JP2017139854A - 受電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電装置から非接触で受電する受電コイルと、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサとの間に受電電力を消費する負荷が接続されていたとしても、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサにより受電電力を精度良く算出することができる受電装置を提供する。【解決手段】エアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０（負荷）は、受電コイル３１２と蓄電装置３６０との間の電路に接続される。リレー回路３４５，３５５は、上記電路と負荷との間に設けられる。充電ＥＣＵ３７０は、受電コイル３１２による受電中に電圧センサ３９０及び電流センサ３９２の出力から受電電力を算出する。充電ＥＣＵ３７０は、受電コイル３１２による受電中にリレー回路３４５，３５５を開放する。【選択図】図１

Description

この発明は、受電装置に関し、特に、送電装置から非接触で受電する受電装置に関する。

送電装置から非接触で受電する受電装置が知られている（特許文献１〜６参照）。たとえば、特許第５４１８５８３号（特許文献１）に開示される車両（受電装置）においては、送電装置から非接触で受電した電力により、車載の蓄電装置の充電が行なわれる。蓄電装置の充電は、地面に設置された送電装置に対する車両の位置合わせ後に開始される。送電装置に対する車両の位置合わせ時には、蓄電装置の充電時に送電装置から車両に送電される電力よりも小さい電力（以下、「微弱電力」とも称する。）が送電装置から車両に送電される。車両は、送電装置から受電した電圧を検知する電圧センサを備える。この車両においては、微弱電力送電時の電圧センサの出力を監視することにより、送電装置に対する車両の位置合わせが完了したか否かが判定される（特許文献１参照）。

特許第５４１８５８３号 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

車載蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）を推定するために、蓄電装置には電圧センサ及び電流センサが設けられる。上記特許文献１に開示される車両においては、送電装置から受電した電圧を検知するための電圧センサが、蓄電装置の電圧センサとは別に設けられている。たとえば、車両の低コスト化のために、送電装置から受電した電力を算出するための電圧センサ及び電流センサを特別には設けずに、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサを用いて受電電力を算出することが考えられる。

しかしながら、送電装置から非接触で受電する受電コイルと、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサとの間の電路上に受電電力を消費する負荷が接続されている場合には、受電電力の一部が負荷により消費されてしまい、受電電力を精度良く算出できない可能性がある。

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って、その目的は、送電装置から非接触で受電する受電コイルと、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサとの間に受電電力を消費する負荷が接続されていたとしても、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサにより受電電力を精度良く算出することができる受電装置を提供することである。

この発明に従う受電装置は、受電コイルと、蓄電装置と、電圧センサと、電流センサと、負荷と、リレーと、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置の送電コイルから非接触で受電する。蓄電装置は、受電コイルにより受電された電力を蓄える。電圧センサは、蓄電装置の電圧を検知する。電流センサは、蓄電装置に対して入出力される電流を検知する。負荷は、受電コイルと蓄電装置との間の電路に接続される。リレーは、受電コイルと蓄電装置との間の電路と負荷との間に設けられる。制御装置は、受電コイルによる受電中に電圧センサ及び電流センサの出力から受電電力を算出する。制御装置は、受電コイルによる受電中にリレーを開放する。

この受電装置においては、受電コイルによる受電中に、受電コイル及び蓄電装置の間の電路と負荷との間に設けられたリレーが開放される。したがって、この受電装置においては、受電電力の一部が負荷により消費されることはない。その結果、この受電装置によれば、蓄電装置の電圧及び電流をそれぞれ検知する電圧センサ及び電流センサの出力に基づいて受電電力を精度良く算出することができる。

この発明によれば、送電装置から非接触で受電する受電コイルと、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサとの間に受電電力を消費する負荷が接続されていたとしても、蓄電装置の電圧センサ及び電流センサにより受電電力を精度良く算出することができる受電装置を提供することができる。

非接触電力伝送システムの全体構成図である。 図１に示した送電部及び受電部の回路構成の一例を示した図である。 リレー回路制御の処理手順を示すフローチャートである。

以下、この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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

（非接触電力伝送システムの構成）
図１は、この発明の実施の形態による受電装置が適用され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、この非接触電力伝送システム１は、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、たとえば、送電装置１０から供給された電力を用いて走行可能な車両等に搭載される。

送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２とをさらに含む。

ＰＦＣ回路２１０は、交流電源１００（たとえば系統電源）から受ける交流電力を整流及び昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。

インバータ２２０は、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の伝送周波数を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２２０によって生成された送電電力は、フィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ供給される。インバータ２２０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。

フィルタ回路２３０は、インバータ２２０と送電部２４０との間に設けられ、インバータ２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２３０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。

送電部２４０は、伝送周波数を有する交流電力（送電電力）をインバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて受け、送電部２４０の周囲に生成される電磁界を通じて、受電装置２０の受電部３１０（後述）へ非接触で送電する。送電部２４０は、たとえば、受電部３１０へ非接触で送電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成される。

電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０の出力電流を検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０へ供給される送電電力（すなわち、送電部２４０から受電装置２０へ出力される電力）が検出される。

電源ＥＣＵ２５０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）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、インバータ２２０が送電電力（交流）を生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を行なう。

また、電源ＥＣＵ２５０は、受電装置２０を搭載した車両が送電装置１０に対して位置合わせを行なう時に、インバータ２２０が微弱電力を生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を行なう。微弱電力は、蓄電装置３６０（後述）の充電のために送電装置１０から受電装置２０に送電される電力よりも小さい電力である。送電装置１０による微弱電力の送電中に、受電装置２０において微弱電力の受電状況が監視されることにより、送電装置１０に対する車両の位置合わせが完了したか否かが判定される。たとえば、送電装置１０から送電された微弱電力の８０％以上の電力が受電装置２０において受電された場合に位置合わせが完了したと判定される。

通信部２６０は、受電装置２０の通信部３８０（後述）と無線通信するように構成される。通信部２６０は、電源ＥＣＵ２５０において算出される送電電力（上述の微弱電力を含む）の実績値を送信したり、受電装置２０から送信される送電電力の目標値（目標電力）を受信するほか、送電の開始／停止や受電装置２０の受電状況等の情報を受電装置２０とやり取りする。

一方、受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流器３３０と、エアコン３４０と、ＤＣＤＣコンバータ３５０と、リレー回路３４５，３５５と、蓄電装置３６０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３７０と、通信部３８０と、電圧センサ３９０と、電流センサ３９２とをさらに含む。

受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流）を非接触で受電する。受電部３１０は、たとえば、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成される。受電部３１０は、受電した電力をフィルタ回路３２０を通じて整流器３３０へ出力する。

フィルタ回路３２０は、受電部３１０と整流器３３０との間に設けられ、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３２０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。整流器３３０は、受電部３１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３６０へ出力する。なお、詳細については後述するが、受電部３１０の受電時はリレー回路３４５，３５５が開放されるため、整流器３３０の出力電力は、エアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０には供給されない。

エアコン３４０は、車室内の空気調節を行なうための装置である。エアコン３４０は、受電装置２０が搭載された車両内の温度を低下させたり上昇させたりすることができる。エアコン３４０は、リレー回路３４５を通じて、電力線対３３２に接続される。

ＤＣＤＣコンバータ３５０は、電力線対３３２からの入力電力を降圧し、補機（不図示）用の動作電源電圧を生成する。この動作電源電圧により、補機（たとえば、オーディオ機器、ヘッドライト、室内灯等）を作動させることができる。ＤＣＤＣコンバータ３５０は、リレー回路３５５を通じて、電力線対３３２に接続される。

リレー回路３４５は、電力線対３３２とエアコン３４０との間に設けられ、リレー回路３５５は、電力線対３３２とＤＣＤＣコンバータ３５０との間に設けられる。リレー回路３４５，３５５は、充電ＥＣＵ３７０からの指示に従って接続状態（閉成／開放）を切り替える。上述の通り、この実施の形態においては、受電部３１０の受電中は、リレー回路３４５，３５５は開放される。この理由については後程詳しく説明する。

蓄電装置３６０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３６０は、整流器３３０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置３６０は、その蓄えられた電力をエアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０の他、図示しない負荷駆動装置等へ供給する。

電圧センサ３９０は、蓄電装置３６０の電圧を検知する。電流センサ３９２は、蓄電装置３６０に対して入出力される電流を検知する。電圧センサ３９０及び電流センサ３９２による検知結果は、充電ＥＣＵ３７０に出力される。電圧センサ３９０及び電流センサ３９２の検知結果に基づいて、蓄電装置３６０のＳＯＣが充電ＥＣＵ３７０により推定される。この実施の形態に従う受電装置２０において、電圧センサ３９０は、さらに整流器３３０の出力電圧（受電電圧）を検知する。また、電流センサ３９２は、さらに整流器３３０の出力電流（受電電流）を検知する。電圧センサ３９０及び電流センサ３９２によりそれぞれ検知された受電電圧及び受電電流に基づいて、受電電力が充電ＥＣＵ３７０により算出される。すなわち、この実施の形態に従う受電装置２０においては、蓄電装置３６０の電圧を検知するための電圧センサ３９０が受電電圧の検知にも用いられ、蓄電装置３６０に生じる電流を検知するための電流センサ３９２が受電電流の検知にも用いられる。

充電ＥＣＵ３７０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）、各種センサや機器からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。充電ＥＣＵ３７０は、たとえば上述のように、電圧センサ３９０及び電流センサ３９２の検知結果に基づいて、受電部３１０による受電電力を算出する。具体的には、充電ＥＣＵ３７０は、電圧センサ３９０の検知結果と電流センサ３９２の検知結果との積を求めることにより、受電部３１０による受電電力を算出する。また、充電ＥＣＵ３７０は、上述のように、電圧センサ３９０及び電流センサ３９２の検知結果に基づいて、蓄電装置３６０のＳＯＣを推定する。

通信部３８０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成される。通信部３８０は、送電電力（上述の微弱電力を含む）の実績値を受信したり、充電ＥＣＵ３７０において生成される送電電力の目標値（目標電力）を送電装置１０へ送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を送電装置１０へ送信したりする。

図２は、図１に示した送電部２４０及び受電部３１０の回路構成の一例を示した図である。図２を参照して、送電部２４０は、送電コイル２４２と、送電コイル２４２に直列に接続されたキャパシタ２４４とを含む。受電部３１０は、受電コイル３１２と、受電コイル３１２に直列に接続されたキャパシタ３１４とを含む。

再び図１を参照して、この非接触電力伝送システム１においては、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ送電電力（交流）が供給される。送電部２４０及び受電部３１０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２４０及び受電部３１０の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。

送電装置１０において、インバータ２２０から送電部２４０へ送電電力が供給されると、送電部２４０の送電コイル２４２と受電部３１０の受電コイル３１２との間に形成される電磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路３２０及び整流器３３０を通じて蓄電装置３６０へ供給される。

（蓄電装置のセンサ出力に基づく受電電力の算出）
以上のように、この実施の形態に従う受電装置２０においては、蓄電装置３６０の電圧を検知するための電圧センサ３９０が受電電圧の検知にも用いられ、蓄電装置３６０に生じる電流を検知するための電流センサ３９２が受電電流の検知にも用いられる。そして、受電部３１０と蓄電装置３６０との間にはエアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０が接続されている。したがって、仮に受電部３１０の受電時にリレー回路３４５，３５５が閉成されると、受電部３１０による受電電力の一部がエアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０（ＤＣＤＣコンバータ３５０に接続される補機）により消費されてしまい、電圧センサ３９０及び電流センサ３９２によって受電電圧及び受電電流を精度良く検知できない可能性がある。

そこで、この実施の形態に従う受電装置２０においては、受電部３１０による受電中には充電ＥＣＵ３７０によりリレー回路３４５，３５５が開放される。したがって、受電部３１０による受電中に、エアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０により受電電力の一部が消費されない。その結果、受電装置２０によれば、蓄電装置３６０の電圧及び電流をそれぞれ検知する電圧センサ３９０及び電流センサ３９２の出力に基づいて受電電力を精度良く算出することができる。以下、リレー回路３４５，３５５の制御の具体的処理手順について説明する。

（リレー回路制御の処理手順）
図３は、リレー回路３４５，３５５の制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、充電ＥＣＵ３７０により繰り返し実行される。

図３を参照して、充電ＥＣＵ３７０は、通信部３８０と通信部２６０との間で無線通信が確立されているか否かを判定する（ステップＳ１００）。無線通信が確立されていないと判定されると（ステップＳ１００においてＮＯ）、非接触電力伝送が行なわれることはないため、充電ＥＣＵ３７０は、リレー回路３４５，３５５の閉成を許可する（ステップＳ１１０）。その後、処理はリターンに移行する。

無線通信が確立されていると判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ３７０は、電圧センサ３９０及び／又は電流センサ３９２の出力に基づいて、受電部３１０による受電中か否かを判定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０においては、受電部３１０が蓄電装置３６０の充電のための電力を受電している場合、及び、受電部３１０が車両の位置合わせのための微弱電力を受電している場合に、受電部３１０の受電中であると判定される。

受電部３１０が受電中でないと判定されると（ステップＳ１２０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ３７０は、リレー回路３４５，３５５の閉成を許可する（ステップＳ１１０）。その後、処理はリターンに移行する。

受電部３１０が受電中であると判定されると（ステップＳ１２０においてＹＥＳ）、受電電力の一部がエアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０によって消費されないようにするために、充電ＥＣＵ３７０は、リレー回路３４５，３５５を開放し、閉成を許可しない（ステップＳ１３０）。その後、処理はリターンに移行する。

このように、この実施の形態に従う受電装置２０において、充電ＥＣＵ３７０は、受電部３１０の受電中にリレー回路３４５，３５５を開放する。これにより、受電装置２０によれば、蓄電装置３６０の電圧及び電流をそれぞれ検知する電圧センサ３９０及び電流センサ３９２の出力に基づいて受電電力を精度良く算出することができる。

なお、この実施の形態においては、受電部３１０が蓄電装置３６０の充電のための電力を受電している場合と、受電部３１０が車両の位置合わせのための微弱電力を受電している場合との両方の場合において、リレー回路３４５，３５５が開放された（閉成が許可されない）。

しかしながら、リレー回路３４５，３５５の開放のタイミングはこれに限定されない。たとえば、受電部３１０が蓄電装置３６０の充電のための電力を受電している場合にはリレー回路３４５，３５５の閉成を許可し、受電部３１０が微弱電力を受電している場合にのみリレー回路３４５，３５５を開放する（閉成を許可しない）こととしてもよい。蓄電装置３６０の充電のための電力は、エアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０において消費される電力に比べて遥かに大きく、仮に受電電力の一部がエアコン３４０及びＤＣＤＣコンバータ３５０において消費されたとしても、電圧センサ３９０及び電流センサ３９２における検知結果にほとんど影響を与えないからである。

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説明ではなく、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。

１ 非接触電力伝送システム、１０ 送電装置、２０ 受電装置、１００ 交流電源、２１０ ＰＦＣ、２２０ インバータ、２３０ フィルタ回路、２４０ 送電部、２４２ 送電コイル、２４４，３１４ キャパシタ、２５０ 電源ＥＣＵ、２６０，３８０ 通信部、２７０，３９０ 電圧センサ、２７２，３９２ 電流センサ、３１０ 受電部、３２０ フィルタ回路、３３０ 整流器、３３２ 電力線対、３４０ エアコン、３４５，３５５ リレー回路、３５０ ＤＣＤＣコンバータ、３６０ 蓄電装置、３７０ 充電ＥＣＵ。

Claims (1)

1. 送電装置の送電コイルから非接触で受電する受電コイルと、
   前記受電コイルにより受電された電力を蓄える蓄電装置と、
   前記蓄電装置の電圧を検知する電圧センサと、
   前記蓄電装置に対して入出力される電流を検知する電流センサと、
   前記受電コイルと前記蓄電装置との間の電路に接続される負荷と、
   前記電路と前記負荷との間に設けられたリレーと、
   前記受電コイルによる受電中に前記電圧センサ及び前記電流センサの出力から受電電力を算出する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記受電コイルによる受電中に前記リレーを開放する、受電装置。

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