WO2015001744A1 - 給電装置及び周波数特性取得方法 - Google Patents

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power supply
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coil
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正剛 小泉
修 大橋
剛 西尾
則明 朝岡
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device and a frequency characteristic acquisition method for a non-contact power supply system.
  • a non-contact power feeding system for charging a storage battery mounted on a vehicle using a ground power feeding device.
  • a non-contact power supply system there is known a system that acquires a frequency characteristic of transmission efficiency between a power supply side and a power reception side and supplies power at a drive frequency near a resonance frequency from the acquired frequency characteristic (for example, a patent Reference 1).
  • the power supply side performs power supply while changing the frequency, and acquires data of received power in the power receiving coil at that time from the power receiving side. Then, the transmission efficiency of power is calculated from the supplied power and the acquired received power, and the frequency characteristic of the transmission efficiency is acquired.
  • Patent Document 1 it is necessary to acquire received power data from the power receiving side in order to acquire frequency characteristics of transmission efficiency.
  • a time lag occurs in the acquisition of received power data, there is a problem that the speed of changing the frequency is limited, and the acquisition processing speed of the frequency characteristics is reduced.
  • An object of the present invention is to provide a power supply apparatus and a frequency characteristic acquisition method capable of quickly acquiring frequency characteristics of transmission efficiency by simple processing.
  • a power supply device includes a power supply coil that supplies electric power to an external power receiving coil by electromagnetic action, a power supply unit that supplies AC power while changing a drive frequency to the power supply coil, and the supply of the AC power.
  • An acquisition unit that acquires a frequency characteristic of a current value related to a current flowing through the power supply coil or a voltage value related to a voltage applied to the power supply coil when received.
  • the frequency characteristic acquisition method includes a step of supplying AC power while changing a driving frequency to a power supply coil that supplies power to an external power receiving coil by electromagnetic action, and when receiving the supply of AC power Obtaining a frequency characteristic of a current value related to a current flowing through the power supply coil or a voltage value related to a voltage applied to the power supply coil.
  • the frequency characteristic of the transmission efficiency between the power feeding coil and the power receiving coil can be acquired quickly with a simple process.
  • the block diagram which shows the structure of the charging system in one embodiment of this invention The block diagram which shows the structure of the electric power feeding part and electric power feeding side control part in one embodiment of this invention.
  • the flowchart which shows the frequency characteristic acquisition method in one embodiment of this invention The flowchart which shows the frequency characteristic acquisition method in one embodiment of this invention
  • the figure which shows the relationship between the transmission efficiency with respect to frequency and the coil current on the feeding side The block diagram which shows the structure of the electric power feeding part and electric power feeding side control part in the modification 1 of the electric power feeder which concerns on this Embodiment.
  • the block diagram which shows the structure of the electric power feeding part and electric power feeding side control part in the modification 3 of the electric power feeder which concerns on this Embodiment The block diagram which shows the structure of the electric power feeding part and electric power feeding side control part in the modification 4 of the electric power feeder which concerns on this Embodiment.
  • the flowchart which shows the frequency characteristic acquisition method at the time of the standby power supply in the modification 4 which concerns on this Embodiment The block diagram which shows the structure of the electric power feeding part and electric power feeding side control part in the modification 5 of the electric power feeder which concerns on this Embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charging system according to an embodiment of the present invention.
  • the charging system 10 includes a power feeding device 140, a vehicle 150, and a power feeding side operation unit 160.
  • FIG. 1 shows a power supply state in which the power supply coil 104a and the power reception coil 154a face each other.
  • the power feeding device 140 is installed or embedded on the ground such that the power feeding unit 104 is disposed on the ground surface g.
  • the power feeding device 140 is provided, for example, in a parking space, and feeds power to the power receiving unit 154 by facing the power receiving unit 154 while the vehicle 150 is parked.
  • the power supply includes a preliminary power supply for supplying a small amount of power to the power receiving unit 154 before supplying power to the storage battery 152 and a main power supply for supplying a large amount of power to supply power to the storage battery 152.
  • power supply includes both standby power supply and main power supply. The configuration of the power feeding device 140 will be described later.
  • the vehicle 150 is, for example, an automobile that travels with the electric power of the storage battery 152 such as HEV (Hybrid Electric Vehicle), PEV (Plug-in Electric Vehicle), or EV (Electric Vehicle). Details of the configuration of the vehicle 150 will be described later.
  • HEV Hybrid Electric Vehicle
  • PEV Plug-in Electric Vehicle
  • EV Electric Vehicle
  • the power supply side operation unit 160 outputs a power supply start signal indicating the start of power supply or a power supply stop signal indicating the stop of power supply to the power supply apparatus 140 by an operation from the outside.
  • the vehicle 150 mainly includes a vehicle side operation unit 151, a storage battery 152, a vehicle side control unit 153, a power reception unit 154, and a vehicle side communication unit 155.
  • the vehicle side operation unit 151 accepts various operations by the driver and outputs a signal corresponding to the accepted operation to the vehicle side control unit 153.
  • the storage battery 152 stores electric power supplied from the power supply apparatus 140 via the power receiving unit 154.
  • the vehicle-side control unit 153 Based on the various signals input from the vehicle-side operation unit 151, the vehicle-side control unit 153 performs various processes associated with power supply or various processes associated with power supply stop on the power receiving unit 154 and the vehicle-side communication unit 155. To control. For example, the vehicle-side control unit 153 detects the received power received by the power receiving coil 154a at the time of the main power supply, and outputs the detection result of the received power to the vehicle-side communication unit 155 as the received power information. As will be described later, in the process of acquiring the frequency characteristic of the transmission efficiency, it is not necessary to transmit the received power information.
  • the power receiving unit 154 includes a power receiving coil 154a.
  • the power receiving coil 154a is supplied with power by electromagnetic induction from the power supply coil 104a of the power supply unit 104.
  • the power receiving unit 154 supplies the power received by the power receiving coil 154 a to the storage battery 152 according to the control of the vehicle side control unit 153.
  • the vehicle side communication unit 155 exchanges various information necessary for power supply with the power supply side communication unit 101. For example, the vehicle communication unit 155 transmits the received power information input from the vehicle control unit 153 to the power supply communication unit 101 during the main power supply. In addition, the vehicle-side communication unit 155 generates a power-receivable signal that permits charging or a power-reception-impossible signal that does not permit charging according to the control of the vehicle-side control unit 153, and the generated power-receivable signal or power-reception-impossible signal It transmits to the part 101.
  • the power reception impossibility signal is transmitted, for example, when the storage battery 152 is fully charged.
  • the power feeding device 140 mainly includes a power feeding side communication unit 101, a power feeding side control unit 103, and a power feeding unit 104.
  • the power supply side communication unit 101 exchanges various information necessary for power supply with the vehicle side communication unit 155.
  • the power supply side communication unit 101 receives a power reception enabled signal or a power reception disabled signal from the vehicle side communication unit 155.
  • the power supply side communication unit 101 outputs the received power reception enable signal or power reception disabled signal to the power supply side control unit 103.
  • the power supply side control unit 103 controls the power supply unit 154 to perform various controls related to power supply.
  • the power supply side control unit 103 controls the power supply unit 104 to perform preliminary power supply when a power supply start signal is input from the power supply side operation unit 160.
  • the power supply side control unit 103 controls the power supply unit 104 to start the main power supply when a power reception enable signal is input from the power supply side communication unit 101.
  • the power supply side control unit 103 performs a process of acquiring the frequency characteristic of the power supply unit 104 and calculating the frequency characteristic of the power transmission efficiency between the power supply unit 104 and the power reception unit 154. This process will be described in detail later.
  • the power supply side control unit 103 sets a frequency that maximizes the transmission efficiency, for example, at the time of main power supply, based on the acquired frequency characteristic of the transmission efficiency, and controls the power supply unit 104 to perform power supply at the set frequency.
  • the power supply side control unit 103 does not start power supply or stops power supply when a power supply stop signal is input from the power supply side operation unit 160 or when a power reception disable signal is input from the power supply side communication unit 101.
  • the power feeding unit 104 is controlled to do so. Details of the configuration of the power supply side control unit 103 will be described later.
  • the power feeding unit 104 is driven by the control of the power feeding side control unit 103 to supply power to the power receiving unit 154 by an electromagnetic action such as an electromagnetic induction method or a magnetic resonance method.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the power feeding unit and the power feeding side control unit according to the embodiment of the present invention.
  • the power supply unit 104 includes a switching unit 201, an AC / DC conversion device 202, an inverter 203, a current detection unit 204, a voltage detection unit 205, and a power supply coil 104a.
  • the switching unit 201 opens and closes the connection between the external power source (external AC power source) and the AC / DC converter 202 according to the control of the power supply control unit 213.
  • the AC / DC converter 202 converts AC electrical energy supplied from an external power source into DC electrical energy and supplies it to the inverter 203.
  • the output voltage of the AC / DC converter 202 may be fixed to a predetermined voltage that is determined in advance, or may be variable under the control of the power supply control unit 213.
  • the inverter 203 converts the DC power supplied from the AC / DC converter 202 into AC power and supplies it to the feeding coil 104a.
  • the inverter 203 can change the frequency of the output power and the magnitude of the output power under the control of the power supply control unit 213. For example, the inverter 203 is controlled to output a small amount of electric power during preliminary power supply, and is controlled to output a large amount of electric power during main power supply.
  • the current detection unit 204 measures the current value of the AC power supplied from the inverter 203 to the feeding coil 104a, and outputs the measurement result of the current value to the frequency characteristic acquisition unit 105 and the power supply control unit 213.
  • the voltage detection unit 205 measures the voltage value of the DC power supplied from the AC / DC converter 202 to the inverter 203, and the measurement result of the voltage value is supplied to the power supply side control unit 103 (specifically, the power supply control unit 213). Output to.
  • the power supply coil 104 a supplies power to the power receiving unit 154 by receiving supply of AC power from the inverter 203.
  • the power feeding coil 104a performs the main power feeding with a larger power than the preliminary power feeding.
  • the power supply side control unit 103 mainly includes a frequency characteristic acquisition unit 105 and a power supply control unit 213.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 acquires the frequency characteristic of the power supply coil 104a, specifically, the frequency characteristic of the value of the current flowing through the power supply coil 104a when the power supply coil 104a is supplied with AC power.
  • the frequency characteristic indicates the relationship between the frequency of the AC power supplied to the power feeding coil 104a and the target current value.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 may acquire the frequency characteristic of the current value related to the current flowing through the feeding coil 104a when the feeding coil 104a is supplied with AC power. .
  • the frequency characteristic acquisition part 105 should just acquire the frequency characteristic of the voltage value relevant to the voltage applied to the feed coil 104a when the feed coil 104a receives supply of alternating current power.
  • the current value related to the current flowing through the feeding coil 104a is the value of the current flowing through another location that has an influence on (there is a correlation with) the current flowing directly through the feeding coil 104a.
  • the value of the current flowing directly through the power feeding coil 104a or the value of the current flowing directly through the power feeding coil 104a can be estimated. Specific portions will be described later as modified examples.
  • the voltage value related to the voltage applied to the feeding coil 104a refers to the value of the voltage applied to another location that has an influence on (or has a correlation with) the voltage applied directly to the feeding coil 104a. It is. In other words, the voltage value directly applied to the power feeding coil 104a or the voltage value directly applied to the power feeding coil 104a can be estimated to be a voltage value applied to another location. Specific portions will be described later as modified examples.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 also functions as a calculation unit that calculates the frequency characteristic of the transmission efficiency between the feeding coil 104a and the power receiving coil 154a based on the acquired frequency characteristic.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 calculates the frequency characteristic of the transmission efficiency without using the data of the power value supplied to the power receiving coil 154a. This calculation method will be described in detail later.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 also functions as a calculation unit that calculates the resonance frequency of the power feeding coil 104a and the power receiving coil 154a from the calculated frequency characteristic of transmission efficiency.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 calculates the resonance frequency by extracting the frequency at which the transmission efficiency is maximized from the frequency characteristic of the transmission efficiency.
  • the calculation of the frequency characteristic of the transmission efficiency and the calculation of the resonance frequency may be performed by the power supply control unit 213 or may be performed by providing a dedicated arithmetic processing unit.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 outputs the acquired frequency characteristic of the feeding coil 104a, the calculated frequency characteristic of the transmission efficiency, or the calculated resonance frequency to the power supply control unit 213.
  • the power supply control unit 213 receives voltage and current information from the voltage detection unit 205 and the current detection unit 204, respectively.
  • the power supply control unit 213 receives an operation signal from the power supply side operation unit 160 and receives communication data from the power supply side communication unit 101. Then, based on the input information, the power supply control unit 213 performs on / off control of the switching unit 201, drive control of the AC / DC converter 202, and drive control of the inverter 203, so that the power supply coil 104a Supply AC power.
  • the power supply control unit 213 when the power supply control unit 213 receives a power supply start signal from the power supply side operation unit 160, the power supply control unit 213 performs AC / AC so that the power supply coil 104a is supplied with the power for the preliminary power supply in order to start the preliminary power supply.
  • the DC converter 202 and the inverter 203 are controlled.
  • the AC / DC converter 202 and the inverter 203 are controlled so as to output larger power than in the case of standby power supply.
  • the power supply unit 104 performs the main power supply with higher power than the standby power supply.
  • the power supply control unit 213 can use the frequency with the maximum transmission efficiency as the drive frequency of the inverter 203 when power is supplied, based on the information acquired from the frequency characteristic acquisition unit 105.
  • the power supply control unit 213 controls the inverter 203 so as to change the frequency of the AC power during the frequency characteristic acquisition process of the power feeding coil 104a, and controls the AC / DC converter 202 with a constant voltage (effective voltage). Control to supply DC power.
  • the power supply control unit 213 starts the power supply, and when the power supply stop signal is input from the power supply side operation unit 160 or the power reception disable signal is input from the power supply side communication unit 101, the power supply control unit 213 201 is opened and disconnected from the inverter 203.
  • the power supply control unit 213 determines the frequency of the transmission efficiency based on the measurement result of the voltage value input from the voltage detection unit 205 and the measurement result of the current value input from the current detection unit 204 during the main power supply.
  • the power value of the power supplied when the main power is supplied from the characteristics and the power supply coil 104a may be calculated.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a frequency characteristic acquisition method according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply side control unit 103 executes the frequency characteristic acquisition process of FIG. 3 during the preliminary power supply.
  • the power supply control unit 213 acquires and sets the start value Fa, the end value Fb, and the step value Fs of the drive frequency F that is preset drive frequency information ( Step ST401).
  • the power supply control unit 213 sets the start value Fa as the drive frequency F (step ST402).
  • the power supply control unit 213 sets the voltage value Vs of power output from the AC / DC converter 202 (step ST403).
  • power supply control section 213 operates AC / DC converter 202 and operates inverter 203 at drive frequency Fa so that the output of AC / DC converter 202 has voltage value Vs (step ST404). ).
  • the power supply control unit 213 does not perform control for adjusting the output current of the inverter 203 such as driving the inverter 203 with a predetermined duty ratio, for example.
  • the current detection unit 204 detects the current value Ik, and the frequency characteristic acquisition unit 105 acquires the detected current value Ik (step ST405).
  • the power supply control unit 213 adds the step value Fs to the drive frequency F (step ST406).
  • power supply control section 213 determines whether or not drive frequency F is equal to or higher than end value Fb (step ST407).
  • step ST407 NO
  • the power supply control unit 213 returns to the process of step ST404.
  • step ST407 when drive frequency F is equal to or higher than end value Fb (step ST407: YES), power supply control unit 213 opens switching unit 201 and stops AC / DC converter 202 and inverter 203 (step ST408). ).
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 can acquire data of a plurality of current values Ik at the driving frequencies Fa to Fb with a small step interval Fs. These data become the frequency characteristic data of the current value Ik.
  • the end value Fb is set to a higher frequency side than the start value Fa, so that the step value Fs is added to the drive frequency F in step ST406. However, the end value Fb is lower than the start value Fa. By setting to the side, the step value Fs may be subtracted from the drive frequency F in step ST406. Further, the drive frequency F may be increased or decreased.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a frequency characteristic acquisition method according to an embodiment of the present invention.
  • the power supply side control unit 103 may acquire the frequency characteristic by performing the frequency characteristic acquisition process of FIG. 4 during the main power supply.
  • This frequency characteristic acquisition process at the time of the main power supply can be used, for example, when it is confirmed whether the frequency at which the transmission efficiency is maximized at the time of the main power supply has changed and the drive frequency is corrected.
  • the power supply control unit 213 acquires a start value Fa, an end value Fb, and a step value Fs of the drive frequency F that are preset drive frequency information. (Step ST601).
  • the power supply control unit 213 sets the start value Fa as the drive frequency F (step ST602).
  • power supply control section 213 closes switching section 201 and activates AC / DC converter 202 and inverter 203 (step ST603).
  • the output voltage of the AC / DC converter 202 is the voltage at the time of main power supply, and the inverter 203 is operated at the set drive frequency F and at a predetermined duty ratio for the main power supply.
  • power supply control section 213 calculates feed power Ws from the measurement result of the voltage value input from voltage detection section 205 and the measurement result of the current value input from current detection section 204 (step ST604).
  • the feed power Ws is the power in the main feed, and thus is larger than the standby feed.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 acquires the current value Ik detected by the current detection unit 204.
  • the power supply control unit 213 adds the step value Fs to the drive frequency F (step ST605).
  • the actual drive frequency of the inverter 203 changes according to the setting change of the drive frequency F.
  • the power supply control unit 213 determines whether or not the drive frequency F is equal to or higher than the end value Fb (step ST606).
  • step ST606 NO
  • the power supply control unit 213 returns to the process of step ST604.
  • step ST606 when the drive frequency F is equal to or higher than the end value Fb (step ST606: YES), the power supply control unit 213 stops the inverter 203 (step ST607).
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 can acquire data of a plurality of current values Ik at the drive frequencies Fa to Fb with a small step interval Fs. These data are frequency characteristic data of the current value Ik in a state close to the main power supply.
  • the end value Fb is set to a higher frequency side than the start value Fa, so that the step value Fs is added to the drive frequency F in step ST605. However, the end value Fb is lower than the start value Fa. By setting to the side, the step value Fs may be subtracted from the drive frequency F in step ST605. Further, the drive frequency F may be increased or decreased.
  • the coupling coefficient changes due to the distance between the power feeding coil 104a and the power receiving coil 154a and the influence of the axis deviation.
  • the transmission efficiency is ⁇
  • the current value of the feeding coil 104a is I 1
  • each can be expressed as a function consisting of the drive frequency f and the coupling coefficient k as shown in equation (1).
  • V power supply voltage ⁇ : constant
  • the transmission efficiency ⁇ and current value I 1 of the feeding coil 104a respectively uniquely determined with respect to the driving frequency f.
  • the current value I 1 of the feeding coil 104a shows a characteristic having two resonance frequencies f 3, f 4 (maximum point) ((2) below reference expression). That is, transmission efficiency ⁇ is correlated with the current value I 1.
  • FIG. 5 shows the relationship between the transmission efficiency with respect to frequency and the feeding side coil current (current flowing through the feeding coil 104a).
  • the current value I1 flowing through can also be used.
  • the current value I1 flowing through the power supply coil 104a is the input current value of the AC / DC converter 202 that converts AC electrical energy from an external power source into DC electrical energy and supplies it to the inverter 203, or the AC / DC There is a correlation with the output current value of the converter 202.
  • the current value I1 flowing through the power feeding coil 104a can be estimated from the input current value of the AC / DC converter 202 or the output current value of the AC / DC converter 202.
  • the frequency characteristic of the transmission efficiency is obtained by using the current value measured between the switching unit 201 and the AC / DC converter 202 or between the AC / DC converter 202 and the inverter 203. Also good.
  • the same correlation is established between the transmission efficiency ⁇ and the voltage value applied to the feeding coil 104a.
  • the above characteristics also apply to the voltage value applied to the power supply coil 104a or the output voltage value of the AC / DC converter 202 that converts AC electrical energy from an external AC power source into DC electrical energy and supplies it to the inverter 203. .
  • the power value flowing through the power receiving coil 154a is wirelessly transmitted from the vehicle 150 side to the power supply device 140, and the transmission efficiency is calculated in the power supply device 140. There is a need to.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 calculates the frequency characteristic of the transmission efficiency from the frequency characteristic of the current value Ik using the above-described relationship.
  • the frequency characteristic similar to the transmission efficiency can be obtained with the value of the current flowing through the power supply coil 104a, it is not necessary to perform wireless communication with the vehicle 150, and only the processing in the power supply device 140 is performed.
  • the frequency characteristics of the current value flowing through can be obtained. Therefore, the calculation process can be simplified by using the frequency characteristic of the current value flowing through the power supply coil 104a or the applied voltage value compared to the case of using the frequency characteristic of the transmission efficiency.
  • the frequency characteristic of the current value Ik flowing through the feeding coil 104a is acquired in preliminary feeding or main feeding. Based on the acquired frequency characteristic, the power supply device 140 calculates the frequency characteristic of the transmission efficiency between the power supply coil 104a and the power reception coil 154a. The power supply apparatus 140 acquires the frequency characteristic of the transmission efficiency only by processing on the power supply side. Thereby, unlike the prior art, the process of exchanging the received power data in the power receiving coil 154a with the power receiving side is omitted. Since the process for data communication of the received power is omitted, the process for changing the drive frequency of the inverter 203 can be performed at a relatively high speed, and the frequency characteristic acquisition process for the transmission efficiency can be performed at a high speed.
  • the power feeding device 140 acquires the frequency characteristic of the current value flowing through the power feeding coil 104a and determines the resonance point, thereby feeding power based on the number of current value peaks of the power feeding coil 104a. It can be determined whether or not the power receiving coil 154a is present at a position facing the coil 104a.
  • the main power supply can be controlled at the maximum frequency of the frequency characteristic of the transmission efficiency, the main power supply can be efficiently and shortly performed. Can be done in time.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 acquires the frequency characteristic of the current value flowing through the power supply coil 104a controlled by a predetermined voltage value (constant voltage value), but directly to the power supply coil 104a. You may acquire the frequency characteristic of the electric current value of each part correlated with the flowing electric current.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 may be configured to acquire the frequency characteristic of the input current value of the AC / DC converter 202 or the output current value of the AC / DC converter 202.
  • the voltage controlled to a predetermined value may be a voltage value directly applied to the feeding coil 104a (for example, the effective voltage value is controlled to be constant) or an output voltage value of the AC / DC converter 202.
  • the input voltage value of the AC / DC converter 202 can be adopted as the voltage controlled to a predetermined value.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 acquires the frequency characteristic of the voltage value related to the voltage applied to the power supply coil 104a when the power supply coil 104a is driven with a predetermined current (for example, the current effective value is constant). You may make it do.
  • the power supply control unit 213 uses any one of the effective value of the current directly flowing through the feeding coil 104a, the effective value of the input current of the AC / DC converter 202, or the output current value of the AC / DC converter 202 as a predetermined current.
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 may acquire the output voltage value of the AC / DC converter 202 or the frequency characteristic of the output voltage value of the inverter 203.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating the configuration of the power feeding unit and the power feeding side control unit in Modification 1 of the power feeding apparatus according to the present embodiment.
  • the voltage detection unit 205 is provided between the inverter 203 and the power supply coil 104a instead of the AC / DC converter 202 and the inverter 203.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating configurations of the power feeding unit and the power feeding side control unit in the second modification of the power feeding apparatus according to the present embodiment.
  • a power feeding unit 104B illustrated in FIG. 7 is different from the power feeding unit 104 of the power feeding device 140 according to the embodiment in that a current detection unit 204 and a voltage detection unit 205 are provided between the switching unit 201 and the AC / DC conversion device 202. ing.
  • the current detection unit 204 detects the input current value of the AC / DC conversion device 202.
  • the voltage detector 205 detects the input voltage value of the AC / DC converter 202.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the power feeding unit and the power feeding side control unit in the third modification of the power feeding apparatus according to the present embodiment.
  • the voltage power supply unit 104 ⁇ / b> C illustrated in FIG. 8 includes a current detection unit 204 and a voltage detection unit 205 between the AC / DC conversion device 202 and the inverter 203. ing.
  • the current detection unit 204 detects the output current value of the AC / DC conversion device 202.
  • the voltage detection unit 205 detects the output voltage value of the AC / DC conversion device 202.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating the configuration of the power feeding unit and the power feeding side control unit in Modification 4 of the power feeding apparatus according to the present embodiment.
  • the voltage detection unit 205 is provided between the inverter 203 and the power supply coil 104a in place of the AC / DC converter 202 and the inverter 203.
  • the voltage value detected by the voltage detection unit 205 is output to the frequency characteristic acquisition unit 105.
  • FIG. 10 shows a method of obtaining the frequency characteristics of the voltage value applied to the power supply coil 104a by controlling the power supply coil 104a with a predetermined current value (constant current value) using the modification 4. It explains using.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a frequency characteristic acquisition method at the time of standby power feeding in Modification 4 according to the present embodiment.
  • the power supply control unit 213 acquires and sets the start value Fa, the end value Fb, and the step value Fs of the drive frequency F, which is preset drive frequency information (step ST1001).
  • the power supply control unit 213 sets the start value Fa as the drive frequency F (step ST1002).
  • the power supply control unit 213 sets the current value (effective value) Is of the power supplied to the feeding coil 104a (step ST1003).
  • the power supply control unit 213 operates the AC / DC converter 202 and the inverter 203 at the drive frequency Fa so that the effective current value supplied to the power feeding coil 104a becomes the constant current Is (step ST1004).
  • voltage detection section 205 detects a voltage value (specifically, a voltage value applied to power feeding coil 104a) Vk, and frequency characteristic acquisition section 105 acquires the detected voltage value Vk (step ST1005). ).
  • the power supply control unit 213 adds the step value Fs to the drive frequency F (step ST1006).
  • the power supply control unit 213 determines whether or not the drive frequency F is equal to or higher than the end value Fb (step ST1007).
  • step ST1007 NO
  • the power supply control unit 213 returns to the process of step ST1004.
  • step ST1007 when drive frequency F is equal to or higher than end value Fb (step ST1007: YES), power supply control unit 213 stops inverter 203 (step ST1008).
  • the frequency characteristic acquisition unit 105 can acquire data of a plurality of voltage values Vk at the driving frequencies Fa to Fb with a small step interval Fs. These data become the frequency characteristic data of the voltage value Vk.
  • FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration of the power feeding unit and the power feeding side control unit in the fifth modification of the power feeding apparatus according to the present embodiment.
  • a power supply unit 104E illustrated in FIG. 11 includes a current detection unit 204 provided between the AC / DC converter 202 and the inverter 203 instead of the inverter 203 and the power supply coil 104a. Further, in the power feeding unit 104E of FIG. 02 and the inverter 203.
  • the voltage value detected by the voltage detection unit 205 is input to the frequency acquisition unit 105.
  • the power supply control unit 213 changes the drive frequency of the inverter 203 so that the output current of the AC / DC converter 202 becomes a predetermined value (for example, the effective value is constant), and the power supply unit 104 is changed. Control. Then, the frequency characteristic acquisition unit 105 acquires the frequency characteristic of the output voltage of the AC / DC converter 202. Also from this frequency characteristic, the frequency characteristic of the transmission efficiency between the power feeding unit 104 and the power receiving unit 154 can be obtained.
  • a power supply start signal is input from the power supply side operation unit 160 to the power supply side control unit 103, but the power supply side via the power supply side communication unit 101 from the vehicle side communication unit 155.
  • a power supply start signal may be input to the control unit 103.
  • the power supply device and frequency characteristic acquisition method according to the present invention can be applied to, for example, a contactless power supply system for a vehicle.

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Abstract

インバータ（２０３）は、駆動周波数を変化させながら定電圧若しくは定電流の交流電力を給電コイル（１０４ａ）に供給する。周波数特性取得部（１０５）は、交流電力の供給を受けた給電コイル（１０４ａ）を流れる電流に関連する電流値若しくは、給電コイル（１０４ａ）に印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得する。

Description

給電装置及び周波数特性取得方法
　本発明は、非接触給電システムの給電装置及び周波数特性取得方法に関する。
　従来、車輌に搭載された蓄電池を地上の給電装置を用いて充電する非接触給電システムが知られている。非接触給電システムとしては、給電側と受電側との間の伝送効率の周波数特性を取得し、取得した周波数特性から共振周波数付近の駆動周波数で給電を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。
　特許文献１では、給電側は、周波数を変化させながら給電を行い、その際の受電コイルにおける受電電力のデータを受電側から取得する。そして、給電電力と取得した受電電力とから電力の伝送効率を算出し伝送効率の周波数特性を取得する。
特開２０１１－１４２７６９号公報
　特許文献１においては、伝送効率の周波数特性を取得するために、受電側から受電電力のデータを取得する必要がある。受電電力のデータを取得するには、無線通信を用いる必要があり、その分、給電側と受電側とで周波数特性取得時の処理ステップが増える。また、受電電力のデータ取得にタイムラグが生じることから、周波数を変化させる速度に制限が生じて、周波数特性の取得処理速度が低下するという課題が生じる。
　本発明の目的は、伝送効率の周波数特性を簡単な処理で速やかに取得することのできる給電装置及び周波数特性取得方法を提供することである。
　本発明に係る給電装置は、外部の受電コイルに電磁作用より電力を供給する給電コイルと、前記給電コイルに駆動周波数を変化させながら交流電力を供給する電力供給部と、前記交流電力の供給を受けた際の、前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得する取得部と、を備える。
　本発明に係る周波数特性取得方法は、電磁作用により外部の受電コイルに電力を供給する給電コイルに、駆動周波数を変化させながら交流電力を供給するステップと、前記交流電力の供給を受けた際に前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得するステップと、を有する。
　本発明によれば、給電コイルと受電コイルとの間の伝送効率の周波数特性を簡単な処理で速やかに取得することができる。
本発明の一実施の形態における充電システムの構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図 本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図 周波数に対する伝送効率と給電側コイル電流の関係を示す図 本実施の形態に係る給電装置の変形例１における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る給電装置の変形例２における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る給電装置の変形例３における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る給電装置の変形例４における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図 本実施の形態に係る変形例４における予備給電時の周波数特性取得方法を示すフロー図 本実施の形態に係る給電装置の変形例５における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
　＜充電システムの構成＞
　本発明の一実施の形態における充電システム１０の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の形態における充電システムの構成を示すブロック図である。
　充電システム１０は、給電装置１４０と、車輌１５０と、給電側操作部１６０とを有している。
　なお、図１は、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとが対向した給電可能な状態を示す。
　給電装置１４０は、給電部１０４が地表ｇに配置されるように地面上に設置もしくは埋設される。給電装置１４０は、例えば駐車スペースに設けられ、車輌１５０の駐車中に、受電部１５４に対向することにより受電部１５４に対して給電する。ここで、給電には、蓄電池１５２に電力を供給する前において、受電部１５４に少ない電力を供給する予備給電と、蓄電池１５２に電力を供給するために大きな電力を供給する本給電とがある。なお、以下の説明において、単に「給電」と記載しているものについては、予備給電と本給電との両方を含むものとする。また、給電装置１４０の構成については後述する。
　車輌１５０は、例えば、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）、ＰＥＶ（Plug-in Electric Vehicle）またはＥＶ（ElectricVehicle）といった蓄電池１５２の電力で走行する
自動車である。なお、車輌１５０の構成の詳細については後述する。
　給電側操作部１６０は、外部からの操作により、給電の開始を示す給電開始信号または給電の停止を示す給電停止信号を給電装置１４０に出力する。
　＜車輌の構成＞
　本発明の実施の形態１における車輌１５０の構成について、図１を用いて説明する。
　車輌１５０は、車輌側操作部１５１と、蓄電池１５２と、車輌側制御部１５３と、受電部１５４と、車輌側通信部１５５とから主に構成されている。
　車輌側操作部１５１は、ドライバーによる各種操作を受け付け、受け付けた操作に応じた信号を車輌側制御部１５３に出力する。
　蓄電池１５２は、給電装置１４０から受電部１５４を介して供給される電力を蓄える。
　車輌側制御部１５３は、車輌側操作部１５１から入力された各種信号に基づいて、受電部１５４及び車輌側通信部１５５に対して、給電に伴う各種処理または給電停止に伴う各種処理を行うように制御する。車輌側制御部１５３は、例えば本給電時に、受電コイル１５４ａで受電した受電電力を検出し、受電電力の検出結果を受電電力情報として車輌側通信部１５５に出力する。後述するが、伝送効率の周波数特性を取得する処理においては、受電電力情報の送信は不要となる。
　受電部１５４は、受電コイル１５４ａを有している。受電コイル１５４ａは、給電部１０４の給電コイル１０４ａから電磁誘導により電力を受けて給電される。受電部１５４は、車輌側制御部１５３の制御に従って、受電コイル１５４ａで受電した電力を蓄電池１５２に供給する。
　車輌側通信部１５５は、給電に必要な様々な情報を、給電側通信部１０１との間でやり取りする。例えば、車両用側通信部１５５は、本給電時に、車輌側制御部１５３から入力された受電電力情報を給電側通信部１０１に対して送信する。また、車輌側通信部１５５は、車輌側制御部１５３の制御に従って、充電を許可する受電可信号または充電を許可しない受電不可信号を生成し、生成した受電可信号または受電不可信号を給電側通信部１０１に対して送信する。ここで、受電不可信号は、蓄電池１５２が満充電の状態である場合等に送信される。
　＜給電装置の構成＞
　本発明の一実施の形態に係る給電装置１４０の構成について、図１を用いて説明する。
　給電装置１４０は、給電側通信部１０１と、給電側制御部１０３と、給電部１０４とから主に構成されている。
　給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５５との間で給電に必要な様々な情報をやりとりする。例えば、給電側通信部１０１は、車輌側通信部１５５からの受電可信号または受電不可信号を受信する。給電側通信部１０１は、受信した受電可信号または受電不可信号を給電側制御部１０３に出力する。
　給電側制御部１０３は、給電部１５４を制御して、給電に関する様々な制御を行う。
　例えば、給電側制御部１０３は、給電側操作部１６０から給電開始信号が入力された際に、予備給電を行うように給電部１０４を制御する。また、給電側制御部１０３は、給電側通信部１０１から受電可信号が入力された際に、本給電を開始するように給電部１０４を制御する。
　また、給電側制御部１０３は、給電部１０４の周波数特性を取得して、給電部１０４と受電部１５４との間の電力の伝送効率の周波数特性を算出する処理を行う。この処理については後で詳述する。給電側制御部１０３は、取得した伝送効率の周波数特性から、例えば本給電時において、伝送効率が最大となる周波数を設定し、設定した周波数で給電を行
うように給電部１０４を制御する。
　また、給電側制御部１０３は、給電側操作部１６０より給電停止信号が入力された場合、または給電側通信部１０１より受電不可信号が入力された場合に、給電を開始させないかまたは給電を停止するように給電部１０４を制御する。なお、給電側制御部１０３の構成の詳細については後述する。
　給電部１０４は、給電側制御部１０３の制御により駆動して、例えば電磁誘導方式または磁気共鳴方式などの電磁作用により、受電部１５４に電力を供給する。
　＜給電部の構成＞
　本発明の一実施の形態における給電部１０４の構成について、図２を用いて更に詳細に説明する。図２は、本発明の一実施の形態における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
　給電部１０４は、切替部２０１と、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２と、インバータ２０３と、電流検知部２０４と、電圧検知部２０５と、給電コイル１０４ａとを備えている。
　切替部２０１は、電力供給制御部２１３の制御に従って、外部電源（外部交流電源）とＡＣ／ＤＣ変換装置２０２との接続を開閉する。
　ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２は、外部電源から供給される交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換してインバータ２０３に供給する。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧は、予め決められた所定電圧に固定されていてもよいし、電力供給制御部２１３の制御によって可変であってもよい。
　インバータ２０３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２から供給される直流電力を交流電力に変換して給電コイル１０４ａに供給する。インバータ２０３は、電力供給制御部２１３の制御によって、出力電力の周波数、および、出力電力の大きさを変更できる。インバータ２０３は、例えば予備給電の際には、小電力の出力を行うように制御され、本給電の際には、大電力の出力を行うように制御される。
　電流検知部２０４は、インバータ２０３から給電コイル１０４ａに供給される交流電力の電流値を測定し、電流値の測定結果を周波数特性取得部１０５、および、電力供給制御部２１３に出力する。
　電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２からインバータ２０３に供給される直流電力の電圧値を測定し、電圧値の測定結果を給電側制御部１０３（詳細には、電力供給制御部２１３）に出力する。
　給電コイル１０４ａは、インバータ２０３より交流電力の供給を受けることにより、受電部１５４へ給電する。給電コイル１０４ａは、予備給電よりも大電力で本給電を行う。
　＜給電側制御部の構成＞
　本発明の一実施の形態における給電側制御部１０３の構成について、図２を用いて説明する。
　給電側制御部１０３は、周波数特性取得部１０５と、電力供給制御部２１３とから主に構成されている。
　周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａの周波数特性、具体的には、給電コイル１０４ａが交流電力の供給を受けた際の、給電コイル１０４ａを流れる電流の値の周波数特性を取得する。周波数特性とは、給電コイル１０４ａに供給される交流電力の周波数と対象となる電流値との関係を示すものである。
　なお、変形例として後に説明するが、周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａが交流電力の供給を受けた際の、給電コイル１０４ａを流れる電流に関連する電流値の周波数特性を取得すればよい。若しくは、周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａが交流電力の供給を受けた際の、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得すればよい。
　ここで、給電コイル１０４ａを流れる電流に関連する電流値とは、給電コイル１０４ａに直接流れる電流に影響を与える（相関がある）、他の箇所を流れる電流の値のことである。言い換えれば、給電コイル１０４ａを直接に流れる電流の値、或いは、給電コイル１０４ａに直接流れる電流の値を推定できる、他の箇所を流れる電流の値である。具体的な箇所については、変形例として後に説明する。
　また、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値とは、給電コイル１０４ａに直接に印加される電圧に影響を与える（相関がある）、他の箇所に印加される電圧の値のことである。言い換えれば、給電コイル１０４ａに直接に印加される電圧値、或いは、給電コイル１０４ａに直接印加される電圧の値を推定できる、他の箇所に印加される電圧の値である。具体的な箇所については、変形例として後に説明する。
　また、周波数特性取得部１０５は、取得した周波数特性に基づいて、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの伝送効率の周波数特性を算出する演算部としても機能する。周波数特性取得部１０５は、受電コイル１５４ａに供給される電力値のデータを用いることなく、伝送効率の周波数特性を算出する。この算出方法については、後に詳述する。
　また、周波数特性取得部１０５は、算出した伝送効率の周波数特性から、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの共振周波数を算出する演算部としても機能する。周波数特性取得部１０５は、伝送効率の周波数特性から伝送効率が極大となる周波数を抽出することで共振周波数を算出する。
　なお、伝送効率の周波数特性の算出、および、共振周波数の算出は、電力供給制御部２１３が行っても良く、また、専用の演算処理部を設けて、これが行ってもよい。
　周波数特性取得部１０５は、取得した給電コイル１０４ａの周波数特性、算出した伝送効率の周波数特性、または、算出した共振周波数を、電力供給制御部２１３に出力する。
　電力供給制御部２１３には、電圧検知部２０５および電流検知部２０４から電圧および電流の情報がそれぞれ入力される。また、電力供給制御部２１３には、給電側操作部１６０から操作信号が入力され、給電側通信部１０１から通信データが入力される。そして、これらの入力情報に基づき、電力供給制御部２１３は、切替部２０１のオン／オフ制御、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の駆動制御、並びに、インバータ２０３の駆動制御を行って、給電コイル１０４ａに交流電力を供給させる。
　例えば、電力供給制御部２１３は、給電側操作部１６０より給電開始信号が入力された場合に、予備給電を開始するために、給電コイル１０４ａに予備給電の電力が供給されるように、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２およびインバータ２０３を制御する。また、給電側通信部１０１より受電可信号が入力された場合には、予備給電の際よりも大電力を出力する
ようにＡＣ／ＤＣ変換装置２０２およびインバータ２０３を制御する。これにより、給電部１０４は、予備給電よりも大電力で本給電を行う。
　電力供給制御部２１３は、周波数特性取得部１０５から取得した情報により、給電の際、伝送効率の最大となる周波数をインバータ２０３の駆動周波数として用いることができる。
　また、電力供給制御部２１３は、給電コイル１０４ａの周波数特性取得処理時に、交流電力の周波数を変更させるようにインバータ２０３を制御し、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２に対して定電圧（実効電圧）により直流電力を供給するように制御する。
　また、電力供給制御部２１３は、給電を開始した後、給電側操作部１６０より給電停止信号が入力されるか、または給電側通信部１０１より受電不可信号が入力された場合には、切替部２０１を開いてインバータ２０３と非接続状態にする。
　また、電力供給制御部２１３は、本給電の際に、電圧検知部２０５から入力された電圧値の測定結果と、電流検知部２０４から入力された電流値の測定結果とより、伝送効率の周波数特性、給電コイル１０４ａから本給電する際の給電電力の電力値を算出してもよい。
　＜予備給電時の周波数特性取得方法＞
　本発明の一実施の形態における予備給電時の周波数特性取得方法について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図である。
　給電側制御部１０３は、予備給電の際、図３の周波数特性取得処理を実行する。
　周波数特性取得処理が開始されると、まず、電力供給制御部２１３は、予め設定される駆動周波数情報である駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを取得して設定する（ステップＳＴ４０１）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する（ステップＳＴ４０２）。
　次に、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２から出力される電力の電圧値Ｖｓを設定する（ステップＳＴ４０３）。
　次に、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力が電圧値Ｖｓになるよう、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２を動作させ、且つ、インバータ２０３を駆動周波数Ｆａで動作させる（ステップＳＴ４０４）。ここで、電力供給制御部２１３は、インバータ２０３を、例えば、所定のデューティ比で駆動するなど、インバータ２０３の出力電流を調整する制御は行わない。
　次に、電流検知部２０４は、電流値Ｉｋを検出し、周波数特性取得部１０５は、検出された電流値Ｉｋを取得する（ステップＳＴ４０５）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算する（ステップＳＴ４０６）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定す
る（ステップＳＴ４０７）。
　電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である場合（ステップＳＴ４０７：ＮＯ）には、ステップＳＴ４０４の処理に戻る。
　一方、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である場合（ステップＳＴ４０７：ＹＥＳ）には、切替部２０１を開いてＡＣ／ＤＣ変換装置２０２及びインバータ２０３を停止させる（ステップＳＴ４０８）。
　ステップＳＴ４０４～ＳＴ４０７のループ処理により、周波数特性取得部１０５は、駆動周波数Ｆａ～Ｆｂにおける複数の電流値Ｉｋのデータを、小さなステップ間隔Ｆｓで取得することができる。これらのデータが電流値Ｉｋの周波数特性データとなる。
　なお、図３では、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも高周波数側に設定することにより、ステップＳＴ４０６において駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算したが、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも低周波数側に設定することにより、ステップＳＴ４０６において駆動周波数Ｆからステップ値Ｆｓを減算してもよい。また、駆動周波数Ｆを上げたり下げたりしてもよい。
　＜本給電時の周波数特性取得方法＞
　本発明の一実施の形態における本給電時の周波数特性取得方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の一実施の形態における周波数特性取得方法を示すフロー図である。
　給電側制御部１０３は、本給電の際に、図４の周波数特性取得処理を実行して、周波数特性を取得してもよい。この本給電時の周波数特性取得処理は、例えば、本給電時に伝送効率が最大となる周波数が変化していないか確認し、駆動周波数を修正する場合などに利用することができる。
　まず、図４の周波数特性取得処理が開始されると、電力供給制御部２１３は、予め設定されている駆動周波数情報である駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを取得して設定する（ステップＳＴ６０１）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する（ステップＳＴ６０２）。
　次に、電力供給制御部２１３は、切替部２０１を閉じてＡＣ／ＤＣ変換装置２０２及びインバータ２０３を起動する（ステップＳＴ６０３）。ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧は本給電時の電圧とし、インバータ２０３は設定された駆動周波数Ｆで、且つ、本給電時用の所定のデューティ比で動作させる。
　次に、電力供給制御部２１３は、電圧検知部２０５から入力された電圧値の測定結果と、電流検知部２０４から入力された電流値の測定結果とより給電電力Ｗｓを算出する（ステップＳＴ６０４）。なお、給電電力Ｗｓは、本給電における電力であるため、予備給電よりも大きい電力である。また、このとき、周波数特性取得部１０５が、電流検知部２０４が検出した電流値Ｉｋを取得する。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算する（ステップＳＴ６０５）。この駆動周波数Ｆの設定変更に応じて、インバータ２０３の実際の駆動周波数が変化する。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ６０６）。
　電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である場合（ステップＳＴ６０６：ＮＯ）には、ステップＳＴ６０４の処理に戻る。
　一方、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である場合（ステップＳＴ６０６：ＹＥＳ）には、及びインバータ２０３を停止させる（ステップＳＴ６０７）。
　ステップＳＴ６０４～ＳＴ６０６のループ処理により、周波数特性取得部１０５は、駆動周波数Ｆａ～Ｆｂにおける複数の電流値Ｉｋのデータを、小さなステップ間隔Ｆｓで取得することができる。これらのデータが、本給電に近い状態での電流値Ｉｋの周波数特性データとなる。
　なお、図４では、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも高周波数側に設定することにより、ステップＳＴ６０５において駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算したが、終了値Ｆｂを開始値Ｆａよりも低周波数側に設定することにより、ステップＳＴ６０５において駆動周波数Ｆからステップ値Ｆｓを減算してもよい。また、駆動周波数Ｆを上げたり下げたりしてもよい。
　＜伝送効率の周波数特性と給電コイルの電流値の周波数特性との関係＞
　伝送効率の周波数特性と電流値若しくは電圧値の周波数特性とは同一の特性を示す。その理由を以下に説明する。
　充電システム１０においては、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの距離及び軸ずれの影響で結合係数は変化する。伝送効率をη及び給電コイル１０４ａの電流値をＩ１とすると、それぞれは、駆動周波数ｆ及び結合係数ｋからなる関数として（１）式のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ただし、Ｖ：電源電圧
　　　　　α：定数
　電源電圧Ｖが一定、かつ給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの距離及び軸ずれが変動しない場合、結合係数ｋは一定となり（ｋ＝ｃｏｎｓｔ）、伝送効率η及び給電コイル１０４ａの電流値Ｉ１は、それぞれ駆動周波数ｆに対して一意に決まる。結合係数が高い状態での伝送効率ηの特性には２つの共振周波数ｆ１、ｆ２(極大点)が存在することが分かっている（下記（２）式参照）。給電コイル１０４ａの電流値Ｉ１も同様に、2つ
の共振周波数ｆ３、ｆ４（極大点）を持った特性を示す（下記（２）式参照）。すなわち、電流値Ｉ１と伝送効率ηは相関関係がある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図５には、周波数に対する伝送効率と給電側コイル電流（給電コイル１０４ａを流れる電流）の関係を示す。
　図５に示すように、等価回路モデルを用いて回路シミュレーションを行えばｆ１＝ｆ３、ｆ２＝ｆ４であることが確認でき、2つの共振周波数の検出は、伝送効率ηを用いても
給電コイル１０４ａを流れる電流値Ｉ１を用いても行うことができる事が分かる。なお、給電コイル１０４ａに流れる電流値Ｉ１は、外部電源からの交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換しインバータ２０３へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値と相関がある。すなわち、給電コイル１０４ａを流れる電流値Ｉ１は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値から推定できる。これにより、切替部２０１とＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の間、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間で測定された電流値を用いて、伝送効率の周波数特性を得るようにしてもよい。
　また、（１）式、（２）式及び図５で示した上記特性は、伝送効率ηと給電コイル１０４ａに印加される電圧値との間にも同様の相関関係が成立している。上記特性は給電コイル１０４ａに印加される電圧値、または、外部交流電源からの交流の電気エネルギを直流の電気エネルギに変換しインバータ２０３へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値においてもあてはまる。
　従来の給電装置の構成では、伝送効率の周波数特性を得るためには、車輌１５０側より受電コイル１５４ａに流れる電力値を給電装置１４０に対して無線で送信し、給電装置１４０において伝送効率を算出する必要がある。
　これに対し、本実施の形態では、周波数特性取得部１０５が電流値Ｉｋの周波数特性から、上述の関係を用いて、伝送効率の周波数特性を算出する。
　本実施の形態では、給電コイル１０４ａに流れる電流値で伝送効率と同様の周波数特性が得られるので、車輌１５０との間で無線通信を行う必要がなく、給電装置１４０における処理のみで給電コイル１０４ａに流れる電流値の周波数特性を得られる。従って、給電コイル１０４ａに流れる電流値若しくは印加される電圧値の周波数特性を用いる方が、伝送効率の周波数特性を用いる場合に比べて、演算処理を簡略化することができる。
　＜本実施の形態の効果＞
　本実施の形態によれば、予備給電または本給電において、給電コイル１０４ａを流れる電流値Ｉｋの周波数特性を取得する。そして、この取得した周波数特性に基づいて、給電装置１４０において、給電コイル１０４ａと受電コイル１５４ａとの間の伝送効率の周波数特性が算出される。また、給電装置１４０は、この伝送効率の周波数特性を、給電側の処理のみで取得する。これにより、従来と異なり、受電側との間で受電コイル１５４ａでの受電電力のデータをやり取りする処理が省かれる。この受電電力のデータ通信する処理が省かれることから、インバータ２０３の駆動周波数を変化する処理を比較的高速に行うことが可能となり、伝送効率の周波数特性取得処理を高速にすることができる。
　また、本実施の形態では、給電装置１４０は、給電コイル１０４ａに流れる電流値の周波数特性を取得して、共振点を判断することで、給電コイル１０４ａの電流値のピークの数に基づいて給電コイル１０４ａに対向する位置に受電コイル１５４ａが存在するか否かを判定できる。
　また、本実施の形態によれば、給電側で、伝送効率の周波数特性を取得し、伝送効率の周波数特性の極大値の周波数で本給電するように制御できるので、本給電を効率よくかつ短時間で行うことができる。
　なお、本実施の形態では、周波数特性取得部１０５は、所定の電圧値（一定電圧値）で制御される給電コイル１０４ａを流れる電流値の周波数特性を取得しているが、給電コイル１０４ａに直接流れる電流と相関する各部の電流値の周波数特性を取得してもよい。
　例えば、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値の周波数特性を取得する構成としてもよい。また、このとき、所定値に制御する電圧は、給電コイル１０４ａに直接印加される電圧値（例えば電圧実効値を一定に制御する）、或いは、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値としてもよい。また、ＡＣ／ＤＣの入力電圧と出力電圧が相関する動作を行う場合には、所定値に制御する電圧は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電圧値を採用することもできる。
　また、周波数特性取得部１０５は、給電コイル１０４ａが所定の電流（例えば電流実効値が一定）で駆動されている際における、給電コイル１０４ａに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得するようにしてもよい。
　例えば、電力供給制御部２１３が給電コイル１０４ａを直接流れる電流の実効値、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流の実効値、または、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値のいずれかを所定電流に制御する。そして、この駆動制御中において、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値、または、インバータ２０３の出力電圧値の周波数特性を取得してもよい。
　以下、これらの変形例の幾つかを図面を用いて説明する。
　＜実施の形態の変形例＞
　本実施の形態の変形例を図６～図１１を用いて説明する。本実施の形態の変形例における充電システムは、給電装置１４０の給電部１０４において、電流検知部２０４と電圧検知部２０５の配置位置と、周波数特性取得部１０５に入力される電流値の場合或いは電圧値の場合である以外は図２と同一構成であるので、その全体の説明を省略する。また、本実施の形態における給電側制御部１０３の構成は上記実施の形態の給電側制御部１０３と同一であるので、その説明を省略する。
＜変形例１＞
　図６は本実施の形態に係る給電装置の変形例１における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
　図６に示す給電部１０４Ａは、電圧検知部２０５を、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に代えてインバータ２０３と給電コイル１０４ａとの間に設けている。
　周波数特性取得部１０５は、電流検知部２０４及び電圧検知部２０５で検知した電流値
、電圧値を用いて、所定の電圧（例えば電圧実効値が一定）で制御される給電コイル１０４ａを直接流れる電流値の周波数特性を取得する。
＜変形例２＞
　図７は、本実施の形態に係る給電装置の変形例２における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
　図７に示す給電部１０４Ｂは、実施の形態の給電装置１４０の給電部１０４と異なり、切替部２０１とＡＣ／ＤＣ変換装置２０２との間に、電流検知部２０４と電圧検知部２０５とを設けている。
　電流検知部２０４は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流値を検知する。
　電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電圧値を検知する。
　この場合、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電圧が所定電圧になるように、且つ、インバータ２０３の駆動周波数を変化させて、給電部１０４を制御する。そして、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の入力電流の周波数特性を取得する。この周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
＜変形例３＞
　図８は、本実施の形態に係る給電装置の変形例３における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
　図８に示す電圧給電部１０４Ｃは、実施の形態の給電装置１４０の給電部１０４と異なり、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に、電流検知部２０４と電圧検知部２０５とを設けている。
　電流検知部２０４は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流値を検知する。
　電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧値を検知する。
　この場合、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧が所定電圧になるように、且つ、インバータ２０３の駆動周波数を変化させて、給電部１０４を制御する。そして、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流の周波数特性を取得する。この周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
＜変形例４＞
　図９は、本実施の形態に係る給電装置の変形例４における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
　図９に示す給電部１０４Ｄは、電圧検知部２０５を、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に代えて、インバータ２０３と給電コイル１０４ａとの間に設けている。電圧検知部２０５で検知される電圧値は、周波数特性取得部１０５に出力される。
　ここで、変形例４を用いて、所定の電流値（一定の電流値）で給電コイル１０４ａを制御して、給電コイル１０４ａに印加される電圧値の周波数特性を取得する方法を、図１０を用いて説明する。
　図１０は、本実施の形態に係る変形例４における予備給電時の周波数特性取得方法を示すフロー図である。
　まず、電力供給制御部２１３は、予め設定されている駆動周波数情報である駆動周波数Ｆの開始値Ｆａ、終了値Ｆｂ及びステップ値Ｆｓを取得して設定する（ステップＳＴ１００１）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆとして開始値Ｆａを設定する（ステップＳＴ１００２）。
　次に、電力供給制御部２１３は、給電コイル１０４ａに供給される電力の電流値（実効値）Ｉｓを設定する（ステップＳＴ１００３）。
　次に、電力供給制御部２１３は、給電コイル１０４ａに供給される電流実効値が定電流ＩｓになるようにＡＣ／ＤＣ変換装置２０２及びインバータ２０３を駆動周波数Ｆａで動作させる（ステップＳＴ１００４）。
　次に、電圧検知部２０５は、電圧値（詳細には、給電コイル１０４ａに印加される電圧値）Ｖｋを検出し、周波数特性取得部１０５は、検出された電圧値Ｖｋを取得する（ステップＳＴ１００５）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆにステップ値Ｆｓを加算する（ステップＳＴ１００６）。
　次に、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上であるか否かを判定する（ステップＳＴ１００７）。
　電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ未満である場合（ステップＳＴ１００７：ＮＯ）には、ステップＳＴ１００４の処理に戻る。
　一方、電力供給制御部２１３は、駆動周波数Ｆが終了値Ｆｂ以上である場合（ステップＳＴ１００７：ＹＥＳ）には、及びインバータ２０３を停止させる（ステップＳＴ１００８）。
　ステップＳＴ１００４～ＳＴ１００７のループ処理により、周波数特性取得部１０５は、駆動周波数Ｆａ～Ｆｂにおける複数の電圧値Ｖｋのデータを、小さなステップ間隔Ｆｓで取得することができる。これらのデータが電圧値Ｖｋの周波数特性データとなる。
　伝送効率の周波数特性と給電コイルの電圧値Ｖｋの周波数特性との関係は、上記実施の形態で説明した関係と同一であるため、電圧値Ｖｋの周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
＜変形例５＞
　図１１は、本実施の形態に係る給電装置の変形例５における給電部及び給電側制御部の構成を示すブロック図である。
　図１１に示す給電部１０４Ｅは、電流検知部２０４を、インバータ２０３と給電コイル１０４ａとの間に代えて、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２とインバータ２０３との間に設けている。また、図１１の給電部１０４Ｅでは、電圧検知部２０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２
０２と、インバータ２０３との間に設けられている。
　周波数取得部１０５には、電圧検知部２０５で検知される電圧値が入力される。
　この場合、電力供給制御部２１３は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電流が所定値（例えば実効値が一定）になるように、且つ、インバータ２０３の駆動周波数を変化させて、給電部１０４を制御する。そして、周波数特性取得部１０５は、ＡＣ／ＤＣ変換装置２０２の出力電圧の周波数特性を取得する。この周波数特性からも、給電部１０４と受電部１５４との間の伝送効率の周波数特性を得ることができる。
　上記実施の形態及び各変形例において、給電側操作部１６０から給電側制御部１０３に給電開始信号が入力されるようにしたが、車輌側通信部１５５から給電側通信部１０１を介して給電側制御部１０３に給電開始信号が入力されるようにしてもよい。
　本発明にかかる給電装置及び周波数特性取得方法は、例えば車両用の無接点給電システムに適用することができる。
　１０３　給電側制御部
　１０４　給電部
　１０４ａ　給電コイル
　１０５　周波数特性取得部（取得部）
　１４０　給電装置
　２０１　切替部
　２０２　ＡＣ／ＤＣ変換装置
　２０３　インバータ（電力供給部）
　２０４　電流検知部
　２０５　電圧検知部
　２１３　電力供給制御部

Claims (16)

  1. 　外部の受電コイルに電磁作用より電力を供給する給電コイルと、
    　前記給電コイルに駆動周波数を変化させながら交流電力を供給する電力供給部と、
    　前記交流電力の供給を受けた際の、前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得する取得部と、を備えた、
    　給電装置。
  2. 　前記取得部が取得した前記周波数特性に基づいて、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の伝送効率の周波数特性を算出する演算部をさらに備えた、
    　請求項１記載の給電装置。
  3. 　前記演算部は、前記受電コイルが受電した電力のデータを用いずに、前記伝送効率の周波数特性を算出する、
    　請求項２記載の給電装置。
  4. 　前記取得部が取得した前記周波数特性のうち、極大値をとる周波数を前記受電コイルおよび前記給電コイルの共振周波数であると特定する演算部をさらに備えた、
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の給電装置。
  5. 　前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値とは、
    　前記給電コイルに流れる電流値、外部交流電源からの電気エネルギを直流の電気エネルギに変換し前記電力供給部へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電流値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流値である、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の給電装置。
  6. 　前記取得部は、前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに流れる電流値、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電流値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項５記載の給電装置。
  7. 　前記取得部は、前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに流れる電流値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項６記載の給電装置。
  8. 　前記取得部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の入力電流値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項６記載の給電装置。
  9. 　前記取得部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値を所定の値となるように制御した際の、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項６記載の給電装置。
  10. 　前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値とは、前記給電コイルに印加される電圧の電圧値、または、外部交流電源からの電気エネルギを直流の電気エネルギに変換し前記電力供給部へ供給するＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値である、
    　請求項１から４のいずれか一項に記載の給電装置。
  11. 　前記取得部は、前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値を所定の値となるように
    制御した際の、前記給電コイルに印加される電圧の電圧値、または、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項１０記載の給電装置。
  12. 　前記取得部は、前記給電コイルの電流を所定の値となるように制御した際の、前記給電コイルに印加される電圧値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項１１記載の給電装置。
  13. 　前記取得部は、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電流を所定の値となるように制御した際の、前記ＡＣ／ＤＣ変換装置の出力電圧値の前記周波数特性を取得する、
    　請求項１１記載の給電装置。
  14. 　電磁作用により外部の受電コイルに電力を供給する給電コイルに、駆動周波数を変化させながら交流電力を供給するステップと、
    　前記交流電力の供給を受けた際に前記給電コイルを流れる電流に関連する電流値若しくは前記給電コイルに印加される電圧に関連する電圧値の周波数特性を取得するステップと、を有する、
    　周波数特性取得方法。
  15. 　取得した前記周波数特性に基づいて、前記給電コイルと前記受電コイルとの間の伝送効率の周波数特性を算出するステップを更に有する、
    　請求項１４に記載の周波数特性取得方法。
  16. 　取得した前記周波数特性のうち、極大値をとる周波数を前記給電コイルおよび前記受電コイルの共振周波数であると特定するステップをさらに有する、
    　請求項１４または１５に記載の周波数特性取得方法。
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