JP2017041932A - 充電リッド - Google Patents

Abstract

【課題】低コストかつ簡易な構成で接触充電と非接触充電（無接点充電）とを実施可能とする。【解決手段】充電リッド１２は、接続部１３と、受電コイル１４と、電力変換器１６とを備える。接続部１３は、インレット１８に接続されるように構成される。受電コイル１４は、送電コイル５２を含む車両外部の無接点送電器５１から出力される交流電力を磁界を通じて受電するように構成される。電力変換器１６は、受電コイル１４によって受電された交流電力をインレット１８が入力可能な電力に変換して接続部１３へ出力する。【選択図】図２

Description

この発明は、車両に設けられる充電リッドに関し、特に、充電コネクタを接続可能に構成された接触充電用のインレットに設けられる充電リッドに関する。

国際公開第２０１３／１１４５２２号パンフレット（特許文献１）は、車両用受電装置を開示する。この車両用受電装置においては、充電ケーブルのコネクタ（充電コネクタ）が車両の充電インレットに接続されることによって接触充電が行なわれる。また、この車両用受電装置においては、給電設備の送電部から出力される交流電力を受電部により磁界を通じて受電する無接点充電（非接触充電）も行なわれる（特許文献１参照）。

国際公開第２０１３／１１４５２２号パンフレット 特開昭６３−２４０３３１号公報

特許文献１に記載の車両用受電装置は、接触充電に加えて無接点充電（非接触充電）も実施可能であり、ユーザの利便性は高い。しかしながら、上記の車両用受電装置は、接触充電用のインレットから蓄電装置までの経路とは別に、無接点充電用の受電部から蓄電装置までの経路が別途設けられており、コストが増加するとともに回路も複雑になり得る。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストかつ簡易な構成で接触充電と無接点充電（非接触充電）とを実施可能とする充電リッドを提供することである。

この発明によれば、充電リッドは、充電コネクタを接続可能に構成された接触充電用のインレットに設けられる充電リッドであって、接続部と、受電コイルと、変換器とを備える。接続部は、インレットに接続されるように構成される。受電コイルは、送電コイルを含む車両外部の無接点送電器から出力される交流電力を磁界を通じて受電するように構成される。変換器は、受電コイルによって受電された交流電力をインレットが入力可能な電力に変換して接続部へ出力する。

この発明においては、充電リッドの接続部をインレットに接続することにより（充電リッド閉）、充電リッドを無接点充電（非接触充電）用の受電ポートとして用いることができる。また、充電リッドをインレットから取り外すことにより（充電リッド開）、充電コネクタをインレットに接続して接触充電を行なうこともできる。したがって、この発明によれば、インレット以降の回路構成を変更することなく、充電リッドの開閉によって接触充電と無接点充電（非接触充電）とを使い分けることができる。

この発明によれば、低コストかつ簡易な構成で接触充電と無接点充電（非接触充電）とを実施することができる。また、充電リッドが無接点充電用の受電ポートを兼ねるので、車両の美観が損なわれることもない。

この発明の実施の形態１に従う充電リッドが適用された車両充電システムの全体構成図である。 図１に示す車両充電システムの電気的な構成を示した図である。 閉じられた充電リッドに送電設備の無接点送電器を装着するための構成例を示した図である。 閉じられた充電リッドに送電設備の無接点送電器を装着するための他の構成例を示した図である。 変形例における車両充電システムの電気的な構成を示した図である。 実施の形態２における送電設備の構成を示した図である。 実施の形態３における車両充電システムの全体構成図である。 図７に示す車両充電システムの電気的な構成を示した図である。

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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う充電リッドが適用された車両充電システムの全体構成図である。図１を参照して、車両充電システム１は、車両１０と、送電設備５０とを備える。車両１０には、充電リッド１２が設けられている。充電リッド１２の内側には、充電コネクタを接続して車載の蓄電装置を充電するための接触充電用のインレットが設けられている（インレット及び蓄電装置については後述する。）。

充電リッド１２は、車両外部の送電設備５０から磁界を通じて供給される電力（高周波の交流電力）を無接点で受電可能に構成される（詳細は後述）。充電リッド１２は、それが閉じられているときは、充電リッド１２の内側においてインレットに電気的に接続されるように構成されており、送電設備５０から磁界を通じて受ける電力をインレットへ供給する。一方、充電リッド１２が開けられると、充電リッド１２がインレットから外れ、インレットに充電コネクタを接続することによって接触充電を行なうことができる。

送電設備５０は、無接点送電器５１と、充電ケーブル５６と、コントロールボックス５８と、電源プラグ６０とを含む。無接点送電器５１は、車両外部の電源（以下「外部電源」とも称する。）から供給される電力を充電ケーブル５６から受け、高周波の交流磁界を発生して無接点で充電リッド１２へ送電するように構成される。

コントロールボックス５８は、充電ケーブル５６と電源プラグ６０との間の電路上に設けられ、漏電等の異常が検知されると、内蔵のリレーを遮断する。また、コントロールボックス５８は、充電中や異常検出の状態表示を行なう。電源プラグ６０は、外部電源の電源コンセントに接続可能に構成され、外部電源から受ける電力をコントロールボックス５８へ出力する。

図２は、図１に示した車両充電システム１の電気的な構成を示した図である。図２を参照して、充電リッド１２は、接続部１３と、受電コイル１４と、電力変換器１６とを含む。接続部１３は、充電リッド１２が閉じられると、インレット１８に接続されるように構成される。なお、インレット１８は、図示しない充電コネクタを接続可能に構成されており、充電リッド１２が開けられた状態で、インレット１８に充電コネクタを接続して接触充電を行なうことができる。すなわち、充電リッド１２の接続部１３は、充電コネクタの接続部と同形状に構成される。

なお、充電リッド１２は、ヒンジによって開閉可能な構成であってもよいし、インレット１８に充電コネクタを接続して接触充電が行なわれるときは、車体から取り外される構成であってもよい。

受電コイル１４は、無接点送電器５１の送電コイル５２から出力される電力（交流）を磁界を通じて無接点で受電する。なお、特に図示しないが、受電コイル１４に直列又は並列に力率補償用のキャパシタを設けてもよい。

電力変換器１６は、受電コイル１４によって受電される交流電力をインレット１８が入力可能な電力に変換して接続部１３へ出力する。上述のように、インレット１８は、図示しない充電コネクタを接続して接触充電可能に構成されており、インレット１８が入力可能な電圧は、充電コネクタから供給される電圧（たとえば商用系統電圧）に設定されている。一方、無接点送電器５１の送電コイル５２と受電コイル１４との間で磁界を通じて送受される電力の周波数は、たとえば数十ｋＨｚの高周波である。そのため、電力変換器１６は、受電コイル１４によって受電される高周波の交流電力をインレット１８が入力可能な電力に変換する。この実施の形態１では、インレット１８は、商用周波数の交流電力を入力可能に構成されており、電力変換器１６は、受電コイル１４によって受電される高周波の交流電力を商用周波数の交流電力に変換して接続部１３へ出力する。

なお、電力変換器１６から出力される商用周波数の交流電力は、接続部１３を通じてインレット１８へ供給され、交流電力線２０を通じて車載充電器２２に供給される。車載充電器２２は、交流電力線２０から受ける交流電力を蓄電装置２４の電圧レベルに変換して蓄電装置２４へ出力する。

無接点送電器５１は、送電コイル５２と、電力変換器５４とを含む。電力変換器５４は、充電ケーブル５６から受ける商用周波数の交流電力を高周波の交流電力に変換して送電コイル５２へ出力する。送電コイル５２は、電力変換器５４から交流電力を受け、送電コイル５２の周囲に生成される磁界を通じて充電リッド１２の受電コイル１４へ無接点で送電する。

この車両１０においては、インレット１８が設けられており、インレット１８に充電コネクタを接続して接触充電を行なうことができる。一方、接触充電に加えて、送受電コイルを用いた無接点充電（非接触充電）も実施可能であれば、ユーザの利便性は高まる。しかしながら、インレット１８から蓄電装置２４（又は車載充電器２２）までの経路とは別に、無接点充電用に受電コイルから蓄電装置２４（又は車載充電器２２）までの経路が別途設けられると、コストが増加するとともに回路も複雑になり得る。

そこで、この実施の形態１では、無接点充電用の受電ポートとして兼用される充電リッド１２が設けられる。充電リッド１２は、閉じられた状態では、接続部１３がインレット１８に接続されるように構成されており、受電コイル１４により受電される電力を電力変換器１６によりインレット１８が入力可能な電力にしてインレット１８へ供給する。一方、充電リッド１２が開けられると、インレット１８の接点が露出し、図示しない接触充電用の充電コネクタをインレット１８に接続することにより接触充電を行なうことができる。

したがって、この実施の形態１に従う充電リッド１２によれば、インレット１８以降の回路構成（交流電力線２０及び車載充電器２２）を変更することなく、充電リッド１２の開閉によって接触充電と無接点充電（非接触充電）とを使い分けることができる。

図３は、閉じられた充電リッド１２に送電設備５０の無接点送電器５１を装着するための構成例を示した図である。図３を参照して、充電リッド１２は、外表面側に磁石７２，７４を備える。一方、無接点送電器５１も、充電リッド１２への装着時に充電リッド１２の磁石７２，７４に対向する位置に磁石７６，７８を備える。磁石７２，７４と磁石７６，７８との間に生じる吸引力によって、充電リッド１２の外表面に無接点送電器５１を貼り付けて固定することができる。

このような構成とすることにより、充電リッド１２への無接点送電器５１の着脱を容易に行なうことができる。また、充電ケーブル５６に大きな張力が生じた場合に（充電ケーブル５６に足が引っかかった場合等）、無接点送電器５１が充電リッド１２から容易に外れるので、充電リッド１２や送電設備５０が損傷するのを防止することができる。

なお、磁石の数は任意である。また、充電リッド１２の外表面を鉄等の磁性材料によって構成すれば、充電リッド１２側の磁石７２，７４を不要にしてもよい。また、無接点送電器５１の送電面側に鉄等の磁性材料を設けることができれば、無接点送電器５１側の磁石７６，７８を不要にしてもよい。

図４は、閉じられた充電リッド１２に送電設備５０の無接点送電器５１を装着するための他の構成例を示した図である。図４を参照して、充電リッド１２は、ポケット部１５を備える。ポケット部１５は、無接点送電器５１を収容し、無接点送電器５１の送電コイル５２（図２）が充電リッド１２の受電コイル１４（図２）と対向する位置に配設されるように構成される。

図３，図４に示されるような構成により、充電リッド１２と無接点送電器５１との位置合わせを容易にすることができる。また、充電ケーブル５６に大きな張力が生じた場合に無接点送電器５１が充電リッド１２から容易に外れるので、充電リッド１２や送電設備５０が損傷するのを防止することができる。

以上のように、この実施の形態１においては、充電リッド１２の接続部１３をインレット１８に接続することにより（充電リッド閉）、充電リッド１２を無接点充電（非接触充電）用の受電ポートとして用いることができる。また、充電リッド１２をインレット１８から取り外すことにより（充電リッド開）、充電コネクタをインレット１８に接続して接触充電を行なうこともできる。したがって、この実施の形態１によれば、インレット１８以降の回路構成を変更することなく、充電リッド１２の開閉によって接触充電と無接点充電（非接触充電）とを使い分けることができる。

このように、この実施の形態１によれば、低コストかつ簡易な構成で接触充電と無接点充電（非接触充電）とを実施することができる。また、充電リッド１２が無接点充電用の受電ポートを兼ねるので、車両１０の美観が損なわれることもない。

［変形例］
上記の実施の形態１では、インレット１８は、商用周波数の交流電力を入力可能に構成され、充電リッド１２は、そのようなインレット１８に接続可能な構成を有するものとしたが、直流（ＤＣ）充電用のインレットに対しても同様の充電リッドを構成することができる。

図５は、この変形例における車両充電システムの電気的な構成を示した図である。図５を参照して、この変形例における車両充電システムは、図２に示した実施の形態１の構成において、充電リッド１２に代えて充電リッド３２を備え、インレット１８、交流電力線２０及び車載充電器２２に代えて、インレット３８及び直流電力線４０を備える。

この変形例における車両充電システムでは、ＤＣ充電が行なわれる。すなわち、インレット３８は、図示しないＤＣ充電用のコネクタを接続可能に構成されており、インレット３８にＤＣ充電用コネクタを接続することによってＤＣ充電を行なうことができる。

充電リッド３２は、接続部３３と、受電コイル３４と、電力変換器３６とを含む。接続部３３は、充電リッド３２が閉じられると、インレット３８に接続されるように構成される。上述のように、インレット３８は、図示しないＤＣ充電用コネクタを接続可能に構成されており、充電リッド３２の接続部３３は、ＤＣ充電用コネクタの接続部と同形状に構成される。

なお、この充電リッド３２も、ヒンジによって開閉可能な構成であってもよいし、インレット３８にＤＣ充電用コネクタを接続してＤＣ接触充電が行なわれるときに、車体から取り外される構成であってもよい。

受電コイル３４は、無接点送電器５１の送電コイル５２から出力される電力（交流）を磁界を通じて無接点で受電する。なお、特に図示しないが、受電コイル３４に直列又は並列に力率補償用のキャパシタを設けてもよい。

電力変換器３６は、受電コイル３４によって受電される交流電力をインレット３８が入力可能な直流電力に変換して接続部３３へ出力する。上述のように、インレット３８は、図示しないＤＣ充電用コネクタを接続してＤＣ接触充電可能に構成されており、インレット３８が入力可能な電力は直流電力である。一方、無接点送電器５１の送電コイル５２と受電コイル３４との間で磁界を通じて送受される電力の周波数は、たとえば数十ｋＨｚの高周波である。そのため、電力変換器３６は、受電コイル１４によって受電された高周波の交流電力を直流電力に変換して接続部３３へ出力する。なお、電力変換器３６から出力される直流電力は、接続部３３を通じてインレット３８へ供給され、直流電力線４０を通じて蓄電装置２４へ供給される。

この変形例では、無接点充電用の受電ポートとして兼用される充電リッド３２が設けられる。充電リッド３２は、閉じられた状態では、接続部３３がインレット３８に接続されるように構成されており、受電コイル３４により受電される電力を電力変換器３６により直流電力に変換にしてインレット３８へ供給する。一方、充電リッド３２が開けられると、インレット３８の接点が露出し、図示しないＤＣ充電用コネクタをインレット３８に接続することによってＤＣ充電を行なうことができる。

この変形例に従う充電リッド３２によれば、インレット３８以降の回路構成を変更することなく、充電リッド１２の開閉によってＤＣ充電（接触充電）と無接点充電（非接触充電）とを使い分けることができる。

［実施の形態２］
この実施の形態２では、接触充電用の充電コネクタ及び充電ケーブルを無接点充電の実施に流用可能な構成が示される。

図６は、実施の形態２における送電設備の構成を示した図である。図６を参照して、この送電設備５０Ａは、無接点送電器５１と、充電ケーブル５６と、変換アダプタ６２と、充電コネクタ６４と、コントロールボックス５８と、電源プラグ６０とを含む。

無接点送電器５１、充電ケーブル５６、コントロールボックス５８、及び電源プラグ６０は、図１で説明したとおりである。

変換アダプタ６２は、充電ケーブル５６に接続され、充電コネクタ６４を接続可能に構成される。なお、インレット１８も、充電コネクタ６４を接続可能に構成されている。すなわち、変換アダプタ６２の充電コネクタ６４との接続部は、インレット１８の接続部と同形状に構成される。

充電コネクタ６４は、電力ケーブルを介してコントロールボックス５８に接続される。充電コネクタ６４が変換アダプタ６２に接続されると、無接点送電器５１がコントロールボックス５８と電気的に接続され、無接点送電器５１は、電源プラグ６０が外部電源から受ける電力（交流）をコントロールボックス５８及び充電ケーブル５６を通じて受けることができる。

なお、車両側の構成については、実施の形態１で説明した充電リッド１２及びインレット１８を採用することができる。

このような構成とすることにより、充電コネクタ６４、コントロールボックス５８及び電源プラグ６０から成る接触充電用の送電設備を、無接点送電器５１を用いた無接点充電の実施に流用することができる。

なお、ＤＣ充電が行なわれる車両に対しても、同様の構成を採用し得る。すなわち、送電設備５０Ｂは、無接点送電器５１と、充電ケーブル５６と、変換アダプタ６６と、充電コネクタ６８と、コントロールボックス５８と、電源プラグ６０とを含む。

変換アダプタ６６は、充電ケーブル５６に接続され、ＤＣ充電用の充電コネクタ６８を接続可能に構成される。なお、車両のインレット３８も、ＤＣ充電用の充電コネクタ６８を接続可能に構成されている。すなわち、変換アダプタ６６の充電コネクタ６８との接続部は、ＤＣ充電用のインレット３８の接続部と同形状に構成される。

充電コネクタ６８は、ＤＣ充電用の充電コネクタであり、電力ケーブルを介してコントロールボックス５８に接続される。充電コネクタ６８が変換アダプタ６６に接続されると、無接点送電器５１がコントロールボックス５８と電気的に接続され、無接点送電器５１は、電源プラグ６０が受ける直流電力をコントロールボックス５８及び充電ケーブル５６を通じて受けることができる。

なお、車両側の構成については、上記の変形例で説明した充電リッド３２及びインレット３８を採用することができる。

以上のように、この実施の形態２によれば、接触充電用の充電コネクタ及び充電ケーブルを無接点充電の実施に流用することができるので、送電設備のコストを低減することができる。

［実施の形態３］
上記の実施の形態１（実施の形態２）では、受電コイル１４（３４）及び電力変換器１６（３６）が充電リッド１２（３２）内に設けられ、充電リッド１２（３２）が無接点充電用の受電ポートとして兼用されるものとした。この実施の形態３では、受電コイル１４（３４）及び電力変換器１６（３６）によって構成される無接点充電用の受電ポートが、充電リッド１２（３２）と異なる位置に設けられる。

図７は、この実施の形態３における車両充電システムの全体構成図である。図７を参照して、この車両充電システム１Ａは、車両１０Ａと、送電設備５０とを備える。車両１０Ａには、充電リッド４２と、受電ポート４４とが設けられている。充電リッド４２の内側には、充電コネクタを接続して車載の蓄電装置を充電するための接触充電用のインレットが設けられている（図示せず）。

受電ポート４４は、車体表面に設けられており、車両外部の送電設備５０から磁界を通じて供給される電力（高周波の交流電力）を無接点で受電可能に構成される。この受電ポート４４は、充電リッド４２を通じて接触充電用のインレットと電気的に接続され得る。すなわち、受電ポート４４は、充電リッド４２と電気的に接続されている。そして、充電リッド４２は、それが閉じられているときは、充電リッド４２の内側においてインレットと電気的に接続されるように構成されており、受電ポート４４によって受電された電力をインレットへ供給する。一方、充電リッド４２が開けられると、充電リッド４２がインレットから外れ、インレットに充電コネクタを接続することによって接触充電を行なうことができる。

なお、送電設備５０の構成は、実施の形態１で説明したとおりである。すなわち、送電設備５０の無接点送電器５１は、外部電源から供給される電力を充電ケーブル５６から受け、高周波の交流磁界を発生して無接点で受電ポート４４へ送電するように構成される。

図８は、図７に示した車両充電システム１Ａの電気的な構成を示した図である。図８を参照して、充電リッド４２は、接続部４３を含む。接続部４３は、交流電力線４７を通じて受電ポート４４と電気的に接続される。また、接続部４３は、充電リッド４２が閉じられると、インレット１８に接続されるように構成される。なお、上述のように、インレット１８は、図示しない充電コネクタを接続可能に構成されており、充電リッド４２が開けられた状態で、インレット１８に充電コネクタを接続して接触充電を行なうことができる。すなわち、充電リッド４２の接続部４３は、充電コネクタの接続部と同形状に構成される。

なお、充電リッド４２も、ヒンジによって開閉可能な構成であってもよいし、インレット１８に充電コネクタを接続して接触充電が行なわれるときに車体から取り外される構成であってもよい。

受電ポート４４は、受電コイル４５と、電力変換器４６とを含む。受電コイル４５は、無接点送電器５１の送電コイル５２から出力される電力（交流）を磁界を通じて無接点で受電する。なお、特に図示しないが、受電コイル４５に直列又は並列に力率補償用のキャパシタを設けてもよい。

電力変換器４６は、受電コイル４５によって受電される交流電力をインレット１８が入力可能な電力に変換し、交流電力線４７を通じて充電リッド４２の接続部４３へ出力する。したがって、充電リッド４２が閉じられた状態において、受電コイル４５によって受電された電力は、電力変換器４６、交流電力線４７及び充電リッド４２を通じてインレット１８へ供給される。

なお、インレット１８から蓄電装置２４の回路構成は、図２に示した実施の形態１の構成と同じである。また、受電ポート４４に送電設備５０の無接点送電器５１を装着するための構成についても、図３，４に示した構成を採用することができる。

また、特に図示しないが、ＤＣ充電用の車両充電システムにも同様の構成を適用可能である。すなわち、図５に示したインレット３８及び直流電力線４０を備えた車両に対して、無接点充電用の受電ポートを充電リッドと異なる位置に設けてもよい。なお、この場合、充電リッドは、ＤＣ接触充電用のインレット３８に接続可能に構成され、受電ポートは、受電コイルによって受電された交流電力をインレット３８が入力可能な直流電力に変換する電力変換器を含んで構成される。

以上のように、この実施の形態３においては、無接点充電用の受電ポート４４を充電リッド４２と異なる位置に設けることができる。したがって、この実施の形態３によれば、送電設備５０の配置に合わせて、車両１０Ａの車体表面の任意の位置に受電ポート４４を配置することができる。

なお、上記の各実施の形態においては、外部電源から車載の蓄電装置２４を充電する車両充電システムについて説明したが、この発明は、車両から車両外部の電気負荷や電源等へ電力を供給可能な給電システムにも適用可能である。すなわち、上記の各実施の形態で説明した構成は、車両から車両外部へ給電する給電システムにも同様に適用可能である。

なお、上記の各実施の形態において、送電設備５０の送電コイル５２から車両側の受電コイル１４（３４，４５）への電力伝送方式は特に限定されない。すなわち、送電コイル５２から受電コイル１４（３４，４５）への電力伝送には、電磁誘導や所謂共鳴法等の非接触電力伝送方式を採用することができる。

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及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。

１，１Ａ 車両充電システム、１０，１０Ａ 車両、１２，３２，４２ 充電リッド、１３，３３，４３ 接続部、１４，３４，４５ 受電コイル、１５ ポケット部、１６，３６，４６，５４ 電力変換器、１８，３８ インレット、２０，４７ 交流電力線、２２ 車載充電器、２４ 蓄電装置、４０ 直流電力線、４４ 受電ポート、５０，５０Ａ，５０Ｂ 送電設備、５１ 無接点送電器、５２ 送電コイル、５６ 充電ケーブル、５８ コントロールボックス、６０ 電源プラグ、６２，６６ 変換アダプタ、６４，６８ 充電コネクタ、７２，７４，７６，７８ 磁石。

Claims (1)

1. 充電コネクタを接続可能に構成された接触充電用のインレットに設けられる充電リッドであって、
   前記インレットに接続されるように構成された接続部と、
   送電コイルを含む車両外部の無接点送電器から出力される交流電力を磁界を通じて受電するように構成された受電コイルと、
   前記受電コイルによって受電された交流電力を前記インレットが入力可能な電力に変換して前記接続部へ出力する変換器とを備える充電リッド。

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