JP2016131457A - 非接触充電システムおよびバッテリ搭載車両 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者に煩わしい操作を要求することなく、バッテリ搭載車両の無線通信装置の消費電力を削減することができる、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、給電スタンド１０と電気自動車２０とから構成されている。電気自動車２０は、給電スタンド１０との間で無線通信を行う無線通信装置２１と、自車の位置を検出する車両位置検出装置２２と、給電スタンド１０の位置を記憶するスタンド位置記憶装置２３と、無線通信装置２１の動作状態を制御する制御装置２４とを備えている。電気自動車２０の制御装置２４は、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶装置２３に記憶されている給電スタンド１０の位置の所定範囲Ｒ内に入ると、無線通信装置２１をスリープ状態から起動状態に移行させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、非接触充電システムおよびバッテリ搭載車両に関する。

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、車両の走行を行うことができる。

現在、ＥＶ車やＰＨＶ車用の充電システムとしては、駐車場内の駐車スペースに給電スタンドを設置して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方式と、給電スタンドの給電コイルと車両の受電コイルと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方式とがある。

給電スタンドから車両への電力供給を行う際には、両者の間で各種の制御信号がやり取りされる。給電スタンドと車両を充電ケーブルで接続する接触充電システムの場合には、ケーブル内に通信線を含めることによって制御信号のやり取りを有線通信によって行うことができるが、充電ケーブルを使用しない非接触充電システムの場合には、給電スタンドと車両の双方に無線通信装置を搭載し、制御信号のやり取りを無線通信によって行わなければならない。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の無線ネットワーク構成として、給電スタンドがアクセスポイント、車両がクライアントとして機能する構成が考えられる。この構成において給電スタンドと車両との間で無線通信接続を確立する際には、給電スタンドが自機の識別子を含むビーコン信号を所定周期でブロードキャストし、車両は給電スタンドの付近を走行中にビーコン信号を受信して、当該給電スタンドに向けて無線通信接続の確立を要求するメッセージを送信する。

しかしながら、上記の構成において、給電スタンドから送信されるビーコン信号を車両の走行中に受信するために車両の無線通信装置を常に受信可能状態にしておくことは、消費電力削減の観点から好ましくない。この問題を解決する簡単な方法としては、例えば車両の通常走行時には無線通信装置の電源をオフ状態にしておき、充電のために給電スタンドに接近した際にのみ運転者が手動でオン状態にすることが考えられるが、これは運転者に煩わしい操作を要求することになる。

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、運転者に煩わしい操作を要求することなく、バッテリ搭載車両の無線通信装置の消費電力を削減することができる、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は、給電スタンドとバッテリ搭載車両とから構成される非接触充電システムであって、バッテリ搭載車両は、給電スタンドとの間で無線通信を行う無線通信手段（無線通信装置）と、給電スタンドの位置を記憶するスタンド位置記憶手段と、自車の位置を検出する車両位置検出手段と、無線通信手段の動作状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、車両位置検出手段によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶手段に記憶されている給電スタンドの位置の所定範囲内に入ると、無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させる。

バッテリ搭載車両は、自車のスピードを検出する車速検出手段をさらに備え、制御手段は、車両位置検出手段によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶手段に記憶されている給電スタンドの位置の所定範囲内に入り、かつ車速検出手段によって検出される自車のスピードが所定値未満の場合に、無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させるようにしてもよい。

バッテリ搭載車両は、カーナビゲーション手段をさらに備え、制御手段は、車両位置検出手段によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶手段に記憶されている給電スタンドの位置の所定範囲内に入り、かつカーナビゲーション手段に目的地が設定されていないか又はカーナビゲーション手段に当該給電スタンドが目的地として設定されている場合に、無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させるようにしてもよい。

バッテリ搭載車両は、車両位置検出手段によって検出される自車の位置が、給電スタンドが設置されているか否か不明の駐車スペースの所定範囲内に入ると、無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させ、その際に給電スタンドからのビーコン信号が受信される場合には、当該給電スタンドの位置をスタンド位置記憶手段に記憶させるようにしてもよい。

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非接触充電可能なバッテリ搭載車両であって、給電スタンドとの間で無線通信を行う無線通信手段（無線通信装置）と、給電スタンドの位置を記憶するスタンド位置記憶手段と、自車の位置を検出する車両位置検出手段と、無線通信手段の動作状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、車両位置検出手段によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶手段に記憶されている給電スタンドの位置の所定範囲内に入ると、無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させる。

この発明に係る非接触充電システムによれば、運転者に煩わしい操作を要求することなく、バッテリ搭載車両の無線通信装置の消費電力を削減することができる。

この発明の実施の形態１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１に係る非接触充電システムにおける給電スタンドと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１に係る非接触充電システムにおける電気自動車の無線通信装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る非接触充電システムにおける電気自動車の無線通信装置がスリープ状態から起動状態に移行する際の様子を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る非接触充電システムにおける給電スタンドと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３に係る非接触充電システムにおける給電スタンドと電気自動車の構成を示す図である。

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１．
この発明の実施の形態１に係る非接触充電システム１００について説明する。
図１に示されるように、非接触充電システム１００は、駐車場内の駐車スペースＳに設置された給電スタンド１０と電気自動車２０とから構成されており、駐車スペースＳの地面には給電コイル１４が設置されている。なお、この実施の形態１では、１台の給電スタンド１０と１台の電気自動車２０が存在する例が示されているが、本発明はより一般的に、１台または複数台の給電スタンドと１台または複数台のバッテリ搭載車両が存在する場合について適用することができる。

非接触充電システム１００は、ＩＥＥＥ８０２．１１規格に準拠した無線ネットワーク構成を有しており、給電スタンド１０がアクセスポイント、電気自動車２０がクライアントとして機能する。給電スタンド１０は、自機の識別子を含むビーコン信号を所定周期でブロードキャストしており、図１の領域ｒは給電スタンド１０から送信されるビーコン信号を受信可能な範囲を表している。なお、非接触充電システム１００が採用する無線通信規格はＩＥＥＥ８０２．１１に限定されるものではなく、他の規格でもよい。

以下、この実施の形態１に係る非接触充電システム１００における給電スタンド１０と電気自動車２０の構成について説明した後、非接触充電システム１００の充電開始時の処理について説明する。

（給電スタンド１０の構成）
図２の左側に示されるように、給電スタンド１０は、無線通信装置１１と、制御装置１２と、電力変換装置１３と、給電コイル１４とを備えている。

無線通信装置１１は、制御装置１２から入力されるディジタル信号を電波信号に変換してアンテナ１１１から送信すると共に、アンテナ１１１によって受信される電波信号をディジタル信号に変換して制御装置１２に出力することによって、給電スタンド１０と電気自動車２０との間で無線通信を行うことを可能にする。

制御装置１２は、マイクロコンピュータ等によって構成されており、無線通信装置１１と次に述べる電力変換装置１３を制御することによって、給電スタンド１０から電気自動車２０への充電処理を制御する。詳細には、制御装置１２は、無線通信装置１１を介して電気自動車２０との間で無線通信を行いながら電力変換装置１３を制御することによって、電気自動車２０への電力供給を制御する。

電力変換装置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。

給電コイル１４には、電力変換装置１３から供給される高周波電力が出力される。

（電気自動車２０の構成）
図２の右側に示されるように、電気自動車２０は、無線通信装置２１と、車両位置検出装置２２と、スタンド位置記憶装置２３と、制御装置２４と、受電コイル２５と、電力変換装置２６と、バッテリ２７とを備えている。

無線通信装置２１は、図３に示されるように、制御ＣＰＵ２１１と、通信インターフェース回路２１２と、無線通信回路２１３と、電源回路２１４とから構成されており、電気自動車２０と給電スタンド１０との間で無線通信を行うことを可能にする。電波信号の送信時には、制御装置２４から通信インターフェース回路２１２を介して制御ＣＰＵ２１１に入力されるディジタル信号が、無線通信回路２１３によって電波信号に変換されてアンテナ２１５から送信される。一方、電波信号の受信時には、アンテナ２１５によって受信された電波信号が無線通信回路２１３によってディジタル信号に変換され、制御ＣＰＵ２１１から通信インターフェース回路２１２を介して制御装置２４に出力される。

図２に戻って、車両位置検出装置２２は、ＧＰＳ受信機等によって構成されており、軌道上のＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号をアンテナ２２１によって受信し、当該受信信号に基づいて自車の位置（緯度および経度）を検出する。

スタンド位置記憶装置２３は、不揮発性メモリ等によって構成されており、給電スタンド１０の位置（緯度および経度）を記憶している。なお、この実施の形態１では給電スタンドが１台のみであるため、１台の給電スタンド１０の位置のみを記憶しているが、給電スタンドが複数台ある場合には、複数台の給電スタンドの位置を記憶することができる。

制御装置２４は、マイクロコンピュータ等によって構成されており、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置とスタンド位置記憶装置２３に記憶されているスタンド１０の位置とに基づいて、無線通信装置２１の動作状態を制御する。また、制御装置２４は、無線通信装置２１と次に述べる電力変換装置２６を制御することによって、電気自動車２０の充電処理を制御する。

受電コイル２５は、給電スタンド１０の給電コイル１４から電磁誘導または共鳴の原理によって伝達される高周波電力を受電する。

電力変換装置２６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ等から構成されており、受電コイル２５によって受電された高周波電力を直流電力に変換する。

バッテリ２７は、電力変換装置２６から出力される直流電力を蓄える。

（非接触充電システム１００の充電開始時の処理）
次に、この実施の形態１に係る非接触給電システム１００における充電開始時の処理について説明する。

非接触充電システム１００の充電開始前、電気自動車２０が給電スタンド１０の所定範囲外（図１の領域Ｒの外側）を走行中の場合には、電気自動車２０の無線通信装置２１は、消費電力を抑えた「スリープ状態」にある。

図３の無線通信装置２１のスリープ状態においては、制御ＣＰＵ２１１は消費電力を抑えたスリープモードで動作している。また、電源回路２１４から無線通信回路２１３への電力供給は停止されており、無線通信回路２１３はオフ状態である。この状態においては、無線通信装置２１は給電スタンド１０から送信されるビーコン信号を受信することはできないが、制御ＣＰＵ２１１がスリープモードで動作しており、また無線通信装置２１の中で動作時に最も電力を消費する無線通信回路２１３がオフ状態であるため、無線通信装置２１の消費電力は低く抑えられている。

電気自動車２０の制御装置２４は、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置とスタンド位置記憶装置２３に記憶されている給電スタンド１０の位置とを常時比較している。そして、電気自動車２０が給電スタンド１０の所定範囲内（図１の領域Ｒの内側）に入ったことが検出されると、制御装置２４は無線通信装置２１に起動信号を送信する（図４）。

制御装置２４から無線通信装置２１に送信された起動信号は、通信インターフェース回路２１２を介して制御ＣＰＵ２１１によって受信され、制御ＣＰＵ２１１はスリープモードから通常動作モードに移行する。通常動作モードに移行した制御ＣＰＵ２１１は、電源回路２１４に電力供給指令を送信して電源回路２１４から無線通信回路２１３への電力供給を開始させ、無線通信回路２１３をオン状態にする。

制御ＣＰＵ２１１が通常動作モードに移行し、また無線通信回路２１３がオン状態になったことにより、無線通信装置２１は電波信号の送受信が可能な「起動状態」に移行する。この状態において、電気自動車２０が給電スタンド１０から送信されるビーコン信号の受信可能範囲ｒ内に入ると、無線通信装置２１は給電スタンド１０から送信されるビーコン信号を受信することができる。

給電スタンド１０から送信されるビーコン信号が電気自動車２０の無線通信装置２１によって受信されると、電気自動車２０の制御装置２４は無線通信装置２１に制御信号を送信し、無線通信装置２１のアンテナ２１５から給電スタンド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させる。

このメッセージを無線通信装置１１によって受信した給電スタンド１０の制御装置１２は、無線通信装置１１に制御信号を送信し、無線通信装置１１のアンテナ１１１から電気自動車２０に向けて接続応答メッセージをユニキャストで返信させる。これにより、電気自動車２０の無線通信装置２１と給電スタンド１０の無線通信装置１１との間で無線通信接続が確立される。そして、電気自動車２０が駐車スペースＳに停車し、給電スタンド１０の給電コイル１４の真上に電気自動車２０の受電コイル２５が位置するようになると、給電スタンド１０から電気自動車２０への充電処理が開始される。

給電スタンド１０から電気自動車２０への充電処理においては、両者の間で各種制御信号が無線通信によってやり取りされながら、給電スタンド１０の給電コイル１４から充電用の高周波電力が出力される。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２０の受電コイル２５によって受電され、電力変換装置２６によって直流電力に変換された後、バッテリ２７に蓄えられる。

以上説明したように、この実施の形態１に係る非接触充電システム１００において、電気自動車２０は、給電スタンド１０との間で無線通信を行う無線通信装置２１と、自車の位置を検出する車両位置検出装置２２と、給電スタンド１０の位置を記憶するスタンド位置記憶装置２３と、無線通信装置２１の動作状態を制御する制御装置２４とを備えている。制御装置２４は、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶装置２３に記憶されている給電スタンド１０の位置の所定範囲Ｒ内に入ると、無線通信装置２１をスリープ状態から起動状態に移行させる。これにより、運転者に煩わしい操作を要求することなく、電気自動車２０の無線通信装置２１の消費電力を削減することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る非接触充電システム２００について説明する。
図５に示されるように、この実施の形態２に係る非接触充電システム２００の電気自動車２２０は、自車の走行スピードを検出する車速検出装置２２８を備えている。電気自動車２２０の制御装置２２４は、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶装置２３に記憶されている給電スタンド１０の位置の所定範囲Ｒ内に入り、かつ車速検出手段２２８によって検出される自車のスピードが所定値（例えば時速３０ｋｍ）未満の場合に、無線通信手段２１をスリープ状態から起動状態に移行させる。

上記実施の形態１に係る非接触充電システム１００では、運転者に充電の意志がなく、単に給電スタンド１０の近くを通過するだけの場合であっても、電気自動車２０が給電スタンド１０の所定範囲Ｒ内に入ると、無線通信装置２１が起動状態に移行してしまう。これに対して、この実施の形態２に係る非接触充電システム２００では、電気自動車２２０が所定速度以上で単に給電スタンド１０の近くを通過する際には、無線通信装置２１が起動状態に移行することはないため、上記実施の形態１に係る非接触充電システム１００よりも更に無線通信装置２１の消費電力を削減することができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る非接触充電システム３００について説明する。
図６に示されるように、この実施の形態３に係る非接触充電システム３００の電気自動車３２０は、カーナビゲーション装置３２９を備えている。電気自動車３２０の制御装置３２４は、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置がスタンド位置記憶装置２３に記憶されている給電スタンド１０の位置の所定範囲Ｒ内に入り、かつカーナビゲーション装置３２９に目的地が設定されていないか又はカーナビゲーション装置３２９に給電スタンド１０が目的地として設定されている場合に、無線通信手段２１をスリープ状態から起動状態に移行させる。これにより、電気自動車３２０が上記実施の形態２における所定速度未満で給電スタンド１０の近くを通過したとしても、カーナビゲーション装置３２９に給電スタンド１０以外の目的地が設定されており、自車が給電スタンド１０以外の目的地に向けて走行中である場合には、無線通信手段２１が起動状態に移行することはない。そのため、上記実施の形態２に係る非接触充電システム２００よりも更に無線通信装置２１の消費電力を削減することができる。

その他の実施の形態．
上記実施の形態１〜３において、電気自動車２０，２２０，２３０のスタンド位置記憶装置２３に給電スタンド１０の位置を記憶させる方法としては様々なものが考えられる。例えば、電気自動車の製造時に予め給電スタンドの位置を記憶させておいてもよいし、或いは運転者がタッチパネル等を介して手動で記憶させるようにしてもよい。また、初期状態では駐車スペース（給電スタンドが設置されているか否かは不明）の位置のみを記憶させておき、車両位置検出装置２２によって検出される自車の位置が駐車スペースの所定範囲内に入ると無線通信装置２１をスリープ状態から起動状態に移行させ、その際に給電スタンドからのビーコン信号が受信される場合には、当該給電スタンドの位置をスタンド位置記憶装置２３に記憶させるようにしてもよい。

１００，２００，３００ 非接触充電システム、１０ 給電スタンド、２０，２２０，３２０ 電気自走車（バッテリ搭載車両）、２１ 無線通信装置（無線通信手段）、２２ 車両位置検出装置（車両位置検出手段）、２３ スタンド位置記憶装置（スタンド位置記憶手段）、２４，２２４，３２４ 制御装置（制御手段）、２２８ 車速検出装置（車速検出手段）、２２９ カーナビゲーション装置（カーナビゲーション手段）、Ｒ 所定範囲。

Claims (5)

1. 給電スタンドとバッテリ搭載車両とから構成される非接触充電システムであって、
   前記バッテリ搭載車両は、
   前記給電スタンドとの間で無線通信を行う無線通信手段と、
   前記給電スタンドの位置を記憶するスタンド位置記憶手段と、
   自車の位置を検出する車両位置検出手段と、
   前記無線通信手段の動作状態を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記車両位置検出手段によって検出される自車の位置が前記スタンド位置記憶手段に記憶されている前記給電スタンドの位置の所定範囲内に入ると、前記無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させる、非接触充電システム。
2. 前記バッテリ搭載車両は、自車のスピードを検出する車速検出手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記車両位置検出手段によって検出される自車の位置が前記スタンド位置記憶手段に記憶されている前記給電スタンドの位置の所定範囲内に入り、かつ前記車速検出手段によって検出される自車のスピードが所定値未満の場合に、前記無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させる、請求項１に記載の非接触充電システム。
3. 前記バッテリ搭載車両は、カーナビゲーション手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記車両位置検出手段によって検出される自車の位置が前記スタンド位置記憶手段に記憶されている前記給電スタンドの位置の所定範囲内に入り、かつ前記カーナビゲーション手段に目的地が設定されていないか又は前記カーナビゲーション手段に前記給電スタンドが目的地として設定されている場合に、前記無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させる、請求項１に記載の非接触充電システム。
4. 前記バッテリ搭載車両は、前記車両位置検出手段によって検出される自車の位置が、給電スタンドが設置されているか否か不明の駐車スペースの所定範囲内に入ると、前記無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させ、その際に給電スタンドからのビーコン信号が受信される場合には、該給電スタンドの位置を前記スタンド位置記憶手段に記憶させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の非接触充電システム。
5. 給電スタンドとの間で非接触充電可能なバッテリ搭載車両であって、
   前記給電スタンドとの間で無線通信を行う無線通信手段と、
   前記給電スタンドの位置を記憶するスタンド位置記憶手段と、
   自車の位置を検出する車両位置検出手段と、
   前記無線通信手段の動作状態を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、前記車両位置検出手段によって検出される自車の位置が前記スタンド位置記憶手段に記憶されている前記給電スタンドの位置の所定範囲内に入ると、前記無線通信手段をスリープ状態から起動状態に移行させる、バッテリ搭載車両。

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