JP6533595B2 - ワイヤレス制御システムを有するワイヤレスバッテリ充電器 - Google Patents

Description

[0001]本願は、２０１５年４月３０日に出願された米国特許出願第１４／７００，６８２号の利益を要求し、参照によってその全体が本明細書に組み入れられる。

[0002]本発明は、ワイヤレスバッテリ充電器に関し、特に、バッテリ充電プロセスを制御するためにバッテリから充電器へバッテリ充電データを無線送信する制御システムを有するワイヤレスバッテリ充電器に関する。

[0003]同調共振回路を備える第１のコイル構造（以下、ソースコイルと呼ぶ）が組み入れられたワイヤレス電力伝送システム（例えば、ワイヤレス充電に使用されるもの）が公知である。同調共振回路は、電源からの交流電気エネルギーを磁界に変換し、磁界を介して磁気エネルギーを、離間して配置された第２のコイル構造（以下、キャプチャコイルと呼ぶ）に伝送するように構成される。また、キャプチャコイルは、磁界を受け取って、当該磁界を、電気負荷（例えば、バッテリパックまたはモータ）に供給される電気エネルギーに変換するように構成された同調共振回路を備えている。そのようなワイヤレス電力伝送システムは、エネルギー蓄積装置（例えば、電気車両またはハイブリッド電気車両のバッテリパック）を充電するために使用することができる。そのようなシステムでは、ソースコイルは、車両の真下の面（例えば、車庫の床、駐車場の面）上に位置するか、その中に埋め込まれ得る。キャプチャコイルは、車両の底面に配置され得る。

[0004]キャプチャコイルによって供給される電力の電流および電圧は、電源によってソースコイルへ供給される電力の電圧によって定まる。電力供給装置によって供給される電力の電圧を制御するために、キャプチャコイルの電圧および電流のフィードバックが組み入れられた制御システムが使用され得る。電源とキャプチャコイルとの間でのワイヤレス接続を維持するために、典型的には、ワイヤレス車両充電システムの動作は、無線通信チャネル、一般的には、電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）仕様８０２．１１（「Ｗｉ−Ｆｉ」と呼ばれることが多い）に準拠する無線チャネルを介して動作するフィードバックループに主に依存してきた。この無線通信は、データフィードバックにおける「サンプリング」効果をもたらす。この無線チャネルは、大きな可変遅延（サンプリングのそれを超える）、および、データの再送を必要とするパケットロス（遅延の他のソーズ）も招く。この遅延の効果（および、制御ループに対する撹乱効果）は、閉ループ制御のための可能な制御帯域幅を制限する。このため、制御システムは、システムにおける撹乱に対して、信頼性の高い動作を確保するのに十分なほど迅速には応答しない

[0005]背景技術の欄に記載された主題は、背景技術の欄において記載されていることのみから先行技術であると推定されるべきではない。同様に、背景技術の欄で述べられる問題、または、背景技術の欄の主題に関連する問題は、先行技術において従前から認識されていたものとして推定されるべきではない。背景技術の欄の主題は、様々なアプローチを表しているに過ぎず、それら自体も発明になり得る。

[0006]本発明の一実施形態によれば、エネルギー蓄積装置をワイヤレス充電するように構成された充電システムが提供される。この充電システムは、交流出力電流と交流出力電圧とを有する電力を所望の周波数で提供するように構成された電力供給装置を備えている。また、このシステムは、出力電流に基づいて出力電流値（ｉ_ｏ）を決定するように構成された出力電流センサと、出力電圧に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を決定するように構成された出力電圧センサと、を備えている。このシステムは、さらに、電力供給装置と電気通信するとともに交流磁界を生成するように構成されたソースコイルを備えている。ソースコイルは、交流磁界にさらされるキャプチャコイルに磁気的に接続され、それによって、磁界からの電力がキャプチャコイルによって捕捉される。整流器が、キャプチャコイルおよびバッテリに電気的に接続されている。整流器は、キャプチャコイルからの捕捉された電力を整流して、正の、すなわち、一定の電圧を有する直流（ＤＣ）にするように構成される。システムは、整流器によってバッテリへ供給されるべき所望の直流を表す電流指令値（ｉ_ｃ）を決定するように構成されたバッテリコントローラをさらに備えている。また、システムは、直流電流に基づいて直流電流値（ｉ_ｄ）を決定するように構成された直流電流センサと、直流電圧に基づいて直流電圧値（ｖ_ｄ）を決定するように構成された直流電圧センサと、を備えている。システムに備えられた送信機が、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）を所定の送信速度で受信機へ無線送信する。サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、直流電流値（ｉ_ｄｓ）は、電流指令値（ｉ_ｃ）、直流電圧値（ｖ_ｄ）および直流電流値（ｉ_ｄ）からそれぞれサンプリングされる。システムは、電力供給装置および受信機と電気的に通信する充電コントローラをさらに備えている。充電コントローラは、出力電流値（ｉ_ｏ）と、出力電圧値（ｖ_ｏ）と、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、に基づいて電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定するように構成される。電力供給装置は、充電コントローラによって決定された電圧指令値（ｖ_ｃ）に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を調節するように構成される。充電コントローラによって電圧指令値（ｖ_ｃ）が決定される速度は、送信機の送信速度よりも大きい。

[0007]１つの具体的な実施形態によれば、充電コントローラは、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、予測電流値（ｉ_ｐ）と、の差に基づいて、ラプラス変換式ｖ_ｃ＝（ｉ_ｃｓ−ｉ_ｐ）×（Ｋ_Ｐ２＋Ｋ_Ｉ２／Ｓ）に従って電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定する。Ｋ_Ｐ１＋Ｋ_Ｐ２の値は、比例定数であり、Ｋ_Ｉ１およびＫ_Ｉ２の値は積分定数である。予測電流値（ｉ_ｐ）は、適応モデル式ｉ_ｐ＝（（Ｋ_１×ｖ_ｏ×ｉ_ｏ）−Ｋ_０）／ｖ_ｄｓにしたがって決定される。この例示的な実施形態では、Ｋ_０の値は定数である。Ｋ_１の値は、ラプラス変換式Ｋ_１＝（ｉ_ｄｓ−ｉ_ｐ）×（Ｋ_Ｐ１＋Ｋ_Ｉ１／Ｓ）にしたがって決定される。Ｋ_Ｐ１の値はゼロであってもよい。

[0008]この例示的な実施形態によれば、電圧指令値は、充電コントローラによって、２０ミリ秒ごとに少なくとも１回決定され、送信速度は、１００ミリ秒ごとに約１回である。予測電流値は、充電コントローラによって、１００ミリ秒ごとに１回以下決定される。

[0009]サンプリングされた電流指令値、サンプリングされた直流電圧値、および、サンプリングされた直流電流値は、上記送信速度で送信機によって周期的に送信されてもよい。サンプリングされた電流指令値、サンプリングされた直流電圧値、および、サンプリングされた直流電流値は、送信機によって時間遅延されてもよい。

[0010]他の実施形態によれば、エネルギー蓄積装置をワイヤレスで充電するように構成された充電システムの作動方法が提供される。充電システムは、交流出力電流と交流出力電圧とを有する電力を所望の周波数で提供するように構成された電力供給装置を有している。このシステムは、電力供給装置と電気的に通信するとともに交流磁界を生成するように構成されたソースコイルと、ソースコイルに磁気的に接続されるように構成されたキャプチャコイルと、を備え、それによって、キャプチャコイルは電力を捕捉する。このシステムは、キャプチャコイルおよびバッテリに電気的に接続されるとともに直流電圧と直流電流とを有する捕捉された電力を提供するように構成された整流器を備えている。また、このシステムは、充電コントローラを有している。充電コントローラは、電力供給装置と電気的に通信するとともに、交流出力電圧を調節するように構成される。この方法は、出力電流に基づいて出力電流値を決定するように構成された出力電流センサを用意する工程と、出力電圧に基づいて出力電圧値を決定するように構成された出力電圧センサを用意する工程と、を備えている。また、この方法は、電流指令値を決定するように構成されたバッテリコントローラを用意する工程と、直流電流に基づいて直流電流値を決定するように構成された直流電流センサを用意する工程と、直流電圧に基づいて直流電圧値を決定するように構成された直流電圧センサを用意する工程と、を備えている。この方法は、さらに、電流指令値と直流電圧値と直流電流値とをサンプリングする工程と、サンプリングされた電流指令値と、サンプリングされた直流電圧値と、サンプリングされた直流電流値と、を所定の送信速度で送信するように構成された送信機を用意する工程と、サンプリングされた電流指令値と、サンプリングされた直流電圧値と、サンプリングされた直流電流値と、を送信機からワイヤレスで受信するように構成された受信機を用意する工程と、を備えている。この方法は、さらに、出力電流値と、出力電圧値と、サンプリングされた電流指令値と、サンプリングされた直流電圧値と、サンプリングされた直流電流値と、に基づいて、充電コントローラによって電圧指令値を決定する工程を備えている。充電コントローラによって電圧出力値が決定される速度は、送信機の送信速度よりも大きい。この方法は、さらに、電圧指令値に基づいて電力供給装置の出力電圧値を調節する工程を備えている。

[0011]本発明が、例示目的で、添付の図面を参照して以下に説明される。

[0012]一実施形態によるワイヤレス電力伝送システムの概略図である。 [0013]一実施形態による図１のワイヤレス電力伝送システムの側面図である。 [0014]一実施形態による、変数Ｋ₀値を使用する図１のワイヤレス電力伝送システムの入力電力と出力電力とを比較するグラフである。 [0015]他の実施形態によるワイヤレス電力伝送システムを制御する方法についてのフローチャートである。

[0016]本明細書で提示されるワイヤレス電力伝送システムは、キャプチャコイルによって電気負荷に供給される電流を予測し、電力供給装置によって供給される電力の出力電圧を適宜調節する助けとなるフィードバックループにおける適応モデルが組み込まれている。これによって、閉ループ制御のための制御帯域幅を増大させることができる。例えば、電力供給装置についての出力電圧は、２０ミリ秒ごとに調節されてもよく、一方、キャプチャコイルの電流および電圧のデータは、１００ミリ秒ごとに更新されてもよい。

[0017]図１は、ワイヤレス電力伝送システム１０（以下、システム１０と呼ぶ）の非限定的な例を示している。この例では、システム１０は、エネルギー蓄積装置（例えば、電気またはハイブリッド電気車両１４のバッテリ１２）をワイヤレスで充電するように構成された充電システムとして機能する。

[0018]システム１０は、電力源１８に接続された電力供給装置１６、この例では、電力供給装置１６に２４０ＶＡＣ、５０〜６０Ｈｚで電力を提供するユーティリティメインを備えている。電力供給装置１６は、ソースコイル２０とキャプチャコイル２２との間の磁気的接続を提供するために、１０キロヘルツ（ｋＨｚ）から４５０ｋＨｚの周波数範囲内での交流電流（ＡＣ）電圧を生成するインバータ１７へ直流電流（ＤＣ）電圧を供給する。電力供給装置１６の出力電圧（ｖ_ｏ）は、外部装置（例えば、コントローラ）からの入力信号に基づいて調節されてもよい。いくつかの用途では、電力供給装置１６からの電力出力の周波数は、ソースコイル２０とキャプチャコイル２２との間の磁気的接続を改善するために制御されてもよい。

[0019]電力供給装置１６は、電力源１８に電気的に接続される。本明細書で使用される場合、電気的に接続されるとは、電力供給装置１６が導線によって電力源１８、例えばユーティリティメインに接続されることを意味する。電力供給装置１６によってソースコイル２０に供給される交流電力によって、ソースコイル２０は磁界２４を生成する。キャプチャコイル２２は、磁界２４内に配置され、磁界２４は、キャプチャコイル２２に交流電流を誘導し、したがって、磁界２４の磁気エネルギーを電気エネルギーに変換する。キャプチャコイル２２によって捕捉された電力をバッテリ１２へ供給するために、システム１０は、キャプチャコイル２２からの交流電流を、バッテリ１２を充電するのに使用することができる非時変電流および電圧（以下、直流電流および直流電圧と呼ぶ）に変換するためのフィルタ２６と整流器２６とを備えている。図２に示されるように、キャプチャコイル２２は、車両１４の底面２８に配置され、ソースコイル２０は、車両１４の下または車両１４から離れた面３０（例えば、駐車場または車庫の床）に配置される。

[0020]図１に戻ると、システム１０は、多数の電圧センサおよび電流センサを備えている。一対のセンサが、電力供給装置１６の出力電流に基づいて出力電流値（ｉ_ｏ）を決定するように構成された出力電流センサ３２と、電力供給装置１６の出力電圧に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を決定するように構成された出力電圧センサ３４と、を備えている。出力電流センサ３２および出力電圧センサ３４は、バッテリ１２に実際に届く電力を予測するインバータ１７に供給されるＤＣ電力を一緒に測定する。インバータ１７によって出力された交流電圧ＡＣの「実際の電力」を測定することは非常に困難である。なぜなら、決定される必要がある実際の電力および無効電力（ソースコイル２０／キャプチャコイル２２において循環するエネルギー）の両方が存在するからである。インバータ１７に供給されるＤＣ電力を測定することは、より簡単であり、より正確である。このため、出力電圧値（ｖ_ｏ）および出力電流値（ｉ_ｏ）は、ＤＣ値であり、インバータ１７に供給される電力は、出力電圧値（ｖ_ｏ）と出力電流値（ｉ_ｏ）との積である（出力電圧値（ｖ_ｏ）が非常に一定に留まり、したがって、出力電流値（ｉ_ｏ）がちょうど平均になり得る場合）。

[0021]他の一対のセンサは、整流器２６によって出力される直流電流に基づいて直流電流値（ｉ_ｄ）を決定するように構成された直流電流センサ３６と、整流器２６によって出力される直流電圧に基づいて直流電圧値（ｖ_ｄ）を決定するように構成された直流電圧センサ３８と、を備えている。これらの電流センサおよび電流センサの設計、構成および実装は、当業者には周知である。

[0022]図１に示されるように、システム１０は、一対のコントローラも備えている。バッテリコントローラ４０が、車両１４内に配置されており、バッテリ１２に電気的に接続され、バッテリ電圧を監視して、バッテリ１２を効率的に充電するために整流器２６によって供給される必要がある電流に基づいて電流指令値（ｉ_ｃ）を決定する。バッテリコントローラ４０は、中央演算処理装置（図示せず）を備えている。中央演算処理装置は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよく、または、個別論理タイミング回路（図示せず）から構築されてもよい。バッテリコントローラ４０をプログラミングするソフトウェア指令が不揮発性（ＮＶ）記憶装置（図示せず）に格納されていてもよい。ＮＶ記憶装置は、マイクロプロセッサもしくはＡＳＩＣ内に収容されていてもよく、または、別体の装置であってもよい。使用され得るＮＶ記憶装置の種類の非限定的な例には、電気的消去可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、マスク読取専用メモリ（ＲＯＭ）およびフラッシュメモリが含まれる。バッテリコントローラ４０は、バッテリコントローラ４０が車両１４内の他の装置と電気的な通信を確立することができるようにするために、有線送受信機（図示せず）（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）送受信機）も備えている。

[0023]他方のコントローラは、充電コントローラ４２である。充電コントローラ４２は、電力供給装置１６と電気的に通信し、また、出力電流値（ｉ_ｏ）と出力電圧値（ｖ_ｏ）と電流指令値（ｉ_ｃ）と直流電圧値（ｖ_ｄ）と直流電流値（ｉ_ｄ）とに基づいて電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定するように構成される。電力供給装置１６は、電圧指令値（ｖ_ｃ）に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を調節するように構成される。

[0024]充電コントローラ４２は、中央演算処理装置（図示せず）を備えている。この中央演算処理装置は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であってもよく、または、個別論理タイミング回路（図示せず）から構築されてもよい。電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定するように充電コントローラ４２をプログラミングするソフトウェア指令が不揮発性（ＮＶ）記憶装置（図示せず）に格納されていてもよい。ＮＶ記憶装置は、マイクロプロセッサもしくはＡＳＩＣ内に収容されていてもよく、または、別体の装置であってもよい。使用され得るＮＶ記憶装置の種類の非限定的な例には、電気的消去可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、マスク読取専用メモリ（ＲＯＭ）およびフラッシュメモリが含まれる。充電コントローラ４２は、充電コントローラ４２が電力供給装置１６および他の装置と電気的な通信を確立することができるようにするために、有線送受信機（図示せず）（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）送受信機）も備えている。電圧指令値（ｖ_ｃ）は、充電コントローラ４２から電力供給装置１６へデジタルで送信されてもよい。代替的には、電圧指令値（ｖ_ｃ）を表すアナログ電圧が充電コントローラ４２によって生成され、電力供給装置１６に送信されてもよい。

[0025]図１および図２は、システム１０が、さらに、車両１４内に配置された送信機４４と、車両１４から離れて配置され、送信機４４に無線接続される受信機４６と、を備えていることを示している。送信機４４は、送信機４４がバッテリコントローラ４０と電気的な通信を確立することができるようにするために、有線送受信機（図示せず）（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）送受信機）を備えている。送信機４４は、直流電流センサ３６とも電気的に通信し、また、直流電流センサ３６から直流電流値（ｉ_ｄ）を受け取るように構成される。送信機４４は、さらに、直流電圧センサ３８と電気的に通信し、また、直流電圧センサ３８から直流電圧値（ｖ_ｄ）を受け取るように構成される。同様に、受信機４６は、送信機４４が充電コントローラ４２と電気的な通信を確立することができるようにするために、有線送受信機（図示せず）（例えば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）送受信機）を備えている。

[0026]送信機４４は、電流指令値（ｉ_ｃｓ）をバッテリコントローラ４０から、直流電圧値（ｖ_ｄｓ）を直流電圧センサ３８から、直流電流値（ｉ_ｄｓ）を直流電流センサ３６から周期的に送信するように構成される。本明細書で使用される場合、「周期的に送信される」とは、規則的な時間間隔で送信されることと、不規則な時間間隔で送信されることと、のいずれかを意味し得る。周期的な送信は、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、受信機４６によって受信されたサンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）を生成する。次いで、サンプリングされたこれらの値は、受信機４６から充電コントローラ４２へ、それらを相互接続する送受信機を介して方向付けられる。送信速度は、単位時間当たりに値（ｉ_ｃｓ，ｖ_ｄｓ，ｉ_ｄｓ）が送信機４４から受信機４６へ送信される回数（例えば、これらの値が１００ミリ秒ごとに送信される場合には１０／秒）である。これは、これらの値が不規則な時間間隔で送信される場合の平均的な速度であってもよい。

[0027]電圧指令値（ｖ_ｃ）は、バッテリ１２に供給される電流の直流電流値（ｉ_ｄ）を制御するために調節される。バッテリ１２の充電状態は、直流電圧値（ｖ_ｄ）の主要決定要因である。インバータ１７に供給される電力の出力電圧値（ｖ_ｏ）が増大すると、より多くの電流がバッテリ１２に流入する。したがって、システム１０は、直流電流値（ｉ_ｄ）を調節するために、電圧指令値（ｖ_ｃ）を基本的に制御している。任意の特定の動作理論にしたがうことなく、これは有効となる。なぜなら、ソースコイル２０／キャプチャコイル２２は、非常に高いインピーダンス（実質的にはリアクタンス）を有しているからである。したがって、バッテリ１２に対する出力インピーダンスは、電力供給において典型的であるようには、それほど低くはない。電流（ｉ_ｄ）よりも大きい電圧「降下」は、バッテリ１４によって整流器／フィルタから２６から引き出される。

[0028]例示的な実施形態によれば、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）は、１００ミリ秒ごとに１回以下、送信機４４から受信機４６へ送信される。充電コントローラ４２は、ラプラス変換として表される次式ｖ_ｃ＝ｉ_ｅ×（Ｋ_Ｐ２＋Ｋ_Ｉ２／Ｓ）に基づいて電圧指令値（ｖ_ｃ）を計算する。ここで、電流誤差（ｉ_ｅ）の値は、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と予測電流値（ｉ_ｐ）との差である。電圧指令値（ｖ_ｃ）の計算は、比例積分（ＰＩ）コントローラを使用して実施されてもよい。ｉ_ｅの値は、比例倍率Ｋ_Ｐ２によって増減され、積分倍率Ｋ_Ｉ２によって増減されるｉ_ｅの積分に加えられて、電圧指令値が決定される。この例示的な実施形態では、充電コントローラ４２は、５０／秒で、または、２０ミリ秒ごとに電圧指令値を計算し、当該電圧指令値を含む指令を電力供給装置１６に送信して、出力電圧値（ｖ_ｏ）を調節する。Ｋ_Ｐ２およびＫ_Ｉ２の値は、電力供給装置１６の応答時間に基づいていてもよく、ソースコイル２０とキャプチャコイル２２との間の電力伝送効率は、経験的に決定されてもよい。この例示的な実施形態では、Ｋ_Ｐ２の値はゼロである。

[0029]また、予測電流値（ｉ_ｐ）は、充電コントローラ４２によって計算され、次の適応モデル式ｉ_ｐ＝（（Ｋ_１×ｖ_ｏ×ｉ_ｏ）−Ｋ_０）／ｖ_ｄｓに基づく。ここで、ｖ_ｏは、出力電圧センサ３４によって決定される電力供給装置１６の出力電圧値であり、ｉ_ｏは、出力電流センサ３２によって決定される電力供給装置１６の出力電流値であり、ｖ_ｄｓは、送信機４４によって受信機４６へ送信される、サンプリングされた直流電流値（Ｖ_ｄｓ）である。Ｋ_０の値は、一定のオフセット値であり、低電力動作での主要適応補正項である。Ｋ_１は、高電力動作での主要適応補正項である。Ｋ_１は、ラプラス変換として表される式Ｋ_１＝（ｉ_ｄｓ−ｉ_ｐ−１）×（Ｋ_Ｐ１＋Ｋ_Ｉ１／Ｓ）に基づいて充電コントローラ４２によって計算される。ここで、ｉ_ｄｓ、すなわち、送信機４４によって受信機４６へ送信されたサンプリングされた直流電流値と、予測電流値（ｉ_ｐ−１）の以前に計算された値と、の差は、比例倍率Ｋ_Ｐ１によって増減され、積分倍率Ｋ_Ｉ１によって増減されるｉ_ｄｓとｉ_ｐ−１とのこの差に加えられる。Ｋ_１の値の計算は、比例積分（ＰＩ）コントローラを使用することによって実施されてもよい。この例示的な実施形態では、充電コントローラ４２は、予測電流値および倍率Ｋ_１を１０／秒で、または、１００ミリ秒ごとに計算する。

[0030]システム１０の充電コントローラ４２の起動シーケンスの非限定的な例は次の通りである。
・保持モードで電圧指令値（ｖ_ｃ）と倍率Ｋ_１とを計算して、典型的な起動値を初期化するのに使用される積分器を設置する。
・電圧指令値（ｖ_ｃ）を初期化して、出力電圧値（ｖ_ｏ）を低起動値に調節する。
・電圧指令値（ｖ_ｃ）を増大させ、電圧指令値（ｖ_ｃ）を計算する際に積分器をオーバーライドすることによって予測電流値（ｉ_ｐ）を電流指令値（ｉ_ｃ）と等しくする。これは、電流指令値（ｉ_ｃ）をオーバーライドすることによって達成され得る。
・電圧指令値（ｖ_ｃ）を計算するのに使用される積分器を有効化し、ひいては、「ローカル」電圧コントローラ４８を確立する。すなわち、リモートバッテリコントローラ４０から、または、直流電流センサ３６および直流電圧センサ３８から送信される値に依存しない。
・Ｋ_１の値を計算するのに使用される積分器を有効化し、ひいては、適応コントローラ５０を確立する。

[0031]したがって、システム１０は、システム１０のソースコイル２０側に「高帯域幅」電圧コントローラ４８を提供する。そのように呼ばれる理由は、電圧指令値（ｖ_ｃ）が２０ミリ秒ごとに１回計算されるからである。電力供給装置１６の電力出力は、キャプチャコイル２２の出力電力の主要予測因子として使用され、システム１０のソースコイル２０側で調節される。システム１０は、さらに、無線リンクの間で動作する「低帯域幅」適応コントローラ５０を提供する。そのように呼ばれる理由は、予測電流値（ｉ_ｐ）および倍率Ｋ_１の値が１００ミリ秒ごとに１回計算され、１００ミリ秒ごとに約１回、無線リンクの送信速度によって制限されるからである。倍率Ｋ_１の値に対する予測変化が遅くなることによって、予測電流値（ｉ_ｐ）における長期誤差が低減される。任意の特定の動作理論にしたがうことなく、システム１０は、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）、ならびに、適応コントローラ５０の低帯域幅に起因する無線リンクの間での送信遅延に対する耐性を有する。

[0032]システム１０を制御するための全ての重要な情報は、無線リンクの受信機側で利用可能である。システム１０の適切な制御は、無線リンクの両側からの情報、例えば、出力電流値（ｉ_ｏ）、出力電圧値（ｖ_ｏ）および電流指令値（ｉ_ｃ）、直流電圧値（ｖ_ｄ）、直流電流値（ｉ_ｄ）を必要とする。システム１０は、制御パラメータの一貫性のあるセットを確保する。例えば、キャプチャコイル側は、ほとんど入力／出力値である。

[0033]図３は、Ｋ_ｏについての様々な値を使用した、電力供給装置からの入力電力と、整流器／フィルタからバッテリへの出力電力と、の比較の例を示している。

[0034]図４は、エネルギー蓄積装置をワイヤレスで充電するように構成された充電システム１０の作動方法１００の非限定的な例を示している。充電システム１０は、交流出力電流と交流出力電圧とを有する電力を所望の周波数で供給するように構成された電力供給装置１６と、電力供給装置１６と電気的に通信するソースコイル２０であって、交流磁界２４を生成するように構成されたソースコイル２０と、ソースコイル２０に磁気的に接続されるように構成されたキャプチャコイル２２であって、それによって、キャプチャコイル２２に電力を捕捉させるキャプチャコイル２２と、キャプチャコイル２２とバッテリ１２とに電気的に接続される整流器２６であって、直流電圧と直流電流とを有する捕捉された電力を提供するように構成された整流器２６と、電力供給装置１６と電気的に通信する充電コントローラ４２であって、交流出力電圧を調節するように構成された充電コントローラ４２と、を備えている。方法１００は、次の工程を備えている。

[0035]ステップ１１０、すなわち、出力電流値を出力する出力電流センサと、出力電圧値を出力する出力電圧センサと、直流電流値を出力する直流電流センサと、直流電圧値を出力する直流電圧センサと、を用意する工程は、出力電流に基づいて出力電流値（ｉ_ｏ）を決定するように構成された出力電流センサ３２を用意する工程と、出力電圧に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を決定するように構成された出力電圧センサ３４を用意する工程と、直流電流に基づいて直流電流値（ｉ_ｄ）を決定するように構成された直流電流センサ３６を用意する工程と、直流電圧に基づいて直流電圧値（ｖ_ｄ）を決定するように構成された直流電圧センサ３８を用意する工程と、を備えている。

[0036]ステップ１１２、すなわち、電流指令値を出力するバッテリコントローラを用意する工程は、電流指令値（ｉ_ｃ）を決定するように構成されたバッテリコントローラ４０を用意する工程を備えている。

[0037]ステップ１１４、すなわち、電流指令値と直流電圧値と直流電流値とをサンプリングする工程は、電流指令値（ｉ_ｃ）と直流電圧値（ｖ_ｄ）と直流電流値（ｉ_ｄ）との値をサンプリングする工程を備えている。

[0038]ステップ１１６、すなわち、サンプリングされた値を送受信するように構成された送信機および受信機を用意する工程は、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を所定の送信速度で送信するように構成された送信機４４を用意する工程と、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を送信機４４からワイヤレスで受信するように構成された受信機４６を用意する工程と、を備えている。

[0039]ステップ１１８、すなわち、送信機から受信機へサンプリングされた値を送信する工程は、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を送信機４４から受信機４６へ送信する工程を備えている。送信速度は、１００ミリ秒ごとに約１回である。サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）は、送信機４４によって周期的に上記送信速度で送信される。サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）の送信は、送信機４４によって時間遅延される。

[0040]ステップ１２０、すなわち、出力電流値と、出力電圧値と、サンプリングされた電流指令値と、サンプリングされた直流電圧値と、サンプリングされた直流電流値と、に基づいて電圧指令値を決定する工程は、出力電流値（ｉ_ｏ）と、出力電圧値（ｖ_ｏ）と、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、に基づいて充電コントローラ４２によって電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定する工程を備えている。充電コントローラ４２によって電圧指令値（ｖ_ｃ）が決定される速度は、送信機４４の送信速度よりも大きい。充電コントローラ４２は、サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、予測電流値（ｉ_ｐ）と、の差に基づいて、ラプラス変換式ｖ_ｃ＝（ｉ_ｃｓ−ｉ_ｐ）×（Ｋ_Ｐ２＋Ｋ_Ｉ２／Ｓ）にしたがって、電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定する。ここで、Ｋ_Ｐ１およびＫ_Ｐ２の値は比例定数であり、Ｋ_Ｉ１およびＫ_Ｉ２の値は積分定数である。予測電流値（ｉ_ｐ）は、適応モデル式ｉ_ｐ＝（（Ｋ_１×ｖ_ｏ×ｉ_ｏ）−Ｋ_０）／ｖ_ｄｓにしたがって決定される。ここで、Ｋ_０の値は定数である。Ｋ_１の値は、ラプラス変換式Ｋ_１＝（ｉ_ｄｓ−ｉ_ｐ−１）×（Ｋ_Ｐ１＋Ｋ_Ｉ１／Ｓ）にしたがって充電コントローラ４２によって決定される。電圧指令値（ｖ_ｃ）は、充電コントローラ４２によって、２０ミリ秒ごとに少なくとも１回決定される。予測電流値（ｉ_ｐ）は、充電コントローラ４２によって、１００ミリ秒ごとに１回以下決定される。

[0041]ステップ１２２、すなわち、電圧指令値に基づいて電力供給装置の出力電圧値を調節する工程は、電圧指令値（ｖ_ｃ）に基づいて電力供給装置１６の出力電圧値（ｖ_ｏ）を調節する工程を備えている。

[0042]したがって、ワイヤレス充電システム１０、および、そのようなシステム１０を制御する方法１００が提供される。システム１０および方法１００は、システム１０の離れた部分から制御パラメータ、例えば、電流指令、直流電圧値および直流電流値をワイヤレスで受信する充電コントローラ４２を提供し、一方で、電力供給装置１６の出力電圧を、制御パラメータがワイヤレスで受信される速度よりも高速で調節する利点を提供する。これは、値電流指令信号を予測する充電コントローラ４２によって実行される適応制御モデルを使用することによって達成される。このシステム１０および方法１００は、システム１０の離れた部分からの制御パラメータのサンプリングおよび遅延を補償することができる。

[0043]本明細書に含まれる例は、電気車両１４のバッテリ１２を充電するためにワイヤレス充電システム１０の使用に言及してきたが、本明細書に記載されたシステム１０および方法１００は、バッテリまたは他のエネルギー蓄積装置を充電するための他の任意の電力伝送（例えば、携帯電話、タブレットコンピュータなどの携帯式電子装置のバッテリをワイヤレスで充電すること）に適用されてもよい。さらに、システム１０は、本明細書に列挙された計算速度、送信速度および／または特定の制御式に限定されない。

[0044]本発明が、その好ましい実施形態について説明されたが、それは、そのように限定されることを目的としておらず、次の特許請求の範囲で提示される範囲によってのみ限定されることを意図している。さらに、第１、第２などの用語の使用は、重要性の順序を示すものではなく、１つの要素を他の要素と区別するために使用される。さらに、ａ、ａｎなどの用語の使用は、量の限定を示すものではなく、言及される物の少なくとも１つの存在を示している。

１０…ワイヤレス充電システム
１２…バッテリ
１４…車両
１６…電力供給装置
１７…インバータ
１８…電力源
２０…ソースコイル
２２…キャプチャコイル
２４…交流磁界
２６…整流器
２８…底面
３０…面
３２…出力電流センサ
３４…出力電圧センサ
３６…直流電流センサ
３８…直流電圧センサ
４０…バッテリコントローラ
４２…充電コントローラ
４４…送信機
４６…受信機
４８…電圧コントローラ
５０…適応コントローラ

Claims (16)

1. エネルギー蓄積装置をワイヤレスで充電するように構成された充電システムであって、
   交流出力電流と交流出力電圧とを有する電力を供給するように構成された電力供給装置と、
   前記出力電流に基づいて出力電流値（ｉ_ｏ）を決定するように構成された出力電流センサ、および、前記出力電圧に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を決定するように構成された出力電圧センサと、
   前記電力供給装置と電気的に通信するソースコイルであって、交流磁界を発生させるように構成されたソースコイルと、
   前記ソースコイルに磁気的に接続されるように構成されたキャプチャコイルであって、それによって、該キャプチャコイルに電力を捕捉させるキャプチャコイルと、
   前記キャプチャコイルと前記エネルギー蓄積装置とに電気的に接続される整流器であって、直流電圧と直流電流とを有する捕捉された電力を提供するように構成された整流器と、
   電流指令値（ｉ_ｃ）を決定するように構成されたバッテリコントローラと、
   前記直流電流に基づいて直流電流値（ｉ_ｄ）を決定するように構成された直流電流センサ、および、前記直流電圧に基づいて直流電圧値（ｖ_ｄ）を決定するように構成された直流電圧センサと、
   サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を所定の送信速度で送信するように構成された送信機と
   を備え、
   前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、直流電流値（ｉ_ｄｓ）は、前記電流指令値（ｉ_ｃ）、前記直流電圧値（ｖ_ｄ）および前記直流電流値（ｉ_ｄ）からそれぞれサンプリングされ、
   充電システムは、さらに、
   前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を前記送信機からワイヤレスで受信するように構成された受信機と、
   前記受信機および前記電力供給装置と電気的に通信する充電コントローラであって、電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定するように構成された充電コントローラと
   を備え、
   前記電力供給装置は、前記電圧指令値（ｖ_ｃ）に基づいて前記出力電圧値（ｖ_ｏ）を調節するように構成され、
   前記充電コントローラによって前記電圧指令値（ｖ_ｃ）が決定される速度は、前記送信機の前記送信速度よりも大きく、
   前記充電コントローラ（４２）は、前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と予測電流値（ｉ_ｐ）との差に基づいて、ラプラス変換式ｖ_ｃ＝（ｉ_ｃｓ−ｉ_ｐ）×（Ｋ_Ｐ２＋Ｋ_Ｉ２／Ｓ）にしたがって前記電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定し、
   Ｋ_Ｐ２の値は比例定数であり、Ｋ_Ｉ２の値は積分定数であり、
   前記予測電流値（ｉ_ｐ）は、適応モデル式ｉ_ｐ＝（（Ｋ_１×ｖ_ｏ×ｉ_ｏ）−Ｋ_０）／ｖ_ｄｓにしたがって決定され、
   Ｋ_０の値は定数であり、Ｋ_１の値は高電力動作での主要適応補正項である
   充電システム。
2. 請求項１に記載の充電システムであって、
   Ｋ_１の値は、ラプラス変換式Ｋ_１＝（ｉ_ｄｓ−ｉ_ｐ−１）×（Ｋ_Ｐ１＋Ｋ_Ｉ１／Ｓ）にしたがって決定され、
   Ｋ _Ｐ１ の値は比例定数であり、Ｋ _Ｉ１ の値は積分定数である
   充電システム。
3. 請求項２に記載の充電システムであって、
   Ｋ_Ｐ１の値はゼロである
   充電システム。
4. 請求項１に記載の充電システムであって、
   前記電圧指令値（ｖ_ｃ）は、前記充電コントローラによって２０ミリ秒ごとに少なくとも１回決定される
   充電システム。
5. 請求項４に記載の充電システムであって、
   前記送信速度は、１００ミリ秒ごとに約１回である
   充電システム。
6. 請求項５に記載の充電システムであって、
   前記予測電流値（ｉ_ｐ）は、前記充電コントローラによって１００ミリ秒ごとに１回以下決定される
   充電システム。
7. 請求項１に記載の充電システムであって、
   前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）は、前記送信機によって周期的に前記送信速度で送信される
   充電システム。
8. 請求項１に記載の充電システムであって、
   前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）の送信は、前記送信機によって時間遅延される
   充電システム。
9. エネルギー蓄積装置をワイヤレスで充電するように構成された充電システムの作動方法であって、
   前記充電システムは、
   交流出力電流と交流出力電圧とを有する電力を所望の周波数で供給するように構成された電力供給装置と、
   前記電力供給装置と電気的に通信するソースコイルであって、交流磁界を生成するように構成されたソースコイルと、
   前記ソースコイルに磁気的に接続されるように構成されたキャプチャコイルであって、それによって、前記キャプチャコイルに電力を捕捉させるキャプチャコイルと、
   前記キャプチャコイルと前記エネルギー蓄積装置とに電気的に接続される整流器であって、直流電圧と直流電流とを有する捕捉された電力を提供するように構成された整流器と、
   前記電力供給装置と電気的に通信する充電コントローラであって、前記交流出力電圧を調節するように構成された充電コントローラと
   を備え、
   前記方法は、
   前記出力電流に基づいて出力電流値（ｉ_ｏ）を決定するように構成された出力電流センサを用意するとともに、前記出力電圧に基づいて出力電圧値（ｖ_ｏ）を決定するように構成された出力電圧センサを用意する工程と、
   電流指令値（ｉ_ｃ）を決定するように構成されたバッテリコントローラを用意する工程と、
   前記直流電流に基づいて直流電流値（ｉ_ｄ）を決定するように構成された直流電流センサを用意するとともに、前記直流電圧に基づいて直流電圧値（ｖ_ｄ）を決定するように構成された直流電圧センサを用意する工程と、
   前記電流指令値（ｉ_ｃ）、前記直流電圧値（ｖ_ｄ）および前記直流電流値（ｉ_ｄ）の前記値をサンプリングする工程と、
   サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を所定の送信速度で送信するように構成された送信機を用意するとともに、前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を前記送信機からワイヤレスで受信するように構成された受信機を用意する工程と、
   前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）と、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）と、を前記送信機から前記受信機へ送信する工程と、
   前記充電コントローラによって電圧指令値（ｖ_ｃ）を決定する工程と
   を備え、
   前記充電コントローラによって前記電圧指令値（ｖ_ｃ）が決定される速度は、前記送信機の前記送信速度よりも大きく、
   前記方法は、さらに、前記電圧指令値（ｖ_ｃ）に基づいて前記電力供給装置の前記出力電圧値（ｖ_ｏ）を調節する工程を備え、
   前記電圧指令値（ｖ_ｃ）は、前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）と予測電流値（ｉ_ｐ）との差に基づいて、ラプラス変換式ｖ_ｃ＝（ｉ_ｃｓ−ｉ_ｐ）×（Ｋ_Ｐ２＋Ｋ_Ｉ２／Ｓ）にしたがって前記充電コントローラ（４２）によって決定され、
   Ｋ_Ｐ２の値は比例定数であり、Ｋ_Ｉ２の値は積分定数であり、
   前記予測電流値（ｉ_ｐ）は、適応モデル式ｉ_ｐ＝（（Ｋ_１×ｖ_ｏ×ｉ_ｏ）−Ｋ_０）／ｖ_ｄｓにしたがって前記充電コントローラによって決定され、
   Ｋ_０の値は定数であり、Ｋ_１の値は高電力動作での主要適応補正項である
   方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    Ｋ_１の値は、ラプラス変換式Ｋ_１＝（ｉ_ｄｓ−ｉ_ｐ−１）×（Ｋ_Ｐ１＋Ｋ_Ｉ１／Ｓ）にしたがって前記充電コントローラによって決定され、
    Ｋ _Ｐ１ の値は比例定数であり、Ｋ _Ｉ１ の値は積分定数である
    方法。
11. 請求項１０に記載の方法であって、
    Ｋ_Ｐ１の値はゼロである
    方法。
12. 請求項９に記載の方法であって、
    前記電圧指令値（ｖ_ｃ）は、前記充電コントローラによって２０ミリ秒ごとに少なくとも１回決定される
    方法。
13. 請求項１２に記載の方法であって、
    前記送信速度は、１００ミリ秒ごとに約１回である
    方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、
    前記予測電流値（ｉ_ｐ）は、前記充電コントローラ（４２）によって１００ミリ秒ごとに１回以下決定される
    方法。
15. 請求項９に記載の方法であって、
    前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）は、前記送信機によって周期的に前記送信速度で送信される
    方法。
16. 請求項９に記載の方法であって、
    前記サンプリングされた電流指令値（ｉ_ｃｓ）、前記サンプリングされた直流電圧値（ｖ_ｄｓ）、および、前記サンプリングされた直流電流値（ｉ_ｄｓ）の送信は、前記送信機によって時間遅延される
    方法。

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