WO2016068135A1 - 送電装置、送電方法及び非接触給電システム - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a power transmission device and a power transmission method, and is suitable for application to, for example, a non-contact power feeding system that transmits power to an electric vehicle without contact.
- the present disclosure relates to a contactless power supply system.
- An electric vehicle is a vehicle that uses electric energy as an energy source and a motor as a power source.
- a motor is driven using electric power stored in an installed battery. Thereby, the electric vehicle can travel several tens to several hundreds [km] by one charge.
- a plug-in method and a non-contact power supply method are known as a power supply method for supplying electric power for charging an installed battery to such an electric vehicle.
- the plug-in method is a method in which power is supplied directly by inserting a power supply plug at the end of a power cord connected to a commercial power supply into a power supply plug of an electric vehicle.
- the non-contact power supply method is a method in which power is supplied in a non-contact manner from a power transmission device installed on the ground to a power reception device mounted on an electric vehicle using electromagnetic induction, an electromagnetic field resonance phenomenon, or the like.
- a technology related to a non-contact power feeding system including a power transmission unit having a power transmission coil and a power reception unit having a power reception coil that receives power in a non-contact manner from the power transmission coil is known.
- a technique for example, in the power transmission system described in Patent Document 2, the relationship between the reflected power that is reflected from the power output from the power transmission unit and returned to the power transmission unit and the positional deviation is prepared in advance. Yes. Based on this relationship and the detected actual reflected power, a positional shift between the power transmission coil and the power reception coil is detected.
- the positional relationship between the power reception unit of the vehicle and the power transmission unit of the power transmission apparatus is detected based on an image captured by the camera. Based on the detection result, the vehicle is controlled to guide the vehicle to the power transmission unit.
- the relationship between the distance between the power transmission unit and the power reception unit and the power reception status is determined in advance according to the output of a height sensor that detects a change in vehicle height. Using this relationship, alignment is performed based on the output of the height sensor and the power reception status.
- JP 2013-70590 A JP 2013-074673 A JP2011-188679A Republished patent WO2011 / 132272
- a power transmission coil (primary coil) of a power transmission device installed on the ground and the electric vehicle are mounted. It is necessary to accurately position the power receiving coil (secondary coil) of the power receiving device in a predetermined positional relationship.
- the reason for this is that when a displacement occurs in the power transmission coil and the power reception coil, the impedance changes due to the change in the distance between the power transmission coil and the power reception coil, and the power transmission efficiency from the power transmission device to the power reception device decreases. . Therefore, the power transmission device cannot supply power when there is a positional shift that does not achieve the desired power transmission efficiency.
- Patent Document 1 a method for detecting the positional relationship between such a power transmission coil and a power reception coil.
- a method for detecting the positional relationship between such a power transmission coil and a power reception coil a method has been proposed in which a camera is mounted on an electric vehicle and the positional deviation between the power transmission coil and the power reception coil is visually detected based on the output video.
- Patent Document 1 a method for detecting the positional relationship between such a power transmission coil and a power reception coil.
- the power transmission device is in a short-circuited state, or the power reception device is in an open state (not connected to the battery) due to wiring disconnection or the like. In some cases, there is also a problem that the power transmission device cannot supply power.
- the present disclosure has been made in consideration of the above points, and describes a power transmission device, a power transmission method, and a non-contact power supply system that can determine whether power can be supplied to a power receiving device without using a camera.
- a power transmission device is a power transmission device that transmits power to a power reception device in a contactless manner, and is output from a power converter that converts power supplied from a power source into first DC power, and the power converter.
- An inverter circuit that converts the first DC power into first AC power; a power transmission coil that generates a magnetic field based on the first AC power supplied from the inverter circuit and is magnetically coupled to the power receiving coil of the power receiving device;
- the power converter is controlled to increase to a first voltage value lower than a predetermined power supply voltage value, and is detected by a sensor when the voltage of the first DC power is the first voltage value. Determining whether impossible power supply to the power receiving apparatus based on the current value of the first DC power.
- a power transmission method is a power transmission method executed by a power transmission device that transmits power to a power receiving device in a contactless manner.
- the power transmission device converts power supplied from a power source into first DC power.
- a power transmission coil that is magnetically coupled to the power receiving coil, a sensor that detects a current value and a voltage value of the first DC power, and a controller that controls the power converter.
- the first DC power is determined based on the current value of the first DC power detected by the sensor when the voltage of the first DC power is the first voltage value. 2 steps are provided.
- FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a partial circuit configuration of the non-contact power feeding system of FIG. 1. It is a graph which shows the relationship between the positional relationship of a power transmission coil and a receiving coil, the electric current value of the direct-current power output from a power transmission side power converter to an inverter circuit, and the impedance of a magnetic coupling circuit. It is a graph which shows the relationship between the positional relationship of a power transmission coil and a receiving coil, the electric current value of the direct-current power output from a power transmission side power converter to an inverter circuit, and the impedance of a magnetic coupling circuit.
- a power transmission device is a power transmission device that transmits power to a power reception device in a contactless manner, and is output from a power converter that converts power supplied from a power source into first DC power, and the power converter.
- An inverter circuit that converts the first DC power into first AC power; a power transmission coil that generates a magnetic field based on the first AC power supplied from the inverter circuit and is magnetically coupled to the power receiving coil of the power receiving device;
- the power converter is controlled to increase to a first voltage value lower than a predetermined power supply voltage value, and is detected by a sensor when the voltage of the first DC power is the first voltage value. Determining whether impossible power supply to the power receiving apparatus based on the current value of the first DC power.
- a power transmission method is a power transmission method executed by a power transmission device that transmits power to a power receiving device in a contactless manner.
- the power transmission device converts power supplied from a power source into first DC power.
- a power transmission coil that is magnetically coupled to the power receiving coil, a sensor that detects a current value and a voltage value of the first DC power, and a controller that controls the power converter.
- the first DC power is determined based on the current value of the first DC power detected by the sensor when the voltage of the first DC power is the first voltage value. 2 steps are provided.
- the power transmission device and the power reception device are not required to have a special component such as a camera for positioning the power transmission coil and the power reception coil. It can be determined whether or not power supply is possible.
- a contactless power supply system includes a power transmission unit including a first resonance circuit including a power transmission coil and a second resonance circuit including a power reception coil, and receives power from the power transmission unit in a contactless manner.
- a power reception unit and a controller that controls power supply from the power transmission unit to the power reception unit, and the controller detects a change in a characteristic value related to power supply that occurs according to a positional deviation amount between the power transmission coil and the power reception coil. Then, determination control is performed to determine whether the positional deviation between the power transmission coil and the power reception coil is within an allowable range based on the change in the characteristic value.
- the first resonance circuit includes a power transmission coil
- the second resonance circuit includes a power reception coil.
- the change of the characteristic value regarding the electric power supply which arises according to the positional offset amount between a power transmission coil and a receiving coil is detected by a controller.
- the degree of coupling between the power transmitting coil and the power receiving coil changes according to the amount of positional deviation, and the characteristic value applied to the power receiving unit changes. Therefore, it is possible to grasp the change in the distance between the power transmission coil and the power reception coil (distance between power transmission and reception) by detecting the change in the characteristic value.
- the controller has a maximum characteristic value from a value lower than a range of values that the characteristic value can take when the positional deviation is within an allowable range after the determination control is started. If the characteristic value becomes a threshold value smaller than the maximum value while decreasing after reaching the value, it may be determined that the positional deviation is within the allowable range. In this case, after the determination control is started, there is a positional deviation amount in which the characteristic value becomes a maximum value from a value lower than the range of values that the characteristic value can take when the positional deviation is within an allowable range. By utilizing this property, it is possible to determine that the positional deviation is within the allowable range when the characteristic value becomes a threshold value smaller than the maximum value while the characteristic value decreases after reaching the maximum value.
- the characteristic value may be a voltage applied to the power receiving unit by supplying power from the power transmitting unit. In this case, a change in the characteristic value relating to power supply can be easily detected.
- the contactless power supply system may further include a notification unit that notifies that when the controller determines that the positional deviation is within the allowable range.
- a notification unit that notifies that when the controller determines that the positional deviation is within the allowable range.
- a driver of a vehicle equipped with a non-contact power feeding system can easily recognize whether the positional deviation is within an allowable range.
- the contactless power supply system 1 includes, for example, a power transmission device 2 installed in a parking lot such as a home or an apartment, It is comprised from the power receiving apparatus 3 mounted in an electric vehicle.
- the power transmission device 2 has a function of transmitting power to the power receiving device 3 in a contactless manner.
- the power transmission device 2 includes a power transmission side power converter 10, an inverter circuit 11, a power transmission side pad 12, a power transmission side sensor 13, a power transmission side communication unit 14, a power transmission side control unit (power transmission side controller) 15, and a display unit 16. .
- the power transmission side power converter 10 converts AC power (for example, 100 [V]) supplied from a commercial power source (power source) 17 into DC power having a predetermined voltage (hereinafter referred to as first DC power). It is a DC converter. As illustrated in FIG. 2, the power transmission side power converter 10 includes, for example, a rectifier 20 and a chopper circuit 21.
- the rectifier 20 is composed of, for example, a diode bridge in which four diodes D1A to D1D are connected in a bridge shape.
- the rectifier 20 performs full-wave rectification on the AC power supplied from the commercial power supply 17 and outputs the rectified AC power to the chopper circuit 21.
- the chopper circuit 21 includes a boost chopper circuit having a coil CL1, a diode D2, a switching transistor TR, and a smoothing capacitor C1, for example.
- the chopper circuit 21 turns on or off the switching transistor TR at a high frequency under the control of the power transmission side control unit 15. As a result, the chopper circuit 21 boosts the full-wave rectified AC power supplied from the rectifier 20 to a predetermined voltage.
- the chopper circuit 21 converts the boosted AC power into DC power (first DC power) by smoothing it with the smoothing capacitor C1.
- the chopper circuit 21 outputs this DC power to the inverter circuit 11.
- the inverter circuit 11 is a DC / AC converter that converts the first DC power supplied from the power transmission side power converter 10 into AC power having a predetermined frequency (hereinafter referred to as first AC power). As shown in FIG. 2, the inverter circuit 11 connects four switching elements 22A to 22D such as IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or power MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) in a bridge shape. It is constituted by.
- the inverter circuit 11 turns on or off the switching elements 22A to 22D at a high frequency under the control of the power transmission side control unit 15. Thereby, the inverter circuit 11 converts the first DC power supplied from the power transmission side power converter 10 to the first AC power.
- the inverter circuit 11 outputs the first AC power to the power transmission side pad 12.
- the power transmission side pad 12 is comprised from the circuit containing power transmission coil CL2, power transmission capacitor C2A, C2B, and 2nd coil CL3, for example.
- the power transmission side pad 12 generates a magnetic field in the power transmission coil CL ⁇ b> 2 based on the first AC power supplied from the inverter circuit 11.
- power transmission coil CL2 is fixedly arranged at a predetermined position in the parking lot so as to face the bottom surface of the electric vehicle to be charged in parallel.
- the power transmission capacitors C2A and C2B may be composed of variable capacitors.
- the second coil CL3 may function as a variable reactor.
- the power transmission side sensor 13 detects the current value and voltage value of the first DC power output from the power transmission side power converter 10.
- the power transmission side sensor 13 transmits a detection signal of the detection result to the power transmission side control unit 15.
- the power transmission side sensor 13 measures, for example, the magnetic field generated around the electric wire through which the current passes by the Hall effect, and detects the current value based on the measurement result on the electric wire through which the sensor current passes.
- a sensor configured to measure a potential drop caused by the inserted resistor and detect such a current value based on the measurement result can be included.
- the power transmission side sensor 13 can include, for example, a sensor configured to divide the voltage of the first DC power and measure the voltage value of the first DC power based on the voltage value of the divided voltage.
- the power transmission side communication unit 14 is a communication device having a function of performing communication with a power reception side communication unit 33 of the power reception device 3 described later.
- a short-distance wireless communication method such as ZigBee (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark)
- a short-distance optical communication using an optical signal for example, a short-distance wireless communication method such as ZigBee (registered trademark) or Bluetooth (registered trademark), or a short-distance optical communication using an optical signal.
- a scheme can be applied.
- the short-range wireless communication method is applied as the communication method between the power transmission side communication unit 14 and the power reception side communication unit 33
- the power transmission side communication unit 14 includes an antenna.
- the short-range optical communication method is applied, the power transmission side communication unit 14 includes a light emitting element and a light receiving element for communication.
- the power transmission side control unit 15 is a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), and a RAM (Random Access Memory).
- the power transmission side control unit 15 is based on a program stored in the ROM, a detection signal given from the power transmission side sensor 13, and information from the power receiving device 3 acquired via the power transmission side communication unit 14. To control.
- the power transmission side control unit 15 increases the duty ratio of the on time and the off time of the drive signal applied to the base of the switching transistor TR (FIG. 2) of the chopper circuit 21 constituting the power transmission side power converter 10 when necessary or By decreasing the voltage value, the voltage value of the first DC power output from the power transmission side power converter 10 is increased or decreased.
- the display unit 16 is composed of, for example, a liquid crystal panel.
- the display unit 16 displays various types of information including a diagnosis result described later under the control of the power transmission side control unit 15.
- the power receiving device 3 receives AC power transmitted from the power transmitting device 2 in a contactless manner.
- the power receiving device 3 has a function of converting the received AC power into DC power and supplying it to the battery (load) 4 (see FIG. 1).
- the power receiving device 3 includes a power receiving side pad 30, a power receiving side power converter 31, a power receiving side sensor 32, a power receiving side communication unit 33, and a power receiving side control unit (power receiving side controller) 34.
- the power receiving side pad 30 is a circuit including a power receiving coil CL4 and a power receiving capacitor C.
- the power receiving side pad 30 corresponds to the AC power supplied to the power transmitting coil CL2 and the coupling coefficient between the power transmitting coil CL2 and the power receiving coil CL4 when the power receiving coil CL4 is magnetically coupled to the power transmitting coil CL2 of the power transmitting side pad 12.
- AC power hereinafter referred to as “second AC power” having a predetermined magnitude is received from the power transmission side pad 12 in a non-contact manner.
- the power receiving side pad 30 outputs the received second AC power to the power receiving side power converter 31.
- the power receiving side power converter 31 is an AC / DC converter that converts the second AC power given from the power receiving side pad 30 into DC power (hereinafter referred to as second DC power).
- the power receiving side power converter 31 includes a rectifier 40 and a filter circuit 41.
- the rectifier 40 is composed of, for example, a diode bridge in which four diodes D3A to D3D are connected in a bridge shape.
- the rectifier 40 performs full-wave rectification on the second AC power supplied from the power receiving side pad 30, and outputs the rectified AC power to the filter circuit 41.
- the filter circuit 41 includes, for example, a coil CL5 and a smoothing capacitor.
- the filter circuit 41 removes noise from the full-wave rectified second AC power supplied from the rectifier 40 and smoothes it. In this way, the power receiving side power converter 31 obtains the second DC power. The power receiving side power converter 31 outputs the obtained second DC power to the battery 4. The battery 4 is charged with the second DC power.
- the power receiving side sensor 32 detects the current value and voltage value of the second DC power supplied from the power receiving side power converter 31 to the battery 4.
- the power receiving side sensor 32 transmits a detection signal of the detection result to the power receiving side control unit 34.
- the structure similar to the power transmission side sensor 13 mentioned above is applicable.
- the power reception side communication unit 33 is a communication device having a function of performing communication with the power transmission side communication unit 14 of the power transmission device 2 described above.
- the power reception side communication unit 33 is configured in the same manner as the power transmission side communication unit 14. For example, the power reception side communication unit 33 notifies the power transmission device 2 of the current value and voltage value of the second DC power detected by the power reception side sensor 32.
- the power reception side control unit 34 is a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM.
- the power receiving side control unit 34 transmits and receives necessary commands and information to and from the power transmission side control unit 15 via the power receiving side communication unit 33, for example.
- the power receiving side control unit 34 controls the entire power receiving device 3 according to the received command and the program stored in the ROM.
- the battery 4 includes a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, or a large-capacity electric double layer capacitor.
- the battery 4 is connected to an inverter (traveling inverter) (not shown) that drives a traveling motor of the electric vehicle and a control device that controls traveling of the electric vehicle.
- the battery 4 supplies power to the traveling inverter and the control device.
- the battery 4 is provided with, for example, a battery control unit (not shown), and the battery control unit monitors the charging state (charging voltage, charging current, charging power, etc.) of the battery 4. Then, the battery control unit sends information based on the state of charge to the power transmission side control unit 15 via the power reception side communication unit 33 and the power transmission side communication unit 14.
- the information based on the state of charge is, for example, information regarding whether or not the battery 4 is fully charged.
- the current value and the voltage value of the first DC power detected by the power transmission side sensor 13 of the power transmission device 2 are set as I S and V S , respectively, and are detected by the power reception side sensor 32 of the power reception device 3.
- the current value and voltage value of the second DC power are I R and V R , respectively.
- the power transmission efficiency ⁇ from the power transmission device 2 to the power reception device 3 is expressed by the following equation: Is calculated by The power transmission efficiency ⁇ takes a maximum value when the power transmission coil CL2 and the power reception coil CL4 are positioned in a predetermined positional relationship.
- the power transmission efficiency ⁇ gradually decreases as the amount of positional deviation between the power transmission coil CL2 and the power reception coil CL4 increases. Therefore, by monitoring the power transmission efficiency ⁇ , the power transmission device 2 side can determine whether or not the power transmission coil CL2 and the power reception coil CL4 are in a predetermined positional relationship.
- the power transmission side power converter 10 of the power transmission device 2 is used.
- the non-contact power feeding system 1 when the voltage value of the first DC power output from the power transmission side power converter 10 of the power transmission device 2 is kept constant, as shown in FIGS.
- the power receiving device 3 does not exist within the range where the device 2 can supply power, or when the power receiving device 3 is in a short-circuited state, the power receiving device 3 exists within the range where the power transmitting device 2 can supply power,
- the current value of the first DC power detected by the power transmission side sensor 13 of the power transmission device 2 is larger than when the power reception device 3 is in a normal state.
- the reason for this is that when the power receiving device 3 does not exist within a range where the power transmitting device 2 can supply power, or when the power receiving device 3 is short-circuited, the power receiving device 3 is within the range where the power transmitting device 2 can supply power.
- the impedance when the power receiving device 3 is viewed from the power transmission side power converter 10 is smaller than when the power receiving device 3 is in a normal state.
- the normal state is a state where the power receiving device 3 is not short-circuited, for example.
- the impedance when the power receiving side is viewed from the power transmitting side power converter 10 is the power receiving side impedance with respect to the power transmitting side power converter 10.
- the power reception device 3 when the voltage value of the first DC power supplied from the power transmission side power converter 10 of the power transmission device 2 to the inverter circuit 11 is kept constant, for example, the power reception device 3 is in an open state (power reception device 3 is in a state in which the battery 4 is not connected), compared to a case where the power receiving device 3 exists within a range in which the power transmitting device 2 can supply power and the power receiving device 3 is in a normal state.
- the current value of the first DC power detected by the power transmission side sensor 13 of the power transmission device 2 becomes small.
- the reason for this is that when the power receiving device 3 is in the open state, the power transmission side power is present as compared with the case where the power receiving device 3 is present within the power supply range of the power transmitting device 2 and the power receiving device 3 is in the normal state. This is because the impedance when the power receiving side is viewed from the converter 10 is increased.
- the power transmission device 2 transmits the voltage value of the first DC power output from the power transmission side power converter 10 to the power reception device 3 at the initial stage of the power transmission operation to the power reception device 3.
- Inverter circuit 11 is driven in a state where it is kept lower than the voltage value during power supply (hereinafter referred to as the voltage value during power supply).
- the power transmission device 2 determines whether or not power supply to the power reception device 3 is impossible based on the current value of the first DC power at this time.
- the power supply voltage value is a voltage value that the power transmission side power converter 10 should output in order to supply desired power to the battery 4. And the voltage value at the time of electric power feeding changes with which position in the range which can supply electric power the power receiving apparatus 3 exists.
- the range of the output voltage of the power transmission side power converter 10 is, for example, changing the place within the power supply range, arranging the power reception device 3, measuring the voltage value at the time of power supply for each position of the power reception device 3, and the desired power Is previously determined as the range of the output voltage supplied to the battery 4.
- the power supply voltage value is, for example, an arbitrary voltage value included in the output voltage range.
- the power supply voltage value may be a minimum voltage value included in the output voltage range.
- the power transmission device 2 When the power transmission device 2 obtains a negative result in the above-described determination, it increases the voltage value of the first DC power.
- the power transmission device 2 detects the amount of displacement between the power transmission coil CL2 and the power reception coil CL4 based on the current value of the first DC power and the power transmission efficiency ⁇ calculated by the equation (1).
- the power transmission device 2 determines whether power supply to the power reception device 3 is impossible based on the detection result. When the power transmission device 2 obtains a negative result in this determination, the power transmission device 2 continues power transmission to the power reception device 3.
- the power transmission device 2 generates the voltage of the first DC power output from the power transmission side power converter 10 to the inverter circuit 11 at the initial stage of the power transmission operation to the power reception device 3. , And gradually increases from 0 [V] to the first voltage value E 1 (time 0 to time t 1 ).
- the first voltage value E 1 is a voltage value that has been confirmed in advance that no failure occurs in the power transmission device 2.
- the power transmission device 2 detects the current value of the first DC power (time t 1 to time t 2 ).
- the value (current value) of the first DC power current is a predetermined upper limit value (SH 2 in FIG. 3 and hereinafter referred to as a current upper limit threshold value). If it is greater than or less than a predetermined lower limit (SH 1 in the figure, hereinafter referred to as a current lower limit threshold), the power transmission operation to the power receiving device 3 is stopped.
- the power transmission device 2 when the current value of the first direct-current power is below the current limit threshold SH 2, and is the current lower threshold SH 1 or more, the voltage of the first DC power first The voltage is gradually increased to a predetermined second voltage value E 2 that is larger than the voltage value E 1 of 1 and smaller than the voltage value E 3 at the time of feeding (time t 2 to time t 3 ).
- the power transmission device 2 when the voltage of the first DC power reaches a second voltage value E 2, while keeping the voltage to the second voltage value E 2, this time, detected by the power-transmission-side sensor 13 The current value of the first DC power thus obtained is acquired.
- the power transmission device 2 acquires the current value and voltage value of the second DC power detected by the power receiving side sensor 32 from the power receiving device 3 together with the current value and voltage value, and at this time, the power transmission Based on the current value and voltage value of the first DC power supplied from the side sensor 13, the power transmission efficiency ⁇ between the power transmitting device 2 and the power receiving device 3 is calculated by the equation (1) (time t 3 to time t 4 ).
- the power transmission device 2 when the current value of the first DC power is larger than the current upper threshold SH 2, or, and if the current value is less than the current lower threshold SH 1, calculated power transmission efficiency ⁇ is pre When it is less than a predetermined threshold (hereinafter referred to as an efficiency threshold), the power transmission operation for the power receiving device 3 is stopped.
- a predetermined threshold hereinafter referred to as an efficiency threshold
- the current value of the first DC power is between the current upper limit threshold SH 2 and the current lower limit threshold SH 1 , and the calculated power transmission efficiency ⁇ is greater than the above-described efficiency threshold. If larger, gradually increases the voltage of the first DC power to the power supply when the voltage value E 3 described above (time t 4 ⁇ time t 5).
- the power transmission device 2 periodically acquires the current value and voltage value of the second DC power detected by the power receiving side sensor 32 by communicating with the power receiving device 3, and the acquired current value and voltage. Based on the value and the current value and voltage value of the first DC power given from the power transmission side sensor 13 at this time, the power transmission efficiency ⁇ between the power transmission device 2 and the power reception device 3 is calculated by the equation (1). (From time t 5 ).
- the power transmission device 2 uses the voltage of the first DC power output from the power transmission side power converter 10 to the inverter circuit 11 as a power supply voltage. to maintain the value E 3.
- the power transmission operation to the power receiving device 3 is stopped.
- FIG. 6 shows a processing procedure of a power transmission control process executed by the power transmission side control unit 15 of the power transmission device 2 in relation to the power transmission control method of the present embodiment.
- the power transmission side control unit 15 controls power transmission to the power receiving device 3 according to the processing procedure shown in FIG.
- the power transmission side control unit 15 starts the power transmission control process shown in FIG. 6 when a command to start the power transmission operation to the power receiving device 3 is given by the user.
- the power transmission side control unit 15 increases the duty ratio of the ON time and the OFF time of the drive signal applied to the switching transistor TR (FIG. 2) of the chopper circuit 21 (FIG. 2) of the power transmission side power converter 10 by a predetermined amount.
- the power transmission side control part 15 raises the voltage of the 1st DC power output to the inverter circuit 11 from the power transmission side power converter 10 (step SP1).
- the start of the power transmission control process is not limited to a command from the user. For example, when one of the power transmission device 2 or the power reception device 3 periodically sends a communication connection request to the other device and the power transmission device 2 and the power reception device 3 approach each other, the power transmission control is performed. Processing may be started.
- step SP2 the power-transmitting-side control unit 15, a first DC power voltage which is notified from the transmission side sensor 13, determines whether the host vehicle has reached the first voltage value E 1 described above with reference to FIG. 5 (step SP2).
- the power transmission side control unit 15 returns to step SP1 when it obtains a negative result in the determination at step SP2, and thereafter repeats the loop of step SP1-step SP2-step SP1 until a positive result is obtained at step SP2.
- the power transmission side control part 15 obtains a positive result by step SP2 when the voltage of 1st direct-current power reaches
- the power transmission side control unit 15 acquires the current value of the first DC power notified from the power transmission side sensor 13 (SP3).
- the power transmission side control unit 15 determines whether or not power supply to the power receiving device 3 is impossible based on the acquired current value of the first DC power (step SP4). Specifically, in step SP4, the power transmission side control unit 15 determines that the acquired current value of the first DC power is greater than the current upper limit threshold SH 2 (FIG. 3) or less than the current lower limit threshold SH 1 (FIG. 3). It is judged whether it is either of these.
- the power transmission side control unit 15 If the power transmission side control unit 15 obtains a positive result in the determination at step SP4, the power transmission side control unit 15 stops the application of the drive signal to the switching transistor TR of the chopper circuit 21 of the power transmission side power converter 10 to thereby output the first DC power. Stop. Thereby, the power transmission side control part 15 stops the power transmission to the power receiving apparatus 3 by the power transmission apparatus 2 (step SP15). In addition, after step SP15, the power transmission side control unit 15 diagnoses the reason why power cannot be supplied to the power receiving device 3 (step SP16), and causes the display unit 16 to display the diagnosis result. Then, the power transmission side control part 15 complete
- the power transmission side control unit 15 obtains a negative result in the determination at step SP4
- the power transmission side control unit 15 increases the voltage of the first DC power in the same manner as at step SP1 (step SP5).
- the power transmission side control part 15 judges whether the voltage of the 1st DC power notified from the power transmission side sensor 13 reached
- the power transmission side control unit 15 returns to step SP5 when it obtains a negative result in the determination at step SP6, and thereafter repeats the loop of step SP5-step SP6-step SP5 until it obtains a positive result at step SP6.
- the power-transmitting-side control unit 15 obtains a positive result at step SP6 by eventually the voltage of the first DC power reaches the second voltage value E 2.
- the power transmission side control unit 15 acquires the current value and voltage value of the first DC power notified from the power transmission side sensor 13.
- the power transmission side control part 15 is communication with the power receiving side communication part 33 (refer FIG. 1) of the power receiving apparatus 3 via the power transmission side communication part 14 (refer FIG. 1), and the power receiving side power converter 31 is then obtained.
- the current value and voltage value of the second DC power supplied to the battery 4 are acquired.
- the power transmission side control unit 15 calculates the power transmission efficiency ⁇ by the equation (1) based on the current value and voltage value of the first DC power and the current value and voltage value of the second DC power acquired in this way. Is calculated (step SP7).
- the power transmission side control unit 15 cannot supply power to the power receiving device 3 based on the current value of the first DC power acquired in step SP7 as described above and the power transmission efficiency ⁇ described above. (Step SP8). Specifically, in step SP8, the power transmission side control unit 15 determines that the current value of the first DC power acquired in step SP7 is larger than the current upper limit threshold SH 2 (FIG. 3) or the current lower limit threshold SH 1 (FIG. 3). ) Or whether the power transmission efficiency ⁇ is less than the efficiency threshold.
- step SP8 if the power transmission side control part 15 obtains a positive result by judgment of step SP8, it will stop the power transmission to the power receiving apparatus 3 by the power transmission apparatus 2 similarly to the above-mentioned (step SP15).
- the power transmission side control unit 15 thereafter diagnoses the reason why power cannot be supplied to the power receiving device 3 (step SP16), and causes the display unit 16 to display the diagnosis result. Then, the power transmission side control part 15 complete
- step SP8 the power transmission side control unit 15 increases the voltage of the first DC power as in step SP1 (step SP9).
- the power transmission side control unit 15 desires the second DC power output from the power receiving side power converter 31 to the battery 4 as the voltage of the first DC power notified from the power transmission side sensor 13 further increases. It is determined whether or not the value has been reached (step SP10). Then, when the power transmission side control unit 15 obtains a negative result in the determination at step SP10, it returns to step SP9, and thereafter repeats the loop of step SP9-step SP10-step SP9 until a positive result is obtained at step SP10.
- the power-transmitting-side control unit 15 obtains a positive result at step SP10 by the voltage of the first DC power reaches the power supply when the voltage value E 3 eventually.
- the power transmission side control part 15 calculates electric power transmission efficiency (eta) similarly to step SP7 (step SP11).
- the power transmission side control unit 15 determines whether or not power supply to the power receiving device 3 is impossible based on the calculated power transmission efficiency ⁇ (step SP12). Specifically, in step SP12, the power transmission side control unit 15 determines whether or not the power transmission efficiency ⁇ calculated in step SP11 is less than the efficiency threshold value.
- step SP12 if the power transmission side control part 15 obtains a positive result by judgment of step SP12, it will stop the power transmission to the power receiving apparatus 3 by the power transmission apparatus 2 like the above-mentioned (step SP15).
- the power transmission side control unit 15 thereafter diagnoses the reason why power cannot be supplied to the power receiving device 3 (step SP16), and displays the diagnosis result on the above-described display unit, for example. Then, the power transmission side control part 15 complete
- the power-transmitting-side control unit 15 obtains a negative result in the determination at step SP 12, the control of the transmitting-side power converter 10 so that the voltage of the first DC power to maintain the power supply when the voltage value E 3 While waiting for a certain time (step SP13). Thereafter, the power transmission side control unit 15 determines whether or not the battery 4 is fully charged by communication with the battery 4 (step SP14).
- step SP14 the power transmission side control part 15 will return to step SP11, if a negative result is obtained by judgment of step SP14, and repeats the process after step SP11 after this. And the power transmission side control part 15 obtains a positive result by step SP14 when the battery 4 will be in a full charge state soon. Then, the power transmission side control part 15 complete
- the power transmission device 2 outputs from the power transmission side power converter 10 to the inverter circuit 11 at the initial stage of the power transmission operation to the power receiving device 3.
- the voltage of the first DC power to be suppressed to the first voltage value E 1 lower than the voltage value E 3 at the time of power supply, and the power supply to the power receiving device 3 is controlled based on the current value of the first DC power at this time
- the power transmission side power converter 10 is controlled so as to stop the output of the first DC power to the inverter circuit 11.
- the determination is performed only based on information obtained by the power transmission device 2 without the power transmission device 2 communicating with the power reception device 3. Therefore, for example, even when the power transmission coil CL ⁇ b> 2 and the power reception coil CL ⁇ b> 4 are greatly displaced and the power transmission device 2 cannot communicate with the power reception device 3, the above determination can be performed.
- the contactless power supply system 1 performs the determination while suppressing the voltage of the first DC power to a first voltage value E 1 less than the power supply when the voltage value E 3 as described above. Therefore, it is possible to effectively prevent the power transmission device 2 and the power reception device 3 from being damaged due to the occurrence of an overcurrent or overvoltage in the power transmission device 2 or the power reception device 3 during the above determination.
- the power transmission device caused by the overcurrent without requiring a special component such as a camera for detecting the displacement of the power transmission coil CL2 and the power receiving coil CL4. 2 can be detected while detecting the displacement of the power transmission coil CL2 and the power reception coil CL4.
- a non-contact power supply system that can determine whether power can be supplied to the power receiving apparatus without using a camera.
- the present invention is applied to the non-contact power feeding system 1 that charges the battery 4 mounted on the electric vehicle. It is not limited.
- the present invention is widely applied to various other non-contact power supply systems that target mobile bodies that use electric energy stored in a battery as an energy source, such as a hybrid vehicle that uses a gasoline engine and a motor as a power source. be able to.
- the moving body is not limited to the vehicle body of a vehicle traveling on the ground, and can be applied to other moving bodies such as an underwater vehicle.
- the first DC power output from the power transmission side power converter 10 of the power transmission device 2 to the inverter circuit 11 is the current value of the first DC power.
- the present invention is not limited to this.
- the first DC power may be increased in four or more stages while monitoring the current value of the first DC power and the power transmission efficiency ⁇ .
- the present invention is not limited to this.
- an insulated DC-DC converter using a transformer or the like may be used for adjusting the DC voltage value.
- the power supply source of the power transmission side power converter 10 is the commercial power supply 17
- the present invention is not limited to this.
- various power supply devices such as a commercial AC power supply, a DC power supply, a solar panel, and a storage battery facility may be applied as the power supply source.
- DC power supply since the power transmission side power converter 10 does not need to convert alternating current power into direct current power, the rectifier 20 can be omitted.
- the power transmission side power converter 10 is a DC / DC converter.
- the present invention is not limited to this.
- the present invention can also be applied when an electric device / electronic device driven by electric power is a load.
- the non-contact power feeding system 101 is a system (apparatus) for charging a battery B mounted on a vehicle 102 such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
- a vehicle 102 such as an electric vehicle or a hybrid vehicle.
- the Y direction corresponds to the longitudinal direction of the vehicle 102
- the Z direction corresponds to the vertical direction of the vehicle 102.
- the non-contact power supply system 101 includes a power transmission device 103 installed on the ground side and a power reception device 104 provided on the vehicle 102 side.
- the power transmission device 103 is configured to be able to transmit power (power for charging the battery B) to the power receiving device 104 of the vehicle 102 in a contactless manner. For example, when the vehicle 102 traveling on the ground is stopped in a predetermined positional relationship, the power transmission device 103 transmits electric power in a non-contact manner.
- the power transmission device 103 includes a power transmission unit 110, a first communication unit 114, and a control unit (controller) 115.
- the power transmission unit 110 is connected to an external power source 113 (for example, a commercial power source), and is a device for transmitting power to the vehicle 102 in a contactless manner.
- the power transmission unit 110 includes a first power converter 111 and a first resonance circuit 112.
- the first power converter 111 is a circuit that converts AC power supplied from the external power supply 113 into high-frequency power.
- the first power converter 111 is stored in the main body 103 a of the power transmission device 103.
- the first power converter 111 includes, for example, a rectifier and an inverter circuit.
- the rectifier converts (rectifies) AC power from the external power supply 113 into DC power.
- the inverter circuit converts this DC power into AC power (high frequency power) having a higher frequency than the AC power of the external power supply 113.
- the first power converter 111 transmits the converted high frequency power to the first resonance circuit 112.
- the first resonance circuit 112 supplies the electric power supplied from the first power converter 111 to the vehicle 102 in a non-contact manner.
- the first resonance circuit 112 is embedded in the ground R.
- the first resonance circuit 112 is installed so that the upper surface thereof is flush with the ground surface R.
- the first resonance circuit 112 may be installed so as to protrude from the ground R.
- the first resonance circuit 112 includes a power transmission coil 112a.
- the power transmission coil 112a is a coil for transmitting the power supplied from the first power converter 111 to the vehicle 102 in a contactless manner.
- the power transmission coil 112a has, for example, a predefined coil shape and dimensions.
- the shape of the power transmission coil 112a may be a circular type or a solenoid type.
- the 1st resonance circuit 112 gives the high frequency electric power from the 1st power converter 111 to the power transmission coil 112a. Thereby, the first resonance circuit 112 realizes non-contact power feeding to the vehicle 102.
- the first resonance circuit 112 includes at least one capacitor and can further include an inductor. The capacitor and the inductor are connected in parallel or in series with the power transmission coil 112a, and various circuit topologies are formed.
- a magnetic coupling circuit is formed with the second resonance circuit 121. More specifically, the magnetic coupling circuit is formed by positioning the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a provided in the vehicle 102 in a close proximity.
- This magnetic coupling circuit means a circuit in which the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a are magnetically coupled to perform non-contact power transmission from the power transmission coil 112a to the power reception coil 121a.
- the magnetic coupling circuit here is a circuit that performs power transmission by the “magnetic resonance method”.
- the magnetic coupling circuit may be a circuit that performs power transmission by the “electromagnetic induction method”.
- the first resonance circuit 112 transmits power from the power transmission coil 112a to the power reception coil 121a of the vehicle 102 via a magnetic coupling circuit. Thereby, the 1st resonance circuit 112 enables non-contact electric power feeding.
- the first resonance circuit 112 transmits power to the vehicle 102 in a non-contact manner according to the degree of coupling K of the magnetic coupling circuit between the first resonance circuit 112 and the second resonance circuit 121.
- the degree of coupling K is the degree of magnetic coupling between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a.
- the degree of coupling K changes according to the specifications (for example, shape) of the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a, the distance between power transmission and reception, and the like.
- the degree of coupling K can take a value from 0 to 1.
- the degree of coupling K approaches 1 as the degree of magnetic coupling increases, and approaches 0 as the degree of magnetic coupling decreases.
- the degree of coupling K tends to increase as the distance between power transmission and reception decreases. Therefore, the degree of coupling K tends to approach 1 as the distance between power transmission and reception is smaller.
- the degree of magnetic coupling K tends to decrease as the distance between power transmission and reception increases. For this reason, the degree of coupling K tends to approach 0 as the distance between power transmission and reception increases.
- the distance between the power transmission and reception is the distance at which the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a are separated in the direction intersecting the vertical direction (for example, the Y direction in FIG. 7) (that is, the power transmission unit 110 in the front-rear direction and the left-right direction of the vehicle 102). And a positional deviation amount between the power receiving unit 120 and the power receiving unit 120.
- the distance that is, the gap in the height direction of the vehicle 102 in which the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a are separated in the vertical direction (Z direction in FIG. 7) depends on, for example, the type of the vehicle 102 on which the power reception unit 120 is mounted. Change.
- the external power supply 113 is a power supply that supplies power necessary to generate power to be transmitted to the vehicle 102.
- the external power supply 113 supplies three-phase AC power whose voltage is 200 [V], for example.
- the external power source 113 is not limited to three-phase AC power, and may be a power source that supplies single-phase AC power such as a commercial AC power source.
- the external power supply 113 is stored in the main body 103 a of the power transmission device 103.
- the first communication unit 114 is an interface for wireless communication.
- the first communication unit 114 is provided in the main body 103 a of the power transmission device 103.
- the first communication unit 114 communicates with the second communication unit 123 provided in the vehicle 102.
- the second communication unit 123 is mounted on the vehicle 102.
- a wireless LAN or Bluetooth registered trademark
- the control unit 115 is an electronic control unit including a CPU [Central Processing Unit], ROM [Read Only Memory], RAM [Random Access Memory], and the like.
- the control unit 115 controls power supply from the power transmission unit 110 to the power reception unit 120.
- the control unit 115 controls the power transmission unit 110 so as to change the amount of power supplied from the power transmission unit 110 to the power reception unit 120. For example, when an abnormality occurs in the power receiving unit 120 on the vehicle 102 side or the like, the control unit 115 can control the power supply from the power transmitting unit 110 to the power receiving unit 120 to stop.
- an increase in size of the power reception unit 120 on the vehicle 102 side can be suppressed.
- control unit 115 executes determination control for determining whether or not the positional deviation between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a is within an allowable range.
- the permissible range here is a misalignment range in which non-contact power feeding from the power transmission coil 112a to the power reception coil 121a is possible.
- the positional deviation capable of non-contact power supply means that the positional relationship between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a is a magnetic coupling circuit in which power supply with a desired efficiency and a desired amount of power can be performed between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a. Is a positional shift when the positional relationship is formed.
- the allowable range here is not only the case where the efficiency of power supply from the power transmission coil 112a to the power reception coil 121a is maximized, but also the positional deviation when a power supply efficiency that is practically satisfactory is obtained.
- the control unit 115 executes control for approaching a situation in which there is no positional deviation, rather than strictly eliminating the positional deviation so that the power supply efficiency from the power transmission coil 112a to the power receiving coil 121a is maximized.
- the control unit 115 causes the driver of the vehicle 102 to notify the below-described notification unit 130 that the positional deviation is within the allowable range (transmission of a stop request).
- the control unit 115 detects a change in the characteristic value related to power supply that occurs according to the positional deviation amount MA between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a.
- the control unit 115 executes determination control based on the change in the characteristic value.
- characteristic value is the voltage V 2 applied to the power receiving coil 121a by the power supply from the power transmission coil 112a.
- the characteristic value may be a value of power received by the power receiving coil 121a instead of a voltage.
- the control unit 115 detects a change in the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 by communicating with the second communication unit 123 via the first communication unit 114.
- the vehicle 102 includes a power receiving device 104, a notification unit 130, a battery B, and a charging circuit (not shown). Although omitted in FIG. 7, the vehicle 102 has a configuration necessary for traveling, such as a motor, an operation handle, and a brake.
- the power receiving device 104 includes a power receiving unit 120 and a second communication unit 123.
- the power receiving unit 120 is a device that receives power from the power transmission coil 112a in a contactless manner and receives the supplied power.
- the power receiving unit 120 includes a second resonance circuit 121 and a second power converter 122.
- the power reception unit 120 detects the voltage V 2 applied to the power reception unit 120 by supplying power from the power transmission coil 112 a and transmits the voltage V 2 to the second communication unit 123.
- the second resonance circuit 121 receives the power supplied from the first resonance circuit 112 in a contactless manner, and transmits the power to the second power converter 122.
- the second resonance circuit 121 is provided at the bottom of the vehicle 102.
- the second resonance circuit 121 includes a power receiving coil 121a.
- the power receiving coil 121a is a coil for receiving power (AC power) supplied from the power transmitting coil 112a in a contactless manner.
- the power receiving coil 121a has, for example, substantially the same coil shape and dimensions as the power transmitting coil 112a.
- the shape of the power receiving coil 121a may be a circular type or a solenoid type.
- the second resonance circuit 121 includes at least one capacitor in addition to the power receiving coil 121a, and can further include an inductor. The capacitor and the inductor are connected in parallel or in series with the power receiving coil 121a to form various circuit topologies.
- the characteristic value may become a maximum value when a displacement occurs.
- the voltage V 2 (characteristic value related to power supply) applied to the power receiving unit 120 by supplying power from the power transmitting unit 110 becomes a maximum value at the first distance.
- the maximum value of the voltage V 2 is detected by the control unit 115. Maximum value of the voltage V 2 is used in performing the determination control.
- the second resonance circuit 121 is provided with a limiter (not shown).
- the limiter When the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 reaches a maximum value, the limiter has an element (for example, a capacitor) that constitutes the second power converter 122 due to excessive power transmitted to the second power converter 122. ) Is prevented from being damaged.
- the circuit that may be damaged due to excessive power is not limited to the second power converter 122, and the second resonance circuit 121 and the power transmission unit 110 are also targets.
- Limiter for example, suppress the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 in the following inhibition voltage V L.
- the suppression voltage V L is higher than the voltage V B applied to the power receiving unit 120 with rated power for charging the battery B, for example.
- the voltage V B is a voltage applied to the power receiving unit 120 when there is no abnormality in the power transmitting unit 110, the power receiving unit 120, etc. in a situation where the power transmitting coil 112a and the power receiving coil 121a face each other and charge the battery B.
- the limiter may suppress the current together with the voltage to a predetermined value or less, or may suppress the current to a predetermined value or less instead of the voltage.
- the second power converter 122 is a circuit that rectifies the high-frequency power transmitted from the second resonance circuit 121 and converts it to DC power.
- the second power converter 122 is mounted on the vehicle 102.
- the second power converter 122 includes, for example, a rectifier and a DC / DC converter circuit, and converts the high frequency power from the second resonance circuit 121 to DC power.
- the second power converter 122 supplies the converted DC power to the battery B.
- the battery B is a rechargeable battery (for example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery) mounted on the vehicle 102.
- the battery B supplies power to a travel motor or the like (not shown).
- the charging circuit is controlled based on a power reception control program prepared in advance by a power reception control unit (not shown).
- the second communication unit 123 is an interface for wireless communication.
- the second communication unit 123 is mounted on the vehicle 102.
- the second communication unit 123 communicates with the first communication unit 114 on the ground side.
- a wireless LAN or Bluetooth (registered trademark) can be used as the second communication unit 123.
- the second communication unit 123 transmits a signal for controlling the notification unit 130 described later to the notification unit 130.
- the 2nd communication part 123 is not limited to implement
- Each of the communication function with the first communication unit 114 and the communication function with the notification unit 130 may be realized by separate hardware.
- the notification unit 130 When the control unit 115 determines that the positional deviation between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a is within the allowable range, the notification unit 130 notifies the driver of the vehicle 102 to that effect. In this case, the notification unit 130 receives a signal from the second communication unit 123 so as to notify that the positional deviation is within the allowable range, and notifies the driver of the vehicle 102 that the vehicle 102 may be stopped. This prompts the driver of the vehicle 102 to stop the vehicle 102.
- the notification unit 130 includes a navigation system 131 and a speaker 132. Here, the notification unit 130 displays an image on the navigation system 131 to visually notify (display of a stop request). Note that the notification unit 130 may output the sound to the speaker 132 to make an audible notification, or may notify using the mobile phone terminal of the passenger of the vehicle 102 via the second communication unit 123.
- the distance between the power transmission and reception is the distance between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a in the direction intersecting the vertical direction (the front-rear direction of the vehicle 102 in the Y direction in FIG. 7).
- the positional deviation amount MA is 0, that is, the distance between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a is 0 in the Y direction.
- the sign of the positional displacement amount MA being positive means that the power transmission coil 112a is displaced forward with respect to the vehicle 102 (the forward direction is the direction from the rear glass of the vehicle toward the windshield). To do.
- the minus sign of the positional deviation amount MA means that the power transmission coil 112a is displaced backward with respect to the vehicle 102.
- the positional deviation amount MA is a negative value, and the value of the positional deviation amount MA decreases as the power transmission coil 112a is displaced backward with respect to the vehicle 102.
- determination control is started by the control unit 115 (step S1). Subsequently, communication between the first communication unit 114 and the second communication unit 123 is started by the control unit 115 (step S2). Thereby, the presence of the power receiving device 104 is recognized by the power transmitting device 103, and the determination control is started by the control unit 115.
- step S1 and step S2 the vehicle 102 is in a state of being separated from the power transmission coil 112a, and the positional deviation amount MA is smaller than MA 1 (see FIG. 10A).
- the absolute value (distance between power transmission and reception) of the positional deviation amount MA at this time is larger than the distance from the origin O to MA 1 . That is, a magnetic coupling circuit is not formed between the first resonance circuit 112 and the second resonance circuit 121 to the extent that desired non-contact power feeding to the vehicle 102 can be realized.
- the parking of the vehicle 102 is started by the driver
- step S4 electric power for confirming the position of the vehicle 102 is transmitted by the control unit 115 (step S4).
- the control unit 115 transmits power for applying a voltage to the power receiving unit 120 by supplying power from the power transmitting unit 110 to the power receiving coil 121a from the power transmitting coil 112a.
- the power for position confirmation is a weak power smaller than the power for charging the battery B (for example, 3.3 kW). This object is achieved, for example, when the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 becomes the maximum value, the power receiving unit 120 is supplied is prevented from being damaged becomes excessive.
- emitted around the power transmission coil 112a and the receiving coil 121a can be reduced by making the electric power for position confirmation into weak power.
- the power transmission coil 112a and the power receiving coil 121a is the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 in a situation that is not directly facing (when HiTadashitai) is increased (voltage rises), the increase in voltage, the resonant whether a maximum value of the voltage V 2, or to distinguish whether the voltage rise due to abnormal desired by.
- the voltage V B during normal charging is smaller than the maximum value (maximum voltage V C ) of the voltage V 2 due to resonance.
- the voltage V B during normal charging is a voltage applied to the power receiving unit 120 with power for charging the battery B in a situation where the power transmitting coil 112a and the power receiving coil 121a face each other and charge the battery B (at the time of power feeding). .
- the voltage rises until it reaches the inhibit voltage V L at a power for localization during HiTadashitai, and, more voltage does not rise reaches the voltage V B at power for charging the battery B at the time of charge in this case, the voltage rises at the time HiTadashitai can be determined that the maximum value of the voltage V 2 due to resonance.
- the voltage increase at the time of non-facing may be a voltage increase due to abnormality.
- step S4 the data relating to the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 by power transmitted in the In step S4 (receiving data) is transmitted by the second communication unit 123 to the first communication unit 114 (step S5) .
- the received power data is received by the control unit 115 via the first communication unit 114.
- the control unit 115 estimates the parking position (step S6). It is determined by the control unit 115 whether or not the estimated parking position is within an allowable range (step S7). When it is determined in step S7 that the parking position estimated by the control unit 115 is not within the allowable range, the process proceeds to step S4, and the processing from step S4 to step S7 is repeated by the control unit 115 (FIG. 10 ( b)).
- step S6 and step S7 by detecting the change in the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120, the change between the transmitting and receiving distance is grasped by the control unit 115, the parking position is estimated.
- a certain voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 in the first distance is the maximum voltage V C. Further, when the vehicle 102 approaches the power transmission coil 112a, the voltage V 2 becomes smaller, which is applied to the power receiving unit 120. Specifically, after the determination control is started by the control unit 115, when the positional deviation is within the allowable range, the voltage V 2 from a value lower than the range of values that the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 can take.
- the This threshold value is set to the suppression voltage VL .
- the suppression voltage V L is, for example, a value lower than the minimum withstand voltage among the withstand voltages of the elements of the power transmission unit 110 and the power reception unit 120.
- the threshold value is not limited to this example, and may be set by a test or the like.
- the voltage V 2 (characteristic value related to power supply) applied to the power receiving unit 120 by the power supply from the power transmission coil 112a becomes the maximum voltage V C in the positional deviation amount MA C.
- the power transmission coil 112a and the power receiving coil 121a is circular type, the positional relationship between the first resonant circuit 112 and second resonant circuit 121 to produce a maximum voltage V C, the first resonant circuit 112 and as viewed from the Z direction
- the second resonance circuit 121 exists concentrically around the position where the second resonance circuit 121 is directly facing.
- the voltage V 2 includes the maximum voltage V C because the complex impedance in the magnetic coupling circuit of the first resonance circuit 112 and the second resonance circuit 121 is small. It is because it became.
- the complex impedance can be described using a Smith chart in which the complex impedance is represented as a point on the complex plane.
- the real axis of the complex impedance is the horizontal axis
- the imaginary axis of the complex impedance is the vertical axis.
- the complex impedance is 0 ⁇ (short circuit) at one end of the horizontal axis.
- the complex impedance is infinite (open) at the other end of the horizontal axis.
- the change in complex impedance is represented as a change in absolute value and declination of the complex impedance in the Smith chart. Therefore, the point representing the complex impedance in the Smith chart moves so as to rotate about the origin of the Smith chart as the complex impedance changes.
- the first resonant circuit 112 and the second resonant circuit 121 resonate as the complex impedance changes with this movement. Due to this resonance, the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120 changes. By utilizing this phenomenon, by detecting the change in the voltage V 2 applied to the power receiving unit 120, the change between the transmitting and receiving distance is grasped by the control unit 115, the parking position is estimated.
- the determination control is started from a positional deviation amount MA (distance between power transmission and reception larger than the distance from the origin O to MA 1 ) smaller than MA 1 as illustrated in FIG. Therefore, after the determination control is started, there is a positional deviation amount MA C at which the voltage V 2 becomes the maximum voltage V C. Therefore, in the determination control, after the determination control is started by the control unit 115, the voltage V 2 (characteristic value) applied to the power receiving unit 120 increases to become the maximum voltage V C and becomes the maximum voltage V C. while the voltage V 2 decreases, whether characteristic value becomes inhibit voltage V L (whether the voltage V 2 becomes amplitude level at a position displaced allowable range) is determined. Such determination control makes it possible to easily determine whether or not the positional deviation is within an allowable range.
- step S7 when it is determined in step S7 that the parking position estimated by the control unit 115 is within the allowable range, the control unit 115 transmits a stop request to the notification unit 130 (step S8).
- the notification unit 130 displays a stop request on the navigation system 131 (step S9).
- As the display of the stop request for example, a display such as “charging OK” is displayed on the navigation system 131.
- the displayed stop request is recognized by the driver of the vehicle 102, and the vehicle 102 is stopped according to the display of the stop request (step S10).
- the vehicle 102 since the driver of the vehicle 102 performs a stop operation after recognizing the stop request, the vehicle 102 continues to move toward the second resonance circuit 121 by inertia.
- the vehicle 102 can be reliably stopped within the allowable range, and the vehicle 102 can be appropriately stopped at the parking position (optimum range) shown in FIG. Note that, when the vehicle 102 passes the optimum range, the determination control can be executed again.
- the power transmission unit 110 includes the first resonance circuit 112 including the power transmission coil 112a
- the power reception unit 120 includes the second resonance circuit 121 including the power reception coil 121a.
- the control unit 115 detects a change in the characteristic value related to the power supply that occurs according to the positional deviation amount MA between the power transmission coil 112a of the first resonance circuit 112 and the power reception coil 121a of the second resonance circuit 121.
- the degree of coupling K between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a changes according to the positional deviation amount MA, and the voltage V 2 (characteristic value) applied to the power reception unit 120 changes.
- a change in the distance between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a can be grasped by detecting a change in the voltage V 2 (characteristic value). Therefore, it is possible to easily determine whether or not the positional deviation between the power transmission coil 112a and the power reception coil 121a is within an allowable range based on the change in the characteristic value.
- the control unit 115 decreases after the voltage V 2 becomes the maximum voltage V C from a value lower than the range of values that the voltage V 2 can take when the positional deviation is within an allowable range. while, when the voltage V 2 becomes suppression voltage V L, determines that the positional deviation is acceptable.
- the inhibit voltage V L is a threshold value for positional deviation to determine whether the allowable range, smaller than the maximum voltage V C.
- the voltage V 2 is a voltage applied to the power receiving unit 120 by supplying power from the power transmitting unit 110. Thereby, the change of the characteristic value regarding electric power supply can be detected easily.
- the non-contact power feeding system 101 further includes a notifying unit 130 that notifies that when the control unit 115 determines that the positional deviation is within the allowable range. Thereby, the driver
- the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
- the position confirmation power is a weak power smaller than the power for charging the battery B (for example, 3.3 kW).
- the power is the same as the power for charging the battery B. It is good.
- the charging position is guided by the non-contact power feeding system 101 when the driver drives and parks the vehicle 102 .
- the charging position may be guided by the non-contact power feeding system 101.
- the power transmission device 103 is fixed on the ground side, and the power reception device 104 is mounted on the vehicle 102 and is movable with respect to the power transmission device 103.
- the power transmission device 104 is mounted on a stopped vehicle.
- the power transmission device 103 may be configured to be movable on the ground side with respect to the received power reception device 104.
- the present disclosure can be widely applied to various non-contact power feeding systems that perform power feeding by a non-contact power feeding method in addition to a non-contact power feeding system that feeds electric vehicles in a non-contact manner.
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Abstract
受電装置(3)に対して非接触で送電するにあたり、給電に関する判定を行う送電装置(2)を実現する。 送電装置(2)は、電源からの電力を第1の直流電力に変換する電力変換器(10)と、第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路(11)と、第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルを有する送電側パッド(12)と、第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサ(13)と、電力変換器を制御するコントローラ(15)とを備え、コントローラ(15)は、第1の直流電力の電圧を、予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう電力変換器を制御し、第1の直流電力の電圧が第1の電圧値であるときに当該第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置(3)への給電が不可能かどうかを判定する。
Description
本開示は送電装置及び送電方法に関し、例えば、電気自動車に非接触で送電する非接触給電システムに適用して好適なものである。本開示は、非接触給電システムに関する。本出願は、2014年10月28日に提出された日本特許出願第2014-219433号及び2015年3月20日に提出された日本特許出願第2015-057710号に基づいており、それらに対して優先権の利益を主張するものであり、それらの内容全体は、参照されることによって本出願に援用される。
近年、資源の制約や環境問題への関心の高まりを背景に、電気自動車が注目を集めている。電気自動車は、電気エネルギーをエネルギー源とし、モータを動力源とする車両である。電気自動車では、搭載されたバッテリに蓄えられた電力を利用してモータを駆動する。これにより、電気自動車は、1回の充電で数十~数百〔km〕の走行が可能である。
このような電気自動車に対して、搭載されたバッテリを充電するための電力を給電する給電方式として、従来、プラグイン方式と、非接触給電方式とが知られている。プラグイン方式は、商用電源と接続された電源コード先端の給電プラグを電気自動車の給電プラグに差し込むことにより直接的に給電を行う方式である。また非接触給電方式は、地上に設置された送電装置から電気自動車に搭載された受電装置に対して電磁誘導や電磁界の共鳴現象等を利用して非接触で給電を行う方式である。
また、送電コイルを有する送電部と、送電コイルから非接触で電力を受ける受電コイルを有する受電部とを備える非接触給電システムに関する技術が知られている。このような技術として、例えば特許文献2に記載された電力伝送システムでは、送電部から出力された電力が反射して送電部へ戻る反射電力と、位置ずれとの間の関係が予め準備されている。この関係と検出した実際の反射電力とに基づいて、送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれが検出される。また、特許文献3に記載された駐車支援装置では、カメラによって撮影される画像に基づいて車両の受電ユニットと送電装置の送電ユニットとの位置関係が検知される。その検知結果に基づいて、送電ユニットへ車両を誘導するように車両が制御される。また、特許文献4に記載された駐車支援装置では、車高の変化を検知するハイトセンサの出力に応じて、送電ユニット及び受電ユニット間の距離と受電状況との関係が予め定められる。この関係を用いて、ハイトセンサの出力及び受電状況に基づいて位置合わせが行なわれる。
ところで、給電方式として非接触給電方式が適用された電気自動車に対して適切に給電を行うためには、地上に設置された送電装置の送電コイル(一次側コイル)と、電気自動車に搭載された受電装置の受電コイル(二次側コイル)とを精度良く所定の位置関係に位置決めする必要がある。
この理由は、送電コイル及び受電コイルに位置ずれが生じると、送電コイル及び受電コイル間の距離が変化することによりインピーダンスが変化し、送電装置から受電装置への電力伝送効率が低下するからである。そのため、所望の電力伝送効率が実現されないほどの位置ずれが生じている場合、送電装置は給電できない。
従来、このような送電コイル及び受電コイルの位置関係を検出する方法として、電気自動車にカメラを搭載し、その出力映像に基づいて送電コイル及び受電コイルの位置ずれを視覚的に検出する方法が提案されている(例えば特許文献1)。
しかしながら、この方法によると、カメラを必要とするために非接触給電システム全体としての部品点数が多くなる。そのため、システム構成が複雑化したり、製造コストが高くなる問題があった。また、ある程度の精度のカメラが必要となる。暗い場所での位置ずれの検出が難しい。
さらに、送電コイル及び受電コイルが所定の位置関係にある場合においても、例えば受電装置が短絡状態にあったり、又は配線の切断等により受電装置が開放状態(バッテリと接続されていない状態)にある場合には、送電装置は給電できないという問題もある。
上記特許文献2に記載された技術では、送電コイル又は受電コイルの取付位置等によって反射電力と位置ずれとの間の関係が変化する。そのため、例えば受電コイルを搭載する車両に応じてこの関係の再設定が必要となり煩雑であるという問題がある。また、上記特許文献3及び特許文献4に記載された技術では、カメラ及びハイトセンサ等の機器が必要である。そのため、これらの機器の増加に伴って非接触給電システムの制御の複雑化とコストアップとを招くという問題がある。
本開示は以上の点を考慮してなされたもので、カメラを使用することなく、受電装置への給電の可否を判定できる送電装置、送電方法及び非接触給電システムを説明する。
本開示の一態様に係る送電装置は、受電装置に対して非接触で送電する送電装置において、電源から与えられる電力を第1の直流電力に変換する電力変換器と、電力変換器から出力される第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路から与えられる第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルと、第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサと、電力変換器を制御するコントローラとを設け、コントローラが、第1の直流電力の電圧を、受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう電力変換器を制御し、第1の直流電力の電圧が第1の電圧値であるときにセンサにより検出された当該第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置への給電が不可能かどうかを判定する。
本開示の他の態様に係る送電方法は、受電装置に対して非接触で送電する送電装置により実行される送電方法において、送電装置は、電源から与えられる電力を第1の直流電力に変換する電力変換器と、電力変換器から出力される第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路から与えられる第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルと、第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサと、電力変換器を制御するコントローラとを有し、コントローラが、第1の直流電力の電圧を、受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう電力変換器を制御する第1のステップと、コントローラが、第1の直流電力の電圧が第1の電圧値であるときにセンサにより検出された当該第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置への給電が不可能かどうかを判定する第2のステップとを設ける。
本開示のいくつかの態様によれば、カメラを使用することなく、受電装置への給電の可否を判定できる。
本開示の一態様に係る送電装置は、受電装置に対して非接触で送電する送電装置において、電源から与えられる電力を第1の直流電力に変換する電力変換器と、電力変換器から出力される第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路から与えられる第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルと、第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサと、電力変換器を制御するコントローラとを設け、コントローラが、第1の直流電力の電圧を、受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう電力変換器を制御し、第1の直流電力の電圧が第1の電圧値であるときにセンサにより検出された当該第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置への給電が不可能かどうかを判定する。
本開示の他の態様に係る送電方法は、受電装置に対して非接触で送電する送電装置により実行される送電方法において、送電装置は、電源から与えられる電力を第1の直流電力に変換する電力変換器と、電力変換器から出力される第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路と、インバータ回路から与えられる第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルと、第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサと、電力変換器を制御するコントローラとを有し、コントローラが、第1の直流電力の電圧を、受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう電力変換器を制御する第1のステップと、コントローラが、第1の直流電力の電圧が第1の電圧値であるときにセンサにより検出された当該第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置への給電が不可能かどうかを判定する第2のステップとを設ける。
本開示のいくつかの態様に係る送電装置及び送電方法によれば、送電コイル及び受電コイルの位置決めをするためのカメラ等の特別な構成要素を必要とすることなく、送電装置から受電装置への給電が不可能かどうかを判定することができる。
本開示の更に他の態様に係る非接触給電システムは、送電コイルを含む第1共振回路を有する送電部と、受電コイルを含む第2共振回路を有し、送電部から非接触で電力を受ける受電部と、送電部から受電部への電力供給を制御するコントローラと、を備え、コントローラは、送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれ量に応じて生じる電力供給に関する特性値の変化を検出し、特性値の変化に基づいて送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれが許容範囲であるか否かを判定する判定制御を実行する。
この非接触給電システムは、第1共振回路は送電コイルを含み、第2共振回路は受電コイルを含む。そして、送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれ量に応じて生じる電力供給に関する特性値の変化がコントローラによって検出される。この位置ずれ量に応じて、送電コイルと受電コイルとの結合度が変わり、受電部に印加される特性値が変化する。そのため、特性値の変化を検出することで送電コイルと受電コイルとの距離(送受電間距離)の変化を把握することができる。したがって、特性値の変化に基づいて送電コイルと受電コイルとの間の位置ずれが許容範囲であるか否かを簡易に判定することが可能となる。また、カメラを使用することなく、受電部への給電の可否を判定できる。
本開示の一態様に係る非接触給電システムでは、コントローラは、判定制御が開始された後、位置ずれが許容範囲である場合に特性値が取り得る値の範囲よりも低い値から特性値が極大値となった後に減少する間、特性値が極大値よりも小さい閾値になった場合、位置ずれが許容範囲であると判定してもよい。この場合、判定制御が開始された後に、位置ずれが許容範囲である場合に特性値が取り得る値の範囲よりも低い値から特性値が極大値となる位置ずれ量が存在する。この性質を利用し、特性値が極大値となった後に減少する間、特性値が極大値よりも小さい閾値になった場合に位置ずれが許容範囲であるとすることができる。
本開示の一態様に係る非接触給電システムでは、特性値は、送電部からの電力供給によって受電部に印加される電圧であってもよい。この場合、電力供給に関する特性値の変化を容易に検出することができる。
本開示の一態様に係る非接触給電システムは、コントローラによって位置ずれが許容範囲であると判定される場合、その旨を報知する報知部を更に備えてもよい。この場合、例えば非接触給電システムを搭載した車両の運転者は、位置ずれが許容範囲であるか否かを容易に認識することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
[第1実施形態]
(1)非接触給電システムの構成
図1及び図2に示されるように、第1実施形態に係る非接触給電システム1は、例えば家庭やマンション等の駐車場に設置される送電装置2と、電気自動車に搭載される受電装置3とから構成される。
(1)非接触給電システムの構成
図1及び図2に示されるように、第1実施形態に係る非接触給電システム1は、例えば家庭やマンション等の駐車場に設置される送電装置2と、電気自動車に搭載される受電装置3とから構成される。
送電装置2は、受電装置3に対して非接触で電力を送電する機能を有する。送電装置2は、送電側電力変換器10、インバータ回路11、送電側パッド12、送電側センサ13、送電側通信部14、送電側制御部(送電側コントローラ)15及び表示部16を備えている。
送電側電力変換器10は、商用電源(電源)17から与えられる交流電力(例えば100〔V〕)を所定電圧の直流電力(以下、これを第1の直流電力と呼ぶ)に変換するAC/DCコンバータである。図2に示されるように、送電側電力変換器10は、例えば、整流器20及びチョッパ回路21から構成される。整流器20は、例えば4つのダイオードD1A~D1Dがブリッジ状に接続されたダイオードブリッジから構成される。整流器20は、商用電源17から供給される交流電力を全波整流して、整流した交流電力をチョッパ回路21に出力する。チョッパ回路21は、例えばコイルCL1、ダイオードD2、スイッチングトランジスタTR及び平滑コンデンサC1を有する昇圧チョッパ回路から構成される。チョッパ回路21は、送電側制御部15の制御によってスイッチングトランジスタTRを高周波でオン又はオフする。これにより、チョッパ回路21は、整流器20から供給される全波整流された交流電力を所定電圧に昇圧する。チョッパ回路21は、昇圧した交流電力を平滑コンデンサC1で平滑化することにより直流電力(第1の直流電力)に変換する。チョッパ回路21は、この直流電力をインバータ回路11に出力する。
インバータ回路11は、送電側電力変換器10から与えられる第1の直流電力を所定周波数の交流電力(以下、これを第1の交流電力と呼ぶ)に変換するDC/ACコンバータである。図2に示されるように、インバータ回路11は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)又はパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などの4つのスイッチング素子22A~22Dをブリッジ状に接続することにより構成される。インバータ回路11は、送電側制御部15の制御によってスイッチング素子22A~22Dを高周波でオン又はオフする。これにより、インバータ回路11は、送電側電力変換器10から供給される第1の直流電力を第1の交流電力に変換する。インバータ回路11は、この第1の交流電力を送電側パッド12に出力する。
送電側パッド12は、例えば、送電コイルCL2、送電コンデンサC2A,C2B及び第2コイルCL3を含む回路から構成される。送電側パッド12は、インバータ回路11から供給される第1の交流電力に基づいて送電コイルCL2において磁界を発生する。この場合、送電コイルCL2は、充電対象の電気自動車の底面と平行に対向するよう駐車場の所定位置に固定配置される。送電コンデンサC2A,C2Bは、可変コンデンサから構成されてもよい。第2コイルCL3は、可変リアクトルとして機能してもよい。
送電側センサ13は、送電側電力変換器10から出力される第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出する。送電側センサ13は、この検出結果の検出信号を送電側制御部15に送信する。なお、送電側センサ13は、例えば、電流が通過する電線の周囲に発生する磁界をホール効果により測定し、測定結果に基づいてこのような電流値を検出する構成のセンサ電流が通過する電線に挿入した抵抗により生じる電位降下を測定し、測定結果に基づいてこのような電流値を検出する構成のセンサを含むことができる。また送電側センサ13は、例えば、第1の直流電力の電圧を分圧し、分圧した電圧の電圧値に基づいて第1の直流電力の電圧値を測定する構成のセンサを含むことができる。
送電側通信部14は、後述する受電装置3の受電側通信部33との間で通信を行う機能を有する通信装置である。これら送電側通信部14及び受電側通信部33間の通信方式として、例えば、ZigBee(登録商標)若しくはBluetooth(登録商標)などの近距離無線通信方式、又は、光信号を用いた近距離光通信方式を適用することができる。送電側通信部14及び受電側通信部33間の通信方式として近距離無線通信方式を適用する場合、送電側通信部14は、アンテナを備える。近距離光通信方式を適用する場合、送電側通信部14は、通信用の発光素子及び受光素子を備える。
送電側制御部15は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を備えるマイクロコンピュータである。送電側制御部15は、ROMに格納されたプログラムと、送電側センサ13から与えられる検出信号と、送電側通信部14を介して取得した受電装置3からの情報とに基づいて送電装置2全体を制御する。例えば、送電側制御部15は、必要時に送電側電力変換器10を構成するチョッパ回路21のスイッチングトランジスタTR(図2)のベースに印加する駆動信号のオン時間及びオフ時間のデューティ比を増加又は減少させることにより、送電側電力変換器10から出力される第1の直流電力の電圧値を上昇又は下降させる。
表示部16は、例えば液晶パネルなどから構成される。表示部16は、送電側制御部15の制御によって、後述する診断結果を含む各種情報を表示する。
一方、受電装置3は、送電装置2から非接触で送電される交流電力を受電する。受電装置3は、受電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ(負荷)4に供給する機能を有する(図1参照)。受電装置3は、受電側パッド30、受電側電力変換器31、受電側センサ32、受電側通信部33及び受電側制御部(受電側コントローラ)34を備えている。
受電側パッド30は、受電コイルCL4及び受電コンデンサCから構成される回路である。受電側パッド30は、受電コイルCL4が送電側パッド12の送電コイルCL2と磁気結合することにより、送電コイルCL2に供給された交流電力と、送電コイルCL2及び受電コイルCL4間の結合係数とに応じた大きさの交流電力(以下、これを第2の交流電力と呼ぶ)を送電側パッド12から非接触で受電する。受電側パッド30は、受電した第2の交流電力を受電側電力変換器31に出力する。
受電側電力変換器31は、受電側パッド30から与えられる第2の交流電力を直流電力(以下、これを第2の直流電力と呼ぶ)に変換するAC/DCコンバータである。図2に示されるように、受電側電力変換器31は、整流器40及びフィルタ回路41から構成される。整流器40は、例えば4つのダイオードD3A~D3Dがブリッジ状に接続されたダイオードブリッジから構成される。整流器40は、受電側パッド30から与えられる第2の交流電力を全波整流して、整流した交流電力をフィルタ回路41に出力する。フィルタ回路41は、例えばコイルCL5及び平滑コンデンサから構成される。フィルタ回路41は、整流器40から与えられる全波整流された第2の交流電力からノイズを除去すると共に平滑化する。このようにして、受電側電力変換器31は、第2の直流電力を得る。受電側電力変換器31は、得られた第2の直流電力をバッテリ4に出力する。バッテリ4は、第2の直流電力により充電される。
受電側センサ32は、受電側電力変換器31からバッテリ4に与えられる第2の直流電力の電流値及び電圧値を検出する。受電側センサ32は、この検出結果の検出信号を受電側制御部34に送信する。なお、受電側センサ32としては、上述した送電側センサ13と同様の構成を適用することができる。
受電側通信部33は、上述した送電装置2の送電側通信部14との間で通信を行う機能を有する通信装置である。受電側通信部33は、送電側通信部14と同様に構成される。受電側通信部33は、例えば、受電側センサ32により検出された第2の直流電力の電流値及び電圧値を送電装置2に通知する。
受電側制御部34は、送電側制御部15と同様に、CPU、ROM及びRAMを備えるマイクロコンピュータである。受電側制御部34は、例えば受電側通信部33を介して送電側制御部15との間で必要なコマンドや情報を送受する。受電側制御部34は、受信したコマンドと、ROMに格納されたプログラムとに従って受電装置3全体を制御する。
バッテリ4は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池、又は大容量の電気二重層キャパシタから構成される。バッテリ4は、電気自動車の走行用モータを駆動する図示しないインバータ(走行用インバータ)や、電気自動車の走行を制御する制御機器に接続されている。バッテリ4は、これら走行用インバータ及び制御機器に電力を供給する。バッテリ4には、例えば図示しないバッテリ制御部が設けられ、バッテリ制御部は、バッテリ4の充電状態(充電電圧、充電電流、充電電力等)を監視する。そして、バッテリ制御部は、充電状態に基づく情報を、受電側通信部33及び送電側通信部14を介して、送電側制御部15に送る。充電状態に基づく情報は、例えば、バッテリ4が満充電状態となったか否かに関する情報である。
(2)送電制御方式
次に、非接触給電システム1に採用された送電制御方式について説明する。
次に、非接触給電システム1に採用された送電制御方式について説明する。
非接触給電システム1において、送電装置2の送電側センサ13により検出された第1の直流電力の電流値及び電圧値をそれぞれIS,VSとし、受電装置3の受電側センサ32により検出された第2の直流電力の電流値及び電圧値をそれぞれIR,VRとする。この場合、送電装置2から受電装置3への電力伝送効率ηは、次式
により算出される。この電力伝送効率ηは、送電コイルCL2及び受電コイルCL4が所定の位置関係に位置決めされた状態のときに最大値をとる。電力伝送効率ηは、送電コイルCL2及び受電コイルCL4間の位置ずれ量が大きくなるにつれて徐々に小さくなる。従って、この電力伝送効率ηを監視することにより、送電装置2側は、送電コイルCL2及び受電コイルCL4が所定の位置関係にあるか否かを判定することができる。
ところで、この方法により送電コイルCL2及び受電コイルCL4の位置関係を検出するためには、ある程度の大きさの電力を送電装置2から受電装置3に送電する必要がある。しかしながら、例えば、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しない場合(送電コイルCL2及び受電コイルCL4が大きく位置ずれしている場合、又は、そもそも送電コイルCL2の近傍に受電装置3が存在しない場合など)や、受電装置3が短絡している場合に送電装置2がある程度の大きさの電力を受電装置3に送電する動作を行うと、送電装置2の送電側電力変換器10から出力される第1の直流電力の電流値が過剰に大きくなったり、送電装置2又は受電装置3の各素子に印加される電圧が過剰に大きくなったりするおそれがある。この結果、送電装置2又は受電装置3が破損するおそれがある。
一方、非接触給電システム1において、送電装置2の送電側電力変換器10から出力される第1の直流電力の電圧値を一定に保った場合、図3及び図4に示されるように、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しない場合や、受電装置3が短絡した状態にある場合には、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しており、かつ受電装置3が正常状態にあるときに比べて、送電装置2の送電側センサ13により検出される第1の直流電力の電流値が大きくなる。この理由は、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しない場合や、受電装置3が短絡した状態にある場合には、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しており、かつ受電装置3が正常状態にある場合に比べて、送電側電力変換器10から受電側を見たインピーダンスが小さくなるためである。なお、正常状態とは、例えば受電装置3が短絡していない状態である。また、送電側電力変換器10から受電側を見たインピーダンスとは、送電側電力変換器10を基準とした受電側のインピーダンスである。
また非接触給電システム1において、送電装置2の送電側電力変換器10からインバータ回路11に与えられる第1の直流電力の電圧値を一定に保った場合、例えば受電装置3が開放状態(受電装置3にバッテリ4が接続されていない状態)にある場合には、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しており、かつ受電装置3が正常状態にある場合に比べて、送電装置2の送電側センサ13により検出される第1の直流電力の電流値が小さくなる。この理由は、受電装置3が開放状態にある場合、送電装置2が給電可能な範囲内に受電装置3が存在しており、かつ受電装置3が正常状態にある場合に比べて、送電側電力変換器10から受電側を見たインピーダンスが大きくなるためである。
そこで、非接触給電システム1の場合、送電装置2は、受電装置3への送電動作の初期時には、送電側電力変換器10から出力される第1の直流電力の電圧値を、受電装置3への給電時の電圧値(以下、これを給電時電圧値と呼ぶ)よりも低く抑えた状態でインバータ回路11を駆動させる。送電装置2は、このときの第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置3への給電が不可能かどうかを判定する。給電時電圧値は、バッテリ4に所望電力が供給されるために、送電側電力変換器10が出力すべき電圧の値である。そして、給電時電圧値は、給電可能な範囲内のどの位置に受電装置3が存在するかにより異なるものである。送電側電力変換器10の出力電圧の範囲は、例えば、給電可能な範囲内で場所を変えて受電装置3を配置し、受電装置3の位置毎に給電時の電圧値を計測し、所望電力がバッテリ4に供給される出力電圧の範囲として、予め求めておく。給電時電圧値は、例えば、この出力電圧の範囲に含まれる任意の電圧値である。特に、給電時電圧値は、出力電圧の範囲に含まれる最小の電圧値であってもよい。
送電装置2は、上述した判定で否定結果を得た場合には、上記第1の直流電力の電圧値を上昇させる。送電装置2は、当該第1の直流電力の電流値や、(1)式により算出される電力伝送効率ηに基づいて送電コイルCL2及び受電コイルCL4間の位置ずれ量を検出する。送電装置2は、検出結果に基づいて受電装置3への給電が不可能かどうかを判定する。そして、送電装置2は、この判定で否定結果を得た場合には、受電装置3への送電を継続する。
具体的に、送電装置2は、図5に示されるように、受電装置3への送電動作の初期時、送電側電力変換器10からインバータ回路11に出力される第1の直流電力の電圧を、0〔V〕から第1の電圧値E1にまで徐々に上昇させる(時刻0~時刻t1)。第1の電圧値E1は、送電装置2に障害が発生しないことが予め確認されている電圧値である。
また送電装置2は、第1の直流電力の電圧が第1の電圧値E1にまで達すると、当該第1の直流電力の電流値を検出する(時刻t1~時刻t2)。
そして送電装置2は、第1の直流電力の電流(送電側電流)の値(電流値)が予め定められた上限値(図3のSH2であり、以下、これを電流上限閾値と呼ぶ)よりも大きい、又は、予め定められた下限値(図のSH1であり、以下、これを電流下限閾値と呼ぶ)未満である場合には、受電装置3に対する送電動作を停止する。
これに対して、送電装置2は、第1の直流電力の電流値が電流上限閾値SH2以下であり、かつ電流下限閾値SH1以上である場合には、第1の直流電力の電圧を第1の電圧値E1よりも大きく、かつ上述の給電時電圧値E3よりも小さい所定の第2の電圧値E2にまで徐々に上昇させる(時刻t2~時刻t3)。
また、送電装置2は、第1の直流電力の電圧が第2の電圧値E2にまで達すると、当該電圧を第2の電圧値E2に保ちながら、このとき、送電側センサ13により検出された第1の直流電力の電流値を取得する。また、送電装置2は、これと併せて受電装置3から受電側センサ32により検出された第2の直流電力の電流値及び電圧値を取得し、これら電流値及び電圧値と、このとき、送電側センサ13から与えられる第1の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、(1)式により送電装置2及び受電装置3間の電力伝送効率ηを算出する(時刻t3~時刻t4)。
そして送電装置2は、第1の直流電力の電流値が電流上限閾値SH2よりも大きい場合、又は、当該電流値が電流下限閾値SH1未満である場合や、算出した電力伝送効率ηが予め定められた閾値(以下、これを効率閾値と呼ぶ)未満である場合には、受電装置3に対する送電動作を停止する。
これに対して、送電装置2は、第1の直流電力の電流値が電流上限閾値SH2から電流下限閾値SH1の間にあり、かつ、算出した電力伝送効率ηが上述の効率閾値よりも大きい場合には、第1の直流電力の電圧を上述の給電時電圧値E3にまで徐々に上昇させる(時刻t4~時刻t5)。
この後、送電装置2は、定期的に、受電装置3と通信を行うことにより受電側センサ32により検出された第2の直流電力の電流値及び電圧値を取得し、取得した電流値及び電圧値と、このとき、送電側センサ13から与えられる第1の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、(1)式により送電装置2及び受電装置3間の電力伝送効率ηを算出する(時刻t5~)。
そして、送電装置2は、算出した電力伝送効率ηが上述の効率閾値よりも大きい場合には、送電側電力変換器10からインバータ回路11に出力される第1の直流電力の電圧を給電時電圧値E3に維持する。これに対して、算出した電力伝送効率ηが上述の効率閾値未満となった場合やバッテリ4が満充電状態となった場合には、受電装置3に対する送電動作を停止する。
図6は、このような本実施の形態の送電制御方式に関連して送電装置2の送電側制御部15により実行される送電制御処理の処理手順を示す。送電側制御部15は、この図6に示す処理手順に従って、受電装置3に対する送電を制御する。
実際上、送電側制御部15は、受電装置3に対する送電動作の開始命令がユーザから与えられると、この図6に示す送電制御処理を開始する。まず、送電側制御部15は、送電側電力変換器10のチョッパ回路21(図2)のスイッチングトランジスタTR(図2)に印加する駆動信号のオン時間及びオフ時間のデューティ比を所定量だけ増加させる。これにより、送電側制御部15は、送電側電力変換器10からインバータ回路11に出力される第1の直流電力の電圧を上昇させる(ステップSP1)。なお、送電制御処理の開始は、ユーザからの命令に限定されない。例えば、送電装置2又は受電装置3の一方が他方の装置に対して定期的に通信接続要求を送り、送電装置2と受電装置3が近づいたことにより、通信接続が確立された場合に送電制御処理が開始されても良い。
続いて、送電側制御部15は、送電側センサ13から通知される第1の直流電力の電圧が、図5について上述した第1の電圧値E1に到達したか否かを判断する(ステップSP2)。そして、送電側制御部15は、ステップSP2の判断で否定結果を得るとステップSP1に戻り、この後、ステップSP2で肯定結果を得るまでステップSP1-ステップSP2-ステップSP1のループを繰り返す。
そして、送電側制御部15は、やがて第1の直流電力の電圧が第1の電圧値E1(図3)に到達することによりステップSP2で肯定結果を得る。そのとき、送電側制御部15は、送電側センサ13から通知される第1の直流電力の電流値を取得する(SP3)。送電側制御部15は、取得した第1の直流電力の電流値に基づいて、受電装置3への給電が不可能かどうかを判断する(ステップSP4)。具体的に、送電側制御部15は、ステップSP4において、取得した第1の直流電力の電流値が電流上限閾値SH2(図3)よりも大きいか又は電流下限閾値SH1(図3)未満のいずれかであるか否かを判断する。
送電側制御部15は、ステップSP4の判断で肯定結果を得ると、送電側電力変換器10のチョッパ回路21のスイッチングトランジスタTRに対する駆動信号の印加を停止することにより第1の直流電力の出力を停止させる。これにより、送電側制御部15は、送電装置2による受電装置3への送電を停止させる(ステップSP15)。また、送電側制御部15は、ステップSP15の後、受電装置3への給電ができない原因を診断し(ステップSP16)、診断結果を表示部16に表示させる。その後、送電側制御部15は、この送電制御処理を終了する。
これに対して、送電側制御部15は、ステップSP4の判断で否定結果を得ると、ステップSP1と同様にして第1の直流電力の電圧を上昇させる(ステップSP5)。
また、送電側制御部15は、送電側センサ13から通知される第1の直流電力の電圧が第2の電圧値E2(図3参照)に到達したか否かを判断する(ステップSP6)。そして、送電側制御部15は、ステップSP6の判断で否定結果を得るとステップSP5に戻り、この後、ステップSP6で肯定結果を得るまでステップSP5-ステップSP6-ステップSP5のループを繰り返す。
そして、送電側制御部15は、やがて第1の直流電力の電圧が第2の電圧値E2に到達することによりステップSP6で肯定結果を得る。そのとき、送電側制御部15は、送電側センサ13から通知される第1の直流電力の電流値及び電圧値を取得する。また、送電側制御部15は、送電側通信部14(図1参照)を介した受電装置3の受電側通信部33(図1参照)との通信により、そのとき、受電側電力変換器31(図1参照)がバッテリ4に供給している第2の直流電力の電流値及び電圧値を取得する。そして、送電側制御部15は、このようにして取得した第1の直流電力の電流値及び電圧値及び第2の直流電力の電流値及び電圧値に基づいて(1)式により電力伝送効率ηを算出する(ステップSP7)。
続いて、送電側制御部15は、上述のようにしてステップSP7において取得した第1の直流電力の電流値と、上述の電力伝送効率ηとに基づいて、受電装置3への給電が不可能かどうかを判断する(ステップSP8)。具体的に、送電側制御部15は、ステップSP8において、ステップSP7において取得した第1の直流電力の電流値が電流上限閾値SH2(図3)よりも大きい若しくは電流下限閾値SH1(図3)未満のいずれか、又は、電力伝送効率ηが効率閾値未満であるか否かを判断する。
そして、送電側制御部15は、ステップSP8の判断で肯定結果を得ると、上述と同様にして送電装置2による受電装置3への送電を停止させる(ステップSP15)。また、送電側制御部15は、この後、受電装置3への給電ができない原因を診断し(ステップSP16)、診断結果を上述の表示部16に表示させる。その後、送電側制御部15は、この送電制御処理を終了する。
これに対して、送電側制御部15は、ステップSP8の判断で否定結果を得ると、ステップSP1と同様にして第1の直流電力の電圧を上昇させる(ステップSP9)。
また、送電側制御部15は、送電側センサ13から通知される第1の直流電力の電圧の更なる上昇により、受電側電力変換器31からバッテリ4に出力される第2の直流電力が所望値に到達したか否かを判断する(ステップSP10)。そして、送電側制御部15は、ステップSP10の判断で否定結果を得るとステップSP9に戻り、この後、ステップSP10で肯定結果を得るまでステップSP9-ステップSP10-ステップSP9のループを繰り返す。
そして、送電側制御部15は、やがて第1の直流電力の電圧が給電時電圧値E3に到達することによりステップSP10で肯定結果を得る。送電側制御部15は、ステップSP7と同様にして電力伝送効率ηを算出する(ステップSP11)。送電側制御部15は、算出した電力伝送効率ηに基づいて、受電装置3への給電が不可能かどうかを判断する(ステップSP12)。具体的に、送電側制御部15は、ステップSP12において、ステップSP11で算出した電力伝送効率ηが効率閾値未満であるか否かを判断する。
そして、送電側制御部15は、ステップSP12の判断で肯定結果を得ると、上述と同様にして送電装置2による受電装置3への送電を停止させる(ステップSP15)。また、送電側制御部15は、この後、受電装置3への給電ができない原因を診断し(ステップSP16)、診断結果を例えば上述の表示部に表示させる。その後、送電側制御部15は、この送電制御処理を終了する。
これに対して、送電側制御部15は、ステップSP12の判断で否定結果を得ると、第1の直流電力の電圧が給電時電圧値E3を維持するように送電側電力変換器10を制御しながら一定時間待機する(ステップSP13)。この後、送電側制御部15は、バッテリ4との通信により当該バッテリ4が満充電状態となったか否かを判断する(ステップSP14)。
そして、送電側制御部15は、ステップSP14の判断で否定結果を得るとステップSP11に戻り、この後、ステップSP11以降の処理を繰り返す。そして、送電側制御部15は、やがてバッテリ4が満充電状態となることによりステップSP14で肯定結果を得る。その後、送電側制御部15は、この送電制御処理を終了する。
(3)本実施形態の効果
以上のように本実施形態の非接触給電システム1では、送電装置2が、受電装置3への送電動作の初期時に送電側電力変換器10からインバータ回路11に出力する第1の直流電力の電圧を給電時電圧値E3よりも低い第1の電圧値E1に抑制し、このときの第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置3への給電の可否を判定すると共に、受電装置3への給電ができないと判定したときには、インバータ回路11に対する第1の直流電力の出力を停止するように送電側電力変換器10を制御する。
以上のように本実施形態の非接触給電システム1では、送電装置2が、受電装置3への送電動作の初期時に送電側電力変換器10からインバータ回路11に出力する第1の直流電力の電圧を給電時電圧値E3よりも低い第1の電圧値E1に抑制し、このときの第1の直流電力の電流値に基づいて受電装置3への給電の可否を判定すると共に、受電装置3への給電ができないと判定したときには、インバータ回路11に対する第1の直流電力の出力を停止するように送電側電力変換器10を制御する。
この場合、上記判定は、送電装置2が受電装置3と通信を行うことなく、送電装置2が得られる情報に基づいてのみ行われる。そのため、例えば、送電コイルCL2及び受電コイルCL4が大きく位置ずれしており、送電装置2が受電装置3と通信を行うことができない場合にも、上記判定を実行することができる。
また、非接触給電システム1では、上述のように第1の直流電力の電圧を給電時電圧値E3よりも低い第1の電圧値E1に抑制した状態で上記判定を行う。そのため、上記判定の際に送電装置2や受電装置3に過電流や過電圧が発生して送電装置2や受電装置3が破損するのを未然かつ有効に防止することができる。
従って、本実施の形態の非接触給電システム1によれば、送電コイルCL2及び受電コイルCL4の位置ずれ検出用のカメラ等の特別な構成要素を必要とすることなく、過電流に起因する送電装置2の破損を防止しながら、送電コイルCL2及び受電コイルCL4の位置ずれ等を検出することができる。その結果、カメラを使用することなく、受電装置への給電の可否を判定できる非接触給電システムを実現できる。
(4)変形例
なお、上述の実施形態においては、電気自動車に搭載されたバッテリ4を充電する非接触給電システム1に本発明を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ガソリンエンジン及びモータを動力源とするハイブリッド自動車など、バッテリに蓄えられた電気エネルギーをエネルギー源として駆動する移動体を対象とするこの他種々の非接触給電システムに、本発明を広く適用することができる。また、移動体は、地上を走行する車両の車体に限られず、水中航走体等の他の移動体にも適用することもできる。
なお、上述の実施形態においては、電気自動車に搭載されたバッテリ4を充電する非接触給電システム1に本発明を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ガソリンエンジン及びモータを動力源とするハイブリッド自動車など、バッテリに蓄えられた電気エネルギーをエネルギー源として駆動する移動体を対象とするこの他種々の非接触給電システムに、本発明を広く適用することができる。また、移動体は、地上を走行する車両の車体に限られず、水中航走体等の他の移動体にも適用することもできる。
また、上述の実施形態においては、本実施形態による非接触給電システム1を図1及び図2のように構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限定されず、図1及び図2以外の構成を広く適用することができる。
さらに、上述の実施形態においては、図5について上述したように、送電装置2の送電側電力変換器10からインバータ回路11に出力する第1の直流電力を、当該第1の直流電力の電流値や電力伝送効率ηを監視しながら3段階に分けて上昇させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。第1の直流電力を、当該第1の直流電力の電流値や電力伝送効率ηを監視しながら4段階以上の段階に分けて上昇させるようにしても良い。
さらに、上述の実施形態においては、送電側電力変換器10は、チョッパ回路21により直流電圧値を調整する場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。例えば、直流電圧値の調整に、チョッパ回路21を用いた非絶縁型のDC-DCコンバータではなく、トランス等を用いた絶縁型のDC-DCコンバータを用いるようにしても良い。
さらに、上述の実施形態においては、送電側電力変換器10の電力供給源が商用電源17である場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。例えば、この電力供給源として、市販の交流電源や、直流電源、太陽光パネル、蓄電池設備など種々の電力供給器を適用するようにしても良い。なお、電力供給源として直流電源を適用する場合、送電側電力変換器10は交流電力を直流電力に変換する必要がないため、整流器20を省略できる。また電力供給源として直流電源を適用する場合、送電側電力変換器10はDC/DCコンバータとなる。
さらに、上述の実施形態においては、受電装置3の電力供給先である負荷としてバッテリ4を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限定されない。例えば、電力で駆動される電気機器・電子機器が負荷である場合にも本発明を適用することができる。
[第2実施形態]
図7及び図8に示されるように、非接触給電システム101は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両102に搭載されたバッテリBを充電するためのシステム(装置)である。なお、図7において、Y方向は車両102の前後方向に対応し、Z方向は車両102の上下方向に対応する。
図7及び図8に示されるように、非接触給電システム101は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両102に搭載されたバッテリBを充電するためのシステム(装置)である。なお、図7において、Y方向は車両102の前後方向に対応し、Z方向は車両102の上下方向に対応する。
非接触給電システム101は、地上側に設置された送電装置103と、車両102側に設けられる受電装置104とを備えている。送電装置103は、車両102の受電装置104に対して電力(バッテリBを充電するための電力)を非接触で伝送可能に構成されている。送電装置103は、例えば、地上を走行する車両102が予め定められた位置関係で停車しているときに電力を非接触で伝送する。
送電装置103は、送電部110と、第1通信部114と、制御部(コントローラ)115とを備えている。送電部110は、外部電源113(例えば商用電源)に接続され、車両102に対して電力を非接触で伝送するための機器である。送電部110は、第1電力変換器111及び第1共振回路112を含む。
第1電力変換器111は、外部電源113から供給される交流電力を高周波電力に変換する回路である。第1電力変換器111は、送電装置103の本体103aに格納されている。第1電力変換器111は、例えば、整流器及びインバータ回路を備える。整流器は、外部電源113からの交流電力を直流電力に変換(整流)する。インバータ回路は、この直流電力を、外部電源113の交流電力よりも周波数が高い交流電力(高周波電力)に変換する。第1電力変換器111は、変換した高周波電力を第1共振回路112に伝送する。
第1共振回路112は、第1電力変換器111から供給される電力を非接触で車両102に供給する。第1共振回路112は、地面Rに埋め込まれている。第1共振回路112は、その上面が地面Rに面一となるように設置されている。なお、第1共振回路112は、地面Rから突出するように設置されていてもよい。第1共振回路112は、送電コイル112aを含む。送電コイル112aは、第1電力変換器111から供給される電力を非接触で車両102に送電するためのコイルである。送電コイル112aは、例えば予め規定されたコイル形状及び寸法を有する。送電コイル112aの形状は、サーキュラー型であってもよいし、ソレノイド型であってもよい。第1共振回路112は、第1電力変換器111からの高周波電力を送電コイル112aに与える。これにより、第1共振回路112は、車両102に対する非接触給電を実現する。第1共振回路112は、送電コイル112a以外に、少なくとも1つのキャパシタを有し、更にインダクタを有することができる。キャパシタ及びインダクタは、送電コイル112aに並列又は直列に接続され、種々の回路トポロジーが形成される。
第1共振回路112においては、第2共振回路121との間で磁気結合回路が形成される。より詳しくは、磁気結合回路は、送電コイル112aと車両102に設けられた受電コイル121aとが近接した状態に位置させられることで形成される。この磁気結合回路は、送電コイル112aと受電コイル121aとが磁気的に結合して送電コイル112aから受電コイル121aへの非接触の送電が行われる回路を意味する。ここでの磁気結合回路は、「磁界共鳴方式」で送電を行う回路である。なお、磁気結合回路は、「電磁誘導方式」で送電を行う回路であってもよい。
第1共振回路112は、送電コイル112aから車両102の受電コイル121aに対して磁気結合回路を介して送電を行う。これにより、第1共振回路112は、非接触給電を可能にする。第1共振回路112は、第1共振回路112と第2共振回路121との間の磁気結合回路の結合度Kに応じて、車両102に対して非接触で送電する。結合度Kは、送電コイル112aと受電コイル121aとの間における磁気的結合の度合いである。結合度Kは、送電コイル112a及び受電コイル121aの仕様(例えば形状)や送受電間距離等に応じて変化する。結合度Kは、0~1の値を取り得る。結合度Kは、磁気的結合の度合いが強いほど1に近付き、磁気的結合の度合いが弱いほど0に近付く。
結合度Kは、送受電間距離が小さいほど磁気的結合の度合いが強くなる傾向がある。そのため、結合度Kは、送受電間距離が小さいほど1に近付く傾向がある。結合度Kは、送受電間距離が大きいほど磁気的結合の度合いが弱くなる傾向がある。そのため、結合度Kは、送受電間距離が大きいほど0に近付く傾向がある。ここで、送受電間距離は、上下方向に交差する方向(例えば図7におけるY方向)において送電コイル112aと受電コイル121aとが離間する距離(すなわち車両102の前後方向及び左右方向における送電部110と受電部120との間の位置ずれ量)である。なお、送電コイル112aと受電コイル121aとが上下方向(図7におけるZ方向)において離間する距離(すなわち車両102の高さ方向のギャップ)は、例えば受電部120を搭載する車両102の種類に応じて変化する。
外部電源113は、車両102に伝送すべき電力を生成するために必要となる電力を供給する電源である。外部電源113は、例えば電圧が200[V]である三相交流電力を供給する。なお、この外部電源113は、三相交流電力に限られることはなく、商用交流電源のような単相交流電力を供給する電源であってもよい。外部電源113は、送電装置103の本体103aに格納されている。
第1通信部114は、無線で通信するためのインターフェースである。第1通信部114は、送電装置103の本体103aに設けられている。第1通信部114は、車両102に設けられた第2通信部123と通信する。第2通信部123は、車両102に搭載されている。第1通信部114としては、例えば無線LAN又はBluetooth(登録商標)等を用いることができる。
制御部115は、例えば、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]等を含む電子制御ユニットである。制御部115は、送電部110から受電部120への電力供給を制御する。制御部115は、送電部110から受電部120へ供給する電力の大きさを変更するように送電部110を制御する。制御部115は、例えば、車両102側の受電部120等において電気的に異常が生じた場合、送電部110から受電部120への電力供給を停止するように制御することができる。制御部115が送電側に設けられていることにより、車両102側の受電部120の大型化を抑制できる。
また、制御部115は、送電コイル112aと受電コイル121aとの間の位置ずれが許容範囲であるか否かを判定する判定制御を実行する。ここでの許容範囲とは、送電コイル112aから受電コイル121aへの非接触給電が可能な位置ずれの範囲である。非接触給電が可能な位置ずれとは、送電コイル112aと受電コイル121aとの位置関係が、所望効率で所望電力量の電力供給が送電コイル112aと受電コイル121aとの間で可能な磁気結合回路が形成された位置関係となった場合の位置ずれである。つまり、ここでの許容範囲は、送電コイル112aから受電コイル121aへの電力供給の効率が最大となるような場合だけではなく、実用上問題ない程度の電力供給の効率が得られる場合の位置ずれを含む。制御部115は、送電コイル112aから受電コイル121aへの電力供給の効率が最大となるように厳密に位置ずれを無くすためというよりも、当該位置ずれがない状況に近付けるための制御を実行する。制御部115は、位置ずれが許容範囲であると判定した場合、車両102の運転者に対して位置ずれが許容範囲である旨を後述の報知部130に報知させる(停車要求の送信)。
制御部115は、送電コイル112aと受電コイル121aとの間の位置ずれ量MAに応じて生じる電力供給に関する特性値の変化を検出する。制御部115は、当該特性値の変化に基づいて判定制御を実行する。ここでは、特性値は、送電コイル112aからの電力供給によって受電コイル121aに印加される電圧V2である。なお、特性値は、電圧ではなく受電コイル121aが受けとる電力の値であってもよい。制御部115は、第1通信部114を介して第2通信部123と通信することで、受電部120に印加される電圧V2の変化を検出する。
車両102は、受電装置104と、報知部130と、バッテリBと、充電回路(不図示)と、を備えている。なお、図7では省略しているが、車両102は、モータ、操作ハンドル、及びブレーキ等の走行に必要な構成を備えている。受電装置104は、受電部120と、第2通信部123とを備えている。
受電部120は、送電コイル112aから非接触で電力を供給され、供給された電力を受け取るための機器である。受電部120は、第2共振回路121及び第2電力変換器122を含む。受電部120は、送電コイル112aからの電力供給によって受電部120に印加される電圧V2を検出し、第2通信部123に送信する。
第2共振回路121は、第1共振回路112から非接触で供給された電力を受け取り、当該電力を第2電力変換器122へ伝送する。第2共振回路121は、車両102の底部に設けられている。第2共振回路121は、受電コイル121aを含む。受電コイル121aは、送電コイル112aから非接触で供給されてくる電力(交流電力)を受け取るためのコイルである。受電コイル121aは、例えば送電コイル112aとほぼ同じコイル形状及び寸法を有する。受電コイル121aの形状は、サーキュラー型であってもよいし、ソレノイド型であってもよい。第2共振回路121は、受電コイル121a以外に、少なくとも1つのキャパシタを有し、更にインダクタを有することができる。キャパシタ及びインダクタは、受電コイル121aに並列又は直列に接続され、種々の回路トポロジーが形成される。
送電コイル112aと受電コイル121aとの間の距離の変化により結合度Kが変わると、磁気結合回路のインピーダンスが変化する。第1共振回路112及び第2共振回路121の回路トポロジー及び第1電力変換器111から出力される高周波電力の周波数によっては、位置ずれ発生時に特性値が極大値になることがある。例えば、送電部110からの電力供給によって受電部120に印加される電圧V2(電力供給に関する特性値)は、第1距離において極大値となる。この電圧V2の極大値は、制御部115によって検出される。この電圧V2の極大値は、判定制御を実行する際に用いられる。
第2共振回路121には、リミッタ(不図示)が設けられる。リミッタは、受電部120に印加される電圧V2が極大値となる場合に、第2電力変換器122に伝送する電力が過大となって第2電力変換器122を構成する素子(例えば、キャパシタ)が破損することを防止する。なお、電力過大により破損するおそれのある回路は、第2電力変換器122に限定されるものではなく、第2共振回路121や送電部110も対象である。リミッタは、例えば受電部120に印加される電圧V2を抑制電圧VL以下に抑制する。ここでは、抑制電圧VLは、例えば、バッテリBの充電用の定格の電力で受電部120に印加される電圧VBよりも大きい。電圧VBは、送電コイル112a及び受電コイル121aが正対してバッテリBを充電する状況において、送電部110及び受電部120等に異常がない場合に受電部120に印加される電圧である。なお、リミッタは、電圧と共に電流を一定値以下に抑制してもよく、電圧に代えて電流を一定値以下に抑制してもよい。
第2電力変換器122は、第2共振回路121から伝送された高周波電力を整流して直流電力に変換する回路である。第2電力変換器122は、車両102に搭載されている。第2電力変換器122は、例えば、整流器及びDC/DCコンバータ回路を備え、第2共振回路121からの高周波電力を直流電力に変換する。第2電力変換器122は、変換された直流電力をバッテリBに供給する。バッテリBは、車両102に搭載された再充電が可能な電池(例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池)である。バッテリBは、図示しない走行モータ等に電力を供給する。なお、この充電回路は、受電用制御部(図示せず)によって予め用意された受電用制御プログラムに基づいて制御されるようになっている。
第2通信部123は、無線で通信するためのインターフェースである。第2通信部123は、車両102に搭載されている。第2通信部123は、地上側の第1通信部114と通信する。第2通信部123としては、例えば無線LAN又はBluetooth(登録商標)等を用いることができる。また、第2通信部123は、後述の報知部130を制御する信号を報知部130に送信する。なお、第2通信部123は、第1通信部114と通信する機能と、報知部130と通信する機能との双方を1つのハードウェアで実現されることに限定されるものではない。第1通信部114との通信機能と、報知部130との通信機能とのそれぞれを別々のハードウェアで実現してもよい。
報知部130は、制御部115によって送電コイル112aと受電コイル121aとの位置ずれが許容範囲であると判定される場合、その旨を車両102の運転者等に報知する。この場合、報知部130は、位置ずれが許容範囲となった旨を報知するように第2通信部123から信号を受信し、車両102を停車させてもよい旨を車両102の運転者に報知することで、車両102の運転者に車両102の停車を促す。報知部130は、ナビゲーションシステム131と、スピーカ132とを含む。報知部130は、ここではナビゲーションシステム131に画像を表示させて視覚的に報知する(停車要求の表示)。なお、報知部130は、スピーカ132に音声を出力させて聴覚的に報知してもよく、第2通信部123を介して車両102の乗員の携帯電話端末を用いて報知してもよい。
図9~図11を参照して、制御部115が実行する判定制御について説明する。なお、説明の簡略化のために、送受電間距離は、上下方向に交差する方向(図7におけるY方向である車両102の前後方向)において送電コイル112aと受電コイル121aとが離間する距離とする。図11中の原点Oにおいて、位置ずれ量MAが0、つまり送電コイル112aと受電コイル121aとの間の距離がY方向において0となる。位置ずれ量MAの符号がプラスであることは、送電コイル112aが車両102に対して前方向(前方向とは車のリアガラスからフロントガラスへ向かう方向である)に位置ずれしていることを意味する。位置ずれ量MAの符号がマイナスであることは、送電コイル112aが車両102に対して後方向に位置ずれしていることを意味する。図10及び図11の例では、送電コイル112aが車両102に対して後方向に位置ずれしている。そのため、位置ずれ量MAはマイナスの値であり、送電コイル112aが車両102に対して後方向に位置ずれするほど、位置ずれ量MAの値は小さくなる。
図9に示されるように、制御部115によって判定制御が開始される(ステップS1)。続いて、制御部115によって第1通信部114と第2通信部123との間の通信が開始される(ステップS2)。これにより、送電装置103によって受電装置104の存在が認識され、制御部115によって判定制御が開始される。
このステップS1及びステップS2では、車両102が送電コイル112aから離れた状態であり、位置ずれ量MAはMA1よりも小さい(図10(a)参照)。このときの位置ずれ量MAの絶対値(送受電間距離)は、原点OからMA1までの距離よりも大きい。つまり、第1共振回路112と第2共振回路121との間において、車両102に対する所望の非接触給電を実現できる程度には磁気結合回路が形成されていない。そして、車両102が送電コイル112aに近付くように、車両102の運転者によって車両102の駐車が開始される(ステップS3)。
次に、制御部115によって車両102の位置確認用の電力が伝送される(ステップS4)。このステップS4では、制御部115によって、送電部110からの電力供給によって受電部120に電圧を印加させるための電力が、送電コイル112aから受電コイル121aに伝送される。位置確認用の電力は、バッテリBの充電用の電力(例えば3.3kW)よりも小さい微弱電力とされる。この目的は、例えば受電部120に印加される電圧V2が極大値となる場合に、受電部120が供給される電力が過大となって破損することを防止することである。また、位置確認用の電力を微弱電力とすることで、送電コイル112a及び受電コイル121aの周囲に放射される電磁波を低減することができる。
なお、例えば送電コイル112a及び受電コイル121aが正対していない状況(非正対時)において受電部120に印加される電圧V2が大きくなった(電圧上昇した)場合、その電圧上昇は、共振による電圧V2の極大値なのか、あるいは異常による電圧上昇なのかを区別することが望まれる。この点、一般的に、正常充電時の電圧VBは、共振による電圧V2の極大値(極大電圧VC)よりも小さい。この正常充電時の電圧VBは、送電コイル112a及び受電コイル121aが正対してバッテリBを充電する状況(給電時)においてバッテリBの充電用の電力で受電部120に印加される電圧である。よって、例えば、非正対時において位置確認用の電力で抑制電圧VLに達するまで電圧上昇し、且つ、充電時においてバッテリBの充電用の電力で電圧VBに達してそれ以上電圧上昇しない場合には、非正対時における電圧上昇は、共振による電圧V2の極大値であると判断することができる。一方、非正対時において位置確認用の電力で抑制電圧VLに達するまで電圧上昇し、且つ、充電時においてバッテリBの充電用の電力で電圧VBを超えるほど電圧上昇した場合には、非正対時における電圧上昇は、異常による電圧上昇である可能性があると判断することができる。
続いて、上記ステップS4において伝送された電力により受電部120に印加される電圧V2に係るデータ(受電データ)が、第2通信部123によって第1通信部114に送信される(ステップS5)。この受電データは、第1通信部114を介して制御部115によって受信される。この受電データに基づいて、制御部115によって、駐車位置が推定される(ステップS6)。制御部115によって、推定した駐車位置が許容範囲であるか否かが判定される(ステップS7)。このステップS7において制御部115によって推定した駐車位置が許容範囲ではないと判定される場合、上記ステップS4へ移行され、上記ステップS4~ステップS7までの処理が制御部115によって繰り返される(図10(b)参照)。このステップS6及びステップS7では、受電部120に印加される電圧V2の変化を検出することで、制御部115によって送受電間距離の変化が把握され、駐車位置が推定される。
そして、車両102が送電コイル112aに近付くと、ある第1距離において受電部120に印加される電圧V2(特性値)が極大電圧VCとなる。更に車両102が送電コイル112aに近付くと、受電部120に印加される電圧V2が小さくなる。具体的には、制御部115によって判定制御が開始された後、位置ずれが許容範囲である場合に受電部120に印加される電圧V2が取り得る値の範囲よりも低い値から電圧V2が増加して極大電圧VCとなり、極大電圧VCとなった後に電圧V2が減少する間、電圧V2が極大電圧VCよりも小さい閾値になったか否かが制御部115によって判定される。この閾値は、抑制電圧VLに設定される。抑制電圧VLは、例えば、送電部110及び受電部120の各素子の耐電圧の内、最小の耐電圧よりも低い値である。ただし、閾値は、この例に限定されず、試験等によって設定されてもよい。
図11の例では、送電コイル112aからの電力供給によって受電部120に印加される電圧V2(電力供給に関する特性値)は、位置ずれ量MACにおいて極大電圧VCとなる。例えば、送電コイル112a及び受電コイル121aがサーキュラー型である場合、極大電圧VCを生じさせる第1共振回路112及び第2共振回路121の位置関係は、Z方向から見て第1共振回路112及び第2共振回路121が正対する位置を中心として同心円状に存在する。
位置ずれ量MAがMA1~MA2の間の値の場合において電圧V2が極大電圧VCを含むのは、第1共振回路112及び第2共振回路121の磁気結合回路における複素インピーダンスが小さくなったためである。複素インピーダンスは、複素インピーダンスを複素平面上の点として表したスミスチャートを用いて説明することができる。スミスチャートにおいては、例えば複素インピーダンスの実数軸が横軸とされ、複素インピーダンスの虚数軸が縦軸とされている。スミスチャートでは、横軸の一端において複素インピーダンスが0Ω(短絡)となる。スミスチャートでは、横軸の他端において複素インピーダンスが無限大(開放)となる。
複素インピーダンスの変化は、スミスチャートにおいて複素インピーダンスの絶対値及び偏角の変化として表される。そのため、スミスチャートにおいて複素インピーダンスを表す点は、複素インピーダンスの変化に伴ってスミスチャートの原点を中心として回転するように移動する。この移動に伴って複素インピーダンスが変化することで第1共振回路112及び第2共振回路121が共振する。この共振により、受電部120に印加される電圧V2が変化する。この現象を利用して、受電部120に印加される電圧V2の変化を検出することで、制御部115によって送受電間距離の変化が把握され、駐車位置が推定される。
判定制御は、図10(a)に例示されるようにMA1よりも小さい位置ずれ量MA(原点OからMA1までの距離よりも大きい送受電間距離)から開始されている。そのため、判定制御が開始された後に、電圧V2が極大電圧VCとなる位置ずれ量MACが存在することとなる。従って、判定制御では、制御部115によって判定制御が開始された後、受電部120に印加される電圧V2(特性値)が増加して極大電圧VCとなり、極大電圧VCとなった後に電圧V2が減少する間、特性値が抑制電圧VLになったか否か(電圧V2が位置ずれ許容範囲における振幅レベルとなったか否か)が判定される。このような判定制御により、位置ずれが許容範囲であるか否かを簡易に判定することができる。
続いて、上記ステップS7において制御部115によって推定された駐車位置が許容範囲であると判定される場合、制御部115によって停車要求が報知部130に送信される(ステップS8)。報知部130によって停車要求がナビゲーションシステム131に表示される(ステップS9)。停車要求の表示としては、例えば、「充電OK」等の表示がナビゲーションシステム131に表示される。そして、車両102の運転者によって、表示された停車要求が認知され、停車要求の表示に従って車両102が停車される(ステップS10)。この場合、車両102の運転者が停車要求を認知してから停止操作をするため、車両102が惰性で第2共振回路121に向かって進み続ける。その結果、確実に許容範囲内で車両102を停めることができ、図10(c)に示す駐車位置(最適範囲)に適切に車両102を停車させることができる。なお、車両102が最適範囲を通り過ぎた場合には、上記判定制御を再度実行することができる。
以上、非接触給電システム101では、送電部110は送電コイル112aを含む第1共振回路112を有し、受電部120は受電コイル121aを含む第2共振回路121を有する。そして、第1共振回路112の送電コイル112aと第2共振回路121の受電コイル121aとの間の位置ずれ量MAに応じて生じる電力供給に関する特性値の変化が制御部115によって検出される。この位置ずれ量MAに応じて、送電コイル112aと受電コイル121aとの結合度Kが変わり、受電部120に印加される電圧V2(特性値)が変化する。そのため、電圧V2(特性値)の変化を検出することで送電コイル112aと受電コイル121aとの距離(送受電間距離)の変化を把握することができる。したがって、特性値の変化に基づいて送電コイル112aと受電コイル121aとの間の位置ずれが許容範囲であるか否かを簡易に判定することが可能となる。
制御部115は、判定制御が開始された後、位置ずれが許容範囲である場合に電圧V2が取り得る値の範囲よりも低い値から電圧V2が極大電圧VCとなった後に減少する間、電圧V2が抑制電圧VLになった場合、位置ずれが許容範囲であると判定する。ここでの抑制電圧VLは、位置ずれが許容範囲であるか否かを判定するための閾値であり、極大電圧VCよりも小さい。これにより、判定制御が開始された後に、位置ずれが許容範囲である場合に電圧V2が取り得る値の範囲よりも低い値から電圧V2が極大電圧VCとなる位置ずれ量MACが存在する。この性質を利用し、電圧V2が極大電圧VCとなった後に減少する間、電圧V2が抑制電圧VLになった場合に位置ずれが許容範囲であるとすることができる。
電圧V2は、送電部110からの電力供給によって受電部120に印加される電圧である。これにより、電力供給に関する特性値の変化を容易に検出することができる。
非接触給電システム101は、制御部115によって位置ずれが許容範囲であると判定される場合、その旨を報知する報知部130を更に備えている。これにより、例えば非接触給電システム101を搭載した車両102の運転者は、位置ずれが許容範囲であるか否かを容易に認識することができる。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、位置確認用の電力を、バッテリBの充電用の電力(例えば3.3kW)よりも小さい微弱電力としたが、バッテリBの充電用の電力と同様の大きさの電力としてもよい。
上記実施形態では、車両102を運転者が運転して駐車する際に非接触給電システム101により充電位置誘導をする例を示したが、例えば、車両102に搭載された駐車支援装置等による自動駐車の際に非接触給電システム101により充電位置誘導をしてもよい。
上記実施形態では、送電装置103が地上側に固定されており、受電装置104が車両102に搭載されて送電装置103に対して可動する例を示したが、例えば、停車している車両に搭載された受電装置104に対して、送電装置103が地上側において可動に構成されていてもよい。
本開示は、電気自動車に非接触で給電する非接触給電システムの他、非接触給電方式による給電を行う種々の非接触給電システムに広く適用することができる。
1 非接触給電システム
2 送電装置
3 受電装置
4 バッテリ(負荷)
10 送電側電力変換器
11 インバータ回路
12 送電側パッド
13 送電側センサ
14 送電側通信部
15 送電側制御部(送電側コントローラ)
16 表示部
17 商用電源
30 受電側パッド
31 受電側電力変換器
32 受電側センサ
33 受電側通信部
34 受電側制御部(受電側コントローラ)
CL2 送電コイル
CL4 受電コイル
101 非接触給電システム
110 送電部
112 第1共振回路(共振回路)
112a 送電コイル
113 外部電源
115 制御部(コントローラ)
120 受電部
121 第2共振回路(共振回路)
121a 受電コイル
130 報知部
MA 位置ずれ量
2 送電装置
3 受電装置
4 バッテリ(負荷)
10 送電側電力変換器
11 インバータ回路
12 送電側パッド
13 送電側センサ
14 送電側通信部
15 送電側制御部(送電側コントローラ)
16 表示部
17 商用電源
30 受電側パッド
31 受電側電力変換器
32 受電側センサ
33 受電側通信部
34 受電側制御部(受電側コントローラ)
CL2 送電コイル
CL4 受電コイル
101 非接触給電システム
110 送電部
112 第1共振回路(共振回路)
112a 送電コイル
113 外部電源
115 制御部(コントローラ)
120 受電部
121 第2共振回路(共振回路)
121a 受電コイル
130 報知部
MA 位置ずれ量
Claims (10)
- 受電装置に対して非接触で送電する送電装置において、
電源から与えられる電力を第1の直流電力に変換する電力変換器と、
前記電力変換器から出力される前記第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から与えられる前記第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、前記受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルと、
前記第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサと、
前記電力変換器を制御するコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記第1の直流電力の電圧を、前記受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう前記電力変換器を制御し、
前記第1の直流電力の電圧が前記第1の電圧値であるときに前記センサにより検出された当該第1の直流電力の電流値に基づいて前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する、送電装置。 - 前記コントローラは、
前記第1の直流電力の電流値が、当該電流値の下限として予め設定された電流下限閾値未満である場合又は当該電流値の上限として予め設定された電流上限閾値よりも大きい場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定する、請求項1に記載の送電装置。 - 前記受電装置は、
前記送電コイルと磁気結合した前記受電コイルを介して取得した第2の交流電力を第2の直流電力に変換して負荷に供給し、
前記コントローラは、
前記第1の直流電力の電流値が前記電流下限閾値から前記電流上限閾値の範囲内にある場合には、前記第1の直流電力の電圧値を前記第1の電圧値よりも大きく、かつ前記給電時電圧値よりも小さい第2の電圧値まで上昇させるように前記電力変換器を制御し、
前記第1の直流電力の電圧値が前記第2の電圧値であるときに前記受電装置から取得した前記第2の直流電力の電流値及び電圧値と、前記第1の直流電力の電圧値が前記第2の電圧値であるときに前記センサにより検出された前記第1の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記送電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、
算出した前記電力伝送効率に基づいて、前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する、請求項2に記載の送電装置。 - 前記コントローラは、
前記電力伝送効率が予め設定された効率閾値未満の場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定する、請求項3に記載の送電装置。 - 前記コントローラは、
前記電力伝送効率が前記効率閾値以上の場合には、前記第2の直流電力が所望値になるまで前記第1の直流電力の電圧を上昇させるように前記電力変換器を制御し、
前記受電装置から取得した前記第2の直流電力の電流値及び電圧値と、前記センサにより検出された前記第1の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記送電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、
算出した前記電力伝送効率が前記効率閾値以上の場合には、前記受電装置への給電が可能であると判定する、請求項4に記載の送電装置。 - 受電装置に対して非接触で送電する送電装置により実行される送電方法において、
前記送電装置は、
電源から与えられる電力を第1の直流電力に変換する電力変換器と、
前記電力変換器から出力される前記第1の直流電力を第1の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から与えられる前記第1の交流電力に基づいて磁界を発生し、前記受電装置が有する受電コイルと磁気結合する送電コイルと、
前記第1の直流電力の電流値及び電圧値を検出するセンサと、
前記電力変換器を制御するコントローラと、
を有し、
前記コントローラが、前記第1の直流電力の電圧を、前記受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第1の電圧値まで上昇させるよう前記電力変換器を制御する第1のステップと、
前記コントローラが、前記第1の直流電力の電圧が前記第1の電圧値であるときに前記センサにより検出された当該第1の直流電力の電流値に基づいて前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する第2のステップと、を備える、送電方法。 - 送電コイルを含む第1共振回路を有する送電部と、
受電コイルを含む第2共振回路を有し、前記送電部から非接触で電力を受ける受電部と、
前記送電部から前記受電部への電力供給を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記送電コイルと前記受電コイルとの間の位置ずれ量に応じて生じる前記電力供給に関する特性値の変化を検出し、前記特性値の変化に基づいて前記送電コイルと前記受電コイルとの間の位置ずれが許容範囲であるか否かを判定する判定制御を実行する、非接触給電システム。 - 前記コントローラは、前記判定制御が開始された後、前記位置ずれが許容範囲である場合に前記特性値が取り得る値の範囲よりも低い値から前記特性値が極大値となった後に減少する間、前記特性値が前記極大値よりも小さい閾値になった場合、前記位置ずれが許容範囲であると判定する、請求項7に記載の非接触給電システム。
- 前記特性値は、前記送電部からの前記電力供給によって前記受電部に印加される電圧である、請求項7又は8に記載の非接触給電システム。
- 前記コントローラによって前記位置ずれが前記許容範囲であると判定される場合、その旨を報知する報知部を更に備える、請求項7~9の何れか一項に記載の非接触給電システム。
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