电动车辆1供给电力的供电设备包括送电用共振器60、高频电源驱动器70和交流电源80。送电用共振器60设置于地面50，从高频电源驱动器70接受电力的供给。而且，送电用共振器60构成为：能够通过经由电磁场与电动车辆1的受电用共振器20共振来将从高频电源驱动器70接受的高频电力向受电用共振器20以非接触方式输送。该送电用共振器60也与受电用共振器20同样地，例如，由构成为以数百kHz的高频经由电磁场与受电用共振器20共振的自谐振线圈(LC谐振线圈)、由高介电常数材料形成的高电介质盘等构成。
高频电源驱动器70将从交流电源80接受的电力转换为高频电力以向送电用共振器60供给。高频电源驱动器70生成的高频电力的频率是例如数百kHz左右。
图2是图1所示的电动车辆1的下车身周围的放大图。参照图2，受电用共振器20配置在铁制的下车身10的下部(即车外)。将受电用共振器20配置在下车身10的下部是因为：在随着从供电装置的送电用共振器60接受电力而在受电用共振器20周围产生高频的电磁波时，电磁波被铁制的下车身10屏蔽，能抑制电磁波对车内的影响。
此外，在该电动车辆1中，电缆30也配置在下车身10的下部(即车外)。将电缆30配置在下车身10的下部是因为：电缆30连接于受电用共振器20，所以在由于电缆30中传播与接受电力相伴的高频电磁波而电缆30也成为电磁波的产生源时，电磁波被铁制的下车身10屏蔽，能抑制电磁波对车内的影响。
而且，由受电用共振器20接受且在电缆30中流动的高频电力通过整流器35(在图1中未图示)来整流，在下车身10的上部(即车内)配置的蓄电装置40储存接受到的电力。整流器35也配置在下车身10的下部(即车外)。这是因为，经电缆30接受由受电用共振器20接受的高频电力的整流器35也成为电磁波的产生源。
蓄电装置40尽管隔着整流器35但与电缆30和受电用共振器20电连接，所以优选用能屏蔽电磁波的部件42覆盖蓄电装置40。作为部件42，可采用例如电磁屏蔽效果高的铁等金属制部件、具有电磁波屏蔽效果的布等。此外，当通过能屏蔽电磁波的部件覆盖整流器35时，则整流器35也可以与蓄电装置40一同配置在下车身10的上部(即车内)。
这样，在该电动车辆1中，不仅是使用共振法接受高频电力的受电用共振器20，用于将由受电用共振器20接受的电力向蓄电装置40输送的电缆30也设置在铁制的下车身10的下面(即车外)。由此，能够抑制伴随着从供电设备接受电力的高频电磁波达到车内。
进一步，在该实施方式1中，在蓄电装置40配置在下车身10的上面(即车内)时，通过由能屏蔽电磁波的部件42覆盖蓄电装置40，能够更充分地抑制电磁波对车内的影响。
图3是表示铁的电磁场屏蔽效果的曲线图。参照图3，折线k1表示铁的电磁场屏蔽效果，作为比较，由折线k2表示铝的电磁场屏蔽效果。在曲线图中，横轴是电磁场的频率，纵轴是屏蔽特性。如上所述，在该电动车辆1中，通过以数百kHz的高频使送电用共振器60和受电用共振器20共振而经由电磁场从送电用共振器60向受电用共振器20输送电力。而且，如图3所示，在比500kHz小的频率，铁的屏蔽特性比铝好，在使用了也设想为使用比500kHz小的频率的共振法的输电中，铁具有高电磁波屏蔽效果。
图4是用于说明基于共振法的输电(送电)的原理的图。在该图4中，作为一例而表示将LC谐振线圈用作共振器的情况。参照图4，在共振法中，与两个音叉共振同样地，具有相同固有频率的两个LC谐振线圈在电磁场(接近场)中共振，从而经由电磁场从一个谐振线圈向另一个谐振线圈传送电力。
具体而言，在高频电源310连接初级线圈320，通过电磁感应向与初级线圈320磁耦合的初级自谐振线圈330供给数百kHz的高频电力。初级自谐振线圈330是线圈自身的电感和杂散电容(寄生电容)所形成的LC谐振器，经由电磁场(接近场)与具有同初级自谐振线圈330相同的谐振频率的次级自谐振线圈340共振。于是，能量(电力)经由电磁场从初级自谐振线圈330向次级自共振线圈340移动。移动到次级自谐振线圈340的能量(电力)通过电磁感应而由与次级自谐振线圈340磁耦合的次级线圈350取出，并向负载360供给。在表示初级自谐振线圈330和次级自谐振线圈340的共振强度的Q值比例如100大时实现基于共振法的输电。
初级线圈320是为了易于向初级自谐振线圈330供电而设置的，次级线圈350是为了易于取出来自次级自谐振线圈340的电力而设置的，也可不设置初级线圈320而从高频电源310向初级自谐振线圈330直接供电、不设置次级线圈350而从次级自谐振线圈340直接取出电力。
图5是表示距电流源(磁流源)的距离和电磁场的强度之间关系的图。参照图5，电磁场包含三个成分。曲线k11是与距波源的距离成反比例的成分，称为“辐射电磁场”。曲线k12是与距波源的距离的平方成反比例的成分，称为“感应电磁场”。此外，曲线k13是与距波源的距离的立方成反比例的成分，称为“静电磁场”。
虽然其中也存在电磁波的强度随着距波源的距离而急剧减小的区域，但在共振法中，利用该近场(瞬逝场(evanescent field))来进行能量(电力)的传送。即，通过利用近场来使具有相同的固有频率的一对LC谐振线圈共振，从而从一个LC谐振线圈(初级自谐振线圈)向另一个LC谐振线圈(次级自谐振线圈)传送能量(电力)。由于该近场不向远方传播能量(电力)，所以与通过将能量传播至远方的“辐射电磁场”来传送能量(电力)的电磁波相比，共振法能以更少的能量损失来输送电力。
图6是表示图1所示的电动车辆的动力传动系构成的框图。在该图6中作为一例也表示将LC谐振线圈用作受电用共振器的情况。参照图6，电动车辆1包括蓄电装置40、系统主继电器SMR1、PCU(Power Control Unit：功率控制单元)110、电动发电机120、122、发动机124、动力分配装置126和驱动轮128。此外，电动车辆1还包括受电用共振器20、电缆30、整流器35、系统主继电器SMR2和ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)130。
该电动车辆1搭载发动机124和电动发电机122来作为动力源。发动机124和电动发电机120、122与动力分配装置126连结。而且，电动车辆1利用发动机124和电动发电机122的至少一方产生的驱动力来行驶。发动机124产生的动力由动力分配装置126分配到两个路径。即，一个是向驱动轮128传递的路径，另一个是向电动发电机120传递的路径。
电动发电机120是交流旋转电机，例如由转子中埋设永磁体的三相交流同步电动机构成。电动发电机120经由动力分配装置126而使用发动机124的动能来发电。例如，在蓄电装置40的充电状态(也称为SOC(state ofCharge))比预先确定的值低时，发动机124启动以由电动发电机120进行发电，对蓄电装置40进行充电。
电动发电机122也是交流旋转电机，与电动发电机120同样，例如由在转子中埋设永磁体的三相交流同步电动机构成。电动发电机122使用在蓄电装置40中储存的电力和由电动发电机120发电产生的电力中的至少一方来产生驱动力。而且，电动发电机122的驱动力传递到驱动轮128。
此外，在车辆的制动时、向下斜面的加速度降低时，作为动能、势能而在车辆中积蓄的力学能量经由驱动轮128而用于电动发电机122的旋转驱动，电动发电机122作为发电机来工作。这样，电动发电机122将行驶能量转换为电力并作为产生制动力的再生制动器来工作。而且，电动发电机122所产生的电力被储存在蓄电装置40中。
动力分配装置126由行星齿轮构成，该行星齿轮包括太阳轮、小齿轮、齿轮架和齿圈。小齿轮与太阳轮和齿圈啮合。齿轮架将小齿轮可自转地支承，且与发电机124的曲轴连结。太阳轮与电动发电机120的旋转轴连结。齿圈与电动发电机122的旋转轴和驱动轮128连结。
系统主继电器SMR1配置在蓄电装置40和PCU110之间。系统主继电器SMR1在来自ECU130的信号SE1被激活时将蓄电装置40与PCU110电连接，在信号SE1未被激活时将蓄电装置40和PCU110之间的电路切断。
PCU110包括升压转换器112和变换器114、116。升压转换器112根据来自ECU130的信号PWC而使正极线PL2的电压升至蓄电装置40的输出电压以上的电压。该升压转换器112由例如直流斩波电路构成。变换器114、116与电动发电机120、122分别对应地设置。变换器114根据来自ECU130的信号PWI1来驱动电动发电机120，变换器116根据来自ECU130的信号PWI2来驱动电动发电机122。变换器114、116由例如三相桥电路构成。
另一方面，受电用共振器20包括次级自谐振线圈22和次级线圈24。次级线圈24与次级自谐振线圈22配置在同一轴上，能够通过电磁感应与次级自谐振线圈22磁结合(耦合)。该次级线圈24通过电磁感应而取出由次级自谐振线圈22所接受的电力，并经由电缆30向整流器35输出。
整流器35对由次级线圈24取出的交流电力进行整流。系统主继电器SMR2配置在整流器35和蓄电装置40之间。系统主继电器SMR2在来自ECU130的信号SE2被激活时将蓄电装置40与整流器35电连接，在信号SE2未被激活时将蓄电装置40和整流器35之间的电路切断。
ECU130根据加速踏板开度和/或车辆速度、来自其他各种传感器的信号，生成用于分别驱动升压转换器112和电动发电机120、122的信号PWC、PWI1、PWI2，将该生成的信号PWC、PWI1、PWI2分别向升压转换器112和变换器114、116输出。而且，在车辆行驶时，ECU130将信号SE1激活以使系统主继电器SMR1导通，并使信号SE2为非激活以使系统主继电器SMR2断开。
此外，在从供电设备(图1)向电动车辆1进行供电时，ECU130将信号SE2激活以使系统主继电器SMR2导通。可以在整流器35和蓄电装置40之间设置DC/DC转换器。而且，可以通过DC/DC转换器将由整流器35整流后的电力转换为蓄电装置40的电压电平来向蓄电装置40输出。
通过使系统主继电器SMR1、SMR2都导通，也能够在电动车辆1的行驶期间从供电设备接受电力。
如上所述，在该实施方式1中，受电用共振器20通过经由电磁场与供电设备的送电用共振器60共振来从送电用共振器60接受高频电力。该受电用共振器20配置在铁制的下车身10的下部，所以随着接受高频电力而在受电用共振器20的周围产生的电磁波被下车身10屏蔽，能抑制电磁波对车内的影响。此外，当随着接受电力而产生的电磁波在用于将由受电用共振器20接受的电力向蓄电装置40输送的电缆30中传播时，在该电动车辆中，电缆30也配置在铁制的下车身10的下部，因此从电缆30产生的电磁波也被下车身10屏蔽。因此，根据该实施方式1，能抑制随着从供电设备接受电力而产生的电磁波对车内的电气设备的不良影响。
此外，在该实施方式1中，在蓄电装置40配置在下车身10的上面(即车内)时，通过用能屏蔽电磁波的部件42覆盖蓄电装置40，从而能够更充分地抑制电磁波对车内的影响。进一步，在该实施方式1中，由于整流器35也配置在下车身10的下部(即车外)，因此能可靠地抑制电磁波对车内的影响。
[变形例1]
图7是对于实施方式1的变形例1的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。参照图7，在电动车辆1A中，在图1所示的电动车辆1的结构中，蓄电装置40配置在后座44的下部。电动车辆1A的其他结构与上述电动车辆1相同。虽然没有特别图示，但也可以将蓄电装置40配置在前座的下部。
通过该变形例1也能得到与实施方式1同样的效果。
[变形例2]
图8是对于实施方式1的变形例2的电动车辆从车辆侧方观察发明的主要部分的配置而得到的图。参照图8，在电动车辆1B中，蓄电装置40配置在中控制台46的下部。电动车辆1B的其他主要结构与实施方式1的电动车辆1相同。
根据该变形例2也能可得到与实施方式1同样的效果。
[实施方式2]
图9是对于实施方式2的电动车辆从车辆侧方的观察发明的主要部分的配置而得到的图。参照图9，在电动车辆1C中，在图1所示的实施方式1的电动车辆1的结构中，蓄电装置40也与受电用共振器20和电缆30一同配置在下车身10的下部(即车外)。电动车辆1C的其他主要结构与电动车辆1相同。
图10是图9所示的电动车辆的下车身周围的放大图。参照图10，在该电动车辆1C中，蓄电装置40也配置在铁制的下车身10的下部(即车外)。将蓄电装置40配置在下车身10的下部(即车外)，由于蓄电装置40虽然隔着整流器35但与电缆30和受电用共振器20电连接，所以伴随着接受电力的高频电磁波能够向蓄电装置40传播。于是，取代由能屏蔽电磁波的部件42覆盖配置于下车身10的上部(即车内)的蓄电装置40，而在具有高电磁屏蔽效果的铁制的下车身10的下部(即车外)配置蓄电装置40，从而能可靠地抑制电磁波达到车内。
如上所述，在该实施方式2中，蓄电装置40配置在铁制的下车身10的下部(即车外)，所以从蓄电装置40产生的电磁波也被下车身10屏蔽。因此，根据该实施方式2也能抑制伴随从供电设备接受电力而产生的电磁波所致的对车内的电气设备的不良影响。
在上述各实施方式中，作为电动车辆，对由动力分配装置126分配发动机124的动力以能向驱动轮128和电动发电机120传递的串联/并联式混合动力车进行了说明，但本发明也可适用于其他形式的混合动力车。即，本发明也可适用于例如使用仅为了驱动电动发电机120而使用发动机124、且仅由电动发电机122产生车辆的驱动力的所谓串联式混合动力车、仅将发动机124所产生的动能中的再生能量作为电能进行回收的混合动力车、以发动机为主动力并根据需要而用马达进行辅助的马达辅助型混合动力车等。
此外，本发明也可适用于不具备发动机24而仅用电力来行驶的电动汽车、除了蓄电装置40之外还具备燃料电池来作为直流电源的燃料电池车。此外，本发明也可适用于不具备升压转换器112的电动车辆。
应该认为，本次公开的实施方式的全部方面仅是例示而不是限制性内容。本发明的范围不是上述实施方式的说明而是由请求要求书表示的，意味着包括与权利要求书均等的意思及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种电动车辆，能够利用从车辆外部的电源供给的电力进行行驶，该电动车辆具备：
受电用共振器（20），其配设于金属制的下车身（10）的下部，构成为通过经由电磁场与所述电源的送电用共振器（60）共振而从所述送电用共振器接受电力；
蓄电装置（40），其配设于所述下车身的上部，储存通过所述受电用共振器接受的电力；以及
电缆（30），其与所述受电用共振器一同配置于所述下车身的下部，构成为将通过所述受电用共振器接受的电力向所述蓄电装置输送。
2.根据权利要求1所述的电动车辆，其中，
所述蓄电装置由能够屏蔽电磁波的部件（42）覆盖。
3.根据权利要求2所述的电动车辆，其中，
所述部件为金属制。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电动车辆，其中，
还具备整流器（35），该整流器构成为对通过所述受电用共振器接受的交流电力进行整流，
所述整流器配设于所述下车身的下部。
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