JP2011166992A - Power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、給電装置に関し、特に、送電用コイルと受電装置の受電用コイルとが電磁場を介して共鳴することにより受電装置へ非接触で給電する給電装置に関する。 The present invention relates to a power feeding device, and more particularly to a power feeding device that feeds power to a power receiving device in a non-contact manner when a power transmission coil and a power receiving coil of the power receiving device resonate via an electromagnetic field.
環境に配慮した車両として、電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両が大きく注目されている。これらの車両は、走行駆動力を発生する電動機と、その電動機に供給される電力を蓄える再充電可能な蓄電装置とを搭載する。なお、ハイブリッド自動車は、電動機とともに内燃機関をさらに動力源として搭載した自動車や、車両駆動用の直流電源として蓄電装置とともに燃料電池をさらに搭載した自動車等である。 Electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles have attracted a great deal of attention as environmentally friendly vehicles. These vehicles are equipped with an electric motor that generates driving force and a rechargeable power storage device that stores electric power supplied to the electric motor. Note that the hybrid vehicle is a vehicle in which an internal combustion engine is further mounted as a power source together with an electric motor, a vehicle in which a fuel cell is further mounted in addition to a power storage device as a DC power source for driving the vehicle.
ハイブリッド自動車においても、電気自動車と同様に、車両外部の電源から車載の蓄電装置を充電可能な車両が知られている。たとえば、家屋に設けられた電源コンセントと車両に設けられた充電口とを充電ケーブルで接続することにより、一般家庭の電源から蓄電装置を充電可能ないわゆる「プラグイン・ハイブリッド自動車」が知られている。 In hybrid vehicles, as in the case of electric vehicles, vehicles that can charge an in-vehicle power storage device from a power source outside the vehicle are known. For example, a so-called “plug-in hybrid vehicle” is known that can charge a power storage device from a general household power source by connecting a power outlet provided in a house to a charging port provided in the vehicle with a charging cable. Yes.
一方、送電方法として、電源コードや送電ケーブルを用いないワイヤレス送電が近年注目されている。このワイヤレス送電技術としては、有力なものとして、電磁誘導を用いた送電、マイクロ波を用いた送電、および共鳴法による送電の3つの技術が知られている。 On the other hand, as a power transmission method, wireless power transmission that does not use a power cord or a power transmission cable has recently attracted attention. As this wireless power transmission technology, three technologies known as power transmission using electromagnetic induction, power transmission using microwaves, and power transmission using a resonance method are known.
このうち、共鳴法は、一対の共鳴器(たとえば一対の共鳴コイル)を電磁場(近接場)において共鳴させ、電磁場を介して送電する非接触の送電技術であり、数kWの大電力を比較的長距離(たとえば数m)送電することも可能である。 Among these methods, the resonance method is a non-contact power transmission technique in which a pair of resonators (for example, a pair of resonance coils) are resonated in an electromagnetic field (near field), and power is transmitted through the electromagnetic field. It is also possible to transmit power over a long distance (for example, several meters).
この共鳴法を用いて車両外部の給電装置から電動車両へワイヤレスで給電する車両給電システムとして、たとえば、特開2009−106136号公報に開示されたものが知られている(特許文献1参照)。 As a vehicle power supply system that wirelessly supplies power to an electric vehicle from a power supply device outside the vehicle using this resonance method, for example, one disclosed in JP 2009-106136 A is known (see Patent Document 1).
しかしながら、上記の特開2009−106136号公報に開示された車両給電システムでは、車両の走行中に給電装置から車両へ送電することは想定されておらず、走行中の車両へ共鳴法を用いて効率的に送電するための検討はなされていない。また、走行中の車両へ共鳴法を用いて送電するにあたっては、できるだけ簡易な構成で実現できることが望ましい。 However, in the vehicle power feeding system disclosed in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-106136, it is not assumed that power is transmitted from the power feeding device to the vehicle while the vehicle is traveling, and the resonance method is used for the traveling vehicle. There are no studies on efficient power transmission. In addition, it is desirable that power transmission using a resonance method to a traveling vehicle can be realized with a configuration as simple as possible.
それゆえに、この発明の目的は、共鳴法を用いて走行中の車両へ効率的に送電可能な給電装置を簡易な構成で提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a power feeding device that can efficiently transmit power to a running vehicle using a resonance method with a simple configuration.
この発明によれば、給電装置は、受電用コイルを含む受電装置へ非接触で給電する給電装置であって、高周波電源装置と、送電用コイルと、電力センサと、制御装置とを備える。高周波電源装置は、所定の周波数を有する高周波電力を発生する。送電用コイルは、高周波電源装置により発生された高周波電力を受け、受電用コイルと電磁場を介して共鳴することにより受電用コイルへ非接触で送電する。電力センサは、高周波電源装置と送電用コイルとの間に発生する反射波電力を測定する。制御装置は、電力センサによって測定された反射波電力に基づいて高周波電源装置を制御する。 According to the present invention, the power feeding device is a power feeding device that feeds power to a power receiving device including a power receiving coil in a contactless manner, and includes a high-frequency power supply device, a power transmission coil, a power sensor, and a control device. The high frequency power supply device generates high frequency power having a predetermined frequency. The power transmission coil receives high frequency power generated by the high frequency power supply device, and resonates with the power reception coil via an electromagnetic field to transmit power to the power reception coil in a contactless manner. The power sensor measures reflected wave power generated between the high frequency power supply device and the power transmission coil. The control device controls the high frequency power supply device based on the reflected wave power measured by the power sensor.
好ましくは、制御装置は、電力センサによって測定された反射波電力が予め定められた大きさ以上のとき、送電用コイルから受電用コイルへの送電を中止するように高周波電源装置を制御する。 Preferably, the control device controls the high-frequency power supply device to stop power transmission from the power transmission coil to the power reception coil when the reflected wave power measured by the power sensor is equal to or greater than a predetermined magnitude.
好ましくは、制御装置は、送電用コイルから受電用コイルへの送電が行なわれていない待機状態のとき、所定量の微弱電力が送電用コイルから出力されるように高周波電源装置を制御する。 Preferably, the control device controls the high-frequency power supply device so that a predetermined amount of weak power is output from the power transmission coil in a standby state in which power transmission from the power transmission coil to the power reception coil is not performed.
さらに好ましくは、制御装置は、電力センサによって測定された反射波電力が規定値を下回ると、送電用コイルから出力される電力が増大するように高周波電源装置を制御する。 More preferably, when the reflected wave power measured by the power sensor falls below a specified value, the control device controls the high-frequency power supply device so that the power output from the power transmission coil increases.
また、好ましくは、電力センサは、高周波電源装置から出力される進行波電力も測定可能である。制御装置は、電力センサによって測定された反射波電力と進行波電力との比が規定値を下回ると、送電用コイルから出力される電力が増大するように高周波電源装置を制御する。 Preferably, the power sensor can also measure traveling wave power output from the high frequency power supply device. The control device controls the high-frequency power supply device so that the power output from the power transmission coil increases when the ratio of the reflected wave power and the traveling wave power measured by the power sensor falls below a specified value.
好ましくは、電力センサは、高周波電源装置および送電用コイル間の導線と導線に沿って配設される検出線との間に形成される容量性結合および誘導性結合により検出線に生じる電圧を検出することによって反射波電力を計測する。 Preferably, the power sensor detects a voltage generated in the detection line by capacitive coupling and inductive coupling formed between a conductive line between the high-frequency power supply device and the power transmission coil and a detection line disposed along the conductive line. To measure the reflected wave power.
好ましくは、受電装置は、車両に搭載され、速度センサによって車両の速度が検出される。制御装置は、車両の速度の検出値を受信し、車両の速度が高いほど送電用コイルから出力される電力の増加レートが大きくなるように高周波電源装置を制御する。 Preferably, the power receiving device is mounted on the vehicle, and the speed of the vehicle is detected by a speed sensor. The control device receives the detected value of the vehicle speed, and controls the high-frequency power supply device so that the increase rate of the power output from the power transmission coil increases as the vehicle speed increases.
好ましくは、受電装置は、車両に搭載され、車両識別センサによって車両が識別される。制御装置は、車両識別センサによる車両の識別情報を受信し、車両の識別情報に基づいて、送電用コイルから受電用コイルへ送電される電力の目標値を設定する。 Preferably, the power receiving device is mounted on the vehicle, and the vehicle is identified by the vehicle identification sensor. The control device receives vehicle identification information from the vehicle identification sensor, and sets a target value of power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil based on the vehicle identification information.
好ましくは、受電装置は、車両に搭載され、車両検出センサによって当該給電装置への車両の接近が検知される。制御装置は、車両検出センサの検出結果を受信し、車両の接近が検知されると、高周波電源装置を起動して、送電用コイルから微弱電力が出力されるように高周波電源装置を制御する。 Preferably, the power receiving device is mounted on the vehicle, and the approach of the vehicle to the power feeding device is detected by the vehicle detection sensor. The control device receives the detection result of the vehicle detection sensor, and when the approach of the vehicle is detected, activates the high frequency power supply device and controls the high frequency power supply device so that weak power is output from the power transmission coil.
好ましくは、受電装置は、車両に搭載され、車両は、当該給電装置から給電される電力を蓄える蓄電装置を含む。制御装置は、蓄電装置の充電状態を車両から受信し、蓄電装置の残存容量が少ないほど送電用コイルから受電用コイルへ送電される給電電力が大きくなるように給電電力の目標値を設定する。 Preferably, the power receiving device is mounted on a vehicle, and the vehicle includes a power storage device that stores electric power fed from the power feeding device. The control device receives the state of charge of the power storage device from the vehicle, and sets the target value of the power supply power so that the power supplied from the power transmission coil to the power reception coil increases as the remaining capacity of the power storage device decreases.
この発明においては、高周波電源装置と送電用コイルとの間に発生する反射波電力を測定する電力センサが設けられる。そして、その電力センサによって測定された反射波電力に基づいて高周波電源装置が制御される。これにより、受電装置と通信することなく、自律的な給電制御を実現できる。また、反射波電力の大きさに基づく効率的な給電が可能である。したがって、この発明によれば、共鳴法を用いて走行中の車両へ効率的に送電可能な給電装置を簡易な構成で実現することができる。 In the present invention, a power sensor for measuring reflected wave power generated between the high frequency power supply device and the power transmission coil is provided. The high frequency power supply device is controlled based on the reflected wave power measured by the power sensor. Thereby, autonomous power feeding control can be realized without communicating with the power receiving apparatus. Further, efficient power supply based on the magnitude of the reflected wave power is possible. Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a power feeding apparatus that can efficiently transmit power to a traveling vehicle using the resonance method with a simple configuration.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による給電装置が適用される車両給電システムの全体構成図である。図1を参照して、この車両給電システムは、給電装置100と、車両200とを備える。給電装置100は、系統電源等の交流電源110から電力の供給を受け、車両200へ非接触で給電する。車両200は、給電装置100から供給される電力を非接触で受電し、その受けた電力を用いて走行することができる。
[Embodiment 1]
1 is an overall configuration diagram of a vehicle power supply system to which a power supply apparatus according to
給電装置100は、交流電源110と、高周波電力ドライバ120と、一次コイル130と、一次自己共振コイル140と、電力センサ150と、ECU(Electronic Control Unit)160とを含む。
The
高周波電力ドライバ120は、交流電源110から電力の供給を受ける。一次コイル130は、同軸ケーブル等によって高周波電力ドライバ120に接続される。一次自己共振コイル140は、地面近傍に配設される。一次コイル130と一次自己共振コイル140とは、略同一軸上に配設される。電力センサ150は、高周波電力ドライバ120と一次コイル130との間に配設される。ECU160は、電力センサ150の測定結果に基づいて高周波電力ドライバを制御する。
The high
車両200は、二次自己共振コイル210と、二次コイル220と、整流器230と、蓄電装置240と、パワーコントロールユニット(以下「PCU(Power Control Unit)」とも称する。)250と、モータ260とを含む。
二次自己共振コイル210は、車両200の車体下部に配設される。二次自己共振コイル210と二次コイル220とは、略同一軸上に配設される。そして、二次コイル220に整流器230が接続され、整流器230によって整流された直流電力が蓄電装置240に蓄えられる。
Secondary self-
PCU250は、蓄電装置240から電力の供給を受け、モータ260を駆動する。また、PCU250は、モータ260により発電された電力を整流して蓄電装置240へ出力し、蓄電装置240を充電する。モータ260は、PCU250により駆動されて車両の駆動力を発生する。また、モータ260は、車輪や図示されないエンジンから受ける運動エネルギーを受けて発電し、その発電した電力をPCU250へ出力する。
図2は、図1に示した給電装置100および車両200の構成を詳細に説明するための機能ブロック図である。なお、この図2では、給電装置100から車両200への給電に関する部分が示されており、車両200のPCU250およびモータ260については図示を省略している。
FIG. 2 is a functional block diagram for explaining in detail the configuration of
図2を参照して、高周波電力ドライバ120は、図示されない交流電源110から受ける電力を、一次自己共振コイル140と車両200の二次自己共振コイル210との磁場共鳴により一次自己共振コイル140から二次自己共振コイル210へ非接触で送電可能な所定の高周波電力に変換する。高周波電力ドライバ120により生成される高周波電力の周波数は、たとえば1M〜10数MHzである。一次コイル130は、電磁誘導により一次自己共振コイル140と磁気的に結合され、高周波電力ドライバ120から受ける高周波電力を電磁誘導によって一次自己共振コイル140へ供給する。
Referring to FIG. 2, high-
一次自己共振コイル140には、キャパシタCが接続され、一次自己共振コイル140とキャパシタCとによってLC共振コイルが形成される。そして、一次自己共振コイル140は、車両200の二次自己共振コイル210と電磁場を介して共鳴することにより二次自己共振コイル210へ非接触で送電する。この一次自己共振コイル140は、一次自己共振コイル140と二次自己共振コイル210との間の距離や、一次自己共振コイル140と二次自己共振コイル210との共鳴周波数等に基づいて、一次自己共振コイル240と二次自己共振コイル110との共鳴強度を示すQ値およびその結合度を示すκが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。なお、キャパシタCを設けることなく、一次自己共振コイル140の浮遊容量をLC共振コイルの容量成分としてもよい。
Capacitor C is connected to primary self-
電力センサ150は、高周波電力ドライバ120から一次コイル130へ高周波電力が出力されているとき、高周波電力ドライバ120と一次コイル130との間に発生する反射波電力および進行波電力を測定する。そして、電力センサ150は、その測定結果をECU160へ出力する。なお、反射波電力および進行波電力を測定可能な電力センサ150の構成については、後ほど説明する。
The
ECU160(以下「電源側ECU160」とも称する。)は、反射波電力および進行波電力の測定値を電力センサ150から受ける。そして、電源側ECU160は、その受けた測定値に基づいて高周波電力ドライバ120を制御する。具体的には、電源側ECU160は、反射波電力が予め定められた大きさよりも小さいとき、給電装置100から車両200への送電電力が目標値となるように高周波電力ドライバ120を制御する。一方、反射波電力が予め定められた大きさ以上のときは、電源側ECU160は、給電装置100から車両200への送電を中止するように高周波電力ドライバ120を制御する。
ECU 160 (hereinafter also referred to as “power
一方、車両200においても、二次自己共振コイル210にキャパシタCが接続され、二次自己共振コイル210とキャパシタCとによってLC共振コイルが形成される。そして、二次自己共振コイル210は、給電装置100の一次自己共振コイル140と電磁場を介して共鳴することにより一次自己共振コイル140から非接触で受電する。この二次自己共振コイル210も、一次自己共振コイル140と二次自己共振コイル210との間の距離や、一次自己共振コイル140と二次自己共振コイル210との共鳴周波数等に基づいて、Q値および結合度κが大きくなるようにその巻数が適宜設定される。なお、二次自己共振コイル210においても、キャパシタCを設けることなく、二次自己共振コイル210の浮遊容量をLC共振コイルの容量成分としてもよい。
On the other hand, also in
二次コイル220は、電磁誘導により二次自己共振コイル210と磁気的に結合され、二次自己共振コイル210により受電された電力を電磁誘導により取出して整流器230へ出力する。整流器230は、二次コイル220によって取出された交流電力を整流する。充電器270は、整流器230と蓄電装置240との間に設けられる。充電器270は、車両側ECU280(後述)からの制御信号に基づいて、整流器230によって整流された電力を蓄電装置240の電圧レベルに変換して蓄電装置240へ出力する。
The
蓄電装置240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やニッケル水素などの二次電池から成る。蓄電装置240は、充電器270から供給される電力を蓄えるほか、モータ260(図1)によって発電される回生電力も蓄える。そして、蓄電装置240は、その蓄えた電力をPCU250(図1)へ供給する。なお、蓄電装置240として大容量のキャパシタも採用可能である。
The
車両側ECU280は、給電装置100から供給される電力による蓄電装置240の充電時、充電器270の出力電圧および出力電流に基づいて充電器270を制御する。また、車両側ECU280は、蓄電装置240の電圧Vbおよび入出力電流Ibを図示されないセンサによって検知し、その検知された電圧Vbおよび電流Ibに基づいて蓄電装置240の残存容量(SOC)を算出する。そして、車両側ECU280は、蓄電装置240のSOCが所定の上限に達すると充電器270を停止する。なお、車両側ECU280は、図示されないPCU250の動作も制御する。
Vehicle-
図3は、電力センサ150による反射波電力および進行波電力の測定原理を説明するための図である。図3を参照して、端子TP,TLは、それぞれ高周波電力ドライバ120および一次コイル130に接続される。すなわち、導線152は、高周波電力ドライバ120および一次コイル130間に接続される。検出線154は、導線152に沿って配線される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of measurement of reflected wave power and traveling wave power by the
高周波電力ドライバ120から一次コイル130へ導線152を介して高周波電力が供給されると、導線152と検出線154との間に誘導性結合Mおよび容量性結合C1,C2が形成される。ここで、容量性結合C1,C2に流れる電流をそれぞれIc1,Ic2とし、進行波電力の電流Ifおよび反射波電力の電流Irに応じて誘導性結合Mにより検出線154に流れる電流をそれぞれImf,Imrとする。
When high frequency power is supplied from the high
そうすると、ノードN1に接続される進行波電力検出用の端子158の電圧Vf、およびノードN2に接続される反射波電力検出用の端子156の電圧Vrは、次式によって表わされる。
Then, voltage Vf of traveling wave
Vf=R1×(Ic1+Imf−Imr) …(1)
Vr=R2×(Ic2−Imf+Imr) …(2)
いま、反射波がないとすると、Imrは0であるので、(2)式は以下のようになる。
Vf = R1 × (Ic1 + Imf−Imr) (1)
Vr = R2 × (Ic2-Imf + Imr) (2)
Now, assuming that there is no reflected wave, Imr is 0, so equation (2) is as follows.
Vr=R2×(Ic2−Imf) …(3)
したがって、(3)式においてVr=0となるためには、Ic2=Imfとなる定数を選定すればよい。
Vr = R2 × (Ic2-Imf) (3)
Therefore, in order to obtain Vr = 0 in the expression (3), a constant satisfying Ic2 = Imf may be selected.
同様に、進行波がないときを考えると、Imfは0であるので、(1)式は以下のようになる。 Similarly, when there is no traveling wave, since Imf is 0, equation (1) is as follows.
Vf=R1×(Ic1−Imr) …(4)
したがって、(4)式においてVf=0となるためには、Ic1=Imrとなる定数を選定すればよい。
Vf = R1 × (Ic1-Imr) (4)
Therefore, in order to obtain Vf = 0 in the equation (4), a constant satisfying Ic1 = Imr may be selected.
そして、進行波電力検出用の端子158の電圧Vfおよび反射波電力検出用の端子156の電圧Vrについて別途校正を行ない、電圧Vf,Vrから進行波電力および反射波電力を導出するための補正値を得ておく。
Then, the voltage Vf of the traveling wave
以上のように、Ic1=Imf,Ic2=Imrとなるように電力センサ150の回路定数を設計することで、端子156,158の電圧Vr,Vfを検出することによって反射波電力および進行波電力を測定することができる。
As described above, by designing the circuit constants of the
図4は、給電装置100による給電制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。図4を参照して、給電装置100のECU160は、車両200への給電指示が有ったか否かを判定する(ステップS10)。なお、この給電指示は、給電装置100において利用者により入力されたものであってもよいし、給電装置100と車両200との間に通信手段を設けて車両200から受けたものであってもよい。
FIG. 4 is a flowchart for explaining a processing procedure of power supply control by the
そして、ステップS10において給電指示があったものと判定されると(ステップS10においてYES)、ECU160は、高周波電力ドライバ120を制御することによって、給電装置100から車両200への送電を実行する(ステップS20)。
If it is determined in step S10 that a power supply instruction has been issued (YES in step S10),
給電装置100から車両200への送電が開始されると、ECU160は、進行波電力および反射波電力の測定値を電力センサ150から受ける(ステップS30)。そして、ECU160は、反射波電力の値が予め定められた規定値よりも小さいか否かを判定する(ステップS40)。
When power transmission from
ステップS40において反射波電力の値が規定値よりも小さいと判定されると(ステップS40においてYES)、ECU160は、給電終了指示を受けたか否かを判定する(ステップS50)。なお、この給電終了指示も、給電装置100において利用者により入力されたものであってもよいし、給電装置100と車両200との間に通信手段を設けて車両200から受けたものであってもよい。
If it is determined in step S40 that the value of the reflected wave power is smaller than the specified value (YES in step S40),
ステップS50において給電終了指示を受けていないと判定されると(ステップS50においてNO)、ECU160は、給電装置100から車両200への送電電力が目標値に到達したか否かを判定する(ステップS60)。送電電力が目標値に到達していないと判定されると(ステップS60においてNO)、ECU160は、送電電力を増加するように高周波電力ドライバ120を制御する(ステップS70)。その後、ステップS30へ処理が戻される。ステップS60において送電電力が目標値に到達していると判定されたときも(ステップS60においてYES)、ステップS30へ処理が戻される。
If it is determined in step S50 that the power supply end instruction has not been received (NO in step S50),
一方、ステップS40において反射波電力の値が規定値以上であると判定されたとき(ステップS40においてNO)、また、ステップS50において給電終了指示が有ったものと判定されたとき(ステップS50においてYES)、ECU160は、車両200への給電を中止するように高周波電力ドライバ120を制御する(ステップ80)。
On the other hand, when it is determined in step S40 that the value of the reflected wave power is greater than or equal to the specified value (NO in step S40), or when it is determined in step S50 that there is a power supply end instruction (in step S50). YES),
以上のように、この実施の形態1においては、高周波電力ドライバ120と一次コイル130との間に発生する反射波電力を測定する電力センサ150が設けられる。そして、その電力センサ150によって測定された反射波電力に基づいて高周波電力ドライバ120が制御される。これにより、車両200の受電状況等について車両200と通信することなく、自律的な給電制御を実現できる。また、反射波電力の大きさに基づく効率的な給電が可能である。したがって、この実施の形態1によれば、共鳴法を用いて車両200へ効率的に送電可能な給電装置100を簡易な構成で実現することができる。
As described above, in the first embodiment, the
[実施の形態2]
実施の形態2では、車両200の走路に沿って給電装置100が複数配設され、車両200の走行中に給電装置100から車両200への給電が行なわれる。
[Embodiment 2]
In the second embodiment, a plurality of
図5は、この実施の形態2における車両給電システムの全体構成図である。図5を参照して、車両200の走路に沿って、複数の給電装置100が所定の間隔で配設されている。なお、この図5では、給電装置100が3つ示されているが、給電装置100の数はこれに限られるものではない。そして、車両200は、走行しながら、近接の給電装置100から給電を受けることができる。
FIG. 5 is an overall configuration diagram of the vehicle power feeding system according to the second embodiment. Referring to FIG. 5, a plurality of
この実施の形態2では、給電装置100における電源側ECU160の構成が、図2に示した実施の形態1における給電装置100と異なる。車両200の構成は、図2に示した実施の形態1における車両200と同じである。
In the second embodiment, the configuration of power
図6は、実施の形態2の各給電装置100における給電制御の処理手順を説明するための図である。図6とともに図2を参照して、各給電装置100を含む車両給電システムが起動されると、給電装置100のECU160は、一次自己共振コイル140から微弱電力が出力されるように高周波電力ドライバ120を制御する(ステップS110)。
FIG. 6 is a diagram for explaining a power supply control processing procedure in each
微弱電力の出力が開始されると、ECU160は、進行波電力および反射波電力の測定値を電力センサ150から受ける(ステップS120)。そして、ECU160は、進行波電力(高周波電力ドライバ120からの出力電力)に対する反射波電力の比を示す反射波電力比が、予め定められた第1の規定値よりも小さいか否かを判定する(ステップS130)。反射波電力比が第1の規定値以上であると判定されると(ステップS130においてNO)、ステップS120へ処理が戻される。
When the output of weak power is started,
ステップS130において反射波電力比が第1の規定値よりも小さいと判定されると(ステップS130においてYES)、ECU160は、車両200が接近してきたものと判断し、一次自己共振コイル140から出力される送電電力を増加するように高周波電力ドライバ120を制御する(ステップS140)。そして、ECU160は、進行波電力および反射波電力の測定値を電力センサ150から再び受け(ステップS150)、反射波電力比が上記第1の規定値よりも小さいか否かを再び判定する(ステップS160)。反射波電力比が第1の規定値以上であると判定された場合には(ステップS160においてNO)、ステップS200へ処理が移行され、ECU160は、一次自己共振コイル140から出力される電力が再び微弱となるように高周波電力ドライバ120を制御する(ステップS200)。
If it is determined in step S130 that the reflected wave power ratio is smaller than the first specified value (YES in step S130),
ステップS160において反射波電力比が第1の規定値よりも小さいと判定されると(ステップS160においてYES)、ECU160は、送電電力が目標値に達したか否かを判定する(ステップS170)。送電電力が目標値に達していないと判定されると(ステップS170においてNO)、ステップS140へ処理が戻され、一次自己共振コイル140から出力される送電電力がさらに増加される。
If it is determined in step S160 that the reflected wave power ratio is smaller than the first specified value (YES in step S160),
ステップS170において送電電力が目標値に達したものと判定されると(ステップS170においてYES)、ECU160は、進行波電力および反射波電力の測定値を電力センサ150から再度受け(ステップS180)、反射波電力比が予め定められた第2の規定値よりも小さいか否かを判定する(ステップS190)。反射波電力比が第2の規定値よりも小さいと判定されると(ステップS190においてYES)、ステップS180へ処理が戻され、給電装置100から車両200への給電が維持される。
If it is determined in step S170 that the transmitted power has reached the target value (YES in step S170),
一方、ステップS190において反射波電力比が第2の規定値以上であると判定されると(ステップS190においてNO)、ステップS200へ処理が移行され、一次自己共振コイル140から出力される電力が再び微弱となるように高周波電力ドライバ120が制御される。
On the other hand, if it is determined in step S190 that the reflected wave power ratio is greater than or equal to the second specified value (NO in step S190), the process proceeds to step S200, and the power output from primary self-
なお、上記において、給電装置100は、ステップS110〜S130においては、「待機」状態にあり、ステップS140〜S170においては、「電力増加」状態にある。また、ステップS180〜S190においては、給電装置100は、「給電維持」状態にある。
In the above description, the
図7〜図9は、車両200の接近に伴なう給電装置100の状態変化を示した図である。以下、図7〜図9に示すN番目の給電装置100の状態変化について説明する。
7 to 9 are diagrams showing a change in the state of the
図7を参照して、N番目の給電装置100の手前に配設されたN−1番目の給電装置100の上部あたりを車両200が走行しているものとする(すなわち、N−1番目の給電装置100は「給電維持」状態にある。)。このとき、N番目の給電装置100は、「待機」状態にあり、給電装置100は、微弱電力を出力している。
Referring to FIG. 7, it is assumed that
図8を参照して、N番目の給電装置100に車両200が接近し、反射波電力比が第1の規定値を下回ると、N番目の給電装置100は、「待機」状態から「電力増加」状態に変化する。そして、N番目の給電装置100から出力される送電電力が目標値に達するまで送電電力が増加される。
Referring to FIG. 8, when
図9を参照して、車両200がN番目の給電装置100の上部あたりに達すると、N番目の給電装置100からの送電電力は目標値に達し、N番目の給電装置100は、「電力増加」状態から「給電維持」状態に変化する。そして、特に図示しないが、車両200がN番目の給電装置100の上部を通り過ぎると、N番目の給電装置100は、「給電維持」状態から「待機」状態に変化する。
Referring to FIG. 9, when
以上のように、この実施の形態2においても、各給電装置100において、高周波電力ドライバ120と一次コイル130との間に発生する反射波電力を測定する電力センサ150が設けられる。そして、その電力センサ150によって測定された反射波電力に基づいて、各給電装置100において高周波電力ドライバ120が制御される。したがって、この実施の形態2によれば、共鳴法を用いて走行中の車両200へ効率的に送電可能な給電装置100を簡易な構成で実現することができる。また、この実施の形態2によれば、給電装置100は、車両200が接近するまでは微弱電力を出力する「待機」状態となっているので、無駄な電力消費を抑えることができる。
As described above, also in the second embodiment, each
[実施の形態3]
この実施の形態3では、車両200の速度に応じて、「電力増加」状態における電力増加レートを可変とする。具体的には、車両200の速度が高いときには、「電力増加」状態における電力増加レートを高く設定し、車両200の速度が低いときには、電力増加レートを低く設定する。
[Embodiment 3]
In the third embodiment, the power increase rate in the “power increase” state is made variable according to the speed of the
図10は、実施の形態3における車両給電システムの全体構成図である。図10を参照して、この車両給電システムは、図5に示した実施の形態2における車両給電システムの構成において、速度センサ310をさらに備える。速度センサ310は、複数の給電装置100が配設された給電ゾーンを走行する車両200の速度を検出し、その検出値を各給電装置100へ送信する。
FIG. 10 is an overall configuration diagram of the vehicle power feeding system in the third embodiment. Referring to FIG. 10, this vehicle power feeding system further includes a speed sensor 310 in the configuration of the vehicle power feeding system in the second embodiment shown in FIG. The speed sensor 310 detects the speed of the
そして、各給電装置100は、速度センサ310から受信した車両200の速度の検出値に基づいて、「電力増加」状態における送電電力の増加レートを変更する。詳しくは、速度センサ310から受信した車両200の速度の検出値が大きいほど送電電力の増加レートを大きく設定し、車両200の速度の検出値が小さいほど送電電力の増加レートを小さく設定する。
Each
具体的には、再び図6を参照して、給電装置100のECU160は、ステップS140において、速度センサ310から受信した車両200の速度の検出値が大きいほど、一次自己共振コイル140から出力される送電電力が増加する際の増加レートが大きくなるように高周波電力ドライバ120を制御する。言い換えると、ECU160は、ステップS140において、速度センサ310から受信した車両200の速度の検出値が小さいほど、一次自己共振コイル140から出力される送電電力が増加する際の増加レートが小さくなるように高周波電力ドライバ120を制御する。
Specifically, referring again to FIG. 6,
なお、実施の形態3における車両給電システムのその他の構成は、図5に示した実施の形態2における車両給電システムと同じである。 The other configuration of the vehicle power feeding system in the third embodiment is the same as that of the vehicle power feeding system in the second embodiment shown in FIG.
以上のように、この実施の形態3によれば、車両200の速度が速いときは、各給電装置100から車両200への給電電力量を確保することができる。また、車両200の速度が遅いときは、給電装置100における給電制御が安定する。
As described above, according to the third embodiment, when the speed of the
[実施の形態4]
この実施の形態4では、車両200のナンバーを読取るなどして車両200が識別される。そして、車両200が大型車(蓄電装置240の容量大)の場合には、給電装置100から車両200へ相対的に大きな電力が送電され、車両200が小型車(蓄電装置240の容量小)の場合には、給電装置100から車両200へ相対的に小さな電力が送電される。
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, the
再び図10を参照して、この実施の形態4における車両給電システムは、上記の実施の形態3における車両給電システムの構成において、速度センサ310に代えて車両識別センサ320を備える。車両識別センサ320は、車両200を識別可能であり、たとえば、ナンバー読取センサによって構成される。そして、車両識別センサ320は、検出された車両200の識別情報を各給電装置100へ送信する。
Referring to FIG. 10 again, the vehicle power feeding system in the fourth embodiment includes a vehicle identification sensor 320 in place of speed sensor 310 in the configuration of the vehicle power feeding system in the third embodiment. The vehicle identification sensor 320 can identify the
そして、各給電装置100は、車両識別センサ320から受ける車両200の識別情報に基づいて、「電力増加」状態における送電電力の目標値を変更する。詳しくは、車両200が大型車(蓄電装置240の容量大)の場合には、「電力増加」状態における送電電力の目標値を大きく設定し、車両200が小型車(蓄電装置240の容量小)の場合には、送電電力の目標値を小さく設定する。
Each
具体的には、再び図6を参照して、給電装置100のECU160は、車両200が大型車(蓄電装置240の容量大)の場合には、ステップS170における送電電力の目標値を相対的に大きく設定し、車両200が小型車(蓄電装置240の容量小)の場合には、ステップS170における送電電力の目標値を相対的に小さく設定する。
Specifically, referring again to FIG. 6,
なお、実施の形態4における車両給電システムのその他の構成は、図5に示した実施の形態2における車両給電システムと同じである。 The other configuration of the vehicle power supply system in the fourth embodiment is the same as that of the vehicle power supply system in the second embodiment shown in FIG.
以上のように、この実施の形態4によれば、車両200の充電可能容量に応じた給電を行なうことができ、効率のよい走行充電を実現することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, power can be supplied according to the chargeable capacity of
[実施の形態5]
この実施の形態5では、複数の給電装置100が配設される給電ゾーンへの車両200の接近が検知される。そして、給電ゾーンへの車両200の接近が検知されると、車両給電システムが起動されて各給電装置100から微弱電力が出力され、各給電装置100が「待機」状態となる。そして、給電ゾーンにおいて車両200への給電が行なわれ、その後、車両200の通過に伴ない全ての給電装置100が「待機」状態に戻ると、次の車両200の接近が検地されるまで車両給電システムが停止される(電源オフ)。
[Embodiment 5]
In the fifth embodiment, the approach of the
再び図10を参照して、この実施の形態5における車両給電システムは、実施の形態3における車両給電システムの構成において、速度センサ310に代えて車両検知センサ330を備える。車両検知センサ330は、複数の給電装置100が配設された給電ゾーンへの車両200の接近を検知するためのセンサであり、車両200の接近を検知すると、その検知結果を各給電装置100へ送信する。
Referring to FIG. 10 again, the vehicle power supply system in the fifth embodiment includes a vehicle detection sensor 330 in place of speed sensor 310 in the configuration of the vehicle power supply system in the third embodiment. The vehicle detection sensor 330 is a sensor for detecting the approach of the
そして、各給電装置100は、車両検知センサ330からの車両200の検知結果に応じて起動され、各給電装置100から車両200への給電が行なわれた後、全ての給電装置100が「待機」状態に戻ると、電源がオフされる。
Each
以上のように、この実施の形態5によれば、非給電時における不要な待機電力を削減することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, unnecessary standby power at the time of non-power feeding can be reduced.
[実施の形態6]
この実施の形態6では、車両200に搭載される蓄電装置240の充電状態(SOCあるいは充電可能容量など)が検知され、その検知結果が各給電装置100へ送信される。そして、蓄電装置240の空き容量が多い場合には、給電装置100から車両200へ相対的に大きな電力が送電され、蓄電装置240の空き容量が少ない場合には、給電装置100から車両200へ相対的に小さな電力が送電される。
[Embodiment 6]
In the sixth embodiment, the state of charge (such as SOC or chargeable capacity) of
図11は、実施の形態6における車両給電システムの全体構成図である。図11を参照して、この車両給電システムは、図5に示した実施の形態2における車両給電システムの構成において、双方向通信装置340をさらに備える。双方向通信装置340は、たとえば、双方向VICS(登録商標)対応ビーコンやDSRC(Dedicated Short Range Communication)等によって構成される。双方向通信装置340は、車両200に搭載される蓄電装置240の充電状態を示す情報を車両200から受信して各給電装置100へ送信する。
FIG. 11 is an overall configuration diagram of the vehicle power feeding system according to the sixth embodiment. Referring to FIG. 11, this vehicle power feeding system further includes a bidirectional communication device 340 in the configuration of the vehicle power feeding system in the second embodiment shown in FIG. 5. The bidirectional communication device 340 is configured by, for example, a bidirectional VICS (registered trademark) compatible beacon, DSRC (Dedicated Short Range Communication), or the like. Bidirectional communication device 340 receives information indicating the state of charge of
そして、給電装置100は、双方向通信装置340から受信した、蓄電装置240の充電状態を示す情報に基づいて、「電力増加」状態における送電電力の目標値を変更する。詳しくは、蓄電装置240の空き容量が多い場合には、「電力増加」状態における送電電力の目標値を大きく設定し、蓄電装置240の空き容量が少ない場合には、送電電力の目標値を小さく設定する。
Then,
具体的には、再び図6を参照して、給電装置100のECU160は、蓄電装置240の空き容量が多い場合には、ステップS170における送電電力の目標値を大きく設定し、蓄電装置240の空き容量が少ない場合には、ステップS170における送電電力の目標値を小さく設定する。
Specifically, referring again to FIG. 6, when
なお、実施の形態6における車両給電システムのその他の構成は、図5に示した実施の形態2における車両給電システムと同じである。 The other configuration of the vehicle power supply system in the sixth embodiment is the same as that of the vehicle power supply system in the second embodiment shown in FIG.
以上のように、この実施の形態6によれば、車両200の蓄電装置240の空き容量に応じて最適な給電を実施することができる。
As described above, according to the sixth embodiment, optimal power feeding can be performed according to the free capacity of
なお、上記において、高周波電力ドライバ120は、この発明における「高周波電源装置」の一実施例に対応し、一次自己共振コイル140および一次コイル130は、この発明における「送電用コイル」の一実施例を形成する。また、二次自己共振コイル210および二次コイル220は、この発明における「受電用コイル」の一実施例を形成し、電源側ECU160は、この発明における「制御装置」の一実施例に対応する。
In the above description, the high
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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
100 給電装置、110 交流電源、120 高周波電力ドライバ、130 一次コイル、140 一次自己共振コイル、150 電力センサ、152 導線、154 検出線、156,158 端子、160 ECU、210 二次自己共振コイル、220 二次コイル、230 整流器、240 蓄電装置、250 PCU、260 モータ、270 充電器、280 車両側ECU、310 速度センサ、320 車両識別センサ、330 車両検知センサ、340 双方向通信装置、C キャパシタ、C1,C2 容量性結合、M 誘導性結合、N1,N2 ノード。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
所定の周波数を有する高周波電力を発生する高周波電源装置と、
前記高周波電源装置により発生された高周波電力を受け、前記受電用コイルと電磁場を介して共鳴することにより前記受電用コイルへ非接触で送電するための送電用コイルと、
前記高周波電源装置と前記送電用コイルとの間に発生する反射波電力を測定するための電力センサと、
前記電力センサによって測定された反射波電力に基づいて前記高周波電源装置を制御する制御装置とを備える給電装置。 A power supply device that supplies power to a power receiving device including a power receiving coil in a contactless manner,
A high frequency power supply device that generates high frequency power having a predetermined frequency;
A power transmission coil for receiving high-frequency power generated by the high-frequency power supply device and transmitting power to the power reception coil in a non-contact manner by resonating with the power reception coil via an electromagnetic field;
A power sensor for measuring reflected wave power generated between the high-frequency power supply device and the power transmission coil;
A power supply apparatus comprising: a control device that controls the high-frequency power supply device based on reflected wave power measured by the power sensor.
前記制御装置は、前記電力センサによって測定された反射波電力と進行波電力との比が規定値を下回ると、前記送電用コイルから出力される電力が増大するように前記高周波電源装置を制御する、請求項3に記載の給電装置。 The power sensor can also measure traveling wave power output from the high-frequency power supply device,
The control device controls the high-frequency power supply device so that power output from the power transmission coil is increased when a ratio of reflected wave power and traveling wave power measured by the power sensor is lower than a predetermined value. The power feeding device according to claim 3.
速度センサによって前記車両の速度が検出され、
前記制御装置は、前記車両の速度の検出値を受信し、前記車両の速度が高いほど前記送電用コイルから出力される電力の増加レートが大きくなるように前記高周波電源装置を制御する、請求項4に記載の給電装置。 The power receiving device is mounted on a vehicle,
The speed of the vehicle is detected by a speed sensor,
The said control apparatus receives the detected value of the speed of the said vehicle, and controls the said high frequency power supply device so that the increase rate of the electric power output from the said coil for power transmission becomes large, so that the speed of the said vehicle is high. 4. The power feeding device according to 4.
車両識別センサによって前記車両が識別され、
前記制御装置は、前記車両識別センサによる前記車両の識別情報を受信し、前記車両の識別情報に基づいて、前記送電用コイルから前記受電用コイルへ送電される電力の目標値を設定する、請求項1から請求項7のいずれかに記載の給電装置。 The power receiving device is mounted on a vehicle,
The vehicle is identified by a vehicle identification sensor,
The control device receives the identification information of the vehicle by the vehicle identification sensor, and sets a target value of power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil based on the vehicle identification information. The power feeding device according to any one of claims 1 to 7.
車両検出センサによって当該給電装置への前記車両の接近が検知され、
前記制御装置は、前記車両検出センサの検出結果を受信し、前記車両の接近が検知されると、前記高周波電源装置を起動して、前記送電用コイルから前記微弱電力が出力されるように前記高周波電源装置を制御する、請求項3に記載の給電装置。 The power receiving device is mounted on a vehicle,
The vehicle detection sensor detects the approach of the vehicle to the power supply device,
The control device receives the detection result of the vehicle detection sensor, and when the approach of the vehicle is detected, activates the high frequency power supply device so that the weak power is output from the power transmission coil. The power feeding device according to claim 3, wherein the power feeding device controls a high frequency power supply device.
前記車両は、当該給電装置から給電される電力を蓄える蓄電装置を含み、
前記制御装置は、前記蓄電装置の充電状態を前記車両から受信し、前記蓄電装置の残存容量が少ないほど前記送電用コイルから前記受電用コイルへ送電される給電電力が大きくなるように前記給電電力の目標値を設定する、請求項1から請求項9のいずれかに記載の給電装置。 The power receiving device is mounted on a vehicle,
The vehicle includes a power storage device that stores electric power supplied from the power supply device,
The control device receives the state of charge of the power storage device from the vehicle, and the power supply power transmitted from the power transmission coil to the power reception coil increases as the remaining capacity of the power storage device decreases. The power supply device according to claim 1, wherein a target value is set.
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