JP2009194975A

JP2009194975A - 充電システム及び充電方法

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Publication number: JP2009194975A
Application number: JP2008031384A
Authority: JP
Inventors: Masaya Mitsutake; 雅也三竹; Katsuaki Morita; 克明森田; Mitsuaki Hoshi; 光明星; Kosuke Katahira; 耕介片平
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP4774066B2

Abstract

【課題】大きな寸法の送電装置及び受電装置を使用し、かつ送電装置の駆動機構を無くしたり、あるいは簡素化することによって、十分な充電時間を確保することが可能となり、車両の上下動による送電装置と受電装置との接触を避け、地上側の送電装置を周辺機器と干渉させることなく設置するとともに、車両側の受電装置をデッドスペースなどを有効に利用して設置することが可能な充電システム及び充電方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、蓄電池３を搭載した車両１が、地上に設置された充電設備１０から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電システムにおいて、充電設備１０に複数の地上送電装置１４を縦置きにして設けるとともに、車両１の前後部側面に車載受電装置４を縦置きにしてそれぞれ設け、地上送電装置１４と車載受電装置４とを互いに対向させて蓄電池３の充電を行うように構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、車両に蓄電池を搭載し、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、軌道上や路面等の設定された経路を走行する架線レス交通システムの充電システム及び充電方法に関する。

近年、車両が軌道上や路面等の設定された経路を走行する新交通システムにおいて、架線から電力の供給を受けずに走行する電動車両を用いた架線レス交通システムが提案されている。そのため、かかる電動車両には、蓄電池が搭載されている。
このような架線レス交通システムは、例えば、特許文献１（特開２００５−２６９６８７号公報）に開示されている。

上記特許文献１に開示された車両用非接触充電装置は、図５に示すように、外部電源に接続される１次コイル５３を、車両５１の動力用バッテリ５２に接続される２次コイル５４に電磁結合させ、動力用バッテリ５２を充電する非接触式の充電装置であり、１次コイル５３を、車両５１が走行する路面Rと略同一面で、かつ車両５１が走行しない位置に設置するとともに、当該１次コイル５３を、車両５１の床底面５１ａに設けられた２次コイル５４の下方に迫り出すように、構成されている。

なお、図５に示すように、２次コイル５４には、整流器５５と、ＲＢＣＩ（リモートバッテリチャージインターフェース）５６と、赤外線通信送受信器５７とが直列に接続されており、ＲＢＣＩ５６には、ＢＭＳ（バッテリマネージメントシステム）５８が接続されている。一方、非接触式充電用高周波電源装置６１は、充電スタンド６２側に設置されている。この電源装置６１には、ＣＰＵ６３が設けられており、該ＣＰＵ６３の指令によって充電スタンド６２側の赤外線通信送受信器６４と車両５１側の赤外線通信送受信器５７との間で高周波信号の授受を行うとともに、制御装置６５によってアクチュエータ６６、すなわち１次コイル５３の送り出し用モータ及び昇降用モータを制御するようになっている。また、図５中のＣ１及びＣ２は、それぞれリレーの接点である。

特開２００５−２６９６８７号公報

しかしながら、図５に示されるような従来の車両用非接触充電装置にあっては、１次コイル５３を２次コイル５４側に迫り出すための送り出し機構、及び２次コイル５４に対して接近又は離反させるための昇降機構が設けられているので、１次コイル５３の駆動機構が複雑となり、コスト高を招く上に、該駆動機構の動作時間が長いという問題点を有している。例えば、ゴムタイヤ式の新交通システムであるＡＰＭ（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＰｅｏｐｌｅＭｏｖｅｒ）では、数十秒の駅停車中に急速充電をする必要があるが、駆動機構の動作時間が数秒掛かると、その分充電時間が削られることになり、十分に充電することができないおそれがある。

また、従来の充電装置の１次コイル５３及び２次コイル５４は、寸法が大きく、水平方向に配置されているので、幅狭な箇所に収容することができず、設置箇所が制限されてしまうという問題点を有している。しかも、上記１次コイル５３及び２次コイル５４では、非接触電力伝送の原理から両コイルのギャップを大きく設定することができないので（例えば、数十〜２００ｍｍ程度のギャップ）、車両５１が荷重変化などに基づいて上下動すると、両コイルが接触してしまうおそれがある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、大きな寸法の送電装置及び受電装置を使用し、かつ送電装置の駆動機構を無くしたり、あるいは簡素化することによって、十分な充電時間を確保することが可能となり、車両の上下動による送電装置と受電装置との接触を避け、地上側の送電装置を周辺機器と干渉させることなく設置するとともに、車両側の受電装置をデッドスペースなどを有効に利用して設置することが可能な充電システム及び充電方法を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電システムにおいて、前記充電設備に複数の送電装置を縦置きにして設けるとともに、前記車両の前後部側面に受電装置を縦置きにしてそれぞれ設け、前記送電装置と前記受電装置とを互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うように構成している。

この発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
（１）前記受電装置は、前記車両の左右両側に設けられている。
（２）前記受電装置は、前記車両の前後中間部分に設けられている。

また、本発明は、蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電システムにおいて、前記充電設備に昇降可能な送電装置を縦置きにして設けるとともに、前記車両の底部に一対の受電装置を間隔を空けて縦置きにして設け、前記送電装置を上昇させて前記一対の受電装置の間に配置することにより互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うように構成している。

この発明において、具体的には前記一対の受電装置は、前記車両の前後部にそれぞれ設けられていることが好ましい。

さらに、本発明は、蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電方法において、前記車両を充電可能位置に停車させ、この状態で、前記充電設備に縦置きにして設けた昇降可能な送電装置を上昇させ、該送電装置を、前記車両の底部に間隔を空けて縦置きにして設けた一対の受電装置の間に配置し、前記送電装置と前記受電装置とを互いに対向させて前記蓄電池の充電を行っている。

上述の如く、本発明に係る充電システムは、蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムに適用され、前記充電設備に複数の送電装置を縦置きにして設けるとともに、前記車両の前後部側面に受電装置を縦置きにしてそれぞれ設け、前記送電装置と前記受電装置とを互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うように構成しているので、大きな寸法の送電装置及び受電装置を使用することが可能となり、短時間に急速充電を行うことができる。また、本発明の充電システムでは、送電装置の駆動機構が不要となるので、低コストで十分な充電時間を確保することができる。したがって、本発明の充電システムは、ＡＰＭなどの交通システムへの適用に優れている。
さらに、本発明の充電システムにおいては、車両が荷重変動などに基づいて上下動した場合でも、送電装置と受電装置とが接触するということは起こらないので、車両の荷重変化やタイヤパンクなどを想定して送電装置と受電装置との間のギャップ寸法を設定する必要がなくなる上、送電装置及び受電装置の損傷を防止できる。しかも、地上側の送電装置を信号線やガイド機構などの周辺機器と干渉させることなく設置することが可能となり、レイアウトの自由度を向上させることができる。

また、本発明において、前記受電装置は、前記車両の左右両側に設けられ、あるいは、前記車両の前後中間部分に設けられているので、車両側の受電装置を大きく空いている箇所のスペースに設置することが可能となり、デッドスペースなどの有効利用を図ることができるとともに、より一層大きな寸法の送電装置及び受電装置を使用できる。

そして、本発明に係る充電システムは、蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムに適用され、前記充電設備に昇降可能な送電装置を縦置きにして設けるとともに、前記車両の底部に一対の受電装置を間隔を空けて縦置きにして設け、前記送電装置を上昇させて前記一対の受電装置の間に配置することにより互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うように構成しているので、車両限界を考慮する必要がなくなり、一対の受電装置を車両の空いたスペースに設置でき、デッドスペースを有効に活用することができるとともに、少ない設置数で必要な電力量を確保することができる。

また、本発明において、前記一対の受電装置は、前記車両の前後部にそれぞれ設けられているので、車両側の受電装置を大きく空いている箇所のスペースに支障なく設置することができる。

さらに、本発明に係る充電方法は、蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムに適用され、前記車両を充電可能位置に停車させ、この状態で、前記充電設備に縦置きにして設けた昇降可能な送電装置を上昇させ、該送電装置を、前記車両の底部に間隔を空けて縦置きにして設けた一対の受電装置の間に配置し、前記送電装置と前記受電装置とを互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うので、上記発明と同様の効果を得ることができとともに、効率良く確実に充電できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

［第1実施形態］
図１は、架線レス交通システムに適用した本発明の第1実施形態に係る充電システムの概略正面図である。
図1で示される車両１は、架線レスの軌道系交通システムに適用されるものであり、車体下部の前後左右の４箇所に車輪としてのゴムタイヤ２を備え、予め設定された軌道経路の走行路面２０を電力で走行する電動車両である。このため、車両１には、ゴムタイヤ２を駆動する図外の駆動モータと、該駆動モータに駆動電流を送る蓄電池（例えば、リチウムイオン２次電池）３と、駆動モータを制御する図外のコントローラと、車載受電装置（２次コイル）４とが設けられており、該受電装置４において発生した起電力は、図外の整流器で直流に変換され、蓄電池３に蓄電されるようになっている。

また、車両１には、該車両の走行、その他車両全体の制御を行う車載制御装置５と、後述の地上通信装置と赤外線等を用いて通信することにより地上側と情報交換を行う車載通信装置６と、当該車両の位置を検知する図外の位置センサとが搭載されており、この位置センサで走行中の車両１の位置が検知されると、車載制御装置５によって車両１が所定の位置で停止されるような制御が行われるように構成されている。

本発明の第1実施形態に係る車載受電装置４は、後述のプラットホーム側に対面する車両１の前後部片側側面にそれぞれ固定して設けられている。すなわち、受電装置４は、図示しないコアと巻き線とを用いて構成され、側面視で円形や四角形等の板状に形成されており、ゴムタイヤ２よりも前方位置及び後方位置のそれぞれにおいて、車両１の車体側面の下部より下方へ向かって縦置きにして設けられている。このような受電装置４の縦置きの配置は、車両１の前後部における比較的大きな空きスペースの利用を図り、受電装置４の上下寸法や前後寸法の長さＬを従来に比べて大きく形成（例えば、９００ｍｍ以上）することを可能ならしめるものである。

一方、地上の充電場所である駅構内には、地上充電設備１０が設置されている。この地上充電設備１０には、充電電源１１と、地上充電制御装置１２と、車載通信装置６との情報交換を行う地上通信装置１３と、複数（本実施形態では２個）の地上送電装置（１次コイル）１４とが設けられている。
本実施形態の地上送電装置１４は、車載受電装置４と略同一の構成、形状及び大きさを有しており、駅構内のプラットホーム１５の前後位置に配置され、かつ走行路面２０側に臨む側面に縦置きに固定して設けられている。そして、車両１が駅構内の所定位置に停車した場合には、車載受電装置４と地上送電装置１４とが一定のギャップ（空隙）を空けて対峙されるように構成されている。なお、地上送電装置１４と充電電源１１とは、スイッチ１６を介して給電線１７により接続されている。そして、プラットホーム１５上の走行路面２０側には、ホームドア１８が設置されている。

また、走行路面２０の幅方向中央部には、車両１の走行方向に沿って延在するガイド溝２１が設けられ、車両１の車体底面には、ガイド輪２２が垂下して取付けられている。このため、車両１は、ガイド輪２２がガイド溝２１内に挿入配置された状態で、ガイド輪２２とガイド溝２１との係合作用により案内されながら、予め設定された走行路面２０上を走行するようになっている。または、車載されたアクチュエータにて操舵する車両では、２２はガイド輪ではなく、安全のためのバックアップの役目をする。なお、走行路面２０上には、地上側から各種の信号を伝達する信号線２３が設置されている。

このように構成された本発明の第1実施形態に係る充電システムにおいては、車両１が駅構内の所定位置に停車し、車載受電装置４と地上送電装置１４とが非接触状態で互いに対向して配置されると、地上充電設備１０の充電電源１１から地上送電装置１４に交流電流の高周波電流が供給される。これに伴って、地上送電装置１４に高周波電磁界が発生し、車載受電装置４で地上送電装置１４の電磁界が電磁誘導にて受電し、車載受電装置４には誘導起電力が発生し、交流電流が流れる。発生した起電力は、図外の整流器で直流電力に変換され、蓄電池３に伝送されて蓄電されることにより、充電が行われることになる。
そして、充電開始後、図外の車載充電制御装置において、蓄電池３の充電電圧と予め設定された充電終了電圧の設定値を比較し、蓄電池３の電圧が設定電圧に達する、もしくは所定の充電時間が経過すると、車載通信装置６を介して充電終了指令が地上充電制御装置１２に送信され、充電電源１１による車両１への通電を停止する。次いで、地上充電制御装置１２から車両発進許可指令が図外の車載充電制御装置を介して車載制御装置５に送信され、該車載制御装置５が車両１を発進させることになる。

以上、本発明の第1実施形態の充電システムによれば、駅構内のプラットホーム１５の前後位置で走行路面２０側に臨む側面に、地上充電設備１０を構成する２つの地上送電装置１４を縦置きに固定してそれぞれ設けるとともに、車両１の前後部片側側面に車載受電装置４を縦置きに固定してそれぞれ設け、これら地上送電装置１４と車載受電装置４とを互いに対向させて蓄電池３の充電を行うように構成しているため、従来と比べて大きな寸法の地上送電装置１４及び車載受電装置４を使用でき、短時間で急速充電を行うことができる。

また、本実施形態の充電システムによれば、地上送電装置１４が固定式であり、駆動機構が不要となるため、システムの簡素化によるコストダウンを図ることができるとともに、充電時の操作時間を短縮でき、充電時間を長く取ることができる。
さらに、本実施形態の充電システムによれば、車両１が荷重変動などに基づいて上下動した場合でも、地上送電装置１４と車載受電装置４とが一定のギャップを保ち、接触するということは起こらないため、車両１の荷重変化などを想定して地上送電装置１４と車載受電装置４との間のギャップ寸法を設定する煩雑な作業が不要となり、かつ地上送電装置１４及び車載受電装置４の損傷を防止し、耐久性を向上させることができる。しかも、地上送電装置１４を信号線２３やガイド機構２１，２２と干渉させることなく容易に設置でき、レイアウトの自由度を高めることができる。

［第２実施形態］
図２及び図３は、架線レス交通システムに適用した本発明の第２実施形態に係る充電システムの概略図である。
この第２実施形態においては、上記第１実施形態と異なり、車載受電装置４が車両１の前後部の左右両側側面に縦置きにしてそれぞれ設けられており、それに対応して、地上送電装置１４が駅構内のプラットホーム１５の前後位置の左右両側で、かつ走行路面２０側に臨む側面に縦置きに固定してそれぞれ設けられている。その他の構成は上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示している。
かかる第２実施形態の充電システムによれば、車載受電装置４及び地上送電装置１４を上記第１実施形態よりも２倍の数設置しているため、より一層短時間で急速充電を行うことができる。したがって、駅での停車時間が短い時間帯を有する交通システムに対しても、十分に対応することができる。

［第３実施形態］
図４は、架線レス交通システムに適用した本発明の第３実施形態に係る充電システムの概略図である。
この第３実施形態においては、上記第１及び第２実施形態と異なり、左右一対の車載受電装置４が車両１の中央寄りであって、ゴムタイヤ２よりも前方位置及び後方位置のそれぞれにおいて、車両１の底部より下方へ向かって間隔を空けて縦置きにして設けられている。また、これに対応して駅構内の走行路面２０の地中には、支持板１４ａを介して取付けられた昇降可能な２つの地上送電装置１４が縦置きにしてそれぞれ設けられており、該２つの地上送電装置１４は、左右一対の車載受電装置４の間に対向して配置されるように構成されている。地上送電装置１４は、各種昇降機構によって迅速に昇降するようになっている。
一方、地上送電装置１４が設置された箇所の走行路面２０上には、地上送電装置１４を出没させる開口部２４と、該開口部２４を開閉するスライド式の蓋体２５が設けられている。開口部２４は、充電操作しない通常時は蓋体２５によって閉じられている。その他の構成は上記第１実施形態と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示している。

このように構成された本発明の第３実施形態に係る充電システムにおいては、車両１が駅構内の所定位置に停車すると、蓋体２５がスライドして開口部２４を開き、地上送電装置１４を上昇させて左右一対の車載受電装置４の間に位置させることにより、これら車載受電装置４と地上送電装置１４とが非接触状態で互いに対向して配置される。この状態で、地上充電設備１０の充電電源１１から地上送電装置１４に交流電流の高周波電流が供給される。これに伴って、地上送電装置１４に高周波電磁界が発生し、車載受電装置４で地上送電装置１４の電磁界が電磁誘導にて受電し、車載受電装置４には誘導起電力が発生し、交流電流が流れる。発生した起電力は、図外の整流器で直流電力に変換され、蓄電池３に伝送されて蓄電されることにより、充電が行われることになる。
そして、充電開始後、図外の車載充電制御装置において、蓄電池３の充電電圧と予め設定された充電終了電圧の設定値を比較し、蓄電池３の電圧が設定電圧に達する、もしくは所定の充電時間に達すると、車載通信装置６を介して充電終了指令が地上充電制御装置１２に送信され、充電電源１１による車両１への通電を停止する。次いで、地上送電装置１４を下降させて元の位置に配置し、蓋体２５がスライドして開口部２４を閉じる。その後、地上充電制御装置１２から車両発進許可指令が図外の車載充電制御装置を介して車載制御装置５に送信され、該車載制御装置５が車両１を発進させることになる。

かかる第３実施形態の充電システムによれば、左右一対の車載受電装置４が車両１の中央寄りであって、ゴムタイヤ２よりも前方位置及び後方位置のそれぞれにおいて、車両１の底部より下方へ向かって間隔を空けて縦置きにして設けられ、これに対応して、駅構内の走行路面２０の地中には、昇降可能な２つの地上送電装置１４が縦置きにしてそれぞれ設けられており、該２つの地上送電装置１４は、左右一対の車載受電装置４の間に対向して配置されているため、車両限界を考慮する必要がなくなり、一対の車載受電装置４を車両１の空いたスペースに設置できるとともに、少ない設置数及び小さい設置スペースで必要な電力量を迅速に確保することができる。

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態に加えて、図３の鎖線で示すように、車載受電装置４を車両１の前後中間部分の片側または左右両側に設け、これに対応して地上送電装置１４をプラットホーム１５の側面に設けても良い。これにより、車載受電装置４を車両１の大きく空いているスペースに設置することが可能となり、車両１のデッドスペースの有効利用を図ることができる上、更により一層短時間で急速充電を行うことができる。また、第３実施形態の車載受電装置４及び地上送電装置１４は、適用する交通システムに応じて、車両１の前後部のいずれか一方あるいは他の箇所に設けられても良い。

本発明の第1実施形態に係る充電システムを示す概略正面図である。本発明の第２実施形態に係る充電システムを示すものであり、（ａ）は車両の概略平面図、（ｂ）は車両の概略側面図、（ｃ）は車両の概略正面図である。本発明の第２実施形態に係る充電システムをより詳しく示すものであり、（ａ）は車両の概略平面図、（ｂ）は車両の概略側面図である。本発明の第３実施形態に係る充電システムを示すものであり、（ａ）は車両の概略平面図、（ｂ）は車両及びその周辺の概略側面図である。従来の車両用非接触充電装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１電動車両
２ゴムタイヤ
３蓄電池
４車載受電装置
１０地上充電設備
１４地上送電装置
１５プラットホーム
２０走行路面
２４開口部
２５蓋体

Claims

蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電システムにおいて、前記充電設備に複数の送電装置を縦置きにして設けるとともに、前記車両の前後部側面に受電装置を縦置きにしてそれぞれ設け、前記送電装置と前記受電装置とを互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うように構成したことを特徴とする充電システム。
前記受電装置は、前記車両の左右両側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
前記受電装置は、前記車両の前後中間部分に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の充電システム。
蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電システムにおいて、前記充電設備に昇降可能な送電装置を縦置きにして設けるとともに、前記車両の底部に一対の受電装置を間隔を空けて縦置きにして設け、前記送電装置を上昇させて前記一対の受電装置の間に配置することにより互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うように構成したことを特徴とする充電システム。
前記一対の受電装置は、前記車両の前後部にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項４に記載の充電システム。
蓄電池を搭載した車両が、地上に設置された充電設備から電力の供給を受け、予め設定された経路を走行する交通システムの充電方法において、前記車両を充電可能位置に停車させ、この状態で、前記充電設備に縦置きにして設けた昇降可能な送電装置を上昇させ、該送電装置を、前記車両の底部に間隔を空けて縦置きにして設けた一対の受電装置の間に配置し、前記送電装置と前記受電装置とを互いに対向させて前記蓄電池の充電を行うことを特徴とする充電方法。