WO2017150713A1 - 車両 - Google Patents

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敏典 宮崎
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ヤマハ発動機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for charging a battery using electric power supplied wirelessly in a vehicle.
  • wireless power feeding systems that supply power wirelessly have been developed.
  • power is transmitted between a coil on the power transmission side and a coil on the power reception side that are arranged apart from each other.
  • Such a wireless power feeding system can be used as a charging system for a battery mounted on a vehicle.
  • a bicycle described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-34487 includes a battery unit that supplies electric power to a motor.
  • the battery unit is detachable.
  • the user can charge the removed battery unit using a predetermined adapter.
  • a power receiving coil is disposed in the front basket of the bicycle. Electric power transmission is performed using magnetic resonance between the coil for power reception and the coil on the power transmission side.
  • the transmitted power is stored in the rechargeable battery in the battery unit.
  • the arrangement position of the coil for receiving power is restricted by the configuration of the coil on the power transmission side. Further, the power transmission line between the power receiving coil and the battery needs to ensure insulation. Therefore, it is preferable to shorten the transmission line. If the transmission line is shortened, the arrangement of the power receiving coil and the battery may be restricted. Thus, there are various restrictions on the layout of the charging system in the vehicle.
  • the present application discloses a configuration in which the degree of freedom in designing the layout of a charging system in a vehicle can be increased in a vehicle that charges a battery mounted on the vehicle using electric power supplied wirelessly.
  • a vehicle including a power receiving circuit that receives power wirelessly from a power transmitting circuit and a battery that is charged by the received power
  • a battery may be detachable as in the vehicle described in JP 2012-34487 A.
  • the vehicle may be provided with a battery control unit that monitors the state of the battery and controls charging and discharging of the battery. When the battery is fully charged or abnormal, the battery control unit cuts off the charging path.
  • the power receiving circuit when the battery is charging the power received by the power receiving circuit, if the charging path to the battery is interrupted or the battery is disconnected, the power receiving circuit is in a no-load state. It has been found by the inventors that when the power receiving circuit is in a no-load state, there is no place for the power generated in the coil, and the voltage of the power receiving circuit suddenly increases. When the voltage of the power receiving circuit increases, a high voltage is applied between the power receiving circuit and the battery control unit. It is necessary to reinforce insulation in a portion where a high voltage is applied. Furthermore, a high voltage may be applied to the transmission path between the power receiving coil and the battery cell. This places restrictions on the length of the transmission path and where the transmission path is placed. As a result, it has been found that the arrangement of devices such as power receiving coils and batteries mounted on the vehicle may be restricted. That is, it has been found that the degree of freedom in designing the layout of the vehicle charging system is low.
  • the inventor studied a configuration in which a high voltage does not appear in the transmission path when the power receiving circuit is in a no-load state and the voltage is about to rise.
  • the inventor studied to solve this problem by performing wireless communication between the power transmission circuit and the power reception circuit. That is, a configuration has been examined in which a power transmission circuit is instructed to stop power transmission by wireless communication when the battery is fully charged or the battery is removed.
  • a configuration has been examined in which a power transmission circuit is instructed to stop power transmission by wireless communication when the battery is fully charged or the battery is removed.
  • the voltage of the power receiving circuit may rise and exceed a predetermined value.
  • the radio wave condition is bad, it takes time for wireless communication, and the voltage of the power receiving circuit rises and easily exceeds a predetermined value before power transmission is stopped.
  • the inventor has studied a configuration that suppresses an increase in the voltage of the transmission line between the power receiving circuit and the battery even when the power receiving circuit is in a no-load state.
  • attention was paid to the fact that the position close to the battery in the transmission line is electrically disconnected when it becomes a no-load state.
  • I came up with the idea of electrically disconnecting the position near the power receiving circuit on the opposite side of the battery in the transmission line when no load was applied. Thereby, in the transmission line, an increase in voltage between the cutting position close to the battery and the cutting position close to the power receiving circuit can be suppressed.
  • the inventors have come up with a configuration that cuts off the conduction at a position closer to the power receiving coil than the battery in the transmission line. Thereby, it is possible to limit the range in which the voltage rises in the transmission line between the battery and the power receiving coil regardless of whether the battery is close to the position. By limiting the range in which the voltage of the transmission line increases, the range in which the insulation of the wiring should be reinforced is reduced. In addition, the length of the transmission line and the position where the transmission line is arranged are not easily restricted. Therefore, there are fewer restrictions on the arrangement of devices such as a power receiving coil and a battery. As a result, the degree of freedom in designing the layout of the charging system in the vehicle can be increased. Based on this finding, the inventor has conceived the following embodiment.
  • the vehicle according to Configuration 1 of the embodiment of the present invention is connected to the power receiving circuit including a coil that receives power from the power transmitting circuit in a contactless manner, the power receiving circuit and the cable, and is supplied from the power receiving circuit via the cable.
  • a battery control unit that controls charging of the battery by power, a switch that turns on / off conduction between the power reception circuit and the battery control unit, and a voltage that is output from the power reception circuit to the battery control unit has a threshold value.
  • a switch control circuit that controls the switch to cut off conduction between the power receiving circuit and the battery control unit.
  • the length of the transmission path between the battery control unit and the switch is longer than the length of the transmission path between the coil of the power receiving circuit and the switch (Configuration 1).
  • the vehicle having the above configuration 1 includes a power receiving coil that wirelessly receives power from a power transmitting coil, a transmission path unit that electrically connects the power receiving coil and a battery cell via a cable, and the transmission path unit.
  • a first switch for turning on / off the conduction between the power receiving coil and the battery cell; and controlling the first switch to turn on / off the conduction between the power receiving coil and the battery cell.
  • a first switch control circuit is provided at a position closer to the power receiving coil than the battery cell in a transmission path between the power receiving coil and the battery cell, and is applied between the power receiving coil and the battery cell. When the voltage to be exceeded exceeds the threshold, the first switch control circuit is controlled to turn off the conduction between the power receiving coil and the battery cell.
  • the power receiving circuit and the battery control unit are connected by the cable.
  • the power receiving coil and the battery cell are electrically connected via a cable. Therefore, the power receiving coil and the battery cell can be arranged at positions separated from each other. This increases the degree of freedom in layout.
  • the first switch is disposed at a position closer to the coil of the power receiving circuit than the battery control unit in the transmission path between the power receiving circuit and the battery control unit connected by a cable.
  • the first switch is provided in a transmission path between the power receiving coil and the battery cell at a position closer to the power receiving coil than the battery cell.
  • the switch control circuit controls the switch so as to cut off the conduction between the power receiving coil and the battery cell when the voltage applied between the power receiving coil and the battery cell exceeds a threshold value.
  • the vehicle may further include a housing that houses the power receiving circuit. That is, the vehicle may further include a power receiving coil housing that houses the power receiving coil.
  • the cable connected to the power receiving circuit may be pulled out of the housing, and the first switch may be provided in the housing that houses the power receiving circuit. That is, at least a part of the cable that electrically connects the power receiving coil and the battery cell is disposed outside the power receiving coil housing, and the first switch is provided in the power receiving coil housing.
  • It can be set as a structure (structure 2). Thereby, it is possible to prevent the voltage increase in the no-load state from occurring outside the housing. Therefore, the degree of freedom of the layout of the charging system in the vehicle becomes higher.
  • the first switch control circuit may be provided in the power receiving coil housing (configuration 3). Thereby, the freedom degree of layout becomes higher.
  • the first switch can be provided on a substrate on which the power receiving circuit is provided. That is, the first switch may be provided on a substrate to which the power receiving coil is electrically connected (Configuration 4).
  • the power receiving circuit that is, the power receiving coil and the first switch on the same substrate, it is possible to suppress the voltage increase in the no-load state from occurring outside the substrate. Therefore, the degree of freedom of the layout of the charging system in the vehicle becomes higher.
  • the first switch control circuit may be provided on a substrate to which the power receiving coil is electrically connected (configuration 5). Thereby, the freedom degree of the layout of the charging system in a vehicle becomes higher.
  • the vehicle may include a rectifier circuit that converts an AC voltage generated in the power receiving coil into a DC voltage.
  • the first switch is provided between the rectifier circuit and the battery cell (Configuration 6).
  • the vehicle may include a second switch that is provided in the transmission path unit and that turns on / off conduction between the power receiving coil and the battery cell.
  • the second switch may be provided in a transmission path between the power receiving coil and the battery cell at a position closer to the battery cell than the power receiving coil and the first switch.
  • the first switch control circuit controls the first switch so as to turn off conduction between the power receiving coil and the battery cell (Configuration 7).
  • the vehicle may further include a battery housing that accommodates the cells of the battery.
  • the cable that electrically connects the battery cell and the power receiving coil can be disposed outside the battery casing.
  • the second switch can be provided in the battery casing (Configuration 8).
  • the vehicle may further include a battery housing that accommodates the cells of the battery.
  • the battery casing may be detachable from the vehicle. At least a part of the cable that electrically connects the battery cell and the power receiving coil can be disposed outside the battery casing.
  • the second switch can be a contact point of the transmission line section that is disconnected when the battery housing is detached from the vehicle (Configuration 9).
  • the vehicle may further include a second switch control circuit that controls the second switch to turn on / off the conduction between the power receiving coil and the battery cell.
  • the first switch is controlled by the first switch control circuit
  • the second switch provided at a position closer to the battery cell than the first switch is controlled by the second switch control circuit.
  • the vehicle may further include a battery housing that houses the cells of the battery. At least a part of the cable that electrically connects the battery cell and the power receiving coil can be disposed outside the battery casing.
  • the second switch can be provided in the battery casing (Configuration 11).
  • the first switch control circuit may be configured to operate with the power received by the power receiving coil (configuration 12).
  • the structure which supplies electric power from the exterior of a receiving circuit for the detection of a no-load state and 1st switch control becomes unnecessary. Therefore, the first switch can be controlled by the power received by the power receiving circuit, and an increase in voltage in a no-load state can be suppressed. As a result, the degree of freedom of the layout of the charging system in the vehicle becomes higher.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vehicle in the present embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of the vehicle charging system shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration example of a power transmission circuit, a power reception circuit, a switch, a switch control circuit, and a battery control unit.
  • FIG. 4A is a plan view illustrating an example of a structure inside a housing in which the power receiving circuit is accommodated.
  • 4B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line BB in FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of the structure inside the casing in which the battery control unit is accommodated.
  • FIG. 6 is a view for explaining the vehicle in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the vehicle in the present embodiment.
  • a vehicle 100 includes a power receiving coil L2 that wirelessly receives power from the power transmitting coil L1, a transmission path unit that electrically connects the power receiving coil L2 and the cell of the battery 96 via a cable 15, and a transmission path.
  • the first switch 2 that is provided in the section and turns on / off the conduction between the power receiving coil L2 and the battery 96 cell, and controls the first switch 2 to turn on the conduction between the power receiving coil L2 and the battery 96 cell.
  • a first switch control circuit 21 to be turned off.
  • the first switch 2 is provided at a position closer to the power receiving coil L2 than the cell of the battery 96 in the transmission path between the power receiving coil L2 and the battery 96, and is applied between the power receiving coil L2 and the battery 96 cell.
  • the first switch control circuit 21 controls to turn off the conduction between the power receiving coil L2 and the cell of the battery 96.
  • the power receiving coil L2 and the cell of the battery 96 The conduction is interrupted by the first switch 2.
  • the voltage between the first switch 2 and the cell of the battery 96 is not boosted.
  • the range in which the voltage rises in the transmission line between the power receiving coil L2 and the battery 96 is limited to the range between the power receiving coil L2 and the first switch 2. Therefore, the boosted range is reduced in the transmission line from the power receiving coil L2 to the cell of the battery 96. Thereby, the range which should reinforce insulation in a transmission line decreases.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a vehicle in the present embodiment.
  • a bicycle 100 shown in FIG. 1 is a vehicle including a battery unit 9 including a battery and a vehicle load that operates by the power of the battery.
  • the bicycle 100 is a battery-assisted bicycle.
  • the bicycle 100 includes a drive unit 12 including a power device (motor) for assisting the pedal force of the pedal 101 as a vehicle load.
  • the bicycle 100 includes a power receiving circuit 6 that receives power from an external power transmission circuit 3 wirelessly.
  • the power reception circuit 6 includes a power reception coil that generates an electromotive force in accordance with a change in magnetic flux caused by driving the power transmission circuit 3.
  • the power received by the power receiving circuit 6 is supplied to the battery of the battery unit 9. Thereby, the battery is charged.
  • the battery includes at least one cell. That is, the battery can be charged using the power received by the power receiving circuit 6.
  • the battery unit 9 and the power receiving circuit 6 are connected by a cable 15 and are arranged at positions separated from each other. That is, the battery cell and the power receiving coil of the power receiving circuit 6 are electrically connected via the cable 15.
  • the battery unit 9 includes a battery control unit 91 that controls charging of the battery.
  • the battery unit 9 and the power receiving circuit 6 are housed in different cases.
  • the bicycle 100 has a power receiving coil housing that houses the power receiving circuit 6 and a battery housing that houses the battery control unit 91.
  • the power receiving coil casing and the battery casing are connected to each other by a cable 15 and are arranged apart from each other.
  • the battery control unit 91 and the power receiving circuit 6 of the battery unit 9 are provided on different substrates, and each substrate is accommodated in a separate battery housing and receiving coil housing.
  • the power receiving coil of the power receiving circuit 6 and the battery control unit 91 of the battery unit 9 are connected via the cable 15.
  • the power transmission circuit 3 supplies power wirelessly (non-contact) to the power receiving circuit 6 of the bicycle 100 installed at the parking position.
  • the wireless power transmission method is not limited to a specific one, but for example, an electromagnetic induction method or a magnetic resonance method can be used. In these methods, an alternating current is generated in the power receiving coil of the power receiving circuit 6 by causing an alternating current to flow through the power transmitting coil included in the power transmitting circuit 3.
  • the power transmission circuit 3 is provided in a power supply stand 11 of a bicycle parking lot. In a state where the bicycle is installed at the parking position, the power transmission coil of the power transmission circuit 3 and the power reception coil of the power reception circuit 6 are disposed at positions facing each other. Specific configuration examples of the power transmission circuit 3 and the power reception circuit 6 will be described later.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing a configuration example of a wireless charging system in the bicycle 100 shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a configuration of the power receiving circuit 6, the battery control unit 91 and the drive unit 12 in the bicycle 100, and the power transmission circuit 3 outside the bicycle 100.
  • the power transmission circuit 3 includes a primary side resonance circuit 38 and a drive circuit 31 for driving the resonance circuit 38.
  • the resonance circuit 38 includes a capacitor C1 and a power transmission coil L1.
  • an alternating current flows through the power transmission coil L1.
  • the power transmission coil L ⁇ b> 1 is disposed near the power reception coil L ⁇ b> 2 of the bicycle 100.
  • an alternating current is passed through the power transmission coil L1 of the power transmission circuit 3
  • the magnetic flux changes, and an alternating current also flows through the power receiving coil L2 of the power receiving circuit 6 due to electromagnetic induction. Thereby, electric power is transmitted wirelessly.
  • the power receiving circuit 6 includes a secondary side resonance circuit 61 and a rectification circuit 62.
  • the resonance circuit 61 includes a power receiving coil L2 and a capacitor C2.
  • the resonance circuit 61 generates an alternating current by electromagnetic induction due to the alternating current of the resonance circuit 38 of the power transmission circuit 3.
  • the rectification circuit 62 rectifies and filters the alternating current generated in the resonance circuit 61 and outputs the rectified current to the battery control unit 91. That is, the rectifier circuit 62 converts the received AC power into DC power.
  • the DC power output from the rectifier circuit 62 is charged in the battery 96 via the battery control unit 91.
  • the power receiving circuit 6 includes a secondary side resonance circuit 61, and supplies power generated in the resonance circuit 61 to the battery 96.
  • the power receiving circuit 6 is connected to the battery 96 via the battery control unit 91.
  • the battery 96 serves as a load that consumes the power received by the power receiving circuit 6, that is, the power generated in the resonance circuit 61. Therefore, when the power receiving coil L2 of the power receiving circuit 6 is disconnected from the battery 96 during power reception, the load that consumes the power generated in the resonance circuit 61 is not connected.
  • the state in which the load is not connected to the output terminal for outputting the electric power generated in the resonance circuit 61 is the no-load state of the power receiving circuit 6, that is, the power receiving coil L2.
  • a first switch 2 is provided between the power receiving circuit 6 and the battery control unit 91.
  • the first switch 2 turns on / off the conduction between the power receiving circuit 6 and the battery control unit 91.
  • the bicycle 100 is provided with a first switch control circuit 21 that controls the first switch 2.
  • the first switch control circuit 21 controls on / off of the first switch 2 according to the voltage output from the power receiving circuit 6 to the battery control unit 91.
  • the first switch control circuit 21 can include a detection unit that detects a voltage output from the power reception circuit 6 to the battery control unit 91.
  • the first switch control circuit 21 controls the first switch 2 to cut off the conduction between the power reception circuit 6 and the battery control unit 91 when the voltage output from the power reception circuit 6 to the battery control unit 91 exceeds the threshold value.
  • the threshold value can be set, for example, to the voltage level of the power receiving circuit 6 that has risen in the no-load state.
  • the first switch control circuit 21 controls the on / off of the first switch 2 based on the voltage of the power receiving circuit 6, so that when the power receiving circuit 6 is boosted in a no-load state, The circuit 6 can be electrically disconnected from the battery control unit 91 and the battery 96.
  • the first switch 2 is provided closer to the power receiving circuit 6 than the battery control unit 91. That is, the length of the transmission path between the battery control unit 91 and the first switch 2 is longer than the length of the transmission path between the power receiving coil L2 of the power receiving circuit 6 and the first switch 2. As a result, the voltage applied to the power receiving circuit 6 increases, and the portion to which the DC voltage of the power receiving circuit 6 that has risen when the first switch 2 is turned off can be reduced.
  • the first switch 2 can be provided between the power receiving circuit 6 and the cable 15. That is, the first switch 2 is provided at a position closer to the power receiving coil than the battery cell in the transmission path between the power receiving coil and the battery cell.
  • the first switch control circuit 21 turns off the conduction between the power receiving coil and the battery cell by controlling the first switch when the voltage applied between the power receiving coil and the battery cell exceeds a threshold value. To do.
  • the battery control unit 91 controls whether or not the power supplied from the power receiving circuit 6 via the cable 15 is supplied to the battery. Therefore, the battery control part 91 can be provided with the 2nd switch (not shown in FIG. 2) which controls conduction
  • the battery control unit 91 can also monitor the state of the battery 96 in addition to charge control.
  • the battery control unit 91 controls whether or not the battery 96 can be charged according to the state of the battery 96 and / or control from the outside. For example, when the battery control unit 91 detects an abnormality or full charge of the battery 96, the battery control unit 91 controls the charging switch in the battery control unit 91 to cut off the power receiving circuit 6 and the battery 96. Thereby, when the battery 96 is fully charged, it cannot be charged.
  • the charge switch is an example of a second switch.
  • the battery control unit 91 can be constituted by, for example, a battery management controller (hereinafter referred to as BMC). Note that the BMC may be referred to as BMU (Battery Management Unit) or BMS (Battery Management System).
  • the battery 96 is connected to the drive unit 12 that is a vehicle load via the battery control unit 91.
  • the battery control unit 91 can also control the discharge from the battery 96 to the drive unit 12.
  • the battery control unit 91 controls whether or not the battery 96 can be discharged (discharge control) according to the state of the battery 96 and / or control from the outside.
  • the bicycle 100 may further include a control unit that controls the operation of the battery control unit 91 and the drive unit 12.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a specific configuration example of the power transmission circuit 3, the power receiving circuit 6, the first switch 2, the first switch control circuit 21, and the battery control unit 91.
  • the power transmission circuit 3, the power receiving circuit 6, the first switch 2, the first switch control circuit 21, and the battery control unit 91 will be described.
  • the power transmission circuit 3 is connected to the DC power supply unit 30 (DC power supply) and the control unit 4.
  • the power transmission circuit 3 receives supply of DC power from the DC power supply unit 30.
  • the operation of the power transmission circuit 3 is controlled by the control unit 4.
  • the power transmission circuit 3 includes an inverter 31 and a resonance circuit 38 that are drive circuits.
  • the inverter 31 converts the direct current from the direct current power supply unit 30 into alternating current and supplies it to the resonance circuit 38.
  • the DC power supply unit 30 is a stabilized DC power supply that generates a DC power supply from the AC power supply 33.
  • the DC power supply unit 30 may be a constant voltage power supply (for example, a commercially available AC adapter) controlled so that the output voltage is constant.
  • the inverter 31 has two switching element pairs (S1 and S2, S3 and S4) for controlling the direction and timing of the current input to the resonance circuit 38.
  • Each switching element pair includes switching elements connected in series. Each switching element pair is connected between the positive terminal and the negative terminal of the DC power supply unit 30. A node between one switching element pair S 1 and S 2 of the two switching element pairs is connected to one end of the resonance circuit 38. A node between the other switching element pair S 3 and S 4 is connected to the other end of the resonance circuit 38. Between the one end and the other end of the resonance circuit 38, the power transmission coil L1 and the capacitor C1 are connected in series.
  • the operation of the inverter 31 is controlled by drive signals input to the gates G1 to G4 of the switching elements S1 to S4.
  • the drive signal is supplied from the control unit 4.
  • the control unit 4 supplies a PWM signal as a drive signal to the switching elements S1 to S4.
  • the power transmission circuit 3 includes a DC voltage detector 35 for detecting a DC voltage from the DC power supply unit 30, a DC current sensor 36 for detecting a DC current, a coil voltage for detecting the voltage and current of the power transmission coil (L1).
  • a current detection unit 37 and a temperature sensor 34 that detects the temperature of the power transmission coil (L1) are provided.
  • the coil voltage / current detector 37 may include a voltage sensor that detects the voltage of the power transmission coil (L1) and a current sensor that detects the current of the power transmission coil (L1).
  • the control unit 4 controls the inverter 31 based on at least one of the DC voltage, the DC current, the voltage and current of the power transmission coil (L1), and the temperature of the power transmission coil (L1) in the power transmission circuit 3 described above. Can do.
  • the resonance circuit 61 of the power reception circuit 6 includes a power reception coil L2 and a capacitor C2 connected in series.
  • the rectifier circuit 62 includes diodes D1, D2, D3, and D4 and a capacitor Cap.
  • the pair of diodes D1 and D2 are connected to both sides of one end of the resonance circuit 61 in the same direction.
  • the other pair of diodes D3 and D4 are connected to both sides of the other end of the resonance circuit 61 in the same direction.
  • the capacitor Cap is connected in parallel with the diodes D1 and D2 and the diodes D3 and D4.
  • a receiving coil L2 and a capacitor C2 are connected in series between one end and the other end of the resonance circuit 61.
  • a reverse voltage prevention diode Ds is provided between the rectifier circuit 62 and the battery control unit 91. Between the reverse voltage prevention diode Ds and the rectifier circuit 62, a receiving voltage detecting unit 63 is provided. Since the current from the battery 96 does not flow to the rectifier circuit 62 due to the reverse voltage prevention diode Ds, the detection unit 63 detects a DC voltage (received voltage Vj) resulting from the reception of the resonance circuit 61. As a result, the detection unit 63 detects the voltage output from the power reception circuit 6 to the battery control unit 91.
  • a reverse voltage prevention diode Ds is provided between the first switch 2 and the cable 15. Thereby, for example, when the first switch control circuit 21 and the cable 15 are short-circuited due to a failure of the first switch 2, the voltage of the battery 96 is prevented from being applied to the first switch control circuit 21. Thereby, failure of the first switch control circuit 21 can be prevented.
  • the arrangement of the reverse voltage prevention diode Ds is not limited to the example shown in FIG.
  • a reverse voltage prevention diode Ds may be provided between the first switch 2 and the detection unit 63.
  • the power receiving circuit 6 includes the first switch 2 between the rectifier circuit 62 and the battery control unit 91. That is, the first switch 2 is provided between the rectifier circuit 62 and the cell of the battery 96.
  • the first switch 2 is formed of a transistor such as a field effect transistor (FET).
  • FET field effect transistor
  • the source and drain of the transistor constituting the first switch 2 are connected to the power receiving circuit 6, that is, the power receiving coil L 2, and the battery control unit 91, that is, the cell of the battery 96.
  • the gate of the transistor constituting the first switch 2 is connected to the first switch control circuit 21. The on / off of the first switch 2 is controlled by a signal input to the gate.
  • the first switch control circuit 21 includes a signal generation circuit 22 and a reference voltage generation circuit 23.
  • the reference voltage generation circuit 23 generates a predetermined constant voltage and supplies it to the signal generation circuit 22 as the reference voltage Vs. That is, the reference voltage generation circuit 23 generates a voltage that is a threshold value for determination of the first switch 2 control.
  • the reference voltage generation circuit 23 can generate the constant voltage using the voltage output from the power reception circuit 6.
  • the signal generation circuit 22 configures the first switch 2 with a signal corresponding to the comparison result between the reference voltage Vs supplied from the reference voltage generation circuit 23 and the power reception voltage Vj of the power reception circuit 6 detected by the detection unit 63. Supply to the gate of the transistor.
  • the signal generation circuit 22 supplies a signal for turning on the first switch 2 to the gate of the first switch 2.
  • the signal generation circuit 22 supplies a signal for turning off the first switch 2 to the gate of the first switch 2.
  • the battery control unit 91 monitors the state of the battery 96 and controls charging / discharging of the battery 96.
  • the battery control unit 91 includes the control unit 7.
  • the control unit 7 is constituted by a processor such as a CPU, for example.
  • the battery control unit 91 includes a charge switch SWc for permitting or prohibiting charging of the battery 96 and a discharge switch SWd for permitting or prohibiting discharge from the battery 96 to the vehicle load.
  • the battery control unit 91 includes a current sensor 95 that detects a charge / discharge current of the battery, a battery voltage detection circuit 94 that detects the voltage of the battery 96, and a temperature sensor 93 that detects the temperature of the battery.
  • the battery 96 includes, for example, a plurality of lithium ion storage battery cells.
  • the battery voltage detection circuit 94 detects the voltage for each cell and the voltage of the entire cell (total cell voltage).
  • the current of the battery 96, the voltage of the battery 96, and the temperature of the battery 96 are taken into the control unit 7.
  • the control unit 7 supplies a signal for controlling on / off of the charge switch SWc and the discharge switch SWd.
  • the control unit 7 can control prohibition or permission of charging and prohibition or permission of discharging based on the power reception voltage, the current of the battery 96, the voltage of the battery 96, and the temperature of the battery 96.
  • a control IC that performs charge / discharge control may be provided in the battery control unit 91.
  • the charge switch SWc is provided between the cable 15 and the battery 96.
  • the charge switch SWc controls connection / disconnection between the power receiving circuit 6 and the battery 96. That is, whether or not the power supplied from the power receiving circuit 6 via the cable 15 is supplied to the battery 96 is determined by turning on / off the charging switch SWc.
  • the charging switch SWc is provided between the first switch 2 and the battery 96 cell.
  • the first switch 2 is provided between the charging switch SWc and the power receiving circuit 6.
  • the length of the transmission path between the first switch 2 and the battery control unit 91 can be the length of the transmission path between the first switch 2 and the charging switch SWc.
  • the first switch 2 is provided on the transmission path between the power receiving coil L2 and the charging switch SWc.
  • the length of the transmission path between the first switch 2 and the charging switch SWc is longer than the length of the transmission path between the first switch 2 and the power receiving coil L2.
  • the first switch 2 is disposed at a position closer to the power receiving coil L2 than the charging switch SWc. Thereby, in the transmission path, the range in which the received voltage that has increased due to the no-load state is applied can be reduced.
  • the charging switch SWc is an example of a second switch provided in a position closer to the battery cell than the first switch in the transmission path between the power receiving coil and the battery cell.
  • the controller 7 that controls on / off of the charging switch SWc includes a second switch control circuit that controls the second switch to turn on / off the conduction between the power receiving coil and the battery cell.
  • charge switch SWc can be comprised by two FET.
  • the source of the other FET is connected to one drain of the two FETs. That is, the two FETs are connected in opposite directions.
  • electrical_connection of the electric current from the cable 15 to the battery 96, and the electric current from the battery 96 to the cable 15 can be controlled by charge switch SWc.
  • the discharge switch SWd can be composed of two p-channel FETs connected in opposite directions. Thereby, the interruption
  • the control unit 7 of the battery control unit 91 turns off the charging switch SWc to cut off the battery 96 and the power receiving circuit 6.
  • the charging switch SWc is turned off, there is no load that consumes the power generated in the resonance circuit 61 of the power receiving circuit 6.
  • the power receiving circuit 6 is in a no-load state.
  • the DC voltage output from the rectifier circuit 62 increases.
  • the first switch control circuit 21 turns off the first switch 2. Since the first switch 2 is turned off, the section in which the DC voltage is applied is between the rectifier circuit 62 and the first switch 2. The increased DC voltage is not applied to the line and circuit element closer to the battery 96 cell than the first switch 2.
  • the battery control unit 91 is provided with a charge cutoff circuit including a charge switch SWc that is an example of a second switch.
  • a charge cutoff circuit including a charge switch SWc that is an example of a second switch.
  • the charge cutoff circuit forcibly cuts off the power reception circuit 6 and the battery 96 before the power reception by the power reception circuit 6 stops. Thereby, overcharging of the battery 96 can be prevented.
  • Such a charge interruption circuit is arranged near the battery 96. Therefore, when the power receiving circuit 6 and the battery control unit 91 are arranged at positions separated from each other, the transmission line between the power receiving circuit 6 and the charge cutoff circuit becomes long.
  • the power reception circuit 6 includes: Electric energy continues to accumulate. As a result, the voltage of the power receiving circuit 6 increases. At this time, when the first switch 2 is turned off, it is possible to prevent the boosted potential from being generated on the entire long line from the power receiving circuit 6 to the charge cutoff circuit near the battery 96.
  • the battery unit 9 when the battery unit 9 is detachable, the battery unit 9 may be removed while the power receiving circuit 6 is receiving power.
  • the connection terminal of the bicycle 100 with the battery unit 9 is exposed.
  • the first switch 2 when the first switch 2 is turned off, it is possible to prevent a boosted high potential from being generated at the exposed connection terminal. That is, it is possible to prevent an excessive voltage from being generated at the exposed terminal when the battery 96 is removed during wireless charging.
  • the battery unit 9 includes a battery housing that houses battery cells.
  • the configuration in which the battery unit 9 is detachable is a configuration in which the battery casing is detachable from the vehicle.
  • the battery case when the battery case is detachable from the vehicle, the battery case is formed in the transmission line portion between the power receiving coil L2 and the battery 96 when the battery case is detached from the vehicle.
  • the contact that connects the transmission line inside the body and the transmission line outside the battery housing is disconnected.
  • This contact is an example of the second switch.
  • both the contact point between the transmission line inside the battery casing and the transmission line outside the battery casing, and the charging switch SWc serve as the second switch.
  • the first switch 2 is provided between the rectifier circuit 62 and the battery control unit 91. Therefore, it is possible to reduce the portion to which the DC overvoltage converted by the rectifier circuit 62 is applied in the no-load state.
  • the first switch control circuit 21 is operated by the power received by the power receiving circuit 6, that is, the power receiving coil L2. Therefore, for example, the operational stability is higher than when the first switch control circuit 21 is operated by an external power source such as the battery 96. Further, the configuration of the first switch control circuit 21 can be simplified. In FIG. 3, the signal generation circuit 22 can also use the voltage output from the power reception circuit 6 as a power supply, like the reference voltage generation circuit 23. Thus, the configuration in which the first switch 2 is controlled by the power received by the power receiving circuit 6 eliminates the need to supply power from the in-vehicle battery 96 (outside the power receiving circuit 6) to the first switch control circuit 21. Therefore, the spread of overvoltage can be suppressed with a simple configuration.
  • the first switch 2 is further provided in addition to the charge switch SWc. Therefore, even if the charge switch SWc does not operate due to a functional defect of the battery control unit 91, overcharge of the battery can be prevented by the first switch 2. That is, the first switch 2 and the first switch control circuit 21 also have a function of overcharge protection for the battery 96.
  • the power receiving circuit 6 and the battery control unit 91 are individually housed in the casing. That is, the power receiving coil L1 is housed in the power receiving coil housing, and the cells of the battery 96 are housed in the battery housing.
  • the power receiving circuit 6 is formed on a power receiving circuit board disposed in the power receiving coil casing.
  • a cable 15 is connected to the power receiving circuit board. The cable 15 is drawn out of the power receiving coil housing that houses the power receiving circuit 6.
  • FIG. 4A is a plan view showing an example of a structure inside the power receiving coil housing in which the power receiving circuit 6 is accommodated.
  • 4B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line BB in FIG. 4A.
  • the power receiving coil housing 17 is indicated by a broken line, and an arrangement example of each member in the power receiving coil housing 17 is shown through the power receiving coil housing 17.
  • a power receiving circuit board 16 on which the power receiving circuit 6 is formed is disposed in the power receiving coil housing 17.
  • the power receiving coil L ⁇ b> 2 of the power receiving circuit 6 is formed by a conductive wire wound around the core 13. Both ends of the conducting wire drawn out from the power receiving coil L2 are connected to the terminals 14a and 14b of the power receiving circuit board 16.
  • the power receiving circuit board 16 is a board to which the power receiving coil L2 is electrically connected, and is the board closest to the power receiving coil L2. On the power receiving circuit board 16, the power receiving circuit 6, the circuit elements of the first switch control circuit 21, and the first switch 2 are mounted. In FIG.
  • FIG. 4A illustration of circuit elements and wiring patterns other than the first switch 2 in the power receiving circuit board 16 is omitted.
  • the first switch 2 is connected to the terminal 14c, and one end of the cable 15 is connected to the terminal 14c.
  • the cable 15 passes through the power receiving coil housing 17 and is drawn out of the power receiving coil housing 17. That is, at least a part of the cable 15 is disposed outside the power receiving coil housing 17.
  • the shape of the power receiving coil L2 of the power receiving circuit 6 is not limited to the example shown in FIG. 4A.
  • it can be set as the structure which does not provide the core 13 in the core of the receiving coil L2.
  • 4A is a solenoid type, but the power receiving coil L2 may be, for example, a circle type or any other type.
  • FIG. 5 is a plan view showing an example of the structure inside the battery housing in which the battery control unit 91 and the cells of the battery 96 are accommodated.
  • the power receiving circuit 6 in FIG. 5 corresponds to the power receiving circuit 6 in FIG. 4A.
  • the battery casing 19 of the battery unit 9 is indicated by a broken line, and an arrangement example of each member in the battery casing 19 is shown through the battery casing 19.
  • a battery control board 18 on which a battery control unit 91 is formed is disposed in the battery casing 19.
  • the battery control board 18 is connected to the cell of the battery 96.
  • the battery control board 18 is mounted with a processor IC, a charge switch SWc, and a discharge switch SWd that constitute the control unit 7 shown in FIG.
  • the control unit 7 is an example of a second switch control circuit.
  • illustration of circuit elements and wiring patterns other than the charge switch SWc in the battery control board 18 is omitted.
  • At least a part of the cable 15 that electrically connects the cell of the battery 96 and the power receiving coil L ⁇ b> 2 is disposed outside the battery housing 19.
  • a charge switch SWc which is an example of a second switch, is provided in the battery housing 19.
  • the cable 15 drawn from the power receiving coil housing 17 of the power receiving circuit 6 is inserted into the battery housing 19 of the battery control unit 91 and is connected to the terminal of the battery control board 18 of the battery control unit 91. 21.
  • the transmission path in the section K2 between the first switch 2 and the charging switch SWc is longer than the transmission path in the section K1 between the power receiving coil L2 and the first switch 2. This is an example of the case where the length of the transmission path between the cell of the battery 96 and the first switch 2 is longer than the length of the transmission path between the power receiving coil L2 of the power receiving circuit 6 and the first switch 2.
  • the first switch 2 is provided on the power receiving circuit board 16 on which the power receiving circuit 6 is provided, and the power receiving circuit board 16 is accommodated in the power receiving coil casing 17, thereby increasing the voltage in the no-load state. It can be prevented from being generated outside the body 17.
  • the cable 15 outside the power receiving coil housing 17 does not increase in voltage when the power receiving circuit 6 is in a no-load state.
  • the withstand voltage of the device connected to the subsequent stage of the power receiving circuit 6 does not need to be increased to a level that can withstand the rise of the voltage in the no-load state. Further, the restriction on the length of the cable 15 is eased.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • other circuit elements may be added to the power transmission circuit 3 and the power reception circuit 6.
  • the vehicle 100 may include a communication device that performs wireless communication with a power transmission side device including the power transmission circuit 3.
  • the configuration of the first switch 2 and the first switch control circuit 21 is not limited to the example shown in FIG.
  • the first switch 2 is provided between the rectifier circuit 62 and the battery control unit 91, but the first switch 2 may be provided between the rectifier circuit 62 and the resonance circuit 61.
  • the rectifier circuit 62 is configured as a part of the battery control unit 91 instead of the power receiving circuit 6, the first switch 2 is provided between the rectifier circuit 62 and the resonance circuit 61.
  • the configuration of the first switch control circuit 21 is not limited to the configuration having the signal generation circuit 22 and the reference voltage generation circuit 23 as described above.
  • the first switch control circuit 21 may be configured by a computer such as a microcomputer.
  • the charge control circuit of the battery control unit 91 is not limited to the configuration having the charge switch SWc.
  • the first switch 2 and the charge switch SWc may be formed of an electromagnetic switch instead of a semiconductor element such as an FET or other transistor.
  • the configuration of the resonance circuits 38 and 61 is not limited to the above embodiment.
  • the resonance circuits 38 and 61 include an inductor and a capacitor connected in series with each other.
  • at least one of the resonance circuits 38 and 61 includes an inductor and a capacitor connected in parallel with each other. There may be.
  • the form of the no-load state is not limited to the above form.
  • a load for example, a battery
  • a battery temperature abnormality is detected when the battery fails. Examples include a case where the battery and the power receiving circuit are interrupted, a case where the wiring between the power receiving circuit and the load is disconnected, and the like.
  • the vehicle that is the subject of the present invention is not limited to a bicycle, and may be, for example, a motorcycle, an automatic tricycle, or other straddle-type vehicles. Further, the present invention is not limited to the saddle riding type vehicle, and four-wheeled vehicles and other vehicles are also objects of the present invention.
  • Switch 3 Power transmission circuit 6
  • Power reception circuit 15 Cable 16 Board 17
  • Case 21 Switch control circuit 91
  • Battery control part 96 Battery L1, L2 Coil

Abstract

車両100は、送電コイルL1からワイヤレスで電力を受電する受電コイルL2と、受電コイルL2と電池96のセルとをケーブル15を介して電気的に接続する伝送経路部と、伝送経路部に設けられる第1スイッチ2と、第1スイッチ2を制御する第1スイッチ制御回路21とを、備える。第1スイッチ2は、受電コイルL2と電池96のセル間の伝送経路において、電池96のセルより受電コイルL2に近い位置に設けられ、且つ、受電コイルL2と電池96のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、第1スイッチ制御回路21によって、受電コイルL2と前記電池のセルとの導通をオフするように制御される。

Description

車両
 本発明は、車両において、ワイヤレスで供給される電力を用いて電池を充電する技術に関する。
 近年、ワイヤレスで電力を供給するワイヤレス給電システムが開発されている。ワイヤレス給電システムでは、互いに離れて配置された送電側のコイルと受電側のコイルの間で、電力が送られる。このようなワイヤレス給電システムは、車両に搭載される電池の充電システムとして用いることができる。
 例えば、特開2012-34487(下記特許文献1)に記載の自転車は、モータに電力を供給するバッテリーユニットを備える。バッテリーユニットは、着脱可能となっている。ユーザは、取り外したバッテリーユニットに対し、所定のアダプターを用いて充電することができる。また、自転車の前かごには、受電用のコイルが配置される。この受電用のコイルと、送電側のコイルとの磁気共鳴を利用して電力伝送が行われる。送電された電力は、バッテリーユニット内の充電池に蓄電される。
特開2012-34487号公報
 ワイヤレスで受電した電力を用いて電池を充電するシステムを車両に搭載する場合、受電用のコイルの配置位置は、送電側のコイルの構成によって制約される。また、受電用のコイルと電池との間の電力の伝送線路は、絶縁性を確保する必要がある。そのため、伝送線路は短くすることが好ましい。伝送線路を短くすると、受電用のコイルと電池の配置が制約を受ける場合がある。このように、車両における充電システムのレイアウトには様々な制約がある。
 そこで、本願は、ワイヤレスで供給される電力を用いて車両に搭載された電池を充電する車両において、車両における充電システムのレイアウトの設計自由度を高めることができる構成を開示する。
課題を解決するための手段及び発明の効果
 従来、送電回路からワイヤレスで受電する受電回路と、受電した電力によって充電される電池とを備える車両が提案されている。このような車両においては、例えば、上記特開2012-34487号公報に記載の車両のように、電池が着脱可能である場合がある。また、車両には、電池の状態を監視し、電池の充電及び放電を制御する電池制御部が設けられる場合がある。電池が満充電になった場合又は異常状態になった場合は、電池制御部は、充電経路を遮断する。
 例えば、受電回路が受電した電力を電池に充電している時に、電池への充電経路が遮断または電池がはずされた場合、受電回路は、無負荷状態となる。受電回路が無負荷状態になると、コイルで発生した電力の行き場がなくなり、受電回路の電圧が急に上昇することが発明者によって見出された。受電回路の電圧が上昇すると、受電回路と電池制御部との間に高い電圧が印加される。高い電圧が印加される部分は、絶縁を強化する必要がある。さらに、受電コイルと電池のセルの間の伝送経路に高い電圧が印加される可能性がある。これにより、伝送経路の長さ及び伝送経路が配置される場所に制約が生じる。その結果、受電用コイルや電池等の車両に搭載される機器の配置が制約を受ける場合があることがわかった。すなわち、車両の充電システムのレイアウトの設計自由度が低くなることがわかった。
 そこで、発明者は、受電回路が無負荷状態になって電圧が上昇しようとした際に伝送経路に高い電圧が現れないようする構成を検討した。まず、発明者は、送電回路と受電回路の間で無線通信を行うことによりこの問題を解決することを検討した。すなわち、電池が満充電又は、電池が取り外された場合等に、無線通信により送電回路に送電を停止するよう指示する構成を検討した。しかし、この構成では、受電側の無負荷状態が検出されてから無線通信により送電側に指示が伝達されるまでのタイムラグが生じる。その間に、受電回路の電圧が上昇し所定値を越える場合があることがわかった。特に、電波状態が悪い場合は無線通信に時間がかかり、送電を停止する前に、受電回路の電圧が上昇して所定値を越えやすいことがわかった。
 そこで、発明者は、受電回路が無負荷状態になっても、受電回路と電池の間の伝送線路の電圧の上昇を抑制する構成を検討した。検討において、無負荷状態となるときは、伝送線路において電池に近い位置が電気的に切断されることに着目した。これを利用して、無負荷状態となったときに伝送線路において電池とは反対側の受電回路に近い位置を電気的に切断することを思いついた。これにより、伝送線路において、電池に近い切断位置と、受電回路に近い切断位置との間の電圧の上昇を抑制できる。
 さらに発明者が検討した結果、電池と受電コイルとの間の電圧が上昇した時に、伝送線路において電池より受電コイルに近い位置の導通を切断する構成に想到した。これにより、電池の近い位置の切断の如何に関わらず、電池と受電コイルとの間の伝送線路において電圧が上昇する範囲を制限することができる。伝送線路の電圧の上昇する範囲を制限することで、配線の絶縁を強化するべき範囲が小さくなる。また、伝送線路の長さや配置される位置が制約されにくくなる。そのため、受電用コイル及び電池等の機器の配置の制約が少なくなる。その結果、車両における充電システムのレイアウトの設計自由度を高くできる。この知見に基づいて、発明者は、下記の実施形態に想到した。
 (構成1)
 本発明の実施形態の構成1における車両は、送電回路から非接触で電力を受電するコイルを含む受電回路と、前記受電回路とケーブルで接続され、前記ケーブルを介して前記受電回路から供給される電力による電池の充電を制御する電池制御部と、前記受電回路と前記電池制御部との間の導通をオン/オフするスイッチと、前記受電回路から前記電池制御部へ出力される電圧が閾値を超える場合に、前記スイッチを制御して前記受電回路と前記電池制御部との導通を遮断するスイッチ制御回路とを備える。前記受電回路のコイルとスイッチ間の伝送経路の長さより、前記電池制御部とスイッチ間の伝送経路の長さの方が長い(構成1)。
 言い換えれば、上記構成1の車両は、送電コイルからワイヤレスで電力を受電する受電コイルと、前記受電コイルと電池のセルとをケーブルを介して電気的に接続する伝送経路部と、前記伝送経路部に設けられ、前記受電コイルと前記電池のセルとの間の導通をオン/オフする第1スイッチと、前記第1スイッチを制御して前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオン/オフする第1スイッチ制御回路とを、備える。前記第1スイッチは、前記受電コイルと前記電池のセル間の伝送経路において、前記電池のセルより前記受電コイルに近い位置に設けられ、且つ、前記受電コイルと前記電池のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、前記第1スイッチ制御回路によって、前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオフするように制御される。
 上記構成1によれば、受電回路と電池制御部は、ケーブルによって接続される。また、受電コイルと電池のセルは、ケーブルを介して電気的に接続される。そのため、受電コイルと電池のセルを互いに離れた位置に配置できる。これにより、レイアウトの自由度が高くなる。さらに、第1スイッチは、ケーブルで接続される受電回路と電池制御部との間の伝送経路において、電池制御部よりも受電回路のコイルに近い位置に配置される。また、第1スイッチは、受電コイルと電池のセル間の伝送経路において、電池のセルより受電コイルに近い位置に設けられる。また、スイッチ制御回路は、受電コイルから電池のセルの間に印加される電圧が閾値を超える場合に、受電コイルと電池のセルとの間の導通を遮断するようスイッチを制御する。これにより、受電回路が無負荷状態になり電圧が上昇すると、受電コイルと電池のセルとの導通が第1スイッチによって遮断される。第1スイッチと電池のセルとの間の電圧は昇圧されない。受電コイルと電池のセルとの伝送線路において電圧が上昇する範囲は、受電コイルと第1スイッチの間の範囲に限られる。そのため、例えば、受電回路が無負荷状態になった場合に受電コイルから電池のセルまでの伝送線路において、昇圧される範囲が小さくなる。これにより、伝送線路において絶縁を強化すべき範囲が少なくなる。また、伝送線路の長さや配置する場所の制約が少なくなる。そのため、受電用コイル及び電池等の車両に搭載する機器の配置の制約が少なくなる。その結果、車両における充電システムのレイアウトの自由度が高くなる。
 (構成2)
 上記第1の構成において、前記車両は、前記受電回路を収容する筐体をさらに備えることができる。すなわち、前記車両は、前記受電コイルを収容する受電コイル筐体をさらに備えてもよい。この場合、前記受電回路に接続された前記ケーブルは、前記筐体の外に引き出され、前記第1スイッチは、前記受電回路を収容する筐体内に設けられる構成とすることができる。すなわち、前記受電コイルと前記電池のセルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記受電コイル筐体の外に配置され、前記第1スイッチは、前記受電コイル筐体内に設けられる構成とすることができる(構成2)。これにより、無負荷状態における電圧の上昇が筐体外で発生するのを抑えることができる。そのため、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成3)
 上記構成2において、前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイル筐体内に設けられてもよい(構成3)。これにより、レイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成4)
 上記構成1~3のいずれかにおいて、前記第1スイッチは、前記受電回路が設けられる基板に設けることができる。すなわち、前記第1スイッチは、前記受電コイルが電気的に接続される基板に設けられてもよい(構成4)。受電回路すなわち受電コイルと第1スイッチを同じ基板に設けることで、無負荷状態における電圧の上昇が基板の外で発生するのを抑えることができる。そのため、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成5)
 上記構成1~4のいずれかにおいて、前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイルが電気的に接続される基板に設けられてもよい(構成5)。これにより、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成6)
 上記構成1~5のいずれかにおいて、前記車両は、前記受電コイルで発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含んでもよい。この場合、前記第1スイッチは、前記整流回路と、前記電池のセルとの間に設けられる(構成6)。これにより、整流回路で変換された直流電圧が印加される範囲を、整流回路と第1スイッチの間に限定することができる。そのため、伝送線路において、無負荷状態の時に直流電圧が上昇する部分を効果的に抑えることができる。そのため、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成7)
 上記構成1~6のいずれかにおいて、前記車両は、前記伝送経路部に設けられ、前記受電コイルと前記電池のセルとの間の導通をオン/オフする第2スイッチを備えてもよい。前記第2スイッチは、前記受電コイルと前記電池のセル間の伝送経路において、前記受電コイル及び前記第1スイッチより前記電池のセルに近い位置に設けられてもよい。この場合、前記第2スイッチにより前記受電コイルと前記電池のセルとの間の導通をオフされることによって前記受電コイルと前記電池のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオフするように、前記第1スイッチを制御する(構成7)。
 構成7においては、第2スイッチが受電コイルと電池のセルの間の導通をオフにして、受電コイルが無負荷状態となると、前記受電コイルと第2スイッチとの間の電圧が上昇する。この電圧が上昇して閾値を越えると、第1スイッチ制御回路が、受電コイルと第2スイッチの間にある第1スイッチをオフにする。これにより、第1スイッチと第2スイッチの間の電圧は上昇しなくなる。すなわち、電池と受電コイルとの間の伝送線路の電圧の上昇が抑制される。そのため、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成8)
 上記構成7において、前記車両は、前記電池のセルを収容する電池筐体をさらに備えてもよい。この場合、前記電池のセルと前記受電コイルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記電池筐体の外に配置することができる。前記第2スイッチは、前記電池筐体内に設けることができる(構成8)。これにより、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成9)
 上記構成7において、前記車両は、前記電池のセルを収容する電池筐体をさらに備えてもよい。前記電池筐体は、前記車両に対して着脱可能とすることができる。前記電池のセルと前記受電コイルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記電池筐体の外に配置することができる。この場合、前記第2スイッチは、前記電池筐体が前記車両から取り外されたときに切り離される前記伝送線路部の接点とすることができる(構成9)。これにより、電池筐体が車両から取り外されることにより、受電コイルが無負荷状態になった場合の、受電コイルと電池のセルの間の伝送線路における電圧の上昇を抑えることができる。そのため、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成10)
 上記構成7~9のいずれかにおいて、前記車両は、前記第2スイッチを制御して前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオン/オフする第2スイッチ制御回路を、さらに備えてもよい(構成10)。これにより、第1スイッチは、第1スイッチ制御回路に制御され、第1スイッチより電池のセルに近い位置に設けられる第2スイッチは、第2スイッチ制御回路により制御される。これにより、第2スイッチ制御回路が第2スイッチを制御して受電コイルと電池のセルとの間の導通をオフにすることで、受電コイルが無負荷状態になった場合に、第1制御回路が第1スイッチをオフにすることで、受電コイルと電池のセルの間の伝送線路における電圧の上昇を抑えることができる。そのため、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成11)
 上記構成10において、前記車両は、前記電池のセルを収容する電池筐体をさらに備えてもよい。前記電池のセルと前記受電コイルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記電池筐体の外に配置することができる。前記第2スイッチは、前記電池筐体内に設けることができる(構成11)。これにより、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
 (構成12)
 上記構成1~10のいずれかにおいて、前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイルが受電した電力によって動作する構成とすることができる(構成12)。これにより、無負荷状態の検出及び第1スイッチ制御のために受電回路外部から電力を供給する構成が不要になる。そのため、受電回路が受電した電力によって第1スイッチを制御し、無負荷状態の電圧の上昇を抑えることができる。その結果、車両における充電システムのレイアウトの自由度がより高くなる。
図1は、本実施形態における車両の構成例を示す図である。 図2は、図1に示す車両の充電システムの構成例を示す機能ブロック図である。 図3は、送電回路、受電回路、スイッチ、スイッチ制御回路及び電池制御部の具体的な構成例を示す図である。 図4Aは、受電回路が収容される筐体内の構造の例を示す平面図である。 図4Bは、図4AにおけるB-B線における断面構造を示す断面図である。 図5は、電池制御部が収容される筐体内の構造の例を示す平面図である。 図6は、本実施形態における車両を説明するための図である。
 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による車両について説明する。本実施形態では、一例として、車両が電動補助自転車である場合について説明する。図中、同一又は相当部分には、同一符号を付して、その部材についての説明は繰り返さない。また、各図中の構成部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各構成部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
 図6は、本実施形態における車両を説明するための図である。図6において、車両100は、送電コイルL1からワイヤレスで電力を受電する受電コイルL2と、受電コイルL2と電池96のセルとをケーブル15を介して電気的に接続する伝送経路部と、伝送経路部に設けられ、受電コイルL2と電池96のセルとの間の導通をオン/オフする第1スイッチ2と、第1スイッチ2を制御して受電コイルL2と電池96のセルとの導通をオン/オフする第1スイッチ制御回路21とを、備える。第1スイッチ2は、受電コイルL2と電池96のセル間の伝送経路において、電池96のセルより受電コイルL2に近い位置に設けられ、且つ、受電コイルL2と電池96のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、第1スイッチ制御回路21によって、受電コイルL2と電池96のセルとの導通をオフするように制御される。
 例えば、受電コイルL2から電池96のセルへの充電経路が遮断されて、受電コイルL2を含む受電回路が無負荷状態になり伝送経路の電圧が上昇すると、受電コイルL2と電池96のセルとの導通が第1スイッチ2によって遮断される。第1スイッチ2と電池96のセルとの間の電圧は昇圧されない。受電コイルL2と電池96のセルとの伝送線路において電圧が上昇する範囲は、受電コイルL2と第1スイッチ2の間の範囲に限られる。そのため、受電コイルL2から電池96のセルまでの伝送線路において、昇圧される範囲が小さくなる。これにより、伝送線路において絶縁を強化すべき範囲が少なくなる。また、伝送線路の長さや配置する場所の制約が少なくなる。そのため、受電コイルL2及び電池96等の車両100に搭載する機器の配置の制約が少なくなる。その結果、車両100における充電システムのレイアウトの自由度が高くなる。
 [車両の構成例]
 図1は、本実施形態における車両の構成例を示す図である。図1に示す自転車100は、電池を含む電池ユニット9と、電池の電力によって動作する車両負荷を備える車両である。本例では、自転車100は、電動補助自転車である。自転車100は、車両負荷として、ペダル101の踏力をアシストするための動力装置(モータ)を含む駆動ユニット12を備える。
 自転車100は、外部の送電回路3からワイヤレスで電力の供給を受ける受電回路6を備える。受電回路6は、送電回路3の駆動による磁束の変化に伴って起電力を発生させる受電コイルを含む。受電回路6が受電した電力は、電池ユニット9の電池に供給される。これにより、電池が充電される。電池は少なくとも1つのセルを含む。すなわち、受電回路6が受電した電力を用いて電池を充電することができる。電池ユニット9と受電回路6は、ケーブル15によって接続され、互いに離れた位置に配置される。すなわち、電池のセルと受電回路6の受電コイルは、ケーブル15を介して電気的に接続される。電池ユニット9は、電池の充電を制御する電池制御部91を有する。
 図1に示す例では、電池ユニット9と受電回路6は、異なる筐体に収容される。自転車100は、受電回路6を収容する受電コイル筐体と、電池制御部91を収容する電池筐体とを有する。これらの受電コイル筐体及び電池筐体は、互いにケーブル15で接続され、互いに離れて配置される。具体的には、電池ユニット9の電池制御部91と、受電回路6は、異なる基板に設けられ、各基板は、それぞれ、別々の電池筐体筐体及び受電コイル筐体に収容される。受電回路6の受電コイルと、電池ユニット9の電池制御部91は、ケーブル15を介して接続される。
 送電回路3は、駐輪位置に設置された自転車100の受電回路6に対して、ワイヤレス(非接触)で電力を供給する。ワイヤレスの電力伝送方式は特定のものに限られないが、例えば、電磁誘導方式又は磁気共鳴方式を用いることができる。これらの方式では、送電回路3が備える送電コイルに交流電流を流すことで、受電回路6の受電コイルに交流電流を発生させる。図1に示す例では、送電回路3は、駐輪場の給電スタンド11に設けられる。駐輪位置に自転車が設置された状態で、送電回路3の送電コイルと受電回路6の受電コイルが互いに対向する位置に配置される。送電回路3及び受電回路6の具体的な構成例は、後述する。
 [充電システムの構成例]
 図2は、図1に示す自転車100におけるワイヤレス充電システムの構成例を示す機能ブロック図である。図2では、自転車100における受電回路6、電池制御部91及び駆動ユニット12と、自転車100の外部の送電回路3の構成を示している。
 送電回路3は、一次側の共振回路38及びこの共振回路38を駆動するための駆動回路31を含む。共振回路38は、キャパシタC1及び送電コイルL1を有する。共振回路38を駆動することで、送電コイルL1に交流電流が流れる。電力を供給する際、送電コイルL1は、自転車100の受電コイルL2の近くに配置される。送電回路3の送電コイルL1に交流電流を流すと、磁束が変化し、電磁誘導により、受電回路6の受電コイルL2にも交流電流が流れる。これにより、ワイヤレスで電力が伝送される。
 受電回路6は、二次側の共振回路61と整流回路62とを有する。共振回路61は、受電コイルL2とキャパシタC2を含む。共振回路61は、送電回路3の共振回路38の交流電流による電磁誘導によって交流電流を発生する。整流回路62は、共振回路61で発生する交流電流を整流、濾波して電池制御部91へ出力する。すなわち、整流回路62は、受電した交流電力を直流電力に変換する。整流回路62から出力される直流電力は、電池制御部91を介して電池96に充電される。
 受電回路6は、二次側の共振回路61を含み、共振回路61で発生する電力を電池96へ供給する。受電回路6は、電池制御部91を介して電池96に接続される。この場合、電池96は、受電回路6が受電した電力すなわち共振回路61で発生する電力を消費する負荷となる。そのため、受電回路6の受電コイルL2が、受電中に、電池96と遮断されると、共振回路61で発生する電力を消費する負荷が接続されない状態となる。このように、共振回路61で発生した電力を出力するための出力端子に負荷が接続されていない状態が、受電回路6すなわち受電コイルL2の無負荷状態となる。
 受電回路6と電池制御部91との間には、第1スイッチ2が設けられる。第1スイッチ2は、受電回路6と電池制御部91との間の導通をオン/オフする。また、自転車100には、第1スイッチ2を制御する第1スイッチ制御回路21が設けられる。第1スイッチ制御回路21は、受電回路6から電池制御部91へ出力される電圧に応じて、第1スイッチ2のオン/オフを制御する。第1スイッチ制御回路21は、受電回路6から電池制御部91へ出力される電圧を検出する検出部を備えることができる。
 第1スイッチ制御回路21は、受電回路6から電池制御部91へ出力される電圧が閾値を超える場合に、受電回路6と電池制御部91との導通を遮断するよう第1スイッチ2を制御する。閾値は、例えば、無負荷状態で上昇した受電回路6の電圧のレベルに設定することができる。このように、第1スイッチ制御回路21は、受電回路6の電圧に基づいて第1スイッチ2のオン/オフを制御することで、受電回路6が無負荷状態になって昇圧した際に、受電回路6を、電池制御部91及び電池96と電気的に切り離すことができる。
 第1スイッチ2は、電池制御部91よりも、受電回路6に近い位置に設けられる。すなわち、受電回路6の受電コイルL2と第1スイッチ2間の伝送経路の長さより、電池制御部91と第1スイッチ2間の伝送経路の長さの方が長い。これにより、受電回路6の電圧が上昇して、第1スイッチ2がオフになったときに上昇した受電回路6の直流電圧が印加される部分を小さくすることができる。一例として、第1スイッチ2は、受電回路6とケーブル15の間に設けることができる。すなわち、第1スイッチ2は、受電コイルと電池のセル間の伝送経路において、電池のセルより受電コイルに近い位置に設けられる。第1スイッチ制御回路21は、受電コイルと電池のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、第1スイッチを制御しすることにより、受電コイルと電池のセルとの導通をオフする。
 電池制御部91は、ケーブル15を介して受電回路6から供給される電力を、電池へ供給するか否かを制御する。そのため、電池制御部91は、例えば、ケーブル15と電池96との間の導通/遮断を制御する第2スイッチ(図2では図示せず)を備えることができる。
 電池制御部91は、充電制御の他、電池96の状態の監視を行うこともできる。電池制御部91は、電池96の状態及び/又は外部からの制御に従って、電池96への充電の可否を制御する。例えば、電池制御部91は、電池96の異常又は満充電を検出すると、電池制御部91内の充電スイッチを制御することにより、受電回路6と電池96の間を遮断する。これにより、電池96が満充電の時は、充電できないようにすることができる。充電スイッチは、第2スイッチの一例である。電池制御部91は、例えば、バッテリマネジメントコントローラ(以下、BMCと称する)で構成することができる。なお、BMCは、BMU(Battery Management Unit)又はBMS(Battery Management System)と称されることもある。
 電池96は、電池制御部91を介して、車両負荷である駆動ユニット12に接続される。電池制御部91は、電池96から駆動ユニット12への放電も制御することができる。例えば、電池制御部91は、電池96の状態及び/又は外部からの制御に従って、電池96の放電の可否を制御(放電制御)する。図示しないが、自転車100は、電池制御部91及び駆動ユニット12の動作を制御する制御部をさらに備えてもよい。
 図3は、送電回路3、受電回路6、第1スイッチ2、第1スイッチ制御回路21及び電池制御部91の具体的な構成例を示す図である。以下、送電回路3、受電回路6、第1スイッチ2、第1スイッチ制御回路21及び電池制御部91について説明する。
 <送電回路の構成例>
 図3に示す例では、送電回路3は、直流電源ユニット30(直流電源)及び制御部4に接続される。送電回路3は、直流電源ユニット30から直流電力の供給を受ける。送電回路3の動作は、制御部4によって制御される。送電回路3は、駆動回路であるインバータ31及び共振回路38を含む。インバータ31は、直流電源ユニット30からの直流電流を交流に変換して共振回路38に供給する。
 直流電源ユニット30は、交流の電源33から直流電源を作り出す直流安定化電源である。直流電源ユニット30には、出力電圧が一定になるよう制御された定電圧電源(例えば、市販のACアダプター)を用いることができる。
 インバータ31は、共振回路38へ入力する電流の向き及びそのタイミングを制御するための2組のスイッチング素子対(S1とS2,S3とS4)を有する。各スイッチング素子対は、直列に接続されたスイッチング素子を含む。各スイッチング素子対は、直流電源ユニット30の正極端子と負極端子の間に接続される。2組のスイッチング素子対のうち一方のスイッチング素子対S1、S2の間のノードが、共振回路38の一方端へ接続される。他方のスイッチング素子対S3、S4の間のノードが、共振回路38の他方端へ接続される。共振回路38の一方端と他方端の間に、送電コイルL1及びキャパシタC1が直列に接続される。
 インバータ31の動作は、スイッチング素子S1~S4それぞれのゲートG1~G4へ入力される駆動信号により制御される。駆動信号は、制御部4から供給される。制御部4は、駆動信号として、PWM信号をスイッチング素子S1~S4へ供給する。
 送電回路3は、直流電源ユニット30からの直流電圧を検出するための直流電圧検出部35、直流電流を検出する直流電流センサ36、送電コイル(L1)の電圧及び電流を検出するためのコイル電圧電流検出部37、及び、送電コイル(L1)の温度を検出する温度センサ34を備える。コイル電圧電流検出部37は、送電コイル(L1)の電圧を検出する電圧センサと、送電コイル(L1)の電流を検出する電流センサを含むことができる。これらにより、送電回路3における、直流電圧、直流電流、送電コイルL1の電圧及び電圧、並びに送電コイルL1の温度が、制御部4へ取り込まれる。
 制御部4は、上記の送電回路3における直流電圧、直流電流、送電コイル(L1)の電圧及び電流、並びに送電コイル(L1)の温度のうち少なくとも1つに基づいて、インバータ31を制御することができる。
 <受電回路の構成例>
 受電回路6の共振回路61は、互いに直列に接続された受電コイルL2と、キャパシタC2を含む。整流回路62は、ダイオードD1、D2、D3、D4と、キャパシタCapを有する。一対のダイオードD1、D2は、共振回路61の一方端の両側に同じ向きで接続される。他の一対のダイオードD3、D4は、共振回路61の他方端の両側に同じ向きで接続される。キャパシタCapは、ダイオードD1、D2及びダイオードD3、D4と並列に接続される。共振回路61の一方端と他方端との間に、受電コイルL2とキャパシタC2が直列に接続される。
 整流回路62と電池制御部91との間に、逆電圧防止ダイオードDsが設けられる。逆電圧防止ダイオードDsと整流回路62の間には、受電電圧の検出部63が設けられる。逆電圧防止ダイオードDsにより、電池96からの電流が整流回路62側に流れないので、検出部63では、共振回路61の受電に起因する直流電圧(受電電圧Vj)が検出される。これにより、検出部63では、受電回路6から電池制御部91へ出力される電圧が検出される。
 図3に示す例では、第1スイッチ2とケーブル15の間に逆電圧防止ダイオードDsが設けられる。これにより、例えば、第1スイッチ2の故障により、第1スイッチ制御回路21とケーブル15との間が短絡した場合に、第1スイッチ制御回路21に電池96の電圧が印加されるのが防止される、これにより、第1スイッチ制御回路21の故障を防ぐことができる。なお、逆電圧防止ダイオードDsの配置は、図3に示す例に限られない。例えば、第1スイッチ2と検出部63の間に、逆電圧防止ダイオードDsを設けてもよい。
 <スイッチ及びスイッチ制御回路の構成例>
 受電回路6は、整流回路62と電池制御部91との間に、第1スイッチ2を備える。すなわち、第1スイッチ2は、整流回路62と、電池96のセルとの間に設けられる。図3に示す例では、第1スイッチ2は、電界効果トランジスタ(FET)等のトランジスタで形成される。第1スイッチ2を構成するトランジスタのソース及びドレインが、受電回路6すなわち受電コイルL2と電池制御部91すなわち電池96のセルにそれぞれ接続される。第1スイッチ2を構成するトランジスタのゲートは、第1スイッチ制御回路21に接続される。ゲートに入力される信号により、第1スイッチ2のオン/オフが制御される。
 第1スイッチ制御回路21は、信号生成回路22及び参照電圧生成回路23を含む。参照電圧生成回路23は、予め決められた定電圧を生成し、参照電圧Vsとして信号生成回路22へ供給する。すなわち、参照電圧生成回路23は、第1スイッチ2制御の判断の閾値となる電圧を生成する。参照電圧生成回路23は、受電回路6から出力される電圧を用いて、上記定電圧を生成することができる。
 信号生成回路22は、参照電圧生成回路23から供給される参照電圧Vsと、検出部63で検出される受電回路6の受電電圧Vjとの比較結果に応じた信号を、第1スイッチ2を構成するトランジスタのゲートに供給する。受電電圧Vjが参照電圧Vsを越えない場合(Vj<Vs又はVj=Vs)、信号生成回路22は、第1スイッチ2をオンにする信号を第1スイッチ2のゲートに供給する。受電電圧Vjが参照電圧Vsより大きい場合(Vj>Vs)、信号生成回路22は、第1スイッチ2をオフにする信号を第1スイッチ2のゲートに供給する。この構成により、検出部63で検出される受電回路6の受電電圧Vjが、参照電圧Vsを越える場合に、受電回路6と電池制御部91との接続、すなわち、受電コイルL2と電池96のセルとの接続を遮断することができる。
 <電池制御部の構成例>
 電池制御部91は、電池96の状態を監視し、電池96の充放電を制御する。電池制御部91は、制御部7を含む。制御部7は、例えば、CPU等のプロセッサで構成される。また、電池制御部91は、電池96への充電を許可又は禁止するための充電スイッチSWc、電池96から車両負荷への放電を許可又は禁止するための放電スイッチSWdを有する。さらに、電池制御部91は、電池の充放電電流を検出する電流センサ95、電池96の電圧を検出する電池電圧検出回路94、電池の温度を検出する温度センサ93を有する。電池96は、例えば、複数のリチウムイオン蓄電池のセルを含む。電池電圧検出回路94は、セルごとの電圧と、セル全体の電圧(総合セル電圧)とを検出する。
 電池96の電流、電池96の電圧、及び電池96の温度は、制御部7へ取り込まれる。また、制御部7は、充電スイッチSWc及び放電スイッチSWdのオン/オフを制御する信号を供給する。制御部7は、受電電圧、電池96の電流、電池96の電圧、及び電池96の温度に基づいて、充電の禁止又は許可、及び、放電の禁止又は許可を制御することができる。なお、制御部7のCPUとは別に、充放電の制御を行う制御ICを電池制御部91に設けてもよい。
 充電スイッチSWcは、ケーブル15と電池96との間に設けられる。充電スイッチSWcは、受電回路6と電池96との間の接続/遮断を制御する。すなわち、受電回路6からケーブル15を介して供給される電力を電池96へ供給するか否かは、充電スイッチSWcのオン/オフにより決められる。
 また、充電スイッチSWcは、第1スイッチ2と電池96のセルとの間に設けられる。言い換えれば、第1スイッチ2は、充電スイッチSWcと受電回路6の間に設けられる。図3に示す構成においては、第1スイッチ2と電池制御部91との伝送経路の長さは、第1スイッチ2と充電スイッチSWc間の伝送経路の長さとすることができる。言い換えれば、受電コイルL2と充電スイッチSWcとの間の伝送経路に第1スイッチ2が設けられる。第1スイッチ2と充電スイッチSWcの間の伝送経路の長さは、第1スイッチ2と受電コイルL2の間の伝送経路の長さより長い。言い換えれば、第1スイッチ2は、充電スイッチSWcよりも受電コイルL2に近い位置に配置される。これにより、伝送経路において、無負荷状態により上昇した受電電圧が印加される範囲を小さくすることができる。
 このように、充電スイッチSWcは、受電コイルと電池のセル間の伝送経路において、第1スイッチより電池のセルに近い位置に設けられる第2スイッチの一例である。充電スイッチSWcのオン/オフを制御する制御部7には、第2スイッチを制御して受電コイルと電池のセルとの導通をオン/オフする第2スイッチ制御回路が含まれる。
 なお、図3では図示を省略しているが、一例として、充電スイッチSWcにpチャネルのMOSFETを用いる場合、充電スイッチSWcを2つのFETで構成することができる。この場合、2つのFETの一方のドレインに、他方のFETのソースが接続される。すなわち、2つのFETは互いに逆向きに接続される。これにより、ケーブル15から電池96への電流、及び電池96からケーブル15への電流の遮断及び導通を、充電スイッチSWcで制御することができる。放電スイッチSWdも、同様に、互いに逆向きに接続された2つのpチャネルFETで構成することができる。これにより、車両負荷から電池96への電流、及び電池96から車両負荷への電流の遮断及び導通を、充電スイッチSWdで制御することができる。
 [動作例]
 送電回路3のインバータ31により共振回路38が駆動されると、受電回路6の共振回路61に交流電圧が発生する。この交流電圧は、整流回路62によって直流電圧に変換される。第1スイッチ2及び充電スイッチSWcがいずれもオンであれば、整流回路62から出力される直流電圧は、電池96に印加される。これにより、電池96が充電される。すなわち、受電回路6で受電した電力が、電池96で消費される。
 受電回路6が受電している時に、電池96が満充電になると、電池制御部91の制御部7は、充電スイッチSWcをオフにして、電池96と受電回路6とを遮断する。充電スイッチSWcがオフになると、受電回路6の共振回路61で発生した電力を消費する負荷がなくなる。受電回路6は、無負荷状態となる。無負荷状態で受電が続くと、整流回路62から出力される直流電圧は、上昇する。直流電圧が上昇して、検出部63で検出される受電電圧Vjが参照電圧Vsを越えると、第1スイッチ制御回路21は、第1スイッチ2をオフにする。第1スイッチ2がオフになるので、直流電圧が印加される区間は、整流回路62と第1スイッチ2との間となる。第1スイッチ2よりも、電池96のセルに近い線路及び回路素子には、上昇した直流電圧が印加されない。
 上記動作において、無負荷状態のときは、直流電圧が印加される範囲が第1スイッチ2と受電コイルL2との間に限定される。そのため、第1スイッチ2よりも電池96のセルに近い線路及び回路素子における電圧の上昇が抑制される。そのため、受電コイルL2と電池96のセルの間の伝送線路の長さの制約等が緩和される。その結果、レイアウトの自由度が高くなる。
 上述のように、図3に示す構成では、電池制御部91において、第2スイッチの一例である充電スイッチSWcを含む充電遮断回路が設けられる。この充電遮断回路は、電池96が満充電になると、受電回路6の受電が停止する前に、受電回路6と電池96との間を強制的に遮断する。これにより、電池96の過充電を阻止することができる。このような充電遮断回路は、電池96の近くに配置される。そのため、受電回路6と電池制御部91とが離れた位置に配置される場合、受電回路6と充電遮断回路との間の伝送線路が長くなる。
 このような構成において、送電回路3から受電回路6への送電を停止する前に電池制御部91の充電スイッチSWcをオフにして、電池96を受電回路6から切り離すと、受電回路6には、電気エネルギーが蓄積され続ける。その結果、受電回路6の電圧は上昇する。この時、第1スイッチ2がオフになることで、受電回路6から電池96の近くの充電遮断回路までの間の長い線路の全体に昇圧電位が発生するのを防ぐことができる。この例では、第2スイッチの一例である充電スイッチSWcにより受電コイルL2と電池96のセルとの間の導通をオフされることによって、受電コイルL2と電池96のセルと間に印加される電圧が上昇する。この上昇した電圧が閾値を超えた場合に、受電コイルL2と電池96のセルとの導通をオフするように、第1スイッチ制御回路21によって制御される。
 また、電池ユニット9が着脱可能である場合、受電回路6の受電中に電池ユニット9が取り外される可能性がある。電池ユニット9が取り外されると、自転車100の電池ユニット9との接続端子が露出する。この時、第1スイッチ2がオフになることで、露出した接続端子に昇圧された高電位が発生するのを防ぐことができる。すなわち、ワイヤレスで充電中に、電池96が取り外された場合に、露出した端子に過大な電圧が発生するのを防ぐことができる。電池ユニット9は、電池のセルを収容する電池筐体を含む。電池ユニット9が着脱可能な構成は、電池筐体が車両に対して着脱可能な構成である。このように、電池筐体が車両に対して着脱可能である場合、電池筐体が前記車両から取り外されたときに、受電コイルL2と電池96のセルとの間の伝送線路部において、電池筐体内の伝送線路と電池筐体外の伝送線路とを接続する接点が切り離される。この接点は、第2スイッチの一例である。この場合、この電池筐体内の伝送線路と電池筐体外の伝送線路との接点、及び、上記充電スイッチSWcの双方が、第2スイッチとなる。
 上記構成では、整流回路62と電池制御部91との間に第1スイッチ2が設けられる。そのため、無負荷状態の時に、整流回路62によって変換された直流の過電圧が印加される部分を小さくすることができる。
 また、上記構成では、第1スイッチ制御回路21は、受電回路6すなわち受電コイルL2が受電した電力によって動作する。そのため、例えば、電池96等、外部の電源によって第1スイッチ制御回路21を動作される場合に比べて、動作安定性が高くなる。また、第1スイッチ制御回路21の構成を簡単にすることができる。なお、図3において、信号生成回路22も、参照電圧生成回路23と同様に、受電回路6から出力される電圧を電源とすることができる。このように、受電回路6が受電した電力によって第1スイッチ2を制御する構成により、車載の電池96(受電回路6の外部)から第1スイッチ制御回路21への電力供給が不要になる。そのため、簡単な構成で、過電圧の広がりを抑えることができる。
 また、上記構成では、充電スイッチSWcに加えて、さらに第1スイッチ2が設けられる。そのため、電池制御部91の機能欠陥によって充電スイッチSWcが作動しない場合であっても、電池の過充電を第1スイッチ2によって阻止することができる。すなわち、第1スイッチ2及び第1スイッチ制御回路21は、電池96の過充電保護の機能も有する。
 [受電回路の収容形態の例]
 本実施形態では、上述のように、受電回路6と電池制御部91は、それぞれ、個別に筐体に収容される。すなわち、受電コイルL1は、受電コイル筐体に収容され、電池96のセルは、電池筐体に収容される。受電回路6は、受電コイル筐体内に配置された受電回路基板に形成される。受電回路基板にはケーブル15が接続される。このケーブル15は、受電回路6を収容する受電コイル筐体の外に引き出される。
 図4Aは、受電回路6が収容される受電コイル筐体内の構造の例を示す平面図である。図4Bは、図4AにおけるB-B線における断面構造を示す断面図である。図4Aでは、受電コイル筐体17を破線で示し、受電コイル筐体17を透視して受電コイル筐体17内の各部材の配置例を示している。
 図4Aに示す例では、受電コイル筐体17内に、受電回路6が形成される受電回路基板16が配置される。受電回路6の受電コイルL2は、コア13に巻き付けられた導線で形成される。受電コイルL2から引き出された導線の両端は、受電回路基板16の端子14a、14bに接続される。受電回路基板16は、受電コイルL2が電気的に接続される基板であって、受電コイルL2に最も近い基板である。受電回路基板16には、受電回路6、第1スイッチ制御回路21の回路素子、及び第1スイッチ2が搭載される。図4Aにおいて、受電回路基板16における第1スイッチ2以外の回路素子及び配線パターンの図示は省略する。第1スイッチ2は、端子14cに接続され、端子14cには、ケーブル15の一端が接続される。図4Bに示すように、ケーブル15は、受電コイル筐体17を貫通し、受電コイル筐体17の外へ引き出される。すなわち、ケーブル15の少なくとも一部は、受電コイル筐体17の外に配置される。
 なお、受電回路6の受電コイルL2の形状は、図4Aに示す例に限られない。例えば、受電コイルL2の芯にコア13を設けない構成とすることができる。また、図4Aに示す受電コイルL2は、ソレノイド型であるが、受電コイルL2は、例えば、サークル型その他の任意の型であってもよい。
 図5は、電池制御部91及び電池96のセルが収容される電池筐体内の構造の例を示す平面図である。図5の受電回路6は、図4Aの受電回路6に相当する。図5では、電池ユニット9の電池筐体19を破線で示し、電池筐体19を透視して電池筐体19内の各部材の配置例を示している。電池筐体19内に、電池制御部91が形成される電池制御基板18が配置される。電池制御基板18は、電池96のセルに接続される。電池制御基板18には、図3に示す制御部7を構成するプロセッサのIC、充電スイッチSWc、及び放電スイッチSWdが搭載される。制御部7は、第2スイッチ制御回路の一例である。図5において、電池制御基板18における充電スイッチSWc以外の回路素子及び配線パターンの図示は省略する。
 図5に示す例では、電池96のセルと受電コイルL2とを電気的に接続するケーブル15の少なくとも一部は、電池筐体19の外に配置される。第2スイッチの一例である充電スイッチSWcは、電池筐体19内に設けられる。
 図5に示す例では、受電回路6の受電コイル筐体17から引き出されたケーブル15は、電池制御部91の電池筐体19の内部へ挿入され、電池制御部91の電池制御基板18の端子21に接続される。この例では、第1スイッチ2と充電スイッチSWcとの間の区間K2の伝送経路は、受電コイルL2と第1スイッチ2との間の区間K1の伝送経路より長い。これは、受電回路6の受電コイルL2と第1スイッチ2間の伝送経路の長さより、電池96のセルと第1スイッチ2間の伝送経路の長さの方が長い場合の一例である。
 このように、受電回路6が設けられる受電回路基板16に第1スイッチ2を設け、受電回路基板16を受電コイル筐体17に収容することで、無負荷状態における電圧の上昇を、受電コイル筐体17外に発生させないようにできる。すなわち、受電コイル筐体17の外のケーブル15には、受電回路6が無負荷状態になった際の電圧の上昇は発生しない。これにより、受電回路6の後段に接続される機器の耐圧を、無負荷状態の電圧の上昇に耐えられるレベルにまで上げなくてもよくなる。また、ケーブル15の長さの制約も緩和される。
 [変形例]
 本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、送電回路3及び受電回路6には、他の回路素子が追加されてもよい。また、車両100は、送電回路3を含む送電側装置と無線通信を行う通信機器を備えてもよい。
 第1スイッチ2及び第1スイッチ制御回路21の構成は、図3に示す例に限られない。例えば、第1スイッチ2は、整流回路62と電池制御部91との間に設けられているが、整流回路62と共振回路61の間に、第1スイッチ2を設けることもできる。例えば、整流回路62を、受電回路6ではなく、電池制御部91の一部として構成する場合、整流回路62と共振回路61の間に、第1スイッチ2が設けられる。
 第1スイッチ制御回路21の構成は、上記のように、信号生成回路22及び参照電圧生成回路23を有する構成に限られない。例えば、第1スイッチ制御回路21は、マイコン等のコンピュータで構成されてもよい。電池制御部91の充電制御回路も、充電スイッチSWcを有する構成に限られない。また、第1スイッチ2及び充電スイッチSWcは、FET又はその他のトランジスタ等の半導体素子の代わりに、電磁開閉器で形成されてもよい。
 共振回路38、61の構成も、上記実施形態の例に限られない。上記例では、共振回路38、61は、互いに直列に接続されたインダクタとキャパシタを含む構成であるが、共振回路38、61の少なくとも一方は、互いに並列に接続されたインダクタとキャパシタを含む構成であってもよい。
 無負荷状態の形態は、上記の形態に限られない。給電中に受電回路6が無負荷状態となる場合の例として、受電回路6に接続された負荷(例えば、電池)が取り外される場合の他、電池が故障した場合、電池の温度異常が検出され電池と受電回路が遮断される場合、受電回路と負荷との間の配線が断線した場合、等が挙げられる。
 本発明の対象となる車両は、自転車に限られず、例えば、自動二輪車、自動三輪車その他の鞍乗型車両であってもよい。また、鞍乗型車両に限られず、4輪自動車その他の車両も、本発明の対象となる。
2  スイッチ
3  送電回路
6  受電回路
15 ケーブル
16 基板
17 筐体
21 スイッチ制御回路
91 電池制御部
96 電池
L1、L2 コイル
 

Claims (12)

  1.  送電コイルからワイヤレスで電力を受電する受電コイルと、
     前記受電コイルと電池のセルとをケーブルを介して電気的に接続する伝送経路部と、
     前記伝送経路部に設けられ、前記受電コイルと前記電池のセルとの間の導通をオン/オフする第1スイッチと、
     前記第1スイッチを制御して前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオン/オフする第1スイッチ制御回路とを、備え、
     前記第1スイッチは、前記受電コイルと前記電池のセル間の伝送経路において、前記電池のセルより前記受電コイルに近い位置に設けられ、且つ、前記受電コイルと前記電池のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、前記第1スイッチ制御回路によって、前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオフするように制御される、車両。
  2.  請求項1に記載の車両であって、
     前記受電コイルを収容する受電コイル筐体をさらに備え、
     前記受電コイルと前記電池のセルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記受電コイル筐体の外に配置され、
     前記第1スイッチは、前記受電コイル筐体内に設けられる、車両。
  3.  請求項2に記載の車両であって、
     前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイル筐体内に設けられる、車両。
  4.  請求項1~3のいずれか1項に記載の車両であって、
     前記第1スイッチは、前記受電コイルが電気的に接続される受電回路基板に設けられる、車両。
  5.  請求項1~4のいずれか1項に記載の車両であって、
     前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイルが電気的に接続される受電回路基板に設けられる、車両。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の車両であって、
     前記受電コイルで発生した交流電圧を直流電圧に変換する整流回路を含み、
     前記第1スイッチは、前記整流回路と、前記電池のセルとの間に設けられる、車両。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載の車両であって、
     前記伝送経路部に設けられ、前記受電コイルと前記電池のセルとの間の導通をオン/オフする第2スイッチを備え、
     前記第2スイッチは、前記受電コイルと前記電池のセル間の伝送経路において、前記受電コイル及び前記第1スイッチより前記電池のセルに近い位置に設けられ、
     前記第2スイッチにより前記受電コイルと前記電池のセルとの間の導通をオフされることによって前記受電コイルと前記電池のセルと間に印加される電圧が閾値を超えた場合に、前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオフするように、前記第1スイッチを制御する、車両。
  8.  請求項7に記載の車両であって、
     前記電池のセルを収容する電池筐体をさらに備え、
     前記電池のセルと前記受電コイルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記電池筐体の外に配置され、
     前記第2スイッチは、前記電池筐体内に設けられる、車両。
  9.  請求項7に記載の車両であって、
     前記電池のセルを収容する電池筐体をさらに備え、
     前記電池筐体は、前記車両に対して着脱可能であり、
     前記電池のセルと前記受電コイルとを電気的に接続する前記ケーブルの少なくとも一部は、前記電池筐体の外に配置され、
     前記第2スイッチは、前記電池筐体が前記車両から取り外されたときに切り離される前記伝送線路部の接点である、車両。
  10.  請求項7~9のいずれか1項に記載の車両であって、
     前記第2スイッチを制御して前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオン/オフする第2スイッチ制御回路を、さらに備える、車両。
  11.  請求項8又は9に記載の車両であって、
     前記第2スイッチを制御して前記受電コイルと前記電池のセルとの導通をオン/オフする第2スイッチ制御回路を、さらに備え、
     前記第2スイッチ制御回路は、前記電池筐体内に設けられる、車両。
  12.  請求項1~11のいずれか1項に記載の車両であって、
     前記第1スイッチ制御回路は、前記受電コイルが受電した電力によって動作する、車両。
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