JP6806450B2 - 相互運用可能な電気自動車無線充電方法およびシステム - Google Patents
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Description
電気自動車及びハイブリッド電気自動車には、少なくとも部分的に電力が供給され、これらの自動車は随時オフ車両ソース(off−vehicle source)から電気を集めて貯蔵したり、つまり充電される。このように、電気自動車及びハイブリッド電気自動車を充電する多様な方法が研究されている。特に、有線充電に対比される無線充電技術及び誘導充電技術が重要な研究テーマとなっている。
一次コイルの全体以下の大きさを有する一次コイルの一部の大きさは、一次コイルと二次コイルとの間のエアギャップに対応して算出される。
前記一次コイルの複数の予め定義された部分は、複数のスイッチング素子を有し、電流が一次コイルの複数の予め定義された部分を通して流れるか否かを制御するLC回路によって定義されてよい。
本発明の実施形態に係る方法は、1つ以上の評価基準に応じて、定義された部分の一部を評価する段階を更に含んでよい。
一次コイルの複数の予め定義された部分の各々の大きさは、他の一次コイルの複数の予め定義された部分それぞれの大きさと相互に異なっていてよい。
一次コイルの複数の予め定義された部分は、同心部分であってよい。
前記一次コイルのコイル巻線パターンは、実質的に一次コイルの全体に均一に分散する。
前記一次コイルのコイル巻線パターンは、実質的に対数型(logarithmic−like)分布パターンに従えばよい。
前記自動車情報は、グラウンドから二次コイルまでの距離、グラウンドから自動車の車台部の距離、及び自動車の二次コイルの設置に関連する詳細情報のうちの1つ以上を含んでよい。
一次コイルの一部をのみを通して流れる電流は、無線で自動車を充電してよい。
図1に示すように、自動車100は、無線充電可能なEV、HEVなどであってよい。例えば、二次コイルのような誘導コイルが自動車100に設けられ、二次コイルのような誘導コイルは、例えば、コイル間の誘導結合によって発生した電磁場を通して、無線充電システムの誘導コイルから無線で伝送されたエネルギーを受信するように動作することができる。
図1に示しているように、自動車100は、無線充電システム110(前述したプロセス)からエネルギーを受信するために、無線充電システム110に結合される。
二次コイル202又は204は、自動車100のような無線充電可能な自動車に設けられる。代替自動車の自然な状態におけるグラウンド間隔、及び二次コイル設置に関する詳細情報は、磁気エアギャップを決定する。例えば、スポーツカーは低いグラウンド間隔を有するため、小さい磁気エアギャップを有し、ピックアップトラックやSUVは高いグラウンド間隔を有するため、大きい磁気エアギャップを有し、そして、セダンはスポーツカーとSUVと中の間のグラウンド間隔を有するため、中間の磁気エアギャップを有してもよい。
図3に示すように、例えば、「充電器」のような無線充電システム110は、例えば、「受信機」のような無線受信機310と無線通信し、エネルギーを無線受信機310に伝送することができる。具体的に説明すると、充電システム110は、AC/DCフロントエンド(front end)112と、LC共振インバータ114と、例えば「送信(Tx)コイルのような一次コイル116と、例えば「WiFi Comm.」のような無線通信部118と、を含んでよい。
無線通信部318は、以下に追加的に説明するように、無線受信機310が設けられた自動車に関連する例えば「自動車情報」のような情報を、無線通信部118に無線で伝送することができる。
負荷は、インダクタとして機能する円形コイルの導体に直列接続されたキャパシタ、又は並列のキャパシタバンク(bank)を含むLC回路を備えてよい。
対向するスイッチがターンオンされている間は、AC電流が負荷を通して流れるようにするために、元のスイッチはターンオフされる。
従って、図5に図示し、以下に詳細に説明するように、LC共振インバータ114は、LC回路を通して磁気共鳴を達成することができる。
無線通信部118、318の間に無線通信が設定された時、例えば、自動車100の充電開始前において、無線通信部318から充電システム110の無線通信部118に「自動車情報」が伝送される。
磁気エアギャップは、択一的に、一次コイル116と自動車100の車台との間の距離であってよい。
充電システム110は、受信した「自動車情報」がグラウンドから、例えば二次コイル316のZ軸方向における二次コイル316までの距離の表示を含んでいる場合は、2つの装置の間のエアギャップを判断するために、グラウンドから測定された自体の一次コイル116のZ軸座標距離を減算する。仮に、充電システム110が地下にある場合、一次コイル116のZ軸座標は負の数であってよい。
充電システム110が一次コイル116と二次コイル316との間のエアギャップを通じ自動車100を効率的に充電するために、一次コイル116の大きさは、エアギャップ上で電力を伝送するために十分に大きくなければならない。
従って、多様な二次コイルは、ある特定の充電システムでは互換できないという問題が発生することがあった。
特に、一次コイル116に電流が流されて活性化される半径は、算出されたエアギャップの大きさに正比例することができる。
図4に示した一次コイル116の構成は、単に例示的な目的のためのものであり、その表示された構成と同一のものに限定すると見なしてはならない。むしろ、一次コイル116の部分は、所定の適切な方法で、例えば、与えられた部分の大きさ/半径又はコイルのターン数によって定義できる。一次コイル116の予め定義された部分は、図4に示すように、同心又は同軸であってよく、又は所定の適切な方法で構成できる。
一定時間後、キャパシタの電荷の全てが消尽されると、キャパシタの両端の電圧がゼロ(0)となる。しかし、インダクタが電流変化に抵抗するため、電流の流れは持続される。即ち、電流の流れを維持するためのエネルギーは、生成された磁場から抽出される。インダクタ周囲の磁場が消滅した時、電流が中断され、前と反対極性の電荷がキャパシタに再び貯蔵される。したがって、電流は、LC回路を通して反対方向に流れ始める。
図5に示すように、共振LC回路500は、充電システム110をインタフェーシングする特定の自動車に応じて、例えば小、中、大などのように変化するエアギャップクラスに対応して、多重化するように適応することが可能である。一貫した共振周波数を維持するために、LC回路500は、複数のインダクタ(例:L1、L2、及びL3)に連結される複数のキャパシタ(例:C1、C2、C3など)を含むように構成される。
LC回路500のインダクタは、図4に示すように、一次コイル116の予め定義された部分に相当すればよい。
具体的には、図5に示すように、インダクタL1は、前述した一次コイル116の第1部分(例:コイル半径1)に相当し、インダクタL2は、前述した一次コイル116の第2部分(例:コイル半径2)に相当し、そして、インダクタL3は、前述した一次コイル116の第3部分(例:コイル半径3)に相当すればよい。
静電容量は、より大きなインダクタンスがLC回路500に自然に導入されるようにするために、電流−運搬伝導体の(円形コイルの)ターン数が増加するに伴い、一貫した共振周波数を維持するために回路に追加されなければならない。
例えば、並列により多くのキャパシタを追加して静電容量を追加することによって、回路500のスイッチング素子を操作しても、インダクタンスに対する静電容量の一貫した比率を維持することができる。
更に、図5に示すように、中間エアギャップの場合、LC回路500のスイッチング要素は、電流がキャパシタC1、C2、及びインダクタL1、L2のみを通して流れるように操作される。したがって、電流は、前述した一次コイル116の第2部分(つまり、コイル半径1、2)のみを通して流れる。
図6に示すように、手順600は、段階605から始まって段階610に続き、より詳細に説明すれば、ここで、LC回路500のスイッチング素子は、適切なコイルの半径(つまり、部分)と回路の静電容量を活性化するために操作される。
段階625では、算出されたエアギャップがエアギャップクラスの上限以下であり、中間エアギャップクラスに相当するか否かが判断される。仮に中間エアギャップクラスに相当すれば、手順600は、段階630に続き、ここで、スイッチング要素SWC2、SWL2、SWL12は閉状態となる(残りのスイッチング要素は開状態である)。
したがって、グラウンド間隔が変わる自動車と相互運用が可能な単一の充電システムを提供する技術が開示された。
上述した説明は、本発明の実施形態に特定する。しかし、他の変形及び修正が利点の一部又は全部を達成するように開示された実施形態で実施できることは明らかであろう。したがって、本説明は、例としてのみ解釈されなければならず、本明細書の実施形態の範囲を限定するものではない。したがって、添付した特許請求の範囲の目的は、本明細書の実施形態の真の精神及び範囲内の全ての変形及び変更を含む。
200 一次コイル
202 例示的な第1二次コイル
204 例示的な第2二次コイル
Claims (21)
- 無線充電可能な自動車を無線充電する方法であって、
無線充電システムが、無線通信部を介して、前記自動車から自動車情報を受信する段階と、
前記自動車情報に基づいて、前記無線充電システムの一次コイルと、前記自動車の二次コイルと、の間のエアギャップを計算する段階と、
前記一次コイルの全体以下の大きさを有する前記一次コイルの一部を通してのみ流れるように電流を発生する段階と、
を含み、
前記一次コイルの全体以下の大きさを有する前記一次コイルの一部の大きさは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の前記エアギャップに対応して算出され、
前記一次コイルの一部は、前記一次コイルの複数の予め定義された部分の1部であり、
前記一次コイルの複数の予め定義された部分は、複数のスイッチング素子を有し、電流が、前記一次コイルの複数の予め定義された部分を通して流れるか否かを制御するLC回路によって定義され、
前記LC回路を構成するキャパシタは、前記一次コイルの複数の予め定義された部分ごとに対応して設けられることを特徴とする相互運用可能な電気自動車無線充電方法。 - 前記一次コイルと前記二次コイルとの間の算出された前記エアギャップに応じて、前記複数のスイッチング素子のうちの1つ以上を選択する段階と、
電流が前記一次コイルの一部のみを通して流れるように、前記選択されたスイッチング素子を活性化する段階と、
を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。 - 前記定義された部分の大きさを確定することによって、前記定義された部分を定義する段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 1つ以上の評価基準に応じて、前記定義された部分の一部を評価する段階を更に含むことを特徴とする請求項3に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記定義された部分の評価に応じて、前記定義された部分の一部の大きさを調整する段階を更に含むことを特徴とする請求項4に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルの複数の予め定義された部分の各々の大きさは、他の前記一次コイルの複数の予め定義された部分それぞれの大きさと相互に異なることを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルの複数の予め定義された部分は、同心であることを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記自動車が前記無線充電システムと整列される過程の間、前記一次コイルの複数の予め定義された部分の中から選択された一部のみを通して電流が流れるようにする段階を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルの形状は、四角形、長方形、円形、又は楕円形であることを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルのコイル巻線パターンは、実質的に前記一次コイルの全体に均一に分散することを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルのコイル巻線パターンは、実質的に対数型(logarithmic−like)分布パターンに従うことを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルと前記二次コイルとの間の前記エアギャップは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の複数の予め定義されたエアギャップ範囲のうちの何れか1つに相当することを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルと前記二次コイルとの間の複数の予め定義された前記エアギャップ範囲のうちの何れが、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の算出されたエアギャップに該当するかを判断する段階を更に含むことを特徴とする請求項12に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルと前記二次コイルとの間の複数の予め定義された前記エアギャップ範囲は、少なくとも第1エアギャップ範囲と第2エアギャップ範囲とを含み、前記第2エアギャップ範囲は、前記第1エアギャップ範囲よりも大きいことを特徴とする請求項12に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルの一部は、前記一次コイルの複数の予め定義された部分のうちの1つであり、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の算出された前記エアギャップは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の複数の予め定義されたエアギャップ範囲のうちの1つに対応することを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記算出されたエアギャップに相当する前記一次コイルと前記二次コイルとの間の複数の予め定義された前記エアギャップ範囲に応じて、前記一次コイルの複数の予め定義された部分の中から前記一次コイルの一部を判断する段階を更に含むことを特徴とする請求項15に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルと前記二次コイルとの間の複数の予め定義された前記エアギャップ範囲のそれぞれに対して、前記一次コイルの対応する予め定義された一部があることを特徴とする請求項15に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記自動車情報は、グラウンドから前記二次コイルまでの距離、前記グラウンドから自動車の車台部の距離、及び自動車の前記二次コイルの設置に関連する詳細情報のうちの1つ以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルと前記二次コイルとの間の前記エアギャップを算出する段階は、前記自動車情報に応じて、グラウンドから前記二次コイルの距離を判断する段階と、前記グラウンドから前記一次コイルの距離を判断する段階と、前記グラウンドから前記二次コイルの距離と、前記グラウンドから前記一次コイルの距離と、の間の差に応じて、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の前記エアギャップを算出する段階と、を含むことを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 前記一次コイルの一部を通してのみ流れる電流は、無線で前記自動車を充電することを特徴とする請求項1に記載の相互運用可能な電気自動車無線充電方法。
- 無線充電システムにおいて、無線充電可能な自動車から自動車情報を無線で受信する無線通信部と、前記自動車情報に応じて、前記自動車を無線で充電するように動作可能な無線充電システムの一次コイルと前記自動車の二次コイルとの間のエアギャップを算出する制御部と、前記一次コイルの全体大きさ以下の大きさを有する前記一次コイルの一部のみを通して流れる電流を発生するLC回路と、を含み、前記電流が流れる前記一次コイルの一部の大きさは、前記一次コイルと前記二次コイルとの間の算出された前記エアギャップに応じて判断され、
前記LC回路を構成するキャパシタは、前記一次コイルの複数の予め定義された部分ごとに対応して設けられ、
前記一次コイルの一部は、前記一次コイルの複数の予め定義された部分の1部であることを特徴とする相互運用可能な電気自動車無線充電システム。
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