DE102016224956A1

DE102016224956A1 - Impedanzsteuervorrichtung und kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016224956A1
Application number: DE102016224956.8A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Muramatsu; Satoru Horiuchi; Noritaka TAGUCHI
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-06-22
Also published as: US20170174088A1; JP6309503B2; JP2017112763A; US9981565B2

Abstract

Eine Impedanzsteuervorrichtung umfasst eine Diodenbrückengleichrichterschaltung und eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, auf der Basis der Impedanz einer Batterie, die mit Ausgangsanschlüssen der Diodenbrückengleichrichterschaltung gekoppelt ist, die Kapazitäten einer ersten und einer zweiten variablen Kapazitätseinheit der Diodenbrückengleichrichterschaltung zu steuern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015-246212 , eingereicht in Japan am 17. Dezember 2015, die hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Impedanzsteuervorrichtung und eine kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Wenn elektrische Leistung von einer Wechselstrom-Zuführungseinheit über einen Gleichrichter einer Last wie z. B. einer Batterie zugeführt wird, für die die Impedanz schwankt, bewirkt herkömmlich eine Impedanzsteuervorrichtung, dass die Impedanz der Wechselstrom-Zuführungseinheit der schwankenden Impedanz der Last entspricht. Im japanischen Patent Nr. 5459058 wird beispielsweise in einer kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung eine Impedanzanpassung zwischen der Wechselstrom-Zuführungseinheit und der Last durch Verändern eines Tastverhältnisses eines Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers durchgeführt. Folglich kann die Wechselstromleistung effizient von der Wechselstrom-Zuführungseinheit der Last zugeführt werden.
Hinsichtlich der effizienten Zuführung der Wechselstromleistung zur Last besteht jedoch Raum für eine weitere Verbesserung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend erwähnten Umstände durchgeführt und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Impedanzsteuervorrichtung und eine kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage sind, Wechselstromleistung zu einer Last effizient zuzuführen.
Um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen und die vorstehend erwähnte Aufgabe zu erreichen, umfasst eine Impedanzsteuervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Diodenbrückengleichrichterschaltung, die eine erste und eine zweite Diode, die in einer Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, eine dritte und eine vierte Diode, die in der Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, und eine erste und eine zweite variable Kapazitätseinheit, die in Reihe gekoppelt sind, umfasst, wobei die erste und die zweite Diode mit der dritten und der vierten Diode parallel gekoppelt sind, die erste variable Kapazitätseinheit mit der dritten Diode parallel gekoppelt ist, die zweite variable Kapazitätseinheit mit der vierten Diode parallel gekoppelt ist, eine erste Wechselstromelektrode, die Wechselstromleistung ausgibt, die zwischen die erste Diode und die zweite Diode gekoppelt ist, und eine zweite Wechselstromelektrode, die von der ersten Wechselstromelektrode verschieden ist, die zwischen die dritte Diode und die vierte Diode sowie zwischen die erste variable Kapazitätseinheit und die zweite variable Kapazitätseinheit gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, auf der Basis der Impedanz einer mit Ausgangsanschlüssen der Diodenbrückengleichrichterschaltung gekoppelten Last Kapazitäten der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit zu steuern.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Impedanzsteuervorrichtung bevorzugt, dass die Steuereinheit einen Detektor umfasst, der den Strom und/oder die Spannung der Last detektiert, und die Steuereinheit eine Rückkopplungssteuerung der Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit in Reaktion auf Änderungen in dem Strom und/oder der Spannung der Last, die durch den Detektor detektiert werden, durchführt.
Gemäß einem nochmals anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Impedanzsteuervorrichtung bevorzugt, dass die Steuereinheit bewirkt, dass die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit und die Kapazität der zweiten variablen Kapazitätseinheit sich um einen identischen Kapazitätswert und mit derselben Änderungsrate ändern.
Eine kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Diodenbrückengleichrichterschaltung, die an einem Fahrzeug vorgesehen ist, wobei die Diodengleichrichterschaltung eine erste und eine zweite Diode, die in einer Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, eine dritte und eine vierte Diode, die in der Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, und eine erste und eine zweite variable Kapazitätseinheit, die in Reihe gekoppelt sind, umfasst, wobei die erste und die zweite Diode mit der dritten und der vierten Diode parallel gekoppelt sind, wobei die erste variable Kapazitätseinheit mit der dritten Diode parallel gekoppelt ist, und die zweite variable Kapazitätseinheit mit der vierten Diode parallel gekoppelt ist; eine Leistungsempfangsspule, die am Fahrzeug vorgesehen ist und Wechselstromleistung empfängt, die in einer kontaktlosen Weise von einer Leistungsübertragungsspule übertragen wird, die außerhalb des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Leistungsempfangsspule eine erste Wechselstromelektrode, die Wechselspannung ausgibt, und eine zweite Wechselstromelektrode, die von der ersten Wechselstromelektrode verschieden ist, umfasst, wobei die erste Wechselstromelektrode zwischen die erste Diode und die zweite Diode gekoppelt ist und die zweite Wechselstromelektrode zwischen die dritte Diode und die vierte Diode sowie zwischen die erste variable Kapazitätseinheit und die zweite variable Kapazitätseinheit gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die am Fahrzeug vorgesehen ist und dazu konfiguriert ist, auf der Basis der Impedanz einer mit Ausgangsanschlüssen der Diodenbrückengleichrichterschaltung gekoppelten Batterie Kapazitäten der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit zu steuern.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung von derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Impedanzsteuervorrichtung und einer kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt;
2 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Eingangsspannung und des Eingangsstroms durch die Kapazität einer Diodenbrückengleichrichterschaltung in der Ausführungsform darstellt (Ausgangsspannung = 330 V);
3 ist ein Diagramm, das die Änderungen der Eingangsspannung und des Eingangsstroms durch die Kapazität der Diodenbrückengleichrichterschaltung in der Ausführungsform darstellt (Ausgangsspannung = 390 V);
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kapazität und der Ausgangsspannung in der Diodenbrückengleichrichterschaltung in der Ausführungsform darstellt;
5 ist ein Diagramm, das eine Leistungsübertragungseffizienz zwischen Spulen in Bezug auf die Ausgangsimpedanz einer Leistungsempfangsspule in der Ausführungsform darstellt; und
6 ist ein Ablaufplan, der ein Betriebsbeispiel der Impedanzsteuervorrichtung und der kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung in der Ausführungsform darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen wird eine Form zum Implementieren der vorliegenden Erfindung (eine beispielhafte Ausführungsform) im Einzelnen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht durch den in der folgenden Ausführungsform beschriebenen Inhalt begrenzt. Ferner umfassen die im Folgenden beschriebenen Komponenten jene, die ein Fachmann auf dem Gebiet leicht annehmen kann oder die im Wesentlichen gleich sind. Die im Folgenden beschriebenen Konfigurationen können kombiniert werden, wie geeignet. Überdies können verschiedene Auslassungen, Substitutionen oder Modifikationen der Konfigurationen durchgeführt werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Ausführungsform
Eine Impedanzsteuervorrichtung und eine kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden beschrieben. Ein kontaktloses Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung umfasst eine kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 101, die AC-Leistung (Wechselstromleistung) überträgt, und eine kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1, die die Wechselstromleistung empfängt, die von der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 101 in einer kontaktlosen Weise übertragen wird. Die kontaktlose Leistungsübertragungsvorrichtung 101 ist außerhalb eines Fahrzeugs vorgesehen, wie z. B. an einer Ladestation, und umfasst eine Wechselstrom-Leistungsversorgung 101a, die Wechselstromleistung ausgibt, und eine Leistungsübertragungsspule 101b, die die von der Wechselstrom-Leistungsversorgung 101a empfangene Wechselstromleistung überträgt. Die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 empfängt die von der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 101 übertragene Wechselstromleistung in einem Zustand, in dem sie sich gegenüber der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 101 befindet.
Die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und eine Impedanzsteuervorrichtung 1A, wie in 1 dargestellt, umfassen eine Leistungsempfangsspule 10, eine Diodenbrückengleichrichterschaltung 20, einen Glättungskondensator 30, eine Batterie 40 und eine Steuereinheit 50. Die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Impedanzsteuervorrichtung 1A sind beispielsweise an einem unteren Abschnitt des Fahrzeugs vorgesehen und empfangen Wechselstromleistung durch Bewirken, dass die Impedanz der Seite der Leistungsempfangsspule 10, die die Wechselstromleistung zuführt, der Impedanz der Seite der Batterie 40 entspricht.
Die Leistungsempfangsspule 10 ist mit der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 gekoppelt und gibt die Wechselstromleistung an die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 aus. Die Leistungsempfangsspule 10 empfängt beispielsweise die Wechselstromleistung, die von der Leistungsübertragungsspule 101b der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 101 durch elektromagnetische Induktion oder dergleichen in einer kontaktlosen Weise übertragen wird, und gibt die empfangene Wechselstromleistung an die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 aus.
Die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 richtet die Wechselstromleistung gleich. Die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 umfasst eine erste bis vierte Diode D1 bis D4 und eine erste und eine zweite variable Kapazitätseinheit C1 und C2. In der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 sind die erste und die zweite Diode D1 und D2 in der Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt, die dritte und die vierte Diode sind in der Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt und die erste und die zweite variable Kapazitätseinheit C1 und C2 sind in Reihe gekoppelt. In der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 sind die erste und die zweite Diode D1 und D2 mit der dritten und der vierten Diode in der Durchlassrichtung parallel gekoppelt und überdies ist die erste variable Kapazitätseinheit C1 mit der dritten Diode D3 parallel gekoppelt und die zweite variable Kapazitätseinheit C2 ist mit der vierten Diode D4 parallel gekoppelt. In der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 ist eine erste Wechselstromelektrode 11 der Leistungsempfangsspule 10 zwischen die erste Diode D1 und die zweite Diode D2 gekoppelt und eine zweite Wechselstromelektrode 12, die von der ersten Wechselstromelektrode 11 verschieden ist, ist zwischen die dritte Diode D3 und die vierte Diode D4 gekoppelt und ist zwischen die erste variable Kapazitätseinheit C1 und die zweite variable Kapazitätseinheit C2 gekoppelt.
Die erste und die zweite Diode D1 und D2 richten die aus der Leistungsempfangsspule 10 ausgegebene Wechselstromleistung gleich. Die dritte Diode D3 schützt die erste variable Kapazitätseinheit C1 und verhindert, dass eine Überspannung in umgekehrter Polarität an die erste variable Kapazitätseinheit C1 angelegt wird. Die vierte Diode D4 schützt die zweite variable Kapazitätseinheit C2 und verhindert, dass eine Überspannung in umgekehrter Polarität an die zweite variable Kapazitätseinheit C2 angelegt wird. Die erste variable Kapazitätseinheit C1 ist beispielsweise ein variabler Kondensator und führt eine Aufladung und Entladung von elektrischem Strom durch die erste Diode D1 durch. Die zweite variable Kapazitätseinheit C2 ist beispielsweise ein variabler Kondensator und führt eine Aufladung und Entladung von elektrischem Strom durch die zweite Diode D2 durch. In der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 werden beispielsweise variable Kondensatoren mit einer identischen Kapazität und mit denselben Eigenschaften verwendet.
Wenn in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 die erste Wechselstromelektrode 11 eine positive Polarität aufweist, wird ein Wechselstrom in die erste variable Kapazitätseinheit C1 durch die erste Diode D1 geladen. Wenn in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 die erste Wechselstromelektrode 11 eine negative Polarität aufweist, wird ein Wechselstrom in die zweite variable Kapazitätseinheit C2 durch die zweite Diode D2 geladen. Die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 gibt an Ausgangsanschlüsse 21 eine Spannung aus, die durch Kombinieren der geladenen Spannung der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und der geladenen Spannung der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 erhalten wird.
Die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 weist die Eigenschaften auf, in denen, wenn die elektrostatische Aufnahmefähigkeit (Kapazität) der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 variiert, die effektiven Werte der Eingangsspannung und des Eingangsstroms der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 variieren. Wenn in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20, wie in 2 und 3 dargestellt, die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 beispielsweise zunimmt, fällt die Eingangsspannung und der Eingangsstrom steigt an. Wenn die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 abnimmt, steigt die Eingangsspannung an und der Eingangsstrom fällt. Folglich werden in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 die Eingangsspannung und der Eingangsstrom auf beliebige gewünschte Werte durch die Erhöhung und Verringerung der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 gesetzt. Das heißt, die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 kann die Eingangs- und Ausgangsimpedanz der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 durch die Erhöhung und Verringerung der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 verändern. Dies liegt daran, dass die Aufladung und Entladung gemäß der Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 die Eingangsspannung und der Eingangsstrom zusätzlich zur Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 durch die Ausgangsleistung, die Frequenz der Wechselstromleistung und die Ausgangsspannung bestimmt werden. In dem Analyseergebnis, das in 2 dargestellt ist, wurde die Ausgangsleistung auf 7000 W gesetzt, die Frequenz der Wechselstromleistung wurde auf 85 kHz gesetzt und die Ausgangsspannung wurde auf 330 V gesetzt. In dem Analyseergebnis, das in 3 dargestellt ist, wurde die Ausgangsleistung auf 7000 W gesetzt, die Frequenz der Wechselstromleistung wurde auf 85 kHz gesetzt und die Ausgangsspannung wurde auf 390 V gesetzt.
Wenn in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 einen bestimmten Kapazitätswert erreicht, sind die effektiven Werte der Eingangsspannung und des Eingangsstroms konstant. In der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 werden beispielsweise im Fall, dass die Ausgangsspannung 330 V ist, die effektiven Werte der Eingangsspannung und des Eingangsstroms konstant, wenn die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 ungefähr 380 nF ist (siehe 2). Ferner werden in der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 in dem Fall, dass die Ausgangsspannung 390 V ist, die effektiven Werte der Eingangsspannung und des Eingangsstroms konstant, wenn die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 ungefähr 270 nF ist (siehe 3). In der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 mit den Kapazitätswerten, bei denen die effektiven Werte der Eingangsspannung und des Eingangsstroms konstant sind, wird die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 bis zum kleinsten Kapazitätswert (ein Obergrenzenkapazitätswert) verändert. Wenn die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 den Obergrenzenkapazitätswert erreicht, arbeitet die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 als Spannungsverdopplergleichrichterschaltung, in der die Spannung der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und die Spannung der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 kombiniert werden.
Der Glättungskondensator 30 ist mit der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 parallel geschaltet und glättet den Strom (pulsierender Strom), der durch die Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 gleichgerichtet wird, und gibt den geglätteten Strom an die Batterie 40 aus.
Die Batterie 40 ist eine Last und führt Leistung zu einem Motor zum Antreiben eines Elektrofahrzeugs und beispielsweise elektrischen Komponenten wie z. B. Licht des Fahrzeugs zu. Die Batterie 40 ist mit den Ausgangsanschlüssen 21 der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 gekoppelt und lädt einen Gleichstrom auf, der durch den Glättungskondensator 30 geglättet wird. In der Batterie 40 variiert die Impedanz der Batterie 40 in Abhängigkeit von der Menge an Ladung.
Die Steuereinheit 50 steuert auf der Basis der Impedanz der Batterie 40, die mit der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 gekoppelt ist, die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jene der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2. Die Steuereinheit 50 ist eine Rückkopplungsschaltung und umfasst einen Detektor 51, der beispielsweise den Strom und/oder die Spannung der Batterie 40 detektiert. Die Steuereinheit 50 führt in Reaktion auf die Änderungen des Stroms und/oder der Spannung der Batterie 40, die durch den Detektor 51 detektiert werden, eine Rückkopplungssteuerung der Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jener der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 durch. Die Steuereinheit 50 steuert beispielsweise auf der Basis der Ausgangsspannung der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20, die durch den Detektor 51 detektiert wird, die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jene der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2. Insbesondere bezieht sich die Steuereinheit 50 auf die Entsprechungsbeziehung zwischen dem Kapazitätswert der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 und der Ausgangsspannung der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20, die in 4 dargestellt ist, und erfasst den Kapazitätswert, der der Ausgangsspannung entspricht. 4 stellt den Kapazitätswert, bei dem die Impedanz der Seite der Batterie 40 ein optimaler Lastwert R_L wird (beispielsweise 10 Ω), der später beschrieben wird, in Bezug auf die Änderungen in der Ausgangsspannung dar. Die Steuereinheit 50 legt den Kapazitätswert, der der Ausgangsspannung entspricht, auf die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 fest. Die Steuereinheit 50 führt eine Steuerung so durch, dass, wenn die Ausgangsspannung der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 ansteigt, der Kapazitätswert der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 erhöht wird. Zu diesem Zeitpunkt ändert die Steuereinheit 50 die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jene der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 um einen identischen Kapazitätswert und mit derselben Änderungsrate. Das heißt, da die variablen Kondensatoren mit der identischen Kapazität für die erste und die zweite variable Kapazitätseinheit C1 und C2 verwendet werden und die Steuereinheit 50 die Kapazität um den identischen Kapazitätswert ändert, werden die erste und die zweite variable Kapazitätseinheit C1 und C2 mit derselben Änderungsrate geändert.
Als nächstes wird die Leistungsübertragungseffizienz des kontaktlosen Übertragungssystems 100 für elektrische Leistung beschrieben. Im kontaktlosen Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung gibt es den optimalen Lastwert R_L, bei dem die Leistungsübertragungseffizienz am besten ist. Der optimale Lastwert R_L wird durch den folgenden Ausdruck 1 berechnet.
Im Ausdruck 1 ist kappa (k) ein Kopplungskoeffizient, R₁ ist ein Widerstandswert der Leistungsübertragungsspule 101b der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 101 und R₂ ist ein Widerstandswert der Leistungsempfangsspule 10 der kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1. Ferner ist im Ausdruck 1 L₁ eine Induktivität der Leistungsübertragungsspule 101b, L₂ ist eine Induktivität der Leistungsempfangsspule 10 und f ist eine Frequenz der Wechselstromleistung.
Die Übertragungseffizienz des kontaktlosen Übertragungssystems 100 für elektrische Leistung variiert, wie in 5 dargestellt, durch den Kopplungskoeffizienten k und die Ausgangsimpedanz der Leistungsempfangsspule 10. In 5 stellt die Ordinatenachse die Leistungsübertragungseffizienz der kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 dar und die Abszissenachse stellt die Ausgangsimpedanz der Leistungsempfangsspule 10 dar. 5 stellt Beispiele dar, in denen die Induktivität L₁ und L₂ 200 μH sind und in denen die Kopplungseffizienz k 0,2, 0,1 oder 0,06 ist. Gemäß dem in 5 dargestellten Analyseergebnis kann es mitteilen, dass die Übertragungseffizienz des kontaktlosen Übertragungssystems 100 für elektrische Leistung gut ist, wenn die Ausgangsimpedanz der Leistungsempfangsspule 10 ungefähr 5 bis 10 Ω ist. Ferner kann im kontaktlosen Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung es mittteilen, dass die Übertragungseffizienz besser ist, wenn der Kopplungskoeffizient k größer ist. Im kontaktlosen Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung kann es mitteilen, dass der optimale Lastwert R_L ausgeprägt vorhanden ist, wenn der Kopplungskoeffizient k klein ist (beispielsweise im Fall, dass k = 0,06). Folglich kann im kontaktlosen Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung es mitteilen, dass die Impedanzsteuerung besonders wirksam ist, wenn der Kopplungskoeffizient k klein ist. Das kontaktlose Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung empfängt Wechselstromleistung in einem Zustand, in dem die Leistungsempfangsspule 10 der kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Leistungsübertragungsspule 101b der kontaktlosen Leistungsübertragungsvorrichtung 101 einander gegenüberliegen, und folglich findet die Veränderung des Kopplungskoeffizienten k wahrscheinlich statt. Wenn im kontaktlosen Übertragungssystem 100 für elektrische Leistung beispielsweise die Abweichung in der planaren Richtung zwischen der gegenüberliegenden Oberfläche der Leistungsempfangsspule 10 und der gegenüberliegenden Oberfläche der Leistungsübertragungsspule 101b auftritt, wird der Kopplungskoeffizient k kleiner.
Als nächstes wird ein Beispiel des Betriebs der kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 beschrieben. Zuerst detektiert in der kontaktlosen Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1, wie in 6 dargestellt, der Detektor 51 die Ausgangsspannung der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 (Schritt S1). Die Ausgangsspannung der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20 verändert sich durch den Ladungszustand (SOC) der Batterie 40. Dann bestimmt die Steuereinheit 50, ob sich die Ausgangsspannung verändert hat (Schritt S2). Wenn die Steuereinheit 50 bestimmt, dass sich die Ausgangsspannung verändert hat (Ja in Schritt S2), führt die Steuereinheit 50 eine Impedanzanpassung durch (Schritt S3). Die Steuereinheit 50 erfasst beispielsweise auf der Basis der im vorstehend beschriebenen Schritt S1 detektierten Ausgangsspannung den Kapazitätswert der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2, bei dem die Impedanz der Seite der Batterie 40 dem optimalen Lastwert R_L (beispielsweise 10 Ω) entspricht. Insbesondere bezieht sich die Steuereinheit 50 auf die Entsprechungsbeziehung zwischen der Ausgangsspannung und dem Kapazitätswert, die in 4 dargestellt ist, und erfasst den Kapazitätswert, der der Ausgangsspannung entspricht, die im vorstehend beschriebenen Schritt S1 detektiert wird. Die Steuereinheit 50 setzt den erfassten Kapazitätswert auf einen Zielbefehl der Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2. Folglich kann die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 die Impedanzanpassung durchführen. Wenn im vorstehend beschriebenen Schritt S2 die Steuereinheit 50 bestimmt, dass die Ausgangsspannung sich nicht verändert hat (Nein in Schritt S2), hält die Steuereinheit 50 den Kapazitätswert der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 aufrecht.
Wie im Vorangehenden steuern die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Impedanzsteuervorrichtung 1A in der Ausführungsform auf der Basis der Impedanz der Batterie (Last) 40 die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 der Diodenbrückengleichrichterschaltung 20. Folglich ermöglichen die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Impedanzsteuervorrichtung 1A, dass die Impedanz (der optimale Lastwert R_L) der Seite der Leistungsempfangsspule 10, die Wechselstromleistung zuführt, und die Impedanz der Seite der Batterie 40, die schwankt, effektiv aneinander angepasst werden. Folglich können die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Impedanzsteuervorrichtung 1A effizient die Wechselstromleistung, die durch die Leistungsempfangsspule 10 empfangen wird, zur Batterie 40 zuführen. Wenn die Impedanzsteuerung durchgeführt wird, können ferner die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Impedanzsteuervorrichtung 1A die Leistungsübertragung mit hoher Effizienz ohne Verwendung eines DC/DC-Umsetzers (Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers) und einer zweckgebundenen Impedanzanpassungsschaltung wie in einer herkömmlichen Weise durchführen. Die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung 1 und die Impedanzsteuervorrichtung 1A können in mehreren Stufen die Impedanz der Seite der Batterie 40 gemäß dem Ladungszustand der Batterie 40 verändern und können folglich die Impedanz der Seite der Batterie 40 genau steuern.
Ferner führt die Impedanzsteuervorrichtung 1A in Reaktion auf die Änderungen des Stroms und/oder der Spannung der Batterie 40, die durch den Detektor 51 detektiert werden, die Rückkopplungssteuerung der Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 durch. Folglich ermöglicht die Impedanzsteuervorrichtung 1A, dass die Impedanz der Seite der Batterie 40 und die Impedanz der Seite der Leistungsempfangsspule 10 in Reaktion auf die Ausgangsspannung der Batterie 40 aneinander angepasst werden, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Menge an Ladung variiert.
Die Impedanzsteuervorrichtung 1A ändert die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jene der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 um einen identischen Kapazitätswert und mit derselben Änderungsrate. Folglich kann die Impedanzsteuervorrichtung 1A die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 leicht steuern und ermöglicht, dass die Impedanz der Seite der Batterie 40 und die Impedanz der Seite der Leistungsempfangsspule 10 mit geringen Kosten aneinander angepasst werden.
Modifikationen
Als nächstes werden Modifikationen der Ausführungsform beschrieben. Die Last kann zusätzlich zur Batterie 40 des Fahrzeugs ein Motor des Fahrzeugs sein und kann eine Batterie, ein Motor und andere von etwas anderem als dem Fahrzeug sein. Ferner kann zu der Last eine andere Last neu hinzugefügt werden. In diesem Fall ändert die Steuereinheit 50 die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 und ermöglicht, dass die Impedanz, einschließlich der anderen hinzugefügten Last, und jene der Seite der Leistungsempfangsspule 10 aneinander angepasst werden.
Überdies sind die erste und die zweite variable Kapazitätseinheit C1 und C2 nicht auf variable Kondensatoren begrenzt. Wie für die erste und die zweite variable Kapazitätseinheit C1 und C2 kann beispielsweise der Kapazitätswert unter Verwendung von Schaltelementen oder dergleichen verändert werden, die Anzahl von gekoppelten Kondensatoren kann unter Verwendung von Schaltelementen oder dergleichen umgeschaltet werden oder Dioden mit variabler Kapazität können verwendet werden.
Es wurde veranschaulicht, dass die Steuereinheit 50 die Kapazität der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 um einen identischen Kapazitätswert und mit derselben Änderungsrate ändert. Sie ist jedoch nicht darauf begrenzt. Die Steuereinheit 50 kann beispielsweise die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jene der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 um verschiedene Kapazitätswerte und mit unterschiedlichen Änderungsraten ändern. Ferner kann die Steuereinheit 50 die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit C1 und jene der zweiten variablen Kapazitätseinheit C2 zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt ändern.
In der ersten und der zweiten variablen Kapazitätseinheit C1 und C2 kann eine der variablen Kapazitätseinheiten ein Kondensator sein, für den die Kapazität fest ist.
Die Impedanzsteuervorrichtung und die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung in der Ausführungsform steuern auf der Basis der Impedanz einer Last die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit der Diodenbrückengleichrichterschaltung und ermöglichen dadurch, dass die Impedanz effektiv an die schwankende Impedanz der Last angepasst wird. Folglich sind die Impedanzsteuervorrichtung und die kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung in der Lage, die Wechselstromleistung effizient zur Last zuzuführen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf spezielle Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben wurde, sollen die beigefügten Ansprüche nicht so begrenzt sein, sondern sollen als alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpernd aufgefasst werden, die einem Fachmann auf dem Gebiet in den Sinn kommen, die einigermaßen in die hier dargelegte Basislehre fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015-246212 [0001]
JP 5459058 [0003]

Claims

Impedanzsteuervorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Diodenbrückengleichrichterschaltung, die eine erste und eine zweite Diode, die in einer Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, eine dritte und eine vierte Diode, die in der Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, und eine erste und eine zweite variable Kapazitätseinheit, die in Reihe gekoppelt sind, umfasst, wobei die erste und die zweite Diode mit der dritten und der vierten Diode parallel gekoppelt sind, die erste variable Kapazitätseinheit mit der dritten Diode parallel gekoppelt ist, die zweite variable Kapazitätseinheit mit der vierten Diode parallel gekoppelt ist, eine erste Wechselstromelektrode, die Wechselstromleistung ausgibt, die zwischen die erste Diode und die zweite Diode gekoppelt ist, und eine zweite Wechselstromelektrode, die von der ersten Wechselstromelektrode verschieden ist, die zwischen die dritte Diode und die vierte Diode sowie zwischen die erste variable Kapazitätseinheit und die zweite variable Kapazitätseinheit gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, auf der Basis der Impedanz einer mit Ausgangsanschlüssen der Diodenbrückengleichrichterschaltung gekoppelten Last Kapazitäten der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit zu steuern.
Impedanzsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit einen Detektor umfasst, der den Strom und/oder die Spannung der Last detektiert, und die Steuereinheit eine Rückkopplungssteuerung der Kapazitäten der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit in Reaktion auf Änderungen des Stroms und/oder der Spannung der Last, die durch den Detektor detektiert werden, durchführt.
Impedanzsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit bewirkt, dass die Kapazität der ersten variablen Kapazitätseinheit und die Kapazität der zweiten variablen Kapazitätseinheit sich um einen identischen Kapazitätswert und mit derselben Änderungsrate ändern.
Kontaktlose Fahrzeug-Leistungsempfangsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Diodenbrückengleichrichterschaltung, die an einem Fahrzeug vorgesehen ist, wobei die Diodengleichrichterschaltung eine erste und eine zweite Diode, die in einer Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, eine dritte und eine vierte Diode, die in der Durchlassrichtung in Reihe gekoppelt sind, und eine erste und eine zweite variable Kapazitätseinheit, die in Reihe gekoppelt sind, umfasst, wobei die erste und die zweite Diode mit der dritten und der vierten Diode parallel gekoppelt sind, die erste variable Kapazitätseinheit mit der dritten Diode parallel gekoppelt ist und die zweite variable Kapazitätseinheit mit der vierten Diode parallel gekoppelt ist; eine Leistungsempfangsspule, die am Fahrzeug vorgesehen ist und Wechselstromleistung empfängt, die in einer kontaktlosen Weise von einer Leistungsübertragungsspule übertragen wird, die außerhalb des Fahrzeugs vorgesehen ist, wobei die Leistungsempfangsspule eine erste Wechselstromelektrode, die Wechselstromleistung ausgibt, und eine zweite Wechselstromelektrode, die von der ersten Wechselstromelektrode verschieden ist, umfasst, wobei die erste Wechselstromelektrode zwischen die erste Diode und die zweite Diode gekoppelt ist und die zweite Wechselstromelektrode zwischen die dritte Diode und die vierte Diode sowie zwischen die erste variable Kapazitätseinheit und die zweite variable Kapazitätseinheit gekoppelt ist; und eine Steuereinheit, die am Fahrzeug vorgesehen ist und dazu konfiguriert ist, auf der Basis der Impedanz einer mit Ausgangsanschlüssen der Diodenbrückengleichrichterschaltung gekoppelten Batterie die Kapazitäten der ersten variablen Kapazitätseinheit und der zweiten variablen Kapazitätseinheit zu steuern.