JP2019213265A - Non-contact power reception device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、非接触受電装置に関し、特に、送電装置の1次コイルから送電される電力を2次コイルにより非接触で受電して対象装置へ供給する非接触受電装置に関する。 The present disclosure relates to a non-contact power receiving device, and more particularly, to a non-contact power receiving device that receives power transmitted from a primary coil of a power transmitting device in a non-contact manner by a secondary coil and supplies the power to a target device.
送電装置の1次コイル(以下、「送電コイル」とも称する)から受電装置の2次コイル(以下、「受電コイル」とも称する)へ非接触で電力を伝送する非接触電力伝送システムが知られている(特許文献1〜6参照)。たとえば、特開2016−195512号公報(特許文献6)に記載される非接触電力伝送システムでは、送電装置が、直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータを制御する制御部とを備える。そして、制御部は、送電コイルに流れる電流がしきい値以下になるようにインバータの出力電圧を調整することによって、過剰に大きい電流(過電流)が送電コイルに流れることを抑制している。
There is known a non-contact power transmission system for transmitting power in a non-contact manner from a primary coil (hereinafter also referred to as “power transmission coil”) of a power transmission device to a secondary coil (hereinafter also referred to as “power reception coil”) of the power reception device. (See
ところで、送電装置のインバータの出力力率(皮相電力に対する有効電力の比率)が低下すると、非接触電力伝送システムの効率(以下、「システム効率」とも称する)が低下する。このため、非接触電力伝送システムにおける回路定数は送電装置のインバータの出力力率が十分高くなるように予め設定される。なお、システム効率は、非接触電力伝送システム全体のエネルギー効率(投入エネルギーに対して回収できるエネルギーの割合)に相当する。 By the way, when the output power factor (ratio of active power to apparent power) of the inverter of the power transmission device decreases, the efficiency of the non-contact power transmission system (hereinafter also referred to as “system efficiency”) decreases. For this reason, the circuit constant in a non-contact electric power transmission system is preset so that the output power factor of the inverter of a power transmission apparatus may become high enough. The system efficiency corresponds to the energy efficiency of the entire contactless power transmission system (ratio of energy that can be recovered with respect to input energy).
しかし、非接触電力伝送システムにおける回路定数が一定である条件下において、1次コイル(送電コイル)と2次コイル(受電コイル)との結合係数(以下、単に「結合係数」とも称する)が変化すると、インバータの出力力率も変化する。たとえば、結合係数が小さいときにインバータの出力力率が高くなるように回路定数を設定した場合には、結合係数が大きくなることによって、インバータの出力電圧の位相(以下、「電圧位相」とも称する)とインバータの出力電流の位相(以下、「電流位相」とも称する)との差(以下、「出力位相差」とも称する)が大きくなり、インバータの出力力率が低下する。 However, the coupling coefficient (hereinafter also simply referred to as “coupling coefficient”) between the primary coil (power transmission coil) and the secondary coil (power reception coil) changes under the condition that the circuit constant in the non-contact power transmission system is constant. Then, the output power factor of the inverter also changes. For example, when the circuit constant is set so that the output power factor of the inverter is high when the coupling coefficient is small, the phase of the inverter output voltage (hereinafter also referred to as “voltage phase”) is increased by increasing the coupling coefficient. ) And the phase of the output current of the inverter (hereinafter also referred to as “current phase”) increases (hereinafter also referred to as “output phase difference”), and the output power factor of the inverter decreases.
特許文献6では、上記のような結合係数の変化に起因したインバータの出力力率の低下(ひいては、システム効率の低下)が考慮されていない。特許文献6に記載される技術によっては、広い結合係数範囲において送電装置のインバータの出力力率を高くすることは困難である。 In Patent Document 6, a decrease in the output power factor of the inverter (and hence a decrease in system efficiency) due to the change in the coupling coefficient as described above is not taken into consideration. Depending on the technique described in Patent Document 6, it is difficult to increase the output power factor of the inverter of the power transmission device in a wide coupling coefficient range.
本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、広い結合係数範囲において送電装置のインバータの出力力率を高くしやすくなる非接触受電装置を提供することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to provide a non-contact power receiving device that can easily increase the output power factor of the inverter of the power transmitting device in a wide coupling coefficient range. is there.
本開示における非接触受電装置(以下、単に「受電装置」とも称する)は、送電装置の1次コイルから送電される電力を2次コイルにより非接触で受電して対象装置へ供給する非接触受電装置であって、LC共振部とLCフィルタと制御部とを備える。LC共振部は、2次コイル及びキャパシタが直列又は並列に接続されて構成される。LCフィルタは、LC共振部と対象装置との間に設けられ、インダクタンス調整部を含む。インダクタンス調整部は、LCフィルタのインダクタンスを変更可能に構成される。制御部は、インダクタンス調整部を制御するように構成される。 The non-contact power receiving device (hereinafter, also simply referred to as “power receiving device”) in the present disclosure receives the power transmitted from the primary coil of the power transmitting device in a non-contact manner by the secondary coil and supplies the power to the target device. The apparatus includes an LC resonance unit, an LC filter, and a control unit. The LC resonance unit is configured by connecting a secondary coil and a capacitor in series or in parallel. The LC filter is provided between the LC resonance unit and the target device, and includes an inductance adjustment unit. The inductance adjusting unit is configured to be able to change the inductance of the LC filter. The control unit is configured to control the inductance adjusting unit.
そして、上記の制御部は、1次コイルと2次コイルとの結合係数が大きいか小さいかを判断し、結合係数が大きい場合のLCフィルタのインダクタンスを、結合係数が小さい場合のLCフィルタのインダクタンスよりも大きくするように構成される。 Then, the control unit determines whether the coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil is large or small, and determines the inductance of the LC filter when the coupling coefficient is large, and the inductance of the LC filter when the coupling coefficient is small. Configured to be larger.
上記非接触受電装置において、結合係数が小さい場合のLCフィルタのインダクタンスは、所定の基準結合係数(たとえば、小さい結合係数)に合わせて送電装置のインバータの出力力率が十分高くなるように予め設定することができる。これにより、結合係数が小さい場合においては、十分なインバータの出力力率を確保することができる。 In the non-contact power receiving apparatus, the inductance of the LC filter when the coupling coefficient is small is set in advance so that the output power factor of the inverter of the power transmission apparatus is sufficiently high in accordance with a predetermined reference coupling coefficient (for example, a small coupling coefficient). can do. Thereby, when the coupling coefficient is small, a sufficient output power factor of the inverter can be ensured.
しかしながら、結合係数が大きくなると、結合係数が上記の基準結合係数からずれる。このため、結合係数が大きい場合に、LCフィルタのインダクタンスを結合係数が小さいときの値に維持すると、インバータの出力力率が低下する。 However, when the coupling coefficient increases, the coupling coefficient deviates from the reference coupling coefficient. For this reason, when the coupling coefficient is large and the inductance of the LC filter is maintained at the value when the coupling coefficient is small, the output power factor of the inverter decreases.
そこで、本開示における非接触受電装置の制御部は、結合係数が大きい場合のLCフィルタのインダクタンスを、結合係数が小さい場合のLCフィルタのインダクタンスよりも大きくする。結合係数が大きくなった場合にも、LCフィルタのインダクタンスが大きくなった場合にも、送電装置のインバータの出力位相差(ひいては、インバータの出力力率)は変化する。しかし、両者では変化の方向が逆になるため、LCフィルタのインダクタンスを大きくすることによって、結合係数が大きくなることに伴うインバータの出力位相差の変動を相殺する(打ち消す)ことができる。このため、上記非接触受電装置によれば、広い結合係数範囲において送電装置のインバータの出力力率を高くしやすくなる。 Therefore, the control unit of the non-contact power receiving apparatus in the present disclosure makes the inductance of the LC filter when the coupling coefficient is large larger than the inductance of the LC filter when the coupling coefficient is small. Even when the coupling coefficient increases or the inductance of the LC filter increases, the output phase difference of the inverter of the power transmission device (and thus the output power factor of the inverter) changes. However, since the direction of change is reversed between the two, by increasing the inductance of the LC filter, it is possible to cancel (cancel) the fluctuation of the output phase difference of the inverter accompanying the increase of the coupling coefficient. For this reason, according to the said non-contact power receiving apparatus, it becomes easy to make the output power factor of the inverter of a power transmission apparatus high in a wide coupling coefficient range.
上記非接触受電装置の制御部は、送電装置からの信号に基づいて結合係数が大きいか小さいかを判断してもよい。送電装置は、インバータの出力電流に基づいて結合係数が大きいか小さいかを示す信号を生成してもよい。たとえば、小さい結合係数に合わせて回路定数(受電装置におけるLCフィルタのインダクタンス等)を設定すると、結合係数が大きい場合にはインピーダンス不整合によりインバータの出力電流が過剰に大きくなる。また、大きい結合係数に合わせて回路定数を設定すると、結合係数が小さい場合にインバータの出力電流が過剰に大きくなる。こうした過電流を検知することによって、結合係数の大きさを容易に検出することができる。 The controller of the non-contact power receiving apparatus may determine whether the coupling coefficient is large or small based on a signal from the power transmitting apparatus. The power transmission device may generate a signal indicating whether the coupling coefficient is large or small based on the output current of the inverter. For example, if circuit constants (such as the inductance of the LC filter in the power receiving device) are set according to a small coupling coefficient, the output current of the inverter becomes excessively large due to impedance mismatch when the coupling coefficient is large. If the circuit constant is set in accordance with a large coupling coefficient, the output current of the inverter becomes excessively large when the coupling coefficient is small. By detecting such an overcurrent, the magnitude of the coupling coefficient can be easily detected.
また、上記非接触受電装置は、1次コイルと2次コイルとの距離(以下、「コイル間距離」とも称する)を検出する測距センサをさらに備えてもよい。そして、上記の制御部は、測距センサの検出値に基づいて結合係数が大きいか小さいかを判断してもよい。 The non-contact power receiving apparatus may further include a distance measuring sensor that detects a distance between the primary coil and the secondary coil (hereinafter also referred to as “coil distance”). And said control part may judge whether a coupling coefficient is large or small based on the detection value of a ranging sensor.
上記非接触受電装置において、インダクタンス調整部は、可変インダクタを含んで構成されてもよい。また、インダクタンス調整部は、2次コイルに直列に接続される素子として、インダクタ(たとえば、コイル)と、このインダクタに並列に接続されるスイッチング素子(以下、「Lスイッチ」とも称する)とを含み、Lスイッチの状態(ON/OFF)によりLCフィルタのインダクタンスを変更可能に構成されてもよい。 In the non-contact power receiving apparatus, the inductance adjustment unit may include a variable inductor. The inductance adjusting unit includes an inductor (for example, a coil) and a switching element (hereinafter also referred to as “L switch”) connected in parallel to the inductor as elements connected in series to the secondary coil. The inductance of the LC filter may be changeable depending on the state of the L switch (ON / OFF).
上記構成を有する本開示の非接触受電装置は、送電装置とともに、非接触電力伝送システムを構築することができる。こうした非接触電力伝送システムにおいて、受電装置のLCフィルタのインダクタンスが第1の値である条件での送電中に送電装置のインバータの出力電流が所定値以上になった場合には、実行中の送電を停止させて、受電装置のLCフィルタのインダクタンスを第1の値とは異なる第2の値にした後、送電を再開してもよい。 The non-contact power receiving device of the present disclosure having the above configuration can construct a non-contact power transmission system together with the power transmission device. In such a non-contact power transmission system, if the output current of the inverter of the power transmission device becomes a predetermined value or higher during power transmission under the condition that the inductance of the LC filter of the power reception device is the first value, May be stopped and the inductance of the LC filter of the power receiving apparatus may be set to a second value different from the first value, and then power transmission may be resumed.
本開示によれば、広い結合係数範囲において送電装置のインバータの出力力率を高くしやすくなる非接触受電装置を提供することが可能になる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a non-contact power receiving device that easily increases the output power factor of the inverter of the power transmitting device in a wide coupling coefficient range.
本開示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り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
以下で用いられる図中の矢印F,B,U,Dは、車両を基準とする方向を示しており、矢印Fは「前方」、矢印Bは「後方」、矢印Uは「上」、矢印Dは「下」を示している。また、以下では電子制御ユニットを「ECU(Electronic Control Unit)」と称する。 Arrows F, B, U, and D in the drawings used below indicate directions relative to the vehicle, arrow F is “forward”, arrow B is “rear”, arrow U is “up”, arrow D indicates “below”. Hereinafter, the electronic control unit is referred to as “ECU (Electronic Control Unit)”.
図1は、本開示の実施の形態に係る非接触受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。この電力伝送システム10は、充電設備1(地上器)及び車両2を含む。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power transmission system to which a contactless power receiving device according to an embodiment of the present disclosure is applied. The
充電設備1は、送電ユニット100と、送電ユニット100へ電力を供給する交流電源700とを備える。送電ユニット100は地面F10(たとえば、駐車場の床面)に設置されている。交流電源700の例としては、家庭用電源(たとえば、電圧200V、周波数50Hzの交流電源)が挙げられる。
The charging
車両2は、受電ユニット200と、受電ユニット200が受電した電力によって充電される蓄電装置300と、受電ユニット200が受電する電力を制御する車両ECU500とを備える。受電ユニット200は、車両2の底面F20に設置された蓄電装置300の下面(路面側)に設けられている。この実施の形態では、受電ユニット200及び車両ECU500が、本開示に係る「非接触受電装置」の一例を構成する。
The
車両2は、蓄電装置300に蓄えられた電力のみを用いて走行可能な電気自動車であってもよいし、蓄電装置300に蓄えられた電力とエンジン(図示せず)の出力との両方を用いて走行可能なハイブリッド車であってもよい。
The
送電ユニット100は、車両2の受電ユニット200が送電ユニット100に対向するように車両2の位置合せが行なわれた状態において、受電ユニット200へ磁界を通じて非接触で送電するように構成される。受電ユニット200は、送電ユニット100からの電力を非接触で受電する。
The
以下、車両2の車輪設置面(すなわち、地面F10)から受電ユニット200の受電コイルまでの高さを、「受電コイル高さΔH」と称する。この実施の形態では、車両2の受電コイル高さΔHが、車両2の最低地上高と一致する。送電ユニット100の表面に設けられた送電コイルと受電ユニット200の表面に設けられた受電コイルとの距離(コイル間距離ΔG)は、受電コイル高さΔHに応じて変わる。受電コイル高さΔHが大きくなるほどコイル間距離ΔGも大きくなる。また、コイル間距離ΔGが大きくなるほど、送電コイルと受電コイルとの結合係数が小さくなる傾向がある。なお、受電コイル高さΔHは、車両によって異なる。一般的な充電設備及び車両では、結合係数が0.05〜0.5になる。
Hereinafter, the height from the wheel installation surface of the vehicle 2 (that is, the ground surface F10) to the power receiving coil of the
上記送電コイル、受電コイルは、それぞれ図2に示す1次コイル101、2次コイル201である。図2は、充電設備1と車両2との間で非接触電力伝送を行なうための構成を示す図である。図1に示した送電ユニット100及び受電ユニット200は、図2に示すような構成を有する。
The power transmission coil and the power reception coil are a
図2を参照して、送電ユニット100は、交流電源700から受ける電力に所定の電力変換処理を行なうことにより送電用電力を得て、その送電用電力を受電ユニット200へ非接触で送電するように構成される。そして、受電ユニット200が送電ユニット100から受電した電力によって蓄電装置300(車載バッテリ)が充電される。
Referring to FIG. 2,
送電ユニット100は、上記電力変換処理を行なう電力変換部と、上記非接触送電を行なうLC共振部R1と、電力変換部等を制御する送電ECU150とを備える。電力変換部は、AC/DCコンバータ130、インバータ120、及びフィルタ回路F1を含む。LC共振部R1は、インバータ120の出力側に設けられ、1次コイル101及びキャパシタ102が直列に接続されて構成される。
The
AC/DCコンバータ130は、交流電源700から受ける電力を整流及び変圧してインバータ120へ出力する。AC/DCコンバータ130は、たとえば、ダイオードを含む整流回路と、送電ECU150によってチョッパ制御されるスイッチング素子(たとえば、電力用半導体スイッチング素子)を含むブースト型DC/DCコンバータとを含んで構成される。AC/DCコンバータ130は、たとえば交流電源700から受ける電力を400Vに昇圧して、電圧400Vの直流電力をインバータ120へ出力する。
AC /
インバータ120は、AC/DCコンバータ130からの入力電力(より特定的には、直流電力)を所定の大きさ及び周波数の交流電力に変換してLC共振部R1へ出力するように構成される。インバータ120の出力電力は、フィルタ回路F1を通じてLC共振部R1へ供給される。この実施の形態では、インバータ120が電圧形インバータ(たとえば、後述する図3に示す単相フルブリッジ回路)である。インバータ120は、所定の周波数範囲において出力電力の周波数(以下、単に「出力周波数」とも称する)を変更可能に構成される。インバータ120を構成する各スイッチング素子は、送電ECU150からの駆動信号に従って制御される。
The
インバータ120の出力周波数は、上記の駆動信号が示すスイッチング周波数(以下、「駆動周波数」とも称する)に応じて変化する。この実施の形態では、インバータ120の駆動周波数が、インバータ120の出力周波数、ひいては送電周波数(送電電力の周波数)と一致する。
The output frequency of the
また、詳細は後述するが、インバータ120の出力電圧のデューティも、送電ECU150からの駆動信号に従って制御される。そして、インバータ120の出力電圧のデューティに応じてインバータ120の出力電力の大きさが変化する。なお、インバータ120の出力電圧のデューティは、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(後述する図4参照)。
Although details will be described later, the duty of the output voltage of
フィルタ回路F1は、キャパシタ103及びコイル104を含む。キャパシタ103はLC共振部R1に並列に接続され、コイル104はLC共振部R1に直列に接続されている。キャパシタ103及びコイル104によって、ローパスフィルタとして機能するLCフィルタが形成される。このLCフィルタによって電磁ノイズが低減される。
The filter circuit F1 includes a
LC共振部R1は、1次コイル101の周囲に生成される磁界を通じて、受電ユニット200のLC共振部R2へ非接触で送電する。LC共振部R1は直列共振回路である。LC共振部R1のQ値は100以上であることが好ましい。
The LC resonance unit R1 transmits power to the LC resonance unit R2 of the
送電ECU150は、演算装置、記憶装置、入出力ポート、及び通信ポート(いずれも図示せず)等を含む。演算装置は、たとえばCPU(Central Processing Unit)を含むマイクロプロセッサによって構成される。記憶装置は、データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、プログラム等を保存するストレージ(ROM(Read Only Memory)や、書き換え可能な不揮発性メモリ等)とを含む。記憶装置に記憶されているプログラムを演算装置が実行することで、各種制御が実行される。たとえば、送電ECU150は、インバータ120及びAC/DCコンバータ130に含まれるスイッチング素子を制御して、送電電力を調整する。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
送電ユニット100は、電圧センサ181及び電流センサ182〜184をさらに備える。電圧センサ181は、インバータ120の入力電圧を検出し、その検出値を送電ECU150へ出力する。電流センサ182は、インバータ120の入力電流を検出し、その検出値を送電ECU150へ出力する。電流センサ183は、インバータ120の出力電流を検出し、その検出値を送電ECU150へ出力する。電流センサ184は、フィルタ回路F1の出力電流(すなわち、フィルタ回路F1によって処理された電流)を検出し、その検出値を送電ECU150へ出力する。また、送電ユニット100は、異常検出のための温度センサ(図示せず)をさらに備えてもよい。
The
なお、この実施の形態では、インバータ120の入力電圧とAC/DCコンバータ130の出力電圧とが一致する。また、インバータ120の入力電流とAC/DCコンバータ130の出力電流とも一致する。また、フィルタ回路F1の出力電流は、LC共振部R1(1次コイル101等)を流れる電流に一致する。
In this embodiment, the input voltage of
送電ユニット100は通信部160をさらに備える。通信部160は、車両2との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。通信部160は、送電ECU150からの情報を車両2へ送ったり、車両2からの情報を受け取って送電ECU150へ出力したりする。
The
受電ユニット200は、LC共振部R2と、フィルタ回路F2と、整流回路206と、平滑用のキャパシタ207とを含む。
The
LC共振部R2は、2次コイル201及びキャパシタ202が直列に接続されて構成される。送電開始に先立ち、1次コイル101と2次コイル201とは鎖交磁束を生じるように位置合わせされる。そして、磁気共鳴により1次コイル101から2次コイル201へ電力が送られる。2次コイル201は、送電ユニット100の1次コイル101から非接触で受電する。LC共振部R2のQ値は100以上であることが好ましい。この実施の形態では、LC共振部R1及びR2として、SS方式(一次側:直列、二次側:直列)の共振回路を採用しているが、これに限られず、SP方式(一次側:直列、二次側:並列)や、PP方式(一次側:並列、二次側:並列)等を採用してもよい。
The LC resonance unit R2 is configured by connecting a
上記のように、この実施の形態では、LC共振部R2が直列共振回路である。以下、LC共振部R2の2次コイル201側の端子を「L端子」、LC共振部R2のキャパシタ202側の端子を「C端子」と称する。また、LC共振部R2のL端子と整流回路206の端子T5とをつなぐ電線を「電力線PL1」、LC共振部R2のC端子と整流回路206の端子T6とをつなぐ電線を「電力線PL2」と称する。
As described above, in this embodiment, the LC resonance unit R2 is a series resonance circuit. Hereinafter, the terminal on the
フィルタ回路F2は、キャパシタ203,205及び可変インダクタ204を含む。キャパシタ203,205及び可変インダクタ204によって、ローパスフィルタとして機能するLCフィルタ(より特定的には、π型のLCフィルタ)が形成される。このLCフィルタによって上記受電時に発生する電磁ノイズが低減される。この実施の形態に係る可変インダクタ204は、本開示に係る「インダクタンス調整部」の一例に相当する。
The filter circuit F <b> 2 includes
可変インダクタ204は、電力線PL2に設けられている。すなわち、可変インダクタ204は、LC共振部R2に直列に接続されている。可変インダクタ204は、たとえば磁性体(コア)と励磁巻線とを含み、送電ECU150からの制御信号(より特定的には、励磁巻線の電流)に応じてインダクタンスが連続的に変わるように構成される。励磁巻線に直流重畳電流を流して透磁率を変化させることによって、可変インダクタ204のインダクタンスを任意の値に調整できる。なお、この可変インダクタに限定されず、種々の公知の可変インダクタから任意の可変インダクタを選んで採用できる。
キャパシタ203は、可変インダクタ204よりもLC共振部R2側でLC共振部R2に並列に接続されている。キャパシタ203の一端は電力線PL1に接続され、キャパシタ203の他端は電力線PL2に接続されている。
The
キャパシタ205は、可変インダクタ204よりも整流回路206側でLC共振部R2に並列に接続されている。キャパシタ205の一端は電力線PL1に接続され、キャパシタ205の他端は電力線PL2に接続されている。
The
整流回路206は、2次コイル201によって受電された交流電力を整流して蓄電装置300側へ出力する。整流回路206は、たとえば4つのダイオードからなるダイオードブリッジ回路によって構成される。整流回路206の出力側には平滑用のキャパシタ207が設けられている。キャパシタ207は、整流回路206によって整流された直流電力を平滑化する。
The
受電ユニット200は、電流センサ283,284をさらに備える。電流センサ284は、LC共振部R2(2次コイル201等)を流れる電流を検出し、その検出値を送電ECU150へ出力する。電流センサ283は、フィルタ回路F2の電流(より特定的には、電力線PL1におけるキャパシタ203とキャパシタ205との間を流れる電流)を検出し、その検出値を送電ECU150へ出力する。また、受電ユニット200は、異常検出のための温度センサ(図示せず)をさらに備えてもよい。
The
受電ユニット200の出力電力(すなわち、キャパシタ207によって平滑化された直流電力)は、充電リレー400を介して蓄電装置300に供給される。充電リレー400は、車両ECU500によってON/OFF制御され、受電ユニット200による蓄電装置300の充電時にON(導通状態)にされる。
Output power of power receiving unit 200 (that is, DC power smoothed by capacitor 207) is supplied to
蓄電装置300は、再充電可能な直流電源である。蓄電装置300は、たとえば二次電池(リチウムイオン電池やニッケル水素電池等)を含んで構成される。蓄電装置300は、受電ユニット200から供給される電力を蓄えて、図示しない車両駆動装置(走行用モータ及びその駆動回路等)へ電力を供給する。この実施の形態に係る蓄電装置300は、本開示に係る「対象装置」の一例に相当する。
The
蓄電装置300に対しては、蓄電装置300の状態を監視する監視ユニット310が設けられている。監視ユニット310は、蓄電装置300の状態(温度、電流、電圧等)を検出する各種センサを含み、検出結果を車両ECU500へ出力する。車両ECU500は、監視ユニット310の出力に基づいて蓄電装置300の状態(SOC(State Of Charge)等)を取得するように構成される。SOCは、蓄電残量を示し、たとえば、満充電状態の蓄電量に対する現在の蓄電量の割合を0〜100%で表わしたものである。
A
車両ECU500は、演算装置、記憶装置、入出力ポート、及び通信ポート(いずれも図示せず)等を含み、車両2における各種機器の制御を行なう。演算装置は、たとえばCPUを含むマイクロプロセッサによって構成される。記憶装置は、RAMと、プログラム等を保存するストレージ(ROMや、書き換え可能な不揮発性メモリ等)とを含む。記憶装置には、プログラムのほか、各種情報(たとえば、後述する図5の処理で使用されるエラー情報等)が記憶されている。記憶装置に記憶されているプログラムを演算装置が実行することで、各種制御が実行される。車両ECU500は、たとえば車両2の走行制御や蓄電装置300の充電制御等を実行する。車両ECU500から充電リレー400へのON/OFF信号等は、出力ポートから出力される。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。この実施の形態に係る車両ECU500は、本開示に係る「制御部」の一例に相当する。すなわち、車両ECU500は、可変インダクタ204(インダクタンス調整部)を制御するように構成される。
車両2は通信部600をさらに備える。通信部600は、送電ユニット100との間で無線通信を行なうための通信インターフェースである。充電設備1の通信部160と車両2の通信部600との間で無線通信が行なわれることによって、送電ECU150と車両ECU500との間で情報のやり取りを行なうことが可能になる。
The
図3は、図2に示したインバータ120の回路構成の一例を示した図である。図3を参照して、インバータ120は、複数のスイッチング素子Q1〜Q4と、複数の還流ダイオードD1〜D4とを含む。スイッチング素子Q1〜Q4は、たとえば、電力用半導体スイッチング素子(IGBT、バイポーラトランジスタ、MOSFET、又はGTO等)によって構成される。還流ダイオードD1〜D4は、それぞれスイッチング素子Q1〜Q4に並列(より特定的には、逆並列)に接続されている。直流側の入力端子T1,T2には、AC/DCコンバータ130(図1)が接続され、交流側の出力端子T3,T4には、フィルタ回路F1(図1)が接続される。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a circuit configuration of
入力端子T1,T2間には、AC/DCコンバータ130から出力される直流電圧が印加される。図3において、V1は、この直流電圧の大きさを示す。スイッチング素子Q1〜Q4は、送電ECU150からの駆動信号によって駆動される。そして、スイッチング素子Q1〜Q4のスイッチング動作によって、出力端子T3,T4間に出力電圧Voが印加され、出力電流Iinvが流れる(図3中に矢印で示される方向を正とする)。この図3では、一例として、スイッチング素子Q1,Q4がONであり、スイッチング素子Q2,Q3がOFFである状態が示されており、この場合の出力電圧VoはほぼV1(正の値)となる。
A DC voltage output from the AC /
図4は、インバータ120のスイッチング波形と、出力電圧Vo及び出力電流Iinvの各々の波形とを示す図である。以下、図3とともに図4を参照して、時刻t4〜t8の1周期を例に、インバータ120の動作について説明する。
FIG. 4 is a diagram illustrating switching waveforms of the
時刻t4において、スイッチング素子Q2、Q4がそれぞれOFF、ONの状態で、スイッチング素子Q1がOFFからONへ、スイッチング素子Q3がONからOFFへ切り替わると、各スイッチング素子は図3に示される状態になり、インバータ120の出力電圧Voが0からV1(正の値)に立ち上がる。
At time t4, when the switching elements Q2 and Q4 are OFF and ON, respectively, and the switching element Q1 is switched from OFF to ON and the switching element Q3 is switched from ON to OFF, each switching element is in the state shown in FIG. The output voltage Vo of the
その後、時刻t5〜t8において、各スイッチング素子の状態が次に示すように変化することに伴い、出力電圧Voも変化する。時刻t5において、スイッチング素子Q2がOFFからONへ、スイッチング素子Q4がONからOFFへ切り替わると、出力電圧Voは0となる。時刻t6において、スイッチング素子Q1がONからOFFへ、スイッチング素子Q3がOFFからONへ切り替わると、出力電圧Voは−V1(負の値)となる。時刻t7において、スイッチング素子Q2がONからOFFへ、スイッチング素子Q4がOFFからONへ切り替わると、出力電圧Voは再び0となる。 Thereafter, at times t5 to t8, the output voltage Vo also changes as the state of each switching element changes as follows. At time t5, when the switching element Q2 is switched from OFF to ON and the switching element Q4 is switched from ON to OFF, the output voltage Vo becomes zero. At time t6, when the switching element Q1 is switched from ON to OFF and the switching element Q3 is switched from OFF to ON, the output voltage Vo becomes −V1 (negative value). At time t7, when the switching element Q2 is switched from ON to OFF and the switching element Q4 is switched from OFF to ON, the output voltage Vo becomes 0 again.
時刻t4から1周期後の時刻t8においては、スイッチング素子Q1がOFFからONへ、スイッチング素子Q3がONからOFFへ切り替わる。これにより、各スイッチング素子は時刻t4と同じ状態になり、出力電圧Voが0からV1(正の値)に立ち上がる。 At time t8, one cycle after time t4, switching element Q1 is switched from OFF to ON, and switching element Q3 is switched from ON to OFF. As a result, each switching element is in the same state as at time t4, and the output voltage Vo rises from 0 to V1 (positive value).
図4には、出力電圧Voのデューティが0.25である場合が示されている。1周期(t4〜t8)のうち正の電圧出力時間(t4〜t5)の割合は1/4(=0.25)である。また、1周期(t4〜t8)のうち負の電圧出力時間(t6〜t7)の割合も1/4(=0.25)である。出力電圧Voのデューティが大きくなるほど、1周期において出力電圧Voが正の電圧(V1)又は負の電圧(−V1)になっている時間が長くなる。このため、出力電圧Voのデューティが大きくなるほど、インバータ120の出力電力が大きくなる。
FIG. 4 shows a case where the duty of the output voltage Vo is 0.25. The ratio of the positive voltage output time (t4 to t5) in one cycle (t4 to t8) is 1/4 (= 0.25). Further, the ratio of the negative voltage output time (t6 to t7) in one cycle (t4 to t8) is also ¼ (= 0.25). As the duty of the output voltage Vo increases, the time during which the output voltage Vo is a positive voltage (V1) or a negative voltage (−V1) in one cycle becomes longer. For this reason, the output power of the
スイッチング素子Q1,Q3のスイッチングタイミングと、スイッチング素子Q2,Q4のスイッチングタイミングとを変化させることによって、出力電圧Voのデューティを変化させることができる。たとえば、図4に示される状態に対して、スイッチング素子Q2,Q4のスイッチングタイミングを早めると、出力電圧Voのデューティを0.25よりも小さくすることができ(最小値は0)、スイッチング素子Q2,Q4のスイッチングタイミングを遅くすると、出力電圧Voのデューティを0.25よりも大きくすることができる(最大値は0.5)。 By changing the switching timing of the switching elements Q1 and Q3 and the switching timing of the switching elements Q2 and Q4, the duty of the output voltage Vo can be changed. For example, when the switching timing of the switching elements Q2 and Q4 is advanced with respect to the state shown in FIG. 4, the duty of the output voltage Vo can be made smaller than 0.25 (the minimum value is 0), and the switching element Q2 , Q4 can be delayed to make the duty of the output voltage Vo larger than 0.25 (the maximum value is 0.5).
出力電圧Voのデューティを調整することによって、インバータ120の出力電力の大きさ、ひいては送電電力(LC共振部R1に供給される電力)の大きさを変化させることができる。定性的には、デューティを大きくすることによってインバータ120の出力電力を増加させることができ、デューティを小さくすることによってインバータ120の出力電力を減少させることができる。そのため、送電ECU150は、出力電圧Voのデューティを調整することによって、インバータ120の出力電力の大きさを目標電力(たとえば、後述する充電電力指令値)に近づけることができる。
By adjusting the duty of the output voltage Vo, the magnitude of the output power of the
ところで、電力伝送システム10において、インバータ120の出力力率(皮相電力に対する有効電力の比率)が低下すると、システム効率が低下する。インバータ120の出力電流が正弦波になる場合、インバータ120の出力力率を「λ」、インバータ120の出力位相差を「φ」で表すと、λ及びφは「λ=|cosφ|」のような関係式を満たす。出力位相差φは、電圧位相を基準として表される。すなわち、電圧位相に対して電流位相が遅角側にずれている場合には出力位相差が正の値になり、電圧位相に対して電流位相が進角側にずれている場合には出力位相差が負の値になる。たとえば、出力位相差が0°(位相差なし)であればインバータ120の出力力率は1(有効電力のみ)になる。出力位相差が大きくなるほどインバータ120の出力力率が低下する(すなわち、無効電力が多くなる)傾向がある。
By the way, in the
この実施の形態では、初期(たとえば、後述する図5の処理におけるイニシャライズ時)においては、結合係数が小さいとき(たとえば、結合係数が0.05〜0.3であるとき)にインバータ120の出力力率が高くなるように回路定数(可変インダクタ204のインダクタンス等)が設定される。これにより、結合係数が小さいときには、送電ユニット100のインバータ120の出力力率が十分高くなる。しかし、結合係数が大きくなったとき(たとえば、結合係数が約0.5になったとき)に、回路定数(可変インダクタ204のインダクタンス等)を結合係数が小さいときの値に維持すると、インバータ120の出力力率が低下する。
In this embodiment, at the initial stage (for example, at the time of initialization in the process of FIG. 5 described later), when the coupling coefficient is small (for example, when the coupling coefficient is 0.05 to 0.3), the output of
そこで、車両ECU500は、結合係数が大きい場合の可変インダクタ204のインダクタンスを、結合係数が小さい場合の可変インダクタ204のインダクタンスよりも大きくする。以下、可変インダクタ204のインダクタンスを、「フィルタインダクタンスL22」又は単に「L22」と称する場合がある。フィルタインダクタンスL22は、フィルタ回路F2のインダクタンスに相当する。また、結合係数が小さい場合のL22の値を「LL」、結合係数が大きい場合のL22の値を「LH」と称する場合がある。LLは、予め実験等によって求められ、結合係数が小さい領域(たとえば、結合係数が0.05以上0.30以下である領域)においてインバータ120の出力位相差が小さくなる(ひいては、出力力率が高くなる)ような値とされる。一方、LHは、予め実験等によって求められ、結合係数が大きい領域(たとえば、結合係数が0.25以上0.60以下である領域)においてインバータ120の出力位相差が小さくなる(ひいては、出力力率が高くなる)ような値とされる。LHは、LLよりも大きな値である。
Therefore,
結合係数が大きくなった場合にも、可変インダクタ204のインダクタンスが大きくなった場合にも、送電ユニット100のインバータ120の出力位相差(ひいては、インバータの出力力率)は変化する。しかし、両者では変化の方向が逆になるため、可変インダクタ204のインダクタンスを大きくすることによって、結合係数が大きくなることに伴うインバータ120の出力位相差の変動を相殺することができる。これにより、広い結合係数範囲において十分なインバータ120の出力力率を確保しやすくなる。
Even when the coupling coefficient increases or the inductance of the
次に、上記のようなインダクタンス制御を非接触充電制御に組み込み、充電設備1によって車両2の蓄電装置300を充電する場合の処理手順の一例について説明する。
Next, an example of a processing procedure in the case where the inductance control as described above is incorporated in the non-contact charging control and the
まず、運転者が車両2を充電設備1の充電スペースに停車させる。そして、車両2の停車位置において、車両ECU500と送電ECU150との間での通信の接続(たとえば、無線LANへの接続)を確立させた後、車両ECU500から送電ECU150へ送電要求が送られる。送電要求は、運転者の指示により送信されてもよいし、所定条件の成立により自動的に送信されてもよい。
First, the driver stops the
この送電要求を送電ECU150が受信すると、送電ECU150と車両ECU500との間で充電情報(充電設備1のスペックを示す情報)及び車両情報(車両2のスペックを示す情報)の照合が行なわれる。この照合の結果に基づいて充電設備1で車両2を充電できるか否かが判断される。より具体的には、車両情報には、たとえば車両2の車種(又は、識別番号)、及び蓄電装置300の定格電圧等が含まれる。また、充電情報には、たとえば充電設備1の供給電力や最大出力電圧等が含まれる。車両2のスペックが充電設備1のスペックに対応している場合には、送電ECU150及び車両ECU500は、充電設備1で車両2を充電できる(充電可能)と判断して、以下に示す送電準備に進む。他方、車両2のスペックが充電設備1のスペックに対応していない場合(たとえば、蓄電装置300の定格電圧に対して充電設備1の最大出力電圧が高すぎる又は低すぎる場合)には、送電ECU150及び車両ECU500は、充電設備1で車両2を充電できない(充電不可)と判断して、充電処理を中止する。
When
上記照合により充電可能と判断されると、送電ECU150が送電準備を開始する。送電準備は、電力伝送システム10を送電可能な状態にするための処理である。たとえば、送電ユニット100と受電ユニット200との位置合わせが上記送電準備として行なわれる。また、充電設備1が複数の送電ユニットを含む場合には、いずれの送電ユニットに対して位置合わせが行なわれたかを特定するための処理(いわゆるペアリング)が上記送電準備として行なわれてもよい。位置合わせ及びペアリングの方法としては、種々の方法が公知であり、任意の方法を採用できる。
When it is determined that charging is possible by the above collation, the
上記送電準備が完了すると、充電設備1の送電ECU150と車両2の車両ECU500との間で非接触の電力伝送が行なわれて、充電設備1から供給される電力によって車両2の蓄電装置300が充電される。
When the preparation for power transmission is completed, non-contact power transmission is performed between the
図5は、上記の照合及び送電準備が完了した後に車両ECU500により実行される充電制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、ステップS11〜S17、S21〜S23、S31〜S32(以下、単に「S11」〜「S17」、「S21」〜「S23」、「S31」〜「S32」と称する)を含む。
FIG. 5 is a flowchart showing a charging control processing procedure executed by
図5を参照して、車両ECU500がイニシャライズを行なう(S11)。より具体的には、車両ECU500が、可変インダクタ204を制御して、フィルタインダクタンスL22をLL(初期値)にする。また、車両ECU500は、記憶装置に記憶されているエラー情報を初期化する。初期においては、エラー情報は異常が生じていない旨を示している。
Referring to FIG. 5,
次に、車両ECU500は、充電リレー400をON(閉)する(S12)。以下に示すS13、S21、S14、S15、S22、及びS16(以下、「ループ処理S13〜S16」と称する場合がある)は、充電開始前及び充電中(ただし、異常が生じた場合を除く)に繰り返し実行される。
Next, the
S13では、車両ECU500が、受電側において異常が生じているか否かを判断する。車両ECU500は、たとえば、受電ユニット200の各部の電圧及び電流(監視ユニット310により検出される受電ユニット200の出力電圧や、電流センサ283,284により検出される電流等)が所定の許容範囲内であるか否かを判断する。受電ユニット200の各部の電圧及び電流の少なくとも1つが許容範囲内ではない場合(たとえば、過電圧及び/又は過電流が生じている場合)には、受電側において異常が生じていると判断される。
In S13,
なお、異常の有無の判断方法は任意である。たとえば、車両ECU500は、受電ユニット200の所定部位の温度、又は蓄電装置300の温度が過剰に高い場合に、受電側において異常が生じていると判断してもよい。
Note that the method for determining the presence or absence of abnormality is arbitrary. For example,
受電側において異常が生じていない場合(S13にてNO)には、処理がS21に進む。S21では、車両ECU500が、送電ユニット100からL22変更要求(後述する図7のステップS83参照)を受信したか否かを判断する。
If no abnormality has occurred on the power receiving side (NO in S13), the process proceeds to S21. In S21, the vehicle ECU500 determines whether or not it has received a L 22 change request (see step S83 in FIG. 7 to be described later) from the
L22変更要求は、結合係数が大きいことを示す信号である。L22変更要求は、結合係数が大きい場合に、送電ユニット100から車両2へ送信される。詳細は後述するが、L22変更要求は、送電ユニット100においてインバータ120の出力電流が過剰に大きくなっていることが検出された場合に、車両2に向けて送信される。車両2においては、通信部600がL22変更要求を受信する。車両ECU500は、通信部600からL22変更要求を受け取る。
The L 22 change request is a signal indicating that the coupling coefficient is large. L 22 change request, if the coupling coefficient is large, is transmitted from the
L22変更要求を受信したと判断された場合(S21にてYES)には、車両ECU500が、S32においてL22をLLからLH(LLよりも大きい値)に変更し、L22の変更が完了した旨を示す信号(以下、「L22変更完了通知」と称する)を送電ユニット100へ送信する。その後、処理がS14に進む。他方、L22変更要求を受信していないと判断された場合(S21にてNO)には、S32の処理が行なわれることなく、処理がS14に進む。
When it is determined that it has received the L 22 change request (YES in S21), the vehicle ECU500 is, the L 22 is changed from L L to L H (greater than L L) in S32, the L 22 A signal indicating that the change has been completed (hereinafter referred to as “L 22 change completion notification”) is transmitted to the
S14では、車両ECU500が、たとえば監視ユニット310により検出される蓄電装置300の状態に基づいて充電電力指令値Ps(以下、単に「Ps」と称する場合がある)を算出し、得られた算出値を記憶装置に保存する。より具体的には、車両ECU500は、蓄電装置300のSOCが満充電(100%)に近づくにつれて充電電力指令値Psを小さくする。なお、SOCの測定方法は任意であり、電流値積算(クーロンカウント)による手法や、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の推定による手法等を採用できる。
In S14,
S15では、車両ECU500が、たとえば監視ユニット310により検出される蓄電装置300の電流及び電圧に基づいて、受電ユニット200から蓄電装置300に供給される電力(以下、「実充電電力Pout」、又は単に「Pout」と称する)を検出し、得られた検出値を記憶装置に保存する。
In S15,
S22では、車両ECU500が、通信部600を制御して、送電ユニット100に向けて情報発信を行なう。通信部600から所定の情報(たとえば、Ps及びPout)が送電ユニット100に向けて送信される。通信部600から送信された情報は、送電ユニット100において通信部160が受信する。
In S <b> 22,
S16では、車両ECU500が充電が完了したか否かを判断する。車両ECU500は、たとえば所定の完了条件が成立した場合に充電が完了したと判断する。完了条件は、たとえば、充電中に蓄電装置300のSOCが所定のSOC値以上になった場合に成立する。所定のSOC値は、車両ECU500等によって自動的に設定されてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。
In S16,
この実施の形態では、充電中に蓄電装置300のSOCが満充電(100%)になった場合に上記の完了条件が成立することとする。ただしこれに限られず、上記の完了条件は任意に設定することができる。たとえば、充電時間(充電を開始した時からの経過時間)が所定値よりも長くなった場合に完了条件が成立するようにしてもよい。また、充電中にユーザから充電停止の指示があった場合に完了条件が成立するようにしてもよい。
In this embodiment, it is assumed that the above completion condition is satisfied when the SOC of
充電が完了していない場合(S16にてNO)には、処理がS13へと戻る。S16で充電が完了した(S16にてYES)と判断されるか、又はS13で異常が生じている(S13にてYES)と判断されるまで、ループ処理S13〜S16が繰り返し実行される。 If charging has not been completed (NO in S16), the process returns to S13. Loop processing S13 to S16 is repeatedly executed until it is determined that charging has been completed in S16 (YES in S16) or an abnormality has occurred in S13 (YES in S13).
S13及びS16のいずれかでYESと判断された場合には、以下に説明する充電停止処理(S23及びS17)が行なわれる。ただし、S13でYESと判断された場合には、S31の処理後、充電の完了を待たずに強制的に充電停止処理(S23及びS17)が行なわれる。S31では、車両ECU500が、記憶装置に記憶されているエラー情報を更新する。これにより、エラー情報に、異常が生じた旨、及び異常の内容が書き込まれる。充電停止後にエラー情報を参照することで、その充電が正常に完了して停止したか、あるいは充電中に異常が生じて強制的に充電停止処理が行なわれたかを、知ることができる。
If YES is determined in any of S13 and S16, a charge stop process (S23 and S17) described below is performed. However, if it is determined YES in S13, after the process of S31, the charge stop process (S23 and S17) is forcibly performed without waiting for the completion of the charge. In S31,
S23では、車両ECU500が、通信部600を制御して、送電ユニット100に向けて情報発信を行なう。通信部600から所定の情報(たとえば、送電停止要求及びエラー情報)が送電ユニット100に向けて送信される。通信部600から送信された情報は、送電ユニット100において通信部160が受信する。
In S23,
続けて、車両ECU500が、充電リレー400をOFF(開)する(S17)。これにより、蓄電装置300への電力供給路が遮断され、蓄電装置300への電力の供給(ひいては、蓄電装置300の充電)は行なわれなくなる。このS17をもって、図5の処理は終了する。
Subsequently, the
図6は、前述の照合及び送電準備が完了した後に送電ECU150により実行される送電制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、ステップS51〜S58、S61、S62(以下、単に「S51」〜「S58」、「S61」、「S62」と称する)を含む。
FIG. 6 is a flowchart showing a power transmission control processing procedure executed by
図6を参照して、送電ECU150は、後述するS55,S56及び図7のS76で用いられるΔPsに0(初期値)を設定する(S51)。続けて、送電ECU150は、インバータ120の駆動信号における駆動周波数fとして所定の最小値を設定する(S52)。この実施の形態では、駆動周波数fの最小値を81.4kHzとする。
Referring to FIG. 6,
次に、インバータ120の出力電圧のデューティを制御することによって、送電電力を調整する(S61)。図7は、このデューティ制御の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、ステップS71〜S78、S81〜S84、S91、S92(以下、単に「S71」〜「S78」、「S81」〜「S84」、「S91」、「S92」と称する)を含む。 Next, the transmission power is adjusted by controlling the duty of the output voltage of the inverter 120 (S61). FIG. 7 is a flowchart showing the processing procedure of this duty control. The processes shown in this flowchart are steps S71 to S78, S81 to S84, S91, and S92 (hereinafter simply referred to as “S71” to “S78”, “S81” to “S84”, “S91”, and “S92”). including.
図7を参照して、送電ECU150が、インバータ120の駆動信号における出力電圧のデューティD(以下、単に「デューティD」とも称する)として所定の最小値を設定する(S71)。この実施の形態では、デューティDの最小値を0とする。
Referring to FIG. 7,
次に、送電ECU150が、車両2から送電停止要求(図5のS23)を受信したか否かを判断する(S72)。そして、送電停止要求を受信していないと判断された場合(S72にてNO)には、送電ECU150が、送電側において異常が生じているか否かを判断する(S73)。S73における異常の有無の判断方法は任意である。たとえば、送電ECU150は、送電ユニット100の所定部位の温度が過剰に高い場合に、送電側において異常が生じていると判断してもよい。
Next, the
送電側において異常が生じていない場合(S73にてNO)には、送電ECU150は、インバータ120及びAC/DCコンバータ130を駆動して、1次コイル101から2次コイル201への送電を実行する(S74)。AC/DCコンバータ130は、たとえばインバータ120の入力電圧(直流電圧)の大きさが一定になるように制御される。インバータ120の駆動信号に関しては、駆動周波数f及び出力電圧のデューティDを、図6のS52又はS53及び図7のS71又はS77で設定された値とする。駆動周波数fとしては、最初は図6のS52で設定された最小値を使用するが、後述する図6のS53の処理が行なわれた場合には、S53で設定された値を使用する。また、出力電圧のデューティDは、最初はS71で設定された最小値になるが、後述するS77の処理が実行されるたびに所定量ずつ増加する。
If there is no abnormality on the power transmission side (NO in S73),
S75では、送電ECU150が、送電ユニット100の各部の電流(たとえば、電流センサ182〜184により検出される電流)が所定の許容範囲内であるか否かを判断する。送電ユニット100の各部の電流の少なくとも1つが許容範囲内ではない場合(たとえば、過電流が生じている場合)には、S75においてNOと判断され、送電ユニット100の各部の電流の全てが許容範囲内である場合には、S75においてYESと判断される。
In S <b> 75,
S75においてNOと判断された場合には、インバータ120の出力電流が許容範囲を超過しているか否かが判断される(S81)。より具体的には、電流センサ183により検出されるインバータ120の出力電流が所定のしきい値以上であるか否かを、送電ECU150が判断する。
When it is determined NO in S75, it is determined whether or not the output current of the
この実施の形態では、初期においては、小さい結合係数(基準結合係数)に整合する値(LL)にフィルタインダクタンスL22が設定されている。このため、結合係数が大きいとき(たとえば、コイル間距離ΔGが小さいとき)には、結合係数と基準結合係数との乖離が大きくなり、インピーダンス不整合によりインバータ120の出力電流が過剰に大きくなる。こうした過電流の有無を監視することによって、結合係数が大きいか小さいかを容易に判断することができる。
In this embodiment, the filter inductance L 22 is initially set to a value (L L ) that matches a small coupling coefficient (reference coupling coefficient). For this reason, when the coupling coefficient is large (for example, when the inter-coil distance ΔG is small), the difference between the coupling coefficient and the reference coupling coefficient becomes large, and the output current of the
S81でYESと判断されること(インバータ120の出力電流が上記しきい値以上であること)は、結合係数が大きいことを意味する。この場合、結合係数が大きいこと(すなわち、結合係数が上記基準結合係数から大きくずれていること)に起因して過電流が生じたと考えられるため、大きい結合係数に合わせてL22を変更することによって、過電流は生じなくなる。
A determination of YES in S81 (that the output current of the
S81でYESと判断された場合には、S82において、送電ECU150が、インバータ120及びAC/DCコンバータ130を停止状態(非駆動状態)にして送電を停止させる。続けて、S83において、送電ECU150が、L22の変更を要求する信号(L22変更要求)を車両2へ送信する。結合係数が大きい場合(S81にてYES)にのみ車両2へL22変更要求が送信される。このため、車両ECU500にとって、L22変更要求は、L22の変更を要求する信号であるとともに、結合係数が大きいことを示す信号でもある。
If YES is determined in S81, in S82, the
車両ECU500は、L22変更要求を受信すると、フィルタインダクタンスL22をLLからLHに変更し、L22変更完了通知を送電ユニット100へ送信する(図5のS32参照)。受電ユニット200においてL22が変更されることで、L22が、大きい結合係数に整合する値(LH)になり、上記のような過電流は生じなくなる。なお、S83においてL22変更要求を送信した後で再びインバータ120の出力電流が過剰に大きくなった場合(S81にてYES)には、正常ではないと考えられるため、異常が発生したと判断して、後述する送電停止処理(S91及びS92)を行なうようにしてもよい。
When receiving the L 22 change request, the
L22変更要求の送信後、送電ECU150は、車両2からのL22変更完了通知を待ち、L22変更完了通知を受信すると、S84において、インバータ120及びAC/DCコンバータ130を駆動して、1次コイル101から2次コイル201への送電を再開する。その後、処理はS72へと戻される。
After transmission of the L 22 change request transmission ECU150 waits for L 22 change completion notification from the
他方、S81でNOと判断されることは、結合係数以外の要因で過電流が生じたことを意味する。S81でNOと判断された場合には、駆動周波数fが整合していない可能性が高いため、処理がメインルーチン(図6の処理)へと戻され、現在の駆動周波数fでのデューティ制御は終了する。処理は図6のS53に進む。 On the other hand, determining NO in S81 means that an overcurrent has occurred due to a factor other than the coupling coefficient. If it is determined NO in S81, there is a high possibility that the drive frequency f is not matched, so the process is returned to the main routine (the process of FIG. 6), and duty control at the current drive frequency f is performed. finish. The process proceeds to S53 in FIG.
送電ユニット100の各部の電流の全てが許容範囲内である場合(S75にてYES)には、送電ECU150が、充電電力指令値Psと実充電電力Poutとの偏差が十分小さいか否かを判断する(S76)。
If all of the components of the current in the transmitting
充電電力指令値Psは、車両ECU500において生成され(図5のS14参照)、車両2から送電ユニット100へ送信される(図5のS22参照)。ΔPsが0(初期値)である場合(図6のS51参照)には、送電ECU150は、S76において、車両2から受信した値をそのまま充電電力指令値Psとして使用する。一方、後述する図6のS55の処理が行なわれた場合には、ΔPsが0よりも大きい値になり、ΔPsによって充電電力指令値Psが補正される。この場合、送電ECU150は、車両2から受信した値からΔPsを減算した値を、S76において充電電力指令値Psとして使用する。
Charging power command value Ps is generated in vehicle ECU 500 (see S14 in FIG. 5) and transmitted from
実充電電力Poutは、車両ECU500において生成され(図5のS15参照)、車両2から送電ユニット100へ送信される(図5のS22参照)。送電ECU150は、S76において、車両2から受信した値をそのまま実充電電力Poutとして使用する。
The actual charging power P out is generated in the vehicle ECU 500 (see S15 in FIG. 5) and transmitted from the
S76では、上記Ps及びPoutを用いて、PsとPoutとの偏差が算出され、その偏差が十分小さいか否かが判断される。偏差は、2つの値のずれ(相違の度合い)を示すパラメータである。偏差としては、差又は比率等を採用できる。差(絶対値)が大きいほど偏差が大きいことになる。また、比率が1に近いほど偏差が小さいことになる。この実施の形態では、S76において、PsとPoutとの差(|Ps−Pout|)が所定のしきい値Th1(以下、単に「Th1」とも称する)以下であるか否かを、送電ECU150が判断する。
In S76, by using the Ps and P out, the calculated deviation between Ps and P out, whether the deviation is sufficiently small or not. The deviation is a parameter indicating a deviation (degree of difference) between two values. As the deviation, a difference or a ratio can be adopted. The greater the difference (absolute value), the greater the deviation. Also, the closer the ratio is to 1, the smaller the deviation. In this embodiment, in S76, the difference between the Ps and P out (| Ps-P out |) is a predetermined threshold Th1 (hereinafter, simply referred to as "Th1") or not less either,
S76でNOと判断された場合(|Ps−Pout|がTh1よりも大きい場合)には、送電ECU150が、インバータ120の駆動信号における出力電圧のデューティDを現在値よりも単位操作量ΔDだけ増加させる(S77)。続けて、送電ECU150は、デューティDが所定のしきい値Th2(以下、単に「Th2」とも称する)以下であるか否かを判断する(S78)。Th2は、デューティDの最大値に相当する。この実施の形態では、Th2(デューティDの最大値)を0.5とする。S77の処理によってもデューティDがTh2よりも大きくならない場合(S78にてYES)には、処理はS72へと戻される。
When it is determined NO in S76 (when | Ps−P out | is greater than Th1),
また、上記S76においてYESと判断された場合にも、処理はS72へと戻される。S76でYESと判断されることは、デューティDの最小値から最大値までの範囲(0.0〜0.5)に、|Ps−Pout|がTh1以下になるデューティDが存在することを意味する。送電中にPsとPoutとの偏差が十分小さくなるようにデューティDが調整されると、安定して送電が行なわれるようになる。デューティDの調整後に同じ条件で送電を継続していれば、基本的には、PsとPoutとの偏差は小さいまま維持され、過電流も生じない。このため、S76でYESと判断された場合には、車両2から送電停止要求を受信する(S72にてYES)か、又はS73で異常が生じていると判断される(S73にてYES)まで、S72〜S76が繰り返し実行され、安定した送電が継続される。 Also, if it is determined YES in S76, the process returns to S72. A determination of YES in S76 indicates that there is a duty D in which | Ps−P out | is equal to or less than Th1 in a range (0.0 to 0.5) from the minimum value to the maximum value of the duty D. means. If the duty D so that the deviation between the Ps and P out during the transmission is sufficiently small is adjusted, so that stable transmission is performed. If continued transmission under the same conditions after the adjustment of the duty D, and basically, the deviation between the Ps and P out is kept small, it does not occur overcurrent. Therefore, if YES is determined in S76, a power transmission stop request is received from vehicle 2 (YES in S72), or it is determined that an abnormality has occurred in S73 (YES in S73). , S72 to S76 are repeatedly executed, and stable power transmission is continued.
また、上記S78においてNOと判断されること(デューティDがTh2よりも大きくなること)は、デューティDの最小値から最大値までの範囲(0.0〜0.5)に、|Ps−Pout|がTh1以下になるデューティDが存在しないことを意味する。S78でNOと判断された場合には、処理がメインルーチン(図6の処理)へと戻され、現在の駆動周波数fでのデューティ制御は終了する。処理は図6のS53に進む。 Further, when NO is determined in S78 (duty D is larger than Th2), the range from the minimum value to the maximum value of duty D (0.0 to 0.5) becomes | Ps−P This means that there is no duty D at which out | becomes equal to or less than Th1. If NO is determined in S78, the process returns to the main routine (the process of FIG. 6), and the duty control at the current drive frequency f ends. The process proceeds to S53 in FIG.
S72及びS73のいずれかでYESと判断された場合には、以下に説明する送電停止処理(S91及びS92)が行なわれる。 If YES is determined in any of S72 and S73, a power transmission stop process (S91 and S92) described below is performed.
S91では、送電ECU150が、インバータ120及びAC/DCコンバータ130を停止状態(非駆動状態)にして送電を停止させる。S92では、送電ECU150が、通信部160を制御して、車両2に向けて情報発信を行なう。通信部160から所定の情報(たとえば、送電停止が完了したことを示す送電停止通知等)が車両2に向けて送信される。異常発生(S73にてYES)により送電が停止した場合には、異常が生じたことを示す異常発生通知を、通信部160から車両2へ送信してもよい。通信部160から送信された情報は、車両2において通信部600が受信する。このS92をもって、図7の処理だけでなく図6の処理(送電ECU150による送電制御)が終了する。
In S91,
再び図6を参照して、図7のS78及びS81のいずれかでNOと判断された場合には、処理がS53に進む。S53では、送電ECU150が、インバータ120の駆動信号における駆動周波数fを現在値よりも単位操作量Δfだけ増加させる。続けて、送電ECU150は、駆動周波数fが所定のしきい値Th3(以下、単に「Th3」とも称する)未満であるか否かを判断する(S54)。この実施の形態では、Th3(駆動周波数fの上限値)を90.0kHzとする。S53の処理によっても駆動周波数fがTh3以上にならない場合(S54にてYES)には、その駆動周波数fで前述のデューティ制御(図7の処理)が実行される(S62)。
Referring to FIG. 6 again, if NO is determined in any of S78 and S81 in FIG. 7, the process proceeds to S53. In S53,
S54でNOと判断されること(駆動周波数fがTh3以上になること)は、駆動周波数fを変更しながらデューティ制御(デューティの調整範囲:0.0〜0.5)を行なったときに、駆動周波数fの調整範囲(81.4kHz〜90.0kHz)に、|Ps−Pout|がTh1以下になる駆動周波数fが存在しないことを意味する(図7のS76参照)。S54でNOと判断された場合には、処理がS55に進む。 When NO is determined in S54 (the drive frequency f is equal to or greater than Th3), the duty control (duty adjustment range: 0.0 to 0.5) is performed while changing the drive frequency f. This means that there is no drive frequency f at which | Ps−P out | is equal to or less than Th1 in the adjustment range (81.4 kHz to 90.0 kHz) of the drive frequency f (see S76 in FIG. 7). If NO is determined in S54, the process proceeds to S55.
S55では、送電ECU150が、充電電力指令値Psの補正量(より特定的には、減少量)を示すΔPsを現在値よりも単位操作量だけ増加させることによって、充電電力指令値Psを減少させる。ΔPsは、図7の処理において使用される。図7のS76において、車両2から受信した充電電力指令値PsがΔPsによって減算補正(Ps−ΔPs)される。ΔPsが大きいほど、補正後のPsは小さくなる。S55の処理が実行されるたびにΔPsは単位操作量ずつ大きくなる。単位操作量は任意に設定できる。
In S55,
続けて、送電ECU150は、ΔPsが所定のしきい値Th4(以下、単に「Th4」とも称する)以上であるか否かを判断する(S56)。S55の処理によってもΔPsがTh4以上にならない場合(S56にてNO)には、処理はS52へと戻される。そして、S55の処理により減少する充電電力指令値Psについて、駆動周波数f及びデューティDの調整を再度行なう。
Subsequently,
S56でYESと判断されること(ΔPsがTh4以上になること)は、ΔPsの調整範囲(0〜Th4)で充電電力指令値Psを減少しても、|Ps−Pout|がTh1以下にならなかったことを意味する(図7のS76参照)。S56でYESと判断された場合には、送電停止処理(S57及びS58)が行なわれる。S57及びS58は、前述した図7のS91及びS92に準ずる処理である。すなわち、S57では、送電ECU150が、インバータ120及びAC/DCコンバータ130を停止状態(非駆動状態)にして送電を停止させる。S58では、送電ECU150が、通信部160を制御して、車両2に向けて情報発信を行なう。このS58をもって、図6の処理(送電ECU150による送電制御)は終了する。
If YES is determined in S56 (ΔPs becomes equal to or greater than Th4), even if the charge power command value Ps is decreased within the adjustment range of ΔPs (0 to Th4), | Ps−P out | becomes less than Th1. (See S76 in FIG. 7). If YES is determined in S56, power transmission stop processing (S57 and S58) is performed. S57 and S58 are processes according to S91 and S92 of FIG. 7 described above. That is, in S57,
以上説明したように、この実施の形態に係る車両ECU500は、結合係数が大きいか小さいかを判断し(図5のS21)、結合係数が大きい場合のフィルタ回路F2のインダクタンス(LH)を、結合係数が小さい場合のフィルタ回路F2のインダクタンス(LL)よりも大きくしている。結合係数が大きい場合(図5のS21にてYES)に、受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンス(フィルタインダクタンスL22)をLLからLHに変更する(図5のS32)ことによって、結合係数が基準結合係数からずれることに伴うインバータ120の出力位相差の増加分を相殺してインバータ120の出力位相差を小さくすることができる。こうした制御を行なうことで、広い結合係数範囲において送電ユニット100のインバータ120の出力力率を高くしやすくなる。
As described above,
この実施の形態に係る電力伝送システム10では、充電設備1の構成ではなく車両2の構成(より特定的には、可変インダクタ204)において回路定数を調整している。一般に、充電設備よりも車両のほうが構成の変更(ハードウェア構成の変更)が容易であるため、充電設備におけるインバータの出力力率を改善する手法として上記実施の形態に係る手法を提供することは有益である。
In the
フィルタ回路F2において、キャパシタンスではなく、インダクタンスを変更することで、LC共振部R2の共振周波数の変化を抑制しつつ、インバータ120の出力力率を改善することができる。フィルタ回路F2のキャパシタンス(たとえば、キャパシタ203又は205のキャパシタンス)を変更すると、LC共振部R2の共振周波数が変化する。一方、フィルタ回路F2のインダクタンス(たとえば、可変インダクタ204のインダクタンス)を変更しても、LC共振部R2の共振周波数はほとんど変化しない。上記実施の形態では、フィルタ回路F2のキャパシタンスが一定(固定値)である。
By changing the inductance instead of the capacitance in the filter circuit F2, the output power factor of the
また、上記図5〜図7の処理では、車両ECU500が、送電ユニット100からの信号(L22変更要求)に基づいて、1次コイル101と2次コイル201との結合係数が大きいか小さいかを判断する。すなわち、車両ECU500は、所定の期間(たとえば、充電中)において送電ユニット100からL22変更要求を受信した場合(図5のS21にてYES)には結合係数が大きいと判断し、上記所定の期間において送電ユニット100からL22変更要求を受信しなかった場合(期間中においては常に図5のS21でNO)には、結合係数が小さいと判断する。また、送電ユニット100は、インバータ120の出力電流に基づいてL22変更要求を生成し、車両2へ送信する(図7のS81〜S83)。より具体的には、インバータ120の出力電流が過電流になったときに、送電ユニット100から車両2へL22変更要求が送信される。こうした過電流の有無を監視することによって、結合係数を容易に検出することができる。こうした過電流が生じないことは、結合係数が小さいことを意味する。結合係数が小さい場合には、送電ユニット100から車両2へL22変更要求が送信されない。
Further, either in the process of FIG. 5 to FIG. 7, the vehicle ECU500, based on the signal (L 22 change request) from the
なお、各種センサの検出値等からリアルタイムに結合係数を算出し、算出された結合係数に応じてL22を精密に制御することも考えられる。しかし、結合係数を高い精度で算出することは難しく、また、結合係数を高い精度で算出できたとしても、制御が複雑になり、処理遅延等が生じやすくなる。 It is also conceivable that the coupling coefficient is calculated in real time from the detection values of various sensors and the L 22 is precisely controlled according to the calculated coupling coefficient. However, it is difficult to calculate the coupling coefficient with high accuracy, and even if the coupling coefficient can be calculated with high accuracy, the control becomes complicated and processing delays are likely to occur.
上記図5〜図7の処理では、フィルタインダクタンスL22が第1の値(LL)である条件での送電中に送電ユニット100のインバータ120の出力電流が所定値以上になった場合(図7のS81にてYES)には、実行中の送電を停止させて(図7のS82)、フィルタインダクタンスL22を第1の値とは異なる第2の値(LH)にした後(図7のS83及び図5のS21,S32)、送電を再開している(図7のS84)。こうした制御によれば、L22の変更を適切に行なうことができる。
In the process of FIG. 5 to FIG. 7, when the filter inductance L 22 is the output current of the
図8は、この実施の形態に係る受電フィルタ(受電ユニット200のフィルタ回路F2)のインダクタンス制御において、結合係数が小さい領域(領域A)と結合係数が大きい領域(領域B)との各々における受電フィルタの誘導性リアクタンスを示す図である。以下、インバータ120の出力角周波数を「ω」と記載する場合がある。
FIG. 8 shows power reception in each of a region with a small coupling coefficient (region A) and a region with a large coupling coefficient (region B) in the inductance control of the power receiving filter (filter circuit F2 of the power receiving unit 200) according to this embodiment. It is a figure which shows the inductive reactance of a filter. Hereinafter, the output angular frequency of the
図8を参照して、この実施の形態に係るインダクタンス制御では、結合係数がKx未満である領域Aにおいて、フィルタインダクタンスL22がLLになり、フィルタ回路F2の誘導性リアクタンスがωLLとなる。また、結合係数がKx以上である領域Bでは、フィルタインダクタンスL22がLHになり、フィルタ回路F2の誘導性リアクタンスがωLHとなる。LHはLLよりも大きいため、ωLHはωLLよりも大きくなる。この実施の形態に係るインダクタンス制御によれば、結合係数が大きい場合(領域B)において、結合係数が小さい場合(領域A)よりも、フィルタ回路F2(受電ユニット200のLCフィルタ)の誘導性リアクタンスが大きくなる。なお、Kxは、たとえば約0.3である。
Referring to FIG. 8, in the inductance control according to this embodiment, in region A where the coupling coefficient is less than Kx, filter inductance L 22 is L L and inductive reactance of
図9は、図2に示した電力伝送システム10において、結合係数が大きい状況(より特定的には、結合係数が約0.6である状況)で受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンス(L22)をLL、LHの各々にしたときのインバータ120の出力力率を示す図である。図9に示されるように、結合係数が大きい状況においては、L22をLLにしたときよりも、L22をLHにしたときのほうが、インバータ120の出力力率は高くなった。
FIG. 9 shows an inductance (L 22 ) of the LC filter of the
図10は、図2に示した電力伝送システム10において、結合係数が大きい状況(より特定的には、結合係数が約0.6である状況)で受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンス(L22)をLL、LHの各々にしたときのインバータ120の出力電流を示す図である。図10に示されるように、結合係数が大きい状況においては、L22をLLにしたときよりも、L22をLHにしたときのほうが、インバータ120の出力電流は小さくなった。L22をLLにしたときには、インバータ120の出力電流が過電流となった。
FIG. 10 shows an inductance (L 22 ) of the LC filter of the
図11は、図2に示した電力伝送システム10において、結合係数が大きい状況(より特定的には、結合係数が約0.6である状況)で受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンス(L22)をLL、LHの各々にしたときのシステム効率を示す図である。図11に示されるように、結合係数が大きい状況においては、L22をLLにしたときよりも、L22をLHにしたときのほうが、システム効率は高くなった。
FIG. 11 shows the LC filter inductance (L 22 ) in the
上記のように、この実施の形態に係る電力伝送システム10においては、結合係数が大きい場合にL22をLLからLHに変更することで、インバータ120の出力力率が高くなり、システム効率も高くなる。
As described above, in the
上記実施の形態では、L22の初期値をLLにしているが、L22の初期値をLHにしてもよい。L22の初期値をLHにした場合には、結合係数が大きいときには、インバータ120の出力電流が過電流にならず、結合係数が小さいときにインバータ120の出力電流が過電流になる。こうした過電流の有無を監視して、過電流が生じた場合(すなわち、結合係数が小さい場合)にはL22をLHからLLに変更することによって、広い結合係数範囲において十分なインバータ120の出力力率を確保することができる。
In the above embodiment, the initial value of L 22 is set to L L , but the initial value of L 22 may be set to L H. The initial value of L 22 when the L H, when the coupling coefficient is large, not the output current of the
電力伝送システム10の回路構成は、図2に示した構成に限られない。たとえば、LC共振部R1及びR2は、図2に示した直列共振回路に限られない。LC共振部R1及びR2の少なくとも一方は、コイル及びキャパシタが並列に接続されて構成されてもよい。また、受電ユニット200のLCフィルタは、図2に示したπ型のLCフィルタに限られず、他のタイプのLCフィルタ(たとえば、図2に示すキャパシタ205を割愛したL型のLCフィルタ)であってもよい。さらに、受電ユニット200のLCフィルタを構成する可変インダクタ204の位置を変更してもよい。図12は、電力伝送システム10の回路構成の変形例を示す図である。図12を参照して、可変インダクタ204を、電力線PL2に代えて電力線PL1に設けてもよい。
The circuit configuration of the
受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンスを変更可能に構成されるインダクタンス調整部は、可変インダクタ204に限られない。図13〜図15は、インダクタンス調整部の第1〜第3の変形例を示す図である。可変インダクタ204の代わりに、図13〜図15に示されるインダクタンス調整部204A〜204Cを採用してもよい。これらの例では、インダクタンス調整部204A〜204Cの各々のインダクタンスが、受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンスに相当する。
The inductance adjusting unit configured to be able to change the inductance of the LC filter of the
図13を参照して、インダクタンス調整部204Aは、2次コイル201(図2参照)に直列に接続される素子として、コイル211と、コイル211に並列に接続されるコイル212及びスイッチ213(Lスイッチ)とを含んで構成される。コイル212及びスイッチ213は、互いに直列に接続されている。スイッチ213の状態(ON/OFF)によってインダクタンス調整部204Aのインダクタンスは変わる。より具体的には、コイル211、212のインダクタンスをそれぞれL211、L212と表すと、スイッチ213がOFFであるときのインダクタンス調整部204Aのインダクタンスは「L211」となり、スイッチ213がONであるときのインダクタンス調整部204Aのインダクタンスは「L211×L212/(L211+L212)」となる。
Referring to FIG. 13, the
図14を参照して、インダクタンス調整部204Bは、2次コイル201(図2参照)に直列に接続される素子として、コイル221,222と、コイル222に並列に接続されるスイッチ223(Lスイッチ)とを含んで構成される。コイル221及び222は、互いに直列に接続されている。スイッチ223の状態(ON/OFF)によってインダクタンス調整部204Bのインダクタンスは変わる。より具体的には、コイル221、222のインダクタンスをそれぞれL221、L222と表すと、スイッチ223がOFFであるときのインダクタンス調整部204Bのインダクタンスは「L221+L222」となり、スイッチ223がONであるときのインダクタンス調整部204Bのインダクタンスは「L221」となる。
Referring to FIG. 14, the
図15を参照して、インダクタンス調整部204Cは、2次コイル201(図2参照)に直列に接続される素子として、コイル231及びキャパシタ232と、キャパシタ232に並列に接続されるスイッチ233とを含んで構成される。コイル231及びキャパシタ232は、互いに直列に接続されている。スイッチ233の状態(ON/OFF)によってインダクタンス調整部204Cのインダクタンスは変わる。インダクタンス調整部204Cのインダクタンスが大きくなるほどインダクタンス調整部204Cの誘導性リアクタンスは大きくなる。コイル231のインダクタンスをL231、キャパシタ232のキャパシタンスをC232と表すと、スイッチ233がOFFであるときのインダクタンス調整部204Cの誘導性リアクタンスは「ωL231−(1/ωC232)」となり、スイッチ233がONであるときのインダクタンス調整部204Cの誘導性リアクタンスは「ωL231」となる。なお、「ωL231」は「1/ωC232」よりも大きい。
Referring to FIG. 15, the
図5〜図7の処理では、送電を停止させてから受電ユニット200のLCフィルタのインダクタンスを変更し、変更後に送電を再開するため、上記スイッチ213,223,233(図13〜図15)として、応答速度の速い半導体リレーを必要とせず、半導体リレーに比べて低コストで入手しやすいメカニカルリレーを使用できる。ただし、各スイッチの種類はメカニカルリレーに限定されない。メカニカルリレーに代えて半導体リレーを採用してもよい。
In the processing of FIGS. 5 to 7, the
結合係数が大きいか小さいかの判断方法は任意に変更できる。たとえば、車両2が、コイル間距離ΔG(図1)を検出する測距センサをさらに備えてもよい。測距センサとしては、超音波センサ、レーザ測距センサ等を採用できる。車両ECU500は、こうした測距センサの検出値に基づいて結合係数が大きいか小さいかを判断してもよい。コイル間距離ΔGが大きくなるほど結合係数は小さくなるため、車両ECU500は、コイル間距離ΔGが所定値よりも小さい場合に結合係数が大きいと判断し、コイル間距離ΔGが所定値よりも大きい場合に結合係数が小さいと判断することができる。
The method for determining whether the coupling coefficient is large or small can be arbitrarily changed. For example, the
図5〜図7の処理は、送受電制御の一例であり、これに限られない。たとえば、インバータ120の駆動周波数の極値探索(電力損失が最小になる周波数の探索)を行なってから、探索された周波数(極値)においてインバータ120の出力電圧のデューティを最適値に調整してもよい。
The processing in FIGS. 5 to 7 is an example of power transmission / reception control, and is not limited thereto. For example, after performing an extreme value search of the drive frequency of the inverter 120 (search for a frequency at which power loss is minimized), the duty of the output voltage of the
受電ユニット200から電力が供給される対象装置は、蓄電装置300に限られず、任意の電気負荷(車載機器等)であってもよい。
The target device to which power is supplied from the
上記の各変形例は、その全部又は一部を組み合わせて実施してもよい。
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。
Each of the above modifications may be implemented by combining all or some of them.
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.
1 充電設備、2 車両、10 電力伝送システム、100 送電ユニット、101 1次コイル、102,103,202,203,205,207,232 キャパシタ、104,211,212,221,222,231 コイル、120 インバータ、130 AC/DCコンバータ、140 電力監視ユニット、150 送電ECU、160,600 通信部、181 電圧センサ、182,183,184,283,284 電流センサ、200 受電ユニット、201 2次コイル、204 可変インダクタ、204A,204B,204C インダクタンス調整部、206 整流回路、213,223,233 スイッチ、300 蓄電装置、310 監視ユニット、400 充電リレー、500 車両ECU、700 交流電源、F1,F2 フィルタ回路、R1,R2 LC共振部。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記2次コイル及びキャパシタが直列又は並列に接続されて構成されるLC共振部と、
前記LC共振部と前記対象装置との間に設けられたLCフィルタとを備え、
前記LCフィルタは、インダクタンスを変更可能に構成されるインダクタンス調整部を含み、
前記非接触受電装置は、前記インダクタンス調整部を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記1次コイルと前記2次コイルとの結合係数が大きいか小さいかを判断し、前記結合係数が大きい場合の前記LCフィルタのインダクタンスを、前記結合係数が小さい場合の前記LCフィルタのインダクタンスよりも大きくする、非接触受電装置。 A non-contact power receiving device that receives power transmitted from a primary coil of a power transmission device in a non-contact manner by a secondary coil and supplies the power to a target device,
An LC resonance unit configured by connecting the secondary coil and the capacitor in series or in parallel;
An LC filter provided between the LC resonance unit and the target device;
The LC filter includes an inductance adjusting unit configured to change the inductance,
The non-contact power receiving apparatus further includes a control unit that controls the inductance adjusting unit,
The controller determines whether a coupling coefficient between the primary coil and the secondary coil is large or small, and determines the inductance of the LC filter when the coupling coefficient is large, and the LC when the coupling coefficient is small. A non-contact power receiving device that is larger than the inductance of the filter.
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