JP2019047611A - 非接触充電装置、及び、非接触充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充電の意思が働いている場合には、車両が移動している状況であっても、非接触充電を開始する。【解決手段】車両５を移動させて、走行中に送電効率が開始効率になった際に、充電が許可されて充電が開始され（ステップＳ７）、送電効率が所定の効率以上になった際に（例えば、８０％以上になった際に：ステップＳ８）、車両５を停車させて充電が継続して実施される（ステップＳ９）。【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両の非接触充電装置、及び、非接触充電方法に関する。

近年、走行用モータで駆動輪を駆動させる車両（ＥＶ）や、走行用モータとエンジンとを組み合わせて車両の駆動力を得るようにしたハイブリッド車両が開発され、実用化が進んでいる。ハイブリッド車両としては、発電機をエンジンにより駆動させて発電し、走行用モータに給電を行うバッテリを充電する車両（ＨＥＶ）だけでなく、バッテリを外部の商用電源でも充電可能な車両（ＰＨＥＶ）の開発、実用化が進んでいる。

電動車両（ＥＶやＨＥＶ、ＰＨＥＶ）の充電装置としては、充電ケーブルを車両に接続して駐車中に充電を行う装置が一般的に用いられている。一方、給電場所の給電コイル（一次コイル）と車両の受電コイル（二次コイル）を用い、電磁誘導、もしくは、共鳴の原理を用いて非接触で車両に電力供給（充電）を行う装置が考えられてきている（例えば、特許文献１）。

充電ケーブルを車両に接続して充電を行う装置では、充電ケーブルを介在させているため、車両が停車していることを充電開始の条件にしている。非接触で車両に電力供給（充電）を行う装置においても、走行中の車両と充電を求める車両との区別を行うために、車両が停車していることを充電開始の条件にしていることが一般的になっている。ただし、通信システムの起動は、所定の車速以下の移動中に許可されている場合もある。

上述したように、非接触で車両に電力供給（充電）を行う従来から提案されている非接触充電装置では、充電場所に車両を移動させ、車両が停車したことを判断してから充電が開始されるため、充電場所に車両が移動してから充電が開始されるまでに、ある程度時間を要してしまい、かつ、一旦停車しなくてはならないために操作が増え、スムーズに非接触充電が開始されないのが現状であった。

特開２０１６−１３１４５７号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、充電の意思が働いている場合には、車両が移動している状況であっても、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給を開始することができる非接触充電装置、及び、非接触充電方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の非接触充電装置は、車両に搭載され、地上側の一次コイルからの電力が非接触で給電される二次コイルと、充電を開始する条件の下で、前記車両が走行中に、前記一次コイルに対する前記車両の位置が所定の範囲になった際に、前記一次コイルから前記二次コイルへの充電電力の供給を開始する充電制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、充電の意思が働いている場合に、車両の位置が所定の範囲になった際に（所定の車速以下になった際に）、即ち、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給ができる場合に、車両が移動中であっても（所定の車速以下で）充電を開始することができる。これにより、停車を条件にせずに充電を開始することができ、非接触充電を速やかに開始することができる。

因みに、特許文献１には、所定の車速以下での充電に関して記載されているが、これは、所定の車速以下で充電のための通信機器を起動する技術であり、充電を開始する技術とは内容が相違している。

このため、充電の意思が働いている場合には、車両が移動している状況であっても、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給を開始することが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の非接触充電装置は、請求項１に記載の非接触充電装置において、前記充電制御手段は、前記二次コイルが受ける電力が所定の効率になった際に、前記二次コイルへの充電電力の供給を開始することを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、車両の位置が所定の範囲になって（所定の車速以下になって）、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給ができる場合に、所定の送電効率以上の場合に充電を開始することができる。このため、効率良く充電を開始することができる。

また、請求項３に係る本発明の非接触充電装置は、請求項２に記載の非接触充電装置において、前記充電制御手段は、前記二次コイルが受ける電力の効率を導出する効率判断機能を有し、前記効率判断機能は、前記車両を移動させながら、前記二次コイルが受ける電力の効率が高くなる位置を導出することを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、車両を移動させながら送電効率が高い位置を探し、送電効率が高い位置で（所望の送電効率の位置で）充電を開始することができる。

また、請求項４に係る本発明の非接触充電装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の非接触充電装置において、前記二次コイルに給電された電力が蓄えられるバッテリを有し、前記充電制御手段は、前記バッテリの状態に応じて前記二次コイルへの充電電力の供給の許可を判断することを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、バッテリの状態に応じて、例えば、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ温度により、二次コイルへの充電電力の供給の許可を判断することができ、的確な充電を実施することができる。

また、請求項５に係る本発明の非接触充電装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の非接触充電装置において、前記充電制御手段には、前記車両のシフト位置が入力され、前記充電制御手段は、前記シフト位置が、パーキング及びニュートラル以外にあることが検出された際でも、前記一次コイルから前記二次コイルへの充電電力の供給を開始することを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、シフト位置が、パーキング及びニュートラル以外にあることが検出された際でも、所定の車速以下で充電の意思が確実に働いているとし、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給を開始する。

上記目的を達成するための請求項６に係る本発明の非接触充電方法は、地上側の一次コイルからの電力を非接触で車両の二次コイルに給電する非接触充電方法において、充電を開始する意思が確認された際に、前記二次コイルへの充電電力の供給を開始し、前記二次コイルが受ける電力の効率に応じて前記車両を移動させながら前記一次コイルから前記二次コイルへの充電電力の供給を実施し、前記二次コイルが受ける電力が所定の効率となる位置で前記車両を停車させることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、充電を開始する意思が確認された際に、二次コイルへの充電電力の供給を開始し（充電を開始し）、充電効率が良い場所に車両を移動させながら充電を行い、二次コイルが受ける電力の効率が最大、もしくは、所定の効率以上となる位置を適宜選択して車両を停車させる。

このため、充電の意思が働いている場合には、車両が移動している状況であっても、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給を開始することが可能になる。

本発明の非接触充電装置、及び、非接触充電方法は、充電の意思が働いている場合には、車両が移動している状況であっても、一次コイルから二次コイルへの充電電力の供給を開始することが可能になる。

本発明の一実施例に係る非接触充電方法を実施する非接触充電装置の全体を説明する概念図である。 本発明の一実施例に係る非接触充電装置のブロック構成図である。 本発明の一実施例に係る非接触充電装置の処理の流れを説明する図である。 充電効率を説明する概念図である。

図１には本発明の一実施例に係る非接触充電方法を実施する非接触充電装置の全体の状況を説明する概念を示してある。

図に示すように、非接触で電力を伝送する非接触充電装置としての非接触充電システム（ＷＰＴシステム）１には、充電制御手段としてのＷＰＴ制御ユニット２（後述する地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａ、車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂ：図２参照）が備えられ、地上側には一次コイル３（送電側のコイル）が平面状に設置されている。

車両５には二次コイル６（受電側のコイル）が備えられ（搭載され）、車両５が一次コイル３に対して所定範囲に存在し、充電の条件が成立した際に、ＷＰＴ制御ユニット２の指令により、一次コイル３から二次コイル６に非接触で電力が伝送される。二次コイル６に給電された電力は、車載のバッテリ７（後述する図４参照）に充電される（蓄えられる：充電電力）。

ＷＰＴ制御ユニット２ａ及び２ｂでは、充電を開始する条件の下で（充電の意思が働いている場合等）、一次コイル３に対して車両５が所定の範囲になった際に、即ち、車両５が移動して所定の範囲の位置に車両５が移動した際に、走行中であっても（所定の車速以下で）、一次コイル３から二次コイル６への非接触での電力の供給が開始される。これにより、停車を条件にせずに充電を開始することができ、非接触充電を速やかに開始することができる。

本実施例では、充電の意思が働いている場合に、車両５の位置が所定の範囲になった際に（所定の車速以下になった際に）、即ち、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給ができる場合に、車両５が移動中であっても充電を開始することができる。このため、充電の意思が働いている場合には、車両５が移動している状況であっても、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給を開始することが可能になる。

図２に基づいて非接触充電装置の構成を具体的に説明する。図２にはＷＰＴシステム１の具体的な構成要素を説明するためのブロック構成を示してある。

図１を参照し、図２に示すように、地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａには一次コイル３が接続され（電気的に）、地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａは充電制御手段として地上側ＷＰＴ制御機能１１ａを有している。地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａには商用電源が接続され、一次コイル３の電圧を検出する一次コイル電圧センサー２８ａ、一次コイル３の電流を検出する一次コイル電流センサー２９ａが備えられている。一次コイル電圧センサー２８ａ、一次コイル電流センサー２９ａの検出情報は地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａに送られる。地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａは、車両５側からの情報、及び、一次コイル３側の状況に基づいて、非接触で電力を伝送する非接触充電の許可信号を一次コイル３側に出力する。

車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂには二次コイル６が設けられ、車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂは充電制御手段として車両側ＷＰＴ制御機能１１ｂを有している。二次コイル６の電圧を検出する二次コイル電圧センサー２８ｂ、二次コイル６の電流を検出する二次コイル電流センサー２９ｂが備えられている。二次コイル電圧センサー２８ｂ、二次コイル電流センサー２９ｂの検出情報は車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂに送られる。

車両５側には、バッテリ７の情報を管理するバッテリ制御ユニット１２が備えられている。車両５には、バッテリ７の電圧を検出するバッテリ電圧センサー１５、バッテリ７の電流を検出するバッテリ電流センサー１６、バッテリ７の温度を検出するバッテリ温度センサー１７が備えられている。

バッテリ電圧センサー１５、バッテリ電流センサー１６、バッテリ温度センサー１７の検出情報（バッテリの状態）は、バッテリ制御ユニット１２に送られ、バッテリの状態の情報は、バッテリ情報としてバッテリ制御ユニット１２から車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂに送られる。即ち、使用環境に応じたバッテリ７の充電容量等の状態が車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂで把握される。

つまり、バッテリ７の状態に応じて二次コイル６への充電電力の供給の許可が判断されるようになっている。これにより、バッテリ７の状態（バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリ温度）に応じて、二次コイル６への充電電力の供給の許可を判断することができ、的確な充電が実施できる。

また、車両５側には、車両５の運転情報（運動情報）を管理する車両制御ユニット２１が備えられている。車両５には、車両５の走行速度（車速）を検出する車速センサー２５、車両５のシフト位置（Ｒ段、１速段、２速段・・、Ｎ速段）を検出するシフト位置センサー２６が備えられている。

車速センサー２５、シフト位置センサー２６の検出情報は、車両制御ユニット２１に送られ、車速の情報、シフト位置の情報は、運動情報（走行状況の情報）として車両制御ユニット２１から車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂに送られる。即ち、車両５の回生力がどの程度かをシフト位置で把握され（回生力が強い変速段：低速段であるかが把握され）、車両５の速度が充電可能な速度であるかが把握される。

また、車両５側には、乗員が非接触充電の要求の意思を示すＷＰＴ要求スイッチ２７が備えられ、ＷＰＴ要求スイッチ２７の情報は車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂに送られる。即ち、乗員が非接触充電を要求しているか（ＷＰＴ要求信号が出力されているか）が把握される。

更に、車両５側には、前述したように、二次コイル６の電圧を検出する二次コイル電圧センサー２８ｂ、二次コイル６の電流を検出する二次コイル電流センサー２９ｂが備えられている。二次コイル電圧センサー２８ｂ、二次コイル電流センサー２９ｂの検出情報は受電情報として車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂに送られる。即ち、非接触充電時における、二次コイル６の受電状況が車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂで把握される。

上述した非接触充電システム１では、車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂは、二次コイル６が受ける電力が所定の効率になった際に（例えば、７５％以上）、地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａとの通信により、二次コイル６への充電電力の供給を開始するように充電制御を行う。車両５の位置が所定の範囲になって（所定の車速以下になって）、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給ができる場合に、所定の送電効率以上の場合に充電を開始するので、効率良く充電を開始することができる。

そして、車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂは、二次コイル６が受ける電力の効率を導出する（所定の効率になったか否かを判断する機能）効率判断機能を有し、効率判断機能は、車両５を移動させながら、二次コイル６が受ける電力の効率が高くなる位置を導き出すようにしている。車両５を移動させながら送電効率が高い位置を探し、送電効率が高い位置で（所望の送電効率の位置で：例えば、送電効率が７５％以上の位置で）充電を開始することができる。

また、車両側ＷＰＴ制御ユニット２ｂは、シフト位置が、パーキング及びニュートラル以外にあることが検出された際でも、地上側ＷＰＴ制御ユニット２ａとの通信により、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給を開始する。このため、シフト位置を検出することにより、所定の車速以下で充電の意思が確実に働いていると判断し、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給を開始することができる。

つまり、上述した非接触充電システム１は、地上側の一次コイル３からの電力を非接触で車両５の二次コイル６に給電する際に、充電を開始する意思が確認された際に、所定の車速以下で走行中であっても、所望の送電効率（例えは、７５％）の位置で、二次コイル６への充電電力の供給を開始し、二次コイル６が受ける電力の効率に応じて車両５を移動させながら一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給を実施する。そして、二次コイル６が受ける電力が所定の効率（例えば、８０％）となる位置で、車両５を停車させ、充電を継続する。

これにより、充電を開始する意思が確認された際に、二次コイル６への充電電力の供給を開始し（充電を開始し）、充電効率が良い場所に車両を移動させながら充電を行い、二次コイル６が受ける電力の効率が最大、もしくは、所定の効率以上（例えば、８０％以上）となる位置を適宜選択して車両を停車させることができる。このため、充電の意思が働いている場合には、車両が移動している状況であっても、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給を開始することが可能になり、充電を速やかに開始することができる。

図３、図４に基づいて上述した非接触充電装置の動作の一例を具体的に説明する。

図３にはＷＰＴシステム１の処理を説明するためのフローチャートを示してある。そして、図４には充電効率を考慮して車両５を移動させる状況を説明する概念を示してあり、図４（ａ）はコイルと磁場強度（送電効率の高低）の側面視の状況、図４（ｂ）は給電範囲の平面視の状況を表している。

図３に示すように、ステップＳ１で走行が認識され、乗員によりＷＰＴ要求スイッチ２７が押されることで、ＷＰＴが要求される。ステップＳ２でユーザーのＷＰＴ要求があるか否かが判断され、ステップＳ２でユーザーのＷＰＴ要求があると判断された場合、ステップＳ３で現在の車速が非接触で充電できるＷＰＴ準備車速である所定車速以下であるか否かが判断され、ステップＳ３で車速が所定車速以下であると判断された場合、ステップＳ４でペアリングが完了しているか否かが判断される。

ペアリングは、例えば、一次コイルと３と二次コイル６が一対に認証し合い、他のコイルとのペアリングができない状態になったことで完了する。

ステップＳ２でユーザーのＷＰＴ要求がないと判断された場合、ＷＰＴ要求があるまで判断を繰り返し、ステップＳ３で車速が所定車速を越えると判断された場合、車速が所定車速以下になるまで判断を繰り返し、ステップＳ４でペアリングが完了していないと判断された場合、ペアリングが完了するまで判断を繰り返す。尚、上記のＷＰＴ要求の判断、所定車速の判断、ペアリング完了の判断は、例えば、所定の条件が成立した場合、判断が否となっていても判断の繰り返しがクリアされ、例えば、充電の処理が終了となる。

ステップＳ４でペアリングが完了していると判断された場合、ステップＳ５で非接触充電のモードであるＷＰＴが開始される。ステップＳ６で車両５の位置合せが実行され、送電効率が高い位置に車両５を移動させる。送電効率が開始の効率（例えば、７５％）になると、走行中であってもステップＳ７で開始の効率で充電が許可され、ステップＳ８で送電効率が所定の効率（例えば、８０％以上）であるか否かが判断される。

ステップＳ８で送電効率が所定の効率（例えば、８０％以上）であると判断された場合、ステップＳ９で車両を停車させて通常の充電を許可し、バッテリ７が所定の容量になるまで充電が継続されて処理が終了となる。ステップＳ８で送電効率が所定の効率（例えば、８０％以上）ではないと判断された場合、ステップＳ６に移行して位置合せが継続される。

図４（ａ）（ｂ）に示すように、一次コイル３の中央部をＸ０とすると、発生磁場はＸ０から離れるほど減少し、送電効率が低下する。例えば、Ｘ１とＸ２の間、及び、Ｘ３とＸ４の間で、送電効率がＹ１（例えば、７５％）以上となり、Ｘ２からＸ３の間では、送電効率がＹ２（例えば、８０％）以上となる。送電効率の良し悪しは、コイルに発生する起電電流値に基づいて判断することができる。

上述した非接触充電装置では、車両５を移動させて、走行中にＸ１とＸ２の間、もしくは、Ｘ３とＸ４の間に二次コイル６（基準位置）が位置した際に、開始の効率で充電が許可されて充電が開始される（ステップＳ８）。そして、更に車両５を移動させて、Ｘ２からＸ３の間に位置した際に、通常の充電が許可されて車両５を停車させ、バッテリ７が所定の容量になるまで充電が実施される。

尚、二次コイル６が受ける電力の効率が所定の効率以上となった場合、即ち、一次コイル３の送電効率がＹ２（例えば、８０％）以上になった場合に、車両を停車させて通常の充電を許可しているが、二次コイル６が受ける電力の効率が最大になった場合（例えば、ほぼ１００％）、通常の充電を許可して車両を停車させることが可能である。また、停車の送電効率は、乗員の設定状態や車両５の速度に応じて、複数の送電効率で適宜選択することも可能である。

従って、充電の意思が働いている場合に、車両５の位置が所定の範囲になった際に、即ち、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給ができる場合に（送電効率がＹ１以上となった場合に）、車両５が移動中であっても充電を開始することができる。そして、送電効率がＹ２（例えば、８０％）以上となった場合に、車両５を停車させて充電が実施される。

このため、充電の意思が働いている場合には、車両５が移動している状況であっても、一次コイル３から二次コイル６への充電電力の供給を開始することが可能になり、停車を条件にせずに充電を開始することができ、非接触充電を速やかに開始することができる。

本発明は、電動車両の非接触充電装置、及び、非接触充電方法の産業分野で利用することができる。

１ 非接触充電システム（ＷＰＴシステム）
２ ＷＰＴ制御ユニット
２ａ 地上側ＷＰＴ制御ユニット
２ｂ 車両側ＷＰＴ制御ユニット
３ 一次コイル
５ 車両
６ 二次コイル
７ バッテリ
１１ａ 地上側ＷＰＴ制御機能
１１ｂ 車両側ＷＰＴ制御機能
１２ バッテリ制御ユニット
１５ バッテリ電圧センサー
１６ バッテリ電流センサー
１７ バッテリ温度センサー
２１ 車両制御ユニット
２５ 車速センサー
２６ シフト位置センサー
２７ ＷＰＴ要求スイッチ
２８ａ 一次コイル電圧センサー
２９ａ 一次コイル電流センサー
２８ｂ 二次コイル電圧センサー
２９ｂ 二次コイル電流センサー

Claims (6)

1. 車両に搭載され、地上側の一次コイルからの電力が非接触で給電される二次コイルと、
   充電を開始する条件の下で、前記車両が走行中に、前記一次コイルに対する前記車両の位置が所定の範囲になった際に、前記一次コイルから前記二次コイルへの充電電力の供給を開始する充電制御手段とを備えた
   ことを特徴とする非接触充電装置。
2. 請求項１に記載の非接触充電装置において、
   前記充電制御手段は、
   前記二次コイルが受ける電力が所定の効率になった際に、前記二次コイルへの充電電力の供給を開始する
   ことを特徴とする非接触充電装置。
3. 請求項２に記載の非接触充電装置において、
   前記充電制御手段は、
   前記二次コイルが受ける電力の効率を導出する効率判断機能を有し、
   前記効率判断機能は、
   前記車両を移動させながら、前記二次コイルが受ける電力の効率が高くなる位置を導出する
   ことを特徴とする非接触充電装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の非接触充電装置において、
   前記二次コイルに給電された電力が蓄えられるバッテリを有し、
   前記充電制御手段は、
   前記バッテリの状態に応じて前記二次コイルへの充電電力の供給の許可を判断する
   ことを特徴とする非接触充電装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の非接触充電装置において、
   前記充電制御手段には、
   前記車両のシフト位置が入力され、
   前記充電制御手段は、
   前記シフト位置が、パーキング及びニュートラル以外にあることが検出された際でも、前記一次コイルから前記二次コイルへの充電電力の供給を開始する
   ことを特徴とする非接触充電装置。
6. 地上側の一次コイルからの電力を非接触で車両の二次コイルに給電する非接触充電方法において、
   充電を開始する意思が確認された際に、前記二次コイルへの充電電力の供給を開始し、前記二次コイルが受ける電力の効率に応じて前記車両を移動させながら前記一次コイルから前記二次コイルへの充電電力の供給を実施し、前記二次コイルが受ける電力が所定の効率となる位置で前記車両を停車させる
   ことを特徴とする非接触充電方法。
   
   

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