WO2014132716A1

WO2014132716A1 - 給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法

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Publication number: WO2014132716A1
Application number: PCT/JP2014/051605
Authority: WO
Inventors: 勲方田; 秋山　仁
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2014-09-04
Also published as: US9653937B2; JP2014166084A; EP2985864A4; US20150303730A1; EP2985864A1

Abstract

　充電効率の低下を抑制し、スイッチング素子の高調波ノイズによる充電制御用通信の耐性を改善して信頼性を向上する給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法を提供することを目的とする。　外部装置に給電する給電装置であって、スイッチング波形を変化させることが可能な電力変換用のスイッチング素子を有する電力変換部と、前記電力変換部で生成した電力を外部装置に供給する給電部と、制御部と、外部装置との間で通信を行う通信部と、を有し、前記制御部で、前記通信部が外部装置と通信している期間において、前記電力変換部におけるスイッチング素子のスイッチング波形を調整するよう制御することを特徴とする。

Description

給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法

　本発明は、給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法に関する。

　本技術分野の背景技術として、特開平６－３４３２０５号公報（特許文献１）がある。この公報には、「バッテリと充電器との間で充電情報を通信するときの情報の誤送信を防止するため、充電器と車載バッテリとの間で授受された充電情報に基づいて車載バッテリを充電する電気自動車の充電装置において、充電情報の通信の要否を判定するバッテリコントローラと、充電情報の通信が必要と判定されるときに充電を停止し、通信が不要と判定されるときに充電を行なう充電器コントローラとを具備する。」と記載されている（要約参照）。

特開平６－３４３２０５号公報

　前記特許文献１には、バッテリと充電器との間で充電情報を通信するときの情報の誤送信を防止する電気自動車の充電装置の仕組みが記載されている。しかし、特許文献１の電気自動車の充電装置は、充電情報の通信が必要と判断されるときには充電を停止することが必要であり、通信障害を抑制するために充電を停止することにより充電効率が低下し、充電終了までの時間が長くなるなど、ユーザの利便性が低下するという課題があった。

　そこで、本発明は、充電効率の低下を抑制し、スイッチング素子の高調波ノイズによる充電制御用通信の耐性を改善して信頼性を向上する給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「外部装置に給電する給電装置であって、スイッチング波形を変化させることが可能な電力変換用のスイッチング素子を有する電力変換部と、前記電力変換部で生成した電力を外部装置に供給する給電部と、制御部と、外部装置との間で通信を行う通信部と、を有し、前記制御部で、前記通信部が外部装置と通信している期間において、前記電力変換部におけるスイッチング素子のスイッチング波形を調整するよう制御すること」を特徴とする。

　本発明によれば、充電効率の低下を抑制し、スイッチング素子の高調波ノイズによる充電制御用通信の耐性を改善して信頼性を向上する給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法を提供することが可能である。

本発明の実施の形態による給電装置及び受電装置が搭載された非接触充電システムの構成図の例である。本発明の実施の形態による給電装置における電力変換部の構成図の例である。ＰＷＭ制御信号とＤＣ－ＡＣインバータにおけるスイッチング信号の時間波形の遷移時間との関係を示す図である。本発明の実施の形態による受電装置における電力変換部の構成図の例である。非接触充電システムの動作シーケンス図である。充電制御用通信への障害発生を抑制するためのスイッチング信号遷移時間設定を探索する動作シーケンス図である。充電制御用通信への障害発生を抑制するためのスイッチング遷移時間設定を変更する動作シーケンス図である。

　以下、実施例について図面を用いて説明する。なお、図面において、同一符号は、同一または相当部分を示す。また、本発明は、図示例に限定されるものではない。

　本実施例では、充電装置から電気自動車に対してコネクタを接続しないで給電可能な非接触給電により、電気自動車に搭載された蓄電池へ充電を行う非接触充電システムの例を説明する。

　図１は、本発明の実施の形態による電力変換装置が搭載された非接触充電システムの構成図の例である。図１において非接触充電システム１は、外部へ電力を供給する給電装置１０と外部からの電力を受電する受電装置２０を有する電気自動車２とから構成される。本実施形態では、電気自動車用の給電装置１０が充電ステーションや公共施設の駐車場などに設置され、受電装置２０が給電装置１０からの電力供給を受けて電気自動車２に充電する動作を例にして、給電装置及び受電装置を有する充電システムについて説明する。

　給電装置１０は、電力変換装置を含む給電側電力変換部１１と、非接触給電部１２と、給電制御部１３と、給電側通信部１４と、アンテナ１５と、記憶部１６と、を備える。また、給電制御部１３は、通信期間判定部１３１と、誤り率判定部１３２と、を備える。

　他方、電気自動車２は、受電装置２０と、駆動系電力変換部３０と、モータ４０と、駆動部５０と、蓄電池６０と、を備える。

　また、受電装置２０は、非接触受電部２１と、電力変換装置を含む受電側電力変換部２２と、受電側通信部２３と、アンテナ２４と、受電制御部２５と、記憶部２６と、を備える。また、受電制御部２５は、通信期間判定部２５１と、誤り率判定部２５２と、を備える。

　給電装置１０における非接触給電部１２と電気自動車２の受電装置２０における非接触受電部２１はそれぞれコイルで形成されており、それぞれのコイルを軸方向に対向させた場合の相互誘導により電力を伝送する。以下に電磁誘導方式の非接触電力伝送を用いた場合の動作について説明する。

　まず、給電装置１０において給電側電力変換部１１は、外部から供給される系統電力の交流電源、例えば三相交流２００Ｖを、スイッチング素子を用いた電力変換により周波数を変換して高周波信号を生成し、その高周波信号を非接触給電部１２に供給する。

　次に、給電装置１０において非接触給電部１２は、給電側電力変換部１１から供給された高周波信号によりコイルの軸方向に磁束を生じさせる。他方、電気自動車２の受電装置２０における非接触受電部２１では、非接触給電部１２の給電コイルにより生じた磁束との相互誘導に基づく誘導起電力によって受電コイルに高周波信号が生成され、その高周波信号が受電側電力変換部２２に供給される。

　受電側電力変換部２２は、供給された高周波信号からスイッチング素子を用いた電力変換により直流電力を生成し、蓄電池６０に供給する。蓄電池６０は受電側電力変換部２２から供給された直流電力を蓄電池内に保持する。他方、電気自動車２の走行時には、蓄電池６０で保持した直流電力を用いて駆動系電力変換部３０によりモータ駆動信号を生成し、モータ４０を駆動させる。そして、モータ４０は車輪などの駆動部５０を回転させて走行する。

　なお、給電装置１０における給電側電力変換部１１から出力される高周波信号の電流指令値及び内部動作に係る遷移時間設定は、給電制御部１３が生成して給電側電力変換部１１に供給することにより制御する。また、電気自動車２の受電装置２０における受電側電力変換部２２から出力される直流電力の電圧指令値及び内部動作に係る遷移時間設定は、受電制御部２５が生成して受電側電力変換部２２に供給することにより制御する。ここで遷移時間とは、制御信号の時間波形の立ち上がり、あるいは立ち下がりにかかる時間である。

　次に、充電開始から充電終了までの動作を制御するための給電装置１０と電気自動車２の受電装置２０との通信インターフェースについて説明する。図１において給電装置１０の給電制御部１３と受電装置２０の受電制御部２５との間では、充電動作の開始要求や停止要求、電気自動車２の蓄電池情報（電池容量、最大充電時間、電池状態に基づく充電時の電流指令値など）、給電装置１０の充電器情報（最大電流など）の情報を給電側通信部１４と受電側通信部２３とを介して無線通信により送受信する。

　給電装置１０から電気自動車２の受電装置２０へ情報を伝送する場合、給電装置１０の給電制御部１３は電気自動車２の受電装置２０へ伝送すべきデータを生成し、給電側通信部１４へ供給する。給電側通信部１４は供給されたデータに対して符号化および変調処理を行いアンテナ１５から高周波信号（ＲＦ信号）を送信する。

　一方、受電装置２０の受電側通信部２３は、受電装置２０のアンテナ２４で受信したＲＦ信号を所望の信号レベルとなるように増幅または減衰させ、周波数変換と復調および復号化処理を行い、受信データを受電制御部２５に供給する。この時、受電装置２０の受電側通信部２３では、アンテナ２４で受信したＲＦ信号の信号レベルを所望の信号レベルとなるようにＡＧＣ（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御しており、ＡＧＣ制御信号の電圧値変化により給電装置１０のアンテナ１５からＲＦ信号が送信されて、受電装置２０のアンテナ２４で受信しているか否かを判別できる。受電制御部２５はこのＡＧＣ制御信号を通信期間判定部２５１に供給し、通信期間判定部２５１で通信が行われているか否かを判定する。

　また、受電側通信部２３は、ひとつのデータパケットの内の、復調および復号化した受信データの誤りビット数を検出し、その誤りビット数を受電制御部２５の誤り率判定部２５２に供給する。誤り率判定部２５２は、供給された誤りビット数と受電制御部２５が管理するデータ受信回数から受信データ誤り率を算出する。

　次に、受電装置２０の受電制御部２５から給電装置１０へ情報を伝送する場合を説明する。このときは、受電装置２０の受電制御部２５は給電装置１０へ伝送すべきデータを生成し、受電側通信部２３へ供給する。受電側通信部２３は供給されたデータに対して符号化および変調処理を行いアンテナ２４からＲＦ信号を送信する。

　一方、給電装置１０の給電側通信部１４は、給電装置１０のアンテナ１５で受信したＲＦ信号を所望の信号レベルとなるように増幅または減衰させ、周波数変換と復調および復号化処理を行い、受信データを給電制御部１３に供給する。この時、給電装置１０の給電側通信部１４では、アンテナ１５で受信したＲＦ信号の信号レベルを所望の信号レベルとなるようにＡＧＣ（Ａｕｔｏ　Ｇａｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）制御しており、ＡＧＣ制御信号の電圧値変化により受電装置２０のアンテナ２４からＲＦ信号が送信されて、給電装置１０のアンテナ１５で受信しているか否かを判別できる。給電制御部１３はこのＡＧＣ制御信号を給電制御部１３の通信期間判定部１３１に供給し、通信期間判定部２５１で通信が行われているか否かを判定する。

　また、給電側通信部１４は、ひとつのデータパケットの内、復調および復号化した受信データの誤りビット数を検出し、その誤りビット数を給電制御部１３の誤り率判定部１３２に供給する。誤り率判定部１３２は、供給された誤りビット数と給電制御部１３が管理するデータ受信回数から受信データ誤り率を算出する。

　図１の給電装置１０の給電制御部１３は、給電側電力変換部１１に設定する電流指令値及び遷移時間設定、誤り率判定部１３２で取得した誤りビット数や受信誤り率、通信中遷移時間確定フラグなどの情報を記憶部１６に記憶させ、呼び出すことができる。なお、記憶部１６は不揮発性記憶部であり、電力が供給されていない場合にも情報を保持するものとする。

　図１の受電装置２０の受電制御部２５は、受電側電力変換部２２に設定する電流指令値及び遷移時間設定、誤り率判定部２５２で取得した誤りビット数や受信誤り率、通信中遷移時間確定フラグなどの情報を記憶部２６に記憶させ、呼び出すことができる。なお、記憶部２６は不揮発性記憶部であり、電力が供給されていない場合にも情報を保持するものとする。

　次に、給電装置１０における給電側電力変換部１１の構成について、図２を用いて説明する。図２は本発明の実施の形態による給電装置における電力変換部の構成図の例である。図２において給電側電力変換部１１は、整流部１１１と、ＤＣ－ＡＣインバータ１１２と、電流検出部１１３と、ゲート駆動部１１４と、ＰＷＭ制御信号生成部１１５と、から構成される。

　図２において給電側電力変換部１１の整流部１１１は、外部から供給される系統電力からの交流電源、例えば三相交流２００Ｖ電源に対して、ダイオードによる整流と平滑化により直流化し、直流電力をＤＣ－ＡＣインバータ１１２に供給する。ＤＣ－ＡＣインバータ１１２は電力変換用のスイッチング素子であり、供給された直流電力をインバータ回路により非接触電力伝送に適した周波数、例えば、１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの交流信号に変換し、電流検出部１１３を介して非接触給電部１２に供給する。電流検出部１１３では、非接触電力伝送に用いられる信号の電流値を検出し、検出した電流値をＰＷＭ制御信号生成部１１５に供給する。

　なお、外部から供給される電力系統の交流電源は三相交流２００Ｖに限定されるものではなく、単相交流２００Ｖや単相交流１００Ｖなど各種の交流電源の形態が想定される。これらの交流電源の種類に応じて、整流部１１１で用いられる整流回路を構成する。また、ＤＣ－ＡＣインバータ１１２で生成される交流信号の周波数については、１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚを例に挙げたが、これに限定されるものではない。

　図２においてＰＷＭ制御信号生成部１１５は、給電制御部１３から供給される電流指令値と電流検出部１１３から供給される電流値とを比較し、電流検出部１１３から供給される電流値が給電制御部１３から供給される電流指令値と一致するようにＰＷＭ制御信号を生成し、ゲート駆動部１１４に供給する。

　ゲート駆動部１１４は、給電制御部１３から供給される遷移時間設定に基づき、スイッチング素子のゲート抵抗を切り替えることによりＤＣ－ＡＣインバータ１１２でのスイッチング信号の時間波形の立ち上がり波形と立ち下がり波形の遷移時間を制御する。

　ＰＷＭ制御信号生成部１１５で生成されるＰＷＭ制御信号と、遷移時間設定とにより切り替えられるＤＣ－ＡＣインバータ１１２から出力されるスイッチング信号の時間波形との関係について、図３を用いて説明する。

　図３は、ＰＷＭ制御信号とＤＣ－ＡＣインバータにおけるスイッチング波形の遷移時間との関係を示す図である。図３において、（ａ）ＰＷＭ制御信号は、図２におけるＰＷＭ制御信号生成部１１５において生成されるＰＷＭ制御信号の波形の例を示しており、給電側電力変換部１１が出力すべき交流信号の波形に応じてパルス幅が制御される。このＰＷＭ制御信号を基にＤＣ－ＡＣコンバータ１１２のスイッチング素子のＯＮ－ＯＦＦを制御し、（ｂ）～（ｄ）に示すスイッチング波形が生成される。

　ここで、遷移時間設定は、Ｎｍａｘ＋１種類の指令値（τ［0］、τ［1］・・・τ［Ｎｍａｘ］）を持つものとし、τ［0］が立ち上がり波形と立ち下がり波形の遷移時間が最
も短く、τ［1］、τ［2］と遷移時間が順次長くなり、τ［Ｎｍａｘ］の場合に遷移時間が最も長くなる。図３において、（ｂ）は遷移時間設定がτ［0］の場合の時間波形、（ｃ）は遷移時間設定がτ［1］の場合の時間波形、（ｄ）は遷移時間設定がτ［Ｎｍａｘ］の場合の時間波形を示している。

　充電制御用の通信が行われていない期間においては、例えば設定可能な遷移時間のうちで、遷移時間が最短のτ［0］を標準遷移時間設定とする。また、充電制御用通信が行われている期間においては、高調波ノイズによる通信障害が発生しない遷移時間設定の中で最短の遷移時間を最適な通信中遷移時間設定τ［ｋ］とする。すなわち図示するように、充電制御用の通信が行われているときは、充電制御用の通信が行われていないときに比べて、遷移時間を長く設定するようにしている。スイッチング素子においてスイッチング波形の遷移時間が長くなると、電力の変換損失が増加し、熱放射が増加する。そのため、例えば上記のように設定可能な遷移時間の中で最も短い遷移時間を設定するようにしており、このことにより、スイッチング素子の高調波成分を抑制することができる。

　次に、受電装置２０における受電側電力変換部２２の構成について、図４を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態による受電装置における電力変換部の構成図の例である。図４において受電側電力変換部２２は、整流部２２１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ２２２と、電圧検出部２２３と、ゲート駆動部２２４と、ＰＷＭ制御信号生成部２２５と、から構成される。

　図４において受電側電力変換部２２の整流部２２１は、非接触受電部２１から供給される高周波信号に対して、ダイオードによる整流と平滑化により直流化し、直流電力をＤＣ－ＤＣコンバータ２２２に供給する。ＤＣ－ＤＣコンバータ２２２は電力変換用のスイッチング素子であり、供給された直流電力をインバータ回路により蓄電池６０への充電に適した電圧、例えば、２４０Ｖの直流電力に変換し、電圧検出部２２３を介して蓄電池６０に供給する。電圧検出部２２３では、蓄電池６０への充電に用いられる直流電力の電圧値を検出し、検出した電圧値をＰＷＭ制御信号生成部２２５に供給する。

　なお、非接触受電部２１から供給される高周波信号の周波数は１０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ程度を想定しているが、その限りではない。また、ＤＣ－ＤＣコンバータ２２２で生成される直流電力の電圧は、２４０Ｖを例として挙げたが、接続される蓄電池６０の種類に応じて各種の電圧値が想定される。

　図４においてＰＷＭ制御信号生成部２２５は、受電制御部２５から供給される電流指令値と電圧検出部２２３から供給される電圧値とを比較し、電圧検出部２２３から供給される電圧値が受電制御部２５から供給される電圧指令値と一致するようにＰＷＭ制御信号を生成し、ゲート駆動部２２４に供給する。ゲート駆動部２２４は、受電制御部２５から供給される遷移時間設定に基づき、スイッチング素子のゲート抵抗を切り替えることによりＤＣ－ＤＣコンバータ２２２でのスイッチング信号の時間波形の立ち上がり波形と立ち下がり波形の遷移時間を制御する。

　ＰＷＭ制御信号生成部２２５で生成されるＰＷＭ制御信号と、遷移時間設定により切り替えられるＤＣ－ＤＣコンバータ２２２から出力されるスイッチング信号の時間波形との関係については、図３を用いて説明したＰＷＭ制御信号とＤＣ－ＡＣインバータにおけるスイッチング信号の時間波形の遷移時間との関係と同等であり、説明を省略する。

　以上のように構成された非接触充電システム１において、路上に設置された給電装置１０から電気自動車２に対して充電する動作について、図５乃至図７を用いて説明する。

　図５は非接触充電システムの全体動作シーケンス図である。図５では非接触充電システムの例として、路上に設置された給電装置と、電気自動車に備えられた受電装置との間で電力供給を行うシステムを想定している。ただし給電装置、受電装置等の設置場所等は図５で説明する形態に限られるものではない。

　図５において、左側が給電装置１０における全体動作シーケンスを示し、右側は電気自動車２の受電装置２０における動作シーケンスを示している。まず始めに電気自動車の利用者は、所定の場所に電気自動車を停車させ（ステップＳ６０１）、路上に設置された給電装置１０を操作して充電開始（ステップＳ５０１）させる。

　次に、給電装置１０の給電制御部１３と受電装置２０の受電制御部２５はステップ５０２及びステップＳ６０２において、充電装置側の情報（最大電圧、最大電流など）と電気自動車側の電池情報（最大電圧、電池容量、最大充電時間、充電済電池容量など）を通信インターフェース経由でやり取りし、相互の適合性の確認などの初期化処理を行い、それぞれステップＳ５０３とステップＳ６０３に進む。

　この初期化処理の間は、給電装置１０の給電側電力変換部１１と受電装置２０の受電側電力変換部２２共に電力変換処理を行っておらず、スイッチング素子の高調波ノイズ成分による充電制御用通信への障害は発生しない。また、ステップＳ５０２及びステップＳ６０２において、受電装置２０の受電制御部２５から充電に係る電流指令値を給電装置１０の給電制御部１３に対して送信するものとし、ステップＳ５０３において給電装置１０の給電制御部１３は、この電流指令値に基づいて給電を開始し、ステップＳ５０４に進む。また、受電装置２０の受電制御部２５はステップＳ６０３において、非接触受電部２１において電力を受電し、蓄電池６０への充電を開始させ、ステップＳ６０４に進む。

　なお、ステップＳ５０３において給電装置１０の給電制御部１３は、給電側電力変換部１１に対して遷移時間設定を標準設定であるτ［0］を指定する。また、ステップＳ６０３において受電装置２０の受電制御部２５は、受電側電力変換部２２に対して遷移時間設定を標準設定であるτ［0］を指定する。

　次に、ステップＳ６０５において受電装置２０の受電制御部２５は、充電に適した電流指令値を蓄電池６０の充電状態に基づいて算出し、ステップＳ６０５に進む。

　次に、ステップＳ６０５において受電装置２０の受電制御部２５は、電流指令値を給電装置１０の給電制御部１３に対して送信し、ステップＳ６０６に進む。

　次に、ステップＳ６０６において受電装置２０の受電制御部２５は、蓄電池６０に充電された電池容量が規定値に達したか否かを判定し、規定値に達している場合、即ち充電が完了している場合はステップＳ６０７に進み、規定値に達していない場合、即ち充電が完了していない場合は、ステップＳ６０４に戻る。ここで、ステップＳ６０４からステップＳ６０６におけるループは、蓄電池６０への充電が完了するまで継続され、１００ｍｓ間隔で実行されるものとする。なお、上記ステップＳ６０４からステップＳ６０６におけるループの実行時間間隔は自由に設定可能である。

　次に、ステップＳ６０７において受電装置２０の受電制御部２５は、蓄電池６０の充電が完了していることから、充電停止要求を給電装置１０の給電制御部１３に送信し、ステップＳ６０８に進む。次に、ステップＳ６０８において受電装置２０の受電制御部２５は、蓄電池６０への給電が停止しているか否かを判定し、停止していることが確認できなければステップＳ６０７に戻って充電停止要求を再送し、充電処理停止していることを確認できればステップＳ６０９に進んで充電処理を完了させる。

　以上のように、受電装置２０の受電制御部２５から給電装置１０の給電制御部１３へ通信を行うタイミングは、充電中に限定すると、ステップＳ６０５における電流指令値の送信と、ステップＳ６０７における充電停止要求の送信となる。

　以下、給電装置１０において、電力の給電中に受電装置２０から電流指令値や充電停止要求の通信を受信した場合の動作について説明する。

　まず、ステップＳ５０４において給電装置１０の給電制御部１３は、受電装置２０から通信インターフェースを介して電流指令値または充電停止要求の通信を受信したことを、通信期間判定部１３１におけるＡＧＣ制御信号の電圧変化により検知し、ステップＳＳ５０５に進む。

　ステップＳ５０５において給電装置１０の給電制御部１３は、記憶部１６に保持された通信中遷移時間確定フラグを判定し、“ＯＮ”であればステップＳ５１０に進み、“ＯＦＦ”であればステップＳ５２０に進む。この通信中遷移時間確定フラグとは、後述するステップＳ５２０の遷移時間探索シーケンスにおいて設定されるフラグであり、充電制御用通信への障害発生を抑制するためのスイッチング信号の遷移時間設定が確定しているか否かを示し、“ＯＮ”の場合に確定していることを表す。

　通信中遷移時間設定が確定している場合、ステップＳ５１０において給電装置１０と受電装置２０間の通信中のスイッチング信号波形の遷移時間を、通信していないときのスイッチング信号波形の遷移時間よりも長くすることによって充電制御用通信への障害を抑制するシーケンスを実行し、ステップＳ５３０に進む。一方、ステップＳ５２０においては、前述のステップＳ５１０で設定すべき遷移時間設定を探索するシーケンスを実行し、ステップＳ５３０に進む。

　次に、ステップＳ５３０において給電装置１０の給電制御部１３は、受信したデータの種別を判定し、電流指令値であればステップＳ５３１へ進み、充電停止要求であればステップＳ５３２へ進む。

　次に、ステップＳ５３１において給電装置１０の給電制御部１３は、受信した電流指令値を給電側電力変換部１１に供給し、給電する電流出力を制御し、ステップＳ５０４に戻る。一方、ステップＳ５３０において給電装置１０の給電制御部１３は、給電側電力変換部１１での変換処理を停止させ、給電する電流出力を停止させ、ステップＳ５３２に進んで充電処理を終了させる。

　ここで、図５のステップＳ５２０において、充電制御用通信への障害発生を抑制することを目的とした、スイッチング信号の遷移時間設定の探索動作について、図６を用いて説明する。図６は、充電制御用通信への障害発生を抑制するためのスイッチング信号遷移時間設定を探索する動作シーケンス図である。

　図６のステップＳ５２１において給電装置１０の給電制御部１３は、遷移時間設定をｎ番目のτ［n］とし、給電側電力変換部１１に供給して、ステップＳ５２２に進む。ここで、ｎは整数とし、充電開始時はn=0である。また、後述のステップＳ５２６においてインクリメントされるものとする。

　次に、ステップＳ５２２において給電装置１０の給電制御部１３は、受電装置２０から通信インターフェースを介して送信される電流指令値または充電停止要求の通信が終了したことを、通信期間判定部１３１におけるＡＧＣ制御信号の電圧変化により検知し、ステップＳＳ５２３に進む。ステップＳ５２３において給電装置１０の給電制御部１３は、遷移時間設定を標準のτ［0］とし、給電側電力変換部１１に供給して、ステップＳ５２４に進む。

　次に、ステップＳ５２４において給電装置１０の給電制御部１３は、誤り率判定部１３２から受信データ誤り率を取得し、ステップＳ５２５に進む。

　ステップＳ５２５において給電装置１０の給電制御部１３は、ステップＳ５２１において設定した遷移時間設定とステップＳ５２４において取得した受信データ誤り率とを記憶部１６に格納し、ステップＳ５２６に進む。

　ステップＳ５２６においてはステップＳ５２１で設定すべき遷移時間設定を指定する整数ｎをインクリメントし、ステップＳ５２７に進む。

　ステップＳ５２７において給電装置１０の給電制御部１３は、整数ｎがＮｍａｘより大きいか否かを判定し、大きい場合はステップＳ５２８に進み、小さい場合はこの探索シーケンスを抜けてステップＳ５３０に進む。なお、このステップＳ５２７では、（Ｎｍａｘ＋１）種類の遷移時間設定（τ［0］、τ［1］・・・τ［Ｎｍａｘ］）に対する受信データ誤り率を取得したか否かを判定するのに相当する。

　次に、ステップＳ５２８において給電装置１０の給電制御部１３は、記憶部１６に格納されている（Ｎｍａｘ＋１）種類の遷移時間設定（τ［0］、τ［1］・・・τ［Ｎｍａｘ］）に対する受信データ誤り率情報から、受信データ誤り率が予め設定された誤り率よりも低くなる遷移時間設定の内で最も遷移時間の短いものを選択し、これを最適な通信中遷移時間設定値τ［ｋ］として記憶部１６に格納し、ステップＳ５２９に進む。

　ステップＳ５２９において給電装置１０の給電制御部１３は、記憶部１６に格納されている通信中遷移時間確定フラグを“ＯＮ”に変更して格納し、この探索シーケンスを抜けてステップＳ５３０に進む。

　以上のステップＳ５２０における遷移時間探索シーケンスを（Ｎｍａｘ＋１）回通ることにより、この非接触充電システムにおける充電制御用通信中に充電制御用通信への障害発生を抑制するためのスイッチング信号遷移時間設定値を求めることができる。

　ここで、図５のステップＳ５１０において充電制御用通信中に遷移時間を変更する動作について、図７を用いて説明する。図７は、充電制御用通信への障害発生を抑制するためのスイッチング遷移時間設定を変更する動作シーケンス図である。

　図７のステップＳ５１１において給電装置１０の給電制御部１３は、ステップＳ５２０で探索した通信中遷移時間設定τ［ｋ］を給電側電力変換部１１に設定し、ステップＳ５１２に進む。ステップＳ５１２において給電装置１０の給電制御部１３は、受電装置２０から通信インターフェースを介して送信される電流指令値または充電停止要求の通信が終了したことを、通信期間判定部１３１におけるＡＧＣ制御信号の電圧変化により検知し、ステップＳＳ５１３に進む。ステップＳ５１３において給電装置１０の給電制御部１３は、遷移時間設定を標準のτ［0］として給電側電力変換部１１に設定し、ステップＳ５１４に進む。

　次に、ステップＳ５１４において給電装置１０の給電制御部１３は、誤り率判定部１３２で取得した受信データ誤り率が規定値以上であるか否かを判定し、規定値以上であればステップＳ５１１で設定した遷移時間設定τ［ｋ］では充電制御用通信へ障害を抑制できていないと判断し、ステップＳ５１５に進み、規定値以下であれば、この変更シーケンスＳ５１０を抜けてステップＳ５３０に進む。ここでの規定値は例えば１％とするが、ゼロ以外の値であればよい。

　次に、ステップＳ５１５において給電装置１０の給電制御部１３は、通信中遷移時間確定フラグを“ＯＦＦ”として記憶部１６に格納し、ステップＳ５１６に進む。ステップＳ５１６において給電装置１０の給電制御部１３は、ステップＳ５２１で設定すべき遷移時間設定を指定する整数ｎをリセットして、この変更シーケンスＳ５１０を抜けてステップＳ５３０に進む。

　以上のように、本実施例の電力変換装置では、充電開始直後にスイッチング波形の遷移時間設定毎に充電制御用無線通信の受信誤り率を評価することにより、充電制御用無線通信の送受信期間のみ、高調波ノイズを抑制した遷移時間且つスイッチング損失のより少ない遷移時間を設定することで、充電効率の低下を抑制し、スイッチング素子の高調波ノイズによる充電制御用通信の耐性を改善して信頼性を向上する給電装置、受電装置、電気自動車、充電システム及び充電方法を提供することが可能である。

　また、スイッチング波形の遷移時間を長くする期間は、充電制御用無線通信の送受信期間のみであるため、常に遷移時間を長くする場合と比較して、スイッチング損失の増大に伴う熱放射を抑制することができるため、放熱設計に係るコストを低減することができる。

　また、充電開始直後だけでなく、通常の充電動作中に充電制御用の無線通信に障害が発生した場合にも再び遷移時間の探索を実行するため、送受信環境の変化に対応することが可能となる。

　なお、本実施例ではスイッチング素子のスイッチング波形における遷移時間を変更する手段として、ゲート抵抗を切り替えることにより遷移時間を制御する方法について説明したが、スイッチング素子の出力端子に可変容量を並列に接続することによって遷移時間を制御する方法や、リアクトルとコンデンサ及びパワー半導体から構成される補助回路を接続し、それらの定数を可変させることで共振特性を制御し遷移時間を制御する方法などを用いても同様の効果を得ることができる。

　さらに、本実施例では、充電制御用通信の送受信期間の検知方法としてＡＧＣ電圧の変化を用いたが、電気自動車からの電流指令値の周期的な伝送と同期させる方法や、通信部の同期検出信号を利用する方法を用いても同様の効果を得ることができる。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１　　　非接触充電システム
２　　　電気自動車
１０　　給電装置
１１　　給電側電力変換部
１１１　整流部
１１２　ＤＣ－ＡＣインバータ
１１３　電流検出部
１１４、２２４　ゲート駆動部
１１５、２２５　ＰＷＭ制御信号生成部
１２　　非接触給電部
１３　　給電制御部
１３１、２５１　通信期間判定部
１３２、２５２　誤り率判定部
１４　　給電側通信部
１５、２４　アンテナ
１６、２６　記憶部
２１　　非接触受電部
２２　　受電側電力変換部
２２２　ＤＣ－ＤＣコンバータ
２２３　電圧検出部
２３　　受電側通信部
２４　　受電制御部
３０　　駆動系電力変換部
４０　　モータ
５０　　駆動部
６０　　蓄電池

Claims

　外部装置に給電する給電装置であって、
　スイッチング波形を変化させることが可能な電力変換用のスイッチング素子を有する電力変換部と、
　前記電力変換部で生成した電力を外部装置に供給する給電部と、
　制御部と、
　外部装置との間で通信を行う通信部と、を有し、
　前記制御部で、前記通信部が外部装置と通信している期間において、前記電力変換部におけるスイッチング素子のスイッチング波形を調整するよう制御することを特徴とする給電装置。
　請求項１に記載の給電装置であって、
　前記電力変換部は、
　前記制御部からの指令電流値に応じたスイッチング波形を生成するＰＷＭ制御信号生成部と、
　前記ＰＷＭ制御信号生成部で生成されるスイッチング波形のスイッチング遷移時間を変更可能なゲート駆動部と、を備え、
　前記制御部で、前記ゲート駆動部を制御し、前記ＰＷＭ制御信号生成部で生成されるスイッチング波形の立ち上がりと立ち下がりの遷移時間を調整することを特徴とする給電装置。
　請求項２に記載の給電装置であって、
　前記制御部は、前記遷移時間を前記通信部が外部と通信していない期間に設定されている遷移時間よりも長い時間に設定するように制御することを特徴とする給電装置。
　請求項３に記載の給電装置であって、
　前記制御部は、前記スイッチング素子のスイッチング波形の立ち上がりと立ち下がりの遷移時間について少なくともひとつ以上の設定値を有し、
　前記通信部における受信データの誤り率を取得する誤り率取得部を有し、
　前記制御部は、前記制御部が有する遷移時間の各設定値に対する誤り率を、前記誤り率取得部で取得するよう制御することを特徴とする給電装置。
　請求項４に記載の給電装置であって、
　前記誤り率取得部で取得した誤り率に基づき、基準として設定された誤り率よりも低くなる遷移時間の設定値の内で、遷移時間が最も短い遷移時間をスイッチング波形の遷移時間に設定するよう、前記制御部で前記ゲート駆動部を制御することを特徴とする給電装置。
　請求項５に記載の給電装置であって、
　前記通信部が外部と通信を行う期間を判定する通信期間判定部を有し、
　前記通信期間判定部は、前記通信部におけるＡＧＣ制御信号を基に通信期間を判定することを特徴とする給電装置。
　外部装置から電力を受ける受電装置であって、
　スイッチング波形を変化させることが可能な電力変換用のスイッチング素子を有する電力変換部と、
　外部からの電力を前記電力変換部に伝送する受電部と、
　制御部と、
　外部装置との間で通信を行う通信部と、を有し、
　前記制御部で、前記通信部が外部装置と通信している期間において、前記電力変換部におけるスイッチング素子のスイッチング波形を調整するよう制御することを特徴とする受電装置。
　請求項７に記載の受電装置であって、
　前記電力変換部は、前記制御部からの指令電流値に応じたスイッチング波形を生成するＰＷＭ制御信号生成部と、
　前記ＰＷＭ制御信号生成部で生成されるスイッチング波形のスイッチング遷移時間を変更可能なゲート駆動部と、を備え、
　前記制御部で、前記ゲート駆動部を制御し、前記ＰＷＭ制御信号生成部で生成されるスイッチング波形の立ち上がりと立ち下がりの遷移時間を調整することを特徴とする受電装置。
　請求項８に記載の受電装置であって、
　前記制御部は、前記遷移時間を前記通信部が外部と通信していない期間に設定されている遷移時間よりも長い時間に設定するように制御することを特徴とする受電装置。
　請求項９に記載の受電装置であって、
　前記制御部は、前記スイッチング素子のスイッチング波形の立ち上がりと立ち下がりの遷移時間について少なくともひとつ以上の設定値を有し、
　前記通信部における受信データの誤り率を取得する誤り率取得部を有し、
　前記制御部は、前記制御部が有する遷移時間の各設定値に対する誤り率を、前記誤り率取得部で取得するよう制御することを特徴とする受電装置。
　請求項１０に記載の受電装置であって、
　前記誤り率取得部で取得した誤り率に基づき、基準として設定された誤り率よりも低くなる遷移時間の設定値の内で、遷移時間が最も短い遷移時間をスイッチング波形の遷移時間に設定するよう、前記制御部で前記ゲート駆動部を制御することを特徴とする受電装置。
　請求項１１に記載の受電装置であって、
　前記通信部が外部と通信を行う期間を判定する通信期間判定部を有し、
　前記通信期間判定部は、前記通信部におけるＡＧＣ制御信号を基に通信期間を判定することを特徴とする受電装置。
　請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の受電装置と、
　前記受電装置から供給される電力を蓄電する蓄電池と、を有する電気自動車。
　請求項１乃至６のいずれか１項に記載の給電装置と、
　請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の受電装置と、
　前記受電装置を介して供給される電力を蓄電する蓄電手段を有する充電システム。
給電装置からの電力を受電装置で受け、蓄電手段に蓄電する充電方法であって、
　前記給電装置と前記受電装置とが通信している期間において、前記給電装置及び前記受電装置がそれぞれ有するスイッチング素子の波形を前記給電装置及び前記受電装置のそれぞれで調整することを特徴とする充電方法。
　請求項１５に記載の充電方法であって、
　前記給電装置及び前記受電装置がそれぞれ有するスイッチング素子のスイッチング波形の立ち上がりと立ち下がりの遷移時間を調整制御することを特徴とする充電方法。
　請求項１６に記載の充電方法であって、
　前記給電装置及び前記受電装置は、前記給電装置及び前記受電装置がそれぞれ有するスイッチング素子のスイッチング波形の遷移時間に設定可能な各遷移時間における誤り率を取得し、基準として設定された誤り率よりも低くなる遷移時間の内で、遷移時間が最も短い遷移時間をスイッチング波形の遷移時間に調整しスイッチング素子の波形を制御することを特徴とする充電方法。