JPWO2014171255A1

JPWO2014171255A1 - 非接触給電システム

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Publication number: JPWO2014171255A1
Application number: JP2015512368A
Authority: JP
Inventors: 研吾毎川
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN105122590B; US20160049798A1; WO2014171255A1; CN105122590A; US9537323B2; EP2991193A1; EP2991193A4; EP2991193B1; JP6036995B2

Abstract

送電コイルに入力する電力を適切に制限することにより、効率的なシステムを小型のコイルにて構築することができる非接触給電システムを提供する。非接触給電システムは、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コイル２２にて受電するものであり、電源３００からの電力を送電コイル１２に通電する電力制御部１１と、電力制御部１１を制御することにより送電コイル１２に通電する電力を制限する電力制限制御を行う制御部１５と、を有している。そして、制御部１５は、送電コイル１２と受電コイル２２との間のコイルの結合状態に基づいて誘導電流Ｉｍと受電コイル電流Ｉｓとの大小関係を判断し、当該判断結果に基づいて電力制限制御に適用する制御モードを選択する。

Description

本発明は、非接触給電システムに関する。

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、電動車両には負荷（例えばバッテリ）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送電コイル（一次コイル）、電動車両側のコイルを受電コイル（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負荷である車両側のバッテリへと電力を供給することができる。

例えば特許文献１には、非接触電力伝送装置が開示されており、この装置は、送電装置と、トランスと、受電装置と、制御装置とで構成されている。ここで、伝送装置は、伝送すべき所定の周波数の交流信号を生成し、トランスは、送電装置で発生する電力を受電装置側に効率良く伝達する。制御装置は、受電装置に接続されるべき負荷が無負荷又は低負荷のときに、送電装置の発振回路の発振周波数を所定値に低下させる。これにより、受電装置の出力電圧を低下させることができ、その負荷の異常による弊害を防止できるとしている。

特開２００８−２６３７７９号公報

ところで、電動車両での使用態様を考えた場合には、仕様の異なる様々な受電コイルとの間で給電を行うことや、ドライバーの技量等に起因する受電コイルとの位置ずれが発生することが想定される。このため、送電コイルと受電コイルとの間のコイルの結合状態に応じて共振状態が変化し、負荷の電圧状態によっては送電コイルの電圧が高電圧化するケースがある。送電コイルをこれが取り得る最も大きい電圧を見越して設計したのでは、コイルの大型化を招き、小型化の要求を満たすことができない。また、電力を制限することで送電コイルの高電圧化を抑制することもできるが、必要以上に電力を制限した場合にはシステムの効率を低下させるおそれがある。

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、送電コイルに入力する電力を適切に制限することにより、効率的なシステムを小型のコイルにて構築することができる非接触給電システムを提供する。

本発明の第一の態様に係る非接触給電システムは、電力を送電する送電コイルと、電源からの電力を送電コイルに通電する電力制御部と、磁気的結合により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、受電コイルからの出力電力が入力される負荷と、電力制御部を制御することにより、送電コイルに通電する電力を制限する電力制限制御を行う制御部と、を有し、制御部は、送電コイルと受電コイルとの間のコイルの結合状態に基づいて誘導電流と受電コイル電流との大小関係を判断し、当該判断結果に基づいて電力制限制御に適用する制御モードを選択することを特徴とする。

図１は、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る。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。図３は、コイル電圧（縦軸）とバッテリ電圧（横軸）との関係を示す説明図である。図４は、非接触給電システムの構成を模式的に示す等価回路である。図５は、電力制限制御の詳細な手順を示すフローチャートである。図６は、バッテリ電圧が低い状況で電力を制限する制御モードの制御手順を示すフローチャートである。図７は、制限電力指令の決定概念を示す模式図である。図８は、バッテリ電圧が高い状況で電力を制限する制御モードの制御手順を示すフローチャートである。図９は、制限電力指令の決定概念を示す模式図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は、バッテリ電圧と送電コイル電圧とをパラメータとして制限電力指令を規定する電力指令マップを模式的に示す説明図である。

（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。

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。

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。

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。

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。

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装置であり、制御部１５からの駆動信号に基づいて、直流電流を高周波の交流電流に変換し、送電コイル１２に供給する。例えば、インバータ１１３は、ＰＷＭ制御により、直流電圧からＰＷＭパルスを生成し、これにより、交流電圧を送電コイル１２に印加する。

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送電するための一次コイルである。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。

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。

制御部１５は、給電装置１００を制御する機能を担っている。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。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。具体的には、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から供給される電力を制御する。

つぎに、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。

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二次コイルである。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）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。

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。

整流部２６は、受電コイル２２に接続され、受電コイル２２で受電された交流電力を直流に整流する整流回路を主体に構成されている。この整流部２６は、受電コイル２２からの出力を、整流及びフィルタ回路によりフィルタ処理することで、直流電力に変換して出力する。

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。

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いる。

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力を交流電力に変換し、当該交流電力をモータ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。

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。

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。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。

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。このコントローラは、インバータ２９のスイッチング制御を行ったり、バッテリ２８を管理するバッテリコントローラからバッテリ２８の電圧（以下「バッテリ電圧」という）を取得したり、充電残量に基づいて充電電力指令を演算したりする。充電制御部２５は、当該コントローラからバッテリ電圧や、充電電力指令を取得することができる。

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供給を行う。すなわち、送電コイル１２に電圧が加わると、送電コイル１２と受電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。

以下、非接触給電システムによる具体的な給電制御の説明に先立ち、当該給電制御の制御概念について説明する。図３は、送電コイル１２の電圧（縦軸）とバッテリ電圧（横軸）との関係を示す説明図である。同図において、Ｌ１〜Ｌ５は、コイルの結合状態の違いに応じた電圧傾向を示す。ここで、コイルの結合状態とは、送電コイル１２と受電コイル２２との結合度合いのことであり、双方のコイル仕様や、給電時における送電コイル１２と受電コイル２２との相対的な位置関係に応じて定まるパラメータである。Ｌ１〜Ｌ５は、Ｌに付された添え字の数字が大きくなる程、係合状態が高くなることを示している。

送電コイル１２の電圧を示す送電コイル電圧は、バッテリ電圧に応じて変化するものであるが、両者の関係は、コイルの結合状態によってその傾向が異なることが分かる。具体的には、結合状態が低い場合（例えばＬ１、Ｌ２）、両電圧は、バッテリ電圧の増加に応じてコイル電圧も増加する正の相関を有している。一方、結合状態が高い場合（例えばＬ３、Ｌ４、Ｌ５）、両電圧は、バッテリ電圧の増加に応じてコイル電圧が低下する負の相関を有している。

図４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等価回路である。同図において、Ｉｐは送電コイル電流、Ｖｐは送電コイル電圧、Ｃ１は送電コイル１２側のコンデンサの静電容量である。また、Ｍは相互インダクタンス、Ｉｍは誘導電流を示す。さらに、Ｖｓは受電コイル電圧、Ｉｓは受電コイル電流を示す。さらに、Ｃ２は受電コイル２２側のコンデンサの静電容量、Ｒは負荷抵抗、Ｖｒは負荷電圧を示す。

送電コイル１２のコイル電圧特性は、受電コイル電流Ｉｓと誘導電流Ｉｍの割合で決まる。ここで、受電コイル２２に供給される電力をＰ、角周波数をωとして、受電コイル電流Ｉｓと、誘導電流Ｉｍとは下式で示される。

電力一定にて制御を行う場合に、バッテリ電圧Ｖｒの上昇に対して受電コイル電流Ｉｓが低下するといったケースがある。これは、バッテリ電圧Ｖｒの変化に対して受電コイル電流Ｉｓが支配的であることを意味し、コイルの結合状態が高い状況がこれに相当する。この場合、受電コイル電流Ｉｓは誘導電流Ｉｍに比して大きい傾向を有し、送電コイル電圧Ｖｐは、負荷電圧であるバッテリ電圧Ｖｒの上昇に対して負の相関、すなわち、低下する傾向を取り得る。

一方、電力一定にて制御を行う場合に、バッテリ電圧Ｖｒの上昇に対して誘導電流Ｉｍが上昇するといったケースがある。これは、バッテリ電圧Ｖｒの変化に対して誘導電流Ｉｍが支配的であることを意味し、コイルの結合状態が低い状況がこれに相当する。この場合、誘導電流Ｉｍは受電コイル電流Ｉｓに比して大きい傾向を有し、送電コイル電圧Ｖｐは、バッテリ電圧Ｖｒの上昇に対して正の相関、すなわち、上昇する傾向を取り得る。

この関係性を鑑みるに、コイルの小型化を実現すべく、送電コイル電圧Ｖｐを、送電コイル１２において規定される上限電圧（以下「コイル上限電圧」という）の範囲に制限するためには、前者のケースでは、バッテリ電圧が低い状況で送電コイル１２に入力する電力を制限する必要があり、一方、後者のケースでは、バッテリ電圧が高い状況で送電コイル１２に入力する電力を制限する必要がある。そこで、給電装置１００の制御部１５は、かかる制御概念を前提に、電力制御部１１（具体的にはインバータ１１３）を制御することにより、送電コイル電圧Ｖｐがコイル上限電圧よりも小さい範囲となるように、送電コイル１２に入力する電力を制限する電力制限制御を行う。

再び図２を参照するに、車両２００側の充電制御部２５は、コントローラ（図示せず）から出力される充電電力指令と、コントローラによって取得されるバッテリ電圧Ｖｒとを取得する。また、充電制御部２５は、受電コイル２２の電圧である受電コイル電圧Ｖｓを電圧センサ２２１から取得する。そして、充電制御部２５は、充電電力指令、バッテリ電圧、受電コイル電圧Ｖｓ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により送信されることで、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。

本実施形態との関係において、制御部１５は、これを機能的に捉えた場合、電力制限部１５１と、インバータ制御部１５２とを有する。

電力制限部１５１には、電圧センサ１２１において検出される送電コイル電圧Ｖｐと、車両２００側から送信された、受電コイル電圧Ｖｓ、バッテリ電圧Ｖｒ及び充電電力指令とが入力されている。電力制限部１５１は、コイルの結合状態に基づいて誘導電流Ｉｍと受電コイル電流Ｉｓとの大小関係を判断し、当該判断結果に基づいて電力制限制御に適用する制御モードを選択する。電力制限部１５１は、誘導電流Ｉｍが受電コイル電流Ｉｓよりも大きい場合には、送電コイル電圧Ｖｐが正の相関を有することから、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードを選択する。一方、電力制限部１５１は、受電コイル電流Ｉｓが誘導電流Ｉｍよりも大きい場合（若しくはイコールの場合）には、送電コイル電圧Ｖｐが負の相関を有することから、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードを選択する。そして、電力制限部１５１は、選択された制御モードに従って、コイル上限電圧を満たす範囲となる電力指令（以下「制限電力指令」という）を決定する。この制限電力指令は、インバータ制御部１５２に出力される。

インバータ制御部１５２には、車両２００側から要求される充電電力指令が入力される。また、インバータ制御部１５２には、電力制限部１５１によって決定された制限電力指令が入力される。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の駆動周波数とそのデューティとを演算し、この演算結果に基づいてインバータ１１３を制御する駆動信号を生成する。これにより、インバータ制御部１５２は、電力制限部１５１において決定された制限電力指令を上限として、送電コイル１２に入力する電力を制御する。

図５は、本実施形態に係る電力制限制御の詳細な手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、給電装置１００側の制御部１５、具体的には、電力制限部１５１により実行される。この処理を実行するにあたり、給電装置１００側の制御部１５は、車両２００側の充電制御部２５から必要な情報を取得することができる。

まず、ステップＳ１において、電力制限部１５１は、無線通信部１４、２４を介して、リレー部２７をオフする制御信号を車両２００側の充電制御部２５に出力する。この制御信号を取得すると、充電制御部２５は、リレー部２７をオフし、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。

ステップＳ２において、電力制限部１５１は、送電コイル１２に所定の一定電流Ｉ１を供給し、送電コイル１２を弱いレベルの電流で励磁する。

ステップＳ３において、電力制限部１５１は、無線通信部１４、２４を介して、車両２００側の充電制御部２５を通信を行い、ステップＳ２において励磁された際の受電コイル電圧Ｖｓを取得する。

ステップＳ４において、電力制限部１５１は、相互リアクタンスωＭを推定する。受電コイル電圧Ｖｓ、すなわち、受電コイル２２の誘起電圧は、下式に示す関係を満たすところ、電力制限部１５１は、当該関係式に基づいて、相互リアクタンスωＭを推定する。

ステップＳ５において、電力制限部１５１は、誘導電流Ｉｍと受電コイル電流Ｉｓとの大小関係を判断する。具体的には、制御部１５は、上述した数式１及び数式２に基づいて誘導電流Ｉｍと受電コイル電流Ｉｓとをそれぞれ算出し、両者Ｉｍ、Ｉｓの大小比較を行う。そして、電力制限部１５１は、誘導電流Ｉｍが受電コイル電流Ｉｓよりも大きい場合には、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードを選択する。一方、電力制限部１５１は、受電コイル電流Ｉｓが誘導電流Ｉｍよりも大きい場合（若しくはイコールの場合）には、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードを選択する。

なお、本ステップＳ５の終了と同時に、電力制限部１５１は、無線通信部１４、２４を介して、リレー部２７をオンする制御信号を車両２００側の充電制御部２５に出力する。

図６は、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードの制御手順を示すフローチャートである。前述のステップＳ５において、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードが選択された場合、電力制限部１５１は、以下に示すように制限電力指令Ｐrefを決定する。図７は、制限電力指令Ｐrefの決定概念を示す模式図である。同図に示される第１電力指令Ｐref1から第ｍ電力指令Ｐrefm（ｍ：任意の自然数）は、制限電力指令Ｐrefの候補となる値である。これらの電力指令Ｐref1〜Ｐrefmは、第１電力指令Ｐref1、第２電力指令Ｐref2、・・・、第ｍ電力指令Ｐrefmの順番で順次大きくなる関係となっており、所定の大きさずつ大きさが段階的に相違する関係となっている。図７に示す例では、ｍ＝５のケースが例示されている。

まず、ステップＳ１０において、電力制限部１５１は、車両２００側から充電電力指令を取得する。

ステップＳ１１において、電力制限部１５１は、制限電力指令Ｐrefを、最小の電力指令である第１電力指令Ｐref1に設定し、これをインバータ制御部１５２に出力する。ここで、第１電力指令Ｐref1は予め規定された値を用いる。そして、インバータ制御部１５２は、当該制限電力指令Ｐref（第１電力指令Ｐref1）に基づいて、送電コイル１２に通電する電力を制御する。

ステップＳ１２において、電力制限部１５１は、第１電力指令Ｐref1に対応する第１送電コイル電圧Ｖpref1を、電圧センサ１２１を通じて検出する。

ステップＳ１３において、電力制限部１５１は、ステップＳ１２において検出された第１送電コイル電圧Ｖpref1に基づいて、第２電力指令Ｐref2を設定した際の送電コイル１２の電圧である第２送電コイル電圧Ｖpref2を推定する。同様に、第３電力指令Ｐref3を設定した際の第３送電コイル電圧Ｖpre3、・・・、第ｍ電力指令Ｐrefmに対応する第ｍ送電コイル電圧Ｖprefmもそれぞれ推定する。第２電力指令Ｐref2に対応する第２送電コイル電圧Ｖpref2は、下位の電力指令（第１電力指令Ｐref1）である第１送電コイル電圧Ｖref1に対して所定の比例関係を有する値に設定されており、第１送電コイル電圧Ｖref1に応じて一義的に決定される。残余の電力指令Ｐref3〜Ｐrefmに対応する送電コイル電圧Ｖpref3〜Ｖprefmも同様であり、下位の送電コイル電圧Ｖref2〜Ｖrefm-1に応じて一義的に決定される。

ステップＳ１４において、電力制限部１５１は、制限電力指令Ｐrefとして選択する第ｎ電力指令Ｐrefn（ｎ：１〜ｍの自然数）を決定する。具体的には、電力制限部１５１は、送電コイル電圧Ｖpref1〜Ｖprefmのうち、コイル上限電圧Ｖpmaxよりも小さい範囲の中で最も大きいものを第ｎ送電コイル電圧Ｖprefnとして特定する。そして、電力制限部１５１は、特定された第ｎ送電コイル電圧Ｖrefnに対応する第ｎ電力指令Ｐrefnを制限電力指令Ｐrefに設定し、これをインバータ制御部１５２に出力する。そして、インバータ制御部１５２は、当該制限電力指令Ｐref（第ｎ電力指令Ｐrefn）に基づいて、送電コイル１２に入力する電力を制御する。

ステップＳ１５において、電力制限部１５１は、制限電力指令Ｐref（第ｎ電力指令Ｐrefn）に対応する第ｎ送電コイル電圧Ｖprefnを、電圧センサ１２１を通じて検出する。

ステップＳ１６において、電力制限部１５１は、ステップＳ１５において検出された第ｎ送電コイル電圧Ｖprefnに基づいて、第１送電コイル電圧Ｖpref1から第５送電コイルＶpref5をそれぞれ推定する。送電コイル電圧Ｖpref1〜Ｖpref5の推定手法は、ステップＳ１３において例示した手法を用いることができる。

ステップＳ１７において、電力制限部１５１は、ステップＳ１６において推定された第１送電コイル電圧Ｖpref1から第５送電コイル電圧Ｖpref5のうち、ステップＳ１５において検出された第ｎ送電コイル電圧Ｖprefよりも一段階上に存在する第ｎ＋１送電コイル電圧Ｖprefn+1を特定する。そして、電力制限部１５１は、第ｎ＋１送電コイル電圧Ｖprefn+1がコイル上限電圧Ｖpmaxよりも小さくなったか否かを判断する。このステップＳ１７において肯定判定された場合には、ステップＳ１８に進む。一方、ステップＳ１７において否定判定された場合には、ステップＳ１５に戻る。

ステップＳ１８において、電力制限部１５１は、ステップＳ１４において選択された第ｎ電力指令Ｐrefnよりも一段階上に存在する第ｎ＋１電力指令を、制限電力指令Ｐrefに設定し、これをインバータ制御部１５２に出力する。そして、インバータ制御部１５２は、当該制限電力指令Ｐref（第ｎ＋１電力指令Ｐrefn+1）に基づいて、送電コイル１２に入力する電力を制御する。

ステップＳ１９において、電力制限部１５１は、給電動作を終了するか否かを判断する。このステップＳ１９において肯定判定された場合には、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ１９において否定判定された場合には、ステップＳ１５の処理に戻る。

図８は、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードの制御手順を示すフローチャートである。前述のステップＳ５において、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードが選択された場合、電力制限部１５１は、以下に示すように制限電力指令Ｐrefを決定する。図９は、制限電力指令Ｐrefの決定概念を示す模式図である。同図に示される第１電力指令Ｐref1から第４電力指令Ｐrefx（ｘ：任意の自然数）は、制限電力指令Ｐrefの候補となる値である。これらの電力指令Ｐref1〜Ｐrefxは、第１電力指令Ｐref1、第２電力指令値Ｐref2、・・・、第ｘ電力指令Ｐrefxの順番で順次大きくなる関係となっており、所定の大きさずつ大きさが段階的に相違する関係となっている。図９に示す例では、ｘ＝４のケースが例示されている。

まず、ステップＳ３０において、電力制限部１５１は、車両２００側から充電電力指令を取得する。

ステップＳ３１において、電力制限部１５１は制限電力指令Ｐrefを一時的に設定せず、インバータ制御部１５２は車両２００側から取得した充電電力指令に基づいて、送電コイル１２に入力する電力を制御する。

ステップＳ３２において、電力制限部１５１は、電圧センサ１２１を通じて現在の送電コイル電圧Ｖｐを検出し、これを第ｘ送電コイル電圧Ｖprefxとして設定する。

ステップＳ３３において、電力制限部１５１は、第ｘ送電コイル電圧Ｖprefxが、コイル上限電圧Ｖpmax以上であるか否かを判断する。このステップＳ３３において肯定判定された場合には（Ｖpmax≦Ｖprefx）、ステップＳ３４に進む。一方、ステップＳ３３において否定判定された場合には（Ｖpmax＞Ｖprefx）、ステップＳ３２に戻る。

ステップＳ３４において、電力制限部１５１は、現在の第ｘ電力指令Ｐrefxよりも一段階下に存在する第ｘ−１電力指令Ｐrefxを、制限電力指令Ｐrefに設定し、これをインバータ制御部１５２に出力する。そして、インバータ制御部１５２は、当該制限電力指令Ｐref（第ｘ−１電力指令Ｐrefx-1）に基づいて、送電コイル１２に入力する電力を制御する。

ステップＳ３５において、電力制限部１５１は、給電動作を終了するか否かを判断する。このステップＳ３５において肯定判定された場合には、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ３５において否定判定された場合には、ステップＳ３２の処理に戻る。

このように本実施形態において、送電コイル１２を備える給電装置１００の電力制限部１５１は、電力制御部１１を制御することにより、送電コイル１２に通電する電力を制限する電力制限制御を行うこととしている。ここで、電力制限部１５１は、送電コイル１２と受電コイル２２との間のコイルの結合状態に基づいて誘導電流Ｉｍと受電コイル電流Ｉｓとの大小関係を判断し、当該判断結果に基づいて電力制限制御に適用する制御モードを選択することとしている。

かかる構成によれば、バッテリ電圧Ｖｒと送電コイル電圧Ｖｐとの相関がコイルの結合状態によって分別されることから、当該コイルの結合状態に基づいて誘導電流Ｉｍと受電コイル電流Ｉｓとの大小関係を判断することで、適切な制御モードを選択することができる。これにより、適切な電力制限を行うことが可能となり、送電コイル電圧Ｖｐがコイル上限電圧Ｖpmaxを超えてしまうといった状況や、不必要に電力を制限してしまうといった状況を抑制することができる。その結果、効率的なシステムを小型のコイルにて構築することができる。

また、本実施形態において、電力制限部１５１は、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードと、負荷電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードとを有する。そして、電力制限部１５１は、受電コイル電流Ｉｓが誘導電流Ｉｍよりも大きい場合には、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードを選択し、一方、誘電電流Ｉｍが受電コイル電流Ｉｓよりも大きい場合には、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードを選択する。

結合状態が高い場合は、バッテリ電圧Ｖｒと送電コイル電圧Ｖｐとは負の相関を有しているため、バッテリ電圧Ｖｒが低い程、送電コイル電圧Ｖｐが高くなる。そこで、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードを選択することで、送電コイル電圧Ｖｐがコイル上限電圧Ｖpmaxを超えてしまうといった状況を抑制することができる。また、適切な値で電力制御をすることができるので、不必要に電力を制限してしまうといった状況を適切に抑制することができる。一方、結合状態が低い場合は、バッテリ電圧Ｖｒと送電コイル電圧Ｖｐとは正の相関を有しているため、バッテリ電圧Ｖｒが高い程、送電コイル電圧Ｖｐが高くなる。そこで、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードを選択することで、送電コイル電圧Ｖｐがコイル上限電圧Ｖpmaxを超えてしまうといった状況を抑制することができる。また、適切な値で電力制御をすることができるので、不必要に電力を制限してしまうといった状況を適切に抑制することができる。

また、本実施形態において、電力制限部１５１は、バッテリ電圧が低い状況で電力を制限する制御モードを選択した場合には、最小電力にて送電コイル１２に通電を開始し、そして、送電コイル電圧Ｖｒに基づいて当該送電コイル１２の電圧がコイル上限電圧Ｖpmaxを超えない範囲で制限電力指令を増大させている。

かかる構成によれば、送電コイル電圧Ｖｐがコイル上限電圧Ｖpmaxを超えてしまうといった状況を抑制することができる。また、適切な値で電力制御をすることができるので、不必要に電力を制限してしまうといった状況を適切に抑制することができる。

また、本実施形態において、電力制限部１５１は、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードを選択した場合には、車両２００側からの充電電力指令にて送電コイル１２に通電を開始し、送電コイル電圧Vrに基づいて、その送電コイル１２の電圧がコイル上限電圧Ｖpmaxを超えない範囲で制限電力指令を減少させている。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る非接触給電システムについて説明する。この第２の実施形態が、第１の実施形態のそれと相違する点は、送電コイル電圧Ｖｐを推定することで、電圧センサ１２１を省略した構成を実現することである。なお、第１の実施形態と共通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。

電力制限部１５１は、制限電力指令Ｐrefを決定するにあたり送電コイル電圧Ｖｐを利用する。本実施形態において、電力制限部１５１は、当該送電コイル電圧Ｖｐをセンサ等の検出によらず、推定することとしている。具体的には、電力制限部１５１は、下式に基づいて送電コイル電圧Ｖｐを推定する。

数式５において、ωＬ１は、送電コイルのインダクタンスであり、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。

このように本実施形態によれば、電力制限部１５１は、バッテリ電圧Ｖｒ、電力指令、受電コイル電圧Ｖｓに基づいて、送電コイル電圧Ｖｒを推定している。

かかる構成によれば、送電コイル電圧Ｖｐを推定することができるので、当該電圧Ｖｐを検出するためのセンサを省略することができる。これにより、システム構成の簡素化やコストの低減を実現することができる。

なお、上述した第１の実施形態又は第２の実施形態では、制限電力指令Ｐrefを逐次計算すること求めたが、制限電力指令Ｐrefをマップ演算により決定することも可能である。

図１０は、バッテリ電圧Ｖｒと送電コイル電圧Ｖref1〜Ｖref5とをパラメータとして制限電力指令Ｐrefを規定する電力指令マップを模式的に示す説明図である。図１０（ａ）に示す電力指令マップは、コイルの結合状態が高い場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖｒが低い状況で電力を制限する制御モードにおいて適用されるマップの一例を示すものであり、電力制限部１５１は、当該マップを複数の相互インダクタンスωＭに応じて複数個保持している。また、図１０（ｂ）に示す電力指令マップは、コイルの結合状態が低い場合、すなわち、バッテリ電圧Ｖｒが高い状況で電力を制限する制御モードにおいて適用されるマップの一例を示すものであり、電力制限部１５１は、当該マップを複数の相互インダクタンスωＭに応じて複数個保持している。

電力制限部１５１は、第１の実施形態に示すように、相互リアクタンスωＭを推定し、制御モードを選択する。そして、この選択した制御モードに応じて、当該制御モードに応じた電力指令マップが特定され、さらに、相互リアクタンスωＭに応じて当該マップが細分化されている場合には、当該相互リアクタンスωＭに応じてさらに電力指令マップを特定する。

電力指令マップが特定されると、電力制限部１５１は、バッテリ電圧Ｖｒ及び送電コイル電圧Ｖrefに応じて制限電力指令Ｐrefを決定することができる。

このように電力指令マップを使用することで、電力制限部１５１の直接的な演算負荷を減少させることができる。また、電力指令をリニアに変化させることができるので、電力効率を高めることができる。

特願２０１３−０８４５４９号（出願日：２０１３年４月１５日）の全内容は、ここに援用される。

以上、第１及び第２の実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

１００給電装置
１１電力制御部
１１１整流部
１１２ＰＦＣ回路
１１３インバータ
１２１電圧センサ
１２送電コイル
１４無線通信部
１５制御部
１５１電力制限部
１５２インバータ制御部
２００車両
２２受電コイル
２２１電圧センサ
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

Claims

電力を送電する送電コイルと、
電源からの電力を前記送電コイルに通電する電力制御部と、
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出力電力が入力される負荷と、
前記電力制御部を制御することにより、前記送電コイルに通電する電力を制限する電力制限制御を行う制御部と、を有し、
前記制御部は、前記送電コイルと前記受電コイルとの間のコイルの結合状態に基づいて誘導電流と受電コイル電流との大小関係を判断し、当該判断結果に基づいて電力制限制御に適用する制御モードを選択することを特徴とする非接触給電システム。
前記制御部は、負荷電圧が低い状況で電力を制限する制御モードと、負荷電圧が高い状況で電力を制限する制御モードとを有し、受電コイル電流が誘導電流よりも大きい場合には、負荷電圧が低い状況で電力を制限する制御モードを選択し、一方、誘電電流が受電コイル電流よりも大きい場合には、負荷電圧が高い状況で電力を制限する制御モードを選択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。
前記制御部は、負荷電圧が低い状況で電力を制限する制御モードを選択した場合には、最小電力にて前記送電コイルに通電を開始し、前記送電コイルの電圧に基づいて、当該送電コイルの電圧がコイルの上限電圧を超えない範囲で前記送電コイルに通電する電力を指定する電力指令を増大させていく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。
前記制御部は、負荷電圧が高い状況で電力を制限する制御モードを選択した場合には、負荷側からの電力指令にて前記送電コイルに通電を開始し、前記送電コイルの電圧に基づいて、当該送電コイルの電圧がコイルの上限電圧を超えない範囲で前記送電コイルに通電する電力を指定する電力指令を減少させていく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。
前記制御部は、負荷電圧、電力指令、受電コイルの電圧に基づいて、前記送電コイルの電圧を推定することを特徴とする請求項３又は４に記載された非接触給電システム。