JP2016501001A - 自動車のバッテリを充電するための非接触充電システム - Google Patents

Abstract

電力供給網（５）によって電力供給される自動車の外部の１次誘導性回路（３）、及び自動車に設置され、かつ整流ブリッジ（８）を介してバッテリ（２）に結合される２次誘導性回路（４）を備える、自動車のバッテリ（２）を充電するための非接触充電システム（１）が、提供される。システム（１）は、自動車の中に電気的不具合が存在する場合、バッテリ（２）をショートさせることなしに２次誘導性回路（４）をショートさせることができる制御されたスイッチ手段（１０）、及び制御手段が２次誘導性回路（４）のショートを検出する場合、１次誘導性回路（３）に対する電力供給を切断することができる制御手段を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のバッテリの非接触充電に関し、特に、バッテリを非接触充電する間に電気的不具合が生じる場合の自動車の安全性に関する。

自動車のバッテリの非接触充電のためのシステムは、概して、地上における１次誘導性回路、及び自動車に設置搭載される２次誘導性回路の形をとる。２つの誘導性回路の間のエネルギーの移送は、電磁誘導によって生じる。電気コンセントを有する充電システムに関して、そのような充電システムは以下の利点を提供する。すなわち、一方で、それは、接続を忘れる危険がなくまた、プラグの重量に関する任意の制約がないという事実のおかげで、ユーザの快適さ及び人間工学的問題が改良されることを可能にする。他方で、それは、充電システムの位置決めにおける許容性、及び有線の充電システムの効率と等価な効率が取得されることを可能にする。最後に、それは、システムが常に、非接触充電システムのエミッター及びレシーバーのループの各々を形成する誘導性回路の共振周波数に置かれることを可能にし、かつシステムの周波数の適合のおかげで、最良の可能な効率が保証されることを可能にする。

非接触充電システムの限界の１つは、地上に統合される１次システムと自動車の中の２次システムとの間の通信のための時間である。この通信は、例えば、ＷＩＦＩ又はＺＩＧＢＥＥを介して生じ得る。通信時間は、特に自動車から地上に向かって移送する方向における、情報の移送の遅れをもたらす。電力は地上の１次誘導性回路によって供給されるので、自動車と地上との間の情報の移送における遅延は、付加的な時間に対して地上から１次誘導性回路によって送信される電力をもたらし得、それは自動車に搭載された装備に損傷を与え得る。

例えば、バッテリが充電システムから切断される場合に、バッテリの端子に結合されるリレーはオープンし、それ故、地上から１次誘導性回路によって自動車に搭載された２次誘導性回路へ送信されるエネルギーを消費するために、接続される任意の電気的負荷はもはや存在しない。例えば、バッテリが切断されている間に地上が電力を送り続ける場合、又は地上の１次誘導性回路が自動車の不具合を十分に早く検出しない場合、電気回路の劣化が生じる。無線通信によって、搭載されたシステムの状態の情報が地上に通信されるので、このことが発生し、これは情報の伝送における遅延をもたらす。

実際、自動車によってバッテリの不具合が検出されるためにとられる時間、及びその後、地上の充電コントローラにおいて、この不具合の通知を提供するメッセージを受信するためにとられる時間は大きすぎて、搭載されている充電器が劣化を経験しないことを保証できない。

バッテリに結合されたリレーが、誘導による外部の供給源からの電力が検出されない場合にのみ、クローズされることを可能にする方法が、文書ＵＳ２０１０／０２０７７７から知られている。しかしながら、不具合のためにバッテリのリレーがオープンする場合においては、何らの解決法が挙げられていない。

文書ＵＳ６０３７７４５は、自動車に設置搭載されるように設計されたバッテリの充電のために、電磁波を受信するための装置を開示している。この装置は、ブリッジ整流器を介してバッテリと結合される共振誘導性回路を備え、かつ不具合が生じる場合に、バッテリをショートさせることなしに共振回路をショートさせるための手段を備える。

本発明の目的は、電気的不具合が自動車の中で生じる場合に、自動車に対する任意の損傷のリスクが生じる前に、地上の１次誘導性回路によって放出される電力を中断することを保証する、自動車のバッテリの非接触充電のためのシステムを提供することである。

本発明の一側面にしたがって、自動車に設置搭載されるように設計されたバッテリを充電するために電磁波を受信するための装置が提供され、当該装置は、ブリッジ整流器を介してバッテリに結合される２次誘導性回路を備える。

本発明の１つの一般的な特徴にしたがって、受信装置は、自動車の中で電気的不具合が生じる場合に、バッテリをショートさせることなしに２次誘導性回路をショートさせるように設計された制御された中断手段を備える。

本発明の別の側面にしたがって、自動車のバッテリを充電するために電磁波を放出するための装置が提供され、当該装置は、電力供給網を介して電力供給される１次誘導性回路を備える。

本発明の１つの一般的な特徴にしたがって、放出装置は、それらが２次誘導性回路のショートを検出する場合に、１次誘導性回路に対する電力供給を中断するように設計された制御手段を備える。

本発明のさらに別の側面にしたがって、一実施形態において、自動車のバッテリの非接触充電のためのシステムが提供され、当該システムは、上で定義されたように、自動車に設置搭載される受信装置、及び上で定義されたように、自動車の外部に配置される放出装置を備える。それ故、充電システムは、電力供給網によって電力供給される自動車の外部の１次誘導性回路、自動車に設置搭載されかつ、ブリッジ整流器を介してバッテリに結合される２次誘導性回路、及び自動車の中で電気的不具合が生じる場合に、つまりより具体的に、バッテリに結合される充電システムの部分において不具合が生じる場合に、バッテリをショートさせることなしに、２次誘導性回路をショートされるように設計された制御された中断手段、並びにそれらが２次誘導性回路のショートを検出する場合に、１次誘導性回路に対する電力の供給を中断するように設計された制御手段を備えるように提供され、かつ全てのこの検出は、地上と自動車との間の無線通信の手段を使用することなしに生じる。

充電システムの通常の作動の間に、ブリッジ整流器の使用は、誘導性２次回路の出力における電流がバッテリに電力供給し、かつそれ故、バッテリを再充電するために整流されることを可能にする。自動車の中で電気的不具合が生じる場合に、制御された中断手段は、２次誘導性回路がショートすることを可能にし、かつブリッジ整流器はバッテリのショートを妨げる。

ブリッジ整流器は、それらのカソードがバッテリの正の端子に結合される２つのダイオードを備え、それらのアノードは、それらのアノードがバッテリの負の端子に結合される２つのダイオードに接続される。制御された中断手段が、２次誘導性回路をショートさせるように設計された２つの制御されたスイッチを備える場合、それらのアノードがバッテリの負の端子に結合される２つのダイオードの各々は、制御されたスイッチのうちの１つと並列に結合される。バッテリの正の端子と結合されるカソードを有する２つのダイオードはショートしないので、バッテリは２次誘導性回路から電気的に中断されたままである。

変形例として、制御されたスイッチの代わりに、制御された中断手段は、並列に逆に接続されたサイリスタ、又はそうでなければトライアックを備えることができ、トライアックは、ブリッジ整流器の入力と並列に接続される。

好適には、受信装置は、自動車からの１２ボルトの供給の損失が生じる場合、リレーを介しバッテリと並列に結合される制御された中断手段のための制御コンデンサを備える。

この制御コンデンサは、制御された中断手段が、自動車の１２ボルトの供給を使用することなしに電力供給されることを可能にする。実際、２次誘導性回路というよりもむしろ電力供給回路から独立して、地上のシステムによって供給されるエネルギーを回復させるのはこのコンデンサなので、バッテリが２次誘導性回路から切断された場合に、コンデンサの端子にわたる電圧は増加する。それ故、２次誘導性回路はショートされ、かつ充電システムは、電気的不具合が自動車の１２ボルトの供給に到達する場合であっても、結果として中断されることができる。

制御コンデンサは、ブリッジ整流器の出力と並列に接続された、フィルタリング及びスムージングコンデンサに対応することができる。

充電システムの受信装置は、バッテリと制御されたブリッジ整流器との間のバッテリのそれぞれの端子と各々が結合される、２つのリレーを備えることができる。リレーは、必要な場合に、バッテリが２次誘導回路から切断されることを可能にする。リレーが電気的不具合が存在する一方で正しくオープンしない場合、ブリッジ整流器のアーキテクチャは、バッテリが２次誘導性回路がショートする場合に２次誘導性回路から電気的に切断されることを可能にする。

有利なことには、システムの放出装置は、１次誘導性回路に結合され、かつ１次誘導性回路の中の電流の流れを測定するように設計された電流センサを備えることができる制御手段によって制御され、かつインバータのスイッチのオープン及びクローズを制御し、かつそれを誘導システムの共振にロックするために、インバータのデューティーサイクル及び、インバータによって発生される電流の周波数を調整するように設計された電流の規制のための手段によって制御される、インバータを備えることができる。

有利なことには、システムの制御手段は、バッテリの充電のレベルに応じて、測定された電流を電流閾値と比較するように設計された、比較モジュールを備えることができる。

システムの受信装置はまた、バッテリの端子のうちの１つに結合される、少なくとも１つのヒューズを備えることができる。ヒューズは、ブリッジ整流器の構成要素に欠陥がある場合であっても、バッテリがショートしないことを可能にすることを保証する、付加的な安全性の特徴を提供する。それに加えて、ヒューズは、２つのリレーの不具合が前もって阻止され、かつそれ故、バッテリが２次誘導性回路の残りから切断されることを可能にする。

別の側面にしたがって、一実施態様において、自動車の外部の１次誘導性回路と、自動車に設置搭載されかつバッテリに結合される２次誘導性回路との間の電力の誘導移送によって、自動車のバッテリを充電するための安全な非接触方法が提供される。

本発明の一般的な特徴にしたがって、２次誘導性回路は、自動車の中で電気的不具合が生じる場合にショートし、かつ例えば、１次インバータに対するスイッチング設定ポイントの送信を中断することによって、２次誘導性回路のショートが検出される場合、１次誘導性回路が電力供給網から切断されるためにコマンドが送られる。

好適なことには、２次誘導性回路のショートは、リレーを介してバッテリと並列に接続されるコンデンサの端子をわたる電圧を使用して制御される。

有利なことには、１次誘導性回路の中の電流の流れが測定され、かつ２次誘導性回路のショートが、１次誘導性回路の中の電流の流れの変動に基づいて検出される。

好適なことには、１次回路は規制によってその共振周波数において作動し、この周波数は、同じ充電プロセスの途中においてそれが変化し得るので、連続的に補正される。例えば物体が自動車の中に置かれる場合、重量が増大し、地上に対する高さが減少し、かつそれ故、１次誘導性回路と２次誘導性回路との間の距離が修正され、それは、共振周波数の修正を意味する。周波数の設定ポイントは、連続的にインバータに送られ、それは地上におけるショートの検出のための時間の最適化を意味する。

有利なことには、測定された電流は、バッテリの充電のレベルに応じて電流閾値と比較される。

本発明の他の利点及び特徴は、一つの非限定的な実施形態の詳細説明、及び非限定的な実施態様、並びに添付の図面を調べることによって明らかとなる。

図１は、本発明の一実施形態による、自動車のバッテリの非接触充電のためのシステムを概略的に示している。 図２は、本発明による、２次誘導性回路の中で電気的不具合が生じる場合の、１次誘導性回路の端子にわたる電圧の変動、２次誘導性回路の端子にわたる電圧の変動、及び１次誘導性回路の中の電流の変動を示しているグラフを提示する。 図３は、本発明の一実施態様による、自動車のバッテリの充電のための安全な非接触方法の流れ図を提示している。

図１は、本発明の一実施形態による、自動車のバッテリ２の非接触充電のためのシステム１を示している。

非接触充電システム１は、例えば、駐車スペースの中の地上に設置される１次誘導性回路３、及び自動車に設置搭載される２次誘導性回路４を備える。

１次誘導性回路３は、整流ステージ６及びインバータ７を介して、１次誘導性回路３に対して必要とされる電力を供給する電力供給網５に結合される。２次誘導性回路４は、ブリッジ整流器８、及び各々がバッテリ２の１つの端子に結合される２つのリレー９を介して、バッテリ２に結合される。リレー９は、自動車の中で電気的不具合が生じる場合にオープンすることができ、それはバッテリ２が、２次誘導性回路４から電気的に切断されることを可能にする。

１次誘導性回路３及び２次誘導性回路４は各々、直列に接続される、誘導成分Ｌ_１及びＬ_２のそれぞれ、及び容量性素子Ｃ_１及びＣ_２のそれぞれを備える。

ブリッジ整流器８は、リレー９を介して、２次誘導性回路４に対する入力において結合され、かつバッテリ２に対する出力において結合されるダイオードブリッジＤを備える。ダイオードブリッジＤは、それらのカソードがバッテリ２の正の端子「＋」に結合される２つのダイオード、及びそれらのアノードがバッテリ２の負の端子「−」に結合される２つのダイオードを備える。

図１の中において示される実施例において、ブリッジ整流器８は、２つの制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２を備える中断手段１０に結合される。２つの制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２はそれぞれ、それらのアノードがバッテリ２の負の端子「−」に結合されるダイオードのうちの１つと並列に結合される。

充電システム１はまた、制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２の制御のために電力を提供する、制御コンデンサＣ_２ｆを備える。制御コンデンサＣ_２ｆは、ブリッジ整流器８の出力と並列に結合され、かつまた、リレー９を介してバッテリ２と結合される。それ故、１つのリレー９は、バッテリ９の「＋」又は「−」端子と、制御コンデンサＣ_２ｆの１つの端子との間に結合される。制御コンデンサＣ_２ｆは、非接触充電システム１の通常の作動の間に、言い換えると電気的不具合が存在しない場合、またブリッジ整流器８の出力電圧に対するフィルタリング及びスムージングコンデンサとして働く。

リレー９のうちの少なくとも１つがオープンしている場合、バッテリ２は、２次誘導性回路４から電気的に切断される。その後、制御コンデンサＣ_２ｆの端子にわたる電圧は、配送される電力を吸収するために、任意の負荷がもはや２次誘導性回路４に結合されていないとすれば、急速に増加する。制御電圧Ｃ_２ｆがトリガ閾値に到達する場合、制御された中断手段１０の制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２は、それらのアノードがバッテリ２の負の端子「−」に結合された２つのダイオードＤをショートさせるために、かつそれ故、２次誘導性回路４をショートさせるために、クローズされる。

それらのカソードがバッテリ２の正の端子「＋」と結合される２つのダイオードは、ショートしないので、バッテリ２は２次誘導性回路４から電気的に切断されたままである。

システム１はまた、例示された実施例において、正の端子「＋」と、この端子が結合されるリレー９との間に直列に結合されるヒューズ１１を備える。それ故、ヒューズ１１は、バッテリ２が、たとえブリッジ整流器８の構成要素に欠陥がある場合であっても、ショートしないことを保証する。

２次誘導性回路４のショートは、１次誘導性回路３の挙動に影響を与える。実際、１次誘導性回路３の中を流れる電流は、振幅及び波形の両方において修正される。

非接触充電システム１は、１次誘導性回路３の中を流れる電流Ｉ_１を測定する電流センサ１２を備える。２次誘導性回路４のショートは、電流の増加が見られるや否や検出される。

２次誘導性回路４のショートを原因とする電流の増加と、例えば、２つの誘導性回路３及び４を近づけるなどのような、環境の修正を原因とするシステムの共振周波数の修正とを混同しないために、検出閾値は、１次誘導性回路３のピーク電流よりも高くなるように選ばれる。

１次誘導性回路３によって配送される電力は、とりわけバッテリ２のインピーダンスが充電の際に変化するので、バッテリ２の充電のレベルの関数として変化し、かつバッテリ２によって必要とされる電力の設定ポイントは長期間にわたり変化し、一方、その電圧は充電の際に増加する。それ故、１次誘導性回路３の中を流れる電流Ｉ_１の振幅は、バッテリ２の充電のレベルの関数として変化する。２次誘導性回路４のショートに対する検出閾値はまた、検出の時間及び効率を最適化するために、バッテリ２の充電のレベルの関数として変化する。

例えば、図２の中において示されるように、１次誘導性回路３の共振周波数における電流に対する４０アンペアのピーク振幅に対して、検出のための電流閾値は、８０アンペアと等しく選ばれ得る。２次誘導性回路４がショートする場合、言い換えると、ショート設定ポイントに対応する電圧Ｖ_{ｃｃ＿２次}、すなわち一点鎖線が、０から１へ進む場合、１次誘導性回路３に流れ込む電流Ｉ_１の振幅、すなわち実線は、それが８０アンペアに到達するまで増加する。電流の振幅が８０アンペアに到達する場合、電力供給網５を介する１次誘導性回路３への電力の供給は中断される。図２の中のグラフにおいて、これは１次誘導性回路３の端子にわたる一定の電圧、すなわち破線に対応し、かつ１次誘導性回路３の中へ流れ組む電流Ｉ_１の振幅における降下に対応する。

図１の中で示される場合において、使用される電力供給網５はＤＣ電力供給ではなく整流器であり、１次誘導性回路３の中へ流れ込む電流の中にリップルが現れる。この場合、ネットワークの整流と関連するリップルを原因とする電流のピークは、２次誘導性回路４で生じる電気的不具合とリンクされる１次電流Ｉ_１のピークと混同されてはならない。この場合、検出閾値は、リップルを原因とする充電の中断というリスクを冒さないように、十分高いように選択され、かつ電流の測定は、電流の変動の決定を含む。決定された変動が、振動の期間と比較して非常に短い時間にわたる電流の増加に対応する場合、その後、１次誘導性回路３に対する電力供給は中断される。電流の急速な変動の検出は、例えばピーク検出によって取得されることができる。

図３は、本発明の一実施態様による、自動車のバッテリ２の充電のための安全な非接触方法の流れ図を示している。

バッテリ２が非接触充電システム１によって充電される場合、１次誘導性回路３は、バッテリ２に対する充電電流が２次誘導性回路４によって発生されることを可能にする、電力供給網５によって電磁力を供給する。

電気的不具合が自動車の中で、とりわけ自動車に設置搭載される充電回路の中で生じる場合、リレー９のうちの少なくとも１つは、バッテリ２を充電回路の残りから、とりわけ２次誘導性回路４から切り離すためにオープンすることができる。リレー９が、例えば、リレー９の機械的不具合のためにオープンしない場合、ヒューズ１１が、過電流の場合においてバッテリを保護し、かつバッテリが２次誘導性回路４から切断されることを可能にする。

バッテリ２の切断は、制御コンデンサＣ_２ｆの端子にわたる電圧における増加を発生させる。ステップ３１０において、制御コンデンサＣ_２ｆは、制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２をクローズするために、コマンドに対して電力を提供する。制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２をクローズすることは、２次誘導性回路４のショートをもたらす。

２次誘導性回路４のショートは、１次誘導性回路３と２次誘導性回路４との間の電磁相互作用の修正をもたらす。次のステップ３２０において、１次誘導性回路３における電流が測定され、その後ステップ３３０において、測定された電流は検出閾値と比較される。

測定された電流が閾値よりも低い場合、測定ステップ３２０が繰り返され、そうでなければステップ３４０において、１次誘導性回路３は電力供給網５から切断される。

本発明は、電気的不具合が自動車の中で生じる場合に、自動車に対する任意の損傷のリスクが生じる前に、地上の１次誘導性回路によって放出される電力を中断することを保証する、自動車のバッテリの非接触充電のためのシステムを提供する。

好適には、バッテリ２の充電の開始に先立って、２次誘導性回路４のショートの正しい作動がテストされる。例えば、充電作動の開始の前にバッテリ２のリレーがクローズされる場合、共振コンデンサＣ_２は２つの抵抗によって充電され、２つの抵抗はそれぞれコンデンサＣ_２に対してかつバッテリ２の正の端子に対して接続されるブリッジ整流器８のダイオードＤの端子にわたって接続され、かつバッテリ２の負の端子に対してかつ誘導子Ｌ_２に対して接続されるブリッジ整流器８のダイオードＤの端子にわたって接続される。その後、制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２は、２次誘導性回路４をショートさせるためにクローズされる。その後、２次誘導性回路４の中の電流が測定され、かつ２次誘導性回路４がショートしたことを証明するために、この測定された電流が所定の閾値よりも高いことが証明される。この場合、制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２は、バッテリ２の充電を可能にするために再オープンされる。

例えば、変形例として、バッテリ２のリレーが２次誘導性回路４のショートの正しい作動に対するこのテストの間にクローズされない場合、２次誘導性回路４は、例えば、自動車に搭載されている１４ボルトの供給源からコンデンサＣ_２ｆを充電することによって、安全な状態にされる。その後、２次誘導性回路４の中の電流が測定され、かつ２次誘導性回路４がショートしたことを証明するために、この測定された電流が所定の閾値よりも高いことが証明される。この場合、制御されたスイッチＳ_１及びＳ_２は、バッテリ２の充電を可能にするために再オープンされる。

Claims (11)

1. 自動車に設置搭載されるように設計され、ブリッジ整流器（８）を介してバッテリ（２）に結合される２次誘導性回路（４）、及び電気的不具合が前記自動車の中で生じる場合に、前記バッテリ（２）をショートさせることなしに、前記２次誘導性回路（４）をショートさせるように設計された制御された中断手段（１０）を備える、前記バッテリ（２）の充電のために電磁波を受信するための装置であって、リレー（９）を介して前記バッテリ（２）と並列に結合される前記制御された中断手段（１０）のための制御コンデンサ（Ｃ_２ｆ）を備えることを特徴とする、装置。
2. 前記バッテリ（２）の端子のうちの１つに結合される少なくとも１つのヒューズ（１１）を備える、請求項１に記載の受信装置。
3. 電力供給網（５）を介して電力供給される１次誘導性回路（３）を備える自動車のバッテリの充電のために電磁波を放出するための装置であって、制御手段が２次誘導性回路（４）のショートを検出する場合、前記１次誘導性回路（３）への電力供給を中断するように設計された前記制御手段を備えることを特徴とする、装置。
4. 前記１次誘導性回路（３）に結合され、かつ前記制御手段によって制御されるインバータ（７）であって、前記制御手段は前記１次誘導性回路（３）の中を流れる電流を測定するように設計された電流センサ（１２）を備える、インバータ（７）、並びに前記インバータ（７）のスイッチのオープン及びクローズを制御するように設計された電流の規制のための手段を備える、請求項４に記載の放出装置。
5. 自動車のバッテリ（２）の非接触充電のためのシステム（１）であって、前記自動車に設置搭載される請求項１又は２に記載の受信装置、及び前記自動車の外部に配置される請求項３又は４に記載の放出装置を備えることを特徴とする、システム（１）。
6. 前記制御手段は、前記バッテリ（２）の充電レベルに応じて、測定された電流を電流閾値と比較するように設計された比較モジュールを備える、請求項５に記載のシステム（１）。
7. 自動車の外部の１次誘導性回路（３）と前記自動車に設置搭載されかつバッテリ（２）に結合される２次誘導性回路（４）との間の電力の誘導移送によって、前記自動車の前記バッテリ（２）を充電するための安全な非接触方法であって、前記自動車の中で電気的不具合が生じる場合、前記２次誘導性回路（４）がショートし、かつ前記２次誘導性回路（４）のショートが検出される場合、電力供給網（５）から前記１次誘導性回路（３）を切断するためにコマンドが送られることを特徴とする、方法。
8. 前記２次誘導性回路（４）のショートは、リレー（９）を介して前記バッテリ（２）と並列に接続されるコンデンサ（Ｃ_２ｆ）の端子にわたる電圧を使用して制御される、請求項７に記載の方法。
9. 前記１次誘導性回路（３）の中を流れる電流が測定され、かつ前記２次誘導性回路（４）のショートが、前記１次誘導性回路（３）の中の電流の流れの変動に基づいて検出される、請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記１次誘導性回路（３）の中を流れる電流の測定は、前記１次誘導性回路（３）の共振周波数において実行される、請求項９に記載の方法。
11. 測定された電流は、前記バッテリ（２）の充電レベルに応じて、電流閾値と比較される、請求項９又は１０に記載の方法。
    

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