KR101560964B1 - 비접촉 급전 장치 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른, 차량의 배터리(28)를 충전하기 위한 비접촉 급전 장치(100)는 송전 코일(12)을 구비한 송전 회로(101)와, 수전 코일(22)을 구비한 충전 회로(201)를 포함한다. 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에 비접촉으로 전력이 송전된다. 차량이 급전 장치(100)에 접근하면, 미소 전력으로 송전을 행하는 시험 급전이 실행되고, 송전 회로(101)를 흐르는 전류에 기초하여, 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에의 송전 효율이 추정된다. 이 송전 효율로부터, 수전 코일(22)이 송전 코일(12)에 대하여 충전 가능한 범위 내에 있는지 판정된다.

Description

비접촉 급전 장치{CONTACTLESS ELECTRICITY SUPPLY DEVICE}
본 발명은 비접촉 급전 장치에 관한 것이다.
송전 수단과, 상기 송전 수단으로부터의 전력을 비접촉으로 받는 수전 수단과, 상기 송전 수단과 상기 수전 수단 간의 전송 효율을 검출하는 효율 검출 수단과, 검출한 상기 전송 효율이 규정값 이상인지 여부를 판정하는 판정 수단과, 상기 전송 효율이 상기 규정값 미만인 경우에, 장해물 등에 의해 정상적인 급전이 방해된 것으로 판정하여, 상기 송전 수단에 의한 송전을 일시적으로 중지하고, 규정 시간 후에 미소 전력에 의한 송전을 재개하는 제어 수단을 갖는 충전 시스템이 알려져 있다(특허문헌 1).
그러나, 상기 선행 기술에서는, 수전 수단의 수전 전력으로부터 전송 효율을 산출하고 있기 때문에, 수전 수단의 전류를 측정할 수 없는 경우에는, 당해 전송 효율을 산출할 수 없다.
일본 특허 공개 제2010-119246호 공보
본 발명의 목적은, 수전 코일을 포함하는 수전 회로가 도전하고 있지 않은 상태라도, 송전 코일로부터 수전 코일에의 송전 효율을 추정할 수 있는 비접촉 급전 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 송전 회로를 흐르는 전류, 또는, 상기 송전 회로에 가해지는 전압을 측정하는 센서의 검출값에 기초하여, 제1 코일로부터 제2 코일에의 송전 효율을 추정한다.
본 발명에 따르면, 송전 효율은 제1 코일과 제2 코일 사이의 거리와 상관을 가지고 있으며, 당해 거리에 따라 센서의 검출값이 변화하기 때문에, 송전측의 센서의 출력값으로부터 송전 효율을 추정할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 비접촉 충전 시스템의 블록도이다.
도 2는, 도 1의 비접촉 충전 시스템에 포함되는 교류 전원, 송전 회로, 제어부, 수전 회로, 릴레이부, 충전 제어부 및 배터리의 블록도이다.
도 3은, 도 1의 비접촉 충전 시스템에 포함되는, 입력 전력에 대한 송전 효율의 대응을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 도 1의 비접촉 충전 시스템에 포함되는, 비접촉 급전 장치의 제어 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 5는, 도 4의 원격 통신 제어의 제어 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 6은, 도 4의 송전 효율 판정 제어의 제어 수순을 도시하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 비접촉 급전 장치를 포함하는 차량(200) 및 급전 장치(100)를 구비한 비접촉 충전 시스템의 블록도이다. 또한, 본 예의 비접촉 급전 장치의 차량측의 유닛은 전기 자동차에 탑재되지만, 하이브리드 차량 등의 차량이어도 된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 예의 비접촉 충전 시스템은, 차량측의 유닛을 포함하는 차량(200)과, 지상측 유닛인 급전 장치(100)를 구비하고, 급전 스탠드 등에 설치되는 급전 장치(100)로부터, 비접촉으로 전력을 공급하여, 차량(200)에 설치되는 배터리(28)를 충전하는 시스템이다.
급전 장치(100)는 전력 제어부(11)와, 송전 코일(12)과, 무선 통신부(14)와, 제어부(15)를 구비하고 있다. 급전 장치(100)는 차량(200)을 주차하는 주차 공간에 설치되어 있고, 차량(200)이 소정의 주차 위치에 주차되면 코일 간의 비접촉 급전에 의해 전력을 공급하는 지상측의 유닛이다.
전력 제어부(11)는 교류 전원(300)으로부터 송전되는 교류 전력을, 고주파의 교류 전력으로 변환하여, 송전 코일(12)에 송전하기 위한 회로이며, 제어부(15)에 의해 설정된 전력이 송전 코일(12)로부터 출력되도록, 전력을 제어하는 회로이다. 또한 전력 제어부(11)의 구체적인 구성은 후술한다. 송전 코일(12)은 차량(200)측에 설치되어 있는 수전 코일(22)에 대하여 비접촉으로 전력을 공급하기 위한 코일이며, 전력 제어부(11)에 접속되고, 본 예의 비접촉 급전 장치를 설치한 주차 공간에 설치되어 있다.
차량(200)이 소정의 주차 위치에 주차되면, 송전 코일(12)은 수전 코일(22)의 하부이며, 수전 코일(22)과 거리를 유지하며, 위치지어진다. 송전 코일(12)은 주차 공간의 표면과 평행한 원형의 코일이다.
무선 통신부(14)는 차량(200)측에 설치된 무선 통신부(24)와, 쌍방향으로 통신을 행하며, 지상측인 급전 장치(100)에 설치되어 있다. 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이의 통신 주파수에는, 인텔리전트 키 등의 차량 주변 기기에서 사용되는 주파수보다 높은 주파수가 설정되어 있기 때문에, 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이에서 통신을 행하더라도, 차량 주변 기기는, 당해 통신에 의한 간섭을 받기 어렵다. 무선 통신부(14) 및 무선 통신부(24) 사이의 통신에는, 예를 들어 각종 무선 LAN 방식이 사용되고, 원거리에 적합한 통신 방식이 사용되고 있다.
제어부(15)는 급전 장치(100) 전체를 제어하는 부분이며, 송전 효율 추정부(151), 위치 판정부(152) 및 시퀀스 제어부(153)를 구비하고, 전력 제어부(11), 송전 코일(12) 및 무선 통신부(14)를 제어한다. 제어부(15)는 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 간의 통신에 의해, 급전 장치(100)로부터의 전력 공급을 개시하는 취지의 제어 신호를 차량(200)측에 송신하거나, 차량(200)측으로부터 급전 장치(100)로부터 전력을 수급하고자 하는 취지의 제어 신호를 수신하거나 한다.
차량(200)은 수전 코일(22)과, 무선 통신부(24)와, 충전 제어부(25)와, 정류부(26)와, 릴레이부(27)와, 배터리(28)와, 인버터(29)와, 모터(30)와, 통지부(31)를 구비하고 있다. 수전 코일(22)은 차량(200)의 저면(섀시) 등에서, 후방의 차륜 간에 설치되어 있다. 그리고 당해 차량(200)이 소정의 주차 위치에 주차되면, 수전 코일(22)은 송전 코일(12)의 상부이며, 송전 코일(12)과 거리를 유지하고, 위치지어진다. 수전 코일(22)은 주차 공간의 표면과 평행한 원형의 코일이다.
정류부(26)는 수전 코일(22)에 접속되고, 수전 코일(22)에서 수전된 교류 전력을 직류로 정류하는 정류 회로에 의해 구성되어 있다. 릴레이부(27)는 제어부(25)의 제어에 의해 온 및 오프가 전환되는 릴레이 스위치를 구비하고 있다. 또한 릴레이부(27)는 배터리(28), 인버터(29) 및 모터(30)에 의해 형성되는 구동계의 회로와, 수전 코일(22) 및 정류부(26)에 의해 형성되는 충전계의 회로를 전기적으로 분리하기 위하여 접속되어 있다. 당해 구동계의 회로는 강전계의 회로이기 때문에, 차량(200)에 설치할 때는, 높은 안전성이 요구된다. 한편, 충전계의 회로에 포함되는 수전 코일(22)은 지상측과 비접촉 상태를 유지하기 위하여, 차량(200)의 외측에 설치된다. 그 때문에, 강전계의 회로와 약전계의 회로 사이에 릴레이부(27)를 설치하고, 차량(200)의 주행 중에는 당해 릴레이부를 오프로 함으로써 차량(200) 내에 있어서의 전기 계통의 안전성을 높이고 있다.
배터리(28)는 복수의 이차 전지를 접속함으로써 구성되며, 차량(200)의 전력원으로 된다. 인버터(29)는 IGBT 등의 스위칭 소자를 가진 PWM 제어 회로 등의 제어 회로이며, 스위칭 제어 신호에 기초하여, 배터리(28)로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 하여, 모터(30)에 공급한다. 모터(30)는 예를 들어 3상의 교류 전동기에 의해 구성되며, 차량(200)을 구동시키기 위한 구동원으로 된다.
통지부(31)는 유저에 대하여 소리, 광, 영상 등에 의해 정보를 통지하기 위한 장치이며, 스피커, LED 라이트, 네비게이션 시스템의 디스플레이 등에 의해 구성된다.
충전 제어부(25)는 배터리(28)의 충전을 제어하기 위한 컨트롤러이며, 무선 통신부(24), 릴레이부(27) 및 통지부(31)를 제어한다. 충전 제어부(25)는 충전을 개시하는 취지의 신호를, 무선 통신부(24) 및 무선 통신부(14)의 통신에 의해, 제어부(15)에 송신한다. 또한 충전 제어부(25)는 도시하지 않은, 차량(200) 전체를 제어하는 컨트롤러와 CAN 통신망으로 접속되어 있다. 당해 컨트롤러는, 인버터(28)의 스위칭 제어나, 배터리(22)의 충전 상태(SOC)를 관리한다. 충전 제어부(15)는 당해 컨트롤러에 의해, 배터리(22)의 SOC에 기초하여 만충전에 도달했을 경우에, 충전을 종료하는 취지의 신호를, 제어부(15)에 송신한다.
본 예의 비접촉 급전 장치에서는, 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이에서, 전자기 유도 작용에 의해 비접촉 상태에서 고주파 전력의 송전 및 수전을 행한다. 바꾸어 말하면, 송전 코일(12)에 전압이 가해지면, 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이에는 자기적인 결합이 발생하고, 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에 전력이 공급된다.
이어서, 도 2를 사용하여, 상기 구성 중, 비접촉 급전에 따른 구체적인 구성을 설명한다. 도 2는 비접촉 급전에 따른 구성을 도시하는 블록도이다. 송전 회로(101)는 전력 제어부(11) 및 송전 코일(12)을 갖고, 교류 전원(300)에 접속되어 있다. 충전 회로(201)는 수전 코일(22) 및 정류부(26)를 갖고, 릴레이부(27)를 개재하여 배터리(28)에 접속되어 있다. 송전 회로(101)와 충전 회로(201) 사이는, 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이에서, 비접촉으로 전력을 급전하기 때문에, 접속되어 있지 않다.
전력 제어부(11)는 1차측 정류부(111)와, PFC(Power Factor Correction) 회로(112)와, 평활부(113)와, 인버터(114)와, 전류 센서(115a 내지 115c)와, 전압 센서(116a, 116b)와, PFC 구동부(117)와, 인버터 구동부(118)를 구비하고 있다. 1차측 정류부(111)는 교류 전원(300)으로부터 입력되는 교류 전력을 정류하는 회로이며, 예를 들어 다이오드의 브리지 회로에 의해 형성된다. PFC 회로(112)는 1차측 정류부(111)로부터의 출력 파형을 정형함으로써 역률을 개선하기 위한 회로이며, 1차측 정류부(111)와 평활부(113) 사이에 접속되고, PFC 구동부(117)의 구동 신호에 기초하여 구동된다. 평활부(113)는 예를 들어 평활 콘덴서에 의해 형성되고, PFC 회로(112)와 인버터(114) 사이에 접속되어 있다.
인버터(114)는 IGBT 등의 스위칭 소자를 가진 PWM 제어 회로 등을 포함하는 전력 변환 회로이며, 인버터 구동부(118)의 구동 신호에 기초하여, 당해 스위칭 소자의 온 및 오프를 전환함으로써, 고주파의 교류 전력으로 변환하여, 송전 코일(12)에 공급한다.
전류 센서(115a) 및 전압 센서(116a)는 교류 전원(300)과 1차측 정류부(111) 사이에 접속되고, 교류 전원(300)으로부터 입력되는 전류 및 전압을 각각 검출한다. 전류 센서(115b) 및 전류 센서(116b)는 PFC 회로(112)와 평활부(113) 사이에 접속되고, PFC 회로(112)와 평활부(113) 사이를 흐르는 전류 및 PFC 회로(112)와 평활부(113) 사이의 전압을 각각 검출한다. 전류 센서(115c)는 인버터(114)의 출력측에 접속되고, 인버터(114)로부터 송전 코일(12)에 공급되는 교류 전류를 검출한다. 이것에 의해, 전류 센서(115a 내지 115c)는 송전 회로(101) 내에 흐르는 전류를 검출하고, 전압 센서(116a, 116b)는 송전 회로(101)에 가해지는 전압을 검출한다.
제어부(15)는 전류 센서(115a, 115c)의 검출 전류 및 전압 센서(116a)의 검출 전압에 기초하여, PFC 구동부(117)를 제어하고, 인버터 구동부(118)의 스위칭 제어를 행한다. 또한 PFC 구동부(117)는 전류 센서(115b)의 검출 전류 및 전압 센서(116b)의 검출 전압에 기초하여, PFC 회로(112)를 제어한다.
정류부(26)는 2차측 정류부(261)와, 평활부(262)와, 전류 센서(263)와, 전압 센서(264)를 구비하고, 수전 코일(22)에서 수전된 교류 전력을 직류 전력으로 정류하기 위한 회로이다. 2차측 정류부(261)는 수신 코일(22)로부터 출력되는 교류 전력을 정류하는 회로이며, 평활부(262)는 2차측 정류부(261)의 출력에 포함되는 교류 성분을 더 제거하기 위한 회로이다. 전류 센서(263)는 평활부(262)로부터 릴레이부(27)에 출력되는 전류를 검출하고, 전압 센서(264)는 평활부(262)의 출력 전압을 검출한다. 이것에 의해, 전류 센서(263)는 충전 회로(201)에 흐르는 전류를 검출하고, 전압 센서(264)는 충전 회로(201)에 가해지는 전압을 검출한다.
이어서, 도 1 및 도 2를 사용하여, 제어부(15) 및 충전 제어부(25)에 의한 제어 내용을 설명한다.
제어부(15)는 초기화 제어로서, 급전 장치(100)의 각 시스템이 정상적으로 동작하는지 여부를 진단하는 시스템 체크를 행한다. 충전 제어부(25)는 마찬가지로, 초기화 제어로서, 차량(200)의 충전 시스템이 정상적으로 동작하는지 여부를 진단하는 시스템 체크를 행한다. 시스템 체크의 결과, 차량(200)에서 시스템 이상이 발생하고 있는 경우에는, 차량(200)의 유저에게 통지하고, 충전 장치(100)에서 시스템 이상이 발생하고 있는 경우에는, 충전 장치(100)를 관리하는 센터 등에 통지한다. 한편, 시스템 체크가 정상인 경우에는, 제어부(15)는 무선 통신부(14)를 기동시켜, 신호를 수신 가능한 상태로 한다. 또한, 급전 장치(100)측의 시스템 체크는, 예를 들어 소정의 주기로 정기적으로 행하고, 차량(200)측의 시스템 체크는, 예를 들어 차량(200)을 구동시키기 위한 메인 스위치가 온으로 되었을 때 행한다.
제어부(15) 및 충전 제어부(25)는 무선 통신부(14) 및 무선 통신부(24)를 각각 제어하고, 이하의 원격 통신 제어를 행한다. 우선, 충전 제어부(25)는 차량(200)에 설치되어 있는 GPS 기능으로부터, 차량(200)의 현재 값의 정보를 취득하여, 차량의 현재지가, 미리 설정되어 있는 충전 포인트 영역 내에 있는지 여부를 판단한다. 여기서, 충전 포인트 영역이란, 각 급전 장치(100)에 따라, 각각 설정되는 범위이며, 예를 들어 지도 상에서, 급전 장치(100)의 위치를 중심으로 한 원형으로 표시되는 범위이다. 차량(200)이 충전 포인트 영역 내에 있다는 것은, 배터리(28)를 충전할 때 당해 충전 포인트 영역에 대응한 급전 장치(100)에서 충전이 행해진다는 것을 나타낸다.
그리고, 차량(200)의 현재지가 충전 포인트 영역 내에 있는 경우에는, 충전 제어부(25)는 무선 통신부(24)를 기동시켜, 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이에서 통신 가능한 상태로 한다. 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이에서 통신 가능한 상태로 되면, 충전 제어부(25)는 링크를 확립하기 위한 신호를, 무선 통신부(24)로부터 무선 통신부(14)에 송신한다. 그리고, 제어부(15)는 당해 신호를 수신한 취지의 신호를, 무선 통신부(14)로부터 무선 통신부(24)에 송신한다. 이것에 의해, 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이에서 링크가 확립된다.
또한, 충전 제어부(25)는 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이의 통신에서, 차량(200)의 ID를, 제어부(15)에 송신한다. 제어부(15)는 차량(200)측으로부터 송신된 ID가, 미리 제어부(15)에 등록되어 있는 ID와 합치하는지 여부를 판정함으로써, ID 인증을 행한다. 본 예의 비접촉 충전 시스템에서는, 미리 급전 가능한 차량(200)이 급전 장치(100)마다 미리 ID에 의해 등록되어 있다. 그로 인해, 상기 의 ID 인증에 의해, 등록 ID와 합치한 차량(200)이 급전할 수 있다.
링크 확립 및 ID 인증을 종료하면, 차량(200)이 충전 포인트 영역에 대응한 급전 장치(100)에 접근하면서, 충전 제어부(25)는 무선 통신부(24)로부터 무선 통신부(14)에 신호를 소정의 주기로 송신한다. 제어부(15)는 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리를 측정한다. 무선 통신부(14)는 무선 통신부(24)로부터 주기적으로 송신되는 신호를 수신한다. 제어부(15)는 수신한 신호의 전계 강도로부터, 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리를 측정한다.
제어부(15)에는, 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리가 근접하여, 송전 코일(12) 및 수전 코일(22)의 평면 방향에 있어서의 코일 간의 거리가 가까워지고 있는 것을 나타내기 위한 임계값이, 차량 접근 임계값으로서, 미리 설정되어 있다. 수신 신호의 강도는, 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리와 상관성을 가지기 때문에, 본 예에서는, 차량 접근 임계값을 신호 강도에 의해 규정하고 있다.
제어부(15)는 수신 신호의 전계 강도와 차량 접근 임계값을 비교하여, 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리가 소정의 거리보다 짧은지 여부를 판정한다. 그리고, 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리가 소정의 거리보다 짧아지면, 제어부(15)는 차량의 이동 중에, 이하의 요령에 의해, 송전측에서 송전 효율을 추정한다.
이어서, 도 1, 도 3 및 도 4를 사용하여, 제어부(15)에 의한 송전 효율 판정 제어에 대하여 설명한다. 또한, 제어부(15)는 차량 이동 중에 송전 효율 판정 제어를 행하기 때문에, 릴레이부(27)가 오프로 되어 있는 상태에서, 제어를 행한다.
우선 제어부(15)는 전력 제어부(11)를 제어하고, 미소 전력으로 송전하는 시험 급전을 행한다. 당해 미소 전력은, 배터리(28)를 충전할 때 송전되는, 정규 급전 시의 송전과 비교하여 낮은 전력이며, 배터리(28)를 충전하기 위하여 필요한 전력보다 낮은 전력이다. 시험 급전의 개시 시에 있어서, 차량(200)과 급전 장치(100)의 거리는, 상기한 바와 같이 소정의 거리보다 짧게 되어 있지만, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 거리는, 송전 코일(12)이 수전 코일(22)에 송전 가능한 거리와 비교하면, 길게 되어 있으며, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)은 서로 대향하는 위치가 아니다. 그로 인해, 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이의 임피던스는 높고, 제어부(15)에 의해 시험 급전으로 설정되는 전력에 비해 송전 회로(101)의 입력 전력은 낮아진다. 이때, 수전측인 충전 회로(201)에서는, 릴레이부(27)가 오프로 되어 있기 때문에, 전류 센서(263)에 의해 전류가 검출되지 않아, 수전 전력을 측정할 수 없다.
그리고, 차량(200)의 이동에 수반하여, 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이의 거리가 짧아지면, 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이의 임피던스가 내려가기 때문에, 송전 코일(12)에 있어서의 입력 전력이 높아진다.
도 3은 송전 회로(101)에 있어서의 입력 전력에 대한 송전 효율의 특성을 나타내는 그래프이다. 도 3에 있어서, 도면 부호 (K)는 송전 코일(12)과 수전 코일(22) 사이의 결합 계수를 나타낸다. 송전 효율은, 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에 송전하는 전력 효율을 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 입력 전력과 송전 효율 사이에는 상관성이 있으며, 송전 회로(101)에 있어서의 입력 전력이 높은 경우에는, 송전 효율은 높아진다고 추정할 수 있다. 또한, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 거리가 짧아지면, 결합 계수(K)는 높아지고, 송전 효율도 높아진다. 그 때문에, 입력 전력으로부터, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 거리, 바꾸어 말하면, 송전 코일(12)의 위치에 대한 수전 코일(22)의 상대적인 위치를 추정할 수도 있다.
본 예에 있어서, 교류 전력(300)은 시험 급전 시에, 일정한 주파수, 또한, 일정한 전압으로 송전 회로(101)에 전력을 입력하기 때문에, 제어부(15)는 송전 효율 추정부(151)에 의해, 전류 센서(115a)의 검출 전류로부터, 송전 회로(101)의 입력 전력을 측정하고, 측정된 입력 전력으로부터 송전 효율을 추정한다. 전류 센서(115a)는 차량(200)의 이동 중에, 시험 급전 시에, 소정의 샘플링 주기로 전류를 검출하고, 제어부(15)에 검출 결과를 출력한다. 송전 회로(101)의 송전 전력은, 꼭 전류 센서(115a)의 검출 전류를 사용하지 않더라도, 전류 센서(115b)의 검출 전류 등을 사용하여 측정할 수 있지만, 송전 회로(101)에 있어서, 1차측 정류부(111)에 입력되는 전류의 주파수가 가장 낮기 때문에, 본 예에서는, 전류 센서(115b)의 검출 전류를 사용하여, 입력 전력을 측정한다. 그리고, 송전 효율 추정부(151)는 측정된 입력 전력이 높을수록, 송전 효율이 높다고 추정한다.
또한 제어부(15)는 위치 판정부(152)에 의해, 전류 센서(115a)의 검출 전류에 기초하여, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이, 배터리(28)를 충전할 수 있는 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 위치 판정부(152)에는, 배터리(28)를 충전할 수 있는, 코일 간의 위치 어긋남의 허용 범위에 대응하는 임계값 전류가 설정되어 있다. 상기한 바와 같이 시험 급전시, 송전 회로(101)에 입력되는 전압은 일정하기 때문에, 검출 전류의 크기가, 측정되는 입력 전력의 크기에 대응한다. 그리고, 입력 전력의 크기는, 코일 간의 위치 어긋남의 크기와 상관하기 때문에, 검출 전류가 높을수록, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이 작아진다.
송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이 큰 경우에는, 코일 간의 결합 계수가 낮으며, 송전 효율도 낮아지기 때문에, 수전측에서는, 배터리(28)를 충전 가능한 만큼의 전력을 수전할 수 없다. 그 때문에, 본 예에서는, 배터리(28)를 충전 가능한, 코일 간의 위치 어긋남을 미리 설정하고, 설정된 위치 어긋남에 상당하는 전류값을, 임계값 전류로서 설정하고 있다
위치 판정부(152)는 차량(200)의 이동 중에, 소정의 샘플링 주기로 출력되는 전류 센서(115a)의 검출 전류에 기초하여, 검출 전류가 임계값 전류보다 높은 경우에는, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이 배터리(28)를 충전할 수 있는 범위 내에 있다고 판단하고, 검출 전류가 임계값 전류보다 낮은 경우에는, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이 배터리(28)를 충전할 수 있는 범위 밖에 있다고 판단한다. 위치 판정부(152)에 의해, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이 배터리(28)를 충전할 수 있는 범위 내에 있다고 판정되면, 제어부(15)는 무선 통신부(14)에 의해, 코일 간의 위치 어긋남이 충전할 수 있는 범위 내인 것을 나타내는 신호를 송신하고, 시험 급전을 종료한다. 이것에 의해, 위치 판정부(152)는 전류 센서(115a)의 검출 전류와 임계값 전류를 비교함으로써, 송전 효율 추정부(151)에 의해 추정된 송전 효율이, 당해 임계값 전류에 상당하는 허용 전력 임계값보다 높은지 여부를, 판정한다. 그리고, 위치 판정부(152)는 추정된 송전 효율이 당해 허용 전력 임계값보다 높고, 코일 간의 위치 어긋남이 충전 가능한 범위 내라고 판정하면, 제어부(15)는 차량(200)측에 대하여 무선 통신에 의해, 충전을 허가하는 취지를 통지한다.
이어서, 제어부(15) 및 충전 제어부(25)는 상기 송전 효율 판정 제어를 종료하면, 이하의 충전 제어를 행한다. 충전 제어부(25)는 무선 통신부(24)에 의해, 코일 간의 위치 어긋남이 충전할 수 있는 범위 내인 것을 나타내는 신호를 수신하면, 통지부(31)에 의해, 유저에게 충전을 허가하는 취지를 통지한다. 그리고, 유저는, 통지부(31)의 통지를 확인함으로써 수전 코일(22)의 위치가 송전 코일(12)의 위치에 대하여 적정한 위치로 된 것을 인식하고, 차량(200)을 정차시킨다.
유저가 충전을 개시하기 위한 조작을 행하면, 충전 제어부(25)는 릴레이부(27)를 온으로 하고, 충전을 개시하는 취지의 신호를 급전 장치(100)에 송신한다. 제어부(15)는 당해 신호를 수신하면, 배터리(28)를 충전하는 전력을 설정하고, 전력 제어부(11)을 제어하며, 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에 급전을 개시한다. 충전 제어부(25)는 충전 중, 배터리(28)의 충전 상태(SOC)를 관리하고, 배터리(28)가 만충전에 도달하면, 만충전에 도달한 취지의 신호를 급전 장치(100)에 송신하며, 릴레이부(27)를 오프로 하고, 충전 제어를 종료한다. 제어부(15)는 충전 제어부(25)로부터 송신된 충전 종료의 신호에 기초하여, 급전을 종료한다.
이어서, 도 4 내지 도 6을 사용하여, 본 예의 비접촉 충전 시스템의 제어 수순을 설명한다. 도 4는 본 예의 비접촉 충전 시스템의 제어 수순을 도시하는 흐름도이고, 도 5는 도 4의 원격 통신 제어의 제어 수순을 도시하는 흐름도이며, 도 6은 도 4의 송전 효율 판정 제어의 제어 수순을 도시하는 흐름도이다. 또한, 이하의 제어 흐름 중, 제어부(15)측에서 행해지는 제어는, 시퀀스 제어부(153)의 관리 하에 행해진다. 또한, 스텝 S1 내지 스텝 S3의 제어는, 차량(200)의 이동 중에 행해지기 때문에, 당해 제어 중, 릴레이부(27)는 오프로 되어 있다.
스텝 S1에서, 제어부(15) 및 충전 제어부(25)는 초기화 제어로서, 시스템 체크를 행한다. 스텝 S2에서, 제어부(15) 및 충전 제어부(25)는 원격 통신 제어를 행한다.
스텝 S2의 원격 통신 제어에 대하여, 도 7에 도시한 바와 같이, 스텝 S21에서, 충전 제어부(25)는 도시하지 않은 컨트롤러의 GPS 기능에 의해, 차량(200)의 현재지를 취득한다. 스텝 S22에서, 충전 제어부(25)는 취득한 현재지가 급전 장치(100)의 충전 포인트 영역 내에 있는지 여부를 판정한다. 현재지가 충전 포인트 영역 내에 없는 경우에는, 스텝 S21로 복귀한다. 현재지가 충전 포인트 영역 내에 있는 경우에는, 스텝 S23에서, 충전 제어부(25)는 무선 통신부(24)를 기동시킨다.
스텝 S24에서, 제어부(15) 및 충전 제어부(25)는 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이에서 링크를 확립하기 위한 신호를 송수신하고, 링크가 확립되었는지 여부를 판정한다. 링크가 확립되어 있지 않은 경우에는, 스텝 S24로 복귀하고, 다시, 무선 통신부(14)와 무선 통신부(24) 사이에서 신호를 송수신한다. 링크가 확립되었을 경우에는, 스텝 S25에서, 충전 제어부(25)는 급전 장치(100)에 차량(200)의 ID를 송신한다. 제어부(15)는 무선 통신부(14)에 의해 수신한 신호에 포함되는 ID와, 급전 장치(100)에 등록되어 있는 ID를 대조함으로써, ID 인증을 행한다.
ID가 인증되지 않는 경우에는, 본 예의 제어를 종료한다. 한편, ID가 인증되었을 경우에는, 스텝 S26에서, 충전 제어부(25)는 차량(200)이 급전 장치(100)에 접근하고 있는 것을 나타내기 위하여, 무선 통신부(24)로부터 신호를 소정의 주기로 송신한다. 제어부(15)는 무선 통신부(14)에서 수신되는 수신 신호의 전계 강도를 측정함으로써, 차량(200)과 급전 장치(100) 사이의 거리를 측정한다. 그리고, 스텝 S27에서, 제어부(15)는 수신 신호의 전계 강도가 차량 접근 임계값보다 큰지 여부를 판정한다. 수신 신호의 전계 강도가 차량 접근 임계값 이하인 경우에는, 차량(200)이 급전 장치(100)에 접근하고 있지 않다고 판단하여, 스텝 S26로 복귀한다. 한편, 수신 신호의 전계 강도가 차량 접근 임계값보다 큰 경우에는, 차량(200)이 급전 장치(100)에 접근하고 있다고 판단하여, 스텝 S3으로 이행하고, 스텝 S2의 원격 통신 제어를 종료한다.
스텝 S3의 송전 효율 판정 제어에 대하여, 도 6에 도시한 바와 같이, 스텝 S31에서, 차량 이동 중에, 제어부(15)는 시험 급전을 개시한다. 스텝 S32에서, 송전 효율 추정부(151)는 전류 센서(115a)의 검출 전류에 기초하여, 입력 전력을 측정하고, 송전 효율을 추정한다. 스텝 S33에서, 위치 판정부(152)는 전류 센서(115a)의 검출 전류와 임계값 전류를 비교함으로써, 추정된 송전 효율이, 허용 전력 임계값보다 높은지 여부를 판정한다.
추정된 송전 효율이, 허용 전력 임계값 이하인 경우에는, 스텝 S32로 복귀하고, 다시, 송전 효율이 측정된다. 한편, 추정된 송전 효율이, 허용 전력 임계값보다 높은 경우에는, 스텝 S34로 이행한다. 이것에 의해, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이 충전 가능한 범위 밖에 있는 경우에는, 스텝 S32 및 스텝 S33의 제어가 반복하여 행해지고, 차량(200)이 더 이동함으로써, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 거리가 짧아져, 당해 위치 어긋남이 허용 범위 내로 되면, 스텝 S32 및 스텝 S33의 제어 루프를 벗어나게 된다.
스텝 S34에서, 제어부(15)는 충전을 허가하는 신호를 차량(200)에 송신하고, 충전 제어부(25)는 당해 신호에 기초하여, 통지부(31)에 의해, 충전을 허가하는 취지를 통지한다. 스텝 S35에서, 제어부(15)는 시험 급전을 종료하고, 스텝 S4로 이행한다.
송전 효율 판정 제어를 종료하면, 유저가 차량(200)을 정지시키고, 충전 제어부(25)는 유저에 의한 충전을 개시하기 위한 조작에 기초하여, 릴레이부(27)를 온으로 한다. 제어부(15)는 정규 충전을 위한 전력을 설정하고, 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에의 급전을 행한다. 배터리(28)는 수전 코일(22)의 수전 전력으로 충전되고, 충전 제어부(25)는 배터리(28)의 SOC에 기초하여, 배터리(28)가 만충전에 도달하면, 충전을 종료시킨다. 제어부(15)는 배터리(28)가 만충전에 도달하는 취지의 신호에 기초하여, 급전을 종료시킨다.
상기한 바와 같이 본 예는, 전류 센서(115a)에 의해 검출되는, 송전 회로(101)를 흐르는 전류의 검출값에 기초하여, 송전 코일(12)로부터 수전 코일(22)에의 송전 효율을 추정한다. 이것에 의해, 수전측의 회로가 도전하고 있지 않은 상태라도, 송전측에서 송전 효율을 검출할 수 있다.
또한 본 예는, 릴레이부(27)를 구비하며, 차량(200)의 주행 중에, 릴레이부(27)를 오프로 한다. 이것에 의해, 차량의 주행 중에, 배터리(28)와 충전 회로(201)가 차단되어 있는 상태에서도, 송전측에서 송전 효율을 검출할 수 있다.
또한 본 예는, 차량 주행 중에 송전 효율을 추정한다. 이것에 의해, 차량의 주행 중에, 수전측의 회로가 도전하고 있지 않은 상태라도, 송전측에서 송전 효율을 검출할 수 있다. 또한, 차량 주행 중에 송전 효율이 검출되기 때문에, 송전 효율과 상관성을 가지는, 코일 간의 결합 계수, 코일 간의 거리를 차량 주행 중에 파악할 수 있다.
또한 본 예는, 송전 효율 추정부(151)에 의해 추정된 송전 효율이 허용 전력 임계값보다 높은 경우에는, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이, 배터리(28)를 충전할 수 있는 범위 내에 있다고 판정한다. 이것에 의해, 수전측의 회로가 도전하고 있지 않은 상태라도, 송전측에서, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남을 검출할 수 있다. 또한 차량 주행 중에, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남을 검출할 수 있다. 또한, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남을 검출하기 위한 별도의 센서를 생략할 수 있다.
또한 본 예는, 위치 판정부(152)에 의한 판정 결과를, 통지부(31)에 의해 통지한다. 이것에 의해, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남이, 배터리(28)를 충전할 수 있는 범위 내에 있는지 여부를, 통지부(31)의 통지에 의해 확인할 수 있기 때문에, 예를 들어, 차량(200)을 소정의 주차 공간에 주차시키고 있는 때는, 당해 통지를 확인함으로써 배터리(28)의 충전에 적합한 위치에, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)을 위치 정렬할 수 있었는지 확인할 수 있다.
또한 본 예는, 송전 회로(101)에 입력하는 전압을 일정하게 하고, 전류 센서(115a)로부터, 송전 효율을 추정하지만, 송전 회로(101)에 입력되는 전류를 일정하게 하고, 전압 센서(116a, 116b)의 검출 전압으로부터 입력 전력을 측정하여, 송전 효율을 추정해도 된다. 또한, 송전 회로(101)에의 입력 전류 및 입력 전압을 일정값으로 하지 않고, 전류 센서(115a 내지 115c)의 검출 전류 및 전압 센서(116a, 116b)의 검출 전압으로부터 입력 전력을 측정하여, 송전 효율을 추정해도 된다.
또한 본 예는, 송전 효율 추정부(151)에 의해 추정된 송전 효율로부터, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남을 검출하지만, 송전 코일(12)과 수전 코일(22)의 위치 어긋남을 검출하기 위한 센서를 별도 설치하고, 당해 센서의 출력으로부터, 코일의 위치를 검출해도 된다. 그리고, 위치 판정부(152)는 당해 센서가 무엇인가의 원인으로 정상적으로 위치 검출할 수 없는 경우에, 송전 효율 추정부의 송전 효율로부터, 코일 간의 위치 어긋남을 검출해도 된다.
또한, 코일 간의 위치 어긋남을 검출할 때, 송전 코일(12) 또는 수전 코일(22)의 코일면의 면 방향에 있어서의 위치 어긋남은, 추정된 송전 효율에 기초하여 위치 판정부(152)에 의해 검출하고, 당해 코일면과 수직인 방향에 있어서의 위치 어긋남은, 위치 어긋남을 검출하기 위한 센서를 별도 설치해도 된다. 이것에 의해, 코일 간의 위치 어긋남을 검출하기 위한 위치 센서의 구성을 간략화시킬 수 있다.
또한, 본 예는 통지부(31)를 차량(200)측에 설치하지만, 지상측인 급전 장치(100)에 설치해도 된다.
상기 송전 코일(12)은 본 발명의 「제1 코일」에 상당하고, 수전 코일(22)이 본 발명의 「제2 코일」에, 전류 센서(115a 내지 115b) 및 전압 센서(116a, 116b)가 본 발명의 「센서」에, 송전 효율 추정부(151)가 본 발명의 「송전 효율 추정 수단」에, 릴레이부(27)가 본 발명의 「스위칭 수단」에, 위치 판정부(152)가 본 발명의 「판정 수단」에, 통지부(31)가 본 발명의 「통지 수단」에 상당한다.

Claims (9)

  1. 적어도 자기적 결합에 의해, 제1 코일로부터 제2 코일에 비접촉으로 전력을 송전하는 비접촉 급전 장치에 있어서,
    상기 제1 코일을 갖는 송전 회로와,
    상기 송전 회로를 흐르는 전류, 또는, 상기 송전 회로에 가해지는 전압을 측정하는 센서와,
    상기 센서에 의해 검출된 검출 전류 및 검출 전압 중, 적어도 어느 하나의 값으로부터 상기 송전 회로의 입력 전력을 구하고, 상기 제1 코일로부터 상기 제2 코일로의 송전 효율과 상기 입력 전력의 상관성에 기초하여 상기 송전 효율을 추정하는 송전 효율 추정 수단과,
    차량의 동력원으로 되는 배터리와,
    상기 제2 코일을 갖고, 상기 배터리를 충전하는 충전 회로와,
    상기 송전 효율 추정 수단에 의해 추정된 상기 송전 효율이 소정의 값보다 높은 경우에는, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일의 위치 어긋남이, 상기 배터리를 충전할 수 있는 범위 내에 있다고 판정하는 판정 수단
    을 구비하는, 비접촉 급전 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리와 상기 충전 회로 사이에 접속되는 스위칭 수단을 더 구비하고,
    상기 스위칭 수단은, 상기 차량의 주행 중에 오프로 되어 있는,
    비접촉 급전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송전 효율 추정 수단은,
    상기 차량의 주행 중에, 상기 송전 효율을 추정하는,
    비접촉 급전 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 차량에 설치되고, 상기 판정 수단의 결과를 통지하는 통지 수단,
    을 더 구비한, 비접촉 급전 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    미소 전력으로 송전하는 시험 급전을 행하고, 이 시험 급전하는 동안에 상기 송전 효율의 추정을 행하는, 비접촉 급전 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    차량과 상기 제1 코일 사이의 거리가 소정의 거리보다도 짧아졌을 때, 미소 전력으로 송전하는 시험 급전을 행하고, 이 시험 급전하는 동안에 상기 송전 효율의 추정을 행하는, 비접촉 급전 장치.
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