CN105322663A - 非接触电力传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非接触电力传输系统。电源ECU(50)以具有耦合系数越大则使电压(Vin)越高的第1控制区域和不管耦合系数如何都使电压(Vin)维持为额定的第2控制区域的方式控制转换器(20)。ECU(150)在第1控制区域控制转换器(130)，以使转换器(130)的输入阻抗成为预定值，在第2控制区域控制转换器(130)，以通过使输入阻抗变化来使受电电力接近目标。

Description

非接触电力传输系统
技术领域
本发明涉及以非接触方式从送电装置向受电装置传输电力的非接触电力传输系统。
背景技术
日本特开2013-215066号公报公开了以非接触方式从送电装置向受电装置传输电力的电力传输系统。在该电力传输系统中，受电装置具备受电侧谐振器、整流器、DC/DC转换器和控制装置。控制装置基于DC/DC转换器的输入电压来算出使DC/DC转换器的输入阻抗成为设定值的电流指令值，控制DC/DC转换器以使DC/DC转换器的输入电流与电流指令值一致。
根据该电力传输系统，DC/DC转换器的输入阻抗在DC/DC转换器的工作期间内维持恒定，因此成为输入阻抗一直匹配的状态，能够实现电力传输效率的提高。
在上述的电力传输系统中，没有考虑送电装置与受电装置的耦合系数的大小。在为了使DC/DC转换器的输入阻抗维持恒定而控制DC/DC转换器的情况下，在耦合系数小时，为了确保所希望的受电电流(DC/DC转换器的输入电流)，需要在送电装置中降低送电电压。在从送电装置向受电装置传输预定的电力的情况下，若在送电装置中降低电压，则通电电流增大。其结果，有可能导致损失增大、作为整体而效率降低。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，在以非接触方式从送电装置向受电装置传输电力的非接触电力传输系统中，抑制在耦合系数小时作为系统整体而效率降低。
根据本发明，非接触电力传输系统具备送电装置和受电装置。送电装置包括送电部、电压可变高频电源和第1控制部。送电部包括送电线圈和与送电线圈串联连接的第1电容器，用于以非接触方式向受电装置送电。电压可变高频电源一边调整电压一边向送电部供给交流电力。第1控制部控制电压可变高频电源。受电装置包括受电部、阻抗调整器和第2控制部。受电部包括受电线圈和与受电线圈连接的第2电容器，用于以非接触方式从送电部受电。阻抗调整器设置在受电部与负载设备之间。第2控制部控制阻抗调整器。第1控制部以具有第1控制区域和第2控制区域的方式控制电压可变高频电源。所述第1控制区域是送电部与受电部的耦合系数越大则使电压可变高频电源的电压越高的区域，所述第2控制区域是耦合系数比第1控制区域的耦合系数大、并且不管耦合系数如何都使电压可变高频电源的电压维持为恒定值或实质上维持为该恒定值的区域。在电压可变高频电源在第1控制区域被第1控制部控制的情况下，第2控制部控制阻抗调整器，以使阻抗调整器的输入阻抗成为预定值或实质上成为该预定值，在电压可变高频电源在第2控制区域被第1控制部控制的情况下，第2控制部控制阻抗调整器，以通过使输入阻抗从预定值或实质上从预定值变化来使受电电力接近目标。
在本非接触电力传输系统中，在第1控制区域中，耦合系数越大则电压可变高频电源的电压被设定为越高。在第2控制区域中，不管耦合系数如何，电压可变高频电源的电压都维持为一定值或实质上维持为该一定值，因此能够通过使阻抗调整器的输入阻抗从预定值或实质上从该预定值变化来将受电电力控制到目标。通过设置这样的第2控制区域，与输入阻抗一直被控制为恒定的情况相比，能够提高第1控制区域中的电压可变高频电源的最低电压。通过提高电压可变高频电源的电压，能抑制通电电流，抑制损失。因此，根据本非接触电力传输系统，能够抑制在耦合系数小的情况下作为系统整体而效率降低。
优选，第2电容器与受电线圈串联连接。在电压可变高频电源在第2控制区域被第1控制部控制的情况下，第2控制部控制所述阻抗调整器，以使阻抗调整器的输入阻抗比预定值大。
在第2电容器与受电线圈串联连接的构成中，在第2控制区域，通过控制阻抗调整器以使阻抗调整器的输入阻抗比预定值大，从而能够在受电装置中确保所希望的受电电力，并且能够提高第1控制区域中的电压可变高频电源的最低电压。因此，根据本非接触电力传输系统，能够抑制在耦合系数小的情况下作为系统整体而效率降低。
另外，优选，第2电容器与受电线圈并联连接。在电压可变高频电源在第2控制区域被第1控制部控制的情况下，第2控制部控制阻抗调整器，以使阻抗调整器的输入阻抗比预定值小。
在第2电容器与受电线圈并联连接的构成中，在第2控制区域，通过控制阻抗调整器以使阻抗调整器的输入阻抗比预定值小，从而能够在受电装置中确保所希望的受电电力，并且能够提高第1控制区域中的电压可变高频电源的最低电压。因此，根据本非接触电力传输系统，能够抑制在耦合系数小的情况下作为系统整体而效率降低。
优选，受电装置还包括整流器，该整流器用于对由受电部接受的交流电力进行整流。阻抗调整器是设置在整流器与负载设备之间的第1转换器。
在本非接触电力传输系统中，将设置在整流器与负载设备之间的转换器用作阻抗调整器，因此不需要设置与转换器分开的阻抗调整器。因此，根据本非接触电力传输系统，能够抑制受电装置的搭载设备的增加。
优选，预定值基于受电装置的额定电流而设定。
通过设为这样的构成，能够将由受电装置受电的电流抑制为额定电流以下，并且能够抑制在耦合系数小的情况下作为系统整体而效率降低。
另外，优选，预定值设定为在耦合系数为预定的最小值的情况下实现最大传输效率的输入阻抗。
通过设为这样的构成，能够维持高的传输效率，并且能够根据耦合系数的变化使输入阻抗适当变化。
优选，电压可变高频电源包括：变换器，其与送电部连接；和第2转换器，其对变换器的输入电压进行调整。第1控制部，在第1控制区域控制第2转换器，以使得耦合系数越大则输入电压越高，在第2控制区域控制第2转换器，以使得不管耦合系数如何都使输入电压维持为变换器的额定电压或实质上维持为该额定电压。电压可变高频电源的电压是指变换器的输入电压。第1控制部通过将变换器输入电压维持为变换器的额定电压或实质上维持为该额定电压，将电压可变高频电源的电压维持为恒定值或实质上维持为该恒定值。
通过设为这样的构成，与输入阻抗一直被控制为恒定的情况相比，能够提高第1控制区域中的变换器输入电压。通过提高变换器输入电压，能抑制变换器中的损失。因此，根据本非接触电力传输系统，能够抑制在耦合系数小的情况下作为系统整体而效率降低。
本发明的上述目的以及其他目的、特征、技术方案以及优点，能够根据与附图关联而理解到的关于本发明的下述详细说明而明确。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的非接触电力传输系统的整体构成图。
图2是表示图1所示的送电部以及受电部的电路构成的图。
图3是表示图1所示的转换器的电路构成的一例的图。
图4是表示耦合系数与送电装置的电压的关系的图。
图5是表示耦合系数与接受受电电力的负载的等效电阻的关系的图。
图6是表示等效电阻与从送电部向受电部的传输效率的关系的图。
图7是图1所示的电源ECU的功能框图。
图8是图1所示的车辆ECU的控制框图。
图9是图8所示的控制部的控制框图。
图10是用于说明由ECU执行的外部充电控制的处理顺序的流程图。
图11是用于说明外部充电控制中的电源ECU的处理顺序的流程图。
图12是表示实施方式2中的送电部以及受电部的电路构成的图。
图13是表示实施方式2中的耦合系数与送电装置的电压的关系的图。
图14是表示实施方式2中的耦合系数与等效电阻的关系的图。
图15是表示等效电阻与从送电部向受电部的传输效率的关系的图。
图16是实施方式2中的ECU的控制部的控制框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中相同或相当的部分标注相同的符号，不重复进行其说明。
[实施方式1]
(非接触电力传输系统的构成)
图1是本发明的实施方式1的非接触电力传输系统的整体构成图。参照图1，非接触电力传输系统具备送电装置100和搭载于车辆的受电装置200。送电装置100设置于车辆的外部，能够对搭载于车辆的蓄电装置140进行充电(以下，将由设置于车辆外部的送电装置100对车辆的蓄电装置140进行的充电也称为“外部充电”。)。
送电装置100包括整流器10、电压可变高频电源15、送电部40、电源ECU(ElectronicControlUnit)50、电压传感器60和通信装置70。整流器10对从商用系统电源等外部电源80接受的交流电力进行整流而输出给电压可变高频电源15。此外，在外部电源80为直流电源的情况下，不需要设置整流器10。
电压可变高频电源15生成具有预定的传输频率的交流电力，对该生成的交流电力的电压进行调整而输出给送电部40。作为一例，在本实施方式1的非接触电力传输系统中，电压可变高频电源15包含转换器20和变换器(inverter)30。
转换器20设置在整流器10与变换器30之间，基于从电源ECU50接收的控制信号PWC1来调整向变换器30供给的电压(变换器30的输入电压)。转换器20例如由升压斩波电路构成。
变换器30连接在转换器20与送电部40之间，将由转换器20进行了电压调整后的直流电力变换成具有预定的传输频率的交流电力而输送给送电部40。变换器30例如由单相全桥式电路构成。电压传感器60对由转换器20调整的电压、即向变换器30提供的电压Vin进行检测，将该检测值输出给电源ECU50。
送电部40包含用于以非接触方式向受电装置200的受电部110送电的谐振电路(线圈以及电容器)。当送电部40从变换器30接受具有传输频率的交流电力时，在送电部40的周围生成电磁场。送电部40经由该生成的电磁场以非接触方式向受电装置200的受电部110送电。关于送电部40的具体构成，稍后与受电部110一起进行说明。
电源ECU50包含CPU、存储装置、输入输出缓冲器等(都未图示)，进行送电装置100中的各种控制。作为与本发明相关的电源ECU50的主要控制，电源ECU50在由送电装置100执行外部充电时，生成用于由转换器20调整电压Vin的控制信号PWC1，将所生成的控制信号PWC1输出给转换器20。关于伴随外部充电的转换器20的具体控制，稍后进行详细说明。
另外，电源ECU50判定由电压传感器60检测出的电压Vin是否达到了变换器30的额定电压(上限电压)，控制通信装置70以将该判定结果发送给受电装置200。此外，也可以将电压Vin的检测值通过通信装置70发送给受电装置200，在受电装置200中判定电压Vin是否达到了额定电压。
另一方面，受电装置200包括蓄电装置(负载设备)140、受电部110、整流器120、转换器130和ECU150。另外，受电装置200还包括电压传感器160、162、电流传感器164、166和通信装置170。
受电部110包含用于以非接触方式从送电装置100的送电部40受电的谐振电路(线圈以及电容器)。受电部110经由在送电部40的周围生成的电磁场，以非接触方式从送电部40受电。受电部110例如设置于偏向车体前方的车体下部，从设置于地表或地下的送电部40受电。
整流器120对由受电部110接受的交流电力进行整流并输出给转换器130。转换器130设置在整流器120与相当于负载设备的蓄电装置140之间，基于从ECU150接收的控制信号PWC2来调整转换器130的输入阻抗。具体而言，转换器130通过调整输入到转换器130的电压Vc来调整输入阻抗。关于由该转换器130进行的输入阻抗的调整，稍后进行详细说明。
蓄电装置140是能够再充电的直流电源，例如由锂离子电池、镍氢电池等二次电池构成。蓄电装置140接受由受电部110接受的电力而被充电。蓄电装置140所蓄积的电力被供给到未图示的车辆驱动装置、辅机等。此外，也可以取代二次电池而由双电荷层电容器等蓄电元件来构成蓄电装置140。
电压传感器160检测向转换器130输入的电压Vc，将该检测值输出给ECU150。电流传感器164检测向转换器130输入的电流Ic，将该检测值输出给ECU150。电压传感器162检测转换器130的输出电压即蓄电装置140的电压Vb，将该检测值输出给ECU150。电流传感器166检测表示从转换器130向蓄电装置供给的电流、即蓄电装置140的充电电流的电流Ib，将该检测值输出给ECU150。
ECU150包含CPU、存储装置、输入输出缓冲器等(都未图示)，进行受电装置200中的各种控制。作为与本发明相关的ECU150的主要控制，ECU150进行用于由送电装置100执行对蓄电装置140充电的外部充电的外部充电控制。在执行外部充电控制时，ECU150生成用于对转换器130的输入阻抗进行调整的控制信号PWC2，将该生成的控制信号PWC2输出给转换器130。另外，ECU150判定蓄电装置140的充电电力Pout是否达到了充电电力指令值Pout*，控制通信装置170以将判定结果发送给送电装置100。关于外部充电控制的详细内容，稍后进行说明。
图2是表示图1所示的送电部40以及受电部110的电路构成的图。参照图2，送电部40包含线圈42和电容器44。电容器44与线圈42串联连接而与线圈42形成谐振电路。电容器44为了调整送电部40的谐振频率而设置。受电部110包含线圈112和电容器114。电容器114与线圈112串联连接而与线圈112形成谐振电路。电容器114为了调整受电部110的谐振频率而设置。送电部40和受电部110设计成在从送电部40向受电部110传输的电力的传输频率下彼此谐振。表示送电部40和受电部110的谐振强度的Q值优选为100以上。
图3是表示图1所示的转换器20的电路构成的一例的图。此外，受电装置200的转换器130也可以具有与转换器20同样的电路构成。参照图3，转换器20包含电容器21、线圈22、开关元件23、与开关元件23反向并联连接的二极管24、和二极管25。通过该各元件构成升压斩波电路。通过电源ECU50(图1)对开关元件23的占空比进行控制，转换器20能够根据开关元件23的占空比将端子T7、T8间的电压调整为端子T5、T6间的电压以上。
(外部充电控制的说明)
再次参照图1，在该非接触电力传输系统中，在执行外部充电时，为了使蓄电装置140的充电电力Pout与所希望的充电电力指令值Pout*一致，在送电装置100中对转换器20进行控制，在受电装置200中对转换器130进行控制。
在此，根据车辆相对于送电装置100的停车位置，送电装置100的送电部40与受电装置200的受电部110的相对位置关系发生变化，送电部40与受电部110的耦合系数k发生变化。在本实施方式1的非接触电力传输系统中，关于外部充电控制，在耦合系数k相对较小的第1控制区域和耦合系数k相对较大的第2控制区域执行不同的控制。以下，对这一点进行说明。
在本实施方式1的非接触电力传输系统中，如图2所示，采用了在送电部40中电容器44与线圈42串联连接、在受电部110中也是电容器114与线圈112串联连接的所谓的“SS(Series-Series)方式”的构成。这种SS方式的电路具有导抗特性，受电部110的电流Iout与送电部40的电压成比例。另外，在从送电部40向受电部110传输的电力被控制为恒定的基础上，送电部40与受电部110的耦合系数k越大，则受电部110的电压Vout就越大，因此受电部110的电流Iout就越小。送电部40的电压的大小通过电压Vin来调整，而根据上述，在受电部110的电流Iout、送电装置100中被调整的电压Vin、和耦合系数k之间，具有以下这样的关系。
Iout＝α1(Vin/k)…(1)
α1是常数。从式(1)可知，在耦合系数k小时，为了在受电部110中得到所希望的电流Iout，需要在送电装置100中降低电压Vin。另一方面，在耦合系数k大时，需要提高电压Vin。然而，对于电压Vin而言是设有因元件的耐压等而确定的上限(额定电压)的，当尽管耦合系数k大但电压Vin被抑制为额定电压时，有可能得不到所希望的电流Iout。
图4是表示耦合系数k与送电装置100中的电压Vin的关系的图。另外，图5是表示耦合系数k与接受受电电力的负载的等效电阻RL的关系的图。此外，等效电阻是由受电装置200的蓄电装置140和转换器130构成的负载的阻抗，相当于转换器130的输入阻抗。等效电阻RL能够基于转换器130的输入电压以及输入电流来检测，是通过控制转换器130而调整的电阻。
参照图4、5，实线表示本实施方式1的非接触电力传输系统中的电压Vin以及等效电阻RL，虚线表示作为参考例的以往的系统中的电压Vin以及等效电阻RL。首先，对以往的电压Vin以及等效电阻RL的设定思路进行说明。
以往，等效电阻RL不考虑耦合系数k而被调整为预定的值RLini(图5)。如上所述，若在耦合系数k相对较大的情况下电压Vin被抑制为额定电压Vr，则有可能会得不到所希望的电流Iout。以往，在耦合系数k成为最大时(受电部与送电部正对时)电压Vin成为额定电压Vr，随着耦合系数k变小而减小了电压Vin(图4的虚线)。然而，根据这样的电压Vin的设定，在耦合系数k小时电压Vin变低，其结果，送电装置中的通电电流变大而损失增大。
因此，在本实施方式1的非接触电力传输系统中，电压Vin比以往提高(图4的实线)。若电压Vin提高，则在耦合系数k比最大值kmax小的范围内电压Vin可能会达到额定电压Vr。若电压Vin被限制为额定电压Vr，则根据式(1)可知，在耦合系数k大的区域电流Iout降低。因此，在本实施方式1中，在电压Vin达到额定电压Vr的耦合系数k的区域(R2)，通过转换器130对等效电阻RL进行调整，以使耦合系数k越大则等效电阻RL就越大(图5)。即，充电电力Pout由Iout2×RL表示，因此通过根据由于电压Vin被抑制为额定电压Vr而导致的电流Iout的降低来提高等效电阻RL，从而确保所希望的充电电力Pout。根据如此的构成，能够得到与充电电力指令值Pout*一样的充电电力Pout，并且能够在送电装置100中提高电压Vin。其结果，能够降低送电装置100中的损失。
此外，在能够根据耦合系数k提高电压Vin的耦合系数k的区域(R1)，等效电阻RL被设定为预定值RLini。该预定值RLini例如能够基于受电部110中的电流Iout的额定电流Ioutr而通过下式来决定。
RLini＝Pout*/Ioutr2…(2)
通过使用该预定值RLini，能够防止超过额定电流Ioutr的电流Iout在受电部110中流动。
或者，预定值RLini也可以基于在耦合系数k成为预定的最小值kmin的情况下实现最大传输效率的等效电阻RL来决定。
图6是表示等效电阻RL与从送电部40向受电部110的传输效率η的关系的图。参照图6，耦合系数k越大，则传输效率η越上升。另外，耦合系数k越大，则实现最大的传输效率η的等效电阻RL就越大。因此，如图5所示，在本实施方式1的非接触电力传输系统中，鉴于在区域R2耦合系数k越大则使等效电阻RL越大，将在耦合系数k成为预定的最小值kmin的情况下实现最大传输效率的等效电阻RL设为预定值RLini，在区域R2中，可以以耦合系数k越大则等效电阻RL越大于预定值RLini的方式使等效电阻RL变化。
再次参照图1，对外部充电控制中的ECU150以及电源ECU50的功能分担进行说明。向蓄电装置140供给的充电电力Pout的管理，在ECU150中基于电压Vb以及电流Ib来进行。在外部充电开始最初，为了使充电电力Pout与充电电力指令值Pout*一致，从ECU150向电源ECU50发送送电指令。电源ECU50基于送电指令控制转换器20，通过转换器20来调整电压Vin。即，为了使充电电力Pout与充电电力指令值Pout*一致，通过电源ECU50来控制电压Vin。在受电装置200侧，为了使等效电阻RL(转换器130的输入阻抗)成为预定值RLini或实质上成为预定值RLini，ECU150控制转换器130。此外，实质上成为预定值RLini是指在要维持为“预定值RLini”而进行了控制的情况下不可避免地导致阻抗变动时的值。
如果送电部40与受电部110的耦合系数k小，则通过在送电装置100中由转换器20对电压Vin进行可变控制来控制充电电力Pout。另一方面，在耦合系数k大的情况下，电压Vin会达到额定电压Vr。在电压Vin达到了额定电压Vr的情况下，电源ECU50对转换器130进行控制以使电压Vin维持为额定电压Vr，并且将电压Vin达到了额定电压Vr之意通知给ECU150。
ECU150在从送电装置100接收到在送电装置100中电压Vin达到了额定电压Vr之意的通知时，在等效电阻RL变大的方向上控制转换器130，以使充电电力Pout与充电电力指令值Pout*一致。即，当由于耦合系数k大而在送电装置100中电压Vin饱和时，用于控制充电电力Pout的主体转移到ECU150，通过由ECU150调整等效电阻RL来控制充电电力Pout。
如此，在耦合系数k小的控制区域R1，在送电装置100中通过转换器20进行控制以使耦合系数k越大则变换器30的电压Vin就越高，在受电装置200中通过转换器130将等效电阻RL维持为预定值RLini或实质上维持为预定值RLini。
另一方面，在与控制区域R1相比耦合系数k大的控制区域R2，在送电装置100中电压Vin被维持为额定电压Vr或实质上维持为额定电压Vr，在受电装置200中通过转换器130将等效电阻RL调整为比预定值RLini大的值。通过设为这样的构成，能够使送电装置100中的电压Vin的最低值比以往提高，能够抑制送电装置100中的通电电流而降低损失。
在此，“实质上维持为额定电压Vr”是指即使要维持为额定电压Vr而进行控制也不可避地导致电压Vin变动时的值。
此外，在上述的说明中，作为“电压可变高频电源的电压”的一例，对着眼于变换器30的输入电压的例子进行了说明，但作为“电压可变高频电源的电压”，例如也可以是变换器30的输出电压，还可以是转换器20的输出电压。
图7是图1所示的电源ECU50的功能框图。参照图7，电源ECU50包括转换器控制部52和通信部54。转换器控制部52从受电装置200经由通信部54接收与充电电力的偏差ΔP(与充电电力指令值Pout*之差)相关的信息。该信息既可以是偏差ΔP的值本身，也可以是偏差ΔP的符号等。
并且，转换器控制部52基于与偏差ΔP相关的信息，为了使偏差ΔP减小而生成用于调整电压Vin的控制信号PWC1，将该生成的控制信号PWC1输出给转换器20。另外，转换器控制部52在由电压传感器60检测出的电压Vin达到额定电压Vr时，将该意思通过通信部54发送给受电装置200。
图8是图1所示的ECU150的控制框图。参照图8，ECU150包括充电电力算出部152、等效电阻算出部154、控制部156和通信部158。
充电电力算出部152基于电压Vb以及电流Ib的各检测值来算出蓄电装置140的充电电力Pout，将该算出值输出给控制部156。等效电阻算出部154通过将电压Vc的检测值除以电流Ic的检测值来算出等效电阻RL(转换器130的输入阻抗)，将该算出值输出给控制部156。
控制部156算出充电电力指令值Pout*与充电电力Pout的偏差ΔP，将与该偏差ΔP相关的信息通过通信部158发送给送电装置100。另外，控制部156通过通信部158从送电装置100接收包含表示在送电装置100中电压Vin是否达到额定电压Vr的信息在内的送电装置100的电压信息。并且，控制部156基于充电电力Pout及其指令值Pout*、等效电阻RL及其预定值RLini、以及与来自送电装置100的电压Vin相关的电压信息，生成用于控制转换器130的控制信号PWC2。
图9是图8所示的控制部156的控制框图。参照图9，减法运算部212从充电电力指令值Pout*减去充电电力Pout(实际值)，将该运算结果作为ΔP输出给PI控制部214。PI控制部214将由减法运算部212算出的偏差ΔP作为输入来进行比例积分运算，将该运算结果作为等效电阻的修正量ΔRL输出给加法运算部216。
加法运算部216对等效电阻的预定值RLini加上修正量ΔRL，将该运算结果输出给多路复用器218。多路复用器218接受加法运算部216的输出和预定值RLini作为输入，接受信号RA作为选择信号。信号RA是从送电装置100接收的表示与电压Vin相关的电压信息的信号，当电压Vin达到额定电压Vr时被激活。在信号RA非激活时，多路复用器218将预定值RLini作为等效电阻指令值RL*而输出。在信号RA激活时，多路复用器218将加法运算部216的输出、即对预定值RLini加上修正量ΔRL得到的值作为等效电阻指令值RL*而输出。
减法运算部220从等效电阻指令值RL*减去等效电阻RL(实际值)，将该运算结果作为ΔRL输出给PI控制部222。PI控制部222将由减法运算部220算出的偏差ΔRL作为输入来进行比例积分运算，将该运算结果输出给占空比运算部224。占空比运算部224基于PI控制部222的输出，生成用于控制转换器130的信号PWC2。
图10是用于说明由ECU150执行的外部充电控制的处理顺序的流程图。此外，该流程图所示的处理在要求了外部充电的期间，按一定时间或当预定的条件成立时从主程序调出并执行。
参照图10，ECU150取得在外部充电执行中电压传感器160、162以及电流传感器164、166的各检测值(步骤S10)。然后，ECU150基于转换器130的输入侧的电压Vc以及电流Ic的各检测值，算出等效电阻RL(实际值)(步骤S20)。此外，该等效电阻RL通过将电压Vc的检测值除以电流Ic的检测值来算出。
接着，ECU150基于电压Vb以及电流Ib的各检测值，算出充电电力Pout(实际值)(步骤S30)。然后，ECU150判定充电电力指令值Pout*与充电电力Pout的偏差ΔP是否比阈值ΔPth大(步骤S40)。在偏差ΔP为阈值ΔPth以下时(步骤S40中“否”)，ECU150不执行以后的一系列处理而使处理移向步骤S110。
在步骤S40中判定为偏差ΔP比阈值ΔPth大时(步骤S40中“是”)，ECU150通过通信装置170将与偏差ΔP相关的信息发送给送电装置100(步骤S50)。另外，ECU150基于从送电装置100接收的与电压Vin相关的电压信息(至少包含表示与在送电装置100中电压Vin是否达到了额定电压Vr相关的信息。)，判定耦合系数k包含于第1控制区域R1和第2控制区域R2(图4、5)的哪一区域(步骤S60)。
当电压Vin没有达到额定电压Vr而判定为耦合系数k包含于第1控制区域R1(耦合系数k相对较小的区域)时(步骤S70中“是”)，ECU150将预定值RLini设定为等效电阻指令值RL*(步骤S80)。另一方面，当电压Vin达到了额定电压Vr而判定为耦合系数k包含于第2控制区域R2(耦合系数k相对较大的区域)时(步骤S70中“否”)，ECU150如图9中的说明那样，基于充电电力Pout使等效电阻指令值RL*从预定值RLini变更(随着偏差ΔP而增大)(步骤S90)。
然后，当在步骤S80或S90中算出等效电阻指令值RL*时，ECU150控制转换器130，以使等效电阻PL(转换器130的输入阻抗)与等效电阻指令值RL*一致(步骤S100)。
图11是用于说明外部充电控制中的电源ECU50的处理顺序的流程图。此外，该流程图所示的处理也是在要求了外部充电的期间按一定时间或当预定的条件成立时从主程序调出并执行。
参照图11，电源ECU50判定是否从受电装置200接收到与充电电力指令值Pout*和充电电力Pout的偏差ΔP相关的信息(步骤S210)。当判定为没有接收到与ΔP相关的信息时(步骤S210中“否”)，电源ECU50不执行以后的一系列处理而使处理移向步骤S270。
当在步骤S210中判定为接收到与ΔP相关的信息时(步骤S210中“是”)，电源ECU50接收作为变换器30的输入电压的电压Vin的检测值(步骤S220)。接着，电源ECU50判定电压Vin是否达到了额定电压Vr(步骤S230)。
当判定为电压Vin没有达到额定电压Vr时(步骤S230中“否”)，电源ECU50基于从受电装置200接收到的充电电力的偏差ΔP，执行对电压Vin进行调整的电压可变控制(步骤S240)。此外，可以不是根据偏差ΔP的值本身而是根据偏差ΔP的符号来使电压Vin增减。
另一方面，在步骤S230中判定为电压Vin达到了额定电压Vr时(步骤S230中“是”)，电源ECU50执行将电压Vin维持为额定电压Vr的电压恒定控制(步骤S250)。然后，电源ECU50将至少包含与电压Vin是否达到额定电压Vr相关的信息的电压信息发送给受电装置200(步骤S260)。
如上所述，在本实施方式1中，通过如上所述将外部充电控制分到第1控制区域R1和使电压Vin维持为额定的第2控制区域R2，与转换器130的输入阻抗一直被控制为恒定的情况相比，能够提高电压可变高频电源15的最低电压(电压Vin的最低值)。通过提高电压可变高频电源15的电压，能抑制通电电流而抑制损失。因此，根据本实施方式1，能够抑制在耦合系数k小的情况下作为系统整体而效率降低。
此外，在本实施方式1中，通过对设置在整流器120与蓄电装置140之间的转换器130的升压比和/或占空比进行调整，转换器130被用作阻抗调整器。由此，抑制了受电装置200的搭载部件的增加，但作为阻抗调整器并不限于转换器130。例如，也可以在蓄电装置140与受电部110之间搭载与转换器130分开设置而包含电容器以及线圈的电路，使用该电路来调整阻抗。
[实施方式2]
本实施方式2与上述的实施方式1相比，受电部的电路构成不同。由此，在送电装置100中电压Vin达到了额定电压Vr时的车辆侧的等效电阻(输入阻抗)的调整方法与实施方式1不同。
本实施方式2的非接触电力传输系统的整体构成，与图1所示的实施方式1的非接触电力传输系统相同。
图12是表示实施方式2中的送电部40以及受电部110#的电路构成的图。参照图12，送电部40的电路构成与图2所示的实施方式1的构成相同。受电部110#包括线圈112和电容器116。电容器116与线圈112并联连接而与线圈112形成谐振电路。电容器116为了调整受电部110#的谐振频率而设置。并且，送电部40以及受电部110#被设计成在从送电部40向受电部110#传输的电力的传输频率中彼此谐振。表示送电部40和受电部110#的谐振强度的Q值优选为100以上。
在本实施方式2的非接触电力传输系统中，采用了在送电部40中电容器44与线圈42串联连接、在受电部110#中电容器116与线圈112并联连接的所谓的“SP(Series-Parallel)方式”的构成。这样的SP方式的电路具有理想变压器特性，对于负载而言成为电压源(受电部110#的电压与送电部40的电压成比例。)。在受电部110#的电压Vout、送电装置100中被调整的电压Vin、和耦合系数k之间，具有以下所示的关系。
Vout＝α2(Vin/k)…(3)
α2是常数。根据式(3)可知，在耦合系数k小时，为了在受电部110#中得到所希望的电压Vout，需要在送电装置100中降低电压Vin。另一方面，在耦合系数k大时，也需要提高电压Vin。然而，无法使电压Vin比额定电压Vr高，若尽管耦合系数k大但电压Vin被抑制为额定电压，则有可能会得不到所希望的电压Vout。
图13是表示实施方式2中的耦合系数k与送电装置100的电压Vin的关系的图。图14是表示实施方式2中的耦合系数k与等效电阻RL的关系的图。参照图13、14，实线表示本实施方式2的非接触电力传输系统中的电压Vin以及等效电阻RL，虚线表示作为参考例的以往的系统中的电压Vin以及等效电阻RL。
如以往(虚线)所示，不考虑耦合系数k而将等效电阻RL调整为预定的值RLini(图14)，若在耦合系数k成为最大时以使电压Vin成为额定电压Vr的方式设定电压Vin，则在耦合系数k小时电压Vin降低，其结果，通电电流变大而损失增大。
因此，在本实施方式2的非接触电力传输系统中，与实施方式1同样，也使电压Vin比以往提高(图13的实线)。于是，在耦合系数k比最大值kmax小的范围内电压Vin可能会达到额定电压Vr。若电压Vin被限制为额定电压Vr，则根据式(3)可知，在耦合系数k大的区域电压Vout降低。因此，在本实施方式2中，在电压Vin达到额定电压Vr的第2控制区域R2，为了使耦合系数k越大则等效电阻RL越小，通过转换器130对等效电阻RL进行调整(图14)。即，充电电力Pout由Vout2/RL表示，因此通过根据由于电压Vin被抑制为额定电压Vr而导致的电压Vout的降低来使等效电阻RL降低，从而确保所希望的充电电力Pout。根据如此的构成，能够得到与充电电力指令值Pout*一样的充电电力Pout，并且能够在送电装置100中提高电压Vin。其结果，能够降低送电装置100中的损失。
此外，在本实施方式2中，等效电阻RL的预定值RLini例如能够基于蓄电装置140的下限电压Vbmin而根据下式来决定。
RLini＝Vbmin2/Pout*…(4)
另外，耦合系数k成为最大值kmax时的等效电阻RL的最小值RLmin，例如能够基于受电部110#中的电流Iout的额定电流Ioutr而通过下式来决定。
RLmin＝Pout*/Ioutr2…(5)
通过如此调整等效电阻RL，能够防止超过额定电流Ioutr的电流Iout在受电部110#中流动。
此外，预定值RLini也可以基于在耦合系数k成为最大值kmax的情况下实现最大传输效率的等效电阻RL来决定。
图15是表示等效电阻RL与从送电部40向受电部110#的传输效率η的关系的图。参照图15，在SP方式下，也是耦合系数k越大则传输效率η越上升。另一方面，在SP方式下，耦合系数k越大，则实现最大的传输效率η的等效电阻RL越小。因此，如图14所示，在本实施方式2的非接触电力传输系统中，鉴于在区域R2耦合系数k越大则使等效电阻RL越小，可以将在耦合系数k成为最大值kmax的情况下实现最大传输效率的等效电阻RL设为预定值RLini，在区域R2中，以耦合系数k越大则等效电阻RL越小于预定值RLini的方式使等效电阻RL变化。
实施方式2中的电源ECU50的构成与图7所示的实施方式1中的构成相同。另外，实施方式2中的ECU150的整体构成也与图8所示的实施方式1中的构成相同。
图16是实施方式2中的ECU150的控制部156#的控制框图。参照图，控制部156#在图9所示的实施方式1中的控制部156的构成中取代加法运算部216而包含减法运算部217。减法运算部217从等效电阻的预定值RLini减去从PI控制部214输出的等效电阻的修正量ΔRL，将该运算结果输出给多路复用器218。并且，多路复用器218在信号RA被激活时，将减法运算部217的输出、即从预定值RLini减去修正量ΔRL得到的值作为等效电阻指令值RL*而输出。由此，能够调整成图14所示的等效电阻RL。
如上所述，对于SP方式的本实施方式2，与SS方式的实施方式1同样，也能够抑制在耦合系数k小的情况下作为系统整体而效率降低。
此外，在上述中，电源ECU50与本发明中的“第1控制部”的一个实施例对应，ECU150与本发明中的“第2控制部”的一个实施例对应。另外，转换器130与本发明中的“阻抗调整器”以及“第1转换器”的一个实施例对应，转换器20与本发明中的“第2转换器”的一个实施例对应。
本次公开的各实施方式也预定为适当组合来实施。并且，应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示性而非限制性的内容。本发明的范围由权利要求来表示，包含与权利要求等同的意思以及范围内的所有变更。

Claims (7)

1.一种非接触电力传输系统，具备：
送电装置(100)；和
受电装置(200)，
所述送电装置包括：
送电部(40)，其包括送电线圈(42)和与所述送电线圈串联连接的第1电容器(44)，用于以非接触方式向所述受电装置送电；
电压可变高频电源(15)，其一边调整电压一边向所述送电部供给交流电力；以及
第1控制部(50)，其控制所述电压可变高频电源，
所述受电装置包括：
受电部(110，110#)，其包括受电线圈(112)和与所述受电线圈连接的第2电容器(114，116)，用于以非接触方式从所述送电部受电；
阻抗调整器(130)，其设置在所述受电部与负载设备(140)之间；以及
第2控制部(150)，其控制所述阻抗调整器，
所述第1控制部以具有第1控制区域(R1)和第2控制区域(R2)的方式控制所述电压可变高频电源，所述第1控制区域(R1)是所述送电部与所述受电部的耦合系数越大则使所述电压可变高频电源的电压越高的区域，所述第2控制区域(R2)是所述耦合系数比第1控制区域的所述耦合系数大、并且不管所述耦合系数如何都使所述电压可变高频电源的电压维持为恒定值或实质上维持为所述恒定值的区域，
在所述电压可变高频电源在所述第1控制区域被所述第1控制部控制的情况下，所述第2控制部控制所述阻抗调整器，以使所述阻抗调整器的输入阻抗成为预定值或实质上成为所述预定值，在所述电压可变高频电源在所述第2控制区域被所述第1控制部控制的情况下，所述第2控制部控制所述阻抗调整器，以通过使所述输入阻抗从所述预定值或实质上从所述预定值变化来使受电电力接近目标。
2.根据权利要求1所述的非接触电力传输系统，其中，
所述第2电容器(114)与所述受电线圈串联连接，
在所述电压可变高频电源在所述第2控制区域被所述第1控制部控制的情况下，所述第2控制部控制所述阻抗调整器，以使所述输入阻抗比所述预定值大。
3.根据权利要求1所述的非接触电力传输系统，其中，
所述第2电容器(116)与所述受电线圈并联连接，
在所述电压可变高频电源在所述第2控制区域被所述第1控制部控制的情况下，所述第2控制部控制所述阻抗调整器，以使所述输入阻抗比所述预定值小。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的非接触电力传输系统，其中，
所述受电装置还包括整流器(120)，该整流器用于对由所述受电部接受的交流电力进行整流，
所述阻抗调整器是设置在所述整流器与所述负载设备之间的第1转换器(130)。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的非接触电力传输系统，其中，
所述预定值基于所述受电装置的额定电流而设定。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的非接触电力传输系统，其中，
所述预定值设定为在所述耦合系数为预定的最小值的情况下实现最大传输效率的输入阻抗。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的非接触电力传输系统，其中，
所述电压可变高频电源包括：
变换器(30)，其与所述送电部连接；和
第2转换器(20)，其对所述变换器的输入电压进行调整，
所述第1控制部，在所述第1控制区域控制所述第2转换器，以使得所述耦合系数越大则所述输入电压越高，在所述第2控制区域控制所述第2转换器，以使得不管所述耦合系数如何都使所述输入电压维持为所述变换器的额定电压或实质上维持为所述额定电压，
所述电压可变高频电源的电压是指所述变换器的输入电压，
所述第1控制部通过将所述输入电压维持为所述额定电压或实质上维持为所述额定电压，将所述电压可变高频电源的电压维持为所述恒定值或实质上维持为所述恒定值。
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