JP6170615B2 - 外部給電装置及び車両給電方法 - Google Patents

Description

本発明は、走行中の車両に対して電力を供給する外部給電装置及び車両給電方法に関する。

特開２０１３−２３３０３７号公報（以下「ＪＰ ２０１３−２３３０３７ Ａ」という。）では、電動車両１０の走行中に、充電アーム１８を車幅方向に延出し、正極架線２４ｐ及び負極架線２４ｎからなる架線２４に接触させて給電装置２６から充電を行う（要約）。架線２４には、図示しない外部電源装置から直流又は交流の高電圧が印加される（［００２３］）。

上記のように、ＪＰ ２０１３−２３３０３７ Ａの架線２４には、図示しない外部電源装置から直流又は交流の高電圧が印加される（［００２３］）。当該高電圧に関し、ＪＰ ２０１３−２３３０３７ Ａでは詳細が検討されていない。

前記外部電源装置から架線２４に対する供給電圧は、最終的な目標充電電圧であると推察される。最終的な目標充電電圧が印加されている架線２４（電力線）に対して充電アーム１８（受電部）を接触させた場合、架線２４と充電アーム１８との間の電圧差が相対的に大きくなる。その場合、突入電流（パルス電流）が発生し易くなり、電動車両１０の受電回路が損傷するおそれがある。また、上記のような突入電流の発生を回避するための回路部品を受電回路に設けると、受電回路の構成が複雑化してしまう。

このような課題は、接触給電の場合のみならず、非接触給電（無線給電）の場合も生じ得る。

本発明は、上記のような課題を考慮してなされたものであり、電動車両の受電回路の保護又は構成の簡略化を図ることが可能な外部給電装置及び車両給電方法を提供することを目的とする。

本発明に係る外部給電装置は、走行路に沿って設けられ、走行中の電動車両の受電部に対して電力を供給する給電部と、前記給電部に電圧を印加する電圧印加部とを備えるものであって、前記給電部は、前記走行路に沿って分割された複数の分割給電部を含み、前記電圧印加部は、前記分割給電部に印加される前記電圧が、前記電動車両の進行方向に向かって高くなるように前記電圧を印加することを特徴とする。

最終的な目標充電電圧が印加されている給電部に対して電動車両の受電部を接触又は接近させた場合、外部電力線と受電部との間の電圧差が相対的に大きくなる。その場合、突入電流（パルス電流）が発生し易くなり、電動車両の受電回路が損傷するおそれがある。また、上記のような突入電流の発生を回避するための回路部品を受電回路に設けると、受電回路の構成が複雑化してしまう。

本発明によれば、走行路に沿って設けられた複数の分割給電部に印加される所定の電圧は、進行方向に向かって高くなるように設定される。このため、充電開始時又は充電中における給電部と受電部との電圧差を小さくすることが可能となる。従って、電動車両の受電回路の保護又は構成の簡略化を図ることができる。

前記給電部は、前記走行路に沿って設けられ、走行中の前記電動車両の前記受電部と接触する電力線を備え、前記電力線は、前記走行路に沿って分割された複数の分割電力線を含んでもよい。

前記給電部は、前記進行方向の手前側に配置され、前記進行方向に向かって出力電圧が高くなる複数の第１分割給電部と、前記進行方向の奥側に配置され、出力電圧が一定となる少なくとも１つの第２分割給電部とを含んでもよい。

上記によれば、第２分割給電部の出力電圧を最終的な目標充電電圧に合わせた場合、給電部からの出力電圧が最終的な目標充電電圧に到達するまでは、走行路に沿って出力電圧を増加させることが可能となる。加えて、給電部からの出力電圧が最終的な目標充電電圧に到達した後は、出力電圧を最終的な目標充電電圧と等しい値で一定に保つことが可能となる。従って、外部給電装置から電動車両への給電を効果的に行うことが可能となる。

前記電力線は、前記電動車両の側部に対向するように設置され、前記進行方向において前記電力線の手前側には、前記電圧印加部から電気的に分離され、前記電動車両の前記受電部を前記電力線に向かって案内するガイド部が設けられてもよい。

上記によれば、電動車両の受電部は、ガイド部により案内された後に電力線と接触することとなる。これにより、ガイド部なしに受電部と電力線とが接触する場合と比較して、電力線との接触開始時の受電部の挙動を安定化させ易くなる。このため、電力線との接触開始後に受電部が電力線から離間及び再接触することに伴う急峻な電圧変動を抑制することが可能となる。従って、外部給電装置から電動車両への給電を安定的に行うことが可能となる。

前記ガイド部は、車幅方向における前記電動車両の側部との対向距離が、前記進行方向に沿って狭まるように湾曲してもよい。これにより、電動車両が進むに連れて受電部からガイド部への押圧力を増加させ易くなる。このため、受電部が電力線に接触する際には、受電部から電力線への押圧力が比較的高くなるように調整することが可能となる。従って、電力線との接触開始時の受電部の挙動を安定させ易くなる。

前記電圧印加部は、直流電源と、前記直流電源と前記複数の分割給電部との間に配置された複数の変圧器と、前記複数の変圧器の出力電圧を検出する電圧センサと、前記電圧センサの検出値に基づいて前記複数の変圧器の変圧率を制御する変圧制御装置とを備え、前記変圧制御装置は、各変圧器の目標出力電圧を固定値として設定して前記変圧率を制御してもよい。

これにより、各分割給電部への印加電圧を一定に保持することが可能となる。このため、複数の電動車両に対して順番に給電する場合の制御を簡潔にすることが可能となると共に、安定的に電力供給することが容易となる。

本発明に係る車両給電方法は、走行路に沿って設けられた外部給電装置の給電部から走行中の電動車両に給電するものであって、前記走行路に沿って分割された複数の分割給電部によって前記給電部を構成し、前記分割給電部に印加される電圧を、前記電動車両の進行方向に向かって増加させることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る外部給電装置を含む充電システムの概略構成図である。 前記充電システムの一部を強調して示す平面図である。 前記充電システムの一部を強調して示す正面図である。 前記外部給電装置の一部を概略的に示す外観図である。 前記外部給電装置の接触給電部における給電電圧が、走行路に沿って（又は、電動車両の進行方向に向かって）増加する様子を示す図である。 前記実施形態における外部給電装置での給電制御のフローチャートである。 ガイド部の開始地点からの距離と、分割給電部の出力電圧の目標値（目標出力電圧）と、バッテリへの入力電流（バッテリ入力電流）との関係の一例を示す図である。 前記実施形態における前記電動車両での受電制御のフローチャートである。 変形例に係る充電システムの概略構成図である。

Ｉ．一実施形態
１Ａ．構成
［１Ａ−１．全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る外部給電装置１４を含む充電システム１０の概略構成図である。図２は、充電システム１０の一部を強調して示す平面図である。図３は、充電システム１０の一部を強調して示す正面図である。図１〜図３に示すように、充電システム１０は、外部給電装置１４（以下「給電装置１４」ともいう。）に加え、電動車両１２（以下「車両１２」ともいう。）を含む。図２及び図３における方向（「前」、「後」、「左」、「右」、「上」及び「下」）は、いずれも車両１２を基準とした方向である（図４及び図５も同様である。）。

本実施形態では、給電装置１４から車両１２に対して電力を供給し、車両１２の走行用バッテリ２４（図１）の充電等が行われる。反対に、車両１２から外部装置（給電装置１４等）に電力を供給してもよい。

［１Ａ−２．電動車両１２］
（１Ａ−２−１．車両１２の全体構成）
図１〜図３に示すように、車両１２は、走行モータ２０（以下「モータ２０」ともいう。）と、インバータ２２と、走行用バッテリ２４（以下「バッテリ２４」ともいう。）と、充電アーム２６と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と、コンデンサ３０と、電圧センサ３２と、電流センサ３４と、ＳＯＣセンサ３５と、アーム展開機構３６（以下「展開機構３６」ともいう。）と、アーム展開スイッチ３８と、電子制御装置４０（以下「ＥＣＵ４０」という。）とを有する。

（１Ａ−２−２．走行モータ２０）
モータ２０は、３相交流ブラシレス式であり、インバータ２２を介してバッテリ２４から供給される電力に基づいて車両１２の駆動力Ｆ［Ｎ］（又はトルク［Ｎ・ｍ］）を生成する。また、モータ２０は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２４に出力することでバッテリ２４の充電を行う。回生電力Ｐｒｅｇは、図示しない降圧型コンバータ、低電圧バッテリ及び補機に出力してもよい。

（１Ａ−２−３．インバータ２２）
インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされて、バッテリ２４からの直流を３相の交流に変換してモータ２０に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流をバッテリ２４等に供給する。

（１Ａ−２−４．バッテリ２４）
バッテリ２４は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素電池等を利用することができる。或いは、バッテリ２４の代わりに又はバッテリ２４に加えて、キャパシタ等の蓄電装置を用いることも可能である。なお、インバータ２２とバッテリ２４との間に図示しないＤＣ／ＤＣコンバータを設け、バッテリ２４の出力電圧又はモータ２０の出力電圧を昇圧又は降圧してもよい。

（１Ａ−２−５．充電アーム２６）
充電アーム２６（以下「アーム２６」ともいう。）は、給電装置１４からの電力によりバッテリ２４を充電する際に給電装置１４と接触する部位である。図２に示すように、充電アーム２６は、前輪Ｗｆ及び後輪Ｗｒの間において、その一端が回転軸４２を中心として回動可能に車両１２のフレーム（図示せず）に連結されている。このため、充電アーム２６は、給電装置１４との接触時に車両１２の側方（本実施形態では右側）に向かって展開可能（又は変位可能）である。

充電アーム２６の先端には、受電部５２を有する充電ヘッド５０が設けられる。受電部５２は、正極端子５４ｐ及び負極端子５４ｎを含む。受電部５２が給電装置１４の分割給電部１４０と接触することにより車両１２と給電装置１４が電気的に接続される。

充電アーム２６の主な構成については、例えば、ＪＰ ２０１３−２３３０３７ Ａに記載のものを用いることができる。

（１Ａ−２−６．ＤＣ／ＤＣコンバータ２８）
ＤＣ／ＤＣコンバータ２８（以下「コンバータ２８」又は「車両側コンバータ２８」ともいう。）は、給電装置１４の出力電圧（以下「出力電圧Ｖｓ」又は「給電電圧Ｖｓ」という。）を変圧してインバータ２２及びバッテリ２４に出力する。本実施形態では、コンバータ２８は、給電電圧Ｖｓを降圧して車両１２側に出力する。しかしながら、コンバータ２８は、給電電圧Ｖｓの昇圧のみを行うもの又は昇圧及び降圧を行うものであってもよい。アーム２６とコンバータ２８との間には、図示しないコンタクタを設けることが好ましい。

（１Ａ−２−７．コンデンサ３０）
コンデンサ３０は、アーム２６の受電部５２とコンバータ２８との間に配置される。コンデンサ３０は、例えば、給電装置１４からの電力を一時的に蓄えて電圧変動を抑制する。

（１Ａ−２−８．電圧センサ３２、電流センサ３４及びＳＯＣセンサ３５）
電圧センサ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と分岐点６０ｐ、６０ｎとの間に配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の２次側（出力側）の電圧（以下「コンバータ出力電圧Ｖｃ２」、「コンバータ２次電圧Ｖｃ２」又は「２次電圧Ｖｃ２」という。）を検出する。

電流センサ３４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と分岐点６０ｐとの間に配置され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の２次側の電流（以下「コンバータ出力電流Ｉｃ２」、「コンバータ２次電流Ｉｃ２」又は「２次電流Ｉｃ２」という。）を検出する。ＳＯＣセンサ３５は、バッテリ２４の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を検出してＥＣＵ４０に出力する。

（１Ａ−２−９．アーム展開機構３６及びアーム展開スイッチ３８）
アーム展開機構３６は、アーム２６を展開させるものであり、図２に示すように、スライダユニット７０と、ダンパユニット７２とを有する。スライダユニット７０は、スライダ８０及びスライダ支持部８２を含む。スライダ８０は、ＥＣＵ４０からの指令に基づき、スライダ支持部８２に対して摺動可能である。スライダ８０は、例えば、電磁式又は空気圧式のリニアアクチュエータである。

ダンパユニット７２は、その一端（第１端）がスライダ８０に回動自在に連結され、他端（第２端）がアーム２６に回動自在に連結されている。アーム２６を展開する際には、スライダ８０を車両１２の前側に変位させてダンパユニット７２の第１端を前方に変位させる。アーム２６を収納する際には、スライダ８０を車両１２の後ろ側に変位させてダンパユニット７２の第１端を後方に変位させる。

アーム展開スイッチ３８（以下「展開スイッチ３８」又は「スイッチ３８」ともいう。）は、ユーザの操作によりアーム２６の展開を指令するものである。スイッチ３８は、例えば、図示しないステアリングホイールの一部に形成される。スイッチ３８がオンのとき、展開機構３６を介してアーム２６を展開させ、スイッチ３８がオフのとき、展開機構３６を介してアーム２６を収納させる。

（１Ａ−２−１０．ＥＣＵ４０）
ＥＣＵ４０は、車両側通信線８４（図１）を介して車両１２の各部からの入力を受け付け又は各部を制御するものであり、入出力部９０、演算部９２及び記憶部９４を含む。本実施形態において、ＥＣＵ４０の演算部９２は、アーム展開機構３６を制御する展開制御部１００と、バッテリ２４への充電を制御する充電制御部１０２とを有する。

［１Ａ−３．外部給電装置１４］
図４は、外部給電装置１４の一部を概略的に示す外観図である。図１〜図４に示すように、給電装置１４は、直流電源１１０、接触給電部１１２、複数のＤＣ／ＤＣコンバータ１１４（以下「コンバータ１１４」又は「外部コンバータ１１４」ともいう。）、ダイオード１１６、電圧センサ１１８、入力装置１２０、制御装置１２２及びガイド部１２４を有する。以下では、直流電源１１０、コンバータ１１４、ダイオード１１６、電圧センサ１１８、入力装置１２０及び制御装置１２２を電圧印加部１２６ともいう。電圧印加部１２６は、接触給電部１１２に対して電圧を印加する部位である。

（１Ａ−３−１．直流電源１１０）
直流電源１１０（以下「電源１１０」ともいう。）は、車両１２に対して電力を供給する。本実施形態の電源１１０は、例えば、複数のバッテリが直列に接続されて構成される。或いは、電源１１０は、単一のバッテリとして構成されてもよい。或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４毎（又は後述する分割給電部１４０毎）に複数の電源１１０を設けてもよい。或いは、電源１１０は、交流の商用電源とＡＣ／ＤＣコンバータとの組合せ（図示せず）により構成することも可能である。

（１Ａ−３−２．接触給電部１１２）
（１Ａ−３−２−１．接触給電部１１２の全体）
接触給電部１１２（以下「給電部１１２」ともいう。）は、車両１２のアーム２６と接触して電源１１０からの電力を車両１２側に供給する部位（電力線又は給電線）である。本実施形態の接触給電部１１２では、給電電圧Ｖｓが、車両１２の走行路１３２に沿って（換言すると、車両１２の進行方向に向かって）増加する。これにより、車両１２において瞬間的に過大な電流（突入電流）が流れることを防止することが可能となる。

図５は、接触給電部１１２における給電電圧Ｖｓが、走行路１３２に沿って（又は、車両１２の進行方向に向かって）増加する様子を示す図である。図１〜図５に示すように、本実施形態の接触給電部１１２は、複数の分割給電部１４０と、複数の端子保持部１４２と、複数の支柱１４４とを含む。

（１Ａ−３−２−２．分割給電部１４０）
各分割給電部１４０は、正極端子１５０ｐ及び負極端子１５０ｎを備える。図３〜図５に示すように、一対の正極端子１５０ｐ及び負極端子１５０ｎは、端子保持部１４２に形成された溝部１５２内に形成される。このため、各分割給電部１４０は、走行路１３２の上方に配置された架線として構成される。

また、図２及び図５等に示すように、正極端子１５０ｐ及び負極端子１５０ｎは、車両１２の走行路１３２に沿って配置されている。特に本実施形態の正極端子１５０ｐ及び負極端子１５０ｎは、直線状に配置される。車両１２の進行方向における各正極端子１５０ｐ及び各負極端子１５０ｎの長さは、例えば、０．１〜２０ｍの範囲におけるいずれかの値とすることができる。また、本実施形態では、正極端子１５０ｐ及び負極端子１５０ｎの組合せ毎の長さがそれぞれ等しいが、互いに長さを異ならせてもよい。

図５に示すように、隣り合う正極端子１５０ｐは、互いに離間することで電気的に絶縁されている。同様に、隣り合う負極端子１５０ｎは、互いに離間することで電気的に絶縁されている。

但し、本実施形態では、充電ヘッド５０が隣り合う分割給電部１４０の間に来たとき、充電ヘッド５０は、隣り合う分割給電部１４０の両方に接触する。換言すると、充電ヘッド５０の接触時には、隣り合う分割給電部１４０間で短絡が生じるように、隣り合う分割給電部１４０の距離が設定される。隣り合う分割給電部１４０間で短絡した場合でも、ダイオード１１６が存在するため、給電電圧Ｖｓが高い分割給電部１４０側から給電電圧Ｖｓが低い分割給電部１４０側に電流が流れてしまうことが防止される。或いは、充電ヘッド５０が隣り合う分割給電部１４０の間に来たとき、充電ヘッド５０は、隣り合う分割給電部１４０の一方にのみ接触するように構成してもよい。

加えて、車幅方向に見たとき、正極端子１５０ｐの端部は、隣り合う正極端子１５０ｐの端部と上下方向において重なるように先細りの形状をしている。より具体的には、図５において各正極端子１５０ｐの右側の端部（進行方向において手前側の端部）は、先端に向かうに連れて上方の部位が少なくなる。図５において各正極端子１５０ｐの左側の端部（進行方向において奥側の端部）は、先端に向かうに連れて下方の部位が少なくなる。これにより、各正極端子１５０ｐの高さを維持しつつ、隣り合う正極端子１５０ｐの端部を上下方向で重ねることができる。反対の構成も可能である。

（１Ａ−３−２−３．端子保持部１４２）
上記のように、端子保持部１４２は、その溝部１５２において各分割給電部１４０を保持する。本実施形態では、各分割給電部１４０に応じて複数の端子保持部１４２を設けている。しかしながら、分割給電部１４０を保持する観点からすれば、複数の分割給電部１４０の組合せに応じて１つの端子保持部１４２を設けることも可能である。或いは、全ての分割給電部１４０を１つの端子保持部１４２に形成してもよい。

（１Ａ−３−２−４．支柱１４４）
支柱１４４は、走行路１３２の側方において垂直に設けられ、分割給電部１４０及び端子保持部１４２を支持する。

（１Ａ−３−３．外部コンバータ１１４）
各コンバータ１１４は、電源１１０からの入力電圧（電源電圧Ｖｃｃ）を変圧して分割給電部１４０に出力する。各コンバータ１１４は、例えば、昇降圧式コンバータである。或いは、電源電圧Ｖｃｃに依存して、各コンバータ１１４は、昇圧式又は降圧式のコンバータとすることも可能である。或いは、複数のコンバータ１１４の一部を昇圧式とし、残りを昇降圧式とする等、コンバータ１１４相互の仕様を相違させてもよい。後述するように、コンバータ１１４を設けない構成も可能である。

図５に示すように、本実施形態では、給電電圧Ｖｓが目標値に到達するまで、進行方向に向かって給電電圧Ｖｓを段階的に増加させる。コンバータ１１４の変圧率は、制御装置１２２が制御する。すなわち、各コンバータ１１４に対する駆動信号Ｓｄ２（図１）のデューティ比を調整することにより、電源電圧Ｖｃｃを変圧して給電電圧Ｖｓを制御する。本実施形態の電源電圧Ｖｃｃは、比較的高圧であり、コンバータ１１４は、電源電圧Ｖｃｃを降圧して給電電圧Ｖｓとする。或いは、コンバータ１１４は、電源電圧Ｖｃｃの昇圧のみを行うもの又は昇圧及び降圧を行うものであってもよい。給電電圧Ｖｓが目標値に到達した後、制御装置１２２は、給電電圧Ｖｓを一定に保つ。

（１Ａ−３−４．ダイオード１１６）
ダイオード１１６は、コンバータ１１４と正極端子１５０ｐの間に配置され、車両１２側から給電装置１４側に電流が流れることを防止する。

（１Ａ−３−５．電圧センサ１１８）
電圧センサ１１８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１４の２次側（出力側）に配置され、コンバータ１１４の出力電圧（給電電圧Ｖｓ）を検出して、制御装置１２２に出力する。

（１Ａ−３−６．入力装置１２０）
入力装置１２０は、給電装置１４の管理者の指令を制御装置１２２に入力するためのものである。入力装置１２０は、例えば、複数の操作ボタン、キーボード等の入力手段により構成することができる。

（１Ａ−３−７．制御装置１２２）
制御装置１２２は、給電装置１４全体を制御するものであり、本実施形態では、主として外部コンバータ１１４を制御する。

（１Ａ−３−８．ガイド部１２４）
図２及び図５に示すように、ガイド部１２４は、進行方向において接触給電部１１２の手前側に設けられる。ガイド部１２４は、電圧印加部１２６から電気的に分離され、車両１２の受電部５２を接触給電部１１２に向かって案内する。図５に示すように、ガイド部１２４は、端子保持部１４２の手前で端子保持部１４２に連結されている。ガイド部１２４には、端子保持部１４２の溝部１５２に連なる溝部１６０が形成されている。これにより、ガイド部１２４は、車両１２の受電部５２を接触給電部１１２に向かって案内する。

図１に示すように、ガイド部１２４は、電源１１０に接続されていない。このため、アーム２６の受電部５２がガイド部１２４と接触しても、給電装置１４から車両１２に対して電力は供給されない。

図２に示すように、ガイド部１２４は、車幅方向における車両１２の側部との対向距離Ｌｓ［ｍ］が、進行方向に沿って狭まるように湾曲する。

１Ｂ．各種制御
［１Ｂ−１．概要］
次に、給電装置１４から車両１２に対して電力を供給し、車両１２のバッテリ２４を充電する場合の制御（充電アーム制御及び充電制御）について説明する。

充電アーム制御は、バッテリ２４の充電前、充電中及び充電後における充電アーム２６の制御であり、ＥＣＵ４０の展開制御部１００により実行される。充電制御は、車両１２のバッテリ２４を充電するための制御である。充電制御には、給電装置１４の制御装置１２２が実行する給電制御と、車両１２のＥＣＵ４０の充電制御部１０２が実行する受電制御とが含まれる。

［１Ｂ−２．充電アーム制御］
ＥＣＵ４０は、以下のように充電アーム制御を実行する。すなわち、充電アーム２６が展開していない場合、ＥＣＵ４０は、アーム２６の展開開始条件が成立したか否かを判定する。当該展開開始条件としては、例えば、展開スイッチ３８がオンされたことを挙げることができる。

これに加えて又はこれの代わりに、車両１２の進行方向における車両１２と接触給電部１１２又はガイド部１２４との距離（走行方向距離）が所定の閾値（距離閾値）以下となったことを展開開始条件としてもよい。走行方向距離を判定するためには、例えば、図示しない現在位置検出装置（例えば、ナビゲーション装置）と、給電装置１４（接触給電部１１２）の位置情報を記憶した地図データベースとを車両１２に設けておく。そして、車両１２の現在位置と接触給電部１１２の位置との距離として走行方向距離を算出することができる。

或いは、車両１２及び給電装置１４それぞれに近距離通信用の通信装置を設けておき、両通信装置間に通信が確立されたときに展開開始条件が成立したと判定することも可能である。

展開開始条件が成立した場合、ＥＣＵ４０は、収納状態にあるアーム２６を展開するための展開処理を実行する。これにより、アーム２６の回転角度θ（図２）が変化し、アーム２６は、車両１２の車体から最も突出した状態で分割給電部１４０に接近する。

そのような状態で、ＥＣＵ４０は、アーム２６の展開終了条件が成立したか否かを判定する。当該展開終了条件としては、例えば、展開スイッチ３８がオフされたことを挙げることができる。

これに加えて又はこれの代わりに、バッテリ２４の充電が完了したことを展開終了条件としてもよい。充電の完了は、ＳＯＣが所定の閾値（ＳＯＣ閾値）に到達したこと又はバッテリ２４の電圧が所定の閾値（バッテリ電圧閾値）に到達したことで判定することができる。

或いは、車両１２及び給電装置１４それぞれに近距離通信用の通信装置を設けておき、両通信装置間に通信が確立された後、通信が途絶えたときに展開終了条件が成立したと判定することも可能である。

展開終了条件が成立した場合、ＥＣＵ４０は、アーム２６を収納するための収納処理を実行する。

［１Ｂ−３．外部給電装置１４での給電制御］
図６は、本実施形態における外部給電装置１４での給電制御のフローチャートである。ステップＳ１において、制御装置１２２は、給電を実行するか否かを判定する。当該判定は、例えば、入力装置１２０を介して管理者から所定の指令が入力されたか又は当該指令が有効であるか否かにより判定する。

給電を実行しない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。給電を実行する場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２において、制御装置１２２は、各分割給電部１４０を給電可能状態とする。具体的には、制御装置１２２は、外部コンバータ１１４の各スイッチング素子（図示せず）に駆動信号Ｓｄ２を断続的に又は連続的に出力して電源１１０と分割給電部１４０とを接続する。これにより、各分割給電部１４０は給電可能状態となる。そして、アーム２６の受電部５２が分割給電部１４０のいずれかに接触したとき、当該分割給電部１４０を介して給電装置１４から車両１２への給電が行われる。

この際、制御装置１２２は、分割給電部１４０の出力電圧（給電電圧Ｖｓ）が段階的に大きくなるようにコンバータ１１４の昇圧率を制御する。但し、各コンバータ１１４の給電電圧Ｖｓは固定値となることに留意されたい（図７参照）。

図７は、ガイド部１２４の開始地点Ｐｓｔからの距離Ｌと、分割給電部１４０の出力電圧Ｖｓの目標値（目標出力電圧Ｖｓｔａｒ）と、バッテリ２４への入力電流Ｉｂａｔｉｎ（以下「入力電流Ｉｂａｔｉｎ」ともいう。）との関係の一例を示す図である。ここにいう開始地点Ｐｓｔは、車両１２の進行方向においてガイド部１２４の最も手前側の地点を意味する。

換言すると、図７の例は、アーム２６の受電部５２がガイド部１２４の最も手前側の位置からガイド部１２４に接触した場合の例である。このため、受電部５２がガイド部１２４の途中又は分割給電部１４０の一部から接触した場合、図７の例の途中からの波形となることに留意されたい。

図５及び図７に示すように、ガイド部１２４から進行方向に進むに連れて分割給電部１４０の目標出力電圧Ｖｓｔａｒは高く設定される。換言すると、距離ＬがＬ１になるまでの範囲の分割給電部１４０では、出力電圧Ｖｓが段階的に増加するようにそれぞれの目標出力電圧Ｖｓｔａｒが固定値として設定される。例えば、手前側から見て１つ目の分割給電部１４０の目標出力電圧Ｖｓｔａｒは、Ｖｓｔａｒ１であり、２つ目の分割給電部１４０の目標出力電圧Ｖｓｔａｒは、Ｖｓｔａｒ２である。これにより、車両側コンバータ２８に突入電流が入り込むことを抑制し、コンバータ２８のスイッチング素子（図示せず）又はバッテリ２４の損傷を抑制することが可能となる。

距離ＬがＬ１になった後の範囲の分割給電部１４０では、出力電圧Ｖｓが一定となるように目標出力電圧Ｖｓｔａｒが固定値として設定される。

制御装置１２２は、図６の処理を所定周期毎（例えば、０．１〜３秒間の間隔で）行う。

また、図７において、距離ＬがＬ２になった後は、目標出力電圧Ｖｓｔａｒが保持されているにもかかわらず、入力電流Ｉｂａｔｉｎが低下する。これは、バッテリ２４の充電が進み、バッテリ２４の電圧と出力電圧Ｖｓとの差が小さくなったことに伴うものである。距離ＬがＬ３になると、アーム２６が接触給電部１１２から離間し、充電を終了する。図７の例では、Ｌ２のときから入力電流Ｉｂａｔｉｎが連続的に低下した結果、Ｌ３のとき、ゼロとなっている。すなわち、バッテリ２４が満充電状態になった場合を示している。

［１Ｂ−４．車両１２での受電制御］
図８は、本実施形態における車両１２での受電制御のフローチャートである。ステップＳ１１において、ＥＣＵ４０は、アーム２６が展開中であるか否かを判定する。当該判定は、例えば、充電アーム制御の展開開始条件が成立したか否かに基づいて行う。

アーム２６が展開中でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１１を繰り返す。アーム２６が展開中である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、ＥＣＵ４０は、コンバータ２８による変圧を停止し、給電装置１４からの電力をバッテリ２４等に直接供給させる直結処理を実行する。この場合、ＥＣＵ４０は、コンバータ２８に対する駆動信号Ｓｄ１（図１）を連続的に（すなわち、デューティ比１００％）で出力する。これにより、バッテリ２４及び受電部５２は、電気的に非接続の状態から接続状態へと移行する。

ステップＳ１３において、ＥＣＵ４０は、アーム２６の展開が終了したか否かを判定する。当該判定は、例えば、充電アーム制御における展開終了条件が成立したか否かに基づいて行う。

アーム２６の展開が終了していない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１２に戻り、直結処理を継続する。アーム２６の展開が終了した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において、ＥＣＵ４０は、直結処理を終了する。これにより、バッテリ２４と受電部５２とは電気的に非接続状態となる。ステップＳ１４の後は、所定時間経過後にステップＳ１１に戻る。

１Ｃ．本実施形態の効果
以上のように、本実施形態によれば、走行路１３２に沿って設けられた複数の分割給電部１４０（分割電力線）に印加される所定の電圧は、進行方向に向かって高くなるように設定される（図５及び図７）。このため、充電開始時又は充電中における給電部１１２（電力線）と受電部５２との電圧差を小さくすることが可能となる。従って、車両１２の受電回路（インバータ２２、バッテリ２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８、コンデンサ３０、電圧センサ３２、電流センサ３４等）の保護又は構成の簡略化を図ることができる。

本実施形態において、給電部１１２（電力線）は、進行方向の手前側に配置され、進行方向に向かって出力電圧Ｖｓが高くなる分割給電部１４０（第１分割電力線）と、進行方向の奥側に配置され、出力電圧Ｖｓが一定となる分割給電部１４０（第２分割電力線）とを含む（図７）。

上記によれば、第２分割電力線の出力電圧Ｖｓを最終的な目標出力電圧Ｖｓｔａｒに合わせた場合、給電部１１２（電力線）からの出力電圧Ｖｓが最終的な目標出力電圧Ｖｓｔａｒに到達するまでは、走行路１３２に沿って出力電圧Ｖｓを増加させることが可能となる。加えて、給電部１１２からの出力電圧Ｖｓが最終的な目標出力電圧Ｖｓｔａｒに到達した後は、出力電圧Ｖｓを最終的な目標出力電圧Ｖｓｔａｒと等しい値で一定に保つことが可能となる。従って、外部給電装置１４から車両１２への給電を効果的に行うことが可能となる。

本実施形態において、給電部１１２（電力線）は、車両１２の側部に対向するように設置される（図２、図３）。また、進行方向において給電部１１２の手前側には、電圧印加部１２６から電気的に分離され、車両１２の受電部５２を給電部１１２に向かって案内するガイド部１２４が設けられている（図２等）。

上記によれば、車両１２の受電部５２は、ガイド部１２４により案内された後に給電部１１２と接触することとなる。これにより、ガイド部１２４なしに受電部５２と給電部１１２とが接触する場合と比較して、給電部１１２との接触開始時の受電部５２の挙動を安定化させ易くなる。このため、給電部１１２との接触開始後に受電部５２が給電部１１２から離間及び再接触することに伴う急峻な電圧変動を抑制することが可能となる。従って、外部給電装置１４から車両１２への給電を安定的に行うことが可能となる。

本実施形態において、ガイド部１２４は、車幅方向における車両１２の側部との対向距離Ｌｓが、進行方向に沿って狭まるように湾曲する（図２）。これにより、車両１２が進むに連れて受電部５２からガイド部１２４への押圧力を増加させ易くなる。このため、受電部５２が給電部１１２に接触する際には、受電部５２から給電部１１２への押圧力が比較的高くなるように調整することが可能となる。従って、給電部１１２との接触開始時の受電部５２の挙動を安定させ易くなる。

本実施形態において、電圧印加部１２６は、直流電源１１０と、直流電源１１０と複数の分割給電部１４０（分割電力線）との間に配置された複数のコンバータ１１４と、複数のコンバータ１１４の出力電圧Ｖｓを検出する電圧センサ１１８と、電圧センサ１１８の検出値に基づいて複数のコンバータ１１４の変圧率を制御する制御装置１２２（変圧制御装置）とを備える。制御装置１２２は、各コンバータ１１４の目標出力電圧Ｖｓｔａｒを固定値として設定して変圧率を制御する（図６のＳ２）。

これにより、各分割給電部１４０への印加電圧を一定に保持することが可能となる。このため、複数の車両１２に対して順番に給電する場合の制御を簡潔にすることが可能となると共に、安定的に電力供給することが容易となる。

ＩＩ．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本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。例えば、以下の構成を採用することができる。

２Ａ．車両１２
［２Ａ−１．車両１２の種類］
上記実施形態では、自動四輪車である車両１２について説明した（図２）。しかしながら、例えば、走行路１３２に沿って給電電圧Ｖｓを増加させる観点からすれば、自動四輪車以外の車両にも本発明を適用可能である。例えば、車両１２は、自動二輪車、自動三輪車及び自動六輪車のいずれかとすることも可能である。或いは、車両１２以外の移動物体（例えば、船舶）に対して本発明を適用することもできる。

上記実施形態では、車両１２は、駆動源として走行モータ２０のみを有するいわゆる電気自動車（battery vehicle）を想定していた（図１）。しかしながら、例えば、走行路１３２に沿って給電電圧Ｖｓを増加させる観点からすれば、車両１２は、電気自動車以外の車両であってもよい。例えば、車両１２は、ハイブリッド車両又は燃料電池車両としてもよい。

［２Ａ−２．回路構成］
上記実施形態では、車両１２の電気的な回路構成を図１に示すものとした。しかしながら、例えば、走行路１３２に沿って給電電圧Ｖｓを増加させる観点からすれば、これに限らない。例えば、車両側コンバータ２８を省略することも可能である。

図９は、変形例に係る充電システム１０Ａの概略構成図である。充電システム１０Ａの車両１２ａは、例えば、コンバータ２８を有さない点で上記実施形態と異なる。充電システム１０Ａの外部給電装置１４は、上記実施形態と同じである。なお、受電部５２と分岐点６０ｐ、６０ｎとの間には、図示しないコンタクタを設けることが好ましい。上記のように、コンバータ２８を省略する場合、図８の制御を全て省略することが可能となり、車両１２側の回路構成をさらに簡略化することが可能となる。

［２Ａ−３．充電アーム２６］
上記実施形態では、車両１２の側方に展開可能にアーム２６を配置した（図２及び図３）。しかしながら、例えば、走行路１３２に沿って給電電圧Ｖｓを増加させる観点からすれば、これに限らない。例えば、車両１２の上方又は下方に展開又は変位するようにアーム２６を配置してもよい。なお、アーム２６の配置を変更した場合、給電装置１４の分割給電部１４０の配置も変更する必要が生じる。

上記実施形態では、充電アーム２６を分割給電部１４０に接近及び接触させる際、回転軸４２を中心にアーム２６を回転させた。しかしながら、例えば、充電アーム２６を分割給電部１４０に接近及び接触させる観点からすれば、これに限らない。例えば、アーム２６を直線的に変位させる機構を設け、アーム２６を直線的に分割給電部１４０に接近及び接触させることも可能である。

２Ｂ．外部給電装置１４
［２Ｂ−１．給電部１１２］
上記実施形態では、各分割給電部１４０を直線状に配置した（図２）。しかしながら、例えば、給電装置１４での給電電圧Ｖｓを走行路１３２に沿って増加させる観点からすれば、カーブ路に沿って配置してもよい。

［２Ｂ−２．ガイド部１２４］
上記実施形態のガイド部１２４は、車幅方向における車両１２の側部との対向距離Ｌｓが、進行方向に沿って狭まるように湾曲した（図２）。しかしながら、例えば、給電部１１２に向かって受電部５２を案内する観点からすれば、これに限らない。例えば、ガイド部１２４は、全体として、走行路１３２に沿って形成されてもよい。例えば、走行路１３２が直線路である場合、ガイド部１２４を全体として直線状にすることも可能である。

上記実施形態では、ガイド部１２４を設けた（図１、図２、図５）。しかしながら、例えば、給電装置１４での給電電圧Ｖｓを走行路１３２に沿って増加させる観点からすれば、ガイド部１２４を省略することも可能である。

［２Ｂ−３．その他］
図７では、各分割給電部１４０の給電電圧Ｖｓを、０Ｖを含まずに８段階に分けて増加させる例を示した。しかしながら、例えば、走行路１３２に沿って給電電圧Ｖｓを増加させる観点からすれば、これに限らない。例えば、０Ｖを含まずに給電電圧Ｖｓを２段階以上で増加させることも可能である。

上記実施形態では、制御装置１２２により外部コンバータ１１４を制御することで各分割給電部１４０の給電電圧Ｖｓを制御した（図６のＳ２）。しかしながら、例えば、複数の直流電源（例えば、バッテリ）が直列に接続された集合体として電源１１０が構成される場合、コンバータ１１４及び制御装置１２２を省略することも可能である。この場合、例えば、電源１１０に対する各正極端子１５０ｐの接続位置を調整することにより走行路１３２に沿って給電電圧Ｖｓを増加させることができる。或いは、分割給電部１４０毎に別々の電源１１０を設けることも可能である。

２Ｃ．外部給電装置１４での給電制御
上記実施形態の給電制御では、各分割給電部１４０における目標出力電圧Ｖｓｔａｒを固定値とした（図５及び図７参照）。しかしながら、例えば、給電装置１４での給電電圧Ｖｓを走行路１３２に沿って増加させる観点からすれば、各分割給電部１４０の目標出力電圧Ｖｓｔａｒを可変としてもよい。

この場合、制御装置１２２は、充電アーム２６の受電部５２の接触が開始される分割給電部１４０（以下「接触開始分割給電部１４０ｓｔ」ともいう。）を特定する。そして、制御装置１２２は、接触開始分割給電部１４０ｓｔから順に出力電圧Ｖｓ（又は目標出力電圧Ｖｓｔａｒ）が増加するようにコンバータ１１４の昇圧率を制御してもよい。

なお、接触開始分割給電部１４０ｓｔの特定は、例えば、走行路１３２の近傍に１又は複数のカメラ（図示せず）を配置し、当該カメラが取得した画像に基づいて判定することが可能である。或いは、各分割給電部１４０の目標出力電圧Ｖｓｔａｒを全て正の最低値に設定すると共に、電流が流れた分割給電部１４０を監視する。そして、電流が流れた分割給電部１４０を接触開始分割給電部１４０ｓｔとして特定することも可能である。

２Ｄ．電動車両１２での受電制御
上記実施形態の受電制御では、直結処理（Ｓ１２）を行った。しかしながら、例えば、給電装置１４での給電電圧Ｖｓを走行路１３２に沿って増加させる観点からすれば、これに限らない。例えば、直結処理なしに（コンバータ２８での変圧を行いながら）、バッテリ２４の充電を行うことも可能である。

２Ｅ．その他
上記実施形態では、給電装置１４から車両１２への給電のみを行う構成について説明した。しかしながら、これとは反対に、車両１２から給電装置１４への給電を行う構成に本発明を適用することも可能である。この場合、走行路１３２に沿ってバッテリ２４の出力電圧をコンバータ２８で増加させて給電装置１４に給電する。

上記実施形態では、給電装置１４から車両１２に対して直流で電力供給する場合に本発明を適用した。しかしながら、例えば、給電装置１４での給電電圧Ｖｓを走行路１３２に沿って増加させる観点からすれば、給電装置１４から車両１２に対して交流で電力供給する場合に本発明を適用することも可能である。

上記実施形態では、車両１２と給電装置１４との間で接触給電を行う場合に本発明を適用した。しかしながら、例えば、給電装置１４での給電電圧Ｖｓを走行路１３２に沿って増加させる観点からすれば、車両１２と給電装置１４との間で非接触給電（無線給電）を行う場合に本発明を適用することも可能である。

なお、無線給電の場合、走行路１３２に沿って形成される分割給電部１４０は、それぞれ給電用のコイルから構成され、それぞれのコイルが走行路１３２に沿って配置される。その意味で、走行路１３２に沿ってとは、必ずしも１本の電力線（正極端子５４ｐ及び負極端子５４ｎ）が走行路１３２に沿うこと（例えば、１本の電力線が直線状に配置されること）を必ずしも意味しない。

Claims (7)

1. 走行路（１３２）に沿って設けられ、走行中の電動車両（１２）の受電部（５２）に対して電力を供給する給電部（１１２）と、
   前記給電部（１１２）に電圧を印加する電圧印加部（１２６）と
   を備える外部給電装置（１４）であって、
   前記給電部（１１２）は、前記走行路（１３２）に沿って分割された複数の分割給電部（１４０）を含み、
   前記電圧印加部（１２６）は、前記分割給電部（１４０）に印加される前記電圧が、前記電動車両（１２）の進行方向に向かって高くなるように前記電圧を印加する
   ことを特徴とする外部給電装置（１４）。
2. 請求項１記載の外部給電装置（１４）において、
   前記給電部（１１２）は、前記走行路（１３２）に沿って設けられ、走行中の前記電動車両（１２）の前記受電部（５２）と接触する電力線を備え、
   前記電力線は、前記走行路（１３２）に沿って分割された複数の分割電力線を含む
   ことを特徴とする外部給電装置（１４）。
3. 請求項１又は２記載の外部給電装置（１４）において、
   前記給電部（１１２）は、
   前記進行方向の手前側に配置され、前記進行方向に向かって出力電圧が高くなる複数の第１分割給電部と、
   前記進行方向の奥側に配置され、出力電圧が一定となる少なくとも１つの第２分割給電部と
   を含むことを特徴とする外部給電装置（１４）。
4. 請求項２又は請求項２に従属する請求項３記載の外部給電装置（１４）において、
   前記電力線は、前記電動車両（１２）の側部に対向するように設置され、
   前記進行方向において前記電力線の手前側には、前記電圧印加部（１２６）から電気的に分離され、前記電動車両（１２）の前記受電部（５２）を前記電力線に向かって案内するガイド部（１２４）が設けられている
   ことを特徴とする外部給電装置（１４）。
5. 請求項４記載の外部給電装置（１４）において、
   前記ガイド部（１２４）は、車幅方向における前記電動車両（１２）の側部との対向距離が、前記進行方向に沿って狭まるように湾曲する
   ことを特徴とする外部給電装置（１４）。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の外部給電装置（１４）において、
   前記電圧印加部（１２６）は、
   直流電源（１１０）と、
   前記直流電源（１１０）と前記複数の分割給電部（１４０）との間に配置された複数の変圧器（１１４）と、
   前記複数の変圧器（１１４）の出力電圧を検出する電圧センサ（１１８）と、
   前記電圧センサ（１１８）の検出値に基づいて前記複数の変圧器（１１４）の変圧率を制御する変圧制御装置（１２２）と
   を備え、
   前記変圧制御装置（１２２）は、各変圧器（１１４）の目標出力電圧を固定値として設定して前記変圧率を制御する
   ことを特徴とする外部給電装置（１４）。
7. 走行路（１３２）に沿って設けられた外部給電装置（１４）の給電部（１１２）から走行中の電動車両（１２）に給電する車両給電方法であって、
   前記走行路（１３２）に沿って分割された複数の分割給電部（１４０）によって前記給電部（１１２）を構成し、
   前記分割給電部（１４０）に印加される電圧を、前記電動車両（１２）の進行方向に向かって増加させる
   ことを特徴とする車両給電方法。

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