JP2020114064A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】充電アームを充電スタンドに備えるよりも、充電用アームの使用頻度を低くし、充電アームの劣化の度合を低減する充電装置を提供する。【解決手段】充電装置は、車載バッテリ４０から供給される電力によって駆動可能な車両１０に備えられ、少なくとも地面に対して水平な平面内において車両１０の外部に伸長した状態である伸長状態と車両１０内に格納された状態である格納状態との間にて伸縮可能に構成されたアーム３０と、アーム３０の先端に設けられ、車両１０の外部に設置された充電スタンド７０が備える給電部８０と接続する位置までアーム３０が伸長したとき、給電部８０から車載バッテリ４０を充電するための充電電力を受電可能な受電部２０と、受電部２０が受電した電力を車載バッテリ４０まで供給する電力供給経路５０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車載バッテリに充電する充電装置に関する。

電動車両（プラグインハイブリッド車両を含む。）が搭載するバッテリ（車載バッテリ）の充電には時間がかかることから、充電待ちの拘束からの解放や接続作業の簡便化のため、充電中に人の手を介さない自動充電装置が検討されている。自動充電装置の一つ（以下、「従来装置」と称呼する。）は、先端に接触デバイス（給電カプラ）を備えた充電用アームを充電スタンドに有している。従来装置によれば、上記充電用アームは、少なくとも３自由度を有するロボットアームである。よって、電動車両の車種毎に充電インタフェース（受電カプラ）の位置及び向きが異なる場合であっても給電カプラと受電カプラとを確実に接続することができるようになっている。

特開２０１８−９３７１６号公報

しかし、自動充電装置の充電スタンドに充電用アームが備えられる場合、当該充電スタンドを利用する全ての車両に対応して充電用アームが動かされる。これにより、充電用アームの使用頻度が高くなり、その結果、充電用アームの劣化の度合いが高くなる虞がある。

本発明は上記問題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、充電用アームを車両（電動車両）に備えることにより、充電用アームを充電スタンドに備えるよりも、充電用アームの使用頻度を低くし、以て、充電用アームの劣化の度合いを低減可能な充電装置を提供することにある。

本発明の充電装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、車載バッテリ（４０）から供給される電力によって駆動可能な車両（１０）に備えられた充電装置である。本発明装置は、アーム（３０）と、受電部（２０）と、電力供給経路（５０）と、を備える。

前記アームは、少なくとも地面に対して水平な平面内において前記車両の外部に伸長した状態である伸長状態と前記車両内に格納された状態である格納状態との間にて伸縮可能に構成される。

前記受電部は、前記アームの先端に設けられ、前記車両の外部に設置された充電スタンド（７０）が備える給電部（８０）と接続する位置まで前記アームが伸長したとき前記給電部から前記車載バッテリを充電するための充電電力を受電可能に構成される。

前記電力供給経路は、前記受電部が受電した電力を前記車載バッテリまで供給する。

本発明装置によれば、アーム（つまり、充電用アーム）は充電スタンドではなく車両に設けられる。従って、充電用アームを充電スタンドに備えるよりも、充電用アームの使用頻度を低くすることができる。従って、本発明装置によれば、充電用アームの劣化の度合いを低減することができる。

本発明装置の一態様において、本発明装置は、位置認識部（６３）と、制御部（６０）と、を更に備える。

前記位置認識部は、前記充電スタンドの前記給電部の位置を認識する（ステップ６２０）。

前記制御部は、前記位置認識部により認識された前記給電部の位置情報に基づいて、前記アームの状態を前記伸長状態に設定した場合に前記給電部と前記受電部との間において前記充電電力を授受可能な位置に前記受電部が位置するように前記車両を停車させる（ステップ６２５：Ｎｏ、ステップ６７０、ステップ６７５）。

この態様によれば、充電スタンドに設けられた給電部と、充電用アームの先端に設けられた受電部と、の水平方向の相対位置を車両の停車位置を変更することにより調整することができる。更に、給電部と受電部との高さ方向の相対位置は、例えば、給電部の取り付けられる高さが規格化されていれば、車両（車種）毎に充電用アームの取付位置と給電部の取付位置の差が予めわかっている。従って、上記取付位置の差を考慮して充電用アームを設計することにより、容易に給電部と受電部の高さを合わせることができる。

つまり、この態様における充電用アームは、少なくとも１自由度（車両と充電スタンドとの距離方向の自由度）以上の充電用アームを備えていればよい。従って、この態様によれば、車両に搭載する充電用アームのコストを低減することができる。更に、自由度の少ない充電用アームは自由度の多いロボットアームと比較して簡易な構造を採用することができるので、維持管理コストをより削減することができる。

上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る充電装置の概略構成図である。 図２は、図１に示した受電カプラ及び給電カプラの接触前の斜視図である。 図３は、図１に示した受電カプラ及び給電カプラの接触時の平面図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。 図４は、図１に示したアーム及び充電リッドの平面図であり、（Ａ）はアームが伸長状態にあるときの図、（Ｂ）はアームが格納状態にあるときの図である。 図５は、図１に示した車両、アーム及び充電スタンドの斜視図であり、（Ａ）は車両の左前方からみた図、（Ｂ）は車両の右前方からみた図である。 図６は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する「充電制御ルーチン」を示したフローチャートである。 図７は、本発明の第２実施形態に係る充電装置のアーム及び充電リッドの平面図であり、（Ａ）はアームが伸長状態にあるときの図、（Ｂ）はアームが格納状態にあるときの図である。 図８は、充電装置の取付位置を示した図であり、（Ａ）は第１実施形態に係る充電装置の取付位置を示した図、（Ｂ）は充電装置を車両の右側方に取り付けた場合の図、（Ｃ）は充電装置を車両の前方に取り付けた場合の図である。 図９は、アームが高さ方向に屈曲するように２箇所の関節が設けられたアームを採用した車両を示した図である。

＜第１実施形態＞
（構成）
本発明の第１実施形態に係る充電装置（以下、「第１装置」とも称呼される。）は、図１に示した電動車両１０（以下、単に「車両」とも称呼する。）に適用される。

車両１０は、受電部２０、アーム３０、車載バッテリ４０、正極側充電リレー４１、負極側充電リレー４２、正極側システムメインリレー４３、負極側システムメインリレー４４、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）４５、電動機（ＭＧ）４６、電力供給経路５０及び電子制御装置（ＥＣＵ）６０等を備えている。

受電部（以下、「受電カプラ」とも称呼される。）２０は、車両１０の車体１１の左側面に備えられた充電リッド１２及び車体１１に囲繞された空間に格納されている。更に、受電カプラ２０は、アーム３０の先端に設けられていて、車載バッテリ４０を充電する際、アーム３０が伸長して充電スタンド７０が備える給電部（以下、「給電カプラ」とも称呼される。）８０と接続するようになっている。

図２に示したように、受電カプラ２０は、カプラ本体２１、突起部２２、第１電極２３、第２電極２４及びアーム固定部２５を備えている。

カプラ本体２１は、略直方体の形状を有している。突起部２２は、略直方体の形状を有しており、カプラ本体２１の一つの幅広の面２１ａの長手方向中央から幅広の面２１ａの法線方向に延出している。第１電極２３及び第２電極２４は、幅広の面２１ａにおいて、突起部２２を挟んで左右対称に配置されている。

第１電極２３は、正極の電極である。第１電極２３は平坦な面で構成されている。第２電極２４は、負極の電極である。第２電極２４は平坦な面で構成されている。第１電極２３及び第２電極２４は、突起部２２により空間的に絶縁されている。アーム固定部２５は、幅広の面２１ａとは反対側の面２１ｂの中央に突設される。

給電カプラ８０は、第３電極８１、第４電極８２を備えている。第３電極８１及び第４電極８２は略直方体状の電極であり、導電性の金属でできている。第３電極８１及び第４電極８２は、長手方向が鉛直方向（高さ方向）と平行となるように配置される。更に、第３電極８１及び第４電極８２は、互いに等しい高さとなるように配置される。

図３において、Ｘ軸の方向は車両１０の前後方向と平行な方向を、Ｙ軸の方向は車両１０の左右方向と平行な方向を、Ｚ軸の方向は鉛直方向と平行な方向を、それぞれ表している。以下、Ｘ軸の方向は単に「Ｘ方向」と、Ｙ軸の方向は単に「Ｙ方向」と、Ｚ軸の方向は単に「Ｚ方向」と称呼される。

図３の（Ａ）に示したように、受電カプラ２０の突起部２２のＸ方向の長さＸ０は（例えば２０ｍｍ）、第１電極２３のＸ方向の長さＸ１は、（例えば、９０ｍｍ）、第２電極２４のＸ方向の長さＸ２は（例えば、９０ｍｍ）である。従って、受電カプラ２０のＸ方向の長さ（横幅）は２００ｍｍである。

給電カプラ８０の第３電極８１のＸ方向の長さ（横幅）Ｘ３は、例えば、３０ｍｍ、同じく第４電極８２のＸ方向の長さ（横幅）Ｘ４は、例えば、３０ｍｍである。
第３電極８１と第４電極８２との間の長さ（間隔）Ｘ５は例えば、８０ｍｍである。

図３の（Ｂ）に示したように、受電カプラ２０のＺ方向の長さ（高さ）Ｚ１は、例えば、５０ｍｍである。給電カプラ８０の第３電極８１及び第４電極８２のＺ方向の長さ（高さ）Ｚ２は、例えば、１１０ｍｍである。

アーム３０が伸長して受電カプラ２０が給電カプラ８０に押し付けられると、第１電極２３と第３電極８１、第２電極２４と第４電極８２、がそれぞれ電気的に接触（結合）する。

次に、受電カプラ２０と給電カプラ８０との間の接続（接触）のトレランスについて説明する。例えば、図３の（Ｂ）に示したように、Ｘ−Ｚ平面内の第１電極２３の中心と第３電極８１の中心とが互いに重なるように接触し、Ｘ−Ｚ平面内の第２電極２４の中心と第４電極８２の中心とが互いに重なるように接触した場合について検討する。この場合、図３の（Ａ）に示したように、第３電極８１の両側にはそれぞれ、第１電極２３の非接触面が存在する。これら第１電極２３の非接触面の横幅はＸｔ（例えば、３０ｍｍ）である。同様に、第４電極８２の両側にはそれぞれ、第２電極２４の非接触面が存在する。これら第２電極２４の非接触面の横幅はＸｔ（例えば、３０ｍｍ）である。従って、この場合、Ｘ方向において最大±Ｘｔ（例えば、±３０ｍｍ）の誤差が許容される。

車両１０の停車位置及び停車の向きによっては、受電カプラ２０と給電カプラ８０との間のＸ方向の相対位置が上記許容される誤差範囲から外れてしまい、良好な接触が確保されない場合がある。この場合、第１装置においては、後述するように、ＥＣＵ６０が車両１０の停車位置を適正な位置に変更することにより、受電カプラ２０と給電カプラ８０との良好な接触を確保するようになっている。

次に、Ｚ方向の許容される誤差について考えると、図３の（Ｂ）に示したように、第１電極２３の上下にはそれぞれ、第３電極８１の非接触面が存在する。これら第３電極８１の非接触面の高さはＺｔ（例えば、３０ｍｍ）である。同様に、第２電極２４の上下にはそれぞれ、第４電極８２の非接触面が存在する。これら第４電極８２の非接触面の高さはＺｔ（例えば、３０ｍｍ）である。従って、この場合、Ｚ方向において最大±Ｚｔ（±３０ｍｍ）の誤差が許容される。

ところで、車両１０のアーム３０の取付高さは、給電カプラ８０の設置高さと等しくなるように予め設定されている。車両１０の停車位置及び充電スタンド７０の設置位置を含む充電エリアは平坦である。従って、車両１０が備えるタイヤの空気圧及び車両１０の積載状態等によってアーム３０の取付高さ（地上高）が変化した場合であっても、第１電極２３と第３電極８１との間における良好な接触及び第２電極２４と第４電極８２との間における良好な接触が確保される。

このような形状により、受電カプラ２０及び給電カプラ８０はＸ方向及びＺ方向の相対的な位置の誤差を互いに吸収できるようになっている。なお、上記の各種寸法の数値はあくまで例示であり、第１装置がこれらの数値により限定されることはない。

図４に示したように、アーム３０は、一対のリンク３１、複数対（４対）のリンク３２及び一対のリンク３３をパンタグラフ状に組み合わせることにより、Ｙ軸方向に伸縮自在に構成された所謂レージトングアームである。図４の（Ａ）には、「伸長状態」のアーム３０が示されており、図４の（Ｂ）には、「格納状態」のアームが示されている。伸長状態のアーム３０を参照すると、アーム３０は、円柱状のセンターピン３４を中心に互いに回動可能に交差された一対のリンク３１に対し、センターピン３４を中心に互いに回動可能に交差された複数対のリンク３２をＹ軸の正方向へ円筒状のアウターピン３５により互いに連結し、更に、センターピン３４ａを中心に互いに回動可能に連結された一対のリンク３３をＹ軸の正方向へアウターピン３５により連結することにより構成される。

一対のリンク３１のＹ軸の負方向側のそれぞれの端部３１ａは、可動子３６ａの連結部３７ａ及び可動子３６ｂの連結部３７ｂにそれぞれ回転軸３８を介して連結されている。
回転軸３８は、可動子３６ａの連結部３７ａ及び可動子３６ｂの連結部３７ｂにより玉軸受けを介して支持されている。一方、複数対のリンク３２のうちＹ軸の正方向側の端部に位置するリンク３２のそれぞれの端部３２ａには、アウターピン３５を介してリンク３３が回動可能に連結され、リンク３３のＹ軸の正方向側の端部３３ａは、互いにセンターピン３４により回動可能に連結されている。

センターピン３４は、可動中心線Ｌ１上に等間隔に配置される。Ｙ軸方向に最も正方向側のセンターピン３４ａは、受電カプラ２０のアーム固定部２５に接続される。つまり、受電カプラ２０は、センターピン３４ａを介してリンク３３（アーム３０）に固定される。なお、図４において、電力供給経路５０の図示は便宜上省略されている。

上記のように構成されたアーム３０は、可動子３６ａと可動子３６ｂとの間のＸ方向の距離Ｄ１が短くなるほどＹ軸方向に伸長し、反対に距離Ｄ１が長くなるほどＹ軸方向に萎縮する（以上、特開２００７−２５０１９６号公報を参照。）。

アーム３０が伸長状態にあるとき、充電リッド１２は開放されている。なお、アーム３０には、図示しない圧力センサが備えられている。圧力センサは、アーム３０が長手方向（Ｙ方向）に押される力を検出するようになっている。例えば、アーム３０が伸長することにより受電カプラ２０が給電カプラ８０に当接したとき、アーム３０にはＹ軸の負方向の力が作用する。圧力センサは、このＹ軸の負方向の力を検出するようになっている。

図４の（Ｂ）に示したように、アーム３０が萎縮して格納状態にあるとき、充電リッド１２は閉じられている。このように、格納状態にあるとき、アーム３０と受電カプラ２０とは充電リッド１２及び車体１１に囲繞された空間に完全に格納されるようになっている。

再び、図１を参照しながら第１装置の構成を説明する。車載バッテリ４０は、充放電が可能な二次電池（リチウムイオン電池）である。車載バッテリ４０は、正極（正極端子）と負極（負極端子）との間に端子間電圧Ｖｂ０（例えば、３５０Ｖ）を発生する。なお、車載バッテリ４０は、ニッケル水素電池、鉛バッテリ、ニッケル・カドミウム電池及び他の二次電池であってもよい。

正極側充電リレー（以下、「ＤＣＲＢ」とも称呼する。）４１は、受電部（受電カプラ）２０と「電力線Ｈｏｔと電力線ＰＬとの接続点Ｃ１」との間において電力線Ｈｏｔに介装されている。正極側システムメインリレー（以下、「ＳＭＲＢ」とも称呼する。）４３は、接続点Ｃ１と車載バッテリ４０の正極端子との間において電力線Ｈｏｔに介装されている。負極側充電リレー（以下、「ＤＣＲＧ」とも称呼する。）４２は、受電部（受電カプラ）２０と「電力線Ｃｏｌｄと電力線ＮＬとの接続点Ｃ２」との間において電力線Ｃｏｌｄに介装されている。負極側システムメインリレー（以下、「ＳＭＲＧ」とも称呼する。）４４は、接続点Ｃ２と車載バッテリ４０の負極端子との間において電力線Ｃｏｌｄに介装されている。

このように、ＤＣＲＢ４１及びＤＣＲＧ４２は、車載バッテリ４０と受電部（受電カプラ）２０とを結ぶ充電経路中に介装されており、この充電経路の導通状態と遮断状態とを切替え可能である。ＳＭＲＢ４３及びＳＭＲＧ４４は、車載バッテリ４０と受電部（受電カプラ）２０とを結ぶ充電経路中に介装されており、この充電経路の導通状態と遮断状態を切替え可能である。

電力線ＰＬは、接続点Ｃ１とＰＣＵ４５の一方の入力端子とを接続している。電力線ＮＬは、接続点Ｃ２とＰＣＵ４５の他方の入力端子とを接続している。

ＰＣＵ４５は、昇降圧コンバータ及びインバータを含み、車載バッテリ４０の出力する直流電圧を昇圧し、更に、その昇圧された直流電力を三相交流電力へと変換して発電電送機（ＭＧ）４６へ出力する。一方、ＰＣＵ４５は、ＭＧ４６が発電し出力する三相交流電力を直流電力に変換し、その変化された直流電圧を降圧して車載バッテリ４０へ出力する。

ＭＧ４６は、ＰＣＵ４５から供給される三相交流電力によって車両１０を駆動するためのトルクを発生させる。

電力供給経路５０は、電力線Ｈｏｔと接続する正極側電力供給線５１と、電力線Ｃｏｌｄと接続する負極側電力供給線５２と、を備えている。電力供給経路５０は、正極側電力供給線５１及び負極側電力供給線５２が、アーム３０のリンク３１、リンク３２及びリンク３３に沿ってそれぞれ互い違いとなるように配置され、アーム３０の伸縮に応じて屈曲するようになっている。

電子制御装置（ＥＣＵ）６０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインタフェースＩ／Ｆ等を含んでいる。ＥＣＵはエレクトロニックコントロールユニットの略称である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、後述する各種機能を実現する。

ＥＣＵ６０は、車載バッテリ４０、ＤＣＲＢ４１、ＤＣＲＧ４２、ＳＭＲＢ４３、ＳＭＲＧ４４、ＰＣＵ４５、アームアクチュエータ６１、リッドアクチュエータ６２、位置検出センサ６３及び無線通信ユニット６４等と電気的に接続されている。更に、ＥＣＵ６０は、ブレーキアクチュエータ（摩擦制動装置）６５、操舵アクチュエータ６６、表示器６７、スピーカ６８等と電気的に接続されている。

ＥＣＵ６０は、そのＣＰＵからの指示に応じて、アームアクチュエータ６１及びリッドアクチュエータ６２等に指示（駆動）信号を送出するようになっている。更に、ＥＣＵ６０は、位置検出センサ６３の信号を受信（入力）するようになっている。

アームアクチュエータ６１は、電動モータを含むアクチュエータであり、アーム３０を伸縮可能に構成される。より具体的に述べると、図４に示したように、アームアクチュエータ６１は、アーム３０のシャフト３９を所定の速度にて左回転方向（反時計回り）及び右回転方向（時計回り）の何れの方向にも回転可能に構成されている。シャフト３９には、長手方向（Ｘ方向）の中心位置から左右対称の範囲に等ピッチ且つ互いに反対向きのねじ溝３９ａ及びねじ溝３９ｂが形成されている。

可動子３６ａ及び可動子３６ｂは、ねじ溝３９ａ及びねじ溝３９ｂにそれぞれ対応したねじ溝が形成されており、ねじ溝３９ａ及びねじ溝３９ｂにそれぞれ螺合されている。従って、アームアクチュエータ６１によりシャフト３９が左回転方向（図４の矢印Ａ１の方向）に回転した場合、可動子３６ａ及び可動子３６ｂは、それぞれ、Ｘ軸の正方向及びＸ軸の負方向へ駆動される。つまり、この場合、可動子３６ａ及び３６ｂは互いに近付くので、アーム３０はＹ軸の正方向に伸長する。

アームアクチュエータ６１によりシャフト３９が右回転方向（矢印Ａ１と反対の方向）に回転した場合、可動子３６ａ及び可動子３６ｂは、それぞれ、Ｘ軸の負方向、Ｘ軸の正方向へ駆動される。つまり、このとき、可動子３６ａ及び３６ｂは互いに離間する。従って、アーム３０は、Ｙ軸の負方向に萎縮する。

リッドアクチュエータ６２は、充電リッド１２を開閉可能な電動アクチュエータである。リッドアクチュエータ６２は、駆動軸部（図示せず）を回転させる電動モータである。
このリッドアクチュエータ６２の構成は周知である（例えば、特開２０００−９２６２２号公報（図１２及び図１３）を参照。）。

位置検出センサ６３は、ＣＣＤ及びＣＭＯＳ等のカメラである。位置検出センサ６３は、撮影された画像から画像認識により給電カプラ８０の位置（即ち、車両１０と充電スタンド７０との相対位置）を検出し、検出された位置信号をＥＣＵ８０に出力（送信）するようになっている。

なお、位置検出センサ６３は、赤外線センサ、超音波センサ及びミリ波レーダ等であってもよいし、これらのセンサとカメラが組み合わされてもよい。位置検出センサ６３は、自動運転制御に用いられる障害物検出センサが兼用されてもよい。更に、給電カプラ８０の近傍に、位置検出センサが容易に識別することができる位置検出マーカが備えられてもよい。更に、位置検出センサは、充電スタンド７０に設けられ、充電リッド１２の位置を検出してもよい。

無線通信ユニット６４は、主として近距離通信が可能な周知の無線通信ユニットであり、車両１０が充電スタンド７０に所定距離だけ近付いた時点から充電スタンド７０の備える無線通信ユニット７１と無線通信することができるようになっている。無線通信ユニット６４は、例えば、車両１０の位置情報、充電開始許可信号及び充電終了信号等を無線通信ユニット７１と通信する。これにより、ＥＣＵ６０は、充電スタンド７０の備える電子制御装置９０と連携して充電制御を実施できるようになっている。

ブレーキアクチュエータ６５は、油圧制御アクチュエータである。ブレーキアクチュエータ６５は、図示しないブレーキペダルの踏力によって作動油を加圧するマスタシリンダと、車両１０の各車輪に設けられた周知のホイールシリンダを含む制動装置（摩擦ブレーキ装置）と、の間の油圧回路に配設される。ブレーキアクチュエータ６５は、ホイールシリンダに供給する作動油の圧力（油圧）を調整する。ＥＣＵ６０は、ブレーキアクチュエータ６５を作動させることにより各車輪に摩擦制動力を付与し、車両１０の加減速度を調整したり車両１０を停止させたりするように構成されている。

操舵アクチュエータ６６は、周知の図示しないパワーステアリングモータを含むアクチュエータである。パワーステアリングモータは、例えば、ＥＣＵ６０からの指令値に基づいて、運転者によるステアリング操作をアシストするための駆動力を発生し、その駆動力によって図示しないラックシャフトをその軸方向に駆動する。更に、パワーステアリングモータは、ＥＣＵ６０からの指令値に基づいて、目標舵角を前輪に与えるようにラックシャフトをその軸方向に駆動する。

表示器６７は、ディスプレイ及びディスプレイ制御部を含んでいる。表示器６７は、運転者が運転席に着座した状態にてディスプレイの映像を視認容易な位置（センターコンソール、ダッシュボード及びフロントガラス等）に配設されている。表示器６７は、車両１０の停止位置情報、充電準備、充電中の状況（充電状態）及び充電完了等の情報を表示するようになっている。従って、運転者は、例えば、車両１０が車載バッテリ４０を充電するための適正な位置（即ち、受電カプラ２０が給電カプラ８０との適正な接触が可能な位置）に停車していることを車両１０の運転操作を行いながら確認することができる。更に、運転者は、車載バッテリ４０の充電状態を、運転席に着座した状態にて確認することができる。

スピーカ６８は、運転者が運転席に着座した状態にて聴取可能な位置に配設されている。従って、例えば、車両１０が車載バッテリ４０を充電するための適正な位置に停車していない場合、ＥＣＵ６０は、スピーカ６８にアラームを発生させることができる。更に、ＥＣＵ６０は、車両１０を適正な位置に変更するためのガイダンスを運転者に与えることができる。

充電スタンド７０は、無線通信ユニット７１、コンバータ７２、正極側充電リレー７３、負極側充電リレー７４、表示器７５、給電カプラ８０及び電子制御装置９０等を備えている。

無線通信ユニット７１は、所定の距離範囲内において、車両１０の無線通信ユニット６４と相互に通信可能に構成されている。コンバータ７２は、充電スタンド７０の外部から供給される交流電力を車載バッテリ４０を充電するための所定の電圧の直流電力に変換可能に構成されている。正極側充電リレー７３は、コンバータ７２の図示しない正極端子と第３電極８１との間の電力線に介装されており、この電力線の導通状態と遮断状態とを切替え可能である。負極側充電リレー７４は、コンバータ７２の図示しない負極端子と第４電極８２との間の電力線に介装されており、この電力線の導通状態と遮断状態とを切替え可能である。表示器７５は、ディスプレイ及びディスプレイ制御部を含んでいる。表示器７５は、車両１０の停止位置情報、充電準備、充電中の状況（充電状態）及び充電完了等の情報を表示するようになっている。なお、これらの情報は、前述したように、車両１０内の表示器６７にも表示されるようになっている。

給電カプラ８０は、前述したように、第３電極８１及び第４電極８２を含んでいる。給電カプラ８０は、受電カプラ２０が接触（結合）したとき、コンバータ７２により変換された充電のための直流電力を受電カプラ２０に出力可能に構成されている。

電子制御装置９０は、ＥＣＵ６０と同様に、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインタフェースＩ／Ｆ等を含んでいる。電子制御装置９０は、無線通信ユニット７１、コンバータ７２、正極側充電リレー７３、負極側充電リレー７４及び表示器７５等と電気的に接続されている。電子制御装置９０は、例えば、そのＣＰＵからの指示に応じて、正極側充電リレー７３及び負極側充電リレー７４の導通状態及び遮断状態を制御するようになっている。

（作動の概要）
次に、本充電装置の作動の概要について説明する。
本実施形態においては、運転者による運転操作又はＥＣＵ６０が別途実施する自動運転制御により、車両１０が充電スタンド７０近傍の所定の停止位置範囲に停車した後の作動について説明する。

車両１０が充電スタンド７０に近付いて無線通信ユニット６４と無線通信ユニット７１とが通信可能な距離まで近付くと互いに通信を確立する。車両１０が車載バッテリ４０の充電のため、充電スタンド７０近傍の所定の停車位置範囲に停車すると、ＥＣＵ６０は、車両１０が所定の停車位置範囲に停車したことを認識する。なお、車両１０の停車位置範囲に重量センサを埋設しておき、車両１０が停車位置範囲に停車したとき、重量センサの検出信号が充電スタンド７０の電子制御装置９０に送信されるようにしてもよい。

図５に示したように、ＥＣＵ６０は、車両１０が所定の停車位置範囲に停車したことを認識し、車両１０の停車位置が充電可能な位置にあること（受電カプラ２０が給電カプラ８０と正しく当接すること）を確認すると、車体１１の左側面に配設された充電リッド１２を開放し、アーム３０を伸長する。言い換えると、ＥＣＵ６０は、車両１０の停車位置が充電可能な位置にあることを確認すると、アーム３０を「格納状態」から「伸長状態」へと変更する。

（実際の作動）
次に、本充電装置の実際の作動について説明する。ＥＣＵ６０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼される。）は、一定時間が経過する毎に図６にフローチャートにより示した「充電制御ルーチン」を実行するようになっている。

ＣＰＵは、所定のタイミングにてステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、充電フラグＸＣＨＡの値が「０」であるか否かを判定する。充電フラグＸＣＨＡの値は、図示しないイニシャルルーチンにおいて、イグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されると、「０」に設定されるようになっている。従って、現時点において充電フラグＸＣＨＡの値は「０」であるので、ＣＰＵは、ステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、アーム伸長フラグＸＡＲＭの値が「０」であるか否かを判定する。

アーム伸長フラグＸＡＲＭの値は、図示しないイニシャルルーチンにおいて、イグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されると、「０」に設定されるようになっている。従って、現時点においてアーム伸長フラグＸＡＲＭの値は「０」であるので、ＣＰＵは、ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１５に進み、車両１０が所定の停車位置に停車したか否かを判定する。

前述の仮定によれば、車両１０は所定の停車位置に停車している。従って、ＣＰＵは、ステップ６１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進み、位置検出センサ６３により受電カプラ２０のＸ方向の位置（給電カプラ８０とのＸ方向の相対位置）を取得する。

次いで、ＣＰＵはステップ６２５に進み、取得されたＸ方向位置が充電可能な位置範囲にあるか否かを判定する。「充電可能な位置」とは、車両１０からアーム３０が伸長して受電カプラ２０が給電カプラ８０と当接することとなったとき、第１電極２３と第３電極８１、第２電極２３と第４電極８２とが正しく接続されるような受電カプラ２０の相対位置のことである。

（１）受電カプラ２０のＸ方向の位置が充電可能な位置範囲にある場合
ＣＰＵは、ステップ６２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、ブレーキアクチュエータ６５を用いて各車輪に制動力を付与する。次いで、ＣＰＵは、ステップ６３５に進み、リッドアクチュエータ６２を駆動して充電リッド１２を開放する。充電リッド１２が開放された後、ＣＰＵはアームアクチュエータ６１を駆動してアーム３０を伸長させるとともにアーム伸長フラグＸＡＲＭの値を「１」に設定する。

次いで、ＣＰＵは、ステップ６４０に進み、受電カプラ２０が給電カプラ８０と当接したか否かを判定する。いま、アーム３０が伸長されたばかりであるから、受電カプラ２０は給電カプラ８０と当接していない。従って、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、受電カプラ２０が給電カプラ８０と接触しているか否かは、図示しないアーム３０に備えられた圧力センサにより判定される。即ち、受電カプラ２０が給電カプラ８０に当接すると、圧力センサの出力値が増加するので、ＣＰＵは、圧力センサの出力値が所定の閾値を超えたことをもって受電カプラ２０が給電カプラ８０に当接したと判定する。

一定時間経過後、再び、ＣＰＵはステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、ＣＰＵは、そのステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、そのステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６４０に直接進む。受電カプラ２０が給電カプラ８０と当接していない場合、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、ＣＰＵは、受電カプラ２０が給電カプラ８０に当接するまで、ステップ６０５、ステップ６１０、ステップ６４０、ステップ６９５のフローを繰り返す。

その後、受電カプラ２０が給電カプラ８０に当接すると、ＣＰＵは、ステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４５に進み、アームアクチュエータ６１の駆動（アーム３０の伸長）を停止するとともにアーム伸長フラグＸＡＲＭの値を「０」に設定する。更に、この時点にて、ＣＰＵは「充電開始許可信号」を出力する。

次いで、ＣＰＵはステップ６５０にて充電開始準備が完了したか否かを判定する。ＣＰＵが出力した「充電開始許可信号」を充電スタンド７０が受信し、充電スタンド７０の充電準備が完了した旨の通知を充電スタンド７０が送信し、ＣＰＵがこの通知を受信したとき、ＣＰＵは、充電開始準備が完了したと判定する。

充電開始準備が完了した場合、ＣＰＵはステップ６５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６５５に進み、充電を開始するとともに、充電フラグＸＣＨＡの値を「１」に設定する。より具体的に述べると、このとき、ＣＰＵは、ＤＣＲＢ４１、ＤＣＲＧ４２、ＳＭＲＢ４３及びＳＭＲＧ４４を全て導通状態に設定し、充電スタンド７０の正極側充電リレー７３及び負極側充電リレー７４を導通状態に設定させる。これにより、車載バッテリ４０に充電スタンド７０から電力が供給される。

次いで、ＣＰＵは、ステップ６６０に進み、充電が完了したか否かを判定する。車載バッテリ４０の充電電圧が所定の電圧に達すると、充電完了信号がＥＣＵ６０に送信される。ＥＣＵ６０が充電完了信号を受信すると、ＣＰＵは充電が完了したと判定する。現時点において、充電が開始されたばかりであるので、未だ車載バッテリ４０の充電は完了していない。従って、ＣＰＵは、ステップ６６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。

一定時間経過後、再び、ＣＰＵはステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、ＣＰＵは、そのステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６６０に直接進む。充電が完了していない場合、ＣＰＵは、ステップ６６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、ＣＰＵは、充電が完了するまで（充電完了信号がＥＣＵ６０に送信されるまで）、ステップ６０５、ステップ６６０、ステップ６９５のフローを繰り返す。

充電が完了すると、ＣＰＵは、ステップ６６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６６５に進むと、充電経路中の全てのリレーを導通状態から遮断状態に変更するとともに充電フラグＸＣＨＡの値を「１」から「０」に変更する。更に、ＣＰＵはアーム３０を萎縮させる。アーム３０が充電リッド１２内に格納された後、ＣＰＵは充電リッド１２を閉じる。次いで、ＣＰＵはステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

（２）受電カプラ２０のＸ方向の位置が充電可能な位置範囲にない場合
受電カプラ２０のＸ方向の位置が充電可能な位置範囲にない場合、ＣＰＵは、ステップ６２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６７０に進み、車両１０を充電可能な位置範囲に移動させるために必要なＭＧ４６の回転量を算出する。そして、ＣＰＵは、必要なＭＧ４６の回転量を表す信号をＰＣＵ４５に送信する。

次いで、ＣＰＵは、ステップ６７５にてＰＣＵ４５によるＭＧ４６の制御に合わせてブレーキの制御を指示する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、ＰＣＵ４５がＭＧ４６を駆動する前にブレーキの制動力を小さくし、ＭＧ４６が必要な回転量だけ回転したところでブレーキの制動力を大きくする。次いで、ＣＰＵは、ステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、第１装置は、第１装置は、アーム３０と、受電カプラ２０と、電力供給経路５０と、を備える。

アーム３０は、少なくとも地面に対して水平な平面内において車両１０の外部に伸長した状態である「伸長状態」と車両１０内に格納された状態である「格納状態」との間にて伸縮可能に構成される。受電カプラ２０は、アーム３０の先端に設けられ、充電スタンド７０が備える給電カプラ８０と接続する位置までアーム３０が伸長したとき給電カプラ８０から車載バッテリ４０を充電するための充電電力を受電可能に構成される。電力供給経路５０は、受電カプラ２０が受電した電力を車載バッテリ４０まで供給する。

このような構成により、アーム（充電用アーム）を充電スタンド７０に備えるよりも、充電用アームの使用頻度を低くすることができる。従って、これによれば、アーム３０の劣化の度合いを低減することができる。

更に、本発明装置の一態様において、本発明装置は、位置認識部（位置検出センサ）６３と、制御部（ＥＣＵ）６０と、を備える。

位置認識部（位置検出センサ）６３は、充電スタンド７０の給電カプラ８０の位置を認識する。

制御部（ＥＣＵ）６０は、検出された給電カプラ８０の位置情報に基づいて、アーム３０の状態を伸長状態に設定した場合に給電カプラ８０と受電カプラ２０との間において充電電力を授受可能な位置に受電カプラ２０が位置するように車両１０を停車させる。

この態様によれば、給電カプラ８０と、受電カプラ２０と、の水平方向の相対位置を車両１０の停車位置を変更することにより調整することができる。

つまり、第１装置によれば、少なくとも１自由度以上の充電用アームを備えていればよい。従って、車両１０に搭載するアーム３０のコストを低減することができる。更に、自由度の少ないアームは自由度の多いロボットアームと比較して簡易な構造を採用することができるので、維持管理コストをより削減することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る充電装置（以下、「第２装置」とも称呼される。）は、図７に示したように、アーム３０Ａ及びアームアクチュエータ６１Ａが、アーム３０及びアームアクチュエータ６１に置換されている点において第１装置と異なっている。従って、以下、上記相違点を中心に説明する。

アーム３０Ａは、正極側ケーブル、負極側ケーブル及びワイヤ（以上、図示せず。）を集合した電力供給経路（充電ケーブル）５０Ａを巻き取るリール３６Ａと、リール３６Ａを回転駆動可能なアームアクチュエータ６１Ａと、を備える。上記ワイヤは、非伸縮性及び原形復元性を有する。ワイヤは、断面が円形のワイヤ（例えば、ピアノ線）であってもよいし、テープ状のワイヤ（例えば、板ばね）であってもよい。

アーム３０Ａは、径が異なる複数の円筒３１Ａ乃至３５Ａが互いに摺動可能に組み合わされたテレスコピック構造を有している。アーム３０Ａの最も外側の円筒である基筒３１Ａは、車体１１側に固定されている。従って、アーム３０Ａが伸長するとき、アーム３０Ａの最も内側の円筒である最内筒３５Ａが車体１１から最も遠方まで伸びるようになっている。最内筒３５Ａの先端３５ａＡには受電カプラ２０のアーム固定部２５が取り付けられる。

電力供給経路（以下、「充電ケーブル」とも称呼する。）５０Ａは、ドラム状のリール３６Ａに巻き取られるようになっている。リール３６Ａに巻き取られた充電ケーブル５０Ａの一端は、リール３６Ａに固定され、充電ケーブル５０Ａの他端（先端）５１Ａは、最内筒３５Ａの内周面に固定される。

リール３６Ａはアームアクチュエータ６１Ａにより、回転軸を中心に左方向（反時計回り）又は右方向（時計回り）に回転可能に構成されている。例えば、リール３６Ａを左方向に回転させたとき、充電ケーブル５０Ａがリール３６Ａから送り出され、リール３６Ａを右方向に回転させたとき、充電ケーブル５０Ａがリール３６Ａに巻き取られる。充電ケーブル５０Ａの先端５１Ａは最内筒３５Ａに固定されているから、リール３６Ａの回転方向に応じて最内筒３５ＡがＹ方向に進退する。このようなテレスコピック構造及び伸縮方法は周知であり、例えば、特開２００６−３３３１２４号公報及び特開昭６１−２２４６０２号公報等に開示されている。以上の構成により、アーム３０Ａ及びアームアクチュエータ６１Ａは、第１実施形態に係るアーム３０及びアームアクチュエータ６１と置換可能である。

＜変形例＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。

上記の各実施形態においては、受電カプラ２０と給電カプラ８０との接触状態は、アーム３０が受電カプラ２０を給電カプラ８０に押し付けることにより維持されていた。これに対し、他の実施形態においては、第３電極８１と第４電極８２との間の面に、電磁石を埋め込んでおき、受電カプラ２０が給電カプラ８０に当接した後、上記電磁石に通電して電磁石による引力を発生させ、この引力により、受電カプラ２０を給電カプラ８０に維持固定させてもよい。

上記の各実施形態において、受電カプラ２０と給電カプラ８０とは接触することにより、接続を確保していた。これに対し、他の実施形態においては、受電カプラを給電カプラに近接させ、電磁誘導によるワイヤレス給電を行ってもよい。この場合、受電カプラを給電カプラに近接させることにより、効率良く充電を行うことができる。

上記の各実施形態において、受電カプラ２０、アーム３０、電力供給経路５０及び位置検出センサ６３等を含む充電装置は、車体１１の左側方に配設されていたが（図８（Ａ）を参照。）、車体１１の右側方に配設されてもよい（図８（Ｂ）を参照。）。更に、充電装置は、図８の（Ｃ）に示したように、車体１１の前方に配設されてもよい。この場合、車両１０の停車位置のＸ軸方向の変更には、操舵アクチュエータ６６を用いた車両１０の切り返し制御も実施される。

更に、車両の構造により充電装置の取付高さが、給電カプラ８０の取付高さより高い場合、図９に示したように、高さ方向（Ｚ方向）に屈曲する２つの関節３８Ｂ及び３９Ｂが設けられたアーム３０Ｂが採用されてもよい。関節３８Ｂ及び３９Ｂは、アーム３０Ｂが格納状態にあるときは、いずれもアーム３０Ｂが屈曲しない位置に維持固定される。一方、アーム３０Ｂが伸長状態にあるときは、受電カプラ２０の高さが、受電カプラ２０と給電カプラ８０とが正しく接続できる位置となるように、関節３８Ｂ及び３９Ｂが屈曲される。このような構成により、様々な車両の構造及び意匠に本発明装置を適応させることができる。

上記の各実施形態において、アーム３０及びアーム３０Ａは、１自由度のアーム（Ｙ方向の自由度）であったが、アームは、複数の自由度（３自由度乃至７自由度）を有するアーム（所謂、ロボットアーム）が採用されてもよい。複数の自由度のアームが採用されることにより、車両１０の停車位置を変更する制御の発生頻度を低減させることができる。

１０…車両、２０…受電部（受電カプラ）、３０…アーム、４０…車載バッテリ、５０…電力供給経路、６０…制御部（ＥＣＵ）、６３…位置認識部（位置検出センサ）、７０…充電スタンド、８０…給電部（給電カプラ）。

Claims (2)

1. 車載バッテリから供給される電力によって駆動可能な車両に備えられた充電装置であって、
   少なくとも地面に対して水平な平面内において前記車両の外部に伸長した状態である伸長状態と前記車両内に格納された状態である格納状態との間にて伸縮可能に構成されたアームと、
   前記アームの先端に設けられ、前記車両の外部に設置された充電スタンドが備える給電部と接続する位置まで前記アームが伸長したとき前記給電部から前記車載バッテリを充電するための充電電力を受電可能な受電部と、
   前記受電部が受電した電力を前記車載バッテリまで供給する電力供給経路と、
   を備えた、充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置において、
   前記充電スタンドの前記給電部の位置を認識する位置認識部と、
   前記位置認識部により認識された前記給電部の位置情報に基づいて、前記アームの状態を前記伸長状態に設定した場合に前記給電部と前記受電部との間において前記充電電力を授受可能な位置に前記受電部が位置するように前記車両を停車させる制御部と、
   を更に備えた、
   充電装置。

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