JP7070270B2 - 充電システム - Google Patents

Description

本開示は、車両へ電力を供給する充電システムに関する。

特開２０１６－０３２３９５号公報（特許文献１）は、電気自動車（ＥＶ車）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ車）のモータを駆動するためのバッテリの充電システムについて開示する。特許文献１に開示された充電システムは、車両が駐車場内に進入している走行中に車両と給電スタンドとの間の無線通信を行なう。

特開２０１６－０３２３９５号公報

車両と給電スタンドである給電装置との間の通信は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）のような無線ＬＡＮにより行われる場合がある。この場合、車両が駐車場内に進入してから駐車スペースに停車するまでの期間、車両が移動しているため、車両と給電装置との間の通信環境が変化し、走行中の車両と給電装置との間に通信を妨害する障害物がある場合には、車両と給電装置との間の通信が切断されてしまう虞がある。

本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両の走行中においても、車両と給電装置との間の通信を適切に行なうことである。

本開示によれば、車両と、車両に電力を供給する給電装置と、給電装置と通信可能に設けられ、サーバと給電装置との通信を中継する中継装置とを含む充電システムが提供される。車両は、サーバおよび中継装置を経由して給電装置と無線通信する第１通信、またはサーバおよび中継装置を経由せずに給電装置と無線通信する第２通信を行なう通信装置と、通信装置を制御する制御装置とを有す。制御装置は、給電装置からの電力を給電可能な位置に車両が停止していると判定される場合に、通信装置に第２通信を行なわせ、給電装置からの電力を給電可能な位置に車両が停止していると判定されない場合に、通信装置に第１通信を行わせる。

本開示にかかる充電システムは、給電装置からの電力を給電可能な位置に車両が停止してないと判定された場合に、サーバおよび中継装置を経由して給電装置と車両との間の通信を行なう。走行中の車両と給電装置との間の通信は、サーバおよび中継装置を経由した通信である。すなわち、本開示にかかる充電システムは、走行中の車両と、給電装置との間に障害物があったとしても、給電装置と車両との間で直接行なわれる通信ではないため、障害物による通信の妨害を受けない。よって、本開示にかかる充電システムは、車両が走行中においても、車両と給電装置との間の通信を適切に行なうことができる。

本開示によれば、車両の走行中においても、車両と給電装置との間の通信を適切に行なうことができる。

充電システムの構成の一例を示す図である。 車両が起動してから充電が開始されるまでの流れを説明するためのフローチャートである。 走行中の通信方法の概略を示す図である。 充電中の通信方法の概略を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜充電システムの構成＞
図１は、充電システム１の構成の一例を示す図である。充電システム１は、車両１０と、給電設備２０とを含む。充電システム１においては、給電設備２０から車両１０へ電力の供給が行なわれる。本実施の形態において、電力の供給は、給電設備２０から車両１０にケーブルを介さずに非接触で行うワイヤレス給電方式で行なわれる。なお、電力の供給は、ワイヤレス給電方式に限らず、ケーブルを介した給電方式で行なわれてもよい。

充電システム１において、車両１０は、ネットワークＮＷに接続することでサーバ４０と通信可能である。また、車両１０は、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ（Local Area Network）を利用して、給電設備２０と直接通信可能である。給電設備２０は、サーバ４０と給電設備２０との通信を中継するルータ３０と通信可能に設けられており、ルータ３０を経由してネットワークＮＷに接続することでサーバ４０と通信可能である。なお、給電設備２０とルータ３０との間の通信は、有線による通信であってもよく、また、無線による通信であってもよい。

つまり、充電システム１において、車両１０は、ネットワークＮＷに接続することでサーバ４０およびルータ３０を経由して給電設備２０と通信することもできれば、無線ＬＡＮを利用してサーバ４０およびルータ３０を経由することなく給電設備２０と直接通信することもできる。

ここで、ネットワークＮＷは、いわゆる広域通信網であって、たとえば、２Ｇ、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、ＬＴＥ（Long Term Evolution）等の携帯電話の無線通信規格を利用したネットワークである。

また、本実施の形態において、給電設備２０は、ユーザの自宅の屋外に設置されているものとする。ルータ３０は、ユーザの自宅の屋内に配置されているものとする。なお、給電設備２０は、住宅に限らず、公共施設、商業施設、宿泊施設、駐車場などに設置され得る。また、ルータ３０は、給電設備２０の配置場所に限らず、給電設備２０と通信可能に設けられていればよい。

＜車両の構成＞
図１を参照して車両１０の構成について説明する。車両１０は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１２と、ＤＣＭ（Data Communication Module）１４と、バッテリ１６と、受電装置１８とを備える。

車両ＥＣＵ１２は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力ポートとを含んで構成されている。たとえば、車両ＥＣＵ１２は、給電設備２０やサーバ４０から送られる情報、車両１０に設けられた各種センサ（図示せず）の検出値およびメモリに格納されたプログラムに基づいて、ＤＣＭ１４、バッテリ１６、および受電装置１８などを制御する。

ＤＣＭ１４は、ネットワークＮＷまたは無線ＬＡＮに接続するための通信機器である。すなわち、ＤＣＭ１４は、サーバ４０およびルータ３０を経由して給電設備２０と無線通信する第１通信、またはサーバ４０およびルータ３０を経由せずに給電設備２０と無線通信する第２通信を行なう。なお、車両１０は、ネットワークＮＷと接続するための通信機器と、無線ＬＡＮと接続するための通信機器とを別々に備えていてもよい。また、車両１０は、携帯電話のテザリング機能を利用してネットワークＮＷに接続してもよい。

バッテリ１６は、車両１０の底面に設置されており、給電設備２０から供給される電力を蓄える蓄電装置である。車両１０は、バッテリ１６に蓄えられた電力を用いて走行する。なお、車両１０は、バッテリ１６に蓄えられた電力のみを用いて走行可能な電気自動車であってもよいし、バッテリ１６に蓄えられた電力とエンジン（図示せず）の出力との両方を用いて走行可能なハイブリッド車であってもよい。

受電装置１８は、バッテリ１６の下面（路面側）に設けられており、給電設備２０から供給される電力を非接触で受電する。受電装置１８が受電した電力がバッテリ１６に蓄えられる。受電装置１８は、給電設備２０から非接触で受電するための共振回路を含む。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され、伝送周波数において共振するように設計されている。共振回路の共振強度を示すＱ値は１００以上であることが好ましい。

また、車両１０は、さらに表示装置１３を備えている。表示装置１３は、車両ＥＣＵ１２によって制御され、充電状況や、バッテリ残量、給電設備２０から送られる給電設備２０の異常などを表示する。表示装置１３は、車両１０に予め設けられた液晶画面であってもよく、また、車両１０に接続されたユーザ所有の携帯電話などの携帯端末であってもよい。

＜給電設備の構成＞
図１を参照して、給電設備２０の構成について説明する。給電設備２０は、送電装置２２と、ボックス２４とを備える。ボックス２４の中には、送電装置２２の送電を制御するための電源ＥＣＵ２４２と、外部の機器と無線ＬＡＮを利用して通信するための通信装置２４４とが設けられている。

送電装置２２は、たとえば、駐車スペース内の路面に配置されている。また、送電装置２２は、車両１０が駐車スペース内に駐車したときに受電装置１８と送電装置２２との相対的な位置関係が非接触充電の実行が可能な所定の位置関係となるように路面に配置される。送電装置２２は、図示していない交流電源（たとえば、商用系統電源）から電力の供給を受けて、受電装置１８に電力を送る。送電装置２２は、受電装置１８に非接触で送電するための共振回路を含む。共振回路は、たとえばコイルとキャパシタとによって構成され、伝送周波数において共振するように設計されている。共振回路のＱ値は１００以上であることが好ましい。

また、送電装置２２の上面の略中央部にカメラ２６が設けられている。カメラ２６は、魚眼レンズを備えており、車両１０が送電装置２２に向けて移動する際の受電装置１８を含む広い空間を撮影可能に構成されている。

電源ＥＣＵ２４２は、いずれも図示しないが、ＣＰＵと、メモリと、入出力ポートとを含んで構成されている。たとえば、電源ＥＣＵ２４２は、通信装置２４４を介して車両１０から送られる情報、カメラ２６および送電装置２２の検出値、およびメモリに格納されたプログラムに基づいて、通信装置２４４、送電装置２２、およびカメラ２６を制御する。

通信装置２４４は、無線ＬＡＮを利用して外部の機器と直接通信を行なう。たとえば、通信装置２４４は、電源ＥＣＵ２４２の制御に従って、カメラ２６から送られる撮像データ、給電設備２０の利用状況、給電設備２０に異常があるか否かを示す情報などを車両１０に送る。車両１０は、給電設備２０から送られた情報をもとに、接続するネットワークを切り替えるための処理や、充電を行なうための処理を行なう。また、車両１０は、処理結果に応じて、接続を切り替えることや、充電を開始することを給電設備２０に通知する。

具体的には、走行中において、給電設備２０は、給電設備２０が設置されている施設（ユーザの自宅）での電力の利用状況を車両１０に通知するようにしてもよい。たとえば、給電設備２０が設置されている施設内に蓄電設備が設けられている場合に、施設内で蓄えられている電力量を車両に通知する。これにより、ユーザは、駐車した後、給電をすぐに開始することができるか否かを知ることができ、また、必要に応じて、施設内のエネルギーの流れを調整して施設内の蓄電量を調整することができる。また、車両１０が駐車スペースに進入している走行中において、給電設備２０からカメラ２６が撮像した画像が車両１０に送られ、車両１０は、カメラ２６が撮像した画像に基づいて給電可能な位置に車両１０が位置しているか否かを判定する。その後、給電が開始されると、車両１０は、給電設備２０に充電状況を送り、給電設備２０は車両１０へ施設内の電力の使用状況などを送る。また、充電中に車両１０が異常を検知した場合には、車両１０は、給電設備２０に向けて給電停止を要求する旨の信号（停止信号）を出力する。

＜充電が開始されるまでのフロー＞
図２は、充電が開始されるまでの流れを説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、車両ＥＣＵ１２のＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することで行なわれるが、処理の一部または全部が車両ＥＣＵ１２内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。このフローチャートに示される処理は、車両ＥＣＵ１２が駆動しているときに、所定の処理周期毎にメインルーチン（図示せず）から呼び出されて実行される。

車両ＥＣＵ１２は、ユーザからの充電要求がされているか否かを判定する（ステップＳ１１）。充電要求は、たとえば、ユーザが、自宅の給電設備２０において充電を行なうことを指定した場合に行なわれる。充電要求は、バッテリ１６の充電が完了するまで行われるものとする。

車両ＥＣＵ１２は、ユーザからの充電要求がされていないと判定すると（ステップＳ１１においてＮＯ）、図２に示す処理を終了する。車両ＥＣＵ１２は、ユーザからの充電要求がされていると判定すると（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、ネットワークＮＷに接続して、給電設備２０と通信する（ステップＳ１２）。

車両ＥＣＵ１２は、給電設備２０から送られた情報をもとに給電設備２０に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、給電設備２０は、給電設備２０に異常があるか否かを示す情報をサーバ４０の所定の記憶領域に保存してもよい。この場合、車両ＥＣＵ１２はサーバ４０の所定の記憶領域を参照することで、給電設備２０に異常があるか否かを判定する。

車両ＥＣＵ１２は、給電設備２０に異常があると判定すると（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、異常があることを表示装置１３に表示して（ステップＳ１４）、充電を開始することなく、図２に示す処理を終了する。

車両ＥＣＵ１２は、給電設備２０に異常がないと判定すると（ステップＳ１３においてＮＯ）、給電可能な位置で車両が停止しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。給電可能な位置とは、受電装置１８と送電装置２２との相対的な位置関係が、送電装置２２から受電装置１８に向けて給電が可能な所定の位置関係となっていることを意味する。

給電可能な位置に車両１０が位置しているか否かは、カメラ２６が撮像した画像に基づいて判定される。本実施の形態においては、画像に基づいた判定は、車両ＥＣＵ１２が行う。具体的には、電源ＥＣＵ２４２は、サーバ４０を経由して車両ＥＣＵ１２に画像を送る。車両ＥＣＵ１２は、送られた画像に基づいて給電可能な位置に車両１０が位置しているか否かを判定する。なお、電源ＥＣＵ２４２が画像に基づいて給電可能な位置に車両１０が位置しているか否かを判定してもよい。この場合、電源ＥＣＵ２４２は、サーバ４０を経由して車両ＥＣＵ１２に判定結果を送る。車両ＥＣＵ１２は、電源ＥＣＵ２４２から送られた判定結果に基づいて、給電可能な位置に車両１０が位置しているか否かを判定する。

車両ＥＣＵ１２は、車両が停止しているか否かの判定を、たとえば、図示しない車両１０のシフトレバーがパーキングレンジに入っているかに基づいて行う。

車両ＥＣＵ１２は、給電可能な位置で車両１０が停止していると判定しないと（ステップＳ１５においてＮＯ）、図２に示す処理を終了する。ここで、車両ＥＣＵ１２が給電可能な位置で車両１０が停止していると判定しない場合とは、具体的には、車両１０が走行中のとき、または、停車しているものの給電ができない位置に停車しているときが挙げられる。

車両ＥＣＵ１２は、給電可能な位置で車両１０が停止していると判定すると（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、無線ＬＡＮに接続して給電設備２０と直接無線通信し（ステップＳ１６）、充電を実行し（ステップＳ１７）、図２に示す処理を終了する。充電を実行するためには、車両ＥＣＵ１２から給電設備２０に向けて充電の開始を指示する。また、充電中、車両ＥＣＵ１２は、充電中であることを表示装置１３に表示したり、バッテリ１６の充電状況を監視したりする。

ここで、図２に示すフローに従って処理が行なわれた場合の車両１０と給電設備２０との間の通信方法について図３および図４を参照して説明する。図３は、走行中の通信方法の概略を示す図である。図４は、充電中の通信方法の概略を示す図である。

図２のステップＳ１５に示すように、給電可能な位置で車両１０が停止していると判定されるまで、車両ＥＣＵ１２は、ネットワークＮＷに接続して、サーバ４０およびルータ３０を経由して給電設備２０と無線通信するようにＤＣＭ１４を制御する。一方、給電可能な位置で車両１０が停止していると判定されると、車両ＥＣＵ１２は、無線ＬＡＮに接続して、サーバ４０およびルータ３０を経由せず給電設備２０と直接無線通信するようにＤＣＭ１４を制御する。

換言すると、車両ＥＣＵ１２は、給電設備２０からの電力を給電可能な位置に車両１０が停止していると判定される場合に、サーバ４０およびルータ３０を経由せず給電設備２０と無線通信するようにＤＣＭ１４を制御する。一方、車両ＥＣＵ１２は、給電設備２０からの電力を給電可能な位置に車両１０が停止していると判定されない場合に、サーバ４０およびルータ３０を経由して給電設備２０と無線通信するようにＤＣＭ１４を制御する。

図３に示すように、走行中の車両１０と、給電設備２０との間に障害物があると、車両１０と給電設備２０との間で直接行なわれる通信は、障害物によって遮断されることがある。本実施の形態においては、走行中の車両１０と給電設備２０との間の通信は、サーバ４０およびルータ３０を経由した通信であって、給電設備２０と車両１０との間で直接行なわれる通信ではないため、障害物による通信の妨害を受けない。その結果、本実施の形態における充電システム１は、走行中においても、車両１０と給電設備２０との間の通信を適切に行なうことができる。

また、給電設備２０を設置するにあたり、車両動線と給電設備２０との間の通信を妨害する障害物を考慮しなくともよいため、設置が容易になる。

図４に示すように、充電中は、サーバ４０およびルータ３０を経由せず車両１０と給電設備２０とは直接無線通信を行なう。充電中は、停止信号が出力された場合に送電装置２２から受電装置１８への送電を早急に停止することが望まれ、車両１０と給電設備２０との間の通信速度が求められる。本実施の形態においては、充電中は、車両１０と給電設備２０とが１対１で他の装置を経由することなく通信するため、車両１０と給電設備２０との間の通信速度を確保することができる。

＜変形例＞
上記実施の形態において、車両１０が給電可能な位置にあるか否かは、地面に設置されたカメラ２６が撮像した画像に基づいて判定されるものとしたが、車両１０にカメラを取り付け、車両１０に取り付けられたカメラの画像に基づいて判定されてもよい。また、車両の位置を特定する方法は、カメラ２６のような視覚センサを利用した方法に限らず、ＧＰＳ（Global Positioning System）機能を利用する方法、近接センサを利用した方法など、他の方法であってもよい。

また、上記実施の形態において、給電設備２０から車両１０への給電は、非接触で行なわれるとしたが、ケーブルを利用して行なわれるものであってもよい。この場合、「給電可能な位置で車両が停止している」ことの判定は、車両と給電設備とが給電用のケーブルで接続されたことに基づいて行なわれてもよい。また、この判定は、ケーブルが車両に届く範囲内を車両に給電可能な位置として予め設定し、視覚センサなどのセンサを利用して行なわれてもよい。

また、上記実施の形態において、車両１０が利用可能な給電設備２０は、自宅に設置されているものとした。車両が利用可能な給電設備は、複数設置されていてもよい。この場合、給電設備と車両との通信は、ユーザが給電設備の検索を開始したことや、利用する給電設備をユーザが選択したことを契機に開始されるものであってもよい。また、給電設備の異常は、ユーザが給電設備の検索を開始した後、利用する給電設備を選択したことに基づいて、選択された給電設備から車両に向けて通知されてもよく、また、ユーザが給電設備の検索を開始したことに基づいてユーザが利用可能な全ての給電設備から車両に向けて通知されてもよい。また、車両が利用可能な給電設備が複数設置されている場合、給電可能な位置で車両が停止しているか否かの判定は、利用する給電設備が確定された後に行なわれる。

今回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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およ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。

１ 充電システム、１０ 車両、１２ 車両ＥＣＵ、１４ ＤＣＭ、１３ 表示装置、１６ バッテリ、１８ 受電装置、２０ 給電設備、２２ 送電装置、２４ ボックス、２６ カメラ、３０ ルータ、４０ サーバ、２４２ 電源ＥＣＵ、２４４ 通信装置、ＮＷ ネットワーク。

Claims (1)

1. 車両と、
   前記車両に電力を供給する給電装置と、
   前記給電装置と通信可能に設けられ、サーバと前記給電装置との通信を中継する中継装置とを備え、
   前記車両は、
   前記サーバおよび前記中継装置を経由して前記給電装置と無線通信する第１通信、または前記サーバおよび前記中継装置を経由せずに前記給電装置と無線通信する第２通信を行なう通信装置と、
   前記通信装置を制御する制御装置とを有し、
   前記制御装置は、
   前記給電装置からの電力を給電可能な位置に前記車両が停止していると判定される場合に、前記通信装置に前記第２通信を行なわせ、
   前記給電装置からの電力を給電可能な位置に前記車両が停止していると判定されない場合に、前記通信装置に前記第１通信を行わせる、充電システム。

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