JP2015144527A

JP2015144527A - 非接触電力伝送システム

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Publication number: JP2015144527A
Application number: JP2014017140A
Authority: JP
Inventors: 真士市川; Shinji Ichikawa; 谷口　聡; Satoshi Taniguchi; 聡谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2015-08-06
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: US9834103B2; CN104821636B; EP2905170A2; CN104821636A; JP5920371B2; EP2905170A3; US20150217650A1; EP2905170B1

Abstract

【課題】簡易な手段で、車両が充電後に移動したことを検知して、他の車両を充電ステーションに誘導することができる非接触電力伝送システムを提供する。【解決手段】車両１０は、受電装置１２０による送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからの電力の受電が完了後に、車両１０が移動したときと、受電装置１２０による送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからの電力の受電が完了後に、車両１０が移動する予備状態となると、第１信号を発信する。充電ステーション９０は、第１信号を受信すると、充電可能な状態であることを知らせる第２信号を発信する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触電力伝送システムに関する。

特開２０１３−１３５５７２号公報（特許文献１）には、車両に搭載された受電装置と、充電ステーションに設けられた送電装置との間で非接触で電力を伝送するシステムが開示されている。このシステムでは、電力の伝送の差異に、充電ステーションと車両の間で各種の情報を送信することによって、送電装置に含まれるコイル、受電装置に含まれるコイルの位置合わせや、本電力の送電などが実施される。

特開２０１３−１３５５７２号公報特開２０１３−１３２１７０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

しかしながら、特開２０１３−１３５５７２号公報（特許文献１）に記載されているシステムでは、充電が完了した車両が送電装置から離れた場合に、充電ステーション側では車両が送電装置上から離れたことを検知することができなかった。その結果、他の車両を充電ステーションの駐車枠に誘導することができなかった。車両が送電装置上から離れたことを検知するためには、送電装置または駐車枠に、車両の有無を検知するセンサを設けることも考えられるが、コストが高くなるとともに、センサの取り付けのための施工に手間がかかる。

それゆえに、本発明の目的は、簡易な手段で、車両が充電後に移動したことを検知して、他の車両を充電ステーションの駐車枠に誘導することができる非接触電力伝送システムを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、車両と、充電ステーションとの間で非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、充電ステーションは、非接触で電力を送電する送電装置を備える。車両は、非接触で電力を受電する受電装置を備える。車両は、受電装置による送電装置からの電力の受電が完了後に、車両が移動したときと、受電装置による送電装置からの電力の受電が完了後に、車両が移動する予備状態となると、第１信号を発信する。充電ステーションは、第１信号を受信すると、充電可能な状態であることを知らせる第２信号を発信する。

本発明によれば、簡易な手段で、車両が充電後に送電装置から離れたことを検知して、他の車両を充電ステーションに誘導することができる。

本発明の実施の形態の一例である非接触電力伝送システムの全体構成図である。車両が充電ステーション内の駐車枠に駐車する様子を説明するための図である。非接触電力伝送を実行する際に車両と充電ステーションが実行する処理の概略を説明するためのフローチャートである。図３の処理の過程で変化する送電電力、受電電圧の変化を表わすタイミングチャートである。図４のステップＳ９０の本受電処理、およびＳ５９０の本送電処理の詳細を表わす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用いて説明する。
（非接触電力伝送システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態の一例である非接触電力伝送システムの全体構成図である。

図１を参照して、本実施の形態の非接触電力伝送システムは、非接触で受電可能に構成された受電装置１２０を搭載する車両１０と、車外から受電部１００に送電する送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを備えた充電ステーション９０によって構成される。

以下、車両１０と充電ステーション９０の具体的な構成の詳細について、さらに説明する。

車両１０は、受電装置１２０と、蓄電装置３００と、動力生成装置４００と、通信装置
５１０と、車両ＥＣＵ５００と、報知装置５２０とを備える。受電装置１２０は、受電部１００と、フィルタ回路１５０と、整流部２００とを含む。

充電ステーション９０は、外部電源９００と、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、通信装置８１０と、電源ＥＣＵ８００とを備える。送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、それぞれ、電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃと、フィルタ回路６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃと、送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃとを含む。

たとえば、図２に示されるように、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがそれぞれ、駐車枠Ａ，Ｂ，Ｃの地表または地中に設けられ、受電装置１２０は、車体下部に配置される。なお、受電装置１２０の配置箇所はこれに限定されるものではない。たとえば、仮に送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが車両１０上方に設けられる場合には、受電装置１２０を車体上部に設けてもよい。

受電部１００は、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃのいずれから出力される電力（交流）を非接触で受電するための２次コイルを含む。受電部１００は、受電した電力を整流部２００へ出力する。整流部２００は、受電部１００によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３００へ出力する。フィルタ回路１５０は、受電部１００と整流部２００との間に設けられ、送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃのいずれかからの受電時に発生する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。

蓄電装置３００は、再充電可能な直流電源であり、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。蓄電装置３００の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置３００は、整流部２００から出力される電力を蓄えるほか、動力生成装置４００によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置３００は、その蓄えられた電力を動力生成装置４００へ供給する。なお、蓄電装置３００として大容量のキャパシタも採用可能である。特に図示しないが、整流部２００と蓄電装置３００との間に、整流部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、蓄電装置３００に蓄えられる電力を用いて車両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、蓄電装置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等を含む。なお、動力生成装置４００は、蓄電装置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。

車両ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッ
ファ等を含み（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、蓄電装置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。

なお、整流部２００と蓄電装置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２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによる蓄電装置３００の充電時に車両ＥＣＵ５００によってオンされる。また、蓄電装置３００と動力生成装置４００との間には、シ
ステムメインリレー（ＳＭＲ）３１０が設けられる。ＳＭＲ３１０は、動力生成装置４００の起動が要求されると、車両ＥＣＵ５００によってオンされる。

さらに、整流部２００とリレー２１０の間にリレー２０２が設けられる。リレー２０２と直列に接続された抵抗２０１の両端の電圧ＶＲは、電圧センサ２０３によって検出され、車両ＥＣＵ５００へ送られる。

車両ＥＣＵ５００は、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによる蓄電装置３００の充電時には、通信装置５１０を用いて充電ステーション９０の通信装置８１０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況等の情報を電源ＥＣＵ８００とやり取りする。

図２は、車両１０が移動して受電装置１２０と送電装置２０Ａの位置合わせが実施される様子を説明するための図である。図２を参照して、図示しない車載カメラや送電部７００Ａでのテスト送電（微弱電力で送電）での受電強度などにより、受電装置１２０内の２次コイルが送電装置２０Ａ内の１次コイルに対して位置が合っているかを車両１０または充電ステーション９０が判断し、報知装置５２０によってユーザに報知される。ユーザは報知装置５２０から得た情報に基づいて、受電装置１２０と送電装置２０Ａとの位置関係が送受電に良好な位置関係になるように、車両１０を移動させる。なお、必ずしもユーザがハンドル操作やアクセル操作をしなくてもよく、車両１０が自動的に移動して位置を合わせて、ユーザがそれを報知装置５２０で見守るようにしてもよい。

再び、図１を参照して、電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃは、商用系統電源等の外部電源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。

送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃは、受電部１００へ非接触で送電するための１次コイルを含む。送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃは、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００Ａから受け、送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの周囲に生成される電磁界を介して、車両１０の受電部１００へ非接触で送電する。

フィルタ回路６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃは、電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃと送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃとの間に設けられ、電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃから発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃは、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。

電源ＥＣＵ８００は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（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、充電ステーション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６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃが生成するように、電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ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、通信装置８１０を用いて車両１０の通信装置５１０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況等の情報を車両１０とやり取りする。

電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃからフィルタ回路６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃを介して送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００へ、所定の伝送周波数を有する交流電力が供給される。送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃおよび車両１０の受電部１００の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃおよび受電部１００の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃからフィルタ回路６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃを介して送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃへ交流電力が供給されると、送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃのいずれかに含まれる１次コイルと、受電部１００の２次コイルとの間に形成される電磁界を通じて、送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃのいずれかから受電部１００へエネルギ（電力）が移動する。そして、受電部１００へ移動したエネルギ（電力）は、フィルタ回路１５０および整流部２００を介して蓄電装置３００へ供給される。

なお、特に図示しないが、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて、送電部７００，７００Ｂ，７００Ｃと電源部６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃとの間（たとえば送電部７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃとフィルタ回路６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃ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、受電部１００と整流部２００との間（たとえば受電部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。
（非接触電力伝送の手順）
図３は、非接触電力伝送を実行する際に車両１０と充電ステーション９０が実行する処理の概略を説明するためのフローチャートである。図４は、図３の処理の過程で変化する送電電力、受電電圧の変化を表わすタイミングチャートである。

図１、図３、図４を参照して、ステップＳ５１０において、充電ステーション９０の電源ＥＣＵ８００は、空いている駐車枠がある場合に、車両１０を充電ステーション９０の駐車枠へ誘導するために、通信装置８１０を通じて、充電可能な状況であることを知らせるメッセージをブロードキャスト送信（第２信号の発信）する。

なお、充電ステーション９０がブロードキャスト送信（第２信号を発信）するタイミングとしては、たとえば、複数の送電装置２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃのうち、少なくとも１つの送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの上方に車両が停車していないと判断した場合であり、後述する車両からのブロードキャスト信号（第１信号）を受信したときである。

ステップＳ４０において、車両ＥＣＵ５００は、通信装置５１０を通じて、充電可能な状況であることを知らせるメッセージを受信すると、通信装置５１０を通じて、位置合わせ用の微弱送電の要求を送信する。

ステップＳ５５０において、充電ステーション９０では、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが、受電装置１２０との位置合わせ用の微弱送電を実行する。

ステップＳ５０において、車両１０は、自動または手動で車両１０を移動させることによって位置合わせを実行する（図４の時点ｔ１を参照）。位置合わせ時には、車両ＥＣＵ５００は、リレー２０２を導通させ、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の大きさを取得する。この電圧は本格送電時よりも小さいので、検出時に蓄電装置３００の影響を受けないように、車両ＥＣＵ５００は、リレー２１０をオフ状態に設定する。

ステップＳ６０において、車両ＥＣＵ５００は、受電電圧ＶＲの大きさが閾値ＴＨを超えた場合に、報知装置５２０によって、ユーザに対して位置合わせが成功した旨を通知す
る。その後、ユーザが車両１０内のパーキングスイッチを押すことによって駐車位置がＯＫであることを知らせると、処理がステップＳ７０に進む（図４の時点ｔ２を参照）。

ステップＳ７０において、車両ＥＣＵ５００は、位置合わせ用の微弱送電停止の要求を送信する。ステップＳ５６０において、充電ステーション９０の電源ＥＣＵ８００は、微弱送電停止の要求を受信し、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃによる位置合わせ用の微弱送電が終了する（図４の時点ｔ３を参照）。

一定の１次側電圧（送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからの出力電圧）に対して、２次側電圧（受電電圧ＶＲ）は、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの１次コイルと受電装置１２０の２次コイルとの間の距離に応じて変化する。そこで、１次コイルのコアの重心Ｏ１と２次コイルのコアの重心Ｏ２の水平方向の位置の差と、受電電圧ＶＲとの関係を予め測定しておき、１次コイルのコアの重心Ｏ１と２次コイルのコアの重心Ｏ２の水平方向の位置の差の許容値に対する受電電圧ＶＲが閾値ＴＨとして設定される。

ステップＳ８０およびステップＳ５８０において、車両ＥＣＵ５００および電源ＥＣＵ８００は、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのうちいずれと位置合わせが行われたかを特定するペアリング処理を実行する。

電源ＥＣＵ８００は、送電装置ごとに、送電電力のオンの継続時間を異ならせる。すなわち、送電装置２０Ａは、送電電力をＴＡ時間オンにし、送電装置２０Ｂは、送電電力をＴＢ時間オンにし、送電装置２０Ｃは、送電電力をＴＣ時間オンにする（図４の時点ｔ４を参照）。

車両ＥＣＵ５００は、通信装置５１０を通じて、受電電力のオンの継続時間を電源ＥＣＵ８００に通知する。図４の例では、受電装置１２０は、送電装置２０Ａからの送電電力を受電する。車両ＥＣＵ５００は、受電電力のオンの継続時間はＴＡである旨を電源ＥＣＵ８００に通知する。これによって、電源ＥＣＵ８００は、送電装置２０Ａと位置合わせが行われたことがわかる。

ステップＳ５９０において、充電ステーション９０は、位置合わせが行われた送電装置によって、本格的な送電処理を行なう（図４の時点ｔ６を参照）。図４の例では、送電装置２０Ａが送電処理を行なう。ステップＳ９０おいて、車両１０は、受電装置１２０によって本格的な受電処理を行なって、受電した電力で蓄電装置３００を充電する。

図５は、図４のステップＳ９０の本受電処理、およびＳ５９０の本送電処理の詳細を表わすフローチャートである。

図５を参照して、ステップＳＴ１において、車両ＥＣＵ５００は、通信装置５１０を通じて送電開始指令を送信する。ステップＳＴ２において、電源ＥＣＵ８００は、通信装置８１０を通じて送電開始指令を受信する。

ステップＳＴ３において、電源ＥＣＵ８００は、送電を開始する。ステップＳＴ４において、車両ＥＣＵ５００は、充電を開始する。

ステップＳＴ５において、蓄電装置３００が満充電または所定量まで充電されたら、処理がステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６およびステップＳＴ７において、車両ＥＣＵ５００は、通信装置５１０を通じて送電停止指令を送信し、車両ＥＣＵ５００は、充電を停止する。ステップＳＴ８およびＳＴ９において、電源ＥＣＵ８００は、通信装置８１０を通じて送電停止指令を受信すし、電源ＥＣＵ８００は、送電を停止する。

ステップＳＴ１０において、車両１０の移動を検知したときには、処理がステップＳＴ１１に進む。ここで、車両ＥＣＵ５００は、たとえば、車速が所定速度を超えたとき、車速を積算した値が所定値を超えたとき、ＧＰＳ（Global Positioning System）システムから得られる車両１０の現在位置が充電ステーション９０の駐車枠Ａ，Ｂ，Ｃの位置から所定距離以上離れたとき（車両１０が送電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから移動したとき）、またはシフトポジションがパーキングポジションからドライブポジションに変更されたとき（車両１０が移動する予備状態となったとき）に、車両１０が移動したことを検出する。

ステップＳＴ１１において、車両ＥＣＵ５００は、通信装置５１０を通じて車両移動通知メッセージを送信（第１信号を発信）する。ステップＳＴ１２において、電源ＥＣＵ８００は、通信装置８１０を通じて車両移動通知メッセージを受信する。その後、処理がステップＳ５１０に戻り、電源ＥＣＵ８００は、車両１０の移動によって満車状態から空いている駐車枠が発生した場合には、他の車両を充電ステーション９０の駐車枠へ誘導するために、充電可能な状況であることを知らせるメッセージをブロードキャスト送信（第２信号の発信）する。

このように、本実施の形態に係る非接触電力伝送システムにおいては、車両１０は、上記のように送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのいずれかからの受電を完了した後、車両１０が送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから移動するときと、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃからの受電が完了した後、送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃから移動する予備状態となったときとの少なくとも一方において、ブロードキャスト送信（第２信号の発信）をする。このように、第２信号は、車両１０を充電することができることを報知するための信号であり、充電ステーションは、全ての送電装置の上方に車両１０が停車していると判断すると、周囲にブロードキャスト送信を行なわない。これにより、満車状態のときに、車両１０が充電ステーションに誘導されることが抑制されると共に、空きの送電装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃがあるときには、新たな車両１０が充電ステーションに誘導されることになる。

以上のように、本実施の形態によれば、充電終了後に車両が移動した場合に、車両が、車両移動通知メッセージを充電ステーションへ送信することによって、充電ステーションが、車両が送電装置から離れたことを検知し、他の車両を充電ステーションに誘導することができる。

なお、図３のステップＳ８０およびステップＳ５８０におけるペアリング処理は、上記説明したものに限定されるものではない。たとえば、電源ＥＣＵ８００は、送電装置ごとに、送電電力のオン／オフの切替周期を異ならせる。すなわち、送電装置２０Ａは、周期ΔＴＡごとに送電電力のオンとオフを切替え、送電装置２０Ｂは、周期ΔＴＢごとに送電電力のオンとオフを切替え、送電装置２０Ｃは、周期ΔＴＣごとに送電電力のオンとオフを切替える。車両ＥＣＵ５００は、受電電力のオンとオフの切替周期を電源ＥＣＵ８００に通知する。たとえば、受電装置１２０は、送電装置２０Ａからの送電電力を受電した場合には、車両ＥＣＵ５００は、受電電力のオンとオフの切替周期はΔＴＡである旨を電源ＥＣＵ８００に通知する。これによって、電源ＥＣＵ８００は、送電装置２０Ａと位置合わせが行われたことがわかる。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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は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。

１０車両、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ送電装置、９０充電ステーション、１００受電部、１２０受電装置、１５０，６１０Ａ，６１０Ｂ，６１０Ｃフィルタ回路、２００整流部、２０１抵抗、２０２，２１０リレー、２０３電圧センサ、３００蓄電装置、４００動力生成装置、５００車両ＥＣＵ、１０，８１０通信装置、５２０報知装置、６００Ａ，６００Ｂ，６００Ｃ電源部、７００，７００Ｂ，７００Ｃ送電部、８００電源ＥＣＵ、９００外部電源。

Claims

車両と、充電ステーションとの間で非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムであって、
前記充電ステーションは、非接触で電力を送電する送電装置を備え、
前記車両は、非接触で電力を受電する受電装置を備え、
前記車両は、前記受電装置による前記送電装置からの電力の受電が完了後に、車両が移動したときと、前記受電装置による前記送電装置からの電力の受電が完了後に、車両が移動する予備状態となると、第１信号を発信し、
前記充電ステーションは、前記第１信号を受信すると、充電可能な状態であることを知らせる第２信号を発信する、非接触電力伝送システム。