JP2018126018A - 受電装置及び送電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】送電装置から受電装置への非接触での送電の開始後に、受電装置が十分に受電できなくなる可能性を低減可能な技術を提供する。【解決手段】ECU140は、上述の所定パラメータ(受電効率)が所定範囲内に収まっているか否かに従って、非接触電力伝送の可否(受電部110による受電の可否)を判定する。そして、ECU140は、蓄電装置150の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って上記所定範囲を修正する。この車両100によれば、非接触電力伝送の可否判定において受電部110及び送電部210に含まれる素子の特性変化が考慮されるため、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。【選択図】図1

Description

本開示は、受電装置及び送電装置に関し、特に、受電装置における受電効率と相関を有するパラメータに従って非接触電力伝送の可否を判定する技術に関する。
送電装置から受電装置に非接触で送電する非接触電力伝送システムが知られている(特許文献1〜6参照)。送電装置は送電コイルを含み、受電装置は受電コイルを含む。
特開2015−144529号公報(特許文献1)に開示される非接触電力伝送システムにおいては、送電装置に対する受電装置の位置合わせが行なわれた後に、送電装置から受電装置への送電が可能か否かが判定される。具体的には、送電装置に対する受電装置の相対的な位置が所定条件を満たすか否かによって、送電装置から受電装置への送電が可能か否かが判定される(特許文献1参照)。
特開2015−144529号公報 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
送電装置から受電装置への非接触での送電が開始されると、送電装置及び受電装置に含まれる一部の素子が発熱し、素子の特性が変化する。したがって、送電開始前においては受電装置が十分な電力を受電できると判定されていたとしても、送電開始後の素子特性の変化によって、送電開始後に受電装置が十分な電力を受電できなくなることも考えられる。上記特許文献1においては、このような送電開始後の素子特性の変化について特に考慮されていない。
本開示は、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、送電装置から受電装置への非接触での送電の開始後に、受電装置が十分に受電できなくなる可能性を低減可能な技術を提供することである。
本開示の受電装置は、受電コイルと、蓄電装置と、制御装置とを備える。受電コイルは、送電装置から非接触で受電するように構成されている。蓄電装置は、受電コイルによって受電された電力を蓄えるように構成されている。制御装置は、受電コイルによる受電効率と相関を有するパラメータが所定範囲内に収まっているか否かに従って、受電コイルによる受電の可否を判定するように構成されている。制御装置は、受電コイルにより受電された電力を用いた蓄電装置の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って上記所定範囲を修正する。
また、本開示の送電装置は、送電コイルと、制御装置とを備える。送電コイルは、受電装置に非接触で送電するように構成されている。制御装置は、受電装置による受電効率と相関を有するパラメータが所定範囲内に収まっているか否かに従って、送電コイルによる送電の可否を判定するように構成されている。受電装置は、受電コイルと、蓄電装置とを備える。受電コイルは、送電コイルから非接触で受電するように構成されている。蓄電装置は、受電コイルによって受電された電力を蓄えるように構成されている。制御装置は、受電コイルにより受電された電力を用いた蓄電装置の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って上記所定範囲を修正する。
蓄電装置の充電に要する時間が長い場合や外気温が高い場合には、非接触電力伝送中に送電装置及び受電装置に含まれる素子の温度が上昇しやすく、素子の特性が変化しやすい。これらの受電装置及び送電装置においては、蓄電装置の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って上記所定範囲が修正されるため、非接触電力伝送中における送電装置及び受電装置に含まれる素子の特性変化を考慮した上で、非接触電力伝送の可否が判定される。したがって、これらの受電装置及び送電装置によれば、非接触電力伝送の開始後に受電装置が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
本開示によれば、送電装置から受電装置への非接触での送電の開始後に、受電装置が十分に受電できなくなる可能性を低減可能な技術を提供することができる。
非接触電力伝送システムの構成図である。 蓄電装置の充電に要する時間、外気温、及び、充電中の素子特性の変化度合いの関係を示す図である。 蓄電装置の充電中の素子特性の変化度合いと、上記所定範囲を修正するためのマージンとの関係を示す図である。 非接触電力伝送の可否判定の処理手順を示すフローチャートである。 非接触電力伝送中における素子特性の変化度合いを求める処理手順を示すフローチャートである。
以下、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り返さない。
[実施の形態1]
(非接触電力伝送システムの構成)
図1は、本実施の形態に従う車両100が適用される非接触電力伝送システム1の構成図である。図1を参照して、非接触電力伝送システム1は、車両100と送電装置200とを備える。車両100と送電装置200との間では、非接触で電力伝送が行なわれる。
送電装置200は、送電部210と、通信部240と、制御装置250とを含む。送電装置200は、系統電源300から受けた交流電力を送電部210を介して車両100に送電する。
送電部210は、たとえば、インバータと、送電コイルと、キャパシタとを含む(いずれも不図示)。送電部210において、送電コイルとキャパシタとは、非接触電力伝送における伝送周波数で共振するように設計されている。送電コイルは、系統電源300の交流電力を基にインバータによって生成された送電電力の供給を受けることにより磁界を形成し、形成された磁界を通じて受電部110の受電コイルに非接触で送電する。なお、送電コイルにおける導線の巻き数は、Q値(たとえば、Q≧100)及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。また、送電コイル及びキャパシタは、温度によって素子特性(たとえば、L(インダクタンス)又はC(キャパシタンス))が変化する。
通信部240は、車両100の通信部120(後述)と通信可能である。通信部240は、たとえば、IEEE(Institute of Electrical and Electronic Engineers)802.11等の無線LAN規格に準拠した通信モジュールで構成される。
制御装置250は、図示しないCPU(Central Processing Unit)及びメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサ(不図示)からの情報に基づいて送電装置200の各機器(送電部210、通信部240等)を制御する。
制御装置250は、たとえば、送電を行なうように送電部210を制御する。制御装置250は、蓄電装置150の充電を目的とした送電の他、微弱電力の送電を行なうように送電部210を制御することができる。微弱電力の送電は、車両100が十分に受電できる位置に停車しているか否かを判定するために行なわれる。車両100においては、微弱電力の受電状況によって、非接触電力伝送の可否が判定される。
車両100は、受電部110と、通信部120と、蓄電装置150と、温度センサ160と、ECU(Electronic Control Unit)140とを含む。車両100においては、送電装置200から非接触で受電された電力が蓄電装置150に蓄えられる。そして、車両100においては、蓄電装置150に蓄えられた電力に基づいて車両100の走行駆動力が生成される。
受電部110は、受電コイルとキャパシタとを含む(いずれも不図示)。受電部110において、受電コイルとキャパシタとは、非接触電力伝送における送電周波数で共振するように設計されている。受電コイルは、送電部210の送電コイルから非接触で受電する。受電部110により受電された電力(交流)は、直流電力に変換され、電圧が所望の電圧に変換された上で蓄電装置150に蓄えられる。なお、受電コイルにおける導線の巻き数は、Q値(たとえば、Q≧100)及び結合係数κが大きくなるように適宜設計される。また、受電コイル及びキャパシタは、温度によって素子特性(たとえば、L(インダクタンス)又はC(キャパシタンス))が変化する。本実施の形態においては、温度による素子特性の変化が考慮された上で、非接触電力伝送の可否が判定される。詳細については後程説明する。
通信部120は、送電装置200の通信部240と通信可能である。通信部120は、たとえば、送電部210が送電した電力(上述の微弱電力を含む)の大きさを示す情報を受信する。通信部120は、たとえば、IEEE802.11等の無線LAN規格に準拠した通信モジュールで構成される。
蓄電装置150は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置150は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を含んで構成される。
温度センサ160は、外気温を検知するように構成されている。温度センサ160による検知結果は、ECU140に出力される。
ECU140は、図示しないCPU及びメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサ(不図示)からの情報に基づいて車両100の各機器(受電部110、通信部120等)を制御する。
ECU140は、たとえば、上述の微弱電力の受電状況に応じて、非接触電力伝送の可否を判定する。具体的には、ECU140は、通信部120を介して、送電部210によって送電された微弱電力の大きさを示す情報を取得する。そして、ECU140は、送電部210によって送電された微弱電力に対する、受電部110によって実際に受電された微弱電力の割合(受電電力/送電電力)、すなわち受電効率(以下、「所定パラメータ」とも称する。)を算出する。ECU140は、所定パラメータが所定条件を満たすか否かによって、非接触電力伝送の可否を判定する。非接触電力伝送の可否の判定方法については後程詳しく説明する。なお、受電部110によって実際に受電された電力の大きさは、受電部110の受電電圧を検知する電圧センサ、及び、受電部110の受電電流を検知する電流センサ(いずれも不図示)の出力に基づいて算出される。
(非接触電力伝送中の回路特性の変化)
送電装置200から車両100への非接触での送電が開始されると、送電部210及び受電部110に含まれる一部の素子(たとえば、コイル及びキャパシタ)が発熱し、素子の特性が変化する。素子特性の変化に伴ない、送電部210及び受電部110に含まれる共振回路の電気回路特性(電気回路定数)が変化する。したがって、非接触電力伝送の開始前においては、受電部110が十分な電力を受電できると判定されていたとしても、非接触電力伝送の開始後における電気回路特性の変化によって、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分な電力を受電できなくなる可能性がある。
蓄電装置150の充電に要する時間が長い場合や外気温が高い場合には、送電部210及び受電部110に含まれる素子の温度が上昇しやすく、素子特性が変化しやすい。したがって、蓄電装置150の充電に要する時間が長い場合や外気温が高い場合に、非接触電力伝送の可否判定を厳しくすることによって、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
本実施の形態に従う車両100において、ECU140は、上述の所定パラメータ(受電効率)が所定範囲内に収まっているか否かに従って、非接触電力伝送の可否(受電部110による受電の可否)を判定する。そして、ECU140は、受電部110の受電コイルにより受電された電力を用いた蓄電装置150の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って上記所定範囲を修正する。この車両100によれば、非接触電力伝送の可否判定において受電部110及び送電部210に含まれる素子の特性変化が考慮されるため、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
上記所定範囲の修正方法の一例について次に説明する。所定範囲における下限値のデフォルト値をPminとし、所定範囲における上限値のデフォルト値をPmaxとする。本実施の形態においては、蓄電装置150の充電に要する時間(Tchg)及び外気温(Tamb)に基づいて、蓄電装置150の充電中の素子特性の変化度合い(α1)が求められる。そして、α1に基づいて、上記下限値及び上限値を修正するためのマージン(β1)が求められる。所定範囲の修正後の下限値はPmin+β1となり、所定範囲の修正後の上限値はPmax−β1となる。
図2は、蓄電装置150の充電に要する時間(Tchg)、外気温(Tamb)、及び、蓄電装置150の充電中の素子特性の変化度合い(α1)の関係を示す図である。図2を参照して、横軸はTchgを示し、縦軸はα1を示す。直線L1,L2,L3の各々は、異なる外気温における、Tchgに対するα1を示し、直線L1,L2,L3の順に外気温が高い。図2に示されるように、蓄電装置150の充電に要する時間が長くなるほど、外気温が高くなるほど、α1は大きくなる。
図3は、蓄電装置150の充電中の素子特性の変化度合い(α1)と、上記所定範囲を修正するためのマージン(β1)との関係を示す図である。図3を参照して、横軸はα1を示し、縦軸はβ1を示す。図3に示されるように、α1が大きくなるほど、β1は指数関数的に大きくなる。
図2及び図3に示される関係を示すデータは、たとえば、ECU140の内部メモリに記憶されている。ECU140は、蓄電装置150のSOC(State Of Charge)を算出し、算出されたSOCと受電部110による受電電力(目標値)とに基づいて蓄電装置150の充電に要する時間を予測する。なお、受電部110による受電電力(目標値)は、ECU140の内部メモリに記憶されている。ECU140は、図2に示される関係を示すデータ、予測された充電時間、及び、温度センサ160の出力に基づいてα1を求める。ECU140は、図3に示される関係を示すデータ、及び、求められたα1に基づいてβ1を求める。そして、ECU140は、求められたβ1に基づいて所定範囲を修正し、修正後の所定範囲に基づいて非接触電力伝送の可否を判定する。これにより、車両100によれば、非接触電力伝送の可否判定において受電部110及び送電部210に含まれる素子の特性変化が考慮されるため、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
(非接触電力伝送の可否判定の処理手順)
図4は、非接触電力伝送の可否判定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、送電装置200上における車両100の停車後に実行される。
図4を参照して、ECU140は、非接触電力伝送中における受電部110及び送電部210に含まれる素子特性の変化度合い(α1)を求める(ステップS100)。α1の推定方法については、後程詳しく説明する。ECU140は、内部メモリに記憶されている図3に示す関係を示すデータ、及び、求められたα1に基づいてマージンβ1を求める(ステップS110)。ECU140は、求められたマージンβ1に基づいて上記所定範囲を修正する(ステップS120)。具体的には、ECU140は、所定範囲の下限値をPmin(デフォルトの下限値)+β1に修正し、所定範囲の上限値をPmax(デフォルトの上限値)−β1に修正する。
その後、ECU140は、微弱電力の送電開始指示を送電装置200に送信するように通信部120を制御する(ステップS130)。これにより、送電装置200によって送電される微弱電力の大きさを示す情報が送電装置200から通信部120を介して受信されるとともに、送電装置200による微弱電力の送電が開始される。
ECU140は、受電部110による受電電力を検知するとともに、受電部110による受電効率(所定パラメータ)を算出する(ステップS140)。具体的には、ECU140は、送電部210によって送電された微弱電力に対する、受電部110によって実際に受電された微弱電力の割合(受電電力/送電電力)を算出する。
ECU140は、算出された所定パラメータが、所定範囲の修正後の下限値(Pmin+β1)以上であり、かつ、所定範囲の修正後の上限値(Pmax−β1)以下であるか(所定条件が成立するか)を判定する(ステップS150)。該所定条件が成立すると判定されると(ステップS150においてYES)、ECU140は、非接触電力伝送が可能(受電部110による受電が可能)であると判定する(ステップS160)。一方、該所定条件が成立しないと判定されると(ステップS150においてNO)、ECU140は、非接触電力伝送が不可能(受電部110による受電が不可能)であると判定する(ステップS170)。
図5は、非接触電力伝送中における素子特性の変化度合い(α1)を求める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、図4のステップS100のタイミングで実行される。
図5を参照して、ECU140は、蓄電装置150が満充電になるまでに要する時間を推定する(ステップS200)。具体的には、ECU140は、蓄電装置150のSOCを算出し、算出されたSOCと、蓄電装置150の充電中における受電部110による受電電力(目標値)とに基づいて蓄電装置150が満充電になるまでに要する時間を予測する。ECU140は、温度センサ160の検知結果を取得する(ステップS210)。
ECU140は、内部メモリに記憶されている図2に示される関係を示すデータ、推定された充電時間、及び、外気温(温度センサ160の検知結果)に基づいて、非接触電力伝送中における素子特性の変化度合い(α1)を求める(ステップS220)。
以上のように、本実施の形態に従う車両100において、ECU140は、上述の所定パラメータ(受電効率)が所定範囲内に収まっているか否かに従って、非接触電力伝送の可否(受電部110による受電の可否)を判定する。そして、ECU140は、蓄電装置150の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って上記所定範囲を修正する。この車両100によれば、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
[実施の形態2]
上記実施の形態1においては、非接触電力伝送の可否が車両100側で判定された。本実施の形態2においては、非接触電力伝送の可否が送電装置200側で判定される。以下では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、実施の形態1と同様の部分については説明を繰り返さない。
再び図1を参照して、本実施の形態2に従う送電装置200Aが適用される非接触電力伝送システム1Aは、車両100Aと、送電装置200Aとを備える。車両100AはECU140Aを含み、送電装置200Aは制御装置250Aを含む。
ECU140Aは、図示しないCPU及びメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサ(不図示)からの情報に基づいて車両100Aの各機器(受電部110、通信部120等)を制御する。ECU140Aは、上記実施の形態1におけるECU140とは異なり、図2及び図3に示される関係を示すデータを内部メモリに記憶していない。ECU140Aは、たとえば、蓄電装置150のSOCを示すデータ、受電部110の受電電力を示すデータ、及び、温度センサ160の検知結果を送電装置200に送信するように通信部120を制御可能に構成されている。
制御装置250Aは、図示しないCPU及びメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報や各センサ(不図示)からの情報に基づいて送電装置200Aの各機器(送電部210、通信部240等)を制御する。制御装置250Aは、図2及び図3に示される関係を示すデータを内部メモリに記憶する。制御装置250Aは、通信部240を介して、蓄電装置150のSOCを示すデータ、受電部110の受電電力を示すデータ、及び、温度センサ160の検知結果を車両100から取得可能に構成されている。
制御装置250Aは、受電部110の受電電力及び送電部210の送電電力に基づいて、受電効率(受電電力/送電電力)を算出するように構成されており、受電効率(所定パラメータ)が所定範囲に含まれている場合に非接触電力伝送可能と判定し、受電効率が所定範囲から外れている場合に非接触電力伝送不可能と判定するように構成されている。
送電装置200A上における車両100Aの停車後に、制御装置250Aは、通信部240を介して車両100から取得された、蓄電装置150のSOCを示すデータ、及び、蓄電装置150の充電中における受電部110の受電電力(目標値)を示すデータに従って蓄電装置150の充電に要する時間を推定する。そして、制御装置250Aは、通信部240を介して車両100から取得された温度センサ160の検知結果、推定された充電時間、及び、内部メモリに記憶されている図2に示される関係を示すデータに基づいて、蓄電装置150の充電中の素子特性の変化度合い(α1)を求める。
制御装置250Aは、求められたα1及び内部メモリに記憶されている図3に示される関係を示すデータに基づいて、非接触電力伝送の可否判定に用いられる所定範囲を修正するためのマージンβ1を求める。制御装置250Aは、求められたβ1に従って所定範囲の上限値と下限値とを修正する。その後、制御装置250Aは、微弱電力を送電するように送電部210を制御する。制御装置250Aは、通信部240を介して微弱電力の受電電力の大きさを示す情報を車両100から取得し、取得された情報に基づいて受電効率を算出する。制御装置250Aは、算出された受電効率が修正後の所定範囲に含まれているか否かを判定することによって、非接触電力伝送が可能か否かを判定する。
以上のように、制御装置250Aは、受電部110による受電効率(所定パラメータ)が所定範囲内に収まっているか否かに従って、送電部210による送電の可否を判定する。そして、制御装置250Aは、蓄電装置150の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って所定範囲を修正する。これにより、送電装置200によれば、非接触電力伝送の可否判定において受電部110及び送電部210に含まれる素子の特性変化が考慮されるため、非接触電力伝送の開始後に受電部110が十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
なお、上記実施の形態1,2においては、所定パラメータとして受電効率が用いられた。しかしながら、所定パラメータは、必ずしも受電効率に限定されない。たとえば、受電部110によって目標電力が受電されるように送電部210が制御される非接触電力伝送システム1,1Aにおいて、送電部210の送電コイルの電流値が所定パラメータとされてもよいし、送電部210のインバータの電流値が所定パラメータとされてもよい。また、受電部110の受電コイルと送電部210の送電コイルとの結合係数を推定し、推定された結合係数が所定パラメータとされてもよい。すなわち、所定パラメータは、受電部110,110Aによる受電効率と相関を有するパラメータであればよい。
また、上記実施の形態1,2においては、蓄電装置150の充電時間、及び、外気温の双方を参照することによって、非接触電力伝送の可否を判定するための所定範囲が修正された。しかしながら、所定範囲の修正には、必ずしも充電時間及び外気温の双方が用いられる必要はなく、たとえば、充電時間及び外気温の一方だけが用いられてもよい。この場合であっても、所定範囲が全く修正されない場合と比較すれば、送電部210及び受電部110に含まれる素子の特性が考慮されるため、車両100,100Aが非接触電力伝送の途中で十分に受電できなくなる可能性を低減することができる。
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、100 車両、110 受電部、115 受電コイル、120,240 通信部、140 ECU、150 蓄電装置、160 温度センサ、200 送電装置、210 送電部、215 送電コイル、220 撮像装置、250 制御装置、300 系統電源。

Claims (2)

  1. 送電装置から非接触で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電力を蓄えるように構成された蓄電装置と、
    前記受電コイルによる受電効率と相関を有するパラメータが所定範囲内に収まっているか否かに従って、前記受電コイルによる受電の可否を判定するように構成された制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記受電コイルにより受電された電力を用いた前記蓄電装置の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って前記所定範囲を修正する、受電装置。
  2. 受電装置に非接触で送電するように構成された送電コイルと、
    前記受電装置による受電効率と相関を有するパラメータが所定範囲内に収まっているか否かに従って、前記送電コイルによる送電の可否を判定するように構成された制御装置とを備え、
    前記受電装置は、
    前記送電コイルから非接触で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電力を蓄えるように構成された蓄電装置とを備え、
    前記制御装置は、前記受電コイルにより受電された電力を用いた前記蓄電装置の充電に要する時間及び外気温の少なくとも一方に従って前記所定範囲を修正する、送電装置。
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