JP2013223397A - 非接触充電異物侵入検知装置および方法 - 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非接触充電技術に関し、異物の侵入を検知可能とする。
【解決手段】車両側の充電装置７内の制御装置４０７は、車両５の位置合せ終了時に、距離測定部６により非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間の基準距離を測定する。充電開始後、制御装置４０７は、上述の距離をさらに測定し、その距離が基準距離を下回ったときに、異物侵入を判定して充電動作を停止する。異物侵入による充電停止後、上述の距離が基準距離以上となったときに車両５への充電が復帰する。車両５によって車高が異なったりしても、非接触充電において異物の侵入を適切に検知して充電を停止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、非接触による電力伝送を行う非接触充電技術に関する。

近年、プラグインハイブリッド車、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。さらに近年、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、非接触で車両に数ｋＷの電力伝送による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、車両側の非接触受電面と充電スタンド側の非接触給電面とが相対するとき、それら非接触受電面と非接触給電面の間に人間や動物などの異物が侵入すると、その部分が発熱するおそれがある。

特開２００４−３４９９２６号公報

本発明は、車両側の非接触受電面と充電スタンド側の非接触給電面との間に異物が侵入する前にその異物を検知して充電を禁止する非接触充電異物侵入検知装置を提供することを目的とする。

本発明の態様の一例は、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異物侵入検知装置において、車両側の非接触受電面と充電スタンド側の非接触給電面との間の距離を測定する距離測定部と、前記距離測定部により測定された基準距離を、該基準距離の測定以降に前記距離測定部により測定された距離が下回ったときに充電停止を前記充電スタンドに指示する制御部とを備えるように構成する。

本発明によれば、車両側の非接触受電面と充電スタンド側の非接触給電面との間に異物が侵入する前にその異物を検知して充電を禁止することができる。

実施形態における充電ステーションの構成例を示す図である。 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。 実施形態におけるソナーの配置例を示す図である。 実施形態における非接触充電システムの構成例を示す図である。 実施形態における異物侵入による充電停止の制御動作を示すフローチャートである。 実施形態における異物侵入による充電停止からの復帰の制御動作を示すフローチャートである。 他の実施形態における非接触充電システムの構成例を示す図である。

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に侵入して給電部４の上に停車する。この結果、給電制御部３が車両の侵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、電磁誘導または共鳴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。給電装置８と充電装置７は、後述するように、例えばＷｉＦｉ無線通信方式により、充電のための制御情報を通信する。あるいは、給電装置８と充電装置７は、充電のための制御情報を、上述の非接触充電方式により伝送される電力信号に重畳させて通信する。

車両５には、充電装置７の側の非接触受電面Ａと給電部４の側の非接触給電面Ｂを取り囲むように複数（例えば４個）の距離測定部６（例えば、クリアランスソナー）が備えられる。これらの距離測定部６は、物体に超音波を発射し、反射して戻ってくるまでの時間により距離測定部６から物体までの距離を測定するものであって、非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間の距離を測定する。図３は、図２の距離測定部６の配置例を示す図である。距離測定部６は、図２の給電部４のコイルを取り囲むように、図３に示されるように例えば４個が備えられる。図３の４つの破線円は距離測定部６の測定可能な範囲を示し、距離測定部６は図２に示される充電装置７の側の非接触受電面Ａと給電部４の側の非接触給電面Ｂの間の距離を測定することができる。

本実施形態では、車両５の位置合せ（非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂとの位置合せの終了時に上述の距離が基準距離として測定される。そして、車両５への充電開始後に、上述の距離がさらに測定され、その距離が基準距離を下回ったときに、図２に示されるように、人間や動物（例えば、犬やネコ等）あるいは金属や非金属（例えば、ビニールや紙くず等）の異物９が非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間に侵入したと判定されて、車両５から充電スタンド２へ充電停止が指示される。本実施形態では、このような要因による充電の停止後、上述の距離がさらに測定され、その距離が基準距離以上となったときに車両５への充電が復帰する。このように、本実施形態では、車両５によって車高が異なったりしても、非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂとの間の異物９の侵入を適切に検知して充電を停止することが可能となる。

図４は、本発明の実施形態における非接触充電システムの構成例を示す図である。充電スタンド２を構成する給電装置８は、地面下に設置される給電部４と、４０１〜４０６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）。一方、車両５側の充電装置７は、４０８〜４１４の各部分を備える。

まず、充電スタンド２を構成する給電装置８の構成について説明する。
制御装置４０１は、例えば特には図示しない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、電圧を例えば数千ボルト、周波数を数百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、例えば充電許容電流値などの充電制御情報を通信制御部４０５に受け渡し、または、制御装置４０１は、通信制御部４０５を介して、車両５から送信された充電制御情報を受け取る。通信制御部４０５は、アンテナ４０６を介して、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。通信制御部４０５は、充電装置７内の通信制御部４１３との間で、例えばＷｉＦｉ無線通信方式による無線通信を行う。ＷｉＦｉ無線通信方式は、米国に本拠を置く業界団体Ｗｉ−Ｆｉアライアンスによって認定されるＩＥＥＥ８０２．１１シリーズ通信規格を利用した無線通信方式である。

次に、車両５側の充電装置７の構成について説明する。
制御装置４０７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エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。

受電部（コイル）４０８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から非接触方式により電力信号を受信し、整合部４０９に出力する。整合部４０９は、受電部４０８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４１０に出力する。整流部４１０は、整合部４０９から入力した電力信号を整流した後に、検出部４１１に出力する。検出部４１１は、電力信号を検出し、バッテリ４１２に出力する。バッテリ４１２は、整流された電力信号に従って充電される。

整合部４０９でのインピーダンス整合や検出部４１１での電力信号の検出動作、またはバッテリ４１２での充電制御状態の検出等は、制御装置４０７によって制御される。
給電装置８側の通信制御部４０５からアンテナ４０６を介して例えばＷｉＦｉ無線方式によって送信された充電制御情報は、アンテナ４１４を介して通信制御部４１３にて受信される。通信制御部４１３は、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。通信制御部４０６は、受信した充電制御情報を、制御装置４０７に通知する。制御装置４０７は、通信制御部４１３から通知された充電制御情報に基づいて、バッテリ４１２への電力信号の充電動作を制御する。

一方、制御装置４０７は、バッテリ４１２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４１３に通知する。通信制御部４１３は、制御装置４０７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、それをアンテナ４１４を介して給電装置８に向けて送信する。この充電制御情報は、給電装置８において、アンテナ４０６を介して通信制御部４０５にて受信され、制御装置４０１に通知される。制御装置４０１は、受信した充電制御情報に基づいて、給電装置８における充電動作を制御する。

図５は、本実施形態における充電停止の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、図４に示される充電装置７内の制御装置４０７内の特には図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）が、特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。

まず、図２および図４に示される給電部４のコイルの非接触給電面Ｂと充電装置７内の受電部４０８の非接触受電面Ａとの間で、位置を合わせる処理が実行される（ステップＳ５０１）。この処理は例えば、運転者による車両５の移動に基づいて、図４の検出部４１１にて電力信号が検知されたことを制御装置４０７が判定する動作である。

次に、図４の制御装置４０７は、車両５への充電を開始する前に、距離測定部６による基準距離測定を実施する（ステップＳ５０２）。距離測定部６は、例えば図３に示したように４個ある。このため、制御装置４０７は、例えば４個の距離測定部６による測定結果の平均値を計算することにより、基準距離を算出する。この基準距離は、図２に示される非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間の、異物９が無い状態の距離を示している。

制御装置４０７は、算出した基準距離を特には図示しないメモリに保持する（ステップＳ５０３）。
その後、制御装置４０７は、充電動作を開始する（ステップＳ５０４）。この処理は、図４の受電部４０８から整合部４０９および整流部４１０を介して受信される電力信号を、検出部４１１を介してバッテリ４１２に充電する動作である。

充電開始後、制御装置４０７は、距離測定部６による図２に示される非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間の距離の常時測定を開始する（ステップＳ５０５）。
その後、制御装置４０７は、距離測定部６により常時測定される図２に示される非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間の想定される距離が、ステップＳ５０３でメモリに保持した基準距離の値よりも小さくなったか否かを繰り返し判定する（ステップＳ５０６の判定がＮＯ）。

距離測定部６により常時測定される想定距離がメモリに保持される基準距離値よりも小さくなってステップＳ５０６の判定がＹＥＳになると、制御装置４０７は、整合部４０４および検出部４１１を制御して、充電動作を停止するとともに、充電停止指示を充電スタンド２に送信する（ステップＳ５０７）。

以上のようにして、本実施形態では、制御装置４０７が、距離測定部として機能するとともに、距離測定の結果に基づく制御動作を実施する制御部として機能する。すなわち、制御装置４０７は、ステップＳ５０６の判定により、図２に示されるように、異物９が非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間に侵入したか否かを判定することができる。そして、この判定により充電動作を停止することが可能となる。本実施形態では、車両５のタイヤやサスペンションの種類等によって車高が異なっても、充電開始前に基準距離を測定し、充電開始後の測定距離をその基準距離と比較することにより、適切な侵入物判定を行うことが可能となる。

図６は、本実施形態における異物侵入による充電停止からの復帰の制御動作を示すフローチャートである。この制御動作は例えば、図５のフローチャートで示される制御動作と同様に、図４に示される充電装置７内の制御装置４０７内の特には図示しないＣＰＵが、特には図示しないメモリに記憶された制御プログラムを実行する動作として実現される。

まず、制御装置４０７は、図５のステップＳ５０７の処理により、異物侵入による充電停止が発生したか否かを繰り返し判定する（ステップＳ６０１）。
異物侵入による充電停止が発生しステップＳ６０１の判定がＹＥＳになると、制御装置４０７は、一定時間だけ待機（ウェイト）する（ステップＳ６０２）。これは、図２の非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間に侵入した異物９が無くなるかどうかを待つ処理である。

その後、制御装置４０７は、図５のステップＳ５０５により常時測定を開始している距離測定部６により測定された想定距離がメモリに保持される基準距離値以上となったか否かを繰り返し判定する（ステップＳ６０３の判定がＮＯ）。

距離測定部６により常時測定される想定距離がメモリに保持される基準距離値以上となってステップＳ６０３の判定がＹＥＳになると、制御装置４０７は、整合部４０９、整流部４１０、および検出部４１１を制御して、停止していた充電動作を再開して復帰するとともに、充電復帰指示を充電スタンド２に送信する（ステップＳ６０４）。

以上のようにして、本実施形態では、異物侵入により充電動作が停止した後、異物９が図２の非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間から無くなれば、充電動作を自動的に再開することが可能となる。

以上の車両５側での充電停止または復帰の動作状態は、充電装置７内の制御装置４０７から通信制御部４１３、アンテナ４１４を介して、給電装置８側に通知される。給電装置８では、アンテナ４０６および通信制御部４０５を介して、充電停止または復帰の充電制御情報が制御装置４０１に通知される。これにより、充電スタンド２内の給電装置８側でも、車両５側の充電停止または復帰に合わせて、制御装置４０１が、電力変換部４０３および整合部４０４に対して、充電停止または復帰の制御動作を実施する。

図７は、本発明の他の実施形態における非接触充電システムの構成例を示す図である。図７において、図４の場合と同じ番号を付した部分は同じ機能である。
図７の構成が図４の構成と異なる部分は、距離測定部６が、車両５内の充電装置７側ではなく、充電スタンド２内の給電装置８側に備えられ、給電制御部３内の制御装置４０１によって、異物検出判定と充電停止および復帰の制御動作が実施される点である。すなわち、給電装置８内の制御装置４０１が、図５および図６のフローチャートで示される異物侵入による充電停止またはその充電停止からの復帰の制御動作を実施する。

充電スタンド２側での充電停止または復帰の動作状態は、給電装置８内の制御装置４０１から通信制御部４０５、アンテナ４０６を介して、車両５の充電装置７側に通知される。充電装置７では、アンテナ４１４および通信制御部４１３を介して、充電停止または復帰の充電制御情報が制御装置４０７に通知される。これにより、車両５内の充電装置７側でも、充電スタンド２側の充電停止または復帰に合わせて、制御装置４０７が、整合部４０９および検出部４１１に対して、充電停止または復帰の制御動作を実施する。

以上説明した各実施形態において、図２の非接触受電面Ａと非接触給電面Ｂの間の距離の検知は、距離測定部６によって行われたが、距離測定部６による距離測定の代わりにレーダによる距離測定が実施されてもよい。

また、距離測定部６は複数個に限らず、１個であってもよい。この場合、距離測定部６は非接触受電面Ａの中央に配置されるのが好ましい。
また、制御装置４０７が算出する基準距離は、４個の距離測定部６による測定結果の平均値ではなく、各距離測定部６による測定結果をそれぞれの基準距離としてもよい。この場合、各距離測定部６により常時測定される想定距離をそれぞれの基準距離と比較することにより、適切な侵入物判定を行うことが可能となる。この場合、どれか１個の距離測定部６により常時測定される想定距離がメモリに保持される基準距離値よりも小さくなったら、充電停止指示を充電スタンド２に送信してもよい。

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
６ 距離測定部
７ 充電装置
８ 給電装置
９ 異物
４０１、４０７ 制御装置
４０２ 商用電源
４０３ 電源変換部
４０４ 整合部
４０５、４１３ 通信制御部
４０６、４１４ アンテナ

Claims (10)

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異物侵入検知装置において、
   前記車両側の非接触受電面と前記充電スタンド側の非接触給電面との間の距離を測定する距離測定部と、
   前記距離測定部により測定された基準距離を、該基準距離の測定以降に前記距離測定部により測定された距離が下回ったときに充電停止を前記充電スタンドに指示する制御部と、
   を備えることを特徴とする非接触充電異物侵入検知装置。
2. 前記制御部は、前記車両の充電を停止した後前記距離をさらに測定し該距離が前記基準距離以上となったときに前記車両の充電を復帰する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の非接触充電異物侵入検知装置。
3. 前記距離測定部はソナーである、
   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異物侵入検知装置。
4. 前記距離測定部はレーダである、
   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異物侵入検知装置。
5. 前記距離測定部および前記制御部は前記車両に備えられる、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触充電異物侵入検知装置。
6. 前記距離測定部および前記制御部は前記充電スタンドに備えられる、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の非接触充電異物侵入検知装置。
7. 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方法において、
   前記車両の充電開始前に、前記車両側の非接触受電面と前記充電スタンド側の非接触給電面との間の距離を基準距離として測定し、
   前記車両の充電開始後に、前記非接触受電面と前記非接触給電面との間の距離をさらに測定し該距離が前記基準距離を下回ったときに前記車両の充電を停止する、
   ことを備えることを特徴とする非接触充電異物侵入検知方法。
8. 前記車両の充電を停止した後、前記非接触受電面と前記非接触給電面との間の距離をさらに測定し該距離が前記基準距離以上となったときに前記車両の充電を復帰する、
   ことをさらに備える特徴とする請求項７に記載の非接触充電異物侵入検知方法。
9. 前記距離の測定をソナーを用いて行う、
   ことを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の非接触充電異物侵入検知方法。
10. 前記距離の測定をレーダを用いて行う、
    ことを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の非接触充電異物侵入検知方法。

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