CN106374595B - 非接触送电装置以及电力传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及非接触送电装置以及电力传输系统，控制部执行第1控制和第2控制。第1控制是如下控制：通过调整逆变器的输出电压的占空比来将送电电力控制成目标电力。第2控制是如下控制：通过调整驱动频率，控制表示输出电压的上升时的逆变器的输出电流的导通电流。并且，控制部在由第2控制进行的驱动频率的调整期间，送电电力超过了比目标电力大的限制值的情况下，使第1控制中的目标电力降低。

Description

非接触送电装置以及电力传输系统
技术领域
本发明涉及非接触送电装置以及电力传输系统，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号公报公开了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、逆变器以及控制部。送电线圈以非接触方式向装载在车辆上的受电线圈送电。逆变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对电池的充电电力指令以及对电池的输出电力，对逆变器的驱动频率进行反馈控制，以使输出电力跟随充电电力指令。
逆变器是电压型的逆变器，在将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给的情况下，通过调整逆变器输出电压的占空比(duty)，能够控制送电电力。另外，通过调整逆变器的驱动频率，能够控制表示逆变器输出电压的上升时的逆变器输出电流的导通(turn-on)电流。
在送电装置中，考虑为了不使送电电力大幅超过目标值而设置送电电力的限制值。在设置有限制值的情况下，需要将送电电力抑制到限制值以下。
在此，若为了导通电流的控制而进行逆变器的驱动频率的调整，则送电电力伴随驱动频率的变化而发生变化。若送电电力伴随驱动频率的调整而发生变化，则送电电力可能会预料之外地超过限制值。例如，在送电线圈与受电线圈的耦合系数小、且送电电力小这样的状况下，具有与逆变器的驱动频率的变化对应的送电电力的变化很大的趋势，在进行了逆变器的驱动频率的调整的情况下可能会发生送电电力的过冲(overshoot)，送电电力可能会预料之外地超过限制值。对于这样的送电电力超过限制值的问题及其解决方案，在上述的专利文献1中并没有进行特别研究。
发明内容
因此，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，抑制在调整了逆变器的驱动频率的情况下送电电力超过限制值的事态。
另外，本发明的另一目的在于，在以非接触从送电装置向受电装置送电的电力传输系统中，抑制在调整了送电装置的逆变器的驱动频率的情况下送电电力超过限制值的事态。
根据本发明，非接触送电装置具备送电部、电压型的逆变器、以及控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。电压型的逆变器将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给。控制部控制逆变器。另外，控制部执行第1控制和第2控制。第1控制为如下控制：通过调整逆变器的输出电压的占空比，将送电电力控制为目标电力(送电电力控制)。第2控制为如下控制：通过调整驱动频率，控制表示输出电压的上升时的逆变器的输出电流的导通电流(导通电流控制)。并且，控制部在由第2控制进行的驱动频率的调整期间，送电电力超过了比目标电力大的限制值的情况下，使第1控制中的目标电力降低。
另外，根据本发明，电力传输系统具备送电装置和受电装置。送电装置具备送电部、电压型的逆变器、以及控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。电压型的逆变器将与驱动频率相应的送电电力向送电部供给。控制部控制逆变器。另外，控制部执行第1控制(送电电力控制)和第2控制(导通电流控制)。并且，控制部在由第2控制进行的驱动频率的调整期间，送电电力超过了比目标电力大的限制值的情况下，使第1控制中的目标电力降低。
在本发明的上述的各方案中，在送电电力超过了限制值的情况下，目标电力降低。通过使目标电力低下，送电电力降低。由此，能够抑制送电电力超过限制值的事态。
优选，控制部在由第二控制进行的驱动频率的调整期间送电电力超过了限制值的情况下，通过从目标电力减去与送电电力相对于限制值的超过量成比例的修正量来使目标电力降低。
根据这样的结构，能够以简易的结构来迅速抑制超过限制值的送电电力。
优选，控制部通过进一步从目标电力减去与超过量的积分值成比例的修正量来使目标电力降低。
根据这样的结构，在送电电力超过限制值的情况下，将送电电力控制为限制值。因此，能够切实地抑制送电电力相对于限制值的超过，并且能够将目标电力的降低量抑制在最小限度。
本发明的上述目的以及其他目的、特征、方案以及优点，根据与附图关联而理解的关于本发明的下面的详细说明而得到明确。
附图说明
图1是本实施方式的电力传输系统的整体结构图。
图2是示出了送电部以及受电部的电路结构的一例的图。
图3是示出了逆变器的电路结构的图。
图4是示出了逆变器的开关波形和输出电压Vo以及输出电流Io的波形的图。
图5是送电电力控制以及导通电流控制的控制框图。
图6是目标电力修正部的详细的控制框图。
图7是示出了送电电力以及导通电流的等高线的一例的图。
图8是更详细地说明图7的区域C1的图。
图9是表示因逆变器的工作点移动而引起的送电电力的变化的一例的图。
图10是用于说明由电源ECU执行的逆变器的工作点搜索处理的流程图。
图11是表示目标电力修正部的其他构成的控制框图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中相同或者相当的部分赋予相同附图标记而不再重复其说明。
(电力传输系统的构成)
图1是本发明的实施方式的非接触送电装置所适用的电力传输系统的整体结构图。参照图1，该电力传输系统具备送电装置10以及受电装置20。受电装置20例如能够装载于可使用从送电装置10供给并蓄积的电力来行驶的车辆等。
送电装置10包括功率因数改善(PFC(Power Factor Correction：功率因数校正))电路210、逆变器(inverter)220、滤波电路230以及送电部240。另外，送电装置10还包括电源ECU(Electronic Control 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能够将从交流电源100(例如系统电源)接收的交流电力进行整流及升压并向逆变器220供给，并且，通过使输入电流接近于正弦波来改善功率因数。在该PFC电路210中，能够采用公知的各种各样的PFC电路。此外，也可以代替PFC电路210，而采用没有功率因数改善功能的整流器。
逆变器220将从PFC电路210接收的直流电力变换为具有预定的传输频率的送电电力(交流)。由逆变器220生成的送电电力经由滤波电路230而被供给至送电部240。逆变器220是电压型逆变器，构成逆变器220的各开关元件与续流二极管以反并联方式连接。逆变器220例如由单相全桥电路构成。
滤波电路230设置在逆变器220与送电部240之间，抑制从逆变器220产生的谐波噪声。滤波电路230例如由包括电感器以及电容器的LC滤波器构成。
送电部240经由滤波电路230从逆变器220接收具有传输频率的交流电力(送电电力)，并通过在送电部240的周围所产生的电磁场，以非接触方式向受电装置20的受电部310送电。送电部240例如包含用于以非接触方式向受电部310送电的谐振电路。谐振电路可由线圈以及电容器构成，但是，在仅由线圈就形成了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检测逆变器220的输出电压，向电源ECU250输出该检测值。电流传感器272检测逆变器220的输出电流，向电源ECU250输出该检测值。基于电压传感器270以及电流传感器272的检测值，能够检测从逆变器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检测流向送电部240的电流，向电源ECU250输出该检测值。
此外，关于送电电力的检测，既可以代替电流传感器272而使用电流传感器274，也可以通过在PFC电路210与逆变器220之间的直流线路上检测电压以及电流从而计算出送电电力。
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/或设备的信号，并且，进行送电装置10中的各种设备的控制。作为一例，电源ECU250在从送电装置10向受电装置20的电力传输执行时，进行逆变器220的开关控制以使逆变器220生成送电电力(交流)。关于各种控制，并不限于由软件进行的处理，也能够通过专用的硬件(电子电路)进行处理。
作为由电源ECU250执行的主要的控制，电源ECU250在从送电装置10向受电装置20的电力传输执行时，执行用于将送电电力控制为目标电力的反馈控制(以下也称为“送电电力控制”)。具体而言，电源ECU250通过调整逆变器220的输出电压的占空比(duty)，将送电电力控制为目标电力。此外，输出电压的占空比被定义为，正(或者负)的电压输出时间相对于输出电压波形(矩形波)的周期之比。通过改变逆变器220的开关元件(导通/截止(ON/OFF)占空比为0.5)的工作定时，能够调整逆变器输出电压的占空比。目标电力例如能够基于受电装置20的受电状况来生成。在该实施方式中，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进行发送。
另外，电源ECU250执行上述的送电电力控制，并且执行用于将逆变器220中的导通电流控制为目标值的反馈控制(以下也称为“导通电流控制”)。具体而言，电源ECU250通过调整逆变器220的驱动频率(开关频率)，将导通电流控制为目标值。导通电流是指逆变器220的输出电压上升时的逆变器220的输出电流的瞬时值。若导通电流为正，逆变器220的续流二极管中将会流动反向的恢复电流，在续流二极管中就会发热即发生损失。因此，将导通电流控制的上述目标值(导通电流目标值)设定于不会在逆变器220的续流二极管中产生恢复电流的范围内，基本上设定为0以下的预定值(虽然功率因数优良的“0”是理想的，但也可以取余裕而设定为负值，另外，在由恢复电流引起的损失可忽略不计的程度内也可以设定为小的正值)。
另外，在本实施方式的送电装置10中，为了不使送电部240的送电电力大幅超过目标值，设置送电电力的限制值。送电电力的限制值是比目标值大的值。送电电力的限制值例如是相对于送电电力的目标值以预定比率大的值，基于送电装置10和/或受电装置20的性能等而设定。电源ECU250在由导通电流控制进行的逆变器驱动频率的调整期间，送电部240的送电电力超过了限制值的情况下，使送电电力控制中的目标电力降低。关于包括该目标电力的调整在内的送电电力控制以及导通电流控制，稍后进行详细说明。
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)，还与受电装置20交换送电的开始、停止和/或受电装置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以非接触方式接收从送电装置10的送电部240输出的电力(交流)。受电部310例如包含用于以非接触方式从送电部240受电的谐振电路。谐振电路可由线圈以及电容器构成，但是，在仅由线圈就形成了期望的谐振状态的情况下也可以不设置电容器。受电部310将接收到的电力经由滤波电路320向整流部330输出。
滤波电路320设置在受电部310与整流部330之间，抑制在受电时所产生的谐波噪声。滤波电路320例如由包括电感器以及电容器的LC滤波器构成。整流部330将由受电部310接收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对从整流部330输出的电力进行蓄积。并且，蓄电装置350将该蓄积的电力供给至未图示的负载驱动装置等。此外，作为蓄电装置350，也能够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进行的蓄电装置350充电时被导通。此外，虽未特别图示，但是在整流部330与蓄电装置350之间(例如，整流部330与继电器电路340之间)，也可以设置对整流部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)，向充电ECU360输出该检测值。电流传感器382检测来自整流部330的输出电流(受电电流)，向充电ECU360输出该检测值。基于电压传感器380以及电流传感器382的检测值，能够检测出受电部310的受电电力(即，蓄电装置350的充电电力)。此外，关于受电电力的检测，也可以通过在受电部310与滤波电路320之间的电力线、或者滤波电路320与整流部330之间的电力线上检测电压及电流，从而检测受电电力。
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/或设备的信号，并且，进行受电装置20中的各种设备的控制。关于各种控制，并不限于由软件进行的处理，也能够通过专用的硬件(电子电路)进行处理。
作为由充电ECU360执行的主要的控制，充电ECU360在从送电装置10受电的期间，生成送电装置10中的送电电力的目标值(目标电力)，以使受电装置20中的受电电力达到期望的目标值。具体而言，充电ECU360基于受电电力的检测值与目标值的偏差，生成送电装置10中的送电电力的目标值。然后，充电ECU360将所生成的送电电力的目标值(目标电力)通过通信部370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，除了向送电装置10发送在充电ECU360中生成的送电电力的目标值(目标电力)，还与送电装置10交换与电力传输的开始、停止相关的信息、和/或向送电装置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是示出了图1所示的送电部240以及受电部310的电路结构的一例的图。参照图2，送电部240包括线圈242以及电容器244。电容器244用于补偿送电电力的功率因数而设置，与线圈242串联连接。受电部310包括线圈312以及电容器314。电容器314用于补偿受电电力的功率因数而设置，与线圈312串联连接。此外，这种电路结构也称为SS方式(一次串联二次串联方式)。
此外，虽未特别图示，但是送电部240以及受电部310的结构并不限定于这种SS方式的结构。例如，也能够采用如下方式：在受电部310中线圈312与电容器314并联连接的SP方式(一次串联二次并联方式)、进一步在送电部240中线圈242与电容器244并联连接的PP方式(一次并联二次并联方式)等。
再次参照图1，在该电力传输系统中，从逆变器220经由滤波电路230向送电部240供给送电电力(交流)。送电部240以及受电部310各自包括线圈和电容器，并设计为在传输频率下进行谐振。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，当从逆变器220向送电部240供给送电电力时，通过在送电部240的线圈与受电部310的线圈之间所形成的电磁场，能量(电力)从送电部240向受电部310移动。移动到受电部310的能量(电力)经由滤波电路320以及整流部330而被供给至蓄电装置350。
图3是示出了图1所示的逆变器220的电路结构的图。参照图3，逆变器220是电压型逆变器，包括电力用半导体开关元件(以下，也简单称为“开关元件”)Q1～Q4以及续流二极管D1～D4。在直流侧的端子E1、E2上连接着PFC电路210(图1)，在交流侧的端子E3、E4上连接着滤波电路230。
开关元件Q1～Q4例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)、双极晶体管、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、GTO(Gate Turn Off thyristor：门极可关断晶闸管)等构成。续流二极管D1～D4分别与开关元件Q1～Q4以反并联方式连接。
在端子E1、E2之间，施加有从PFC电路210输出的直流电压V1。而且，随着开关元件Q1～Q4的开关工作，在端子E3、E4之间产生输出电压Vo以及输出电流Io(图中，设用箭头表示出的方向为正值)。在该图3中，作为一例，示出了开关元件Q1、Q4为导通(ON)，开关元件Q2、Q3为截止(OFF)的状态，该情况下的输出电压Vo大致变为电压V1(正值)。
图4是示出了逆变器220的开关波形和输出电压Vo以及输出电流Io的波形的图。参照图4以及图3，以时刻t4～t8的一个周期为例进行说明。在时刻t4，若在开关元件Q2、Q4分别处于截止、导通的状态下开关元件Q1从截止切换成导通并且开关元件Q3从导通切换成截止(图3所示的状态)，则逆变器220的输出电压Vo从0上升到V1(正值)。
在时刻t5，若在开关元件Q1、Q3分别处于导通、截止的状态下开关元件Q2从截止切换成导通并且开关元件Q4从导通切换成截止，则输出电压Vo变为0。
在时刻t6，若在开关元件Q2、Q4分别处于导通、截止的状态下开关元件Q1从导通切换成截止并且开关元件Q3从截止切换成导通，则输出电压Vo变为-V1(负值)。
在时刻t7，若在开关元件Q1、Q3分别处于截止、导通的状态下开关元件Q2从导通切换成截止并且开关元件Q4从截止切换成导通，则输出电压Vo再次变为0。
然后，在从时刻t4经过一个周期后的时刻t8，若在开关元件Q2、Q4分别处于截止、导通的状态下开关元件Q1从截止切换成导通并且开关元件Q3从导通切换成截止，则输出电压Vo从0上升到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。而且，通过改变开关元件Q1、Q3的开关定时及开关元件Q2、Q4的开关定时，能够改变输出电压Vo的占空比。例如，相对于图4所示的情况，若将开关元件Q2、Q4的开关定时提前，则能够使输出电压Vo的占空比小于0.25(最小值为0)，若将开关元件Q2、Q4的开关定时延迟，则能够使输出电压Vo的占空比大于0.25(最大值为0.5)。
通过调整该输出电压Vo的占空比，能够改变送电电力。定性而言，能够通过增大占空比来增加送电电力，能够通过减小占空比来减少送电电力。由此，在该实施方式中，电源ECU250执行如下的送电电力控制：通过调整输出电压Vo的占空比，将送电电力控制为目标电力。
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相当于上述的导通电流。该导通电流It的值根据从PFC电路210提供给逆变器220的电压V1和/或逆变器220的驱动频率(开关频率)而变化，在此示出了流动正的导通电流It的情况。
若流动正的导通电流It，则在与开关元件Q3反并联连接的续流二极管D3(图3)中将会流动反向的电流即恢复电流。若续流二极管D3中流动恢复电流，则续流二极管D3的发热就会增大，逆变器220的损失会增大。如果导通电流It为0以下，则续流二极管D3中就不会流动恢复电流，可抑制逆变器220的损失。
由于当逆变器220的驱动频率(开关频率)变化时导通电流It会发生变化，因此，通过调整逆变器220的驱动频率，能够控制导通电流It。因此，在该实施方式中，电源ECU250执行如下的导通电流控制：通过调整逆变器220的驱动频率，将导通电流It控制为目标值。而且，导通电流It的目标值基本上被设定为0以下的值，以使得不会在逆变器220中产生恢复电流。
再次参照图1，如上所述，在该实施方式中，通过调整逆变器220的输出电压的占空比，将从逆变器220向送电部240供给的送电电力控制为目标电力(送电电力控制)。另外，通过调整逆变器220的驱动频率(开关频率)，将导通电流控制为0以下的目标值，以使得不会在逆变器220中产生恢复电流(导通电流控制)。
在此，在调整逆变器220的驱动频率来搜索期望的逆变器工作点的过程中，存在送电部240的送电电力超过限制值的可能性。例如，在线圈242、312间的耦合系数小、且送电电力小这样的状况下，具有与逆变器220的驱动频率的变化对应的送电电力的变化变大的趋势，在为了控制导通电流而进行了逆变器220的驱动频率的调整的情况下，送电电力可能会预料之外超过限制值。
在送电电力超过了限制值的情况下，若进行降低逆变器220的输出电压的占空比的控制，则送电电力会在该瞬间降低。然而，在进一步进行了逆变器220的驱动频率的调整的情况下，送电电力可能会再次超过限制值。因此，仅通过在送电电力超过了限制值的情况下降低逆变器220的输出电压的占空比，无法充分抑制送电电力超过限制值。
因此，在本实施方式的送电装置10中，电源ECU250在由导通电流控制进行的逆变器220的驱动频率的调整期间，送电部240的送电电力超过了限制值的情况下，使送电电力控制中的目标电力降低。由此，送电电力降低，能够抑制送电电力超过限制值的事态。以下，对由电源ECU250执行的送电电力控制以及导通电流控制的详细情况进行说明。
(送电电力控制以及导通电流控制)
图5是由电源ECU250执行的送电电力控制以及导通电流控制的控制框图。参照图5，电源ECU250包括目标电力修正部450、运算部410、430以及控制器420、440。由目标电力修正部450、运算部410、控制器420以及控制对象的逆变器220而成的反馈环路构成送电电力控制。另一方面，由运算部430、控制器440以及逆变器220而成的反馈环路构成导通电流控制。
目标电力修正部450接收表示送电电力的目标值的目标电力Psr和表示由送电部240送电的电力的送电电力Ps。送电电力Ps例如可以基于电压传感器270以及电流传感器272(图1)的检测值而算出。并且，在送电电力Ps超过了限制值(例如，比目标电力高预定比率的值)的情况下，目标电力修正部450以根据该超过量使目标电力Psr降低的方式来修正目标电力Psr，将修正后的目标电力Psra向运算部410输出。
图6是图5所示的目标电力修正部450的详细的控制框图。参照图6，目标电力修正部450包括限制值计算部451、运算部452、458、滤波部454、以及修正量计算部456。
限制值计算部451将目标电力Psr作为输入来算出送电部240的送电电力的限制值Psu。例如，限制值计算部451算出比目标电力Psr高预定比率的值作为限制值Psu。
运算部452从限制值Psu减去送电电力Ps的值，向滤波部454输出该运算值。对于从运算部452接收的运算值，滤波部454对负值原样输出，对正值输出0。即，在送电电力Ps超过限制值Psu时，滤波部454将超过量作为负值来输出，在送电电力Ps小于限制值Psu时，滤波部454的输出为0。
修正量计算部456接收滤波部454的输出并计算目标电力Psr的修正量。具体而言，修正量计算部456由比例项460构成。比例项460通过对滤波部454的输出乘以预定的比例增益KP，计算出与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例的目标电力Psr的修正量(降低量)。此外，该比例项460具有正的增益。因此，修正量计算部456的输出成为与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例的负值。
运算部458将修正量计算部456的输出与目标电力Psr相加，并将该运算结果作为目标电力Psra进行输出。此外，由于修正量计算部456的输出是与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例的负值，因此，目标电力Psra成为比目标电力Psr小的值，二者之差与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例。
再次参照图5，运算部410从由目标电力修正部450得到的修正后的目标电力Psra减去送电电力Ps的检测值，向控制器420输出该运算值。控制器420基于目标电力Psra与送电电力Ps的偏差，生成逆变器220的输出电压Vo的占空比指令值。控制器420例如通过执行以目标电力Psra与送电电力Ps的偏差作为输入的PI控制(比例积分控制)等来计算操作量，将该计算出的操作量作为占空比指令值。由此，以使送电电力Ps接近于目标电力Psra的方式调整了输出电压Vo的占空比，将送电电力Ps控制成了目标电力Psra。
此外，在该实施方式中，设为在受电装置20中基于受电电力的目标值与检测值的偏差而生成目标电力Psr。因此，若在送电装置10中通过与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例地使目标电力降低从而送电电力Ps降低，则在受电装置20中受电电力会降低，其结果是，会导致在受电装置20中生成的目标电力Psr增加。因此，在该实施方式中，在与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例地使目标电力降低时，例如，设为不允许基于受电电力生成的目标电力Psr的增加。
另一方面，关于导通电流控制，运算部430从导通电流的目标值Itr减去导通电流It的检测值，向控制器440输出该运算值。此外，导通电流的目标值Itr如上所述那样基本被设定为0以下的值。另外，导通电流It的检测值为由电压传感器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基于导通电流的目标值Itr与导通电流It的偏差，生成逆变器220的驱动频率(开关频率)指令值。控制器440例如通过执行以导通电流的目标值Itr与导通电流It的偏差作为输入的PI控制等来计算操作量，将该计算出的操作量作为上述的频率指令值。由此，以使导通电流It接近于目标值Itr的方式调整了逆变器220的驱动频率，将导通电流It控制成了目标值Itr。
此外，导通电流也可以不一定被控制成目标值。例如，也可以取代导通电流的目标值而设置导通电流的限制值。在该情况下，导通电流被控制成不超过限制值。
此外，对逆变器220的输出电压Vo的占空比进行调整的送电电力控制，与对逆变器220的驱动频率进行调整的导通电流控制彼此干涉。根据通过送电电力控制而调整的占空比，也可能存在无法通过导通电流控制来将导通电流It控制为目标值Itr的情况。
图7是示出了送电电力Ps以及导通电流It的等高线的一例的图。参照图7，横轴表示逆变器220的驱动频率(开关频率)，纵轴表示逆变器220的输出电压Vo的占空比。
线PL1、PL2、PL3分别表示送电电力Ps的等高线。通过线PL1表示的送电电力大于通过线PL2、PL3表示的送电电力。另外，通过线PL2表示的送电电力大于通过线PL3表示的送电电力。从图中可知，实现某送电电力的占空比呈现频率依赖性。线IL1表示导通电流的等高线。图示的线IL1是导通电流变为0以下的预定值的等高线(在此，作为一例表示了导通电流为0的等高线)，随着占空比增大且频率降低，导通电流减小(朝负向增大)。
由斜线示出的区域S是在逆变器220中产生恢复电流的区域。即，在包含于区域S的逆变器220的工作点，导通电流变为大于0，在逆变器220中产生恢复电流。以下，也将该区域S称为“禁止带S”。此外，在该实施方式中，禁止带S的边界并非导通电流为0的线，而设为允许小的正值的导通电流。
工作点P0是逆变器220的工作点的目标值。即，在线PL3、IL1分别表示目标电力以及导通电流目标值的情况下，逆变器220的工作点被控制向线PL3、IL1的交点即工作点P0。由实线表示的线示出了在逆变器220的启动处理执行时的工作点的推移。在本例中，当初的目标电力是线PL2所表示电力，但当工作点在线PL2上进行了移动时，由于送电电力超过了限制值，目标电力降低到线PL3表示的电力。此外，如图所示，禁止带S在占空比小时呈扩大的趋势。因此，在逆变器220启动时(占空比从0起增大的送电电力上升时)，以使工作点快速通过禁止带S的方式，将调整占空比的送电电力控制的增益设定得大，工作点以由实线示出的方式推移。
图8是更详细地说明图7的区域C1的图。参照图8，线PL2表示修正前的目标电力，线PL3表示修正后的目标电力。线PL4表示比由线PL2表示的送电电力大的送电电力，在此设为表示送电电力的限制值。此外，虽然在图7中省略了说明，但对于表示送电电力的线(PL2～PL4)的间隔，频率f3附近比频率f0附近窄。即，频率f3附与频率f0附近相比，送电电力变化相对于频率变化的灵敏度高。在逆变器220的驱动频为f0的状态下逆变器220启动，逆变器220的工作点向表示目标电力的线PL2上的T0推移。
因为工作点T0从由导通电流目标值(由线IL1(图7)表示的导通电流值)偏离，所以通过导通电流控制，逆变器220的驱动频率从f0向f1推移(工作点T1)。工作点T1是送电电力比由线PL2表示的电力大的区域的工作点。即，通过逆变器220的工作点从T0向T1推移，送电电力增大。但是，在本例中，工作点T1处的送电电力不超过限制值(线PL4)。因此，送电电力的目标电力不会从线PL2所表示的电力发生变化。
因为工作点T1从目标电力偏离，所以通过送电电力控制，逆变器220的输出电压的占空比向d2推移(工作点T2)。工作点T2是线PL2上的工作点。
并且，通过导通电流控制，逆变器220的驱动频率从f1向f2推移(工作点T3)。反复这样的工作，在逆变器的驱动频率从f2推移到f3且工作点到达了T5时，送电电力超过限制值(线PL4)。如上所述，在频率f3附近，送电电力的等高线密集，与驱动频率的变化对应的送电电力的变化大，因此，通过驱动频率从f2变化到f3，送电电力超过限制值。
此外，在送电线圈与受电线圈的耦合系数小、且送电电力小这样的状况下具有送电电力的等高线密集的趋势。因此，送电电力超过限制值的事态，容易在送电线圈与受电线圈的耦合系数小、且送电电力小的状况下发生。
若工作点T5处的送电电力超过限制值，则与该超过量成比例地将目标电力修正为低的值。例如，目标电力从由线PL2表示的电力向由线PL3表示的电力进行修正。因为工作点T5从修正后的目标电力(由线PL3表示的电力)偏离，所以通过送电电力控制，逆变器220的输出电压的占空比向d4推移(工作点T6)。工作点T6是线PL3上的工作点。
然后，通过导通电流控制，逆变器220的驱动频率从f3向f4推移(工作点T7)。因为目标电力降低，所以工作点T7处的送电电力不超过限制值(线PL4)。
此外，如上所述，在本实施方式中，在由于送电电力超过了限制值而导致目标电力降低了的情况下，不变更限制值。然而，不一定限定于这样的例子。例如也可以为如下结构：通常作为限制值而设定比目标电力高第1预定比率的值，但在通过送电电力Ps超过了限制值而导致目标电力Psr降低了的情况下，作为限制值而设定比目标电力高第2预定比率(>第1预定比率)的值。
图9是表示逆变器220的工作点如图8所示进行推移而引起的送电电力的变化的一例的图。参照图9以及图8，在时刻t1之前的阶段，设为逆变器220的工作点达到了T0。在时刻t1，若通过导通电流控制使逆变器220的工作点从T0推移到T1(图8)，则送电电力上升。于是，送电电力比目标电力大，因此，通过送电电力控制将送电电力调整为目标电力(时刻t2)。其结果是，工作点推移到T2(图8)。
在时刻t3，若通过导通电流控制使工作点从T2推移到T3(图8)，则送电电力再次上升，与时刻t1的时间点相比更接近限制值。然后，通过送电电力控制，将送电电力调整为目标电力(时刻t4)，工作点推移到T4(图8)。
在时刻t5，若通过导通电流控制使工作点从T4推移到T5(图8)，则送电电力再次上升，超过限制值。由此，对送电电力的目标电力进行修正。然后，通过送电电力控制将送电电力调整为修正后的目标电力(时刻t6)。其结果是，工作点从T5推移到T6(图8)。在时刻t7，若通过导通电流控制使工作点从T6推移到T7(图8)，则送电电力再次上升。然而，因为目标电力降低，所以在时刻t7，送电电力并不超过限制值。
图10是用于说明由图1所示的电源ECU250执行的逆变器220的工作点搜索处理的流程图。此外，该流程图所示的处理按预定时间或者在预定条件成立时从主程序调出并执行。
参照图10，电源ECU250判定是否有从送电装置10向受电装置20送电的开始指示(步骤S10)。该送电开始指示既可以基于送电装置10或者受电装置20中的利用者的指示而产生，也可以伴随由计时器等提示的充电开始时刻的到来而生成。在没有送电开始指示时(步骤S10：否)，电源ECU250不执行后面的一系列处理而将处理移至步骤S80。
若在步骤S10中判定为有送电开始指示(步骤S10：是)，则电源ECU250对送电电力Ps的目标电力Psr以及导通电流It的目标值Itr(初始值)进行设定(步骤S20)。此外，目标电力Psr如上述那样基于受电装置20的受电状况而生成，而在送电还未开始的该时刻，被设定为预先确定的初始值。对导通电流目标值Itr的初始值例如设定0。
若目标电力Psr以及导通电流目标值Itr(初始值)被设定，则电源ECU250执行送电电力控制以及导通电流控制(步骤S30)。此外，若伴随送电电力控制的执行而开始从送电装置10向受电装置20的送电，则根据受电装置20的受电状况来修正目标电力Psr，当在受电装置20中受电电力接近目标值时，目标电力Psr也稳定。
若送电电力控制以及导通电流控制被执行，则电源ECU250取得与由送电部240送电的送电电力Ps相关的信息(步骤S40)。例如，电源ECU250取得电压传感器270以及电流传感器272(图1)的检测值，并计算送电电力Ps。然后，电源ECU250判定所取得的送电电力Ps是否超过了预定的限制值(例如比目标电力高预定比率的值)(步骤S50)。如上所述，存在如下情况：在一边通过送电电力控制将送电电力控制为目标电力一边调整逆变器220的驱动频率来搜索期望的逆变器工作点(导通电流目标值)的过程中，由送电部240送电的送电电力Ps超过限制值。尤其是在送电部240的线圈242与受电部310的线圈312的耦合系数k小、且送电电力小的状况下送电电力容易超过限制值。
若在步骤S50中判定为送电电力Ps超过了限制值(步骤S50：是)，则电源ECU250使送电电力控制的目标电力降低预定量(步骤S60)。具体而言，在图5以及图6所示的目标电力修正部450中，计算出与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例的量(对超过量乘以预定的比例增益KP而得到的值)来作为目标电力的降低量。当在步骤S50中判定为送电电力Ps为限制值以下时(步骤S50：否)，不执行步骤S60所示的处理而将处理移至步骤S70。
接下来，电源ECU250判定逆变器220的工作点的搜索是否完成(步骤S70)。基本上，由在步骤S20中设定的目标电力以及导通电流目标值的初始值所决定的工作点就是工作点搜索的目标工作点，但当在步骤S60中实施了目标电力的降低时，由降低后的目标电力以及导通电流目标值所决定的工作点会成为目标工作点。
然后，若判定为逆变器220的工作点到达期望的目标工作点且工作点的搜索完成(步骤S70：是)，则将处理移至步骤S80。另一方面，若在步骤S70中判定为工作点的搜索尚未完成(步骤S70：否)，则电源ECU250将处理返回步骤S30，继续执行送电电力控制以及导通电流控制。
此外，也可以构成为：在即使修正了目标电力之后送电电力也超过限制值这样的情况下，使目标电力进一步阶段性地降低。由此，能够更切实地抑制送电电力超过限制值。
另外，也可以构成为：在修正了目标电力之后，送电电力低于限制值的状态持续了预定时间的情况下，将目标电力恢复为修正前的目标电力。由此，能够在送电电力不超过限制值的情况下将送电电力控制为本来的目标电力。
如上所述，在本实施方式中，在逆变器220的驱动频率的调整期间，送电部240的送电电力超过了限制值的情况下，通过使目标电力降低来抑制送电电力。因此，根据该实施方式，能够抑制送电电力超过限制值的事态。
另外，根据该实施方式，使目标电力与送电电力相对于限制值的超过量成比例地降低，因此，能够以简易的结构来迅速抑制超过限制值的送电电力。
此外，在上述的实施方式中，设为目标电力修正部450的修正量计算部456(图6)由比例项460构成，但是，也可以进一步包括积分项。
图11是表示目标电力修正部450的其他构成的控制框图。此外，该图11对应于图6。参照图11，目标电力修正部450的修正量计算部456构成为除了比例项460还包括积分项462、积分增益项464以及运算部466。积分项462将滤波部454的输出的积分值进行输出。积分增益项464对积分项462的输出乘以预定的积分增益KI并输出。运算部466通过将比例项460的输出与积分增益项464的输出相加，计算出目标电力Psr的修正量(降低量)。此外，积分增益项464具有正的增益。因此，积分增益项464的输出成为与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量的积分值成比例的负值。
运算部458将修正量计算部456的输出与目标电力Psr相加，并将该运算结果作为目标电力Psra输出。此外，由于修正量计算部456的运算部466的输出是与送电电力Ps相对于限制值Psu的超过量成比例的负值、和与该超过量的积分值成比例的负值之和，因此，目标电力Psra成为比目标电力Psr小的值，二者之差是与超过量成比例的值和与超过量的积分值成比例的值的合计。
根据该构成，由于目标电力修正部450包括积分项，因此，在送电电力Ps变为超过限制值Isu的大小的情况下，送电电力Ps被控制成限制值Psu。因此，能够切实地抑制送电电力Ps超过限制值Psu，并且能够将目标电力Psr的降低量抑制在最小限度。
此外，目标电力修正部450的构成并不限定于图6、图11所示的构成，也可以使用比例控制、比例积分控制以外的控制方法来计算目标电力Psr的修正量。
此外，在上述中，电源ECU250对应于本发明中的“控制部”的一个实施例。另外，送电电力控制对应于本发明中的“第一控制”，导通电流控制对应于本发明中的“第二控制”。另外，送电部240对应于本发明中的“送电部”的一个实施例，逆变器220对应于本发明中的“电压型的逆变器”的一个实施例。
虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是，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 (6)

1.一种非接触送电装置，具备：
构成为以非接触方式向受电装置送电的送电部；
向所述送电部供给与驱动频率相应的送电电力的电压型逆变器；以及
控制所述逆变器的控制部，
所述控制部执行第一控制以及第二控制，
所述第一控制通过调整所述逆变器的输出电压的占空比来将所述送电电力控制为目标电力，
所述第二控制通过调整所述驱动频率来对表示所述输出电压上升时的所述逆变器的输出电流的导通电流进行控制，
所述控制部在由所述第二控制进行的所述驱动频率的调整期间，所述送电电力超过了比所述目标电力大的限制值的情况下，使所述第一控制中的所述目标电力降低。
2.根据权利要求1所述的非接触送电装置，其中，
所述控制部在由所述第二控制进行的所述驱动频率的调整期间所述送电电力超过了所述限制值的情况下，通过从所述目标电力减去与所述送电电力相对于所述限制值的超过量成比例的修正量来使所述目标电力降低。
3.根据权利要求2所述的非接触送电装置，其中，
所述控制部通过进一步从所述目标电力减去与所述超过量的积分值成比例的修正量来使所述目标电力降低。
4.一种电力传输系统，
具备送电装置以及受电装置，
所述送电装置包括：
构成为以非接触方式向所述受电装置送电的送电部；
向所述送电部供给与驱动频率相应的送电电力的电压型逆变器；以及
控制所述逆变器的控制部，
所述控制部执行第一控制以及第二控制，
所述第一控制通过调整所述逆变器的输出电压的占空比来将所述送电电力控制为目标电力，
所述第二控制通过调整所述驱动频率来对表示所述输出电压上升时的所述逆变器的输出电流的导通电流进行控制，
所述控制部在由所述第二控制进行的所述驱动频率的调整期间，所述送电电力超过了比所述目标电力大的限制值的情况下，使所述第一控制中的所述目标电力降低。
5.根据权利要求4所述的电力传输系统，其中，
所述控制部在由所述第二控制进行的所述驱动频率的调整期间所述送电电力超过了所述限制值的情况下，通过从所述目标电力减去与所述送电电力相对于所述限制值的超过量成比例的修正量来使所述目标电力降低。
6.根据权利要求5所述的电力传输系统，其中，
所述控制部通过进一步从所述目标电力减去与所述超过量的积分值成比例的修正量来使所述目标电力降低。
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