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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024146596
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】充電制御システム
(51)【国際特許分類】
H02J 7/00 20060101AFI20241004BHJP
H02J 50/12 20160101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
H02J7/00 301D
H02J50/12
H02J7/00 S
H02J7/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023059597
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000157083
【氏名又は名称】トヨタ自動車東日本株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100218280
【弁理士】
【氏名又は名称】安保 亜衣子
(74)【代理人】
【識別番号】100108914
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 壯兵衞
(74)【代理人】
【識別番号】100173864
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 健治
(72)【発明者】
【氏名】間形 哲也
(72)【発明者】
【氏名】櫻庭 弘
【テーマコード（参考）】
5G503
【Ｆターム（参考）】
5G503AA01
5G503BB02
5G503FA06
5G503FA16
5G503GB08
5G503GD02
5G503GD03
5G503GD06
(57)【要約】
【課題】充電式電池をワイヤレス充電する場合に、充電式電池や充電式電池に接続された負荷回路が損傷することのない充電制御システムを提供する。
【解決手段】送電側コイルＬ1に非正弦波の過渡応答振動を供給する一次側回路２ａと、受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続された受電側コンデンサＣ2、受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の一方の接続ノード側に一方の主電極端子を接続した遮断素子Ｑ85、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子に正極端子を接続し、負極端子を受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の他方の接続ノードに接続した充電式電池６を有する二次側回路３ａと、正極端子と負極端子の間に接続された電圧測定回路２６ａと、電圧測定回路３６ａの出力により遮断素子Ｑ85を遮断状態にする制御手段（過剰給電遮断手段）を備える。
【選択図】図３
【解決手段】送電側コイルＬ1に非正弦波の過渡応答振動を供給する一次側回路２ａと、受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続された受電側コンデンサＣ2、受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の一方の接続ノード側に一方の主電極端子を接続した遮断素子Ｑ85、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子に正極端子を接続し、負極端子を受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の他方の接続ノードに接続した充電式電池６を有する二次側回路３ａと、正極端子と負極端子の間に接続された電圧測定回路２６ａと、電圧測定回路３６ａの出力により遮断素子Ｑ85を遮断状態にする制御手段（過剰給電遮断手段）を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
送電側コイルを有し、該送電側コイルにステップ入力電圧で生成した非正弦波の過渡応答振動を供給する一次側回路と、
前記送電側コイルに離間して対向した受電側コイル、該受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ、前記受電側コイルと前記受電側コンデンサの一方の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオード、該負荷側ダイオードのカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子、該遮断素子の他方の主電極端子に正極端子を接続し負極端子を前記受電側コイルと前記受電側コンデンサの他方の接続ノードに接続した充電式電池を有する二次側回路と、
前記正極端子と前記負極端子の間に接続された電圧測定回路と、
該電圧測定回路の出力を入力し、あらかじめ設定した電圧を検出した場合、前記遮断素子を遮断状態にする制御手段と、
を備えることを特徴とする充電制御システム。
前記送電側コイルに離間して対向した受電側コイル、該受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ、前記受電側コイルと前記受電側コンデンサの一方の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオード、該負荷側ダイオードのカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子、該遮断素子の他方の主電極端子に正極端子を接続し負極端子を前記受電側コイルと前記受電側コンデンサの他方の接続ノードに接続した充電式電池を有する二次側回路と、
前記正極端子と前記負極端子の間に接続された電圧測定回路と、
該電圧測定回路の出力を入力し、あらかじめ設定した電圧を検出した場合、前記遮断素子を遮断状態にする制御手段と、
を備えることを特徴とする充電制御システム。
【請求項2】
前記一次側回路は、
階段状に前記ステップ入力電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源の高電位側端子に一方の端子を接続し、前記一次側回路の外部回路からの制御信号で動作する励起素子と、
前記励起素子の他方の端子に一方の端子が接続され、前記直流電源の低電位側端子の他方の端子を接続した送電側コンデンサと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の充電制御システム。
階段状に前記ステップ入力電圧を出力する直流電源と、
前記直流電源の高電位側端子に一方の端子を接続し、前記一次側回路の外部回路からの制御信号で動作する励起素子と、
前記励起素子の他方の端子に一方の端子が接続され、前記直流電源の低電位側端子の他方の端子を接続した送電側コンデンサと、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の充電制御システム。
【請求項3】
前記正極端子と前記負極端子の間に負荷回路が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の充電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、無接触電力伝送システムに関し、特に一次側回路の過渡応答振動と二次側回路の過渡応答振動の二重共振により、一次側回路から二次側回路へ電磁エネルギを伝送して、二次側回路に接続された充電式電池を充電する際に、過放電、過充電、誤給電が防止できる充電制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
リチウム（Ｌｉ）イオン電池等の充電式電池は、満充電電圧を超えて過充電されると、特性が劣化したり安全性が低下したりするおそれがある。そのため、このような充電式電池を充電する充電回路は、充電式電池が満充電になったことを検出して充電を停止することで、充電式電池が過充電にならないように充電を制御する必要がある。更に、充電式電池の使用下限領域を下回ったときには速やかに充電する必要がある。
【0003】
本発明者らは、一次側回路における過渡応答振動（過渡現象による振動）と二次側回路における過渡応答振動の間の共鳴（二重共振）により効率の良いウェイブレット状の電磁波の伝送が可能であることを見いだし、非交流理論による無接触伝送装置を提案した（特許文献１参照。）。「非交流理論」とは、通常の交流理論が対象とする振幅一定の正弦波交流信号を取り扱わず、非正弦波の過渡応答振動を対象とする理論である。特許文献１に記載の一次側回路では、外部の制御回路によって一次側駆動スイッチとなる励起素子のオン/オフが他励制御されて、ＲＣＬ並列回路の回路トポロジとＲＣＬ直列回路の回路トポロジが交互に切り替えられ、これに伴い２種類の過渡現象が交互に切り替えられる動作をする。
【0004】
更に、本発明者らは、オフ期間を長くし、オフ時間中の自由減衰振動を許容するモードにより、二重共振の伝送効率を高める技術も提案した（特許文献２参照。）。しかしながしかしながら、特許文献１及び２に記載された発明では、二次側回路に充電式電池を接続して充電式電池を充電する場合に、充電式電池の電圧を別な何らかの手段で計測し、その結果で充電するかしないかの判断をする必要があった。又、充電式電池や充電式電池に接続された負荷回路が過電圧で損傷する問題があった。更に、充電式電池を接続していない状態にも関わらず、二次側回路に誤給電してしまうと、負荷回路が損傷する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第７１１６２８８号明細書
【特許文献2】特開２０２１－１８２７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記問題点を鑑み、本発明は、充電式電池をワイヤレス充電する場合に、充電電圧を適切に制御し、かつ充電式電池に接続された負荷回路が損傷することのない過充電防止機能を備えた充電制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の態様は、(a)送電側コイルを有し、この送電コイルにステップ入力電圧で生成した非正弦波の過渡応答振動を供給する一次側回路と、(b)送電側コイルに離間して対向した受電側コイル、この受電側コイルに並列接続された受電側コンデンサ、受電側コイルと受電側コンデンサの一方の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオード、この負荷側ダイオードのカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子、この遮断素子の他方の主電極端子に正極端子を接続し負極端子を受電側コイルと受電側コンデンサの他方の接続ノードに接続した充電式電池を有する二次側回路と、(c)正極端子と負極端子の間に接続された電圧測定回路と、(d)この電圧測定回路の出力を入力し、あらかじめ設定した電圧を検出した場合、遮断素子を遮断状態にする制御手段を備える充電制御システムであることを要旨とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、充電式電池をワイヤレス充電する場合に、充電電圧を適切に調整し充電式電池に接続された負荷回路が損傷することのない過充電防止機能を備えた充電制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の第１実施形態に係る充電制御システムの一例の概略構造を示す模式図である。
【図2A】第１実施形態に係る充電制御システムの充電対象として用いられる充電式電池の電池内部保護回路の一例を説明する模式的な等価回路である。
【図2C】２４Ｖクラスの充電式電池の使用領域等を示す模式図である。
【図3】第１実施形態に係る充電制御システムの一例を構成する一次側回路と二次側回路の概略を示す回路図である。
【図4】第１実施形態に係る充電制御システムの一例を構成する二次側回路に接続される負荷回路の構成の概略を示す回路図の一例である。
【図5】オフ期間を長くしてオフ期間の自由減衰振動を許容するモードにおける、一次側充放電電圧及び一次側充放電電圧の時間軸に沿った変化を説明する模式図である。
【図6】１周期毎、励起素子を毎回オン状態にするモードの場合における、一次側充放電電圧の時間軸に沿った変化を説明する模式図である。
【図7A】充電式電池の端子間電圧をモニタリングして充電式電池と負荷回路を二次側回路から切り離す制御手段（過剰給電遮断手段）をコンピュータ・ソフトウェア処理で実現する場合の算術論理回路の内部の論理的な構造を示すブロック図である。
【図7B】図７Ａに示した算術論理回路を用いて、充電式電池の端子間電圧をモニタリングして充電式電池と負荷回路を二次側回路から切り離す処理を実行する場合の、コンピュータ・ソフトウェア処理のアルゴリズムを説明するフローチャートの一例である。
【図8】充電式電池と負荷回路を二次側回路から切り離した場合の、一次側回路の振動波形の変化を説明する図である。
【図9A】二次側回路からの還流による一次側充放電電圧の変化をモニタリングして一次側回路を停止させる一次側停止命令手段をコンピュータ・ソフトウェア処理で実現する場合の算術論理回路の内部の論理的な構造を示すブロック図である。
【図9B】図９Ａに示した算術論理回路を用いて、二次側回路からの還流による一次側充放電電圧の変化をモニタリングして一次側回路を停止させる処理を実行する場合の、コンピュータ・ソフトウェア処理のアルゴリズムを説明するフローチャートの一例である。
【図10】二次側回路との結合がない場合において、他励動作する一次側回路の励起素子による一次側回路の過渡応答を説明する回路図である。
【図12】第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの一例を構成する一次側回路と二次側回路の概略を示す回路図である。
【図13】第１実施形態の第３変形例に係る充電制御システムの一例を構成する一次側回路と二次側回路の概略を示す回路図である。
【図14】本発明の第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの一例を、二次側回路に接続される負荷回路に着目して示す回路図である。
【図15】第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの一例を、二次側回路に接続される負荷回路に着目して示す回路図である。
【図16】本発明の第３実施形態に係る充電制御システムの一例の概略構造を示す模式図である。
【図17】第３実施形態に係る充電制御システムの一例を構成する一次側回路と二次側回路の概略を示す回路図である。
【図18A】二次側回路からの還流による一次側充放電電圧の変化をモニタリングして、充電式電池と負荷回路を二次側回路から切り離す過剰電圧への到達を判定する過剰電圧判定手段をコンピュータ・ソフトウェア処理で実現する場合の算術論理回路の内部の論理的な構造を示すブロック図である。
【図18B】図１８Ａに示した算術論理回路を用いて、二次側回路からの還流による一次側充放電電圧の変化をモニタリングして、充電式電池と負荷回路を二次側回路から切り離す過剰電圧への到達を判定する処理を実行する場合の、コンピュータ・ソフトウェア処理のアルゴリズムを説明するフローチャートの一例である。
【図19】本発明の第１実施形態に係る充電制御システムの一例の概略構造を示す模式図である。
【図20】充電式電池の端子間電圧をモニタリングして充電式電池と負荷回路を二次側回路から切り離す命令を通信部に伝達する制御手段（過剰給電遮断手段）をクラウド・コンピューティングのソフトウェア処理で実現する場合の算術論理回路の内部の論理的な構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
次に、図面を参照して、本発明の第１～第４実施形態並びにそれらの変形例を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【0011】
以下に示す第１～第４実施形態並びにそれらの変形例は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。更に、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。
【0012】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る充電制御システムは、図１に示すように、動力駆動部２７ａを有する車輌３１ａにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを給電回路２９ａから無接触給電する際に、過充電や誤給電を防止できる電力伝送システムである。「ウェイブレット状」とは、ステップ入力で過渡応答振動を励起した場合に固有な波形であり、時間的に局在した電磁波の減衰振動を意味する。動力駆動部２７ａは、充電対象としての充電式電池６と、充電式電池６の電力を用いて車輌３１ａを走行させる動力駆動部としての負荷回路８ａを備える。
本発明の第１実施形態に係る充電制御システムは、図１に示すように、動力駆動部２７ａを有する車輌３１ａにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを給電回路２９ａから無接触給電する際に、過充電や誤給電を防止できる電力伝送システムである。「ウェイブレット状」とは、ステップ入力で過渡応答振動を励起した場合に固有な波形であり、時間的に局在した電磁波の減衰振動を意味する。動力駆動部２７ａは、充電対象としての充電式電池６と、充電式電池６の電力を用いて車輌３１ａを走行させる動力駆動部としての負荷回路８ａを備える。
【0013】
図１に示すように、第１実施形態に係る充電制御システムは、動力駆動部２７ａにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電する給電回路２９ａと、給電回路２９ａに接続され、給電回路２９ａに命令を送る１次側操作部３３を有している。第１実施形態に係る充電制御システムは更に、給電回路２９ａに対向し、車輌３１ａ内に搭載される受電盤１２、２次側通信部２２、及び２次側操作部２３等も備えている。図１では、給電回路２９ａ側の送電側コイルＬ１と車輌３１ａ側の受電側コイルＬ２が鉛直方向に対向し、送電側コイルＬ１から受電側コイルＬ２へ無接触でウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギが受電側コイルＬ２に無接触で伝送されることを示す模式図を示しているが、単なる例示に過ぎない。水平方向の対向等種々の方式を含みうる。
【0014】
給電回路２９ａは、図１に示すように送電側コイルＬ１を円盤状の誘電体に収納した給電盤１１と、送電側コイルＬ１に流れる給電電流を制御する車輌側制御回路３４ｂと、２次側通信部２２から受電側コンデンサＣ２の端子間電圧等の動力駆動部２７ａ側の情報を受信し、車輌側制御回路３４ｂに伝達する１次側通信部２１を有している。１次側通信部２１は、２次側通信部２２との間で無接触給電に必要な様々な情報を、無線通信や光通信でやりとりすることができる。１次側通信部２１と２次側通信部２２の間での無線通信には微弱電波による通信が可能である。給電回路２９ａと動力駆動部２７ａとは、送電側コイルＬ１と受電側コイルＬ２を介して、ウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを、互いに送受する振動を繰り返す二重共振をする。「二重共振」とは、図３に例示したような一次側回路２ａの非正弦波の過渡応答振動と二次側回路３ａの非正弦波の過渡応答振動のタイミングを同期させた、過渡応答振動と過渡応答振動の間の共鳴現象である。
【0015】
動力駆動部２７ａの充電対象である充電式電池６は、図２Ａに示すように、電池モジュール６１と電池内部保護回路６prtを有する。図２Ａの右側には、充電式電池６が有する正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12を模式的に示している。正極端子Ｎ11及び負極端子Ｎ12は、非充電時には負荷回路８ａに接続され、充電時には二次側回路３ａに接続される。電池モジュール６１は、複数の電池セル６１1，６１2，……，６１(j-1），６１j，６１(j+1)，……（以下において「電池セル６１j」と包括的に表記する。）を有する。電池セル６１jの個数は特に限定されない。複数の電池セル６１jは、直列、並列、又は直列及び並列の組合せで互いに接続される。電池セル６１jは、例えばラミネート型等が採用可能である。
【0016】
電池セル６１jのそれぞれは、例えば図２Ｂに示すような浮遊抵抗ｒｓ0，ｒｓ1，ｒｓ2及び内部容量Ｃｓ1，Ｃｓ2の直並列回路に、開回路電圧（ＯＣＶ）の起電力を発生する電源が直列接続された等価回路でモデル的に表現される。種々の等価回路が提案されているが、図２Ｂに示す浮遊抵抗ｒｓ0，ｒｓ1，ｒｓ2及び内部容量Ｃｓ1，Ｃｓ2の直並列回路の表示は、充放電による電池セル６１jの金属と溶液界面で起こる電荷の移動に起因した応答特性と、溶液内での物質の拡散によって生じる応答特性に寄与する等価回路成分を表現している。例えば、電池セル６１jがリチウム（Ｌｉ）イオン電池であれば、リチウムイオン電池の内部には集電体や電界液の抵抗、電池内の界面にできる電気的２重層の内部容量や内部抵抗が含まれる。電池セル６１jは、給電回路２９ａから受電盤１２を介して二重共振によって供給されるウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを蓄える。充電率（ＳＯＣ）の変化に依存して個々の電池セル６１jの端子間電圧ＶCSjは、それぞれ変動する。
【0017】
図２Ａに示すように、電池内部保護回路６prtは、保護制御回路６２、遮断素子Ｑ6a，Ｑ6b及びヒューズ６３を有する。保護制御回路６２は、バッテリラインＢＬに接続される電源入力端子Ｖｃｃと、グランドラインＧＬに接続されるグランド端子ＧＮＤとを備えるモノリシックな半導体集積回路である。保護制御回路６２は、電池モジュール６１の電力によって駆動される。電池モジュール６１の電力は、電池モジュール６１の正極側（＋）から電源入力端子Ｖｃｃに供給される。保護制御回路６２は、電圧検出回路６７により出力される電圧検出信号を受信する。第１実施形態に係る充電制御システムの電圧検出回路６７は、バッテリラインＢＬの電圧を保護制御回路６２に供給するラインである。電圧検出信号は、保護制御回路６２の電圧検出端子Ｖに入力される。
【0018】
保護制御回路６２は、電圧検出信号により、電池モジュール６１の電圧を計測する。保護制御回路６２は、電流検出回路６４により出力される電流検出信号を受信する。電流検出信号は、保護制御回路６２の電流検出端子Ｉに入力される。保護制御回路６２は、電流検出信号により、電池モジュール６１の電流を計測する。保護制御回路６２は、温度検出回路６８により出力される温度検出信号を受信する。温度検出信号は、保護制御回路６２の温度検出端子Ｔに入力される。保護制御回路６２は、温度検出信号により、電池モジュール６１の温度を計測する。
【0019】
保護制御回路６２は、出力遮断素子Ｑ6aを駆動させるための駆動信号を出力遮断素子Ｑ6aに出力する。出力遮断素子Ｑ6aは、電池モジュール６１の正極側（＋）と正極端子Ｎ11との間のバッテリラインＢＬに設けられている。駆動信号は、保護制御回路６２の充電／放電制御端子ＣＨＧ／ＤＣＧから出力される。出力遮断素子Ｑ6aは、ノーマリオフの素子であり、駆動信号が入力されていない時に遮断状態になる素子である。出力遮断素子Ｑ6aは、電池モジュール６１と外部とを電気的に導通／遮断することが可能である。出力遮断素子Ｑ6aは、電池モジュール６１の充電時又は放電時の電流の最大値よりも充分に大きい電流容量を有する素子である。
【0020】
保護制御回路６２は、検出された電圧、電流及び温度に基づいて、電池モジュール６１の異常を検出するように構成されている。保護制御回路６２により異常が検出されると、保護制御回路６２から出力されるフェール信号により、内部遮断素子Q6bが駆動される。フェール信号は、保護制御回路６２のパワーフェール端子ＰＦから出力される。保護制御回路６２は、電池モジュール６１の異常として、少なくとも、過放電状態を検出する。保護制御回路６２は、他にも、例えば、過充電状態を検出してもよい。
【0021】
図２Ａに示すように、ヒューズ６３は、バッテリラインＢＬと保護制御回路６２との間に設けられている。ヒューズ６３は、非復帰型素子である。ヒューズ６３が切断されていない時、電池モジュール６１の電力がヒューズ６３を通って保護制御回路６２に供給される。ヒューズ６３が切断されると、電池モジュール６１から保護制御回路６２への電力供給が遮断される。
【0022】
内部遮断素子Q6bは、ヒューズ６３と保護制御回路６２との間のノードと、グランドラインＧＬとを電気的に接続する。内部遮断素子Q6bは、電池モジュール６１の異常が検出されていない時（即ち正常時）に遮断状態である。内部遮断素子Q6bが遮断状態である時、電池モジュール６１からヒューズ６３を通って保護制御回路６２に電流が流れる。この時にヒューズ６３に流れる電流は小さく、ヒューズ６３を切断できない。一方、内部遮断素子Q6bは、電池モジュール６１の異常が検出された時に保護制御回路６２から出力されるフェール信号に基づいてターン・オンされる。内部遮断素子Q6bが導通状態である時、電流が電池モジュール６１からヒューズ６３及び内部遮断素子Q6bを通ってグランドラインＧＬに流れ、短絡が生じる。そのため、ヒューズ６３に流れる電流は大きく、ヒューズ６３を切断できる。内部遮断素子Q6bがターン・オンされた時に、ヒューズ６３を切断可能な電流が電池モジュール６１からヒューズ６３に流れる。
【0023】
電池内部保護回路６prtでは、保護制御回路６２が異常を検出した場合に、保護制御回路６２はフェール信号を内部遮断素子Q6bに出力する。これにより、内部遮断素子Q6bはターン・オンされ、ヒューズ６３が遮断される。電池モジュール６１から保護制御回路６２への電力供給が遮断される。保護制御回路６２の暗電流による過放電の進行が抑制され得る。保護制御回路６２の停止により、保護制御回路６２から出力遮断素子Ｑ6aへの駆動信号の出力が停止する。その結果、出力遮断素子Ｑ6aは遮断状態されるので、電池モジュール６１と外部とが電気的に遮断され、電池モジュール６１は利用不可となる。
【0024】
図１に示すように、第１実施形態に係る充電制御システムは、動力駆動部２７ａにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電して動力駆動部２７ａの充電式電池６を充電する給電回路２９ａと、給電回路２９ａに接続され、給電回路２９ａに命令を送る１次側操作部３３を有している。１次側操作部３３には種々の構造や機構が採用可能で、例えば１次側操作部３３が撮像装置を備えるようにしてもよい。撮像装置を備える態様においては、撮像装置が撮像した車輌３１ａの画像から、ＡＩ機能により車輌３１ａの車高（最低地上高）が自動的に紐付けられるような機構を設けることができる。図１では、給電回路２９ａ側の送電側コイルＬ１と車輌３１ａ側の受電側コイルＬ２とが対向し、送電側コイルＬ１から受電側コイルＬ２へ無接触でウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギが受電側コイルＬ２に無接触で伝送されることを示す模式図を例示している。
【0025】
給電回路２９ａは、図１に示すように送電側コイルＬ１を円盤状の誘電体に収納した給電盤１１と、給電盤１１を搭載し、給電盤１１と受電盤１２の間隔を制御する間隔制御機構３２と、ステップ入力電圧Ｅ0並びに送電側コイルＬ１に流れる給電電流及び間隔制御機構３２を制御する一次側制御回路３４ａ等を含んでいる。給電盤１１は、一次側制御回路３４ａによって伝送電流が制御される。一次側制御回路３４ａと動力駆動部２７ａとは、送電側コイルＬ１を流れる電流の過渡応答振動と受電側コイルＬ２を流れる電流の過渡応答振動の時定数とタイミングを調整して、ウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギの振動が共鳴する条件で、互いにウェイブレット状の電磁エネルギ送受し、二重共振による電力伝送を行う。
【0026】
図１に示す態様では、間隔制御機構３２は上下移動機構であり、例えば油圧の上下機構、電磁石による上下機構、ボール螺旋をステップモータで回転させるような移動機構等、周知の種々の機構を採用することが可能である。図１は例示であり、送電側コイルＬ１を収納する給電盤１１を省略して、送電側コイルＬ１を裸の状態で使用することも可能である。図１では受電側コイルＬ２も、円盤状の誘電体からなる受電盤１２に収納された態様として例示されているが、受電側コイルＬ２を収納する受電盤１２を省略して、受電側コイルＬ２を裸の状態で使用してもよい。
【0027】
図３及び図４に第１実施形態に係る充電制御システムの一次側回路２ａ及び二次側回路３ａの一例を示す。一次側回路２ａは、直流電圧Ｅ0を出力する直流電源５と、直流電源５の高電位側端子に一方の端子を接続し、一次側回路２ａの外部回路からの制御信号で動作する励起素子Ｑ1と、励起素子Ｑ1の他方の端子に一方の端子が接続され、直流電源５の低電位側端子の他方の端子を接続した送電側コンデンサＣ1を有する。図３に例示した回路構成においては、一次側回路２ａを構成する励起素子Ｑ1の動作が、一次側回路２ａの外部回路である一次側励起回路３４０ａから出力される制御信号によって他励制御される。図３では、送電側コイルＬ1と、送電側コイルＬ1の寄生抵抗ＲL1とが直列接続された等価回路が便宜上表示されているが、物理的な構造として、送電側コイルＬ1に回路部品として抵抗ＲL1が意図的に外部接続された構造を示すものではない。
【0028】
励起素子Ｑ1が所定のタイミングで他励制御されることにより、直流電源５からステップ入力電圧Ｅ0が過渡応答特性として減衰振動を発生させる。即ち、励起素子Ｑ1が所定のタイミングでオン/オフ動作することに伴い、ＲＣＬ並列回路の回路トポロジとＲＣＬ直列回路の回路トポロジが交互に切り替えられて周期的な振動波形が生じる。一次側回路２ａと二次側回路３ａの間で二重共振が発生すると、一次側回路２ａの過渡現象振動と二次側回路３ａの過渡現象振動が共鳴しているので、一次側回路２ａと二次側回路３ａの間でウェイブレット状の電磁エネルギの双方向の送受が生じる。
【0029】
二次側回路３ａは、図３に示すように、送電側コイルＬ1に離間して対向し送電側コイルＬ1から無接触で磁気エネルギを受け取る受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続され受電側コイルＬ2に蓄積された磁気エネルギを静電エネルギとして蓄積する受電側コンデンサＣ２を有する。図３から二次側回路３ａは、動力駆動部２７ａに受電側コイルＬ2を加えた構成にほぼ対応するが、動力駆動部２７ａの負荷回路８ａは含まれていない。図３では、送電側コイルＬ2と送電側コイルＬ2の寄生抵抗ＲL2が直列接続された等価回路表示になっているが、物理的な構造として、送電側コイルＬ2に回路部品としての抵抗ＲL2が外部接続された構造を示すものではない。同様に、負荷側ダイオードＤ2のオン抵抗を含む回路配線の浮遊抵抗ｒ２を示しているが、物理的な構造として、回路部品としての抵抗ｒ２を意図的に挿入した回路トポロジを示すものではない。二次側回路３ａは、図３に示すように、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された梯子型回路の構成が基本になっている。二次側回路３ａは、送電側コイルＬ1に対向した受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続された受電側コンデンサＣ2、受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の一方の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオードＤ2を有する。二次側回路３ａは更に、負荷側ダイオードＤ2のカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子Ｑ85、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子に正極端子を接続し、負極端子を受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の他方の接続ノードに接続した充電式電池６を有する。図３に示すように、充電式電池６と負荷回路８ａは、互いに並列回路を構成しているので、負荷回路８ａは充電式電池６を介して、二次側回路３ａに並列接続された構成になっている。図２Ａに例示した充電式電池６の正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12の間には、図３に模式的に示すように、電圧測定回路２６ａが接続されている。充電式電池６に並列接続された電圧測定回路２６ａは、充電式電池６の端子間電圧ΣＶCSjの変化（時系列データ）を逐次測定する。
【0030】
負荷回路８ａの構成は、図４に例示するように、インバータ８１と、インバータ８１から出力される交流信号で駆動されるモータ８２を有しているが、図４に例示した回路に限定されるものではない。図３及び図４は、二次側回路３ａに含まれた充電式電池６を見込むように、負荷回路８ａが二次側回路３ａに充電式電池６を介して並列接続された構成になっている。インバータ８１からの交流信号がモータ８２を駆動することにより、車輌３１ａが走行する。充電式電池６と負荷回路８ａが構成する並列回路のインピーダンスが無限大（∞）と見なせる場合には、二次側回路３ａはＲＣＬ直列回路として近似出来るが、負荷回路８ａのインピーダンスは有限であり、実際には複雑な回路である。
【0031】
負荷側ダイオードＤ2は、アノードが受電側コイルＬ2側を向き、カソードが遮断素子Ｑ85を介して充電式電池６側を向くように接続され、充電電流ＩＣの流れる方向を一方向に限定している。負荷側ダイオードＤ2のカソードが遮断素子Ｑ85の一方の主電極端子に接続され、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子が、充電式電池６の正極端子Ｎ11に接続されているので、遮断素子Ｑ85を遮断状態にすると、充電式電池６が二次側回路３ａから遮断され、負荷回路８ａも二次側回路３ａから分離する。このため、車輌側制御回路３４０ｂは、図７Ａに示すように、充電式電池６及び負荷回路８ａへの過剰電圧の印加を阻止する過剰給電遮断手段（制御手段）７ａを有する。そして、遮断素子Ｑ85の導通及び遮断状態を制御するために、遮断素子Ｑ85の制御電極に、車輌側制御回路３４０ｂから制御信号が出力される。図３及び図４では、負荷側ダイオードＤ2のオン抵抗を含む回路配線の浮遊抵抗がｒ２であるとして示されているが、受電側コンデンサＣ２の寄生抵抗の表示は無視している。したがって、二次側回路３ａは、受電側コイルＬ2、受電側コンデンサＣ２、浮遊抵抗ｒ２及び寄生抵抗ＲL2を備えたＲＣＬ共振回路である。そして、一次側回路２ａと二次側回路３ａの過渡応答振動が共振（共鳴）することによって、送電側コイルＬ１から受電側コイルＬ２へ電磁エネルギが給電され、受電側コイルＬ２から送電側コイルＬ１に電磁エネルギが還流するエネルギ振動が二重共振として発生する。
【0032】
充電式電池６は、充電式電池６の端子間電圧ΣＶCSjよりも大きな電圧が充電式電池６の端子間に印加されなくては充電できない。ここでＶCSjは、個々の電池セル６１jの端子間電圧を意味する。以後、図２Ａに示した電池モジュール６１の端子間電圧ＶCSt＝ΣＶCSjで、充電式電池６の端子間電圧を表すものとする。したがって、受電側コンデンサＣ2の端子間電圧として定義される二次側充放電電圧ＶC2は、充電式電池６の端子間電圧ＶCStより少し大きい必要がある。浮遊抵抗ｒ２の電圧降下を無視すれば、定常状態においてはＶC2＝ＶCStになる。充電式電池６の充電時には、図２Ｂに示したような充電式電池６の浮遊抵抗ｒｓ0，ｒｓ1，ｒｓ2及び内部容量Ｃｓ1，Ｃｓ2によって、端子間電圧ＶCStが微小な電圧でリンギングしながら充電式電池６が充電される。車輌側制御回路３４０ｂは、図４に示すように、モータ８２を駆動して車輌３１ａが走行するようにインバータ８１に制御信号を出力する。その他、車輌側制御回路３４０ｂは、車輌３１ａが走行中において、例えば車輌３１ａのドライバから２次側操作部２３を経由して、走行要求の有無、アクセル情報等を取得する。
【0033】
図５は、特許文献２に記載された発明が提供するオフ期間の自由減衰振動を許容するモードの振動を示している。即ち、励起素子Ｑ1のオフ期間を長くしたモードにおける一次側充放電電圧ＶC１の振動を実線で、二次側充放電電圧ＶC2の波形を破線で示している。特許文献１に記載された発明のように、１周期毎、励起素子Ｑ1を毎回オン状態にすれば、図６に示すような非正弦波の一定振幅の波形である。図５では最初のピークから時間軸に沿って右側に進み、左から７番目の振動ピークまで、励起素子Ｑ1のオフ期間中の自由減衰振動の振動ピークの包絡線が次第に減少し、左から８番目のピークで包絡線が極小値となっている。一次側充放電電圧ＶC１の自由減衰振動の振動ピークの包絡線の減少は、二重共振により一次側回路２ａから二次側回路３ａの方向へのウェイブレット状の電磁エネルギが送られたことを示している。その後左から９番目のピークから振動が増大を開始し、左から１４番目のピークで極大値になる包絡線の変化を示している。一次側充放電電圧ＶC１の振動の時間軸の左から９番目のピークから増大を示す物理現象は、二重共振により、二次側回路３ａから一次側回路２ａの方向にウェイブレット状の電磁エネルギが還流されたことを示している。
【0034】
図５には破線で二次側充放電電圧ＶC2の振動波形も示している。図５の破線も、本来は図６に示すような非正弦波の波形である。「二次側充放電電圧ＶC2」は、二次側回路３ａの受電側コンデンサＣ2の端子間電圧である。図５の破線で示した二次側充放電電圧ＶC2の振動波形は、最初のピークから左から４番目のピークにかけて、二次側回路３ａから一次側回路２ａに電磁エネルギが還流することに起因して、破線の振動ピークの包絡線が増大している。破線の振動は、左から４番目のピークから９番目のピークにかけてほぼ同じ振幅を保った後、１０番目のピークから１３番目のピークにかけて、振動ピークの包絡線が減少していることが分かる。
【0035】
図１に示す給電盤１１の上面は受電盤１２の下面に平行に配置されるように、給電盤１１は地面上に設置もしくは埋設される。給電作業前の状態においては、給電盤１１の上面が地上の平坦面３０に平行に配置されているので、車輌３１ａが一様な平坦面３０上を走行して侵入可能である。給電回路２９ａは、例えば駐車スペースに設けられ、車輌３１ａの駐車中に、受電盤１２に対向することにより車輌３１ａに搭載された受電盤１２に対してウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを二重共振によって給電する。
【0036】
図１に示す車輌３１ａは、例えば、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグイン電気自動車（ＰＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）等である。充電式電池６に蓄えられた直流の電磁エネルギが、図４に例示したインバータ８１によって交流の電磁エネルギに変換される。インバータ８１からの交流の電磁エネルギによってモータ８２が駆動され、車輌３１ａが走行する。１次側操作部３３は、車輌３１ａの外部からの操作により、給電の開始を示す給電開始信号または給電の停止を示す給電停止信号を給電回路２９ａに出力する。１次側操作部３３がＡＩ機能により車輌３１ａの車高（最低地上高）を決定した場合は、車輌３１ａの車高のデータも給電回路２９ａの車輌側制御回路３４０ｂに送信する。
【0037】
図１に示す動力駆動部２７ａは、受電盤１２を制御し、二次側回路３ａによって、過剰電圧が充電式電池６及び負荷回路８ａに印加されないようにして、一次側回路２ａとの電磁エネルギの二重共振によるウェイブレット状の電磁エネルギの効率の良い移動の制御を行う。このため、図７Ａに示すように、動力駆動部２７ａに内蔵された車輌側制御回路３４０ｂは、過剰電圧が充電式電池６及び負荷回路８ａに印加される不都合を、回路遮断により回避する過剰給電遮断手段（制御手段）７ａを有する。制御手段７ａは、図７Ａに示すように、コンピュータシステムを用いて、コンピュータシステムの車輌側算術論理演算回路（ＡＬＵ）２６９によるコンピュータ・ソフトウェア処理で過剰電圧を検出し、充電式電池６及び負荷回路８ａを遮断させるようにしてもよい。車輌側ＡＬＵ２６９の論理構造と等価な機能をハードウェア資源である実体電子回路構成し、充電電圧測定制御回路２７２、過剰電圧判定回路２７３及び遮断素子駆動制御回路２７４等を、半導体チップ上等に集積化してもよい。
【0038】
過剰給電遮断手段（制御手段）７ａの機能を、コンピュータ・ソフトウェア処理で実施する場合は、車輌側制御回路３４０ｂは、図７Ａに示すように、伝送データ記憶装置２７６ａと、プログラム記憶装置２７６ｂと、出力装置２７６ｃのそれぞれに車輌側ＡＬＵ２６９が接続された構成が可能である。図７Ａに論理的な内部構造をモデル化して示すように、車輌側ＡＬＵ２６９は、演算シークエンス制御回路２７１と、充電電圧測定制御回路２７２と、過剰電圧判定回路２７３と、遮断素子駆動制御回路２７４と、Ａバス２７５ａと、Ｂバス２７５ｂ等を主なる構成要素とする構成例が可能である。図７Ａの例示構造においては、演算シークエンス制御回路２７１は、車輌側ＡＬＵ２６９の内部における演算処理のシークエンスを制御する。Ａバス２７５ａ及びＢバス２７５ｂは、演算シークエンス制御回路２７１、充電電圧測定制御回路２７２、過剰電圧判定回路２７３及び遮断素子駆動制御回路２７４のそれぞれに情報及び命令を伝達するためのものである。
【0039】
演算シークエンス制御回路２７１は、充電電圧測定制御回路２７２、過剰電圧判定回路２７３及び遮断素子駆動制御回路２７４のそれぞれの処理手順をコンピュータ・ソフトウェア・プログラム（電池遮断プログラム）に従って、制御する。図７Ａでは、Ｂバス２７５ｂには、伝送データ記憶装置２７６ａ、プログラム記憶装置２７６ｂ及び出力装置２７６ｃが接続された構成例が示されているが、図７Ａに示す構成に限定されるものではない。プログラム記憶装置２７６ｂには、図７Ｂに例示した一連の回路遮断制御処理フローに等価なアルゴリズムを実行する電池遮断プログラムが格納される。
【0040】
図７Ｂに示すようなアルゴリズムのコンピュータ処理によれば、車輌側ＡＬＵ２６９は、図１に示した受電盤１２を制御して、二次側回路３ａから充電式電池６及び負荷回路８ａに過剰電圧が印加されないように制御できる。即ち、更に、図７ＢのフローチャートのステップＳ２３において、先ず、図１に示した１次側操作部３３は、一次側制御回路３４ａに対し、１次側通信部２１から２次側通信部２２への通信を介して車輌側制御回路３４０ｂに、遮断素子Ｑ85をターン・オンする制御信号を出力するように指示する。一次側制御回路３４ａは更に、間隔制御機構３２を用いて給電盤１１と受電盤１２の間隔を最適値に制御させると共に、一次側励起回路３４０ａに対し直流電源５の起動と、励起素子Ｑ1の最適なタイミングでの動作させることを命令する。
【0041】
そして、ステップＳ２３において、車輌側ＡＬＵ２６９の充電電圧測定制御回路２７２は、電圧測定回路２６ａを用いて充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データを逐次測定し、測定した端子間電圧ＶCStを、伝送データ記憶装置２７６ａに格納する。その後、図７ＢのステップＳ２４において、車輌側ＡＬＵ２６９の過剰電圧判定回路２７３は、伝送データ記憶装置２７６ａから、ＶCStの時系列データを読み出し、遮断素子閾値ＶCthと比較する。図２Ｃには２４Ｖ系のリチウムイオン電池の遮断素子閾値ＶCthの一例を示した。遮断素子閾値ＶCthは、通常の使用領域Vnormalの上限値よりも使用上限範囲ΔVoverだけ大きな値に設定される。リチウムイオン電池の製造メーカ等によって異なるが、図２Ｃに示した例では、２１．４～２６．９Ｖが通常の使用領域Vnormalであり、２７．２Ｖ程度が使用上限領域の電圧とされている。更に電圧が上昇し、２７．６Ｖでは図２Ｂに示した電池の内部保護回路が作動するように設計されている場合が通常である。更に電圧が上昇し３２．４Ｖ程度までに至ると、電解液の分解→ガス化→内圧の上昇→膨張・温度上昇となり、最悪の場合は発火・破裂する等の危険性があるので、電池の安全弁が開放される。
【0042】
図７ＢのフローチャートのステップＳ２４において、ＶCStの時系列データのいずれもが、遮断素子閾値ＶCthより大きくないと判定された場合は、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５において、遮断素子駆動制御回路２７４は遮断素子Ｑ85の導通状態を維持する制御信号を遮断素子Ｑ85のゲート電極に出力し、ステップＳ２３に戻る。ステップＳ２４において、ＶCStの時系列データのいずれかが、遮断素子閾値ＶCthより大きいと判定された場合は、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、遮断素子駆動制御回路２７４がターン・オフ信号を遮断素子Ｑ85のゲート電極に出力し、充電式電池６及び負荷回路８ａを二次側回路３ａから遮断する。この際に、遮断素子Ｑ85に電流が流れていないタイミングを選ぶようにすることも車両側制御回路において可能である。
【0043】
遮断素子駆動制御回路２７４が遮断素子Ｑ85に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、２次側通信部２２から１次側通信部２１に伝達できる。よって、１次側通信部２１から情報を得て、一次側制御回路３４ａが一次側回路２ａの動作を停止させることができる。しかし、２次側通信部２２から１次側通信部２１への情報伝達がなくても、一次側回路２ａには、充電式電池６と負荷回路８ａが二次側回路３ａから切り離されたことによる電磁エネルギの反射による一次側充放電電圧ＶC１の振動の変化が図８に示すように発生する。図８において、充電式電池６と負荷回路８ａが二次側回路３ａから切り離された場合の一次側充放電電圧ＶC１の振動を実線で、充電式電池６と負荷回路８ａが二次側回路３ａ接続されている場合の一次側充放電電圧ＶC１の波形を破線で示している。充電式電池６と負荷回路８ａが二次側回路３ａから切り離された場合は、Ａを付した○で示したように、一次側充放電電圧ＶC１の振動のピーク値が、Ｂを付した○で示した一充電式電池６と負荷回路８ａが二次側回路３ａ接続されている場合の一次側充放電電圧ＶC１の振動ピーク値よりも高くなる。Ｂの○が示す一次側充放電電圧ＶC１の振動ピーク値は、充電式電池６の電圧に対応している。したがって、２次側通信部２２から１次側通信部２１への情報伝達を使わなくても、遮断素子Ｑ85のターン・オフは、一次側制御回路３４ａが検知可能である。
【0044】
即ち、充電式電池６と負荷回路８ａが二次側回路３ａから切り離されると、二次側回路３ａはＲＣＬ直列回路になる。二次側回路３ａにおいて、充電式電池６を遮断した場合は、二次側回路３ａはＲＣＬ直列回路になるので、寄生抵抗ＲL2等でジュール熱として消耗したエネルギを除いた電磁エネルギは、すべて一次側回路２ｂに還流してくる。したがって、二次側回路３ａから一次側回路２ａに還流される電磁エネルギが、充電式電池６と負荷回路８ａの切り離し前と、切り離し後では大きく変化する。このため、充電式電池６が二次側回路３ａから切り離された事情は、図８に示すように、一次側回路２ａの一次側充放電電圧ＶC１の波形に変化を与える。２次側通信部２２から１次側通信部２１への情報伝達を使わないモードを採用する場合は、図３及び図４に例示したように、送電側コンデンサＣ１と並列に一次側充放電電圧ＶC1を検知する電圧計としての検出器２８を設けておく。更に、一次側制御回路３４ａが内蔵する算術論理回路（ＡＬＵ）３３９ａに、図９Ａに例示したように、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び直流電源制御回路３４７ｃを有する一次側停止命令手段９ａを備えておけばよい。図９Ａに示す一次側停止命令手段９ａは、充電式電池６等が二次側回路３ａから遮断されたことに伴う一次側回路２ａの振動特性の変化を検出し、一次側回路２ａの動作を停止させることができる。
【0045】
図９Ａに論理構造を模式的に示した極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び直流電源制御回路３４７ｃを含む構成は、ＡＬＵ３３９ａを用いたコンピュータ・ソフトウェア処理で実行する場合の例示であるが、図９Ａの例示に限定されるものではない。図９Ａに示した極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び直流電源制御回路３４７ｃはそれぞれ、これらと等価な機能を備えるハードウェア資源としての実体電子回路で構成可能である。
【0046】
一次側停止命令手段９ａの機能を、コンピュータ・ソフトウェア処理で実施する場合は、一次側励起回路３４０ａは、図９Ａに示すように、伝送データ記憶装置３４８ａと、プログラム記憶装置３４８ｂと、出力装置３４８ｃのそれぞれにＡＬＵ３３９ａが接続された通常のコンピュータシステムと同様な構成が可能である。図９Ａにモデル化して示した論理的な内部構造から分かるように、ＡＬＵ３３９ａは、演算シークエンス制御回路３４４と、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂと、一次側電圧検出制御回路３４６と、極大電圧算出回路３４７ａと、負荷遮断判定回路３４７ｂと、直流電源制御回路３４７ｃと、Ａバス３４９ａと、Ｂバス３４９ｂ等を主なる構成要素とする構成例が可能である。図９Ａの例示構造においては、演算シークエンス制御回路３４４は、ＡＬＵ３３９ａの内部における演算処理のシークエンスを制御する。Ａバス３４９ａ及びＢバス３４９ｂは、演算シークエンス制御回路３４４、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂ、一次側電圧検出制御回路３４６、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び直流電源制御回路３４７ｃのそれぞれに情報及び命令を伝達するためのものである。
【0047】
演算シークエンス制御回路３４４は、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂ、一次側電圧検出制御回路３４６、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び直流電源制御回路３４７ｃのそれぞれの処理手順をコンピュータ・ソフトウェア・プログラムに従って、制御する。図９Ａでは、Ａバス３４９ａに一次側励起回路３４０ａ及び伝送間隔制御回路３４０ｐが接続された構成例が示されている。伝送間隔制御回路３４０ｐは、図１に示した間隔制御機構３２を駆動して、給電盤１１と受電盤１２の間隔を最適値となるように制御することができる。一方、Ｂバス３４９ｂには、伝送データ記憶装置３４８ａ、プログラム記憶装置３４８ｂ及び出力装置３４８ｃが接続された構成例が示されているが、図９Ａに示す構成に限定されるものではない。プログラム記憶装置３４８ｂには、図９Ｂに例示した一連の回路停止制御方法の処理フローに等価なアルゴリズムを実行するプログラムが格納される。
【0048】
図９Ｂに示すようなアルゴリズムによれば、２次側通信部２２から１次側通信部２１への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達がなくても、ＡＬＵ３３９ａは、図１に示した給電盤１１を制御して、一次側回路２ａの独自の情報処理として、一次側回路２ａの動作を停止できる。即ち、図９Ｂに例示したフローチャートのステップＳ３２において、一次側電圧検出制御回路３４６は、検出器２８に一次側充放電電圧ＶC1を、逐次測定させ、伝送データ記憶装置３４８ａに格納する。ステップＳ３３において、ＡＬＵ３３９ａの極大電圧算出回路３４７ａは、伝送データ記憶装置３４８ａから、一次側充放電電圧ＶC1の時系列データを順に読み出し、それぞれの時系列データの極大値を「帰還極大電圧」として決定する。一次側充放電電圧ＶC1の時系列データの帰還極大電圧ＶC1maxは、伝送データ記憶装置３４８ａに格納する。
【0049】
充電式電池６が二次回路３ａに接続されている場合は、ステップＳ３３で決定される帰還極大電圧ＶC1maxは、推定された充電式電池６の端子間電圧ＶCStに近い値である。充電式電池６が二次回路３ａから遮断された場合は、ステップＳ３３で決定される帰還極大電圧ＶC1maxは、満充電時の充電式電池６の端子間電圧ＶCStより大きな値になる。遮断判定電圧ＶstopをΔＶだけ大きな値に設定しておき、ステップＳ３４で、帰還極大電圧ＶC1maxが、遮断判定電圧Ｖstopを超えているか否かを判定する。ステップＳ３４で、帰還極大電圧ＶC1maxが、遮断判定電圧Ｖstopを超えていると判定された場合は、ステップＳ３７に進み、直流電源５の動作を停止すると同時に、励起素子Ｑ1の動作も停止する。ステップＳ３４で、帰還極大電圧ＶC1maxが、遮断判定電圧Ｖstopを超えていないと判定された場合は、ステップＳ３５に進み、直流電源５の出力と励起素子Ｑ1の動作を継続して、ステップＳ３２に戻る。
【0050】
図７Ａに示す車輌側ＡＬＵ２６９、或いは図９Ａに示すＡＬＵ３３９ａを構成するハードウェア資源としての充電電圧測定制御回路２７２、過剰電圧判定回路２７３及び遮断素子駆動制御回路２７４、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂ、一次側電圧検出制御回路３４６、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び直流電源制御回路３４７ｃは、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現しているのであって、常に、半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する機能ブロックを意味するものではない。又、ＰＬＤの「論理ブロック」のような半導体チップ上に実装されたプログラム可能な論理コンポーネント等の現実に存在する構成を否定するものでもない。車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａの一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成した場合は、図７Ａに示した演算シークエンス制御回路２７１のプログラムカウンタやＡバス２７５ａ及びＢバス２７５ｂ等のデータバスは省略可能である。同様に、図９Ａに示した演算シークエンス制御回路３４４のプログラムカウンタやＡバス３４９ａ及びＢバス３４９ｂ等のデータバスは省略可能である。
【0051】
更に、一次側励起回路３４０ａは、図３及び図４に示す励起素子Ｑ1をスイッチングさせる駆動タイミングを選択し、選択した駆動タイミングで、図３及び図４に示した一次側励起回路３４０ａを動作させる命令を出力する。一次側回路２ａの外部回路となる一次側励起回路３４０ａは、図３及び図４に示した励起素子Ｑ1の制御端子に制御信号を送り、励起素子Ｑ1をオン・オフ駆動する。励起素子Ｑ1がオン・オフ駆動されることにより、一次側回路２ａが構成する並列回路と直列回路を交互に切り替える。遮断素子Ｑ85及び励起素子Ｑ1には、バイポーラトランジスタ（ＢＪＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）或いはゲートターン・オフサイリスタ（ＧＴＯ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）等のサイリスタが採用可能である。遮断素子Ｑ85及び励起素子Ｑ1のそれぞれが、ＦＥＴ、ＳＩＴ、ＧＴＯ、ＳＩサイリスタ等であれば、これらの電力用半導体素子のゲート電極が、遮断素子Ｑ85又は励起素子Ｑ1の「制御端子」に対応する。遮断素子Ｑ85及び励起素子Ｑ1がＢＪＴであれば、ＢＪＴのベース電極が遮断素子Ｑ85又は励起素子Ｑ1の制御端子になる。一次側回路２ａの外部回路である一次側励起回路３４０ａから、励起素子Ｑ1の制御端子に制御信号を送ることにより、一次側回路２ａが他励式の動作をする。
【0052】
車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａには、マイクロチップとして実装されたマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を使用してコンピュータシステムを構成することが可能である。又、コンピュータシステムを構成する車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａとして、算術演算機能を強化し信号処理に特化したデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）や、メモリや周辺回路を搭載し組込み機器制御を目的としたマイクロコントローラ（マイコン）等を用いてもよい。或いは、現在の汎用コンピュータのメインＣＰＵを車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａに用いてもよい。更に、車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａの一部の構成又はすべての構成をフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）で構成してもよい。
【0053】
一次側励起回路３４０ａ等を含むコンピュータシステムにおいて、伝送データ記憶装置３４８ａは、複数のレジスタ、複数のキャッシュメモリ、主記憶装置、補助記憶装置等を含む一群の内から適宜選択された任意の組み合わせとすることも可能である。又、キャッシュメモリは１次キャッシュメモリと２次キャッシュメモリの組み合わせとしてもよく、更に３次キャッシュメモリを備えるヒエラルキーを有しても構わない。ＰＬＤによって、車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａの一部又はすべてを構成した場合は、伝送データ記憶装置３４８ａは、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等のメモリ要素として構成することができる。更に、車輌側ＡＬＵ２６９及びＡＬＵ３３９ａは、ＣＰＵコア風のアレイとＰＬＤ風のプログラム可能なコアを同じチップに搭載した構造でもよい。このＣＰＵコア風のアレイは、あらかじめＰＬＤ内部に搭載されたハードマクロＣＰＵと、ＰＬＤの論理ブロックを用いて構成したソフトマクロＣＰＵを含むようにできる。つまりＰＬＤの内部においてソフトウェア処理とハードウェア処理を混在させた構成でもよい。
【0054】
後述するが、図３及び図４に示す一次側回路２ａにおいては、「ＲＣＬ並列回路」と「ＲＣＬ直列回路」が交互に時分割で過渡的に形成される。一次側回路２ａは、直流電源５と、直流電源５の高電位側端子（プラス端子）に一方の端子を接続した励起素子Ｑ1と、励起素子Ｑ1の他方の端子に一方の端子を接続された送電側コンデンサＣ1と、励起素子Ｑ1の他方の端子に一方の端子を接続した送電側コイルＬ1を含む。送電側コイルＬ1の一方の端子は、送電側コンデンサＣ1の一方の端子にも接続されているので、励起素子Ｑ1の他方の端子と送電側コンデンサＣ1の一方の端子との高電位端子側接続ノードＮ1に、送電側コイルＬ1の一方の端子から接続ノードＰ1を経由して延長される配線が接続されている。送電側コイルＬ1の他方の端子は、送電側コンデンサＣ1の他方の端子と直流電源５の低電位側端子（マイナス端子）の低電位端子側接続ノードＮ2に接続されている。
【0055】
図３及び図４に示す実装回路においては、送電側コイルＬ1からの環流電流を考慮し第１の還流ダイオードＦＷＤ1が励起素子Ｑ1としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に保護素子として並列接続されている。同様に、図３及び図４に示すように、遮断用還流ダイオードＦＷＤ85を、遮断素子Ｑ85としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に保護素子として並列接続してもよい。更に、送電側コイルＬ1からの環流電流が直流電源５に環流するのを防ぐため、電源側ダイオードＤ1が直流電源５と励起素子Ｑ1の間に直列接続されている。
【0056】
送電側コイルＬ1は直流電源５から供給された静電エネルギ及び受電側コイルＬ2から環流電流として供給された磁気エネルギを蓄積して、送電側コイルＬ1の両端の電圧ＶL1を昇圧する。送電側コイルＬ1は、送電側コンデンサＣ1から送られた静電エネルギを磁気エネルギとして蓄積し、この磁気エネルギを送電側コンデンサＣ1に環流すると同時に、二次側回路３ａの受電側コイルＬ2 に磁気的に結合し、二次側回路３ａに対し、磁気エネルギを送受する。
【0057】
第１実施形態に係る電力伝送装置は、振幅一定の正弦波振動を生成させる交流電源回路、いわゆるスイッチング電源を用いない。即ち第１実施形態に係る電力伝送装置の一次側回路２ａ及び二次側回路３ａは、振幅値が一定の定常状態の正弦波を対象とする交流理論ではなく、振幅値が時間共に変動する非定常状態を対象とする過渡現象に依拠した回路であることを特徴としている。そして、送電側コンデンサＣ1の一方の端子と直流電源５との間に接続された励起素子Ｑ1の制御電極の電圧が、外部回路である一次側励起回路３４０ａからのクロック信号で他励制御されて、ＲＣＬ並列回路とＲＣＬ直列回路を切り替える他励式の回路の動作をする。即ち、励起素子Ｑ1の導通状態において、直流電源５の高電圧側端子＋と低電圧側端子－の間に、送電側コイルＬ1と送電側コンデンサＣ1を含むＲＣＬ並列回路を並列接続される。又、励起素子Ｑ1の遮断状態において、高電位端子側接続ノードＮ1が直流電源５の高電圧側端子＋から分離され、送電側コイルＬ1と送電側コンデンサＣ1を含むＲＣＬ直列回路が構成されるという、他励式の回路の動作を実現している。
【0058】
先ず、二次側回路３ａとの結合がない場合に単純化して、一次側回路２ａの他励式の回路動作に着目する（図１０及び図１１においては、二次側回路３ａを破線で示している。）。この単純化したモデルにおいて、直流電源５がステップ入力電圧Ｅ0（＝一定）を供給しているとき、励起素子Ｑ1の制御電極の電圧が、一次側励起回路３４０ａからのクロック信号で他励制御されて導通状態になったと仮定する。励起素子Ｑ1が導通状態（オン状態）の場合、図１０に示したＲＣＬ並列回路の送電側コンデンサＣ1に過渡的に流れるコンデンサ電流をiC1、送電側コイルＬ1に過渡的に流れるコイル電流をiL1、直流電源５から供給される電流をi1とすると、励起素子Ｑ1がオン状態のときのＲＣＬ並列回路の過渡現象は、寄生的に内在する抵抗Ｒ01ON及び抵抗ＲL1を考慮して、
で表現できる。
【数1】
【0059】
式（１ｂ）の左辺第１項のＲ01ONは、励起素子Ｑ1に用いている電力用半導体スイッチング素子のオン抵抗ｒon1及び直流電源５と等価浮遊抵抗ｒ1を含む。式（１ｂ）及び（１ｃ）の左辺第２項のＲL1は、図１０に示すように送電側コイルＬ1の寄生抵抗である。直流電源５は、励起素子Ｑ1がオン状態において式（１ｂ）を満足するように、送電側コンデンサＣ1と送電側コイルＬ1がなすＲＣＬ並列回路に固定のステップ入力電圧Ｅ0＝Ｅ0を供給するものとする。式（１ｂ）に式（１ａ）を代入し、式（１ｃ）の両辺を時間ｔで微分すると、
となる。
【数2】
【0060】
式（２）から、式（１ｂ）に式（１ａ）を代入した式を用いて、コンデンサ電流iC1を消去して整理すると、
となる。iL1＝AｅBtとおくと、指数部の係数Bは、
となる。ここで、
と定義する。
【数3】
【数4】
【数5】
【0061】
ＲＣＬ並列回路の送電側コイルＬ1に過渡的に流れるコイル電流iL1は、非定常状態に対する式（３）の一般解として求められる。即ち、Ａ１，Ａ2を定数として、ＲＣＬ並列回路の送電側コイルＬ1に過渡的に流れるコイル電流iL1は、
となる。α2
ON2≪ω2
ONであれば、式（５ｄ）を鑑みて、ＲＣＬ並列回路の送電側コイルＬ1に過渡的に流れるコイル電流iL1は、
と表現できる。ＲＣＬ並列回路の送電側コンデンサＣ1に過渡的に流れる電流iC1は、式（２）から同様にして、
となる。
【数6】
【数7】
【数8】
【0062】
送電側コイルＬ1に流れるコイル電流ｉL1は式（７）に示すように、周波数βONの正弦波と余弦波が合成された瘤型の振動をしながら、振動ピーク（振幅）の包絡線がexp（―αON1ｔ）で指数関数的に減衰する不足制動（減衰振動）の波形を示す。コイル電流ｉL1は式（７）に示すように、通常のスイッチング電源に用いられている振幅一定の正弦波振動（正弦波交流信号）のような振幅が一定の正弦波ではない。同様に、送電側コンデンサＣ1に流れるコンデンサ電流ｉC1は式（８）に示すように、周波数βONの正弦波と余弦波が合成された瘤型の振動をしながら、振動ピーク（振幅）の包絡線がexp（―αON1ｔ）で指数関数的に減衰する減衰振動の波形を示す。コンデンサ電流ｉC1は式（８）に示すように、振幅一定の正弦波振動（正弦波交流信号）のような振幅が一定の正弦波ではない。
【0063】
式（１ｃ）に示したように式（７）を微分し、式（８）を積分すれば、二次側回路３ａとの結合がない場合のＲＣＬ並列回路の一次側充放電電圧ＶC1及び送電側コイルＬ1の端子間電圧ＶL1は、それぞれ、
で与えられる。送電側コイルＬ1の端子間電圧ＶL1の時間ｔに対する変化は式（９ａ）に示すように、周波数βONの正弦波の振動の振動ピーク（振幅）の包絡線がexp（―αON1ｔ）で指数関数的に減衰する減衰振動の波形を示し、振幅が一定の正弦波ではなく、振幅一定の正弦波振動とは異なる。同様に、一次側充放電電圧ＶC1の変化は式（９ｂ）に示すように、周波数βONの正弦波の振動ピーク（振幅）の包絡線がexp（―αON1ｔ）で指数関数的に減衰する減衰振動の波形を示し、振幅一定の正弦波振動とは異なる。式（７）～（９ｂ）は、第１実施形態に係る電力伝送装置の一次側回路２ａは、振幅値が一定の定常状態の正弦波を対象とする交流理論ではなく、振幅値が変動する非定常状態を対象とする過渡現象に依拠した回路である特徴を示している。
【数9】
【0064】
次に、二次側回路３ａとの結合がない場合において、励起素子Ｑ1の制御電極の電圧が、一次側回路２ａの外部回路である一次側励起回路３４０ａからのクロック信号で他励制御されて、強制的に遮断状態（オフ状態）になった場合を説明する。励起素子Ｑ1が強制的にオフ状態になると、式（７）～（９ｂ）に示す過渡応答振動は強制的に終了させられる。図６には、式（９ｂ）に示す一次側充放電電圧ＶC1の過渡応答振動が時刻ｔｐ，ｔp+2で強制的に終了させられることを示している。励起素子Ｑ1がオフ状態のときは、図１１に示した送電側コンデンサＣ1及び送電側コイルＬ1がなす閉ループが、ＲＣＬ直列回路を構成する。即ち第１実施形態に係る電力伝送装置では、一次側励起回路３４０ａからのクロック信号で他励制御されて、ＲＣＬ並列回路の回路トポロジと、閉ループをなすＲＣＬ直列回路の回路トポロジに、切り替えられることが特徴である。
【0065】
閉ループをなすＲＣＬ直列回路を過渡的に流れる電流をi１とすると、励起素子Ｑ1がオフ状態のときのＲＣＬ直列回路の過渡現象は、
で表現できる。式（１０）の左辺第１項は送電側コイルＬ1の両端の電圧ＶLij、左辺第２項は等価浮遊抵抗による電圧損失、左辺第３項は送電側コイルＬ1の両端の電圧ＶC1である。ＲＣＬ直列回路の等価浮遊抵抗ＲL1が十分小さいとき、即ち、減衰定数αOFF＝ＲL1/（２Ｌ1）、固有角周波数ωOFF＝（Ｌ1Ｃ1）-1/2としたとき、
αOFF 2＜ωOFF 2 ……（１１）
が成立するとき、式（１０）の解は、過渡現象理論でよく知られているように、
となる。
【数10】
αOFF 2＜ωOFF 2 ……（１１）
が成立するとき、式（１０）の解は、過渡現象理論でよく知られているように、
【数11】
【0066】
式（１１）及び（１２ｂ）の固有角周波数ωOFFは、一定振幅の交流理論におけるＲＣＬ並列共振回路の共振周波数に対応するが、非定常状態を取り扱う過渡現象では「共振周波数」の用語はふさわしくない。ＲＣＬ直列回路を過渡的に流れる電流i1は、式（１２ａ）に示すように、周波数βOFFの正弦波で振動しながら、振動ピーク（振幅）の包絡線がexp（―αOFFｔ）で指数関数的に減衰する減衰振動の波形を示し、定常状態の振幅一定の正弦波振動とは異なる。
【0067】
式（１２ａ）を微分すれば、式（１３ａ）のように送電側コイルＬ1の端子間電圧ＶL1が求まり、式（１２ａ）を積分すれば、式（１３ｂ）のようにＲＣＬ並列回路の一次側充放電電圧ＶC1が求められる：
二次側回路３ａとの結合がない場合において、送電側コイルＬ1の端子間電圧ＶL1は式（１３ａ）に示すようになる。同様に、二次側回路３ａとの結合がない場合における一次側充放電電圧ＶC1は式（１３ｂ）に示すように、周波数βOFFの正弦波と余弦波が合成された瘤（こぶ）型の振動をしながら、振動ピーク（振幅）の包絡線がexp（―αOFFｔ）で指数関数的に減衰する不足制動（減衰振動）の波形を示す。
【数12】
【0068】
よって、端子間電圧ＶL1及び一次側充放電電圧ＶC1の変化は、定常状態の振幅一定の正弦波振動とは異なる。式（１２ａ）～（１３ｂ）に示す減衰振動の波形は、第１実施形態に係る電力伝送装置の一次側回路２ａは、振幅値が一定の定常状態の正弦波を対象とする交流理論ではなく、振幅値が変動する非定常状態を対象とする過渡現象に依拠した回路である特徴を示している。そして、一次側励起回路３４０ａによって、励起素子Ｑ1が再びオン状態となると、式（１２ａ）～（１３ｂ）に示した過渡応答振動は強制的に終了させられ、励起素子Ｑ1がオン状態の式（７）～（９ｂ）に示す過渡応答振動波形に切り替えられる。図６には、式（１３ｂ）に示す一次側充放電電圧ＶC1の過渡応答振動波形が、時刻ｔｐ-1，ｔp+1で強制的に終了させられ、式（９ｂ）に示す振動波形に接続されることが示されている。
【0069】
このように、一次側回路２ａにおいては、励起素子Ｑ1の動作が一次側励起回路３４０ａから出力される制御信号によって他励制御されて、ＲＣＬ並列回路の回路トポロジとＲＣＬ直列回路の回路トポロジを切り替えられ、図６に示すような非正弦波の過渡現象振動が生成される。そして、一次側回路２ａにおける過渡現象振動と二次側回路３ａにおける過渡現象振動が共鳴する二重共振により、第１実施形態に係る電力伝送装置が動作する。一次側回路２ａと二次側回路３ａの間で時定数が同期して共鳴する二重共振が生じると、一次側回路２ａと二次側回路３ａの間で電磁エネルギが互いに送受されるウェイブレット状のエネルギ振動が発生する。このため、図５に示すような一次側充放電電圧ＶC1の包絡線と二次側充放電電圧ＶC2の包絡線が異なる位相で脈動する関係になる。図５に示された位相が逆になる破線と実線の脈動は、一次側回路２ａと二次側回路３ａの間で二重共振によりウェイブレット状の電磁エネルギが互いに送受される振動を示している。
【0070】
図５は、一次側充放電電圧ＶC1の包絡線の振幅が極大値のときは、二次側充放電電圧ＶC2の包絡線の振幅が極小値であり、一次側充放電電圧ＶC1の包絡線の振幅が極小値のときは、二次側充放電電圧ＶC2の包絡線の振幅が極大値となる関係を示している。そして二次側回路３ａに伝達されたウェイブレット状のエネルギ振動により、二次側回路３ａが含む充電式電池６が充電される。この際、充電式電池６及び充電式電池６に接続された負荷回路８ａに過剰電圧が印加される場合は、充電式電池６の電圧を測定する電圧測定回路２６ａと、電圧測定回路２６ａからの信号を処理する過剰給電遮断手段（制御手段）７ａによって、充電式電池６を二次側回路３ａから遮断し、負荷回路８ａも二次側回路３ａから分離できる。
【0071】
以上のとおり、第１実施形態に係る充電制御システムによれば、充電式電池６の電圧を測定する電圧測定回路２６ａと、電圧測定回路２６ａからの信号を処理する過剰給電遮断手段（制御手段）７ａを備えているので、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６を過充電したり、充電式電池に接続された負荷回路８ａに誤給電したりすることがない。したがって、第１実施形態に係る充電制御システムによれば、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６や充電式電池に接続された負荷回路８ａが損傷することのない充電制御システムが提供できる。
【0072】
（第１実施形態の第１変形例）
本発明の第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムは図１２に示すように、二次側回路３ａと、二次側回路３ａとの二重共振で、二次側回路３ａに無接触でウェイブレット状の磁気エネルギを伝送する一次側回路２ｂを備え、二次側回路３ａに含まれる充電式電池６を充電する。二次側回路３ａの概略は、図３に示した回路構成と同様に、送電側コイルＬ1に対向した受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続された受電側コンデンサＣ2、受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の一方の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオードＤ2を有する。二次側回路３ａは更に、負荷側ダイオードＤ2のカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子Ｑ85、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子に正極端子を接続し、負極端子を受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の他方の接続ノードに接続した充電式電池６を有する。即ち、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された梯子型回路の構成になっている。充電式電池６と負荷回路８ａは、並列回路を構成しているので、二次側回路３ａと負荷回路８ａは、充電式電池６を介して並列接続されている。更に、充電式電池６の正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12の間には、電圧測定回路２６ａが接続され、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの変化（時系列データ）を逐次測定できるようになっている構成も、図３に示した回路構成と同様である。
本発明の第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムは図１２に示すように、二次側回路３ａと、二次側回路３ａとの二重共振で、二次側回路３ａに無接触でウェイブレット状の磁気エネルギを伝送する一次側回路２ｂを備え、二次側回路３ａに含まれる充電式電池６を充電する。二次側回路３ａの概略は、図３に示した回路構成と同様に、送電側コイルＬ1に対向した受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続された受電側コンデンサＣ2、受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の一方の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオードＤ2を有する。二次側回路３ａは更に、負荷側ダイオードＤ2のカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子Ｑ85、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子に正極端子を接続し、負極端子を受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の他方の接続ノードに接続した充電式電池６を有する。即ち、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された梯子型回路の構成になっている。充電式電池６と負荷回路８ａは、並列回路を構成しているので、二次側回路３ａと負荷回路８ａは、充電式電池６を介して並列接続されている。更に、充電式電池６の正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12の間には、電圧測定回路２６ａが接続され、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの変化（時系列データ）を逐次測定できるようになっている構成も、図３に示した回路構成と同様である。
【0073】
負荷側ダイオードＤ2は、アノードが受電側コイルＬ2側、カソードが遮断素子Ｑ85を介して充電式電池６側を向くように接続され、充電電流ＩＣの流れる方向を一方向に限定している。負荷側ダイオードＤ2のカソードが遮断素子Ｑ85の一方の主電極端子に接続され、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子が、充電式電池６の正極端子Ｎ11に接続されているので、遮断素子Ｑ85を遮断状態にすると、充電式電池６が二次側回路３ａから遮断され、負荷回路８ａも二次側回路３ａから分離する。遮断素子Ｑ85の導通及び遮断状態を制御するために、遮断素子Ｑ85の制御電極には車輌側制御回路３４０ｂから制御信号が出力される。内部構造の詳細の図示を省略しているが、図７Ａに示した論理的な内部構造の構成と同様に、図１２に示す動力駆動部２７ａの車輌側制御回路３４０ｂは制御手段（過剰給電遮断手段）を有する。制御手段は、過剰電圧が充電式電池６及び負荷回路８ａに印加される不都合を、電圧測定回路２６ａからの過剰電圧の情報を得て、遮断素子Ｑ85に回路遮断させることにより回避することができる。制御手段は、図７Ｂに示したアルゴリズムと同様なコンピュータ処理を実行する。
【0074】
システム構成の全体の図示を省略しているが、図１に示した構成と同様に、第１実施形態の第1変形例に係る充電制御システムは、１次側通信部２１及び２次側通信部２２を備えている。したがって、車輌側制御回路３４０ｂが遮断素子Ｑ85に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、２次側通信部２２から１次側通信部２１に伝達できる。よって、１次側通信部２１から情報を得て、一次側制御回路３４ｇが一次側回路２ａの動作を停止させることもできる。しかしながら、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、２次側通信部２２から１次側通信部２１への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達がなくても、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ｂの独自の情報処理として、一次側回路２ｂの動作を停止できる。いずれの方法を採用しても、一次側励起回路３４０ｇは、制御手段による二次側回路３ａからの充電式電池６等の遮断を検知して一次側回路２ｂを停止することができる。
【0075】
図１２に示すように、第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの一次側回路２ｂは、図３及び図４に示した第１実施形態に係る充電制御システムの１スイッチ構成の一次側回路２ａに補助子Ｑ2を追加した２スイッチ構成となっている。「補助励起素子Ｑ2」は、励起素子Ｑ1と相補的な動作のモードを採用するときには、励起素子Ｑ1のオフ期間において、一次側回路２ｂの自由減衰振動を補助する。励起素子Ｑ1と補助励起素子Ｑ2を相補的にオン／オフ制御する場合は、励起素子Ｑ1のターン・オンにより、ＲＣ直列回路が実現される。式（９ｂ）に示した過渡応答特性に比し、ＲＣ直列回路の場合は、直流電源５の電源電圧Ｅ0まで送電側コンデンサＣ１の充電電圧を高めることができる。即ち、一次側回路２ｂの減衰振動の初期電圧を高めることができる。このように、第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムによれば、励起素子Ｑ1及び補助励起素子Ｑ2をオン／オフ制御する単純な制御だけで、一次側回路２ｂにおいて初期電圧の高い減衰振動を実現でき、ジュール熱の発生を抑制する設計も容易になる。励起素子Ｑ1と補助励起素子Ｑ2の動作は、一次側回路２ｂの外部回路である一次側励起回路３４０ｇによって他励制御される。励起素子Ｑ1と補助励起素子Ｑ2の動作を相補的に他励制御することにより、ステップ入力電圧Ｅ0によって、非正弦波の減衰振動が過渡応答特性として生成される。
【0076】
一次側回路２ｂは、図３と同様に、受電側コイルＬ2に離間して対向した送電側コイルＬ1、及びこの送電側コイルＬ1の端子間電圧を検出する検出器２８を有する。一次側回路２ｂの過渡応答振動と二次側回路３ａの過渡応答振動の二重共振で、送電側コイルＬ1から受電側コイルＬ2に無接触で磁気エネルギが伝送され、受電側コイルＬ2から送電側コイルＬ1に磁気エネルギが還流される。図１２に示した励起素子Ｑ1及び補助励起素子Ｑ2として、第１実施形態に係る充電制御システムと同様なＦＥＴ、ＳＩＴ、ＢＪＴの他、ＧＴＯサイリスタ、ＳＩサイリスタ等のサイリスタを含む電力用半導体スイッチング素子が用いられる。特に、ＭＩＳＦＥＴ等の電圧駆動型のスイッチング素子を用いれば消費電力が小さくなるので、励起素子Ｑ1及び補助励起素子Ｑ2に好適である。市場での入手可能性と電力用半導体スイッチング素子の内部抵抗の評価からは、現状においては、ＭＯＳＦＥＴを図１２に示す回路の励起素子Ｑ1及び補助励起素子Ｑ2として採用することが可能である。
【0077】
第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムは、励起素子Ｑ1及び補助励起素子Ｑ2として一次側回路２ｂに用いる電力用半導体スイッチング素子は２個のみで良い。このため、第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムによれば、発熱による素子の破壊を防ぐ冷却構造が簡単に設計でき、しかも浮遊抵抗、浮遊容量、浮遊インダクタンスの発生も最小化できる。又、励起素子Ｑ1及び補助励起素子Ｑ2をオン／オフ制御する単純な制御だけでよいので、補助励起素子Ｑ2を採用して一次側回路２ｂにおける減衰振動の初期電圧を高める過渡応答特性を実現して、ジュール熱の発生を抑制する設計も簡単にできる。
【0078】
図１２に示す実装回路においては、送電側コイルＬ1からの還流電流を考慮し第１の還流ダイオードＦＷＤ1が励起素子Ｑ1としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、第２の還流ダイオードＦＷＤ2が補助励起素子Ｑ2としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、それぞれ保護素子として並列接続されている。更に遮断用還流ダイオードＦＷＤ85が遮断素子Ｑ85としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に保護素子として並列接続されている。図３及び図４に示した回路と同様に、送電側コイルＬ1からの還流電流が直流電源５に更に還流するのを防ぐため、電源側ダイオードＤ1が直流電源５と励起素子Ｑ1の間に直列接続されている。
【0079】
遮断素子Ｑ85が導通状態であるとし、特許文献２に記載された発明のように、励起素子Ｑ1のオフ期間を長くして減衰振動を利用するモードにおいては、先ず、一次側励起回路３４０ｇは補助励起素子Ｑ2をオフ状態、励起素子Ｑ1をオン状態にする。励起素子Ｑ1がターン・オンすると、送電側コンデンサＣ１が初期電圧Ｅ0まで昇圧され送電側コンデンサＣ１に電荷が蓄えられる。補助励起素子Ｑ2のオフ状態では、励起素子Ｑ1のオン状態によって、直流電源５、等価浮遊抵抗ｒ1、励起素子Ｑ1と第１の還流ダイオードＦＷＤ1の並列回路及び送電側コンデンサＣ１からなるＲＣ直列回路が構成されている。
【0080】
次に、一次側励起回路３４０ｇからの制御信号によって、励起素子Ｑ1をオフ状態にして、一定時間をおいて補助励起素子Ｑ2をオン状態にすると、送電側コンデンサＣ１に蓄えられた電磁エネルギは送電側コイル電流を介して、送電側コイルＬ1に蓄積される。更に、一次側回路２ｂと二次側回路３ａの間の過渡現象振動の共鳴が生じる。補助励起素子Ｑ2をオン状態にすることによりＲＣＬ直列回路が形成され、直流電源５、等価浮遊抵抗ｒ1、励起素子Ｑ1と第１の還流ダイオードＦＷＤ1の並列回路及び送電側コンデンサＣ１からなるＲＣ直列回路が消滅する。
【0081】
送電側コンデンサＣ１に蓄えられた電磁エネルギが送電側コイルＬ1に移動すると、一次側充放電電圧ＶC1は、負の極大値をとった後、０Ｖになる。一次側回路２ｂから二次側回路３ａへの過渡現象振動の共鳴によって、受電側コイルＬ2に伝送された電磁エネルギは、受電側コイル電流によって受電側コンデンサＣ2を充電する。受電側コンデンサＣ2の充電が開始されると、受電側コンデンサＣ2の二次側充放電電圧ＶC2は負の極大値をとった後、正の値になる。一次側充放電電圧ＶC1が０Ｖになった時点で最大値をとる。二次側充放電電圧ＶC2は、負の極大値をとった後、正の値になり、一次側充放電電圧ＶC1が０Ｖになった時点で最大値をとる。
【0082】
二次側充放電電圧ＶC2の増加に伴って、受電側コンデンサＣ2に蓄積された電磁エネルギの一部によって、充電電流ＩCが発生し、充電式電池６に電荷が蓄えられる。受電側コンデンサＣ2に蓄積された電磁エネルギの他の一部は、受電側コイルＬ2に受電側コイル電流として還流する。充電電流ＩCが０になった時点で、二次側充放電電圧ＶC2は、充電式電池６の端子間電圧Ｖcs（ｔ）と同じ値となる。
【0083】
受電側コンデンサＣ2に蓄積された電磁エネルギが受電側コイルＬ2に還流すると、一次側回路２ｂと二次側回路３ａの間の二重共振により、一次側回路２ｂに電磁エネルギの一部が戻る。受電側コンデンサＣ2に蓄積された電磁エネルギが充電式電池６及び受電側コイルＬ2に移動すると、受電側コンデンサＣ2は放電される。受電側コンデンサＣ2が放電すると、二次側充放電電圧ＶC2は、負の極大値をとった後、０Ｖになる。このとき、一次側充放電電圧ＶC1は、負の極大値をとった後、その後正の値に増大する振動となる。一次側充放電電圧ＶC1を測定することにより、二次側回路３ａにおける振動状態が、一次側回路２ｂの検出器２８でモニタリングすることができる。
【0084】
二次側回路３ａにおいて、充電式電池６を遮断した場合は、二次側回路３ａはＲＣＬ直列回路になり、寄生抵抗ＲL2等でジュール熱として消耗したエネルギを除いた電磁エネルギは、すべて一次側回路２ｂに還流してくる。したがって、二次側回路３ａから一次側回路２ｂに還流される電磁エネルギの量が、充電式電池６等の切り離し前と、切り離し後では突然大きく変化する。このため、二次側回路３ａの充電式電池６等の遮断は、検出器２８で確認できる。
【0085】
したがって、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ｂの独自の情報処理として、一次側回路２ｂの動作を停止できる。但し、２次側通信部２２から１次側通信部２１への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達を用いて、一次側回路２ｂの動作を停止できることは既に述べたとおりである。
【0086】
以上のとおり、第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムによれば、充電式電池６の電圧を測定する電圧測定回路２６ａと、図７Ａに示したような制御手段（過剰給電遮断手段）を備えているので、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６を過充電することや、充電式電池６に接続された負荷回路８ａに誤給電したり、過大な電圧が印加されたりすることが防げる。したがって、第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムによれば、充電式電池６や充電式電池６に接続された負荷回路８ａが損傷することのない充電制御システムが提供できる。
【0087】
（第１実施形態の第２変形例）
本発明の第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは図１３に示すように、二次側回路３ｂと、二次側回路３ｂとの二重共振で、二次側回路３ｂに電磁エネルギをワイヤレス伝送する一次側回路２ｂを備え、二次側回路３ａに含まれる充電式電池６を充電する。第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムの一次側回路２ｂは、第１実施形態に係る充電制御システムの１スイッチ構成の一次側回路２ａに補助子Ｑ2を追加した２スイッチ構成となっている特徴は、図１２に示した第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの一次側回路２ｂと同様である。
本発明の第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは図１３に示すように、二次側回路３ｂと、二次側回路３ｂとの二重共振で、二次側回路３ｂに電磁エネルギをワイヤレス伝送する一次側回路２ｂを備え、二次側回路３ａに含まれる充電式電池６を充電する。第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムの一次側回路２ｂは、第１実施形態に係る充電制御システムの１スイッチ構成の一次側回路２ａに補助子Ｑ2を追加した２スイッチ構成となっている特徴は、図１２に示した第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの一次側回路２ｂと同様である。
【0088】
そして、図１３に示すように、第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムの二次側回路３ｂは、図１２に示した第１実施形態の第１変形例に係る充電制御システムの二次側回路３ａに受電側制御素子Ｑ86を追加した構成となっている。図１３に示した励起素子Ｑ1、補助励起素子Ｑ2及び受電側制御素子Ｑ86として、第１実施形態及びその変形例に係る充電制御システムと同様なＦＥＴ等の電力用半導体スイッチング素子が用いられる。低い内部抵抗の要求と市場での入手可能性から、図１３に示す実装回路の励起素子Ｑ1、補助励起素子Ｑ2及び受電側制御素子Ｑ86として、ＭＯＳＦＥＴが工業的には優位と考えられる。
【0089】
二次側回路３ｂの概略は、図３及び図１２に示した回路構成とほぼ同様であるが、受電側コイルＬ2の上側の端子と受電側コンデンサＣ2の上側の端子の間に受電側制御素子Ｑ86とが挿入されて、π型の回路になっている。そして、受電側制御素子Ｑ86と受電側コンデンサＣ2の接続ノードにアノードを接続した負荷側ダイオードＤ2、負荷側ダイオードＤ2のカソードに一方の主電極端子を接続した遮断素子Ｑ85、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子に正極端子を接続し、負極端子を受電側コイルＬ2と受電側コンデンサＣ2の下側の接続ノードに接続した充電式電池６を有する。即ち、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された梯子型回路が基本的な構成になっている。充電式電池６と負荷回路８ａは互いに並列回路を構成しているので、二次側回路３ｂと負荷回路８ａは、充電式電池６を介して互いに並列接続された構成になっている。更に、充電式電池６の正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12の間には、電圧測定回路２６ａが接続され、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの変化（時系列データ）を逐次測定できるようになっている構成も、図３及び図１２に示した回路構成と同様である。
【0090】
負荷側ダイオードＤ2は、アノードが受電側コイルＬ2側、カソードが遮断素子Ｑ85を介して充電式電池６側を向くように接続され、充電電流ＩＣの流れる方向を一方向に限定している。負荷側ダイオードＤ2のカソードが遮断素子Ｑ85の一方の主電極端子に接続され、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子が、充電式電池６の正極端子Ｎ11に接続されているので、遮断素子Ｑ85を遮断状態にすると、充電式電池６が二次側回路３ａから遮断され、負荷回路８ａも二次側回路３ａから切り離される。遮断素子Ｑ85の導通及び遮断状態を制御するために、遮断素子Ｑ85の制御電極には、動力駆動部２７ｂの車輌側制御回路３４０ｃから制御信号が出力される。図１３では内部構造の詳細の図示を省略しているが、図７Ａに示した論理的な内部構造の構成と同様に、車輌側制御回路３４０ｃは制御手段（過剰給電遮断手段）を有する。制御手段は、電圧測定回路２６ａからの過剰電圧の情報を得て、過剰電圧が充電式電池６及び負荷回路８ａに印加される不都合を、遮断素子Ｑ85に回路遮断させることにより回避する。制御手段は、図７Ｂに示したアルゴリズムと同様なコンピュータ処理を実行する。
【0091】
第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムでは励起素子Ｑ1、補助励起素子Ｑ2、受電側制御素子Ｑ86及び遮断素子Ｑ85として用いる電力用半導体スイッチング素子は４個のみで良いので、発熱による素子の破壊を防ぐ冷却構造が簡単に設計でき、しかも浮遊抵抗、浮遊容量、浮遊インダクタンスの発生も最小化できる。又、励起素子Ｑ1、補助励起素子Ｑ2、受電側制御素子Ｑ86及び遮断素子Ｑ85をオン／オフ制御する単純な制御だけでよい。そして、補助励起素子Ｑ2の採用により、一次側回路２ｂにおける減衰振動の初期電圧を高める過渡応答特性を実現して、ジュール熱の発生を抑制する設計も簡単にできる。
【0092】
図１３に示す実装回路においては、第１の還流ダイオードＦＷＤ1が励起素子Ｑ1としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、第２の還流ダイオードＦＷＤ2が補助励起素子Ｑ2としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、第３の還流ダイオードＦＷＤ86が受電側制御素子Ｑ86としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に、それぞれ保護素子として並列接続されている。更に遮断用還流ダイオードＦＷＤ85が遮断素子Ｑ85としてのＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間に保護素子として並列接続されている。図１３に示すように、第３の還流ダイオードＦＷＤ86は、受電側コイルＬ2からの伝送電流を流す方向に設けられるので、第２の還流ダイオードＦＷＤ2とは反対向きに設けられている。図１２に示した回路と同様に、送電側コイルＬ1からの還流電流が直流電源５に更に還流するのを防ぐため、電源側ダイオードＤ1が直流電源５と励起素子Ｑ1の間に直列接続されている。
【0093】
遮断素子Ｑ85が導通状態であるとする。励起素子Ｑ1と補助励起素子Ｑ2を相補的に動作させる場合は、先ず、一次側励起回路３４０ｇからの制御信号によって、励起素子Ｑ1をオフ状態にした後、一定時間をおいて、補助励起素子Ｑ2をオン状態にする。補助励起素子Ｑ2をオン状態にすると同時に、車輌側制御回路３４０ｂからの制御信号によって、受電側制御素子Ｑ86をオン状態にする。補助励起素子Ｑ2がオン状態になると、送電側コンデンサＣ1に蓄えられた電磁エネルギは送電側コイル電流を介して、送電側コイルＬ1に蓄積され、更に、一次側回路２ｂと二次側回路３ｂの間の二重共振が生じる。送電側コンデンサＣ1に蓄えられたウェイブレット状の電磁エネルギが送電側コイルＬ1に移動すると、一次側充放電電圧ＶC1は、負の極大値をとった後、０Ｖになる。一次側回路２ｂから二次側回路３ｂへの二重共振によって、受電側コイルＬ2に伝送されたウェイブレット状の電磁エネルギは、受電側制御素子Ｑ86がオン状態なので、受電側コイル電流によって受電側コンデンサＣ2を充電する。受電側コンデンサＣ2の充電が開始されると、受電側コンデンサＣ2の二次側充放電電圧ＶC2は、負の極大値から増大し始め、正の値になる。二次側充放電電圧ＶC2が負の値をとっている間は充電電流ＩCが流れないが、二次側充放電電圧ＶC2が正の値になると、充電電流ＩCが立ち上がり始める。
【0094】
充電電流ＩCが立ち上がり始めたタイミングで、受電側制御素子Ｑ86をオフ状態にする。受電側制御素子Ｑ86のオフ状態は、一次側回路２ｂと二次側回路３ｂの間の二重共振によって、二次側充放電電圧ＶC2が最大になり、一次側充放電電圧ＶC1が０Ｖになる時点である。充電電流ＩCは、受電側制御素子Ｑ86がオフ状態になった後も増大しピーク値な到達した後、減少しゼロになる。
【0095】
充電電流ＩCが０Ａとなった後に、受電側制御素子Ｑ86を、再度オン状態にすると、再度一次側回路２ｂと二次側回路３ｂの間の二重共振が生じる。受電側制御素子Ｑ86のオン状態により、二次側充放電電圧ＶC2は減少を開始し、負の極大値をとった後、０Ｖになる。このとき、一次側充放電電圧ＶC1も減少を開始し、負の極大値をとった後、正の値となり増大する。
【0096】
次に、一次側充放電電圧ＶC1が最大になり、二次側充放電電圧ＶC2が０Ｖになる時点で受電側制御素子Ｑ86をオフ状態にする。一次側充放電電圧ＶC1は二次側充放電電圧ＶC2と同じ値であり、受電側制御素子Ｑ86がオフ状態になった時点以降一定値に維持される。一次側充放電電圧ＶC1を測定することにより、一次側回路２ｂと二次側回路３ｂの間の二重共振の伝送効率や充電式電池６の充電の状況をモニタリングすることができることが分かる。
【0097】
システム構成の全体の図示を省略しているが、図１に示した構成と同様に、第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは、１次側通信部及び２次側通信部を備えている。したがって、車輌側制御回路３４０ｃが遮断素子Ｑ85に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、２次側通信部から１次側通信部に伝達できる。よって、１次側通信部から情報を得て、一次側制御回路３４ｇが一次側回路２ａの動作を停止させることもできる。しかしながら、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、２次側通信部から１次側通信部への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達がなくても、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ｂの独自の情報処理として、一次側回路２ｂの動作を停止できる。いずれの方法を採用しても、一次側励起回路３４０ｇは、制御手段による二次側回路３ｂからの充電式電池６等の遮断を検知して一次側回路２ｂを停止することができる。
【0098】
二次側回路３ｂにおいて、充電式電池６を遮断した場合は、二次側回路３ｂはＲＣＬ直列回路になり、寄生抵抗ＲL2等でジュール熱として消耗したエネルギを除いた電磁エネルギは、すべて一次側回路２ｂに還流してくる。したがって、二次側回路３ｂから一次側回路２ｂに還流される電磁エネルギの量が、充電式電池６等の切り離し前と、切り離し後では突然大きく変化する。このため、二次側回路３ｂの充電式電池６等の遮断は、検出器２８で確認できる。したがって、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ｂの独自の情報処理として、一次側回路２ｂの動作を停止できる。但し、２次側通信部から１次側通信部への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達を用いて、一次側回路２ｂの動作を停止できることは既に述べたとおりである。
【0099】
以上のとおり、第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは、充電式電池６の電圧を測定する電圧測定回路２６ａと、図７Ａに示した構成と同様な制御手段を備えている。このため、第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、充電式電池６を過充電することや、充電式電池６に接続された負荷回路８ａに誤給電したり、過大な電圧を印加したりすることが防げる。したがって、第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、充電式電池６や充電式電池６に接続された負荷回路８ａを損傷することのなく、ワイヤレスで充電式電池６を充電できる充電制御システムが提供できる。
【0100】
更に、第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、充電制御システムの全体の構成が簡略化され軽量・小型化及び高効率化が可能になり、直流電源５の損失を含めた総合的な電力伝送効率を高めたワイヤレス充電制御システムを安価に製造することができる。第１実施形態及びその第１変形例に係る充電制御システムで述べたのと同様に第１実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、回路構成が単純化されるので壊れにくく回路設計が容易になる。又、二重共振により、充電式電池６の充電効率を高め、電力伝送の限界距離を原理的には無限大に伸ばし、電力伝送効率を原理的には１００％に近い値まで高めることが可能である。
【0101】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る充電制御システムは図１４に示すように、二次側回路３ａと、二次側回路３ａとの二重共振で、二次側回路３ａに電磁エネルギをワイヤレス伝送する一次側回路２ａを備え、充電式電池６を充電する。一次側回路２ａの構成は既に説明した図３及び図１２に示した回路構成と同様であるので、重複した説明を省略する。二次側回路３ａの概略の構成は、図３及び図１２に示した回路構成と同様に、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された構成を基本にしている。
本発明の第２実施形態に係る充電制御システムは図１４に示すように、二次側回路３ａと、二次側回路３ａとの二重共振で、二次側回路３ａに電磁エネルギをワイヤレス伝送する一次側回路２ａを備え、充電式電池６を充電する。一次側回路２ａの構成は既に説明した図３及び図１２に示した回路構成と同様であるので、重複した説明を省略する。二次側回路３ａの概略の構成は、図３及び図１２に示した回路構成と同様に、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された構成を基本にしている。
【0102】
図１４に例示するように、第２実施形態に係る充電制御システムの負荷回路８ｂは、インバータ８１と、インバータ８１からの交流信号で駆動されるモータ８２と、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84を含む。第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84は、インバータ８１の入力ポート側に設けられている。即ち、第１負荷遮断素子Ｑ83の一方の主電極端子（第1主電極端子）にインバータ８１の正極入力端子が接続され、インバータ８１の負極入力端子に第２負荷遮断素子Ｑ84の一方の主電極端子（第３主電極端子）が接続されている。互いに対向したペアをなす正極入力端子と負極入力端子とで、インバータ８１の入力端子対を構成している。第１負荷遮断素子Ｑ83の他方の主電極端子（第２主電極端子）には、充電式電池６の正極端子Ｎ11が接続され、インバータ８１の負極入力端子に第２負荷遮断素子Ｑ83の他方の主電極端子（第４主電極端子）には充電式電池６の負極端子Ｎ12が接続されている。第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の制御電極は、動力駆動部２７ｃの車輌側制御回路３４０ｄに接続され、車輌側制御回路３４０ｄから制御信号によって、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の導通及び遮断が制御される。
【0103】
二次側回路３ａの概略は、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2の直列接続回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された構成が基本になっている。遮断素子Ｑ85の制御電極は、車輌側制御回路３４０ｄに接続されている。遮断素子Ｑ85の導通状態及び遮断状態を制御するために、遮断素子Ｑ85の制御電極には車輌側制御回路３４０ｄから制御信号が出力される。負荷側ダイオードＤ2は、アノードが受電側コイルＬ2側、カソードが遮断素子Ｑ85を介して充電式電池６側を向くように接続され、充電電流ＩＣの流れる方向を一方向に限定している。更に、充電式電池６の正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12の間には、電圧測定回路２６ａが接続され、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの変化（時系列データ）を逐次測定できるようになっている構成も、図３及び図１２に示した二次側回路３ａの回路構成と同様である。
【0104】
負荷側ダイオードＤ2のカソードが遮断素子Ｑ85の一方の主電極端子（第５主電極端子）に接続され、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子（第６主電極端子）が、充電式電池６の正極端子Ｎ11に接続されている。遮断素子Ｑ85の制御電極は、車輌側制御回路３４０ｄに接続されている。図１４では内部構造の詳細の図示を省略しているが、車輌側制御回路３４０ｄは制御手段（過剰給電遮断手段）を有する。図７Ａに示した構成とほぼ同様に、制御手段は、過剰電圧が充電式電池６及び負荷回路８ｂに印加される不都合を、電圧測定回路２６ａからの過剰電圧の情報を得て、遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84による回路遮断により回避する。
【0105】
先ず、遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のすべてを導通状態として、第２実施形態に係る充電制御システムは、一次側回路２ａから二次側回路３ａに電磁エネルギをワイヤレス伝送して、充電式電池６を充電する。車輌側制御回路３４０ｄの制御手段（過剰給電遮断手段）は、図７Ｂに示したアルゴリズムと類似なコンピュータ処理を実行する。制御手段が、ターン・オフ信号を遮断素子Ｑ85の制御電極に送信して、充電式電池６を二次側回路３ａから切り離す。同時に、制御手段は、ターン・オフ信号を、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のそれぞれの制御電極に同時送信して負荷回路８ｂを充電式電池６から切り離す。
【0106】
充電式電池６の充電は、充電式電池６の端子間電圧ＶCStよりも大きな電圧を、充電式電池６にリンギングさせながら印加して実施する。この場合、図７Ｂに示したアルゴリズムのステップＳ２４において、ＶCStの時系列データと比較する遮断素子閾値を２種類にしてもよい。例えば、遮断素子Ｑ85の遮断に用いる遮断素子閾値ＶCth1を、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の遮断に用いる負荷遮断素子閾値ＶCth2より大きくして、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の遮断が、遮断素子Ｑ85の遮断により先に、遮断素子閾値ＶCth1よりも低い電圧で生じるようにしてもよい。
【0107】
図示を省略しているが、図１に示した構成と同様に、第２実施形態に係る充電制御システムは、１次側通信部２１及び２次側通信部２２を備えている。したがって、車輌側制御回路３４０ｄが遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、２次側通信部２２から１次側通信部２１に伝達できる。よって、１次側通信部２１から情報を得て、一次側制御回路３４ａが一次側回路２ａの動作を停止させることもできる。しかしながら、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、２次側通信部２２から１次側通信部２１への遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のターン・オフ情報の伝達がなくても、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ａの独自の情報処理として、一次側回路２ａの動作を停止できる。
【0108】
いずれの方法を採用しても、一次側励起回路３４０ｇは、制御手段による二次側回路３ａからの充電式電池６の遮断、及び負荷回路８ｂの充電式電池６からの遮断を検知して一次側回路２ａを停止することができる。一次側回路２ａの停止の情報は、１次側通信部２１から２次側通信部２２に伝達される。一次側回路２ａの停止の情報を２次側通信部２２から車輌側制御回路３４０ｄが入手すると、車輌側制御回路３４０ｄは、遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のすべてを導通状態に復帰させる。
【0109】
以上のとおり、第２実施形態に係る充電制御システムによれば、遮断素子Ｑ85と、第１負荷遮断素子Ｑ83と、第２負荷遮断素子Ｑ84と、充電式電池６の電圧を測定する電圧測定回路２６ａと、図７Ａと類似な構成の制御手段を備えているので、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６や充電式電池６に接続された負荷回路８ｂが損傷することのない充電制御システムが提供できる。
【0110】
（第２実施形態の第１変形例）
本発明の第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムは、見かけ上、図１４に示した第２実施形態に係る充電制御システムと同一であるので、重複した説明を省略する。但し、図１４で図示を省略した車輌側制御回路３４０ｄが有する制御手段の機能及び動作が異なる。即ち、車輌側制御回路３４０ｄの制御手段は、図７Ｂに示したアルゴリズムとは異なる手順でコンピュータ処理を実行する。第２実施形態に係る充電制御システムにおいて、図７Ｂに示したアルゴリズムのステップＳ２４において、ＶCStの時系列データと比較する遮断素子閾値を２種類にしてもよいことを述べたが、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムにおいても、２種類の遮断素子閾値を用意する。
本発明の第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムは、見かけ上、図１４に示した第２実施形態に係る充電制御システムと同一であるので、重複した説明を省略する。但し、図１４で図示を省略した車輌側制御回路３４０ｄが有する制御手段の機能及び動作が異なる。即ち、車輌側制御回路３４０ｄの制御手段は、図７Ｂに示したアルゴリズムとは異なる手順でコンピュータ処理を実行する。第２実施形態に係る充電制御システムにおいて、図７Ｂに示したアルゴリズムのステップＳ２４において、ＶCStの時系列データと比較する遮断素子閾値を２種類にしてもよいことを述べたが、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムにおいても、２種類の遮断素子閾値を用意する。
【0111】
即ち、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムでは、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の遮断に用いる負荷遮断素子閾値ＶCthBを、図２Ｃに示した通常の使用領域Vnormalの下限値に設定する。或いは、負荷遮断素子閾値ＶCthBを、通常の使用領域Vnormalの下限値と、この使用領域Vnormalの下限値を基準として、図２Ｃに示すように使用領域Vnormalの下限値よりも更に低い使用下限範囲ΔVunder以内の電圧に属するいずれかの値に設定してもよい。２種類の遮断素子閾値のもう一方は、遮断素子Ｑ85の遮断に用いる遮断素子閾値ＶCthAである。２種類の遮断素子閾値を用意した上で、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムでは、図７Ｂに示したアルゴリズムのステップＳ２４の前に、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データが、負荷遮断素子閾値ＶCthBより低いか否かを判定する手順が存在する。
【0112】
充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データのいずれかが、負荷遮断素子閾値ＶCthBより低い場合は、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の両方が遮断状態に設定され、負荷回路８ｂは充電式電池６から遮断されて、充電式電池６の過剰放電が防止される。充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データのいずれもが、負荷遮断素子閾値ＶCthBより高い場合は、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の両方は導通状態を維持し、負荷回路８ｂは充電式電池６に接続された状態に維持される。したがって、図７Ｂに示したアルゴリズムのステップＳ２４の前の段階において、負荷回路８ｂが充電式電池６から遮断された状態が実現され、負荷回路８ｂが充電式電池６から遮断された状態で充電式電池６の充電プロセスが開始されるので、負荷回路８ｂの過剰電圧による破壊や損傷が確実に防止される。
【0113】
ステップＳ２４の前に負荷回路８ｂが充電式電池６から遮断された後、図７Ｂに示したアルゴリズムの手順が実行され、ステップＳ２４では、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データが、遮断素子閾値ＶCthAより低いか否かが判定される。図７Ｂのフローチャートの流れと同様に、ステップＳ２４において、ＶCStの時系列データのいずれもが、遮断素子閾値ＶCthより大きくないと判定された場合は、図７ＢのステップＳ２５に進む。ステップＳ２５において、遮断素子駆動制御回路は遮断素子Ｑ85の導通状態を維持する制御信号を遮断素子Ｑ85のゲート電極に出力し、図７ＢのステップＳ２３に戻る。ステップＳ２４において、ＶCStの時系列データのいずれかが、遮断素子閾値ＶCthより大きいと判定された場合は、図７ＢのステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、遮断素子駆動制御回路がターン・オフ信号を遮断素子Ｑ85のゲート電極に出力し、遮断素子Ｑ85を遮断状態にすることにより、充電式電池６を二次側回路３ａから分離する。充電式電池６が二次側回路３ａから遮断されるタイミングにおいて、既に負荷回路８ｂは充電式電池６から遮断された状態が確保されており、負荷回路８ｂは過剰電圧の影響を受けなくなっている特徴が、第１実施形態に係る充電制御システムのアルゴリズムとは異なる。
【0114】
図示を省略しているが、図１に示した構成と同様に、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムも、１次側通信部２１及び２次側通信部２２を備えている。したがって、車輌側制御回路３４０ｄが遮断素子Ｑ85に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、２次側通信部２２から１次側通信部２１に伝達できる。よって、１次側通信部２１から情報を得て、一次側制御回路３４ａが一次側回路２ａの動作を停止させることもできる。しかしながら、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、２次側通信部２２から１次側通信部２１への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達がなくても、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ａの独自の情報処理として、一次側回路２ａの動作を停止できる。
【0115】
いずれの方法を採用しても、一次側励起回路３４０ｇは、制御手段による二次側回路３ａからの充電式電池６の遮断を検知して一次側回路２ａを停止することができる。一次側回路２ａの停止の情報は、１次側通信部２１から２次側通信部２２に伝達される。一次側回路２ａの停止の情報を２次側通信部２２から車輌側制御回路３４０ｄが入手すると、車輌側制御回路３４０ｄは、遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のすべてを導通状態に復帰させる。
【0116】
以上のとおり、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムによれば、遮断素子Ｑ85、充電式電池６の電圧を測定する電圧測定回路２６ａ、図７Ａと類似な構成の制御手段を備えているので、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６や充電式電池６に接続された負荷回路８ｂが損傷することのない充電制御システムが提供できる。特に、第２実施形態の第１変形例に係る充電制御システムによれば、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84を負荷回路８ｂ側に備えているので、充電式電池６の充電プロセスの前の段階において、負荷回路８ｂが充電式電池６から遮断された状態の実現が可能であるので、誤給電や過剰電圧による負荷回路８ｂの破壊や損傷が確実に防止できる。
【0117】
（第２実施形態の第２変形例）
本発明の第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは図１５に示すように、二次側回路３ｃと、二次側回路３ｃとの二重共振で、二次側回路３ｃに電磁エネルギをワイヤレス伝送する一次側回路２ａを備え、過充電防止するように充電式電池６を充電する。一次側回路２ａの構成は既に説明した図３及び図１２に示した回路構成と同様であるので、重複した説明を省略する。一方、二次側回路３ｃの概略の構成は、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された構成を基本にしている特徴は、図３及び図１２に示した回路構成にほぼ類似である。しかし、二次側回路３ｃには、図３及び図１２に示した回路構成の電圧測定回路２６ａが存在しない。
本発明の第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは図１５に示すように、二次側回路３ｃと、二次側回路３ｃとの二重共振で、二次側回路３ｃに電磁エネルギをワイヤレス伝送する一次側回路２ａを備え、過充電防止するように充電式電池６を充電する。一次側回路２ａの構成は既に説明した図３及び図１２に示した回路構成と同様であるので、重複した説明を省略する。一方、二次側回路３ｃの概略の構成は、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2を直列接続した回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された構成を基本にしている特徴は、図３及び図１２に示した回路構成にほぼ類似である。しかし、二次側回路３ｃには、図３及び図１２に示した回路構成の電圧測定回路２６ａが存在しない。
【0118】
図１５に例示するように、第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムの負荷回路８ｂは、電圧測定回路２６ｂと、インバータ８１と、インバータ８１からの交流信号で駆動されるモータ８２と、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84を含む。インバータ８１の入力ポートをなす正極入力端子と負極入力端子の間には、電圧測定回路２６ｂが接続され、インバータ８１の入力ポート電圧Ｖinvの変化（時系列データ）を逐次測定できるようになっている。互いに対向したペアをなす正極入力端子と負極入力端子とで、インバータ８１の入力端子対を構成している。第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84も、インバータ８１の入力ポート側に設けられている。第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84が導通状態において、電圧測定回路２６ｂは充電式電池６の端子間電圧ＶCStを測定できる。
【0119】
即ち、第１負荷遮断素子Ｑ83の一方の主電極端子（第1主電極端子）にインバータ８１の正極入力端子が接続され、インバータ８１の負極入力端子に第２負荷遮断素子Ｑ84の一方の主電極端子（第３主電極端子）が接続されている。第１負荷遮断素子Ｑ83の他方の主電極端子（第２主電極端子）には、充電式電池６の正極端子Ｎ11が接続され、インバータ８１の負極入力端子に第２負荷遮断素子Ｑ83の他方の主電極端子（第４主電極端子）には充電式電池６の負極端子Ｎ12が接続されている。第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の制御電極は、動力駆動部２７ｄの車輌側制御回路３４０ｅに接続され、車輌側制御回路３４０ｅから制御信号によって、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の導通及び遮断が制御される。
【0120】
二次側回路３ｃの概略は、充電式電池６と遮断素子Ｑ85と負荷側ダイオードＤ2の直列接続回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された構成が基本になっている。遮断素子Ｑ85の制御電極は、車輌側制御回路３４０ｅに接続されている。遮断素子Ｑ85の導通状態及び遮断状態を制御するために、遮断素子Ｑ85の制御電極には車輌側制御回路３４０ｅから制御信号が出力される。負荷側ダイオードＤ2は、アノードが受電側コイルＬ2側、カソードが遮断素子Ｑ85を介して充電式電池６側を向くように接続され、充電電流ＩＣの流れる方向を一方向に限定している。
【0121】
負荷側ダイオードＤ2のカソードが遮断素子Ｑ85の一方の主電極端子（第５主電極端子）に接続され、遮断素子Ｑ85の他方の主電極端子（第６主電極端子）が、充電式電池６の正極端子Ｎ11に接続されている。遮断素子Ｑ85の制御電極は、車輌側制御回路３４０ｅに接続されている。図１５では内部構造の詳細の図示を省略しているが、車輌側制御回路３４０ｅは、図７Ａに示した構成とほぼ同様な論理的構造を有する制御手段を備えている。第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムの制御手段は、充電式電池６の充電プロセスの前に、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84を用いて、充電式電池６と負荷回路８ｂ間の電気的接続を遮断する。充電式電池６の充電プロセスの前に、充電式電池６と負荷回路８ｂ間の電気的接続は遮断されているので、過剰電圧が負荷回路８ｂに印加される不都合は確実に回避できる。一方、過剰電圧が充電式電池６に印加される問題は、電圧測定回路２６ｂからの過剰電圧の情報を得て、遮断素子Ｑ85を遮断状態にし、二次側回路３ｃから充電式電池６を電気的に分離することにより回避する。
【0122】
第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは、遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のすべてを導通状態として、一次側回路２ａから二次側回路３ｃに電磁エネルギをワイヤレス伝送して、充電式電池６を充電する。車輌側制御回路３４０ｅの制御手段は、図７Ｂに示したアルゴリズムと類似なコンピュータ処理を実行する。しかし、第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムにおいては、制御手段は、電圧測定回路２６ｂを用いて充電式電池６の端子間電圧ＶCStが、負荷遮断素子閾値ＶCthBを下回らないかを、常時監視（モニタ）する。負荷遮断素子閾値ＶCthBは、図２Ｃに示した通常の使用領域Vnormalの下限値に設定してもよい。或いは、負荷遮断素子閾値ＶCthBを、通常の使用領域Vnormalの下限値と、この使用領域Vnormalの下限値を基準として、図２Ｃに示すように使用領域Vnormalの下限値よりも更に低い使用下限範囲ΔVunder以内の電圧に属するいずれかの値に設定することもできる。
【0123】
制御手段が、充電式電池６の端子間電圧ＶCStが、負荷遮断素子閾値ＶCthBより低いと判定した場合は、ターン・オフ信号を第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のそれぞれの制御電極に同時送信して負荷回路８ｂを充電式電池６から切り離す。負荷回路８ｂが充電式電池６から切り離された後、一次側回路２ａから二次側回路３ｃへ二重共振により、ウェイブレット状の電磁エネルギを伝送して、二次側回路３ｃに含まれる充電式電池６を充電する。充電式電池６の充電プロセス中に、制御手段が、電圧測定回路２６ｂからの過剰電圧の情報を得た場合は、制御手段はターン・オフ信号を遮断素子Ｑ85の制御電極に送信して、充電式電池６を二次側回路３ｃから切り離す。
【0124】
図示を省略しているが、図１に示した構成と同様に、第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムは、１次側通信部２１及び２次側通信部２２を備えている。したがって、車輌側制御回路３４０ｅが遮断素子Ｑ85に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、２次側通信部２２から１次側通信部２１に伝達できる。よって、１次側通信部２１から情報を得て、一次側制御回路３４ａが一次側回路２ａの動作を停止させることもできる。一方、図９Ｂに示したアルゴリズムと同様な処理により、２次側通信部２２から１次側通信部２１への遮断素子Ｑ85のターン・オフ情報の伝達がなくても、一次側励起回路３４０ｇは、検出器２８からの情報による一次側回路２ａの独自の情報処理として、一次側回路２ａの動作を停止できる。
【0125】
いずれの方法を採用しても、一次側励起回路３４０ｇは、制御手段による二次側回路３ｃからの充電式電池６の遮断を認識して一次側回路２ａを停止することができる。一次側回路２ａの停止の情報は、１次側通信部２１から２次側通信部２２に伝達される。一次側回路２ａの停止の情報を２次側通信部２２から車輌側制御回路３４０ｅが入手したとき、車輌側制御回路３４０ｅは、遮断素子（電池遮断素子）Ｑ85、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84のすべてを導通状態に復帰させることができる。なお、一次側回路２ａの停止の情報を２次側通信部２２から車輌側制御回路３４０ｅが入手したとき、車輌側制御回路３４０ｅが第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84の２つのスイッチング素子のみを導通状態にするモードでもよい。２つのスイッチング素子のみを導通状態にするモードにおいては、充電式電池６から負荷回路８ｂに給電され、車輌が走行できる。車輌を走行により、充電式電池６の端子間電圧ＶCStが負荷遮断素子閾値ＶCthBより低下した場合、第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84を遮断状態にする。第１負荷遮断素子Ｑ83及び第２負荷遮断素子Ｑ84が遮断状態になった後、遮断素子Ｑ85を導通状態に復帰させて、充電式電池６からの充電プロセスを開始するようにしてもよい。
【0126】
以上のとおり、第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、遮断素子Ｑ85と、図７Ａと類似な構成の制御手段を備えているので、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６や充電式電池６に接続された負荷回路８ｂが損傷することのない充電制御システムが提供できる。特に、第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、負荷回路８ｂを分離する第１負荷遮断素子Ｑ83と第２負荷遮断素子Ｑ84を備えているので、充電式電池６の充電プロセスの前の段階において、負荷回路８ｂが充電式電池６から分離された状態が実現されているので、負荷回路８ｂに対する誤給電や、過剰電圧による破壊や損傷が確実に防止できる。更に、第２実施形態の第２変形例に係る充電制御システムによれば、電圧測定回路２６ｂを、負荷回路８ｂ側に備えているので、充電式電池６の過剰放電も防止できる。
【0127】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る充電制御システムは、図１６に示すように、駆動制御部２７ｅを有する車輌３１ｂに無接触で電磁エネルギを、二重共振を利用して給電回路２９ｃから給電して、充電式電池６の過充電を防止する電力伝送システムである。車輌３１ｂがＥＶ等であれば、駆動制御部２７ｅの負荷回路８ａは図４等に示した構成と同様に、インバータと、インバータからの交流信号で駆動されるモータ等を有する場合が例示できる。モータを駆動することにより、車輌３１ｂが走行する。車輌３１ｂが走行中において、図１７に示した車輌側制御回路３４０ｆは、例えば車輌３１ｂのドライバから２次側操作部２３を経由して、走行要求の有無、アクセル情報等を取得する。
本発明の第３実施形態に係る充電制御システムは、図１６に示すように、駆動制御部２７ｅを有する車輌３１ｂに無接触で電磁エネルギを、二重共振を利用して給電回路２９ｃから給電して、充電式電池６の過充電を防止する電力伝送システムである。車輌３１ｂがＥＶ等であれば、駆動制御部２７ｅの負荷回路８ａは図４等に示した構成と同様に、インバータと、インバータからの交流信号で駆動されるモータ等を有する場合が例示できる。モータを駆動することにより、車輌３１ｂが走行する。車輌３１ｂが走行中において、図１７に示した車輌側制御回路３４０ｆは、例えば車輌３１ｂのドライバから２次側操作部２３を経由して、走行要求の有無、アクセル情報等を取得する。
【0128】
図１６に示すように、第３実施形態に係る充電制御システムは、駆動制御部２７ｅにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電する給電回路２９ｃと、給電回路２９ｃに接続され、給電回路２９ｃに命令を送る１次側操作部３３を有している。第３実施形態に係る充電制御システムは更に、給電回路２９ｃに対向し、車輌３１ｂ内に搭載される受電盤１２、２次側通信部２２、及び２次側操作部２３等も備えている。
【0129】
給電回路２９ｃは、図１６に示すように送電側コイルＬ１を円盤状の誘電体に収納した給電盤１１と、送電側コイルＬ１に流れる給電電流を制御する一次側制御回路３４ｈと、２次側通信部２２から受電側コンデンサＣ２の端子間電圧等の駆動制御部２７ｅ側の情報を受信し、一次側制御回路３４ｈに伝達する１次側通信部２１を有している。１次側通信部２１は、２次側通信部２２との間で無接触給電に必要な様々な情報を無線通信等でやりとりすることができる。給電回路２９ｃと駆動制御部２７ｅとは、送電側コイルＬ１と受電側コイルＬ２を介して、ウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを互いに送受する二重共振のエネルギ振動を繰り返す。
【0130】
図１６に示すように、第３実施形態に係る充電制御システムは、駆動制御部２７ｅにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電して駆動制御部２７ｅの充電式電池６を充電する給電回路２９ｃと、給電回路２９ｃに接続され、給電回路２９ｃに命令を送る１次側操作部３３を有している。１次側操作部３３には種々の構造や機構が採用可能で、例えば１次側操作部３３が撮像装置を備えるようにしてもよい。
【0131】
給電回路２９ｃは、図１６に示すように、ステップ入力電圧Ｅ0並びに送電側コイルＬ１に流れる給電電流を制御する一次側制御回路３４ｈと、一次側制御回路３４ｈによって伝送電流が制御される給電盤１１等を含んでいる。なお、図１６では図示を省略しているが、図１と同様に、給電盤１１を搭載し、給電盤１１と受電盤１２の間隔を制御する間隔制御機構を備えていてもよい。間隔制御機構を備えている場合は、一次側制御回路３４ｈは、間隔制御機構も制御する。一次側制御回路３４ｈと駆動制御部２７ｅとは、送電側コイルＬ１を流れる電流の過渡応答振動と受電側コイルＬ２を流れる電流の過渡応答振動の時定数とタイミングを調整する。過渡応答振動の時定数及びタイミングが調整されることにより、ウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギの振動が共鳴して、二重共振による電磁エネルギの双方向送受が発生する。
【0132】
図１７に第３実施形態に係る充電制御システムの一次側回路２ａ及び二次側回路３ａの一例を示す。一次側回路２ａは、直流電圧Ｅ0を出力する直流電源５と、直流電源５の高電位側端子に一方の端子を接続し、一次側回路２ａの外部回路からの制御信号で動作する励起素子Ｑ1と、励起素子Ｑ1の他方の端子に一方の端子が接続され、直流電源５の低電位側端子の他方の端子を接続した送電側コンデンサＣ1を有する。図１７に例示した回路構成においては、一次側回路２ａを構成する励起素子Ｑ1の動作が、一次側回路２ａの外部回路である一次側励起回路３４０ｃから出力される制御信号によって他励制御される。
【0133】
励起素子Ｑ1が所定のタイミングで他励制御されることにより、直流電源５が供給するステップ入力電圧Ｅ0が、過渡応答特性として減衰振動を発生させる。即ち、励起素子Ｑ1が所定のタイミングでオン/オフ動作することに伴い、ＲＣＬ並列回路の回路トポロジとＲＣＬ直列回路の回路トポロジが交互に切り替えられて周期的な振動波形が生じる。一次側回路２ａと二次側回路３ａの間で二重共振が発生すると、一次側回路２ａの過渡現象振動と二次側回路３ａの過渡現象振動が共鳴しているので、一次側回路２ａと二次側回路３ａの間で電磁エネルギの双方向の送受が生じる。
【0134】
送電側コンデンサＣ１の端子間電圧である一次側充放電電圧ＶC1を検知する電圧計としての検出器２８が、高電位端子側接続ノードＮ1と低電位端子側接続ノードＮ2の間に接続されている。検出器２８は、送電側コイルＬ1の一方の端子と送電側コイルＬ1の他方の端子の間に接続された構成でもあるため、検出器２８は、送電側コイルＬ1の端子間電圧ＶL１を測定することも可能である。一次側充放電電圧ＶC1は、二次側回路３ａにおける振動特性が受電側コイルＬ2から送電側コイルＬ1へ還流した成分を示すことができるので、一次側回路２ａの振動特性を反映している。したがって、検出器２８の出力を図１７に示すように一次側励起回路３４０ｃに入力することにより、一次側励起回路３４０ｃは充電式電池６の端子間電圧ＶCStの情報を、獲得することができる。
【0135】
二次側回路３ａは、図１７に示すように、送電側コイルＬ1に離間して対向し送電側コイルＬ1から無接触で磁気エネルギを受け取る受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続され受電側コイルＬ2に蓄積された磁気エネルギを静電エネルギとして蓄積する受電側コンデンサＣ２を有する。二次側回路３ａは、駆動制御部２７ｅに受電側コイルＬ2を加えた構成にほぼ対応するが、二次側回路３ａには負荷回路８ａが含まれていない。二次側回路３ａは、図１７に示すように、負荷側ダイオードＤ2と遮断素子Ｑ85と充電式電池６の直列接続回路が、受電側コンデンサＣ２及び受電側コイルＬ2に対し、それぞれ並列接続された梯子型回路の構成になっている。
【0136】
負荷側ダイオードＤ2は、アノードが受電側コイルＬ2側、カソードが遮断素子Ｑ85を介して充電式電池６側を向くように接続され、充電電流ＩＣの流れる方向を一方向に限定している。図１７では、負荷側ダイオードＤ2のオン抵抗を含む回路配線の浮遊抵抗がｒ２であるとして示されているが、受電側コンデンサＣ２の寄生抵抗の表示は無視している。したがって、二次側回路３ａは、受電側コイルＬ2、受電側コンデンサＣ２、浮遊抵抗ｒ２及び寄生抵抗ＲL2を備えたＲＣＬ共振回路である。そして、それぞれが共振回路である一次側回路２ａと二次側回路３ａの過渡応答振動が共振（共鳴）する二重共振によって、送電側コイルＬ１から受電側コイルＬ２に電磁エネルギがワイヤレス給電される。
【0137】
図１７に示す一次側励起回路３４０ｃは、励起素子Ｑ1を制御して、一次側回路２ａと二次側回路３ａのそれぞれの非正弦波の過渡応答振動が共振（共鳴）する二重共振に依拠した電磁エネルギの移動に関する様々な駆動制御や振動状態の判定を行う。例えば振動状態の判定のために、一次側励起回路３４０ｃは、図１８Ａに示すように、一次側回路２ａの振動特性から、充電式電池６に印加される過剰電圧を判定する過剰電圧判定手段９ｃを有する。過剰電圧判定手段９ｃは、図１８Ａに示すように、算術論理回路（ＡＬＵ）３３９ｃによるコンピュータ・ソフトウェア処理で実施できる。
【0138】
一次側励起回路３４０ｃは、図１８Ａに示すように、伝送データ記憶装置３４８ａと、プログラム記憶装置３４８ｂと、出力装置３４８ｃのそれぞれにＡＬＵ３３９ｃが接続された構成が可能である。図１８Ａに論理的な内部構造をモデル化して示すように、ＡＬＵ３３９ｃは、演算シークエンス制御回路３４４と、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂと、一次側電圧検出制御回路３４６と、極大電圧算出回路３４７ａと、負荷遮断判定回路３４７ｂと、直流電源制御回路３４７ｃと、遮断素子通信回路３４７ｄと、Ａバス３４９ａと、Ｂバス３４９ｂ等を主なる構成要素とする構成例が可能である。図１８Ａの例示構造においては、演算シークエンス制御回路３４４は、ＡＬＵ３３９ｃの内部における演算処理のシークエンスを制御する。Ａバス３４９ａ及びＢバス３４９ｂは、演算シークエンス制御回路３４４、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂ、一次側電圧検出制御回路３４６、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ、直流電源制御回路３４７ｃ及び遮断素子通信回路３４７ｄのそれぞれに情報及び命令を伝達するためのものである。
【0139】
演算シークエンス制御回路３４４は、励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂ、一次側電圧検出制御回路３４６、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ、直流電源制御回路３４７ｃ及び遮断素子通信回路３４７ｄのそれぞれの処理手順をコンピュータ・ソフトウェア・プログラム（過剰電圧判定プログラム）に従って、制御する。図１８Ａでは、Ａバス３４９ａに、一次側励起回路３４０ｃ及び伝送間隔制御回路３４０ｐが接続された構成例が示されている。伝送間隔制御回路３４０ｐは、図１６で図示を省略した間隔制御機構を駆動して、給電盤１１と受電盤１２の間隔を最適値となるように制御することができる。一方、Ｂバス３４９ｂには、伝送データ記憶装置３４８ａ、プログラム記憶装置３４８ｂ及び出力装置３４８ｃが接続された構成例が示されているが、図１８Ａに示す構成に限定されるものではない。プログラム記憶装置３４８ｂには、図１８Ｂに例示した一連の回路遮断制御処理フローに等価なアルゴリズムを実行する過剰電圧判定プログラムが格納される。
【0140】
図１８Ｂに示すようなアルゴリズムによれば、ＡＬＵ３３９ｃは、図１７に示した励起素子Ｑ1を制御して、一次側回路２ａと二次側回路３ａのそれぞれの過渡現象振動の位相を同期共振（二重共振）させる駆動制御と、二次側回路３ａから帰還したエネルギによる振動特性の解析ができる。即ち、図１８Ｂに例示したフローチャートのステップＳ３２において、ＡＬＵ３３９ｃの励起条件設定回路３４５ａは、一次側励起回路３４０ｃが励起素子Ｑ1を他励制御するタイミング（励起条件）を設定し、一次側励起回路３４０ｃに命令を出力する。
【0141】
ステップＳ３２において、直流電源５から出力されたステップ入力電圧Ｅ0よって、一次側回路２ａに過渡現象振動が生成される。一次側回路２ａの過渡現象振動の位相と二次側回路３ａの過渡現象振動の位相が同期する二重共振により一次側回路２ａと二次側回路３ａの間の電磁エネルギの双方向送受の振動が発生する。二重共振においては、二次側回路３ａから、二次側回路３ａの情報を有した還流電流が一次側回路２ａに還流する。二次側回路３ａの情報を有した還流電流は、一次側回路２ａの送電側コンデンサＣ１の端子間に一次側充放電電圧ＶC1として現れる。したがって、ステップＳ３２では、ＡＬＵ３３９ｃの一次側電圧検出制御回路３４６が、検出器２８に一次側充放電電圧ＶC1を逐次測定させる。検出器２８が検出した一次側充放電電圧ＶC1の時系列データは、伝送データ記憶装置３４８ａに格納される。
【0142】
次にステップＳ３３において、ＡＬＵ３３９ｃの極大電圧算出回路３４７ａは、伝送データ記憶装置３４８ａから、一次側充放電電圧ＶC1の時系列データを順に読み出し、それぞれの時系列データの極大値を「還流極大電圧ＶC1max」として決定する。還流極大電圧ＶC1maxは、充電式電池６の端子間電圧ＶCStに近い値である。決定した還流極大電圧ＶC1maxは、伝送データ記憶装置３４８ａに格納する。
【0143】
図１８ＢのステップＳ３４において、ＡＬＵ３３９ｃの負荷遮断判定回路３４７ｂは、伝送データ記憶装置３４８ａから帰還極大電圧ＶC1maxを読み出し、帰還極大電圧ＶC1maxが、遮断判定電圧Ｖstopを超えているか否かを判定する。遮断判定電圧Ｖstopは、充電式電池６を破損又は破壊の恐れのある電圧としてあらかじめ決定しておく。ステップＳ３４で、帰還極大電圧ＶC1maxが、遮断判定電圧Ｖstopを超えていると判定された場合は、ステップＳ３６に進む。ステップＳ３６では、１次側通信部２１と２次側通信部２２との間の通信により、遮断素子通信回路３４７ｄが車輌側制御回路３４０ｆに遮断素子Ｑ85をターン・オフさせる信号を出力せる。車輌側制御回路３４０ｆに遮断素子Ｑ85をターン・オフさせたら、ステップＳ３７に進み、直流電源５の動作を停止すると同時に、励起素子Ｑ1の動作も停止する。ステップＳ３４で、帰還極大電圧ＶC1maxが、遮断判定電圧Ｖstopを超えていないと判定された場合は、ステップＳ３５に進み、直流電源５の出力と励起素子Ｑ1の動作を継続して、ステップＳ３２に戻る。
【0144】
図１８Ａに示すＡＬＵ３３９ｃを構成するハードウェア資源としての励起条件設定回路３４５ａ、伝送条件設定回路３４５ｂ、一次側電圧検出制御回路３４６、極大電圧算出回路３４７ａ、負荷遮断判定回路３４７ｂ、負荷遮断判定回路３４７ｂ及び遮断素子通信回路３４７ｄは、論理的な機能に着目したハードウェア資源を形式的に表現しているのであって、必ずしも、半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する機能ブロックを意味するものではないが、ＰＬＤの「論理ブロック」のような半導体チップ上に実装されたプログラム可能な論理コンポーネント等の現実に存在する構成を否定するものでもない。ＡＬＵ３３９ｃの一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成した場合は、図１８Ａに示した演算シークエンス制御回路３４４のプログラムカウンタやＡバス３４９ａ及びＢバス３４９ｂ等のデータバスは省略可能である。
【0145】
以上のとおり、第３実施形態に係る過充電防止は、充電式電池６の端子間電圧ＶCStの情報を一次側回路２ａの一次側充放電電圧ＶC1として測定する検出器２８と、検出器２８からの信号を処理して、充電式電池６に印加される過剰電圧への到達を判定する過剰電圧判定手段９ｃを備えている。したがって、第３実施形態に係る充電制御システムによれば、充電式電池６をワイヤレスで充電する場合に、充電式電池６や充電式電池に接続された負荷回路８ａが損傷することのない充電制御システムが提供できる。
【0146】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態に係る充電制御システムは、図１９に示すように、動力駆動部２７ｇを有する車輌３１ｃにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを給電回路２９ｃから無接触給電する際に、過充電や誤給電を防止できる電力伝送システムである。動力駆動部２７ｇは、充電対象としての充電式電池６と、充電式電池６の電力を用いて車輌３１ｃを走行させる動力駆動部としての負荷回路８ａを備える。図１９に示すように、第４実施形態に係る充電制御システムは、動力駆動部２７ｇにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電する給電回路２９ｃと、給電回路２９ｃに接続され、給電回路２９ｃに命令を送る１次側操作部３３を有している。第４実施形態に係る充電制御システムは更に、給電回路２９ｃに対向し、車輌３１ｃ内に搭載される受電盤１２、２次側通信部２２、及び２次側操作部２３等も備えている。２次側通信部２２には、国際電気通信連合（ＩＴＵ）が定める第5世代移動通信システム（以下において「５Ｇ通信」という。）用のアンテナ４２が接続されている。
本発明の第４実施形態に係る充電制御システムは、図１９に示すように、動力駆動部２７ｇを有する車輌３１ｃにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを給電回路２９ｃから無接触給電する際に、過充電や誤給電を防止できる電力伝送システムである。動力駆動部２７ｇは、充電対象としての充電式電池６と、充電式電池６の電力を用いて車輌３１ｃを走行させる動力駆動部としての負荷回路８ａを備える。図１９に示すように、第４実施形態に係る充電制御システムは、動力駆動部２７ｇにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電する給電回路２９ｃと、給電回路２９ｃに接続され、給電回路２９ｃに命令を送る１次側操作部３３を有している。第４実施形態に係る充電制御システムは更に、給電回路２９ｃに対向し、車輌３１ｃ内に搭載される受電盤１２、２次側通信部２２、及び２次側操作部２３等も備えている。２次側通信部２２には、国際電気通信連合（ＩＴＵ）が定める第5世代移動通信システム（以下において「５Ｇ通信」という。）用のアンテナ４２が接続されている。
【0147】
給電回路２９ｃは、図１９に示すように送電側コイルＬ１を円盤状の誘電体に収納した給電盤１１と、送電側コイルＬ１に流れる給電電流を制御する車輌側制御回路３４ｂと、２次側通信部２２から受電側コンデンサＣ２の端子間電圧等の動力駆動部２７ｇ側の情報を受信し、車輌側制御回路３４ｂに伝達する１次側通信部２１を有している。１次側通信部２１には、５Ｇ通信用のアンテナ４１が接続されている。１次側通信部２１は、２次側通信部２２との間で、第４実施形態に係る充電制御システムの無接触給電に必要な様々な情報をやりとりすることができる。給電回路２９ｃと動力駆動部２７ｇとは、送電側コイルＬ１と受電側コイルＬ２を介して、電磁エネルギを互いに送受する二重共振を用いて充電式電池６を充電し、且つ充電式電池６の過充電を防止する。
【0148】
図１９に示すように、第４実施形態に係る充電制御システムは、動力駆動部２７ｇにウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギを無接触で給電して動力駆動部２７ｇの充電式電池６を充電する給電回路２９ｃと、給電回路２９ｃに接続され、給電回路２９ｃに命令を送る１次側操作部３３を有している。１次側操作部３３には種々の構造や機構が採用可能で、例えば１次側操作部３３が撮像装置を備えるようにしてもよい。図１９では、給電回路２９ｃ側の送電側コイルＬ１と車輌３１ｃ側の受電側コイルＬ２とが対向し、送電側コイルＬ１から受電側コイルＬ２へ無接触でウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギが受電側コイルＬ２に無接触で伝送されることを示す模式図を例示している。
【0149】
給電回路２９ｃは、図１９に示すように送電側コイルＬ１を円盤状の誘電体に収納した給電盤１１と、給電盤１１を搭載し、給電盤１１と受電盤１２の間隔を制御する間隔制御機構３２と、ステップ入力電圧Ｅ0並びに送電側コイルＬ１に流れる給電電流及び間隔制御機構３２を制御する一次側制御回路３４ｃ等を含んでいる。給電盤１１は、一次側制御回路３４ｃによって伝送電流が制御される。一次側制御回路３４ｃと動力駆動部２７ｇとは、送電側コイルＬ１を流れる電流の過渡応答振動と受電側コイルＬ２を流れる電流の過渡応答振動の時定数とタイミングを調整して、ウェイブレット状非正弦波の電磁エネルギの振動が共鳴する条件で、互いにウェイブレット状の電磁エネルギ送受し、二重共振による電力伝送を行い、充電式電池６を充電する。
【0150】
第４実施形態に係る充電制御システムの一次側回路２ａの回路構成は、図３を例示して説明した第１実施形態に係る充電制御システムの一次側回路２ａの回路構成と基本的に同様であり、重複した説明を省略する。又、第４実施形態に係る充電制御システムの二次側回路３ａの回路構成についても、図３に示した第１実施形態に係る充電制御システムの二次側回路３ａの回路構成と基本的に同様である。しかしながら、遮断素子の動作を制御する車輌側制御回路の構成や機能が、図３に例示した車輌側制御回路３４０ｂとは異なる。第４実施形態に係る充電制御システムの車輌側制御回路は、図１９に示した動力駆動部２７ｇに含まれているが、車輌側制御回路は図７Ａに示したような論理構成の過剰給電遮断手段（制御手段）７ａを有しない。
【0151】
図７Ａに示した第１実施形態に係る充電制御システムの過剰給電遮断手段（制御手段）７ａに等価な第４実施形態に係る充電制御システムの過剰給電遮断手段（制御手段）７gは、図１９の左上に示したクラウドＡＬＵ４に備えられている。クラウドＡＬＵ４は、例示であり、必ずしもクラウド・コンピューティング・サービス等のコンピュータを意味するものではなく、電池充電管理棟等の自社のコンピュータでも構わない。過剰給電遮断手段（制御手段）７gを、クラウド・コンピューティング・サービス等のクラウドＡＬＵ４に備えることにより、クラウド方式のコンピューティング処理による充電式電池６の過剰充電防止が可能になる。クラウドＡＬＵ４は、電池充電管理棟やクラウド・サービス・プロバイダ等の車輌３１ｃの外部に配置することが可能である。このため、クラウドＡＬＵ４に設けられた５Ｇ通信用のアンテナ４３と、車輌３１ｃに設けられた５Ｇ通信用のアンテナ４２との間でマッシブ多入力多出力（ＭＩＭＯ）技術を許容する５Ｇ通信が行うことができる。マッシブＭＩＭＯ技術を採用することにより、ミリ波伝送での信号強度を高め、更に無線基地局の影響範囲の端の部分のカバレッジが向上し、通信性能が向上する。更に、クラウドＡＬＵ４に設けられた５Ｇ通信用のアンテナ４３と、給電回路２９ｃに設けられた５Ｇ通信用のアンテナ４１との間でもマッシブＭＩＭＯ技術を許容する５Ｇ通信が可能である。
【0152】
二次側回路の図示を省略しているが、図３に示した二次側回路３ａと同様に、送電側コイルＬ1に離間して対向し送電側コイルＬ1から無接触で磁気エネルギを受け取る受電側コイルＬ2、受電側コイルＬ2に並列接続され受電側コイルＬ2に蓄積された磁気エネルギを静電エネルギとして蓄積する受電側コンデンサＣ２を有する。更に図３に示した二次側回路３ａと同様に、充電式電池６の正極端子Ｎ11と負極端子Ｎ12の間には、電圧測定回路が接続されている。遮断素子の動作を制御する車輌側制御回路を有する動力駆動部２７ｇは、電圧測定回路から充電式電池６の端子間電圧ＶCStの情報を、アンテナ４２とアンテナ４３との間の５Ｇ通信により、クラウドＡＬＵ４に送る。
【0153】
図２０に示すように、伝送データ記憶装置４７６ａと、プログラム記憶装置４７６ｂと、出力装置４７６ｃのそれぞれにクラウドＡＬＵ４が接続された構成が可能である。図２０に論理的な内部構造をモデル化して示すように、クラウドＡＬＵ４は、演算シークエンス制御回路４７１と、充電電圧測定制御回路４７２と、過剰電圧判定回路４７３と、遮断素子駆動制御回路４７４と、Ａバス４７５ａと、Ｂバス４７５ｂ等を主なる構成要素とする構成例が可能である。充電電圧測定制御回路４７２、過剰電圧判定回路４７３及び遮断素子駆動制御回路４７４によって、第４実施形態に係る充電制御システムの制御手段７gが構成されている。図２０の例示構造においては、演算シークエンス制御回路４７１は、クラウドＡＬＵ４の内部における演算処理のシークエンスを制御する。Ａバス４７５ａ及びＢバス４７５ｂは、演算シークエンス制御回路４７１、充電電圧測定制御回路４７２、過剰電圧判定回路４７３及び遮断素子駆動制御回路４７４のそれぞれに情報及び命令を伝達するためのものである。
【0154】
演算シークエンス制御回路４７１は、充電電圧測定制御回路４７２、過剰電圧判定回路４７３及び遮断素子駆動制御回路４７４のそれぞれの処理手順をコンピュータ・ソフトウェア・プログラム（電池遮断プログラム）に従って、制御する。図２０では、Ｂバス４７５ｂには、伝送データ記憶装置４７６ａ、プログラム記憶装置４７６ｂ及び出力装置４７６ｃが接続された構成例が示されているが、図２０に示す構成に限定されるものではない。プログラム記憶装置４７６ｂには、図７Ｂに例示した一連の処理に等価なアルゴリズムを実行する電池遮断プログラムが格納される。
【0155】
図７Ｂに示した流れと等価なアルゴリズムのコンピュータ処理によれば、クラウドＡＬＵ４は、図１９に示した受電盤１２を制御して、充電式電池６及び負荷回路８ａに過剰な電圧が印加されないように、二次側回路に設けた遮断素子の動作を制御できる。即ち、先ず、図１９に示した１次側操作部３３は、一次側制御回路３４ｃに対し、１次側通信部２１から２次側通信部２２への通信を介して動力駆動部２７ｇに、遮断素子をターン・オンする制御信号を出力するように指示する。一次側制御回路３４ｃは更に、直流電源の起動と、励起素子の最適なタイミングでの動作させることを命令する。
【0156】
そして、クラウドＡＬＵ４の充電電圧測定制御回路４７２は、アンテナ４３とアンテナ４２の間の５Ｇ通信により、動力駆動部２７ｇの二次側回路に設けた電圧測定回路を用いて充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データを逐次測定させる。クラウドＡＬＵ４の充電電圧測定制御回路４７２は、アンテナ４３とアンテナ４２の間の５Ｇ通信により、動力駆動部２７ｇから充電式電池６の端子間電圧ＶCStの時系列データを獲得し、獲得した端子間電圧ＶCStの時系列データを伝送データ記憶装置４７６ａに格納する。その後、クラウドＡＬＵ４の過剰電圧判定回路４７３は、伝送データ記憶装置４７６ａから、ＶCStの時系列データを読み出し、遮断素子閾値ＶCthと比較する。
【0157】
ＶCStの時系列データのいずれもが、遮断素子閾値ＶCthより大きくないと判定された場合は、遮断素子駆動制御回路４７４は遮断素子の導通状態を維持する制御信号を遮断素子のゲート電極に出力る。ＶCStの時系列データのいずれかが、遮断素子閾値ＶCthより大きいと判定された場合は、遮断素子駆動制御回路４７４は、アンテナ４３とアンテナ４２の間のＧ通信により、動力駆動部２７ｇに遮断素子を遮断状態になる処理をさせる。遮断素子を遮断状態になることにより、充電式電池６及び負荷回路８ａが二次側回路から切り離される。
【0158】
遮断素子駆動制御回路４７４が遮断素子に、ターン・オフ制御信号を送信したという情報は、アンテナ４３とアンテナ４１の間の５Ｇ通信により、１次側通信部２１に伝達できる。よって、１次側通信部２１から情報を得て、一次側制御回路３４ｃが一次側回路の動作を停止させることができる。なお、プログラム記憶装置３４８ｂには、図９Ｂに例示した処理フローに等価なアルゴリズムを実行するプログラムが格納される。
【0159】
第４実施形態に係る電力伝送装置は、第１～第３実施形態に係る電力伝送装置と同様に、一次側回路及び二次側回路は、振幅値が一定の定常状態の正弦波を対象とする交流理論ではなく、振幅値が時間共に変動する非定常状態を対象とする過渡現象に依拠した回路である。そして、送電側コンデンサの一方の端子と直流電源との間に接続された励起素子の制御電極の電圧が、外部回路である一次側制御回路３４ｃからのクロック信号で他励制御されて、ＲＣＬ並列回路とＲＣＬ直列回路を切り替える他励式の回路の動作をする。即ち、励起素子の導通状態において、直流電源の高電圧側端子＋と低電圧側端子－の間に、送電側コイルＬ1と送電側コンデンサを含むＲＣＬ並列回路を並列接続される。又、励起素子の遮断状態において、高電位端子側接続ノードＮ1が直流電源の高電圧側端子＋から分離され、送電側コイルＬ1と送電側コンデンサを含むＲＣＬ直列回路が構成されるという、他励式の回路の動作を実現している。
【0160】
以上のとおり、第４実施形態に係る充電制御システムは、アンテナ４２とアンテナ４３の５Ｇ通信を用い、充電式電池６の電圧の情報を取得し、更に充電式電池６を切り離す制御が可能な過剰給電遮断手段（制御手段）７gをクラウドＡＬＵに備えている。したがって、第４実施形態に係る充電制御システムによれば、充電式電池６をワイヤレス充電する場合に、充電式電池６や充電式電池６に接続された負荷回路８ａが損傷することのない充電制御システムが提供できる。クラウド方式のコンピューティング処理を採用し、制御手段７gをクラウドＡＬＵに備えることにより、車輌３１ｃが備える動力駆動部２７ｇ側のコンピュータ処理は、シンクライアントとしての処理であり、処理の負担が軽くなる。なお、５Ｇ通信は例示であり、６Ｇ通信や７Ｇ通信であっても構わないことは勿論である。
【0161】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１～第４実施形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、第１～第４実施形態の説明においては、ＥＶ等の車載の充電式電池６を充電する無接触電力伝送（ワイヤレス電力伝送）を行う場合を例示的に説明したが、第１～第４実施形態に係る振動増幅回路は、車載の充電式電池６を充電する無接触充電制御システムのみに限定されるものではない。
上記のように、本発明は第１～第４実施形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。例えば、第１～第４実施形態の説明においては、ＥＶ等の車載の充電式電池６を充電する無接触電力伝送（ワイヤレス電力伝送）を行う場合を例示的に説明したが、第１～第４実施形態に係る振動増幅回路は、車載の充電式電池６を充電する無接触充電制御システムのみに限定されるものではない。
【0162】
第１～第４実施形態で説明したような、充電式電池６の端子間電圧ＶCStをモニタリングして、充電式電池６等を切り離す処理と、そのための技術的思想は、充電式電池６を充電したい種々の技術分野に適用し応用することが可能である。以上のとおり、本発明は本明細書及び図面に記載していない様々な実施形態、変形例、運用技術等を含むと共に、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【0163】
２ａ，２ｂ…一次側回路、３ａ，３ａ，３ｂ，３ｃ…二次側回路、４…クラウドＡＬＵ、５…直流電源、６prt…電池内部保護回路、６…充電式電池、７ａ，７ｇ…制御手段（過剰給電遮断手段）、８ａ…動力駆動部、８ａ，８ｂ…負荷回路。９ａ…一次側停止命令手段、９ｃ…過剰電圧判定手段、１１…給電盤、１２…受電盤、２１…１次側通信部、２２…２次側通信部、２３…２次側操作部、２６ａ，２６ｂ…電圧測定回路、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｇ…動力駆動部、２８…検出器、２９ａ，２９ａ，２９ｃ…給電回路、３０…平坦面、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…車輌、３２…間隔制御機構、３３…１次側操作部、３４ｂ…車輌側制御回路、３４ａ，３４ｃ，３４ｇ，３４ｈ…一次側制御回路、４１，４２，４３…アンテナ、６１j…電池セル、６１…電池モジュール、６２…保護制御回路、６３…ヒューズ、６４…電流検出回路、６７…電圧検出回路、６８…温度検出回路、８１…インバータ、８２…モータ、２６９…車輌側算術論理演算回路（車輌側ＡＬＵ）、２７１，４７１，３４４…演算シークエンス制御回路、２７２，４７２…充電電圧測定制御回路、２７３，４７３…過剰電圧判定回路、２７４，４７４…遮断素子駆動制御回路、２７５ａ，３４９ａ，４７５ａ…Ａバス、２７５ｂ，３４９ｂ，４７５ｂ…Ｂバス、２７６ａ，３４８ａ，４７６ａ…伝送データ記憶装置、２７６ｂ，３４８ｂ，４７６ｂ…プログラム記憶装置、２７６ｃ，３４８ｃ，４７６ｃ…出力装置、３３９ａ，３３９ｃ…算術論理演算回路（ＡＬＵ）、３４０ａ，３４０ｃ…一次側励起回路、３４０ｂ，３４０ｃ，３４０ｄ，３４０ｅ，３４０ｆ…車輌側制御回路、３４０p…伝送間隔制御回路、３４５ａ…励起条件設定回路、３４５ｂ…伝送条件設定回路、３４６…一次側電圧検出制御回路、３４７ａ…極大電圧算出回路、３４７ｂ…負荷遮断判定回路、３４７ｃ…直流電源制御回路、３４７ｄ…遮断素子通信回路
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20】