DE102023123843A1

DE102023123843A1 - Leistungsempfangsvorrichtung und kontaktloses leistungsübertragungssystem

Info

Publication number: DE102023123843A1
Application number: DE102023123843.4A
Authority: DE
Inventors: Ryosuke IKEMURA; Shogo Tsuge; Masato Maemura; Toshiya Hashimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2023-09-05
Publication date: 2024-03-28
Also published as: CN117767584A; JP2024047220A; US20240106275A1

Abstract

In einer Leistungsempfangsvorrichtung, die eine Leistungsempfangsspule, die aus einer Leistungsübertragungsspule übertragene Leistung in einer kontaktlosen Weise empfängt, und eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die einen Kurzschlussmodus ausführt, bei dem bewirkt wird, ein zwischen der Leistungsempfangsspule und einer Last vorgesehenes Schaltelement einen Schaltvorgang zum Kurzschluss von Ausgangsanschlüssen der Leistungsempfangsspule durchführt, legt, wenn eine Phase eines Stroms und eine Phase einer Spannung in der Leistungsempfangsspule abweichen, die Steuerungsvorrichtung einen Schaltzeitpunkt des Schaltelements in den Kurzschlussmodus in einer derartigen Weise fest, dass die Phase der Spannung in einer Richtung verschoben wird, in der ein Leistungsfaktor von Leistung, die der Last zugeführt wird, durch den Kurzschlussmodus verschlechtert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsempfangsvorrichtung und ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Patentdokument 1 offenbart, dass ein Schaltelement zur Leistungssteuerung in einer Leistungsempfangsvorrichtung eines kontaktlosen Leistungsübertragungssystems vorgesehen ist, und wenn eine Spannung auf der Seite der Leistungsempfangsvorrichtung einen Referenzwert überschreitet, wird ein Betrieb des Schaltelements derart gesteuert, dass ein Kurzschluss gebildet wird, wodurch das Laden unterbrochen wird und ein übermäßiger Spannungsanstieg vermieden wird.
Dokument gemäß dem Stand der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. JP 6 361 818 B
Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe
Jedoch wurde gemäß Feststellungen der vorliegenden Erfinder gefunden, dass, wenn eine Leistungsunterdrückungssteuerung zum Bilden eines Kurzschlusses durch ein Schaltelement durchgeführt wird, ein Phänomen (Überschießen (Overshoot)) auftritt, bei dem eine Leistungsspitze auftritt und der Sollwert überschritten wird. Ein Überschreiten des Nennwerts aufgrund des Überschwingens kann eine Verschlechterung oder ein Versagen der Batterie verursachen. In diesem Fall ist es denkbar, einen Sicherheitsspielraum zwischen dem Nennwert und dem Sollwert der Leistungssteuerung unter der Annahme bereitzustellen, dass das Überschwingen auftritt, jedoch führt dies zu einer Verringerung der empfangenen Leistung während des kontaktlosen Ladens.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände gemacht, und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leistungsempfangsvorrichtung und ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem bereitzustellen, die in der Lage sind, eine Erhöhung in der Leistung zu unterdrücken, wenn ein Kurzschluss durch einen Betrieb eines Schaltelements gebildet wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Leistungsempfangsvorrichtung gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 angegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Eine Leistungsempfangsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Leistungsempfangsspule, die Leistung empfängt, die aus einer Leistungsübertragungsspule in einer kontaktlosen Weise übertragen wird, und eine Steuerungsvorrichtung, die einen Kurzschlussmodus ausführt, in dem bewirkt wird, dass eine Vielzahl von Schaltelementen, die zwischen der Leistungsempfangsspule und einer Last vorgesehen sind, Schaltvorgänge durchführen, um Ausgangsanschlüsse der Leistungsempfangsspule kurzzuschließen. Weiterhin stellt, wenn eine Phase eines Stroms und eine Phase einer Spannung in der Leistungsempfangsvorrichtung voneinander abweichen, die Steuerungsvorrichtung Schaltzeitpunkte der Schaltelemente auf den Kurzschlussmodus (Zeitpunkte des Schaltens bzw. Umschaltens der Schaltelemente auf den Kurzschlussmodus) in einer Weise ein, dass die Phase der Spannung in eine Richtung verschoben wird, in der ein Leistungsfaktor von Leistung, die der Last zugeführt wird, verschlechtert wird.
Mit dieser Konfiguration kann, da der Leistungsfaktor der Leistung verschlechtert werden kann, indem der Kurzschlussmodus ausgeführt wird, eine Erhöhung der Leistung aufgrund des Schaltvorgangs unterdrückt werden.
Weiterhin kann die Steuerungsvorrichtung, wenn die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt, die Schaltzeitpunkte der Schaltelemente auf den Kurzschlussmodus in einer Weise einstellen, dass eine rechte Seite einer Spannungsrechteckwelle stärker abgeschnitten wird als eine linke Seite der Spannungsrechteckwelle, und, wenn die Phase des Stroms gegenüber der Phase der Spannung voreilt, die Schaltzeitpunkte der Schaltelemente auf den Kurzschlussmodus in einer Weise einstellen, dass die linke Seite einer Spannungsrechteckwelle stärker abgeschnitten wird als die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle.
Mit dieser Konfiguration kann, wenn die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt, die Phase des Kurzschlussmodus derart festgelegt werden, dass sie stark die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle abschneidet (cut off), sodass der Leistungsfaktor durch eine Phasenverschiebung verschlechtert wird, und somit kann eine Erhöhung in der Leistung aufgrund des Schaltvorgangs unterdrückt werden.
Weiterhin kann, wenn die Phase des Stroms und die Phase der Spannung nicht voneinander abweichen, die Steuerungsvorrichtung die Schaltzeitpunkte der Schaltelemente auf den Kurzschlussmodus in einer Weise einstellen, dass die Spannungsrechteckwelle beidseitig symmetrisch abgeschnitten wird.
Mit dieser Konfiguration kann, wenn die Phase des Stroms gegenüber der Phase der Spannung voreilt, die Phase des Kurzschlussmodus derart festgelegt werden, dass sie stark die linke Seite der Spannungsrechteckwelle abschneidet, so dass der Leistungsfaktor durch die Phasenverschiebung verschlechtert wird, und somit kann die Erhöhung in der Leistung aufgrund des Schaltvorgangs unterdrückt werden.
Ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: die Leistungsempfangsvorrichtung, die vorstehend beschrieben worden ist, und eine Leistungsübertragungsvorrichtung einschließlich der Leistungsübertragungsspule.
Mit dieser Konfiguration kann in dem kontaktlosen Leistungsübertragungssystem, das die Leistungsübertragungsvorrichtung und die Leistungsempfangsvorrichtung aufweist, der Leistungsfaktor der Leistung durch Ausführen des Kurzschlussmodus auf der Leistungsempfangsvorrichtungsseite verschlechtert werden, so dass die Erhöhung in der Leistung aufgrund des Schaltvorgangs unterdrückt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Erhöhung in der Leistung aufgrund des Schaltvorgangs unterdrückt werden, da der Leistungsfaktor der Leistung durch Ausführen des Kurzschlussmodus verschlechtert werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt eine Darstellung, die schematisch ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
2 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Strompfads in einem Diodenmodus,
3 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung eines Strompfads in einem Kurzschlussmodus,
4 zeigt eine Darstellung, die eine Spannung und einen Strom auf eine Eingangsseite eines Gleichrichters und eine empfangene Leistung, die einer Batterie zugeführt wird, wenn der Kurzschlussmodus ausgeführt wird, veranschaulicht,
5 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen einem Tastgrad in dem Kurzschlussmodus und der empfangenen Leistung veranschaulicht,
6 zeigt eine Darstellung, die ein Ergebnis eines drahtlosen Leistungszufuhrtests unter Verwendung eines tatsächlichen Fahrzeugs veranschaulicht,
7 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen der empfangenen Leistung der Batterie, einer Phase des Kurzschlussmodus und dem Tastgrad veranschaulicht,
8 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Änderung in einer Induktivität entsprechend einer Positionsbeziehung zwischen einer Leistungsübertragungsspule und einer Leistungsempfangsspule,
9 zeigt eine Darstellung, die ein Beispiel eines Falls veranschaulicht, in dem eine Leistungssteuerung in einem Zustand ausgeführt wird, in dem eine Phase eines Stroms hinter einer Phase einer Spannung nacheilt,
10 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Phasenverschiebung einer Spannungsgrundwelle, die auftritt, wenn als Leistungssteuerung der Kurzschluss in einer Kurzschlussphase ausgeführt wird, in der eine linke Seite einer Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird,
11 zeigt eine Darstellung zur Beschreibung einer Phasenverschiebung der Spannungsgrundwelle, die auftritt, wenn als Leistungssteuerung der Kurzschlussmodus in der Kurzschlussphase ausgeführt wird, bei dem eine rechte Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird,
12 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Leistungssteuerungsablauf veranschaulicht,
13 zeigt eine Darstellung, die einen Fall veranschaulicht, in dem der Kurzschlussmodus in der Kurzschlussphase ausgeführt wird, in dem die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle stark abgeschnitten wird, wenn die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt,
14 zeigt eine Darstellung, die einen Fall veranschaulicht, in dem der Kurzschlussmodus in der Kurzschlussphase ausgeführt wird, in dem die linke Seite der Spannungsrechteckwelle stark abgeschnitten wird, wenn die Phase des Stroms gegenüber der Phase der Spannung voreilt, und
15 zeigt eine Ansicht, die einen Fall veranschaulicht, in dem der Kurzschlussmodus in der Kurzschlussphase ausgeführt wird, bei dem die Spannungsrechteckwelle beidseitig symmetrisch in einem Fall abgeschnitten wird, in dem die Phase des Stroms und die Phase der Spannung dieselbe Phase sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend ist eine Leistungsempfangsvorrichtung und ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist.
1 zeigt eine Darstellung, die schematisch ein kontaktloses Leistungsübertragungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das kontaktlose Leistungsübertragungssystem 1 weist eine Leistungsübertragungsvorrichtung (Leistungssendevorrichtung) 10 und eine Leistungsempfangsvorrichtung 20 auf. Das kontaktlose Leistungsübertragungssystem 1 ist ein drahtloses Leistungsübertragungssystem und überträgt Leistung von einer Leistungsübertragungsspule (Leistungssendespule) L10 der Leistungsübertragungsvorrichtung 10 zu einer Leistungsempfangsspule L20 der Leistungsempfangsvorrichtung 20 in einer kontaktlosen Weise. Eine Batterie 30, die eine Last auf der Leistungsempfangsseite ist, ist elektrisch mit der Leistungsempfangsvorrichtung 20 verbunden.
Die Leistungsübertragungsvorrichtung 10 weist eine Gleichstromleistungsversorgung 11, einen Glättungskondensator C11, einen Wechselrichter 12, eine Filterschaltung 13 und eine leistungsübertragungsseitige Resonanzschaltung 14 auf.
Die Gleichstromleistungsversorgung 11 führt dem Wechselrichter 12 Gleichstromleistung zu. Der Glättungskondensator C11 ist zwischen der Gleichstromleistungsversorgung 11 und dem Wechselrichter 12 vorgesehen. Der Glättungskondensator C11 ist parallel zu dem Wechselrichter 12 geschaltet.
Der Wechselrichter 12 ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die aus der Gleichstromleistungsversorgung 11 zugeführte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umwandelt. Der Wechselrichter 12 ist als eine Vollbrückenschaltung konfiguriert, in der vier Schaltelemente SW11, SW12, SW13 und SW14 als eine Vollbrücke geschaltet sind. Eine Diode ist parallel zu jedem der Schaltelemente SW11 bis SW14 geschaltet. Jedes der Schaltelemente SW11 bis SW14 ist aus einem IGBT aufgebaut und führt einen Schaltvorgang gemäß einem Steuerungssignal durch. Der Wechselrichter 12 führt die umgewandelte Wechselstromleistung der Filterschaltung 13 zu.
Die Filterschaltung 13 entfernt eine Störung, die in dem aus dem Wechselrichter 12 eingegebenen Wechselstrom enthalten ist, und gibt eine Wechselstromleistung, aus der die Störung entfernt worden ist, zu der leistungsübertragungsseitigen Resonanzschaltung 14 aus. Die Filterschaltung 13 ist ein T-Typ-Filter, in dem eine Spule L11, ein Kondensator C12 und eine Spule L12 in einer T-Form angeordnet sind.
Die leistungsübertragungsseitige Resonanzschaltung 14 weist die Leistungsübertragungsspule L10 und einen Resonanzkondensator C13 auf. Die Leistungsübertragungsspule L10 überträgt die aus der Filterschaltung 13 zugeführte Wechselstromleistung zu der Leistungsempfangsvorrichtung 20 in einer kontaktlosen Weise. Die Leistungsübertragungsspule L10 bildet zusammen mit dem Resonanzkondensator C13 eine LC-Resonanzschaltung. Der Resonanzkondensator C13 ist in Reihe zu einem Ende der Leistungsübertragungsspule L10 geschaltet und justiert eine Resonanzfrequenz der LC-Resonanzschaltung.
Die Leistungsempfangsvorrichtung 20 weist eine leistungsempfangsseitige Resonanzschaltung 21, eine Filterschaltung 22, einen Gleichrichter 23, einen Glättungskondensator C21, einen Stromsensor 24, einen Spannungssensor 25 und eine Steuerungsvorrichtung 26 auf. Die Leistungsempfangsvorrichtung 20 empfängt Leistung aus der Leistungsübertragungsvorrichtung 20 in einer kontaktlosen Weise.
Die leistungsempfangsseitige Resonanzschaltung 21 weist die Leistungsempfangsspule L20 und einen Resonanzkondensator C22 auf. Die Leistungsempfangsspule L20 empfängt die aus der Leistungsübertragungsspule L10 übertragene Leistung in einer kontaktlosen Weise. Die Leistungsempfangsspule L20 bildet eine LC-Resonanzschaltung zusammen mit dem Resonanzkondensator C22. Der Resonanzkondensator C22 justiert die Resonanzfrequenz der LC-Resonanzschaltung.
Die Filterschaltung 22 entfernt eine Störung, die in dem aus der leistungsempfangsseitigen Resonanzschaltung 21 eingegebenen Wechselstrom enthalten ist, und gibt eine Wechselstromleistung, aus der die Störung entfernt worden ist, zu dem Gleichrichter 23 aus. Die Filterschaltung 22 ist ein T-Typ-Filter, in dem eine Spule L21, ein Kondensator C23 und eine Spule L22 in einer T-Form angeordnet sind.
Der Gleichrichter 23 ist eine Gleichrichterschaltung, die Wechselstromleistung, die aus der Filterschaltung 22 eingegeben wird, in Gleichstromleistung umwandelt und die Gleichstromleistung zu der Batterie 30 ausgibt. Der Gleichrichter 23 ist als eine Vollbrückenschaltung konfiguriert, in der vier Dioden D21, D22, D23 und D24 als Gleichrichterelemente zu einer Vollbrücke verschaltet sind. Ein Ende der Filterschaltung 22 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen einer Anode der Diode D21 und eine Kathode der Diode D22 verbunden. Das andere Ende der Filterschaltung 22 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen einer Anode der Diode D23 und einer Kathode der Diode D24 verbunden.
Ein Schaltelement ist parallel zu jeder der Dioden D21, D22, D23 und D24 geschaltet. Ein Schaltelement SW21 ist parallel zu der Diode D21 geschaltet. Ein Schaltelement SW22 ist parallel zu der Diode D22 geschaltet. Ein Schaltelement SW23 ist parallel zu der Diode D23 geschaltet. Ein Schaltelement SW24 ist parallel zu der Diode D24 geschaltet. Jedes der Schaltelemente SW21 bis SW24 ist durch ein IGBT aufgebaut, und führt einen Schaltvorgang entsprechend einem Steuerungssignal aus der Steuerungsvorrichtung 26 durch.
Der Gleichrichter 23 führt der Batterie 30 die umgewandelte Gleichstromleistung zu. Der Glättungskondensator C21 ist zwischen dem Gleichrichter 23 und der Batterie 30 vorgesehen. Der Glättungskondensator C21 ist parallel zu dem Gleichrichter 23 geschaltet.
Der Stromsensor 24 erfasst einen Eingangsstrom des Gleichrichters 23. Der Stromsensor 24 ist zwischen der Filterschaltung 22 und dem Gleichrichter 23 vorgesehen. Der Stromsensor 24 erfasst einen durch den Gleichrichter 23 fließenden Strom und gibt ein Erfassungssignal davon zu der Steuerungsvorrichtung 26 aus.
Der Spannungssensor 25 erfasst eine Eingangsspannung des Gleichrichters 23. Der Spannungssensor 25 ist zwischen der Filterschaltung 22 und dem Gleichrichter 23 vorgesehen und ist parallel zu dem Gleichrichter 23 geschaltet. Der Spannungssensor 25 erfasst eine in den Gleichrichter 23 eingegebene Spannung und gibt ein Erfassungssignal davon zu der Steuerungsvorrichtung 26 aus.
Die Steuerungsvorrichtung 26 ist eine elektronische Steuerungsvorrichtung, die den Gleichrichter 23 steuert. Signale aus verschiedenen Sensoren, die in der Leistungsempfangsvorrichtung 20 vorgesehen sind, werden in die Steuerungsvorrichtung 26 eingegeben. Dann führt die Steuerungsvorrichtung 26 verschiedene Steuerungen auf der Grundlage der aus den verschiedenen Sensoren zugeführten Signale aus.
Beispielsweise führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Leistungssteuerung zur Steuerung einer Leistung, die der Batterie 30 zugeführt wird, während eines kontaktlosen Ladens aus. Zum Schützen der Last auf der Leistungsempfangsseite ist das kontaktlose Leistungsübertragungssystem 1 konfiguriert, einen Kurzschlusspfad unter Verwendung der Schaltelemente SW21 bis SW24 der Leistungsempfangsvorrichtung 20 während eines kontaktlosen Ladens zu bilden, um die Größe von Leistung zu unterdrücken, die der Last zugeführt wird. Somit führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Leistungssteuerung während des kontaktlosen Ladens aus und steuert jedes der Schaltelemente SW21 bis SW24 des Gleichrichters 23.
Die Leistungssteuerung weist einen Diodenmodus und einen Kurzschlussmodus auf. Die Steuerungsvorrichtung 26 kann zwischen dem Diodenmodus und dem Kurzschlussmodus umschalten.
Der Diodenmodus ist eine Steuerung, bei der ein Strom durch die Batterie 30 fließt und empfangene Leistung aus der Leistungsempfangsvorrichtung 20 der Batterie 30 zugeführt wird. In dem Diodenmodus werden alle Schaltelemente SW21, SW22, SW23 und SW24 des Gleichrichters 23 auf einen Aus-Zustand gesteuert. Der Pfad des Stroms in dem Diodenmodus ist ein Pfad zur Rückkopplung über die Diode D21, der Batterie 30 und der Diode D24, wie es durch einen Pfeil in 2 angegeben ist. Es sei bemerkt, dass in 2 der Stromsensor 24 und der Spannungssensor 25 nicht dargestellt sind. Zusätzlich kann der Strom der Batterie 30 als Batteriestrom bezeichnet sein.
Der Kurzschlussmodus ist eine Steuerung, bei der ein Strom zurückfließt und kein Strom in die Batterie 30 fließt. Das heißt, dass der Kurzschlussmodus ein Modus ist, in dem der Strom von dem Gleichrichter 23 zu der Seite der Leistungsempfangsspule L20 zirkuliert wird (umlaufen gelassen wird). In dem Kurzschlussmodus werden die Schaltelemente SW21, SW22 und SW24 des Gleichrichters 23 auf einen Aus-Zustand gesteuert, und wird das Schaltelement SW 23 auf einen Ein-Zustand gesteuert. Wie es durch einen Pfeil in 3 angegeben ist, ist der Pfad des Stroms in dem Kurzschlussmodus ein Pfad zur Rückkopplung über die Diode D21 und das Schaltelement SW23. Es sei bemerkt, dass in 3 der Stromsensor 24 und der Spannungssensor 25 nicht dargestellt sind.
Dadurch, dass die Steuerungsvorrichtung 26 den Kurzschlussmodus ausführt, kann die Größe von Leistung, die der Batterie 30 zugeführt wird, reduziert werden. Die Steuerungsvorrichtung 26 führt eine Steuerung zum Schalten (Umschalten) zwischen dem Diodenmodus und dem Kurzschlussmodus aus, wenn die empfangene Leistung der Batterie 30 reduziert wird. Wie es in 3 veranschaulicht ist, führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Schaltsteuerung zum Schalten des Schaltelements SW23 zwischen einem Aus-Zustand und einem Ein-Zustand aus.
Weiterhin ändert sich während des Kurzschlussmodus, wie es in 4 veranschaulicht ist, die Stromwellenform auf der Eingangsseite des Gleichrichters 23 nicht stark, und wird die Spannung null. Das heißt, dass die Stromwellenform in dem Gleichrichter 23 sich nicht stark zwischen dem Diodenmodus und den Kurzschlussmodus ändert. Dann wird während des Kurzschlussmodus die Empfangsleistung (empfangene Leistung) der Batterie 30 null, da die Ausgangsspannung des Gleichrichters 23 null wird.
Weiterhin steuert die Steuerungsvorrichtung 26 den Tastgrad, der ein Anteil ist, den der Kurzschlussmodus in der Spannungsrechteckwelle belegt, von 0 bis 100%. Wie es in 5 veranschaulicht ist, steuerte die Steuerungsvorrichtung 26 die Empfangsleistung (empfangene Leistung) der Batterie 30 zwischen 0% und 100% durch Betätigen (Steuern) des Tastgrads in dem Kurzschlussmodus.
In dem kontaktlosen Leistungsübertragungssystem 1, das wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, führt die Steuerungsvorrichtung 26 die Leistungssteuerung während des kontaktlosen Ladens durch, so dass der Leistungsanstieg der Batterie 30 unterdrückt werden kann, um die Batterie 30 zu schützen.
Wenn beispielsweise die Leistungsübertragungsvorrichtung 10 eine bodenseitige Einheit ist, die auf dem Boden installiert ist, und die Leistungsempfangsvorrichtung 20 eine fahrzeugseitige Einheit ist, die an einem Fahrzeug montiert ist, ist das kontaktlose Leistungsübertragungssystem 1 ein System, das konfiguriert ist, um in der Lage zu sein, Leistung einem fahrenden Fahrzeug drahtlos zuzuführen. Da dieses Fahrzeug ein Batterieelektrofahrzeug ist, das mit der Batterie 30 ausgestattet ist, kann ein regeneratives Laden der Batterie 30 durch Durchführen einer Regeneration während des Fahrens durchgeführt werden. Somit wird, wenn eine Regeneration und ein kontaktloses Laden gleichzeitig während des Fahrens durchgeführt werden, eine übermäßige Leistung der Batterie 30 zugeführt, was eine Verschlechterung oder ein Versagen der Batterie 30 verursachen kann. Um dies zu verhindern, führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Leistungssteuerung aus, um die durch das kontaktlose Laden empfangene Leistung zu reduzieren. Das heißt, dass die Steuerungsvorrichtung 26 eine Steuerung ausführt, um die Regeneration zu priorisieren und von dem kontaktlose Entladen abzusehen.
Jedoch wurde als Ergebnis eines drahtlosen Leistungszufuhrtests unter Verwendung eines tatsächlichen Fahrzeugs, der durch die Erfinder durchgeführt wurde, herausgefunden, dass ein Überschwingen (Overshoot) auftritt, bei dem die Empfangsleistung (empfangene Leistung) der Batterie 30 einen Sollwert um nahezu das Doppelte überschreitet, wenn die Leistungssteuerung unter Verwendung des Schaltelements auf der Seite der Leistungsempfangsvorrichtung 20 versucht wird.
6 zeigt eine Darstellung, die ein Ergebnis des drahtlosen Leistungszufuhrtests unter Verwendung eines tatsächlichen Fahrzeugs veranschaulicht. Es sei bemerkt, dass 6 ein Testergebnis einer Leistungszufuhr während eines Fahrens veranschaulicht, wenn das Fahrzeug, an dem die Leistungsempfangsspule L20 montiert ist, über die Leistungsübertragungsspule L10 hinwegfährt. Weiterhin veranschaulicht der obere Teil von 6 eine Änderung in dem Batteriestrom entsprechend dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Leistungssteuerung. Der mittlere Teil von 6 veranschaulicht eine Änderung in dem Batteriestrom, wenn die Leistungssteuerung ausgeführt wird, wobei ein Teil des oberen Teils von 6 vergrößert ist. Der untere Teil von 6 veranschaulicht eine Änderung in den Tastgrad entsprechend dem mittleren Teil von 6.
Wie es in dem oberen Teil von 6 veranschaulicht ist, überschreitet, wenn die Leistungssteuerung nicht während des kontaktlose Ladens ausgeführt wird, der Strom (Batteriestrom) der Batterie 30 die obere Grenze und erhöht sich natürlich, so dass die empfangene Leistung der Batterie 30 natürlich ansteigt. Wenn die Leistungssteuerung während des kontaktlose Ladens ausgeführt wird, um dies zu vermeiden, beginnt die Steuerungsvorrichtung 26 die Leistungssteuerung, wenn der Batteriestrom die obere Grenze während des kontaktlosen Ladens erreicht (Zeitpunkt t1).
Jedoch hat unmittelbar nach dem Zeitpunkt t1 die Steuerungsvorrichtung 26 die Leistungssteuerung begonnen, und zu dem Moment, zu dem eine Erhöhung des Tastgrads, der die Betriebsgröße des Gleichrichters 23 ist, begonnen hat, hat der Batteriestrom begonnen, sich schnell zu erhöhen, und hat eine Erhöhung der Empfangsleistung begonnen. Zu dem Zeitpunkt hat der Batteriestrom die obere Grenze annähernd zweifach überschritten. Insbesondere setzt, während der Tastgrad sich von 0% auf annähernd 50% erhöht, insbesondere in der Nähe von 10% bis 20%, der Batteriestrom ein starkes Ansteigen fort und erreicht einen Wert nahe an dem doppelten der oberen Grenze, und wenn die Erhöhung des Tastgrads eingeschwungen ist, verringert sich der Batteriestrom auf einen Wert nahe an der oberen Grenze. Während dieser Zeitdauer (Periode) hat sich die Empfangsleistung mit einer Erhöhung in dem Batteriestrom erhöht. In diesem Phänomen ist, selbst wenn das Leistungserhöhungsmomentum (die Leistungserhöhungsdynamik) mit der Leistungswellenform verglichen wird, wenn das Fahrzeug über die Leistungsübertragungsspule L10 in einem Zustand hinwegfährt, in dem die Leistungssteuerung nicht ausgeführt wird, die Wellenform unüblich (eigentümlich). Daraus ist denkbar, dass die Ausführung des Kurzschlussmodus unter Verwendung des Gleichrichters 23 eine Erhöhung in der Leistung verursacht, im Gegensatz zu dem ursprünglichen Zweck (einer Leistungsreduktion).
Dementsprechend haben die Erfinder einen Mechanismus untersucht, bei dem eine Bildung eines Kurzschlusses durch den Gleichrichter 23 eine Erhöhung der Empfangsleistung verursacht.
Zunächst haben sich die Erfinder auf ein Phänomen konzentriert, bei dem die Empfangsleistung sich erhöht, wenn der Tastgrad des Kurzschlussmodus sich erhöht, und haben die Beziehung zwischen dem Betrag des Tastgrads und der Empfangsleistung untersucht. Als Ergebnis wurde, wie es in 7 veranschaulicht ist, gefunden, dass es eine Kombination des Tastgrads und der Phase gibt, die die Leistungserhöhung verursacht, im Vergleich zu der Empfangsleistung in einem Fall, in dem der Tastgrad 0% ist, obwohl der Tastgrad größer als 0% ist.
Beispielsweise verringert sich, wenn der Tastgrad 60% oder mehr ist, d.h., wenn der Tastgrad zu einem gewissen Ausmaß groß ist, die Empfangsleistung in jeder Phase. Demgegenüber erhöht sich, wenn der Tastgrad gleich wie oder kleiner als 40% ist, d. h., wenn der Tastgrad klein ist, die Empfangsleistung in einer spezifischen Phase. Insbesondere wurde gefunden, dass die Leistungserhöhung besonders groß ist, wenn der Tastgrad 10 bis 20% ist. Zusätzlich weist die Phase, in der die Leistungserhöhung auftritt, einen Bereich von 0 bis 40 Grad und 160 bis 180 Grad auf.
Das heißt, als ein erster Faktor gibt es eine Bedingung, dass die Empfangsleistung in einem Fall, in dem der Tastgrad klein ist, größer als in einem Fall wird, in dem der Tastgrad 0% in einer spezifischen Phase ist. Wenn der Tastgrad durch die Leistungssteuerung auf 50% gesteuert wird, erhöht sich der Tastgrad allmählich von 0%, wie es in 6 veranschaulicht ist. In dem Prozess gelangt der Tastgrad durch einen Bereich von 40% oder weniger, der eine Erhöhung der Empfangsleistung verursacht, wie es in 7 veranschaulicht ist. In diesem Bereich gibt es, wie es in 7 veranschaulicht ist, eine Bedingung, dass die Leistung größer als die Empfangsleistung, wenn der Tastgrad 0% ist, in Abhängigkeit von einer Phase (Schaltzeitpunkt, Schalt-Timing) wird, in der der Kurzschlussmodus ausgeführt wird. Somit wird, wenn die Phase des Kurzschlussmodus auf 0 bis 40 Grad oder 160 bis 180 Grad eingestellt wird, wenn der Tastgrad durch den Bereich gelangt, die Empfangsleistung durch die Leistungssteuerung erhöht.
Weiterhin haben die Erfinder eine Untersuchung des Mechanismus fortgesetzt, bei dem eine Bildung des Kurzschlusses durch den Gleichrichter 23 eine Erhöhung der Empfangsleistung verursacht. Als Ergebnis können die nachfolgenden zweiten bis fünften Faktoren erwähnt werden.
Zweite Faktoren weisen Variationen in Eigenschaften aufgrund der Kapazität des Kondensators, der Anzahl der Wicklungen der Spule und dergleichen und eine Wechselwirkung zwischen Ferritkernen der Leistungsübertragungsspule L10 und der Leistungsempfangsspule L20 auf. Aufgrund der Variationen in den Eigenschaften und der Wechselwirkung zwischen den Ferritkernen weicht eine Schaltungskonstante wie eine Induktivität von dem Entwurfswert ab, und verschiebt sich die Resonanzfrequenz der Schaltung gegenüber der Antriebsfrequenz des Wechselrichters 12. Wenn beispielsweise die Antriebsfrequenz des Wechselrichters 12 auf 85 kHz fixiert ist, weicht die Resonanzfrequenz der leistungsübertragungsseitigen Resonanzschaltung 14 auf 84 kHz oder 83 kHz ab, und weicht die Resonanzfrequenz der leistungsempfangsseitigen Resonanzschaltung 21 auf 84 kHz oder 83 kHz ab.
Wie es in 8 veranschaulicht ist, weicht, wenn die Leistungsempfangsvorrichtung 20, die an dem Fahrzeug 100 montiert ist, über die Leistungsübertragungsspule L10 gelangt (passiert, sich bewegt), die auf dem Boden installiert ist, die Induktivität von dem Entwurfswert aufgrund der Wechselwirkung zwischen den Ferritkernen in dem Prozess des Änderns der Positionsbeziehung zwischen einem Ferritkern 15 der Leistungsübertragungsspule 10 und einem Ferritkern 27 der Leistungsempfangsspule L20 ab.
Als ein dritter Faktor lässt die Abweichung der Schaltungskonstanten von dem Entwurfswert aufgrund des zweiten Faktors die Stromwellenform, die durch die Schaltung fließt, zusammenfallen (kollabieren), so dass eine Phasenabweichung zwischen der Grundwellenkomponente des Stroms und der Grundwellenkomponente der Spannung auftritt, und sich der Leistungsfaktor der Empfangsleistung verringert. Der Leistungsfaktor der Empfangsleistung ist durch einen Kosinus der Phasenabweichung repräsentiert. Die Gleichung der Empfangsleistung ist ausgedrückt durch „P = I * V * cosΔθ“, wobei Δθ eine Phasenabweichung (Phasendifferenz) repräsentiert und cosΔθ den Leistungsfaktor repräsentiert.
Wie es in 8 veranschaulicht ist, tritt, wenn die Schaltungskonstante sich von dem Entwurfswert verschiebt und die Stromwellenform zusammenfällt (kollabiert), beispielsweise, wie es in 9 veranschaulicht ist, eine Phasenabweichung Δθ derart auf, dass die Grundwellenkomponente (Stromgrundwelle) des Stroms hinter der Phase der Grundwellenkomponente (Spannungsgrundwelle) der Spannung nacheilt. Der Leistungsfaktor der Empfangsleistung verringert sich entsprechend der Phasenabweichung Δθ. Wenn der Leistungsfaktor sich verringert, verringert sich die Empfangsleistung.
Ein vierter Faktor ist, dass, wenn die Leistungssteuerung ausgeführt wird, um den Kurzschluss in dem Gleichrichter 23 zu bilden, eine Zeitdauer (Periode) in der die Spannungsrechteckwelle null wird, auftritt, jedoch die Spannungsgrundwelle dadurch nach links oder rechts herausgeschoben wird (Phasenverschiebung). Diese verschobene Phase weist eine Richtung auf, in der der Leistungsfaktor verschlechtert wird, und eine Richtung auf, in der der Leistungsfaktor verbessert wird.
Wie es in 9 veranschaulicht ist, wird, wenn die Leistungssteuerung in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt, in einem Fall, in dem die Spannungsgrundwelle durch die Phase des Kurzschlussmodus zu der rechten Seite geschoben wird, die Spannungsgrundwelle in einer Richtung phasenverschoben, in der die Phasenabweichung Δθ in Bezug auf die Stromgrundwelle beseitigt wird, und wird der Leistungsfaktor, der aufgrund des dritten Faktors verringert worden ist, verbessert.
Weiterhin ist, wie es in 9 veranschaulicht ist, die Spannungswellenform (Spannungsrechteckwelle) eine Wellenform, die zwei Spitzen (Spitzenwert der positiven Spannung und Spitzenwert der negativen Spannung) in einem Zyklus aufweist. In dieser Beschreibung ist die linke Seite einer Spitze der Spannungsrechteckwelle als eine Phasenvoreilungsseite (Phasenvorschubseite) bezeichnet, und ist die rechte Seite als eine Phasennacheilungsseite (Phasenverzögerungsseite) bezeichnet. Wenn als die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle beschrieben, bezieht sich der Ausdruck auf sowohl die rechte Seite der Spitze der positiven Spannung als auch die rechte Seite der Spitze der negativen Spannung. Wenn als die linke Seite der Spannungsrechteckwelle beschrieben, bezieht sich der Ausdruck sowohl auf die linke Seite des Spitzenwerts der positiven Spannung als auch auf die linke Seite des Spitzenwerts der negativen Spannung.
Beispielsweise tritt, wie es in 10 veranschaulicht ist, wenn die Phase des Kurzschlussmodus derart eingestellt ist, dass die linke Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten (cut off) wird und die Leistungssteuerung ausgeführt wird, eine Phasenverschiebung auf, in der die Spannungsgrundwelle zu der rechten Seite herausgeschoben wird. Wie es in 11 veranschaulicht ist, tritt, wenn die Phase des Kurzschlussmodus derart eingestellt ist, dass die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird und die Leistungssteuerung ausgeführt wird, eine Phasenverschiebung auf, in der die Spannungsgrundwelle zu der linken Seite herausgeschoben wird.
Weiterhin verringert sich, wenn die Leistungssteuerung ausgeführt wird, die Amplitude der Spannungsgrundwelle, wenn die Zeitdauer (Tastgrad), während der die Spannungsrechteckwelle null wird, sich erhöht. Wie es in 9 veranschaulicht ist, ist die Amplitude der Spannungsgrundwelle während der Ausführung der Leistungssteuerung (wenn der Tastgrad größer als 0% ist) kleiner als die Amplitude der Spannungsgrundwelle vor der Ausführung der Leistungssteuerung (wenn der Tastgrad 0% ist).
Ein fünfter Faktor ist, dass die Empfangsleistung durch das Bilden des Kurzschlusses durch den Gleichrichter 23 erhöht wird, wenn die Leistungsfaktorverbesserungswirkung durch den vierten Faktor die dominante Bedingung erfüllt. Die Empfangsleistung während der Ausführung der Leistungssteuerung wird durch Multiplizieren der Amplitudenverringerung der Spannungsgrundwelle mit einer Leistungsfaktorverbesserungswirkung oder einer Leistungsfaktorverschlechterungswirkung durch die Phasenverschiebung festgelegt. Wenn die Leistungssteuerung begonnen wird, wird der Tastgrad erhöht, so dass die Empfangsleistung innerhalb des Sollwerts fällt, jedoch wird in dem Prozess der Erhöhung, wenn die Leistungsfaktorverbesserungswirkung dominant über die Verringerung in der Amplitude der Spannungsgrundwelle wird, die Leistung unbeabsichtigt erhöht.
Insbesondere kann, wenn der fünfte Faktor und der erste Faktor sich überlappen, ein starkes Ansteigen des Batteriestroms, d. h., ein starkes Ansteigen in der der Batterie 30 zugeführten Leistung auftreten, wie es in 6 veranschaulicht ist. Als eine Gegenmaßnahme gegen dieses, ist das kontaktlose Leistungsübertragungssystem 1 konfiguriert, eine Erhöhung der Leistung aufgrund des fünften Faktors zu unterdrücken, wodurch eine Erhöhung in der Leistung aufgrund des Bildens des Kurzschlusspfades unterdrückt wird.
Dementsprechend steuert die Steuerungsvorrichtung 26 den Schaltzeitpunkt (Kurzschlussphase), bei der die Kurzschlussschaltung während des kontaktlosen Ladens gebildet wird, derart, dass die Leistung sich nicht erhöht. Zu diesem Zweck weist die Steuerungsvorrichtung 26 eine erste Erfassungseinheit, die eine Phase eines Stroms in dem Gleichrichter 23 erfasst, eine zweite Erfassungseinheit, die eine Phase einer Spannung in dem Gleichrichter 23 erfasst, eine Bestimmungseinheit, die ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abweichung zwischen der Phase des Stroms und der Phase der Spannung bestimmt, eine Festlegungseinheit (Entscheidungseinheit), die eine Kurzschlussphase festlegt (entscheidet), und eine Steuerungseinheit auf, die eine Leistungssteuerung entsprechend der Kurzschlussphase ausführt.
Die erste Erfassungseinheit erfasst die Phase des Stroms auf der Eingangsseite des Gleichrichters 23 auf der Grundlage des Signals aus dem Stromsensor 24. Der Stromsensor 24 fungiert als ein Sensor zur Erfassung der Phase des Stroms. Die erste Erfassungseinheit erfasst die Phase des in den Gleichrichter 23 fließenden Stroms in Echtzeit.
Die zweite Erfassungseinheit erfasst die Phase der Spannung auf der Eingangsseite des Gleichrichters 23 auf der Grundlage des Signals aus dem Spannungssensor 25. Der Spannungssensor 25 fungiert als ein Sensor zur Erfassung der Phase der Spannung. Die zweite Erfassungseinheit erfasst die Phase der Spannung, die in den Gleichrichter 23 eingegeben wird, in Echtzeit.
Die Bestimmungseinheit bestimmt auf der Grundlage der durch die erste Erfassungseinheit erfassten Phase des Stroms und der durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Phase der Spannung, ob die Phase des Stroms von der Phase der Spannung abweicht.
In Abhängigkeit von der durch die Bestimmungseinheit bestimmten Phasenabweichung legt die Festlegungseinheit als die Phase (Kurzschlussphase) des Kurzschlussmodus eine Phase fest, in der die Leistungsfaktorverschlechterungswirkung als Ergebnis der Ausführung des Kurzschlussmodus an der Phasenabweichung erhalten wird. Die Kurzschlussphase wird derart festgelegt, dass mit der durch die Ausführung des Kurzschlussmodus verursachten Phasenverschiebung die Leistungsfaktorverschlechterungswirkung erhalten werden kann.
Die Steuerungseinheit führt die Leistungssteuerung auf der Grundlage der durch die Festlegungseinheit festgelegten Kurzschlussphase und des Tastgrads des Kurzschlussmodus durch.
12 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Leistungssteuerungsablauf veranschaulicht. Die in 12 veranschaulichte Steuerung wird durch die Steuerungsvorrichtung 26 durchgeführt.
Die Steuerungsvorrichtung 26 erfasst die Phase des Stroms auf der Eingangsseite des Gleichrichters 23 (Schritt S1). In Schritt S1 erfasst die erste Erfassungseinheit die Phase des in den Gleichrichter 23 fließenden Stroms in Echtzeit auf der Grundlage des aus dem Stromsensor 24 in die Steuerungsvorrichtung 26 eingegebenen Signals.
Die Steuerungsvorrichtung 26 erfasst die Phase der Spannung auf der Eingangsseite des Gleichrichters 23 (Schritt S2). In Schritt S2 erfasst die zweite Erfassungseinheit die Phase der in den Gleichrichter 23 eingegebenen Spannung in Echtzeit auf der Grundlage des aus dem Spannungssensor 25 in die Steuerungsvorrichtung 26 eingegebenen Signals.
Die Steuerungsvorrichtung 26 bestimmt auf der Grundlage der durch die erste Erfassungseinheit erfassten Phase des Stroms und der durch die zweite Erfassungseinheit erfassten Phase der Spannung, ob die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung in dem Gleichrichter 23 nacheilt (Schritt S3). In Schritt S3 bestimmt die Bestimmungseinheit, ob die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt.
Wenn der Steuerungsvorrichtung 26 bestimmt, dass die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt (Schritt S3: Ja), legt (stellt) die Steuerungsvorrichtung 26 die Kurzschlussphase derart fest (Ein), dass die rechte Seite (Phasenverzögerungsseite) der Spannungsrechteckwelle stark abgeschnitten wird (Schritt S4). In Schritt S4 legt die Festlegungseinheit als die Kurzschlussphase den Schaltzeitpunkt, zu dem die rechte Seite (Phasenverzögerungsseite) der Spannungsrechteckwelle stark abgeschnitten wird, innerhalb eines Bereichs, in dem die Leistungsfaktorverschlechterungswirkung aufgrund der Phasenverschiebung erhalten werden kann, fest. Die Steuerungseinheit der Steuerungsvorrichtung 26 führt den Kurzschlussmodus auf der Grundlage der in der Verarbeitung von Schritt S4 festgelegten Kurzschlussphase aus.
Wie es in 13 veranschaulicht ist, führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Leistungssteuerung zum starken Abschneiden der rechten Seite der Spannungsrechteckwelle aus. Als Ergebnis verursacht die Spannungsgrundwelle eine Phasenverschiebung in eine Richtung, in der die Phasenabweichung gegenüber der Strombasis sich erhöht. Das heißt, dass die Spannungsgrundwelle sich in eine Richtung verschiebt, in der der Leistungsfaktor der Empfangsleistung sich verschlechtert.
Wenn bestimmt wird, dass die Phase des Stroms in dem Gleichrichter 23 nicht hinter der Phase der Spannung nacheilt (Schritt S3: Nein), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 26, ob die Phase des Stroms in dem Gleichrichter 23 gegenüber der Phase der Spannung voreilt (Schritt S5). In Schritt S5 bestimmt die Bestimmungseinheit, ob die Phase des Stroms gegenüber der Phase der Spannung voreilt.
Wenn bestimmt wird, dass die Phase des Stroms in dem Gleichrichter 23 gegenüber der Phase der Spannung voreilt (Schritt S5: Ja), legt die Steuerungsvorrichtung 26 die Kurzschlussphase derart fest, dass die linke Seite (Phasenvoreilungsseite) der Spannungsrechteckwelle stark abgeschnitten wird (Schritt S6). In Schritt S6 legt die Festlegungseinheit als die Kurzschlussphase den Schaltzeitpunkt, zu dem die linke Seite (Phasenvoreilungsseite) der Spannungsrechteckwelle stark abgeschnitten wird, innerhalb eines Bereichs fest, in dem die Leistungsfaktorverschlechterungswirkung aufgrund der Phasenverschiebung erhalten werden kann. Dann führt die Steuerungseinheit der Steuerungsvorrichtung 26 den Kurzschlussmodus auf der Grundlage der in der Verarbeitung von Schritt S6 festgelegten Kurzschlussphase aus.
Wie es in 14 veranschaulicht ist, führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Leistungssteuerung zum starken Abschneiden der linken Seite der Spannungsrechteckwelle aus. Als Ergebnis verursacht die Spannungsgrundwelle eine Phasenverschiebung in der Richtung, in der die Phasenabweichung gegenüber der Strombasis sich erhöht. Das heißt, dass die Spannungsgrundwelle sich in eine Richtung verschiebt, in der der Leistungsfaktor der Empfangsleistung sich verschlechtert.
Wenn festgelegt wird, dass die Phase des Stroms in dem Gleichrichter 23 nicht gegenüber der Phase der Spannung voreilt (Schritt S5: Nein), bestimmt die Steuerungsvorrichtung 26, dass die Phase des Stroms und die Phase der Spannung in derselben Phase sind, und legt die Kurzschlussphase derart fest, dass die Spannungsrechteckwelle beidseitig symmetrisch abgeschnitten wird (Schritt S7). In Schritt S7 legt die Festlegungseinheit den Schaltzeitpunkt fest, zu dem die linken und rechten Seiten der Spannungsrechteckwelle symmetrisch abgeschnitten wird, als die Kurzschlussphase derart fest, dass die Leistungsfaktorverbesserungswirkung aufgrund der Phasenverschiebung nicht auftritt. Dann führt die Steuerungseinheit der Steuerungsvorrichtung 26 den Kurzschlussmodus auf der Grundlage der in der Verarbeitung von Schritt S7 festgelegten Kurzschlussphase aus.
Wie es in 15 veranschaulicht ist, führt die Steuerungsvorrichtung 26 eine Leistungssteuerung zum Abschneiden der linken und rechten Seiten der Spannungsrechteckwelle derart aus, dass sie symmetrisch sind. Als Ergebnis verschiebt sich die Spannungsgrundwelle nicht in der Phase und erzeugt keine Leistungsfaktorverbesserungswirkung.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es gemäß dem Ausführungsbeispiel möglich, eine unbeabsichtigten Erhöhung in der Leistung zu unterdrücken, wenn die Leistungssteuerung unter Verwendung des Schaltelements ausgeführt wird, das in der Leistungsempfangsvorrichtung 20 vorgesehen ist. Somit ist es bei Durchführen eines kontaktlosen Ladens möglich, die Last auf der Leistungsempfangsseite zu schützen. Es sei bemerkt, dass der Stromsensor 24 die Phase des Stroms erfassen kann und ein Erfassungssignal davon zu der Steuerungsvorrichtung 26 ausgeben kann. Die Steuerungsvorrichtung 26 beschafft Informationen in Bezug auf die Phase des Stroms, die in dem Signal aus dem Stromsensor 24 enthalten sind.
Weiterhin sind Installationsorte des Stromsensors 24 und des Spannungssensors 25 nicht besonders begrenzt. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung 26 den durch den Gleichrichter 23 fließenden Strom und die an den Gleichrichter 23 angelegte Spannung schätzen. Das heißt, es ist ausreichend, wenn die Steuerungsvorrichtung 26 Stromwertinformationen beschaffen kann, mit denen der durch den Gleichrichter 23 fließende Strom geschätzt werden kann, und der Anschlussort (Verbindungsort) des Stromsensors 24 ist nicht besonders begrenzt. Gleichermaßen ist es ausreichend, wenn die Steuerungsvorrichtung 26 Spannungsinformationen beschaffen kann, mit denen die an den Gleichrichter 23 angelegte Spannung geschätzt werden kann, und der Anschlussort (Verbindungsort) des Spannungssensors 25 ist nicht besonders begrenzt.
Zusätzlich müssen in dem Gleichrichter 23 die Schaltelemente nicht parallel zu allen Dioden geschaltet sein. Beispielsweise müssen in dem Gleichrichter 23, wenn die Schaltelemente parallel zu der Diode D21 und der Diode D23 geschaltet sind, keine Schaltelemente parallel zu der Diode D22 und der Diode D24 geschaltet werden. Gleichermaßen müssen in dem Gleichrichter 23, wenn die Schaltelemente parallel zu der Diode D22 und der Diode D24 geschaltet sind, keine Schaltelemente parallel zu der Diode D21 und der Diode D23 geschaltet werden.
Weiterhin ist es in dem kontaktlose Leistungsübertragungssystem 1, in dem die Leistungsübertragungsvorrichtung 10 auf dem Boden installiert ist und die Leistungsempfangsvorrichtung 20 an dem Fahrzeug 100 montiert ist, möglich, ein kontaktloses Laden nicht nur in einem Fall durchzuführen, in dem das Fahrzeug 100 während des Fahrens ein kontaktloses Laden durchführt, sondern ebenfalls in einem Zustand, in dem das Fahrzeug 100 gestoppt ist. Das heißt, dass der Mechanismus, in dem die Bildung des Kurzschlusses durch den Gleichrichter 23 eine Erhöhung in der empfangenen Leistung verursacht, nicht auf die Leistungszufuhr während der Fahrt begrenzt ist, sondern ebenfalls der Leistungszufuhr während eines Stoppens entspricht. Somit kann die Steuerungsvorrichtung 26 den Kurzschlussmodus durch Steuerung des Schaltelements der Gleichrichter 23 bei Empfang von Leistung aus der Leistungsübertragungsvorrichtung 20 auf der Bodenseite in einer kontaktlosen Weise ausführen, während das Fahrzeug 100 gestoppt ist. Zu dieser Zeit kann die Steuerungsvorrichtung 26 den Schaltzeitpunkt auf den Kurzschlussmodus derart festlegen, dass die Phasenverschiebung in der Richtung zum Verschlechtern des Leistungsfaktors der Empfangsleistung erzeugt wird.
Weiterhin ist in Bezug auf den Schaltzeitpunkt des Schaltelements in dem Kurzschlussmodus die Steuerungsvorrichtung 26 nicht auf einen Fall begrenzt, in dem lediglich die linke Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird oder einen Fall begrenzt, in dem lediglich die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird. Kurz gesagt kann die Steuerungsvorrichtung 26 die Kurzschlussphase derart einstellen, dass die linke Seite der Spannungsrechteckwelle stärker als die rechte Seite abgeschnitten wird, und kann die Kurzschlussphase derart einstellen, dass die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle stärker abgeschnitten wird als die linke Seite. Wenn die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt, kann die Steuerungsvorrichtung 26 den Schaltzeitpunkt des Schaltelements des Gleichrichters 23 derart festlegen, dass die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle stärker als die linke Seite abgeschnitten wird. Wenn die Phase des Stroms gegenüber der Phase der Spannung voreilt, kann die Steuerungsvorrichtung 26 den Schaltzeitpunkt des Schaltelements des Gleichrichters 23 derart festlegen, dass die linke Seite der Spannungsrechteckwelle stärker als die rechte Seite abgeschnitten wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, legt in einer Leistungsempfangsvorrichtung, die eine Leistungsempfangsspule, die aus einer Leistungsübertragungsspule übertragene Leistung in einer kontaktlosen Weise empfängt, und eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die einen Kurzschlussmodus ausführt, bei dem bewirkt wird, ein zwischen der Leistungsempfangsspule und einer Last vorgesehenes Schaltelement einen Schaltvorgang zum Kurzschluss von Ausgangsanschlüssen der Leistungsempfangsspule durchführt, die Steuerungsvorrichtung, wenn eine Phase eines Stroms und eine Phase einer Spannung in der Leistungsempfangsspule abweichen, einen Schaltzeitpunkt des Schaltelements in den Kurzschlussmodus in einer derartigen Weise fest, dass die Phase der Spannung in einer Richtung verschoben wird, in der ein Leistungsfaktor von Leistung, die der Last zugeführt wird, durch den Kurzschlussmodus verschlechtert wird.
Beschreibung der Bezugszeichen

1: kontaktloses Leistungsübertragungssystem
10: Leistungsübertragungsvorrichtung
11: Gleichstromleistungsversorgung
12: Wechselrichter
13: Filterschaltung
14: leistungsübertragungsseitige Resonanzschaltung
20: Leistungsempfangsvorrichtung
21: leistungsempfangsseitige Resonanzschaltung
22: Filterschaltung
23: Gleichrichter
24: Stromsensor
25: Spannungssensor
26: Steuerungsvorrichtung
100: Fahrzeug
L10: Leistungsübertragungsspule
L20: Leistungsempfangsspule
D21, D22, D23, D24: Diode
SW21, SW22, SW23, SW24: Schaltelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6361818 B [0003]

Claims

Leistungsempfangsvorrichtung (20) mit: einer Leistungsempfangsspule (L20), die aus einer Leistungsübertragungsspule (L10) übertragene Leistung in einer kontaktlosen Weise empfängt, und einer Steuerungsvorrichtung (26), die einen Kurzschlussmodus ausführt, bei dem bewirkt wird, dass eine Vielzahl von Schaltelementen (SW21, SW22, SW23, SW24), die zwischen der Leistungsempfangsspule (L20) und einer Last (30) vorgesehen sind, Schaltvorgänge durchführen, um Ausgangsanschlüsse der Leistungsempfangsspule (L20) kurzzuschließen, wobei, wenn eine Phase eines Stroms und eine Phase einer Spannung in der Leistungsempfangsspule (20) voneinander abweichen, die Steuerungsvorrichtung (26) Schaltzeitpunkte der Schaltelemente (SW21, SW22, SW23, SW24) auf den Kurzschlussmodus in einer Weise einstellt, dass die Phase der Spannung in eine Richtung verschoben wird, in der ein Leistungsfaktor von Leistung, die der Last (30) zugeführt wird, verschlechtert wird.
Leistungsempfangsvorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung (26) die Schaltzeitpunkte der Schaltelemente (SW21, SW22, SW23, SW24) auf den Kurzschlussmodus in einer derartigen Weise einstellt, dass eine rechte Seite einer Spannungsrechteckwelle stärker als eine linke Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird, wenn die Phase des Stroms hinter der Phase der Spannung nacheilt, und, wenn die Phase des Stroms gegenüber der Phase der Spannung voreilt, die Schaltzeitpunkte der Schaltelemente (SW21, SW22, SW23, SW24) auf den Kurzschlussmodus in einer derartigen Weise einstellt, dass die linke Seite einer Spannungsrechteckwelle stärker als die rechte Seite der Spannungsrechteckwelle abgeschnitten wird.
Leistungsempfangsvorrichtung (20) nach Anspruch 2, wobei, wenn die Phase des Stroms und die Phase der Spannung nicht voneinander abweichen, die Steuerungsvorrichtung (26) die Schaltzeitpunkte der Schaltelemente (SW21, SW22, SW23, SW24) auf den Kurzschlussmodus in einer Weise einstellt, dass die Spannungsrechteckwelle beidseitig symmetrisch abgeschnitten wird.
Kontaktloses Leistungsübertragungssystem (1) mit: einer Leistungsempfangsvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, und einer Leistungsübertragungsvorrichtung (10), die die Leistungsübertragungsspule (L10) aufweist.