CN105656216B - 电力发送装置 - Google Patents
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Abstract
一种电力发送装置以非接触的方式将电力发送到电力接收装置。该电力发送装置包括逆变器、电力发送单元和电子控制单元。电子控制单元被配置为判定从逆变器流到电力发送单元的输出电流的电流相位是否超前于输出电压，并且当检测到电流相位相对于输出电压超前时，沿减小电流相位的超前角的方向调整AC电力的频率。
Description
技术领域
本发明涉及电力发送装置，更具体地说，涉及以非接触或无线的方式将电力发送到电力接收装置的电力发送装置。
背景技术
在以非接触或无线的方式将电力从电力发送装置发送到电力接收装置的系统中，作为这种类型的公知的技术，已经提出了基于标准化的(normalized)输电电流来控制电力发送装置的供电频率(例如，请参阅公开号为2014-103754的日本专利申请(JP 2014-103754 A))。标准化的输电电流被定义为第二输电电流与第一输电电流的最大值的比率。第一输电电流被定义为：在电力发送装置和电力接收装置处于非耦合状态时测量到的电力发送装置的输电电流；第二输电电流被定义为：在电力发送装置和电力接收装置处于感应耦合状态时测量到的电力发送装置的输电电流。当标准化的输电电流等于或大于1/2时，供电频率被设定为谐振频率。当标准化的输电电流小于1/2时，供电频率被控制以进行变化，以便标准化的输电电流变为等于1/2。通过这样控制的供电频率，可以仅通过控制电力发送装置的供电频率来增加接收到的电力，并且最大化电力效率。
非接触式电力传输系统的电力发送装置通常包括逆变器(inverter)，该逆变器在脉宽调制(PWM)控制下被驱动，以便调整要发送的AC电力的频率和电压。在这种情况下，逆变器一般由四个开关装置Q91-Q94，以及分别与开关装置Q91-Q94反并联连接的四个二极管D91-D94构成，如图8所示。开关装置Q91-Q94分组为两对，每对具有两个装置，这两个装置用作源(source)和汇(sink)，并且位于正总线和负总线之间，电力发送线圈的相反端子被连接到成对的开关装置的各个连接点。
在上述包括逆变器的电力发送装置中，电流的相位可超前于在PWM控制下形成的交流电压的相位。图9示出开关装置Q91-Q94的接通/关断状态与逆变器的输出电压和电流之间的关系的一个实例。在图9中标记为“逆变器输出电压、电流”的部分中，实阶梯线表示输出电压，实正弦曲线表示当电流相位超前于电压相位时的电流。考虑开关装置Q91现在正从关断状态转换为接通状态，在开关装置Q91处于关断状态时的时间T1处，逆变器输出电压等于零，但是相位超前于电压相位的电流具有正值。此时，电流按照说明的顺序，从电力发送线圈侧的下电力线流到处于接通状态的开关装置Q94，处于接通状态的开关装置Q93和二极管D93，以及电力发送线圈侧的上电力线，如图10A所示。在紧接着开关装置Q91被接通之后的时间T2处，逆变器输出电压具有正值，并且电流保持为正值。此时，电流经由处于接通状态的开关装置Q91从正总线(上总线)流到电力发送线圈侧的上电力线，经由处于接通状态的开关装置Q94从电力发送线圈侧的下电力线流到负总线(下总线)，如图10B所示。在开关装置Q91处于关断状态时的时间T1处，向二极管D93施加正向偏压，在紧接着开关装置Q91被接通之后的时间T2处，向二极管D93施加反向偏压。因此，由于二极管的恢复特性，恢复电流(recovery current)流过二极管D93，如图10B中的粗箭头所示。因为恢复电流导致短路电流，所以可导致电力发送装置出现异常发热或故障。
发明内容
本发明提供一种电力发送装置，在该电力发送装置中，阻止恢复电流流过二极管，以便电力发送装置不太可能或不可能出现异常发热或故障。
与本发明相关的电力发送装置以非接触的方式将电力发送到包括电力接收单元的电力接收装置。所述电力发送装置包括：逆变器，其具有多个开关装置和多个二极管，所述逆变器被配置为将从外部电源得到的DC电力转换为AC电力；电力发送单元，其被配置为将来自所述逆变器的所述AC电力发送到所述电力接收装置的所述电力接收单元；以及电子控制单元，其被配置为通过所述逆变器的所述多个开关装置的开关控制来控制所述AC电力，所述电子控制单元被配置为判定从所述逆变器流到所述电力发送单元的输出电流的电流相位是否超前于输出电压，并且当检测到所述电流相位相对于所述输出电压超前时，沿减小所述电流相位的超前角的方向调整所述AC电力的频率。
在上述电力发送装置中，当判定从所述逆变器到所述电力发送单元的电流的相位超前于所述输出电压时，沿减小所述电流相位的超前角的方向调整来自所述逆变器的所述AC电力的频率。所述调整被执行一次或两次或更多次，以便消除所述电流相位相对于所述输出电压的超前。如果所述电流相位超前于所述输出电压，则当给定的开关装置被接通时，恢复电流(短路电流)流过二极管，并且所述短路电流可能导致所述电力发送装置出现异常发热或故障。如果消除了所述电流相位相对于所述输出电压的超前，则当所述开关装置被接通时，阻止所述恢复电流(短路电流)流过所述二极管。因此，可抑制或阻止由恢复电流(短路电流)导致的所述电力发送装置的异常发热或故障。
所述电子控制单元可被配置为，调整所述AC电力的频率以便消除所述电流相位的超前。
所述电子控制单元可具有定义所述电力接收单元与所述电力发送单元的耦合系数、所述AC电力的频率、以及相对于所述输出电压的电压相位的所述电流相位之间的关系的映射。所述电子控制单元可计算所述电力接收单元与所述电力发送单元的耦合系数。所述电子控制单元可被配置为，使用计算出的耦合系数和所述映射，沿减小所述电流相位的超前角的方向调整所述AC电力的频率。所述AC电力的电流的频率和相位特征根据所述耦合系数变化。上面指出的映射可通过以下方式被准备为三维映射：即，借助实验等按顺序更改所述耦合系数，并且获取所述耦合系数与所述频率和电流相位之间的关系。这样，由于使用所述耦合系数和所述映射调整所述频率，因此可更适当地消除所述电流相位的超前。
所述电子控制单元可被配置为，根据所述计算出的耦合系数和所述映射获取所述频率的调整量，并且调整所述AC电力的频率。
所述电子控制单元可被配置为，基于所述逆变器的输出阻抗计算所述耦合系数。所述逆变器的输出阻抗可被视为所述耦合系数的函数。因此，所述电子控制单元可基于所述逆变器的输出阻抗计算所述耦合系数。
所述电子控制单元可被配置为，通过将所述输出阻抗视为第一自电感、第二自电感、第一阻抗和所述耦合系数的函数来计算所述耦合系数。所述第一自电感是所述电力发送单元的自电感。所述第二自电感是所述电力接收单元的自电感。所述第一阻抗是所述电力接收装置的除所述电力接收单元之外的阻抗。一般而言，所述耦合系数可根据已接收的电力和已发送的电力来计算。但是在此方法中，与已接收的电力相关的信息需要被发送到所述电力发送装置。另一方面，所述逆变器的输出阻抗可以仅基于所述电力发送装置中的信息而被计算。这样，所述电力发送装置不需要与所述电力接收单元装置通信。
进一步地，所述电子控制单元可被配置为，通过将所述第二自电感和所述第一阻抗视为常数来计算所述耦合系数。在所述电力接收装置被标准化，并且所述电力接收单元的自电感和所述电力接收装置的除所述电力接收单元之外的阻抗基本不变的情况下，该自电感和该阻抗可被视为常数。在此，所述电力接收装置的除所述电力接收单元之外的阻抗表示所述电力接收装置的位于所述电力接收单元后方的部分的阻抗。
所述电子控制单元可从所述电力接收装置获取所述第二自电感和所述第一阻抗并计算所述耦合系数，或者从所述电力接收装置获取所述第二自电感与所述第一阻抗的比率并计算所述耦合系数。在此方式中，即使在所述电力接收装置不被标准化的情况下，也可更精确地计算所述输出阻抗，并且可更精确地计算所述耦合系数。也可获取所述电力接收单元的自电感与所述电力接收装置的除所述电力接收单元之外的阻抗之间的比率，这是因为所述输出阻抗与所述电力接收单元的自电感成比例，而与所述电力接收装置的除所述电力接收单元之外的阻抗成反比例。
所述电子控制单元可被配置为，基于在所述多个开关装置中的任一个被接通或关断时获取的电流值，检测所述电流相位的超前。所述电子控制单元可被配置为，基于在从所述逆变器到所述电力发送单元的电流的符号改变时获取的所述AC电力的电压，检测所述电流相位的超前。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是示意性地示出包括作为本发明的一个实施例的电力发送装置130的非接触式电力发送和接收系统10的配置的视图；
图2是示意性地示出包括图1的实施例的电力发送装置130的非接触式电力发送和接收系统10的配置的视图；
图3是示出逆变器142的配置的一个实例的视图；
图4是示出由电力发送ECU 170执行的频率调整例程的一个实例的流程图；
图5是示出逆变器142的开关装置Q1-Q4的接通/关断状态、以及逆变器142的输出电压和输出电流相对于时间的变化的一个实例的说明图；
图6是示出用于频率调整的映射的一个实例的说明图；
图7A是示出在图5中的时间T1处在逆变器中流动的电流的说明图；
图7B是示出在图5中的时间T2处在逆变器中流动的电流的说明图；
图8是示出作为公知实例的逆变器的配置的一个实例的视图；
图9是示出作为公知实例的逆变器的开关装置Q91-Q94的接通/关断状态、以及该逆变器的输出电压和电流相对于时间的变化的一个实例的说明图；
图10A是示出在图9中的时间T1处在逆变器中流动的电流的说明图；以及
图10B是示出在图9中的时间T2处在逆变器中流动的电流的说明图。
具体实施方式
接下来，将描述本发明的一个实施例。
图1和图2示意性地示出作为本发明的一个实施例的包括电力发送装置130的非接触式电力发送和接收系统10的配置。如图1和图2所示，该实施例的非接触式电力发送和接收系统10包括被安装在停车位等中的电力发送装置130，以及其上安装有电力接收装置30的汽车(automobile)20。电力接收装置30能够以非接触或无线的方式从电力发送装置130接收电力。
电力发送装置130包括：电力发送单元131，其与诸如家用电源(例如，200V，50Hz)之类的AC电源190相连；以及用于电力发送的电子控制单元(将被称为“电力发送ECU”)170，其控制电力发送单元131。电力发送装置130还包括通信单元180，该通信单元与电力发送ECU 170通信，并且还执行与汽车20的通信单元80(下面将描述)的无线通信。
电力发送单元131包括AC/DC转换器140、逆变器142、滤波器144和用于电力发送的谐振电路132。AC/DC转换器140被配置为公知的AC/DC转换器，该转换器将来自AC电源190的AC电力转换为具有任何给定电压的DC电力。如图3借助实例所示，逆变器142由四个开关装置Q1-Q4、分别与开关装置Q1-Q4反并联连接的四个二极管D1-D4、以及平流电容器(smoothing capacitor)C构成。例如，MOSFET(作为一种场效应晶体管的金属氧化物半导体场效应晶体管)可被用作四个开关装置Q1-Q4中的每一者。开关装置Q1-Q4被分组为两对，每对具有两个装置，这两个装置用作源和汇，并且位于正总线和负总线之间，电力发送线圈的相反端子被连接到成对的开关装置的各个连接点。通过用于控制开关装置Q1-Q4的开关的PWM(脉宽调制)控制，逆变器142将来自AC/DC转换器140的DC电力转换为具有所需频率的AC电力。滤波器144被配置为公知的滤波器(用于使用电容器和电感器去除高频噪声)，并且用于去除来自逆变器142的AC电力的高频噪声。
用于电力发送的谐振电路132具有例如被安装在停车位地板上的电力发送线圈134，以及与电力发送线圈134串联连接的电容器136。用于电力发送的谐振电路132被设计为，使得谐振频率被设定为预定频率Fset(大约数十到数百kHz)。因此，逆变器142基本将从AC/DC转换器140接收的DC电力转换为具有预定频率Fset的AC电力。
尽管图中未示出，但是电力发送ECU 170被配置为具有CPU作为中央组件的微处理器，并且除了CPU之外，还包括存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM、输入/输出端口、以及通信端口。电力发送ECU 170经由输入端口接收下面描述的电流和电压。电流和电压包括输出电流Is、电压Vs、用于电力发送的谐振电路132的电流Itr、以及电力发送电压Vtr。输出电流Is被发送自电流传感器150，该电流传感器检测由逆变器142将DC电力转换成的AC电力的电流(输出电流)Is。电压Vs被发送自电压检测单元152，该电压检测单元将来自逆变器142的AC电压转换为DC电压，并且检测该DC电压。电流Itr被发送自电流传感器154，该电流传感器检测流过用于电力发送的谐振电路132的AC电流。电力发送电压Vtr是用于电力发送的谐振电路132的端子之间的电压，并且被发送自电压检测单元156，该电压检测单元将电力发送谐振电路132的端子之间的AC电压转换为DC电压，并且检测该DC电压。电压检测单元152、156中的每一者具有整流电路和电压传感器。同时，经由输出端口，从电力发送ECU 170产生到AC/DC转换器140的控制信号、到逆变器142的控制信号等。
汽车20被配置为电动车辆，并且包括用于使车辆行驶的电动机22、用于驱动电动机22的逆变器24、以及经由逆变器24将电力提供给电动机22以及从电动机22接收电力的电池26。系统主继电器28被设置在逆变器24与电池26之间。汽车20还包括：电力接收单元31，其被连接到电池26；用于车辆的电子控制单元(将被称为“车辆ECU”)70，其控制作为整体的车辆；以及通信单元80，其与车辆ECU 70通信，并且还执行与电力发送装置130的通信单元180的无线通信。
电力接收单元31包括用于电力接收的谐振电路32、滤波器42和整流器44。用于电力接收的谐振电路32具有例如被安装在车体底部(底板)上的电力接收线圈34，以及与电力接收线圈34串联连接的电容器36。用于电力接收的谐振电路32被设计为，使得谐振频率被设定为位于上面指出的预定频率Fset(用于电力发送的谐振电路132的谐振频率)附近的频率(理想地为预定频率Fset)。滤波器42被配置为公知的单级或两级滤波器(用于使用一个或多个电容器和一个或多个电感器去除高频噪声)，并且用于去除由用于电力接收的谐振电路32接收到的AC电力的高频噪声。整流器44被配置为公知的整流器电路，该整流器电路例如使用四个二极管，并且将由电力接收谐振电路32接收到的AC电力(其中的高频噪声已被滤波器42去除)转换为DC电力。可通过使用继电器48来断开电力接收单元31与电池26的连接。
尽管图中未示出，但是车辆ECU 70被配置为具有CPU作为中央组件的微处理器，并且包括存储处理程序的ROM、临时存储数据的RAM、输入/输出端口、以及通信端口。车辆ECU70经由输入端口接收电动机22的驱动控制所需的数据。另外，车辆ECU 70经由输入端口，从电流传感器50接收电力接收电流Ire，该电流传感器检测从整流器44输出的DC电力的电流(电力接收电流)Ire；从电压传感器52接收电力接收电压Vre，该电压传感器检测DC电力的电压(电力接收电压)Vre，等等。经由输出端口，从车辆ECU 70产生用于控制逆变器24的开关装置(未示出)的开关以驱动电动机22的控制信号、到系统主继电器28的接通/关断信号等。车辆ECU 70基于被安装在电池26中的电流传感器(未示出)检测到的电池电流Ib、以及被安装在电池26中的电压传感器(未示出)检测到的电池电压Vb，计算电池26的蓄电比率SOC。
接下来，将描述如上所述进行配置的非接触式电力发送和接收系统10中的电力发送装置130的操作，特别是在调整逆变器142的频率时执行的操作。图4是示出由电力发送ECU 170执行的频率调整例程的一个实例的流程图。图4的例程以给定的时间间隔(例如，以数百毫秒的间隔)重复地被执行。来自逆变器142的AC电力的频率被设定为预定频率Fset(其提供谐振频率)作为初始值，并且控制开关装置Q1-Q4的开关，以便从逆变器142输出具有预定频率Fset的AC电力。
一旦执行频率调整例程，电力发送ECU 170首先判定来自逆变器142的输出电流Is的相位(电流相位)θ是否超前于输出电压(步骤S100)。例如基于在开关装置Q1被接通时测量到的逆变器142的输出电流Is，可判定电流相位θ是否超前于输出电压。图5示出逆变器142的开关装置Q1-Q4的接通/关断状态、以及逆变器142的输出电压和输出电流相对于时间的变化的一个实例。在图5中被标记为“逆变器输出电压、电流”的部分中，实阶梯线表示输出电压，实正弦曲线表示在电流相位θ超前于输出电压时获取的电流，而虚正弦曲线表示在电流相位θ滞后于输出电压时获取的电流。如图5所示，在开关装置Q1被接通的时间T2处，当电流相位θ超前于输出电压时，输出电流Is具有正值，而当电流相位θ滞后于输出电压时，输出电流Is具有负值。因此，当在开关装置Q1被接通时逆变器142的输出电流Is具有正值时，可判定电流相位θ超前于输出电压。从图5可理解，当在开关装置Q1被关断时逆变器142的输出电流Is为负值时，也可判定电流相位θ超前于输出电压。另外，由于开关装置Q3的接通/关断状态相对于开关装置Q1的接通/关断状态反转，因此也可在开关装置Q3被关断或者开关装置Q3被接通时，判定电流相位θ是否超前于输出电压。进一步地，可通过在输出电流Is的符号变化(从正变为负，或者从负变为正)时判定输出电压是否等于零，来判定电流相位θ是否超前于输出电压。也可基于功率因数值和二极管D3的发热状态来判定电流相位θ超前于输出电压。
在下文中，将描述来自逆变器142的输出电流的相位θ超前于或滞后于输出电压的原因。电力发送装置130的电力发送谐振电路132被设计为使得谐振频率被设定为预定频率Fset，并且被安装在汽车20上的电力接收装置30的电力接收谐振电路32被设计为使得谐振频率被设定为预定频率Fset。因此，如果组件的制造没有误差，并且电力发送谐振电路132和电力接收谐振电路32在电力发送和接收期间准确地位于所设计的位置处，则电流相位θ既不会超前于也不会滞后于输出电压。但是，电力发送谐振电路132和电力接收谐振电路32的组件制造存在误差，并且频率和相位特征因个体而变化。因此，输出电流Is的相位θ超前于或滞后于输出电压。另外，电力发送谐振电路132和电力接收谐振电路32在电力发送和接收期间的位置由汽车20所停放的位置确定，因此，常常无法与所设计的位置一致。如果电力发送谐振电路132和电力接收谐振电路32在电力发送和接收期间出现位置偏移，则耦合系数k和电感变化，并且频率和相位特征也改变。这样，输出电流Is的相位θ可能超前于或滞后于输出电压。进一步地，当逆变器142所接收的DC电力通过脉宽调制控制而被转换为AC电力时，输出电压的上升时间根据占空比的变化而改变；因此，即使电流波形无变化，电流相位θ也可能超前于输出电压。
当来自逆变器142的输出电流的相位θ超前于输出电压时，恢复电流可能流过构成逆变器142的二极管D3，并且导致短路电流，该短路电流可造成电力发送装置130的异常发热或故障。
如果在步骤S100无法判定电流相位θ超前于输出电压，则判定无需调整频率(S110)，并且该例程结束。另一方面，当判定电流相位θ超前于输出电压时，以下面的方式执行频率调整。
首先，电力发送ECU 170从电流传感器150接收逆变器142的输出电流Is，并且从电压检测单元152接收电压Vs(步骤S120)。然后，电力发送ECU 170基于输出电流Is和输出电压Vs，计算来自逆变器142的输出阻抗Zs(步骤S130)。在此，有效值被用作输出电流Is，以用于计算阻抗Zs。然后，基于输出阻抗Zs获取耦合系数k(步骤S140)。输出阻抗Zs可被表示为耦合系数k的函数，如下面的方程式(1)所示。在方程式(1)中，“ω”是角频率，“L1”是电力发送线圈134的自电感，“L2”是电力接收线圈34的自电感，“RL”是电力接收谐振电路32后方(电力接收谐振电路32的滤波器42侧)的阻抗，即，是电力接收装置30的除电力接收谐振电路32之外的阻抗。在此，电力接收线圈34的自电感L2和电力接收谐振电路32后方(电力谐振电路32的滤波器42侧)的阻抗RL可被视为常数。尽管由于电力接收装置30被安装在汽车20上而电力接收装置30的规格可能变化，但是电力接收装置30需要根据预定的标准进行配置，以便使电力发送和接收的效率保持高水平。因此，如果考虑将电力接收装置30标准化，则自电感L2和阻抗RL可被视为常数。在该实施例的非接触式电力发送和接收系统10中，电力接收装置30和电力发送装置130经由通信单元80和通信单元180彼此通信；因此，电力发送装置130可通过通信从汽车20获取自电感L2和阻抗RL(或自电感L2与阻抗RL的比率(L2/RL))。
一旦获取耦合系数k，便可基于耦合系数k判定频率的调整方向和调整量(步骤S150)。频率的调整方向是其中使电流相位θ相对于输出电压的超前角减小的方向，即，其中使电流相位θ滞后或延迟的方向。在该实施例中，耦合系数k、频率和电流相位θ之间的关系通过实验等提前研究，并且被存储为用于频率调整的映射(map)。如果耦合系数k被给定，则频率的调整方向和调整量根据映射获得，从而被确定。用于频率调整的映射的一个实例在图6中示出。如图6所示，电流相位θ在为正值时滞后于输出电压，并且电流相位θ在为负值时超前于输出电压。如图6所示，当耦合系数k大时，在逆变器142的输出电压的频率减小时，电流相位θ滞后，并且在频率增加时，电流相位θ超前于输出电压。当耦合系数k大时，即使频率的调整量相对较大，电流相位θ的超前量和滞后量也小。另一方面，当耦合系数k小时，在逆变器142的输出电压的频率减小时，电流相位θ超前于输出电压，并且在频率增加时，电流相位θ滞后。当耦合系数k小时，即使频率的调整量小，电流相位θ的超前量和滞后量也大。在步骤S150，由于频率与电流相位θ之间的关系根据耦合系数k确定，因此，频率的调整方向可被确定为是其中使电流相位θ相对于输出电压的超前角减小的方向，即，其中使电流相位θ滞后或延迟的方向。另外，可确定调整量，以便滞后量变得等于预定的滞后量(例如，5度或7度)。例如，当如图6的映射所示的“k＝小”时，频率的调整方向是其中频率增加的方向，并且调整量是微量(例如，0.2kHz或0.5kHz)。当如图6的映射所示的“k＝大”时，频率的调整方向是其中频率减小的方向，并且调整量是相对较大的量(例如，2kHz或5kHz)。当如图6的映射所示的“k＝中”时，频率的调整方向是其中频率增加的方向，并且调整量是中等量(例如，1kHz或1.5kHz)。
一旦确定频率的调整方向和调整量，便使用这样确定的调整方向和调整量来调整逆变器142的输出电压的频率(步骤S160)，然后图4的例程结束。逆变器142的输出电压的频率可通过更改开关装置Q1-Q4的开关控制周期来调整。
当即使执行上述频率调整例程也没有消除逆变器142的输出电流Is的相位θ相对于输出电压的超前时，再次执行频率调整例程，以便消除输出电流Is的相位θ相对于输出电压的超前。即，使电流相位θ相对于输出电压滞后或延迟。当电流相位θ超前于输出电压时(当电流沿图5所示的实正弦曲线变化时)，电流按照上面参考图10A和图10B描述的方式流动。即，在紧接在开关装置Q1(图10A和图10B中的Q91)被接通之前的时间T1处，电流如图10A所示那样流动，在紧接在开关装置Q1(图10A和图10B中的Q91)被接通之后的时间T2处，电流如图10B所示那样流动。在紧接在开关装置Q1被接通之前的时间T1处，向二极管D3(图10A和图10B中的D93)施加正向偏压，在紧接在开关装置Q1被接通之后的时间T2处，向二极管D3施加反向偏压。因此，由于二极管的恢复特性，因此恢复电流流过二极管D3(图10A和图10B中的D93)，如图10B的粗箭头所示。当电流相位θ滞后于输出电压时(当电流沿图5中的虚正弦曲线变化时)，电流按照以下方式流动。在图5中紧接在开关装置Q1被接通之前的时间T1处，如图7A所示，电流经由处于接通状态的开关装置Q3、处于接通状态的开关装置Q4、以及二极管D4，从电力发送线圈侧的上电力线流到电力发送线圈侧的下电力线。在图5中紧接在开关装置Q1被接通之后的时间T2处，如图7B所示，电流经由处于接通状态的开关装置Q1，从电力发送线圈侧的上电力线流到电源侧的正总线，并且还经由处于接通状态的开关装置Q4和二极管D4，从电源侧的负总线流到电力发送线圈侧的下电力线流。由于在紧接在开关装置Q1被接通之前的时间T1处和紧接在开关装置Q1被接通之后的时间T2处，向二极管D3施加了反向偏压，因此没有恢复电流流动。这样，当电流相位θ超前于输出电压时，通过执行频率调整例程来消除电流相位θ相对于输出电压的超前，以便没有恢复电流流过二极管D3。如上所述，在开关装置Q1被接通时流过二极管D3的恢复电流导致短路电流，因此，可以通过执行频率调整例程来阻止短路电流流动。
在上述实施例的非接触式电力发送和接收系统10的电力发送装置130中，当判定逆变器142的输出电流Is的相位θ超前于输出电压时，计算逆变器142的输出阻抗Zs，并且基于输出阻抗Zs获取耦合系数k。然后基于耦合系数k，以减小电流相位θ的超前角的方向调整逆变器142的输出电压的频率。通过这种方式，消除电流相位θ的超前，以便在开关装置Q1被接通时没有恢复电流流过二极管D3。由于不然在开关装置Q1被接通时会出现的二极管D3的恢复电流导致短路电流，因此可以控制或阻止由短路电流导致的电力发送装置130的异常发热或故障。
尽管以给定的滞后量或角度作为本实施例的电力发送装置130中的频率调整量来调整频率，但是也可以给定频率(例如，0.5kHz或1kHz)作为频率的调整量来调整频率。另外，作为调整量的给定频率可基于耦合系数k而被更改并且被使用。例如，当图6中的“k＝大”时，可将2kHz用作调整量。当图6中的“k＝小”时，可将0.1kHz用作调整量。
在该实施例中，已经描述了具有电力发送装置130和被安装在汽车20上的电力接收装置30的非接触式电力发送和接收系统10的电力发送装置130。但是，根据本发明的电力发送装置可被包括在具有电力发送装置和被安装在除汽车之外的车辆或移动体上的电力接收装置的非接触式电力发送和就接收系统中，或者可以被包括在具有电力发送装置和被集成在除移动体之外的设施中的电力接收装置的非接触式电力发送和就接收系统中。
电力接收装置30是上述“电力接收装置”的一个实例，电力发送装置130是“电力发送装置”的一个实例，开关装置Q1-Q4是“多个开关装置”的一个实例，二极管D1-D4是“多个二极管”的一个实例，逆变器142是“逆变器”的一个实例，用于电力接收的谐振电路32是“电力接收单元”的一个实例，用于电力发送的谐振电路132是“电力发送单元”的一个实例，电力发送ECU 170是“电子控制单元”的一个实例。
将理解，上述对应是用于具体地说明执行本发明的一种方式的一个实例，因此不限制本发明的要素。即，可基于以上“发明内容”的描述构想本发明，并且上述实施例仅是本发明的具体实例。
尽管已经使用实施例描述了本发明，但是将理解，本发明绝不限于该实施例，而是在不偏离本发明的原理的情况下，可以通过多种方式或形式来实现。
本发明可用于非接触式电力发送和接收系统的电力发送装置的制造工业。
Claims (10)
1.一种电力发送装置，其以非接触的方式将电力发送到包括电力接收单元的电力接收装置，所述电力发送装置的特征在于包括：
逆变器，其具有多个开关装置和多个二极管，所述逆变器被配置为将从外部电源得到的DC电力转换为AC电力；
电力发送单元，其被配置为将来自所述逆变器的所述AC电力发送到所述电力接收装置的所述电力接收单元；以及
电子控制单元，其被配置为通过所述逆变器的所述多个开关装置的开关控制来控制所述AC电力，所述电子控制单元被配置为判定从所述逆变器流到所述电力发送单元的输出电流的电流相位是否超前于输出电压，并且当检测到所述电流相位相对于所述输出电压超前时，沿减小所述电流相位的超前角的方向调整所述AC电力的频率，其中
所述电子控制单元具有定义所述电力接收单元与所述电力发送单元的耦合系数、所述AC电力的频率、以及相对于所述输出电压的电压相位的所述电流相位之间的关系的映射，
所述电子控制单元计算所述电力接收单元与所述电力发送单元的耦合系数，并且
所述电子控制单元被配置为，使用计算出的耦合系数和所述映射，沿减小所述电流相位的超前角的方向调整所述AC电力的频率。
2.根据权利要求1所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，调整所述AC电力的频率以便消除所述电流相位的超前。
3.根据权利要求1或2所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，根据所述计算出的耦合系数和所述映射获取所述频率的调整量，并且调整所述AC电力的频率。
4.根据权利要求1或2所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，基于所述逆变器的输出阻抗计算所述耦合系数。
5.根据权利要求4所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，通过将所述输出阻抗视为第一自电感、第二自电感、第一阻抗和所述耦合系数的函数来计算所述耦合系数，
所述第一自电感是所述电力发送单元的自电感，所述第二自电感是所述电力接收单元的自电感，所述第一阻抗是所述电力接收装置的除所述电力接收单元之外的阻抗。
6.根据权利要求5所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，通过将所述第二自电感和所述第一阻抗视为常数来计算所述耦合系数。
7.根据权利要求6所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元从所述电力接收装置获取所述第二自电感和所述第一阻抗并计算所述耦合系数，或者从所述电力接收装置获取所述第二自电感与所述第一阻抗的比率并计算所述耦合系数。
8.根据权利要求1至2以及5至7中任一项所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，基于在所述多个开关装置中的任一个被接通或关断时获取的电流值，检测所述电流相位的超前。
9.根据权利要求1至2以及5至7中任一项所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，基于在从所述逆变器到所述电力发送单元的电流的符号改变时获取的所述AC电力的电压，检测所述电流相位的超前。
10.根据权利要求1所述的电力发送装置，其中
所述电子控制单元被配置为，在所述逆变器的输出电压上升到正侧时的上升沿时刻，判定从所述逆变器流到所述电力发送单元的输出电流的电流相位是否超前于所述输出电压。
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