JP2020010492A - 非接触送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地絡箇所によらず高い精度で送電コイルの地絡の有無を判定できる非接触送電装置を提供する。【解決手段】送電装置１００が、ＬＣ共振部Ｒ１と信号生成部１８０と送電ＥＣＵ３１０とを備える。ＬＣ共振部Ｒ１は、送電コイル１０１の一方端にキャパシタ１０２ａが直列に接続されるとともに、送電コイル１０１の他方端にキャパシタ１０２ｂが直列に接続されて構成される。系統電源３００の接地部Ｇに電気的に接続される電圧印加回路１８２がインピーダンス素子１８１を介して検出部位Ｐに所定の電圧を印加することによって、送電コイル１０１とキャパシタ１０２ｂとの間にある検出部位Ｐの地絡抵抗の大きさを示す電圧信号が生成される。送電ＥＣＵ３１０は、生成された電圧信号を用いて送電コイル１０１の地絡の有無を判定する。【選択図】図１

Description

本開示は、非接触送電装置に関し、特に、非接触電力伝送システムにおいて送電コイルから受電装置の受電コイルへ非接触で送電する非接触送電装置に関する。

送電装置の送電コイルから受電装置の受電コイルへ非接触で電力を伝送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）。

特開２０１３−２５２０４０号公報（特許文献６）には、系統電源から電力の供給を受ける非接触電力伝送システムにおいて、零相変流器を用いて交流電力の漏電の有無を診断する技術が開示されている。

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 特開２０１３−２５２０４０号公報

上記特許文献６に記載される方法により送電装置における送電コイルの地絡の有無を判定する場合には、地絡箇所によって判定精度が変わり、地絡箇所によっては十分な判定精度を確保できなくなる可能性がある。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、地絡箇所によらず高い精度で送電コイルの地絡の有無を判定できる非接触送電装置を提供することである。

本開示に係る非接触送電装置は、接地部に接地された系統電源から電力の供給を受けて、供給された電力を送電コイルから受電装置の受電コイルへ非接触で送電する非接触送電装置であって、ＬＣ共振部と信号生成部と判定部とを備える。ＬＣ共振部は、送電コイルの一方端に第１キャパシタが直列に接続されるとともに、送電コイルの他方端に第２キャパシタが直列に接続されて構成される。信号生成部は、電力経路における所定の検出部位の地絡抵抗の大きさを示す電圧信号を生成する。判定部は、信号生成部により生成された電圧信号を用いて送電コイルの地絡の有無を判定する。検出部位は、送電コイルと第１キャパシタ又は第２キャパシタとの間にある。信号生成部は、インピーダンス素子と、接地部に電気的に接続される電圧印加回路とが互いに直列に接続されて構成される。電圧印加回路がインピーダンス素子を介して検出部位に所定の電圧を印加することによって上記の電圧信号が生成される。

上記の非接触送電装置では、電圧印加回路がインピーダンス素子を介して検出部位に所定の電圧を印加することによって、検出部位の地絡抵抗の大きさを示す電圧信号を生成する。こうした電圧信号を用いて送電コイルの地絡の有無を判定することによって、地絡箇所によらず高い精度で送電コイルの地絡の有無を判定することが可能になる。

上記の非接触送電装置は、系統電源の交流電力を直流電力に変換して出力するコンバータと、コンバータから出力される直流電力を所定周波数の交流電力に変換して上記のＬＣ共振部へ出力するインバータと、上記の検出部位とインピーダンス素子との間に配置されるスイッチとをさらに備えてもよい。そして、上記の判定部は、インバータの非作動時にスイッチをオン状態にして地絡判定（すなわち、上記送電コイルの地絡の有無の判定）を行なうようにしてもよい。

上記構成によれば、地絡判定を行なわないときには、スイッチをオフ状態（遮断状態）にして信号生成部を検出部位から切り離すことができる。また、地絡判定を行なうときには、スイッチをオン状態（導通状態）にすることで、信号生成部を検出部位に接続することができる。さらに、インバータの非作動時にスイッチがオン状態になることで、ＬＣ共振部（ひいては、検出部位）がインバータの出力の影響を受けなくなり、信号生成部により生成される地絡診断信号に基づいて送電コイルの地絡の有無を適切に判定することが可能になる。

本開示によれば、地絡箇所によらず高い精度で送電コイルの地絡の有無を判定できる非接触送電装置を提供することが可能になる。

本開示の実施の形態に係る非接触送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。 本開示の実施の形態に係る非接触送電装置により実行される地絡判定処理の手順を示すフローチャートである。 図１に示した電力伝送システムにおいて、第１地絡箇所（送電コイルの端部）及び第２地絡箇所（送電コイルの中間部）の各々で地絡が生じた状態を示す図である。 本開示の実施の形態に係る非接触送電装置において、地絡判定に用いられる検出電圧（電圧信号の振幅値）と地絡抵抗との関係を示す図である。 比較例に係る地絡判定方法において、地絡判定に用いられる零相電流と地絡抵抗との関係を示す図である。

本開示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り返さない。また、以下では電子制御ユニットを「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。

図１は、本開示の実施の形態に係る電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１００と、受電装置２００と、系統電源３００とを含む。送電装置１００は、たとえば充電器に設けられる。こうした充電器は、住宅、公共施設、商業施設、宿泊施設、駐車場などに設置され得る。受電装置２００は、たとえば車両１０に搭載される。車両１０は、バッテリ４００と、車両ＥＣＵ４１０と、通信部４２０と、報知部４３０とをさらに備える。車両１０は、バッテリ４００に蓄えられた電力のみを用いて走行可能な電気自動車であってもよいし、バッテリ４００に蓄えられた電力とエンジン（図示せず）の出力との両方を用いて走行可能なハイブリッド車であってもよい。系統電源３００は、電力系統（電力会社等によって提供される電力網）から電力の供給を受ける交流電源である。系統電源３００の例としては、家庭用電源（たとえば、電圧２００Ｖ、周波数５０Ｈｚの交流電源）が挙げられる。系統電源３００は、接地部Ｇに接地されている。

たとえば、送電装置１００は地面（駐車場の床面など）に設置され、受電装置２００は車両１０の下面に設置される。送電装置１００は、車両１０の受電装置２００が送電装置１００に対向するように車両１０の位置合わせが行なわれた状態において、受電装置２００へ磁界を通じて非接触で送電するように構成される。受電装置２００は、送電装置１００からの電力を非接触で受電する。

送電装置１００は、系統電源３００から受ける電力に所定の電力変換処理を行なうことにより送電用電力を得て、その送電用電力を受電装置２００へ非接触で送電するように構成される。送電装置１００は、送電用電力にノイズが含まれないようにノイズを除去するノイズフィルタ１２０，１４０，１６０と、上記電力変換処理を行なう電力変換部と、この電力変換部を制御する送電ＥＣＵ３１０とを備える。電力変換部は、インバータ１３０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０とを含む。また、送電装置１００は、上記受電装置２００への非接触送電を行なうＬＣ共振部Ｒ１と、受電装置２００との無線通信を行なう通信部３２０とをさらに含む。

送電装置１００の端子Ｔ１（第１電源端子）は系統電源３００の第１出力端子に接続され、送電装置１００の端子Ｔ２（第２電源端子）は系統電源３００の第２出力端子に接続される。また、送電装置１００の端子Ｔ３（接地端子）は系統電源３００の接地部Ｇと電気的に接続されている。送電装置１００の端子Ｔ１〜Ｔ３は、たとえばアース端子付き電源プラグによって具現化される。送電装置１００の電源プラグを系統電源３００のコンセントに接続する（たとえば、差し込む）ことによって、送電装置１００は系統電源３００から電力の供給を受けることが可能になる。また、電源プラグを使用しない例としては、送電装置１００の端子Ｔ１〜Ｔ３が、図示しない配線用遮断器（いわゆるブレーカー）を介して系統電源３００の各端子に接続される例が挙げられる。この場合、ユーザが配線用遮断器を操作することによって、系統電源３００と送電装置１００との間で接続／遮断の切替えを行なうことができる。

送電装置１００の入力部（より特定的には、端子Ｔ１〜Ｔ３とＡＣ／ＤＣコンバータ１５０との間）には、ノイズフィルタ１６０が設けられている。ノイズフィルタ１６０は、端子Ｔ１，Ｔ２に入力される電力に含まれるノイズを除去して、ノイズが除去された電力をＡＣ／ＤＣコンバータ１５０へ出力する。以下、送電装置１００の端子Ｔ１とＡＣ／ＤＣコンバータ１５０の第１入力端子とをつなぐ電線を「電力線ＰＬ１」、送電装置１００の端子Ｔ２とＡＣ／ＤＣコンバータ１５０の第２入力端子とをつなぐ電線を「電力線ＰＬ２」、送電装置１００の端子Ｔ３とつながって接地部Ｇと同じ電位になっている電線を「接地線ＧＬ」と称する。

ノイズフィルタ１６０は、電力線ＰＬ１，ＰＬ２に設けられたコイル１６４，１６５と、電力線ＰＬ１と接地線ＧＬとの間に設けられたコンデンサ１６１ａ，１６２ａと、電力線ＰＬ２と接地線ＧＬとの間に設けられたコンデンサ１６１ｂ，１６２ｂと、電力線ＰＬ１と電力線ＰＬ２との間に設けられたコンデンサ１６３とを含む。コイル１６４，１６５は、コモンモードノイズを除去するコモンモードチョークコイル（ラインフィルタ）である。コンデンサ１６３は、ディファレンシャルモードノイズ（ノーマルモードノイズ）を除去するアクロスザラインコンデンサ（以下、「Ｘコンデンサ」とも称する）であり、コンデンサ１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ，１６２ｂは、コモンモードノイズを除去するラインバイパスコンデンサ（以下、「Ｙコンデンサ」とも称する）である。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０は、ノイズフィルタ１６０からの入力電力（より特定的には、交流電力）を整流及び変圧してインバータ１３０へ出力する。ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０は、整流回路１５２と、整流回路１５２の出力側に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ１５１とを含む。整流回路１５２は、たとえば、ダイオードブリッジ回路と平滑用コンデンサとを含んで構成され、交流電力を整流して直流電力を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５１は、たとえば、チョークコイル、ダイオード、平滑用コンデンサ、及びスイッチＱ５（たとえば、電力用半導体スイッチング素子）を含んで構成されるブースト型ＤＣ／ＤＣコンバータである。スイッチＱ５は、送電ＥＣＵ３１０からの駆動信号に従って制御される。スイッチＱ５の駆動信号（より特定的には、方形波の電圧信号）のデューティ比（スイッチＱ５がＯＮしている時間の割合）が大きくなるほどＡＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧（ひいては、インバータ１３０の入力電圧）が高くなる。ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０は、入力される電力をたとえば４００Ｖに昇圧して、電圧４００Ｖの直流電力をインバータ１３０へ出力する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０とインバータ１３０との間には、ノイズフィルタ１４０が設けられている。ノイズフィルタ１４０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電力に含まれるノイズを除去して、ノイズが除去された電力をインバータ１３０へ出力する。以下、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０の第１出力端子とインバータ１３０の第１入力端子とをつなぐ電線を「電力線ＰＬ３」、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０の第２出力端子とインバータ１３０の第２入力端子とをつなぐ電線を「電力線ＰＬ４」と称する。

ノイズフィルタ１４０は、電力線ＰＬ３と接地線ＧＬとの間に設けられたコンデンサ１４１ａ（Ｙコンデンサ）と、電力線ＰＬ４と接地線ＧＬとの間に設けられたコンデンサ１４１ｂ（Ｙコンデンサ）と、電力線ＰＬ３と電力線ＰＬ４との間に設けられたコンデンサ１４２（Ｘコンデンサ）とを含む。

インバータ１３０は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０からの入力電力（より特定的には、直流電力）を所定周波数（たとえば、８５ｋＨｚ）の交流電力に変換してＬＣ共振部Ｒ１へ出力するように構成される。インバータ１３０は、たとえば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４（たとえば、電力用半導体スイッチング素子）を含む単相フルブリッジ回路によって構成される。インバータ１３０を構成する各スイッチング素子は、送電ＥＣＵ３１０によってＰＷＭ制御される。ＰＷＭ制御（デューティ制御）によってインバータ１３０の出力電力の大きさを調整することができる。また、インバータ１３０は、ＰＷＭ制御のスイッチング周波数（駆動周波数）で駆動される。インバータ１３０の駆動周波数は、インバータ１３０の出力周波数、ひいては送電周波数（送電電力の周波数）と一致する。

インバータ１３０とＬＣ共振部Ｒ１との間には、ノイズフィルタ１２０が設けられている。ノイズフィルタ１２０は、インバータ１３０の出力電力に含まれるノイズを除去して、ノイズが除去された電力をＬＣ共振部Ｒ１へ出力する。ＬＣ共振部Ｒ１は、送電コイル１０１及びキャパシタ１０２ａ，１０２ｂが直列に接続されて構成される。以下、インバータ１３０の第１出力端子と送電コイル１０１の第１端子（キャパシタ１０２ａ側の端子）とをつなぐ電線を「電力線ＰＬ５」、インバータ１３０の第２出力端子と送電コイル１０１の第２端子（キャパシタ１０２ｂ側の端子）とをつなぐ電線を「電力線ＰＬ６」と称する。

ノイズフィルタ１２０は、電力線ＰＬ５，ＰＬ６に設けられたコイル１０４ａ，１０４ｂと、電力線ＰＬ５と電力線ＰＬ６との間に設けられたコンデンサ１０３とを含む。コイル１０４ａ，１０４ｂは、ディファレンシャルモードノイズ（ノーマルモードノイズ）を除去するノーマルモードチョークコイルである。コンデンサ１０３は、Ｘコンデンサである。

ＬＣ共振部Ｒ１は、送電コイル１０１の周囲に生成される磁界を通じて、受電装置２００のＬＣ共振部Ｒ２へ非接触で送電する。ＬＣ共振部Ｒ１は直列共振回路である。送電コイル１０１の第１端子にはキャパシタ１０２ａ（共振用コンデンサ）が直列に接続され、送電コイル１０１の第２端子にはキャパシタ１０２ｂ（共振用コンデンサ）が直列に接続されている。この実施の形態に係るキャパシタ１０２ａ、１０２ｂは、本開示に係る「第１キャパシタ」、「第２キャパシタ」の一例に相当する。ＬＣ共振部Ｒ１のＱ値は１００以上であることが好ましい。なお、高い精度で送電電力を制御するために、ＬＣ共振部Ｒ１に流れる電流を検出するための電流センサ（図示せず）を設けてもよい。

電力線ＰＬ６の送電コイル１０１とキャパシタ１０２ｂとの間の所定部位（以下、「検出部位Ｐ」とも称する）には、スイッチ１７０を介して信号生成部１８０が接続されている。スイッチ１７０は、送電ＥＣＵ３１０によって開閉（オフ／オン）制御され、送電ＥＣＵ３１０からの制御信号に応じてオン状態（導通状態）になったりオフ状態（遮断状態）になったりする。スイッチ１７０がオフされることで、信号生成部１８０が電力線ＰＬ６から切り離される。

スイッチ１７０としては、たとえば電磁式のメカニカルリレーを採用できる。ただし、ＳＳＲ（Solid State Relay）とも称される半導体リレーをスイッチ１７０として採用してもよい。半導体リレーの例としては、サイリスタ、トライアック、又はトランジスタ（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等）から構成されるリレーが挙げられる。

信号生成部１８０は、スイッチ１７０がオン状態であるときに、送電装置１００の電力経路（より特定的には、電力線ＰＬ６）における検出部位Ｐの地絡抵抗（すなわち、接地部Ｇに対する電気抵抗）の大きさを示す電圧信号（以下、「地絡診断信号」とも称する）を生成するように構成される。より具体的には、信号生成部１８０は、インピーダンス素子１８１及び電圧印加回路１８２を含む。インピーダンス素子１８１と電圧印加回路１８２とは互いに直列に接続されている。インピーダンス素子１８１の一方端はスイッチ１７０を介して検出部位Ｐに接続され、インピーダンス素子１８１の他方端は電圧印加回路１８２に接続されている。電圧印加回路１８２の一方端はインピーダンス素子１８１に接続され、電圧印加回路１８２の他方端は接地線ＧＬに接続されている。電圧印加回路１８２は接地線ＧＬを介して接地部Ｇと電気的に接続されている。

電圧印加回路１８２は、インピーダンス素子１８１を介して検出部位Ｐに所定の電圧を印加するように構成される。電圧印加回路１８２としては、たとえば、所定周波数の交流電圧を検出部位Ｐに印加する交流電圧印加回路（発振回路など）を採用できる。電圧印加回路１８２によって検出部位Ｐに印加される電圧（以下、単に「印加電圧」とも称する）は、たとえば低周波数（好ましくは、１Ｈｚ以上１０Ｈｚ以下）の電圧である。この実施の形態では、印加電圧として、周波数２．５Ｈｚ、電圧（振幅）±５Ｖの正弦波交流電圧を採用する。

インピーダンス素子１８１は、信号生成部１８０における検出抵抗として機能する。インピーダンス素子１８１としては、検出抵抗として機能する任意のインピーダンス素子を採用し得るが、この実施の形態では抵抗素子を採用する。検出部位Ｐと電圧印加回路１８２との間に検出抵抗（インピーダンス素子１８１）が設けられることによって、電圧印加回路１８２から検出部位Ｐに印加される電圧に対して、検出部位Ｐの地絡抵抗と信号生成部１８０の検出抵抗とによる分圧器が形成される。このため、電圧印加回路１８２が上記印加電圧を検出部位Ｐに印加したときにインピーダンス素子１８１に加わる電圧は、検出部位Ｐの地絡抵抗の大きさに応じて変化する。詳しくは、検出部位Ｐにおいて地絡が生じていないときには、検出抵抗の大きさに対して地絡抵抗が十分大きいため、分圧器における電圧降下（分圧）はほとんど生じない。他方、検出部位Ｐにおいて地絡が生じると、地絡抵抗が小さくなり、上記の分圧器による分圧（電圧降下）によってインピーダンス素子１８１に加わる電圧が小さくなる。この実施の形態では、インピーダンス素子１８１に加わる電圧（分圧値）が、地絡診断信号（すなわち、検出部位Ｐの地絡抵抗の大きさを示す電圧信号）に相当する。

上記のように生成される地絡診断信号は、信号生成部１８０の出力端子Ｔｓに接続される信号線ＳＬを介して電圧検出回路１９０へ出力される。電圧検出回路１９０は、交流電圧信号である地絡診断信号から振幅の大きさを示す信号を抽出して送電ＥＣＵ３１０へ出力するように構成される。送電コイル１０１において地絡が生じる（すなわち、検出部位Ｐの地絡抵抗が小さくなる）と、地絡診断信号の振幅が小さくなる傾向があるため、地絡診断信号の振幅の大きさに基づいて、送電コイル１０１の地絡の有無を判定することができる。

電圧検出回路１９０は、インピーダンス変換を行なうバッファ回路１９１と、ノイズを除去するフィルタ回路１９２と、ピーク値を保持するピークホールド回路１９３とを含んで構成される。信号生成部１８０からの入力信号（地絡診断信号）は、バッファ回路１９１及びフィルタ回路１９２を介してピークホールド回路１９３に入力される。バッファ回路１９１としては、公知のバッファ回路（ボルテージフォロア等）を採用できる。フィルタ回路１９２は、たとえば電圧印加回路１８２による印加電圧の周波数（たとえば、２．５Ｈｚ）に対応する通過帯域を有するＢＰＦ（バンドパスフィルタ）である。ただしこれに限られず、主なノイズが高周波ノイズである場合には、ＢＰＦに代えてＬＰＦ（ローパスフィルタ）を用いてもよい。

ピークホールド回路１９３は、たとえば、高い入力インピーダンスを確保するためのバッファアンプと、ピーク電圧を保持するためのコンデンサと、リセットを行なうためのスイッチ（以下、「リセットスイッチ」とも称する）と（いずれも図示せず）を含んで構成される。リセットスイッチは、上記コンデンサに並列に接続される接地線に設けられ、送電ＥＣＵ３１０によって開閉（オフ／オン）制御される。

ピークホールド回路１９３においてピークホールドを行なう場合には、リセットスイッチをオフ状態にする。リセットスイッチがオフ状態であるときには、コンデンサの電圧が入力電圧と同じになるようにコンデンサに電荷が蓄積される。入力電圧がコンデンサの電圧よりも低くなっても、蓄積された電荷は保持される。これにより、コンデンサには入力電圧のピーク値に対応する電荷が保持され、ピークホールド回路１９３からは、コンデンサの電圧（すなわち、入力電圧のピーク値）を示す電圧信号が出力される。

フィルタ回路１９２によってノイズが除去された地絡診断信号がピークホールド回路１９３に入力されると、ピークホールド回路１９３において上記のようにピークホールドが行なわれる。これにより、ピークホールド回路１９３のコンデンサには、地絡診断信号のピーク電圧（すなわち、振幅の大きさ）に対応する電荷が保持される。そして、ピークホールド回路１９３は、地絡診断信号の振幅の大きさを示す電圧信号を送電ＥＣＵ３１０へ出力する。

他方、ピークホールド回路１９３においてコンデンサに保持されたピーク電圧のリセットを行なう場合には、送電ＥＣＵ３１０によってリセットスイッチがオンされる。送電ＥＣＵ３１０からのリセット信号がピークホールド回路１９３に入力されると、リセットスイッチがオンされ、ピークホールド回路１９３のコンデンサから電荷が放出される。

送電ＥＣＵ３１０は、演算装置、記憶装置、入出力ポート、及び通信ポート（いずれも図示せず）等を含む。演算装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むマイクロプロセッサによって構成される。記憶装置は、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、プログラム等を保存するストレージ（ＲＯＭ（Read Only Memory）や、書き換え可能な不揮発性メモリ等）とを含む。送電ＥＣＵ３１０は、送電装置１００における各種機器の制御を行なう。詳細は後述するが、送電ＥＣＵ３１０は、たとえばピークホールド回路１９３の出力信号（地絡診断信号の振幅の大きさを示す電圧信号）を用いて、送電コイル１０１の地絡の有無を判定するように構成される。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

通信部３２０は、受電装置２００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部３２０は、受電装置２００へ情報を送ったり、受電装置２００からの情報を受け取ったりする。

なお、送電ＥＣＵ３１０、通信部３２０、信号生成部１８０、及び電圧検出回路１９０等は、系統電源３００の電力を用いて生成される駆動電力により動作してもよいし、他の電源（図示せず）から電力の供給を受けて動作してもよい。

受電装置２００は、ＬＣ共振部Ｒ２と、コンデンサ２０３と、コイル２０４ａ，２０４ｂと、整流器２０５とを含む。

ＬＣ共振部Ｒ２は、受電コイル２０１及びキャパシタ２０２ａ，２０２ｂが直列に接続されて構成される。受電コイル２０１の両端にキャパシタ２０２ａ，２０２ｂが接続されている。受電コイル２０１は、送電装置１００の送電コイル１０１から磁界を通じて非接触で受電する。ＬＣ共振部Ｒ２のＱ値は１００以上であることが好ましい。

コンデンサ２０３及びコイル２０４ａ，２０４ｂによってノイズフィルタが形成される。このノイズフィルタによって上記受電時に発生する高調波ノイズが抑制される。整流器２０５は、受電コイル２０１によって受電された交流電力を整流して、整流された電力（直流電力）をバッテリ４００側へ出力する。整流器２０５は、たとえば４つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路によって構成される。

また、整流器２０５とバッテリ４００との間には、充電リレー（図示せず）が設けられる。整流器２０５によって整流された電力（直流電力）は受電装置２００から出力され、充電リレーを介してバッテリ４００に供給される。充電リレーは、車両ＥＣＵ４１０によってＯＮ／ＯＦＦ制御され、受電装置２００によるバッテリ４００の充電時にＯＮ（導通状態）にされる。

バッテリ４００は、再充電可能な直流電源である。バッテリ４００は、たとえば二次電池（リチウムイオン電池又はニッケル水素電池等）を含んで構成される。バッテリ４００は、受電装置２００から供給される電力を蓄えて、図示しない車両駆動装置（インバータ及び駆動モータ等）へ電力を供給する。

バッテリ４００に対しては、バッテリ４００の状態を監視する監視ユニットが設けられている。監視ユニットは、バッテリ４００の状態（温度、電流、電圧等）を検出する各種センサを含み、検出結果を車両ＥＣＵ４１０へ出力する。車両ＥＣＵ４１０は、監視ユニットの出力に基づいてバッテリ４００の状態（ＳＯＣ（State Of Charge）等）を検出するように構成される。ＳＯＣは、蓄電残量を示し、たとえば、満充電状態の蓄電量に対する現在の蓄電量の割合を０〜１００％で表わしたものである。

車両ＥＣＵ４１０は、演算装置、記憶装置、入出力ポート、及び通信ポート（いずれも図示せず）等を含み、車両１０における各種機器の制御を行なう。演算装置は、ＣＰＵを含むマイクロプロセッサによって構成される。記憶装置はＲＡＭ及びＲＯＭを含む。ＲＯＭは、プログラム等を保存する。車両ＥＣＵ４１０は、たとえば車両１０の走行制御やバッテリ４００の充電制御等を実行する。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

通信部４２０は、送電装置１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。送電装置１００の通信部３２０と車両１０の通信部４２０との間で無線通信が行なわれることによって、送電ＥＣＵ３１０と車両ＥＣＵ４１０との間で情報のやり取りを行なうことが可能になる。

報知部４３０は、車両ＥＣＵ４１０から要求があったときに、ユーザ（たとえば、車両１０の運転者）へ所定の報知処理を行なうように構成される。報知部４３０の例としては、表示装置、スピーカー、ランプ（たとえば、警告ランプ）が挙げられる。ユーザへの報知処理は任意であり、表示装置への表示（文字や画像等）で知らせてもよいし、スピーカーにより音（音声を含む）で知らせてもよいし、所定のランプを点灯（点滅を含む）させてもよい。

上記のような電力伝送システムにおいて、送電装置１００は、系統電源３００から電力の供給を受けて、供給された電力を送電コイル１０１から受電装置２００の受電コイル２０１へ非接触で送電するように構成される。

ところで、系統電源から電力の供給を受ける非接触電力伝送システムにおいて電力経路の地絡の有無を診断する方法としては、零相変流器を用いる方法が知られている。しかしながら、零相変流器を用いて送電コイルの地絡の有無を判定する場合には、地絡箇所によって判定精度が変わり、地絡箇所によっては十分な判定精度を確保できなくなる可能性がある（詳細は、後述する図５参照）。

そこで、この実施の形態に係る送電装置１００では、送電コイル１０１とキャパシタ１０２ｂとの間に位置する検出部位Ｐの地絡抵抗の大きさを示す電圧信号を生成し、生成された電圧信号を用いて送電コイル１０１の地絡の有無を判定する。より具体的には、電圧印加回路１８２による印加電圧がインピーダンス素子１８１を介して検出部位Ｐに印加されることによって地絡診断信号（すなわち、検出部位Ｐの地絡抵抗の大きさを示す電圧信号）が生成される。そして、送電ＥＣＵ３１０が、電圧検出回路１９０の出力信号（詳しくは、ピークホールド回路１９３において上記地絡診断信号を用いて生成された信号）に基づいて送電コイル１０１の地絡の有無を判定する。こうすることで、地絡箇所によらず高い精度で送電コイル１０１の地絡の有無を判定することが可能になる（詳細は、後述する図４参照）。なお、この実施の形態に係る送電ＥＣＵ３１０は、本開示に係る「判定部」を含む。送電ＥＣＵ３１０においては、たとえば、演算装置と、演算装置により実行されるプログラムとによって判定部が具現化される。

図２は、送電ＥＣＵ３１０により実行される地絡判定処理の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、ステップＳ１１０、Ｓ１２０、Ｓ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１５０、Ｓ１６０（以下、単に「Ｓ１１０」、「Ｓ１２０」、「Ｓ１３０」、「Ｓ１４０」、「Ｓ１５０」、「Ｓ１６０」と称する）を含む。

送電ＥＣＵ３１０は、所定の実行条件が成立するか否かを判断し、実行条件が成立する場合に図２の処理を実行する。実行条件は、たとえばインバータ１３０の非作動時（すなわち、インバータ１３０の出力が無いとき）に成立するように設定される。インバータ１３０の非作動時には、系統電源３００からの電力がＬＣ共振部Ｒ１に供給されなくなる。この実施の形態では、送電ＥＣＵ３１０が車両１０から送電開始要求を受信すると、送電コイル１０１から受電コイル２０１への送電（ひいては、送電装置１００からの送電電力によるバッテリ４００の充電）が開始される。送電ＥＣＵ３１０は、送電開始時にインバータ１３０を作動させて、送電（ひいては、バッテリ４００の充電）が終了すると、インバータ１３０を非作動状態にする。送電開始前にはインバータ１３０が非作動状態になっているため、たとえば送電ＥＣＵ３１０が車両１０から送電開始要求を受信したときに上記実行条件が成立するようにしてもよい。また、送電終了後にもインバータ１３０が非作動状態になるため、たとえば送電終了後に送電ＥＣＵ３１０がインバータ１３０を非作動状態にしたときに上記実行条件が成立するようにしてもよい。

図２を参照して、Ｓ１１０では、送電ＥＣＵ３１０がスイッチ１７０（リレー）をオンする。これにより、電圧印加回路１８２による印加電圧（たとえば、２．５Ｈｚの交流電圧）が検出部位Ｐに印加され、地絡診断信号が電圧検出回路１９０に入力される。さらに、電圧検出回路１９０において、地絡診断信号の振幅の大きさを示す電圧信号（以下、「振幅信号」とも称する）が生成される。生成された振幅信号は、ピークホールド回路１９３から送電ＥＣＵ３１０へ出力される。

送電ＥＣＵ３１０は、Ｓ１２０において、上記振幅信号の値（すなわち、電圧信号の振幅値）を読み取り、Ｓ１３０において、読み取った振幅信号の値が所定値以下であるか否かを判断する。所定値は、検出部位Ｐ（ひいては、送電コイル１０１）の地絡判定に用いられるしきい値であり、送電コイル１０１の地絡発生による地絡抵抗の急激な低下を検出できるように設定される。たとえば、予め実験等により上記振幅信号の値と地絡抵抗との関係が求められて、送電コイル１０１の地絡が生じていないときには上記振幅信号の値が上記所定値よりも大きくなり、送電コイル１０１の地絡が生じることによって上記振幅信号の値が上記所定値以下になるように、上記所定値が設定される。なお、上記所定値は、固定値であってもよいし、送電装置１００の状態等に応じて可変であってもよい。

振幅信号の値が所定値以下である場合（Ｓ１３０にてＹＥＳ）には、送電コイル１０１の地絡が生じていると判定され、送電ＥＣＵ３１０は、Ｓ１４０において、異常が生じた旨を示す警報通知を車両１０へ送信する。警報通知は、送電装置１００の通信部３２０から送信され、車両１０の通信部４２０で受信される。そして、通信部４２０を通じて車両ＥＣＵ４１０が警報通知を受信すると、車両ＥＣＵ４１０は報知部４３０に所定の報知処理を行なわせる。車両ＥＣＵ４１０は、たとえば車両１０内の運転者が視認可能な位置に設置された警告ランプ（報知部４３０）を点灯させて、異常が生じたことを車両１０の運転者に知らせる。

なお、送電ＥＣＵ３１０は、Ｓ１４０において、送電コイル１０１の地絡が生じた旨を記憶装置に記録してもよい。たとえば、送電ＥＣＵ３１０は、記憶装置内のダイアグ（自己診断）のフラグをオンする（フラグの値を０から１にする）ことにより、送電コイル１０１の地絡が生じた旨を記憶装置に記録してもよい。

上記Ｓ１４０の処理後、処理はＳ１５０へ進む。また、振幅信号の値が所定値よりも大きい場合（Ｓ１３０にてＮＯ）には、送電コイル１０１の地絡が生じていないと判定され、上記Ｓ１４０の処理が行なわれることなく、処理がＳ１５０に進む。

Ｓ１５０では、送電ＥＣＵ３１０がピークホールド回路１９３のリセットスイッチをオンする。これにより、ピークホールド回路１９３のコンデンサから全ての電荷が放出され、ピークホールド回路１９３の状態（特に、コンデンサの状態）がリセットされる。

上記Ｓ１５０の処理後、送電ＥＣＵ３１０は、Ｓ１６０においてスイッチ１７０（リレー）をオフする。これにより、信号生成部１８０（ひいては、電圧印加回路１８２）が電力線ＰＬ６から切り離され、電圧印加回路１８２による印加電圧が検出部位Ｐに印加されなくなる。このＳ１６０をもって、図２の一連の処理は終了する。

図３は、図１に示した電力伝送システムにおいて、第１地絡箇所Ａ（送電コイル１０１の端部）及び第２地絡箇所Ｂ（送電コイル１０１の中間部）の各々で地絡が生じた状態を示す図である。

図３を参照して、第１地絡箇所Ａで地絡が生じた場合には、第１地絡箇所Ａと接地線ＧＬとの間に地絡抵抗１７１ａが生じる。そして、信号生成部１８０の検出抵抗（インピーダンス素子１８１）と地絡抵抗１７１ａとによる分圧値が、信号生成部１８０から電圧検出回路１９０へ出力される。一方、第２地絡箇所Ｂで地絡が生じた場合には、第２地絡箇所Ｂと接地線ＧＬとの間に地絡抵抗１７１ｂが生じる。そして、信号生成部１８０の検出抵抗（インピーダンス素子１８１）と地絡抵抗１７１ｂとによる分圧値が、信号生成部１８０から電圧検出回路１９０へ出力される。

図４は、送電装置１００において、地絡判定に用いられる検出電圧（より特定的には、ピークホールド回路１９３から送電ＥＣＵ３１０へ出力される電圧信号の振幅値）と地絡抵抗との関係を示す図である。

図４を参照して、第１地絡箇所Ａ及び第２地絡箇所Ｂのいずれで地絡が生じても、送電装置１００における検出電圧（すなわち、電圧信号の振幅値）と地絡抵抗とは、線Ｌ１で示すような関係を有する。地絡発生時には地絡箇所によらず同じように地絡抵抗が低下する。そして、この地絡抵抗の低下に伴い、送電装置１００における検出電圧が大きく低下する（線Ｌ１参照）。このため、第１地絡箇所Ａ及び第２地絡箇所Ｂのいずれで地絡が生じても、上記の検出電圧に基づいて高い精度で送電コイル１０１の地絡の有無を判定することができる。

図５は、比較例に係る地絡判定方法において、地絡判定に用いられる零相電流と地絡抵抗との関係を示す図である。比較例に係る地絡判定方法は、送電コイル１０１の両端に零相変流器をつないで、零相変流器において検出される零相電流の大きさに基づいて、送電コイル１０１の地絡の有無を判定する方法である。

図５を参照して、この比較例に係る方法において、第１地絡箇所Ａで地絡が生じた場合には、零相電流と地絡抵抗とが線Ｌ２１で示すような関係を有し、地絡抵抗の低下に伴い、零相電流が大きく上昇する。一方、第２地絡箇所Ｂで地絡が生じた場合には、零相電流と地絡抵抗とが線Ｌ２２で示すような関係を有し、地絡抵抗の低下に伴う零相電流の上昇が小さい。このため、比較例に係る方法では、送電コイル１０１の端部での地絡は高い精度で検出できるが、送電コイル１０１の中間部での地絡を高い精度で検出することは困難である。

以上説明したように、送電装置１００では、接地部Ｇに電気的に接続される電圧印加回路１８２がインピーダンス素子１８１を介して検出部位Ｐに所定の電圧を印加することによって、検出部位Ｐの地絡抵抗の大きさを示す電圧信号（地絡診断信号）を生成する。こうした電圧信号を用いて送電コイル１０１の地絡の有無を判定することによって、地絡箇所によらず高い精度で送電コイル１０１の地絡の有無を判定することが可能になる。

また、送電装置１００は、系統電源３００の交流電力を直流電力に変換して出力するＡＣ／ＤＣコンバータ１５０と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１５０から出力される直流電力を所定周波数の交流電力に変換してＬＣ共振部Ｒ１へ出力するインバータ１３０と、検出部位Ｐとインピーダンス素子１８１との間に配置されるスイッチ１７０とを備える。そして、送電ＥＣＵ３１０が、インバータ１３０の非作動時に図２の処理を実行することにより、スイッチ１７０をオン状態にして（Ｓ１１０）、送電コイル１０１の地絡の有無を判定する（Ｓ１３０）。こうした構成によれば、地絡判定を行なわないときには、スイッチ１７０をオフ状態（遮断状態）にして信号生成部１８０を検出部位Ｐから切り離すことができる。また、地絡判定を行なうときには、スイッチ１７０をオン状態（導通状態）にすることで、信号生成部１８０を検出部位Ｐに接続することができる。さらに、インバータ１３０の非作動時にスイッチ１７０がオン状態になることで、ＬＣ共振部Ｒ１（ひいては、検出部位Ｐ）がインバータ１３０の出力の影響を受けなくなり、信号生成部１８０により生成される地絡診断信号に基づいて送電コイル１０１の地絡の有無を適切に判定することが可能になる。

インバータ１３０の非作動時に上記の地絡判定を実行する場合、地絡判定の実行タイミングの好適な例としては、送電開始直前（たとえば、送電開始要求が発生してから送電を開始するまでの所定タイミング）、又は送電終了直後（たとえば、送電終了後にインバータ１３０を非作動状態にしてから所定時間経過後のタイミング）が挙げられる。また、送電開始直前と送電終了直後との両方で上記の地絡判定を実行してもよい。

本実施の形態の送電装置１００による地絡判定方法では、送電コイル１０１の両端に接続されたキャパシタ１０２ａ及び１０２ｂ（いずれも共振用コンデンサ）が低周波電流を絶縁する。このため、カップリングコンデンサ型漏電検出方式で必要になる大容量のカップリングコンデンサを、本実施の形態の方法では必要としない。こうした方法によれば、送電装置１００を大型化することなく地絡の有無を判定することができる。

上記実施の形態では、送電コイル１０１とキャパシタ１０２ｂとの間に検出部位Ｐを配置したが、送電コイル１０１とキャパシタ１０２ａとの間に検出部位Ｐを配置し、この検出部位Ｐにスイッチ１７０を介して信号生成部１８０を接続してもよい。

図１に示した回路構成は適宜変更可能である。たとえば、ピークホールド回路１９３の代わりに比較器（オペアンプ等）を用いて、図２のＳ１３０に相当する判定（より特定的には、しきい値との比較）をアナログ回路によって行なうようにしてもよい。また、電圧印加回路１８２による印加電圧は、矩形波、パルス波、半波などであってもよい。電圧印加回路１８２としては、マルチバイブレータ、タイマ回路、インバータロジック回路なども採用できる。

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。

１０ 車両、１００ 送電装置、１０１ 送電コイル、１０２ａ，１０２ｂ キャパシタ、１０３ コンデンサ、１０４ａ，１０４ｂ コイル、１２０，１４０，１６０ ノイズフィルタ、１３０ インバータ、１４１ａ，１４１ｂ，１４２ コンデンサ、１５０ ＡＣ／ＤＣコンバータ、１５１ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５２ 整流回路、１６１ａ，１６１ｂ，１６２ａ，１６２ｂ，１６３ コンデンサ、１６４，１６５ コイル、１７０ スイッチ、１８０ 信号生成部、１８１ インピーダンス素子、１８２ 電圧印加回路、１９０ 電圧検出回路、１９１ バッファ回路、１９２ フィルタ回路、１９３ ピークホールド回路、２００ 受電装置、２０１ 受電コイル、２０２ａ，２０２ｂ キャパシタ、２０３ コンデンサ、２０４ａ，２０４ｂ コイル、２０５ 整流器、３００ 系統電源、３１０ 送電ＥＣＵ、３２０ 通信部、４００ バッテリ、４１０ 車両ＥＣＵ、４２０ 通信部、４３０ 報知部、Ｇ 接地部、Ｐ 検出部位、Ｑ１〜Ｑ４ スイッチング素子、Ｑ５ スイッチ、Ｒ１，Ｒ２ ＬＣ共振部。

Claims (1)

1. 接地部に接地された系統電源から電力の供給を受けて、供給された電力を送電コイルから受電装置の受電コイルへ非接触で送電する非接触送電装置であって、
   前記送電コイルの一方端に第１キャパシタが直列に接続されるとともに、前記送電コイルの他方端に第２キャパシタが直列に接続されて構成されるＬＣ共振部と、
   電力経路における所定の検出部位の地絡抵抗の大きさを示す電圧信号を生成する信号生成部と、
   前記信号生成部により生成された前記電圧信号を用いて、前記送電コイルの地絡の有無を判定する判定部とを備え、
   前記検出部位は、前記送電コイルと前記第１キャパシタ又は前記第２キャパシタとの間にあり、
   前記信号生成部は、インピーダンス素子と、前記接地部に電気的に接続される電圧印加回路とが互いに直列に接続されて構成され、
   前記電圧印加回路が前記インピーダンス素子を介して前記検出部位に所定の電圧を印加することによって前記電圧信号が生成される、非接触送電装置。

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