JPWO2011125632A1 - 非接触充電システム - Google Patents

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Abstract

この非接触充電システムは、電磁誘導により電力を供給する1次コイルを有する送電装置と;この送電装置と電磁結合して電力を受け取る2次コイルを有する受電装置と;前記1次コイルから前記2次コイルへの充電効率を検出し、この充電効率に応じて1次コイルに供給する電流を変化させる制御装置と;を備える。

Description

本発明は、例えば電気自動車に用いられる非接触充電システムに関する。
本願は、2010年3月31日に、日本に出願された特願2010−81401号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
例えば、電気自動車に搭載されているバッテリを充電する装置として、非接触電力伝送装置(本発明における非接触充電システムに相当)が用いられる。この種の非接触電力伝送装置は、平面状の平面コイルで形成する1次コイルと2次コイルとを有している。さらに、これら1次コイルと2次コイルとが、電磁結合されるように電力伝送用トランスを形成している。このため、非接触電力伝送装置は、両平面コイルが電磁結合する際の位置の自由度が大きくなる利点がある。
しかしながら、電力伝送用トランスの動作時には、両平面コイルが電磁結合する際の位置および電力伝送レベルを適正化する必要がある上に、1次コイルと電磁結合される対象が2次コイル以外の金属等の磁性体異物であるか否かを判断できることが望まれる。また、電力伝送される対象が適正であるか否かを確認できることが望まれる。
このため、電力伝送用トランスを構成する1次コイルに対する磁性体異物を検出し、1次コイルと2次コイルとの位置決めが適正でないことを検出し、この検出時にその内容を表示器などでユーザに知らせる非接触電力伝送装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
これによれば、磁性体異物を検出する方法として、測定電圧の変化を検出する方法を採用している。また、測定電圧が所定値以上の場合、1次コイルに磁性体異物があると判断し、電力伝送用トランスの動作を停止している。
日本国特開2006−60909号公報
しかしながら、上述の従来技術では、1次コイルに磁性体異物があると判断した際、電力伝送用トランスの動作を停止してしまうので、例えば、磁性体異物によって測定電圧が所定値以上になった場合、目標充電時間内に充電が完了しないという課題がある。
そこで、本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、磁性体異物に影響されることなく、適正にかつ目標充電時間内に充電を完了することができる非接触充電システムを提供する。
上記の課題を解決するために、本発明では、以下の構成を採用した。
(1)本発明の一態様に係る非接触充電システムは、電磁誘導により電力を供給する1次コイルを有する送電装置と;この送電装置と電磁結合して電力を受け取る2次コイルを有する受電装置と;前記1次コイルから前記2次コイルへの充電効率を検出し、この充電効率に応じて前記1次コイルに供給する電流を変化させる制御装置と;を備える。
(2)上記(1)に記載の非接触充電システムは、前記1次コイルの温度を検出する第一の温度検出装置をさらに備えてもよい。
(3)上記(2)に記載の非接触充電システムでは、前記1次コイルの耐熱温度の閾値が前記制御装置に設定され、前記充電効率が下限値以下である場合、前記制御装置が、前記1次コイルの温度を前記閾値未満に維持しながら前記1次コイルへ供給する電流を増加させてもよい。
(4)上記(2)または(3)に記載の非接触充電システムでは、前記1次コイルの耐熱温度の閾値が前記制御装置に設定され、前記充電効率が上限値以上である場合、前記制御装置が、前記1次コイルの温度を前記閾値未満に維持しながら前記1次コイルへ供給する電流を減少させてもよい。
(5)上記(3)に記載の非接触充電システムでは、前記1次コイルの温度が前記閾値以上である場合、前記制御装置が、前記1次コイルへの電流の供給を停止してもよい。
(6)上記(3)に記載の非接触充電システムにおいて、前記1次コイルの温度が前記閾値以上である場合、前記制御装置は、前記1次コイルの温度が閾値以上にある時間を計測し、この計測時間が所定時間を越えたときに前記1次コイルへの電流の供給を停止してもよい。
(7)上記(1)または(2)に記載の非接触充電システムは、前記2次コイルの温度を検出する第二の温度検出装置をさらに備えてもよい。
(8)上記(7)に記載の非接触充電システムでは、前記2次コイルの耐熱温度の閾値が前記制御装置に設定され、前記充電効率が上限値以上である場合、前記制御装置が、前記2次コイルの温度を前記閾値未満に維持しながら前記1次コイルへ供給する電流を減少させてもよい。
(9)上記(1)または(2)に記載の非接触充電システムは、前記送電装置を移動させる駆動装置をさらに備えてもよい。
(10)上記(9)に記載の非接触充電システムにおいて、前記充電効率が下限値以下である場合、前記駆動装置は、前記充電効率が最大になる位置に前記送電装置を移動させてもよい。
(11)上記(1)または(2)に記載の非接触充電システムは、前記1次コイルへの電流の供給停止を報知する報知装置をさらに備えてもよい。
上記(1)に記載の非接触充電システムによれば、1次コイルと2次コイルとの間に磁性体異物が混入しているか否かを充電効率の変化から検出し、この磁性体異物によって充電効率が増加または減少したときに1次コイルに供給する電流を変化させることにより、2次コイル側に流れる電流を変化させることができる。このため、目標充電時間内に充電を完了することが可能である。
上記(2)に記載の非接触充電システムによれば、1次コイルの温度を検出して、送電装置の損傷を防ぐことができる。
上記(3)に記載の非接触充電システムによれば、充電効率が下限値以下である場合、1次コイルの温度が耐熱温度を超えないように2次コイルに流れる電流量を変化させ、目標充電時間内に充電を完了することができる。このため、1次コイルまたは2次コイルの近傍に磁性体異物が混入し、充電効率が低下した場合であっても目標充電時間内に確実に充電を完了することが可能である。
上記(4)に記載の非接触充電システムによれば、充電効率が必要以上に向上した場合、1次コイルの温度を耐熱温度未満に抑えつつ、充電作業を続けることができる。このため、1次コイルと2次コイルとの間に磁性体異物が混入し、充電効率が必要以上に向上した場合であっても目標充電時間に合せて充電を完了することが可能である。
上記(5)に記載の非接触充電システムによれば、1次コイルおよび2次コイルへの過電流を防止することができる。このため、過電流による送電装置及び受電装置の損傷を確実に防止することが可能である。
上記(6)に記載の非接触充電システムによれば、1次コイルに過電流が供給されているか否かの誤判断を防止できる。例えば、1次コイルと2次コイルとの間を磁性体異物が風等により通過し、一時的に1次コイルの温度が閾値以上になった場合に、1次コイルに過電流が供給され続けていると判断せず、そのまま1次コイルへの電流の供給を継続する。このため、充電作業を停止させることなく、効率よく充電を完了させることができる。
上記(7)に記載の非接触充電システムによれば、2次コイルの温度を検出して、送電装置及び受電装置の損傷を防ぐことができる。
上記(8)に記載の非接触充電システムによれば、充電効率が必要以上に向上した場合、1次コイル及び2次コイルの温度を耐熱温度未満に抑えつつ、充電作業を続けることができる。このため、1次コイルと2次コイルとの間に磁性体異物が混入し、充電効率が必要以上に向上した場合であっても目標充電時間に合せて充電を完了することが可能である。
上記(9)に記載の非接触充電システムによれば、1次コイルの位置を適切な位置に移動させることができる。このため、所定の電流を1次コイルに流した場合に、最大限効率よく充電作業を行うことができる。
上記(10)に記載の非接触充電システムによれば、1次コイルと2次コイルとの対向位置のずれによる充電効率の変化によって、1次コイルに供給する電流が変化することを防止できる。このため、例えば、1次コイルと2次コイルとの対向位置のずれによって充電効率が低下した際、1次コイルへの過電流の供給を確実に防止できる。
上記(11)に記載の非接触充電システムによれば、制御装置の判断結果をユーザに通報することができる。このため、充電作業中の異常をユーザが認識することができ、例えば1次コイルと2次コイルとの間に混入した磁性体異物を取り除く等の適正な処置をユーザ等が施すことが可能である。
本発明の一実施形態における電気自動車の側面側からみた非接触充電システムの概略図である。 本実施形態における電気自動車の上側からみた非接触充電システムの概略図である。 本実施形態における1次コイルの位置調整手順を示すフローチャートである。 本実施形態における1次コイルの位置調整(ステップ101)の動作説明図である。 本実施形態における1次コイルの位置調整(2次コイルの誘導電流が検出されない場合のステップS103)の動作説明図である。 本実施形態における1次コイルの位置調整(2次コイルの誘導電流が検出される場合のステップS103)の動作説明図である。 本実施形態における1次コイルの位置調整(ステップS106)の動作説明図である。 本実施形態における1次コイルの位置調整(ステップS107)の動作説明図である。 本実施形態における1次コイルの位置調整(ステップS109)の動作説明図である。 本実施形態において誘導電流が検出されない場合の1次コイル5の移動量と2次コイルの誘導電流との関係を概略的に示すグラフである。 本実施形態において誘導電流が検出される場合の1次コイル5の移動量と2次コイルの誘導電流との関係を概略的に示すグラフである。 本実施形態において誘導電流の最大値が検出される場合の1次コイル5の移動量と2次コイルの誘導電流との関係を概略的に示すグラフである。 本実施形態において、1次コイルと2次コイルとの相対位置がずれた場合に、1次コイルと2次コイルとの間に生じる磁束の状態を示す。 本実施形態において、1次コイルの近傍に磁性体異物が存在する場合に、1次コイルと2次コイルとの間に生じる磁束の状態を示す。 本実施形態において、1次コイルと2次コイルとの間に磁性体異物が存在する場合に、1次コイルと2次コイルとの間に生じる磁束の状態を示す。 本実施形態において、正常な磁束が発生する場合の1次コイルと2次コイルとの間に生じる磁束の状態を示す。 本実施形態における1次コイルに印加される高周波電流の調整手順を示すフローチャートである。
(非接触充電システム)
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、電気自動車2の側面側からみた非接触充電システム1の概略図である。また、図2は、電気自動車2の上側からみた非接触充電システム1の概略図である。なお、以下の説明において、電気自動車2の前進方向を前方、後退方向を後方、電気自動車2の幅方向を左右方向と表現して説明する場合がある。また、図2中では、図1中の一部が省略されている。
図1及び図2に示すように、非接触充電システム1は、例えば電気自動車2等に搭載されているバッテリ20の充電を行うシステムである。この非接触充電システムは、電気自動車2の内部に搭載される車両側充電装置3と、電気自動車2の外部に存在し、例えば駐車場等の設備に設けられる駐車設備側充電装置4とを備えている。
電気自動車2は、モータユニット23と、インバータ24と、VCU(電圧昇圧器、コンバータ)25と、EWP(電動冷却水ポンプ)26と、ラジエータ27と、ダウンバータ(コンバータ)28と、チャージャ29と、バッテリ20とを備えている。ここで、モータユニット23は、モータ21や減速機22などの動力伝達部を収容している。また、インバータ24およびVCU25は、モータ21を駆動させ、ラジエータ27によって冷却されEWP26により循環する冷媒により冷却されている。さらに、ダウンバータ28は、駆動系から出力される電圧を降圧して、電気自動車2の車体2aの床一面に配されたバッテリ20に供給する。チャージャ29は、非接触充電システム1を用いてバッテリ20を充電する際、電圧変換器として使用される。
(車両側充電装置)
車両側充電装置3は、駐車設備側充電装置4から供給される電力を受け取る2次コイル(受電コイル)31を有する受電装置32と、駐車設備側充電装置4に対して情報の送受信を行う車両側送受信部33と、非接触充電システム1の種々の制御を行う制御装置34とを備えている。
2次コイル31は、例えば絶縁被覆された単線を同一平面上に渦巻き状に巻くことによって、平面視で円形状に形成された平面コイルである。2次コイル31は、駐車設備側充電装置4に設けられている後述の1次コイル(給電コイル)5と電磁結合すると、1次コイル5から供給される電力を受け取ることができる。
制御装置34は、2次コイル31が受け取る電力(充電エネルギ)を検出する。さらに、制御装置34は、駐車設備側充電装置4から1次コイル5が出力する電力(放電エネルギ)の情報を車両側送受信部33を介して取得し、1次コイル5から2次コイル31への充電効率(放電エネルギ(充電器供給電力)に対する充電エネルギ(バッテリ充電電力)の比率)を算出(検出)している。
また、制御装置34には、充電効率の下限値および上限値が、それぞれ下限閾値および上限閾値として設定されている。加えて、算出した充電効率がこの下限閾値から上限閾値までの範囲(以下、閾値範囲という)内に収まっているか否かを制御装置34が判断する。その後、制御装置34は、この判断結果を信号として、車両側送受信部33を介して駐車設備側充電装置4に送信する。
さらに、制御装置34は、時間を計測するタイマ36を備えている。制御装置34は、タイマ36のカウント値が所定値に達したら、車両側送受信部33を介して駐車設備側充電装置4に信号を送信する。この制御装置34には、目標充電時間が予め設定されている。すなわち、制御装置34は、この目標充電時間に充電が完了するように、タイマ36のカウント値を参照しながら閾値範囲内で充電効率を決定する。
なお、バッテリ20への充電作業では、予め設定されている目標充電時間と同じ時間をかけて充電することが望ましい。例えば、目標充電時間よりも極端に短い時間でバッテリ20の充電を完了させてしまう場合、充電完了後にバッテリ20を放置することになり、バッテリ20が劣化する。
(駐車設備側充電装置)
駐車設備側充電装置4は、車両側充電装置3に電力を供給する1次コイル5を有する送電装置6と、送電装置6を移動させる駆動装置7と、1次コイル5の移動範囲W(図4A参照)を特定する範囲特定装置8と、これら駆動装置7および範囲特定装置8を制御する制御部(制御装置)13と、車両側充電装置3に対して情報の送受信を行う駐車設備側送受信部14とを備えている。
1次コイル5は、例えば絶縁被覆された単線を同一平面上に渦巻き状に巻くことによって、平面視で円形状に形成された平面コイルである。この1次コイル5は、所定の高周波電流が印加されて磁界を発生する。
また、送電装置6には、1次コイル5の温度を検出する温度センサ(第一の温度検出手段)16が設けられている。温度センサ16による検出結果は、信号として制御部13に出力される。
駆動装置7は、一端に送電装置6を支持可能なアーム部9を有している。アーム部9は、電気自動車2の前後方向(進行方向)に沿って伸縮自在、例えばテレスコープ状に構成され、駆動装置7によって駆動する。また、アーム部9は、電気自動車2の左右方向に沿って移動可能である。これにより、送電装置6は、地上Jと車体2aとの間を、前後方向に沿って移動でき、かつ左右方向に沿って移動できる。
なお、駆動装置7は、必ずしもテレスコープ状のアーム部9を有する構成に限定されず、送電装置6が、前後方向に沿って移動でき、かつ左右方向に沿って移動できればよい。
駐車設備側充電装置4は、範囲特定装置8から離れた位置に、電気自動車2の幅を検出可能な輪止め10を備えている。輪止め10は、電気自動車2の移動を規制し、この輪止め10には、電気自動車2のタイヤ11が接触する部位にタイヤ検出センサ12が設けられている。このタイヤ検出センサ12は、タイヤ11の位置を検出する。タイヤ検出センサ12は、さまざまな電気自動車2の車種に対応可能なように、左右のタイヤ11に対応する位置に複数設けられている。輪止め10に、例えば前輪の左右のタイヤ11が接触すると、タイヤ検出センサ12によって前輪の左右のタイヤ11の間の距離が検出される。
タイヤ検出センサ12には、例えばリミットスイッチ等の接触式センサ、光電センサ、タッチパネル等のさまざまなセンサを用いることが可能である。
また、輪止め10には、範囲特定装置8に設けられた算出部8aに信号を送信する送信部15が設けられている。この送信部15と駐車設備側送受信部14とを介して、タイヤ検出センサ12による検出結果が信号として算出部8aに出力される。
算出部8aは、タイヤ検出センサ12による検出結果に基づいて電気自動車2の幅を算出するために、範囲特定装置8内に設けられている。すなわち、算出部8aは、タイヤ検出センサ12から入力された信号に基づいて、車体2aの幅を算出する。また、算出部8aは、算出された車体2aの幅に基づいて、車体2aの前後方向の長さを算出する。
車体2aの前後方向の長さには、例えば車体2aの幅から決定される最大法定長さを使用することができる。また、算出部8aに、例えば車体2aの幅と車体2aの長さとを対応付けたテーブルを設け、このテーブルを参照して算出された車体2aの幅から車体2aの前後方向の長さを取得してもよい。
この他に、車両側充電装置3の制御装置34に予め電気自動車2の車種情報を記憶しておき、この車種情報を駐車設備側送受信部14を介して算出部8aに出力してもよい。この場合、算出部8aは、入力された車種情報に基づいて車体2aの前後方向の長さデータを得ることができる。
さらに、算出部8aは、算出した車体2aの幅と長さとに基づいて、1次コイル5の移動範囲W(図4A参照)を特定する。
なお、車両側充電装置3から得られた電気自動車2の車種情報に基づいて、車体2aの前後方向の長さデータを得る場合、車種情報から車体2aの幅データを得ることも可能である。
しかしながら、1次コイル5の移動範囲Wを決定する際に、電気自動車2のタイヤ11が輪止め10に接触した位置を認識する必要がある。このため、車体2aの幅は、タイヤ検出センサ12からの出力信号に基づいて算出することが望ましい。
制御部13には、1次コイル5の耐熱温度が閾値として設定されている。この制御部13は、温度センサ16から入力された1次コイル5の温度が閾値以上であるか否かを判断する。この判断結果および車両側充電装置3の制御装置34から入力される充電効率の算出結果(判断結果)に基づいて1次コイル5に印加する高周波電流の値を決定する(詳細は後述する)。また、後述するように、1次コイル5に印加する高周波電流の値を決定するために、車両側充電装置3の制御装置34から入力される2次コイル31の温度が閾値以上であるか否かの判断結果も用いることができる。
また、制御部13には、警報装置(報知装置)17が設けられている。この警報装置17は、車両側充電装置3の制御装置34によって算出された充電効率が閾値範囲内でない場合、駐車設備側送受信部14を介してユーザに警告を発信する。具体的には、例えば、ユーザの携帯電話等に警告が発信され、ユーザが電気自動車2から離れた位置にいても非接触充電システム1の異常を認識できる。
さらに、制御部13は、範囲特定装置8の算出部8aにより特定された移動範囲Wに基づいて駆動装置7に信号を出力し、1次コイル5の移動範囲を制御する。また、制御部13は、1次コイル5が出力する電力(放電エネルギ)を信号として、駐車設備側送受信部14を介して車両側充電装置3の制御装置34に送信している。
また、制御部13には、車両側充電装置3の制御装置34により算出された充電効率および算出された充電効率が閾値範囲を超えているか否かの判断結果が信号として駐車設備側送受信部14を介して入力される。
ここで、車両側充電装置3の制御装置34は、範囲特定装置8で特定された1次コイル5の移動範囲W内における充電効率の最大値を判断し、この判断結果を信号として駐車設備側充電装置4の制御部13に送信する。
制御部13は、車両側充電装置3の制御装置34から出力されている判断結果に基づいて駆動装置7に信号を送信し、充電効率が最大になるように1次コイル5の位置を調整し、特定の位置に1次コイル5を移動させる。さらに、1次コイル5と2次コイル31とを電磁結合させ、電気自動車2のバッテリ20を充電する。
(1次コイルの位置調整手順)
より具体的に、図3〜図5Cに基づいて1次コイル5の位置調整手順について説明する。
図3は、1次コイル5の位置調整手順を示すフローチャートである。また、図4A〜図4Fは、1次コイル5の位置調整の動作説明図であり、各図には、各ステップでの状態が示されている。
また、図5A〜図5Cは、1次コイル5の移動量と2次コイル31の誘導電流との関係を概略的に示すグラフであり、各図には、各ステップの誘導電流の変化が示されている。これらの図5A〜図5Cでは、2次コイル31が受ける誘導電流が縦軸であり、1次コイル5の移動量が横軸である。
まず、図3、図4Aに示すように、例えば非接触充電システム1が設置されている駐車場に電気自動車2を入庫し、輪止め10にタイヤ11が接触した位置で電気自動車2を停止させる。このとき、例えば、電気自動車2が前進しながら入庫した場合、輪止め10に設けられているタイヤ検出センサ12により、前輪の左右のタイヤ11の位置が検出される。
タイヤ11の位置が検出されると、範囲特定装置8の算出部8aによって、1次コイル5の移動範囲Wが特定される(図3におけるステップS101)。
続いて、駐車設備側充電装置4は、1次コイル5に高周波電流を印加する(図3におけるステップS102)。
次に、駆動装置7を駆動させ、例えば、図4Bにおける2つの地点(実線で示される1次コイル5の位置(A地点)と二点鎖線で示される1次コイル5の位置(B地点))の間の1ラインに相当する距離だけ、電気自動車2の前後方向(長さ方向)に沿って1次コイル5を移動させる(図3におけるステップS103)。
ここで、1次コイル5の前後方向のスタート位置は、移動範囲Wのうち、輪止め10の側端(図4Bにおける左側端)に設定することが望ましい。この場合、1ライン全体に亘って1次コイル5を移動させる際に、1次コイル5を往復動させる必要がない。つまり、往路または復路だけで1ライン全体に亘って1次コイル5を走査させることができる。
また、1次コイル5の左右方向のスタート位置は、移動範囲Wのうち、右側端(図4Bにおける上側端)または下側端(図4Bにおける下側端)の何れか一端に設定することが望ましい。この場合、左右方向の移動を最小限に抑えることが可能になる。
続いて、ステップS103において1次コイル5を電気自動車2の前後方向に沿って移動させながら、1次コイル5と2次コイル31とが電磁結合され、2次コイル31に誘導電流が生じているか否かの判断を行う(図3におけるステップS104)。
ステップS104における判断が「No」である場合、つまり、1次コイル5と2次コイル31との間の距離が電磁結合不可能な距離である場合、図5Aに示すように、A地点とB地点の間で2次コイル31には全く誘導電流が生じず、車両側充電装置3の制御装置34によって誘導電流が検出されない。このため、駆動装置7によりアーム部9の左右方向の位置を2ライン目(次のライン)に変更する(図3におけるステップS105)。
再びステップS103に戻り、1次コイル5を電気自動車2の前後方向に沿って移動させる。このとき、前回のステップS103における1次コイル5の移動方向が車体2aの前方から後方に向かう方向であった場合、今回のステップS103における1次コイル5の移動方向は、車体2aの後方から前方に向かう方向である。これらのステップを1次コイル5の移動するラインを変えながら繰り返し行う。
なお、各ラインの間隔、つまり、ステップS105におけるアーム部9の左右方向の1回あたりのずれ量(移動量)は、例えば、約1cm程度になるように設定することが望ましい。
一方、ステップS104における判断が「Yes」である場合、つまり、1次コイル5と2次コイル31との間の距離が電磁結合可能な距離である場合、図5Bに示すように、2次コイル31に誘導電流が生じ、車両側充電装置3の制御装置34によって誘導電流が検出される。
このとき、1次コイル5を移動範囲W内で前後方向全体にわたって移動させることにより、つまり、例えば、図4Cにおいて実線で示される1次コイル5の位置(C地点)から二点鎖線で示される1次コイル5の位置(D地点)に至る間まで1次コイル5を移動させることにより、1ライン上の誘導電流のピーク値(ピーク)を得ることができる。
制御装置34は、この誘導電流のピーク値を1次コイル5の前後方向における最適位置と判断し、この判断結果を信号として駐車設備側充電装置4の制御部13に送信する。また、この制御部13は、制御装置34からの出力信号に基づいて駆動装置7に信号を出力する。駆動装置7は、制御部13からの信号出力に基づいて、1次コイル5を誘導電流のピーク値(ピーク、頂点)が検出された前後方向の最適位置に移動させる(図3におけるステップS106、図4D参照)。
1次コイル5の前後方向における最適位置が決定した後、駆動装置7によって1次コイル5を左右に移動させる(図3におけるステップS107、図4E参照)。
そして、ステップS107において1次コイル5を電気自動車2の左右方向に沿って移動させながら、2次コイル31に流れる誘導電流にピーク値が存在しているか否かの判断を行う(図3におけるステップS108)。
ここで、ステップS108における判断が「No」である場合、つまり、2次コイル31に流れる誘導電流のピーク値が変化しない場合、先のステップS104またはS106による判断が誤判断であると判断し、再びステップS103に戻る。その後、再び1次コイル5を前後方向に沿って移動させる。
一方、ステップS108における判断が「Yes」である場合、つまり、図4E及び図5Cに示すように、例えばE地点(図4E中の実線で示される1次コイル5の位置)からF地点(図4E中の二点鎖線で示される1次コイル5の位置)に至る間まで1次コイルを左右方向に移動させ、2次コイル31に流れる誘導電流のピーク値が検出された場合、制御装置34は、このピーク値を1次コイル5の左右方向における最適位置と判断する。
すなわち、1次コイル5の前後方向における最適位置と、左右方向における最適位置とが決定されることにより、2次コイル31に流れる誘導電流の最大値が検出される最適位置Pが決定する。この最適位置Pを最大限効率よく充電作業を行うことができる位置と判断する。
さらに、制御装置34は、判断結果を信号として駐車設備側充電装置4の制御部13に送信する。制御部13は、制御装置34からの出力信号に基づいて駆動装置7に信号を出力する。駆動装置7は、制御部13からの信号出力に基づいて、誘導電流のピーク値(ピーク、頂点)が検出された最適位置Pに1次コイル5を移動させる(図3におけるステップS109、図4F参照)。
これにより、1次コイル5の位置調整が完了する(図3におけるステップS110)。
このように、1次コイル5の位置調整が完了すると、この1次コイル5に所定の高周波電流を印加し、電気自動車2のバッテリ20に充電を開始する。この際、電気自動車2に搭載されているダウンバータ28及びチャージャ29によって2次コイル31に生じる誘導電流が整流され、その後バッテリ20に蓄電される。
ここで、制御部13は、バッテリ20の充電を開始した後、1次コイル5へ印加する高周波電流の値を状況に応じて変化させている。例えば、制御部13は、送電装置6に設けられている温度センサ16により検出された1次コイル5の温度、車両側充電装置3の制御装置34から入力される2次コイル31の温度の判断結果(後述)、および充電効率が閾値範囲を超えているか否かの判断結果に基づいて、バッテリ20の充電を開始した後に1次コイル5へ印加する高周波電流の値を変化させている。
(高周波電流値の調整方法)
より詳しく、図6A〜図7に基づいて、1次コイル5に印加される高周波電流値の調整方法について説明する。
ここで、まず、図6A〜図6Dに基づいて、1次コイル5と2次コイル31との間に生じる磁束の状態の変化について説明する。図6A〜図6Cは、1次コイル5と2次コイル31との間に生じる磁束の状態を示す説明図である。また、図6Dは、1次コイル5と2次コイル31との間に正常な磁束が生じている場合の状態を示す説明図である。
まず、図6Dに示すように、1次コイル5および2次コイル31が正常な位置(最適位置)に配置され、かつ1次コイル5と2次コイル31との間に、問題を生じさせる異物が存在せず、正常な電磁誘導が起こっている場合、1次コイル5と2次コイル31との間に正常な磁束B0が発生する。
これに対し、図6Aに示すように、充電を開始した後に、何らかの外力によって1次コイル5と2次コイル31との相対位置がずれた場合、1次コイル5で発生した磁束の一部が漏れ(漏れ磁束B1)、2次コイル31の鎖交磁束が減少する。このため、充電効率が低下してしまう。
また、図6Bに示すように、1次コイル5の外周部近傍に鉄くず等の磁性体異物Mが存在している場合、この磁性体異物M自体が磁化され、磁性体異物Mと1次コイル5との間に磁界が形成される。この磁界により漏れ磁束B2が発生し、2次コイル31の鎖交磁束が減少する。この場合も充電効率が低下してしまう。
このように、1次コイル5と2次コイル31との相対位置がずれた場合(図6A参照)および1次コイル5の外周部近傍に鉄くず等の磁性体異物Mが存在する場合(図6B参照)では、1次コイル5に印加する高周波電流を増加させることにより、所望の充電効率を得ることが可能である。
しかしながら、1次コイル31へ印加する高周波電流の増加とともに、1次コイル31の温度が上昇する。このため、駐車設備側充電装置4の制御部13は、送電装置6に設けられた温度センサ16(図1参照)による検出結果に基づいて、1次コイル31へ印加する高周波電流の値をコントロールしている。
一方、図6Cに示すように、1次コイル5と2次コイル31との間に磁性体異物Mが存在している場合、磁性体異物M自体が磁化されることにより、この磁性体異物Mが生じる磁束と、1次コイル5から生じる磁束とにより、2次コイル31の鎖交磁束B3が増加する。このため、必要以上に充電効率が向上し、1次コイル5および2次コイル31に過電流が生じる。
このような場合、駐車設備側充電装置4の送電装置6に設けられている温度センサ16(図1参照)による検出結果に基づいて、制御部16が1次コイル31へ印加する高周波電流の値をコントロールする。
より具体的に、図7に基づいて説明する。図7は、1次コイル5に印加される高周波電流の調整手順を示すフローチャートである。
図7に示すように、充電を開始した後、車両側充電装置3の制御装置34によって、2次コイル31の充電効率を算出する(ステップS201)。
次に、算出された充電効率が下限閾値以下であるか否かの判断を行う(ステップS202)。この判断結果は、信号として制御装置34から駐車設備側充電装置4の制御部13に送信される。
ステップS202における判断が「No」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が下限閾値以下ではないと判断された場合、そのまま充電作業を継続する(ステップS203)。
一方、ステップS202における判断が「Yes」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が下限閾値以下であると判断された場合、1次コイル5と2次コイル31との相対位置がずれた場合(図6A参照)を想定し、1次コイル5の位置を再調整する(ステップS204)。このステップS204における1次コイル5の調整方法は、前述の図3〜図5Cに基づいて説明した1次コイル5の位置調整手順と同様であるので、ここでは説明を省略する。
1次コイル5の位置を再調整した後、充電効率が、下限閾値を超え、閾値範囲内であるか否かの判断を行う(ステップS205)。
ステップS205における判断が「Yes」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が閾値範囲内であると判断された場合、ステップS203に進み、充電作業を継続する。
一方、ステップS205における判断が「No」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が下限閾値以下であり、閾値範囲内でないと判断された場合、送電装置6や受電装置32等に異常が発生していると判断する(ステップS206)。
その後、1次コイル5の温度が閾値以上であるか否かの判断を行う(ステップS207)。
ステップS207における判断が「Yes」である場合、つまり、送電装置6に設けられた温度センサ16(図1参照)による検出結果が制御部13に設定されている閾値以上である場合、1次コイル5への高周波電流の印加を停止する(ステップS208)。
続けて、駐車設備側充電装置4の制御部13の警報装置17から駐車設備側送受信部14を介してユーザに警報が発信される(ステップS209)。
一方、ステップS207における判断が「No」である場合、つまり、送電装置6に設けられた温度センサ16による検出結果が制御部13に設定されている閾値未満である場合、1次コイル5の外周部近傍に鉄くず等の磁性体異物Mが存在している場合(図6B参照)を想定し、1次コイル5に印加される高周波電流を増加させる(ステップS210)。
ここで、高周波電流の増加量は、制御装置34に設けられているタイマ36のカウント値に基づいて決定される。すなわち、予め制御装置34に設定されている目標充電時間に充電を終了させることが望ましい。このため、充電を開始してからの経過時間から目標充電時間までの残り時間を算出し、この残り時間で充電を完了させるように1次コイル5に高周波電流を印加し、充電効率を高める。
なお、例えば、制御装置34に充電を開始してからの経過時間と充電効率とを対応付けたマップを設け、このマップを参照して1次コイル5に印加する高周波電流の値を決定することも可能である。
このように、目標充電時間までの残り時間を参照しながら1次コイル5へ印加する高周波電流の値を決定すると、1次コイル5に過電流が生じ、1次コイル5の温度が閾値以上になる虞がある。そこで、1次コイル5へ印加する高周波電流を増加させた後、1次コイル5の温度が閾値以上であるか否かの判断を行う(ステップS211)。
ステップS211における判断が「Yes」である場合、つまり、送電装置6に設けられた温度センサ16(図1参照)による検出結果が制御部13に設定されている閾値以上である場合、1次コイル5への高周波電流の印加を停止し、ステップS208に進む。
一方、ステップS211における判断が「No」である場合、つまり、送電装置6に設けられた温度センサ16(図1参照)による検出結果が制御部13に設定されている閾値未満である場合、送電装置6や受電装置32等に異常が発生していないと判断する(ステップS212)。
続いて、車両側充電装置3の制御装置34によって、2次コイル31の充電効率を算出し、算出された充電効率が上限閾値以上であるか否かの判断を行う(ステップS213)。この判断結果は、信号として制御装置34から駐車設備側充電装置4の制御部13に送信される。
ステップS213における判断が「No」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が上限閾値以上でないと判断された場合、充電が完了したか否かの判断を行う(ステップS214)。
ステップS214における判断が「No」である場合、つまり、制御装置34によって、充電が完了していないと判断された場合、再びステップS201に戻り、2次コイル31の充電効率を算出する。
また、ステップS214における判断が「Yes」である場合、つまり、制御装置34によって、充電が完了したと判断された場合、充電作業が終了する(ステップS215)。
一方、ステップS213における判断が「Yes」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が、上限閾値以上であり、閾値範囲内でないと判断された場合、1次コイル5と2次コイル31との間に磁性体異物Mが存在していると想定する(図6C参照)。そのため、送電装置6や受電装置32等に異常が発生していると判断する(ステップS216)。
続いて、1次コイル5の温度が閾値以上であるか否かの判断を行う(ステップS217)。これは、1次コイル5と2次コイル31との間を鉄くず等の磁性体異物が風などにより通過し、一時的に充電効率が上限閾値以上に上昇してしまったか否かを判断するためである。
ステップS217における判断が「No」である場合、つまり、送電装置6に設けられた温度センサ16(図1参照)による検出結果が制御部13に設定されている閾値未満である場合、一時的に充電効率が上限閾値以上に上昇したと判断し、送電装置6や受電装置32等に異常が発生していないと判断する(ステップS218)。その後、ステップS214へと進む。
一方、ステップS217における判断が「Yes」である場合、つまり、送電装置6に設けられた温度センサ16(図1参照)による検出結果が制御部13に設定されている閾値以上である場合、制御装置34に設けられているタイマ36のカウント値を参照し、異常が確認されてから所定時間が経過したか否かの判断を行う(ステップS219)。
ステップS219における判断が「No」である場合、つまり、所定時間が経過していないと判断された場合、一時的に充電効率が上限閾値以上に上昇したと判断し、再びステップS217の判断を行う。
一方、ステップS219における判断が「Yes」である場合、つまり、所定時間が経過した場合、1次コイル5と2次コイル31との間に磁性体異物Mが存在すると判断する。その後、1次コイル5に印加する高周波電流を減少させることができるか否かの判断を行う(ステップS220)。
ここで、1次コイル5に印加する高周波電流を減少させることができるか否かの判断を行う理由は、1次コイル5に最低限の高周波電流を印加しないと、1次コイル5に十分な磁束が発生せず、1次コイル5と2次コイル31との電磁結合が不可能になるからである。
すなわち、制御部13には、1次コイル5と2次コイル31との電磁結合が可能な高周波電流の最低値が最低閾値として記憶されている。このステップS220では、1次コイル5に印加する高周波電流を、最低閾値以上に維持しつつ、現在の高周波電流値よりも減少させることができるか否かの判断を行う。
ステップS220における判断が「No」である場合、つまり、1次コイル5に印加する高周波電流を減少させることが不可能である場合、1次コイル5への高周波電流の印加を停止する(ステップS221)。
その後、駐車設備側充電装置4の制御部13の警報装置17から駐車設備側送受信部14を介してユーザに警報が発信される(ステップS222)。
一方、ステップS220における判断が「Yes」である場合、つまり、1次コイル5に印加する高周波電流を減少させることが可能である場合、高周波電流を減少させる(ステップS223)。
続いて、充電効率が、上限閾値未満であり、閾値範囲内であるか否かの判断を行う(ステップS224)。
ステップS224における判断が「No」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率がまだ上限閾値以上であると判断された場合、再びステップS220に戻り、1次コイル5に印加する高周波電流を減少させることができるか否かの判断を行う。
一方、ステップS224における判断が「Yes」である場合、つまり、制御装置34によって、充電効率が、上限閾値未満であり、閾値範囲内であると判断された場合、送電装置6や受電装置32等に異常が発生していないと判断する(ステップS225)。
その後、ステップS214に進み、充電が完了したか否かの判断を行い、充電が完了すれば、充電作業を終了する(ステップS215)。
(効果)
したがって、上述の実施形態によれば、車両側充電装置3に、充電効率を算出する制御装置34を設け、駐車設備側充電装置4に、制御装置34での判断結果が入力される制御部13を設け、充電効率の変化に応じて1次コイル5へ印加される高周波電流の値を制御しているので、目標充電時間内に効率よくかつ適正に充電を完了させることが可能である。すなわち、1次コイル5と2次コイル31との相対位置がずれた場合(図6A参照)、1次コイル5の外周部近傍に鉄くず等の磁性体異物Mが存在する場合(図6B参照)、および1次コイル5と2次コイル31との間に磁性体異物Mが存在する場合(図6C参照)の何れかに応じて、最も効率よく充電作業を行うことができる。
また、送電装置6に1次コイル5の温度を検出する温度センサ16を設け、駐車設備側充電装置4の制御部13に1次コイル5の耐熱温度を閾値として設定している。このため、1次コイル5および2次コイル31の発熱による非接触充電システム1の損傷を防止できる。特に、制御部13は、1次コイル5の温度が閾値を超えない範囲で充電効率を向上させているので、磁性体異物Mによる影響を最小限に抑えつつ、目標充電時間内に充電を完了するように充電を制御することが可能である。
さらに、磁性体異物Mによる影響で、充電効率が上限閾値以上に上昇してしまった場合であっても1次コイル5へ印加する高周波電流を可能な範囲で減少させることができる。
このため、従来のように、充電作業を停止させることなく、1次コイル5の温度を閾値未満に抑えながら充電作業を続けることができる。したがって、磁性体異物M等の影響によらず、目標充電時間に合せて充電を完了することが可能である。
加えて、それでも1次コイル5の温度が閾値以上である場合、充電を中止することにより、送電装置6及び受電装置32の過電流による損傷を確実に防止できる。
また、制御装置34にタイマ36を設け、このタイマ36のカウント値に基づいて、1次コイル5と2次コイル31との間に、一時的に磁性体異物Mが通過しただけであるか否かの判断を行う。このため、制御装置34による誤判断を確実に防止でき、目標充電時間内に充電を完了するように制御装置34を制御することが可能である。
さらに、駐車設備側充電装置4に駆動装置7を設け、充電を開始した後に、何らかの外力によって1次コイル5と2次コイル31との相対位置がずれた場合に、この駆動装置7によって1次コイル5の位置を再調整している。このため、1次コイル5のズレによる充電効率の低下を確実に防止できると共に、充電効率の低下が磁性体異物Mによる影響であると制御装置34が誤判断することを確実に防止できる。よって、1次コイル5に過電流を供給してしまうことを確実に防止できる。
加えて、制御部13に警報装置17を設けることにより、非接触充電システム1に異常が生じて充電作業を中止した状態を即座にユーザに伝えることができる。このため、例えば1次コイル5と2次コイル31との間に混入した磁性体異物Mを取り除く等の適正な処置をユーザが施すことが可能であり、速やかに充電作業を復帰させることが可能である。
なお、本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたシステムを含む。
例えば、上述の実施形態では、車両側充電装置3に制御装置34を設け、駐車設備側充電装置4に制御部13を設けた場合について説明した。しかしながら、駐車設備側充電装置4に制御装置34を設けてもよいし、車両側充電装置3に制御部13を設けてもよい。この場合、制御装置34に、駆動装置7及び範囲特定装置8の制御を行う制御部13の機能をもたせてもよい。
また、上述の実施形態では、送電装置6に、1次コイル5の温度を検出する温度センサ16を設け、駐車設備側充電装置4の制御部13に1次コイル5の耐熱温度を閾値として設定する場合について説明した。しかしながら、この実施形態に限られず、受電装置32にも2次コイル31の温度を検出する温度センサ(第二の温度検出手段)35を設け(図1参照)、1次コイル5および2次コイル31の少なくとも何れか一方の温度に基づいて、1次コイル5に印加する高周波電流を制御してもよい。
すなわち、例えば2次コイル31の温度を検出する温度センサ35のみを設け、この温度センサ35による検出結果に基づいて、1次コイル5へ印加する高周波電流を変化させることも可能である。この場合でも、1次コイル5の温度が2次コイル31の温度に近似していると考えられるため、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、例えば、2次コイルの耐熱温度の閾値を制御装置34または制御部13に設定し、充電効率が上限値以上である場合に、制御装置34または制御部13が、2次コイルの温度をこの閾値未満に維持しながら1次コイル5へ供給する電流を減少させてもよい。
また、例えば1次コイル5の温度を検出する温度センサ16および2次コイル31の温度を検出する温度センサ35の両方を設けてもよい。この場合、例えば、充電効率が低下したときには、2次コイル31の温度を検出する温度センサ35による検出結果を信号として制御部13に送信し、制御部13は、温度センサ35による検出結果に基づいて、1次コイル5へ印加する高周波電流を変化させる。この場合には、1次コイル5の温度よりも高くなる2次コイル31の温度に基づいて制御部13を制御するため、熱による破損を防止できる。
一方、充電効率が上昇したときには、温度センサ16および温度センサ35の少なくとも一方による検出結果を信号として制御部13に送信し、制御部13は、温度センサ16および温度センサ35の少なくとも一方による検出結果に基づいて、1次コイル5へ印加する高周波電流を変化させる。この場合、1次コイル5の温度が2次コイル31の温度に近似していると考えられるため、1次コイル5の温度に基づいて制御部13を制御しても上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、1次コイル5および2次コイル31の両方の温度に基づいて制御することで、より正確に熱による破損を防止できる。
また、上述の実施形態では、制御部13に警報装置17を設け、この警報装置17が、例えば駐車設備側送受信部14を介してユーザに警報を発信する場合について説明した。
しかしながら、この実施形態に限られず、警報装置17から警告音を発して、この警告音によってユーザに非接触充電システム1の異常を報知してもよい。
さらに、警報装置17の設置箇所は、制御部13に限られず、駐車設備側充電装置4の制御部13以外の箇所に警報装置17を設けてもよいし、車両側充電装置3側に警報装置17を設けてもよい。
磁性体異物に影響されることなく、適正にかつ目標充電時間内に充電を完了することができる非接触充電システムを提供することができる。
1 非接触充電システム
2 電気自動車
2a 車体
3 車両側充電装置
4 駐車設備側充電装置
5 1次コイル(給電コイル)
6 送電装置
7 駆動装置
8 範囲特定装置
8a 算出部
9 アーム部
10 輪止め
12 タイヤ検出センサ
13 制御部(制御装置)
16 温度センサ(第一の温度検出手段)
17 警報装置(報知装置)
31 2次コイル(受電コイル)
32 受電装置
34 制御装置
35 温度センサ(第二の温度検出手段)
P 最適位置

Claims (11)

  1. 電磁誘導により電力を供給する1次コイルを有する送電装置と;
    この送電装置と電磁結合して電力を受け取る2次コイルを有する受電装置と;
    前記1次コイルから前記2次コイルへの充電効率を検出し、この充電効率に応じて前記1次コイルに供給する電流を変化させる制御装置と;
    を備えることを特徴とする非接触充電システム。
  2. 前記1次コイルの温度を検出する第一の温度検出装置をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の非接触充電システム。
  3. 前記1次コイルの耐熱温度の閾値が前記制御装置に設定され、
    前記充電効率が下限値以下である場合、前記制御装置が、前記1次コイルの温度を前記閾値未満に維持しながら前記1次コイルへ供給する電流を増加させる
    ことを特徴とする請求項2に記載の非接触充電システム。
  4. 前記1次コイルの耐熱温度の閾値が前記制御装置に設定され、
    前記充電効率が上限値以上である場合、前記制御装置が、前記1次コイルの温度を前記閾値未満に維持しながら前記1次コイルへ供給する電流を減少させる
    ことを特徴とする請求項2または3に記載の非接触充電システム。
  5. 前記1次コイルの温度が前記閾値以上である場合、前記制御装置が、前記1次コイルへの電流の供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の非接触充電システム。
  6. 前記1次コイルの温度が前記閾値以上である場合、前記制御装置は、前記1次コイルの温度が閾値以上にある時間を計測し、この計測時間が所定時間を越えたときに前記1次コイルへの電流の供給を停止することを特徴とする請求項3に記載の非接触充電システム。
  7. 前記2次コイルの温度を検出する第二の温度検出装置をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の非接触充電システム。
  8. 前記2次コイルの耐熱温度の閾値が前記制御装置に設定され、
    前記充電効率が上限値以上である場合、前記制御装置が、前記2次コイルの温度を前記閾値未満に維持しながら前記1次コイルへ供給する電流を減少させる
    ことを特徴とする請求項7に記載の非接触充電システム。
  9. 前記送電装置を移動させる駆動装置をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の非接触充電システム。
  10. 前記充電効率が下限値以下である場合、前記駆動装置は、前記充電効率が最大になる位置に前記送電装置を移動させることを特徴とする請求項9に記載の非接触充電システム。
  11. 前記1次コイルへの電流の供給停止を報知する報知装置をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の非接触充電システム。
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