JP5818669B2 - 送受電装置、送受電システム及び送受電方法 - Google Patents

Description

この発明は、送受電装置、送受電システム及び送受電方法に関する。

従来より、移動中の車両に対して非接触で電力の授受を行う送受電システムが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この送受電システムでは、例えば、受電した電力がその車両の駆動系の駆動に必要な電力を上回ると、車両に搭載されたバッテリへの充電が行われる一方、受電した電力が駆動系の駆動に必要な電力を下回ると、駆動系に不足した電力は車両に搭載されたバッテリにより補われる。

特開２００５−１６８０８５号公報

非接触の電力供給による長時間に渡る安定した送電は困難であるため、この送受電システムでは、バッテリの充放電が頻繁に繰り返されることとなる。充放電の繰り返しは、近年、自動車用バッテリとして採用されているバッテリ（例えばニッケル水素電池等）に過負荷を生じさせる。この過負荷により、バッテリの寿命が短くなって、頻繁にバッテリの交換が必要になるおそれがある。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、バッテリの寿命をより長くすることができる送受電装置、送受電システム及び送受電方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、この発明に係る送受電装置は、車両に設けられた送受電装置であって、
前記車両を駆動する駆動系と、
充放電可能な複数のバッテリと、
外部に対して電力を非接触で授受する非接触送受電部と、
前記各バッテリを前記駆動系と接続して放電するか、前記各バッテリを前記非接触送受電部と接続して充電を行うかをバッテリ毎に切替可能なスイッチ機能付きインバータと、
前記各バッテリの残量を検出する検出部と、
前記車両の走行中に、前記検出部で検出された残量が所定の閾値を下回ったバッテリを、前記非接触送受電部と接続して充電を行い、他のバッテリを前記駆動系と接続して放電を行うように、前記スイッチ機能付きインバータを制御する制御部と、
他の車両から電力の供給を要求する要求信号を受信する通信部と、
を備え、
前記制御部は、前記通信部が前記要求信号を受信すると、前記検出部で検出された残量がすべてのバッテリで所定の閾値を上回っている場合に、いずれかのバッテリを前記非接触送受電部と接続して放電を行い、他のバッテリを前記駆動系と接続して放電を行うように、前記スイッチ機能付きインバータを制御する。

この発明によれば、あるバッテリの残量が所定の閾値を下回り充電中である場合には、他のバッテリが放電して駆動系を駆動する。そして、放電中のバッテリの残量が所定の閾値を下回るまで、充電中のバッテリは充電を継続することができる。これにより、非接触の電力供給状態が不安定であっても、そのつど、バッテリが充放電を繰り返す必要がなくなる。この結果、個々のバッテリの充放電の切替周期を延ばすことができるので、バッテリの寿命を延ばすことができる。

この発明の実施の形態１に係る送受電装置の概略的な構成を示すブロック図である。 図１の送受電装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図１の送受電装置を構成する制御部の処理のフローチャート（その１）である。 図１の送受電装置を構成する制御部の処理のフローチャート（その２）である。 図１の送受電装置における走行中のスイッチの状態の一例（その１）を示す図である。 図１の送受電装置における走行中のスイッチの状態の一例（その２）を示す図である。 図１の送受電装置における走行中のスイッチの状態の一例（その３）を示す図である。 図１の送受電装置における走行中のスイッチの状態の一例（その４）を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る送受電装置の概略的な構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る送受電装置の概略的な構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態４に係る送受電装置の概略的な構成を示すブロック図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１について説明する。

図１には、この発明の実施の形態１に係る送受電装置１００の構成が示されている。図１に示すように、送受電装置１００は、車体１内に設けられている。

車体１の内部には、駆動系２と、バッテリ３、４と、非接触送受電部５と、インバータ６と、通信部７と、制御部８と、バッテリセンサ３Ａ、４Ａと、供給線１０と、が設けられている。

駆動系２は、車体１を駆動する。より具体的には、駆動系２は、車体１の駆動輪と、その駆動綸に接続されたモータと、そのドライバとを備える。駆動系２は、電力の供給を受け、運転手の操作入力に従って駆動輪（図１では前輪）を回転させることにより、車体１を駆動する。

バッテリ３、４は、充放電可能なバッテリである。すなわち、この車体１には、２系統のバッテリ３、４が搭載されている。バッテリ３、４には、それぞれの残量を検出するバッテリセンサ３Ａ、４Ａが設けられている。

非接触送受電部５は、例えば、コイル等により、他の車体１に交流電力を非接触で送電したり、受電したりするために設けられている。すなわち、非接触受電部５は、外部に対して電力を非接触で授受する。非接触送受電部５は、例えば車体１の側面に設けられている。この非接触送受電部５と、他の車体１の非接触送受電部５が近接することにより、車体１間で電力が送受電される。この実施の形態１では、送受電装置２は、車体１の前後（例えば、ダンパやドアの内部）にそれぞれ１つずつ設けられており、前後の送受電装置２は、供給線１０で互いに接続されている。

インバータ６は、駆動系２と、バッテリ３、４と、非接触送受電部５と接続されている。インバータ６は、バッテリ３、４の直流電力を、駆動系２で用いられる電力に変換する。また、インバータ６は、非接触送受電部５から供給された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３、４に供給する。さらに、インバータ６は、バッテリ３、４から供給される直流電力を交流電力に変換して非接触送受電部５に供給する。

インバータ６は、スイッチ６Ａ、６Ｂを備えている。これらのスイッチにより、インバータ６は、スイッチ機能付きインバータとなっている。スイッチ６Ａは、バッテリ３を駆動系２と接続して放電するか、バッテリ３を非接触送受電部５と接続して充電又は放電を行うかを切替可能である。また、スイッチ６Ｂは、バッテリ４を駆動系２と接続して放電するか、バッテリ４を非接触送受電部５と接続して充電又は放電を行うかを切替可能である。すなわち、インバータ６は、各バッテリ３、４を駆動系２と接続して放電するか、各バッテリ３、４を非接触送受電部５と接続して充電を行うかをバッテリ毎に切替可能である。

さらに、インバータ６（スイッチ６Ａ、６Ｂ）は、各バッテリ３、４を、駆動系２にも非接触送受電部５にも接続しない状態にさらに切替可能である。

通信部７は、他の車体１に設けられた通信部７と通信を行うために設けられている。通信部７は、制御部８の指示の下、他の車体１に電力の供給を要求する要求信号（送電要求）を送出する。また、通信部７は、他の車体１から電力の供給を要求するために送信される要求信号（送電要求）を受信する。通信部７は、受信した要求信号を制御部８に出力する。

制御部８は、送受電装置１００を統括制御する。図２には、制御部８を中心とした送受電装置１００の制御系の構成が示されている。図２に示すように、制御部８は、ＣＰＵ２０と、メモリ２１、記憶装置２２と、入出力部２３とを備えている。記憶装置２２には、ＣＰＵ２０によって実行されるプログラムが格納されている。このプログラムは、記憶装置２２からメモリ２１によって読み込まれ、ＣＰＵ２０は、メモリ２１に読み込まれたプログラムを実行する。このプログラムの実行により、制御部８の動作、すなわち、送受電装置１００の制御が実現される。ＣＰＵ２０は、マルチタスクのプログラムを実行可能であり、複数のプログラムが同時並行して実行される。

さらに、制御部８の入出力部２３は、バッテリセンサ３Ａ、４Ａとの間、インバータ６のスイッチ６Ａ、６Ｂとの間で信号の入出力を行う。例えば、入出力部２３は、バッテリセンサ３Ａ、４Ａから出力される信号を入力する。この信号には、バッテリ３、４の残量値が含まれている。この残量値は、ＣＰＵ２０に出力される。また、入出力部２３は、ＣＰＵ２０からの指示に従って、スイッチ６Ａ、６Ｂに対して切替信号を出力する。この切替信号により、スイッチ６Ａ、６Ｂの切替が行われる。

また、入出力部２３は、ＣＰＵ２０の指示の下、通信部７に対して通信すべきデータを入出力する。

以上のような構成を有する制御部８は、以下のように動作する。

より具体的には、制御部８は、車体１が走行中に、バッテリセンサ（３Ａ、４Ａのいずれか）で検出された残量が所定の閾値を下回ったバッテリ（３、４のいずれか）がある場合には、そのバッテリを、非接触送受電部５と接続して充電を行うように、インバータ６を制御する。また、制御部８は、バッテリセンサ（３Ａ、４Ａのいずれか）で検出された残量が所定の閾値を下回ったバッテリがある場合に、他の車体１に電力の供給を要求する要求信号（送電要求）を通信部７に送出させる。

さらに、制御部８は、バッテリセンサ（３Ａ、４Ａのいずれか）で検出された残量が所定の閾値を上回ったバッテリ（３、４のいずれか）がある場合には、そのバッテリを駆動系２と接続して放電を行うようにインバータ６を制御する。

さらに、制御部８は、通信部７が他の車体１から電力の供給を要求する要求信号を受信すると、バッテリセンサ（３Ａ、４Ａのいずれか）で検出された残量がいずれも余裕がある、すなわちバッテリ３，４の蓄電量に十分な余裕がある場合に、いずれかのバッテリを、非接触送受電部５と接続して放電、すなわち他の車体１への送電を行わせるように、インバータ６を制御する。

さらに、制御部８は、通信部７が他の車体１から電力の供給を要求する要求信号を受信しても、外部への電力の供給が禁止されている場合には、バッテリ３、４の蓄電量に余裕があっても、そのバッテリ３、４を、非接触送受電部５に接続しない状態に切り替えるように、インバータ６を制御する。

次に、この実施の形態１に係る送受信装置１００の動作について、主として図３、図４のフローチャートを参照して説明する。

図３には、車体１が走行中である場合において、送受信装置１００の制御部８によって実行される処理の１つであるバッテリの充放電の切替処理が示されている。図３に示すように、制御部８は、放電中のバッテリの残量が所定の閾値Ｔｈを下回るか否かを判定する（ステップＳ１）。残量が所定の閾値Ｔｈを下回らない限り（ステップＳ１；Ｎｏ）、制御部８は、ステップＳ１を繰り返す。

残量が所定の閾値Ｔｈを下回ると（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、制御部８は、通信部７にに送電要求を送信させる（ステップＳ２）。続いて、制御部８は、インバータ６を制御して、充電中のバッテリのスイッチを駆動系に接続してそのバッテリを放電させる（ステップＳ３）。続いて、制御部８は、インバータ６を制御して、放電中のバッテリのスイッチを非接触送受電部５に接続して非接触送受電部５から得られる電力を、そのバッテリに充電させる（ステップＳ４）。

例えば、最初に、図５に示すように、スイッチ６Ａにおいて、バッテリ３と駆動系２とが接続され、スイッチ６Ｂにおいて、バッテリ４と非接触送受電部５とが接続されていたとする。この状態では、非接触送受電部５で受電された他の車体１からの電力は、バッテリ４に供給され、バッテリ４が充電される一方、バッテリ３は、駆動系２を駆動するための放電を行うようになる。

この状態で、バッテリ３の残量が低下すると、今度は、図６に示すように、スイッチ６Ａにおいて、バッテリ３と非接触送受電部５とが接続されてバッテリ３の充電が開始される一方、スイッチ６Ｂにおいて、バッテリ４と駆動系２とが接続され、バッテリ４の放電により、駆動系２が駆動される。

図４には、車体１が走行中である場合において、送受信装置１００の制御部８によって実行される処理の１つである電力の供給処理が示されている。図４に示すように、制御部８は、通信部７を介して送電要求を受信するまで待つ（ステップＳ１１；Ｎｏ）。

通信部７を介して送電要求を受信すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、制御部８は、すべてのバッテリの蓄電量に、電力を送電できるだけの余裕があるか（例えば、所定の閾値Ｔｈを所定レベル上回る蓄電量であるか）否かを判定する（ステップＳ１２）。すべてのバッテリに電力の余裕がない場合（ステップＳ１２；Ｎｏ）、制御部８は、ステップＳ１１に戻る。

すべてのバッテリに電力の余裕がある場合（ステップＳ１２；Ｙｅｓ）、制御部８は、バッテリからの電力の供給が禁止されているか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、制御部８は、供給禁止フラグを記憶装置２２に保持しており、ＣＰＵ２０は、この供給禁止フラグがセットされているか否かでこの判定を行う。供給禁止フラグの値は、予め例えばオペレータの操作入力等により設定されている。

電力の供給が禁止されていれば（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、制御部８は、非接触送受電部５からすべてのバッテリを切り離すように、インバータ６を制御する（ステップS１４）。その後、制御部８は、ステップＳ１１に戻る。

電力の供給が禁止されていなければ（ステップＳ１３；Ｎｏ）、制御部８は、いずれかのバッテリのスイッチを非接触送受電部５に接続して、そのバッテリの電力を非接触送受電部５を介して外部の車体１に送電することができるように、インバータ６を制御する（ステップＳ１５）。その後、制御部８は、ステップＳ１１に戻る。

例えば、バッテリ３、４ともに蓄電量に余裕があるとき、他の車体１から通信部７を通して送電要求を受信すると、バッテリ３、４のいずれかが、スイッチ６Ａ、６Ｂを介して非接触送受電部５に接続され、他の車体１への電力の送電が開始される。なお、バッテリ３、４のいずれかが選択されてもよいが、蓄電量が最も多いバッテリが選択されるのが望ましい。また、図７に示すように、バッテリ４が駆動系２に接続されている場合には、バッテリ３を非接触送受電部５に接続するのが望ましい。

また、他の車体１から通信部７を介して送電要求を受信しても、電力の供給が禁止されていた場合について考える。この場合、制御部８は、例えばスイッチ６Ｂにおいて、バッテリ４が非接触送受電部５に接続されていた場合には、スイッチ６Ｂを、例えば、図８に示すように切り替える。これにより、バッテリ４は、非接触送受電部５にも、駆動系２にも接続されていない状態となる。このようにすれば、他の車体１から一方の非接触送受電部５を介して供給される電力は、供給線１０を介して他方の非接触送受電部５に送られ、更に他の車体１へと送電される。要するに、自機のバッテリからの電力の供給が禁止されている場合には、車体１は、電力の中継のみを行うことができる。

以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、あるバッテリの残量が所定の閾値を下回り、充電中である場合には、他のバッテリが放電して駆動系を駆動する。そして、放電中のバッテリの残量が下回るまで充電中のバッテリは充電を継続することができる。これにより、非接触の電力供給状態が不安定であっても、その都度、バッテリが充放電を繰り返す必要がなくなる。この結果、個々のバッテリの充放電の切替周期を延ばすことができるので、バッテリの寿命を延ばすことができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。

図９には、この発明の実施に係る送受電装置１００の構成が示されている。図９に示すように、この実施の形態では、車体１にベンチレーション３０が設けられている点が、上記実施の形態１に係る送受電装置１と異なっている。ベンチレーション３０では、車体１が走行中に外部から空気が取り込まれる。取り込まれた空気は、バッテリ３、４を冷却する。すなわち、ベンチレーション３０は、バッテリ３、４の周囲の空気循環を最適に保ち、それらを冷却する役割を有している。

一般的に、バッテリ３、４は、高温時に充電すると寿命が短くなることが知られている。また、充電時にはバッテリ３、４から熱を発生することも知られている。このことから、停車時に充電する場合や、炎天下などの高温下で充電する場合に比べ、車体１の走行中にバッテリ３、４を冷却しながら充電する場合の方が、バッテリ３、４の寿命をさらに延ばすことができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。

図１０には、この発明の実施に係る送受電装置１００の構成が示されている。図１０に示すように、この実施の形態では、車体１に温度センサ３Ｂ、４Ｂが設けられている点が、上記実施の形態１に係る送受電装置１００と異なっている。温度センサ３Ｂは、バッテリ３の温度を検出し、温度センサ４Ｂは、バッテリ４の温度を検出する。

一般的に、バッテリには、充電に最適な温度範囲があることが知られている。制御部８は、温度センサ３Ｂ、４Ｂによってバッテリ３、４の温度を検出し、その検出温度が、充電に最適な温度範囲である場合に限り充電を行う。例えば、バッテリ３の温度が最適な範囲から外れ、バッテリ４の温度が最適な範囲に入っていれば、スイッチ６Ｂを操作して、バッテリ４を非接触送受電部５に接続して非接触送受電部５を介して供給される電力で充電を行うようにすればよい。このようにすれば、バッテリ３、４の寿命をさらに延ばすことができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。

この実施の形態では、搭載されるバッテリ３、４が個々に交換可能に設けられている点が、上記実施の形態１に係る送受電装置１と異なっている。要は、バッテリ３、４は、インバータ６との接続状態を、個別に接続／切り離し可能で、車体１に対して個別に脱着可能となっている。

例えば、充放電の繰り返しで、バッテリ４が劣化して寿命が尽きたとする。一方、バッテリ３はまだ、劣化が激しくなく使用できる状態であるとする。個々のバッテリ３，４は個別に交換が可能であるため、図１１に示すように、バッテリ４のみ新しいバッテリー１４に交換する。バッテリ４を交換しても、バッテリ３は、取り付けたままとし使用を継続する。

この車体１では、寿命の尽きたバッテリだけ交換が可能となる。このようにすれば、まだ使用できるバッテリを無駄に交換する必要がなくなるため、バッテリの使用効率を向上させることができる。この結果、バッテリの寿命を実質的に伸ばすことができる。

上記各実施の形態は、各車体１について、バッテリの数を２つとしたが、本発明はこれには限られない。バッテリの数は、３つ以上あってもよい。この場合、充電が必要なバッテリが複数ある場合には、例えば、制御部８は、蓄電量が少ない順、又は予め定められた優先順位に従って、バッテリの充電を行うようにすればよい。このとき、順番待ちのバッテリは、非接触送受電部５にも駆動系２にも接続されていない状態としておけばよい。充電が十分で、駆動系２へ接続可能なバッテリが複数ある場合には、制御部８は、蓄電量が多い順、又は予め定められた優先順位に従って、バッテリの放電を行うようにすればよい。

また、上記各実施の形態に係る送受電装置１００が設けられた複数の車体１によって送受電システムが構成される。

なお、上記実施の形態において、実行されるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read-Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto-Optical Disc）等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムをインストールすることにより、上述のスレッドを実行するシステムを構成することとしてもよい。

また、プログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、ダウンロード等するようにしてもよい。

また、上述の機能を、ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合又はＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、ダウンロード等してもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

この発明は、移動用の車両、特に電気駆動の自動車（ＥＶ）に好適である。

１ 車体
２ 駆動系
３、４ バッテリ
３Ａ、４Ａ バッテリセンサ
３Ｂ、４Ｂ 温度センサ
５ 非接触送受電部
６ インバータ
７ 通信部
８ 制御部
１０ 供給線
１１ ベンチレーション
１４ バッテリ
２０ ＣＰＵ
２１ メモリ
２２ 記憶装置
２３ 入出力部
３０ ベンチレーション
１００ 送受電装置

Claims (8)

1. 車両に設けられた送受電装置であって、
   前記車両を駆動する駆動系と、
   充放電可能な複数のバッテリと、
   外部に対して電力を非接触で授受する非接触送受電部と、
   前記各バッテリを前記駆動系と接続して放電するか、前記各バッテリを前記非接触送受電部と接続して充電を行うかをバッテリ毎に切替可能なスイッチ機能付きインバータと、
   前記各バッテリの残量を検出する検出部と、
   前記車両の走行中に、前記検出部で検出された残量が所定の閾値を下回ったバッテリを、前記非接触送受電部と接続して充電を行い、他のバッテリを前記駆動系と接続して放電を行うように、前記スイッチ機能付きインバータを制御する制御部と、
   他の車両から電力の供給を要求する要求信号を受信する通信部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記通信部が前記要求信号を受信すると、前記検出部で検出された残量がすべてのバッテリで所定の閾値を上回っている場合に、いずれかのバッテリを前記非接触送受電部と接続して放電を行い、他のバッテリを前記駆動系と接続して放電を行うように、前記スイッチ機能付きインバータを制御する、
   送受電装置。
2. 前記通信部は、他の車両に前記要求信号を送出し、
   前記制御部は、
   前記検出部で検出された残量が所定の閾値を下回ったバッテリがある場合に、前記通信部に前記要求信号を送出させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の送受電装置。
3. 複数の前記非接触送受電部が互いに接続された状態で設けられており、
   前記スイッチ機能付きインバータは、
   前記各バッテリを、前記駆動系にも前記非接触送受電部にも接続しない状態にさらに切替可能であり、
   前記制御部は、
   前記通信部が前記要求信号を受信しても、外部への電力の供給が禁止されている場合には、前記非接触送受電部に接続されたバッテリを前記非接触送受電部に接続しない状態に前記スイッチ機能付きインバータを制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送受電装置。
4. 前記車両の走行中に前記各バッテリを冷却する冷却機構をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の送受電装置。
5. 前記各バッテリの温度を検出する温度センサをさらに備え、
   前記制御部は、
   前記温度センサで検出された温度が所定範囲にあるバッテリを放電するように、前記スイッチ機能付きインバータを制御する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送受電装置。
6. 個々のバッテリを交換可能に収納する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送受電装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の送受電装置が設けられた複数の車両を備える送受電システム。
8. 車両間の送受電方法であって、
   充放電可能な複数のバッテリ各々と、前記各バッテリの残量を検出する検出部と、外部に対して電力を非接触で授受する非接触送受電部と、前記車両を駆動する駆動系と、他の車両から電力の供給を要求する要求信号を受信する通信部とを前記車両に搭載するとともに、前記各バッテリを、前記駆動系と接続して放電するか、前記非接触送受電部と接続して充電を行うかをバッテリ毎に切替可能なスイッチ機能付きインバータを前記車両に搭載し、
   前記車両の走行中に、前記検出部で検出された残量が所定の閾値を下回ったバッテリを、前記非接触送受電部と接続して充電を行うように前記スイッチ機能付きインバータをコンピュータが制御する工程と、他のバッテリを前記駆動系と接続して放電を行うように、前記スイッチ機能付きインバータをコンピュータが制御する工程と、
   前記通信部が前記要求信号を受信し、前記検出部で検出された残量がすべてのバッテリで所定の閾値を上回っている場合に、いずれかのバッテリを前記非接触送受電部と接続して放電を行うように前記スイッチ機能付きインバータをコンピュータが制御する工程と、他のバッテリを前記駆動系と接続して放電を行うように、前記スイッチ機能付きインバータをコンピュータが制御する工程と、
   を含む送受電方法。

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