JP6206579B2 - 給電装置及び非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明は、給電装置及び非接触給電システムに関する。
本願は、２０１４年３月１８日に日本国に出願された特願２０１４−５５０５３号と、２０１４年４月１１日に日本国に出願された特願２０１４−８１９７３号と、に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

近年、地上から移動体（例えば、車両）に非接触で電力を供給するシステム（非接触給電システム）が検討されている。下記特許文献１には、地上に設けられた給電装置の給電コイルに、車両に設けられた受電装置の受電コイルを対向させ、給電コイルから受電コイルに非接触伝送された電力を充電回路を介してバッテリ（二次電池）に充電する装置が開示されている。このような装置では、バッテリへの入力（電流、電圧又は電力）を制御するために、受電装置にＤＣ−ＤＣコンバータが設けられている。例えば、このＤＣ−ＤＣコンバータにより、初期的にはＣＣ（Constant Current）充電方式に基づいてバッテリが充電回路によって充電制御される。そして、ある程度まで充電が進むと、つまりバッテリのＳＯＣ（State Of Charge：充電率）がある程度まで高くなると、ＤＣ−ＤＣコンバータの制御により、充電方式がＣＣ充電方式からＣＶ（Constant Voltage）充電方式に切り替えられる。これにより、バッテリへの入力（電流又は電力）を小さくでき、バッテリは満充電状態（ＳＯＣ＝１００％）になるまで充電される。

特開２０１３−１１０７８４号公報

従来の装置では、受電装置にバッテリへの充電（電力供給）を調整するＤＣ／ＤＣコンバータが設けられているが、移動体には、地上設備とは異なり、設置場所の自由度の点で実装面積を極力小さくすることや実装重量を極力軽くすること等が必要とされている。そのため、移動体側装置の構成要素の削減が求められている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、受電装置が負荷に供給する電力の調整機能を持たなくても負荷への電力供給を調整することを目的とする。

本発明の第１の態様は、給電コイルを受電装置の受電コイルに磁気結合させることによりインバータ回路で発生させた交流電力を上記受電装置に非接触で伝送する給電装置であって、上記受電装置に接続された負荷への給電状態に関する情報に応じて上記交流電力が変化するように上記インバータ回路を制御する給電制御部を備える。

本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、上記受電装置から上記情報を取得する取得部をさらに備える。

本発明の第３の態様は、上記第２の態様において、上記負荷は二次電池であり、上記取得部は、上記二次電池への給電を低下させる指示を上記情報として取得し、上記給電制御部は、上記情報に基づいて上記交流電力を変化させる。

本発明の第４の態様は、上記第２の態様において、上記負荷は二次電池であり、上記給電制御部は、上記情報に基づいて上記二次電池への給電を低下させるタイミングを判断し、上記判断の結果に基づいて前記交流電力を変化させる。

本発明の第５の態様は、上記第４の態様において、上記取得部は、上記交流電力の伝送を開始すると、上記情報を１回取得し、上記給電装置は、上記二次電池の充電時間と上記情報との関係を予め記憶する記憶部を備え、上記給電制御部は、上記関係と上記情報とに基づいて上記二次電池への給電を低下させるタイミングを判断する。

本発明の第６の態様は、上記第５の態様において、上記記憶部は、特性が異なる二次電池毎に上記二次電池の充電時間と充電電力との関係を記憶する。
本発明の第７の態様は、上記第４〜第６のいずれかの態様において、上記情報は、上記二次電池の充電電圧あるいはインピーダンスである。

本発明の第８の態様は、上記第１の態様において、上記負荷は二次電池であり、上記給電装置は、上記負荷のインピーダンスと上記交流電力を変化させるタイミングとの関係を記憶する記憶部をさらに備え、上記給電制御部は、上記インバータ回路の入力電流及び入力電圧、あるいは上記インバータ回路の出力電流及び出力電圧に基づいて上記負荷のインピーダンスを特定し、特定された上記インピーダンス及び上記関係に基づいて上記交流電力を変化させる。

本発明の第９の態様は、上記第３〜第８のいずれかの態様において、上記給電制御部は、上記二次電池の充電状態が満充電に近づくほど上記インバータ回路の出力電流と出力電圧との位相差が大きくなるように、上記インバータ回路を制御する。
本発明の第１０の態様は、上記第１〜第９のいずれかの態様において、上記給電制御部は、上記インバータ回路のスイッチング周波数を調整する。
本発明の第１１の態様は、上記第１〜第１０のいずれかの態様において、上記給電制御部は、上記インバータ回路のオン／オフのデューティ比を調整する。
本発明の第１２の態様は、上記第１〜第１１のいずれかの態様において、上記給電制御部は、上記インバータ回路における２つのスイッチング素子が直列接続された２つのレグのスイッチングの位相差を調整する。

本発明の第１３の態様は、上記第１〜第１２のいずれかの態様に係る給電装置と、上記受電装置とを備える。

本発明の第１４の態様は、上記第１３の態様において、上記受電装置は、上記受電コイルが上記給電コイルから受電した交流電力を整流して上記負荷である二次電池に供給する受電整流回路と、上記給電状態に関する情報を上記給電装置に提供する提供部とを備える。

本発明によれば、給電装置が交流電力の周波数を設定することにより交流電力の伝送量を調節するので、つまり給電装置が負荷に供給する電力の調整機能を兼ね備えているので、受電装置に上記調整機能を設ける必要がない。したがって、本発明によれば、受電装置が負荷に供給する電力の調整機能を持たなくても負荷への電力供給を調整することが可能である。

本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの機能構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る非接触給電システムの動作を示す特性図である。 本発明の変形例に係る非接触給電システムの機能構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る非接触給電システムは、図１に示すように、給電装置Ｓと受電装置Ｒによって構成されている。上記給電装置Ｓは、図示するように、給電整流回路１、インバータ回路２、給電共振回路３、給電通信部４（取得部）、スイッチング周波数設定部５、スイッチング制御部６及び記憶部１０から構成されている。

給電装置Ｓを構成する各構成要素のうち、スイッチング周波数設定部５及びスイッチング制御部６は、給電制御部Ｅを構成している。給電制御部Ｅは、例えば、ＣＰＵ（中央処理装置）等の任意の好適なプロセッサや、処理ごとに特化した専用のプロセッサ（例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ））によって構成される。記憶部１０は、後述のテーブル等の各種情報や、給電制御部Ｅの各機能を記述するプラグラム等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等の揮発性の記憶媒体や、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の記憶媒体である。

一方、上記受電装置Ｒは、受電共振回路７、受電整流回路８及び受電通信部９（提供部）から構成されている。なお、図１に記載されているバッテリＢは、上記受電装置Ｒの負荷（給電対象）であり、電力の充放電が可能な二次電池である。

給電装置Ｓは、地上に設けられた給電施設に固定して配置され、移動体に設けられた受電装置Ｒに非接触で交流電力を供給する。上記給電施設は、移動体の停車スペースが単数あるいは複数設けられた施設であり、停車スペースの個数に相当する給電装置Ｓを備えている。一方、受電装置Ｒは、上記移動体に備えられ、給電装置Ｓから供給された交流電力を直流電力に変換することにより、バッテリＢに直流電力を供給して充電させる装置である。なお、上記移動体は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等、外部からの受電を必要とする車両である。

給電装置Ｓにおいて、給電整流回路１は、例えばダイオードブリッジであり、外部の商用電源から供給される商用電力（例えば単相１００ボルト、５０Ｈｚ）を全波整流することにより直流電力に変換してインバータ回路２に出力する。なお、この直流電力は、正弦波状の商用電力がゼロクロス点で折り返されて片極性（例えばプラス極性）の脈流である。

インバータ回路２は、スイッチング制御部６から入力されるスイッチング信号（インバータ駆動信号）に基づいて給電整流回路１から供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換回路である。すなわち、このインバータ回路２は、上記インバータ駆動信号）によって複数のスイッチングトランジスタを駆動することにより、直流電力を所定周波数（スイッチング周波数ｆ）でスイッチングしてスイッチング周波数ｆの交流電力に変換する。このようなインバータ回路２は、スイッチング周波数ｆの交流電力を給電共振回路３に出力する。

給電共振回路３は、給電コイル３ａと給電コンデンサ３ｂとからなる共振回路である。これら給電コイル３ａ及び給電コンデンサ３ｂのうち、給電コイル３ａは、上記停車スペースに停車した移動体の所定箇所（後述する受電コイル７ａが設けられている箇所）と対向する位置に設けられている。そして、給電共振回路３は、インバータ回路２から受けた交流電力を、コイル間の磁気結合により受電共振回路７に伝送する。

本非接触給電システムの共振周波数は、給電共振回路３及び後述の受電共振回路７の回路定数（給電コイル３ａ、給電コンデンサ３ｂ、受電コイル７ａ、受電コンデンサ７ｂの値）に基づいて定まる値である。本実施形態では、この共振周波数は、給電装置Ｓの定常給電時における上記駆動周波数（定常スイッチング周波数ｆ_０）と同一であるとする。

ここで、インバータ回路２から給電共振回路３に供給されるスイッチング周波数ｆの交流電力の力率、つまりインバータ回路２からの出力電圧と出力電流との位相差は、給電共振回路３及び受電共振回路７の回路特性により変化する。スイッチング周波数ｆが共振周波数と同じである場合、インバータ回路２からの交流電力の力率は「１」、つまりインバータ回路２からの出力電圧と出力電流との位相差は「ゼロ」となる。スイッチング周波数ｆが共振周波数から離れるほど、インバータ回路２からの出力電圧と出力電流との位相差は大きくなる。インバータ回路２からの出力電圧と出力電流との位相差が大きくなる（つまり、力率が小さくなる）ほど、受電共振回路７に伝送される電流（バッテリＢへの入力電流）は小さくなる。

なお、スイッチング周波数ｆと共振周波数とが同一であるとは、厳密な完全一致に限定されず、例えば、誤差範囲を予め定め、上記誤差範囲内であるならば、スイッチング周波数ｆと共振周波数とは同一であるとみなすことができる。

給電通信部４は、受電装置Ｒの受電通信部９と近距無線通信を行うことにより、受電通信部９から受電側の情報（受電側情報）を取得する。この受電側情報は、バッテリＢへの給電状態に関する情報であり、例えばバッテリＢへの充電電流、充電電圧あるいは充電電力、又はバッテリＢの充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）あるいはインピーダンスである。給電通信部４は、受電通信部９から取得した上記受電側情報をスイッチング周波数設定部５に出力する。なお、給電通信部４と受電通信部９との通信方式は、ZigBee（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の近距離無線通信あるいは光信号を用いた近距離光通信である。

スイッチング周波数設定部５は、給電通信部４から入力された上記受電側情報に基づいて上記スイッチング周波数ｆを適宜設定する。例えば、スイッチング周波数設定部５は、充電率（ＳＯＣ）とスイッチング周波数ｆとの関係が複数のデータとして記憶部１０に登録されたテーブル（周波数制御テーブル）を参照して、スイッチング周波数ｆを設定する。

このようなスイッチング周波数設定部５は、充電率（ＳＯＣ）に応じたスイッチング周波数ｆの設定値（スイッチング周波数設定値）をスイッチング制御部６に出力する。なお、上記周波数制御テーブルについては、充電率（ＳＯＣ）とスイッチング周波数ｆとの関係を規定するテーブルに代えて、充電電圧とスイッチング周波数ｆとの関係、充電電力とスイッチング周波数ｆとの関係あるいはバッテリＢのインピーダンスとスイッチング周波数ｆとの関係を規定するテーブルであってもよい。

ここで、上記周波数制御テーブルは、図２の（ａ）に示すような充電率（ＳＯＣ）とスイッチング周波数ｆとの関係を規定する。すなわち、この周波数制御テーブルは、充電率（ＳＯＣ）が所定のしきい値ａよりも低い状態においてはスイッチング周波数ｆを定常スイッチング周波数ｆ_０に設定し、充電率（ＳＯＣ）がしきい値ａに到達すると、スイッチング周波数ｆを充電率（ＳＯＣ）の増加に伴って直線的に増大させる。

さらに換言すると、この周波数制御テーブルは、充電率（ＳＯＣ）が所定のしきい値ａよりも低い定常充電期間においてスイッチング周波数ｆを定常スイッチング周波数ｆ_０に設定し、充電率（ＳＯＣ）がしきい値ａ以上の後期充電期間においては、スイッチング周波数を定常スイッチング周波数ｆ_０から徐々に大きく変移させることを規定する。

図２の（ｂ）は、このようなスイッチング周波数ｆの変化に対応する充電電流の変化を示す特性図である。この特性図から分かるように、上述した後期充電期間においては、スイッチング周波数ｆが定常スイッチング周波数ｆ_０から徐々に大きく変移することによって、充電電流が、定常充電電流Ｉ_０（定常スイッチング周波数ｆ_０のときの充電電流）から徐々に低下して最終的に「ゼロ」に近づく。このような充電電流の変化は、給電共振回路３の給電コイル３ａから受電共振回路７の受電コイル７ａへの交流電力の電力量の低下に起因する。したがって、上記周波数制御テーブルは、上記後期充電期間において、給電コイル３ａから受電コイル７ａへの伝送電力が定常スイッチング周波数ｆ_０での伝送電力よりも低下するようにスイッチング周波数ｆを設定する。

スイッチング制御部６は、スイッチング周波数設定部５から入力されるスイッチング周波数設定値に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。すなわち、スイッチング制御部６は、スイッチング周波数設定値に合致する繰り返し周波数、かつ、一定のデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、インバータ駆動信号としてインバータ回路２に出力する。

一方、受電装置Ｒにおいて、受電共振回路７は、受電コイル７ａと受電コンデンサ７ｂとからなる共振回路である。受電コイル７ａは、移動体の底部または側部、上部等に設けられており、移動体が停車スペースに停車した場合に、給電装置Ｓを構成する給電コイル３ａと近接した状態で対向する。

このような受電共振回路７は、受電コイル７ａが給電共振回路３を構成する給電コイル３ａと近接対向して磁気結合する。すなわち、受電共振回路７は、インバータ回路２によって給電コイル３ａに供給された交流電力及び給電コイル３ａと受電コイル７ａとの結合係数に応じて空間伝送されてきた交流電力を受電して受電整流回路８に出力する。すなわち、本非接触給電システムは、磁界共鳴方式に準拠した非接触給電システムである。

受電整流回路８は、例えばダイオードブリッジ、リアクトル及び平滑コンデンサから構成されており、受電共振回路７から供給される交流電力（受電電力）を全波整流かつ平滑化して直流電力とし、直流電力をバッテリＢに出力して充電させる。この受電整流回路８からバッテリＢに供給される電力（充電電力）は、ダイオードブリッジで全波整流された全波整流電力をリアクトル及び平滑コンデンサによって平滑化した直流電力である。

受電通信部９は、上記受電側情報を給電装置Ｓの給電通信部４に無線送信する。すなわち、この受電通信部９は、給電通信部４との間で近距離無線通信を行い、給電通信部４と同様にZigBee（登録商標）やBluetooth（登録商標）等の電波通信あるいは光信号を用いた光通信を行う。

バッテリＢは、リチウムイオン電池等の二次電池であり、受電整流回路８から供給される直流電力を充電して蓄える。このバッテリＢは、移動体の走行用モータを駆動するインバータ（走行用インバータ）あるいは／及び移動体の走行を制御する制御機器に接続されており、制御機器の一部であるバッテリ制御部ＢＳによる制御の下で走行用インバータや制御機器に駆動電力を供給する。バッテリ制御部ＢＳは、バッテリＢをモニタすることにより、バッテリＢへの充電電圧、充電電力、充電率等の上記受電側情報を取得する。そして、バッテリ制御部ＢＳは、この受電側情報を受電通信部９に送る。

次に、このように構成された非接触給電システムの動作について、図２を参照して詳しく説明する。

本非接触給電システムでは、移動体が停車スペースに進入すると、給電装置Ｓが上記移動体の受電装置Ｒに対する給電を開始する。例えば、給電装置Ｓの給電通信部４は、通信要求信号を一定周期で連続的に発信しており、一方、受電装置Ｒの受電通信部９は、移動体が停車スペースに進入すると、上記通信要求信号の受信が可能になるので、上記通信要求信号に対して回答信号を給電通信部４に送信する。給電通信部４は、上記回答信号を受信すると、上記回答信号の受信をスイッチング周波数設定部５を介してスイッチング制御部６に通知する。この結果、スイッチング制御部６は、移動体が給電可能エリア内に進入してきたことを判断（認識）する。

そして、スイッチング制御部６は、バッテリＢへの給電状態に関する情報の送信要求をスイッチング周波数設定部５を介して給電通信部４から受電通信部９に送信させて、上記受電側情報としてバッテリＢの充電率（ＳＯＣ）を取得する。すなわち、受電通信部９は、上記送信要求を受信すると、バッテリ制御部ＢＳからバッテリＢの充電率（ＳＯＣ）を取り込んで給電通信部４に送信する。そして、給電通信部４は、受電通信部９から受信した充電率（ＳＯＣ）をスイッチング周波数設定部５に出力する。そして、スイッチング周波数設定部５は、上記充電率（ＳＯＣ）に応じたスイッチング周波数設定値を取得してスイッチング制御部６に出力する。

スイッチング制御部６は、このようにしてスイッチング周波数設定値を取得すると、ＰＷＭ信号の生成を開始することにより、インバータ回路２に交流電力の生成を開始させる。すなわち、スイッチング制御部６は、上記スイッチング周波数設定値に応じた繰り返し周波数、かつ、予め設定された一定のデューティ比のＰＷＭ信号を生成してインバータ回路２に出力し、インバータ回路２は、このようなＰＷＭ信号に基づいて上記スイッチング周波数設定値に対応したスイッチング周波数ｆの交流電力を生成して給電共振回路３に出力する。

この結果、上記スイッチング周波数ｆの交流電力は、給電共振回路３の給電コイル３ａから受電共振回路７の受電コイル７ａに非接触伝送され、給電共振回路３から受電整流回路８に入力されることにより直流電力に変換（整流）される。そして、この直流電力は、受電整流回路８からバッテリＢに供給されて充電される。この充電によってバッテリＢの充電率（ＳＯＣ）は充電開始前の状態よりも上昇する。

そして、このような充電率（ＳＯＣ）の上昇は、バッテリ制御部ＢＳによって充電電圧がモニタされることによって計測され、バッテリ制御部ＢＳから受電通信部９を経由して給電通信部４に送信され、給電通信部４からスイッチング周波数設定部５に供給されてスイッチング周波数ｆが更新される。

ここで、給電装置Ｓから受電装置Ｒに非接触給電することによってバッテリＢの充電率（ＳＯＣ）は徐々に上昇するが、スイッチング周波数設定部５は、図２の（ａ）に示すように、充電率（ＳＯＣ）がしきい値ａよりも低い状態（定常充電期間）においてはスイッチング周波数ｆを定常スイッチング周波数ｆ_０に設定し、充電率（ＳＯＣ）がしきい値ａに到達した以降の後期充電期間では、スイッチング周波数ｆを充電率（ＳＯＣ）の増加に伴って直線的に増大させる。

定常スイッチング周波数ｆ_０は、本非接触給電システムの共振周波数に同一に設定されているので、インバータ回路２からの出力電圧と出力電流との力率が最も高くなる、つまり力率が「１」となるスイッチング周波数ｆである。すなわち、定常充電期間は、交流電力の伝送の最大化が図れる充電期間である。これに対して、後期充電期間は、スイッチング周波数ｆが充電率（ＳＯＣ）の増加に伴って給電共振回路３及び受電共振回路７の共振周波数（つまり定常スイッチング周波数ｆ_０）から徐々に大きく変移する期間であり、よって交流電力量（力率）が徐々に低下し、最終的に充電電流が「ゼロ」に近づく充電期間である。

このような本実施形態によれば、給電装置Ｓが交流電力の周波数を設定することにより交流電力の伝送量を調節する。即ち、給電装置Ｓが交流電力のスイッチング周波数ｆを変化させることにより交流電力の電力量を調節する。給電装置Ｓが充電電流の調整機能を兼ね備えているので、受電装置Ｒに従来のＤＣ−ＤＣコンバータのような充電電流の調整機能を設ける必要がない。したがって、本実施形態によれば、受電装置ＲがバッテリＢに供給する電力の調整機能（ＤＣ−ＤＣコンバータ等）を持たなくてもバッテリＢへの電力供給を調整することができる。
また、本実施形態によれば、給電開始後に時々刻々と変化する充電率（ＳＯＣ）を受電装置Ｒから順次取得してスイッチング周波数ｆを変化させるので、バッテリＢに対するリアルタイムかつ細かな充電制御を実現することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、後期充電期間においてスイッチング周波数ｆが充電率（ＳＯＣ）の増加に伴って定常スイッチング周波数ｆ_０から直線的に漸次大きく変化するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２の（ａ）に二点鎖線で示すように、スイッチング周波数ｆが充電率（ＳＯＣ）の増加に伴って定常スイッチング周波数ｆ_０から直線的に漸次小さく変化するようにしてもよい。また、直線的に漸次変移することに代えて段階的にステップ状に変化させてもよい。

（２）また、上記バッテリＢ（負荷）への給電状態に関する情報の推定方法として、スイッチング周波数設定部５が給電整流回路１あるいはインバータ回路２の出力電流及び出力電圧に基づいてバッテリＢ（負荷）の充電率、インピーダンスあるいは充電電圧等を順次推定してもよい。この場合、記憶部１０は、上記充電率、インピーダンスあるいは充電電圧等とスイッチング周波数ｆとの関係を示す制御テーブルを予め記憶しておく。

そして、スイッチング周波数設定部５は、上記インピーダンスの推定値に対応するスイッチング周波数ｆを制御テーブルから順次検索することによってスイッチング周波数ｆを設定する。そして、インピーダンスの推定値が図２のしきい値ａに相当するインピーダンス以上になると、スイッチング周波数ｆを変化させる。この場合、給電装置側の情報のみで、バッテリＢの給電状態に関する情報を推定できるため、給電装置Ｓは、受電側情報を受電装置Ｒから取得する必要がなくなる。そのため、給電装置Ｓと受電装置Ｒとの通信が不要なので、給電通信部４（取得部）及び受電通信部９を省略することができ、各装置の構成の簡略化が実現される。

（３）上記実施形態では、給電開始後に時々刻々と変化するバッテリＢの充電電流、充電電圧、充電電力、充電率（ＳＯＣ）あるいはインピーダンスを受電側情報として順次取得したが、本発明はこれに限定されない。例えば、記憶部１０がバッテリＢの充電時間と充電率（ＳＯＣ）との関係を示す制御テーブルを予め記憶し、スイッチング周波数設定部５は、給電開始後の初期に１回だけ受電側情報を取得する。

スイッチング周波数設定部５は、この取得した受電側情報と上記制御テーブルとに基づいて、現在の充電をどれくらい継続すると、充電率が図２のしきい値ａ以上になるかを予測することができる。そして、スイッチング周波数設定部５は、予測したタイミングでスイッチング周波数ｆを変更することができる。この場合には、給電通信部４及び受電通信部９は、何度も通信し合う必要がないため、給電通信部４及び受電通信部９の通信負荷を軽減することができる。

（４）上記実施形態では、給電通信部４がバッテリＢの充電電流、充電電圧、充電電力、充電率（ＳＯＣ）あるいはインピーダンスを受電側情報として取得したが、本発明はこれに限定されない。充電電流、充電電圧、充電電力、充電率（ＳＯＣ）あるいはインピーダンスに代えて、例えばバッテリＢ（二次電池）への給電を低下させる指示を受電側情報として取得してもよい。

この場合、バッテリ制御部ＢＳは、充電率（ＳＯＣ）、バッテリＢのインピーダンスあるいは充電電圧が所定のしきい値を越えたときにバッテリＢへの給電を低下させることを判断し、この結果としてバッテリＢへの給電を低下させる指示を受電通信部９に出力する。そして、受電通信部９は、このような指示を給電通信部４に送信する。そして、スイッチング周波数設定部５は、給電通信部４から入力される受電側情報に従ってスイッチング周波数ｆを変化させる。

このような指示を給電通信部４が取得する場合には、スイッチング周波数ｆの変化の決定権をバッテリ制御部ＢＳが持つので、スイッチング周波数設定部５の負荷が軽減される。また、受電装置Ｒが車両に搭載されている場合、車両は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）のような高機能な演算処理装置を備えているため、バッテリ制御部ＢＳをこのような演算処理装置で実現することができる。給電の低下タイミングの判断を車両の演算処理装置が行うことにより、この装置の処理能力を有効活用することができる。

（５）上記実施形態では、バッテリＢの充電率（ＳＯＣ）とスイッチング周波数ｆとの関係を示す周波数制御テーブルを用いたが、特性が異なる複数種類のバッテリＢ毎に充電率（ＳＯＣ）とスイッチング周波数ｆとの関係を示すデータを記憶することによって、複数種類のバッテリＢに対応した充電制御を実現することができる。

（６）上記実施形態では、受電通信部９がバッテリ制御部ＢＳから受電側情報を取得するが、本発明はこれに限定されない。図３に示されるように、受電装置Ｒ内に、バッテリＢの充電電圧や充電電力等の受電側情報を測定し、受電側情報を生成する機能部（測定部）１１を新たに設け、機能部１１が生成した受電側情報を受電通信部９を介して受電通信部９が取得してもよい。これにより、バッテリＢがバッテリ制御部ＢＳを伴わない安価なバッテリであっても、バッテリＢを満充電にするための制御が実現される。測定部１１は、例えば、充電電圧を測定する電圧センサである。また、測定部１１は、例えば、充電電圧を測定する電圧センサと、充電電流を測定する電流センサと、充電電圧と充電電流を乗じた値を時間平均することにより充電電力を測定する電力演算器とで構成される。

（７）上記実施形態では、定常スイッチング周波数ｆ_０が共振周波数と同一であるが、本発明はこれに限定されない。例えば、定常スイッチング周波数ｆ_０が設定されている場合に、インバータ回路２からの出力電圧と出力電流との位相差が存在するとする。そして、充電率が所定のしきい値ａに到達した場合には、スイッチング周波数設定部５は、定常スイッチング周波数ｆ_０のときよりも位相差が大きくなるようなスイッチング周波数を設定する。位相差が広がることにより、バッテリＢに入力される電流を抑えることができる。

（８）上記実施形態では、負荷をバッテリＢとしたが、本発明における負荷は、バッテリＢに限定されず、種々の蓄電デバイス及び電力の供給を受けて所定の機能を実行する各種機器を包含する。この場合、給電共振回路３及び受電共振回路７のコンデンサ３ｂ、７ｂの配置と構成を適宜変えてもよい。

（９）上述の本発明の実施形態の説明において、例えば、しきい値に「到達する」・「以上」またはしきい値より「低い」のような表現の技術的思想が意味する内容は必ずしも厳密な意味ではなく、給電装置及び受電装置の仕様に応じて、基準となる値を含む場合又は含まない場合の意味を包含する。例えば、しきい値に「到達する」・「以上」とは、比較対象がしきい値以上になった場合のみならず、しきい値を超えた場合も含意し得る。また、例えばしきい値よりも「低い」とは、比較対象がしきい値未満になった場合のみならず、しきい値以下になった場合も含意し得る。

（１０）上記実施形態では、非接触給電システムが磁界共鳴方式に準拠したシステムであるとしたが、本発明はこの態様に限定されない。本非接触給電システムは、送電側の電力特性（周波数や後述のデューティ比等）の変化により、受電側の電力特性が変化するシステムであればよく、例えば、電磁誘導方式のシステムであってもよい。

（１１）上記実施形態では、バッテリ制御部ＢＳがバッテリＢのインピーダンスを求めたが、本発明はこの態様に限定されない。バッテリ制御部ＢＳが、受電通信部９を介して、バッテリＢの充電電圧及び充電電流を給電通信部４に送信し、給電制御部Ｅが充電電圧及び充電電流に基づいてインピーダンスを算出してもよい。

（１２）上記実施形態では、インバータ回路２のスイッチング周波数を調整することによって、バッテリＢが満充電状態となるようにインバータ回路２の交流電力を調整したが、本発明はこれに限定されない。例えば、インバータ回路２におけるスイッチングのオン/オフのデューティ比を調整することによって、バッテリＢが満充電状態となるようにインバータ回路２の交流電力を調整してもよい（変化させてもよい）。インバータ回路２におけるスイッチングがオンである時間が長いほど、インバータ回路２から出力される電力が増える。そのため、スイッチングのオン/オフの時間を変更することにより、インバータ回路２から出力される電力が変化する。

例えば、給電装置Ｓは、スイッチング周波数設定部５の代わりに、デューティ比設定部を備えることもできる。このデューティ比設定部は、例えば、バッテリＢの充電電圧とインバータ回路２におけるスイッチングのデューティ比との関係が複数のデータとして登録されたテーブル（デューティ比制御テーブル）を備え、充電電圧に応じたデューティ比の設定値（デューティ比設定値）をスイッチング制御部６に出力する。

また、インバータ回路２における２つのスイッチングトランジスタ（スイッチング素子）が直列接続された２つのレグのスイッチングの位相差を調整することによって、バッテリＢが満充電状態となるようにインバータ回路２の交流電力を調整してもよい（変化させてもよい）。スイッチングの位相差により、インバータ回路の導通時間が変化し、導通時間が長いほど、インバータ回路２から出力される電力が増える。そのため、スイッチングの位相差を変更することにより、インバータ回路２から出力される電力が変化する。 例えば、給電装置Ｓは、スイッチング周波数設定部５の代わりに、位相差設定部を備える。この位相差設定部は、例えば、充電電圧とインバータ回路２における上述した位相差との関係が複数のデータとして登録されたテーブル（位相差制御テーブル）を備え、充電電圧に応じた位相差の設定値（位相差設定値）をスイッチング制御部６に出力する。

（１３）上記実施形態では、バッテリ制御部ＢＳは、バッテリＢへの充電電圧、充電電力、充電率等を受電側情報として取得したが、本発明はこの態様に限定されない。例えば、バッテリ制御部ＢＳは、給電装置Ｓから受電装置Ｒへの給電電力の電力（あるいは電流）目標値を算出し、受電通信部９に出力することができる。給電装置Ｓから受電装置Ｒへの給電電力の電力（あるいは電流）目標値とは、バッテリＢへの充電電力（あるいは充電電流）目標値に対応し、バッテリＢに充電されるべき電力（電流）である。例えば、ＣＣ充電方式では、バッテリＢに入力されるべき所望電流が存在するため、バッテリ制御部ＢＳは、この所望電流の値を給電装置Ｓに送る。これにより、給電制御部Ｅは、バッテリＢに所望電流が入力されるために必要な電力を出力するようにインバータ回路２を制御することができる。これにより、ＣＣ充電方式が実現される。

本発明によれば、受電装置が負荷に供給する電力の調整機能を持たなくても負荷への電力供給を調整することが可能である。

Ｓ 給電装置
Ｒ 受電装置
Ｂ バッテリ
１ 給電整流回路
２ インバータ回路
３ 給電共振回路
３ａ 給電コイル
３ｂ 給電コンデンサ
４ 給電通信部（取得部）
５ スイッチング周波数設定部
６ スイッチング制御部
７ 受電共振回路
７ａ 受電コイル
７ｂ 受電コンデンサ
８ 受電整流回路
９ 受電通信部（提供部）
１０ 記憶部
１１ 測定部

Claims (10)

1. 給電コイルを受電装置の受電コイルに磁気結合させることによりインバータ回路で発生させた交流電力を前記受電装置に非接触で伝送する給電装置であって、
   前記受電装置に接続された二次電池への給電状態に関する情報に応じて前記交流電力が変化するように前記インバータ回路を制御する給電制御部と、
   前記受電装置から前記情報を取得する取得部と、
   前記二次電池の充電時間と前記情報との関係を予め記憶する記憶部とを備え、
   前記取得部は、前記交流電力の伝送を開始すると、前記情報を１回取得し、
   前記給電制御部は、前記関係と前記情報に基づいて前記二次電池への給電を低下させるタイミングを判断し、前記判断の結果に基づいて前記交流電力を変化させる給電装置。
2. 前記記憶部は、特性が異なる二次電池毎に前記二次電池の充電時間と充電電力との関係を記憶する請求項１記載の給電装置。
3. 前記情報は、前記二次電池の充電電圧あるいはインピーダンスである請求項１または２に記載の給電装置。
4. 給電コイルを受電装置の受電コイルに磁気結合させることによりインバータ回路で発生させた交流電力を前記受電装置に非接触で伝送する給電装置であって、
   前記受電装置に接続された二次電池への給電状態に関する情報に応じて前記交流電力が変化するように前記インバータ回路を制御する給電制御部と、
   前記二次電池のインピーダンスと前記交流電力を変化させるタイミングとの関係を記憶する記憶部とを備え、
   前記給電制御部は、前記インバータ回路の入力電流及び入力電圧、あるいは前記インバータ回路の出力電流及び出力電圧に基づいて前記二次電池のインピーダンスを特定し、特定された前記インピーダンス及び前記関係に基づいて前記交流電力を変化させる給電装置。
5. 前記給電制御部は、前記二次電池の充電状態が満充電に近づくほど前記インバータ回路の出力電流と出力電圧との位相差が大きくなるように、前記インバータ回路を制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載の給電装置。
6. 前記給電制御部は、前記インバータ回路のスイッチング周波数を調整する請求項１〜５のいずれか一項に記載の給電装置。
7. 前記給電制御部は、前記インバータ回路のオン/オフのデューティ比を調整する請求項１〜６のいずれか一項に記載の給電装置。
8. 前記給電制御部は、前記インバータ回路における２つのスイッチング素子が直列接続された２つのレグのスイッチングの位相差を調整する請求項１〜７のいずれか一項に記載の給電装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の給電装置と、前記受電装置とを備える非接触給電システム。
10. 前記受電装置は、
    前記受電コイルが前記給電コイルから受電した交流電力を整流して前記二次電池に供給する受電整流回路と、
    前記給電状態に関する情報を前記給電装置に提供する提供部と
    を備える請求項９記載の非接触給電システム。

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