JP2016032395A - 非接触充電システム、給電スタンドおよびバッテリ搭載車両 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中の車両と給電スタンドの間で無線通信接続が確立された後、車両が低速で移動して通信障害が多発しやすい期間中に、両者の間の無線通信接続が切断されて充電処理が行えなくなる事態を最大限回避することができる、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は、駐車場内の各駐車スペースにそれぞれ設置される給電スタンド１０〜３０と電気自動車４０とから構成されている。電気自動車４０と給電スタンド１０は、両者の間で無線通信接続を確立している際に、相手方からの信号の受信に所定の通信切断回数だけ失敗すると、無線通信接続を切断するように構成されており、所定の通信切断回数は電気自動車４０のスピードに応じて設定される。【選択図】図４

Description

この発明は、非接触充電システムに係り、特に車両と給電スタンドの間の制御信号のやり取りが無線通信によって行われる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、駐車場内に設けられた複数の駐車スペースにそれぞれ給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、給電スタンドから車両への電力供給の方法としては、給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、給電スタンドと車両を非接触状態に保ったまま電磁誘導または共鳴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る。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。

特開平０９−１８２２１２号公報

非接触充電システムにおける給電スタンドから車両への電力供給の際には、車両と給電スタンドの間で無線通信接続が確立され、無線通信によって制御信号のやり取りが行われる。この際、車両と給電スタンドは通信障害によって相手方からの信号の受信に失敗すると信号の再送信を要求するが、信号の受信に所定回数（「通信切断回数」）失敗した場合には、もはや無線通信を行うことは不可能であると判断し、両者の間の無線通信接続を切断して不要な電波放射を行わないようにするのが一般的である。

しかしながら、走行中の車両と給電スタンドの間で無線通信接続が確立されてから車両が完全に停車するまでの期間中は、駐車位置の調整等のために車両が低速で移動して電波環境が変化するために、フェージング等の影響で通信障害が多発しやすい。そのため、その期間中に受信エラーが所定回数発生して両者の間の無線通信接続が切断されてしまい、充電処理が行えなくなる事態が起こりえる。

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、走行中の車両と給電スタンドの間で無線通信接続が確立された後、車両が低速で移動して通信障害が多発しやすい期間中に、両者の間の無線通信接続が切断されて充電処理が行えなくなる事態を最大限回避することができる、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では、車両と給電スタンドは、両者の間で無線通信接続を確立している際に、相手方からの信号の受信に所定回数失敗すると、無線通信接続を切断するように構成され、所定回数は車両のスピードに応じて設定される。

好適には、車両のスピードが所定値より速い場合には、所定回数は第１所定回数に設定され、車両のスピードが所定値より遅い場合には、所定回数は第１所定回数より多い第２所定回数に設定される。

さらに好適には、車両の位置合わせ処理が完了すると、所定回数は第２所定回数より少ない第３所定回数に設定される。

また、この発明に係る給電スタンドは、車両との間で無線通信接続を確立している際に、当該車両からの信号の受信に所定回数失敗すると、無線通信接続を切断するように構成され、所定回数は車両のスピードに応じて設定される。

また、この発明に係るバッテリ搭載車両は、給電スタンドとの間で無線通信接続を確立している際に、当該給電スタンドからの信号の受信に所定回数失敗すると、無線通信接続を切断するように構成され、所定回数は車両のスピードに応じて設定される。

この発明に係る非接触充電システムでは、走行中の車両と給電スタンドの間で無線通信接続が確立された後、車両が低速で移動して通信障害が多発しやすい期間中に、両者の間の無線通信接続が切断されて充電処理が行えなくなる事態を最大限回避することができる。

この発明の実施の形態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に係る非接触充電システムにおける給電スタンドの構成を示す図である。 この発明の実施の形態に係る非接触充電システムにおける電気自動車の構成を示す図である。 この発明の実施の形態に係る非接触充電システムにおける充電処理の詳細を示す図である。

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．
この発明の実施の形態に係る非接触充電システム１００の構成を図１に示す。
非接触充電システム１００は、駐車場内の各駐車スペースＳ１〜Ｓ３にそれぞれ設置される給電スタンド１０〜３０と電気自動車４０とから構成されている。また、各駐車スペースＳ１〜Ｓ３の地面には、給電スタンド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、駐車スペースＳ１に設置されている給電スタンド１０と電気自動車４０との間で無線通信接続が確立された後、給電スタンド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または共鳴の原理によって電気自動車４０の受電コイル４３に伝達されて図示しない車載バッテリへの充電が行われる。

以下、この実施の形態に係る非接触充電システム１００における給電スタンド１０〜３０と電気自動車４０の構成について順に説明する。ただし、給電スタンド１０〜３０の構成は全て同一であるため、給電スタンド１０を例にとって説明する。

（給電スタンド１０の構成）
給電スタンド１０の構成を図２に示す。給電スタンド１０は、無線通信手段１１と、制御手段１２と、電力変換手段１３と、整合手段１４と、給電コイル１５と、アンテナ１６とを備えている。

無線通信手段１１は、次に述べる制御手段１２から入力される信号を変調してアンテナ１６から電波信号として放射すると共に、アンテナ１６によって受信される電波信号を復調して制御手段１２に出力することによって、給電スタンド１０が電気自動車４０との間で無線通信を行うことを可能にする。

制御手段１２は、マイクロコンピュータによって構成されており、無線通信手段１１、電力変換手段１３、および整合手段１４を制御することによって、給電スタンド１０の動作を制御する。給電スタンド１０から電気自動車４０への充電電力の供給を行う際には、制御手段１２は、無線通信手段１１を介して電気自動車４０との間で無線通信を行いながら、電力変換手段１３および整合手段１４を制御することによって、電気自動車４０への充電電力の供給を制御する。

電力変換手段１３は、系統電源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する。

整合手段１４は、電力変換手段１３と給電コイル１５のインピーダンスを整合させる。

給電コイル１５には、整合手段１４から出力された高周波電力が供給される。

（電気自動車４０の構成）
電気自動車４０の構成を図３に示す。電気自動車４０は、無線通信手段４１と、制御手段４２と、受電コイル４３と、充電手段４４と、バッテリ４５と、カーナビゲーションシステム（カーナビ）４６と、車速センサ４７と、アンテナ４８とを備えている。

無線通信手段４１は、次に述べる制御手段４２から入力される信号を変調してアンテナ４８から電波信号として放射すると共に、アンテナ４８によって受信される電波信号を復調して制御手段４２に出力することによって、電気自動車４０が給電スタンド１０〜３０との間で無線通信を行うことを可能にする。

制御手段４２は、マイクロコンピュータによって構成されており、無線通信手段４１、充電手段４４、およびカーナビ４６を制御することによって、電気自動車４０の動作を制御する。

受電コイル４３には、給電スタンドの給電コイルから電磁誘導または共鳴の原理によって高周波電力が伝達される。

充電手段４４は、受電コイル４３に伝達された高周波電力を直流電力に変換する。

バッテリ４５は、充電手段４４から出力される直流電力を蓄える。

カーナビ４６は、車両の運転席内に設置されており、制御手段４２から入力されるナビゲート情報を図示しないタッチパネル上に表示すると共に、タッチパネルを介して入力される運転者からの指示を制御手段４２に伝達する。

車速センサ４７は、車両の走行スピード（速さ）を随時計測して制御手段４２に出力する。

（非接触充電システム１００における充電処理）
次に、この実施の形態に係る非接触充電システム１００における充電処理について、図４を参照して説明する。このシーケンスは、充電を希望する電気自動車４０が駐車場内に進入してきたところから開始される。

まず、電気自動車４０の運転者は、運転席内に設置されているカーナビ４６のタッチパネルを操作し、充電処理の開始を指示する（Ｓ１０１）。充電処理の開始を指示された電気自動車４０は、自車の通信切断回数Ｘを１０回（第１所定回数）に初期設定し（Ｓ１０２）、駐車場内に設置されている給電スタンド１０〜３０から送信されるビーコン信号の受信を試みる（Ｓ１０３）。

給電スタンド１０〜３０は、通信切断回数Ｙ〜Ｙ”がそれぞれ１０回（第１所定回数）に初期設定されており（Ｓ１０４，Ｓ１０４’，Ｓ１０４”）、自機の識別子を含むビーコン信号を定期的にブロードキャストしている（Ｓ１０５，Ｓ１０５’，Ｓ１０５”）。

給電スタンド１０〜３０から送信されるビーコン信号を受信した電気自動車４０は、受信信号強度（ＲＳＳＩ）の最も高いビーコン信号を送信している給電スタンド（この例では給電スタンド１０とする）を選択し（Ｓ１０６）、選択された給電スタンド１０に向けて無線通信接続の確立を要求するメッセージをユニキャストで送信する（Ｓ１０７）。この接続要求メッセージを受信した給電スタンド１０は、接続応答メッセージをユニキャストで返信し（Ｓ１０８）、電気自動車４０と給電スタンド１０の間で無線通信接続が確立される（Ｓ１０９）。

電気自動車４０と給電スタンド１０の間で無線通信接続が確立されると、これ以降、両者の間の通信はユニキャストによって行われる。この際、両者の通信切断回数ＸとＹはともに１０回に設定されているため、電気自動車４０と給電スタント１０は、相手方からの無線信号の受信失敗が１０回未満である間は相手方に対して再送要求を行い、受信エラーが１０回に達するとステップＳ１０９で確立された無線通信接続を切断する。

次に、電気自動車４０と給電スタンド１０の間で無線通信接続が確立されている状態において、電気自動車４０のスピードが１０ｋｍ／ｓを下回ったことが車速センサ４７によって検知されると（Ｓ１１０）、電気自動車４０は自車の通信切断回数Ｘを１０回から５０回（第２所定回数）に引き上げ（Ｓ１１１）、この事を給電スタンド１０に通知する（Ｓ１１２）。この通知を受信した給電スタンド１０は、自機の通信切断回数Ｙを１０回から５０回（第２所定回数）に引き上げる（Ｓ１１３）。これ以降、電気自動車と給電スタンド１０は、相手方からの無線信号の受信失敗が５０回未満である間は、相手方に対して再送要求を行うことになる。

先述したように、走行中の電気自動車４０と給電スタンド１０の間で無線通信接続が確立された後、車両が低速で移動している期間中は、電波環境が変化するためにフェージング等の影響で通信障害が多発しやすい。本願発明では、車両のスピードが１０ｋｍ／ｓを下回ったタイミングで両者の通信切断回数を１０回から５０回に引き上げることによって、この期間中に無線通信接続が切断されて充電処理が行えなくなる事態を最大限回避する。なお、通信切断回数を引き上げる基準のスピードは１０ｋｍ／ｓに限定されるものではなく、それより速いスピードでも遅いスピードでもよい。同様に、通信切断回数についても１０回と５０回に限定されるものではない。

次に、電気自動車４０と給電スタンド１０の通信切断回数がともに５０回に引き上げられた状態において、両者は互いの装置情報を交換し（Ｓ１１４）、続いて、給電スタンド１０の給電コイル１５の真上に電気自動車４０の受電コイル４３が位置するように、電気自動車４０の駐車位置を調整する位置合わせ処理を開始する（Ｓ１１５）。この位置合わせ処理の期間中、給電スタンド１０は自機の給電コイル１５に位置合わせ用の小電力を出力する。一方、電気自動車４０は、自車の受電コイル４３によって受電される電力強度に基いて最適な駐車位置を特定し、その位置に車両を移動させるように運転者をナビゲートする情報をカーナビ４６のタッチパネル上に表示する。また、この間、電気自動車４０は、給電スタンド１０に向けて現在位置合わせ処理中であることを通知するメッセージを所定の時間間隔で送信し続ける。

上記の位置合わせ処理において、給電スタンド１０の給電コイル１５の真上に電気自動車４０の受電コイル４３が位置するようになると、電気自動車４０はカーナビ４６によってその旨を運転者に通知し、運転者によって車両が完全に停車されると、位置合わせ処理が完了する（Ｓ１１６）。位置合わせ処理が完了すると、これ以降に車両が移動することはなく、電波環境が大きく変化する可能性は低い。そのため、電気自動車４０と給電スタンド１０は、自身の通信切断回数ＸとＹをそれぞれ１０回（第３所定回数）に引き下げ（Ｓ１１７，Ｓ１１８）、給電スタンド１０から電気自動車４０への給電処理が開始される（Ｓ１１９）。なお、第３所定回数は第２所定回数より少なければよく、第１所定回数と同じでもよい。

給電スタンド１０から電気自動車４０への給電処理中には、両者の間で各種の制御信号が無線通信によってやり取りされる。そして、給電スタンド１０の電力変換手段１３から整合手段１４を介して給電コイル１５に高周波電力が供給され、この高周波電力が電磁誘導または共鳴の原理によって電気自動車４０の受電コイル４３に伝達され、充電手段４４を介してバッテリ４５への充電が行われる（図２〜３参照）。

電気自動車４０への給電処理が終了すると（Ｓ１２０）、給電スタンド１０と電気自動車４０は、通信切断要求メッセージと通信切断応答メッセージをやり取りすることによって、両者の間の無線通信接続を切断する（Ｓ１２１〜Ｓ１２３）。

以上説明したように、この実施の形態に係る非接触充電システム１００では、電気自動車４０と給電スタンド１０は、両者の間で無線通信接続を確立している際に、相手方からの信号の受信に所定の通信切断回数だけ失敗すると、無線通信接続を切断するように構成されており、所定の通信切断回数は電気自動車４０のスピードに応じて設定される。これにより、走行中の電気自動車４０と給電スタンド１０の間で無線通信接続が確立された後、車両が低速で移動して通信障害が多発しやすい期間中に、両者の間の無線通信接続が切断されて充電処理が行えなくなる事態を最大限回避することができる。

なお、図４には示されていないが、上記ステップＳ１１１〜Ｓ１１３で電気自動車４０と給電スタンド１０の通信切断回数ＸとＹを５０回に引き上げた後に、車両のスピードが再度１０ｋｍ／ｓを上回るようになった場合には、例えば駐車を途中で断念して車両が高速で遠ざかっていく状況であると考えられる。そのため、そのような場合には、両者の通信切断回数ＸとＹを再度１０回に引き下げるようにしてもよい。
また、ビーコンを受信した電気自動車４０は、受信信号強度の最も高いビーコン信号を送信している給電スタンドを選択したが、給電スタンドの選択方法はこれに限らない。例えば、事前に予約した給電スタンドを選択してもよいし、他の方法でも構わない。

１００ 非接触充電システム、１０，２０，３０ 給電スタンド。

Claims (5)

1. バッテリ搭載車両と該車両に非接触で充電電力を供給する給電スタンドとから構成される非接触充電システムであって、
   前記車両と前記給電スタンドは、両者の間で無線通信接続を確立している際に、相手方からの信号の受信に所定回数失敗すると、前記無線通信接続を切断するように構成され、
   前記所定回数は前記車両のスピードに応じて設定される、非接触充電システム。
2. 前記車両のスピードが所定値より速い場合には、前記所定回数は第１所定回数に設定され、
   前記車両のスピードが前記所定値より遅い場合には、前記所定回数は前記第１所定回数より多い第２所定回数に設定される、請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記車両の位置合わせ処理が完了すると、前記所定回数は前記第２所定回数より少ない第３所定回数に設定される、請求項２に記載の非接触充電システム。
4. バッテリ搭載車両に非接触で充電電力を供給する給電スタンドであって、
   前記給電スタンドは、前記車両との間で無線通信接続を確立している際に、該車両からの信号の受信に所定回数失敗すると、前記無線通信接続を切断するように構成され、
   前記所定回数は前記車両のスピードに応じて設定される、給電スタンド。
5. 給電スタンドから非接触で充電電力を受電するバッテリ搭載車両であって、
   当該車両は、前記給電スタンドとの間で無線通信接続を確立している際に、該給電スタンドからの信号の受信に所定回数失敗すると、前記無線通信接続を切断するように構成され、
   前記所定回数は当該車両のスピードに応じて設定される、バッテリ搭載車両。

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