CN102165669B - 供电系统和电动车辆 - Google Patents

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Abstract

通过供电装置(200)的一次自共振线圈(240)和电动车辆(100)的二次自共振线圈(110)经电磁场而共振来从供电装置(200)向电动车辆(100)非接触地进行供电。由二次自共振线圈(110)接收的电力通过整流器(130)整流，并通过DC/DC转换器(140)电压转换以向蓄电装置(150)供给。车辆ECU(180)通过控制DC/DC转换器(140)而将整流器(130)和DC/DC转换器(140)之间的电压控制为目标电压。

Description

供电系统和电动车辆
技术领域
本发明涉及供电系统和电动车辆，特别涉及从车辆外部的电源向车辆以非接触方式供给电力的技术。
背景技术
作为考虑环境了的车辆，电动汽车和混合动力车等电动车辆备受瞩目。这些车辆搭载产生行驶驱动力的电动机和储存向该电动机供给的电力的可再充电的蓄电装置。再有，混合动力车是除了电动机之外还搭载内燃机来作为动力源的车辆、以及作为车辆驱动用的直流电源除了蓄电装置之外还搭载燃料电池的车辆。
在混合动力车中，还已知有与电动汽车同样地能够从车辆外部的电源对车载的蓄电装置充电的车辆。例如，已知有通过将在住宅设置的电源插座和在车辆上设置的充电口用充电缆连接，而可从一般家庭的电源对蓄电装置充电的所谓“插电式混合动力车”。
另一方面，作为输电方法，不使用电源线和输电缆的无线输电近年来备受瞩目。作为该无线输电技术，比较有力的是，已知有使用电磁感应的输电、使用电磁波的输电和使用共振法所进行的输电这三种技术。
其中，共振法是使一对共振器(例如一对自共振线圈)在电磁场(非接触场(接近场))共振，经电磁场来输电的非接触的输电技术，可在比较长的距离(例如几m)输送几kW的较大电力(参照非专利文献1)。
专利文献1：特开2008-174676号公报
专利文献2：特开平9-102329号公报
专利文献3：国际公开第2007/008646号手册
非专利文献1：Andre Kurs et al.，“Wireless Power Transfer viaStrongly Coupled Magnetic Resonances”、[online]、2007年7月6日、Science、第317卷、p.83-86、[2007年9月12日检索]、互联网＜URL：http：//www.sciencemag.org/cgi/reprint/317/5834/83.pdf＞
发明内容
发明所要解决的问题
在将上述“Wireless Power Transfer via Strongly Coupled MagneticResonances”所公开的无线输电技术适用于对车辆的供电(馈电)系统的情况下，提高供电效率的电力控制是问题。但是，在上述文献中，对用于高效地供电的具体电力控制技术没有特别公开。
因此，本发明的目的是提供在使用共振法来进行供电的非接触的供电系统中实现高效供电的电力控制方法。
另外，本发明的另一目的是提供在使用共振法而从车辆外部的供电装置接收电力的电动车辆中实现高效接收电力的电力控制方法。
用于解决问题的手段
根据本发明，供电系统具备输电用共振器、接收电力用共振器、整流器、电压转换器和电压控制装置。输电用共振器从电源接收电力以产生电磁场。接收电力用共振器通过经电磁场与输电用共振器共振而从输电用共振器接收电力。整流器将由接收电力用共振器接收的电力整流。电压转换器将由整流器整流的电力电压转换以向负载供给。电压控制装置将整流器和电压转换器之间的电压控制在预定的目标电压。
优选的是，电压控制装置根据接收电力的大小来设定目标电压。
优选的是，电压控制装置将目标电压设定成将目标阻抗乘以接收电力的目标值所得的值的平方根的值。
更优选的是，目标阻抗设定成电源的阻抗。
优选的是，供电系统还具备检测装置。检测装置检测从电源向输电用共振器供给的电力的反射功率。电压控制装置以反射功率减小的方式使目标电压变更。
更优选的是，电压控制装置在反射功率为规定值以上时根据规定值以下的反射功率目标值和由检测装置检测的反射功率之差来算出目标电压的变更量。
优选的是，检测装置根据从电源向输电用共振器供给的电力的电压、电流、以及电压与电流的相位差来算出反射功率。
优选的是，电压转换器构成为能调整其输入电压。电压控制装置通过控制电压转换器来将整流器和电压转换器之间的电压控制为目标电压。
此外，优选的是，电压转换器构成为能调整其输入电力。电压控制装置通过控制电源来将整流器和电压转换器之间的电压控制为目标电压。
优选的是，输电用共振器包括一次线圈和一次自共振线圈。一次线圈从电源接收电力。一次自共振线圈由一次线圈通过电磁感应来供电，并产生电磁场。接收电力用共振器包括二次自共振线圈和二次线圈。二次自共振线圈通过经电磁场与一次自共振线圈共振而从一次自共振线圈接收电力。二次线圈通过电磁感应取出由二次自共振线圈接收的电力，并向整流器输出。
此外，优选的是，输电用共振器和接收电力用共振器的每个都包括高电介质盘。
优选的是，负载包括能再充电的蓄电装置。
另外，优选的是，负载包括在车辆上搭载以产生车辆驱动力的电力驱动装置。电力驱动装置接收从电压转换器输出的电力以产生车辆驱动力。
此外，根据本发明，电动车辆具备接收电力用共振器、整流器、电压转换器、电力驱动装置和电压控制装置。接收电力用共振器通过经电磁场与在车辆外部设置的供电装置中所包括的输电用共振器共振而从输电用共振器接收电力。整流器将由接收电力用共振器接收的电力整流。电压转换器将由整流器整流的电力进行电压转换。电力驱动装置使用从电压转换器输出的电力来产生车辆驱动力。电压控制装置将整流器和电压转换器之间的电压控制为预定的目标电压。
优选的是，电压控制装置根据接收电力的大小来设定目标电压。
优选的是，电压控制装置将目标电压设定成将目标阻抗乘以接收电力的目标值所得的值的平方根的值。
更优选的是，目标阻抗设定成供电装置的阻抗。
优选的是，电动车辆还具备用于与供电装置通信的通信装置。在供电装置中检测从电源向输电用共振器供给的电力的反射功率。电压控制装置通过通信装置来接收在供电装置中检测的反射功率，并以反射功率减小的方式变更目标电压。
更优选的是，电压控制装置在反射功率为规定值以上时根据规定值以下的反射功率目标值和由通信装置接收的反射功率之差来算出目标电压的变更量。
优选的是，反射功率根据从电源向输电用共振器供给的电力的电压、电流、以及电压与电流的相位差来算出。
优选的是，电压转换器构成为能调整其输入电压。电压控制装置通过控制电压转换器来将整流器和电压转换器之间的电压控制为目标电压。
此外，优选的是，电动车辆还具备用于与供电装置通信的通信装置。电压转换器构成为能调整其输入电力。电压控制装置通过经通信装置控制电源来将整流器和电压转换器之间的电压控制为目标电压。
优选的是，输电用共振器包括一次线圈和一次自共振线圈。一次线圈从电源接收电力。一次自共振线圈由一次线圈通过电磁感应来供电，并产生电磁场。接收电力用共振器包括二次自共振线圈和二次线圈。二次自共振线圈通过经电磁场与一次自共振线圈共振而从一次自共振线圈接收电力。二次线圈通过电磁感应取出由二次自共振线圈接收的电力，并向整流器输出。
此外，优选的是，输电用共振器和接收电力用共振器的每个都包括高电介质盘。
优选的是，电动车辆还具备将从电压转换器输出的电力储存的蓄电装置。
在本发明中，通过在电磁场中共振的输电用共振器和接收电力用共振器，而从输电用共振器向接收电力用共振器经电磁场非接触地输电。由接收电力用共振器接收的电力由整流器整流，并由电压转换器进行电压转换以向负载供给。这里，在本发明中，由于可将整流器和电压转换器之间的电压控制为预定的目标电压，所以可根据接收电力而在输电侧和接收电力侧得到阻抗匹配。因此，根据本发明，可实现使用共振法的高效率非接触式供电。
附图说明
图1是本发明实施方式1的供电系统的整体构成图。
图2是用于说明共振法所进行的输电的原理的图。
图3是表示离电流源(磁流源)的距离和电磁场的强度之间的关系的图。
图4是表示图1所示的电动车辆的整体构成的功能框图。
图5是图4所示的DC/DC转换器的电路图。
图6是与图4所示的车辆ECU的DC/DC转换器的控制相关的功能框图。
图7是表示自共振线圈的另一构成的图。
图8是表示自共振线圈的又一构成的图。
图9是表示自共振线圈的又一构成的图。
图10是与变形例的车辆ECU的DC/DC转换器的控制相关的功能框图。
图11是表示与系统的参数变化相对应的效率和反射功率(反射电力)的变化的图。
图12是实施方式2的供电装置的功能框图。
图13是与实施方式2的车辆ECU的DC/DC转换器的控制相关的功能框图。
图14是用于说明图13所示的修正控制部的处理的流程图。
图15是实施方式3的供电系统的整体构成图。
图16是实施方式3的变形例的供电系统的整体构成图。
图17是使用高电介质盘来作为共振体的供电系统的整体框图。
附图标记说明：
100，100A～100C  电动车辆
110，340  二次自共振线圈
120，350  二次线圈
130  整流器
140DC/DC  转换器
142  直交转换部(直交変换部)
144  变压部
146  整流部
150  蓄电装置
160  PCU
162  升压转换器
164，166  变换器(逆变器)
170  电动机
172，174  电动发电机
176  发动机
177  动力分配装置
178  驱动轮
180，180A，180B  车辆ECU
181  目标电压设定部
182，182A DC/DC  转换器控制部
183  控制指令生成部
184  减法部
185PI  控制部
186  修正控制部
187  加法部
190，250  通信装置
192  电压传感器
194  电流传感器
196  显示灯
200，200A，200B  供电装置
210  交流电源
220  高频电力驱动器
230，320  一次线圈
240，330  一次自共振线圈
260，260A ECU
262  零交检测部
264  相位差计算部
266  反射功率计算部
270  反射功率检测部
310  高频电源
360  负载
380  电容器
410  一次高电介质滤波器
420  二次高电介质滤波器
SMR1，SMR2  系统主继电器
具体实施方式
下面根据附图来详细说明本发明的实施方式。再有，对于图中相同或相当的部分标以相同标记并省略重复说明。
[实施方式1]
图1是本发明实施方式1的供电系统的整体构成图。参照图1，该供电系统具备电动车辆100和供电装置200。电动车辆100包括二次自共振线圈110、二次线圈120、整流器130、DC/DC转换器140和蓄电装置150。此外，电动车辆100还包括功率控制单元(以下也称为“PCU(Power Control Unit)”)160、电动机170、车辆ECU(Electronic Control Unit)180和通信装置190。
虽然二次自共振线圈110配置在车体下部，但如果供电装置200配置在车辆上方，则二次自共振线圈110也可配置在车体上部。二次自共振线圈110是两端开放(非连接)的LC共振线圈，通过与供电装置200的一次自共振线圈240(后述)经电磁场而进行共振来从供电装置200接收电力。再有，虽然二次自共振线圈110的电容成分设为线圈的杂散电容(寄生电容，浮进容量)，但也可设置与线圈的两端连接的电容器。
二次自共振线圈110，根据与供电装置200的一次自共振线圈240的距离、一次自共振线圈240及二次自共振线圈110的共振频率等，以表示一次自共振线圈240和二次自共振线圈110的共振强度的Q值(例如，Q＞100)及表示其耦合度的k等增大的方式来适当地设定其匝数。
二次线圈120与二次自共振线圈110在同轴上配置，能通过电磁感应而与二次自共振线圈110磁耦合。该二次线圈120将由二次自共振线圈110而接收的电力通过电磁感应来取出并向整流器130输出。整流器130将由二次线圈120取出的交流电力整流。
DC/DC转换器140根据来自车辆ECU180的控制信号，而将由整流器130整流的电力转换为蓄电装置150的电平以向蓄电装置150输出。再有，在车辆的行驶中从供电装置200接收电力的情况下(在该情况下，供电装置200可配置在例如车辆上方或侧方)，DC/DC转换器140可将由整流器130整流的电力转换为系统电压以向PCU160直接供给。
蓄电装置150是可再充电的直流电源，包括例如锂离子、镍氢等二次电池。蓄电装置150除了储存从DC/DC转换器140供给的电力之外还储存由电动机170发出的再生电力。而且，蓄电装置150将其储存的电力向PCU160供给。再有，可采用大电容的电容来作为蓄电装置150，只要是能临时储存从供电装置200供给的电力和/或来自电动机170的再生电力，并将该储存的电力向PCU160供给的电力缓存器则都可以。
PCU160通过从蓄电装置150输出的电力或从DC/DC转换器140直接供给的电力来驱动电动机170。此外，PCU160将由电动机170发电产生的再生电力整流以向蓄电装置150输出，将蓄电装置150充电。电动机170由PCU160驱动，产生车辆驱动力以向驱动轮输出。此外，电动机170通过从驱动轮和未图示的发动机接收的动能来发电，将该产生的再生电力向PCU160输出。
车辆ECU180在从供电装置200向电动车辆110供电时通过控制DC/DC转换器140，来将整流器130和DC/DC转换器140之间的电压控制在预定的目标电压。这里，车辆ECU180根据从供电装置200接收的电力的大小来用下式设定目标电压。
VHref = ( P × R ) - - - ( 1 )
这里，P是从供电装置200接收的电力的目标值，R是目标阻抗。通过将整流器130和DC/DC转换器140之间的电压控制为上述目标电压VHref，可不依赖于接收电力地将阻抗设定为目标阻抗R。而且，通过例如根据供电装置200的阻抗值来设定目标阻抗R，可得到供电侧的供电装置200和接收电力侧的电动车辆100的阻抗匹配。
再有，供电装置200的阻抗值可通过通信装置190从供电装置200取得。此外，车辆ECU180检测电动车辆100的接收电力，通过通信装置190来将该检测值向供电装置200发送。
此外，车辆ECU180在车辆的行驶时根据车辆的行驶状况和/或蓄电装置150的充电状态(以下也称为“SOC(State of Charge)”)来控制PCU160。通信装置190是用于与车辆外部的供电装置200进行无线通信的通信界面。
另一方面，供电装置200包括交流电源210、高频电力驱动器220、一次线圈230、一次自共振线圈240、通信装置250和ECU260。
交流电源210是车辆外部的电源，例如是系统电源。高频电力驱动器220将从交流电源210接收的电力转换为高频的电力，并将该转换得到的高频电力向一次线圈230供给。再有，高频电力驱动器220产生的高频电力的频率为例如1M～十几MHz。
一次线圈230与一次自共振线圈240在同一轴上配置，可通过电磁感应而与一次自共振线圈240磁耦合。而且，一次线圈230将从高频电力驱动器220供给的高频电力通过电磁感应向一次自共振线圈240供给。
虽然一次自共振线圈240在地面附近配置，但在从车辆上方向电动车辆100供电的情况下也可配置在车辆上方。一次自共振线圈240也是两端开放(非连接)的LC共振线圈，通过与电动车辆100的二次自共振线圈110经电磁场而进行共振来向电动车辆100输送电力。再有，虽然一次自共振线圈240的电容成分设为线圈的杂散电容，但也可设置与线圈的两端连接的电容器。
该一次自共振线圈240，根据与电动车辆100的二次自共振线圈110的距离、一次自共振线圈240及二次自共振线圈110的共振频率等，以Q值(例如，Q＞100)及耦合度k等增大的方式来适当地设定其匝数。
通信装置250是用于与作为供电对象的电动车辆100进行无线通信的通信界面。ECU260控制高频电力驱动器220以使电动车辆100的接收电力成为目标值。具体地，ECU260通过通信装置250从电动车辆100取得电动车辆100的接收电力及其目标值，以使电动车辆100的接收电力与目标值一致的方式控制高频电力驱动器220的输出。此外，ECU260可将供电装置200的阻抗值向电动车辆100发送。
图2是用于说明共振法进行的输电的原理的图。参照图2，在该共振法中，与两个音叉共振相同，具有相同固有频率的两个LC共振线圈在电磁场(非接触场)共振，从而从一个线圈经电磁场向另一个线圈输送电力。
具体地，在高频电源310连接一次线圈320，通过电磁感应向与一次线圈320磁耦合的一次自共振线圈330供给1M～十几MHz的高频电力。一次自共振线圈330是线圈自身的电感和杂散电容所形成的LC共振器，经电磁场(非接触场)而与具有和一次自共振线圈330相同共振频率的二次自共振线圈340共振。于是，能量(电力)经电磁场从一次自共振线圈330向二次自共振线圈340移动。向二次自共振线圈340移动了的能量(电力)通过电磁感应而由与二次自共振线圈340磁耦合的二次线圈350取出，并向负载360供给。再有，共振法所进行的输电在表示一次自共振线圈330和二次自共振线圈340的共振强度的Q值比例如100大时实现。
再有，在说明与图1对应的关系时，图1的交流电源210和高频电力驱动器220相当于图2的高频电源310。此外，图1的一次线圈230和一次自共振线圈240分别相当于图2的一次线圈320和一次自共振线圈330，图1的二次自共振线圈110和二次线圈120分别相当于图2的二次自共振线圈340和二次线圈350。而且，图1的整流器130以后部分概括表示为负载360。
图3是表示离电流源(磁流源)的距离和电磁场的强度之间关系的图。参照图3，电磁场包含三个分量。曲线k1是与离波源的距离成反比例的分量，称为“辐射电磁场”。曲线k2是与离波源的距离的平方成反比例的分量，称为“感应电磁场”。此外，曲线k3是与离波源的距离的立方成反比例的分量，称为“静电磁场”。
“静电磁场”是电磁波的强度随着离波源的距离而急剧减小的区域，在共振法中，利用该“静电磁场”支配的非接触场(渐逝场(エバネツセント場))来进行能量(电力)的传送。即，在“静电磁场”支配的非接触场中，通过使具有相同固有频率的一对共振器(例如一对LC共振线圈)共振，而从一个共振器(一次自共振线圈)向另一个共振器(二次自共振线圈)传送能量(电力)。由于该“静电磁场”不向远方传播能量，所以与通过将能量传播至远方的“辐射电磁场”来传送能量(电力)的电磁波相比，共振法能以更小的能量损失来输电。
图4是表示图1所示的电动车辆100的动力传动系构成的框图。参照图4，电动车辆100包括蓄电装置150、系统主继电器SMR1、升压转换器162、变换器164、166、电动发电机172、174、发动机176、动力分配装置177和驱动轮178。此外，电动车辆100还包括二次自共振线圈110、二次线圈120、整流器130、DC/DC转换器140、系统主继电器SMR2、车辆ECU180、通信装置190、电压传感器192和电流传感器194。
该电动车辆100搭载发动机176和电动发电机174来作为动力源。发动机176和电动发电机172、174连接到动力分配装置177上。而且，电动车辆100通过发动机176和电动发电机174的至少一个产生的驱动力而行驶。发动机176产生的动力由动力分配装置177分配到两个路径。即，一个是向驱动轮178传递的路径，另一个是向电动发电机172传递的路径。
电动发电机172是交流旋转电机，包括例如在转子中埋设永磁体的三相交流同步电动机。电动发电机172使用经动力分配装置177而分配的发动机176的动能来发电。例如，在蓄电装置150的SOC比预定的值低时，发动机176启动以由电动发电机172进行发电，将蓄电装置150充电。
电动发电机174也是交流旋转电机，与电动发电机172同样，包括例如在转子中埋设永磁体的三相交流同步电动机。电动发电机174使用在蓄电装置150中储存的电力和由电动发电机172发出的电力中的至少一个来产生驱动力。而且，电动发电机174的驱动力传递到驱动轮178。
此外，在车辆的制动时和在向下斜面的加速度降低时，在车辆中积蓄的力学能量作为动能和势能经驱动轮178而用于电动发电机174的旋转驱动，电动发电机174作为发电机来工作。这样，电动发电机174将行驶能量转换为电力并作为产生制动力的再生制动器来工作。而且，电动发电机174所产生的电力在蓄电装置150中储存。再有，电动发电机174相当于图1中的电动机170。
动力分配装置177包括行星齿轮，该行星齿轮包括太阳轮、小齿轮、行星架和齿圈。小齿轮与太阳轮和齿圈啮合。行星架可自转地支承小齿轮，且连接到发动机176的曲轴。太阳轮连接到电动发电机172的旋转轴。齿圈连接到电动发电机174的旋转轴和驱动轮178。
系统主继电器SMR1配置在蓄电装置150和升压转换器162之间。系统主继电器SMR1在来自车辆ECU180的信号SE1被激活时将蓄电装置150与升压转换器162电连接，在信号SE1未被激活时将蓄电装置150和升压转换器162之间的电路切断。
升压转换器162根据来自车辆ECU180的信号PWC而使从蓄电装置150输出的电压升压以向正极线PL2输出。再有，该升压转换器162包括例如直流斩波电路。
变换器164、166与电动发电机172、174分别对应地设置。变换器164根据来自车辆ECU180的信号PW11来驱动电动发电机172，变换器166根据来自车辆ECU180的信号PW12来驱动电动发电机174。再有，变换器164、166包括例如三相桥电路。
再有，升压转换器162和变换器164、166相当于图1中的PCU160。
二次自共振线圈110、二次线圈120、整流器130及DC/DC转换器140如图1中说明那样。系统主继电器SMR2配置在DC/DC转换器140和蓄电装置150之间。系统主继电器SMR2在来自ECU180的信号SE2被激活时将蓄电装置150与DC/DC转换器140电连接，在信号SE2未被激活时将蓄电装置150和DC/DC转换器140之间的电路切断。
电压传感器192检测整流器130和DC/DC转换器140之间的电压VH，将其检测值向车辆ECU180输出。电流传感器194检测从整流器130输出的电流11，将其检测值向车辆ECU180输出。
车辆ECU180根据加速装置(加速踏板)开度和车辆速度、来自其他各种传感器的信号，来生成用于分别驱动升压转换器162和电动发电机172、174的信号PWC、PWI1、PWI2，将该生成的信号PWC、PWI1、PWI2分别向升压转换器162和变换器164、166输出。
而且，在车辆的行驶时，车辆ECU180使信号SE1激活以接通系统主继电器SMR1，并使信号SE2为非激活以断开系统主继电器SMR2。再有，在车辆的行驶中可从供电装置接收电力的情况下，车辆ECU180可使信号SE1、SE2激活以一同接通系统主继电器SMR1、SMR2。
另一方面，在从车辆外部的供电装置200接收电力时，车辆ECU180使信号SE1为非激活以断开系统主继电器SMR1，并使信号SE2激活以接通系统主继电器SMR2。
另外，车辆ECU180根据上述(1)式来算出表示电压VH的目标值的目标电压VHref。再有，车辆ECU180可通过通信装置190从供电装置200取得供电装置200的阻抗值，并使用该取得的阻抗值来根据(1)式算出目标电压VHref。而且，车辆ECU180以使电压VH与目标电压VHref一一致的方式生成用于控制DC/DC转换器140的信号PWD，将该生成的信号PWD向DC/DC转换器140输出。
此外，车辆ECU180根据来自电压传感器192的电压VH和来自电流传感器194的电流11而算出来自供电装置200的接收电力，由通信装置190将该算出值与接收电力的目标值一同向供电装置200发送。
图5是图4所示的DC/DC转换器140的电路图。参照图5，DC/DC转换器140包括直交转换部142、变压部144和整流部146。直交转换部142包含根据来自车辆ECU180的信号PWD被接通断开驱动的开关元件，将从整流器130(未图示)供给的直流电力转换为交流电力以向变压部144输出。
变压部144使直交转换部142和整流部146绝缘，并进行与线圈匝数比相对应的电压转换。整流部146将从变压部144输出的交流电力整流为直流电力以向蓄电装置150(未图示)输出。
在该DC/DC转换器140中，通过根据来自车辆ECU180的信号PWD来控制直交转换部142的调制率，可控制直交转换部142的输入电压即电压VH。
图6是与图4所示的车辆ECU180的DC/DC转换器140的控制相关的功能框图。参照图6，车辆ECU180包括目标电压设定部181和DC/DC转换器控制部182。目标电压设定部181根据从供电装置200(图1)接收的电力的目标值P和目标阻抗，来根据上述(1)式算出目标电压VHref。
DC/DC转换器控制部182以由电压传感器192(图4)检测的电压VH与目标电压VHref一致的方式生成用于驱动DC/DC转换器140的PWM(PulseWidth Modulation脉冲宽度调制)信号，将该生成的PWM信号作为信号PWD向DC/DC转换器140输出。
再参照图1，在该供电系统中，通过经电磁场(非接触场)使供电装置200的一次自共振线圈240和电动车辆100的二次自共振线圈110共振，来进行从供电装置200向电动车辆100的供电。在供电装置200中，根据从电动车辆100发送的接收电力及其目标值来进行电力控制，在电动车辆100中，通过控制DC/DC转换器140来进行将整流器130和DC/DC转换器140之间的电压VH控制为目标电压VHref的电压控制。目标电压VHref根据上述(1)式来设定。在(1)式中，如果根据供电装置200的阻抗值来设定目标阻抗R，则可在输电侧的供电装置200和接收电力侧的电动车辆100的各个中得到阻抗匹配。
再有，在上述内容中，二次自共振线圈110及一次自共振线圈240的各个的电容成分为各共振线圈的杂散电容，但是，如图7所示，在二次自共振线圈110及一次自共振线圈240的各个中，可在线圈端部间连接电容器380而构成电容成分。
另外，在上述内容中，使用二次线圈120来通过电磁感应从二次自共振线圈110取出电力，使用一次线圈230来通过电磁感应进行向一次自共振线圈240的供电，但是，如图8所示，可不设置二次线圈120而从二次自共振线圈110向整流器130直接取出电力，并从高频电力驱动器220向一次自共振线圈240直接供电。
再有，如图9所示，在图8的构成中，可与线圈并联地连接电容器380以设置电容成分。
如上所述，在该实施方式1中，在电动车辆100中，可将整流器130和DC/DC转换器140之间的电压VH控制为目标电压VHref，所以可不依赖于来自供电装置200的接收电力地设定阻抗。而且，通过根据供电装置200的阻抗值来设定该阻抗，可在输电侧的供电装置200和接收电力侧的电动车辆100的各个中得到阻抗匹配。因此，根据该实施方式1，可实现使用共振法的高效率非接触供电。
[变形例]
在上述实施方式1中，在供电装置200中进行电力控制，在电动车辆100中进行电压VH的电压控制，但是，也可在电动车辆100中进行电力控制，在供电装置200中进行电压控制。
图10是与该变形例的车辆ECU180A的DC/DC转换器140的控制相关的功能框图。参照图10，该车辆ECU180A包括目标电压设定部181、DC/DC转换器控制部182A和控制指令生成部183。
如上所述，目标电压设定部181根据从供电装置200接收的电力的目标值P和目标阻抗，来通过上述(1)式算出目标电压VHref。控制指令生成部183以由电压传感器192(图4)检测的电压VH与目标电压VHref一致的方式生成用于驱动供电装置200的高频电力驱动器220(图1)的控制信号CNTL，将该生成的控制信号CNTL通过通信装置190(图1)向供电装置200发送。而且，在供电装置200中，根据控制信号CNTL来控制高频电力驱动器220，将电压Vh控制为目标电压VHref。
另一方面，DC/DC转换器控制部182A根据电压VH和由电流传感器194(图4)检测的电流11来算出接收电力。而且，DC/DC转换器控制部182A以该算出的接收电力与目标值P一致的方式生成用于驱动DC/DC转换器140的信号PWD，并将该生成的信号PWD向DC/DC转换器140输出。
这样，在该变形例中，在电动车辆100中，进行用于将接收电力控制为目标值的电力控制，用于将电动车辆100的电压VH控制为目标电压VHref的电压控制通过控制供电装置200的高频电力驱动器200来进行。
[实施方式2]
在供电装置、共振单元(一次自共振线圈240和二次自共振线圈110)的温度变化等而使系统的参数变化时，实现最佳供电效率的工作点变化。
图11是表示与系统的参数变化相对应的效率和反射功率的变化的图。参照图11，曲线k11表示代表由电动车辆接收的电力的电压的电压VH和效率的关系，曲线k21表示与曲线k11相同条件下的电压VH和反射功率的关系。在反射功率最小时效率为最大，在该条件下，在电压VH为VI时效率为最大。
在通过供电装置和共振单元的温度变化等使得系统的参数变化时，电压VH和效率的关系从曲线k11向曲线k12变化，电压VH和反射功率的关系从曲线k21向k22变化。而且，效率为最大的电压VH从V1变为V2。
这里，在该实施方式2中，相对于系统的参数变化而使电压VH变化，并进行相对对参数变化的阻抗匹配。具体地，在供电装置中检测反射功率，以反射功率减小的方式使电压VH变化。
实施方式2的供电系统的整体构成与图1所示的构成基本相同。
图12是实施方式2的供电装置200A的功能框图。参照图12，该供电装置200A在实施方式1的供电装置200构成中还包括反射功率检测装置270，且包括ECU260A来代替ECU260。反射功率检测装置270在高频电力驱动器220的输出线配置，检测反射功率PR以向ECU260A输出。再有，在该反射功率检测装置270中，可使用公知的反射功率检测装置。
而且，ECU260A从反射功率检测装置270接收反射功率PR的检测值，由通信装置250将该接收的检测值向电动车辆发送。再有，ECU260A的其他功能与实施方式1的ECU260相同。
图13是与实施方式2的车辆ECU180B的DC/DC转换器140的控制相关的功能框图。参照图13，该车辆ECU180B包括减法部184、比例积分(PI)控制部185、修正控制部186、加法部187和DC/DC转换器控制部182。
减法部184从预定的反射功率的目标值PRref减去由通信装置190接收的反射功率PR的检测值，将该运算结果向PI控制部185输出。PI控制部185将反射功率的目标值PRref和反射功率PR的差作为输入值来进行比例积分运算，将其运算结果作为控制输出α向修正控制部186输出。
修正控制部186通过后述方法根据来自PI控制部185的控制输出α和反射功率PR而算出电压VH的修正值。加法部187将来自修正控制部186的输出与目标电压VHref相加以向DC/DC转换器控制部182输出。DC/DC转换器控制部182以电压VH与从加法部187输出的修正后的目标电压一致的方式生成用于控制DC/DC转换器140的信号PWD，将该生成的信号PWD向DC/DC转换器140输出。
图14是用于说明图13所示的修正控制部186的处理的流程图。再有，在每次一定时间或预定条件成立时从主例程调用该流程图的处理以执行。
参照图14，修正控制部186判断反射功率PR是否比预定的规定值大(步骤S10)。再有，该规定值中，设定例如反射功率PR的目标值PRref。在判断为反射功率PR是规定值以下时(步骤S10中的否)，修正控制部186不进行目标电压VHref的修正(步骤S20)。即，修正控制部186使向加法部187的输出为零。
在步骤S10中判断为反射功率PR比规定值大时(步骤S10中的是)，修正控制部186以来自PI控制部185的控制输出α来修正目标电压VHref(步骤S30)。而且，修正控制部186判断是否通过步骤S30中的目标电压VHref的修正而使反射功率PR减小了(步骤S40)。
在步骤S40中判断为反射功率PR减小了时(步骤S40中的是)，修正控制部186根据来自PI控制部185的控制输出α来修正目标电压VHref(步骤S50)。另一方面，在步骤S40中判断为反射功率PR增加了时(步骤S40中的否)，修正控制部186根据使控制输出α的符号反转了的值(-α)来修正目标电压VHref(步骤S60)。
如上所述，在该实施方式2中，对于供电装置、共振单元的温度变化等所产生的系统的参数变化，以反射功率减小的方式控制电压VH。因此，根据该实施方式2，总是能实现最适当的供电效率。
[实施方式3]
在该实施方式3中，设有在电动车辆从供电装置接收电力时显示正处于接收电力中的显示构件。
图15是实施方式3的供电系统的整体构成图。参照图15，实施方式3的供电系统在图1所示的实施方式1的供电系统的构成中具备电动车辆100A以代替电动车辆100。电动车辆100A在图1所示的电动车辆100的构成中还包括显示灯196。
显示灯196与整流器130和DC/DC转换器140之间的电力线连接，使用从整流器130输出的电力来发光。即，显示灯196使用来自供电装置200的接收电力来发光。因此，显示灯196根据来自供电装置200的接收电力而自动地发光，且在没有接收电力时自动熄灭。
根据该实施方式3，可简单且廉价地在电动车辆中实现显示正接收来自供电装置200的电力的状态的显示构件。此外，由于根据来自供电装置200的接收电力而自动地成为点亮/没有点亮，所以不需要另外设置用于控制点亮/没有点亮的构件，该接收电力显示系统在系统故障方面性能优良。
[变形例]
图16是实施方式3的变形例的供电系统的整体构成图。参照图16，该变形例的电动车辆100B也包括显示灯196。显示灯196与二次线圈120和整流器130之间的电力线连接，使用从二次线圈120输出的电力来发光。即，在该变形例中，显示灯196也使用来自供电装置200的接收电力进行发光。因此，显示灯196根据来自供电装置200的接收电力而自动地发光，且在没有接收电力时自动熄灭。
由该变形例，也可得到与上述实施方式3相同的效果。
再有，在上述各实施方式中，使一对自共振线圈共振来输电，但是，也可使用高电介质盘来作为共振体以代替自共振线圈。
图17是使用高电介质盘来作为共振体的供电系统的整体框图。参照图17，供电装置200B在图1所示的供电装置200的构成中包括一次高电介质盘410以代替一次自共振线圈240和一次线圈230，电动车辆100C在图1所示的电动车辆100的构成中包括二次高电介质盘420以代替二次自共振线圈110和二次线圈120。一次高电介质盘410和二次高电介质盘420的每个由高介电常数材料构成，由例如TiO2或BaTi4O9、LiTaO3等形成。而且，可通过经电场(非接触场)使一次高电介质盘410和二次高电介质盘420共振而从供电装置200B向电动车辆100C输电。
再有，在上述各实施方式中，作为电动车辆，对由动力分配装置177分配发动机176的动力以能向驱动轮178和电动发电机172传递的串联/并联式混合动力车进行了说明，但本发明也可适用于其他形式的混合动力车。即，本发明也可适用于例如使用仅用于驱动电动发电机172的发动机176且仅由电动发电机174产生车辆的驱动力的所谓串联式混合动力车、仅将发动机176所产生的动能中的再生能量作为电能进行回收的混合动力车和以发动机为主动力并根据需要而用电动机进行辅助的电动机辅助型混合动力车等。
此外，本发明也可适用于不具备发动机176而仅用电力来行驶的电动车和除了蓄电装置150之外还具备燃料电池来作为直流电源的燃料电池车。此外，本发明也可适用于不具备升压转换器162的电动车辆。
再有，在上述内容中，DC/DC转换器140与本发明的“电压转换器”的一个实施例对应，车辆ECU180、180A、180B与本发明的“电压控制装置”的一个实施例对应。此外，反射功率检测装置270形成本发明中的“检测装置”的一个实施例，PCU160和电动机170(升压转换器162、变换器164、166和电动发电机174)形成本发明中的“电力驱动装置”的一个实施例。
可以认为，此次公开的实施方式的全部方面仅是例示而不是限制。本发明的范围不是由上述实施方式的说明而是由请求保护的范围表示，意在包括与请求保护的范围相同的意思及范围内的各种变化。

Claims (23)

1.一种供电系统，包括：
接收电力用共振器(110，120；420)，其通过与从电源接收电力以产生电磁场的输电用共振器(230，240；410)经所述电磁场共振而从所述输电用共振器接收电力；
整流器(130)，其对由所述接收电力用共振器接收的电力进行整流；
电压转换器(140)，其对由所述整流器整流的电力进行电压转换并向负载供给；和
电压控制装置(180，180A，180B)，其用于将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为预定的目标电压，
所述电压控制装置根据接收电力的大小来设定所述目标电压。
2.根据权利要求1所述的供电系统，其中；
所述电压控制装置将所述目标电压设定成将目标阻抗乘以接收电力的目标值所得的值的平方根的值。
3.根据权利要求2所述的供电系统，包括：
所述目标阻抗设定为所述电源的阻抗。
4.一种供电系统，其中：
接收电力用共振器(110，120；420)，其通过与从电源接收电力以产生电磁场的输电用共振器(230，240；410)经所述电磁场共振而从所述输电用共振器接收电力；
整流器(130)，其对由所述接收电力用共振器接收的电力进行整流；
电压转换器(140)，其对由所述整流器整流的电力进行电压转换并向负载供给；
电压控制装置(180，1801A，180B)，其用于将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为预定的目标电压；和
检测装置(270)，该检测装置检测从所述电源向所述输电用共振器供
给的电力的反射功率，
所述电压控制装置变更所述目标电压使得所述反射功率减小。
5.根据权利要求4所述的供电系统，其中：
所述电压控制装置在所述反射功率为规定值以上时根据所述规定值以下的反射功率目标值和由所述检测装置检测出的反射功率之差来算出所述目标电压的变更量。
6.根据权利要求4所述的供电系统，其中：
所述检测装置根据从所述电源向所述输电用共振器供给的电力的电压、电流，以及所述电压与所述电流的相位差来算出所述反射功率。
7.根据权利要求1所述的供电系统，其中：
所述电压转换器构成为能调整其输入电压，
所述电压控制装置通过控制所述电压转换器来将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为所述目标电压。
8.根据权利要求1所述的供电系统，其中：
所述电压转换器构成为能调整其输入电力，
所述电压控制装置通过控制所述电源来将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为所述目标电压。
9.根据权利要求1所述的供电系统，其中；
所述输电用共振器包括：
一次线圈(230)，其从所述电源接收电力；和
一次自共振线圈(240)，其由所述一次线圈通过电磁感应来供电，并产生所述电磁场，
所述接收电力用共振器包括：
二次自共振线圈(110)，其通过经所述电磁场与所述一次自共振线圈共振而从所述一次自共振线圈接收电力；和
二次线圈(120)，其通过电磁感应取出由所述二次自共振线圈接收的电力，并向所述整流器输出。
10.根据权利要求1所述的供电系统，其中：
所述输电用共振器和所述接收电力用共振器的每一个都包括高电介质盘(410，420)。
11.根据权利要求1所述的供电系统，其中：
所述负载包括能再充电的蓄电装置(150)。
12.根据权利要求1所述的供电系统，其中：
所述负载包括搭载在车辆上以产生车辆驱动力的电力驱动装置(160，170)，
所述电力驱动装置接收从所述电压转换器输出的电力以产生所述车辆驱动力。
13.一种电动车辆，包括：
接收电力用共振器(110，120；420)，其通过经电磁场与在车辆外部设置的供电装置(200，200A，200B)中所包含的输电用共振器(230，240，410)共振而从所述输电用共振器接收电力；
整流器(130)，其对由所述接收电力用共振器接收的电力进行整流；
电压转换器(140)，其对由所述整流器整流的电力进行电压转换；
电力驱动装置(160，170)，其使用从所述电压转换器输出的电力来产生车辆驱动力；和
电压控制装置(180，180A，180B)，其将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为预定的目标电压，
所述电压控制装置根据接收电力的大小来设定所述目标电压。
14.根据权利要求13所述的电动车辆，其中：
所述电压控制装置将所述目标电压设定成将目标阻抗乘以接收电力的
目标值所得的值的平方根的值。
15.根据权利要求14所述的电动车辆，其中：
所述目标阻抗设定为所述供电装置的阻抗。
16.一种电动车辆，包括：
接收电力用共振器(110，120，420)，其通过经电磁场与在车辆外部设置的供电装置(200，200A，200B)中所包含的输电用共振器(230，240，
410)共振而从所述输电用共振器接收电力；
整流器(130)，其对由所述接收电力用共振器接收的电力进行整流；
电压转换器(140) ，其对由所述整流器整流的电力进行电压转换；
电力驱动装置(160，170)，其使用从所述电压转换器输出的电力来产生车辆驱动力；
电压控制装置(180，18A，180B)，其将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为预定的目标电压；和
用于与所述供电装置通信的通信装置(190)，
在所述供电装置中检测从电源向所述输电用共振器供给的电力的反射功率，
所述电压控制装置通过所述通信装置来接收在所述供电装置中检测出的所述反射功率，并变更所述目标电压使得所述反射功率减小。
17.根据权利要求16所述的电动车辆，其中：
所述电压控制装置在所述反射功率为规定值以上时根据所述规定值以下的反射功率目标值和由所述通信装置接收的所述反射功率之差来算出所述目标电压的变更量。
18.根据权利要求16所述的电动车辆，其中：
所述反射功率根据从所述电源向所述输电用共振器供给的电力的电压、电流，以及所述电压与所述电流的相位差来算出。
19.根据权利要求13所述的电动车辆，其中：
所述电压转换器构成为能调整其输入电压，
所述电压控制装置通过控制所述电压转换器来将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为所述目标电压。
20.根据权利要求13所述的电动车辆，其中：
还具备用于与所述供电装置通信的通信装置(190)，
所述电压转换器构成为能调整其输入电力，
所述电压控制装置通过经所述通信装置控制电源来将所述整流器和所述电压转换器之间的电压控制为所述目标电压。
21.根据权利要求13所述的电动车辆，其中：
所述输电用共振器包括：
一次线圈(230)，其从电源接收电力；和
一次自共振线圈(240)，其由所述一次线圈通过电磁感应来供电，并产生所述电磁场，
所述接收电力用其振器包括：
二次自共振线圈(110)，其通过经所述电磁场与所述一次自共振线圈共振而从所述一次自共振线圈接收电力；和
二次线圈(120)，其通过电磁感应取出由所述二次自共振线圈接收的电力，并向所述整流器输出。
22.根据权利要求13所述的电动车辆，其中：
所述输电用共振器和所述接收电力用共振器的每一个都包括高电介质盘(410，420)。
23.根据权利要求13所述的电动车辆，其中：
还具备将从所述电压转换器输出的电力储存的蓄电装置(150)。
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André Kurs等."Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances".《Science》.2007,第317卷第83-86页.
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