JP2020114092A - Non-contact power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、送電装置から受電装置へ非接触で送電する非接触給電システムに関する。 The present invention relates to a contactless power supply system that transmits power from a power transmitting device to a power receiving device in a contactless manner.
電気自動車などに搭載される二次電池に給電を行うシステムとして、非接触で給電を行う非接触給電システムがある。非接触給電システムでは、送電装置側にインバータ回路を設け、そのインバータ回路から送電部(1次側コイル)に交流電力を供給する。そして、送電部から車両側の受電部(2次側コイル)に対して非接触で電力を送電し、受電部から二次電池に対して給電を行う。 As a system for supplying power to a secondary battery mounted on an electric vehicle or the like, there is a contactless power supply system for supplying power in a contactless manner. In the contactless power supply system, an inverter circuit is provided on the power transmission device side, and AC power is supplied from the inverter circuit to the power transmission unit (primary coil). Then, the power is transmitted from the power transmitting unit to the power receiving unit (secondary coil) on the vehicle side in a non-contact manner, and the power receiving unit supplies power to the secondary battery.
特許文献1の非接触給電システムでは、交流電力の出力電力値に対応させてインピーダンスを設定するインピーダンス変換部としてのDC−DCコンバータを備えている。これにより、DC−DCコンバータに過度な負担が付与されない範囲内で、負荷のインピーダンスの変動に追従させることが可能となっている。
The contactless power supply system of
ところで、近年では、車両の走行中に、非接触給電を実施可能にするための非接触給電システムが考案されている。このような車両の走行中に非接触給電を実施する場合、受信遅れが発生するため、上記のように交流電力の出力電力値を受信し、インピーダンスを設定することは困難であった。 By the way, in recent years, a contactless power supply system has been devised for enabling contactless power supply while the vehicle is traveling. When non-contact power feeding is performed while the vehicle is running, a reception delay occurs. Therefore, it is difficult to receive the output power value of the AC power and set the impedance as described above.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、車両の走行中に適切な給電を行うことができる非接触給電システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object of the present invention is to provide a contactless power supply system capable of performing appropriate power supply while a vehicle is traveling.
上記課題を解決するための手段は、道路側に設けられる送電装置と車両側に設けられる受電装置との間で、非接触で給電を行い、車両に設けられる蓄電池を充電する非接触給電システムにおいて、前記送電装置は、直流電源から入力した直流電流を交流電流に変換するインバータと、前記インバータに接続されており、所定の周波数域の交流電流を除去する送電側フィルタ回路と、送電側共振コイル及び前記送電側共振コイルに接続される送電側共振コンデンサを有する送電側共振回路と、を備え、前記受電装置は、受電側共振コイル及び前記受電側共振コイルに接続される受電側共振コンデンサを有する受電側共振回路と、前記受電側共振回路に接続されており、所定の周波数域の交流電流を除去する受電側フィルタ回路と、前記受電側フィルタ回路に接続されており、交流電流を直流電流に整流する整流器と、前記整流器に対して直列に接続されており、前記整流器から前記受電装置の出力端子へ流れる電流を許可するダイオードと、を備え、前記送電側フィルタ回路、前記送電側共振回路、前記受電側共振回路及び前記受電側フィルタ回路は、前記送電側フィルタ回路への入力電圧と前記受電側フィルタ回路からの出力電流が比例するように各回路が構成されている。 Means for solving the above-mentioned problem is a non-contact power supply system that performs non-contact power feeding between a power transmission device provided on a road side and a power receiving device provided on a vehicle side to charge a storage battery provided in the vehicle. The power transmitting device includes an inverter that converts a direct current input from a direct current power source into an alternating current, a power transmitting side filter circuit that is connected to the inverter and removes an alternating current in a predetermined frequency range, and a power transmitting side resonance coil. And a power transmission side resonance circuit having a power transmission side resonance capacitor connected to the power transmission side resonance coil, wherein the power reception device has a power reception side resonance coil and a power reception side resonance capacitor connected to the power reception side resonance coil. Power-reception-side resonance circuit, connected to the power-reception-side resonance circuit, and connected to the power-reception-side filter circuit that removes the alternating current in a predetermined frequency range, and the power-reception-side filter circuit, and convert the alternating current into a direct current. A rectifier that rectifies, and a diode that is connected in series to the rectifier and that allows a current to flow from the rectifier to the output terminal of the power receiving device, the power transmission side filter circuit, the power transmission side resonance circuit, Each of the power receiving side resonance circuit and the power receiving side filter circuit is configured such that an input voltage to the power transmitting side filter circuit and an output current from the power receiving side filter circuit are proportional to each other.
車両走行中に非接触給電を行う場合、送電装置と受電装置との間で通信を行うことは、通信遅れの関係上、困難である。このため、送電装置は、車両側の状況、つまり、蓄電池の状況に関わらず、所定の電力を供給することとなる。この場合、充電時間の短縮を考慮して、供給電力はできる限り大きい方が良い。 When performing non-contact power feeding while the vehicle is traveling, it is difficult to perform communication between the power transmitting device and the power receiving device due to a communication delay. Therefore, the power transmission device supplies a predetermined amount of power regardless of the state of the vehicle, that is, the state of the storage battery. In this case, in consideration of shortening the charging time, it is preferable that the supplied power be as large as possible.
一方、このように構成する場合、受電装置側において、電力の調整が必要となる。例えば、整流器からの出力電力(直流電流)を、DC−DCコンバータなどの昇圧回路で蓄電池の要求電力に応じて電力を調整することが考えられる。特に整流器からの出力電力が定電圧である場合には、電流が途切れる可能性があるため、昇圧回路を設ける必要がある。 On the other hand, in the case of such a configuration, it is necessary to adjust the power on the power receiving device side. For example, it is conceivable that the output power (DC current) from the rectifier is adjusted by a booster circuit such as a DC-DC converter according to the required power of the storage battery. In particular, when the output power from the rectifier is a constant voltage, the current may be interrupted, so it is necessary to provide a booster circuit.
しかしながら、車両のように、大電力を給電する給電システムでは、DC−DCコンバータのインダクタが大型化することとなる。その結果、収容スペースが限られるにもかかわらず、受電装置が大型化するという問題があった。 However, in a power feeding system that feeds a large amount of power such as a vehicle, the size of the inductor of the DC-DC converter is increased. As a result, there is a problem that the power receiving device becomes large even though the accommodation space is limited.
そこで、送電側フィルタ回路への入力電圧と受電側フィルタ回路からの出力電流が比例するように、送電側フィルタ回路、送電側共振回路、受電側共振回路及び受電側フィルタ回路の各回路を構成した。 Therefore, each circuit of the power transmission side filter circuit, the power transmission side resonance circuit, the power reception side resonance circuit, and the power reception side filter circuit is configured so that the input voltage to the power transmission side filter circuit and the output current from the power reception side filter circuit are proportional to each other. ..
これにより、インバータからの出力電圧と、整流器の出力電流とが比例することとなる。このため、インバータからの出力電圧を一定とすれば、整流器の出力電流を定電流にすることが可能となる。そして、定電流であれば、電流が途切れないため、整流器とダイオードとの間においてインダクタを設ける必要がなくなる。したがって、インダクタを省略又は小型化することができ、受電装置を小型化できる。また、車両の走行中に適切な給電を行うことができる。 As a result, the output voltage from the inverter is proportional to the output current of the rectifier. Therefore, if the output voltage from the inverter is constant, the output current of the rectifier can be made constant. Then, if the current is a constant current, the current is not interrupted, so that it is not necessary to provide an inductor between the rectifier and the diode. Therefore, the inductor can be omitted or downsized, and the power receiving device can be downsized. In addition, it is possible to appropriately supply power while the vehicle is traveling.
本実施形態における非接触給電システム10は、商用電源11から供給された電力を、非接触で送電する送電装置20、及び、送電装置20から非接触で電力を受電する受電装置30を備える。送電装置20は、車両が走行する道路側(高速道路など)に埋設されている。受電装置30は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、蓄電池としての車載バッテリ12に対して電力を出力することで、車載バッテリ12を充電するものである。
The contactless
図1に本実施形態における非接触給電システム10の電気的構成を示す。非接触給電システム10の送電装置20には、商用電源11が接続されており、商用電源11から供給される交流電力を送電装置20に入力するように構成されている。一方、非接触給電システム10の受電装置30には、車載バッテリ12が接続されており、受電装置30から電力を車載バッテリ12に出力し、充電が実施されるように構成されている。送電装置20及び受電装置30は、3相給電を実施可能とすべく、それぞれ3相(U相、V相、W相)のコイルを有する。
FIG. 1 shows an electrical configuration of the contactless
まず、送電装置20について説明する。送電装置20は、商用電源11に接続されるAC−DCコンバータ21と、AC−DCコンバータ21に接続されるインバータとしてのインバータ回路22と、インバータ回路22に接続される送電側フィルタ回路23と、送電側フィルタ回路23に接続される送電側共振回路24と、を備える。
First, the
AC−DCコンバータ21は、商用電源11から供給される交流電力を直流電力に変換するものである。そして、AC−DCコンバータ21は、変換した直流電力をインバータ回路22に出力する。このため、インバータ回路22から見た場合、AC−DCコンバータ21は、直流電源に相当する。
The AC-DC
インバータとしてのインバータ回路22は、AC−DCコンバータ21から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するものである。このインバータ回路22として、U相、V相、W相の3相の交流電力に変換する3相インバータを用いている。
The
インバータ回路22は、AC−DCコンバータ21に接続されている。具体的には、AC−DCコンバータ21の正極端子にインバータ回路22の高電位側端子が接続されている。一方、AC−DCコンバータ21の負極端子にインバータ回路22の低電位側端子が接続されている。
The
インバータ回路22は、それぞれ3相の相数と同数の上下アームを有するフルブリッジ回路により構成されている。各アームに設けられたスイッチング素子のオンオフにより、各相における電流が調整される。
The
詳しく説明すると、インバータ回路22は、U相、V相及びW相からなる3相において、スイッチング素子としての上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの直列接続体をそれぞれ備えている。本実施形態では、各相における上アームスイッチSp及び下アームスイッチSnとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはIGBTを用いている。なお、MOSFETを用いてもよい。各相における上アームスイッチSp及び下アームスイッチSnには、それぞれフリーホイールダイオード(還流ダイオード)Dp,Dnが逆並列に接続されている。
More specifically, the
各相の上アームスイッチSpの高電位側端子(コレクタ)は、AC−DCコンバータ21の正極端子に接続されている。また、各相の下アームスイッチSnの低電位側端子(エミッタ)は、AC−DCコンバータ21の負極端子(グランド)に接続されている。各相の上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの間の中間接続点は、それぞれ送電側フィルタ回路23に接続されている。
The high-potential-side terminal (collector) of the upper arm switch Sp of each phase is connected to the positive terminal of the AC-
すなわち、U相における上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの間の中間接続点には、送電側フィルタ回路23等を介して、送電側共振回路24のU相の送電側共振コイル24Luに接続されている。同様に、V相における上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの間の中間接続点には、送電側フィルタ回路23等を介して、送電側共振回路24のV相の送電側共振コイル24Lvに接続されている。同様に、W相における上アームスイッチSpと下アームスイッチSnとの間の中間接続点には、送電側フィルタ回路23等を介して、送電側共振回路24のW相の送電側共振コイル24Lwに接続されている。
That is, the intermediate connection point between the upper arm switch Sp and the lower arm switch Sn in the U phase is connected to the U phase power transmission side resonance coil 24Lu of the power transmission
送電側フィルタ回路23は、インバータ回路22から入力される交流電力から所定の周波数域の交流電力(交流電流)を除去する回路である。この送電側フィルタ回路23として、ローパスフィルタを用いている。本実施形態において、送電側フィルタ回路23は、入力電圧と出力電流が比例し、入力電流と出力電圧が比例するイミタンス変換器(インピーダンス・アドミタンス変換器)である。
The power transmission
具体的に説明すると、送電側フィルタ回路23は、各相ごとに、2つのリアクトル23a,23bが直列接続された直列接続体を備えている。また、送電側フィルタ回路23は、各直列接続体の中間接続点に対して一端が接続されるコンデンサ23cを直列接続体ごとにそれぞれ備える。各コンデンサ23cの他端は、接続点(中性点)N1で接続されている。つまり、各コンデンサ23cの他端同士が接続されている。
More specifically, the power transmission
送電側共振回路24は、送電側フィルタ回路23から入力した交流電力を受電装置30に対して出力する回路である。送電側共振回路24は、各相ごとに、送電側共振コンデンサ24Cu,24Cv,24Cwと、送電側共振コイル24Lu,24Lv,24Lwとが直列接続されたLC共振回路が設けられている。LC共振回路の一端は、送電側フィルタ回路23に接続されており、他端は、中性点N2に接続されている。
The power transmission
受電装置30は、送電側共振回路24から電力を供給される受電側共振回路31と、受電側共振回路31に接続される受電側フィルタ回路32と、受電側フィルタ回路32に接続される整流器としての整流回路33と、整流回路33に接続されるダイオード34と、整流回路33に接続されるスイッチ部35と、ダイオード34に接続されるコンデンサ36と、を備える。
The
受電側共振回路31は、非接触で送電側共振回路24から電力を入力し、受電側フィルタ回路32に出力する回路である。受電側共振回路31は、送電側共振回路24と同一の構成となっており、送電側共振回路24に対して磁場共鳴可能に構成されている。
The power receiving
すなわち、受電側共振回路31は、各相ごとに、受電側共振コンデンサ31Cu,31Cv,31Cwと、受電側共振コイル31Lu,31Lv,31Lwとが直列接続されたLC共振回路が設けられている。LC共振回路の一端は、中性点N3に接続され、他端は、受電側フィルタ回路32に接続されている。この受電側共振回路31と送電側共振回路24との共振周波数は同一に設定されている。
That is, the power receiving
受電側フィルタ回路32は、受電側共振回路31から入力される交流電力に含まれる所定の周波数域の交流電力を除去するものである。この受電側フィルタ回路32として、ローパスフィルタを用いている。本実施形態において、受電側フィルタ回路32は、入力電圧と出力電流が比例し、入力電流と出力電圧が比例するイミタンス変換器(インピーダンス・アドミタンス変換器)である。
The power receiving
具体的に説明すると、受電側フィルタ回路32は、各相ごとに、2つのリアクトル32a,32bが直列接続された直列接続体を備えている。また、受電側フィルタ回路32は、各直列接続体の中間接続点に対して一端が接続されるコンデンサ32cを直列接続体ごとに備える。各コンデンサ32cの他端は、接続点(中性点)N4で接続されている。つまり、各コンデンサ32cの他端同士が接続されている。
Specifically, the power receiving
整流回路33は、交流電力を全波整流する回路である。本実施形態では、整流回路33として、ダイオードブリッジから構成される全波整流回路を採用したが、6つのスイッチング素子(例えばMOSFET)から構成される同期整流回路を用いてもよい。
The
ダイオード34は、整流回路33(の出力端子)に対して直列に接続されており、整流回路33から受電装置30の出力端子30aへ流れる電流を許可する。なお、ダイオード34と整流回路33との間には、リアクタンス等が接続されておらず、ダイオード34は、整流回路33に直接接続されている。
The
スイッチ部35は、整流回路33とグランド端子と間における通電及び通電遮断を切り替えるスイッチング素子である。スイッチ部35として、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的にはIGBTを用いている。なお、MOSFETを用いてもよい。スイッチ部35には、それぞれフリーホイールダイオード(還流ダイオード)が逆並列に接続されている。スイッチ部35は、整流回路33に対して並列に接続されている。つまり、スイッチ部35は、その一端が整流回路33の高電位側端子に接続されている。より詳しくは、スイッチ部35の一端は、ダイオード34と、整流回路33とを繋ぐ経路上の接続点N5に対して接続されている。また、スイッチ部35の他端は、整流回路33の低電位側端子に接続されている。
The
コンデンサ36は、ダイオード34(のカソード)と受電装置30の出力端子30aとの間における電気経路上の接続点N6に一端が接続され、他端がグランド端子に接続されている。
The
そして、受電装置30の高電位側の出力端子30aが、車載バッテリ12の陽極端子に接続され、低電位側の出力端子30bが車載バッテリ12の負極端子に接続されている。車載バッテリ12は、受電装置30から入力された直流電力を充電する。
The high-potential-side output terminal 30a of the
また、送電装置20には、送電装置20の制御を行う送電制御部60が設けられており、受電装置30には、受電装置30の制御を行う受電制御部70が設けられている。送電制御部60は、AC−DCコンバータ21やインバータ回路22の制御を行う。受電制御部70は、スイッチ部35の制御を行う。
Further, the
また、車両には、ECU50(Electronic Control Unit)が設けられており、受電制御部70に対して指示を行い、車両の走行中に非接触給電を実施させ、車載バッテリ12を充電させる。具体的には、ECU50は、車載バッテリ12の状態(電圧や温度等)を取得し、要求電力を算出する。そして、ECU50は、算出した要求電力を指令値として受電制御部70に出力する。受電制御部70は、指令値に基づいてスイッチ部35を制御する。
Further, the vehicle is provided with an ECU 50 (Electronic Control Unit), which gives an instruction to the power
上記構成によれば、送電装置20及び受電装置30の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が送電側共振コイル24Lu,24Lv,24Lwに入力された場合、送電側共振コイル24Lu,24Lv,24Lwと、受電側共振コイル31Lu,31Lv,31Lwとが、磁場共鳴する。これにより、受電装置30は、送電装置20からエネルギーの一部を受け取る。すなわち、交流電力を受電する。なお、本実施形態では、説明の都合上、送電装置20及び受電装置30の相対位置が磁場共鳴可能な位置にあることを前提とする。
According to the above configuration, in a situation where the relative positions of the
ところで、上記非接触給電システム10は、車両の走行中に非接触で給電を実施可能とすることを目的としている。このため、送電装置20と、受電装置30との間における通信は、通信遅れが生じる可能性があるため、要求電力の送受信などの通信は、原則として実施しないこととしている。
By the way, the non-contact
このため、送電装置は、車両側の状況、つまり、蓄電池の状況に関わらず、所定の電力を供給することとなる。この場合、充電時間の短縮や送電装置及び受電装置の相対位置が理想的な状態からずれることなどを考慮して、供給電力はできる限り大きい方が良い。そこで、本実施形態において、送電装置20は、出力可能な最大電力を供給するようにしている。具体的には、送電制御部60は、インバータ回路22の駆動デューティをフルデューティなどの固定値に設定する。
Therefore, the power transmission device supplies a predetermined amount of power regardless of the state of the vehicle, that is, the state of the storage battery. In this case, it is preferable that the supplied power be as large as possible in consideration of shortening the charging time and the relative positions of the power transmitting device and the power receiving device deviating from the ideal state. Therefore, in the present embodiment, the
しかしながら、最大電力が供給された場合、受電装置30の側において、車載バッテリ12の要求電圧によっては必要がない場合がある。つまり、要求電力に対して過大な電力が供給される可能性がある。過大な電力で充電されると、車載バッテリ12が過充電状態となる場合や、劣化が促進される。また、送電装置20及び受電装置30の位置ずれやコイル間距離の変動によるコイル間結合係数が変動し、出力電力は変動するといった問題もある。したがって、受電装置30の側において、車載バッテリ12への出力電力の調整が必要とされている。
However, when the maximum power is supplied, it may not be necessary depending on the required voltage of the vehicle-mounted
そこで、従来においては、整流回路33と車載バッテリ12との間にDC−DCコンバータなどの昇圧回路を設けることが考えられていた。そして、整流回路33からの出力電力(直流電流)を、車載バッテリ12の要求電力に応じて昇圧していた。これにより、要求電力に応じて、安定した電力が車載バッテリ12に供給されていた。
Therefore, conventionally, it has been considered to provide a booster circuit such as a DC-DC converter between the
しかしながら、車両のように、大電力を給電する非接触給電システムでは、DC−DCコンバータのリアクタンスが大型化することとなる。その結果、収容スペースが限られるにもかかわらず、受電装置が大型化するという問題があった。その一方で、リアクタンスを削除する構成とすると、整流回路33からの出力電力が定電流でない場合、電流が途切れてしまい、安定した出力電力を供給することができないという問題あった。
However, in a contactless power feeding system that feeds a large amount of power, such as a vehicle, the reactance of the DC-DC converter becomes large. As a result, there is a problem that the power receiving device becomes large even though the accommodation space is limited. On the other hand, if the reactance is eliminated, there is a problem that if the output power from the
そこで、送電側フィルタ回路23への入力電圧と受電側フィルタ回路32からの出力電流が比例するように、送電側フィルタ回路23、送電側共振回路24、受電側共振回路31路及び受電側フィルタ回路32の各回路を構成した。
Therefore, the power transmission
具体的には、送電側フィルタ回路23及び受電側フィルタ回路32を、入力電圧と出力電流が比例し、入力電流と出力電圧が比例するイミタンス変換器により構成した。また、送電側共振回路24において、送電側共振コイル24Lu,24Lv,24Lwは、送電側共振コンデンサ24Cu,24Cv,24Cwが直列接続されているようにした。そして、受電側共振回路31において、受電側共振コイル31Lu,31Lv,31Lwは、受電側共振コンデンサ31Cu,31Cv,31Cwが直列接続されているようにした。すなわち、一次側直列二次側直列のSS方式のコイルとしている。SS方式では、定電流で出力されることとなる。
Specifically, the power transmission
上記構成により、送電側フィルタ回路23への入力電圧と受電側フィルタ回路32からの出力電流が比例することを以下の数式を用いて示す。なお、本実施形態では、U相のみについて示すが、V相、W相も同様である。数式(1)に送電側フィルタ回路23のインピーダンスを示す。送電側フィルタ回路23のインピーダンスを、Xc1で示し、コンデンサ23cの容量を、C11で示し、リアクトル23aのインピーダンスをL11で示し、リアクトル23bのインピーダンスをL12で示す。インバータ回路22の駆動周波数を、ωで示す。
また、数式(2)に受電側フィルタ回路32のインピーダンスを示す。受電側フィルタ回路32のインピーダンスを、Xc2で示し、コンデンサ32cの容量を、C21で示し、リアクトル32aのインピーダンスをL21で示し、リアクトル32bのインピーダンスをL22で示す。インバータ回路22の駆動周波数(角周波数)を、ωで示す。
そして、数式(3)に送電側共振コイル24Luと、受電側共振コイル31Luとの間における相互インダクタンスと、そのインピーダンスを示す。受電側共振コイル31Luとの間における相互インダクタンスを、Lmで示し、そのインピーダンスを、Xmで示す。
また、数式(4)に、送電側共振回路24における送電側共振コイル24Luと送電側共振コンデンサ24Cuとの関係、及び受電側共振回路31における受電側共振コイル31Luと受電側共振コンデンサ31Cuとの関係を示す。送電側共振コイル24Luのインピーダンスを、L1で示し、送電側共振コンデンサ24Cuの容量を、Cs1で示す。受電側共振コイル31Luのインピーダンスを、L2で示し、受電側共振コンデンサ31Cuの容量を、Cs2で示す。また、数式(5)に共振周波数と、共振時におけるインバータ回路22の駆動周波数との関係を示す。共振周波数を、f0で示し、共振時におけるインバータ回路22の駆動周波数を、ω0で示す。
そして、前述したように、送電側フィルタ回路23及び受電側フィルタ回路32を、入力電圧と出力電流が比例し、入力電流と出力電圧が比例するイミタンス変換器により構成している。このため、送電側フィルタ回路23への入力電圧及び入力電流と、受電側フィルタ回路32からの出力電圧と出力電流の関係は、数式(6)〜(8)に示すようになる。送電側フィルタ回路23への入力電圧を、V1とし、入力電流を、I1としている。また、受電側フィルタ回路32からの出力電圧を、V2とし、出力電流を、I2としている。なお、送電側フィルタ回路23への入力電圧及び入力電流は、インバータ回路22からの出力電圧及び出力電流ともいえる。受電側フィルタ回路32からの出力電圧と出力電流は、整流回路33への入力電圧及び入力電流ともいえる。
よって、インバータ回路22の出力電圧と、整流回路33への入力電流の関係は、数式(9)に示すようになる。つまり、インバータ回路22の出力電圧と、整流回路33への入力電流とは、比例関係となる。
したがって、インバータ回路22の出力電圧を一定電圧とすれば、整流回路33への入力電流は定電流となる。整流回路33からの出力電力が定電流となるため、整流回路33とダイオード34との間におけるリアクタンスを削除しても、電流が途切れることなくなる。
Therefore, if the output voltage of the
次に、受電制御部70による受電制御処理について図2に基づいて説明する。受電制御処理は、受電制御部70により所定周期ごとに実行される。
Next, power reception control processing by the power
まず、受電制御部70は、ECU50から要求電力の指令値を取得する(ステップS101)。次に、受電制御部70は、電圧センサから出力電圧の値を取得するとともに、電流センサから出力電流の値を取得する(ステップS102)。ステップS102において取得する出力電圧の値は、高電位側の出力端子30aと、低電位側の出力端子30bとの間における電圧値である。また、ステップS102において取得する出力電流の値は、低電位側の出力端子30bと整流回路33の低電位側の端子との間における電気経路において、流れる電流値である。そして、受電制御部70は、取得した出力電圧の値と、出力電流の値とに基づいて充電可能電力を算出する。
First, the power
次に、受電制御部70は、充電可能電力と要求電力とを比較し、スイッチ部35を制御する(ステップS103)。つまり、受電制御部70は、充電可能電力と要求電力と差分に基づいてスイッチ部35のオン・オフデューティ比を決定し、スイッチ部35を制御する。その際、PI制御等のフィードバック制御を行うことが望ましい。
Next, the power
上記構成を採用し、上記受電制御を実施した場合における作用について説明する。 The operation when the above configuration is adopted and the above power reception control is performed will be described.
まず、図3に、本実施形態における回路に対する比較例を示す。比較例の回路では、整流回路33とダイオード34との間に昇圧チョッパ用(エネルギー蓄積用)のインダクタ10Lを設け、かつ、平滑コンデンサ10Cを設けている。この場合、図4(a)に示すような理想的な電流波形の出力電流を得ることができる。ただし、インダクタ10Lを設けているため、受電装置30が大型化する懸念がある。
First, FIG. 3 shows a comparative example with respect to the circuit of the present embodiment. In the circuit of the comparative example, the
一方、図1に示すように整流回路33とダイオード34との間におけるインダクタ10L及び平滑コンデンサ10Cを削除した場合、図4(b)に示すような電流波形の出力電流を得ることができる。図4に示すように、インダクタ10L及び平滑コンデンサ10Cを削除したことにより、出力電流に変動(脈動)が生じるものの、出力電流が途切れることなく、ほぼ一定の出力電流を得ることができる。つまり、インダクタ10Lを削除し、受電装置30を小型化しつつ、車載バッテリ12を充電するのに適した出力電力を供給することが可能となっている。
On the other hand, when the
以下、本実施形態における効果について説明する。 The effects of this embodiment will be described below.
車両走行中に非接触給電を行う場合、送電装置20と受電装置30との間で通信を行うことは、通信遅れの関係上、困難である。このため、送電装置20は、車両側の状況、つまり、車載バッテリ12の状況に関わらず、所定の電力(本実施形態では最大電力)を供給している。
When contactless power supply is performed while the vehicle is traveling, it is difficult to perform communication between the
一方、このように最大電力を供給する場合、受電装置30の側において、入力した電力の調整が必要となる。例えば、図3に示すように、整流回路33からの出力電力(直流電流)を、昇圧回路で車載バッテリ12の要求電力に応じて電力を調整することが考えられる。このようにすれば、整流回路33からの出力電流が定電流でなくても、好適に調整することが可能となる。しかしながら、車両のように、大電力を給電する非接触給電システムでは、昇圧回路のインダクタ10Lが大型化することとなる。その結果、収容スペースが限られるにもかかわらず、受電装置30が大型化するという問題があった。
On the other hand, when the maximum power is supplied in this way, the input power needs to be adjusted on the
そこで、本実施形態では、送電側フィルタ回路23への入力電圧と受電側フィルタ回路32からの出力電流が比例するように、送電側フィルタ回路23、送電側共振回路24、受電側共振回路31及び受電側フィルタ回路32の各回路を構成した。
Therefore, in the present embodiment, the power transmission
具体的には、送電側フィルタ回路23及び受電側フィルタ回路32を、それぞれ入力電圧と出力電流が比例し、入力電流と出力電圧が比例するイミタンス変換器とした。また、送電側共振回路24において、送電側共振コイル24Lu,24Lv,24Lwを、送電側共振コンデンサ24Cu,24Cv,24Cwに対して直列接続した。そして、受電側共振回路31において、受電側共振コイル31Lu,31Lv,31Lwを、受電側共振コンデンサ31Cu,31Cv,31Cwに対して直列接続した。つまり、SS方式にした。
Specifically, the power transmission
これにより、数式(1)〜(9)に示したように、インバータ回路22からの出力電圧V1と、整流回路33の出力電流I2とが比例することとなる。このため、インバータ回路22からの出力電圧を一定とすれば、整流回路33の出力電流を定電流にすることが可能となる。そして、定電流であれば、電流が途切れないため、整流回路33とダイオード34との間においてインダクタを設ける必要がなくなる。したがって、インダクタを省略又は小型化することができ、受電装置30を小型化できる。
As a result, the output voltage V1 from the
また、受電制御部70は、受電装置30の出力電流と出力電圧に基づいて充電可能電力を算出し、車載バッテリ12の要求電力との比較に基づいて、スイッチ部35を制御する。これにより、出力電力を調整(抑制)することが可能となり、車載バッテリ12に対して適切な充電を行うことができる。
In addition, the power
(他の実施形態)
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。なお、以下では、各実施形態で互いに同一又は均等である部分には同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. In the following description, the same or equivalent parts in each embodiment are designated by the same reference numerals, and the description of the portions having the same reference numerals is cited.
・上記実施形態において、3相の送電側共振コイル24Lu,24Lv,24Lw及び受電側共振コイル31Lu,31Lv,31Lwを設けたが、相数を任意に変更してもよい。例えば、図5に示すように、送電側共振回路24及び受電側共振回路31を単相にしてもよい。また、図6に示すように送電側共振回路24を1相とする一方、受電側共振回路31を2相にした非接触給電システム10にしてもよい。
In the above embodiment, the three-phase power transmission side resonance coils 24Lu, 24Lv, 24Lw and the power reception side resonance coils 31Lu, 31Lv, 31Lw are provided, but the number of phases may be arbitrarily changed. For example, as shown in FIG. 5, the power transmission
・上記実施形態において、送電側フィルタ回路23への入力電圧と受電側フィルタ回路32からの出力電流が比例するのであれば、送電側フィルタ回路23、送電側共振回路24、受電側共振回路31及び受電側フィルタ回路32の各回路の構成を任意に変更してもよい。例えば、図7に示すような回路構成の非接触給電システム110にしてもよい。図7の送電装置120において、送電側フィルタ回路123は、入力電圧と出力電圧が比例するトランス特性フィルタ回路である。受電装置130において、受電側フィルタ回路132は、イミタンス変換器である。送電側共振回路124において、送電側共振コイル24Lは、送電側共振コンデンサ24Cに対して直列接続されている。一方、受電側共振回路131において、受電側共振コイル31Lは、受電側共振コンデンサ31Cに対して並列接続されている。つまり、一次側直列二次側並列のSP方式となっている。このようにしても、送電側フィルタ回路23への入力電圧と受電側フィルタ回路32からの出力電流とを比例させることができる。
In the above-described embodiment, if the input voltage to the power transmission
10…非接触給電システム、20…送電装置、22…インバータ回路、23…送電側フィルタ回路、24…送電側共振回路、30…受電装置、30a…出力端子、31…受電側共振回路、32…受電側フィルタ回路、33…整流回路、34…ダイオード、24Cu,24Cv,24Cw…送電側共振コンデンサ、24Lu,24Lv,24Lw…送電側共振コイル、31Cu,31Cv,31Cw…受電側共振コンデンサ、31Lu,31Lv,31Lw…受電側共振コイル。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記送電装置は、
直流電源から入力した直流電流を交流電流に変換するインバータ(22)と、
前記インバータに接続されており、所定の周波数域の交流電流を除去する送電側フィルタ回路(23)と、
送電側共振コイル(24Lu,24Lv,24Lw)及び前記送電側共振コイルに接続される送電側共振コンデンサ(24Cu,24Cv,24Cw)を有する送電側共振回路(24)と、を備え、
前記受電装置は、
受電側共振コイル(31Lu,31Lv,31Lw)及び前記受電側共振コイルに接続される受電側共振コンデンサ(31Cu,31Cv,31Cw)を有する受電側共振回路(31)と、
前記受電側共振回路に接続されており、所定の周波数域の交流電流を除去する受電側フィルタ回路(32)と、
前記受電側フィルタ回路に接続されており、交流電流を直流電流に整流する整流器(33)と、
前記整流器に対して直列に接続されており、前記整流器から前記受電装置の出力端子(30a)へ流れる電流を許可するダイオード(34)と、を備え、
前記送電側フィルタ回路、前記送電側共振回路、前記受電側共振回路及び前記受電側フィルタ回路は、前記送電側フィルタ回路への入力電圧と前記受電側フィルタ回路からの出力電流が比例するように各回路が構成されている非接触給電システム。 In a contactless power supply system (10) for supplying power in a contactless manner between a power transmission device (20) provided on a road side and a power reception device (30) provided on a vehicle side to charge a storage battery provided in the vehicle,
The power transmission device,
An inverter (22) for converting a direct current input from a direct current power source into an alternating current,
A power transmission side filter circuit (23) which is connected to the inverter and removes an alternating current in a predetermined frequency range;
And a power transmission side resonance circuit (24) having a power transmission side resonance coil (24Lu, 24Lv, 24Lw) and a power transmission side resonance capacitor (24Cu, 24Cv, 24Cw) connected to the power transmission side resonance coil,
The power receiving device,
A power receiving side resonance circuit (31) having a power receiving side resonance coil (31Lu, 31Lv, 31Lw) and a power receiving side resonance capacitor (31Cu, 31Cv, 31Cw) connected to the power receiving side resonance coil;
A power receiving side filter circuit (32) which is connected to the power receiving side resonance circuit and removes an alternating current in a predetermined frequency range;
A rectifier (33) that is connected to the power receiving side filter circuit and rectifies an alternating current into a direct current;
A diode (34) that is connected in series to the rectifier and that allows a current to flow from the rectifier to the output terminal (30a) of the power receiving device,
The power transmitting side filter circuit, the power transmitting side resonant circuit, the power receiving side resonant circuit, and the power receiving side filter circuit are arranged such that an input voltage to the power transmitting side filter circuit and an output current from the power receiving side filter circuit are proportional to each other. A contactless power supply system in which the circuit is configured.
前記スイッチ部を制御する制御部(70)と、を備え、
前記インバータからの出力電圧は、一定であり、
前記制御部は、前記受電装置の出力電流と出力電圧に基づいて充電可能電力を算出し、前記蓄電池の要求電力との比較に基づいて、前記スイッチ部を制御する請求項1に記載の非接触給電システム。 A switch unit (35) for switching between energization and de-energization between the rectifier and the ground terminal,
A control unit (70) for controlling the switch unit,
The output voltage from the inverter is constant,
The non-contact according to claim 1, wherein the control unit calculates chargeable power based on an output current and an output voltage of the power receiving device, and controls the switch unit based on comparison with required power of the storage battery. Power supply system.
前記送電側共振回路において、前記送電側共振コイルは、前記送電側共振コンデンサが直列接続されている一方、
前記受電側共振回路において、前記受電側共振コイルは、前記受電側共振コンデンサが直列接続されている請求項1又は2に記載の非接触給電システム。 The power transmitting side filter circuit and the power receiving side filter circuit are immittance converters in which the input voltage and the output current are respectively proportional, and the input current and the output voltage are proportional,
In the power transmission side resonance circuit, the power transmission side resonance coil, while the power transmission side resonance capacitor is connected in series,
The contactless power feeding system according to claim 1, wherein, in the power receiving side resonance circuit, the power receiving side resonance coil is connected in series with the power receiving side resonance capacitor.
前記受電側フィルタ回路は、入力電圧と出力電圧が比例するトランス特性フィルタ回路であり、
前記送電側共振回路において、前記送電側共振コイルは、前記送電側共振コンデンサが直列接続されている一方、
前記受電側共振回路において、前記受電側共振コイルは、前記受電側共振コンデンサが並列接続されている請求項1又は2に記載の非接触給電システム。 The power transmission side filter circuit is an immittance converter in which the input voltage and the output current are proportional, and the input current and the output voltage are proportional,
The power receiving side filter circuit is a transformer characteristic filter circuit in which an input voltage and an output voltage are proportional,
In the power transmission side resonance circuit, the power transmission side resonance coil, while the power transmission side resonance capacitor is connected in series,
The contactless power feeding system according to claim 1, wherein, in the power receiving side resonance circuit, the power receiving side resonance coil is connected in parallel with the power receiving side resonance capacitor.
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