JP2015008550A - 非接触充電装置 - Google Patents

非接触充電装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2015008550A
JP2015008550A JP2011236897A JP2011236897A JP2015008550A JP 2015008550 A JP2015008550 A JP 2015008550A JP 2011236897 A JP2011236897 A JP 2011236897A JP 2011236897 A JP2011236897 A JP 2011236897A JP 2015008550 A JP2015008550 A JP 2015008550A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
unit
primary coil
foreign matter
capacitance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011236897A
Other languages
English (en)
Inventor
藤田　篤志
Atsushi Fujita
篤志 藤田
芳弘 阪本
Yoshihiro Sakamoto
芳弘 阪本
大森　義治
Yoshiharu Omori
義治 大森
秀樹 定方
Hideki Sadakata
秀樹 定方
柏本　隆
Takashi Kashimoto
隆 柏本
裕明 栗原
Hiroaki Kurihara
裕明 栗原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp filed Critical Panasonic Corp
Priority to JP2011236897A priority Critical patent/JP2015008550A/ja
Priority to PCT/JP2012/006920 priority patent/WO2013061613A1/ja
Publication of JP2015008550A publication Critical patent/JP2015008550A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/122—Circuits or methods for driving the primary coil, e.g. supplying electric power to the coil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/124—Detection or removal of foreign bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B60L53/126—Methods for pairing a vehicle and a charging station, e.g. establishing a one-to-one relation between a wireless power transmitter and a wireless power receiver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/305—Communication interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/34—Plug-like or socket-like devices specially adapted for contactless inductive charging of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/30—Constructional details of charging stations
    • B60L53/35—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles
    • B60L53/36—Means for automatic or assisted adjustment of the relative position of charging devices and vehicles by positioning the vehicle
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/60—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power responsive to the presence of foreign objects, e.g. detection of living beings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/80—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving the exchange of data, concerning supply or distribution of electric power, between transmitting devices and receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/90—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power involving detection or optimisation of position, e.g. alignment
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00304—Overcurrent protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00309—Overheat or overtemperature protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/30—AC to DC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/10—Vehicle control parameters
    • B60L2240/36—Temperature of vehicle components or parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2250/00—Driver interactions
    • B60L2250/10—Driver interactions by alarm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2250/00—Driver interactions
    • B60L2250/16—Driver interactions by display
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10—Emission reduction
    • B60L2270/14—Emission reduction of noise
    • B60L2270/147—Emission reduction of noise electro magnetic [EMI]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】非接触電力伝送に用いられる非接触充電装置において異物の侵入を確実に検知する。【解決手段】受電装置１１０と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイル１２２と、前記一次コイル１２２を覆うカバー１２１を備え、前記受電装置１１０へと非接触で電力を供給する給電装置１０１と、前記カバー１２１周辺に存在する異物を検知する静電容量検知方式センサ１０６とを備え、前記静電容量検知方式センサ１０６は、検知パラメータを調整する動作モードを持つことにより、設置状況、周辺環境に左右されずに検知を行うこと、また個体バラツキを吸収することが可能になるため、前記給電装置１０１と前記受電装置１１０間への異物を確実に検知することが出来る。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電気自動車やプラグインハイブリッド車のような電気推進車両等の充電に用いられる非接触電力伝送の非接触充電装置に関する。
図８は、従来の非接触充電装置６の構成を示す模式図である。図８において、地上側の電源９の電源盤に接続された非接触給電装置（１次側）Ｆが、電気推進車両に搭載された受電装置（２次側）Ｇに対し、給電時において、物理的接続なしに空隙空間であるエアギャップを介して対峙するよう配置される。このような配置状態で、給電装置Ｆに備わる一次コイル７に交流電流が与えられ磁束が形成されると、受電装置Ｇに備わる二次コイル８に誘導起電力が生じ、これによって、一次コイル７から二次コイル８へと電力が非接触で伝達される。
受電装置Ｇは、例えば車載バッテリー１０に接続され、上述したようにして伝達された電力が車載バッテリー１０に充電される。この車載バッテリー１０に蓄積された電力により車載のモータ１１が駆動される。なお、非接触給電処理の間、給電装置Ｆと受電装置Ｇとの間では、例えば無線通信装置１２により必要な情報交換が行われる。
図９は、給電装置Ｆ及び受電装置Ｇの内部構造を示す模式図である。特に、図９（ａ）は、給電装置Ｆを上方から、また、受電装置Ｇを下方から見たときの内部構造を示す模式図である。図９（ｂ）は、給電装置Ｆ及び受電装置Ｇを側方から見たときの内部構造を示す模式図である。
図９において、給電装置Ｆは、一次コイル７、１次磁心コア１３、背板１５、及びカバー１６等を備える。受電装置Ｇは、簡単に述べると、給電装置Ｆと対称的な構造を有しており、二次コイル８、２次磁心コア１４、背板１５、カバー１６等を備え、一次コイル７と１次磁心コア１３の表面、および二次コイル８と２次磁心コア１４の表面は、それぞれ、発泡材１８が混入されたモールド樹脂１７にて被覆固定されている。
すなわち、給電装置Ｆ，受電装置Ｇ共に、背板１５とカバー１６間にモールド樹脂１７が充填され、内部の一次コイル７、二次コイル８、更には１次磁心コア１３、２次磁心コア１４の表面が、被覆固定されている。モールド樹脂１７は、例えばシリコン樹脂製よりなり、このように内部を固めることにより、一次コイル７、二次コイル８を位置決め固定し、その機械的強度を確保すると共に、放熱機能も発揮する。すなわち、一次コイル７、二次コイル８は、励磁電流が流れジュール熱により発熱するが、モールド樹脂１７の熱伝導により放熱され、冷却される。
特開２００８−８７７３３号公報
給電装置Ｆや受電装置Ｇは基本的に屋外に設置されるため、カバー１６上に異物が載ってしまうことも考えられる。特に、異物の一例である金属物が電力伝送の最中にカバー１６に載り、そのまま放置しておくと、この金属物が過熱されてしまう。また、特に、一次コイル７と二次コイル８の間に、磁束が鎖交可能なループ状の導電体であるような異物が挿入されると、導電体両端に起電力が発生してしまう。侵入した異物が過剰に昇温すると、給電装置Ｆや受電装置Ｇに故障などの被害をもたらす可能性がある。以上のことから、電力伝送の最中には一次コイル７、二次コイル８の間への異物の侵入を確実に検知することが求められる。
それゆえに、本発明は、異物の侵入を確実に検知することが可能な非接触電力伝送に用いられる非接触充電装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、受電装置と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーを備え、前記受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置と、前記カバー周辺に存在する異物を検出する静電容量検知方式センサとを備え、前記静電容量検知方式センサは検知パラメータを調整する動作モードを持つ構成とした。
また、本発明の別の態様は、受電装置と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーを備え、前記受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置と、前記カバー周辺に存在する異物を検出する静電容量検知方式センサとを備え、前記静電容量検知方式センサは検知パラメータを初期化する動作モードを持つ構成とした。
本発明によれば、非接触充電装置は、カバー近辺への物体の侵入を検知可能な異物検知手段である静電容量検知方式センサを備え、また、検知パラメータを調整または初期化する動作モードを持つことにより、設置状況、周辺環境に左右されずに検知を行うことができ、また、個体バラツキを吸収することが可能になり、給電装置と受電装置間への異物を確実に検知することが出来る。
本発明に係る非接触充電装置のブロック図 図１の非接触充電装置の外観図 静電容量検知方式センサのブロック図 給電装置の部分断面図 静電容量検知方式センサの電極構成例を示す外観図 静電容量検知方式センサの別の電極構成例を示す外観図 （Ａ）異物検知と伝送電力制御を示すフローチャート（Ｂ）異物侵入処理のフローチャート 従来の非接触充電装置の構成を示す模式図 図８の給電装置（受電装置）に対峙して配置される受電装置（給電装置）の内部構造を示す模式図
本発明の一態様は、受電装置と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーを備え、前記受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置と、前記カバー周辺に存在する異物を検出する静電容量検知方式センサとを備え、前記静電容量検知方式センサは検知パラメータを調整する動作モードを持つ構成とした。
また、本発明の別の態様は、受電装置と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーを備え、前記受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置と、前記カバー周辺に存在する異物を検出する静電容量検知方式センサとを備え、前記静電容量検知方式センサは検知パラメータを初期化する動作モードを持つ構成とした。
このような構成によれば、異物検知手段である静電容量検知方式センサを用いて給電装置のカバー上に物体が存在することを確実に検知できる。また、静電容量検知方式センサは、物体（異物）が昇温に至る可能性のあるカバー上の広い領域を容易かつ確実に検知することができる。よって、侵入した異物の過剰な昇温を防止でき、機器の故障など拡大被害を未然に防止でき安全性が向上する。
さらに、静電容量検知方式センサは、交流電圧を供給して静電容量を検知するものであるが、静電容量は非常に微小であるために、一次コイルやカバー等の周辺部品や周囲環境、設置状況によって検知精度が大きく影響される。例えば、一次コイルやカバー等の周辺部品とセンサ間には浮遊容量が存在するが、その容量は一次コイル等とセンサ間の距離に応じて変化し、工場組み立て時、経年変化による変形時によって影響されるため、検知精度にも影響が生じる。また、例えば、システムが取り付けされる車両の形状によっては、車体の遠近によって浮遊容量が変化する場合もある。また、電力伝送中は、一次コイルからの磁束や、副次的に発生する電界によっても検知精度が影響される。
この構成によれば、検知パラメータを調整または初期化する動作モードを持つことにより、例えば、電力伝送前に都度初期値設定をすることにより、設置状況、周辺環境に左右されずに検知を行うこと、また個体バラツキを吸収することが可能になる。また、電力伝送後も一定期間毎に都度初期値を修正、調整することにより、一次コイルからの磁束等の影響を排除することが出来る。従って、給電装置と受電装置間への異物を確実に検知することが出来る。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明に係る非接触充電装置のブロック図である。また、図２は車両が駐車スペースに設置された状態の外観図である。図１及び図２に示されるように、非接触充電装置は、例えば駐車スペースに設置される給電装置１０１と、例えば電気推進車両に搭載される受電装置１１０とで構成される。
給電装置１０１は、商用電源１０２に接続される電源箱１０３と、インバータ部１０４と、一次コイルユニット１０５と、異物検知手段１０６と、異物有無判定手段である制御部（例えば、マイコン）１０７と、出力検知手段でもある給電電力検知手段１０８と、受信側位置検知手段１０９とを備えている。
一方、受電装置１１０は、二次コイルユニット１１１と、整流部１１２と、負荷１１３となるバッテリーと、制御部（例えば、マイコン）１１４と、出力検知手段でもある出力電力検知手段１１５と、送信側位置検知手段１１６とを備えている。
給電装置１０１において、商用電源１０２は、低周波交流電源である２００Ｖ商用電源であり、電源箱１０３の入力端に接続され、電源箱１０３の出力端はインバータ部１０４の入力端に接続され、インバータ部１０４の出力端は一次コイルユニット１０５に接続されている。商用電源１０２から供給される電圧及び電流は、給電電力検知手段１０８によって検知され、その検知信号は給電装置側制御部１０７に出力される。
一方、受電装置１１０においては、二次コイルユニット１１１の出力端は整流部１１２の入力端に接続され、整流部１１２の出力端は、負荷１１３に接続されている。負荷１１３に供給される電圧及び電流は、出力電力検知手段１１５によって検知され、その検知信号は受電装置側制御部１１４に出力される。
また、一次コイルユニット１０５は地上に敷設され、電源箱１０３は、例えば、一次コイルユニット１０５から所定距離だけ離隔した位置に立設される。一方、二次コイルユニット１１１は、例えば、車体底部（例えば、シャーシ）に取り付けられる。
給電装置側制御部１０７は、受電装置側制御部１１４からの指令によって送信側位置検知手段１１６から発生された一定周波数の高周波磁界を受信する受信側位置検知手段１０９の受信磁界レベルによって、一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１の位置関係を把握する。適切な位置関係にあると判断されたときには、給電装置側制御部１０７は、無線通信を通じて受電装置側制御部１１４へ通知を行う。
受電装置側制御部１１４は、車両の制御装置（図示せず）へ有線通信を行い、充電可能であることを伝達する。車両の制御装置（図示せず）は、充電可能であるとの通知を受け取り、かつ使用者の操作を検知すると、受電装置側制御部１１４に対して、充電開始指令を出力する。
受電装置側制御部１１４は、検知した負荷１１３の残電圧に応じて電力指令値を決定し、決定した電力指令値を給電装置側制御部１０７に送信する。給電装置側制御部１０７は、出力電力検知手段１１５で検知された電圧、電流で演算される出力電力を、無線通信によって受電装置側制御部１１４から受信しつつ、出力電力と電力指令値とを比較し、所定の出力電力が得られるようにインバータ部１０４を駆動して給電電力を調整する。
なお、給電装置側制御部１０７は、インバータ部１０４をおおよそ２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚで駆動する。これは、インバータ部１０４、一次コイル１２２の高周波損失を可能な限り低減しつつ、駆動周波数が可聴周波数域にならないようにするためである。また、インバータ部１０４がおおよそ２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚで駆動されるため、一次コイル１２２から発生する磁束も同周波数が基本波となる。
給電中、受電装置側制御部１１４は、受電電力を検知し、負荷１１３に過電流や過電圧がかからないように、給電装置側制御部１０７への電力指令値を変更する。
図２に示されるように、給電装置１０１から受電装置１１０に給電するに際し、二次コイルユニット１１１は、車両を適宜移動させることで一次コイルユニット１０５に対向して配置され、給電装置側制御部１０７がインバータ部１０４を駆動制御することで、一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１との間に高周波の電磁場が形成される。受電装置１１０は、高周波の電磁場より電力を取り出し、取り出した電力で負荷１１３を充電する。
異物検知手段１０６は、高周波の電磁場領域及びその近傍に異物があるかどうかを検知するためのもので、図２に示されるように、例えば、給電装置１０１の一次コイルユニット１０５に設けられる。異物検知手段１０６の詳細については後述する。
なお、本発明における「異物」とは、高周波の電磁場領域に侵入してくる可能性のある人や物などの物体で、特に電磁界により昇温して拡大被害をもたらす可能性のある金属片などのことである。
図３は、異物検知手段１０６のブロック図である。異物検知手段１０６は、異物との間の静電容量を測定する静電容量検知方式センサであって、測定する静電容量の変化に基づいて、異物を検知するように構成されている。そのために、異物検知手段１０６は、電極１１７と、交流電圧を供給する交流電圧供給部１１８と、静電容量測定部であるＣ／Ｖ変換部１１９と、信号処理部１２０とを備える。交流電圧供給部１１８から供給される電圧周波数は、磁束周波数のおおよそ１０倍である２００ｋＨｚに設定されている。
異物検知手段１０６（その電極１１７）は、具体的には、図４に示されるように、一次コイルユニット１０５のカバー１２１の裏側に設置されている。一次コイルユニット１０５のカバー１２１は、一次コイル１２２を保護するために、一次コイル１２２を上方から覆うように取り付けられている。異物検知手段１０６の電極１１７は、カバー１２１上に存在する異物１２３との間の静電容量を測定できるように、さらに外部から保護されるように、カバー１２１の裏側、すなわち、カバー１２１と一次コイル１２２との間に設置されている。
なお、異物検知手段１０６の電極１１７は、外部に露出しないようにカバー１２１内に組み込まれてもよい。
図３に示すように、異物検知手段１０６の交流電圧供給部１１８は、グラウンド（ＧＮＤ）電位を基準とする所定の電位の交流電圧を電極１１７に印加する。電極１１７と異物１２３との間に静電容量Ｃ１が存在しており、その静電容量Ｃ１は、数式１で表現される。
Figure 2015008550
数式１において、ε０は真空の誘電率、εｒは比誘電率、Ｓは電極１１７と異物１２３の対極する最小面積、ｄは電極１１７と異物１２３の間の距離である。
異物検知手段１０６のＣ／Ｖ変換部１１９は、静電容量Ｃ１を電圧値に変換することによって静電容量を測定する。ここでは、異物１２３とＧＮＤ電位との間の静電容量をＣ２とした場合、静電容量Ｃ１＋Ｃ２を対応する電圧値にＣ／Ｖ変換部１１９は変換する。
異物検知手段１０６の信号処理部１２０は、交流電圧供給部１１８の電圧周波数２００ｋＨｚの１周期に同期した処理時間を設けている。交流電圧供給部１１８が交流電圧を供給すると、Ｃ／Ｖ変換部１１９の静電容量測定速度を加味した遅延時間後に信号処理を開始する。電圧周波数２００ｋＨｚの１周期が経過すると、信号処理部１２０は上述の遅延時間後に信号処理を完了し、Ｃ／Ｖ変換部１１９へ検知リセット信号を出力する。Ｃ／Ｖ変換部１１９は検知リセット信号により初期状態に戻る。
その後、信号処理部１２０は、Ｃ／Ｖ変換部１１９によって変換された電圧値に対応する信号、すなわち測定した静電容量に対応する信号を、図１に示されるように、給電装置１０１の制御部１０７に送信する。
この間、一次コイル１２２からの磁束、及び副次的に発生する電界の影響により、一次コイル１２２から電極１１７を介してＣ／Ｖ変換部１１９へ電圧又は電流が印加される。Ｃ／Ｖ変換部１１９は、交流電圧供給部１１８からの交流電圧、一次コイル１２２からの電圧／電流に関係なく、印加された信号に基づいて静電容量を測定する。従って、一次コイル１２２からの磁束、電界起因の電圧／電流は静電容量測定の誤差要因となる。
しかしながら、本構成では、磁束周波数に対して交流電圧周波数は約１０倍近く高く設定されているため、信号処理部１２０がＣ／Ｖ変換部１１９で測定された静電容量の信号処理を行なっている時間での磁束、電界変化は非常に小さく、ほぼ直流成分として見なされる。静電容量は交流電圧に対してのみ反応し、測定可能となるから、磁束、電界変化の影響はほぼ排除されることになる。
また、Ｃ／Ｖ変換部１１９は、信号処理部１２０が信号処理を完了するたび、つまり２００ｋＨｚの１周期毎に初期状態に戻るため、磁束、電界の累積的な影響も排除される。
従って、交流電圧供給部１１８の電圧周波数を、磁束周波数よりも高く設定することで、磁束の影響を排除することが出来る。
給電装置側制御部１０７は、出力された信号と、内部に設定している異物有無の判定しきい値を比較し、異物有無の判定しきい値を検知出力信号が超えている場合、異物があると判断して、異物あり時の所定の動作モードに移行する。すなわち、給電装置側制御部１０７は、異物有無判定手段でもある。
このような構成において、異物１２３が電極１１７に接近すれば、数式１の距離ｄが小さくなりＣ１が大きくなる。その結果、異物検知手段１０６の静電容量の測定値が増加し、異物１２３の侵入を検知することができる。したがって、異物検知手段１０６を適当に設ければ、給電装置１０１のカバー１２１上に存在する異物の侵入を確実に検知することができる。
図５及び図６は、異物検知手段１０６の電極１１７の構成例を示す外観図である。異物検知手段１０６は、侵入した異物が磁束により過剰に昇温するなどの不具合を防止するため、一次コイル１２２とほぼ同様の範囲に設けた電極１１７を使用して異物の侵入検知を行う。
電極１１７自体にも一次コイル１２２の磁束により、渦電流が流れて昇温等の不具合が発生するが、図５に示されるように、電極１１７に切れ目１２４を設けて流路を寸断することで、渦電流の発生を防止できる。図６に示されるように、複数の分割した電極１１７を一次コイル１２２とほぼ同様の範囲に配置しても、同様に渦電流による昇温等の不具合を防止しながら十分な検知範囲を確保することができる。
また、図６のように複数の電極１１７を分割配置した場合、電極１１７個々の検知結果を対比することで、異物の侵入位置や大きさを識別することが可能となる。また、各電極１１７の検知結果が同様の変化傾向を示す場合は、全体に関連した経時変化などによる影響と判断され、異物侵入の判断基準の修正をすることで検知精度を高められる。
次に、図７（Ａ）および図７（Ｂ）のフローチャートを参照しながら、異物検知と伝送電力制御について説明する。
図７（Ａ） のフローチャートのステップＳ１において、受電装置１１０を搭載した車両が、その二次コイルユニット１１１が一次コイルユニット１０５に対向するように停止する。
その際、給電装置側制御部１０７は、受電装置側制御部１１４からの指令によって送信側位置検知手段１１６から発生された一定周波数の高周波磁界を受信する受信側位置検知手段１０９の受信磁界レベルから、一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１の位置関係を把握する。適切な位置関係にあると判断した場合には、ステップＳ２において、異物検知手段１０６が静電容量測定動作を開始し、異物検知手段１０６の測定した静電容量は給電装置側制御部１０７に入力され、異物２３がない場合の初期値として記憶される。これは、異物検知手段１０６の検知パラメータである初期値の設定、初期化をする動作モードを持つことになる。
検知パラメータである初期値設定がなければ、例えば、異物検知手段１０６そのものやカバー１２１の微小な変形、さらにはカバー１２１上の水、塵等によって初期の静電容量が変化する場合がある。後述するが、異物２３の有無は、静電容量の初期値からの変化で判別されるため、初期値の設定は非常に重要である一方、静電容量そのものは非常に小さい値であって周囲環境に影響を受けやすいため、検知パラメータである初期値設定、初期化は必須となる。
異物検知手段１０６の静電容量測定部分には、電極１１７が用いられており、一次コイルユニット１０５を覆うカバー１２１上における電磁場領域を検知領域として静電容量を測定する。
ステップＳ３において、位置検知手段１０９、１１６の受信磁界レベルから、給電装置側制御部１０７が一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１間の距離が大きいと判断した場合、あらかじめ記憶されているデータテーブルに基づいて、異物有無判定しきい値を補正する。これは、給電時に一次コイル１２２から発生する高周波磁界が大きくなって、その影響により検知誤差が大きくなること、異物検知手段１０６に二次コイルユニット１１１が遠ざかるため、その金属部品の影響が小さくなることを補正することを目的としている。そのため、一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１間の距離が大きければ大きいほど、補正された異物有無判定しきい値が大きくなるといった比例関係の補正ではなく、データテーブルとして給電装置側制御部１０７が保持することが必要になる。
このデータテーブルは、一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１の位置関係、すなわち位置検知手段１０９、１１６の受信磁界レベルに応じて設定されており、受電装置、給電装置の状態に応じて異物の有無の判定しきい値を変更することになる。
その後、ステップＳ４において、給電装置側制御部１０７は、受電装置側制御部１１４から電力指令値を受信すると、インバータ部１０４に電力伝送開始を指示し、一次コイルユニット１０５から二次コイルユニット１１１への電力供給を開始する。
ステップＳ５においては、給電装置側制御部１０７は、受電装置側制御部１１４から受信した出力電力に応じて、あらかじめ記憶されているデータテーブルに基づいて、異物有無判定しきい値を補正する。これは、一次コイル１２２からの高周波磁界が大きく、出力電力が大きい場合に検知誤差が大きくなることを補正することを目的としている。このデータテーブルは、出力検知手段である出力電力検知手段１１５の検知出力に応じて設定されている。
また、同時に、異物検知手段１０６は静電容量測定動作を継続し、異物検知手段１０６の測定した静電容量は給電装置側制御部１０７に入力され、異物２３がない場合の修正初期値として記憶される。
一次コイルユニット１０５からの電力伝送が開始されると、一次コイル１２２からの磁束、及び副次的に発生する電界の影響により、一次コイル１２２から電極１１７を介してＣ／Ｖ変換部１１９へ電圧又は電流が印加される。Ｃ／Ｖ変換部１１９は、交流電圧供給部１１８からの管理された交流電圧だけでなく、一次コイル１２２からの電圧／電流にも影響されて静電容量を測定する。つまり、異物２３がない状態であっても静電容量が変化したように検知してしまい、初期値を固定したままであれば、異物２３がなくても異物２３があるように誤検知する場合がある。
しかしながら、本構成においては、電力伝送開始後に異物がない状態での初期値が修正される。つまり、異物検知手段１０６の検知パラメータである初期値を調整する動作モードを持つことになる。常に初期値を更新していくことで一次コイル１２２からの磁束の影響を排除することが出来る。
なお、ここで、電極１１７は上述したように、切れ目１２４が設けられており、磁束による影響は抑えられているため、異物２３が載置されたときの変化に比べて、初期値の調整は比較的小さくなっている。
ステップＳ６においては、給電装置側制御部１０７が異物検知手段１０６の電極１１７による静電容量の測定値（測定静電容量）の修正初期値からの変化量と異物有無判定しきい値を比較し、侵入してくる異物による静電容量の変化があるかを判定する。
ステップＳ６において、測定静電容量の修正初期値からの変化量が異物有無判定しきい値を超えている場合には異物の侵入があると判定され、異物の過熱による拡大被害を防止するため、ステップＳ７に移行し、伝送電力を制御するための異物処理を行う。ステップＳ６において、測定静電容量の修正初期値からの変化量が異物有無判定しきい値以下である場合には異物の侵入がないと判定され、ステップＳ８において、給電装置側制御部１０７はインバータ部１０４に電力伝送を継続させる。
図７（Ｂ）のフローチャートは、図７（Ａ）のフローチャートにおけるステップＳ７の異物処理の詳細を示している。
異物処理では、まずステップＳ２１において、異物侵入を表示や音などの告知手段により告知する。
次に、ステップＳ２２において、測定静電容量の修正初期値からの変化量と異物有無判定二次しきい値との比較をして、経時変化要因の排除や危険度を含めた詳細な判断をする。
経時変化要因とは機器の温度上昇や気候変動など計測中の環境変化による静電容量の変動を意味する。
異物有無判定しきい値に経時変化要因に配慮した一定値を加えた値や異物侵入時の静電容量を設計データから求めた危険限度値などを異物有無判定二次しきい値とする。
ステップＳ２２において、測定静電容量の修正初期値からの変化量が異物有無判定二次しきい値を超えていると判定された場合には、ステップＳ２３に移行し、給電装置側制御部１０７が、一次コイルユニット１０５から二次コイルユニット１１１への伝送電力を所定量（例えば、１／２）落とす、あるいは電力伝送を停止するなどの伝送電力を抑制する制御を行う。さらに、ステップＳ２４において、異物侵入により伝送電力を制御していることを表示や音などの告知手段により告知して、異物処理を終了する。
一方、ステップＳ２２において、測定静電容量の修正初期値からの変化量が異物有無判定二次しきい値を超えていないと判定された場合には、ステップＳ２３、ステップＳ２４を迂回して異物処理を終了する。
図７（Ａ） のフローチャートのステップＳ９では、人による異物排除や車の使用などの理由により、電力伝送を中断する指示がある場合、ステップＳ１１に移り、給電装置側制御部１０７はインバータ部１０４に電力伝送終了を指示し、一次コイルユニット１０５から二次コイルユニット１１１への電力供給を停止し、異物検知手段１０６は静電容量測定動作を終了する。
ステップＳ９において、電力伝送の中断指示がない場合、ステップＳ１０に移り、充電が完了したかどうかを判定し、充電が完了していない場合にはステップＳ５に戻り、充電が完了している場合にはステップＳ１１において電力供給を終了するとともに、異物検知動作を終了する。
本実施の形態によれば、給電装置１０１は、カバー１２１上に存在する物体を検知可能な異物検知手段１０６を備えているので、一次コイルユニット１０５と二次コイルユニット１１１との間への異物の侵入を確実に検知することが可能となる。
上述の説明では、給電装置１０１の一次コイルユニット１０５に異物検知手段１０６が設置されている場合について一例として説明したが、本発明はこのような場合についてのみ限定されない。このような場合に代えて、例えば、受電装置１１０の二次コイルユニット１１１に静電容量検知方式センサが設置されているような場合であっても良い。さらに給電装置１０１の一次コイルユニット１０５および受電装置１１０の二次コイルユニット１１１に静電容量検知方式センサがそれぞれ設置されているような場合であっても良い。
なお、図３では、静電容量検知方式センサの静電容量検知方式として、Ｃ／Ｖ変換部１１９によって静電容量変化を検知する場合を示したが、これに限定するものではない。例えば、異物がないときの周辺との静電容量と共振するような周波数の電圧を電極１１７に印加しておき、異物１２３が近付いたときの静電容量変化によって共振周波数が変化し、電圧振幅が変化することから静電容量変化を検知しても良い。
また、同様に、異物がないときの周辺との静電容量と共振するような周波数の電圧を電極１１７に印加しておき、異物１２３が近付いたときの静電容量変化によって共振周波数が変化し、流れる電流が変化することから静電容量変化を検知しても良い。
また、上述の説明では、磁束周波数の基本波が２０ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ、交流電圧供給部１１８の交流電圧周波数を２００ｋＨｚに設定した場合を一例として説明したが、本発明はこのような場合についてのみ限定されない。例えば、磁束周波数の基本波が１００ｋＨｚとした場合には、交流電圧供給部１１８の電圧周波数をそれ以上に設定すれば良い。
また、磁束の強度によっても異物検知手段１０６への影響度合いが異なるため、例えば磁束強度が小さい場合には、磁束周波数と交流電圧周波数を近い値に設定しても十分な静電容量検知精度を確保することが出来る。
発明者らによる実験では、磁束周波数に対して交流電圧周波数を少なくとも２倍以上に設定することで静電容量検知精度を確保出来た。
また、上述の説明では、信号処理部１２０が交流電圧供給部１１８に同期して信号処理を行ない、交流電圧周波数の１周期で１処理が完了する場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。磁束周波数に対して十分に短い期間で信号処理を完了すれば、交流電圧周波数の複数周期にまたがって信号処理を行なっても磁束の影響は排除出来る。
また、同様に、交流電圧周波数の高周波化と、信号処理部１２０での信号処理期間を限定することによって、磁束影響を排除する場合を一例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電極１１７とＣ／Ｖ変換部１１９間、またはＣ／Ｖ変換部１１９と信号処理部１２０間等に検出フィルタを設置して、磁束周波数成分の信号が十分減衰するようなローパスフィルタ、または交流電圧周波数のみ通過するバンドパスフィルタを構成しても良い。
この場合、信号処理部１２０での信号処理期間を限定する必要がないため、磁束周波数が高く、交流電圧周波数もそれ以上に高く設定されており、信号処理部１２０の処理速度が十分に取れず、誤差が大きくなるような場合に有効である。
また、電極１１７は、カバー１２１の裏側に配置される構成を示したが、これに限定されるものではない。例えば、電極１１７がカバー１２１内部に埋設されるような構成であっても良い。この場合、異物と電極１１７間の距離を小さく出来るため、検知感度が向上し、さらに安定して異物検知を行うことが出来る。
なお、図５及び図６では、電極１１７が一定の面積を持つ場合を示したが、これに限定するものではない。例えば、一次コイル１２２から発生する高周波磁界によって渦電流が発生しないよう、帯状の電極を設置して、その端部をループ上にはせず、電気的に開放するようにすれば良い。
また、電極１１７に細かくスリットを入れて、電気的にはつながっているが、渦電流が流れるループが制限されるような形状であっても良い。
また、図７Ａおよび図７Ｂのフローチャートに示す処理では、異物有無判定しきい値と異物有無判定二次しきい値との２つの判定基準を設けて、段階的に異物検知等の処理を行う場合について説明したが、例えば異物有無判定しきい値と異物有無判定二次しきい値を同一として、１つの判定基準により異物検知等の処理を行っても良い。
また、異物２３がないときの初期値を随時更新していく場合を一例として説明したが、これに限定するものではない。例えば、給電電力、出力電力、一次コイル１２２電流等の出力の大きさに応じて、異物検知手段１０６の感度を調整するものでも良い。出力の大きさが大きいほど、交流電圧供給部１１８からの交流電圧の変化に対して、一次コイル１２２の磁束変化による影響が大きくなる。そのため、異物検知手段１０６の感度を下げて、交流電圧供給部１１８に同期して信号処理を行なう信号処理部１２０で信号を積分することにより、交流電圧供給部１１８に同期しない磁束による影響を排除しつつ、異物２３検知をより精度よく行うことが可能となる。積分処理によって、異物２３検知に時間がかかることになるが、数１０ｍｓ以内に検知は完了するため、実使用上検知速度が問題になることはない。
また、同様に、異物検知手段１０６の検知パラメータには、交流電圧供給部１１８の電圧レベル、周波数、Ｃ／Ｖ変換部１１９の積分周期、信号処理部１２０の交流電圧供給部１１８との同期タイミング等があるが、いずれも適宜初期化、調整することによって、異物２３を精度よく検知することが可能になる。
なお、一次コイルユニット１０５近傍に、放射する電波の反射量を見て一定範囲の周囲に異物がないかを検知するレーダーシステムを設置し、車両が一次コイルユニット１０５近傍にないときであっても常時異物検知を行い、充電開始前に異物の検知を行った場合には、報知手段（図示せず）を介して使用者に報知し、確認を促す動作を行うように構成してもよい。
また、カバー１２１上にさらに伸縮可能な二次カバーを設け、充電してない場合には二次カバーがカバー１２１上を覆うようにしてもよい。充電開始時には、二次カバーが縮むことによって、カバー１２１上に異物がない状態を作り出すことが出来る。また、その他、カバー１２１を振動させることによって異物をふるい落としたり、ワイパー状のものでカバー１２１上面をふきとることで異物のない状態を作り出してもよい。
また、電力伝送開始後に異物がない状態での初期値を調整する例を挙げ、電極１１７は上述したように、切れ目１２４が設けられており、磁束による影響は抑えられているため、異物２３が載置されたときの変化に比べて、初期値の調整は比較的小さいとしたが、一次コイル１２２からの磁束、電界の影響が大きい場合、電極１１７周辺に回路の安定電位又はグラウンドアースに接続された別の電極を設けてもよい。磁束、電界によって静電容量に流れる電流は、回路の安定電位又はグラウンドアースに接続された電極を通じて検知系には流れ込まないため、初期値変動等への影響を押さえ込むことが出来る。
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
以上のように、本発明に係る非接触電力伝送に用いられる非接触充電装置では、給電装置から受電装置への給電のための電磁場領域近辺に侵入した異物を確実に検知できるようにしたので、例えば人や物が不注意にあるいは誤って近づく可能性がある電気推進車両の受電装置への給電等に有用である。
１０１：給電装置
１０６：異物検知手段
１１０：受電装置
１２１：カバー
１２２：一次コイル

Claims (2)

  1. 受電装置と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーを備え、前記受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置と、前記カバー周辺に存在する異物を検出する静電容量検知方式センサとを備え、前記静電容量検知方式センサは検知パラメータを調整する動作モードを持つことを特徴とした非接触充電装置。
  2. 受電装置と、入力された交流電流により磁束を発生する一次コイルと、前記一次コイルを覆うカバーを備え、前記受電装置へと非接触で電力を供給する給電装置と、前記カバー周辺に存在する異物を検出する静電容量検知方式センサとを備え、前記静電容量検知方式センサは検知パラメータを初期化する動作モードを持つことを特徴とした非接触充電装置。
JP2011236897A 2011-10-28 2011-10-28 非接触充電装置 Pending JP2015008550A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011236897A JP2015008550A (ja) 2011-10-28 2011-10-28 非接触充電装置
PCT/JP2012/006920 WO2013061613A1 (ja) 2011-10-28 2012-10-29 非接触充電装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011236897A JP2015008550A (ja) 2011-10-28 2011-10-28 非接触充電装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015008550A true JP2015008550A (ja) 2015-01-15

Family

ID=48167462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011236897A Pending JP2015008550A (ja) 2011-10-28 2011-10-28 非接触充電装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2015008550A (ja)
WO (1) WO2013061613A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018058406A (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 トヨタ自動車株式会社 車両
KR101856932B1 (ko) * 2016-10-27 2018-05-11 현대자동차주식회사 무선충전 장치, 차량 및 그 제어방법
EP3331130A1 (en) 2016-11-30 2018-06-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power transfer device and power transfer system

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2891575B1 (de) 2014-01-02 2019-05-15 Brusa Elektronik AG Übertragelement für ein System zur induktiven Energieübertragung
WO2016006441A1 (ja) * 2014-07-09 2016-01-14 ソニー株式会社 受電装置、給電装置、および電子機器
US20170282747A1 (en) * 2016-04-05 2017-10-05 Ford Global Technologies, Llc Charging system for vehicle battery

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2607292Y2 (ja) * 1993-08-25 2001-05-28 松下電工株式会社 電源装置
JP2011229265A (ja) * 2010-04-19 2011-11-10 Panasonic Electric Works Co Ltd 非接触電力伝送装置
WO2012090341A1 (ja) * 2010-12-28 2012-07-05 パナソニック株式会社 非接触充電装置用電力制御装置

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018058406A (ja) * 2016-10-03 2018-04-12 トヨタ自動車株式会社 車両
CN107891770B (zh) * 2016-10-03 2020-10-02 丰田自动车株式会社 车辆
KR101856932B1 (ko) * 2016-10-27 2018-05-11 현대자동차주식회사 무선충전 장치, 차량 및 그 제어방법
EP3331130A1 (en) 2016-11-30 2018-06-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power transfer device and power transfer system
US10886788B2 (en) 2016-11-30 2021-01-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power transfer device and power transfer system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013061613A1 (ja) 2013-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6210467B2 (ja) 非接触電力給電装置および検知センサ
US9704643B2 (en) Contactless power transmission device, and power feeder and power receiver for use in the same
JP2015008548A (ja) 非接触電力伝送装置
JP2015008550A (ja) 非接触充電装置
WO2013001810A1 (ja) 非接触電力伝送に用いられる給電装置及び受電装置
US20120119914A1 (en) Power transmission device, wireless power supply system, and wireless power supply device
US8704628B2 (en) Wireless power transmission system, wireless power transmission apparatus and wireless power receiving apparatus therefor
US10320211B2 (en) Hearing aid and hearing-aid charging system
JP2012016125A (ja) 非接触給電システム及び非接触給電システムの金属異物検出装置
JP2015008549A (ja) 非接触電力伝送装置
JP6958733B2 (ja) 送電装置、及び送電装置の制御方法
JP2015008552A (ja) 非接触充電装置
WO2013001812A1 (ja) 非接触電力伝送に用いられる給電装置及び受電装置
WO2012090341A1 (ja) 非接触充電装置用電力制御装置
JP2019054560A (ja) 非接触充電設備
JP2013038893A (ja) 電力伝送システム
KR20170035213A (ko) 무선 전력 송신기 및 상기 무선 전력 송신기의 제어 방법
JP2015008546A (ja) 非接触電力伝送装置
WO2013061617A1 (ja) 非接触電力伝送装置、並びにこれに用いる給電装置及び受電装置
JP2013215073A (ja) 非接触電力伝送システムの給電装置及び受電装置
WO2013001811A1 (ja) 非接触電力伝送に用いられる給電装置及び受電装置
JP2013217129A (ja) 電気錠システム
JP5699960B2 (ja) 非接触電力伝送装置
JP2019071762A (ja) 無線電力伝送システムにおける送電装置の制御方法、異物検知方法、および送電装置
JP2012152075A (ja) 送電デバイス