JP5692372B2 - 車両および電力送受電システム - Google Patents

Description

この発明は、車両および電力送受電システムに関し、特に、非接触で送受電を行なう車両および電力送受電システムに関する。

電気自動車やプラグインハイブリッド自動車など、外部から車載の蓄電装置に充電が可能に構成された車両が実用化されている。充電を自動で行なうことや、そのために駐車位置を誘導する技術も検討されている。また、携帯型電話のバッテリの充電等のため、車内電気機器に対して、車内で給電を行なうことについてもニーズがある。

特開２００７−１０４８６８号公報（特許文献１）は、車内にて携帯電話機のバッテリを電磁誘導により充電する充電装置が開示されている。

特開２００７−１０４８６８号公報 特開２００５−１１０４１２号公報 国際公開第２０１０／０５２７８５号パンフレット

充電や給電時にケーブルや配線によって接続をしなければならないのは煩わしいので、車両のバッテリと車内電気機器に対して非接触で充電または給電することについてのニーズがある。上記の特開２００７−１０４８６８号公報では、車両のバッテリに対して外部から充電を行なうことについては記載されておらず、携帯電話機と車両のバッテリを共に非接触で充電する場合については具体的検討はなされていない。

車内電気機器への送電方式と車両のバッテリを充電するための受電方式については、それぞれの特徴を考慮しなければ効率よく送受電することができない場合もある。たとえば、近年、電磁界共鳴による非接触送受電が検討されているが、車内電気機器と車両のバッテリをともに電磁界共鳴を用いて給電または充電すると、低出力な車内電気機器に影響を与え機器が故障する可能性もある。

本発明の目的は、車両の走行のための電力を外部から非接触で受電が可能であるとともに、車内電気機器に供給する電力を非接触で送電することが可能な車両および電力送受電システムを提供することである。

この発明は、要約すると、車両であって、車両の走行のための電力を電磁界共鳴によって非接触で受電する受電装置と、車内電気機器に供給する電力を電磁誘導によって非接触で送電する送電装置とを含む。

好ましくは、受電装置が車両外部に設置された外部送電装置から非接触で受電する電力は、送電装置が非接触で車内電気機器に送電する電力よりも大きい。

好ましくは、受電装置が車両外部に設置された外部送電装置から非接触で受電する距離は、送電装置が非接触で車内電気機器に送電する距離よりも大きい。

より好ましくは、車両は、車両を駆動する駆動装置と、駆動装置に電力を供給する主バッテリと、主バッテリとは別に設けられた補機バッテリとをさらに含む。補機バッテリの電圧は、主バッテリの電圧よりも低い。送電装置は補機バッテリから電力を受けて車内電気機器に送電を行なう。

さらに好ましくは、車両は、乗員の操作に応じて車両の動作状態を走行可能状態と走行不可能状態に設定する制御部をさらに含む。制御部は、走行可能状態においては受電装置によって受電された電力を主バッテリに充電することを許可し、かつ送電装置から車内電気機器に電力を供給することを許可する。制御部は、走行不可能状態においては受電装置によって受電された電力を主バッテリに充電することを許可し、かつ送電装置から車内電気機器に電力を供給することを禁止する。

好ましくは、受電装置と車両外部に設置された外部送電装置とは、車両が動くことによって位置合わせが実行される。一方、車内電気機器と送電装置とは、車内電気機器を乗員が送電装置の所定位置に設置することによって位置合わせが実行される。

より好ましくは、送電装置は、車内電気機器との電気的な接点が設けられていない面であって、車内電気機器を置く機器配置面を有する。

この発明は、他の局面では、電力送受電システムであって、車両と、車両に電力を電磁界共鳴によって非接触で送電する車外送電装置と、車両内部で使用される車内電気機器とを含む。車両は、車外送電装置から車両の走行のための電力を電磁界共鳴によって非接触で受電する受電装置と、車内電気機器に供給する電力を電磁誘導によって非接触で送電する送電装置とを含む。

本発明によれば、車両の走行のための電力を外部から非接触で受電することと、車内電気機器に供給する電力を非接触で送電することを互いに影響を及ぼすことなく実行できる。

この発明の実施の形態による車両用給電システム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。 受電ユニット１１０と送電ユニット２２０の間の距離を説明するための図である。 本実施の形態に示される車両と給電装置の送受電に関する概略構成を示した図である。 図１、図５に示した車両１００の詳細を示す構成図である。 車両側の受電ユニット１１０と給電装置側の送電ユニット２２０についてより詳細に説明するための回路図である。 図６における機器給電ユニット１８４および車内電気機器の受電部の構成を示した回路図である。 機器給電ユニット１８４の車両における配置例を説明するための図である。 車内電気機器のコイルと機器給電ユニットのコイルとの距離を説明するための図である。 図６の制御装置１８０が実行する電力送受電の許可に関連する制御を説明するためのフローチャートである。 図６の制御装置１８０が実行する電力送受電の許可に関連する変形例の制御を説明するためのフローチャートである。

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。

図１は、この発明の実施の形態による車両用給電システムの全体構成図である。
図１を参照して、電力送受電システム１０は、車両１００と、給電装置２００とを含む。車両１００は、受電ユニット１１０と、通信ユニット１３０とを含む。

受電ユニット１１０は、車体底面に設置され、給電装置２００の送電ユニット２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電ユニット１１０は、後に説明する自己共振コイルを含み、送電ユニット２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電ユニット２２０から非接触で受電する。通信ユニット１３０は、車両１００と給電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

給電装置２００は、高周波電源装置２１０と、送電ユニット２２０と、通信ユニット２４０とを含む。高周波電源装置２１０は、たとえばコネクタ２１２を介して供給される商用交流電力を高周波の電力に変換して送電ユニット２２０へ出力する。なお、高周波電源装置２１０が生成する高周波電力の周波数は、たとえば１ＭＨｚ〜数十ＭＨｚである。

送電ユニット２２０は、たとえば駐車場の床面に設置され、高周波電源装置２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電ユニット１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電ユニット２２０は、自己共振コイルを含み、この自己共振コイルが受電ユニット１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電ユニット１１０へ非接触で送電する。通信ユニット２４０は、給電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

ここで、給電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００を給電装置２００へ誘導して車両１００の受電ユニット１１０と給電装置２００の送電ユニット２２０との位置合わせを行なう必要がある。すなわち、車両１００は、後述する車内電気機器とは異なり、位置合わせが簡単ではない。車内電気機器では、ユーザが手で持ち上げて充電器等の給電ユニットの適切な位置に置くことが簡単に行える。しかし、車両は、ユーザが車両を操作し適切な位置に車両を停車させる必要があり、手で持ち上げて位置を調整するというわけにはいかない。

このため、給電装置２００から車両１００への給電は、位置ずれに対して許容度が大きい方式を採用することが望ましい。電磁誘導方式は、送信距離は短距離であり位置ずれに対しても許容度が小さいと言われている。電磁誘導方式を車両への給電に採用しようとすると、運転者の精度の高い運転技術が要求されたり、高精度な車両誘導装置を車両に搭載することが必要となったり、ラフな駐車位置でも対応可能なようにコイル位置を移動させる可動部が必要となったりする可能性がある。

電磁界による共鳴方式は、送信距離が数ｍであっても比較的大電力を送信することが可能であり、位置ずれに対する許容度も電磁誘導方式よりも一般的に大きいと言われている。このため、この実施の形態による電力送受電システム１０では、共鳴法を用いて給電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。

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、同じ固有振動数を有する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〜数十ＭＨｚの高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、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は、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電ユニット１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電ユニット２２０に対応する。

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、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０の間の距離を説明するための図である。

図４を参照して、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０の間の距離Ｄ１は、電磁誘導方式の伝送距離よりも大きい距離である。この距離Ｄ１は、共鳴方式によって送電が可能な距離でもある。なお、この距離Ｄ１は送電ユニット２２０および受電ユニット１１０の自己共振コイルの形状やサイズを変えれば変更可能である。

図５は、本実施の形態に示される車両と給電装置の送受電に関する概略構成を示した図である。

図５を参照して、給電装置２００は、送電ユニット２２０と、高周波電源装置２１０と、通信ユニット２４０とを含む。車両１００は、通信ユニット１３０と、受電ユニット１１０と、整流器１４０と、リレー１４６と、抵抗１４４と受電電圧計測部（電圧センサ１９０）と、図示しない蓄電装置に充電を行なう充電装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２）とを含む。

通信ユニット２４０と通信ユニット１３０とが無線で通信を行ない、受電ユニット１１０と送電ユニット２２０の位置合わせを行なうための情報をやり取りする。抵抗１４４を一時的にリレー１４６で送電ユニットの出力に接続することによって、電圧センサ１９０の出力が受電条件を満たすか否かの電圧情報を得ることができる。この電圧情報を得るための微弱電力の送電要求が通信ユニット１３０，２４０を介して車両１００から給電装置２００に伝えられる。

図６は、図１、図５に示した車両１００の詳細を示す構成図である。
図６を参照して、車両１００は、メインバッテリ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。

車両１００は、さらに、二次自己共振コイル１１２と、二次コイル１１４と、整流器１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と、システムメインリレーＳＭＲ２と、電圧センサ１９０とを含む。

車両１００は、さらに、制御装置１８０と、車両起動ボタン１２０と、通信ユニット１３０と、給電ボタン１２２とを含む。

この車両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、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を含む。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、メインバッテリ１５０の充電状態（「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）」とも称される。）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、メインバッテリ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を含む。モータジェネレータ１７４は、メインバッテリ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、メインバッテリ１５０に蓄えられる。

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を使用することができる。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。

メインバッテリ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電池やニッケル水素電池などの二次電池を含む。メインバッテリ１５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２から供給される電力を蓄えるほか、モータジェネレータ１７２，１７４によって発電される電力も蓄える。そして、メインバッテリ１５０は、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２へ供給する。なお、メインバッテリ１５０として大容量のキャパシタも採用可能である。メインバッテリ１５０は、給電装置２００（図１）から供給される電力やモータジェネレータ１７２，１７４からの回生電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を昇圧コンバータ１６２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。

システムメインリレーＳＭＲ１は、メインバッテリ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、制御装置１８０からの信号ＳＥ１が活性化されると、メインバッテリ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、メインバッテリ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、制御装置１８０からの信号ＰＷＣに基づいて、正極線ＰＬ２の電圧をメインバッテリ１５０から出力される電圧以上の電圧に昇圧する。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を含む。

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、制御装置１８０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、制御装置１８０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を含む。

二次自己共振コイル１１２は、両端がスイッチ（リレー１１３）を介してコンデンサ１１１に接続されており、スイッチ（リレー１１３）が導通状態となったときに給電装置２００の一次共振コイルと電磁場を介して共鳴する。この共鳴により図１、図５の給電装置２００から受電が行なわれる。なお、図６ではコンデンサ１１１を設けた例を示したが、コンデンサに代えてコイルの浮遊容量によって共振するように、一次自己共振コイルとの調整をしてもよい。

なお、二次自己共振コイル１１２については、給電装置２００の一次自己共振コイルとの距離や、一次自己共振コイルと二次自己共振コイル１１２との共鳴強度を示すＱ値（たとえばＱ＞１００）が大きくなり、かつその結合度を示すκが小さくなるようにその巻数が適宜設定される。

二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２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１１２と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１４は、二次自己共振コイル１１２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１４０へ出力する。なお、二次自己共振コイル１１２および二次コイル１１４は、図１に示した受電ユニット１１０を形成する。

整流器１４０は、二次コイル１１４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１４２は、制御装置１８０からの信号ＰＷＤに基づいて、整流器１４０によって整流された電力をメインバッテリ１５０の電圧レベルに変換してメインバッテリ１５０へ出力する。

システムメインリレーＳＭＲ２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２とメインバッテリ１５０との間に配設される。システムメインリレーＳＭＲ２は、制御装置１８０からの信号ＳＥ２が活性化されると、メインバッテリ１５０をＤＣ／ＤＣコンバータ１４２と電気的に接続し、信号ＳＥ２が非活性化されると、メインバッテリ１５０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電路を遮断する。電圧センサ１９０は、整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間の電圧ＶＲを検出し、その検出値を制御装置１８０へ出力する。

整流器１４０とＤＣ／ＤＣコンバータ１４２との間には直列に接続された抵抗１４４およびリレー１４６が設けられる。リレー１４６は、車両１００が非接触給電を行なう場合に車両位置を調整する際に制御装置１８０によって導通状態に制御される。

制御装置１８０は、アクセル開度や車両速度、その他種々の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を生成する。制御装置１８０は、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。そして、車両の走行時、制御装置１８０は、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。

微弱電力を送信し電圧ＶＲに基づいて受電状態を判断することができる。したがって、運転者または車両誘導システムは、電圧ＶＲに基づいて車両の位置合わせを行なう。

車両の位置合わせが完了すると、制御装置１８０は、通信ユニット１３０を介して給電装置２００へ給電指令を送信するとともに、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、制御装置１８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２を駆動するための信号ＰＷＤを生成し、その生成した信号ＰＷＤをＤＣ／ＤＣコンバータ１４２へ出力する。

車両１００は、さらに、補機バッテリ１８２と、電力線ＰＬ１，ＮＬと補機バッテリ１８２との間に設けられ、メインバッテリ１５０の電圧を降圧し補機負荷および補機バッテリ１８２に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ１８１と、機器給電ユニット１８４とを含む。

機器給電ユニット１８４は、補機負荷の一つであるが、非接触で車内電気機器に給電を行なう。本実施の形態では機器給電ユニット１８４の非接触の給電方式は電磁誘導方式を採用している。代表例としては、車内電気機器は携帯電話であり、機器給電ユニットは携帯電話のバッテリに充電を行なうユニットであるが、必ずしも車内電気機器はバッテリを搭載している必要はなく、非接触で給電が行なわれるものであればよい。車内電気機器の他の例としては、パーソナルコンピュータ、音楽機器、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ゲーム機、無線通信機器などを挙げることができる。これらは、限定されないが、可搬の小型のものである場合が多い。

好ましくは、受電ユニット１１０が車両外部に設置された外部送電装置から非接触で受電する電力は、機器給電ユニット１８４が非接触で車内電気機器に送電する電力よりも大きい。また、車両のメインバッテリ１５０の容量は、車内電気機器たとえば携帯電話などに内蔵されているバッテリの容量よりもはるかに大きい。

車両のメインバッテリ１５０に充電する場合は共鳴法を採用し、車内電気機器に給電する場合には電磁誘導を採用することによって、２つの非接触送受電において互いの影響を無くすることができる。車内電気機器と車両のバッテリをともに共鳴法により給電する場合、双方の共鳴周波数が同じだと低出力な車内電気機器に対して影響を与えてしまう可能性が生じる。そのため車両のメインバッテリ１５０の充電は共鳴法、車内電気機器の充電は電磁誘導、と互いに異なる充電方式を採用することにより互いの影響を無くすことができる。言い換えると、互いに異なる充電方式を採用することにより共鳴法で利用する共鳴周波数を自由に選択することが可能となり共鳴法のシステム設計の自由度も大きくなる。

共鳴部（受電ユニット１１０の二次自己共振コイル１１２）の共振周波数は、コイル径に関係する受電ユニットのインダクタンスＬとコイルに接続するコンデンサの容量Ｃによって定まるＬＣ成分で決定される。携帯型車内電気機器は、車両ほどサイズが大きくないので車両側に一般車内電気機器に搭載ができない程度のインダクタンスＬを搭載すればよい。

図７は、車両側の受電ユニット１１０と給電装置側の送電ユニット２２０についてより詳細に説明するための回路図である。

図７を参照して、高周波電源装置２１０は、高周波交流電源２１３と、電源のインピーダンスを示す抵抗２１１とで表わされる。

送電ユニット２２０は、高周波電源装置２１０に接続される一次コイル２３２と、電磁誘導により一次コイル２３２と磁気的に結合される一次自己共振コイル２３４と、一次自己共振コイル２３４の両端に接続されたコンデンサ２４２とを含む。

受電ユニット１１０は、一次自己共振コイル２３４と電磁場を介して共鳴する二次自己共振コイル１１２と、二次自己共振コイル１１２の両端に直列に接続されるコンデンサ１１１およびリレー１１３とを含む。リレー１１３は、受電する場合に導通状態に制御される。

受電ユニット１１０は、二次自己共振コイル１１２と磁気的に結合される二次コイル１１４をさらに含む。二次コイル１１４で受電された交流電力は整流器１４０で整流される。整流器１４０の出力にはコンデンサＣ１が接続されており、車両と給電設備との位置を調整する場合に用いられるリレー１４６および抵抗１４４がコンデンサＣ１の電極間に接続されている。整流器１４０の出力側にはさらに充電器（ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２）が接続され適切な充電電圧に電圧が変換され、変換後の充電電圧はバッテリ(メインバッテリ１５０）に与えられる。

抵抗１４４は、たとえば５０Ωのインピーダンスに設定されており、この値は高周波電源装置２１０の抵抗２１１で表わされるインピーダンスとマッチングするように調整されている。

電圧センサ１９０は、車両に非接触給電が行なわれる際に車両の停止位置を調整する際には抵抗１４４の両端の電圧を検出して、検出値ＶＲを制御装置１８０に出力する。

一方、車両位置の調整が完了し外部電源から車両に非接触給電により充電が行なわれている場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２に対する入力電圧を検出値ＶＲとして電圧センサ１９０が検出する。

図８は、図６における機器給電ユニット１８４および車内電気機器の受電部の構成を示した回路図である。

図８を参照して、車両の送受電システムは、電気機器の充電を行う車両に組み込まれた機器給電ユニット１８４と、機器給電ユニット１８４によって給電される車内電気機器４００に内蔵された受電部１８６を含んで構成される。

車内電気機器４００は、たとえば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、ＰＤＡ、携帯型の音楽プレイヤー、その他の携帯型の電気機器である。

機器給電ユニット１８４は、補機バッテリ１８２から直流電力を受け、交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換部１９２と、ＤＣ／ＡＣ変換部１９２から交流電力を受ける給電側コイル１９４とを含む。

補機バッテリ１８２にはメインバッテリ１５０からＤＣ／ＤＣコンバータ１８１によって充電電力が供給される。

受電部１８６は受電側コイル４０４と、ダイオード４０６と、コンデンサ４０８と、ツェナーダイオード４１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１２と、ダイオード４１４と、バッテリ４１６とを含む。

受電側コイル４０４の一端はダイオード４０６のアノードに接続される。ダイオード４０６のカソードは、コンデンサ４０８の一端とツェナーダイオード４１０のカソードとＤＣ／ＤＣコンバータ４１２とに接続されている。また、受電側コイル４０４の他端はコンデンサ４０８の他端とツェナーダイオード４１０のアノードとＤＣ／ＤＣコンバータ４１２とに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４１２は、ダイオード４１４を介して車内電気機器４００のバッテリ４１６のプラス端子に接続されると共に、バッテリ４１６のマイナス端子にも接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４１２は、給電側コイル１９４と受電側コイル４０４の電磁誘導により受電側コイル４０４側から電力が供給されると、供給された電力をバッテリ４１６を充電させるための所定電圧の直流電力へ変換し、ダイオード４１４を介してバッテリ４１６へ供給することでバッテリ４１６を充電する。

好ましくは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１２に加えて、機器給電ユニット１８４に対して給電の要求を行なうための通信回路を設けてもよい。この場合、機器給電ユニット１８４は給電の要求があった場合に電磁誘導によって電力を送電する。

なお、本実施の形態では、車内電気機器４００としてバッテリ４１６を内蔵する例を示したが、車内電気機器４００に必ずしもバッテリ４１６は必要でない。車内電気機器４００に非接触で給電を行なうものであれば、車内電気機器４００にバッテリ４１６を内蔵していなくても良い。

図９は、図８の機器給電ユニット１８４の車両における配置例を説明するための図である。

図９を参照して、機器給電ユニット１８４は、運転席５０２からも助手席５０４からも使用することができる車室内の位置に配置することが好ましい。好ましくは、センターコンソール５０６のトレーやダッシュボードのポケットなどに機器給電ユニット１８４を設けるとよい。

このような位置とすれば、図１に示した受電ユニット１１０からも遠いため、車内電気機器への給電と受電ユニット１１０での受電が互いに影響を与える可能性が低くなる。あくまでも例示であり限定されるものではないが、図９にはセンターコンソール５０６に機器給電ユニット１８４を設け、車内電気機器４００を置くトレー底面を機器配置面１９１とした例を示す。

図１０は、車内電気機器のコイルと機器給電ユニットのコイルとの距離を説明するための図である。

図１０を参照して、車内電気機器４００に内蔵または装着された受電側コイル４０４は、機器給電ユニット１８４の給電側コイル１９４との距離が距離Ｄ２になるように車内電気機器４００および機器給電ユニット１８４の筐体が設計されている。距離Ｄ２は電磁誘導で電力が送電可能な距離であり、図４で示した距離Ｄ１よりも小さい。

機器給電ユニット１８４は、車内電気機器４００との電気的な接点が設けられていない面であって、車内電気機器４００を置く機器配置面１９１を有する。

車内電気機器４００は、電気的には機器給電ユニット１８４とは非接触であるが、一般に物理的には筐体同士が接触する。筐体には位置合わせのための凹凸や磁石などが設けられており、ユーザは車内電気機器４００を手で持ち上げて機器給電ユニット１８４の機器配置面１９１上に置いて位置調整を手で行なうことにより位置ずれがない状態とすることが容易にできる。この点が、図１の送電ユニット２２０と受電ユニット１１０の位置合わせとは大きく異なる。

したがって、一方を共鳴方式によって、他方を電磁誘導方式によって給電するのであれば、車載バッテリを共鳴方式によって充電し、車内電気機器を電磁誘導方式によって給電することが好ましい。

送受電部の位置合わせ精度が厳しい電磁誘導方式であっても、車内であればユーザ自身で直接位置調整することが可能であるので、高効率で車内電気機器に非接触給電することができる。一方車載バッテリの充電では、地上側に設けた送電ユニットと車両側に設けた受電ユニットとの位置合わせは、ユーザ自身で精度良く調整するのは困難である。したがって、車載バッテリへの非接触充電は、位置合わせ精度が電磁誘導方式よりも緩い共鳴方式を採用することによって、ユーザの位置合わせに対する煩わしさを軽減して高効率で充電することができる。

また、車内電気機器の充電を電磁誘導方式とすることによって、システム設計が容易で充電装置自体もコンパクトかつ安価なものとすることができる。そして充電装置の配置の自由度も増加する。

さらに、車載バッテリへの非接触充電と車内電気機器への非接触給電を異なる方式とすることによって、双方とも共鳴方式で実施する場合に比べて、共鳴周波数を異ならせる点を考慮しなくても良くなり、車載バッテリへの非接触受電装置の共鳴周波数を自由に選択することができる。

図１１は、図６の制御装置１８０が実行する電力送受電の許可に関連する制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図６、図１１を参照して、まず処理が開始されると、制御装置１８０は、ステップＳ１において、車両が車両走行不可状態であるか否かを判断する。

たとえば、車両は、車両が車両走行不可状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ状態）である場合に車両起動ボタン１２０を一度押すことによって車両が走行可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ状態）となり、シフトレンジをドライブレンジに設定しアクセルペダルを踏むと車両が発進可能となる。

そして、車両が走行可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ状態）である場合に車両起動ボタン１２０をもう一度押すことによって、車両が車両走行不可状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ状態）となり、アクセルペダルを踏んでも車両が発進しない状態となる。

走行可能状態では図６のシステムメインリレーＳＭＲ１は導通しており、モータジェネレータ１７２，１７４に通電が可能であり、エンジン１７６も運転が可能である。

一方、走行不可状態では図６のシステムメインリレーＳＭＲ１は非導通であり、モータジェネレータ１７２，１７４に通電が禁止され、エンジン１７６も運転が禁止されている。

ステップＳ１において、車両が走行不可状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ）状態であればステップＳ２に処理が進み、車両が走行可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ）状態であればステップＳ７に処理が進む。

ステップＳ２においては、制御装置１８０は、メインバッテリ１５０に対して充電要求があるか否かを判断する。メインバッテリ１５０に対する充電要求は、たとえば、運転者が操作する入力装置（図６の給電ボタン１２２など）から与えられてもよいし、図１の送電ユニット２２０と受電ユニット１１０の位置決めが完了したことを示す信号とメインバッテリ１５０の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づいて制御装置１８０自身が発生してもよい。

ステップＳ２において、メインバッテリ１５０に対する充電要求がある場合にはステップＳ２からステップＳ３に処理が進み、充電要求がない場合にはステップＳ２からステップＳ５に処理が進む。

ステップＳ３では、システムメインリレーＳＭＲ２がオン状態とされる一方でシステムメインリレーＳＭＲ１はオフ状態に制御される。そして、ステップＳ４において、メインバッテリ１５０の充電は許可される一方で、車内電気機器への給電は禁止される。この状態では、メインバッテリ１５０を充電中に運転者が車両から離れている状態も想定される。

ステップＳ５では、システムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２は共にオフ状態に制御される。そして、ステップＳ６において、メインバッテリ１５０の充電および車内電気機器への給電はいずれも禁止される。

ステップＳ１において、車両が走行可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ）状態であり、ステップＳ７に処理が進んだ場合には、システムメインリレーＳＭＲ１はオン状態に制御され、車両はモータジェネレータ１７２，１７４に通電可能な状態となる。この状態では、車内に運転者が留まっていることが想定され、図示しないエアコンやオーディオ機器等の補機類も使用可能とされる。そして、ステップＳ８においてメインバッテリ１５０への充電要求が有るか否かが判断される。

ステップＳ８においてメインバッテリ１５０への充電要求が有った場合にはステップＳ９に処理が進み、充電要求が無かった場合にはステップＳ１１に処理が進む。

ステップＳ９では、システムメインリレーＳＭＲ１およびＳＭＲ２は共にオン状態に制御される。そして、ステップＳ１０において、メインバッテリ１５０の充電および車内電気機器への給電はいずれも許可される。

ステップＳ１１では、システムメインリレーＳＭＲ２がオフ状態とされる一方でシステムメインリレーＳＭＲ１はオン状態に制御される。そして、ステップＳ１２において、メインバッテリ１５０の充電は禁止される一方で、車内電気機器への給電は許可される。

ステップＳ４、Ｓ６、Ｓ１０、Ｓ１２のいずれかの処理が終了すると、ステップＳ１３において制御はメインルーチンに戻される。

図１２は、図６の制御装置１８０が実行する電力送受電の許可に関連する変形例の制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両制御のメインルーチンから一定時間ごとまたは所定の条件が成立するごとに呼び出されて実行される。

図６、図１２を参照して、まず処理が開始されると制御装置１８０は、ステップＳ２１においてメインバッテリ１５０に対して充電中であるか否かを判断する。ステップＳ２１においてメインバッテリ１５０の充電中でなければステップＳ２４に処理が進み、メインバッテリ１５０の充電中であれば、ステップＳ２２に処理が進む。

ステップＳ２２では、現在の車両の状態が走行不可状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ状態）か否かが判断される。ステップＳ２２において車両の状態が走行不可状態であった場合にはステップＳ２３に処理が進み、走行不可状態ではなかった場合つまり走行可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ状態）であった場合にはステップＳ２４に処理が進む。

ステップＳ２３では、メインバッテリ１５０が充電可能であり車内電気機器に対して給電が禁止された状態となるように、制御装置１８０はシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２、機器給電ユニット１８４を制御する。

一方、ステップＳ２４では、メインバッテリ１５０への充電要求が受付可能であり車内電気機器に対して給電要求を受付可能であるように、制御装置１８０はシステムメインリレーＳＭＲ１，ＳＭＲ２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４２、機器給電ユニット１８４を制御する。

一般に、メインバッテリ１５０に充電中に運転者が車両から離れる場合には、その前に運転者が車両を走行不可状態に設定する。このような場合には、車内電気機器への給電が禁止されることによって、運転者等の乗員が不在である場合に車内電気機器に給電がされ不測の事態が発生することを避けることができる。

また、メインバッテリ１５０の充電中に運転者等が車両内部に待機しており冷暖房を作動させたり音響装置を作動させたりすることも考えられる。このように乗員が車室内にいることが想定される場合には、車内電気機器への非接触給電も許可し利便性を高めることができる。

最後に、本実施の形態について再び図面を参照しながら総括する。図６を参照して、車両１００は、車両１００の走行のための電力を電磁界共鳴によって非接触で受電する受電ユニット１１０と、車内電気機器に供給する電力を電磁誘導によって非接触で送電する機器給電ユニット１８４とを含む。

好ましくは、受電ユニット１１０が車両外部に設置された外部送電装置から非接触で受電する電力は、機器給電ユニット１８４が非接触で車内電気機器に送電する電力よりも大きい。また、車両のメインバッテリ１５０の容量は、車内電気機器たとえば携帯電話などに内蔵されているバッテリの容量よりもはるかに大きい。

好ましくは、受電ユニット１１０が車両外部に設置された外部送電ユニット２２０から非接触で受電する図４に示す距離Ｄ１（１ｃｍ〜数ｍ）は、機器給電ユニット１８４が非接触で車内電気機器４００に送電する図１０に示す距離Ｄ２（＜１ｃｍ）よりも大きい。

より好ましくは、車両１００は、車両を駆動するモータジェネレータ１７２，１７４と、モータジェネレータ１７２，１７４に電力を供給するメインバッテリ１５０と、メインバッテリ１５０とは別に設けられた補機バッテリ１８２とをさらに含む。補機バッテリ１８２の電圧はたとえば１２〜１４Ｖであり、メインバッテリ１５０の電圧たとえば２００Ｖよりも低い。機器給電ユニット１８４は補機バッテリ１８２から電力を受けて車内電気機器４００に送電を行なう。

さらに好ましくは、車両は、起動ボタン１２０等への乗員の操作に応じて車両の動作状態を走行可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＮ状態）と走行不可能状態（Ｒｅａｄｙ−ＯＦＦ状態）に設定する制御装置１８０をさらに含む。図１２に示すように、制御装置１８０は、走行可能状態においては（ステップＳ２２でＮＯ）受電ユニット１１０によって受電された電力をメインバッテリ１５０に充電することを許可し、かつ機器給電ユニット１８４から車内電気機器４００に電力を供給することを許可する。また、制御装置１８０は、走行不可能状態においては（ステップＳ２２でＹＥＳ）受電ユニット１１０によって受電された電力をメインバッテリ１５０に充電することを許可し、かつ機器給電ユニット１８４から車内電気機器４００に電力を供給することを禁止する。

好ましくは、図１に示す受電ユニット１１０と車両外部に設置された送電ユニット２２０とは、車両１００が動くことによって位置合わせが実行される。一方、図１０に示す車内電気機器４００と機器給電ユニット１８４とは、車内電気機器４００を乗員が機器給電ユニット１８４の所定位置（機器配置面１９１）に設置することによって位置合わせが実行される。

より好ましくは、図９、図１０に示すように、機器給電ユニット１８４は、車内電気機器４００との電気的な接点が設けられていない面であって、車内電気機器４００を置く機器配置面１９１を有する。

なお、本実施の形態では、図６、図７等に一次自己共振コイル、一次コイル、二次自己共振コイル、二次コイルを含む例を示したが、本願発明はこのような構成に限定されるものではなく、電磁誘導によって二次自己共振コイル１１２と二次コイル１１４との間の送電や一次コイル２３２と一次自己共振コイル２３４との間の送電を行なわないものであっても適用可能である。すなわち、車両の受電や車両への送電に共鳴方式を使用するものであればよく、共鳴方式の送受電の経路上に電磁誘導による送受電を行なうコイルが無いものにも適用可能である。

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説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

１０ 電力送受電システム、１００ 車両、１１０ 受電ユニット、１１１，２４２，４０８，Ｃ１ コンデンサ、１１２，３４０ 二次自己共振コイル、１１３，１４６ リレー、１１４，３５０ 二次コイル、１２０ 車両起動ボタン、１２２ 給電ボタン、１３０，２４０ 通信ユニット、１４０ 整流器、１４２，１８１，４１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４４，２１１ 抵抗、１５０ メインバッテリ、１６２ 昇圧コンバータ、１６４，１６６ インバータ、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 制御装置、１８２ 補機バッテリ、１８４ 機器給電ユニット、１８６ 受電部、１９０ 電圧センサ、１９１ 機器配置面、１９２ ＤＣ／ＡＣ変換部、１９４ 給電側コイル、２００ 給電装置、２１０ 高周波電源装置、２１２ コネクタ、２１３ 高周波交流電源、２２０ 送電ユニット、２３２，３２０ 一次コイル、２３４，３３０ 一次自己共振コイル、３１０ 高周波電源、３１６，４１６ バッテリ、３６０ 負荷、４００ 車内電気機器、４０４ 受電側コイル、４０６，４１４ ダイオード、４１０ ツェナーダイオード、ＳＭＲ１，ＳＭＲ２ システムメインリレー。

Claims (8)

1. 車両の走行のための電力を電磁界共鳴によって非接触で受電する受電装置と、
   車内電気機器に供給する電力を電磁誘導によって非接触で送電する送電装置と、
   バッテリと、
   前記バッテリに接続されたコンバータと、
   前記コンバータに接続され、回転電機に接続されたインバータと、
   前記バッテリと前記コンバータとの間に設けられた第１リレーと、
   前記バッテリと前記受電装置との間に設けられた第２リレーと、
   前記第１リレーおよび前記第２リレーのオンおよびオフを切り替える制御部とを備え、
   前記送電装置は、前記第１リレーを経由して前記バッテリからの電力が供給可能であり、
   前記制御部は、前記第１リレーをオフに設定し、かつ前記第２リレーをオンに設定した状態で前記受電装置が受電可能である場合には、前記送電装置の前記車内電気機器への電力供給を禁止し、
   前記制御部は、前記第１リレーをオフに設定し、かつ前記第２リレーをオフに設定した状態で前記受電装置が受電を禁止されている場合には、前記送電装置の前記車内電気機器への電力供給を禁止し、
   前記制御部は、前記第１リレーがオンのときに、前記送電装置の前記車内電気機器への電力供給を許可する、車両。
2. 前記受電装置が車両外部に設置された外部送電装置から非接触で受電する電力は、前記送電装置が非接触で前記車内電気機器に送電する電力よりも大きい、請求項１に記載の車両。
3. 前記受電装置が車両外部に設置された外部送電装置から非接触で受電する距離は、前記送電装置が非接触で前記車内電気機器に送電する距離よりも大きい、請求項２に記載の車両。
4. 前記バッテリとは別に設けられ、前記バッテリの電力が前記第１リレーを経由して供給可能に接続された補機バッテリをさらに備え、
   前記補機バッテリの電圧は、前記バッテリの電圧よりも低く、
   前記送電装置は前記補機バッテリから電力を受けて前記車内電気機器に送電を行なう、請求項３に記載の車両。
5. 前記制御部は、乗員の操作に応じて車両の動作状態を走行可能状態と走行不可能状態に設定し、
   前記制御部は、前記走行可能状態においては前記受電装置によって受電された電力を前記バッテリに充電することを許可し、かつ前記送電装置から前記車内電気機器に電力を供給することを許可し、前記走行不可能状態においては前記受電装置によって受電された電力を前記バッテリに充電することを許可し、かつ前記送電装置から前記車内電気機器に電力を供給することを禁止する、請求項４に記載の車両。
6. 前記受電装置と車両外部に設置された外部送電装置とは、前記車両が動くことによって位置合わせが実行され、
   前記車内電気機器と前記送電装置とは、前記車内電気機器を乗員が前記送電装置の所定位置に設置することによって位置合わせが実行される、請求項１に記載の車両。
7. 前記送電装置は、
   前記車内電気機器との電気的な接点が設けられていない面であって、前記車内電気機器を置く機器配置面を有する、請求項６に記載の車両。
8. 車両と、
   前記車両に電力を電磁界共鳴によって非接触で送電する車外送電装置と、
   前記車両の内部で使用される車内電気機器とを備え、
   前記車両は、
   前記車外送電装置から前記車両の走行のための電力を電磁界共鳴によって非接触で受電する受電装置と、
   前記車内電気機器に供給する電力を電磁誘導によって非接触で送電する送電装置とを含み、
   バッテリと、
   前記バッテリに接続されたコンバータと、
   前記コンバータに接続され、回転電機に接続されたインバータと、
   前記バッテリと前記コンバータとの間に設けられた第１リレーと、
   前記バッテリと前記受電装置との間に設けられた第２リレーと、
   前記第１リレーおよび前記第２リレーのオンおよびオフを切り替える制御部とを備え、
   前記送電装置は、前記第１リレーを経由して前記バッテリからの電力が供給可能であり、
   前記制御部は、前記第１リレーをオフに設定し、かつ前記第２リレーをオンに設定した状態で前記受電装置が受電可能である場合には、前記送電装置の前記車内電気機器への電力供給を禁止し、
   前記制御部は、前記第１リレーをオフに設定し、かつ前記第２リレーをオフに設定した状態で前記受電装置が受電を禁止されている場合には、前記送電装置の前記車内電気機器への電力供給を禁止し、
   前記制御部は、前記第１リレーがオンのときに、前記送電装置の前記車内電気機器への電力供給を許可する、電力送受電システム。

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