CN105122591A - 供电装置以及非接触供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的供电装置以及非接触供电系统具有：逆变电路(3)，其将直流电力变换成交流电力；谐振电路(4、11)，其根据所述交流电力，以非接触方式向受电装置输送电力；以及控制部(15)，其以基于预定元件的状态信息的开关频率控制所述逆变电路。

Description

供电装置以及非接触供电系统
技术领域
本发明涉及一种供电装置以及非接触供电系统。
本申请根据2013年6月4日在日本申请的特愿2013－118199号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
在下述专利文献1中公开了能够将供电装置和受电装置简化的非接触供电系统。在该非接触供电系统中，供电装置推定自身的一次自谐振线圈与受电装置的二次自谐振线圈之间的距离，并根据距离控制供电，因此不需要与受电装置进行通信来推定上述距离。即，不需要通信功能，因此与受电装置一起能够简化结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-252446号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述现有技术中，供电装置由谐振用线圈(上述一次自谐振线圈)或谐振用电容器，或被用作滤波器的电抗器等多个元件构成，但这些元件发生量产时的每个产品批次的特性波动或随着使用环境的温度变化的特性波动。因此，在上述现有技术中，电路特性变化，无法得到较高供电效率。
本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的是得到较高的供电效率。
用于解决课题的手段
本发明的第1方式具有：逆变电路，其将直流电压变换成交流电压；谐振电路，其根据所述交流电压，以非接触方式向受电装置传输电力；以及控制部，其以基于预定元件的状态信息的开关频率控制所述逆变电路。
本发明的第2方式是一种非接触供电系统，其具备具有逆变电路和供电线圈的供电装置和具有受电线圈的受电装置，根据从所述逆变电路输出的交流电力，从所述供电线圈向所述受电线圈进行非接触供电，该非接触供电系统具备：控制部，其以基于所述供电装置和所述受电装置的一方或双方的预定元件的状态信息的开关频率控制所述逆变电路。
根据本发明，基于供电装置和受电装置的一方或双方的电容器和线圈的电压以及电流和温度的至少某个检测值，求出达到最大供电效率的逆变电路的开关频率，并根据求出的开关频率控制逆变电路，因此能够得到较高的供电效率。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的非接触供电系统的功能结构的框图。
图2是表示本发明的第2实施方式的非接触供电系统的功能结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[第1实施方式]
首先，对第1实施方式进行说明。如图1所示，本发明的第1实施方式的非接触供电系统由供电装置S和受电装置R构成。此外，如图所示，供电装置S由整流电路1、斩波电路(电压变换器)2、逆变电路3、谐振电路4、通信部5、电压电流测量部6、电容/电感运算部7、开关运算部8以及开关控制部9构成。另一方面，受电装置R由谐振电路11、整流电路12、电压电流测量部13、通信部14以及控制部15构成。
另外，电容/电感运算部7、开关运算部8以及开关控制部9构成本实施方式的供电装置侧的控制部。此外，控制部15是本实施方式的受电侧的控制部。此外，通信部5是本实施方式的接收单元。此外，通信部14是本实施方式的发送单元。
供电装置S是被固定配置在设于地面上的供电设施上，非接触地向移动体供给交流电力的装置，向电池B(负载)供给直流电力。上述供电设施是设有一个或多个移动体的停车位的设施，具备相当于停车位个数的供电装置S。另一方面，受电装置R是上述移动体所具备的、将从供电装置S供给的交流电力变换成直流电力后进行蓄电的装置。另外，上述移动体例如是电动汽车或混合动力汽车等需要从来外部受电的车辆。
上述供电装置S中的整流电路1例如是二极管桥，对从商用电源供给的商用电力(例如，单相100伏、50Hz)进行全波整流后输出给斩波电路2。从该整流电路1向斩波电路2供给的电力(全波整流电力)是正弦波状的商用电力在零交叉点折返的单极性(例如，正极性)的脉动电流。
斩波电路2通过开关控制部9控制开关动作，由此调整自身的输出电压后输出给逆变电路3。具体而言，该斩波电路2是升压斩波或升降压斩波电路，对从整流电路1输入的电力进行升压或升降压后输出。斩波电路2的输出是通过斩波电路2内的电感器(线圈)和滤波电容器的功能充分滤波了脉动电流即全波整流电力而得的直流电力。
此外，该斩波电路2通过开关控制部9控制开关动作，由此还作为功率因数改善电路(PFC)发挥功能。即，斩波电路2将全波整流电力用比所述全波整流电力的频率充分高的频率以全波整流电力的零交叉点为基准进行开关，由此扩大全波整流电力的电流的流通期间来改善功率因数。另外，一般斩波电路作为功率因数改善电路发挥功能是公知的，因此在此省略斩波电路2的功率因数改善原理的详细说明。
逆变电路3具备开关元件、电抗器(线圈)以及滤波电容器，通过开关控制部9控制开关动作，由此将从上述斩波电路2供给的直流电力变换成特定频率(传输频率)的交流电力后输出给谐振电路4。
谐振电路4是连接供电线圈与供电电容器而得的谐振电路。在上述供电线圈和供电电容器中，将供电线圈设置在与停放在上述停车位的移动体的特定部位(设有受电线圈的部位)相对的位置。此外，将该谐振电路4的谐振频率设定成与上述逆变电路3中的驱动频率接近的频率。
通信部5与受电装置R的通信部14进行近距离无线通信，由此从通信部14取得用于表示受电装置R的状态的状态信息。例如，该状态信息是表示设置在受电装置中的、构成谐振电路11或整流电路12的特定电容器和特定线圈的端子之间的电压和电流的信息，或者是电容器和线圈的温度值。这些为示例，在能够解决本发明想要解决的课题的范围内，状态信息的意思还可以包括其他信息。
这样的通信部5将从通信部14取得的状态信息输出给开关运算部8。另外，通信部5与通信部14的通信方式是ZigBee(紫蜂：注册商标)或Bluetooth(蓝牙：注册商标)等近距离无线通信或使用光信号的近距离光通信。
电压电流测量部6是测量部的一例。在后述的第2实施方式中，作为测量部示出了其他例子。在以下的第1实施方式中，将测量部设为电压电流测量部6来进行说明。电压电流测量部6由检测构成上述整流电路1、斩波电路2、逆变电路3以及谐振电路4的电容器和线圈中的特定电容器和特定线圈的端子间电压的电压传感器、检测流过上述特定电容器和特定线圈的电流的电流传感器构成。并且，电压电流测量部6将表示由电压传感器检测出的端子间电压的电压检测信号以及表示由电流传感器检测出的电流的电流检测信号输出给控制部所包含的电容/电感运算部7。在此，流过上述线圈和电容器的电流和电压的值是电压电流测量部6向控制部输出的状态信息的一例。并且，使用线圈和电容器为例进行了说明，但更一般的是将预定元件的状态信息输入到控制部。也就是说，整理到此为止的说明时，存在通信部5从受电装置接收受电装置侧的元件的状态信息的情况、以及将供电装置侧的元件的状态信息输入到控制部的情况双方。
电容/电感运算部7，在从上述电压电流测量部6输入状态信息，例如电压检测信号和电流检测信号时，根据由电压检测信号示出的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的端子间电压、由电流检测信号示出的流过供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电流，计算上述特定电容器和特定线圈的电容和电感，并向开关运算部8输出。
开关运算部8以从通信部5输入的受电装置R的状态信息或从电容/电感运算部7输入的上述特定电容器和特定线圈的电容和电感为输入值执行运算处理，由此求出达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率，并向开关控制部9输出。
例如，开关运算部8预先存储对应于特定电容器和特定线圈的电容和电感的组合而登录有达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率的数据表。并且，开关运算部8从上述数据表取得与从电容/电感运算部7输入的特定电容器和特定线圈的电容和电感的组合对应的开关频率。另外，上述达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率是功率因数最大的开关频率，即是电压与电流的相位差最小的开关频率。
开关控制部9根据从开关运算部8输入的逆变电路3的开关频率控制逆变电路3。在以上的说明中，说明了控制部所包含的开关运算部8求出达到最大供电效率的开关频率，控制部所包含的开关控制部以该频率控制逆变器的例子。但是，本发明并不是始终计算达到最大供电效率的开关频率。对于将直流电力变换成交流电力的逆变电路，若至少控制部以基于预定元件的状态信息的开关频率控制该逆变电路，则根据本申请的结构，能够解决“在现有技术中因量产时的特性波动使电路特定变化而无法得到较高供电效率”的本申请的课题。因此，需要注意本发明并不局限于要求最大供电效率的控制。
另一方面，受电装置R中的谐振电路11是连接受电线圈与受电电容器而得的谐振电路。上述受电线圈被设置在移动体的底部或侧部、上部等，将移动体停放在停车位上时，与供电装置S的供电线圈接近而相对。
这样的谐振电路11是连接受电线圈与受电电容器而得的谐振电路，受电线圈与谐振电路4的供电线圈接近相对地进行磁耦合。其结果，谐振电路11将由逆变电路3向供电线圈供给的交流电力以及对应于供电线圈与受电线圈的耦合系数的交流电力从谐振电路4通过非接触方式进行受电后输出给整流电路12。即，本发明的非接触供电系统被构成为采用电磁感应方式或磁场谐振方式的非接触供电系统。
整流电路12例如由二极管桥、电抗器(线圈)以及滤波电容器构成，对从上述谐振电路11供给的交流电力(受电电力)进行全波整流且滤波后输出给电池B。从该整流电路12向电池B供给的电力是通过电抗器和滤波电容器对用二极管桥全波整流后的全波整流电力进行滤波而得到的直流电力。
电压电流测量部13由检测构成上述谐振电路11和整流电路12的特定电容器和特定线圈的端子间电压的电压传感器、检测流过上述特定电容器和特定线圈的电流的电流传感器构成，将表示由电压传感器检测出的端子间电压的电压检测信号和表示由电流传感器检测出的电流的电流检测信号输出给控制部15。
通信部14与供电装置S的通信部5进行近距离无线通信，由此发送表示受电装置R的状态的状态信息。例如，该状态信息是表示由电压电流测量部13检测出端子间电压和电流的特定电容器和特定线圈的电容和电感(通过后述的控制部15计算)的信息。该通信部14与通信部5同样地进行ZigBee(注册商标)或Bluetooth(注册商标)等电波通信或使用光信号的光通信。另外，电压电流测量部13是设在受电侧的测量部的一例。在后述的第2实施方式中，说明受电侧的测量部的其他例子。
控制部15根据运算处理集中控制受电装置R，例如根据从电压电流测量部13输入的电压检测信号和电流检测信号，计算特定电容器和特定线圈的电容和电感，并使通信部14发送电容和电感作为受电装置R的状态信息。
电池B是锂离子电池等二次电池，将从上述整流电路12供给的直流电力充电后储蓄。虽未进行图示，但该电池B与驱动移动体的行驶用电动机的逆变电路(行驶用逆变电路)或/和控制移动体的行驶的控制设备连接，并向这些行驶用逆变电路或控制设备供给驱动电力。
接着，对这样构成的非接触供电系统的动作进行说明。
本申请的非接触供电系统，在移动体进入停车位时开始对移动体的供电。例如，供电装置S的通信部5以一定周期连续发送通信请求信号。另一方面，受电装置R的通信部14在移动体进入停车位时能够接收上述通信请求信号，因此将对通信请求信号的回答信号发送给通信部5。然后，通信部5在接收该回答信号时，向开关控制部9通知回答信号的接收。其结果，开关控制部9判断(识别)移动体进入了可供电区域内。
然后，开关控制部9在判断为移动体进入了可供电区域内时，开始斩波电路2和逆变电路3的驱动。其结果，开始从供电装置S的谐振电路4向受电装置R的谐振电路11的非接触供电。
然后，随着供电动作的开始，从电压电流测量部6输入电压检测信号和电流检测信号时，供电装置S的电容/电感运算部7根据由电压检测信号示出的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的端子间电压、由电流检测信号示出的流过供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电流，计算上述特定电容器和特定线圈的电容和电感，并向开关运算部8输出。
然后，开关运算部8以从电容/电感运算部7输入的特定电容器和特定线圈的电容和电感为输入值执行运算处理，由此求出达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率，并向开关控制部9输出。
在此，开关运算部8从上述数据表取得与从电容/电感运算部7输入的特定电容器和特定线圈的电容和电感的组合对应的开关频率，并输出给开关控制部9。另外，达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率是功率因数成为最大的开关频率。在此，所谓最大，若在反映了测量或控制的误差的一定的范围内，则可以视为最大。
然后，开关控制部9根据从开关运算部8输入的逆变电路3的开关频率控制逆变电路3。其结果，改善供电装置S的功率因数，提高供电效率。
此外，在上述的动作中，开关运算部8根据从电容/电感运算部7输入的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感来求出逆变电路3的开关频率，但并不局限于此。例如，开关运算部8除了从电容/电感运算部7输入的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感外，还可以根据从通信部5输入的受电装置R的状态信息所示的受电装置R的特定电容器和特定线圈的电容和电感，来计算达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率。
在此，开关运算部8也可以预先存储数据表，在从电容/电感运算部7输入供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感，并且从通信部5输入受电装置R的状态信息时，从上述数据表取得对应于供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感与受电装置R中的特定电容器和特定线圈的电容和电感的组合的开关频率。
此外，在上述的动作中，开关运算部8也可以代替从电容/电感运算部7输入的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感，而根据从通信部5输入的受电装置R的状态信息所示的受电装置R的特定电容器和特定线圈的电容和电感，来计算达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率。
在此，开关运算部8也可以预先存储数据表，在从通信部5输入受电装置R的状态信息时，从上述数据表取得对应于状态信息所示的受电装置R中的电容和电感的组合的开关频率。
根据这样的本实施方式，根据供电装置S和受电装置R的一方或双方的电容器和线圈的电压和电流的检测值，求出达到最大供电效率的逆变电路的开关频率，并根据求出的开关频率控制逆变电路，因此即使因制造时的电容器和线圈的特性波动而电路特性变化，也能够得到较高的供电效率。
[第2实施方式]
接着，对第2实施方式的非接触供电系统进行说明。
如图2所示，本申请的第2实施方式的电力变换装置具备供电温度测量部21来代替电压电流测量部6，具备受电温度测量部16来代替电压电流测量部13，电容/电感运算部7以及控制部15的动作不同，在这一点与上述第1实施方式不同。除此以外的构成要素与第1实施方式相同。因此，在第2实施方式中，对与第1实施方式相同的构成要素省略说明。
供电温度测量部21是被设在构成上述整流电路1、斩波电路2、逆变电路3以及谐振电路4的特定电容器和特定线圈的近旁，检测温度的温度传感器，将表示上述温度的温度检测信号输出给电容/电感运算部7。
电容/电感运算部7在从上述供电温度测量部21输入温度检测信号时，根据温度检测信号所示的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的温度来计算上述特定电容器和特定线圈的电容和电感，并输出给开关运算部8。
例如，开关运算部8预先存储对应于由供电温度测量部21检测出的温度而登录有特定电容器和特定线圈的电容和电感的数据表，从供电温度测量部21输入温度检测信号时，取得与由温度检测信号所示的温度对应的特定电容器和特定线圈的电容和电感。
受电温度测量部16是被设在构成上述谐振电路11和整流电路12的特定电容器和特定线圈的近旁，检测温度的温度传感器，将表示上述温度的温度检测信号输出给控制部15。
控制部15根据运算处理来集中控制受电装置R，例如与电容/电感运算部7同样地，根据从受电温度测量部16输入的温度检测信号来计算受电装置R中的特定电容器和特定线圈的电容和电感，并使通信部14发送电容和电感作为受电装置R的状态信息。
接着，对这样构成的本第2实施方式的动作进行说明。另外，在第2实施方式中，对与第1实施方式相同的动作省略说明。
首先，开关控制部9判断为移动体进入了可供电区域内时，开始斩波电路2或逆变电路3的驱动。其结果，开始从供电装置S的谐振电路4向受电装置R的谐振电路11的非接触供电。
然后，随着供电动作的开始，在从供电温度测量部21输入温度检测信号时，供电装置S的电容/电感运算部7根据由温度检测信号所示的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的温度来计算上述特定电容器和特定线圈的电容和电感，并输出给开关运算部8。
在此，电容/电感运算部7从上述数据表取得与从供电温度测量部21输入的温度检测信号所示的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的温度对应的电容和电感，并输出给开关运算部8。
然后，开关运算部8以从电容/电感运算部7输入的特定电容器和特定线圈的电容和电感为输入值执行运算处理，由此求出达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率，并输出给开关控制部9。
在此，开关运算部8从上述数据表取得与从电容/电感运算部7输入的特定电容器和特定线圈的电容和电感的组合对应的开关频率，并输出给开关控制部9。另外，达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率是功率因数成为最大的开关频率。
然后，开关控制部9根据从开关运算部8输入的逆变电路3的开关频率控制逆变电路3。其结果，改善供电装置S中的功率因数，提高供电效率。
此外，在上述的动作中，开关运算部8根据从电容/电感运算部7输入的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感来求出逆变电路3的开关频率，但并不局限于此。例如，开关运算部8除了从电容/电感运算部7输入的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感外，还可以根据从通信部5输入的受电装置R的状态信息所示的受电装置R的特定电容器和特定线圈的电容和电感，来计算达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率。
此外，在上述的动作中，开关运算部8也可以代替从电容/电感运算部7输入的供电装置S中的特定电容器和特定线圈的电容和电感，而根据从通信部5输入的受电装置R的状态信息所示的受电装置R的特定电容器和特定线圈的电容和电感，来计算达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率。
根据这样的本实施方式，根据供电装置S和受电装置R的一方或双方的电容器和线圈的电压和电流的检测值，求出达到最大供电效率的逆变电路的开关频率，并根据求出的开关频率控制逆变电路，因此即使因制造时的电容器和线圈的特性波动而电路特性变化，也能够得到较高的供电效率。
另外，本发明并不局限于上述实施方式，例如可以考虑以下的变形例。
(1)在上述实施方式中，根据供电装置S和受电装置R的一方或双方的特定电容器和特定线圈的端子间电压和电流，或者根据温度来计算特定电容器和特定线圈的电容和电感，并根据电容和电感来计算达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率，但本发明并不局限于此。例如，可以预先存储将特定电容器和特定线圈的端子间电压和电流或温度与达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率对应起来的数据表，从数据表取得与端子间电压和电流或温度的检测值对应的达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率。
(2)在上述实施方式中，使用特定电容器和特定线圈的端子间电压和电流或者温度的检测值来计算达到最大供电效率的逆变电路3的开关频率，但也可以使用端子间电压和电流以及温度的双方。例如，电容/电感运算部7根据特定电容器和特定线圈的端子间电压和电流以及温度的检测值来求出特定电容器和特定线圈的电容和电感。
(3)在上述实施方式中，通过受电装置R计算特定电容器和特定线圈的电容和电感，并将电容和电感发送给供电装置S，但本发明并不局限于此。例如，从受电装置R向供电装置S发送端子间电压和电流或温度的检测值。然后，供电装置S根据从受电装置R接收的端子间电压和电流或温度的检测值来计算受电装置R中的特定电容器和特定线圈的电容和电感。
(4)在上述实施方式中，斩波电路2具有整流电路1的功率因数改善功能，但也可以省略该功率因数改善功能。
(5)在上述实施方式中，说明了采用磁场谐振方式的非接触供电系统，但本发明并不局限于此。也可以将本发明应用于电磁感应方式。此外，在上述实施方式中，将负载设为电池B，但本发明的负载并不局限于电池B，包括各种蓄电装置和接受电力供给来实现预定功能的各种设备。
(6)在上述实施方式中，将电压变换器设为斩波电路而进行了说明，但电压变换器并不局限于使用斩波电路的非绝缘型DC-DC转换器。例如，也可以通过使用了变压器等的绝缘型DC-DC转换器来实现电压变换器。
(7)在上述实施方式中，将向供电装置S供给电力的电源设为交流商用电源而进行了说明，但本发明并不局限于该方式。例如，供电装置S也可以从DC电源(直流电源)接受电力。DC电源能够输出直流电压，因此在采用DC电源的方式中，可以省略用于将交流电压变换成直流电压的整流电路。将来自DC电源的输出变换成所期望的直流电压的情况下，使用斩波电路，但DC电源的输出本身为所期望的电压的情况下，也可以省略斩波电路。
产业上的可利用性
本发明的供电装置、受电装置以及非接触供电系统能够得到较高的供电效率。
符号说明
1整流电路
2斩波电路(电压变换器)
3逆变电路
4谐振电路
5通信部
6电压电流测量部
7电容/电感运算部
8开关运算部
9开关控制部
11谐振电路
12整流电路
13电压电流测量部
14通信部
15控制部
16受电温度测量部
21供电温度测量部
B电池
R受电装置
S供电装置

Claims (12)

1.一种供电装置，其特征在于，具有：
逆变电路，其将直流电力变换成交流电力；
谐振电路，其根据所述交流电力，以非接触方式向受电装置输送电力；以及
控制部，其以基于预定元件的状态信息的开关频率控制所述逆变电路。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，
所述开关频率是对所述受电装置的供电效率最大的频率。
3.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，
还具备从所述受电装置接收设置在所述受电装置中的预定元件的状态信息的通信部。
4.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，
所述状态信息是流过所述元件的电压和电流的值，或者是所述元件的温度值。
5.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，
所述元件是线圈和电容器，
所述控制部根据所述状态信息计算所述线圈的电感值和所述电容器的电容值，并根据所述电感值和所述电容值决定所述开关频率。
6.根据权利要求5所述的供电装置，其特征在于，
所述控制部存储有所述电感值和所述电容值与对所述受电装置的供电效率最大的所述开关频率对应的数据表。
7.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，
所述控制部存储有流过所述元件的电压和电流与对所述受电装置的供电效率最大的所述开关频率对应的数据表。
8.根据权利要求4所述的供电装置，其特征在于，
所述控制部存储有所述元件的温度与对所述受电装置的供电效率最大的所述开关频率对应的数据表。
9.根据权利要求1所述的供电装置，其特征在于，
所述元件是设在所述供电装置中的构成预定电路的元件。
10.根据权利要求9所述的供电装置，其特征在于，
所述预定电路至少包括所述逆变电路。
11.根据权利要求9所述的供电装置，其特征在于，
还具备：
整流电路，其应与商用电源连接；以及
电压变换器，其与所述整流电路和所述逆变电路连接，
所述预定电路至少包括所述逆变电路、所述整流电路和所述电压变换器。
12.一种非接触供电系统，其具备：具有逆变电路和供电线圈的供电装置和具有受电线圈的受电装置，根据从所述逆变电路输出的交流电力，从所述供电线圈向所述受电线圈进行非接触供电，该非接触供电系统的特征在于，
具备：控制部，其以基于所述供电装置和所述受电装置的一方或双方的预定元件的状态信息的开关频率控制所述逆变电路。
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