(57)【要約】      （修正有）【課題】非接触給電装置において、二次側コイルとバッテリとの間を電気的に接続する際に、突入電流を有効に抑制する。【解決手段】充電制御部は、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４のオフ状態において、送電コイルから受電コイル２２へと電力が供給されて当該受電コイル２２から出力される電力により平滑部３７のコンデンサＣが充電されたことを判定すると、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４をオンに制御している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的結合によって一次側コイルから二次側コイルへと非接触で電力の供給を行う非接触給電装置において、
前記二次側コイルと、
前記第二次コイルと直列に接続されて、当該二次側コイルから出力される電力を充電する二次電池と、
前記二次側コイルと前記二次電池との間に接続されて、前記二次側コイルの端子間に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサと前記二次電池との間に接続されており、前記二次側コイルと前記二次電池との間の電気的な接続及び遮断を行うためのスイッチ部と、
前記スイッチ部を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記スイッチ部の遮断状態において、前記一次側コイルから前記二次側コイルへと電力が供給されて当該二次側コイルから出力される電力により前記コンデンサが充電されたことを判定すると、前記スイッチ部を接続状態に制御することを特徴とする非接触給電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記一次側コイルから電力が供給されてからの経過時間に基づいて、前記コンデンサが充電されたことを判定することを特徴とする請求項１に記載された非接触充電装置。
【請求項３】
前記コンデンサの両端電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記二次電池の両端電圧を検出する第２の電圧検出部と、をさらに有し、
前記制御部は、前記第１の電圧検出部により検出された前記コンデンサの両端電圧と、前記第２の電圧検出部により検出された前記二次電池の両端電圧とに基づいて、前記コンデンサが充電されたことを判定することを特徴とする請求項１に記載された非接触充電装置。
【請求項４】
前記スイッチ部は、前記二次電池の電力を抵抗を介して前記コンデンサに供給するためのプリチャージ回路が並列接続されるための接続点を備えないことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された非接触充電装置。
【請求項５】
前記コンデンサの両端電圧を検出する第１の電圧検出部をさらに有し、
前記制御部は、前記第１の電圧検出部により検出された前記コンデンサの両端電圧と、前記一次側コイルから電力が供給されてからの経過時間とに基づいて、前記一次側コイルと二次側コイルとの間の給電異常を判定することを特徴とする請求項１に記載された非接触充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触給電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、一対のコイルの磁気的結合によって非接触で電力の供給を行う非接触給電装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この非接触給電装置は、電気自動車といった電動車両への適用が進められている。例えば、給電スタンドなどの駐車スペースには、交流電源に接続する一方のコイルが設置され、電動車両には、バッテリに接続する他方のコイルが設置されている。そして、駐車スペース側のコイルを一次側コイル、電動車両側のコイルを二次側コイルとして利用することにより、駐車スペース側の交流電源から車両側のバッテリへと、一方のコイル及び他方のコイルを経由して電力を供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７２０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、このような非接触給電装置の電動車両側には、二次側コイルからバッテリへと供給される電力に含まれる脈動成分を除去するために、コンデンサを含む平滑回路が適用されている。この場合、二次側コイルとバッテリとの間の電気的な接続及び遮断を行うためのスイッチをオンすることで、突入電流が発生するという問題がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触給電装置において、二次側コイルとバッテリとの間を電気的に接続する際に、突入電流を有効に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、磁気的結合によって一次側コイルから二次側コイルへと非接触で電力の供給を行う非接触給電装置を提供する。この場合、非接触給電装置の制御部は、二次側コイルと二次電池との間を電気的に遮断した状態において、一次側コイルから二次側コイルへと電力が供給されて当該二次側コイルから出力される電力により前記コンデンサが充電されたことを判定すると、スイッチ部を接続状態に制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一次側コイルから電力の送電を行うことで、二次側コイルに接続されたコンデンサを充電することができる。これにより、コンデンサが充電された状態において、スイッチ部が接続状態に制御されることとなるので、突入電流を有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図
【図２】車両側の構成を模式的に示す回路図
【図３】車両の充電制御に関する処理の手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図である。非接触給電システムは、地上側ユニットである給電装置１００と、車両側ユニットを含む電動車両（以下単に「車両」という）２００とを備え、給電装置１００から非接触で電力を供給し、車両２００に設けられるバッテリ２８を充電するシステムである（非接触給電装置）。
【００１０】
給電装置１００は、車両２００の駐車スペースを備える充電スタンドなどに設置されており、車両２００に対して電力を供給する。この給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、無線通信部１４と、制御部１５とを主体に構成されている。
【００１１】
電力制御部１１は、交流電源３００から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に送電するための回路である。この電力制御部１１は、整流部１１１と、ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）回路１１２と、インバータ１１３と、センサ１１４とを備えている。
【００１２】
整流部１１１は、交流電源３００に電気的に接続され、交流電源からの出力交流電力を整流する。ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１からの出力波形を整形することで力率を改善するための回路であり、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。インバータ１１３は、平滑コンデンサやＩＧＢＴ等のスイッチング素子、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御部１５からの制御信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に供給する。センサ１１４は、ＰＦＣ回路１１２とインバータ１１３との間に接続され、電流や電圧を検出する。
【００１３】
送電コイル１２は、車両２００側の受電コイル２２に対して非接触で電力を供給するためのコイルであり、金属等の導電体からなる導線を所定平面内で渦巻き状に巻回した構造を有している。この送電コイル１２は、車両２００を駐車する駐車スペースといった目的箇所に設けられており、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車した場合、車両２００側の受電コイル２２の下方に対峙する。
【００１４】
無線通信部１４は、車両２００側に設けられた無線通信部２４と、双方向に通信を行う。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されているため、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行っても、車両周辺機器は、当該通信による干渉を受けにくい。無線通信部１４及び無線通信部２４との間の通信には、例えば各種の無線ＬＡＮ方式が用いられ、遠距離に適した通信方式が用いられている。
【００１５】
制御部１５は、給電装置１００を制御する機能を担っている。例えば、制御部１５は、電力制御部１１、送電コイル１２及び無線通信部１４を制御する。制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を車両２００側に送信したり、車両２００側からの電力を受給したい旨の制御信号を受信したりする。制御部１５は、センサ１１４の検出電流に基づいて、インバータ１１３のスイッチング制御を行い、送電コイル１２から供給される電力を制御する。この制御部１５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。
【００１６】
車両２００は、受電コイル２２と、無線通信部２４と、充電制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、バッテリ２８と、インバータ２９と、モータ３０と、通知部３２とを備えている。
【００１７】
受電コイル２２は、給電装置１００側の送電コイル１２から非接触で電力を受けるため
のコイルであり、金属等の導電体からなる導線を渦巻き状に巻回して構造を有している。この受電コイル２２は、例えば、車両２００の底面（シャシ）等で後方の車輪の間といった目的箇所に設けられており、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車されると、給電装置１００側の送電コイル１２の上方に対峙する。
【００１８】
無線通信部２４は、給電装置１００側に設けられた無線通信部１４と、双方向に通信を行う。
【００１９】
整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２で受電された交流電力を直流に整流する整流回路により構成されている。
【００２０】
リレー部２７は、充電制御部２５の制御によりオン及びオフが切り換わるリレースイッチを備えている。リレー部２７は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２８を含む強電系と、充電の回路部となる受電コイル２２及び整流部２６の弱電系とを切り離すことできる。
【００２１】
バッテリ２８は、車両２００の電力源であり、例えば複数の二次電池を電気的に接続して構成されている。
【００２２】
インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御信号に基づいて、バッテリ２８から出力される直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力をモータ３０に供給する。モータ３０は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両２００を駆動させるための駆動源である。
【００２３】
通知部３２は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイ又はスピーカ等により構成され、車室内のインストルメントパネル等に配置されている。この通知部３２は、充電制御部２５による制御に基づいて、ユーザに対して光、画像又は音等を出力する。
【００２４】
充電制御部２５は、バッテリ２８の充電を制御する機能を担っている。例えば、充電制御部２５は、無線通信部２４及び通知部３２を制御する。充電制御部２５は、無線通信部２４及び無線通信部１４の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を給電装置１００側から受信したり、電力を受給したい旨の制御信号を車両２００側に送信したりする。
【００２５】
また、図示を省略しているが、充電制御部２５は、車両２００全体を制御するコントローラとＣＡＮ通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ２９のスイッチング制御や、バッテリ２８の充電状態（ＳＯＣ）を管理している。充電制御部２５は、コントローラから得られるバッテリ２８のＳＯＣに基づいて満充電を判断した場合に、充電を終了する旨の制御信号を給電装置１００側に送信する。
【００２６】
本実施形態に係る非接触給電システムでは、送電コイル１２と受電コイル２２との間で、電磁誘導作用により非接触状態で高周波電力の送電を行う。言い換えると、一次側コイルである送電コイル１２に電圧が加わると、送電コイル１２と受電コイル２２との間に磁気的な結合が生じ、送電コイル１２から、二次側コイルである受電コイル２２へ電力が供給される。
【００２７】
図２は、車両２００側の構成を模式的に示す回路図である。同図に示すように、バッテリ２８は、受電コイル２２と直列に接続されており、受電コイル２２から出力される電力を充電する。また、受電コイル２２とバッテリ２８との間には、平滑部３７が接続されており、整流部２６を介して受電コイル２２の端子間に接続されている。この平滑部３７は、整流部２６から出力される直流電力に含まれ脈動成分を除去する回路であり、例えばチ
ョークコイルＬと一対のコンデンサＣとで構成されている。
【００２８】
リレー部２７は、平滑部３７とバッテリ２８との間に接続されており、受電コイル２２からバッテリ２８の正極へと至る経路に設けられたリレースイッチ３３と、バッテリ２８の負極から受電コイル２２へと至る経路に設けられたリレースイッチ３４とで構成されている。これらのリレースイッチ３３，３４は、充電制御部２５によりオン（接続状態）とオフ（遮断状態）とが切り換えられる。
【００２９】
本実施形態の特徴の一つとして、充電制御部２５は、非給電時には、リレースイッチ３３，３４をオフに制御している。一方、送電コイル１２から電力の供給を受ける場合、充電リレー部２７は、送電コイル１２から受電コイル２２へと供給された電力を平滑部３７のコンデンサＣへ供給し、当該コンデンサＣが充電されたことを判定するとリレースイッチ３３，３４をオンに制御する。
【００３０】
また、充電制御部２５には、第１の電圧検出センサ３５及び第２の電圧検出センサ３６からの検出信号が入力されている。第１の電圧検出センサ３５は、平滑部３７におけるコンデンサＣの両端電圧を検出し、第２の電圧検出センサ３６は、バッテリ２８の両端電圧を検出する。これにより、充電制御部２５は、平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchと、バッテリ２８の両端電圧Ｖbtとを認識することができる。
【００３１】
図３は、本実施形態に係る車両２００の充電制御に関する処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、充電スタンドの駐車スペースへの駐車完了をトリガーとして呼び出され、充電制御部２５によって実行される。車両２００が駐車スペースへ駐車を完了したか否かの判断は、例えば、無線通信部２４が、給電装置１００の無線通信部１４から受信した信号の電界強度から判断される駐車スペースとの距離や、パーキングブレーキの操作状態といった情報から行うことができる。ここで、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４は、オフの状態となっている。
【００３２】
まず、ステップ１（Ｓ１）において、充電制御部２５は、無線通信部２４と給電装置１００の無線通信部１４との間の通信を介して、給電装置１００の制御部１５から試し給電の開始信号を受信する。この試し給電は、正規の給電を開始する前に行う給電であり、正規の給電の電力よりも小さな電力にて行うものである。給電装置１００の制御部１５は、試し給電の開始信号を送信すると、これに併せて電力制御部１１を制御して、送電コイル１２から試し給電時に対応した規定電力を出力している。そのため、試し給電の開始信号を受信した以降は、受電コイル２２において、送電コイル１２からの電力が入力された状態となる。
【００３３】
なお、送電コイル１２から送電が開始されたことを判断する手法としては、試し給電の開始信号を受信するのみならず、コンデンサＣの両端電圧Ｖchに基づいて、その電圧の立ち上がりから判断することとしてもよい。
【００３４】
ステップ２（Ｓ２）において、充電制御部２５は、第１の電圧検出センサ３５及び第２の電圧検出センサ３６から検出信号を読み込み、バッテリ２８の両端電圧Ｖbtと平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchとの差が、判定閾値ΔＶ以下であるか否かを判断する。この判定閾値ΔＶは、リレースイッチ３３，３４をオンした際の突入電流を抑制する観点から、受電コイル２２からの電力によって充電される平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧が、バッテリ２８の両端電圧Ｖbtと同じ若しくは同じとみなせる範囲にあるかを判断するための値であり、実験やシミュレーションを通じて最適値が予め設定されている。
【００３５】
このステップ２において肯定判定された場合、すなわち、電圧差（Ｖbt−Ｖch）が判定
閾値ΔＶ以下の場合には、ステップ３（Ｓ３）に進む。一方、ステップ２において否定判定された場合、すなわち、電圧差（Ｖbt−Ｖch）が判定閾値ΔＶよりも大きい場合には、後述するステップ７（Ｓ７）に進む。
【００３６】
ステップ３において、充電制御部２５は、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４をオンに制御する。また、充電制御部２５は、無線通信部２４と給電装置１００の無線通信部１４との間の通信を介して、給電装置１００の制御部１５に、リレースイッチ３３，３４をオンした旨を通知する。給電装置１００の制御部１５は、かかる通知を受信すると、電力制御部１１を制御して、送電コイル１２からの出力を試し給電時の規定電力から正規給電時の規定電力に切り換える。
【００３７】
ステップ４において、充電制御部２５は、正規給電を行う。具体的には、充電制御部２５は、送電コイル１２から出力される電力を受電コイル２２にて受電し、これをバッテリ２８に蓄電する。
【００３８】
ステップ５において、充電制御部２５は、バッテリ２８の充電量が満充電に到達したか否かを判断する。このステップ５において肯定判定された場合、すなわち、バッテリ２８の充電量が満充電に到達した場合には、ステップ６（Ｓ６）に進む。一方、ステップ５において否定判定された場合、すなわち、バッテリ２８の充電量が満充電に到達していない場合には、ステップ４に戻る。
【００３９】
ステップ７において、充電制御部２５は、無線通信部２４と給電装置１００の無線通信部１４との間の通信を介して、給電装置１００の制御部１５に、給電の終了を通知する。この通知に対応して、給電装置１００の制御部１５は、電力制御部１１を制御して、送電コイル１２からの電力の出力を終了させる。
【００４０】
一方、ステップ２の否定判定に続くステップ７において、充電制御部２５は、ステップ２の判断にて否定判定された回数が、予め設定された規定回数に到達したか否かを判断する。試し給電にて平滑部３７のコンデンサＣが正常に充電された場合には、ステップ２において肯定判定される。そのため、ステップ２の処理において否定判定が継続的になされるという事態は、給電が正常になされていないことに起因する。例えば、送電コイル１２と受電コイル２２との間に位置ずれが生じている場合には、給電効率が低下するため、コンデンサＣに充電される電力とコンデンサＣから放電される電力とがバランスし、コンデンサＣの電圧が増加しないことが起こりえる。また、送電コイル１２と受電コイル２２との間に異物などが存在する場合、あるいは、回路異常といった場合にも、給電効率が低下し、同様に、コンデンサＣの電圧が増加しないことが起こりえる。
【００４１】
そこで、ステップ７では、ステップ２において否定判定された回数をベースに、送電コイル１２から電力が供給されてからの経過時間を観測し、これにより、給電が正常になされているか否かを判断することとしている。このステップ７において肯定判定された場合、すなわち、否定判定の回数が規定回数に到達した場合には、ステップ８（Ｓ８）に進む。一方、ステップ７において否定判定された場合、すなわち、否定判定の回数が規定回数に到達しない場合には、ステップ２の処理に戻る。
【００４２】
ステップ８において、充電制御部２５は、通知部３２を制御して給電異常であることをユーザに通知し、前述のステップ６の処理に進む。
【００４３】
このように本実施形態において、充電制御部２５は、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４のオフ状態において、送電コイル１２から受電コイル２２へと電力が供給されて当該受電コイル２２から出力される電力により平滑部３７のコンデンサＣが充電されたこ
とを判定すると、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４をオンに制御している。
【００４４】
かかる構成によれば、送電コイル１２から電力の送電を行うことで、平滑部３７のコンデンサＣを充電することができる。これにより、平滑部３７のコンデンサＣが充電された状態において、リレー部２７のリレースイッチ３３，３４がオンされることとなるので、突入電流を有効に抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態において、充電制御部２５は、平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchと、バッテリ２８の両端電圧Ｖbtとに基づいて、当該コンデンサＣが充電されたことを判定する。
【００４６】
リレー部２７の前後における電圧を合わせることで、突入電流が抑制される。これにより、平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchと、バッテリ２８の両端電圧Ｖbtとを監視することで、突入電流を抑制することができる範囲でコンデンサＣが充電されたことを判定することができる。
【００４７】
また、本実施形態において、リレー部２７のリレースイッチ３３は、バッテリ２８の電力を抵抗を介して平滑部３７のコンデンサＣに供給するためのプリチャージ回路が並列接続されるための接続点を備えない。
【００４８】
本実施形態によれば、送電コイル１２から送電された電力を受電コイル２２へと受電することで、平滑部３７のコンデンサＣを充電することができる。これにより、平滑部３７のコンデンサＣを充電するためのプリチャージ回路を省略した構成を採用することができる。
【００４９】
また、本実施形態において、充電制御部２５は、平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchと、送電コイル１２から電力が供給されてからの経過時間とに基づいて、送電コイル１２と受電コイル２２との間の給電異常を判定している。
【００５０】
かかる構成によれば、送電コイル１２から電力が供給されてからの一定期間において、平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchを監視することができるので、これにより、送電コイル１２と受電コイル２２との位置ずれ、異物の存在などといった給電異常を有効に判定することができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、平滑部３７のコンデンサＣの充電判定を、平滑部３７のコンデンサＣの両端電圧Ｖchとバッテリ２８の両端電圧Ｖbtとに基づいて行っているが、これに限定されない。たとえば、充電制御部２５は、送電コイル１２から電力が供給されてからの経過時間に基づいて、コンデンサＣが充電されたことを判定してもよい。これにより、コンデンサＣの充電判定を簡単は手法で行うことができる。この場合、経過時間をカウントするための開始タイミングは、上述のように、試し給電の開始信号を受信したこととしてもよい。また、コンデンサＣの両端電圧Ｖchを検出できる構成であれば、電圧の立ち上がりを判断することとしてもよい。
【００５２】
以上、本発明の実施形態に係る非接触給電装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１００    給電装置
１１      電力制御部
１２      送電コイル
１４      無線通信部
１５      制御部
２００    車両
２２      受電コイル
２４      無線通信部
２５      充電制御部
２６      整流部
２７      リレー部
２８      バッテリ
２９      インバータ
３０      モータ
３２      通知部
３３      リレースイッチ
３４      リレースイッチ
３５      第１の電圧検出センサ
３６      第２の電圧検出センサ
３７      平滑部
Ｃ        コンデンサ
Ｌ        チョークコイル
【図１】
2014090602.tif 000003
【図２】
2014090602.tif 000004
【図３】
2014090602.tif 000005