KR20140073545A - 차량의 수전 장치, 송전 장치 및 비접촉 송수전 시스템 - Google Patents

차량의 수전 장치, 송전 장치 및 비접촉 송수전 시스템 Download PDF

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신지 이치카와
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Abstract

차량의 수전 장치는, 송전 장치(200)로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛(110)과, 수전 유닛(110)의 위치 또는 크기에 관한 정보를 송전 장치(200)에 송신하는 통신부(160)와, 통신부(160)를 제어하는 차량 ECU(300)를 구비한다. 바람직하게는, 차량 ECU(300)는 차량(100)을 송전 장치(200)의 수전 위치에 주차시키기 전에, 미리 기억된 정보를 통신부(160)에 의해 송전 장치(200)에 송신한다. 정보는, 수전 유닛(110)의 크기, 수전 유닛(110)이 탑재되어 있는 차량(100)의 크기, 차량(100)에 있어서의 수전 유닛(110)의 탑재 위치 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

Description

차량의 수전 장치, 송전 장치 및 비접촉 송수전 시스템 {POWER RECEIVING DEVICE OF VEHICLE, POWER TRANSMITTING DEVICE, AND NONCONTACT POWER TRANSMITTING/RECEIVING SYSTEM}
본 발명은 차량의 수전(受電) 장치, 송전(送電) 장치 및 비접촉 송수전 시스템에 관한 것이다.
최근 들어, 지구 온난화를 방지하기 위해 자동차로부터 배출되는 이산화탄소를 저감시키기 위해서, 연료 대신에 또는 연료 외에, 전기 에너지를 사용하여 주행하는 전기 자동차나 하이브리드 자동차가 주목받고 있다. 그리고 하이브리드 자동차에서도 탑재하는 배터리에 차량 외부로부터 전기 에너지를 충전 가능하게 구성되는 플러그인 하이브리드 자동차도 등장하고 있다.
또한, 이용자의 편리성을 향상시키기 위해서, 차량 외부로부터 전기 에너지를 차량에 급전(給電)하는 방법으로서, 비접촉으로 급전하는 기술도 검토되고 있다. 비접촉으로 급전을 행할 때에는, 송전 유닛과 수전 유닛의 위치 정렬이 문제가 된다.
국제 공개 제2010/052785호 팸플릿(특허 문헌 1)에는, 수전 상황에 의거하여 송전 코일과 수전 코일의 위치 정렬을 행하는 비접촉 충전 시스템이 개시되어 있다.
국제 공개 제2010/052785호 팸플릿 일본 특허 공개 제2010-183812호 공보 일본 특허 공개 제2010-183804호 공보
국제 공개 제2010/052785호 팸플릿(특허 문헌 1)에 개시된 비접촉 충전 시스템에서는, 실제로 수전 동작을 실시해 보지 않으면, 송전 코일 등을 포함하는 송전부와 수전 코일 등을 포함하는 수전부의 위치가 적절하게 수전 가능한 상태인지의 여부를 판단할 수 없다. 차량에 따라서는, 수전부의 탑재 위치가 여러 가지로 상이한 경우가 상정되고, 차량측의 수전부 탑재 위치에 따라서는 송전 장치측이 그 차량에 대응할 수 없는 경우도 생각된다. 또한, 송전 장치의 송전부의 설치 위치도 여러 가지로 상이한 경우가 상정된다. 차량측도 송전 장치에 대응할 수 없는 경우도 생각된다.
이러한 경우에, 실제로 송수전을 행해 보지 않으면 송전부와 수전부의 위치 관계가 적절한지의 여부를 판단할 수 없는 것에서는 불편하다. 또한, 실제로 송수전을 행하여 위치 정렬했다고 해도, 수전 전력이 극대가 되는 위치가 최적 위치가 아닐 가능성도 있다.
본 발명의 목적은, 송전부와 수전부의 위치에 관한 정보를 송수전을 사용하지 않고 얻을 수 있는 차량의 수전 장치, 송전 장치 및 비접촉 송수전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 요약하면, 차량 외부의 송전 장치로부터 비접촉으로 수전할 수 있는 차량의 수전 장치이며, 송전 장치로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛과, 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 송전 장치에 송신하는 통신부를 구비한다.
바람직하게는, 정보는 수전 유닛의 크기, 수전 유닛이 탑재되어 있는 차량의 크기, 차량에 있어서의 수전 유닛의 탑재 위치, 차량에 있어서의 수전 유닛의 탑재 각도 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
보다 바람직하게는, 수전 장치는 통신부를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 제어 장치는, 정보에 의거하여 판정된 비접촉 충전의 가부에 관한 판정 결과를 송전 장치로부터 받고, 탑승원에게 통지한다.
보다 바람직하게는, 수전 장치는 통신부를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 제어 장치는, 정보에 의거하여 판정된 차량의 유도 방향에 관한 판정 결과를 송전 장치로부터 받고, 탑승원에게 통지한다.
보다 바람직하게는, 송전 장치는 복수의 송전 유닛을 포함한다. 송전 장치는, 통신부로부터 송신된 정보에 의거하여 복수의 송전 유닛 중에서 송전에 사용하는 송전 유닛을 결정한다.
보다 바람직하게는, 송전 장치는 가동식의 송전 유닛을 포함한다. 송전 장치는, 통신부로부터 송신된 정보에 의거하여 송전 유닛의 위치를 결정한다.
본 발명은 다른 국면에서는, 비접촉으로 송전하는 것이 가능한 송전 장치이며, 차량에 차량 외부로부터 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛과, 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 차량에 송신하는 통신부를 구비한다.
바람직하게는, 정보는 송전 유닛의 크기, 송전 유닛이 배치되어 있는 주차 스페이스의 크기, 주차 스페이스에 있어서의 송전 유닛의 탑재 위치, 주차 스페이스에 있어서의 송전 유닛의 탑재 각도 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
보다 바람직하게는, 송전 장치는 통신부를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 제어 장치는, 정보에 의거하여 판정된 비접촉 충전의 가부에 관한 판정 결과를 차량으로부터 받는다.
보다 바람직하게는, 송전 장치는 통신부를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 제어 장치는, 정보에 의거하여 판정된 차량의 유도 방향에 관한 판정 결과를 차량으로부터 받는다.
보다 바람직하게는, 송전 장치는 통신부를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 차량은, 복수의 수전 유닛을 포함한다. 제어 장치는, 복수의 수전 유닛 중에서 수전에 사용하는 수전 유닛을 결정하기 위하여 통신부를 사용하여 정보를 차량에 송신한다.
보다 바람직하게는, 송전 장치는 통신부를 제어하는 제어 장치를 더 구비한다. 차량은, 가동식의 수전 유닛을 포함한다. 제어 장치는, 수전 유닛의 위치를 결정하기 위하여 통신부를 사용하여 정보를 차량에 송신한다.
본 발명은 또 다른 국면에서는, 차량에 대하여 비접촉으로 송전하는 것이 가능한 송전 장치이다. 차량은, 송전 장치로부터 수전하는 수전 유닛을 포함하고, 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 송전 장치에 송신한다. 송전 장치는, 차량으로부터 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 수신하는 통신부와, 수전 유닛에 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛을 구비한다.
본 발명은 또 다른 국면에서는, 송전 장치로부터 비접촉으로 수전할 수 있는 차량의 수전 장치이다. 송전 장치는, 차량에 송전하는 송전 유닛을 포함하고, 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 차량의 수전 장치에 송신한다. 차량의 수전 장치는, 송전 장치로부터 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 수신하는 통신부와, 송전 유닛으로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛을 구비한다.
본 발명은 또 다른 국면에서는, 비접촉 송수전 시스템이며, 차량에 탑재된 수전 장치와, 차량 외부의 송전 장치를 구비한다. 수전 장치는, 송전 장치로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛과, 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 송전 장치에 송신하는 통신부를 포함한다.
본 발명은 또 다른 국면에서는, 비접촉 송수전 시스템이며, 차량에 탑재된 수전 장치와, 차량 외부의 송전 장치를 구비한다. 송전 장치는, 차량에 차량 외부로부터 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛과, 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 차량에 송신하는 통신부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 실제로 충전을 시행하지 않아도 송전 유닛 또는 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 인식할 수 있어, 사용자의 편리성이 향상된다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 전력 송수전 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는, 공명법에 의한 송전의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 전류원(자류원)으로부터의 거리와 전자계의 강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는, 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 모델을 도시한 도면이다.
도 5는, 송전 유닛 및 수전 유닛의 고유 주파수의 어긋남과 전력 전송 효율의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은, 도 1에 도시한 전력 송수전 시스템의 상세 구성도이다.
도 7은, 각종 차량에 있어서의 수전 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 각종 송전 장치에 있어서의 송전 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는, 제1 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은, 도 9의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은, 차량의 수전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 측면도이다.
도 12는, 차량의 수전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 상면도이다.
도 13은, 도 9의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 15는, 도 14의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은, 도 14의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은, 제3 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 18은, 도 17의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 19는, 송전 장치의 송전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 상면도이다.
도 20은, 송전 장치의 송전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 측면도이다.
도 21은, 도 17의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 22는, 제4 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 23은, 도 22의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는, 도 22의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 도면 중 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙여서 그 설명은 반복하지 않는다.
[비접촉 송수전의 개요 설명]
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 전력 송수전 시스템의 전체 구성도이다.
도 1을 참조하여, 전력 송수전 시스템(10)은 차량(100)과, 송전 장치(200)를 포함한다. 차량(100)은 수전 유닛(110)과, 통신부(160)를 포함한다.
수전 유닛(110)은 차체 저면에 설치되어, 송전 장치(200)의 송전 유닛(220)으로부터 송출되는 전력을 비접촉으로 수전하게 구성된다. 상세하게는, 수전 유닛(110)은 이후에 설명하는 자기 공진 코일(공명 코일이라고도 함)을 포함하고, 송전 유닛(220)에 포함되는 자기 공진 코일과 전자장을 통해 공명함으로써 송전 유닛(220)으로부터 비접촉으로 수전한다. 통신부(160)는 차량(100)과 송전 장치(200) 사이에서 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스이다.
송전 장치(200)는 충전 스탠드(210)와, 송전 유닛(220)을 포함한다. 충전 스탠드(210)는 표시부(242)와, 요금 수령부(246)와, 통신부(230)를 포함한다. 충전 스탠드(210)는, 예를 들어 상용 교류 전력을 고주파의 전력으로 변환하여 송전 유닛(220)으로 출력한다. 또한, 충전 스탠드(210)는 태양광 발전 장치, 풍력 발전 장치 등의 전원 장치로부터 전력 공급을 받는 것이라도 된다.
송전 유닛(220)은, 예를 들어 주차장의 바닥면에 설치되어, 충전 스탠드(210)로부터 공급되는 고주파 전력을 차량(100)의 수전 유닛(110)으로 비접촉으로 송출하도록 구성된다. 상세하게는, 송전 유닛(220)은 자기 공진 코일을 포함하고, 이 자기 공진 코일이 수전 유닛(110)에 포함되는 자기 공진 코일과 전자장을 통해 공명함으로써 수전 유닛(110)으로 비접촉으로 송전한다. 통신부(230)는 송전 장치(200)와 차량(100) 사이에서 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스이다.
여기서, 송전 장치(200)로부터 차량(100)으로의 급전 시에, 차량(100)을 송전 장치(200)로 유도하여 차량(100)의 수전 유닛(110)과 송전 장치(200)의 송전 유닛(220)의 위치 정렬을 행할 필요가 있다. 즉, 차량(100)은 위치 정렬이 간단하지는 않다. 휴대형 기기에서는, 사용자가 손으로 들어올려서 충전기 등의 급전 유닛의 적절한 위치에 두는 것을 간단하게 행할 수 있다. 그러나 차량은, 사용자가 차량을 조작하여 적절한 위치에 차량을 정차시킬 필요가 있고, 손으로 들어올려서 위치를 조정하거나 할 수는 없다.
이로 인해, 송전 장치(200)로부터 차량(100)으로의 급전은, 위치 어긋남에 대하여 허용도가 큰 방식을 채용하는 것이 바람직하다. 전자 유도 방식은, 송신 거리는 단거리이며 위치 어긋남에 대해서도 허용도가 작다고 일컬어지고 있다. 전자 유도 방식을 차량으로의 급전에 채용하려고 하면, 주차 시에 운전자의 정밀도가 높은 운전 기술이 요구되거나, 고정밀도의 차량 유도 장치를 차량에 탑재할 필요가 있게 되거나, 정밀하지 않은 주차 위치라도 대응 가능하도록 코일 위치를 이동시키는 가동부가 필요해지거나 할 가능성이 있다.
전자계에 의한 공명 방식은, 송신 거리가 수m라도 비교적 대전력을 송신하는 것이 가능하고, 위치 어긋남에 대한 허용도도 전자 유도 방식보다도 일반적으로 크다고 일컬어지고 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 의한 전력 송수전 시스템(10)에서는, 공명법을 이용하여 송전 장치(200)로부터 차량(100)으로의 급전이 행해진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전력 송수전 시스템에 있어서는, 송전 유닛의 고유 주파수와, 수전 유닛의 고유 주파수는 동일한 고유 주파수로 되어 있다.
「송전 유닛의 고유 주파수」라 함은, 송전 유닛의 코일 및 캐패시터를 포함하는 전기 회로가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 또한,「송전 유닛의 공진 주파수」라 함은, 송전 유닛의 코일 및 캐패시터를 포함하는 전기 회로로, 제동력 또는 전기 저항을 제로로 했을 때의 고유 주파수를 의미한다.
마찬가지로,「수전 유닛의 고유 주파수」라 함은, 수전 유닛의 코일 및 캐패시터를 포함하는 전기 회로가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 또한,「수전 유닛의 공진 주파수」라 함은, 수전 유닛의 코일 및 캐패시터를 포함하는 전기 회로로, 제동력 또는 전기 저항을 제로로 했을 때의 고유 주파수를 의미한다.
본 명세서에 있어서,「동일한 고유 주파수」라 함은, 완전히 동일한 경우뿐만 아니라, 고유 주파수가 실질적으로 동일한 경우도 포함한다. 「고유 주파수가 실질적으로 동일함」이란, 송전 유닛의 고유 주파수와 수전 유닛의 고유 주파수의 차가 송전 유닛의 고유 주파수 또는 수전 유닛의 고유 주파수의 10% 이내인 경우를 의미한다.
도 2는, 공명법에 의한 송전의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하여, 이 공명법에서는, 2개의 음차가 공명하는 것과 마찬가지로, 동일한 고유 진동수를 갖는 2개의 LC 공진 코일이 전자장(근접장)에 있어서 공명함으로써, 한쪽 코일로부터 다른 쪽 코일로 전자장을 통해 전력이 전송된다.
구체적으로는, 고주파 전원(310)에 1차 코일(320)을 접속하고, 전자 유도에 의해 1차 코일(320)과 자기적으로 결합되는 1차 자기 공진 코일(330)로 고주파 전력을 급전한다. 1차 자기 공진 코일(330)은 코일 자신의 인덕턴스와 부유 용량에 의한 LC 공진기이며, 1차 자기 공진 코일(330)과 동일한 공진 주파수를 갖는 2차 자기 공진 코일(340)과 전자장(근접장)을 통해 공명한다. 그렇다면, 1차 자기 공진 코일(330)로부터 2차 자기 공진 코일(340)로 전자장을 통해 에너지(전력)가 이동한다. 2차 자기 공진 코일(340)로 이동한 에너지(전력)는 전자 유도에 의해 2차 자기 공진 코일(340)과 자기적으로 결합되는 2차 코일(350)에 의해 취출되어, 부하(360)로 공급된다. 또한, 공명법에 의한 송전은, 1차 자기 공진 코일(330)과 2차 자기 공진 코일(340)의 공명 강도를 나타내는 Q값이, 예를 들어 100보다도 클 때에 실현된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 전력 송수전 시스템에 있어서는, 송전 유닛과 수전 유닛을 전자계에 의해 공명(공진)시킴으로써 송전 유닛으로부터 수전 유닛에 전력을 송전하고 있고, 송전 유닛과 수전 유닛 사이의 결합 계수(κ)는, 바람직하게는 0.1 이하다. 또한, 결합 계수(κ)는 이 값에 한정되는 것은 아니며 전력 전송이 양호해지는 다양한 값을 취할 수 있다. 일반적으로, 전자 유도를 이용한 전력 전송에서는, 송전부와 수전부 사이의 결합 계수(κ)는 1.0에 가까운 것으로 되어 있다.
또한, 도 1과의 대응 관계에 대해서는, 2차 자기 공진 코일(340) 및 2차 코일(350)이 도 1의 수전 유닛(110)에 대응하고, 1차 코일(320) 및 1차 자기 공진 코일(330)이 도 1의 송전 유닛(220)에 대응한다.
도 3은 전류원(자류원)으로부터의 거리와 전자계의 강도의 관계를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하여, 전자계는 3개의 성분을 포함한다. 곡선 k1은, 파원으로부터의 거리에 반비례한 성분이며,「복사 전자계」라고 칭해진다. 곡선 k2는, 파원으로부터의 거리의 2승에 반비례한 성분이며,「유도 전자계」라고 칭해진다. 또한, 곡선 k3은 파원으로부터의 거리의 3승에 반비례한 성분이며,「정전 자계」라고 칭해진다.
이 중에서도 파원으로부터의 거리와 함께 급격하게 전자파의 강도가 감소하는 영역이 있지만, 공명법에서는, 이 근접장(에바네슨트장)을 이용해서 에너지(전력)의 전송이 행해진다. 즉, 근접장을 이용하여, 동일한 고유 진동수를 갖는 한 쌍의 공명기(예를 들어 한 쌍의 LC 공진 코일)를 공명시킴으로써, 한쪽 공명기(1차 자기 공진 코일)로부터 다른 쪽 공명기(2차 자기 공진 코일)로 에너지(전력)를 전송한다. 이 근접장은 먼 곳에 에너지(전력)를 전파하지 않으므로, 먼 곳까지 에너지를 전파하는「복사 전자계」에 의해 에너지(전력)를 전송하는 전자파에 비해, 공명법은 보다 적은 에너지 손실로 송전할 수 있다.
도 4 및 도 5를 이용하여, 고유 주파수의 차와 전력 전송 효율의 관계를 해석한 시뮬레이션 결과에 대하여 설명한다. 도 4는, 전력 전송 시스템의 시뮬레이션 모델을 도시한 도면이다. 또한, 도 5는 송전 유닛 및 수전 유닛의 고유 주파수의 어긋남과 전력 전송 효율의 관계를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하여, 전력 전송 시스템(89)은 송전 유닛(90)과 수전 유닛(91)을 포함한다. 송전 유닛(90)은 제1 코일(92)과 제2 코일(93)을 포함한다. 제2 코일(93)은 공진 코일(94)과 공진 코일(94)에 접속된 캐패시터(95)를 포함한다. 수전 유닛(91)은 제3 코일(96)과 제4 코일(97)을 포함한다. 제3 코일(96)은 공진 코일(99)과, 이 공진 코일(99)에 접속된 캐패시터(98)를 포함한다.
공진 코일(94)의 인덕턴스를 인덕턴스 Lt로 하고, 캐패시터(95)의 캐패시턴스를 캐패시턴스 C1로 한다. 또한, 공진 코일(99)의 인덕턴스를 인덕턴스 Lr로 하고, 캐패시터(98)의 캐패시턴스를 캐패시턴스 C2로 한다. 이렇게 각 파라미터를 설정하면, 제2 코일(93)의 고유 주파수 f1은, 하기의 식 (1)에 의해 나타나고, 제3 코일(96)의 고유 주파수 f2는, 하기의 식 (2)에 의해 나타난다.
f1=1/{2π(Lt×C1)1/2} … (1)
f2=1/{2π(Lr×C2)1/2} … (2)
여기서, 인덕턴스 Lr 및 캐패시턴스 C1, C2를 고정하여, 인덕턴스 Lt만을 변화시킨 경우에 있어서, 제2 코일(93) 및 제3 코일(96)의 고유 주파수의 어긋남과 전력 전송 효율의 관계를 도 5에 도시한다. 또한, 이 시뮬레이션에 있어서는, 공진 코일(94) 및 공진 코일(99)의 상대적인 위치 관계는 고정으로 하고, 나아가 제2 코일(93)에 공급되는 전류의 주파수는 일정하다.
도 5에 도시한 그래프 중, 횡축은 고유 주파수의 어긋남(%)을 나타내고, 종축은 일정 주파수에서의 전력 전송 효율(%)을 나타낸다. 고유 주파수의 어긋남(%)은 하기의 식 (3)에 의해 나타낸다.
(고유 주파수의 어긋남)={(f1-f2)/f2}×100(%) … (3)
도 5로부터도 명백해진 바와 같이, 고유 주파수의 어긋남(%)이 0%인 경우에는, 전력 전송 효율은 100% 가까이가 된다. 고유 주파수의 어긋남(%)이 ±5%인 경우에는, 전력 전송 효율은 40% 정도가 된다. 고유 주파수의 어긋남(%)이 ±10%인 경우에는, 전력 전송 효율은 10% 정도가 된다. 고유 주파수의 어긋남(%)이 ±15%인 경우에는, 전력 전송 효율은 5% 정도가 된다. 즉, 고유 주파수의 어긋남(%)의 절댓값(고유 주파수의 차)이 제3 코일(96)의 고유 주파수의 10% 이하의 범위가 되도록 제2 코일(93) 및 제3 코일(96)의 고유 주파수를 설정함으로써, 전력 전송 효율을 실용적인 레벨로 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 고유 주파수의 어긋남(%)의 절댓값이 제3 코일(96)의 고유 주파수의 5% 이하가 되도록 제2 코일(93) 및 제3 코일(96)의 고유 주파수를 설정하면, 전력 전송 효율을 더욱 높일 수 있으므로 보다 바람직하다. 또한, 시뮬레이션 소프트로서는, 전자계 해석 소프트웨어[JMAG(등록 상표) : 가부시끼가이샤 JSOL 제조]를 채용하고 있다.
[비접촉 송수전 구성의 상세 설명]
도 6은, 도 1에 도시한 전력 송수전 시스템(10)의 상세 구성도이다. 도 6을 참조하여, 차량(100)은 수전 유닛(110) 및 통신부(160) 외에, 정류기(180)와, 충전 릴레이(CHR)(170)와, 축전 장치(190)와, 시스템 메인릴레이(SMR)(115)와, 파워 컨트롤 유닛 PCU(Power Control Unit)(120)과, 모터 제너레이터(130)와, 동력 전달 기어(140)와, 구동륜(150)과, 제어 장치인 차량 ECU(Electronic Control Unit)(300)와, 전류 센서(171)와, 전압 센서(172)를 포함한다. 수전 유닛(110)은 2차 자기 공진 코일(111)과, 콘덴서(112)와, 2차 코일(113)을 포함한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 차량(100)으로서 전기 자동차를 예로 들어 설명하지만, 축전 장치에 축적된 전력을 사용하여 주행이 가능한 차량이면 차량(100)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 차량(100)의 다른 예로서는, 엔진을 탑재한 하이브리드 차량이나, 연료 전지를 탑재한 연료 전지차 등이 포함된다.
2차 자기 공진 코일(111)은 송전 장치(200)에 포함되는 1차 자기 공진 코일(221)로부터, 전자장을 사용하여 전자 공명에 의해 수전한다.
이 2차 자기 공진 코일(111)에 대해서는, 송전 장치(200)의 1차 자기 공진 코일(221)과의 거리나, 1차 자기 공진 코일(221) 및 2차 자기 공진 코일(111)의 공명 주파수 등에 의거하여, 1차 자기 공진 코일(221)과 2차 자기 공진 코일(111)의 공명 강도를 나타내는 Q값이 커지고(예를 들어, Q>100), 그 결합도를 나타내는 결합 계수(κ) 등이 작아지도록(예를 들어 0.1 이하) 그 권취수나 코일 간 거리가 적절히 설정된다.
콘덴서(112)는 2차 자기 공진 코일(111)의 양단부에 접속되고, 2차 자기 공진 코일(111)과 함께 LC 공진 회로를 형성한다. 콘덴서(112)의 용량은, 2차 자기 공진 코일(111)이 갖는 인덕턴스에 따라서, 소정의 공명 주파수가 되도록 적절히 설정된다. 또한, 2차 자기 공진 코일(111) 자신이 갖는 부유 용량으로 원하는 공진 주파수가 얻어질 경우에는, 콘덴서(112)가 생략되는 경우가 있다.
2차 코일(113)은 2차 자기 공진 코일(111)과 동일축 상에 설치되고, 전자 유도에 의해 2차 자기 공진 코일(111)과 자기적으로 결합 가능하다. 이 2차 코일(113)은 2차 자기 공진 코일(111)에 의해 수전된 전력을 전자 유도에 의해 취출하여 정류기(180)로 출력한다.
정류기(180)는 2차 코일(113)로부터 받는 교류 전력을 정류하고, 그 정류된 직류 전력을, CHR(170)을 통해 축전 장치(190)에 출력한다. 정류기(180)로서는, 예를 들어 다이오드 브리지 및 평활용의 콘덴서(모두 도시하지 않음)를 포함하는 구성으로 할 수 있다. 정류기(180)로서, 스위칭 제어를 이용하여 정류를 행하는, 소위 스위칭 레귤레이터를 사용하는 것도 가능하지만, 정류기(180)가 수전 유닛(110)에 포함되는 경우도 있고, 발생하는 전자장에 수반하는 스위칭 소자의 오동작 등을 방지하기 위해서, 다이오드 브리지와 같은 정지형의 정류기로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서는, 정류기(180)에 의해 정류된 직류 전력이 축전 장치(190)로 직접 출력되는 구성으로 하고 있지만, 정류 후의 직류 전압이, 축전 장치(190)를 허용할 수 있는 충전 전압과 상이한 경우에는, 정류기(180)와 축전 장치(190) 사이에, 전압 변환하기 위한 DC/DC 컨버터(도시하지 않음)가 설치되어도 된다.
정류기(180)의 출력 부분에는, 직렬로 접속된 위치 검출용의 부하 저항(173)과 릴레이(174)가 접속되어 있다. 본격적인 충전이 개시되기 전에, 송전 장치(200)로부터 차량으로는 테스트용 신호로서 미약한 전력이 송전된다. 이때, 릴레이(174)는 차량 ECU(300)로부터의 제어 신호 SE3에 의해 제어되어, 도통 상태가 된다.
전압 센서(172)는 정류기(180)와 축전 장치(190)를 연결하는 전력선쌍 사이에 설치된다. 전압 센서(172)는 정류기(180)의 2차측의 직류 전압, 즉 송전 장치(200)로부터 수전한 수전 전압을 검출하고, 그 검출값 VC를 차량 ECU(300)에 출력한다. 차량 ECU(300)는 전압 VC에 의해 수전 효율을 판단하여, 통신부(160)를 경유하여 송전 장치에 수전 효율에 관한 정보를 송신한다.
전류 센서(171)는 정류기(180)와 축전 장치(190)를 연결하는 전력선에 설치된다. 전류 센서(171)는 축전 장치(190)로의 충전 전류를 검출하고, 그 검출값 IC를 차량 ECU(300)로 출력한다.
CHR(170)은, 정류기(180)와 축전 장치(190)에 전기적으로 접속된다. CHR(170)은, 차량 ECU(300)로부터의 제어 신호 SE2에 의해 제어되어, 정류기(180)로부터 축전 장치(190)로의 전력의 공급과 차단을 전환한다.
축전 장치(190)는 충방전 가능하게 구성된 전력 저장 요소이다. 축전 장치(190)는, 예를 들어 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지 또는 연축 전지 등의 이차 전지나, 전기 이중층 캐패시터 등의 축전 소자를 포함하여 구성된다.
축전 장치(190)는 CHR(170)을 통해 정류기(180)와 접속된다. 축전 장치(190)는 수전 유닛(110)에서 수전되어 정류기(180)에 의해 정류된 전력을 축전한다. 또한, 축전 장치(190)는 SMR(115)을 통해 PCU(120)와도 접속된다. 축전 장치(190)는 차량 구동력을 발생시키기 위한 전력을 PCU(120)로 공급한다. 또한, 축전 장치(190)는 모터 제너레이터(130)에서 발전된 전력을 축전한다. 축전 장치(190)의 출력은 예를 들어 200V 정도다.
축전 장치(190)에는, 모두 도시하지 않지만, 축전 장치(190)의 전압 VB 및 입출력되는 전류 IB를 검출하기 위한 전압 센서 및 전류 센서가 설치된다. 이들 검출값은, 차량 ECU(300)로 출력된다. 차량 ECU(300)는, 이 전압 VB 및 전류 IB에 의거하여, 축전 장치(190)의 충전 상태(「SOC(State Of Charge)」라고도 칭해짐)를 연산한다.
SMR(115)은, 축전 장치(190)와 PCU(120)를 연결하는 전력선에 개재 삽입된다. 그리고 SMR(115)은, 차량 ECU(300)로부터의 제어 신호 SE1에 의해 제어되어, 축전 장치(190)와 PCU(120) 사이에서의 전력의 공급과 차단을 전환한다.
PCU(120)는, 모두 도시하지 않지만, 컨버터나 인버터를 포함한다. 컨버터는, 차량 ECU(300)로부터의 제어 신호 PWC에 의해 제어되어서 축전 장치(190)로부터의 전압을 변환한다. 인버터는, 차량 ECU(300)로부터의 제어 신호 PWI에 의해 제어되어, 컨버터에서 변환된 전력을 사용하여 모터 제너레이터(130)를 구동한다.
모터 제너레이터(130)는 교류 회전 전기이며, 예를 들어 영구 자석이 매설된 로터를 구비하는 영구 자석형 동기 전동기이다.
모터 제너레이터(130)의 출력 토크는, 동력 전달 기어(140)를 통해 구동륜(150)으로 전달되어서, 차량(100)을 주행시킨다. 모터 제너레이터(130)는 차량(100)의 회생 제동 동작 시에는, 구동륜(150)의 회전력에 의해 발전할 수 있다. 그리고 그 발전 전력은, PCU(120)에 의해 축전 장치(190)의 충전 전력으로 변환된다.
또한, 모터 제너레이터(130) 외에 엔진(도시하지 않음)이 탑재된 하이브리드 자동차에서는, 이 엔진 및 모터 제너레이터(130)를 협조적으로 동작시킴으로써, 필요한 차량 구동력이 발생된다. 이 경우, 엔진의 회전에 의한 발전 전력을 사용하여, 축전 장치(190)를 충전하는 것도 가능하다.
통신부(160)는, 상술한 바와 같이, 차량(100)과 송전 장치(200) 사이에서 무선 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스이다. 통신부(160)는 차량 ECU(300)로부터의 축전 장치(190)에 관한 SOC를 포함하는 배터리 정보 INFO를 송전 장치(200)로 출력한다. 또한, 통신부(160)는 송전 장치(200)로부터의 송전 개시 및 정지를 지시하는 신호 STRT, STP를 송전 장치(200)로 출력한다.
차량 ECU(300)는, 모두 도 1에는 도시하지 않지만 CPU(Central Processing Unit), 기억 장치 및 입출력 버퍼를 포함하고, 각 센서 등으로부터의 신호 입력이나 각 기기로의 제어 신호의 출력을 행하는 동시에, 차량(100) 및 각 기기의 제어를 행한다. 또한, 이들 제어에 대해서는, 소프트웨어에 의한 처리에 한정되지 않고, 전용 하드웨어(전자 회로)에서 처리하는 것도 가능하다.
차량 ECU(300)는, 사용자의 조작 등에 의한 충전 개시 신호 TRG를 받으면, 소정의 조건이 성립된 것에 의거하여, 송전의 개시를 지시하는 신호 STRT를, 통신부(160)를 통해 송전 장치(200)로 출력한다. 또한, 차량 ECU(300)는 축전 장치(190)가 만충전이 된 것 또는 사용자에 의한 조작 등에 의거하여, 송전의 정지를 지시하는 신호 STP를, 통신부(160)를 통해 송전 장치(200)로 출력한다.
송전 장치(200)는 충전 스탠드(210)와, 송전 유닛(220)을 포함한다. 충전 스탠드(210)는 통신부(230) 외에, 제어 장치인 송전 ECU(240)와, 전원부(250)와, 표시부(242)와, 요금 수령부(246)를 더 포함한다. 또한, 송전 유닛(220)은 1차 자기 공진 코일(221)과, 콘덴서(222)와, 1차 코일(223)을 포함한다.
전원부(250)는 송전 ECU(240)로부터의 제어 신호 MOD에 의해 제어되어, 상용 전원 등의 교류 전원으로부터 받는 전력을 고주파의 전력으로 변환한다. 그리고 전원부(250)는 그 변환된 고주파 전력을 1차 코일(223)로 공급한다.
또한, 도 6에는, 임피던스 변환을 행하는 정합기가 기재되어 있지 않으나, 전원부(250)와 송전 유닛(220) 사이 또는 수전 유닛(110)과 정류기(180) 사이에 정합기를 설치하는 구성으로 해도 된다.
1차 자기 공진 코일(221)은 차량(100)의 수전 유닛(110)에 포함되는 2차 자기 공진 코일(111)로, 전자 공명에 의해 전력을 전송한다.
1차 자기 공진 코일(221)에 대해서는, 차량(100)의 2차 자기 공진 코일(111)과의 거리나, 1차 자기 공진 코일(221) 및 2차 자기 공진 코일(111)의 공명 주파수 등에 의거하여, 1차 자기 공진 코일(221)과 2차 자기 공진 코일(111)의 공명 강도를 나타내는 Q값이 커져(예를 들어, Q>100), 그 결합도를 나타내는 κ 등이 작아지도록(예를 들어 0.1 이하) 그 권취수나 코일 간 거리가 적절히 설정된다.
콘덴서(222)는 1차 자기 공진 코일(221)의 양단부에 접속되고, 1차 자기 공진 코일(221)과 함께 LC 공진 회로를 형성한다. 콘덴서(222)의 용량은, 1차 자기 공진 코일(221)이 갖는 인덕턴스에 따라서, 소정의 공명 주파수가 되도록 적절히 설정된다. 또한, 1차 자기 공진 코일(221) 자신이 갖는 부유 용량으로 원하는 공진 주파수가 얻어질 경우에는, 콘덴서(222)가 생략되는 경우가 있다.
1차 코일(223)은 1차 자기 공진 코일(221)과 동일축 상에 설치되어, 전자 유도에 의해 1차 자기 공진 코일(221)과 자기적으로 결합 가능하다. 1차 코일(223)은 정합기(260)를 통해 공급된 고주파 전력을, 전자 유도에 의해 1차 자기 공진 코일(221)에 전달한다.
통신부(230)는 상술한 바와 같이, 송전 장치(200)와 차량(100) 사이에서 무선 통신을 행하기 위한 통신 인터페이스이다. 통신부(230)는 차량(100)측의 통신부(160)로부터 송신되는 배터리 정보 INFO 및 송전의 개시 및 정지를 지시하는 신호 STRT, STP를 수신하고, 이들 정보를 송전 ECU(240)로 출력한다.
요금 수령부(246)에는 충전에 앞서, 현금, 선불 카드, 크레디트 카드 등이 삽입된다. 송전 ECU(240)는 전원부(250)에 미약 전력에 의한 테스트 신호를 송신시킨다. 여기서,「미약 전력」이란, 인증 후에 배터리를 충전하는 충전 전력보다도 작은 전력, 또는 위치 정렬 시에 송전하는 전력이며, 간헐적으로 송전하는 전력도 포함해도 된다.
차량 ECU(300)는 테스트 신호를 수신하기 위해서, 릴레이(174)를 온 상태로 하고, CHR(170)을 오프 상태로 하도록 제어 신호 SE2, SE3을 송신한다. 그리고 전압 VC에 의거하여 수전 효율 및 충전 효율을 산출한다. 차량 ECU(300)는, 산출한 충전 효율 또는 수전 효율을 통신부(160)에 의해 송전 장치(200)에 송신한다.
송전 장치(200)의 표시부(242)는 충전 효율이나 그에 대응하는 충전 전력 단가를 사용자에 대하여 표시한다. 표시부(242)는, 예를 들어 터치 패널과 같이 입력부로서의 기능도 갖고 있고, 충전 전력 단가를 사용자가 승인하는지 여부의 입력을 접수할 수 있다.
송전 ECU(240)는, 충전 전력 단가가 승인된 경우에는 전원부(250)에 본격적인 충전을 개시시킨다. 충전이 완료되면 요금 수령부(246)에 있어서 요금이 정산된다.
송전 ECU(240)는, 모두 도 1에는 도시하지 않지만 CPU, 기억 장치 및 입출력 버퍼를 포함하고, 각 센서 등으로부터의 신호 입력이나 각 기기로의 제어 신호의 출력을 행하는 동시에, 충전 스탠드(210)에 있어서의 각 기기의 제어를 행한다. 또한, 이들 제어에 대해서는, 소프트웨어에 의한 처리에 한정되지 않고, 전용 하드웨어(전자 회로)에서 처리하는 것도 가능하다.
또한, 송전 장치(200)로부터 차량(100)으로의 전력 전송에 대해서는, 도 4, 5에서 설명한 송전 유닛(90) 및 수전 유닛(91)에 관한 관계가 성립된다. 도 6의 전력 전송 시스템에 있어서는, 송전 유닛(220)의 고유 주파수와 수전 유닛(110)의 고유 주파수의 차는, 송전 유닛(220)의 고유 주파수 또는 수전 유닛(110)의 고유 주파수의 ±10% 이하다. 이러한 범위에 송전 유닛(220) 및 수전 유닛(110)의 고유 주파수를 설정함으로써 전력 전송 효율을 높일 수 있다. 한편, 상기 고유 주파수의 차가 ±10%보다도 크게 되면, 전력 전송 효율이 10%보다도 작게 되어, 전력 전송 시간이 길어지는 등의 폐해가 발생한다.
또한, 송전 유닛(220)[수전 유닛(110)]의 고유 주파수라 함은, 송전 유닛(220)[수전 유닛(110)]을 구성하는 전기 회로(공진 회로)가 자유 진동하는 경우의 진동 주파수를 의미한다. 또한, 송전 유닛(220)[수전 유닛(110)]을 구성하는 전기 회로(공진 회로)에 있어서, 제동력 또는 전기 저항을 0으로 했을 때의 고유 주파수는, 송전 유닛(220)[수전 유닛(110)]의 공진 주파수라고도 칭해진다.
송전 유닛(220) 및 수전 유닛(110)은 송전 유닛(220)과 수전 유닛(110) 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수에서 진동하는 자계와, 송전 유닛(220)과 수전 유닛(110) 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수에서 진동하는 전계 중 적어도 한쪽을 통해서, 비접촉으로 전력을 수수한다. 송전 유닛(220)과 수전 유닛(110)의 결합 계수 κ은 0.1 이하이고, 송전 유닛(220)과 수전 유닛(110)을 전자계에 의해 공진(공명)시킴으로써, 송전 유닛(220)으로부터 수전 유닛(110)으로 전력이 전송된다.
[송수전 유닛의 배치 검토]
도 7은, 각종 차량에 있어서의 수전 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 7에, 4대의 차량 예를 나타낸다.
차량(100A)은, 4대 중에서 가장 크기가 큰 차량이다. 차량(100A)의 전체 길이는 5000㎜, 전체 폭은 1900㎜이며, 수전 유닛(110A)이 차량의 중앙 바닥면 하부에 설치되어 있다. 수전 유닛(110A)의 하면 지상 높이는 150㎜이다.
차량(100B)은, 4대 중에서 2번째로 크기가 큰 차량이다. 차량(100B)의 전체 길이는 4500㎜, 전체 폭은 1800㎜이다. 차량(100B)은 3개의 수전 유닛(110B1 내지 110B3)을 탑재하고 있다. 수전 유닛(110B1)은, 차량의 전방부 바닥면 하부에 설치되어 있다. 수전 유닛(110B2)은 차량의 중앙 바닥면 하부에 설치되어 있다. 수전 유닛(110B3)은, 차량의 후방부 바닥면 하부에 설치되어 있다. 수전 유닛(110B1 내지 110B3)의 하면 지상 높이는 150㎜이다. 또한, 차량(100B)은 수전 유닛(110B1 내지 110B3) 중 어느 하나를 탑재하는 것이라도 된다.
차량(100C)은, 4대 중에서 3번째로 크기가 큰 차량이다. 차량(100C)의 전체 길이는 4000㎜, 전체 폭은 1700㎜이며, 수전 유닛(110C)이 차량의 중앙 바닥면 하부에 설치되어 있다. 수전 유닛(110C)의 하면 지상 높이는 120㎜이다.
차량(100D)은, 4대 중에서 가장 크기가 작은 차량이다. 차량(100D)의 전체 길이는 3000㎜, 전체 폭은 1600㎜이며, 수전 유닛(110D)이 차량의 중앙 바닥면 하부에 설치되어 있다. 수전 유닛(110D)의 하면 지상 높이는 130㎜이다.
이와 같이, 차량에 있어서의 수전 유닛의 배치도 차량마다 상이한 경우가 상정된다.
차량에 있어서의 수전 유닛의 위치를 정의하기 위해서는, 예를 들어 이하 1) 내지 6)의 데이터가 필요하다.
1) 후륜축으로부터 수전 유닛 무게 중심(또는 중심)까지의 거리 [㎜]
2) 전륜축으로부터 수전 유닛 무게 중심(또는 중심)까지의 거리 [㎜]
3) 수전 유닛 무게 중심(또는 중심)과 차량 중심으로부터의 어긋남의 거리 [㎜]
4) 수전 유닛 크기(세로, 가로) [㎜]
5) 차량 크기(세로, 가로) [㎜]
6) 수전 유닛 하면의 지상 높이 [㎜]
또한, 수전 유닛의 무게 중심이란, 평면에 투영된 유닛의 외형 도형의 무게 중심을 의미한다. 또한 본 명세서에 있어서 유닛의 중심이란, 유닛이 원형이면 원의 중심을 의미하고, 유닛이 다각형이면 그 다각형의 내접원 또는 외접원의 중심을 의미한다. 또한, 무게 중심이나 중심에 한정되지 않고, 예를 들어 유닛 단부 위치 등, 유닛 위치를 특정 가능한 정보이면 그 정보로 대신해도 된다.
도 8은 각종 송전 장치에 있어서의 송전 유닛의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에, 4개의 송전 장치 예를 나타낸다.
송전 장치(200A)는, 차막이(차륜막이) 부근에 송전 유닛(220A)이 배치되어 있다. 송전 장치(200B)는, 차막이(차륜막이)로부터 주차 스페이스 중앙을 향해 이격된 위치에 송전 유닛(220A)이 배치되어 있다.
송전 장치(200C)는, 차막이(차륜막이) 부근으로부터 차례로 위치를 어긋나게 하여 송전 유닛(220C1 내지 220C4)이 배치되어 있다. 송전 장치(200D)는, 차량의 이동 방향을 따라서 이동 가능한 송전 유닛(220D)이 배치되어 있다.
이와 같이, 송전 장치에 있어서의 송전 유닛의 배치도 송전 장치마다 상이한 경우가 상정된다.
송전 장치에 있어서의 송전 유닛의 위치를 정의하기 위해서는, 예를 들어 이하 11) 내지 16)의 데이터가 필요하다.
11) 차륜막이 전단부로부터 송전 유닛 무게 중심(또는 중심)까지의 거리 [㎜]
12) 송전 유닛 무게 중심(또는 중심)과 주차 스페이스 중심으로부터의 어긋남의 거리 [㎜]
13) 송전 유닛 크기(세로, 가로) [㎜]
14) 주차 스페이스 크기(세로, 가로) [㎜]
15) 주차 스페이스 무게 중심(또는 중심)으로부터 차륜막이 전단부까지의 거리 [㎜]
16) 송전 유닛 상면의 지상 높이 [㎜]
또한, 송전 유닛의 무게 중심이란, 평면에 투영된 유닛의 외형 도형의 무게 중심을 의미한다. 또한 본 명세서에 있어서 유닛의 중심이란, 유닛이 원형이면 원의 중심을 의미하고, 유닛이 다각형이면 그 다각형의 내접원 또는 외접원의 중심을 의미한다. 또한, 무게 중심이나 중심에 한정되지 않고, 예를 들어 유닛 단부 위치 등, 유닛 위치를 특정 가능한 정보이면 그 정보로 대신해도 된다.
[제1 실시 형태]
도 9는 제1 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6, 도 9를 참조하여, 차량(100)에서는, 스텝 S10에 있어서, 차량 ECU(300)에 의해 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 사용자의 조작 등에 의한 충전 개시 신호 TRG이 입력된 것이 검출되면, 차량 ECU(300)는 통신부(160)를 경유하여 송전 장치(200)에 충전 요구가 있다는 취지를 송신한다. 그리고 스텝 S10으로부터 스텝 S20으로 처리가 진행된다.
한편, 송전 장치(200)에서는, 스텝 S110에 있어서, 송전 ECU(240)에 의해 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 차량(100)의 통신부(160)로부터 충전 요구가 있다는 취지가 송신되어, 통신부(230)를 경유하여 송전 ECU(240)가 충전 요구를 검출하면, 스텝 S110으로부터 스텝 S120으로 처리가 진행된다.
차량(100)에서는 스텝 S20에 있어서, 수전 유닛(110)에 관한 정보가 통신부(160)에 의해 송전 장치(200)를 향해 송신되고, 송전 장치(200)에서는 스텝 S120에 있어서 수전 유닛(110)에 관한 정보가 통신부(230)에 의해 수신된다.
스텝 S130에서는, 송전 장치(200)에 있어서 송전 ECU(240)가 송전의 가부 및 차량 유도 방향의 판정이 실행된다. 그리고 스텝 S140에 있어서 송전 ECU(240)가 판정 결과를 통신부(230)를 경유하여 차량(100)을 향해 송신한다.
차량(100)에서는, 스텝 S30에 있어서 통신부(160)에 의해 판정 결과가 수신되고, 차량 ECU(300)는 도시하지 않은 액정 디스플레이 등의 표시부에 판정 결과를 표시시킨다. 또한, 표시부에의 표시 대신에 음성으로 판정 결과를 운전자에게 통지해도 된다.
이상의 처리가 종료되면, 스텝 S50, 스텝 S150에 있어서, 차량 및 송전 장치의 메인루틴으로 처리가 복귀된다.
도 10은, 도 9의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9, 도 10을 참조하여, 스텝 S20, 스텝 S120에 있어서, 차량으로부터 송전 장치로의 메시지 M1이 송신되고 있다. 메시지 M1은, 차량의 수전 유닛(110)에 관련된 정보를 포함한다.
도 11은, 차량의 수전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 측면도이다. 도 12는, 차량의 수전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 상면도이다.
메시지 M1에 포함되는 차량의 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관련된 정보는, 이하의 1) 내지 6)의 데이터를 포함한다. 또한, 이하는 예시이며, 차량의 수전 유닛의 위치 또는 크기를 나타내는 정보, 또는 간접적으로 이들을 구하기 위해 이용되는 정보이면 된다.
1) 후륜축으로부터 수전 유닛 무게 중심(또는 중심)까지의 거리 L1 [㎜]
2) 전륜축으로부터 수전 유닛 무게 중심(또는 중심)까지의 거리 L2 [㎜]
3) 수전 유닛 무게 중심(또는 중심)과 차량 중심으로부터의 어긋남의 거리 L3, D3 [㎜]
4) 수전 유닛 크기(세로, 가로) L4, W4 [㎜]
5) 차량 크기(세로, 가로) L5, W5 [㎜]
6) 수전 유닛 하면의 지상 높이 H6 [㎜]
또한, 수전 유닛의 무게 중심이란, 평면에 투영된 유닛의 외형 도형의 무게 중심을 의미한다. 또한 본 명세서에 있어서 유닛의 중심이란, 유닛이 원형이면 원의 중심을 의미하고, 유닛이 다각형이면 그 다각형의 내접원 또는 외접원의 중심을 의미한다. 또한, 무게 중심이나 중심에 한정되지 않고, 예를 들어 유닛 단부 위치 등, 유닛 위치를 특정 가능한 정보이면 그 정보로 대신해도 된다. 또한, 유닛에 지향성이 있는 경우 등에서는, 탑재 각도를 상기 정보에 포함해도 된다. 여기서, 탑재 각도는, 예를 들어 차량 전후 방향을 기준으로 했을 때의 유닛의 회전각을 의미한다.
「유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보」는, 차량 크기 등도 포함할 수 있다. 예를 들어「차량의 중앙에 유닛을 설치한다」라고 하는 결정이 이루어져 있을 경우에는, 차량 크기에 따라 유닛 위치가 특정 가능하게 되는 경우가 있다.
상기와 같은 위치에 관한 정보 외에, 송수전 방식(공명 방식, 전자 유도 방식, 마이크로파 방식 등)에 관한 정보도 아울러 송신해도 된다.
다시 도 9, 도 10을 참조하여, 송전 장치(200)는 송전 유닛(220)의 주차 스페이스에 있어서의 배치와, 수신한 차량의 수전 유닛(110A 내지 110D)에 관련된 정보에 의거하여, 차량(100)의 수전 유닛 위치가 송전 유닛(220)과 위치 정렬 가능한지 여부를 판단한다. 그리고 송전 장치(200)는 위치 정렬 가능하면 송전 가능, 위치 정렬 불가능하면 송전 불가능이라 하는, 송전 가부 정보를 포함하는 메시지 M2를 차량에 돌려준다.
또한, 위치 정보에 대하여 위치 정렬의 가능/불가능을 판단하기 전에, 우선 송수전 방식에 관한 정보에 의거하여, 송전 가부를 판단하도록 해도 된다.
이 결과가 차량의 표시부에 표시되거나 또는 음성으로 통지됨으로써, 운전자는, 이 송전 장치(200)의 주차 스페이스에 주차할지 여부, 또한 송전 장치(200)로부터 수전할지 여부를 판단한다.
도 13은, 도 9의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 9, 도 13을 참조하여, 스텝 S20, 스텝 S120에 있어서, 차량으로부터 송전 장치로의 메시지 M1이 송신되고 있다. 메시지 M1은, 차량의 수전 유닛(110)에 관련된 정보를 포함한다. 메시지 M1에 대해서는 도 12에 있어서 설명했으므로, 설명은 반복하지 않는다.
그리고 송전 장치(200)는, 송전 유닛(220)의 주차 스페이스에 있어서의 배치와, 수신한 차량의 수전 유닛(110A 내지 110D)에 관련된 정보에 의거하여, 차량(100)의 수전 유닛 위치가 송전 유닛(220)과 위치 정렬 가능한 경우가, 차량이 전방 방향으로 주차한 경우인지 후방 방향으로 주차한 경우인지를 판단한다. 또한, 본 명세서에서는,「전방 방향 주차」는 차륜막이를 향해 전진하여 주차하는 주차의 방향을 의미하고,「후방 방향 주차」라 함은 차륜막이를 향해 후퇴하여 주차하는 주차의 방향을 의미하는 것으로 한다. 차륜막이가 없는 경우도 생각할 수 있므로, 전방 방향/후방 방향은, 미리 정한 방향과 일치하는 방향/역방향으로 바꿔 읽어도 된다.
그리고 송전 장치(200)는 전방 방향 또는 후방 방향이라고 하는, 차량의 유도 방향을 포함하는 메시지 M3을 차량에 돌려준다. 이 결과가 차량의 표시부에 표시되거나 또는 음성으로 통지됨으로써, 운전자는, 이 송전 장치(200)의 주차 스페이스에 주차할 경우에, 전방 방향/후방 방향 중 어느 방향으로 주차를 하면 좋은지를 알 수 있다. 또한, 운전자가 알기 쉽도록「전진하여 주차해 주십시오」,「후진하여 주차해 주십시오」 등과 같이 표시해도 된다.
또한, 상기에 전후 방향의 위치 유도에 대하여 설명했지만, 좌우 방향의 유도를 행하도록 해도 된다. 예를 들어,「주차 프레임의 좌측 근방(또는 우측 근방)에 주차해 주십시오」 등과 같이 표시를 행하도록 해도 된다.
이상, 제1 실시 형태에 의하면, 2차측 유닛의 정보를 미리 1차측 유닛에 통지함으로써, 1차측 유닛과 2차측 유닛 사이에서 충전 동작을 실제로 행하지 않아도 1차측 유닛의 상태를 충전에 적합한 상태로 할 수 있다.
또한, 2차측 유닛의 정보가 미리 통지됨으로써, 비접촉 충전의 가부 외에, 적절한 차량 유도 방향을 사전에 결정할 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
[제2 실시 형태]
제2 실시 형태에서는, 송전 장치에 복수의 송전 유닛이 설치되어 있는 경우나, 송전 장치에 가동식의 송전 유닛이 설치되어 있는 경우의 예를 설명한다. 제2 실시 형태에서는 제1 실시 형태의 도 9에서 설명한 처리 외에 스텝 S132, S134에 나타낸 바와 같이 송전 코일의 선택 또는 이동을 행하는 처리가 실행된다.
도 14는, 제2 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6, 도 14를 참조하여, 차량(100)에서는, 스텝 S10에 있어서, 차량 ECU(300)에 의해, 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 사용자의 조작 등에 의한 충전 개시 신호 TRG가 입력된 것이 검출되면, 차량 ECU(300)는 통신부(160)를 경유하여 송전 장치(200)에 충전 요구가 있다는 취지를 송신한다. 그리고 스텝 S10으로부터 스텝 S20으로 처리가 진행된다.
한편, 송전 장치(200)에서는, 스텝 S110에 있어서, 송전 ECU(240)에 의해, 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 차량(100)의 통신부(160)로부터 충전 요구가 있다는 취지가 송신되어, 통신부(230)를 경유하여 송전 ECU(240)가 충전 요구를 검출하면, 스텝 S110으로부터 스텝 S120으로 처리가 진행된다.
차량(100)에서는 스텝 S20에 있어서, 수전 유닛(110)에 관한 정보가 통신부(160)에 의해 송전 장치(200)를 향해 송신되고, 송전 장치(200)에서는 스텝 S120에 있어서 수전 유닛(110)에 관한 정보가 통신부(230)에 의해 수신된다.
스텝 S130에서는, 송전 장치(200)에 있어서 송전 ECU(240)가 송전의 가부 및 차량 유도 방향의 판정이 실행된다. 그리고 스텝 S132에 있어서, 송전 ECU(240)는, 차량의 수전 유닛(110)의 위치에 대응시켜서, 송전 가능한 송전 유닛(송전 코일)의 위치를 산출한다.
또한, 스텝 S134에 있어서, 송전 ECU(240)는 송전 장치가 복수의 송전 유닛을 갖는 경우에는 송전 유닛의 선택을 행하고, 송전 장치가 가동식의 송전 유닛을 갖는 경우에는 송전 유닛을 송전 가능한 위치로 이동시킨다. 송전 유닛의 선택 또는 이동은, 송전 유닛과 수전 유닛의 위치 관계가, 수전 효율이 가장 좋아지는 위치 관계가 되되록 행해진다.
또한, 스텝 S140에 있어서, 송전 ECU(240)가 송전 가부 및 차량 유도 방향의 판정 결과를, 통신부(230)를 경유하여 차량(100)을 향해 송신한다.
차량(100)에서는, 스텝 S30에 있어서 통신부(160)에 의해 판정 결과가 수신되고, 차량 ECU(300)는 도시하지 않은 액정 디스플레이 등의 표시부에 판정 결과를 표시시킨다. 또한, 표시부에의 표시 대신에 음성으로 판정 결과를 운전자에게 통지해도 된다.
이상의 처리가 종료되면, 스텝 S50, 스텝 S150에 있어서, 차량 및 송전 장치의 메인루틴으로 처리가 복귀된다.
도 15는, 도 14의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 15에는, 복수의 송전 유닛(220C1 내지 220C4)을 갖는 송전 장치(200C)가 나타내어져 있다.
도 14, 도 15를 참조하여, 스텝 S20, 스텝 S120에 있어서, 차량으로부터 송전 장치로의 메시지 M4가 송신되고 있다. 메시지 M4는, 차량의 수전 유닛(110)에 관련된 정보를 포함한다. 메시지 M4에 포함되는 차량의 수전 유닛에 관련된 정보는, 도 10 내지 도 12에 있어서 설명한 메시지 M1과 마찬가지이므로 설명은 반복하지 않는다.
차량의 수전 유닛에 관한 정보에 의거하여, 송전 장치(200)는 송전에 사용하는 송전 유닛을 선택한다. 또한, 송전 장치(200)는 차량 유도 방향이 전방 방향 주차 방향이 적절한지 후방 방향 주차 방향이 적절한지를, 수전 유닛의 차량 탑재 위치와 송전 유닛 설치 위치에 의거하여 판정한다.
예를 들어, 차량(100A)과 같이 차량의 대략 중앙 부분에 수전 유닛이 설치되어 있는 경우에는, 송전 장치(200C)는, 송전 유닛(220C2 또는 220C3)을 선택한다. 예를 들어, 차량(110B)과 같이 차량의 후륜 부근에 수전 유닛이 설치되어 있는 경우에는, 송전 장치(200C)는 차량이 후방 방향으로 주차하도록 유도하는 동시에, 송전 유닛(220C1)을 선택한다. 또한, 차량이 전방 방향으로 주차하도록 유도하는 동시에, 송전 유닛(220C3 또는 220C4)을 선택하도록 해도 된다.
도 16은, 도 14의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 16에는, 가동식의 송전 유닛(220D)을 갖는 송전 장치(200D)가 나타내어져 있다.
도 14, 도 16을 참조하여, 스텝 S20, 스텝 S120에 있어서, 차량으로부터 송전 장치로의 메시지 M5가 송신되고 있다. 메시지 M5는, 차량의 수전 유닛(110)에 관련된 정보를 포함한다. 메시지 M5에 포함되는 차량의 수전 유닛에 관련된 정보는, 도 10 내지 도 12에 있어서 설명한 메시지 M1과 마찬가지이므로 설명은 반복하지 않는다.
또한, 도 15, 도 16에는, 차량 전후 방향으로 어긋하게 하여 송전 유닛을 복수 설치하거나, 차량 전후 방향으로 움직일 수 있게 하거나 한 예를 나타냈지만, 차량 좌우 방향으로 송전 유닛을 복수 설치하거나, 움직일 수 있게 하는 것이라도 된다.
또한, 상기에 전후 방향의 위치 유도에 대하여 설명했지만, 좌우 방향의 유도를 행하도록 해도 된다. 예를 들어,「주차 프레임의 좌측 부근(또는 우측 부근)에 주차해 주십시오」 등과 같이 표시를 행하도록 해도 된다.
차량의 수전 유닛에 관한 정보에 의거하여, 송전 장치(200)는 송전에 사용하는 송전 유닛을 이동시키는 위치를 결정한다. 이 위치는, 차량에 대하여 가장 충전 시간이 짧게(효율적으로) 충전 가능한 송전 유닛 위치이다. 이 위치는, 예를 들어 수전 유닛과 송전 유닛의 중심축의 수평 방향의 어긋남이 최소가 되는 위치로 할 수 있다.
이상, 제2 실시 형태에 의하면, 2차측 유닛의 정보를 미리 1차측 유닛에 통지함으로써, 1차측 유닛과 2차측 유닛 사이에서 충전 동작을 실제로 행하지 않아도 1차측 유닛의 상태를 충전에 적합한 상태로 할 수 있다.
또한, 2차측 유닛의 정보가 미리 통지됨으로써, 비접촉 충전의 가부 외에, 적절한 차량 유도 방향을 사전에 결정할 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
또한, 사전에 적절한 1차 유닛의 선택이나 1차 유닛의 이동을 행할 수 있으므로, 충전 개시까지의 시간을 짧게 할 수 있다.
[제3 실시 형태]
도 17은, 제3 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6, 도 17을 참조하여, 차량(100)에서는, 스텝 S210에 있어서, 차량 ECU(300)에 의해, 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 사용자의 조작 등에 의한 충전 개시 신호 TRG가 입력된 것이 검출되면, 차량 ECU(300)는 통신부(160)를 경유하여 송전 장치(200)에 충전 요구가 있다는 취지를 송신한다. 그리고 스텝 S210으로부터 스텝 S220으로 처리가 진행된다.
한편, 송전 장치(200)에서는, 스텝 S310에 있어서, 송전 ECU(240)에 의해, 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 차량(100)의 통신부(160)로부터 충전 요구가 있다는 취지가 송신되고, 통신부(230)를 경유하여 송전 ECU(240)가 충전 요구를 검출하면, 스텝 S310으로부터 스텝 S320으로 처리가 진행된다.
송전 장치(200)에서는 스텝 S320에 있어서, 송전 유닛(220)에 관한 정보가 통신부(230)에 의해 송전 장치(200)를 향해 송신되고, 차량(100)에서는 스텝 S220에 있어서 송전 유닛(220)에 관한 정보가 통신부(160)에 의해 수신된다.
스텝 S230에서는, 차량(100)에 있어서 차량 ECU(300)가 송전의 가부 및 차량주차 방향의 판정이 실행된다. 그리고 스텝 S240에 있어서 차량 ECU(300)가 판정 결과를 통신부(160)를 경유하여 송전 장치(200)를 향해 송신한다.
송전 장치(200)에서는, 스텝 S330에 있어서 통신부(230)에 의해 판정 결과가 수신된다. 송전 장치(200)에서는, 수신 결과에 따라서 송전의 준비가 행해진다.
한편, 차량(100)에서는 스텝 S250에 있어서, 차량 ECU(300)는, 도시하지 않은 액정 디스플레이 등의 표시부에 판정 결과가 표시된다. 또한, 표시부에의 표시 대신에 음성으로 판정 결과를 운전자에게 통지해도 된다.
이상의 처리가 종료되면, 스텝 S260, 스텝 S240에 있어서, 차량 및 송전 장치의 메인루틴으로 처리가 복귀된다.
도 18은, 도 17의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 17, 도 18을 참조하여, 스텝 S220, 스텝 S320에 있어서, 송전 장치(200A 또는 200B)로부터 차량(100B)으로의 메시지 M6이 송신되고 있다. 메시지 M6은, 송전 장치의 송전 유닛(220A 또는 220B)에 관련된 정보를 포함한다.
도 19는, 송전 장치의 송전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 상면도이다. 도 20은, 송전 장치의 송전 유닛에 관련된 정보를 설명하기 위한 측면도이다.
메시지 M6에 포함되는 송전 장치의 송전 유닛에 관련된 정보는, 이하의 11) 내지 16)의 데이터를 포함한다.
11) 차륜막이 전단부로부터 송전 유닛 무게 중심(또는 중심)까지의 거리 K1 [㎜]
12) 송전 유닛 무게 중심(또는 중심)과 주차 스페이스 중심으로부터의 어긋남의 거리 K2L, K2W [㎜]
13) 송전 유닛 크기(세로, 가로) KL3, KW3 [㎜]
14) 주차 스페이스 크기(세로, 가로) KL4, KW4 [㎜]
15) 주차 스페이스 무게 중심(또는 중심)으로부터 차륜막이 전단부까지의 거리 K5 [㎜]
16) 송전 유닛 상면의 지상 높이 KH6 [㎜]
또한, 송전 유닛의 무게 중심이란, 평면에 투영된 유닛의 외형 도형의 무게 중심을 의미한다. 또한 본 명세서에 있어서 유닛의 중심이란, 유닛이 원형이면 원의 중심을 의미하고, 유닛이 다각형이면 그 다각형의 내접원 또는 외접원의 중심을 의미한다. 또한, 무게 중심이나 중심에 한정되지 않고, 예를 들어 유닛 단부 위치 등, 유닛 위치를 특정 가능한 정보이면 그 정보로 대신해도 된다. 또한, 유닛에 지향성이 있는 경우 등에서는, 탑재 각도를 상기 정보에 포함해도 된다. 여기서, 탑재 각도는 주차 스페이스의 전후 방향(또는 길이 방향)을 기준으로 했을 때의 회전각을 의미한다.
「유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보」는, 차량 크기 등도 포함할 수 있다. 예를 들어「차량의 중앙에 유닛을 설치한다」라고 하는 결정이 이루어져 있는 경우에는, 차량 크기에 따라 유닛 위치가 특정 가능하게 되는 경우가 있다.
상기와 같은 위치에 관한 정보 외에, 송수전 방식(공명 방식, 전자 유도 방식, 마이크로파 방식 등)에 관한 정보도 아울러 송신해도 된다.
다시 도 17, 도 18을 참조하여, 차량(100B)은 수신한 송전 유닛(220A 또는 220B)에 관련된 정보(주차 스페이스에 있어서의 배치 등을 나타내는 정보)와, 차량의 수전 유닛(110B)의 탑재 위치 정보에 의거하여, 차량(100B)의 수전 유닛 위치가 송전 유닛(220A 또는 220B)과 위치 정렬 가능한지 여부를 판단한다. 그리고 차량(100)은 위치 정렬 가능하면 송전 가능, 위치 정렬 불가능하면 송전 불가라고 하는, 송전 가부 정보를 포함하는 메시지 M7을 차량으로 돌려준다.
또한, 위치 정보에 대하여 위치 정렬의 가능/불가능을 판단하기 전에, 우선 송수전 방식에 관한 정보에 의거하여, 송전 가부를 판단하도록 해도 된다.
이 결과는 차량의 표시부에 표시되거나 또는 음성으로 통지되므로, 운전자는 이 송전 장치(200A, 200B)의 어느 주차 스페이스에 주차하는지 여부, 또한 송전 장치(200A, 200B)로부터 수전하는지 여부를 판단한다.
도 21은, 도 17의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 17, 도 21을 참조하여, 스텝 S220, 스텝 S320에 있어서, 송전 장치로부터 차량으로 메시지 M6이 송신되고 있다. 메시지 M6은 송전 장치의 송전 유닛(220A 또는 220B)에 관련된 정보를 포함한다. 메시지 M6에 대해서는 도 18 내지 도 20에 있어서 설명한 정보를 포함하고, 여기서는 설명은 반복하지 않는다.
그리고 차량(100B)은, 수신한 송전 유닛(220A 또는 220B)에 관련된 정보[송전 유닛(220)의 주차 스페이스에 있어서의 배치 등]와, 차량의 수전 유닛(110B)의 탑재 위치 정보에 의거하여, 차량(100B)의 수전 유닛 위치가 송전 유닛(220A 또는 220B)과 위치 정렬 가능한 경우가, 차량이 전방 방향으로 주차한 경우인지 후방 방향으로 주차한 경우인지를 판단한다. 그리고 차량(100)은 전방 방향 또는 후방 방향이라고 하는, 차량의 주차 방향을 포함하는 메시지 M8을 차량에 돌려준다.
이 결과는, 송전 장치에 송신되는 동시에, 스텝 S250에 있어서 차량의 표시부에 표시되거나 또는 음성으로 통지됨으로써, 운전자는 이 송전 장치(200A 또는 200B)의 주차 스페이스에 주차할 경우에, 전방 방향/후방 방향 중 어디에 주차를 하면 좋은지를 알 수 있다.
이상, 제3 실시 형태에 의하면, 1차측 유닛의 정보를 미리 2차측 유닛에 통지함으로써, 1차측 유닛과 2차측 유닛 사이에서 충전 동작을 실제로 행하지 않아도 2차측 유닛의 상태를 충전에 적합한 상태로 할 수 있다.
또한, 1차측 유닛의 정보가 미리 통지됨으로써, 비접촉 충전의 가부 외에, 적절한 차량 주차 방향을 사전에 결정할 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
[제4 실시 형태]
제4 실시 형태에서는, 차량에 복수의 수전 유닛이 설치되어 있는 경우나, 차량에 가동식의 수전 유닛이 설치되어 있는 경우의 예를 설명한다. 제4 실시 형태에서는, 제3 실시 형태의 도 17에서 설명한 처리 외에 스텝 S232, S234에 나타낸 바와 같이 수전 코일의 선택 또는 이동을 행하는 처리가 실행된다.
도 22는, 제4 실시 형태에 있어서 차량 및 송전 장치에 있어서 실행되는 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6, 도 22를 참조하여, 차량(100)에서는, 스텝 S210에 있어서, 차량 ECU(300)에 의해, 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 사용자의 조작 등에 의한 충전 개시 신호 TRG이 입력된 것이 검출되면, 차량 ECU(300)는 통신부(160)를 경유하여 송전 장치(200)에 충전 요구가 있다는 취지를 송신한다. 그리고 스텝 S210으로부터 스텝 S220으로 처리가 진행된다.
한편, 송전 장치(200)에서는, 스텝 S310에 있어서, 송전 ECU(240)에 의해, 충전 요구의 유무가 감시되고 있다. 차량(100)의 통신부(160)로부터 충전 요구가 있다는 취지가 송신되고, 통신부(230)를 경유하여 송전 ECU(240)가 충전 요구를 검출하면, 스텝 S310으로부터 스텝 S320으로 처리가 진행된다.
송전 장치(200)에서는 스텝 S320에 있어서, 송전 유닛(220)에 관한 정보가 통신부(230)에 의해 송전 장치(200)를 향해 송신되고, 차량(100)에서는 스텝 S220에 있어서 송전 유닛(220)에 관한 정보가 통신부(160)에 의해 수신된다.
스텝 S230에서는, 차량(100)에 있어서 차량 ECU(300)가 송전의 가부 및 차량주차 방향의 판정이 실행된다. 그리고 스텝 S232에 있어서, 차량 ECU(300)는 송전 유닛(220)의 위치에 대응시켜서, 수전 가능한 수전 유닛(수전 코일)의 위치를 산출한다.
또한, 스텝 S234에 있어서, 차량 ECU(300)는, 차량이 복수의 수전 유닛을 갖는 경우에는 수전 유닛의 선택을 행하고, 차량이 가동식의 수전 유닛을 갖는 경우에는 수전 유닛을 수전 가능한 위치로 이동시킨다. 수전 유닛의 선택 또는 이동은, 송전 유닛과 수전 유닛의 위치 관계가, 수전 효율이 가장 좋아지는 위치 관계가 되도록 행해진다. 이러한 위치 관계는, 예를 들어 수전 유닛과 송전 유닛의 중심축의 수평 방향 어긋남이 가장 작아지는 위치로 할 수 있다.
또한, 스텝 S240에 있어서 차량 ECU(300)가 판정 결과를 통신부(160)를 경유하여 송전 장치(200)를 향해 송신한다.
송전 장치(200)에서는, 스텝 S330에 있어서 통신부(230)에 의해 판정 결과가 수신된다. 송전 장치(200)에서는, 수신 결과에 따라서 송전의 준비가 행해진다.
한편, 차량(100)에서는 스텝 S250에 있어서, 차량 ECU(300)는, 도시하지 않은 액정 디스플레이 등의 표시부에 판정 결과가 표시된다. 또한, 표시부에의 표시 대신에 음성으로 판정 결과를 운전자에게 통지해도 된다.
이상의 처리가 종료되면, 스텝 S260, 스텝 S240에 있어서, 차량 및 송전 장치의 메인루틴으로 처리가 복귀된다.
도 23은, 도 22의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제1 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 23에는, 복수의 수전 유닛(110B1 내지 110B3)을 갖는 차량(100B)이 도시되어 있다.
도 22, 도 23을 참조하여, 스텝 S220, 스텝 S320에 있어서, 송전 장치로부터 차량으로 메시지 M9가 송신되고 있다. 메시지 M9는, 송전 장치의 송전 유닛(220A 또는 220B)에 관련된 정보를 포함한다. 메시지 M9에 포함되는 송전 장치의 송전 유닛에 관련된 정보는, 도 18 내지 도 20에 있어서 설명한 메시지 M6과 마찬가지이므로 설명은 반복하지 않는다.
송전 장치의 송전 유닛에 관한 정보에 의거하여, 차량(100B)은 수전에 사용하는 수전 유닛을 수전 유닛(110B1 내지 110B3) 중에서 선택한다. 또한, 차량(110B)은, 차량 주차 방향이 전방 방향이 적절한지 후방 방향이 적절한지를, 수전 유닛의 차량 탑재 위치와 송전 유닛 설치 위치에 의거하여 판정한다.
예를 들어, 송전 장치(200A)와 같이 차륜막이 부근에 송전 유닛(220A)이 설치되어 있는 경우에는, 차량(100B)은 전방 방향 주차와 수전 유닛(110B1)의 조합, 또는 후방 방향 주차와 수전 유닛(110B3)의 조합 중 어느 하나를 선택한다. 예를 들어, 송전 장치(200B)와 같이 차륜막이로부터 떨어진 위치에 송전 유닛(220B)이 설치되어 있는 경우에는, 차량(100B)은 후방 방향 주차와 수전 유닛(110B2)의 조합을 선택한다. 또한, 전방 방향 주차 및 수전 유닛(110B2)의 조합을 선택하도록 해도 된다. 선택은, 송전 유닛과 수전 유닛의 위치 관계가, 수전 효율이 가장 좋아지는 위치 관계가 되도록 행해진다.
도 24는, 도 22의 처리에 따라서 통신이 행해지는 제2 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 24에는, 가동식의 수전 유닛(110BX)을 갖는 차량(100BX)이 도시되어 있다.
도 22, 도 24를 참조하여, 스텝 S220, 스텝 S320에 있어서, 차량으로부터 송전 장치로의 메시지 M5가 송신되고 있다. 메시지 M5는, 차량의 수전 유닛(110)에 관련된 정보를 포함한다. 메시지 M5에 포함되는 차량의 수전 유닛에 관련된 정보는, 도 10 내지 도 12에 있어서 설명한 메시지 M1과 마찬가지이므로 설명은 반복하지 않는다.
송전 장치의 송전 유닛에 관한 정보에 의거하여, 차량(100BX)은 수전에 사용하는 수전 유닛을 이동시키는 위치를 결정한다. 이 위치는, 차량에 대하여 가장 충전 시간이 짧게(효율적으로) 충전 가능한 코일 위치이다.
또한, 도 23, 도 24에는, 차량 전후 방향으로 어긋하게 하여 수전 유닛을 복수 설치하거나, 차량 전후 방향으로 움직일 수 있게 하거나 한 예를 나타냈지만, 차량 좌우 방향으로 수전 유닛을 복수 설치하거나, 움직일 수 있게 하는 것이라도 된다.
또한, 상기에 전후 방향의 위치 유도에 대하여 설명했지만, 좌우 방향의 유도를 행하도록 해도 된다. 예를 들어,「주차 프레임의 좌측 부근(또는 우측 부근)에 주차해 주십시오」 등과 같이 표시를 행하도록 해도 된다.
이상, 제4 실시 형태에 의하면, 1차측 유닛의 정보를 미리 2차측 유닛에 통지함으로써, 1차측 유닛과 2차측 유닛 사이에서 충전 동작을 실제로 행하지 않아도 2차측 유닛의 상태를 충전에 적합한 상태로 할 수 있다.
또한, 1차측 유닛의 정보가 미리 통지됨으로써, 비접촉 충전의 가부 외에, 적절한 차량 주차 방향을 사전에 결정할 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
또한, 사전에 적절한 2차 유닛의 선택이나 2차 유닛의 이동을 행할 수 있으므로, 충전 개시까지의 시간을 짧게 할 수 있다.
마지막으로, 다시 도면을 참조하면서 제1 내지 제4 실시 형태에 대하여 총괄한다.
도 6, 도 9 내지 도 16에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 실시 형태에 관한 발명은, 차량 외부의 송전 장치(200)로부터 비접촉으로 수전할 수 있는 차량의 수전 장치에 관한 것이다. 차량(100)의 수전 장치는, 송전 장치(200)로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛(110)과, 수전 유닛(110)에 관한 정보(위치 또는 크기 등에 관한 정보)를 송전 장치(200)에 송신하는 통신부(160)를 구비한다.
바람직하게는, 수전 장치는 통신부(160)를 제어하는 제어 장치[차량 ECU(300)]를 구비한다.
바람직하게는, 제어 장치[차량 ECU(300)]는 차량(100)을 송전 장치(200)의 수전 위치에 주차시키기 전에, 미리 기억된 수전 유닛(110)에 관한 정보를 통신부(160)에 의해 송전 장치(200)에 송신한다.
바람직하게는, 수전 유닛(110)에 관한 정보는, 도 11, 도 12에서 설명한 바와 같이, 수전 유닛(110)의 크기, 수전 유닛(110)이 탑재되어 있는 차량(100)의 크기, 차량(100)에 있어서의 수전 유닛(110)의 탑재 위치, 차량(100)에 있어서의 수전 유닛(110)의 탑재 각도 중 적어도 어느 하나를 나타내는 정보를 포함한다. 이에 의해, 수전 유닛 탑재 위치나 수전 유닛의 크기가 여러 가지로 상이한 복수의 차량에 대하여, 충전 개시 전에 송전 장치측이 충전 가부를 판단할 수 있게 된다. 또한, 충전 개시의 전후에 무관하게, 원래 충전에 적절한 차량 위치가 어디인지를 확인할 수 있다.
보다 바람직하게는, 제어 장치[차량 ECU(300)]는 수전 유닛(110)에 관한 정보에 의거하여 판정된 비접촉 충전의 가부에 관한 판정 결과를 송전 장치(200)로부터 받아, 탑승원에게 통지한다. 실제로 주차하여 수전을 시행해 보지 않아도 사전에 비접촉 충전의 가부를 알 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
보다 바람직하게는, 제어 장치[차량 ECU(300)]는 수전 유닛(110)에 관한 정보에 의거하여 판정된 차량의 유도 방향에 관한 판정 결과를 송전 장치(200)로부터 받아, 탑승원에게 통지한다. 실제로 주차하여 수전을 시행해 보지 않아도 사전에 차량의 주차해야 할 방향을 알 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
보다 바람직하게는, 도 15에 도시한 바와 같이, 송전 장치(200C)는, 복수의 송전 유닛(220C1 내지 220C4)을 포함한다. 제어 장치[차량 ECU(300)]는 복수의 송전 유닛(220C1 내지 220C4) 중에서 송전에 사용하는 송전 유닛을 결정하기 위하여 통신부(230)를 사용하여 정보를 송전 장치(200C)에 송신한다.
보다 바람직하게는, 도 16에 도시한 바와 같이, 송전 장치(200D)는, 가동식의 송전 유닛(220D)을 포함한다. 제어 장치[차량 ECU(300)]는 송전 유닛(200D)의 위치를 결정하기 위하여 통신부(230)를 사용하여 정보를 송전 장치(200D)에 송신한다. 이와 같이 하면, 사전에 적절한 송전 유닛 위치에 조정해 둘 수 있으므로, 충전 시간을 짧게 할 수 있다.
바람직하게는, 송전 장치(200)는 송전 유닛(220)을 포함한다. 수전 유닛(110)은 송전 유닛(220)과 고유 주파수의 차가 ±10% 이내가 되도록 구성된다.
보다 바람직하게는, 수전 유닛(110)과 송전 유닛(220)의 결합 계수는, 0.1 이하다.
보다 바람직하게는, 수전 유닛(110)은 수전 유닛(110)과 송전 유닛(220) 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수에서 진동하는 자계와, 수전 유닛(110)과 송전 유닛(220) 사이에 형성되고, 또한 특정한 주파수에서 진동하는 전계 중 적어도 한쪽을 통하여, 송전 유닛(220)으로부터 전력을 수전한다.
도 6, 도 7 내지 도 24에 도시한 바와 같이, 제3 및 제4 실시 형태에 관한 발명은, 비접촉으로 송전하는 것이 가능한 송전 장치(200)에 관한 것이다. 송전 장치(200)는 차량(100)에 차량 외부로부터 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛(220)과, 송전 유닛(220)에 관한 정보(위치 또는 크기에 관한 정보)를 차량(100)에 송신하는 통신부(230)를 구비한다.
바람직하게는, 송전 장치(200)는 통신부(230)를 제어하는 제어 장치[송전 ECU(240)]를 더 구비한다.
바람직하게는, 제어 장치[송전 ECU(240)]는 차량(100)이 송전 장치(200)의 수전 위치에 주차하기 전에, 미리 기억된 송전 유닛(220)에 관한 정보를 통신부(230)에 의해 차량에 송신한다.
바람직하게는, 도 19, 도 20에서 설명한 바와 같이, 송전 유닛(220)에 관한 정보는, 송전 유닛(220)의 크기, 송전 유닛(220)이 배치되어 있는 주차 스페이스의 크기, 주차 스페이스에 있어서의 송전 유닛(220)의 탑재 위치, 주차 스페이스에 있어서의 상기 송전 유닛(220)의 탑재 각도 중 적어도 어느 하나를 나타내는 정보를 포함한다. 이에 의해, 송전 유닛 탑재 위치나 송전 유닛의 크기가 여러 가지로 상이한 복수의 송전 장치에 대하여, 충전 개시 전에 차량측이 충전 가부를 판단할 수 있게 된다. 또한, 충전 개시의 전후에 무관하게, 원래 충전에 적절한 차량 위치가 어디인지를 확인할 수 있다.
보다 바람직하게는, 제어 장치[송전 ECU(240)]는 송전 유닛(220)에 관한 정보에 의거하여 판정된 비접촉 충전의 가부에 관한 판정 결과를 차량으로부터 받는다. 실제로 주차하여 수전을 시행해 보지 않아도 사전에 비접촉 충전의 가부를 알 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
보다 바람직하게는, 제어 장치[송전 ECU(240)]는 송전 유닛(220)에 관한 정보에 의거하여 판정된 차량(100)의 유도 방향에 관한 판정 결과를 차량(100)으로부터 받는다. 실제로 주차하여 수전을 시행해 보지 않아도 사전에 차량의 주차해야 할 방향을 알 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상된다.
보다 바람직하게는, 도 23에 도시한 바와 같이, 차량(100B)은, 복수의 수전 유닛(100B1 내지 100B3)을 포함한다. 제어 장치[송전 ECU(240)]는 복수의 수전 유닛(100B1 내지 100B3) 중에서 수전에 사용하는 수전 유닛을 결정하기 위하여 통신부(230)를 사용하여 정보를 차량에 송신한다.
보다 바람직하게는, 도 24에 도시한 바와 같이, 차량(100BX)은, 가동식의 수전 유닛(110BX)을 포함한다. 제어 장치[송전 ECU(240)]는 수전 유닛(110BX)의 위치를 결정하기 위하여 통신부(230)를 사용하여 송전 유닛(220)에 관한 정보를 차량에 송신한다. 이와 같이 하면, 사전에 적절한 수전 유닛 위치에 조정해 둘 수 있으므로, 충전 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전자 유도 코일을 포함한 송전 유닛, 수전 유닛을 예시했지만, 전자 유도 코일을 포함하지 않는 공명형 비접촉 송수전 장치(자기 공진 코일만을 사용하는 공명형 비접촉 송수전 장치)에도 본 발명은 적용 가능하다. 또한 공명형에 한정되지 않고 다른 방식(전자 유도, 마이크로파, 광 등)으로 송수전하는 비접촉 송수전 장치에도 적용할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에서는 없고 청구범위에 의해 나타내고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
10 : 전력 송수전 시스템
89 : 전력 전송 시스템
90, 200A, 220, 220A, 220B, 220C2, 220C1, 220C3, 220C1 내지 220C4, 220D : 송전 유닛
91, 110, 110A 내지 110D, 110B1 내지 110B3, 110BX : 수전 유닛
92 : 제1 코일
93 : 제2 코일
94, 99 : 공진 코일
95, 98 : 캐패시터
96 : 제3 코일
97 : 제4 코일
100, 100A 내지 100D, 100BX : 차량
111, 340 : 2차 자기 공진 코일
112, 222 : 콘덴서
113, 350 : 2차 코일
130 : 모터 제너레이터
140 : 동력 전달 기어
150 : 구동륜
160, 230 : 통신부
171 : 전류 센서
172 : 전압 센서
173 : 부하 저항
174 : 릴레이
180 : 정류기
190 : 축전 장치
200, 200A 내지 200D : 송전 장치
210 : 충전 스탠드
221, 330 : 1차 자기 공진 코일
223, 320 : 1차 코일
240 : 송전 ECU
242 : 표시부
246 : 요금 수령부
250 : 전원부
260 : 정합기
300 : 차량 ECU
310 : 고주파 전원
360 : 부하
PCU : 파워 컨트롤 유닛

Claims (16)

  1. 차량 외부의 송전 장치(200)로부터 비접촉으로 수전할 수 있는 차량의 수전 장치이며,
    상기 송전 장치로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛(110)과,
    상기 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 상기 송전 장치에 송신하는 통신부(160)를 구비하는, 차량의 수전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정보는, 상기 수전 유닛의 크기, 상기 수전 유닛이 탑재되어 있는 상기 차량의 크기, 상기 차량에 있어서의 상기 수전 유닛의 탑재 위치, 상기 차량에 있어서의 상기 수전 유닛의 탑재 각도 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 차량의 수전 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 통신부를 제어하는 제어 장치(300)를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 정보에 의거하여 판정된 비접촉 충전의 가부에 관한 판정 결과를 상기 송전 장치로부터 받아, 탑승원에게 통지하는, 차량의 수전 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 통신부를 제어하는 제어 장치(300)를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 정보에 의거하여 판정된 차량의 유도 방향에 관한 판정 결과를 상기 송전 장치로부터 받아, 탑승원에게 통지하는, 차량의 수전 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 송전 장치는, 복수의 송전 유닛을 포함하고,
    상기 송전 장치는, 상기 통신부로부터 송신된 상기 정보에 의거하여 상기 복수의 송전 유닛 중에서 송전에 사용하는 송전 유닛을 결정하는, 차량의 수전 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 송전 장치는, 가동식의 송전 유닛을 포함하고,
    상기 송전 장치는, 상기 통신부로부터 송신된 상기 정보에 의거하여 상기 송전 유닛의 위치를 결정하는, 차량의 수전 장치.
  7. 비접촉으로 송전하는 것이 가능한 송전 장치이며,
    차량(100)에 차량 외부로부터 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛(220)과,
    상기 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 상기 차량에 송신하는 통신부(230)를 구비하는, 송전 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 정보는, 상기 송전 유닛의 크기, 상기 송전 유닛이 배치되어 있는 주차 스페이스의 크기, 상기 주차 스페이스에 있어서의 상기 송전 유닛의 탑재 위치, 상기 주차 스페이스에 있어서의 상기 송전 유닛의 탑재 각도 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 송전 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 통신부를 제어하는 제어 장치(240)를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 정보에 의거하여 판정된 비접촉 충전의 가부에 관한 판정 결과를 상기 차량으로부터 받는, 송전 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 통신부를 제어하는 제어 장치(240)를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 정보에 의거하여 판정된 차량의 유도 방향에 관한 판정 결과를 상기 차량으로부터 받는, 송전 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 통신부를 제어하는 제어 장치(240)를 더 구비하고,
    상기 차량은, 복수의 수전 유닛을 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 복수의 수전 유닛 중에서 수전에 사용하는 수전 유닛을 결정하기 위하여 상기 통신부를 사용하여 상기 정보를 상기 차량에 송신하는, 송전 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 통신부를 제어하는 제어 장치(240)를 더 구비하고,
    상기 차량은, 가동식의 수전 유닛을 포함하고,
    상기 제어 장치는, 상기 수전 유닛의 위치를 결정하기 위하여 상기 통신부를 사용하여 상기 정보를 상기 차량에 송신하는, 송전 장치.
  13. 차량에 대하여 비접촉으로 송전하는 것이 가능한 송전 장치이며,
    상기 차량은, 상기 송전 장치로부터 수전하는 수전 유닛(110)을 포함하고, 상기 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 상기 송전 장치에 송신하고,
    상기 송전 장치는,
    상기 차량으로부터 상기 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 수신하는 통신부(230)와,
    상기 수전 유닛에 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛(220)을 구비하는, 송전 장치.
  14. 송전 장치로부터 비접촉으로 수전할 수 있는 차량의 수전 장치이며,
    상기 송전 장치는, 상기 차량에 송전하는 송전 유닛(220)을 포함하고, 상기 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 상기 차량의 수전 장치에 송신하고,
    상기 차량의 수전 장치는,
    상기 송전 장치로부터 상기 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 수신하는 통신부(160)와,
    상기 송전 유닛으로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛(110)을 구비하는, 차량의 수전 장치.
  15. 비접촉 송수전 시스템이며,
    차량에 탑재된 수전 장치와,
    차량 외부의 송전 장치(200)를 구비하고,
    상기 수전 장치는,
    상기 송전 장치로부터 비접촉으로 수전 가능하게 구성된 수전 유닛(110)과,
    상기 수전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 상기 송전 장치에 송신하는 통신부(160)를 포함하는, 비접촉 송수전 시스템.
  16. 비접촉 송수전 시스템이며,
    차량에 탑재된 수전 장치와,
    차량 외부의 송전 장치(200)를 구비하고,
    상기 송전 장치는,
    차량(100)에 차량 외부로부터 비접촉으로 송전 가능하게 구성된 송전 유닛(220)과,
    상기 송전 유닛의 위치 또는 크기에 관한 정보를 상기 차량에 송신하는 통신부(230)를 포함하는, 비접촉 송수전 시스템.
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