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CN102209647A - 车辆用供电系统、电动车辆以及车辆用供电设备 - Google Patents

车辆用供电系统、电动车辆以及车辆用供电设备 Download PDF

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CN102209647A CN2008801318688A CN200880131868A CN102209647A CN 102209647 A CN102209647 A CN 102209647A CN 2008801318688 A CN2008801318688 A CN 2008801318688A CN 200880131868 A CN200880131868 A CN 200880131868A CN 102209647 A CN102209647 A CN 102209647A
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Abstract

本发明提供一种车辆用供电系统、电动车辆以及车辆用供电设备。IPA-ECU(410)基于来自搭载于车辆的摄像机(120)的图像信息对送电单元的位置进行图像识别。并且，IPA-ECU(410)基于该图像识别结果，执行引导控制，使得将车辆向送电单元引导(第一引导控制)。共振ECU(460)基于从送电单元向受电单元供电的供电状况来推定送电单元与受电单元的距离。并且，在送电单元进入到车体下部时，HV-ECU(470)基于来自共振ECU(460)的距离信息，执行车辆的引导控制(第二引导控制)，使得进行送电单元与受电单元的位置对准。

Description

车辆用供电系统、电动车辆以及车辆用供电设备
技术领域
本发明涉及车辆用供电系统、电动车辆以及车辆用供电设备，尤其涉及能够以非接触方式从设置于车辆外部的供电设备接受电力的电动车辆的向供电设备的停车控制技术。
背景技术
日本特开平9-215211号公报(专利文献1)公开了一种电动汽车用充电系统，其能够使与车辆外部的电源连接的初级线圈和与电动汽车的蓄电装置连接的次级线圈电磁耦合，以非接触方式从车辆外部的电源对车辆的蓄电装置进行。在该充电系统中，在车体底部设有次级线圈。另一方面，在停车场的地面上形成有凹陷，在其内部设有以能够移动的方式支承初级线圈的线圈移动装置。在线圈移动装置的本体上，具备三个磁传感器。
为了对车辆的蓄电装置进行充电，以横跨凹陷的方式将车辆停车，对次级线圈进行励磁。于是，通过磁传感器检测次级线圈的位置。并且，基于该检测结果驱动线圈移动装置，将初级线圈引导到两线圈电磁耦合的位置(参照专利文献1)。
作为不使用电源线、送电电缆而以非接触方式输送电力的非接触送电技术，使用电磁感应的送电、使用微波的送电以及基于共振法的送电这三种技术众所周知是最有希望的。
其中，共振法是使一对共振器(例如一对自谐振线圈)在电磁场(接近场)中共振、经由电磁场输送电力的非接触的送电技术，也能够以比较长距离(例如数米)输送数千瓦的大电力(参照非专利文献1)。
专利文献1：日本特开平9-215211号公报
专利文献2：日本特开平11-1177号公报
非专利文献1：Andre Kurs et al.，“Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances”，2007年7月6日，Science，第317卷，p.83-86，[2007年9月12日检索]，互联网<URL:http://www.scie ncemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf>
发明内容
上述的日本特开平9-215211号公报所公开的充电系统需要在停车场设置以能够移动的方式支承初级线圈的线圈移动装置，所以装置会大型化。今后，为了谋求普及能够从车辆外部的供电设备接受电力的车辆，希望实现更简单的系统结构。
因此，本发明是为了解决该课题而完成的发明，其目的在于提供一种确保向供电设备的停车精度的同时由简单的结构来实现的车辆用供电系统、使用于该系统的电动车辆以及车辆用供电设备。
根据本发明，车辆用供电系统是以非接触方式从设置于车辆外部的供电设备的送电单元向搭载于车辆的受电单元供电的系统，包括：第一、第二检测单元；第一、第二引导控制单元。第一检测单元检测送电单元与受电单元的位置关系。第一引导控制单元基于第一检测单元的检测结果控制车辆，使得向送电单元引导车辆。第二检测单元基于从送电单元向受电单元的供电状况，检测送电单元与受电单元之间的距离。第二引导控制单元在通过第一引导控制单元使车辆与送电单元接近到预定的距离时，基于第二检测单元的检测结果控制车辆，使得进行送电单元与受电单元的位置对准。
优选是，送电单元配置于地面。受电单元配置于车体底面。送电单元和受电单元的相对面积比车体底面的面积小。第一检测单元包括拍摄装置和图像识别部。拍摄装置搭载于车辆，对车辆的外部进行拍摄。图像识别部基于通过拍摄装置拍摄的图像来识别送电单元的位置。上述预定的距离为通过车辆接近送电单元、从而送电单元进入车体下部、因而变为无法通过拍摄装置拍摄送电单元的距离。
另外，优选是，上述预定的距离为受电单元能够从送电单元接受电力的预先设定的距离。
优选是，车辆用供电系统还包括通信单元。通信单元在车辆与供电设备之间进行通信。第一检测单元进一步包括表示送电单元的位置的发光部。发光部在通过通信单元确立了车辆与供电设备之间的通信之后发光。
进一步优选是，发光部根据通过通信单元从车辆接受的指令而发光。
优选是，车辆用供电系统还包括通信单元。通信单元在车辆与供电设备之间进行通信。供电设备根据通过通信单元从车辆接受的指令而启动。
优选是，送电单元包括从电源接受电力的送电用线圈。受电单元包括用于以非接触方式从送电用线圈接受电力的受电用线圈。第二检测单元包括距离推定部。距离推定部基于从送电用线圈向充电用线圈输送的电力的信息来推定送电单元与受电单元之间的距离。
优选是，在通过第二引导控制单元执行送电单元与受电单元的位置对准的期间中从送电单元向受电单元供给的电力的大小比在位置对准完成后从送电单元向受电单元供给的电力小。
优选是，第一引导控制单元包括第一控制部。第一控制部基于第一检测单元的检测结果对车辆的转向进行控制。第二引导控制单元包括第二控制部。第二控制部基于第二检测单元的检测结果对车辆的驱动和制动进行控制。
另外，根据本发明。电动车辆是能够使用从设置于车辆外部的供电设备的送电单元供给的电力利用电动机进行行驶的车辆，包括：受电单元；第一、第二检测部；第一、第二引导控制部。受电单元构成为以非接触方式接受从送电单元送出的电力。第一检测部检测送电单元的位置。第一引导控制部基于第一检测部的检测结果控制该车辆，使得向送电单元引导该车辆。第二检测部基于从送电单元向受电单元的供电状况，检测送电单元与受电单元之间的距离。第二引导控制部在通过第一引导控制部使该车辆与送电单元接近到预定的距离时，基于第二检测部的检测结果控制该车辆，使得进行送电单元与受电单元的位置对准。
优选是，送电单元配置于地面。受电单元配置于车体底面。送电单元和受电单元的相对面积比车体底面的面积小。第一检测部包括拍摄装置和图像识别部。拍摄装置对车辆的外部进行拍摄。图像识别部基于通过拍摄装置拍摄的图像来识别送电单元的位置。上述预定的距离为通过该车辆接近送电单元、从而送电单元进入车体下部、因而变为无法通过拍摄装置拍摄送电单元的距离。
另外，优选是，上述预定的距离为受电单元能够从送电单元接受电力的预先设定的距离。
优选是，电动车辆还包括通信部。通信部与供电设备进行通信。供电设备包括表示送电单元的位置的发光部。通信部在确立了与供电设备的通信之后，向供电设备发送指示发光部点亮的指令。
优选是，电动车辆还包括通信部。通信部与供电设备进行通信。通信部向供电设备发送指示供电设备启动的指令。
优选是，送电单元包括从电源接受电力的送电用线圈。受电单元包括用于以非接触方式从送电用线圈接受电力的受电用线圈。第二检测部包括距离推定部。距离推定部基于从送电用线圈向充电用线圈输送的电力的信息来推定送电单元与受电单元之间的距离。
优选是，在通过第二引导控制部进行送电单元与受电单元的位置对准时从送电单元向受电单元供给的电力的大小比在送电单元与受电单元的位置对准完成后从送电单元向受电单元供给的电力小。
优选是，第一引导控制部包括第一控制部。第一控制部基于第一检测部的检测结果对车辆的转向进行控制。第二引导控制部包括第二控制部。第二控制部基于第二检测部的检测结果对车辆的驱动和制动进行控制。
另外，根据本发明，车辆用供电设备是以非接触方式向搭载于车辆的受电单元供电的设备，包括送电单元、通信部、电力控制部。送电单元构成为以非接触方式将从电源接受的电力向受电单元送出。通信部与车辆进行通信。电力控制部对从送电单元向受电单元送出的电力进行控制。车辆构成为基于从送电单元向受电单元的供电状况进行送电单元与受电单元的位置对准。在通过通信部从车辆接收表示车辆正在执行位置对准的信号时，电力控制部控制电力，使得电力比在位置对准完成后从送电单元向受电单元送出的电力小。
优选是，车辆用供电设备还包括表示送电单元的位置的发光部。发光部在通过通信部确立了与车辆的通信之后发光。
进一步优选是，发光部根据通过通信部从车辆接受的指令而发光。
优选是，电力控制部根据通过通信部从车辆接受的指令而启动。
在本发明中，车辆的停车控制以两个阶段进行。在第一阶段，通过第一检测单元检测送电单元与受电单元的位置关系，基于该检测结果通过第一引导控制单元控制车辆，使得将车辆向送电单元引导。在第二阶段，基于从送电单元向受电单元的供电状况通过第二检测单元检测送电单元与受电单元之间的距离。并且，在通过第一引导控制单元使车辆与送电单元接近到预定的距离时，基于第二检测单元的检测结果控制车辆，使得进行送电单元与受电单元的位置对准。由此，能够不具备大型的设备地进行供电设备的送电单元与搭载于车辆的受电单元的位置对准。
因此，根据本发明，能够在确保向供电设备的停车精度的同时以简单的结构实现车辆用供电系统。
附图说明
图1是本发明实施方式的车辆用供电系统的整体结构图。
图2是用于说明基于共振法的送电的原理的图。
图3是表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度的关系的图。
图4是图1所示的电动车辆的详细结构图。
图5是图4所示的控制装置的功能框图。
图6是表示送电单元和受电单元间的距离与初级侧电压的关系的图。
图7是表示送电单元和受电单元间的距离与次级侧电压的关系的图。
图78是表示送电单元和受电单元间的距离与初级侧电流的关系的图。
图9是表示送电单元和受电单元间的距离与其微分值的变化的图。
图10是图1所示的供电设备的功能框图。
图11是用于说明由电动车辆的控制装置以及供电设备的ECU执行的车辆的引导控制的流程图。
标号说明
10：车辆用供电系统，100：电动车辆，110：受电单元，112、340：次级自谐振线圈，114、350：次级线圈，120：摄像机，130、240：通信部，140：整流器，142：DC/DC转换器，150：蓄电装置，162：升压转换器，164、166：变换器，172、174：电动发动机，176：发动机，177：动力分配装置，178：驱动轮，180：控制装置，190、272：电压传感器，200：供电设备，210：电源装置，220：送电单元，222、320：初级线圈，224、330：初级自谐振线圈，230：发光部，250：交流电源，260：高频电力驱动器，270：ECU，274：电流传感器，310：高频电源，360：负载，410：IPA-ECU，420：EPS，430：MG-ECU，440：ECB，450：EPB，460：共振ECU，470：HV-ECU，SMR1、SMR2：系统主继电器，PL1、PL2：正极线，NL：负极线。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边详细说明本发明的实施方式。对于图中同一或者相当部分标记相同的标号，不重复进行其说明。
图1是本发明实施方式的车辆用供电系统的整体结构图。参照图1，车辆用供电系统10具备电动车辆100和供电设备200。电动车辆100包括受电单元110、摄像机120和通信部130。
受电单元110固定设置于车体底面，构成为以非接触方式接受从供电设备200的送电单元220(后述)送出的电力。详细地说，受电单元110包括自谐振线圈(后述)，通过经由电磁场与送电单元220所包括的自谐振线圈共振，从而以非接触方式从送电单元220接受电力。摄像机120是为了检测受电单元110与送电单元220的位置关系而设置的，以例如能够拍摄车辆后方的方式安装于车体。通信部130是用于在电动车辆100与供电设备200之间进行通信的通信接口。
供电设备200包括电源装置210、送电单元220、发光部230和通信部240。电源装置210例如将从系统电源供给的商用交流电力转换成高频的电力而向送电单元220输出。电源装置210生成的高频电力的频率为例如1M～10几MHz。
送电单元220固定设置于停车场的地面，构成为将从电源装置210供给的高频电力以非接触方式向电动车辆100的受电单元110送出。详细地说，送电单元220包括自谐振线圈(后述)，通过经由电磁场与受电单元110所包括的自谐振线圈共振，从而以非接触方式向受电单元110输送电力。在送电单元220上设有多个发光部230，该发光部230是为了表示送电单元220的位置而设置的。发光部230由例如LED等构成。通信部240是用于在供电设备200与电动车辆100之间进行通信的通信接口。
在该车辆用供电系统10中，从供电设备200的送电单元220送出高频的电力，通过电动车辆100的受电单元110所包括的自谐振线圈与送电单元220所包括的自谐振线圈经由电磁场而共振，从供电设备200向电动车辆100供电。在此，在从供电设备200向电动车辆100供电时，需要将电动车辆100向供电设备200引导而进行电动车辆100的受电单元110与供电设备200的送电单元220的位置对准。而且，在本实施方式中，电动车辆100的向供电设备200的停车控制以两个阶段进行。
即，在第一阶段，基于由摄像机120拍摄到的图像检测电动车辆100的受电单元110与供电设备200的送电单元220的位置关系，基于该检测结果控制车辆，使得将车辆向送电单元220引导。更详细地说，通过摄像机120拍摄设置在送电单元220上的多个发光部230，对多个发光部230的位置以及方向进行图像识别。并且，基于该图像识别的结果对送电单元220与车辆的位置以及方向进行识别，基于该识别结果将车辆向送电单元220引导。
在此，受电单元110和送电单元220的相对面积比车体底面的面积小，当由于送电单元220进入车体下部而变为无法通过摄像机120拍摄送电单元220时，从第一阶段切换为第二阶段。在该第二阶段，进行从送电单元220向受电单元110的供电，基于其供电状况检测送电单元220与受电单元110的距离。并且，基于该距离信息，控制车辆以进行送电单元220与受电单元110的位置对准。
在上述的第二阶段时从送电单元220送出的电力的大小被设定得比在送电单元220与受电单元110的位置对准完成后从送电单元220向受电单元110供给的电力小。在上述第二阶段时从送电单元220送出电力是为了检测送电单元220与受电单元110之间的距离，因为不需要进行正式供电时的大电力。
接下来，对本实施方式的车辆用供电系统10中所使用的非接触供电方法进行说明。在本实施方式涉及的车辆用供电系统10中，使用共振法从供电设备200进行对电动车辆100的供电。
图2是用于说明基于共振法的送电的原理的图。参照图2，在该共振法中，与两个音叉共振同样地，通过具有相同的固有频率的两个LC谐振线圈在电磁场(接近场)中共振，从一方的线圈向另一方的线圈经由电磁场传送电力。
具体地说，在高频电源310连接初级线圈320，通过电磁感应向与初级线圈320磁耦合的初级自谐振线圈330供给1M～10几MHz的高频电力。初级自谐振线圈330是基于线圈自身的电感和寄生电容的LC谐振器，经由电磁场(接近场)与具有与初级自谐振线圈330相同的共振频率的次级自谐振线圈340共振。于是，能量(电力)经由电磁场从初级自谐振线圈330向次级自谐振线圈340转移。向次级自谐振线圈340转移的能量(电力)通过电磁感应由与次级自谐振线圈340磁耦合的次级线圈350获取，向负载360供给。在表示初级自谐振线圈330与次级自谐振线圈340的共振强度的Q值例如比100大时能实现基于共振法的送电。
对于与图1的对应关系，次级自谐振线圈340以及次级线圈350与图1的受电单元110对应，初级线圈320以及初级自谐振线圈330与图1的送电单元220对应。
图3是表示距电流源(磁流源)的距离与电磁场的强度的关系的图。参照图3，电磁场包含三个成分。曲线k1是与距离波源的距离成反比例的成分，被称为“辐射电磁场”。曲线k2是与距离波源的距离的平方成反比例的成分，被称为“感应电磁场”。另外，曲线k3是与距离波源的距离的立方成反比例的成分，被称为“静电磁场”。
其中具有电磁波的强度随着距波源的距离而急剧减少的区域，但在共振法中，利用该接近场(渐逝场)进行能量(电力)的传送。即，利用接近场，通过使具有相同的固有频率的一对共振器(例如一对LC谐振线圈)共振，从一方的共振器(初级自谐振线圈)向另一方的共振器(次级自谐振线圈)传送能量(电力)。该接近场不向远方传播能量(电力)，所以与通过将能量传播到远方的“辐射电磁场”来传送能量(电力)的电磁波相比，“共振法”能够以更少的能量损失输送电力。
图4是图1所示的电动车辆100的详细结构图。参照图4，电动车辆100包括蓄电装置150、系统主继电器SMR1、升压转换器162、变换器(inverter，逆变器)164、166、电动发动机172、174、发动机176、动力分配装置177和驱动轮178。另外，电动车辆100还包括次级自谐振线圈112、次级线圈114、整流器140、DC/DC转换器142、系统主继电器SMR2和电压传感器190。进一步，电动车辆100还包括控制装置180、摄像机120和通信部130。
该电动车辆100搭载发动机176以及电动发动机174作为动力源。发动机176以及电动发动机172、174被连接于动力分配装置177。并且，电动车辆100利用发动机176以及电动发动机174的至少一方产生的驱动力来进行行驶。发动机176产生的动力由动力分配装置177分配至两条路径。即，一方是向驱动轮178传递的路径，另一方是向电动发动机172传递的路径。
电动发动机172是交流旋转电机，由例如在转子中埋设有永磁体的三相交流同步电动机构成。电动发动机172使用由动力分配装置177分配的发动机176的动能来进行发电。例如，在蓄电装置150的充电状态(也称为“SOC”(State Of Charge))低于预先确定的值时，发动机176启动而通过电动发动机172进行发电，对蓄电装置150充电。
电动发动机174也是交流旋转电机，与电动发动机172同样地，由例如在转子中埋设有永磁体的三相交流同步电动机构成。电动发动机174使用积蓄于蓄电装置150的电力以及由电动发动机172发电产生的电力的至少一方来产生驱动力。并且，电动发动机174的驱动力向驱动轮178传递。
另外，在车辆制动时、下坡的加速度降低时，作为动能、势能而积蓄于车辆的机械能经由驱动轮178使用于电动发动机174的旋转驱动，电动发动机174作为发电机进行工作。由此，电动发动机174将行驶能量变换为电力，作为产生制动力的再生制动器进行工作。而且，由电动发动机174发电产生的电力被积蓄于蓄电装置150。
动力分配装置177由包括太阳齿轮、小齿轮、行星架、齿圈的行星齿轮构成。小齿轮与太阳齿轮以及齿圈接合。行星架以能够使其自转的方式支承小齿轮，并且连结于发动机176的曲轴。太阳齿轮连结于电动发动机172的旋转轴。齿圈连结于电动发动机174的旋转轴以及驱动轴178。
蓄电装置150是能够再充电的直流电源，由例如锂离子电池、镍氢电池等二次电池构成。蓄电装置150除了积蓄从DC/DC转换器142供给的电力，还积蓄由电动发动机172、174发电产生的再生电力。而且，蓄电装置150将其积蓄的电力向升压转换器162供给。作为蓄电装置150也能够采用大容量的电容器，只要是能够暂时积蓄从供电装置200(图1)供给的电力、来自电动发动机172、174的再生电力、并能够将其积蓄的电力向升压变压器162供给的电力缓冲器，则可以是任何装置。
系统主继电器SMR1配设于蓄电装置150与升压转换器162之间。系统主继电器SMR1在来自控制装置180的信号SE1被激活时，将蓄电装置150与升压转换器162电连接，在信号SE1被非激活时，将蓄电装置150与升压转换器162之间的电路切断。升压转换器162基于来自控制装置180的信号PWC，将正极线PL2的电压升压为从蓄电装置150输出的电压以上的电压。该升压转换器162由例如直流斩波电路构成。变换器164、166分别与电动发动机172、174对应地设置。变换器164基于来自控制装置180的信号PWI1来驱动电动发动机172，变换器166基于来自控制装置180的信号PWI2来驱动电动发动机174。变换器164、166由例如三相桥电路构成。
次级自谐振线圈112是两端开路(非连接)的LC谐振线圈，通过经由电磁场与供电设备200的初级自谐振线圈(后述)共振而从供电设备200接受电力。次级自谐振线圈112的电容成分为线圈的寄生电容，但也可以设置连接在线圈的两端的电容器。对于该次级自谐振线圈112，基于与供电装置200的初级自谐振线圈的距离、初级自谐振线圈以及次级自谐振线圈112的共振频率等，适当地设定其圈数，使得表示初级自谐振线圈与次级自谐振线圈112的共振强度的Q值(例如，Q＞100)和表示其耦合度的κ等变大。
次级线圈114与次级自谐振线圈112配设在相同轴上，能够通过电磁感应与次级自谐振线圈112磁耦合。该次级线圈114通过电磁感应获取由次级自谐振线圈112接受的电力，并向整流器140输出。次级自谐振线圈112和次级线圈114形成图1所示的受电单元110。
整流器140对由次级线圈114获取的交流电力进行整流。DC/DC转换器142基于来自控制装置180的控制信号PWD，将由整流器140整流后的电力变换成蓄电装置150的电压电平，并向蓄电装置150输出。系统主继电器SMR2配设于DC/DC转换器142与蓄电装置150之间。系统主继电器SMR2在来自控制装置180的信号SE2被激活时，将蓄电装置150与DC/DC转换器142电连接，在信号SE2被非激活时，将蓄电装置150与DC/DC转换器142之间的电路切断。电压传感器190检测整流器140与DC/DC转换器142之间的电压VH，将其检测值向控制装置180输出。
控制装置180基于加速器(加速踏板)开度、车辆速度、来自其他的各种传感器的信号，生成用于分别驱动升压转换器162以及电动发动机172、174的信号PWC、PWI1、PWI2，将其生成的信号PWC、PWI1、PWI2分别向升压转换器162以及变换器164、166输出。而且，在车辆行驶时，控制装置180将信号SE1激活而使系统主继电器SMR1接通，并且将信号SE2非激活而使系统主继电器SMR2断开。
另外，在从供电设备200(图1)进行向电动车辆100的供电时，控制装置180从摄像机120接收由摄像机120拍摄到的图像。另外，控制装置180从供电设备200经由通信部130接收从供电设备200送出的电力信息(电压以及电流)，从电压传感器190接受由电压传感器190检测出的电压VH的检测值。并且，控制装置180基于这些数据通过后述的方法执行车辆的停车控制，使得将该车辆向供电设备200的送电单元220(图1)引导。
在向送电单元220的停车控制完成时，控制装置180经由通信部130向供电设备200发送供电指令，并且将信号SE2激活而使系统主继电器SMR2接通。而且，控制装置180生成用于驱动DC/DC转换器142的信号PWD，将其生成的信号PWD向DC/DC转换器142输出。
图5是图4所示的控制装置180的功能框图。参照图5，控制装置180包括：IPA(Intelligent Parking Assist，智能泊车辅助)-ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)410；EPS(Electric Power Steering，电动转向器)420；MG(Motor-Generator，电动发电机)-ECU430；ECB(Electronically Controlled Brake，电子控制制动器)440；EPB(Electric Parking Brake，电子驻车制动器)450；共振ECU460；HV(Hybrid Vehicle混合动力车辆)-ECU470。
IPA-ECU410在车辆的工作模式为充电模式时，基于从摄像机120接收的图像信息，执行将车辆向供电设备200的送电单元220(图1)引导的引导控制(第一引导控制)。具体地说，IPA-ECU410基于从摄像机120接收的图像信息识别送电单元220。在此，在送电单元220设有表示送电单元220的位置以及方向的多个发光部230，IPA-ECU410基于由摄像机120拍摄到的多个发光部230的图像来识别与送电单元220的位置关系(大致的距离以及方向)。并且，IPA-ECU410基于该识别结果，向EPS420输出指令，使得以适当的方向将车辆向送电单元220引导。
另外，IPA-ECU410在通过车辆接近送电单元220而送电单元220进入车体下部、变得无法通过摄像机120拍摄送电单元220时，向HV-ECU470通知结束基于来自摄像机120的图像信息的引导控制(第一引导控制)。EPS420在第一引导控制时，基于来自IPA-ECU410的指令进行转向器的自动控制。
MG-ECU430基于来自HV-ECU470的指令，控制电动发动机172、174以及升压转换器162。详细地说，MG-ECU430生成用于驱动电动发动机172、174以及升压转换器162的信号，并分别向变换器164、166以及升压转换器162输出。
ECB440基于来自HV-ECU470的指令，控制车辆的制动。详细地说，ECB440基于来自HV-ECU470的指令，进行液压制动器的控制，并且进行液压制动器和借助电动发动机174的再生制动器的协调控制。EPB450基于来自HV-ECU470的指令，进行电动停车制动器的控制。
共振ECU460从供电设备200经由通信部130接收从供电设备200(图1)送出的电力信息。另外，共振ECU460从电压传感器190(图4)接收表示车辆中的受电电压的电压VH的检测值。并且，共振ECU460通过例如对来自供电设备200的送电电压与电压VH进行比较，检测供电设备200的送电单元220与车辆的受电单元110的距离。
具体地说，相对于图6所示的一定的初级侧电压(来自供电设备200的输出电压)，次级侧电压(电动车辆100的受电电压)如图7所示，根据供电设备200的送电单元220与电动车辆100的受电单元110的距离L而变化。因此，能够预先测定该图6、7所示的初级侧电压和次级侧电压的关系而预先制作映射(map)等，基于表示次级侧电压的电压VH的检测值来检测送电单元220与受电单元110之间的距离。
如图8所示，初级侧电流(来自供电设备200的输出电流)根据送电单元220与受电单元110之间的距离L而变化，也可以使用该关系，基于来自供电设备200的输出电流的检测值来检测送电单元220与受电单元110之间的距离。
再次参照图5，共振ECU460在检测到送电单元220与受电单元110之间的距离时，将该距离信息向HV-ECU470输出。另外，共振ECU460在从HV-ECU470接收到充电开始指令时，通过将向系统主继电器SMR2输出的信号SE2激活而使系统主继电器SMR2接通。而且，共振ECU460生成用于驱动DC/DC转换器142的信号并向DC/DC转换器142输出。
HV-ECU470在车辆的工作模式为行驶模式时，根据加速踏板/制动踏板的操作状况和/或车辆的行驶状况等，向MG-ECU430以及ECB440输出控制指令。另外，在操作停车制动开关等而由驾驶者指示停车制动器工作时，HV-ECU470向EPB450输出动作指令。
另一方面，在车辆的工作模式为充电模式时，HV-ECU470通过通信部130建立与供电设备200(图1)的通信，经由通信部130向供电设备200输出用于启动供电设备200的启动指令。当供电设备200启动时，HV-ECU470经由通信部130向供电设备200输出设置在供电设备200的送电单元220上的发光部230的点亮指令。并且，在发光部230点亮时，HV-ECU470经由通信部130向供电设备200输出表示处于执行将电动车辆100向送电单元220引导的引导控制期间的引导控制中信号，并且向IPA-ECU410输出指示执行基于来自摄像机120的图像信息的引导控制(第一引导控制)的指令。
进一步，HV-ECU470在从IPA-ECU410接收到第一引导控制的结束通知时，执行基于送电单元220与受电单元110的距离信息的引导控制(第二引导控制)。具体地说，HV-ECU470从共振ECU460接受供电设备200的送电单元220与车辆的受电单元110的距离信息，基于该距离信息，向分别控制车辆的驱动以及制动的MG-ECU430以及ECB440输出指令，使得送电单元220与受电单元110的距离变为最小。
对于送电单元220与受电单元110的距离为最小的判断，例如如图9所示，基于从共振ECU460接收的送电单元220与受电单元110的距离L的微分值变为零时来实现该判断。
再次参照图5，在送电单元220与受电单元110的位置对准完成时，HV-ECU470向EPB450输出动作指令，然后，经由通信部130向供电设备200输出指示从供电设备200供电的供电指令，并且向共振ECU460输出充电开始指令。
在该控制装置180，在车辆的工作模式变为充电模式时，HV-ECU470通过通信部130建立与供电设备200的通信，经由通信部130向供电设备200发送启动指令。在供电设备200根据启动指令而启动后，HV-ECU470经由通信部130向供电设备200发送发光部230的点亮指令。在送电单元220上的发光部230点亮时，HV-ECU470经由通信部130向供电设备200发送引导控制中信号，并且向IPA-ECU410输出指示执行基于来自摄像机120的图像信息的引导控制(第一引导控制)的指令。
IPA-ECU410在从HV-ECU470接收到指令时，执行基于来自摄像机120的图像信息的引导控制(第一引导控制)，向EPS420输出用于自动控制转向器的指令。并且，在由于车辆接近送电单元220而送电单元220进入车体下部、变得无法通过摄像机120识别送电单元220时，IPA-ECU410向HV-ECU470通知结束第一引导控制。
另一方面，共振ECU460从供电设备200经由通信部130接收根据上述的引导控制中信号而从供电设备200送出的电力(如上所述，该电力比在停车控制完成后供给的电力小)的信息，从电压传感器190接收表示电动车辆100的受电电压的电压VH的检测值。并且，共振ECU460基于从供电设备200向电动车辆100供电的供电状况推定送电单元220与受电单元110之间的距离，将该距离信息向HV-ECU470输出。HV-ECU470在从IPA-ECU410接收到基于来自摄像机120的图像信息的第一引导控制的结束通知时，执行基于从共振ECU460接受的送电单元220与受电单元110的距离信息的引导控制(第二引导控制)，分别向MG-ECU430以及ECB440输出用于自动控制车辆的驱动以及制动的指令。
并且，在通过上述第二引导控制而完成送电单元220与受电单元110的位置对准时，HV-ECU470向EPB450输出动作指令，然后，经由通信部130向供电设备200输出供电指令，并且向共振ECU460输出充电开始指令。由此，开始从供电设备200向电动车辆100的实质的供电。
图10是图1所示的供电设备200的功能框图。参照图10，供电设备200包括交流电源250、高频电力驱动器260、初级线圈222、初级自谐振线圈224、电压传感器272、电流传感器274、发光部230、通信部240和ECU270。
交流电源250是车辆外部的电源，为例如系统电源。高频电力驱动器260将从交流电源250接受的电力变换为高频的电力，将其变换后的高频电力向初级线圈222输出。高频电力驱动器260生成的高频电力的频率为例如1MHz～10几MHz。
初级线圈222与初级自谐振线圈224配设在相同轴上，能够通过电磁感应与初级自谐振线圈224磁耦合。而且，初级线圈222通过电磁感应将从高频电力驱动器260供给的高频电力向初级自谐振线圈224供给。
初级自谐振线圈224与电动车辆100的次级自谐振线圈112同样是两端开路(非连接)的LC谐振线圈，通过经由电磁场与电动车辆100的次级自谐振线圈112共振而向电动车辆100输送电力。初级自谐振线圈224的电容成分也为线圈的寄生电容，但也可以设置连接于线圈的两端的电容器。该初级自谐振线圈224也基于与电动车辆100的次级自谐振线圈112的距离和/或初级自谐振线圈224和次级自谐振线圈112的谐振频率等，适当地设定其圈数，使得Q值(例如，Q＞100)和耦合度κ等变大。
初级自谐振线圈224以及初级线圈222形成图1所示的送电单元220。发光部230以及通信部240如图1中说明的那样。电压传感器272检测从高频电力驱动器260输出的电压VS，将该检测值向ECU270输出。电流传感器274检测从高频电力驱动器260输出的电流IS，将该检测值向ECU270输出。
ECU270在经由通信部240从电动车辆100接收到启动指令时，供电设备200启动。另外，ECU270在经由通信部240从电动车辆100接收到发光部230的点亮指令时，使发光部230点亮。并且，ECU270在经由通信部240从电动车辆100接收到供电指令时，控制高频电力驱动器260的输出，以使从供电设备200向电动车辆100供给的电力与目标值一致。
另外，ECU270在经由通信部240从电动车辆100接收到引导控制中信号时，经由通信部240向电动车辆100发送包含来自电压传感器272的电压VS以及来自电流传感器274的电流IS的各检测值的供电设备200的电力信息。并且，ECU270在引导控制中信号的接收期间，控制高频电力驱动器260的输出，使得输出比执行基于供电指令的供电时的电力小的预定的电力。
图11是用于说明由电动车辆100的控制装置180以及供电设备200的ECU260执行的车辆的引导控制的流程图。该流程图的处理每一定时间或者每当预定的条件成立时而被执行。
参照图11，在电动车辆100中，控制装置180判定车辆的工作模式是否为充电模式(步骤S10)。在非充电模式时即行驶模式时(在步骤S10中为“否”)，控制装置180不执行以后的一系列的处理而将处理向步骤S120转移。
当在步骤S10中判定为是充电模式(在步骤S10中为“是”)时，控制装置180建立车辆的通信部130与供电设备200的通信部240的通信，通过通信部130向供电设备200发送指示启动供电设备200的启动指令(步骤S20)。接下来，控制装置180在有设置在供电设备200的送电单元220上的发光部230的点亮要求(在步骤S25中为“是”)时，通过通信部130向供电设备200发送指示点亮发光部230的点亮指令(步骤S30)。进而接下来，控制装置180通过通信部130向供电设备200发送表示车辆正进行向送电单元220的引导控制的引导控制中信号，持续发送直到送电单元220与受电单元110的位置对准完成为止。
并且，控制装置180通过上述的方法执行基于来自摄像机120的图像信息的引导控制(第一引导控制)(步骤S50)。该第一引导控制执行到由于电动车辆100向供电设备200接近、送电单元220进入车体下部、因而变为无法基于来自摄像机120的图像信息识别送电单元220为止(步骤S60)。
在变为无法基于来自摄像机120的图像信息识别送电单元220(在步骤S60中为“是”)时，控制装置180基于从供电设备200发送来的电力信息(来自供电设备200的输出电压以及电流)，通过上述方法推定送电单元220与受电单元110的距离。并且，控制装置180执行基于根据从送电单元220向受电单元110供电的供电状况而推定出的上述的距离信息的引导控制(第二引导控制)(步骤S70)。
在第二引导控制中，控制装置180基于送电单元220与受电单元110的距离的微分值，通过上述的方法判定送电单元220与受电单元110的距离是否变为极小(步骤S80)。并且，在判定为送电单元220与受电单元110的距离变为了极小(在步骤S80中为“是”)时，控制装置180使车辆停车，使电动停车制动器工作(步骤S90)。
然后，控制装置180通过通信部130向供电设备200发送指示从供电设备200向电动车辆100的实质的供电的供电指令(步骤S100)。进一步，控制装置180将系统主继电器SMR2接通，并且驱动DC/DC转换器142，执行蓄电装置150的充电控制(步骤S110)。
另一方面，在供电设备200中，在通信部240接收到从电动车辆100发送的启动指令(在步骤S200中为“是”)时，ECU270进行供电设备200的启动(步骤S210)。接下来，在通信部240接收到从电动车辆100发送来的点亮指令(在步骤S220中为“是”)时，ECU270将发光部230点亮(步骤S230)。进而接下来，在通信部240接收到从电动车辆100发送的引导控制中信号(在步骤S240中为“是”)时，ECU270控制高频电力驱动器260的输出，使得输出比充电时小的预先设定的电力(步骤S250)。
在接收引导控制中信号的期间，ECU270将表示从供电设备200输出的电压的大小的来自电压传感器272的电压VS的检测值以及表示从供电设备200输出的电流的大小的来自电流传感器274的电流IS的检测值作为供电设备200的电力信息，通过通信部240向电动车辆100发送(步骤S260)。
并且，在通信部240接收到从电动车辆100发送的供电指令(在步骤S270中为“是”)时，ECU270控制高频电力驱动器260的输出，使得输出用于进行车辆的充电的充电电力(步骤S280)。
如上所述，在该实施方式中，电动车辆100的停车控制以两个阶段进行。在第一阶段，基于来自搭载于车辆的摄像机120的图像信息检测送电单元220与受电单元110的位置关系，基于该检测结果控制车辆，使得将车辆向送电单元220引导(第一引导控制)。在第二阶段，基于从送电单元220向受电单元110供电的供电状况，检测送电单元220与受电单元110之间的距离L。并且，在车辆接近送电单元220到由于送电单元220进入车体下部而无法通过摄像机120拍摄送电单元220的距离时，根据基于从送电单元220向受电单元110供电的供电状况而检测到的送电单元220与受电单元110的距离信息来控制车辆，使得进行送电单元220与受电单元110的位置对准(第二引导控制)。由此，能够不具备大型的设备地进行供电设备的送电单元220与搭载于车辆的受电单元110的位置对准。因此，根据本实施方式，能够在确保向供电设备200的停车精度的同时，以简单的结构实现车辆用供电系统10。
另外，在上述的实施方式中，在供电设备200与电动车辆100的距离较大时，设为基于图像信息的引导控制(第一引导控制)，从供电设备200与电动车辆100的距离变小开始，执行需要来自送电单元220的送电的、基于距离信息的引导控制(第二引导控制)。进而，在第二引导控制时从送电单元220送出的电力比在充电控制开始后输出的电力小。因此，根据本实施方式，能够抑制电力的消耗。
另外，在上述的实施方式中，基于来自要从供电设备200接受供电的电动车辆100的指令来启动供电设备200，进一步，基于来自电动车辆100的指令点亮发光部230。因此，根据本实施方式，能够抑制非充电时的浪费的电力消耗。
在上述的实施方式中，设为在送电单元220进入摄像机120的死角时从基于摄像机120的图像信息的第一引导控制切换为基于距离信息的第二引导控制，但也可以在车辆接近送电单元220到预先设定的预定的距离时从第一引导控制切换为第二引导控制。例如，可以将受电单元110能够从送电单元220接受电力的距离等设定作为上述预定的距离。
另外，在上面的叙述中，设为将供电设备200的电力信息向电动车辆100发送、基于该电力信息在车辆侧生成距离信息，但也可以基于供电设备200的输出电流、或者通过从电动车辆100向供电设备200发送车辆的受电电压，来在供电设备200侧生成距离信息并向电动车辆100发送。另外，也可以通过供电设备200具有距离信息来在供电设备200进行基于距离信息的第二引导控制的结束判定。
另外，在上面的叙述中，第一引导控制时设为驾驶者操作加速器/制动器，第二引导控制时设为自动进行加速器/制动器操作，但也可以设为第一引导控制时也自动进行加速器/制动器操作，或也可以设为第二引导控制时也是驾驶者操作加速器/制动器。
另外，在上面的叙述中，设为摄像机120配设在车辆后部，但摄像机120的配设位置并不限定于车辆后部。
另外，在上面的叙述中，设为使用共振法从供电设备200向电动车辆100以非接触方式输送电力，但从供电设备200向电动车辆100的送电方法并不限定于共振法，也可以是使用作为其他的非接触送电方法的电磁感应的送电、使用微波的送电。在这些送电方法中，也可以基于从供电设备向车辆供电的供电状况来推定送电单元与受电单元的距离。
另外，在上面的叙述中，设为基于发光部230对送电单元220的位置以及方向进行图像识别，但也可以不设置发光部230而对送电单元220的形状等进行图像识别。需说明的是，通过如上述实施方式那样设置发光部230，在夜间也能够识别送电单元220的位置以及方向。
另外，在上面的叙述中，设为使一对自谐振线圈共振而进行送电，但作为共振体也可以代替自谐振线圈而使用由高介电常数材料形成的高介电常数电介质盘。
另外，在上面的叙述中，作为电动车辆，对于能够通过动力分配装置177对发动机176的动力分配而向驱动轮178和电动发动机172传递的串/并型的混合动力车进行了说明，但本发明也能够应用于其他的形式的混合动力车。即例如，本发明也能够应用于：仅为了驱动电动发动机172而使用发动机176、仅通过电动发动机174产生车辆的驱动力的所谓串联型的混合动力车；仅将发动机176生成的动能中的再生能量作为电能回收的混合动力车；将发动机作为主动力、马达根据需要进行辅助的马达辅助型的混合动力车等。
另外，本发明也能够应用于不具备发动机176而仅利用电力进行行驶的电动汽车、作为直流电源除了蓄电装置150之外还具备燃料电池的燃料电池车。另外，本发明也能够应用于不具备升压转换器162的电动车辆、不具备DC/DC转换器142的电动车辆。
另外，在上面的叙述中，摄像机120以及IPA-ECU410形成本发明中的“第一检测单元”(第一检测部)，IPA-ECU410以及EPS420形成本发明中的“第一引导控制单元”(第一引导控制部)。另外，共振ECU460对应于本发明中的“第二检测单元”(第二检测部)，HV-ECU470、MG-ECU430以及ECB440形成本发明中的“第二引导控制单元”(第二引导控制部)。
进一步，摄像机120对应于本发明中的“拍摄装置”，IPA-ECU410对应于发明中的“图像识别部”。另外，进而，通信部130、240形成本发明中的“通信单元”，初级自谐振线圈224对应于本发明中的“送电用线圈”。另外，进而，次级自谐振线圈112对应于本发明中的“受电用线圈”，共振ECU460对应于本发明中的“距离推定部”。另外，进而，EPS420对应于本发明中的“第一控制部”，MG-ECU430以及ECB440形成本发明中的“第二控制部”。另外，进而，高频电力驱动器260以及ECU270形成本发明中的“电力控制部”。
应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示性的而不是限制性的内容。本发明的范围不由上述的实施方式的说明而由权利要求表示，其含义包含与权利要求等同的意义以及范围内的所有的变更。

Claims (21)

1.一种车辆用供电系统，以非接触方式从设置于车辆外部的供电设备(200)的送电单元向搭载于车辆(100)的受电单元(110)供电，包括：
第一检测单元(120、410)，其检测所述送电单元与所述受电单元的位置关系；
第一引导控制单元(410、420)，其基于所述第一检测单元的检测结果控制所述车辆，使得向所述送电单元引导所述车辆；
第二检测单元(460)，其基于从所述送电单元向所述受电单元的供电状况，检测所述送电单元与所述受电单元之间的距离；以及
第二引导控制单元(470、420、430、440)，其在通过所述第一引导控制单元使所述车辆与所述送电单元接近到预定的距离时，基于所述第二检测单元的检测结果控制所述车辆，使得进行所述送电单元与所述受电单元的位置对准。
2.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
所述送电单元配置于地面，
所述受电单元配置于车体底面，
所述送电单元和所述受电单元的相对面积比所述车体底面的面积小，
所述第一检测单元包括：
拍摄装置(120)，其搭载于所述车辆，对所述车辆的外部进行拍摄；和
图像识别部(410)，其基于通过所述拍摄装置拍摄的图像来识别所述送电单元的位置，
所述预定的距离为通过所述车辆接近所述送电单元、从而所述送电单元进入车体下部、因而变为无法通过所述拍摄装置拍摄所述送电单元的距离。
3.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
所述预定的距离为所述受电单元能够从所述送电单元接受电力的预先设定的距离。
4.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
还包括在所述车辆与所述供电设备之间进行通信的通信单元(130、240)，
所述第一检测单元进一步包括表示所述送电单元的位置的发光部(230)，
所述发光部在通过所述通信单元确立了所述车辆与所述供电设备之间的通信之后发光。
5.根据权利要求4所述的车辆用供电系统，其中，
所述发光部根据通过所述通信单元从所述车辆接受的指令而发光。
6.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
还包括在所述车辆与所述供电设备之间进行通信的通信单元(130、240)，
所述供电设备根据通过所述通信单元从所述车辆接受的指令而启动。
7.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
所述送电单元包括从电源接受电力的送电用线圈(224)，
所述受电单元包括用于以非接触方式从所述送电用线圈接受电力的受电用线圈(112)，
所述第二检测单元包括距离推定部(460)，所述距离推定部基于从所述送电用线圈向所述充电用线圈输送的电力的信息来推定所述送电单元与所述受电单元之间的距离。
8.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
在通过所述第二引导控制单元执行所述送电单元与所述受电单元的位置对准的期间中从所述送电单元向所述受电单元供给的电力的大小比在所述位置对准完成后从所述送电单元向所述受电单元供给的电力小。
9.根据权利要求1所述的车辆用供电系统，其中，
所述第一引导控制单元包括基于所述第一检测单元的检测结果对所述车辆的转向进行控制的第一控制部(420)，
所述第二引导控制单元包括基于所述第二检测单元的检测结果对所述车辆的驱动和制动进行控制的第二控制部(430、440)。
10.一种电动车辆，能够使用从设置于车辆外部的供电设备(200)的送电单元(220)供给的电力利用电动机(174)进行行驶，包括：
受电单元(110)，其构成为以非接触方式接受从所述送电单元送出的电力；
第一检测部(120、410)，其检测所述送电单元的位置；
第一引导控制部(410、420)，其基于所述第一检测部的检测结果控制该车辆，使得向所述送电单元引导该车辆；
第二检测部(460)，其基于从所述送电单元向所述受电单元的供电状况，检测所述送电单元与所述受电单元之间的距离；以及
第二引导控制部(470、420、430、440)，其在通过所述第一引导控制部使该车辆与所述送电单元接近到预定的距离时，基于所述第二检测部的检测结果控制该车辆，使得进行所述送电单元与所述受电单元的位置对准。
11.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
所述送电单元配置于地面，
所述受电单元配置于车体底面，
所述送电单元和所述受电单元的相对面积比所述车体底面的面积小，
所述第一检测部包括：
拍摄装置(120)，其对所述车辆的外部进行拍摄；和
图像识别部(410)，其基于通过所述拍摄装置拍摄的图像来识别所述送电单元的位置，
所述预定的距离为通过该车辆接近所述送电单元、从而所述送电单元进入车体下部、因而变为无法通过所述拍摄装置拍摄所述送电单元的距离。
12.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
所述预定的距离为所述受电单元能够从所述送电单元接受电力的预先设定的距离。
13.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
还包括与所述供电设备进行通信的通信部(130)，
所述供电设备包括表示所述送电单元的位置的发光部(230)，
所述通信部，在确立了与所述供电设备的通信之后，向所述供电设备发送指示所述发光部点亮的指令。
14.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
还包括与所述供电设备进行通信的通信部(130)，
所述通信部向所述供电设备发送指示所述供电设备启动的指令。
15.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
所述送电单元包括从电源接受电力的送电用线圈(224)，
所述受电单元包括用于以非接触方式从所述送电用线圈接受电力的受电用线圈(112)，
所述第二检测部包括距离推定部(460)，所述距离推定部基于从所述送电用线圈向所述充电用线圈输送的电力的信息来推定所述送电单元与所述受电单元之间的距离。
16.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
在通过所述第二引导控制部进行所述送电单元与所述受电单元的位置对准时从所述送电单元向所述受电单元供给的电力的大小比在所述送电单元与所述受电单元的位置对准完成后从所述送电单元向所述受电单元供给的电力小。
17.根据权利要求10所述的电动车辆，其中，
所述第一引导控制部包括基于所述第一检测部的检测结果对所述车辆的转向进行控制的第一控制部(420)，
所述第二引导控制部包括基于所述第二检测部的检测结果对所述车辆的驱动和制动进行控制的第二控制部(430、440)。
18.一种车辆用供电设备，以非接触方式向搭载于车辆(100)的受电单元(110)供电，包括：
送电单元(220)，其构成为以非接触方式将从电源接受的电力向所述受电单元送出；
通信部(240)，其与所述车辆进行通信；以及
电力控制部(260、270)，其对从所述送电单元向所述受电单元送出的电力进行控制，
所述车辆构成为基于从所述送电单元向所述受电单元的供电状况进行所述送电单元与所述受电单元的位置对准，
在通过所述通信部从所述车辆接收表示所述车辆正在执行所述位置对准的信号时，所述电力控制部控制所述电力，使得所述电力比在所述位置对准完成后从所述送电单元向所述受电单元送出的电力小。
19.根据权利要求18所述的车辆用供电设备，其中，
还包括表示所述送电单元的位置的发光部(230)，
所述发光部在通过所述通信部确立了与所述车辆的通信之后发光。
20.根据权利要求19所述的车辆用供电设备，其中，
所述发光部根据通过所述通信部从所述车辆接受的指令而发光。
21.根据权利要求18所述的车辆用供电设备，其中，
所述电力控制部根据通过所述通信部从所述车辆接受的指令而启动。
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