CN105340154B - 电力传输系统 - Google Patents

Abstract

该电力传输系统（A）具备输送交流电力的输电装置（10）和接收交流电力的受电装置（20）。输电装置（10）具备交流转换器（11a、11b）、输电侧共振线圈（12）和输电侧控制装置（11c）。受电装置（20）具备受电侧共振线圈（21）、整流器（22）、直流转换器（23a）、受电侧控制装置（23d）和电源电路（23c）。受电侧控制装置（23d）被输入控制电源电压而启动，然后，将整流器（22）的输出电压的测定结果向输电侧控制装置（11c）发送。另外，输电侧控制装置（11c）在从开始传输交流电力时到接收整流器（22）的输出电压的测定结果为止的期间，以使整流器（22）的输出电压逐渐上升的方式控制交流转换器（11a、11b），并且在接收测定结果之后，基于该测定结果以使整流器（22）的输出电压成为适合作为直流转换器（23a）的输入电压的值的方式控制交流转换器（11a、11b）。

Description

电力传输系统

技术领域

本发明涉及电力传输系统。

背景技术

一直以来作为非接触供电方式，已知电磁感应方式、电波接收方式、电场耦合方式及磁场共振方式等。在这些方式之中，磁场共振方式是指在输电装置侧和受电装置侧分别设置由线圈和电容器构成的LC谐振电路，使磁场在两电路间共振从而以无线方式传输电力的技术（参照下述专利文献1）。

与被广泛实用化的电磁感应方式相比，该磁场共振方式有能以较弱的磁场实现高效率且长距离的电力传输的特征，作为能够利用于便携终端、电动汽车等的充电的下一代无线电力传输技术备受瞩目。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－147271号公报。

发明内容

发明要解决的课题

非接触供电方式（特别是磁场共振方式）的电力传输系统，由输电装置和受电装置构成，该输电装置在用放大器放大从交流电源供给的交流电力之后，通过输电侧共振线圈进行无线输送，该受电装置利用整流器将通过受电侧共振线圈接收的交流电力转换为直流电力，进而利用直流转换器（DC/DC转换器）转换为期望的直流电力（例如电池的充电用电力）。此外，也有在受电装置侧，整体地装入整流器和直流转换器而构成充电器（AC/DC转换器）的情况下。

当开始从输电装置到受电装置的电力传输时，若得不到阻抗的匹配的状态（直流转换器未动作的状态）下，提高输电装置侧的放大器输出电压，则受电装置侧的整流器输出电压有受到LC谐振电路的Q值的影响而比放大器输出电压高的情况。这样产生的高电压会较急地（数秒以下）施加到整流器后级的直流转换器，因此超越直流转换器的耐压值而有可能破损。

另外，在未接通控制直流转换器的微机等的控制装置的电源（控制电源）的状态、或者控制装置启动时的不稳定的状态下，因向直流转换器施加高电压，而有可能发生直流转换器失控等的未预料的故障。为了避免这样的直流转换器的失控，需要另行准备控制电源供给用的电池、电容器等的蓄电器件，将成为招致成本上升的因素。

本发明鉴于上述的情况而构思，目的在于提供无需另行准备蓄电器件而能够防止受电装置侧的设在整流器后级的直流转换器的破损的电力传输系统。

用于解决课题的方案

为了达成上述目的，依据本发明的第1方式，电力传输系统具备：输电装置，将供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力并经由传输通路进行输送；以及受电装置，经由所述传输通路接收所述交流电力。所述输电装置具备：交流转换器，进行所述供给的交流电力或者直流电力的交流转换；输电侧共振线圈，用于以磁场共振方式无线输送从所述交流转换器得到的交流电力；以及输电侧控制装置，控制所述交流转换器。所述受电装置具备：受电侧共振线圈，用于从所述输电侧共振线圈无线接收所述交流电力；整流器，将通过所述受电侧共振线圈接收的所述交流电力转换为直流电力；直流转换器，进行从所述整流器输出的直流电力的直流转换；受电侧控制装置，控制所述直流转换器；以及电源电路，从所述整流器的输出电压生成控制电源电压并向所述受电侧控制装置输出。所述受电侧控制装置构成为在被输入所述控制电源电压而启动之后，测定所述整流器的输出电压并将该测定结果向所述输电侧控制装置发送。另外，所述输电侧控制装置构成为在从开始传输所述交流电力时间点到接收所述整流器的输出电压的测定结果为止的期间，以使所述整流器的输出电压逐渐上升的方式控制所述交流转换器，并且在接收所述测定结果之后，基于该测定结果以使所述整流器的输出电压成为适合作为所述直流转换器的输入电压的值的方式控制所述交流转换器。

另外，依据本发明的第2方式，在上述第1方式中，所述受电侧控制装置构成为在所述整流器的输出电压成为适合作为所述直流转换器的输入电压的值的情况下开始所述直流转换器的控制。

发明效果

依据本发明，当开始电力传输时，在未取得阻抗的匹配的状态（电力转换器未动作的状态）下，通过使整流器的输出电压逐渐上升，能够防止电力转换器的破损。另外，在受电侧控制装置可靠地启动之后，使整流器的输出电压成为适合作为直流转换器的输入电压的值，从而能够防止直流转换器失控等的未预料的故障。进而，无需另行准备用于防止该直流转换器的失控的蓄电器件，还能够抑制成本的上升。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的电力传输系统的概略结构图。

图2是示出整流器的输出电压（DC/DC转换器的输入电压）、控制电源电压（调节器的输出电压）和受电侧控制装置的动作状态的时间上的对应关系的时间图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。

图1是本实施方式所涉及的电力传输系统A的概略结构图。如该图1所示，本实施方式所涉及的电力传输系统A是例如经由空间传输通路300（传输通路）从设置在停车场等的既定位置的充电设备100向电动汽车200无线传输充电用电力（交流电力）的非接触供电方式的电力传输系统。电力传输系统A具备搭载于充电设备100侧的输电装置10和搭载于电动汽车200侧的受电装置20。

输电装置10经由空间传输通路300无线输送从设在充电设备100侧的交流电源30（例如单相200V、频率50或者60Hz的商用电源）供给的交流电力。输电装置10具备放大器11及输电侧共振线圈12。

放大器11是进行从交流电源30供给的交流电力的交流/交流转换，将由此得到的交流电力向输电侧共振线圈12输出的交流转换装置。具体而言，该放大器11具备：将从交流电源30供给的交流电力转换为直流电力的整流电路11a；将从该整流电路11a输出的直流电力转换为具有既定电压及既定频率的交流电力并向输电侧共振线圈12输出的逆变器11b；以及PWM（脉宽调制：Pulse Width Modulation）控制构成该逆变器11b的MOS－FET等的开关元件的输电侧控制装置11c。此外，在本实施方式中，整流电路11a及逆变器11b相当于本发明的交流转换器。

输电侧控制装置11c通过PWM控制构成上述逆变器11b的开关元件（即，控制开关元件的占空比），控制从上述逆变器11b输出的交流电力的电压及频率。另外，该输电侧控制装置11c具有经由天线11d，利用Bluetooth（注册商标）等的近距离无线通信标准与后述的受电侧控制装置23d进行无线通信的功能。

输电侧共振线圈12是用于经由空间传输通路300以磁场共振方式无线输送从放大器11输入的交流电力的以螺旋状卷绕的螺旋线圈。该输电侧共振线圈12与未图示的电容器一起构成LC谐振电路。

此外，作为用于构成LC谐振电路的电容器，可以利用螺旋线圈的寄生电容，或者也可以另设电容器元件。

受电装置20经由空间传输通路300无线接收从输电装置10无线输送的交流电力，并将该接收的交流电力转换为充电用的直流电力向搭载于电动汽车200侧的例如锂离子电池等的电池40供给。受电装置20具备受电侧共振线圈21、整流器22及DC/DC转换器23。

受电侧共振线圈21是用于经由空间传输通路300从输电侧共振线圈12无线接收交流电力的以螺旋状卷绕的螺旋线圈。该受电侧共振线圈21也与未图示的电容器一起构成LC谐振电路。如果以使输电装置10和受电装置20两者的LC谐振电路的谐振频率互相相等的方式设定各电路常数，则能在输电侧共振线圈12与受电侧共振线圈21之间产生磁场共振。

若产生磁场共振，则从放大器11输出的交流电力因输电侧共振线圈12而被转换为磁能量并被无线输送，该磁能量因受电侧共振线圈21而再转换为交流电力。从受电侧共振线圈21得到的交流电力向设在其后级的整流器22输出。整流器22对从受电侧共振线圈21输入的交流电力进行整流并转换为直流电力，将该得到的直流电力向DC/DC转换器23输出。

DC/DC转换器23进行从整流器22输入的直流电力的直流/直流转换，将所得到的直流电力作为充电用直流电力向电池40输出。详细而言，该DC/DC转换器23具备：通过MOS－FET等的开关元件的导通截止动作对从整流器22输入的直流电力进行降压的降压开关电路23a（直流转换器）；生成用于使上述开关元件导通截止的栅极信号的栅极驱动电路23b；从整流器22的输出电压Vr生成控制电源电压Vc并向受电侧控制装置23d输出的调节器（电源电路）23c；以及经由栅极驱动电路23b对降压开关电路23a的开关元件进行PWM控制的受电侧控制装置23d。降压开关电路23a是进行从整流器22输出的直流电力的直流转换的电路，相当于本发明的直流转换器。

该受电侧控制装置23d具备天线23e，具有利用Bluetooth（注册商标）等的近距离无线通信标准与上述输电侧控制装置11c进行无线通信的功能。受电侧控制装置23d在从调节器23c被输入控制电源电压Vc而启动之后，测定整流器22的输出电压Vr而将该测定结果向输电侧控制装置11c发送。另一方面，输电侧控制装置11c在从开始传输交流电力时（在输电侧共振线圈12与受电侧共振线圈21之间开始交流电力的传输时）到从受电侧控制装置23d接收整流器22的输出电压Vr的测定结果为止的期间，以使整流器22的输出电压逐渐上升的方式控制放大器11（逆变器11b）。另外，输电侧控制装置11c在接收所述测定结果之后，基于该测定结果以使整流器22的输出电压Vr成为适合作为DC/DC转换器23的输入电压的值的方式控制放大器11。

接着，参照图2，对如上所述构成的本实施方式所涉及的电力传输系统A的动作进行详细说明。图2是示出整流器22的输出电压Vr（DC/DC转换器23的输入电压）、控制电源电压Vc（调节器23c的输出电压）和受电侧控制装置23d的动作状态的时间上的对应关系的时间图。

首先，若电动汽车200停在充电设备100的设置位置附近，则输电装置10的输电侧控制装置11c开始放大器11的PWM控制，以使整流器22的输出电压Vr从图2所示的开始传输交流电力时t1起逐渐上升。由此，在输电装置10侧，从放大器11向输电侧共振线圈12输出对应于输电侧控制装置11c进行的PWM控制的交流电力，在输电侧共振线圈12与受电侧共振线圈21之间产生磁场共振。

若发生磁场共振，则从放大器11输出的交流电力会从输电侧共振线圈12向受电侧共振线圈21传输（无线输送）。在受电装置20侧，用受电侧共振线圈21接收的交流电力通过整流器22转换为直流电力并向DC/DC转换器23输入。在该时间点输电侧控制装置11c不会从受电侧控制装置23d接收整流器22的输出电压Vr的测定结果，因此以使整流器22的输出电压逐渐上升的方式控制放大器11（逆变器11b）。因而，如图2所示，整流器22的输出电压Vr从传输开始时间点t1起随着时间经过逐渐上升。

此外，在图2中，在从传输开始时间点t1到整流器22的输出电压Vr上升到调节器23c能够动作的电压Vr1的时刻t2为止的期间，从调节器23c输出的控制电源电压Vc成为0V（接地电平），受电侧控制装置23d成为动作停止状态。若整流器22的输出电压Vr在时刻t2上升到调节器23c能够动作的电压Vr1，则在该时刻t2调节器23c开始动作。通过调节器23c的动作，控制电源电压Vc会急剧上升到作为受电侧控制装置23d的电源电压所需的5V。

若5V的控制电源电压Vc在时刻t2从调节器23c输出到受电侧控制装置23d，则受电侧控制装置23d从动作停止状态启动。启动的受电侧控制装置23d，在时刻t2以后，按一定的控制周期（发送周期），测定整流器22的输出电压Vr并将该测定结果向输电侧控制装置11c发送。另一方面，输电侧控制装置11c在从受电侧控制装置23d接收整流器22的输出电压Vr的测定结果时，基于该测定结果PWM控制放大器11，以使整流器22的输出电压Vr成为适合作为DC/DC转换器23的输入电压的值（DC/DC转换器23能够动作的电压Vr2）。

由此，如图2所示，整流器22的输出电压Vr从时刻t2向DC/DC转换器23能够动作的电压Vr2上升。若在时刻t3整流器22的输出电压Vr到达DC/DC转换器23能够动作的电压Vr2，则受电侧控制装置23d开始DC/DC转换器23的控制，即电池40的充电控制。另外，受电侧控制装置23d对输电侧控制装置11c发送整流器22的输出电压Vr到达DC/DC转换器23能够动作的电压Vr2的旨意。输电侧控制装置11c在接收到该通知时，以使整流器22的输出电压Vr恒定为Vr2的方式PWM控制放大器11。

如以上那样，依据本实施方式，在开始电力传输时，未取得阻抗的匹配的状态（DC/DC转换器23未动作的状态）下，通过使整流器22的输出电压Vr逐渐上升，能够防止包括DC/DC转换器23在内的系统整体的装置、部件等的破损。另外，在受电侧控制装置23d可靠地启动之后，通过使整流器22的输出电压Vr上升到DC/DC转换器23能够动作的电压Vr2，能够防止DC/DC转换器23失控等的未预料的故障。进而，无需另行准备用于防止该DC/DC转换器23的失控的蓄电器件，还能够抑制成本的上升。

此外，本发明不局限于上述实施方式，而仅由附加的权利要求的范围来限定。在上述实施方式中示出的各构成部材的诸多形状、组合等为一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内可根据设计要求等，进行构成的附加、省略、置换及其他的变更。例如，能举出如下的变形例。

例如，在上述实施方式中，例示了经由空间传输通路300从充电设备100向电动汽车200无线传输充电用电力（交流电力）的非接触供电方式的电力传输系统A。然而，本发明不限定于此，例如，还能将本发明适用于以非接触供电方式对便携终端电力传输，从而对便携终端的电池进行充电的电力传输系统。另外，不限于DC/DC转换器23，也能适用于其他的2次侧装置（受电侧装置）。另外，根据需要对于放大器11设置PFC（Power FactorCorrection）也可。

另外，在上述实施方式中，例示了在充电设备100侧设置的电源为交流电源30的情况。然而，在该电源为直流电源的情况下，即从电源向输电装置10供给直流电力的情况下，从放大器11消除整流电路11a即可。即，也可以向逆变器11b直接供给来自电源的直流电力（在该情况下，逆变器11b相当于本发明的交流转换器）。另外，也可为从电源以外供给交流电力或者直流电力的系统结构。

此外，从时刻t2起受电侧控制装置23d开始启动，但是有从时刻t2到受电侧控制装置23d完成启动之前需要既定时间（启动时间）的情况。在该情况下，从时刻t2到经过该启动时间为止，受电侧控制装置23d对于整流器22的输出电压Vr的测定结果不会向输电侧控制装置11c发送。因此，以与从时刻t1到时刻t2相同的上升率，输出电压Vr从时刻t2到经过上述启动时间为止持续逐渐上升。因而，优选以使输出电压Vr在经过上述启动时间之前不超过能够动作的电压Vr2（或降压开关电路23a的耐压值）的方式设定从时刻t1到时刻t2为止的输出电压Vr的上升率。

产业上的可利用性

本发明能够适用于能够进行非接触方式的供电的电力传输系统。

标号说明

A 电力传输系统；10 输电装置；11a 整流电路（交流转换器）；11b 逆变器（交流转换器）；11c 输电侧控制装置；12 输电侧共振线圈；20 受电装置；21 受电侧共振线圈；22整流器；23a 降压开关电路（直流转换器）；23c 调节器（电源电路）；23d 受电侧控制装置；30 交流电源；40 电池；100 充电设备；200 电动汽车；300 空间传输通路（传输通路）。

Claims (7)

1.一种电力传输系统，具备将供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力并经由传输通路输送的输电装置和经由所述传输通路接收所述交流电力的受电装置，其中，

所述输电装置具备：

交流转换器，进行所述供给的交流电力或者直流电力的交流转换；

输电侧线圈，用于以非接触供电方式无线输送从所述交流转换器得到的交流电力；以及

输电侧控制装置，控制所述交流转换器，

所述受电装置具备：

受电侧线圈，用于从所述输电侧线圈无线接收所述交流电力；

整流器，将通过所述受电侧线圈接收的所述交流电力转换为直流电力；

直流转换器，进行从所述整流器输出的直流电力的直流转换；

受电侧控制装置，控制所述直流转换器；以及

电源电路，从所述整流器的输出电压生成控制电源电压并向所述受电侧控制装置输出，

所述受电侧控制装置构成为在被输入所述控制电源电压而启动之后，测定所述整流器的输出电压并将该测定结果向所述输电侧控制装置发送，

所述输电侧控制装置构成为在从开始传输所述交流电力时间点到接收所述整流器的输出电压的测定结果为止的期间，以使所述整流器的输出电压不超过适合作为所述直流转换器的输入电压的值而逐渐上升的方式控制所述交流转换器，并且在接收所述测定结果之后，基于该测定结果以使所述整流器的输出电压成为所述适合的值的方式控制所述交流转换器。

2.如权利要求1所述的电力传输系统，其中，所述受电侧控制装置构成为在所述整流器的输出电压成为适合作为所述直流转换器的输入电压的值的情况下，开始所述直流转换器的控制。

3.一种电力传输系统的输电装置，具有：

交流转换器，应与电源连接；以及

线圈，与所述交流转换器连接，以非接触供电方式向受电装置传输从所述交流转换器输入的交流电力，

所述交流转换器在第1时刻至第2时刻，使设于所述受电装置的整流器的输出电压增加至第1电压，在从所述第2时刻之后至第3时刻，基于从所述受电装置接受的所述输出电压的测定结果，将所述输出电压从所述第1电压增加至第2电压，在从所述第3时刻之后，以所述输出电压为所述第2电压的方式控制所述输出电压，

所述整流器的所述输出电压被输入设于所述受电装置的、将电压输出至所述受电装置的控制装置的调节器，所述第1电压为所述调节器成为能够动作的电压，

所述整流器的所述输出电压被输入设于所述受电装置的充电侧装置，所述第2电压为所述充电侧装置成为能够动作的电压。

4.如权利要求3所述的电力传输系统的输电装置，其特征在于，所述交流转换器在所述第3时刻从所述受电装置接受表示所述输出电压到达所述第2电压的旨意的信号。

5.如权利要求3所述的电力传输系统的输电装置，其特征在于，

所述整流器的所述输出电压被输入设于所述受电装置的作为所述充电侧装置的直流转换器，

所述第2电压为所述直流转换器成为能够动作的电压。

6.一种电力传输系统的受电装置，具有：

线圈，从输电装置接收以非接触供电方式传输的交流电力；

整流器，与所述线圈连接，将所述交流电力转换为直流电力；以及

直流转换器，是与所述整流器及电池连接的直流转换器，包含调节器和控制装置，其中所述调节器在所述整流器的输出电压增加至第1电压之后输出电源电压，所述控制装置被输入所述电源电压，将所述输出电压的测定结果发送至所述输电装置，进而在所述输出电压从所述第1电压增加至第2电压时，将所述输出电压到达所述第2电压的旨意发送至所述输电装置，

所述第1电压为所述调节器成为能够动作的电压，

所述第2电压为所述直流转换器成为能够动作的电压。

7.如权利要求6所述的电力传输系统的受电装置，其特征在于，所述直流转换器还包含应与所述电池连接的降压开关电路、与所述降压开关电路及所述控制装置连接的栅极驱动电路。