JP2021083136A - Power reception device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線給電において用いられる受電装置に関する。 The present invention relates to a power receiving device used in wireless power supply.
近年、電気自動車等において、地上側に設けられた送電装置から車両側に設けられた受電装置に対して無線により給電を行う無線給電システムが実現されつつある。こうした無線給電システムでは、磁界共振や磁界誘導を利用した無線給電技術が注目されている。磁界誘導とは、地上側の送電装置に設けられたコイルに交流電流を流すことで磁界(磁束)を発生し、この磁界を車両側の受電装置に設けられたコイルで受けて交流電流を生じさせることにより、送電装置から受電装置への無線給電を実現するものである。一方、磁界共振とは、送電装置と受電装置にそれぞれコイルを設ける点は磁界誘導と同じであるが、送電装置のコイルに流れる電流の周波数を受電装置のコイルの共振周波数に一致させることにより、送電装置と受電装置の間に共振を生じさせる。これにより、送電装置のコイルと受電装置のコイルを磁気的に結合し、高効率の無線給電を実現している。 In recent years, in electric vehicles and the like, a wireless power supply system that wirelessly supplies power from a power transmission device provided on the ground side to a power receiving device provided on the vehicle side is being realized. In such a wireless power feeding system, a wireless power feeding technology using magnetic field resonance or magnetic field induction is drawing attention. In magnetic field induction, an alternating current is generated by passing an alternating current through a coil provided in a power transmission device on the ground side, and this magnetic field is received by a coil provided in a power receiving device on the vehicle side to generate an alternating current. By doing so, wireless power supply from the power transmission device to the power receiving device is realized. On the other hand, magnetic field resonance is the same as magnetic field induction in that coils are provided in the power transmitting device and the power receiving device, respectively, but by matching the frequency of the current flowing through the coil of the power transmitting device with the resonance frequency of the coil of the power receiving device. Resonance is generated between the power transmitting device and the power receiving device. As a result, the coil of the power transmission device and the coil of the power receiving device are magnetically coupled to realize highly efficient wireless power supply.
上述した無線給電技術に関して、下記の特許文献1が知られている。特許文献1には、高周波電源と、前記高周波電源から高周波電力の供給を受ける一次コイルと、異常検出対象物に設けられ、前記一次コイルと離間して非接触で配置され、前記一次コイルからの電力を受電する二次コイルと、前記受電する電力を検出する受電電力検出手段と、前記受電電力検出手段によって検出される受電電力に基づいて異常の有無を判定する判定手段と、を備えたことを特徴とする異常検出装置が開示されている。
The following
特許文献1に記載の異常検出装置では、充電中にバッテリ電圧が予め設定した閾値に達すると、充電が完了したと判定する。しかしながら、一般に充電可能な電池の充電中における電圧は、同じ充電状態であっても内部抵抗に応じて変化し、内部抵抗は電池の劣化状態に応じて異なる。したがって、特許文献1の手法では、無線給電中に電池の状態を正しく推定することができない。
In the abnormality detecting device described in
本発明による受電装置は、地上側に設置された送電装置が有する一次コイルから放出される交流磁界を受けて無線給電されるものであって、二次コイルと、前記二次コイルに接続されて所定の共振周波数を有する共振回路を前記二次コイルとともに構成する共振要素と、前記二次コイルが前記交流磁界を受けることで前記共振回路に流れる交流電流を直流電流に変換し、前記直流電流を用いて電池を充電する電力変換部と、前記送電装置の動作を指示する送電指示部と、前記電池の状態に関する電池情報を取得し、取得した前記電池情報に基づいて前記電池の状態を示す電池状態を推定する電池状態推定部と、を備え、前記送電指示部は、前記一次コイルから前記交流磁界を間欠的に放出させる断続通電を前記送電装置に指示し、前記電池状態推定部は、前記送電装置が前記断続通電を行っているときに取得した前記電池情報に基づいて前記電池状態の推定を行う。 The power receiving device according to the present invention receives an AC magnetic field emitted from a primary coil of a power transmitting device installed on the ground side and is wirelessly fed, and is connected to the secondary coil and the secondary coil. A resonance element that constitutes a resonance circuit having a predetermined resonance frequency together with the secondary coil, and an AC current that flows through the resonance circuit when the secondary coil receives the AC magnetic field are converted into a DC current, and the DC current is converted into a DC current. A power conversion unit that charges a battery using the power conversion unit, a power transmission instruction unit that instructs the operation of the power transmission device, and a battery that acquires battery information regarding the state of the battery and indicates the state of the battery based on the acquired battery information. A battery state estimation unit for estimating a state is provided, the power transmission instruction unit instructs the power transmission device to intermittently energize the AC magnetic field to intermittently emit the AC magnetic field from the primary coil, and the battery state estimation unit is the battery state estimation unit. The battery state is estimated based on the battery information acquired while the power transmission device is performing the intermittent energization.
本発明によれば、無線給電中に電池の状態を正しく推定することができる。 According to the present invention, the state of the battery can be correctly estimated during wireless power supply.
以下、図面を参照して、本発明に係る受電装置の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the power receiving device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
−第1の実施形態−
図1は、本発明の第1の実施形態に係る無線給電システム1の構成を示す図である。図1に示す無線給電システム1は、電気自動車等の車両への無線給電において利用されるものであり、車両付近の地上側に設置された送電装置100と、車両側にそれぞれ搭載された受電装置200、電池300、負荷400および電池監視装置500とを有する。
− First Embodiment −
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a wireless
送電装置100は、送電制御部110、通信部120、交流電源130、電力変換部140および一次コイルL1を備える。送電制御部110は、通信部120および電力変換部140の動作を制御することで、送電装置100全体の制御を行う。
The
通信部120は、送電制御部110の制御により、受電装置200が備える通信部220との間で無線通信を行う。この通信部120と通信部220の無線通信により、無線給電の際に必要な各種情報が送電装置100と受電装置200の間で交換される。たとえば、一次コイルL1に流れる交流電流の周波数、すなわち一次コイルL1から放出される交流磁界の周波数等の情報が、通信部120から通信部220に送信される。また、電池300の充電状態(SOC)や劣化状態、充電時の許容電流等の情報が、通信部220から通信部120に送信される。
The
交流電源130は、たとえば商用電源であり、所定の交流電力を電力変換部140に供給する。電力変換部140は、送電制御部110の制御により、交流電源130から供給された交流電力を用いて所定の周波数および電流値の交流電流を一次コイルL1に出力する。一次コイルL1は、車両の下に位置する地上側に設置されており、電力変換部140から流される交流電流に応じた交流磁界を車両に向けて空中に放出する。これにより、車両への無線給電を行う。
The AC
受電装置200は、受電制御部210、通信部220、駆動制御部240、電力変換部250、定電流化部260、電圧計270、二次コイルL2、共振コイルLxおよび共振コンデンサCxを備える。共振コイルLxおよび共振コンデンサCxは、二次コイルL2に接続されており、二次コイルL2とともに共振回路を構成する。この共振回路の共振周波数は、二次コイルL2および共振コイルLxがそれぞれ有するインダクタンスと、共振コンデンサCxが有する静電容量値とに応じて決定される。なお、共振コイルLxおよび共振コンデンサCxはそれぞれ複数の素子により構成されていてもよい。また、共振コイルLxの一部または全部を二次コイルL2のインダクタンスで代用してもよい。
The
受電制御部210は、通信部220および駆動制御部240の動作を制御することで、受電装置200全体の制御を行う。通信部220は、受電制御部210の制御により、送電装置100が備える通信部120との間で無線通信を行い、送電装置100と受電装置200の間で交換される前述のような各種情報を送受信する。通信部220が受信した一次コイルL1に流れる交流電流の周波数等の情報は、通信部220から受電制御部210に出力される。
The power
駆動制御部240は、受電制御部210の制御により、電力変換部250が有する複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する。
The
電力変換部250は、複数のスイッチング素子を有しており、複数のスイッチング素子をそれぞれスイッチング動作させることで、共振回路に流れる交流電流を制御するとともに整流し、交流電力(交流電流)から直流電力(直流電流)への変換を行う。
The
定電流化部260は、電力変換部250から出力される直流電流の変動を抑えて定電流化する。定電流化部260には充放電可能な電池300が接続されており、電力変換部250から出力されて定電流化部260により定電流化された直流電流を用いて、電池300が充電される。なお、電力変換部250と定電流化部260の間には、定電流化部260への入力電圧を平滑化するための平滑コンデンサC0と、定電流化部260への入力電圧を測定する電圧計270とが接続されている。
The constant
電池300は充放電可能な複数のセルを直列に、または直並列に接続して構成される。電池300には、負荷400が接続される。負荷400は、電池300に充電された直流電力を利用して、車両の動作に関する様々な機能を提供する。負荷400には、たとえば車両駆動用の交流モータや、電池300の直流電力を交流電力に変換して交流モータに供給するインバータなどが含まれる。
The
電池監視装置500は、電池300と接続されており、電池300の状態を監視するための様々な情報を電池300から取得する。たとえば、電池監視装置500は電池300の電圧、電流、充電状態(SOC)、内部抵抗値や、電池300を構成する各セルの電圧、内部抵抗値等の情報を取得する。そして、取得したこれらの情報をまとめて、電池情報として受電制御部210に出力する。電池監視装置500は、たとえばCAN(Controller Area Network)等の車内通信ネットワークを介して、電池300に関する電池情報を受電装置200の受電制御部210に送信する。
The
次に、図1の無線給電システム1のうち、本発明が適用される受電装置200の詳細について説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係る受電装置200の構成例を示す図である。なお、図2では受電装置200の構成の他に、電池300および電池監視装置500も図示している。
Next, among the wireless
電力変換部250は、直列接続された2つのMOSトランジスタ(MOSFET)Q1、Q2と、直列接続された2つのMOSトランジスタQ3、Q4とを有する。MOSトランジスタQ1、Q2の直列回路と、MOSトランジスタQ3、Q4の直列回路とは、平滑コンデンサC0に対して互いに並列に接続されている。MOSトランジスタQ1〜Q4は、駆動制御部240からのゲート駆動信号に応じて、ソース−ドレイン間を導通状態から切断状態へ、または切断状態から導通状態へと切り替えるスイッチング動作をそれぞれ行う。このスイッチング動作により、MOSトランジスタQ1、Q3を上アームのスイッチング素子としてそれぞれ機能させるとともに、MOSトランジスタQ2、Q4を下アームのスイッチング素子としてそれぞれ機能させることができる。MOSトランジスタQ1、Q2間の接続点O1と、MOSトランジスタQ3、Q4間の接続点O2には、二次コイルL2を含む共振回路がそれぞれ接続されている。そのため、MOSトランジスタQ1〜Q4をそれぞれ適切なタイミングでスイッチング動作させることで、共振回路に流れる交流電流iの制御および整流を行うことができる。
The
定電流化部260は、直列接続された2つのMOSトランジスタX1、X2を有する。MOSトランジスタX1、X2は、駆動制御部240からのゲート駆動信号に応じて、ソース−ドレイン間を導通状態から切断状態へ、または切断状態から導通状態へと切り替えるスイッチング動作をそれぞれ行う。MOSトランジスタX1、X2の直列回路は、電力変換部250に対して平滑コンデンサC0と並列に接続さている。また、MOSトランジスタX1、X2の間にはコイルLbの一端側が接続されており、コイルLbの他端側とMOSトランジスタX2の間には電池300が接続されている。そのため、MOSトランジスタX1、X2をそれぞれ適切なタイミングでスイッチング動作させることで、電力変換部250からMOSトランジスタX1、X2を介してコイルLbに流れる電流を略一定に制御し、電池300を充電することができる。
The constant
受電制御部210は、電池状態推定部211、送電指示部212および駆動指示部213を有する。
The power
電池状態推定部211は、電池監視装置500から出力される前述の電池情報を取得し、取得した電池情報に基づいて電池300の状態(電池状態)を推定する。なお、電池状態推定部211が推定する電池状態の具体的な内容は後述する。電池状態推定部211による電池状態の推定結果は、送電指示部212および駆動指示部213に出力される。
The battery
送電指示部212は、電池状態推定部211による電池状態の推定結果と、電圧計270により検出された定電流化部260への入力電圧Vsとに基づいて、送電装置100への動作指示を行う。送電指示部212による送電装置100への動作指示は通信部220に出力され、通信部220によって送電装置100の通信部120に送信される。また、送電装置100に送信した動作指示の内容は、送電指示部212から駆動指示部213へも出力される。
The power
駆動指示部213は、電池状態推定部211による電池状態の推定結果と、送電指示部212による送電装置100への動作指示内容とに基づいて、基本駆動信号Srを生成し、駆動制御部240に出力する。基本駆動信号Srは、駆動制御部240から電力変換部250に出力されてMOSトランジスタQ1〜Q4のスイッチング動作を制御するゲート駆動信号の元となる交流信号であり、その周波数は送電装置100の一次コイルL1に流れる電流の周波数に応じて決定される。具体的には、送電指示部212が送電装置100に対して指示した一次コイルL1に流す交流電流の周波数の情報は、送電指示部212から受電制御部210に入力される。駆動指示部213は、この周波数の情報に基づいて基本駆動信号Srを生成し、駆動制御部240に出力する。なお、基本駆動信号Srは、たとえばMOSトランジスタQ1〜Q4にそれぞれ対応する4つの矩形波の組み合わせであり、オン(導通状態)に対応するHレベルと、オフ(切断状態)に対応するLレベルとが、送電装置100と同じ周波数で交互に繰り返される。ただし、MOSトランジスタQ1とQ2、Q3とQ4がそれぞれ同時にオンとならないように、これらに対応する矩形波の各組み合わせでは、2つの矩形波におけるHレベルの間には所定の保護期間が設けられる。
The
駆動制御部240は、駆動信号生成部243およびゲート駆動回路244を有する。
The
駆動信号生成部243には、駆動指示部213から基本駆動信号Srが入力される。駆動信号生成部243は、入力された基本駆動信号Srに基づいて充電駆動信号Scを生成する。そして、生成した充電駆動信号Scをゲート駆動回路244に出力する。
The basic drive signal Sr is input from the
ゲート駆動回路244は、駆動信号生成部243から入力された充電駆動信号Scに基づくゲート駆動信号をMOSトランジスタQ1〜Q4、X1、X2のゲート端子へそれぞれ出力し、MOSトランジスタQ1〜Q4、X1、X2をそれぞれスイッチング動作させる。これにより、電力変換部250において、MOSトランジスタQ1〜Q4がスイッチング素子としてそれぞれ機能し、一次コイルL1から放出された交流磁界に応じて共振回路に流れる交流電流iの制御や、交流電力から直流電力への変換が行われる。また、定電流化部260において、MOSトランジスタX1、X2がスイッチング素子としてそれぞれ機能し、電力変換部250から出力された直流電流が定電流化されて電池300に出力される。
The
本実施形態の受電装置200は、以上説明したような動作を行うことにより、送電装置100から無線給電を受けて電池300を充電することができる。
The
次に、無線給電システム1を用いた無線給電の流れについて説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係る無線給電システム1の充電時のタイムチャートの一例を示す図である。図3(a)において、縦軸は電池300に流れる充電電流の大きさを表し、横軸は充電時間を表している。また、図3(b)は図3(a)の一部を横方向に拡大し、これに電池監視装置500から出力される電池情報のタイミングを並べて示している。
Next, the flow of wireless power supply using the wireless
図3(a)に示すように、電池300の充電が開始されると最初の期間では、充電電流が一定の定電流(CC)モードで電池300が充電される。このときの充電電流の大きさは、充電時における電池300の許容電流か、または送電装置100の定格電流に応じて決定される。以下ではこの期間の長さtCC_CNTを、CCモード連続通電時間と称する。
As shown in FIG. 3A, when charging of the
CCモードでの充電中に電池300の充電状態(SOC)が所定の値、たとえば60%以上になると、電池300に流れる充電電流の大きさは変化しないが、電池300への通電が断続的になされる。ここで、電気自動車などの電動車はエネルギー源の電池を使い切ることは滅多になく、残量に余裕をもった状態で充電装置に繋がれることが一般的である。また、後述するように電池の充電は、通電電流を一定値にするCCモードと、電池電圧を一定値に保つように充電するCVモードがあり、CCとCVは例として残量(SOC)が80%程度で切替わることが多い。先に述べた充電電流を断続させる動作は、充電装置と繋がった際の初期残量が過度に低くない条件で、且つCCモード期間中のSOCが80%以下の条件で実施する。電流の断続は、1回当たりの遮断時間をtOFF、通電時間をtONとすると、たとえば図3に示すようにtOFF=tONと設定される。ただし、tOFFとtONは必ずしも一致しなくてよい。以下では、このようにCCモードにおいて電池300の断続通電が行われる時間tCC_DISCを、CCモード断続通電時間と称する。図3に示した例では、CCモード断続通電時間tCC_DISCの間に、電池300への通電が合計で6回(P1〜P6)断続されている。
When the charging state (SOC) of the
ここで、断続通電中の1回当たりの遮断時間tOFFと通電時間tONの組み合わせをサイクル時間tPとすると、tP=tOFF+tONと表される。このサイクル時間tPを拡大して示すと、図3(b)のようになる。図3(b)において、R1〜R20は、サイクル時間tP中に電池監視装置500から電池情報が出力されるタイミングの例をそれぞれ表している。図3(b)に示す例では、遮断時間tOFFと通電時間tONのそれぞれにおいて、電池監視装置500から電池情報が10回ずつ出力されている。なお、遮断時間tOFFおよび通電時間tONにおける電池情報の出力回数は上記の例に限らず、電池状態推定部211が行う電池状態の推定結果に対する要求精度などに応じて任意に設定可能である。
Here, if the combination of the interruption time t OFF and the energization time t ON during intermittent energization is the cycle time t P , it is expressed as t P = t OFF + t ON. The enlarged cycle time t P is shown in FIG. 3 (b). In FIG. 3B, R 1 to R 20 represent examples of timing at which battery information is output from the
CCモードでの電池300の充電時間tCCは、上記のCCモード連続通電時間tCC_CNTおよびCCモード断続通電時間tCC_DISCの合計値である。たとえば、図3(b)の例のように遮断時間tOFFと通電時間tONのそれぞれにおける電池情報の出力回数が10回ずつであり、電池情報の出力周期が1秒であるとすると、サイクル時間tPはtP=20(秒)と求められる。そのため、図3(a)の例のように断続回数が6回であるとすると、CCモード断続通電時間tCC_DISCは20×6=120(秒)と求められる。なお、サイクル時間tP(遮断時間tOFFおよび通電時間tON)は、電池情報の出力回数および出力周期に応じて、それぞれ予め設定されている。
The charging time t CC of the
一方、CCモード連続通電時間tCC_CNTの長さは、充電電流の大きさや充電前の電池300の充電状態によって異なるが、一般的には1時間程度は必要である。したがって、CCモード連続通電時間tCC_CNTに比べて、CCモード断続通電時間tCC_DISCは十分に短く、充電時間tCCへの影響は小さい。
On the other hand, the length of the CC mode continuous energization time t CC_CNT varies depending on the magnitude of the charging current and the charging state of the
CCモード断続通電時間tCC_DISCが経過すると、CCモードでの充電が終了し、充電中の電池状態に応じて充電電流を変化させる定電圧(CV)モードで電池300が充電される。このときの充電電流の大きさは、充電中の電池300の電圧が一定となるように決定される。以下ではこの期間の長さtCV_CNTを、CVモード連続通電時間と称する。
When the CC mode intermittent energization time t CC_DISC elapses, the charging in the CC mode is completed, and the
CVモードでの充電中に電池300のいずれかのセル電圧が所定値、たとえば4.2V以上になると、前述のCCモード断続通電時間tCC_DISCと同様に、電池300への通電が断続的になされる。このときの1回当たりの遮断時間をtOFF*、通電時間をtON*とすると、たとえば図3に示すようにtOFF*=tON*と設定される。ただし、tOFF*とtON*は必ずしも一致しなくてよい。以下では、このようにCVモードにおいて電池300の断続通電が行われる時間tCV_DISCを、CVモード断続通電時間と称する。なお、前述のCCモード断続通電時間tCC_DISCにおける遮断時間tOFFおよび通電時間tONと、このCVモード断続通電時間tCV_DISCにおける遮断時間tOFF*および通電時間tON*とは、それぞれ同じであってもよいし、異なる値であってもよい。
When the cell voltage of any of the
CVモード断続通電時間tCV_DISCにおける断続回数は、電池状態に応じて決定される。詳しくは後述する。CVモードでの電池300の充電時間tCVは、上記のCVモード連続通電時間tCV_CNTおよびCVモード断続通電時間tCV_DISCの合計値である。CVモード断続通電時間tCV_DISCが経過すると、電池300の充電が終了する。
CV mode intermittent energization time t The number of intermittent energization in CV_DISC is determined according to the battery state. Details will be described later. The charging time t CV of the
図4は、本発明の一実施形態に係る無線給電システム1の処理フローを示す図である。受電装置200、電池300、負荷400および電池監視装置500を搭載した車両が所定の充電位置に駐車されると、無線給電システム1において図4の処理フローが開始される。
FIG. 4 is a diagram showing a processing flow of the wireless
ステップS10では、電池状態推定部211により、電池監視装置500から電池情報を取得する。ステップS20では、ステップS10で取得した電池情報に基づいて、CCモードとCVモードのどちらで電池300を充電するかを判定する。ここでは、たとえば取得した電池情報に含まれるSOCの値を所定の閾値、たとえば80%と比較する。その結果、SOCが閾値未満であればCCモードと判定してステップS30に進み、閾値以上であればCVモードと判定してステップS110に進む。
In step S10, the battery
ステップS30では、送電指示部212により、CCモードで電池300を充電する際の電流指令値ICCおよび周波数FCCを決定する。ここでは、たとえば通信部220を用いて送電装置100と通信を行い、送電装置100の定格電流の値を取得する。そして、ステップS10で取得した電池情報に含まれる許容電流の値と、送電装置100の定格電流の値とを比較し、いずれか低い方の値を電流指令値ICCとして決定する。なお、電池300の許容電流の値は、予め送電指示部212に記憶してもよいし、電池情報に含まれる内部抵抗値や劣化状態に基づいて決定してもよい。また、予め記憶した受電装置200における二次コイルL2を含む共振回路の共振周波数や、送電装置100から取得した送信周波数に基づき、周波数FCCを決定する。
In step S30, the power
ステップS40では、送電指示部212により、CCモードでの電池300の充電時間tCCを算出する。ここでは、たとえば以下の式(1)を用いて充電時間tCCを算出する。式(1)において、Q^、SOC0はステップS10で取得した電池情報に含まれる電池容量とSOCの値をそれぞれ表している。また、SOCLはステップS20の判定で用いたSOCの閾値を表している。
tCC=Q^・(SOCL−SOC0)/ICC ・・・(1)
In step S40, the power
t CC = Q ^ ・ (SOC L − SOC 0 ) / I CC・ ・ ・ (1)
ステップS40で充電時間tCCを算出したら、送電指示部212はその充電時間tCCの値に基づいて、CCモード連続通電時間tCC_CNTおよびCCモード断続通電時間tCC_DISCを決定する。ここでは、たとえば予め定められた値でCCモード断続通電時間tCC_DISCを先に決定し、決定したCCモード断続通電時間tCC_DISCを充電時間tCCから差し引くことでCCモード連続通電時間tCC_CNTを決定する。
After calculating the charging time t CC in step S40, the power
ステップS50では、送電指示部212により、送電装置100への送電開始指示を行う。ここでは、ステップS30で決定した電流指令値ICCおよび周波数FCCを通信部220を用いて送電装置100に送信することで、送電装置100への送電開始指示を行う。この送電開始指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は指定された電流指令値ICCおよび周波数FCCに従って一次コイルL1に電流を流し、交流磁界を発生させる。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が開始される。
In step S50, the power
ステップS60では、ステップS50で送電開始指示を行って無線給電が開始された時点を基準に、その時点からステップS40で算出したCCモードでの充電時間tCCを経過したか否かを判定する。その結果、充電時間tCCをまだ経過していないと判定した場合はステップS70へ進み、経過したと判定した場合はステップS100へ進む。 In step S60, it is determined whether or not the charging time t CC in the CC mode calculated in step S40 has elapsed from that time, based on the time when the power transmission start instruction is given in step S50 and the wireless power supply is started. As a result, if it is determined that the charging time t CC has not yet elapsed, the process proceeds to step S70, and if it is determined that the charging time t CC has not elapsed, the process proceeds to step S100.
ステップS70では、ステップS50で送電開始指示を行って無線給電が開始された時点を基準に、その時点からステップS40で決定したCCモード連続通電時間tCC_CNTを経過したか否かを判定する。その結果、CCモード連続通電時間tCC_CNTをまだ経過していないと判定した場合はステップS80へ進み、経過したと判定した場合はステップS90へ進む。 In step S70, it is determined whether or not the CC mode continuous energization time t CC_CNT determined in step S40 has elapsed from that time based on the time when the power transmission start instruction is given in step S50 and the wireless power supply is started. As a result, if it is determined that the CC mode continuous energization time t CC_CNT has not yet elapsed, the process proceeds to step S80, and if it is determined that the CC mode continuous energization time has elapsed, the process proceeds to step S90.
ステップS80では、受電装置200において、一次コイルL1から放出された交流磁界を受けて二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流iに応じて、電力変換部250および定電流化部260の駆動制御処理を行う。ここでは、受電制御部210の駆動指示部213と、駆動制御部240の駆動信号生成部243およびゲート駆動回路244とにおいて、前述のような処理をそれぞれ実施することで、送電装置100から受電した交流電流に応じた電力変換部250および定電流化部260の駆動制御を行う。これにより、定電流(CC)モードで電池300の充電を実施する。
In step S80, in the
ステップS90では、受電装置200において、CCモードで電池300への通電を断続させるためのCCモード断続通電処理を実行する。このCCモード断続通電処理により、送電装置100では一次コイルL1から交流磁界が間欠的に放出され、受電装置200では電池状態の推定が行われる。なお、CCモード断続通電処理の具体的な処理の流れについては、後で図5の処理フローを参照して説明する。
In step S90, the
ステップS80またはステップS90の処理を実行したらステップS60に戻り、ステップS60でCCモードでの充電時間tCCを経過したと判定されるまで、前述の処理を繰り返す。 After executing the process of step S80 or step S90, the process returns to step S60, and the above process is repeated until it is determined in step S60 that the charging time t CC in the CC mode has elapsed.
ステップS60でCCモードでの充電時間tCCを経過したと判定されると、ステップS100では、電池状態推定部211により、CCモードでの充電後における電池300の電池容量Qxの推定結果を平均化して電池監視装置500へ通知する。なお、ここで通知される電池容量Qxの推定結果は、ステップS90のCCモード断続通電処理において、電池状態推定部211により前述のサイクル時間tPごとに求められるものであり、その数は断続通電を行った回数に等しい。すなわち、図3に示した例では断続通電の回数が6回であるため、ステップS90のCCモード断続通電処理が6回実施されることで、ステップS100の実行時には電池容量Qxの推定結果が6個得られている。ステップS60では、この6個の電池容量Qxの平均値を求めて電池監視装置500へ通知する。ステップS100で電池容量Qxの推定結果を電池監視装置500へ通知したら、電池300の充電モードをCCモードからCVモードに切り替えて、ステップS110へ進む。
When it is determined in step S60 that the charging time t CC in the CC mode has elapsed, in step S100, the battery
ステップS110では、受電装置200において、CVモードで電池300への通電を行うためのCVモード通電処理を実行する。このCVモード通電処理により、送電装置100では一次コイルL1から交流磁界が放出され、受電装置200では電池300の充電および電池状態の推定が行われる。なお、CVモード通電処理の具体的な処理の流れについては、後で図6の処理フローを参照して説明する。
In step S110, the
ステップS110のCVモード通電処理を終えたら、図4の処理フローを終了する。これにより、無線給電システム1の無線給電が完了し、電池300の充電が終了する。
When the CV mode energization process in step S110 is completed, the process flow of FIG. 4 is completed. As a result, the wireless power supply of the wireless
次に、図4のステップS90で実施されるCCモード断続通電処理について説明する。図5は、本発明の一実施形態に係る受電装置200におけるCCモード断続通電処理の処理フローを示す図である。
Next, the CC mode intermittent energization process performed in step S90 of FIG. 4 will be described. FIG. 5 is a diagram showing a processing flow of CC mode intermittent energization processing in the
ステップS210では、送電指示部212により、図4のステップS30で決定した周波数FCCを変更する。変更した周波数FCCの値は、通信部220を用いて送電装置100に送信され、送電装置100において、一次コイルL1に流す電流の周波数が変更される。また、変更後の周波数FCCの値に応じて、駆動指示部213が電力変換部250および定電流化部260の駆動制御を行う際の駆動周波数を変更する。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電の効率を低下させ、受電装置200において受電される電力を予め減少させておき、送電停止時に受電装置200において発生する逆起電力を抑えるようにする。ただし、ステップS210の処理を実行せずに周波数FCCの変更を省略してもよい。
In step S210, the power
ステップS220では、送電指示部212により、通信部220を用いて送電装置100に送電停止指示を送信する。この送電停止指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は一次コイルL1への電流を遮断し、交流磁界の発生を停止させる。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が中断され、CCモード断続通電時間tCC_DISCにおいて遮断時間tOFFが開始される。なお、このとき受電装置200において発生する逆起電力を抑えるために、一次コイルL1への電流を急に遮断するのではなく、徐々に減少させてもよい。
In step S220, the power
ステップS230では、電池状態推定部211により、電池監視装置500から電池情報を取得する。この電池情報は、前述のように所定の周期、たとえば1秒ごとに電池監視装置500から送信される。
In step S230, the battery
ステップS240では、電池状態推定部211により、j回目の遮断時間tOFF期間における電池300の開回路電圧(OCV)および充電状態(SOC)の平均値OCVj/OFF、SOCj/OFFを算出する。ここでは、ステップS230で取得した電池情報に含まれる電池300のOCVおよびSOCの値を遮断時間tOFF内で平均化することで、電池300の電池状態を示す平均値OCVj/OFFおよびSOCj/OFFを算出する。なお、jは図4の処理フローにおいてステップS90で図5のCCモード断続通電処理が行われた回数、すなわち断続通電の回数を表している。図3の例では、断続通電の回数が合計6回であるため、j=1〜6となる。
In step S240, the battery
ステップS250では、ステップS220で送電停止指示を行って無線給電が中断された時点を基準に、その時点から遮断時間tOFFを経過したか否かを判定する。なお、前述のように遮断時間tOFFは、電池情報の出力回数および出力周期に応じて予め設定されている。その結果、遮断時間tOFFをまだ経過していないと判定した場合は、ステップS230に戻って電池情報の取得と平均値OCVj/OFFおよびSOCj/OFFの算出を続け、経過したと判定した場合はステップS260へ進む。 In step S250, it is determined whether or not the cutoff time t OFF has elapsed from the time when the wireless power supply is interrupted by issuing the power transmission stop instruction in step S220. As described above, the cutoff time t OFF is preset according to the number of times the battery information is output and the output cycle. As a result, if it is determined that the cutoff time t OFF has not yet passed, the process returns to step S230 to continue the acquisition of battery information and the calculation of the average values OCV j / OFF and SOC j / OFF , and it is determined that the battery information has passed. In the case, the process proceeds to step S260.
ステップS260では、ステップS240で最終的に算出された平均値OCVj/OFFおよびSOCj/OFFの値を受電制御部210内に記憶する。これにより、j回目の遮断時間tOFFにおいて電池監視装置500から出力された全ての電池情報を用いて、電池300のOCVの平均値OCVj/OFFおよびSOCの平均値SOCj/OFFを求めることができる。
In step S260, the average values OCV j / OFF and SOC j / OFF finally calculated in step S240 are stored in the power
ステップS270では、送電指示部212により、ステップS210で変更した周波数FCCを元の値に戻す。この周波数FCCの値が通信部220を用いて送電装置100に送信されることで、送電装置100において、一次コイルL1に流す電流の周波数が図4のステップS30で決定された周波数FCCに戻される。なお、前述のようにステップS210の処理を実行せずに周波数FCCの変更を省略した場合は、ステップS270の処理は不要である。
In step S270, the power
ステップS280では、送電指示部212により、通信部220を用いて送電装置100に送電開始指示を送信する。この送電開始指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は図4のステップS50と同様に、一次コイルL1に電流を流して交流磁界を発生させる。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が再開され、CCモード断続通電時間tCC_DISCにおいて通電時間tONが開始される。
In step S280, the power
ステップS290では、受電装置200において、一次コイルL1から放出された交流磁界を受けて二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流iに応じて、電力変換部250および定電流化部260の駆動制御処理を行う。ここでは図4のステップS80と同様に、受電制御部210の駆動指示部213と、駆動制御部240の駆動信号生成部243およびゲート駆動回路244とにおいて、送電装置100から受電した交流電流に応じた電力変換部250および定電流化部260の駆動制御を行う。これにより、定電流(CC)モードで電池300の充電を実施する。
In step S290, in the
ステップS300では、電池状態推定部211により、電池監視装置500から電池情報を取得する。この電池情報は、前述のように所定の周期、たとえば1秒ごとに電池監視装置500から送信される。
In step S300, the battery
ステップS310では、電池状態推定部211により、j回目の通電Pjによる通電時間tON期間における電池300の電流積分値ΔQjを算出する。ここでは、ステップS300で取得した電池情報に含まれる電池300の充電電流値を通電時間tON内で積算することで、電流積分値ΔQjを算出する。
In step S310, the battery
ステップS320では、ステップS280で送電開始指示を行って無線給電が再開された時点を基準に、その時点から通電時間tONを経過したか否かを判定する。なお、前述のように通電時間tONは、電池情報の出力回数および出力周期に応じて予め設定されている。その結果、通電時間tONをまだ経過していないと判定した場合は、ステップS290に戻って電池情報の取得と電流積分値ΔQjの算出を続け、経過したと判定した場合はステップS330へ進む。 In step S320, it is determined whether or not the energization time t ON has elapsed from that time, based on the time when the power transmission start instruction is given in step S280 and the wireless power supply is restarted. As described above, the energization time t ON is preset according to the number of times the battery information is output and the output cycle. As a result, if it is determined that the energization time t ON has not yet elapsed, the process returns to step S290 to continue acquiring battery information and calculating the current integral value ΔQ j , and if it is determined that the energization time t ON has elapsed, the process proceeds to step S330. ..
ステップS330では、電池状態推定部211により、j回目の通電Pjにおける電池300のSOCの変化分ΔSOCjを算出する。ここでは、ステップS260で記憶したj回目のSOCの平均値SOCj/OFFと、前回記憶された(j−1)回目のSOCの平均値SOCj-1/OFFとを用いて、以下の式(2)によりΔSOCjを算出する。
ΔSOCj=SOCj/OFF−SOCj-1/OFF ・・・(2)
In step S330, the battery
ΔSOC j = SOC j / OFF − SOC j-1 / OFF・ ・ ・ (2)
ステップS340では、電池状態推定部211により、電池300の電池容量Qxを推定する。ここでは、ステップS310で算出した電流積分値ΔQjと、ステップS330で算出したSOCの変化分ΔSOCjとを用いて、以下の式(3)の計算を行うことで、電池300の電池状態を示す電池容量Qxを推定する。
Qx=ΔQj/ΔSOCj ・・・(3)
In step S340, the battery
Q x = ΔQ j / ΔSOC j・ ・ ・ (3)
ステップS340で電池容量Qxを推定できたら、図5の処理フローで示したCCモード断続通電処理を終了し、図4のステップS60に戻る。 When the battery capacity Q x can be estimated in step S340, the CC mode intermittent energization process shown in the process flow of FIG. 5 is terminated, and the process returns to step S60 of FIG.
次に、図4のステップS110で実施されるCVモード通電処理について説明する。図6は、本発明の一実施形態に係る受電装置200におけるCVモード通電処理の処理フローを示す図である。
Next, the CV mode energization process carried out in step S110 of FIG. 4 will be described. FIG. 6 is a diagram showing a processing flow of CV mode energization processing in the
ステップS410では、図5のステップS210と同様に、送電指示部212により、図4のステップS30で決定した周波数FCCを変更する。変更した周波数FCCの値は、通信部220を用いて送電装置100に送信され、送電装置100において、一次コイルL1に流す電流の周波数が変更される。
In step S410, similarly to step S210 of FIG. 5, the power
ステップS420では、図5のステップS220と同様に、送電指示部212により、通信部220を用いて送電装置100に送電停止指示を送信する。この送電停止指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は一次コイルL1への電流を遮断し、交流磁界の発生を停止させる。
In step S420, similarly to step S220 of FIG. 5, the power
ステップS430では、電池状態推定部211により、電池監視装置500から電池情報を取得する。この電池情報は、前述のように所定の周期、たとえば1秒ごとに電池監視装置500から送信される。
In step S430, the battery
ステップS440では、電池300において所定値以上のセル電圧を有するセルの有無を判定する。ここでは、ステップS430で取得した電池情報に含まれる各セルの電圧、すなわち各セルのOCVの中に、所定値以上のものが存在するか否かを判定する。その結果、所定値以上のセル電圧が一つでもあればステップS510に進み、なければステップS450に進む。なお、このステップS440の判定において用いられる所定値とは、各セルが過電圧に達する前の状態であるか否かを判定するためのセル電圧値であり、たとえば4.2Vなどの値が設定される。
In step S440, it is determined whether or not there is a cell having a cell voltage equal to or higher than a predetermined value in the
ステップS450では、電池300における各セル電圧の中で最大のものを最大セル電圧OCVmとして特定する。ここでは、ステップS430または後述のS490で取得した最新の電池情報に含まれる各セルの電圧の中で最大のものを選択し、最大セル電圧OCVmとして特定する。なお、ステップS490で取得される電池情報の各セル電圧は、電池300が充電中であるため、各セルの開回路電圧(OCV)ではなく閉回路電圧(CCV)を表している。したがってこの場合、CCVをOCVに換算し、最大セル電圧OCVmを特定する必要がある。たとえば、電池情報に含まれる充電電流値や各セルの内部抵抗値に基づいて、各セルのCCVをOCVに換算することが可能である。
In step S450, the maximum of each cell voltage in the
ステップS460では、送電指示部212により、CVモードで電池300を連続的に充電する際の電流指令値ICVおよび周波数FCVを決定する。ここでは、ステップS450で特定した最大セル電圧OCVmを用いて、以下の式(4)により電流指令値ICVを算出する。式(4)において、RcellはステップS430またはS490で取得した電池情報に含まれる各セルの内部抵抗値のうち、最大セル電圧OCVmが得られたセルの内部抵抗値を表している。また、Vmaxは各セルに対して予め定められた許容最大電圧値であり、たとえば4.2Vなどの値が設定される。
ICV=(Vmax−OCVm)/Rcell^ ・・・(4)
In step S460, the power
I CV = (Vmax-OCV m ) / R cell ^ ・ ・ ・ (4)
一方、周波数FCVは、たとえば予め記憶した値で設定される。このとき、前述のCCモードにおける周波数FCCとは異なる値で周波数FCVを設定してもよい。このようにすれば、CVモードにおいて過大な充電電流が電池300に流れるのを防止し、安全性の向上を図ることができる。
On the other hand, the frequency F CV is set by, for example, a value stored in advance. At this time, the frequency F CV may be set with a value different from the frequency F CC in the CC mode described above. By doing so, it is possible to prevent an excessive charging current from flowing to the
上記のようにしてCVモードでの連続通電時の電流指令値ICVおよび周波数FCVを決定したら、ステップS470では、送電指示部212により、送電装置100への送電開始指示を行う。ここでは、ステップS460で決定した電流指令値ICVおよび周波数FCVを通信部220を用いて送電装置100に送信することで、送電装置100への送電開始指示を行う。この送電開始指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は指定された電流指令値ICVおよび周波数FCVに従って一次コイルL1に電流を流し、交流磁界を発生させる。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が再開され、CVモード連続通電時間tCV_CNTが開始される。
After determining the current command value I CV and the frequency F CV during continuous energization in the CV mode as described above, in step S470, the power
ステップS480では、受電装置200において、一次コイルL1から放出された交流磁界を受けて二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流iに応じて、電力変換部250および定電流化部260の駆動制御処理を行う。ここでは図4のステップS80や図5のステップS290と同様に、受電制御部210の駆動指示部213と、駆動制御部240の駆動信号生成部243およびゲート駆動回路244とにおいて、送電装置100から受電した交流電流に応じた電力変換部250および定電流化部260の駆動制御を行う。これにより、定電圧(CV)モードで電池300の充電を実施する。
In step S480, in the
ステップS490では、電池状態推定部211により、電池監視装置500から電池情報を取得する。この電池情報は、前述のように所定の周期、たとえば1秒ごとに電池監視装置500から送信される。
In step S490, the battery
ステップS500では、電池状態推定部211により、電池300の各セル電圧を算出する。ここでは、前述のステップS450と同様の方法により、ステップS490で取得した電池情報が表す各セルのCCVをOCVに換算することで、各セル電圧を算出する。
In step S500, the battery
ステップS500でセル電圧を算出したらステップS440に戻り、ステップS440で前述のような判定を再度行う。このときの判定では、ステップS500で求めた各セル電圧が用いられる。これにより、ステップS440で所定値以上のセル電圧ありと判定されるまでは、ステップS450〜S500の処理を繰り返して定電圧(CV)モードでの電池300への連続通電を継続する。
After calculating the cell voltage in step S500, the process returns to step S440, and the determination as described above is performed again in step S440. In the determination at this time, each cell voltage obtained in step S500 is used. As a result, until it is determined in step S440 that there is a cell voltage equal to or higher than a predetermined value, the processes of steps S450 to S500 are repeated to continue continuous energization of the
一方、ステップS440で所定値以上のセル電圧ありと判定されると、ステップS510に進む。ステップS510では、受電装置200において、CVモードで電池300への通電を断続させるためのCVモード断続通電処理を実行する。このCVモード断続通電処理により、送電装置100では一次コイルL1から交流磁界が間欠的に放出され、受電装置200では電池状態の推定が行われる。なお、CVモード断続通電処理の具体的な処理の流れについては、以下で図6の処理フローを参照して説明する。
On the other hand, if it is determined in step S440 that there is a cell voltage equal to or higher than a predetermined value, the process proceeds to step S510. In step S510, the
ステップS510でCVモード断続通電処理を実行したら、図6の処理フローで示したCVモード通電処理を終了し、電池300の充電を完了する。
When the CV mode intermittent energization process is executed in step S510, the CV mode energization process shown in the processing flow of FIG. 6 is terminated, and the charging of the
次に、図5のステップS510で実施されるCVモード断続通電処理について説明する。図7は、本発明の一実施形態に係る受電装置200におけるCVモード断続通電処理の処理フローを示す図である。
Next, the CV mode intermittent energization process carried out in step S510 of FIG. 5 will be described. FIG. 7 is a diagram showing a processing flow of CV mode intermittent energization processing in the
ステップS610では、送電指示部212により、通信部220を用いて送電装置100に送電停止指示を送信する。この送電停止指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は一次コイルL1への電流を遮断し、交流磁界の発生を停止させる。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が中断され、CVモード断続通電時間tCV_DISCにおいて遮断時間tOFF*が開始される。
In step S610, the power
ステップS620では、電池状態推定部211により、電池監視装置500から電池情報を取得する。この電池情報は、前述のように所定の周期、たとえば1秒ごとに電池監視装置500から送信される。
In step S620, the battery
ステップS630では、電池状態推定部211により、今回の遮断時間tOFF*期間における全セル電圧の時間平均値OCVAveおよび最大セル電圧の時間平均値OCVmAveを算出する。ここでは、ステップS620で取得した電池情報に含まれる電池300の全セルの電圧の平均値を求め、さらにその平均値を遮断時間tOFF*内で平均化することで、電池300の電池状態を示す全セル電圧の時間平均値OCVAveを算出する。また、各セルの電圧の中で最大のものを選択し、そのセル電圧を遮断時間tOFF*内で平均化することで、電池300の電池状態を示す最大セル電圧の時間平均値OCVmAveを算出する。
In step S630, the battery
ステップS640では、ステップS610で送電停止指示を行って無線給電が中断された時点を基準に、その時点から遮断時間tOFF*を経過したか否かを判定する。なお、遮断時間tOFF*は、CCモードにおける遮断時間tOFFと同様に、電池情報の出力回数および出力周期に応じて予め設定されている。その結果、遮断時間tOFF*をまだ経過していないと判定した場合は、ステップS620に戻って電池情報の取得と全セル電圧の時間平均値OCVAveおよび最大セル電圧の時間平均値OCVmAveの算出を続け、経過したと判定した場合はステップS650へ進む。 In step S640, it is determined whether or not the cutoff time t OFF * has elapsed from the time when the wireless power supply is interrupted by issuing the power transmission stop instruction in step S610. The cutoff time t OFF * is set in advance according to the number of times the battery information is output and the output cycle, as in the case of the cutoff time t OFF in the CC mode. As a result, if it is determined that the cutoff time t OFF * has not yet passed, the process returns to step S620 to acquire the battery information and the time average value OCV Ave of all cell voltages and the time average value OCV mAve of the maximum cell voltage. The calculation is continued, and if it is determined that the calculation has passed, the process proceeds to step S650.
ステップS650では、ステップS630で算出した全セル電圧の時間平均値OCVAveが所定値未満であるか否かを判定する。その結果、全セル電圧の時間平均値OCVAveが所定値未満であればステップS660に進み、所定値以上であれば図7の処理フローによるCCモード断続通電時間tCC_DISCを終了する。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が中断されているときの電池状態の推定結果に基づいて、送電装置100の一次コイルL1から交流磁界が間欠的に放出されるCCモード断続通電時間tCC_DISCを継続するか否かを判断する。なお、このステップS650の判定において用いられる所定値とは、電池300の各セルが全体として過電圧に達する前の状態であるか否かを判定するための電圧値であり、たとえば4.2Vなどの値が設定される。
In step S650, it is determined whether or not the time average value OCV Ave of all cell voltages calculated in step S630 is less than a predetermined value. As a result, if the time average value OCV Ave of all cell voltages is less than the predetermined value, the process proceeds to step S660, and if it is equal to or more than the predetermined value, the CC mode intermittent energization time t CC_DISC according to the processing flow of FIG. 7 is terminated. As a result, the AC magnetic field is intermittently emitted from the primary coil L1 of the
ステップS660では、送電指示部212により、CVモードで電池300を断続的に充電する際の電流指令値ICV*および周波数FCV*を決定する。ここでは、たとえばステップS630で算出した最大セル電圧の時間平均値OCVmAveを用いて、以下の式(5)により電流指令値ICV*を算出する。式(5)において、RcellはステップS620で取得した電池情報に含まれる各セルの内部抵抗値のうち、最大セル電圧の時間平均値OCVmAveが得られたセルの内部抵抗値を表している。また、Vmaxは各セルに対して予め定められた許容最大電圧値であり、たとえば4.2Vなどの値が設定される。
ICV*=(Vmax−OCVmAve)/Rcell^ ・・・(5)
In step S660, the power
I CV * = (Vmax-OCV mAve ) / R cell ^ ・ ・ ・ (5)
一方、周波数FCV*は、たとえば予め記憶した値で設定される。この周波数FCV*の値は、図6のステップS460で決定される周波数FCVと同一であってもよいし、異なる値としてもよい。 On the other hand, the frequency F CV * is set by, for example, a value stored in advance. The value of this frequency F CV * may be the same as or different from the frequency F CV determined in step S460 of FIG.
上記のようにしてCVモードでの断続通電時の電流指令値ICV*および周波数FCV*を決定したら、ステップS670では、送電指示部212により、送電装置100への送電開始指示を行う。ここでは、ステップS660で決定した電流指令値ICV*および周波数FCV*を通信部220を用いて送電装置100に送信することで、送電装置100への送電開始指示を行う。この送電開始指示が送電装置100において通信部120により受信されると、送電装置100は指定された電流指令値ICV*および周波数FCV*に従って一次コイルL1に電流を流し、交流磁界を発生させる。これにより、送電装置100から受電装置200への無線給電が再開され、CVモード断続通電時間tCV_DISCにおいて通電時間tON*が開始される。
After determining the current command value I CV * and the frequency F CV * at the time of intermittent energization in the CV mode as described above, in step S670, the power
ステップS680では、受電装置200において、一次コイルL1から放出された交流磁界を受けて二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流iに応じて、電力変換部250および定電流化部260の駆動制御処理を行う。ここでは図4のステップS80や図5のステップS290、図6のステップS480と同様に、受電制御部210の駆動指示部213と、駆動制御部240の駆動信号生成部243およびゲート駆動回路244とにおいて、送電装置100から受電した交流電流に応じた電力変換部250および定電流化部260の駆動制御を行う。これにより、定電圧(CV)モードで電池300の充電を実施する。
In step S680, in the
ステップS690では、ステップS670で送電開始指示を行って無線給電が再開された時点を基準に、その時点から通電時間tON*を経過したか否かを判定する。なお、通電時間tON*は、CCモードにおける通電時間tONと同様に、電池情報の出力回数および出力周期に応じて予め設定されている。その結果、通電時間tON*をまだ経過していないと判定した場合は、ステップS680に戻って電池300の充電を続け、経過したと判定した場合はステップS610に戻る。
In step S690, it is determined whether or not the energization time t ON * has elapsed from that time, based on the time when the power transmission start instruction is given in step S670 and the wireless power supply is restarted. The energization time t ON * is set in advance according to the number of times the battery information is output and the output cycle, as in the case of the energization time t ON in the CC mode. As a result, if it is determined that the energization time t ON * has not yet elapsed, the process returns to step S680 to continue charging the
以上説明した本発明の第1の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the first embodiment of the present invention described above, the following effects are exhibited.
(1)受電装置200は、地上側に設置された送電装置100が有する一次コイルL1から放出される交流磁界を受けて無線給電される。受電装置200は、二次コイルL2と、二次コイルL2に接続されて所定の共振周波数を有する共振回路を二次コイルL2とともに構成する共振要素である共振コイルLxおよび共振コンデンサCxと、二次コイルL2が交流磁界を受けることで共振回路に流れる交流電流iを直流電流に変換し、この直流電流を用いて電池300を充電する電力変換部250と、送電装置100の動作を指示する送電指示部212と、電池300の状態に関する電池情報を取得し、取得した電池情報に基づいて電池300の状態を示す電池状態を推定する電池状態推定部211とを備える。送電指示部212は、一次コイルL1から交流磁界を間欠的に放出させる断続通電を送電装置100に指示し(ステップS220、S280、S610、S670)、電池状態推定部211は、送電装置100が断続通電を行っているときに取得した電池情報に基づいて電池状態の推定を行う(ステップS240、S340、S630)。このようにしたので、無線給電中に電池300の状態を正しく推定することができる。
(1) The
(2)受電装置200は、一次コイルL1に流れる電流の大きさを一定として電池300を充電する定電流(CC)モードを有する。定電流(CC)モードのときに送電指示部212は、電池状態推定部211が電池状態の推定を行うタイミングを電池300の充電開始前に決定し(ステップS40)、決定したタイミングに従って(ステップS70:Yes)断続通電を送電装置に指示する(ステップS90)。このようにしたので、CCモードにおいて電池状態の推定を適切なタイミングで行うことができる。
(2) The
(3)定電流(CC)モードのときに送電指示部212は、二次コイルL2を含む共振回路の共振周波数に応じた所定の送信周波数FCCで一次コイルL1に電流を流して交流磁界を放出するよう送電装置100に指示する(ステップS50)。また、断続通電中に交流磁界を遮断する前には、この送信周波数FCCを変更するよう送電装置100に指示する(ステップS210)。このようにしたので、送電装置100から受電装置200への無線給電の効率を低下させ、受電装置200において受電される電力を予め減少させておき、送電停止時に受電装置200において発生する逆起電力を抑えて受電装置200の破壊を防ぐことができる。
(3) In the constant current (CC) mode, the
(4)受電装置200は、電力変換部250を駆動制御する駆動制御部240をさらに備える。定電流(CC)モードのときに駆動制御部240は、二次コイルL2を含む共振回路の共振周波数に応じた所定の駆動周波数で電力変換部250を駆動させ、断続通電中に交流磁界を遮断する前には、この駆動周波数を変更する(ステップS210)。このようにしたので、送電装置100から受電装置200への無線給電の効率を低下させ、受電装置200において受電される電力を予め減少させておき、送電停止時に受電装置200において発生する逆起電力を抑えて受電装置200の破壊を防ぐことができる。
(4) The
(5)受電装置200は、一次コイルL1に流れる電流の大きさを電池状態に応じて変化させて電池300を充電する定電圧(CV)モードを有する。定電圧(CV)モードのときに送電指示部212は、電池300の充電中に電池状態推定部211が推定した電池状態に基づいて断続通電を開始するか否かを判断し、開始すると判断した場合に(ステップS440:Yes)断続通電を送電装置100に指示する(ステップS510)。このようにしたので、CVモードにおいて電池状態の推定を適切なタイミングで行うことができる。
(5) The
(6)定電圧(CV)モードのときに送電指示部212は、送電装置100が断続通電を行っているときに電池状態推定部211が推定した電池状態に基づいて断続通電を継続するか否かを判断し、継続すると判断した場合に(ステップS650:Yes)断続通電を送電装置100に指示する(ステップS670)。このようにしたので、CVモードにおける断続通電を電池状態に応じた適切な時点まで継続して行うことができる。
(6) Whether or not the power
(7)定電圧(CV)モードのときに送電指示部212は、二次コイルL2を含む共振回路の共振周波数とは異なる所定の送信周波数FCVで一次コイルL1に電流を流して交流磁界を放出するよう送電装置100に指示することも可能である(ステップS460、S470)。このようにすれば、CVモードにおいて過大な充電電流が電池300に流れるのを防止し、安全性の向上を図ることができる。
(7) In the constant voltage (CV) mode, the
(8)受電装置200は、電力変換部250から出力される直流電流を定電流化する定電流化部260をさらに備え、定電流化部260で定電流化された直流電流を用いて電池300を充電する。このようにしたので、電池300を効率的に充電することができる。
(8) The
−第2の実施形態−
図8は、本発明の第2の実施形態に係る無線給電システム1Aの構成を示す図である。図8に示す無線給電システム1Aは、電気自動車等の車両への無線給電において利用されるものであり、車両付近の地上側に設置された送電装置100と、車両側にそれぞれ搭載された受電装置200A、電池300、負荷400および電池監視装置500とを有する。なお、送電装置100、電池300、負荷400および電池監視装置500については、第1の実施形態で説明した無線給電システム1のものと同様であるため、以下では受電装置200Aについて説明する。
-Second embodiment-
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a wireless power supply system 1A according to a second embodiment of the present invention. The wireless power supply system 1A shown in FIG. 8 is used for wireless power supply to a vehicle such as an electric vehicle, and is a
受電装置200Aは、駆動制御部240の代わりに駆動制御部240Aを備え、さらに交流電流検出部230を備える点以外は、第1の実施形態で説明した無線給電システム1における受電装置200と同様である。
The
交流電流検出部230は、一次コイルL1から放出された交流磁界を二次コイルL2が受けることで二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流を検出する。そして、検出した交流電流に応じて周波数と振幅がそれぞれ変化する交流電圧を発生させ、駆動制御部240Aに出力する。駆動制御部240Aは、交流電流検出部230から入力された交流電圧に基づいて、共振回路に流れる交流電流の周波数や大きさを取得することができる。駆動制御部240Aは、交流電流検出部230が検出した共振回路に流れる交流電流に基づいて、各スイッチング素子のスイッチング動作のタイミングを変化させる。
The alternating
図9は、本発明の第2の実施形態に係る受電装置200Aの構成例を示す図である。図9に示すように、交流電流検出部230は、たとえばトランスTrを用いて構成される。また、駆動制御部240Aは、第1の実施形態で説明した駆動信号生成部243およびゲート駆動回路244に加えて、さらに電圧取得部241を有する。
FIG. 9 is a diagram showing a configuration example of the
一次コイルL1から放出された交流磁界による磁束が二次コイルL2と鎖交すると、二次コイルL2に起電力が生じ、二次コイルL2を含む共振回路に交流電流iが流れる。この交流電流iがトランスTrの一次側コイルに流れると、トランスTrの二次側コイルの両端に、交流電流iに応じて周波数と振幅がそれぞれ変化する交流電圧Vgが発生する。これにより、交流電流検出部230は交流電流iの検出を行うことができる。なお、共振回路に流れる交流電流iを検出できるものであれば、トランスTr以外のものを用いて交流電流検出部230を構成してもよい。
When the magnetic flux generated by the AC magnetic field emitted from the primary coil L1 is linked with the secondary coil L2, an electromotive force is generated in the secondary coil L2, and an AC current i flows in the resonance circuit including the secondary coil L2. When this AC current i flows through the primary coil of the transformer Tr, an AC voltage Vg whose frequency and amplitude change according to the AC current i is generated at both ends of the secondary coil of the transformer Tr. As a result, the AC
電圧取得部241は、交流電流検出部230(トランスTr)から出力される交流電圧Vgを取得し、駆動信号生成部243に出力する。駆動信号生成部243は、電圧取得部241から入力された交流電圧Vgに基づいて、受電制御部210の駆動指示部213からから入力された基本駆動信号Srの位相を調整し、充電駆動信号Scを生成する。そして、生成した充電駆動信号Scをゲート駆動回路244に出力する。これにより、電力変換部250において、二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流iの位相が調整される。
The
以上説明した本発明の第2の実施形態によれば、第1の実施形態で説明した(1)〜(8)の作用効果に加えて、さらに下記(9)、(10)の作用効果を奏する。 According to the second embodiment of the present invention described above, in addition to the effects of (1) to (8) described in the first embodiment, the effects of (9) and (10) below are further added. Play.
(9)受電装置200Aは、二次コイルL2を含む共振回路に流れる交流電流iを検出する交流電流検出部230をさらに備える。電力変換部250は、交流電流検出部230による交流電流iの検出結果に基づいて、交流電流iの位相を調整する。このようにしたので、交流電流iの状態に応じてその位相を適切に調整することができる。
(9) The
(10)交流電流検出部230は、交流電流iに応じて周波数と振幅がそれぞれ変化する交流電圧Vgを発生させて交流電流iを検出する。このようにしたので、交流電流iを容易に検出することができる。
(10) The AC
なお、以上説明した各実施形態において、駆動制御部240、240Aがそれぞれ有する各構成要素や、受電制御部210が有する各構成要素は、マイクロコンピュータ等で実行されるソフトウェアにより実現してもよいし、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等のハードウェアにより実現してもよい。また、これらを混在して使用してもよい。
In each of the above-described embodiments, the components of the
上記各実施形態では、電気自動車等の車両への無線給電において利用される無線給電システム1、1Aをそれぞれ説明したが、車両への無線給電用に限らず、他の用途の無線給電システムに本発明を適用してもよい。
In each of the above embodiments, the wireless
以上説明した各実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 The embodiments and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the features of the invention are not impaired. Moreover, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.
1,1A 無線給電システム
100 送電装置
110 送電制御部
120 通信部
130 交流電源
140 電力変換部
200,200A 受電装置
210 受電制御部
211 電池状態推定部
212 送電指示部
213 駆動指示部
220 通信部
230 交流電流検出部
240,240A 駆動制御部
241 電圧取得部
243 駆動信号生成部
244 ゲート駆動回路
250 電力変換部
260 定電流化部
270 電圧計
300 電池
400 負荷
500 電池監視装置
L1 一次コイル
L2 二次コイル
Lx 共振コイル
Cx 共振コンデンサ
Tr トランス
Q1,Q2,Q3,Q4,X1,X2 MOSトランジスタ
1,1A wireless
Claims (10)
二次コイルと、
前記二次コイルに接続されて所定の共振周波数を有する共振回路を前記二次コイルとともに構成する共振要素と、
前記二次コイルが前記交流磁界を受けることで前記共振回路に流れる交流電流を直流電流に変換し、前記直流電流を用いて電池を充電する電力変換部と、
前記送電装置の動作を指示する送電指示部と、
前記電池の状態に関する電池情報を取得し、取得した前記電池情報に基づいて前記電池の状態を示す電池状態を推定する電池状態推定部と、を備え、
前記送電指示部は、前記一次コイルから前記交流磁界を間欠的に放出させる断続通電を前記送電装置に指示し、
前記電池状態推定部は、前記送電装置が前記断続通電を行っているときに取得した前記電池情報に基づいて前記電池状態の推定を行う受電装置。 A power receiving device that receives an alternating magnetic field emitted from the primary coil of a power transmitting device installed on the ground side and is wirelessly fed.
With the secondary coil
A resonance element connected to the secondary coil and forming a resonance circuit having a predetermined resonance frequency together with the secondary coil.
A power conversion unit that converts the alternating current flowing in the resonance circuit into a direct current when the secondary coil receives the alternating current and charges the battery using the direct current.
A power transmission instruction unit that instructs the operation of the power transmission device, and
It is provided with a battery state estimation unit that acquires battery information regarding the state of the battery and estimates the battery state indicating the state of the battery based on the acquired battery information.
The power transmission instruction unit instructs the power transmission device to intermittently energize the alternating magnetic field to intermittently emit the AC magnetic field from the primary coil.
The battery state estimation unit is a power receiving device that estimates the battery state based on the battery information acquired when the power transmission device is performing the intermittent energization.
前記一次コイルに流れる電流の大きさを一定として前記電池を充電する定電流モードを有し、
前記定電流モードのときに前記送電指示部は、前記電池状態推定部が前記電池状態の推定を行うタイミングを前記電池の充電開始前に決定し、決定した前記タイミングに従って前記断続通電を前記送電装置に指示する受電装置。 In the power receiving device according to claim 1,
It has a constant current mode for charging the battery with the magnitude of the current flowing through the primary coil constant.
In the constant current mode, the power transmission instruction unit determines the timing at which the battery state estimation unit estimates the battery state before the start of charging of the battery, and the intermittent energization is performed by the power transmission device according to the determined timing. Power receiving device to instruct.
前記定電流モードのときに前記送電指示部は、前記共振周波数に応じた所定の送信周波数で前記一次コイルに電流を流して前記交流磁界を放出するよう前記送電装置に指示し、
前記断続通電中に前記交流磁界を遮断する前には、前記送信周波数を変更するよう前記送電装置に指示する受電装置。 In the power receiving device according to claim 2,
In the constant current mode, the power transmission instruction unit instructs the power transmission device to pass a current through the primary coil at a predetermined transmission frequency corresponding to the resonance frequency to emit the alternating magnetic field.
A power receiving device that instructs the power transmission device to change the transmission frequency before shutting off the alternating magnetic field during the intermittent energization.
前記電力変換部を駆動制御する駆動制御部をさらに備え、
前記定電流モードのときに前記駆動制御部は、前記共振周波数に応じた所定の駆動周波数で前記電力変換部を駆動させ、
前記断続通電中に前記交流磁界を遮断する前には、前記駆動周波数を変更する受電装置。 In the power receiving device according to claim 2,
A drive control unit that drives and controls the power conversion unit is further provided.
In the constant current mode, the drive control unit drives the power conversion unit at a predetermined drive frequency corresponding to the resonance frequency.
A power receiving device that changes the drive frequency before shutting off the alternating magnetic field during the intermittent energization.
前記一次コイルに流れる電流の大きさを前記電池状態に応じて変化させて前記電池を充電する定電圧モードを有し、
前記定電圧モードのときに前記送電指示部は、前記電池の充電中に前記電池状態推定部が推定した前記電池状態に基づいて前記断続通電を開始するか否かを判断し、開始すると判断した場合に前記断続通電を前記送電装置に指示する受電装置。 In the power receiving device according to claim 1,
It has a constant voltage mode for charging the battery by changing the magnitude of the current flowing through the primary coil according to the battery state.
In the constant voltage mode, the power transmission instruction unit determines whether or not to start the intermittent energization based on the battery state estimated by the battery state estimation unit while charging the battery, and determines that the start is started. A power receiving device that instructs the power transmission device to perform the intermittent energization in the case of a case.
前記定電圧モードのときに前記送電指示部は、前記送電装置が前記断続通電を行っているときに前記電池状態推定部が推定した前記電池状態に基づいて前記断続通電を継続するか否かを判断し、継続すると判断した場合に前記断続通電を前記送電装置に指示する受電装置。 In the power receiving device according to claim 5,
In the constant voltage mode, the power transmission instruction unit determines whether or not to continue the intermittent energization based on the battery state estimated by the battery state estimation unit when the power transmission device is performing the intermittent energization. A power receiving device that instructs the power transmission device to perform the intermittent energization when it is determined and it is determined to continue.
前記定電圧モードのときに前記送電指示部は、前記共振周波数とは異なる所定の送信周波数で前記一次コイルに電流を流して前記交流磁界を放出するよう前記送電装置に指示する受電装置。 In the power receiving device according to claim 5,
In the constant voltage mode, the power transmission instruction unit instructs the power transmission device to emit an alternating magnetic field by passing a current through the primary coil at a predetermined transmission frequency different from the resonance frequency.
前記電力変換部から出力される前記直流電流を定電流化する定電流化部をさらに備え、
前記定電流化部で定電流化された前記直流電流を用いて前記電池を充電する受電装置。 In the power receiving device according to any one of claims 1 to 7.
A constant current conversion unit for converting the direct current output from the power conversion unit to a constant current is further provided.
A power receiving device that charges the battery using the direct current converted to a constant current by the constant current conversion unit.
前記共振回路に流れる前記交流電流を検出する交流電流検出部をさらに備え、
前記電力変換部は、前記交流電流検出部による前記交流電流の検出結果に基づいて、前記交流電流の位相を調整する受電装置。 In the power receiving device according to any one of claims 1 to 7.
Further provided with an alternating current detecting unit for detecting the alternating current flowing in the resonant circuit,
The power conversion unit is a power receiving device that adjusts the phase of the AC current based on the detection result of the AC current by the AC current detection unit.
前記交流電流検出部は、前記交流電流に応じて周波数と振幅がそれぞれ変化する交流電圧を発生させて前記交流電流を検出する受電装置。 In the power receiving device according to claim 9,
The AC current detection unit is a power receiving device that detects the AC current by generating an AC voltage whose frequency and amplitude change according to the AC current.
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