JPWO2011125632A1 - 非接触充電システム - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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)。
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。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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)。
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。
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)。
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)。
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)。
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。
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。
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)。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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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