WO2013039130A1

WO2013039130A1 - 移動車両及び移動車両給電方法

Info

Publication number: WO2013039130A1
Application number: PCT/JP2012/073418
Authority: WO
Inventors: 素直新妻
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2011-09-15
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-21
Also published as: JP2013064606A

Abstract

　本発明は、蓄電池（３）とこの蓄電池に電力を充電させる充電手段(1,2)とを備える移動車両（Ｍ）であって、給電施設（Ｔ）への案内情報を生成して報知するナビゲーション装置（４）と、前記蓄電池の充電量がしきい値まで低下すると前記ナビゲーション装置に給電施設への案内情報を報知させる車両制御部（５）と、を具備する。

Description

移動車両及び移動車両給電方法

　本発明は、移動車両及び移動車両給電方法に関する。本願は、２０１１年９月１５日に日本に出願された特願２０１１－２０１８７１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　特許文献１には、車両蓄電情報取得モジュールと、車両位置情報取得モジュールと、最適給電エリア探索モジュールと、最適ルート探索モジュールと、給電エリア・ルート情報送信モジュールとを備える地上設備を有する移動車両給電システムが開示されている（段落００２９～００４９等を参照）。すなわち、この移動車両給電システムは、地上設備が無線通信機を介して移動車両から取得した車両蓄電情報及び移動車両の位置情報等に基づいて、移動車両が給電を行うための最適な給電エリアとこの最適な給電エリアへの最適ルートとを探索する。さらに、このシステムでは、最適な給電エリアの情報と最適ルートの情報とを無線通信機を介して移動車両に送信する。

日本国特開第２０１０－１９３６５７号公報

　しかしながら、上記従来技術では、地上設備が車両蓄電情報及び移動車両の位置情報等を移動車両から取得して、その各情報に基づいて最適な給電エリア及び最適ルートを探索する。このような移動車両の構成は、自由度に欠ける。すなわち、上記従来技術は、最適な給電エリア及び最適ルートの決定において、移動車両の運転手等による判断の結果を反映させることができない。そのため、運転手の意思に基づいた移動車両にとって的確な給電エリア及び最適ルートを提供することができない。

　本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、移動車両にとってより的確な給電施設への案内情報をより迅速に提供することを目的とする。

　本発明は、上記課題を解決するための手段として以下の構成を採用する。本発明に係る第１の態様は、蓄電池とこの蓄電池に電力を充電させる充電手段とを備える移動車両である。この移動車両は、給電施設への案内情報を生成して報知するナビゲーション装置と、蓄電池の充電量がしきい値まで低下するとナビゲーション装置に給電施設への案内情報を報知させる車両制御部とを具備する。

　本発明に係る第２の態様は、上記第１の態様に係る移動車両において、ナビゲーション装置は、複数の給電施設を地図情報の一部として記憶し、最寄の給電施設までの走行ルートを案内情報として表示する。

　本発明に係る第３の態様は、上記第１または第２の態様に係る移動車両において、ナビゲーション装置は、特定の目的地に対するルート案内中に車両制御部から案内情報の報知が指示されると、目的地までの走行ルートに最も近い給電施設を案内情報として表示する。

　本発明に係る第４の態様は、上記第１～第３のいずれかの態様に係る移動車両において、給電施設の状況を示す給電施設情報を外部から取得する通信手段をさらに備え、ナビゲーション装置は、給電施設情報に基づいて案内情報を生成する。

　本発明に係る第５の態様は、上記第１～第４のいずれかの態様に係る移動車両において、充電手段は、給電施設から非接触で給電を受けて蓄電池に電力を充電させる。

　本発明に係る第６の態様は、移動車両給電方法である。この移動車両給電方法は、蓄電池を備えた移動車両が走行する場所に移動車両のための複数の給電施設を設ける工程と、蓄電池の充電量がしきい値まで低下すると、移動車両が自ら生成した給電施設への案内情報を運転者に報知して移動車両を特定の給電施設に移動させる工程と、この特定の給電施設において移動車両に給電を施す工程と、を具備する。

　本発明によれば、蓄電池の充電量がしきい値まで低下すると、移動車両に備えられたナビゲーション装置が給電施設への案内情報を自ら生成して報知する。そのため、地上設備が案内情報を作成して移動車両に提供する従来技術と比較して、移動車両にとって的確な給電施設への案内情報をより迅速に提供することができる。

本発明の一実施形態に係る移動車両及び地上給電施設の機能構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係る移動車両の特徴的動作を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る移動車両における案内画面を示す模式図である。

　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１には移動車両Ｍ及び地上給電施設Ｔが示されているが、便宜上、地上設備である給電施設Ｔを先に説明する。

　給電施設Ｔは、図１に示すように、給電コイルＴ1と、給電変換器Ｔ2と、制御装置Ｔ3とを備えている。この給電施設Ｔは、給電コイルＴ1を用いて移動車両Ｍに非接触で電力を供給（給電）する地上設備であり、移動車両Ｍが停車可能な場所に設けられている。この移動車両Ｍが停車可能な場所とは、例えば、道路（公道）の信号機手前のスペース、列車踏切の手前のスペース、各種施設の駐車場、店舗の一時停車スペース、道路に面した土地等である。

　給電コイルＴ1は、この給電施設Ｔに設けられた１あるいは複数の停車エリアの地面近傍に埋設されている。給電変換器Ｔ2は、この給電コイルＴ1に制御装置Ｔ3から入力される制御信号に基づいて給電用交流電力を供給する装置である。この給電変換器Ｔ2は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの商用電力を移動車両Ｍへの給電に適した周波数（例えば数百Ｈｚ～数ＭＨｚ）の交流電力に変換して給電コイルＴ1に出力する。

　制御装置Ｔ3は、移動車両Ｍが停車エリアに停車すると、給電変換器Ｔ2に停車状態の移動車両Ｍ（停車車両）への給電を指示する。この制御装置３は、例えば給電変換器Ｔ2から給電コイルＴ1を見たインピーダンス（給電変換器Ｔ2の負荷インピーダンス）の変化に基づいて移動車両Ｍが停車エリアに停車したことを判断し、給電変換器Ｔ2に給電コイルＴ1への電力供給を開始させる。

　移動車両Ｍが停車エリアに停車すると、移動車両Ｍに設けられた受電コイルが給電コイルＴ1に電磁気的に結合するので、上記負荷インピーダンスは、停車エリアにおける移動車両Ｍの有無に応じて変化する。制御装置Ｔ3は、この負荷インピーダンスの変化に基づいて停車エリアに移動車両Ｍが停車したか否かを判断する。

　続いて、移動車両Ｍについて説明する。本実施形態に係る移動車両Ｍは、電気自動車やハイブリッド自動車等の電力を動力源として移動する自動車であり、運転者によって操作されることで公道や私道等の移動可能な場所を走行する。この移動車両Ｍは、図１に示すように、受電コイル１と、充電回路２と、蓄電池３と、ナビゲーション装置４と、車両制御部５とを備えている。なお、図１では省略しているが、移動車両Ｍは、エンジン及び／あるいは走行モータ、操作ハンドル及びブレーキ等の走行に必要な構成要素を当然に具備している。

　受電コイル１は、給電コイルＴ1と対向するように移動車両Ｍの底部に設けられている。この受電コイル１は、地上設備である給電コイルＴ1と略同一のコイル径を有し、給電コイルＴ1と電磁気的に結合して給電コイルＴ1から交流電力を非接触で受電する。換言すると、移動車両Ｍは、受電コイル１に地上設備の給電コイルＴ1を電磁気的に結合させて非接触給電を受ける車両である。この受電コイル１は、給電コイルＴ1から受電した交流電力（受電電力）を充電回路２に出力する。

　このとき、給電施設Ｔの給電コイルＴ1から移動車両Ｍの受電コイル１への非接触受電は、磁界共鳴方式に基づいて行われる。すなわち、共振回路を構成するための共振用コンデンサ（図示略）が、受電コイル１と、各給電コイルＴ1とにそれぞれ接続されている。例えば共振用コンデンサの静電容量は、受電コイル１と共振用コンデンサとを備える受電側の共振回路の共振周波数と、給電コイルＴ1と共振用コンデンサとを備える給電側の共振回路の共振周波数とは、同一周波数となるように設定されている。

　蓄電池３は、移動車両Ｍの駆動動力源である。この蓄電池３は、十分な電力を蓄えることが可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン二次電池あるいは各種燃料電池である。この蓄電池３は、充電回路２から供給される直流電力を充電すると共に、図示しない駆動用電力変換器に走行駆動用電力を供給（放電）する。この駆動用電力変換器は、移動車両Ｍの走行動力を発生するモータに駆動電力を供給する電力変換器である。

　ナビゲーション装置４は、所定のナビゲーションプログラムに基づいて動作する装置であり、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の測位システムに基づいて移動車両Ｍの走行位置を検出し、この走行位置を自らが記憶する地図データに基づく近隣の地図とともに案内画面として表示部に表示する。このナビゲーション装置４は、移動車両Ｍの走行目的地までの推奨する走行ルートを案内音声としてスピーカ（発音部）から発音する。すなわち、ナビゲーション装置４は、測位システム及び地図データ等に基づいて案内画面及び案内音声からなる案内情報を自ら生成して運転者に提供する。

　また、このナビゲーション装置４は、各所に設けられた上記給電施設Ｔの位置情報及び属性情報を地図データの一部として予め記憶しており、これら給電施設Ｔに関する既得情報に基づいて移動車両Ｍの最寄の給電施設Ｔまでの走行を案内する。属性情報とは、給電施設Ｔの規模や給電性能等である。

　例えば、ナビゲーション装置４は、特定の走行目的地が運転者から指定されずに走行ルート案内を行っていない場合には、最寄の給電施設Ｔまでの走行ルート（給電案内ルート）を案内画面として表示部に表示させ、この給電案内ルートに関する案内情報を音声スピーカから発音する。一方、ナビゲーション装置４は、特定の走行目的地が運転者から指定されて走行ルート案内を行っている場合には、特定の走行目的地までの走行ルートの近隣に位置する給電施設Ｔを案内画面として表示部に表示させる。

　また、このナビゲーション装置４は、例えば周知の光ビーコンに対応して外部との通信を可能とする無線通信機能を備えている。これにより、走行位置近隣の各給電施設Ｔの稼動状況や混雑状況等の給電施設情報を外部の給電施設管理センターから取得し、この給電施設情報に基づき案内情報（案内画面及び案内音声）を生成する。すなわち、ナビゲーション装置４は、運転者に紹介する対象から例えば稼動を休止している給電施設Ｔや混雑が激しい給電施設Ｔ等を除外した案内情報（案内画面及び案内音声）を生成する。

　このとき、各所に設けられた複数の給電施設Ｔは、例えば専用の給電施設管理センターによって集中的に管理されている。すなわち、各給電施設Ｔと給電施設管理センターとは、通信回線によって相互に接続されている。この給電施設管理センターは、上記通信回線を介して各所の給電施設Ｔから上記給電施設情報を所定のタイムインターバル（例えば１時間毎）で収集し、給電施設Ｔからの要求に応じて給電施設情報を提供する。

　車両制御部５は、所定の車両制御用プログラムに基づいて機能するソフトウエア型制御装置であり、充電回路２の電力変換動作を制御して蓄電池３の充電制御を行う。この車両制御部５は、受電コイル１による給電コイルＴ1からの受電を例えば受電コイル１の端子間電圧の変化に基づいて検知すると、充電回路２を作動させて蓄電池３に直流電量を充電させる。また、この車両制御部５は、走行中において蓄電池３の充電状況（あるいは、充電量）を充電回路２を介して監視しており、蓄電池３の充電量が所定のしきい値（案内しきい値）まで低下したと判断すると、上記ナビゲーション装置４に給電施設Ｔへ走行するための案内情報を報知させる。

　次に、このように構成された本実施形態の特徴的動作について、図２のフローチャートに沿って説明する。

　上述したように、車両制御部５は、走行中において蓄電池３の充電量を充電回路２を介して監視している。このとき、車両制御部５は、走行に伴う電力消費によって蓄電池３の充電量が案内しきい値まで低下したか否かを判断する（ステップＳ1）。この蓄電池３の充電量が案内しきい値まで低下したことが確認されると、車両制御部５は、ナビゲーション装置４に指示して充電量が少なくなっていることを示す音声案内をさせる（ステップＳ2）。

　これ以降、ナビゲーション装置４は、地図データから現在位置の近隣に存在する給電施設Ｔを検索する（ステップＳ3）。すなわち、ナビゲーション装置４は、例えば、現在位置から所定半径内に位置する給電施設Ｔ、あるいは現在位置から所定半径内かつ現在の移動車両Ｍの進行方向の前方に位置する給電施設Ｔ等を検索する。そして、ナビゲーション装置４は、このステップＳ3の検索処理の結果に基づきピックアップされた近隣の給電施設Ｔに関する給電施設情報（各給電施設Ｔの稼動状況や混雑状況等）を、無線通信機能を用いて外部から取得する（ステップＳ4）。

　そして、ナビゲーション装置４は、この給電施設情報に基づいて近隣の給電施設Ｔの中から適切な給電施設Ｔ（例えば、稼動中かつ混雑の度合いが低いもの等）を抽出すると共に、この抽出された給電施設Ｔの中から最も近い１つ（目的給電施設Ｔａ）に絞り込む（ステップＳ5）。このような給電施設Ｔの絞り込みによって、運転者にとって最も適切な給電施設Ｔが抽出される。

　さらに、ナビゲーション装置４は、ナビゲーション装置４の現在の動作状態が、運転者によって特定の走行目的地が指定されてルート案内を行っている状態と、ルート案内を行っていない状態とのどちらなのかを判断する（ステップＳ6）。そして、ナビゲーション装置４は、このステップＳ6の判断処理の結果として走行ルート案内を行っている状態（ルート案内中の状態）と判断すると、目的給電施設Ｔaを案内画面に表示させ（ステップＳ7）、更にこの目的給電施設Ｔaに向かう走行ルートを音声案内させる（ステップＳ8）。

　例えば、ナビゲーション装置４は、図３に示すように移動車両Ｍの現在の走行位置から所定半径内かつ進行方向前方にある給電施設Ｔを目的給電施設Ｔaとして抽出すると、図示するような目的給電施設Ｔaに向かう迂回ルートを設定して案内画面として表示する。

　一方、ナビゲーション装置４は、ステップＳ6の判断処理の結果として走行ルート案内を行っていない状態（ルート案内中でない状態）と判断すると、ステップＳ5の絞込み処理の過程で抽出された給電施設Ｔ、つまり給電施設情報に基づいて近隣の給電施設Ｔの中から抽出された給電施設Ｔを候補給電施設Ｔbとして案内画面に表示させる（ステップＳ9）。

　本実施形態における移動車両Ｍは、このようなナビゲーション装置４と車両制御部５との協働に基づく走行ルート案内に従って、運転者によって運転操作が行われる。これにより、移動車両Ｍは、目的給電施設Ｔaに到着し、この目的給電施設Ｔaに設けられた停車エリア上に停車する。

　目的給電施設Ｔaの制御装置Ｔ3は、移動車両Ｍが給電施設Ｔの停車エリアに停車したと判断（検知）すると、給電変換器Ｔ2に制御信号を出力して給電コイルＴ1への電力供給を開始させる。このとき、移動車両Ｍが給電施設Ｔの停車エリアに停車すると、移動車両Ｍ（停車車両）の受電コイル１は、給電コイルＴ1と電磁気的に各々結合する。この結果、給電変換器Ｔ2から給電コイルＴ1に供給された交流電力の一部が、給電コイルＴ1から各移動車両Ｍ（停車車両）の受電コイル１にそれぞれ非接触伝送される。

　給電コイルＴ1から受電コイル１に非接触伝送される交流電力は、受電コイル１が給電コイルＴ1の直上で真正面に対向した状態、つまり受電コイル１と給電コイルＴ1とが最も近接した状態において最大となる。ただし、移動車両Ｍの停車位置は、運転者の運転操作に依存するので、受電コイル１と給電コイルＴ1との相対位置は常に同じとは限らない。したがって、受電コイル１と給電コイルＴ1とが真正面に対向した状態になることは、あまり期待できない。しかしながら、本実施形態では、磁界共鳴方式を採用するので、受電コイル１と給電コイルＴ1との相対位置に関係なく、給電コイルＴ1から受電コイル１に非接触伝送される交流電力の伝送効率は高い。

　制御装置Ｔ3は、移動車両Ｍの移動開始を検知するまでの間、給電コイルＴ1を介した移動車両Ｍ（停車車両）への非接触給電を継続する。そして、停車エリアにおける移動車両Ｍの移動開始を検出すると、給電変換器Ｔ2に制御信号を出力して給電コイルＴ1への電力供給を停止させる。これによって、目的給電施設Ｔaにおける移動車両Ｍへの給電作業が完了する。

　このような本実施形態によれば、車両制御部５が蓄電池３の充電量がしきい値まで低下したことを判断すると、ナビゲーション装置４が給電施設Ｔへの案内情報を自ら生成して報知する。そのため、地上設備が案内情報を作成して移動車両に提供する従来技術と比較して、移動車両Ｍにとって的確な給電施設Ｔへの案内情報を提供することができる。また、ナビゲーション装置４が給電施設Ｔへの案内情報を自ら生成して報知するので、移動車両Ｍの運転者に案内情報を迅速に提供することができる。

　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、外部から取得した給電施設Ｔの給電施設情報を用いて給電施設Ｔの絞込みを行う。しかしながら、このような給電施設情報の取得及び絞込み処理は割愛しても良い。また、上記実施形態では、ルート案内中の場合とルート案内中でない場合とで給電施設Ｔへの案内方法を変更している。しかしながら、これも同じ案内方法を採用してもよい。

（２）上記実施形態では、受電コイル１を移動車両Ｍの底部に設けると共に給電コイルＴ1を停車エリア上に埋設することにより、受電コイル１と給電コイルＴ1とを上下方向に対向させている。しかしながら、本発明は、これに限定されない。例えば、受電コイル１を移動車両Ｍの側部（乗降ドア）に設けると共に、給電コイルＴ1を道路の路肩に移動車両Ｍの側部（乗降ドア）と対峙するように停車エリアの周囲かつ所望の高さ位置に設けてもよい。または、受電コイル１を移動車両Ｍの天井に設けると共に、この移動車両Ｍの天井と対峙するように給電コイルＴ1を停車エリアの上方に設けてもよい。

（３）上記実施形態では、移動車両Ｍが停車エリアに停車すると無条件で給電を開始している。しかしながら、本発明は、これに限定されない。例えば、受電コイル１と給電コイルＴ1とを信号伝送に流用することにより、受電コイル１と給電コイルＴ1とを介して車両制御部５と地上の制御装置Ｔ3との間の無線通信を可能にしてもよい。この場合、この無線通信は、移動車両Ｍの停車エリアにおける停車状態の判定、給電開始前の給電の要非の確認、あるいは給電に関する課金情報の送受信等に利用してもよい。すなわち、受電コイル１と給電コイルＴ1とは、無線通信のためのアンテナとして機能し、車両制御部５と制御装置Ｔ3とは、このアンテナを用いた通信手段として機能する。

（４）上記のような受電コイル１と給電コイルＴ1とを用いた通信機に代えて、個別の通信機能を移動車両Ｍ及び給電施設Ｔに設けてもよい。例えば、光ビーコンあるいは電波を用いた無線通信機等を個別の通信機能として用いることが可能である。さらに、個別の通信機能としては、移動車両Ｍ及び給電施設Ｔとの間の通信、つまり比較的近距離な通信が可能であればよいので、専用に設計された通信システムを用いてもよい。

（５）上記実施形態では、負荷インピーダンスの変化に基づいて給電施設Ｔの停車エリアに移動車両Ｍが停車したか否かを判断している。しかしながら、本発明は、これに限定されない。このような移動車両Ｍの停車の判断は、別途センサを設けて移動車両Ｍの停車を判定しても良い。例えば、移動車両の停車を判断するために、給電施設Ｔの停車エリア全体を撮影できるように３次元レーザレーダやステレオ撮像装置を設置して一定の時間周期で撮像し、３次元形状から移動車両の位置を復元し、複数の周期にわたって移動車両の位置が同一かどうかを確認してもよい。

（６）給電施設が新設された場合に、ナビゲーション装置は、外部との無線通信機能を介して新設された給電施設の位置情報及び属性情報を外部の給電施設管理センターから受信し、記憶された地図データを更新してもよい。

１…受電コイル、２…充電回路、３…蓄電池、４…ナビゲーション装置、５…車両制御部、Ｔ…給電施設、Ｔ1…給電コイル、Ｔ2…給電変換器、Ｔ3…制御装置

Claims

　蓄電池とこの蓄電池に電力を充電させる充電手段とを備える移動車両であって、
　給電施設への案内情報を生成して報知するナビゲーション装置と、
　前記蓄電池の充電量がしきい値まで低下すると前記ナビゲーション装置に給電施設への案内情報を報知させる車両制御部と、
　を具備する移動車両。
　前記ナビゲーション装置は、複数の給電施設を地図情報の一部として記憶し、最寄の給電施設までの走行ルートを前記案内情報として表示する請求項１記載の移動車両。
　前記ナビゲーション装置は、特定の目的地に対するルート案内中に前記車両制御部から案内情報の報知が指示されると、目的地までの走行ルートに最も近い給電施設を前記案内情報として表示する請求項１記載の移動車両。
　前記給電施設の状況を示す給電施設情報を外部から取得する通信手段をさらに備え、前記ナビゲーション装置は、前記給電施設情報に基づいて前記案内情報を生成する請求項１に記載の移動車両。
　前記充電手段は、前記給電施設から非接触で給電を受けて前記蓄電池に電力を充電させる請求項１に記載の移動車両。
　蓄電池を備えた移動車両が走行する場所に前記移動車両のための複数の給電施設を設ける工程と、
　前記蓄電池の充電量がしきい値まで低下すると、前記移動車両が自ら生成した前記給電施設への案内情報を運転者に報知して前記移動車両を特定の給電施設に移動させる工程と、
　この特定の給電施設において前記移動車両に給電を施す工程と、
　を具備する移動車両給電方法。