JP6111160B2 - 電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、車両外部の送電回路から送電された交流電力を非接触電力伝送により受電して、車両に搭載されたバッテリを充電する電動車両に関する。

特許文献１には、外部の給電側コイルと車両内の受電側コイルとの磁気結合により電力伝送を行って充電する非接触給電システムが開示され、車両内の受電装置に、送電用共鳴器及び受電用共鳴器によって構成される共鳴系のインピーダンスを調整するためのインピーダンス整合器が設けられている。

特許文献１には、前記受電装置が、給電設備から受信した反射電力の検出値からなる電力情報に基づいて前記インピーダンス整合器のインピーダンスを調整することにより、効率のよい給電を実現することができると開示されている（特許文献１の［００６０］、図１、図３）。

特許文献２には、給電側コイルと受電側コイルとの磁気結合により電力伝送を行って充電する非接触給電システムにおいて、電力伝送効率は、給電側から受電側回路へ供給される充電電力と、バッテリの充電残量（負荷電圧）であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）によって変化するため、電力伝送効率が高くない状態で二次電池に充電していることがあると開示されている。

そのため、特許文献２には、二次電池を定電流制御から定電圧制御へと充電する場合、定電圧制御は充電電力が小さくなることから、給電側コイルから受電側コイルへの電力伝送効率が落ちるという課題を解決するために、充電電力を検出する工程と、検出した充電電力に基づいて給電側コイル及び受電側コイル間の電力伝送効率が高くなるようにコイル間の抵抗比を変更する工程を備えた非接触充電方法及び非接触充電装置が提案されている（特許文献２の［００１０］、［００１１］、［００１３］）。

特開２０１１−２５０５５５号公報 特開２０１２−１８２８８７号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、給電設備側に反射電力センサ（ハードウエアの追加）が必要となり、システムが専用的且つ複雑なものになってしまう。また、電動車両側には、可変コンデンサや可変コイルを備えるインピーダンス整合器（ハードウエアの追加）が必要となり、同様にシステムが複雑になり、コストも上昇するという課題がある。

また、特許文献２に係る技術では、コイル間の抵抗比を変更するために、給電側コイル又は受電側コイルを複数組設ける（ハードウエアの追加）と共に、複数組設けたコイルを切り替えるスイッチング回路（ハードウエアの追加）が必要になるので、回路構成が複雑になり、コストも上昇するという課題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ハードウエアを追加することなく簡単な構成で、非接触電力伝送による充電を、充電効率の高い充電状態で継続することを可能とする電動車両を提供することを目的とする。

この発明に係る電動車両は、車両外部の送電回路から送電された交流電力を非接触電力伝送により受電する受電コイルと、前記受電コイルで受電した交流電力を整流した電力を充電するバッテリと、を少なくとも有して構成される充電回路を搭載した電動車両において、前記電動車両は、前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、前記バッテリ電圧検出部によって検出された前記バッテリの前記電圧に応じて、前記バッテリを充電する際の充電電流値を設定する充電電流値設定部と、を有する制御装置を備え、前記制御装置は、前記バッテリへの充電が継続される際に、前記充電回路の負荷抵抗値が一定となるように前記充電電流値を設定する。

この発明によれば、充電電流値設定部により、バッテリの電圧に応じて充電電流値を設定することができるように構成したため、前記バッテリの電圧に応じて、充電回路の負荷抵抗値が充電効率を高く保持する一定の値となるように充電電流値を設定することができる。

したがって、前記バッテリへの充電が継続される際に、充電効率の低い負荷抵抗値で充電されてしまうことを抑制でき、充電開始から充電完了までの間全体での充電効率の低下を抑制することができる。

また、制御装置において、前記バッテリの電圧に基づき、充電回路の負荷抵抗値が一定となるように充電電流値を設定するため、ハードウエアの追加が不要であり、システム構成及び回路構成の複雑化を抑制することができる。

前記制御装置は、前記充電回路の前記負荷抵抗値が、前記充電回路への充電効率の最も高くなる値となるように前記充電電流値を設定することが好ましい。これに代替して、前記充電電流値を、前記充電回路への充電効率が閾値（充電効率設定下限値）以上の値となるように設定することもこの発明に含まれる。

なお、前記制御装置は、前記充電電流値が前記バッテリを充電する際に許容される充電可能電流上限値よりも大きいか否かを判断し、前記充電電流値が前記充電可能電流上限値よりも大きい場合には、前記充電可能電流上限値で充電を行い、前記充電電流値が前記充電可能電流上限値以下である場合には、前記充電電流値で充電を行うようにするとよい。すなわち、充電電流値が充電可能電流上限値を上回ってしまう場合には、充電可能電流上限値で充電を行うことによって充電回路を保護しつつ、比較的充電効率の高い状態で充電を行い、充電電流値が充電可能電流上限値以下である場合には、最も効率の高い状態で充電を行うことができる。

また、前記制御装置は、前記送電回路側から送電電力の情報を得、送電電力に対する充電電力が充電効率設定下限値以下である場合には、充電を停止することで、効率の低い状態での充電を回避することができる。

充電を停止する際に、前記送電回路中の送電コイルと前記受電コイルとの位置がずれている可能性を報知することで、ユーザに電動車両の位置の修正を促すことができ、位置が修正されれば、効率の高い状態での充電を継続することができる。

さらに、前記制御装置は、前記バッテリへの充電は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ：充電容量（定格容量）に対する現在の充電残量（残容量）であり、％（百分率）単位等で管理されている。）又は前記バッテリの電圧が閾値以上である場合には、前記充電回路の負荷抵抗値が一定となる充電電流値を設定し、前記ＳＯＣ又は前記バッテリの電圧が前記閾値未満である場合には、前記充電回路の前記充電電力が一定（定電力充電）となるように設定するようにする。

これにより、ＳＯＣ又はバッテリ電圧が閾値より大きい場合には、充電電力が比較的高い状態から充電が開始されるため、充電効率の低下を抑制しつつ、充電時間が長くなってしまうことを抑制できる。

また、ＳＯＣ又はバッテリ電圧が閾値より小さい場合には、充電電力が比較的低い状態から充電が開始されるため、定電力充電を行うことによって充電時間が長くなってしまうことを抑制できる。

この場合において、ＳＯＣ又はバッテリ電圧が低い場合の定電力充電は効率が低くなるので、ＳＯＣ又はバッテリ電圧が前記閾値未満である場合には、充電時間が長くなっても前記充電回路の負荷抵抗値が一定となる充電電流値に設定するか、又は充電時間を短くするために前記充電回路の前記充電電力が一定となるように設定するかの選択をユーザに委ねる報知を行うことが好ましい。

この発明によれば、充電電流値設定部により、バッテリの電圧に応じて充電電流値を設定することができるようにしたため、前記バッテリの電圧に応じて、充電回路の負荷抵抗値が充電効率を高く保持する一定の値となるように充電電流値を設定することができるという効果が達成される。

したがって、前記バッテリへの充電が継続される際に、充電効率の低い負荷抵抗値で充電されてしまうことを抑制でき、充電開始から充電完了までの間全体の充電効率の低下を抑制することができる。

また、制御装置において、前記バッテリの電圧に基づき、充電回路の負荷抵抗値が一定となるように充電電流値を設定するため、ハードウエアの追加が不要であり、システム構成及び回路構成の複雑化を抑制することができるという効果が達成される。

この実施形態に係る電動車両に搭載されたバッテリを充電する非接触充電システムの概略構成図である。 非接触充電システムの簡易等価回路図である。 負荷電圧（バッテリ電圧）に対する負荷抵抗値の変化を示す特性図である。 負荷電圧をパラメータとした負荷電力に対する充電効率の変化を示す特性図である。 負荷抵抗値に対する負荷電圧別の充電効率を示す特性図である。 定抵抗充電を担保するための充電電流指令値の決定処理に供されるフローチャート（第１実施例）である。 高効率化充電を継続するために、位置ずれ可能性を予め報知する処理に供されるフローチャート（第２実施例）である。 定抵抗充電と定電力充電の切替のユーザによる選択処理に供されるフローチャート（第３実施例）である。 定抵抗充電と定電力充電の切替の自動選択処理に供されるフローチャート（第４実施例）である。 従来技術とこの実施形態に係る充電制御との対比説明に供されるタイムチャートである。 充電電力をパラメータとしたバッテリ電圧と負荷抵抗値との関係を示す特性図である。

以下、この発明に係る電動車両について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、この実施形態に係る電動車両１０と、この電動車両１０に搭載されたリチウムイオン電池等のバッテリ１２に充電する外部充電装置１４と、からなる非接触充電システム２０の概略構成図を示している。図１中、２点鎖線の上側の構成要素が２次側（車両側）である電動車両１０を示し、下側の構成要素が１次側（給電側）である外部充電装置１４を示している。

図２は、図１に示した非接触充電システム２０の簡易等価回路図である。なお、この実施形態では、非接触電力伝送方式として、磁気共鳴方式を例として説明するが、この発明は、磁気共鳴方式の他、電磁誘導を用いた非接触充電にも適用することができる。

図１及び図２において、１次側（給電側）である外部充電装置１４は、基本的に、送電回路１６と、外部制御装置２６とから構成される。

送電回路１６は、ＡＣ２００［Ｖ］（１次電圧Ｖ１＝２００［Ｖ］）の交流電源装置２２と、コンバータ・インバータブロック２８と、共振用の１次コンデンサＣ１及び給電コイル（１次コイル）Ｌ１からなる１次側（給電側）の送電アンテナ（送信アンテナ、給電アンテナ、給電側アンテナ）３０と、から構成される。送電アンテナ３０は、例えば、地面と面一近傍となるように埋設され、埋設位置には、非接触充電位置標識が配置されている。

外部制御装置２６は、交流電源装置２２の交流電力を送電電力Ｐ１（Ｐ１＝Ｖ１×Ｉ１、Ｖ１：交流電圧である１次電圧、Ｉ１：交流電流である１次電流）として検出すると共に、コンバータ・インバータブロック２８を駆動制御（オン、オフ、及びデューティ可変制御）する。外部制御装置２６には、通信装置３２が接続されている。

一方、電動車両１０は、基本的には、バッテリ１２の他、２次側（受電側、負荷側）である受電回路４０、バッテリ１２への送電回路１６からの充電を制御する制御装置４２、及び車両推進部５４から構成される。なお、制御装置４２は、バッテリ制御装置、いわゆるバッテリＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、非接触充電システム２０の全体を制御する充電制御装置ＥＣＵとに分けて構成してもよい。

受電回路４０は、共振用の２次コンデンサＣ２及び受電コイル（２次コイル）Ｌ２からなる受電アンテナ（受電側アンテナ、受信アンテナ）５０と、受電コイルＬ２で受電した交流電力である負荷電力Ｐ２を整流する整流器５２とから構成される。負荷電力Ｐ２は、受電回路４０の出力電圧である負荷電圧（２次電圧）Ｖ２と受電回路４０の出力電流であり２次電流である充電電流Ｉ２との積で表され（Ｐ２＝Ｖ２×Ｉ２）、制御装置４２により検出される。受電アンテナ５０は、例えば、電動車両１０のトランク下（底部）に配置されている。

受電アンテナ５０と送電アンテナ３０は、それぞれ、車幅サイズ以内に収まる程度の大きさに形成され、電動車両１０を移動させ、受電アンテナ５０と送電アンテナ３０とを正対（対面）させた後、停車中又は駐車中に、非接触電力伝送によるバッテリ１２への充電が実施される。

バッテリ１２には、図示しない車両推進制御装置によって制御される車両推進部５４が接続される。車両推進部５４は、バッテリ１２の電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを交流に変換するインバータ５６と、インバータ５６によって駆動される車両推進用のモータ・ジェネレータ５８と、モータ・ジェネレータ５８の回転力を駆動輪６０に伝達するトランスミッション６２とから構成される。なお、この発明は、電動車両１０の停車時・駐車時における外部の送電回路１６からの非接触電力伝送を対象としているので、車両推進部５４の詳細な構成・作用の説明については省略する。

この発明に係る電動車両１０は、電気自動車、いわゆるＥＶの他、エンジンを備えるハイブリッド自動車、レンジエクステンダ自動車、燃料電池を備える燃料電池自動車として利用に供される。

電動車両１０は、また、制御装置４２を備える。制御装置４２には、バッテリ１２及び受電アンテナ５０の他、燃費（電費）等を表示するマルチインフォメーションディスプレイを兼用する表示装置６４、スピーカ等の音出力装置６５、充電要求スイッチ６６及び外部制御装置２６と無線通信を行う通信装置６８が接続される。

制御装置４２及び外部制御装置２６は、それぞれＥＣＵにより構成される。ＥＣＵは、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。

この実施形態において、外部充電装置１４を構成する外部制御装置２６は、コンバータ・インバータブロック２８をデューティ制御であるＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）駆動制御するインバータ駆動部７２、１次電流Ｉ１を検出する送電電流検出部７３、１次電圧Ｖ１を検出する送電電圧検出部７４、及び検出した１次電流Ｉ１と１次電圧Ｖ１とから送電電力Ｐ１（Ｐ１＝Ｉ１×Ｖ１）を算出する送電電力算出部７５等として機能する。送電電力算出部７５は、車両側の制御装置４２にも送電電力算出部８６として持たせている。いずれか一方に持たせれば足りる。

一方、電動車両１０を構成する制御装置４２は、バッテリ１２の電圧（バッテリ電圧）Ｖｂを検出するバッテリ電圧検出部８１、検出したバッテリ電圧Ｖｂに応じて充電電流値Ｉ２を設定する充電電流値設定部８２、整流器５２に流れ込む充電電流Ｉ２を検出する充電電流検出部８３、受電回路４０の電圧である２次電圧を負荷電圧Ｖ２として検出する負荷電圧検出部８４、検出した充電電流Ｉ２と負荷電圧Ｖ２から負荷電力Ｐ２（Ｐ２＝Ｉ２×Ｖ２）を算出する負荷電力算出部８５、送電電力算出部８６及び充電効率算出部８７等として機能する。なお、制御装置４２は、バッテリ１２の温度を検出する温度検出部としても機能する。

全波整流器である整流器５２による電圧降下は、バッテリ電圧Ｖｂに比較して無視できるほど小さいので、充電中には、負荷電圧Ｖ２は、バッテリ電圧Ｖｂの値と等しい（Ｖ２＝Ｖｂ）とみなせるので、以下充電時においては、理解の便宜に応じて、負荷電圧Ｖ２を負荷電圧Ｖｂ、バッテリ電圧Ｖｂをバッテリ電圧Ｖ２ともいう。

基本的には以上のように構成される、電動車両１０と外部充電装置１４とを含む非接触充電システム２０の作用効果を説明する前に、この発明の理解の便宜のために、予備的実験の結果乃至考察について説明する。

[予備的実験の結果乃至考察]
図２に示す磁気共鳴方式の非接触充電システム２０において、１次電力Ｐ１に対する２次電力Ｐ２の比により算出される効率ηは、次の（１）式に示すように負荷抵抗値Ｒに依存することが知られている。
ここで、負荷抵抗値Ｒは、バッテリ１２の内部抵抗のみではなく、整流器５２の入力側からバッテリ１２側を見た抵抗であることに留意する。
η＝１００×Ｒ／［Ｒ＋ｒ２＋ｒ１（Ｒ／ｘ０）²］ …（１）
η：効率［％］
Ｒ：負荷抵抗値［Ω］
ｒ２：２次コイルＬ２のコイル抵抗（巻線抵抗）
ｒ１：１次コイルＬ１のコイル抵抗（巻線抵抗）
ｘ０：励磁リアクタンス

図３は、負荷電力Ｐ２を最大負荷電力Ｐ２ｍａｘ［Ｗ］（例えば、数ｋＷ程度の電力）とした場合の、負荷電圧Ｖｂ（バッテリ電圧）と負荷抵抗値Ｒとの計測値の特性９０を示している。

数百ボルト程度の負荷電圧Ｖｂを、負荷電圧Ｖ２ｅから段階的に負荷電圧Ｖ２ｄ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ａと低下させたときの、負荷抵抗値Ｒ［Ω］は、略負荷抵抗値Ｒ１から、略負荷抵抗値Ｒ１×４／５、略負荷抵抗値Ｒ１×３／５、略負荷抵抗値Ｒ１×２／５、及び略負荷抵抗値Ｒ１×１／５と低下することが分かる。なお、実際には、負荷電圧Ｖｂを負荷電圧Ｖ２ａから段階的に上昇させて（充電させながら）特性９０を得ている。すなわち、負荷電圧Ｖ２ａから段階的に電圧を上昇させ、Ｖ２ｅ＝数百ボルト程度の満充電の電圧まで増加させている。

図４は、負荷電圧Ｖｂ（Ｖｂ＝Ｖ２ａ＜Ｖ２ｂ＜Ｖ２ｃ＜Ｖ２ｄ＜Ｖ２ｅ）をパラメータとし、負荷電力Ｐ２を０［Ｗ］から最大電力Ｐ２ｍａｘ近傍まで変化させたときの効率η（η＝１００×Ｐ２／Ｐ１）の計測値の特性η（Ｖ２ａ）、η（Ｖ２ｂ）、η（Ｖ２ｃ）、η（Ｖ２ｄ）、η（Ｖ２ｅ）を示している。負荷電圧Ｖｂ、すなわちバッテリ電圧Ｖｂが低い、Ｖｂ＝Ｖ２ａ、Ｖｂ＝Ｖ２ｂ等の条件では、負荷電力Ｐ２が大きいときの充電時、換言すれば高負荷電力充電時の伝送効率（充電効率）ηが低いことが理解される。

図５は、このプロット結果の負荷抵抗値Ｒに対する負荷電圧Ｖ２（Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｄ、Ｖ２ｅ）別の各充電効率η［％］の特性１００を示している。

この特性１００から、例えばη［％］を、η＝ηｔｈ（充電効率設定下限値という。）での高効率（例えば、９０［％］以上）の伝送を行うためには、負荷抵抗値ＲがＲｐ〜Ｒｑの範囲（代表値Ｒ１の値は、例えば数十Ωであった。）内にあれば負荷電圧Ｖ２（Ｖ２ａ、Ｖ２ｂ、Ｖ２ｃ、Ｖ２ｄ、Ｖ２ｅ）によらず高効率伝送が可能であることが分かる。

なお、図５の特性１００の曲線形状は、上記（１）式で表現される形状に概ね対応していることが分かる。

以上説明した予備的実験の結果から、磁気共鳴方式の非接触充電システム２０では、バッテリ１２に対する充電の継続時に、負荷抵抗値（負荷抵抗）Ｒが一定（の範囲Ｒｐ〜Ｒｑ内の値）となるように制御すれば、この実施形態では、Ｒ＝Ｒ１となるように制御することにより、バッテリ１２への充電が継続される際に、充電効率ηが最も高くなる値で充電され、充電効率ηの低い負荷抵抗値Ｒで充電されてしまうことを抑制でき、充電開始から充電完了までの間全体の充電効率ηの低下を抑制することができることが分かった。

以上の予備的実験結果乃至考察に基づく、具体的な第１実施例〜第４実施例について、制御装置４２が実行する図６〜図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。

なお、以下の第１実施例〜第４実施例において、電動車両１０の受電アンテナ５０と送電アンテナ３０とが対面状態（正対状態）にあり、停車中又は駐車中であって、エンジン及び（又は）モータ・ジェネレータ５８等の駆動源は、非作動中であるものとする。表示装置６４、音出力装置６５、及び充電要求スイッチ６６等の補機はスタンバイ中（待機状態）であるものとする。

［第１実施例］（定抵抗充電の担保）
この第１実施例では、図６のフローチャートを参照して、定抵抗（ＣＲ：Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）充電制御、高効率制御、及び充電可能電流上限値制御について説明する。

図６のステップＳ１にて、制御装置４２は、外部制御装置２６からの指令又は充電要求スイッチ６６の押下による充電要求指令の有無を判定し、充電要求指令があった（ステップＳ１：ＹＥＳ）場合、ステップＳ２にて、バッテリ電圧検出部８１は、電動車両１０のバッテリ１２のバッテリ電圧Ｖｂを検出する。なお、バッテリ１２のバッテリ電圧Ｖｂは、実際に充電が開始された後は、整流器５２の入力側の２次電圧Ｖ２をバッテリ電圧Ｖｂとして検出する。また、ステップＳ２では、交流電源装置２２の定格容量Ｐ１ｒ（Ｐ１ｒ＝Ｉ１ｒ×Ｖ１、Ｉ１ｒ：１次側電流上限値）を外部制御装置２６から通信装置３２及び通信装置６８を介して受信し記憶しておく。

次いで、ステップＳ３にて、充電電流指令値（充電電流値）としての２次電流である充電電流Ｉ２の値（充電電流値Ｉ２ともいう。）を、定抵抗充電とするため、次の（２）式により決定する。
Ｉ２＝Ｖ２／Ｒ＝Ｖ２／Ｒ１ …（２）
Ｉ２：充電電流
Ｖ２：負荷電圧（Ｖ２＝Ｖｂ）
Ｒ１：伝送効率ηがη＝ηｔｈ以上となる負荷抵抗値の代表値（図５参照）

次に、ステップＳ４において、充電電流Ｉ２が受電回路４０側で制限される充電可能電流上限値Ｉｍａｘを上回っているか否かを判定する。

この判定は、伝送効率ηがη＝ηｔｈであることを考慮すれば、２次電力Ｐ２がＰ２＝Ｉ２×Ｖ２であるので、１次電力Ｐ１に換算し、交流電源装置２２の定格容量Ｐ１ｒ（Ｐ１ｒ＝Ｉ１ｒ×Ｖ１、Ｉ１ｒ：１次側電流上限値）と比較すればよい。

この場合、次の（３）式が成立する。
Ｐ１ｒ＝Ｉ１ｒ×Ｖ１＝Ｐ２／（ηｔｈ／１００）
＝Ｉｍａｘ×Ｖ２／（ηｔｈ／１００） …（３）

（３）式を充電可能電流上限値Ｉｍａｘで解けば、（４）式が得られる。
Ｉｍａｘ＝Ｉ１ｒ×Ｖ１×ηｔｈ／（１００×Ｖ２） …（４）

ステップＳ４の判定が肯定的である（ステップＳ４：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ５にて、充電電流指令値Ｉ２ｃｏｍを、Ｉ２ｃｏｍ＝Ｉｍａｘに決定する。

ステップＳ４の判定が否定的である（ステップＳ４：ＮＯ）場合には、ステップＳ６にて、充電電流指令値Ｉ２ｃｏｍを、ステップＳ３で算出した充電電流値Ｉ２に決定する（Ｉ２ｃｏｍ＝Ｉ２）。

ステップＳ７にて、このようにして決定した充電電流指令値Ｉ２ｃｏｍを通信装置６８及び通信装置３２を介して外部制御装置２６に送る。

次いで、ステップＳ８にて、バッテリ１２に対する充電を開始し、以降、所定時間毎に、ステップＳ１に戻りながら、ステップＳ８にて、後述する第２実施例〜第４実施例に示すように、充電を継続する。

充電中に、外部制御装置２６は、決定された充電電流指令値Ｉ２ｃｏｍに応じて、充電電流検出部８３で検出される充電電流Ｉ２が充電電流指令値Ｉ２ｃｏｍとなるようにコンバータ・インバータブロック２８を構成するインバータのＰＷＭ制御のデューティを変更する。

そして、図示はしないが、満充電もしくはステップＳ１での充電要求指令が解除されたときに充電は完了乃至中断される。

［第２実施例］（高効率下充電、位置ずれ対応）
この第２実施例では、高効率下充電を停止する場合の処理、及び送電アンテナ３０と受電アンテナ５０との位置ずれ対応処理について図７のフローチャートを参照して説明する。

図６のステップＳ８の処理に対応する図７のステップＳ１１にて、充電を開始したとき、ステップＳ１２にて、充電電流検出部８３により充電電流Ｉ２を検出すると共に、負荷電圧検出部８４により負荷電圧Ｖｂ（Ｖ２）を検出する。

次いで、ステップＳ１３にて、負荷電力算出部８５により受電電力である負荷電力Ｐ２を算出する（Ｐ２＝Ｉ２×Ｖ２）。

次に、ステップＳ１４にて、外部制御装置２６の送電電流検出部７３により検出された１次電流Ｉ１と、送電電圧検出部７４により検出された１次電圧Ｖ１を通信装置３２、及び通信装置６８を介して検出する。

ステップＳ１５にて、送電電力算出部８６は、送電電力Ｐ１を算出する（Ｐ１＝Ｉ１×Ｖ１）。

ステップＳ１６にて、充電効率算出部８７は、現在充電中の充電効率ηを算出する（η＝１００×Ｐ２／Ｐ１）。

次いで、ステップＳ１７にて、算出した充電効率ηが充電効率設定閾値（充電効率設定下限値）ηｔｈを下回っているか否かを判定し、下回っていない（ステップＳ１７：ＮＯ、η≧ηｔｈ）場合には、充電を継続する。

一方、ステップＳ１７にて、算出した充電効率ηが充電効率設定閾値ηｔｈを下回っている（ステップＳ１７：ＹＥＳ、η＜ηｔｈ）場合には、受電アンテナ５０と送電アンテナ３０の位置がずれている、又は近傍の異物（磁性体等）等により効率ηが低下しているものと判定し、ステップＳ１８にて、充電停止指令を発行し、通信装置６８及び通信装置３２を介して外部制御装置２６に送信する。このとき外部制御装置２６は、コンバータ・インバータブロック２８を構成するインバータを駆動するＰＷＭ信号のデューティを０［％］として、送電アンテナ３０に対する電力の供給を停止させる。

次いで、ステップＳ１９にて、制御装置４２は、音出力装置６５から「受電アンテナの位置がずれている可能性があります。受電アンテナ５０と送電アンテナ３０とが対面するように車両を移動させて下さい。」とアナウンス（音声案内）して報知した後、ステップＳ２０にて、充電を終了させる。なお、前記アナウンスは、制御装置４２に電話機能を設け、ユーザの携帯端末（携帯電話やスマートフォン等）を通じて、ユーザに前記アナウンス（音声案内）により報知するようにしてもよい。

［第３実施例］（定抵抗充電と定電力充電の切替のユーザによる選択処理）
この第３実施例では、この実施形態に係る定抵抗充電処理と、従来から行われている定電力充電処理の切替のユーザによる選択処理について図８のフローチャートを参照して説明する。

図８のステップＳ２１にて、制御装置４２は、外部制御装置２６からの指令又は充電要求スイッチ６６の押下による充電要求指令の有無を判定し、充電要求指令が有った（ステップＳ２１：ＹＥＳ）場合、ステップＳ２２にて、バッテリ電圧検出部８１は、電動車両１０のバッテリ１２のバッテリ電圧Ｖｂを検出する。なお、バッテリ電圧Ｖｂに代えて充電残量であるＳＯＣを検出してもよい。ＳＯＣは、満充電のときの満充電容量（定格容量）を、ＳＯＣで１００［％］とし、この満充電容量からのバッテリ１２の使用電力量を引き算して算出しておけばよい。

次いで、ステップＳ２３にて、ＳＯＣが充電残量閾値ＳＯＣｔｈを下回っているか否かを判定する。

ＳＯＣが充電残量閾値ＳＯＣｔｈ以上の値である（ＳＯＣ≧ＳＯＣｔｈ）場合には、換言すればバッテリ電圧Ｖｂが高い場合には、図４の破線で囲んだ領域Ｈに示すように、負荷電力Ｐ２を大きくでき、高効率に充電できるので、第１実施例のステップＳ３で説明した定抵抗充電制御、いわゆるＣＲ制御による充電モードでの充電を行うこととし、ステップＳ２８にて定抵抗充電処理を行う。

その一方、ステップＳ２３の判定にて、ＳＯＣが充電残量閾値ＳＯＣｔｈ未満（ＳＯＣ＜ＳＯＣｔｈ）の場合には、ステップＳ２５にて、ユーザによる充電パターンの選択処理を行う。

この場合、表示装置６４の画面上に、電力（電気代）を節約する節約充電モードを希望するか否かの是非（ＹＥＳ、ＮＯ）表示を行う。同時に音声（アナウンス）出力で案内することが好ましい。

ユーザが表示装置６４上でユーザが「ＹＥＳ」を選択した（ステップＳ２６：ＹＥＳ）ときには効率よく電力伝送して節約したい場合であると判定する。又は所定時間経過したときには、ステップＳ２４のＣＲ制御による充電モードを選択し、ステップＳ２８にて充電処理を開始する。

その一方、ステップＳ２６において、表示装置６４上で前記所定時間以内にユーザが「ＮＯ」を選択した（ステップＳ２６：ＮＯ）ときには、なるべく早く満充電にしたい意思がある場合であると判定し、定電力、いわゆるＣＰ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｐｏｗｅｒ）制御による充電モードでの充電を行うこととし、ステップＳ２８にて定電力充電処理を実行する。

なお、ステップＳ２６の判定において、ユーザが「ＹＥＳ」、「ＮＯ」のいずれの選択処理も行わなかった場合には、充電処理の中断乃至中止が発生しないように、「ＹＥＳ」、「ＮＯ」の表示装置６４への表示後、所定時間を経過したときに、ステップＳ２４のＣＲ制御による充電モードに自動的に移行するようにしている。

［第４実施例］（定抵抗充電と定電力充電の切替の自動選択処理）
この第４実施例では、図９のフローチャートを参照して、この実施形態に係る定抵抗充電処理と、従来から行われている定電力充電処理の切替の自動選択処理について説明する。

図９のフローチャート（第４実施例）では、図８に示したフローチャート（第３実施例）中、破線で囲んだステップＳ２５〜Ｓ２６の処理が省略されている。

図９のフローチャートにおいて、ステップＳ２３の判定処理が肯定的であった（ステップＳ２３：ＹＥＳ、ＳＯＣ＜ＳＯＣｔｈ）場合、すなわち、ＳＯＣが充電残量閾値ＳＯＣｔｈよりも小さい場合には、満充電までの充電時間を短くすることを考慮して自動的にステップＳ２７のＣＰ制御による充電モードを選択し、ステップＳ２３の判定処理が否定的であった（ステップＳ２３：ＮＯ、ＳＯＣ≧ＳＯＣｔｈ）場合、すなわち、ＳＯＣが充電残量閾値ＳＯＣｔｈよりも多い場合には、効率のよいＣＲ制御による充電モードを選択して、充電を実行する。

［実施形態のまとめ］
ここで、従来技術とこの実施形態に係る技術について図１０のタイムチャートを参照して対比説明する。

図１０において、従来技術では、ＳＯＣ（バッテリ電圧Ｖ２）が低い場合には、時点ｔ０〜ｔ１の間、主系（メイン）の充電モードとしてＣＰ制御（Ｐ２＝一定）による充電モード（定電力充電処理）を選択し、時点ｔ１においてバッテリ電圧Ｖｂが満充電に対応する電圧に近づくと、定電圧、いわゆるＣＶ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｖｏｌｔａｇｅ）制御による充電モード（定電圧充電処理）を選択し、時点ｔ２まで充電電力Ｐ２を徐々に低減する調整充電を行う。

この従来技術では、負荷抵抗値Ｒは、時点ｔ０〜ｔ１の間では徐々に増加し、時点ｔ１〜ｔ２の間では、急激に増加する。

一方、この実施形態では、負荷抵抗値Ｒを一定に保つＣＲ充電制御を行っている。このＣＲ充電制御では、負荷抵抗値Ｒが一定（Ｒ＝Ｒ１）に保持されるように充電制御されるので、充電電力（負荷電力、受電電力）Ｐ２を増加させる必要があるが、この充電電力Ｐ２の増加は、上述したように、送電電力Ｐ１の増加（ステップＳ１５参照）によって賄われる。

充電によりバッテリ電圧Ｖｂ（２次電圧Ｖ２）が上昇していくと、負荷抵抗値Ｒを一定値Ｒ１に保持するために、（２）式によるＲ１＝Ｖ２／Ｉ２の関係から２次電流Ｉ２を増加させる必要がある。すなわち、バッテリ電圧Ｖｂ（２次電圧Ｖ２）が上昇していくと、負荷抵抗値Ｒを一定値Ｒ１に保持するために、充電電力Ｐ２＝Ｖ２×Ｉ２を増加させる必要がある。

図１１は、充電電力Ｐ２をパラメータとしたバッテリ電圧Ｖｂ（Ｖ２）と負荷抵抗値Ｒとの関係を示しており、バッテリ電圧Ｖｂ（Ｖ２）の増加に応じて、２次電力Ｐ２の特性１０２、１０４、１０６、１０８に示すように、充電電力Ｐ２を充電電力Ｐ２ａ、Ｐ２ｂ、Ｐ２ｃ、Ｐ２ｍａｘと増加していく必要がある。

例えば、バッテリ電圧Ｖ２αでは、２次電力Ｐ２を特性１０４の２次電力Ｐ２ｂに設定すればよいことが分かる。制御装置４２の中に、図１１に示す特性１０２、１０４、１０６、１０８を含めた特性（マップ）を記憶しておき、充電電流値設定部８２が、この特性（マップ）を参照してステップＳ３に説明した充電電流値Ｉ２を決定するようにしてもよい。実際上、例えば、特性１０２の充電電力Ｐ２ａは、１ｋＷ程度、特性１０８の充電電力Ｐ２ｍａｘは、数ｋＷ程度の電力値である。

図１０に示すように、充電電流Ｉ２は、従来技術では、バッテリ電圧Ｖｂの増加により時点ｔ０〜ｔ１の間では徐々に低下し、時点ｔ１〜ｔ２の間ではバッテリ電圧Ｖｂの上昇が抑制されるので、急激に低下する。

一方、この実施形態に係るＣＲ充電制御では、Ｖ＝Ｒ×ＩによりＲが固定されることからバッテリ電圧Ｖｂの上昇に伴い、充電電流Ｉ２も徐々に増加する。充電電力Ｐ２は、Ｐ＝Ｖ×Ｉ＝Ｒ×Ｉ²から、２次関数的に増加する。

バッテリ電圧Ｖｂは、従来技術では、ＣＰ充電中に徐々に増加した後、ＣＶ充電による調整充電では、一定に保持されるが、この実施形態に係る技術では、概ね、２次関数的に増加する。

充電効率ηは、従来技術では、ＣＰ充電モード時に効率ηが低下しているが、この実施形態に係るＣＲ充電モードでは、負荷抵抗値Ｒを時点ｔ０〜ｔ２まで一定に保って充電するので、効率が常に高い領域（η＞ηｔｈ）で充電することができる。

以上説明したように、この実施形態に係る電動車両１０は、車両外部の送電回路１６から送電された交流電力を非接触電力伝送により受電する受電コイルＬ２と、受電コイルＬ２で受電した交流電力を整流した電力Ｐ２を充電するバッテリ１２と、を少なくとも有して構成される充電回路（受電回路４０＋バッテリ１２）を搭載している。

電動車両１０は、バッテリ電圧Ｖｂを検出するバッテリ電圧検出部８１と、バッテリ電圧検出部８１によって検出されたバッテリ電圧Ｖｂに応じて、バッテリ１２を充電する際の充電電流値Ｉ２を設定する充電電流値設定部８２と、を有する制御装置４２を備える。

制御装置４２は、バッテリ１２への充電が継続される際に、前記充電回路の負荷抵抗値Ｒが一定となるように充電電流値Ｉ２を設定する。

このように、充電電流値設定部８２により、バッテリ電圧Ｖｂに応じて充電電流値Ｉ２を設定することができるように構成したため、バッテリ電圧Ｖｂに応じて、充電回路の負荷抵抗値Ｒが充電効率ηを高く保持する一定の値となるように充電電流値Ｉ２を設定することができる。

したがって、バッテリ１２への充電が継続される際に、充電効率ηの低い負荷抵抗値Ｒで充電されてしまう不都合を抑制でき、充電開始から充電完了までの間全体の充電効率ηの低下を抑制することができる。

また、制御装置４２において、バッテリ電圧Ｖｂに基づき、充電回路の負荷抵抗値Ｒが一定となるように充電電流値Ｉ２を設定するため、ハードウエアの追加が不要であり、システム構成及び回路構成の複雑化を抑制することができる。

制御装置４２は、前記充電回路の負荷抵抗値Ｒが、前記充電回路への充電効率ηの最も高くなる値（この実施形態では、負荷抵抗値Ｒ１）となるように充電電流値Ｉ２を設定することが好ましい。これに代替して、充電電流値Ｉ２を、前記充電回路への充電効率ηが閾値（充電効率設定下限値ηｔｈ）以上の値となるように設定することもこの発明に含まれる。

なお、制御装置４２は、充電電流値Ｉ２がバッテリ１２を充電する際に許容される充電可能電流上限値Ｉｍａｘよりも大きいか否かを判断し（ステップＳ４）、充電電流値Ｉ２が充電可能電流上限値Ｉｍａｘよりも大きい場合には、充電可能電流上限値Ｉｍａｘで充電を行い、充電電流値Ｉ２が充電可能電流上限値Ｉｍａｘ以下である場合には、充電電流値Ｉ２で充電を行うようにするとよい。すなわち、充電電流値Ｉ２が充電可能電流上限値Ｉｍａｘを超えてしまう場合には、充電可能電流上限値Ｉｍａｘで充電を行うことによって充電回路を保護しつつ、比較的充電効率ηの高い状態で充電を行い、充電電流値Ｉ２が充電可能電流上限値Ｉｍａｘ以下である場合には、最も高い効率ηの状態で充電を行うことができる。

また、制御装置４２は、送電回路１６側から送電電力Ｐ１の情報（Ｖ１、Ｉ１）を得、送電電力Ｐ１に対する充電電力Ｐ２が充電効率設定下限値ηｔｈ未満である（ステップＳ１７：ＹＥＳ）場合には、充電を停止することで、効率ηの低い状態での充電を回避することができる。

充電を停止する際に、送電コイルＬ１と受電コイルＬ２との位置がずれている可能性を報知することで、ユーザに電動車両１０の位置の修正を促すことができ、位置が修正されれば、効率ηの高い状態での充電を継続することができる。

さらに、制御装置４２は、バッテリ１２への充電は、ＳＯＣ又は前記ＳＯＣに相関するバッテリ電圧Ｖｂが閾値以上である場合には、前記充電回路の負荷抵抗値Ｒが一定となる充電電流値Ｉ２を設定し（ステップＳ２４）、前記ＳＯＣ（又はバッテリ電圧Ｖｂ）が閾値ＳＯＣｔｈ未満である場合には、前記充電回路の充電電力Ｐ２が一定となるように設定する（ステップＳ２７）。

これにより、ＳＯＣ（又はバッテリ電圧Ｖｂ）が閾値ＳＯＣｔｈ以上の場合には、充電電力Ｐ２が比較的高い状態から充電が開始されるため、充電効率ηの低下を抑制しつつ、充電時間が長くなってしまうことを抑制できる。

また、ＳＯＣ（又はバッテリ電圧Ｖｂ）が閾値ＳＯＣｔｈより小さい場合には、充電電力Ｐ２が比較的低い状態から充電が開始されるため、定電力充電（ＣＰ制御による充電）を行うことによって充電時間が長くなってしまうことを抑制できる。

この場合において、ＳＯＣ（又はバッテリ電圧Ｖｂ）が低い場合の定電力充電は効率ηが低くなるので、ＳＯＣ（又はバッテリ電圧Ｖｂ）が閾値ＳＯＣｔｈ未満である場合には、前記充電回路の負荷抵抗値Ｒが一定となる充電電流値Ｉ２に設定するか、又は前記充電回路の充電電力Ｐ２が一定となるように設定するかの選択をユーザに委ねる報知（ステップＳ２５）を行うことが好ましい。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…電動車両 １２…バッテリ
１４…外部充電装置 １６…送電回路
２０…非接触充電システム ２２…交流電源装置
２６…外部制御装置 ３０…送電アンテナ
４０…受電回路 ４２…制御装置
５０…受電アンテナ ８２…充電電流値設定部
８７…充電効率算出部

Claims (7)

1. 車両外部の送電回路から送電された交流電力を非接触電力伝送により受電する受電コイルと、
   前記受電コイルで受電した交流電力を整流した電力を充電するバッテリと、
   を少なくとも有して構成される充電回路を搭載した電動車両において、
   前記電動車両は、
   前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出部と、
   前記バッテリ電圧検出部によって検出された前記バッテリの前記電圧に応じて、前記バッテリを充電する際の充電電流値を設定する充電電流値設定部と、
   を有する制御装置を備え、
   前記制御装置は、前記バッテリへの充電が継続される際に、前記充電回路の負荷抵抗値が一定となるように、充電による前記バッテリの電圧の上昇に応じて前記充電電流値が増加するように設定する
   ことを特徴とする電動車両。
2. 請求項１記載の電動車両において、
   前記制御装置は、
   前記充電回路の前記負荷抵抗値が、前記充電回路への充電効率の最も高くなる値となるように前記充電電流値を設定する
   ことを特徴とする電動車両。
3. 請求項１又は２に記載の電動車両において、
   前記制御装置は、
   前記充電電流値が前記バッテリを充電する際に許容される充電可能電流上限値よりも大きいか否かを判断し、
   前記充電電流値が前記充電可能電流上限値よりも大きい場合には、前記充電可能電流上限値で充電を行い、
   前記充電電流値が前記充電可能電流上限値以下である場合には、前記充電電流値で充電を行う
   ことを特徴とする電動車両。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動車両において、
   前記制御装置は、
   前記送電回路側から送電電力の情報を得、
   前記送電電力に対する充電電力が充電効率設定下限値以下である場合には、充電を停止する
   ことを特徴とする電動車両。
5. 請求項４に記載の電動車両において、
   前記制御装置は、
   前記充電を停止する際に、前記送電回路中の送電コイルと前記受電コイルとの位置がずれている可能性を報知する
   ことを特徴とする電動車両。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車両において、
   前記制御装置は、
   前記バッテリへの充電は、
   ＳＯＣ又は前記バッテリの電圧が閾値以上である場合には、前記充電回路の負荷抵抗値が一定となる充電電流値を設定し、
   前記ＳＯＣ又は前記バッテリの電圧が前記閾値未満である場合には、前記充電回路の充電電力が一定となるように設定する
   ことを特徴とする電動車両。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動車両において、
   前記制御装置は、
   前記バッテリへの充電は、
   ＳＯＣ又は前記バッテリの電圧が閾値以上である場合には、前記充電回路の負荷抵抗値が一定となる充電電流値を設定し、
   前記ＳＯＣ又は前記バッテリの電圧が前記閾値未満である場合には、前記充電回路の負荷抵抗値が一定となる充電電流値に設定するか、又は前記充電回路の充電電力が一定となるように設定するかの選択をユーザに委ねる報知を行う
   ことを特徴とする電動車両。

Images