(57)【要約】【課題】非接触送受電時の位置合わせが容易となる非接触送受電システムを提供する。【解決手段】非接触送受電システムは、非接触で受電可能に構成された受電部１００を搭載する車両１０と、車外から受電部１００に送電する送電装置２０とを備える。送電装置２０は、車両を移動させて受電部１００の位置を送電装置２０の送電部７００に合わせる位置合わせを実行する際に、受電部１００での受電強度を確認するためのテスト送電を実行し、テスト送電時には電圧制御を行なって送電を実行し、位置合わせ完了後の本送電時には電力制御を行なって送電を実行する。【選択図】図１
2015100230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触で受電可能に構成された受電部を搭載する車両と、
車外から前記受電部に送電する送電装置とを備え、
前記送電装置は、前記車両を移動させて前記受電部の位置を前記送電装置の送電部に合わせる位置合わせを実行する際に、前記受電部での受電強度を確認するためのテスト送電を実行し、前記テスト送電時には電圧制御を行なって送電を実行し、前記位置合わせ完了後の本送電時には電力制御を行なって送電を実行する、非接触送受電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、非接触送受電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１〜７に開示されているように、非接触で電力を送受電する受電装置および送電装置が知られている。
【０００３】
たとえば、特開２０１２−０８０７７０号公報に記載された非接触充電システムにおいては、車載の受電装置と駐車場等に設置された送電装置との位置合わせの際に、微弱電力を送電装置から受電装置に供給して、その時の受電電圧に基づいて車両を送電装置に誘導する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０８０７７０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
【特許文献７】特開２０１１−２５４６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開２０１２−０８０７７０号公報に記載された非接触充電システムにおいては位置合わせ時のテスト送電の際には、本送電時よりも強度の弱い微弱電力を送電することは言及されているが、テスト送電時にどのように電力を制御するかについては検討されていない。
【０００６】
本願発明者は、テスト送電時の電力制御方式によって、位置合わせ感度が変化することを発見した。
【０００７】
本発明の目的は、送電部と受電部との位置合わせ時の送電電力の制御を適切に行なうことによって非接触送受電時の位置合わせが容易となる非接触送受電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、要約すると、非接触送受電システムであって、非接触で受電可能に構成された受電部を搭載する車両と、車外から受電部に送電する送電装置とを備える。送電装置は、車両を移動させて受電部の位置を送電装置の送電部に合わせる位置合わせを実行する際に、受電部での受電強度を確認するためのテスト送電を実行し、テスト送電時には電圧制御を行なって送電を実行し、位置合わせ完了後の本送電時には電力制御を行なって送電を実行する。
【０００９】
電圧制御は、電力制御よりも、車両を移動させるとピーク付近で感度が急峻になるという特性がある。このように、車両負荷に送電を行なう前のテスト送電においては、位置合わせに有利な電圧制御を実行し、車両負荷に送電を行なう際の本格送電においては、必要とされる電力が送電できる電力制御を実行する。これにより、車両と送電装置との間の位置合わせが容易となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、位置合わせ時のピーク検出感度が増加する。このため、受電装置と送電装置とが位置合わせされたときに、正確に位置合わせされたときの受電電圧と、位置ずれしたときの受電電圧との差が大きくなり、位置ずれしているか否かを検出しやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態の一例である非接触送受電システムの全体構成図である。
【図２】車両が移動して受電部と送電部の位置合わせが実施される様子を説明するための図である。
【図３】非接触給電を実行する際に車両と充電スタンドが実行する処理の概略を説明するためのフローチャートである。
【図４】定電圧制御で送電した場合と定電力制御で送電した場合の二次側出力電圧の変化を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態の一例である非接触送受電システムの全体構成図である。
【００１４】
図１を参照して、本実施の形態の非接触送受電システムは、非接触で受電可能に構成された受電部１００を搭載する車両１０と、車外から受電部１００に送電する送電装置２０とを備える。送電装置２０は、車両を移動させて受電部１００の位置を送電装置２０の送電部７００に合わせる位置合わせを実行する際に、受電部１００での受電強度を確認するためのテスト送電を実行し、テスト送電時には電圧制御を行なって送電を実行し、位置合わせ完了後の本送電時には電力制御を行なって送電を実行する。
【００１５】
本願発明者は、電圧制御は、電力制御よりも、車両を移動させるとピーク付近で感度が急峻になるという特性があることを発見した。そこで、車両負荷に送電を行なう前のテスト送電においては、位置合わせに有利な電圧制御を実行し、車両負荷に送電を行なう際の本格送電においては、必要とされる電力が送電できる電力制御を実行することにした。これにより、車両と送電装置との間の位置合わせが容易となる。
【００１６】
以下、車両１０と送電装置２０の具体的な構成の詳細について、さらに説明する。実施の形態による電力伝送システムは、車両１０と、送電装置２０とを備える。車両１０は、さらに、フィルタ回路１５０と、整流部２００と、蓄電装置３００と、動力生成装置４００とを含む。
【００１７】
受電部１００は、送電装置２０の送電部７００から出力される電力（交流）を非接触で受電するためのコイルを含む。受電部１００は、受電した電力を整流部２００へ出力する。たとえば、図２に示されるように、送電装置２０の送電部７００が地表または地中に設けられ、受電部１００は、車体下部に配置される。
【００１８】
なお、受電部１００の配置箇所はこれに限定されるものではない。たとえば、仮に送電装置２０が車両上方に設けられる場合には、受電部１００を車体上部に設けてもよい。
【００１９】
整流部２００は、受電部１００によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３００へ出力する。フィルタ回路１５０は、受電部１００と整流部２００との間に設けられ、送電装置２０からの受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路１５０は、たとえば、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。
【００２０】
蓄電装置３００は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池によって構成される。蓄電装置３００の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置３００は、整流部２００から出力される電力を蓄えるほか、動力生成装置４００によって発電される電力も蓄える。そして、蓄電装置３００は、その蓄えられた電力を動力生成装置４００へ供給する。なお、蓄電装置３００として大容量のキャパシタも採用可能である。特に図示しないが、整流部２００と蓄電装置３００との間に、整流部２００の出力電圧を調整するＤＣ−ＤＣコンバータを設けてもよい。
【００２１】
動力生成装置４００は、蓄電装置３００に蓄えられる電力を用いて車両１０の走行駆動力を発生する。特に図示しないが、動力生成装置４００は、たとえば、蓄電装置３００から電力を受けるインバータ、インバータによって駆動されるモータ、モータによって駆動される駆動輪等を含む。なお、動力生成装置４００は、蓄電装置３００を充電するための発電機と、その発電機を駆動可能なエンジンとを含んでもよい。
【００２２】
車両ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両１０における各機器の制御を行なう。一例として、車両ＥＣＵ５００は、車両１０の走行制御や、蓄電装置３００の充電制御を実行する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００２３】
なお、整流部２００と蓄電装置３００との間には、リレー２１０が設けられる。リレー２１０は、送電装置２０による蓄電装置３００の充電時に車両ＥＣＵ５００によってオンされる。また、蓄電装置３００と動力生成装置４００との間には、システムメインリレー（ＳＭＲ）３１０が設けられる。ＳＭＲ３１０は、動力生成装置４００の起動が要求されると、車両ＥＣＵ５００によってオンされる。
【００２４】
なお、車両ＥＣＵ５００は、送電装置２０による蓄電装置３００の充電時には、通信装置５１０を用いて送電装置２０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況等の情報を送電装置２０とやり取りする。
【００２５】
図２は、車両が移動して受電部と送電部の位置合わせが実施される様子を説明するための図である。図２を参照して、図示しない車載カメラや送電部７００でのテスト送電での受電強度などにより、受電部１００が送電部７００に対して位置が合っているかを車両または送電装置が判断し、報知装置５２０によってユーザに報知される。図２に示すように、ユーザは報知装置５２０から得た情報に基づいて、受電部１００と送電部７００との位置関係が送受電に良好な位置関係になるように、車両１０を移動させる。なお、必ずしもユーザがハンドル操作やアクセル操作をしなくてもよく、車両１０が自動的に移動して位置を合わせて、ユーザがそれを報知装置５２０で見守るようにしてもよい。
【００２６】
再び、図１を参照して、送電装置２０は、電源部６００と、フィルタ回路６１０と、送電部７００と、電源ＥＣＵ８００とを含む。電源部６００は、商用系統電源等の外部電源９００から電力を受け、所定の伝送周波数を有する交流電力を発生する。
【００２７】
送電部７００は、車両１０の受電部１００へ非接触で送電するためのコイルを含む。送電部７００は、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００から受け、送電部７００の周囲に生成される電磁界を介して、車両１０の受電部１００へ非接触で送電する。
【００２８】
フィルタ回路６１０は、電源部６００と送電部７００との間に設けられ、電源部６００から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路６１０は、インダクタおよびキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。
【００２９】
電源ＥＣＵ８００は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、送電装置２０における各機器の制御を行なう。一例として、電源ＥＣＵ８００は、伝送周波数を有する交流電力を電源部６００が生成するように、電源部６００のスイッチング制御を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００３０】
なお、電源ＥＣＵ８００は、車両１０への送電時には、通信装置８１０を用いて車両１０と通信を行ない、充電の開始／停止や車両１０の受電状況等の情報を車両１０とやり取りする。
【００３１】
送電装置２０において、電源部６００からフィルタ回路６１０を介して送電部７００へ、所定の伝送周波数を有する交流電力が供給される。送電部７００および車両１０の受電部１００の各々は、コイルとキャパシタとを含み、伝送周波数において共振するように設計されている。送電部７００および受電部１００の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。
【００３２】
電源部６００からフィルタ回路６１０を介して送電部７００へ交流電力が供給されると、送電部７００のコイルと、受電部１００のコイルとの間に形成される電磁界を通じて、送電部７００から受電部１００へエネルギ（電力）が移動する。そして、受電部１００へ移動したエネルギ（電力）は、フィルタ回路１５０および整流部２００を介して蓄電装置３００へ供給される。
【００３３】
なお、特に図示しないが、送電装置２０において、送電部７００と電源部６００との間（たとえば送電部７００とフィルタ回路６１０との間）に絶縁トランスを設けてもよい。また、車両１０においても、受電部１００と整流部２００との間（たとえば受電部１００とフィルタ回路１５０との間）に絶縁トランスを設けてもよい。
【００３４】
蓄電装置３００に充電を行なう本格送電の前には、図２に示したように、車両を移動させて受電部１００と送電部７００とを対向させるように位置合わせを行なう必要がある。そのときに、本格送電時と同じ電力を送ると電磁界が車両の送電部以外にも漏洩し、通信装置などの各種電子機器に悪影響を与える恐れがある。
【００３５】
そこで、位置合わせ時には、本格送電時よりも電力が小さい微弱電力でテスト送電を行なう。テスト送電時には、リレー２０２を導通させ、検出抵抗２０１の両端に生じる受電電圧ＶＲを車両ＥＣＵ５００が検出する。この電圧は本格送電時よりも小さいので、検出時に蓄電装置３００の影響を受けないように、テスト送電時にはリレー２１０はオフ状態に制御される。
【００３６】
図３は、非接触給電を実行する際に車両と充電スタンドが実行する処理の概略を説明するためのフローチャートである。
【００３７】
図１、図３を参照して、まず車両側では、ステップＳ１において、通信接続処理が実行される。車両ＥＣＵ５００は通信装置５１０を使用して送電装置２０と通信を開始する。
【００３８】
ここで送電装置側においてはステップＳ１１において処理が開始されると車両側から通信があるまでステップＳ１１において待機状態にあり、車両から通信の開始が要求された場合には通信を開始する。
【００３９】
車両側ではステップＳ１の通信開始の処理に続いてステップＳ２において距離確認処理が実行される。距離確認処理は、受電部１００と送電部７００との距離を確認しつつ車両を移動させて位置合わせを行なう処理である。
【００４０】
たとえば、第１段階では、たとえば、図示しない車載カメラを用いたＩＰＡ（インテリジェントパーキングアシスト）システムが用いられる。そして車両が送電部７００にある程度近づくと車両ＥＣＵ５００が送電装置に位置合わせのためのテスト送電を要求する。
【００４１】
送電装置側では、ステップＳ１１に続くステップＳ１２においてテスト送電の要求がオン状態になるのを待っている。
【００４２】
一方、車両側では、微弱電力の送電を要求する際に、車両ＥＣＵ５００がリレー２０２をオン状態に設定する。そして送電装置側にテスト送電要求を送信する。すると送電装置はテスト送電要求がオン状態に設定されたことを検出してテスト送電を開始する。このテスト送電電力は、充電開始後に送電する場合と同様な電力を送信してもよいが、本格送電時に送る電力よりも弱い電力（微弱電力）に設定することが好ましい。
【００４３】
そしてこのテスト信号を用いて抵抗２０１の両端に生じる電圧がある電圧に到達したことをもって、給電可能な距離に車両が到達したことが検出される。
【００４４】
一定の一次側電圧（送電装置２０からの出力電圧）に対して、二次側電圧（車両１０の受電電圧）は、送電装置２０の送電部７００と車両１０の受電部１００との間の距離Ｌ（図２）に応じて変化する。そこで、一次側電圧および二次側電圧の関係を予め測定するなどしてマップ等を作成しておき、二次側電圧を示す電圧ＶＲの検出値に基づいて送電部７００と受電部１００との間の距離を検出することができる。なお、電圧ＶＲ以外にも、受電側での電流や電力、送電側での送電電流、送電電力で距離を検出するようにしてもよい。
【００４５】
本願発明者は、この位置合わせ時のテスト送電時に、送電電圧を目標値になるように制御する電圧制御を実行したほうが、送電電力を目標値になるように制御する電力制御を実行するよりも位置合わせ良好となる付近での受電電圧の差が大きくなることを発見した。
【００４６】
一般に、充電を行なう際には、蓄電装置３００（たとえば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池）の受け入れ可能な電力（Ｗｉｎ）を超えないように送電電力を制御しなければならないので、非接触送電でも電力制御を行なうことが一般的である。しかし、テスト送電時には、送電電力は微弱なものであるし、蓄電装置３００への充電を行なうわけではないので、リレー２１０をオフ状態にしておけばＷｉｎの制限を考慮しなくてもよい。
【００４７】
図４は、定電圧制御で送電した場合と定電力制御で送電した場合の二次側出力電圧の変化を比較した図である。図４において、縦軸には、二次側出力電圧（Ｖ）が示され、横軸には受電部１００と送電部７００との結合係数が示されている。
【００４８】
二次側出力電圧（Ｖ）は、図１の抵抗２０１に検出される電圧ＶＲに相当する。また、結合係数は、送電部７００の一次コイルと受電部１００二次コイルとの距離（コイル間距離、または位置ずれ量）に対応して変化する。ラインＶＶは定電圧制御時の結合係数の変化と二次側出力電圧の変化を示し、ラインＶＰは定電圧制御時の結合係数の変化と二次側出力電圧の変化を示している。
【００４９】
破線Ｐ１，Ｐ２で囲んだ付近の波形を比較すると、二次側出力電圧がピークとなる付近の結合係数に対しての出力電圧の感度がラインＶＶよりもラインＶＰのほうが大きくなっている。これは、定電圧制御実行時のほうが定電力制御実行時よりも、位置合わせＯＫの場所と位置合わせＮＧの場所との境界付近において、位置合わせＯＫの場所と位置合わせＮＧの場所での出力電圧の差が大きいことを意味する。
【００５０】
したがって、図３のステップＳ２およびステップＳ１２でのテスト送電時には、送電電力の定電圧制御が実行される。
【００５１】
車両移動距離が位置ずれゼロの位置に近づく間は受電電圧ＶＲは増加する。位置ずれゼロの位置を通り越すと受電電圧ＶＲは下がり始める。あらかじめ距離と電圧の関係を計測しておいて決定されている判定しきい値に基づいて電圧ＶＲを判定し、車両ＥＣＵ５００は、車両停止位置を決定する。
【００５２】
ステップＳ２およびステップＳ１２においては、テスト送電の電力を受電部１００で受電し、電圧ＶＲに基づいて距離確認を行ないながら車両の駐車位置が決定される。車両の駐車位置が決定されると、ユーザ操作または車両ＥＣＵ５００によってシフトレンジがＰレンジに移行され、車両側では、ステップＳ２からステップＳ３に処理が進められる。ステップＳ３では、車両ＥＣＵ５００は、リレー２１０をオンさせ、送電装置に充電用の本格送電を要求する。
【００５３】
本格送電の要求に応じて、送電装置側ではステップＳ１３において電力送電の制御方式が電圧制御から電力制御に切り替えられる。
【００５４】
続いて、車両側ではステップＳ４に処理が進められ、送電装置側ではステップＳ１４に処理が進められる。
【００５５】
ステップＳ４では、車両ＥＣＵ５００は、蓄電装置３００の充電状態（ＳＯＣ）や温度に基づいて、受け入れ可能な電力Ｗｉｎを電源ＥＣＵ８００に送信する。ステップＳ１４では、電力Ｗｉｎを超えないように電源ＥＣＵ８００が電源部６００を定電力制御を実行し送電を行なう。
【００５６】
ステップＳ４において、所定の充電終了条件（たとえば、蓄電装置３００が満充電となった、指定された充電終了時刻が到来した、ユーザが充電終了操作を行なったなど）が成立すると、車両ＥＣＵ５００は電源ＥＣＵに対して送電中止を要求し、ステップＳ５およびステップＳ１５において充電処理が終了する。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態では、車両負荷に送電を行なう前のテスト送電（図３のステップＳ１２）においては、位置合わせに有利な電圧制御を実行し、車両負荷に送電を行なう際の本格送電（図３のステップＳ１４）においては、必要とされる電力が送電できる電力制御を実行することにした。これにより、車両と送電装置との間の位置合わせが容易となる。
【００５８】
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の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】
【００５９】
１０  車両、２０  送電装置、１００  受電部、１５０，６１０  フィルタ回路、２００  整流部、２０１  抵抗、２０２，２１０  リレー、３００  蓄電装置、４００  動力生成装置、５００  車両ＥＣＵ、５１０，８１０  通信装置、５２０  報知装置、６００  電源部、７００  送電部、８００  電源ＥＣＵ、９００  外部電源。
【図１】
2015100230.tif 000003
【図２】
2015100230.tif 000004
【図３】
2015100230.tif 000005
【図４】
2015100230.tif 000006