WO2013057786A1 - 給電装置および給電方法 - Google Patents

Abstract

　車両に対して外部から給電を行なう給電装置は、車両に対して給電を行なうための電源部（２５０）と、電源部の制御を行なう制御装置（２４０）とを備える。制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した前記情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する。好ましくは、給電装置は、電源部から電力を受けて非接触で車両に送電を行なうための送電部（２２０）をさらに備える。

Description

給電装置および給電方法

　この発明は、給電装置および給電方法に関し、特に、車両に対して外部から給電を行なう給電装置および給電方法に関する。

　近年、地球温暖化を防止するために自動車から排出される二酸化炭素を低減させるため、燃料に代えて、または燃料に加えて、電気エネルギーを用いて走行する電気自動車やハイブリッド自動車が注目されている。そして、ハイブリッド自動車でも搭載するバッテリに車両外部から電気エネルギーを充電可能に構成されるプラグインハイブリッド自動車も登場している。

　特開２００７－６２６３８号公報（特許文献１）は、車両外部からバッテリに充電可能であり、かつ、電力コストの低減を図ることができるハイブリッド自動車を開示する。

特開２００７－６２６３８号公報 特開２０１０－１１５０３２号公報 特開２００６－３４５５８８号公報 特開２００９－１４８１５１号公報

　一般に、外部充電に要した電力を精算する場合、消費した電力に対して一律に単価を設定している。つまり、車両に充電された電気エネルギーに対してではなく、外部の充電装置が消費した電気エネルギー分だけ電気代が課金される。

　しかし、充電に使用した電力に対して一律に単価設定を行なうと、車両への充電効率の変動により、毎回の充電コストが大きく変動する可能性がある。例えば、充電装置、蓄電装置の経年劣化による損失の増加などがその原因として考えられる。また、充電の手間を軽減するために非接触での充電も検討されているが、この場合には、送電部と受電部に位置ズレが生じたり、送電部と受電部との間に異物、砂、雪などが介在したりすることによって充電効率が変動することも考えられる。

　この発明の目的は、ユーザ側の電力コストのバラツキが軽減された給電装置および給電方法を提供することである。

　この発明は、要約すると、車両に対して外部から給電を行なう給電装置であって、車両に対して給電を行なうための電源部と、電源部の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する。

　好ましくは、給電装置は、電源部から電力を受けて非接触で車両に送電を行なうための送電部をさらに備える。

　より好ましくは、送電部は、車両の受電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。

　より好ましくは、車両の受電部と送電部との結合係数は、０．１以下である。
　より好ましくは、送電部は、車両の受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電部に電力を送電する。

　好ましくは、制御装置は、情報として、仮通電を実行した際の受電効率、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との位置ズレ量、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との間に介在する異物の有無、車両に関する経年劣化情報のいずれかを取得し、取得した情報に基づいて給電時の受電効率を算出する。

　好ましくは、制御装置は、決定した料金を車両の操作者に報知する。
　好ましくは、制御装置は、決定した料金を車両の操作者に報知し、車両の操作者が決定した料金を承認した場合には車両に対する給電を開始し、車両の操作者が決定した料金を承認しない場合には車両に対する給電を中止する。

　この発明は、他の局面では、車両に対して外部から給電を行なう給電装置から車両に給電を行なう給電方法であって、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得するステップと、複数の受電効率範囲と、複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定するステップとを備える。

　この発明は、さらに他の局面では、給電装置から電力を受電する受電装置であって、給電装置から電力を受電する受電部と、受電部の制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する。

　好ましくは、受電部は、非接触で給電装置から電力を受電する、請求項１０に記載の受電装置。

　より好ましくは、受電部は、給電装置の送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される。

　より好ましくは、受電部と給電装置の送電部との結合係数は、０．１以下である。
　より好ましくは、給電装置の送電部は、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、受電部と送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、受電部に電力を送電する。

　好ましくは、制御装置は、情報として、仮通電を実行した際の受電効率、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との位置ズレ量、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との間に介在する異物の有無、車両に関する経年劣化情報のいずれかを取得し、取得した情報に基づいて給電時の受電効率を算出する。

　好ましくは、制御装置は、決定した料金を車両の操作者に報知する。
　好ましくは、制御装置は、決定した料金を車両の操作者に報知し、車両の操作者が決定した料金を承認した場合には車両に対する給電を開始させ、車両の操作者が決定した料金を承認しない場合には車両に対する給電を中止させる。

　この発明は、さらに他の局面では、送受電システムであって、車両に対して外部から給電を行なう給電装置と、車両に搭載され、給電装置から電力の供給を受ける受電装置と、給電装置から受電装置への送電に関連する制御を行なう制御装置とを備える。制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する。

　本発明によれば、ユーザが給電装置から電力の供給を受ける際に、ユーザが支払う料金がばらつくことが少なくなり、ユーザの納得を得られやすくなる。

この発明の実施の形態に係る電力送受電システムの全体構成図である。 共鳴法による送電の原理を説明するための図である。 電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。 電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。 送電装置と受電装置との間の固有周波数のズレと効率の関係を示す図である。 図１に示した電力送受電システム１０の詳細構成図である。 受電電力のバラツキについて説明するための第１例の図である。 受電電力のバラツキについて説明するための第２例の図である。 充電単価の検討例を説明するための図である。 本実施の形態で適用される充電単価を説明するための第１の図である。 本実施の形態で適用される充電単価を説明するための第２の図である。 送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。 第１変形例を説明するための図である。 第２変形例を説明するための図である。 第３変形例を説明するための図である。

　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。

　図１は、この発明の実施の形態に係る電力送受電システムの全体構成図である。
　図１を参照して、電力送受電システム１０は、車両１００と、送電装置２００とを含む。車両１００は、受電部１１０と、通信部１６０とを含む。

　受電部１１０は、車体底面に設置され、送電装置２００の送電部２２０から送出される電力を非接触で受電するように構成される。詳しくは、受電部１１０は、後に説明する自己共振コイル（共鳴コイルともいう）を含み、送電部２２０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより送電部２２０から非接触で受電する。通信部１６０は、車両１００と送電装置２００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

　送電装置２００は、充電スタンド２１０と、送電部２２０とを含む。充電スタンド２１０は、表示部２４２と、料金受領部２４６と、通信部２３０とを含む。充電スタンド２１０は、例えば商用交流電力を高周波の電力に変換して送電部２２０へ出力する。なお、充電スタンド２１０は、太陽光発電装置、風力発電装置などの電源装置から電力の供給を受けるものであっても良い。

　送電部２２０は、例えば駐車場の床面に設置され、充電スタンド２１０から供給される高周波電力を車両１００の受電部１１０へ非接触で送出するように構成される。詳しくは、送電部２２０は、自己共振コイルを含み、この自己共振コイルが受電部１１０に含まれる自己共振コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電部１１０へ非接触で送電する。通信部２３０は、送電装置２００と車両１００との間で通信を行なうための通信インターフェースである。

　ここで、送電装置２００から車両１００への給電に際し、車両１００を送電装置２００へ誘導して車両１００の受電部１１０と送電装置２００の送電部２２０との位置合わせを行なう必要がある。すなわち、車両１００は、位置合わせが簡単ではない。携帯型機器では、ユーザが手で持ち上げて充電器等の給電ユニットの適切な位置に置くことが簡単に行える。しかし、車両は、ユーザが車両を操作し適切な位置に車両を停車させる必要があり、手で持ち上げて位置を調整するというわけにはいかない。

　このため、送電装置２００から車両１００への給電は、位置ずれに対して許容度が大きい方式を採用することが望ましい。電磁誘導方式は、送信距離は短距離であり位置ずれに対しても許容度が小さいと言われている。電磁誘導方式を車両への給電に採用しようとすると、駐車時に運転者の精度の高い運転技術が要求されたり、高精度な車両誘導装置を車両に搭載することが必要となったり、ラフな駐車位置でも対応可能なようにコイル位置を移動させる可動部が必要となったりする可能性がある。

　電磁界による共鳴方式は、送信距離が数ｍであっても比較的大電力を送信することが可能であり、位置ずれに対する許容度も電磁誘導方式よりも一般的に大きいと言われている。このため、この実施の形態による電力送受電システム１０では、共鳴法を用いて送電装置２００から車両１００への給電が行なわれる。

　なお、本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部の固有周波数と、受電部の固有周波数とは、同じ固有周波数とされている。

　「送電部の固有周波数」とは、送電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、「送電部の共振周波数」とは、送電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路で、制動力または電気抵抗をゼロとしたときの固有周波数を意味する。

　同様に、「受電部の固有周波数」とは、受電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路が自由振動する場合の振動周波数を意味する。また、「受電部の共振周波数」とは、受電部のコイルおよびキャパシタを含む電気回路で、制動力または電気抵抗をゼロとしたときの固有周波数を意味する。

　本明細書において、「同じ固有周波数」とは、完全に同じ場合だけでなく、固有周波数が実質的に同じ場合も含む。「固有周波数が実質的に同じ」とは、送電部の固有周波数と受電部の固有周波数との差が送電部の固有周波数または受電部の固有周波数の１０％以内の場合を意味する。

　図２は、共鳴法による送電の原理を説明するための図である。
　図２を参照して、この共鳴法では、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。

　具体的には、高周波電源３１０に一次コイル３２０を接続し、電磁誘導により一次コイル３２０と磁気的に結合される一次自己共振コイル３３０へ高周波電力を給電する。一次自己共振コイル３３０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３３０と同じ共振周波数を有する二次自己共振コイル３４０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３３０から二次自己共振コイル３４０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３４０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３４０と磁気的に結合される二次コイル３５０によって取出され、負荷３６０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３３０と二次自己共振コイル３４０との共鳴強度を示すＱ値が例えば１００よりも大きいときに実現される。

　また、本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共鳴（共振）させることで送電部から受電部に電力を送電しており、送電部と受電部との間の結合係数（κ）は、０．１以下である。なお、一般的に電磁誘導を利用した電力伝送では、送電部と受電部と間の結合係数（κ）は１．０に近いものとなっている。

　なお、図１との対応関係については、二次自己共振コイル３４０および二次コイル３５０が図１の受電部１１０に対応し、一次コイル３２０および一次自己共振コイル３３０が図１の送電部２２０に対応する。

　図３は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
　図３を参照して、電磁界は３つの成分を含む。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。

　この中でも波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域があるが、共鳴法では、この近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、近接場を利用して、同じ固有振動数を有する一対の共鳴器（例えば一対のＬＣ共振コイル）を共鳴させることにより、一方の共鳴器（一次自己共振コイル）から他方の共鳴器（二次自己共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この近接場は遠方にエネルギー（電力）を伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。

　図４および図５を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図４は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図５は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。

　図４を参照して、電力伝送システム８９は、送電部９０と、受電部９１とを含む。送電部９０は、第１コイル９２と、第２コイル９３とを含む。第２コイル９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に接続されたキャパシタ９５とを含む。受電部９１は、第３コイル９６と、第４コイル９７とを含む。第３コイル９６は、共振コイル９９と、この共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。

　共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、第２コイル９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、第３コイル９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。

　ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）^1/2｝・・・（１）
　ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）^1/2｝・・・（２）
　ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図５に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、第２コイル９３に供給される電流の周波数は一定である。

　図５に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数での電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。

　（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１－ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
　図５からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、第３コイル９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が第３コイル９６の固有周波数の５％以下となるように第２コイル９３および第３コイル９６の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。

　図６は、図１に示した電力送受電システム１０の詳細構成図である。図６を参照して、車両１００は、受電部１１０および通信部１６０に加えて、整流器１８０と、充電リレー（ＣＨＲ）１７０と、蓄電装置１９０と、システムメインリレー（ＳＭＲ）１１５と、パワーコントロールユニットＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１２０と、モータジェネレータ１３０と、動力伝達ギヤ１４０と、駆動輪１５０と、制御装置である車両ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）３００と、電流センサ１７１と、電圧センサ１７２とを含む。受電部１１０は、二次自己共振コイル１１１と、コンデンサ１１２と、二次コイル１１３とを含む。

　なお、本実施の形態においては、車両１００として電気自動車を例として説明するが、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行が可能な車両であれば車両１００の構成はこれに限られない。車両１００の他の例としては、エンジンを搭載したハイブリッド車両や、燃料電池を搭載した燃料電池車などが含まれる。

　二次自己共振コイル１１１は、送電装置２００に含まれる一次自己共振コイル２２１から、電磁場を用いて電磁共鳴により受電する。

　この二次自己共振コイル１１１については、送電装置２００の一次自己共振コイル２２１との距離や、一次自己共振コイル２２１および二次自己共振コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２２１と二次自己共振コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が大きくなり（例えば、Ｑ＞１００）、その結合度を示す結合係数（κ）等が小さく（例えば０．１以下）となるようにその巻数やコイル間距離が適宜設定される。

　コンデンサ１１２は、二次自己共振コイル１１１の両端に接続され、二次自己共振コイル１１１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ１１２の容量は、二次自己共振コイル１１１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、二次自己共振コイル１１１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ１１２が省略される場合がある。

　二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１と同軸上に設けられ、電磁誘導により二次自己共振コイル１１１と磁気的に結合可能である。この二次コイル１１３は、二次自己共振コイル１１１により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器１８０へ出力する。

　整流器１８０は、二次コイル１１３から受ける交流電力を整流し、その整流された直流電力を、ＣＨＲ１７０を介して蓄電装置１９０に出力する。整流器１８０としては、例えば、ダイオードブリッジおよび平滑用のコンデンサ（いずれも図示せず）を含む構成とすることができる。整流器１８０として、スイッチング制御を用いて整流を行なう、いわゆるスイッチングレギュレータを用いることも可能であるが、整流器１８０が受電部１１０に含まれる場合もあり、発生する電磁場に伴うスイッチング素子の誤動作等を防止するために、ダイオードブリッジのような静止型の整流器とすることがより好ましい。

　なお、本実施の形態においては、整流器１８０により整流された直流電力が蓄電装置１９０へ直接出力される構成としているが、整流後の直流電圧が、蓄電装置１９０が許容できる充電電圧と異なる場合には、整流器１８０と蓄電装置１９０との間に、電圧変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が設けられてもよい。

　整流器１８０の出力部分には、直列に接続された位置検出用の負荷抵抗１７３とリレー１７４とが接続されている。本格的な充電が開始される前に、送電装置２００から車両へはテスト用信号として微弱な電力が送電される。このとき、リレー１７４は車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ３によって制御され、導通状態とされる。

　電圧センサ１７２は、整流器１８０と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線対間に設けられる。電圧センサ１７２は、整流器１８０の二次側の直流電圧、すなわち送電装置２００から受電した受電電圧を検出し、その検出値ＶＣを車両ＥＣＵ３００に出力する。車両ＥＣＵ３００は、電圧ＶＣによって受電効率を判断し、通信部１６０を経由して送電装置に受電効率に関する情報を送信する。

　電流センサ１７１は、整流器１８０と蓄電装置１９０とを結ぶ電力線に設けられる。電流センサ１７１は、蓄電装置１９０への充電電流を検出し、その検出値ＩＣを車両ＥＣＵ３００へ出力する。

　ＣＨＲ１７０は、整流器１８０と蓄電装置１９０とに電気的に接続される。ＣＨＲ１７０は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、整流器１８０から蓄電装置１９０への電力の供給と遮断とを切換える。

　蓄電装置１９０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置１９０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池あるいは鉛蓄電池などの二次電池や、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子を含んで構成される。

　蓄電装置１９０は、ＣＨＲ１７０を介して整流器１８０と接続される。蓄電装置１９０は、受電部１１０で受電され整流器１８０で整流された電力を蓄電する。また、蓄電装置１９０は、ＳＭＲ１１５を介してＰＣＵ１２０とも接続される。蓄電装置１９０は、車両駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ１２０へ供給する。さらに、蓄電装置１９０は、モータジェネレータ１３０で発電された電力を蓄電する。蓄電装置１９０の出力は例えば２００Ｖ程度である。

　蓄電装置１９０には、いずれも図示しないが、蓄電装置１９０の電圧ＶＢおよび入出力される電流ＩＢを検出するための電圧センサおよび電流センサが設けられる。これらの検出値は、車両ＥＣＵ３００へ出力される。車両ＥＣＵ３００は、この電圧ＶＢおよび電流ＩＢに基づいて、蓄電装置１９０の充電状態（「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）」とも称される。）を演算する。

　ＳＭＲ１１５は、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０とを結ぶ電力線に介挿される。そして、ＳＭＲ１１５は、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１によって制御され、蓄電装置１９０とＰＣＵ１２０との間での電力の供給と遮断とを切換える。

　ＰＣＵ１２０は、いずれも図示しないが、コンバータやインバータを含む。コンバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＣにより制御されて蓄電装置１９０からの電圧を変換する。インバータは、車両ＥＣＵ３００からの制御信号ＰＷＩにより制御されて、コンバータで変換された電力を用いてモータジェネレータ１３０を駆動する。

　モータジェネレータ１３０は交流回転電機であり、例えば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。

　モータジェネレータ１３０の出力トルクは、動力伝達ギヤ１４０を介して駆動輪１５０に伝達されて、車両１００を走行させる。モータジェネレータ１３０は、車両１００の回生制動動作時には、駆動輪１５０の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、ＰＣＵ１２０によって蓄電装置１９０の充電電力に変換される。

　また、モータジェネレータ１３０の他にエンジン（図示せず）が搭載されたハイブリッド自動車では、このエンジンおよびモータジェネレータ１３０を協調的に動作させることによって、必要な車両駆動力が発生される。この場合、エンジンの回転による発電電力を用いて、蓄電装置１９０を充電することも可能である。

　通信部１６０は、上述のように、車両１００と送電装置２００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部１６０は、車両ＥＣＵ３００からの、蓄電装置１９０についてのＳＯＣを含むバッテリ情報ＩＮＦＯを送電装置２００へ出力する。また、通信部１６０は、送電装置２００からの送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを送電装置２００へ出力する。

　車両ＥＣＵ３００は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１００および各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

　車両ＥＣＵ３００は、ユーザの操作などによる充電開始信号ＴＲＧを受けると、所定の条件が成立したことに基づいて、送電の開始を指示する信号ＳＴＲＴを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。また、車両ＥＣＵ３００は、蓄電装置１９０が満充電になったこと、またはユーザによる操作などに基づいて、送電の停止を指示する信号ＳＴＰを、通信部１６０を介して送電装置２００へ出力する。

　送電装置２００は、充電スタンド２１０と、送電部２２０とを含む。充電スタンド２１０は、通信部２３０に加えて、制御装置である送電ＥＣＵ２４０と、電源部２５０と、表示部２４２と、料金受領部２４６とをさらに含む。また、送電部２２０は、一次自己共振コイル２２１と、コンデンサ２２２と、一次コイル２２３とを含む。

　電源部２５０は、送電ＥＣＵ２４０からの制御信号ＭＯＤによって制御され、商用電源などの交流電源から受ける電力を高周波の電力に変換する。そして、電源部２５０は、その変換した高周波電力を一次コイル２２３へ供給する。

　なお、図６には、インピーダンス変換を行なう整合器が記載されていないが、電源部２５０と送電部２２０の間または受電部１１０と整流器１８０の間に整合器を設ける構成としても良い。

　一次自己共振コイル２２１は、車両１００の受電部１１０に含まれる二次自己共振コイル１１１へ、電磁共鳴により電力を転送する。

　一次自己共振コイル２２１については、車両１００の二次自己共振コイル１１１との距離や、一次自己共振コイル２２１および二次自己共振コイル１１１の共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル２２１と二次自己共振コイル１１１との共鳴強度を示すＱ値が大きくなり（例えば、Ｑ＞１００）、その結合度を示すκ等が小さく（例えば０．１以下）となるようにその巻数やコイル間距離が適宜設定される。

　コンデンサ２２２は、一次自己共振コイル２２１の両端に接続され、一次自己共振コイル２２１とともにＬＣ共振回路を形成する。コンデンサ２２２の容量は、一次自己共振コイル２２１の有するインダクタンスに応じて、所定の共鳴周波数となるように適宜設定される。なお、一次自己共振コイル２２１自身の有する浮遊容量で所望の共振周波数が得られる場合には、コンデンサ２２２が省略される場合がある。

　一次コイル２２３は、一次自己共振コイル２２１と同軸上に設けられ、電磁誘導により一次自己共振コイル２２１と磁気的に結合可能である。一次コイル２２３は、整合器２６０を介して供給された高周波電力を、電磁誘導によって一次自己共振コイル２２１に伝達する。

　通信部２３０は、上述のように、送電装置２００と車両１００との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部２３０は、車両１００側の通信部１６０から送信されるバッテリ情報ＩＮＦＯ、および、送電の開始および停止を指示する信号ＳＴＲＴ，ＳＴＰを受信し、これらの情報を送電ＥＣＵ２４０へ出力する。

　料金受領部２４６には充電に先立って、現金、プリペイドカード、クレジットカードなどが挿入される。送電ＥＣＵ２４０は電源部２５０に微弱電力によるテスト信号を送信させる。車両ＥＣＵ３００はテスト信号を受信するために、リレー１７４をオン状態とし、ＣＨＲ１７０をオフ状態とするように制御信号ＳＥ２，ＳＥ３を送信する。そして電圧ＶＣに基づいて受電効率および充電効率を算出する。車両ＥＣＵ３００は、算出した充電効率または受電効率を通信部１６０によって送電装置２００に送信する。

　送電装置２００の表示部２４２は、充電効率やそれに対応する充電電力単価をユーザに対して表示する。表示部２４２は、例えばタッチパネルのように入力部としての機能も有しており、充電電力単価をユーザが承認するか否かの入力を受け付けることができる。

　送電ＥＣＵ２４０は、充電電力単価が承認された場合には電源部２５０に本格的な充電を開始させる。充電が完了すると料金受領部２４６において料金が精算される。

　送電ＥＣＵ２４０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、充電スタンド２１０における各機器の制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。

　図７は、受電電力のバラツキについて説明するための第１例の図である。
　図８は、受電電力のバラツキについて説明するための第２例の図である。

　図７に示す第１例は、受電効率のよい車両１００Ａの例を示している。受電効率が例えば１００％であれば、送電装置２００の送電部２２０から送信された電力が１００であるとしたとき、車両１００Ａの受電部１１０Ａで受領される電力も１００である。

　これに対し、図８に示す第２例は、受電効率の劣る車両１００Ｂの例を示している。受電効率が例えば６６．６％であれば、受電部１１０Ｂで受領される電力を１００にしようとすると、送電装置２００の送電部２２０から送信された電力は１５０になってしまう。

　このような受電効率または充電効率の変化の要因は、例えば、車両ごとの搭載する装置（受電部、蓄電装置）の受電または充電効率の違い、同じ車両での停止位置や経年劣化による違い、環境条件（路面状況、温度）による違いが考えられる。

　図９は、充電単価の検討例を説明するための図である。図９に示すような充電単価の設定は、充電スタンド側で使用した電力に対して料金を支払うという考え方に基づく。

　例えば、路面状況や温度などにより充電効率がＥ２からＥ１に変化した場合、ユーザから見れば、同じ充電量を車両に充電した場合でも支払う料金が異なるので、不合理に感じられる。このような不満を抑制するために、ユーザと充電スタンド事業者との間で一定の合意が必要である。

　なお、その他にも、給電装置の違いによっても充電コストを変えることも考えられる。例えば、発電所から近い場所（送電効率が良い場所）、併設の太陽光発電が使用可能である場所、夜間電力を蓄電する蓄電池が併設されている場所では、通常よりも安い単価に設定しても良い。

　図１０は、本実施の形態で適用される充電単価を説明するための第１の図である。
　図１１は、本実施の形態で適用される充電単価を説明するための第２の図である。

　図１０では、充電効率が９０％以上であるランクＲ（Ａ）に対しては、充電単価が０．０２０円／Ｗｈに設定されている。また、充電効率が８０％以上９０％未満であるランクＲ（Ｂ）に対しては、充電単価が０．０２５円／Ｗｈに設定されている。また、充電効率が８０％未満であるランクＲ（Ｃ）に対しては、充電単価が０．０３０円／Ｗｈに設定されている。

　図１１に示すようにグラフにすれば、徴収する料金に対応する複数のランクＲ（Ａ），Ｒ（Ｂ），Ｒ（Ｃ）は、それぞれ互いに異なる複数の受電効率範囲に対応して定められている。そして、車両の受電効率が車両側から取得され、充電スタンドにおいて複数のランクのうちから、取得した受電効率に対応するランクが決定され、これに基づいて課金される。

　例えば、受電効率がＥ１，Ｅ２でばらついた場合でも同一のランクＲ（Ｂ）に属するので、充電単価は同じに設定される。したがって、ユーザの充電コストに対する不満は軽減される。

　図１２は、送電装置で実行される制御を説明するためのフローチャートである。
　図６、図１２を参照して、処理が開始されると、まずステップＳ１において、ユーザから充電要求があるか否かが判断される。充電要求は、例えば、車両が所定位置に駐車された後に、表示部２４２に表示された充電要求を示すボタンを押すことによって送電ＥＣＵ２４０に検出される。なお、位置合わせを受電レベルやセンサによって行なう場合には、位置合わせが完了したことをもって充電要求があるというように判断しても良い。

　ステップＳ１において充電要求が検出された場合にはステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２では、仮の送電（弱いテスト信号の送信）が実行され、車両ＥＣＵ３００が現在の受電効率を検出し、その受電効率に関する情報が通信部１６０によって送電装置２００に送信される。そして送信された情報を送電ＥＣＵ２４０が取得する。なお、受電効率は、車両側から取得してもよいし、車両側からの情報に基づいて送電ＥＣＵ２４０において演算しても良い。

　なお、ステップＳ２では、実際の送電を実行しなくても良い。例えば、車両からいままでの受電実績に基づいた充電効率の情報を送信してもらっても良い。また、非接触給電等の場合には、車両停止位置を検出して充電効率を推定するようにしても良い。

　また、送電ＥＣＵ２４０は、仮通電を実行した際の受電効率、非接触充電を行なう場合の送電部２２０と受電部１１０との位置ズレ量、非接触充電を行なう場合の送電部２２０と受電部１１０との間に介在する異物の有無、車両に関する経年劣化情報のいずれかを取得し、取得した情報に基づいて給電時の受電効率を算出するようにしても良い。

　位置ズレ量や異物の有無は、センサによって検出することができる。経年劣化情報は、車両側で新品時からの経過時間を計時した結果を取得してもよいし、使用開始日をメモリに記憶しておいて、現在年月日を内蔵時計から取得したり通信によって取得したりし、現在年月日から使用開始年月日を減算することにより、経過時間を算出してもよい。

　これらの情報と充電効率の変化との関係を予め実験的に求められたマップに格納しておき、情報取得時にマップを参照して充電効率を推定または算出するようにしても良い。

　続いて、ステップＳ３において、送電ＥＣＵ２４０は、図１０、図１１に示したように、徴収する料金に対応して予め定められた複数のランクＲ（Ａ），Ｒ（Ｂ），Ｒ（Ｃ）のうちから、取得した受電効率に関する情報に対応するランクを決定する。なお、図１０、図１１に示した複数のランクは、それぞれ互いに異なる複数の受電効率範囲に対応して定められており、受電効率に対応していずれかのランクが決まる。ここで、ランクは、料金、単価、満充電までの総額のいずれを含んでも良い。

　ステップＳ４では、ステップＳ３において決定されたランクに基づいて、送電ＥＣＵ２４０が、対応する充電料金の単価を表示部２４２に表示させる。その際に、車両側から、蓄電装置１９０の現在のＳＯＣおよび蓄電可能容量を取得して、満充電にするまでの充電料金を計算し、単価と併せて充電料金予測額を表示するようにしても良い。

　ステップＳ５では、表示部２４２に表示された充電単価で車両に給電が行なわれることをユーザが承認するか否かを問合せを行なう。例えば、表示部２４２に「表示された単価で給電してよろしいですか？」という表示をさせるか、またはスピーカからの音声によって「表示された単価で給電してよろしいですか？」と問合せ、表示部２４２に「ＯＫ」「充電中止」という選択ボタンとを表示させる。

　ステップＳ５で充電開始の承認が得られた場合には、ステップＳ６に処理が進み充電が開始され、ステップＳ７で充電が終了すると、ステップＳ８において課金処理（プリペイドカードからの引き落としや、入力されていた現金に対するつり銭の返却など）が実行され、ステップＳ１０で処理が終了する。

　一方で、ステップＳ５においてユーザが充電開始を承認しなかった場合、例えば充電中止ボタンを押した場合などでは、ステップＳ９に処理が進み充電が行なわれず、その後ステップＳ１０で処理が終了する。

　ステップＳ１０の処理終了後には、次のユーザによって、ステップＳ１の充電要求が発生待ちの状態となる。

　以上説明したように、本実施の形態では、充電効率に一定の幅を持たせた電力料金（充電コスト）を設定することによって、ユーザの受電コストまたは充電コストのバラツキを減少させることが可能となる。

　なお、上記の例では、給電装置側の制御装置が、受電効率の検出、充電ランクの決定、充電料金の表示等の処理を行なう例を示したが、これらの処理の一部または全部を車両側のＥＣＵ３００で行なわせても良い。たとえば、予め定められた充電ランクと料金の関係を車両側のＥＣＵが給電装置から取得しておけば、ステップＳ２の現在の充電効率を検出した後に、ステップＳ３の充電ランクの決定や、充電料金の表示の処理を車両側で行なうことも可能である。

　また車両側から充電指示を行なったり、自宅内から何らかのコントローラによって充電指示を行なったり、携帯型端末機器から充電指示を行なったりしても良い。

　また、上記のように本実施の形態に係る電力送受電システムにおいては、送電部と受電部とを電磁界によって共鳴させることで送電部から受電部に電力を送電させている。このような電力伝送における送電部と受電部との結合を、例えば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」または「電界（電場）共振結合」という。

　「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。

　本明細書中で説明した送電部と受電部とは、コイル形状のアンテナが採用されているため、送電部と受電部とは主に、磁界（磁場）によって結合しており、送電部と受電部とは、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」している。

　なお、送電部と受電部として、例えば、メアンダラインなどのアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送電部と受電部とは主に、電界（電場）によって結合している。このときには、送電部と受電部とは、「電界（電場）共振結合」している。

　また、本実施の形態では、送電ユニット、受電ユニットに電磁誘導コイルが含まれている場合を例示したが、本発明は送電ユニット、受電ユニットのいずれか一方または両方に電磁誘導コイルが含まれない場合(自己共振コイルのみを使用する共鳴型非接触送受電装置）であっても適用することが可能である。

　［変形例］
　図１３は、第１変形例を説明するための図である。図１３を参照して、第１変形例の電力送受電システム１０１０は、送電装置１２００と、車両１１００とを含む。送電装置１２００は、マイクロ波によって車両１１００に給電を行なう。

　送電装置１２００は、充電スタンド１２１０と、マイクロ波送電部１２２０とを含む。充電スタンド１２１０については、図６で説明した充電スタンド２１０と同様な構成を有しており、ここでは説明は繰返さない。

　車両１１００は、図６で説明した車両１００の構成において、受電部１１０に代えてマイクロ波受電部１１１０を含む。車両１１００の他の部分の構成は、車両１００と同様であるので説明は繰返さない。

　図１３で示したようにマイクロ波によって非接触送受電を行なう電力送受電システム１０１０に対しても、図１０～図１２で説明した制御を適用することが可能である。

　図１４は、第２変形例を説明するための図である。図１４を参照して、第２変形例の電力送受電システム２０１０は、送電装置２２００と、車両２１００とを含む。送電装置２２００は、電磁誘導によって車両２１００に給電を行なう。

　送電装置２２００は、充電スタンド２２１０と、電磁誘導送電部２２２０とを含む。充電スタンド２２１０については、図６で説明した充電スタンド２１０と同様な構成を有しており、ここでは説明は繰返さない。

　車両２１００は、図６で説明した車両１００の構成において、受電部１１０に代えて電磁誘導受電部２１１０を含む。車両２１００の他の部分の構成は、車両１００と同様であるので説明は繰返さない。

　図１４で示したように電磁誘導によって非接触送受電を行なう電力送受電システム１０１０に対しても、図１０～図１２で説明した制御を適用することが可能である。

　図１５は、第３変形例を説明するための図である。図１５を参照して、第３変形例の電力送受電システム３０１０は、送電装置３２００と、車両３１００とを含む。送電装置３２００は、充電ケーブルで接続することによって車両３１００に給電を行なう。

　送電装置３２００は、充電スタンド３２１０と、充電ケーブル３２２１と、充電コネクタ３２２０とを含む。充電スタンド３２１０については、図６で説明した充電スタンド２１０と同様な構成を有しており、ここでは説明は繰返さない。

　車両３１００は、図６で説明した車両１００の構成において、受電部１１０に代えて充電コネクタ３２２０を接続するインレット３１１０を含む。車両３１００の他の部分の構成は、車両１００と同様であるので説明は繰返さない。

　図１５で示したようにプラグイン充電によって受電を行なう電力送受電システム３０１０に対しても、図１０～図１２で説明した制御を適用することが可能である。これにより、経年劣化や温度変動などによって充電効率が多少変動した場合でも、ユーザの受電コストのバラツキを低減させることができる。

　なお、以上の本実施の形態では充電時を例に挙げて説明したが受電した電力が充電以外の用途に使用される場合であっても本発明は適用可能である。例えば、受電した電力で車両の補機類等の負荷を駆動する場合でも受電コストのバラツキを低減させることができる。

　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。

　１０，１０１０，２０１０，３０１０　電力送受電システム、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１１００，２１００，３１００　車両、９１，１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ　受電部、１１１，３４０　二次自己共振コイル、１１２，２２２　コンデンサ、１１３，３５０　二次コイル、１３０　モータジェネレータ、１４０　動力伝達ギヤ、１５０　駆動輪、１６０，２３０　通信部、１７１　電流センサ、１７２　電圧センサ、１７３　負荷抵抗、１７４　リレー、１８０　整流器、１９０　蓄電装置、２００，１２００，２２００，３２００　送電装置、２１０，１２１０，２２１０，３２１０　充電スタンド、９０，２２０，２４０　送電部、２２１，３３０　一次自己共振コイル、２２３，３２０　一次コイル、２４０　送電ＥＣＵ、２４２　表示部、２４６　料金受領部、２５０　電源部、２６０　整合器、３００　車両ＥＣＵ、３１０　高周波電源、３６０　負荷、１１１０　マイクロ波受電部、１２２０　マイクロ波送電部、２１１０　電磁誘導受電部、２２２０　電磁誘導送電部、３１１０　インレット、３２２０　充電コネクタ、３２２１　充電ケーブル、ＰＣＵ　パワーコントロールユニット。

Claims (18)

1. 　車両に対して外部から給電を行なう給電装置であって、
   　前記車両に対して給電を行なうための電源部（２５０）と、
   　前記電源部の制御を行なう制御装置（２４０）とを備え、
   　前記制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、前記複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した前記情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する、給電装置。
2. 　前記電源部から電力を受けて非接触で前記車両に送電を行なうための送電部（２２０）をさらに備える、請求項１に記載の給電装置。
3. 　前記送電部は、前記車両の受電部（１１０）と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項２に記載の給電装置。
4. 　前記車両の受電部と前記送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項２に記載の給電装置。
5. 　前記送電部は、前記車両の受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記受電部に電力を送電する、請求項２に記載の給電装置。
6. 　前記制御装置は、前記情報として、仮通電を実行した際の受電効率、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との位置ズレ量、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との間に介在する異物の有無、前記車両に関する経年劣化情報のいずれかを取得し、取得した情報に基づいて給電時の受電効率を算出する、請求項１に記載の給電装置。
7. 　前記制御装置は、前記決定した料金を前記車両の操作者に報知する、請求項１に記載の給電装置。
8. 　前記制御装置は、前記決定した料金を前記車両の操作者に報知し、前記車両の操作者が前記決定した料金を承認した場合には前記車両に対する給電を開始し、前記車両の操作者が前記決定した料金を承認しない場合には前記車両に対する給電を中止する、請求項１に記載の給電装置。
9. 　車両に対して外部から給電を行なう給電装置から車両に給電を行なう給電方法であって、
   　給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得するステップと、
   　複数の受電効率範囲と、前記複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した前記情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定するステップとを備える、給電方法。
10. 　給電装置から電力を受電する受電装置であって、
    　前記給電装置から電力を受電する受電部（１１０）と、
    　前記受電部の制御を行なう制御装置（３００）とを備え、
    　前記制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、前記複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した前記情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する、受電装置。
11. 　前記受電部は、非接触で前記給電装置から電力を受電する、請求項１０に記載の受電装置。
12. 　前記受電部は、前記給電装置の送電部と固有周波数の差が±１０％以内となるように構成される、請求項１１に記載の受電装置。
13. 　前記受電部と前記給電装置の送電部との結合係数は、０．１以下である、請求項１１に記載の受電装置。
14. 　前記給電装置の送電部は、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する磁界と、前記受電部と前記送電部との間に形成され、かつ特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前記受電部に電力を送電する、請求項１１に記載の受電装置。
15. 　前記制御装置は、前記情報として、仮通電を実行した際の受電効率、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との位置ズレ量、非接触充電を行なう場合の送電部と受電部との間に介在する異物の有無、前記車両に関する経年劣化情報のいずれかを取得し、取得した情報に基づいて給電時の受電効率を算出する、請求項１０に記載の受電装置。
16. 　前記制御装置は、前記決定した料金を前記車両の操作者に報知する、請求項１０に記載の受電装置。
17. 　前記制御装置は、前記決定した料金を前記車両の操作者に報知し、前記車両の操作者が前記決定した料金を承認した場合には前記車両に対する給電を開始させ、前記車両の操作者が前記決定した料金を承認しない場合には前記車両に対する給電を中止させる、請求項１０に記載の受電装置。
18. 　送受電システムであって、
    　車両に対して外部から給電を行なう給電装置と、
    　前記車両に搭載され、前記給電装置から電力の供給を受ける受電装置と、
    　前記給電装置から前記受電装置への送電に関連する制御を行なう制御装置とを備え、
    　前記制御装置は、給電対象の車両の受電効率に関する情報を取得し、複数の受電効率範囲と、前記複数の受電効率範囲にそれぞれ対応して設定される複数の料金のうちから、取得した前記情報に対応する受電効率範囲と料金とを決定する、送受電システム。

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