JP2015223031A - 送電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の受電装置に対し同時に電力供給を行う送電装置において、送電を好適に実施可能とする。
【解決手段】複数の送電共振回路１７を有し、その複数の送電共振回路１７から、複数の受電装置１３の受電共振回路１９に対して各々非接触で送電を行うことを可能とする送電装置１２であって、直流電源１１から供給される電力を変換することで交流の送電電力を生成し、その送電電力を前記複数の送電共振回路１７に供給する降圧回路１５及びインバータ回路１６と、インバータ回路１６の出力電圧を所定の電圧指令値となるように制御する送電制御部６０と、を備える。送電制御部６０は、複数の送電共振回路１７から２以上の受電装置１３に対して各々非接触で送電を行う際に、その非接触送電における電力効率に関する効率パラメータを取得し、取得した効率パラメータに基づいて、送電システム全体における電力効率を所定効率にする電圧指令値を設定する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、送電装置から受電装置へ非接触で送電する非接触送電システムの送電装置に関する。

電気自動車などに搭載される二次電池に給電を行うシステムとして、非接触で送電を行う非接触送電システムがある。非接触送電システムでは、送電装置側にインバータ回路を設け、そのインバータ回路から送電部（送電コイル）に交流電力を供給する。そして、送電部から車両側の受電部（受電コイル）に対して非接触で電力を送電し、受電部から二次電池に対して給電を行う。

ここで、複数台の車両の二次電池に対し給電を行う場合、その車両ごとにインバータ回路を設ける構成とすると、コストが高くなる。そこで、送電装置に１のインバータ回路を設け、そのインバータ回路から複数の送電部に対して交流電力を供給する。そして、その複数の送電部から複数の受電部に対して非接触で電力を送電する構成が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１２−２３９３３１号公報

上記特許文献に記載の技術では、インバータ回路と複数の送電部との間に切り替えスイッチが設けられている。この切り替えスイッチによってインバータ回路と複数の送電部のうちの１つとを接続することで、インバータ回路から１つの受電装置ごとに電力供給を行うことを前提としている。

ここで、インバータ回路から複数の送電部に対して同時に電力を供給する構成を考えると、各送電部に接続されている受電装置のインピーダンスが相互で異なることが考えられ、各受電装置における力率（皮相電力に対する有効電力の比）や電力損失（有効電力のうち、送電装置や受電装置において消費される電力）の相違が生じることが考えられる。このような場合、送電装置の出力電圧を適切に設定しなければ、非接触送電システム全体の効率低下が生じると懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の受電装置に対し同時に電力供給を行う送電装置において、送電を好適に実施可能とすることを目的とする。

本発明は、複数の送電部（１７）を有し、その複数の送電部から、複数の受電装置（１３）の受電部（１９）に対して各々非接触で送電を行うことを可能とする送電装置（１２）であって、電源部（１１）から供給される電力を変換することで交流の送電電力を生成し、その送電電力を前記複数の送電部に供給する送電電力生成部（１５，１６）と、前記送電電力生成部の出力電圧を所定の電圧指令値となるように制御する送電制御部（６０）と、を備え、前記送電制御部は、前記複数の送電部から２以上の前記受電装置に対して各々非接触で送電を行う際に、その非接触送電における電力効率に関する効率パラメータを取得するパラメータ取得手段と、前記パラメータ取得手段により取得した効率パラメータに基づいて、送電システム全体における電力効率を所定効率にする前記電圧指令値を設定する電圧指令手段と、を備えることを特徴とする。

複数の送電部から複数の受電部に対して各々送電を行うシステムでは、各受電装置でインピーダンスが相違する等の理由から、力率や電力損失の相違が生じると考えられる。この場合、各受電装置で力率や電力損失が相違することで、システム全体としての効率低下が生じる。この点、２以上の受電装置に対して各々非接触で送電を行う際に、効率パラメータを取得し、その効率パラメータに基づく電圧制御を実施することで、各受電装置のインピーダンスが異なる場合であっても、システム全体の効率低下を抑制できる。

第１実施形態における非接触送電システムを表す概略図。 第１実施形態における送電装置を表す電気的構成図。 第１実施形態における受電装置を表す電気的構成図。 昇圧回路の出力電圧、降圧回路の入力電圧、給電電流、及び、力率の関係を示す図。 第３実施形態における送電装置を表す電気的構成図。 変形例における共振回路を表す電気的構成図。

（第１実施形態）
本実施形態における非接触送電システムは、直流電源から電力を供給され非接触で電力を送電する送電装置、及び、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置を備える。受電装置は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、車載バッテリに対して電力を出力し、車載バッテリを充電するものである。送電装置は、車両が駐車される駐車スペースに設けられている。

図１に示すように本実施形態における非接触送電システム１０は、１の送電装置１２から複数の受電装置１３に対して送電が可能なように設けられている。なお、本実施形態では、送電装置１２から３台の車両（車両Ａ，Ｂ，Ｃ）に搭載された受電装置１３に対して非接触状態で送電が実施可能なようになっている。

送電装置１２は、送電電力生成部としての降圧回路１５及びインバータ回路１６を備えている。降圧回路１５は、直流電源１１から供給される電力を降圧し、インバータ回路１６は、降圧回路１５から供給される電力を交流に変換する。また、送電装置１２は、インバータ回路１６に対して並列に接続されている複数の送電共振回路１７（送電部）を備えている。インバータ回路１６と複数の送電共振回路１７との間には、共通の送電フィルタ回路１８が接続されている。また、インバータ回路１６と送電共振回路１７との間にはそれぞれスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が設けられている。

受電共振回路１９（受電部）は、送電共振回路１７にそれぞれ対向して設けられている。受電共振回路１９は、受電フィルタ回路２２、整流回路２０、昇圧回路２１を介して車載バッテリ１４に接続されている。非接触送電システム１０は、直流電源１１から供給される電力を送電装置１２から複数の車両にそれぞれ搭載された受電装置１３に対して非接触で送電する。そして、受電装置１３は、送電された電力を車載バッテリ１４に対して出力し、充電を行う。

図２に送電装置１２の電気的構成を示し、図３に受電装置１３の電気的構成を示す。図２に示す送電装置１２の降圧回路１５は、周知の降圧チョッパ回路であり、直流電源１１に接続されている。降圧回路１５は、直流電源１１から供給される電力を平滑化するコンデンサ２３、電力を蓄積するリアクトル２４、出力電圧を平滑化するコンデンサ２５、出力電圧を調整するスイッチ２６、及び、スイッチ２６がオフ状態にされている場合にリアクトル２４に対して電流を流すためのダイオード２７を備える。なお、スイッチ２６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、コレクタとエミッタとの間に逆並列に接続されているダイオード成分を備えている。

インバータ回路１６は、周知のフルブリッジ型のインバータ回路であり、降圧回路１５の出力側に設けられている。インバータ回路１６は、スイッチ２８〜３１を備え、スイッチ２８〜３１が交互にオンオフされることで、降圧回路１５から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換する。なお、スイッチ２８〜３１は、ＩＧＢＴである。

送電フィルタ回路１８は、リアクトル３２，３３及びコンデンサ３４，３５を備えるバンドパスフィルタであり、インバータ回路１６及び送電共振回路１７の間に設けられている。送電フィルタ回路１８は、インバータ回路１６から出力される交流電力から所定の周波数成分以外の周波数成分を除去し、送電共振回路１７へ出力する。

リアクトル３２及びコンデンサ３４、リアクトル３３及びコンデンサ３５はそれぞれ直列接続されている。そして、インバータ回路１６の出力端子の一方にコンデンサ３４が接続され、他方にコンデンサ３５が接続されている。つまり、リアクトル３２及びコンデンサ３４から構成されるバンドパスフィルタと、リアクトル３３及びコンデンサ３５から構成されるバンドパスフィルタとが並列接続されることで、送電フィルタ回路１８を構成している。上記並列接続されているバンドパスフィルタのそれぞれの共振周波数が、インバータ回路１６から出力される交流電力の周波数になるように、リアクトル３２，３３の誘導成分の大きさ及びコンデンサ３４，３５の容量成分の大きさが決定されている。

送電共振回路１７は、送電コンデンサ３６及び送電コイル３７が並列接続されて構成されている。また、受電共振回路１９は、受電コイル３８及び受電コンデンサ３９が並列接続されて構成されている。送電共振回路１７から受電共振回路１９に対して非接触で送電が行われる。

送電コイル３７及び受電コイル３８はそれぞれ平板状の樹脂に封止されており、送電コイル３７及び送電コイル３７を封止する樹脂で送電パッドを構成し、受電コイル３８及び受電コイル３８を封止する樹脂で受電パッドを構成している。送電パッドは駐車スペースの地表面の所定の位置に設けられており、また、受電パッドは車両の底部に設けられている。駐車スペースに車両が駐車されたときに、送電パッドと受電パットとが上下方向に所定間隔で対向して配置される。そして、その対向状態で送電コイル３７に交流電力を流し、その交流電力によって発生した交番磁束が受電コイル３８と鎖交することで電磁誘導によって受電コイル３８に交流電力を発生させる。

送電コンデンサ３６及び受電コンデンサ３９の容量成分の大きさは、送電パッドと受電パッドとが所定の対向状態とされたときに、インバータ回路１６の力率が１又は１に近い値となるように設定されている。

図３に示す受電フィルタ回路２２は、リアクトル４０，４１及びコンデンサ４２，４３を備えるバンドパスフィルタであり、受電共振回路１９及び整流回路２０の間に設けられている。受電フィルタ回路２２は、受電共振回路１９から出力される交流電力から所定の周波数成分以外の周波数成分を除去し、整流回路２０へ出力する。

リアクトル４０及びコンデンサ４２、リアクトル４１及びコンデンサ４３はそれぞれ直列接続されている。そして、受電共振回路１９の出力端子の一方にリアクトル４０が接続され、他方にリアクトル４１が接続されている。つまり、リアクトル４０及びコンデンサ４２から構成されるバンドパスフィルタと、リアクトル４１及びコンデンサ４３から構成されるバンドパスフィルタとが並列接続されることで、受電フィルタ回路２２を構成している。上記並列接続されているバンドパスフィルタのそれぞれの共振周波数が、インバータ回路１６から出力される交流電力の周波数になるように、リアクトル４０，４１の誘導成分の大きさ及びコンデンサ４２，４３の容量成分の大きさが決定されている。

整流回路２０は、４つのダイオード４４〜４７を備えるフルブリッジ型の全波整流回路であり、受電共振回路１９から供給される交流電力を直流に変換する。

昇圧回路２１は、周知の昇圧チョッパ回路であり、整流回路２０の出力側に接続され、整流回路２０から出力される電力を昇圧して車載バッテリ１４に出力する。昇圧回路２１は、整流回路２０から供給される電力を平滑化するコンデンサ４８、電力を蓄積するリアクトル４９、出力電圧を平滑化するコンデンサ５０、出力電圧を調整するスイッチ５１、及び、スイッチ５１がオフ状態とされている場合に電流が流れるダイオード５２を備える。なお、スイッチ５１は、ＩＧＢＴである。

図２に示すように、送電装置１２には、送電装置１２の制御を行う送電制御部６０が設けられている。送電制御部６０は、降圧回路１５及びインバータ回路１６の制御を行うことで、インバータ回路１６から出力される交流電力の力率を１に近づける。

また、図３に示すように、受電装置１３には、受電装置１３の制御を行う受電制御部７０が設けられている。昇圧回路２１と車載バッテリ１４との間には、昇圧回路２１の出力電流を検出する受電電流センサ７１が設けられている。受電制御部７０は、受電電流センサ７１の検出値に基づいて、昇圧回路２１の制御を行うことで、車載バッテリ１４に所定の電流を給電する。

非接触送電における送電制御部６０及び受電制御部７０の動作について説明する。スペースに車両を駐車すると、送電コイル３７（送電パッド）と受電コイル３８（受電パッド）が上下方向、前後方向及び左右方向の所定の範囲内で対向する。この状態で充電開始ボタン（図略）が押され、充電の開始が指示されると、非接触送電システム１０は動作を開始する。

降圧回路１５は、送電制御部６０によって制御され、スイッチ２６をスイッチングすることで直流電源１１から供給される直流を降圧してインバータ回路１６に供給する。インバータ回路１６は、送電制御部６０によって制御され、スイッチ２８〜３１を所定のタイミングでスイッチングすることで降圧回路１５から供給される直流を所定周波数、例えば数十ｋＨｚの交流に変換し、送電フィルタ回路１８を介して送電共振回路１７に供給する。送電フィルタ回路１８は、インバータ回路１６から供給される交流に含まれる所定の周波数成分を除去する。送電共振回路１７の送電コイル３７は、インバータ回路１６から交流電力が供給されることで交番磁束を発生する。

受電共振回路１９の受電コイル３８は、送電コイル３７が発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生する。受電フィルタ回路２２は、整流回路２０に供給される交流に含まれる所定の周波数成分を除去する。整流回路２０は、受電フィルタ回路２２を介して受電共振回路１９から供給される交流を整流して直流に変換し、昇圧回路２１に供給する。昇圧回路２１は、受電制御部７０によって制御され、スイッチ５１をスイッチングすることで整流回路２０から供給される直流を昇圧して車載バッテリ１４に供給し、車載バッテリ１４を充電する。このようにして、直流電源１１から車載バッテリ１４に非接触で送電することができる。

図３に示す受電制御部７０の機能ブロックについて説明を行う。受電制御部７０は、電流指令生成部７２、電圧指令生成部７３、及び、駆動回路７４を備えている。

電流指令生成部７２は、車載バッテリ１４の端子間電圧（特に、開放端電圧）及び車載バッテリ１４に流れる充放電電流に応じて算出される充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づき、昇圧回路２１から車載バッテリ１４に対して給電すべき給電電流を設定する。電流指令生成部７２は、充電に伴いＳＯＣが上昇するのに応じて、給電電流を減少させる設定を行う。このようにＳＯＣに応じて連続的に給電電流を減少させることで、車載バッテリ１４に過電圧が印加されることを抑制しつつ、車載バッテリ１４が満充電となるまでの時間を短縮させることができる。なお、ＳＯＣが９０％以上となる領域においては、車載バッテリ１４の過電圧を抑制するために定電圧制御を行う。

電圧指令生成部７３は、受電電流センサ７１によって検出された車載バッテリ１４に供給される給電電流の検出値と、電流指令生成部７２による給電電流の指令値（指令電流）との偏差を求め、その偏差を比例積分演算し、整流回路２０から昇圧回路２１に供給される直流電圧の電圧指令を生成する。そして、その電圧指令値を駆動回路７４に出力する。駆動回路７４は、整流回路２０から昇圧回路２１に供給される直流電圧が電圧指令によって指示された電圧となるように、スイッチ５１のスイッチングを制御する。このように昇圧回路２１の制御を行うことで、昇圧回路２１が動作することで、送電共振回路１７と受電共振回路１９との結合係数が変動した場合であっても、所望の給電電流が車載バッテリ１４に対して出力されることになる。

降圧回路１５（送電ＤＣ／ＤＣコンバータ）の出力電圧、昇圧回路２１（受電ＤＣ／ＤＣコンバータ）の入力電圧及び出力電流（給電電流）、並びに、インバータ回路１６の出力電力の力率の間には、図４に示すような関係がある。

昇圧回路２１の入力電圧の値が一定であるとすると、昇圧回路２１から出力される給電電流が大きく設定されるほど、降圧回路１５の出力電圧が大きくなるように制御する必要がある。また、降圧回路１５の出力電圧の値が一定であるとすると、昇圧回路２１から出力される給電電流が大きく設定されるほど、昇圧回路２１の入力電圧が大きくなるように制御する必要がある。また、給電電流の値が一定であるとすると、降圧回路１５の出力電圧、及び、昇圧回路２１の入力電圧がそれぞれ所定の値となるときに、インバータ回路１６の出力電力の力率が１となる。

降圧回路１５の出力電圧及び昇圧回路２１の入力電圧を制御することで、車載バッテリ１４に供給される直流電圧及び直流電流、つまり、車載バッテリ１４に供給される直流電力を制御することができる。さらに、降圧回路１５の出力電圧及び昇圧回路２１の入力電圧の組み合わせを変えることで、車載バッテリ１４に供給される直流電圧及び直流電流を所定値に保ったまま、力率を制御することができる。

遅れ力率の場合には、降圧回路１５の出力電圧を下げることで、力率を１にすることができる。また、進み力率の場合には、降圧回路１５の出力電圧を上げることで、力率を１にすることができる。その際、昇圧回路２１の入力電圧を調整し、降圧回路１５の出力電圧と昇圧回路２１の入力電圧の組み合わせを変えることで、車載バッテリ１４に供給される給電電圧及び給電電流を所定値に保つことができる。つまり、昇圧回路２１の入力電圧を制御することで車載バッテリ１４に供給される給電電流（給電電力）を調整するとともに、降圧回路１５の出力電圧を制御することでインバータ回路１６の力率を調整する。

ここで、昇圧回路２１から出力される給電電流が所定の値となるような降圧回路１５の出力電圧と昇圧回路２１の入力電圧との組み合わせを表す線と、インバータ回路１６の出力電力の力率が１となるような降圧回路１５の出力電圧と昇圧回路２１の入力電圧との組み合わせを表す線とは一点で交わる。つまり、昇圧回路２１において出力電流が所定の給電電流となるように電流制御を行った場合、インバータ回路１６の出力電力の力率が１となる降圧回路１５の出力電圧は、その供給電流に応じた所定の値となる。

本実施形態における送電装置１２は、複数の受電装置１３に対して並列接続されて電力を送電するものである。このため、全ての受電装置１３に対して設けられる送電共振回路１７に対して同一の電圧が供給される。ここで、各受電装置１３に接続されている車載バッテリ１４のＳＯＣが相互に異なり、その結果、昇圧回路２１の給電電流の指令値が異なった値となっていることが考えられる。つまり、各受電装置１３について、インバータ回路１６の出力電力の力率が１となる昇圧回路２１の出力電圧は異なった値となる。つまり、全ての受電装置１３について同時に力率を１にすることは困難となる。

そこで、送電制御部６０は、非接触送電システム１０全体における送電効率が最大となるような制御を行う。具体的には、図４に示すように、３台の車両Ａ，Ｂ，Ｃに搭載されている車載バッテリ１４のＳＯＣについて、車両ＡのＳＯＣが最も低く、車両ＣのＳＯＣが最も高く、車両ＢのＳＯＣが中間値であるとする。そして、それらのＳＯＣに基づいて、車両Ａの給電電流が１４．５Ａ、車両Ｂの給電電流が１０Ａ、車両Ｃの給電電流が５Ａに設定されているとする。送電制御部６０は、この給電電流の組み合わせ（１４．５Ａ，１０Ａ，５Ａ）に基づいて、非接触送電システム１０全体における力率が最も高くなる降圧回路１５の出力電圧を設定する。このとき設定される降圧回路１５の出力電圧は、３つの受電装置１３のうち給電電流が最大（１４．５Ａ）のものにおける力率が１となる降圧回路１５の出力電圧と、３つの受電装置１３のうち最小（５Ａ）のものにおける力率が１となる降圧回路１５の出力電圧との間の値に設定される。

送電装置１２から送電される受電装置１３の数、及び、給電電流の組み合わせと、非接触送電システム１０全体における力率が最も高くなる降圧回路１５の出力電圧と、の対応はマップとして送電制御部６０に記憶されている。

図２に示す送電制御部６０の機能ブロック図について説明を行う。送電制御部６０は、電流取得部６１、電圧指令生成部６２及び駆動回路６３を備える。

電流取得部６１は、各受電制御部７０と通信を行い、所定の周期ごとにそれぞれの車載バッテリ１４に供給すべき給電電流の値を取得する。電圧指令生成部６２は、送電装置１２から送電される受電装置１３の数、及び、電流取得部６１が取得した給電電流の値の組み合わせと、非接触送電システム１０全体における力率が最も高くなる降圧回路１５の出力電圧とを対応させるマップを用いて、インバータ回路１６の出力電力の力率が最も高くなるように、降圧回路１５の出力電圧の指令値を算出する。

駆動回路６３は、電圧指令生成部６２から入力される出力電圧指令値に基づいて、スイッチ２６の駆動を行い、降圧回路１５の出力電圧を調整する。なお、駆動回路６３は、インバータ回路１６が１８０度矩形波通電となるように、スイッチ２８〜３１のスイッチングを制御する。

以下、本実施形態における効果を述べる。

複数の送電共振回路１７から複数の受電共振回路１９に対して各々送電を行う非接触送電システム１０では、各受電装置１３でインピーダンスが相違する等の理由から、力率や電力損失の相違が生じると考えられる。この場合、各受電装置１３で力率や電力損失が相違することで、非接触送電システム１０全体としての効率低下が生じる。この点、２以上の受電装置１３に対して各々非接触で送電を行う際に、各受電装置１３から効率パラメータ（給電電流）を取得し、その効率パラメータに基づく電圧制御を実施することで、各受電装置１３のインピーダンスが異なる場合であっても、非接触送電システム１０全体の効率低下を抑制できる。

受電装置１３ごとに異なる結合係数やインピーダンスに応じて、受電装置１３ごとに非接触送電時の電力効率が異なることになる。送電制御部６０は、受電装置１３ごとの効率パラメータとして受電装置１３のインピーダンスに係る値を取得し、その効率パラメータの組み合わせに基づいて、非接触送電における電力効率が所定効率となるような降圧回路１５の出力電圧を設定する。このように出力電圧の設定を行うことで、非接触送電システム１０全体としての電力効率を向上させることが可能になる。

受電装置１３にそれぞれ昇圧回路２１を設ける構成とすることで、給電対象の状態に応じた電力供給が可能になる。ここで、昇圧回路２１が動作することで、送電装置１２から見た各受電装置１３のインピーダンスが異なることになる。これにより、送電装置１２から各受電装置１３に対する電力送電の効率が異なることになる。そこで、送電装置１２から複数の受電装置１３に対する非接触送電の電力効率が向上するようにインバータ回路１６の出力電圧を制御することで、受電装置１３において各給電対象への好適な給電を実施しつつ、非接触送電システム１０全体としての電力効率を向上させることが可能になる。

具体的には、送電制御部６０は、昇圧回路２１の出力電流である給電電流の指令値（指令電流）を効率パラメータとして取得し、その指令電流の組み合わせに基づいて、電圧指令値を設定する構成とした。指令電流は、受電制御部７０により設定される電流値であり、この指令電流に応じて送電装置１２から見た受電装置１３のインピーダンスが定まることになる。つまり、指令電流を用いて電圧指令値を設定することで、応答性よく非接触送電システム１０全体での送電効率を向上させることができる。

特に、各受電制御部７０は、車載バッテリ１４のＳＯＣに応じて指令電流を設定し、昇圧回路２１からその給電電流が出力されるように制御を行う。このように制御することで、各車載バッテリ１４を好適に充電することができる。本実施形態では、送電制御部６０が非接触送電システム１０全体での送電効率を向上させるべく力率の改善を行うため、車載バッテリ１４のＳＯＣが変化する場合であっても、その変化に応じて適切に力率改善を行い、送電効率を向上させることができる。

図４の特性図に示すように、１の送電装置１２から１の受電装置１３に対して送電を実施する場合、昇圧回路２１の出力電流（給電電流）の値に基づいて降圧回路１５の出力電圧を所定値に設定することで、力率を約１にすることができる。本実施形態では、１の送電装置１２から複数の受電装置１３に対して送電を実施する。この場合、受電装置１３の給電電流が相互に異なることが考えられる。給電電流が相互に異なると、それぞれの受電装置１３への送電における力率を１にする降圧回路１５の出力電圧が異なることになり、それぞれの受電装置１３に対する送電の力率を同時に１にすることが困難になる。そこで、各受電制御部７０から指令電流を取得する。そして、その給電電流の組み合わせと、非接触送電システム１０全体の力率が最大となる降圧回路１５の出力電圧とを対応付けるマップデータを用い、降圧回路１５の出力電圧を設定する。

（第２実施形態）
本実施形態における送電装置のハードウェア構成は、第１実施形態における送電装置１２と同一である。本実施形態における送電制御部の電圧指令生成部６２は、電流取得部６１が取得した各受電装置１３の給電電流の値と、送電装置１２及び受電装置１３における電力損失との関係を表すマップに基づいて、非接触送電システム１０における電力損失が最も低くなるように、降圧回路１５の出力電圧の指令値を算出する。

受電装置１３における電力損失は、降圧回路１５の出力電圧と昇圧回路２１の出力電流（供給電流）とに応じて変動する特性を有する。つまり、給電電流が所定値に定められている場合、降圧回路１５の出力電圧を調整することで、受電装置１３における電力損失を最小値にすることができる。

本実施形態では、１の送電装置１２から複数の受電装置１３に対して送電を実施する。この場合、受電装置１３の給電電流が相互に異なることが考えられる。給電電流が相互に異なると、それぞれの受電装置１３への送電における電力損失を最小にする降圧回路１５の出力電圧が異なることになり、それぞれの受電装置１３における電力損失を最小にすることが困難になる。そこで、送電制御部６０は、受電制御部７０から給電電流の指令値を取得する。そして、送電制御部６０は、その給電電流の組み合わせと、非接触送電システム１０全体における電力損失が最小となる降圧回路１５の出力電圧とを対応付けるマップデータを用い、降圧回路１５の出力電圧を設定する。これにより、非接触送電システム１０全体での電力損失を低減することが可能になる。

（第３実施形態）
図５に本実施形態における送電装置１２Ａの電気的構成図を示す。送電装置１２Ａには、送電電流センサ６１Ａが設けられている。また、送電制御部６０Ａは、波高値検出部６２Ａ、スイッチ６３Ａ，６４Ａ、位相検出部６５Ａ、電圧指令生成部６６Ａ、及び、駆動回路６７Ａを備えている。

波高値検出部６２Ａは、送電電流センサ６１Ａの検出値に基づいて、送電共振回路１７に供給される交流電流の波高値を検出する回路である。具体的には、オペアンプ、ダイオード、コンデンサ及び抵抗によって構成される周知の包絡線検波回路である。

スイッチ６３Ａ、６４Ａは、送電共振回路１７に供給される交流電圧の極性が切替わるタイミングにおいて、波高値検出部６２Ａの検出した送電共振回路１７に供給される交流電流の波高値、及び、送電電流センサ６１Ａの検出した送電共振回路１７に供給される交流電流の瞬時値を位相検出部６５Ａに入力するための素子である。具体的には、交流電圧の極性が切替わるタイミングに同期して駆動回路６７Ａから出力される信号によってオンし、波高値検出部６２Ａ及び送電電流センサ６１Ａを位相検出部６５Ａに接続する。より具体的には、ＡＤコンバータのサンプルホールド回路である。スイッチ６３Ａの一端は波高値検出部６２Ａの出力端に、他端は位相検出部６５Ａの入力端にそれぞれ接続されている。

位相検出部６５Ａは、送電共振回路１７に供給される交流電圧の極性が切替わるタイミングにおける、送電共振回路１７に供給される交流電流の波高値と瞬時値の比に基づいて、交流電流の位相を求めるための回路である。送電共振回路１７に供給される交流電圧の極性が切替わるタイミングにおける、送電共振回路１７に供給される交流電流の波高値と瞬時値の比は、交流電流の大きさに関わらず、交流電流の位相と一定の関係を有する。位相検出部６５Ａは、予め設定されている交流電流の波高値と瞬時値に比と、交流電流の位相の関係に基づいて交流電流の位相を求める。

電圧指令生成部６６Ａは、位相検出部６５Ａによって検出された、送電共振回路１７に供給される交流電流の位相と、位相指令によって指示された位相の偏差を求め、その偏差を比例積分演算して電圧指令を生成し出力する回路である。

駆動回路６７Ａは、送電共振回路１７に供給される交流電圧が電圧指令によって指示された電圧となるように、スイッチ２６のスイッチングを制御する。具体的には、降圧回路１５からインバータ回路１６に供給される直流電圧が電圧指令によって指示された電圧に対応した電圧となるようにスイッチ２６のスイッチングを制御する。また、交流電圧の極性が切替わるタイミングで、スイッチ６３Ａ，６４Ａをオンするための信号を出力する回路である。

本実施形態における送電制御部６０Ａを用いると、受電制御部７０と送電制御部６０Ａとの間で通信をすることなく、電圧指令値を決定することができる。これにより、処理を簡略化できるとともに、受電装置１３の動作に伴うインピーダンスの変化が降圧回路１５の制御に与える影響を抑制することができる。つまり、車載バッテリ１４の充電に伴って車載バッテリ１４に供給される給電電流が変動し、受電装置１３の見かけ上のインピーダンスが変動した場合に、そのインピーダンスの変動分を考慮してインバータ回路１６から出力される交流電力の力率を速やかに１に近づけることが可能になる。

（第４実施形態）
本実施形態における送電制御部は、送電装置１２及び受電装置１３の各回路１５〜２２を接続する送電経路における電流、及び、電圧の検出値を取得し、その検出値に基づいて、各回路１５〜２２における電力損失をそれぞれ算出する。そして、その電力損失の総和が減少するように降圧回路１５の出力電圧を制御することで、非接触送電システム１０全体における電力損失を低減することができる。

（その他の実施形態）
・上記実施形態では、送電共振回路１７及び受電共振回路１９として、コイル３７，３８とコンデンサ３６，３９とをそれぞれ並列接続する並列接続型の共振回路を用いる構成とした。これを変更し、図６に示すように、送電共振回路１７ａ及び受電共振回路１９ａとして、直列接続型の共振回路をそれぞれ用いてもよい。具体的には、送電コイル３７の両端子に送電コンデンサ３６ａ，３６ｂがそれぞれ直列接続されることで送電共振回路１７ａを構成し、また、受電コイル３８の両端子に受電コンデンサ３９ａ，３９ｂがそれぞれ直列接続されることで受電共振回路１９ａを構成している。このような直列接続型の共振回路を用いた場合であっても、送電制御部６０は、受電制御部７０から給電電流の指令値を取得し、その給電電流の組み合わせに基づいて降圧回路１５の出力電圧を制御することで、非接触送電システム１０全体での効率低下を抑制することや非接触送電システム１０全体での電力損失を低減することができる。

・上記実施形態では、各受電装置１３の給電電流の組み合わせに基づいて、降圧回路１５の出力電圧を制御する構成にした。これを変更し、各送電共振回路１７に流れる電流を取得し、その電流値の組み合わせに基づいて、降圧回路１５の出力電圧を制御する構成にしてもよい。また、昇圧回路２１の入力電圧を受電装置１３からそれぞれ取得し、その電圧値の組み合わせに基づいて、降圧回路１５の出力電圧を制御する構成にしてもよい。また、車載バッテリ１４のＳＯＣや開放端電圧を受電装置１３からそれぞれ取得し、そのＳＯＣや開放端電圧の組み合わせに基づいて、降圧回路１５の出力電圧を制御する構成にしてもよい。これら送電共振回路１７に流れる電流、昇圧回路２１の入力電圧、車載バッテリ１４のＳＯＣや開放端電圧は、受電装置１３の給電電流と相関を有するものである。

・上記実施形態では、給電電流をＳＯＣに応じて連続的に設定するものであったが、これを変更し、給電電流をＳＯＣに応じて段階的（ｎ個の設定値のうちのいずれか）に設定するようなものであってもよい。例えば、ＳＯＣが０〜４０％となる領域において１４．５Ａ、ＳＯＣが４０％〜８０％となる領域において１０Ａ、ＳＯＣが８０％〜９０％となる領域において５Ａと設定する。この場合、受電制御部７０は給電電流を段階的に設定するため、給電電流の組み合わせは限定されており、少ない記憶容量で上記マップを記憶することができる。

また、ＳＯＣに基づいて給電電流を設定する方法に代えて、車載バッテリ１４の端子間電圧が所定値に達するごとに、給電電流を段階的に減少させる設定を行うものであってもよい。

・送電装置１２は、送電共振回路１７の個数を超えない範囲で任意の数の受電装置１３に対して送電が可能である。言い換えると、送電装置１２の送電対象となる受電装置１３の個数は変動する。この際、送電対象となる受電装置１３の個数に応じて設定されたマップデータを記憶しておく。そして、送電時において、送電対象となる受電装置１３の個数に応じたマップデータを用いることで、受電装置１３の数が都度相違したとしても、簡易に適正な電圧指令値を設定できる。

・昇圧回路２１を省略する構成としてもよい。この場合であっても、送電共振回路１７と受電共振回路１９との結合係数の差異により、送電装置１２から見た受電装置１３のインピーダンスが各々異なることが考えられる。そのような場合に、例えば、複数の車載バッテリ１４に流れる給電電流をそれぞれ取得し、その給電電流の組み合わせに基づいて降圧回路１５の出力電圧を制御することで、力率の向上や電力損失の低減を実施することが可能である。

・各受電装置１３が上記実施形態の送電装置１２としての機能を備える構成としてもよい。具体的には、整流回路２０としてダイオード４４〜４７を用いたダイオードフルブリッジ回路に代えて、半導体スイッチを用いたフルブリッジ回路を備える構成とする。この場合、整流回路がインバータ回路としての機能を有することになる。さらに、降圧回路１５及び昇圧回路２１をそれぞれ双方向ＤＣ／ＤＣコンバータに変更するとよい。この構成では、受電装置１３から送電装置１２に対する送電が可能となる。この場合、送電装置１２が上記実施形態の受電装置１３としての機能を備える構成としてもよい。

例えば、車載バッテリ１４から家庭用の電気機器に対して電力供給を行うような場合に、受電装置１３から送電装置１２に対する送電を一時的に実施することが考えられる。また、車載バッテリ１４を充電する際、優先度の低い車載バッテリ１４から、優先度の高い車載バッテリ１４に対する送電を一時的に実施することが考えられる。

一時的に送電を行う受電装置１３の受電制御部７０が、上記実施形態における送電制御部６０と同様の制御、つまり、非接触送電システム１０としての電力効率が向上するように双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するとよい。この構成にすることで、受電装置１３から送電装置１２への送電、及び、受電装置１３から他の受電装置１３への送電においても、上記実施形態と同様に非接触送電システム１０としての電力効率を向上させることができる。

・送電コンバータ回路として降圧回路１５、受電コンバータ回路として昇圧回路２１を用いる構成とした。これを変更し、送電コンバータ回路として昇圧回路、受電コンバータ回路として降圧回路を用いてもよい。

・上記実施形態では、インバータ回路１６と送電コンバータ回路としての降圧回路１５とを別体として用いる構成とした。これを変更し、送電コンバータ回路としての降圧回路１５を省略する構成としてもよい。この場合、送電制御部６０がインバータ回路１６のスイッチングにおいてＰＷＭ制御を行うことで、インバータ回路１６の出力電圧を調整し、力率改善や、電力損失の低減を行うことができる。

・上記実施形態では、車載バッテリ１４（二次電池）を給電対象としたが、これを変更し、電気機器などを給電対象とするものであってもよい。電気機器の動作状況が変化する場合に、上記実施形態における送電制御部の制御により、非接触送電システム１０全体における電力損失を低減することが可能になる。

１１…直流電源（電源部）、１２…送電装置、１３…受電装置、１５…降圧回路（送電電力生成部）、１６…インバータ回路（送電電力生成部）、１７…送電共振回路（送電部）、１９…受電共振回路（受電部）、６０…送電制御部。

Claims (9)

1. 複数の送電部（１７）を有し、その複数の送電部から、複数の受電装置（１３）の受電部（１９）に対して各々非接触で送電を行うことを可能とする送電装置（１２）であって、
   電源部（１１）から供給される電力を変換することで交流の送電電力を生成し、その送電電力を前記複数の送電部に供給する送電電力生成部（１５，１６）と、
   前記送電電力生成部の出力電圧を所定の電圧指令値となるように制御する送電制御部（６０）と、
   を備え、
   前記送電制御部は、
   前記複数の送電部から２以上の前記受電装置に対して各々非接触で送電を行う際に、その非接触送電における電力効率に関する効率パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
   前記パラメータ取得手段により取得した効率パラメータに基づいて、送電システム全体における電力効率を所定効率にする前記電圧指令値を設定する電圧指令手段と、
   を備えることを特徴とする送電装置。
2. 前記パラメータ取得手段は、前記２以上の受電装置に対して各々非接触で送電を行う際に、送電が行われる前記受電装置について前記効率パラメータをそれぞれ取得し、
   前記電圧指令手段は、前記送電が行われる各受電装置の効率パラメータの組み合わせに基づいて、前記電圧指令値の設定を実施することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
3. 前記受電装置は、
   前記受電部から供給される電力を変換し、給電対象（１４）に対して電力を出力する受電電力変換部（２１）と、
   前記受電電力変換部から前記給電対象に対し、所定の指令電流が供給されるように電流制御を行う受電制御部（７０）と、
   を備え、
   前記パラメータ取得手段は、前記２以上の受電装置に対して各々非接触で送電を行う際に、前記指令電流又はその指令電流に相関するパラメータを前記受電装置ごとの前記効率パラメータとしてそれぞれ取得し、
   前記電圧指令手段は、前記送電が行われる各受電装置の効率パラメータの組み合わせに基づいて、前記電圧指令値を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の送電装置。
4. 前記各受電装置への送電における力率は、前記受電電力変換部から出力される指令電流と前記送電電力生成部の出力電圧とに応じて変化する力率特性を有し、
   前記電圧指令手段は、前記指令電流の組み合わせパターンを定めるとともにその組み合わせパターンごとに前記力率特性に応じて前記電圧指令値を定めたマップデータを用い、前記指令電流の組み合わせに基づいて、前記電圧指令値を設定することを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
5. 前記送電装置から前記各受電装置への送電において生じる電力損失は、前記受電電力変換部から出力される指令電流と前記送電電力生成部の出力電圧とに応じて変化する電力損失特性を有し、
   前記電圧指令手段は、前記指令電流の組み合わせパターンごとに前記電力損失特性に応じて前記電圧指令値を定めたマップデータを用い、前記指令電流の組み合わせに基づいて、前記電圧指令値を設定することを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
6. 前記電圧指令手段は、前記受電装置の効率パラメータとして段階的にｎ個のパラメータを定めておき、前記送電が行われる各受電装置の効率パラメータが前記ｎ個のパラメータの組み合わせのいずれになるかに基づいて、前記電圧指令値の設定を実施することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送電装置。
7. 前記電圧指令手段は、前記送電が行われる受電装置の数ごとに各受電装置の効率パラメータの組み合わせパターンを定めるとともにその組み合わせパターンごとに電圧指令値を定めたマップデータを用い、前記非接触送電が行われる際の受電装置の数と、前記効率パラメータの組み合わせとに応じて前記電圧指令値の設定を実施することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の送電装置。
8. 前記パラメータ取得手段は、前記送電電力生成部が出力する出力電流の出力電圧に対する位相の偏差を前記効率パラメータとして取得し、
   前記電圧指令手段は、前記位相の偏差を解消するように、前記電圧指令値を設定することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。
9. 前記パラメータ取得手段は、前記送電装置及び前記複数の受電装置を構成する回路にそれぞれ流れる電流及びそれぞれ印加される電圧に基づき算出される電力損失の総和を前記効率パラメータとして取得し、
   前記電圧指令手段は、前記電力損失の総和が減少するように、前記電圧指令値を設定することを特徴とする請求項１に記載の送電装置。

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