JP2016533150A - 相互検出ならびに電気車両および充電スタンドの識別に関するシステム、方法、ならびに装置 - Google Patents

相互検出ならびに電気車両および充電スタンドの識別に関するシステム、方法、ならびに装置 Download PDF

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Abstract

電気車両を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信するためのシステム、方法、および装置を開示する。電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システムに送信する。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。電気車両が、少なくとも1つの充電スタンドから、第1の距離未満である第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信する。少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。

Description

本開示は、一般に、ワイヤレス電力伝達に関し、より詳細には、バッテリーを含む車両などのリモートシステムへのワイヤレス電力伝達およびその間の通信に関係するデバイス、システム、ならびに方法に関する。
バッテリーなどのエネルギー蓄積デバイスから受信された電気から導出された運動力を含む、車両などのリモートシステムが導入されている。たとえば、ハイブリッド電気車両は、車両を充電するために、車両のブレーキおよび従来型モータからの電力を使用するオンボード充電器を含む。電気のみの車両は、一般に、他の供給源からバッテリーを充電するための電気を受信する。バッテリー式電気車両(電気車両)は、家庭用または商用の交流(AC)供給源などの何らかのタイプの有線ACを通して充電されるように提案されることが多い。有線充電接続は、電源に物理的に接続されているケーブルまたは他の同様のコネクタを必要とする。ケーブルおよび同様のコネクタは、時々不便であるか、または扱いにくく、かつ他の欠点を有する場合がある。電気車両を充電するために使用されるように(たとえば、ワイヤレス場を介して)自由空間内で電力を伝達することが可能なワイヤレス充電システムは、有線充電ソリューションの欠点の一部を克服することができる。
利用可能な複数の充電スタンドを有する駐車施設では、電気車両は、通常、駐車施設内でナビゲートして、その中にある充電スタンドから充電を受けるのに適した駐車スペースを発見する。複数の充電パッドを有するワイヤレス電力充電施設を運転手が使用しようとするとき、電気車両は、その通信範囲内の1つまたは複数の充電スタンドとのペアリングを試みることができる。したがって、車両用の充電スタンドの識別を効率的かつ効果的に促進するワイヤレス充電システムおよび方法が必要とされる。
添付の特許請求の範囲内のシステム、方法、およびデバイスの様々な実装形態は各々、いくつかの態様を有し、そのいずれの態様も単独では、本明細書で説明する望ましい属性に関与することはない。添付の特許請求の範囲を限定することなく、本明細書においていくつかの顕著な特徴について説明する。
本明細書で説明する主題の1つまたは複数の実装形態の詳細について、添付の図面および以下の説明において述べる。他の特徴、態様、および利点は、説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。以下の図の相対的な寸法は、一定の縮尺で描かれていない可能性があることに留意されたい。
本開示で説明する主題の一態様は、電気車両を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信する方法を提供する。本方法は、電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システムに送信するステップを含む。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。本方法は、電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信するステップを含む。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、電気車両と通信する方法を提供する。本方法は、電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信するステップを含む。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。本方法は、電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を電気車両に送信するステップを含む。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、充電システムの少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、送信機と第1の受信機とを備えた、電気車両の通信システムを提供する。本送信機は、電気車両が充電システムの複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システムに送信するように構成される。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。第1の受信機は、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信するように構成される。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、受信機と複数の充電スタンドとを備えた充電システムを提供する。本受信機は、電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信するように構成される。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。複数の充電スタンドは少なくとも1つの充電スタンドを備え、複数の充電スタンドは電気車両を充電するように構成される。複数の充電スタンドの各充電スタンドは、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を送信するように構成された第1の送信機を備える。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、電気車両を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信するための装置を提供する。本装置は、電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システムに送信するための手段を備える。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。本装置は、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信するための手段をさらに備える。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、電気車両と通信するための装置を提供する。本装置は、電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信するための手段を備える。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。本装置は、電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を送信するための手段をさらに備える。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、充電システムの少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、実行されると、装置に、電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システムに送信させるコードを備えた非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。本コードはさらに、実行されると、装置に、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信させる。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。
本開示で説明する主題の別の態様は、実行されると、装置に、電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信させるコードを備えた非一時的コンピュータ可読媒体を提供する。少なくとも1つの第1の信号は電気車両の車両識別子を示す。本コードはさらに、実行されると、装置に、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を送信させる。第2の距離は第1の距離未満である。少なくとも1つの第2の信号は、充電システムの少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す。
本発明の例示的な実施形態による、電気車両を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システムの図である。 図1のワイヤレス電力伝達システムの例示的な構成要素の概略図である。 図1のワイヤレス電力伝達システムの例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す別の機能ブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による、電気車両に配置された交換可能非接触バッテリーを示す機能ブロック図である。 本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。 本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。 本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。 本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。 本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するために使用され得る例示的な周波数を示す周波数スペクトルのチャートである。 本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するのに有用であり得る例示的な周波数および送信距離を示すチャートである。 様々な実装形態による、例示的な複数車両および多重駐車場ならびに充電システムの機能ブロック図である。 本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、BCCとBCUと車両との間の例示的な通信シーケンスを概略的に示す図である。 本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、車両に関する例示的な状態図である。 様々な状態に対応する例示的な流れ図である。 様々な状態に対応する例示的な流れ図である。 様々な状態に対応する例示的な流れ図である。 様々な状態に対応する例示的な流れ図である。 本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、車両とBCCとの間の通信に関する例示的な流れ図である。 本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、自動充電スペース選択プロセスにおける、車両とBCCとBCU(たとえば、BCU1、BCU2、BCU3)との間で送られる信号の例示的な図である。 例示的な実施形態による、充電システムと電気車両との間で通信を交換するための例示的な方法の流れ図である。 本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、電気車両を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信する例示的な方法の流れ図である。 本明細書で説明される、いくつかの実施形態による、電動車両と通信する例示的な方法の流れ図である。 本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、電気車両を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信するための装置の機能ブロック図である。 本明細書で説明される、いくつかの実施形態による、電気車両と通信するための装置の機能ブロック図である。
図面に示された様々な特徴は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。したがって、明確にするために、様々な特徴の寸法は任意に拡大または縮小されている場合がある。加えて、図面のいくつかは、所与のシステム、方法、またはデバイスの構成要素のすべてを描写していない場合がある。最後に、本明細書および図の全体を通して、同様の特徴を示すために同様の参照番号が使用される場合がある。
添付の図面に関して下記に詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態を説明するためのものであり、本発明を実践することができる唯一の実施形態を表すためのものではない。本説明全体にわたって使用される「例示的」という用語は、「例、実例、または例示として機能すること」を意味しており、必ずしも、他の例示的な実施態様よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。「第1の」、「第2の」、および「第3の」という用語は、本明細書で様々な要素(たとえば、「第1の信号」、「第2の信号」、および「第3の信号」)を識別するために使用され、これらの要素の何らかの特定の順位を示すことが意図されない(たとえば、第1の、第2の、もしくは第3の信号の送信、または第1の、第2の、もしくは第3の信号の受信の何らかの特定の順序を示すことが意図されない)。詳細に記載される説明は、本発明の例示的な実施形態の完全な理解をもたらすための具体的な詳細を含んでいる。場合によっては、いくつかのデバイスがブロック図の形式で示されている。
ワイヤレスで電力を伝達することは、物理的な導電体を使用することなく、電場、磁場、電磁場などに関連する任意の形態のエネルギーを送信機から受信機に伝達する(たとえば、電力は、自由空間を通って伝達され得る)ことを指す場合がある。電力伝達を実現するために、ワイヤレス場(たとえば、磁場)内に出力された電力は、「受信コイル」によって受信、捕捉、または結合され得る。
本明細書では、リモートシステムを記載するために電気車両が使用され、その一例は、その運動能力の一部として、充電可能なエネルギー蓄積デバイス(たとえば、1つもしくは複数の再充電可能な電気化学セルまたは他のタイプのバッテリー)から導出された電力を含む車両である。非限定的な例として、いくつかの電気車両は、電気モータ以外に、直接運動のための、または車両のバッテリーを充電するための従来型内燃機関を含むハイブリッド電気車両であり得る。他の電気車両は、電力からすべての運動能力を引き出すことができる。電気車両は自動車に限定されず、オートバイ、カート、スクーターなどを含む場合がある。限定ではなく例として、リモートシステムは、本明細書では電気車両(EV)の形態で説明される。さらに、充電可能なエネルギー蓄積デバイスを使用して、少なくとも部分的に電力供給され得る他のリモートシステム(たとえば、パーソナルコンピューティングデバイスなどの電子デバイス)も考えられる。
図1は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両112を充電するための例示的なワイヤレス電力伝達システム100の図である。ワイヤレス電力伝達システム100により、電気車両112がベースワイヤレス充電システム102aの近くに駐車している間に、電気車両112の充電が可能になる。対応するベースワイヤレス充電システム102aおよび102bの上に駐車させるために、2台の電気車両用のスペースが駐車エリア内に示されている。いくつかの実施形態では、ローカル配電センター130は、電力バックボーン132に接続され、交流電流(AC)または直流電流(DC)の供給を、電力リンク110を介してベースワイヤレス充電システム102aに提供するように構成することができる。ベースワイヤレス充電システム102aはまた、電力をワイヤレスに伝達または受信するためのベースシステム誘導コイル104aおよびアンテナ136を含む。電気車両112は、バッテリーユニット118と、電気車両誘導コイル116と、電気車両ワイヤレス充電システム114と、アンテナ140とを含み得る。電気車両誘導コイル116は、たとえば、ベースシステム誘導コイル104aによって生成された電磁場の領域を介して、ベースシステム誘導コイル104aと相互作用することができる。
いくつかの例示的な実施形態では、ベースシステム誘導コイル104aによって生成されたエネルギー場に電気車両誘導コイル116が位置するとき、電気車両誘導コイル116は電力を受信することができる。エネルギー場は、ベースシステム誘導コイル104aによって出力されたエネルギーが電気車両誘導コイル116によって捕捉され得る領域に相当する。たとえば、ベースシステム誘導コイル104aによって出力されたエネルギーは、電気車両112を充電するか、または電気車両112に電力供給するのに(たとえば、バッテリーユニット118を充電するのに)十分なレベルにあり得る。場合によっては、エネルギー場は、ベースシステム誘導コイル104aの「近距離場」に相当する場合がある。近距離場は、ベースシステム誘導コイル104aから遠くに電力を放射しない、ベースシステム誘導コイル104a内の電流および電荷からもたらされる、強い反応場が存在する領域に相当する場合がある。場合によっては、近距離場は、以下でさらに記載されるように、ベースシステム誘導コイル104aの波長の約1/2π以内にある領域(電気車両誘導コイル116の場合も同様)に相当する場合がある。
ローカル分配センター130は、通信バックホール134を介して外部ソース(たとえば、電力網)と、かつ通信リンク108を介してベースワイヤレス充電システム102aと通信するように構成され得る。
ベースワイヤレス充電システム102aおよび102bは、アンテナ136および138を介して電気車両ワイヤレス充電システム114と通信するように構成され得る。たとえば、ワイヤレス充電システム102aは、アンテナ138とアンテナ140との間の通信チャネルを使用して、電気車両ワイヤレス充電システム114と通信することができる。通信チャネルは、たとえば、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラー、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)などのような、任意のタイプの通信チャネルであってよい。
いくつかの実施形態では、単に運転手がベースシステム誘導コイル104aに対して電気車両112を正確に配置することによって、電気車両誘導コイル116は、ベースシステム誘導コイル104aと位置合わせすることができ、したがって、近距離場の領域内に配置することができる。他の実施形態では、ワイヤレス電力伝達のために電気車両112が適切に配置されたときを判断するために、運転手は、視覚的フィードバック、聴覚的フィードバック、またはそれらの組合せを与えられる場合がある。また他の実施形態では、電気車両112は、オートパイロットシステムによって位置付けされ得、オートパイロットシステムは、位置合わせ誤差が許容値に達するまで、電気車両112を(たとえば、ジグザグ運動で)前後に移動させることができる。これは、電気車両112が、車両を調整するためのサーボハンドル(servo steering wheel)、超音波センサ、およびインテリジェンスを備える場合、運転手が介入することなく、または運転手が最低限の介入しか行わずに、電気車両112によって自動的、および自律的に実行され得る。さらに他の実施形態では、電気車両誘導コイル116、ベースシステム誘導コイル104a、またはそれらの組合せは、誘導コイル116および104aを互いに対して変位および移動させて、それらをより正確に方向合わせし、それらの間により効率的な結合を生じさせるための機能を有することができる。
ベースワイヤレス充電システム102aは、様々な場所に位置することができる。非限定的な例として、いくつかの適切な場所には、電気車両112の所有者の自宅の駐車エリア、従来のガソリンスタンドに倣った電気車両ワイヤレス充電用に確保された駐車エリア、ならびにショッピングセンターおよび職場などの他の場所の駐車場が含まれる。
ワイヤレスに電気車両を充電することは、数々の利点をもたらすことができる。たとえば、充電は、自動的に、実質的に運転手の介入および操作なしに実行することができ、それによって、ユーザの利便性が向上する。露出した電気接点、および機械的摩耗をなくすこともでき、それによって、ワイヤレス電力伝達システム100の信頼性が向上する。ケーブルおよびコネクタを用いる操作を不要にすることができ、戸外の環境において湿気および水分にさらされる場合がある、ケーブル、プラグ、またはソケットをなくすことができ、それによって、安全性が向上する。見えるまたはアクセス可能なソケット、ケーブル、およびプラグをなくすこともでき、それによって、電力充電デバイスへの潜在的な破壊行為が減少する。さらに、電力網を安定させるために、電気車両112を分散蓄積デバイスとして使用することができるので、ビークルツーグリッド(V2G:Vehicle-to-Grid)動作のための車両の利用可能性を高めるために、ドッキングツーグリッド(docking-to-grid)ソリューションを使用することができる。
図1を参照して説明するワイヤレス電力伝達システム100は、美的で無害な利点をもたらすこともできる。たとえば、車両および/または歩行者の妨げになる場合がある、充電柱(charge column)および充電ケーブルをなくすことができる。
ビークルツーグリッド機能のさらなる説明として、ワイヤレス電力の送信機能および受信機能は、ベースワイヤレス充電システム102aが電気車両112に電力を伝達し、たとえばエネルギー不足の際に電気車両112がベースワイヤレス充電システム102aに電力を伝達するように、相互的に構成することができる。この機能は、過剰な需要または再生可能エネルギー生産(たとえば、風または太陽)の不足によって引き起こされるエネルギー不足の際に、電気車両が配電システム全体に電力を寄与することを可能にすることによって、配電網を安定させるために有用であり得る。
図2は、図1のワイヤレス電力伝達システム100の例示的な構成要素の概略図である。図2に示すように、ワイヤレス電力伝達システム200は、インダクタンスL1を有するベースシステム誘導コイル204を含むベースシステム送信回路206を含み得る。ワイヤレス電力伝達システム200は、インダクタンスL2を有する電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222をさらに含む。本明細書で説明する実施形態は、1次構造(送信機)と2次構造(受信機)の両方が共通の共振周波数に同調されている場合、磁気または電磁気の近距離場を介して1次構造から2次構造にエネルギーを効率的に結合することが可能な共振構造を形成する、容量装荷ワイヤループ(すなわち、多巻きコイル)を使用することができる。コイルは、電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204に使用され得る。エネルギーを結合するために共振構造を使用することは、「磁気結合共振」、「電磁結合共振」、および/または「共振誘導」と呼ばれ得る。ワイヤレス電力伝達システム200の動作は、ベースワイヤレス電力充電システム202から電気車両112への電力伝達に基づいて説明されることになるが、これに限定されない。たとえば、上記で論じたように、電気車両112は、ベースワイヤレス充電システム102aに電力を伝達することができる。
図2を参照すると、電源208(たとえば、ACまたはDC)は、ベースワイヤレス電力充電システム202に電力PSDCを供給して、電気車両112にエネルギーを伝達する。ベースワイヤレス電力充電システム202は、ベース充電システム電力変換器236を含む。ベース充電システム電力変換器236は、標準的な幹線AC電力から適切な電圧レベルのDC電力に電力を変換するように構成されたAC/DC変換器、およびワイヤレス高電力伝達に適した動作周波数の電力にDC電力を変換するように構成されたDC/低周波数(LF)変換器などの回路を含む場合がある。ベース充電システム電力変換器236は、所望の周波数で電磁場を放出するために、ベースシステム誘導コイル204と直列のキャパシタC1を含むベースシステム送信回路206に電力P1を供給する。所望の周波数で共振するベースシステム誘導コイル204との共振回路を形成するために、キャパシタC1が提供され得る。ベースシステム誘導コイル204は電力P1を受信し、電気車両112の充電または電気車両112への電力供給に十分なレベルの電力をワイヤレスに送信する。たとえば、ベースシステム誘導コイル204によってワイヤレスに提供される電力レベルは、数キロワット(kW)程度(たとえば、1kWから110kWまでの間、またはこれよりも高いkWもしくは低いkW)であり得る。
ベースシステム誘導コイル204を含むベースシステム送信回路206および電気車両誘導コイル216を含む電気車両受信回路222は、実質的に同じ周波数に同調されてよく、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル116のうちの1つによって送信された電磁場の近距離場内に位置付けられ得る。この場合、キャパシタC2および電気車両誘導コイル116を含む電気車両受信回路222に電力が伝達され得るように、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル116は、互いに結合され得る。所望の周波数で共振する電気車両誘導コイル216との共振回路を形成するために、キャパシタC2が提供され得る。要素k(d)は、コイル分離で生じる相互結合係数を表す。等価抵抗Req,1およびReq,2は、誘導コイル204および216ならびに逆リアクタンスキャパシタC1およびC2に固有であり得る損失を表す。電気車両誘導コイル316およびキャパシタC2を含む電気車両受信回路222は、電力P2を受信し、電気車両充電システム214の電気車両電力変換器238に電力P2を提供する。
電気車両電力変換器238は、とりわけ、電気車両バッテリーユニット218の電圧レベルに整合する電圧レベルのDC電力に戻す形で動作周波数の電力を変換するように構成されたLF/DC変換器を含む場合がある。電気車両電力変換器238は、変換された電力PLDCを提供して、電気車両バッテリーユニット218を充電することができる。電源208、ベース充電システム電力変換器236、およびベースシステム誘導コイル204は、上記で論じた様々な場所に固定され、位置する場合がある。バッテリーユニット218、電気車両電力変換器238、および電気車両誘導コイル216は、電気車両112の一部またはバッテリーパック(図示せず)の一部である電気車両充電システム214に含まれる場合がある。電気車両充電システム214はまた、電気車両誘導コイル216を通してベースワイヤレス電力充電システム202にワイヤレスに電力を供給して、グリッドに電力を戻すように構成され得る。電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204の各々は、動作モードに基づいて送信誘導コイルまたは受信誘導コイルとしての働きをすることができる。
図示されていないが、ワイヤレス電力伝達システム200は、電気車両バッテリーユニット218または電源208をワイヤレス電力伝達システム200から安全に切断する負荷切断ユニット(LDU)を含む場合がある。たとえば、緊急事態またはシステム障害の場合、LDUは、ワイヤレス電力伝達システム200から負荷を切断するようにトリガされる場合がある。LDUは、バッテリーへの充電を管理するためのバッテリー管理システムに加えて提供される場合があるか、またはバッテリー管理システムの一部であり得る。
さらに、電気車両充電システム214は、電気車両誘導コイル216を電気車両電力変換器238との間で選択的に接続および切断するための切替え回路(図示せず)を含む場合がある。電気車両誘導コイル216を切断することで、充電を中止することができ、(送信機としての働きをする)ベースワイヤレス充電システム102aによって「見られる」ように「負荷」を調整することもでき、これを使用して、(受信機としての働きをする)電気車両充電システム114をベースワイヤレス充電システム102aから「隠す」ことができる。送信機が負荷感知回路を含む場合、負荷変動を検出することができる。したがって、ベースワイヤレス充電システム202などの送信機は、電気車両充電システム114などの受信機が、ベースシステム誘導コイル204の近距離場に存在するときを判断するための機構を有することができる。
上述されたように、動作中、車両またはバッテリーに向けてのエネルギー伝達を仮定すると、ベースシステム誘導コイル204がエネルギー伝達を提供するための場を発生させるように、電源208から入力電力が供給される。電気車両誘導コイル216は放射場に結合し、電気車両112による蓄積または消費のための出力電力を生成する。上記のように、いくつかの実施形態では、電気車両誘導コイル116の共振周波数およびベースシステム誘導コイル204の共振周波数が非常に近くなるか、または実質的に同じになるように相互共振関係に従って、ベースシステム誘導コイル204および電気車両誘導コイル116は構成される。電気車両誘導コイル216がベースシステム誘導コイル204の近距離場に位置するとき、ベースワイヤレス電力充電システム202と電気車両充電システム214との間の送電損失は最小である。
上述のように、効率的なエネルギー伝達は、電磁波内のエネルギーの大部分を遠距離場に伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場内のエネルギーの大部分を受信誘導コイルに結合することによって生じる。この近距離場にあるとき、送信誘導コイルと受信誘導コイルとの間に結合モードが確立され得る。この近距離場結合が発生できる誘導コイルの周りのエリアは、本明細書では近距離場結合モード領域と呼ばれる。
図示されていないが、ベース充電システム電力変換器236および電気車両電力変換器238は、両方とも、発振器、電力増幅器などのドライバ回路、フィルタ、およびワイヤレス電力誘導コイルと効率的に結合するための整合回路を含む場合がある。発振器は、調整信号に応答して調整され得る所望の周波数を生成するように構成され得る。発振器信号は、電力増幅器によって、制御信号に応答する増幅量で増幅され得る。フィルタおよび整合回路は、高調波または他の不要な周波数をフィルタ除去して、電力変換モジュールのインピーダンスをワイヤレス電力誘導コイルに整合させるために含まれる場合がある。電力変換器236および238は、適切な電力出力を発生させてバッテリーを充電するために、整流器および切替え回路を含むこともできる。
開示される実施形態の全体にわたって説明する電気車両誘導コイル216およびベースシステム誘導コイル204は、「ループ」アンテナ、より具体的には、多巻きループアンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合がある。誘導コイル204および216は、本明細書では「磁気」アンテナと呼ばれるか、またはそのように構成される場合もある。「コイル」という用語は、別の「コイル」に結合するためのエネルギーをワイヤレスに出力または受信することができる構成要素を指すことが意図される。コイルは、電力をワイヤレスに出力または受信するように構成されるタイプの「アンテナ」と呼ぶこともできる。本明細書で使用する場合、コイル204および216は、電力をワイヤレスに出力、ワイヤレスに受信、および/またはワイヤレスに中継するように構成されるタイプの「電力伝達構成要素」の例である。ループ(たとえば、多巻きループ)アンテナは、空芯、またはフェライトコアなどの物理的コアを含むように構成され得る。空芯ループアンテナにより、コアエリア内に他の構成要素を配置することが可能になり得る。強磁性材料またはフェリ磁性材料を含む物理的コアアンテナにより、より強い電磁場の生成および結合の改善が可能になり得る。
上記で論じたように、送信機と受信機との間のエネルギーの効率的な伝達は、送信機と受信機との間の整合された共振またはほぼ整合された共振の間に生じる。しかしながら、送信機と受信機との間の共振が整合されていないときでも、効率を下げてエネルギーを伝達することができる。エネルギーの伝達は、送信誘導コイルから自由空間にエネルギーを伝播するのではなく、送信誘導コイルの近距離場からのエネルギーを、この近距離場が確立された領域内(たとえば、共振周波数の所定の周波数範囲内または近距離場領域の所定の距離内)に存在する受信誘導コイルに結合することによって行われる。
共振周波数は、上述された誘導コイル(たとえば、ベースシステム誘導コイル204)を含む送信回路のインダクタンスおよびキャパシタンスに基づく場合がある。図2に示されたように、インダクタンスは、一般に誘導コイルのインダクタンスであり得るし、一方、キャパシタンスは、所望の共振周波数で共振構造を作成するために誘導コイルに追加される場合がある。非限定的な例として、図2に示すように、キャパシタは、電磁場を生成する共振回路(たとえば、ベースシステム送信回路206)を形成するために誘導コイルと直列に追加され得る。したがって、より大きい直径の誘導コイルでは、共振を誘起するために必要なキャパシタンスの値は、コイルの直径またはインダクタンスが増加するにつれて減少してよい。インダクタンスはまた、誘導コイルの巻数に左右され得る。さらに、誘導コイルの直径が増加するにつれて、近距離場の効率的なエネルギー伝達面積が増加してよい。他の共振回路も考えられる。別の非限定的な例として、キャパシタは、誘導コイル(たとえば、並列共振回路)の2つの端子間に並列に配置される場合がある。さらに、誘導コイルは、誘導コイルの共振を改善するための高品質(Q)因子を有するように設計される場合がある。たとえば、Q係数は300以上であり得る。
上述されたように、いくつかの実施形態によれば、互いの近距離場にある2つの誘導コイルの間の電力を結合することが開示される。上述されたように、近距離場は、電磁場が存在する誘導コイルの周りの領域に相当する場合があるが、誘導コイルから離れて伝播または放射しない場合がある。近距離場結合モード領域は、通常は波長のごく一部の中にある、誘導コイルの物理容積に近い容積に相当する場合がある。いくつかの実施形態によれば、1回巻きループアンテナまたは多巻きループアンテナなどの電磁誘導コイルは、送信と受信の両方に使用され、その理由は、実際の実施形態における磁気近距離場振幅が、電気タイプのアンテナ(たとえば、小さいダイポール)の電気近距離場と比較して、磁気タイプのコイルの場合に高い傾向があるためである。これにより、ペア間の潜在的により高い結合が可能になる。さらに、「電気」アンテナ(たとえば、ダイポールおよびモノポール)または磁気アンテナと電気アンテナの組合せが使用される場合がある。
図3は、図1のワイヤレス電力伝達システム100の例示的なコア構成要素および補助構成要素を示す別の機能ブロック図である。ワイヤレス電力伝達システム300は、通信リンク376、案内リンク366、ならびにベースシステム誘導コイル304および電気車両誘導コイル316のための位置合わせシステム352、354を示す。図2に関して上述されたように、電気車両112へのエネルギーフローを仮定すると、図3では、ベース充電システム電力インターフェース360は、AC電源またはDC電源126などの電源からの電力を充電システム電力変換器336に提供するように構成され得る。ベース充電システム電力変換器336は、ベース充電システム電力インターフェース360からAC電力またはDC電力を受信して、ベースシステム誘導コイル304をその共振周波数においてまたはその共振周波数近くで励磁することができる。電気車両誘導コイル316は、近距離場結合モード領域にあるとき、近距離場結合モード領域からエネルギーを受信して、共振周波数においてまたは共振周波数の近くで発振することができる。電気車両電力変換器338は、電気車両誘導コイル316からの発振信号を、電気車両電力インターフェースを介してバッテリーを充電するのに適した電力信号に変換する。
ベースワイヤレス充電システム302はベース充電システムコントローラ342を含み、電気車両充電システム314は電気車両コントローラ344を含む。ベース充電システムコントローラ342は、たとえば、コンピュータ、ワイヤレスデバイス、および電力分配センター、またはスマート電力網などの他のシステム(図示せず)へのベース充電システム通信インターフェースを含み得る。電気車両コントローラ344は、たとえば、車両搭載コンピュータ、他のバッテリー充電コントローラ、車両内の他の電子システム、およびリモート電子システムなどの他のシステム(図示せず)への電気車両通信インターフェースを含み得る。
ベース充電システムコントローラ342および電気車両コントローラ344は、別個の通信チャネルを有する特定のアプリケーション用のサブシステムまたはモジュールを含む場合がある。これらの通信チャネルは、別個の物理チャネルまたは別個の論理チャネルであり得る。非限定的な例として、ベース充電位置合わせシステム352は、通信リンク356を介して電気車両位置合わせシステム354と通信して、自律的に、またはオペレータの支援により、ベースシステム誘導コイル304と電気車両誘導コイル316をより厳密に位置合わせするためのフィードバック機構を提供することができる。同様に、ベース充電案内システム362はベースシステム誘導コイル304と電気車両誘導コイル316とを位置合わせする際にオペレータを案内するためのフィードバック機構を提供する案内リンク366を介して、電気車両案内システム364と通信することができる。さらに、ベースワイヤレス電力充電システム302と電気車両充電システム314との間で他の情報を通信するためのベース充電通信システム372および電気車両通信システム374によってサポートされる、通信リンク376などの別個の汎用通信リンク(たとえば、チャネル)があり得る。この情報は、ベースワイヤレス電力充電システム302と電気車両充電システム314の両方の電気車両特性、バッテリー特性、充電ステータス、および電力容量に関する情報、ならびに電気車両112に関する保守および診断データを含み得る。これらの通信リンクまたはチャネルは、たとえば、専用短距離通信(DSRC)、IEEE802.11(たとえば、WiFi)、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラーなど、別個の物理通信チャネルであり得る。
電気車両コントローラ344は、電気車両主バッテリーの充電および放電を管理するバッテリー管理システム(BMS)(図示せず)、マイクロ波または超音波レーダー原理に基づく駐車支援システム、半自動式駐車動作を実行するように構成されたブレーキシステム、および駐車の正確性を高め、ひいてはベースワイヤレス充電システム102aおよび電気車両充電システム114のうちのいずれかにおける機械的水平誘導コイルの位置合わせの必要性を低減し得る、概ね自動化された駐車「park by wire」を支援するように構成されたハンドルサーボシステム(steering wheel servo system)も含み得る。さらに、電気車両コントローラ344は、電気車両112の電子機器と通信するように構成され得る。たとえば、電気車両コントローラ344は、視覚的出力デバイス(たとえば、ダッシュボードディスプレイ)、音響/オーディオ出力デバイス(たとえば、ブザー、スピーカー)、機械的入力デバイス(たとえば、キーボード、タッチスクリーン、および、ジョイスティック、トラックボールなど、ポインティングデバイス)、ならびにオーディオ入力デバイス(たとえば、電子音声認識によるマイクロフォン)と通信するように構成され得る。
さらに、ワイヤレス電力伝達システム300は、検出およびセンサシステムを含み得る。たとえば、ワイヤレス電力伝達システム300は、運転手または車両を充電場所に適切に案内するためのシステムとともに使用するセンサ、必要な分離/結合により誘導コイルを相互に位置合わせするためのセンサ、結合を達成するために特定の高さおよび/または位置に電気車両誘導コイル316が移動するのを妨げ得るオブジェクトを検出するためのセンサ、ならびにシステムの信頼できる無害および安全な動作を実行するためのシステムとともに使用する安全センサを含み得る。たとえば、安全センサは、安全区域を越えてワイヤレス電力誘導コイル104a、116に近づいてくる動物または子供の存在の検出、加熱され得る(誘導加熱)ベースシステム誘導コイル304に近い金属オブジェクトの検出、ベースシステム誘導コイル304上の白熱オブジェクトなどの危険な事象の検出、ならびにベースワイヤレス電力充電システム302および電気車両充電システム314の構成要素の温度監視のためのセンサを含み得る。
ワイヤレス電力伝達システム300はまた、有線接続を介したプラグイン充電をサポートすることができる。電気車両112との間で電力を伝達する前に、有線充電ポートが、2つの異なる充電器の出力を一体化し得る。切替え回路は、ワイヤレス充電と有線充電ポートを介した充電の両方をサポートするために必要な機能を提供し得る。
ベースワイヤレス充電システム302と電気車両充電システム314との間で通信するために、ワイヤレス電力伝達システム300は、帯域内シグナリングとRFデータモデム(たとえば、無認可の帯域内の無線を介したEthernet（登録商標）)の両方を使用することができる。帯域外通信は、車両の使用車/所有者への付加価値サービスの提供に十分な帯域幅を提供し得る。ワイヤレス電力キャリアの低深度振幅または位相変調は、干渉を最小限に抑えた帯域内シグナリングシステムとしての働きをし得る。
さらに、一部の通信は、特定の通信アンテナを使用せずにワイヤレス電力リンクを介して実行される場合がある。たとえば、ワイヤレス電力誘導コイル304および316は、ワイヤレス通信送信機としての働きをするように構成される場合もある。したがって、ベースワイヤレス電力充電システム302のいくつかの実施形態は、ワイヤレス電力経路上でキーイングタイププロトコルを可能にするためのコントローラ(図示せず)を含む場合がある。既定のプロトコルによる既定の間隔での送信電力レベルのキーイング(振幅シフトキーイング)により、受信機は、送信機からのシリアル通信を検出することができる。ベース充電システム電力変換器336は、ベースシステム誘導コイル304によって生成された近距離場の近傍で作動中の電子車両受信機の有無を検出するための負荷感知回路(図示せず)を含む場合がある。例として、負荷感知回路は、ベースシステム誘導コイル104aによって生成された近距離場の近傍で作動中の受信機の有無によって影響される電力増幅器に流れる電流を監視する。電力増幅器上の負荷に対する変化の検出は、エネルギーを送信するための発振器を有効にすべきかどうか、作動中の受信機と通信すべきかどうか、またはそれらの組合せを判断する際に使用するためのベース充電システムコントローラ342によって監視することができる。
ワイヤレス高電力伝達を可能にするために、いくつかの実施形態は、10〜60kHzの範囲内の周波数で電力を伝達するように構成され得る。この低周波数結合により、固体デバイスを使用して実現され得る高効率な電力変換が可能になる場合がある。加えて、他の帯域と比較して無線システムによる共存問題が少なくなる場合がある。
説明したワイヤレス電力伝達システム100は、再充電可能または交換可能なバッテリーを含む様々な電気車両102で使用され得る。
図4は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両412に配置された交換可能非接触バッテリーを示す機能ブロック図である。本実施形態では、ワイヤレス電力インターフェース(たとえば、充電器/バッテリーコードレスインターフェース426)を組み込んだ、地中に埋め込まれた充電器(図示せず)から電力を受信し得る電気車両バッテリーユニットにとって、低バッテリー位置は有益であり得る。図4において、電気車両バッテリーユニットは、再充電可能バッテリーユニットであってよく、バッテリーコンパートメント424に収容されてよい。電気車両バッテリーユニットはワイヤレス電力インターフェース426も提供し、ワイヤレス電力インターフェース426は、共振誘導コイル、電力変換回路、ならびに地上ベースワイヤレス充電ユニットと電気車両バッテリーユニットとの間の効率的かつ安全なワイヤレスエネルギー伝達のために必要な他の制御および通信機能を含む電気車両ワイヤレス電力サブシステム全体を組み込み得る。
電気車両誘導コイルは、突き出た部分がないように、および地上/車体の指定間隔が維持され得るように、電気車両バッテリーユニットまたは車体の下側と面一に組み込まれるのが有益であり得る。この構成は、電気車両ワイヤレス電力サブシステム専用の電気車両バッテリーユニット内の何らかの余地を必要とし得る。電気車両バッテリーユニット422はまた、バッテリー/EVコードレスインターフェース428、ならびに非接触電力および電気車両412と図1に示すベースワイヤレス充電システム102aとの間の通信を提供する充電器/バッテリーコードレスインターフェース426を含むことができる。
いくつかの実施形態では、図1を参照すると、ベースシステム誘導コイル104aおよび電気車両誘導コイル116は固定位置にあってよく、これらの誘導コイルは、ベースワイヤレス充電システム102aに対する電気車両誘導コイル116の全体的配置によって近距離場結合領域内に置かれる。しかしながら、エネルギー伝達を迅速、効率的および安全に実行するために、ベースシステム誘導コイル104aと電気車両誘導コイル116との間の距離は、結合を改善するために短縮される必要があり得る。したがって、いくつかの実施形態では、ベースシステム誘導コイル104aおよび/または電気車両誘導コイル116は、それらの位置合わせを改善するように配置可能および/または移動可能であり得る。
図5A、図5B、図5C、および図5Dは、本発明の例示的な実施形態による、バッテリーに対する誘導コイルおよびフェライト材料の配置に関する例示的な構成の図である。図5Aは、完全なフェライト埋込み型誘導コイル536aを示している。ワイヤレス電力誘導コイルは、フェライト材料538aおよびフェライト材料538aの辺りに巻かれたコイル536aを含むことができる。コイル536a自体は、標準的なリッツワイヤから作られ得る。導電シールド層532aは、車両の同乗者を過剰なEMF送信から保護するために提供される。導電シールディングは、プラスチックまたは複合物から作られた車両では特に有益であり得る。
図5Bは、結合を高めるための、および導電シールド532bにおける渦電流(熱放散)を減らすための最適に寸法決定されたフェライトプレート(すなわち、フェライトバッキング)を示している。コイル536bは、非導電性の非磁性(たとえば、プラスチック)材料に完全に埋め込まれ得る。たとえば、図5A〜図5Dに示すように、コイル536bは、保護筐体534bに埋め込まれ得る。磁気結合とフェライトヒステリシス損との間のトレードオフの結果として、コイル536bとフェライト材料538bとの間に分離があり得る。
図5Cは、コイル536c(たとえば、銅リッツワイヤ多巻きコイル)が横(「X」)方向で移動可能であり得る別の実施形態を示している。図5Dは、誘導コイルモジュールが下方向に配置される別の実施形態を示している。いくつかの実施形態では、バッテリーユニットは、ワイヤレス電力インターフェースの一部として、配置可能な電気車両誘導コイルモジュール542dおよび配置不可能な電気車両誘導コイルモジュール542dのうちの1つを含む。磁場がバッテリー空間530dに、また車両の内部に浸透するのを防ぐために、バッテリー空間530dと車両との間に導電層シールド532d(たとえば、銅板)があり得る。さらに、導電シールド532d、コイル536d、およびフェライト材料538dを環境の影響(たとえば、機械的損傷、酸化など)から保護するために、非導電(たとえば、プラスチック)保護層534dが使用され得る。さらに、コイル536dは、横X方向および/またはY方向に移動可能であり得る。図5Dは、電気車両誘導コイルモジュール540dがバッテリーユニット本体に対して下方Z方向に配置された一実施形態を示している。
この配置可能な電気車両誘導コイルモジュール542dの設計は、電気車両誘導コイルモジュール542dに導電シールディングがないことを除いて、図5Bの設計と同様である。導電シールド532dは、バッテリーユニット本体に付帯している。電気車両誘導コイルモジュール542dが配置状態にないときに、保護層534d(たとえば、プラスチック層)は、導電シールド532dと電気車両誘導コイルモジュール542dとの間に提供される。電気車両誘導コイルモジュール542dをバッテリーユニット本体から物理的に分離することは誘導コイルのパフォーマンスに好ましい影響を有し得る。
上で論じたように、配置された電気車両誘導コイルモジュール542dは、コイル536d(たとえば、リッツワイヤ)およびフェライト材料538dのみを含むことがある。フェライトバッキングは、結合を高めるために、および車体の底面または導電層シールド532dにおける過剰な渦電流損から保護するために提供され得る。さらに、電気車両誘導コイルモジュール542dは、電力変換電子機器およびセンサ電子機器への柔軟なワイヤ接続を含み得る。このワイヤ束は、電気車両誘導コイルモジュール542dを配置するための機械ギアに組み込まれ得る。
図1を参照すると、上述の充電システムは、電気車両112を充電するために、または電力網に戻すように電力を伝達するために、様々な場所で使用され得る。たとえば、電力の伝達は、駐車場環境で生じることがある。「駐車エリア」は、本明細書で「駐車スペース」と呼ばれることもあることに留意されたい。車両ワイヤレス電力伝達システム100の効率性を高めるために、電気車両112は、電気車両112内の電気車両誘導コイル116が関連駐車エリア内のベースワイヤレス充電システム102aと適切に位置合わせできるようにX方向およびY方向に沿って位置合わせされ得る。
さらに、開示する実施形態は、1つもしくは複数の駐車スペースまたは駐車エリアを有する駐車場に適用可能であり、駐車場内の少なくとも1つの駐車スペースはベースワイヤレス充電システム102aを含むことができる。案内システム(図示せず)を使用して、電気車両112内の電気車両誘導コイル116がベースワイヤレス充電システム102aと位置合わせされるように、車両オペレータが電気車両112を駐車エリアに位置付けるのを支援することができる。案内システムは、電気車両112内の電気車両誘導コイル116が充電基地(たとえば、ベースワイヤレス充電システム102a)内の充電誘導コイルと適切に位置合わせされ得るように、電気車両オペレータが電気車両112を位置付けるのを支援するための、電子ベースの手法(たとえば、無線測位、方向発見原理、ならびに/または光学、準光学および/もしくは超音波感知方法)または機械ベースの手法(たとえば、車輪ガイド、トラックまたはストップ)、あるいはそれらの任意の組合せを含むことができる。たとえば、案内システムは、(たとえば、運転手のコックピット内に表示される拡張現実によって、たとえば、標識、方向、もしくは他の情報を車両オペレータに提示することによって)電気車両112を配置するのに有用な情報を車両オペレータに提示することができる。この情報は、(たとえば、磁気または電磁の)ビーコン案内サブシステム(beacon guidance subsystem)から導出された情報(たとえば、運転角度、距離値)を含み得る。
上記で論じたように、電気車両充電システム114は、電力を送信し、かつベースワイヤレス充電システム102aから電力を受信するために、電気車両112の下面に配置され得る。たとえば、電気車両誘導コイル116は、好ましくは中心位置の近くで車体底面に組み込まれてよく、それにより、EM露出に関して最大の安全な距離がもたらされ、電気車両の前進駐車および後進駐車が可能になる。
図6は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するために使用され得る例示的な周波数を示す周波数スペクトルのチャートである。図6に示すように、電気車両へのワイヤレス高電力伝達のための潜在的周波数範囲は、3kHz〜30kHz帯域のVLF、いくつかの除外がある30kHz〜150kHz帯域の低LF(ISMなどの用途)、HFの6.78MHz(ITU-R ISM-帯域6.765〜6.795MHz)、HFの13.56MHz(ITU-R ISM-帯域13.553〜13.567)、およびHFの27.12MHz(ITU-R ISM-帯域26.957〜27.283)を含み得る。
図7は、本発明の例示的な実施形態による、電気車両をワイヤレス充電するのに有用であり得る例示的な周波数および送信距離を示すチャートである。電気車両のワイヤレス充電に有用であり得るいくつかの例示的な送信距離は、約30mm、約75mm、および約150mmである。いくつかの例示的な周波数は、VLF帯域の約27kHzおよびLF帯域の約135kHzであり得る。
電気車両の充電サイクル中に、ワイヤレス電力伝達システムのベース充電ユニット(BCU)は、様々な動作段階を通過し得る。ワイヤレス電力伝達システムは「充電システム」と呼ばれ得る。BCUは、図1のベースワイヤレス充電システム102aおよび/または102bを含むことができる。BCUは、コントローラおよび/または電力変換ユニット、たとえば図2に示す電力変換器236を含むこともできる。さらに、BCUは、図1に示す誘導コイル104aおよび104bなどの誘導コイルを含む1つまたは複数のベース充電パッドを含むことができる。BCUが様々な段階を通過するのに伴い、BCUは充電スタンドと対話する。充電スタンドは、図1に示すローカル分配センター130を含むことができ、コントローラ、グラフィカルユーザインターフェース、通信モジュール、およびリモートサーバまたはサーバのグループへのネットワーク接続をさらに含むことができる。
図1を参照すると、上で説明した充電システムは、電気車両112を充電するために、または電力網に電力を戻すために、種々の場所で使用され得る。たとえば、電力の伝達は、駐車場環境で生じ得る。「駐車エリア」は、本明細書で「駐車スペース」と呼ばれることもあることに留意されたい。車両ワイヤレス電力伝達システム100の効率性を高めるために、電気車両112は、電気車両112内の電気車両誘導コイル116が関連する駐車エリア内のベースワイヤレス充電システム102aと適切に位置合わせするのを可能にするために、X方向およびY方向に沿って(たとえば、感知電流を使用して)位置合わせされ得る。
さらに、開示される実施形態は、1つもしくは複数の駐車スペースまたは駐車エリアを有する駐車場に適用可能であり、駐車場内の少なくとも1つの駐車スペースはベースワイヤレス充電システム102aを備え得る。電気車両112内の電気車両誘導コイル116をベースワイヤレス充電システム102aと位置合わせできるように、車両のオペレータが電気車両112を駐車エリア内に配置するのを支援するために、(図3を参照して上で説明した、案内システム362および364などの案内システム)を使用することができる。案内システムは、電気車両112内の誘導コイル116が充電ベース(たとえば、ベースワイヤレス充電システム102a)内の充電誘導コイルと適切に位置合わせされるのを可能にするために、電気車両のオペレータが電気車両112を配置するのを支援するための、電子ベースの手法(たとえば、無線測位、方向発見原理、ならびに/または光学的な、準光学的な、および/もしくは超音波の感知方法)あるいは機械ベースの手法(たとえば、車輪ガイド、トラックもしくはストップ)またはそれらの任意の組合せを含み得る。たとえば、案内システムは、(たとえば、運転手のコックピット内に表示される拡張現実によって、たとえば、標識、方向、もしくは他の情報を車両オペレータに提示することによって)電気車両112を配置するのに有用な情報を車両オペレータに提示することができる。この情報は、(たとえば、磁気または電磁の)ビーコン案内サブシステムから導出された情報(たとえば、運転角度、距離値)を含み得る。
図8Aは、様々な実装形態による、例示的な複数車両および多重駐車場ならびに充電システム800の機能ブロック図である。図8Aに示す構成要素は、様々な実施形態による図1のワイヤレス電力伝達システム100内で使用され得る。一実施形態では、駐車および充電システム800は、システム800が電気車両808などの複数の車両を同時に充電できるようにする複数の充電スタンド801a〜cを含むことができ、各充電スタンド801a〜cは複数の駐車スペース806a〜cのうちの1つに対応する。いくつかの実施形態では、各充電スタンド801a〜cは、ベースコントローラユニット(BCU)(たとえば、BCU804a〜c)、ベースパッド(たとえば、ベースパッド802a〜c)、および送信機803(たとえば、送信機803a〜c)を含み得る。
車両808が送信機803に対応するBCUを使用して、車両808の充電に適合する場所内にあるとき、送信機803は(たとえば、車両808の受信機812によって受信された)BCU識別を受信範囲内にある車両808に送信するように構成され得る。たとえば、送信機803a〜cは、各々、BCU識別を備え、車両808の受信機812によって受信されるように構成された信号(たとえば、ビーコン信号)を送信することができる。いくつかの態様では、送信機803a〜cは、第1の送信機803aによって送信された充電スタンド識別子が、送信機803aが配置された駐車スペース内に実質的に配置された車両808によってのみ受信され得るように構成され得る。たとえば、充電スタンド801aが配置された駐車スペース内に実質的に配置された車両808は、送信機803aから充電スタンド識別子を受信することのみ可能であり得るが、充電スタンド801bおよび801cに関する充電スタンド識別子を受信することはできない可能性がある。非限定的な例では、送信機803aから送信された信号の強度は、単一の駐車スペース内に位置する車両808に充電スタンド識別子を成功裏に送信するのに十分なレベルであり得る。他の態様では、車両808は複数の隣接する充電スタンド801a、801b、および801cからの送信を受信することが可能であり得るが、車両808は、送信の1つもしくは複数の特性に基づいて(たとえば、信号強度に基づいて、あるいは、送信の方向成分を決定することが可能であることに基づいて)、送信が生じる充電スタンド801a、801b、または801cを具体的に識別するように構成される。これは、車両808が、車両808がそこから電力をワイヤレスで受信するように配置されている特定の充電スタンド801a、801b、または801cの送信から充電スタンド識別子を決定することが可能であることを可能にし得る。本明細書で説明する、いくつかの実施形態によれば、送信機803a〜cおよび受信機812に関して使用するのに、様々な通信フォーマット(たとえば、RFID、Bluetooth（登録商標） LE、短距離近接性検出技術)が適合する。BCU804a〜cと車両808との間のこの通信チャネルは、一態様では、あるタイプの近接性検出器と見なされ得る。BCU804が車両808から情報を直接受信することもできる、いくつかの実施形態では、送信機803および受信機812の代わりに適切な送受信機を使用することができる。
一実施形態によれば、充電スタンド801a〜cは、通信ハブ、たとえば、ベース充電スタンド801a〜cの各々と通信するように構成され、ネットワーク816を介して、1つまたは複数の駐車および充電バックエンドサーバ814と通信するように構成されたベース共通通信(BCC:base common communication)システム815と通信することができる。ネットワーク816は、たとえば、インターネット、ワイドエリアネットワーク(WAN)、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)などの任意のタイプの通信ネットワークであり得る。本明細書で説明する、いくつかの実施形態によれば、BCCシステム815とBCU804a〜cとの間の通信に関して、様々な通信フォーマット(たとえば、HomePlug、Ethernet（登録商標）、RS-485、CAN)が適合する。通信ハブは、複数の充電スタンド801a〜cとは別個であってよく、または複数の充電スタンド801a〜cの一部であってもよい。
BCC815は、下でより十分説明するように、車両808の送信機819と通信するように構成された受信機817を備え得る。本明細書で説明する、いくつかの実施形態によれば、(受信機817および送信機819を介した)BCCシステム815と車両808との間の通信に関して、様々な通信フォーマット(たとえば、DSRC、Bluetooth（登録商標） LE、WiFi)が適合する。BCC815がやはり車両808に情報を送信する、いくつかの実施形態では、受信機817の代わりに、適切な送受信機を使用することができ、送信機819の代わりに、適切な送受信機を使用することができる。
いくつかの実施形態では、各充電スタンド801a〜cは、図3に関して上で論じたベースワイヤレス充電システム302に対応し得る。たとえば、BCU804a〜cはベース充電システムコントローラ342に対応することができ、ベースパッド802a〜cはベースシステム誘導コイル304に対応することができ、各充電スタンド801a〜cはベース充電通信システム372を含むことができる。他の実施形態では、充電システム800は、1つまたは複数のベースワイヤレス充電システム302を含むことができ、ベースワイヤレス充電システム302はそれぞれ、ベース充電システムコントローラ342およびベースシステム誘導コイル304などの複数の各システム構成要素を含むことができる。様々な実施形態では、送信機803a〜cは、縁石側に、ベースパッド802a〜cの隣の地上に配置されてよく、かつ/またはベースパッド802a〜cに直接組み込まれてもよい。充電スタンド801a〜cは複数の送信機を含み得る。
いくつかの実施形態では、複数の駐車スペース806a〜cは、各々、文字または番号などのスペースインジケータで示される。たとえば、運転手が対応する充電スタンド801を識別するのを可能にするように、充電スタンドの標示を駐車スペース上に設けることができる。図8Aに示すように、充電スタンド801a、BCU804a、およびベースパッド802aに対応する駐車スペース806aは、スペースインジケータ「A」で示され得る。充電スタンド801b、BCU804b、およびベースパッド802bに対応する駐車スペース806bは、スペースインジケータ「B」で示され得る。充電スタンド801c、BCU804c、およびベースパッド802cに対応する駐車スペース806cは、スペースインジケータ「C」で示され得る。スペースインジケータは、駐車および充電システム800内で利用可能な充電スタンド801a〜cをユーザが識別するのを支援することができる。
電気車両808は、車両コントローラユニット(VCU)810と、受信機812と、送信機819とを含み得る。一実施形態では、電気車両808は車両112(図1)であり得る。電気車両808は、図3に関して上で説明した電気車両充電システム314を含むことができる。たとえば、VCU810は電気車両コントローラ344に対応することができ、電気車両808は電気車両通信システム374を含むことができる。電気車両808は、複数の受信機、送信機、および/または送受信機を含み得る。
電気車両通信システム374を使用して、駐車および充電システム800における充電スタンド801a〜cの各々の中に位置する複数のベース充電通信システム372のうちの1つもしくは複数と通信することができる。上で論じたように、図3に関して、電気車両通信システム374は、専用狭域通信(DSRC)、IEEE802.11(たとえば、WiFi)、Bluetooth（登録商標）、zigbee、セルラーなどのような任意のワイヤレス通信システムによって、ベース充電通信システム372と通信することができる。したがって、いくつかの実施形態では、電気車両通信システム374は、ベース充電通信システム372の接続先となり得る基地局としての働きをすることができる。他の実施形態では、各ベース充電通信システム372は、電気車両通信システム374の接続先となり得る基地局としての働きをすることができる。
図8Bは、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、BCC815とBCU804と車両808との間の通信に関する例示的な構成を概略的に示す。(たとえば、複数のBCU804a〜cを備えた駐車および充電システム800に入ると同時に、またはその時点で)電気車両808(たとえば、車両808a)が駐車場の上に配置されるのに先立って、(図8で「1」と標示された菱形で示される)第1の通信リンクを(たとえば、送信機819と受信機817とを使用して)車両808とBCC815との間で確立することができる。車両808は、(たとえば、車両808aが少なくとも1つの充電スタンド801から第1の距離にある間に)第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号をBCC815に送信することができる。少なくとも1つの第1の信号は、その例が、車両識別、車両特性、運転手情報、使用されることが予想される支払方法に関する情報、または車両808の充電のためにBCU804のうちの1つを割り当てる、スケジュールする、または予約する際に有用であり得る他の情報を含むが、これらに限定されない情報を含み得る。
いくつかの実施形態では、BCC815は、(たとえば、送信機819および受信機817の代わりに送受信機が使用される構成では)第1の通信リンクを介して(たとえば、少なくとも1つの第3の信号を送信することによって)、情報を車両808に送信することもできる。BCC815によって車両808に送信された情報は、車両808を充電するために利用可能なBCU804の数、車両808を充電するために利用可能なBCU804の識別、充電に関するコストのスケジュール、利用可能なBCU804を使用して車両808を充電するために利用可能なオプションの充電メニュー、および車両808の充電に関して、BCU804のうちの1つを割り当てる、スケジュールする、または予約する際に有用であり得る他の情報を含み得るが、これらに限定されない。たとえば、電気車両808が駐車および充電システム800に入るのに先立って、BCC815は、(BCU804a用の駐車スペースが別の車両808bによって占有されている状態で)BCU804b、804cが利用可能であることを車両808に知らせることができる。車両808に充電するために割り当て、スケジュール、または予約が行われるとすぐ、BCC815は、第1の通信リンクを介して、車両808を充電するために利用可能な1つもしくは複数のBCU804の識別に関する情報(たとえば、車両808を充電するために割り当て、スケジュール、または予約された1つのBCU804の識別)を車両808に送信することができる。
BCC815は、(たとえば、図8Bで「2」と標示された菱形によって示される有線接続を介して)様々なBCU804と通信することもできる。たとえば、BCC815は、BCU804a〜cと通信して、車両808を充電するためにBCU804a〜cのうちのどれが利用可能であるかを発見することができる。いくつかの実施形態では、車両808の充電に関して割り当て、スケジュール、または予約するとすぐ、BCC815は、車両808を充電するために利用可能な1つまたは複数のBCU804に情報(たとえば、充電されるべき車両808の識別)を送信することができる。
いくつかの実施形態では、BCC815は、入ってくる車両808に充電するためにどのBCU804が現在利用不可能であるかを追跡することができる。たとえば、BCC815は、別の車両を充電するためにどのBCU804が使用されているかを追跡することができる(たとえば、図8Bの車両808bを充電するためにBCU804aが使用されている)。いくつかの実施形態では、非電気車両がBCU804のうちの1つまたは複数の上に駐車することも可能であり、その結果、これらのBCU804が車両808を充電するために現在使用されていないとしても、これらのBCU804はまた車両808に充電するために利用可能でなくなる。いくつかのそのような実施形態では、BCU804は、BCU804において(たとえば、その上に)駐車している非電気車両が存在するかどうかを検出するように構成される。たとえば、BCU804は、低電流を充電パッド802内に周期的または断続的に注入して、充電パッド802上の大型金属物体によるインダクタンス変化を測定するように構成され得る。非電気車両を示すインダクタンス変化を検出するとすぐに、BCU804は、車両808を充電するためにBCU804が利用可能でないことをBCC815に通信する(たとえば、電気車両を充電するために利用可能でないとしてBCU804に示す)ことができる。
電気車両808が複数の利用可能な充電スタンド801a〜cを備えた駐車および充電システム800に入るとき、車両808の運転手は、充電スタンド801のうちの1つまたは複数(たとえば、車両808を充電するようにスケジュールされたBCU804を備えた充電スタンド801)を識別することができる。一実施形態では、車両808の運転手は、駐車スペース806を、たとえば、上で説明したように、スペースインジケータを使用して、視覚的に識別することができる。したがって、車両808の運転手は、駐車施設内でナビゲートして、電気車両808を充電するエネルギーを提供するのに利用可能な(たとえば、割り当てられた、スケジュールされた、または予約された)充電スタンド801を発見することができる。上で説明したように、BCC815は、充電システム808が車両808のために予約した特定の充電スタンド804を車両808に通信することができる。充電スタンド804に関する情報は、ユーザインターフェースを介してユーザに提供され得る。車両808が駐車スペース806に接近するとき、または車両808が駐車スペース806内に駐車すると、充電スタンド801は、現在、通信範囲内にある車両808とのペアリングを試みることができる。
充電スタンド801の送信機803は、(たとえば、車両808が少なくとも1つの充電スタンド801から、第1の距離未満である第2の距離にある間に)第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号(たとえば、ビーコン信号)を送信するように構成され得る。少なくとも1つの第2の信号はBCU804の識別を備えることができ、電気車両808の受信機812は、少なくとも1つの第2の信号を受信するように構成され得る。各ベース充電通信システム372は、電気車両通信システム374の接続先となり得る基地局としての働きをすることができる。各BCU804は、大域的または局所的に一意の識別子(たとえば、「BCU1」)を有することができ、ベース充電通信システム372はその識別子をブロードキャストすることができる。たとえば、DSRC規格を使用する一実施形態では、ベース充電通信システム372は「BCU1」のWBSS IDをブロードキャストすることができる。充電スタンド801の送信機803は、BCU804のIDおよび/またはブロードキャスト識別子(たとえば、「BCU1」)を示すように構成され得る。したがって、電気車両808が駐車スペース806aなどの駐車スペースに入ったとき、車両808上の受信機812は、BCU804の識別子を受信することができる。
電気車両808上の受信機812は電気車両通信システム374よりも短い通信範囲を有する可能性がある(たとえば、第1の通信リンクは第2の通信リンクよりも長い範囲を有する)ため、受信機812は、駐車スペース806a内にいる間、少なくとも1つの第2の信号を受信することのみが可能であり得る。VCU810は、受信機812からBCU804aの識別子を取得することができ、電気車両通信システム374を適切なベース充電通信システム372に接続させることができる。いくつかの実装形態では、電気車両808が、充電スタンド801の識別を受信して、ベース充電通信システム372を介して接続するとき、充電スタンド801は、電気車両808をベースパッド802に位置合わせするのを助けるために使用されるべき電流をベースパッド802において感知し始めることができる。
運転手が、車両808を充電するために、前に割り当てられた、スケジュールされた、または予約されたものとは異なるBCU804に近接して車両808を配置した場合、BCC815は、車両808を充電するために、車両808に近接するBCU804を再割り当て、再スケジュール、または再予約することができる。運転手が2つの隣接するBCU804の間に車両808を配置した場合、この割当てが、異なるBCU804に有利なように、前にスケジュールされたBCU804を再割り当てすることを備える場合ですら、BCC815は、車両808に充電するために、2つのBCU804のうちの1つ(たとえば、車両808に最も近いBCU804)を適切に割り当てることができる。
電気車両808と適切な駐車スペース806に対応する充電スタンド801との間で通信リンクが確立されると、通信リンクは、電気車両案内、電気車両位置合わせ、充電制御、ステータス通信、認証、識別、支払管理などのうちの1つまたは複数のために使用され得る。
図9Aは、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、車両に関する例示的な状態図であり、図9B〜図9Eは、様々な状態に対応する例示的な流れ図である。「切断」状態(たとえば、図9D参照)で、車両808は駐車および充電システム800とまだ通信しておらず、車両808は自らが通信するBCC815を(たとえば、連続的に、周期的に、断続的に)走査する。「接続」状態(たとえば、図9D参照)で、自らが通信するBCC815を検出した後で、車両808は、BCC815と(たとえば、セキュアまたは非セキュアな)通信チャネルを確立することができ、BCC815と適切な情報(たとえば、車両識別)を交換することができる。
図9Bは、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による「検出」状態の例示的な流れ図である。「検出」状態で、車両808の受信機812は、BCU804の送信機803からの信号を検出し、したがって、車両808は、充電プロセスに進むのに適合する場所にある。たとえば、車両808は、車両808を充電するために利用可能なBCU804のリストをBCC815から受信することができ、利用可能なBCU804のうちの1つを走査することができる。利用可能なBCU804を検出するとすぐ、車両808はBCU識別をBCC815に送ることができ、次いで、BCC815は検出されたBCU804を車両808の充電に割り振り、「位置合わせ開始」状態に入る。利用可能なBCU804が検出されない場合、車両808は「接続」状態に再び入る。
車両808の受信機812は、位置合わせプロセスおよび/もしくは充電プロセスの全体にわたってBCU識別を連続的に、周期的に、または断続的に走査することができる。(たとえば、車両808が別の利用可能なBCUに近づいたことにより)新しいBCU識別が検出された場合、車両808は車両808がすでに別のBCUに関連付けられているかどうかを決定する。関連付けられていない場合、車両808はBCU識別をBCC815に送り、次いで、BCC815は検出されたBCU804を車両808の充電に割り振り、「位置合わせ開始」状態に入る。BCU804を車両808の充電に割り振ることは、車両808によって、BCC815によって、または両方によって実行され得る。車両808がすでに別のBCU804に関連付けられている場合、車両808は、BCU804が位置合わせモードにあるかどうかを決定し、ある場合、位置合わせモードはストップする。車両808が複数のBCUを検出した場合、車両808は、たとえば、受信された信号強度表示(RSSI)ならびに/または飛行時間およびBCU示度に基づいて、充電に使用するためにより最適なBCU(たとえば、最も近いBCU)を決定することができる。充電に使用するためにより最適なBCUを決定することは、車両808によって、BCC815によって、または両方によって実行され得る。次いで、車両808は、最適性がより低いBCUから切断することができ、充電プロセスに割り振るために、より最適なBCUの識別をBCCに送ることができる。BCUを充電プロセスに割り振った後で、位置合わせプロセスが開始する。
図9Cは、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による「位置合わせ」状態の例示的な流れ図である。「位置合わせ」状態で、位置合わせプロセスは、位置合わせの度合いのスコアまたは他の測度を(たとえば、連続的に、周期的に、断続的に)チェックして、充電パッド802を車両808のVCU810のコイルと位置合わせし、所望の位置合わせレベルが達成されたかどうかを決定する。たとえば、位置合わせスコアが所定のレベル以上である場合、充電パッド802とVCU810とは位置合わせされていると見なされ、車両808は「位置合わせ/対応(ready)」状態に入る。「位置合わせ/対応」状態(たとえば、図9D参照)は、完全な位置合わせ後、充電を開始するためのユーザ活動または車両活動が受信されるまで、静止状態である。
充電を開始するためのユーザ活動または車両活動が受信されると、車両808は、「充電準備」状態(たとえば、図9E参照)にあり、ここで位置合わせが検証される。妥当な位置合わせである場合、充電プロセスは進み、妥当な位置合わせでない場合、車両は「位置合わせ」状態に再び入る。
「充電」状態(たとえば、図9E参照)で、動的車両充電パラメータがBCUに送られて、充電プロセスは車両808の充電に進む。「充電ストップ/完全」状態(たとえば、図9E参照)で、障害状態が検出されたため、または車両808が完全に充電されたためのいずれかで、充電プロセスは中断されている。障害状態が検出されたために充電プロセスが中断された場合、その障害状態が解決すると、充電プロセスは再開することができる。たとえば、障害状態が、位置合わせが充電プロセスに進むには不十分であったことである場合、車両808は「位置合わせ」状態に再び配置される。
図10は、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、車両808とBCC815との間の通信に関する例示的な流れ図である。図10の流れ図は、BCC815と通信する各車両808に適用可能である。車両808とBCC815との間に(たとえば、セキュアな、または非セキュアな)通信チャネルが確立されると、車両808は情報(たとえば、車両識別、車両の充電特性)をBCC815に送ることができ、車両808は充電システム800によって充電されることが許可され得る。BCC815は、利用可能な充電スペースのリスト、そのような利用可能なスペースの場所、およびそのような利用可能なスペースの数に関する情報を車両808に送ることができる。BCC815はまた、車両808から受信された車両識別および/または他の情報を利用可能なBCU804に送ることができる。
BCU804に近接すると、車両808は、充電スタンド801の送信機803からの信号を検出することができ、充電パッド識別子をBCC815に送ることができ、次いで、BCC815は車両808の車両識別に関して検出されたBCUを予約することができる。車両808のVCU810をBCU804の充電パッドに位置合わせするための位置合わせプロセスを開始して、完了した後で、BCU804は、充電器特性を車両808に送ることができ、充電プロセスを進めることができる。充電が完了して、車両808がBCU804およびBCC815から切断されると、BCCは、既存の予約を削除して、BCU815を再び利用可能として示すことができる。図10のプロセスフローの間、車両808が別のBCU識別を検出した場合、BCC815は、別のBCU804を備えた別の充電スペースがすでに車両808に割り当てられているかどうか、および位置合わせ電流がオンであるかどうかをチェックすることができる。これらの状態に応じて、BCC815は、車両808に予約されたBCU804を変更することができる。
いくつかの実施形態では、BCU804は、車両識別を検出することもでき、BCU804と車両808との間の信号のRSSIおよび/または飛行時間(たとえば、往復遅延)を測定して、どのBCU804が車両808に最も近いかを決定することができ、そのBCU804は車両808を充電するために最良のBCU804と見なされ得る。充電に使用するための最良のBCUを決定することは、車両808によって、BCC815によって、または両方によって実行され得る。BCUによってその識別を車両808に送信するのと同様の方法で、いくつかの実施形態の車両808は、その識別をBCUに送信することができる。たとえば、車両808は、プライバシーの問題に対応するために、ローリング車両識別(rolling vehicle identification)を伴うアルゴリズムを使用することができる。いくつかの実施形態では、電気車両808は、(たとえば、プライバシーを保護するために)そのような送信が必要とされないか、または要望されない時間の間に、少なくとも1つの第1の信号の送信を回避するために、送信機819を(たとえば、自動的に、もしくは運転手によって)オンまたはオフするように構成される。
図11は、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、自動充電スペース選択プロセスにおける、車両808と、BCC815と、BCU804(たとえば、BCU1、BCU2、BCU3)との間で送られる信号の例示的な図である。接続状態で、車両808は、(たとえば、車両808が少なくとも1つの充電スタンド801から第1の距離にある間に)BCC815に接続し、車両情報を(たとえば、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号で)BCC815に送信することができる。車両接近状態で、BCC815は、接近車両808に関する情報をBCU804に送信することができる。アイドル状態でないBCU(たとえば、接近車両808に充電するために利用可能でないBCU、図11のBCU1およびBCU2)は、タイムアウトして、所定の期間の後で、車両情報(たとえば、車両識別)を廃棄することができる。BCU検出状態で、アイドルBCU(たとえば、BCU3)は、(たとえば、車両808が、少なくとも1つの充電スタンド801から、第1の距離未満である第2の距離にある間に)そのBCU識別を(たとえば、Bluetooth（登録商標） LE広告など、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号内で)車両808に送信することができ、車両808は受信されたBCU識別をBCC815に送信することができる。
BCU車両ペアリング状態で、BCC815は、接続状態で受信された車両識別を有する車両808を充電するためのBCU(たとえば、BCU3)を予約することができ、BCC815は、車両識別をBCUとペアリングする、対応する信号をBCU(たとえば、BCU3)に送ることができる。位置合わせ状態で、車両808は、信号をBCC815に送ることができ、BCC815は信号をBCU804に送って、位置合わせプロセスを開始し、BCU804は、その充電パッドを通して位置合わせ電流を送信することによって応答することができる。位置合わせが完了すると、車両808は、信号をBCC815に送ることができ、BCC815は、信号をBCU804に送って、位置合わせプロセスをストップする。位置合わせ状態で、車両808は、信号をBCC815に送ることができ、BCC815は信号をBCU804に送って、充電プロセスを開始し、BCU804は、その充電パッドを通して充電電流を送ることによって応答することができる。充電が完了すると、車両は信号をBCC815に送ることができ、BCC815は、信号をBCU804に送って、充電プロセスをストップする。切断状態で、車両808はBCC815から切断し、BCC815は、入ってくる車両に充電するためにBCU804が再び利用可能であることに気づく。
上記のいくつかの実施形態によれば、情報の交換は、異なる目的に関する通信に関して2つの異なるチャネルを使用することができる。下記の実施形態のいくつかの態様は、上で説明した実施形態による、異なるチャネルを介して生じ得る異なるタイプの通信に関する。下記の実施形態は、図1〜図3の電気車両ワイヤレス充電システム114およびベースワイヤレス充電システム102aに関して説明される場合があるが、これらの実施形態は、たとえば、BCU804とVCU810との間の通信の説明に関して、図8Aおよび図8Bを特に参照して、本明細書で説明する通信コントローラの構成のうちのいずれにも適用可能である。たとえば、下で説明する通信コントローラは、いくつかの態様では、図8Aに従って構成され得る。
電気車両インフラストラクチャ通信インターフェースは、充電プロセスを効果的に管理するように構成された、2つの異なるチャネル(たとえば、第1の通信リンクおよび第2の通信リンク)を含み得る。いくつかの実施形態では、電気車両808に充電するように構成された充電スタンド801を含むワイヤレス電気車両充電システム800と通信するための方法が提供される。本方法は、電気車両808と充電システム800の通信コントローラ(たとえば、BCC815)との間で第1の通信リンクを確立するステップを含む。本方法は、第1の通信リンクを介して、1つまたは複数のサービスメッセージを充電システム800の通信コントローラ(たとえば、BCC815)と交換するステップを含み、サービスメッセージは、電気車両808または充電システム800の1つもしくは複数の機能、充電スタンドから電力をワイヤレスで受信するための許可または認証のうちの少なくとも1つを示す。本方法は、1つまたは複数のサービスメッセージを交換することに応答して、第1の通信リンクを介して、電気車両808を充電スタンド801に案内するための要求を示す案内要求メッセージを送るステップをさらに含む。本方法は、案内動作または充電スタンド801との位置合わせ動作のうちの少なくとも1つを実行するために、充電スタンド801から1つまたは複数の案内ビーコンを受信するステップをさらに含み、案内ビーコンは第2の通信チャネルを少なくとも部分的に形成する。本方法は、案内ビーコンから充電スタンド801の識別子を抽出するステップをさらに含む。本方法は、電気車両808と充電スタンド801との間の位置合わせを示すメッセージを通信コントローラに送るステップをさらに含み、このメッセージは、充電スタンド801の識別子と電気車両808の識別子とをさらに含む。本方法は、第1の通信チャネルを介して、位置合わせを示すメッセージを送ることに応答して、充電要求メッセージを通信コントローラに送るステップをさらに含む。本明細書で説明する、いくつかの実施形態に適合する案内ビーコンの例は、磁気案内ビーコンと電磁案内ビーコンとを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、本方法は、充電スタンド801と第2の通信リンクを確立するステップをさらに含み、第2の通信リンクは、電気車両808に電力を伝達するために使用されるワイヤレス電場の変調によりデータを通信するように構成される。第2の通信リンクは、電気車両808に電力を伝達するために使用されるワイヤレス電場の負荷変調または角度変調のうちの1つによりデータを通信するように構成され得る。いくつかの実施形態では、第2の通信リンクは、電気車両808と充電システム800との間の電力制御、安全シグナリング、充電スタンドの識別子、案内情報、もしくは位置合わせ情報のうちの少なくとも1つに関するデータを、負荷変調または角度変調のうちの1つにより通信するように構成される。第2の通信リンクは、ワイヤレス電場の周波数において、または実質的にその周波数において、変調により通信するように構成され得る。第2の通信リンクは、電力を伝達するために使用されるワイヤレス電場の変調により、充電スタンドのデバイス識別子(ID)をブロードキャストするように構成され得る。
いくつかの実施形態では、充電スタンド801からの電力を電気車両808においてワイヤレスで受信するための装置が提供される。本装置は、電気車両のバッテリーを充電するために十分なレベルで、充電スタンド801から電力をワイヤレスで受信するように構成された電力伝達構成要素を含むワイヤレス電力受信回路を含む。本装置は、ワイヤレス電力受信回路に動作可能に接続された通信コントローラ(たとえば、VCU810)をさらに含む。通信コントローラは、充電スタンド801を制御するように構成された充電システムのベース通信コントローラ815と第1の通信リンクを確立するように構成される。本通信コントローラは、第1の通信リンクを介して、1つまたは複数のサービスメッセージを充電システムのベース通信コントローラ815と交換するようにさらに構成され、サービスメッセージは、電気車両808または充電システム800の1つもしくは複数の機能、充電スタンド801から電力をワイヤレスで受信するための許可または認証のうちの少なくとも1つを示す。本通信コントローラは、第1の通信リンクを介して、1つまたは複数のサービスメッセージを交換することに応答して、電気車両808を充電スタンド801に案内するための要求を示す案内要求メッセージを送るようにさらに構成される。本ワイヤレス電力受信回路は、案内動作または充電スタンド801との位置合わせ動作のうちの少なくとも1つを実行するために、充電スタンド801から1つもしくは複数の案内ビーコンを受信するように構成され、案内ビーコンは第2の通信チャネルを少なくとも部分的に形成する。本ワイヤレス電力受信回路は、案内ビーコンから充電スタンド801の識別子をさらに抽出するように構成される。本通信コントローラは、電気車両808と充電スタンド801との間の位置合わせを示すメッセージをベース通信コントローラ815に送るようにさらに構成され、このメッセージは、充電スタンド801の識別子と電気車両808の識別子とをさらに含む。本通信コントローラは、第1の通信チャネルを介して、位置合わせを示すメッセージを送ることに応答して、充電要求メッセージをベース通信コントローラ815に送るようにさらに構成される。本明細書で説明する、いくつかの実施形態に適合する案内ビーコンの例は、磁気案内ビーコンと電磁案内ビーコンとを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、電気車両808に充電するように構成された充電スタンド801を含むワイヤレス電気車両充電システム800と通信するための装置が提供される。本装置は、電気車両808と充電システム800の通信コントローラとの間で第1の通信リンクを確立するための手段を含む。本装置は、第1の通信リンクを介して、1つまたは複数のサービスメッセージを充電システム800の通信コントローラと交換するための手段をさらに含み、サービスメッセージは、電気車両808または充電システム800の1つもしくは複数の機能、充電スタンド801から電力をワイヤレスで受信するための許可または認証を示す。本装置は、第1の通信リンクを介して、1つまたは複数のサービスメッセージを交換することに応答して、電気車両808を充電スタンド801に案内するための要求を示す案内要求メッセージを送るための手段をさらに含む。本装置は、案内動作または充電スタンド801との位置合わせ動作のうちの少なくとも1つを実行するために、充電スタンド801から1つまたは複数の案内ビーコンを受信するための手段をさらに含み、案内ビーコンは第2の通信チャネルを少なくとも部分的に形成する。本装置は、案内ビーコンから充電スタンド801の識別子を抽出するための手段をさらに含む。本装置は、電気車両808と充電スタンド801との間の位置合わせを示すメッセージを通信コントローラに送るための手段をさらに含み、このメッセージは、充電スタンド801の識別子と電気車両808の識別子とをさらに含む。本装置は、第1の通信チャネルを介して、位置合わせを示すメッセージを送ることに応答して、充電要求メッセージを通信コントローラに送るための手段をさらに含む。本明細書で説明する、いくつかの実施形態に適合する案内ビーコンの例は、磁気案内ビーコンと電磁案内ビーコンとを含むが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、電気車両808に充電するように構成された充電スタンド801を含むワイヤレス電気車両充電システムと通信するための方法が提供される。本方法は、電気車両808と充電システム800の通信コントローラとの間で第1の通信リンクを確立するステップを含む。本方法は、第1の通信リンクを介して、1つまたは複数のサービスメッセージを電気車両808の通信コントローラと交換するステップを含み、サービスメッセージは、電気車両808または充電システム800の1つもしくは複数の機能、充電スタンド801から電力をワイヤレスで受信するための認証または資格のうちの少なくとも1つを示す。本方法は、1つまたは複数のサービスメッセージを交換することに応答して、第1の通信リンクを介して、電気車両808を充電スタンド801に案内するための要求を示す案内要求メッセージを受信するステップをさらに含む。本方法は、案内動作または電気車両808との位置合わせ動作のうちの少なくとも1つを実行するために、充電スタンド801から1つもしくは複数の案内ビーコンを送信するためのメッセージを充電スタンドに送信するステップをさらに含む。本方法は、電気車両808と充電スタンド801との間の位置合わせを示すメッセージを電気車両808の通信コントローラ(たとえば、VCU810)から受信するステップをさらに含み、このメッセージは、充電スタンド801の識別子と電気車両808の識別子とをさらに含む。本方法は、第1の通信チャネルを介して、位置合わせを示すメッセージを受信することに応答して、充電要求メッセージを電気車両808の通信コントローラから受信するステップをさらに含む。本方法は、電力伝達を開始するためのメッセージを充電スタンド801に送るステップをさらに含む。いくつかの実施形態では、本方法は、電気車両と第2の通信リンクを確立するステップをさらに含み、第2の通信リンクは、電気車両に電力を伝達するために使用されるワイヤレス電場の変調によりデータを通信するように構成される。本明細書で説明する、いくつかの実施形態に適合する案内ビーコンの例は、磁気案内ビーコンと電磁案内ビーコンとを含むが、これらに限定されない。
第1の通信リンクは、たとえば、IEEE802.11などに基づく「帯域外」チャネルであり得る。第2の通信リンクは、磁気帯域内通信(たとえば、電気車両充電のための帯域内コマンドおよび制御通信)を使用するチャネルであり得る。帯域内チャネルは、たとえば、ベースワイヤレス充電システム102a(たとえば、一次)から電力キャリアフィールドを変調することによって、ならびに電気車両ワイヤレス充電システム114(たとえば、二次)における負荷を変調することによって、既存の充電特徴および構成要素を再使用することができる。ベースワイヤレス充電システム102aにおいて電力キャリアを変調すること(たとえば、電力伝達のためにワイヤレスフィールドを変調すること)は、たとえば、振幅変調および角度変調など、様々なタイプの変調技法を含み得る。角度変調は、任意のタイプの位相変調、周波数変調などを含み得る。さらに、変調は、通信を達成するための、ベースワイヤレス充電システム102aにおける磁気ベクトル角度の変調を含み得る。いくつかの態様では、ベースワイヤレス充電システムの既存の構成要素は帯域内シグナリングを達成するために使用されるため、そのような変調は何の余分なハードウェアコストも追加しない可能性がある。
磁気帯域内通信を使用する第2のチャネルは、在局化された安全および電力制御シグナリングのために使用され得る。第2の帯域内チャネルの使用は、信号干渉、妨害に対する保護を提供するか、またはハッキングの削減された機会を提供することができる。第1の帯域外チャネルを介して他の通信が起こり得る。
ベースワイヤレス充電システム102aと電気車両ワイヤレス充電システム114は両方とも、通信のためのワイヤレスチャネルを実装することができる。容易なシステムは対応する通信コントローラを有し得る。
一実施形態では、第2の帯域内チャネルは、電気車両ワイヤレス充電システム114が位置合わせ状態に留まり、(専用の安全/電力制御チャネルにより)安全が損なわれないことを確実にするために使用され得る。加えて、キャリア周波数または電力の伝達において、またはその近くで変調された第2の帯域内チャネルは、ベースワイヤレス充電システム102aのデバイス識別子(ID)をブロードキャストすることができる。IDのそのようなブロードキャストは、上で説明したのと同様に、電気車両が、ワイヤレス充電システム114と通信して、位置合わせすると同時に、ベースワイヤレス充電システム102aのIDを決定するのを可能にする。位置合わせの終了時に、電気車両ワイヤレス充電システム114は、第1の帯域外チャネルを介して、「位置合わせ完了」メッセージをベースワイヤレス充電システム通信コントローラに送ることができ、メッセージは車両のIDとベースワイヤレス充電システム102aのIDとを含む。たとえば、通信コントローラは、図8Aを参照して上で説明した、いくつかのベース充電スタンドに関する通信を調整し、したがって、車両のIDと、車両がワイヤレス電力伝達のために配置される関連するベースワイヤレス充電システム102a(たとえば、車両がその上に配置される、関連するベースワイヤレス充電システム102a)のIDとを受信することができる。車両が駐車場内への案内に続いて、ベースワイヤレス充電システムとの位置合わせを得る磁気ベクトル化を使用することもできる。
いくつかの実施形態では、第2の帯域内チャネルは、たとえば、負荷を変調することによって、電気車両ワイヤレス充電システム114から電力レベル要求を通信することもできる。電力レベルを変更することによって、かつ帯域内通信を介して、ベースワイヤレス充電システム102aからの応答を帯域内で通信し戻すことができる。
一実施形態では、たとえば、第2の帯域内通信チャネルを介して、所定の期間にわたって電気車両ワイヤレス充電システム114とベースワイヤレス充電システムとの間でコマンドが送られていないとき、電気車両ワイヤレス充電システム114は「ハートビート」メッセージをベースワイヤレス充電システム102aに送る。何の応答も返されない場合、電気車両ワイヤレス充電システム114は、緊急シャットダウンプロシージャを開始する。所定の期間内に電気車両ワイヤレス充電システム114から何のメッセージも受信されない場合、ベースワイヤレス充電システム102aは緊急シャットダウンプロシージャを開始する。
一実施形態では、電気車両ワイヤレス充電システム114によってライブオブジェクト(live object)が検出された場合、電力休止コマンドが送られる。
一実施形態では、ハイレベルコマンドなど、他の特徴に関して、(たとえば、IEEE802.11などを介して)第1の帯域外通信チャネルを使用することができる。そのような特徴は、たとえば、オプションの付加価値サービス、充電、および測定を含み得る。案内情報、ペアリング、電力伝達開始、および電力伝達再開のために第1の帯域外チャネルを使用することも可能である。一般に第2の帯域内チャネルを介して送られる様々な電力制御メッセージを第1の帯域外通信チャネルを介して送ることも可能である。
さらに、所定の時間量にわたって電気車両ワイヤレス充電システム114の通信コントローラとベースワイヤレス充電システム102aとの間でコマンドが送られていないとき、ベースワイヤレス充電システムは電力伝達を終了することができる。電力伝達を終了するためのコマンドは、第2の帯域内チャネルを介して送られることが可能であるが、第1の帯域外チャネルを介して送られることも可能である。課金パラメータおよび要件が充電の一部である場合、第1の帯域外通信チャネルを介して適切なコマンドを送ることができる。
ペアリングおよび電力伝達が起こるのに先立って、第1の帯域外チャネルを介して、電気車両ワイヤレス充電システム通信コントローラとベースワイヤレス充電システム通信コントローラとの間に通信を確立することができる。一実施形態では、位置合わせおよびペアリングが完了して、電力伝達が開始されると、次いで、第2の帯域内チャネルを介して、安全および電力制御メッセージが交換される。
上で説明したように、一態様では、第2の帯域内チャネルを介した、電気車両ワイヤレス充電システムからベースワイヤレス充電システムへの通信は、電気車両ワイヤレス充電システム114の負荷を変化させることなど、フィールドの変調によって達成され得る。
上でさらに説明したように、第2の帯域内チャネルを介した、ベースワイヤレス充電システム102aから電気車両ワイヤレス充電システム114への通信は、車両に供給される電力のキャリアの変調(たとえば、車両に供給される電力のキャリアの角度変調)によって達成され得る。
一実施形態では、第2の磁気帯域内通信チャネルが形成/使用されるように、第1の帯域外チャネルを介して初期通信が起こる。一実施形態によれば、以下の例示的な情報交換のシーケンスを使用することができるが、下で説明する交換の任意の組合せまたは順序は本明細書で説明する原理によることが企図される。第1に、第1の帯域外チャネルを介した、ベースワイヤレス充電システムに関連付けられた通信コントローラと電気車両ワイヤレス充電システムとの間の関連付けが存在し得る。サービス発見およびサービス詳細のさらなる交換が第1のチャネルを介して起こり得る。サービス発見は、第1のチャネルを介したハードウェア機能の交換を含み得る。加えて、随意に、第1のチャネルを介して、サービスおよび支払選択、支払詳細、ならびに契約認証に関する他の交換が起こり得る。
ハードウェアまたは課金方法が適合しない場合、シーケンスは終了することができる。ベースワイヤレス充電システム102aはハードウェア適合性を決定することができ、電気車両ワイヤレス充電システムは課金適合性を決定することができる。
初期関連付けおよび他のシーケンスの後で、電気車両ワイヤレス充電システム用の通信コントローラは、第1のチャネルを介して、ベースワイヤレス充電システム用の通信コントローラに案内要求を送ることができる。ベースワイヤレス充電システムは、次いで、充電システムの案内ビーコンを活性化することができる。電気車両112は、次いで、案内および位置合わせが起こり得る駐車場に移動することができる。
案内および位置合わせの間、電気車両ワイヤレス充電システム114は、案内ビーコンを検出することができ、案内ビーコン内で送信されたベースワイヤレス充電システム102aに関するIDを読み取ることができ、(随意に)案内を運転手に提供することができる。いくつかの態様では、案内ビーコンを介したIDは、第2の帯域内チャネルを介すると見なされ得る。
電気車両が駐車場内に移動すると、電気車両ワイヤレス充電システム114は案内から位置合わせに切り替えることができる。電気車両ワイヤレス充電システム114は、磁気ビーコンを検出し続けることができ、位置合わせ情報を運転手に提供することができる。電気車両ワイヤレス充電システムは、案内ビーコンから、ベースワイヤレス充電システム102aのIDを再度読み取ることができる。
電気車両112がストップ状態に達すると、電気車両ワイヤレス充電システム114およびベースワイヤレス充電システムは、磁気ビーコンを介して、位置合わせを確認することができる。
一実施形態では、電気車両ワイヤレス充電システム114用の通信コントローラは、位置合わせが第1の帯域外チャネルを介して完了していることを示す、電気車両ワイヤレス充電システム114のIDとベースワイヤレス充電システムのIDとを含み得るメッセージを送る。図8A〜図8Bを参照して上で説明したように、ベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラが接続されて、いくつかのベースワイヤレス充電システム102a、102bに関する通信を管理し、ベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラが、ワイヤレス電力伝達を開始するために、どの特定のベースワイヤレス充電システム102aに電気車両112が配置されているか(たとえば、どの特定のベースワイヤレス充電システム102a上に電気車両112が駐車しているか)を知る必要があり得るとき、そのような通信を使用することができる。同様に、通信コントローラが単一のベースワイヤレス充電システム102aをサポートするように構成されている場合、ベースワイヤレス充電システムは、特定のベースワイヤレス充電システム102aとのワイヤレス電力伝達のために電気車両が実際に配置されている(たとえば、その上に駐車している)という確認を利用することができる。
ペアリングプロセスの間、電気車両ワイヤレス充電システム114は、たとえば、磁気ビーコン内で符号化された、ベースワイヤレス充電システム102aのIDを取り出すことができ、次いで、位置合わせが完了したことを示すメッセージをベースワイヤレス充電システムの通信コントローラに送ることができる。説明したように、メッセージは、ベースワイヤレス充電システム102aのIDと電気車両ワイヤレス充電システム114のIDとを含み得る。ベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラがそのIDを有するベースワイヤレス充電システムを有さない場合、ベースワイヤレス充電システムの通信コントローラは、位置合わせが完了したというメッセージを拒否して、電気車両充電システムがベースワイヤレス充電システム用の誤った通信コントローラと通信していることを暗示することができる。
ベースワイヤレス充電システム用の通信コントローラは、位置合わせが完了したことを示すメッセージを受け取ることができ、次いで、電力伝達を開始することができる。
第1の帯域外通信チャネルを確立した後で(たとえば、位置合わせが完了したことを示すメッセージを通信した後で)、随意の課金特徴が実装された場合、電気車両ワイヤレス充電システム114用およびベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラは、第1の帯域外通信チャネルを介して、課金/測定のためにメッセージを交換することができる。
一実施形態では、電力伝達を開始するために、電気車両ワイヤレス充電システム114は、第1の帯域外チャネルを介して、充電開始メッセージをベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラに送る。ベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラは、その機器が適切に機能している場合、確認を送り、さもなければ、ベースワイヤレス充電システム102a用の通信コントローラは電気車両ワイヤレス充電システム114用の通信コントローラに拒否を送り、電力伝達を終了する。電力が伝達され始めると、さらなる電力制御、メッセージなどを交換するために第2の帯域内チャネルが活性化される。
上で説明した通信交換によれば、図12は、例示的な実施形態による、充電システムと電気車両との間で通信を交換するための例示的な方法の流れ図である。
一実施形態では、第1の帯域外チャネルを介して電気車両ワイヤレス充電システム114によってベースワイヤレス充電システム102aに送られる要求の例は、以下を含むが、これらに限定されない:
電力レベルを指定された電力レベルに設定する(たとえば、X kWに設定する、この場合、Xは指定されたキロワット数である)。
電流を指定された電流レベルに設定する(たとえば、Yアンペアに設定する、この場合、Yは指定されたアンペア数である)。
電圧を指定された電圧レベルに設定する(たとえば、Zボルトに設定する、この場合、Zは指定されたボルト数である)。
(第1のチャネルを介して再開されるべき)電力伝達を休止する。
電力伝達をストップする(車両によってそれ以上の電力が要望されない)。
一実施形態では、第2の帯域外チャネルを介して電気車両ワイヤレス充電システム114によってベースワイヤレス充電システム102aに送られる要求の例は、以下を含むが、これらに限定されない:
電力設定を変更する。
充電を高速ストップする。
ベースワイヤレス充電システムは、第2の帯域内チャネルを介して、肯定応答メッセージを送り返すことができるか、または肯定応答メッセージを送らなくてよい。一実装形態では、すべての他のコマンドおよび応答は第1の帯域外チャネルを介して送られる。
一実施形態では、電気車両ワイヤレス充電システム114は、第1の帯域外チャネルまたは第2の帯域内チャネルのいずれかを介して、電力伝達を終了することができる。
いくつかの実施形態では、第2の磁気帯域内通信のボーレートは(たとえば、第1のチャネルと比較して)より低い可能性があるため、小さなバイナリコマンドおよび応答が使用され得る。
いくつかの実施形態では、第1の帯域外チャネルはまた、第2の帯域内通信に対するバックアップとして、第2の帯域内チャネルの代わりに使用され得る。
一態様では、メッセージの潜在的な順序は、サービス発見、サービス詳細、サービスおよび支払選択、支払詳細、契約認証、充電パラメータ発見、電力供給、測定ステータス、測定受領書、および充電終了を実質的に含み得る。これは1つの可能な順序であり、本明細書で説明する実施形態によれば、上記の任意の他の順序またはいくつかのメッセージの排除が企図されることを諒解されたい。
図13は、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、電気車両808を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システム800と通信する例示的な方法900の流れ図を示す。図14は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、電気車両808と通信する例示的な方法1000の流れ図を示す。方法900および方法1000は、図8Aおよび図8Bに関して上で論じた電気車両808と複数車両および多重駐車場ならびに充電システム800とを参照して本明細書で説明されるが、方法900および方法1000は他の適切なデバイスならびにシステムによって実装され得ることを当業者は諒解されよう。たとえば、方法900は、たとえば、VCU810(図8A)など、プロセッサまたはコントローラによって実行され得る。別の例では、方法1000は、たとえば、BCC815(図8A)など、プロセッサまたはコントローラによって実行され得る。方法900および方法1000について、特定の順序を参照して本明細書で説明するが、様々な実施形態では、本明細書のブロックが異なる順序で実行されるか、または省略される場合があり、さらなるブロックが追加される場合がある。
本方法900の動作ブロック910で、(たとえば、電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に)第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システム800に送信する。少なくとも1つの第1の信号は電気車両808の車両識別子を示す。本方法900の動作ブロック920で、(たとえば、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから、第1の距離未満である第2の距離にある間に)第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信する。少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。
本方法1000の動作ブロック1010で、(たとえば、電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に)第1の通信リンクを介して、電気車両808から少なくとも1つの第1の信号を受信する。少なくとも1つの第1の信号は電気車両808の車両識別子を示す。本方法1000の動作ブロック1020で、(たとえば、電気車両が少なくとも1つの充電スタンドから、第1の距離未満である第2の距離にある間に)第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を電気車両に送信する。少なくとも1つの第2の信号は、充電スタンド800のうちの少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す。
図15は、本明細書で説明する、いくつかの実施形態による、電気車両を充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信するための装置1100の機能ブロック図である。図16は、本明細書で説明される、いくつかの実施形態による、電気車両と通信するための装置1200の機能ブロック図である。装置1100および装置1200は、図15および図16に示す簡略ブロック図よりも多くの構成要素を有してもよいことが当業者には諒解されよう。図15および図16は、特許請求の範囲内の実装形態のいくつかの顕著な特徴を説明するのに有用なコンポーネントのみを含む。
装置1100は、(電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に)第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を充電システムに送信するための手段1110を備え、少なくとも1つの第1の信号は、電気車両の車両識別子を示す。いくつかの実施形態では、送信するための手段1110は、送信機819(図8A)によって実装され得る。装置1100は、(たとえば、電気車両が、少なくとも1つの充電スタンドから、第1の距離未満である第2の距離にある間に)第2の通信リンクを介して、複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信するための手段1120をさらに備え、少なくとも1つの第2の信号は、少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す。いくつかの実施形態では、受信するための手段1120は、受信機812(図8A)を備える。
装置1200は、(電気車両が複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に)第1の通信リンクを介して、電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信するための手段1210を備え、少なくとも1つの第1の信号は、電気車両の車両識別子を示す。いくつかの実施形態では、受信するための手段1210は、受信機817(図8A)によって実装され得る。装置1200は、(たとえば、電気車両が、少なくとも1つの充電スタンドから、第1の距離未満である第2の距離にある間に)第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を送信するための手段1220をさらに備え、少なくとも1つの第2の信号は、充電システムの少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す。いくつかの実施形態では、送信するための手段1220は、送信機803a〜cを備える。
上記の方法の様々な動作は、様々なハードウェアおよび/もしくはソフトウェアの構成要素、回路、ならびに/またはモジュールなどの、動作を実行することが可能な任意の適切な手段によって実行され得る。一般に、図に示す任意の動作は、それらの動作を実行することが可能な対応する機能手段によって実行され得る。
様々な異なる技術および技法のうちのいずれかを使用して、情報および信号が表され得る。たとえば、上記の説明全体にわたって言及され得るデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光学場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表され得る。
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、またはその両方の組合せとして実装され得る。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップについて、上記では概してそれらの機能性に関して説明した。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例および全体的なシステムに課される設計の制約に依存する。説明した機能は特定の適用例ごとに様々な方法で実装され得るが、そのような実装の決定は、本発明の実施形態の範囲からの逸脱を生じるものと解釈されるべきではない。
本明細書で開示する実施形態に関して説明する様々な例示的なブロック、モジュール、および回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別ハードウェア構成要素、または、本明細書で説明した機能を実行するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装あるいは実行され得る。汎用プロセッサはマイクロプロセッサとすることができるが、代替形態では、プロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、または状態機械とすることができる。プロセッサは、また、たとえば、DSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサの組合せ、1つもしくは複数のマイクロプロセッサのDSPコアと一緒の組合せ、またはそのような任意の他の構成など、コンピューティングデバイスの組合せとして実装されてもよい。
本明細書で開示する実施形態に関して説明した方法またはアルゴリズムおよび機能のステップは、直接ハードウェアで具現化されても、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで具現化されても、またはその2つの組合せで具現化されてもよい。ソフトウェアで実装される場合、それらの機能は、1つもしくは複数の命令またはコードとして有形の非一時的コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または有形の非一時的コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。ソフトウェアモジュールは、ランダムアクセスメモリ(RAM)、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ(ROM)、電気的プログラマブルROM(EPROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD ROM、または、当技術分野で既知である任意の、他の形態の記憶媒体中に存在し得る。記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、かつ記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替形態では、記憶媒体はプロセッサと一体にすることができる。本明細書で使用するディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピー（登録商標）ディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上述したものの組合せも、コンピュータ可読媒体の範囲の中に含められるべきである。プロセッサおよび記憶媒体はASIC内に存在し得る。そのASICはユーザ端末内に存在することができる。代替として、プロセッサおよび記憶媒体は、ユーザ端末内に個別構成要素として存在し得る。
本開示の概要を示すために、本発明のいくつかの態様、利点、および新規の特徴が本明細書に記載されている。本発明の任意の特定の実施形態に従って、そのような利点の必ずしもすべてが実現されない場合があることを理解されたい。したがって、本発明は、本明細書に教示された1つの利点または利点のグループを、本明細書に教示または示唆され得る他の利点を必ずしも実現することなく、実現または最適化するように具現化または実行することができる。
上述された実施形態の様々な修正が容易に明らかになり、本明細書に定義された一般原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の実施形態に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書に示された実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理および新規の特徴に一致する最大の範囲を与えられるものである。
100 ワイヤレス電力伝達システム
102a、102b ベースワイヤレス充電システム
104a ベースシステム誘導コイル
110 電力リンク
112 電気車両
114 電気車両ワイヤレス充電システム
116 電気車両誘導コイル
118 バッテリーユニット
130 ローカル配電センター
132 電力バックボーン
138 アンテナ
140 アンテナ
200 ワイヤレス電力伝達システム
202 ベースワイヤレス電力充電システム
204 ベースシステム誘導コイル
206 ベースシステム送信回路
208 電源
214 電気車両充電システム
216 電気車両誘導コイル
218 電気車両バッテリーユニット、バッテリーユニット
222 電気車両受信回路
236 ベース充電システム電力変換器、電力変換器
238 電気車両電力変換器
300 ワイヤレス電力伝達システム
302 ベースワイヤレス充電システム
304 ベースシステム誘導コイル、ベース誘導コイル
314 電気車両充電システム
316 電気車両誘導コイル
336 充電システム電力変換器、ベース充電システム電力変換器
338 電気車両電力変換器
342 ベース充電システムコントローラ
344 電気車両コントローラ
352 位置合わせシステム、ベース充電位置合わせシステム
354 位置合わせシステム、電気車両位置合わせシステム
356 通信リンク
360 ベース充電システム電力インターフェース
362 ベース充電案内システム
364 電気車両案内システム
366 案内リンク
372 ベース充電通信システム
374 電気車両通信システム
376 通信リンク
412 電気車両
422 電気車両バッテリーユニット
424 バッテリーコンパートメント
426 充電器/バッテリーコードレスインターフェース、ワイヤレス電力インターフェース
428 バッテリー/EVコードレスインターフェース
530d バッテリー空間
532a 導電シールド層
532b 導電シールド
532d 導電層シールド
534b 保護筐体
534d 非導電(たとえば、プラスチック)保護層
536a フェライト埋込み型誘導コイル、コイル
536b コイル
536c コイル
536d コイル
538a フェライト材料
538b フェライト材料
538d フェライト材料
542d 電気車両誘導コイルモジュール
800 複数車両および多重駐車場ならびに充電システム、駐車および充電システム、システム、充電システム、ワイヤレス電気車両充電システム
801 充電スタンド
801a〜c 充電スタンド、ベース充電スタンド
802 ベースパッド、充電パッド
802a〜c ベースパッド
803 送信機
803a 送信機、第1の送信機
803b〜c 送信機
804 BCU
804a〜c ベースコントローラユニット(BCU)
806 駐車スペース
806a〜c 駐車スペース
808 電気車両、車両
808a 電気車両、車両
808b 車両
810 車両コントローラユニット(VCU)
812 受信機
814 駐車および充電バックエンドサーバ
815 ベース共通通信(BCC)システム、BCCシステム、BCC、ベース通信コントローラ
816 ネットワーク
817 受信機
819 送信機

Claims (44)

  1. 電気車両の通信システムであって、
    前記電気車両が充電システムの複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を前記充電システムに送信するように構成された送信機であって、前記少なくとも1つの第1の信号が前記電気車両の車両識別子を示す、送信機と、
    前記電気車両が、前記少なくとも1つの充電スタンドから、前記第1の距離未満である第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、前記複数の充電スタンドのうちの前記少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信するように構成された第1の受信機であって、前記少なくとも1つの第2の信号が、前記少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す、第1の受信機と
    を備える、通信システム。
  2. 前記充電システムが、前記複数の充電スタンドの各充電スタンドと通信している通信ハブをさらに備え、前記送信機が、前記少なくとも1つの第1の信号を前記通信ハブに送信するように構成される、請求項1に記載の通信システム。
  3. 前記通信システムが、前記第1の通信リンクを介して、前記通信ハブから少なくとも1つの第3の信号を受信するように構成された第2の受信機をさらに備える、請求項2に記載の通信システム。
  4. 前記送信機と前記第2の受信機とを備える送受信機をさらに備える、請求項3に記載の通信システム。
  5. 前記少なくとも1つの第3の信号が、前記電気車両に充電する際に使用するための前記複数の充電スタンドのうちの1つまたは複数の充電スタンドの可用性に関する情報を備える、請求項3に記載の通信システム。
  6. 前記少なくとも1つの第3の信号が前記充電スタンド識別子を示す、請求項3に記載の通信システム。
  7. 前記少なくとも1つの第1の信号が、車両特性、前記電気車両の運転手、または使用されることが予想される支払方法のうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項1に記載の通信システム。
  8. 前記少なくとも1つの第2の信号が、利用可能な充電スタンドの数、充電スタンド特性、充電に関するコストのスケジュール、または前記利用可能な充電スタンドを使用して前記電気車両を充電するために利用可能なオプションの充電メニューのうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項1に記載の通信システム。
  9. 前記複数の充電スタンドが、前記電気車両にワイヤレス電力を提供するように構成される、請求項1に記載の通信システム。
  10. 前記少なくとも1つの充電スタンドが、非電気車両が前記少なくとも1つの充電スタンドに駐車しているかどうかを検出するように構成される、請求項1に記載の通信システム。
  11. 前記第2の通信リンクが、電気車両案内、電気車両位置合わせ、充電制御、ステータス通信、許可、識別、または支払管理のうちの1つもしくは複数に関して構成される、請求項1に記載の通信システム。
  12. 電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、前記電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信するように構成された受信機であって、前記少なくとも1つの第1の信号が前記電気車両の車両識別子を示す、受信機と、
    前記電気車両を充電するように構成された、前記少なくとも1つの充電スタンドを備える複数の充電スタンドであって、前記複数の充電スタンドの各充電スタンドが、前記電気車両が、前記少なくとも1つの充電スタンドから、前記第1の距離未満である第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を送信するように構成された第1の送信機を備え、前記少なくとも1つの第2の信号が、前記複数の充電スタンドの前記少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す、複数の充電スタンドと
    を備える、充電システム。
  13. 前記少なくとも1つの充電スタンドが、非電気車両が前記少なくとも1つの充電スタンドに駐車しているかどうかを検出するように構成される、請求項12に記載の充電システム。
  14. 前記充電システムが、前記複数の充電スタンドの各充電スタンドと通信している通信ハブをさらに備え、前記通信ハブが前記受信機を備える、請求項12に記載の充電システム。
  15. 前記通信ハブが、前記第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第3の信号を前記電気車両に送信するように構成される、請求項14に記載の充電システム。
  16. 前記少なくとも1つの第3の信号が、前記電気車両に充電する際に使用するための前記少なくとも1つの充電スタンドのうちの1つまたは複数の充電スタンドの可用性に関する情報を備える、請求項15に記載の充電システム。
  17. 前記少なくとも1つの第3の信号が前記充電スタンド識別子を示す、請求項15に記載の充電システム。
  18. 前記少なくとも1つの第1の信号が、車両特性、前記電気車両の運転手、または使用されることが予想される支払方法のうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項12に記載の充電システム。
  19. 前記少なくとも1つの第2の信号が、利用可能な充電スタンドの数、充電スタンド特性、充電に関するコストのスケジュール、または前記利用可能な充電スタンドを使用して前記電気車両を充電するために利用可能なオプションの充電メニューのうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項12に記載の充電システム。
  20. 前記少なくとも1つの充電スタンドが、前記電気車両にワイヤレス電力を提供するように構成される、請求項12に記載の充電システム。
  21. 電気車両に充電するように構成された複数の充電スタンドを備えた充電システムと通信する方法であって、
    前記電気車両が前記複数の充電スタンドのうちの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第1の信号を前記充電システムに送信するステップであって、前記少なくとも1つの第1の信号が前記電気車両の車両識別子を示す、送信するステップと、
    前記電気車両が、前記複数の充電スタンドの前記少なくとも1つの充電スタンドから、前記第1の距離未満である第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、前記複数の充電スタンドのうちの前記少なくとも1つの充電スタンドから少なくとも1つの第2の信号を受信するステップであって、前記少なくとも1つの第2の信号が、前記少なくとも1つの充電スタンドの充電スタンド識別子を示す、受信するステップと
    を含む、方法。
  22. 前記充電システムが、前記複数の充電スタンドの各充電スタンドと通信している通信ハブをさらに備え、前記少なくとも1つの信号を送信するステップが、前記少なくとも1つの第1の信号を前記通信ハブに送信するステップを含む、請求項21に記載の方法。
  23. 前記第1の通信リンクを介して、前記通信ハブから少なくとも1つの第3の信号を受信するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
  24. 前記少なくとも1つの第3の信号が、前記電気車両に充電する際に使用するための前記複数の充電スタンドのうちの1つまたは複数の充電スタンドの可用性に関する情報を備える、請求項23に記載の方法。
  25. 前記少なくとも1つの第1の信号が、車両特性、前記電気車両の運転手、および使用されることが予想される支払方法のうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項21に記載の方法。
  26. 前記少なくとも1つの第2の信号が、利用可能な充電スタンドの数、充電スタンド特性、充電に関するコストのスケジュール、および前記利用可能な充電スタンドを使用して前記電気車両を充電するために利用可能なオプションの充電メニューのうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項21に記載の方法。
  27. 前記複数の充電スタンドが、前記電気車両にワイヤレス電力を提供するように構成される、請求項21に記載の方法。
  28. 前記第1の通信リンクを介して、少なくとも1つの第3の信号を前記充電システムに送信するステップをさらに含み、前記少なくとも1つの第3の信号が前記充電スタンド識別子を示す、請求項21に記載の方法。
  29. 前記少なくとも1つの充電スタンドが、非電気車両が前記少なくとも1つの充電スタンドに駐車しているかどうかを検出するように構成される、請求項21に記載の方法。
  30. 前記少なくとも1つの充電スタンドを前記電気車両の充電に割り振るステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
  31. 前記電気車両の充電に割り振るために、前記少なくとも1つの充電スタンドのうち最適な充電スタンドを決定するステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
  32. 前記少なくとも1つの第1の信号を送信することが要望されない時間の間に、そのような送信を回避するために、前記電気車両の送信機をオンおよびオフにするステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
  33. 前記少なくとも1つの充電スタンドから前記少なくとも1つの第2の信号を受信するステップが、前記電気車両が前記少なくとも1つの充電スタンドが配置されている駐車スペース内にある間、および前記電気車両が前記複数の充電スタンドの他の充電スタンドから信号を受信することができない間に生じる、請求項21に記載の方法。
  34. 電気車両案内、電気車両位置合わせ、充電制御、ステータス通信、許可、識別、および支払管理のうちの1つまたは複数に関して、前記第2の通信リンクを使用するステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。
  35. 電気車両と通信する方法であって、
    前記電気車両が充電システムの少なくとも1つの充電スタンドから第1の距離にある間に、第1の通信リンクを介して、前記電気車両から少なくとも1つの第1の信号を受信するステップであって、前記少なくとも1つの第1の信号が前記電気車両の車両識別子を示す、受信するステップと、
    前記電気車両が、前記充電システムの前記少なくとも1つの充電スタンドから、前記第1の距離未満である第2の距離にある間に、第2の通信リンクを介して、少なくとも1つの第2の信号を前記電気車両に送信するステップであって、前記少なくとも1つの第2の信号が、前記充電システムの前記少なくとも1つの充電スタンドの識別子を示す、送信するステップと
    を含む、方法。
  36. 前記充電システムが、前記少なくとも1つの充電スタンドの各充電スタンドと通信している通信ハブを備え、前記少なくとも1つの第1の信号を受信するステップが、前記通信ハブによって前記少なくとも1つの第1の信号を受信するステップを含む、請求項35に記載の方法。
  37. 前記第1の通信リンクを介して、前記通信ハブから少なくとも1つの第3の信号を前記電気車両に送信するステップをさらに含む、請求項36に記載の方法。
  38. 前記少なくとも1つの第3の信号が、前記電気車両に充電する際に使用するための前記複数の充電スタンドのうちの1つまたは複数の充電スタンドの可用性に関する情報を備える、請求項37に記載の方法。
  39. 前記少なくとも1つの第1の信号が、車両特性、前記電気車両の運転手、および使用されることが予想される支払方法のうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項35に記載の方法。
  40. 前記少なくとも1つの第2の信号が、利用可能な充電スタンドの数、充電スタンド特性、充電に関するコストのスケジュール、および前記利用可能な充電スタンドを使用して前記電気車両を充電するために利用可能なオプションの充電メニューのうちの少なくとも1つに関する情報をさらに備える、請求項35に記載の方法。
  41. 前記少なくとも1つの充電スタンドが、前記電気車両にワイヤレス電力を提供するように構成される、請求項35に記載の方法。
  42. 前記第1の通信リンクを介して、前記電気車両から少なくとも1つの第3の信号を受信するステップをさらに含み、前記少なくとも1つの第3の信号が前記充電スタンド識別子を示す、請求項35に記載の方法。
  43. 前記少なくとも1つの充電スタンドが、非電気車両が前記少なくとも1つの充電スタンドに駐車しているかどうかを検出するように構成される、請求項35に記載の方法。
  44. 前記電気車両の充電に割り振るために、前記少なくとも1つの充電スタンドのうち最適充電スタンドを決定するステップをさらに含む、請求項35に記載の方法。
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