電動車両および電力伝送システム
【課題】隊列走行時の航続距離を延ばすことができる電動車両およびその電動車両を用いた電力伝送システムを提供する。
【解決手段】隊列走行可能な電動車両１０は、送受電部１２，１４と、蓄電部１６と、電力変換部１８と、接続部２０と、ＥＣＵ２２とを備える。電力変換部１８は、蓄電部１６に接続され、双方向に電力変換可能に構成される。送受電部１２，１４は、隊列走行時に隣接する第１および第２の車両とそれぞれ非接触で電力を授受するためのものである。接続部２０は、送受電部１２，１４ならびに電力変換部１８のいずれか２つを選択的に接続する。ＥＣＵ２２は、電力変換部１８および接続部２０を制御する。
【解決手段】隊列走行可能な電動車両１０は、送受電部１２，１４と、蓄電部１６と、電力変換部１８と、接続部２０と、ＥＣＵ２２とを備える。電力変換部１８は、蓄電部１６に接続され、双方向に電力変換可能に構成される。送受電部１２，１４は、隊列走行時に隣接する第１および第２の車両とそれぞれ非接触で電力を授受するためのものである。接続部２０は、送受電部１２，１４ならびに電力変換部１８のいずれか２つを選択的に接続する。ＥＣＵ２２は、電力変換部１８および接続部２０を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両および電力伝送システムに関し、特に、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行が可能な電動車両およびその電動車両を用いた電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平９−２９３１９４号公報（特許文献１）は、先導車と複数の追従車とが隊列走行（コンボイ走行）する車両群走行システムを開示する。このシステムにおいては、先導車は、所定周期毎に後続の追従車に送信を行なう。各追従車は、前方車からの情報を受信すると、その前方車へ返信するとともに後続の追従車へ上記前方車からの情報を送信する。そして、各追従車は、前方車への次回返信時に後続の追従車からの返信情報を前方車へ送信し、後続の追従車からの返信がない場合には、自車を最後尾車と認識して前方車へ返信する。
【０００３】
これにより、先導車を同期源として各後続車への情報伝達を効率よく行なうことができ、さらに、先導車は最後尾車まで情報が正常に伝達されたことを確認することができるとされる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９３１９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１０８４３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１９８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
隊列走行中の電動車両のいずれかにおいて、蓄電部に蓄えられた走行用の電力が枯渇すると、他の電動車両においては電力に余裕があっても、隊列走行は不可能になる。隊列走行については、先頭車両のみにドライバーを配置することによる人件費の削減や、走行中の空気抵抗低減による燃費向上などのメリットが得られるので、航続距離をできる限り延ばすことが課題である。しかしながら、上記公報では、このような課題およびその解決手段については、特に検討されていない。
【０００６】
それゆえに、この発明の目的は、隊列走行時の航続距離を延ばすことができる電動車両およびその電動車両を用いた電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、電動車両は、受電装置と、送電装置とを備える。受電装置は、車両外部から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、受電装置によって受電された電力を車両外部へ送電可能に構成される。
【０００８】
好ましくは、電動車両は、再充電可能な蓄電部と、電力変換部と、接続部と、制御部とをさらに備える。蓄電部は、受電装置によって受電された電力を蓄える。電力変換部は、蓄電部に接続され、双方向に電力変換可能に構成される。接続部は、受電装置、送電装置、および電力変換部のいずれか２つを選択的に接続する。制御部は、電力変換部および接続部を制御する。
【０００９】
さらに好ましくは、受電装置から送電装置への電力伝送が要求されたとき、制御部は、受電装置を送電装置に電気的に接続するように接続部を制御する。
【００１０】
好ましくは、受電装置は、当該電動車両に隣接する第１の車両から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、当該電動車両に隣接する第２の車両へ非接触で送電可能に構成される。
【００１１】
さらに好ましくは、受電装置は、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行時に第１の車両から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、隊列走行時に第２の車両へ非接触で送電可能に構成される。
【００１２】
好ましくは、受電装置は、車両最前部または車両最後部の一方に配設され、送電装置は、車両最前部または車両最後部の他方に配設される。
【００１３】
好ましくは、受電装置の固有周波数と、第１の車両において受電装置へ送電可能に構成された送電部の固有周波数との差は、受電装置の固有周波数または第１の車両における送電部の固有周波数の±１０％以下である。また、送電装置の固有周波数と、第２の車両において送電装置から受電可能に構成された受電部の固有周波数との差は、送電装置の固有周波数または第２の車両における受電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００１４】
さらに好ましくは、受電装置と第１の車両の送電部との結合係数、および送電装置と第２の車両の受電部との結合係数の各々は、０．１以下である。
【００１５】
さらに好ましくは、受電装置は、受電装置と第１の車両の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、受電装置と第１の車両の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて第１の車両の送電部から受電する。送電装置は、送電装置と第２の車両の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電装置と第２の車両の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて第２の車両の受電部へ送電する。
【００１６】
好ましくは、受電装置は、さらに車両外部へ非接触で送電可能に構成される。送電装置は、さらに車両外部から非接触で受電可能に構成される。
【００１７】
好ましくは、受電装置は、車両外部に設けられる給電設備から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、当該電動車両に隣接する車両へ非接触で送電可能に構成される。
【００１８】
また、この発明によれば、電力伝送システムは、複数の車両と、計画部とを備える。複数の車両の各々は、上述したいずれかの電動車両である。計画部は、動的計画法を用いて、複数の車両間の電力伝送を計画する。複数の車両の各々において、制御部は、計画部の演算結果に基づいて電力変換部および接続部を制御する。
【００１９】
好ましくは、電力伝送システムは、報知部をさらに備える。報知部は、計画部による演算の結果、複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、複数の車両の利用者に報知する。
【００２０】
また、この発明によれば、電力伝送システムは、複数の車両と、計画部とを備える。複数の車両の各々は、上述したいずれかの電動車両である。計画部は、複数の車両間の電力伝送を計画する。そして、計画部は、複数の車両間で電力伝送を行なわない場合の各車両の走行可能距離を算出し、複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、目的地に到達したときの各車両のエネルギー余裕を算出し、目的地に到達したときにエネルギーに余裕のある車両であって目的地に到達できない車両から最近傍のものから、目的地に到達できない車両へ電力を伝送するように、複数の車両間の電力伝送を計画する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明においては、受電装置は、車両外部から非接触で受電可能に構成され、送電装置は、受電装置によって受電された電力を車両外部へ送電可能に構成されるので、たとえば、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行時に、隊列走行する車両間で電力をやり取りすることができる。これにより、電力に余裕のある車両から余裕のない車両へ電力を伝送することができる。したがって、この発明によれば、隊列走行時の航続距離を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。
【図２】接続部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】接続部の構造の一例を示した平面図である。
【図４】ＲＦモード時の電力の流れを示した図である。
【図５】ＴＦモード時の電力の流れを示した図である。
【図６】ＲＲモード時の電力の流れを示した図である。
【図７】ＴＲモード時の電力の流れを示した図である。
【図８】ＴＨモード時の電力の流れを示した図である。
【図９】隊列走行時における車両間での電力伝送の一例を示した図である。
【図１０】隊列走行時における車両間での電力伝送の他の例を示した図である。
【図１１】電力伝送システムのシミュレーションモデルを示した図である。
【図１２】送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示した図である。
【図１３】隣接する２台の電動車両間で電力が伝送されるときの等価回路図である。
【図１４】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図１５】隊列走行時に電動車両がマスター車両となるときのＥＣＵの機能を示す機能ブロック図である。
【図１６】隊列走行時に電動車両がスレーブ車両であるときのＥＣＵの機能を示す機能ブロック図である。
【図１７】隊列走行時にＥＣＵにより実行される車両間での電力伝送計画の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１８】実施の形態２におけるＥＣＵにより実行される車両間での電力伝送の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１９】実施の形態３による電動車両の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。図１を参照して、電動車両１０は、送受電部１２，１４と、蓄電部１６と、動力生成部１７と、電力変換部１８と、接続部２０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）２２と、通信部２４とを備える。
【００２５】
この電動車両１０は、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行（コンボイ走行とも称される。）が可能である。そして、送受電部１２は、隊列走行時に電動車両１０の１台前を走行する車両（以下「前方車両」と称する。）と非接触で電力を授受するために設けられる。詳しくは、送受電部１２は、車両の最前部に配設される。そして、隊列走行時に電動車両１０から前方車両への送電が要求されたとき、送受電部１２は、接続部２０から受ける電力を、前方車両の最後部に配設される送受電部（図示せず）へ非接触で出力する。また、隊列走行時に前方車両から電動車両１０への送電が要求されたときは、送受電部１２は、前方車両の最後部に配設される送受電部から出力される電力を非接触で受電する。一例として、送受電部１２は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この送受電部１２については、後ほど詳しく説明する。
【００２６】
送受電部１４は、隊列走行時に電動車両１０の１台後を走行する車両（以下「後方車両」と称する。）と非接触で電力を授受するために設けられる。詳しくは、送受電部１４は、車両の最後部に配設される。そして、隊列走行時に電動車両１０から後方車両への送電が要求されたとき、送受電部１４は、接続部２０から受ける電力を、後方車両の最前部に配設される送受電部（図示せず）へ非接触で出力する。また、隊列走行時に後方車両から電動車両１０への送電が要求されたときは、送受電部１４は、後方車両の最前部に配設される送受電部から出力される電力を非接触で受電する。一例として、送受電部１４も、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この送受電部１４についても、後ほど詳しく説明する。
【００２７】
蓄電部１６は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電部１６は、走行用の電力を蓄える。そして、蓄電部１６は、その蓄えられた電力を動力生成部１７へ供給し、また、動力生成部１７によって発電された電力を受けて充電される。さらに、隊列走行時、蓄電部１６は、前方車両または後方車両へ給電するために、蓄えられた電力を電力変換部１８へ供給することができ、また、前方車両または後方車両から受電された電力を電力変換部１８から受けて充電され得る。なお、蓄電部１６として、大容量のキャパシタも採用可能であり、電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を出力可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２８】
動力生成部１７は、図示しないインバータおよび電動機を含み、蓄電部１６から電力を受けて走行駆動力を発生する。また、車両の制動時には、動力生成部１７は、車両の運動エネルギーを電動機によって電力に変換し、蓄電部１６へ出力する。なお、動力生成部１７は、図示しないエンジンを含んでもよく、さらに、エンジンの出力を用いて発電し蓄電部１６を充電可能な発電機を含んでもよい。
【００２９】
電力変換部１８は、ＥＣＵ２２から受ける制御指令に従って、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換し、その変換された高周波交流電力を接続部２０を介して送受電部１２または送受電部１４へ供給する。また、電力変換部１８は、ＥＣＵ２２からの制御指令に従って、送受電部１２または送受電部１４によって受電され接続部２０を介して受ける交流電力を直流に変換し、蓄電部１６へ出力する。電力変換部１８は、たとえば単相ブリッジインバータによって構成される。
【００３０】
接続部２０は、ＥＣＵ２２から受ける切替指令に従って、送受電部１２、送受電部１４、および電力変換部１８のいずれか２つを選択的に電気的に接続する。
【００３１】
図２は、接続部２０の回路構成の一例を示す回路図である。図２を参照して、接続部２０は、開閉器３０，３２，３４と、端子３６，３８，４０とを含む。端子３６，３８，４０は、電力変換部１８、送受電部１２、および送受電部１４にそれぞれ接続される。開閉器３０は、端子３６，３８間に接続される。開閉器３２は、端子３６，４０間に接続される。開閉器３４は、端子３８，４０間に接続される。
【００３２】
開閉器３０，３２，３４の各々は、リレーや半導体スイッチによって構成され、ＥＣＵ２２（図１）からの切替指令に従ってオン／オフ制御される。開閉器３０がオンになり、開閉器３２，３４がオフになると、送受電部１２と電力変換部１８とが電気的に接続される。また、開閉器３２がオンになり、開閉器３０，３４がオフになると、送受電部１４と電力変換部１８とが電気的に接続される。また、開閉器３４がオンになり、開閉器３０，３２がオフになると、送受電部１２と送受電部１４とが電気的に接続され、電力変換部１８は、接続部２０から電気的に切離される。
【００３３】
図３は、接続部２０の構造の一例を示した平面図である。図３とともに図２を参照して、開閉器３０，３２，３４は、ケース４４内に格納される。端子３６，３８，４０は、コネクタによって構成される。そして、端子３６は、開閉器３０，３２に接続され、端子３８は、開閉器３０，３４に接続され、端子４０は、開閉器３２，３４に接続される（配線については図示せず）。コネクタ部４２は、ＥＣＵ２２（図１）からの切替指令を受けるための信号端子である。
【００３４】
再び図１を参照して、ＥＣＵ２２は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、電力変換部１８および接続部２０ならびに動力生成部１７を制御する。
【００３５】
具体的には、隊列走行時、ＥＣＵ２２は、電動車両１０が前方車両および／または後方車両と所定の車間距離を維持して走行するように、通信部２４によって他の車両と通信しながら動力生成部１７を制御する。
【００３６】
また、隊列走行時に車両間で電力伝送が行なわれる場合、ＥＣＵ２２は、後述の電力伝送計画に従って、以下に示す５つのモードのいずれかの電力伝送を行なうように、電力変換部１８および接続部２０を制御する。５つのモードとは、具体的には、前方受電モード（ＲＦモード）、前方送電モード（ＴＦモード）、後方受電モード（ＲＲモード）、後方送電モード（ＴＲモード）、および通過モード（ＴＨモード）である。
【００３７】
図４は、ＲＦモード時の電力の流れを示した図である。図４とともに図１を参照して、ＲＦモードでは、送受電部１２により前方車両から非接触で受電され、その受電された電力が蓄電部１６へ供給される。ＲＦモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１２と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、送受電部１２から接続部２０を介して受ける交流電力を直流に変換して蓄電部１６へ出力するように電力変換部１８を制御する。
【００３８】
図５は、ＴＦモード時の電力の流れを示した図である。図５とともに図１を参照して、ＴＦモードでは、蓄電部１６から送受電部１２へ電力が供給され、送受電部１２により前方車両へ非接触で送電される。ＴＦモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１２と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して接続部２０を介して送受電部１２へ供給するように電力変換部１８を制御する。
【００３９】
図６は、ＲＲモード時の電力の流れを示した図である。図６とともに図１を参照して、ＲＲモードでは、送受電部１４により後方車両から非接触で受電され、その受電された電力が蓄電部１６へ供給される。ＲＲモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１４と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、送受電部１４から接続部２０を介して受ける交流電力を直流に変換して蓄電部１６へ出力するように電力変換部１８を制御する。
【００４０】
図７は、ＴＲモード時の電力の流れを示した図である。図７とともに図１を参照して、ＴＲモードでは、蓄電部１６から送受電部１４へ電力が供給され、送受電部１４により後方車両へ非接触で送電される。ＴＲモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１４と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して接続部２０を介して送受電部１４へ供給するように電力変換部１８を制御する。
【００４１】
図８は、ＴＨモード時の電力の流れを示した図である。図８とともに図１を参照して、ＴＨモードでは、電力変換部１８および蓄電部１６を介することなく、送受電部１２と送受電部１４とが電気的に接続される。ＴＨモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１２，１４を電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、電力変換部１８を停止する。
【００４２】
なお、隊列走行時は、隊列走行を形成する複数の車両のうちのいずれかがマスター車両となり、そのマスター車両のＥＣＵ２２において、車両間での電力伝送が計画される。そして、マスター車両からその他のスレーブ車両へ電力伝送計画が通知され、各車両において、ＥＣＵ２２によって電力変換部１８および接続部２０が制御される。この点については、後ほど説明する。
【００４３】
図９は、隊列走行時における車両間での電力伝送の一例を示した図である。図９を参照して、４台の電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが隊列走行しているものとする。そして、先頭の電動車両１０Ａから最後尾の電動車両１０Ｄへ電力が伝送される場合、電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれＴＲモード、ＴＨモード、ＴＨモード、ＲＦモードとなる。これにより、電動車両１０Ａに蓄えられているエネルギー（電力）をＴＨモードの電動車両１０Ｂ，１０Ｃを介して電動車両１０Ｄへ伝送することができる。
【００４４】
図１０は、隊列走行時における車両間での電力伝送の他の例を示した図である。図１０を参照して、４台の電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄで隊列走行しており、電動車両１０Ａから電動車両１０Ｂへの電力伝送と、電動車両１０Ｄから電動車両１０Ｃへの電力伝送とが同時に行なわれるものとする。この場合、電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれＴＲモード、ＲＦモード、ＲＲモード、ＴＦモードとなる。これにより、電動車両１０Ａに蓄えられているエネルギー（電力）を電動車両１０Ｂへ伝送するのと同時に、電動車両１０Ｄに蓄えられているエネルギー（電力）を電動車両１０Ｃへ伝送することができる。
【００４５】
再び図１を参照して、通信部２４は、隊列走行時に、隊列走行を形成する他の車両と無線通信を行なうための通信インターフェースである。この通信部２４によって、隊列走行を行なうための各車両の情報や、隊列走行時に車両間で伝送伝送を行なうための情報が、車両間で相互にやり取りされる。
【００４６】
次に、車両間における電力伝送について説明する。再び図１を参照して、この電動車両１０においては、送受電部１２の固有周波数と、前方車両の最後部に配設される送受電部（図示せず）の固有周波数との差は、送受電部１２の固有周波数または前方車両の上記送受電部の固有周波数の±１０％以下である。また、送受電部１４の固有周波数と、後方車両の最前部に配設される送受電部（図示せず）の固有周波数との差も、送受電部１４の固有周波数または後方車両の上記送受電部の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送受電部１２，１４の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができる。一方、上記の固有周波数の差が±１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる。
【００４７】
なお、送受電部１２（１４）の固有周波数とは、送受電部１２（１４）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送受電部１２（１４）の共振周波数とは、送受電部１２（１４）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数を意味する。
【００４８】
図１１および図１２を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図１１は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図１２は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。
【００４９】
図１１を参照して、電力伝送システム８９は、送電装置９０と、受電装置９１とを備える。送電装置９０は、電磁誘導コイル９２と、送電部９３とを含む。送電部９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。受電装置９１は、受電部９６と、電磁誘導コイル９７とを備える。受電部９６は、共振コイル９９とこの共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。
【００５０】
共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、送電部９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、受電部９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【００５１】
ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）1/2｝・・・（１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）1/2｝・・・（２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、送電部９３および受電部９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図１２に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、送電部９３に供給される電流の周波数は一定である。
【００５２】
図１２に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数での電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。
【００５３】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図１２からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、受電部９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように送電部および受電部の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が受電部９６の固有周波数の５％以下となるように送電部および受電部の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。
【００５４】
再び図１を参照して、送受電部１２は、送受電部１２と前方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送受電部１２と前方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前方車両の送受電部と非接触で電力を授受する。送受電部１２と前方車両の送受電部との結合係数κは０．１以下であり、送受電部１２と前方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、電動車両１０の送受電部１２と前方車両の最後部に配設される送受電部との間で電力が伝送される。
【００５５】
同様に、送受電部１４は、送受電部１４と後方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送受電部１４と後方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、後方車両の送受電部と非接触で電力を授受する。送受電部１４と後方車両の送受電部との結合係数κは０．１以下であり、送受電部１４と後方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、電動車両１０の送受電部１４と後方車両の最前部に配設される送受電部との間で電力が伝送される。
【００５６】
上記のように、この電動車両１０においては、送受電部１２と前方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送受電部１２と前方車両の送受電部との間で非接触で電力が伝送される。また、送受電部１４と後方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送受電部１４と後方車両の送受電部との間で非接触で電力が伝送される。電力伝送における、このような送受電部１２と前方車両の送受電部との結合（送受電部１４と後方車両の送受電部との結合）を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」、「電界（電場）共振結合」等という。「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。
【００５７】
送受電部１２と前方車両の送受電部とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送受電部１２と前方車両の送受電部とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送受電部１２と前方車両の送受電部とに、たとえば、メアンダライン等のアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送受電部１２と前方車両の送受電部とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。なお、送受電部１４と後方車両の送受電部との結合についても同様である。
【００５８】
図１３は、隣接する２台の電動車両１０Ａ，１０Ｂ間で電力が伝送されるときの等価回路図である。なお、この図１３では、電動車両１０Ｂが電動車両１０Ａに追従して走行しているものとする。
【００５９】
図１３を参照して、電動車両１０Ａの最後部に設けられる送受電部１４は、電磁誘導コイル１１０と、共振コイル１１２と、キャパシタ１１４とを含む。また、電動車両１０Ｂの最前部に設けられる送受電部１２は、共振コイル１１６と、キャパシタ１１８と、電磁誘導コイル１２０とを含む。
【００６０】
送受電部１４において、共振コイル１１２は、キャパシタ１１４とともにＬＣ共振回路を形成する。送受電部１２においても、共振コイル１１６は、キャパシタ１１８とともにＬＣ共振回路を形成する。そして、共振コイル１１２およびキャパシタ１１４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、共振コイル１１６およびキャパシタ１１８によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、上記固有周波数の±１０％以下である。
【００６１】
電動車両１０Ａから電動車両１０Ｂへ電力が伝送される場合について説明すると、電動車両１０Ａにおいて、接続部２０から電磁誘導コイル１１０へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル１１０を用いて共振コイル１１２へ電力が供給される。そうすると、共振コイル１１２と電動車両１０Ｂの共振コイル１１６との間に形成される磁界を通じて共振コイル１１２から共振コイル１１６へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル１１６へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル１２０を用いて取出され、電動車両１０Ｂの接続部２０へ伝送される。
【００６２】
なお、キャパシタ１１４，１１８は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイルの浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ１１４，１１８を設けない構成としてもよい。
【００６３】
図１４は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図１４を参照して、電磁界は主に３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。
【００６４】
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接した固有周波数を有する一対の共振器（たとえば一対の共振コイル）を共振させることにより、一方の共振器（一次側共振コイル）から他方の共振器（二次側共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００６５】
図１５，１６は、図１に示したＥＣＵ２２の機能ブロック図である。なお、図１５は、隊列走行時に電動車両１０がマスター車両となるときのＥＣＵ２２の機能を示し、図１６は、隊列走行時に電動車両１０がスレーブ車両であるときのＥＣＵ２２の機能を示す。
【００６６】
図１５を参照して、ＥＣＵ２２は、通信制御部５０と、隊列走行制御部５１と、エネルギー情報取得部５２と、エネルギー計画部５４と、電力変換制御部５６と、切替制御部５８とを含む。通信制御部５０は、隊列走行時に、隊列走行を形成する他の車両との通信部２４（図１）による通信を制御する。隊列走行制御部５１は、隊列走行を実施するための各種制御（車間距離制御、速度制御等）を実行する。なお、隊列走行を実施するための制御情報は、通信制御部５０によって他の車両と常時通信される。
【００６７】
エネルギー情報取得部５２は、電動車両１０のエネルギーに関する情報を取得する。具体的には、エネルギー情報取得部５２は、蓄電部１６（図１）の充電状態（ＳＯＣ（State Of Charge）とも称され、たとえば蓄電部１６の満充電状態に対する百分率で示される。）を蓄電部１６の入出力電流や電圧等に基づいて算出する。この蓄電部１６のＳＯＣは、種々の公知の手法によって算出することができる。また、エネルギー情報取得部５２は、蓄電部１６の最大エネルギー量や、電動車両１０の単位走行距離あたりの損失エネルギー等を取得する。なお、これらの情報は、種々のパラメータ（温度や走行速度等）に基づいてマップ等を用いて取得してもよいし、固定値であってもよい。
【００６８】
エネルギー計画部５４は、電動車両１０のエネルギー情報をエネルギー情報取得部５２から受ける。また、エネルギー計画部５４は、通信制御部５０によって、隊列走行を形成する他の車両のエネルギー情報を取得する。そして、エネルギー計画部５４は、後述の方法に従って、隊列走行を形成する車両間での電力伝送を計画する。概略的には、電力伝送効率を考慮しつつ、エネルギーに余裕のある車両から余裕のない車両へ電力が伝送されるように、各車両の電力伝送モードが計画される。そして、この電力伝送計画は、通信制御部５０によって、隊列走行を形成する他の車両へ送信される。
【００６９】
電力変換制御部５６は、エネルギー計画部５４の演算結果に基づいて電力変換部１８（図１）を制御する。具体的には、電動車両１０から他の車両へ電力を供給する必要がある場合には、電力変換制御部５６は、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して接続部２０へ出力するように、電力変換部１８を駆動するための制御指令を生成する。一方、他の車両から電動車両１０の蓄電部１６へ電力を供給する必要がある場合には、電力変換制御部５６は、接続部２０から受ける交流電力を直流に変換して蓄電部１６へ出力するように、上記制御指令を生成する。なお、電動車両１０を電力が通過するだけのときは（ＴＨモード）、電力変換制御部５６は、電力変換部１８を停止するための制御指令を生成する。
【００７０】
切替制御部５８は、エネルギー計画部５４の演算結果に基づいて接続部２０（図１）を制御する。具体的には、電動車両１０の蓄電部１６と前方車両との間で電力を授受する必要がある場合には（ＲＦモード、ＴＦモード）、切替制御部５８は、送受電部１２を電力変換部１８と電気的に接続するための切替指令を生成する。また、電動車両１０の蓄電部１６と後方車両との間で電力を授受する必要がある場合には（ＲＲモード、ＴＲモード）、切替制御部５８は、送受電部１４を電力変換部１８と電気的に接続するための切替指令を生成する。また、電動車両１０を電力が通過するだけのときは（ＴＨモード）、切替制御部５８は、送受電部１２を送受電部１４と電気的に接続するための切替指令を生成する。
【００７１】
次に、図１６を参照して、隊列走行時に電動車両１０がスレーブ車両であるときは、エネルギー情報取得部５２によって収集された、電動車両１０のエネルギーに関する情報が、通信制御部５０へ出力され、通信部２４を用いてマスター車両へ送信される。
【００７２】
また、電力変換制御部５６は、マスター車両において計画され、通信部２４（図１）によって受信された電力伝送計画を通信制御部５０から受け、その計画に従って電力変換部１８（図１）を制御する。同様に、切替制御部５８も、マスター車両において計画された電力伝送計画を通信制御部５０から受け、その計画に従って接続部２０（図１）を制御する。なお、その他の部分については、図１５で説明したとおりである。
【００７３】
図１７は、隊列走行時にＥＣＵ２２により実行される車両間での電力伝送計画の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
【００７４】
図１７を参照して、ＥＣＵ２２は、隊列走行時の電力伝送計画を作成するにあたり、以下の情報、すなわち、道路の傾斜を含む地図情報、出発位置、目的位置、目的地到着までの制限時間、隊列走行を形成する各車両のエネルギー、各車両の蓄電部１６の最大エネルギー、各車両の単位走行距離あたりの損失、電力伝送効率等の情報を取得する（ステップＳ１０）。地図情報、出発位置、目的位置、制限時間の情報等は、たとえば図示されないカーナビゲーション装置から取得される。
【００７５】
次いで、ＥＣＵ２２は、上記の情報に基づいて、動的計画法により車両間の電力伝送計画を作成する（ステップＳ２０）。制御目標は、目的地に到達するまでにいずれかの車両のエネルギー残量が零にならないことと、目的地で全車両のエネルギー残量の総和を最大化することである。また、制御出力は、各車両における接続部２０への切替指令および電力変換部１８への制御指令である。
【００７６】
ここで、解が存在しない場合、すなわち、目的地に到達できない車両が存在する場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２２は、電力伝送を実施することなく、利用者にその旨を報知する（ステップＳ５０）。一方、目的地に到達できる場合には（ステップＳ３０においてＮＯ）、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０において作成された電力伝送計画に基づいて、車両間での電力伝送を実施する（ステップＳ４０）。
【００７７】
以上のように、この実施の形態１においては、電動車両１０は、隊列走行時に隣接する車両と非接触で電力を授受するための送受電部１２，１４を備える。そして、送受電部１２，１４および電力変換部１８のいずれか２つを選択的に接続する接続部２０が設けられるので、隊列走行する車両間で電力を授受することができる。これにより、電力に余裕のある電動車両から余裕のない電動車両へ電力を伝送することができる。したがって、この実施の形態１によれば、隊列走行時の航続距離を延ばすことができる。
【００７８】
また、この実施の形態１においては、送受電部１２の固有周波数と、前方車両の最後部に配設される送受電部の固有周波数との差は、送受電部１２の固有周波数または前方車両の送受電部の固有周波数の±１０％以下である。また、送受電部１４の固有周波数と、後方車両の最前部に配設される送受電部の固有周波数との差は、送受電部１４の固有周波数または後方車両の送受電部の固有周波数の±１０％以下である。これにより、電磁誘導よりも送電距離の大きい電磁界共振により車両間で電力が伝送される。したがって、この実施の形態１によれば、電磁誘導による電力伝送手法を採用した場合に比べて、隊列走行時の車間距離が大きくなっても車両間で電力を伝送することができる。
【００７９】
また、この実施の形態１によれば、動的計画法を用いて電力伝送計画が作成されるので、隊列走行時の電力伝送を最適化することができる。
【００８０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、動的計画法を用いて、隊列走行時の車両間の電力伝送計画を作成するものとしたが、この実施の形態２では、より簡易な手法で電力伝送が計画実施される。
【００８１】
実施の形態２における電動車両の全体構成は、図１に示した実施の形態１による電動車両１０と同じである。
【００８２】
図１８は、実施の形態２におけるＥＣＵ２２により実行される車両間での電力伝送の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
【００８３】
図１８を参照して、ＥＣＵ２２は、以下の情報、すなわち、道路の傾斜を含む地図情報、出発位置、目的位置、目的地到着までの制限時間、隊列走行を形成する各車両のエネルギー、各車両の蓄電部１６の最大エネルギー、各車両の単位走行距離あたりの損失、電力伝送効率等の情報を取得する（ステップＳ１１０）。なお、この処理は、図１７に示したステップＳ１０において実行される処理と同じである。
【００８４】
次いで、ＥＣＵ２２は、上記の情報を用いて、現状の各車両の残存走行距離を算出する（ステップＳ１２０）。その結果、目的地に到達できない車両が存在する場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２２は、目的地に到達したときの各車両のエネルギー余裕を予測する（ステップＳ１４０）。一例として、各車両において、目的地に到達したときの蓄電部１６のＳＯＣ推定値に基づいてエネルギー余裕が予測される。
【００８５】
そして、ＥＣＵ２２は、残存走行距離が短い車両の順に、目的地に到達したときにエネルギーに余裕のある車両であって残存走行距離が短い上記車両の最近傍のものから、残存走行距離が短い上記車両へ電力を伝送するように、車両間での電力伝送を実施する（ステップＳ１５０）。
【００８６】
なお、ステップＳ１３０において目的地に到達できない車両はないと判定されると（ステップＳ１３０においてＮＯ）、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１４０，Ｓ１５０の処理を実行することなくステップＳ１６０へ処理を移行する。
【００８７】
以上のように、この実施の形態２によれば、隊列走行時の車両間の電力伝送につき、より簡易な手法で車両間の電力伝送を計画実施することができる。
【００８８】
［実施の形態３］
上記の実施の形態１，２において、隊列走行を形成する各車両に全車両のエネルギー状態を表示させてもよい。さらに、その表示結果に基づいて、利用者が手動で車両間の電力伝送を設定できるようにしてもよい。
【００８９】
図１９は、実施の形態３による電動車両１０Ｅの全体構成図である。図１９を参照して、この電動車両１０Ｅは、図１に示した電動車両１０の構成において、表示設定部２６をさらに備える。
【００９０】
表示設定部２６は、ＥＣＵ２２から電動車両１０Ｅのエネルギー状態（たとえば蓄電部１６のＳＯＣ）を取得する。また、表示設定部２６は、通信部２４によって電動車両１０Ｅ以外の各車両のエネルギー状態を取得する。そして、表示設定部２６は、その取得した各車両（電動車両１０Ｅを含む）のエネルギー状態を表示する。
【００９１】
また、表示設定部２６は、その各車両のエネルギー表示状態に基づいて利用者が車両間のエネルギー伝送を設定可能に構成される。そして、利用者により車両間のエネルギー伝送が設定されると、表示設定部２６は、車両間のエネルギー伝送に関する情報を通信部２４によって各車両へ送信するとともに、当該電動車両１０ＥのＥＣＵ２２へ通知する。
【００９２】
なお、電動車両１０Ｅのその他の構成は、電動車両１０と同じである。
以上のように、この実施の形態３によれば、隊列走行を形成する各車両に全車両のエネルギー状態が表示設定部２６に表示されるので、利用者は各車両のエネルギー状態を把握することができる。さらに、この実施の形態３によれば、表示設定部２６に表示された各車両のエネルギー状態に基づいて、利用者の判断で電力伝送を実施することができる。
【００９３】
なお、上記の各実施の形態においては、隊列走行する車両間で電力を授受するものとしたが、車両の停車中に充電スタンド等の給電設備から非接触で受電した電力を、給電設備から受電した車両に隣接する車両へ非接触で送電することも可能である。
【００９４】
なお、上記において、送受電部１２，１４は、それぞれこの発明における「受電装置」および「送電装置」の一実施例、または、それぞれ「送電装置」および「受電装置」の一実施例に対応する。また、ＥＣＵ２２は、この発明における「制御部」の一実施例に対応する。さらに、ＥＣＵ２２のエネルギー計画部５４は、この発明における「計画部」の一実施例に対応し、ＥＣＵ２２によりステップＳ５０において実行される処理は、この発明における「報知部」により実行される処理に対応する。
【００９５】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１０Ａ〜１０Ｅ 電動車両、１２，１４ 送受電部、１６ 蓄電部、１７ 動力生成部、１８ 電力変換部、２０ 接続部、２２ ＥＣＵ、２４ 通信部、２６ 表示設定部、３０，３２，３４ 開閉器、３６，３８，４０ 端子、４２ コネクタ部、４４ ケース、５０ 通信制御部、５１ 隊列走行制御部、５２ エネルギー情報取得部、５４ エネルギー計画部、５６ 電力変換制御部、５８ 切替制御部、１１０，１２０ 電磁誘導コイル、１１２，１１６ 共振コイル、１１４，１１８ キャパシタ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動車両および電力伝送システムに関し、特に、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行が可能な電動車両およびその電動車両を用いた電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平９−２９３１９４号公報（特許文献１）は、先導車と複数の追従車とが隊列走行（コンボイ走行）する車両群走行システムを開示する。このシステムにおいては、先導車は、所定周期毎に後続の追従車に送信を行なう。各追従車は、前方車からの情報を受信すると、その前方車へ返信するとともに後続の追従車へ上記前方車からの情報を送信する。そして、各追従車は、前方車への次回返信時に後続の追従車からの返信情報を前方車へ送信し、後続の追従車からの返信がない場合には、自車を最後尾車と認識して前方車へ返信する。
【０００３】
これにより、先導車を同期源として各後続車への情報伝達を効率よく行なうことができ、さらに、先導車は最後尾車まで情報が正常に伝達されたことを確認することができるとされる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２９３１９４号公報
【特許文献２】特開２００５−２１０８４３号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１９８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
隊列走行中の電動車両のいずれかにおいて、蓄電部に蓄えられた走行用の電力が枯渇すると、他の電動車両においては電力に余裕があっても、隊列走行は不可能になる。隊列走行については、先頭車両のみにドライバーを配置することによる人件費の削減や、走行中の空気抵抗低減による燃費向上などのメリットが得られるので、航続距離をできる限り延ばすことが課題である。しかしながら、上記公報では、このような課題およびその解決手段については、特に検討されていない。
【０００６】
それゆえに、この発明の目的は、隊列走行時の航続距離を延ばすことができる電動車両およびその電動車両を用いた電力伝送システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、電動車両は、受電装置と、送電装置とを備える。受電装置は、車両外部から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、受電装置によって受電された電力を車両外部へ送電可能に構成される。
【０００８】
好ましくは、電動車両は、再充電可能な蓄電部と、電力変換部と、接続部と、制御部とをさらに備える。蓄電部は、受電装置によって受電された電力を蓄える。電力変換部は、蓄電部に接続され、双方向に電力変換可能に構成される。接続部は、受電装置、送電装置、および電力変換部のいずれか２つを選択的に接続する。制御部は、電力変換部および接続部を制御する。
【０００９】
さらに好ましくは、受電装置から送電装置への電力伝送が要求されたとき、制御部は、受電装置を送電装置に電気的に接続するように接続部を制御する。
【００１０】
好ましくは、受電装置は、当該電動車両に隣接する第１の車両から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、当該電動車両に隣接する第２の車両へ非接触で送電可能に構成される。
【００１１】
さらに好ましくは、受電装置は、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行時に第１の車両から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、隊列走行時に第２の車両へ非接触で送電可能に構成される。
【００１２】
好ましくは、受電装置は、車両最前部または車両最後部の一方に配設され、送電装置は、車両最前部または車両最後部の他方に配設される。
【００１３】
好ましくは、受電装置の固有周波数と、第１の車両において受電装置へ送電可能に構成された送電部の固有周波数との差は、受電装置の固有周波数または第１の車両における送電部の固有周波数の±１０％以下である。また、送電装置の固有周波数と、第２の車両において送電装置から受電可能に構成された受電部の固有周波数との差は、送電装置の固有周波数または第２の車両における受電部の固有周波数の±１０％以下である。
【００１４】
さらに好ましくは、受電装置と第１の車両の送電部との結合係数、および送電装置と第２の車両の受電部との結合係数の各々は、０．１以下である。
【００１５】
さらに好ましくは、受電装置は、受電装置と第１の車両の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、受電装置と第１の車両の送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて第１の車両の送電部から受電する。送電装置は、送電装置と第２の車両の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送電装置と第２の車両の受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて第２の車両の受電部へ送電する。
【００１６】
好ましくは、受電装置は、さらに車両外部へ非接触で送電可能に構成される。送電装置は、さらに車両外部から非接触で受電可能に構成される。
【００１７】
好ましくは、受電装置は、車両外部に設けられる給電設備から非接触で受電可能に構成される。送電装置は、当該電動車両に隣接する車両へ非接触で送電可能に構成される。
【００１８】
また、この発明によれば、電力伝送システムは、複数の車両と、計画部とを備える。複数の車両の各々は、上述したいずれかの電動車両である。計画部は、動的計画法を用いて、複数の車両間の電力伝送を計画する。複数の車両の各々において、制御部は、計画部の演算結果に基づいて電力変換部および接続部を制御する。
【００１９】
好ましくは、電力伝送システムは、報知部をさらに備える。報知部は、計画部による演算の結果、複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、複数の車両の利用者に報知する。
【００２０】
また、この発明によれば、電力伝送システムは、複数の車両と、計画部とを備える。複数の車両の各々は、上述したいずれかの電動車両である。計画部は、複数の車両間の電力伝送を計画する。そして、計画部は、複数の車両間で電力伝送を行なわない場合の各車両の走行可能距離を算出し、複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、目的地に到達したときの各車両のエネルギー余裕を算出し、目的地に到達したときにエネルギーに余裕のある車両であって目的地に到達できない車両から最近傍のものから、目的地に到達できない車両へ電力を伝送するように、複数の車両間の電力伝送を計画する。
【発明の効果】
【００２１】
この発明においては、受電装置は、車両外部から非接触で受電可能に構成され、送電装置は、受電装置によって受電された電力を車両外部へ送電可能に構成されるので、たとえば、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行時に、隊列走行する車両間で電力をやり取りすることができる。これにより、電力に余裕のある車両から余裕のない車両へ電力を伝送することができる。したがって、この発明によれば、隊列走行時の航続距離を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。
【図２】接続部の回路構成の一例を示す回路図である。
【図３】接続部の構造の一例を示した平面図である。
【図４】ＲＦモード時の電力の流れを示した図である。
【図５】ＴＦモード時の電力の流れを示した図である。
【図６】ＲＲモード時の電力の流れを示した図である。
【図７】ＴＲモード時の電力の流れを示した図である。
【図８】ＴＨモード時の電力の流れを示した図である。
【図９】隊列走行時における車両間での電力伝送の一例を示した図である。
【図１０】隊列走行時における車両間での電力伝送の他の例を示した図である。
【図１１】電力伝送システムのシミュレーションモデルを示した図である。
【図１２】送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示した図である。
【図１３】隣接する２台の電動車両間で電力が伝送されるときの等価回路図である。
【図１４】電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。
【図１５】隊列走行時に電動車両がマスター車両となるときのＥＣＵの機能を示す機能ブロック図である。
【図１６】隊列走行時に電動車両がスレーブ車両であるときのＥＣＵの機能を示す機能ブロック図である。
【図１７】隊列走行時にＥＣＵにより実行される車両間での電力伝送計画の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１８】実施の形態２におけるＥＣＵにより実行される車両間での電力伝送の処理手順を説明するためのフローチャートである。
【図１９】実施の形態３による電動車両の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２４】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動車両の全体構成図である。図１を参照して、電動車両１０は、送受電部１２，１４と、蓄電部１６と、動力生成部１７と、電力変換部１８と、接続部２０と、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」と称する。）２２と、通信部２４とを備える。
【００２５】
この電動車両１０は、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行（コンボイ走行とも称される。）が可能である。そして、送受電部１２は、隊列走行時に電動車両１０の１台前を走行する車両（以下「前方車両」と称する。）と非接触で電力を授受するために設けられる。詳しくは、送受電部１２は、車両の最前部に配設される。そして、隊列走行時に電動車両１０から前方車両への送電が要求されたとき、送受電部１２は、接続部２０から受ける電力を、前方車両の最後部に配設される送受電部（図示せず）へ非接触で出力する。また、隊列走行時に前方車両から電動車両１０への送電が要求されたときは、送受電部１２は、前方車両の最後部に配設される送受電部から出力される電力を非接触で受電する。一例として、送受電部１２は、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この送受電部１２については、後ほど詳しく説明する。
【００２６】
送受電部１４は、隊列走行時に電動車両１０の１台後を走行する車両（以下「後方車両」と称する。）と非接触で電力を授受するために設けられる。詳しくは、送受電部１４は、車両の最後部に配設される。そして、隊列走行時に電動車両１０から後方車両への送電が要求されたとき、送受電部１４は、接続部２０から受ける電力を、後方車両の最前部に配設される送受電部（図示せず）へ非接触で出力する。また、隊列走行時に後方車両から電動車両１０への送電が要求されたときは、送受電部１４は、後方車両の最前部に配設される送受電部から出力される電力を非接触で受電する。一例として、送受電部１４も、コイルおよびキャパシタを含む共振回路によって構成される。この送受電部１４についても、後ほど詳しく説明する。
【００２７】
蓄電部１６は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池によって構成される。蓄電部１６は、走行用の電力を蓄える。そして、蓄電部１６は、その蓄えられた電力を動力生成部１７へ供給し、また、動力生成部１７によって発電された電力を受けて充電される。さらに、隊列走行時、蓄電部１６は、前方車両または後方車両へ給電するために、蓄えられた電力を電力変換部１８へ供給することができ、また、前方車両または後方車両から受電された電力を電力変換部１８から受けて充電され得る。なお、蓄電部１６として、大容量のキャパシタも採用可能であり、電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力を出力可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。
【００２８】
動力生成部１７は、図示しないインバータおよび電動機を含み、蓄電部１６から電力を受けて走行駆動力を発生する。また、車両の制動時には、動力生成部１７は、車両の運動エネルギーを電動機によって電力に変換し、蓄電部１６へ出力する。なお、動力生成部１７は、図示しないエンジンを含んでもよく、さらに、エンジンの出力を用いて発電し蓄電部１６を充電可能な発電機を含んでもよい。
【００２９】
電力変換部１８は、ＥＣＵ２２から受ける制御指令に従って、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換し、その変換された高周波交流電力を接続部２０を介して送受電部１２または送受電部１４へ供給する。また、電力変換部１８は、ＥＣＵ２２からの制御指令に従って、送受電部１２または送受電部１４によって受電され接続部２０を介して受ける交流電力を直流に変換し、蓄電部１６へ出力する。電力変換部１８は、たとえば単相ブリッジインバータによって構成される。
【００３０】
接続部２０は、ＥＣＵ２２から受ける切替指令に従って、送受電部１２、送受電部１４、および電力変換部１８のいずれか２つを選択的に電気的に接続する。
【００３１】
図２は、接続部２０の回路構成の一例を示す回路図である。図２を参照して、接続部２０は、開閉器３０，３２，３４と、端子３６，３８，４０とを含む。端子３６，３８，４０は、電力変換部１８、送受電部１２、および送受電部１４にそれぞれ接続される。開閉器３０は、端子３６，３８間に接続される。開閉器３２は、端子３６，４０間に接続される。開閉器３４は、端子３８，４０間に接続される。
【００３２】
開閉器３０，３２，３４の各々は、リレーや半導体スイッチによって構成され、ＥＣＵ２２（図１）からの切替指令に従ってオン／オフ制御される。開閉器３０がオンになり、開閉器３２，３４がオフになると、送受電部１２と電力変換部１８とが電気的に接続される。また、開閉器３２がオンになり、開閉器３０，３４がオフになると、送受電部１４と電力変換部１８とが電気的に接続される。また、開閉器３４がオンになり、開閉器３０，３２がオフになると、送受電部１２と送受電部１４とが電気的に接続され、電力変換部１８は、接続部２０から電気的に切離される。
【００３３】
図３は、接続部２０の構造の一例を示した平面図である。図３とともに図２を参照して、開閉器３０，３２，３４は、ケース４４内に格納される。端子３６，３８，４０は、コネクタによって構成される。そして、端子３６は、開閉器３０，３２に接続され、端子３８は、開閉器３０，３４に接続され、端子４０は、開閉器３２，３４に接続される（配線については図示せず）。コネクタ部４２は、ＥＣＵ２２（図１）からの切替指令を受けるための信号端子である。
【００３４】
再び図１を参照して、ＥＣＵ２２は、予め記憶されたプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することによるソフトウェア処理および／または専用の電子回路によるハードウェア処理により、電力変換部１８および接続部２０ならびに動力生成部１７を制御する。
【００３５】
具体的には、隊列走行時、ＥＣＵ２２は、電動車両１０が前方車両および／または後方車両と所定の車間距離を維持して走行するように、通信部２４によって他の車両と通信しながら動力生成部１７を制御する。
【００３６】
また、隊列走行時に車両間で電力伝送が行なわれる場合、ＥＣＵ２２は、後述の電力伝送計画に従って、以下に示す５つのモードのいずれかの電力伝送を行なうように、電力変換部１８および接続部２０を制御する。５つのモードとは、具体的には、前方受電モード（ＲＦモード）、前方送電モード（ＴＦモード）、後方受電モード（ＲＲモード）、後方送電モード（ＴＲモード）、および通過モード（ＴＨモード）である。
【００３７】
図４は、ＲＦモード時の電力の流れを示した図である。図４とともに図１を参照して、ＲＦモードでは、送受電部１２により前方車両から非接触で受電され、その受電された電力が蓄電部１６へ供給される。ＲＦモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１２と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、送受電部１２から接続部２０を介して受ける交流電力を直流に変換して蓄電部１６へ出力するように電力変換部１８を制御する。
【００３８】
図５は、ＴＦモード時の電力の流れを示した図である。図５とともに図１を参照して、ＴＦモードでは、蓄電部１６から送受電部１２へ電力が供給され、送受電部１２により前方車両へ非接触で送電される。ＴＦモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１２と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して接続部２０を介して送受電部１２へ供給するように電力変換部１８を制御する。
【００３９】
図６は、ＲＲモード時の電力の流れを示した図である。図６とともに図１を参照して、ＲＲモードでは、送受電部１４により後方車両から非接触で受電され、その受電された電力が蓄電部１６へ供給される。ＲＲモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１４と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、送受電部１４から接続部２０を介して受ける交流電力を直流に変換して蓄電部１６へ出力するように電力変換部１８を制御する。
【００４０】
図７は、ＴＲモード時の電力の流れを示した図である。図７とともに図１を参照して、ＴＲモードでは、蓄電部１６から送受電部１４へ電力が供給され、送受電部１４により後方車両へ非接触で送電される。ＴＲモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１４と電力変換部１８とを電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して接続部２０を介して送受電部１４へ供給するように電力変換部１８を制御する。
【００４１】
図８は、ＴＨモード時の電力の流れを示した図である。図８とともに図１を参照して、ＴＨモードでは、電力変換部１８および蓄電部１６を介することなく、送受電部１２と送受電部１４とが電気的に接続される。ＴＨモード時、ＥＣＵ２２は、送受電部１２，１４を電気的に接続するように接続部２０を制御するとともに、電力変換部１８を停止する。
【００４２】
なお、隊列走行時は、隊列走行を形成する複数の車両のうちのいずれかがマスター車両となり、そのマスター車両のＥＣＵ２２において、車両間での電力伝送が計画される。そして、マスター車両からその他のスレーブ車両へ電力伝送計画が通知され、各車両において、ＥＣＵ２２によって電力変換部１８および接続部２０が制御される。この点については、後ほど説明する。
【００４３】
図９は、隊列走行時における車両間での電力伝送の一例を示した図である。図９を参照して、４台の電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄが隊列走行しているものとする。そして、先頭の電動車両１０Ａから最後尾の電動車両１０Ｄへ電力が伝送される場合、電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれＴＲモード、ＴＨモード、ＴＨモード、ＲＦモードとなる。これにより、電動車両１０Ａに蓄えられているエネルギー（電力）をＴＨモードの電動車両１０Ｂ，１０Ｃを介して電動車両１０Ｄへ伝送することができる。
【００４４】
図１０は、隊列走行時における車両間での電力伝送の他の例を示した図である。図１０を参照して、４台の電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄで隊列走行しており、電動車両１０Ａから電動車両１０Ｂへの電力伝送と、電動車両１０Ｄから電動車両１０Ｃへの電力伝送とが同時に行なわれるものとする。この場合、電動車両１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄは、それぞれＴＲモード、ＲＦモード、ＲＲモード、ＴＦモードとなる。これにより、電動車両１０Ａに蓄えられているエネルギー（電力）を電動車両１０Ｂへ伝送するのと同時に、電動車両１０Ｄに蓄えられているエネルギー（電力）を電動車両１０Ｃへ伝送することができる。
【００４５】
再び図１を参照して、通信部２４は、隊列走行時に、隊列走行を形成する他の車両と無線通信を行なうための通信インターフェースである。この通信部２４によって、隊列走行を行なうための各車両の情報や、隊列走行時に車両間で伝送伝送を行なうための情報が、車両間で相互にやり取りされる。
【００４６】
次に、車両間における電力伝送について説明する。再び図１を参照して、この電動車両１０においては、送受電部１２の固有周波数と、前方車両の最後部に配設される送受電部（図示せず）の固有周波数との差は、送受電部１２の固有周波数または前方車両の上記送受電部の固有周波数の±１０％以下である。また、送受電部１４の固有周波数と、後方車両の最前部に配設される送受電部（図示せず）の固有周波数との差も、送受電部１４の固有周波数または後方車両の上記送受電部の固有周波数の±１０％以下である。このような範囲に送受電部１２，１４の固有周波数を設定することで電力伝送効率を高めることができる。一方、上記の固有周波数の差が±１０％よりも大きくなると、電力伝送効率が１０％よりも小さくなり、電力伝送時間が長くなるなどの弊害が生じる。
【００４７】
なお、送受電部１２（１４）の固有周波数とは、送受電部１２（１４）を構成する電気回路（共振回路）が自由振動する場合の振動周波数を意味する。なお、送受電部１２（１４）の共振周波数とは、送受電部１２（１４）を構成する電気回路（共振回路）において、制動力または電気抵抗を零としたときの固有周波数を意味する。
【００４８】
図１１および図１２を用いて、固有周波数の差と電力伝送効率との関係とを解析したシミュレーション結果について説明する。図１１は、電力伝送システムのシミュレーションモデルを示す図である。また、図１２は、送電部および受電部の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を示す図である。
【００４９】
図１１を参照して、電力伝送システム８９は、送電装置９０と、受電装置９１とを備える。送電装置９０は、電磁誘導コイル９２と、送電部９３とを含む。送電部９３は、共振コイル９４と、共振コイル９４に設けられたキャパシタ９５とを含む。受電装置９１は、受電部９６と、電磁誘導コイル９７とを備える。受電部９６は、共振コイル９９とこの共振コイル９９に接続されたキャパシタ９８とを含む。
【００５０】
共振コイル９４のインダクタンスをインダクタンスＬｔとし、キャパシタ９５のキャパシタンスをキャパシタンスＣ１とする。また、共振コイル９９のインダクタンスをインダクタンスＬｒとし、キャパシタ９８のキャパシタンスをキャパシタンスＣ２とする。このように各パラメータを設定すると、送電部９３の固有周波数ｆ１は、下記の式（１）によって示され、受電部９６の固有周波数ｆ２は、下記の式（２）によって示される。
【００５１】
ｆ１＝１／｛２π（Ｌｔ×Ｃ１）1/2｝・・・（１）
ｆ２＝１／｛２π（Ｌｒ×Ｃ２）1/2｝・・・（２）
ここで、インダクタンスＬｒおよびキャパシタンスＣ１，Ｃ２を固定して、インダクタンスＬｔのみを変化させた場合において、送電部９３および受電部９６の固有周波数のズレと電力伝送効率との関係を図１２に示す。なお、このシミュレーションにおいては、共振コイル９４および共振コイル９９の相対的な位置関係は固定とし、さらに、送電部９３に供給される電流の周波数は一定である。
【００５２】
図１２に示すグラフのうち、横軸は固有周波数のズレ（％）を示し、縦軸は一定周波数での電力伝送効率（％）を示す。固有周波数のズレ（％）は、下記の式（３）によって示される。
【００５３】
（固有周波数のズレ）＝｛（ｆ１−ｆ２）／ｆ２｝×１００（％）・・・（３）
図１２からも明らかなように、固有周波数のズレ（％）が０％の場合には、電力伝送効率は１００％近くとなる。固有周波数のズレ（％）が±５％の場合には、電力伝送効率は４０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１０％の場合には、電力伝送効率は１０％程度となる。固有周波数のズレ（％）が±１５％の場合には、電力伝送効率は５％程度となる。すなわち、固有周波数のズレ（％）の絶対値（固有周波数の差）が、受電部９６の固有周波数の１０％以下の範囲となるように送電部および受電部の固有周波数を設定することで、電力伝送効率を実用的なレベルに高めることができることがわかる。さらに、固有周波数のズレ（％）の絶対値が受電部９６の固有周波数の５％以下となるように送電部および受電部の固有周波数を設定すると、電力伝送効率をさらに高めることができるのでより好ましい。なお、シミュレーションソフトしては、電磁界解析ソフトウェア（ＪＭＡＧ（登録商標）：株式会社ＪＳＯＬ製）を採用している。
【００５４】
再び図１を参照して、送受電部１２は、送受電部１２と前方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送受電部１２と前方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、前方車両の送受電部と非接触で電力を授受する。送受電部１２と前方車両の送受電部との結合係数κは０．１以下であり、送受電部１２と前方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、電動車両１０の送受電部１２と前方車両の最後部に配設される送受電部との間で電力が伝送される。
【００５５】
同様に、送受電部１４は、送受電部１４と後方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、送受電部１４と後方車両の送受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて、後方車両の送受電部と非接触で電力を授受する。送受電部１４と後方車両の送受電部との結合係数κは０．１以下であり、送受電部１４と後方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、電動車両１０の送受電部１４と後方車両の最前部に配設される送受電部との間で電力が伝送される。
【００５６】
上記のように、この電動車両１０においては、送受電部１２と前方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送受電部１２と前方車両の送受電部との間で非接触で電力が伝送される。また、送受電部１４と後方車両の送受電部とを電磁界によって共振（共鳴）させることで、送受電部１４と後方車両の送受電部との間で非接触で電力が伝送される。電力伝送における、このような送受電部１２と前方車両の送受電部との結合（送受電部１４と後方車両の送受電部との結合）を、たとえば、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電磁界（電磁場）共振結合」、「電界（電場）共振結合」等という。「電磁界（電磁場）共振結合」は、「磁気共鳴結合」、「磁界（磁場）共鳴結合」、「電界（電場）共振結合」のいずれも含む結合を意味する。
【００５７】
送受電部１２と前方車両の送受電部とが上記のようにコイルによって形成される場合には、送受電部１２と前方車両の送受電部とは、主に磁界（磁場）によって結合し、「磁気共鳴結合」または「磁界（磁場）共鳴結合」が形成される。なお、送受電部１２と前方車両の送受電部とに、たとえば、メアンダライン等のアンテナを採用することも可能であり、この場合には、送受電部１２と前方車両の送受電部とは、主に電界（電場）によって結合し、「電界（電場）共鳴結合」が形成される。なお、送受電部１４と後方車両の送受電部との結合についても同様である。
【００５８】
図１３は、隣接する２台の電動車両１０Ａ，１０Ｂ間で電力が伝送されるときの等価回路図である。なお、この図１３では、電動車両１０Ｂが電動車両１０Ａに追従して走行しているものとする。
【００５９】
図１３を参照して、電動車両１０Ａの最後部に設けられる送受電部１４は、電磁誘導コイル１１０と、共振コイル１１２と、キャパシタ１１４とを含む。また、電動車両１０Ｂの最前部に設けられる送受電部１２は、共振コイル１１６と、キャパシタ１１８と、電磁誘導コイル１２０とを含む。
【００６０】
送受電部１４において、共振コイル１１２は、キャパシタ１１４とともにＬＣ共振回路を形成する。送受電部１２においても、共振コイル１１６は、キャパシタ１１８とともにＬＣ共振回路を形成する。そして、共振コイル１１２およびキャパシタ１１４によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数と、共振コイル１１６およびキャパシタ１１８によって形成されるＬＣ共振回路の固有周波数との差は、上記固有周波数の±１０％以下である。
【００６１】
電動車両１０Ａから電動車両１０Ｂへ電力が伝送される場合について説明すると、電動車両１０Ａにおいて、接続部２０から電磁誘導コイル１１０へ高周波の交流電力が供給され、電磁誘導コイル１１０を用いて共振コイル１１２へ電力が供給される。そうすると、共振コイル１１２と電動車両１０Ｂの共振コイル１１６との間に形成される磁界を通じて共振コイル１１２から共振コイル１１６へエネルギー（電力）が移動する。共振コイル１１６へ移動したエネルギー（電力）は、電磁誘導コイル１２０を用いて取出され、電動車両１０Ｂの接続部２０へ伝送される。
【００６２】
なお、キャパシタ１１４，１１８は、共振回路の固有周波数を調整するために設けられるものであり、共振コイルの浮遊容量を利用して所望の固有周波数が得られる場合には、キャパシタ１１４，１１８を設けない構成としてもよい。
【００６３】
図１４は、電流源（磁流源）からの距離と電磁界の強度との関係を示した図である。図１４を参照して、電磁界は主に３つの成分から成る。曲線ｋ１は、波源からの距離に反比例した成分であり、「輻射電磁界」と称される。曲線ｋ２は、波源からの距離の２乗に反比例した成分であり、「誘導電磁界」と称される。また、曲線ｋ３は、波源からの距離の３乗に反比例した成分であり、「静電磁界」と称される。
【００６４】
「静電磁界」は、波源からの距離とともに急激に電磁波の強度が減少する領域であり、共鳴法では、この「静電磁界」が支配的な近接場（エバネッセント場）を利用してエネルギー（電力）の伝送が行なわれる。すなわち、「静電磁界」が支配的な近接場において、近接した固有周波数を有する一対の共振器（たとえば一対の共振コイル）を共振させることにより、一方の共振器（一次側共振コイル）から他方の共振器（二次側共振コイル）へエネルギー（電力）を伝送する。この「静電磁界」は遠方にエネルギーを伝播しないので、遠方までエネルギーを伝播する「輻射電磁界」によりエネルギー（電力）を伝送する電磁波に比べて、共鳴法は、より少ないエネルギー損失で送電することができる。
【００６５】
図１５，１６は、図１に示したＥＣＵ２２の機能ブロック図である。なお、図１５は、隊列走行時に電動車両１０がマスター車両となるときのＥＣＵ２２の機能を示し、図１６は、隊列走行時に電動車両１０がスレーブ車両であるときのＥＣＵ２２の機能を示す。
【００６６】
図１５を参照して、ＥＣＵ２２は、通信制御部５０と、隊列走行制御部５１と、エネルギー情報取得部５２と、エネルギー計画部５４と、電力変換制御部５６と、切替制御部５８とを含む。通信制御部５０は、隊列走行時に、隊列走行を形成する他の車両との通信部２４（図１）による通信を制御する。隊列走行制御部５１は、隊列走行を実施するための各種制御（車間距離制御、速度制御等）を実行する。なお、隊列走行を実施するための制御情報は、通信制御部５０によって他の車両と常時通信される。
【００６７】
エネルギー情報取得部５２は、電動車両１０のエネルギーに関する情報を取得する。具体的には、エネルギー情報取得部５２は、蓄電部１６（図１）の充電状態（ＳＯＣ（State Of Charge）とも称され、たとえば蓄電部１６の満充電状態に対する百分率で示される。）を蓄電部１６の入出力電流や電圧等に基づいて算出する。この蓄電部１６のＳＯＣは、種々の公知の手法によって算出することができる。また、エネルギー情報取得部５２は、蓄電部１６の最大エネルギー量や、電動車両１０の単位走行距離あたりの損失エネルギー等を取得する。なお、これらの情報は、種々のパラメータ（温度や走行速度等）に基づいてマップ等を用いて取得してもよいし、固定値であってもよい。
【００６８】
エネルギー計画部５４は、電動車両１０のエネルギー情報をエネルギー情報取得部５２から受ける。また、エネルギー計画部５４は、通信制御部５０によって、隊列走行を形成する他の車両のエネルギー情報を取得する。そして、エネルギー計画部５４は、後述の方法に従って、隊列走行を形成する車両間での電力伝送を計画する。概略的には、電力伝送効率を考慮しつつ、エネルギーに余裕のある車両から余裕のない車両へ電力が伝送されるように、各車両の電力伝送モードが計画される。そして、この電力伝送計画は、通信制御部５０によって、隊列走行を形成する他の車両へ送信される。
【００６９】
電力変換制御部５６は、エネルギー計画部５４の演算結果に基づいて電力変換部１８（図１）を制御する。具体的には、電動車両１０から他の車両へ電力を供給する必要がある場合には、電力変換制御部５６は、蓄電部１６から出力される電力を高周波の交流に変換して接続部２０へ出力するように、電力変換部１８を駆動するための制御指令を生成する。一方、他の車両から電動車両１０の蓄電部１６へ電力を供給する必要がある場合には、電力変換制御部５６は、接続部２０から受ける交流電力を直流に変換して蓄電部１６へ出力するように、上記制御指令を生成する。なお、電動車両１０を電力が通過するだけのときは（ＴＨモード）、電力変換制御部５６は、電力変換部１８を停止するための制御指令を生成する。
【００７０】
切替制御部５８は、エネルギー計画部５４の演算結果に基づいて接続部２０（図１）を制御する。具体的には、電動車両１０の蓄電部１６と前方車両との間で電力を授受する必要がある場合には（ＲＦモード、ＴＦモード）、切替制御部５８は、送受電部１２を電力変換部１８と電気的に接続するための切替指令を生成する。また、電動車両１０の蓄電部１６と後方車両との間で電力を授受する必要がある場合には（ＲＲモード、ＴＲモード）、切替制御部５８は、送受電部１４を電力変換部１８と電気的に接続するための切替指令を生成する。また、電動車両１０を電力が通過するだけのときは（ＴＨモード）、切替制御部５８は、送受電部１２を送受電部１４と電気的に接続するための切替指令を生成する。
【００７１】
次に、図１６を参照して、隊列走行時に電動車両１０がスレーブ車両であるときは、エネルギー情報取得部５２によって収集された、電動車両１０のエネルギーに関する情報が、通信制御部５０へ出力され、通信部２４を用いてマスター車両へ送信される。
【００７２】
また、電力変換制御部５６は、マスター車両において計画され、通信部２４（図１）によって受信された電力伝送計画を通信制御部５０から受け、その計画に従って電力変換部１８（図１）を制御する。同様に、切替制御部５８も、マスター車両において計画された電力伝送計画を通信制御部５０から受け、その計画に従って接続部２０（図１）を制御する。なお、その他の部分については、図１５で説明したとおりである。
【００７３】
図１７は、隊列走行時にＥＣＵ２２により実行される車両間での電力伝送計画の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
【００７４】
図１７を参照して、ＥＣＵ２２は、隊列走行時の電力伝送計画を作成するにあたり、以下の情報、すなわち、道路の傾斜を含む地図情報、出発位置、目的位置、目的地到着までの制限時間、隊列走行を形成する各車両のエネルギー、各車両の蓄電部１６の最大エネルギー、各車両の単位走行距離あたりの損失、電力伝送効率等の情報を取得する（ステップＳ１０）。地図情報、出発位置、目的位置、制限時間の情報等は、たとえば図示されないカーナビゲーション装置から取得される。
【００７５】
次いで、ＥＣＵ２２は、上記の情報に基づいて、動的計画法により車両間の電力伝送計画を作成する（ステップＳ２０）。制御目標は、目的地に到達するまでにいずれかの車両のエネルギー残量が零にならないことと、目的地で全車両のエネルギー残量の総和を最大化することである。また、制御出力は、各車両における接続部２０への切替指令および電力変換部１８への制御指令である。
【００７６】
ここで、解が存在しない場合、すなわち、目的地に到達できない車両が存在する場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２２は、電力伝送を実施することなく、利用者にその旨を報知する（ステップＳ５０）。一方、目的地に到達できる場合には（ステップＳ３０においてＮＯ）、ＥＣＵ２２は、ステップＳ２０において作成された電力伝送計画に基づいて、車両間での電力伝送を実施する（ステップＳ４０）。
【００７７】
以上のように、この実施の形態１においては、電動車両１０は、隊列走行時に隣接する車両と非接触で電力を授受するための送受電部１２，１４を備える。そして、送受電部１２，１４および電力変換部１８のいずれか２つを選択的に接続する接続部２０が設けられるので、隊列走行する車両間で電力を授受することができる。これにより、電力に余裕のある電動車両から余裕のない電動車両へ電力を伝送することができる。したがって、この実施の形態１によれば、隊列走行時の航続距離を延ばすことができる。
【００７８】
また、この実施の形態１においては、送受電部１２の固有周波数と、前方車両の最後部に配設される送受電部の固有周波数との差は、送受電部１２の固有周波数または前方車両の送受電部の固有周波数の±１０％以下である。また、送受電部１４の固有周波数と、後方車両の最前部に配設される送受電部の固有周波数との差は、送受電部１４の固有周波数または後方車両の送受電部の固有周波数の±１０％以下である。これにより、電磁誘導よりも送電距離の大きい電磁界共振により車両間で電力が伝送される。したがって、この実施の形態１によれば、電磁誘導による電力伝送手法を採用した場合に比べて、隊列走行時の車間距離が大きくなっても車両間で電力を伝送することができる。
【００７９】
また、この実施の形態１によれば、動的計画法を用いて電力伝送計画が作成されるので、隊列走行時の電力伝送を最適化することができる。
【００８０】
［実施の形態２］
実施の形態１では、動的計画法を用いて、隊列走行時の車両間の電力伝送計画を作成するものとしたが、この実施の形態２では、より簡易な手法で電力伝送が計画実施される。
【００８１】
実施の形態２における電動車両の全体構成は、図１に示した実施の形態１による電動車両１０と同じである。
【００８２】
図１８は、実施の形態２におけるＥＣＵ２２により実行される車両間での電力伝送の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理も、一定時間ごとまたは所定の条件の成立時にメインルーチンから呼出されて実行される。
【００８３】
図１８を参照して、ＥＣＵ２２は、以下の情報、すなわち、道路の傾斜を含む地図情報、出発位置、目的位置、目的地到着までの制限時間、隊列走行を形成する各車両のエネルギー、各車両の蓄電部１６の最大エネルギー、各車両の単位走行距離あたりの損失、電力伝送効率等の情報を取得する（ステップＳ１１０）。なお、この処理は、図１７に示したステップＳ１０において実行される処理と同じである。
【００８４】
次いで、ＥＣＵ２２は、上記の情報を用いて、現状の各車両の残存走行距離を算出する（ステップＳ１２０）。その結果、目的地に到達できない車両が存在する場合（ステップＳ１３０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２２は、目的地に到達したときの各車両のエネルギー余裕を予測する（ステップＳ１４０）。一例として、各車両において、目的地に到達したときの蓄電部１６のＳＯＣ推定値に基づいてエネルギー余裕が予測される。
【００８５】
そして、ＥＣＵ２２は、残存走行距離が短い車両の順に、目的地に到達したときにエネルギーに余裕のある車両であって残存走行距離が短い上記車両の最近傍のものから、残存走行距離が短い上記車両へ電力を伝送するように、車両間での電力伝送を実施する（ステップＳ１５０）。
【００８６】
なお、ステップＳ１３０において目的地に到達できない車両はないと判定されると（ステップＳ１３０においてＮＯ）、ＥＣＵ２２は、ステップＳ１４０，Ｓ１５０の処理を実行することなくステップＳ１６０へ処理を移行する。
【００８７】
以上のように、この実施の形態２によれば、隊列走行時の車両間の電力伝送につき、より簡易な手法で車両間の電力伝送を計画実施することができる。
【００８８】
［実施の形態３］
上記の実施の形態１，２において、隊列走行を形成する各車両に全車両のエネルギー状態を表示させてもよい。さらに、その表示結果に基づいて、利用者が手動で車両間の電力伝送を設定できるようにしてもよい。
【００８９】
図１９は、実施の形態３による電動車両１０Ｅの全体構成図である。図１９を参照して、この電動車両１０Ｅは、図１に示した電動車両１０の構成において、表示設定部２６をさらに備える。
【００９０】
表示設定部２６は、ＥＣＵ２２から電動車両１０Ｅのエネルギー状態（たとえば蓄電部１６のＳＯＣ）を取得する。また、表示設定部２６は、通信部２４によって電動車両１０Ｅ以外の各車両のエネルギー状態を取得する。そして、表示設定部２６は、その取得した各車両（電動車両１０Ｅを含む）のエネルギー状態を表示する。
【００９１】
また、表示設定部２６は、その各車両のエネルギー表示状態に基づいて利用者が車両間のエネルギー伝送を設定可能に構成される。そして、利用者により車両間のエネルギー伝送が設定されると、表示設定部２６は、車両間のエネルギー伝送に関する情報を通信部２４によって各車両へ送信するとともに、当該電動車両１０ＥのＥＣＵ２２へ通知する。
【００９２】
なお、電動車両１０Ｅのその他の構成は、電動車両１０と同じである。
以上のように、この実施の形態３によれば、隊列走行を形成する各車両に全車両のエネルギー状態が表示設定部２６に表示されるので、利用者は各車両のエネルギー状態を把握することができる。さらに、この実施の形態３によれば、表示設定部２６に表示された各車両のエネルギー状態に基づいて、利用者の判断で電力伝送を実施することができる。
【００９３】
なお、上記の各実施の形態においては、隊列走行する車両間で電力を授受するものとしたが、車両の停車中に充電スタンド等の給電設備から非接触で受電した電力を、給電設備から受電した車両に隣接する車両へ非接触で送電することも可能である。
【００９４】
なお、上記において、送受電部１２，１４は、それぞれこの発明における「受電装置」および「送電装置」の一実施例、または、それぞれ「送電装置」および「受電装置」の一実施例に対応する。また、ＥＣＵ２２は、この発明における「制御部」の一実施例に対応する。さらに、ＥＣＵ２２のエネルギー計画部５４は、この発明における「計画部」の一実施例に対応し、ＥＣＵ２２によりステップＳ５０において実行される処理は、この発明における「報知部」により実行される処理に対応する。
【００９５】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１０Ａ〜１０Ｅ 電動車両、１２，１４ 送受電部、１６ 蓄電部、１７ 動力生成部、１８ 電力変換部、２０ 接続部、２２ ＥＣＵ、２４ 通信部、２６ 表示設定部、３０，３２，３４ 開閉器、３６，３８，４０ 端子、４２ コネクタ部、４４ ケース、５０ 通信制御部、５１ 隊列走行制御部、５２ エネルギー情報取得部、５４ エネルギー計画部、５６ 電力変換制御部、５８ 切替制御部、１１０，１２０ 電磁誘導コイル、１１２，１１６ 共振コイル、１１４，１１８ キャパシタ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両外部から非接触で受電可能に構成された受電装置と、
前記受電装置によって受電された電力を車両外部へ送電可能に構成された送電装置とを備える電動車両。
【請求項２】
前記受電装置によって受電された電力を蓄える再充電可能な蓄電部と、
前記蓄電部に接続され、双方向に電力変換可能に構成された電力変換部と、
前記受電装置、前記送電装置、および前記電力変換部のいずれか２つを選択的に接続する接続部と、
前記電力変換部および前記接続部を制御する制御部とをさらに備える、請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記受電装置から前記送電装置への電力伝送が要求されたとき、前記制御部は、前記受電装置を前記送電装置に電気的に接続するように前記接続部を制御する、請求項２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記受電装置は、当該電動車両に隣接する第１の車両から非接触で受電可能に構成され、
前記送電装置は、当該電動車両に隣接する第２の車両へ非接触で送電可能に構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項５】
前記受電装置は、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行時に前記第１の車両から非接触で受電可能に構成され、
前記送電装置は、前記隊列走行時に前記第２の車両へ非接触で送電可能に構成される、請求項４に記載の電動車両。
【請求項６】
前記受電装置は、車両最前部または車両最後部の一方に配設され、
前記送電装置は、車両最前部または車両最後部の他方に配設される、請求項４または５に記載の電動車両。
【請求項７】
前記受電装置の固有周波数と、前記第１の車両において前記受電装置へ送電可能に構成された送電部の固有周波数との差は、前記受電装置の固有周波数または前記送電部の固有周波数の±１０％以下であり、
前記送電装置の固有周波数と、前記第２の車両において前記送電装置から受電可能に構成された受電部の固有周波数との差は、前記送電装置の固有周波数または前記受電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項４から６のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項８】
前記受電装置と前記送電部との結合係数、および前記送電装置と前記受電部との結合係数の各々は、０．１以下である、請求項７に記載の電動車両。
【請求項９】
前記受電装置は、前記受電装置と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記受電装置と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記送電部から受電し、
前記送電装置は、前記送電装置と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記送電装置と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記受電部へ送電する、請求項７または８に記載の電動車両。
【請求項１０】
前記受電装置は、さらに車両外部へ非接触で送電可能であり、
前記送電装置は、さらに車両外部から非接触で受電可能である、請求項１から９のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記受電装置は、車両外部に設けられる給電設備から非接触で受電可能に構成され、
前記送電装置は、当該電動車両に隣接する車両へ非接触で送電可能に構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１２】
各々が請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動車両である複数の車両と、
動的計画法を用いて、前記複数の車両間の電力伝送を計画する計画部とを備え、
前記複数の車両の各々において、前記制御部は、前記計画部の演算結果に基づいて前記電力変換部および前記接続部を制御する、電力伝送システム。
【請求項１３】
前記計画部による演算の結果、前記複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、前記複数の車両の利用者に報知するための報知部をさらに備える、請求項１２に記載の電力伝送システム。
【請求項１４】
各々が請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動車両である複数の車両と、
前記複数の車両間の電力伝送を計画する計画部とを備え、
前記計画部は、前記複数の車両間で電力伝送を行なわない場合の各車両の走行可能距離を算出し、前記複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、前記目的地に到達したときの各車両のエネルギー余裕を算出し、前記目的地に到達したときにエネルギーに余裕のある車両であって前記目的地に到達できない車両から最近傍のものから、前記目的地に到達できない車両へ電力を伝送するように、前記複数の車両間の電力伝送を計画する、電力伝送システム。
【請求項１】
車両外部から非接触で受電可能に構成された受電装置と、
前記受電装置によって受電された電力を車両外部へ送電可能に構成された送電装置とを備える電動車両。
【請求項２】
前記受電装置によって受電された電力を蓄える再充電可能な蓄電部と、
前記蓄電部に接続され、双方向に電力変換可能に構成された電力変換部と、
前記受電装置、前記送電装置、および前記電力変換部のいずれか２つを選択的に接続する接続部と、
前記電力変換部および前記接続部を制御する制御部とをさらに備える、請求項１に記載の電動車両。
【請求項３】
前記受電装置から前記送電装置への電力伝送が要求されたとき、前記制御部は、前記受電装置を前記送電装置に電気的に接続するように前記接続部を制御する、請求項２に記載の電動車両。
【請求項４】
前記受電装置は、当該電動車両に隣接する第１の車両から非接触で受電可能に構成され、
前記送電装置は、当該電動車両に隣接する第２の車両へ非接触で送電可能に構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項５】
前記受電装置は、複数の車両が所定の車間距離を維持して走行する隊列走行時に前記第１の車両から非接触で受電可能に構成され、
前記送電装置は、前記隊列走行時に前記第２の車両へ非接触で送電可能に構成される、請求項４に記載の電動車両。
【請求項６】
前記受電装置は、車両最前部または車両最後部の一方に配設され、
前記送電装置は、車両最前部または車両最後部の他方に配設される、請求項４または５に記載の電動車両。
【請求項７】
前記受電装置の固有周波数と、前記第１の車両において前記受電装置へ送電可能に構成された送電部の固有周波数との差は、前記受電装置の固有周波数または前記送電部の固有周波数の±１０％以下であり、
前記送電装置の固有周波数と、前記第２の車両において前記送電装置から受電可能に構成された受電部の固有周波数との差は、前記送電装置の固有周波数または前記受電部の固有周波数の±１０％以下である、請求項４から６のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項８】
前記受電装置と前記送電部との結合係数、および前記送電装置と前記受電部との結合係数の各々は、０．１以下である、請求項７に記載の電動車両。
【請求項９】
前記受電装置は、前記受電装置と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記受電装置と前記送電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記送電部から受電し、
前記送電装置は、前記送電装置と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する磁界と、前記送電装置と前記受電部との間に形成され、かつ、特定の周波数で振動する電界との少なくとも一方を通じて前記受電部へ送電する、請求項７または８に記載の電動車両。
【請求項１０】
前記受電装置は、さらに車両外部へ非接触で送電可能であり、
前記送電装置は、さらに車両外部から非接触で受電可能である、請求項１から９のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１１】
前記受電装置は、車両外部に設けられる給電設備から非接触で受電可能に構成され、
前記送電装置は、当該電動車両に隣接する車両へ非接触で送電可能に構成される、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両。
【請求項１２】
各々が請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動車両である複数の車両と、
動的計画法を用いて、前記複数の車両間の電力伝送を計画する計画部とを備え、
前記複数の車両の各々において、前記制御部は、前記計画部の演算結果に基づいて前記電力変換部および前記接続部を制御する、電力伝送システム。
【請求項１３】
前記計画部による演算の結果、前記複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、前記複数の車両の利用者に報知するための報知部をさらに備える、請求項１２に記載の電力伝送システム。
【請求項１４】
各々が請求項１から１０のいずれか１項に記載の電動車両である複数の車両と、
前記複数の車両間の電力伝送を計画する計画部とを備え、
前記計画部は、前記複数の車両間で電力伝送を行なわない場合の各車両の走行可能距離を算出し、前記複数の車両の中に目的地に到達できない車両が存在するとき、前記目的地に到達したときの各車両のエネルギー余裕を算出し、前記目的地に到達したときにエネルギーに余裕のある車両であって前記目的地に到達できない車両から最近傍のものから、前記目的地に到達できない車両へ電力を伝送するように、前記複数の車両間の電力伝送を計画する、電力伝送システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−７０５１４（Ｐ２０１３−７０５１４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７２３９（Ｐ２０１１−２０７２３９）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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