(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
車両に搭載されたバッテリに電流を供給する受電装置が備えるコイルの自己インダクタンスおよび前記バッテリが充電可能な容量を示す充電可能容量を含むバッテリ情報を取得する取得部と、
前記取得部によって取得された前記自己インダクタンスに基づいて前記コイルで発生する電流値を算出する算出部と、
前記算出部によって算出された前記電流値および前記充電可能容量に基づいて前記受電装置へ非接触で給電する給電部と
を備えることを特徴とする充電装置。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る充電装置および充電システムを詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【0010】
まず、
図1を用いて実施形態に係る充電方法の概要について説明する。
図1は、充電方法の概要を示す図である。かかる充電方法は、充電装置1と、車両Cに搭載された受電装置50とによって行われる。
【0011】
実施形態に係る充電方法は、車両Cのバッテリである電池パック60に対して非接触方式で充電を行うものである。
図1に示すように、例えば、充電装置1は、地中に埋められるように設置される。そして、充電装置1は、例えば、電磁誘導を用いることで、受電装置50側で電流を発生させる。受電装置50で発生した電流が電池パック60に充電される。
【0012】
具体的には、充電方法では、充電装置1が備える1次コイルに高周波の電流を印加することで、かかる1次コイルと受電装置50が備える2次コイルとの間に磁界を発生させる。そして、2次コイル側でかかる磁界により発生する起電力が電池パック60に充電される。
【0013】
ここで、従来技術では、受電装置側の制御に基づいて充電を行っていた。具体的には、従来技術では、充電装置は、1次コイルに流す電流値等を指示する指示信号を受電装置から逐次取得し、かかる指示信号に基づいて受電装置で発生させる起電力を調整していた。
【0014】
また、非接触方式により充電を行うため、充電装置と、受電装置との通信についてもWiFi(登録商標)等の無線通信を採用していた。このため、通信障害や、通信機能の故障等により充電装置と受電装置との無線通信による通信が途絶える場合がある。かかる場合に、従来の充電装置では、上記の指示信号を取得することができなくなるため、バッテリに対して適切に充電することができなかった。
【0015】
そこで、実施形態に係る充電方法では、受電装置50からバッテリ情報を予め取得しておくことで、受電装置50との通信が途絶えた場合であってもバッテリ(電池パック60)に対して充電を行えるようにした。
【0016】
具体的には、充電方法では、例えば、充電開始時に受電装置50からバッテリ情報を取得する。かかるバッテリ情報は、受電装置50が備える2次コイルの自己インダクタンスL
2や、充電が完了するまでの電力量(以下、充電可能容量Pという)を含む。なお、充電可能容量Pは、「電池総容量―電池残容量」である。
【0017】
続いて、充電方法では、自己インダクタンスL
2に基づいて2次コイルで発生する電流値I
2を算出する。すなわち、充電方法では、自己インダクタンスL
2に基づいて電池パック60に充電される電力を算出することができる。なお、かかる電流値I
2の算出手順については後述する。そして、充電方法では、かかる電流値I
2および充電可能容量Pに基づいて給電を行う。
【0018】
つまり、実施形態に係る充電方法では、自己インダクタンスL
2に基づいて電池パック60に充電される電流値I
2を算出し、充電可能容量P分だけ電池パック60に対して充電を行う。換言すると、実施形態に係る充電方法では、自己インダクタンスL
2および充電可能容量Pを取得することで、充電装置1側の制御によって電池パック60に充電することが可能となる。
【0019】
したがって、実施形態に係る充電方法によれば、受電装置50との通信が途絶えた場合であっても、バッテリに対して適切に充電することが可能となる。
【0020】
次に、
図2を用いて実施形態に係る充電システム100の構成例について説明する。
図2は、充電システム100のブロック図である。充電システム100は、充電装置1および受電装置50を含む。また、
図2には、バッテリである電池パック60をあわせて示す。
【0021】
まず、受電装置50について説明する。受電装置50は、2次コイル51、指示部52、通信部53を備える。通信部53は、充電装置1と通信を行う通信インターフェースである。実施形態に係る充電システム100では、充電装置1および受電装置50間の通信方式にWiFiなどの無線通信方式を採用することができる。なお、かかる無線通信方式として、赤外線通信など他の通信方式を適用することにしてもよい。
【0022】
2次コイル51は、電磁誘導により、充電装置1が備える1次コイル15との間で磁界を発生させ、かかる磁界に応じた電流を発生させる。かかる電流を電池パック60へ供給することで、電池パック60を充電する。
【0023】
また、2次コイル51には、図示しない電流センサおよび電圧センサが設けられ、2次コイル51に流れる実際の電流値I
2および電圧値V
2が随時指示部52へ出力される。
【0024】
電池パック60は、例えば、リチウムイオン2次電池やニッケル水素2次電池などの2次電池であり、2次コイル51によって発生した電力を充電する。また、電池パック60に充電された電力は、車両Cを駆動させるモータ(不図示)等を駆動させるために用いられる。
【0025】
また、電池パック60は、電池残容量を計測する残容量センサや、電池パック60内部の温度を計測する温度センサ等を備え、残容量センサおよび温度センサ等の計測値を所定周期(例えば、1秒)ごとに指示部52へ出力する。
【0026】
指示部52は、指示信号を所定周期で生成し、生成毎に通信部53を介して充電装置1へ送信する。かかる指示信号は、例えば、2次コイル51で発生させる電流値I
2を指示するものである。
【0027】
具体的には、指示部52は、上記の計測値および充電可能容量Pに基づき、最適な電流値I
2等を指示する指示信号を所定周期で生成し、生成毎に充電装置1へ送信する。換言すると、指示部52は、2次コイル51で発生させる電流値I
2を充電可能容量Pや電池パック60内の温度等にあわせて最適化する。これにより、電池パック60を充電する時間の短縮や、充電による電池パック60の劣化を抑制することが可能となる。なお、指示信号は、後述する給電部24が1次コイル15に印加する電流値I
1を指示するものであってもよい。かかる場合に、例えば、指示部52は、充電装置1が備える1次コイル15の自己インダクタンスL
1を取得することで電流値I
1を算出することができる。
【0028】
また、指示部52は、通信部53が充電装置1と接続された場合に、開始要求を充電装置1へ出力する。かかる開始要求には、例えば、充電開始時において1次コイル15に印加する電流値I
1や交流電流の周波数等を指示する情報が含まれる。充電装置1は、かかる開始要求に基づいて受電装置50に対して給電を開始する。
【0029】
また、実施形態に係る充電システム100では、指示部52は、2次コイル51の自己インダクタンスL
2および電池パック60の充電可能容量Pを含むバッテリ情報を充電装置1へ出力する。
【0030】
ここで、指示部52は、バッテリ情報を上記した開始要求とともに出力するが、バッテリ情報を常時出力することにしてもよい。また、指示部52は、充電装置1との通信強度が低下し始めた場合、すなわち、通信途絶が発生しそうな場合にのみバッテリ情報を送信することにしてもよい。
【0031】
さらに、指示部52は、電池パック60の性能を示す性能情報をバッテリ情報として充電装置1へ出力することもできる。かかる性能情報は、例えば、電池パック60の種類や、型式等を含む情報である。なお、かかる性能情報に基づく充電装置1側の処理の具体例については、
図3を用いて後述する。
【0032】
充電装置1は、制御部2、記憶部3、通信部10および1次コイル15を備える。通信部10は、受電装置50の通信部53と通信を行う通信インターフェースである。1次コイル15には、制御部2によって生成される電流値I1の交流電流が印加される。これにより、1次コイル15と2次コイル51との間に磁界が発生し、電池パック60を充電することができる。
【0033】
また、1次コイル15には、1次コイル15に流れる電流値I
1を計測する電流センサと、1次コイル15の電圧値V
1を計測する電圧センサ(いずれも図示せず)が設けられる。かかる電流センサおよび電圧センサによって計測された電流値I
1および電圧値V
1は、制御部2の算出部22へ出力される。
【0034】
制御部2は、取得部21と、算出部22と、選択部23と給電部24とを備える。制御部2は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。
【0035】
コンピュータのCPUは、例えば、ROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部2の取得部21、算出部22、選択部23および給電部24として機能する。
【0036】
また、制御部2の取得部21、算出部22、選択部23および給電部24の少なくともいずれか一つまたは全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。
【0037】
また、記憶部3は、例えば、RAMやHDDに対応する。RAMやHDDは、充電パターン情報31や各種プログラムの情報を記憶することができる。なお、充電装置1は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することとしてもよい。
【0038】
取得部21は、受電装置50から上記したバッテリ情報を通信部10を介して取得する。また、取得部21は、取得したバッテリ情報のうち、自己インダクタンスL
2および充電可能容量Pを給電部24を介して算出部22へ出力するとともに、性能情報を選択部23へ出力する。
【0039】
また、取得部21は、指示信号を取得し、かかる指示信号を給電部24へ出力する。そして、取得部21は、受電装置50から上記の指示信号を取得できなくなった場合、すなわち、充電装置1と、受電装置50との通信が途絶えた場合に、指示信号に代えて通信が途絶えたことを示す途絶信号を給電部24へ出力する。これにより、給電部24は、上記の指示信号に基づく制御から算出部22に基づく制御に切り替えることとなる。
【0040】
算出部22は、取得部21から入力されるバッテリ情報に基づいて受電装置50の2次コイル51で発生する電流値I
2を算出する。言い換えれば、算出部22は、電池パック60に充電される電流値I
2を算出する。また、算出部22は、電流値I
2および充電可能容量Pに基づいて充電時間Tを算出することもできる。
【0041】
ここで、1次コイル15に流れる電流値I
1、電圧値V
1、1次コイル15の自己インダクタンスL
1とした場合、2次コイル51で発生する電流値I
2は、下記(1)式の関係となる。
【数1】
【0042】
ここで、「M」は、1次コイル15および2次コイル51の相互インダクタンスであり、1次コイル15の自己インダクタンスL
1および2次コイル51の自己インダクタンスL
2から下記(2)式を用いて算出することができる。
【数2】
【0043】
なお、「k」は、結合定数であり、1次コイル15および2次コイル51の結合の度合を示す。ここでは、結合定数kを「0」〜「1」までの任意の定数とする。自己インダクタンスL
1、電圧値V
1および電流値I
1は、既知の値となる。算出部22は、上記の(1)式および(2)式を用いて電流値I
2を算出することができる。
【0044】
そして、算出部22は、電流値I
2および充電可能容量Pに基づき、下記(3)式により、充電時間Tを算出する。
【数3】
【0045】
算出部22は、取得部21が上記の途絶信号を取得した場合に、途絶直前の充電可能容量Pに基づき、上記(3)式により充電時間Tを算出する。このとき、算出部22は、途絶直前の電流値I
2に基づいて充電時間Tを算出することにしてもよいし、別途計算した他の電流値I
2に基づいて充電時間Tを算出することにしてもよい。
【0046】
そして、算出部22は、電流値I
2に対応する電流値I
1を充電時間Tだけ1次コイル15に流すように給電部24へ指示する。これにより、受電装置50との通信途絶が生じた場合であっても、受電装置50を適切に充電することができる。
【0047】
なお、かかる場合に、算出部22は、充電時間Tよりも実際の給電時間を短く設定することもできる。これにより、電池パック60の過充電を確実に防ぐことができる。また、算出部22は、算出した充電時間Tよりも実際の給電時間を長く設定することにしてもよい。かかる場合に、受電装置50側で電池パック60から過充電分の電力を逃がすようにすることで、電池パック60を満充電にすることができる。
【0048】
また、算出部22は、例えば、電流値I
2を常時算出することにより、最新の充電可能容量Pを算出することにしてもよい。例えば、算出部22は、充電可能容量Pから電流値I
2の積算値を差し引くことで最新の充電可能容量Pを算出する。
【0049】
そして、算出部22は、最新の充電可能容量Pが「0」、すなわち、電池パック60が過充電とならないように、1次コイル15に印加する電流値I
1を決定することができる。すなわち、算出部22によって最新の充電可能容量Pを算出することで、電流値I
1を可変にすることが可能となる。
【0050】
選択部23は、取得部21から入力される性能情報に基づいて記憶部3に記憶された充電パターン情報31から充電パターンを選択する。ここで、
図3を用いて充電パターン情報31について説明する。
図3は、充電パターンの一例を示す図である。充電パターン情報31は、例えば、電池パック60毎の性能に応じて最適化された充電パターンに関する情報である。
【0051】
図3に示すように、例えば、充電パターン情報31は、電池パック60の性能および充電可能容量P毎に充電するために最適な電流値I
2の最適な値が対応付けられた情報である。言い換えれば、充電パターン情報31は、電池パック60毎に上記の指示信号をデータベース化した情報である。なお、以下では、充電パターン情報31に記載された電流値I2について理想電流値Iと記載する。
【0052】
選択部23は、充電パターン情報31から性能情報と一致する充電パターンがあった場合に、かかる充電パターンを選択する。そして、算出部22は、選択部23によって選択された充電パターンに基づき、例えば、充電可能容量Pごとに理想電流値Iに対応する1次コイル15に印加する電流値I
1を設定する。なお、算出部22は、かかる電流値I
1を上記(1)式および(2)式に基づいて算出することができる。
【0053】
このように、充電装置1では、充電パターンに基づいて給電を行うことで、受電装置50との通信が途絶えた場合であっても、電池パック60の性能に合わせて充電を最適化して行うことができる。これにより、充電による電池パック60の劣化を防ぐことが可能となる。
【0054】
かかる充電パターン情報31は、例えば、充電装置1の開発者によって予め記憶された情報であってもよいし、あるいは、過去の充電履歴に基づいて充電装置1側で作成された情報であってもよい。具体的には、充電装置1は、例えば、上記の指示信号により指示される電流値I
2および充電可能容量Pを電池パック60ごとに記憶部3に記録することで、充電パターンを学習することもできる。
【0055】
かかる場合に、例えば、電池パック60の劣化度合いを示す劣化情報(例えば、総充電回数等)を受電装置50から取得し、充電パターンに劣化情報を併せて学習しておくことで電池パック60の劣化具合にあわせて適切に充電を行うことができる。なお、
図3に示した充電パターンは一例であり、これに限定されるものではない。
【0056】
図2の説明に戻り、給電部24について説明する。給電部24は、算出部22によって算出された電流値I
2および充電可能容量Pに基づいて受電装置50へ非接触で給電する。具体的には、給電部24は、通信途絶時において、発振回路や増幅回路を備え、算出部22から指示される電流値I
1を発生させ、かかる電流値I
1の電流を1次コイル15に印加する。
【0057】
このように、充電装置1では、受電装置50との通信が途絶した場合に、算出部22によって算出された電流値I
1を1次コイル15に印加することで、通信途絶が生じた場合であってもバッテリ(電池パック60)に対して適切に充電することが可能となる。
【0058】
また、給電部24は、受電装置50との通信が正常である場合は、受電装置50から送信される指示信号によって指示される電流値I
1の電流を発生させて、1次コイル15に印加する。すなわち、給電部24は、充電装置1と受電装置50との通信が正常である場合には、指示信号に基づいて電池パック60に対して充電する。これにより、算出部22等による処理を省略することが可能となり、制御部2の負荷を抑えることが可能となる。
【0059】
次に、
図4を用いて実施形態に係る充電装置1が実行する処理手順について説明する。
図4は、充電装置1が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、以下に示す処理手順は、制御部2によって実行される。
【0060】
同図に示すように、まず、取得部21は、バッテリ情報を取得する(ステップS101)。続いて、算出部22は、バッテリ情報に含まれる自己インダクタンスL
2に基づいて電流値I
2を算出する(ステップS102)。
【0061】
続いて、取得部21は、受電装置50との通信状態は正常か否かを判定する(ステップS103)。かかる判定において、通信状態が正常でなかった場合(ステップS103,No)、すなわち、通信が途絶えた場合、算出部22は、充電可能容量Pおよび電流値I
2に基づいて充電時間Tを算出する(ステップS104)。そして、給電部24は、電流値I
2および充電時間Tに基づいて給電し(ステップS105)、処理を終了する。
【0062】
一方、通信状態が正常であった場合(ステップS103,Yes)、給電部24は、受電装置50からの指示信号に基づいて給電し(ステップS106)、処理を終了する。
【0063】
上述したように、実施形態に係る充電装置1は、取得部21と、算出部22と、給電部24とを備える。取得部21は、車両Cに搭載されたバッテリ(電池パック60)に電流を供給する受電装置50が備えるコイルの自己インダクタンスL
2および充電可能な容量を示す充電可能容量Pを含むバッテリ情報を取得する。算出部22は、取得部21によって取得された自己インダクタンスL
2に基づいてコイルで発生する電流値I
2を算出する。給電部24は、算出部22によって算出された電流値I2および充電可能容量Pに基づいて受電装置50へ非接触で給電する。したがって、実施形態に係る充電装置1によれば、受電装置50との通信が途絶えた場合であっても、バッテリに対して適切に充電することができる。
【0064】
ところで、上述した実施形態では、充電装置1と受電装置50との通信途絶が生じた場合に、充電装置1が、バッテリ情報に基づいて給電する場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、充電装置1は、充電開始前にバッテリ情報を取得し、バッテリ情報のみに基づいて受電装置50へ給電することにしてもよい。
【0065】
また、充電装置1は、例えば、受電装置50との通信が途絶した後に、通信状態が復旧した場合、上記の指示信号に基づいて受電装置50へ給電することもできる。
【0066】
また、充電装置1は、給電を開始した後に、受電装置50で実際に計測された電流値I
2を取得することにしてもよい。かかる場合に、充電装置1は、かかる電流値I
2に基づいて自己インダクタンスL
2に基づき算出した電流値I
2を補正することもできる。これにより、電流値I
2を算出する精度を向上させることができ、受電装置50をより適切に充電することができる。
【0067】
また、上述した実施形態では、充電装置1と、受電装置50とが無線通信でデータを送受信する場合について説明したが、ケーブル等を介した有線通信であってもよい。かかる場合、ケーブルの断線等により、充電装置1が、受電装置50と通信を行えなくなった場合であっても、受電装置50に対して適切に給電を行うことが可能となる。
【0068】
なお、上述した実施形態では、受電装置50および電池パック60が車両Cに搭載される場合について説明したが、受電装置50および電池パック60は、パソコンや携帯電話などの電子機器に搭載されていてもよい。
【0069】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な様態は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲および、その均等物によって定義される統括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変化が可能である。