JP5931864B2 - 通信システム及び通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電気自動車又はハイブリッド自動車などの車両と、該車両に給電するための給電装置との間の通信を行う通信システム及び該通信システムを構成する通信装置に関する。
近年、地球温暖化に対応する技術として環境技術に注目が集まっている。このような環境技術としては、例えば、二次電池を搭載し、従来のようなガソリンを消費するエンジンに代えて駆動装置としてモータを採用した電気自動車や、ハイブリッド自動車などに関するものが実用化されている。
このような電気自動車やハイブリッド自動車などの車両は、外部の給電装置に接続された充電プラグを車両に設けられた給電口のコネクタに接続して、車両の外部から二次電池を充電することができる構成となっている。
車両に給電する際の車両と給電装置（充電スタンド）との間のインタフェースは、すでに規格化されている。例えば、給電装置側に設けられた出力回路と、車両側に設けられた入力回路との間でコントロールパイロット線と称される信号線を設け、出力回路から入力回路に対して所定の周波数の矩形波信号（コントロールパイロット信号）を出力することにより、給電装置と車両との間で車両の充電状態などの情報を確認することができる（非特許文献１参照）。
一方で、コントロールパイロット線に通信信号を重畳させて給電装置と車両との間で、さらに種々の情報の送受信を行うことができる通信システムも検討されている。
SAE International(Society of Automotive EngineersInternational)、SURFACE VEHICLE RECOMMENDED PRACTICE、2010-01 （ソサエティ・オブ・オートモーティブ・エンジニアズ・インターナショナル、サーフェイス ビークル リコメンディッド プラクティス、２０１０年１月）
しかし、コントロールパイロット信号を送受信する出力回路及び入力回路の出力端及び入力端には、ノイズなどを除去するためのキャパシタを接続している。このため、コントロールパイロット線に通信信号を重畳させても、出力回路及び入力回路に設けられたキャパシタで通信信号が減衰してしまい、通信速度の低下又はノイズ耐性の低下が懸念される。また、通信信号を重畳させるための通信回路をコントロールパイロット線に接続した場合、当該通信回路の影響によりコントロールパイロット信号の送受信を確実に行うことができないという懸念も生ずる。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、コントロールパイロット線に重畳させた通信信号が減衰することを抑制することができる通信システム及び該通信システムを構成する通信装置を提供することを目的とする。
第１発明に係る通信システムは、車両に給電する給電装置に設けられ、所定の周波数の矩形波信号を出力する出力回路と、前記車両に設けられ、前記出力回路と複数の信号線で接続され、該出力回路が出力する矩形波信号が入力される入力回路とを備え、前記信号線に通信信号を重畳させて前記車両と給電装置との間で通信を行う通信システムにおいて、前記給電装置に設けられ、前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された第１変圧器と、該第１変圧器を介して前記複数の信号線上で通信信号の送受信を行う第１通信部と、前記車両に設けられ、前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された第２変圧器と、該第２変圧器を介して前記複数の信号線上で通信信号の送受信を行う第２通信部と、前記出力回路と前記第１変圧器との間に介装された第１低域通過フィルタと、前記入力回路と前記第２変圧器との間に介装された第２低域通過フィルタとを備え、前記第１及び第２通信部は、１ＭＨｚ以上の通信帯域を用いて通信信号を送受信することを特徴とする。
第２発明に係る通信システムは、第１発明において、前記第１及び第２低域通過フィルタは、前記信号線に対して直列に接続されるインダクタを備えることを特徴とする。
第３発明に係る通信システムは、第２発明において、前記第１及び第２低域通過フィルタは、前記インダクタに並列接続した抵抗を備えることを特徴とする。
第４発明に係る通信システムは、第２発明において、前記第１及び第２低域通過フィルタは、前記インダクタに直列接続した抵抗を備えることを特徴とする。
第５発明に係る通信システムは、第２発明において、前記第１及び第２低域通過フィルタは、前記インダクタの出力側の信号線間にキャパシタ及び抵抗の直列回路を備えることを特徴とする。
第６発明に係る通信システムは、第１発明乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記出力回路は、１ｋＨｚの矩形波信号を出力するようにしてあり、前記入力回路の入力側での前記矩形波信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が１０μｓ以下であることを特徴とする。
第７発明に係る通信装置は、所定の周波数の矩形波信号を複数の信号線を介して出力する出力回路を備える通信装置において、前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された変圧器と、該変圧器を介して前記複数の信号線に通信信号を重畳させて通信信号の送受信を行う通信部と、前記出力回路と前記変圧器との間に介装された低域通過フィルタとを備えることを特徴とする。
第８発明に係る通信装置は、第７発明において、前記矩形波信号を生成する生成部と、前記出力回路の出力電圧を検出する電圧検出部と、該電圧検出部で検出した電圧に応じて、前記生成部で生成する矩形波信号を調整する調整部とを備えることを特徴とする。
第９発明に係る通信装置は、複数の信号線を介して所定の周波数の矩形波信号が入力される入力回路を備える通信装置において、前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された変圧器と、該変圧器を介して前記複数の信号線に通信信号を重畳させて通信信号の送受信を行う通信部と、前記入力回路と前記変圧器との間に介装された低域通過フィルタとを備えることを特徴とする。
第１０発明に係る通信装置は、第９発明において、複数の抵抗を有し、抵抗値を調整可能な抵抗部と、該抵抗部の電圧を変化させるため、該抵抗部の抵抗値を調整する調整部とを備えることを特徴とする。
第１発明、第７発明及び第９発明にあっては、第１通信部は、給電装置に設けられ、出力回路と入力回路との間の複数の信号線（例えば、コントロールパイロット線と接地線）間に接続された第１変圧器を介して通信信号を信号線に重畳させて通信信号の送受信を行う。また、第２通信部は、車両に設けられ、出力回路と入力回路との間の複数の信号線間に接続された第２変圧器を介して通信信号を信号線に重畳させて通信信号の送受信を行う。すなわち、第１及び第２通信部は、信号線間に変圧器を接続して信号線に電圧を重畳させることにより通信を行う。第１及び第２通信部が用いる通信帯域は、例えば、２〜３０ＭＨｚであるが、これに限定されるものではなく、１．０ＭＨｚ以上の周波数の信号帯域を用いてもよい。
出力回路と第１変圧器との間の信号線には第１低域通過フィルタを介装し、入力回路と第２変圧器との間の信号線には第２低域通過フィルタを介装してある。第１及び第２低域通過フィルタは、出力回路が出力する所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）の矩形波信号を通過させるとともに、第１及び第２通信部が送受信する通信信号（例えば、２〜３０ＭＨｚ）を通過させないフィルタである。第１通信部と出力回路との間に第１低域通過フィルタを設けることにより、第１通信部が送信した通信信号は入力回路及び出力回路のキャパシタにより減衰されることなく第２通信部へ伝搬される。また、第２通信部と入力回路との間に第２低域通過フィルタを設けることにより、第２通信部が送信した通信信号は入力回路及び出力回路のキャパシタにより減衰されることなく第１通信部へ伝搬されるので、コントロールパイロット線に重畳させた通信信号が減衰することを抑制することができる。
第２発明にあっては、第１及び第２低域通過フィルタは、信号線に対して直列に接続されるインダクタを備える。出力回路が出力する所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）に対しては、インダクタは低インピーダンスとなり、第１及び第２通信部が送受信する通信信号（例えば、２〜３０ＭＨｚ）に対しては高インピーダンスとなる。これにより、簡単な構成で第１及び第２通信部が送受信する通信信号が遮断されるとともに、コントロールパイロット信号を通過させることができる。
第３発明にあっては、第１及び第２低域通過フィルタは、インダクタに並列接続した抵抗を備える。抵抗を備えることにより、例えば、インダクタと出力回路又は入力回路に存在するキャパシタとの間で構成される共振回路の共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）を小さくすることができ、不要な共振を抑制することができる。
第４発明にあっては、第１及び第２低域通過フィルタは、インダクタに直列接続した抵抗を備える。抵抗を備えることにより、例えば、インダクタと出力回路又は入力回路に存在するキャパシタとの間で構成される共振回路の共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）を小さくすることができ、不要な共振を抑制することができる。
第５発明にあっては、第１及び第２低域通過フィルタは、インダクタの出力側の信号線間にキャパシタ及び抵抗の直列回路を備える。これにより、インダクタと出力回路又は入力回路に存在するキャパシタとの間で構成される共振回路の共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）を小さくすることができ、不要な共振を抑制することができる。
第６発明にあっては、出力回路は、１ｋＨｚの矩形波信号を出力する。入力回路の入力側での矩形波信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が１０μｓ以下である。立ち上がり時間は、矩形波信号が１０％から９０％に到達するまでの時間である。また、立ち下がり時間は、矩形波信号が９０％から１０％に到達するまでの時間である。立ち上がり時間及び立ち下がり時間を１０μｓ以下にするためには、第１及び第２低域通過フィルタの値（例えば、インダクタ又は抵抗の値）を設定すればよい。立ち上がり時間及び立ち下がり時間が、１０μｓを超えた場合、入力回路で受信する矩形波信号が歪むためコントロールパイロット信号を正しく受信することができなくなる。立ち上がり時間及び立ち下がり時間を１０μｓ以下にすることにより、矩形波信号の歪みを低減しコントロールパイロット信号を正しく受信することができる。
第８発明にあっては、矩形波信号（コントロールパイロット信号）を生成する生成部と、出力回路の出力電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部で検出した電圧に応じて、生成部で生成する矩形波信号を調整する調整部とを備える。矩形波信号は、デューティ比が０から１００％まで変更可能な信号であり、例えば、±１２Ｖの一定電圧も含む。これにより、出力回路は、所望のコントロールパイロット信号を出力することができる。
第１０発明にあっては、複数の抵抗を有し、抵抗値を調整可能な抵抗部と、抵抗部の電圧を変化させるため、抵抗部の抵抗値を調整する調整部とを備える。これにより、例えば、車両の状態に応じて、抵抗部の抵抗値を調整して、抵抗部の電圧を所望の値に変化させることができる。
本発明によれば、コントロールパイロット線に通信信号を重畳させて確実に通信を行うことができる。
実施の形態１の通信システムの構成の一例を示すブロック図である。 通信部による通信の伝送路減衰特性の一例を示す説明図である。 出力回路が出力するコントロールパイロット信号の減衰特性の一例を示す説明図である。 入力回路でのコントロールパイロット信号の立ち上がり特性の一例を示す説明図である。 入力回路側での伝送特性の一例を示す説明図である。 通信部による通信の伝送路減衰特性の他の例を示す説明図である。 出力回路が出力するコントロールパイロット信号の減衰特性の他の例を示す説明図である。 入力回路でのコントロールパイロット信号の立ち上がり特性の他の例を示す説明図である。 入力回路側での伝送特性の他の例を示す説明図である。 実施の形態２の通信システムの構成の一例を示すブロック図である。
（実施の形態１）
以下、本発明に係る通信システムの実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は実施の形態１の通信システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、電気自動車又はハイブリッド自動車などの車両と給電装置とは、インレット５（「給電口」、「コネクタ」とも称する）を介して電気的に接続される。給電装置はＡＣ電源６を備える。ＡＣ電源６は、電源線１（ＡＣＬ）、電源線２（ＡＣＮ）を通じて車両の充電器７に電気的に接続される。充電器７には、バッテリ（二次電池）８を接続してある。
これにより、給電装置からの充電ケーブルに接続されたプラグ（不図示）をインレット５に接続することにより、ＡＣ電力を車両へ供給することができ、車両に搭載されたバッテリ８を充電することができる。
本実施の形態の通信システムは、給電装置に設けられた通信装置１０、車両に設けられた通信装置５０などを備える。
通信装置１０は、所定の周波数の矩形波信号（「コントロールパイロット信号」とも称する）を出力する出力回路２０、第１通信部としての通信部３０、変圧器３１、カップリングキャパシタ３２、第１の低域通過フィルタ３３などを備える。
通信装置５０は、コントロールパイロット信号が入力される入力回路６０、第２通信部としての通信部７０、変圧器７１、カップリングキャパシタ７２、第２の低域通過フィルタ７３などを備える。
出力回路２０は、矩形波信号（コントロールパイロット信号）を生成する生成部としての電圧発生源２１、抵抗２２、キャパシタ２３、マイコン２４、バッファ２５などを備える。電圧発生源２１は、例えば、周波数が１ｋＨｚであって、ピーク値が±１２Ｖの矩形波信号（コントロールパイロット信号）を生成する。コントロールパイロット信号のデューティ比は、例えば、２０％であるが、これに限定されるものではない。矩形波信号は、デューティ比が０から１００％まで変更可能な信号であり、例えば、±１２Ｖの一定電圧も含む。
出力回路２０は、抵抗２２を介して車両に設けられた入力回路６０へコントロールパイロット信号を送出する。
キャパシタ２３は、例えば、出力回路２０で発生するノイズを低減するために設けられている。抵抗２２の値は、例えば、１．０ｋΩ、キャパシタ２３のキャパシタンスは、例えば、２．２ｎＦであるが、数値はこれらに限定されるものではない。
バッファ２５は、出力回路２０の出力電圧を検出する電圧検出部としての機能を有し、キャパシタ２３の両端電圧を検出し、検出結果をマイコン２４へ出力する。
マイコン２４は、電圧発生源２１で生成する矩形波信号を調整する調整部としての機能を有する。これにより、出力回路２０は、±１２Ｖの一定電圧、及び任意のデューティ比（０より大きく、１００より小さい）であって波高値が±１２Ｖの矩形波信号（コントロールパイロット信号）を出力することができる。
入力回路６０は、キャパシタ６１、ダイオード６２、バッファ６３、マイコン６４、抵抗部６５などを備える。バッファ６３は、抵抗部６５の両端電圧Ｖｏｕｔを検出してマイコン６４へ出力する。なお、抵抗部６５の両端電圧に代えて、キャパシタ６１の両端の電圧を検出してもよい。
抵抗部６５は、複数の抵抗及び開閉スイッチなどを備え、マイコン６４からの信号により開閉スイッチを開閉することにより、抵抗値を変化させる（調整する）ことができる。
マイコン６４は、抵抗部６５の電圧Ｖｏｕｔを変化させるため、抵抗部６５の抵抗値を調整する調整部としての機能を有する。すなわち、マイコン６４は、車両の状態（例えば、充電に関連する状態）に応じて電圧Ｖｏｕｔを変化させるため、抵抗部６５の抵抗値を変化させる。電圧Ｖｏｕｔの値に応じて、給電装置と車両とは、充電に関連する状態を検出することができる。
例えば、電圧Ｖｏｕｔが１２Ｖである場合は、車両の充電プラグが未接続である状態を示す。また、電圧Ｖｏｕｔが９Ｖである場合は、抵抗部６５の抵抗値は２．７４ｋΩに設定され、車両の充電プラグが接続され、充電待ちの状態を示す。また、電圧Ｖｏｕｔが６Ｖである場合は、抵抗部６５の抵抗値は８８２Ωに設定され、充電中の状態を示す。また、電圧Ｖｏｕｔが３Ｖである場合は、抵抗部６５の抵抗値は２４６Ωに設定され、充電中であって充電場所を換気する必要がある状態であることを示す。
キャパシタ６１は、例えば、入力回路６０に侵入するノイズを低減するために設けられている。抵抗部６５の抵抗値は、例えば、２．７４ｋΩ、８８２Ω、２４６Ω程度であり、キャパシタ６１のキャパシタンスは、例えば、１．８ｎＦであるが、数値はこれらに限定されるものではない。
出力回路２０と入力回路６０とは、複数の信号線（コントロールパイロット線４、接地線３）を介して電気的に接続されている。なお、接地線３もコントロールパイロット線であるとみなすことができる。
通信部３０及び通信部７０は、出力回路２０と入力回路６０との間に設けられた複数の信号線（コントロールパイロット線４、接地線３）に所定の通信信号を重畳させることにより通信を行う。通信部３０及び通信部７０の間で送受信される情報は、例えば、車両ＩＤに関するもの、充電制御（充電の開始または終了など）に関するもの、充電量の管理（急速充電、充電量の通知など）に関するもの、課金の管理などに関するもの、ナビゲーションの更新に関するもの等、コントロールパイロット信号による情報より多様性に富んでいる。
通信部３０及び通信部７０は、例えば、直交化周波数多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Domain Multiplex）、周波数拡散（ＳＳ：Spread Spectrum）などの変調方式を利用した変調回路、復調回路などを備える。
通信部３０及び通信部７０が行う通信の通信帯域は、例えば、２〜３０ＭＨｚ（例えば、Home Plug Green PHY）であるが、これに限定されるものではなく、１．０ＭＨｚより高周波の通信帯域を用いてもよい。
出力回路２０の出力側のコントロールパイロット線４と接地線３との間に、カップリングキャパシタ３２、３２及び変圧器３１の直列回路を接続してあり、通信部３０は、変圧器３１を介して通信信号をコントロールパイロット線４に重畳させるとともに、コントロールパイロット線４上の通信信号を受信する。
入力回路６０の入力側のコントロールパイロット線４と接地線３との間に、カップリングキャパシタ７２、７２及び変圧器７１の直列回路を接続してあり、通信部７０は、変圧器７１を介して通信信号をコントロールパイロット線４に重畳させるとともに、コントロールパイロット線４上の通信信号を受信する。
すなわち、通信部３０及び通信部７０は、信号線間に変圧器３１、７１を接続して信号線に電圧を重畳させることにより通信を行う。このような方式を線間通信方式と称することができる。
出力回路２０と変圧器３１がカップリングキャパシタ３２を介して接続される接続点との間のコントロールパイロット線４には、低域通過フィルタ３３を介装してある。
また、入力回路６０と変圧器７１がカップリングキャパシタ７２を介して接続される接続点との間のコントロールパイロット線４には、低域通過フィルタ７３を介装してある。カップリングキャパシタ３２、７２のキャパシタンスは、例えば、５００ｐＦであるが、これに限定されるものではない。
低域通過フィルタ３３、７３は、それぞれ出力回路２０が出力する所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）の矩形波信号（コントロールパイロット信号）を通過させるとともに、通信部３０、７０が送受信する通信信号（例えば、２〜３０ＭＨｚ）を通過させないフィルタである。
通信部３０と出力回路２０との間に低域通過フィルタ３３を設けることにより、通信部３０が送信した通信信号は出力回路２０のキャパシタ２３により減衰されることなく通信部７０へ伝搬される。また、通信部７０が送信した通信信号は出力回路２０のキャパシタ２３により減衰されることなく通信部３０へ伝搬される。
また、通信部７０と入力回路６０との間に低域通過フィルタ７３を設けることにより、通信部７０が送信した通信信号は入力回路６０のキャパシタ６１により減衰されることなく通信部３０へ伝搬され、また、通信部３０が送信した通信信号は入力回路６０のキャパシタ６１により減衰されることなく通信部７０へ伝搬されるので、コントロールパイロット線４に通信信号を重畳させて確実に通信を行うことができる。また、コントロールパイロット信号の歪を大きくすることなく、通信信号によるコントロールパイロット信号の読み取り誤差を防止することができる。
低域通過フィルタ３３は、コントロールパイロット線４に対して直列に接続されるインダクタ３３１を備える。インダクタ３３１のインダクタンスは、例えば、１．５ｍＨであるが、インダクタンスはこれに限定されるものではない。
出力回路２０が出力する所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）に対しては、インダクタ３３１は低インピーダンスとなる。また、インダクタ３３１は、通信部３０、７０が送受信する通信信号（例えば、２〜３０ＭＨｚ）に対しては高インピーダンスとなる。これにより、簡単な構成で通信部３０、７０が送受信する通信信号が遮断されるとともに、コントロールパイロット信号を通過させることができる。
低域通過フィルタ７３は、コントロールパイロット線４に対して直列に接続されるインダクタ７３１を備える。インダクタ７３１のインダクタンスは、例えば、１．５ｍＨであるが、インダクタンスはこれに限定されるものではない。
出力回路２０が出力する所定の周波数（例えば、１ｋＨｚ）に対しては、インダクタ７３１は低インピーダンスとなる。また、インダクタ７３１は、通信部３０、７０が送受信する通信信号（例えば、２〜３０ＭＨｚ）に対しては高インピーダンスとなる。これにより、簡単な構成で通信部３０、７０が送受信する通信信号が遮断されるとともに、コントロールパイロット信号を通過させることができる。
また、低域通過フィルタ３３は、インダクタ３３１に並列接続した抵抗３３２を備える。抵抗３３２の抵抗値は、例えば、１ｋΩであるが、これに限定されるものではない。抵抗３３２を備えることにより、例えば、インダクタ３３１と出力回路２０に存在するキャパシタ２３等との間で構成される共振回路の共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）を小さくすることができ、不要な共振を抑制することができる。
同様に、低域通過フィルタ７３は、インダクタ７３１に並列接続した抵抗７３２を備える。抵抗７３２の抵抗値は、例えば、１ｋΩであるが、これに限定されるものではない。抵抗７３２を備えることにより、例えば、インダクタ７３１と入力回路６０に存在するキャパシタ６１等との間で構成される共振回路の共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）を小さくすることができ、不要な共振を抑制することができる。
図２は通信部３０、７０による通信の伝送路減衰特性の一例を示す説明図である。図２において、横軸は周波数を示し、縦軸は通信部３０、７０の間のコントロールパイロット線４における伝送路減衰量（電圧低下）を示す。また、図２中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。
図２から分かるように、低域通過フィルタ３３、７３を具備することにより、通信部３０、７０による通信信号の減衰量が、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合に比べて、１５０ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲で改善している。具体的には、２ＭＨｚで２０ｄＢ程度、３０ＭＨｚで２５ｄＢ程度改善しており、通信部３０、７０の通信帯域である２〜３０ＭＨｚで２０ｄＢ〜２５ｄＢ程度改善している。
図３は出力回路２０が出力するコントロールパイロット信号の減衰特性の一例を示す説明図である。図３において、横軸は周波数を示し、縦軸は電圧Ｖｏｕｔの周波数成分（スペクトラム）を示す。また、図３中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。
図３から分かるように、周波数が１０ｋＨｚ以下では、低域通過フィルタ３３、７３を具備するか否かに関わらず、両者の減衰特性は同一である。すなわち、低域通過フィルタ３３、７３を設けた場合でも、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合と同様に、周波数が１ｋＨｚの第１０高調波までは全く減衰させることなく通過させることができる。また、低域通過フィルタ３３、７３を具備した場合には、周波数が略１００ｋＨｚ以下であれば、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合に比べて、コントロールパイロット信号の減衰量が少ない。
別言すれば、コントロールパイロット信号の周波数を基本波として、低域通過フィルタ３３、７３の遮断周波数を、例えば、第９高調波（９ｋＨｚ）以上、第１１高調波（１１ｋＨｚ）以上、あるいは第１５高調波（１５ｋＨｚ）以上のようにすることにより、コントロールパイロット信号の波形の歪あるいは電圧変動を抑制することができる。遮断周波数は大きくするほど、コントロールパイロット信号の波形の歪あるいは電圧変動の抑制に一層効果がある。
図４は入力回路６０でのコントロールパイロット信号の立ち上がり特性の一例を示す説明図である。図４において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧Ｖｏｕｔを示す。なお、図４では、電圧Ｖｏｕｔは、キャパシタ６１の両端電圧である。図４中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。出力回路２０と入力回路６０との抵抗分圧により、入力回路６０でのコントロールパイロット信号は、１ｋＨｚの矩形波形であって＋９Ｖ、−１２Ｖとなる。また、立ち上がり時間は、電圧が１０％から９０％に到達するまでの時間である。
図４から分かるように、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合には、立ち上がり時間が約７．７μｓであるのに対し、低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合には、立ち上がり時間は約５．６μｓである。すなわち、入力回路６０の入力側でのコントロールパイロット信号の立ち上がり時間が１０μｓ以下である。
立ち上がり時間を１０μｓ以下にするためには、低域通過フィルタ３３、７３の値（例えば、インダクタ３３１、７３１又は抵抗３３２、７３２の値）を設定すればよい。立ち上がり時間が、１０μｓを超えた場合、入力回路６０で受信する電圧波形の歪が大きくなりすぎるためコントロールパイロット信号を正しく受信することができなくなる。立ち上がり時間を１０μｓ以下にすることにより、電圧波形の歪みを低減しコントロールパイロット信号を正しく受信することができる。すなわち、出力回路２０が出力する矩形波形のコントロールパイロット信号が歪むことなく入力回路６０へ伝送される。なお、図４の例では立ち上がり時間について説明したが、立ち下がり時間についても同様である。
図５は入力回路側での伝送特性の一例を示す説明図である。図５において、横軸は周波数を示す。縦軸は、入力回路６０側の電圧Ｖｏｕｔで観測される出力回路２０からのコントロールパイロット信号及び通信部３０、７０からの通信信号の周波数成分を示す。図５中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。
図５からわかるように、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合には、通信部３０、７０からの通信信号が減衰されることなくそのまま入力回路６０側へ侵入するため、バッファ６３、マイコン６４で電圧検知（例えば、１２Ｖ、９Ｖ、６Ｖ、３Ｖなど）を行うときに通信信号が外乱のノイズとして作用し、電圧判定を間違える可能性が出てくる。これに対し、低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合には、例えば２〜３０ＭＨｚの通信信号は数十〜数百分の一に減衰するが、コントロールパイロット信号はほとんど減衰や歪むことなく入力回路６０で受け取ることができるため、コントロールパイロット信号の電圧判定又はデューティ比判定に影響を与えることがなくなる。
上述の図２〜図５の例では、カップリングキャパシタ３２、７２側と、通信部３０、７０側の変圧器の自己インダクタンスが共に９．９μＨであり、低域通過フィルタ３３、７３のインダクタ３３１、７３１のインダクタンスが１．５ｍＨであり、抵抗３３２、７３２の抵抗値が１ｋΩであり、カップリングキャパシタ３２、７２のキャパシタンスが５００ｐＦであったが、数値はこれらに限定されない。以下では、カップリングキャパシタ３２、７２側の変圧器の自己インダクタンスが１３０μＨであり、通信部３０、７０側の変圧器の自己インダクタンスが６μＨであり、低域通過フィルタ３３、７３のインダクタ３３１、７３１のインダクタンスが４７０μＨ、抵抗３３２、７３２の抵抗値が４７０Ω、カップリングキャパシタ３２、７２のキャパシタンスが１００ｐＦである場合について説明する。
図６は通信部３０、７０による通信の伝送路減衰特性の他の例を示す説明図である。図２において、横軸は周波数を示し、縦軸は通信部３０、７０の間のコントロールパイロット線４における伝送路減衰量（電圧低下）を示す。また、図２中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。
図６から分かるように、低域通過フィルタ３３、７３を具備することにより、通信部３０、７０による通信信号の減衰量が、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合に比べて、２５０ｋＨｚ〜５０ＭＨｚの範囲で改善している。具体的には、２ＭＨｚで２０ｄＢ程度、３０ＭＨｚで４０ｄＢ程度改善しており、通信部３０、７０の通信帯域である２〜３０ＭＨｚで２０ｄＢ〜４０ｄＢ程度改善している。
図７は出力回路２０が出力するコントロールパイロット信号の減衰特性の他の例を示す説明図である。図７において、横軸は周波数を示し、縦軸は電圧Ｖｏｕｔの周波数成分（スペクトラム）を示す。また、図７中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。
図７から分かるように、周波数が２０ｋＨｚ以下では、低域通過フィルタ３３、７３を具備するか否かに関わらず、両者の減衰特性は同一である。すなわち、低域通過フィルタ３３、７３を設けた場合でも、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合と同様に、周波数が１ｋＨｚの第２０高調波までは全く減衰させることなく通過させることができる。
別言すれば、コントロールパイロット信号の周波数を基本波として、低域通過フィルタ３３、７３の遮断周波数を、例えば、第９高調波（９ｋＨｚ）以上、第１１高調波（１１ｋＨｚ）以上、あるいは第１５高調波（１５ｋＨｚ）以上のようにすることにより、コントロールパイロット信号の波形の歪あるいは電圧変動を抑制することができる。遮断周波数は大きくするほど、コントロールパイロット信号の波形の歪あるいは電圧変動の抑制に一層効果がある。
図８は入力回路６０でのコントロールパイロット信号の立ち上がり特性の他の例を示す説明図である。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧Ｖｏｕｔを示す。なお、図８では、電圧Ｖｏｕｔは、キャパシタ６１の両端電圧である。図８中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。出力回路２０と入力回路６０との抵抗分圧により、入力回路６０でのコントロールパイロット信号は、１ｋＨｚの矩形波形であって＋９Ｖ、−１２Ｖとなる。また、立ち上がり時間は、電圧が１０％から９０％に到達するまでの時間である。
図８から分かるように、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合には、立ち上がり時間が約７．７μｓであるのに対し、低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合には、立ち上がり時間は約７．２μｓである。すなわち、入力回路６０の入力側でのコントロールパイロット信号の立ち上がり時間が１０μｓ以下である。
立ち上がり時間を１０μｓ以下にするためには、低域通過フィルタ３３、７３の値（例えば、インダクタ３３１、７３１又は抵抗３３２、７３２の値）を設定すればよい。立ち上がり時間が、１０μｓを超えた場合、入力回路６０で受信する電圧波形の歪が大きくなりすぎるためコントロールパイロット信号を正しく受信することができなくなる。立ち上がり時間を１０μｓ以下にすることにより、電圧波形の歪みを低減しコントロールパイロット信号を正しく受信することができる。すなわち、出力回路２０が出力する矩形波形のコントロールパイロット信号が歪むことなく入力回路６０へ伝送される。なお、図８の例では立ち上がり時間について説明したが、立ち下がり時間についても同様である。
図９は入力回路側での伝送特性の他の例を示す説明図である。図９において、横軸は周波数を示す。縦軸は、入力回路６０側の電圧Ｖｏｕｔで観測される出力回路２０からのコントロールパイロット信号及び通信部３０、７０からの通信信号の周波数成分を示す。図９中、符号Ａで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合を示し、符号Ｂで示す曲線は低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合を示す。
図９からわかるように、低域通過フィルタ３３、７３を具備しない場合には、通信部３０、７０からの通信信号が減衰されることなくそのまま入力回路６０側へ侵入するため、バッファ６３、マイコン６４で電圧検知（例えば、１２Ｖ、９Ｖ、６Ｖ、３Ｖなど）を行うときに通信信号が外乱のノイズとして作用し、電圧判定を間違える可能性が出てくる。これに対し、低域通過フィルタ３３、７３を具備する場合には、例えば２〜３０ＭＨｚの通信信号は数十〜数百分の一に減衰するが、コントロールパイロット信号はほとんど減衰や歪むことなく入力回路６０で受け取ることができるため、コントロールパイロット信号の電圧判定又はデューティ比判定に影響を与えることがなくなる。
本実施の形態によれば、低域通過フィルタ３３、７３を備えることにより、通信部３０、７０で送受信する通信信号が出力回路２０又は入力回路６０で減衰されないので、コントロールパイロット線に重畳させた通信信号が減衰することを抑制することができる。また、通信部３０、７０による通信の通信速度の低下、あるいはノイズ耐性の低下を防止することができる。
また、カップリングキャパシタ３２、７２のキャパシタンスを変更する必要がないので、出力回路２０から見た通信部３０、７０のインピーダンスは変化しない。すなわち、カップリングキャパシタ３２、７２のキャパシタンスを増加させた場合、通信帯域（高速ＰＬＣの場合２〜３０ＭＨｚ）でのカップリングキャパシタ３２、７２の電圧降下が減少するので、減衰特性を向上させることができるものの、コントロールパイロット信号に大きな歪が生ずる。カップリングキャパシタ３２、７２のキャパシタンスを変更しないので、出力回路２０が出力するコントロールパイロット信号が歪むことを防止することができる。
上述の実施の形態では、低域通過フィルタは、インダクタと抵抗の並列回路で構成されていたが、回路構成はこれに限定されるものではなく、インダクタのみでもよく、あるいはインダクタと抵抗の直列回路でもよい。また、コントロールパイロット線と接地線の信号線を矩形波信号又は通信信号の通信経路に用いたが、一方もしくは双方を車体又は給電装置の筐体などの導体を用いてもよい。また、低域通過フィルタは、以下の構成でもよい。
（実施の形態２）
図１０は実施の形態２の通信システムの構成の一例を示すブロック図である。実施の形態１との違いは、低域通過フィルタ３３が、インダクタ３３１、及びコントロールパイロット線４と接地線３との間に接続されたキャパシタ３３３及び抵抗３３４の直列回路を備える点である。低域通過フィルタ７３も同様に、インダクタ７３１、及びコントロールパイロット線４と接地線３との間に接続されたキャパシタ７３３及び抵抗７３４の直列回路を備える。なお、実施の形態１と同様の箇所は同一符号を付して説明を省略する。
これにより、インダクタと出力回路又は入力回路に存在するキャパシタとの間で構成される共振回路の共振のピークの鋭さを表すＱ値（Quality factor）を小さくすることができ、不要な共振を抑制することができる。
本実施の形態は、通信帯域が２〜３０ＭＨｚの通信に適用することができるが、これに限定されるものではなく、１．０ＭＨｚより高周波の通信帯域にも適用することができる。また、コントロールパイロット線と接地線の信号線を矩形波信号又は通信信号の通信経路に用いたが、一方もしくは双方を車体又は給電装置の筐体などの導体を用いてもよい。
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及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。
３ 接地線（コントロールパイロット線）
４ コントロールパイロット線
１０、５０ 通信装置
２０ 出力回路
２１ 電圧発生源
２２ 抵抗
２３ キャパシタ
３０、７０ 通信部
３１、７１ 変圧器
３２、７２ カップリングキャパシタ
３３、７３ 低域通過フィルタ
３３１、７３１ インダクタ
３３２、３３４、７３２、７３４ 抵抗
３３３、７３３ キャパシタ
６０ 入力回路
６１ キャパシタ
６２ ダイオード
６３ バッファ
６４ マイコン
６５ 抵抗部

Claims (10)

  1. 車両に給電する給電装置に設けられ、所定の周波数の矩形波信号を出力する出力回路と、前記車両に設けられ、前記出力回路と複数の信号線で接続され、該出力回路が出力する矩形波信号が入力される入力回路とを備え、前記信号線に通信信号を重畳させて前記車両と給電装置との間で通信を行う通信システムにおいて、
    前記給電装置に設けられ、前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された第１変圧器と、
    該第１変圧器を介して前記複数の信号線上で通信信号の送受信を行う第１通信部と、
    前記車両に設けられ、前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された第２変圧器と、
    該第２変圧器を介して前記複数の信号線上で通信信号の送受信を行う第２通信部と、
    前記出力回路と前記第１変圧器との間に介装された第１低域通過フィルタと、
    前記入力回路と前記第２変圧器との間に介装された第２低域通過フィルタと
    を備え、
    前記第１及び第２通信部は、
    １ＭＨｚ以上の通信帯域を用いて通信信号を送受信することを特徴とする通信システム。
  2. 前記第１及び第２低域通過フィルタは、
    前記信号線に対して直列に接続されるインダクタを備えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  3. 前記第１及び第２低域通過フィルタは、
    前記インダクタに並列接続した抵抗を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
  4. 前記第１及び第２低域通過フィルタは、
    前記インダクタに直列接続した抵抗を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
  5. 前記第１及び第２低域通過フィルタは、
    前記インダクタの出力側の信号線間にキャパシタ及び抵抗の直列回路を備えることを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
  6. 前記出力回路は、
    １ｋＨｚの矩形波信号を出力するようにしてあり、
    前記入力回路の入力側での前記矩形波信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が１０μｓ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の通信システム。
  7. 所定の周波数の矩形波信号を複数の信号線を介して出力する出力回路を備える通信装置において、
    前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された変圧器と、
    該変圧器を介して前記複数の信号線に通信信号を重畳させて通信信号の送受信を行う通信部と、
    前記出力回路と前記変圧器との間に介装された低域通過フィルタと
    を備えることを特徴とする通信装置。
  8. 前記矩形波信号を生成する生成部と、
    前記出力回路の出力電圧を検出する電圧検出部と、
    該電圧検出部で検出した電圧に応じて、前記生成部で生成する矩形波信号を調整する調整部と
    を備えることを特徴とする請求項７に記載の通信装置。
  9. 複数の信号線を介して所定の周波数の矩形波信号が入力される入力回路を備える通信装置において、
    前記矩形波信号が伝送される複数の信号線間に接続された変圧器と、
    該変圧器を介して前記複数の信号線に通信信号を重畳させて通信信号の送受信を行う通信部と、
    前記入力回路と前記変圧器との間に介装された低域通過フィルタと
    を備えることを特徴とする通信装置。
  10. 複数の抵抗を有し、抵抗値を調整可能な抵抗部と、
    該抵抗部の電圧を変化させるため、該抵抗部の抵抗値を調整する調整部と
    を備えることを特徴とする請求項９に記載の通信装置。
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