JP5557618B2 - 車両の充電システム - Google Patents

Description

この発明は、バッテリが搭載された車両の充電システムに関するものであり、特にバッテリへ非接触充電を行う際の位置合わせに係る。

従来、電動車両等のバッテリへ非接触充電を行う充電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の充電システムにあっては、車両のフロア下に配置された受電側コイルの位置と駐車スペースに埋設された送電側コイルの位置とが正対するように運転者が車両を移動させる必要がある。
さらに、非接触式の充電システムとしては、手動操作信号、無線、赤外線、又は、超短波による充電供給指令信号が入力されると充電を開始するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１１１１６８号公報 特開平８−２３７８９０号公報

ところで、車両用の充電システムにあっては、近年、更なる充電時間の短縮化が望まれている。しかしながら、上述した従来の充電システムのように非接触で充電を行う場合には、コイル等の受電部と送電部との位置ズレによる充電効率低下が著しく、また受電部および送電部が車両下方に配置されることから、運転者が正確な位置を把握し難く、受電部および送電部の位置あわせに熟練が要求されるため、充電時間の更なる短縮化が困難になるという課題がある。
また、フロア下を撮影するカメラ等を用いて受電部と送電部との現在位置を運転者に認識させる方法も考えられるが、フロア下で受電部および送電部を撮影しようとした場合、カメラと受電部との距離が十分に確保できずに画像が歪んでしまい画像処理が必要となる。そのため画像処理用のソフトウェアが新たに必要になりコストが上昇してしまうと共に、新たにカメラを設ける分だけ部品点数が増加してコストが上昇してしまうという課題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コスト上昇を抑制しつつ運転者の熟練度に関わらず充電効率を向上し、充電時間の短縮化を図ることができる車両の充電システムを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、バッテリ（例えば、実施形態における高圧バッテリ１１）の充電電力でモータ（例えば、実施形態における第１モータ３、第２モータ４、および、第３モータ５）を駆動して走行する車両（例えば、実施形態における車両１）に設けられた受電部（例えば、実施形態における受電コイル２１）、および、該車両の外部に設けられた送電部（例えば、実施形態における送電コイル２２）を介して非接触で前記バッテリを充電する充電システムにおいて、非接触充電の充電効率を検出する効率検出手段（例えば、実施形態における効率検出手段４０）と、該効率検出手段により検出された充電効率に基づき前記車両外部の送電部に対する前記車両の受電部の最適な充電位置を設定する充電位置設定手段（例えば、実施形態における充電位置設定手段４１）と、前記充電効率の値が最適値となるように前記車両の左右位置を微調整する微調整機構（例えば、実施形態における微調整機構３０）と、を備え、前記微調整機構は、前記車両外部に設けられて前記車両全体を左右方向に移動可能な車両搬送機構であることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の発明において、前記充電位置設定手段が前記車両に設けられることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、効率検出手段により充電効率を検知するとともに、充電位置設定手段により車両前後方向における最も充電効率が高い位置、および、車両左右方向における最も充電効率が高い位置を検索し、これら両方の条件を満たした位置を充電位置として設定することで、充電位置を、車両外部の送電部に対して車両の受電部が正対した位置にすることができるため、カメラ等を用いて送電部に対する受電部の位置を確認する場合と比較して、コストの上昇を抑制し、さらに運転者の熟練度に関わらずに充電時間の短縮化を図ることができる効果がある。
また、車両の前後方向の位置を充電効率の値が最適値となる位置に合わせ、さらに充電効率の値が最適値となるように車両の左右位置を微調整機構により微調整することができるため、運転者の操作による調整が難しい車両の左右位置を容易に最適な充電位置に移動させることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、充電位置設定手段が車両に設けられることで、例えば車両の前後位置を最も充電効率が高い位置に移動させる場合に、車両外部に充電位置設定手段が設けられている場合と比較して、迅速に判別結果を利用した制御処理を行って車両の移動を開始させることができるため、商品性を向上できる効果がある。

本発明の実施形態における車両の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態における充電システムの全体構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態における微調整機構の斜視図である。 本発明の実施形態における統合ＥＣＵのブロック図である。 本発明の実施形態における第２モータおよび第３モータによる車両の前後移動の説明図であり、（ａ）は前方への移動、（ｂ）は後方への移動を示す。 本発明の実施形態における充電効率と送電コイルに対する受電コイルの位置の関係を示すグラフである。 本発明の実施形態における充電システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態の別実施例における図１に相当するブロック図である。 本発明の実施形態の別実施例の他の態様における図１に相当するブロック図である。

次に、この発明の実施形態における車両の充電システムについて図面を参照しながら説明する。
図１は、この実施形態の充電システムの概略構成を示している。車両１は、駆動源としてエンジン２と、このエンジン２に駆動軸（不図示）が接続された第１モータジェネレータ３とを備え、これらエンジン２および第１モータジェネレータ３の駆動力がトランスミッション（不図示）およびディファレンシャル（不図示）を介して車両の前輪Ｗｆ（図２参照）に伝達可能に構成される。一方、車両１の２つの後輪Ｗｒ（図２参照）には、第２モータジェネレータ４、および、第３モータジェネレータ５がそれぞれ接続され、各駆動力が後輪Ｗｒに伝達可能に構成される。第２モータジェネレータ４の駆動軸６と第３モータジェネレータ５の駆動軸７とはギヤボックス（Ｇ−ＢＯＸ）８を介して接続され、これら第２モータジェネレータ４、第３モータジェネレータ５、および、ギヤボックス８によりリヤユニット９が構成される。

車両１が減速する際には、前輪Ｗｆから第１モータジェネレータ３に駆動力が伝達されて、第１モータジェネレータ３が発電機として機能するとともに、後輪Ｗｒから第２モータジェネレータ４および第３モータジェネレータ５に駆動力が伝達されて、第２モータジェネレータ４および第３モータジェネレータ５が発電機として機能し、第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４、および、第３モータジェネレータ５がいわゆる回生制動力を発生する。

第１モータジェネレータ３および第２モータジェネレータ４は、ＤＣブラシレスモータなどとされ、第１モータジェネレータ３には第１ＰＤＵ（パワードライブユニット）１０ａを介して高圧バッテリ１１が接続される。また、第２モータジェネレータ４には第２ＰＤＵ（パワードライブユニット）１０ｂを介して高圧バッテリ１１が接続され、第３モータジェネレータ５には第３ＰＤＵ１０ｃを介して高圧バッテリ１１が接続される。

第１ＰＤＵ１０ａには、第１モータＥＣＵ（電子制御ユニット）１２ａが接続され、第２ＰＤＵ１０ｂには、第２モータＥＣＵ（電子制御ユニット）１２ｂが接続され、さらに、第３ＰＤＵ１０ｃには、第３モータＥＣＵ（電子制御ユニット）１２ｃが接続される。

第１ＰＤＵ１０ａ、第２ＰＤＵ１０ｂ、および、第３ＰＤＵ１０ｃは、それぞれスイッチング素子をブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備してパルス幅変調（ＰＷＭ）により駆動されるＰＷＭインバータ（不図示）を備えて構成される。
第１ＰＤＵ１０ａは、第１モータＥＣＵ１２ａのパルス幅変調によるゲート制御信号を受けて、第１モータジェネレータ３の駆動および発電（回生）を制御する。同様に、第２ＰＤＵ１０ｂは、第２モータＥＣＵ１２ｂのパルス幅変調によるゲート制御信号を受けて、第２モータジェネレータ４の駆動および発電（回生）を制御し、第３ＰＤＵ１０ｃは、第３モータＥＣＵ１２ｃのパルス幅変調によるゲート制御信号を受けて、第３モータジェネレータ５の駆動および発電（回生）を制御する。

より具体的には、第１ＰＤＵ１０ａは、パルス幅変調によるゲート制御信号を受けて第１モータジェネレータ３の駆動時に高圧バッテリ１１から出力される直流電力を３相交流電力に変換して第１モータジェネレータ３へ供給する一方、第１モータジェネレータ３の発電（回生）時には、第１モータジェネレータ３から出力される３相交流電力を直流電力に変換して高圧バッテリ１１を充電する。
同様に、第２ＰＤＵ１０ｂおよび第３ＰＤＵ１０ｃは、それぞれ第２モータジェネレータ４の駆動時および、第３モータジェネレータ５の駆動時に、高圧バッテリ１１から出力される直流電力を３相交流電力に変換して、それぞれが対応する第２モータジェネレータ４および第３モータジェネレータ５に供給する一方、第２モータジェネレータ４の発電（回生）時および、第３モータジェネレータの発電（回生）時には、第２モータジェネレータ４および第３モータジェネレータから出力される３相交流電力を直流電力にそれぞれ変換して高圧バッテリ１１を充電する。

高圧バッテリ１１には、充電状態（ＳＯＣ；ステイトオブチャージ）等を監視してマネジメントを行うバッテリＥＣＵ１３が接続される一方、主に補機類への駆動電力を供給する１２Ｖバッテリ１４がコンバータ（ＣＯＮＶ）１５を介して接続される。コンバータ１５、１２Ｖバッテリ１４およびバッテリＥＣＵ１３はそれぞれ電源ＥＣＵ１６に接続され、この電源ＥＣＵ１６により、高圧バッテリ１１の充電状態および１２Ｖバッテリ１４の充電状態に応じて、高圧バッテリ１１の電力をコンバータ１５により降圧して１２Ｖバッテリ１４を充電する制御が行われる。

エンジン２には、アクセルペダルセンサやエアフロメータ（何れも不図示）などの検出結果に基づきインジェクションによる燃料噴射量等を変化させてエンジン２を制御するエンジン（ＥＮＧ）ＥＣＵ１７が接続される。

エンジンＥＣＵ１７、第１モータＥＣＵ１２ａ、第２モータＥＣＵ１２ｂおよび第３モータＥＣＵ１２ｃは、ＨＥＶＥＣＵ１８に接続される。このＨＥＶＥＣＵ１８は、エンジン２、第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４、および、第３モータジェネレータ５による駆動力配分や第１モータジェネレータ３、第２モータジェネレータ４、および、第３モータジェネレータ５による回生量を決定して、エンジンＥＣＵ１７、第１モータＥＣＵ１２ａ、第２モータＥＣＵ１２ｂへ制御指令を出力する。

ＨＥＶＥＣＵ１８と電源ＥＣＵ１６とは、各種車載ユニットを統合制御する統合ＥＣＵ１９に接続される。統合ＥＣＵ１９は、車載された図示しない各種センサや各種車載ユニットを監視しており、例えば、車両１に何らかの異常が生じた場合には、その異常の種類に応じた車両制御を行うべく、各車載ユニットに対する制御指令を出力する。

図２に示すように、上述した高圧バッテリ１１には、充電制御回路２０を介して受電コイル２１が接続される。この受電コイル２１は、車両１の左右前輪Ｗｆと左右後輪Ｗｒとの間のフロア下に配置されて、車両１の外部に設けられた送電コイル２２から発せられる磁束により交流の誘導起電力を誘起する。この受電コイル２１で誘起された交流の誘導起電力は充電制御回路２０に入力される。充電制御回路２０は、上述した統合ＥＣＵ１９の制御指令に従って、受電コイル２１に誘起された交流の誘導起電力を直流電力に変換して、高圧バッテリ１１を充電する。

一方、送電コイル２２は、車両１の外部の駐車スペース等に埋設等により配置される。送電コイル２２は、電源供給部２３に接続される。この電源供給部２３は、電源制御装置２４からの制御指令に基づき交流の電流を送電コイル２２に供給する。この電源供給部２３による送電コイル２２への交流電流の通電によって送電コイル２２から磁束が発生される。

図２，３に示すように、車両１の外部には、さらに車両１の左右位置を微調整する微調整機構３０が設けられる。この微調整機構３０は、車両１の進入方向（図３中、矢印で示す）に対して垂直な方向に延在する前コンベア３１、後コンベア３２を備えている。これら前コンベア３１と後コンベア３２とはそれぞれ上面が周囲の地面ＧＬに対して略面一に露出して配置される。前コンベア３１には車両１の左右前輪Ｗｆ，Ｗｆを同時に載せることが可能であり、さらに後コンベア３２には車両１の左右後輪Ｗｒ，Ｗｒを同時に載せることが可能である。前コンベア３１と後コンベア３２とは、前輪Ｗｆが前コンベア３１に載ったときに同時に後輪Ｗｒが後コンベア３２に載るように所定の間隔で配置される。

前コンベア３１と後コンベア３２との間には、上述した送電コイル２２が配置される。前コンベア３１と後コンベア３２とは同期して駆動され、通常は同方向に回転するようになっている。前コンベア３１に前輪Ｗｆが載り、後コンベア３２に後輪Ｗｒが載った状態で回転駆動させると、車両１の左右位置、より具体的には送電コイル２２に対する受電コイル２１の左右方向の位置が移動される。ここで、前コンベア３１、後コンベア３２の幅寸法は、車両前後方向の充電位置の調整を行う関係で、送電コイル２２の幅寸法および受電コイル２１の幅寸法を加算した寸法よりも若干大きく設定されるのが好ましい。なお、車両１が微調整機構３０に対して斜めに進入したことを位置検出用のセンサ等を設けて検出し、前コンベア３１と後コンベア３２との回転量を異ならせて、車両１の前後方向を前コンベア３１および後コンベア３２に対して垂直となるように調整するようにしてもよい。

ところで、図４に示すように、上述した車両１の統合ＥＣＵ１９には、上記送電コイル２２および受電コイル２１を介して行われる非接触充電による充電効率を検出する効率検出手段４０が設けられる。この効率検出手段４０は、電源供給部２３から送電コイル２２へ出力される電力と、受電コイル２１により誘起される電力との比率により充電効率を検出し、この検出結果を、同じく統合ＥＣＵ１９に設けられた充電位置設定手段４１へ出力する。ここで、充電効率を求める際に効率検出手段４０で用いられる電力の値、すなわち電源供給部２３から送電コイル２２へ出力される電力の値は、車両外部の設備が同一で常に同一の電力で充電されるのであれば、予めメモリ等に記憶させ、効率検出手段４０によって充電効率を求める際に呼び出して用いるようにすればよい。一方、常に同一の電力とならない場合は、無線などの通信手段を用いて、電源供給部２３又は電源供給部２３を制御する電源制御装置２４から、電力の情報を受信して用いるようにすればよい。

充電位置設定手段４１は、効率検出手段４０により検出された充電効率に基づき送電コイル２２に対する受電コイル２１の最適な充電位置を判別する。具体的には、車両１が停車され、運転者により充電を開始するための所定の操作入力が行われると、統合ＥＣＵ１９が第２モータＥＣＵ１２ｂおよび第３モータＥＣＵ１２ｃに対して駆動信号を出力して、図５に示すように、第２モータ４および第３モータ５により車両１を前後方向に移動させる。この際、効率検出手段４０により車両１が前後方向に移動している際中の充電効率が検出記録され、各位置の充電効率と検出位置とが対応付けられてメモリ等の記憶手段に記憶される。
充電位置設定手段４１は、記憶された充電効率の中から最も高い値の充電効率を検索して、この検索された最も高い値の充電効率に対応付けられている検出位置を車両前後方向の充電位置として設定し、この充電位置に車両１を第２モータ４および第３モータ５により移動させて停止させる。ここで、上記充電を開始するための所定の操作入力は、例えば、車両内部に設けられたスイッチ等の入力手段（図示略）を介して入力される。

車両前後方向の充電位置が設定されると、統合ＥＣＵが無線等の通信回線を介して車両外部の電源制御装置２４のコンベア制御部（不図示）に対して駆動指令を出力し、微調整機構３０により車両１を左右方向へ移動させる。この際、効率検出手段４０によって移動中の充電効率が検出され、各位置の充電効率と検出位置とが対応付けられてメモリ等の記憶手段に記憶される。充電位置設定手段４１は、記憶された充電効率の中から最も高い値の充電効率を検索して、この検索された充電効率に対応付けられている検出位置を車両左右方向の充電位置として設定し、この充電位置に車両１を微調整機構３０により移動させて停止させる。

図６は、縦軸を充電効率、横軸を送電コイ２２ルに対する受電コイル２１の位置、より具体的には、送電コイル２２に対向する受電コイルの水平方向のズレ量としたグラフである。このグラフに示すように、送電コイル２２と受電コイル２１とが正対して水平方向のズレ量が「０」の場合に充電効率が最も高くなり（最高効率位置）、ズレ量が増えるにつれて急激に充電効率が低下する。つまり上述した充電位置設定手段４１は、充電効率が最も高くなる位置を、送電コイル２２と受電コイルとが正対して水平方向のズレ量が「０」になる充電位置に設定している。

この実施形態における充電システムは、上述した構成を備えており、次に、この充電システムの動作について図７のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、統合ＥＣＵ１９にて、車両１が停止したか否かを判定し（ステップＳ０１）、車両が停止したと判定された場合（ステップＳ０１でＹｅｓ）には、ユーザ操作により充電開始信号が入力されたか否かを判定する（ステップＳ０２）。充電開始信号が入力された場合（ステップＳ０２でＹｅｓ）、予備充電を開始する（ステップＳ０３）。一方、車両１が停止していない場合（ステップＳ０１でＮｏ）、および、充電開始信号が入力されていない場合（ステップＳ０２でＮｏ）には、上述した判定処理を繰り返す。

統合ＥＣＵ１９は、予備充電を開始すると、無線等の通信手段により車両外部の電源制御装置２４に予備充電を開始する旨の制御指令を出力し、送電コイル２２により磁束を発生させる。
次いで統合ＥＣＵ１９は、第２モータ４および第３モータ５を駆動して、車両１を前後方向へ変位させながら効率検出手段４０により充電効率を検出し（ステップＳ０４）、充電位置設定手段４１によって最も高い充電効率（最大効率）を検索し、充電効率が最も高くなる位置（最大効率位置）に第２モータ４および第３モータ５の駆動により車両１を移動させて停止させる（ステップＳ０６）。

さらに統合ＥＣＵ１９は、無線等の通信手段により車両外部のコンベア制御手段（不図示）に対して制御指令を出力し、微調整機構３０により車両１を左右方向へ変位させながら充電効率を検出し（ステップＳ０８）、充電位置設定手段４１によって最も高い充電効率（最大効率）を検索し、充電効率が最も高くなる位置（最大効率位置）に微調整機構３０によって車両１を移動させて停止させる（ステップＳ０９）。そして、予備充電を終了して、本充電制御処理を（ステップＳ１０）を行い、バッテリの充電が終了すると、上述した一連の制御処理を一旦終了する。

したがって、上述した実施形態における充電システムによれば、効率検出手段により充電効率を検知して、充電位置設定手段４１により車両前後方向における充電効率が最も高い位置、および、車両左右方向における充電効率が最も高い位置を検索して、これら両方の条件を満たした位置を充電位置として設定することで、本充電制御処理を行う前に送電コイル２２に対して受電コイル２１が正対させることができるため、カメラ等を用いて送電コイル２２に対する受電コイル２１の位置を確認する場合と比較してコストの上昇を抑制し、さらに運転者の熟練度に関わらずに充電時間の短縮化を図ることができる。

また、充電位置設定手段４１が車両１側に設けられることで、充電効率が最も高い位置に車両１を前後移動させる際に、車両外部に充電位置設定手段４１が設けられる場合と比較して、迅速に判別結果を利用した制御処理を行って車両１を移動させることができるため、商品性を向上することができる。

さらに、車両１の前後方向の位置を最も充電効率が高い位置に合わせ、さらに充電効率が最も高くなるように車両１の左右位置を微調整機構３０により微調整することができるため、運転者の操作による調整が難しい車両１の左右位置を容易に最適な充電位置に移動させることができる。

なお、この発明は上述した実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した実施形態では、車両１の前後方向の位置を充電効率が最も高い位置にした後に、車両１の左右方向の位置を充電効率が最も高い位置にする場合について説明したが、この順序に限られるものではなく、車両１の左右方向の位置を充電効率が最も高い位置にした後に、車両１の前後方向の位置を充電効率が最も高い位置にしたり、前後方向および左右方向への移動を略同時に行うようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、車両１の後輪Ｗｆに第２モータ４および第３モータ５を個別に接続する場合について説明したが、これに限られず、図８に示すように、第２モータ４のみを備えたリヤユニット１０９により左右後輪Ｗｒ，Ｗｒを駆動して車両１を前後方向に移動させるようにしたり、図９に示すように、駆動軸６，７を介さずに車輪に設けられるインホイールモータである第２モータ１０４および第３モータ１０５を左右後輪Ｗｒ，Ｗｒにそれぞれ設けて、これら第２モータ１０４および第３モータ１０５の駆動により車両１を前後方向に移動させるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態では、充電開始の操作入力を車室内に設けられたスイッチ等の入力手段を介して行う場合について説明したが、入力手段は、車両外部の例えば電源制御装置２４等に設けるようにしても良い。
また、上述した実施形態では、第２モータ４および第３モータ５を用いて自動的に車両１を前後方向に移動させる場合について説明したが、前後方向については運転者がアクセルおよびブレーキ操作により車両１を移動させるようにしても良い。

さらに、上述した実施形態では、受電コイルと送電コイルとによる電磁誘導型の非接触充電の場合について説明したが、受電部および送電部としてＬＣ共振器や誘電体を用いる共鳴方の非接触充電に適用してもよい。

１ 車両
３ 第１モータ（モータ）
４ 第２モータ（モータ）
５ 第３モータ（モータ）
１１ 高圧バッテリ（バッテリ）
２１ 受電コイル（受電部）
２２ 送電コイル（送電部）
４０ 効率検出手段
４１ 充電位置設定手段

Claims (2)

1. バッテリの充電電力でモータを駆動して走行する車両に設けられた受電部、および、該車両の外部に設けられた送電部を介して非接触で前記バッテリを充電する充電システムにおいて、
   非接触充電の充電効率を検出する効率検出手段と、
   該効率検出手段により検出された充電効率に基づき前記車両外部の送電部に対する前記車両の受電部の最適な充電位置を設定する充電位置設定手段と、
   前記充電効率の値が最適値となるように前記車両の左右位置を微調整する微調整機構と、を備え、
   前記微調整機構は、前記車両外部に設けられて前記車両全体を左右方向に移動可能な車両搬送機構であることを特徴とする車両の充電システム。
2. 前記充電位置設定手段は、前記車両に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車両の充電システム。

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