JP5287115B2

JP5287115B2 - 車両の受電制御装置およびそれを備える車両

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Publication number: JP5287115B2
Application number: JP2008261515A
Authority: JP
Inventors: 真士市川; 幸宏山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2008-10-08
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: JP2010093944A

Description

この発明は、車両の受電制御装置およびそれを備える車両に関し、特に、車両外部の給電装置に含まれる送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から受電する受電用共鳴器を搭載した車両の受電制御に関する。

環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した車両や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した車両である。

ハイブリッド車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド車」が知られている。

一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、電磁波を用いた送電、および共鳴法による送電の３つの技術が知られている。

このうち、共鳴法は、一対の共鳴器（たとえば一対の自己共振コイル）を電磁場（近接場）において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数ｋＷの大電力を比較的長距離（たとえば数ｍ）送電することも可能である（非特許文献１参照）。
特開２００６−３３３５５１号公報アンドレ・クルス（Andre Kurs）、他５名、"ワイヤレスパワートランスファーバイアストロングリィカップルドマグネティックレゾナンス（Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances）"、［online］、２００７年７月６日、サイエンス（SCIENCE）、第３１７巻、ｐ．８３−８６、［平成２００７年９月１２日検索］、インターネット＜URL：http://www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf＞

送電用共鳴器と受電用共鳴器とを電磁場を介して所定の共鳴周波数で共鳴させることにより送電を行なう共鳴法においては、受電用共鳴器の共振周波数の設定が受電効率に大きく影響する。ここで、共鳴法による送電技術を車両システムに適用する場合、各地域における電磁波の利用状況によっては、使用される共鳴周波数が地域によって異なる可能性がある。そして、地域において使用される共鳴周波数に対して受電用共鳴器の共振周波数が大きくずれると、受電効率が大きく低下する。

それゆえに、この発明の目的は、地域によって共鳴周波数が異なっても受電効率を維持可能な車両の受電制御装置およびそれを備えた車両を提供することである。

この発明によれば、車両の受電制御装置は、車両外部に設けられる給電装置に含まれる送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から受電する受電用共鳴器を搭載した車両の受電制御装置であって、検知部と、調整部とを備える。検知部は、車両の現在位置において使用される、送電用共鳴器および受電用共鳴器の共鳴周波数を検知する。調整部は、検知部によって検知された共鳴周波数で送電用共鳴器と共鳴するように受電用共鳴器の共振周波数を調整する。

好ましくは、車両の受電制御装置は、記憶部をさらに備える。記憶部は、各地域において使用される共鳴周波数を地図情報に対応付けて記憶する。そして、検知部は、車両の現在位置を示す位置情報と記憶部に記憶された地図情報とに基づいて、車両の現在位置において使用される共鳴周波数を検知する。

また、好ましくは、車両の受電制御装置は、受信部をさらに備える。受信部は、車両の現在位置において使用される共鳴周波数に関する情報を給電装置から受信する。そして、検知部は、受信部によって受信された情報に基づいて、車両の現在位置において使用される共鳴周波数を検知する。

好ましくは、受電用共鳴器は、自己共振コイルから成る。自己共振コイルは、容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更可能に構成される。調整部は、自己共振コイルの容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更することによって受電用共鳴器の共振周波数を調整する。

また、この発明によれば、車両は、受電用共鳴器と、駆動装置と、受電制御装置とを備える。受電用共鳴器は、車両外部に設けられる給電装置に含まれる送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより送電用共鳴器から受電する。駆動装置は、受電用共鳴器により受電された電力を用いて走行駆動力を発生する。そして、受電制御装置は、上述したいずれかの車両の受電制御装置である。

この発明においては、車両の現在位置において使用される共鳴周波数が検知部によって検知され、その検知された共鳴周波数で給電装置の送電用共鳴器と共鳴するように受電用共鳴器の共振周波数が調整部により調整されるので、地域により共鳴周波数が変化しても送電用共鳴器および受電用共鳴器が共鳴する。したがって、この発明によれば、地域によって共鳴周波数が異なっても受電効率を維持することができる。

以下、本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返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。図１を参照して、電動車両１００は、二次自己共振コイル１１０と、二次コイル１２０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、蓄電装置１５０と、パワーコントロールユニット（以下「ＰＣＵ（Power Control Unit）」とも称する。）１６０と、モータ１７０とを備える。また、電動車両１００は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１８０と、カーナビゲーション装置１９０とをさらに備える。

二次自己共振コイル１１０は、車体下部に配設されるが、給電装置２００が車両上方に配設されていれば、車体上部に配設されてもよい。二次自己共振コイル１１０は、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０（後述）と電磁場を介して共鳴することにより給電装置２００から電力を受電する。

二次自己共振コイル１１０は、容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更可能に構成され、一次自己共振コイル２４０との共鳴周波数に合わせて共振周波数が調整される。なお、二次自己共振コイル１１０は、一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０との共鳴強度を示すＱ値（たとえば、Ｑ＞１００）およびその結合度を示すκ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０と同軸上に配設され、電磁誘導により二次自己共振コイル１１０と磁気的に結合可能である。この二次コイル１２０は、二次自己共振コイル１１０により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１３０へ出力する。整流器１３０は、二次コイル１２０によって取出された交流電力を整流する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、車両ＥＣＵ１８０からの制御信号に基づいて、整流器１３０によって整流された電力を蓄電装置１５０の電圧レベルに変換して蓄電装置１５０へ出力する。なお、車両の走行中に給電装置２００から受電する場合には（その場合には、給電装置２００はたとえば車両上方または側方に配設されてもよい。）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、整流器１３０によって整流された電力をシステム電圧に変換してＰＣＵ１６０へ直接供給してもよい。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、必ずしも必要ではなく、二次コイル１２０によって取出された交流電力が整流器１３０によって整流された後に直接蓄電装置１５０に与えられるようにしてもよい。

蓄電装置１５０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やニッケル水素などの二次電池から成る。蓄電装置１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から供給される電力を蓄えるほか、モータ１７０によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置１５０は、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給する。なお、蓄電装置１５０として大容量のキャパシタも採用可能であり、給電装置２００から供給される電力やモータ１７０からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をＰＣＵ１６０へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。

ＰＣＵ１６０は、蓄電装置１５０から出力される電力あるいはＤＣ／ＤＣコンバータ１４０から直接供給される電力によってモータ１７０を駆動する。また、ＰＣＵ１６０は、モータ１７０により発電された回生電力を整流して蓄電装置１５０へ出力し、蓄電装置１５０を充電する。モータ１７０は、ＰＣＵ１６０によって駆動され、車両駆動力を発生して駆動輪へ出力する。また、モータ１７０は、駆動輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーによって発電し、その発電した回生電力をＰＣＵ１６０へ出力する。

車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００からの受電時、車両の現在位置を示す位置情報をカーナビゲーション装置１９０から取得し、その位置情報に基づいて、現在位置において使用される共鳴周波数を検知する。詳しくは、給電装置２００からの受電時に使用される共鳴周波数は地域ごとに設定されるところ、車両ＥＣＵ１８０は、各地域において使用される共鳴周波数を地図情報に対応付けて予め記憶しており、カーナビゲーション装置１９０から受ける車両の位置情報に基づいて、現在位置において使用される共鳴周波数を検知する。

そして、車両ＥＣＵ１８０は、その検知された共鳴周波数で給電装置２００の一次自己共振コイル２４０と共鳴するように二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整する。具体的には、車両ＥＣＵ１８０は、検知された共鳴周波数で一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０が共鳴するように、二次自己共振コイル１１０の容量およびインダクタンスの少なくとも一方を調整する。

また、車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００からの受電時、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御することによって、整流器１３０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電圧を所定の目標電圧に制御する。また、車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時、車両の走行状況や蓄電装置１５０の充電状態（「ＳＯＣ（State Of Charge）」とも称される。）に基づいてＰＣＵ１６０を制御する。

カーナビゲーション装置１９０は、車両の現在位置を検知可能に構成される。そして、カーナビゲーション装置１９０は、その検知された現在位置を利用者に向けて表示するとともに、現在位置を示す位置情報を車両ＥＣＵ１８０へ出力する。

なお、電動車両１００へ電力を供給する給電装置２００は、交流電源２１０と、高周波電力ドライバ２２０と、一次コイル２３０と、一次自己共振コイル２４０とを含む。交流電源２１０は、車両外部の電源であり、たとえば系統電源である。高周波電力ドライバ２２０は、交流電源２１０から受ける電力を高周波の電力に変換し、その変換した高周波電力を一次コイル２３０へ供給する。なお、高周波電力ドライバ２２０が生成する高周波電力の周波数は、この給電装置２００が設けられる地域において使用される規定の共鳴周波数に基づいて決定され、たとえば１Ｍ〜１０数ＭＨｚの範囲で設定される。

一次コイル２３０は、一次自己共振コイル２４０と同軸上に配設され、電磁誘導により一次自己共振コイル２４０と磁気的に結合可能である。そして、一次コイル２３０は、高周波電力ドライバ２２０から供給される高周波電力を電磁誘導により一次自己共振コイル２４０へ給電する。一次自己共振コイル２４０は、地面近傍に配設されるが、車両上方から電動車両１００へ給電する場合には車両上方に配設されてもよい。一次自己共振コイル２４０も、両端がオープン（非接続）のＬＣ共振コイルであり、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０と電磁場を介して共鳴することにより電動車両１００へ電力を送電する。なお、一次自己共振コイル２４０は、電動車両１００の二次自己共振コイル１１０との距離や共鳴周波数等に基づいて、Ｑ値（たとえば、Ｑ＞１００）および結合度κ等が大きくなるようにその巻数が適宜設定される。

図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。図２を参照して、この共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ共振周波数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ１Ｍ〜１０数ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、ＬＣ共振コイルであり、一次自己共振コイル３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル３３０から二次自己共振コイル３４０へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３４０へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

なお、図１との対応関係について説明すると、図１の交流電源２１０および高周波電力ドライバ２２０は、図２の高周波電源３１０に相当する。また、図１の一次コイル２３０および一次自己共振コイル２４０は、それぞれ図２の一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０に相当し、図１の二次自己共振コイル１１０および二次コイル１２０は、それぞれ図２の二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０に相当する。そして、図１の整流器１３０以降が負荷３６０として総括的に示されている。

図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。

この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（たとえば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。

図４は、図１に示した電動車両１００のパワートレーン構成を示すブロック図である。図４を参照して、電動車両１００は、蓄電装置１５０と、システムメインリレーＳＭＲ１と、昇圧コンバータ１６２と、インバータ１６４，１６６と、モータジェネレータ１７２，１７４と、エンジン１７６と、動力分割装置１７７と、駆動輪１７８とを含む。また、電動車両１００は、二次自己共振コイル１１０と、二次コイル１２０と、整流器１３０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と、システムメインリレーＳＭＲ２と、車両ＥＣＵ１８０と、カーナビゲーション装置１９０とをさらに含む。

この電動車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４を動力源として搭載する。エンジン１７６およびモータジェネレータ１７２，１７４は、動力分割装置１７７に連結される。そして、電動車両１００は、エンジン１７６およびモータジェネレータ１７４の少なくとも一方が発生する駆動力によって走行する。エンジン１７６が発生する動力は、動力分割装置１７７によって２経路に分割される。すなわち、一方は駆動輪１７８へ伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータ１７２へ伝達される経路である。

モータジェネレータ１７２は、交流回転電機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ１７２は、動力分割装置１７７によって分割されたエンジン１７６の運動エネルギーを用いて発電する。たとえば、蓄電装置１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低くなると、エンジン１７６が始動してモータジェネレータ１７２により発電が行なわれ、蓄電装置１５０が充電される。

モータジェネレータ１７４も、交流回転電機であり、モータジェネレータ１７２と同様に、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機から成る。モータジェネレータ１７４は、蓄電装置１５０に蓄えられた電力およびモータジェネレータ１７２により発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。そして、モータジェネレータ１７４の駆動力は、駆動輪１７８に伝達される。

また、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時には、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーが駆動輪１７８を介してモータジェネレータ１７４の回転駆動に用いられ、モータジェネレータ１７４が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータ１７４は、走行エネルギーを電力に変換して制動力を発生する回生ブレーキとして作動する。そして、モータジェネレータ１７４により発電された電力は、蓄電装置１５０に蓄えられる。なお、モータジェネレータ１７４は、図１におけるモータ１７０に相当する。

動力分割装置１７７は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン１７６のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータ１７２の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータ１７４の回転軸および駆動輪１７８に連結される。

システムメインリレーＳＭＲ１は、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ１は、車両ＥＣＵ１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、蓄電装置１５０を昇圧コンバータ１６２と電気的に接続し、信号ＳＥ１が非活性化されると、蓄電装置１５０と昇圧コンバータ１６２との間の電路を遮断する。

昇圧コンバータ１６２は、車両ＥＣＵ１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、蓄電装置１５０から出力される電圧を昇圧して正極線ＰＬ２へ出力する。なお、この昇圧コンバータ１６２は、たとえば直流チョッパ回路から成る。

インバータ１６４，１６６は、それぞれモータジェネレータ１７２，１７４に対応して設けられる。インバータ１６４は、車両ＥＣＵ１８０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１７２を駆動し、インバータ１６６は、車両ＥＣＵ１８０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１７４を駆動する。なお、インバータ１６４，１６６は、たとえば三相ブリッジ回路から成る。

なお、昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６は、図１におけるＰＣＵ１６０を形成する。

二次自己共振コイル１１０、二次コイル１２０、整流器１３０およびＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、図１で説明したとおりである。システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と蓄電装置１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、車両ＥＣＵ１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、蓄電装置１５０をＤＣ／ＤＣコンバータ１４０と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、蓄電装置１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４０との間の電路を遮断する。

車両ＥＣＵ１８０は、車両の走行時、信号ＳＥ１を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオンさせるとともに、信号ＳＥ２を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオフさせる。そして、車両ＥＣＵ１８０は、アクセル開度や車両速度、その他各センサからの信号に基づいて、昇圧コンバータ１６２およびモータジェネレータ１７２，１７４をそれぞれ駆動するための信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＣ，ＰＷＩ１，ＰＷＩ２をそれぞれ昇圧コンバータ１６２およびインバータ１６４，１６６へ出力する。

一方、給電装置２００からの受電時、車両ＥＣＵ１８０は、信号ＳＥ１を非活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１をオフさせるとともに、信号ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ２をオンさせる。そして、車両ＥＣＵ１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を制御するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ１４０へ出力する。

また、給電装置２００からの受電時、車両ＥＣＵ１８０は、車両の現在位置を示す位置情報をカーナビゲーション装置１９０から取得する。そして、車両ＥＣＵ１８０は、その取得された位置情報に基づいて、現在位置において使用される共鳴周波数を検知し、その検知された共鳴周波数で給電装置２００の一次自己共振コイル２４０と二次自己共振コイル１１０とが共鳴するように、二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整するための信号ＣＴＬを生成して二次自己共振コイル１１０へ出力する。

なお、車両の走行中に給電装置２００から受電可能な場合には、車両ＥＣＵ１８０は、信号ＳＥ１，ＳＥ２を活性化してシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２をともにオンさせてもよい。

図５は、車両ＥＣＵ１８０における、二次自己共振コイル１１０の共振周波数の調整に関する部分の機能ブロック図である。図５を参照して、車両ＥＣＵ１８０は、周波数検知部４１０と、記憶部４２０と、調整部４３０とを含む。周波数検知部４１０は、カーナビゲーション装置１９０（図４）から車両の現在位置を示す位置情報を受ける。そして、周波数検知部４１０は、カーナビゲーション装置１９０から受けた位置情報に基づいて、現在位置において使用される共鳴周波数の情報を記憶部４２０から取得し、その取得した共鳴周波数の情報を調整部４３０へ出力する。

記憶部４２０は、不揮発性のＲＯＭ（Read Only Memory）から成り、各地域において使用される共鳴周波数を地図情報に対応付けて地域ごとに記憶する。そして、記憶部４２０は、周波数検知部４１０からの要求に応じて、カーナビゲーション装置１９０から受けた車両の位置情報が含まれる地域に対応付けられた共鳴周波数情報を周波数検知部４１０へ出力する。

調整部４３０は、周波数検知部４１０から受ける共鳴周波数情報に基づいて、給電装置２００の一次自己共振コイル２４０および車両に搭載された二次自己共振コイル１１０がその共鳴周波数で共鳴するように、二次自己共振コイル１１０の容量およびインダクタンスの少なくとも一方を調整するための信号ＣＴＬを生成する。そして、調整部４３０は、その生成した信号ＣＴＬを二次自己共振コイル１１０へ出力する。

図６は、二次自己共振コイル１１０の構成図である。図６を参照して、二次自己共振コイル１１０は、両端部間に接続される可変コンデンサ１１２を有する。可変コンデンサ１１２は、車両ＥＣＵ１８０の調整部４３０（図５）からの信号ＣＴＬに基づいて容量を変更することができる。そして、可変コンデンサ１１２により二次自己共振コイル１１０の容量成分を変更することによって、二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整することができる。

また、図７は、二次自己共振コイル１１０の他の構成を示した図である。図７を参照して、二次自己共振コイル１１０は、図示されないアクチュエータによって長さを変更可能であり、長さを変更することによってインダクタンスを変更可能である。したがって、車両ＥＣＵ１８０からの信号ＣＴＬに基づいて二次自己共振コイル１１０の長さを変えることにより、二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整することができる。

図８は、車両ＥＣＵ１８０により実行される、二次自己共振コイル１１０の共振周波数の調整に関する処理のフローチャートである。なお、このフローチャートの処理は、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図８を参照して、車両ＥＣＵ１８０は、給電装置２００からの受電が行なわれる受電制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。受電制御中でないと判定されると（ステップＳ１０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ１８０は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ５０へ処理を移行する。

ステップＳ１０において受電制御中であると判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ１８０は、車両の現在位置を示す位置情報をカーナビゲーション装置１９０から取得する（ステップＳ２０）。次いで、車両ＥＣＵ１８０は、その取得された位置情報に基づいて、現在位置において使用される共鳴周波数の情報を記憶部４２０から取得する（ステップＳ３０）。そして、車両ＥＣＵ１８０は、その取得された共鳴周波数に基づいて信号ＣＴＬを生成し、二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整する（ステップＳ４０）。

なお、上記においては、各地域において使用される共鳴周波数の情報は、車両ＥＣＵ１８０の記憶部４２０に記憶されるものとしたが、カーナビゲーション装置１９０において共鳴周波数の情報を保有してもよい。

以上のように、この実施の形態１においては、各地域において使用される共鳴周波数が地図情報に対応付けて予め記憶され、カーナビゲーション装置１９０から得られる車両の位置情報に基づいて、車両の現在位置において使用される共鳴周波数が検知される。そして、検知された共鳴周波数で給電装置２００の一次自己共振コイル２４０と共鳴するように、二次自己共振コイル１１０の容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更することによって二次自己共振コイル１１０の共振周波数が調整される。これにより、地域により共鳴周波数が変化しても一次自己共振コイル２４０および二次自己共振コイル１１０が共鳴する。したがって、この実施の形態１によれば、地域によって共鳴周波数が異なっても受電効率を維持することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、各地域において使用される共鳴周波数が給電元の給電装置から車両へ通知される。

図９は、実施の形態２による電動車両の全体構成図である。図９を参照して、この電動車両１００Ａは、図１に示した実施の形態１による電動車両１００の構成において、カーナビゲーション装置１９０に代えて通信装置１９５を備え、車両ＥＣＵ１８０に代えて車両ＥＣＵ１８０Ａを備える。

通信装置１９５は、給電元の給電装置２００Ａと無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信装置１９５は、給電装置２００Ａから通信装置２５０によって送信される、車両の現在位置において給電装置２００Ａからの受電に際し使用される共鳴周波数の情報を受信し、その受信した情報を車両ＥＣＵ１８０Ａへ出力する。

車両ＥＣＵ１８０Ａは、給電装置２００Ａからの受電時、通信装置１９５によって受信された給電装置２００Ａからの共鳴周波数の情報に基づいて使用共鳴周波数を検知する。そして、車両ＥＣＵ１８０Ａは、検知された共鳴周波数で給電装置２００Ａの一次自己共振コイル２４０と共鳴するように二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整する。なお、車両ＥＣＵ１８０Ａのその他の構成は、車両ＥＣＵ１８０と同じである。

なお、電動車両１００Ａへ電力を供給する給電装置２００Ａは、図１に示した給電装置２００の構成において、通信装置２５０と、ＥＣＵ２６０とをさらに含む。通信装置２５０は、電動車両１００Ａと無線通信を行なうための通信インターフェースである。ＥＣＵ２６０は、この給電装置２００Ａが設けられる地域において使用される共鳴周波数を有する高周波電力を生成するように高周波電力ドライバ２２０を制御する。そして、ＥＣＵ２６０は、この給電装置２００Ａにおいて使用される共鳴周波数の情報を通信装置２５０へ出力し、給電装置２００Ａから給電を受ける電動車両１００Ａへ通信装置２５０によって共鳴周波数の情報が送信される。なお、給電装置２００Ａのその他の構成は、給電装置２００と同じである。

図１０は、実施の形態２の車両ＥＣＵ１８０Ａにおける、二次自己共振コイル１１０の共振周波数の調整に関する部分の機能ブロック図である。図１０を参照して、車両ＥＣＵ１８０Ａは、周波数検知部４１０Ａと、調整部４３０とを含む。周波数検知部４１０Ａは、通信装置１９５によって受信された給電装置２００Ａからの共鳴周波数の情報を通信装置１９５から受ける。そして、周波数検知部４１０Ａは、その受けた情報に基づいて、車両の現在位置において給電装置２００Ａからの受電に際し使用される共鳴周波数を検知する。

調整部４３０は、周波数検知部４１０Ａによって検知された共鳴周波数に基づいて、給電装置２００Ａの一次自己共振コイル２４０および車両に搭載された二次自己共振コイル１１０がその共鳴周波数で共鳴するように、二次自己共振コイル１１０の容量およびインダクタンスの少なくとも一方を調整するための信号ＣＴＬを生成する。

図１１は、実施の形態２の車両ＥＣＵ１８０Ａにより実行される、二次自己共振コイル１１０の共振周波数の調整に関する処理のフローチャートである。なお、このフローチャートの処理も、一定時間毎または所定の条件が成立する毎にメインルーチンから呼び出されて実行される。

図１１を参照して、車両ＥＣＵ１８０Ａは、給電装置２００Ａからの受電が行なわれる受電制御中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。受電制御中でないと判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、車両ＥＣＵ１８０Ａは、以降の処理を実行することなくステップＳ１４０へ処理を移行する。

ステップＳ１１０において受電制御中であると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、車両ＥＣＵ１８０Ａは、給電装置２００Ａから送信される使用共鳴周波数の情報を通信装置１９５を介して受信し、車両の現在位置において給電装置２００Ａからの受電に際し使用される共鳴周波数を検知する（ステップＳ１２０）。そして、車両ＥＣＵ１８０Ａは、その検知された共鳴周波数に基づいて信号ＣＴＬを生成し、二次自己共振コイル１１０の共振周波数を調整する（ステップＳ１３０）。

なお、上記においては、給電装置２００Ａからの受電時に使用される共鳴周波数の情報は、給電装置２００Ａから電動車両１００Ａへ送信されるものとしたが、共鳴周波数情報の送信元は、給電装置２００Ａに限られるものではなく、給電装置２００Ａとは別に設けられたサーバなどであってもよい。

以上のように、この実施の形態２においては、給電装置２００Ａからの受電時に使用される共鳴周波数の情報が電動車両１００Ａの通信装置１９５によって受信され、その受信された情報に基づいて、車両の現在位置において給電装置２００Ａからの受電に際し使用される共鳴周波数が検知される。したがって、この実施の形態２によれば、電動車両がカーナビゲーション装置を備えていなくても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、上記の各実施の形態においては、この発明による電動車両の一例として、動力分割装置１７７によりエンジン１７６の動力を分割して駆動輪１７８とモータジェネレータ１７２とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。たとえば、モータジェネレータ１７２を駆動するためにのみエンジン１７６を用い、モータジェネレータ１７４でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車や、エンジン１７６が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車などにもこの発明は適用可能である。

また、この発明は、エンジン１７６を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置１５０に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。また、この発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０や昇圧コンバータ１６２を備えない電動車両にも適用可能である。

なお、上記において、周波数検知部４１０，４１０Ａは、この発明における「検知部」に対応し、通信装置１９５は、この発明における「受信部」に対応する。また、二次自己共振コイル１１０は、この発明における「自己共振コイル」に対応し、インバータ１６６は、この発明における「駆動装置」に対応する。

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。

この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。共鳴法による送電の原理を説明するための図である。電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図１に示す電動車両のパワートレーン構成を示すブロック図である。車両ＥＣＵにおける、二次自己共振コイルの共振周波数の調整に関する部分の機能ブロック図である。二次自己共振コイルの構成図である。二次自己共振コイルの他の構成を示した図である。車両ＥＣＵにより実行される、二次自己共振コイルの共振周波数の調整に関する処理のフローチャートである。実施の形態２による電動車両の全体構成図である。実施の形態２の車両ＥＣＵにおける、二次自己共振コイルの共振周波数の調整に関する部分の機能ブロック図である。実施の形態２の車両ＥＣＵにより実行される、二次自己共振コイルの共振周波数の調整に関する処理のフローチャートである。

符号の説明

１００，１００Ａ電動車両、１１０，３４０二次自己共振コイル、１１２可変コンデンサ、１２０，３５０二次コイル、１３０整流器、１４０ＤＣ／ＤＣコンバータ、１５０蓄電装置、１６０ＰＣＵ、１６２昇圧コンバータ、１６４，１６６インバータ、１７０モータ、１７２，１７４モータジェネレータ、１７６エンジン、１７７動力分割装置、１７８駆動輪、１８０，１８０Ａ車両ＥＣＵ、１９０カーナビゲーション装置、１９５，２５０通信装置、２００，２００Ａ給電装置、２１０交流電源、２２０高周波電力ドライバ、２３０，３２０一次コイル、２４０，３３０一次自己共振コイル、２６０ＥＣＵ、３１０高周波電源、３６０負荷、４１０，４１０Ａ周波数検知部、４２０記憶部、４３０調整部、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２システムメインリレー。

Claims

車両外部に設けられる給電装置に含まれる送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から受電する受電用共鳴器を搭載した車両の受電制御装置であって、
前記車両の現在位置において使用される、前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器の共鳴周波数を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された共鳴周波数で前記送電用共鳴器と共鳴するように前記受電用共鳴器の共振周波数を調整する調整部と、
各地域において使用される前記共鳴周波数を地図情報に対応付けて記憶する記憶部とを備え、
前記検知部は、前記車両の現在位置を示す位置情報と前記記憶部に記憶された地図情報とに基づいて、前記車両の現在位置において使用される前記共鳴周波数を検知する、車両の受電制御装置。
車両外部に設けられる給電装置に含まれる送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から受電する受電用共鳴器を搭載した車両の受電制御装置であって、
前記車両の現在位置において使用される、前記送電用共鳴器および前記受電用共鳴器の共鳴周波数を検知する検知部と、
前記検知部によって検知された共鳴周波数で前記送電用共鳴器と共鳴するように前記受電用共鳴器の共振周波数を調整する調整部と、
前記車両の現在位置において使用される前記共鳴周波数に関する情報を前記給電装置から受信する受信部とを備え、
前記検知部は、前記受信部によって受信された前記情報に基づいて、前記車両の現在位置において使用される前記共鳴周波数を検知する、車両の受電制御装置。
前記受電用共鳴器は、自己共振コイルから成り、
前記自己共振コイルは、容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更可能に構成され、
前記調整部は、前記自己共振コイルの容量およびインダクタンスの少なくとも一方を変更することによって前記受電用共鳴器の共振周波数を調整する、請求項１または請求項２に記載の車両の受電制御装置。
車両外部に設けられる給電装置に含まれる送電用共鳴器と電磁場を介して共鳴することにより前記送電用共鳴器から受電する受電用共鳴器と、
前記受電用共鳴器により受電された電力を用いて走行駆動力を発生する駆動装置と、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の受電制御装置とを備える車両。