WO2010131349A1

WO2010131349A1 - 車両用充電装置

Info

Publication number: WO2010131349A1
Application number: PCT/JP2009/058979
Authority: WO
Inventors: 真士市川
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2010-11-18
Also published as: EP2431214A4; EP2431214A1; EP2431214B1; CN102421628A; US8810205B2; US20120043807A1; JP4930653B2; JPWO2010131349A1; CN102421628B

Abstract

　受電端子（３４）は、交流電源（５０）に電気的に接続可能に構成される。充電器（３２）は、受電端子（３４）から入力される交流電力を所定の直流電圧に変換するように構成される。非接触受電部（３６）は、交流電源（５２）の送電部と磁気的に結合することによって交流電源（５２）から非接触で受電するように構成される。非接触受電部（３６）は、充電器（３２）の電力変換回路に接続される。充電ＥＣＵ（４０）は、コンダクティブ受電電力と非接触受電電力とを比較し、その比較結果に基づいて、コンダクティブ受電電力と非接触受電電力とのうち大きい方を用いて充電を実行するように充電器（３２）を制御する。

Description

車両用充電装置

　この発明は、車両用充電装置に関し、特に、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の交流電源から充電するための車両用充電装置に関する。

　特開２００８－２２０１３０号公報（特許文献１）は、二次電池や電気二重層キャパシタ等の蓄電部を車両外部の電源から充電可能な車両用電源システムを開示する。この車両用電源システムは、車両外部の電源と電源システムとを電気的に接続した状態で電力の授受を行なうことにより蓄電部を充電（コンダクティブ充電）する導通充電手段と、車両外部の電源と電源システムとを磁気的に結合した状態で電力の授受を行なうことにより蓄電部を充電（インダクティブ充電）する誘導充電手段と、導通充電手段と誘導充電手段とを択一的に選択する充電制御装置とを備えている。

　この車両用電源システムによれば、導通充電手段を用いたコンダクティブ充電と、誘導充電手段を用いたインダクティブ充電とを選択して蓄電部を充電することができるので、蓄電部の充電可能なエリアを拡大することができる（特許文献１参照）。

特開２００８－２２０１３０号公報特開２００３－４７１６３号公報

　上記の特開２００８－２２０１３０号公報に開示される車両用電源システムは、蓄電部の充電可能なエリアを拡大することができる点で有用である。しかしながら、上記の車両用電源システムでは、導通充電手段を用いたコンダクティブ充電（いわゆるプラグイン充電）と、誘導充電手段を用いたインダクティブ充電（非接触充電）とを選択スイッチにより選択可能であるところ、選択された充電方式が必ずしも効率的な充電方式であるとは限らない。

　それゆえに、この発明の目的は、コンダクティブ充電（プラグイン充電）とインダクティブ充電（非接触充電）との双方を用いて充電可能な車両用充電装置において、効率的な充電を実現することである。

　この発明によれば、車両用充電装置は、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の交流電源から充電するための車両用充電装置であって、受電端子と、充電器と、非接触受電部と、制御装置とを備える。受電端子は、交流電源に電気的に接続可能に構成される。充電器は、受電端子から入力される交流電力を所定の直流電圧に変換するように構成される。非接触受電部は、交流電源の送電部と磁気的に結合することによって交流電源から非接触で受電するように構成される。この非接触受電部は、充電器の電力変換回路に接続される。そして、制御装置は、受電端子から入力される電力を示す第１の受電電力と非接触受電部により受電される電力を示す第２の受電電力とを比較し、その比較結果に基づいて、第１および第２の受電電力のうち大きい方を用いて充電を実行するように充電器を制御する。

　この車両用充電装置においては、受電端子から入力される電力を示す第１の受電電力と非接触受電部により受電される電力を示す第２の受電電力とのうち大きい方を用いて充電を実行するように充電器が制御されるので、充電時間が短縮される。したがって、この車両用充電装置によれば、コンダクティブ充電（プラグイン充電）とインダクティブ充電（非接触充電）との双方を用いて充電可能な車両用充電装置において、効率的な充電を実現することができる。

　好ましくは、制御装置は、非接触受電部による受電の効率低下を示す状態量に基づいて受電効率の低下が検知されると、第１の受電電力を用いて充電を実行するように充電器を制御する。

　好ましくは、充電器は、第１および第２の整流部と、インバータと、絶縁トランスとを含む。第１の整流部は、受電端子から入力される交流電力を整流可能に構成される。インバータは、第１の整流部に接続される。絶縁トランスは、インバータに接続される。第２の整流部は、絶縁トランスの出力を整流するように構成される。そして、非接触受電部は、第１および第２の整流部のいずれかに接続される。

　また、好ましくは、充電器は、第１および第２の整流部と、インバータと、絶縁トランスとを含む。第１の整流部は、受電端子から入力される交流電力を整流可能に構成される。インバータは、第１の整流部に接続される。絶縁トランスは、インバータに接続される。第２の整流部は、絶縁トランスの出力を整流するように構成される。非接触受電部は、受電コイルと、第３の整流部とを含む。受電コイルは、送電部に設けられる送電コイルと磁気的に結合するように構成される。第３の整流部は、受電コイルの出力を整流するように構成される。そして、第１の整流部とインバータとの間に第３の整流部が接続される。

　また、この発明によれば、車両用充電装置は、車両に搭載された蓄電装置を車両外部の交流電源から充電するための車両用充電装置であって、受電端子と、充電器と、非接触受電部と、制御装置とを備える。受電端子は、交流電源に電気的に接続可能に構成される。充電器は、受電端子から入力される交流電力を所定の直流電圧に変換するように構成される。非接触受電部は、交流電源の送電部と磁気的に結合することによって交流電源から非接触で受電するように構成される。制御装置は、充電器を制御する。充電器は、第１および第２の整流部と、インバータと、絶縁トランスとを含む。第１の整流部は、受電端子から入力される交流電力を整流可能に構成される。インバータは、第１の整流部に接続される。絶縁トランスは、インバータに接続される。第２の整流部は、絶縁トランスの出力を整流するように構成される。非接触受電部は、受電コイルと、第３の整流部とを含む。受電コイルは、送電部に設けられる送電コイルと磁気的に結合するように構成される。第３の整流部は、受電コイルの出力を整流するように構成される。そして、第１の整流部とインバータとの間に第３の整流部が接続される。ここで、制御装置は、非接触受電部により受電される電力を用いて充電が実行されるとき、第３の整流部が接続される第１の整流部とインバータとの間の直流電圧を非接触受電部により受電される電力の大きさに基づいて調整する。

　この車両用充電装置においては、非接触受電部を用いて充電が実行されるとき、非接触受電部が接続される第１の整流部とインバータとの間の直流電圧が非接触受電部により受電される電力の大きさに基づいて調整されるので、送電側（給電設備）と受電側（車両）とでインピーダンスマッチングをとることが可能である。したがって、この車両用充電装置によれば、コンダクティブ充電（プラグイン充電）とインダクティブ充電（非接触充電）との双方を用いて充電可能な車両用充電装置において、より効率的な充電を実現することができる。

　好ましくは、制御装置は、非接触受電部により受電される電力および受電端子から入力される電力の双方を用いて同時に充電が実行されるとき、第３の整流部が接続される第１の整流部とインバータとの間の直流電圧を非接触受電部により受電される電力の大きさに基づいて調整する。

　好ましくは、制御装置は、非接触受電部の受電電力値に目標インピーダンスを乗算した値の平方根から成る値に直流電圧を調整する。

　この車両用充電装置によれば、コンダクティブ充電（プラグイン充電）とインダクティブ充電（非接触充電）との双方を用いて充電可能な車両用充電装置において、効率的な充電を実現することができる。

この発明の実施の形態１による車両用充電装置が適用される車両の全体構成図である。図１に示す充電器の構成を詳細に示した図である。非接触受電部による受電形態の一例である共鳴法を説明するための図である。受電端子に充電ケーブルのコネクタが接続されたときの充電ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。非接触受電部を用いた非接触充電の開始が指示されたときの充電ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。充電ＥＣＵにより実行される非接触充電禁止処理の手順を示すフローチャートである。実施の形態３における充電システムの構成を示した図である。実施の形態４における充電システムの構成を示した図である。図８に示す充電ＥＣＵによる電圧ＶＨの制御に関する部分の機能ブロック図である。コンバータを備えない車両の全体構成図である。

　以下、本発明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、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　［実施の形態１］
　図１は、この発明の実施の形態１による車両用充電装置が適用される車両の全体構成図である。図１を参照して、車両１は、エンジン１０と、モータジェネレータ１２，１４と、動力分割装置１６と、駆動輪１８とを備える。また、車両１は、インバータ２０，２２と、コンバータ２４と、蓄電装置２６と、システムメインリレー（ＳＭＲ）２８と、ＭＧ－ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）３０とをさらに備える。さらに、車両１は、充電器３２と、受電端子３４と、非接触受電部３６と、充電ＥＣＵ４０と、通信装置４１とをさらに備える。また、さらに、車両１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２と、補機４４とをさらに備える。

　エンジン１０は、燃料の燃焼による熱エネルギーをピストンやロータなどの運動子の運動エネルギーに変換して動力分割装置１６へ出力可能に構成される。動力分割装置１６は、エンジン１０が発生する運動エネルギーをモータジェネレータ１２と駆動輪１８とに分割可能に構成される。たとえば、サンギヤ、プラネタリキャリヤおよびリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車を動力分割装置１６として用いることができ、この３つの回転軸がモータジェネレータ１２の回転軸、エンジン１０のクランクシャフトおよび車両の駆動軸（駆動輪１８）にそれぞれ連結される。

　モータジェネレータ１２，１４は、交流電動機であり、たとえばロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。モータジェネレータ１２は、動力分割装置１６に回転軸が連結され、インバータ２０によって駆動される。そして、モータジェネレータ１２は、エンジン１０により生成された運動エネルギーを動力分割装置１６から受け、電気エネルギーに変換してインバータ２０へ出力する。また、モータジェネレータ１２は、インバータ２０から受ける三相交流電力によって駆動力を発生し、エンジン１０の始動も行なう。

　モータジェネレータ１４は、車両の駆動軸（駆動輪１８）に回転軸が連結される。そして、モータジェネレータ１４は、インバータ２２によって駆動され、インバータ２２から受ける三相交流電力によって車両の駆動トルクを発生する。また、モータジェネレータ１４は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、運動エネルギーや位置エネルギーとして車両に蓄えられた力学的エネルギーを駆動輪１８から受け、電気エネルギーに変換して（回生発電）インバータ２２へ出力する。

　エンジン１０は、駆動輪１８を駆動するとともにモータジェネレータ１２を駆動する動力源として車両１に組込まれる。モータジェネレータ１２は、エンジン１０によって駆動される発電機として動作し、かつ、エンジン１０の始動を行ない得る電動機として動作するものとして車両１に組込まれる。また、モータジェネレータ１４は、駆動輪１８を駆動する電動機として動作し、かつ、車両に蓄えられた力学的エネルギーを用いて回生発電可能な発電機として動作するものとして車両１に組込まれる。

　インバータ２０は、ＭＧ－ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１２を駆動し、インバータ２２は、ＭＧ－ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１４を駆動する。インバータ２０，２２は、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続され、インバータ２０，２２の各々は、たとえば三相ブリッジ回路から成る。

　インバータ２０は、信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１２を回生モードで駆動し、モータジェネレータ１２により発電された電力を直流電力に変換して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力する。また、インバータ２０は、エンジン１０の始動時、信号ＰＷＩ１に基づいてモータジェネレータ１２を力行モードで駆動し、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１２へ出力する。

　インバータ２２は、信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１４を力行モードで駆動し、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬから供給される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１４へ出力する。また、インバータ２２は、車両の制動時や下り斜面での加速度低減時、信号ＰＷＩ２に基づいてモータジェネレータ１４を回生モードで駆動し、モータジェネレータ１４により発電された電力を直流電力に変換して主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬへ出力する。

　コンバータ２４は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬと主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬとの間に接続される。そして、コンバータ２４は、ＭＧ－ＥＣＵ３０からの信号ＰＷＣに基づいて、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬ間の電圧を正極線ＰＬおよび負極線ＮＬ間の電圧以上に昇圧する。コンバータ２４は、たとえば昇圧チョッパ回路から成る。

　蓄電装置２６は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池から成る。蓄電装置２６は、システムメインリレー２８によって正極線ＰＬおよび負極線ＮＬに電気的に接続され、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ電力を出力する。また、蓄電装置２６は、モータジェネレータ１２，１４の少なくとも一方が発電する電力をコンバータ２４から受けて充電される。さらに、蓄電装置２６は、車両外部の交流電源５０または５２から供給される電力を充電器３２から受けて充電される。なお、蓄電装置２６として、大容量のキャパシタも採用可能である。

　システムメインリレー２８は、蓄電装置２６と正極線ＰＬおよび負極線ＮＬとの間に設けられ、車両システムの起動時または交流電源５０（または５２）から蓄電装置２６の充電時にオンされる。

　充電器３２は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬに接続される。そして、充電器３２は、交流電源５０から供給される交流電力を受電端子３４から受け、充電ＥＣＵ４０からの制御信号に基づいて、受電端子３４から入力される交流電力を蓄電装置２６の電圧レベルに変換して正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ出力可能に構成される。

　ここで、充電器３２には、非接触受電部３６（後述）が接続される。そして、充電器３２は、非接触受電部３６によって交流電源５２から受電された交流電力を非接触受電部３６から受け、充電ＥＣＵ４０からの制御信号に基づいて、非接触受電部３６から受ける交流電力を蓄電装置２６の電圧レベルに変換して正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ出力可能に構成される。

　充電器３２が、受電端子３４から入力される交流電力を電圧変換して出力するか、それとも非接触受電部３６から受ける交流電力を電圧変換して出力するかは、後述するように、受電端子３４から入力される交流電力および非接触受電部３６から受ける交流電力に基づいて、充電ＥＣＵ４０により制御される。なお、充電器３２の構成は、後ほど詳しく説明する。

　受電端子３４は、車両外部の交流電源５０からコンダクティブ充電を行なうための電力インターフェースである。受電端子３４は、交流電源５０の電源コンセント等（図示せず）に電気的に接続可能に構成される。

　非接触受電部３６は、車両外部の交流電源５２からインダクティブ充電（非接触充電）を行なうための電力インターフェースである。非接触受電部３６は、交流電源５２の送電コイル５４と磁気的に結合可能な受電コイル３８を含む。受電コイル３８は、交流電源５２の送電コイル５４と磁気的に結合することによって交流電源５２から非接触で受電する。なお、受電コイル３８と送電コイル５４との磁気的な結合は、電磁誘導であってもよいし、磁場を介して受電コイル３８および送電コイル５４を共鳴させる共鳴法でもよい。

　充電ＥＣＵ４０は、交流電源５０または５２から蓄電装置２６の充電が行なわれるとき、充電器３２の動作を制御する。ここで、充電ＥＣＵ４０は、受電端子３４から入力される電力（以下「コンダクティブ受電電力」とも称する。）と非接触受電部３６により受電される電力（以下「非接触受電電力」とも称する。）とを比較し、その比較結果に基づいて、コンダクティブ受電電力および非接触受電電力のうち大きい方を用いて充電を実行するように充電器３２を制御する。

　なお、コンダクティブ受電電力は、たとえば、受電端子３４に接続される充電ケーブルから受電端子３４を介して受ける定格電流情報と受電端子３４に入力される電圧とに基づいて算出される。また、非接触受電電力については、たとえば、送電コイル５４からの送電電力を示す電力情報を給電設備から通信装置４１へ送信し、通信装置４１により受信される電力情報に基づいて非接触受電電力が算出される。

　ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬに接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬから受ける電力を補機４４の動作電圧に降圧して補機４４へ出力する。補機４４は、この車両１の各補機を総括的に示したものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２から電力の供給を受ける。

　図２は、図１に示した充電器３２の構成を詳細に示した図である。図２を参照して、充電器３２は、整流部１０２と、インバータ１０４と、絶縁トランス１０６と、整流部１０８と、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを含む。

　整流部１０２は、並列接続される２つの上下アームを含み、各上下アームは、直列接続される２つの整流素子（ダイオード）を含む。そして、各上下アームの中間点（ノードＮ１，Ｎ２）に受電端子３４が接続され、整流部１０２は、受電端子３４から入力される交流電力を整流する。なお、各上下アームの下アームには、スイッチング素子が設けられ、さらに受電端子３４とノードＮ１，Ｎ２との間の電力線にはリアクトルが設けられている。これにより、整流部１０２は、リアクトルとともに昇圧チョッパ回路を構成し、充電ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＭ１に基づいて、受電端子３４から入力される電力を整流するとともに昇圧することができる。

　インバータ１０４は、整流部１０２に接続され、充電ＥＣＵ４０からの信号ＰＷＭ２に基づいて整流部１０２からの出力を交流に変換する。インバータ１０４は、たとえばフルブリッジ回路から成る。絶縁トランス１０６は、インバータ１０４と整流部１０８との間に接続され、整流部１０８が接続される車両１の電気システムと受電端子３４が接続される交流電源５０とを電気的に絶縁する。

　整流部１０８は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬ間に並列接続される２つの上下アームを含み、各上下アームは、直列接続される２つの整流素子（ダイオード）を含む。そして、各上下アームの中間ノードに絶縁トランス１０６の二次コイルが接続され、整流部１０８は、絶縁トランス１０６の出力を整流して正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ出力する。

　そして、この実施の形態１では、非接触受電部３６は、整流部１０２に接続される。すなわち、整流部１０２のノードＮ１，Ｎ２に非接触受電部３６の受電コイル３８が接続される。そして、非接触受電部３６によって充電電力を受電する非接触充電時、非接触受電部３６によって受電された電力は、整流部１０２によって整流される。

　なお、非接触受電部３６により受電される交流電力の周波数は高いので（特に、共鳴法では、受電される交流電力の周波数は１Ｍ～１０数ＭＨｚになり得る。）、非接触受電部３６が接続される整流部１０２には、高周波整流特性が優れた整流素子を用いるのが好ましい。たとえば、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）やガリウムナイトライド（ＧａＮ）等は、一般的なシリコン（Ｓｉ）よりも高周波整流特性に優れていることが知られている。

　リレーＲＹ１は、整流部１０２のノードＮ１と非接触受電部３６との間に設けられる。リレーＲＹ２は、整流部１０２のノードＮ１と受電端子３４との間に設けられる。そして、リレーＲＹ１，ＲＹ２は、それぞれ充電ＥＣＵ４０からの信号ＳＥ１，ＳＥ２に応じてオン／オフされる。

　充電ＥＣＵ４０は、受電端子３４からケーブル接続信号ＰＩＳＷおよびパイロット信号ＣＰＬＴを受ける。ケーブル接続信号ＰＩＳＷは、図示されない充電ケーブルと受電端子３４との接続を示す信号である。パイロット信号ＣＰＬＴは、受電端子３４に接続される充電ケーブルから送信されるパルス信号であり、たとえばパルスのデューティーによって充電電力の定格電流が示される。

　電圧センサ６２は、受電端子３４の入力電圧を示す電圧ＶＡＣを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４０へ出力する。通信装置４１は、図示されない交流電源５２の給電設備から非接触受電部３６へ送電される電力Ｐに関する情報を給電設備から受信し、その受信した電力Ｐに関する情報を充電ＥＣＵ４０へ出力する。

　そして、充電ＥＣＵ４０は、パイロット信号ＣＰＬＴにより示される定格電流値と電圧センサ６２の電圧検出値とに基づいて、受電端子３４から入力される電力すなわちコンダクティブ受電電力を算出する。また、充電ＥＣＵ４０は、通信装置４１により受信される電力Ｐの情報に基づいて、非接触受電部３６により受電される電力すなわち非接触受電電力を算出する。そして、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電電力をコンダクティブ受電電力と比較し、非接触受電電力の方がコンダクティブ受電電力よりも大きいときは、リレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオン，オフさせる。これにより、非接触受電部３６により受電された電力（交流）が整流部１０２に供給され、整流部１０２は、非接触受電部３６から受ける電力を整流してインバータ１０４へ出力する。そして、インバータ１０４は、整流部１０２から出力される電力（直流）を交流に変換し、整流部１０８は、絶縁トランス１０６から受ける電力（交流）を整流して正極線ＰＬおよび負極線ＮＬへ出力する。このように、非接触受電電力の方がコンダクティブ受電電力よりも大きいときは、非接触受電部３６を用いた非接触充電が行なわれる。

　一方、非接触受電電力がコンダクティブ受電電力以下のときは、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２をそれぞれオフ，オンさせる。これにより、受電端子３４から入力される電力（交流）が整流部１０２に供給され、整流部１０２は、受電端子３４から入力される電力を整流してインバータ１０４へ出力する。その後のインバータ１０４、絶縁トランス１０６および整流部１０８については、上述したとおりである。このように、非接触受電電力がコンダクティブ受電電力以下のときは、受電端子３４から入力される電力によって充電を行なうコンダクティブ充電が行なわれる。

　図３は、非接触受電部３６による受電形態の一例である共鳴法を説明するための図である。図３を参照して、共鳴法では、２つの音叉が共鳴するのと同様に、同じ固有振動数を有する２つのＬＣ共振コイルが電磁場（近接場）において共鳴することによって、一方のコイルから他方のコイルへ電磁場を介して電力が伝送される。

　たとえば、交流電源５２に一次コイル５４－２が接続され、電磁誘導により一次コイル５４－２と磁気的に結合される一次自己共振コイル５４－１へ１Ｍ～１０数ＭＨｚの高周波電力が給電される。一次自己共振コイル５４－１は、コイル自身のインダクタンスと浮遊容量とによるＬＣ共振器であり、一次自己共振コイル５４－１と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３８－１と電磁場（近接場）を介して共鳴する。そうすると、一次自己共振コイル５４－１から二次自己共振コイル３８－１へ電磁場を介してエネルギー（電力）が移動する。二次自己共振コイル３８－１へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導により二次自己共振コイル３８－１と磁気的に結合される二次コイル３８－２によって取出され、負荷５６へ供給される。なお、共鳴法による送電は、一次自己共振コイル５４－１と二次自己共振コイル３８－１との共鳴強度を示すＱ値がたとえば１００よりも大きいときに実現される。

　なお、二次自己共振コイル３８－１および二次コイル３８－２は、図２の受電コイル３８を構成し、一次自己共振コイル５４－１および一次コイル５４－２は、図１の送電コイル５４を構成する。

　なお、上述したように、交流電源５２の送電コイル５４から非接触受電部３６の受電コイル３８へ電磁誘導を用いて送電してもよい。

　図４，図５は、充電ＥＣＵ４０により実行される充電制御をより詳細に説明するための図である。

　図４は、受電端子３４に充電ケーブルのコネクタが接続されたときの充電ＥＣＵ４０の処理手順を示すフローチャートである。なお、受電端子３４に充電ケーブルのコネクタが接続されたことは、受電端子３４からのケーブル接続信号ＰＩＳＷ（図２）に基づいて判定される。

　図４を参照して、受電端子３４に充電ケーブルのコネクタが接続されると、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電部３６を用いた非接触充電の実行中か否かを判定する（ステップＳ１１０）。非接触充電中でないと判定されると（ステップＳ１１０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２（図２）をそれぞれオフ，オンさせ、受電端子３４から入力される電力によって充電を実行するコンダクティブ充電を開始する（ステップＳ１２０）。

　ステップＳ１１０において非接触充電の実行中であると判定されると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電電力（非接触受電部３６により受電される電力）がコンダクティブ受電電力（受電端子３４から入力される電力）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。なお、非接触受電電力は、通信装置４１（図２）により受信される、給電設備からの電力出力情報に基づいて算出される。また、コンダクティブ受電電力は、充電ケーブルから受電端子３４を介して受けるパイロット信号ＣＰＬＴ（図２）により示される定格電流値と電圧センサ６２（図２）により検出される電圧検出値に基づいて算出される。

　そして、ステップＳ１３０において非接触受電電力の方がコンダクティブ受電電力よりも大きいと判定されると（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電部３６を用いた非接触充電を継続する（ステップＳ１４０）。

　一方、ステップＳ１３０において非接触受電電力がコンダクティブ受電電力以下であると判定されると（ステップＳ１３０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は、非接触充電を停止する（ステップＳ１５０）。そして、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１をオンからオフへ切替えるとともにリレーＲＹ２をオフからオンへ切替え、コンダクティブ充電を開始する（ステップＳ１６０）。

　図５は、非接触受電部３６を用いた非接触充電の開始が指示されたときの充電ＥＣＵ４０の処理手順を示すフローチャートである。なお、非接触充電開始の指示は、たとえば、運転席に設けられる非接触充電スイッチが運転者によりオンされたかにより判定される。

　図５を参照して、非接触充電の開始が指示されると、充電ＥＣＵ４０は、コンダクティブ充電中であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。コンダクティブ充電中でないと判定されると（ステップＳ２１０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２（図２）をそれぞれオン，オフさせ、非接触受電部３６を用いた非接触充電を開始する（ステップＳ２２０）。

　ステップＳ２１０においてコンダクティブ充電中であると判定されると（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電電力がコンダクティブ受電電力よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２３０）。非接触受電電力の方がコンダクティブ受電電力よりも大きいと判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、コンダクティブ充電を停止する（ステップＳ２４０）。そして、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１をオフからオンへ切替えるとともにリレーＲＹ２をオンからオフへ切替え、非接触充電を開始する（ステップＳ２５０）。

　一方、ステップＳ２３０において非接触受電電力がコンダクティブ受電電力以下であると判定されると（ステップＳ２３０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は、コンダクティブ充電を継続する（ステップＳ２６０）。

　以上のように、この実施の形態１においては、受電端子３４によるコンダクティブ充電用の充電器３２に非接触受電部３６が接続される。そして、充電ＥＣＵ４０は、コンダクティブ受電電力と非接触受電電力とのうち大きい方を用いて充電を実行するように充電器３２を制御するので、充電時間が短縮される。したがって、この実施の形態１によれば、コンダクティブ充電（プラグイン充電）と非接触充電との双方を用いて充電可能な車両用充電装置において、効率的な充電を実現することができる。

　［実施の形態２］
　この実施の形態２では、さらに、非接触受電部３６を用いた非接触充電の効率低下が判定されると、非接触充電が禁止され、コンダクティブ充電が実行される。

　この実施の形態２における車両の全体構成は、図１に示した車両１と同じである。また、充電器３２や非接触受電部３６の構成も、図２に示した構成と同じである。

　図６は、充電ＥＣＵ４０により実行される非接触充電禁止処理の手順を示すフローチャートである。図６を参照して、充電ＥＣＵ４０は、運転席に設けられる非接触充電スイッチが運転者によりオンされたか否かを判定する（ステップＳ３１０）。スイッチがオフであると判定されると（ステップＳ３１０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は非接触充電を実施しない（ステップＳ３２０）。

　ステップＳ３１０において非接触充電スイッチがオンされたと判定されると（ステップＳ３１０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、コンダクティブ充電中であるか否かを判定する（ステップＳ３３０）。コンダクティブ充電中でないと判定されると（ステップＳ３３０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電部３６を用いた非接触充電を開始する（ステップＳ３４０）。

　一方、ステップＳ３３０においてコンダクティブ充電中であると判定されると（ステップＳ３３０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、非接触受電電力がコンダクティブ受電電力よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３５０）。

　非接触受電電力の方がコンダクティブ受電電力よりも大きいと判定されると（ステップＳ３５０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、給電設備の送電コイル５４（図１）に対する非接触受電部３６の受電コイル３８（図１）の位置ずれ量を検知し、その位置ずれ量が所定量よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３６０）。なお、位置ずれ量は、位置検出センサ等によって検知することができる。また、判定に用いられる所定量は、非接触受電部３６を用いた非接触充電の効率に基づいて予め設定される。

　そして、受電コイルの位置ずれ量が所定値よりも小さいと判定されると（ステップＳ３６０においてＹＥＳ）、充電ＥＣＵ４０は、コンダクティブ充電を停止する（ステップＳ３７０）。そして、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１をオフからオンへ切替えるとともにリレーＲＹ２をオンからオフへ切替え、非接触充電を開始する（ステップＳ３８０）。

　一方、ステップＳ３５０において非接触受電電力がコンダクティブ受電電力以下であると判定されたとき（ステップＳ３５０においてＮＯ）、あるいはステップＳ３６０において受電コイルの位置ずれ量が所定量以上であると判定されたとき（ステップＳ３６０においてＮＯ）、充電ＥＣＵ４０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２を切替えることなくコンダクティブ充電を継続する（ステップＳ３９０）。

　なお、上記においては、給電設備の送電コイル５４に対する受電コイル３８の位置ずれ量を検知し、位置ずれ量が所定値以上のときは非接触充電の効率が低下しているものとして、非接触充電を禁止してコンダクティブ充電を行なうものとしたが、物理的な位置ずれ量を検知することなく、送電コイル５４から実際に送電し、受電コイル３８により実際に受電された電力を送電電力と比較することによって受電効率を実際に検知してもよい。

　以上のように、この実施の形態２によれば、受電効率の悪い非接触充電が選択されるのを防止することができる。

　［実施の形態３］
　実施の形態１，２では、非接触受電部３６は、充電器３２の整流部１０２に接続されるものとしたが、非接触受電部に整流器を設けて充電器の直流部に非接触受電部を接続してもよい。

　図７は、実施の形態３における充電システムの構成を示した図である。図７を参照して、実施の形態３における充電システムは、受電端子３４と、充電器３２Ａと、非接触受電部３６Ａと、充電ＥＣＵ４０と、通信装置４１とを含む。

　充電器３２Ａの構成は、図２に示した充電器３２と基本的に同じであるが、整流部１０２とインバータ１０４との間の直流リンクにおけるノードＮ３，Ｎ４に非接触受電部３６Ａが接続され、ノードＮ３と非接触受電部３６Ａとの間にリレーＲＹ１が設けられる点が充電器３２と異なる。

　非接触受電部３６Ａは、受電コイル３８と、整流部１１０と、電磁シールド材１１２とを含む。整流部１１０は、受電コイル３８に接続され、受電コイル３８によって受電された交流電力を整流して充電器３２Ａへ出力する。たとえば、整流部１１０は、充電器３２Ａ内の整流部１０２，１０８と同様に、並列接続される２つの上下アームを含み、各上下アームは、直列接続される２つの整流素子（ダイオード）を含む。そして、各上下アームの中間点に受電コイル３８が接続される。

　電磁シールド材１１２は、受電コイル３８による受電に伴ない受電コイル３８および整流部１１０の周囲に発生する高周波の電磁波（共鳴法の場合には、周波数が１Ｍ～１０数ＭＨｚになり得る。）を遮蔽する。すなわち、受電コイル３８によって受電された交流電力を整流する整流部１１０にも高周波の電磁波が伝播するところ、電磁シールド材１１２は、受電コイル３８および整流部１１０を一体的にシールドする。これにより、非接触充電に伴ない発生する高周波の電磁波が周囲に拡散するのを防止できる。なお、電磁シールド材１１２として、電磁遮蔽効果の高い鉄などの金属製部材や、電磁波遮蔽効果を有する布などを採用可能である。

　以上のように、この実施の形態３によっても、実施の形態１，２と同様の効果を得ることが可能である。また、この実施の形態３によれば、受電コイル３８と整流部１１０とを一体的に電磁シールド可能であり、シールドの構成が簡易になる。

　［実施の形態４］
　この実施の形態４では、受電端子３４からのコンダクティブ充電と非接触受電部３６Ａを用いた非接触充電とを同時に実行可能である。そして、コンダクティブ充電と非接触充電とが同時に実行されるとき、充電器において非接触受電部３６Ａが接続される直流リンクの電圧が、非接触受電電力の大きさに基づいて制御される。これにより、非接触充電において送電側と受電側とでインピーダンスマッチングをとることができ、高効率な非接触充電を実現できる。

　図８は、実施の形態４における充電システムの構成を示した図である。図８を参照して、実施の形態４における充電システムは、受電端子３４と、充電器３２Ｂと、非接触受電部３６Ａと、充電ＥＣＵ４０Ａと、通信装置４１とを含む。

　充電器３２Ｂは、図７に示した実施の形態３における充電器３２Ａの構成において、リレーＲＹ１，ＲＹ２を含まず、電圧センサ６４および電流センサ６６をさらに含む。すなわち、リレーＲＹ１，ＲＹ２が設けられなくても、非接触受電部３６Ａに整流部１１０が設けられることによって、受電端子３４から入力された電力が非接触受電部３６Ａの受電コイル３８へ流れることはなく、また、充電器３２Ｂの整流部１０２によって、非接触受電部３６Ａの受電コイル３８によって受電された電力が受電端子３４へ流れることもない。したがって、この実施の形態４では、受電端子３４からのコンダクティブ充電と非接触受電部３６Ａを用いた非接触充電とを同時に実行可能である。

　電圧センサ６４は、非接触受電部３６Ａが接続されるノードＮ３，Ｎ４間の電圧ＶＨを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４０Ａへ出力する。電流センサ６６は、インバータ１０４の入力電流を示す電流Ｉを検出し、その検出値を充電ＥＣＵ４０Ａへ出力する。

　充電ＥＣＵ４０Ａは、受電端子３４からのコンダクティブ充電と非接触受電部３６Ａを用いた非接触充電とが同時に実行されるとき、非接触受電部３６Ａにより受電される電力（非接触受電電力）および電圧センサ６４からの電圧ＶＨに基づいて、電圧ＶＨを所定の目標電圧に制御する。具体的には、充電ＥＣＵ４０Ａは、非接触受電電力の大きさに基づいて、電圧ＶＨの目標電圧を次式により設定する。

　ＶＨｒｅｆ＝√（Ｐ×Ｒ）　…（１）
　ここで、Ｐは、非接触受電電力であり、Ｒは、目標インピーダンスである。非接触受電部３６Ａが接続されるノードＮ３，Ｎ４間の電圧ＶＨを上記の目標電圧ＶＨｒｅｆに制御することにより、受電電力に依存することなくインピーダンスを目標インピーダンスＲに設定することができる。そして、たとえば目標インピーダンスＲを給電設備側のインピーダンス値に基づいて設定することにより、非接触充電において送電側と受電側とでインピーダンスマッチングをとることができる。

　図９は、図８に示した充電ＥＣＵ４０Ａによる電圧ＶＨの制御に関する部分の機能ブロック図である。図９を参照して、充電ＥＣＵ４０Ａは、目標電圧設定部７２と、直流電圧制御部７４とを含む。目標電圧設定部７２は、非接触受電電力Ｐと目標インピーダンスＲとに基づいて、上記の（１）式に従って目標電圧ＶＨｒｅｆを算出する。

　直流電圧制御部７４は、電圧センサ６４（図８）によって検出された電圧ＶＨが目標電圧ＶＨｒｅｆに一致するように、インバータ１０４を駆動するための信号ＰＷＭ２および／または整流部１０２を駆動するための信号ＰＷＭ１（コンダクティブ充電同時実行時）を生成し、その生成した信号をそれぞれインバータ１０４および／または整流部１０２へ出力する。

　以上のように、この実施の形態４においては、非接触受電部３６Ａが接続されるノードＮ３，Ｎ４間の電圧ＶＨが非接触受電電力の大きさに基づいて調整されるので、送電側（給電設備）と受電側（車両）とでインピーダンスマッチングをとることが可能である。したがって、この実施の形態４によれば、コンダクティブ充電（プラグイン充電）と非接触充電との双方を用いて充電可能な車両用充電装置において、より効率的な充電を実現することができる。

　なお、上記の各実施の形態においては、車両１は、コンバータ２４を備え、コンバータ２４とシステムメインリレー（ＳＭＲ）２８との間に充電器３２（３２Ａ，３２Ｂ）およびＤＣ／ＤＣコンバータ４２が接続されるものとしたが、図１０に示すように、コンバータ２４を備えない車両１Ａについても本願発明は適用可能である。

　また、上記の実施の形態１においては、非接触受電部３６は、整流部１０２に接続されるものとしたが、整流部１０８に接続してもよい。たとえば、整流部１０８にＳｉＣやＧａＮ等の高周波交流特性の優れた整流素子を用い、整流部１０２には一般的なＳｉから成る整流素子を用い、高周波整流特性に優れる整流部１０８に非接触受電部３６を接続してもよい。

　また、上記においては、非接触受電部３６，３６Ａの受電形態の一例として図３において共鳴法を説明したが、この発明は、非接触受電部３６，３６Ａの受電形態が共鳴法のものに限定されるものではなく、たとえば電磁誘導であってもよい。

　また、上記の各実施の形態においては、充電器は、正極線ＰＬおよび負極線ＮＬに接続されるものとしたが、主正母線ＭＰＬおよび主負母線ＭＮＬに接続されてもよい。

　また、上記の各実施の形態においては、車両１（または１Ａ）として、動力分割装置１６によりエンジン１０の動力を分割して駆動輪１８とモータジェネレータ１２とに伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータ１２を駆動するためにのみエンジン１０を用い、モータジェネレータ１４でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車や、エンジン１０が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車などにもこの発明は適用可能である。

　また、この発明は、エンジン１０を備えずに電力のみで走行する電気自動車や、直流電源として蓄電装置２６に加えて燃料電池をさらに備える燃料電池車にも適用可能である。

　なお、上記において、充電ＥＣＵ４０，４０Ａは、この発明における「制御装置」に対応し、整流部１０２は、この発明における「第１の整流部」に対応する。また、整流部１０８は、この発明における「第２の整流部」に対応し、整流部１１０は、この発明における「第３の整流部」に対応する。

　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。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

　１，１Ａ　車両、１０　エンジン、１２，１４　モータジェネレータ、１６　動力分割装置、１８　駆動輪、２０，２２　インバータ、２４　コンバータ、２６　蓄電装置、２８　システムメインリレー、３０　ＭＧ－ＥＣＵ、３２，３２Ａ，３２Ｂ　充電器、３４　受電端子、３６，３６Ａ　非接触受電部、３８　受電コイル、３８－１　二次自己共振コイル、３８－２　二次コイル、４０，４０Ａ　充電ＥＣＵ、４１　通信装置、４２　ＤＣ／ＤＣコンバータ、４４　補機、５０，５２　交流電源、５４　送電コイル、５４－１　一次自己共振コイル、５４－２　一次コイル、５６　負荷、６２，６４　電圧センサ、６６　電流センサ、７２　目標電圧設定部、７４　直流電圧制御部、１０２，１０８，１１０　整流部、１０４　インバータ、１０６　絶縁トランス、１１２　電磁シールド材、ＰＬ　正極線、ＮＬ　負極線、ＭＰＬ　主正母線、ＭＮＬ　主負母線、ＲＹ１，ＲＹ２　リレー、Ｎ１～Ｎ４　ノード。

Claims

　車両に搭載された蓄電装置（２６）を車両外部の交流電源から充電するための車両用充電装置であって、
　前記交流電源に電気的に接続可能に構成された受電端子（３４）と、
　前記受電端子から入力される交流電力を所定の直流電圧に変換するように構成された充電器（３２，３２Ａ）と、
　前記交流電源の送電部と磁気的に結合することによって前記交流電源から非接触で受電するように構成された非接触受電部（３６，３６Ａ）とを備え、
　前記非接触受電部は、前記充電器の電力変換回路に接続され、さらに、
　前記受電端子から入力される電力を示す第１の受電電力と前記非接触受電部により受電される電力を示す第２の受電電力とを比較し、その比較結果に基づいて、前記第１および第２の受電電力のうち大きい方を用いて充電を実行するように前記充電器を制御する制御装置（４０）を備える車両用充電装置。
　前記制御装置は、前記非接触受電部による受電の効率低下を示す状態量に基づいて受電効率の低下が検知されると、前記第１の受電電力を用いて充電を実行するように前記充電器を制御する、請求の範囲１に記載の車両用充電装置。
　前記充電器（３２）は、
　前記受電端子から入力される交流電力を整流可能に構成された第１の整流部（１０２）と、
　前記第１の整流部に接続されるインバータ（１０４）と、
　前記インバータに接続される絶縁トランス（１０６）と、
　前記絶縁トランスの出力を整流するように構成された第２の整流部（１０８）とを含み、
　前記非接触受電部（３６）は、前記第１および第２の整流部のいずれかに接続される、請求の範囲１または２に記載の車両用充電装置。
　前記充電器（３２Ａ）は、
　前記受電端子から入力される交流電力を整流可能に構成された第１の整流部（１０２）と、
　前記第１の整流部に接続されるインバータ（１０４）と、
　前記インバータに接続される絶縁トランス（１０６）と、
　前記絶縁トランスの出力を整流するように構成された第２の整流部（１０８）とを含み、
　前記非接触受電部（３６Ａ）は、
　前記送電部に設けられる送電コイルと磁気的に結合するように構成された受電コイル（３８）と、
　前記受電コイルの出力を整流するように構成された第３の整流部（１１０）とを含み、
　前記第１の整流部と前記インバータとの間に前記第３の整流部が接続される、請求の範囲１または２に記載の車両用充電装置。
　車両に搭載された蓄電装置を車両外部の交流電源から充電するための車両用充電装置であって、
　前記交流電源に電気的に接続可能に構成された受電端子（３４）と、
　前記受電端子から入力される交流電力を所定の直流電圧に変換するように構成された充電器（３２Ｂ）と、
　前記交流電源の送電部と磁気的に結合することによって前記交流電源から非接触で受電するように構成された非接触受電部（３６Ａ）と、
　前記充電器を制御する制御装置（４０Ａ）とを備え、
　前記充電器は、
　前記受電端子から入力される交流電力を整流可能に構成された第１の整流部（１０２）と、
　前記第１の整流部に接続されるインバータ（１０４）と、
　前記インバータに接続される絶縁トランス（１０６）と、
　前記絶縁トランスの出力を整流するように構成された第２の整流部（１０８）とを含み、
　前記非接触受電部は、
　前記送電部に設けられる送電コイルと磁気的に結合するように構成された受電コイル（３８）と、
　前記受電コイルの出力を整流するように構成された第３の整流部（１１０）とを含み、
　前記第１の整流部と前記インバータとの間に前記第３の整流部が接続され、
　前記制御装置は、前記非接触受電部により受電される電力を用いて充電が実行されるとき、前記第３の整流部が接続される前記第１の整流部と前記インバータとの間の直流電圧を前記非接触受電部により受電される電力の大きさに基づいて調整する、車両用充電装置。
　前記制御装置は、前記非接触受電部により受電される電力および前記受電端子から入力される電力の双方を用いて同時に充電が実行されるとき、前記第３の整流部が接続される前記第１の整流部と前記インバータとの間の直流電圧を前記非接触受電部により受電される電力の大きさに基づいて調整する、請求の範囲５に記載の車両用充電装置。
　前記制御装置は、前記非接触受電部の受電電力値に目標インピーダンスを乗算した値の平方根から成る値に前記直流電圧を調整する、請求の範囲５または６に記載の車両用充電装置。