JP2016015808A - 受電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】比較的電力値が小さい交流電力を用いた伝送判定と、比較的電力値が大きい交流電力の電力伝送との双方を好適に行うことができる受電機器及び非接触電力伝送装置を提供すること。【解決手段】交流電源12及び交流電源12から交流電力が入力される送電器13を有する送電機器11から非接触で交流電力を受電可能な受電機器21は、受電器23とバッテリ22との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたDC/DCコンバータ25を備えている。ここで、伝送判定電力P1を用いた伝送判定が行われる場合の変換インピーダンスZqである第1変換インピーダンスZq1は、通常充電電力P2の電力伝送が行われる場合の変換インピーダンスZqである第2変換インピーダンスZq2よりも低く設定される。【選択図】図1
Description
本発明は、受電機器及び非接触電力伝送装置に関する。
電源コードや送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置として、例えば、交流電力を出力する交流電源、及び、当該交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器と、1次側コイルから非接触で交流電力を受電可能な2次側コイルを有する受電機器とを備えているものが知られている(例えば特許文献1参照)。かかる非接触電力伝送装置においては、例えば1次側コイルと2次側コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に非接触で交流電力が伝送される。また、特許文献1には、2次側コイルによって受電された交流電力は、整流されて、負荷としての蓄電装置に入力されることが記載されている。
ここで、1次側コイルから2次側コイルに向けて、比較的電力値が大きな交流電力の電力伝送を行う前段階にて、比較的電力値が小さい交流電力を用いて、1次側コイルと2次側コイルとの間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定を行いたい場合がある。この場合、例えば2次側コイルによって受電された交流電力の電力値に関するパラメータの変動量等に基づいて上記伝送判定を行うことが考えられる。しかしながら、比較的電力値が小さい交流電力を用いて上記伝送判定を行う関係上、上記変動量等は小さくなり易いため、伝送判定の判定精度の低下が懸念される。かといって、上記伝送判定の判定精度を上げることによって、比較的電力値が大きな交流電力の電力伝送に支障が生じ得るのは好ましくない。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は比較的電力値が小さい交流電力を用いた伝送判定と、比較的電力値が大きい交流電力の電力伝送との双方を好適に行うことができる受電機器及び非接触電力伝送装置を提供することである。
上記目的を達成する受電機器は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と前記交流電力が入力される1次側コイルとを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能なものであって、前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な2次側コイルと、前記2次側コイルによって受電された交流電力又は当該交流電力を変換することによって得られる直流電力が入力される負荷と、前記2次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス変換部と、を備え、前記交流電源から前記交流電力として第1交流電力が出力されている場合に、前記2次側コイルから前記インピーダンス変換部までの電力伝送経路上の電流値に基づいて、前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定が行われ、前記伝送判定により前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、前記1次側コイルから前記2次側コイルに向けて、前記第1交流電力よりも電力値が大きい第2交流電力の電力伝送が行われ、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記第1交流電力を用いた前記伝送判定が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも低くなるように設定されることを特徴とする。
かかる構成によれば、比較的電力値が小さい第1交流電力を用いて伝送判定が行われ、当該伝送判定により各コイル間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、比較的電力値が大きい第2交流電力の電力伝送が行われる。この場合、伝送判定が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスは、第2交流電力の電力伝送が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも低く設定される。これにより、伝送判定時においては、1次側コイルと2次側コイルとの相対位置の変動に対する、2次側コイルからインピーダンス変換部までの電力伝送経路上の電流値の変動量が大きくなっている。よって、負荷とは別に伝送判定用の負荷を設けることなく、第1交流電力を用いた伝送判定を好適に行うことができる。
一方、第2交流電力の電力伝送が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスは、第1交流電力を用いた伝送判定が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも高く設定されている。これにより、第2交流電力の電力伝送が行われる場合における交流電源の出力端から負荷までのインピーダンスが低くなるため、第2交流電力を出力するための交流電源の定格電圧値が過度に高くなることを抑制できる。
以上のことから、第1交流電力を用いた伝送判定と、第2交流電力の電力伝送との双方を好適に行うことができる。
上記受電機器は移動体に搭載されており、前記伝送判定の判定結果に基づいて、前記移動体の位置決めが行われるとよい。かかる構成によれば、伝送判定の判定結果に基づいて移動体の位置決めを行うことにより、各コイル間での電力伝送が行われる位置に移動体を配置することができる。
上記受電機器は移動体に搭載されており、前記伝送判定の判定結果に基づいて、前記移動体の位置決めが行われるとよい。かかる構成によれば、伝送判定の判定結果に基づいて移動体の位置決めを行うことにより、各コイル間での電力伝送が行われる位置に移動体を配置することができる。
上記受電機器について、前記負荷のインピーダンスは、当該負荷への入力電力値に応じて変動するものであり、前記第2交流電力の電力伝送が行われている状況において予め定められた電力値変更条件が成立した場合には、前記1次側コイルから前記2次側コイルに向けて、前記第2交流電力とは異なる電力値の第3交流電力の電力伝送が行われ、前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合と前記第3交流電力の電力伝送が行われる場合とで前記負荷のインピーダンスが変動することに対応させて、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御が行われるとよい。かかる構成によれば、第2交流電力の電力伝送が行われる場合と第3交流電力の電力伝送が行われる場合とで負荷のインピーダンスが変動することに対応させて、インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御を行うことにより、電力伝送される交流電力の電力値の変動に関わらず、インピーダンス変換部の入力インピーダンスを一定値に近づけることができる。これにより、入力電力値に応じてインピーダンスが変動する負荷を有する構成において、電力値が異なる交流電力の電力伝送を、好適に行うことができる。なお、第3交流電力の電力値は、第2交流電力の電力値と異なっていればよく、第1交流電力の電力値と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記受電機器について、前記2次側コイルによって受電された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換部を備え、前記負荷はバッテリであり、前記インピーダンス変換部は、前記AC/DC変換部と前記バッテリとの間に設けられ、周期的にON/OFFするスイッチング素子を有するDC/DCコンバータであり、前記DC/DCコンバータの入力インピーダンスは、前記スイッチング素子のON/OFFのデューティ比が可変制御されることにより可変となるとよい。かかる構成によれば、DC/DCコンバータのスイッチング素子のON/OFFのデューティ比を可変制御することにより、DC/DCコンバータの入力インピーダンスを可変制御することができる。これにより、伝送判定用の負荷を別途設けることなく、第1交流電力を用いた伝送判定と第2交流電力の電力伝送との双方を好適に行うことができる。
ここで、負荷がバッテリであり、インピーダンス変換部がDC/DCコンバータである場合、DC/DCコンバータの入力電圧値は、1次側コイルと2次側コイルとの相対位置ではなく、バッテリ電圧及びデューティ比によって規定される。このため、2次側コイルからDC/DCコンバータまでの電力伝送経路上の電圧値に基づいて伝送判定を行うことは困難となる。
これに対して、本構成によれば、伝送判定は、上記電力伝送経路上の電流値に基づいて行われる。当該電流値は上記相対位置に応じて変動する。これにより、伝送判定を好適に行うことができる。
上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と、前記交流電力が入力される1次側コイルと、前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な2次側コイルと、前記2次側コイルによって受電された交流電力又は当該交流電力を変換することによって得られる直流電力が入力される負荷と、前記2次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス変換部と、前記交流電源から前記交流電力としての第1交流電力が出力されている場合に、前記2次側コイルから前記インピーダンス変換部までの電力伝送経路上の電流値に基づいて、前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定を行う伝送判定部と、前記伝送判定部により前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、前記1次側コイルから前記2次側コイルに向けて、前記第1交流電力よりも電力値が大きい第2交流電力の電力伝送を行う電力伝送部と、を備え、前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記伝送判定部による前記伝送判定が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが前記電力伝送部による前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも低くなるように設定されることを特徴とする。
かかる構成によれば、比較的電力値が小さい第1交流電力を用いて伝送判定が行われ、当該伝送判定により各コイル間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、比較的電力値が大きい第2交流電力の電力伝送が行われる。この場合、伝送判定が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスは、第2交流電力の電力伝送が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも低く設定される。これにより、伝送判定時においては、1次側コイルと2次側コイルとの相対位置の変動に対する、2次側コイルからインピーダンス変換部までの電力伝送経路上の電流値の変動量が大きくなっている。よって、負荷とは別に伝送判定用の負荷を設けることなく、第1交流電力を用いた伝送判定を好適に行うことができる。
一方、第2交流電力の電力伝送が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスは、第1交流電力を用いた伝送判定が行われる場合のインピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも高く設定されている。これにより、第2交流電力の電力伝送が行われる場合における交流電源の出力端から負荷までのインピーダンスが低くなるため、第2交流電力を出力するための交流電源の定格電圧値が過度に高くなることを抑制できる。
以上のことから、第1交流電力を用いた伝送判定と、第2交流電力の電力伝送との双方を好適に行うことができる。
この発明によれば、比較的電力値が小さい交流電力を用いた伝送判定と、比較的電力値が大きい交流電力の電力伝送との双方を好適に行うことができる。
以下、受電機器(受電装置)及び非接触電力伝送装置(非接触電力伝送システム)を車両に適用した一実施形態について説明する。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、非接触で電力伝送が可能な送電機器11(地上側機器、1次側機器)及び受電機器21(車両側機器、2次側機器)を備えている。送電機器11は地上に設けられており、受電機器21は、移動体としての車両100に搭載されている。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、非接触で電力伝送が可能な送電機器11(地上側機器、1次側機器)及び受電機器21(車両側機器、2次側機器)を備えている。送電機器11は地上に設けられており、受電機器21は、移動体としての車両100に搭載されている。
送電機器11は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能な交流電源12を備えている。交流電源12は、インフラとしての系統電源から系統電力が入力された場合に、当該系統電力を交流電力に変換し、その変換された交流電力を出力可能に構成されている。また、交流電源12は、電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能に構成されている。なお、本実施形態において、交流電源12は例えば電圧源である。
交流電源12から出力された交流電力は、非接触で受電機器21に伝送され、受電機器21に設けられた蓄電装置としてのバッテリ22の充電に用いられる。具体的には、非接触電力伝送装置10は、送電機器11及び受電機器21間の電力伝送を行うものとして、送電機器11に設けられた送電器13と、受電機器21に設けられた受電器23とを備えている。
送電器13及び受電器23は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、送電器13は、互いに並列に接続された1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bを含む共振回路を有している。受電器23は、互いに並列に接続された2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bを含む共振回路を有している。両共振回路の共振周波数は同一に設定されている。
また、送電機器11は、当該送電機器11に設けられた1次側インピーダンス変換器31を介して、交流電源12と送電器13(1次側コイル13a)とを接続する電力線EL11,EL12を備えている。これにより、交流電源12から出力された交流電力は送電器13に入力される。
かかる構成によれば、送電器13及び受電器23の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が送電器13(1次側コイル13a)に入力された場合、送電器13と受電器23(2次側コイル23a)とが磁場共鳴する。これにより、受電器23は送電器13からのエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器23は、送電器13から交流電力を受電する。
ちなみに、交流電源12から出力される交流電力の周波数は、送電器13及び受電器23間にて電力伝送が可能となるように、送電器13及び受電器23の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器13及び受電器23の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器13及び受電器23の共振周波数とがずれていてもよい。
受電機器21は、当該受電機器21に設けられた2次側インピーダンス変換器32、整流器24及びDC/DCコンバータ25を介して、受電器23(2次側コイル23a)とバッテリ22とを接続する2つの電力線EL21,EL22を備えている。受電機器21の電力線EL21,EL22が、受電器23からバッテリ22までの電力伝送経路を構成する。
整流器24は、受電器23によって受電された交流電力を整流し、その整流された直流電力を出力する。なお、整流器24は、受電器23によって受電された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換部とも言える。
DC/DCコンバータ25は、整流器24によって整流された直流電力が入力されるものであって、当該直流電力の電圧値変換を行う。DC/DCコンバータ25によって電圧値変換された直流電力がバッテリ22に入力されることによってバッテリ22が充電される。バッテリ22は、例えば複数の電池セルで構成されている。なお、本実施形態では、バッテリ22が「負荷」に対応する。
図1に示すように、送電機器11は、交流電源12等の制御を行う送電側コントローラ14を備えている。送電側コントローラ14は、交流電源12のON/OFF制御を行うとともに、交流電源12から出力される交流電力の電力値を制御する。例えば、交流電源12は、電力値が異なる複数(3つ)の交流電力、詳細には第1交流電力としての伝送判定電力P1、第2交流電力としての通常充電電力P2、及び第3交流電力としての押し込み充電電力P3を出力可能に構成されている。そして、送電側コントローラ14は、各電力P1〜P3のいずれかが交流電源12から出力されるように交流電源12を制御する。ちなみに、電力値の大小関係としては、通常充電電力P2>押し込み充電電力P3>伝送判定電力P1となっている。なお、押し込み充電電力P3は、バッテリ22を構成する複数の電池セルの容量ばらつきを補償する押し込み充電を行うのに適した交流電力である。
受電機器21は、送電側コントローラ14と無線通信可能な受電側コントローラ26を備えている。各コントローラ14,26は、無線通信による互いの情報のやり取りを通じて、電力伝送の開始又は終了等を行う。
受電機器21は、バッテリ22の充電状態(SOC)を検知するとともに、その検知結果を受電側コントローラ26に送信するSOCセンサ27を備えている。これにより、受電側コントローラ26は、バッテリ22の充電状態を把握できる。
既に説明した通り、非接触電力伝送装置10は、交流電源12からバッテリ22までの間に設けられた複数のインピーダンス変換器31,32を備えている。送電機器11に設けられた1次側インピーダンス変換器31は、交流電源12と送電器13との間に設けられており、受電機器21に設けられた2次側インピーダンス変換器32は、受電器23と整流器24との間に設けられている。
各インピーダンス変換器31,32は、例えばインダクタ及びキャパシタを有するLC回路で構成されている。詳細には、1次側インピーダンス変換器31は、交流電源12から送電器13に向かう2つの電力線EL11,EL12上に設けられた第1インダクタ31a,31bと、当該第1インダクタ31a,31bに対して後段に設けられ、第1インダクタ31a,31bに対して並列に接続された第1キャパシタ31cと、を有するLC回路である。
2次側インピーダンス変換器32は、受電器23からバッテリ22に向かう2つの電力線EL21,EL22上に設けられた第2インダクタ32a,32bと、当該第2インダクタ32a,32bに対して前段に設けられ、第2インダクタ32a,32bに対して並列に接続された第2キャパシタ32cと、を有するLC回路である。2次側インピーダンス変換器32が「第2インピーダンス変換部」に対応する。
ちなみに、本実施形態では、各インピーダンス変換器31,32の定数(インピーダンス)は固定値である。なお、定数とは、変換比ともインダクタンスやキャパシタンスとも言える。
ここで、受電器23(2次側コイル23a)の出力端からバッテリ22までのインピーダンスの実部には、相対的に他の抵抗値よりも高い伝送効率となる特定抵抗値Routが存在する。詳細には、仮に送電器13の入力端に仮想負荷Xを設けた場合において、仮想負荷Xの抵抗値をRaとし、受電器23(詳細には受電器23の出力端)から仮想負荷Xまでの抵抗値をRbとすると、特定抵抗値Routは√(Ra×Rb)である。
2次側インピーダンス変換器32は、上記知見に基づいて、受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンス(2次側インピーダンス変換器32の入力インピーダンス)が特定抵抗値Routに近づく(好ましくは一致する)ように、整流器24の入力端からバッテリ22までのインピーダンスをインピーダンス変換する。
ここで、交流電源12から出力される交流電力の電力値は、交流電源12の出力端からバッテリ22までのインピーダンスである電源負荷インピーダンスZpに依存する。電源負荷インピーダンスZpは、送電器13(1次側コイル13a)と受電器23(2次側コイル23a)との相対位置に応じて変動する。なお、電源負荷インピーダンスZpは、1次側インピーダンス変換器31の入力インピーダンスとも言える。
1次側インピーダンス変換器31は、交流電源12から所望の電力値の交流電力が出力されるように送電器13の入力インピーダンスをインピーダンス変換する。例えば、交流電源12から伝送判定電力P1、通常充電電力P2及び押し込み充電電力P3が出力可能な電源負荷インピーダンスZpを、特定電源負荷インピーダンスZtとする。この場合、1次側インピーダンス変換器31は、電源負荷インピーダンスZpが特定電源負荷インピーダンスZtに近づく(好ましくは一致する)ように送電器13の入力インピーダンスをインピーダンス変換する。
詳細には、1次側インピーダンス変換器31の定数は、電源負荷インピーダンスZpが特定電源負荷インピーダンスZtとなるように、受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routであって上記相対位置が予め定められた基準位置である状況における送電器13の入力インピーダンスに対応させて設定されている。基準位置は、例えば送電器13と受電器23との間の伝送効率が最大となる送電器13と受電器23との相対位置である。送電器13の入力インピーダンスとは、送電器13の入力端からバッテリ22までのインピーダンスとも言える。
換言すれば、交流電源12は、電源負荷インピーダンスZpが特定電源負荷インピーダンスZtである条件下で、所望の電力値の交流電力(通常充電電力P2及び押し込み充電電力P3)を出力可能に構成されているとも言える。詳細には、交流電源12の定格電圧値及び定格電流値は、電源負荷インピーダンスZpが特定電源負荷インピーダンスZtである条件下での通常充電電力P2の電圧値及び電流値よりも高く設定されている。
次に、インピーダンス変換部(第1インピーダンス変換部)としてのDC/DCコンバータ25の詳細な構成について説明する。
DC/DCコンバータ25は例えば昇圧型であり、図2に示すように、第1電力線EL21上に設けられたコイル41及びダイオード42を備えている。コイル41の一端は、DC/DCコンバータ25の入力端を介して整流器24に接続されており、コイル41の他端は、ダイオード42のアノードに接続されている。ダイオード42のカソードはDC/DCコンバータ25の出力端を介してバッテリ22に接続されている。
DC/DCコンバータ25は例えば昇圧型であり、図2に示すように、第1電力線EL21上に設けられたコイル41及びダイオード42を備えている。コイル41の一端は、DC/DCコンバータ25の入力端を介して整流器24に接続されており、コイル41の他端は、ダイオード42のアノードに接続されている。ダイオード42のカソードはDC/DCコンバータ25の出力端を介してバッテリ22に接続されている。
DC/DCコンバータ25は、コイル41よりも前段(整流器24側)に設けられ、コイル41に対して並列に接続された第1コンデンサ43と、ダイオード42よりも後段(バッテリ22側)に設けられ、当該ダイオード42に対して並列に接続された第2コンデンサ44とを備えている。
かかる構成において、DC/DCコンバータ25は、2つの電力線EL21,EL22を接続する接続線EL3上に設けられたスイッチング素子45を備えている。接続線EL3の一端は、第1電力線EL21におけるコイル41とダイオード42との間の位置に接続されており、接続線EL3の他端は、第2電力線EL22に接続されている。
スイッチング素子45は、例えばn型のパワーMOSFETで構成されている。スイッチング素子45のドレインは、第1電力線EL21(コイル41とダイオード42との間)に接続され、スイッチング素子45のソースは第2電力線EL22に接続されている。
かかる構成によれば、DC/DCコンバータ25に直流電力が入力されている状況において、スイッチング素子45が周期的にON/OFF(スイッチング、チョッピング)すると、整流器24によって整流された直流電力が、バッテリ22のバッテリ電圧と同一電圧値の直流電力に変換される。
この場合、DC/DCコンバータ25の入力端からバッテリ22までのインピーダンスである変換インピーダンスZqは、スイッチング素子45のON/OFFのデューティ比に依存する。詳細には、例えば上記デューティ比が小さくなる(つまり1周期あたりのスイッチング素子45のON時間が短くなる)と、変換インピーダンスZqが高くなる。つまり、DC/DCコンバータ25は、スイッチング素子45が周期的にON/OFFすることにより、変換インピーダンスZqが所定の値となるようにインピーダンス変換するものである。換言すれば、DC/DCコンバータ25は、スイッチング素子45のON/OFFのデューティ比が可変制御(変更)されることにより、インピーダンスが可変(変更可能)に構成されたインピーダンス変換部である。変換インピーダンスZqは、DC/DCコンバータ25の入力インピーダンスとも言える。
なお、上記デューティ比の可変制御は、DC/DCコンバータ25のインピーダンスの可変制御とも言え、変換インピーダンスZqの可変制御とも言える。以降の説明において、特段の説明がない限り、デューティ比とは、スイッチング素子45のON/OFFのデューティ比を示す。
ここで、バッテリ22は、入力される直流電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する負荷である。詳細には、バッテリ22のインピーダンスである負荷インピーダンスZLは、交流電源12から出力されている交流電力(受電器23によって受電される交流電力)の電力値に応じて変動する。
なお、以降の説明において、送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である条件下において交流電源12から伝送判定電力P1が出力されている場合の負荷インピーダンスZLを第1負荷インピーダンスZL1とする。同様に、送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である条件下において交流電源12から通常充電電力P2が出力されている場合の負荷インピーダンスZLを第2負荷インピーダンスZL2とする。そして、送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である条件下において交流電源12から押し込み充電電力P3が出力されている場合の負荷インピーダンスZLを第3負荷インピーダンスZL3とする。
DC/DCコンバータ25のインピーダンス(デューティ比)は、交流電源12の出力電力値に応じて可変制御される。
詳細には、DC/DCコンバータ25のインピーダンスは、交流電源12から伝送判定電力P1が出力される場合の変換インピーダンスZqが、交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合の変換インピーダンスZqよりも低くなるように可変制御される。
詳細には、DC/DCコンバータ25のインピーダンスは、交流電源12から伝送判定電力P1が出力される場合の変換インピーダンスZqが、交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合の変換インピーダンスZqよりも低くなるように可変制御される。
より具体的には、デューティ比は、交流電源12から伝送判定電力P1が出力される場合には、予め定められた伝送判定デューティ比D1に設定される。伝送判定デューティ比D1は、送電器13と受電器23との相対位置が基準位置であり、且つ、交流電源12から伝送判定電力P1が出力される場合において、変換インピーダンスZqが予め定められた第1変換インピーダンスZq1となるように第1負荷インピーダンスZL1に対応させて設定されたデューティ比である。
デューティ比は、交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合には、予め定められた通常充電デューティ比D2に設定される。通常充電デューティ比D2は、送電器13と受電器23との相対位置が同一条件下において、伝送判定デューティ比D1よりも変換インピーダンスZqが高くなるデューティ比である。詳細には、通常充電デューティ比D2は、送電器13と受電器23との相対位置が基準位置であり、且つ、交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合において、変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1よりも高い第2変換インピーダンスZq2となるように第2負荷インピーダンスZL2に対応させて設定されている。
そして、DC/DCコンバータ25のインピーダンスは、交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合と押し込み充電電力P3が出力される場合とで変換インピーダンスZqが変動しないように可変制御される。詳細には、デューティ比は、交流電源12から押し込み充電電力P3が出力される場合には、予め定められた押し込み充電デューティ比D3に設定される。押し込み充電デューティ比D3は、送電器13と受電器23との相対位置が同一条件下において、押し込み充電電力P3の出力時の変換インピーダンスZqが通常充電電力P2の出力時の変換インピーダンスZqと同一となるデューティ比である。詳細には、押し込み充電デューティ比D3は、送電器13と受電器23との相対位置が基準位置であり、且つ、交流電源12から押し込み充電電力P3が出力される場合において、変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2となるように第3負荷インピーダンスZL3に対応させて設定されたデューティ比である。
ちなみに、2次側インピーダンス変換器32の定数は、変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2である場合に受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routとなるように設定されている。
図2に示すように、受電機器21は、受電器23からDC/DCコンバータ25までの電力伝送経路上の電流値Iを検出する電流センサ50(電流検出部)を備えている。電流センサ50は、受電機器21の電力線EL21のうち、受電器23からDC/DCコンバータ25までの部分を流れる電流値Iを検出する。本実施形態では、電流センサ50は、DC/DCコンバータ25に入力される直流電力の電流値Iを検出する。そして、電流センサ50は、その検出結果を受電側コントローラ26に送信する。
電流センサ50によって検出される電流値Iは、送電器13と受電器23との相対位置及び変換インピーダンスZqに応じて変動する。詳細には、電流値Iは、送電器13と受電器23との相対位置が基準位置に近づくほど高くなる。また、上記相対位置の変動に対する電流値Iの変動量は、変換インピーダンスZqが低くなるほど大きくなる。
各コントローラ14,26は、予め定められた充電シーケンス開始条件が成立したことに基づいて、互いに情報のやり取りを行いながら、電流センサ50の検出結果に基づく車両100の位置決め及びバッテリ22の充電を行うとともに、デューティ比制御を行う充電制御処理を実行する。充電シーケンス開始条件は任意であるが、例えば各コントローラ14,26間で無線通信が可能となったことである。
以下、充電制御処理について説明する。なお、充電制御処理の実行タイミングにおいて車両100は移動中であるものとする。また、図3においては、送電側コントローラ14にて実行される充電制御処理と、受電側コントローラ26にて実行される充電制御処理とを合わせて示す。図3においては、各コントローラ14,26間でやり取りされる信号を破線にて示す。
まず、受電側コントローラ26は、ステップS101にて、伝送判定電力P1の要求信号を送信し、その後ステップS102にて、伝送判定デューティ比D1でスイッチング素子45を周期的にON/OFFさせる。これにより、変換インピーダンスZqは第1変換インピーダンスZq1又はそれに近い値となる。
送電側コントローラ14は、ステップS201にて、伝送判定電力P1の要求信号を受信するまで待機し、当該要求信号を受信した場合には、ステップS202に進み、伝送判定電力P1の出力を開始し、その後ステップS203にて通常充電電力P2の要求信号を受信するまで待機する。
ちなみに、送電機器11は、交流電源12の出力電力値を検出する出力電力値検出部を備えており、交流電源12は、伝送判定電力P1の出力開始時及び出力中、出力電力値検出部の検出結果に基づいて、電源負荷インピーダンスZpの変動に関わらず伝送判定電力P1を出力するように動作する。なお、上記交流電源12の動作は、通常充電電力P2及び押し込み充電電力P3の出力においても同様である。
受電側コントローラ26は、変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1又はそれに近い値となっている状況において、ステップS103にて、送電器13(1次側コイル13a)と受電器23(2次側コイル23a)との間で電力伝送が行われるか否かを判定する伝送判定を行う。詳細には、受電側コントローラ26は、ステップS103にて、電流センサ50によって検出される電流値Iが予め定められた閾値電流値Ith以上となっているか否かを判定する。ステップS103の処理が「伝送判定」に対応し、受電側コントローラ26がステップS103の処理を実行する機能が「伝送判定部」に対応する。
ここで、閾値電流値Ithは、送電器13と受電器23との位置ずれを許容する位置ずれ許容範囲に対応させて設定されている。位置ずれ許容範囲は、当該位置ずれ許容範囲内にて送電器13と受電器23との相対位置がどのように変動した場合であっても交流電源12から通常充電電力P2が出力可能な範囲であり、交流電源12の定格電圧値及び定格電流値に基づいて設定されている。そして、閾値電流値Ithは、交流電源12から伝送判定電力P1が出力され、且つ、デューティ比が伝送判定デューティ比D1である条件下において、位置ずれ許容範囲内にて送電器13と受電器23との相対位置が変動することによって変動する電流値Iの最小値に設定されている。
この場合、電流値Iが閾値電流値Ith以上であることは、送電器13と受電器23とが位置ずれ許容範囲内に配置されていること、すなわち交流電源12が通常充電電力P2を出力可能な状態(換言すれば送電器13から受電器23に向けて通常充電電力P2の電力伝送が可能な状態)であることを意味する。
受電側コントローラ26は、ステップS103では、電流センサ50によって検出される電流値Iが閾値電流値Ith以上となるまで待機し、電流値Iが閾値電流値Ith以上となった場合には、送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われていると判定し、ステップS104にて車両100を停止させる車両停止処理を実行する。詳細には、受電側コントローラ26は、車両100に設けられたナビゲーション画面等を用いて、その場で車両100を停止させる旨の報知を行う。なお、車両100に、車両100の駐車を補助する駐車補助機能が搭載されている場合には、当該駐車補助機能を用いて、自動で車両100を停止させる構成としてもよい。
つまり、本実施形態では、受電側コントローラ26は、車両100の移動中に電流値Iに基づいて伝送判定を行い、その伝送判定の判定結果が肯定判定である場合に車両100を停止させる。換言すれば、受電側コントローラ26は、伝送判定の判定結果に基づいて車両100の位置決めを行う。
受電側コントローラ26は、車両100の位置決めが完了した場合、詳細には電力伝送が行われる位置に車両100が停止したことに基づいて、ステップS105及びステップS106の処理を実行する。ステップS105及びステップS106の処理は、送電器13から受電器23に向けて通常充電電力P2の電力伝送を行うための処理である。ステップS105及びステップS106の処理が「第2交流電力の電力伝送」に対応し、受電側コントローラ26がステップS105及びステップS106の処理を実行する機能が「電力伝送部」に対応する。
詳細には、受電側コントローラ26は、ステップS105にて、通常充電電力P2の要求信号を送電側コントローラ14に送信する。そして、受電側コントローラ26は、ステップS106にて、通常充電デューティ比D2でスイッチング素子45を周期的にON/OFFさせる。これにより、変換インピーダンスZqは、伝送判定時よりも高くなる。詳細には、変換インピーダンスZqは、第2変換インピーダンスZq2又はそれに近い値となる。
送電側コントローラ14は、通常充電電力P2の要求信号を受信した場合には、ステップS204に進み、通常充電電力P2の出力を開始する。これにより、変換インピーダンスZqが伝送判定時よりも高くなっている状況にて、送電器13から受電器23に向けて通常充電電力P2の電力伝送が行われる。当該通常充電電力P2は、バッテリ22の充電に用いられる。以降の説明において、通常充電電力P2を用いたバッテリ22の充電を通常充電という。
受電側コントローラ26は、ステップS107では、通常充電中であり、且つ、予め定められた電力値変更条件としての押し込み充電条件が成立したか否かを判定する。押し込み充電条件とは、例えばバッテリ22の充電状態が予め定められた押し込み充電開始状態となることである。
受電側コントローラ26は、通常充電中であり、且つ、押し込み充電条件が成立した場合には、ステップS108にて押し込み充電電力P3の要求信号を送信し、ステップS109にて、押し込み充電デューティ比D3でスイッチング素子45を周期的にON/OFFさせて、ステップS110に進む。
送電側コントローラ14は、ステップS205にて、押し込み充電電力P3の要求信号を受信しているか否かを判定し、当該要求信号を受信している場合には、ステップS206にて押し込み充電電力P3の出力を開始する。これにより、送電器13から受電器23に向けて押し込み充電電力P3の電力伝送が行われ、バッテリ22の押し込み充電が行われる。
受電側コントローラ26は、押し込み充電中である場合、又は、通常充電中であって押し込み充電条件が成立していない場合、ステップS107を否定判定し、ステップS110に進む。受電側コントローラ26は、ステップS110では、予め定められた充電終了条件が成立しているか否かを判定する。
充電終了条件は任意であるが、例えばバッテリ22の充電状態が満充電状態となった場合、送電機器11に停止スイッチが設けられている構成においては当該停止スイッチが操作された場合、何らかの異常が発生した場合等が考えられる。
受電側コントローラ26は、充電終了条件が成立していない場合にはステップS107に戻る一方、充電終了条件が成立している場合にはステップS111にて停止指示信号を送電側コントローラ14に送信する。
一方、送電側コントローラ14は、ステップS206の処理の実行後、又は、ステップS205を否定判定した場合、ステップS207に進み、停止指示信号を受信しているか否かを判定する。送電側コントローラ14は、停止指示信号を受信していない場合にはステップS205に戻る一方、停止指示信号を受信している場合にはステップS208に進み、交流電源12からの交流電力の出力を停止する出力停止処理を実行する。そして、送電側コントローラ14は、ステップS209にて停止完了信号を受電側コントローラ26に送信して、本充電制御処理を終了する。
また、受電側コントローラ26は、ステップS111にて停止指示信号を送信した後、ステップS112に進み、送電側コントローラ14から停止完了信号を受信するまで待機する。受電側コントローラ26は、送電側コントローラ14から停止完了信号を受信した場合には、ステップS113に進み、バッテリ22の充電を終了する充電終了処理を実行し、本充電制御処理を終了する。
次に、図4及び図5を用いて本実施形態の作用について説明する。なお、説明の便宜上、送電器13は車両100が設置される設置面に配置されており、受電器23は車両100の底部に配置されているものとする。この場合、送電器13及び受電器23の相対位置の基準位置とは、図4(b)に示すように、送電器13及び受電器23が互いに鉛直方向(車両100の車高方向)に対向する位置である。また、図5においては、変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1である場合の電流値Iの変動を実線にて示し、変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2である場合の電流値Iの変動を二点鎖線にて示す。
図4(a)に示すように、送電器13と受電器23との位置ずれが大きい場合(受電器23が位置ずれ許容範囲内に配置されていない場合)、送電器13に伝送判定電力P1が入力されている場合であっても、送電器13と受電器23との間で電力伝送は行われない。このため、図5に示すように、電流センサ50によって検出される電流値Iは0(A)である。この場合、伝送判定の判定結果は否定判定となる。
その後、変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1である状況において、図4(b)に示すように、送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置となる位置に車両100が配置された場合、送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われる。これにより、図5の実線に示すように、電流センサ50によって検出される電流値Iは閾値電流値Ith以上となる。よって、伝送判定の判定結果が肯定判定となる。そして、車両100は、送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置となる位置にて停止する。
その後、送電器13から受電器23に向けての通常充電電力P2の電力伝送(通常充電)、及び、送電器13から受電器23に向けての押し込み充電電力P3の電力伝送(押し込み充電)が行われる。この場合、通常充電電力P2と押し込み充電電力P3との電力値との相違に対応させて、デューティ比が通常充電デューティ比D2から押し込み充電デューティ比D3に変更されることにより、変換インピーダンスZqは第2変換インピーダンスZq2を維持する。
ここで、伝送判定が行われる場合の変換インピーダンスZqである第1変換インピーダンスZq1は、通常充電電力P2の電力伝送が行われる場合の変換インピーダンスZqである第2変換インピーダンスZq2よりも低く設定されている。このため、図5に示すように、変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1である条件下における送電器13と受電器23との相対位置に応じた電流値Iの変動量δI1は、変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2である条件下における電流値Iの変動量δI2よりも大きくなっている。
また、閾値電流値Ithは、送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われない場合の電流値I(すなわち0(A))よりも高く、伝送判定電力P1の出力条件下において変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1であって送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である場合の電流値I1よりも低い値である。そして、閾値電流値Ithは、伝送判定電力P1の出力条件下において、変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2であって送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である場合の電流値I2よりも高い。
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1)交流電源12及び交流電源12から交流電力が入力される送電器13(1次側コイル13a)を有する送電機器11から非接触で交流電力を受電可能な受電機器21は、受電器23(2次側コイル23a)とバッテリ22との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたDC/DCコンバータ25を備えている。受電機器21に設けられた受電側コントローラ26は、交流電源12から伝送判定電力P1が出力されている場合に、受電器23からDC/DCコンバータ25までの電力伝送経路上の電流値Iに基づいて、送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定(ステップS103の処理)を行う。そして、受電側コントローラ26は、上記伝送判定により送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、送電器13から受電器23に向けて、伝送判定電力P1よりも電力値が大きい通常充電電力P2の電力伝送を行う。
(1)交流電源12及び交流電源12から交流電力が入力される送電器13(1次側コイル13a)を有する送電機器11から非接触で交流電力を受電可能な受電機器21は、受電器23(2次側コイル23a)とバッテリ22との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたDC/DCコンバータ25を備えている。受電機器21に設けられた受電側コントローラ26は、交流電源12から伝送判定電力P1が出力されている場合に、受電器23からDC/DCコンバータ25までの電力伝送経路上の電流値Iに基づいて、送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定(ステップS103の処理)を行う。そして、受電側コントローラ26は、上記伝送判定により送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、送電器13から受電器23に向けて、伝送判定電力P1よりも電力値が大きい通常充電電力P2の電力伝送を行う。
かかる構成において、DC/DCコンバータ25のインピーダンスは、伝送判定電力P1を用いた伝送判定が行われる場合のDC/DCコンバータ25の入力インピーダンスが通常充電電力P2の電力伝送が行われる場合のDC/DCコンバータ25の入力インピーダンスよりも低くなるように設定される。つまり、伝送判定電力P1を用いた伝送判定が行われる場合における変換インピーダンスZq(第1変換インピーダンスZq1)は、通常充電電力P2の電力伝送が行われる場合の変換インピーダンスZq(第2変換インピーダンスZq2)よりも低い。これにより、伝送判定と通常充電電力P2の電力伝送との双方を好適に行うことができる。
詳述すると、通常充電電力P2よりも電力値が小さい伝送判定電力P1を用いて伝送判定が行われるため、伝送判定に係る電力損失を低減することができる。この場合、伝送判定電力P1の電力値が小さいため、送電器13と受電器23との相対位置の変動に対する電流値Iの変動量が小さくなり易い。すると、伝送判定の精度低下という不都合が懸念される。
これに対して、本実施形態では、伝送判定時には変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1に設定されるため、上記相対位置の変動に対する電流値Iの変動量が大きくなっている(δI1>δI2)。これにより、上記不都合を抑制できる。
ここで、通常充電電力P2の電力伝送時においても、変換インピーダンスZqを第1変換インピーダンスZq1にすることも考えられる。しかしながら、変換インピーダンスZqが比較的低いインピーダンスである第1変換インピーダンスZq1である場合、電源負荷インピーダンスZpは比較的高くなる。すると、交流電源12としては、出力電圧値を定格電圧値に設定しても通常充電電力P2を出力することができない場合が生じ得る。かといって、通常充電電力P2を出力できるように、高い電源負荷インピーダンスZpに対応させて、交流電源12の定格電圧値を過度に高く設定することは、交流電源12の大型化やコスト等の観点から好ましくはない。
これに対して、本実施形態では、通常充電電力P2の電力伝送時には、変換インピーダンスZqは第1変換インピーダンスZq1よりも高い第2変換インピーダンスZq2に設定されている。これにより、電源負荷インピーダンスZpを低くすることができるため、通常充電電力P2を出力するための交流電源12の定格電圧値が過度に高くなることを抑制できる。
なお、念のため説明すると、伝送判定電力P1は、通常充電電力P2よりも電力値が小さい交流電力であるため、変換インピーダンスZqが第1変換インピーダンスZq1である場合(電源負荷インピーダンスZpが高い状況)であっても、伝送判定電力P1の電圧値は定格電圧値よりも低い。このため、伝送判定時において電源負荷インピーダンスZpが高い場合であっても不都合は生じにくい。
(2)特に、受電機器21は、インピーダンスが可変に構成されたDC/DCコンバータ25を備え、当該DC/DCコンバータ25によって変換インピーダンスZqが可変制御される構成となっている。これにより、バッテリ22とは別に伝送判定用の抵抗を設け、伝送判定時には、受電器23によって受電された交流電力の出力先を上記伝送判定用の抵抗に切り替えるといったことをすることなく、伝送判定を好適に行うことができる。
(3)受電機器21は、DC/DCコンバータ25に入力される直流電力の電流値Iを検出する電流センサ50を備えている。伝送判定は、電流センサ50によって検出される電流値Iが予め定められた閾値電流値Ith以上であるか否かの判定である。そして、受電側コントローラ26は、上記電流値Iが閾値電流値Ith以上である場合に、電力伝送が行われていると判定する。
ここで、閾値電流値Ithは、送電器13と受電器23との間で電力伝送が行われない場合の電流値I(すなわち0(A))よりも高く、伝送判定電力P1の出力条件下において送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である場合の電流値Iよりも低い値に設定される必要がある。この場合、電流値Iの変動量が小さいと、閾値電流値Ithの設定が困難となったり、伝送判定にて誤判定が生じ易くなったりするといった不都合が生じ得る。
これに対して、本実施形態では、伝送判定時には積極的に変換インピーダンスZqを低くすることによって、上記電流値Iの変動量が大きくなっている(δI1>δI2)。これにより、閾値電流値Ithを比較的高く、例えば伝送判定電力P1の出力条件下において変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2であって送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である場合の電流値I2よりも高く設定できる。よって、上記不都合を抑制することができる。
(4)受電機器21は車両100に搭載されており、受電側コントローラ26は、伝送判定の判定結果に基づいて、車両100の位置決めを行う。詳細には、受電側コントローラ26は、車両100の移動中に伝送判定を行い、当該伝送判定の判定結果が肯定判定となったことに基づいて、車両100が停止するための車両停止処理を実行する。これにより、送電器13から受電器23への電力伝送が行われる位置に車両100を配置することができる。
(5)受電側コントローラ26は、伝送判定の判定結果が肯定判定となり、且つ、車両100が停止していることに基づいて、通常充電電力P2の電力伝送を行う。これにより、車両100が移動している状態で通常充電電力P2の電力伝送が行われることを回避できる。
(6)負荷としてのバッテリ22のインピーダンスである負荷インピーダンスZLは、当該バッテリ22への入力電力値に応じて変動する。受電側コントローラ26は、通常充電電力P2の電力伝送が行われている状況(通常充電中)において押し込み充電条件が成立した場合には、通常充電電力P2とは異なる電力値の押し込み充電電力P3の電力伝送(押し込み充電)を行う。これにより、バッテリ22の充電を好適に行うことができる。
かかる構成において、受電側コントローラ26は、通常充電電力P2の電力伝送が行われる場合と押し込み充電電力P3の電力伝送が行われる場合とで負荷インピーダンスZLが変動することに対応させて、DC/DCコンバータ25のインピーダンスの可変制御を行う。詳細には、受電側コントローラ26は、交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合と押し込み充電電力P3が出力される場合とで変換インピーダンスZqが変動しないように、負荷インピーダンスZLの変動に対応させてデューティ比の可変制御を行う。これにより、交流電源12の出力電力値が変動した場合であっても、変換インピーダンスZqを一定値(変換インピーダンスZq2)に近づけることができる。よって、交流電源12から出力される交流電力が通常充電電力P2から押し込み充電電力P3に変更されることによって生じ得る不都合、例えば負荷インピーダンスZLの変動に起因する伝送効率の低下等といった悪影響を抑制することができる。
特に、DC/DCコンバータ25という1つの構成によって、(1)の効果と、上述した効果との双方を得ることができる。換言すれば、通常充電と押し込み充電との双方を好適に行うための構成であるDC/DCコンバータ25を用いて、伝送判定を好適に行うことができるとも言える。これにより、構成の更なる簡素化を図ることができる。
(7)受電機器21は、受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが所望の値(例えば特定抵抗値Rout)に近づくようにインピーダンス変換する2次側インピーダンス変換器32を備えている。当該2次側インピーダンス変換器32の定数は、変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2である場合に対応させて設定されている。これにより、通常充電電力P2の電力伝送時において伝送効率の向上を図ることができる。一方、交流電源12から出力される交流電力が通常充電電力P2から押し込み充電電力P3に変更されることに起因して変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2からずれると、受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが所望の値からずれてしまい、伝送効率が低下する。
これに対して、本実施形態では、上述した通り、交流電源12から出力される交流電力が通常充電電力P2から押し込み充電電力P3に変更された場合であっても、変換インピーダンスZqは第2変換インピーダンスZq2に近づいている。これにより、交流電源12から出力される交流電力が通常充電電力P2から押し込み充電電力P3に変更されたことに起因する伝送効率の低下を抑制できる。
(8)交流電源12が各電力P2,P3を出力可能な電源負荷インピーダンスZpを特定電源負荷インピーダンスZtとすると、送電機器11は、交流電源12と送電器13との間に設けられ、電源負荷インピーダンスZpが特定電源負荷インピーダンスZtに近づくようにインピーダンス変換を行う1次側インピーダンス変換器31を備えている。
ここで、1次側インピーダンス変換器31の定数は、受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routであり、且つ、送電器13及び受電器23の相対位置が基準位置である状況における送電器13の入力インピーダンスに対応させて設定されている。このため、通常充電時と押し込み充電時とで変換インピーダンスZqが変動することによって受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが特定抵抗値Routからずれると、その分だけ電源負荷インピーダンスZpが特定電源負荷インピーダンスZtからずれる。この場合、上記相対位置の変動だけでなく、変換インピーダンスZqの変動にも対応させて、交流電源12の仕様(最小出力電圧値及び定格電圧値や、最小出力電流値及び定格電流値等)を設定する必要が生じ得る。すると、交流電源12として、出力電圧値及び出力電流値の可変幅が広いものを採用する必要が生じ、交流電源12の大型化やコストの増大化が懸念される。
これに対して、本実施形態では、上述した通り、通常充電時と押し込み充電時とにおける変換インピーダンスZqの変動が抑制されているため、通常充電時と押し込み充電時とにおける変換インピーダンスZqの変動を考慮して、交流電源12の仕様を設定する必要がない。これにより、交流電源12の大型化等を抑制できる。
(9)受電機器21は、受電器23によって受電された交流電力を整流する整流器24を備えている。DC/DCコンバータ25は、整流器24とバッテリ22との間に設けられ、周期的にON/OFFするスイッチング素子45を有している。そして、受電側コントローラ26は、スイッチング素子45のON/OFFのデューティ比を可変制御することにより、DC/DCコンバータ25のインピーダンスを可変制御する。これにより、変換インピーダンスZqの可変制御を比較的容易に行うことができる。
ここで、負荷としてバッテリ22が採用され、インピーダンス変換部としてDC/DCコンバータ25が採用される場合、DC/DCコンバータ25の入力電圧値は、送電器13及び受電器23の相対位置ではなく、バッテリ電圧とデューティ比とによって規定される。このため、DC/DCコンバータ25の入力電圧値に基づいて伝送判定を行うことは困難である。
これに対して、本構成によれば、伝送判定は、上記相対位置に応じて変動するパラメータの一種として、DC/DCコンバータ25に入力される直流電力の電流値Iに基づいて行われる。これにより、負荷としてバッテリ22が採用され、インピーダンス変換部としてDC/DCコンバータ25を採用されている構成において、伝送判定を好適に行うことができる。
(10)電流センサ50は、DC/DCコンバータ25に入力される直流電力の電流値Iを検出する。これにより、交流電力の電流値Iを検出する構成と比較して、電流センサ50の構成の簡素化を図ることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 伝送判定電力P1の電力値と押し込み充電電力P3の電力値とは同一であってもよいし、伝送判定電力P1の電力値が押し込み充電電力P3の電力値よりも大きくてもよい。但し、電力損失の観点に着目すれば、伝送判定電力P1の電力値は、押し込み充電電力P3の電力値よりも小さい方が好ましい。また、通常充電電力P2よりも電力値が大きい交流電力を第3交流電力として採用してもよい。
○ 伝送判定電力P1の電力値と押し込み充電電力P3の電力値とは同一であってもよいし、伝送判定電力P1の電力値が押し込み充電電力P3の電力値よりも大きくてもよい。但し、電力損失の観点に着目すれば、伝送判定電力P1の電力値は、押し込み充電電力P3の電力値よりも小さい方が好ましい。また、通常充電電力P2よりも電力値が大きい交流電力を第3交流電力として採用してもよい。
○ 2次側インピーダンス変換器32の定数が可変に構成されていてもよい。この場合、受電側コントローラ26は、伝送判定が行われる場合の2次側インピーダンス変換器32の定数が、通常充電電力P2の電力伝送が行われる場合の2次側インピーダンス変換器32の定数よりも低くなるように上記定数の可変制御を行ってもよい。本別例においては、2次側インピーダンス変換器32が「インピーダンス変換部」に対応する。
なお、上記別例においては、DC/DCコンバータ25を省略してもよい。この場合、通常充電時と押し込み充電時とで受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが一定となるように2次側インピーダンス変換器32の定数の可変制御が行われるとよい。
○ 上記別例における2次側インピーダンス変換器32の具体的な構成は任意である。例えば、可変インダクタ及び可変キャパシタの少なくとも一方を備えている構成でもよいし、異なる定数のLC回路を複数備えるとともに、上記複数のLC回路のうちいずれかを介して電力伝送が行われるように電力伝送経路を切り替える切替リレーを備えている構成でもよい。
○ 負荷はバッテリ22に限られず任意である。例えば、負荷は、電気二重層キャパシタであってもよいし、入力電力値に関わらずインピーダンスが固定のものであってもよい。さらに、負荷は、受電器23によって受電された交流電力が入力されるものであって、当該交流電力によって駆動される駆動装置であってもよい。この場合、整流器24を省略するとよい。要は、負荷は、受電器23によって受電された交流電力又はその交流電力を変換することによって得られる直流電力が入力されるものであればよい。
○ 電流センサ50は、受電器23によって受電された交流電力の電流値Iを検出し、その電流値Iに基づいて伝送判定が行われてもよい。なお、この場合、電流値Iは例えば実効値である。要は、電流センサ50は、受電器23からDC/DCコンバータ25までの電力伝送経路上の電流値Iを検出すればよく、伝送判定は上記電流センサ50の検出結果に基づいて行われればよい。
○ 伝送判定は、電流値Iを用いて算出されるパラメータ(例えば電力値等)に基づいて行われてもよい。すなわち、電流値Iに基づく伝送判定とは、電流値Iだけでなく、電流値Iから算出されるパラメータに基づくものを含む。
○ 実施形態では、伝送判定は、車両100の移動中に行われていたが、これに限られず、車両100の停止中に行われてもよい。この場合、受電側コントローラ26は、電流値Iが閾値電流値Ith以上である場合には、通常充電電力P2の電力伝送を行う一方、電流値Iが閾値電流値Ith未満である場合には、車両100を移動させる旨の報知を行うとよい。
また、例えば、車両100に駐車補助機能が搭載されている場合、伝送判定は、当該駐車補助機能によって車両100の駐車が完了したことに基づいて実行される構成であってもよい。この場合、受電側コントローラ26は、電流値Iが閾値電流値Ith未満である場合には、何らかの異常が生じている旨の報知を行い、その後の処理を中止してもよい。何らかの異常とは、例えば送電器13と受電器23との間に異物が存在している場合、駐車補助機能が正常に動作しなかった場合等が考えられる。
○ 押し込み充電(押し込み充電電力P3の電力伝送)を省略してもよい。詳細には、ステップS107〜ステップS109の処理とステップS205及びステップS206の処理とを省略してもよい。
○ 通常充電デューティ比D2は予め定められていたが、これに限られない。例えば、受電側コントローラ26は、送電器13と受電器23との相対位置の変動に対応させて通常充電デューティ比D2を設定してもよい。詳細には、受電側コントローラ26は、まずデューティ比を通常充電デューティ比D2の基準値に設定する。基準値とは、例えば送電器13と受電器23との相対位置が基準位置にあって交流電源12から通常充電電力P2が出力される場合に変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2となる値である。
その後、受電側コントローラ26は、交流電源12から通常充電電力P2が出力されている状況において変換インピーダンスZqを算出し、その算出された変換インピーダンスZqに基づいてデューティ比のフィードバック制御を行うことにより、デューティ比を、上記相対位置に対応した通常充電デューティ比D2に設定する。詳述すると、DC/DCコンバータ25の入力電圧値は、バッテリ電圧とデューティ比とによって規定される。このため、受電側コントローラ26は、現状のデューティ比を把握することにより、DC/DCコンバータ25の入力電圧値を把握する。また、受電側コントローラ26は、電流センサ50の検出結果に基づいて、DC/DCコンバータ25の入力電流値(電流値I)を把握する。そして、受電側コントローラ26は、これらのパラメータから変換インピーダンスZqを算出し、算出された変換インピーダンスZqが第2変換インピーダンスZq2となるようにデューティ比の可変制御を行う。これにより、送電器13と受電器23との相対位置が基準位置からずれている場合であっても、変換インピーダンスZqを第2変換インピーダンスZq2にすることができる。
○ 位置ずれ許容範囲は、例えば送電器13及び受電器23間の伝送効率が予め定められた閾値伝送効率以上となる範囲としてもよいし、送電器13から予め定められた特定距離以内の範囲としてもよい。
○ DC/DCコンバータ25の具体的な回路構成は、実施形態のものに限られず任意であり、例えばスイッチング素子を複数有する構成であってもよい。また、DC/DCコンバータ25は、昇圧型に限られず、降圧型又は昇降圧型であってもよい。
○ 送電側コントローラ14が伝送判定を行ってもよい。この場合、受電側コントローラ26は、電流センサ50の検出結果を送電側コントローラ14に送信するとよい。この場合、送電側コントローラ14は、伝送判定の判定結果が肯定判定であることに基づいて、通常充電電力P2の出力を開始し、且つ、デューティ比を通常充電デューティ比D2にするよう要求する要求信号を受電側コントローラ26に送信してもよい。受電側コントローラ26は、上記要求信号を受信したことに基づいて、通常充電デューティ比D2でスイッチング素子45を周期的にON/OFFさせるとよい。
すなわち、伝送判定の実行主体、及び、インピーダンス変換部のインピーダンス(デューティ比)の可変制御の実行主体は、受電側コントローラ26に限られず、送電側コントローラ14であってもよいし、各コントローラ14,26とは別の専用コントローラであってもよい。換言すれば、伝送判定部及び電力伝送部は、送電機器11及び受電機器21のいずれに設けられていてもよい。
○ 各インピーダンス変換器31,32の具体的な回路構成は任意である。例えば、1次側インピーダンス変換器31は、第1インダクタ31bを省略した逆L型のLC回路等であってもよいし、2次側インピーダンス変換器32は、第2インダクタ32bを省略したL型のLC回路等であってもよい。また、各インピーダンス変換器31,32は、π型、T型などであってもよい。
○ 1次側インピーダンス変換器31の定数が可変に構成されていてもよい。
○ 送電機器11に設けられるインピーダンス変換器の数、及び、受電機器21に設けられるインピーダンス変換器の数は任意であり、例えば2以上であってもよい。
○ 送電機器11に設けられるインピーダンス変換器の数、及び、受電機器21に設けられるインピーダンス変換器の数は任意であり、例えば2以上であってもよい。
○ 交流電源12が電力源である構成において、各インピーダンス変換器31,32は、インピーダンス整合を行うものであってもよい。例えば、2次側インピーダンス変換器32は、受電器23の出力端からバッテリ22までのインピーダンスが受電器23の出力端から交流電源12までのインピーダンスと整合するようにインピーダンス変換を行うものであってもよい。
○ また、1次側インピーダンス変換器31は、力率が改善される(リアクタンスが0に近づく)ようにインピーダンス変換を行うものであってもよい。
○ 各インピーダンス変換器31,32の少なくとも一方を省略してもよい。
○ 各インピーダンス変換器31,32の少なくとも一方を省略してもよい。
○ 交流電源12は、電圧源であったが、電力源、電流源であってもよい。
○ 送電器13の共振周波数と受電器23の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 送電器13の共振周波数と受電器23の共振周波数とは同一に設定されていたが、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 送電器13と受電器23とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。
○ 各コンデンサ13b,23bを省略してもよい。この場合、各コイル13a,23aの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
○ 各コンデンサ13b,23bを省略してもよい。この場合、各コイル13a,23aの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
○ 実施形態では、1次側コイル13aと1次側コンデンサ13bとは並列に接続されていたが、これに限られず、両者は直列に接続されていてもよい。同様に、2次側コイル23aと2次側コンデンサ23bとは、直列に接続されていてもよい。
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 送電器13は、1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bを含む共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する1次側結合コイルとを有してもよい。同様に、受電器23は、2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bを含む共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する2次側結合コイルとを有してもよい。
○ 送電器13は、1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bを含む共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する1次側結合コイルとを有してもよい。同様に、受電器23は、2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bを含む共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する2次側結合コイルとを有してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
(イ)前記第2交流電力の電力伝送と前記第3交流電力の電力伝送とで、前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが変動しないように、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御が行われる請求項3に記載の受電機器。
(イ)前記第2交流電力の電力伝送と前記第3交流電力の電力伝送とで、前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが変動しないように、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御が行われる請求項3に記載の受電機器。
(ロ)前記インピーダンス変換部は第1インピーダンス変換部であり、前記受電機器は、前記2次側コイルと前記第1インピーダンス変換部との間に設けられた第2インピーダンス変換部を備え、前記第2インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合における前記第1インピーダンス変換部の入力インピーダンスに対応させて設定されている請求項1〜4及び(イ)のうちいずれか一項に記載の受電機器。実施形態における第2変換インピーダンスZq2が「前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合における前記第1インピーダンス変換部の入力インピーダンス」に対応する。
(ハ)前記伝送判定は、前記電流値が予め定められた閾値電流値以上であるか否かの判定である請求項1〜4及び(イ)、(ロ)のうちいずれか一項に記載の受電機器。
10…非接触電力伝送装置、11…送電機器、12…交流電源、13a…1次側コイル、21…受電機器、22…バッテリ、23a…2次側コイル、24…整流器(AC/DC変換部)、25…DC/DCコンバータ(インピーダンス変換部)、26…受電側コントローラ、45…スイッチング素子、50…電流センサ、100…車両、Zq…変換インピーダンス、Zq1…第1変換インピーダンス、Zq2…第2変換インピーダンス。
Claims (5)
- 電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と前記交流電力が入力される1次側コイルとを有する送電機器から非接触で前記交流電力を受電可能な受電機器において、
前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な2次側コイルと、
前記2次側コイルによって受電された交流電力又は当該交流電力を変換することによって得られる直流電力が入力される負荷と、
前記2次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス変換部と、
を備え、
前記交流電源から前記交流電力として第1交流電力が出力されている場合に、前記2次側コイルから前記インピーダンス変換部までの電力伝送経路上の電流値に基づいて、前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定が行われ、
前記伝送判定により前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、前記1次側コイルから前記2次側コイルに向けて、前記第1交流電力よりも電力値が大きい第2交流電力の電力伝送が行われ、
前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記第1交流電力を用いた前記伝送判定が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも低くなるように設定されることを特徴とする受電機器。 - 前記受電機器は移動体に搭載されており、
前記伝送判定の判定結果に基づいて、前記移動体の位置決めが行われる請求項1に記載の受電機器。 - 前記負荷のインピーダンスは、当該負荷への入力電力値に応じて変動するものであり、
前記第2交流電力の電力伝送が行われている状況において予め定められた電力値変更条件が成立した場合には、前記1次側コイルから前記2次側コイルに向けて、前記第2交流電力とは異なる電力値の第3交流電力の電力伝送が行われ、
前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合と前記第3交流電力の電力伝送が行われる場合とで前記負荷のインピーダンスが変動することに対応させて、前記インピーダンス変換部のインピーダンスの可変制御が行われる請求項1又は請求項2に記載の受電機器。 - 前記2次側コイルによって受電された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換部を備え、
前記負荷はバッテリであり、
前記インピーダンス変換部は、前記AC/DC変換部と前記バッテリとの間に設けられ、周期的にON/OFFするスイッチング素子を有するDC/DCコンバータであり、
前記DC/DCコンバータの入力インピーダンスは、前記スイッチング素子のON/OFFのデューティ比が可変制御されることにより可変となる請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の受電機器。 - 電力値が異なる複数種類の交流電力を出力可能な交流電源と、
前記交流電力が入力される1次側コイルと、
前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電可能な2次側コイルと、
前記2次側コイルによって受電された交流電力又は当該交流電力を変換することによって得られる直流電力が入力される負荷と、
前記2次側コイルと前記負荷との間に設けられ、インピーダンスが可変に構成されたインピーダンス変換部と、
前記交流電源から前記交流電力としての第1交流電力が出力されている場合に、前記2次側コイルから前記インピーダンス変換部までの電力伝送経路上の電流値に基づいて、前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われているか否かを判定する伝送判定を行う伝送判定部と、
前記伝送判定部により前記1次側コイルと前記2次側コイルとの間で電力伝送が行われていると判定されたことに基づいて、前記1次側コイルから前記2次側コイルに向けて、前記第1交流電力よりも電力値が大きい第2交流電力の電力伝送を行う電力伝送部と、
を備え、
前記インピーダンス変換部のインピーダンスは、前記伝送判定部による前記伝送判定が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスが前記電力伝送部による前記第2交流電力の電力伝送が行われる場合の前記インピーダンス変換部の入力インピーダンスよりも低くなるように設定されることを特徴とする非接触電力伝送装置。
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JP2014136004A JP2016015808A (ja) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | 受電機器及び非接触電力伝送装置 |
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- 2014-07-01 JP JP2014136004A patent/JP2016015808A/ja active Pending
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