JP2020115702A - Non-contact power transmission system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、非接触電力伝送システムに関する。 The present disclosure relates to a contactless power transmission system.
非接触送電装置の送電コイルから非接触受電装置の受電コイル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。たとえば、特開2016−111903号公報(特許文献1)に記載される非接触電力伝送システムは、送電コイル、受電コイル、及び制御手段に加えて、直流電力を交流電力に変換するインバータと、このインバータの出力電力の高周波を低減した電力を送電コイルに供給するフィルタとをさらに備える。これらインバータ及びフィルタは、非接触送電装置に搭載されている。インバータは、複数のスイッチング素子と複数のダイオードとを含み、PWM(Pulse Width Modulation)制御により駆動される。フィルタは、可変インダクタを含む。そして、制御手段は、送電コイルと受電コイルとの結合係数を推定し、結合係数が大きくなるほどフィルタのインダクタンスが大きくなるように可変インダクタを制御する。 A contactless power transfer system is known that transfers power from a power transmission coil of a contactless power transmission device to a power reception coil of a contactless power reception device in a contactless manner. For example, a contactless power transmission system described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2016-111903 (Patent Document 1) includes, in addition to a power transmitting coil, a power receiving coil, and a control unit, an inverter that converts DC power into AC power. It further comprises a filter that supplies the power transmission coil with power in which the high frequency of the output power of the inverter is reduced. The inverter and the filter are mounted on the non-contact power transmission device. The inverter includes a plurality of switching elements and a plurality of diodes, and is driven by PWM (Pulse Width Modulation) control. The filter includes a variable inductor. Then, the control means estimates the coupling coefficient between the power transmitting coil and the power receiving coil, and controls the variable inductor so that the inductance of the filter increases as the coupling coefficient increases.
特許文献1に記載される非接触電力伝送システムでは、非接触送電装置が駐車場に設置され、非接触受電装置が電動車両に搭載されている。近年、環境保護などの観点から電動車両の普及が急速に進み、電動車両の車種の開発スピードが高まっている。さまざまな電動車両の車種が開発されており、上記非接触送電装置によって全ての車種に対応することは難しくなっている。非接触送電装置においてフィルタのインダクタンスを変えるだけではインバータのターンON電流を十分に抑制することができず、インバータのスイッチング損失が大きくなる可能性がある。なお、ターンON電流は、インバータの出力電圧の立上り時におけるインバータの出力電流である。
In the non-contact power transmission system described in
本開示は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、非接触電力伝送システムにおいて非接触送電装置から非接触受電装置へ非接触で電力を伝送するときに、非接触送電装置におけるインバータのターンON電流を非接触受電装置における回路制御によって抑制することである。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a non-contact power transmission device when non-contact power is transmitted from the non-contact power transmission device to the non-contact power reception device in the non-contact power transmission system. It is to suppress the turn-on current of the inverter in 1 above by the circuit control in the non-contact power receiving device.
本開示の第1の観点に係る非接触電力伝送システムは、非接触送電装置の送電部から非接触受電装置の受電部へ非接触で電力を伝送するように構成される。非接触送電装置は、上記送電部を構成する送電回路と、直流電力を交流電力に変換して送電回路へ出力するインバータと、ターンON電流(すなわち、インバータの出力電圧の立上り時におけるインバータの出力電流)の大きさを示すインバータ情報を非接触受電装置へ送信する第1通信装置とを備える。非接触受電装置は、上記受電部を構成する受電回路と、受電回路により非接触で受電される交流電力を昇圧するとともに直流電力に変換する倍電圧整流回路と、非接触送電装置からインバータ情報を受信する第2通信装置と、制御装置とを備える。倍電圧整流回路は、上記昇圧に寄与するキャパシタンス(以下、「昇圧キャパシタンス」とも称する)を変更可能に構成されるキャパシタンス調整部を含む。上記の制御装置は、キャパシタンス調整部を制御するように構成される。また、上記の制御装置は、インバータ情報によって示されるターンON電流が大きいほど、キャパシタンス調整部によって昇圧キャパシタンスを小さくするように構成される。 A contactless power transmission system according to a first aspect of the present disclosure is configured to contactlessly transfer power from a power transmission unit of a contactless power transmission device to a power reception unit of a contactless power reception device. The non-contact power transmission device includes a power transmission circuit that constitutes the power transmission unit, an inverter that converts DC power into AC power and outputs the AC power to a power transmission circuit, a turn-ON current (that is, an output of the inverter when the output voltage of the inverter rises). A first communication device that transmits inverter information indicating the magnitude of the electric current) to the non-contact power receiving device. The non-contact power receiving device includes a power receiving circuit that constitutes the power receiving unit, a voltage doubler rectifier circuit that boosts AC power received by the power receiving circuit in a non-contact manner and converts the AC power into DC power, and inverter information from the non-contact power transmitting device. A second communication device for receiving and a control device are provided. The voltage doubler rectifier circuit includes a capacitance adjusting unit configured to be capable of changing the capacitance that contributes to boosting (hereinafter, also referred to as “boosting capacitance”). The control device is configured to control the capacitance adjusting unit. In addition, the control device is configured such that the larger the turn-ON current indicated by the inverter information, the smaller the boost capacitance by the capacitance adjusting unit.
上記非接触送電装置において、インバータの出力電圧の位相(以下、「INV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、「INV電流位相」とも称する)との位相差(以下、「INV位相差」とも称する)がない場合には、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1になり、ターンON電流が0になると考えられる。非接触送電装置の送電部から非接触受電装置の受電部への非接触電力伝送を行なうときに、送電部と受電部との位置合わせが不十分であり、位置ずれ(正対位置からのずれ)が生じていると、送電部と受電部との距離が長くなり、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれる傾向がある。ターンON電流が大きくなるほど、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれていると考えられる。一方で、上記昇圧キャパシタンスを小さくするほどINV電圧位相に対してINV電流位相が遅角する傾向がある。このため、ターンON電流が大きくなるほど昇圧キャパシタンスを小さくすることで、INV位相差を小さくことができる。INV位相差が小さくなることで、ターンON電流も小さくなる。このように、上記非接触受電装置は、非接触送電装置から電力を非接触で受電するときに、キャパシタンス調整部を制御して上記昇圧キャパシタンスを調整することによって、非接触送電装置におけるインバータのターンON電流を抑制することができる。 In the non-contact power transmission device, a phase difference (hereinafter, referred to as “INV current phase”) between a phase of an inverter output voltage (hereinafter also referred to as “INV voltage phase”) and a phase of an inverter output current (hereinafter also referred to as “INV current phase”). It is considered that the output power factor (ratio of active power to apparent power) of the inverter becomes 1 and the turn-on current becomes 0 when there is no "INV phase difference"). When performing non-contact power transmission from the power transmission unit of the non-contact power transmission device to the power reception unit of the non-contact power reception device, the power transmission unit and the power reception unit are not properly aligned and the position shifts ) Occurs, the distance between the power transmission unit and the power reception unit becomes long, and the INV current phase tends to shift to the advance side with respect to the INV voltage phase. It is considered that the INV current phase deviates from the INV voltage phase toward the advance side as the turn-ON current increases. On the other hand, the smaller the boosting capacitance, the more the INV current phase tends to be retarded with respect to the INV voltage phase. Therefore, the INV phase difference can be reduced by reducing the boosting capacitance as the turn-ON current increases. As the INV phase difference decreases, the turn-ON current also decreases. As described above, the non-contact power receiving device, when receiving power from the non-contact power transmitting device in a non-contact manner, controls the capacitance adjusting unit to adjust the boosting capacitance to turn the inverter of the non-contact power transmitting device. The ON current can be suppressed.
上記の制御装置は、ターンON電流が所定の閾値を超えるか否かを判断し、ターンON電流が上記閾値を超える場合の昇圧キャパシタンスを、ターンON電流が上記閾値を超えない場合の昇圧キャパシタンスよりも小さくするように構成されてもよい。また、上記の制御装置は、ターンON電流の大きさを判断するための閾値を複数用いて、ターンON電流の大きさに応じて多段的に昇圧キャパシタンスの切替えを行なうように構成されてもよい。また、上記の制御装置は、リアルタイムでターンON電流の変化に昇圧キャパシタンスを追従させるように昇圧キャパシタンスを連続的に調整するように構成されてもよい。 The control device determines whether the turn-on current exceeds a predetermined threshold value, and determines the boost capacitance when the turn-on current exceeds the threshold value from the boost capacitance when the turn-on current does not exceed the threshold value. May be configured to be small. Further, the above control device may be configured to switch the boosting capacitance in multiple stages according to the magnitude of the turn-on current, using a plurality of thresholds for determining the magnitude of the turn-on current. .. Further, the control device may be configured to continuously adjust the boost capacitance so that the boost capacitance follows the change of the turn-on current in real time.
本開示の第2の観点に係る非接触受電装置は、非接触送電装置の送電部から送電される電力を受電部により非接触で受電するように構成される。この非接触受電装置は、上記受電部を構成する受電回路と、受電回路により非接触で受電される交流電力を昇圧するとともに直流電力に変換する倍電圧整流回路と、非接触送電装置が備えるインバータのターンON電流の大きさを示すインバータ情報を非接触送電装置から受信する通信装置と、制御装置とを備える。倍電圧整流回路は、上記昇圧に寄与するキャパシタンス(昇圧キャパシタンス)を変更可能に構成されるキャパシタンス調整部を含む。上記の制御装置は、キャパシタンス調整部を制御するように構成される。また、上記の制御装置は、インバータ情報によって示されるターンON電流が大きいほど、キャパシタンス調整部によって昇圧キャパシタンスを小さくするように構成される。 A non-contact power receiving device according to a second aspect of the present disclosure is configured to receive power transmitted from a power transmitting unit of the non-contact power transmitting device in a non-contact manner by the power receiving unit. This non-contact power receiving device includes a power receiving circuit that constitutes the power receiving unit, a voltage doubler rectifier circuit that boosts AC power received by the power receiving circuit in a non-contact manner and converts the power into DC power, and an inverter included in the non-contact power transmitting device. The communication device that receives the inverter information indicating the magnitude of the turn-ON current from the non-contact power transmission device, and the control device. The voltage doubler rectifier circuit includes a capacitance adjusting unit configured to be able to change the capacitance that contributes to boosting (boosting capacitance). The control device is configured to control the capacitance adjusting unit. In addition, the control device is configured such that the larger the turn-ON current indicated by the inverter information, the smaller the boost capacitance by the capacitance adjusting unit.
こうした非接触受電装置は、非接触送電装置から電力を非接触で受電するときに、キャパシタンス調整部を制御して昇圧キャパシタンスを調整することによって、非接触送電装置におけるインバータのターンON電流を抑制することができる。 Such a non-contact power receiving device suppresses the turn-on current of the inverter in the non-contact power transmitting device by controlling the capacitance adjusting unit to adjust the boosting capacitance when receiving the power from the non-contact power transmitting device in a non-contact manner. be able to.
なお、上記非接触受電装置における通信装置は、上記インバータ情報の送信を非接触送電装置に要求し、この要求に応じて非接触送電装置から送信されるインバータ情報を受信するように構成されてもよい。 The communication device in the non-contact power receiving device may be configured to request the non-contact power transmitting device to transmit the inverter information and receive the inverter information transmitted from the non-contact power transmitting device in response to the request. Good.
本開示によれば、非接触電力伝送システムにおいて非接触送電装置から非接触受電装置へ非接触で電力を伝送するときに、非接触送電装置におけるインバータのターンON電流を非接触受電装置における回路制御によって抑制することが可能になる。 According to the present disclosure, when power is transmitted from a non-contact power transmission device to a non-contact power receiving device in a non-contact power transmission system in a non-contact manner, a turn-on current of an inverter in the non-contact power transmitting device is controlled by a circuit in the non-contact power receiving device. Can be suppressed by.
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。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 parts are designated 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 with respect to the vehicle. Arrow F is "forward", arrow B is "rear", arrow U is "up", arrow D indicates "bottom". In the following, the electronic control unit will be 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電力伝送システムの全体構成図である。図1を参照して、非接触電力伝送システム(以下、単に「電力伝送システム」とも称する)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 contactless power transmission system according to an embodiment of the present disclosure. Referring to FIG. 1, a contactless power transmission system (hereinafter, also simply referred to as “power transmission system”) 10 includes a charging facility 1 (ground equipment) and a
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。この実施の形態では、送電ユニット100が、本開示に係る「非接触送電装置」の一例に相当する。
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の下面F20(床下)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、車両2が、本開示に係る「非接触受電装置」の一例を構成する。
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の位置合わ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は、受電コイル高さΔHに応じて変わる。
Hereinafter, the height from the wheel installation surface of the vehicle 2 (that is, the ground 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 transmitting coil and the power receiving coil are the
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共振回路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共振回路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。この実施の形態に係るLC共振回路R1は、本開示に係る「送電回路」の一例に相当する。
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共振回路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共振回路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)。
Further, as will be described in detail later, the duty of the output voltage of the
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共振回路R1に並列に接続され、コイル104はLC共振回路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共振回路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共振回路R2へ非接触で送電する。LC共振回路R1は直列共振回路である。LC共振回路R1のQ値は100以上であることが好ましい。
The LC resonance circuit R1 transmits power to the LC resonance circuit 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共振回路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は通信装置160をさらに備える。通信装置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。通信装置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。この実施の形態に係る送電ECU150及び通信装置160は、本開示に係る「第1通信装置」の一例を構成する。送電ECU150は、通信装置160を通じて、インバータ120のターンON電流の大きさを示すインバータ情報を車両2へ送信するように構成される。
The
受電ユニット200は、LC共振回路R2と、フィルタ回路F2と、倍電圧整流回路206と、平滑用のキャパシタ207とを含む。この実施の形態に係るLC共振回路R2は、本開示に係る「受電回路」の一例に相当する。
The
LC共振回路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共振回路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共振回路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 circuit R2 is configured by connecting a
上記のように、この実施の形態では、LC共振回路R2が直列共振回路である。以下、LC共振回路R2の2次コイル201側の端子を「L端子」、LC共振回路R2のキャパシタ202側の端子を「C端子」と称する。また、LC共振回路R2のL端子と倍電圧整流回路206の端子T5とをつなぐ電線を「電力線PL1」、LC共振回路R2のC端子と倍電圧整流回路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 circuit R2 is a series resonance circuit. Hereinafter, the terminal of the LC resonance circuit R2 on the side of the
フィルタ回路F2は、キャパシタ203,205及びコイル204を含む。キャパシタ203,205及びコイル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。
The filter circuit F2 includes
コイル204は、電力線PL2に設けられている。コイル204は、LC共振回路R2に直列に接続されている。キャパシタ203は、コイル204よりもLC共振回路R2側でLC共振回路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。キャパシタ205は、コイル204よりも倍電圧整流回路206側でLC共振回路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。
倍電圧整流回路206は、2次コイル201によって受電された交流電力を昇圧するとともに整流して蓄電装置300側へ出力するように構成される。倍電圧整流回路206は、4つのダイオードからなるブリッジ回路D10の出力側に2つの可変キャパシタCb1,Cb2が接続されて構成される。ブリッジ回路D10を構成する各ダイオードは整流に寄与し、ダイオードに並列に接続される可変キャパシタCb1,Cb2は昇圧に寄与する。可変キャパシタCb1,Cb2は、車両ECU500からの制御信号に応じてキャパシタンスが連続的に変わるように構成される。この実施の形態では、可変キャパシタCb1,Cb2が、本開示に係る「キャパシタンス調整部」の一例に相当する。可変キャパシタCb1,Cb2のキャパシタンスが大きくなるほど高い電圧の直流電力が倍電圧整流回路206から出力される。可変キャパシタCb1,Cb2としては、たとえば誘電体を空気とした空気ギャップコンデンサを採用できる。なお、この可変キャパシタに限定されず、種々の公知の可変キャパシタから任意の可変キャパシタを選んで採用できる。
The voltage
可変キャパシタCb1のキャパシタンス(以下、「C11」とも表記する)と可変キャパシタCb2のキャパシタンス(以下、「C12」とも表記する)との各々が小さくなるほど、倍電圧整流回路206への入力インピーダンス(以下、「RL」とも表記する)は大きくなる(後述する図9参照)。倍電圧整流回路206において昇圧に寄与するキャパシタンス(昇圧キャパシタンス)はC11,C12に相関する。昇圧キャパシタンスは「(C11×C12)/(C11+C12)」となる。C11,C12が大きくなるほど昇圧キャパシタンスが大きくなる。
As the capacitance of the variable capacitor Cb1 (hereinafter, also referred to as “C 11 ”) and the capacitance of the variable capacitor Cb2 (hereinafter, also referred to as “C 12 ”) become smaller, the input impedance to the voltage doubler rectifier circuit 206 ( Hereinafter, it is also expressed as “ RL ”) (see FIG. 9 described later). The capacitance (boosting capacitance) that contributes to boosting in the voltage
倍電圧整流回路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、倍電圧整流回路206によって整流された直流電力を平滑化する。上記倍電圧整流回路206及びキャパシタ207により、蓄電装置300の電圧が変動しても、安定した電力を蓄電装置300に供給することが可能となる。
A smoothing
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共振回路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(たとえば、走行用モータ及びその駆動回路)へ電力を供給する。
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。
For
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11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の走行制御及び蓄電装置300の充電制御を実行する。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「制御装置」の一例に相当する。車両ECU500は、可変キャパシタCb1,Cb2を制御するように構成される。
車両2は通信装置600をさらに備える。通信装置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の通信装置160と車両2の通信装置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。この実施の形態に係る通信装置600は、本開示に係る「第2通信装置」の一例に相当する。通信装置600は、送電ユニット100からインバータ情報を受信するように構成される。
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Vinv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VinvはほぼV1(正の値)となる。
The 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Vinv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 showing a switching waveform 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Vinv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, the respective switching elements are in the states shown in FIG. , The output voltage V inv 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Vinv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Vinv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Vinv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Vinvは再び0となる。 After that, at times t5 to t8, the output voltage V inv also changes as the state of each switching element changes as shown below. At time t5, when the switching element Q2 switches from OFF to ON and the switching element Q4 switches from ON to OFF, the output voltage V inv becomes 0. At time t6, when the switching element Q1 switches from ON to OFF and the switching element Q3 switches from OFF to ON, the output voltage V inv becomes −V1 (negative value). At time t7, when the switching element Q2 switches from ON to OFF and the switching element Q4 switches from OFF to ON, the output voltage V inv 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Vinvが0からV1(正の値)に立ち上がる。 At time t8, which is one cycle after time t4, switching element Q1 switches from OFF to ON and switching element Q3 switches from ON to OFF. As a result, each switching element is in the same state as at time t4, and the output voltage Vinv rises from 0 to V1 (a positive value).
図4には、出力電圧Vinv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Vinv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Vinv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Vinv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 V inv is 0.25. The ratio of the positive voltage output time (t4 to t5) in one cycle (t4 to t8) is ¼ (=0.25). 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 Vinv increases, the time during which the output voltage Vinv is the positive voltage (V1) or the negative voltage (-V1) in one cycle becomes longer. Therefore, the larger the duty of the output voltage V inv , the larger 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Vinv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Vinv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Vinv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)。 The duty of the output voltage V inv can be changed by changing the switching timing of the switching elements Q1 and Q3 and the switching timing of the switching elements Q2 and Q4. For example, by advancing the switching timing of the switching elements Q2 and Q4 with respect to the state shown in FIG. 4, the duty of the output voltage V inv can be made smaller than 0.25 (the minimum value is 0), and the switching elements By delaying the switching timing of Q2 and Q4, the duty of the output voltage V inv can be made larger than 0.25 (the maximum value is 0.5).
出力電圧Vinv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共振回路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Vinv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Ps)に近づけることができる。
By adjusting the duty of the output voltage V inv , the magnitude of the output power of the
LC共振回路R1及びR2の各々の共振周波数がインバータ120の駆動周波数と一致する場合には、インバータ120の出力インピーダンスZinvを、以下に示す式(1)〜(5)で表すことができる。また、インバータ120の出力電流Iinvは、以下に示す式(6)で表すことができる。また、インバータ120のINV位相差φは、以下に示す式(7)で表すことができる。INV位相差φは、INV電圧位相(インバータ120の出力電圧の位相)とINV電流位相(インバータ120の出力電流の位相)との位相差である。
When the resonance frequency of each of the LC resonance circuits R1 and R2 matches the drive frequency of the
式(1)において、jは虚数単位である。式(2)、(3)、及び(7)において、xmは、LC共振回路R1とLC共振回路R2との間の相互インダクタンスに対するインピーダンスであり、RLは、倍電圧整流回路206への入力インピーダンスである(図2参照)。式(6)において、Vinvはインバータ120の出力電圧である。式(2)〜(5)及び(7)において、xC11、xL11、xC21、xL21はそれぞれキャパシタ103、コイル104、キャパシタ203、コイル204の回路定数に対するインピーダンスである。
In Expression (1), j is an imaginary unit. In Expressions (2), (3), and (7), x m is the impedance with respect to the mutual inductance between the LC resonance circuit R1 and the LC resonance circuit R2, and R L is the voltage to the voltage
送電ユニット100において、インバータ120の出力力率λとインバータ120のINV位相差φとは、「λ=|cosφ|」のような関係式を満たす。INV位相差φは、電圧位相を基準として表される。INV電圧位相に対してINV電流位相が遅角側にずれている場合にはINV位相差φが負の値になり、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれている場合にはINV位相差φが正の値になる。たとえば、INV位相差φが0°(位相差なし)であればインバータ120の出力力率λは1(有効電力のみ)になり、INV位相差φが90°又は−90°であればインバータ120の出力力率λは0(無効電力のみ)になる。INV位相差φが大きくなることはINV電圧位相に対してINV電流位相が進角することを意味し、INV位相差φが小さくなることはINV電圧位相に対してINV電流位相が遅角することを意味する。
In the
ところで、送電ユニット100のLC共振回路R1から受電ユニット200のLC共振回路R2への非接触電力伝送を行なうときに、1次コイル101と2次コイル201との位置合わせが不十分であり、位置ずれ(正対位置からのずれ)が生じていると、1次コイル101と2次コイル201との距離(より特定的には、1次コイル101の中心と2次コイル201の中心とを結ぶ線の長さに相当する3次元距離)が長くなり、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれる傾向がある(詳細については、後述する図8参照)。INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれると、インバータ120のターンON電流が大きくなり、インバータ120のスイッチング損失が大きくなる傾向がある。
By the way, when non-contact power transmission is performed from the LC resonance circuit R1 of the
そこで、この実施の形態に係る車両2は、インバータ120のターンON電流の大きさを示すインバータ情報を送電ユニット100から受信し、ターンON電流が大きくなるほど可変キャパシタCb1,Cb2のキャパシタンスC11,C12(ひいては、昇圧キャパシタンス)を小さくするように構成される。インバータ情報は通信装置600によって受信され、可変キャパシタCb1,Cb2(ひいては、昇圧キャパシタンス)は車両ECU500によって制御される。
Therefore, the
図5は、車両ECU500による昇圧キャパシタンス制御(C11,C12制御)を説明するための図である。図5において、CNは、C11,C12の標準値(たとえば、100nF)を示している。
FIG. 5 is a diagram for explaining boost capacitance control (C 11 , C 12 control) by
図5を参照して、車両ECU500は、ターンON電流が所定の閾値XT(以下、単に「XT」とも表記する)を超えるか否かを判断し、ターンON電流がXTを超える場合には、可変キャパシタCb1,Cb2を制御してC11及びC12の各々を、CNよりも小さい第1の値(以下、「CL」とも表記する)にする一方、ターンON電流がXTを超えない場合には、可変キャパシタCb1,Cb2を制御してC11及びC12の各々を、CNよりも大きい第2の値(以下、「CH」とも表記する)にする。この実施の形態では、XTを0Aとする。ただしこれに限られず、XTは0Aよりも大きい値(たとえば、10A又は20A)に設定されてもよい。この実施の形態ではCH及びCLの各々が固定値であるが、CH及びCLの少なくとも一方が所定のパラメータに応じて可変設定されるようにしてもよい。また、この実施の形態ではC11とC12とが常に同じ値になるように可変キャパシタCb1,Cb2を制御するが、C11とC12とを異なる値にしてもよい。
Referring to FIG. 5,
この実施の形態に係る車両2は、送電ユニット100から電力を非接触で受電するときに、上記昇圧キャパシタンス制御を行なうことで、送電ユニット100におけるインバータ120のターンON電流を抑制することができる。以下、図6〜図10を用いて、車両2によって奏される作用及び効果について説明する。
インバータ120のターンON電流が大きくなるほど、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれていると考えられる。図6は、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれているときのインバータ120の出力電圧波形及び出力電流波形を示す図である。図6において、線L21はインバータ120の出力電圧波形を、線L22はインバータ120の出力電流波形を示している。図6を参照して、線L21及びL22で示されるように、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれていることで、インバータ120のターンON電流が大きくなっている。
It is considered that the INV current phase shifts to the advance side with respect to the INV voltage phase as the turn-ON current of the
図7は、INV位相差φが0である(すなわち、INV電圧位相とINV電流位相とが一致している)ときのインバータ120の出力電圧波形及び出力電流波形を示す図である。図7において、線L31はインバータ120の出力電圧波形を、線L32はインバータ120の出力電流波形を示している。図7を参照して、線L31及びL32で示されるように、INV位相差φが0であるときにはインバータ120のターンON電流が0になる。
FIG. 7 is a diagram showing an output voltage waveform and an output current waveform of the
上記のように、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側にずれるほどインバータ120のターンON電流は大きくなる。なお、インバータ120のターンON電流は、インバータ120のスイッチがOFFからONに切り替わった瞬間の電流に相当する。インバータ120のターンON電流の大きさは、インバータ120の出力電圧の立上り方向(High方向)の電流を正(+)とし、インバータ120の出力電圧の立下り方向(Low方向)の電流を負(−)とする。インバータ120において出力電圧の立上り時にHigh方向の出力電流の量が多いほどターンON電流が大きいと判断される。また、インバータ120において出力電圧の立上り時にLow方向の出力電流の量が多いほどターンON電流が小さいと判断される。INV電圧位相に対してINV電流位相が遅角側にずれると、ターンON電流は負の値になる。すなわち、INV電圧位相に対してINV電流位相が遅角側にずれると、ターンON電流は小さくなる。ターンON電流が正の値(>0A)であるときには、インバータ120がハードスイッチングになっており、スイッチング損失が大きくなる。一方、負のターンON電流(Low方向のターンON電流)は、インバータ120のスイッチング損失にほとんど影響しないと考えられる。
As described above, the turn-on current of the
前述のように、1次コイル101と2次コイル201との位置合わせが不十分であると、1次コイル101と2次コイル201との距離(以下、単に「コイル間距離」とも称する)が長くなる。そして、コイル間距離が長くなるほど1次コイル101と2次コイル201との結合係数(以下、単に「結合係数」とも称する)が小さくなる傾向がある。また、結合係数が小さくなるほどINV電圧位相に対してINV電流位相が進角する傾向がある。その一方で、倍電圧整流回路206における可変キャパシタCb1,Cb2のキャパシタンスC11,C12(ひいては、昇圧キャパシタンス)を小さくするほどINV位相差φが小さくなる(すなわち、INV電圧位相に対してINV電流位相が遅角する)傾向がある。
As described above, when the alignment between the
図8は、コイル間距離(ひいては、結合係数の大きさ)が異なる3つの状況におけるINV位相差φとRL(倍電圧整流回路206への入力インピーダンス)との関係を示す図である。図8において、線L11、L12、L13はそれぞれ、結合係数が大、中、小の状況におけるグラフを示している。 FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the INV phase difference φ and R L (input impedance to the voltage doubler rectifier circuit 206) in three situations in which the distance between the coils (and thus the magnitude of the coupling coefficient) is different. In FIG. 8, lines L11, L12, and L13 show graphs in situations where the coupling coefficient is large, medium, and small, respectively.
図8を参照して、線L11、L12、L13で示されるように、結合係数が小さくなるほどINV位相差φが大きくなる(すなわち、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角する)傾向がある。図8において、RL1は、C11,C12が前述のCH(図5)であるときのRLに相当する。この実施の形態では、結合係数が「大」(線L11)及び「中」(線L12)である場合(たとえば、結合係数が所定値以上である場合)にINV位相差φが0に近い値になるように、CHが設定される。 Referring to FIG. 8, as indicated by lines L11, L12, and L13, the INV phase difference φ tends to increase as the coupling coefficient decreases (that is, the INV current phase advances with respect to the INV voltage phase). is there. In FIG. 8, R L1 corresponds to R L when C 11 and C 12 are the aforementioned C H (FIG. 5). In this embodiment, when the coupling coefficient is “large” (line L11) and “medium” (line L12) (for example, when the coupling coefficient is a predetermined value or more), the INV phase difference φ is close to 0. C H is set so that
一方、C11,C12がCHであり(すなわち、RLが上記RL1であり)、かつ、結合係数が上記「小」である場合(たとえば、結合係数が所定値未満である場合)には、線L13で示されるように、INV電圧位相に対してINV電流位相が進角側に大きくずれる。このため、インバータ120のターンON電流が大きくなり(図6参照)、XT(たとえば、0A)を超える。ターンON電流がXTを超えると、車両ECU500が可変キャパシタCb1,Cb2を制御してC11,C12を前述のCL(図5)に切り替える。C11,C12を小さくすることで、RLが大きくなり、INV位相差φが小さくなる。図8において、RL2は、C11,C12がCLであるときのRLに相当する。この実施の形態では、結合係数が上記「小」である場合にC11,C12がCLになることで、INV位相差φが0に近い値になるようにする。INV位相差φが小さくなることで、ターンON電流も小さくなる(図7参照)。
On the other hand, when C 11 and C 12 are C H (that is, R L is the above R L1 ) and the coupling coefficient is “small” (for example, when the coupling coefficient is less than a predetermined value). As shown by the line L13, the INV current phase greatly shifts to the advance side with respect to the INV voltage phase. Therefore, the turn-ON current of the
図9は、C11,C12とRL(倍電圧整流回路206への入力インピーダンス)との関係を示す図である。図9を参照して、C11,C12が小さくなるほどRLが大きくなる傾向がある。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between C 11 , C 12 and R L (input impedance to the voltage doubler rectifier circuit 206). Referring to FIG. 9, R L tends to increase as C 11 and C 12 decrease.
図10は、結合係数が上記「小」であるときのC11,C12とターンON電流との関係を示す図である。図10を参照して、C11,C12が小さくなるほど(ひいては、昇圧キャパシタンスが小さくなるほど)ターンON電流も小さくなる傾向がある。図10の例では、C11,C12がCHであるときのターンON電流が約18Aであり、C11,C12がCLであるときのターンON電流が約4Aである。C11,C12をCHからCLに切り替えることで、ターンON電流を低減することができる。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between C 11 and C 12 and the turn-ON current when the coupling coefficient is “small”. Referring to FIG. 10, the turn-ON current tends to be smaller as C 11 and C 12 are smaller (and thus the boost capacitance is smaller). In the example of FIG. 10, the turn-ON current when C 11 and C 12 are C H is about 18 A, and the turn-ON current when C 11 and C 12 is C L is about 4 A. The turn-on current can be reduced by switching C 11 and C 12 from C H to C L.
次に、上記のようなキャパシ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 for charging 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(たとえば、充電設備1のスペックを示す情報)及び車両情報(たとえば、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。車両情報には、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、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 by the above collation that the battery can be charged, 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 power transmission preparation is completed, non-contact power transmission is performed between
図11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. 11 is a flowchart showing a processing procedure of charging control executed by
図11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が可変キャパシタCb1,Cb2を制御してC11,C12をCH(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. 11,
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,
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。
The method of determining whether there is an 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C11,C12変更要求(後述する図13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,
C11,C12変更要求は、インバータ120のターンON電流が大きいことを示す信号である。C11,C12変更要求は、ターンON電流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、C11,C12変更要求は、送電ユニット100において所定の閾値XTを超えるターンON電流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、通信装置600がC11,C12変更要求を受信する。車両ECU500は、通信装置600からC11,C12変更要求を受け取る。
The C 11 and C 12 change request is a signal indicating that the turn-on current of the
C11,C12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C11,C12をCHからCL(CHよりも小さい値)に変更し、C11,C12の変更が完了した旨を示す信号(以下、「C11,C12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、C11,C12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 the C 11 and C 12 change request is received (YES in S21),
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、通信装置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。通信装置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。通信装置600から送信された情報は、送電ユニット100において通信装置160が受信する。
In S22,
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, 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 is not completed (NO in S16), the process returns to S13. The loop processes S13 to S16 are repeatedly executed until it is determined in S16 that the charging is completed (YES in S16) or the abnormality is determined 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。
When YES is determined in any of S13 and S16, the charging stop process (S23 and S17) described below is performed. However, if YES is determined in S13, after the processing in S31, the charge stop processing (S23 and S17) is forcibly performed without waiting for the completion of charging. In S31,
S23では、車両ECU500が、通信装置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。通信装置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。通信装置600から送信された情報は、送電ユニット100において通信装置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11の処理は終了する。
Subsequently, the
図12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. 12 is a flowchart showing a processing procedure of power transmission control executed by the
図12を参照して、送電ECU150は、後述するS55,S56及び図13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. 12,
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13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、S80〜S84、S91、S92(以下、単に「S71」〜「S78」、「S80」〜「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. 13 is a flowchart showing a processing procedure of this duty control. The processes shown in this flowchart are steps S71 to S78, S80 to S84, S91, and S92 (hereinafter, simply referred to as "S71" to "S78", "S80" to "S84", "S91", and "S92"). including.
図13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. 13,
次に、送電ECU150が、車両2から送電停止要求(図11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12のS52又はS53及び図13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12のS52で設定された最小値を使用するが、後述する図12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。
When 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 S75,
S75において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12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12のS53に進む。 If NO is determined in S75, it is highly likely that the drive frequency f does not match, so the process is returned to the main routine (process in FIG. 12), and the duty control at the current drive frequency f is performed. finish. The process proceeds to S53 in FIG.
S75においてYESと判断された場合には、送電ECU150が、S80において、インバータ120の出力電圧の立上りタイミングであるか否かを判断する。そして、インバータ120の出力電圧の立上りタイミングである場合(S80にてYES)には、送電ECU150は、S81において、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(すなわち、ターンON電流)が所定の閾値XT(たとえば、0A)を超えるか否かを判断する。S81でYESと判断されることは、ターンON電流が大きいことを意味する。この実施の形態では、結合係数が所定値未満である場合にのみターンON電流がXTを超える(前述した図6〜図10参照)。
If YES is determined in S75,
ターンON電流が大きい場合(S81にてYES)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、C11,C12の変更を要求する信号(C11,C12変更要求)を車両2へ送信する。ターンON電流が大きい場合(S81にてYES)にのみ車両2へC11,C12変更要求が送信される。このため、車両ECU500にとって、C11,C12変更要求は、C11,C12の変更を要求する信号であるとともに、ターンON電流が大きいことを示す信号でもある。この実施の形態に係るC11,C12変更要求は、本開示に係る「インバータ情報」の一例に相当する。
When the turn-ON current is large (YES in S81),
車両ECU500は、C11,C12変更要求を受信すると、C11,C12をCHからCLに変更し、C11,C12変更完了通知を送電ユニット100へ送信する(図11のS32参照)。受電ユニット200においてC11,C12がCLに変更されることで、ターンON電流が小さくなる(前述した図9参照)。
When the
C11,C12変更要求の送信後、送電ECU150は、車両2からのC11,C12変更完了通知を待ち、C11,C12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 transmitting the C 11 and C 12 change request, the
S80においてインバータ120の出力電圧の立上りタイミングでない(NO)と判断された場合、及びS81においてターンON電流がXT以下である(NO)と判断された場合には、処理がS76に進む。S76では、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。
If it is determined not to be the rising timing of the output voltage of the inverter 120 (NO) at S80, and when the turn ON current is determined to be less than X T (NO) at S81, the process proceeds to S76. In S76,
充電電力指令値Psは、車両ECU500において生成され(図11のS14参照)、車両2から送電ユニット100へ送信される(図11のS22参照)。ΔPsが0(初期値)である場合(図12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12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. 11) and transmitted from
実充電電力Poutは、車両ECU500において生成され(図11のS15参照)、車両2から送電ユニット100へ送信される(図11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 vehicle ECU 500 (see S15 in FIG. 11) and transmitted from
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|)が所定の閾値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 larger the difference (absolute value), the larger the deviation. Further, the closer the ratio is to 1, the smaller the deviation. In this embodiment, in S76, the
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が所定の閾値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。
If it is determined NO in S76 in (| | Ps-P out is larger than Th1), the transmission ECU150 is a unit operation amount than the current value of the duty D of the output voltage in the drive signal of the inverter 120 [Delta] D only Increase (S77). Subsequently, the
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, when YES is determined in S76, the process is returned to S72. The determination of YES in S76 means that the duty D at which |Ps−P out | is Th1 or less exists in the 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, the power transmission stop request is received from vehicle 2 (YES in S72) or until 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12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12のS53に進む。 Further, if NO is determined in S78 (the duty D is larger than Th2), it means that |Ps−P is in the range (0.0 to 0.5) from the minimum value to the maximum value of the duty D. It means that there is no duty D in which out | becomes Th1 or less. When NO is determined in S78, the process is returned to the main routine (the process of FIG. 12), 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。 When YES is determined in any of S72 and S73, power transmission stop processing (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、通信装置160を制御して、車両2に向けて情報発信を行なう。通信装置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、通信装置160から車両2へ送信してもよい。通信装置160から送信された情報は、車両2において通信装置600が受信する。このS92をもって、図13の処理だけでなく図12の処理(送電ECU150による送電制御)が終了する。
In S91, the
再び図12を参照して、図13のS75及びS78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が所定の閾値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13の処理)が実行される(S62)。
Referring to FIG. 12 again, if NO in either S75 or S78 of FIG. 13, 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13のS76参照)。S54でNOと判断された場合には、処理がS55に進む。 The determination of NO in S54 (the drive frequency f becomes Th3 or more) means that 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 | becomes Th1 or less within the adjustment range (81.4 kHz to 90.0 kHz) of the drive frequency f (see S76 in FIG. 13). 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13の処理において使用される。図13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, the
続けて、送電ECU150は、ΔPsが所定の閾値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13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13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、通信装置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12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 Th4 or more), |Ps−P out | becomes Th1 or less even if the charging power command value Ps is decreased in the adjustment range (0 to Th4) of ΔPs. It means that it is not (see S76 in FIG. 13). 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. 13 described above. That is, in S57, the
以上説明したように、この実施の形態に係る電力伝送システム10は、送電ユニット100のLC共振回路R1から車両2のLC共振回路R2へ非接触で電力を伝送するように構成される。
As described above, the
送電ユニット100は、LC共振回路R1と、直流電力を交流電力に変換してLC共振回路R1へ出力するインバータ120と、インバータ120のターンON電流の大きさを示すインバータ情報(たとえば、図13のS83で送信されるC11,C12変更要求)を車両2へ送信する第1通信装置(たとえば、通信装置160及び送電ECU150)とを備える。送電ECU150は、通信装置160を通じてインバータ情報を車両2へ送信する。
The
車両2は、LC共振回路R2と、LC共振回路R2により非接触で受電される交流電力を直流電力に変換する倍電圧整流回路206と、送電ユニット100からインバータ情報を受信する通信装置600と、車両ECU500とを備える。倍電圧整流回路206は可変キャパシタCb1,Cb2を含み、車両ECU500は可変キャパシタCb1,Cb2を制御するように構成される。通信装置600がC11,C12変更要求を受信したか否かは、図11のS21で判断される。
The
車両ECU500は、上記のインバータ情報によって示されるターンON電流が大きいほど、可変キャパシタCb1,Cb2によってC11,C12(ひいては、昇圧キャパシタンス)を小さくするように構成される。より具体的には、車両ECU500は、図11のS21においてC11,C12変更要求を受信した(すなわち、ターンON電流が大きい)と判断された場合(S21にてYES)には、S32においてC11,C12をCHからCL(CHよりも小さい値)に切り替える。
The
上記のように、ターンON電流が大きくなるほどC11,C12を小さくすることで、INV位相差を小さくことができる。INV位相差が小さくなることで、ターンON電流も小さくなる。受電ユニット200が送電ユニット100から電力を非接触で受電するときに、車両ECU500が可変キャパシタCb1,Cb2を制御してC11,C12(ひいては、昇圧キャパシタンス)を調整することによって、送電ユニット100におけるインバータ120のターンON電流を抑制することができる。
As described above, the INV phase difference can be reduced by reducing C 11 and C 12 as the turn-ON current increases. As the INV phase difference decreases, the turn-ON current also decreases. When the
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、可変キャパシタCb1,Cb2)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ターンON電流を抑制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
車両ECU500は、インバータ120のターンON電流の大きさを判断するための閾値を複数用いて、ターンON電流の大きさに応じて多段的にC11,C12(ひいては、昇圧キャパシタンス)の切替えを行なうように構成されてもよい。また、車両ECU500は、リアルタイムでインバータ120のターンON電流の変化に昇圧キャパシタンスを追従させるようにC11,C12(ひいては、昇圧キャパシタンス)を連続的に調整するように構成されてもよい。
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共振回路R1及びR2は、図2に示した直列共振回路に限られない。LC共振回路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。
The circuit configuration of the
倍電圧整流回路において昇圧に寄与するキャパシタンスを変更可能に構成されるキャパシタンス調整部は、可変キャパシタCb1,Cb2に限られない。倍電圧整流回路206の代わりに、図14に示される倍電圧整流回路206Aを採用してもよい。図14は、キャパシタンス調整部の変形例を示す図である。
The capacitance adjusting unit configured to change the capacitance that contributes to boosting in the voltage doubler rectifier circuit is not limited to the variable capacitors Cb1 and Cb2. Instead of the voltage
図14を参照して、倍電圧整流回路206Aは、キャパシタCb11〜Cb14及びスイッチS10を備える。スイッチS10がONであるときには倍電圧整流回路206AにおけるダイオードにキャパシタCb11〜Cb14が並列に接続され、キャパシタCb11〜Cb14が昇圧に寄与する。他方、スイッチS10がOFFであるときには倍電圧整流回路206AにおけるダイオードにキャパシタCb11,Cb12のみが並列に接続され、キャパシタCb13,Cb14は昇圧に寄与しなくなる。倍電圧整流回路206Aにおいて昇圧に寄与するキャパシタンス(昇圧キャパシタンス)は、スイッチS10の状態(ON/OFF)によって変わる。キャパシタCb11、Cb12、Cb13、Cb14のキャパシタンスをそれぞれC21、C22、C23、C24と表すと、スイッチS10がONであるときには昇圧キャパシタンスが「(C21+C23)×(C22+C24)/(C21+C22+C23+C24)」となり、スイッチS10がOFFであるときには昇圧キャパシタンスが「(C21×C22)/(C21+C22)」となる。
Referring to FIG. 14, the voltage
図11〜図13の処理では、送電を停止させてから昇圧キャパシタンスを変更し、変更後に送電を再開するため、上記スイッチS10(図14)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、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 processes of FIGS. 11 to 13, since the boost capacitance is changed after the power transmission is stopped and the power transmission is restarted after the change, the switch S10 (FIG. 14) does not require a semiconductor relay having a fast response speed, You can use mechanical relays that are cheaper and easier to obtain than relays. However, the type of switch is not limited to a mechanical relay. A semiconductor relay may be adopted instead of the mechanical relay.
図11〜図13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 of FIGS. 11 to 13 is an example of power transmission/reception control and is not limited to this. For example, an extreme value search of the drive frequency of the inverter 120 (search for a frequency at which the power loss is minimized) is performed, and then the duty of the output voltage of the
非接触受電装置が適用される対象は、車両に限られず任意である。非接触受電装置の適用対象は、たとえば、他の乗り物(船、飛行機等)であってもよいし、無人の移動体(無人搬送車(AGV)、農業機械、ドローン等)であってもよいし、携帯機器(スマートフォン、ウェアラブルデバイス等)であってもよいし、建物(住宅、工場等)であってもよい。 The target to which the non-contact power receiving device is applied is not limited to the vehicle and is arbitrary. The application target of the non-contact power receiving device may be, for example, another vehicle (ship, airplane, etc.) or an unmanned moving body (automatic guided vehicle (AGV), agricultural machine, drone, etc.). However, it may be a mobile device (smartphone, wearable device, etc.) or a building (house, factory, etc.).
非接触受電装置から電力が供給される対象装置は、蓄電装置に限られず、任意の電気負荷(車載機器、家庭用電気機器等)であってもよい。 The target device to which the power is supplied from the non-contact power receiving device is not limited to the power storage device, and may be any electric load (vehicle-mounted device, household electric device, etc.).
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 in whole or in combination.
It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplifications in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.
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 キャパシタ、104,204 コイル、120 インバータ、130 AC/DCコンバータ、150 送電ECU、160,600 通信装置、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、206,206A 倍電圧整流回路、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、Cb1,Cb2 可変キャパシタ、Cb11〜Cb14 キャパシタ、D10 ブリッジ回路、F1,F2 フィルタ回路、R1,R2 LC共振回路、S10 スイッチ。 1 Charging Equipment, 2 Vehicles, 10 Power Transmission System, 100 Power Transmission Unit, 101 Primary Coil, 102, 103, 202, 203, 205, 207 Capacitor, 104, 204 Coil, 120 Inverter, 130 AC/DC Converter, 150 Power Transmission ECU, 160,600 communication device, 181 voltage sensor, 182, 183, 184, 283, 284 current sensor, 200 power receiving unit, 201 secondary coil, 206, 206A voltage doubler rectifier circuit, 300 power storage device, 310 monitoring unit, 400 Charging relay, 500 vehicle ECU, 700 AC power supply, Cb1, Cb2 variable capacitors, Cb11 to Cb14 capacitors, D10 bridge circuit, F1, F2 filter circuit, R1, R2 LC resonance circuit, S10 switch.
Claims (1)
前記非接触送電装置は、前記送電部を構成する送電回路と、直流電力を交流電力に変換して前記送電回路へ出力するインバータと、前記インバータの出力電圧の立上り時における前記インバータの出力電流であるターンON電流の大きさを示すインバータ情報を前記非接触受電装置へ送信する第1通信装置とを備え、
前記非接触受電装置は、前記受電部を構成する受電回路と、前記受電回路により非接触で受電される交流電力を昇圧するとともに直流電力に変換する倍電圧整流回路と、前記非接触送電装置から前記インバータ情報を受信する第2通信装置と、制御装置とを備え、
前記倍電圧整流回路は、前記昇圧に寄与するキャパシタンスを変更可能に構成されるキャパシタンス調整部を含み、
前記制御装置は、前記キャパシタンス調整部を制御するように構成され、
前記制御装置は、前記インバータ情報によって示される前記ターンON電流が大きいほど、前記キャパシタンス調整部によって前記キャパシタンスを小さくする、非接触電力伝送システム。 A non-contact power transmission system for wirelessly transmitting power from a power transmission unit of a non-contact power transmission device to a power reception unit of a non-contact power receiving device,
The non-contact power transmission device includes a power transmission circuit that configures the power transmission unit, an inverter that converts DC power into AC power and outputs the AC power to the power transmission circuit, and an output current of the inverter when the output voltage of the inverter rises. A first communication device for transmitting inverter information indicating the magnitude of a certain turn-on current to the non-contact power receiving device,
The non-contact power receiving device, a power receiving circuit that constitutes the power receiving unit, a voltage doubler rectifier circuit that boosts the AC power received contactlessly by the power receiving circuit and converts the AC power to DC power, and from the non-contact power transmitting device. A second communication device that receives the inverter information, and a control device,
The voltage doubler rectifier circuit includes a capacitance adjusting unit configured to change a capacitance contributing to the boosting,
The controller is configured to control the capacitance adjuster,
The non-contact power transmission system, wherein the controller decreases the capacitance by the capacitance adjusting unit as the turn-ON current indicated by the inverter information increases.
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