JP2013219927A - 非接触充電用通信方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】充電スタンドと車両との間で非接触による電力伝送を行う機能を有する非接触充電用通信に関し、充電制御状態を充電スタンドと車両間で通信可能とする。
【解決手段】充電スタンドは、複数の振幅値のうちから充電スタンドの充電制御状態に応じた振幅値が設定されたＰｉｌｏｔＢを電力信号に重畳して車両に伝送する。車両は、充電スタンドから電力信号に重畳されて伝送されてくるＰｉｌｏｔＢの振幅値を検出し、その振幅値と車両自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態を遷移させる。車両は、複数の振幅値のうちから車両の充電制御状態に応じた振幅値が設定されたＰｉｌｏｔＡを電力信号に重畳して充電スタンドに伝送する。充電スタンドは、車両から電力信号に重畳されて伝送されてくるＰｉｌｏｔＡの振幅値を検出し、その振幅値と充電スタンド自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態を遷移させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、充電スタンドと車両との間で非接触による電力伝送を行う機能を有する非接触充電用通信方法およびシステムに関する。

近年、プラグインハイブリット車、ＥＶ車（エレクトリックビークル：電気自動車）が急速に発展しており（以下、これらを総称して「車両」と呼ぶ）、車両の充電を行う充電スタンドの普及が見込まれる。このような環境下において、充電時に充電可能な電流の上限値を示す許容電流値を車両に通知したり、車両の充電接続状態や準備状態を判定したり、車両の認証、課金を行ったり、車両固有の情報（例えばバッテリの情報（ＳＯＣ））をユーザ端末に伝えるといったような、車両と充電スタンド間の通信のニーズが高まると予測される。

車両と充電スタンド間の通信媒体の候補の一つとして、充電制御情報を通信するためのＣＰＬＴ（Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｉｌｏｔ：コントロールパイロット）信号を用いたＣＰＬＴ通信方式が挙げられる。ＣＰＬＴ信号の通信回路構成は規格化されており、ＩＥＣ（国際電気標準会議）６１８５１−１（ＦＤＩＳ：Ｆｉｎａｌ Ｄｒａｆｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ：最終国際規格案）、ＳＡＥ（米国自動車技術者協会）Ｊ１７７２作業部会ＤＲＡＦＴ等に記載されている。

このＣＰＬＴ通信方式は、充電スタンドと車両を充電ケーブルによって接続した場合における充電制御情報の通信方式を規定するものである。
ＣＰＬＴ通信方式によって充電制御情報を通知する従来技術としては、コントロールパイロット信号の振幅レベルを変えることによって充電制御情報を通知する技術が知られている。

また、他の従来技術として、コントロールパイロット信号のデューティー比によって充電スタンド側から車両側に充電許容電流値を通知する技術が知られている。
ここで近年、床に埋め込まれた給電部の上に車両を移動することにより、充電ケーブルを接続することなく、非接触で車両に充電を行うことができる非接触充電システムも開発されている。このような非接触充電システムにおいても、充電制御情報を充電スタンドと車両間で通信する必要がある。

しかし、非接触充電システムにおいては、充電ケーブルを用いたＣＰＬＴ通信方式にように専用の制御線を設けることができない。このため、非接触充電システムにおいて、ＣＰＬＴ通信方式と同等の、充電制御情報を充電スタンドと車両間で通信する技術が求められていた。

特開平１１−２１９４１４号公報

本発明は、非接触充電において充電制御状態を充電スタンドと車両間で通信可能とすることを目的とする。

態様の一例は、充電スタンドと車両との間で非接触による電力伝送を行う機能を有する非接触充電用通信方法であって、充電スタンドにおいて、複数の振幅値のうちから充電スタンドの充電制御状態に応じた振幅値が設定され、充電スタンドと車両との間で伝送される電力信号の周波数とは異なる第１の周波数で発振する第１のパイロット信号を電力信号に重畳して車両に伝送し、車両から電力信号に重畳されて伝送されてくる第２のパイロット信号の振幅値を検出し、その振幅値と充電スタンド自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態を遷移させ、車両において、複数の振幅値のうちから車両の充電制御状態に応じた振幅値が設定され、電力信号の周波数および第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振する第２のパイロット信号を電力信号に重畳して充電スタンドに伝送し、充電スタンドから電力信号に重畳されて伝送されてくる第１のパイロット信号の振幅値を検出し、その振幅値と車両自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態を遷移させる構成を有する。

本発明によれば、非接触充電システムにおいて、ＣＰＬＴ通信方式と同等の機能を有し、充電制御状態を充電スタンドと車両間で通信する技術を実現することが可能となる。

本発明の実施形態による充電ステーションの構成例を示す図である。 本発明の実施形態による非接触充電方式における充電スタンド側の給電装置と車両側の充電装置の関係を説明する図である。 本発明の実施形態による複数の給電装置のネットワーク構成例を示す図である。 本発明の実施形態による給電装置のシステム構成を示す図である。 本発明の実施形態による充電装置のシステム構成を示す図である。 本発明の実施形態によるパイロット信号の説明図である。 本発明の実施形態による充電制御状態とパイロット信号の関係を説明する表である。 本発明の実施形態による充電制御状態とパイロット信号の関係を説明する図である。 本発明の実施形態の動作シーケンス図である。 本発明の実施形態による充電制御状態とパイロット信号の遷移例を説明する図である。 本発明の実施形態による符号器の構成例を示す図である。 本発明の実施形態による復号器の構成例を示す図である。 本発明の実施形態による符号器の説明図である。 本発明の実施形態による充電許容電流値とデューティー比の関係の説明図である。 本発明の実施形態によるゼロクロスカウントによるデューティー比の判定動作の説明図である。 本発明の実施形態によるゼロクロス検出部の説明図である。 本発明の実施形態による包絡線検波部の説明図である。 本発明の実施形態による閾値決定部の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による充電ステーション１の構成例を示す図である。充電ステーション１は、車両５を複数台同時に充電できる例えば＃１〜＃４（この数は任意である）の複数の充電スタンド２を備える。各充電スタンド２は、地面下に非接触充電を実施する給電部４を備え、さらにその給電部４を制御するための給電制御部３を備える。このような構成の組合せが、例えば＃１〜＃４の充電スタンド２ごとに備えられる。

図２は、本発明の実施形態による非接触充電方式における充電スタンド２側の給電装置８と車両５側の充電装置７の関係を説明する図である。充電スタンド２内の給電制御部３と給電部４は給電装置８を構成する。車両５は、図１の例えば＃１〜＃４のいずれかの充電スタンド２に進入して給電部４の上に停車する。この結果、給電制御部３が車両の進入を検知することによって、非接触充電を開始する。給電装置８内の地面下に設置さている給電部４を構成するコイルと、車両５内の充電装置７に備えられるコイルは、それぞれが十数センチから二十数センチ程度に近接することにより、電磁誘導の原理に基づいて電力信号を伝送し、車両５内のバッテリに充電を行う。このとき、電力信号に重畳させられて、給電装置８と充電装置７の間で、本発明の実施形態の方式に基づいて、充電制御情報が通信される。

図３は、本発明の実施形態による複数の給電装置のネットワーク構成例を示す図である。図１の例えば＃１〜＃４の各充電スタンド２に対応する例えば＃１〜＃４の各給電装置８は、充電ステーション１内の通信ネットワーク１０によってサーバコンピュータ９と接続される。サーバコンピュータ９は、各給電装置８間の電力分配管理や車両５の利用者の課金情報の管理等を行う。通信ネットワーク１０は、例えば、電力線通信（ＰＬＣ：Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）またはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）による通信ネットワークである。各給電装置８は、サーバコンピュータ９から指定された充電許容電流値を、電力信号への重畳通信によって車両５に通知する。車両５は、通知された充電許容電流値を超えないように充電動作を実施する。充電許容電流値は各給電装置ごとに個別に設定されていてもよい。

図４は、本発明の実施形態による各充電スタンド２ごとに設置される給電装置８（図２）のシステム構成を示す図である。給電装置８は、給電部４と、４０１〜４１２の各部分を備える給電制御部３とから構成される（図１または図２参照）。

制御装置４０１は、図３に示されるサーバコンピュータ９と通信をしながら、給電装置８の全体の制御を行う、例えばマイクロコンピュータである。
商用電源４０２は、例えば電圧が１００または２００ボルト、周波数が５０または６０ヘルツの電源である。電源変換部４０３は、商用電源４０２を、電圧を例えば千〜数千ボルト、周波数を１５０キロヘルツ程度の高周波電源に変換する。電源変換部４０３にて得られた高周波電源は、整合部４０４にて力率が改善された後、給電部４（図１または図２参照）のコイルに供給される。電源変換部４０３での変換動作や整合部４０４での力率改善動作は、制御装置４０１によって制御される。

制御装置４０１は、サーバコンピュータ９（図３）から受信した充電制御情報を通信制御部４０６に通知する。逆に、制御装置４０１は、通信制御部４０６から充電制御情報を受信し、サーバコンピュータ９に送信する。受信した充電制御情報はサーバコンピュータに送信せず、制御装置４０１が利用することもできる。通信制御部４０６は、車両５との間で通信される各種充電制御情報の送受信を制御する、例えばマイクロコンピュータである。通信制御部４０６は、制御装置４０１から例えば充電許容電流値などの充電制御情報を受け取ると、それを符号器４０７に出力すると共に、発振器４１０に対して発振信号の出力を指示する。符号器４０７は、例えば充電許容電流値などの充電制御情報を符号化して、信号生成部４０８に出力する。信号生成部４０８は、発振器４１０が発振する発振信号を符号器４０７が出力する符号化された充電制御情報に基づいて変調し、パイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＢ）を出力する。このパイロット信号Ｂは、駆動部４０９にて所定の電圧まで昇圧された後に、例えばトランスで構成される結合部４０５を介して、電源変換部４０３が出力する電力信号に重畳され、整合部４０４から給電部４を介して車両５側に伝送される。上述の通信制御部４０６、符号器４０７、信号生成部４０８、駆動部４０９、および発振器４１０からなる部分は、第１のパイロット信号送信部を構成する。すなわちこの部分は、複数の振幅値のうちから充電スタンド２の充電制御状態に応じた振幅値が設定され、充電スタンド２と車両５との間で伝送される電力信号の周波数とは異なる第１の周波数で発振する第１のパイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＢ）を電力信号に重畳して車両５に伝送する機能を有する。

一方、車両５側から給電部４および整合部４０４を介して電力信号に重畳されて伝送されてきたパイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＡ）は、結合部４０５を介して受信された後に、フィルタ部４１１にて抽出される。復号器４１２は、この抽出されたパイロット信号Ａから、充電制御情報を復号して受信し、通信制御部４０６に出力する。通信制御部４０６は、復号器４１２から通知された充電制御情報を、制御装置４０１に通知する。制御装置４０１は、通信制御部４０６から通知された充電制御情報を、図２のサーバコンピュータ９に通知する。上述の結合部４０５、フィルタ部４１１、復号器４１２、および通信制御部４０６からなる部分は第１のパイロット信号受信部を構成する。すなわちこの部分は、車両５から電力信号に重畳されて伝送されてくる第２のパイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＡ）の振幅値を検出し、その振幅値と充電スタンド２自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態を遷移させる機能を有する。

図５は、本発明の実施形態による各車両５ごとに設置される充電装置７（図２参照）のシステム構成を示す図である。
制御装置５０１は、車両５全体の制御を行う特には図示しない制御装置と通信を行いながら、充電装置７の全体の制御を行う、例えばマイクロコンピュータによって構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。

コイル５０２は、それを搭載する車両５が充電スタンド２の給電部４上に停車したときに（図２参照）、給電部４から電力信号を受信し、整合部５０３に出力する。整合部５０３は、コイル５０２から入力した電力信号のインピーダンスを整合させて、整流部５０４に出力する。整流部５０４は、整合部５０３から入力した電力信号を整流した後に、検出部５０５に出力する。検出部５０５は、電力信号を検出し、バッテリ５０６に出力する。バッテリ５０６は、整流された電力信号に従って充電される。

整合部５０３でのインピーダンス整合や検出部５０５での電力信号の検出動作、またはバッテリ５０６での充電制御状態の検出等は、制御装置５０１によって制御される。
給電装置８側からコイル５０２および整合部５０３を介して電力信号に重畳されて伝送されてきたパイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＢ）は、結合部５０７を介して受信された後に、フィルタ部５１３にて抽出される。復号器５１４は、この抽出されたパイロット信号Ｂから、例えば充電許容電流値などの充電制御情報を復号して受信し、通信制御部５１２に出力する。通信制御部５１２は、充電スタンド２内の給電装置８との間で通信される各種充電制御情報の送受信を制御する、例えばマイクロコンピュータである。通信制御部５１２は、復号器５１４から通知された充電制御情報を、制御装置５０１に通知する。制御装置５０１は、通信制御部５１２から通知された充電制御情報に基づいて、バッテリ５０６への電力信号の充電動作を制御する。上述の結合部５０７、フィルタ部５１３、復号器５１４、および通信制御部５１２からなる部分は第２のパイロット信号受信部を構成する。すなわちこの部分は、充電スタンド２から電力信号に重畳されて伝送されてくる第１のパイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＢ）の振幅値を検出し、その振幅値と車両５自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態を遷移させる機能を有する。

一方、制御装置５０１は、バッテリ５０６に対する充電制御状態などを、充電制御情報として通信制御部５１２に通知する。通信制御部５１２は、制御装置５０１から例えば充電制御状態を示す充電制御情報を受け取ると、それを符号器５１０に出力すると共に、発振器５１１に対して発振信号の出力を指示する。符号器５１０は、例えば充電制御状態などの充電制御情報を符号化して、信号生成部５０９に出力する。信号生成部５０９は、発振器５１１が発振する発振信号を符号器５１０が出力する符号化された充電制御情報に基づいて変調し、パイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＡ）を出力する。このパイロット信号Ａは、駆動部５０８にて所定の電圧まで昇圧された後に、例えばトランスで構成される結合部５０７を介して、電力信号に重畳され、整合部５０３からコイル５０２を介して充電スタンド２内の給電装置８側に伝送される。上述の通信制御部５１２、符号器５１０、信号生成部５０９、駆動部５０８、および発振器５１１からなる部分は、第２のパイロット信号送信部を構成する。すなわちこの部分は、複数の振幅値のうちから車両５の充電制御状態に応じた振幅値が設定され、電力信号の周波数および第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振する第２のパイロット信号（後述するＰｉｌｏｔＡ）を電力信号に重畳して充電スタンド２に伝送する機能を有する。

図６は、本発明の実施形態によるパイロット信号の説明図である。図４の給電部４を構成するコイルと図５の充電装置７内のコイル５０２との間で伝送される電力信号は、図６のＰｏｗｅｒとして示されるように、例えば１５０キロヘルツ程度の周波数ｆ_pwr と千〜数千ボルト程度の電圧値を有する。これに対して、電力信号に重畳されて充電装置７から給電装置８に伝送されるパイロット信号は、図６のＰｉｌｏｔＡとして示されるように、電力信号の周波数ｆ_pwr に対して数十キロヘルツ程度低い（高くてもよい）周波数ｆ_pltAと、数十ボルト程度の電圧値を有する。逆に、電力信号に重畳されて給電装置８から充電装置７に伝送されるパイロット信号は、図６のＰｉｌｏｔＢとして示されるように、電力信号の周波数に対して数十キロヘルツ程度高い（低くてもよい）周波数ｆ_pltBと、数十ボルト程度の電圧値を有する。図５の発振器５１１は、パイロット信号ＰｉｌｏｔＡ（以下単に「ＰｉｌｏｔＡ」と呼ぶ）を生成するために周波数ｆ_pltAを有する信号を発振する。これに対して、図４のフィルタ部４１１は、結合部４０５を介して入力される信号から、周波数ｆ_pltAを有するＰｉｌｏｔＡの成分のみを抽出する。逆に、図４の発振器４１０は、パイロット信号ＰｉｌｏｔＢ（以下単に「ＰｉｌｏｔＢ」と呼ぶ）を生成するために周波数ｆ_pltBを有する信号を発振する。これに対して、図５のフィルタ部５１３は、結合部５０７を介して入力される信号から、周波数ｆ_pltBを有するＰｉｌｏｔＢの成分のみを抽出する。なお、ＰｉｌｏｔＡおよびＰｉｌｏｔＢの各周波数は、電力信号の周波数ｆ_pwr に対して、共に低くまたは高くてもよい。

図７および図８は、本発明の実施形態による充電制御状態とパイロット信号の関係を説明する表ならびに図である。本発明の実施形態では、図７の表に示されるように、充電制御状態は、ＳｔａｔｅＡ、ＳｔａｔｅＢ−１、ＳｔａｔｅＢ−２、ＳｔａｔｅＣ、ＳｔａｔｅＥ、およびＳｔａｔｅＦの６状態を規定することができる。ただし、充電制御状態は、これらの６状態に限定されるものではなく、適宜追加しまたは削減することができる。ＳｔａｔｅＡは、車両５が充電スタンド２の所定位置（図１の給電部４の位置）に駐車されていないか、駐車されているが車両５がの充電準備が完了していない状態である。ＳｔａｔｅＢ−１は、車両５が充電スタンド２の所定位置に駐車し、車両５の充電準備は完了しているが、充電スタンド２の給電準備が完了していない状態である。ＳｔａｔｅＢ−２は、車両５が充電スタンド２の所定位置に駐車し、車両５の充電準備が完了し且つ充電スタンド２の給電準備も完了している状態である。ＳｔａｔｅＣは、充電スタンド２が車両２に充電中の状態である。ＳｔａｔｅＥは、充電スタンド２に接続されている電源系統が異常の状態である。ＳｔａｔｅＦは、充電スタンド２が利用不可の状態である。

本発明の実施形態では、図７の表および図８に示されるように、上述の６状態を、ＰｉｌｏｔＡとＰｉｌｏｔＢの振幅値の組合せによって表現することができる。ＰｉｌｏｔＡおよびＰｉｌｏｔＢが振幅値として取り得る値は、それらの基準振幅値に対して、１５０％（パーセント）、１００％、５０％、および０％の各値である。基準振幅値は、１５０％の振幅値が出力可能な最大振幅値以下になるように設定される。ＳｔａｔｅＡは、ＰｉｌｏｔＡの振幅値が０％、ＰｉｌｏｔＢの振幅値が１００％にレベル調整されることにより表現される。ＳｔａｔｅＢ−１は、ＰｉｌｏｔＡおよびＰｉｌｏｔＢの各振幅値がともに１００％にレベル調整されることにより表現される。ＳａｔｅＢ−２は、ＰｉｌｏｔＡの振幅値が１００％、ＰｉｌｏｔＢの振幅値が５０％にレベル調整されることにより表現される。ＳｔａｔｅＣは、ＰｉｌｏｔＡおよびＰｉｌｏｔＢの各振幅値がともに５０％にレベル調整されることにより表現される。ＳｔａｔｅＥは、ＰｉｌｏｔＡの振幅値が５０％、ＰｉｌｏｔＢの振幅値が０％にレベル調整されることにより表現される。ＳｔａｔｅＦは、ＰｉｌｏｔＡの振幅値が５０％、ＰｉｌｏｔＢの振幅値が１５０％にレベル調整されることにより表現される。

ＰｉｌｏｔＢのレベル調整は、充電スタンド２の給電制御部３内の通信制御部４０６、符号器４０７、信号生成部４０８、駆動部４０９、および発振器４１０からなる第１のパイロット信号送信部が行う。この第１のパイロット信号送信部は、充電スタンド２の充電制御状態に応じてレベル調整したＰｉｌｏｔＢを、充電スタンド２の給電装置８内の給電部４に供給される電力信号に重畳させる。このＰｉｌｏｔＢの振幅レベルは、車両５の充電装置７内の結合部５０７、フィルタ部５１３、復号器５１４、および通信制御部５１２からなる第２のパイロット信号受信部にて検出され、その振幅値と車両５自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態が遷移させられる。

逆に、ＰｉｌｏｔＡのレベル調整は、車両５の充電装置７内の通信制御部５１２、符号器５１０、信号生成部５０９、駆動部５０８、および発振器５１１からなる第２のパイロット信号送信部が行う。この第２のパイロット信号送信部は、車両５の充電制御状態に応じてレベル調整したＰｉｌｏｔＡを、車両５の充電装置７内のコイル５０２で受信されている電力信号に重畳させる。このＰｉｌｏｔＡの振幅レベルは、充電スタンド２の給電装置８の給電制御部３内の結合部４０５、フィルタ部４１１、復号器４１２、および通信制御部４０６からなる第１のパイロット信号受信部にて検出され、その振幅値と充電スタンド２自身の現在の充電制御状態とからその充電制御状態が遷移させられる。

以上のようにして、本発明の実施形態では、非接触充電システムにおいて、ＣＰＬＴ通信方式と同等の機能を有し、充電制御状態を充電スタンド２と車両５間で通信することが可能となる
図９は、本発明の実施形態の動作シーケンス図、図１０は、図９に示される（ａ）から（ｆ）の各充電制御状態とパイロット信号の関係を説明する図である。

図４において、充電スタンド２の給電装置８内の制御装置４０１は、起動後、通信制御部４０６に起動要求を送る（図９のＳ１）。通信制御部４０６は、起動後、１００％の振幅レベルでパイロット信号Ｂ（図６参照。以下「ＰｉｌｏｔＢ」と呼ぶ）を出力する（図９のＳ２）。以上の状態は、図９（ａ）および図１０（ａ）に示されるＳｔａｔｅＡ、すなわち充電スタンド２が充電を待っている状態であり、ＰｉｌｏｔＢのみが１００％の振幅レベルで出力されている状態である。

車両５が充電スタンド２内の充電スペースに駐車すると（図９のＳ３）、図５に示される車両５内の充電装置７の通信制御部５１２が、１００％の振幅レベルのＰｉｌｏｔＢを検出する（図９のＳ４）。この結果、通信制御部５１２は、応答として１００％の振幅レベルのパイロット信号Ａ（図６参照）を出力する（図９のＳ５）。図４に示される給電装置８内の通信制御部４０６が、１００％の振幅レベルのＰｉｌｏｔＡを検出する（図９のＳ６）。図４において、通信制御部４０６は、ＳｔａｔｅＡの状態において１００％の振幅レベルのＰｉｌｏｔＡを検出したら車両５を検出したとみなし、制御装置４０１へその旨を通知する（図９のＳ７）。以上の状態は、図９（ｂ）および図１０（ｂ）に示されるＳｔａｔｅＢ−１、すなわち充電スタンド２が車両２を検出しまだ給電準備が完了していない状態であり、ＰｉｌｏｔＢと、それに応答してＰｉｌｏｔＡの両パイロット信号が１００％の振幅レベルで出力されている状態である。

続いて、図４において、制御装置４０１は、車両５に伝えるべき充電許容電流値を通信制御部４０６に通知する（図９のＳ８）。通信制御部４０６は、制御装置４０１から通知された充電許容電流値に応じて、ＰｉｌｏｔＢの振幅レベルを５０％に調整する（図９のＳ９）。ここで振幅レベル５０％とは、後述するＨｉｇｈ区間の振幅に対するものとする。このとき同時に、図１１の構成を有する符号器４０７において、充電許容電流値に対応するデューティー比が設定される。この結果、信号生成部４０８はそのデューティー比および５０％の振幅レベルでＰｉｌｏｔＢを発振出力する（図９のＳ１０）。これに対して、車両５側の図５に示される充電装置７において、ＳｔａｔｅＢ−１の状態において、通信制御部５１２がそのＰｉｌｏｔＢの５０％の振幅レベルを検出し（図９のＳ１１）、また、復号器５１４から通信制御部５１２に上記デューティー比に対応する充電許容電流値が通知される。この結果、通信制御部５１２が制御装置５０１に、充電許容電流値を通知する（図９のＳ１２）。以上の状態は、図９（ｃ）および図１０（ｃ）に示されるＳｔａｔｅＢ−２、すなわち車両５が充電準備を完了し、充電スタンド２が給電準備を完了している状態で、双方が充電制御情報を交換中の状態であり、ＰｉｌｏｔＢの振幅レベルが５０％に、ＰｉｌｏｔＡの振幅レベルが１００％に調整されて出力されている状態である。

制御装置５０１は、充電許容電流値を受領したことを、通信制御部５１２に通知するとともに（図９のＳ１３）、上記充電許容電流値を超えないようにバッテリ５０６に対して充電動作を開始する（図９のＳ１４）。ただしこの時点ではまだ、充電スタンド２内の給電装置８側からの給電はされていない。通信制御部５１２は、給電装置８に対する了承通知として、ＰｉｌｏｔＢと同じ５０％の振幅レベルにＰｉｌｏｔＡのレベルを調整し（図９のＳ１５）、そのＰｉｌｏｔＡを出力する（図９のＳ１６）。充電スタンド２側の図４に示される給電装置８において、ＳｔａｔｅＢ−２の状態において、通信制御部４０６は、ＰｉｌｏｔＡがＰｉｌｏｔＢと同じ５０％の振幅レベルになったことを確認し（図９のＳ１７）、電流交渉が完了したことを制御装置４０１に通知する（図９のＳ１８）。制御装置４０１は、電源変換部４０３および整合部４０４を制御して、給電を開始し（図９のＳ１９）、通信制御部４０６に充電開始通知を送る（図９のＳ２０）。通信制御部４０６は、これ以後ＰｉｌｏｔＡの監視を行う（図９のＳ２１）。通信制御部４０６は、ＰｉｌｏｔＡが受信されている間は、車両５において正常に充電ができているものと判断する。以上の状態は、図９（ｄ）および図１０（ｄ）に示されるＳｔａｔｅＣ、すなわち充電スタンド２が車両５に充電中の状態であり、ＰｉｌｏｔＡおよびＰｉｌｏｔＢの双方が５０％の振幅レベルに調整されている状態である。なお、充電中状態において、ＰｉｌｏｔＢの出力が停止されるような状態が実現されてもよい。

車両５側の図５に示される充電装置７において、制御装置５０１は、バッテリ５０６を監視して充電が終了したら（図９のＳ２２）、通信制御部５１２に充電終了通知を送る（図９のＳ２３）。これを受けて、通信制御部５１２は、給電装置８に対する終了事前通知として、レベルにＰｉｌｏｔＡの振幅レベルを１００％に上げ（図９のＳ２４）、そのＰｉｌｏｔＡを出力する（図９のＳ２５）。充電スタンド２側の図４に示される給電装置８において、ＳｔａｔｅＣの状態において、通信制御部４０６は、ＰｉｌｏｔＡの振幅レベルが１００％に上がったことを確認し（図９のＳ２６）、車両５における充電の終了を認識する。この状態は、図１０（ｃ）と同様の、図９（ｅ）および図１０（ｅ）に示されるＳｔａｔｅＢ−２の状態であり、ＰｉｌｏｔＢの振幅レベルが５０％に、ＰｉｌｏｔＡの振幅レベルが１００％に調整されて出力されている状態である。

さらに、車両５側の図５に示される充電装置７において、通信制御部５１２は、ＰｉｌｏｔＡの出力を停止する（図９のＳ２７）。充電スタンド２側の図４に示される給電装置８において、通信制御部４０６は、ＰｉｌｏｔＡの停止を検知すると（図９のＳ２８）、充電停止通知を制御装置４０１に送る（図９のＳ２９）。この結果、制御装置４０１が、電源変換部４０３および整合部４０４を制御して、給電を停止する（図９のＳ３０）。以上の状態は、図１０（ａ）と同様の、図９（ｆ）および図１０（ｆ）に示されるＳｔａｔｅＡの状態であり、ＰｉｌｏｔＢのみが１００％の振幅レベルで出力されている状態である。なお、充電完了の場合だけでなく、車両５が異常等により充電を停止したい場合には、ＰｉｌｏｔＡを停止させることでその旨を給電装置８側に通知する。充電スタンド２は、給電側であるため、ＰｉｌｏｔＡの監視の結果、異常があれば自ら給電を停止することができる。逆に、充電スタンド２が異常の状態には、ＰｉｌｏｔＢの振幅レベルが０％または１５０％にされて、図７に示されるＳｔａｔｅＥまたはＳｔａｔｅＦの状態になる。これにより車両５は、充電スタンド２の異常または利用不可を検出することができる。

図１１は、本発明の実施形態による図４に示される符号器４０７または図５に示される符号器５１０の構成例を示す図である。
デューティー比決定部１１０１は、例えば図４の通信制御部４０６から入力した充電許容電流値である充電制御情報に応じて、パイロット信号を第１のパルス電圧で発振する第１の期間と第２のパルス電圧で発振する第２の期間の比であるデューティー比を決定する。

パルス数カウント部１１０２（カウント部）は、デューティー比決定部１１０１が決定したデューティー比に対応する第１および第２の期間だけ、例えば図４の発振器４１０から信号生成部４０８を介して発振されるパイロット信号のパルス数を順次カウントする動作を繰り返す。

パルス電圧決定部１１０３（振幅決定部）は、パルス数カウント部１１０２が順次繰り返しカウントする第１および第２の期間に対応して、それぞれ第１および第２のパルス電圧を順次繰り返し決定する。

以上の構成により、例えば図４の信号生成部４０８は、パルス電圧決定部１１０３が決定したパルス電圧で発振するＰｉｌｏｔＢを生成する。
図４の符号器４０７または図５の符号器５１０は、図４の通信制御部４０６または図５の通信制御部５１２の現在の充電制御状態に基づいて、信号生成部４０８が発振するパイロット信号の振幅レベル（パルス電圧）を、前述した各振幅レベル値になるように調整する符号化動作も、上述の図１１の構成による符号化動作と併せて実行する。

図１２は、本発明の実施形態による復号器の構成例を示す図である。
包絡線検波部１２０１は、例えば図５のフィルタ部５１３を介して抽出されるパイロット信号に対して包絡線検波を行うことによって包絡線検波信号を抽出する。

閾値決定部１２０２は、包絡線検波部１２０１が抽出した包絡線検波信号に基づいて第１および第２のパルス電圧を分離するための閾値を決定し、その決定された閾値に基づいて、フィルタ部５１３を介して抽出したパイロット信号から第１および第２の期間に対応する期間をそれぞれ抽出する。

上述の包絡線検波部１２０１と閾値決定部１２０２は、パイロット信号から第１および第２の期間に対応する期間をそれぞれ抽出する期間抽出部を構成する。
ゼロクロス検出部１２０３は、例えば図５のフィルタ部５１３を介して抽出されるパイロット信号に対して、その電圧値がゼロをクロスするゼロクロスのタイミングを検出し、そのタイミングに対応するゼロクロスパルス列信号を出力する。

ゼロクロス数カウント部１２０４は、ゼロクロス検出部１２０３が出力するゼロクロスパルス列信号のパルス数を、閾値決定部１２０２が抽出した第１および第２の各期間ごとにカウントする。

デューティー比判定部１２０５は、ゼロクロス数カウント部１２０４が第１および第２の各期間ごとにカウントしたゼロクロス数の比から、デューティー比を判定する。
電流判定部１２０６（充電制御情報判定部）は、デューティー比判定部１２０５が判定したデューティー比に対応する例えば充電許容電流値を判定する。

図１３は、本発明の実施形態による符号器の説明図である。例えば充電スタンド２側の図４に示される給電装置８において、符号器４０７が充電許容電流値を車両５側に通知する場合、本実施形態では、図１１のデューティー比決定部１１０１が、充電許容電流値に応じて、ＰｉｌｏｔＢを第１のパルス電圧Ｖ１で発振する第１の期間Ｔ１と第２のパルス電圧Ｖ２で発振する第２の期間Ｔ２の比であるデューティー比Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）を決定する。この場合、デューティー比と充電許容電流値との関係は、例えば図１４（ａ）に示されるように、電流値の各値（Ａ：アンペア）ごとにデューティー比が決定されてもよいし、図１４（ｂ）に示されるように、デューティー比ｘに基づいて所定の計算式によって電流値が算出されるようにデューティー比が決定されてもよい。

図１１のパルス数カウント部１１０２は、デューティー比決定部１１０１が決定したデューティー比に対応する第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２だけ、例えば図４の発振器４１０から信号生成部４０８を介して発振されるパイロット信号のパルス数を順次カウントする動作を繰り返す。パルス電圧決定部１１０３は、パルス数カウント部１１０２が順次繰り返しカウントする第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２に対応して、それぞれ第１のパルス電圧Ｖ１および第２のパルス電圧Ｖ２を順次繰り返し決定する。そして、例えば図４の信号生成部４０８は、第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２ごとに、パルス電圧決定部１１０３が決定したパルス電圧Ｖ１またはＶ２で図１３に示されるように発振するＰｉｌｏｔＢを生成する。

一方、上記ＰｉｌｏｔＢを受信した車両５内の図５に示される充電装置７側では、復号器５１４内の図１２に示されるゼロクロス検出部１２０３が、フィルタ部５１３を介して抽出される例えば図１５（ａ）に示されるＰｉｌｏｔＢに対して、その電圧値がゼロをクロスするゼロクロスのタイミングを検出する。そして、ゼロクロス検出部１２０３は、そのタイミングに対応する例えば図１５（ｂ）に示されるゼロクロスパルス列信号を出力する。そして、図１６に示されるように、図１２に示されるゼロクロス数カウント部１２０４が、ゼロクロス検出部１２０３が出力するゼロクロスパルス列信号のパルス数を、ＰｉｌｏｔＢのパルス電圧を所定の閾値１２０１によって高電圧（Ｈｉｇｈ）の区間と低電圧（Ｌｏｗ）の区間に区分けして得られる第１の期間Ｔ１′および第２の期間Ｔ２′ごとにカウントする。続いて、図１２のデューティー比判定部１２０５が、ゼロクロス数カウント部１２０４が第１の期間Ｔ１′および第２の期間Ｔ２′ごとにカウントしたゼロクロス数の比から、デューティー比Ｔ１′／（Ｔ１′＋Ｔ２′）を判定する。そして、図１２の電流判定部１２０６が、デューティー比Ｔ１′／（Ｔ１′＋Ｔ２′）に対応する例えば充電許容電流値を、例えば図１４に示される関係から判定する。

ここで、上述の閾値１２０１の決定と第１の期間Ｔ１′および第２の期間Ｔ２′の区分けは、図１２の閾値決定部１２０２が行う。ここで、電力信号に重畳されるＰｉｌｏｔＢのパルス電圧の状態は、充電スタンド２と車両５の状態によって変化し得るため、動的に決定することが望ましい。そこで、本実施形態ではまず、図１２の包絡線検波部１２０１が、例えばフィルタ部５１３から入力されるＰｉｌｏｔＢに対してピーク値の包絡線を検出する包絡線検波を行い、図１７に示されるように、図１２のゼロクロス検出部１２０３が出力するゼロクロスパルス列信号１５０１のタイミングで包絡線検波信号１５０２をサンプリングして出力する。この包絡線検波信号１５０２は、例えば図１８に示されるように、例えばＰｉｌｏｔＢのパルス電圧のＨｉｇｈ区間とＬｏｗ区間で、振幅値がそれぞれ集中する信号となる。そこで、閾値決定部１２０２は例えば、包絡線検波部１２０１が出力する包絡線検波信号において、所定の誤差の範囲内でその振幅値を２つのグループに分類（例えばクラスタリング）し、各グループの振幅の重心値を計算し、さらにそれら２つの重心値の平均値として、閾値１３０１を決定する。これにより、動的に変化し得る例えばＰｉｌｏｔＢから、精度良くデューティー比を判定することができる。

以上説明したように、本実施形態では、非接触充電において、充電制御情報の送信側で、電力信号に重畳されるパイロット信号の第１の振幅Ｖ１および第２の振幅Ｖ２を有する第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２の比であるデューティー比が、例えば充電許容電流値である充電制御情報に基づいて変化させられる。そして、受信側において、受信されたパイロット信号の第１の振幅Ｖ１および第２の振幅Ｖ２を有する第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２が閾値に基づいて抽出され、各期間ごとのパイロット信号の振幅のゼロクロス数がカウントされる。この場合、振幅Ｖ１とＶ２は大きく異なる値であるため、それら２つの期間Ｔ１およびＴ２は精度良く抽出することができる。さらに、ゼロクロス数の各期間Ｔ１およびＴ２ごとの集計値は、雑音の影響を受けにくく、従って、各ゼロクロス数の比としてデューティー比を精度良く判定することが可能となる。この結果、非接触充電システムにおいて、ＣＰＬＴ通信方式と同等の機能を有し、充電制御情報を充電スタンドと車両間で安定して通信することが可能となる。

そして、本発明の実施形態では、非接触充電システムにおいて、ＣＰＬＴ通信方式における充電制御状態の遷移制御と同等の制御を実現することが可能となり、充電制御状態を充電スタンド２と車両５間で通信することが可能となる。
以上の実施形態の説明では、充電スタンド２から車両５への非接触充電時の電力信号にパイロット信号が重畳される場合を例に説明したが、例えば停電時や屋外活動時等あるいはシェアリング充電制御などにおいて、車両５バッテリ５０６（図５）の電力を逆に充電スタンド２側に放電させる場合における非接触の電力信号の伝送時にも適用することができる。

１ 充電ステーション
２ 充電スタンド
３ 給電制御部
４ 給電部
５ 車両
７ 充電装置
８ 給電装置
９ サーバコンピュータ
１０ 通信ネットワーク
４０１、５０１ 制御装置
４０２ 商用電源
４０３ 電源変換部
４０４ 整合部
４０５、５０７ 結合部
４０６、５１２ 通信制御部
４０７、５１０ 符号器
４０８、５０９ 信号生成部
４０９、５０８ 駆動部
４１１、５１３ フィルタ部
４１２，５１４ 復号器
１１０１ デューティー比決定部
１１０２ パルス数カウント部
１１０３ パルス電圧決定部
１２０１ 包絡線検波部
１２０２ 閾値決定部
１２０３ ゼロクロス検出部
１２０４ ゼロクロス数カウント部
１２０５ デューティー比判定部
１２０６ 電流判定部

Claims (6)

1. 充電スタンドと車両との間で非接触による電力伝送を行う機能を有する非接触充電用通信方法であって、
   前記充電スタンドにおいて、
   複数の振幅値のうちから前記充電スタンドの充電制御状態に応じた振幅値が設定され、前記充電スタンドと前記車両との間で伝送される電力信号の周波数とは異なる第１の周波数で発振する第１のパイロット信号を前記電力信号に重畳して前記車両に伝送し、
   前記車両から前記電力信号に重畳されて伝送されてくる第２のパイロット信号の振幅値を検出し、該振幅値と前記充電スタンド自身の現在の充電制御状態とから該充電制御状態を遷移させ、
   前記車両において、
   前記複数の振幅値のうちから前記車両の充電制御状態に応じた振幅値が設定され、前記電力信号の周波数および前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振する前記第２のパイロット信号を前記電力信号に重畳して前記充電スタンドに伝送し、
   前記充電スタンドから前記電力信号に重畳されて伝送されてくる前記第１のパイロット信号の振幅値を検出し、該振幅値と前記車両自身の現在の充電制御状態とから該充電制御状態を遷移させる、
   ことを特徴とする非接触充電用通信方法。
2. 前記複数の振幅値は、前記第１または第２のパイロット信号の基準振幅値に対して１５０パーセント、１００パーセント、５０パーセント、および０パーセントの各振幅値である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電用通信方法。
3. 前記充電制御状態は、前記車両が前記充電スタンドの所定位置に駐車されていないか、駐車されているが前記車両の充電準備が完了していない状態、前記車両が前記充電スタンドの所定位置に駐車され前記車両の充電準備は完了しているが前記充電スタンドの給電準備が完了していない状態、前記車両が前記充電スタンドの所定位置に駐車され前記車両の充電準備が完了し且つ前記充電スタンドの給電準備も完了している状態、前記充電スタンドが前記車両に充電中の状態、前記充電スタンドに接続されている電源系統が異常の状態、または前記充電スタンドが利用不可の状態のいずれかの状態である、
   ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の非接触充電用通信方法。
4. 充電スタンドと車両との間で非接触による電力伝送を行う機能を有する非接触充電用通信システムであって、
   前記充電スタンドに、
   複数の振幅値のうちから前記充電スタンドの充電制御状態に応じた振幅値が設定され、前記充電スタンドと前記車両との間で伝送される電力信号の周波数とは異なる第１の周波数で発振する第１のパイロット信号を前記電力信号に重畳して前記車両に伝送する第１のパイロット信号送信部と、
   前記車両から前記電力信号に重畳されて伝送されてくる第２のパイロット信号の振幅値を検出し、該振幅値と前記充電スタンド自身の現在の充電制御状態とから該充電制御状態を遷移させる第１のパイロット信号受信部と、
   を備え、
   前記車両に、
   前記複数の振幅値のうちから前記車両の充電制御状態に応じた振幅値が設定され、前記電力信号の周波数および前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で発振する前記第２のパイロット信号を前記電力信号に重畳して前記充電スタンドに伝送する第２のパイロット信号送信部と、
   前記充電スタンドから前記電力信号に重畳されて伝送されてくる前記第１のパイロット信号の振幅値を検出し、該振幅値と前記車両自身の現在の充電制御状態とから該充電制御状態を遷移させる第２のパイロット信号受信部と、
   を備える、
   ことを特徴とする非接触充電用通信システム。
5. 前記複数の振幅値は、前記第１または第２のパイロット信号の基準振幅値に対して１５０パーセント、１００パーセント、５０パーセント、および０パーセントの各振幅値である、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の非接触充電用通信システム。
6. 前記充電制御状態は、前記車両が前記充電スタンドの所定位置に駐車されていないか、駐車されているが前記車両の充電準備が完了していない状態、前記車両が前記充電スタンドの所定位置に駐車され前記車両の充電準備は完了しているが前記充電スタンドの給電準備が完了していない状態、前記車両が前記充電スタンドの所定位置に駐車され前記車両の充電準備が完了し且つ前記充電スタンドの給電準備も完了している状態、前記充電スタンドが前記車両に充電中の状態、前記充電スタンドに接続されている電源系統が異常の状態、または前記充電スタンドが利用不可の状態のいずれかの状態である、
   ことを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の非接触充電用通信システム。