JP7243477B2

JP7243477B2 - 給電システム

Info

Publication number: JP7243477B2
Application number: JP2019116147A
Authority: JP
Inventors: 侑生中屋敷; 将也 ▲高▼橋
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-06-24
Filing date: 2019-06-24
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2039-06-24
Also published as: JP2021002953A

Description

本開示は、給電システムに関する。

受電装置を搭載した車両に、移動中に給電を行う給電システムが知られている。例えば、特許文献１には、給電システムにおいて、給電装置の近くに位置する異物を検出する技術が開示されている。

特表２０１６－５０６７１４号公報

特許文献１に記載の給電システムでは、例えば、道路内に埋め込まれた検出巻線のインダクタンスの変化や電圧の変化によって、異物を検出している。しかし、これに限らず、給電システムにおいて異物を検出できる他の技術が望まれていた。

本開示の一形態によれば、車両（２００）に搭載された受電装置（２０５）に給電する給電システム（１００）が提供される。この給電システムは、前記受電装置に電力を供給する給電装置（１１０）と、前記給電装置の周辺において前記車両の下方に位置する路面に設けられ、磁束変化を検知する平面敷設型センサ（１２０）と、前記平面敷設型センサが検出した信号の検出値の大きさと、前記信号の検出位置の時系列における変化と前記信号の周期性の有無とのうち少なくとも一方を含む移動変化を示す前記検出値の時系列情報と、を組み合わせた検出パターンに応じて異物を検出する異物検出部（１３０）と、を備える。

この形態の給電システムによれば、異物検出部は、平面敷設型センサが検出した信号のパターンに応じて異物を検出できる。

給電システムの構成の概要を示す説明図である。平面敷設型センサの配置の一例を示す説明図である。異物を検出した状態の一例を示す説明図である。重量センサの検出した信号の検出パターンの一例を示す図である。静電容量センサの検出した信号の検出パターンの一例を示す図である。ループコイルの検出した信号の検出パターンの一例を示す図である。異物検出処理の一例を示したフローチャートである。

Ａ．実施形態：
図１に示すように、給電システム１００は、受電装置２０５を搭載した車両２００の走行中に電力を供給することが可能なシステムである。車両２００は、例えば、電気自動車やハイブリッド車として構成される。給電システム１００は、道路ＲＳに設置された給電装置１１０と、平面敷設型センサ１２０と、異物検出部１３０と通知装置１４０とを含む。図１において、ｘ軸方向は車両２００の進行方向を示し、ｙ軸方向は車両２００の幅方向を示し、ｚ軸方向は鉛直上方向を示す。これらの軸は図２以降に示した軸に対応している。

車両２００は、受電装置２０５と、メインバッテリ２３０と、モータジェネレータ２４０と、インバータ回路２５０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０と、補機バッテリ２７０と、補機２８０と、制御装置２９０とを備えている。受電装置２０５は、受電共振回路２１０と受電回路２２０とを有している。

受電共振回路２１０は、受電コイルおよび共振コンデンサを含んでおり、後述する給電装置１１０における送電共振回路１１１との間の電磁誘導現象によって受電コイルに誘導された交流電力を得る装置である。受電回路２２０は、受電共振回路２１０から出力される交流電力を直流電力に変換する回路である。受電回路２２０の具体的な構成例については後述する。受電回路２２０から出力される直流電力は、負荷としてのメインバッテリ２３０の充電に利用することができ、また、補機バッテリ２７０の充電や、モータジェネレータ２４０の駆動、及び、補機２８０の駆動にも利用可能である。

メインバッテリ２３０は、モータジェネレータ２４０を駆動するための直流電力を出力する２次電池である。モータジェネレータ２４０は、３相交流モータとして動作し、車両２００の走行のための駆動力を発生する。モータジェネレータ２４０は、車両２００の減速時にはジェネレータとして動作し、３相交流電力を発生する。インバータ回路２５０は、モータジェネレータ２４０がモータとして動作するとき、メインバッテリ２３０の直流電力を３相交流電力に変換してモータジェネレータ２４０を駆動する。インバータ回路２５０は、モータジェネレータ２４０がジェネレータとして動作するとき、モータジェネレータ２４０が出力する３相交流電力を直流電力に変換してメインバッテリ２３０に供給する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ回路２６０は、メインバッテリ２３０の直流電圧を、より低い直流電圧に変換して補機バッテリ２７０及び補機２８０に供給する。補機バッテリ２７０は、補機２８０を駆動するための直流電力を出力する２次電池である。補機２８０は、空調装置や電動パワーステアリング装置等の周辺装置である。

制御装置２９０は、車両２００内の各部を制御する。制御装置２９０は、走行中非接触給電を受ける際には、受電回路２２０を制御して受電を実行する。

給電装置１１０は、複数の送電共振回路１１１と、複数の送電共振回路１１１に交流電力を供給する複数の送電回路１１２と、複数の送電回路１１２に直流電力を供給する電源回路１１３と、を備えている。

複数の送電共振回路１１１は、車両２００の進行方向（以下、「道路ＲＳの延伸方向」ともいう）に沿って道路ＲＳの路面上あるいは路面中に設置されている。送電共振回路１１１は、送電コイルおよび共振コンデンサを含む。

複数の送電回路１１２は、それぞれ、電源回路１１３から供給される直流電力を高周波の交流電力に変換して送電共振回路１１１の送電コイルに印加する回路である。電源回路１１３は、直流電力を送電回路１１２に供給する回路である。例えば、電源回路１１３は、外部電源の交流電圧を整流して直流電圧を出力するＡＣ／ＤＣコンバータ回路として構成される。

なお、送電共振回路１１１と、この送電共振回路１１１に交流電力を供給する送電回路１１２とは、１つのセグメントとして扱われる。本実施形態において、給電装置１１０は、路面の延伸方向に沿って配置された複数のセグメントを備える。図１には、ｉ－２番目のセグメントＳｅｇｉ－２～ｉ＋２番目のセグメントＳｅｇｉ＋２の５つのセグメントが示されている。なお、以下の説明において、特にセグメントを区別する必要がない場合には、末尾に付記する「ｉ」のような、何番目のセグメントであるかを示す符号を省略して示す場合もある。道路ＲＳの延伸方向におけるセグメントＳｅｇの長さは、車両２００の長さよりも短いことが好ましい。なお、必ずしも送電共振回路１１１と送電回路１１２とは１つのセグメントとして扱われなくてもよく、例えば、送電共振回路１１１と送電部切替回路とが１つのセグメントとして扱われ、複数のセグメントに送電回路１１２が接続された構成でもよい。この場合、送電回路１１２が送電部切替回路を制御することによって送電を停止する。送電切替回路とは、送電回路から送られた信号を送電共振回路１１１に送るか否かを切替える回路である。

平面敷設型センサ１２０は、例えば、圧力センサや、重量センサ、静電容量センサ、ループコイル等を１つ以上含むセンサである。平面敷設型センサ１２０は、重力と圧力と静電容量の変化と磁束変化とのうち少なくとも一つ以上を検知できることが好ましい。平面敷設型センサ１２０は、図２に示すように、給電装置１１０の周辺であって車両２００の下方に位置する地面に設けられる。より具体的には、送電共振回路１１１と同様に、道路ＲＳの延伸方向に沿って道路ＲＳの路面上あるいは路面中に設置される。本実施形態において、平面敷設型センサ１２０は、道路ＲＳの幅方向および延伸方向において送電共振回路１１１を覆うように設置されているが、送電共振回路１１１の下方に設置されてもよい。平面敷設型センサ１２０は、道路ＲＳの幅方向または延伸方向の少なくとも一方において給電装置１１０の送電共振回路１１１よりも広い範囲に設けられることが好ましい。また、本実施形態において、平面敷設型センサ１２０は、セグメント毎に設けられている。なお、平面敷設型センサ１２０は、セグメントよりも狭い範囲毎に設けられていてもよい。

異物検出部１３０は、平面敷設型センサ１２０が検出した信号の検出パターンに応じて道路ＲＳ上の異物を検出し、信号を検出した平面敷設型センサ１２０の位置に応じて異物の位置を検出する。異物検出部１３０は、通知装置１４０（図１に示す）を制御して、異物の検出を通知できる。異物検出部１３０は、例えば、異物を検出した場合であって、異物が生体である場合に、その生体に通知するために通知装置１４０に信号を出力する。これにより、生体に移動を促すことができる。また、異物検出部１３０は、異物を検出した場合であって、異物が無生物である場合に、道路管理者へ異物が検出されたことと、異物の位置を通知するために通知装置１４０に信号を出力する。これにより、道路管理者が異物を除去することができる。

本実施形態において、異物検出部１３０は、異物が検出された位置に対応するセグメントおよびその周囲のセグメントの給電を停止するよう送電回路１１２を制御できる。異物検出部１３０は、少なくとも、異物が検出された位置に対応するセグメントの給電を停止するよう電源回路１１３を制御できることが好ましい。図３に示すように、例えば、異物検出部１３０は、セグメントｓｅｇＮの位置に異物３００を検出した場合、図３においてハッチングを付した領域である、セグメントｓｅｇＮとその周囲のセグメントであるセグメントｓｅｇＮ－１とセグメントｓｅｇＮ＋１との給電を停止するよう電源回路１１３を制御する。

図４、図５および図６に示す、平面敷設型センサ１２０の信号の検出パターンに応じて、異物検出部１３０は異物を検出する。本実施形態において「信号の検出パターン」とは、図４、図５および図６に示すような、各センサにおける検出値や時系列情報、特徴を組み合わせた情報である。より具体的には、例えば、図４に示すように、圧力センサまたは重量センサの検出した検出値が大きく、移動変化があり、圧力または重力が同時に４箇所で検出される場合、四輪車両の信号の検出パターンである。本実施形態において「移動変化」とは、例えば、平面敷設型センサ１２０において検出される信号の位置が、複数のセグメントを時系列的に道路ＲＳの進行方向や幅方向へ移動していることを示す。つまり、「移動変化」とは、平面敷設型センサ１２０において検出される信号の位置変化を示しており、車両の移動の連続した検出信号の検出位置の移り変わりや、生体の移動による離散的な検出信号の検出位置の移り変わりを指す。また、信号の検出パターンは、２種類以上のセンサの取得情報を組み合わせた情報でもよい。例えば、図５および図６に示すように、静電容量センサによって検知され、ループコイルによって検知されなかった場合、生体の信号の検出パターンである。信号の検出パターンは、予めシミュレーションや実験を行うことにより定めることができる。

また、異物検出部１３０は、図４に示すように、圧力センサまたは重量センサの信号の検出パターンを用いて、検出信号が道路ＲＳを大型車両が走行することにより生じる振動によるものや、給電により生じるノイズであることを判断できる。圧力センサまたは重力センサの検出した検出値が小さく、周期的に検出される場合、つまり周期性がある場合、振動やノイズの信号の検出パターンである。ノイズの信号の検出パターンは、予めシミュレーションや実験を行うことにより定めることができる。

図７に示す異物検出処理は、異物検出部１３０が道路ＲＳ上の異物３００を検出する処理である。この処理は給電システム１００の稼働中に異物検出部１３０によって繰り返し実行される処理である。この処理は、給電システム１００が車両２００へ給電を行う場合のみだけでなく、定期的に行われてもよい。

まず、異物検出部１３０は、ステップＳ１００において、平面敷設型センサ１２０の検出した信号を取得する。取得する検出信号は、直近に平面敷設型センサ１２０が検出した信号のみに限らず、予め定められた期間における検出信号であってもよい。これにより、検出信号の時系列における変化を取得できる。次に、ステップＳ１１０において、ステップＳ１００で取得した検出信号を用いて、上述した信号の検出パターンに該当するか否かを参照する。

続いて、異物検出部１３０は、ステップＳ１２０において、異物３００が検出されたか否かを判定する。より具体的には、ステップＳ１１０において取得した検出信号が、異物の信号の検出パターンに該当するか否かを判定する。異物３００が検出されなかった場合、異物検出部１３０は、ステップＳ１４５において、給電が可能であると判定し、異物検出処理を終了する。一方、異物３００が検出された場合、異物検出部１３０はステップＳ１３０に進む。

異物検出部１３０は、ステップＳ１３０において、車両が検出されたか否かを判定する。より具体的には、ステップＳ１１０において取得した検出信号が、四輪車両もしくは二輪車両の信号の検出パターンに該当するか否かを判定する。車両が検出された場合、異物検出部１３０は、ステップＳ１４５に進み、異物検出処理を終了する。一方、車両が検出されなかった場合、異物検出部１３０はステップＳ１４０において、車両ではない異物３００が検出された位置に対応するセグメントの給電を停止すると判定する。異物３００が検出された位置に対応するセグメントは、ステップＳ１００において取得した信号を検出した平面敷設型センサ１２０の位置に応じて定められる。給電システム１００が、車両２００に給電を行っていない場合、異物検出部１３０は、給電を行わないよう電源回路１１３を制御する。

続いて、異物検出部１３０は、ステップＳ１５０において、ステップＳ１２０で検出された異物３００が生体であるか否かを判定する。異物３００が生体である場合、異物検出部１３０は、ステップＳ１６０において、通知装置１４０を用いて生体に移動を促す通知を行い、ステップＳ１００の処理に戻る。この場合、通知装置１４０は、例えば、超音波や警告音を発するスピーカーである。一方、異物が生体でない場合、異物検出部１３０は、ステップＳ１６５において、通知装置１４０を用いて道路管理者に通知を行いステップＳ１００の処理に戻る。この場合、通知装置１４０は、例えば、道路管理者に異物３００を取り除くよう指示する通信を行う装置である。異物検出部１３０は、ステップＳ１６０もしくはステップＳ１６５の処理を行った後に、ステップＳ１００の処理に戻る。つまり、異物３００が検出されなくなるまで、異物検出処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ１４０は、ステップＳ１６０およびステップＳ１６５よりも後に実行されてもよく、並列して実行されてもよい。

以上で説明した本実施形態の給電システム１００によれば、異物検出部１３０は、平面敷設型センサ１２０が検出した信号の検出パターンに応じて車両２００とは異なる異物３００を検出できる。また、平面敷設型センサ１２０は、道路ＲＳの幅方向において給電装置１１０の送電共振回路１１１よりも広い範囲に設けられているため、例えば、人が路面を横切る場合において、送電共振回路１１１の上方に移動する前に、異物３００として検出することができる。そのため、異物検出部１３０は、通知装置１４０を制御して移動を促したり、給電装置１１０の給電を停止して、生体が存在しているセグメントに電力が供給されることを回避させることができる。また、平面敷設型センサ１２０は、道路ＲＳの延伸方向においても給電装置１１０の送電共振回路１１１よりも広い範囲に設けられている。つまり、平面敷設型センサ１２０は、道路ＲＳにおける給電装置１１０が設置された区間と、給電装置１１０が設置されていない区間との切替箇所において、送電共振回路１１１よりも広い範囲に設けられているため、異物３００が送電共振回路１１１の上方に移動する前に検出することができる。

Ｂ．他の実施形態：
（Ｂ１）上述した実施形態において、給電装置１１０は、１つの送電共振回路１１１および送電回路１１２を有する複数のセグメントを備えている。この代わりに給電装置１１０は、１つのセグメントのみを備えていてもよい。より具体的には、給電装置１１０は、１つの送電共振回路１１１と、１つの送電回路１１２と、を備える構成であってもよい。

（Ｂ２）上述した実施形態において、給電システムは非接触による給電を行う構成である。この代わりに、給電システムは接触による給電を行う構成でもよい。具体的には、給電装置１１０は、送電共振回路１１１として、例えば道路ＲＳの路面上に給電レールを備える。車両２００に搭載される受電装置２０５は、例えば、受電共振回路２１０として受電パッドを備えていてもよく、車両下方に移動させる可動式のアームとアームを移動させるアーム駆動部等を備え、受電パッドを給電レールに接触させて直流電流の給電を行う。受電装置２０５は、アームを備えていなくてもよく、例えば、送電共振回路１１１と受電装置２０５とは常に接触していてもよい。

（Ｂ３）上述した実施形態において、異物検出部１３０は、平面敷設型センサ１２０の検出信号に加えて、平面敷設型センサ１２０と異なるセンサ（以下、「別センサ」という）から取得した異物の検出に関する検出情報を用いて、異物を検出してもよい。本実施形態において、「別センサ」とは、例えば、車両２００に搭載されたカメラやレーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波センサ等の各種センサや、道路ＲＳに設置されたカメラやレーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波センサ等の各種センサである。例えば、平面敷設型センサ１２０の検出した信号から異物が生体か無生物かの判断がしにくい場合において、別センサが異物の移動を検出した場合、異物が生体であると判断できる。この形態によれば、検出信号を相互共有できるため、より精度よく異物３００を検出し、異物の種別を判断することができる。

（Ｂ４）上述した実施形態において、平面敷設型センサ１２０の種類に応じて、平面敷設型センサ１２０の周囲に配置する素材を変更してもよい。例えば、平面敷設型センサ１２０が重量センサである場合は、弾性や可撓性を有する素材を採用し、平面敷設型センサ１２０がループコイルである場合は、磁性体素材を採用することができる。

（Ｂ５）上述した実施形態において、異物検出部１３０は、平面敷設型センサ１２０が検出した信号の検出パターンに応じて異物を検出および異物の種類を判別している。これに代えて、または、これに加えて、異物検出部１３０は、平面敷設型センサ１２０が検出した信号の検出値に応じて異物を検出および異物の種類を判別してもよい。例えば、図４に示すように、異物検出部１３０は、圧力センサの検出値が大きければ、四輪車両を検出したと判別できる。また、図５に示すように、異物検出部１３０は、静電容量センサの検出値が小さくなければ、車両以外の異物を検出したと判別できる。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述した課題を解決するために、あるいは上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜削除することが可能である。

１００給電システム、１１０給電装置、１１１送電共振回路、１１２送電回路、１１３電源回路、１２０平面敷設型センサ、１３０異物検出部、１４０通知装置、２００車両、２０５受電装置、３００異物、ＲＳ道路

Claims

車両（２００）に搭載された受電装置（２０５）に給電する給電システム（１００）であって、
前記受電装置に電力を供給する給電装置（１１０）と、
前記給電装置の周辺において前記車両の下方に位置する路面に設けられ、磁束変化を検知する平面敷設型センサ（１２０）と、
前記平面敷設型センサが検出した信号の検出値の大きさと、前記信号の検出位置の時系列における変化と前記信号の周期性の有無とのうち少なくとも一方を含む移動変化を示す前記検出値の時系列情報と、を組み合わせた検出パターンに応じて異物を検出する異物検出部（１３０）と、を備える、給電システム。
請求項１に記載の給電システムであって、
前記平面敷設型センサは、更に、重量と圧力と静電容量の変化とのうち少なくとも一つ以上を検知し、
前記異物検出部は、前記検出パターンに応じて前記異物が車両と生体と無生物のいずれかであるかを判別する、給電システム。
請求項１または請求項２に記載の給電システムであって、
前記平面敷設型センサは、前記路面における前記車両の幅方向または前記路面の延伸方向の少なくとも一方において前記給電装置よりも広い範囲に設けられている、給電システム。
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の給電システムであって、
前記給電装置は、前記路面の延伸方向に沿って配置された複数のセグメントを有し、前記異物検出部が前記異物を検出した場合に、前記異物が検出された位置に対応するセグメントの給電を停止する、給電システム。
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の給電システムであって、
前記異物検出部は、前記異物を検出した場合であって、かつ、前記異物が生体である場合に、前記生体へ通知するために通知装置（１４０）に信号を出力する、給電システム。
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の給電システムであって、
前記異物検出部は、前記異物を検出した場合であって、かつ、前記異物が無生物である場合に、道路管理者へ通知するために通知装置に信号を出力する、給電システム。
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の給電システムであって、
前記異物検出部は、前記平面敷設型センサと異なるセンサから取得した前記異物の検出に関する検出情報を用いて、前記異物を検出する、給電システム。