JP2014207795A - 非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供する。
【解決手段】非接触給電システムは、駆動周波数に応じた交流電流をインバータから送電コイルに出力し、当該送電コイルから送電された電力を磁気的結合により受電コイルにて受電し、受電コイルからの交流電流を整流部が直流電流に変換して出力し、当該電力をバッテリに蓄える。この非接触給電システムにおいて、制御部は、バッテリへの出力電圧及び出力電流と、バッテリへの充電電力指令とに基づいて、インバータの駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う。また、制御部は、電力供給を開始する場合、バッテリの状態と、コイル結合係数とに基づいて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を設定し、当該初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を駆動周波数ｆ_ＰＷＭの初期値に用いてフィードバック制御を開始する。
【選択図】図３

Description

本発明は、非接触給電システムに関する。

従来より、給電システムとして、一対のコイルの磁気的結合によって非接触で電力の供給を行う非接触給電システムが知られている。この非接触給電システムは、例えば電気自動車といった電動車両への適用が進められており、給電スタンドなどの駐車スペースには交流電源に接続する一方のコイルが設置され、電動車両にはバッテリに接続する他方のコイルが設置されている。そして、駐車スペース側のコイルを一次コイル、電動車両側のコイルを二次コイルとして利用することにより、一対のコイルの磁気的結合により、駐車スペース側の交流電源から車両側のバッテリへと電力を供給することができる。ここで、一次コイル側には、駆動周波数に応じた交流電流を一次コイルに出力するインバータなどが設けられている。

例えば、二次コイルが電動車両に搭載される場合、バッテリに充電を行うために駐車スペースに停車するたびに、コイル同士の位置関係が変化し得るので、最適な電力供給となるインバータの駆動周波数がこれに伴い変化することとなる。そこで、例えば特許文献１には、電力供給時における最適な駆動周波数を迅速に選定することができ、電力供給に要する時間を短縮することが可能な非接触給電システムが開示されている。

具体的には、非接触給電システムは、所定の周波数の交流電力を出力するインバータと、インバータからの交流電力が入力される送電コイルと、インバータによって出力される交流電力の周波数（駆動周波数）を制御すると共にインバータのインバータ効率を演算する送電制御部と、を有している。ここで、送電制御部は、上限周波数から駆動周波数を下げつつ、インバータ効率を演算し、最高となるインバータ効率を与える駆動周波数を選定して電力供給を行うこととしている。

特開２０１３−１７２５４号公報

ところで、このようなシステムでは、コイルを経由してバッテリへ出力される電力の条件はバッテリの状態にも依存することとなる。すなわち、駆動周波数に対する出力電力特性は、コイルの結合度合いによっても異なる傾向を示すが、バッテリ等の蓄電手段を負荷とするシステムでは、蓄電手段の状態によっても異なる傾向を示すこととなる。そのため、その出力電力特性によっては、周波数の高い領域では出力電力がゼロとなり、ある程度小さい周波数に到達して初めて出力電力が起ち上がるということがある。

この点、特許文献１に開示された手法によれば、上限周波数を固定的な値として設定している。したがって、電力供給の開始にともない上限周波数を起点として最適な駆動周波数の探索を開始することとなるが、その出力電力特性によっては、最適な駆動周波数を選択するまでの期間が長期に及ぶばかりか、出力電力がゼロとなる領域の周波数を長期にわたって探索するという事態が生じ得る。このため、電力供給の開始時に出力がゼロとなる期間が長期に及び、電力供給における初期的な応答性が低下するという不都合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供することにある。

かかる課題を解決するために、本発明は、駆動周波数に応じた交流電流を第１電力変換部から送電コイルに出力し、当該送電コイルから送電された電力を磁気的結合により受電コイルにて受電し、受電コイルからの交流電流を第２電力変換部が直流電流に変換して出力し、当該電力を蓄電手段に蓄える非接触給電システムを提供する。この非接触給電システムにおいて、制御部は、蓄電手段への出力電圧及び出力電流と、蓄電手段への充電電力指令とに基づいて、第１電力変換部の駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う。また、制御部は、電力供給を開始する場合、蓄電手段の状態と、コイル結合係数とに基づいて初期周波数を設定し、当該初期周波数を駆動周波数の初期値に用いてフィードバック制御を開始する。

本発明によれば、蓄電手段の状態と、コイル結合係数とに基づいて、初期周波数を適切に決定している。これにより、フィードバック制御の開始後、出力電力がゼロとなる駆動周波数を長期にわたって使用し続けるといった事態を抑制することができる。これにより、電力供給における初期的な応答性の低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図 第１の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成及び制御系の構成を模式的に示す説明図 第１の実施形態に係るインバータ制御部を模式的に示すブロック図 出力電力の周波数特性を示す説明図 第２の実施形態に係るインバータ制御部を模式的に示すブロック図 第３の実施形態に係るインバータ制御部を模式的に示すブロック図

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図であり、図２は、非接触給電システムの回路構成及び制御系の構成を模式的に示す説明図である。非接触給電システムは、地上側ユニットである給電装置１００と、車両側ユニットを含む電動車両（以下単に「車両」という）２００とを備え、給電装置１００から非接触で電力を供給し、車両２００に設けられるバッテリ２８を充電する給電システムである。

給電装置１００は、車両２００の駐車スペースを備える充電スタンドなどに設置されており、車両２００に対して電力を供給する。この給電装置１００は、電力制御部１１と、送電コイル１２と、無線通信部１４と、制御部１５とを主体に構成されている。

電力制御部１１は、交流電源３００から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル１２に送電するための機能を備えている。この電力制御部１１は、整流部１１１と、ＰＦＣ（Power Factor Correction）回路１１２と、インバータ１１３とを
備えている。

整流部１１１は、交流電源３００と電気的に接続され、交流電源からの出力交流電流を整流する。すなわち、整流部１１１は、交流電源３００からの交流電流を直流電流に変換して出力する。

ＰＦＣ回路１１２は、整流部１１１とインバータ１１３との間に接続されている。ＰＦＣ回路１１２は、例えば昇圧チョッパ回路などを含み、整流部１１１からの出力電流の波形を整形することで力率を改善するための回路である。ＰＦＣ回路１１２の出力は平滑コンデンサで平滑される。

インバータ１１３は、平滑コンデンサやＩＧＢＴ等のスイッチング素子等を含む電力変換部である。インバータ１１３には整流部１１１からの直流電流が入力されており、駆動周波数に応じた交流電流を送電コイル１２に出力する。例えば、インバータ１１３は、ＰＷＭ制御により制御部１５から出力される駆動信号に基づいて直流電圧からＰＷＭパルスを生成し、これにより、等価的な正弦波交流電圧を送電コイル１２に印加する。

送電コイル１２は、車両２００側の受電コイル２２に対して非接触で電力を供給するためのコイルである。送電コイル１２は、コイルと、共振用のコンデンサとを直列に接続して構成されているが、コイルと共振コンデンサの接続は、並列や直並列などでもよい。この送電コイル１２は、車両２００を駐車する駐車スペースといった目的箇所に設けられており、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車した場合、車両２００側の受電コイル２２の下方に対峙する。

無線通信部１４は、車両２００側に設けられた無線通信部２４と双方向に通信を行う。無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信周波数には、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されているため、無線通信部１４と無線通信部２４との間で通信を行っても、車両周辺機器は、当該通信による干渉を受けにくい。無線通信部１４及び無線通信部２４との間の通信には、例えば各種の無線ＬＡＮ方式が用いられ、遠距離に適した通信方式が用いられている。

制御部１５は、給電装置１００を制御する機能を担っている。この制御部１５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。例えば、制御部１５は、電力制御部１１、送電コイル１２及び無線通信部１４を制御する。制御部１５は、無線通信部１４と無線通信部２４との間の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を車両２００側に送信したり、電力を受給したい旨の制御信号を車両２００側から受信したりする。制御部１５は、インバータ１１３のスイッチング制御などを行い、送電コイル１２から出力される電力を制御する。

車両２００は、受電コイル２２と、無線通信部２４と、充電制御部２５と、整流部２６と、リレー部２７と、バッテリ２８と、インバータ２９と、モータ３０と、通知部３２とを備えている。

受電コイル２２は、給電装置１００側の送電コイル１２から非接触で電力を受けるためのコイルである。受電コイル２２は、コイルと、共振用のコンデンサとを直列に接続して構成されているが、コイルと共振コンデンサの接続は、並列や直並列などでもよい。この受電コイル２２は、例えば、車両２００の底面（シャシ）等で後方の車輪の間といった目的箇所に設けられており、車両２００が駐車スペースの規定位置に駐車されると、給電装置１００側の送電コイル１２の上方に対峙する。

無線通信部２４は、給電装置１００側に設けられた無線通信部１４と、双方向に通信を行う。

整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２からの交流電流を直流電流に変換して出力する電力変換部である。例えば、整流部２６は、受電コイル２２からの出力を、整流回路による整流処理及びフィルタ回路によるフィルタ処理を通じて、直流電流
への変換を行う。

リレー部２７は、充電制御部２５の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備えている。リレー部２７は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ２８を含む回路と、受電コイル２２及び整流部２６を含む回路とを切り離すことできる。

バッテリ２８は、車両２００の電力源であり、例えば複数の二次電池を電気的に接続して構成されて、整流部２６からの出力電力を蓄電する蓄電手段である。

インバータ２９は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子、ＰＷＭ制御回路等を含む電力変換装置であり、制御信号に基づいて、バッテリ２８から出力される直流電流を交流電流に変換し、当該交流電流をモータ３０に供給する。モータ３０は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両２００を駆動させるための駆動源である。

通知部３２は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイ又はスピーカ等により構成され、車室内のインストルメントパネル等に配置されている。この通知部３２は、充電制御部２５による制御に基づいて、ユーザに対して光、画像又は音等を出力する。

充電制御部２５は、バッテリ２８の充電を制御する機能を担っている。この充電制御部２５としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。例えば、充電制御部２５は、無線通信部２４及び無線通信部１４の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を給電装置１００側から受信したり、電力を受給したい旨の制御信号を給電装置１００側に送信したりする。

また、図示を省略しているが、充電制御部２５は、車両２００全体を制御するコントローラとＣＡＮ通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ２９のスイッチング制御や、バッテリ２８の充電状態（ＳＯＣ）を管理している。充電制御部２５は、コントローラから、バッテリ２８を充電するための電力指令である、充電電力指令を取得することができる。

本実施形態に係る非接触給電システムでは、送電コイル１２と受電コイル２２との間で、電磁誘導作用により非接触状態で電力の送電を行う。すなわち、一次コイルである送電コイル１２に電圧が加わると、送電コイル１２と二次コイルである受電コイル２２との間に磁気的な結合が生じ、送電コイル１２から受電コイル２２へ電力が供給される。

以下、非接触給電システムによる具体的な給電制御の手法について説明する。図２に示すように、地上側ユニットである給電装置１００の制御部１５は、車両２００側の充電制御部２５から出力される情報等に基づいて、電力制御部１１を制御する。

具体的には、充電制御部２５は、整流部２６からバッテリ２８へ出力される出力電圧及び出力電流を電圧センサ２６１及び電流センサ２６２を通じて検出する。また、充電制御部２５は、バッテリ２８の充電状態に応じて車両２００のコントローラ（図示せず）から出力される充電電力指令を取得する。そして、充電制御部２５は、充電電力指令、バッテリ２８への出力電圧及び出力電流を無線通信用のデータに変換する。変換されたデータは、車両２００側の無線通信部２４により送信されると、給電装置１００側の無線通信部１４により受信され、給電装置１００側の制御部１５に出力される。

給電装置１００側の制御部１５は、これを機能的に捉えた場合、ＰＦＣ制御部１５１と、インバータ制御部１５２とを有している。

ＰＦＣ制御部１５１には、電圧センサ１１４で検出されるＰＦＣ回路１１２の入力電圧と、電流センサ１１５で検出されるＰＦＣ回路１１２の入力電流と、電圧センサ１１６で検出されるインバータ１１３の入力電圧が入力されている。ＰＦＣ制御部１５１は、これらの情報に基づいて、ＰＦＣ回路１１２の入力電流とインバータ１１３の入力電圧とを昇圧チョッパ回路を操作することで制御する。

例えば、ＰＦＣ制御部１５１は、インバータ１１３の入力電圧の目標値と実際の入力電圧とから、ＰＦＣ回路１１２の入力電流の入力電流振幅目標値を求める。ＰＦＣ制御部１５１は、この入力電流振幅目標値と、検出したＰＦＣ回路１１２の入力電圧とを用いて、ＰＦＣ回路１１２の入力電流の目標値波形を演算する。そして、ＰＦＣ制御部１５１は、この目標値波形とＰＦＣ回路１１２の入力電流とを比較し、ＰＦＣ回路１１２の入力電流を目標値波形に等しくなるように、昇圧チョッパのデューティを操作する。

インバータ制御部１５２には、電圧センサ１１６で検出されるインバータ１１３の入力電圧と、車両２００側から取得した充電電力指令及びバッテリ２８への出力電圧・出力電流が入力されている。インバータ制御部１５２は、これらの情報に基づいて、インバータ１１３をフィードバック制御すること電力の供給を行う。インバータ制御部１５２は、インバータ１１３の駆動周波数をフィードバック演算により求めると、この駆動周波数とそのデューティ指令値とに基づいてインバータ１１３に対する駆動信号を生成する。ここで、デューティは、インバータ１１３の出力電圧波形における正の電圧出力時間を、正負１周期のＰＷＭ周期に対する比率として定義される。

図３は、本実施形態に係るインバータ制御部１５２の構成を模式的に示すブロック図である。インバータ制御部１５２は、入力平均電圧演算部１５２ａと、初期周波数演算部１５２ｂと、電力フィードバック制御演算部１５２ｃと、Ｄｕｔｙ演算部１５２ｄと、キャリア比較値変換部１５２ｅと、ＰＷＭキャリア比較部１５２ｆとを有している。

入力平均電圧演算部１５２ａには、インバータ１１３の入力電圧が入力されている。この入力平均電圧演算部１５２ａは、入力電圧の平均電圧（以下「入力平均電圧」という）Ｖ_ＰＦＣ０を演算する。例えば、入力平均電圧演算部１５２ａは、移動平均フィルタ、もしくはローパスフィルタを用いて、入力平均電圧Ｖ_ＰＦＣ０を演算する。なお、インバータ１１３の入力電圧が、その目標値に対して十分に追従して制御を行うことができる場合には、入力平均電圧演算部１５２ａを設ける代わりに、ＰＦＣ制御部１５１におけるインバータ１１３の入力電圧の目標値を用いることもできる。

初期周波数演算部１５２ｂには、入力平均電圧演算部１５２ａからの入力平均電圧Ｖ_ＰＦＣ０と、バッテリ２８への出力電圧Ｖ_０とが入力されている。この初期周波数演算部１５２ｂは、充電電力指令がゼロの場合における出力電圧Ｖ０を記憶しておき、当該記憶された出力電圧Ｖ_０と、入力平均電圧Ｖ_ＰＦＣ０と、コイル結合係数ｋとに基づいて、以下の式により初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を演算する。

ここで、コイル結合係数ｋは、０から１までの間の値を取るもので、送電コイル１２と受電コイル２２との間の位置関係によって変化する。本実施形態において、初期周波数演算部１５２ｂは、送電コイル１２と受電コイル２２との使用状況におけるコイル結合係数ｋの最大値を予め記憶しており、初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算においては、当該記憶した最大値を用いる。

Ｌ_０は、コイルの自己インダクタンスであり、Ｃは共振コンデンサの静電容量である。これらの値Ｌ_０、Ｃには、設計時の値が設定されている。

初期周波数演算部１５２ｂは、数式１に示す演算を行い周波数を特定すると、この値に予め設定した補償周波数を加算して初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を設定する。補償周波数は、予め設定した正の値であり、自己インダクタンスＬ_０や静電容量Ｃの変動を補償することができる。

電力フィードバック制御演算部１５２ｃには、充電電力指令と、バッテリ２８への出力電圧及び出力電圧を積算することにより得られる、整流部２６からバッテリ２８へ出力される出力電力とが入力されている。電力フィードバック制御演算部１５２ｃとしては、ＰＩ制御器を用いることができる。この電力フィードバック制御演算部１５２ｃは、充電電力指令と出力電力とを比較して、出力電力が充電電力指令に追従するように、フィードバック駆動周波数ｆ_{PWM_FB}を演算する。例えば、電力フィードバック制御演算部１５２ｃは、充電電力指令から出力電力を減算した制御偏差が正となる場合には、駆動周波数ｆ_ＰＷＭを下げるように、負の値となるフィードバック駆動周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＢ}を出力する。

初期周波数演算部１５２ｂにおいて算出された初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}と、電力フィードバック制御演算部１５２において算出されたフィードバック駆動周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＢ}とは加算器により加算され、これにより、最終的な駆動周波数ｆ_ＰＷＭとして特定される。駆動周波数ｆ_ＰＷＭは、後述するキャリア比較値変換部１５２ｅとＰＷＭキャリア比較部１５２ｆとにそれぞれ出力される。このように、フィードバック駆動周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＢ}に対して初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を加算して最終的な駆動周波数ｆ_ＰＷＭを得ることで、電力の供給を開始する際に、この初期周波数初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を駆動周波数ｆ_ＰＷＭの初期値に用いてフィードバック制御が開始されることとなる。

Ｄｕｔｙ演算部１５２ｄは、デューティ指令値Ｄ_ｃｍｐをキャリア比較値変換部１５２ｅに出力する。例えば、Ｄｕｔｙ演算部１５２ｄには、インバータ出力電圧の正負の出力時間が等しくなるように、デューティ指令値が設定されている。

キャリア比較値変換部１５２ｅは、キャリア比較によるＰＷＭパルス生成のため、ＰＷＭキャリアの周波数を駆動周波数Ｆ_ＰＷＭで設定すると共に、デューティ指令Ｄ_ｃｍｐを規格化することにより、ＰＷＭキャリアと比較する値（比較値）を演算する。

ＰＷＭキャリア比較部１５２ｆは、比較値をＰＷＭキャリアと比較し、インバータ１１３をなす各スイッチング素子のオン・オフを制御する駆動信号を生成する。

このように本実施形態において、非接触給電システムは、電力を送電する送電コイル１２と、直流電流が入力されて駆動周波数に応じた交流電流を送電コイル１２に出力するインバータ（第１電力変換部）１１３と、磁気的結合により送電コイル１２から送電された電力を受電する受電コイル２２と、受電コイル２２からの交流電流を直流電流に変換して出力する整流部２６（第２電力変換部）と、当該整流部２６から出力される電力を充電するバッテリ２８と、整流部２６の出力電圧及び出力電流とバッテリ２８への充電電力指令とに基づいてインバータ１１３の駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う制御部１５と、を有している。ここで、制御部１５は、電力供給を開始する場合、バッテリ２８の状態と、送電コイル１２と受電コイル２２との結合度合いを示すコイル結合係数とに基づいて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を設定し、当該初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を駆動周波数ｆ_ＰＷＭの初期値に用いてフィードバック制御を開始する。

図４に示すように、駆動周波数に対するバッテリ２８への出力電力特性は、コイルの結合度合いによっても異なる傾向を示すが、バッテリ２８を負荷とするシステムでは、バッテリ２８への出力電圧によっても異なる傾向を示すこととなる。同図は、周波数に対するバッテリ２８への出力電力特性を、相対的に異なる出力電圧について示すものである。同図において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順番で出力電圧が高い状態を示している。同図に示すように、出力電力特性によっては、周波数の高い領域では出力電力がゼロとなり、ある程度小さい周波数に到達して初めて出力電力が起ち上がることが分かる。また、そのゼロ区間の幅も様々である。

このような状況において、上限周波数を固定的な値として設定した場合には、その出力電力特性によっては、最適な駆動周波数を選択するまで期間が長期に及ぶばかりか、出力電力がゼロとなる周波数を長期にわたって探索するという事態が生じ得る。このため、電力供給の開始時に出力がゼロとなる期間が長期に及び、電力供給における初期的な応答性が低下するという不都合がある。

この点本実施形態によれば、バッテリ２８の状態と、コイル結合係数ｋとに基づいて、初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を可変的に設定している。出力電力がゼロ以上となる駆動周波数（出力開始周波数）は、バッテリ２８の状態と、コイル結合状態とに依存することから、これらの関係を考慮することにより、駆動周波数ｆ_ＰＷＭに関するフィードバック制御を行う上での起点となる初期値を適切に決定することができる。これにより、フィードバック制御の開始後、出力電力がゼロとなる周波数を長期にわたって使用するという事態を抑制することができる。これにより、電力供給における初期的な応答性の低下を抑制することができる。

より具体的には、本実施形態では、バッテリ２８の状態として、バッテリ２８への出力電圧Ｖ_０を用いている。この場合、制御部１５は、数式１に示すように、バッテリ２８への出力電圧Ｖ_０と、コイル結合係数ｋとに基づいて、初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を可変的に決定している。出力電力がゼロ以上となる周波数（出力開始周波数）は、出力電圧が低いほど高く、逆に出力電圧が高いほど低くなる。また、出力開始周波数は、コイルの結合係数が高いほど高く、結合係数が低いほど低くなる。上記の数式１に示す演算式は、かかる傾向をその演算式に取り入れたものであり、共振周波数を基礎とした上で、出力電力の立ち上がり周波数に近づくように初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を決定するものである。これにより、駆動周波数ｆ_ＰＷＭに関するフィードバック制御を行う上での起点となる初期値を適切に決定することができる。

また、数式１に示すように、インバータ１１３の入力電圧Ｖ_ＰＦＣ０が変動し得る本実施形態では、バッテリ２８への出力電圧Ｖ_０及びコイル結合係数ｋに加え、さらにインバータ１１３の入力電圧Ｖ_ＰＦＣ０に基づいて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を可変的に設定している。これにより、駆動周波数ｆ_ＰＷＭに関するフィードバック制御を行う上での起点となる初期値を適切に決定することができる。これにより、フィードバック制御の開始後、出力電力がゼロとなる周波数を長期にわたって使用するという事態を抑制することができる。これにより、電力供給における初期的な応答性の低下を抑制することができる。

バッテリ２８への出力電力がゼロ以上となる条件、すなわち、バッテリ２８に電流が流れる条件は電圧の大小関係に依存することが大きいところ、電圧をベースとするパラメータを採用することで、数式１に示すように初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を容易に求めることができる。もっとも、バッテリ２８の状態を検出するパラメータには、バッテリ２８への出力電圧Ｖ_０を用いる以外にも、上述した制御概念を実現し得る限り、その他のパラメータを用いてもよいことは言うまでもない。

また、本実施形態において、制御部１５は、送電コイル１２と受電コイル２２との使用状況を考慮したコイル結合係数ｋの最大値を予め記憶しており、当該記憶した最大値を用いて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算を行っている。

かかる構成によれば、コイル結合係数ｋとして取り得る最大値を用いることで、実用的な範囲の中で初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を適切に定めることができる。

また、本実施形態において、制御部１５は、充電電力指令がゼロのときのバッテリ２８への出力電圧Ｖ_０を用いて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算を行う。

これにより、電力供給の開始時に用いる初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を適切に決定することができる。

なお、制御部１５は、電力供給を行っている間において出力電圧Ｖ_０を周期的に取得して更新し、当該更新した出力電圧Ｖ_０を用いて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算を行ってもよい。

かかる構成によれば、充電途中で一旦充電電力指令をゼロ近傍まで下げた場合（完全に０にしない場合）でも、更新された出力電圧Ｖ_０を用いて初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}を定めることで、速やかに電力供給を行うことができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係るインバータ制御部１５２を模式的に示すブロック図である。第２の実施形態に係るインバータ制御部１５２が第１の実施形態のそれと相違する点は、コイル結合係数ｋを推定することにある。なお、第１の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。

本実施形態に係るインバータ制御部１５２は、第１の実施形態に示す構成、すなわち、入力平均電圧演算部１５２ａ、初期周波数演算部１５２ｂ、電力フィードバック制御演算部１５２ｃ、Ｄｕｔｙ演算部１５２ｄ、キャリア比較値変換部１５２ｅ及びＰＷＭキャリア比較部１５２ｆに加え、結合係数推定演算部１５２ｇをさらに有している。

結合係数推定演算部１５２ｇは、コイル結合係数ｋを推定する。コイル結合係数ｋは、送電コイル１２と受電コイル２２との間の位置ずれに相関を有するところ、結合係数推定演算部１５２ｇは、コイルの位置ずれに基づいてコイル結合係数ｋを推定する。コイルの位置ずれは、例えば画像処理などを利用して受電コイル２２の位置を認識するといった手法により認識することができる。結合係数推定演算部１５２ｇは、コイルの位置ずれとコイル結合係数ｋとの関係を規定した演算マップ等を、実験やシミュレーションを通じて予め取得して、これを保持しておくことで、受電コイル２２の位置ずれに基づいてコイル結合係数ｋを推定することができる。

また、結合係数推定演算部１５２ｇは、リレー部２７によりバッテリ２８を切り離した状態で、試験的な給電動作を行うことで、コイル結合係数ｋを求めてもよい。この給電動作において、コイルの結合度合いが強い場合には、整流部２６の出力電圧が高くなり、一方、コイルの結合度合いが弱い場合には、整流部２６の出力電圧が低くなる。そこで、結合係数推定演算部１５２ｇは、整流部２６の出力電圧とコイル結合係数ｋとの関係を規定した演算マップ等を、実験やシミュレーションを通じて予め取得して、これを保持しておくことで、整流部２６の出力電圧に基づいてコイル結合係数ｋを推定することができる。

結合係数推定演算部１５２ｇにより推定されたコイル結合係数ｋは、初期周波数演算部
１５２ｂに出力される。この場合、初期周波数演算部１５２ｂは、初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算において、結合係数推定演算部１５２ｇにより推定されたコイル結合係数ｋを用いる。

このように本実施形態によれば、コイル結合係数ｋを現実の状態で反映することができるので、初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算精度の向上を図ることができる。これにより、電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係るインバータ制御部１５２を模式的に示すブロック図である。第３の実施形態に係るインバータ制御部１５２が第２の実施形態のそれと相違する点は、コイル結合係数ｋを推定することにある。なお、第２の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、初期周波数演算部１５２ｂには、送電コイル１２の周囲温度を検出する温度センサ（図示せず）により検出された温度情報が入力されている。初期周波数演算部１５２ｂは、共振周波数、すなわち、自己インダクタンスＬ_０や静電容量Ｃの温度特性を補償するために、入力された温度情報に基づいて補償周波数を補正する。

かかる構成によれば、温度による共振周波数特定を補償することができるので、初期周波数ｆ_{ＰＷＭ＿ＦＦ}の演算精度の向上を図ることができる。これにより、電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供することができる。

なお、本実施形態に示す温度による補償周波数の補正手法は、第１の実施形態に示す手法に適用してもよい。

以上、本発明の非接触充電システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。非接触給電システムに係る受電コイル側のユニットは電気自動車に搭載するが、ハイブリッド車両等のバッテリを備える車両であってもよい。また、車両には、受電コイル側のユニットを備えるのみならず、給電装置を単独で或いは組み合わせて適用してもよい。

１００ 給電装置
１１ 電力制御部
１１１ 整流部
１１２ ＰＦＣ回路
１１３ インバータ
１１４ 電圧センサ
１１５ 電流センサ
１２ 送電コイル
１４ 無線通信部
１５ 制御部
１５１ ＰＦＣ制御部
１５２ インバータ制御部
１５２ａ 入力平均電圧演算部
１５２ｂ 初期周波数演算部
１５２ｃ 電力フィードバック制御演算部
１５２ｄ Ｄｕｔｙ演算部
１５２ｅ キャリア比較値変換部
１５２ｆ ＰＷＭキャリア比較部
１５２ｇ 結合係数推定演算部
２００ 車両
２２ 受電コイル
２４ 無線通信部
２５ 充電制御部
２６ 整流部
２７ リレー部
２８ バッテリ

Claims (8)

1. 電力を送電する送電コイルと、
   直流電流が入力されて、駆動周波数に応じた交流電流を前記送電コイルに出力する第１電力変換部と、
   磁気的結合により前記送電コイルから送電された電力を受電する受電コイルと、
   前記受電コイルからの交流電流を直流電流に変換して出力する第２電力変換部と、
   前記第２電力変換部から出力される電力を蓄える蓄電手段と、
   前記蓄電手段への出力電圧及び出力電流と前記蓄電手段への充電電力指令とに基づいて、前記第１電力変換部の駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う制御部と、を有し、
   前記制御部は、電力供給を開始する場合、前記蓄電手段の状態と、前記蓄電手段の前記送電コイルと前記受電コイルとの結合度合いを示すコイル結合係数とに基づいて初期周波数を設定し、当該初期周波数を前記駆動周波数の初期値に用いて前記フィードバック制御を開始することを特徴とする非接触給電システム。
2. 前記蓄電手段の状態は、前記蓄電手段への出力電圧であり、
   前記制御部は、当該蓄電手段への出力電圧及び前記コイル結合係数に加え、さらに前記第１電力変換部の入力電圧に基づいて初期周波数を設定することを特徴とする請求項１に記載された非接触給電システム。
3. 前記制御部は、前記送電コイルと前記受電コイルとの使用状況を考慮した前記コイル結合係数の最大値を予め記憶しており、当該記憶した最大値を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載された非接触給電システム。
4. 前記コイル結合係数を推定する推定部をさらに有し、
   前記制御部は、前記推定部により推定された前記コイル結合係数を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載された非接触給電システム。
5. 前記制御部は、前記充電電力指令がゼロのときの前記蓄電手段への出力電圧を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された非接触給電システム。
6. 前記制御部は、電力供給を行っている間において前記出力電圧を周期的に取得して更新し、当該更新した出力電圧を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項５に記載された非接触給電システム。
7. 前記制御部は、前記出力電圧と、前記入力電圧と、前記コイル結合係数とに基づいて演算される周波数に、予め設定した補償周波数を加算して前記初期周波数を設定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載された非接触給電システム。
8. 前記制御部は、前記送電コイルの周囲温度に応じて前記補償周波数を補正することを特徴とする請求項７に記載された非接触給電システム。