DE112012003140T5

DE112012003140T5 - Drahtloses Energieübertragungsverfahren

Info

Publication number: DE112012003140T5
Application number: DE112012003140.7T
Authority: DE
Inventors: Tomoaki Nakagawa; Atsushi Hirosawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-06-26
Also published as: CN103718427B; CN103718427A; WO2013015416A1; US9490064B2; US20140145516A1; JPWO2013015416A1; JP5564620B2

Abstract

Drahtloses Energieübertragungsverfahren, das Energie von einer ersten Resonanzantenne zu einer zweiten Resonanzantenne kontaktfrei durch Resonanz eines Magnetfelds überträgt, wobei die erste Resonanzantenne eine Resonanzantenne einer Energie-Sendevorrichtung ist, die zweite Resonanzantenne eine Resonanzantenne einer Energie-Empfangsvorrichtung ist, wobei das drahtlose Energieübertragungsverfahren die Schritte umfasst: Setzen einer Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne als erste Übertragungseffizienz durch Ändern einer Frequenz der Energiezufuhr der Energie-Sendevorrichtung; allmähliches Erhöhen der von der ersten Resonanzantenne zur zweiten Resonanzantenne übertragenen Leistung; und Ändern einer Resonanzfrequenz durch Änderung eines Induktionskoeffizienten und/oder einer elektrostatischen Kapazität der zweiten Resonanzantenne, zur Änderung der Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne auf eine zweite Übertragungseffizienz, die kleiner als die erste Übertragungseffizienz ist, um hierdurch die empfangene Leistung an die angeforderte Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung anzupassen.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein drahtloses Energieübertragungsverfahren.
Es wird Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-165368 , eingereicht am 28. Juli 2011, beansprucht, deren Inhalt hierin mit Bezugnahme aufgenommen wird.
Technischer Hintergrund
In der verwandten Technik ist eine solche bekannt, worin, wenn eine Batterie eines elektrischen Fahrzeugs drahtlos mit Energie geladen wird, die von einer Speisevorrichtung ausgegeben wird, verschiedene Steuersignale zum Laden der Batterie auf Wechselstrom durch ein ASK-Modulationsschema oder dergleichen aufgelagert werden, und das Senden/Empfangen der Steuersignale zwischen einer Energie-Sendeseite und einer Energie-Empfangsseite erfolgt (siehe z. B. Patentdokument 1).
Herkömmliche Dokumente
Patentdokumente

Patentdokument 1: Internationale PCT-Anmeldung Nr. WO 2010/030005

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
Während jedoch in der oben beschriebenen herkömmlichen Energieübertragung Steuersignale den Wechselstrom aufgelagert werden und der Aufwand vom Kommunikationsgerät somit reduziert wird, um das System zu vereinfachen, gibt es noch immer Bedarf an einem Gerät, das die Steuersignale auf Wechselstrom auflagert. Da in der oben beschriebenen herkömmlichen drahtlosen Energieübertragung die angeforderte Leistung eines Fahrzeugs an einer Energie-Empfangsseite nicht erkannt wird, gibt es ein Problem, das Energie fortlaufend einseitig übertragen wird und eine optimale Energieübertragung nicht stattfindet.
Die Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebene Situation durchgeführt worden, und Ziel der Erfindung ist es, ein drahtloses Energieübertragungsverfahren anzugeben, das in der Lage ist, die Energiezufuhr gemäß der angeforderten Leistung einer Energie-Empfangsseite zu optimieren, ohne eine Konfiguration der Vorrichtung kompliziert zu machen. Mittel zur Lösung des Problems
Um das oben beschriebene Problem zu lösen und das betreffende Ziel zu erreichen, führt die Erfindung die folgenden Mittel ein.

(1) Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein drahtloses Energieübertragungsverfahren angegeben, das Energie von einer ersten Resonanzantenne zu einer zweiten Resonanzantenne kontaktfrei durch Resonanz eines Magnetfelds überträgt, wobei die erste Resonanzantenne eine Resonanzantenne einer Energie-Sendevorrichtung ist, die zweite Resonanzantenne eine Resonanzantenne einer Energie-Empfangsvorrichtung ist, wobei das drahtlose Energieübertragungsverfahren die Schritte umfasst: Setzen einer Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne als erste Übertragungseffizienz durch Ändern einer Energiezufuhr-Frequenz der Energie-Übertragungsvorrichtung; allmähliches Erhöhen der von der ersten Resonanzantenne zur zweiten Resonanzantenne übertragenen Leistung; und Ändern einer Resonanzfrequenz durch Änderung eines Induktionskoeffizienten und/oder einer elektrostatischen Kapazität der zweiten Resonanzantenne, zur Änderung der Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne auf eine zweite Übertragungseffizienz, die kleiner als die erste Übertragungseffizienz ist, um hierdurch die empfangene Leistung an die von der Energie-Empfangsvorrichtung angeforderte Leistung anzupassen.
(2) Im in (1) beschriebenen drahtlosen Energieübertragungsverfahren kann die Energieübertragungsvorrichtung die Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne überwachen und kann die angeforderte Leistung auf der Basis der Änderung der Übertragungseffizienz schätzen.
(3) Im in (2) beschriebenen drahtlosen Energieübertragungsverfahren kann die Energieübertragungsvorrichtung die Sendeleistung so ändern, dass sie gleich der geschätzten angeforderten Leistung wird, und die Energie-Empfangsvorrichtung kann die Resonanzfrequenz durch eine Änderung des Induktionskoeffizienten und/oder der elektrostatischen Kapazität der zweiten Resonanzantenne ändern, so dass die empfangene Leistung gleich der angeforderten Leistung wird, um hierdurch die Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne auf eine dritte Übertragungseffizienz zu ändern, die größer als die zweite Übertragungseffizienz ist.

Effekt der Erfindung
Gemäß dem oben unter (1) beschriebenen Aspekt ist es möglich, die Resonanzfrequenz durch eine Änderung des Induktionskoeffizienten und/oder der elektrostatischen Kapazität der Resonanzantenne der Energie-Empfangsvorrichtung so zu ändern, dass die empfangene Leistung zu der angeforderten Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung passt. Aus diesem Grund lässt sich verhindern, dass die Resonanzantenne der Energie-Empfangsvorrichtung aufgrund der Zufuhr von starker Energie überhitzt wird.
Da es möglich ist, die empfangene Leistung an die angeforderte Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung anzupassen, ohne ein Kommunikationsgerät oder ein Signalumwandlungsgerät zu verwenden, das Information hinsichtlich der angeforderten Leistung von der Energie-Empfangsvorrichtung zu der Energie-Sendevorrichtung überträgt, lässt sich verhindern, dass die Vorrichtungskonfiguration kompliziert wird.
Wenn die angeforderte Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung null ist, wenn z. B. kein Laden erforderlich ist, ist es auch möglich, durch Ändern der Resonanzfrequenz die empfangene Leistung zu null zu machen.
Gemäß dem oben unter (2) beschriebenen Aspekt ist es auf der Basis der Übertragungseffizienz zwischen der Resonanzantenne der Energie-Sendevorrichtung und der Resonanzantenne der Energie-Empfangsvorrichtung, wenn die empfangene Leistung zu der angeforderten Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung passt, durch eine Änderung der Resonanzfrequenz an der Energie-Empfangsvorrichtungs-Seite, in der Energie-Übertragungsvorrichtung, möglich, die angeforderte Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung aus der Übertragungseffizienz und der Sendeleistung nach einer Änderung der Resonanzfrequenz an der Energie-Empfangsvorrichtung zu schätzen. Daher ist es möglich, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren, im Vergleich zu einem Fall, wo eine Vorrichtung vorgesehen ist, die Information bezüglich der angeforderten Leistung sendet und empfängt.
Wenn, gemäß dem oben unter (3) beschriebenen Aspekt, die Sendeleistung so verändert wird, dass sie zur angeforderten Leistung wird, die von der Energie-Übertragungsvorrichtung geschätzt wird, wird, da die empfangene Leistung abnimmt, die Resonanzfrequenz geändert, so dass die Übertragungseffizienz an der Energieempfangs-Seite zunimmt, um diese Abnahme zu kompensieren. Daher lässt sich die Sendeleistung, gemäß der seitens der Energie-Empfangsvorrichtung angeforderten Leistung, mit hoher Übertragungseffizienz senden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines drahtlosen Ladesystems gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung zeigt.
2 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer LC-Einstellschaltung in dem drahtlosen Ladesystem zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm eines Energie-Übertragungs-Anfangsprozesses, der an einer Energie-Sendevorrichtung des drahtlosen Ladesystems ausgeführt wird.
4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Stromfrequenz und der Übertragungseffizienz zeigt.
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Stromfrequenz und der Übertragungseffizienz zeigt, und ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, wo zwei Scheitel vorhanden sind.
6 ist ein Flussdiagramm eines Energie-sendeseitigen Prozesses des drahtlosen Ladesystems.
7 ist ein Flussdiagramm eines Energie-empfangsseitigen Prozesses des drahtlosen Ladesystems.
8 ist ein Flussdiagramm eines Variable-Frequenz-Prozesses von 7.
9 ist ein Kennfeld jeder Kombination der Sendeantenne und Empfangsantenne.
10 ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, wo die empfangene Leistung auf die angeforderte Leistung abnimmt.
11 ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, wo die empfangene Leistung auf einen Empfangene-Leistung-Sollwert durch den Variable-Frequenz-Prozess konvergiert.
12 ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, wo die Übertragungseffizienz seitens einer Energie-Sendevorrichtung innerhalb eines vorbestimmen Bereichs durch den Variable-Frequenz-Prozess konvergiert.
13 ist ein Graph, der ein Beispiel einer veränderten Resonanzfrequenz zeigt.
14 ist ein Graph, der ein Beispiel einer veränderten Resonanzfrequenz zeigt, und ist ein Graph, der ein Beispiel zeigt, wo zwei Scheitel vorhanden sind.
15 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des drahtlosen Ladesystems zeigt.
16 ist ein Flussdiagramm des Energie-sendeseitigen Prozesses eines drahtlosen Ladesystems gemäß einer Ausführung der Erfindung.
17 ist ein Flussdiagramm des Variable-Frequenz-Prozesses des drahtlosen Ladesystems der zweiten Ausführung.
18 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb des drahtlosen Ladesystems der zweiten Ausführung zeigt.
Beschreibung der Ausführungen
Als nächstes wird, in Bezug auf die Zeichnungen, ein drahtloses Ladesystem beschrieben, auf das ein drahtloses Energie-Übertragungsverfahren gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung angewendet wird.
Wie in 1 gezeigt, enthält ein drahtloses Ladesystem 1 dieser Ausführung ein Fahrzeug 100, das einen Motor, wie etwa einen bürstenlosen Drei-Phasen-DC-Motor enthält, der eine Fahrantriebskraft erzeugt, sowie eine Ladestation 200, die dem Fahrzeug 100 Ladeenergie zuführt.
Das drahtlose Ladesystem 1 überträgt Energie, die von der Ladestation 200 (Energie-Sendevorrichtungs-Seite) zu dem Fahrzeug (Energie-Empfangsvorrichtung-Seite) ausgegeben wird, kontaktfrei durch ein drahtloses Resonanz-Energieübertragungsschema unter Verwendung eines Resonanzphänomens und lädt eine im Fahrzeug 100 angebrachte Batterie 10.
Das Fahrzeug 100 enthält unter seiner Bodenplatte oder dergleichen eine Empfangsantenne 11. Die Ladestation 200 enthält eine Sendeantenne 21 an einer Straße, auf der das Fahrzeug 100 fährt, an einer Einrichtung, wo das Fahrzeug 100 parkt oder dergleichen.
Die Sendeantenne 21 der Ladestation 200 enthält eine Energie-Sendeantenne 21a und eine Energie-Sendewicklung 21b. Die Empfangsantenne 11 des Fahrzeugs 100 enthält eine Energie-Empfangsantenne 11a und eine Energie-Empfangswicklung 11b.
In einem Resonanz-Energieübertragungsschema wird Energie durch Resonanz eines Magnetfelds zwischen einem Resonator (nicht gezeigt) am Fahrzeug 100, das die Energie-Empfangswicklung 11b enthält, und einem Resonator (nicht gezeigt) an der Ladestation 200, die die Energie-Sendewicklung 21b enthält, übertragen.
Die Energie-Sendewicklung 21b, die als Primärwicklung dient, ist in der Nähe der Energie-Sendeantenne 21a der Ladestation 200 angeordnet. Die Energie-Empfangswicklung 11b, die als Sekundärwicklung dient, ist in der Nähe der Energie-Empfangsantenne 11a des Fahrzeugs 100 angeordnet. Wenn ein Primärstrom durch die Energie-Sendewicklung 21b fließt, fließt ein induzierter Strom in der Energie-Sendeantenne 21a durch elektromagnetische Induktion, und die Energie-Sendeantenne 21a schwingt entsprechend der Induktanz und der Streukapazität des Resonators an der Ladestation 200, die die Energie-Sendewicklung 21b enthält, mit einer Resonanzfrequenz mit. Dementsprechend schwingt die zur Energie-Sendeantenne 21a weisende Energie-Empfangsantenne 11a mit der Resonanzfrequenz mit, wobei durch elektromagnetische Induktion ein Sekundästrom in der Energie-Empfangsantenne 11a fließt und der Sekundärstrom in der Energie-Empfangswicklung 11b nahe der Energie-Empfangsantenne 11a fließt.
Die Ladestation 200 enthält, zusätzlich zu der Sendeantenne 21, eine AC-Energieversorgung 22, eine Gleichrichterschaltung 23, einen DC/DC-Wandler 24, eine Schwingschaltung 25, sowie eine Steuervorrichtung 26.
Der von der AC-Energieversorgung 22 zugeführte Wechselstrom wird durch die Gleichrichterschaltung 23 in Gleichstrom umgewandelt. Die durch die Gleichrichterschaltung 23 in Gleichstrom umgewandelte Energie wird, nach einer Spannungsumwanldung auf die gewandelte Gleichstromenergie durch den DC/DC-Wandler 24, der Schwingschaltung 25 zugeführt.
Die Schwingschaltung 25 wandelt, gemäß einem Steuersignal von der Steuervorrichtung 26, die von dem DC/DC-Wandler 24 ausgegebene Gleichstromenergie in Wechselstromenergie mit einer vorbestimmen Frequenz um, zur Verwendung in dem resonanzartigen drahtlosen Energieübertragungsschema. Die Schwingschaltung 25 justiert die zur Empfangsantenne 11 ausgegebene Sendeleistung P_out (W) über die Sendeantenne 21 gemäß einem Steuersignal von der Steuervorrichtung 26. Die Schwingschaltung 25 sendet zu der Steuervorrichtung 26 Information hinsichtlich einer einfallenden Welle und einer reflektierten Welle zum Erhalt eines Eingangs-Reflexionskoeffizienenten (nachfolgend einfach als S₁₁-Parameter bezeichnet) in Bezug auf einen S-Parameter (Streuparameter) eines Sende/Empfangsschaltungsnetzwerks, das die Sendeantenne 21 und die Empfangsantenne 11 aufweist.
Die Steuervorrichtung 26 erhält den S₁₁-Parameter aus der Information hinsichtlich der einfallenden Welle und der reflektierten Welle, die von der Schwingschaltung 25 empfangen wird, und berechnet eine Übertragungseffizienz η der Energieübertragung aus dem S₁₁-Parameter. Die Steuervorrichtung 26 erhält ein Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar, welcher der geschätzte Wert der angeforderten Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 (Energieempfangsvorrichtung) ist, auf der Basis der Übertragungseffizienz η und der Sendeleistung P_out. Die Steuervorrichtung 26 gibt an die Schwingschaltung 25 ein Steuersignal, das die Sendeleistung P_out so einstellt, dass sie zum Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar wird. Den S₁₁-Parameter erhält man durch das Verhältnis (S₁₁ = b1/a1) einer von der Schwingschaltung 25 zur Sendeantenne 21 einfallenden Welle a1 und einer von der Sendeantenne 21 reflektierten Welle b1. Die einfallende Welle a1 und die reflektierte Welle b1 können z. B. mit einem Richtungskoppler detektiert werden.
Das Fahrzeug 100 enthält, zusätzlich zu der Empfangsantenne 11, eine Batterie 10 für den Motorantrieb, eine Fahrzeuggleichrichterschaltung 13, einen Fahrzeug-DC/DC-Wandler (DC/DC) 14, eine LC-Einstellschaltung 15 und eine Fahrzeugsteuervorrichtung 16.
Die Batterie 10 wird mit Energie geladen, die von der Ladestation 200 durch das drahtlose Resonanz-Energieübertragungsschema übertragen wird, und führt die Energie verschiedenen Gerätearten zu, die in dem Fahrzeug 100 angebracht sind, wie etwa einem Motor, der die Fahrantriebskraft erzeugt.
Die Fahrzeuggleichrichterschaltung 13 wandelt den von der Empfangsantenne 11 empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom um. Die Fahrzeuggleichrichterschaltung 13 enthält eine Erfassungseinheit (nicht gezeigt), welche die von der Empfangsantenne 11 erhaltene Leistung P_in (W) erfasst, und gibt an die Fahrzeugsteuervorrichtung 16 Information hinsichtlich der erfassten empfangenen Leistung P_in aus.
Der Fahrzeug-DC/DC-Wandler 14 wandelt die Ausgangsspannung der Fahrzeuggleichrichterschaltung 13 in eine Ladespannung der Batterie 10 um.
Die LC-Einstellschaltung 15 ändert einen Induktionskoeffizienten (L) und/oder eine elektrostatische Kapazität (C) einer Resonanzantenne gemäß einem Steuerbefehl von der Fahrzeugsteuervorrichtung 16, um die Resonanzfrequenz F der Empfangsantenne 11 durch das drahtlose Resonanz-Energieübertragungsschema zu justieren. 2 zeigt ein Beispiel einer Kapazitanzveränderungsschaltung 30 der LC-Einstellschaltung 15, und die Kapazitanzveränderungsschaltung 30 kann z. B. aufgebaut sein aus einer Parallelschaltung einer Diode 31 mit variabler Kapazitanz und einem Kondensator 32. Auf diese Weise ist, durch die Verwendung der Diode 31 mit variabler Kapazitanz, kein mechanischer Einstellmechanismus erforderlich, und wird die Zuverlässigkeit verbessert. Obwohl in der obigen Beschreibung die Konfiguration mit variabler Kapazitanz als Beispiel beschrieben worden ist, kann der Induktionskoeffizient auch durch einen Induktometer oder dergleichen eingestellt werden.
Die Fahrzeugsteuervorrichtung 16 überwacht einen Batterieladezustand SOC (Ladezustand) z. B. durch ein Stromintegrierverfahren oder dergleichen zum Erhalt der angeforderten Leistung P_in_tar der Batterie 10 oder dergleichen am Fahrzeug 100. Die Fahrzeugsteuervorrichtung 16 gibt an die LC-Einstellschaltung 15 einen Befehl aus, um die Resonanzfrequenz im drahtlosen Resonanz-Energieübertragungsschema einzustellen, auf der Basis von Information der von der Fahrzeuggleichrichterschaltung 13 empfangenen Leistung P_in und der angeforderten Leistung P_in_tar, so dass die empfangene Leistung P_in zur angeforderten Leistung P_in_tar wird.
Der DC/DC-Wandler 24 der oben beschriebenen Ladestation 200 kann weggelassen werden, wenn die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 23 als die Eingangsspannung der Schwingschaltung 25 verwendet wird. Der Fahrzeug-DC/DC-Wandler 14 kann auch weggelassen werden, wenn die Ausgangsspannung der Fahrzeuggleichrichterschaltung 13 als die Eingangsspannung der Batterie 10 verwendet werden kann. In 1 ist der Energiefluss durch einen hohlen Pfeil angegeben, und der Fluss des Steuersignals mit einem durchgehenden Pfeil angegeben.
Als nächstes wird ein Energie-sendeseitiger Anfangsprozess durch die Steuervorrichtung 26 der Ladestation 200 in Bezug auf das Flussdiagramm von 3 beschrieben. Der Energie-sendeseitige Anfangsprozess ist ein Steuerprozess, der anfänglich durchgeführt wird, wenn die drahtlose Energieübertragung beginnt.
Zuerst tastet, im in 3 gezeigten Schritt S01, die Steuervorrichtung 26 die Schwingfrequenz (nachfolgend einfach als Stromfrequenz bezeichnet) der Schwingschaltung 25 ab, d. h. sie ändert die Schwingfrequenz in einem vorbestimmen Frequenzbereich, der vorab zur Verwendung in einem drahtlosen Energieübertragungsschema gesetzt worden ist.
Als nächstes erhält man in Schritt S02, als Ergebnis der Abtastung, eine Frequenz, bei der der S₁₁-Parameter einen Minimalwert einnimmt, und die Frequenz wird als die Stromfrequenz gesetzt.
Durch die Verwendung des oben beschriebenen S₁₁-Parameters, kann die Übertragungseffizienz (η) zwischen der Sendeantenne 21 und der Empfangsantenne 11 durch den Ausdruck (1) erhalten werden.
[Gleichung 1]

η = (1 – |S11|²) × 100% (1)

Das heißt, wenn der S₁₁-Parameter zunimmt, nimmt die Übertragungseffizienz η ab, und wenn der S₁₁-Parameter abnimmt, nimmt die Übertragungseffizienz η zu.
Wenn z. B. der S₁₁-Parameter minimal ist, wird die an der Energiesendevorrichtung berechnete Übertragungseffizienz η_out zu einem Maximalwert (nachfolgend einfach als Maximalwert ηmax bezeichnet), und der Maximalwert ηmax ist die erste Übertragungseffizienz in dieser Ausführung.
4 ist ein Graph, worin die vertikale Achse die Übertragungseffizienz (η) repräsentiert, und die horizontale Achse die Stromfrequenz (f) repräsentiert. Eine Frequenz (in 4 mit einer Ein-Punkt-Kettenlinie angegeben), die der Spitze eines Scheitels des Graphs äquivalent ist, ist die Frequenz, bei der der S₁₁-Parameter minimal ist.
Obwohl in 4 ein Fall gezeigt ist, wo die Anzahl von Scheiteln des Graphs eins ist, ist die Form des Scheitels nicht auf jenen beschränkt, der in 4 gezeigt ist. Zum Beispiel kann, wie in 5 gezeigt, die Anzahl der Scheitel 2 sein. Im Beispiel von 5 wird eine Frequenz, bei der die Übertragungseffizienz maximal ist (= der S₁₁-Parameter minimal ist) zur Spitze des rechten Scheitels.
Als nächstes wird ein energiesendeseitiger Prozess der Steuervorrichtung 26 der Ladestation 200 in Bezug auf ein Flussdiagramm beschrieben.
Zuerst führt im in 6 gezeigten Schritt S11 die Steuervorrichtung 26 den oben beschriebenen energiesendeseitigen Anfangsprozess durch.
In Schritt S12 beginnt die Energieübertragung mit der Stromfrequenz, bei der die im oben beschriebenen energieübertragungseitigen Anfangsprozess erhaltene Übertragungseffizienz den Maximalwert ηmax einnimmt.
Als nächstes wird in Schritt S13 die Sendeleistung P_out durch die Schwingschaltung 25 allmählich erhöht.
Als nächstes wird in Schritt S14 bestimmt, ob die an der Ladestation 200 (Energiesendevorrichtung-Seite) anhand des S₁₁-Parameters berechnete Übertragungseffizienz P_out kleiner als der Maximalwert ηmax der Übertragungseffizienz ist, in anderen Worten, es wird bestimmt, ob die Übertragungseffizienz η_out vom Maximalwert ηmax abnimmt oder nicht. Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (η_out ≥ ηmax), geht der Prozess zu Schritt S18 weiter. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S14 „JA” ist (η_out < ηmax), geht der Prozess zu Schritt S15 weiter. Falls hier die Übertragungseffizienz η_out vom Maximalwert ηmax abnimmt, ist dies ein Fall, wo die Resonanzfrequenz F vom Anfangswert durch die LC-Einstelleinheit 15 des Fahrzeugs 100 derart verändert wird, dass die empfangene Leistung P_in zur angeforderten Leistung P_in_tar wird.
Da in Schritt S18 die Übertragungseffizienz η_out immer noch nicht niedriger als ηmax ist, wird bestimmt, ob eine Angeforderte-Leistung-Schätzdauer t_in (s) größer als eine vorbestimme Ablaufzeit t2 ist oder nicht, wodurch ein Schwellenwert der Angeforderte-Leistung-Schätzdauer t_in (s) vorab gesetzt ist.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (t_in (s) > t2), endet eine Sequenz des Prozesses vorübergehend, da dies ein Zustand ist, worin die Übertragungseffizienz η_out um keinen Faktor abnimmt.
Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (t_in (s) ≤ t2), geht der Prozess zum oben erwähnten Prozess in Schritt S13 zurück und fährt fort, die Sendeleistung P_out anzuheben.
Die vorbestimme Ablaufzeit t2, die vorab gesetzt ist, ist der obere Grenzwert der Zeit, die für eine Steuerprozesssequenz erforderlich ist, bis die Steuervorrichtung 26 den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar als den geschätzten Wert der angeforderten Leistung P_out_tar des Fahrzeugs 100 erhält und die Sendeleistung P_out an den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar angepasst ist.
In Schritt S15 wird bestimmt, ob die Übertragungseffizienz η_out innerhalb einer vorbestimmen Effizienz für eine vorbestimme Zeit t1 beibehalten wird. Das heißt, es wird bestimmt, ob die Übertragungseffizienz η_out in einem stabilen Zustand ist oder nicht, der unter den Maximalwert ηmax verringert ist.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (die Übertragungseffizienz η_out wird nicht innerhalb der vorbestimmen Effizienz gehalten), kehrt der Prozess zu Schritt S14 zurück.
Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis „JA” ist (die Übertragungseffizienz η_out wird innerhalb der vorbestimmen Effizienz gehalten), geht der Prozess zu Schritt S16 weiter, da die Übertragungseffizienz η_out in einem stabilen Zustand ist, der unter Maximalwert ηmax verringert ist. Wie oben beschrieben ist z. B. die Übertragungseffizienz η_out, die auftritt, wenn sich die Resonanzfrequenz F derart ändert, dass die empfangene Leistung P_in zur angeforderten Leistung P_in_tar wird, in dieser Ausführung die zweite Übertragungseffizienz.
In Schritt S16 werden die Übertragungseffizienz η_out, die stabil und niedriger als der Maximalwert ηmax ist, und die Sendeleistung P_out integriert, um den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar zu erhalten, der der geschätzte Wert der angeforderten Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 ist. Das heißt, in der Ladestation 200 (Energiesendevorrichtung-Seite) wird der Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar, welcher der geschätzte Wert der angeforderten Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 ist, auf Basis einer Änderung der Übertragungseffizienz η_out erhalten. Darüber hinaus kann, wie oben beschrieben, unter Verwendung der stabilen Übertragungseffizienz η_out, der Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar noch genauer erhalten werden.
Als nächstes wird in Schritt S17 die Sendeleistung P_out derart verändert, dass sie zu der geschätzten angeforderten Leistung P_in_tar passt, in anderen Worten, die Sendeleistung P_out wird so verändert, dass sie gleich der Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar wird, und dann wird die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend beendet.
Als nächstes wird der energieempfangsseitige Prozess in der Steuervorrichtung 16 des Fahrzeugs 100 in Bezug auf ein Flussdiagramm beschrieben.
Zuerst überwacht, im in 7 gezeigten Schritt S21, die Fahrzeugsteuervorrichtung 16 die empfangene Leistung P_in.
Als nächstes wird in Schritt S22 bestimmt, ob die empfangene Leistung P_in innerhalb eines vorbestimmen Empfangsleistungsbereichs zwischen einer vorbestimmen Untergrenze P1 und einer vorbestimmen Obergrenze P2 liegt, und die Übertragungseffizienz η_in seitens des Fahrzeugs 100 gleich oder größer als der Maximalwert η_in_max ist, welcher der vorab gesetzte Schwellenwert der vorbestimmen Übertragungseffizienz ist.
Die Untergrenze P1 ist ein Wert, den man durch Subtrahieren eines vorbestimmen Leistungsbereichs ΔP von der angeforderten Leistung P_in_tar erhält. Die Obergrenze P2 ist ein Wert, den man durch Addieren des vorbestimmen Leistungsbereichs ΔP zu der angeforderten Leistung P_in_tar erhält.
Die Übertragungseffizienz η_in am Fahrzeug 100 kann man wie eine Tabelle oder ein Kennfeld (nicht gezeigt) der Resonanzfrequenz und der Übertragungseffizienz η_in erhalten. Zum Beispiel ist die Übertragungseffizienz η_in mit der Resonanzfrequenz F korreliert, welche durch die LC-Einstelleinheit 15 eingestellt ist. Da die Resonanzfrequenz F an der Empfangsseite in der Nähe der Frequenz liegt, bei der die oben erwähnte Übertragungseffizienz η_out maximal ist, nimmt die Übertragungseffizienz η_in zu, und da andererseits die Resonanzfrequenz F an der Empfangsseite von der Frequenz entfernt ist, an der die Übertragungseffizienz η_out maximal ist, nimmt die Übertragungseffizienz η_in ab.
Wenn das Bestimmungsergebnis im oben erwähnten Schritt S22 „JA” ist (P1 < P_in < P2 und η_in ≥ η_in_max), geht der Prozess zu Schritt S23 weiter.
Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (P1 < P_in < P2 und η_in ≥ η_in_max nicht erfüllt sind), geht der Prozess zu Schritt S24 weiter. Der Anfangswert der Übertragungseffizienz η_in wird η_in η_in_max.
Wenn eine Änderung in der angeforderten Leitung P_in_tar vorliegt, wenn es eine große Differenz zwischen der angeforderten Leistung P_in_tar und der empfangenen Leistung P_in gibt oder dergleichen, liegt die empfangene Leistung P_in nicht innerhalb des Bereichs ΔP der angeforderten Leistung P_in_tar. Infolgedessen ist das Bestimmungsergebnis in Schritt S22 „NEIN”. Wenn andererseits keine Änderung in der angeforderten Leitung P_in_tar vorliegt, ist das Bestimmungsergebnis im Schritt S22 „JA”.
In Schritt S24 wird der Variable-Frequenz(F)-Prozess durchgeführt, um die empfangene Leistung P_in in den vorbestimmen Bereich ΔP der angeforderten Leistung P_in_tar zu bringen, und der Prozess kehrt zu Schritt S21 zurück. Das heißt, der Prozess in Schritt S21, S22 und Schritt S24 wird wiederholt, bis die empfangene Leistung P_in innerhalb eines bestimmten Bereichs ΔP der angeforderten Leistung P_in_tar ist, und die Übertragungseffizienz η_in gleich oder größer als der Maximalwert η_in_max ist.
In Schritt S23 wird bestimmt, ob die Zeit t_out (s) länger als die vorbestimme Ablaufzeit t2 ist oder nicht, wobei die Zeit t_out (s) eine Zeit ist, in der die oben erwähnte empfangene Leistung P_in innerhalb des vorbestimmen Empfangsleistungsbereichs ΔP zwischen der vorbestimmen Untergrenze P1 und der vorbestimmen Obergrenze P2 liegt, und in der die Übertragungseffizienz η_in gleich oder größer als der vorab gesetzte Maximalwert η_in_max der vorbestimmen Übertragungseffizienz ist.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (t_out (s) ≤ t2), kehrt der Prozess zu Schritt S21 zurück, und die oben beschriebene Prozesssequenz wird wiederholt.
Das heißt, die oben beschriebene Prozesssequenz wird wiederholt, bis ein stabiler Zustand eingehalten wird, worin die empfangene Leistung P_in innerhalb des vorbestimmen Bereichs ΔP der angeforderten Leistung P_in_tar liegt, und die Übertragungseffizienz η_in einen ausreichend hohen Wert gleich oder größer als der Maximalwert η_in_max hat.
Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis in Schritt S23 „JA” ist (t_out (s) ≥ t2), endet die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend, da der stabile Zustand, in dem die empfangene Leistung P_in innerhalb eines vorbestimmen Bereichs ΔP der angeforderten Leistung P_in_tar liegt, und die Übertragungseffizienz η_in einen ausreichend hohen Wert hat, beibehalten wird.
Als nächstes wird der oben in Schritt S21 beschriebene Variable-Frequenz(F)-Prozess in Bezug auf ein Flussdiagramm beschrieben. Der Variable-Frequenz-Prozess ist ein Steuerprozess der Resonanzfrequenz F zum konvergieren der empfangenen Leistung P_in in den vorbestimmen Bereich (±ΔP) des Sollwerts P_in_tar.
Zuerst bestimmt, im in 8 gezeigten Schritt S31, die Fahrzeugsteuervorrichtung 16, ob die empfangene Leistung größer als die vorbestimme Untergrenze P1 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (P_in ≤ P1), geht der Prozess zu S34 weiter.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (P_in > P1), geht der Prozess zu S32 weiter.
In Schritt S34 wird die Resonanzfrequenz F um eine vorbestimme Frequenz in abnehmender Richtung des S₁₁-Parameters verändert, d. h. derart, dass die Übertragungseffizienz η_in durch die LC-Einstellschaltung 15 erhöht wird, und dann die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend endet.
Das heißt, die oben beschriebene Prozesssequenz wird wiederholt, bis die empfangene Leistung P_in größer als die Untergrenze P1 wird.
In Schritt S32 wird bestimmt, ob die empfangene Leistung P_in größer als die vorbestimme Obergrenze P2 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (P_in ≥ P2), geht der Prozess zu Schritt S33 weiter.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (P_in ≤ P2), geht der Prozess zu Schritt S35 weiter.
In Schritt S33 wird die Resonanzfrequenz F um eine vorbestimmte Frequenz in zunehmender Richtung des S₁₁-Parameters verändert, d. h. derart, dass die Übertragungseffizienz η_in abnimmt, und dann wird die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend beendet. Das heißt, die Prozesssequenz wird wiederholt, bis die empfangene Leistung P_in gleich oder kleiner als die Obergrenze P2 wird.
In Schritt S35 wird die Resonanzfrequenz F aus dem Kennfeld gesetzt, und dann wird die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend beendet.
Das heißt, wenn, gemäß dem oben beschriebenen Variable-Frequenz-Prozess, wie in 11 gezeigt, die empfangene Leistung P_in größer als die Untergrenze P1 und gleich oder kleiner als die Obergrenze P2 ist, wird die Resonanzfrequenz, bei der die empfangene Leistung P_in zur angeforderten Leistung P_in_tar wird, durch vorwärtskoppelnde Steuerung in Bezug auf das Kennfeld bestimmt, und die empfangene Leistung P_in kann rasch auf die angeforderte Leistung P_in_tar konvergiert werden. Durch Konvergieren der empfangenen Leistung P_in auf die angeforderte Leistung P_in_tar, wie in 12 gezeigt, konvergiert die Übertragungseffizienz η_out innerhalb eines vorbestimmen Bereichs Δη, und daher wird in Schritt S15 bestimmt, dass die Übertragungseffizienz η_out in einem stabilen Zustand ist.
Ein Sollwert (nachfolgend als Übertragungseffizienz-Sollwert bezeichnet) ηtar der Übertragungseffizienz an der Energie-Empfangsvorrichtungs-Seite (Seite des Fahrzeugs 100) kann durch den Ausdruck (2) repräsentiert werden:
[Gleichung 2]

ηtar = (ηL × η)/100[%] (2)

Im Ausdruck (2) ist „ηL” eine Änderungsrate der empfangenen Leistung P_in und „η” bezeichnet die gegenwärtige Übertragungseffizienz.
Die Änderungsrate ηL der empfangenen Leistung P_in kann durch den Ausdruck (3) der angeforderten Leistung P_in_tar und der gegenwärtigen empfangenen Leistung P_in repräsentiert werden.
[Gleichung 3]
Die Resonanzfrequenz F, bei der der Übertragungseffizienz-Sollwert ηtar erhalten wird, kann z. B aus dem Übertragungseffizienz-Sollwert ηtar erhalten werden, in Bezug auf die gezeigte Tabelle 1. [Tabelle 1]

ηtar[%] 90 80 72 ... 10 1

F[MHz] 1,0 0,9 0,85 ... 0,6 0,01
In dem drahtlosen Energieübertragungsschema des Fahrzeugs wird angenommen, dass mehrere Sendeantennen 21 und Empfangsantennen 11 mit unterschiedlichen Charakteristiken vorhanden sind. Aus diesem Grund ist die oben beschriebene Tabelle für jede Kombination von Sendeantenne 21 und Empfangsantenne 11 erforderlich. Dementsprechend kann die Tabelle vorab das Kennfeld für jede Kombination von Sendeantenne 21 und Empfangsantenne 11 gespeichert werden, wie in 9 gezeigt.
Wenn die Resonanzfrequenz F durch das Kennfeld bestimmt wird, kann das LC durch die LC-Einstelleinheit 15 durch den Ausdruck (4) bestimmt werden.
[Gleichung 4]

LC = 1 / 4π²F² (4)

Wenn sich, wie in 10 gezeigt, die Resonanzfrequenz F an der Energie-Empfangs-Seite ändert, z. B. wenn sich die gegenwärtig empfange ne Leistung P_in = 100 [W] zu der angeforderten Leistung P_in_tar = 80 [W] ändert, wird die Änderungsrate ηL der empfangenen Leistung P_in zu 80% in Bezug auf jene vor der Änderung. Wenn die gegenwärtig empfangene Leistung P_in mit der Übertragungseffizienz η = 90% übertragen wird, wird der Übertragungseffizienz-Sollwert ηtar (90% × 80)/100 = 72%. Das LC der LC-Einstellschaltung 15 wird derart gesetzt, dass die Resonanzfrequenz F zu jener Resonanzfrequenz F wird (in der oben beschriebenen Tabelle 0,85 Mhz), die dem Übertragungseffizienz-Sollwert ηtar = 72% zugeordnet ist.
13 ist ein Graph, worin die vertikale Achse die Übertragungseffizienz η repräsentiert und die horizontale Achse die Frequenz f repräsentiert. In der Zeichnung ist die durchgehende Linie ein Graph, der einen Zustand zeigt, wo der Maximalwert ηmax erhalten wird, das heißt, bevor die Resonanzfrequenz F durch die LC-Einstellschaltung 15 eingestellt wird (vor der Änderung). Die unterbrochene Linie ist ein Graph nach Einstellung der Resonanzfrequenz F durch die LC-Einstellschaltung 15 in abnehmender Richtung der Übertragungseffizienz η_out (nach der Änderung). Die Stromfrequenz wird auf eine Frequenz f0 fixiert, bei der die maximale Effizienz (Maximalwert ηmax) vor der Einstellung erhalten wird, unabhängig von vor der Einstellung und nach der Einstellung.
Wenn z. B. die Übertragungseffizienz η_out von dem Maximalwert ηmax abnimmt, wird zuerst der Induktionskoeffizient (L) und/oder die elektrostatische Kapazität (C) durch die LC-Einstellschaltung 15 des Fahrzeugs 100 verändert. Dann verschiebt sich der Graph in Richtung nach links oder rechts von 13. Das heißt, da die Stromfrequenz durch die Schwingschaltung 25 auf die Frequenz f0 fixiert ist, nimmt die Übertragungsfrequenz η_out ab. 13 zeigt einen Fall, wo sich der Graph nach links verschiebt (ändert). Der Induktionskoeffizient (L) und/oder die elektrostatische Kapazität (C) wird entgegen der oben beschriebenen Richtung aus dem Zustand heraus verändert, wo die Übertragungseffizienz η_out abnimmt, wodurch es möglich wird, die Übertragungseffizienz η_out anzuheben. Wenn das LC durch die LC-Einstellschaltung 15 erhöht wird, verschiebt sich der Graph nach links, und wenn das LC verringert wird, verschiebt sich der Graph nach rechts.
Obwohl in 13 ein Beispiel beschrieben worden ist, wo die Anzahl der Spitzen des Graphs der Resonanzfrequenz F ein Scheitel ist, ist es ähnlich, auch wenn die Anzahl der Spitzen zwei Scheitel ist, möglich, die Übertragungseffizienz η_out zu erhöhen und zu verringern. Wenn jedoch, unter den Spitzen der zwei Scheitel der Resonanzfrequenz F, die Anzahl der Spitzen zwei Scheitel ist, wird die Verschieberichtung des Graphs in Abhängigkeit von einer Spitze verändert, auf der die Frequenz f0 als der gesetzte Wert der Stromfrequenz durch die Schwingschaltung 25 vorhanden ist. Wenn z. B. der Maximalwert der Übertragungseffizienz η_out am. rechten Scheitel ist, kann das LC der LC-Einstellschaltung 15 verringert werden, um den Graph nach links zu verschieben, wie mit der unterbrochenen Linie gezeigt. Obwohl nicht gezeigt, kann, wenn der Maximalwert der Übertragungseffizienz η_out am linken Scheitel ist, das LC durch die LC-Einstellschaltung 15 erhöht werden, um den Graph nach rechts zu verschieben.
15 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen der Resonanzfrequenz F, der empfangenen Leistung P_in, der Übertragungseffizienz η_out und der Sendeleistung P_out durch einen Steuerprozess in dem drahtlosen Ladesystem in der ersten Ausführung zeigt. In der folgenden Beschreibung wird das Fahrzeug 100 die Energie-Empfangsvorrichtungs-Seite genannt, und die Ladestation 200 wird die Energie-Sendevorrichtungs-Seite genannt.
Zuerst wird, wie in 15 gezeigt, wenn die drahtlose Energieübertragung startet, die Stromfrequenz durch den energie-übertragungsseitigen Anfangsprozess abgetastet und auf jene Frequenz gesetzt, bei der die Übertragungseffizienz η_out den Maximalwert ηmax einnimmt. Wenn in diesem Zustand die Sendeleistung P_out allmählich erhöht wird, erhöht sich die empfangene Leistung P_in allmählich einhergehend mit einer Zunahme der Sendeleistung P_out.
Als nächstes wird, nachdem die empfangene Leistung P_in um ein gewisses Ausmaß erhöht worden ist, die Resonanzfrequenz F durch die LC-Einstellschaltung 15 derart verändert, dass die empfangene Leistung P_in zur angeforderten Leistung P_in_tar an der Energie-Empfangsvorrichtungs-Seite kleiner wird als P_in, und somit die Übertragungseffizienz η_out zwischen der Sendeantenne 21 und der Empfangsantenne 11 verringert wird. Die empfangene Leistung P_in nimmt auf die angeforderte Leistung P_in_tar gemäß einer Abnahme der Übertragungsfrequenz η_out ab. In der Übertragungsfrequenz η_out von 15 ist ein hoher Anfangswert die erste Übertragungseffizienz, und ein Wert, der von dem Anfangswert abnimmt und konstant wird, ist die zweite Übertragungseffizienz.
Zum Beispiel betrachtet man einen Fall, wo die angeforderte Leistung P_in_tar auf null gesetzt ist, z. B. dann, wenn die Batterie 10 vollständig geladen ist. In diesem Fall wird durch den oben beschriebenen Variable-Frequenz-Prozess von 8 die Resonanzfrequenz F verändert, bis die empfangene Leistung P_in zu null wird. Im Ergebnis nimmt die Übertragungseffizienz η_out vom Maximalwert ηmax auf null ab. In diesem Fall ist die auf null gesetzte Übertragungseffizienz η_out die zweite Übertragungseffizienz, die kleiner ist als die erste Übertragungseffizienz (Maximalwert ηmax).
Wenn dann erfasst wird, dass die Übertragungseffizienz η_out abnimmt und an der Energie-Sendevorrichtung-Seite stabil ist, erhält man den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar, welcher der geschätzte Wert der angeforderten Leistung P_in_tar an der Energie-Empfangsvorrichtungs-Seite ist, durch Integration der Übertragungseffizienz η_out (zweiten Übertragungseffizienz) und der Sendeleistung P_out.
Dann wird an der Energie-Sendevorrichtung-Seite die Sendeleistung P_out verringert, so dass sie auf den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar konvergiert.
Obwohl hierbei, an der Energie-Empfangsvorrichtung-Seite die empfangene Leistung P_in von der angeforderten Leistung P_in_tar einhergehend mit der Abnahme der Sendeleistung P_out abnimmt, wird die Resonanzfrequenz F derart eingestellt, dass die empfangene Leistung P_in gleich der angeforderten Leistung P_in_tar wird. Dementsprechend kehrt die Resonanzfrequenz F derart zurück, dass die Übertragungseffizienz η_out zunimmt und die Übertragungseffizienz η_out auf die Übertragungseffizienz η_out verändert wird, welche größer als die zweite Übertragungseffizienz ist.
Das heißt, während ein Zustand, worin die empfangene Leistung P_in erhalten bleibt, um die angeforderte Leistung P_in_tar zu erlangen, kann die Übertragungseffizienz η_out zwischen der Sendeantenne 21 und der Empfangsantenne 11 wiederhergestellt werden und kann die empfangene Leistung P_in, die an die angeforderte Leistung P_in_tar an der Energie-Empfangsvorrichtung-Seite angepasst ist, der Energie-Empfangsvorrichtung-Seite effizient zugeführt werden. In 15 sind eine Periode (Erforderliche-Energie-Schätzperiode), worin die angeforderte Leistung P_in_tar an der Energie-Sendevorrichtung-Seite geschätzt wird, und eine Periode (Effizienz-Rückkehr-Periode), worin die Übertragungseffizienz η_out zurückgebracht wird, jeweils mit Pfeilen bezeichnet.
Gemäß dem drahtlosen Ladesystem 1 der oben beschriebenen ersten Ausführung ist es möglich, die empfangene Leistung P_in an die angeforderte Leistung P_in_tar anzupassen, durch Ändern der Resonanzfrequenz F durch Änderung des Induktionskoeffizienten (L) und/oder der elektrostatischen Kapazität (C) der Empfangsantenne 11 des Fahrzeugs 100. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass die Empfangsantenne 11 des Fahrzeugs 100 aufgrund der Zufuhr von übermäßiger Empfangsleistung P_in überhitzt wird.
Wenn die angeforderte Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 null ist, z. B. dann, wenn das Laden nicht erforderlich ist, kann die Resonanzfrequenz F verändert werden, um die Empfangsleistung P_in zu null zu machen.
Da es möglich ist, die empfangene Leistung P_in an die angeforderte Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 anzupassen, ohne ein Kommunikationsgerät oder Signalumwandlungsgerät zur Informationsübertragung der angeforderten Leistung P_in_tar vom Fahrzeug 100 auf die Ladestation 200 zu verwenden, lässt sich verhindern, dass die Konfiguration der Vorrichtung kompliziert wird.
Darüber hinaus ist es möglich, die angeforderte Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 in der Ladestation 200 aus der Übertragungseffizienz η_out (zweite Übertragungseffizienz) nach der Änderung und der Sendeleistung P_out auf der Basis der Übertragungseffizienz η_out in der Sendeantenne 21 der Ladestation 200 und der Empfangsantenne 11 des Fahrzeugs 100 zu schätzen, wenn, aufgrund der Resonanzfrequenz F an der Seite des Fahrzeugs 100, die empfangene Leistung P_in an die angeforderte Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 angepasst ist. Auch ist es möglich, die Anzahl der Komponenten zu reduzieren im Vergleich zu einem Fall, wo eine Vorrichtung vorgesehen ist, welche Information über die angeforderte Leistung sendet und empfängt.
Wenn in der Ladestation 200 die Sendeleistung P_out so verändert wird, dass sie zur geschätzten angeforderten Leistung P_in_tar wird, das heißt, die Energie-Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar, nimmt die empfangene Leistung P_in ab. Um diese Abnahme zu kompensieren, wird die Resonanzfrequenz F derart geändert, dass die Übertragungseffizienz η_out im Fahrzeug 100 abnimmt. Als Ergebnis wird es möglich, die Sendeleistung P_out gemäß der angeforderten Leistung P_in_tar des Fahrzeugs 100 mit hoher Übertragungseffizienz zu übertragen.
Als nächstes wird ein drahtloses Ladesystem gemäß einer zweiten Ausführung der Erfindung mit Bezug auf ein Flussdiagramm beschrieben. Da die Systemkonfiguration des drahtlosen Ladesystems der zweiten Ausführung die gleiche wie in der ersten Ausführung ist, wird eine Beschreibung angegeben, während der gleiche Prozess wie in der ersten Ausführung mit der gleichen Bezugszahl bezeichnet ist.
Zunächst wird der Energie-sendeseitige Prozess in der Steuervorrichtung 26 der Ladestation 200 der zweiten Ausführung in Bezug auf das Flussdiagramm von 16 beschrieben.
Zuerst führt, ähnlich dem Energie-sendeseitigen Prozess der ersten Ausführung, die Steuervorrichtung 26 den Steuerprozess von Schritt S11 bis Schritt S13 aus.
Ähnlich der ersten Ausführung wird in Schritt S14 bestimmt, ob die aus dem S₁₁-Parameter berechnete Übertragungseffizienz η_out kleiner als der vorab gesetzte Maximalwert ηmax der Übertragungseffizienz ist. Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (η_out ≥ ηmax), geht der Prozess zu Schritt S18 weiter. Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S14 „JA” ist (η_out < ηmax), geht der Prozess zu Schritt S15 weiter.
In Schritt S18, da die Übertragungseffizienz η_out in einem Zustand ist, der noch nicht kleiner als ηmax ist, wird bestimmt, ob die Angeforderte-Leistung-Schätzperiode t_in (s) länger als die vorbestimme Ablaufzeit t2 ist, die der vorab gesetzte Schwellenwert der Angeforderte-Leistung-Schätzperiode t_in (s) ist.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (t_in (s) > t2), endet die Prozesssequenz vorübergehend, weil dies ein Zustand ist, worin die Übertragungseffizienz η_out um keinen Faktor abnimmt.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (t_in (s) ≤ t2), kehrt der Prozess zum oben beschriebenen Prozess in Schritt S13 zurück, und fährt fort, die Sendeleistung P_out zu erhöhen.
In Schritt S15 wird bestimmt, ob die Übertragungseffizienz η_out für die vorbestimme Zeit t1 innerhalb der vorbestimmen Effizienz gehalten wird.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (die Übertragungseffizienz η_out nicht innerhalb der vorbestimmen Effizienz beibehalten wird), kehrt der Prozess zum Prozess in Schritt S14 zurück.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (die Übertragungseffizienz η_out wird innerhalb der vorbestimmen Effizienz gehalten), geht der Prozess zu Schritt S16 weiter, weil dies ein Zustand ist, worin die Übertragungseffizienz η_out abnimmt und stabil ist, d. h. die Übertragungseffizienz η_out in einem stabilen Zustand der zweiten Übertragungseffizienz ist.
In Schritt S16 wird die Übertragungseffizienz η_out und die Sendeleistung P_out integriert, um den geschätzten Wert der angeforderten Leistung P_in_tar zu erhalten, d. h. den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar.
Als nächstes wird in Schritt S41 die Sendeleistung P_out allmählich verringert, so dass die Sendeleistung P_out gleich dem Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar wird.
In Schritt S42 wird bestimmt, ob η_out gleich oder größer als ηmax ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (η_out ≥ ηmax), endet die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (η_out < ηmax), kehrt der Prozess zu Schritt S41 zurück, und wird der oben beschriebene Prozess zum allmählichen Verringern der Sendeleistung P_out wiederholt.
Das heißt, nachdem in dem Energie-sendeseitigen Prozess der oben beschriebenen zweiten Ausführung die Sendeleistung P_out allmählich zugenommen hat, werden, wenn die Übertragungseffizienz η_out durch Andern der Resonanzfrequenz F an der Energie-Empfangsseite weiter als der Maximalwert ηmax abnimmt, und wenn bestätigt wird, dass die abgenommene Übertragungseffizienz η_out stabil ist, werden die Sendeleistung P_out und die Übertragungseffizienz η_out, welche die zweite Übertragungseffizienz ist, integriert, um den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar zu erhalten. Die Sendeleistung P_out wird allmählich verringert, so dass sie den erhaltenden Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar einnimmt.
Da der Energie-empfangsseitige Prozess der zweiten Ausführung der gleiche wie der Energie-empfangsseitige Prozess der oben beschriebenen ersten Ausführung ist, wird eine Beschreibung davon hier nicht wiederholt.
Als nächstes wird der Variable-Frequenz(F)-Prozess in der zweiten Ausführung mit Bezug auf 17 beschrieben.
Zunächst bestimmt im in 17 gezeigten Schritt S37 die Fahrzeugsteuervorrichtung 16, ob die empfangene Leistung P_in größer als die vorbestimme Untergrenze P1 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (P_in ≤ P1), geht der Prozess zu Schritt S34 weiter.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (P_in > P1) geht der Prozess zu Schritt S32 weiter.
Wie in der ersten Ausführung ist die Untergrenze P1 ein Wert, den man durch Subtrahieren des vorbestimmen Werts ΔP von der angeforderten Leistung P_in_tar erhält, die der Sollwert der empfangenen Leistung P_in ist.
In Schritt S34 wird die Resonanzfrequenz F in abnehmender Richtung des S₁₁-Parameters eingestellt, d. h. in zunehmender Richtung der Übertragungseffizienz η_in, und dann wird die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend beendet.
In Schritt S32 wird bestimmt, ob die empfangene Leistung P_in größer als die vorbestimme Obergrenze P1 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis „JA” ist (P_in > P2), geht der Prozess zu Schritt S33 weiter.
Wenn das Bestimmungsergebnis „NEIN” ist (P_in ≤ P2), wird die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend beendet.
Wie in der ersten Ausführung ist die Obergrenze P2 ein Wert, den man durch Addieren des vorbestimmen Werts ΔP zu der angeforderten Leistung P_in_tar erhält.
In Schritt S33 wird die Resonanzfrequenz F in zunehmender Richtung des S₁₁-Parameters eingestellt, d. h. in abnehmender Richtung der Übertragungseffizienz η_in, und dann wird die oben beschriebene Prozesssequenz vorübergehend beendet.
Das heißt, während der Variable-Frequenz-Prozess der ersten Ausführung in Schritt S35 die vorwärts koppelnde Steuerung durchführt, bringt der Variable-Frequenz-Prozess der zweiten Ausführung nur durch rückkoppelnde Regelung die empfangene Leistung P_in allmählich in die Nähe der angeforderten Leistung P_in_tar.
18 ist ein Graph, wenn die empfangene Leistung P_in durch die rückkoppelnde Regelung allmählich in die Nähe der angeforderten Leistung P_in_tar gebracht wird.
Wenn, wie in 18 gezeigt, die rückkoppelnde Regelung durchgeführt wird, wird die empfangene Leistung P_in allmählich verändert, im Vergleich zu einem Fall der Durchführung der vorwärtskoppelnden Steuerung, und die erforderliche Zeit, bis die empfangene Leistung P_in auf die angeforderte Leistung P_in_tar konvergiert, ist etwas länger als in einem Fall der Durchführung einer vorwärtskoppelnden Steuerung. Da die empfangene Leistung P_in allmählich verringert wird, ist die Neigung aufgrund des Anstiegs oder der Abnahme der Änderung der Resonanzfrequenz F schwächer als in einem Fall, worin die vorwärtskoppelnde Steuerung verwendet wird (siehe 15).
Da die Sendeleistung P_out durch den Prozess in Schritt S41 allmählich verringert wird, um die Sendeleistung P_out in die Nähe des Sendeleistungs-Sollwerts P_out_tar zu bringen, ist die erforderliche Zeit, bis die Sendeleistung P_out auf die angeforderte Leistung P_in_tar konvergiert, etwas länger als in der oben beschriebenen ersten Ausführung (siehe 15).
Selbst wenn daher, gemäß dem drahtlosen Ladesystem der zweiten Ausführung, anders als in der ersten Ausführung, die Tabelle des Übertragungseffizienz-Sollwerts ηtar und der Resonanzfrequenz F, oder das Kennfeld des Übertragungseffizienz-Sollwerts ηtar und der Resonanzfrequenz F für jede Kombination der Sendeantenne 21 und der Empfangsantenne 11 nicht benutzt wird, erhält man einen Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar, der der geschätzte Wert der angeforderten Leistung P_tar des Fahrzeugs 100 ist, in der Ladestation 200, was es möglich macht, die Sendeleistung P_out durch den Sendeleistungs-Sollwert P_out_tar zu konvergieren.
Die Erfindung ist nicht auf die Konfiguration jeder Ausführung beschränkt, und es können konstruktive Änderungen vorgenommen werden, ohne von deren Geist abzuweichen. Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß dem drahtlosen Energieübertragungsverfahren ist es möglich, die Resonanzfrequenz durch Ändern des Induktionskoeffizienten und/oder der elektrostatischen Kapazität der Resonanzantenne der Energieempfangsvorrichtung zu verändern, um die empfangene Leistung an die angeforderte Leistung der Energieempfangsvorrichtung anzupassen. Aus diesem Grund lässt sich verhindern, dass die Resonanzantenne der Energieempfangsvorrichtung aufgrund überhöhter Energiezufuhr überhitzt wird.
Weil darüber hinaus die empfangene Leistung an die angeforderte Leistung der Energieempfangsvorrichtung angepasst werden kann, ohne ein Kommunikationsgerät oder ein Signalumwandlungsgerät zu benutzen, die Information hinsichtlich der angeforderten Leistung von der Energieempfangsvorrichtung auf die Energiesendevorrichtung überträgt, lässt sich verhindern, dass die Konfiguration der Vorrichtung kompliziert wird.
Wenn z. B. die angeforderte Leistung der Energieempfangsvorrichtung null ist, wenn kein Laden erforderlich ist, ist es auch möglich, durch Ändern der Resonanzfrequenz die empfangene Leistung zu null zu machen.
Bezugszeichenliste

10: Batterie
11: Empfangsantenne (Resonanzantenne)
16: Fahrzeugsteuervorrichtung
21: Sendeantenne (Resonanzantenne)
22: AC-Energieversorgung
25: Schwingschaltung
26: Steuervorrichtung

Claims

Drahtloses Energieübertragungsverfahren, das Energie von einer ersten Resonanzantenne zu einer zweiten Resonanzantenne kontaktfrei durch Resonanz eines Magnetfelds überträgt, wobei die erste Resonanzantenne eine Resonanzantenne einer Energie-Sendevorrichtung ist, die zweite Resonanzantenne eine Resonanzantenne einer Energie-Empfangsvorrichtung ist, wobei das drahtlose Energieübertragungsverfahren die Schritte umfasst: Setzen einer Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne als erste Übertragungseffizienz durch Ändern einer Frequenz der Energiezufuhr der Energie-Sendevorrichtung; allmähliches Erhöhen der von der ersten Resonanzantenne zur zweiten Resonanzantenne übertragenen Leistung; und Ändern einer Resonanzfrequenz durch Änderung eines Induktionskoeffizienten und/oder einer elektrostatischen Kapazität der zweiten Resonanzantenne, zur Änderung der Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne auf eine zweite Übertragungseffizienz, die kleiner als die erste Übertragungseffizienz ist, um hierdurch die empfangene Leistung an die angeforderte Leistung der Energie-Empfangsvorrichtung anzupassen.
Das drahtlose Energieübertragungsverfahren nach Anspruch 1, worin die Energie-Sendevorrichtung die Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne überwacht und die angeforderte Leistung auf der Basis der Änderung der Übertragungseffizienz schätzt.
Das drahtlose Energieübertragungsverfahren nach Anspruch 2, worin die Energie-Sendevorrichtung die Sendeleistung so ändert, dass sie gleich der geschätzten angeforderten Leistung wird, und die Energie-Empfangsvorrichtung die Resonanzfrequenz durch eine Änderung des Induktionskoeffizienten und/oder der elektrostatischen Kapazität der zweiten Resonanzantenne ändert, so dass die empfangene Leistung gleich der angeforderten Leistung wird, um hierdurch Übertragungseffizienz zwischen der ersten Resonanzantenne und der zweiten Resonanzantenne auf eine dritte Übertragungseffizienz zu ändern, die größer als die zweite Übertragungseffizienz ist.