(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
充電場所に設置された給電部に空間を介して電磁気的に通電され前記給電部から電力が伝送される受電部が電動車両に設けられ、二次電池を充電する受電制御装置であって、
前記電動車両に設けられ、前記電動車両に装着されたホルダを水平方向に駆動する水平駆動アクチュエータと、
前記ホルダに設けられ、前記受電部を前記給電部に対して上下方向に接近離反移動する受電部上下動アクチュエータと、
前記ホルダに設けられ、前記受電部の上側を覆う遮蔽カバーを上下動するカバー上下動アクチュエータと、
前記受電部からの電力信号に基づいて、前記給電部から出力される給電電力を検出する給電電力検出手段と、
前記水平駆動アクチュエータ、前記受電部上下動アクチュエータ、および前記カバー上下動アクチュエータを、給電電力に基づいて制御する制御手段と、を有し、
前記制御手段は、
前記電動車両が前記充電場所に停車されたときに、前記受電部が前記給電部に対して水平方向にずれている場合には、前記水平駆動アクチュエータを駆動して、前記電動車両が停止された状態で前記受電部を前記給電部に対して水平移動させ、
前記水平移動させた前記受電部に出力される前記給電電力が前記二次電池の受電容量を超えているときには、前記受電部上下動アクチュエータにより前記受電部を上昇移動させ、前記水平移動させた前記受電部が受電可能範囲内となっていないときには、前記受電部上下動アクチュエータにより前記受電部を下降移動させ、
前記受電部が下降限位置となっている状態のもとで、前記下降移動させた前記受電部が前記受電可能範囲内となっていないときに、前記カバー上下動アクチュエータによって前記遮蔽カバーを下降移動させて、前記受電部を前記受電可能範囲に設定する、受電制御装置。
【背景技術】
【0002】
電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の電動車両には、駆動源として電動モータと、電動モータに電力を供給するための二次電池つまりバッテリが搭載されている。二次電池に対して車外から電力を供給するために、充電装置が開発されている。充電装置は、パーキングメータや駐車場等のように、電動車両が停車したり駐車したりする充電場所に設置される給電装置と、車両に搭載される受電装置とを有している。電動車両の二次電池は、一般的に、給電装置の充電用ケーブルを車体の充電口に接続することにより、車外から供給される電力により充電される。
【0003】
充電用ケーブルを電動車両の充電口に接続することなく、車外から非接触給電により二次電池を充電するようにした充電装置が開発されている。非接触給電方式においては、給電装置には給電コイルを備えた受電部が設けられ、電動車両に搭載された受電部の受電コイルに対して、空間を介して電磁的に通電させて給電コイルから受電コイルに給電電力を伝送する。非接触給電方式は、機械的な接点が不要となるので、給電の安全性と、長寿命でメンテナンスフリーというメリットがある。
【0004】
このような非接触給電方式としては、特許文献1に記載されるように電磁誘導方式、および特許文献2に記載されるように磁界共鳴方式等がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
電磁誘導方式においては、充電側の一次コイルに交流電流を流すと、一次コイルの周囲に磁界が発生し、車両側の二次コイルと一次コイルとを共通に鎖交する磁束により二次コイルに誘導起電力を発生させて電力伝送を行う。一方、磁界共鳴方式は、共振状態のコイルを用いて電磁界の結合によって一次コイルから二側コイルに電力伝送を行い、電磁波を放射しない非放射型の電力伝送方式であり、電磁共鳴方式とも言われる。
【0007】
このような非接触給電方式により二次電池を充電するには、従来の技術では、受電場所に設けられた給電装置と車両側の受電装置とで相互通信し、車両に応じて充電量を調整するようにしている。つまり、給電装置を、充電容量が大きい大型車両の二次電池に対して給電する電力を発生できるようにすると、充電容量の小さい小型車両の二次電池を充電するには、給電電力を下げる必要がある。このため、給電装置は車両からの送信信号に基づいて、車両に応じて充電量を調整しなければならず、給電装置の制御や仕様が複雑になっている。また、受電装置の受電部が給電装置の給電部に対して所定の充電位置からずれると、充電効率が低下して、充電時間が長くなるという問題点がある。
【0008】
本発明の目的は、車両の二次電池の充電容量に応じて、効率的に二次電池を充電できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の受電制御装置は、充電場所に設置された給電部に空間を介して電磁気的に通電され前記給電部から電力が伝送される受電部が電動車両に設けられ、二次電池を充電する受電制御装置であって、前記電動車両に設けられ、
前記電動車両に装着されたホルダを水平方向に駆動する水平駆動アクチュエータと、前記ホルダに設けられ、前記受電部を前記給電部に対して
上下方向に接近離反移動する
受電部上下動アクチュエータと、前記ホルダに設けられ、前記受電部の上側を覆う遮蔽カバーを上下動するカバー上下動アクチュエータと、前記受電部からの電力信号に基づいて、前記給電部から出力される給電電力を検出する給電電力検出手段と、
前記水平駆動アクチュエータ、前記受電部上下動アクチュエータ、および前記カバー上下動アクチュエータを、給電電力に基づいて制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、
前記電動車両が前記充電場所に停車されたときに、前記受電部が前記給電部に対して水平方向にずれている場合には、前記水平駆動アクチュエータを駆動して、前記電動車両が停止された状態で前記受電部を前記給電部に対して水平移動させ、前記水平移動させた前記受電部に出力される前記給電電力が前記二次電池の受電容量を超えているときには、前記受電部上下動アクチュエータ
により前記受電部を上昇移動させ、
前記水平移動させた前記受電部が受電可能範囲内となっていないときには、前記受電部上下動アクチュエータ
により前記受電部を下降移動させ、
前記受電部が下降限位置となっている状態のもとで、前記下降移動させた前記受電部が前記受電可能範囲内となっていないときに、前記カバー上下動アクチュエータによって前記遮蔽カバーを下降移動させて、前記受電部を前記受電可能範囲に設定する。
【発明の効果】
【0010】
給電部から出力される給電電力は受電部に供給される受電電力により検出され、受電電力に応じて、受電部の給電部に対する位置が調整される。給電電力が二次電池の受電容量を超えているときには、受電部は給電部から離れるように駆動されるので、受電部には過度の電力が供給されることなく、効率的に二次電池を充電することができる。このように、給電部の給電電力に応じて、受電部の位置を変化させるようにしたので、給電装置と受電装置との間で相互通信を行うことなく、給電部から常に一定の給電電力を出力させることができ、給電装置の制御を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1は、電動車両10の一例としてのハイブリッド自動車を示す。この電動車両10は、駆動源として図示しないエンジンと駆動モータとを有している。ハイブリッド自動車には、バッテリつまり二次電池11が搭載されており、二次電池11はインバータを介して駆動モータに電気的に接続されている。インバータおよび駆動モータはそれぞれ図示省略されている。
【0013】
図1に示すように、駐車場等の充電場所には給電装置20が設置される。給電装置20は、電動車両10が駐停車する給電スペースに配置される給電部21を有し、給電部21は一次側コイルつまり給電コイルを有している。充電場所に配置される給電装置本体22には、給電部21に対して一定の電力を供給するための電力供給部23が設けられており、電力供給部23は給電部21に電気的に接続されている。電力供給部23は給電装置本体22内に設けられた給電制御部24により、給電部21に対する給電の開始および停止等が制御される。給電装置本体22には給電開始の指示等を行うための操作部25が設けられている。
【0014】
電動車両10の床面側には受電装置30の受電部31が装着されている。受電部31は、二次側コイルつまり受電コイルを有しており、受電部31は給電部21に対して空間を介して電磁気的に通電されて給電部21から電力が伝送される。受電部31は給電部21から出力される給電電力により二次電池11を充電する。給電装置20と受電装置30とにより充電装置が構成される。給電装置20の給電部21は高周波電力を出力し、給電部21と受電部31との間のコイル間で電磁誘導により、非接触で受電部31に電力が伝送される。このように、
図1においては、電磁誘導方式の非接触給電方式である充電装置を示す。
【0015】
受電部31は電動車両10に上下方向および水平方向に移動自在に装着されている。
図1に示すように、受電部31の上側には受電部31の上側を覆う遮蔽カバー32が配置されており、この遮蔽カバー32も上下方向および水平方向に移動自在となっている。遮蔽カバー32は、給電部21により受電部31に発生される誘起起電力のうち受電部31の外部に漏れる量を低減するために設けられている。遮蔽カバー32を受電部31に接近させると、受電部31の外部に洩れる電力量を低減することができる。
【0016】
図2は、受電部31と遮蔽カバー32とを上下方向および水平方向に駆動するための駆動機構を示す概略図である。
図2に示されるように、受電部31は、受電部上下動アクチュエータ33の上下動ロッド34に取り付けられ、遮蔽カバー32は、カバー上下動アクチュエータ35の上下動ロッド36に取り付けられている。それぞれのアクチュエータ33,35はホルダ37に取り付けられており、ホルダ37は水平支持台38に水平方向に移動自在に装着されている。ホルダ37は水平支持台38に対して、電動車両10の前後方向と左右方向とに移動自在に装着されている。ホルダ37は水平支持台38に設けられた前後方向アクチュエータ41の前後動ロッド42に取り付けられ、さらにホルダ37は水平支持台38に設けられた左右方向アクチュエータ43の左右動ロッド44に取り付けられている。このように、ホルダ37を前後方向および左右方向に駆動すると、受電部31と遮蔽カバー32は前後方向および左右方向に駆動される。前後方向アクチュエータ41と左右方向アクチュエータ43は、水平駆動アクチュエータを構成している。それぞれのアクチュエータは電動モータにより形成されており、モータシャフトの回転がナット等によりそれぞれのロッドの軸方向運動に変換される。それぞれのアクチュエータは、受電部31を給電部21に対して接近離反移動する受電部駆動手段を構成している。
【0017】
図3は受電部31を制御するための受電制御回路を示すブロック図である。電動車両10には二次電池11に対する充電を指令するための操作パネル51が設けられており、操作パネル51に設けられた操作スイッチのオンオフ信号が制御部50に送られる。制御部50からは、操作パネル51に設けられた表示部に、充電状態を示す信号が送られる。さらに、制御部50から、受電部上下動アクチュエータ33、カバー上下動アクチュエータ35,前後方向アクチュエータ41、および左右方向アクチュエータ43に駆動信号が送られる。制御部50には、受電部31から電力信号が送られるとともに、受電部31に対して充電開始信号が送られる。制御部50は、受電部31からの信号に基づいて、給電部21から出力される給電電力を検出する給電電力検出手段を構成し、さらに、二次電池11からの信号に基づいて、充電完了したか否かを判定する。制御部50は、制御信号等を演算するマイクロプロセッサ、制御プログラム、演算式およびマップデータ等を格納するメモリを有しており、上述したアクチュエータの駆動を制御するための制御手段を構成している。
【0018】
給電装置20は、給電部21に対して常に一定の給電電力を出力する。
図1においては、受電部31が基準位置つまり初期位置となっている状態を示しており、この初期位置のもとでは、例えば、受電部31の底面が電動車両10のフロアパネル13の底面とほぼ同一面となっている。なお、受電部31の初期位置としては、
図1に示される位置に限られることなく、受電部31の底面がフロアパネル13の底面から上下方向にずれた位置であっても良い。受電装置30は給電部21からの給電電力を検出し、電動車両10に搭載されている二次電池11の充電容量と給電電力とを比較する。比較の結果、給電電力が二次電池11の受電可能範囲つまり受電最適値の範囲であれば、受電部31を初期位置のままで給電部21から給電電力を出力し、二次電池11の充電を行う。
【0019】
これに対し、
図4(A)に示すように、給電電力が二次電池11の受電容量を超えているとき、つまり給電電力が受電部31の受電電力の上限値以上となっているときには、給電部21に電力供給部23から供給される電力を低減させることなく、受電部31を上昇させて受電可能範囲つまり受電最適値の範囲に受電部31を位置決めする。これにより、過度の給電電力が受電部31に給電されることが防止される。受電部31の上昇移動は、
図2に示した受電部上下動アクチュエータ33を駆動することにより行われる。
【0020】
給電電力が受電部31の受電電力の上限値以上となっているときにおける受電部31に対する電力調整方式としては、上述のように、受電部31を上昇移動させる形態と、受電部31を水平移動させる形態とがある。
【0021】
図4に示すように、
図1に示した電動車両10よりも小型の電動車両10においては、受電部31の受電電力が大型の電動車両10よりも小さくなっており、受電部31の受電コイルや受電コイルと二次電池11とを電気的に接続するための給電ケーブルも大型の電動車両よりも細い給電ケーブルが使用されている。このため、
図4(A)に示されるように、受電部31を初期位置のままとして給電部21から受電部31に電力を供給すると、受電部31の受電コイル等が過加熱されるおそれがあるが、
図4(B)に示すように、受電部31を給電部21から離す方向に上昇移動させることにより、受電部31に対する給電電力を最適な受電可能範囲に位置させて、受電コイル等に過加熱を発生させることなく、効率的に二次電池11を充電することができる。
【0022】
充電場所に設置される給電装置20によっては、給電部21からの給電電力が相違している場合がある。このため、小型の電動車両であっても、大型の電動車両であっても、受電部31を初期位置とした状態では、受電部31が給電部21に対して受電可能範囲の位置となっていない場合がある。その場合には、
図5(A)に示すように、受電部31を給電部21に向けて下降移動させる。これにより、給電部21の給電電力が大電力を出力する場合であっても、これよりも小電力を出力する場合であっても、給電装置20と電動車両10との間で通信を行って給電部21の出力電圧を制御することなく、それぞれの給電部21に最大の給電電力を出力させて、種々の電動車両の二次電池11を効率的に充電することができる。したがって、給電装置20と電動車両10の受電装置30との間で相互通信を行う必要がなく、給電装置20の制御や仕様を簡単な構造として、低コストの給電装置20とすることができる。受電部31の下降移動は、受電部上下動アクチュエータ33により行われる。
【0023】
受電装置30は遮蔽カバー32を備えており、遮蔽カバー32と受電部31との距離を調整することによって受電部31から漏出する給電電力を変化させることができる。これにより、給電部21から受電部31に供給される電力を、給電部21からの出力電力を変化させることなく、遮蔽カバー32の上下動により変化させることができる。したがって、受電部31と遮蔽カバー32とが初期位置の状態のもとでは、給電部21からの出力電力が受電部31の受電可能範囲に到達していないときには、遮蔽カバー32を初期位置よりも受電部31に接近させるように下降移動する。これにより、受電部31を受電可能範囲に位置決めさせることができる。
【0024】
給電部21から伝送される受電部31の受電電力が受電可能範囲となっていない場合には、受電部31の下降移動を優先し、それでも受電可能範囲となっていないときに、遮蔽カバー32を下降移動させるようにすると、より効率的に二次電池11に対して充電を行うことができる。
【0025】
図5(B)は、受電部31を最下降位置まで下降移動させるとともに、遮蔽カバー32を受電部31に最接近させた状態を示す。このように、受電部31と遮蔽カバー32とを下降移動させると、給電装置20の給電部21からの給電電力が比較的小さい場合であっても、二次電池11を充電することができる。さらに、レーシング車両やレース場で急速充電を行う必要がある場合には、受電部31と遮蔽カバー32とを最下降限位置まで下降移動させることにより、二次電池11に対して急速に充電を行うことができる。遮蔽カバー32の下降移動は、カバー上下動アクチュエータ35により行われる。このように、給電部21の給電電力を検出することによって、受電部31と遮蔽カバー32の位置を変化させることにより、給電部21の給電電力を制御することなく、給電部21から一定の給電電力を出力させることよって、効率的に二次電池11を充電することができる。
【0026】
図6は、給電部21に対して電動車両10の受電部31が初期位置よりもずれた状態となって、電動車両10が充電場所に停車した場合を示す。
図6において破線は受電部31と遮蔽カバー32の初期位置を示す。このように、受電部31が給電部21に対して所定の充電位置から水平方向にずれていると、効率的に二次電池11を充電することができない。そのときには、
図6において矢印で示すように、受電部31を水平方向に移動して、受電部31を給電部21に沿う方向に水平移動する。水平移動の方向は、電動車両10の前後方向と左右方向の両方向とすることができ、いずれの方向に移動する際にも、受電部31と遮蔽カバー32とを移動させることになる。それぞれの前後方向移動は、前後方向アクチュエータ41により行われ、左右方向移動は、左右方向アクチュエータ43により行われる。
【0027】
このように、給電部21に対して受電部31を水平方向に移動することにより、受電部31を給電部21に対して接近離反移動させることができる。したがって、給電電力が受電部31の受電電力の上限値以上となっているときには、上述のように、受電部31を上昇移動させることなく、受電部31を水平移動させることにより、受電部31を水平移動させて受電可能範囲つまり受電最適値の範囲に受電部31を位置決めすることができる。これにより、過度の給電電力が受電部31に給電されることが防止される。
【0028】
図7は、受電制御装置に対する充電制御のアルゴリズムを示すフローチャートである。
図8は、
図7に示された水平方向位置調整制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【0029】
電動車両10が充電場所に駐車された状態のもとで、給電装置20の操作部25が操作されて受電開始がステップS1において判定されると、ステップS2の水平方向位置調整ステップが実行される。このステップS2において、受電部31の水平方向位置が調整されると、充電開始が操作パネル51に設けられた表示部に表示される。給電部21から給電電力が受電部31に出力されると、受電部31に出力された給電電力が二次電池11の充電容量を超えているか否か、つまり受電部31の受電電力の上限値以上となっているか否かが、ステップS4において判定される。
【0030】
上限値以上となっている
と判定された場合は、
図4(B)に示されるように、受電部31が上昇移動される。上昇移動ストロークは一定値に設定されており、ステップS5において一定値上昇移動させても、受電可能電力範囲となっていないと判断されたときには、再度一定値だけ受電部31は上昇移動される。ステップS6において、受電部31が受電可能電力範囲つまり受電可能範囲となっていると判定されたときには、給電部21からの給電電力により二次電池11は充電され、充電が完了すると、受電部31は初期位置に戻される(ステップS7〜S9)。
【0031】
ステップS4において、受電部31の位置が受電電力の上限値以上となっていないと判定されたときには、ステップS10において受電部31が受電可能範囲となっているか否かが判定される。受電可能範囲となっていると判定されたときには、ステップS7が実行されて二次電池11は充電される。
【0032】
一方、ステップS10において受電可能範囲となっていないと判定されたときには、受電部31が最下降限となっているか否か、つまり下限位置となっているか否かがステップS11において判定される。受電部31が下限位置となっていると判定されたときには、遮蔽カバー32が下降移動される。下降移動のストロークは一定値に設定されており、ステップS12において一定値下降移動させても、受電可能電力範囲となっていないと判断されたときには、再度一定値だけ受電部31は下降移動される。ステップS13において、受電部31が受電可能範囲となっていると判定されたときには、ステップS7が実行されて二次電池11は充電される。
【0033】
ステップS11において受電部31が下限位置となっていないと判定されたときには、ステップS14において受電部31は下降移動される。この下降移動のストロークは一定値に設定されており、ステップS14において一定値下降移動させても、ステップS14において受電可能範囲となっていないと判定されたときには、再度一定値だけ受電部31は下降移動される。ステップS15において受電部31が受電可能範囲となっていると判定されたときには、二次電池11は充電される。
【0034】
ステップS1において受電開始が判定されると、
図8に示すように、受電部31の水平方向位置調整が実行される。ステップS21においては、受電部31が給電部21に対して所定の位置となっているか否かが判定される。この判定は、例えば、受電部31の受電電力が受電可能範囲内となっているか否かによって判定することができる。受電部31が給電部21に対して所定の位置となっていないと判定されたときには、ステップS22において受電部31が左右方向に所定の距離だけ駆動される。ステップS23においてNOと判定されたときには、再度所定距離だけ受電部31は左右方向に駆動される。一定回数の左右方向移動が行われたら、ステップS25が実行されて前後方向に所定の距離だけ受電部31が駆動され、受電部31が所定の位置となっているか否かが判定される(ステップS26)。ステップS27によりYESと判定されたときには、受電部31を前後左右の水平方向に移動させても、受電部31が受電可能位置となっていない状態である。この場合には、電動車両10を停車させた位置が受電位置から大きく離れている場合であり、ステップS28により操作パネル51に車両を移動するようにメッセージが点灯表示される。操作パネル51の表示に代えるか、これとともに警報ブザーを作動させるようにしても良い。
【0035】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図示する電動車両10は、いずれもハイブリッド車両であるが、駆動源として駆動モータを備えた車両であれば、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車等にも本発明を適用することができる。