JP2015116035A - 非接触送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の送電コイルを備える送電装置（非接触送電装置）において、異物などによって電力伝送効率が低下することを防ぐ。【解決手段】非接触送電装置（送電装置９０）は、複数の送電コイルユニット７００−１から７００−５と、各送電コイルユニット上および各送電コイルユニットの周囲の異物を検知する検知部７０１−１から７０１−５と、車両１０と通信する通信部８１０と、通信部８１０によって得られた車両１０からの受電装置（受電コイルユニット１００）の搭載位置情報に基づいて、複数の送電コイルユニット７００−１から７００−５のうち１つを選択し、選択した送電コイルユニットに検知部が異物を検知すると、車両１０が停車する前に、選択された送電コイルユニットと異なる送電コイルユニットに向けて車両を誘導する制御部８００とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触送電装置に関する。

近年、非接触充電システムについて各種提案されており、その中には、車両の充電への利用を提案するものもある。

車両の充電は、たとえば、送電装置の送電コイルから、車両の受電装置（たとえば受電コイル）へ非接触で電力を伝送して行なわれることが考えられる（たとえば特開２０１３−１２６３２６号公照）。

特開２０１３−１２６３２６号公報 特開２０１３−００９５９１号公報 特開２０１３−１５４８１５号公報 特開２０１３−１４６１５４号公報 特開２０１３−１４６１４８号公報 特開２０１３−１１０８２２号公報 特開２０１３−１２６３２７号公報

受電コイルが車両のどの位置に搭載されるかは、車両によって異なる場合も少なくない。特開２０１３−１２６３２６号公報は、送電装置が複数の送電コイルを備える構成とし、受電コイルが搭載された車両に応じて複数の送電コイルから適切な送電コイルを選択し、選択した送電コイルを用いて電力伝送を実施することを提案する。

しかし、選択した送電コイル上などに異物（たとえば金属片）があると、電力伝送効率が低下したり、電力伝送が実施できなくなるといった問題が生じ得る。

本発明の目的は、複数の送電コイルを備える送電装置（非接触送電装置）において、異物などによって電力伝送効率が低下することを防ぐことである。

本発明は、要約すると、非接触送電装置であって、複数の送電コイルユニットと、各送電コイルユニット上および各送電コイルユニットの周囲の異物を検知する検知部と、車両と通信する通信部と、通信部によって得られた車両からの受電装置の搭載位置情報に基づいて、複数の送電コイルユニットのうち１つを選択し、選択した送電コイルユニットに検知部が異物を検知すると、車両が停車する前に、選択された送電コイルユニットと異なる送電コイルユニットに向けて車両を誘導する制御部とを備える。

上記構成の非接触送電装置では、車両の受電装置の位置搭載情報に基づいて、複数の送電コイルユニット（送電コイルユニットは送電コイルを含む）のうち１つの送電コイルユニットが選択される。ここで、検知部が選択された送電コイルユニットに異物を検知すると、選択された送電コイルユニットと異なる送電コイルユニットに向けて車両が誘導される。そのため、送電コイルユニットに異物が検知された場合でも異なる送電コイルユニットを用いて非接触電力伝送を行なうことができる。

本発明によると、複数の送電コイルユニットを備える送電装置において、異物などによって電力伝送効率が低下することを防ぐことが可能になる。

実施の形態に係る非接触送電装置が適用される非接触電力伝送システムを説明するための図である。 非接触電力伝送システムのブロック構成を説明するための図である。 車両を送電コイルユニットに誘導するときに実行される処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図１は、実施の形態に係る非接触送電装置（以下、単に「送電装置」と言う場合もある）が適用される非接触電力伝送システムを説明するための図である。非接触電力伝送システム１において、送電装置９０が、車両１０の充電に用いられる。

説明の便宜上、図１において、車両の前後方向が矢印で示される。「Ｆ」は車両前進方向Ｆを示し、「Ｂ」は車両後進方向Ｂを示す。

図１を参照して、車両１０は、受電コイルユニット１００と、通信部５１０とを含む。車両１０は他の要素も含むが、これについては後に図２を参照して説明する。

受電コイルユニット１００は、送電装置９０から非接触で電力を受けるための受電装置を構成する。

通信部５１０は、送電装置９０と通信するために用いられる。
図１を参照して、送電装置９０は、送電コイルユニット７００と、検知部７０１と、制御部８００（後に図２を参照して説明するように「電源ＥＣＵ８００」という場合もある）と、通信部８１０とを含む。送電装置９０は他の要素も含むが、これについては後に図２を参照して説明する。

送電コイルユニット７００は、複数の送電コイルユニットを有する。図１では、例示的に送電コイルユニット７００−１から７００−５の合計５つの送電コイルユニットが示されているが、送電コイルユニット７００が有する送電コイルユニットの数を限定するものではない。

検知部７０１は、各送電コイルユニット７００−１から７００−５の上および各送電コイルユニットの周囲の異物を検知する。異物の検知は、たとえば、カメラ（図示しない）の画像を利用したり、レーダを利用することによって行なわれ得る。

検知部７０１は、複数の検知部で構成されてもよく、たとえば図１に示すように、検知部７０１−１から７０１−５を有する構成とすることができる。検知部７０１−１から７０１−５は、送電コイルユニット７００−１から７００−５にある異物を検知する。たとえば、検知部７０１−１は送電コイルユニット７００−１にある異物を検知し、検知部７０１−２は送電コイルユニット７００−２の異物を検知する。検知部７０１−３から７０１−５についても同様である。

電源ＥＣＵ８００は、送電装置９０の各要素を制御する。また、電源ＥＣＵ８００は、通信部５１０を利用することにより、車両１０を制御することもできる。

通信部８１０は、車両１０（の通信部５１０）と通信するために用いられる。
非接触電力伝送システム１において、車両１０の充電は、電力伝送効率を高めるなどの理由により、送電装置９０の送電コイルユニット７００と、車両１０の受電コイルユニット１００とが対向するように位置合わせされた状態で行なわれる。具体的には、送電コイルユニット７００−１から７００−５のいずれかの送電コイルユニットに、受電コイルユニット１００が位置合わせされる。そして、受電コイルユニット１００と位置合わせされた送電コイルユニットを利用して、車両１０の充電が行なわれる。

送電コイルユニット７００−１から７００−５のうちいずれの送電コイルユニットが車両１０の充電に用いられるかは、車両１０に依存する。具体的に、受電コイルユニット１００が車両１０のどの位置に搭載されるか、つまり、車両１０における受電コイルユニット１００の搭載位置情報に基づいて、車両１０の充電に用いられる送電コイルユニットが決定される。搭載位置情報は、車両１０が送電装置９０に送信する。具体的に、通信部８１０によって得られた車両１０からの受電コイルユニット１００の搭載位置情報に基づいて、送電コイルユニット７００−１から７００−５のうち、車両１０の充電に適した送電コイルユニットが選択される。なお、搭載位置情報には、後述の受電コイルユニット１００のコイルタイプ、受電コイルユニット１００におけるコイル位置、コイルサイズなどの情報が含まれてもよい。

受電コイルユニット１００は、送電コイルユニット７００と対向できるように、車両１０の下部に配置される。たとえば、受電コイルユニット１００が車両１０の後方寄り（図１に示すＢ方向の側）に搭載される場合は、送電コイルユニット７００−５，７００−４や７００−３などから選択された送電コイルユニットが、車両１０の充電に好適に用いられる。また、受電コイルユニット１００が車両１０の前方寄り（図１に示すＦ方向）に搭載される場合には、送電コイルユニット７００−１，７００−２や７００−３などから選択された送電コイルユニットが、車両１０の充電に好適に用いられる。

しかし、上述のように車両１０の充電に適した送電コイルユニットが選択されたとしても、その送電コイルユニットに異物があると、その送電コイルを用いた車両１０の充電が開始できなかったり、充電を開始したとしても充電効率が低下するといった問題が生じる。

そこで、実施の形態では、送電に利用する候補として選択された送電コイルユニット上または送電コイルユニットの周囲に異物が検知されると、最初に選択された送電コイルユニットと異なる送電コイルユニットが選択され、それに向けて車両１０が誘導される。この誘導は、位置合わせのために移動している車両１０が停車する前に行なわれる。そして、最初に選択された送電コイルユニットと異なるその送電送電コイルユニットを用いて車両１０が充電される。その別の送電コイルユニットに異物がなければ、車両１０は良好な電力伝送効率で充電される。

実施の形態によれば、複数の送電コイルを備える送電装置において、異物などによって電力伝送効率が低下することを防ぐことが可能になる。

図２は、図１に示す非接触電力伝送システム１のブロック構成を説明するための図である。

図２を参照して、非接触電力伝送システム１は、車両１０と、送電装置９０とに大別される。非接触電力伝送システム１において、送電装置９０から車両１０へ、非接触電力伝送が行なわれる。非接触電力伝送は、送電装置９０に含まれる送電コイルユニット７００と、車両１０に搭載された受電コイルユニット１００とを介して行なわれる。

まず、非接触電力伝送システム１のうち、車両１０について説明する。
車両１０は、制御部である車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００を含む。車両ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファなどを含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１０における各機器の制御を行なう。一例として、車両ＥＣＵ５００は、車両１０の走行制御や、バッテリ３００の充電制御を実行する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

車両１０は、受電装置１２０と、抵抗２０１とリレー２０２と、電圧センサ２０３と、リレー２１０と、バッテリ３００と、システムメインリレー（ＳＭＲ）３１０と、動力生成装置４００と、車両ＥＣＵ５００と、案内出力部５２０とをさらに含む。

受電装置１２０は、受電コイルユニット１００と、フィルタ回路１５０と、整流器２００とを含む。受電コイルユニット１００は、送電コイルユニット７００から出力される交流電力を非接触で受電するための２次コイルを含む。受電コイルユニット１００が受電した電力は、フィルタ回路１５０に出力される。フィルタ回路１５０は、高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路１５０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。

受電コイルユニット１００には、２次コイルの他、コンデンサも含まれる。２次コイルとコンデンサとは共振回路を構成する。共振の強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。

フィルタ回路１５０によって高調波ノイズが抑制された交流電力は、整流器２００へ出力される。整流器２００は、交流電力を整流する。整流器２００によって整流された電力は、バッテリ３００の充電電力として出力される。

整流器２００とバッテリ３００との間には、リレー２１０が設けられる。リレー２１０は、送電装置９０からの電力によってバッテリ３００を充電するときに導通状態（ＯＮ）とされる。

整流器２００とリレー２１０との間には、リレー２０２が設けられる。また、抵抗２０１がリレー２０２に直列に接続される。さらに、電圧センサ２０３が、抵抗２０１の両端の電圧（受電電圧）ＶＲを検出可能に設けられる。

バッテリ３００は、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。バッテリ３００の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ３００は、後述の動力生成装置４００からの電力によっても充電される。逆に、バッテリ３００から動力生成装置４００へ放電も行なわれる。特に図示しないが、整流器２００とバッテリ３００との間に、整流器２００の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータを設けてもよい。

動力生成装置４００は、バッテリ３００に蓄えられた電力を用いて車両１０の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置４００は、たとえば、バッテリ３００から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪などを含む。なお、動力生成装置４００は、バッテリ３００を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。

また、車両１０は、先に図１を参照して説明した通信部５１０に加え、案内出力部５２０を含む。案内出力部５２０はユーザインタフェイスであり、たとえば車両１０（の受電コイルユニット１００）を後述の送電コイルユニット７００に誘導するために用いられる。車両１０のドライバは、案内出力部５２０が出力する画像や映像を参考にして車両１０を運転し、車両１０を送電コイルユニット７００に誘導することができる。案内出力部５２０には、画像や映像に代えて、音や音声を出力してもよい。なお、車両１０の送電コイルユニット７００への誘導は、車両ＥＣＵ５００が車両１０を制御することによって自動で行なわれてもよい。

次に、非接触電力伝送システム１のうち、送電装置９０について説明する。
図２を参照して、送電装置９０は、外部電源９００と、通信部８１０と、電源部６００と、フィルタ回路６１０と、送電コイルユニット７００とを含む。

送電コイルユニット７００は、送電装置を構成する。送電コイルユニット７００は、たとえば、車両１０が駐車しようとする駐車スペースの地表や地中に設けられる。図２には示されないが、送電コイルユニット７００は、複数の送電コイルユニット（たとえば図１に示す送電コイルユニット７００−１から７００−５）を有する。

車両ＥＣＵ５００は、送電装置９０によるバッテリ３００の充電時には、通信部５１０を用いて送電装置９０の通信部８１０と通信を行ない、受電の開始／停止や車両１０の受電状況などの情報を後述の電源ＥＣＵ８００とやり取りする。

電源部６００は、商用系統電源などの外部電源９００から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。発生した交流電力は、フィルタ回路６１０に出力される。

フィルタ回路６１０は、電源部６００から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路６１０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。

フィルタ回路６１０によって高調波ノイズが抑制された交流電力は、送電コイルユニット７００へ出力される。送電コイルユニット７００は、受電コイルユニット１００へ非接触で送電するための１次コイルを含む。送電コイルユニット７００は、伝送周波数を有する交流電力を、送電コイルユニット７００の周囲に生成される電磁界を介して、車両１０の受電コイルユニット１００へ非接触で送電する。

送電コイルユニット７００には、１次コイルの他、コンデンサも含まれる。１次コイルとコンデンサとは共振回路を構成する。共振の強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。

制御部である電源ＥＣＵ８００は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファなどを含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、送電装置９０における各機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ８００は、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００が生成するように、電源部６００のスイッチング制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

なお、電源ＥＣＵ８００は、車両１０への送電時には、通信部８１０を用いて車両１０の通信部５１０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況などの情報を車両１０とやり取りする。

なお、特に図示しないが、送電装置９０において、送電コイルユニット７００と電源部６００との間（たとえば送電コイルユニット７００とフィルタ回路６１０との間）に絶縁トランスを設けてもよい。また、車両１０においても、受電コイルユニット１００と整流器２００との間（たとえば受電コイルユニット１００とフィルタ回路１５０との間）に絶縁トランスを設けてもよい。

以上の構成により、送電装置（非接触送電装置）９０は、車両１０と通信を行ない、車両１０（の受電コイルユニット１００）を、送電コイルユニット７００、具体的には、図１に示す送電コイルユニット７００−１から７００−５のいずれかの送電コイルユニットに誘導することができる。これにより、車両１０（の受電コイルユニット１００）と送電コイルユニット７００との位置合わせが行なわれる。

位置合わせの際、送電装置９０から微弱電力（小電力）が車両１０に送電される。このとき、リレー２０２が導通状態とされ、電圧センサ２０３で検出される抵抗２０１の両端に生じる受電電圧ＶＲの大きさが取得される。位置合わせ時の受電電圧ＶＲは、本格送電時よりも小さいので、検出時にバッテリ３００の影響を受けないように、リレー２１０は非導通状態とされる。受電電圧ＶＲの値を参考とすることで、送電装置９０から車両１０へ効率良く電力が伝送されるように、車両１０と送電装置７００とが位置合わせされる。

また、送電装置９０は、検知部７０１によって、送電コイルユニット７００上および送電コイルユニットの周囲の異物を検知することができる。

図３は、車両を送電コイルユニットに誘導するときに実行される処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図１などに示す制御部（電源ＥＣＵ）８００によって実行される。

図１および図３を参照して、はじめに、ステップＳ１において、車両１０の駐車が開始される。たとえば、送電装置９０（の送電コイルユニット７００の上方）に車両が駐車しておらず、送電装置９０に車両１０を駐車させて充電できると判断されると、送電装置９０が車両を充電できる状況であることを知らせる信号が、送電装置９０から周囲に発振される。そして、その信号を車両１０が受けることにより、車両１０の駐車が開始される。車両１０が送電装置９０に駐車可能か否かの判断は、たとえば、車両を検出するセンサ（図示しない）の出力に基づいて判断される。先に説明したが、車両１０の駐車は、ドライバが手動で行なってもよいし、自動で行なわれてもよい。

ステップＳ２において、車両１０と送電装置９０との間で通信が開始される。車両１０と送電装置９０との間で通信が開始された後は、車両１０から送電装置９０へ、車両１０の情報が送られる。ここでの車両１０の情報は、車両１０における受電コイルユニット１００の搭載位置情報である。

ステップＳ３において、車両情報をもとに、車両１０を誘導しようとする送電コイルユニットが選択される。具体的に、送電コイルユニット７００−１から７００−５のうちいずれかの送電コイルユニットが選択される。その後、選択された送電コイルユニットが「誘導コイルユニット」とされ、車両１０の誘導コイルユニットへの誘導が開始される。

ステップＳ４において、誘導コイルユニットに異物があるか否かが判断される。誘導コイルユニットに異物がある場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、ステップＳ５に処理が勧められる。一方、誘導コイルユニットに異物がない場合（ステップＳ４でＮＯ）、ステップＳ８に処理が進められる。

ステップＳ５において、ステップＳ３で誘導コイルユニットとされた送電コイルユニットとは別の送電コイルユニットに、誘導コイルユニットが切替えられる。別の送電コイルユニットとしては、切替え前のコイルユニットのに隣接する（前後にある）コイルユニットが好ましい。たとえば、図１に示す送電コイルユニット７００−３が誘導コイルユニットとして選択されていた場合、送電コイルユニット７００−３の前後に位置する送電コイルユニット７００−２または送電コイルユニット７００−４に、誘導コイルユニットが切替えられる。

ステップＳ６において、ステップＳ５で誘導コイルユニットに切替えられた送電コイルユニットに車両１０が誘導され、位置合わせが行なわれる。位置合わせは、たとえば、先に述べたように図２に示す受電電圧ＶＲを参考に行なわれる。位置合わせが完了すると、車両１０は停車する。

ステップＳ７において、車両１０の充電が開始され、フローチャートの処理は終了する。

一方、ステップＳ８においては、ステップＳ３で誘導コイルユニットとされた送電コイルユニットへの車両１０の誘導が継続される。

ステップＳ９において、ステップＳ３で誘導コイルユニットとされた送電コイルへの車両１０の位置合わせが完了し、車両１０は停車する。

ステップＳ１０において、車両１０の充電が開始され、フローチャートの処理は終了する。

図３のフローチャートによれば、車両情報、すなわち車両１０における受電コイルユニットの搭載情報に基づいて適切な送電コイルユニットが選択される。また、選択された送電コイルユニットに異物が有る場合、別の送電コイルユニットに切替えられる。これにより、充電時における異物の影響をなくし、良好な充電効率が実現される。

最後に、本発明の実施の形態について総括する。図１を参照して、非接触送電装置（送電装置９０）は、複数の送電コイルユニット７００−１から７００−５と、各送電コイルユニット上および各送電コイルユニットの周囲の異物を検知する検知部７０１−１から７０１−５と、車両１０と通信する通信部８１０と、通信部８１０によって得られた車両１０からの受電装置（受電コイルユニット１００）の搭載位置情報に基づいて、複数の送電コイルユニット７００−１から７００−５のうち１つを選択し、選択した送電コイルユニットに検知部が異物を検知すると、車両１０が停車する前に、選択された送電コイルユニットと異なる送電コイルユニットに向けて車両を誘導する電源ＥＣＵ８００とを備える。

送電装置９０によれば、車両１０の受電コイルユニット１００の位置搭載情報に基づいて、複数の送電コイルユニット７００−１から７００−５のうち１つの送電コイルユニットが選択される。ここで、検知部（検知部７０１−１など）が選択された送電コイルユニットに異物を検知すると、選択された送電コイルと異なる送電ユニットに向けて車両１０が誘導される。そのため、異物が検知された送電コイルとは車両前後方向で異なる送電コイルユニットを用いて非接触電力伝送を行なうことができる。その結果、異物の存在によって非接触電力伝送の効率が低下するのを防ぐことが可能になる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 非接触電力伝送システム、９０ 送電装置、１００ 受電コイルユニット、１２０ 受電装置、１５０，６１０ フィルタ回路、２００ 整流器、２０１ 抵抗、２０２，２１０ リレー、２０３ 電圧センサ、３００ バッテリ、４００ 動力生成装置、５００ 車両ＥＣＵ、５１０，８１０ 通信部、５２０ 案内出力部、６００ 電源部、７００ 送電コイルユニット、７０１ 検知部、８００ 電源ＥＣＵ、９００ 外部電源。

Claims (1)

1. 複数の送電コイルユニットと、
   各送電コイルユニット上および各送電コイルユニットの周囲の異物を検知する検知部と、
   車両と通信する通信部と、
   前記通信部によって得られた前記車両からの受電装置の搭載位置情報に基づいて、前記複数の送電コイルユニットのうち１つを選択し、選択した送電コイルユニットに前記検知部が異物を検知すると、前記車両が停車する前に、選択された送電コイルユニットと異なる送電コイルユニットに向けて前記車両を誘導する制御部とを備える、非接触送電装置。

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