CN106253656B - 非接触送电装置和电力传送系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种非接触送电装置和电力传送系统，在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高向受电装置的电力传送效率。电源ECU(250)执行送电电力控制和开启电流控制，送电电力控制是通过调整变换器(220)的输出电压的占空比来将送电电力控制成目标电力的控制，开启电流控制是通过调整变换器(220)的驱动频率来控制开启电流的控制。电源ECU(250)一边通过送电电力控制将送电电力控制成目标电力，一边在开启电流成为限制值以下的范围内调整占空比和驱动频率，以使得从变换器向送电部供给的电流的大小降低。

Description

非接触送电装置和电力传送系统
技术领域
本发明涉及非接触送电装置和电力传送系统，尤其涉及以非接触方式向受电装置送电的非接触送电装置中的电力控制技术。
背景技术
日本特开2014-207795号公报(专利文献1)公开了一种以非接触方式从供电装置(送电装置)向车辆(受电装置)供电的非接触供电系统。在该非接触供电系统中，供电装置具备送电线圈、变换器以及控制部。送电线圈以非接触方式向搭载于车辆的受电线圈送电。变换器生成与驱动频率相应的交流电流并向送电线圈输出。控制部从车辆侧取得向电池的充电电力指令和向电池的输出电力，对变换器的驱动频率进行反馈控制以使得输出电力跟随充电电力指令。
并且，在该非接触供电系统中，在开始从供电装置向车辆供给电力的情况下，基于电池的状态和线圈间(送电线圈与受电线圈)的耦合系数来设定初始频率，将该初始频率用作驱动频率的初始值而开始上述反馈控制(参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-207795号公报
专利文献2：日本特开2013-154815号公报
专利文献3：日本特开2013-146154号公报
专利文献4：日本特开2013-146148号公报
专利文献5：日本特开2013-110822号公报
专利文献6：日本特开2013-126327号公报
发明内容
发明要解决的问题
在变换器是电压型的变换器且将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给的情况下，能够通过调整变换器输出电压的占空比(duty)来控制送电电力。另外，通过控制变换器的驱动频率，能够对表示变换器输出电压上升时的变换器输出电流的开启电流进行控制。
在电压型变换器中，已知：若在输出电压上升时流动符号与输出电压相同的输出电流(正的开启电流)，则会在变换器的续流二极管流动恢复电流。若流动恢复电流，则续流二极管会发热，损失会增大。于是，通过控制变换器的驱动频率而将开启电流控制成0以下，能够抑制由恢复电流引起的损失。
然而，若为了控制开启电流而使变换器的驱动频率变化，则从送电部(送电线圈)向受电部(受电线圈)传送的电力的频率会变化，送电部与受电部之间的电力传送效率可能会降低。
因而，本发明的目的在于，在以非接触方式向受电装置送电的非接触送电装置中，在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高向受电装置的电力传送效率。
另外，本发明的另一目的在于，在以非接触方式从送电装置向受电装置送电的电力传送系统中，在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高送电装置与受电装置之间的电力传送效率。
用于解决问题的手段
根据本发明，非接触送电装置具备送电部、电压型的变换器以及控制变换器的控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。变换器将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给。控制部执行第1控制和第2控制。第1控制是通过调整变换器的输出电压的占空比(duty)来将送电电力控制成目标电力的控制(送电电力控制)。第2控制是通过调整变换器的驱动频率来将表示输出电压上升时的变换器的输出电流的开启电流控制成目标值的控制(开启电流控制)。目标值被设定在不会在变换器的续流二极管产生恢复电流的范围内。并且，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部流动的电流降低。
在送电电力一定时，送电部与受电装置之间的电力传送效率与在送电部流动的电流的平方成反比。于是，在本发明中，一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部流动的电流降低。因而，根据本发明，能够在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高电力传送效率。
优选，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部流动的电流成为最小。
通过这样构成，能够在不会产生恢复电流的范围内最大限度地提高电力传送效率。
优选，在送电电力一定时开启电流成为阈值以下的预定值的驱动频率存在2个的情况下，控制部在执行变换器的起动处理时，将这2个驱动频率中的使在送电部流动的电流的大小较小的一方的驱动频率设为第2控制中的驱动频率的初始调整值。
在本发明中，在执行变换器的起动处理时，将驱动频率调整为上述初始调整值。然后，在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部流动的电流降低。由此，在变换器起动后，能够迅速地使在送电部流动的电流降低。因而，根据本发明，在变换器起动后，能够在不会产生恢复电流的范围内迅速地提高电力传送效率。
另外，根据本发明，非接触送电装置具备送电部、电压型的变换器以及控制变换器的控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。变换器将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给。控制部执行第1控制和第2控制。第1控制是通过调整变换器的输出电压的占空比(duty)来将送电电力控制成目标电力的控制(送电电力控制)。第2控制是通过调整变换器的驱动频率来将表示输出电压上升时的变换器的输出电流的开启电流控制成目标值的控制(开启电流控制)。目标值被设定在不会在变换器的续流二极管产生恢复电流的范围内。并且，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得变换器的输出电流降低。
如上所述，送电部与受电装置之间的电力传送效率在送电电力一定时与在送电部流动的电流的平方成反比。于是，在本发明中，一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得与在送电部流动的电流具有强相关的变换器输出电流降低。因而，根据本发明，能够在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高电力传送效率。
优选，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得变换器输出电流成为最小。
通过这样构成，能够在不会产生恢复电流的范围内最大限度地提高电力传送效率。
优选，在送电电力一定时开启电流成为阈值以下的预定值的驱动频率存在2个的情况下，控制部在执行变换器的起动处理时，将这2个驱动频率中的使变换器输出电流的大小较小的一方的驱动频率设为第2控制中的驱动频率的初始调整值。
在本发明中，在执行变换器的起动处理时，将驱动频率调整为上述初始调整值。然后，在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得变换器的输出电流降低。由此，在变换器起动后，能够迅速地使变换器的输出电流降低。因而，根据本发明，在变换器起动后，能够在不会产生恢复电流的范围内迅速地提高电力传送效率。
另外，根据本发明，电力传送系统具备送电装置和受电装置。送电装置具备送电部、电压型的变换器以及控制变换器的控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。变换器将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给。控制部执行第1控制和第2控制。第1控制是通过调整变换器的输出电压的占空比(duty)来将送电电力控制成目标电力的控制(送电电力控制)。第2控制是通过调整变换器的驱动频率来将表示输出电压上升时的变换器的输出电流的开启电流控制成目标值的控制(开启电流控制)。目标值被设定在不会在变换器的续流二极管产生恢复电流的范围内。并且，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部流动的电流降低。
通过这样构成，能够在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高电力传送效率。
优选，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部流动的电流成为最小。
通过这样构成，能够在不会产生恢复电流的范围内最大限度地提高电力传送效率。
优选，在送电电力一定时开启电流成为阈值以下的预定值的驱动频率存在2个的情况下，控制部在执行变换器的起动处理时，将这2个驱动频率中的使在送电部流动的电流的大小较小的一方的驱动频率设为第2控制中的驱动频率的初始调整值。
通过这样构成，在变换器起动后，能够迅速地使在送电部流动的电流降低。因而，根据本发明，变换器的起动后，能够在不会产生恢复电流的范围内迅速地提高电力传送效率。
另外，根据本发明，电力传送系统具备送电装置和受电装置。送电装置具备送电部、电压型的变换器以及控制变换器的控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。变换器将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给。控制部执行第1控制和第2控制。第1控制是通过调整变换器的输出电压的占空比(duty)来将送电电力控制成目标电力的控制(送电电力控制)。第2控制是通过调整变换器的驱动频率来将表示输出电压上升时的变换器的输出电流的开启电流控制成目标值的控制(开启电流控制)。目标值被设定在不会在变换器的续流二极管产生恢复电流的范围内。并且，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得变换器的输出电流降低。
通过这样构成，能够在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高电力传送效率。
优选，控制部一边通过第1控制将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更目标值，以使得变换器输出电流成为最小。
通过这样构成，能够在不会产生恢复电流的范围内最大限度地提高电力传送效率。
优选，在送电电力一定时开启电流成为阈值以下的预定值的驱动频率存在2个的情况下，控制部在执行变换器的起动处理时，将这2个驱动频率中的使变换器输出电流的大小较小的一方的驱动频率设为第2控制中的驱动频率的初始调整值。
通过这样构成，在变换器起动后，能够迅速地使变换器的输出电流降低。因而，根据本发明，在变换器起动后，能够在不会产生恢复电流的范围内迅速地提高电力传送效率。
此外，在上述各发明中，作为不会在变换器的续流二极管产生恢复电流的范围，开启电流的目标值例如被设定为0以下的预定值。
发明效果
根据本发明，在以非接触方式向受电装置送电的非接触送电装置中，能够在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高向受电装置的电力传送效率。
另外，根据本发明，在以非接触方式从送电装置向受电装置送电的电力传送系统中，能够在不会在变换器中产生恢复电流的范围内提高送电装置与受电装置之间的电力传送效率。
附图说明
图1是应用本发明的实施方式1的非接触送电装置的电力传送系统的整体结构图。
图2是示出图1所示的送电部和受电部的电路结构的一例的图。
图3是示出图1所示的变换器的电路结构的图。
图4是示出变换器的开关波形以及输出电压和输出电流的波形的图。
图5是由电源ECU执行的送电电力控制和开启电流控制的控制框图。
图6是示出送电电力和开启电流的等高线的一例的图。
图7是用于说明从送电部向受电部的电力传送效率的等价电路图。
图8是用于说明由图1所示的电源ECU执行的变换器的动作点探索处理的流程图。
图9是示出送电电力一定时的开启电流与变换器的驱动频率的关系的图。
图10是示出送电电力一定时的在送电部流动的电流与变换器的驱动频率的关系的图。
图11是示出送电电力和开启电流的等高线的一例的图。
图12是用于说明实施方式2中的由电源ECU执行的变换器的动作点探索处理的流程图。
图13是用于说明实施方式1的变形例中的由电源ECU执行的变换器的动作点探索处理的流程图。
图14是用于说明实施方式2的变形例中的由电源ECU执行的变换器的动作点探索处理的流程图。
标号说明
10：送电装置，20：受电装置，100：交流电源，210：PFC电路，220：变换器，230、320：滤波器电路，240：送电部，242、312：线圈，244、314：电容器，246、316、390：电阻，250：电源ECU，260、370：通信部，270、380：电压传感器，272、274、382：电流传感器，310：受电部，330：整流部，340：继电器电路，350：蓄电装置，360：充电ECU，410、430：减法部，420、440：控制器，Q1～Q4：开关元件，D1～D4：续流二极管，T1～T4：端子。
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。以下，虽然对多个实施方式进行说明，但将在各实施方式中说明的结构适当组合从当初提出申请时就在计划之中。此外，对图中相同或相当部分标注相同标号，不对其反复进行说明。
[实施方式1]
图1是应用本发明的实施方式1的非接触送电装置的电力传送系统的整体结构图。参照图1，该电力传送系统具备送电装置10和受电装置20。受电装置20例如可搭载于能够使用从送电装置10供给并积蓄的电力进行行驶的车辆等。
送电装置10包括功率因数改善(PFC(Power Factor Correction))电路210、变换器220、滤波器电路230以及送电部240。另外，送电装置10还包括电源ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)250、通信部260、电压传感器270以及电流传感器272、274。
PFC电路210能够对从交流电源100(例如系统电源)接受的交流电力进行整流和升压并向变换器220供给，并且能够通过使输入电流接近正弦波来改善功率因数。该PFC电路210可采用公知的各种PFC电路。此外，也可以取代PFC电路210而采用不具有功率因数改善功能的整流器。
变换器220将从PFC电路210接受的直流电力变换为具有预定的传送频率的送电电力(交流)。由变换器220生成的送电电力经过滤波器电路230而向送电部240供给。变换器220是电压型变换器，构成变换器220的各开关元件反并联地连接有续流二极管。变换器220例如由单相全桥电路构成。
滤波器电路230设置在变换器220与送电部240之间，抑制从变换器220产生的高次谐波噪声。滤波器电路230例如由包括电感器和电容器的LC滤波器构成。
送电部240经过滤波器电路230从变换器220接受具有传送频率的交流电力(送电电力)，并经过在送电部240的周围生成的电磁场而以非接触方式向受电装置20的受电部310送电。送电部240例如包括用于以非接触方式向受电部310送电的谐振电路。谐振电路可由线圈和电容器构成，但在仅通过线圈就可形成期望的谐振状态的情况下，也可以不设置电容器。
电压传感器270检测变换器220的输出电压，并将该检测值向电源ECU250输出。电流传感器272检测变换器220的输出电流，并将该检测值向电源ECU250输出。基于电压传感器270和电流传感器272的检测值，能够检测从变换器220向送电部240供给的送电电力(即，从送电部240向受电装置20输出的电力)。电流传感器274检测在送电部240流动的电流，并将该检测值向电源ECU250输出。
电源ECU250包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、存储装置、输入输出缓冲器等(均未图示)，接收来自各种传感器和设备的信号，并且进行送电装置10中的各种设备的控制。作为一例，在执行从送电装置10向受电装置20的电力传送时，电源ECU250进行变换器220的开关控制以使变换器220生成送电电力(交流)。关于各种控制，不限于由软件实现的处理，也可以由专门的硬件(电子电路)进行处理。
作为由电源ECU250执行的主要控制，在执行从送电装置10向受电装置20的电力传送时，电源ECU250执行用于将送电电力控制成目标电力的反馈控制(以下也称作“送电电力控制”)。具体而言，电源ECU250通过调整变换器220的输出电压的占空比(duty)来将送电电力控制成目标电力。此外，输出电压的占空比被定义为正(或负)的电压输出时间相对于输出电压波形(矩形波)的周期的比。通过使变换器220的开关元件(接通/断开占空比0.5)的动作定时变化，能够调整变换器输出电压的占空比。目标电力例如可基于受电装置20的受电状况而生成。在本实施方式1中，在受电装置20中基于受电电力的目标值与检测值的偏差来生成送电电力的目标电力，并从受电装置20向送电装置10发送。
另外，电源ECU250执行上述的送电电力控制，并且执行用于将变换器220中的开启电流控制成目标值的反馈控制(以下也称作“开启电流控制”)。开启电流是指变换器220的输出电压上升时的变换器220的输出电流的瞬时值。若开启电流为正，则在变换器220的续流二极管会流动反向的恢复电流，在续流二极管处会产生发热即损失。于是，开启电流控制的上述目标值(开启电流目标值)被设定在不会在变换器220的续流二极管产生恢复电流的范围，被设为限制值以下的预定值。限制值可以为0(理想的是功率因数变好的“0”，但也可以取余裕而设定为负值，另外，也可以设定为小到由恢复电流引起的损失不会成为问题的程度的正值)。
进而，在按照本实施方式1的送电装置10中，为了提高送电部240与受电装置20的受电部310之间的电力传送效率，在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值，以使得在送电部240流动的电流降低。关于该开启电流控制和上述的送电电力控制，将在后面进行详细说明。
通信部260构成为与受电装置20的通信部370进行无线通信，除了接收从受电装置20发送的送电电力的目标值(目标电力)之外，还与受电装置20交换送电的开始/停止和受电装置20的受电状况等信息。
另一方面，受电装置20包括受电部310、滤波器电路320、整流部330、继电器电路340以及蓄电装置350。另外，受电装置20还包括充电ECU360、通信部370、电压传感器380以及电流传感器382。
受电部310以非接触方式接受从送电装置10的送电部240输出的电力(交流)。受电部310例如包括用于以非接触方式从送电部240受电的谐振电路。谐振电路可由线圈和电容器构成，但在仅通过线圈就能形成期望的谐振状态的情况下，也可以不设置电容器。受电部310将所接受的电力经过滤波器电路320而向整流部330输出。
滤波器电路320设置在受电部310与整流部330之间，抑制在受电时产生的高次谐波噪声。滤波器电路320例如由包括电感器和电容器的LC滤波器构成。整流部330对由受电部310接受到的交流电力进行整流并向蓄电装置350输出。
蓄电装置350是能够进行再充电的直流电源，例如由锂离子电池、镍氢电池等二次电池构成。蓄电装置350蓄积从整流部330输出的电力。并且，蓄电装置350将其积蓄的电力向未图示的负载驱动装置等供给。此外，作为蓄电装置350，也可采用大容量的电容器。
继电器电路340设置在整流部330与蓄电装置350之间，在由送电装置10对蓄电装置350充电时被接通。此外，虽然没有特别进行图示，但也可以在整流部330与蓄电装置350之间(例如，整流部330与继电器电路340之间)设置对整流部330的输出电压进行调整的DC/DC转换器。
电压传感器380检测整流部330的输出电压(受电电压)，并将该检测值向充电ECU360输出。电流传感器382检测来自整流部330的输出电流(受电电流)，并将该检测值向充电ECU360输出。基于电压传感器380和电流传感器382的检测值，能够检测受电部310的受电电力(即，蓄电装置350的充电电力)。此外，电压传感器380和电流传感器382也可以设置在受电部310与整流部330之间(例如，滤波器电路320与整流部330之间)。
充电ECU360包括CPU、存储装置、输入输出缓冲器等(均未图示)，接收来自各种传感器和设备的信号，并且进行受电装置20中的各种设备的控制。关于各种控制，不限于由软件实现的处理，也可由专门的硬件(电子电路)进行处理。
作为由充电ECU360执行的主要控制，充电ECU360生成送电装置10中的送电电力的目标值(目标电力)，以使得在从送电装置10受电的期间，受电装置20中的受电电力成为期望的目标值。具体而言，充电ECU360基于受电电力的检测值与目标值的偏差来生成送电装置10中的送电电力的目标值。然后，充电ECU360通过通信部370将所生成的送电电力的目标值(目标电力)向送电装置10发送。
通信部370构成为与送电装置10的通信部260进行无线通信，除了将在充电ECU360中生成的送电电力的目标值(目标电力)向送电装置10发送以外，还与送电装置10交换与电力传送的开始/停止相关的信息，向送电装置10发送受电装置20的受电状况(受电电压、受电电流、受电电力等)。
图2是示出图1所示的送电部240和受电部310的电路结构的一例的图。参照图2，送电部240包括线圈242和电容器244。电容器244用于补偿送电电力的功率因数，与线圈242串联连接。受电部310包括线圈312和电容器314。电容器314用于补偿受电电力的功率因数，与线圈312串联连接。此外，这样的电路结构也被称作SS方式(初级串联次级串联方式)。
此外，虽然没有特别进行图示，但送电部240和受电部310的结构不限于这样的SS方式。例如，也可以在受电部310中采用电容器314与线圈312并联连接的SP方式(初级串联次级并联方式)，而且也可以在送电部240中采用电容器244与线圈242并联连接的PP方式(初级并联次级并联方式)等。
再次参照图1，在该电力传送系统中，从变换器220经过滤波器电路230向送电部240供给送电电力(交流)。送电部240和受电部310各自包括线圈和电容器，被设计成在传送频率下进行谐振。表示送电部240和受电部310的谐振强度的Q值优选为100以上。
在送电装置10中，当从变换器220向送电部240供给送电电力时，能量(电力)经过在送电部240的线圈与受电部310的线圈之间形成的电磁场而从送电部240向受电部310移动。移动到受电部310的能量(电力)经过滤波器电路320和整流部330而向蓄电装置350供给。
图3是示出图1所示的变换器220的电路结构的图。参照图3，变换器220是电压型变换器，包括电力用半导体开关元件(以下，也简称作“开关元件”)Q1～Q4和续流二极管D1～D4。直流侧的端子T1、T2连接PFC电路210(图1)，交流侧的端子T3、T4连接滤波器电路230。
开关元件Q1～Q4例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、双极型晶体管、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、GTO(Gate Turn Off thyristor：栅极可关断晶闸管)等构成。续流二极管D1～D4分别反并联地与开关元件Q1～Q4连接。
在端子T1、T2间施加从PFC电路210输出的直流电压V1。并且，随着开关元件Q1～Q4的开关动作，在端子T3、T4间产生输出电压Vo和输出电流Io(将图中箭头所示的方向设为正值)。在该图3中，作为一例而示出了开关元件Q1、Q4接通且开关元件Q2、Q3断开的状态，该情况下的输出电压Vo大致为电压V1(正值)。
图4是示出变换器220的开关波形以及输出电压Vo和输出电流Io的波形的图。同时参照图4和图3，以时刻t4～t8的1周期为例进行说明。在时刻t4，当在开关元件Q2断开且开关元件Q4接通的状态下开关元件Q1从断开切换为接通并且开关元件Q3从接通切换为断开时(图3所示的状态)，变换器220的输出电压Vo从0上升为V1(正值)。
在时刻t5，当在开关元件Q1接通且开关元件Q3断开的状态下开关元件Q2从断开切换为接通并且开关元件Q4从接通切换为断开时，输出电压Vo成为0。
在时刻t6，当在开关元件Q2接通且开关元件Q4断开的状态下开关元件Q1从接通切换为断开并且开关元件Q3从断开切换为接通时，输出电压Vo成为-V1(负值)。
在时刻t7，当在开关元件Q1断开且开关元件Q3接通的状态下开关元件Q2从接通切换为断开并且开关元件Q4从断开切换为接通时，输出电压Vo再次成为0。
然后，在从时刻t4经过1周期后的时刻t8，当在开关元件Q2断开且开关元件Q4接通的状态下开关元件Q1从断开切换为接通并且开关元件Q3从接通切换为断开时，输出电压Vo从0上升为V1(正值)(与时刻t4相同的状态)。
在该图4中，示出了输出电压Vo的占空比为0.25的情况。并且，通过使开关元件Q1、Q3的开关定时和开关元件Q2、Q4的开关定时变化，能够使输出电压Vo的占空比变化。例如，若相对于图4所示的情形使开关元件Q2、Q4的开关定时提前，则能够使输出电压Vo的占空比比0.25小(最小值为0)，若使开关元件Q2、Q4的开关定时延迟，则能够使输出电压Vo的占空比比0.25大(最大值为0.5)。
通过调整该输出电压Vo的占空比，能够使送电电力变化。定性地说，通过使占空比增大，能够使送电电力增加，通过使占空比减小，能够使送电电力减少。于是，在该实施方式1中，电源ECU250执行通过调整输出电压Vo的占空比来将送电电力控制成目标电力的送电电力控制。
另外，输出电压Vo上升时(时刻t4、时刻t8)的输出电流Io的瞬时值It相当于上述开启电流。该开启电流It的值根据从PFC电路210向变换器220提供的电压V1和/或变换器220的驱动频率(开关频率)而变化，在此示出了流动正的开启电流It的情况。
若流动正的开启电流It，则在与开关元件Q3反并联地连接的续流二极管D3(图3)会流动反向的电流即恢复电流。若在续流二极管D3流动恢复电流，则续流二极管D3的发热会变大，变换器220的损失会变大。若开启电流It为0以下，则不会在续流二极管D3流动恢复电流，可抑制变换器220的损失。
若变换器220的驱动频率(开关频率)变化，则开启电流It变化，因此，通过调整变换器220的驱动频率(开关频率)，能够控制开启电流It。于是，在本实施方式1中，电源ECU250执行通过调整变换器220的驱动频率(开关频率)来将开启电流It控制成目标值的开启电流控制。并且，开启电流It的目标值基本上被设为0以下的值，以使得不会在变换器220中产生恢复电流。
图5是由电源ECU250执行的送电电力控制和开启电流控制的控制框图。参照图5，电源ECU250包括减法部410、430和控制器420、440。由减法部410、控制器420以及作为控制对象的变换器220构成的反馈环构成送电电力控制。另一方面，由减法部430、控制器440以及变换器220构成的反馈环构成开启电流控制。
减法部410从表示送电电力的目标值的目标电力Psr减去送电电力Ps的检测值，将该运算值向控制器420输出。此外，送电电力Ps的检测值例如能够基于图1所示的电压传感器270和电流传感器272的检测值而算出。
控制器420基于目标电力Psr与送电电力Ps的偏差，生成变换器220的输出电压Vo的占空比指令值。控制器420例如通过执行将目标电力Psr与送电电力Ps的偏差作为输入的PI控制(比例积分控制)等来算出操作量，并将该算出的操作量作为占空比指令值。由此，输出电压Vo的占空比被调整成使得送电电力Ps接近目标电力Psr，送电电力Ps被控制成目标电力Psr。
另一方面，减法部430从开启电流的目标值Itr中减去开启电流It的检测值，并将该运算值向控制器440输出。此外，如上所述，开启电流的目标值Itr基本上被设为0以下的值。另外，开启电流It的检测值是由电压传感器270(图1)检测到输出电压Vo的上升时的电流传感器272(图1)的检测值(瞬时值)。
控制器440基于开启电流的目标值Itr与开启电流It的偏差，生成变换器220的驱动频率(开关频率)指令值。控制器440例如通过执行将开启电流的目标值Itr与开启电流It的偏差作为输入的PI控制等来算出操作量，将该算出的操作量作为上述频率指令值。由此，变换器220的驱动频率被调整成使开启电流It接近目标值Itr，开启电流It被控制成目标值Itr。
调整变换器220的输出电压Vo的占空比的送电电力控制和调整变换器220的驱动频率的开启电流控制彼此干涉，根据由送电电力控制调整的占空比，也可能存在无法通过开启电流控制将开启电流It控制成目标值Itr的情况。
图6是示出送电电力Ps和开启电流It的等高线的一例的图。参照图6，横轴表示变换器220的驱动频率(开关频率)，纵轴表示变换器220的输出电压Vo的占空比。
由虚线表示的线PL1、PL2分别表示送电电力Ps的等高线。由线PL1表示的送电电力比由线PL2表示的送电电力大。从图可知，实现某送电电力的占空比表现出频率依存性。另外，由单点划线表示的线IL1表示开启电流的等高线。图示的线IL1是开启电流为0以下的预定值的等高线(在此，作为一例而示出了开启电流为0的等高线)，随着占空比增大且频率降低，开启电流变小(向负方向增大)。
由斜线表示的区域S是在变换器220中产生恢复电流的区域。即，在区域S所包含的变换器220的动作点下，开启电流比0大，在变换器220中产生恢复电流。以下，将该区域S也称作“禁止带S”。此外，在本实施方式1中，禁止带S的边界不是开启电流为0的线，而是容许小的正值的开启电流的边界。
动作点P0是执行变换器220的起动处理时的变换器220的动作点的初始目标值。即，线PL1、IL1分别作为表示目标电力Psr和开启电流目标值Itr的线，变换器220在其起动处理中被控制成线PL1、IL1的交点即动作点P0。此外，如图所示，禁止带S在占空比小时具有扩大的倾向。于是，在本实施方式1中，在变换器220起动时(占空比从0起增大的送电电力上升时)，通过增大调整占空比的送电电力控制的增益等而使动作点如粗线所示那样推移，以使动作点迅速地通过禁止带S。
上述动作点P0虽然是在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内实现目标电力Psr的动作点，但从送电部240(送电装置10)与受电部310(受电装置20)之间的电力传送效率的观点来看，动作点P0未必是合适的动作点。即，若调整变换器220的驱动频率(使其变化)以使变换器220在动作点P0动作，则从送电部240向受电部310传送的电力的频率会变化，其结果，送电部240与受电部310之间的电力传送效率可能会降低。
于是，在按照本实施方式1的送电装置10中，一边通过送电电力控制将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内探索能够提高送电部240与受电部310之间的电力传送效率的动作点。以下，对该动作点的探索进行说明。
图7是用于说明从送电部240向受电部310的电力传送效率的等价电路图。参照图7，在送电部240中，设线圈242的电感为L1，电容器244的电容为C1。电阻成分246表示线圈242的绕线电阻，设其电阻值为r1。此外，在该等价电路图中，省略了送电装置10的滤波器电路230(图1)。
另一方面，在受电部310中，设线圈312的电感为L2，电容器314的电容为C2。电阻成分316表示线圈312的绕线电阻，设其电阻值为r2。负载390总括地表示受电装置20中滤波器电路320(图1)以后的电路，将其电阻值设为R。
线圈242、312间的电力传送效率η能够使用这些电路常数而如下式那样表示。
η＝R/{R+r2+r1(|I1/I2|2)}…(1)
在此，I1表示在送电部240流动的电流，I2表示在受电部310流动的电流。若受电电力一定，则电流I2大致一定，因此，从式(1)可知，电力传送效率η与电流I1的平方成反比。
于是，在按照本实施方式1的送电装置10中，一边通过送电电力控制将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内探索变换器220的动作点，以使得在送电部240流动的电流I1降低。具体而言，一边通过提高送电电力控制的增益等来提高送电电力Ps向目标电力Psr的跟随性，一边在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值Itr(负值)(即调整变换器220的驱动频率)，以使得电流I1降低。由此，能够一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内提高送电部240与受电部310之间的电力传送效率η。
优选，一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会产生恢复电流的范围内探索变换器220的动作点，以使得电流I1成为最小。具体而言，在不会产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值Itr(负值)，以使得电流I1成为最小。由此，能够一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内最大限度地提高电力传送效率η。此外，在此，“最小”是指不超过禁止带S(图6)的范围内的电流I1的最小。
图8是用于说明由图1所示的电源ECU250执行的变换器220的动作点探索处理的流程图。此外，该流程图所示的处理每隔预定时间执行或者在预定条件成立时从主例程中调出并执行。
参照图8，电源ECU250判定是否存在从送电装置10向受电装置20的送电的开始指示(步骤S10)。该送电开始指示可以是在送电装置10或受电装置20中基于利用者的指示生成的指示，也可以随着由定时器等判定为充电开始时刻到来而产生。在不存在送电开始指示时(在步骤S10中为否)，电源ECU250不执行以后的一系列处理，使处理移向步骤S100。
当在步骤S10中判定为存在送电开始指示时(在步骤S10中为是)，电源ECU250设定送电电力Ps的目标电力Psr和开启电流It的目标值Itr(初始值)(步骤S20)。此外，如上所述，目标电力Psr基于受电装置20的受电状况而生成，但在还未开始送电的该时刻，设定为预先设定的初始值。开启电流目标值Itr的初始值例如设定为0。
当设定目标电力Psr和开启电流目标值Itr(初始值)后，电源ECU250执行送电电力控制和开启电流控制(步骤S30)。此外，当随着送电电力控制的执行而开始从送电装置10向受电装置20送电后，根据受电装置20的受电状况修正目标电力Psr，当在受电装置20中受电电力接近目标值后，目标电力Psr也稳定下来。此时的目标电力Psr和开启电流目标值Itr(初始值)相当于图6所示的动作点P0。
当开始送电电力控制和开启电流控制后，电源ECU250判定变换器220的动作点是否达到了初始动作点(图6的动作点P0)(步骤S40)。并且，若判定为变换器220的动作点达到了初始动作点(在步骤S40中为是)，则电源ECU250使送电电力控制(占空比调整)的增益比此前的默认值(通常值)大(步骤S50)。由此，送电电力控制的目标值跟随性被提高，在以下的步骤S60～S80中执行的动作点探索处理中，能够一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr一边进行动作点探索。
接着，电源ECU250从电流传感器274(图1)取得在送电部240流动的电流I1的检测值(步骤S60)。然后，电源ECU250一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内向在送电部240流动的电流I1的大小降低的方向变更变换器220的动作点(步骤S70)。具体而言，在通过在步骤S50中增大送电电力控制的增益而提高了送电电力的目标值跟随性的基础上，电源ECU250在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内变更开启电流控制的目标值Itr，以使得在送电部240流动的电流I1的大小降低。
接着，电源ECU250判定变换器220的动作点的探索是否已完成(步骤S80)。该探索完成能够从各种观点来进行判定。例如，可在发现了电流I1的最小值、电流I1的降低率变为比预定值小、开启电流目标值Itr达到了预定的下限值等情况下，判定为动作点的探索已完成。
若在步骤S80中判定为动作点的探索还未完成(在步骤S80中为否)，则电源ECU250使处理返回步骤S60。并且，若在步骤S80中判定为动作点的探索已完成(在步骤S80中为是)，则电源ECU250使在步骤S50中变更了的送电电力控制的增益恢复为默认值(通常值)(步骤S90)。
如上所述，在本实施方式1中，一边通过送电电力控制将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内变更开启电流控制的目标值Itr，以使得在送电部240流动的电流I1降低。由此，能够在不会产生恢复电流的范围内提高送电部240与受电部310之间的电力传送效率。
另外，如上所述，通过变更开启电流控制的目标值Itr以使得在送电部240流动的电流I1成为最小，能够在不会产生恢复电流的范围内最大限度地提高送电部240与受电部310之间的电力传送效率。
[实施方式2]
如上所述，变换器220的开启电流被控制为不会在变换器220中产生恢复电流的范围，基本上被控制成0以下的预定值。在此，在送电电力一定时，开启电流成为上述预定值(例如0)的变换器220的动作点(驱动频率)实际上存在2个(将在后面详述)。在本实施方式2中，将这2个动作点中的使在送电部240流动的电流I1较小的一方的动作点设为执行变换器220的起动处理时的初始动作点(驱动频率的初始调整点)。
图9是示出送电电力一定时的开启电流与变换器220的驱动频率的关系的图。参照图9，横轴表示变换器220的驱动频率，纵轴表示开启电流。线k1表示在送电电力一定的情况下使变换器220的驱动频率变化时的开启电流。作为一例，在开启电流被控制成0(不产生恢复电流的值)的情况下，使开启电流为0的变换器220的驱动频率存在fa和fb这2个频率。
图10是示出送电电力一定时的在送电部240流动的电流I1与变换器220的驱动频率的关系的图。参照图10，横轴表示变换器220的驱动频率，纵轴表示在送电部240流动的电流I1的大小。线k2表示在与图9相同的条件下使变换器220的驱动频率变化时的电流I1的大小(例如电流I1的有效值)。如在图9中所说明，频率fa、fb是在某一定的送电电力下开启电流成为0的频率，但频率为fa时的电流I1的大小与频率为fb时的电流I1的大小不同。在该图10所示的例子中，变换器220的驱动频率为fa时的电流I1的大小(Ia)比驱动频率为fb时的电流I1的大小(Ib)小。
于是，在按照本实施方式2的送电装置10中，在开启电流成为限制值(禁止带S的边界)以下的预定值(例如0)的频率存在2个的情况下，在执行变换器220的起动处理时，将上述2个频率中的使电流I1的大小较小的一方的频率(在上述的例子中为频率fa)设为开启电流控制中的驱动频率的初始调整值。
此外，在开启电流控制中，如图5中所说明，基于开启电流目标值Itr与开启电流It的偏差来生成变换器220的驱动频率指令值。于是，例如，在执行变换器220的起动处理时，通过将开启电流控制中的驱动频率指令值设为上述频率fa，能够将变换器220的驱动频率调整为初始调整值fa。
图11是示出送电电力Ps和开启电流It的等高线的一例的图。参照图11，该图11与在实施方式1中说明的图6对应。在图6中也进行了说明的线IL1是开启电流为0的等高线，但开启电流与其同值的等高线实际上如线IL2所示，隔着禁止带S而在相反侧的区域还存在1条(在图6中省略图示和说明)。
并且，由表示送电电力Ps的等高线的线PL1与线IL1的交点规定的动作点Pa相当于在图9、10中说明的频率fa的动作点，由线PL1与线IL2的交点规定的动作点Pb相当于在图9、10中说明的频率fb的动作点。
若要一边实现送电电力Ps一边将开启电流控制成预定的目标值(例如0)，则作为变换器220的动作点的初始目标值可选择动作点Pa、Pb的任一方，但在本实施方式2中，选择动作点Pa、Pb中的使在送电部240流动的电流I1的大小较小的一方的动作点Pa(驱动频率fa)作为变换器220的动作点的初始目标值。即，在本实施方式2中，在执行变换器220的起动处理时，将变换器220的驱动频率fa、fb中的使电流I1的大小较小的一方的频率fa设为变换器220的驱动频率的初始调整值。然后，以该动作点Pa(频率fa)为起点，变更开启电流控制的目标值Itr，以使得在送电部240流动的电流I1的大小降低。
图12是用于说明实施方式2中的由电源ECU250执行的变换器220的动作点探索处理的流程图。此外，该流程图所示的处理也是每隔预定时间执行或者在预定条件成立时从主例程中调出并执行。
参照图12，该流程图在图8所示的实施方式1中的流程图的基础上还包括步骤S22。即，当在步骤S20中设定目标电力Psr和开启电流目标值Itr(初始值)后，电源ECU250选择实现开启电流目标值Itr(初始值)的2个驱动频率(例如图9、10的频率fa、fb)中的使在送电部240流动的电流I1的大小较小的一方的频率(例如图9、10的频率fa)。然后，电源ECU250将该选择出的频率设为开启电流控制中的频率的初始调整值(步骤S22)。
之后，在步骤S30中执行送电电力控制和开启电流控制，进行初始动作点的探索。具体而言，朝向送电电力Ps成为目标电力Psr的动作点(图11的动作点Pa)下的实现目标电力Psr和开启电流目标值Itr(初始值)的2个驱动频率(fa、fb)中电流I1的大小较小的一方的频率(fa)，执行送电电力控制和开启电流控制。
此外，步骤S30以后的各处理与图8中说明的处理相同。如上所述，在本实施方式2中，在执行变换器220的起动处理时，将变换器220的驱动频率调整为实现目标电力Psr和开启电流目标值Itr(初始值)的2个驱动频率中的使在送电部240流动的电流I1的大小较小的一方的频率。然后，在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内变更开启电流的目标值Itr，以使得电流I1的大小降低。由此，在变换器220起动后，能够迅速地使在送电部240流动的电流I1降低。因而，根据本实施方式2，在变换器220起动后，能够在不会产生恢复电流的范围内迅速地提高电力传送效率。
[变形例]
在上述的各实施方式1、2中，一边将送电电力控制成目标电力，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内变更动作点(变更开启电流目标值)，以使得在送电部240流动的电流I1的大小降低，但也可以取代电流I1而使用变换器220的输出电流Io。即，也可以一边将送电电力控制成目标电力，一边在不会产生恢复电流的范围内变更动作点(变更开启电流目标值)，以使得变换器220的输出电流Io的大小降低。
图13是用于说明实施方式1的变形例中的由电源ECU250执行的变换器220的动作点探索处理的流程图。此外，该流程图所示的处理也是每隔预定时间执行或者在预定条件成立时从主例程中调出并执行。
参照图13，该流程图在图8所示的流程图中取代步骤S60、S70而包括步骤S65、S75。即，当在步骤S50中增大送电电力控制(占空比调整)的增益后，电源ECU250从电流传感器272(图1)取得变换器220的输出电流Io的检测值(步骤S65)。
然后，电源ECU250一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内向输出电流Io的大小降低的方向变更变换器220的动作点(步骤S75)。具体而言，在通过在步骤S50中增大送电电力控制的增益而提高了送电电力的目标值跟随性的基础上，电源ECU250在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内变更开启电流控制的目标值Itr，以使得变换器220的输出电流Io的大小降低。
之后，处理移向步骤S80，判定变换器220的动作点的探索是否已完成。此外，步骤S80以后的各处理与图8中说明的处理相同。
图14是用于说明实施方式2的变形例中的由电源ECU250执行的变换器220的动作点探索处理的流程图。此外，该流程图所示的处理也是每隔预定时间执行或者在预定条件成立时从主例程中调出并执行。
参照图14，该流程图在图12所示的流程图中取代步骤S22、S60、S70而包括步骤S24、S65、S75。即，当在步骤S20中设定目标电力Psr和开启电流目标值Itr(初始值)后，电源ECU250选择实现开启电流目标值Itr(初始值)的2个驱动频率中的使变换器220的输出电流Io的大小较小的一方的频率。然后，电源ECU250将该选择出的频率设为开启电流控制中的频率的初始调整值(步骤S24)。
之后，在步骤S30中执行送电电力控制和开启电流控制，进行初始动作点的探索。
另外，当在步骤S50中增大送电电力控制(占空比调整)的增益后，在步骤S65中检测变换器220的输出电流Io。然后，在步骤S75中，一边将送电电力Ps控制成目标电力Psr，一边在不会在变换器220中产生恢复电流的范围内向输出电流Io的大小降低的方向变更变换器220的动作点。此外，步骤S30以后的各处理与图13中说明的处理相同。
如上所述，根据实施方式1的变形例，也能够得到与实施方式1同样的作用效果。另外，根据实施方式2的变形例，也能够得到与实施方式2同样的作用效果。
此外，在以上说明中，电源ECU250对应于本发明中的“控制部”的一实施例。另外，送电电力控制对应于本发明中的“第1控制”，开启电流控制对应于本发明中的“第2控制”。
关于本次公开的各实施方式，也计划了将其适当组合来实施。并且，应该认为，本次公开的实施方式在所有方面均为例示而非限制性的内容。本发明的范围不是由上述实施方式的说明表示，而是由权利要求书来表示，旨在包括与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

Claims (4)

1.一种非接触送电装置，具备：
送电部，其构成为以非接触方式向受电装置送电；
电压型的变换器，其将与驱动频率相应的送电电力向所述送电部供给；以及
控制部，其控制所述变换器，
所述控制部执行第1控制和第2控制，所述第1控制是通过调整所述变换器的输出电压的占空比来将所述送电电力控制成目标电力的控制，所述第2控制是通过调整所述驱动频率来控制表示所述输出电压上升时的所述变换器的输出电流的开启电流的控制，
所述控制部，一边通过所述第1控制将所述送电电力控制成所述目标电力，一边在从所述变换器向所述送电部供给的电流成为限制值以下的范围内调整所述占空比和所述驱动频率以使得从所述变换器向所述送电部供给的电流降低。
2.根据权利要求1所述的非接触送电装置，
所述控制部，一边通过所述第1控制将所述送电电力控制成所述目标电力，一边在所述开启电流成为所述限制值以下的范围内调整所述占空比和所述驱动频率以使得从所述变换器向所述送电部供给的电流成为最小。
3.根据权利要求1或2所述的非接触送电装置，
在所述送电电力一定时所述开启电流成为所述限制值以下的预定值的所述驱动频率存在2个的情况下，所述控制部在执行所述变换器的起动处理时，将这2个驱动频率中的使从所述变换器向所述送电部供给的电流的大小较小的一方的驱动频率设为所述第2控制中的所述驱动频率的初始调整值。
4.一种电力传送系统，具备权利要求1～3中任一项所述的非接触送电装置和受电装置。
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