JP6390450B2 - 非接触給電システムの送電装置 - Google Patents

Description

送電コイルを有し、受電装置の受電コイルに対して非接触で交流電力を送電コイルから送電する非接触給電システムの送電装置に関する。

送電コイルを有する送電装置と、送電コイルから送電される交流電力を受電する受電コイルを有する受電装置と、を備える非接触給電システムが知られている。送電装置は、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、送電コイルに出力するインバータ回路を有している。フルブリッジ型のインバータ回路は、ハーフブリッジ型のインバータ回路などと比較して、直流電圧源の電圧利用率が高いため、フルブリッジ型のインバータ回路が用いられることが多い。

ここで、フルブリッジ型のインバータ回路において、電力損失の低減を目的として、フルブリッジの２つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれオンオフ制御するとともに、２つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定するハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を実施する構成が知られている（例えば、特許文献１）。

ハーフブリッジ駆動方式によるＰＷＭ制御では、簡易な制御でソフトスイッチング制御を実施することができ、電力損失を低減することができる。また、ハーフブリッジ駆動方式は、インバータ回路から同一の出力電圧を出力する場合に、フルブリッッジ駆動方式に比べて、電力損失が小さい。

ただし、ハーフブリッジ駆動方式は、フルブリッジ駆動方式に比べて、出力電圧の振幅が小さく、送電装置から受電装置に送電可能な電力の最大値が小さくなるという問題がある。そこで、特許文献１に記載の技術では、受電装置の消費電力に応じて、フルブリッジ駆動とハーフブリッジ駆動とを切り替える制御を実施している。

特開２０１４−５４１３４号公報

非接触給電では、送電コイルと受電コイルとの相対的位置によって、送電コイルと受電コイルとの結合係数が変化する。インバータの出力電圧が同一であっても、結合係数の変化によって受電コイル及び送電コイルに流れる電流が変化し、インバータ回路から出力される出力電力が変動する。受電装置の消費電力に応じて、ハーフブリッジ駆動とフルブリッジ駆動とを切り替える特許文献１に記載の技術では、この結合係数の変化によって、ハーフブリッジ駆動で送電可能であるにも関わらず、フルブリッジ駆動が選択されることが懸念される。この場合、電力損失抑制の効果が減少する。また、ハーフブリッジ駆動で送電不可能であるにも関わらず、ハーフブリッジ駆動が選択されることが懸念される。この場合、出力電圧が出力電圧指令値を満たせず、受電装置から電力供給される電気負荷が電源失陥となるおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、送電コイルと受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式を切り替えることを目的とする。

本発明は、送電コイル（３７）を有し、受電装置（１３）の受電コイル（３８）に対して非接触で交流電力を前記送電コイルから送電する非接触給電システム（１０）の送電装置（１２）であって、直流電源（１１）に接続されており、フルブリッジ型に接続されている複数のスイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４）を有し、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、前記送電コイルに出力するインバータ回路（１６）と、前記インバータ回路の２つのレグを構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御することで、フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、また、前記２つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御するとともに、前記２つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定することで、ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施する制御部（６０）と、を備え、前記制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を指令する出力電圧指令値が、前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、前記出力電圧指令値が前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施することを特徴とする。

インバータ回路の出力電圧が一定であったとしても、受電コイルと送電コイルとの結合係数が変化すると、受電コイルに流れる電流が変化する。結合係数の変化により受電コイルに流れる電流が減少した場合、送電装置から受電装置に対して所定の電力を送電するためには、出力電圧指令値を増加させる必要がある。このように出力電圧指令値が増加する場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施すると、インバータ回路の出力電圧が出力電圧指令値を満たせなくなることが懸念される。また、結合係数の変化により受電コイルに流れる電流が増加した場合、出力電圧指令値を減少させても、送電装置から受電装置に対して所定の電力を送電することができる。このように出力電圧指令値が減少する場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施すると、電力損失が大きくなる。

そこで、本発明では、インバータ回路の出力電圧を指令する出力電圧指令値が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。また、出力電圧指令値が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。これにより、送電コイルと受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式を切り替えることが可能になる。

非接触給電システムの電気的構成図。 インバータ回路の出力電圧と出力電流の時間変化を表すタイミングチャート。 フルブリッジ駆動方式とハーフブリッジ駆動方式との違いを表す図。 結合係数と電力損失との関係を表す図。 駆動方式の切り替えにおけるヒステリシスを表す図。 駆動方式の切り替え処理を表すフローチャート。

（第１実施形態）
本実施形態における非接触給電システムは、商用電源から電力を供給され受電装置に対して非接触で電力を送電する送電装置、及び、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置を備える。受電装置は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載され、車載バッテリに対して電力を出力することで、車載バッテリを充電するものである。また、送電装置は、車両が駐車される駐車スペースに固定されて設けられている。

図１に本実施形態における非接触給電システム１０を示す。非接触給電システム１０は、直流電源１１から供給される電力を送電装置１２から車両に搭載された受電装置１３に対して非接触で送電する。そして、受電装置１３は、送電された電力を車載バッテリ１４に対して出力し、充電を行う。また、受電装置１３は、車載バッテリ１４から供給された電力を送電装置１２に対して非接触で送電することが可能である。受電装置１３から送電装置１２に対して送電を行う場合、送電装置１２から家屋などに対して電力供給が実施される。受電装置１３から送電装置１２に対して送電を行う場合、受電装置１３は「送電装置」として動作し、送電装置１２は「受電装置」として動作する。

送電装置１２は、直流電源１１から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するインバータ回路１６、及び、交流電力を受電装置１３に対して出力する送電共振回路１７を備える。ここで、直流電源１１は、商用電力から供給される交流電力を直流電力に変換するＡＣ−ＤＣコンバータである。また、インバータ回路１６から入力される交流電力から所定の周波数域の交流電力以外を除去し、送電共振回路１７に出力する送電フィルタ回路１８を備える。

受電装置１３は、送電共振回路１７から電力を供給される受電共振回路１９、受電共振回路１９から供給される交流電力を全波整流する整流回路２０を備える。また、受電共振回路１９から入力される交流電力から所定の周波数域の交流電力以外を除去し、整流回路２０に出力する受電フィルタ回路２２を備える。

インバータ回路１６は、周知のフルブリッジ型のインバータ回路である。インバータ回路１６は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備え、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４が交互にオンオフされる（開閉制御される）ことで、直流電源１１から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換する。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、それぞれボディダイオードを備えている。

送電共振回路１７は、送電コンデンサ３６及び送電コイル３７が直列接続されて構成されている。また、受電共振回路１９は、受電コイル３８及び受電コンデンサ３９が直列接続されて構成されている。

送電コイル３７及び受電コイル３８はそれぞれコアとともに平板状の樹脂に封止されている。送電コイル３７、送電コア、及び送電コイル３７を封止する樹脂は、送電パッドを構成し、受電コイル３８、受電コア、及び受電コイル３８を封止する樹脂は、受電パッドを構成している。送電パッドは駐車スペースの地表面の所定の位置に設けられており、また、受電パッドは車両の底部に設けられている。駐車スペースに車両が駐車されたときに、送電パッドと受電パットとが上下方向に離間して配置される。そして、その対向状態で送電コイル３７に交流電力を流し、その交流電力によって発生した交番磁束が受電コイル３８と鎖交することで、電磁誘導によって受電コイル３８に交流電力を発生させる。

整流回路２０は、周知のフルブリッジ型の同期整流回路であり、スイッチ４４〜４７を備え、スイッチ４４〜４７が交互にオンオフされることで、受電共振回路１９から供給される交流電力を直流に変換する。なお、スイッチ４４〜４７は、ＭＯＳ−ＦＥＴであり、ボディダイオードを備えている。整流回路２０の出力側には平滑コンデンサ４８が設けられている。更に、平滑コンデンサ４８の両端子と車載バッテリ１４との間には、メインリレー５０，５１がそれぞれ設けられている。メインリレー５０，５１は、オフ状態とされることで、受電装置１３と車載バッテリ１４との接続を遮断状態にする。車載バッテリ１４の充電時において、メインリレー５０，５１は原則的にオン状態とされている。また、平滑コンデンサ４８とメインリレー５０，５１との間にリアクトル５２及びコンデンサ５３から構成されるフィルタ回路が設けられている。

送電フィルタ回路１８は、リアクトル３２，３３及びコンデンサ３４，３５を備えるバンドパスフィルタであり、インバータ回路１６及び送電共振回路１７の間に設けられている。送電フィルタ回路１８において、リアクトル３２及びコンデンサ３４、リアクトル３３及びコンデンサ３５はそれぞれ直列接続されている。そして、インバータ回路１６の出力端子の一方にコンデンサ３４が接続され、他方にコンデンサ３５が接続されている。つまり、リアクトル３２及びコンデンサ３４から構成されるバンドパスフィルタと、リアクトル３３及びコンデンサ３５から構成されるバンドパスフィルタとが、送電フィルタ回路１８を構成している。

受電フィルタ回路２２は、リアクトル４０，４１及びコンデンサ４２，４３を備えるバンドパスフィルタであり、受電共振回路１９及び整流回路２０の間に設けられている。受電フィルタ回路２２において、リアクトル４０及びコンデンサ４２、リアクトル４１及びコンデンサ４３はそれぞれ直列接続されている。そして、受電共振回路１９の出力端子の一方にリアクトル４０が接続され、他方にリアクトル４１が接続されている。つまり、リアクトル４０及びコンデンサ４２から構成されるバンドパスフィルタと、リアクトル４１及びコンデンサ４３から構成されるバンドパスフィルタとが、受電フィルタ回路２２を構成している。

また、送電装置１２には、送電装置１２の制御を行う送電制御部６０が設けられており、受電装置１３には、受電装置１３の制御を行う受電制御部７０が設けられている。送電制御部６０は、インバータ回路１６の制御を行う。受電制御部７０は、整流回路２０の制御を行う。

また、車両には、ＥＣＵ８０（Electronic Control Unit）及び充電開始ボタン（図示略）が設けられている。車両の停車中において、充電開始ボタンがユーザにより押されると、ＥＣＵ８０は送電装置１２から受電装置１３に対する送電を開始させる。具体的には、ＥＣＵ８０は、制御部６０，７０に対して指令を行うとともに、メインリレー５０，５１のオンオフの制御を行う。なお、制御部６０，７０及びＥＣＵ８０は、演算装置であるＣＰＵ、主記憶装置であるＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータである。また、送電制御部６０と、受電制御部７０及びＥＣＵ８０との通信は無線、受電制御部７０とＥＣＵ８０との通信は有線により行われる。

インバータ回路１６において、スイッチＳＷ１のソース、及び、スイッチＳＷ２のドレインは、送電フィルタ回路１８を介して送電コイル３７の一端に接続されており、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、第１レグを構成している。スイッチＳＷ３のソース、及び、スイッチＳＷ４のドレインは、送電フィルタ回路１８を介して送電コイル３７の他端に接続されており、スイッチＳＷ３，ＳＷ４は、第２レグを構成している。スイッチＳＷ１，ＳＷ３は上アームスイッチング素子であり、スイッチＳＷ２，ＳＷ４は下アームスイッチング素子である。

インバータ回路１６は、通常動作時（後述するフルブリッジ駆動時）において、スイッチＳＷ１とスイッチＳＷ４とが同期してオンオフされるとともに、スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３とが同期してオンオフされることで、直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、同一のレグに属する上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが同時にオン状態とならないように、オンオフ状態（開閉状態）の切り替え時において、両スイッチング素子がともにオフ状態とされるデッドタイムが設けられている。

インバータ回路１６における出力電圧指令値Ｖｏ＊は、受電コイル３８に流れる電流の検出値と、所定の目標値との偏差に基づいて、受電コイル３８に流れる電流が所定の目標値に近づくように設定される。具体的には、受電制御部７０が、受電コイル３８に流れる電流（受電電流Ｉ２）を検出する電流センサ４９（電流検出手段）から検出値を取得し、その検出値と、ＥＣＵ８０から入力される受電電流Ｉ２の目標値との偏差を算出する。そして、受電制御部７０は、その偏差を送電制御部６０に出力し、送電制御部６０（指令値設定手段）は、その偏差に基づいて出力電圧指令値Ｖｏ＊を算出する。送電制御部６０は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）によって、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏが設定された出力電圧指令値Ｖｏ＊と等しくなるようにデューティを調整する。また、送電制御部６０は、周波数制御をＰＷＭ制御と組み合わせて実施する。周波数制御を実施することで、スイッチング損失を低減することができる。

ここで、受電電流Ｉ２の目標値が低く設定されると、送電制御部６０により出力電圧指令値Ｖｏ＊が低く設定され、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ４のオン時間（デューティ）が短く設定される。デューティが低下すると、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４のオンオフ時におけるスイッチング損失が増加する。このスイッチング損失の増加について図２を用いて説明する。

図２に、低デューティ（１０％）における出力電圧Ｖｏの波形を実線で示し、最大デューティ（５０％）における出力電圧Ｖｏの波形を破線で示す。さらに、出力電流Ｉｏの波形を一点鎖線で示す。

出力電流Ｉｏの波形は、正弦波状である。最大デューティの場合、出力電流Ｉｏが流れていない状態で、スイッチＳＷ１がオンされるため、スイッチング損失はほぼ０となる。スイッチＳＷ１がオフにされるときも同様にスイッチング損失はほぼ０となる。

一方、低デューティの場合、正弦波状の出力電流Ｉｏのピーク値付近においてスイッチＳＷ１がオンされるため、スイッチＳＷ１がオンとされる時の出力電流Ｉｏに比例したスイッチング損失が生じることになる。スイッチＳＷ１がオフにされるときも同様に、スイッチＳＷ１がオフとされる時の出力電流Ｉｏに比例したスイッチング損失が生じることになる。

そこで、本実施形態では、低デューティの場合に、第２レグのスイッチＳＷ３，ＳＷ４のオンオフ状態を固定した上で、第１レグのスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフ制御を実施する。具体的には、スイッチＳＷ３を常時オン状態とし、スイッチＳＷ４を常時オフ状態とした状態で、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオンオフ制御を実施する。この駆動方式をハーフブリッジ駆動方式と呼び、上述したスイッチＳＷ１〜ＳＷ４をそれぞれオンオフ制御する駆動方式をフルブリッジ駆動方式と呼ぶ。

図３に、インバータ回路１６から同一の電力を出力する場合に、フルフブリッジ駆動方式による制御を実施したときの出力電圧Ｖｏの波形（図３（ａ））と、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施したときの出力電圧Ｖｏの波形（図３（ｂ））とを示す。

ハーフブリッジ駆動方式では、フルブリッジ駆動方式に比べて、１周期においてスイッチング損失が発生する機会が４回から２回に減少する。さらに、ハーフブリッジ駆動方式では、フルブリッジ駆動方式に比べて、スイッチＳＷ１のデューティが大きく設定されるため、オンオフの切り替え時における出力電流Ｉｏが小さくなる。このため、ハーフブリッジ駆動方式を実施することで、スイッチング損失を低減することが可能になる。なお、ハーフブリッジ駆動方式においてインバータ回路１６の出力電圧Ｖｏの振幅は、フルブリッジ駆動方式に比べて半減している。また、ハーフブリッジ駆動方式によるＰＷＭ制御において、ソフトスイッチングを行うことで、スイッチング損失を更に低減することが可能である。

ここで、車両に対して非接触送電を行う場合、送電パッドと受電パッドとの相対位置、つまり、送電コイル３７と受電コイル３８との相対位置が変化することが考えられる。車両の停車位置により、送電コイル３７と受電コイル３８との相対位置のうち水平方向の位置は変化する。また、車両に積載されている荷物の重量や車両のサスペンションの劣化に伴う車両の鉛直方向の位置の変化により、送電コイル３７と受電コイル３８との相対位置のうち鉛直方向の位置は変化する。このようなコイル３７，３８同士の相対位置の変化によって、送電コイル３７と受電コイル３８との結合係数ｋが変化する。本実施形態では、送電共振回路１７及び受電共振回路１９がともに直列共振回路であるため、受電コイル３８に流れる電流は、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏに比例し、結合係数ｋに反比例する。

所定の出力電力を車載バッテリ１４に供給する場合、結合係数ｋの変化に応じて、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏを変化させる必要がある。つまり、所定の出力電力を出力する場合、図４（ａ）に示すように結合係数ｋに比例するように出力電圧Ｖｏを変化させる必要がある。結合係数ｋの変化に伴って、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏを変化させる場合に、ハーフブリッジ駆動方式では、所定の出力電力を出力するための出力電圧Ｖｏを実現できない場合がある。

そこで、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏが所定の閾値Ｖｔｈ以下となった場合に、図４（ｂ）に示すように、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした（実線）。これにより、一律にフルブリッジ駆動方式を実施する場合（一点鎖線）に比べて、インバータ回路１６における電力損失Ｐｌｏｓｓを低減することができる。さらに、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏが所定の閾値Ｖｔｈより大きくなった場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。これにより、結合係数ｋの変化によって二次側電流が減少した場合であっても、所定の出力電力を出力することが可能になる。

また、図５に示すように、閾値Ｖｔｈとして、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式の切り替え時における出力電圧Ｖｏの閾値Ｖｔｈ１と、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式の切り替え時における出力電圧Ｖｏの閾値Ｖｔｈ２とを異なるように設定する。具体的には、閾値Ｖｔｈ１を閾値Ｖｔｈ２より大きく設定する。ここで、閾値Ｖｔｈ１は、ハーフブリッジ駆動方式において出力可能な出力電圧Ｖｏの上限値Ｖｈ＿ｍａｘより低く設定する。このようにヒステリシスを設けることで、ハーフブリッジ駆動方式とフルブリッジ駆動方式との頻繁な切り替えを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、駆動方式の切り替えを実施する前に、デューティを変更する。つまり、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式に切り替えるときには、予めデューティをハーフブリッジ駆動方式に適した値に変更した後で、駆動方式の切り替えを実施する。具体的には、デューティを現在のデューティの２倍に設定する。これにより、駆動方式の変更に伴う出力電圧Ｖｏの急減を抑制することができる。

また、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替えるときには、予めデューティをフルブリッジ駆動方式に適した値に変更した後で、駆動方式の切り替えを実施する。具体的には、デューティを現在のデューティの１／２倍に設定する。これにより、駆動方式の変更に伴う出力電圧Ｖｏの急増を抑制することができる。

また、駆動方式の切り替え時において、同一アームの上アームスイッチング素子と、下アームスイッチング素子とが同時にオン状態となり、短絡が生じることが懸念される。例えば、フルブリッジ駆動方式において、スイッチＳＷ４がオン状態とされている状態で、ハーフブリッジ駆動方式への切り替えが行われると、スイッチＳＷ４がオフ状態とされる前にスイッチＳＷ３がオン状態とされることが懸念される。また、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の駆動信号のいずれかに遅延が生じ、オンオフタイミングにずれが生じている状態で、駆動方式の切り替えが行われると、同一レグの上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが同時にオン状態とされることが懸念される。

そこで、本実施形態では、駆動方式の切り替え時において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を全てオフ状態にした後で、駆動方式の切り替えを実施する構成とした。このような構成にすることで、駆動方式の切り替えに伴う短絡を抑制することができる。

図６に本実施形態における駆動方式の切り替え処理を表すフローチャートを示す。本処理は、送電制御部６０によって所定周期ごとに実施される。

ステップＳ０１において、現在フルブリッジ駆動方式か否かを判定する。フルブリッジ駆動方式であると判定されると（Ｓ０１：ＹＥＳ）、ステップＳ０２において、出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ２より小さいか否かを判定する。出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ２より小さいと判定されると（Ｓ０２：ＹＥＳ）、ステップＳ０３において、デューティを現在のデューティの２倍に設定する。次に、ステップＳ０４において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態とし、その後、ステップＳ０５において、駆動方式をハーフブリッジ駆動方式に切り替え、処理を終了する。ステップＳ０２において、出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ２以上であると判定されると（Ｓ０２：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。

一方、ステップＳ０１において、ハーフブリッジ駆動方式であると判定されると（Ｓ０１：ＮＯ）、ステップＳ０６において、出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ１より大きいか否かを判定する。出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ１より大きいと判定されると（Ｓ０６：ＹＥＳ）、ステップＳ０７において、デューティを現在のデューティの１／２倍に設定する。次に、ステップＳ０８において、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態とし、その後、ステップＳ０９において、駆動方式をフルブリッジ駆動方式に切り替え、処理を終了する。ステップＳ０６において、出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ１以下であると判定されると（Ｓ０６：ＮＯ）、そのまま処理を終了する。

以下、本実施形態における効果を述べる。

インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏを指令する出力電圧指令値Ｖｏ＊が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路１６の出力電圧Ｖｏの上限値Ｖｈ＿ｍａｘに基づき設定される閾値Ｖｔｈ１（Ｖｔｈ）よりも大きい場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。また、出力電圧指令値Ｖｏ＊が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路１６の出力電圧Ｖｏの上限値Ｖｈ＿ｍａｘに基づき設定される閾値Ｖｔｈ２（Ｖｔｈ）よりも小さい場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。これにより、送電コイル３７と受電コイル３８の結合係数ｋが変化した場合に、インバータ回路１６の出力電圧Ｖｏが出力電圧指令値Ｖｏ＊を満たすように制御しつつ、ハーフブリッジ駆動方式による電力損失抑制の効果を得ることが可能となる。

本実施形態では、受電コイル３８に流れる電流である受電電流Ｉ２の検出値と目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Ｖｏ＊を設定する構成とした。結合係数ｋの変化に伴って、受電電流Ｉ２が目標値から変化した場合に、受電電流Ｉ２を目標値に近づけることが可能になる。そして、受電電流Ｉ２が変化したことにより、出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈ１（Ｖｔｈ）よりも大きくなった場合に、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替えることができる。

駆動方式の切り替え時において、予め切り替え後の駆動方式におけるＰＷＭ制御のデューティを設定しておくことで、駆動方式の切り替え時における出力電圧Ｖｏの変動を抑制することができる。

具体的には、同一のデューティにおいて、ハーフブリッジ駆動方式の出力電圧振幅は、フルブリッジ駆動方式の出力電圧振幅の１／２となる。そこで、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替える場合に、デューティを予め１／２倍に設定し、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式に切り替える場合に、デューティを予め２倍に設定する構成とした。このような構成にすることで、より好適に駆動方式の切り替え時における出力電圧Ｖｏの変動を抑制することができる。

（他の実施形態）
・閾値Ｖｔｈ１と閾値Ｖｔｈ２とを同一の値としてもよい。

・駆動方式の切り替え時において、全スイッチＳＷ１〜ＳＷ４をオフ状態としない構成としてもよい。

・スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、ＭＯＳ−ＦＥＴに代えて、ＩＧＢＴであってもよい。

・送電パッド及び受電パッドは、コイル３７，３８及びコアに加えて、フィルタ回路などを樹脂で封止するものであってもよい。

・送電共振回路１７及び受電共振回路１９はそれぞれ並列共振回路であってもよい。

・非接触給電システムは、電磁誘導方式に代えて、磁界共鳴方式であってもよい。また、双方向送電が可能でなくてもよい。

・メインリレー５０，５１の一方を省略する構成としてもよい。また、メインリレー５０，５１をともに省略する構成としてもよい。また、リアクトル５２及びコンデンサ５３から構成されるフィルタ回路を省略する構成としてもよい。

・送電制御部６０に代えて、受電制御部７０が出力電圧指令値を設定する構成としてもよい。

・充電開始ボタンがユーザにより押されると、ＥＣＵ８０は送電装置１２から受電装置１３に対する送電を開始させる構成としたが、これを変更してもよい。例えば、物理的な充電開始ボタンに代えて、タッチパネルに入力が行われた場合や、所定の音声が入力された場合や、車両が所定の位置に停車された場合などに、送電装置１２から受電装置１３に対する送電を開始させる構成としてもよい。

・送電フィルタ回路１８及び受電フィルタ回路２２を省略する構成であってもよい。また、送電フィルタ回路及び受電フィルタ回路は、コモンモードフィルタ回路や、ローパスフィルタ回路や、ハイパスフィルタ回路などであってもよい。また、整流回路２０は、同期整流方式に代えて、ダイオード整流方式であってもよい。

・上記実施形態では、受電コイル３８に流れる受電電流Ｉ２の検出値と目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Ｖｏ＊を設定する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、整流回路２０に流れる電流の検出値と目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Ｖｏ＊を設定する構成としてもよい。

・インバータ回路１６の入力電力の取得値と、入力電力の目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Ｖｏ＊の設定を行ってもよい。電力取得手段としての送電制御部６０は、インバータ回路１６の入力電圧の検出値と、インバータ回路１６の入力電流の検出値とを取得し、両検出値の積としてインバータ回路１６の入力電力を算出する。なお、インバータ回路１６の入力電圧が固定値である場合には、入力電流の検出値を入力電力とみなすことができる。

こうした構成によれば、結合係数ｋの変化に伴って、入力電力が目標値から変化した場合であっても、入力電力を目標値に近づけることが可能になる。そして、受電電流Ｉ２が変化したことにより、出力電圧指令値Ｖｏ＊が閾値Ｖｔｈよりも大きくなった場合に、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替えることができる。

・出力電圧指令値Ｖｏ＊の設定において、受電制御部７０が、電気負荷である車載バッテリ１４の入力電圧の検出値を電圧センサから取得するとともに、車載バッテリ１４の入力電流の目標値を取得し、その車載バッテリ１４の入力電圧の検出値と入力電流の目標値を送電制御部６０に送信する構成とする。

さらに、送電制御部６０は、インバータ回路１６の入力電圧の検出値と、インバータ回路１６の入力電流の検出値とを取得し、両検出値の積としてインバータ回路１６の入力電力を算出する。そして、インバータ回路１６の入力電力に基づいて、車載バッテリ１４の入力電力を推定し、推定した車載バッテリ１４の入力電力を車載バッテリ１４の入力電圧で除算することで、車載バッテリ１４の入力電流を推定する。そして、推定した車載バッテリ１４の入力電流の推定値と、車載バッテリ１４の入力電流の目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Ｖｏ＊を設定する構成とする。このような構成とすることで、より高精度に車載バッテリ１４の入力電流を調整することが可能になる。

・ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式への切り替え時におけるデューティの設定は、少なくとも切り替え前におけるデューティより小さく設定すれば、出力電圧Ｖｏの変動を抑えることが出来る。同様に、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式への切り替え時におけるデューティの設定は、少なくとも切り替え前におけるデューティより大きく設定すれば、出力電圧Ｖｏの変動を抑えることが出来る。

・非接触給電システムは、車両以外に用いられるものであってもよい。送電コイル３７と受電コイル３８の相対位置が変化し易く、結合係数ｋが変化し易いものに対して適用するとよい。

１０…非接触給電システム、１１…直流電源、１２…送電装置、１３…受電装置、インバータ回路１６、３７…送電コイル、３８…受電コイル、６０…送電制御部（制御部）、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチング素子（スイッチ）

Claims (7)

1. 送電コイル（３７）を有し、受電装置（１３）の受電コイル（３８）に対して非接触で交流電力を前記送電コイルから送電する非接触給電システム（１０）の送電装置（１２）であって、
   直流電源（１１）に接続されており、フルブリッジ型に接続されている複数のスイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４）を有し、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、前記送電コイルに出力するインバータ回路（１６）と、
   前記インバータ回路の２つのレグを構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御することで、フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、また、前記２つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御するとともに、前記２つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定することで、ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施する制御部（６０）と、
   を備え、
   前記制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を指令する出力電圧指令値が、前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、前記出力電圧指令値が前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、
   前記非接触給電システムは、
   前記受電装置に流れる電流を検出する電流検出手段（４９）と、
   前記電流検出手段による検出値と所定の目標値との偏差を小さくするように、前記出力電圧指令値を設定する指令値設定手段（６０）と、
   を備えることを特徴とする送電装置。
2. 送電コイル（３７）を有し、受電装置（１３）の受電コイル（３８）に対して非接触で交流電力を前記送電コイルから送電する非接触給電システム（１０）の送電装置（１２）であって、
   直流電源（１１）に接続されており、フルブリッジ型に接続されている複数のスイッチング素子（ＳＷ１〜ＳＷ４）を有し、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、前記送電コイルに出力するインバータ回路（１６）と、
   前記インバータ回路の２つのレグを構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御することで、フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、また、前記２つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御するとともに、前記２つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定することで、ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施する制御部（６０）と、
   前記インバータ回路に入力される入力電力を取得する電力取得手段（６０）と、
   前記電力取得手段により取得された取得値と所定の目標値との偏差を小さくするように、前記インバータ回路の出力電圧を指令する出力電圧指令値を設定する指令値設定手段（６０）と、
   を備え、
   前記制御部は、前記出力電圧指令値が、前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、前記出力電圧指令値が前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施することを特徴とする送電装置。
3. 前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、を切り替える前に、予め切り替え後の駆動方式におけるパルス幅変調制御のデューティを設定しておくことを特徴とする請求項１又は２に記載の送電装置。
4. 前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御に切り替える前に、予め前記デューティを前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御の前記デューティの２倍に設定し、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御に切り替える前に、予め前記デューティを前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御の前記デューティの１／２倍に設定することを特徴とする請求項３に記載の送電装置。
5. 前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御へ切り替える際の前記閾値が、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御へ切り替える際の前記閾値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の送電装置。
6. 前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、を切り替える際に、前記複数のスイッチング素子の全てを開状態としてから駆動方式の切り替えを実施することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の送電装置。
7. 前記受電装置は、車両に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか1項に記載の送電装置。

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