JP2013009479A - 給電装置、受電装置、移動体、充電システムおよび給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気料金の課金に対しての汎用性が高い給電装置を提供する。
【解決手段】給電部２２は、互いに異なる位置に設置された第１通信部および第２通信部を有する車両充電装置１に対して非接触で給電を行う。道路通信部２４は、第１通信部および第２通信部と無線通信を行う。管理部２５は、道路通信部２４を用いて、無線通信が可能な通信範囲に進入した第１通信部および第２通信部のそれぞれを検出し、第１通信部を検出すると、給電部２２に給電を開始させ、第２通信部を検出すると、給電部２２に給電を停止させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、充電を行う技術に関し、特には、走行中の移動体に対して充電を行う技術に関する。

近年、走行中にＣＯ₂やＮＯ_xなどの温室効果ガスを排出しない乗り物として、二次電池（蓄電池）に蓄電された電力で駆動する電気自動車が注目されている。

しかしながら、二次電池の充電容量は、電気自動車を長い間駆動するには十分ではないため、電気自動車はガソリン自動車と比べて連続走行距離が短いという問題がある。また、電気自動車の二次電池を充電するための充電スタンドの設置数が少なく、所望のタイミングで電気自動車の二次電池を充電することが難しいため、電気自動車を遠方まで運転することに躊躇する人も多い。さらには、充電スタンドを用いて二次電池が充電できたとしても、二次電池の充電には長い時間がかかるという問題もある。

これに対して、プラグなどを電気自動車に繋げずに、電磁誘導や磁気共振現象などを利用して、電気自動車の二次電池に非接触で給電を行う非接触給電方式が検討されている。非接触給電方式では、電磁誘導や磁気共振現象を発生させるための地下架線やコイルが道路などに設置されることで、走行中の電気自動車に対して給電を行うことが可能になり、走行距離に対する制限を緩和またはなくすことが可能になる。

しかしながら、非接触給電方式を用いて走行中の電気自動車に対して給電を行う場合、非接触で給電を受けることが可能なエリアへの電気自動車の進入を検出することが難しいため、電気自動車が充電を開始したタイミングや、充電を終了したタイミングを検出することが難しい。このため、電気自動車に給電した電力量を正確に把握することが難しく、給電した電力にかかる電気料金を課金することが困難であった。

これに対して、特許文献１には、電磁誘導を利用した非接触給電方式で電気自動車を充電し、その充電にかかる電気料金を課金することができる電力供給システムが記載されている。

特許文献１に記載の電力供給システムでは、電磁誘導を用いて、電気自動車に搭載された受電コイル部に誘導電流を発生させる給電コイル部を有する給電装置が道路に設置される。電気自動車が供給装置に近づき、受電コイル部と給電コイル部が接近したり電気自動車が給電装置から遠ざかり、受電コイル部と給電コイル部が離れたりすると、電磁誘導の効果により給電コイルに流れる電流が変化する。電力供給システムは、給電コイルに流れる電流の変化を検出することで、電気自動車への給電の開始や終了を検出している。このため、充電にかかる電気料金を課金することが可能になっている。

特開２００５−７３３１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電力供給システムでは、受電コイル部と給電コイル部と間の距離が変化すると、給電コイル部を流れる電流が変化するという、電磁誘導を利用した非接触給電方式の特徴を用いて、充電の開始や終了を検出している。

このため、上記の電力供給システムでは、電子を直接電気自動車に供給するような、電磁誘導を利用した非接触給電方式とは別の非接触給電方式を用いて、電気自動車に給電する場合には、充電の開始や終了を検出することが難しく、電気料金の課金が困難である。したがって、特許文献１に記載の電力供給システムでは、電気料金の課金に対しての汎用性が低いという問題がある。

本発明の目的は、電気料金の課金に対しての汎用性が高い給電装置、受電装置、移動体、充電システムおよび給電方法を提供することである。

本発明による給電装置は、互いに異なる位置に設置された第１通信部および第２通信部を有する充電装置に対して非接触で給電を行う給電部と、前記第１通信部および前記第２通信部と無線通信が可能な無線部と、前記無線部を用いて、前記無線通信が可能な通信範囲に進入した前記第１通信部および前記第２通信部のそれぞれを検出し、前記第１通信部を検出すると、前記給電部に給電を開始させ、前記第２通信部を検出すると、前記給電部に給電を停止させる管理部と、を有する。

また、本発明による充電装置は、前記給電装置から非接触で受電する受電部と、前記受電部にて受電された電力を蓄える蓄電部と、前記給電装置と無線通信が可能であり、互いに異なる位置に設置された第１通信部および第２通信部と、を有する。

また、本発明による移動体は、前記充電装置を備える。

また、本発明による充電システムは、前記給電装置と前記移動体とを有する充電システム。

また、本発明による給電方法は、第１通信部および第２通信部を備えた充電装置に対して非接触で給電を行う給電部と、前記第１通信部および前記第２通信部と無線通信が可能な無線部と、を有する給電装置の給電方法であって、前記無線部を用いて、前記無線部にて無線通信が可能な通信範囲に進入した前記第１通信部を検出し、前記第１通信部が検出されると、前記給電部に給電を開始させ、前記無線通信を用いて、前記通信範囲に進入した前記第２通信部を検出し、前記第２通信部が検出されると、前記給電部に給電を停止させる。

本発明によれば、電気料金の課金に対しての汎用性を高くすることが可能になる。

本発明の第１の実施形態の充電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の充電装置の設置例を示す図である。 本発明の第１の実施形態の給電装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態の給電装置の設置例を示す図である。 給電システムの動作を説明するための図である。 給電システムの充電処理をより詳細に説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。

図１は、本発明の第１の実施形態の充電装置の構成を示すブロック図である。図１において、車両充電装置１は、蓄電部１１と、受電部１２と、充電制御部１３と、車両通信部１４および１５と、記憶部１６と、制御部１７とを有する。また、車両充電装置１は、移動体である電気自動車に搭載されているものとする。

蓄電部１１は、充電が可能な二次電池である。蓄電部１１に蓄電された電力は、車両充電装置１の各部や、車両充電装置１が搭載された電気自動車の動力として使用される。

受電部１２は、給電装置２から電力を非接触で受電する。受電部１２としては、電磁誘導にて誘電電流が発生するコイル、磁気共振現象によって電力を受信するコイル、または、電子を受け付ける電子入力装置などが挙げられる。

充電制御部１３は、受電部１２にて受電された電力を蓄電部１１に蓄電する。

車両通信部１４および１５は、電気自動車の互いに異なる位置に設けられた、給電装置２と無線通信が可能な通信装置である。なお、車両通信部１４は、第１通信部と呼ばれることもあり、車両通信部１５は、第２通信部と呼ばれることもある。

図２は、車両充電装置１（具体的には、受電部１２、車両通信部１４および１５）の設置例を示す図である。図２では、車両充電装置１が搭載された電気自動車１００の下面が示されている。

図２に示すように、受電部１２と車両通信部１４および１５は、電気自動車１００の下面に設置されている。そして、車両通信部１４は、受電部１２よりも電気自動車１００の前方側に設置され、車両通信部１５は、受電部１２および車両通信部１４を囲繞するように設置される。なお、受電部１２、車両通信部１４および１５のそれぞれの間隙は短いほどよい。また、車両通信部１４および１５の間の距離の最大値である最大離間距離をａとしている。

図１の説明に戻る。記憶部１６は、車両充電装置１を特定する識別情報を記憶する。以下では、識別情報としては、車両充電装置１が搭載された電気自動車１００を特定する車両情報を用いる。

制御部１７は、給電装置２が無線通信を行うことが可能な通信範囲に車両通信部１４が進入し、車両通信部１４が給電装置２から第１の応答要求を受信すると、その第１の応答要求に対する応答として、記憶部１６に記憶された車両情報を含む課金用情報を、車両通信部１４を介して給電装置２に送信する。

また、制御部１７は、給電装置２が無線通信を行うことが可能な通信範囲に車両通信部１５が進入し、車両通信部１５が給電装置２から第２の応答要求を受信すると、その第２の応答要求に対する応答として、課金用情報を車両通信部１５を介して給電装置２に送信する。

なお、制御部１７は、車両通信部１４が第２の応答要求を受信したり、車両通信部１５が第１の応答要求を受信しても、それらの応答要求には応答しないものとする。また、課金用情報は、給電装置２から給電される電力にかかる電気料金を課金するための情報である。課金用情報には、車両情報の他に、現在時刻などが含まれてもよい。

図３は、給電装置２の構成を示すブロック図である。図３において、給電装置２は、電力供給部２１と、給電部２２と、給電制御部２３と、道路通信部２４と、管理部２５と、格納部２６とを有する。また、給電装置２は、道路や駐車場のような電気自動車が通過する地所に設置される。

電力供給部２１は、商用電源などからの電力を受け付け、その電力を給電装置２の各部に供給する。

給電部２２は、電力供給部２１から供給された電力を非接触で車両充電装置１の受電部１２に供給する。給電部２２としては、電磁誘導や磁気共振現象を用いて電力を供給するコイルや、電子を放出する電子出力装置などが挙げられる。

給電制御部２３は、給電部２２を制御して、電力供給部２１から車両充電装置１に供給される電力を制御する。

道路通信部２４は、車両充電装置１の車両通信部１４および１５と無線通信が可能な無線部である。道路通信部２４にて無線通信が可能な通信範囲は、比較的狭い。例えば、本通信範囲は、車両通信部１４または１５が道路通信部２４の直上に存在するときだけ、道路通信部２４がその直上に存在する車両通信部と無線通信ができるような範囲である。

管理部２５は、道路通信部２４を用いて、無線通信が可能な通信範囲に進入した車両通信部１４および１５のそれぞれを検出する。

より具体的には、管理部２５は、道路通信部２４を介して、定期的または連続的に第１の応答要求を送信し、道路通信部２４が第１の応答要求に対する応答情報として課金用情報を受信すると、その課金用情報を受信したことを、通信範囲に車両通信部１４が進入したこととして検出する。

そして、通信範囲に車両通信部１４が進入したことを検出すると、管理部２５は、道路通信部２４を介して、定期的または連続的に第２の応答情報を送信し、道路通信部２４が第２の応答情報に対する応答情報として課金用情報として受信すると、その課金用情報を受信したことを、通信範囲に車両通信部１５が進入したこととして検出する。

また、車両通信部１４を検出すると、管理部２５は、給電制御部２３を用いて、給電部２２に車両充電装置１への給電を開始させる。また、車両通信部１５を検出すると、管理部２５は、給電制御部２３を用いて、給電部２２に車両充電装置１への給電を停止させる。

さらに、管理部２５は、車両充電装置１への給電が開始されてから停止されるまでに、車両充電装置１に供給された電力量を監視し、給電が停止されると、その電力量と車両通信部１４が受信した課金用情報とを対応付けて格納部２６に格納する。

図４は、給電装置２の設置例を示す図である。図４に示すように、ｎ個の給電装置２である給電装置２−１〜２−ｎが道路に間隔を空けて、電気自動車１００の進行方向に並設さている。各給電装置２−１〜２−ｎでは、給電部２２が道路通信部２４よりも電気自動車の進行方向側に設置されている。なお、ｎは、２以上であるとしている。

また、給電装置２の間隔は、図２で示した最大離間距離ａよりも長いとする。つまり、給電装置２の間隔をｂとすると、ａ＜ｂを満たすものとする。これは、２つ以上の給電装置２から同時に車両充電装置１が充電されないようにするためである。

次に、車両充電装置１を有する電気自動車１００と給電装置２とを有する給電システムの動作を説明する。

図５は、給電システムの動作を説明するための図である。

先ず、図５（ａ）に示すように、電気自動車１００が給電装置２−ｍの上まで進み、電気自動車１００に備わった車両通信部１４が給電装置２−ｍの通信範囲に進入すると、電気自動車１００に備わった車両充電装置１と給電装置２−ｍとの間で第１の応答情報の送受信などの充電を開始するための通信が行われる。

その後、図５（ｂ）に示すように、給電装置２−ｍから車両充電装置１への充電が実際に開始され、電気自動車１００が走行しながら、給電装置２−ｍから車両充電装置１への充電が継続される。

そして、図５（ｃ）示すように、電気自動車１００に備わった車両通信部１５が給電装置２−ｍの通信範囲に進入すると、電気自動車１００に備わった車両充電装置１と給電装置２−ｍとの間で第２の応答情報の送受信などの充電を停止するための通信が行われ、実際に充電が停止される。

さらに電気自動車１００が進むと、図５（ｄ）〜（ｆ）に示すように、電気自動車１００に備わった車両通信部１４が給電装置２−（ｍ＋１）の通信範囲に進入し、図５（ａ）〜図５（ｃ）を用いて説明した充電処理が、車両充電装置１と給電装置２−（ｍ＋１）との間で行われる。そして、さらに電気自動車１００が進むと、図５（ｇ）に示すように、上記の充電処理が車両充電装置１と給電装置２−（ｍ＋２）との間で行われる。このようにして、電気自動車１００は、走行中に給電装置２の上を通るたびに非接触にて充電を行うことができる。

図６は、充電処理をより具体的に説明するためのフローチャートである。

給電装置２の管理部２５は、道路通信部２４を介して第１の応答要求を定期的または連続的に送信する。そして電気自動車１００は、給電装置２が設置された道路を走行し、電気自動車１００に備わった車両通信部１４が道路通信部２４の上に来て、車両通信部が道路通信部２４の通信範囲に進入すると、以下の充電処理が実行される。

充電処理では、車両通信部１４が道路通信部２４からの第１の応答要求を受信し、その第１の応答要求を制御部１７に送信する。制御部１７は、第１の応答要求を受信すると、記憶部１６から車両情報を取得し、その車両情報を含む課金用情報を生成する。そして、制御部１７は、その課金用情報を第１の応答要求の応答として、車両通信部１４を介して道路通信部２４に送信する（ステップＳ１）。

道路通信部２４は、課金用情報を受信すると、その課金用情報を管理部２５に送信する。管理部２５は、課金用情報を受け付けると、給電を開始する旨の開始通知を、道路通信部２４を介して車両通信部１４に送信する（ステップＳ２）。

車両通信部１４は、開始通知を受信すると、その開始通知を制御部１７に送信する。制御部１７は、開始通知を受信すると、充電制御部１３を駆動するとともに、開始通知に対する応答として充電の開始を許可する開始許可情報を、車両通信部１４を介して道路通信部２４に送信する（ステップＳ３）。

道路通信部２４は、開始許可情報を受信すると、その開始許可情報を管理部２５に送信する。管理部２５は、開始許可情報を受信すると、給電制御部２３を用いて、給電部２２から受電部１２への給電を開始させる。そして、管理部２５は、ステップＳ１で受信した課金用情報内の車両情報を第２の応答要求として、道路通信部２４を介して送信する（ステップＳ４）。

管理部２５は、給電部２２から受電部１２への給電を継続させるとともに、給電部２２から受電部１２に給電された電力量を監視する。また、管理部２５は、車両情報を定期的または連続的に、道路通信部２４を介して送信する（ステップＳ５）。

このとき、電気自動車１００は走行中であるが、電気自動車１００に備わった受電部１２は、給電部２２からの給電を受け、充電制御部１３は、受電部１２が受電した電力を蓄電部１１に蓄電し続ける。

その後、電気自動車１００がさらに走行し、電気自動車１００に備わった車両通信部１５が道路通信部２４の上に来て、車両通信部１５が道路通信部２４の通信範囲に進入すると、車両通信部１５は、道路通信部２４からの車両情報を受信する（ステップＳ６）。

道路通信部２４は、その車両情報を制御部１７に送信する。制御部１７は、車両情報を受信すると、その車両情報と、記憶部１６に記憶されている車両情報とを照合して、各車両情報が一致しているか否かを判断する（ステップＳ７）。

各車両情報が一致している場合、制御部１７は、その車両情報を含む課金用情報を生成し、その課金用情報を、車両通信部１５を介して道路通信部２４に送信する（ステップＳ８）。

道路通信部２４は、課金用情報を受信すると、その課金用情報を管理部２５に送信する。管理部２５は、課金用情報を受信すると、給電制御部２３を用いて、給電部２２から受電部１２への給電を停止させる（ステップＳ９）。

そして、管理部２５は、給電を終了した旨の終了通知を、道路通信部２４を介して車両通信部１５に送信するとともに、ステップＳ１およびＳ９で受信した課金用情報と、給電部２２から受電部１２に給電された電力量とを対応付けて格納部２６に格納する。また、車両通信部１５は、終了通知を受信すると、その終了通知を制御部１７に送信する。制御部１７は、終了通知を受信すると、充電制御部１３を停止して（ステップＳ１０）、充電処理を終了する。

なお、車両通信部１５は、車両通信部１４と受電部１２を囲繞するように設置されているため、電気自動車１００が充電中に斜めに走行したり、バックしたりしても、上記の動作が成り立つ。

以上説明したように本実施形態によれば、無線通信が可能な通信範囲に車両通信部１４が進入すると、給電が開始され、その通信範囲に車両通信部１５が進入すると、給電が停止されるので、車両通信部１４および１５が適当な位置に設置されていれば、非接触給電方式の種類に関わらず、給電の開始および終了を把握することが可能になるので、電気料金の課金に対しての汎用性を高くすることが可能になる。

また、本実施形態では、移動体である電気自動車１００において、車両通信部１４が受電部１２より前方に設置され、車両通信部１５が、受電部１２および車両通信部１４を囲繞するように設置されるので、電気自動車１００が充電中に斜めに走行したり、バックしたりしても、給電の開始および終了を把握することが可能になる。

また、本実施形態では、給電装置２の間隔は、車両通信部１４および１５の間の距離の最大値である最大離間距離よりも長いので、複数の給電装置２から同時に給電されることを抑制することが可能になる。

以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。

例えば、車両通信部１５は、受電部１２および車両通信部１４を囲繞するのではなく、受電部１２よりも電気自動車１００の後方側に設置されてもよい。

また、移動体は電気自動車でなくてもよい。例えば、給電システムは、エンジン自動車のバッテリーを受電するために用いられてもよい。

また、給電装置２は、格納部２６に格納された電力量および課金用情報を、定期的または、それらの情報を格納するたびに特定のサーバなどに送信する送信部を備えていてもよい。特定のサーバとしては、電力量に応じた電気料金を管理する課金管理装置などが挙げられる。

１ 車両充電装置
２ 給電装置
１１ 蓄電部
１２ 受電部
１３ 充電制御部
１４、１５ 車両通信部
１６ 記憶部
１７ 制御部
２１ 電力供給部
２２ 給電部
２３ 給電制御部
２４ 道路通信部
２５ 管理部
２６ 格納部
１００ 電気自動車

Claims (9)

1. 互いに異なる位置に設置された第１通信部および第２通信部を有する充電装置に対して非接触で給電を行う給電部と、
   前記第１通信部および前記第２通信部と無線通信が可能な無線部と、
   前記無線部を用いて、前記無線通信が可能な通信範囲に進入した前記第１通信部および前記第２通信部のそれぞれを検出し、前記第１通信部を検出すると、前記給電部に給電を開始させ、前記第２通信部を検出すると、前記給電部に給電を停止させる管理部と、を有する給電装置。
2. 格納部をさらに有し、
   前記無線部は、前記第１通信部が前記通信範囲に進入すると、前記第１通信部から前記充電装置を特定する識別情報を受信し、
   前記管理部は、前記給電部に給電を停止させると、前記充電装置に給電した電力量と前記識別情報とを対応付けて前記格納部に格納する、請求項１に記載の給電装置。
3. 請求項１または２に記載の給電装置から非接触で受電する受電部と、
   前記受電部にて受電された電力を蓄える蓄電部と
   前記給電装置と無線通信が可能であり、互いに異なる位置に設置された第１通信部および第２通信部と、を有する充電装置。
4. 充電装置を特定する識別情報を記憶する記憶部をさらに有し、
   前記第１通信部は、前記給電装置の通信範囲に進入すると、前記記憶部に記憶された識別情報を送信する、請求項３に記載の充電装置。
5. 請求項３または４に記載の充電装置を備えた移動体。
6. 前記第１通信部は、前記受電部よりも前方に設置され、
   前記第２通信部は、前記受電部および前記第１通信部を囲繞するように設置される、請求項５に記載の移動体。
7. 請求項１または２に記載の給電装置と、請求項４または５に記載の移動体とを有する充電システム。
8. 前記給電装置は、地所に間隔を空けて複数設置され、
   前記間隔は、前記移動体の第１通信部および第２通信部の間の距離の最大値より長い、請求項７に記載の充電システム。
9. 第１通信部および第２通信部を備えた充電装置に対して非接触で給電を行う給電部と、前記第１通信部および前記第２通信部と無線通信が可能な無線部と、を有する給電装置の給電方法であって、
   前記無線部を用いて、前記無線部にて無線通信が可能な通信範囲に進入した前記第１通信部を検出し、
   前記第１通信部が検出されると、前記給電部に給電を開始させ、
   前記無線通信を用いて、前記通信範囲に進入した前記第２通信部を検出し、
   前記第２通信部が検出されると、前記給電部に給電を停止させる、給電方法。

Images