JP2016187272A - 車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】回生電力の有効活用を図ることができる車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両を提供すること。【解決手段】車両用電源装置10は、変換スイッチング素子Qt1,Qt2を有するものであってメイン蓄電装置101の直流電力の電圧値変換を行うDC/DCコンバータ11と、相スイッチング素子Qu1〜Qw2を有するものであって、DC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力を、モータジェネレータ102を駆動させる交流の駆動電力に変換する電力変換を行うインバータ12とを備えている。ここで、車両用電源装置10は、回生電力を用いてメイン蓄電装置101の充電を行う充電モードと、回生電力を送電用電力に変換し、当該送電用電力を受電装置40に非接触で送電する非接触送電モードとを備えている。【選択図】図1
Description
本発明は、車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両に関する。
従来から、蓄電装置からの直流電力を、車両に搭載された発電電動機を駆動させる交流の駆動電力に変換する車両用電源装置が知られている(例えば特許文献1参照)。特許文献1には、蓄電装置の直流電力を昇降圧するDC/DCコンバータと、DC/DCコンバータによって電圧値変換された直流電力を駆動電力に変換するインバータと、蓄電装置とDC/DCコンバータとの間に設けられた切替部としてのリレーとを備えている車両用電源装置について記載されている。また、特許文献1には、車両の回生制動時において発電電動機によって回生電力が発生する点が記載されている。
ここで、例えば回生電力が蓄電装置の充電に用いられる構成においては、蓄電装置が満充電状態となることに基づいて、それ以上回生電力が蓄電装置に入力されないようにリレーが遮断状態となる場合がある。この場合、回生が停止される。このため、回生電力を有効に活用することができない。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は回生電力の有効活用を図ることができる車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両を提供することである。
上記目的を達成する車両用電源装置は、蓄電装置を備え、当該蓄電装置の直流電力を、車両に搭載された発電電動機を駆動させる交流の駆動電力に変換するものであって、第1スイッチング素子を有するものであって、前記蓄電装置の直流電力の電圧値変換を行うDC/DCコンバータと、第2スイッチング素子を有するものであって、前記DC/DCコンバータによって電圧値変換された直流電力を前記駆動電力に変換する電力変換を行うインバータと、予め定められた周波数を有する交流の送電用電力が入力された場合に、受電側コイルを有する受電装置の前記受電側コイルに非接触で前記送電用電力を送電可能なコイルと、を備え、前記車両用電源装置は、前記蓄電装置と前記DC/DCコンバータとの間に設けられた切替部が前記蓄電装置と前記DC/DCコンバータとを電気的に接続する接続状態である場合に実行されるモードであって、前記発電電動機にて発生した回生電力を用いて前記蓄電装置の充電を行う充電モードと、前記切替部が前記蓄電装置と前記DC/DCコンバータとを電気的に遮断する遮断状態である場合に実行されるモードであって、前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換し、当該送電用電力が前記コイルに入力されることにより、前記受電側コイルに対して非接触で前記送電用電力を送電する非接触送電モードと、を備えていることを特徴とする。
かかる構成によれば、充電モード時には、回生電力を用いて蓄電装置の充電を行うことができる。また、非接触送電モード時には、回生電力が送電用電力に変換され、当該送電用電力がコイルに入力されることにより、送電用電力が、コイルから受電側コイルに向けて非接触で送電される。よって、受電装置において、受電側コイルによって受電された受電電力を使用することを通じて、回生電力の有効活用を図ることができる。
特に、本構成によれば、送電用電力が非接触で受電装置に送電されるため、車両用電源装置と受電装置とを接続する配線を省略することができる。これにより、回生電力の有効活用を図る上で生じ易い不都合である配線の複雑化を抑制できる。
また、既存の構成である第1スイッチング素子又は第2スイッチング素子を用いて、回生電力が送電用電力に変換されるため、変換するための構成を別途設ける必要がない。これにより、回生電力の有効活用を図るための構成の複雑化を抑制できる。
上記車両用電源装置について、前記コイルは、前記DC/DCコンバータを構成するものであって、前記電圧値変換に用いられる変換コイルであり、前記車両用電源装置は、前記非接触送電モードでは、前記第1スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換するとよい。
かかる構成によれば、変換コイルが、受電側コイルに対して送電用電力を非接触で送電するためのコイルとして用いられている。これにより、送電用のコイルを別途設ける必要がないため、回生電力の有効活用を図るための構成の複雑化を抑制できる。
上記車両用電源装置について、前記DC/DCコンバータは、前記変換コイルに接続された変換キャパシタを有し、前記送電用電力の周波数は、前記変換コイルと前記変換キャパシタとを含む変換共振回路の共振周波数に対応する周波数に設定されているとよい。
かかる構成によれば、非接触送電モードにおいて、回生電力を変換することによって得られた送電用電力の電力値と、受電側コイルによって受電された受電電力の電力値との比率である電力伝送効率の向上を図ることができるため、より無駄なく回生電力の有効活用を図ることができる。
上記車両用電源装置について、前記充電モード時の前記第1スイッチング素子のスイッチング周波数は、前記送電用電力の周波数よりも前記変換共振回路の共振周波数からずれているとよい。
かかる構成によれば、非接触送電モード時よりも充電モード時の方が、変換共振回路から受電装置に向かう非接触の電力伝送が行われにくい。これにより、充電モード時において、意図しない受電装置への非接触の電力伝送が行われ、損失が大きくなるといった不都合を抑制できる。
上記車両用電源装置について、前記DC/DCコンバータは、前記電圧値変換に用いられる変換コイルを有し、前記コイルは、前記変換コイルとは別に設けられた送電用コイルであり、前記車両用電源装置は、前記非接触送電モードでは、前記第2スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換し、当該送電用電力が前記送電用コイルに入力されるように構成されているとよい。
かかる構成によれば、第2スイッチング素子によって回生電力が送電用電力に変換される。そして、送電用電力が送電用コイルに入力されることにより、送電用電力が、送電用コイルから受電側コイルに向けて非接触で送電される。よって、上述した効果を得ることができる。また、送電用コイルとしては電圧値変換を行う必要がないため、送電用コイルのインダクタンス等の設計の自由度の向上を図ることができる。
上記目的を達成する車両用駆動装置は、上述した車両用電源装置と、前記発電電動機と、を備えていることを特徴とする。
かかる構成によれば、蓄電装置の直流電力を用いて発電電動機を駆動させることができるとともに、発電電動機によって発生した回生電力を有効に活用することができる。
かかる構成によれば、蓄電装置の直流電力を用いて発電電動機を駆動させることができるとともに、発電電動機によって発生した回生電力を有効に活用することができる。
上記目的を達成する車両は、上述した車両用駆動装置と、前記受電装置と、を備え、前記車両用電源装置は、前記コイルに接続されたものであって前記コイルと協働して送電側共振回路を構成する送電側キャパシタを有し、前記受電装置は、前記受電側コイルに接続された受電側キャパシタと、前記受電側コイル及び前記受電側キャパシタを含む受電側共振回路の共振周波数を可変させる周波数可変部と、を備えているとよい。
かかる構成によれば、車両において回生電力の有効活用を図ることができる。また、受電側共振回路の共振周波数を可変させることにより、送電側共振回路から受電側共振回路への意図しない非接触の電力伝送を抑制できる。
この発明によれば、回生電力の有効活用を図ることができる。
(第1実施形態)
以下、車両用電源装置及び当該車両用電源装置が搭載された車両の第1実施形態について説明する。
以下、車両用電源装置及び当該車両用電源装置が搭載された車両の第1実施形態について説明する。
図1に示すように、車両100は、メイン蓄電装置(蓄電装置)101を含む車両用電源装置10と、発電電動機としてのモータジェネレータ102とを有する車両用駆動装置20を備えている。モータジェネレータ102は、例えば車両100の走行に用いられるものである。詳細には、車両100は、モータジェネレータ102によって発生した駆動力が動力伝達ギア(図示略)等を介して駆動輪103に伝達するように構成されている。
モータジェネレータ102は、u相コイル102u、v相コイル102v及びw相コイル102wを有する三相交流回転電動機である。各相コイル102u〜102wは例えばY結線されている。なお、各相コイル102u〜102wはデルタ結線であってもよい。モータジェネレータ102は、車両用電源装置10から駆動電力が入力された場合には駆動力を発生させる一方、車両100の回生制動時には駆動輪103の回転によって発電して回生電力を生成する。
メイン蓄電装置101は、直流電力を放電可能であり、且つ、直流電力が入力されることにより充電可能なものである。メイン蓄電装置101としては、例えば二次電池や、電気二重層キャパシタなどが考えられる。
車両用電源装置10は、メイン蓄電装置101からの直流電力を、モータジェネレータ102を駆動させる交流の駆動電力に変換するものである。以下、車両用電源装置10について詳細に説明する。
図1に示すように、車両用電源装置10は、メイン蓄電装置101の直流電力の電圧値変換を行うDC/DCコンバータ11と、DC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力を駆動電力に変換する電力変換を行うインバータ12とを備えている。
DC/DCコンバータ11は、車両100(詳細には車両用電源装置10)に設けられた切替部としてのコンタクタ104を介して、メイン蓄電装置101に接続されている。インバータ12は、DC/DCコンバータ11とモータジェネレータ102との間に設けられており、DC/DCコンバータ11とモータジェネレータ102との双方に接続されている。メイン蓄電装置101の直流電力を用いてモータジェネレータ102を駆動させる場合には、メイン蓄電装置101→DC/DCコンバータ11→インバータ12→モータジェネレータ102という電力伝送経路にて電力伝送が行われる。
DC/DCコンバータ11は、所謂昇降圧型であり、メイン蓄電装置101に対して直列に接続された変換コイル(チョークコイル)21と、メイン蓄電装置101に対して並列に接続された変換キャパシタ22とを備えている。変換キャパシタ22は、変換コイル21よりもメイン蓄電装置101側に配置されている。本実施形態では、変換コイル21が「コイル」に対応する。
そして、DC/DCコンバータ11は、第1スイッチング素子として2つの変換スイッチング素子Qt1,Qt2を有している。変換スイッチング素子Qt1,Qt2は、例えばパワースイッチング素子の一例であるIGBTで構成されており、両者は互いに直列に接続されている。詳細には、第1変換スイッチング素子Qt1のエミッタと第2変換スイッチング素子Qt2のコレクタとが変換接続線Ltによって接続されている。変換コイル21の一端は、コンタクタ104を介してメイン蓄電装置101の+端子に接続されているとともに、変換キャパシタ22の一端に接続されており、変換コイル21の他端は上記変換接続線Ltに接続されている。この場合、変換コイル21と変換キャパシタ22とで変換共振回路23が構成されている。本実施形態では、変換共振回路23が「送電側共振回路」に対応する。換言すれば、変換キャパシタ22は、変換コイル21に接続されたものであって変換コイル21と協働して送電側共振回路を構成するものとも言える。
かかる構成によれば、各変換スイッチング素子Qt1,Qt2が予め定められた変換用周波数f1で交互にON/OFFすることにより、電圧値変換が行われる。この場合、変換される電圧値は、各変換スイッチング素子Qt1,Qt2のON/OFFのデューティ比に依存する。
ちなみに、本実施形態では、モータジェネレータ102の駆動電力の電圧値は、メイン蓄電装置101の直流電圧値よりも高く設定されている。このため、DC/DCコンバータ11は、モータジェネレータ102の駆動電力を生成する場合には、メイン蓄電装置101の直流電圧値を昇圧する。
ここで、変換コイル21のインダクタンス、及び、変換キャパシタ22のキャパシタンスは、メイン蓄電装置101の直流電圧値からモータジェネレータ102の駆動電力の電圧値を生成することができるように、両電圧値の差及び変換用周波数f1に対応させて設定されている。
なお、DC/DCコンバータ11は、変換スイッチング素子Qt1,Qt2に対して並列に接続された還流ダイオードDt1,Dt2を備えている。当該還流ダイオードDt1,Dt2は、変換スイッチング素子Qt1,Qt2とは別に設けられている構成であってもよいし、変換スイッチング素子Qt1,Qt2がIGBTで構成されている場合には当該変換スイッチング素子Qt1,Qt2の寄生ダイオードで構成されてもよい。後述する還流ダイオードDu1〜Dw2についても同様である。
図1に示すように、インバータ12は、第2スイッチング素子として、u相コイル102uに対応するu相スイッチング素子Qu1,Qu2と、v相コイル102vに対応するv相スイッチング素子Qv1,Qv2と、w相コイル102wに対応するw相スイッチング素子Qw1,Qw2と、を備えている。つまり、インバータ12は、所謂三相インバータである。各相スイッチング素子Qu1,Qu2,Qv1,Qv2,Qw1,Qw2(以降単に各相スイッチング素子Qu1〜Qw2と示す)は例えばパワースイッチング素子の一例であるIGBTで構成されている。また、インバータ12は、相スイッチング素子Qu1〜Qw2に対して並列に接続された還流ダイオードDu1〜Dw2を有している。
両u相スイッチング素子Qu1,Qu2はu相接続線Luを介して互いに直列に接続されている。詳細には、上アームに対応する第1u相スイッチング素子Qu1のエミッタと、下アームに対応する第2u相スイッチング素子Qu2のコレクタとがu相接続線Luによって接続されている。そして、インバータ12は、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2の直列接続体に対して、DC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力が入力されるように構成されている。詳細には、第1u相スイッチング素子Qu1のコレクタが、DC/DCコンバータ11の第1変換スイッチング素子Qt1のコレクタに接続されており、第2u相スイッチング素子Qu2のエミッタが、DC/DCコンバータ11の第2変換スイッチング素子Qt2のエミッタに接続されている。そして、車両用電源装置10は、u相接続線Luと、インバータ12に設けられたものであってu相コイル102uに接続されたu相端子12uと、を接続するu相配線Cuを備えている。
v相スイッチング素子Qv1,Qv2も同様に、v相接続線Lvを介して互いに直列に接続されており、その直列接続体にはDC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力が入力される。そして、車両用電源装置10は、v相接続線Lvと、インバータ12に設けられたものであってv相コイル102vに接続されたv相端子12vと、を接続するv相配線Cvを備えている。
また、w相スイッチング素子Qw1,Qw2も同様に、w相接続線Lwを介して互いに直列に接続されており、その直列接続体にはDC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力が入力される。そして、車両用電源装置10は、w相接続線Lwと、インバータ12に設けられたものであってw相コイル102wに接続されたw相端子12wと、を接続するw相配線Cwを備えている。
かかる構成によれば、DC/DCコンバータ11から直流電力がインバータ12に入力されている場合には、各相スイッチング素子Qu1〜Qw2が予め定められた周波数でON/OFFすることにより、直流電力が駆動電力に変換され、当該駆動電力がモータジェネレータ102に向けて出力される。
切替部としてのコンタクタ104は、メイン蓄電装置101とDC/DCコンバータ11との間に設けられている。コンタクタ104は、メイン蓄電装置101とDC/DCコンバータ11とを電気的に接続するON状態、又は、メイン蓄電装置101とDC/DCコンバータ11とを電気的に遮断するOFF状態に切り替わる。ON状態とは接続状態とも導通状態とも言えるし、OFF状態とは遮断状態とも非導通状態とも言える。ON状態及びOFF状態については、他のスイッチング素子についても同様である。
図1に示すように、車両用電源装置10は、DC/DCコンバータ11とインバータ12との間に設けられた平滑コンデンサ31を有している。詳細には、平滑コンデンサ31は、DC/DCコンバータ11の両変換スイッチング素子Qt1,Qt2の直列接続体と、インバータ12の両u相スイッチング素子Qu1,Qu2の直列接続体との間に設けられており、両直列接続体の双方に対して並列に接続されている。平滑コンデンサ31は、DC/DCコンバータ11から電圧値変換された直流電力が出力されている場合には当該直流電力を平滑化する。
ちなみに、本実施形態では、平滑コンデンサ31のキャパシタンスは、変換キャパシタ22のキャパシタンスよりも大きく設定されている。但し、これに限られず、両者のキャパシタンスは同一であってもよいし、変換キャパシタ22のキャパシタンスの方が平滑コンデンサ31のキャパシタンスよりも大きくてもよい。なお、平滑コンデンサ31は、DC/DCコンバータ11の一部としてもよいし、インバータ12の一部としてもよい。
車両用電源装置10は、DC/DCコンバータ11及びインバータ12の双方を制御する制御部32を備えている。制御部32は、DC/DCコンバータ11の各変換スイッチング素子Qt1,Qt2のゲート、及び、インバータ12の各相スイッチング素子Qu1〜Qw2のゲートに接続されており、これらのON/OFFを個別に制御できる。また、本実施形態では、制御部32はコンタクタ104を制御可能に構成されている。
制御部32は、メイン蓄電装置101の直流電力を、モータジェネレータ102の駆動電力に変換する場合には、変換用周波数f1でDC/DCコンバータ11の両変換スイッチング素子Qt1,Qt2を交互にON/OFFさせるとともに、予め定められた周波数でインバータ12の各相スイッチング素子Qu1〜Qw2をON/OFFさせる。
ここで、車両用電源装置10は、モータジェネレータ102にて発生した回生電力を用いてメイン蓄電装置101の充電を行う充電モードを備えている。車両用電源装置10は、モータジェネレータ102にて回生電力が発生していることに基づいて、充電モードに移行する。制御部32は、充電モードでは、コンタクタ104をON状態に設定する。つまり、充電モードは、回生電力が発生しており、且つ、コンタクタ104がON状態である状況にて実行されるモードである。
なお、モータジェネレータ102にて回生電力が発生していることを検知する具体的な構成としては、例えばモータジェネレータ102からインバータ12に向けて流れる電流を検知し、その検知結果を制御部32に出力する電流センサ等が考えられる。
制御部32は、充電モードでは、インバータ12の各相スイッチング素子Qu1〜Qw2を全てOFF状態にする。これにより、モータジェネレータ102にて発生した回生電力は、還流ダイオードDu1〜Dw2によって整流されてDC/DCコンバータ11に入力される。
制御部32は、充電モードでは、変換用周波数f1でDC/DCコンバータ11の両変換スイッチング素子Qt1,Qt2を交互にON/OFFさせることにより、回生電力の電圧値を、メイン蓄電装置101の電圧値に降圧させる。これにより、メイン蓄電装置101が充電される。すなわち、充電モード時には、モータジェネレータ102→インバータ12→DC/DCコンバータ11→メイン蓄電装置101という電力伝送経路にて電力伝送が行われる。変換用周波数f1が、「充電モード時の前記第1スイッチング素子のスイッチング周波数」に対応する。
ちなみに、平滑コンデンサ31は、車両用電源装置10が充電モードである場合には、インバータ12によって整流された回生電力を平滑化する。
制御部32は、車両用電源装置10が充電モードである状況において、SOCセンサ等の検知部を用いて、定期的にメイン蓄電装置101の充電状態を把握する。制御部32は、メイン蓄電装置101の充電状態が満充電状態に達したことに基づいて、コンタクタ104をON状態からOFF状態に切り替える。そして、車両用電源装置10は、充電モードから、回生電力を予め定められた周波数f2の送電用電力に変換し、当該送電用電力を非接触で送電する非接触送電モードに移行する。つまり、非接触送電モードは、回生電力が発生しており、且つ、コンタクタ104がOFF状態である状況にて実行されるモードである。
制御部32は、車両用電源装置10が充電モードである状況において、SOCセンサ等の検知部を用いて、定期的にメイン蓄電装置101の充電状態を把握する。制御部32は、メイン蓄電装置101の充電状態が満充電状態に達したことに基づいて、コンタクタ104をON状態からOFF状態に切り替える。そして、車両用電源装置10は、充電モードから、回生電力を予め定められた周波数f2の送電用電力に変換し、当該送電用電力を非接触で送電する非接触送電モードに移行する。つまり、非接触送電モードは、回生電力が発生しており、且つ、コンタクタ104がOFF状態である状況にて実行されるモードである。
非接触送電モードについて詳細に説明すると、制御部32は、非接触送電モードでは、インバータ12によって整流された回生電力が送電用電力に変換されるように、周波数f2で両変換スイッチング素子Qt1,Qt2を交互にON/OFFさせる。これにより、回生電力が送電用電力に変換され、その変換された送電用電力が変換共振回路23(変換コイル21)に入力される。
なお、上記両変換スイッチング素子Qt1,Qt2の機能に着目すれば、非接触送電モード時における両変換スイッチング素子Qt1,Qt2は、D級アンプとも言える。
図1に示すように、車両100は、変換コイル21から非接触で送電用電力を受電可能な受電側コイル41を有する受電装置40を有している。受電装置40は、受電側コイル41に対して並列に接続された受電側キャパシタ42を有しており、受電側コイル41と受電側キャパシタ42とによって受電側共振回路43が構成されている。
図1に示すように、車両100は、変換コイル21から非接触で送電用電力を受電可能な受電側コイル41を有する受電装置40を有している。受電装置40は、受電側コイル41に対して並列に接続された受電側キャパシタ42を有しており、受電側コイル41と受電側キャパシタ42とによって受電側共振回路43が構成されている。
受電装置40は、受電側共振回路43の共振周波数fbを可変させる周波数可変部44を備えている。周波数可変部44は、例えば受電側キャパシタ42に対して並列に接続されたバイパス経路44aと、当該バイパス経路44a上に設けられた切替スイッチング素子44bとを有している。本実施形態では、制御部32は、上記切替スイッチング素子44bを制御可能に構成されている。
かかる構成によれば、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合、受電側共振回路43の共振周波数fbは、受電側コイル41のインダクタンスと受電側キャパシタ42のキャパシタンスとによって決まる。一方、切替スイッチング素子44bがON状態である場合、受電側キャパシタ42がショートするため、受電側共振回路43が構成されない。この場合、受電側共振回路43の共振周波数fbは、有限の数値とならない。つまり、周波数可変部44は、受電側共振回路43の共振周波数fbを、有限の数値ではない数値に変化させる態様を含む。
変換共振回路23と受電側共振回路43とは、磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、変換共振回路23の共振周波数faと、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合における受電側共振回路43の共振周波数fbとは同一に設定されている。そして、受電装置40は、両共振回路23,43間で非接触の電力伝送が可能な位置に配置されている。
なお、念のため説明すると、変換共振回路23の共振周波数faは、変換コイル21のインダクタンスをL1とし、変換キャパシタ22のキャパシタンスをC1とすると、1/(2π√(L1×C1))である。また、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合における受電側共振回路43の共振周波数fbは、受電側コイル41のインダクタンスをL2とし、受電側キャパシタ42のキャパシタンスをC2とすると、1/(2π√(L2×C2))である。
かかる構成において、制御部32は、充電モード時の方が非接触送電モード時よりも、受電側共振回路43の共振周波数fbが変換共振回路23の共振周波数faから離れるように受電側共振回路43の共振周波数fbを制御する。詳細には、制御部32は、充電モード時には、切替スイッチング素子44bをON状態に設定する。一方、制御部32は、非接触送電モード時には、切替スイッチング素子44bをOFF状態に設定する。
受電装置40は、負荷として、受電側共振回路43によって受電された受電電力が入力される整流器45と、整流器45によって整流された直流電力が入力されるサブ蓄電装置46とを備えている。サブ蓄電装置46は、受電電力によって充電されることとなる。つまり、回生電力は、サブ蓄電装置46の充電に用いられる。換言すれば、車両100(詳細には受電装置40)は、負荷として、メイン蓄電装置101とは別に設けられ、受電側コイル41によって受電された受電電力で充電されるサブ蓄電装置46を有していると言える。なお、受電側共振回路43によって受電された受電電力とは、負荷に入力される電力と等価である。
なお、図示しないが、サブ蓄電装置46にはスイッチング素子を介して別の負荷が接続されている。当該スイッチング素子がON状態である場合には、サブ蓄電装置46の直流電力が上記別の負荷に入力される。また、上記スイッチング素子は、受電側共振回路43によって送電用電力を受電している場合にはOFF状態となる。
ここで、変換共振回路23に入力される送電用電力の周波数f2と、回生電力から変換された送電用電力の電力値と受電側共振回路43(受電側コイル41)によって受電された受電電力の電力値との比率である電力伝送効率ηとの関係について説明する。なお、切替スイッチング素子44bはOFF状態とする。
図2に示すように、電力伝送効率ηは、送電用電力の周波数f2と、変換共振回路23の共振周波数faとが一致している場合に最大となり、変換共振回路23の共振周波数faから離れるに従って低下する。そして、電力伝送効率ηは、送電用電力の周波数f2が、変換共振回路23の共振周波数faよりも所定量δf以上だけ低い範囲では、ほぼ「0」となる。
すなわち、変換共振回路23(換言すれば変換コイル21)は、変換共振回路23の共振周波数fa(換言すれば切替スイッチング素子44bがOFF状態時の受電側共振回路43の共振周波数fb)に対応する周波数f2の送電用電力が入力された場合に、受電側共振回路43(受電側コイル41)に非接触で送電用電力を送電可能である。
ちなみに、変換共振回路23は、非接触送電モード時には、変換コイル21と変換キャパシタ22とが直列に接続された直列共振回路を構成する。
一方、変換共振回路23は、充電モード時には、変換コイル21と変換キャパシタ22とが並列に接続されたローパスフィルタを構成する。
一方、変換共振回路23は、充電モード時には、変換コイル21と変換キャパシタ22とが並列に接続されたローパスフィルタを構成する。
図3を用いて、充電モード時の変換共振回路23のフィルタ特性について簡単に説明すると、変換共振回路23のゲイン(利得)Gは、当該変換共振回路23の共振周波数fa以下では略一定であり、変換共振回路23の共振周波数faよりも高くなると減衰する。
本実施形態では、制御部32は、上記各特性に対応させて、充電モード時と非接触送電モード時とで、両変換スイッチング素子Qt1,Qt2のスイッチング周波数を可変制御する。
詳細には、制御部32は、非接触送電モード時には、回生電力が、変換共振回路23の共振周波数faに対応する周波数f2の送電用電力に変換されるように両変換スイッチング素子Qt1,Qt2を制御する。より詳細には、制御部32は、非接触送電モード時には、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数で両変換スイッチング素子Qt1,Qt2を交互にON/OFFさせる。これにより、送電用電力の周波数f2は、変換共振回路23の共振周波数faと同一になる。
一方、制御部32は、充電モード時には、変換共振回路23の共振周波数faとは異なる変換用周波数f1で両変換スイッチング素子Qt1,Qt2を周期的にON/OFFさせる。変換用周波数f1は、送電用電力の周波数f2よりも変換共振回路23の共振周波数faからずれている。本実施形態では、送電用電力の周波数f2は変換共振回路23の共振周波数faと同一であるため、変換用周波数f1は、変換共振回路23の共振周波数faと異なっていればよい。詳細には、変換用周波数f1は、変換共振回路23の共振周波数faよりも低く、電力伝送効率ηがほぼ「0」となる値(f1≦fa−δf)に設定されている。この場合、図3に示すように、充電モード時における変換共振回路23による減衰は生じにくい。
次に、本実施形態の作用について説明する。
充電モード時には、両変換スイッチング素子Qt1,Qt2は、変換共振回路23の共振周波数faよりも低い変換用周波数f1で交互にON/OFFするとともに、切替スイッチング素子44bがON状態となる。このため、回生電力を用いたメイン蓄電装置101の充電が行われる一方、変換共振回路23から受電側共振回路43への非接触の電力伝送は行われない。
充電モード時には、両変換スイッチング素子Qt1,Qt2は、変換共振回路23の共振周波数faよりも低い変換用周波数f1で交互にON/OFFするとともに、切替スイッチング素子44bがON状態となる。このため、回生電力を用いたメイン蓄電装置101の充電が行われる一方、変換共振回路23から受電側共振回路43への非接触の電力伝送は行われない。
非接触送電モード時には、両変換スイッチング素子Qt1,Qt2は、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数で交互にON/OFFする。これにより、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数の送電用電力が生成され、当該送電用電力が変換共振回路23に入力される。また、非接触送電モード時には、切替スイッチング素子44bがOFF状態に設定される。これにより、受電側共振回路43の共振周波数fbが変換共振回路23の共振周波数faと同一となるため、送電用電力が変換共振回路23から受電側共振回路43に向けて非接触で送電される。
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)車両用電源装置10は、メイン蓄電装置101からの直流電力を、モータジェネレータ102の駆動電力に変換するものである。車両用電源装置10は、変換スイッチング素子Qt1,Qt2を有するものであってメイン蓄電装置101の直流電力の電圧値変換を行うDC/DCコンバータ11を備えている。車両用電源装置10は、相スイッチング素子Qu1〜Qw2を有するものであって、DC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力を駆動電力に変換する電力変換を行うインバータ12を備えている。車両用電源装置10は、予め定められた周波数f2の送電用電力が入力された場合に、受電側コイル41を有する受電装置40の当該受電側コイル41に対して非接触で送電用電力を送電可能な変換コイル21を備えている。
(1)車両用電源装置10は、メイン蓄電装置101からの直流電力を、モータジェネレータ102の駆動電力に変換するものである。車両用電源装置10は、変換スイッチング素子Qt1,Qt2を有するものであってメイン蓄電装置101の直流電力の電圧値変換を行うDC/DCコンバータ11を備えている。車両用電源装置10は、相スイッチング素子Qu1〜Qw2を有するものであって、DC/DCコンバータ11によって電圧値変換された直流電力を駆動電力に変換する電力変換を行うインバータ12を備えている。車両用電源装置10は、予め定められた周波数f2の送電用電力が入力された場合に、受電側コイル41を有する受電装置40の当該受電側コイル41に対して非接触で送電用電力を送電可能な変換コイル21を備えている。
ここで、車両用電源装置10は、メイン蓄電装置101とDC/DCコンバータ11との間に設けられたコンタクタ104がON状態(接続状態)である場合に実行されるモードであって、モータジェネレータ102にて発生した回生電力を用いてメイン蓄電装置101の充電を行う充電モードを備えている。そして、車両用電源装置10は、コンタクタ104がOFF状態(遮断状態)である場合に実行されるモードであって、変換スイッチング素子Qt1,Qt2を用いて回生電力を送電用電力に変換し、送電用電力が変換コイル21に入力されることにより、受電側コイル41に対して非接触で送電用電力を送電する非接触送電モードを備えている。
かかる構成によれば、充電モード時には、回生電力を用いてメイン蓄電装置101の充電を行うことができる。また、非接触送電モード時には、回生電力が送電用電力に変換され、当該送電用電力が変換コイル21に入力される。これにより、送電用電力が、変換コイル21から受電側コイル41に向けて非接触で送電される。よって、受電装置40において、受電側コイル41によって受電された受電電力を使用することを通じて、回生電力の有効活用を図ることができる。
特に、本実施形態では、送電用電力を非接触で受電装置40に送電する構成となっているため、車両用電源装置10と受電装置40とを接続する配線を省略することができる。これにより、回生電力の有効活用を図る上で生じ易い不都合である配線の複雑化を抑制することができる。
(2)本実施形態では、DC/DCコンバータ11を構成するものであって電圧値変換に用いられる変換コイル21が、受電側コイル41に対して送電用電力を非接触で送電するためのコイルとして用いられている。これにより、送電用のコイルを別途設ける必要がないため、回生電力の有効活用を図るための構成の複雑化を抑制できる。
(3)更に、車両用電源装置10は、DC/DCコンバータ11の変換スイッチング素子Qt1,Qt2を用いて、回生電力を送電用電力に変換するため、回生電力を送電用電力に変換するための構成を別途設ける必要がない。これにより、回生電力の有効活用を図るための構成の複雑化を抑制できる。
(4)DC/DCコンバータ11は、変換コイル21に接続された変換キャパシタ22を有している。制御部32は、送電用電力の周波数f2が、変換コイル21と変換キャパシタ22とを含む変換共振回路23の共振周波数faに対応する周波数(詳細には変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数)となるように、変換スイッチング素子Qt1,Qt2を制御する。詳細には、制御部32は、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数で変換スイッチング素子Qt1,Qt2を交互にON/OFFさせる。これにより、非接触送電モードにおける電力伝送効率ηの向上を図ることができ、それを通じてより無駄なく回生電力の有効活用を図ることができる。
(5)充電モード時の変換スイッチング素子Qt1,Qt2のスイッチング周波数である変換用周波数f1は、送電用電力の周波数f2よりも変換共振回路23の共振周波数faからずれている。本実施形態では、送電用電力の周波数f2が変換共振回路23の共振周波数faと同一であり、変換用周波数f1は、変換共振回路23の共振周波数faと異なっている。これにより、非接触送電モード時よりも充電モード時の方が、変換共振回路23から受電側共振回路43への非接触の電力伝送が行われにくい。よって、充電モード時において、意図しない受電装置40への非接触の電力伝送が行われ、充電モード時における損失が大きくなるといった不都合を抑制できる。
(6)特に、変換共振回路23は、充電モード時には、変換コイル21と当該変換コイル21に対して並列に接続された変換キャパシタ22とを有するローパスフィルタを構成する。このため、カットオフ周波数である変換共振回路23の共振周波数faよりも低い周波数であれば、減衰しにくい。
この点、本実施形態では、変換用周波数f1は、変換共振回路23の共振周波数faよりも低い範囲内で、送電用電力の周波数f2よりも変換共振回路23の共振周波数faからずれている。これにより、充電モード時における減衰を抑制することができるとともに、スイッチング損失の低減を図ることができる。
(7)受電装置40は、受電側コイル41に接続され、受電側コイル41と協働して受電側共振回路43を構成する受電側キャパシタ42と、受電側共振回路43の共振周波数fbを可変させる周波数可変部44と、を備えている。これにより、受電側共振回路43の共振周波数fbを可変させることにより、意図しない非接触の電力伝送が行われることを抑制できる。
詳細には、例えば充電モード時には、受電側共振回路43の共振周波数fbが、変換共振回路23の共振周波数faから離れることにより、変換共振回路23から受電側共振回路43への意図しない非接触の電力伝送が行われることを抑制できる。また、例えば非接触送電モード時には、受電側共振回路43の共振周波数fbが、変換共振回路23の共振周波数faに近づく(好ましくは一致する)ことにより、電力伝送効率ηの向上を図ることができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、車両用電源装置の回路構成が第1実施形態と異なっている。その異なる点について説明する。なお、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、その詳細な説明を省略する。
本実施形態では、車両用電源装置の回路構成が第1実施形態と異なっている。その異なる点について説明する。なお、第1実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、その詳細な説明を省略する。
図4に示すように、本実施形態の車両用電源装置50は、変換コイル21とは別に設けられた送電用コイル51を備えている。本実施形態のu相配線Cuは、u相接続線Luに接続された共通配線Cu0と、共通配線Cu0から二股に分岐した第1分岐配線Cu1及び第2分岐配線Cu2とを有している。第1分岐配線Cu1はu相端子12uに接続されており、第2分岐配線Cu2は送電用コイル51の一端に接続されている。送電用コイル51の上記一端とは反対側の他端は、第2u相スイッチング素子Qu2のエミッタに接続されている。つまり、送電用コイル51と両u相スイッチング素子Qu1,Qu2とは接続されている。
車両用電源装置50は、送電用コイル51と並列に接続された送電用キャパシタ52を備えている。送電用コイル51と送電用キャパシタ52とによって、送電側共振回路53が構成されている。送電側共振回路53の共振周波数fcと、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合の受電側共振回路43の共振周波数fbとは同一に設定されている。そして、送電側共振回路53と受電側共振回路43とは、磁場共鳴可能な位置に配置されている。
すなわち、送電側共振回路53(換言すれば送電用コイル51)は、送電側共振回路53の共振周波数fc(換言すれば切替スイッチング素子44bがOFF状態時の受電側共振回路43の共振周波数fb)に対応する周波数f2の送電用電力が入力された場合に、受電側共振回路43(受電側コイル41)に非接触で送電用電力を送電可能である。
そして、車両用電源装置50は、第1分岐配線Cu1上に設けられた第1分岐スイッチング素子Qx1と、第2分岐配線Cu2上に設けられた第2分岐スイッチング素子Qx2とを備えている。
本実施形態の制御部32は、両分岐スイッチング素子Qx1,Qx2を制御することにより、電力伝送経路を制御する。例えば制御部32は、直流電力を駆動電力に変換する時又は充電モード時と、非接触送電モード時とで、電力伝送経路を切り替える。
詳細には、制御部32は、直流電力を駆動電力に変換する時又は充電モード時には、第1分岐スイッチング素子Qx1をON状態にし、且つ、第2分岐スイッチング素子Qx2をOFF状態にする。この場合、第1実施形態で説明した電力伝送経路で電力伝送が行われる一方、u相スイッチング素子Qu1,Qu2又はモータジェネレータ102から送電側共振回路53への電力伝送が規制される。
一方、制御部32は、非接触送電モード時には、第1分岐スイッチング素子Qx1をOFF状態にし、且つ、第2分岐スイッチング素子Qx2をON状態にする。この場合、還流ダイオードDv1〜Dw2によって整流された回生電力が、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2の直列接続体に入力される。
ここで、本実施形態の車両用電源装置50は、非接触送電モードでは、u相スイッチング素子Qu1,Qu2を用いて回生電力を送電用電力に変換するように構成されている。詳細には、制御部32は、非接触送電モード時では、回生電力が送電用電力に変換されるように、u相スイッチング素子Qu1,Qu2を制御する。詳細には、制御部32は、予め定められた周波数f2でu相スイッチング素子Qu1,Qu2を交互にON/OFFさせる。これにより、整流された回生電力が送電用電力に変換され、当該変換された送電用電力が第2分岐スイッチング素子Qx2を介して送電側共振回路53に入力される。
なお、送電用電力の周波数f2、詳細には非接触送電モード時におけるu相スイッチング素子Qu1,Qu2のスイッチング周波数は、送電側共振回路53の共振周波数fcに対応した周波数であるとよく、好ましくは送電側共振回路53の共振周波数fcと同一周波数であるとよい。
以上詳述した本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
(8)車両用電源装置50は、変換コイル21とは別に設けられた送電用コイル51を備えている。車両用電源装置50は、非接触送電モードにおいて、u相スイッチング素子Qu1,Qu2を用いて回生電力を送電用電力に変換し、当該送電用電力が送電用コイル51に入力されるように構成されている。詳細には、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2を接続するu相接続線Luと送電用コイル51とは、u相配線Cuにおける共通配線Cu0及び第2分岐配線Cu2を介して接続されている。これにより、u相スイッチング素子Qu1,Qu2が交互にON/OFFすることにより、還流ダイオードDv1〜Dw2によって整流された回生電力が送電用電力に変換され、その変換された送電用電力が送電用コイル51に入力される。よって、(1)と同様の効果を得ることができる。
(8)車両用電源装置50は、変換コイル21とは別に設けられた送電用コイル51を備えている。車両用電源装置50は、非接触送電モードにおいて、u相スイッチング素子Qu1,Qu2を用いて回生電力を送電用電力に変換し、当該送電用電力が送電用コイル51に入力されるように構成されている。詳細には、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2を接続するu相接続線Luと送電用コイル51とは、u相配線Cuにおける共通配線Cu0及び第2分岐配線Cu2を介して接続されている。これにより、u相スイッチング素子Qu1,Qu2が交互にON/OFFすることにより、還流ダイオードDv1〜Dw2によって整流された回生電力が送電用電力に変換され、その変換された送電用電力が送電用コイル51に入力される。よって、(1)と同様の効果を得ることができる。
また、送電用コイル51は、変換コイル21とは別に設けられているため、送電用コイル51としては、電圧値変換を行うためのインダクタンス等の制約がない。このため、送電用コイル51の配置やインダクタンス等といった設計の自由度が高い。よって、設計を比較的容易に行うことができる。
(9)特に、本実施形態では、インバータ12を構成するu相スイッチング素子Qu1,Qu2を用いて回生電力を送電用電力に変換するため、回生電力を送電用電力に変換するための構成を別途設ける必要がない。これにより、回生電力の有効活用を図るための構成の複雑化を抑制できる。
(10)車両用電源装置50は、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2を接続するu相接続線Luに接続された共通配線Cu0と、共通配線Cu0から二股に分岐した第1分岐配線Cu1及び第2分岐配線Cu2とを有するu相配線Cuを備えている。第1分岐配線Cu1は、u相端子12uを介してモータジェネレータ102に接続されており、第2分岐配線Cu2は、送電用コイル51に接続されている。第1分岐配線Cu1上には第1分岐スイッチング素子Qx1が設けられており、第2分岐配線Cu2上には第2分岐スイッチング素子Qx2が設けられている。
かかる構成において、制御部32は、両分岐スイッチング素子Qx1,Qx2を制御することにより、電力伝送経路を制御する。詳細には、制御部32は、充電モード時には、第1分岐スイッチング素子Qx1をON状態にし、且つ、第2分岐スイッチング素子Qx2をOFF状態にする。これにより、回生電力が送電側共振回路53に入力されることを抑制でき、それを通じて無駄な電力損失を抑制できる。
一方、制御部32は、非接触送電モード時には、第1分岐スイッチング素子Qx1をOFF状態にし、且つ、第2分岐スイッチング素子Qx2をON状態にする。これにより、回生電力を変換することによって得られた送電用電力が送電側共振回路53に入力される一方、送電用電力がモータジェネレータ102に入力されることを回避できる。よって、送電用電力がモータジェネレータ102にて消費されることを抑制でき、より無駄なく回生電力の有効活用を図ることができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、図5に示すように、車両用電源装置60は、互いに並列に接続された2つの平滑コンデンサ61,62を備えている。例えば、第1平滑コンデンサ61のキャパシタンスは、第2平滑コンデンサ62のキャパシタンスよりも大きく設定されている。
本実施形態では、図5に示すように、車両用電源装置60は、互いに並列に接続された2つの平滑コンデンサ61,62を備えている。例えば、第1平滑コンデンサ61のキャパシタンスは、第2平滑コンデンサ62のキャパシタンスよりも大きく設定されている。
かかる構成において、車両用電源装置60は、両平滑コンデンサ61,62のうちいずれか一方、例えば第1平滑コンデンサ61よりもキャパシタンスが小さい第2平滑コンデンサ62と、送電用コイル51とで送電側共振回路63を構成する。
具体的には、DC/DCコンバータ11とインバータ12とを接続する2つの電力線に接続され、且つ、第2平滑コンデンサ62が設けられた配線Ly上には、コンデンサ用スイッチング素子Qyが設けられている。そして、送電用コイル51における第2分岐配線Cu2が接続された一端とは反対側の他端は、配線Lyにおけるコンデンサ用スイッチング素子Qyと第2平滑コンデンサ62との間の部分に接続されている。
制御部32は、直流電力を駆動電力に変換する時又は充電モード時には、コンデンサ用スイッチング素子QyをON状態にする。これにより、第2平滑コンデンサ62は、DC/DCコンバータ11にて電圧値変換された直流電力の平滑化、又は、充電モード時における回生電力の平滑化に用いられる。一方、第2実施形態にて説明した通り、第2分岐スイッチング素子Qx2は、直流電力を駆動電力に変換する時又は充電モード時にはOFF状態であるため、送電用コイル51への電力伝送は規制されている。
制御部32は、非接触送電モード時には、第1分岐スイッチング素子Qx1及びコンデンサ用スイッチング素子QyをON状態からOFF状態に切り替え、第2分岐スイッチング素子Qx2をOFF状態からON状態に切り替える。これにより、送電用コイル51と第2平滑コンデンサ62とで送電側共振回路63が形成される。そして、車両用電源装置60は、上記送電側共振回路63を用いて送電用電力を受電装置40に対して送電する。
以上詳述した本実施形態では、第2実施形態の作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
(11)車両用電源装置60は、2つの平滑コンデンサ61,62を備えており、両平滑コンデンサ61,62のいずれか一方と送電用コイル51とを含む送電側共振回路63を用いて、送電用電力を受電装置40に非接触で送電する。これにより、平滑化と非接触の送電との双方を好適に行うことができる。
(11)車両用電源装置60は、2つの平滑コンデンサ61,62を備えており、両平滑コンデンサ61,62のいずれか一方と送電用コイル51とを含む送電側共振回路63を用いて、送電用電力を受電装置40に非接触で送電する。これにより、平滑化と非接触の送電との双方を好適に行うことができる。
(12)また、第1平滑コンデンサ61は、非接触送電モード時には、還流ダイオードDv1〜Dw2によって整流された直流電力を平滑化している。これにより、両u相スイッチング素子Qu1,Qu2の直列接続体に入力される直流電力の揺らぎを抑制することができる。よって、回生電力を送電用電力に好適に変換することができる。
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 受電装置40は車両100に搭載されていなくてもよい。例えば、図6に示すように、受電装置40は、地上に設けられていてもよい。この場合、例えば受電側コイル41を有する受電側共振回路43が地面に設置されており、変換コイル21を有する変換共振回路23(又は送電用コイル51を有する送電側共振回路53,63)が受電側共振回路43と対向し得る位置、例えば車両100の底部に設けられているとよい。
○ 受電装置40は車両100に搭載されていなくてもよい。例えば、図6に示すように、受電装置40は、地上に設けられていてもよい。この場合、例えば受電側コイル41を有する受電側共振回路43が地面に設置されており、変換コイル21を有する変換共振回路23(又は送電用コイル51を有する送電側共振回路53,63)が受電側共振回路43と対向し得る位置、例えば車両100の底部に設けられているとよい。
○ 受電装置40から車両用電源装置10,50,60への非接触の電力伝送が行われる構成であってもよい。つまり、車両用電源装置10,50,60と受電装置40との間にて双方向の電力伝送が可能であってもよい。例えば、受電装置40は、地上の走行経路に沿って複数設けられており、車両100が上記走行経路を走行している状況において、車両用電源装置10,50,60は、受電装置40から電力を非接触で受電してもよい。この場合、受電装置に設けられたコントローラと制御部32とは、無線通信可能に構成され、当該無線通信を介して、いずれの方向の非接触の電力伝送を行うか決定するとよい。
○ DC/DCコンバータ11は、2つの変換スイッチング素子Qt1,Qt2を有していたが、1つの変換スイッチング素子を有する構成であってもよい。
○ メイン蓄電装置101の直流電圧値とモータジェネレータ102の駆動電力の電圧値とが同一であってもよい。この場合、DC/DCコンバータ11を省略してもよい。かかる構成においては、車両用電源装置は、非接触送電モード時には、第2実施形態又は第3実施形態のように、u相スイッチング素子Qu1,Qu2を用いて回生電力を送電用電力に変換し、送電用コイル51を用いて非接触の送電を行うとよい。なお、本別例が下記(ニ)に対応する。
○ メイン蓄電装置101の直流電圧値とモータジェネレータ102の駆動電力の電圧値とが同一であってもよい。この場合、DC/DCコンバータ11を省略してもよい。かかる構成においては、車両用電源装置は、非接触送電モード時には、第2実施形態又は第3実施形態のように、u相スイッチング素子Qu1,Qu2を用いて回生電力を送電用電力に変換し、送電用コイル51を用いて非接触の送電を行うとよい。なお、本別例が下記(ニ)に対応する。
○ 第3実施形態において、両平滑コンデンサ61,62のうち第1平滑コンデンサ61が送電側共振回路63を構成してもよい。また、両平滑コンデンサ61,62のキャパシタンスは同一であってもよい。
○ 第1実施形態において、送電用電力の周波数f2は、変換共振回路23の共振周波数faと同一であったが、これに限られず、変換共振回路23の共振周波数faに対応する周波数であればよい。詳細には、送電用電力の周波数f2は、例えば切替スイッチング素子44bがOFF状態である条件下において電力伝送効率ηが予め定められた閾値効率以上となる範囲内で、変換共振回路23の共振周波数faからずれていてもよい。換言すれば、送電用電力の周波数f2は、非接触の電力伝送が可能となるように、変換共振回路23の共振周波数faに対応させて設定されていればよい。第2及び第3実施形態についても同様である。
○ ここで、送電用電力の周波数f2と変換共振回路23の共振周波数faとが対応する範囲内で異なっている場合には、変換用周波数f1は、送電用電力の周波数f2よりも変換共振回路23の共振周波数faからずれているとよい。要は、変換用周波数f1と変換共振回路23の共振周波数faとのズレ量は、送電用電力の周波数f2と変換共振回路23の共振周波数faとのズレ量よりも大きいとよい。
○ モータジェネレータ102の数は任意であり、複数設けられていてもよい。
○ コンタクタ104や切替スイッチング素子44bの制御主体は制御部32に限られず、任意である。
○ コンタクタ104や切替スイッチング素子44bの制御主体は制御部32に限られず、任意である。
○ 変換用周波数f1は、昇圧時及び降圧時とで異なっていてもよい。
○ バイパス経路44a上にキャパシタを別途設けてもよい。この場合、切替スイッチング素子44bのON/OFFに応じて受電側共振回路43の共振周波数fbが有限値で変化する。かかる構成においては、切替スイッチング素子44bがON状態である場合の受電側共振回路43の共振周波数fbは、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合よりも、電力伝送効率ηが低くなる値(換言すれば変換共振回路23の共振周波数faから離れた値)となるとよい。すなわち、周波数可変部44は、受電側共振回路43の共振周波数fbを、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数である第1の共振周波数、又は、第1の共振周波数とは異なる第2の共振周波数に変更するものであるとよく、当該第2の共振周波数には有限値と無限値の双方を含む。
○ バイパス経路44a上にキャパシタを別途設けてもよい。この場合、切替スイッチング素子44bのON/OFFに応じて受電側共振回路43の共振周波数fbが有限値で変化する。かかる構成においては、切替スイッチング素子44bがON状態である場合の受電側共振回路43の共振周波数fbは、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合よりも、電力伝送効率ηが低くなる値(換言すれば変換共振回路23の共振周波数faから離れた値)となるとよい。すなわち、周波数可変部44は、受電側共振回路43の共振周波数fbを、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数である第1の共振周波数、又は、第1の共振周波数とは異なる第2の共振周波数に変更するものであるとよく、当該第2の共振周波数には有限値と無限値の双方を含む。
○ 周波数可変部44を省略してもよい。また、受電装置40は、車両用電源装置10から非接触で送電用電力を受電できれば、その具体的な回路構成は任意である。
○ 変換共振回路23、受電側共振回路43及び送電側共振回路53,63の具体的な構成は任意であり、例えばπ型やT型等といったように、コイル21,51に対して直列又は並列に接続された複数のキャパシタを有する構成であってもよいし、複数のコイルを有する構成であってもよい。
○ 変換共振回路23、受電側共振回路43及び送電側共振回路53,63の具体的な構成は任意であり、例えばπ型やT型等といったように、コイル21,51に対して直列又は並列に接続された複数のキャパシタを有する構成であってもよいし、複数のコイルを有する構成であってもよい。
○ 変換共振回路23の共振周波数fa及び送電側共振回路53,63の共振周波数fcと、切替スイッチング素子44bがOFF状態である場合の受電側共振回路43の共振周波数fbとは、電力伝送が可能な範囲内でずれていてもよい。
○ 第2実施形態において、送電用キャパシタ52を省略してもよい。また、受電側キャパシタ42を省略してもよい。この場合、送電用コイル51の寄生容量、及び、受電側コイル41の寄生容量を用いて非接触の電力伝送を行ってもよい。
○ 第2及び第3実施形態において、回生電力を送電用電力に変換するものとして、u相スイッチング素子Qu1,Qu2に代えて、v相スイッチング素子Qv1,Qv2を用いてもよいし、w相スイッチング素子Qw1,Qw2を用いてもよい。
○ また、車両用電源装置10,50,60と受電装置40との間の非接触の電力伝送方式は、磁場共鳴に限られず、電磁誘導方式でもよい。この場合、送電用電力の周波数f2は、変換共振回路23の共振周波数faと同一周波数に限られず、効率等を考慮して適宜設定された値であればよい。要は、送電用電力の周波数f2は、変換コイル21等が非接触の送電を行うことができる予め定められた値であればよい。
○ 受電装置40の負荷は、車両100に搭載されているものであれば任意であり、例えば触媒の暖気装置等であってもよい。
○ 車両100としては、例えば電気自動車であってもよいし、モータジェネレータ102とは別にエンジンを有するハイブリッド車両であってもよいし、燃料電池が搭載された燃料電池車両であってもよい。
○ 車両100としては、例えば電気自動車であってもよいし、モータジェネレータ102とは別にエンジンを有するハイブリッド車両であってもよいし、燃料電池が搭載された燃料電池車両であってもよい。
○ 各実施形態及び上記各別例を適宜組み合わせてもよい。
○ 車両用電源装置10は、非接触送電モードよりも充電モードを優先する構成であったが、充電モードよりも非接触送電モードを優先してもよい。例えば、車両用電源装置10は、回生電力が発生したこと等に基づいて、非接触送電モードに移行し、サブ蓄電装置46の充電状態が満充電状態に達したことに基づいて、非接触送電モードから充電モードに移行してもよい。
○ 車両用電源装置10は、非接触送電モードよりも充電モードを優先する構成であったが、充電モードよりも非接触送電モードを優先してもよい。例えば、車両用電源装置10は、回生電力が発生したこと等に基づいて、非接触送電モードに移行し、サブ蓄電装置46の充電状態が満充電状態に達したことに基づいて、非接触送電モードから充電モードに移行してもよい。
次に、上記各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)前記コイルに接続されたキャパシタを有し、前記送電用電力の周波数は、前記コイルと前記キャパシタとを含む送電側共振回路の共振周波数に対応する周波数に設定されている請求項1に記載の車両用電源装置。
(イ)前記コイルに接続されたキャパシタを有し、前記送電用電力の周波数は、前記コイルと前記キャパシタとを含む送電側共振回路の共振周波数に対応する周波数に設定されている請求項1に記載の車両用電源装置。
(ロ)前記周波数可変部は、前記受電側共振回路の共振周波数を、前記送電側共振回路の共振周波数と同一周波数である第1の共振周波数、又は、前記第1の共振周波数とは異なる第2の共振周波数に変更するものである請求項7に記載の車両。
(ハ)前記蓄電装置はメイン蓄電装置であり、前記受電装置は、前記受電側コイルによって受電された受電電力で充電されるサブ蓄電装置を有している請求項7又は(ロ)に記載の車両。
(ニ)蓄電装置と、当該蓄電装置の直流電力を、車両に搭載された発電電動機を駆動させる交流の駆動電力に変換するものであってスイッチング素子を有するインバータとを備えた車両用電源装置において、予め定められた周波数を有する交流の送電用電力が入力された場合に、受電側コイルを有する受電装置の前記受電側コイルに非接触で前記送電用電力を送電可能な送電用コイルを備え、前記車両用電源装置は、前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられた切替部が前記蓄電装置と前記インバータとを電気的に接続する接続状態である場合に実行されるモードであって、前記発電電動機にて発生した回生電力を用いて前記蓄電装置の充電を行う充電モードと、前記切替部が前記蓄電装置と前記インバータとを電気的に遮断する遮断状態である場合に実行されるモードであって、前記スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換し、当該送電用電力が前記送電用コイルに入力されることにより、前記受電側コイルに対して非接触で前記送電用電力を送電する非接触送電モードと、を備えていることを特徴とする車両用電源装置。
10,50,60…車両用電源装置、11…DC/DCコンバータ、12…インバータ、20…車両用駆動装置、21…変換コイル、22…変換キャパシタ、23…変換共振回路、31,61,62…平滑コンデンサ(コンデンサ)、32…制御部、40…受電装置、41…受電側コイル、42…受電側キャパシタ、43…受電側共振回路、44…周波数可変部、51…送電用コイル、52…送電用キャパシタ、53,63…送電側共振回路、100…車両、101…メイン蓄電装置(蓄電装置)、Qt1,Qt2…変換スイッチング素子(第1スイッチング素子)、Qu1〜Qw2…相スイッチング素子(第2スイッチング素子)、fa…変換共振回路の共振周波数、fb…受電側共振回路の共振周波数、f1…変換用周波数、f2…送電用電力の周波数。
Claims (7)
- 蓄電装置を備え、当該蓄電装置の直流電力を、車両に搭載された発電電動機を駆動させる交流の駆動電力に変換する車両用電源装置において、
第1スイッチング素子を有するものであって、前記蓄電装置の直流電力の電圧値変換を行うDC/DCコンバータと、
第2スイッチング素子を有するものであって、前記DC/DCコンバータによって電圧値変換された直流電力を前記駆動電力に変換する電力変換を行うインバータと、
予め定められた周波数を有する交流の送電用電力が入力された場合に、受電側コイルを有する受電装置の前記受電側コイルに非接触で前記送電用電力を送電可能なコイルと、
を備え、
前記車両用電源装置は、
前記蓄電装置と前記DC/DCコンバータとの間に設けられた切替部が前記蓄電装置と前記DC/DCコンバータとを電気的に接続する接続状態である場合に実行されるモードであって、前記発電電動機にて発生した回生電力を用いて前記蓄電装置の充電を行う充電モードと、
前記切替部が前記蓄電装置と前記DC/DCコンバータとを電気的に遮断する遮断状態である場合に実行されるモードであって、前記第1スイッチング素子又は前記第2スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換し、当該送電用電力が前記コイルに入力されることにより、前記受電側コイルに対して非接触で前記送電用電力を送電する非接触送電モードと、
を備えていることを特徴とする車両用電源装置。 - 前記コイルは、前記DC/DCコンバータを構成するものであって、前記電圧値変換に用いられる変換コイルであり、
前記車両用電源装置は、前記非接触送電モードでは、前記第1スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換する請求項1に記載の車両用電源装置。 - 前記DC/DCコンバータは、前記変換コイルに接続された変換キャパシタを有し、
前記送電用電力の周波数は、前記変換コイルと前記変換キャパシタとを含む変換共振回路の共振周波数に対応する周波数に設定されている請求項2に記載の車両用電源装置。 - 前記充電モード時の前記第1スイッチング素子のスイッチング周波数は、前記送電用電力の周波数よりも前記変換共振回路の共振周波数からずれている請求項3に記載の車両用電源装置。
- 前記DC/DCコンバータは、前記電圧値変換に用いられる変換コイルを有し、
前記コイルは、前記変換コイルとは別に設けられた送電用コイルであり、
前記車両用電源装置は、前記非接触送電モードでは、前記第2スイッチング素子を用いて前記回生電力を前記送電用電力に変換し、当該送電用電力が前記送電用コイルに入力されるように構成されている請求項1に記載の車両用電源装置。 - 請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の車両用電源装置と、
前記発電電動機と、
を備えていることを特徴とする車両用駆動装置。 - 請求項6に記載の車両用駆動装置と、
前記受電装置と、
を備え、
前記車両用電源装置は、前記コイルに接続されたものであって前記コイルと協働して送電側共振回路を構成する送電側キャパシタを有し、
前記受電装置は、
前記受電側コイルに接続された受電側キャパシタと、
前記受電側コイル及び前記受電側キャパシタを含む受電側共振回路の共振周波数を可変させる周波数可変部と、
を備えていることを特徴とする車両。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015066992A JP2016187272A (ja) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2015066992A JP2016187272A (ja) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両 |
Publications (1)
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JP2016187272A true JP2016187272A (ja) | 2016-10-27 |
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ID=57203636
Family Applications (1)
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JP2015066992A Pending JP2016187272A (ja) | 2015-03-27 | 2015-03-27 | 車両用電源装置、車両用駆動装置及び車両 |
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JP (1) | JP2016187272A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018082531A (ja) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | トヨタ自動車株式会社 | モータ装置 |
-
2015
- 2015-03-27 JP JP2015066992A patent/JP2016187272A/ja active Pending
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