JP5581325B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

この発明は、ワイヤレス電力伝送システムの受電設備に用いる蓄電装置に関する。

日本国特許庁が発行した下記の特許資料は、電気自動車のバッテリに、送電ケーブルを用いずに、電磁誘導、マイクロ波、電場の共鳴または磁場の共鳴、を用いてワイヤレスで送電する方法を提案している。
ＪＰ２００９−１０６１３６Ａ，２００９年５月１４日発行，
ＪＰ２００２−１５２９９６Ａ，２００２年５月２５日発行，
ＪＰ２００８−０５４４２４Ａ，２００８年３月５日発行，
ＪＰ２００６−１７４６７６Ａ，２００６年６月２９日発行，及び
Ｊａｐａｎ Ｐａｔｅｎｔ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．３９８５３９０，２００７年１０月３日発行。
また、″Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ ｖｉａ Ｓｔｒｏｎｇｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ″，Ｓｃｉｅｎｃｅ ｖｏｌ．３１７，ｐａｇｅｓ８３−８６，２００７年６月６日発行、は電場の共鳴または磁場の共鳴を用いる送電技術が、数キロワットの大電力を例えば数メートルの比較的大きなギャップを超えて送電可能であることを教えている。

この発明の目的は、こうしたワイヤレス電力伝送システムにおいて、受電設備の省スペース化、低コスト化、及び電力伝送効率の向上を図ることである。
以上の目的を達成するために、この発明は車両外に配置された給電設備からワイヤレス電力伝送システムを介して伝送された電力を蓄電する車両に搭載された蓄電装置において、複数の直列または並列に接続された蓄電セルを備えている。各蓄電セルは、電荷を蓄える蓄電要素と、蓄電要素を収装する容器と、ワイヤレス電力伝送システムにより送電される電力を受け取る受電アンテナと、受電アンテナが受け取った電力を用いて蓄電要素に充電を行う充電制御回路と、を備えている。
各充電制御回路は受電アンテナが受け取った電力を直流電流に整流する整流器と、蓄電要素の蓄電状態を検出するセンサと、蓄電要素の蓄電状態に応じて整流器から蓄電要素への蓄電電力の供給を制御するコントローラと、を備えている。各受電アンテナは、各蓄電セルが車両と給電設備との相対位置変化に応じて順次電力を受け取るように配置される。容器は外周に受電アンテナをコイル状に巻きつけた矩形枠を備えるとともに、蓄電要素を矩形枠の内側に収装している。
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。

ＦＩＧ．１はこの発明による蓄電装置を適用する、車両用ワイヤレス電力伝送システムの概略構成図である。
ＦＩＧ．２はワイヤレス電力伝送システムの配置に関するバリエーションを説明する車両用ワイヤレス電力伝送システムの概略構成図である。
ＦＩＧ．３はＦＩＧ．１の車両用ワイヤレス電力伝送システムの構成を示すブロックダイアグラムである。
ＦＩＧ．４は各蓄電セルに内蔵されたコントローラが実行する充電制御ルーチンを説明するフローチャートである。
ＦＩＧＳ．５Ａ−５Ｄは蓄電セルの正面図、平面図、背面図、及び垂直断面図である。
ＦＩＧ．６はＦＩＧ．５ＤのパートＶＩに示された蓄電セル要部の拡大垂直断面図である。
ＦＩＧＳ．７Ａ−７Ｇは蓄電セルの製造プロセスを説明する蓄電セルの垂直断面図である。
ＦＩＧ．８はこの発明による蓄電モジュールの平面図である。
ＦＩＧ．９は車両搭載状態の蓄電装置の概略構成図である。
ＦＩＧ．１０は給電設備と蓄電装置の位置関係を説明する車両の概略平面図であ。
ＦＩＧ．１１はＦＩＧ．１０に類似するが、別の位置関係を示す。
ＦＩＧ．１２はＦＩＧ．１０に類似するが、さらに別の位置関係を示す。
ＦＩＧ．１３は蓄電装置の各地点における受電電力量と蓄電電力量を示すダイアグラムである。
ＦＩＧＳ．１４Ａ−１４Ｃはこの発明の第２の実施例による蓄電セルの正面図、垂直断面図、及び平面図である。
ＦＩＧ．１５はＦＩＧ．１４ＢのパートＸＶに示されたこの発明の第２の実施例による蓄電セル要部の拡大垂直断面図である。
ＦＩＧＳ．１６Ａ−１６ＣはＦＩＧＳ．１４Ａ−１４Ｃに類似するがこの発明の第３の実施例を示す。
ＦＩＧ．１７はＦＩＧ．１６ＢのパートＸＶＩＩに示されたこの発明の第３の実施例による蓄電セル要部の拡大垂直断面図である。
ＦＩＧＳ．１８Ａ−１８Ｃはこの発明の第４の実施例による蓄電セル内部の正面図、蓄電セルの垂直断面図及び平面図である。
ＦＩＧＳ．１９Ａ−１９Ｆはこの発明の第４の実施例による蓄電セルの製造プロセスを説明する蓄電セルの垂直断面図である。
ＦＩＧＳ．２０Ａ−２０Ｃはこの発明の第５の実施例による蓄電セルの正面図、垂直断面図、及び平面図である。
ＦＩＧＳ．２１Ａ−２１Ｃはこの発明の第６の実施例による蓄電セルの正面図、垂直断面図、及び平面図である。
ＦＩＧ．２２はこの発明の第６の実施例による蓄電セルの二次自己共振コイルの配置を示す電気絶縁性フィルムの平面図である。
ＦＩＧＳ．２３Ａと２３Ｂはこの発明の第７の実施例による蓄電セルの正面図及び垂直断面図である。
ＦＩＧ．２４はこの発明の第７の実施例による蓄電セルの二次自己共振コイルと二次コイルの配置を示すラミネートフィルムの平面図である。
ＦＩＧ．２５はこの発明の第８の実施例による蓄電セルの斜視図である。
ＦＩＧ．２６はこの発明の第８の実施例による蓄電セルの垂直断面図である。
ＦＩＧＳ．２７Ａ−２７Ｃはこの発明の第８の実施例による蓄電セルの製造プロセスを説明する蓄電セルの垂直断面図である。
ＦＩＧＳ．２８Ａと２８Ｂはこの発明の第８の実施例による蓄電セルの容器の正面図及び平面図である。
ＦＩＧ．２９はこの発明を適用可能な別の車両用ワイヤレス電力伝送システムの概略構成図である。
ＦＩＧ．３０はこの発明の第９の実施例による充電制御ルーチンを説明するフローチャートである。

図面のＦＩＧ．１を参照すると、電気自動車１０は車輪に結合するモータ／ジェネレータ１１と、モータ／ジェネレータ１１の運転を制御する運転コントローラ１２と、モータ／ジェネレータ１１の動力源である蓄電装置１３とを備える。
運転コントローラ１２は、蓄電装置１３から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ／ジェネレータ１１へ供給し、モータ／ジェネレータ１１を電動モータとして駆動することにより電気自動車１０を走行させる。また、電気自動車１０の制動時は、運転コントローラ１２が車輪の回転トルクでモータ／ジェネレータ１１をジェネレータとして駆動することにより、回生発電を行って蓄電装置１３に蓄電する。
モータ／ジェネレータ１１には交流または直流モータ／ジェネレータが用いられる。蓄電装置１３は複数の蓄電セルの集合体として構成され、モータ／ジェネレータ１１が電気自動車１０を駆動するのに必要な直流電力を供給する直流高電圧源を構成する。
蓄電装置１３には給電設備２４からワイヤレス電力伝送方式により、送電ケーブルを用いずに電力が供給される。すなわち、電気自動車１０が所定の給電位置に停止した状態で、路面下に埋設された給電設備２４から蓄電装置１３にワイヤレス電力伝送方式により、電力が送電ケーブルを用いずに供給される。
また、蓄電装置１３を構成する蓄電セルの各々に直接的に電力が供給される。
ＦＩＧ．２を参照すると、給電設備２４を路面下に埋設する代わりに、給電設備２４を電気自動車１０の上方に配置し、対応して電気自動車１０の車内の天井位置に蓄電装置１３を配置することも可能である。電気自動車１０の蓄電装置１３は、電気自動車１０が給電位置に停止した状態で、送電アンテナ２２に対峙する。
ＦＩＧ．３を参照すると、給電設備２４は交流電源２０と、交流電源２０の電力を送電可能な電力に変換する電力変換部２１と、電力変換部２１から供給される電力を送信する送電アンテナ２２と、を備える。給電設備２４と蓄電装置１３との間で電力を伝送するワイヤレス電力伝送方式として、この実施例では磁場の共鳴による送電方式を採用する。前記従来技術が開示する他のワイヤレス電力伝送方式、すなわち電磁誘導、マイクロ波、電場の共鳴などを利用したワイヤレス電力伝送方式も適用可能である。
交流電源２０は例えば系統電源により構成される。電圧変換部２１は所定の高周波を発生する発振回路２１ａと、交流電源２０の出力電力を発振回路２１ａの高周波の電力に変換して送電アンテナ２２へ出力する駆動回路２１ｂと、からなる。
送電アンテナ２２は、一次コイル２２ａと、一次コイル２２ａと電磁誘導によって結合可能な一次自己共振コイル２２ｂと、を備える。一次コイル２２ａは、駆動回路２１ｂから受け取った電力を電磁誘導によって一次自己共振コイル２２ｂへ伝送する。一次自己共振コイル２２ｂは、両端がオープンのＬＣ共振コイルである。
ＦＩＧ．８を参照すると、蓄電装置１３は複数の蓄電セル３６をフレーム５２上に一体化した蓄電モジュールとして構成される。
再びＦＩＧ．３を参照すると、各蓄電セル３６は、蓄電を行う蓄電要素３７と、受電アンテナ３０と、充電制御回路３１とを備える。蓄電要素３７は電気二重層キャパシタで構成される。蓄電要素３７をニッケル電池やリチウムイオン電池などの二次電池及びその他の蓄電池で構成することも可能である。充電制御回路３１は整流器３１ａ、蓄電要素３７の充電量（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣセンサ３１ｂ、及びコントローラ３１ｃを備える。
受電アンテナ３０は、二次自己共振コイル３０ａと二次コイル３０ｂとを備える。二次自己共振コイル３０ａは、両端がオープンのＬＣ共振コイルである。二次自己共振コイル３０ａは一次自己共振コイル２２ｂと磁場の共鳴によって結合可能に構成される。二次コイル３０ｂは、二次自己共振コイル３０ａと電磁誘導によって結合可能に構成され、二次自己共振コイル３０ａから受電する高周波電力を整流器３１ａへ供給する。
整流器３１ａは高周波電力を直流に整流し、コントローラ３１ｃを介して蓄電要素３７に充電電力を供給する。コントローラ３１ｃは蓄電要素３７の充電量を検出するＳＯＣセンサ３１ｂからの充電量信号に基づき、蓄電要素３７が過充電とならないように、整流器３１ａから蓄電要素３７への充電電力の供給を制御する。
コントローラ３１ｃは中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータ及び電力制御素子で構成される。コントローラ３１ｃを複数のアナログ素子で構成することも可能である。
蓄電装置１３は、以上のように構成された複数の蓄電セル３６を直列または直列かつ並列に接続することで、電気自動車１０の駆動に必要な容量の高電圧直流電源を構成する。蓄電装置１３においては、したがって、各蓄電セル３６が受電アンテナ３０と、充電制御回路３１とを備えており、給電設備２４からの供給電力による充電も、各蓄電セル３６が互いに独立して行う。
その際に、各蓄電セル３６の間で、電圧情報を電波による個体識別（ＲＦＩＤ）技術を用いて相互に通信させることで、充電を協調的に行わせても良い。
具体的には、電気自動車１０をＦＩＧ．１に示すように、蓄電装置１３が給電設備２４に対峙する給電位置に停止させ、給電設備２４を稼働させる。その結果、送電アンテナ２２の一次自己共振コイル２２ｂと各蓄電セル３６の受電アンテナ３０の二次自己共振コイル３０ａとが、磁場の共鳴によって結合し、送電アンテナ２２から各蓄電セル３６の受電アンテナ３０へ並行して送電が行われる。各蓄電セル３６においては、受電アンテナ３０が受け取った高周波電力を整流器３１ａが直流に変換し、充電制御回路３１を介して蓄電要素３７に蓄電する。
このように、受電アンテナ３０と充電制御回路３１とを蓄電セル３６ごとに設けることで、蓄電セル３６の数を変更するのみで任意の容量の蓄電装置１３を容易に構成できる。また、大型の受電アンテナや充電制御回路が不要なため、電気自動車１０の蓄電装置１３の搭載スペースを小さく抑えられる。
蓄電装置１３は、充電電圧が３−５Ｖの蓄電要素３７に独立かつ並行して充電を行うので、電力の伝送ロスが少なく、高い電力伝送効率を得ることができる。受電後の充電経路の長さが短いため、配線抵抗に基づく電力ロスも小さく抑えられる。
ＦＩＧ．４を参照して、コントローラ３１ｃが実行する蓄電要素３７への充電制御ルーチンを説明する。このルーチンは電気自動車１０が所定の給電位置に停止した状態で、運転コントローラ１２が各蓄電セル３６の充電制御回路３１に出力する蓄電指令信号をトリガーとして、各コントローラ３１ｃが１度のみ実行する。
コントローラ３１ｃは各蓄電セル３６に備えられており、各蓄電セル３６のコントローラ３１ｃが蓄電セル３６内の蓄電要素３７への充電に関してこのルーチンを実行する。
ステップＳ１でコントローラ３１ｃはＳＯＣセンサ３１ｂが検出した蓄電要素３７の充電量（ＳＯＣ）を読み込む。
ステップＳ２でコントローラ３１ｃは蓄電要素３７への充電が必要かどうかを判定する。具体的には、蓄電要素３７のＳＯＣが充電判定しきい値以下かどうかを判定する。充電判定しきい値は、蓄電要素３７が電気二重層キャパシタで構成される場合は、例えば満充電量の３０−４０％とする。また、蓄電要素３７が二次電池で構成される場合は、例えば満充電量の６０−７０％とする。
ステップＳ２の判定が肯定的な場合は、コントローラ３１ｃはステップＳ３以降において、整流器３１ａが出力する直流電流を用いて蓄電要素３７に充電を行う。ステップＳ２の判定が否定的な場合には、コントローラ３１ｃは蓄電要素３７への充電を行うことなくルーチンを終了する。
ステップＳ３において、コントローラ３１ｃは満充電量と蓄電要素３７のＳＯＣとの差に基づき蓄電要素３７に所定期間に渡って充電を行う。
ステップＳ４で、コントローラ３１ｃはＳＯＣセンサ３１ｂの出力信号から蓄電要素３７のＳＯＣを再度検出する。
ステップＳ５で、コントローラ３１ｃは満充電量と蓄電要素３７のＳＯＣとの差が５％以内となったかどうかを判定する。ステップＳ５の判定が肯定的な場合には、コントローラ３１ｃは蓄電要素３７への充電が完了したと判定してルーチンを終了する。ステップＳ５の判定が否定的な場合には、コントローラ３１ｃはステップＳ５の判定が肯定的に転じるまで、ステップＳ３−Ｓ５の充電処理を繰り返す。
なお、ステップＳ３における蓄電要素３７への充電は、ステップＳ２で蓄電要素３７のＳＯＣが充電判定しきい値以下となった場合、またはステップＳ５で満充電量と蓄電要素３７のＳＯＣとの差５％より大きい場合に限って行われる。つまり、上記のアルゴリズムによれば、蓄電要素３７のＳＯＣが満充電量の付近で充電が行われることはない。
運転コントローラ１２から蓄電指令信号を受信すると、各コントローラ３１ｃはこのようにしてＳＯＣセンサ３１ｂが検出する蓄電要素３７のＳＯＣに応じて、蓄電要素３７への充電を行う。各蓄電要素３７のＳＯＣに基づき各蓄電要素３７への充電を個別に制御するので、蓄電装置１３は高い蓄電効率を発揮することができる。また、蓄電装置１３は蓄電セル３６の数を変化させることで必要とされる蓄電容量に容易に対応可能である。したがって、結果的にこの発明により蓄電装置のコスト低減が可能となる。
電気二重層キャパシタは、原理的に数秒単位の急速充電が可能である。したがって、電気二重層キャパシタを適用した蓄電要素３７と磁気の共鳴に利用するワイヤレス電力伝送システムとの組み合わせにより、例えば給電設備２４の上を通過する間に各蓄電セル３６を急速充電することも可能である。
蓄電要素に電気二重層キャパシタを使用し、複数の蓄電要素を直列または並列に組み合わせて蓄電装置を構成する場合に、好ましい充電効率を実現するには、各蓄電要素を協調作動させながら、各セルの容量一杯まで蓄電させる必要がある。こうした処理は個々の蓄電要素の過充電や過放電を防止するうえでも必要である。そのため、充放電に先立ち、各蓄電要素３７の電圧の均等化処理が行われる。この操作をイニシャライジングと称する。しかしながら、この蓄電装置１３は、蓄電セル３６ごとに個別にＳＯＣを判定し、ＳＯＣに応じて個別かつ同時並行的に充電を行うため、イニシャライジングのための均等化回路を省略しても同様の機能を発揮することができる。
次にＦＩＧＳ．５Ａ−５ＤとＦＩＧ．６を参照して、蓄電セル３６の構造を説明する。
ＦＩＧＳ．５Ａ−５Ｄを参照すると、蓄電セル３６は、電荷を蓄える蓄電要素３７と、蓄電要素３７を収容する容器３８と、蓄電要素３７に接続された一対の電極端子３９と、を備える。
蓄電要素３７は、矩形の正極体と負極体とこれらの間に介在するセパレータとを所定数積層した積層体で構成される。正極体及び負極体は、電荷を蓄える電極層と、電荷の出し入れを行う集電層と、集電層に接続されたリード４２からなる。同極の集電層のリード４２は結束され、対応する極性の電極端子３９に接続される。
容器３８は、蓄電要素３７を囲う矩形枠４０と、矩形枠４０の両面に貼り付けられた一対の膜体４１とを備える。矩形枠４０には受電アンテナ３０と整流／充電制御回路板３１ｄとが固定される。整流／充電制御回路板３１ｄは、電気絶縁性の基板に整流器３１ａを含む充電制御回路３１を構成したもので、整流器３１ａの出力端子がコントローラ３１ｃの入力端子にあらかじめ接続されている。
矩形枠４０は、熱溶着性かつ電気絶縁性の樹脂で形成される。矩形枠４０は矩形断面の蓄電要素３７の外周を囲むべく、矩形の内周面を有する。膜体４１は、金属箔の中間層に電気絶縁性の複数の樹脂層を積層したラミネートフィルムを、矩形枠４０の外形と略等しい形状に切ったものである。膜体４１の矩形枠４０の内側に臨む面には熱溶着性かつ電気絶縁材質の樹脂層が配置される。
ＦＩＧ．６を参照すると、矩形枠４０は外周に溝を形成したボビン状を成す。溝の内側には、受電アンテナ３０の二次自己共振コイル３０ａと二次コイル３０ｂとが巻き付けられる。二次コイル３０ｂは、溝の底の部分に近接するように巻き付けられる。二次自己共振コイル３０ａは、二次コイル３０ｂの外側に巻き付けられる。ただし、図は一実施例を示すもので、二次コイル３０ｂを二次自己共振コイル３０ａの外側に巻き付けることも可能である。コイル３０ａと３０ｂの配置については、受電の効率が最大となるように設定すれば良い。
整流／充電制御回路板３１ｄは溝の内側かつ二次自己共振コイル３０ａの外側に配置される。
二次コイル３０ｂの両端は整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続される。二次自己共振コイル３０ａは両端が開放されたＬＣ共振コイルである。整流／充電制御回路板３１ｄ上のコントローラ３１ｃの出力端子は、配線を介して一対の電極端子３９に接続される。
ＦＩＧＳ．７Ａ−７Ｇを参照して、蓄電セル３６の製造工程を説明する。
矩形枠４０はＦＩＧ．７Ａに示すように外周に溝を有するボビン状にあらかじめ一体成形される。この段階では膜体４１は貼り付けられていない。ＦＩＧ．７Ｂに示すように、まず矩形枠４０の外周の溝に二次コイル３０ｂを巻き付ける。その上に、ＦＩＧ．７Ｃに示すように二次自己共振コイル３０ａを巻き付け、ＦＩＧ．７Ｄに示すようにモールド材３０ｄで固定する。モールド材３０ｄには、電気絶縁性及び防水性に優れた材料を用いる。
ＦＩＧ．７Ｅに示すように整流／充電制御回路板３１ｄを溝の内側のモールド材３０ｄの外側に取り付け、二次コイル３０ｂの両端を整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続する。
次にＦＩＧ．７Ｆに示すように、電気二重層キャパシタで構成された蓄電要素３７を矩形枠４０の内側に配置し、一対の電極端子３９を矩形枠４０に固定する。電極端子３９はプレート状の部材であり、中間部を矩形枠４０の端面に固定することで、一端を矩形枠４０の外側へ突出し、もう一端を矩形枠４０の内側へ突出する。矩形枠４０の内側へ突出した各電極端子３９の突出部には前述のように蓄電要素３７の同極の集電層のリード４２を結束して溶接などで接続する。
この状態で、ＦＩＧ．７Ｇに示すように、矩形枠４０の前面と背面に膜体４１をヒートシール処理により固定する。なお、図の矩形枠４０の左側の端面を前面、右側の端面を背面と称する。
ヒートシール処理においては、前工程において矩形枠４０の上辺の前面に固定された電極端子３９の中間部を含む矩形枠４０の前面に膜体４１を被せて、ヒートシーラにより、矩形枠４０の前面を膜体４１の周縁部とともに加圧しつつ加熱する。
矩形枠４０の前面への膜体４１のヒートシール処理により、膜体４１の熱溶着性樹脂と矩形枠４０の熱溶着性樹脂が溶融し、放熱後に凝固することで、膜体４１が矩形枠４０に隙間なく密着する。一対の電極端子３９の中間部も凝固した樹脂に包み込まれ、その周囲が隙間なくシールされる。すなわち、この熱溶着性樹脂は電極端子に対しても接着性を有する。最後に、整流／充電制御回路板３１ｄ上のコントローラ３１ｃの出力端子を一対の電極端子３９に配線を用いて接続する。
同様に、矩形枠４０の背面へも膜体４１をヒートシール処理により固定する。
以上の工程により、受電アンテナ３０及び整流／充電制御回路板３１ｄを備える蓄電セル３６を容易かつ低コストに製造することができる。。
この蓄電セル３６においては、蓄電要素３７を矩形枠４０に格別に固定していない。これは次の理由による。
再びＦＩＧ．８を参照すると、この実施例による蓄電装置１３は複数の蓄電セル３６を蓄電セル３６と略等しい大きさの矩形穴を行方向及び列方向に形成したフレーム５２により平面上で一体化した蓄電モジュールとして構成される。蓄電モジュールの前面と背面を透磁性材のプレートで挟んでボルトで締め付けることで、各蓄電セル３６における蓄電要素３７の矩形枠４０に対する枠貫通方向の変位が規制される。蓄電要素３７の矩形枠４０に対するその他の方向の変位は、矩形枠４０の内周の寸法を蓄電要素３７の外周寸法にあらかじめに合わせておくことで規制される。したがって、蓄電要素３７を矩形枠４０に固定しなくても、蓄電要素３７と矩形枠４０の相対変位は阻止され、蓄電要素３７は矩形枠４０の内側に安定的に保持される。また、蓄電セル３６のフレーム５２に対するフレーム貫通方向の変位も規制される。
蓄電モジュールの前面と背面を透磁性材のプレートで挟んでボルトで締め付ける代わりに、蓄電要素３７を矩形枠４０内に配置した状態でシリコンモールド剤を矩形枠４０内に流し込み、固化させることも可能である。
フレーム５２にはバスバー５１が固定される。
バスバー５１は、４本の桁５１ａと、各桁５１ａの３点からそれぞれ直角方向に突設された枝梁５１ｂとからなる。隣接する桁５１ａからは３箇所において相対して枝梁５１ｂが突設される。フレーム５２の矩形穴に対応して、隣接する桁５１ａと相対する枝梁５１ｂによって矩形スペースが形成される。各蓄電セル３６は各矩形スペースを介してフレーム５２の矩形穴に埋め込まれる形でフレーム５２内に配置される。
４本の桁５１ａのうち図の右端の桁５１ａが蓄電モジュールの正極を構成する。図の左端の桁５１ａが蓄電モジュールの負極を構成する。正極と負極との間に３個ｘ３列の計９個の蓄電セル３６が配置される。桁５１ａと平行に配置された各３個の蓄電セル３６は並列に接続される。蓄電モジュールの正極と負極との間に並列接続された各３個の蓄電セル３６が直列に接続される。
正極と負極をなす図のバスバー５１の左右方向の両端に位置する桁５１ａは図の上方へ突出する配線の接続部５３を備える。正極をなす桁５１ａと負極をなす桁５１ａのそれぞれの接続部５３が運転コントローラ１２を介してモータ／ジェネレータ１１に接続される。
フレーム５２の一方の面、すなわち電気自動車１０に搭載した状態で送電アンテナ２２と相対しない側には図示されない非透磁性材による磁気遮断板を配置する。磁気遮断板は各蓄電セル３６の受電漏れを防止する役割をもつ。
図にはフレーム５２内に横に３列、縦に３列の計９個の蓄電セル３６が配置されているが、蓄電モジュールを構成する蓄電セル３６の数は任意に設定可能である。
蓄電装置１３をこのような蓄電モジュールで構成することは、所要容量の蓄電装置を効率よく簡単に構成できる点で、特に電気自動車用の蓄電装置１３として好ましい。
ＦＩＧＳ．９−１２を参照して、蓄電装置１３の搭載例と充電形態について説明する。
ＦＩＧ．９を参照すると、蓄電装置１３は蓄電セル３６を電気自動車１０の横断方向にｍ個並べて配置し、これを電気自動車１０の前後方向に３列配置した蓄電モジュールとして構成される。電気自動車１０の前後方向に並ぶ３個の蓄電セル３６は並列に接続される。そして、並列接続された各３個の蓄電セル３６からなるｍ個のセル群が直列に接続される。以下の説明では、電気自動車１０の前部に配置された蓄電セル３６の列を前列、電気自動車１０の中間部に配置された蓄電セル３６の列を中間列、電気自動車１０の後部に配置された蓄電セル３６の列を後列とれぞれ称する。各列のｍ個の蓄電セル３６は電気的には直列に接続されている。
この実施例では、電気自動車１０の前後方向に３個の蓄電セル３６を配置しているが、蓄電モジュールを構成する蓄電セル３６の数は前述のように任意に設定可能である。
電気自動車１０が給電設備２４の上を通過する場合に、各蓄電セル３６と給電設備２４との位置関係はＦＩＧＳ．１０−１２のように変化する。ＦＩＧＳ．１０−１２には表現上の理由から各３個の蓄電セル３６しか描かれていないが、搭載される蓄電モジュールはＦＩＧ．９の蓄電モジュールと同じであり、ＦＩＧＳ．１０−１２の３個の蓄電セル３６は前列、中間列、及び後列の蓄電セル３６をそれぞれ代表する。同じく表現上の理由で、給電設備２４は各図の電気自動車１０の左側に描かれているが、実際には電気自動車１０の下方の走路に埋設されている。
ＦＩＧ．１０を参照すると、給電設備２４の一次自己共振コイル２２ｂの上方に、前列の蓄電セル３６の二次自己共振コイル３０ａが差し掛かると、これらのコイル間で磁場の共鳴が活性化する。その結果、給電設備２４の一次自己共振コイル２２ｂから前列の蓄電セル３６の二次自己共振コイル３０ａへと送電が行われ、二次自己共振コイル３０ａの受け取った電力が二次コイル３０ｂから整流器３１ａへ供給され、コントローラ３１ｃを介して蓄電要素３７への充電が行われる。この位置関係を実現する車両位置を車両位置Ａとする。
ＦＩＧ．１３を参照すると、地点Ａにおいて前列の蓄電セル３６の電位が上昇すると、前列の蓄電セル３６と、前列の蓄電セル３６と並列接続された中間列及び後列の蓄電セル３６との間に電位差が生じる。ここで、電荷は電位の低い方へ流れるので、中間列及び後列の蓄電セル３６の電位も、前列の蓄電セル３６に遅れながら上昇する。
ＦＩＧ．１１を参照すると、給電設備２４の一次自己共振コイル２２ｂの上方に、中間列の蓄電セル３６の二次自己共振コイル３０ａが差し掛かると、これらのコイル間で磁場の共鳴が活性化する。その結果、給電設備２４の一次自己共振コイル２２ｂから中間列の蓄電セル３６の二次自己共振コイル３０ａへとへと送電が行われ、二次自己共振コイル３０ａの受け取った電力が二次コイル３０ｂから整流器３１ａへ供給され、充電制御回路３１を介して蓄電要素３７への充電が行われる。この位置関係を実現する車両位置を車両位置Ｂとする。
再びＦＩＧ．１３を参照すると、中間列の蓄電セル３６の電位が上昇すると、中間列の蓄電セル３６と、中間列の蓄電セル３６に並列接続される前列及び後列の蓄電セル３６との間に電位差が生じる。ここで、電荷は電位の低い方へ流れるので、前列及び後列の蓄電セル３６の電位も、中間列の蓄電セル３６の電位上昇に続いて上昇する。つまり、並列接続された各列の蓄電セル３６間で受電電力の平準化がなされる。
ＦＩＧ．１２を参照すると、給電設備２４の一次自己共振コイル２２ｂの上方に、後列の蓄電セル３６の二次自己共振コイル３０ａが差し掛かると、これらのコイル間で磁場の共鳴が活性化する。その結果、給電設備２４の一次自己共振コイル２２ｂから後列の蓄電セル３６の二次自己共振コイル３０ａへと送電が行われ、二次自己共振コイル３０ａの受け取った電力が二次コイル３０ｂから整流器３１ａへ供給され、充電制御回路３１を介して蓄電要素３７への充電が行われる。この位置関係を実現する車両位置を車両位置Ｃとする。
再びＦＩＧ．１３を参照すると、後列の蓄電セル３６の電位が上昇すると、後列の蓄電セル３６と、後列の蓄電セル３６に並列接続された前列及び中間列の蓄電セル３６との間に電位差が生じる。ここで、電荷は電位の低い方へ流れるので、前列及び中間列の蓄電セル３６電位も、後列の蓄電セル３６の電位上昇に続いて上昇する。
図の破線は、前列、中間列、及び後列に搭載された蓄電セル３６の蓄電電力量を示す。図の実線は車両位置Ａ，Ｂ，Ｃにおいて、給電設備２４に相対する各列の蓄電セル３６の受電電力量を示す。図の単位はワット・アワー（Ｗ・ｈ）である。
図に示されるように、車両が地点Ａ，Ｂ，Ｃを通過すると、対応列の蓄電セル３６の蓄電電力量が急増するが、前述の列間の受電電力の平準化作用により、並列接続された前列、中間列、及び後列の３個の蓄電セル３６の蓄電電力量は等しくなる。
一方、同じ列内で直列接続された蓄電セル３６に関して、各受電アンテナ３０の受電状態は必ずしも均一とならない。また、同列内の直列接続された蓄電セル３６間では電位差による充電電力の再配分も行われない。結果として、ＦＩＧ．９に示すｍ個のセル群の電位Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖｍにばらつきが生じる。このばらつきを平均化するために、この充電装置１３は、充放電バランス回路５５をさらに備える。
充放電バランス回路５５は、直列接続される蓄電セル群ごとに、１個ずつ並列に接続されたバイパス回路を備える。モータ／ジェネレータ１１の運転コントローラ１２は蓄電装置１３の充放電を行う際に、蓄電セル群の間の電圧差を縮めるように各バイパス回路の開閉を制御する。充放電バランス回路５５は、日本国特許庁が２００２年に発行したＪＰ２００２−２８１６８５Ａ及び日本国特許庁が２００６年に発行したＪＰ２００６−２９６１７９Ａにより公知である。
また、蓄電セル群の間の電圧差を縮める方法として、電圧の高いセル群から電圧の低いセル群へ電力を移送する方法を用いても良い。こうした電力移送方法は日本国特許庁が２００２年に発行したＪＰ２００２−１３５９７６Ａにより公知である。
この充電装置１３は、個々の蓄電セル３６が受電した電力を対応する蓄電要素３７に貯蔵するのみでなく、異なる列の蓄電セル３６との電位差に応じて、電位差を解消するように異なる列の蓄電セル３６と間で電力を再配分するので、受電装置１３で受電した電力を効率よく蓄えることができる。
また、この充電装置１３は蓄電セル３６ごとに受電アンテナ３０を備えるため、受電漏れが少なく、いずれかの蓄電セル３６の受電機能に不具合が生じても、受電機能に不具合の生じた蓄電セル３６に、他の蓄電セル３６の受電アンテナ３０を介して蓄電が行われる。したがって、充電装置１３の受電設備の信頼性を高められる。
さらに、充放電バランス回路５５を設けることで、直列接続された蓄電セル３６間の電位差も解消する。
ＦＩＧＳ．１４Ａ−１４ＣとＦＩＧ．１５を参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第２の実施例を説明する。
この実施例による蓄電セル３６は、第１の実施例による蓄電セル３６と同様に蓄電要素３７を囲う矩形枠４０と、矩形枠４０の両面に貼り付けられた一対の膜体４１とからなる容器３８を備える。矩形枠４０の外周には溝が形成されず、代わりに矩形枠４０の外周を第２の矩形枠６０が覆う。第２の矩形枠６０は外周に溝を形成したボビン状に形成され、溝の内側に受電アンテナ３０を構成する二次自己共振コイル３０ａ及び二次コイル３０ｂがこの順番で巻き回され、モールド材で固定される。さらに、溝の内側に整流／充電制御回路板３１ｄが固定される。
二次コイル３０ｂは整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続される。整流／充電制御回路板３１ｄ上のコントローラ３１ｃの出力端子と一対の電極端子３９とが配線を介して接続される。一対の電極端子３９は第２の矩形枠６０と干渉しないように、矩形枠４０と第２の矩形枠６０との境界付近で直角方向に折り曲げた形で矩形枠４０に固定される。その他の構成は第１の実施例と同一である。
この実施例によれば、第２の矩形枠６０に受電アンテナ３０と整流／充電制御回路板３１ｄとをあらかじめ装着しておき、矩形枠４０に蓄電要素３７を挿入し、矩形枠４０の前面と背面を膜体４１でシールした状態で、ＦＩＧ．１４Ｃに示すように、第２の矩形枠６０を矩形枠４０の外周に装着することが可能となる。言い替えれば、受電アンテナ３０や整流／充電制御回路板３１ｄを持たない既存の蓄電セルの容器の外周に矩形枠６０を装着することで、受電機能と充電制御機能とを備える蓄電セル３６を構成することが可能となる。
ＦＩＧＳ．１６Ａ−１６ＣとＦＩＧ．１７を参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第３の実施例を説明する。
この実施例による蓄電セル３６は、第１の実施例による蓄電セル３６と同様に蓄電要素３７を囲う矩形枠４０と、矩形枠４０の両面に貼り付けられた一対の膜体４１とからなる容器３８を備える。矩形枠４０の外周の溝には二次コイル３０ｂが巻き付けられ、整流／充電制御回路板３１ｄが配置される。矩形枠４０の外周を第２の矩形枠６０が覆う。第２の矩形枠６０は外周に溝を形成したボビン状に形成される。溝の内側に二次自己共振コイル３０ａが巻き付けられ、モールド材で固定される。二次コイル３０ｂの両端は、整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続され、整流／充電制御回路板３１ｄ上の充電制御回路３１の出力端子は、一対の電極端子３９に配線を介して接続される。一対の電極端子３９は第２の実施例と同様に、第２の矩形枠６０と干渉しないよう略９０度に折り曲げた形で矩形枠４０に固定される。
この実施例によれば、二次コイル３０ｂと二次自己共振コイル３０ａの何れかに不具合が発生した場合に、第２の矩形枠６０を矩形枠４０から取り外すことで、不具合の発生したコイルのみを交換できる。矩形枠４０の外周が第２の矩形枠６０に覆われるため、矩形枠４０の外周の溝に巻き付けられる二次コイル３０ｂをモールド材で溝内に固定する必要もない。
ＦＩＧＳ．１８Ａ−１８ＣとＦＩＧＳ．１９Ａ−１９Ｆを参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第４の実施例を説明する。
ＦＩＧＳ．１８Ａ−１８Ｃを参照すると、この実施例による蓄電セル３６は、第１の実施例による蓄電セル３６と同様に蓄電要素３７を囲う矩形枠４０と、矩形枠４０の両面に貼り付けられた一対の膜体４１とからなる容器３８を備える。ただし、矩形枠４０の外周には溝が形成されず、代わりに一方の膜体４１と一体に二次自己共振コイルと二次コイル３０ｂを形成する。なお、図には二次自己共振コイルは示されていない。
具体的には、二次自己共振コイルと二次コイル３０ｂとを、あらかじめそれぞれ電気絶縁性フィルムにパターンプリントにより形成する。二次コイル３０ｂを形成した電気絶縁性フィルムは、膜体４１を構成する電気絶縁性の複数の樹脂層からなるラミネートフィルムの２つの樹脂層間にあらかじめ挿入される。二次自己共振コイルを形成した電気絶縁性フィルムは、ラミネートフィルムの別の２つの樹脂層間にあらかじめ挿入される。
電気絶縁性フィルムを挿入した膜体４１の一辺には矩形枠４０の外側へ突出する折曲部６４を形成する。二次コイル３０ｂの両端が折曲部６４に露出するように、あらかじめプリントパターンを設定する。
一対の電極端子３９は、あらかじめ矩形枠４０と一体にインサート成形される。各電極端子３９の一端は矩形枠４０の外側へ突出し、もう一端は矩形枠４０の内側に突出する。整流／充電制御回路板３１ｄは一対の電極端子３９の間において、矩形枠４０の外周に固定される。各電極端子３９は整流／充電制御回路板３１ｄのコントローラ３１ｃの出力端子に接続される。二次コイル３０ｂの折曲部６４に露出する両端は、整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続される。
ＦＩＧＳ．１９Ａ−１９Ｆを参照して、この蓄電セル３６の製造工程を説明する。
矩形枠４０は、ＦＩＧ．１９Ａに示すように、一対の電極端子３９があらかじめインサート成形される。矩形枠４０の外周に、まずＦＩＧ．１９Ｂに示すように、整流／充電制御回路板３１ｄを取り付ける。一対の電極端子３９に整流／充電制御回路板３１ｄ上のコントローラ３１ｃの出力端子を接続する。
次に、ＦＩＧ．１９Ｃに示すように、形枠４０の内側に蓄電要素３７を収装し、一対の電極端子３９に対応する極性のリード４２の結束部を接合する。
次にＦＩＧ．１９Ｄに示すように、二次自己共振コイル及び二次コイル３０ｂをパターンプリントした電気絶縁性フィルムを樹脂層間に挿入した膜体４１を、矩形枠４０の一面にヒートシール処理により熱溶着させる。ＦＩＧ．１９Ｅに示すように折曲部６４を折り曲げ、折曲部６４に二次コイル３０ｂの両端を整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続する。
最後に、ＦＩＧ．１９Ｆに示すように、もう一方の膜体４１をヒートシール処理により矩形枠４０の反対側の面に熱溶着する。
以上の工程により、受電アンテナ３０及び整流／充電制御回路板３１ｄを備える蓄電セル３６を簡単かつ低コストで製造することができる。
ＦＩＧＳ．２０Ａ−２０Ｃを参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第５の実施例を説明する。
この実施例は第４の実施例に類似する。ただし、この実施例では一方の膜体４１の樹脂層間に二次コイル３０ｂをパターンプリントした電気絶縁性フィルムを挿入し、もう一方の膜体４１の樹脂層間に二次自己共振コイル３０ａをパターンプリントした電気絶縁性フィルムを挿入する。二次コイル３０ｂを一体化した膜体４１には第４の実施例と同様の折曲部６４を形成して、二次コイル３０ｂ両端は、整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子に接続する。
この実施例によっても、受電アンテナ３０及び整流／充電制御回路板３１ｄを備える蓄電セル３６を簡単かつ低コストで製造することができる。
ＦＩＧＳ．２１Ａ−２１Ｃ及びＦＩＧ．２２を参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第６の実施例を説明する。
この実施例においては、容器３８はラミネートフィルムで形成された一対のケース部材３８ａと３８ｂを備える。ラミネートフィルムは、金属箔の中間層に電気絶縁性の複数の樹脂層を積層した、第１の実施例の膜体４１に使用したのと同様の素材である。ケース部材３８ａと３８ｂは凹部３８ｃと凹部の周囲に形成されたフランジ部３８ｄとを有する。蓄電要素はケース部材３８ａまたはケース部材３８ｂの凹部３８ｃに収装される。この状態で、凹部３８ｃが相対するようにフランジ部３８ｄ同士を熱溶着することで、蓄電要素を収容する密閉された容器３８が形成される。
一対の電極端子３９はフランジ部３８ｄに挟まれ、それぞれの一端を容器３８の外側へ突出する。蓄電要素３７の同極のリード４２は結束され、容器３８の内側において対応する極性の電極端子３９に接続される。
二次自己共振コイル３０ａは、ＦＩＧ，２２に示すように、プリントパターンによりあらかじめ電気絶縁性のフィルム６６の一面に形成される。
二次コイル３０ｂも、パターンプリントにより、電気絶縁性フィルムの一面に形成される。二次コイル３０ｂを形成した電気絶縁性フィルムは、ケース部材３８ａの凹部３８ｃの底部に相当する部位のラミネートフィルムの樹脂層間にあらかじめ挿入される。二次コイル３０ｂの両端は一対の電極端子３９の近傍においてケース部材３８ａの外面に露出する。
二次自己共振コイル３０ａを形成した電気絶縁性のフィルム６６は、二次自己共振コイル３０ａが二次コイル３０ｂと重なり合う位置で、ケース部材３８ａの凹部３８ｃの底に貼り付けられる。
整流／充電制御回路板３１ｄは、一対の電極端子３９の近傍においてケース部材３８ａのフランジ部３８ｄに固定される。整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器の入力端子はケース部材３８ａの外面に露出した二次コイル３０ｂの両端に接続される。一対の電極端子３９は整流／充電制御回路板３１ｄ上の充電制御回路の出力端子に配線を介して接続される。
この実施例によっても、受電アンテナ３０及び整流／充電制御回路板３１ｄを備える蓄電セル３６を簡単かつ低コストで製造することができる。
ＦＩＧＳ．２３Ａと２３Ｂ及びＦＩＧ．２４を参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第７の実施例を説明する。
この実施例は第６の実施例に類似する。この実施例では、二次自己共振コイルと二次コイル３０ｂとを、あらかじめそれぞれ電気絶縁性フィルムにパターンプリントにより形成する。二次コイル３０ｂを形成した電気絶縁性フィルムと、二次自己共振コイルを形成した電気絶縁性フィルムは、ＦＩＧ．２４に示す電気絶縁性の複数の樹脂層からなるラミネートフィルム６７の内側に樹脂層を介してあらかじめ積層される。電気絶縁性フィルムの一方を、ラミネートフィルム６７の表面に貼り付けることも可能である。
このようにして二次自己共振コイル３０ａと二次コイル３０ｂとを樹脂層間に形成したラミネートフィルム６７を、凹部３８ｃの底部の裏側に相当するケース部材３８ａの外表面に貼り付ける。二次コイル３０ｂの両端はラミネートフィルム６７の外側に露出し、整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器の入力端子に接続される。
整流／充電制御回路板３１ｄは、容器３８の周縁部の上辺に取り付けられ、一対の電極端子３９は整流／充電制御回路板３１ｄ上のコントローラ３１ｃの出力端子に配線を介して接続される。
この実施例によっても、受電アンテナ３０及び整流／充電制御回路板３１ｄを備える蓄電セル３６を簡単かつ低コストで製造することができる。
ＦＩＧＳ．２５，２６，２７Ａ−２７Ｃ，及びＦＩＧＳ．２８Ａと２８Ｂを参照して、蓄電セル３６の構成に関するこの発明の第８の実施例を説明する。
ＦＩＧＳ．２５と２６を参照すると、この実施例において容器３８は金属製のハードケースで構成される。蓄電要素３７は、容器３８に収装され、一対の電極端子３９を配置した蓋部３８ｅにより密閉される。蓄電要素３７の同極同士のリード４２は結束され、容器３８の内部において、対応する極性の電極端子３９に接続される。電荷漏れや短絡を防止するため、金属製の容器３８には絶縁加工が施される。
整流／充電制御回路板３１ｄは、蓋部３８ｅの容器３８の内部に面した裏面に固定される。蓋部３８ｅの外側に整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器３１ａの入力端子が設けられる。整流／充電制御回路板３１ｄ上のコントローラ３１ｃの出力端子は、一対の電極端子３９に接続される。
ＦＩＧＳ．２８Ａと２８Ｂを参照すると、二次自己共振コイル３０ａ及び二次コイル３０ｂは、パターンプリントにより、あらかじめ電気絶縁性のフィルム６６の片面に互いに干渉しないように形成される。電気絶縁性フィルム６６のプリントパターンの形成面と反対側の面が容器３８の外面に貼り付けられる。電気絶縁性フィルム６６には第４の実施例と同様の折曲部６４が形成される。二次コイル３０ｂの両端は、ネジ６９を介して整流／充電制御回路板３１ｄ上の整流器の入力端子に接続される。
ＦＩＧＳ．２７Ａ−２７Ｃを参照すると、この状態で容器３８を熱収縮性素材からなる袋７０に入れ、袋７０を熱収縮させることにより、二次自己共振コイル３０ａ及び二次コイル３０ｂのプリントパターンの固定と電気絶縁が図られる。袋７０に代えて、底のない筒状の熱収縮性素材を用いることも可能である。
熱収縮性素材からなる袋７０を、第６の実施例あるいは第７の実施例の蓄電セル３６に適用することも好ましい。
この実施例によっても、受電アンテナ３０及び整流／充電制御回路板３１ｄを備える蓄電セル３６を簡単かつ低コストで製造することができる。
以上説明した各実施例においては、蓄電要素３７に電気二重層キャパシタを用いている。しかしながら、この発明は蓄電要素３７にニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池及びその他の蓄電池を用いた蓄電装置にも適用可能である。
蓄電要素３７に二次電池を使用する場合でも、複数の蓄電要素を直列または並列に組み合わせて蓄電装置を構成と、個々の二次電池のＳＯＣのばらつきを抑えることが難しい。この発明は、個々の蓄電セル３６ごとに個別にＳＯＣを判定し、ＳＯＣに応じて個別かつ同時並行的に充電を行うので、個々の二次電池のＳＯＣにばらつきが充電処理の中で均等化され、すべての蓄電要素３７を満充電量付近へと充電することができる。したがって、蓄電要素３７に二次電池を使用する場合でも、この発明を適用することで過放電や過充電の防止に好ましい効果が得られる。
ＦＩＧ．２９を参照して、この発明による蓄電装置１３を適用可能な車両用ワイヤレス電力伝送システムのバリエーションを説明する。
電気自動車１０は第１の実施例による電気自動車１０の構成に加えて、第２の蓄電装置１５と、第１の蓄電装置１３から第２の蓄電装置１５への電力の供給を制御する充電コントローラ１６と、をさらに備える。
第１の蓄電装置１３は、第１の実施例と同様に受電アンテナ及び充電制御回路を内蔵する電気二重層キャパシタをとして構成された複数の蓄電セルを備える。第２の蓄電装置１５は、既存のニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの二次電池で構成された蓄電セルを備える。充電コントローラ１６は、第１蓄電装置１３の蓄電電力の第２蓄電装置１５への伝送に関する制御を行う。
第１の実施例と同様に構成された給電設備２４の送電アンテナ２２から送電される電力は、第１蓄電装置１３の各蓄電セルに伝送される。充電コントローラ１６はアクティブな状態では、第１蓄電装置１３から第２蓄電装置１５の各蓄電セルへ電力を伝送する。
第１蓄電装置１３は、受電アンテナを備える各蓄電セルが受電した電力を一時的に蓄える。第２蓄電装置１５は、第１蓄電装置１３からの電力を蓄電する。
このように、数秒単位の急速充電が可能な電気二重層キャパシタを用いた第１の蓄電装置１３と、エネルギ密度の高いニッケル水素電池またはリチウムイオン電池などの二次電池からなる第２の蓄電装置１５とを組み合わせることで、電気自動車１０の無給電走行距離を延ばすことができる。
ＦＩＧ．３０を参照して、充電制御ルーチンに関するこの発明による第９の実施例を説明する。
この実施例において、蓄電セル３６はＳＯＣセンサ３１ｂに代えて蓄電要素３７の電圧を検出するセル電圧センサを備える。コントローラ３１ｃはＦＩＧ．４の充電制御ルーチンに代えてＦＩＧ．３０に示す充電制御ルーチンを実行することで、給電装置２４から供給される電力を用いて蓄電装置１３への蓄電を行う。
ＦＩＧ．４の充電制御ルーチンは蓄電要素３７に電気二重層キャパシタを適用する場合と、二次電池を適用する場合のいずれにも適用可能であるが、このルーチンは蓄電要素３７に電気二重層キャパシタを適用する場合に限って適用される。二次電池はその放電特性に起因して電圧でのみで蓄電レベルを検出することが難しい。これに対して電気二重層キャパシタは蓄電状態と電圧とが比較的リニアな関係を持つ。したがって、蓄電要素３７の電圧から蓄電状態を判定することが可能になる。
この充電制御ルーチンも、ＦＩＧ．４の充電制御ルーチンと同様に、電気自動車１０が所定の給電位置に停止した状態で、運転コントローラ１２が各蓄電セル３６の充電制御回路３１に出力する蓄電指令信号をトリガーとして、コントローラ３１ｃが１度のみ実行する。
コントローラ３１ｃは各蓄電セル３６に備えられており、各蓄電セル３６のコントローラ３１ｃが蓄電セル３６内の蓄電要素３７への充電に関してこのルーチンを実行する。
ステップＳ１１でコントローラ３１ｃはセル電圧センサが検出した蓄電要素３７の電圧を読み込む。
ステップＳ１２でコントローラ３１ｃは蓄電要素３７の電圧が充電開始電圧以下かどうかを判定する。充電開始電圧は、例えば１．０ボルト（Ｖ）とする。
ステップＳ１２の判定が肯定的な場合は、コントローラ３１ｃはステップＳ３において、整流器３１ａが出力する直流電流を用いて蓄電要素３７に充電を行う。ステップＳ３の処理の後コントローラ３１ｃはステップＳ１１以降の処理を再度実行する。ステップＳ１２の判定が否定的な場合は、コントローラ３１ｃはステップＳ１４において、蓄電要素３７の電圧が充電停止電圧以上かどうかを判定する。充電停止電圧は、例えば３．０Ｖとする。
ステップＳ１４の判定が否定的な場合には、コントローラ３１ｃはステップＳ１３で蓄電要素３７への充電を行った後、ステップＳ１１以降の処理を再度実行する。
ステップＳ１４の判定が肯定的な場合には、コントローラ３１ｃはステップＳ１５において、整流器３１ａから蓄電要素３７への直流電流の出力を遮断し、蓄電要素３７の充電を停止する。ステップＳ１５の処理の後、コントローラ３１ｃはルーチンを終了する。
この充電制御ルーチンにおいても、蓄電セル３６ごとに個別に蓄電要素３７の電圧を判定し、電圧に応じて個別かつ同時並行的に蓄電要素３７への充電を行うため、各蓄電要素３７の蓄電量の均等化のためのイニシャライジング機能を有しており、別に均等化回路を設ける必要がない。
以上の説明に関して２００９年１０月１４日を出願日とする日本国における特願２００９−２３７０５１号、の内容をここに引用により合体する。
以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
例えば、以上説明した各実施例においては、蓄電セル３６が個別にコントローラ３１ｃを備え、ＦＩＧ．４またはＦＩＧ．３０に示す充電制御ルーチンを個別に実行している。しかしながら、複数の蓄電セル３６からなるセル群に対して１個のコントローラ３１ｃを設け、コントローラ３１ｃがセル群内の蓄電要素３７に対して同時並行的に充電制御ルーチンを実行することも可能である。
この発明による蓄電装置及び蓄電セルは、電気自動車用に限らず、ワイヤレス電力伝送システムを採用した各種の電源として適用可能である。

以上のように、この発明による蓄電装置は電気自動車のワイヤレス電力伝送システムの受電設備として特に好ましい効果をもたらす。
この発明の実施例が包含する排他的性質あるいは特長は以下のようにクレームされる。

Claims (16)

1. 車両外に配置された給電設備（２４）からワイヤレス電力伝送システムを介して伝送された電力を蓄電する車両（１０）に搭載された蓄電装置（１３）において：
   複数の直列または並列に接続された蓄電セル（３６）を備え；
   各蓄電セル（３６）が、
   電荷を蓄える蓄電要素（３７）と；
   蓄電要素（３７）を収装する容器（３８）と；
   ワイヤレス電力伝送システムにより送電される電力を受け取る受電アンテナ（３０）と；
   受電アンテナ（３０）が受け取った電力を用いて蓄電要素（３７）に充電を行う充電制御回路（３１）と；
   を備え、
   各充電制御回路（３１）は受電アンテナ（３０）が受け取った電力を直流電流に整流する整流器（３１ａ）と、蓄電要素（３７）の蓄電状態を検出するセンサ（３１ｂ）と、蓄電要素（３７）の蓄電状態に応じて整流器（３１ａ）から蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を制御するコントローラ（３１ｃ）と、を備え、
   各受電アンテナ（３０）は、各蓄電セル（３６）が車両と給電設備（２４）との相対位置変化に応じて順次電力を受け取るように配置され、
   容器（３８）は外周に受電アンテナ（３０）をコイル状に巻きつけた矩形枠（４０）を備えるとともに、蓄電要素（３７）を矩形枠（４０）の内側に収装した蓄電装置（１３）。
2. 給電設備（２４）は高周波の電力を受ける一次コイル（２２ａ）と、一次コイル（２２ａ）と電磁誘導によって結合可能な一次自己共振コイル（２２ｂ）とからなる送電アンテナ（２２）を備え、受電アンテナ（３０）は、一次自己共振コイル（２２ｂ）と磁場の共鳴によって結合可能な二次自己共振コイル（３０ａ）と、二次共振コイル（３０ａ）と電磁誘導によって結合可能な二次コイル（３０ｂ）と、を備える請求項１の蓄電装置（１３）。
3. 並列に接続した複数の蓄電セル（３６）を直列接続した請求項１または２の蓄電装置（１３）。
4. 蓄電セル（３６）を平面上に並べた状態で支持するフレーム（５２）をさらに備える請求項３の蓄電装置（１３）。
5. 蓄電セル（３６）は、電気二重層キャパシタで構成された蓄電要素（３７）を備える請求項１から４のいずれかの蓄電装置（１３）。
6. 複数の蓄電セル（３６）の各コントローラ（３１ｃ）は、外部から入力される蓄電指令信号を契機として、蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を同時並行的に制御するよう構成される請求項１から５のいずれかの蓄電装置（１３）。
7. センサ（３１ｂ）は蓄電要素（３７）の充電状態を検出する充電状態センサで構成される請求項１から６のいずれかの蓄電装置（１３）。
8. 各コントローラ（３１ｃ）は蓄電要素（３７）の充電状態が所定の充電判定しきい値を下回る場合に（Ｓ２），蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を実行し（Ｓ３），蓄電要素（３７）の充電状態が所定状態に達した場合に蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を停止するよう（Ｓ５）、プログラムされる請求項７の蓄電装置（１３）。
9. 各コントローラ（３１ｃ）は蓄電要素（３７）の充電状態が所定の充電判定しきい値を下回る場合に（Ｓ２）、満充電状態と蓄電要素（３７）の充電状態との差に基づき蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を制御するよう（Ｓ３）、さらにプログラムされる、請求項８の蓄電装置（１３）。
10. 蓄電セル（３６）は、電気二重層キャパシタで構成され、センサ（３１ｂ）は蓄電要素（３７）の電圧を検出する電圧センサで構成される請求項１から９のいずれかの蓄電装置（１３）。
11. 各コントローラ（３１ｃ）は蓄電要素（３７）の電圧が所定の充電開始電圧を下回る場合に（Ｓ１２），蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を実行し（Ｓ１３）、蓄電要素（３７）の電圧が所定の充電停止電圧に達した場合に（Ｓ１４）、蓄電要素（３７）への蓄電電力の供給を停止するよう（Ｓ１５）、プログラムされる請求項１０の蓄電装置（１３）。
12. 容器（３８）は、矩形枠（４０）の両面に貼り付けられた膜体（４１）を備える請求項１から１１のいずれかの蓄電装置（１３）。
13. 容器（３８）は、蓄電要素（３７）を囲む第１の矩形枠（４０）と、第１の矩形枠（４０）を囲む第２の矩形枠（６０）を備え、受電アンテナ（３０）が第２の矩形枠（６０）に巻き回されている請求項１から１２のいずれかの蓄電装置（１３）。
14. 給電設備（２４）は高周波の電力を受ける一次コイル（２２ａ）と、一次コイル（２２ａ）と電磁誘導によって結合可能な一次自己共振コイル（２２ｂ）とからなる送電アンテナ（２２）を備え、受電アンテナ（３０）は一次自己共振コイル（２２ｂ）と磁場の共鳴によって結合可能な二次自己共振コイル（３０ａ）と、二次共振コイル（３０ａ）と電磁誘導によって結合可能な二次コイル（３０ｂ）と、を備える請求項１から１３のいずれかの蓄電装置（１３）。
15. 容器（３８）は、蓄電要素（３７）を囲む第１の矩形枠（４０）と、第１の矩形枠（４０）を囲む第２の矩形枠（６０）を備え、第１の矩形枠（４０）に二次コイル（３０ｂ）が巻き回され、第２の矩形枠（６０）に二次自己共振コイル（３０ａ）が巻き回されている請求項１４の蓄電装置（１３）。
16. 矩形枠（４０）は外周に溝を備え、受電アンテナ（３０）は溝の内側に巻きつけられる、請求項１から１５のいずれかの蓄電装置（１３）。

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