JP2013191914A - 給電システム及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両にバッテリ充電用の電力を非接触で供給する給電システム及びその車両において、バッテリ充電用の電力に通信信号を重畳する重畳通信回路全体の大型化やコストの増大を抑えることを目的とする。
【解決手段】バッテリ充電用の電力を車両５に非接触で供給する給電システム１において、互いに直列接続されるとともに、バッテリ充電用の電力が伝わる電力線に並列接続されるコンデンサＣ２、Ｃ３と、コンデンサＣ２、Ｃ３の接続点を介してバッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させて車両５と通信を行う重畳通信回路２２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両にバッテリ充電用の電力を非接触で供給する給電システム及びその車両に関する。

ハイブリッド車や電気自動車などの車両に搭載されるバッテリを充電するために、非接触で車両へ電力を供給する給電システムがある。このような給電システムでは、車両との情報のやり取りも非接触で行われる。例えば、給電システムから車両へ非接触で供給される電力に通信信号を重畳させることにより、給電システムと車両との間で情報をやり取りするものがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上述のように、バッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させる場合では、バッテリ充電用の電力が通信信号の電力に比べて大きいため、給電システムや車両に備えられる重畳通信回路の入力段において高耐圧の部品を使用する必要があり、重畳通信回路全体の大型化やコストの増大が懸念される。

特開２０１０−６８６３２号公報

本発明は、車両にバッテリ充電用の電力を非接触で供給する給電システム及びその車両において、バッテリ充電用の電力に通信信号を重畳する重畳通信回路全体の大型化やコストの増大を抑えることを目的とする。

本発明の給電システムは、バッテリ充電用の電力を車両に非接触で供給する給電装置であって、互いに直列接続されるとともに、前記バッテリ充電用の電力が伝わる電力線に並列接続される複数の素子と、前記複数の素子の接続点を介して前記バッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させて前記車両と通信を行う重畳通信回路とを備える。

また、本発明の車両は、給電システムから非接触で給電される電力によりバッテリを充電する車両であって、互いに直列接続されるとともに、前記給電システムから供給される電力が伝わる電力線に並列接続される複数の素子と、前記複数の素子の接続点を介して前記給電システムから供給される電力に通信信号を重畳させて前記給電システムと通信を行う重畳通信回路とを備える。

このように、給電システムと車両との間で通信を行う際、互いに直列接続されるとともに、バッテリ充電用の電力が伝わる電力線に並列接続される複数の素子の接続点を介してバッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させているため、電力線にかかる電圧が複数の素子により分圧され、その分圧後の電圧が重畳通信回路にかかる。これにより、重畳通信回路の入力段において高耐圧の部品を使用する必要がないため、重畳通信回路全体の大型化やコストの増大を抑えることができる。

また、前記複数の素子は、前記電力線に並列される複数のコンデンサとしてもよい。

本発明によれば、車両にバッテリ充電用の電力を非接触で供給する給電システム及びその車両において、バッテリ充電用の電力に通信信号を重畳する重畳通信回路全体の大型化やコストの増大を抑えることができる。

本発明の実施形態の給電システムを示す図である。 本実施形態の給電装置及び給電制御装置の一例を示す図である。 本実施形態の充電装置の一例を示す図である。 本実施形態の給電装置及び給電制御装置の他の例を示す図である。 本実施形態の充電装置の他の例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態の給電システムを示す図である。
図１に示す給電システム１は、系統電源４から得られる電力を車両５に備えられる充電装置６へ非接触で供給する給電装置２と、給電装置２の動作を制御する給電制御装置３とを備える。

図２は、本実施形態の給電装置２及び給電制御装置３の一例を示す図である。なお、図１に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。
図２に示す給電装置２は、給電部２１と、重畳通信回路２２とを備える。

給電部２１は、高周波電源２１１と、給電制御回路２１２と、整合回路２１３と、共振回路２１４とを備える。
高周波電源２１１は、系統電源４から得られる電力の周波数及び電圧を所望な周波数及び電圧まで高くする。

給電制御回路２１２は、高周波電源２１１などの動作を制御する。例えば、給電制御回路２１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はプログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）及び記録部などにより構成され、その記録部に記録されている充電制御プログラムをＣＰＵ又はプログラマブルなデバイスが読み出して実行することにより、高周波電源２１１の動作を制御して所望な電力を高周波電源２１１から出力させる。高周波電源２１１から出力される電力は、整合回路２１３を介して共振回路２１４に伝わり、共振回路２１４から充電装置６へ非接触で伝送される。なお、本実施形態の非接触電力伝送方式は、磁界共鳴方式に限定されず、例えば、電磁誘導方式や電波方式などでもよい。

整合回路２１３は、高周波電源２１１のインピーダンスと共振回路２１４のインピーダンスとを互いに一致させるための回路であって、例えば、高周波電源２１１と共振回路２１４との間の電力線に直列接続されるコイルＬ１と、コイルＬ１と共振回路２１４との間の電力線に並列接続されるコンデンサＣ１とを備える。

共振回路２１４は、例えば、整合回路２１３と並列接続されるコイルＬ２と、互いに直列接続され整合回路２１３とコイルＬ２との間の電力線に並列接続されるコンデンサＣ２、Ｃ３とを備える。なお、共振回路２１４において電力線に並列接続されるコンデンサＣの個数は、重畳通信回路２２で扱われる通信信号のレベルや周波数、及び、そのコンデンサＣの耐圧や周波数特性などにより決定される。また、図２に示す例では、電力線に並列接続されるコンデンサＣをコンデンサ２、Ｃ３に分割して、電力線にかかる電圧を１／２に分圧している。すなわち、電力線に並列接続されるコンデンサＣを分割し、それらコンデンサＣのうち、最も低い電圧がかかるコンデンサＣに重畳通信回路２２を接続することにより、電力線に重畳通信回路２２を直接接続する場合に比べて、重畳通信回路２２の入力段にかかる電圧を低くすることができる。そのため、電力線に並列接続されるコンデンサＣの個数を増やす程、重畳通信回路２２の入力段にかかる電圧をさらに低くすることができる。

重畳通信回路２２は、通信制御回路２２１と、符号回路２２２と、発振回路２２３と、信号生成回路２２４と、駆動回路２２５と、結合回路２２６と、フィルタ回路２２７と、波形整形回路２２８と、復号回路２２９とを備える。

通信制御回路２２１は、給電部２１の給電制御回路２１２などから送られてくる情報を符号回路２２２に送ったり、復号回路２２９から送られてくる復号後の情報（例えば、充電電流の上限値など）を受け取る。

符号回路２２２は、通信制御回路２２１から送られてくる情報をパルス信号で出力する。例えば、符号回路２２２は、通信制御回路２２１から送られてくる情報としての「１」、「０」からなる符号文字列の「１」の部分をハイレベル、「０」の部分をローレベルとするパルス信号を出力する。

発振回路２２３は、高周波電源２１１から出力される電力と周波数が異なる正弦波を搬送波として出力する。
信号生成回路２２４は、符号回路２２２から出力されるパルス信号で、発振回路２２３から出力される搬送波をデジタル変調する。なお、このときの変調方式は、ＦＳＫ（frequency shift keying）、ＡＳＫ（amplitude shift Keying）、又はＰＳＫ（phase shift keying）など、特に限定されない。

駆動回路２２５は、例えば、オペアンプなど増幅回路により構成され、信号生成回路２２４から出力される通信信号の振幅を増幅させる。
結合回路２２６は、コイルＬ３〜Ｌ５からなるトランスＴと、コンデンサＣ４とを備え、それらトランスＴ及びコンデンサＣ４により共振回路２１４と重畳通信回路２２とを互いに絶縁させつつ、結合させる。すなわち、結合回路２２６は、トランスＴのコイルＬ３〜Ｌ５で発生する電磁誘導により、駆動回路２２５から出力される通信信号をコンデンサＣ２〜Ｃ４を介してコイルＬ２に伝える。これにより、高周波電源２１１からのバッテリ充電用の電力（交流電力であって、通信信号の搬送波としての電力）に通信信号を重畳させることができる。また、結合回路２２６は、コイルＬ２にのっている通信信号をコンデンサＣ２〜Ｃ４を介してフィルタ回路２２７に伝える。これにより、バッテリ充電用の電力に重畳される通信信号を取り出すことができる。なお、結合回路２２６は、図２に示す回路構成に限定されない。

フィルタ回路２２７は、例えば、バンドパスフィルタなどであり、コイルＬ２にのっている通信信号のうち、所定周波数帯域の通信信号のみを抽出する。
波形整形回路２２８は、フィルタ回路２２７により抽出された通信信号の波形を整形する。

復号回路２２９は、波形整形回路２２８により整形された通信信号をデジタル復号することにより情報を取得し、その取得した情報を通信制御回路２２１へ送る。
また、図２に示す給電制御装置３は、制御回路３１と、入力装置３２と、表示装置３３とを備える。

制御回路３１は、ユーザが表示装置３３に表示される充電状況などを見ながら入力装置３２を操作することにより入力される指示に基づいて、給電制御回路２１２や通信制御回路２２１へ充電制御に関する情報を送る。

図３は、本実施形態の充電装置６の一例を示す図である。なお、図１や図２に示す構成と同じ構成には同じ符号を付している。また、充電装置６の重畳通信回路２２は、図２に示す給電装置２の重畳通信回路２２と同じ構成であるため説明を省略する。

図３に示す充電装置６は、受電部６１と、上位制御回路６２と、入力装置６３と、重畳通信回路２２とを備える。
受電部６１は、共振回路６１１と、整合回路６１２と、整流回路６１３と、検出回路６１４と、バッテリ６１５と、受電制御回路６１６とを備える。

共振回路６１１は、例えば、整合回路６１２と並列接続されるコイルＬ６と、互いに直列接続され整合回路６１２とコイルＬ６との間の電力線に並列接続されるコンデンサＣ５、Ｃ６とを備える。なお、共振回路６１１において電力線に並列接続されるコンデンサＣの個数は、重畳通信回路２２で扱われる通信信号のレベルや周波数、及び、そのコンデンサＣの耐圧や周波数特性などにより決定される。また、バッテリ６１５の充電時、給電部２１のコイルＬ２及び受電部６１のコイルＬ６は、それぞれ、給電部２１から受電部６１へ非接触で送られる電力のレベルが最適なレベルになるような位置に調整されているものとする。

整合回路６１２は、共振回路６１１のインピーダンスと整流回路６１３のインピーダンスとを互いに一致させるための回路であって、例えば、共振回路６１１と整流回路６１３との間の電力線に直列接続されるコイルＬ７と、共振回路６１１とコイルＬ７との間の電力線に並列接続されるコンデンサＣ７とを備える。

整流回路６１３は、給電部２１からコイルＬ２、Ｌ６を介して非接触で伝送される電力を整流し、その整流後の電力によりバッテリ６１５を充電する。
検出回路６１４は、バッテリ６１５の電圧、バッテリ６１５への充電電流、及びバッテリ６１５からの放電電流を検出する。なお、検出回路６１４により検出される電圧や電流は、例えば、受電制御回路６１６においてバッテリ６１５のＳＯＣ（State Of Charge）や充電電流の上限値を求めるために使用される。

受電制御回路６１６は、整流回路６１３などの動作を制御する。例えば、受電制御回路６１６は、ＣＰＵ又はプログラマブルなデバイス及び記録部などにより構成され、その記録部に記録されている充電制御プログラムをＣＰＵ又はプログラマブルなデバイスが読み出して実行することにより、整流回路６１３の動作を制御して給電部２１から送られてくる電力でバッテリ６１５を充電させる。

上位制御回路６２は、ユーザが入力装置６３を操作することにより入力される指示に基づいて、受電制御回路６１６や通信制御回路２２１へ充電制御に関する情報を送る。
ここで、給電システム１側の重畳通信回路２２からコイルＬ２、Ｌ６を介して車両５側の重畳通信回路２２へ情報を送信する場合を説明する。

まず、給電システム１側の通信制御回路２２１は、給電部２１の給電制御回路２１２又は給電制御装置３の制御回路３１から送られてくる情報を給電システム１側の符号回路２２２に送る。

次に、給電システム１側の符号回路２２２は、その情報を示すパルス信号を給電システム１側の信号生成回路２２４に出力する。その信号生成回路２２４は、入力されるパルス信号で、給電システム１側の発振回路２２３から出力される搬送波をデジタル変調する。また、給電システム１側の駆動回路２２５は、給電システム１側の信号生成回路２２４から出力される通信信号の振幅を増幅し給電システム１側の結合回路２２６に出力する。すると、給電システム１側の駆動回路２２５から出力される通信信号が、給電システム１側の結合回路２２６のトランスＴのコイルＬ３〜Ｌ５に発生する電磁誘導により共振回路２１４のコイルＬ２に伝わる。また、そのコイルＬ２に伝わった通信信号が、磁界共鳴方式の非接触電力伝送により受電部６１のコイルＬ６へ伝わる。さらに、コイルＬ６へ伝わった通信信号が、車両５側の結合回路２２６を介して車両５側のフィルタ回路２２７に伝わる。

そして、車両５側のフィルタ回路２２７は、入力される通信信号のうち所望な通信信号のみを車両５側の波形整形回路２２８を介して車両５側の復号回路２２９に出力し、その復号回路２２９は、入力される通信信号を復号することにより情報を取得する。

次に、車両５側の重畳通信回路２２からコイルＬ２、Ｌ６を介して給電システム１側の重畳通信回路２２へ情報を送信する場合を説明する。
まず、車両５側の通信制御回路２２１は、受電部６１の受電制御回路６１６又は上位制御回路６２から送られてくる情報を車両５側の符号回路２２２に送る。

次に、車両５側の符号回路２２２は、その情報を示すパルス信号を車両５側の信号生成回路２２４に出力する。その信号生成回路２２４は、入力されるパルス信号で、車両５側の発振回路２２３から出力される搬送波をデジタル変調する。また、車両５側の駆動回路２２５は、車両５側の信号生成回路２２４から出力される通信信号の振幅を増幅し車両５側の結合回路２２６に出力する。すると、車両５側の駆動回路２２５から出力される通信信号が、車両５側の結合回路２２６のトランスＴのコイルＬ３〜Ｌ５に発生する電磁誘導により共振回路６１１のコイルＬ６に伝わる。また、そのコイルＬ６に伝わった通信信号が、磁界共鳴方式の非接触電力伝送により給電部２１のコイルＬ２へ伝わる。さらに、コイルＬ２へ伝わった通信信号が、給電システム１側の結合回路２２６を介して給電システム１側のフィルタ回路２２７に伝わる。

そして、給電システム１側のフィルタ回路２２７は、入力される通信信号のうち所望な通信信号のみを給電システム１側の波形整形回路２２８を介して給電システム１側の復号回路２２９に出力し、その復号回路２２９は、入力される信号を復号することにより情報を取得する。

このように、本実施形態では、給電システム１と車両５との間で通信を行う際、互いに直列接続されるとともに、電力線に並列接続されるコンデンサＣ２、Ｃ３の接続点やコンデンサＣ５、Ｃ６の接続点を介してバッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させているため、電力線にかかる電圧がコンデンサＣ２、Ｃ３やコンデンサＣ５、Ｃ６により分圧され、その分圧後の電圧が重畳通信回路２２にかかる。これにより、重畳通信回路２２の入力段に設けられる結合回路２２６などにおいて高耐圧の部品を使用する必要がないため、重畳通信回路２２全体の大型化やコストの増大を抑えることができる。

なお、上記実施形態では、共振回路２１４や共振回路６１１において電力線に並列接続される素子に重畳通信回路２２を結合する構成であるが、その他の回路において電力線に並列接続される素子（例えば、コンデンサＣの他にもコイルＬや抵抗Ｒなど）に重畳通信回路２２を結合してもよい。

例えば、図２に示すコンデンサＣ１を、図４に示すように、互いに直列接続されるとともに、電力線に並列接続されるコンデンサＣ８、Ｃ９に分割して、それらコンデンサＣ８、Ｃ９の接続点に重畳通信回路２２を結合してもよい。また、例えば、図３に示すコンデンサＣ７を、図５に示すように、互いに直列接続されるとともに、電力線に並列接続されるコンデンサＣ１２、Ｃ１３に分割して、それらコンデンサＣ１２、Ｃ１３の接続点に重畳通信回路２２を結合してもよい。

このように構成される場合でも、コンデンサＣ８、Ｃ９の接続点やコンデンサＣ１２、Ｃ１３の接続点を介してバッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させることができるため、電力線にかかる電圧がコンデンサＣ８、Ｃ９やコンデンサＣ１２、Ｃ１３により分圧され、その分圧後の電圧が重畳通信回路２２にかかる。これにより、重畳通信回路２２の入力段に設けられる結合回路２２６などにおいて高耐圧の部品を使用する必要がないため、重畳通信回路２２全体の大型化やコストの増大を抑えることができる。

１ 給電システム
２ 給電装置
３ 給電制御装置
４ 系統電源
５ 車両
６ 充電装置
２１ 給電部
２２ 重畳通信回路
３１ 制御回路
３２ 入力装置
３３ 表示装置
６１ 受電部
６２ 上位制御回路
６３ 入力装置

Claims (4)

1. バッテリ充電用の電力を車両に非接触で供給する給電システムであって、
   互いに直列接続されるとともに、前記バッテリ充電用の電力が伝わる電力線に並列接続される複数の素子と、
   前記複数の素子の接続点を介して前記バッテリ充電用の電力に通信信号を重畳させて前記車両と通信を行う重畳通信回路と、
   を備える給電システム。
2. 請求項１に記載の給電システムであって、
   前記複数の素子は、前記電力線に並列接続される複数のコンデンサである
   ことを特徴とする給電システム。
3. 給電システムから非接触で給電される電力によりバッテリを充電する車両であって、
   互いに直列接続されるとともに、前記給電システムから供給される電力が伝わる電力線に並列接続される複数の素子と、
   前記複数の素子の接続点を介して前記給電システムから供給される電力に通信信号を重畳させて前記給電システムと通信を行う重畳通信回路と、
   を備える車両。
4. 請求項３に記載の車両であって、
   前記複数の素子は、前記電力線に並列される複数のコンデンサである
   ことを特徴とする車両。