JP6477054B2 - 移動体用光給電システム、移動体用光給電方法 - Google Patents
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Description
本発明の課題は、光電変換部の温度上昇を抑制することである。
《構成》
図1は、光給電システムの概略構成図である。
光給電システム11は、車載システム12と、光源システム13と、を備える。
車載システム12は、移動体としての車両14に搭載されるシステムであり、光電変換部21と、充電部22と、車両側通信装置24と、車両側制御部25と、受光量検出部26と、温度検出部27と、を備える。
光源システム13は、インフラストラクチャ側のシステムであり、光照射部31と、光源側通信装置34と、光源側制御部35と、補正部36と、を備える。
光電変換部21は、例えば結晶シリコン系太陽電池や、カルコパイライト系太陽電池等の太陽光パネルからなり、車両14のルーフ面に設けられ、照射された光によって発電を行ない、電力を出力する。
充電部22は、例えばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリからなり、光電変換部21から出力される電力を充電する。充電部22に充電された電力は、図示しない車両用駆動モータへと供給され、車両14の駆動に用いられる。
温度検出部27は、光電変換部21の温度を検出する。例えば、光電変換部21の裏面に熱電対を設け、これらの熱電対によって光電変換部21の温度を検出する。また、光電変換部21の裏面を赤外線センサによってモニタし、赤外線センサによって光電変換部21の温度を検出してもよい。そして、検出した温度を車両側制御部25へ出力する。
車両側制御部25は、例えばマイクロコンピュータからなり、後述する車両側光給電制御処理を実行し、光電変換部21で発電した電力の充電部22への充電を制御し、且つ光電変換部21の受光量や温度を検出する。また、車両側制御部25は、車両側通信装置24と光源側通信装置34との通信を介して、光源システム13と各種情報の送受信を行なう。例えば、後述する光給電要求を受信したり、充電状態、受光量、温度を送信したりする。
光源側制御部35は、例えばマイクロコンピュータからなり、後述する光源側光給電制御処理を実行し、光照射部31によるレーザ光の照射を制御する。また、光源側制御部35は、光源側通信装置34と車両側通信装置24との通信を介して、車載システム12と各種情報の送受信を行なう。例えば、後述する充電状態、受光量、温度を受信したり、光給電要求を送信したりする。
図3は、光源側光給電制御処理の一例を示すフローチャートである。
先ずステップS101では、光給電要求があるか否かを判定する。具体的には、ユーザによる予め定めた光給電開始操作の有無に応じて、光給電要求があるか否かを判定する。ここで、ユーザによる光給電開始操作がないときには、光給電要求はないと判断してステップS102に移行する。一方、ユーザによる光給電開始操作があるときには、光給電要求があると判断してステップS103に移行する。
ステップS103では、光給電要求を、車載システム12へ送信する。
続くステップS104では、車載システム12より、各種データを受信したか否かを判定する。各種データとは、充電部22の充電状態(SOC)、光電変換部21の受光量Qr、及び光電変換部21の温度Tpである。ここでは、これら各種データを受信するまで待機し、各種データを受信したときにステップS105に移行する。
ステップS106では、充電状態が満充電である旨を報知する。例えば、ユーザが視認可能なインジケータを点灯又は点滅させることにより報知する。
続くステップS108では、下記に示すように、予め定めた目標受光量Qr*と受光量Qrとの偏差ΔQrを算出する。すなわち、目標受光量Qr*から受光量Qrを減算することにより偏差ΔQrを算出する。目標受光量Qr*とは、光電変換部21の定格容量(最大受光量)近傍の値である。
ΔQr=Qr*−Qr
Qi*=ΔQr
続くステップS111では、開始フラグをfs=1にセットしてからステップS113に移行する。
Qi* (n)=Qi* (n−1)+ΔQr
ステップS115では、目標照射量Qi*を減少補正してからステップS114に移行する。例えば、目標照射量Qi*から所定量だけ減算したり、目標照射量Qi*に1よりも小さな所定係数を乗算したりすることにより、目標照射量Qi*を減少補正する。
上記が光源側光給電制御処理である。
図4は、車両側光給電制御処理の一例を示すフローチャートである。
先ずステップS131では、光源システム13より、光給電要求を受信したか否かを判定する。ここで、光給電要求を受信していないときには、そのまま所定のメインプログラムに復帰する。一方、光給電要求を受信しているときにはステップS132に移行する。
ステップS132では、充電部22の充電状態(SOC)、光電変換部21の受光量Qr、及び光電変換部21の温度Tpを、光源システム13へ送信してから所定のメインプログラムに復帰する。
上記が車両側光給電制御処理である。
次に、第1実施形態の作用について説明する。
光給電の要求があり(ステップS101の判定が“Yes”)、且つ充電部22が満充電ではないときに(ステップS105の判定が“Yes”)、光電変換部21に向かってレーザ光を照射することにより、光給電を実行する(ステップS115)。
先ず、レーザ光を照射する前の受光量Qrと目標受光量Qr*との偏差ΔQrを算出する(ステップS108)。光給電エリアが屋外であるなら、レーザ光を照射する前の受光量Qrは、略日照量となる。
そして、レーザ光の照射を開始する際には(ステップS109の判定が“Yes”)、偏差ΔQrをそのまま目標照射量Qi*として設定し(ステップS110)、この目標照射量Qi*に応じてレーザ光の照射を開始する。
このように、受光量Qrと目標受光量Qr*との偏差ΔQrに応じて、目標照射量Qi*を設定することにより、時間帯や天候によって日照量が変化するとしても、光電変換部21の受光量Qrを一定に保つことができる。すなわち、昼間で快晴時には日照量が多くなるので、目標照射量Qi*を減少させ、夜間や悪天候時には日照量が少なくなるので、目標受光量Qr*を増加させる。このように、光電変換部21の受光量Qrを一定に保つことにより、安定した光給電を行なうことができる。
時点t11では、光給電要求がOFFからONに切り替わっている。このとき、時間帯は昼間であり、天候も快晴であるとする。したがって、ある程度の日射量があり、この自然光(太陽光)を光電変換部21は受光している。そして、このときの受光量Qrと目標受光量Qr*との偏差ΔQrに応じて目標照射量Qi*が設定され、この目標照射量Qi*に従ってレーザ光を照射することにより、充電が開始される。
図6は、自然光及びレーザ光の積み上げグラフである。
時間帯や天候の変化に伴い自然光が減少したときには、その分だけレーザ光の照射量を増加させることにより、自然光の減少分を補い、光電変換部21の受光量を一定に保つことができる。
光電変換部21は、温度Tpが上昇すると、発電効率が低下したり、光電変換部21の劣化を招いてしまう。そこで、例えば冷却水を循環させる冷却装置を設けて、光電変換部21の温度上昇を抑制することも考えられる。しかしながら、冷却水を循環させるポンプが必要となるため、発電エネルギーを消費してしまう。さらに、コストの増大、車載システム12の大型化、重量増加も招いてしまう。
時点t13では、光電変換部21の温度Tpが閾値Tthに達している。このとき、目標受光量Qr*を減少補正することにより、受光量Qrが減少するので光電変換部21の温度上昇を抑制することができる。ここでは、光電変換部21の温度Tpが閾値Tth近傍を維持したまま推移している。このとき、目標照射量Qi*を0にして光給電を中断する訳ではないので、充電速度は低下するものの、充電そのものは継続して行なうことができる。
なお、充電部22が満充電になったときには(ステップS105の判定が“No”)、光給電を終了する(ステップS102)。
第1実施形態では、光電変換部21の温度Tpが閾値Tth以上であるときに、目標照射量Qi*から所定量だけ減算したり、目標照射量Qi*に1よりも小さな所定係数を乗算したりすることにより、減少補正を行なっているが、これに限定されるものではない。例えば、温度Tpと閾値Tthとの偏差ΔT(=Tth−Tp)を算出し、この偏差ΔTが大きいほど、目標照射量Qi*を小さくしてもよい。
図8は、減少補正量の算出に用いるマップである。
ここでは、座標横軸が偏差ΔTであり、座標縦軸が減少補正量ΔQiである。減少補正量ΔQiについては、0よりも大きなQi1を予め定める。そして、偏差ΔTが0から大きくなるほど、減少補正量ΔQiがQi1から大きくなる。
図9は、減少補正係数の算出に用いるマップである。
ここでは、座標横軸が偏差ΔTであり、座標縦軸が減少補正係数kiである。減少補正係数kiについては、1よりも小さく0よりも大きなk1を予め定める。そして、偏差ΔTが0から大きくなるほど、減少補正係数kiがk1から小さくなる。
第1実施形態では、光電変換部21の温度Tpの検出を、車載システム12の温度検出部27で実行しているが、これに限定されるものではなく、光源システム13の赤外線カメラ37で実行してもよい。
ここでは、光源システム13に赤外線カメラ37を追加すると共に、車載システム12から温度検出部27を削除している。赤外線カメラ33は、光電変換部21を上方から撮像し、光源側制御部35は、赤外線カメラ33で撮像した画像に基づいて光電変換部21の温度Tpを検出する。これにより、車載システム12と光源システム13との間でなされる温度Tpの送受信を省略できるので、データ通信量の増大を抑制することができる。
光電変換部21が「光電変換部」に対応する。充電部22が「充電部」に対応する。光照射部31が「光照射部」に対応する。受光量検出部26が「受光量検出部」に対応する。光源側制御部35で実行するステップS108〜S112、S114の処理が「制御部」に対応する。温度検出部27が「温度検出部」に対応する。補正部36、及び光源側制御部35で実行するステップS113、S115の処理が「補正部」に対応する。
次に、第1実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第1実施形態に係る移動体用光給電システムは、受光によって発電する光電変換部21、及び光電変換部21で発電した電力を充電する充電部22を、車両14に搭載する。そして、光照射部31によって光電変換部21にレーザ光を照射する際に、光電変換部21の受光量Qrを検出し、検出した受光量Qrに応じて、光照射部31によるレーザ光の照射量を制御する。また、光電変換部21の温度Tpを検出し、受光量Qrに応じて制御されるレーザ光の照射量を、光電変換部21の温度Tpに応じて補正する。
このように、光電変換部21の温度Tpを検出し、検出した温度Tpに応じて、レーザ光の照射量を補正することにより、冷却装置を用いることなく、光電変換部21の温度上昇を抑制することができる。
このように、受光量Qrが一定になるようにレーザ光の照射量を制御することにより、安定した光給電を行なうことができる。
このように、偏差ΔQrに応じてレーザ光の照射量を制御することにより、目標受光量Qr*を達成するために、過不足のないレーザ光を照射することができる。
このように、温度Tpが閾値Tth以上のときに、レーザ光の照射量を減少補正することにより、光電変換部21の過熱を抑制することができる。
このように、偏差ΔTが大きいほど、レーザ光の照射量を減少補正することにより、光電変換部21の温度上昇をより適切に抑制することができる。
このように、赤外線カメラ37を用いることにより、光電変換部21の裏面に熱電対や赤外線センサを設ける構成と比較して、光電変換部21の薄型化や軽量化を図ることができる。
このように、光電変換部21の温度Tpを検出し、検出した温度Tpに応じて、レーザ光の照射量を補正することにより、冷却装置を用いることなく、光電変換部21の温度上昇を抑制することができる。
《構成》
第2実施形態は、充電部22の充電状態(SOC)に応じて、目標受光量Qr*を変更するものである。
システム構成につては、前述した第1実施形態と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。
ここでは、ステップS201の処理を追加したことを除いては、前述した第1実施形態と同様の処理を実行するため、共通する部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS201は、ステップS105の処理で、充電部22の充電状態が満充電でないと判定された後に実行され、予め定めたマップを参照し、充電部22の充電状態(SOC)に応じて、目標受光量Qr*を算出してからステップS108に移行する。
ここでは、座標横軸が充電部22の充電状態(SOC)であり、座標縦軸が光電変換部21の目標受光量Qr*である。充電状態については、0%よりも大きなα1と、このα1よりも大きく且つ100%近傍のα2(満充電に相当する値)と、を予め定める。目標受光量Qr*については、0よりも大きなQr1と、このQr1よりも大きく且つ定格容量(最大受光量)近傍のQr2と、を予め定める。そして、充電状態が0%からα1の範囲にあるときには、目標受光量Qr*がQr2を維持し、充電状態がα1からα2の範囲にあるときには、充電状態が大きいほど、目標受光量Qr*がQr2からQr1の範囲で小さくなる。
上記が光源側光給電制御処理である。
次に、第2実施形態の作用について説明する。
光給電の要求があり(ステップS101の判定が“Yes”)、且つ充電部22が満充電ではないときに(ステップS105の判定が“Yes”)、充電部22の充電状態(SOC)に応じて、目標受光量Qr*を算出する(ステップS201)。すなわち、充電状態が満充電に近づくほど、目標受光量Qr*を小さくすることにより、レーザ光の照射量を減少させる。これにより、充電部22の過充電を防止し、充電部22の劣化を抑制することができる。
時点t21に至るまでは、充電状態が予め定めたα1未満にある。このときは、目標受光量Qr*が定格容量(最大受光量)近傍のQr2に設定されることにより、充電速度は略最大となる。
時点t21以降は、充電状態がα1を超える。このときは、目標受光量Qr*がQr2からQr1に向けて減少してゆくことにより、充電速度が徐々に低下してゆく。
第2実施形態において、前述した第1実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。
第2実施形態では、充電部22の充電状態だけに応じて、目標受光量Qr*を設定しているが、これに限定されるものではない。他にも、ユーザの好みや予定に合わせて、目標受光量Qr*を切り替えられるように構成してもよい。すなわち、急速充電は充電部22の劣化を早める可能性もあり、車両14を使用するまでに充分な時間があるような場合には、なるべく急速充電を避けたいと考えるユーザもいる。そこで、充電速度をユーザが任意に切り替え可能な構成とし、ユーザによって指定された充電速度に応じて、目標受光量Qr*を設定してもよい。これにより、ユーザのニーズに合わせた光給電を実施することができる。
光源側制御部35で実行するステップS201の処理が「制御部」に含まれる。
《効果》
次に、第2実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第2実施形態に係る移動体用光給電システムは、充電部22の充電状態が満充電に近づくほど、目標受光量Qr*を小さく設定する。
このように、充電状態が満充電に近づくほど、目標受光量Qr*を小さくすることにより、充電部22の過充電をより確実に防止することができる。
《構成》
第3実施形態は、レーザ光の照射領域を含む予め定めた領域を監視し、異物が侵入したときに、レーザ光の照射量を減少させるものである。
図14は、異物検知部を追加した光給電システムの概略構成図である。
ここでは、光源システム13に異物検知部38を追加していることを除いては、前述した第1実施形態と同様の構成であるため、同一部分については詳細な説明を省略する。
異物検知部38は、レーザ光の照射範囲を含む予め定めた領域内に侵入する人や動物等の異物を検知する。異物検知部38は、例えば光電変換部21を含む周囲一帯を撮像するカメラや、光電変換部21を含む周囲一帯を感知する赤外線センサによって、異物の侵入を検知する。
ここでは、ステップS301、S302の処理を追加したことを除いては、前述した第1実施形態と同様の処理を実行するため、共通する部分については、詳細な説明を省略する。
ステップS301は、ステップS113の処理で、温度Tpが閾値Tth未満であると判定された後、又はステップS115の処理で、目標照射量Qi*を減少補正した後に実行され、異物検知部38で異物の侵入を検知したか否かを判定する。ここで、異物の侵入を検知していないときには、目標照射量Qi*の減少補正は必要ないと判断してステップS114に移行する。一方、異物の侵入を検知しているときには、目標照射量Qi*の減少補正が必要であると判断してステップS302に移行する。
上記が光源側光給電制御処理である。
次に、第3実施形態の作用について説明する。
レーザ光の照射範囲に、人や動物等の異物が侵入することは、安全性の面で好ましくない。そこで、異物の侵入を検知したときには(ステップS301の判定が“No”)、目標照射量Qi*を減少補正する(ステップS302)。例えば、目標照射量Qi*から所定量だけ減算したり、目標照射量Qi*に1よりも小さな所定係数を乗算したりする。このように、異物の侵入を検知したときに、目標照射量Qi*を減少補正することにより、安全性を高めることができる。
時点t31では、レーザ光の照射範囲に人や動物等の異物が侵入したことが検知されている。このとき、目標受光量Qr*を減少補正することにより、受光量Qrが減少するので、人や動物等の安全性を高めることができる。また、目標照射量Qi*を0にして光給電を中断する訳ではないので、充電速度は低下するものの、充電そのものは継続して行なうことができる。
第3実施形態において、前述した第1実施形態と共通する部分については、同様の作用効果が得られるものとし、詳細な説明は省略する。
第3実施形態では、人や動物等の異物を検知したときに、レーザ光の照射量を減少させているが、これに限定されるものではない。人や動物等の異物を検知したときには、レーザ光の照射を中止し、光給電を中断してもよい。但し、光給電要求がある状態で、光給電を中断することは、できるだけ避けたいので、例えば音や光によって警報を発することにより、人や動物等の異物に速やかな退避を促してもよい。これにより、安全性をさらに高めることができ、また光給電を中断している時間を最小限に抑制することができる。
異物検知部38が「異物検知部」に対応する。光源側制御部35で実行するステップS301、S302の処理が「制御部」に含まれる。
次に、第3実施形態における主要部の効果を記す。
(1)第3実施形態に係る移動体用光給電システムは、光照射部31によるレーザ光の照射範囲を含む予め定めた領域内に侵入する異物を検知する異物検知部38を備える。この異物検知部38により異物の侵入を検知したときに、光照射部31によるレーザ光の照射量を減少させる。
このように、異物が侵入しているときに、レーザ光を弱めることにより、安全性を高めることができる。
このように、カメラや赤外線センサを用いることにより、異物の侵入を、容易に且つ確実に検知することができる。
以上、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく実施形態の改変は、当業者にとって自明のことである。また、各実施形態は、任意に組み合わせて採用することができる。
12 車載システム
13 光源システム
14 車両
21 光電変換部
22 充電部
24 車両側通信装置
25 車両側制御部
26 受光量検出部
27 温度検出部
31 光照射部
34 光源側通信装置
35 光源側制御部
36 補正部
37 赤外線カメラ
38 異物検知部
Claims (9)
- 移動体に搭載され、受光によって発電する光電変換部と、
前記移動体に搭載され、前記移動体を駆動するために前記光電変換部が発電した電力を充電する充電部と、
前記光電変換部に光を照射する光照射部と、
前記光電変換部の受光量を検出する受光量検出部と、
前記受光量検出部で検出した受光量に応じて、前記光照射部による光の照射量を制御する制御部と、
前記光電変換部の温度を検出する温度検出部と、
前記制御部が前記受光量に応じて制御する光の照射量を、前記温度検出部で検出した温度に応じて補正する補正部と、を備え、
前記補正部は、
前記制御部が前記受光量に応じて制御する光の照射量を、前記温度検出部で検出した温度が予め定めた閾値以上のときに減少補正して前記充電を継続することを特徴とする移動体用光給電システム。 - 前記制御部は、
前記光電変換部の受光量が一定になるように、前記光照射部による光の照射量を制御することを特徴とする請求項1に記載の移動体用光給電システム。 - 前記制御部は、
前記受光量検出部で検出した受光量と、予め設定した目標受光量との偏差に応じて、前記光照射部から照射する光の照射量を制御することを特徴とする請求項2に記載の移動体用光給電システム。 - 前記補正部は、
前記温度検出部で検出した温度と、前記閾値との偏差が大きいほど、光の照射量を減少させることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。 - 前記温度検出部は、
前記光電変換部を撮像する赤外線カメラを備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。 - 前記制御部は、
インフラストラクチャ側に設けられ、前記充電部の充電状態を、前記移動体との無線通信により取得し、取得した前記充電部の充電状態が満充電に近づくほど、前記目標受光量を小さく設定することを特徴とする請求項3に記載の移動体用光給電システム。 - 前記光照射部による光の照射範囲を含む予め定めた領域内に侵入する異物を検知する異物検知部を備え、
前記制御部は、
前記異物検知部で異物の侵入を検知したときに、前記光照射部による光の照射量を減少させることを特徴とする請求項1〜6の何れか一項に記載の移動体用光給電システム。 - 前記異物検知部は、
カメラ及び赤外線センサの少なくとも一方を用い、異物の侵入を検知することを特徴とする請求項7に記載の移動体用光給電システム。 - 移動体を駆動するために、受光によって発電する光電変換部、及び前記光電変換部で発電した電力を充電する充電部を、前記移動体に搭載し、
光照射部によって前記光電変換部に光を照射する際に、前記光電変換部の受光量を検出し、検出した受光量に応じて、前記光照射部による光の照射量を制御し、且つ前記光電変換部の温度を検出し、前記受光量に応じて制御される光の照射量を、前記光電変換部の温度が予め定めた閾値以上のときに減少補正して前記充電を継続することを特徴とする移動体用光給電方法。
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