JP2015012473A - 非接触給電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両と１対１の無線通信を行うことが可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。【解決手段】駐車エリア３−２に車両２−２が駐車していると非接触給電装置１−２の制御部７が判断すると、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信され車両２−２の車両側無線通信部８で受信される信号の強度が閾値になるまで、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５の送信出力を小さくさせる。【選択図】図２

Description

本発明は、駐車エリアに駐車している車両へバッテリ充電用の電力を非接触で供給する非接触給電装置に関する。

近年、プラグインハイブリッド車や電気自動車などの車両が急速に発展しており、車両へバッテリ充電用の電力を供給する給電装置の普及が見込まれている。給電方式としては、給電装置と車両とを充電ケーブルで接続して給電装置から車両へ電力を供給する接触給電方式と、コイルなどを用いて給電装置から車両へ非接触で電力を供給する非接触給電方式とがある。

非接触給電方式では、給電装置と車両との間で情報をやり取りする際の通信も非接触、すなわち、無線で行われることが望ましい。また、非接触給電装置の無線通信部と車両の無線通信部とが１対１の無線通信を行う際は、通信相手以外の無線通信部が見えない方がよい。

しかしながら、複数の非接触給電装置が同じ場所に存在し、その場所に複数の車両が集まる場合では、非接触給電装置の無線通信部から送信される信号が通信相手以外の無線通信部まで届いてしまう可能性があり、１対１の無線通信を行うことができないおそれがある。

関連技術として、ＤＳＲＣ車載器に備えられる、車両の上方に向かう幅広の指向性を有する広角アンテナと、前方に向かう幅狭の指向性を有する前方アンテナとが運転者によって切り替えられる技術がある（例えば、特許文献１参照）。

他の関連技術として、車両が料金所に接近したとき、車両に搭載されるアンテナの指向性が中仰角の指向性に変更され、車両が料金所に接近していないとき、アンテナの指向性が低仰角の指向性に変更される技術がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−３０４５４２号公報 特開２０１１−８１７８４号公報

本発明は、複数の非接触給電装置が同じ場所に存在する場合であっても、非接触給電装置と車両とが１対１の無線通信を行うことが可能な非接触給電装置を提供することを目的とする。

本実施形態の非接触給電装置は、駐車エリアに駐車している車両へバッテリ充電用の電力を非接触で供給する非接触給電装置であって、給電側無線通信部と、制御部とを備える。

前記制御部は、前記車両が前記駐車エリアに駐車していると判断すると、前記給電側無線通信部から送信され前記車両に備えられる車両側無線通信部で受信される信号の強度が閾値になるまで、前記給電側無線通信部の送信出力を小さくさせる。

これにより、給電側無線通信部から送信される信号を、駐車エリアに駐車している車両のみに届くようにすることができるため、非接触給電装置と車両とが１対１で無線通信を行うことができる。

本発明によれば、複数の非接触給電装置が同じ場所に存在する場合であっても、非接触給電装置と車両とが１対１で無線通信を行うことができる。

本実施形態の非接触給電装置を示す図である。 車両側無線通信部で受信される信号の強度が閾値になった後において、給電側無線通信部から送信される信号が届く範囲を示す図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。 車両側無線通信部の動作を示すフローチャートである。 駐車エリアの境界に遮蔽物が設けられた場合において、給電側無線通信部から送信される信号が届く範囲を示す図である。 車両側無線通信部で受信される信号の強度が閾値になる前において、給電側無線通信部から送信される信号が届く範囲を示す図である。 車両側無線通信部で受信される信号の強度が閾値になった後において、給電側無線通信部から送信される信号が届く範囲を示す図である。 信号強度と受信エラー率との関係を示す図である。 駐車エリアの境界に遮蔽物が設けられた場合において、給電側無線通信部から送信される信号が届く範囲を示す図である。

図１は、本実施形態の非接触給電装置を示す図である。
図１に示す複数の非接触給電装置１（１−１〜１−３）は、同じ場所（例えば、ガソリンスタンドや商業施設の駐車場など）に存在し、それぞれ、車両２へバッテリ充電用の電力を非接触で供給する際にその車両２が駐車される駐車エリア３（３−１〜３−３）を有する。図１では、３台の車両２（２−１〜２−３）が示されており、車両２−１が駐車エリア３−１に駐車し、車両２−２が駐車エリア３−２に駐車し、車両２−３がどの駐車エリア３にも駐車していないものとする。また、非接触給電装置１−１〜１−３は、それぞれ、車両検知部４と、給電側無線通信部５と、給電部６と、制御部７とを備える。

車両検知部４は、例えば、赤外線センサなどを用いて構成され、車両２が駐車エリア３に駐車されていることを検知した場合、その旨を制御部７に送る。
給電側無線通信部５は、ダイポールアンテナなどの指向性を有するアンテナを備える。給電側無線通信部５から送信される信号が車両２に備えられる車両側無線通信部８まで届き、かつ、車両側無線通信部８から送信される信号が給電側無線通信部５まで届くとき、給電側無線通信部５と車両側無線通信部８とが互いに無線通信を行うことが可能になる。なお、図１において、車両２−１〜２−３の各車両側無線通信部８から送信される信号は、それぞれ、非接触給電装置１−１〜１−３の各給電側無線通信部５まで届くものとする。

給電部６は、コイルＬ１を備え、電磁誘導方式や磁界共鳴方式などの非接触給電方式により、コイルＬ１や車両２に備えられるコイルＬ２を介してバッテリ充電用の電力を車両２へ供給する。

制御部７は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）により構成され、不図示の記憶部に記憶されているプログラムをＣＰＵ、マルチコア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って、給電側無線通信部５の送信出力などが制御される。なお、制御部７は、コイルＬ１、Ｌ２を用いて車両２と予め決められた信号の送受信が可能であるとき、車両２が駐車エリア３に駐車していると判断してもよい。このように構成する場合、車両検知部４を省略することができる。

図１に示す破線枠は、給電側無線通信部５に備えられるアンテナから送信される信号が届く範囲を示している。上述したように、給電側無線通信部５に備えられるアンテナは指向性を有しており、その信号の届く範囲は扇形になっているため、その信号の放射角度に制限をかけることができる。これにより、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信される信号を、駐車エリア３−２に駐車している車両２−２の車両側無線通信部８まで届かせるとともに、隣の駐車エリア３−１に駐車している車両２−１の車両側無線通信部８まで届かせないようにすることができる。例えば、駐車エリア３の長手方向の長さが５．５ｍ、短手方向の長さが２．５ｍのとき、給電側無線通信部５のアンテナの放射角度を６０°に設定することにより、給電側無線通信部５から送信される信号が、目の前の駐車エリア３に駐車している車両２の車両側無線通信部８に届き、隣の駐車エリア３に駐車している車両２の車両側無線通信部８には届かないことが実験的に分かっている。これにより、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５は、駐車エリア３−２に駐車している車両２−２の車両側無線通信部８と無線通信を行うことができるとともに、駐車エリア３−１に駐車している車両２−１の車両側無線通信部８と無線通信を行うことができなくなる。

しかしながら、給電側無線通信部５が指向性を有するアンテナを備えていても、そのアンテナから送信される信号が届く範囲に他の車両２の車両側無線通信部８が存在する場合では、給電側無線通信部５と車両側無線通信部８との間で１対１の無線通信を行うことが難しくなってしまう。例えば、図１に示すように、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信される信号が、車両２−２の車両側無線通信部８だけでなく車両２−３の車両側無線通信部８にも届いてしまう場合、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５は、車両２−２の車両側無線通信部８と１対１で無線通信を行うことが難しくなってしまう。

そこで、本実施形態の非接触給電装置１−１〜１−３の各制御部７では、車両２が駐車エリア３に駐車していると判断すると、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度が閾値Ａ（例えば、図２に示すように、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信される信号が駐車エリア３−２の端まで届いているときに、すなわち、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５が駐車エリア３−２に駐車している１台の車両２−２の車両側無線通信部８のみと通信することができるときに、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信され車両２−２の車両側無線通信部８で受信される信号の強度）になるまで、給電側無線通信部５の送信出力を徐々に小さくさせる。例えば、駐車エリア３の長手方向の長さが５．５ｍ、短手方向の長さが２．５ｍのとき、閾値Ａを−４０ｄＢｍに設定することにより、給電側無線通信部５から送信される信号が目の前の駐車エリア３の端まで届くことが実験的に分かっている。これにより、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５は、車両２−２の車両側無線通信部８と無線通信を行うことができるとともに、車両２−３の車両側無線通信部８と無線通信を行うことができなくなる。すなわち、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５は、車両２−２の車両側無線通信部８と１対１で無線通信を行うことができるようになる。

図３は、制御部７の動作を示すフローチャートである。
まず、制御部７は、車両２が駐車エリア３に駐車していると判断すると（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、非接触給電装置１−１〜１−３をそれぞれ識別するための各給電側識別情報のうち、自身の給電側識別情報を示す信号ａを給電側無線通信部５によりブロードキャストで送信させる（Ｓ３２）。

次に、制御部７は、給電側無線通信部５により信号ｂが受信されると（Ｓ３３：Ｙｅｓ）、その受信した信号ｂに示される信号強度（給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号ａの強度）が閾値Ａになったか否かを判断する（Ｓ３４）。なお、給電側無線通信部５により複数の信号ｂが受信された場合、制御部７は、受信した複数の信号ｂのうち、自身の給電側識別情報が示される信号ｂを検索し、その検索した信号ｂに示される信号強度が閾値Ａになったか否かを判断する。

次に、制御部７は、信号強度が閾値Ａになっていないと判断すると（Ｓ３４：Ｎｏ）、給電側無線通信部５の送信出力を小さくさせた後（Ｓ３５）、Ｓ３２〜Ｓ３４を再度実行する。なお、送信出力の１回の減少幅は特に限定されない。

また、制御部７は、信号強度が閾値Ａになったと判断すると（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、認証処理の開始依頼を示す信号ｃを給電側無線通信部５によりブロードキャストで送信させた後（Ｓ３６）、認証処理の開始を許可する旨を示す応答信号ｄを受信すると（Ｓ３７：Ｙｅｓ）、３ウェイハンドシェイクなどを用いて認証処理を開始する（Ｓ３８）。

なお、図３に示す制御部７の動作では、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度の変化を確認しながら給電側無線通信部５の送信出力を徐々に小さくさせることにより、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度を閾値Ａまで変化させているが、給電側無線通信部５の送信出力を１回だけ小さくさせることにより、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度を閾値Ａまで変化させるようにしてもよい。

図４は、車両側無線通信部８の動作を示す図である。
まず、車両側無線通信部８は、給電側無線通信部５からブロードキャストで送信される信号ａを受信すると（Ｓ４１）、その受信した信号ａの強度を測定し（Ｓ４２）、その測定した信号強度及び送信元の給電側識別情報を示す信号ｂをブロードキャストで送信する（Ｓ４３）。

そして、車両側無線通信部８は、認証処理の開始依頼を示す信号ｃを受信すると（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、認証処理の開始を許可する旨を示す応答信号ｄを送信し（Ｓ４５）、認証処理を開始する（Ｓ４６）。

このように本実施形態の非接触給電装置１では、給電側無線通信部５が指向性を有するアンテナを備え、かつ、車両２が駐車エリア３に駐車すると、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度が閾値Ａになるまで、給電側無線通信部５の送信出力を小さくさせるため、図２に示すように、給電側無線通信部５から送信される信号が届く範囲を駐車エリア３内に特定することができる。そのため、非接触給電装置１は、各々の非接触給電装置１に対応した駐車エリア３以外に存在する車両２と無線通信が行われないようにすることができ、その駐車エリア３内の車両２と１対１の無線通信を行うことができる。

なお、上記実施形態において、例えば、図５に示すように、駐車エリア３−１と駐車エリア３−２との境界及び駐車エリア３−２と駐車エリア３−３との境界に、それぞれ、給電側無線通信部５から送信される信号の強度を低下させる遮蔽物５０を設けてもよい。このように構成することにより、給電側無線通信部５から送信される信号を隣の駐車エリア３へ届き難くすることができるため、非接触給電装置１と車両２とによる１対１の無線通信の信頼性をさらに向上させることができる。

また、上記実施形態において、給電側無線通信部５に備えられるアンテナは、指向性を有していなくてもよい。このように構成する場合、給電側無線通信部５の送信出力を小さくさせる前において非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信される信号は、例えば、図６に示すように、車両２−１〜２−３の各車両側無線通信部８へ届いてしまう。

そこで、本実施形態の非接触給電装置１−１〜１−３の各制御部７では、車両２が駐車エリア３に駐車していると判断すると、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度が閾値Ｂ（例えば、図７に示すように、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５のアンテナから送信される信号が駐車エリア３−２に駐車している１台の車両２−２の車両側無線通信部８に備えられるアンテナまで届いているときに、すなわち、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５が駐車エリア３−２に駐車している１台の車両２−２の車両側無線通信部８のみと通信することができるときに、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信され車両２−２の車両側無線通信部８で受信される信号の強度）になるまで、給電側無線通信部５の送信出力を小さくさせる。例えば、駐車エリア３に車両２が駐車しているときの給電側無線通信部５のアンテナと車両側無線通信部８のアンテナとの間の距離が１．５ｍのとき、閾値Ｂを−６０ｄＢｍに設定することにより、給電側無線通信部５のアンテナから送信される信号が駐車エリア３に駐車している車両２の車両側無線通信部８のアンテナまで届くことが実験的にわかっている。これにより、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５は、車両２−２の車両側無線通信部８と無線通信を行うことができるとともに、車両２−１の車両側無線通信部８や車両２−３の車両側無線通信部８と無線通信を行うことができなくなる。すなわち、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５は、車両２−２の車両側無線通信部８と１対１で無線通信を行うことができるようになる。

なお、上述したように、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度の変化を確認しながら給電側無線通信部５の送信出力を徐々に小さくさせることにより、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度を閾値Ｂまで変化させてもよいし、給電側無線通信部５の送信出力を１回だけ小さくさせることにより、給電側無線通信部５から送信され車両側無線通信部８で受信される信号の強度を閾値Ｂまで変化させるようにしてもよい。

また、閾値Ｂとして、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５のアンテナから送信される信号が少なくとも駐車エリア３−２に駐車している車両２−２の車両側無線通信部８のアンテナまで届いているときで、かつ、車両側無線通信部８の受信エラー率が予め設定された値以下のときに、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信され車両２−２の車両側無線通信部８で受信される信号の強度を設定してもよい。例えば、駐車エリア３に車両２が駐車しているときの給電側無線通信部５のアンテナと車両側無線通信部８のアンテナとの間の距離が１．５ｍのときの非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５から送信され車両２−２の車両側無線通信部８で受信される信号の強度が−６０ｄＢｍのとき、図８に示すように、車両側無線通信部８の受信エラー率が１％になることが実験的に分かっている。このことを利用して、車両２が駐車エリア３に駐車しているときの給電側無線通信部５のアンテナと車両側無線通信部８のアンテナとの間の距離が１．５ｍのときで、かつ、車両側無線通信部８の受信エラー率を１％にさせるとき、閾値Ｂを−６０ｄＢｍに設定する。これにより、非接触給電装置１−２の給電側無線通信部５のアンテナから送信される信号を少なくとも車両２−２の車両側無線通信部８のアンテナまで届かせることができるとともに、受信エラー率を１％にさせることができる。このように構成することにより、非接触給電装置１と車両２とによる１対１の無線通信の信頼性を向上させることができる。

また、図９に示すように、駐車エリア３−１と駐車エリア３−２との境界及び駐車エリア３−２と駐車エリア３−３との境界に、それぞれ、給電側無線通信部５から送信される信号の強度を低下させる遮蔽物９０を設けてもよい。このように構成することにより、給電側無線通信部５から送信される信号を隣の駐車エリア３に届き難くすることができるため、非接触給電装置１と車両２とによる１対１の無線通信の信頼性をさらに向上させることができる。

１ 非接触給電装置
２ 車両
３ 駐車エリア
４ 車両検知部
５ 給電側無線通信部
６ 給電部
７ 制御部
８ 車両側無線通信部
５０、９０ 遮蔽物

Claims (7)

1. 駐車エリアに駐車している車両へバッテリ充電用の電力を非接触で供給する非接触給電装置であって、
   給電側無線通信部と、
   前記車両が前記駐車エリアに駐車していると判断すると、前記給電側無線通信部から送信され前記車両に備えられる車両側無線通信部で受信される信号の強度が閾値になるまで、前記給電側無線通信部の送信出力を小さくさせる制御部と、
   を備えることを特徴とする非接触給電装置。
2. 請求項１に記載の非接触給電装置であって、
   前記給電側無線通信部に備えられる指向性を有するアンテナから送信される信号の届く範囲が扇形である
   ことを特徴とする非接触給電装置。
3. 請求項１に記載の非接触給電装置であって、
   前記制御部は、前記給電側無線通信部の送信出力を１回だけ小さくさせることにより、前記給電側無線通信部から送信され前記車両側無線通信部で受信される信号の強度を閾値まで変化させる
   ことを特徴とする非接触給電装置。
4. 請求項１に記載の非接触給電装置であって、
   前記制御部は、前記給電側無線通信部から送信され前記車両側無線通信部で受信される信号の強度の変化を確認しながら前記給電側無線通信部の送信出力を徐々に小さくさせることにより、前記給電側無線通信部から送信され前記車両側無線通信部で受信される信号の強度を閾値まで変化させる
   ことを特徴とする非接触給電装置。
5. 請求項１に記載の非接触給電装置であって、
   前記閾値は、前記給電側無線通信部が前記駐車エリアに駐車している１台の車両に備えられる車両側無線通信部のみと通信することができるときに、前記給電側無線通信部から送信され前記車両側無線通信部で受信される信号の強度である
   ことを特徴とする非接触給電装置。
6. 請求項５に記載の非接触給電装置であって、
   前記閾値は、前記車両側無線通信部で受信される信号の受信エラー率が所定の値になるときに、前記給電側無線通信部から送信され前記車両側無線通信部で受信される信号の強度である
   ことを特徴とする非接触給電装置。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の非接触給電装置であって、
   前記駐車エリアと隣の駐車エリアとの境界に、前記給電側無線通信部から送信される信号の強度を低下させる遮蔽物が設けられている
   ことを特徴とする非接触給電装置。
   

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