JP2014155399A - 非接触充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の充電スタンドと複数のバッテリ搭載車両が同一の無線通信チャネルを共有可能な非接触充電システムにおいて、充電電力の供給に伴って発生するノイズに対して頑強な無線通信を行うことができる非接触充電システムを提供する。
【解決手段】非接触充電システム１００において、充電スタンド１０と電気自動車４０は、自機の信号の送信に先立って無線通信チャネル上のＲＳＳＩを測定し、ＲＳＳＩが所定のＣＣＡ閾値未満である場合には信号の送信を行い、ＲＳＳＩがＣＣＡ閾値以上である場合にはランダムな時間待機する。充電スタンド１０と電気自動車４０は、充電スタンド１０から電気自動車４０への充電電力の供給が行われている間は、ＣＣＡ閾値を通常状態における−６０ｄＢｍよりも高い−３０ｄＢｍに設定する。
【選択図】図４

Description

この発明は、バッテリ搭載車両のための非接触充電システムに関する。

電気モータによって走行する電気自動車（ＥＶ車）や電気モータとガソリンエンジンとの併用によって走行するプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ車）の普及が始まっている。これらＥＶ車やＰＨＶ車にはバッテリが搭載されており、バッテリに蓄えられた電気エネルギーによってモータを駆動することにより車両の走行が行われる。

現在、ＥＶ車やＰＨＶ車用の充電システムとしては、駐車エリア内に設けられた複数の駐車スペースにそれぞれ充電スタンドを設置し、車両が駐車スペースに駐車している間に充電を行う方式が一般的である。また、充電スタンドから車両への電力供給の方法としては、充電スタンドと車両を専用の充電ケーブルで接続する接触充電システムと、充電スタンドと車両を非接触状態に保ったまま電磁誘導の原理を利用して電力供給を行う非接触充電システムとがあり、特許文献１には非接触充電システムの一例が記載されている。

充電スタンドから車両への充電を行う際には、充電スタンドと車両の間で各種制御命令をやり取りする必要がある。充電スタンドと車両を充電ケーブルで接続する接触充電システムでは、充電ケーブル内に通信線を含めることによって制御命令のやり取りを有線通信によって行うことができるが、充電ケーブルを使用しない非接触充電システムの場合には、充電スタンドと車両の間の制御命令のやり取りを無線通信によって行う必要がある。

現在、非接触充電システムにおける複数の充電スタンドと複数の車両が存在する状況に適用可能な無線通信規格としては、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４やＩＥＥＥ８０２．１１ｇ等がある。これらの無線通信規格では、同一チャネルを複数の端末で共有可能にするために、ＣＳＭＡ／ＣＡ（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance）と呼ばれる通信プロトコルが用いられる。ＣＳＭＡ／ＣＡ方式では、各端末は自身の信号の送信に先立ってチャネル上の信号を受信し、受信信号強度（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）が所定のＣＣＡ（Clear Channel Assessment）閾値未満である場合には、現在チャネルは空き状態であると判断して信号の送信を行う。一方、ＲＳＳＩがＣＣＡ閾値以上である場合には、現在他の端末によってチャネルが使用されていると判断し、ランダムな時間待機する。

特開平０９−１８２２１２号公報

ところで、非接触充電システムでは、充電スタンドの給電コイルに高周波電力が供給され、この高周波電力が電磁誘導の原理によって車両側の受電コイルに伝達されることによって充電電力の供給が行われる。そのため、上記ＣＳＭＡ／ＣＡ方式において、充電スタンドまたは車両が自機の信号の送信に先立ってチャネル上のＲＳＳＩを測定する際に、現在チャネルが空き状態であるにも関わらず、高周波電力の伝達に伴って発生するノイズの影響でＲＳＳＩがＣＣＡ閾値を超えてしまう場合があり、信号の送信が行えなくなるという問題がある。

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、複数の充電スタンドと複数のバッテリ搭載車両が同一の無線通信チャネルを共有可能な非接触充電システムにおいて、充電電力の供給に伴って発生するノイズに対して頑強な無線通信を行うことができる非接触充電システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る非接触充電システムは、複数の充電スタンドと複数のバッテリ搭載車両が同一の無線通信チャネルを共有可能な非接触充電システムにおいて、充電スタンドおよびバッテリ搭載車両は、自機の信号の送信に先立って無線通信チャネル上の受信信号強度を測定し、受信信号強度が所定の閾値未満である場合には信号の送信を行い、受信信号強度が閾値以上である場合にはランダムな時間待機し、充電スタンドおよびバッテリ搭載車両は、充電スタンドからバッテリ搭載車両への充電電力の供給が行われている間は、上記閾値を高くすることを特徴とする。

充電スタンドおよびバッテリ搭載車両は、充電スタンドからバッテリ搭載車両への充電電力の供給が行われている間は、自機の送信信号強度を高くしてもよい。

この発明によれば、複数の充電スタンドと複数のバッテリ搭載車両が同一の無線通信チャネルを共有可能な非接触無線通信システムにおいて、充電電力の供給に伴って発生するノイズに対して頑強な無線通信を行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る非接触充電システムの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触充電システムにおける充電スタンドおよび電気自動車の構成の詳細を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触充電システムにおける充電スタンドと電気自動車の信号送信処理の詳細を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る非接触充電システムにおける充電スタンドから電気自動車への充電処理の詳細を示すシーケンス図である。 この発明の実施の形態２に係る非接触充電システムにおける充電スタンドから電気自動車への充電処理の詳細を示すシーケンス図である。 この発明のその他の実施の形態に係る非接触充電システムにおける充電スタンドから電気自動車への充電処理の詳細を示すシーケンス図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る非接触充電システム１００の構成を図１に示す。
駐車エリア内の各駐車スペースＳ１〜Ｓ３には、非接触型の充電スタンド１０〜３０がそれぞれ設置されており、各駐車スペースＳ１〜Ｓ３の地面には、充電スタンド１０〜３０の給電コイル１５〜３５がそれぞれ設置されている。

電気自動車４０が例えば駐車スペースＳ１に駐車すると、充電スタンド１０と電気自動車４０の間で無線通信接続が確立された後、充電スタンド１０の給電コイル１５に高周波電力が供給され、この高周波電力が電磁誘導の原理によって電気自動車４０の受電コイル４５に伝達され、図示しない車載バッテリへの充電が行われる。なお、この実施の形態では、３台の充電スタンドと１台の電気自動車が存在する例が示されているが、本願発明はより一般的に、複数の充電スタンドと複数の電気自動車が存在する場合について適用することができる。

以下、この実施の形態１に係る非接触充電システム１００における充電スタンド１０〜３０および電気自動車４０の構成について、図２を参照して説明する。ただし、充電スタンド１０〜３０の構成は全て同一であるため、これ以降、充電スタンド１０を例にとって説明する。

（充電スタンドの構成）
まず、充電スタンド１０の構成について説明する。充電スタンド１０は、無線通信手段１１と、制御手段１２と、車両検知手段１３と、アンテナ１４と、給電コイル１５と、車両検知センサ１６とを備えている。

無線通信手段１１は、制御手段１２から入力される各種信号を変調してアンテナ１４から電波信号として放射すると共に、アンテナ１４によって受信される電波信号を復調して信号を抽出し、制御手段１２に出力する。

制御手段１２は、無線通信手段１１を介して電気自動車４０との間で充電処理のための各種制御命令をやり取りしながら、図示しない電力系統から供給される交流電力をより周波数の高い高周波電力に変換し、給電コイル１５に供給するように、図示しない電力変換器を制御する。

車両検知手段１３は、駐車スペースＳ１の地面に設置されている車両検知センサ１６からの信号に基づいて駐車スペースＳ１に電気自動車４０が駐車したことを検知し、制御手段１２に通知する。

（電気自動車の構成）
次に、電気自動車４０の構成について説明する。電気自動車４０は、無線通信手段４１と、制御手段４２と、バッテリ４３と、アンテナ４４と、受電コイル４５とを備えている。

無線通信手段４１は、充電スタンド１０と同様の構成であり、制御手段４２から入力される各種信号を変調してアンテナ４４から電波信号として放射すると共に、アンテナ４４によって受信される電波信号を復調して信号を抽出し、制御手段４２に出力する。

制御手段４２は、無線通信手段４１を介して充電スタンド１０との間で充電処理のための各種制御命令をやり取りしながら、充電スタンド１０の給電コイル１５から自車の受電コイル４５に伝達される高周波電力を直流電力に変換し、バッテリ４３への充電を行うように、図示しない電力変換器を制御する。

次に、この実施の形態に係る非接触充電システム１００における処理の詳細について、図３〜４を参照して説明する。

（充電スタンドと電気自動車の信号送信処理）
充電スタンド１０と電気自動車４０の信号送信処理の詳細について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、次に説明する充電スタンドから電気自動車への充電処理の際に行われる各種信号の送信は、すべてこの方式に従って行われる。

充電スタンド１０と電気自動車４０の無線通信手段１１，４１は、それぞれ自機の信号の送信に先立って無線通信チャネル上の受信信号強度（ＲＳＳＩ）を測定し（Ｓ１０１）、ＲＳＳＩが所定のＣＣＡ閾値未満であるか否かを調べる（Ｓ１０２）。そして、ＲＳＳＩがＣＣＡ閾値未満である場合には、現在チャネルは空き状態であると判断して信号の送信を行う（Ｓ１０３）。一方、ＲＳＳＩがＣＣＡ閾値以上である場合には、現在他の充電スタンドまたは電気自動車によってチャネルが使用されていると判断してランダムな時間待機し（Ｓ１０４）、再びＲＳＳＩの測定を行う（Ｓ１０１）。なお、この実施の形態では、通常状態におけるＣＣＡ閾値は−６０ｄＢｍに設定されている。

（充電スタンドから電気自動車への充電処理）
電気自動車４０が駐車スペースＳ１に駐車した際に行われる充電処理の詳細について、図４のシーケンス図を参照して説明する。

まず、充電スタンド１０の車両検知手段１３が、電気自動車４０が駐車スペースＳ１に駐車したことを車両検知センサ１６によって検知し（Ｓ２０１）、充電スタンド１０の制御手段１２は、自機の識別子を含む車両ＩＤ要求パケットを無線通信手段１１によってブロードキャストする（Ｓ２０２）。ここで、充電スタンド１０の識別子としては、例えば充電スタンド１０のＭＡＣアドレスを使用することができる。この車両ＩＤ要求パケットを無線通信手段４１によって受信した電気自動車４０の制御手段４２は、充電スタンド１０に向けて自機の識別子を含む車両ＩＤ応答パケットを無線通信手段４１によって返信する（Ｓ２０３）。次に、充電スタンド１０は、電気自動車４０に向けて通信接続要求パケットを送信し（Ｓ２０４）、これを受信した電気自動車４０は、通信接続応答パケットを返信し（Ｓ２０５）、充電スタンド１０と電気自動車４０の間で無線通信接続が確立される（Ｓ２０６）。

充電スタンド１０と電気自動車４０の間で無線通信接続が確立されると、充電スタンド１０と電気自動車４０の無線通信手段１１，４１は、それぞれ自機のＣＣＡ閾値を通常状態における−６０ｄＢｍよりも高い−３０ｄＢｍに設定する（Ｓ２０７）。その後、充電スタンド１０から電気自動車４０への充電電力の供給が開始される（Ｓ２０８）。

充電スタンド１０から電気自動車４０への充電電力の供給を行う際には、充電スタンド１０の制御手段１２から給電コイル１５に高周波電力が供給され、この高周波電力が電磁誘導の原理によって電気自動車４０の受電コイル４５に伝達され、制御手段４２を介してバッテリ４３への充電が行われる（図２参照）。このとき、充電スタンド１０と電気自動車４０の間では、各種制御命令のやり取りが行われるが、この制御命令のやり取りは、給電コイル１５から受電コイル４５への高周波電力の伝達に伴って発生するノイズの影響下で行われることになる。そのため、図３で説明した信号送信処理のステップＳ１０１において検出されるＲＳＳＩは、この高周波ノイズの影響によって増加する。しかしながら、上記Ｓ２０７において充電スタンド１０と電気自動車４０の各ＣＣＡ閾値は通常状態における−６０ｄＢｍよりも高い−３０ｄＢｍに設定されているため、図３のステップＳ１０１において検出される高周波ノイズの影響を受けたＲＳＳＩが−３０ｄＢｍ未満であれば、ステップＳ１０２においてＲＳＳＩ＜ＣＣＡ閾値、すなわち現在チャネルは空き状態であると判定され、ステップＳ１０３において信号の送信を行うことができる。

図４に戻って、電気自動車４０のバッテリ４３への充電が完了し、充電スタンド１０からの充電電力の供給が停止されると、充電スタンド１０と電気自動車４０の無線通信手段１１，４１は、それぞれ自機のＣＣＡ閾値を−３０ｄＢｍから通常状態における−６０ｄＢｍに戻す（Ｓ２０９）。

最後に、充電スタンド１０は、電気自動車４０に向けて通信切断要求パケットを送信し（Ｓ２１０）、これを受信した電気自動車４０は、通信切断応答パケットを返信し（Ｓ２１１）、充電スタンド１０と電気自動車４０の間の無線通信接続が切断される（Ｓ２１２）。

以上説明したように、この実施の形態１に係る非接触充電システム１００では、充電スタンド１０と電気自動車４０は、自機の信号の送信に先立って無線通信チャネル上のＲＳＳＩを測定し、ＲＳＳＩが所定のＣＣＡ閾値未満である場合には信号の送信を行い、ＲＳＳＩがＣＣＡ閾値以上である場合にはランダムな時間待機する。そして、充電スタンド１０と電気自動車４０は、充電スタンド１０から電気自動車４０への充電電力の供給が行われている間は、ＣＣＡ閾値を通常状態における−６０ｄＢｍよりも高い−３０ｄＢｍに設定する。そのため、自機の信号の送信に先立って測定されるＲＳＳＩが充電電力の供給に伴って発生するノイズの影響によって増加したとしても、当該ＲＳＳＩが−３０ｄＢｍ未満であれば、現在チャネルは空き状態であると判定され、信号の送信を行うことができる。これにより、充電電力の供給に伴って発生するノイズに対して頑強な無線通信を行うことができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る非接触充電システムについて、図５を参照して説明する。ただし、実施の形態１と２の違いは、充電スタンドから電気自動車への充電処理の詳細だけであるため、実施の形態１と同一の処理には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

実施の形態２における充電スタンド１０から電気自動車４０への充電処理では、Ｓ３０７において、充電スタンド１０と電気自動車４０の各ＣＣＡ閾値を通常状態よりも高い−３０ｄＢｍに設定すると共に、充電スタンド１０と電気自動車４０の各送信信号強度を通常状態よりも高い値に設定する。例えば、通常状態における送信信号強度が−１０ｄＢｍであれば、Ｓ３０７において送信信号強度を０ｄＢｍに設定する。そして、充電電力の供給が完了した後のＳ３０９において、各ＣＣＡ閾値を通常状態に戻すと共に、各送信信号強度も通常状態に戻す。これにより、充電電力の供給が行われている間にやり取りされる信号のＳＮ比を増加させることができ、より頑強な無線通信を行うことができる。

その他の実施の形態．
実施の形態１，２における充電スタンドから電気自動車への充電処理（図４，５のシーケンス図）では、電気自動車４０が駐車スペースＳ１に駐車したことが検知された際（Ｓ２０１）に、充電スタンド１０が車両ＩＤ要求パケットをブロードキャスト（Ｓ２０２）することによって充電スタンド１０と電気自動車４０の間の通信が開始されていたが、図６のシーケンス図に示されるように、電気自動車４０に「充電開始ボタン」を設け、運転者によって充電開始ボタンが押下された際（Ｓ４０１）に、自機の識別子を含む車両ＩＤ通知パケットをブロードキャスト（Ｓ４０２）することによって通信を開始してもよい。

１００ 非接触充電システム、１０，２０，３０ 充電スタンド、４０ 電気自動車（バッテリ搭載車両）。

Claims (2)

1. 複数の充電スタンドと複数のバッテリ搭載車両が同一の無線通信チャネルを共有可能な非接触充電システムにおいて、
   前記充電スタンドおよび前記バッテリ搭載車両は、自機の信号の送信に先立って前記無線通信チャネル上の受信信号強度を測定し、該受信信号強度が所定の閾値未満である場合には信号の送信を行い、該受信信号強度が前記閾値以上である場合にはランダムな時間待機し、
   前記充電スタンドおよび前記バッテリ搭載車両は、該充電スタンドから該バッテリ搭載車両への充電電力の供給が行われている間は、前記閾値を高くすることを特徴とする、非接触充電システム。
2. 前記充電スタンドおよび前記バッテリ搭載車両は、該充電スタンドから該バッテリ搭載車両への充電電力の供給が行われている間は、自機の送信信号強度を高くすることを特徴とする、請求項１に記載の非接触充電システム。

Images