(57)【要約】【課題】車両へ電力を供給する送電装置において、異常時の送電装置の誤出力を防止しつつ、異常解消時に車両への電力供給を再開させることを目的とする。【解決手段】送電装置は、外部電源からの電力を受ける受電部と、外部電源からの電力を車両に供給するための電力に変換する変換装置と、制御装置と、外部電源から車両に向かう電力供給経路を異常が発生した時に遮断するように制御装置によって制御される遮断装置と、送電装置を駆動させるための電力を外部電源からの電力から生成する駆動電源とを備える。遮断装置は、受電部と変換装置との間の電力供給経路に設けられる。駆動電源は、遮断装置と受電部との間の部分に接続される。【選択図】図１
2020048257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両へ電力を供給する送電装置であって、
前記送電装置の外部の電源からの電力を受ける受電部と、
前記受電部に入力される電力を前記車両に供給するための電力に変換する変換装置と、
前記受電部と前記変換装置との間の電力供給経路に設けられ、前記電力供給経路を遮断する遮断装置と、
異常が発生していない時に前記電力供給経路を接続し、異常が発生した時に前記電力供給経路を遮断するように前記遮断装置を制御する制御装置と、
前記電力供給経路のうちの前記遮断装置と前記受電部との間の部分に接続され、前記受電部に入力される電力を用いて前記遮断装置および前記制御装置を駆動させるための電力を生成する駆動電源とを備える、送電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両へ電力を供給する送電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１６−１０５６７０号公報（特許文献１）は、送電装置から送られた電力を受ける受電装置を保護可能な電力伝送システムを開示する。特許文献１に開示された電力伝送システムの受電装置は、車両に設けられており、送電装置から送られる電力を受ける受電部と、受電部から車両のバッテリに至るまでの送電経路上に直列に設けられたインピーダンス調整部および遮断リレーとを備える。特許文献１に開示された受電装置は、送電停止信号が送信されたにも関わらず送電装置からの受電が停止しない場合に遮断リレーを切断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０５６７０号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５４８１５号公報
【特許文献３】特開２０１３−１４６１５４号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４６１４８号公報
【特許文献５】特開２０１３−１１０８２２号公報
【特許文献６】特開２０１３−１２６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、電力伝送システムにおいて、異常によって送電装置から受電装置への電力供給を行なっていない場合であっても、送電装置に電圧が印加され続けていると、送電装置の誤操作によって送電装置から受電装置へ電力が誤って出力されてしまう虞がある。そのため、送電装置の誤出力を防止するという観点から、送電装置内の各種装置に電圧が印加され続けないようにすることが望まれる。また、発生した異常が解消された場合には、車両への電力供給が再開されることが望ましい。
【０００５】
送電装置内の各種装置に電圧が印加され続けないようにする方法は、一例として、経路を遮断するためのリレーを送電装置に設けリレーを開状態にする方法がある。しかし、リレーを設ける位置によっては、リレーにより電力供給路が遮断されることに伴って、リレーを含めた送電装置内の回路を動かすための駆動電力を生成する駆動電源への電力供給が遮断される虞がある。この場合、発生した異常が解消されて、車両への電力供給を再開しようとしても、駆動電源への電力供給まで切断されており、リレーを含めた送電装置内の回路を動かすことができないため、車両への電力供給を再開させることができない。
【０００６】
本開示は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両へ電力を供給する送電装置において、異常時の送電装置の誤出力を防止しつつ、異常解消時に車両への電力供給を再開させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示によれば、車両へ電力を供給する送電装置が提供される。送電装置は、送電装置の外部の電源からの電力を受ける受電部と、受電部に入力される電力を車両に供給するための電力に変換する変換装置と、受電部と変換装置との間の電力供給経路に設けられ、電力供給経路を遮断する遮断装置と、異常が発生していない時に電力供給経路を接続し、異常が発生した時に電力供給経路を遮断するように遮断装置を制御する制御装置と、電力供給経路のうちの遮断装置と受電部との間の部分に接続され、受電部に入力される電力を用いて遮断装置および制御部を駆動させるための電力を生成する駆動電源とを含む。
【０００８】
本開示にかかる送電装置は、遮断装置が受電部と変換装置との間の電力供給経路に設けられ、異常時に電力供給経路を遮断するため、変換装置に電圧が印加され続けることを防止できる。その結果、異常時の送電装置の誤出力を防止することができる。また、本開示にかかる送電装置は、駆動電源が電力供給経路のうちの遮断装置と受電部との間の部分に接続されており、受電部と駆動電源との間の接続は遮断装置によっては遮断されない。すなわち、本開示にかかる送電装置は、異常が解消して通常の状態に戻った場合に、遮断装置によって電力供給経路が遮断されていても、駆動電源と受電部との間の接続は維持され、駆動電力が生成されるため、遮断装置による電力供給経路の遮断を解除して、車両への電力供給を再開させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、車両へ電力を供給する送電装置において、異常時の送電装置の誤出力を防止しつつ、異常解消時に車両への電力供給を再開させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】送電装置の構成の一例を示す図である。
【図２】サージ電流が発生した時のリレーの動きを説明するための図である。
【図３】停電時のリレーの動きを説明するための図である。
【図４】電力供給が再開されるときのリレーの動きを説明するための図である。
【図５】送電装置の構成の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示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、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１２】
＜送電装置の構成＞
図１は、送電装置１の構成の一例を示す図である。送電装置１は、外部電源２から送電される電力を車両３に供給する。外部電源２は、送電装置の外部の電源であって、系統電源に限らず、分散型電源などであってもよい。外部電源２から供給される電力は交流電力である。
【００１３】
送電装置１は、受電部１０と、保護装置２０と、駆動電源３０と、遮断装置４０と、変換装置５０と、送電ＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）６０とを備える。
【００１４】
受電部１０は、外部電源２から送電される電力を受ける。受電部１０が受けた電力は、変換装置５０によって車両３に供給されるための電力に変換されて車両３に供給される。
【００１５】
保護装置２０は、サージ対策のために設けられた装置である。保護装置２０は、ヒューズ２２と、放電部２４とを備える。放電部２４は、予め定められた電圧を超えるサージ電圧が印加された場合に、サージ電流をアースに放電する。すなわち、保護装置２０は、受電部１０からサージ電圧を超える電圧の電流が流れたときに、ヒューズ２２が切れること、あるいは、放電部２４によりサージ電流がアースに放電されることにより、保護装置２０よりも下流側に接続された送電装置１内の電気回路にサージ電流が流れることを防止する。
【００１６】
駆動電源３０は、一対の電力線Ｐ１，Ｐ２によって保護装置２０に接続される。駆動電源３０は、受電部１０に入力される電力を用いて、送電装置１内の各種装置を駆動させるための電力を生成する。より具体的には、駆動電源３０は、変換装置５０、遮断装置４０、および送電ＥＣＵ６０を駆動させるための電力を生成する。駆動電源３０は、受電部１０が受ける電力よりも低圧の電力を生成する。換言すると、駆動電源３０は、受電部１０に入力される高圧電力を用いて、低圧電力を生成する。駆動電源３０は、受電部１０から車両３へ向かう電力供給経路のうちの、遮断装置４０と受電部１０との間の部分に接続されている。また、本実施の形態においては、駆動電源３０は、電力供給経路のうちの、保護装置２０と遮断装置４０との間の部分に接続されている。
【００１７】
遮断装置４０は、受電部１０から車両３へ向かう電力供給経路のうちの、受電部１０と変換装置５０との間に設けられ、電力供給経路を遮断することが可能である。遮断装置４０は、一対の電力線Ｐ１，Ｐ２のうちの一方の電力線Ｐ１に設けられている。遮断装置４０は、第１リレー４２と、抵抗４４と、第２リレー４６とを備える。第１リレー４２は電力線Ｐ１に設けられる。抵抗４４および第２リレー４６は、電力線Ｐ１と並列に接続される電力線Ｐ３に設けられ、互いに直列に接続される。第２リレー４６を閉じた場合に第２リレー４６を流れる電流は第２リレー４６に直列に接続される抵抗４４によって制限されるため、第２リレー４６の容量は、並列に接続される抵抗を有しない第１リレー４２の容量よりも小さい値に設定される。また、第１リレー４２および第２リレー４６は、各々、ノーマルオープンのリレーである。
【００１８】
遮断装置４０は、第１リレー４２および第２リレー４６が各々開状態となることで、電力供給経路を遮断する。以下では、第１リレー４２および第２リレー４６を総じてリレーといい、リレーの詳細な動きについては後述する。
【００１９】
変換装置５０は、受電部１０に入力される電力を車両３に供給するための電力に変換する。より具体的には、変換装置５０は、力率改善（ＰＦＣ（Power  Factor  Correction））回路５２と、インバータ回路５４と、送電部５６とを備える。なお、変換装置５０は、図示しないものの、ＰＦＣ回路５２の上流と、インバータ回路５４と送電部５６との間にフィルタ回路を備えていてもよい。また、変換装置５０を構成する回路には、コンデンサが含まれ、平滑コンデンサとして機能する。
【００２０】
ＰＦＣ回路５２は、外部電源２から受ける電力を整流および昇圧してインバータ回路５４へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善する。このＰＦＣ回路５２には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路５２に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。
【００２１】
インバータ回路５４は、送電ＥＣＵ６０によって制御され、ＰＦＣ回路５２から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ回路５４の駆動周波数（スイッチング周波数）は、送電ＥＣＵ６０からの制御信号に従って変更される。これにより、送電電力の周波数が調整される。インバータ回路５４によって生成された送電電力は、送電部５６へ供給される。インバータ回路５４は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成され、図示しないものの、スイッチング素子を含む。スイッチング素子は、送電ＥＣＵ６０によってＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation)制御される。
【００２２】
送電部５６は、インバータ回路５４により生成される交流電力（送電電力）を受け、送電部５６の周囲に生成される磁界を通じて車両３が備える受電部３２０へ非接触で送電する。送電部５６は、受電部３２０へ非接触で送電するための共振回路を含む（図示せず）。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。なお、送電部５６を構成する共振回路の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００２３】
送電ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、メモリ、各種信号を入出力するための入出力ポート等を含み（いずれも図示せず）、送電装置１内の各種装置の制御を実行する。なお、各種制御については、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。たとえば、送電ＥＣＵ６０は、遮断装置４０が備える第１リレー４２および第２リレー４６の開閉およびインバータ回路５４に含まれるスイッチング素子の切替えを行なう。
【００２４】
車両３は、送電部５６から供給される電力を受ける受電部３２０を備える。受電部３２０は、送電装置１の送電部５６から出力される電力（交流）を、磁界を通じて非接触で受電する。受電部３２０は、たとえば、送電部５６から非接触で受電するための共振回路を含む（図示せず）。共振回路は、コイルとキャパシタとによって構成され得るが、コイルのみで所望の共振状態が形成される場合には、キャパシタを設けなくてもよい。なお、受電部３２０を構成する共振回路のＱ値も、送電部５６を構成する共振回路と同様、１００以上であることが好ましい。
【００２５】
車両３は、図示しないものの、蓄電装置を備え、蓄電装置に蓄えられた電力を用いて走行可能に構成される。受電部３２０は、送電装置１から受ける電力を蓄電装置に出力する。蓄電装置は、受電部３２０から出力された電力を蓄える。本実施の形態においては、外部電源２から送電装置１を介して車両３に電力を供給するにあたって、送電装置１から車両３に電力は非接触で伝送される。なお、送電装置１から車両３への電力の伝送は、非接触に限らず、送電部を電源プラグによって構成し、受電部を電源プラグの差込口によって構成し、電源プラグを差込口にさすことによって行なってもよい。
【００２６】
＜電力の供給が行われているときのリレーの状態＞
上述のように、変換装置５０を構成する回路にはコンデンサが含まれている。そのため、送電装置１から車両３に向けて電力の供給を開始するときは、送電ＥＣＵ６０は、まず、変換装置５０に含まれるコンデンサを事前に充電するプリチャージを行なう。具体的には、送電ＥＣＵ６０は、第２リレー４６を閉状態にする。これにより、受電部１０からの電力が電力線Ｐ３を介して変換装置５０に送られる。電力線Ｐ３を流れる電流は抵抗４４によって制限されるため、変換装置５０への突入電流を防止しながらプリチャージを行なうことができる。
【００２７】
プリチャージの終了後、送電ＥＣＵ６０は、第１リレー４２を閉状態にし、第２リレー４６を開状態にする。これにより、受電部１０が受けた電力は、電力線Ｐ１を流れて変換装置５０に送られる。
【００２８】
＜サージ電流発生時におけるリレーの動き＞
図２は、サージ電流が発生した時のリレーの動きを説明するための図である。図２中の太線で示した矢印は、サージ電流の経路を模式的に示したものである。外部電源２から車両３に向けて電力の供給が行われているときに落雷などに起因するサージ電流が発生して受電部１０から送電装置１内に流れると、サージ電流は放電部２４によりアースに放電される。これにより、サージ電流が駆動電源３０、遮断装置４０、および変換装置５０に流れることを防止することができる。
【００２９】
また、送電ＥＣＵ６０は、外部電源２から車両３に向けて電力の供給が行われているときにサージ電流の発生などによる電力異常を検出したときに、第１リレー４２を閉状態から開状態にし、第２リレー４６を開状態のままとする。これにより、受電部１０から変換装置５０に向けての電力供給経路が遮断され、変換装置５０に電圧が印加され続けることを防止することができる。
【００３０】
なお、電力異常は、たとえば、異常電力を検知するための回路を受電部１０と保護装置２０との間に設け、異常電力を検知するための回路が所定値以上の電流または電圧を検知したことに基づいて異常信号を出力することにより検出されてもよい。
【００３１】
＜停電時のリレーの動き＞
図３は、停電時のリレーの動きを説明するための図である。停電が発生すると、外部電源２からの電力供給が止まる。その結果、駆動電源３０から送電装置１内の各種装置への駆動電力の供給も止まる。第１リレー４２および第２リレー４６は、いずれもノーマルオープンのリレーであるため、駆動電力の供給が停止することで開状態になる。すなわち、車両３に電力が供給されているときに、停電などにより駆動電力の供給が停止すると、第１リレー４２および第２リレー４６の双方が開状態となる。
【００３２】
＜電力供給が再開されるときのリレーの動き＞
電力異常あるいは停電によって電力供給が遮断された後に電力供給が再開されるときのリレーの動きについて、図４を参照して説明する。図４は、電力供給が再開されるときのリレーの動きを説明するための図である。なお、図４においては、説明の便宜上、遮断装置４０を他の図面に比して拡大表記している。
【００３３】
図２および図３の各々に示すように、電力異常が発生して電力供給が遮断されたとき、および停電したときのいずれの場合においても、第１リレー４２および第２リレー４６はいずれも開状態である。この状態においても、本実施の形態においては、駆動電源３０と外部電源２との間の接続は遮断されない。そのため、電力異常が解消したときに、駆動電源３０は駆動電力を生成することができる。また、停電から復帰したときには、外部電源２から駆動電源３０への電力供給は再開され、駆動電源３０は駆動電力を生成することができる。そのため、電力異常が解消したとき、および停電から復帰したときのいずれの場合においても、送電装置１内の各種装置を駆動させるための駆動電力は確保される。
【００３４】
送電ＥＣＵ６０は、電力異常が解消され、駆動電源３０からの電流供給が再開されると、電力供給が正常にされているか否かを判定する。そして、電力供給が正常にされているときは、送電ＥＣＵ６０は、第２リレー４６を閉状態にする上述のプリチャージを行ない（図４中の（１）の動き）、プリチャージの完了後に第２リレー４６を開状態にし第１リレー４２を閉状態にして車両３への電力供給を行なう（図４中の（２）の動き）。
【００３５】
ここで、プリチャージ時の突入電流を防止することのみを考えた場合、互いに並列に接続された第１リレー４２と抵抗４４とを設け、第１リレー４２を開状態にした後、平滑コンデンサのプリチャージが完了してから第１リレー４２を閉状態に制御すればよいため、必ずしも第２リレー４６が設けられている必要はない。しかし、電力異常が発生した場合に、第２リレー４６が設けられていないと、電力線Ｐ２が遮断されないため、変換装置５０に電圧が印加され続けてしまい、変換装置５０内に含まれるインバータ回路５４のスイッチング素子が誤って操作された場合に、変換装置５０および車両３に異常電力が供給されてしまう。
【００３６】
本実施の形態にかかる送電装置１は、第１リレー４２に対して並列に、かつ抵抗４４に対して直列に第２リレー４６が接続されているため、第１リレー４２および第２リレー４６の双方を開状態にすることによって、変換装置５０に電圧が印加され続けてしまうことを防止することができる。また、第２リレー４６は、抵抗４４に対して直列に接続されるリレーであるため、第１リレー４２に比べて容量の小さなリレーである。そのため、送電装置１および車両３（受電側の装置）の保護を安価に、かつ小さな部品で行なうことができる。
【００３７】
また、本実施の形態にかかる送電装置１は、駆動電源３０が、電力供給経路のうちの遮断装置４０と受電部１０との間の部分に接続されている。たとえば、駆動電源３０が、遮断装置４０と送電部５６との間の電力供給経路のいずれかに接続されている場合、遮断装置４０により電力供給経路が遮断されると、駆動電源３０と外部電源２との接続も遮断される。これに対して、本実施の形態にかかる送電装置においては、駆動電源３０が、電力供給経路のうちの遮断装置４０と受電部１０との間の部分に接続されているため、遮断装置４０によって電力供給経路が遮断されたとしても外部電源２と駆動電源３０との接続が維持される。その結果、外部電源２からの電力供給が正常になったときに、遮断装置４０を操作することなく駆動電力を生成することができ、車両３への電力供給を早くに復帰させることができる。
【００３８】
さらに、本実施の形態にかかる送電装置１は、駆動電源３０が、遮断装置４０と保護装置２０との間に設けられており、サージ電流が発生したときに駆動電源３０にサージ電流が流れ込むことを防止することができる。そのため、受電部１０と駆動電源３０との接続を維持しつつ、駆動電源３０の保護を図ることができる。
【００３９】
＜変形例＞
上記実施の形態において、送電装置１は、保護装置２０を備えるとした。なお、送電装置１が保護装置２０を備えている必要はない。図５は、送電装置の構成の変形例を示す図である。変形例にかかる送電装置１ａは、保護装置２０を備えていない点、および遮断装置４０の替わりに遮断装置４０ａを備える点で送電装置１と異なる。変形例にかかる送電装置１ａの説明においては、送電装置１と異なる部分についてのみ説明を行い、送電装置１と同じ構造、作用及び効果の説明は繰り返さない。
【００４０】
変形例において、保護装置２０ａは、外部電源２と送電装置１ａとの間に接続されている。保護装置２０ａが駆動電源３０と外部電源２との間の電力供給経路上のいずれかに設けられていれば、送電装置１が保護装置２０ａを備えているか否かに関わらず、サージ電流発生時に駆動電源３０の保護が図られるという効果を得られる。
【００４１】
遮断装置４０ａは、一のリレーから構成される。すなわち、上記実施の形態において、突入防止回路としての機能と、電力供給経路を遮断する機能とを一の遮断装置によって実現させたが、突入防止回路とは別に遮断装置を設ける構成であってもよい。なお、外部電源２から高圧電力が供給される場合には突入防止回路を設ける必要があるものの、供給される電力の電圧が低い場合は、突入防止回路を設ける必要はない。
【００４２】
すなわち、図５に示すように、遮断装置４０ａが受電部１０と変換装置５０との間の電力供給経路に設けられており、駆動電源３０が受電部１０と遮断装置４０ａとの間に接続されていれば、変換装置５０に電圧が印加され続けることを防止することができるとともに、異常が解消されたときに電力の供給を開始することができる。
【００４３】
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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００４４】
１，１ａ  送電装置、２  外部電源、３  車両、１０，３２０  受電部、２０，２０ａ  保護装置、２２  ヒューズ、２４  放電部、３０  駆動電源、４０，４０ａ  遮断装置、４２  第１リレー、４４  抵抗、４６  第２リレー、５０  変換装置、５２  ＰＦＣ回路、５４  インバータ回路、５６  送電部、６０  送電ＥＣＵ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  電力線。
【図１】
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【図２】
2020048257.tif 000004
【図３】
2020048257.tif 000005
【図４】
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【図５】
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