JP6302063B2 - エネルギー伝送システム、及び、エネルギー伝送システムを診断する方法 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー伝送システム、及びエネルギー伝送システムを診断する方法に関する。

非接触式のエネルギー伝送システムが知られている。このような誘導エネルギーシステムは、例えば、電気自動車又はハイブリッド自動車のメインバッテリを充電するために利用される。このような非接触充電システムによってエネルギーが伝送される際には、一次コイルと二次コイルとの間の空隙に強い交番磁界が発生する。その際に、この交番磁界の磁場強度は、利用されるコイルのコイルサイズが小さくなるにつれて増す。その際に発生する交番磁界は、ある程度の強さ以上になると、例えば人間又は動物のような生物の神経系統に悪影響を与える可能性がある。従って、このような非接触式のエネルギー伝送システムには、物体を検出又は検知する装置が具備される。非接触式のエネルギー伝送システムの一次コイルと二次コイルとの間の空隙で物体が検出された場合には、これに応じて、エネルギー伝送の出力が低減され、又は、場合によっては、エネルギー伝送が完全に調整される。非接触充電システムの空隙に物体がもはや存在しないことが確認された場合には、エネルギー伝送を引き続き続けてもよい。

非接触式のエネルギー伝送システムの空隙にある異物を検出するための１つの可能性は、パルス状に励起される追加的な試験コイルを用いた従来の誘導的な金属検出器である。他の方法は、二次元又は三次元の物体検出方法に基づいている。

独国特許出願公開第１０２００９０３３２３６号明細書では、定置型のユニットから車両へと電気エネルギーを非接触式で伝送する装置が開示されている。この装置は、所定の空間にある物体を検出する要素を有する。検出要素は、少なくとも１つの非接触センサと、当該センサと接続された評価装置と、を有する。このセンサは、超音波センサ、レーダセンサ、若しくは、赤外線センサ、又は、電子的なイメージセンサであってもよい。

異物検出は、充電システムの、安全性に関わる機能である。従って、この機能は、場合によっては、重複するセンサシステムを介して、及び／又は、センサシステムの感度の監視によって確実に実現される必要がある。異物検出部の故障は、確実に検出される必要がある。

従って、異物検出部への監視を可能とする、非接触式のエネルギー伝送のためのエネルギー伝送装置への必要性が生じる。さらに、異物検出部を備えたエネルギー伝送システムのための診断方法への必要性が生じる。

第１の観点によれば、本発明は、一次コイルから二次コイルへの非接触式エネルギー伝送のためのエネルギー伝送装置であって、一次コイルと二次コイルとの間の空間にある物体を検出し、検出信号を出力するよう構成された検出器と、一次コイルと二次コイルとの間の空間へと所定の障害を導入するよう構成された、障害を導入する装置と、障害を導入する装置を起動し、検出器から出力された検出信号を受信し、検出器から受信された検出信号を利用して診断情報を判定するよう構成された診断装置と、を備える、上記エネルギー伝送装置を創出する。

他の観点によれば、本発明は、異物検出部を備えた非接触式エネルギー伝送システムを診断する方法であって、異物検出部の監視領域へと所定の障害を導入する工程と、所定の障害が異物検出部の監視領域へと導入された後で、異物検出部から検出信号を受信する工程と、受信された検出信号を利用して診断情報を判定する工程とを含む、上記方法を創出する。

本発明の構想は、物体検出部を備えた非接触式エネルギー伝送システムに、自動的な自己試験機能又は自己診断機能を備えるということである。このために、異物検出部によって監視される領域へと所定の障害を導入し、この後、異物検出部の出力信号を評価し、異物検出部が機能しているかを評価するという可能性が創出される。

このように診断が出来ることによって、非接触式エネルギー伝送の異物検出部の自動的な自己試験が可能となる。これにより、比較的長時間の動作後でもセンサが正しく機能することが保証される。従って、従来では必要であった異物検出の冗長性がもはや不要になる。

異物検出部の本発明に係る診断システムは、所定の基準物体／基準信号との比較によって、ゆっくりと連続的に進むセンサシステムの劣化の検出も可能にする。

診断結果、及び、場合により検出される故障はエラーメモリに格納され、後の評価のために提供されうる。このことにより、非接触式エネルギー伝送システムの保守及び修理が容易になる。

一実施形態において、障害を導入する装置は、導入される障害の大きさ及び／又は強度を変更する。例えば、導入される障害の有効径又は有効断面積を連続的に拡大又は縮小することが可能であり、このようにして検出器の応答閾値が定められる。導入される障害を好適に連続的に変更することによって、それ以上になると異物が検出される限界値を正確に決定することが可能である。これにより、場合によっては緩慢に進行するセンサシステムの劣化も、信頼性高く診断されうる。

一実施形態において、障害を導入する装置は、監視領域に金属製の物体を導入するよう構成される。例えば、所定の形状をした金属製の物体が、監視領域の外の或る領域から、ゆっくりと監視領域へと案内されてもよい。代替的に、最初に交番磁界に関して有効断面積が比較的小さいポジションにある金属製の物体であって、一次コイル又は二次コイルに対する自身の相対的なポジションが変更された後で有効断面積がより大きくなる上記金属製の物体も構想されうる。これにより、金属製の物体に対する異物検出部の応答を信頼性高く検証することが可能である。

一実施形態において、障害を導入する装置は熱源である。このような熱源によって、例えば赤外線センサ等の熱型センサシステムを検証することが可能である。

一実施形態において、エネルギー伝送装置は、診断装置により判定された診断情報を記憶するよう構成された記憶装置をさらに備える。これにより、より遅い時点にも、記憶装置から診断結果を読み込んで解析することが可能である。例えば、記憶装置は、車両のエラーメモリであってもよい。

一実施形態において、エネルギー伝送装置は、診断装置により判定された診断情報を表示するよう構成された表示装置を更に備える。これにより、実施された異物検出部の自己試験の結果がユーザに直接的に表示され、これに基づいて、ユーザは即座に適切な処置を開始することが可能であり、例えば修理を指示することが可能である。

一実施形態において、エネルギー伝送システムを診断する方法は、監視領域へと導入される所定の障害の大きさ及び／又は強度を変更する。

更なる別の実施形態において、受信された応答信号が所定の閾値を上回る／下回る場合には、センサの故障が判定される。

本発明は、電気的なエネルギー貯蔵器を有する車両と、本発明に係るエネルギー伝送システムと、を備えた、車両、特に電気自動車を充電するためのシステムをさらに含む。

本発明の更なる別の実施形態及び利点は、以下の明細書の詳細な記載から、添付の図面を参照して明らかとなろう。

一実施例に係るエネルギー伝送装置の概略図を示す。 一実施例に係る障害を導入する装置の概略図を示す。 一実施例に係る障害を導入する装置の概略図を示す。 更なる別の実施例に係るエネルギー伝送装置の概略図を示す。 更なる別の実施例に係るエネルギー伝送システムを診断する方法の基礎となるフロー図を概略的に示す。

以下では、本発明が、電気自動車のメインバッテリの充電との関連において記載されるが、本発明は、この適用ケースに限定されない。さらに、本発明は、物体が進入しうる空間領域を一次コイルと二次コイルとの間に有する他のあらゆる非接触式エネルギー伝送システムで使用されうる。特に、本発明は、電気的なエネルギー貯蔵器を充電するために非接触式のエネルギー伝送が利用される他の任意の適用ケースでも使用されうる。

図１は、一次コイル１から二次コイル２への非接触式エネルギー伝送のためのエネルギー伝送装置の概略図を示している。ここでは、一次コイル１と二次コイル２との間の空間が、検出器３によって監視される。ここで示される例では、検出器３は、例えば、一次コイル１と二次コイル２との間の空間にある金属製の異物を追加的な試験コイル３ａを用いて検出することが可能な金属検出器である。例えば超音波検出器、レーダセンサ、カメラ等の、代替的な監視システムも同様に可能である。

エネルギー伝送装置は、障害を導入する装置４を更に有する。この装置４は、適切に起動された後に、所定の物体５、例えば金属製の物体を、一次コイル１と二次コイル２との間の空間に導入する。

検出器３が機能しているかが検査される場合には、最初に、診断装置６によって、障害を導入する装置４が起動される。この後で、装置４は、所定の物体５を一次コイル１と二次コイル２との間の空間に導入する。この後に、診断装置６は、検出器３から信号を受信して評価する。受信された信号の値が、異物を検出するために十分である場合には、診断装置６は、検出器３が機能していることを、診断情報として明示することが可能である。検出器３から受信された信号が、一次コイル１と二次コイル２との間の空間への物体５の導入の後で信頼性の高い異物検出を可能にするためには十分ではない場合には、診断装置６により生成される診断情報として、検出器３の故障を表示する。

このようにして判定される診断装置６の診断情報は、この後で、例えば適切な記憶装置７に格納されうる。追加的又は代替的に、特定の診断情報が表示装置８にも表示されてもよい。これにより、ユーザは、検出器３が機能していること又は故障していることを直接的に認識し、この後で、場合によっては、適切な処置を開始し、例えば修理を開始することが可能である。

その際に、診断装置６の特定の診断情報が車両のバスシステムにも供給されうる。このために、例えば、診断装置は、例えばＯＢＤＩＩ、Ｋ線、ＣＡＮバス等の適切なインタフェースを介して車両の通信インタフェースに接続されうる。このことによって、診断装置６と、車両のオンボード（ｏｎ ｂｏａｒｄ）診断システムと、の直接的な通信が可能となる。

検出器３、障害を導入する装置４、及び診断装置６等の個々の構成要素は、図示されるように全てが一次コイル１側に配置されてもよい。代替的に、異物検出、及び異物検出の自己試験のための全ての構成要素が、二次コイル２側に配置されてもよい。

更なる別の実施形態において、個々の構成要素が互いに異なる側に配置されてもよい。個々の構成要素の全てが同じ側に配置されない場合には、適切なインタフェースを介して個々の構成要素を互いに結合することがさらに可能である。好適に、個々の構成要素は、無線通信インタフェースを介して互いに結合される。このための通信インタフェースとして、例えば、非接触式エネルギー伝送システムの既に提供されている通信チャネルを利用することが可能である。

その際に、診断装置６によって実施される、エネルギー伝送装置の検出器３の自己試験が、ユーザによって手動で開始されてもよい。代替的に、自己試験の自動的な実施も可能である。

例えば、このような自己試験は定期的に、非接触式なエネルギー伝送の前又は当該エネルギー伝送の開始に際して実施されうる。定期的な時間間隔での、又は所定回数のエネルギー伝送過程の後の自動的な診断も可能である。

図２ａ及び図２ｂは、一次コイル１と二次コイル２との間の空間へと障害を導入する装置４の代替的な実施形態を示している。所定の大きさの物体５が一次コイル１と二次コイル２との間の空間へとより直線的に案内される図１で示された実施形態とは異なって、ここで示される実施例では、平らな物体５ａが軸Ａの軸周りに回転する。図２ａは、上からの上面図で、即ち二次コイル２から一次コイル１の方向に見た上面図で、平らな物体を示している。この方向に見ると、この平らな物体５ａは、最初は比較的小さな断面を有する。物体５ａに起因する障害の有効断面積を拡大するために、物体５ａが、図２ｂに示すように軸Ａの軸周りに９０°回転させられ、これにより、物体５ａは、二次コイル２から一次コイル１の方向に見て、明らかにより大きな断面を有する。

図２ａに示されたポジションから図２ｂに示されたポジションへの回転の間に、物体５ａの有効断面積が連続的に拡大される。その際に、例えば物体５ａの回転角が監視される場合には、当該回転角から有効断面積が推定されうる。回転角又は有効断面積と、検出器３によってその都度出力される信号と、の比較によって、これに基づいて、検出器３の現在の応答閾値が診断装置６によって判定されうる。

図３は、他の実施形態に係る非接触式エネルギー伝送のためのエネルギー伝送装置の概略図を示している。その際に、障害を導入するための装置４は、熱源として構成される。複数の別々の熱源も可能である。例えば、この熱源は、加熱要素、放熱装置等でありうる。同様に、一次コイル１と二次コイル２との間の空間へと適切に一点又は一面を加熱するレーザ光線も可能である。この可能性によって、加熱される領域の位置及び大きさをほぼ任意に調整できるという利点がもたらされる。

このような熱源によって、特に、温度変化に基づいて一次コイル１と二次コイル２との間の空間にある物体を検出する検出器３を検査することが可能である。例えば、このような検出器は、パッシブな（ｐａｓｓｉｖ）赤外線センサ等でありうる。

診断装置６は、既に検出器３の故障を一度検出した後で、検出器３の故障を表示する診断情報を出力することが可能である。代替的に、検出器３の故障が一度検出された後で、例えば外部からの影響等により発生しうる障害を排除するために、検出器３の自己試験を改めて実施してもよい。さらに、診断装置６によって所定数の故障が確認された場合にはじめて、診断装置６が、検出器３の故障を診断情報として出力するということも可能である。

図４は、一実施例に係る異物検出部を備えた非接触式エネルギー伝送システムを診断する方法１００の基礎となるフロー図を概略的に示す。工程１１０では、最初に、所定の障害が、異物検出部の監視領域へと導入される。所定の障害とは、例えば、所定の物体、即ち回転する物体の形態による上述の障害であってもよく、又は、発熱であってもよい。この後工程１２０では、所定の障害が異物検出部の監視領域へと導入された後に、異物検出部からの検出信号が受信される。この後に工程１３０において、受信された診断情報を利用して診断情報が判定される。

その際に、監視領域内の所定の障害は、大きさ及び／又は強度が変更されうる。その際に、受信された診断信号が、所定の閾値を上回り又は下回る場合には、特定の診断機能によってセンサの故障が判定されうる。

以上、本発明は、非接触式エネルギー伝送システムの異物検出部の診断に関する。このために、非接触式エネルギー伝送システムの一次コイルと二次コイルとの間の監視される領域へと所定の障害が導入され、当該所定の障害に対する異物検出部の応答が評価される。

Claims (10)

1. 一次コイル（１）から二次コイル（２）への非接触式エネルギー伝送のためのエネルギー伝送装置であって、
   前記一次コイル（１）と前記二次コイル（２）との間の空間にある物体を検出し、検出信号を出力するよう構成された検出器（３）と、
   一次コイル（１）と二次コイル（２）との間の前記空間へと所定の障害を導入するよう構成された、障害を導入する装置（４）と、
   前記障害を導入する装置（４）を起動し、前記検出器（３）から出力された前記検出信号を受信し、前記検出器（３）から受信された前記検出信号を利用して診断情報を判定するよう構成された診断装置（６）と、を備え、
   前記障害が、回転に伴って前記二次コイル（２）から前記一次コイル（１）の方向に見た有効断面積が変化する回転可能な平らな物体（５ａ）である、エネルギー伝送装置。
2. 前記障害を導入する装置（４）は、前記導入される障害を回転させる、請求項１に記載のエネルギー伝送装置。
3. 前記障害を導入する装置（４）は、監視領域に金属製の物体（５ａ）を導入するよう構成される、請求項１又は２に記載のエネルギー伝送装置。
4. 前記診断装置（６）は、前記物体（５ａ）の回転角に基づいて前記有効断面積を推定し、前記有効断面積及び前記検出信号に基づいて前記診断情報を判定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
5. 前記エネルギー伝送装置は、前記診断装置（６）により判定された前記診断情報を記憶するよう構成された記憶装置（７）をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
6. 前記エネルギー伝送装置は、前記診断装置（６）により判定された前記診断情報を表示するよう構成された表示装置（８）を更に備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギー伝送装置。
7. 電気的なエネルギー貯蔵器を有する車両と、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載されたエネルギー伝送装置と、を備えた、
   車両を充電するためのシステム。
8. 前記車両が電気自動車である、請求項７に記載のシステム。
9. 異物検出部を備えた、一次コイルから二次コイルへの非接触式エネルギー伝送のための非接触式エネルギー伝送システムを診断する方法（１００）であって、
   前記異物検出部の監視領域である前記一次コイルと前記二次コイルとの間の空間へと所定の障害を導入する工程（１１０）と、
   前記所定の障害が前記異物検出部の前記監視領域へと導入された後で、前記異物検出部から検出信号を受信する工程（１２０）と、
   前記受信された検出信号を利用して診断情報を判定する工程（１３０）と、を含み、
   前記障害が回転可能な平らな物体であり、
   前記検出信号を受信している間に、前記平らな物体を回転させて前記二次コイルから前記一次コイルの方向に見た前記平らな物体の有効断面積を変化させる、方法（１００）。
10. 受信された前記検出信号が、所定の閾値を上回り又は下回る場合には、前記所定の診断情報は前記異物検出部の故障を判定する、請求項９に記載の方法（１００）。

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