BR102015029388A2 - Transmission device for electrical energy - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA".

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção [0001] A invenção refere-se a um dispositivo de transmissão de energia elétrica, e em particular a um dispositivo de transmissão de energia elétrica que transmite de modo sem contato ou sem fio a energia elétrica para um dispositivo de recepção de energia elétrica. 2. Descrição da Técnica Relacionada [0002] Em um sistema de transmissão sem contato ou sem fio da energia elétrica a partir de um dispositivo de transmissão de energia elétrica para um dispositivo de recepção de energia elétrica, tem sido proposto, como uma tecnologia conhecida deste tipo, para controlar a frequência de fornecimento da energia do dispositivo de transmissão de energia elétrica com base na corrente de transmissão de energia normalizada (vide, por exemplo, Publicação do Pedido de Patente Japonesa No. 2014-103754 (JP 2014-103754 A)). A corrente de transmissão de energia normalizada é definida como a razão da segunda corrente de transmissão de energia para o valor máximo da primeira corrente de transmissão de energia. A primeira corrente de transmissão de energia é definida como a corrente de transmissão de energia do dispositivo de transmissão de energia elétrica medida quando o dispositivo de transmissão de energia elétrica e o dispositivo de recepção de energia elétrica estão em um estado não acoplado, e a segunda corrente de transmissão de energia é definida como a corrente de transmissão de energia do dispositivo de transmissão de energia elétrica medida quando o dispositivo de transmissão de energia elétrica e o dispositivo de recepção de energia elétrica estão em um estado acoplado por indução. Quando a corrente da potência de transmissão normalizada for igual a ou superior a 1/2, a frequência da fonte de ali- mentação é ajustada para a frequência de ressonância. Quando a corrente de transmissão de potência normalizada for inferior a 1/2, a frequência da fonte de alimentação é controlada para ser variada de modo que a corrente da potência de transmissão normalizada torne-se igual a 1/2. Com a frequência da fonte de alimentação assim controlada, é possível aumentar a potência elétrica recebida e maximizar a eficiência da potência elétrica, somente através do controle da frequência da fonte de alimentação do dispositivo de transmissão de energia elétrica.

[0003] Um dispositivo de transmissão de energia elétrica de um sistema de transmissão de energia elétrica sem contato muitas vezes inclui um inversor que é acionado sob o controle da modulação por largura de pulso (PWM), de modo a ajustar a frequência e a tensão de potência CA a ser transmitida. Neste caso, o inversor é geralmente constituído por quatro dispositivos de comutação Q91 a Q94, e quatro diodos D91 a D94 ligados em paralelo inverso com os dispositivos de comutação Q91 a Q94, respectivamente, como mostrado na figura 8. Os dispositivos de comutação Q91 a Q94 são agrupados em dois pares, possuindo cada um dois dispositivos que servem como uma fonte e um dissipador e localizado entre um barramento positivo e um bar-ramento negativo, e terminais opostos de uma bobina de transmissão de energia são ligados aos respectivos pontos de conexão dos dispositivos de comutação emparelhados.

[0004] No dispositivo de transmissão de energia elétrica, incluindo o inversor, conforme descrito acima, a fase da corrente elétrica pode conduzir àquela da tensão desenvolvida sob o controle de PWM alternada. A figura 9 mostra um exemplo da relação entre os estados LIGADO / DESLIGADO dos dispositivos de comutação Q91 a Q94 e a tensão de saída e corrente do inversor. Em uma seção rotulada como "INVERTER OUTPUT VOLTAGE, CURRENT" na figura 9, a linha es- calonada contínua representa uma tensão de saída, e a curva sinusoi-dal sólida representa a corrente no instante em que a fase da corrente orienta a fase de tensão. Considerando que o dispositivo de comutação Q91 está agora passando do estado DESLIGADO para o estado LIGADO, a tensão de saída do inversor é igual a zero, mas a corrente, cuja fase orienta a fase de tensão, assume um valor positivo, no momento T1, quando o dispositivo de comutação Q91 está no estado DESLIGADO. Neste momento, a corrente flui a partir de uma linha de energia inferior do lado da bobina de transmissão de energia, para o dispositivo de comutação Q94 que se encontra no estado LIGADO, o dispositivo de comutação Q93 que se encontra no estado LIGADO e o diodo D93, e uma linha de energia superior no lado da bobina de transmissão de energia, na ordem da descrição, como mostrado na figura 10A. No momento T2, imediatamente após o dispositivo de comutação Q91 ser ligado, a tensão de saída do inversor assume um valor positivo, e a corrente é mantida sendo um valor positivo. Neste momento, a corrente flui do barramento positivo (barramento superior) para a linha de energia superior do lado da bobina de transmissão de energia através do dispositivo de comutação Q91 que se encontra no estado LIGADO, e flui a partir da linha de energia inferior do lado da bobina de transmissão de energia para o barramento negativo (barramento inferior), através do dispositivo de comutação Q94 que está no estado LIGADO, como mostrado na figura 10B. A polarização direta é aplicada ao diodo D93 no momento T1, quando o dispositivo de comutação Q91 está no estado desligado, e uma polarização inversa é aplicada ao diodo D93 no momento T2 imediatamente após o dispositivo de comutação Q91 ser ligado. Portanto, a corrente de recuperação flui através do diodo D93, como indicado pela seta grossa na figura 10B, devido a uma característica de recuperação do diodo. Uma vez que a corrente de recuperação resulta em corrente de curto-circuito, ela pode causar aquecimento anormal ou falha do dispositivo de transmissão de energia elétrica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0005] A presente invenção provê um dispositivo de transmissão de energia elétrica no qual a corrente de recuperação é impedida de fluir através de um diodo, de modo que o dispositivo de transmissão de energia elétrica seja menos suscetível a ou não ser suscetível a aquecimento ou falha anormal.

[0006] Um dispositivo de transmissão de energia elétrica relacionado com a presente invenção transmite sem contato a energia elétrica para um dispositivo de recepção de energia elétrica incluindo uma unidade de recepção de energia. O dispositivo de transmissão de energia elétrica inclui: um inversor que possui uma pluralidade de dispositivos de comutação e uma pluralidade de d iodos, o inversor sendo configurado para converter a potência CC derivada de uma fonte de energia externa para uma potência CA; uma unidade de transmissão de energia configurada para transmitir a potência CA proveniente do inversor para a unidade de recepção de energia do dispositivo de recepção de energia elétrica; e uma unidade de controle eletrônico configurada para controlar a potência CA através do controle de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação do inversor, a unidade de controle eletrônico sendo configurada para determinar se uma corrente de fase da corrente de saída que flui do inversor para a unidade de transmissão de energia conduz a tensão de saída, e ajustar a frequência da potência CA em uma direção para reduzir o ângulo de inclinação da fase de corrente quando a condução da fase de corrente em relação à tensão de saída for detectada.

[0007] No dispositivo de transmissão de energia elétrica, tal como descrito acima, quando for determinado que a fase da corrente do inversor para a unidade de transmissão de energia conduz a tensão de saída, a frequência da potência CA do inversor é ajustada em tal direção a fim de reduzir o ângulo de inclinação da fase de corrente. O ajuste pode ser realizado uma vez ou duas ou mais vezes, de modo que a condução da fase de corrente em relação à tensão de saída seja eliminada. Se a fase de corrente conduz a tensão de saída, a corrente de recuperação (corrente de curto-circuito) flui através de um diodo no instante em que um determinado dispositivo de comutação for ligado, e a corrente de curto-circuito pode causar aquecimento ou falha anormal do dispositivo de transmissão de energia elétrica. Se a condução da fase de corrente em relação à tensão de saída for eliminada, a corrente de recuperação (corrente de curto-circuito) é impedida de fluir através do diodo no instante em que o dispositivo de comutação for ligado. Consequentemente, o aquecimento ou falha anormal do dispositivo de transmissão de energia elétrica devido à corrente de recuperação (curto-circuito) pode ser controlado ou impedido.

[0008] A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para ajustar a frequência da potência CA de modo a eliminar a condução da fase de corrente.

[0009] A unidade de controle eletrônico pode ter um mapa que define um relacionamento entre um coeficiente de acoplamento da unidade de recepção de energia e a unidade de transmissão de energia, a frequência da potência CA, e a fase de corrente em relação a uma fase da tensão da tensão de saída. A unidade de controle eletrônico pode calcular o coeficiente de acoplamento da unidade de recepção de energia e a unidade de transmissão de energia. A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para ajustar a frequência da energia CA na direção para reduzir o ângulo de inclinação da fase de corrente, usando um coeficiente de acoplamento calculado e o mapa. As características da fase e frequência da corrente da energia CA variam dependendo do coeficiente de acoplamento. O mapa acima indi- cado pode ser preparado como um mapa tridimensional, por mudar sequencialmente o coeficiente de acoplamento por meio de experimentos ou semelhantes, e obter a relação entre o coeficiente de acoplamento, e a frequência e a fase de corrente. Assim, uma vez que a frequência é ajustada por meio do uso do coeficiente de acoplamento e do mapa, a condução da fase de corrente pode ser mais apropriadamente eliminada.

[0010] A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para obter uma quantidade de ajuste da frequência do coeficiente de acoplamento calculado e o mapa e para ajustar a frequência da energia CA.

[0011] A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para calcular o coeficiente de acoplamento com base em uma impedância de saída do inversor. A impedância de saída do inversor pode ser considerada como uma função do coeficiente de acoplamento. Por conseguinte, a unidade de controle eletrônico pode calcular o coeficiente de acoplamento com base na impedância de saída do inversor.

[0012] A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para calcular o coeficiente de acoplamento por sobre a impedância de saída como uma função de uma primeira autoindutância, uma segunda au-toindutância, uma primeira impedância, e o coeficiente de acoplamento. A primeira autoindutância é uma autoindutância da unidade de transmissão de energia. A segunda autoindutância é uma autoindutância da unidade de recepção de energia. A primeira impedância é uma impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica excluindo a unidade de recepção de energia. De um modo geral, o coeficiente de acoplamento pode ser calculado a partir da energia elétrica recebida e da energia elétrica transmitida. Neste método, no entanto, a informação relativa à energia elétrica recebida tem de ser transmitida para o dispositivo de transmissão de energia. Por outro lado, a impedância de saída do inversor pode ser calculada apenas com base na informação no dispositivo de transmissão de energia elétrica. Assim, o dispositivo de transmissão de energia elétrica não precisa se comunicar com o dispositivo de recepção de energia elétrica.

[0013] Além disso, a unidade de controle eletrônico pode ser configurada para calcular o coeficiente de acoplamento, através do tratamento da segunda autoindutância e da primeira impedância como constantes. No caso em que o dispositivo de recepção de energia elétrica é padronizado, e a autoindutância da unidade de recepção de energia e a impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica excluindo a unidade de recepção de energia da não mudam substancialmente, a autoindutância e a impedância podem ser tratadas como constantes. Aqui, a impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica excluindo a unidade de recepção de energia significa a impedância de uma parte do dispositivo de recepção de energia localizada atrás da unidade de recepção de energia.

[0014] A unidade de controle eletrônico pode obter a segunda autoindutância e a primeira impedância do dispositivo de recepção da energia elétrica e calcula o coeficiente de acoplamento, ou obter uma relação da segunda autoindutância e da primeira impedância do dispositivo de recepção de elétrica e calcular o coeficiente de acoplamento. Desta forma, mesmo no caso em que o dispositivo de recepção de energia elétrica não for padronizado, a impedância de saída pode ser calculada com mais precisão, e o coeficiente de acoplamento pode ser calculado com mais precisão. A relação entre a autoindutância da unidade de recepção de energia e a impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica excluindo o poder a unidade de recepção podem também ser obtidas, uma vez que a impedância de saída é proporcional à autoindução da unidade de recepção de energia, e é inversamente proporcional à impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica excluindo a unidade de recepção de energia.

[0015] A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para detectar a condução da fase de corrente, com base em um valor da corrente obtido em um momento em que qualquer um da pluralidade dos dispositivos de comutação é ligado ou desligado. A unidade de controle eletrônico pode ser configurada para detectar a condução da fase de corrente, com base em uma tensão da energia CA obtida em um momento em que um sinal da corrente do inversor para a unidade de transmissão de energia muda.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0016] As características, vantagens, e significado técnico e industrial das modalidades exemplares da invenção serão descritas abaixo com referência aos desenhos anexos, nos quais os números semelhantes indicam elementos semelhantes, e em que: A figura 1 é uma vista que mostra esquematicamente a configuração de um sistema de recepção e transmissão de energia elétrica sem contato 10, incluindo um dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 como uma modalidade da invenção; A figura 2 é uma vista que mostra esquematicamente a configuração do sistema de recepção e transmissão de energia elétrica sem contato 10, incluindo o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 da modalidade da figura 1; A figura 3 é uma vista que mostra um exemplo da configuração de um inversor 142; A figura 4 é um fluxograma que ilustra um exemplo de uma rotina de ajuste de frequência executado por uma ECU transmissão de energia 170; A figura 5 é uma vista explicativa, mostrando um exemplo de mudanças nos estados LIGADO / DESLIGADO dos dispositivos de comutação Q1 a Q4 do inversor 142 e da tensão de saída e da corren- te de saída do inversor 142 em relação ao tempo; A figura 6 é uma vista explicativa que mostra um exemplo de um mapa para utilização no ajuste da frequência; A figura 7A é uma vista explicativa, que mostra uma corrente elétrica que flui no inversor no momento T1 na figura 5; A figura 7B é uma vista explicativa, que mostra a corrente que flui no inversor no momento T2 na figura 5; A figura 8 é uma vista, que mostra um exemplo da configuração de um inversor como um exemplo conhecido; A figura 9 é uma vista explicativa, mostrando um exemplo de mudanças nos estados LIGADO / DESLIGADO de dispositivos de comutação Q91 a Q94 do inversor como o exemplo conhecido e a tensão de saída e a corrente do inversor em relação ao tempo; A figura 10A é uma vista explicativa, que mostra a corrente que flui no inversor no momento T1 na figura 9; e A figura 10B é uma vista explicativa, que mostra a corrente que flui no inversor no momento T2 na figura 9.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0017] Em seguida, uma modalidade da invenção será descrita.

[0018] As figura 1 e figura 2 mostram esquematicamente a configuração de um sistema de recepção e transmissão de energia elétrica 10, incluindo um dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 como uma modalidade da invenção. Como mostrado na figura 1 e figura 2, o sistema de recepção e transmissão de energia elétrica 10 da presente modalidade inclui o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 instalado em um espaço de estacionamento, ou semelhantes, e um automóvel 20 no qual um dispositivo de recepção de energia elétrica 30 está instalado. O dispositivo de recepção de energia elétrica 30 é capaz de receber de modo sem contato ou sem fio a energia elétrica proveniente do dispositivo de transmissão de energia elétrica 130.

[0019] O dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 inclui uma unidade de transmissão de energia 131 conectada a uma fonte de energia CA 190, tal como uma fonte de alimentação doméstica (de 200 V, 50 Hz, por exemplo), e uma unidade de controle eletrônico para transmissão de energia (que vai ser chamado de "ECU de transmissão de energia") 170 que controla a unidade de transmissão de energia 131. Além disso, o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 inclui uma unidade de comunicação 180 que se comunica com a ECU de transmissão de energia 170, e também conduz as comunicações sem fio com uma unidade de comunicação 80 (que será descrita mais tarde) do automóvel 20.

[0020] A unidade de transmissão de energia 131 inclui um conversor CA / CC 140, um inversor 142, um filtro 144, e um circuito de ressonância 132 para transmissão de energia. O conversor CA / CC 140 é configurado como um conversor CA / CC conhecido que converte a potência CA da fonte de alimentação CA 190 em potência CC possuindo qualquer tensão. Tal como ilustrado a título de exemplo na figura 3, o inversor 142 é composto por quatro dispositivos de comutação Q1 a Q4, quatro diodos D1 a D4 ligados em paralelo - inverso com os dispositivos de comutação Q1 a Q4, respectivamente, e um capacitor de suavização C. Por exemplo, MOSFET (transistor de efeito por campo de semicondutores de óxidos de metais como um tipo de transistor de efeito por campo) pode ser usado como cada um dos quatro dispositivos de comutação Q1 a Q4. Os dispositivos de comutação Q1 a Q4 são agrupados em dois pares, tendo cada um dois dispositivos que servem como uma fonte e um dissipador e localizado entre um barra-mento positivo e um barramento negativo, e terminais opostos de uma bobina de transmissão de energia são ligados aos respectivos pontos de conexão dos dispositivos de comutação emparelhados. O inversor 142 converte a potência CC do inversor CA ICC 140 para a potência CA com uma frequência desejada, através do controle da PWM (modulação por largura de pulso) para controlar a comutação dos dispositivos de comutação Q1 a Q4. O filtro 144 é configurado como um filtro conhecido para remover o ruído de alta frequência, utilizando um con-densador e um indutor, e serve para remover o ruído de alta frequência de potência CA do inversor 142.

[0021] O circuito de ressonância 132 para transmissão de energia tem uma bobina de transmissão de energia 134 instalada sobre um chão de um espaço de estacionamento, por exemplo, e um condensa-dor 136 ligado em série com a bobina de transmissão de energia 134. O circuito de ressonância 132 para transmissão de energia é concebido de tal modo que a frequência de ressonância é definida como uma frequência predeterminada Fset (em torno de várias dezenas a várias centenas de KHz). Por conseguinte, o inversor 142, basicamente, converte a potência CC recebida do inversor CA / CC 140, em potência CA possuindo a frequência predeterminada Fset.

[0022] Embora não ilustrada nos desenhos, a ECU de transmissão de energia 170 está configurada como um microprocessador possuindo a CPU como um componente central, e inclui ROM que armazena programas de processamento, RAM que armazena temporariamente os dados, as portas de entrada / saída e as portas de comunicação, em adição à CPU. A ECU de transmissão de energia 170 recebe correntes e tensões, tal como descrito abaixo, através de portas de entrada. As correntes e tensões incluem a corrente de saída Is, tensão Vs, corrente Itr do circuito de ressonância 132 para transmissão de energia e tensão de transmissão de energia Vtr. A corrente de saída Is é transmitida a partir de um sensor de corrente 150 que detecta a corrente (corrente de saída) Is da potência CA para a qual a potência CC foi convertida pelo inversor 142. A tensão Vs é transmitida a partir de uma unidade de detecção de tensão 152 que converte a tensão CA do inversor 142 em tensão CC, e detecta a tensão CC. A corrente Itr é transmitida a partir de um sensor de corrente 154 que detecta a corrente CA que flui através do circuito de ressonância 132 para a transmissão de energia. A tensão de transmissão de energia Vtr uma tensão entre os terminais do circuito de ressonância 132 para transmissão de energia, e é transmitida a partir de uma unidade de detecção de tensão 156, que converte a tensão CA entre os terminais do circuito de ressonância de transmissão de energia 132 em tensão CC, e detecta a tensão CC. Cada uma das unidades de detecção de tensão 152, 156 tem um circuito retificador e um sensor de tensão. No entanto, um sinal de controle para o inversor CA / CC 140, um sinal de controlo para o inversor 142, etc., são gerados por meio de portas de saída a partir da ECU de transmissão de energia 170.

[0023] O automóvel 20 está configurado como um veículo elétrico, e inclui um motor 22 para a circulação do veículo, um inversor 24 para acionar o motor 22, e uma bateria 26 que fornece e recebe energia elétrica para e a partir do motor 22 através do inversor 24. Um sistema de relé principal 28 é provido entre o inversor 24 e a bateria 26. Além disso, o automóvel 20 inclui uma unidade de recepção de energia 31 ligada à bateria 26, uma unidade de controle eletrônico para o veículo (a qual será chamado de "ECU do veículo") 70 que controla o veículo como um todo, e uma unidade de comunicação 80 que se comunica com a ECU do veículo 70, e também realiza comunicações sem fios com a unidade de comunicação 180 do dispositivo de transmissão de energia elétrica 130.

[0024] A unidade de recepção de energia 31 inclui um circuito de ressonância 32 para a recepção de energia, um filtro 42, e um retificador 44. O circuito de ressonância 32 para recepção de energia tem uma bobina de recepção de energia 34 instalada em um fundo (painel de chão) de um corpo do veículo, por exemplo, e um condensador 36 ligado em série com a bobina de recepção de energia 34. O circuito de ressonância 32 para recepção de energia está concebido de tal modo que a frequência de ressonância é ajustada para uma frequência (idealmente, a frequência predeterminada Fset) nas imediações da frequência predeterminada acima indicada Fset (a frequência de ressonância do circuito de ressonância 132 para transmissão de energia). O filtro 42 encontra-se configurado como um filtro de fase única ou de duas fases conhecido para remover o ruído de alta frequência, utilizando um condensador (s) e um indutor (s), e serve para remover o ruído de alta frequência da potência CA recebida pelo circuito de ressonância 32 para recepção de energia. O retificador 44 está configurado como um circuito retificador conhecido que utiliza quatro diodos, por exemplo, e converte a potência CA recebida pelo circuito de ressonância de recepção de energia 32, a partir do qual o ruído de alta frequência foi removido pelo filtro 42, em potência CC. A unidade de recepção de energia 31 pode ser desligada da batería 26 através da utilização de um relé 48.

[0025] Embora não ilustrado nos desenhos, a ECU do veículo 70 está configurada como um microprocessador possuindo a CPU como um componente central, e inclui ROM que armazena programas de processamento, RAM que armazena temporariamente os dados, portas de entrada / saída, e as portas de comunicação. A ECU do veículo 70 recebe os dados necessários para o controle de acionamento do motor 22 através de uma porta de entrada. Além disso, a ECU do veículo 70 recebe a corrente de recepção de energia Ire a partir de um sensor de corrente 50 que detecta a corrente (corrente de recepção de energia) Ire da potência CC liberada a partir do retificador 44, a tensão de recepção de energia Vre a partir de um sensor de tensão 52 que detecta a tensão (tensão de recepção de energia) Vre da potência CC, etc., através das portas de entrada. A partir da ECU do veículo 70, sinais de controle para controlar a comutação dos dispositivos de comutação da ECU do veículo 70, (não mostrada) do inversor 24 de modo a acionar o motor 22, o sinal LIGADO / DESLIGADO para um relé principal do sistema 28, etc., são gerados através das portas de saída. A ECU do veículo 70 calcula a relação de armazenamento de energia SOC da batería 26, com base na corrente da batería Ib detectada por um sensor de corrente (não mostrado) montado na batería 26, e a tensão da batería Vb detectada por um sensor de tensão (não mostrado) montado na batería 26.

[0026] Em seguida, a operação do dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 no sistema de recepção e transmissão de energia elétrica sem contato 10 configurado como descrito acima, em particular, a operação executada quando a frequência do inversor 142 é ajustada, será descrita. A figura 4 é um fluxograma que ilustra um exemplo de uma rotina de ajuste de frequência executado pela ECU de transmissão de energia 170. A rotina da figura 4 é executada repetidamente, em intervalos de tempo determinados (por exemplo, em intervalos de várias centenas de milissegundos). A frequência da potência CA do inversor 142 é definida para a frequência predeterminada Fset que fornece a frequência de ressonância, como o valor inicial, e a comutação dos dispositivos de comutação Q1 a Q4 é controlada de modo que a potência CA da frequência predeterminada Fset é entregue a partir do inversor 142.

[0027] Uma vez que a rotina de ajuste de frequência é executada, a ECU de transmissão de energia 170 inicialmente determina se a fase (fase de corrente) Θ da corrente de saída Is proveniente do inversor 142 conduz a tensão de saída (etapa S100). Se a fase de corrente 0 conduz a tensão de saída ou não pode ser determinado, com base na corrente de saída Is do inversor 142 medida no momento em que o dispositivo de comutação Q1 é ligado, por exemplo. A figura 5 mostra um exemplo de mudanças nos estados LIGADO / DESLIGADO dos dispositivos de comutação Q1 a Q4 do inversor 142, e a tensão de saída e a corrente de saída do inversor 142, com relação ao tempo. Em uma seção rotulada como "INVERTER OUTPUT VOLTAGE, CUR-RENT" na figura 5, a linha escalonada contínua representa a tensão de saída, e a curva sinusoidal contínua representa a corrente obtida quando a corrente de fase Θ conduz a tensão de saída, enquanto a curva sinusoidal pontilhada representa a corrente obtida quando a fase de corrente Θ fica para trás em relação à tensão de saída. Como mostrado na figura 5, no momento T2 em que o dispositivo de comutação Q1 é ligado, a corrente de saída Is assume um valor positivo quando a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída e a corrente de saída Is assume um valor negativo quando a fase de corrente Θ fica para trás em relação à tensão de saída. Deste modo, pode ser determinado que a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, quando a corrente de saída Is do inversor 142 é um valor positivo no momento em que o dispositivo de comutação Q1 está ligado. Como é entendido a partir da figura 5, pode também ser determinado que a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, quando o valor de saída Is do inversor 142 for um valor negativo no momento em que o dispositivo de comutação Q1 for desligado. Além disso, uma vez que o estado LIGADO / DESLIGADO do dispositivo de comutação Q3 é invertido em relação àquele do dispositivo de comutação Q1, ele também pode ser determinado se a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, no momento em que o dispositivo de comutação Q3 for desligado ou o dispositivo de comutação Q3 for ligado. Além disso, pode ser determinado se a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, através da determinação de se tensão de saída é igual a zero ou não quando o sinal de corrente de saída Is muda (muda de positivo para negativo ou de negativo para positivo).

Também pode ser determinado se a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, com base no valor do fator de energia e no estado de geração de calor do diodo D3.

[0028] No que se segue, a razão pela qual a fase Θ da corrente de saída do inversor 142 conduz ou fica para trás em relação à tensão de saída será descrita. O circuito de ressonância de transmissão de energia 132 do dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 é projetado de tal forma que a frequência de ressonância está definida para a frequência predeterminada Fset, e o circuito de ressonância de recepção de energia 32 do dispositivo de recepção de energia elétrica 30 instalado no automóvel 20 é também projetado de tal forma que a frequência de ressonância é definida para a frequência predeterminada Fset. Portanto, se não houver erro na fabricação de componentes, e o circuito de ressonância de transmissão de energia 132 e o circuito de ressonância de recepção de energia 32 encontram-se precisamente localizados nas posições como desenhados, durante a transmissão e a recepção de energia, a fase da corrente Θ não conduz nem fica para trás em relação à tensão de saída. No entanto, existem erros na fabricação de componentes do circuito de ressonância de transmissão de energia 132 e do circuito de ressonância de recepção de energia 32, e as características de frequência e fase variam entre os indivíduos. Portanto, a fase Θ da corrente de saída Is conduz ou fica para trás em relação à tensão de saída. Além disso, as posições do circuito de ressonância de transmissão de energia 132 e do circuito de ressonância de recepção de energia 32 durante a transmissão e recepção de energia são determinadas pela localização na qual o automóvel 20 se encontra estacionado, e, assim, muitas vezes falham em coincidir com as posições como desenhadas. Se o circuito de ressonância de transmissão de energia 132 e o circuito de ressonância de recepção de energia 32 forem deslocados durante a transmissão e recepção de energia, o coeficiente de acoplamento k e a indutância mudam, e as características de fase e frequência mudam. Portanto, a fase Θ da corrente de saída Is conduz ou pode ficar para trás em relação à tensão de saída. Além disso, quando a potência CC recebida pelo inversor 142 é convertida em potência CA através do controle de modulação por largura de pulso, o tempo de subida da tensão de saída muda de acordo com a alteração da relação de atividade; por conseguinte, a fase de corrente Θ pode conduzir a tensão de saída, mesmo que não haja nenhuma mudança na forma de onda da corrente.

[0029] Quando a fase Θ da corrente de saída do inversor 142 conduz a tensão de saída, a corrente de recuperação pode fluir através do diodo D3 que constitui o inversor 142, e resultar na corrente de curto-circuito, o que pode causar aquecimento ou falha anormal do dispositivo de transmissão de energia elétrica 130.

[0030] Se não puder ser determinado na etapa S100, que a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, é determinado que não há nenhuma necessidade de ajustar a frequência (etapa S110), e esta rotina termina. Por outro lado, quando é determinado que a fase de corrente Θ conduz a tensão de saída, o ajuste de frequência é executado da seguinte maneira.

[0031] Inicialmente, a ECU de transmissão de energia 170 recebe a corrente de saída Is do inversor 142 a partir do sensor de corrente 150, e recebe a tensão Vs a partir da unidade de detecção de tensão 152 (etapa S120). Em seguida, a ECU 170 calcula a impedância de saída Zs do inversor 142, com base na corrente de saída Is e da tensão de saída Vs (etapa S130). Aqui, um valor efetivo é usado como a corrente de saída Is para ser utilizada no cálculo da impedância Zs. Em seguida, o coeficiente de acoplamento K é obtido com base na impedância de saída Zs (etapa S140). A impedância de saída Zs pode ser expressa como uma função do coeficiente de acoplamento K, co- mo indicado na Eq. (1) abaixo. Na Eq. (1), "ω" é a frequência angular, "L1" é a autoindutância da bobina de transmissão de energia 134, "L2" é a autoindutância da bobina de recepção de energia 34, e "RL" é a impedância atrás (no lado do filtro 42) do circuito de ressonância de recepção de energia 32, a saber, a impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica 30, excluindo o circuito de ressonância de recepção de energia 32. Aqui, a autoindutância L2 da bobina de recepção de energia 34 e a impedância RL atrás (no lado do filtro 42), o circuito de ressonância de recepção de energia 32 podem ser tratadas como constantes. Enquanto as especificações do dispositivo de recepção de energia elétrica 30 podem ser variadas uma vez que o dispositivo de recepção de energia elétrica 30 está instalado no automóvel 20, o dispositivo de recepção de energia elétrica 30 tem de ser configurado de acordo com padrões predeterminados, de modo a manter a eficiência de transmissão e recepção de energia em um nível elevado. Assim, se o dispositivo de recepção de energia elétrica 30 for considerado para ser padronizado, a autoindutância L2 e a impedância RL podem ser tratadas como constantes. No sistema de recepção e transmissão de energia elétrica sem contato 10 desta modalidade, o dispositivo de recepção de energia elétrica 30 e o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 se comunicam uns com os outros através da unidade de comunicação 80 e da unidade de comunicação 180; portanto, o dispositivo 130 de transmissão de energia elétrica, pode obter, por meio de comunicação, a autoindutância L2 e a impedância RL (ou a relação (L2 / RL) da autoindutância L2 e a impedância RL), a partir do automóvel 20. „ oiVL1L2 Zs = f(k)^ — (1) [0032] Uma vez que o coeficiente de acoplamento K é obtido, a direção e o valor de ajuste da frequência são determinados com base no coeficiente de acoplamento K (etapa S150). A direção de ajuste da frequência é uma direção na qual o ângulo de inclinação da fase de corrente Θ em relação à tensão de saída é reduzido, ou seja, em numa direção na qual a fase de corrente Θ é defasada ou retardada. Nesta modalidade, o relacionamento entre o coeficiente de acoplamento K, a frequência e a fase de corrente Θ é investigada com antecedência por experiência, ou semelhantes, e é armazenada como um mapa para utilização no ajuste da frequência. Se o coeficiente de acoplamento K for dado, a direção e a quantidade de ajuste da frequência são derivadas a partir do mapa e, assim, determinadas. Um exemplo do mapa para o ajuste da frequência está mostrado na figura 6. Na figura 6, a fase de corrente Θ está atrás da tensão de saída quando assume um valor positivo, e a fase atual Θ conduz a tensão de saída quando assume um valor negativo. Como mostrado na figura 6, quando o coeficiente de acoplamento K é grande, a fase da corrente Θ fica defasada conforme a frequência da tensão de saída do inversor 142 é reduzida, e a fase da corrente Θ conduz a tensão de saída conforme a frequência é aumentada. Quando o coeficiente de acoplamento k é grande, a quantidade de condução e a quantidade de defasagem da fase da corrente Θ são pequenas, mesmo se a quantidade de ajuste da frequência for relativamente grande. Por outro lado, quando o coeficiente de acoplamento K for pequeno, a fase da corrente Θ conduz a tensão de saída conforme a frequência da tensão de saída do inversor 142 é reduzida, e a fase da corrente Θ fica defasada conforme a frequência é aumentada. Quando o coeficiente de acoplamento k é pequeno, a quantidade de condução e a quantidade de retardo da fase de corrente Θ são grandes, mesmo que a quantidade de ajuste da frequência for pequena. Na etapa S150, uma vez que a relação entre a frequência e a fase de corrente Θ for determinada a partir do coeficiente de acoplamento K, a direção do ajuste da frequência pode ser determinada como sendo a direção na qual o ângulo de inclinação da fase de corrente Θ em relação à tensão de saída é reduzido, isto é, a direção em que a fase de corrente Θ é atrasada ou retardada. Além disso, a quantidade de ajuste pode ser determinada de modo que a quantidade de atraso torna-se igual a um valor predeterminado de grau de atraso (por exemplo, 5 ou 7 graus). Por exemplo, quando "K = pequeno", conforme indicado no mapa da figura 6, a direção de ajuste da frequência é a direção em que a frequência é aumentada, e a quantidade de ajuste é uma pequena quantidade (por exemplo, 0,2 kHz ou 0,5 kHz). Quando "k = grande" como indicado no mapa da figura 6, a direção de ajuste da frequência é a direção em que a frequência é reduzida, e a quantidade de ajuste é uma quantidade relativamente grande (por exemplo, 2 kHz ou 5 kHz). Quando "k = médio", tal como indicado no mapa da figura 6, a direção de ajuste da frequência é a direção em que a frequência é aumentada, e a quantidade de ajuste é uma quantidade intermediária (por exemplo, 1 kHz ou 1,5 kHz).

[0033] Uma vez que a direção e a quantidade de ajuste da frequência são determinadas, a frequência da tensão de saída do inver-sor 142 é ajustada usando a direção e a quantidade de ajuste da frequência assim determinada (etapa S160), e a rotina da figura 4 termina. A frequência da tensão de saída do inversor 142 pode ser ajustada mudando o ciclo de controle de comutação dos dispositivos de comutação Q1 a Q4.

[0034] Quando a condução da fase 0 da corrente de saída Is do inversor 142 em relação à tensão de saída não for eliminada, mesmo que a rotina de ajuste de frequências, tal como descrito acima for realizada, a rotina de ajuste de frequência é realizada de novo, de modo que a condução da fase Θ da corrente de saída Is em relação à tensão de saída seja eliminada. Nomeadamente, a fase da corrente Θ é retardada ou atrasada em relação à tensão de saída. Quando a fase da corrente Θ conduz a tensão de saída (quando a corrente varia ao longo da curva sinusoidal da linha contínua na figura 5), os fluxos da corrente na maneira como descrito acima com referência à figura 10A e a figura 10B. Nomeadamente, os fluxos de corrente como mostrado na figura 10A no momento T1 imediatamente antes do dispositivo de comutação Q1 (Q91 na figura 10A e figura 10B) estão ligados, e os fluxos de corrente como mostrado na figura 10B no momento T2 imediatamente após o dispositivo de comutação Q1 (Q91 na figura 10A e figura 10B) ser ligado. A polarização direta é aplicada ao díodo D3 (D93 na figura 10A e figura 10B) no momento T1 imediatamente antes do dispositivo de comutação Q1 ser ligado, e uma polarização inversa é aplicada ao diodo D3 no momento T2 imediatamente após o dispositivo comutação Q1 ser ligado. Portanto, a corrente de recuperação flui através do diodo D3 (D93 na figura 10A e figura 10B), como indicado pela seta grossa na figura 10B, devido a uma característica de recuperação do diodo. Quando a fase da corrente Θ está atrasada atrás em relação à tensão de saída (quando a corrente varia ao longo da curva sinusoidal da linha pontilhada na figura 5), a corrente flui da seguinte maneira. No momento T1 imediatamente antes do dispositivo de comutação Q1 ser ligado na figura 5, a corrente flui da linha de energia superior do lado da bobina de transmissão de energia para a linha de energia inferior do lado da bobina de transmissão de energia, por meio do dispositivo de comutação Q3 que se encontra no estado LIGADO, o dispositivo de comutação Q4 que se encontra no estado LIGADO, e o diodo D4, tal como mostrado na figura 7A. No momento T2 imediatamente após o dispositivo de comutação Q1 ser ligado na figura 5, a corrente flui da linha de energia superior do lado da bobina de transmissão de energia para o barramento positivo no lado da fonte de energia, através do dispositivo de comutação Q1 que se encontra no estado LIGADO, e também flui a partir do barramento negativo no lado da fonte de energia para a linha de energia inferior do lado da bobina de transmissão de energia, por meio do dispositivo de comutação Q4 que está no estado LIGADO e o diodo D4, tal como mostrado na figura 7B. Uma vez que uma polarização inversa é aplicada ao diodo D3, no momento T1 imediatamente antes do dispositivo de comutação Q1 ser ligado e no momento T2 imediatamente após o dispositivo de comutação Q1 ser ligado, nenhuma corrente de recuperação flui. Por conseguinte, quando a corrente de fase Θ conduz a tensão de saída, conduzindo a fase da corrente Θ em relação à tensão de saída é eliminada por meio da execução da rotina de ajuste de frequência, de modo que nenhuma corrente de recuperação flui através do diodo D3. Como descrito acima, a corrente de recuperação que flui através do diodo D3 no momento em que o dispositivo de comutação Q1 é ligado resulta em curto-circuito; por conseguinte, é possível impedir que a corrente de curto-circuito flua, através da realização da rotina de ajuste da frequência.

[0035] No dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 do sistema de recepção e de transmissão de energia elétrica sem contato 10 da modalidade conforme descrito acima, quando for determinado que a fase Θ da corrente de saída Is do inversor 142 conduz a tensão de saída, a impedância de saída Zs do inversor 142 é calculada, e o coeficiente de acoplamento K é obtido com base na impedância de saída Zs. Em seguida, a frequência da tensão de saída do inversor 142 é ajustada em uma direção tal como para reduzir o ângulo de avanço da fase de corrente Θ com base no coeficiente de acoplamento K. Desta maneira, a condução da fase de corrente Θ é eliminado, de modo que nenhuma corrente flui através da recuperação do diodo D3 no momento em que o dispositivo de comutação Q1 está ligado. Uma vez que a corrente de recuperação do diodo D3, que de outro modo aparecer quando o dispositivo de comutação Q1 estiver ligado, resulta na corrente de curto-circuito, é possível reduzir ou evitar um aqueci- mento anormal ou falha do dispositivo de transmissão de energia elétrica 130, devido à corrente de curto-circuito.

[0036] Enquanto a frequência for ajustada por uma dada quantidade de atraso ou ângulo conforme a quantidade de ajuste da frequência no dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 da modalidade, a frequência pode ser corrigida por uma determinada frequência (por exemplo, 0,5 kHz ou 1 kHz) como a quantidade de ajuste da frequência. Além disso, a frequência dada como a quantidade de ajuste pode ser alterada com base no coeficiente de acoplamento K, e usada. Por exemplo, 2 kHz podem ser usados como a quantidade de ajuste quando "K = grande" na figura 6, e 0,1 kHz pode ser usado como a quantidade de ajuste quando "K = pequeno" na figura 6.

[0037] Nesta modalidade, o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 do sistema de recepção e de transmissão de energia elétrica sem contato 10, possuindo o dispositivo de recepção de energia elétrica 30 instalado no automóvel 20 e o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 tendo sido descrito. No entanto, o dispositivo de transmissão de energia elétrica de acordo com a invenção pode ser incluído em um sistema de recepção e de transmissão de energia elétrica sem contato possuindo um dispositivo de recepção de energia elétrica instalado em um veículo ou um corpo móvel diferente do automóvel, e um dispositivo de transmissão de energia elétrica, ou pode ser incluído em um sistema de recepção e de transmissão de energia elétrica sem contato possuindo um dispositivo de recepção de energia elétrica incorporado em uma unidade diferente do corpo móvel e um dispositivo de transmissão de energia elétrica.

[0038] O dispositivo de recepção de energia elétrica 30 é um exemplo do "dispositivo de recepção de energia elétrica" acima mencionado, o dispositivo de transmissão de energia elétrica 130 é um exemplo do "dispositivo de transmissão de energia elétrica", os dispo- sitivos de comutação Q1 a Q4 são um exemplo de "uma pluralidade de dispositivos de comutação", os diodos D1 a D4 são um exemplo de "uma pluralidade de diodos", o inversor 142 é um exemplo de "inver-sor", o circuito de ressonância 32 para recepção de energia é um exemplo de "unidade de recepção de energia", o circuito de ressonância 132 para transmissão de energia é um exemplo de "unidade de transmissão de energia", e a ECU de transmissão de energia 170 é um exemplo de "unidade de controle eletrônico".

[0039] É para ser compreendido que a correspondência acima descrita é um exemplo utilizado para explicar especificamente um modo para realizar a invenção, e, por conseguinte, não limita os elementos da invenção. Nomeadamente, a invenção é para ser construída com base na descrição de "SUMÁRIO DA INVENÇÃO" acima, e a modalidade acima descrita é um mero exemplo específico da invenção.

[0040] Embora a invenção tenha sido descrita usando a modalidade, é para ser entendido que a invenção não está de modo algum limitada a esta modalidade, mas pode ser incorporada de várias formas ou modos, sem se afastar do princípio da invenção.

[0041] A presente invenção pode ser utilizada na indústria de fabricação de dispositivos de transmissão de energia elétrica dos sistemas de recepção e de transmissão de energia elétrica sem contato.

REIVINDICAÇÕES

Claims (10)

1. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130) que transmite de modo sem contato a energia elétrica para um dispositivo de recepção de energia elétrica (30) que inclui uma unidade de recepção de energia (32), o dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), caracterizado pelo fato de que compreende: um inversor (142) que possui uma pluralidade de dispositivos de comutação (Q1, Q2, Q3, Q4) e uma pluralidade de diodos (D1, D2, D3, D4), o inversor sendo configurado para converter a potência CC derivada de uma fonte de alimentação externa, para potência CA; uma unidade de transmissão de energia (132) configurada para transmitir a potência CA do inversor (142), para a unidade de recepção de energia (32) do dispositivo de recepção de energia elétrica (30); e uma unidade de controle eletrônico (170) configurada para controlar a potência CA através do controle de comutação da pluralidade de dispositivos de comutação (Q1, Q2, Q3, Q4) do inversor (142), a unidade de controle eletrônico (170) sendo configurada para determinar se uma fase da corrente da corrente de saída que flui a partir do inversor (142) para a unidade de transmissão de energia (132) conduz a tensão de saída, e ajusta uma frequência da potência CA, em uma direção para reduzir a um ângulo de inclinação da fase da corrente quando da condução da fase da corrente em relação à tensão de saída é detectada.

2. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) está configurada para ajustar a frequência da potência CA de modo a eliminar a condução para a fase da corrente.

3. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) tem um mapa que define um relacionamento entre um coeficiente de acoplamento da unidade de recepção de energia (32) e a unidade de transmissão de energia (132), a frequência da potência CA, e a fase da corrente em relação a uma fase da tensão da tensão de saída, a unidade de controle eletrônico (170) calcula o coeficiente de acoplamento da unidade de recepção de energia (32) e a unidade de transmissão de energia (134), e a unidade de controle eletrônico (170) está configurada para ajustar a frequência da potência CA no sentido de reduzir o ângulo de inclinação da fase da corrente, usando um coeficiente de acoplamento calculado e o mapa.

4. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) é configurada para obter um valor de ajuste da frequência do coeficiente de acoplamento calculado e o mapa e ajustar a frequência da potência CA.

5. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) é configurada para calcular o coeficiente de acoplamento com base na impedância de saída do inversor (142).

6. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) é configurada para calcular o coeficiente de acoplamento em relação à impedância de saída como uma função de uma primeira autoindutância, uma segunda autoindutância, uma primeira impedância, e o coeficiente de acoplamento, a primeira autoindutância sendo uma autoindutância da unidade de transmissão de energia (132), a segunda autoindutância sendo uma autoindutância da unidade de recepção de energia (32), a primeira impedância sendo uma impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica (30), excluindo a unidade de recepção de energia (32).

7. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) é configurada para calcular o coeficiente de acoplamento, através do tratamento da segunda autoindutância e da primeira impedância como constantes.

8. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) obtém a segunda autoindutância e a primeira impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica e calcula o coeficiente de acoplamento, ou obtém uma razão da segunda autoindutância e a primeira impedância do dispositivo de recepção de energia elétrica e calcula o coeficiente de acoplamento.

9. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) é configurada para detectar condução da fase da corrente, com base em um valor da corrente obtido em um momento quando qualquer um da pluralidade de dispositivos de comutação (Q1, Q2, Q3, Q4) é ligado ou desligado.

10. Dispositivo de transmissão de energia elétrica (130), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle eletrônico (170) é configurada para detectar condução da fase da corrente, com base em uma tensão da potência CA obtida em um momento quando um sinal da corrente do inversor (142) para a unidade de transmissão de energia (132) muda.