JP6201388B2 - Contactless power supply system - Google Patents

Contactless power supply system Download PDF

Info

Publication number
JP6201388B2
JP6201388B2 JP2013084546A JP2013084546A JP6201388B2 JP 6201388 B2 JP6201388 B2 JP 6201388B2 JP 2013084546 A JP2013084546 A JP 2013084546A JP 2013084546 A JP2013084546 A JP 2013084546A JP 6201388 B2 JP6201388 B2 JP 6201388B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
coil
frequency
control unit
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013084546A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014207795A (en
Inventor
吉本 貫太郎
貫太郎 吉本
智史 岡本
智史 岡本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2013084546A priority Critical patent/JP6201388B2/en
Publication of JP2014207795A publication Critical patent/JP2014207795A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6201388B2 publication Critical patent/JP6201388B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Description

本発明は、非接触給電システムに関する。   The present invention relates to a non-contact power feeding system.

従来より、給電システムとして、一対のコイルの磁気的結合によって非接触で電力の供給を行う非接触給電システムが知られている。この非接触給電システムは、例えば電気自動車といった電動車両への適用が進められており、給電スタンドなどの駐車スペースには交流電源に接続する一方のコイルが設置され、電動車両にはバッテリに接続する他方のコイルが設置されている。そして、駐車スペース側のコイルを一次コイル、電動車両側のコイルを二次コイルとして利用することにより、一対のコイルの磁気的結合により、駐車スペース側の交流電源から車両側のバッテリへと電力を供給することができる。ここで、一次コイル側には、駆動周波数に応じた交流電流を一次コイルに出力するインバータなどが設けられている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a power feeding system, a contactless power feeding system that supplies power in a contactless manner by magnetic coupling of a pair of coils is known. This non-contact power supply system is being applied to an electric vehicle such as an electric vehicle, for example. One coil connected to an AC power source is installed in a parking space such as a power supply stand, and the electric vehicle is connected to a battery. The other coil is installed. Then, by using the coil on the parking space side as the primary coil and the coil on the electric vehicle side as the secondary coil, the electric power is supplied from the parking space side AC power source to the vehicle side battery by the magnetic coupling of the pair of coils. Can be supplied. Here, on the primary coil side, an inverter that outputs an alternating current corresponding to the drive frequency to the primary coil is provided.

例えば、二次コイルが電動車両に搭載される場合、バッテリに充電を行うために駐車スペースに停車するたびに、コイル同士の位置関係が変化し得るので、最適な電力供給となるインバータの駆動周波数がこれに伴い変化することとなる。そこで、例えば特許文献1には、電力供給時における最適な駆動周波数を迅速に選定することができ、電力供給に要する時間を短縮することが可能な非接触給電システムが開示されている。   For example, when the secondary coil is mounted on an electric vehicle, the positional relationship between the coils can change every time the vehicle is parked in order to charge the battery. Will change with this. Thus, for example, Patent Document 1 discloses a non-contact power feeding system that can quickly select an optimal driving frequency at the time of power supply and can reduce the time required for power supply.

具体的には、非接触給電システムは、所定の周波数の交流電力を出力するインバータと、インバータからの交流電力が入力される送電コイルと、インバータによって出力される交流電力の周波数(駆動周波数)を制御すると共にインバータのインバータ効率を演算する送電制御部と、を有している。ここで、送電制御部は、上限周波数から駆動周波数を下げつつ、インバータ効率を演算し、最高となるインバータ効率を与える駆動周波数を選定して電力供給を行うこととしている。   Specifically, the non-contact power feeding system includes an inverter that outputs AC power of a predetermined frequency, a power transmission coil that receives AC power from the inverter, and a frequency (drive frequency) of AC power that is output by the inverter. A power transmission control unit that controls and calculates the inverter efficiency of the inverter. Here, the power transmission control unit calculates the inverter efficiency while lowering the drive frequency from the upper limit frequency, and selects the drive frequency that gives the highest inverter efficiency to supply power.

特開2013−17254号公報JP 2013-17254 A

ところで、このようなシステムでは、コイルを経由してバッテリへ出力される電力の条件はバッテリの状態にも依存することとなる。すなわち、駆動周波数に対する出力電力特性は、コイルの結合度合いによっても異なる傾向を示すが、バッテリ等の蓄電手段を負荷とするシステムでは、蓄電手段の状態によっても異なる傾向を示すこととなる。そのため、その出力電力特性によっては、周波数の高い領域では出力電力がゼロとなり、ある程度小さい周波数に到達して初めて出力電力が起ち上がるということがある。   By the way, in such a system, the condition of the electric power output to the battery via the coil also depends on the state of the battery. That is, the output power characteristic with respect to the drive frequency tends to vary depending on the degree of coupling of the coils, but in a system using a power storage unit such as a battery as a load, the output power characteristic also varies depending on the state of the power storage unit. Therefore, depending on the output power characteristics, the output power may be zero in a high frequency region, and the output power may rise only after reaching a certain small frequency.

この点、特許文献1に開示された手法によれば、上限周波数を固定的な値として設定している。したがって、電力供給の開始にともない上限周波数を起点として最適な駆動周波数の探索を開始することとなるが、その出力電力特性によっては、最適な駆動周波数を選択するまでの期間が長期に及ぶばかりか、出力電力がゼロとなる領域の周波数を長期にわたって探索するという事態が生じ得る。このため、電力供給の開始時に出力がゼロとなる期間が長期に及び、電力供給における初期的な応答性が低下するという不都合がある。   In this regard, according to the technique disclosed in Patent Document 1, the upper limit frequency is set as a fixed value. Therefore, the search for the optimal drive frequency starts with the upper limit frequency as the start of power supply, but depending on the output power characteristics, the period until the optimal drive frequency is selected may not only be long. A situation may occur in which a frequency in a region where the output power is zero is searched for over a long period of time. For this reason, there is an inconvenience that the period in which the output becomes zero at the start of power supply is long, and the initial responsiveness in power supply is reduced.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供することにある。   This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to provide the non-contact electric power feeding system which is excellent in the initial responsiveness at the time of starting electric power supply.

かかる課題を解決するために、本発明は、駆動周波数に応じた交流電流を第1電力変換部から送電コイルに出力し、当該送電コイルから送電された電力を磁気的結合により受電コイルにて受電し、受電コイルからの交流電流を第2電力変換部が直流電流に変換して出力し、当該電力を蓄電手段に蓄える非接触給電システムを提供する。この非接触給電システムにおいて、制御部は、蓄電手段への出力電圧及び出力電流と、蓄電手段への充電電力指令とに基づいて、第1電力変換部の駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う。また、制御部は、電力供給を開始する場合、蓄電手段の状態と、コイル結合係数とに基づいて初期周波数を設定し、当該初期周波数を駆動周波数の初期値に用いてフィードバック制御を開始する。   In order to solve such a problem, the present invention outputs an alternating current corresponding to the drive frequency from the first power converter to the power transmission coil, and the power transmitted from the power transmission coil is received by the power reception coil by magnetic coupling. The second power converter converts the alternating current from the power receiving coil into a direct current, outputs the direct current, and stores the electric power in the power storage means. In this non-contact power supply system, the control unit supplies power by feedback controlling the drive frequency of the first power conversion unit based on the output voltage and output current to the power storage unit and the charge power command to the power storage unit. I do. Further, when starting the power supply, the control unit sets an initial frequency based on the state of the power storage means and the coil coupling coefficient, and starts feedback control using the initial frequency as an initial value of the drive frequency.

本発明によれば、蓄電手段の状態と、コイル結合係数とに基づいて、初期周波数を適切に決定している。これにより、フィードバック制御の開始後、出力電力がゼロとなる駆動周波数を長期にわたって使用し続けるといった事態を抑制することができる。これにより、電力供給における初期的な応答性の低下を抑制することができる。   According to the present invention, the initial frequency is appropriately determined based on the state of the power storage means and the coil coupling coefficient. As a result, it is possible to suppress a situation in which the drive frequency at which the output power becomes zero is continuously used for a long time after the feedback control is started. Thereby, the fall of the initial responsiveness in electric power supply can be suppressed.

第1の実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the structure of the non-contact electric power feeding system which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る非接触給電システムの回路構成及び制御系の構成を模式的に示す説明図Explanatory drawing which shows typically the circuit structure of the non-contact electric power feeding system which concerns on 1st Embodiment, and the structure of a control system. 第1の実施形態に係るインバータ制御部を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the inverter control part which concerns on 1st Embodiment 出力電力の周波数特性を示す説明図Explanatory diagram showing frequency characteristics of output power 第2の実施形態に係るインバータ制御部を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the inverter control part which concerns on 2nd Embodiment 第3の実施形態に係るインバータ制御部を模式的に示すブロック図The block diagram which shows typically the inverter control part which concerns on 3rd Embodiment.

(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る非接触給電システムの構成を模式的に示すブロック図であり、図2は、非接触給電システムの回路構成及び制御系の構成を模式的に示す説明図である。非接触給電システムは、地上側ユニットである給電装置100と、車両側ユニットを含む電動車両(以下単に「車両」という)200とを備え、給電装置100から非接触で電力を供給し、車両200に設けられるバッテリ28を充電する給電システムである。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a non-contact power feeding system according to the present embodiment, and FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a circuit configuration of the non-contact power feeding system and a configuration of a control system. . The non-contact power supply system includes a power supply device 100 that is a ground-side unit and an electric vehicle (hereinafter simply referred to as “vehicle”) 200 including a vehicle-side unit, and supplies power from the power supply device 100 in a non-contact manner. It is the electric power feeding system which charges the battery 28 provided in.

給電装置100は、車両200の駐車スペースを備える充電スタンドなどに設置されており、車両200に対して電力を供給する。この給電装置100は、電力制御部11と、送電コイル12と、無線通信部14と、制御部15とを主体に構成されている。   The power supply apparatus 100 is installed in a charging stand or the like provided with a parking space for the vehicle 200 and supplies power to the vehicle 200. The power supply apparatus 100 is mainly configured by a power control unit 11, a power transmission coil 12, a wireless communication unit 14, and a control unit 15.

電力制御部11は、交流電源300から送電される交流電力を、高周波の交流電力に変換し、送電コイル12に送電するための機能を備えている。この電力制御部11は、整流部111と、PFC(Power Factor Correction)回路112と、インバータ113とを
備えている。
The power control unit 11 has a function for converting AC power transmitted from the AC power source 300 into high-frequency AC power and transmitting the power to the power transmission coil 12. The power control unit 11 includes a rectification unit 111, a PFC (Power Factor Correction) circuit 112, and an inverter 113.

整流部111は、交流電源300と電気的に接続され、交流電源からの出力交流電流を整流する。すなわち、整流部111は、交流電源300からの交流電流を直流電流に変換して出力する。   The rectifying unit 111 is electrically connected to the AC power source 300 and rectifies the output AC current from the AC power source. That is, the rectifying unit 111 converts an alternating current from the alternating current power supply 300 into a direct current and outputs the direct current.

PFC回路112は、整流部111とインバータ113との間に接続されている。PFC回路112は、例えば昇圧チョッパ回路などを含み、整流部111からの出力電流の波形を整形することで力率を改善するための回路である。PFC回路112の出力は平滑コンデンサで平滑される。   The PFC circuit 112 is connected between the rectifier 111 and the inverter 113. The PFC circuit 112 includes a boost chopper circuit, for example, and is a circuit for improving the power factor by shaping the waveform of the output current from the rectifying unit 111. The output of the PFC circuit 112 is smoothed by a smoothing capacitor.

インバータ113は、平滑コンデンサやIGBT等のスイッチング素子等を含む電力変換部である。インバータ113には整流部111からの直流電流が入力されており、駆動周波数に応じた交流電流を送電コイル12に出力する。例えば、インバータ113は、PWM制御により制御部15から出力される駆動信号に基づいて直流電圧からPWMパルスを生成し、これにより、等価的な正弦波交流電圧を送電コイル12に印加する。   The inverter 113 is a power converter including a smoothing capacitor, a switching element such as an IGBT, and the like. A direct current from the rectifying unit 111 is input to the inverter 113, and an alternating current corresponding to the drive frequency is output to the power transmission coil 12. For example, the inverter 113 generates a PWM pulse from a DC voltage based on a drive signal output from the control unit 15 by PWM control, and thereby applies an equivalent sine wave AC voltage to the power transmission coil 12.

送電コイル12は、車両200側の受電コイル22に対して非接触で電力を供給するためのコイルである。送電コイル12は、コイルと、共振用のコンデンサとを直列に接続して構成されているが、コイルと共振コンデンサの接続は、並列や直並列などでもよい。この送電コイル12は、車両200を駐車する駐車スペースといった目的箇所に設けられており、車両200が駐車スペースの規定位置に駐車した場合、車両200側の受電コイル22の下方に対峙する。   The power transmission coil 12 is a coil for supplying power in a non-contact manner to the power reception coil 22 on the vehicle 200 side. The power transmission coil 12 is configured by connecting a coil and a resonance capacitor in series, but the connection between the coil and the resonance capacitor may be parallel or series-parallel. The power transmission coil 12 is provided at a target location such as a parking space where the vehicle 200 is parked, and faces the lower side of the power receiving coil 22 on the vehicle 200 side when the vehicle 200 is parked at a specified position in the parking space.

無線通信部14は、車両200側に設けられた無線通信部24と双方向に通信を行う。無線通信部14と無線通信部24との間の通信周波数には、インテリジェンスキーなどの車両周辺機器で使用される周波数より高い周波数が設定されているため、無線通信部14と無線通信部24との間で通信を行っても、車両周辺機器は、当該通信による干渉を受けにくい。無線通信部14及び無線通信部24との間の通信には、例えば各種の無線LAN方式が用いられ、遠距離に適した通信方式が用いられている。   The wireless communication unit 14 performs bidirectional communication with the wireless communication unit 24 provided on the vehicle 200 side. Since the communication frequency between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24 is set to a frequency higher than the frequency used in the vehicle peripheral device such as intelligence ski, the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24 Even if it communicates between, vehicle peripheral devices are hard to receive the interference by the said communication. For communication between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24, for example, various wireless LAN methods are used, and communication methods suitable for long distances are used.

制御部15は、給電装置100を制御する機能を担っている。この制御部15としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。例えば、制御部15は、電力制御部11、送電コイル12及び無線通信部14を制御する。制御部15は、無線通信部14と無線通信部24との間の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を車両200側に送信したり、電力を受給したい旨の制御信号を車両200側から受信したりする。制御部15は、インバータ113のスイッチング制御などを行い、送電コイル12から出力される電力を制御する。   The control unit 15 has a function of controlling the power supply apparatus 100. As the control unit 15, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used. For example, the control unit 15 controls the power control unit 11, the power transmission coil 12, and the wireless communication unit 14. The control unit 15 transmits a control signal for starting power supply to the vehicle 200 side by communication between the wireless communication unit 14 and the wireless communication unit 24, or transmits a control signal for receiving power to the vehicle 200. Or from the side. The control unit 15 performs switching control of the inverter 113 and controls power output from the power transmission coil 12.

車両200は、受電コイル22と、無線通信部24と、充電制御部25と、整流部26と、リレー部27と、バッテリ28と、インバータ29と、モータ30と、通知部32とを備えている。   The vehicle 200 includes a power receiving coil 22, a wireless communication unit 24, a charging control unit 25, a rectifying unit 26, a relay unit 27, a battery 28, an inverter 29, a motor 30, and a notification unit 32. Yes.

受電コイル22は、給電装置100側の送電コイル12から非接触で電力を受けるためのコイルである。受電コイル22は、コイルと、共振用のコンデンサとを直列に接続して構成されているが、コイルと共振コンデンサの接続は、並列や直並列などでもよい。この受電コイル22は、例えば、車両200の底面(シャシ)等で後方の車輪の間といった目的箇所に設けられており、車両200が駐車スペースの規定位置に駐車されると、給電装置100側の送電コイル12の上方に対峙する。   The power receiving coil 22 is a coil for receiving power in a non-contact manner from the power transmitting coil 12 on the power supply apparatus 100 side. The power receiving coil 22 is configured by connecting a coil and a resonance capacitor in series, but the connection between the coil and the resonance capacitor may be parallel or series-parallel. The power receiving coil 22 is provided at a target location, for example, between the rear wheels on the bottom surface (chassis) or the like of the vehicle 200, and when the vehicle 200 is parked at a specified position in the parking space, It faces the upper side of the power transmission coil 12.

無線通信部24は、給電装置100側に設けられた無線通信部14と、双方向に通信を行う。   The wireless communication unit 24 performs bidirectional communication with the wireless communication unit 14 provided on the power supply apparatus 100 side.

整流部26は、受電コイル22に接続され、受電コイル22からの交流電流を直流電流に変換して出力する電力変換部である。例えば、整流部26は、受電コイル22からの出力を、整流回路による整流処理及びフィルタ回路によるフィルタ処理を通じて、直流電流
への変換を行う。
The rectifier 26 is a power converter that is connected to the power receiving coil 22 and converts an alternating current from the power receiving coil 22 into a direct current and outputs the direct current. For example, the rectifier 26 converts the output from the power receiving coil 22 into a direct current through a rectification process by a rectifier circuit and a filter process by a filter circuit.

リレー部27は、充電制御部25の制御によりオン及びオフが切り変わるリレースイッチを備えている。リレー部27は、当該リレースイッチをオフにすることで、バッテリ28を含む回路と、受電コイル22及び整流部26を含む回路とを切り離すことできる。   The relay unit 27 includes a relay switch that is turned on and off under the control of the charging control unit 25. The relay unit 27 can disconnect the circuit including the battery 28 and the circuit including the power receiving coil 22 and the rectifying unit 26 by turning off the relay switch.

バッテリ28は、車両200の電力源であり、例えば複数の二次電池を電気的に接続して構成されて、整流部26からの出力電力を蓄電する蓄電手段である。   The battery 28 is a power source of the vehicle 200, and is a power storage unit that is configured by electrically connecting a plurality of secondary batteries, for example, and stores output power from the rectifying unit 26.

インバータ29は、IGBT等のスイッチング素子、PWM制御回路等を含む電力変換装置であり、制御信号に基づいて、バッテリ28から出力される直流電流を交流電流に変換し、当該交流電流をモータ30に供給する。モータ30は、例えば三相の交流電動機により構成され、車両200を駆動させるための駆動源である。   The inverter 29 is a power conversion device including a switching element such as an IGBT, a PWM control circuit, and the like, converts a direct current output from the battery 28 into an alternating current based on the control signal, and converts the alternating current to the motor 30. Supply. The motor 30 is composed of, for example, a three-phase AC motor, and is a drive source for driving the vehicle 200.

通知部32は、警告ランプ、ナビゲーションシステムのディスプレイ又はスピーカ等により構成され、車室内のインストルメントパネル等に配置されている。この通知部32は、充電制御部25による制御に基づいて、ユーザに対して光、画像又は音等を出力する。   The notification unit 32 includes a warning lamp, a display of a navigation system, a speaker, and the like, and is arranged on an instrument panel or the like in the vehicle interior. The notification unit 32 outputs light, an image, sound, or the like to the user based on the control by the charging control unit 25.

充電制御部25は、バッテリ28の充電を制御する機能を担っている。この充電制御部25としては、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。例えば、充電制御部25は、無線通信部24及び無線通信部14の通信により、電力供給を開始する旨の制御信号を給電装置100側から受信したり、電力を受給したい旨の制御信号を給電装置100側に送信したりする。   The charging control unit 25 has a function of controlling charging of the battery 28. As the charging control unit 25, a microcomputer mainly composed of a CPU, a ROM, a RAM, and an I / O interface can be used. For example, the charging control unit 25 receives a control signal for starting power supply from the power supply apparatus 100 side or supplies a control signal for receiving power through communication between the wireless communication unit 24 and the wireless communication unit 14. Or transmitted to the device 100 side.

また、図示を省略しているが、充電制御部25は、車両200全体を制御するコントローラとCAN通信網で接続されている。当該コントローラは、インバータ29のスイッチング制御や、バッテリ28の充電状態(SOC)を管理している。充電制御部25は、コントローラから、バッテリ28を充電するための電力指令である、充電電力指令を取得することができる。   Although not shown, the charging control unit 25 is connected to a controller that controls the entire vehicle 200 via a CAN communication network. The controller manages the switching control of the inverter 29 and the state of charge (SOC) of the battery 28. The charging control unit 25 can acquire a charging power command that is a power command for charging the battery 28 from the controller.

本実施形態に係る非接触給電システムでは、送電コイル12と受電コイル22との間で、電磁誘導作用により非接触状態で電力の送電を行う。すなわち、一次コイルである送電コイル12に電圧が加わると、送電コイル12と二次コイルである受電コイル22との間に磁気的な結合が生じ、送電コイル12から受電コイル22へ電力が供給される。   In the non-contact power feeding system according to the present embodiment, power is transmitted between the power transmission coil 12 and the power receiving coil 22 in a non-contact state by electromagnetic induction. That is, when a voltage is applied to the power transmission coil 12 that is the primary coil, magnetic coupling occurs between the power transmission coil 12 and the power reception coil 22 that is the secondary coil, and power is supplied from the power transmission coil 12 to the power reception coil 22. The

以下、非接触給電システムによる具体的な給電制御の手法について説明する。図2に示すように、地上側ユニットである給電装置100の制御部15は、車両200側の充電制御部25から出力される情報等に基づいて、電力制御部11を制御する。   Hereinafter, a specific power feeding control method by the non-contact power feeding system will be described. As illustrated in FIG. 2, the control unit 15 of the power supply apparatus 100 that is a ground-side unit controls the power control unit 11 based on information output from the charging control unit 25 on the vehicle 200 side.

具体的には、充電制御部25は、整流部26からバッテリ28へ出力される出力電圧及び出力電流を電圧センサ261及び電流センサ262を通じて検出する。また、充電制御部25は、バッテリ28の充電状態に応じて車両200のコントローラ(図示せず)から出力される充電電力指令を取得する。そして、充電制御部25は、充電電力指令、バッテリ28への出力電圧及び出力電流を無線通信用のデータに変換する。変換されたデータは、車両200側の無線通信部24により送信されると、給電装置100側の無線通信部14により受信され、給電装置100側の制御部15に出力される。   Specifically, the charging control unit 25 detects the output voltage and output current output from the rectifying unit 26 to the battery 28 through the voltage sensor 261 and the current sensor 262. Further, the charging control unit 25 acquires a charging power command output from a controller (not shown) of the vehicle 200 according to the charging state of the battery 28. Then, the charging control unit 25 converts the charging power command, the output voltage to the battery 28 and the output current into data for wireless communication. When the converted data is transmitted by the wireless communication unit 24 on the vehicle 200 side, the converted data is received by the wireless communication unit 14 on the power supply device 100 side and output to the control unit 15 on the power supply device 100 side.

給電装置100側の制御部15は、これを機能的に捉えた場合、PFC制御部151と、インバータ制御部152とを有している。   The control unit 15 on the power supply apparatus 100 side includes a PFC control unit 151 and an inverter control unit 152 when this is viewed functionally.

PFC制御部151には、電圧センサ114で検出されるPFC回路112の入力電圧と、電流センサ115で検出されるPFC回路112の入力電流と、電圧センサ116で検出されるインバータ113の入力電圧が入力されている。PFC制御部151は、これらの情報に基づいて、PFC回路112の入力電流とインバータ113の入力電圧とを昇圧チョッパ回路を操作することで制御する。   The PFC controller 151 receives the input voltage of the PFC circuit 112 detected by the voltage sensor 114, the input current of the PFC circuit 112 detected by the current sensor 115, and the input voltage of the inverter 113 detected by the voltage sensor 116. Have been entered. Based on such information, the PFC control unit 151 controls the input current of the PFC circuit 112 and the input voltage of the inverter 113 by operating the boost chopper circuit.

例えば、PFC制御部151は、インバータ113の入力電圧の目標値と実際の入力電圧とから、PFC回路112の入力電流の入力電流振幅目標値を求める。PFC制御部151は、この入力電流振幅目標値と、検出したPFC回路112の入力電圧とを用いて、PFC回路112の入力電流の目標値波形を演算する。そして、PFC制御部151は、この目標値波形とPFC回路112の入力電流とを比較し、PFC回路112の入力電流を目標値波形に等しくなるように、昇圧チョッパのデューティを操作する。   For example, the PFC control unit 151 obtains the input current amplitude target value of the input current of the PFC circuit 112 from the target value of the input voltage of the inverter 113 and the actual input voltage. The PFC control unit 151 calculates a target value waveform of the input current of the PFC circuit 112 using the input current amplitude target value and the detected input voltage of the PFC circuit 112. Then, the PFC control unit 151 compares this target value waveform with the input current of the PFC circuit 112, and operates the duty of the boost chopper so that the input current of the PFC circuit 112 becomes equal to the target value waveform.

インバータ制御部152には、電圧センサ116で検出されるインバータ113の入力電圧と、車両200側から取得した充電電力指令及びバッテリ28への出力電圧・出力電流が入力されている。インバータ制御部152は、これらの情報に基づいて、インバータ113をフィードバック制御すること電力の供給を行う。インバータ制御部152は、インバータ113の駆動周波数をフィードバック演算により求めると、この駆動周波数とそのデューティ指令値とに基づいてインバータ113に対する駆動信号を生成する。ここで、デューティは、インバータ113の出力電圧波形における正の電圧出力時間を、正負1周期のPWM周期に対する比率として定義される。   The inverter controller 152 receives the input voltage of the inverter 113 detected by the voltage sensor 116, the charging power command acquired from the vehicle 200 side, and the output voltage / output current to the battery 28. Based on these pieces of information, the inverter control unit 152 performs feedback control of the inverter 113 to supply power. When the inverter control unit 152 obtains the drive frequency of the inverter 113 by feedback calculation, the inverter control unit 152 generates a drive signal for the inverter 113 based on this drive frequency and its duty command value. Here, the duty is defined as the ratio of the positive voltage output time in the output voltage waveform of the inverter 113 to the PWM cycle of one positive / negative cycle.

図3は、本実施形態に係るインバータ制御部152の構成を模式的に示すブロック図である。インバータ制御部152は、入力平均電圧演算部152aと、初期周波数演算部152bと、電力フィードバック制御演算部152cと、Duty演算部152dと、キャリア比較値変換部152eと、PWMキャリア比較部152fとを有している。   FIG. 3 is a block diagram schematically showing the configuration of the inverter control unit 152 according to the present embodiment. The inverter control unit 152 includes an input average voltage calculation unit 152a, an initial frequency calculation unit 152b, a power feedback control calculation unit 152c, a duty calculation unit 152d, a carrier comparison value conversion unit 152e, and a PWM carrier comparison unit 152f. Have.

入力平均電圧演算部152aには、インバータ113の入力電圧が入力されている。この入力平均電圧演算部152aは、入力電圧の平均電圧(以下「入力平均電圧」という)VPFC0を演算する。例えば、入力平均電圧演算部152aは、移動平均フィルタ、もしくはローパスフィルタを用いて、入力平均電圧VPFC0を演算する。なお、インバータ113の入力電圧が、その目標値に対して十分に追従して制御を行うことができる場合には、入力平均電圧演算部152aを設ける代わりに、PFC制御部151におけるインバータ113の入力電圧の目標値を用いることもできる。 The input average voltage calculation unit 152a receives the input voltage of the inverter 113. The input average voltage calculation unit 152a calculates an average voltage of input voltages (hereinafter referred to as “input average voltage”) V PFC0 . For example, the input average voltage calculation unit 152a calculates the input average voltage V PFC0 using a moving average filter or a low-pass filter. When the input voltage of the inverter 113 can sufficiently follow the target value and control can be performed, the input of the inverter 113 in the PFC control unit 151 is provided instead of providing the input average voltage calculation unit 152a. A target voltage value can also be used.

初期周波数演算部152bには、入力平均電圧演算部152aからの入力平均電圧VPFC0と、バッテリ28への出力電圧Vとが入力されている。この初期周波数演算部152bは、充電電力指令がゼロの場合における出力電圧V0を記憶しておき、当該記憶された出力電圧Vと、入力平均電圧VPFC0と、コイル結合係数kとに基づいて、以下の式により初期周波数fPWM_FFを演算する。
The initial frequency calculation unit 152 b, and the input average voltage V PFC0 from the average input voltage calculation unit 152a, and the output voltage V 0 which the battery 28 is input. The initial frequency calculation unit 152b may store the output voltage V0 when the charging electric power command zero, with the stored output voltage V 0, and the input average voltage V PFC0, on the basis of the coil coupling coefficient k The initial frequency f PWM_FF is calculated by the following equation.

ここで、コイル結合係数kは、0から1までの間の値を取るもので、送電コイル12と受電コイル22との間の位置関係によって変化する。本実施形態において、初期周波数演算部152bは、送電コイル12と受電コイル22との使用状況におけるコイル結合係数kの最大値を予め記憶しており、初期周波数fPWM_FFの演算においては、当該記憶した最大値を用いる。 Here, the coil coupling coefficient k takes a value between 0 and 1, and changes depending on the positional relationship between the power transmission coil 12 and the power reception coil 22. In the present embodiment, the initial frequency calculation unit 152b stores in advance the maximum value of the coil coupling coefficient k in the usage state of the power transmission coil 12 and the power reception coil 22, and stores the maximum value in the calculation of the initial frequency f PWM_FF . Use the maximum value.

は、コイルの自己インダクタンスであり、Cは共振コンデンサの静電容量である。これらの値L、Cには、設計時の値が設定されている。 L 0 is the self-inductance of the coil, and C is the capacitance of the resonant capacitor. For these values L 0 and C, values at the time of design are set.

初期周波数演算部152bは、数式1に示す演算を行い周波数を特定すると、この値に予め設定した補償周波数を加算して初期周波数fPWM_FFを設定する。補償周波数は、予め設定した正の値であり、自己インダクタンスLや静電容量Cの変動を補償することができる。 When the initial frequency calculation unit 152b performs the calculation shown in Formula 1 and specifies the frequency, the initial frequency f PWM_FF is set by adding a preset compensation frequency to this value. The compensation frequency is a positive value set in advance, and can compensate for fluctuations in the self-inductance L 0 and the capacitance C.

電力フィードバック制御演算部152cには、充電電力指令と、バッテリ28への出力電圧及び出力電圧を積算することにより得られる、整流部26からバッテリ28へ出力される出力電力とが入力されている。電力フィードバック制御演算部152cとしては、PI制御器を用いることができる。この電力フィードバック制御演算部152cは、充電電力指令と出力電力とを比較して、出力電力が充電電力指令に追従するように、フィードバック駆動周波数fPWM_FBを演算する。例えば、電力フィードバック制御演算部152cは、充電電力指令から出力電力を減算した制御偏差が正となる場合には、駆動周波数fPWMを下げるように、負の値となるフィードバック駆動周波数fPWM_FBを出力する。 The power feedback control calculation unit 152c is input with the charging power command and the output power output from the rectifying unit 26 to the battery 28, which is obtained by integrating the output voltage and the output voltage to the battery 28. As the power feedback control calculation unit 152c, a PI controller can be used. The power feedback control calculation unit 152c compares the charging power command with the output power, and calculates the feedback drive frequency fPWM_FB so that the output power follows the charging power command. For example, when the control deviation obtained by subtracting the output power from the charge power command is positive, the power feedback control calculation unit 152c outputs the feedback drive frequency f PWM_FB that is a negative value so as to decrease the drive frequency f PWM. To do.

初期周波数演算部152bにおいて算出された初期周波数fPWM_FFと、電力フィードバック制御演算部152において算出されたフィードバック駆動周波数fPWM_FBとは加算器により加算され、これにより、最終的な駆動周波数fPWMとして特定される。駆動周波数fPWMは、後述するキャリア比較値変換部152eとPWMキャリア比較部152fとにそれぞれ出力される。このように、フィードバック駆動周波数fPWM_FBに対して初期周波数fPWM_FFを加算して最終的な駆動周波数fPWMを得ることで、電力の供給を開始する際に、この初期周波数初期周波数fPWM_FFを駆動周波数fPWMの初期値に用いてフィードバック制御が開始されることとなる。 The initial frequency f PWM_FF calculated by the initial frequency calculation unit 152b and the feedback drive frequency f PWM_FB calculated by the power feedback control calculation unit 152 are added by an adder, thereby specifying the final drive frequency f PWM. Is done. The driving frequency f PWM is output to the carrier comparison value converting unit 152e and the PWM carrier comparison section 152f to be described later. In this way, the initial frequency f PWM_FF is added to the feedback drive frequency f PWM_FB to obtain the final drive frequency f PWM , so that the initial frequency initial frequency f PWM_FF is driven when power supply is started. Feedback control is started using the initial value of the frequency f PWM .

Duty演算部152dは、デューティ指令値Dcmpをキャリア比較値変換部152eに出力する。例えば、Duty演算部152dには、インバータ出力電圧の正負の出力時間が等しくなるように、デューティ指令値が設定されている。 The duty calculation unit 152d outputs the duty command value D cmp to the carrier comparison value conversion unit 152e. For example, the duty command value is set in the duty calculation unit 152d so that the positive and negative output times of the inverter output voltage are equal.

キャリア比較値変換部152eは、キャリア比較によるPWMパルス生成のため、PWMキャリアの周波数を駆動周波数FPWMで設定すると共に、デューティ指令Dcmpを規格化することにより、PWMキャリアと比較する値(比較値)を演算する。 The carrier comparison value conversion unit 152e sets the frequency of the PWM carrier at the drive frequency F PWM and standardizes the duty command D cmp to generate a PWM pulse by carrier comparison, thereby comparing the value with the PWM carrier (comparison). Value).

PWMキャリア比較部152fは、比較値をPWMキャリアと比較し、インバータ113をなす各スイッチング素子のオン・オフを制御する駆動信号を生成する。   The PWM carrier comparison unit 152f compares the comparison value with the PWM carrier, and generates a drive signal for controlling on / off of each switching element forming the inverter 113.

このように本実施形態において、非接触給電システムは、電力を送電する送電コイル12と、直流電流が入力されて駆動周波数に応じた交流電流を送電コイル12に出力するインバータ(第1電力変換部)113と、磁気的結合により送電コイル12から送電された電力を受電する受電コイル22と、受電コイル22からの交流電流を直流電流に変換して出力する整流部26(第2電力変換部)と、当該整流部26から出力される電力を充電するバッテリ28と、整流部26の出力電圧及び出力電流とバッテリ28への充電電力指令とに基づいてインバータ113の駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う制御部15と、を有している。ここで、制御部15は、電力供給を開始する場合、バッテリ28の状態と、送電コイル12と受電コイル22との結合度合いを示すコイル結合係数とに基づいて初期周波数fPWM_FFを設定し、当該初期周波数fPWM_FFを駆動周波数fPWMの初期値に用いてフィードバック制御を開始する。 Thus, in this embodiment, the non-contact power feeding system includes a power transmission coil 12 that transmits power, and an inverter (first power conversion unit) that receives a direct current and outputs an alternating current corresponding to a drive frequency to the power transmission coil 12. ) 113, a power receiving coil 22 that receives power transmitted from the power transmitting coil 12 by magnetic coupling, and a rectifier 26 (second power converter) that converts an alternating current from the power receiving coil 22 into a direct current and outputs the direct current. And feedback control of the drive frequency of the inverter 113 based on the battery 28 that charges the power output from the rectifier 26, the output voltage and output current of the rectifier 26, and the charge power command to the battery 28. And a control unit 15 that supplies power. Here, when starting the power supply, the control unit 15 sets the initial frequency f PWM_FF based on the state of the battery 28 and the coil coupling coefficient indicating the degree of coupling between the power transmission coil 12 and the power reception coil 22, and Feedback control is started using the initial frequency f PWM_FF as the initial value of the drive frequency f PWM .

図4に示すように、駆動周波数に対するバッテリ28への出力電力特性は、コイルの結合度合いによっても異なる傾向を示すが、バッテリ28を負荷とするシステムでは、バッテリ28への出力電圧によっても異なる傾向を示すこととなる。同図は、周波数に対するバッテリ28への出力電力特性を、相対的に異なる出力電圧について示すものである。同図において、(a)、(b)、(c)の順番で出力電圧が高い状態を示している。同図に示すように、出力電力特性によっては、周波数の高い領域では出力電力がゼロとなり、ある程度小さい周波数に到達して初めて出力電力が起ち上がることが分かる。また、そのゼロ区間の幅も様々である。   As shown in FIG. 4, the output power characteristic to the battery 28 with respect to the driving frequency tends to vary depending on the coupling degree of the coil, but in a system using the battery 28 as a load, the characteristic varies depending on the output voltage to the battery 28. Will be shown. The figure shows the output power characteristics to the battery 28 with respect to frequency for relatively different output voltages. In the figure, the output voltage is in a high state in the order of (a), (b), and (c). As shown in the figure, depending on the output power characteristics, it can be seen that the output power becomes zero in the high frequency region, and the output power rises only after reaching a certain small frequency. Also, the width of the zero interval varies.

このような状況において、上限周波数を固定的な値として設定した場合には、その出力電力特性によっては、最適な駆動周波数を選択するまで期間が長期に及ぶばかりか、出力電力がゼロとなる周波数を長期にわたって探索するという事態が生じ得る。このため、電力供給の開始時に出力がゼロとなる期間が長期に及び、電力供給における初期的な応答性が低下するという不都合がある。   In such a situation, when the upper limit frequency is set as a fixed value, depending on the output power characteristics, the frequency may not only extend for a long period of time until the optimum drive frequency is selected, but also the output power becomes zero. The situation of searching for a long term can occur. For this reason, there is an inconvenience that the period in which the output becomes zero at the start of power supply is long, and the initial responsiveness in power supply is reduced.

この点本実施形態によれば、バッテリ28の状態と、コイル結合係数kとに基づいて、初期周波数fPWM_FFを可変的に設定している。出力電力がゼロ以上となる駆動周波数(出力開始周波数)は、バッテリ28の状態と、コイル結合状態とに依存することから、これらの関係を考慮することにより、駆動周波数fPWMに関するフィードバック制御を行う上での起点となる初期値を適切に決定することができる。これにより、フィードバック制御の開始後、出力電力がゼロとなる周波数を長期にわたって使用するという事態を抑制することができる。これにより、電力供給における初期的な応答性の低下を抑制することができる。 In this regard, according to the present embodiment, the initial frequency f PWM_FF is variably set based on the state of the battery 28 and the coil coupling coefficient k. Since the drive frequency (output start frequency) at which the output power becomes zero or more depends on the state of the battery 28 and the coil coupling state, feedback control regarding the drive frequency fPWM is performed by considering these relationships. The initial value that is the starting point in the above can be determined appropriately. Thereby, after starting feedback control, it is possible to suppress a situation in which a frequency at which output power becomes zero is used for a long period of time. Thereby, the fall of the initial responsiveness in electric power supply can be suppressed.

より具体的には、本実施形態では、バッテリ28の状態として、バッテリ28への出力電圧Vを用いている。この場合、制御部15は、数式1に示すように、バッテリ28への出力電圧Vと、コイル結合係数kとに基づいて、初期周波数fPWM_FFを可変的に決定している。出力電力がゼロ以上となる周波数(出力開始周波数)は、出力電圧が低いほど高く、逆に出力電圧が高いほど低くなる。また、出力開始周波数は、コイルの結合係数が高いほど高く、結合係数が低いほど低くなる。上記の数式1に示す演算式は、かかる傾向をその演算式に取り入れたものであり、共振周波数を基礎とした上で、出力電力の立ち上がり周波数に近づくように初期周波数fPWM_FFを決定するものである。これにより、駆動周波数fPWMに関するフィードバック制御を行う上での起点となる初期値を適切に決定することができる。 More specifically, in this embodiment, the output voltage V 0 to the battery 28 is used as the state of the battery 28. In this case, as shown in Formula 1, the control unit 15 variably determines the initial frequency f PWM_FF based on the output voltage V 0 to the battery 28 and the coil coupling coefficient k. The frequency at which the output power becomes zero or more (output start frequency) increases as the output voltage decreases, and conversely decreases as the output voltage increases. The output start frequency is higher as the coupling coefficient of the coil is higher, and lower as the coupling coefficient is lower. The arithmetic expression shown in the above formula 1 incorporates such a tendency into the arithmetic expression, and determines the initial frequency f PWM_FF so as to approach the rising frequency of the output power based on the resonance frequency. is there. This makes it possible to appropriately determine an initial value serving as a starting point for performing feedback control regarding the drive frequency fPWM .

また、数式1に示すように、インバータ113の入力電圧VPFC0が変動し得る本実施形態では、バッテリ28への出力電圧V及びコイル結合係数kに加え、さらにインバータ113の入力電圧VPFC0に基づいて初期周波数fPWM_FFを可変的に設定している。これにより、駆動周波数fPWMに関するフィードバック制御を行う上での起点となる初期値を適切に決定することができる。これにより、フィードバック制御の開始後、出力電力がゼロとなる周波数を長期にわたって使用するという事態を抑制することができる。これにより、電力供給における初期的な応答性の低下を抑制することができる。 Further, as shown in Formula 1, in the present embodiment in which the input voltage V PFC0 of the inverter 113 can fluctuate, in addition to the output voltage V 0 to the battery 28 and the coil coupling coefficient k, the input voltage V PFC0 of the inverter 113 is further changed to Based on this, the initial frequency f PWM_FF is variably set. This makes it possible to appropriately determine an initial value serving as a starting point for performing feedback control regarding the drive frequency fPWM . Thereby, after starting feedback control, it is possible to suppress a situation in which a frequency at which output power becomes zero is used for a long period of time. Thereby, the fall of the initial responsiveness in electric power supply can be suppressed.

バッテリ28への出力電力がゼロ以上となる条件、すなわち、バッテリ28に電流が流れる条件は電圧の大小関係に依存することが大きいところ、電圧をベースとするパラメータを採用することで、数式1に示すように初期周波数fPWM_FFを容易に求めることができる。もっとも、バッテリ28の状態を検出するパラメータには、バッテリ28への出力電圧Vを用いる以外にも、上述した制御概念を実現し得る限り、その他のパラメータを用いてもよいことは言うまでもない。 The condition that the output power to the battery 28 becomes zero or more, that is, the condition that the current flows to the battery 28 depends largely on the magnitude relationship of the voltage. As shown, the initial frequency f PWM_FF can be easily obtained. However, it goes without saying that other parameters may be used as parameters for detecting the state of the battery 28 as long as the control concept described above can be realized, in addition to using the output voltage V 0 to the battery 28.

また、本実施形態において、制御部15は、送電コイル12と受電コイル22との使用状況を考慮したコイル結合係数kの最大値を予め記憶しており、当該記憶した最大値を用いて初期周波数fPWM_FFの演算を行っている。 Moreover, in this embodiment, the control part 15 has memorize | stored beforehand the maximum value of the coil coupling coefficient k in consideration of the use condition of the power transmission coil 12 and the power receiving coil 22, and uses the said stored maximum value and is the initial frequency. f Calculation of PWM_FF is performed.

かかる構成によれば、コイル結合係数kとして取り得る最大値を用いることで、実用的な範囲の中で初期周波数fPWM_FFを適切に定めることができる。 According to such a configuration, the initial frequency f PWM_FF can be appropriately determined within a practical range by using the maximum value that can be taken as the coil coupling coefficient k.

また、本実施形態において、制御部15は、充電電力指令がゼロのときのバッテリ28への出力電圧Vを用いて初期周波数fPWM_FFの演算を行う。 In the present embodiment, the control unit 15 calculates the initial frequency f PWM_FF using the output voltage V 0 to the battery 28 when the charge power command is zero.

これにより、電力供給の開始時に用いる初期周波数fPWM_FFを適切に決定することができる。 As a result, the initial frequency f PWM_FF used at the start of power supply can be appropriately determined.

なお、制御部15は、電力供給を行っている間において出力電圧Vを周期的に取得して更新し、当該更新した出力電圧Vを用いて初期周波数fPWM_FFの演算を行ってもよい。 The control unit 15 updates the output voltage V 0 periodically acquired by the while performing the power supply may be performed calculation of the initial frequency f PWM_FF using the output voltage V 0 which is the update .

かかる構成によれば、充電途中で一旦充電電力指令をゼロ近傍まで下げた場合(完全に0にしない場合)でも、更新された出力電圧Vを用いて初期周波数fPWM_FFを定めることで、速やかに電力供給を行うことができる。 According to such a configuration, even when the charge power command is once lowered to near zero (when it is not completely zero) during charging , the initial frequency f PWM_FF is quickly determined by using the updated output voltage V 0. Can be supplied with power.

(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態に係るインバータ制御部152を模式的に示すブロック図である。第2の実施形態に係るインバータ制御部152が第1の実施形態のそれと相違する点は、コイル結合係数kを推定することにある。なお、第1の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a block diagram schematically illustrating the inverter control unit 152 according to the second embodiment. The difference between the inverter control unit 152 according to the second embodiment and that of the first embodiment is that the coil coupling coefficient k is estimated. Note that the description of the same components as those in the first embodiment will be omitted, and the following description will focus on the differences.

本実施形態に係るインバータ制御部152は、第1の実施形態に示す構成、すなわち、入力平均電圧演算部152a、初期周波数演算部152b、電力フィードバック制御演算部152c、Duty演算部152d、キャリア比較値変換部152e及びPWMキャリア比較部152fに加え、結合係数推定演算部152gをさらに有している。   The inverter control unit 152 according to the present embodiment has the configuration shown in the first embodiment, that is, an input average voltage calculation unit 152a, an initial frequency calculation unit 152b, a power feedback control calculation unit 152c, a duty calculation unit 152d, a carrier comparison value. In addition to the conversion unit 152e and the PWM carrier comparison unit 152f, a coupling coefficient estimation calculation unit 152g is further included.

結合係数推定演算部152gは、コイル結合係数kを推定する。コイル結合係数kは、送電コイル12と受電コイル22との間の位置ずれに相関を有するところ、結合係数推定演算部152gは、コイルの位置ずれに基づいてコイル結合係数kを推定する。コイルの位置ずれは、例えば画像処理などを利用して受電コイル22の位置を認識するといった手法により認識することができる。結合係数推定演算部152gは、コイルの位置ずれとコイル結合係数kとの関係を規定した演算マップ等を、実験やシミュレーションを通じて予め取得して、これを保持しておくことで、受電コイル22の位置ずれに基づいてコイル結合係数kを推定することができる。   The coupling coefficient estimation calculation unit 152g estimates the coil coupling coefficient k. The coil coupling coefficient k has a correlation with the positional deviation between the power transmission coil 12 and the power receiving coil 22, and the coupling coefficient estimation calculation unit 152g estimates the coil coupling coefficient k based on the positional deviation of the coil. The positional deviation of the coil can be recognized by a method of recognizing the position of the power receiving coil 22 by using, for example, image processing. The coupling coefficient estimation calculation unit 152g acquires a calculation map or the like that defines the relationship between the coil position deviation and the coil coupling coefficient k in advance through experiments and simulations, and holds the calculation map so that the power receiving coil 22 The coil coupling coefficient k can be estimated based on the displacement.

また、結合係数推定演算部152gは、リレー部27によりバッテリ28を切り離した状態で、試験的な給電動作を行うことで、コイル結合係数kを求めてもよい。この給電動作において、コイルの結合度合いが強い場合には、整流部26の出力電圧が高くなり、一方、コイルの結合度合いが弱い場合には、整流部26の出力電圧が低くなる。そこで、結合係数推定演算部152gは、整流部26の出力電圧とコイル結合係数kとの関係を規定した演算マップ等を、実験やシミュレーションを通じて予め取得して、これを保持しておくことで、整流部26の出力電圧に基づいてコイル結合係数kを推定することができる。   Further, the coupling coefficient estimation calculation unit 152g may obtain the coil coupling coefficient k by performing a trial power feeding operation in a state where the battery 28 is disconnected by the relay unit 27. In this power feeding operation, when the degree of coupling of the coil is strong, the output voltage of the rectifying unit 26 is high. On the other hand, when the degree of coupling of the coil is weak, the output voltage of the rectifying unit 26 is low. Therefore, the coupling coefficient estimation calculation unit 152g obtains a calculation map or the like that defines the relationship between the output voltage of the rectification unit 26 and the coil coupling coefficient k in advance through experiments and simulations, and holds this. The coil coupling coefficient k can be estimated based on the output voltage of the rectifying unit 26.

結合係数推定演算部152gにより推定されたコイル結合係数kは、初期周波数演算部
152bに出力される。この場合、初期周波数演算部152bは、初期周波数fPWM_FFの演算において、結合係数推定演算部152gにより推定されたコイル結合係数kを用いる。
The coil coupling coefficient k estimated by the coupling coefficient estimation calculation unit 152g is output to the initial frequency calculation unit 152b. In this case, the initial frequency calculation unit 152b uses the coil coupling coefficient k estimated by the coupling coefficient estimation calculation unit 152g in the calculation of the initial frequency f PWM_FF .

このように本実施形態によれば、コイル結合係数kを現実の状態で反映することができるので、初期周波数fPWM_FFの演算精度の向上を図ることができる。これにより、電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, the coil coupling coefficient k can be reflected in an actual state, so that the calculation accuracy of the initial frequency f PWM_FF can be improved. Thereby, the non-contact electric power feeding system which is excellent in the initial response at the time of starting electric power supply can be provided.

(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係るインバータ制御部152を模式的に示すブロック図である。第3の実施形態に係るインバータ制御部152が第2の実施形態のそれと相違する点は、コイル結合係数kを推定することにある。なお、第2の実施形態と重複する構成については説明を省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating the inverter control unit 152 according to the third embodiment. The difference between the inverter control unit 152 according to the third embodiment and that of the second embodiment is that the coil coupling coefficient k is estimated. In addition, suppose that it abbreviate | omits description about the structure which overlaps with 2nd Embodiment, and demonstrates below centering on difference.

本実施形態において、初期周波数演算部152bには、送電コイル12の周囲温度を検出する温度センサ(図示せず)により検出された温度情報が入力されている。初期周波数演算部152bは、共振周波数、すなわち、自己インダクタンスLや静電容量Cの温度特性を補償するために、入力された温度情報に基づいて補償周波数を補正する。 In the present embodiment, temperature information detected by a temperature sensor (not shown) that detects the ambient temperature of the power transmission coil 12 is input to the initial frequency calculator 152b. Initial frequency calculation unit 152b, the resonance frequency, i.e., in order to compensate for the temperature characteristics of the self-inductance L 0 and the capacitance C, and corrects the compensation frequency based on the input temperature information.

かかる構成によれば、温度による共振周波数特定を補償することができるので、初期周波数fPWM_FFの演算精度の向上を図ることができる。これにより、電力供給を開始する際の初期的な応答性に優れる非接触給電システムを提供することができる。 According to this configuration, it is possible to compensate for the resonance frequency specification due to temperature, and therefore it is possible to improve the calculation accuracy of the initial frequency f PWM_FF . Thereby, the non-contact electric power feeding system which is excellent in the initial response at the time of starting electric power supply can be provided.

なお、本実施形態に示す温度による補償周波数の補正手法は、第1の実施形態に示す手法に適用してもよい。   Note that the method for correcting the compensation frequency by temperature shown in the present embodiment may be applied to the method shown in the first embodiment.

以上、本発明の非接触充電システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。非接触給電システムに係る受電コイル側のユニットは電気自動車に搭載するが、ハイブリッド車両等のバッテリを備える車両であってもよい。また、車両には、受電コイル側のユニットを備えるのみならず、給電装置を単独で或いは組み合わせて適用してもよい。   The contactless charging system of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications are possible within the scope of the invention. The unit on the power receiving coil side of the non-contact power feeding system is mounted on an electric vehicle, but may be a vehicle including a battery such as a hybrid vehicle. Further, the vehicle may include not only the unit on the power receiving coil side but also the power feeding device alone or in combination.

100 給電装置
11 電力制御部
111 整流部
112 PFC回路
113 インバータ
114 電圧センサ
115 電流センサ
12 送電コイル
14 無線通信部
15 制御部
151 PFC制御部
152 インバータ制御部
152a 入力平均電圧演算部
152b 初期周波数演算部
152c 電力フィードバック制御演算部
152d Duty演算部
152e キャリア比較値変換部
152f PWMキャリア比較部
152g 結合係数推定演算部
200 車両
22 受電コイル
24 無線通信部
25 充電制御部
26 整流部
27 リレー部
28 バッテリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Power feeder 11 Power control part 111 Rectification part 112 PFC circuit 113 Inverter 114 Voltage sensor 115 Current sensor 12 Power transmission coil 14 Wireless communication part 15 Control part 151 PFC control part 152 Inverter control part 152a Input average voltage calculation part 152b Initial frequency calculation part 152c Power feedback control calculation unit 152d Duty calculation unit 152e Carrier comparison value conversion unit 152f PWM carrier comparison unit 152g Coupling coefficient estimation calculation unit 200 Vehicle 22 Power receiving coil 24 Wireless communication unit 25 Charging control unit 26 Rectification unit 27 Relay unit 28 Battery

Claims (8)

電力を送電する送電コイルと、
直流電流が入力されて、駆動周波数に応じた交流電流を前記送電コイルに出力する第1電力変換部と、
磁気的結合により前記送電コイルから送電された電力を受電する受電コイルと、
前記受電コイルからの交流電流を直流電流に変換して出力する第2電力変換部と、
前記第2電力変換部から出力される電力を蓄える蓄電手段と、
前記蓄電手段への出力電圧及び出力電流と前記蓄電手段への充電電力指令とに基づいて、前記第1電力変換部の駆動周波数をフィードバック制御することで電力供給を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、電力供給を開始する場合、前記蓄電手段の状態と、前記蓄電手段の前記送電コイルと前記受電コイルとの結合度合いを示すコイル結合係数とに基づいて初期周波数を設定し、当該初期周波数を前記駆動周波数の初期値に用いて前記フィードバック制御を開始することを特徴とする非接触給電システム。
A power transmission coil for transmitting power;
A first power converter that receives a direct current and outputs an alternating current corresponding to a drive frequency to the power transmission coil;
A power receiving coil that receives power transmitted from the power transmitting coil by magnetic coupling;
A second power converter that converts alternating current from the power receiving coil into direct current and outputs the direct current;
Power storage means for storing power output from the second power converter;
A control unit that performs power supply by feedback-controlling the drive frequency of the first power conversion unit based on an output voltage and output current to the power storage unit and a charge power command to the power storage unit; ,
When starting the power supply, the control unit sets an initial frequency based on a state of the power storage unit and a coil coupling coefficient indicating a degree of coupling between the power transmission coil and the power reception coil of the power storage unit, The contactless power feeding system, wherein the feedback control is started using an initial frequency as an initial value of the driving frequency.
前記蓄電手段の状態は、前記蓄電手段への出力電圧であり、
前記制御部は、当該蓄電手段への出力電圧及び前記コイル結合係数に加え、さらに前記第1電力変換部の入力電圧に基づいて初期周波数を設定することを特徴とする請求項1に記載された非接触給電システム。
The state of the power storage means is an output voltage to the power storage means,
2. The control unit according to claim 1, wherein the control unit sets an initial frequency based on an input voltage of the first power conversion unit in addition to an output voltage to the power storage unit and the coil coupling coefficient. Contactless power supply system.
前記制御部は、前記送電コイルと前記受電コイルとの使用状況を考慮した前記コイル結合係数の最大値を予め記憶しており、当該記憶した最大値を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載された非接触給電システム。   The control unit stores in advance a maximum value of the coil coupling coefficient in consideration of usage conditions of the power transmission coil and the power reception coil, and performs the calculation of the initial frequency using the stored maximum value. The non-contact electric power feeding system according to claim 1 or 2 characterized by things. 前記コイル結合係数を推定する推定部をさらに有し、
前記制御部は、前記推定部により推定された前記コイル結合係数を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項1又は2に記載された非接触給電システム。
An estimation unit for estimating the coil coupling coefficient;
The contactless power supply system according to claim 1, wherein the control unit calculates the initial frequency using the coil coupling coefficient estimated by the estimation unit.
前記制御部は、前記充電電力指令がゼロのときの前記蓄電手段への出力電圧を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載された非接触給電システム。   5. The non-contact according to claim 1, wherein the control unit calculates the initial frequency using an output voltage to the power storage unit when the charge power command is zero. Power supply system. 前記制御部は、電力供給を行っている間において前記出力電圧を周期的に取得して更新し、当該更新した出力電圧を用いて前記初期周波数の演算を行うことを特徴とする請求項5に記載された非接触給電システム。   6. The control unit according to claim 5, wherein the control unit periodically acquires and updates the output voltage during power supply, and calculates the initial frequency using the updated output voltage. The described contactless power supply system. 前記制御部は、前記出力電圧と、前記入力電圧と、前記コイル結合係数とに基づいて演算される周波数に、予め設定した補償周波数を加算して前記初期周波数を設定することを特徴とする請求項2に記載された非接触給電システム。

The control unit sets the initial frequency by adding a preset compensation frequency to a frequency calculated based on the output voltage, the input voltage, and the coil coupling coefficient. Item 3. A contactless power supply system according to item 2 .

前記制御部は、前記送電コイルの周囲温度に応じて前記補償周波数を補正することを特徴とする請求項7に記載された非接触給電システム。   The contactless power supply system according to claim 7, wherein the control unit corrects the compensation frequency according to an ambient temperature of the power transmission coil.
JP2013084546A 2013-04-15 2013-04-15 Contactless power supply system Active JP6201388B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013084546A JP6201388B2 (en) 2013-04-15 2013-04-15 Contactless power supply system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013084546A JP6201388B2 (en) 2013-04-15 2013-04-15 Contactless power supply system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014207795A JP2014207795A (en) 2014-10-30
JP6201388B2 true JP6201388B2 (en) 2017-09-27

Family

ID=52120939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013084546A Active JP6201388B2 (en) 2013-04-15 2013-04-15 Contactless power supply system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6201388B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021256174A1 (en) 2020-06-18 2021-12-23 オムロン株式会社 Isolated resonance circuit device and contactless power supply system
WO2022239552A1 (en) 2021-05-12 2022-11-17 オムロン株式会社 Device for controlling driving of composite resonant circuit and wireless power delivery system
US11515730B2 (en) 2019-01-11 2022-11-29 Omron Corporation Contactless power transmission system for transmitting power from power transmitter apparatus to power receiver apparatus, and supplying load device with desired voltage

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6406225B2 (en) 2015-01-30 2018-10-17 株式会社デンソー Non-contact power feeding device
JP6481874B2 (en) 2015-04-06 2019-03-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-contact power feeder
JP2016220421A (en) * 2015-05-21 2016-12-22 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6350399B2 (en) 2015-06-10 2018-07-04 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6304152B2 (en) 2015-07-10 2018-04-04 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6142901B2 (en) 2015-07-17 2017-06-07 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6304158B2 (en) 2015-07-21 2018-04-04 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6176291B2 (en) 2015-07-21 2017-08-09 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6481558B2 (en) * 2015-08-06 2019-03-13 トヨタ自動車株式会社 Contactless power transmission equipment
US10714942B2 (en) 2015-09-17 2020-07-14 Ihi Corporation Power transmitter and wireless power transfer system
JP6409750B2 (en) * 2015-11-20 2018-10-24 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission system
KR101755125B1 (en) * 2015-11-26 2017-07-07 한국생산기술연구원 Wireless power transmitting device and operating method thereof
JP6299738B2 (en) * 2015-12-24 2018-03-28 トヨタ自動車株式会社 Non-contact power transmission device and power transmission system
JP6615366B2 (en) * 2016-01-13 2019-12-04 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Wireless inductive power transmission
JP6299779B2 (en) 2016-02-02 2018-03-28 トヨタ自動車株式会社 Power transmission device and power transmission system
JP6907897B2 (en) 2017-11-20 2021-07-21 トヨタ自動車株式会社 Power receiving device and non-contact power transmission system equipped with it
JP6969494B2 (en) 2018-05-18 2021-11-24 トヨタ自動車株式会社 Contactless power transmission equipment and power transmission system
JP7225986B2 (en) * 2019-03-20 2023-02-21 Tdk株式会社 Power transmission device and wireless power transmission system
JP7172900B2 (en) * 2019-07-26 2022-11-16 株式会社デンソー Power supply system while driving

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5369693B2 (en) * 2009-01-15 2013-12-18 日産自動車株式会社 Non-contact power feeding device
JP2011142769A (en) * 2010-01-08 2011-07-21 Toyota Central R&D Labs Inc Method and device for transmitting magnetic resonance power
JP5624494B2 (en) * 2011-02-18 2014-11-12 本田技研工業株式会社 Non-contact power transmission system
US20140203774A1 (en) * 2011-09-29 2014-07-24 Hitachi Power Solutions Co., Ltd. Charging Control Device and Charging Control Method
JP5796444B2 (en) * 2011-10-03 2015-10-21 日産自動車株式会社 Non-contact power feeding device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11515730B2 (en) 2019-01-11 2022-11-29 Omron Corporation Contactless power transmission system for transmitting power from power transmitter apparatus to power receiver apparatus, and supplying load device with desired voltage
WO2021256174A1 (en) 2020-06-18 2021-12-23 オムロン株式会社 Isolated resonance circuit device and contactless power supply system
TWI788851B (en) * 2020-06-18 2023-01-01 日商歐姆龍股份有限公司 Insulated resonant circuit device and non-contact power supply system
WO2022239552A1 (en) 2021-05-12 2022-11-17 オムロン株式会社 Device for controlling driving of composite resonant circuit and wireless power delivery system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014207795A (en) 2014-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6201388B2 (en) Contactless power supply system
JP6036995B2 (en) Contactless power supply system
JP5810632B2 (en) Non-contact power feeding device
US10277082B2 (en) Power-transmitting device and wireless power-supplying system
US20150239354A1 (en) Non-contact power supply system, and power transmission device and vehicle used therein
US9466987B2 (en) Power transmission device and wireless power transmission system using the power transmission device
WO2014196239A1 (en) Power supply device, and non-contact power supply system
JP6390450B2 (en) Power transmission device for contactless power supply system
JP6358391B2 (en) Contactless power supply system
JP2013211933A (en) Power transmission system
JP2015042051A (en) Non-contact power transmission system
JP6547554B2 (en) Power transmission device and noncontact power feeding system
JP6551100B2 (en) Power transmission device and non-contact power feeding system
JP2012191796A (en) Charging system, power reception device, wireless power transmission system, mobile body, and power supply unit
JP2017060328A (en) Non-contact power reception device and power transmission system
JP6269570B2 (en) Contactless power transmission equipment
JP2014117017A (en) Power supply system
JP2013212033A (en) Power transmission system
JP6414538B2 (en) Non-contact power transmission device and non-contact power transmission system
JP7067376B2 (en) Power transmission device
JP2014110681A (en) Non-contact power supply device, non-contact power supply system, and non-contact power supply method
JP2017017771A (en) Non-contact power transmission device
JP6372444B2 (en) Contactless power transmission equipment
JP2014121101A (en) Non-contact feeder
JP2014197935A (en) Power transmission system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160224

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161227

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170202

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20170202

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170801

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170814

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6201388

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151