JP2017131073A - Power transmission device and power transmission system - Google Patents

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崇弘 三澤
Takahiro Misawa
崇弘 三澤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To grasp a current change in a power transmission coil with high accuracy by extremum search control to improve the search accuracy of an optimal frequency by the extremum search control, in a power transmission device which transmits power to a power reception device in a non-contact manner and a power transmission system including the power transmission device.SOLUTION: A power supply ECU 250 includes: a first control unit 400 which executes transmission power control; and a second control unit 500 which executes the minimum control of a power transmission coil current. The second control unit 500 vibrates a transmission power frequency to execute the extremum search control to search for a frequency causing a smallest current to flow through the power transmission coil. The power supply ECU 250 further includes a third control unit 600 which corrects a duty in synchronization with the frequency vibration in a manner to suppress a transmission power vibration caused by the frequency vibration.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

この発明は、送電装置及び電力伝送システムに関し、特に、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムに関する。   The present invention relates to a power transmission device and a power transmission system, and more particularly to a power transmission device that transmits power to a power receiving device in a contactless manner and a power transmission system including the power transmission device.

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜６参照）。このような電力伝送システムについて、特開２０１４−２０７７９５号公報（特許文献１）は、給電装置（送電装置）から車両（受電装置）へ非接触で給電する非接触給電システムを開示する。この非接触給電システムでは、給電装置は、送電コイルと、インバータと、制御部とを備える。送電コイルは、車両に搭載された受電コイルへ非接触で送電する。インバータは、駆動周波数に応じた交流電流を生成して送電コイルへ出力する。制御部は、バッテリへの充電電力指令とバッテリへの出力電力とを車両側から取得し、出力電力が充電電力指令に追従するようにインバータの駆動周波数をフィードバック制御する（特許文献１参照）。   There is known a power transmission system that transmits power from a power transmission device to a power reception device in a contactless manner (see, for example, Patent Documents 1 to 6). About such an electric power transmission system, Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-207795 (patent document 1) discloses the non-contact electric power feeding system which carries out non-contact electric power feeding from a power feeding apparatus (power transmission apparatus) to a vehicle (power receiving apparatus). In this non-contact power supply system, the power supply apparatus includes a power transmission coil, an inverter, and a control unit. The power transmission coil transmits power in a non-contact manner to a power reception coil mounted on the vehicle. An inverter produces | generates the alternating current according to a drive frequency, and outputs it to a power transmission coil. The control unit obtains the charging power command to the battery and the output power to the battery from the vehicle side, and feedback-controls the drive frequency of the inverter so that the output power follows the charging power command (see Patent Document 1).

特開２０１４−２０７７９５号公報JP 2014-207795 A 特開２０１３−１５４８１５号公報JP2013-154815A 特開２０１３−１４６１５４号公報JP2013-146154A 特開２０１３−１４６１４８号公報JP2013-146148A 特開２０１３−１１０８２２号公報JP 2013-110822 A 特開２０１３−１２６３２７号公報JP 2013-126327 A

上記のような電力伝送システムにおいては、インバータの出力電圧のデューティ（duty）を調整することによって送電電力の大きさを制御することができる。また、送電電力が一定の下では、送電コイルに流れる電流が最小となるように送電電力の周波数を調整することによって、送電コイルと受電コイルとの間の電力伝送効率を高めることができる。   In the power transmission system as described above, the magnitude of the transmission power can be controlled by adjusting the duty of the output voltage of the inverter. Further, under a constant transmission power, the power transmission efficiency between the power transmission coil and the power reception coil can be increased by adjusting the frequency of the transmission power so that the current flowing through the power transmission coil is minimized.

制御対象に振動信号を与えることにより制御量の極値を探索する公知の極値探索制御を用いて、インバータにより生成される送電電力の周波数を振動させることにより、送電コイルに流れる電流が最小となる最適周波数を探索することが可能である。しかしながら、送電電力の大きさは、インバータ出力電圧のデューティだけでなく送電電力の周波数にも依存し、送電電力の周波数を振動させると、送電電力の大きさも振動する。その結果、送電電力の周波数を振動させたことによる送電コイルの電流の変化を精度よく把握できず、上記の極値探索制御による最適周波数の探索精度が低下してしまう。   By using the known extreme value search control that searches for the extreme value of the controlled variable by giving a vibration signal to the controlled object, the frequency of the transmission power generated by the inverter is vibrated, so that the current flowing through the power transmission coil is minimized. It is possible to search for an optimal frequency. However, the magnitude of the transmission power depends not only on the duty of the inverter output voltage but also on the frequency of the transmission power, and when the frequency of the transmission power is vibrated, the magnitude of the transmission power also vibrates. As a result, the change in the current of the power transmission coil due to the vibration of the frequency of the transmitted power cannot be accurately grasped, and the optimum frequency search accuracy by the extreme value search control is lowered.

この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムにおいて、極値探索制御による送電コイルの電流の変化を精度よく把握して極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させることである。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a power transmission device that transmits power to a power receiving device in a contactless manner and a power transmission system including the power transmission device. It is to accurately grasp the change and improve the search accuracy of the optimum frequency by the extreme value search control.

この発明に従う送電装置は、受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、所定の周波数の送電電力を生成して送電コイルへ供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを備える。制御部は、インバータの出力電圧のデューティを調整することによって送電電力を目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、送電電力が一定の下で送電コイルに流れる電流が最小となるように、インバータにより生成される送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含む。第２の制御は、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含む。制御部は、さらに、極値探索制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してデューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む。   A power transmission device according to the present invention includes a power transmission coil that transmits power to a power reception device in a contactless manner, an inverter that generates transmission power having a predetermined frequency and supplies the power to the power transmission coil, and a control unit that controls the inverter. The control unit includes a first control unit that executes a first control for controlling the transmission power to a target power by adjusting a duty of an output voltage of the inverter, and a current flowing through the transmission coil under a constant transmission power. And a second control unit that executes second control for adjusting the frequency of transmission power generated by the inverter so as to be minimized. The second control includes extreme value search control for searching for a frequency at which the current flowing through the power transmission coil is minimized by vibrating the frequency of the transmitted power. The control unit further executes a third control for correcting the duty in synchronization with the frequency vibration so as to suppress the vibration of the transmission power caused by the frequency vibration by the extreme value search control. including.

また、この発明に従う電力伝送システムは、送電装置と、受電装置とを備える。送電装置は、受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、所定の周波数の送電電力を生成して送電コイルへ供給するインバータと、インバータを制御する制御部とを含む。制御部は、インバータの出力電圧のデューティを調整することによって送電電力を目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、送電電力が一定の下で送電コイルに流れる電流が最小となるように、インバータにより生成される送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含む。第２の制御は、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含む。制御部は、さらに、極値探索制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してデューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む。   The power transmission system according to the present invention includes a power transmission device and a power reception device. The power transmission device includes a power transmission coil that transmits power to the power receiving device in a contactless manner, an inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies the power to the power transmission coil, and a control unit that controls the inverter. The control unit includes a first control unit that executes a first control for controlling the transmission power to a target power by adjusting a duty of an output voltage of the inverter, and a current flowing through the transmission coil under a constant transmission power. And a second control unit that executes second control for adjusting the frequency of transmission power generated by the inverter so as to be minimized. The second control includes extreme value search control for searching for a frequency at which the current flowing through the power transmission coil is minimized by vibrating the frequency of the transmitted power. The control unit further executes a third control for correcting the duty in synchronization with the frequency vibration so as to suppress the vibration of the transmission power caused by the frequency vibration by the extreme value search control. including.

この送電装置及び電力伝送システムにおいては、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイルに流れる電流が最小となる最適周波数を探索する極値探索制御が実行される。そして、第３の制御によって、極値探索制御による周波数の振動に同期してインバータ出力電圧のデューティが補正され、極値探索制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動が抑制される。したがって、この送電装置及び電力伝送システムによれば、極値探索制御による送電コイルの電流の変化を精度よく把握することができる。その結果、極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させることができる。   In this power transmission device and power transmission system, extreme value search control for searching for an optimum frequency that minimizes the current flowing in the power transmission coil is performed by vibrating the frequency of the transmitted power. Then, by the third control, the duty of the inverter output voltage is corrected in synchronization with the frequency oscillation by the extreme value search control, and the transmission power oscillation caused by the frequency oscillation by the extreme value search control is suppressed. Therefore, according to this power transmission device and power transmission system, it is possible to accurately grasp the change in the current of the power transmission coil due to the extreme value search control. As a result, the search accuracy of the optimum frequency by the extreme value search control can be improved.

この発明によれば、受電装置へ非接触で送電する送電装置及びそれを備える電力伝送システムにおいて、極値探索制御による送電コイルの電流の変化を精度よく把握して極値探索制御による最適周波数の探索精度を向上させることができる。   According to the present invention, in a power transmission device that transmits power to a power receiving device in a contactless manner and a power transmission system including the power transmission device, it is possible to accurately grasp a change in the current of the power transmission coil due to the extreme value search control and to obtain an optimum frequency by the extreme value search control. Search accuracy can be improved.

この発明の実施の形態による送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a power transmission system to which a power transmission device according to an embodiment of the present invention is applied. 図１に示す送電部及び受電部の構成を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the structure of the power transmission part and power receiving part which are shown in FIG. 送電電力の周波数依存性を例示した図である。It is the figure which illustrated frequency dependence of transmitted electric power. 電源ＥＣＵにより実行される送電電力制御、送電コイル電流最小制御、及びデューティ補正制御の制御ブロック図である。It is a control block diagram of transmission power control, transmission coil current minimum control, and duty correction control executed by the power supply ECU. 電源ＥＣＵにより実行されるデューティ補正制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process sequence of the duty correction control performed by power supply ECU.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図１は、この発明の実施の形態による送電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システムは、送電装置１０と、受電装置２０とを備える。受電装置２０は、たとえば、送電装置１０から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載される。   FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power transmission system to which a power transmission device according to an embodiment of the present invention is applied. With reference to FIG. 1, the power transmission system includes a power transmission device 10 and a power reception device 20. The power receiving device 20 is mounted on, for example, a vehicle that can travel using the electric power supplied and stored from the power transmitting device 10.

送電装置１０は、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２１０と、インバータ２２０と、フィルタ回路２３０と、送電部２４０とを含む。また、送電装置１０は、電源ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、通信部２６０と、電圧センサ２７０と、電流センサ２７２，２７４とをさらに含む。   The power transmission device 10 includes a power factor correction (PFC) circuit 210, an inverter 220, a filter circuit 230, and a power transmission unit 240. Power transmission device 10 further includes a power supply ECU (Electronic Control Unit) 250, a communication unit 260, a voltage sensor 270, and current sensors 272 and 274.

ＰＦＣ回路２１０は、商用系統電源等の交流電源１００から受ける電力を整流及び昇圧してインバータ２２０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２１０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２１０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。   The PFC circuit 210 rectifies and boosts the power received from the AC power supply 100 such as a commercial power supply and supplies it to the inverter 220, and can improve the power factor by bringing the input current closer to a sine wave. Various known PFC circuits can be adopted as the PFC circuit 210. Instead of the PFC circuit 210, a rectifier that does not have a power factor improvement function may be employed.

インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従って、ＰＦＣ回路２１０から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２２０は、電源ＥＣＵ２５０からの制御信号に従ってスイッチング周波数を変更することにより、送電電力の周波数を変更することができる。インバータ２２０によって生成された送電電力は、フィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ供給される。インバータ２２０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。   Inverter 220 converts DC power received from PFC circuit 210 into transmission power (AC) having a predetermined frequency (for example, several tens of kHz) in accordance with a control signal from power supply ECU 250. Inverter 220 can change the frequency of transmitted power by changing the switching frequency in accordance with a control signal from power supply ECU 250. The transmission power generated by the inverter 220 is supplied to the power transmission unit 240 through the filter circuit 230. Inverter 220 is formed of, for example, a single-phase full bridge circuit.

フィルタ回路２３０は、インバータ２２０と送電部２４０との間に設けられ、インバータ２２０から発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路２３０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。   Filter circuit 230 is provided between inverter 220 and power transmission unit 240 and suppresses harmonic noise generated from inverter 220. The filter circuit 230 is configured by, for example, an LC filter including an inductor and a capacitor.

送電部２４０は、インバータ２２０により生成される交流電力（送電電力）をインバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて受け、送電部２４０の周囲に生成される磁界を通じて、受電装置２０の受電部３１０へ非接触で送電する。送電部２４０は、受電部３１０へ非接触で送電するための共振回路を含む（図示せず）。   The power transmission unit 240 receives the AC power (transmitted power) generated by the inverter 220 from the inverter 220 through the filter circuit 230, and contacts the power reception unit 310 of the power reception device 20 through a magnetic field generated around the power transmission unit 240 without contact. Power transmission. The power transmission unit 240 includes a resonance circuit (not shown) for transmitting power to the power reception unit 310 in a contactless manner.

電圧センサ２７０は、インバータ２２０の出力電圧Ｖを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。電流センサ２７２は、インバータ２２０に流れる電流、すなわちインバータ２２０の出力電流Ｉｉｎｖを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。なお、電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて、インバータ２２０から送電部２４０へ供給される送電電力を検出することができる。電流センサ２７４は、送電部２４０の共振回路に流れる電流Ｉｓを検出し、その検出値を電源ＥＣＵ２５０へ出力する。   Voltage sensor 270 detects output voltage V of inverter 220 and outputs the detected value to power supply ECU 250. Current sensor 272 detects current flowing through inverter 220, that is, output current Iinv of inverter 220, and outputs the detected value to power supply ECU 250. Note that the transmission power supplied from the inverter 220 to the power transmission unit 240 can be detected based on the detection values of the voltage sensor 270 and the current sensor 272. Current sensor 274 detects current Is flowing through the resonance circuit of power transmission unit 240 and outputs the detected value to power supply ECU 250.

電源ＥＣＵ２５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、上記の各センサ等からの信号を受けるとともに、送電装置１０における各種機器の制御を行なう。たとえば、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、所定の周波数を有する送電電力をインバータ２２０が生成するようにインバータ２２０のスイッチング制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。   The power supply ECU 250 includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device, an input / output buffer, and the like (none of which are shown), receives signals from the sensors and the like, and controls various devices in the power transmission device 10. . For example, power supply ECU 250 performs switching control of inverter 220 so that inverter 220 generates transmission power having a predetermined frequency when power transmission from power transmission device 10 to power reception device 20 is performed. The various controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

この実施の形態に従う送電装置１０では、電源ＥＣＵ２５０により実行される主要な制御として、電源ＥＣＵ２５０は、送電装置１０から受電装置２０への電力伝送の実行時に、送電電力を目標電力にするための制御（以下「送電電力制御」とも称する。）を実行する。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の出力電圧のデューティ（duty）を調整することによって、送電電力を目標電力に制御する。   In power transmission device 10 according to the present embodiment, as main control executed by power supply ECU 250, power supply ECU 250 performs control for setting the transmission power to the target power when executing power transmission from power transmission device 10 to power reception device 20. (Hereinafter also referred to as “transmission power control”). Specifically, power supply ECU 250 controls the transmitted power to the target power by adjusting the duty of the output voltage of inverter 220.

なお、インバータ２２０の出力電圧のデューティとは、出力電圧波形（矩形波）の周期に対する正（又は負）の電圧出力時間の比として定義される。インバータ２２０のスイッチング素子（オン／オフ期間比０．５）の動作タイミングを変化させることによって、インバータ出力電圧のデューティを調整することができる。送電電力の目標電力は、たとえば受電装置２０の受電状況に基づいて生成される。この実施の形態では、受電装置２０において、受電電力の目標値と検出値との偏差に基づいて送電電力の目標電力が生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。   The duty of the output voltage of the inverter 220 is defined as the ratio of the positive (or negative) voltage output time to the cycle of the output voltage waveform (rectangular wave). The duty of the inverter output voltage can be adjusted by changing the operation timing of the switching element (on / off period ratio 0.5) of the inverter 220. The target power of the transmitted power is generated based on the power reception status of the power receiving device 20, for example. In this embodiment, in the power receiving device 20, the target power of the transmitted power is generated based on the deviation between the target value of the received power and the detected value, and transmitted from the power receiving device 20 to the power transmitting device 10.

さらに、電源ＥＣＵ２５０は、上記の送電電力制御を実行するとともに、送電電力が一定の下で送電部２４０に含まれる送電コイル（後述）に流れる電流Ｉｓを最小にするための制御（以下「送電コイル電流最小制御」とも称する。）を実行する。詳細については後述するが、電力が一定の状態において、送電コイルに流れる電流が小さいほど、送電部２４０（送電コイル）と受電部３１０（受電コイル）との間の電力伝送効率は高くなる。そこで、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御を実行しつつ、送電コイルに流れる電流Ｉｓが最小となるようにインバータ２２０の駆動周波数（インバータ２２０のスイッチング周波数であり、送電電力の周波数でもある。）を調整する。なお、電源ＥＣＵ２５０は、インバータ２２０の駆動周波数すなわち送電電力の周波数を所定の周波数帯（規格等によって定められ得る。）において調整可能であり、この周波数帯を外れて周波数を調整することはしない。   Further, the power supply ECU 250 executes the above-described transmission power control, and performs control for minimizing a current Is flowing in a power transmission coil (described later) included in the power transmission unit 240 when the transmission power is constant (hereinafter referred to as “power transmission coil”). Also referred to as “minimum current control”). Although details will be described later, the power transmission efficiency between the power transmission unit 240 (power transmission coil) and the power reception unit 310 (power reception coil) increases as the current flowing through the power transmission coil decreases in a state where the power is constant. Therefore, the power supply ECU 250 adjusts the drive frequency of the inverter 220 (the switching frequency of the inverter 220 and also the frequency of transmission power) so that the current Is flowing through the transmission coil is minimized while executing transmission power control. To do. Power supply ECU 250 can adjust the drive frequency of inverter 220, that is, the frequency of transmitted power, in a predetermined frequency band (which can be determined by a standard or the like), and does not adjust the frequency outside this frequency band.

通信部２６０は、受電装置２０の通信部３７０と無線通信するように構成される。通信部２６０は、受電装置２０から送信される送電電力の目標値（目標電力）を受信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を受電装置２０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を受電装置２０から受信したりする。   The communication unit 260 is configured to wirelessly communicate with the communication unit 370 of the power receiving device 20. The communication unit 260 receives the target value (target power) of the transmission power transmitted from the power receiving device 20, exchanges information regarding the start / stop of power transmission with the power receiving device 20, and receives the power reception status ( (Received voltage, received current, received power, etc.) are received from the power receiving device 20.

一方、受電装置２０は、受電部３１０と、フィルタ回路３２０と、整流部３３０と、リレー回路３４０と、蓄電装置３５０とを含む。また、受電装置２０は、充電ＥＣＵ３６０と、通信部３７０と、電圧センサ３８０と、電流センサ３８２とをさらに含む。   On the other hand, power reception device 20 includes a power reception unit 310, a filter circuit 320, a rectification unit 330, a relay circuit 340, and a power storage device 350. Power receiving device 20 further includes a charging ECU 360, a communication unit 370, a voltage sensor 380, and a current sensor 382.

受電部３１０は、送電装置１０の送電部２４０から出力される電力（交流）を、磁界を通じて非接触で受電する。受電部３１０は、たとえば、送電部２４０から非接触で受電するための共振回路を含む（図示せず）。フィルタ回路３２０は、受電部３１０と整流部３３０との間に設けられ、受電部３１０による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。フィルタ回路３２０は、たとえば、インダクタ及びキャパシタを含むＬＣフィルタによって構成される。整流部３３０は、受電部３１０によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３５０へ出力する。整流部３３０は、整流器とともに平滑用のキャパシタを含んで構成される。   The power reception unit 310 receives the power (alternating current) output from the power transmission unit 240 of the power transmission device 10 in a non-contact manner through a magnetic field. Power reception unit 310 includes, for example, a resonance circuit for receiving power from power transmission unit 240 in a contactless manner (not shown). The filter circuit 320 is provided between the power reception unit 310 and the rectification unit 330, and suppresses harmonic noise generated when the power reception unit 310 receives power. The filter circuit 320 is configured by an LC filter including an inductor and a capacitor, for example. Rectifier 330 rectifies the AC power received by power receiver 310 and outputs the rectified power to power storage device 350. The rectification unit 330 includes a smoothing capacitor together with a rectifier.

蓄電装置３５０は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置３５０は、整流部３３０から出力される電力を蓄える。そして、蓄電装置３５０は、その蓄えられた電力を図示しない負荷駆動装置等へ供給する。なお、蓄電装置３５０として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。リレー回路３４０は、整流部３３０と蓄電装置３５０との間に設けられる。リレー回路３４０は、送電装置１０による蓄電装置３５０の充電時にオン（導通状態）にされる。   The power storage device 350 is a rechargeable DC power source, and includes a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery. The power storage device 350 stores the power output from the rectifying unit 330. Then, power storage device 350 supplies the stored power to a load driving device or the like (not shown). Note that an electric double layer capacitor or the like can also be employed as the power storage device 350. Relay circuit 340 is provided between rectifying unit 330 and power storage device 350. Relay circuit 340 is turned on (conductive state) when power storage device 350 is charged by power transmission device 10.

電圧センサ３８０は、整流部３３０の出力電圧（受電電圧）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電流センサ３８２は、整流部３３０からの出力電流（受電電流）を検出し、その検出値を充電ＥＣＵ３６０へ出力する。電圧センサ３８０及び電流センサ３８２の検出値に基づいて、受電部３１０による受電電力（蓄電装置３５０の充電電力に相当する。）を検出することができる。なお、電圧センサ３８０及び電流センサ３８２は、受電部３１０と整流部３３０との間（たとえば、フィルタ回路３２０と整流部３３０との間）に設けてもよい。   Voltage sensor 380 detects the output voltage (power reception voltage) of rectification unit 330 and outputs the detected value to charging ECU 360. Current sensor 382 detects an output current (received current) from rectifying unit 330 and outputs the detected value to charging ECU 360. Based on the detection values of the voltage sensor 380 and the current sensor 382, the power received by the power receiving unit 310 (corresponding to the charging power of the power storage device 350) can be detected. Note that the voltage sensor 380 and the current sensor 382 may be provided between the power receiving unit 310 and the rectifying unit 330 (for example, between the filter circuit 320 and the rectifying unit 330).

充電ＥＣＵ３６０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、上記の各センサ等からの信号を受けるとともに、受電装置２０における各種機器の制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。   Charging ECU 360 includes a CPU, a storage device, an input / output buffer, and the like (all not shown), receives signals from the sensors and the like, and controls various devices in power reception device 20. The various controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

充電ＥＣＵ３６０により実行される主要な制御として、充電ＥＣＵ３６０は、送電装置１０からの受電中に、受電装置２０における受電電力が所望の目標値となるように、送電装置１０における送電電力の目標値（目標電力）を生成する。具体的には、充電ＥＣＵ３６０は、受電電力の検出値と目標値との偏差に基づいて、送電装置１０における送電電力の目標値を生成する。そして、充電ＥＣＵ３６０は、生成された送電電力の目標値（目標電力）を通信部３７０によって送電装置１０へ送信する。   As main control executed by the charging ECU 360, the charging ECU 360 receives the target value of the transmission power in the power transmission device 10 so that the received power in the power reception device 20 becomes a desired target value during power reception from the power transmission device 10. Target power). Specifically, charging ECU 360 generates a target value of transmitted power in power transmission device 10 based on the deviation between the detected value of received power and the target value. Then, the charging ECU 360 transmits the generated target value (target power) of the transmitted power to the power transmitting apparatus 10 through the communication unit 370.

通信部３７０は、送電装置１０の通信部２６０と無線通信するように構成される。通信部３７０は、充電ＥＣＵ３６０において生成される送電電力の目標値（目標電力）を送電装置１０へ送信するほか、電力伝送の開始／停止に関する情報を送電装置１０とやり取りしたり、受電装置２０の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を送電装置１０へ送信したりする。   The communication unit 370 is configured to wirelessly communicate with the communication unit 260 of the power transmission device 10. The communication unit 370 transmits a target value (target power) of the transmission power generated in the charging ECU 360 to the power transmission device 10, exchanges information regarding start / stop of power transmission with the power transmission device 10, The power reception status (power reception voltage, power reception current, power reception power, etc.) is transmitted to the power transmission device 10.

この電力伝送システムにおいては、送電装置１０において、インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ、所定の周波数を有する交流電力が供給される。送電部２４０及び受電部３１０の各々は、共振回路を含み、交流電力の周波数において共振するように設計されている。   In this power transmission system, AC power having a predetermined frequency is supplied from the inverter 220 to the power transmission unit 240 through the filter circuit 230 in the power transmission device 10. Each of power transmission unit 240 and power reception unit 310 includes a resonance circuit and is designed to resonate at a frequency of AC power.

インバータ２２０からフィルタ回路２３０を通じて送電部２４０へ交流電力が供給されると、送電部２４０の共振回路を構成するコイルと、受電部３１０の共振回路を構成するコイルとの間に形成される磁界を通じて、送電部２４０から受電部３１０へエネルギー（電力）が移動する。受電部３１０へ移動したエネルギー（電力）は、フィルタ回路３２０及び整流部３３０を通じて蓄電装置３５０へ供給される。   When AC power is supplied from the inverter 220 to the power transmission unit 240 through the filter circuit 230, a magnetic field formed between the coil constituting the resonance circuit of the power transmission unit 240 and the coil constituting the resonance circuit of the power reception unit 310 is passed. The energy (electric power) moves from the power transmission unit 240 to the power reception unit 310. The energy (power) transferred to the power receiving unit 310 is supplied to the power storage device 350 through the filter circuit 320 and the rectifying unit 330.

図２は、図１に示した送電部２４０及び受電部３１０の構成を説明する回路図である。図２を参照して、送電部２４０は、送電コイル２４２と、キャパシタ２４４とを含む。キャパシタ２４４は、送電コイル２４２に直列に接続されて送電コイル２４２と共振回路を形成する。キャパシタ２４４は、送電部２４０の共振周波数を調整するために設けられる。送電コイル２４２及びキャパシタ２４４によって構成される共振回路のＱ値は、１００以上であることが好ましい。なお、この回路図では、送電装置１０において、インバータ２２０と送電部２４０との間のフィルタ回路２３０（図１）の図示は省略されている。   FIG. 2 is a circuit diagram illustrating the configuration of power transmission unit 240 and power reception unit 310 shown in FIG. Referring to FIG. 2, power transmission unit 240 includes a power transmission coil 242 and a capacitor 244. The capacitor 244 is connected in series with the power transmission coil 242 to form a resonance circuit with the power transmission coil 242. Capacitor 244 is provided to adjust the resonance frequency of power transmission unit 240. The Q value of the resonance circuit configured by the power transmission coil 242 and the capacitor 244 is preferably 100 or more. In the circuit diagram, in the power transmission device 10, the filter circuit 230 (FIG. 1) between the inverter 220 and the power transmission unit 240 is omitted.

受電部３１０は、受電コイル３１２と、キャパシタ３１４とを含む。キャパシタ３１４は、受電コイル３１２に直列に接続されて受電コイル３１２と共振回路を形成する。キャパシタ３１４は、受電部３１０の共振周波数を調整するために設けられる。受電コイル３１２及びキャパシタ３１４によって構成される共振回路の共振強度を示すＱ値も、１００以上であることが好ましい。   Power reception unit 310 includes a power reception coil 312 and a capacitor 314. The capacitor 314 is connected in series with the power receiving coil 312 to form a resonance circuit with the power receiving coil 312. The capacitor 314 is provided to adjust the resonance frequency of the power reception unit 310. The Q value indicating the resonance strength of the resonance circuit constituted by the power receiving coil 312 and the capacitor 314 is also preferably 100 or more.

なお、特に図示しないが、送電コイル２４２及び受電コイル３１２の構造は特に限定されない。たとえば、送電部２４０と受電部３１０とが正対する場合に、送電部２４０と受電部３１０とが並ぶ方向に沿う軸に巻回される渦巻形状やらせん形状のコイルを送電コイル２４２及び受電コイル３１２の各々に採用することができる。或いは、送電部２４０と受電部３１０とが正対する場合に、送電部２４０と受電部３１０とが並ぶ方向を法線方向とするフェライト板に電線を巻回して成るコイルを送電コイル２４２及び受電コイル３１２の各々に採用してもよい。   Although not particularly illustrated, the structures of the power transmission coil 242 and the power reception coil 312 are not particularly limited. For example, when the power transmission unit 240 and the power reception unit 310 face each other, a spiral coil or a spiral coil wound around an axis along the direction in which the power transmission unit 240 and the power reception unit 310 are aligned is used as the power transmission coil 242 and the power reception coil 312. Can be adopted for each of the above. Alternatively, when the power transmission unit 240 and the power reception unit 310 face each other, a coil formed by winding an electric wire around a ferrite plate whose normal direction is the direction in which the power transmission unit 240 and the power reception unit 310 are arranged is a power transmission coil 242 and a power reception coil. Each of 312 may be adopted.

ここで、受電コイル３１２のインダクタンスはＬ２であり、キャパシタ３１４のキャパシタンスはＣ２であるものとする。電気負荷３９０は、受電部３１０以降のフィルタ回路３２０、整流部３３０及び蓄電装置３５０（図１）である。インピーダンス３９５は、電気負荷３９０等価インピーダンスを示し、そのインピーダンス値はＲＬであるものとする。すなわち、インピーダンス３９５は、受電部３１０以降の負荷インピーダンスである（以下では、電気負荷３９０の等価インピーダンスＲＬを「負荷インピーダンスＲＬ」とも称する。）。なお、この負荷インピーダンスＲＬは、電気負荷３９０の回路構成、電気負荷３９０が受ける電力（受電電力）、及び電気負荷３９０に含まれる蓄電装置３５０（図１）の電圧（電気負荷３９０の電圧は蓄電装置３５０によって拘束される。）から算出することができる。   Here, it is assumed that the inductance of the power receiving coil 312 is L2, and the capacitance of the capacitor 314 is C2. The electrical load 390 is the filter circuit 320, the rectifier 330, and the power storage device 350 (FIG. 1) after the power receiving unit 310. The impedance 395 indicates an electrical load 390 equivalent impedance, and the impedance value is RL. That is, impedance 395 is a load impedance after power receiving unit 310 (hereinafter, equivalent impedance RL of electric load 390 is also referred to as “load impedance RL”). Note that the load impedance RL includes the circuit configuration of the electric load 390, the power received by the electric load 390 (received power), and the voltage of the power storage device 350 (FIG. 1) included in the electric load 390 (the voltage of the electric load 390 is stored) Restrained by the device 350).

このような回路構成において、送電コイル２４２と受電コイル３１２との間の電力伝送効率ηは、次式にて表される。   In such a circuit configuration, the power transmission efficiency η between the power transmission coil 242 and the power reception coil 312 is expressed by the following equation.

Figure 2017131073
Figure 2017131073

ここで、Ｉ１は送電コイル２４２に流れる電流（すなわち電流Ｉｓ）を示し、Ｉ２は受電コイル３１２に流れる電流を示す。また、ｒ１は送電コイル２４２の巻線抵抗を示し、ｒ２は受電コイル３１２の巻線抵抗を示す。電気負荷３９０の電圧は、蓄電装置３５０（図１）によって拘束されるので、電力一定の下では、電流Ｉ２及び負荷インピーダンスＲＬは略一定となる。したがって、式（１）から、電力伝送効率ηは電流Ｉ１の２乗に反比例することが分かる。すなわち、送電コイル２４２に流れる電流Ｉ１が小さいほど電力伝送効率ηは高くなる。   Here, I1 indicates a current flowing through the power transmission coil 242 (that is, current Is), and I2 indicates a current flowing through the power receiving coil 312. R1 represents the winding resistance of the power transmission coil 242, and r2 represents the winding resistance of the power reception coil 312. Since the voltage of the electrical load 390 is restrained by the power storage device 350 (FIG. 1), the current I2 and the load impedance RL are substantially constant under constant power. Therefore, it can be seen from the equation (1) that the power transmission efficiency η is inversely proportional to the square of the current I1. That is, the smaller the current I1 flowing through the power transmission coil 242, the higher the power transmission efficiency η.

そこで、この実施の形態に従う電力伝送システムでは、送電電力が一定の下で送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓ（図１）を最小にするための送電コイル電流最小制御が実行される。この送電コイル電流最小制御には、制御対象に振動信号を与えることにより制御量の極値を探索する公知の極値探索制御が適用される。すなわち、制御の詳細については後述するが、電源ＥＣＵ２５０は、公知の極値探索制御を用いて、送電電力の周波数を振動させることによって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる最適周波数を探索する。   Therefore, in the power transmission system according to this embodiment, power transmission coil current minimum control for minimizing current Is (FIG. 1) flowing through power transmission coil 242 under constant transmission power is executed. For this power transmission coil current minimum control, known extremum search control for searching for an extremum of the controlled variable by applying a vibration signal to the controlled object is applied. That is, although details of the control will be described later, the power supply ECU 250 searches for an optimum frequency at which the current Is flowing through the power transmission coil 242 is minimized by oscillating the frequency of the transmitted power using known extreme value search control. To do.

ここで、送電電力の大きさは、インバータ出力電圧のデューティだけでなく送電電力の周波数にも依存し、送電電力の周波数を振動させると、送電電力の大きさも振動する。その結果、周波数を振動させたことによる送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握できず、極値探索制御を用いた送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度が低下してしまう。   Here, the magnitude of the transmitted power depends not only on the duty of the inverter output voltage but also on the frequency of the transmitted power. When the frequency of the transmitted power is vibrated, the magnitude of the transmitted power also vibrates. As a result, the change in the current Is of the power transmission coil 242 due to the vibration of the frequency cannot be accurately grasped, and the optimum frequency search accuracy by the power transmission coil current minimum control using the extreme value search control is lowered.

図３は、送電電力の周波数依存性を例示した図である。図３を参照して、横軸は、インバータ２２０のスイッチング周波数を変更することにより調整される送電電力（交流）の周波数を示す。縦軸は、インバータ２２０の出力電圧のデューティを示す。   FIG. 3 is a diagram illustrating the frequency dependence of transmitted power. Referring to FIG. 3, the horizontal axis indicates the frequency of transmission power (alternating current) adjusted by changing the switching frequency of inverter 220. The vertical axis represents the duty of the output voltage of the inverter 220.

線ＰＬ１〜ＰＬ３の各々は、送電電力の等高線を示す。線ＰＬ２によって示される送電電力は、線ＰＬ１によって示される送電電力よりも大きく、線ＰＬ３によって示される送電電力は、線ＰＬ２によって示される送電電力よりも大きい。インバータ出力電圧のデューティと送電電力の大きさとの相関は大きく、この実施の形態では、インバータ出力電圧のデューティを調整することによって、送電電力の大きさが制御される（送電電力制御）。   Each of the lines PL1 to PL3 represents a contour line of the transmission power. The transmission power indicated by line PL2 is larger than the transmission power indicated by line PL1, and the transmission power indicated by line PL3 is larger than the transmission power indicated by line PL2. The correlation between the duty of the inverter output voltage and the magnitude of the transmission power is large, and in this embodiment, the magnitude of the transmission power is controlled by adjusting the duty of the inverter output voltage (transmission power control).

しかしながら、送電電力の大きさは、送電電力の周波数にも依存する。たとえば、図示されるような電力等高線の場合、線ＰＬ２上の動作点Ｐ１から周波数がΔｆだけ増加した動作点Ｐ２に動作点が推移すると、送電電力は、線ＰＬ２で示される電力よりも大きくなる。なお、このような周波数変化による送電電力の変動は、送電電力制御によって目標電力に調整されることとなるが、送電電力制御は、送電電力の検出値に基づくフィードバック制御（後述）であるので、このような送電電力の変動自体を抑えることはできない。なお、特に図示しないが、反対に送電電力の周波数を下げた場合は、送電電力は低下する。   However, the magnitude of transmitted power also depends on the frequency of transmitted power. For example, in the case of the power contour as shown in the figure, when the operating point shifts from the operating point P1 on the line PL2 to the operating point P2 whose frequency is increased by Δf, the transmitted power becomes larger than the power indicated by the line PL2. . In addition, although the fluctuation | variation of the transmission power by such a frequency change will be adjusted to target power by transmission power control, since transmission power control is feedback control (after-mentioned) based on the detected value of transmission power, Such fluctuations in the transmission power itself cannot be suppressed. Although not shown in particular, when the frequency of the transmission power is lowered, the transmission power is reduced.

このように、極値探索制御を用いた送電コイル電流最小制御によって送電電力の周波数を振動させると、送電電力の大きさも振動する。その結果、周波数を振動させたことによる送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握できず、送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度が低下してしまう。   Thus, when the frequency of the transmission power is vibrated by the minimum transmission coil current control using the extreme value search control, the magnitude of the transmission power is also vibrated. As a result, the change in the current Is of the power transmission coil 242 due to the vibration of the frequency cannot be accurately grasped, and the optimum frequency search accuracy by the power transmission coil current minimum control is lowered.

そこで、この実施の形態に従う電力伝送システムでは、電源ＥＣＵ２５０は、さらに、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動に起因する送電電力の振動を抑制するように、周波数の振動に同期してインバータ出力電圧のデューティを補正する制御（以下「デューティ補正制御」とも称する。）を実行する。以下、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御、送電コイル電流最小制御、及びデューティ補正制御について、詳しく説明する。   Therefore, in the power transmission system according to this embodiment, power supply ECU 250 further suppresses the vibration of the transmission power so as to suppress the vibration of the transmission power caused by the vibration of the frequency by the transmission coil current minimum control (extreme value search control). Synchronously correcting the duty of the inverter output voltage (hereinafter also referred to as “duty correction control”) is executed. Hereinafter, transmission power control, transmission coil current minimum control, and duty correction control executed by the power supply ECU 250 will be described in detail.

図４は、電源ＥＣＵ２５０により実行される送電電力制御、送電コイル電流最小制御、及びデューティ補正制御の制御ブロック図である。図４を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、送電電力制御を実行する第１の制御部４００と、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００と、デューティ補正制御を実行する第３の制御部６００とを含む。   FIG. 4 is a control block diagram of transmission power control, transmission coil current minimum control, and duty correction control executed by the power supply ECU 250. Referring to FIG. 4, power supply ECU 250 performs a first control unit 400 that performs transmission power control, a second control unit 500 that performs transmission coil current minimum control, and a third control that performs duty correction control. And a control unit 600.

第１の制御部４００は、減算部４１０，４３０と、コントローラ４２０とを含む。減算部４１０は、送電電力の目標値を示す目標電力Ｐｓｒから送電電力Ｐｓの検出値を減算し、その演算値をコントローラ４２０へ出力する。送電電力Ｐｓの検出値は、たとえば、図１に示した電圧センサ２７０及び電流センサ２７２の検出値に基づいて算出される。目標電力Ｐｓｒは、たとえば、受電装置２０の受電状況に基づいて受電装置２０において生成され、受電装置２０から送電装置１０へ送信される。   The first control unit 400 includes subtraction units 410 and 430 and a controller 420. Subtraction unit 410 subtracts the detected value of transmission power Ps from target power Psr indicating the target value of transmission power, and outputs the calculated value to controller 420. The detection value of the transmission power Ps is calculated based on, for example, the detection values of the voltage sensor 270 and the current sensor 272 shown in FIG. For example, the target power Psr is generated in the power receiving device 20 based on the power reception status of the power receiving device 20, and is transmitted from the power receiving device 20 to the power transmitting device 10.

コントローラ４２０は、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差に基づいて、インバータ出力電圧のデューティ指令値を生成する。コントローラ４２０は、たとえば、目標電力Ｐｓｒと送電電力Ｐｓとの偏差（減算部４１０の出力）を入力とするＰＩ制御（比例積分制御）を実行することによって操作量を算出し、その算出された操作量をデューティ指令値とする。   The controller 420 generates a duty command value for the inverter output voltage based on the deviation between the target power Psr and the transmission power Ps. For example, the controller 420 calculates an operation amount by executing PI control (proportional integral control) with a deviation (output of the subtraction unit 410) between the target power Psr and the transmission power Ps as an input, and calculates the calculated operation. The amount is the duty command value.

減算部４３０は、コントローラ４２０によって算出されたデューティ指令値から、第３の制御部６００（後述）によって算出される補正量を減算し、その演算値を最終的なデューティ指令値とする。コントローラ４２０によって算出されたデューティ指令値から、第３の制御部６００によって算出されるデューティ補正量を減算することによって、送電コイル電流最小制御（第２の制御部５００）による周波数の振動に起因する送電電力の振動が抑制される。   The subtraction unit 430 subtracts a correction amount calculated by a third control unit 600 (described later) from the duty command value calculated by the controller 420, and uses the calculated value as a final duty command value. By subtracting the duty correction amount calculated by the third control unit 600 from the duty command value calculated by the controller 420, it is caused by frequency oscillation by the power transmission coil current minimum control (second control unit 500). Vibration of transmitted power is suppressed.

第２の制御部５００は、振動信号生成部５１０と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ（High Pass Filter））５２０と、乗算部５３０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ（Low Pass Filter））５４０と、コントローラ５５０と、加算部５６０とを含む。   The second control unit 500 includes a vibration signal generation unit 510, a high pass filter (HPF (High Pass Filter)) 520, a multiplication unit 530, a low pass filter (LPF (Low Pass Filter)) 540, a controller 550, An adder 560.

振動信号生成部５１０は、振幅が十分小さく、かつ低周波数の振動信号を生成する。極値探索制御では、このような振動信号を用いることによって、送電電力の周波数ｆの、最適周波数（送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる周波数）への移行が監視される。   The vibration signal generation unit 510 generates a vibration signal having a sufficiently small amplitude and a low frequency. In the extreme value search control, by using such a vibration signal, the transition of the frequency f of the transmission power to the optimum frequency (the frequency at which the current Is flowing through the power transmission coil 242 is minimized) is monitored.

ＨＰＦ５２０は、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓの検出値を受け、電流Ｉｓの直流成分を除去した信号を出力する。このＨＰＦ５２０は、振動信号生成部５１０により生成される振動信号に基づいて送電電力の周波数ｆを振動させたときの電流Ｉｓの傾き（微分係数）を抽出するものである。   The HPF 520 receives the detected value of the current Is flowing through the power transmission coil 242 and outputs a signal from which the DC component of the current Is is removed. The HPF 520 extracts the slope (differential coefficient) of the current Is when the frequency f of the transmission power is vibrated based on the vibration signal generated by the vibration signal generation unit 510.

乗算部５３０は、ＨＰＦ５２０から出力される信号（電流Ｉｓの微分係数）に、振動信号生成部５１０により生成される振動信号を乗算し、振動信号と電流Ｉｓとの相関係数を算出する。この相関係数は、周波数ｆを変化させたときの電流Ｉｓの増減方向を示すものである。   The multiplier 530 multiplies the signal (differential coefficient of the current Is) output from the HPF 520 by the vibration signal generated by the vibration signal generator 510, and calculates a correlation coefficient between the vibration signal and the current Is. This correlation coefficient indicates the increase / decrease direction of the current Is when the frequency f is changed.

ＬＰＦ５４０は、乗算部５３０によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。このＬＰＦ５４０の出力は、周波数ｆを最適周波数へ移行させるための周波数ｆの操作方向（増減方向）を示す。なお、このＬＰＦ５４０は、省略することも可能である。   The LPF 540 extracts the direct current component of the correlation coefficient calculated by the multiplication unit 530. The output of the LPF 540 indicates the operation direction (increase / decrease direction) of the frequency f for shifting the frequency f to the optimum frequency. The LPF 540 can be omitted.

コントローラ５５０は、ＬＰＦ５４０の出力に基づいて、周波数ｆを最適周波数へ移行させるための周波数ｆの操作量（変更量）を算出する。コントローラ５５０は、たとえば、ＬＰＦ５４０の出力信号を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することによって、周波数ｆの操作量を算出する。   The controller 550 calculates an operation amount (change amount) of the frequency f for shifting the frequency f to the optimal frequency based on the output of the LPF 540. For example, the controller 550 calculates an operation amount of the frequency f by executing I control (integration control) using the output signal of the LPF 540 as an input.

加算部５６０は、コントローラ５５０の出力に、振動信号生成部５１０によって生成される振動信号を加算し、その演算値を最終的な周波数ｆの操作量とする。このような第２の制御部５００によって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓを最小にする最適周波数が探索され、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓを最小にすることができる。   Adder 560 adds the vibration signal generated by vibration signal generator 510 to the output of controller 550, and uses the calculated value as the final manipulated variable of frequency f. The second control unit 500 searches for the optimum frequency that minimizes the current Is flowing through the power transmission coil 242, and can minimize the current Is flowing through the power transmission coil 242.

第３の制御部６００は、ＨＰＦ６１０と、乗算部６２０，６５０と、ＬＰＦ６３０と、コントローラ６４０とを含む。ＨＰＦ６１０は、送電電力Ｐｓの検出値を受け、送電電力Ｐｓの直流成分を除去した信号を出力する。このＨＰＦ６１０は、第２の制御部５００により周波数ｆを振動させたときの送電電力Ｐｓの傾き（微分係数）を抽出するものである。なお、ＨＰＦ６１０のカットオフ周波数は、第２の制御部５００のＨＰＦ５２０と同じ値に設定される。   The third control unit 600 includes an HPF 610, multiplication units 620 and 650, an LPF 630, and a controller 640. The HPF 610 receives the detection value of the transmission power Ps and outputs a signal from which the DC component of the transmission power Ps is removed. The HPF 610 extracts the slope (differential coefficient) of the transmission power Ps when the second control unit 500 vibrates the frequency f. Note that the cutoff frequency of the HPF 610 is set to the same value as the HPF 520 of the second control unit 500.

乗算部６２０は、ＨＰＦ６１０から出力される信号（送電電力Ｐｓの微分係数）に、第２の制御部５００の振動信号生成部５１０により生成される振動信号を乗算し、振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数を算出する。この相関係数は、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００により周波数ｆを変化させたときの送電電力Ｐｓの増減方向を示すものである。   The multiplier 620 multiplies the signal output from the HPF 610 (differential coefficient of the transmission power Ps) by the vibration signal generated by the vibration signal generation unit 510 of the second control unit 500, and the vibration signal and the transmission power Ps. The correlation coefficient is calculated. The correlation coefficient indicates the increase / decrease direction of the transmission power Ps when the frequency f is changed by the second control unit 500 that executes the minimum transmission coil current control.

ＬＰＦ６３０は、乗算部６２０によって演算された相関係数の直流成分を抽出する。このＬＰＦ６３０の出力は、第２の制御部５００による周波数ｆの振動に起因する送電電力の振動を相殺するためのデューティの操作方向（増減方向）を示す。ＬＰＦ６３０のカットオフ周波数も、第２の制御部５００のＬＰＦ５４０と同じ値に設定される。なお、このＬＰＦ６３０は、省略することも可能である。   The LPF 630 extracts the DC component of the correlation coefficient calculated by the multiplication unit 620. The output of the LPF 630 indicates the operation direction (increase / decrease direction) of the duty for canceling the vibration of the transmission power caused by the vibration of the frequency f by the second control unit 500. The cutoff frequency of the LPF 630 is also set to the same value as the LPF 540 of the second control unit 500. The LPF 630 can be omitted.

コントローラ６４０は、ＬＰＦ６３０の出力に基づいて、第２の制御部５００により周波数ｆを振動させたときの送電電力Ｐｓの振動を相殺するデューティ補正量の大きさを算出する。すなわち、第２の制御部５００のＨＰＦ５２０、乗算部５３０及びＬＰＦ５４０と同様の構成を有する上記のＨＰＦ６１０、乗算部６２０及びＬＰＦ６３０によって、第２の制御部５００による振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数が算出される。そして、コントローラ６４０は、振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数に基づいて、第２の制御部５００による周波数ｆの振動に起因する送電電力Ｐｓの振動を相殺するためのデューティ補正量の大きさを算出する。コントローラ６４０は、たとえば、振動信号と送電電力Ｐｓとの相関係数を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することによって、デューティ補正量の大きさを算出する。   Based on the output of the LPF 630, the controller 640 calculates the magnitude of the duty correction amount that cancels the vibration of the transmission power Ps when the second control unit 500 vibrates the frequency f. That is, the above-described HPF 610, multiplication unit 620, and LPF 630 having the same configuration as the HPF 520, the multiplication unit 530, and the LPF 540 of the second control unit 500 allow the phase relationship between the vibration signal and the transmission power Ps by the second control unit 500. A number is calculated. The controller 640 then increases the duty correction amount for canceling the vibration of the transmission power Ps caused by the vibration of the frequency f by the second controller 500 based on the correlation coefficient between the vibration signal and the transmission power Ps. Is calculated. For example, the controller 640 calculates the magnitude of the duty correction amount by executing I control (integration control) with a correlation coefficient between the vibration signal and the transmission power Ps as an input.

乗算部６５０は、コントローラ６４０の出力に、第２の制御部５００の振動信号生成部５１０により生成される振動信号を乗算し、その演算値を第１の制御部４００の減算部４３０へ出力する。これにより、送電コイル電流最小制御（第２の制御部５００）による周波数の振動に起因する送電電力Ｐｓの振動を抑制するためのデューティ操作が行なわれ、第２の制御部５００の実行に伴なう送電電力の振動が抑制される。   Multiplier 650 multiplies the output of controller 640 by the vibration signal generated by vibration signal generator 510 of second controller 500 and outputs the calculated value to subtractor 430 of first controller 400. . As a result, a duty operation for suppressing vibration of the transmission power Ps caused by frequency vibration by the power transmission coil current minimum control (second control unit 500) is performed. The vibration of the transmitted power is suppressed.

このように、この実施の形態に従う電力伝送システムでは、第３の制御部６００において実行されるデューティ補正制御によって、第２の制御部５００において実行される送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動に同期してインバータ出力電圧のデューティが補正される。これにより、送電コイル電流最小制御による周波数の振動に起因する送電電力の振動が抑制され、送電コイル電流最小制御において送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握することができる。その結果、送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度が向上する。   As described above, in the power transmission system according to this embodiment, the transmission coil current minimum control (extreme value search control) executed in the second control unit 500 by the duty correction control executed in the third control unit 600. The duty of the inverter output voltage is corrected in synchronization with the vibration of the frequency due to. Thereby, the vibration of the transmission power caused by the vibration of the frequency by the power transmission coil current minimum control is suppressed, and the change of the current Is of the power transmission coil 242 can be accurately grasped in the power transmission coil current minimum control. As a result, the optimum frequency search accuracy by the power transmission coil current minimum control is improved.

図５は、電源ＥＣＵ２５０により実行されるデューティ補正制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、所定時間毎又は所定条件の成立時にメインルーチンから呼び出されて実行される。   FIG. 5 is a flowchart for illustrating a processing procedure of duty correction control executed by power supply ECU 250. The process shown in this flowchart is called from the main routine and executed every predetermined time or when a predetermined condition is satisfied.

図５を参照して、電源ＥＣＵ２５０は、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動に起因する送電電力の振動成分を抽出する（ステップＳ１０）。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００のＨＰＦ６１０によって、送電電力の振動成分を抽出する。   Referring to FIG. 5, power supply ECU 250 extracts a vibration component of transmission power caused by frequency vibration by power transmission coil current minimum control (extreme value search control) (step S <b> 10). Specifically, power supply ECU 250 extracts the vibration component of the transmission power by HPF 610 of third control unit 600 shown in FIG.

次いで、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ１０において抽出された送電電力の振動成分に、送電コイル電流最小制御による周波数の振動信号を乗算して、振動信号と送電電力との相関係数を算出する（ステップＳ２０）。上述のように、この相関係数は、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００により周波数を変化させたときの送電電力の増減方向を示す。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００の乗算部６２０によって、振動信号と送電電力との相関係数を算出する。   Next, power supply ECU 250 multiplies the vibration component of the transmission power extracted in step S10 by a vibration signal having a frequency by the power transmission coil current minimum control to calculate a correlation coefficient between the vibration signal and the transmission power (step S20). ). As described above, this correlation coefficient indicates the increase / decrease direction of the transmitted power when the frequency is changed by the second control unit 500 that executes the minimum transmission coil current control. Specifically, power supply ECU 250 calculates a correlation coefficient between the vibration signal and the transmitted power by multiplication unit 620 of third control unit 600 shown in FIG.

続いて、電源ＥＣＵ２５０は、ステップＳ２０において算出された相関係数を入力とするＩ制御（積分制御）を実行することにより、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）によって周波数を振動させたときの送電電力の振動を相殺するデューティ補正量の大きさ（振幅）を算出する（ステップＳ３０）。より詳細には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００のＬＰＦ６３０によって相関係数の直流成分を抽出し、この相関係数の直流成分を入力とするＩ制御を実行する。   Subsequently, when power supply ECU 250 vibrates the frequency by power transmission coil current minimum control (extreme value search control) by executing I control (integral control) using the correlation coefficient calculated in step S20 as an input. The magnitude (amplitude) of the duty correction amount that cancels the vibration of the transmitted power is calculated (step S30). More specifically, power supply ECU 250 extracts the DC component of the correlation coefficient by LPF 630 of third control unit 600 shown in FIG. 4, and executes I control using the DC component of the correlation coefficient as an input.

そして、電源ＥＣＵ２５０は、算出されたデューティ補正量の大きさ（振幅）に、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による周波数の振動信号を乗算して、周波数の振動による送電電力の振動を抑制するデューティ補正量（フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）項）を算出する（ステップＳ４０）。具体的には、電源ＥＣＵ２５０は、図４に示した第３の制御部６００の乗算部６５０によって、デューティ補正量（Ｆ／Ｆ項）を算出する。   Then, power supply ECU 250 multiplies the magnitude (amplitude) of the calculated duty correction amount by the vibration signal of the frequency by the power transmission coil current minimum control (extreme value search control), and generates the vibration of the transmission power due to the vibration of the frequency. A duty correction amount (feed forward (F / F) term) to be suppressed is calculated (step S40). Specifically, power supply ECU 250 calculates a duty correction amount (F / F term) by multiplication unit 650 of third control unit 600 shown in FIG.

以上のように、この実施の形態においては、送電電力の周波数ｆを振動させることによって、送電コイル２４２に流れる電流Ｉｓが最小となる周波数を探索する送電コイル電流最小制御（極値探索制御）が実行される。そして、第３の制御部６００によるデューティ補正制御によって、送電コイル電流最小制御による周波数ｆの振動に同期してインバータ出力電圧のデューティが補正され、周波数ｆの振動による送電電力Ｐｓの振動が抑制される。したがって、この実施の形態によれば、送電コイル電流最小制御（極値探索制御）による送電コイル２４２の電流Ｉｓの変化を精度よく把握することができる。その結果、送電コイル電流最小制御による最適周波数の探索精度を向上させることができる。   As described above, in this embodiment, the transmission coil current minimum control (extreme value search control) for searching for the frequency at which the current Is flowing through the power transmission coil 242 is minimized by vibrating the frequency f of the transmission power. Executed. Then, the duty correction control by the third control unit 600 corrects the duty of the inverter output voltage in synchronization with the vibration of the frequency f by the power transmission coil current minimum control, and the vibration of the transmission power Ps due to the vibration of the frequency f is suppressed. The Therefore, according to this embodiment, it is possible to accurately grasp the change in the current Is of the power transmission coil 242 due to the power transmission coil current minimum control (extreme value search control). As a result, it is possible to improve the search accuracy of the optimum frequency by the power transmission coil current minimum control.

なお、上記の実施の形態では、送電電力制御を実行する第１の制御部４００のコントローラ４２０は、ＰＩ制御を実行するものとしたが、ＰＩ制御に代えて、Ｉ制御やＰ制御（比例制御）を実行するようにしてもよい。   In the above embodiment, the controller 420 of the first control unit 400 that executes transmission power control executes PI control. However, instead of PI control, I control or P control (proportional control) is used. ) May be executed.

また、上記においては、送電コイル電流最小制御を実行する第２の制御部５００のコントローラ５５０、及びデューティ補正制御を実行する第３の制御部６００のコントローラ６４０は、Ｉ制御を実行するものとしたが、Ｉ制御に代えて、応答速度の向上を見込めるＰＩ制御やＰ制御を実行するようにしてもよい。   Further, in the above, the controller 550 of the second control unit 500 that executes the minimum transmission coil current control and the controller 640 of the third control unit 600 that executes the duty correction control execute the I control. However, instead of the I control, PI control or P control that can improve the response speed may be executed.

なお、上記において、電源ＥＣＵ２５０は、この発明における「制御部」の一実施例に対応する。また、電源ＥＣＵ２５０の第１の制御部４００において実行される送電電力制御は、この発明における「第１の制御」の一実施例に対応し、電源ＥＣＵ２５０の第２の制御部５００において実行される送電コイル電流最小制御は、この発明における「第２の制御」の一実施例に対応する。さらに、電源ＥＣＵ２５０の第３の制御部６００において実行されるデューティ補正制御は、この発明における「第３の制御」の一実施例に対応する。   In the above, power supply ECU 250 corresponds to an example of “control unit” in the present invention. Transmission power control executed in first control unit 400 of power supply ECU 250 corresponds to an example of “first control” in the present invention, and is executed in second control unit 500 of power supply ECU 250. The power transmission coil current minimum control corresponds to an example of “second control” in the present invention. Further, the duty correction control executed in third control unit 600 of power supply ECU 250 corresponds to an example of “third control” in the present invention.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

１０ 送電装置、２０ 受電装置、１００ 交流電源、２１０ ＰＦＣ回路、２２０ インバータ、２３０，３２０ フィルタ回路、２４０ 送電部、２４２，３１２ コイル、２４４，３１４ キャパシタ、２５０ 電源ＥＣＵ、２６０，３７０ 通信部、２７０，３８０ 電圧センサ、２７２，２７４，３８２ 電流センサ、３１０ 受電部、３３０ 整流部、３４０ リレー回路、３５０ 蓄電装置、３６０ 充電ＥＣＵ、３９０ 電気負荷、３９５ インピーダンス、４００ 第１の制御部、４１０，４３０ 減算部、４２０，５５０，６４０ コントローラ、５００ 第２の制御部、５１０ 振動信号生成部、５２０，６１０ ＨＰＦ、５３０，６２０，６５０ 乗算部、５４０，６３０ ＬＰＦ、５６０ 加算部、６００ 第３の制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power transmission device, 20 Power receiving device, 100 AC power supply, 210 PFC circuit, 220 Inverter, 230, 320 Filter circuit, 240 Power transmission part, 242, 312 Coil, 244, 314 Capacitor, 250 Power supply ECU, 260, 370 Communication part, 270 , 380 Voltage sensor, 272, 274, 382 Current sensor, 310 Power receiver, 330 Rectifier, 340 Relay circuit, 350 Power storage device, 360 Charge ECU, 390 Electric load, 395 Impedance, 400 First controller, 410, 430 Subtraction unit, 420, 550, 640 controller, 500 second control unit, 510 vibration signal generation unit, 520, 610 HPF, 530, 620, 650 multiplication unit, 540, 630 LPF, 560 addition unit, 600 third control Department.

Claims (2)

受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、
所定の周波数の送電電力を生成して前記送電コイルへ供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記インバータの出力電圧のデューティを調整することによって前記送電電力を目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、
前記送電電力が一定の下で前記送電コイルに流れる電流が最小となるように、前記インバータにより生成される前記送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含み、
前記第２の制御は、前記周波数を振動させることによって、前記送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含み、
前記制御部は、さらに、前記極値探索制御による前記周波数の振動に起因する前記送電電力の振動を抑制するように、前記周波数の振動に同期して前記デューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む、送電装置。 A power transmission coil for non-contact power transmission to the power receiving device;
An inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies the transmission power to the transmission coil;
A control unit for controlling the inverter,
The controller is
A first control unit that executes a first control for controlling the transmission power to a target power by adjusting a duty of an output voltage of the inverter;
A second control unit that executes a second control for adjusting a frequency of the transmission power generated by the inverter so that a current flowing through the transmission coil is minimized when the transmission power is constant. ,
The second control includes an extreme value search control for searching for a frequency at which a current flowing through the power transmission coil is minimized by vibrating the frequency.
The control unit further executes a third control for correcting the duty in synchronization with the vibration of the frequency so as to suppress the vibration of the transmission power caused by the vibration of the frequency by the extreme value search control. A power transmission device including a third control unit. 送電装置と、
受電装置とを備え、
前記送電装置は、
前記受電装置へ非接触で送電する送電コイルと、
所定の周波数の送電電力を生成して前記送電コイルへ供給するインバータと、
前記インバータを制御する制御部とを含み、
前記制御部は、
前記インバータの出力電圧のデューティを調整することによって前記送電電力を目標電力に制御する第１の制御を実行する第１の制御部と、
前記送電電力が一定の下で前記送電コイルに流れる電流が最小となるように、前記インバータにより生成される前記送電電力の周波数を調整する第２の制御を実行する第２の制御部とを含み、
前記第２の制御は、前記周波数を振動させることによって、前記送電コイルに流れる電流が最小となる周波数を探索する極値探索制御を含み、
前記制御部は、さらに、前記極値探索制御による前記周波数の振動に起因する前記送電電力の振動を抑制するように、前記周波数の振動に同期して前記デューティを補正する第３の制御を実行する第３の制御部を含む、電力伝送システム。 A power transmission device;
A power receiving device,
The power transmission device is:
A power transmission coil for transmitting power to the power receiving device in a contactless manner;
An inverter that generates transmission power of a predetermined frequency and supplies the transmission power to the transmission coil;
A control unit for controlling the inverter,
The controller is
A first control unit that executes a first control for controlling the transmission power to a target power by adjusting a duty of an output voltage of the inverter;
A second control unit that executes a second control for adjusting a frequency of the transmission power generated by the inverter so that a current flowing through the transmission coil is minimized when the transmission power is constant. ,
The second control includes an extreme value search control for searching for a frequency at which a current flowing through the power transmission coil is minimized by vibrating the frequency.
The control unit further executes a third control for correcting the duty in synchronization with the vibration of the frequency so as to suppress the vibration of the transmission power caused by the vibration of the frequency by the extreme value search control. A power transmission system including a third control unit.
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