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JPH07236204A - 電気自動車の充電システムおよび充電方法 - Google Patents

電気自動車の充電システムおよび充電方法

Info

Publication number
JPH07236204A
JPH07236204A JP6024103A JP2410394A JPH07236204A JP H07236204 A JPH07236204 A JP H07236204A JP 6024103 A JP6024103 A JP 6024103A JP 2410394 A JP2410394 A JP 2410394A JP H07236204 A JPH07236204 A JP H07236204A
Authority
JP
Japan
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energy
electric vehicle
power
charging
electromagnetic wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6024103A
Other languages
English (en)
Inventor
Taizo Miyazaki
泰三 宮崎
Ryozo Masaki
良三 正木
Nobuyoshi Muto
信義 武藤
Fumio Tajima
文男 田島
Yusuke Takamoto
祐介 高本
Satoru Kaneko
金子　　悟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP6024103A priority Critical patent/JPH07236204A/ja
Publication of JPH07236204A publication Critical patent/JPH07236204A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【目的】指向性電磁波を用いることにより、運転者が人
の手を借りないで、短時間に簡便に電気自動車のバッテ
リを充電することのできる充電システムおよび充電方法
を提供する。 【構成】エネルギ供給手段102からのエネルギが、給電
器103の送出用エネルギ形態変換手段104により指向性を
有する電磁波と言うエネルギ形態に変換される。該指向
性電磁波は、給電器103の給電口105を経てエネルギを散
逸すること無く、受電器107の受電口106へ向かって送出
される。受電口106を経て集中的に受入された電磁波
は、受入用エネルギ形態変換手段108にて、直流電源に
そのエネルギ形態が変換される。そして該直流電源が、
効率よく電気自動車101のバッテリ109に充電される。ま
た給電器103および受電器107のレギュレータ110は、電
圧や電流を利用可能な量に制御する働きをする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車の充電シス
テムおよび充電方法に係り、特に、充電作業の省人化ま
たは無人化に好適な電気自動車の充電システムおよび充
電方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車の充電に関する従来技術とし
ては、充電器と電気自動車とをケーブルで接続し充電す
るケーブル方式が一般的であり、この代表的なものは、
例えば、実開平5−62103号公報に記載されている。
【０００３】また、ケーブルレス方式の代表的なもの
は、例えば、特開昭63−87136号、特開平4−49483号、特
開平4−285406号公報などに記載されている。それぞれ
電磁場、電磁波、光を利用し充電エネルギを送電する方
式であり、充電器と電気自動車とを接続するケーブルが
不要なものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記ケーブル方式に
は、ケーブルを接続する作業があり、人の手を借りる必
要がある。将来に向かって人件費が更に高騰することを
考えると、ケーブル方式には充電料金の価格的な問題が
ある。
【０００５】そしてまた、ケーブルレス方式には、確か
に接続する作業がなく人の手を借りる必要はなくなる
が、（１）電磁場、電磁波、光の３つに共通して充電エ
ネルギの単位時間当たりの供給量が少なく、充電に時間
が掛かるものであり、（２）人手を省いたり無くしたり
した場合に発生する無銭充電に対し考慮されていないも
のであるなど、問題点が残っている。
【０００６】従って、本発明の第一の目的は、運転者が
人の手を借りないで、短時間に、便利に、バッテリを充
電することのできる電気自動車の充電システムおよび充
電方法を提供することにある。
【０００７】そして、第二の目的は、無人充電スタンド
などにおける無銭充電を防止することのできる電気自動
車の充電システムを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的は、
電気自動車の外部からエネルギを供給し該電気自動車の
バッテリにエネルギを蓄える電気自動車の充電システム
において、電気自動車の外部に配置されエネルギを供給
する給電器と、電気自動車に搭載されエネルギを授受し
バッテリにエネルギを与える受電器とを設け、給電器は
エネルギを指向性電磁波エネルギに変換し受電器に向か
って指向性電磁波エネルギを送出する送出用エネルギ形
態変換手段を備え、受電器は指向性電磁波エネルギを受
入し電気エネルギに変換する受入用エネルギ形態変換手
段を備えることによって達成される。
【０００９】さらに、電気自動車の外部に配置されエネ
ルギを供給する給電器と、電気自動車に搭載されエネル
ギを授受しバッテリにエネルギを与える受電器と、エネ
ルギの供給と授受のため給電器と受電器間を直接接続す
るマニピュレータを自動結合するマニピュレータ自動結
合手段と、バッテリの充電料金の支払い条件を確認する
支払条件確認手段と、支払い条件を確認した後に給電器
のエネルギの供給を開始させる供給開始手段とを設けて
も達成される。
【００１０】また、第一の目的を達成する電気自動車の
充電方法は、電気自動車の外部でエネルギを指向性電磁
波エネルギに変換し該指向性電磁波エネルギを電気自動
車に向けて送出し、電気自動車で指向性電磁波エネルギ
を受入し電気エネルギに変換し該電気エネルギでバッテ
リを充電するものである。
【００１１】そして、第二の目的を達成する電気自動車
の充電システムは、電気自動車と、電気自動車に搭載さ
れたバッテリと、電気自動車の外部に配置され電気自動
車にエネルギを供給するエネルギ供給手段とを含みバッ
テリにエネルギを蓄える電気自動車の充電システムにお
いて、バッテリの充電料金の支払い条件を確認する支払
条件確認手段と、支払い条件を確認した後にエネルギ供
給手段のエネルギの供給を開始させる供給開始手段とを
設けたものである。
【００１２】
【作用】本発明は、指向性を有する電磁波を用いて、給
電器から電気自動車へエネルギを送出し、バッテリを充
電するものである。即ち、電磁波であるので充電の際に
給電器と電気自動車とをケーブルなどで接続する作業が
無く、指向性を有するので送出の際にエネルギの散逸が
無いものである。従って、バッテリの充電は、人の手を
借りずに短時間で行うことができる。
【００１３】また、無人充電スタンドに電気自動車が駐
車したら、ロボットの腕のようにマニュピレータが、無
線通信により自動制御され、給電器と電気自動車とを電
気的に結合する。給電器と電気自動車との電気的結合は
直接結合しているので、エネルギの単位時間当たりの供
給量は多いものである。従って、この場合も、バッテリ
の充電は、人の手を借りずに短時間で行うことができ
る。
【００１４】一方、無人充電スタンドなどに設置された
給電器においては、バッテリの充電料金の支払い条件を
確認した後に、給電器から電気自動車へのエネルギ送出
が開始される充電システムになっている。ここで言う支
払い条件とは、クレジットカードあるいは現金などによ
る支払いを指している。このようにすれば、無人充電ス
タンドであっても無銭充電を防止することができる。
【００１５】
【実施例】以下本発明による実施例について図面を参照
し説明する。
【００１６】図１は、本発明による一実施例の電気自動
車の充電システムの概略を示す図である。
【００１７】図において、エネルギ供給手段102からの
電力が、給電器103によって電磁波と言うエネルギ形態
に変換され電気自動車101に送出され、次に、受電器107
によって電磁波から電気エネルギにそのエネルギ形態が
再変換され、バッテリ109に充電されることが示されて
いる。この場合のエネルギ供給手段102は、電柱から引
き込まれた商用電源である。
【００１８】詳細について説明すると、給電器103に配
置された送出用エネルギ形態変換手段104は、エネルギ
供給手段102から得られた電力を、指向性を有する電磁
波に変換するものである。即ち、送出用エネルギ形態変
換手段104は、例えば送出用のパラボラアンテナと電磁
波発生回路などから構成されたものであり、エネルギを
散逸すること無く電気自動車101に届ける指向性電磁波
を作り出すものである。尚、カセグレンアンテナでも良
い。
【００１９】送出用エネルギ形態変換手段104により作
り出された指向性電磁波は、給電口105を経て送出され
る。
【００２０】送出された指向性電磁波は、受電口106を
経て受入用エネルギ形態変換手段108に受入される。そ
して、受入された電磁波のエネルギは、受電器107に配
置された受入用エネルギ形態変換手段108により、電気
エネルギと言うエネルギ形態に再変換される。即ち、受
入用エネルギ形態変換手段108は、例えば受入用のパラ
ボラアンテナと電力変換回路などから構成されたもので
あり、エネルギを集中的に授受し直流電源に変換するも
のである。
【００２１】この場合、給電口105および受電口106は、
送出用エネルギ形態変換手段104および受入用エネルギ
形態変換手段108の保護カバーであり、それらの設置位
置を外部に知らせるものである。従って、給電口105と
送出用エネルギ形態変換手段104および受電口106と受入
用エネルギ形態変換手段108は、近接し設置されてい
る。
【００２２】このように給電器103から受電器107へのエ
ネルギ供給に指向性電磁波が用いられることによって、
大きなエネルギ密度でエネルギが送受されるので、エネ
ルギの単位時間当たりの供給量は多いものである。従っ
て、効率よく短時間にバッテリ109が充電される。
【００２３】また、給電器103および受電器107にはレギ
ュレータ110が配置され、これは電圧や電流を利用可能
な量に制御するものである。
【００２４】尚、本実施例では、商用電源をエネルギ供
給手段102とする例を示したが、エネルギ供給手段とし
て、発電器が用いられても、また、太陽光、風力等を利
用したエネルギ供給器が用いられても良い。具体的には
携帯用ガソリン発電器にエネルギ形態変換手段104を取
り付け、簡易給電器として用いることができる。この構
成は、排気ガス規制の緩い地域において、走行距離を延
ばすのに効果がある。また、給電器103に太陽電池をと
りつける構成も、低緯度地域や、乾燥地域で効果的であ
る。以上の如き図１の充電システムにより、次のような
利点が生じる。
【００２５】まず、充電に当たって直接電気自動車と充
電器とをケーブルで接続する必要がない。そのため、接
続時の感電の危険性がなくなる。さらに、雨中でも漏電
の心配が無く安心して充電が行える。また、ケーブルの
接続作業がないので、将来に向かっての省人化または無
人化の要望に応えることができる。
【００２６】そして、本発明による指向性電磁波を用い
た遠隔充電法は、従来の電磁場、普通の電磁波および光
を用いた遠隔充電法に比べて、エネルギの散逸が無く充
電効率が非常によいという利点がある。従って、短時間
で、バッテリを充電することができる。これについて、
具体的に説明すると次の通りである。
【００２７】現在、電磁場を用いた遠隔充電法は電動歯
ブラシに採用され身近に見られるが、この方法は充電効
率が悪いのが欠点である。当発明者の計算によれば、充
電効率は 約２２％である。指向性電磁波に比べれば、
１／４〜１／５倍 充電効率が劣る。また、電磁場充電
であっても専用コネクタを用意すれば、実用レベルの充
電効率に達するが、コネクタの接続作業が必要となり、
省人化または無人化の要望に応えることができなくな
る。
【００２８】また、太陽光を用いた遠隔充電法はソーラ
ーカーなどに見られる。しかし、この方法は、現状では
エネルギ密度が非常に小さく、現在のところ電気自動車
の充電用として実用化されるレベルにはない。具体的
に、１ｍ2当たり約１ｋＷのエネルギ密度である太陽光
を用いて、電気自動車に用いられているような約２０kW
hの大きな容量のバッテリを充電する場合、仮に２ｍ2の
面積で太陽光を受け充電するとすれば、約１０時間充電
に要し、実用的でないと言える。
【００２９】そしてまた、大出力のレーザ光発生装置が
考えられるが、大出力のレーザ光発生に長時間耐えられ
る発光物質が未だ研究の域にあって、実用化には程遠い
段階である。
【００３０】さらにまた、普通の電磁波を用いた遠隔充
電法はあるが、この方法では広く電磁波が放射されるの
で、その放射立体角に比例するエネルギ密度はどうして
も小さなものとなる。どちらかと言えば、この電磁波を
用いた充電方法は、位置の定まらない移動体へのエネル
ギ供給に向いたものと考えられる。無人充電スタンドで
給電器から電気自動車に充電するような位置の定まった
移動体へのエネルギ供給の場合は、指向性電磁波による
充電方法が有効であると言える。
【００３１】具体的に、当発明者の計算によれば、普通
の電磁波による充電方法の充電効率は 約１４％であ
る。指向性電磁波に比べれば、１／６〜１／７倍 充電
効率が劣る。
【００３２】以上のことから、遠隔充電を行う場合は、
外部電力を指向性電磁波と言うエネルギ形態に変換し充
電する方法が最も適していることが判る。この方法で
は、カセグレンアンテナなどを使って大出力の指向性電
磁波を出力することが可能である。そして、当発明者の
計算によれば、２０kWhのバッテリを充電する場合、２
００Ｖ、６０kWクラスの業務用電磁波発生装置が使える
無人充電スタンドで、約２０分の充電時間である。因み
に、業務用の場合で比較すれば、指向性電磁波の２０分
に対し、電磁場は８０分〜１時間４０分、普通の電磁波
は２時間〜３時間となる。
【００３３】また、１００Ｖ、３kWクラスの家庭用電磁
波発生装置では、約７時間の充電時間である。家庭の場
合、夜間電力を使い充電すれば時間も料金も節約でき両
得である。尚、ここに用いる指向性電磁波は、１０7〜
１０12Ｈzの範囲のものであり、光は、１０12〜１０16
Ｈzの範囲のものとして記述している。
【００３４】図２、図３は、本発明による一実施例の送
出用アンテナと受入用アンテナの位置合わせ方法を示す
図である。
【００３５】図２は、電気自動車の後部を示す図であ
る。電気自動車101の後部には、受入用エネルギ形態変
換手段108の一部である受入用アンテナ206とアンテナ位
置情報送信手段112が設けられている。アンテナ位置情
報送信手段112は、受入用アンテナ206の位置を給電器10
3に知らせるための信号光を発信するものである。
【００３６】図３は、送出用アンテナと受入用アンテナ
の位置合わせ方法を示す図である。充電のために図２に
示されたような電気自動車101が、その後部を給電器103
の方に向け駐車している。給電器103には、送出用エネ
ルギ形態変換手段104の一部である送出用アンテナ205が
設置されている。
【００３７】アンテナ位置情報送信手段112から発せら
れた信号光は、給電器103の表面に取り付けられた受光
板113に照射される。給電器103は、受光板113に照射さ
れた該信号光に基づき受入用アンテナ206の位置を検出
する。
【００３８】また、受電口106あるいは電気自動車101の
位置を検出しても良い。即ち、受電口106または電気自
動車101の位置をもって、受入用アンテナ206の位置と代
替することも可能である。この場合、受入用アンテナ20
6と受電口106または電気自動車101との相対位置および
相対角度が定まっているものとする。
【００３９】位置を検出し位置情報を得る方法は、例え
ば、次の通りである。受光板113は多数個の受光素子か
らなっている。そして、円形スポット状の信号光がその
受光板113に照射されている。ここにおいて送出用アン
テナ205と受入用アンテナ２０６との正対角度によって
真円状または楕円状となる円形スポット信号光の投影形
状の変化から、さらに、送出用アンテナ２０５と受入用
アンテナ206との距離による信号光の光度あるいは投影
面積の大きさの変化から、位置合わせの位置情報を得る
ものである。
【００４０】そして、該位置情報に応じて、送出用アン
テナ205の位置または角度が、受入用アンテナ206が確実
に送出エネルギを授受するように調節され、送出用アン
テナ205の向きと受入用アンテナ206の向きとが正対する
ように為されるものである。この時、給電器103は、上
記調節が容易になるように給電器自体が上下左右前後回
転自在に移動する台座に設置されている。尚、受入用ア
ンテナ206が自在に調節されても良い。アンテナ位置情
報の遣り取りは、電気自動車側または給電器側のどちら
側から行われても良い。
【００４１】図４、図５は、他の実施例の送出用アンテ
ナと受入用アンテナの位置合わせ方法を示す図である。
図４は、位置合わせ未完了時の状態を示す図である。図
５は、位置合わせ完了時の状態を示す図である。
【００４２】説明を簡単にするため送出用アンテナ205
は、左右に一次元で移動する場合を示している。受電量
情報送信手段114が電気自動車101の後部に取り付けられ
ている。受電量情報送信手段114は、時間当たりの授受
エネルギの受電量情報を給電器103に送信するものであ
る。そして、送出用アンテナ205と受入用アンテナ206の
対向する位置が、受電量が最大となるように調節される
ものである。即ち、給電器103が、受電量情報送信手段1
14より発生する信号を常にモニタし、上下左右前後と角
度などを自在に調節し、送出用アンテナ205と受入用ア
ンテナ206とが正対するように位置合わせするものであ
る。
【００４３】図６は、受電量情報送信手段を用いた場合
の位置合わせアルゴリズムを示す図である。位置合わせ
アルゴリズムは次のルールに従っているものである。
【００４４】１)もし移動後の受電量が移動前より多け
れば、前回と同じだけ移動せよ。 ２)もし移動後の受電量が移動前より少なければ、前回
と逆向きに移動せよ。 ３)もし、移動方向を３回連続して変えたら最適点とみ
なし移動を中止せよ。
【００４５】このルールは、送出用アンテナ205の移動
が一次元だけでなく、二次元、三次元でも適用すること
ができる。また、位置方向だけでなく、角度方向を調節
する場合も、位置変数ｘが角度変数θに変わるだけで、
対応することができる。アルゴリズムそのものは、一般
に用いられ山登り法と呼称されているものであるので、
説明は割愛する。
【００４６】また、簡単化のため移動量Δｘは不変とし
ているが、移動を繰り返すごとに移動量Δｘを変化させ
る構成も可能である。
【００４７】尚、送出用アンテナと受入用アンテナの位
置合わせが旨く行かず、予想される充電作業の効率が所
定の値以下と判断される場合は、たとえ運転者が充電指
示を出しても給電器103が送電しない手段が設けられて
いる。これは、電力の無駄遣いを防止するものである。
【００４８】図７は、バッテリ満充電時に充電を停止す
る充電システムを示す図である。バッテリ残存容量検出
手段115は、バッテリ109の残存容量を常に検出し、バッ
テリが満充電状態になった時、充電完了信号を出力す
る。
【００４９】バッテリ残存容量情報送信手段116は、バ
ッテリ残存容量検出手段115から充電完了信号を受け取
り、給電器103に対して充電完了信号を送信する。
【００５０】バッテリ残存容量情報送信手段116より発
信された充電完了信号は、バッテリ残存容量情報受信手
段117によって受信され、スイッチ118をオフさせる。以
上の構成により、バッテリの充電が完了したら自動的に
充電を終了することができ、例えば、運転者が充電中に
眠ってしまった場合における無駄な電力消費が避けられ
る。無人充電スタンドの場合、特に、有効である。
【００５１】図８は、給電器と電気自動車間の距離に応
じて充電を停止する充電システムを示す図である。給電
器と電気自動車間の距離が一定間隔以上離れると、測長
手段119がその間隔を判断しスイッチ118をオフさせ、自
動的に充電を停止するものである。具体的な測長手段11
9としては、光学式測長器や、超音波測長器などを用い
ることができる。
【００５２】このような構成により、例えば、急に充電
中に発進したとしても、従来のようなケーブル破損、急
激なコネクタの分離によるケーブルの暴れ等が回避され
る。また、電気自動車が不在なのに充電し続ける無駄も
防止される。
【００５３】尚、図８の実施例では測長手段119を給電
器側に取り付けているが、電気自動車側に取り付けても
良い。ただし、この場合は、距離情報送信手段を電気自
動車側に、また、距離情報受信手段を給電器側に追加配
置する必要がある。
【００５４】図９は、給電器と電気自動車間の障害物の
有無により充電を停止する充電システムを示す図であ
る。障害物検出手段を用いて充電を停止する一実施例を
示している。
【００５５】電気自動車101に取り付けられた平行光線
発生手段120から信号光が発信される。その信号光は、
図３に示されたような受光板113に照射される。そし
て、信号光が障害物121で遮蔽され、受光板113に達しな
くなると充電を一時的に停止するものである。平行光線
発生手段120は、図２に示されたアンテナ位置情報送信
手段 112と兼用されても良いし、また、給電器側に取り
付けられても良い。また、信号光は、給電口を包絡する
ように円を描いて受電口の周囲から発信されても良い。
信号光は、電波または電気誘導でも良い。
【００５６】このように構成することで、充電中に、障
害物121が給電口と受電口の間に侵入した場合の充電効
率の低下や障害物121への危害が避けられる。
【００５７】図10は、本発明による一実施例の給電器と
電気自動車間の相互通信を示す図である。この相互通信
は、バッテリを充電する場合に人手を省いたり無くした
りすることを実現するために考慮したものである。特
に、無人充電スタンドにおける無銭充電を防止するに有
効である。次のような相互通信が給電器と運転者間にお
いて無線方式で行われ、無人充電スタンドにおける充電
作業が実行される。
【００５８】まず、運転者は無人充電スタンドに電気自
動車を停車させる。そして、運転者は充電要求の指示を
送信する。給電器はその指示を受信し、充電料金の支払
いがクレジットカードか現金かなどと言った支払い条件
についての確認信号を返信する。
【００５９】次に、運転者は振替口座番号などの運転者
情報を給電器へ送信し、充電料金のカード支払いなどの
信用取引が成立する。これで、充電料金の徴収が確保さ
れ、無銭充電は防止される。
【００６０】次に、給電器は充電料金の支払い条件を確
認したので、送出用アンテナと受入用アンテナの位置合
わせなどの充電準備の遣り取りが行われる。位置合わせ
が終り準備が整えば、充電開始を運転者が指示し正式に
充電が開始される。
【００６１】互いに遣り取りする情報として、次のもの
が考えられる。（１）充電要求信号 （２）料金支払確
認信号 （３）振替口座番号 （４）位置合わせ確認信
号 （５）充電開始信号 （６）充電量 （７）充電料
金 （８）充電中断信号 （９）充電終了信号（１０）
料金確認信号などである。
【００６２】充電量や充電料金情報は、給電器から運転
者に送られて来るもので、いくら充電されつつあるか、
またはされたかを運転者が知る事ができ便利である。
【００６３】充電中断信号は、運転者が所定の料金で充
電を止めたい時、緊急の用事が生じ止めたい時などに使
われる。
【００６４】充電終了信号は、運転者の最終確認に使わ
れる。例えば、運転者が未だ充電が終了していないと認
識しているのに給電器が充電完と返信して来る場合な
ど、運転者の勘違いや機械の故障などに対処できる。料
金確認信号は、運転者が最終的に銀行振替される料金を
確認するものである。
【００６５】尚、現金支払いの場合、先に現金を給電器
に入れ、支払われた金額に応じて充電する方法が考えら
れる。この場合も、支払いの遣り取りを除き、カード支
払いと同じ方法で充電が行われる。また、上記の遣り取
り情報は、運転パネルに表示されたり、記憶されたりし
ても良いものである。
【００６６】図11は、運転者情報の読み取り手段の一実
施例を示す図である。運転者情報記憶手段122は、運転
者のクレジットカードなどである。また、運転者情報読
み取り器123は、ハンドル124付近に取り付けられて、運
転者情報記憶手段122の情報を読み取るものである。読
み取られた運転者情報が、電気自動車から給電器へ送信
される。
【００６７】この構成により運転者情報の遣り取りが簡
便になり、異なったクレジットカードでの利用もでき、
一台の電気自動車を多人数で共用することができる。
【００６８】以上述べた構成により、充電作業は支払い
に至るまで完全に自動化でき、無人充電スタンドでも充
電することができる。そのため運転者は、給電器から充
電可能な距離に電気自動車を停車させ、自動充電を指示
するだけで済む。
【００６９】本発明による給電器は、駐車場に取り付け
られるのが非常に効果的である。なぜなら、駐車中に自
動的に充電を行うことができるからである。これによ
り、充電のためにわざわざ充電スタンドへ行く頻度を減
らすことができ、時間の節約になる。
【００７０】図12は、電気自動車に給電器を取り付けた
一実施例の充電システムを示す図である。これにより、
他の電気自動車のバッテリが空になった場合に、電気エ
ネルギを分け与えることができる。
【００７１】ここで、給電器103と受電器107とは、どち
らも構造的に指向性アンテナとレギュレータとから構成
されているため、容易に兼用化することができる。この
ため、切替スイッチを含む簡単な回路を付加するだけ
で、給電器103と受電器107とを兼用した装置を、電気自
動車101に装備することができる。
【００７２】図13は、本発明による一実施例の自走給電
車を用いた充電システムを示す図である。エネルギ供給
手段102および給電器103が、自走給電車125に搭載され
ている。エネルギ供給手段102は例えば大型バッテリ、
小型発電機などである。図は、例えば、ぬかるみ道130
に電気自動車101が入ってしまい、脱出できない状態に
なっている場合を示している。バッテリは放電し切って
しまい遠く離れた道路128から自走給電車125を用いて、
充電する場合である。このような場合において、指向性
電磁波による遠隔充電方法が最も活かされる。
【００７３】即ち、電磁場方式は、距離が離れ過ぎてエ
ネルギ送受が困難であり、光および普通の電磁波方式
は、充電に時間が掛かり過ぎて緊急時に役に立ち難い。
また、充電車が進入不可な場所や充電装置が持ち込めな
い場所などでは、ケーブル方式においてもエネルギ送受
が困難であり、指向性電磁波方式の良さが発揮される。
尚、このような場合、送出用アンテナの口径は、受入用
アンテナの口径よりも大きい方が、エネルギ送受の点か
ら望ましい。
【００７４】また、自走給電車125は、充電スタンドが
整備されていない地域での使用に効果的である。
【００７５】図14は、自動車運搬手段に給電器を取り付
けた一実施例の充電システムを示す図である。自動車運
搬手段126に給電器103が装備されていて、電気自動車10
1の運搬中に充電を行うことができる例である。
【００７６】尚、この図では自動車運搬手段126は、貨
物運搬用自動車であるが、鉄道車両であっても、また、
航空機であっても一向に差し支えない。特に鉄道車両に
おいては、パンタグラフを介して容易に電力を利用でき
るので、本実施例の効果は大きい。
【００７７】図15は、床面に給電器を配設した一実施例
の充電システムを示す図である。この充電システムには
車重検知手段127が設けられている。電気自動車101が車
重検知手段127上に載ると、車重検知手段127はスイッチ
118をオンし、充電開始可能状態にする。
【００７８】このような構成にすると、充電中、給電口
105と受電口106間に障害物が入り込むことが少ないとい
う利点がある。尚、この構成では、車重検知手段127は
分割配置され、複数の車重検知手段127が同時に車重を
検出しない限り充電が不可能な構成となっている。ま
た、スイッチ118の配置を変更して、いずれか一つの車
重検知手段127が車重を検出した時に充電可能状態とす
る構成としても差し支えない。また、車重検知手段127
の代わりに、近接センサ、金属感知センサ、または電気
自動車101から発する電磁ノイズを検出するセンサなど
を用いて、同様の構成を実現しても良い。
【００７９】図16は、道路に給電器を埋設した一実施例
の充電システムを示す図である。この充電システムは、
図15に示されたような床面の給電器103を道路128に埋設
し、車重検知手段127にて充電作動するものである。
【００８０】このように道路に給電器を埋設することに
よって走行中の充電が可能となり、電気自動車の行動範
囲が飛躍的に増大する。そのためこの充電システムは、
エネルギ消費の大きい場所、たとえば高速道路などで用
いられる場合に適している。
【００８１】尚、自動車専用道路においては、道路に埋
設する以外に、騒音遮蔽壁やトンネル壁面、あるいはガ
ードレールに給電器103を設置することが考えられる。
そして、壁面に設置する場合は、道路に埋設する場合に
比べて設置費用が安く、補修も容易であると言う利点が
ある。
【００８２】図17は、本発明による他の実施例の電気自
動車の充電システムの概略を示す図である。マニピュレ
ータを用いた自動充電システムの概略を示している。
【００８３】将来に向かって無人充電スタンドによる電
気自動車の充電を考えた場合、無人充電スタンドに限定
するならば指向性電磁波方式以外にマニピュレータ方式
の自動充電システムが浮かび上がる。エネルギの供給と
授受の部分のみ異なるが、運転者と給電器間の無線によ
る遣り取り、給電口と受電口の位置合わせなどは、前述
の指向性電磁波による充電の場合と同様な思想である。
【００８４】その構成と動作は、次の通りである。給電
器103にマニピュレータ111が取り付けられている。マニ
ピュレータ111のエンドエフェクタ部に、コネクタを有
する給電口105が取り付けられている。一方の電気自動
車101に、コネクタを有する受電口106が取り付けられ、
そして、バッテリ109を充電する受電器107が搭載されて
いる。
【００８５】充電開始時に、給電口105と受電口106とが
該コネクタを介し自動的に結合されるように、マニピュ
レータ111は自動制御される。
【００８６】この自動制御は、前述の指向性電磁波によ
る充電の場合と同様に、電気自動車101と給電器103間の
遣り取りで行われるものである。即ち、受電口106の位
置情報が位置情報送信手段により給電器103へフィード
バックされることにより、給電口105と受電口106との位
置合わせ制御が行われるものである。
【００８７】本マニピュレータによる充電システムにお
いても、バッテリ残存容量情報送信手段から満充電時の
充電完了信号を受け取り、スイッチがオフするようにす
ることはできる。そして、充電が終了した時に、両コネ
クタの機械的接続を自動的に解除するようにマニピュレ
ータ111は制御される。
【００８８】尚、マニピュレータ方式の充電の場合も、
充電エネルギの単位時間当たりの供給量は多く、充電を
短時間に行うことができる。このようにして、人の手を
借りないで、エネルギ供給手段102からの電力が、給電
器103と受電器107を介してバッテリ109に充電される。
【００８９】
【発明の効果】本発明によれば、指向性電磁波方式また
はマニピュレータ方式の充電システムおよび充電方法を
採用し運転者の無線指示により充電が自動的に行え、充
電エネルギの単位時間当たりの供給量も多いので、人手
を省いたり無くしたりすることができ、充電を短時間に
行うことができる。さらに、無人充電スタンドで充電す
る場合の無銭充電が防止されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例の電気自動車の充電シス
テムの概略を示す図である。
【図２】本発明による一実施例の電気自動車の後部を示
す図である。
【図３】本発明による一実施例の送出用アンテナと受入
用アンテナの位置合わせ方法を示す図である。
【図４】位置合わせ未完了時の状態を示す図である。
【図５】位置合わせ完了時の状態を示す図である。
【図６】受電量情報送信手段を用いた場合の位置合わせ
アルゴリズムを示す図である。構成図。
【図７】バッテリ満充電時に充電を停止する充電システ
ムを示す図である。
【図８】給電器と電気自動車間の距離に応じて充電を停
止する充電システムを示す図である。
【図９】給電器と電気自動車間の障害物の有無により充
電を停止する充電システムを示す図である。
【図10】本発明による一実施例の給電器と電気自動車間
の相互通信を示す図である。
【図11】運転者情報の読み取り手段の一実施例を示す図
である。
【図12】電気自動車に給電器を取り付けた一実施例の充
電システムを示す図である。
【図13】本発明による一実施例の自走給電車を用いた充
電システムを示す図である。
【図14】自動車運搬手段に給電器を取り付けた本発明に
よる一実施例の充電システムを示す図である。
【図15】床面に給電器を配設した一実施例の充電システ
ムを示す図である。
【図16】道路に給電器を埋設した一実施例の充電システ
ムを示す図である。
【図17】本発明による他の実施例の電気自動車の充電シ
ステムの概略を示す図である。
【符号の説明】
101…電気自動車、102…エネルギ供給手段、103…給電
器、104…送出用エネルギ形態変換手段、105…給電口、
106…受電口、107…受電器、108…受入用エネルギ形態
変換手段、109…バッテリ、110…レギュレータ、111…
マニピュレータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 文男 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高本 祐介 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 金子 悟 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電気自動車の外部からエネルギを供給し前
    記電気自動車のバッテリに前記エネルギを蓄える電気自
    動車の充電システムにおいて、 前記電気自動車の外部に配置され前記エネルギを供給す
    る給電器と、前記電気自動車に搭載され前記エネルギを
    授受し前記バッテリに前記エネルギを与える受電器とを
    設け、前記給電器は前記エネルギを指向性電磁波エネル
    ギに変換し前記受電器に向かって前記指向性電磁波エネ
    ルギを送出する送出用エネルギ形態変換手段を備え、前
    記受電器は前記指向性電磁波エネルギを受入し電気エネ
    ルギに変換する受入用エネルギ形態変換手段を備えたこ
    とを特徴とする電気自動車の充電システム。
  2. 【請求項２】請求項１において、前記給電器は前記電気
    自動車に向けて前記指向性電磁波エネルギを送出する送
    出用アンテナを備え、前記受電器は前記送出用アンテナ
    に対向して前記指向性電磁波エネルギを受入する受入用
    アンテナを備えるものであって、前記送出用アンテナま
    たは前記受入用アンテナのうち少なくとも一方の位置情
    報を送信するアンテナ位置情報送信手段と、前記位置情
    報に基づき前記送出用アンテナの向きと前記受入用アン
    テナの向きとを正対させるアンテナ位置調節手段とを設
    けたことを特徴とする電気自動車の充電システム。
  3. 【請求項３】請求項１において、前記給電器は前記電気
    自動車に向けて前記指向性電磁波エネルギを送出する送
    出用アンテナを備え、前記受電器は前記送出用アンテナ
    に対向して前記指向性電磁波エネルギを受入する受入用
    アンテナを備えるものであって、前記指向性電磁波エネ
    ルギの単位時間当たりの受電量情報を検出する受電量情
    報検出手段と、前記受電量情報に基づき前記送出用アン
    テナの向きと前記受入用アンテナの向きとを正対させる
    アンテナ位置調節手段とを設けたことを特徴とする電気
    自動車の充電システム。
  4. 【請求項４】請求項１において、前記給電器または前記
    電気自動車のうち少なくとも一方に前記給電器と前記電
    気自動車間の距離を測定する測長手段を設け、前記距離
    が所定値を越えた場合に前記指向性電磁波エネルギの送
    出を停止させる送出停止手段を設けたことを特徴とする
    電気自動車の充電システム。
  5. 【請求項５】請求項１において、前記給電器または前記
    電気自動車のうち少なくとも一方に前記給電器と前記電
    気自動車間に存在する障害物を検出する障害物検出手段
    を設け、前記障害物検出手段にて前記障害物が検出され
    た場合に前記指向性電磁波エネルギの送出を停止させる
    送出停止手段を設けたことを特徴とする電気自動車の充
    電システム。
  6. 【請求項６】請求項１において、前記バッテリの充電料
    金の支払い条件を確認する支払条件確認手段と、前記支
    払い条件を確認した後に前記指向性電磁波エネルギの送
    出を開始させる送出開始手段とを、設けたことを特徴と
    する電気自動車の充電システム。
  7. 【請求項７】電気自動車の外部からエネルギを供給し前
    記電気自動車のバッテリに前記エネルギを蓄える電気自
    動車の充電システムにおいて、 前記電気自動車の外部に配置され前記エネルギを供給す
    る給電器と、前記電気自動車に搭載され前記エネルギを
    授受し前記バッテリに前記エネルギを与える受電器と、
    前記エネルギの供給と授受のため前記給電器と前記受電
    器間を直接接続するマニピュレータを自動結合するマニ
    ピュレータ自動結合手段と、前記バッテリの充電料金の
    支払い条件を確認する支払条件確認手段と、前記支払い
    条件を確認した後に前記給電器の前記エネルギの供給を
    開始させる供給開始手段とを設けたことを特徴とする電
    気自動車の充電システム。
  8. 【請求項８】請求項１または請求項７において、前記給
    電器から前記電気自動車へ前記バッテリの充電量情報ま
    たは充電料金情報のうち少なくとも１つの情報を伝達す
    る情報伝達手段と、前記情報を表示する情報表示手段と
    を設けたことを特徴とする電気自動車の充電システム。
  9. 【請求項９】請求項１または請求項７において、前記エ
    ネルギの供給の停止を指示する停止指示手段と、前記指
    示に従って前記エネルギの供給を停止させる供給停止手
    段とを設けたことを特徴とする電気自動車の充電システ
    ム。
  10. 【請求項１０】電気自動車の外部からエネルギを供給し
    前記電気自動車のバッテリに前記エネルギを蓄える電気
    自動車の充電方法において、 前記電気自動車の外部で前記エネルギを指向性電磁波エ
    ネルギに変換し前記指向性電磁波エネルギを前記電気自
    動車に向けて送出し、前記電気自動車で前記指向性電磁
    波エネルギを受入し電気エネルギに変換し該電気エネル
    ギで前記バッテリを充電することを特徴とする電気自動
    車の充電方法。
  11. 【請求項１１】電気自動車と、前記電気自動車に搭載さ
    れたバッテリと、前記電気自動車の外部に配置され前記
    電気自動車にエネルギを供給するエネルギ供給手段とを
    含み、前記バッテリに前記エネルギを蓄える電気自動車
    の充電システムにおいて、 前記バッテリの充電料金の支払い条件を確認する支払条
    件確認手段と、前記支払い条件を確認した後に前記エネ
    ルギ供給手段の前記エネルギの供給を開始させる供給開
    始手段とを設けたことを特徴とする電気自動車の充電シ
    ステム。
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