JP2012156083A

JP2012156083A - 車両搭載受電装置

Info

Publication number: JP2012156083A
Application number: JP2011016019A
Authority: JP
Inventors: Masao Suzuki; 正男鈴木; Takanobu Tabata; 隆伸田端; Kiyotaka Kumaki; 清高熊木
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-08-16

Abstract

【課題】車両搭載受電装置において、磁気結合または磁気共鳴を利用する受電コイルの冷却と、受電電力を蓄電する蓄電装置の暖機とを、簡単な構成で共に可能とすることである。
【解決手段】車両搭載受電装置５０は、受電コイル５２と、受電コイル５２を収納するコイル室６０と、回転方向を正回転と逆回転の間で切り替えることができる双方向ファン５４とを含んで構成される。制御部４０は、蓄電装置温度計３０が検出する温度と車室温度計３２が検出する温度に応じて、双方向ファン５４の回転方向を切り替える。回転方向が正回転のときに、空気の流れは、外気６側から受電コイル５２を経由して車室２４側に向かう。回転方向を逆回転にすると、空気の流れは、車室２４側から受電コイル５２を経由して外気６側に向かう流れに切り替わる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両搭載受電装置に係り、特に、道路等に設けられる１次コイルと、車両に設けられる２次コイルとの間の磁気結合または磁気共鳴を利用して、１次コイルからの高周波電力を受け取る車両搭載受電装置に関する。

電気自動車の充電システムとして、磁気結合を利用した非接触式で給電側から車両側に電力を供給することが行われる。例えば、特許文献１には、車両用非接触充電装置として、道路に１次側の磁気コアを設け、電気自動車の底部に２次側磁気コアを設けて、２つの磁気コアの間で非接触式の磁気結合部を形成し、インバータからの高周波交流電力を電気自動車に供給し、電気自動車のバッテリーの充電を行うことが述べられている。ここでは、充電装置に横穴式の空所に１次コイルを設け、充電時には、１次コイルが横方向からせり出して電気自動車の床下に入り込む構成が開示されている。

磁気結合を利用する充電システムでは、高周波電力をやり取りするコイルが発熱するので、その冷却が行われる。磁気共鳴を利用する充電システムでも同様である。

例えば、特許文献２には、電気的に非接触の送電側カプラと受電側カプラを用いる給電カプラ装置において、送電側カプラのコイルカバーと受電側カプラのコイルカバーに放熱用のフィンを設けることが開示されている。また、受電側カプラケースには冷却ファンが設けられ、カプラ挿入口側に設けられる吸入口から冷却風を流入させ、排出口から流出させることが述べられている。

特許文献３には、自動車バッテリ充電変圧器の１次コイル部分が冷却流体で冷却される構成が述べられている。ここでは、電気ケーブルと冷却気体管を兼ねるケーブルが用いられ、この冷却気体管から冷却空気が１次コイルを含む充電結合器に導入され、コアの周囲を経由して外気に排出される構成、再び冷却気体管に戻される構成等が述べられている。

特開２００５−２６９６８７号公報特開２０００−１３３５３６号公報特公平８−８１８５号公報

上記のように、車両に磁気結合または磁気共鳴を利用する受電コイルを登載すると、受電の際に受電コイルが発熱するので、冷却装置が必要となる。また、受電した電力を蓄電する蓄電装置は温度特性を有し、低温では性能が低下する場合がある。例えば、リチウムイオン電池は低温時に性能が低下する。このようなときは、蓄電装置の暖機装置が必要になる。冷却装置と暖機装置を別々に設けるのは、スペース的にもコスト的にも好ましくない。

本発明の目的は、磁気結合または磁気共鳴を利用する受電コイルの冷却と、受電電力を蓄電する蓄電装置の暖機とを、簡単な構成で共に可能とする車両搭載受電装置を提供することである。

本発明に係る車両搭載受電装置は、外部電源に接続される道路側の給電コイルと磁気結合または磁気共鳴し、非接触式で給電側コイルから電力を受電して、受電した電力を蓄電装置に供給する車両側の受電コイルと、受電コイルの発熱を熱交換によって受ける熱交換媒体の流れを、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れと、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとの間で切り替える媒体流れ切替部と、蓄電装置および車室の温度に応じて媒体流れ切替部の媒体流れ切替を制御する制御部と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る車両搭載受電装置は、外部電源に接続される道路側の給電コイルと磁気結合または磁気共鳴し、非接触式で給電側コイルから電力を受電して、受電した電力を蓄電装置に供給する車両側の受電コイルと、受電コイルを収納し、車室側に連通する車室側連通口と、外気側に連通する外気側連通口とを有するコイル室と、コイル室の外気側連通口側に設けられ、回転方向を正回転と逆回転との間で切り替えることで送風と排気の間の切り替えを行える双方向ファンと、蓄電装置および車室の温度に応じて双方向ファンの回転方向を制御する制御部と、を含むことが好ましい。

また、本発明に係る車両搭載受電装置において、受電コイルは、コイル導線と、コイル導線を内部に配置するとともに、気体流が通る流路となるコイル用パイプと、を有し、コイル用パイプの一方側開口端がコイル室の車室側連通口に接続され、他方側開口端がコイル室の外気側連通口に接続されることが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、車両搭載受電装置は、蓄電装置および車室の温度に応じて、受電コイルの発熱を熱交換によって受ける熱交換媒体の流れを、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れと、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとの間で切り替える。

これにより、受電コイルの冷却が必要なときは、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れとし、蓄電装置の暖機が必要なときは、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとすることができる。このように、暖機流れの流れ方向を切り替えるだけで、受電コイルの発熱を利用して蓄電装置の暖機、車室空調を行うことができ、また、蓄電装置の暖機等が必要ないときには、受電コイルの冷却を行うことができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、車両搭載受電装置は、受電コイルを収納するコイル室に、車室側に連通する車室側連通口と、外気側に連通する外気側連通口とを設け、また、コイル室の外気側連通口側に、回転方向を正回転と逆回転との間で切り替えることで送風と排気の間の切り替えを行える双方向ファンを設ける。そして、蓄電装置および車室の温度に応じて、双方向ファンの回転方向を切り替える。

これにより、受電コイルの冷却が必要なときは、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れとなるような双方向ファンの回転方向とし、蓄電装置の暖機が必要なときは、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとなるような双方向ファンの回転方向とする。このように、双方向ファンの回転方向を切り替えるだけで、受電コイルの発熱を利用して蓄電装置の暖機、車室空調を行うことができ、また、蓄電装置の暖機等が必要ないときには、受電コイルの冷却を行うことができる。

また、車両搭載受電装置において、受電コイルは、コイル導線と、コイル導線を内部に配置するとともに、気体流が通る流路となるコイル用パイプとを有する。このコイル用パイプの一方側開口端がコイル室の車室側連通口に接続され、他方側開口端がコイル室の外気側連通口に接続される。そして、コイル室の外気側連通口には双方向ファンが設けられる。

これにより、受電コイルの冷却が必要なときは、コイル用パイプの中の空気の流れが、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れとなるような双方向ファンの回転方向とし、蓄電装置の暖機が必要なときは、コイル用パイプの中の空気の流れが、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとなるような双方向ファンの回転方向とする。このように、双方向ファンの回転方向を切り替えるだけで、受電コイルの発熱を利用して蓄電装置の暖機、車室空調を行うことができ、また、蓄電装置の暖機等が必要ないときには、受電コイルの冷却を行うことができる。

本発明に係る実施の形態の車両搭載受電装置を用いる空調システムの構成を説明する図である。本発明に係る実施の形態の車両搭載受電装置の構成を説明する図である。本発明に係る実施の形態の車両搭載受電装置の他の構成例を説明する図である。本発明に係る実施の形態の車両搭載受電装置の別の構成を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、道路側と車両側にそれぞれコイルを設けて道路側から車両側に非接触方式で電力を供給する方式として、磁気結合方式を説明するが、給電側にコイルとコンデンサを設ける磁気共鳴方式であってもよい。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、車両搭載受電装置５０を用いる空調システム２０の構成を説明する図である。車両搭載受電装置５０は、外部電源１０に接続される道路８側の給電コイル１２と磁気結合し、非接触式で給電コイル１２から電力を受電して、受電した電力を蓄電装置２８に供給する受電コイル５２を備える装置である。なお、図１ではさらに、外気６、車両２２、車両２２の室内空間である車室２４が図示されている。

ここで、車両２２は、蓄電装置２８の電力を利用する電気自動車、ハイブリッド自動車である。具体的には、蓄電装置２８の電力を用いて図示されていない車両搭載回転電機によって走行できる車両である。

車室２４は、車両２２のボディ等で囲まれた空間で、ここでは、運転者、乗客が座る座席空間の他に、蓄電装置２８、蓄電装置２８、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６、制御部４０等が配置される空間も含む。その意味では、ここでいう車室２４とは、車両２２のボディ等で囲まれた空間の内で、車両搭載受電装置５０のための空間を除いた空間である。

車室温度計３２は、主に座席空間の空調制御のために設けられる温度センサである。車室温度計３２の検出値は、適当な信号線で、後述する制御部４０に伝送される。

車両搭載受電装置５０は、受電コイル５２と、受電コイル５２を収納するコイル室６０と、双方向ファン５４とを含んで構成される。受電コイル５２は、上記のように磁気結合を利用して給電コイル１２から高周波電力を受け取るコイルである。具体的には、螺旋状に巻かれた絶縁被覆導体で受電コイル５２が構成される。コイル室６０は、受電コイル５２を収容する容器である。双方向ファン５４は、受電コイル５２の発熱に関する空調を行うために、回転方向を正回転と逆回転の間で切り替えることができる電動扇である。車両搭載受電装置５０の詳細な内容については、図２を用いて後述する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ２６は、受電コイル５２が受電した高周波電力を直流電力に変換する交直流変換回路である。具体的には、インバータ回路とコンデンサ等で構成することができる。

図１ではＢＡＴとして示される蓄電装置２８は、充放電可能な高電圧用２次電池である。蓄電装置２８としては、例えば、約２００Ｖから約３００Ｖの端子電圧を有するリチウムイオン組電池あるいはニッケル水素組電池、またはキャパシタ等を用いることができる。組電池は、単電池または電池セルと呼ばれる端子電圧が１Ｖから数Ｖの電池を複数個組み合わせて、上記の所定の端子電圧を得るようにしたものである。

なお、蓄電装置２８は、温度特性を有し、一般的には、低温下において特性が低下する。特に、リチウムイオン電池は、その傾向が大きい。蓄電装置温度計３０は、蓄電装置２８の温度を検出する温度センサである。蓄電装置温度計３０の検出値は、適当な信号線で、制御部４０に伝送される。

制御部４０は、受電コイル５２の発熱に関する空調を行うための双方向ファン５４の動作を制御する機能を有する。具体的には、蓄電装置温度計３０が検出する蓄電装置２８の温度、車室温度計３２が検出する車室２４内の座席空間の温度に応じて、双方向ファン５４の回転方向を切り替える。双方向ファン５４の回転方向を切り替えると、双方向ファン５４によって吸い出され吐出される空気の流れの方向が相互に反対方向となるように切り替わる。

例えば、正回転のときに、双方向ファン５４によって吸い出され吐出される空気の流れが、外気６側から受電コイル５２を経由して車室２４側に向かう流れであるとする。ここで、双方向ファン５４の回転方向を逆回転に切り替えると、双方向ファン５４によって吸い出され吐出される空気の流れは、車室２４側から受電コイル５２を経由して外気６側に向かう流れに切り替わる。このように、双方向ファン５４は、空気の流れの方向を切り替える機能を有するもので、その点では、空気を熱交換媒体として、熱交換媒体の流れを切り替える媒体流れ切替部と呼ぶことができる。

これを利用して、蓄電装置２８の温度が低く、蓄電装置２８の特性が低下しているときは、双方向ファン５４の回転方向を正回転とし、受電コイル５２の発熱を利用して、外気６側からの空気を加熱して、蓄電装置２８に供給できる。蓄電装置２８の温度が十分高くて、蓄電装置２８の特性に問題がないときは、双方向ファン５４の回転方向を逆回転として、受電コイル５２の発熱を外気６側に放出することができる。この場合の双方向ファン５４の回転方向の切替は、蓄電装置２８の温度特性に基づいて定めた閾値温度に基づいて行うことができる。例えば、蓄電装置２８の温度特性からみて暖機が必要とされる閾値温度をＴ₀とすると、蓄電装置温度計３０の検出温度が閾値温度Ｔ₀以下のときに、双方向ファン５４の回転方向を正回転とし、閾値温度Ｔ₀を超えるときは双方向ファン５４の回転方向を逆回転とするものとできる。

また、車室２４の座席空間の温度が低く、車室２４の暖房が必要なときは、双方向ファン５４の回転方向を正回転とし、受電コイル５２の発熱を利用して、外気６側からの空気を加熱して、車室２４に供給できる。車室２４の温度が十分高くて、車室２４の暖房が不必要であるときは、双方向ファン５４の回転方向を逆回転として、受電コイル５２の発熱を外気６側に放出することができる。この場合の双方向ファン５４の回転方向の切替は、車室２４の快適性に基づいて定めた閾値温度に基づいて行うことができる。このための閾値温度は、蓄電装置２８の暖機のための閾値温度と異なるものとできる。例えば、車室２４の快適性からみて暖房が必要とされる閾値温度をＴ₁とすると、車室温度計３２の検出温度が閾値温度Ｔ₁以下のときに、双方向ファン５４の回転方向を正回転とし、閾値温度Ｔ₁を超えるときは双方向ファン５４の回転方向を逆回転とするものとできる。

図２は、車両搭載受電装置５０の構成を説明する図である。図２の上段側の図は、車両搭載受電装置５０を上面側から見た上面図である。上面側からとは、車両２２において、道路８を見下ろす側からの意味である。図２の下段側の図は、車両搭載受電装置５０の内部断面図で、上段側の図から、コイル室６０の上面部材を取り除いたときの様子を示す図である。

コイル室６０は、受電コイル５２を収納する容器で、ここでは円筒形のケースである。材質は、表面が絶縁コートされた金属、あるいは適当な強度を有するプラスチックを用いることができる。コイル室６０には、車室２４側に連通する車室側連通口６４と、外気６側に連通する外気側連通口６２とが設けられる。図２では、車室側連通口６４と外気側連通口６２が共にコイル室６０の上面部材に設けられるが、勿論、いずれか一方、或いは両方とも、コイル室６０の側面部材に設け、あるいは場合に応じて底面部材に設けるものとしてもよい。

コイル室６０の中に収容される受電コイル５２は、コア５６と呼ばれる鉄心に螺旋状に巻かれた絶縁被覆導体である。その両端端子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２６の入力端子に接続される。

双方向ファン５４は、コイル室６０の外気側連通口６２側に設けられ、回転方向を正回転と逆回転との間で切り替えることで、送風と排気の間の切り替えを行える電動扇である。制御部４０で説明したように、正回転のときは、双方向ファン５４によって吸い出され吐出される空気の流れが、外気６側から受電コイル５２を経由して車室２４側に向かう流れとなるので、コイル室６０に対する送風となる。逆回転のときは、双方向ファン５４によって吸い出され吐出される空気の流れは、車室２４側から受電コイル５２を経由して外気６側に向かう流れとなるので、コイル室６０からの排気が行われる。

図３は、他の構成の車両搭載受電装置７０を説明する図である。ここでは、受電コイル５２は、コイル導線７２と、コイル導線７２を内部に配置するとともに、気体流が通る流路となるコイル用パイプ７４とで構成される。コイル用パイプ７４は、内部が耐熱性および絶縁性を有する螺旋状管で、材質としては、内面に絶縁処理が施された金属、あるいは耐熱性のあるプラスチックを用いることができる。

コイル用パイプ７４の一方側開口端がコイル室６１の車室側連通口６４に接続され、他方側開口端がコイル室６１の外気側連通口６２に接続される。なお、図３ではコイル室６１が矩形形状で示されているが、これは、コイル導線７２の引き出しを図２と合わせるための説明の便宜上であって、勿論、図２と同様な円筒形とすることができる。

この車両搭載受電装置７０では、双方向ファン５４による空気の流れは、コイル用パイプ７４の内部空間を通る。これによって、コイル導線７２のごく近傍に熱交換媒体である空気を流すことができるので、コイル導線７２の発熱を効果的に空気の流れに移すことができる。

図１から図３の構成においては、熱交換媒体として空気を用いるものとして説明した。熱交換媒体は、空気以外で、熱を吸収し放熱する流体とすることができる。たとえば、熱交換媒体として、冷却水等の冷媒を用いることができる。図４は、図２のコイル室６０を用い、熱交換媒体として、空気以外の冷媒を用いる車両搭載受電装置８０を説明する図である。

この車両搭載受電装置８０は、冷媒が車室２４に放出されないように、循環流路８２が用いられる。循環流路８２は、コイル室６０から室内熱交換器８６と外気熱交換器８８を通り、再びコイル室６０に戻る管路である。循環流路８２の途中に双方向ポンプ８４が設けられる。双方向ポンプ８４は、その回転方向を正回転と逆回転との間で切替でき、これによって、熱交換媒体である冷媒の流れる方向を切り替えることができる媒体流れ切替部の機能を有する。双方向ポンプ８４は、図１から図３の双方向ファン５４と同様に、制御部４０によってその動作が制御される。

例えば、双方向ポンプ８４の回転方向が正回転のときは、冷媒は、外気熱交換器８８側から受電コイル５２が収納されるコイル室６０経由して室内熱交換器８６に流される。冷媒は、受電コイル５２によって加熱され、室内熱交換器８６によってその熱が車室２４側に放熱される。これによって、蓄電装置２８を暖機でき、車室２４を暖房することができる。また、双方向ポンプ８４が逆回転のときは、冷媒は、室内熱交換器８６から受電コイル５２が収納されるコイル室６０を経由して外気熱交換器８８に流される。冷媒は、受電コイル５２によって加熱され、外気熱交換器８８によってその熱が外気６側に放熱される。これによって、受電コイル５２が冷却される。

このように、双方向ファン、双方向ポンプ等の双方向性の媒体流れ切替部を用いるので、媒体流入ダクトが不要になる。また、冷却装置と暖機装置を兼ねるので、部品点数が低減する。また、受電コイル５２に熱交換媒体を流すので、受電コイル５２と熱交換媒体との間の接触面積が増加し、熱交換効率が向上する。また、蓄電装置２８の暖機と車室２４の空調とを同時に行うことができる。

本発明に係る車両搭載受電装置は、磁気結合によって電力のやり取りをする電気自動車、ハイブリッド車両に利用できる。

６外気、８道路、１０外部電源、１２給電コイル、２０車両搭載受電装置を用いる空調システム、２２車両、２４車室、２６ＡＣ／ＤＣコンバータ、２８蓄電装置、３０蓄電装置温度計、３２車室温度計、４０制御部、５０，７０，８０車両搭載受電装置、５２受電コイル、５４双方向ファン、５６コア、６０，６１コイル室、６２外気側連通口、６４車室側連通口、７２コイル導線、７４コイル用パイプ、８２循環流路、８４双方向ポンプ、８６室内熱交換器、８８外気熱交換器。

Claims

外部電源に接続される道路側の給電コイルと磁気結合または磁気共鳴し、非接触式で給電側コイルから電力を受電して、受電した電力を蓄電装置に供給する車両側の受電コイルと、
受電コイルの発熱を熱交換によって受ける熱交換媒体の流れを、車室側から受電コイルを経由して外気側に流す放熱流れと、外気側から受電コイルを経由して車室側に流す暖機流れとの間で切り替える媒体流れ切替部と、
蓄電装置および車室の温度に応じて媒体流れ切替部の媒体流れ切替を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする車両搭載受電装置。
外部電源に接続される道路側の給電コイルと磁気結合または磁気共鳴し、非接触式で給電側コイルから電力を受電して、受電した電力を蓄電装置に供給する車両側の受電コイルと、
受電コイルを収納し、車室側に連通する車室側連通口と、外気側に連通する外気側連通口とを有するコイル室と、
コイル室の外気側連通口側に設けられ、回転方向を正回転と逆回転との間で切り替えることで送風と排気の間の切り替えを行える双方向ファンと、
蓄電装置および車室の温度に応じて双方向ファンの回転方向を制御する制御部と、
を含むことを特徴とする車両搭載受電装置。
請求項２に記載の車両搭載受電装置において、
受電コイルは、
コイル導線と、
コイル導線を内部に配置するとともに、気体流が通る流路となるコイル用パイプと、
を有し、
コイル用パイプの一方側開口端がコイル室の車室側連通口に接続され、他方側開口端がコイル室の外気側連通口に接続されることを特徴とする車両搭載受電装置。