JP2013172498A - 非接触給電装置、非接触電力伝送システム、及び、非接触給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減することが可能な非接触給電装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態に係る非接触給電装置１０は、非接触で車両２０に電力供給を行うものである。非接触給電装置１０は、車両２０と無線通信を行う無線通信部１３と、無線通信部１３による無線通信に応じて、電磁結合を利用して車両に電力供給を行うための給電コイル１２と、車両２０が所定位置に駐車されたことを検知する駐車検知センサ１４とを備え、駐車検知センサ１４によって、車両２０が所定位置に駐車されたことを検知した場合に、無線通信部１３を起動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、非接触で電力伝送を行うための非接触給電装置、非接触電力伝送システム、及び、非接触給電方法に関するものである。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が実用化されている。電気自動車では、車両外部の電源（例えば、電源コンセント）から車載の蓄電装置（例えば、バッテリ）を充電可能になっている。例えば、自宅や共用施設などに設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより充電を行う。一方、ハイブリッド車でも、同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能にしたプラグインハイブリッド車が実用化されている。

ところで、車両外部から車両への給電手法として、ケーブルを用いない非接触給電が近年注目されている。非接触給電手法としては、例えば、電磁結合を利用した手法（電磁誘導を用いた手法、電磁波を用いた手法、共鳴法など）が研究されている。特許文献１には、共鳴法を利用した非接触給電システムが開示されている。

共鳴法では、送電側の共鳴器（自己共振コイル）と受電側の共鳴器（自己共振コイル）との位置ずれ（距離）が伝送効率に影響する。伝送効率を向上させるためには、送電側（インフラ側）と受電側（車両側）の間で通信を行いながら、運転者の駐車動作により、送電側の共鳴器と受電側の共鳴器との位置合わせを行う必要がある。

国際公開第２０１１／００１５２４号パンフレット

ところで、特許文献１に開示の非接触給電システムでは、通信によって受電側（車両側）から起動指令を受けたときに、送電側（インフラ側）を起動させる。そのため、送電側では、通信機能を常時オン状態にしておかなければならず、待機中の消費電力が大きいという問題があった。

そこで、本発明は、消費電力を低減することが可能な非接触給電装置、非接触電力伝送システム、及び、非接触給電方法を提供することを目的としている。

本発明の非接触給電装置は、非接触で車両に電力供給を行うものである。この非接触給電装置は、車両と無線通信を行う無線通信部と、無線通信部による無線通信に応じて、電磁結合を利用して車両に電力供給を行うための給電コイルと、車両が所定位置に駐車されたことを検知する駐車検知センサとを備え、駐車検知センサによって、車両が所定位置に駐車されたことを検知した場合に、無線通信部を起動する。

また、本発明の非接触給電方法は、非接触で車両に電力供給を行うものである。この非接触給電方法は、駐車検知センサによって、車両が所定位置に駐車されたことを検知した場合に、無線通信部を起動し、無線通信部によって、車両と無線通信を行い、無線通信部による無線通信に応じて、給電コイルによって、電磁結合を利用して車両に電力供給を行う。

この非接触給電装置及び非接触給電方法によれば、駐車検知センサによって、車両が所定位置（例えば、給電可能な駐車スペース）に駐車されたことを検知した場合に、無線通信部を起動する。すなわち、給電を必要とする車両が存在しない場合には、無線通信部を停止しており、待機中の消費電力を低減することができる。

また、本発明の非接触電力伝送システムは、非接触給電装置から車両へ非接触で電力伝送を行うものである。車両は、非接触給電装置と無線通信を行う受電用無線通信部と、受電用無線通信部による無線通信に応じて、電磁結合を利用して非接触給電装置から電力取得を行うための受電コイルとを備える。一方、非接触給電装置は、車両と無線通信を行う給電用無線通信部と、給電用無線通信部による無線通信に応じて、電磁結合を利用して車両に電力供給を行うための給電コイルと、車両が所定位置に駐車されたことを検知する駐車検知センサとを備える。この非接触給電装置では、駐車検知センサによって、車両が所定位置に駐車されたことを検知した場合に、給電用無線通信部を起動する。

この非接触電力伝送システムによれば、上記同様の非接触給電装置を備えているので、待機中の消費電力を低減することができる。

本発明によれば、消費電力を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る非接触電力伝送システムの電力系統の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係る非接触電力伝送システムの電力及び制御系統を示す回路ブロック図である。 図２に示す本実施形態の非接触給電装置の動作を示すフローチャートである。 図２に示す本実施形態の車両の動作を示すフローチャートである。 図２に示す本実施形態の非接触給電装置及び車両が近接して複数存在し得る場合を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、本発明の一実施形態に係る非接触電力伝送システムの電力系統の構成を示す模式図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る非接触電力伝送システムの電力及び制御系統を示す回路ブロック図である。図１及び図２に示す非接触電力伝送システム１００は、自宅や共用施設（例えば、ガソリンスタンド）の充電用駐車スペースに設けられる非接触給電装置１０と、電気自動車やハイブリット車などの電動車両２０とを備え、非接触給電装置１０から車両２０へ非接触で電力伝送を行うものである。

非接触給電装置１０は、インバータユニット１１と、給電コイルユニット１２と、無線通信部１３と、駐車検知センサ１４とを備える。一方、車両２０は、受電コイルユニット２１と、整流器ユニット２２と、駆動用バッテリ２３と、整流器リレー２４と、電池監視ユニット２５と、電源管理ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２６と、給電制御ＥＣＵ（ElectronicControl Unit）２７と、給電開始スイッチ２８と、無線通信部２９とを備える。

まず、非接触給電装置１０では、インバータユニット１１は、インバータを有し、電気事業者からの系統電源（商用電源）を高周波電力に変換する。インバータユニット１１は、この高周波電力（高周波電流）を給電コイルユニット１２に供給する。

給電コイルユニット１２は、給電コイルを有し、この給電コイルと受電コイルユニット２１における受電コイルとの電磁誘導作用を利用して、インバータユニット１１から供給される電力を受電コイルユニット２１に非接触で供給する。例えば、給電コイルユニット１２は、充電用駐車スペースの床面に設けられている。

無線通信部１３は、車両２０における無線通信部２９と無線で通信を行うものであり、非接触給電装置１０と車両２０との間で各種情報の送受信を行う。非接触給電装置１０から車両２０へ送信する情報としては、後述する接続応答、プリチャージＯＫ／ＮＧ、給電停止要求などであり、車両２０から非接触給電装置１０へ送信する情報としては、後述する接続要求、プリチャージ要求、整流器ユニット２２の出力電力（電流）、バッテリの充電状態、給電停止要求などである。なお、本実施形態では、無線通信部１３は、インバータユニット１１に搭載されている。

駐車検知センサ１４は、車両２０が充電用駐車スペースに駐車されたか否かを検知し、駐車された場合に無線通信部１３を起動する（オン状態とする）。一方、駐車検知センサ１４は、車両２０が充電用駐車スペースから出車した場合に無線通信部１３を停止する（オフ状態とする）。駐車検知センサ１４としては、荷重センサ、超音波センサ、赤外線センサなどの様々なセンサが適用可能である。

次に、車両２０では、受電コイルユニット２１は、受電コイルを有し、上述したように電磁誘導作用を利用して、給電コイルユニット１２から非接触で交流電力を取得する。例えば、受電コイルユニット２１は、車体底面に設けられている。

整流器ユニット２２は、受電コイルユニット２１によって取得した交流電力を整流して直流電力に変換する。また、整流器ユニット２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータを有し、整流した直流電力をバッテリ電圧相当まで昇降圧する。整流器ユニット２２は、整流器リレー２４を介して駆動用バッテリ２３に接続される。

駆動用バッテリ２３は、整流器ユニット２２からの直流電圧によって再充電可能な直流電源である。例えば、駆動用バッテリ２３としては、リチウムイオンやニッケル水素などの二次電池が適用可能である。

整流器リレー２４は、充電を行う際に、整流器ユニット２２を駆動用バッテリ２３に接続するものである。充電を行わない場合には、整流器リレー２４は、整流器ユニット２２と駆動用バッテリ２３との接続を解除する。

電池監視ユニット２５は、駆動用バッテリ２３の状態をセルごとに監視し、各セルの状態を統合した電池状態を電源管理ＥＣＵ２６へ送信する。例えば、電池監視ユニット２５は、各セルの充電状態のバランスを監視したり、セルごとに異常検知を行ったりする（フェールセーフ）。なお、本実施形態では、電池監視ユニット２５は、駆動用バッテリ２３に搭載されている。

電源管理ＥＣＵ２６は、給電時及び走行時に、駆動用バッテリ２３の状態を管理する。駆動用バッテリ２３の状態としては、ＳＯＣ（State Of Charge）、電圧、電流、温度などである。

給電制御ＥＣＵ２７は、非接触給電装置１０から車両２０へ給電を行う際の統括制御を行うものである。例えば、給電制御ＥＣＵ２７は、非接触給電装置１０から車両２０へ給電を行う際に、整流器リレー２４をオン状態として、整流器ユニット２２によって駆動用バッテリ２３を充電可能とし、整流器ユニット２２の出力調整を行う。一方、非接触給電装置１０から車両２０へ給電が行われないときには、給電制御ＥＣＵ２７は、整流器リレー２４をオフ状態として、駆動用バッテリ２３を整流器ユニット２２から切り離す。また、給電制御ＥＣＵ２７は、車両２０が駐車スペースに駐車する際に、電源管理ＥＣＵ２６及び無線通信部２９の起動制御を行い、車両２０が駐車スペースから駐車する際に、電源管理ＥＣＵ２６及び無線通信部２９の停止制御を行う。なお、整流器ユニット２２、電源管理ＥＣＵ２６、及び、無線通信部２９と給電制御ＥＣＵ２７との間は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）によって接続されている。

また、給電制御ＥＣＵ２７は、ユーザによる給電開始スイッチ２８の操作に応じて、整流器リレー２４をオン状態とし、上述した整流器ユニット２２による駆動用バッテリ２３の充電を可能とする。

無線通信部２９は、非接触給電装置１０における無線通信部１３と無線で通信を行うものであり、車両２０と非接触給電装置１０との間で上述した各種情報の送受信を行う。なお、本実施形態では、無線通信部２９は、整流器ユニット２２に搭載されている。

次に、非接触給電装置１０から車両２０への非接触給電方法について説明する。図３は、非接触給電装置１０の動作を示すフローチャートであり、図４は、車両２０の動作を示すフローチャートである。

まず、図３に示すように、非接触給電装置１０側では、駐車検知センサ１４によって、駐車車両の有無を連続的又は断続的に検知している（Ｓ１０１）。このとき、動作のために電力を要する無線通信部１３は停止状態である。

一方、図４に示すように、車両２０側では、給電制御ＥＣＵ２７によって、駐車スペースに駐車したか否かを連続的又は断続的に監視している（Ｓ２０１）。このとき、動作のために電力を要する電源管理ＥＣＵ２６及び無線通信部２９は停止状態である。例えば、給電制御ＥＣＵ２７は、ギアのパーキング操作によって、駐車完了を判断する。駐車が完了すると、給電制御ＥＣＵ２７は無線通信部２９を起動し、無線通信部２９によって、非接触給電装置１０側の通信機器の探索を行う（Ｓ２０２）。また、給電制御ＥＣＵ２７は、電源管理ＥＣＵ２６も起動する。

このとき、図３に示すように、非接触給電装置１０側では、駐車検知センサ１４によって、充電用駐車スペースに駐車した車両２０を検知し、無線通信部１３を起動し、無線機能を有効にする（Ｓ１０２）。

すると、図４に示すように、車両２０側では、無線通信部２９によって、非接触給電装置１０の無線通信部１３を認識し（Ｓ２０３）、接続要求を送信する（Ｓ２０４）。なお、無線機器が見つからない場合には、後述するステップＳ２１０へ移行する。

車両２０側から接続要求が送信されると、図３に示すように、非接触給電装置１０側では、無線通信部１３によって、接続要求を認識し（Ｓ１０３）、接続応答を送信する（Ｓ１０４）。なお、接続要求がない場合、駐車車両の検知から所定時間経過するまで接続要求を待ち、所定時間経過したら、駐車車両は充電の意思を有さないと判断して、後述するステップＳ１１５へ移行する（Ｓ１０５）。

非接触給電装置１０側から接続応答が送信されると、図４に示すように、車両２０側では、無線通信部２９によって、接続応答を認識する（Ｓ２０５）。すると、給電制御ＥＣＵ２７によって整流器リレー２４をオン状態とし、無線通信部２９によってプリチャージ要求を送信する（Ｓ２０６）。なお、接続応答がない場合には、後述するステップＳ２１０へ移行する。

車両２０側からプリチャージ要求が送信されると、図３に示すように、非接触給電装置１０側では、無線通信部１３によってプリチャージ要求を認識し（Ｓ１０６）、インバータユニット１１及び給電コイルユニット１２によってプリチャージ出力を開始する（Ｓ１０７）。なお、プリチャージ要求がない場合、接続要求の検知から所定時間経過するまでプリチャージ要求を待ち、接続要求の検知から所定時間経過したら、駐車車両は充電の意思を有さないと判断して、後述するステップＳ１１５へ移行する（Ｓ１０８）。

ここで、プリチャージとは、本格的な給電に先立ち、給電環境（例えば、給電コイルと受電コイルとの位置が適切か否か）のテストを行うものであり、本格的な給電よりも小さい電力で行う。

プリチャージ中、非接触給電装置１０側では、無線通信部１３によって、車両２０側から整流器ユニット２２の出力電力（電流）情報を取得し、整流器ユニット２２の出力電力（電流）が所定値以上であるか否かの判断を行う（Ｓ１０９）。整流器ユニット２２の出力電力（電流）が所定値以上である場合、無線通信部１３によって、車両２０側へプリチャージＯＫの通知を行う（Ｓ１１０）。一方、整流器ユニット２２の出力電力（電流）が所定値未満である場合には、無線通信部１３によって、車両２０側へプリチャージＮＧの通知を行い（Ｓ１１２）、後述するステップＳ１１４へ移行する。

なお、プリチャージＮＧの場合、ユーザへ駐車位置調整を通知し、非接触給電装置１０側の給電コイルに対する車両２０側の受電コイルの位置を調整し、再度、上記動作を行う。

非接触給電装置１０側からプリチャージＯＫが通知されると、図４に示すように、車両２０側では、無線通信部２９によってプリチャージＯＫを認識し（Ｓ２０７）、本充電を待つ。一方、無線通信部２９によってプリチャージＮＧを認識した場合には、後述するステップＳ２０９へ移行する。

図３に戻り、プリチャージＯＫの通知後、非接触給電装置１０側では、本格的な給電を開始する（Ｓ１１１）。給電中、非接触給電装置１０側では、無線通信部１３によって、車両２０側からバッテリ充電状態の情報を取得し、バッテリ充電状態を連続的に又は断続的に監視する。また、非接触給電装置１０側では、無線通信部１３によって、車両２０側からの給電停止の要求を連続的に又は断続的に監視する（Ｓ１１３）。そして、バッテリが満充電状態に達した場合には、充電完了と判断して、給電出力を停止し（Ｓ１１４）、接続を解除する（Ｓ１１５）。また、給電停止の要求を受信した場合には、何らかの問題により車両２０側が充電の意思を有さなくなったと判断して、給電出力を停止し（Ｓ１１４）、接続を解除する（Ｓ１１５）。

一方、図４を参照し、給電中、車両２０側では、無線通信部１３によって、非接触給電装置１０側からの給電停止の要求を連続的に又は断続的に監視する（Ｓ２０８）。そして、給電停止の要求を受信した場合には、何らかの問題により非接触給電装置１０側が給電できなくなったと判断して、接続を解除する（Ｓ２０９）。

その後、車両２０側では、ユーザによる給電開始スイッチ２８の操作、すなわち、ユーザの給電要求の有無を連続的に又は断続的に監視し、給電要求がある場合には、ステップＳ２１０へ戻って上記動作を再度行う。また、車両２０側では、駐車解除を連続的に又は断続的に監視し、車両が駐車スペースから出車した場合に、ステップＳ２１０へ戻る（Ｓ２１０）。

一方、図３に戻り、非接触給電装置１０側では、給電終了後、無線通信部１３を停止し、無線機能を無効にする（Ｓ１１６）。その後、駐車検知センサ１４によって、駐車車両の出車を連続的又は断続的に監視し（Ｓ１１７）、駐車車両が出車した場合に、ステップＳ１０１へ戻る。

このように、本実施形態の非接触給電装置１０及び非接触給電方法によれば、駐車検知センサ１４によって、車両２０が充電用駐車スペース（所定位置）に駐車されたことを検知した場合に、無線通信部１３を起動する。すなわち、給電を必要とする車両が存在しない場合には、無線通信部１３を停止しており、待機中の消費電力を低減することができる。

ここで、共用施設（例えば、ガソリンスタンド）では、図５に示すように、充電用駐車スペース及び非接触給電装置１０ａ〜１０ｃが複数存在し、同時に複数の車両を充電可能になっていることが考えられる。この場合、例えば、非接触給電装置１０ａは、給電時以外も、近隣の駐車スペースに駐車した他の車両２０ｂと無用な通信を行ってしまう可能性がある。

しかしながら、例えば、非接触給電装置１０ａによれば、車両が自身の駐車スペース（所定位置）に駐車していない場合、駐車検知センサが車両を検知せず、無線通信部１３が停止しているので、近隣の駐車スペースに他の車両２０ｂが駐車しても、他の車両と無用な通信を行うことを防止することできる。

なお、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態では、プリチャージ中、車両２０側から非接触給電装置１０側へ、整流器ユニット２２の出力電力（電流）情報を送信し、非接触給電装置１０側にて、プリチャージＯＫ又はＮＧの判断を行ったが、車両２０側にて、プリチャージＯＫ又はＮＧの判断を行ってもよい。この場合、非接触給電装置１０側から車両２０側へ、プリチャージ出力電力（電流）情報を送信する。

また、本実施形態では、車両２０側から非接触給電装置１０側へ、バッテリ充電状態の情報を送信し、非接触給電装置１０側にて、バッテリの満充電状態を判断したが、車両２０側にて、バッテリの満充電状態を判断してもよい。

また、本実施形態では、車両２０側の整流器ユニット２２において、バッテリ電圧相当まで昇降圧する形態を例示したが、これに限定されない。例えば、非接触給電装置１０側のインバータユニット１１において昇降圧してもよい。

また、本実施形態では、給電コイルユニット１２及び受電コイルユニット２１がそれぞれコイルを有し、電磁誘導作用を利用して非接触で電力伝送を行う形態を例示したが、本発明の特徴は、給電コイルユニット１２及び受電コイルユニット２１がそれぞれコイルとコンデンサとからなる共振回路を有し、共鳴法を利用して非接触で電力伝送を行う形態にも適用可能である。

１０…非接触給電装置、１１…インバータユニット、１２…給電コイルユニット（給電コイル）、１３…無線通信部（給電用無線通信部）、１４…駐車検知センサ、２０…車両、２１…受電コイルユニット（受電コイル）、２２…整流器ユニット、２３…駆動用バッテリ、２４…整流器リレー、２５…電池監視ユニット、２６…電源管理ＥＣＵ、２７…給電制御ＥＣＵ、２８…給電開始スイッチ、２９…無線通信部（受電用無線通信部）、１００…非接触電力伝送システム。

Claims (3)

1. 非接触で車両に電力供給を行う非接触給電装置であって、
   前記車両と無線通信を行う無線通信部と、
   前記無線通信部による無線通信に応じて、電磁結合を利用して前記車両に電力供給を行うための給電コイルと、
   前記車両が所定位置に駐車されたことを検知する駐車検知センサと、
   を備え、
   前記駐車検知センサによって、前記車両が前記所定位置に駐車されたことを検知した場合に、前記無線通信部を起動する、
   非接触給電装置。
2. 非接触給電装置から車両へ非接触で電力伝送を行う非接触電力伝送システムであって、
   前記車両は、
   前記非接触給電装置と無線通信を行う受電用無線通信部と、
   前記受電用無線通信部による無線通信に応じて、電磁結合を利用して前記非接触給電装置から電力取得を行うための受電コイルと、
   を備え、
   前記非接触給電装置は、
   前記車両と無線通信を行う給電用無線通信部と、
   前記給電用無線通信部による無線通信に応じて、電磁結合を利用して前記車両に電力供給を行うための給電コイルと、
   前記車両が所定位置に駐車されたことを検知する駐車検知センサと、
   を備え、
   前記非接触給電装置では、前記駐車検知センサによって、前記車両が前記所定位置に駐車されたことを検知した場合に、前記給電用無線通信部を起動する、
   非接触電力伝送システム。
3. 非接触で車両に電力供給を行う非接触給電方法であって、
   駐車検知センサによって、前記車両が所定位置に駐車されたことを検知した場合に、無線通信部を起動し、
   前記無線通信部によって、前記車両と無線通信を行い、
   前記無線通信部による無線通信に応じて、給電コイルによって、電磁結合を利用して前記車両に電力供給を行う、
   非接触給電方法。

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