(57)【要約】【課題】高価で容積の大きいリレーを用いることなく、有線充電と非接触充電とを実行可能にする。【解決手段】本発明の一態様としての受電装置は、第１整流回路と、第２整流回路と、接続部と、制御部とを備える。前記第１整流回路は、第１交流電力生成装置により生成される第１交流電力を整流する。前記第２整流回路は、第２交流電力生成装置により生成される第２交流電力を整流する。前記接続部は、前記第１整流回路の出力端子と、前記第２整流回路の出力端子を電気的に並列に接続する。前記制御部は、前記第１交流電力生成装置と前記第２交流電力生成装置が同時に動作しないように制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１交流電力生成装置により生成される第１交流電力を整流する第１整流回路と、
第２交流電力生成装置により生成される第２交流電力を整流する第２整流回路と、
前記第１整流回路の出力端子と、前記第２整流回路の出力端子を電気的に並列に接続する接続部と、
前記第１交流電力生成装置と前記第２交流電力生成装置が同時に動作しないように制御する制御部と、
を備えた受電装置。
【請求項２】
前記第１交流電力生成装置から前記第１交流電力を無線で受電する受電カブラと、
前記第２交流電力生成装置と、を備え、
前記第２交流電力生成装置は、第１外部電源に基づき第２交流電力を生成する、
請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
パルス幅変調信号を生成する第１変調信号生成部をさらに備え、
前記第１外部電源は交流電力を供給し、
前記第２交流電力生成装置は、
前記第１外部電源から供給される交流電力を整流する第３整流回路と、
前記第３整流回路の出力電力を前記パルス幅変調信号に基づき変調することにより、前記第２交流電力を生成する交流電力生成部と、を含み、
前記制御部は、前記第１変調信号生成部の動作を制御する、  
請求項２に記載の受電装置。
【請求項４】
前記接続部の後段に配置され、前記接続部を介して入力される前記第１または第２整流回路の出力電力の電圧を調整する電圧調整回路
をさらに備えた請求項１ないし３のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項５】
前記電圧調整回路による電圧調整後の電力を充電する蓄電池
をさらに備えた請求項４に記載の受電装置。
【請求項６】
前記第１整流回路および第２整流回路は、それぞれブリッジダイオードを含む
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の受電装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか一項の受電装置と、
前記第１交流電力生成装置と、
を備えた充電システムであって、
前記第１交流電力生成装置は、
パルス幅変調信号を生成する第２変調信号生成部と、
第２外部電源から供給される交流電力を整流する第４整流回路と、
前記第４整流回路の出力電力を、前記第２変調信号生成部により生成されたパルス幅変調信号に基づき変調することにより、前記第１交流電力を生成する交流電力生成部と、を備え、
前記制御部は、前記第２変調信号生成部の動作を制御する、  
充電システム。
【請求項８】
前記第１交流電力生成装置は、前記第１交流電力を無線で送電する送電カプラを含み、
前記受電装置は、前記送電部から前記第１交流電力を無線で受電する受電カプラを含み、
前記第１整流回路は、前記受電カプラで受電された第１交流電力を整流する
請求項７に記載の充電システム。
【請求項９】
第１交流電力生成装置により生成される第１交流電力を整流する第１整流回路と、
前記第１整流回路の出力電力の電圧を調整する第１電圧調整回路と、
第２交流電力生成装置により生成される第２交流電力を整流する第２整流回路と、
前記第２整流回路の出力電力の電圧を調整する第２電圧調整回路と、
前記第１電圧調整回路の出力端子と、前記第２電圧調整回路の出力端子を電気的に並列に接続する接続部と、
前記第１電圧調整回路と前記第２電圧調整回路が同時に動作しないように制御する制御部と、
を備えた受電装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１電圧調整回路および第２電圧調整回路のうちの一方のみにパルス幅変調信号を供給し、
前記第１電圧調整回路は、前記制御部から供給されるパルス幅変調信号に基づき、前記電圧を調整し、
前記第２電圧調整回路は、前記制御部から供給されるパルス幅変調信号に基づき、前記電圧を調整する
請求項９に記載の受電装置。
【請求項１１】
前記接続部の後段に配置され、前記接続部を介して入力される前記第１または２の電圧調整回路の出力電力を充電する蓄電池
をさらに備えた請求項９または１０に記載の受電装置。
【請求項１２】
前記第１整流回路および第２整流回路は、それぞれブリッジダイオードを含む
請求項９ないし１１のいずれか一項に記載の受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、受電装置および充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
有線充電と非接触充電とを機能として持つ充電装置において、電力変換部を両充電で共用する構成が知られている。この構成では、共通部分となる電力変換部への入力を切り替えるため、大電流用のリレーやスイッチを、電力変換部と、各充電用の電力授受手段との間に設ける必要がある。このように、大電流が流れる経路におくリレーやスイッチは、大きく高価である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2012-130193号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の実施形態は、複数の充電を切り替えて実行可能な受電装置および充電システムを軽量化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様としての受電装置は、第１整流回路と、第２整流回路と、接続部と、制御部とを備える。
【０００６】
前記第１整流回路は、第１交流電力生成装置により生成される第１交流電力を整流する。
【０００７】
前記第２整流回路は、第２交流電力生成装置により生成される第２交流電力を整流する。
【０００８】
前記接続部は、前記第１整流回路の出力端子と、前記第２整流回路の出力端子を電気的に並列に接続する。
【０００９】
前記制御部は、前記第１交流電力生成装置と前記第２交流電力生成装置が同時に動作しないように制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態にかかる充電システムを示す。
【図２】第１実施形態にかかる充電システムの他の構成例を示す。
【図３】PWMゲート信号の例を示す。
【図４】第２実施の形態にかかる充電システムの一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１に、第１実施の形態にかかる充電システムを示す。
【００１３】
この充電システムは、受電装置１１と、無線送電部１２とを備える。無線送電部１２は、地上側に配置され、受電装置１１は、車両等の移動体に配置される。本実施形態では、移動体として、電気自動車を想定するが、ほかにも、プラグインハイブリッド車、ライトレール軌道用電車、シニアカー、電動車椅子、ミニＥＶ、などが考えられる。
【００１４】
受電装置１１は、無線受電部１３と、有線電力伝送部１４と、車載制御部１５と、電圧調整回路１６と、入力コンデンサ１７と、蓄電池１８を含む。受電装置１１は、有線充電と非接触充電を実行可能である。
【００１５】
地上側の無線送電部１２と、車両側の無線受電部１３とにより無線電力伝送部２１が形成される。
【００１６】
無線電力伝送部２１の無線送電部１２は、整流回路２０５と、高周波回路（交流電力生成部）２０４と、送電カプラ２０１と、無線送電側制御部２０２と、無線送電側通信部２０３とを含む。無線送電部１２は、たとえば第１交流電力を生成する第１交流電力生成装置に対応する。無線受電部１３は、無線受電側通信部３０２、受電カプラ３０１およびブリッジダイオード（整流回路）３０３を含む。
【００１７】
地上側の無線送電側通信部２０３は、車両側の無線受電側通信部３０２と無線通信する。通信方式は任意でよい。
【００１８】
無線送電部１２における整流回路２０５は、外部の商用電源に接続される。商用電源の周波数および電圧の値は、特に制限されないが、たとえば周波数５０／６０Hz、電圧１００V〜２４０Vである。整流回路２０５は、商用電源の交流電力から直流電力を生成し、当該直流電力を高周波回路２０４に供給する。
【００１９】
高周波回路２０４は、整流回路２０５から供給される直流電力の電圧および周波数を、無線送電側制御部２０２の制御に従って変換して、高周波交流電力を生成する。例えば数百Ｖ程度、１００ｋＨｚといった交流電力を生成する。電気自動車の蓄電池は３００Ｖ〜４００Ｖ程度の直流電圧で、電池の充電状態に応じた電圧値の調整が必要である。これに対し、一般の５０／６０Hzの商用電源は１００Ｖや２００Ｖ程度の交流電圧であるのが普通である。このために、まず、高周波回路２０４で、数百Ｖ程度の高電圧の高周波交流電力を発生させる。高周波回路２０４は、生成した高周波交流電力を送電カプラ２０１へ入力する。無線送電側制御部２０２による制御の方法として、たとえば高周波回路２０４にパルス幅変調信号（パルス幅変調ゲート信号）を入力する構成が可能である。この場合、パルス幅変調ゲート信号を入力とし、そのパルス幅を持つ高電圧・大電流電力を出力するインバータ回路を、高周波回路２０４として用いることが考えられる。
【００２０】
無線送電側制御部２０２は、無線送電側通信部２０３および無線受電側通信部３０２間の無線通信を通じて、車載制御部１５からの命令を受けることで、その動作（オン／オフ）が制御される。
【００２１】
送電カプラ２０１は、高周波回路２０４から入力される高周波交流電力に応じて、高周波電磁界を発生させ、非接触により無線で高周波交流電力を受電カプラ３０１へ送電する。
【００２２】
受電カプラ３０１は、送電カプラ２０１から高周波交流電力を受電し、ブリッジダイオード３０３に出力する。ブリッジダイオード３０３は、受電カプラ３０１からの高周波交流電力を整流する。ブリッジダイオード３０３の出力電力は、接続部６０１を経由して、電圧調整回路１６へ入力される。なお、電圧調整回路１６の入力側には、入力バッファとして入力コンデンサ１７が設けられている。ブリッジダイオード３０３は、数百Ｖ程度の高電圧電力を整流できるだけの十分な逆電圧耐圧を有することが必要である。
【００２３】
ここで、接続部６０１は、ブリッジダイオード３０３の出力端子と、有線電力伝送部１４におけるブリッジダイオード４０３（後述）の出力端子とを電気的に並列に接続する。このブリッジダイオード４０３にも、数百Ｖ程度の高電圧電力を整流できるだけの十分な逆電圧耐圧を有することが必要である。ブリッジダイオード３０３の出力電力は、接続部６０１を介してブリッジダイオード４０３の出力側にも印加されるが、ブリッジダイオード４０３に十分な逆電圧耐圧をもたせることで、無線電力伝送部２１が動作するときも、ブリッジダイオード４０３の前段の回路には影響がない、もしくは非常に限定的である。
【００２４】
有線電力伝送部１４は、整流回路４０６と、高周波回路４０４と、有線側制御部４０１と、絶縁トランス４０２と、ブリッジダイオード（整流回路）４０３を含む。整流回路４０６と、高周波回路（交流電力生成部）４０４と、有線側制御部４０１は、たとえば第２交流電力を生成する第２交流電力生成装置を形成する。
【００２５】
整流回路４０６は、外部の商用電源に接続される。たとえば需要家がコンセントを電源へ差し込むことで接続してもよい。商用電源の周波数および電圧の値は、特に制限されないが、たとえば周波数５０／６０Hz、電圧１００V〜２００Vである。整流回路４０６は、商用電源の交流電力から直流電力を生成し、当該直流電力を高周波回路４０４に供給する。
【００２６】
高周波回路４０４は、整流回路４０６から供給される直流電力の周波数および電圧を、有線側制御部４０１の制御に従って変換して、高周波交流電力を生成する。例えば４０ｋＨｚ、数百Ｖ程度といった、高電圧の交流電力が生成される。有線側制御部４０１による制御の方法として、たとえば高周波回路４０４にパルス幅変調ゲート信号を入力する構成が可能である。この場合、パルス幅変調ゲート信号を入力とし、そのパルス幅を持つ高電圧・大電流電力を出力するインバータ回路を、高周波回路４０４として用いることが考えられる。有線側制御部４０１は、車載制御部１５から命令を受けることで、その動作（オン／オフ）が制御される。
【００２７】
高周波回路４０４は、生成した高周波交流電力を、感電などの事故を防止するための絶縁トランス４０２を介して、ブリッジダイオード４０３に出力する。ブリッジダイオード４０３は、入力された高周波交流電力を整流し、直流電力を出力する。整流された直流電力は、接続部６０１を経由して、電圧調整回路１６へ入力される。なお、電圧調整回路１６の入力側には、入力バッファとしての入力コンデンサ１７が設けられている。ブリッジダイオード４０３の出力電力は、接続部６０１を介してブリッジダイオード３０３側にも印加されるが、前述したようにブリッジダイオード３０３に十分な逆電圧耐圧を持たせることで、ブリッジダイオード３０３の前段の回路には影響が無い、もしくは非常に限定的である。具体的に、交流電圧が印加しないので、受電カプラによる誘導磁界が発生しない。
【００２８】
ここで、車載制御部１５は、無線電力伝送部２１の高周波回路２０４か、有線電力伝送部１４の高周波回路４０４のいずれか一方のみが高周波電力生成を行うように制御する。すなわち、無線電力伝送部２１と有線電力伝送部１４とが同時に動作しないように制御する。これにより、無線電力伝送部２１と有線電力伝送部１４とが同時に高周波電力を生成することは防止される。
【００２９】
したがって、電圧調整回路１６には、無線電力伝送部２１と有線電力伝送部１４とのいずれかのみから整流後の電力が入力される。この際、上述のように、ブリッジダイオード３０３およびブリッジダイオード４０３が、それぞれ十分な逆電圧耐圧を有することで、有線電力伝送部１４および無線電力伝送部２１のいずれが動作するときも、動作していない方の回路への影響はない。
【００３０】
このように、整流に用いるダイオードの逆電圧耐圧を利用することで、有線充電と非接触充電を切り換えて実行可能な受電装置を、リレーを用いることなく、実現できる。また、接続部６０１より後の回路（電圧調整回路等）を共用化することにより、体積の削減、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
図２に、本実施形態のシステムの他の構成例を示す。図１の車両側にリレー１９が追加されている。リレー１９は、地上側の直流充電器を、蓄電池１８に接続する。直流充電器は、たとえば４００Ｖ等の高電圧の高速充電器である。車載制御部１５Ａは、直流充電器を用いて直流充電器から蓄電池１８への充電を制御する。この場合、車載制御部１５Ａは、リレー１９を接続（オン）するとともに、無線電力伝送部２１と有線電力伝送部１４は共に動作しないよう制御する。
【００３２】
図３は、無線送電側制御部２０２と有線側制御部４０１が生成するパルス幅変調ゲート信号（PWMゲート信号）の例を示す。無線送電側制御部２０２と有線側制御部４０１は、それぞれパルス幅変調ゲート信号を発生させるパルス幅変調ゲート信号発生装置（変調信号生成部）を含む。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、無線電力伝送部２１のみ動作させる場合、無線側制御部２０２のパルス幅変調ゲート信号発生装置から高周波回路２０４へ信号を出力し、有線側制御部４０１のパルス幅変調ゲート信号発生装置からの信号出力は停止する。これにより、既存の電圧制御用ハードウェアをそのまま用いて、同時動作禁止制御を行うことができる。
【００３４】
図３（Ｂ）に示すように、有線電力伝送部１４のみ動作させる場合は、有線側制御部４０１のパルス幅変調ゲート信号発生装置から高周波回路４０４へ信号を出力し、無線送電側制御部２０２のパルス幅変調ゲート信号発生装置からの信号出力は停止する。これにより、既存の電圧制御用ハードウェアをそのまま用いて、同時動作禁止制御を行うことができる。
【００３５】
なお、図３（Ｃ）に示すように、図２に示した直流充電器のみ動作させる場合、無線側制御部２０２および有線側制御部４０１のいずれから信号の出力を停止させる。
【００３６】
図４に、第２実施の形態にかかる充電システムを示す。以下、図１と同様の部分の説明は省略し、図１と異なる部分を中心に説明する。
【００３７】
第１実施の形態と異なり、無線送電側制御部と無線送電側通信部は必須でないため、無線送電部１２Ａはこれらを備えていない。しかしながら、無線送電部１２Ａがこれらを備える構成でも構わない。同様に、無線受電側通信部は必須ではないため、無線受電部１３Ａは無線受電側通信部を備えてない。しかしながら、無線受電部１３Ａが無線受電側通信部を備える構成でも構わない。また、同様に、有線側制御部は必須ではないため、有線電力伝送部１４Ａは有線側制御部を備えていない。しかしながら、有線電力伝送部１４Ａが有線側制御部を備える構成でも構わない。無線電力伝送部２１Ａ側のブリッジダイオード３０３で整流された電力は、入力コンデンサ５１２を介して、電圧調整回路５１１へ出力される。電圧調整回路５１１で調整（昇圧または降圧）された電力は、入力コンデンサ５１７を介して、接続部６０２を経由して、蓄電池１８へ与えられる。蓄電池１８は、入力された電力に基づき充電を行う。電圧調整回路５１１として、昇圧および降圧の両方が可能な昇降圧チョッパを用いている。この理由は次の通りである。無線電力伝送部２１Ａの使用状態に応じて、送電カプラと受電カプラの位置関係が変化することがある。この場合、等価的な負荷条件が変化するため、高周波回路２０４の適切な出力電圧や電流が変わり、その結果、ブリッジダイオード３０３からの電力の電圧が大きく変化することがある。したがって、蓄電池１８へ適切な直流電圧を出力するには、降圧だけでなく、昇圧機能を必要とする場合がある。このため、電圧調整回路５１１として、昇圧および降圧の両方が可能な昇降圧チョッパを用いている。なお図示の昇降圧チョッパは、NMOSトランジスタ５１３と、コイル５１４と、ダイオード５１６とから構成されるが、この構成に限定されるものではない。電圧調整回路５１１は、たとえば、パルス幅変調ゲート信号を入力とし、そのパルス幅を持つ高電圧信号を出力する。
【００３８】
有線電力伝送部１４Ａ側のブリッジダイオード４０３で整流された電力は、入力コンデンサ５２２を介して、電圧調整回路５２１へ出力される。電圧調整回路５２１として、昇降圧チョッパよりも、より簡単な構成で高効率を得やすい降圧チョッパを用いている。この理由は次の通りである。有線電力伝送部１４Ａに入力される商用電源の電圧は、安定しており、一般的に大きく変化しない。したがって、ブリッジダイオード４０３からの電力の電圧は変化が少ないため、蓄電池へ適切な直流電圧を出力するには、電圧調整回路５２１は、降圧機能のみでよいことが多い。このため、電圧調整回路５２１として、降圧チョッパを用いている。なお図示の降圧チョッパは、NMOSトランジスタ５２３と、ダイオード５２６と、コイル５２４とから構成されるが、この構成に限定されるものではない。電圧調整回路５２１は、たとえば、パルス幅変調ゲート信号を入力とし、そのパルス幅を持つ高電圧電力を出力する。
【００３９】
車載制御部６１５は、電圧調整回路５１１か電圧調整回路５２１のいずれかのみが動作するように、すなわち、無線電力伝送部２１Ａと有線電力伝送部１４Ａとが同時に動作することがないように制御する。これにより、蓄電池１８には、無線電力伝送部２１Ａと有線電力伝送部１４Ａとのいずれかのみからの電力が入力される。
【００４０】
ここで接続部６０１は、電圧調整回路５１１の出力端子と、電圧調整回路５２１の出力端子とを電気的に並列に接続する。この構成に伴い、ブリッジダイオード３０３と４０３、および電圧調整回路５１１と５２１は、十分な逆電圧耐圧を有するものを使う必要がある。たとえば、それぞれ数百Ｖ程度の高電圧電力を整流できるだけの逆電圧耐性を有することが必要である。これにより、電圧調整回路５２１が動作するとき、すなわち、有線電力伝送部１４Ａが動作するときも、ブリッジダイオード３０３より前段の回路には影響がないか、もしくは限定的である。また、電圧調整回路５１１が動作するとき、すなわち、無線電力伝送部２１Ａが動作するときも、ブリッジダイオード４０３より前段の回路には影響がないか、もしくは限定的である。    
車載制御部６１５が電圧調整回路５１１および電圧調整回路５２１を制御する方法として、上述したようにパルス幅変調ゲート信号を用いることができる。無線電力伝送部２１Ａのみ動作させる場合は、図３（Ａ）で示したようなパルス幅変調ゲート信号を、電圧調整回路５１１へ出力する。有線電力伝送部１４Ａのみ動作させる場合、図３（Ｂ）で示したようなパルス幅変調ゲート信号を、電圧調整回路５２１へ出力する。これにより、既存の電圧制御用ハードウェアをそのまま用いて、同時動作禁止制御を行うことができる。
【００４１】
なお、第１実施形態と同様に、第２実施形態の充電システムも、直流充電器からリレーを経て蓄電池１８へ充電する構成を備えることも可能である。この場合、車載制御部６１５は、直流充電器を用いた充電をする場合のみ、リレーを接続し、無線電力伝送部２１Ａと有線電力伝送部１４Ａは共に動作しないよう制御を行う。
【００４２】
以上、本実施形態によれば、電圧調整部５１１と電圧調整部５２１の同時動作禁止制御を行い、および整流に用いるダイオードの逆電圧耐圧を利用することで、有線充電と非接触充電を切り換えて実行可能な受電装置を、リレーを用いることなく、実現できる。
【００４３】
第１および第２の実施形態では、有線充電と非接触充電を切り換えて行う例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば２種類の有線充電を切り換えることに本発明を適用することも可能である。あるいは、２種類の非接触充電を切り換えるのに本発明を適用することも可能である。あるいは、３種類以上の充電を切り換えるのに本発明を適用することも可能である。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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