CN102893484B - 非接触受电系统以及非接触电力传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种共振型非接触供电系统。供电设备（10）具有交流电源（11）和从交流电源接受电力供给的初级侧共振线圈（13b）。移动体设备（20）具有接受来自初级侧共振线圈的电力的次级侧共振线圈（21b）、对所接受的电力进行整流的整流器（23）、被供给整流后的电力的充电器（24）以及连接于充电器的蓄电装置（25）。移动体设备还具备：匹配器（22），其设置在次级侧共振线圈（21b）与整流器（23）之间；供电判断部（26），其判断移动体设备（20）是否处于从供电设备（10）供电中；受电判断部（26），其判断移动体设备是否从供电设备受电；控制部（26），其基于供电判断部以及受电判断部各自的判断信息，在移动体设备为应该拒绝从供电设备受电的状态但却处于供电中的情况下，使匹配器为不匹配状态。

Description

非接触受电系统以及非接触电力传输系统

技术领域

本发明涉及共振型非接触供电系统，尤其涉及在受电侧具备蓄电装置的共振型非接触供电系统。

背景技术

在专利文献1中提出了如下的充电系统：通过共振法以无线方式从车辆外部的电源接受充电电力，从而能够对车载的蓄电装置进行充电。所述文献中的充电系统具备电动车辆和供电装置，电动车辆具备次级自谐振线圈即次级侧共振线圈、次级线圈、整流器和蓄电装置，供电装置具备高频电力驱动器、初级线圈和初级自谐振线圈即初级侧共振线圈。

在先技术文献 

专利文献1：日本特开2009-106136号公报

发明内容

发明要解决的问题

在对二次电池进行充电的情况下，当在二次电池成为满充电之后也反复继续充电、进行充电直到变为过充电时，二次电池的寿命会缩短。因此，在充电时需要在二次电池成为过充电之前停止充电或者结束充电。在共振型非接触供电系统正常工作的情况下没有问题。但是，也考虑会发生如下情况：尽管二次电池已变为满充电，但由于受电侧的故障例如充电器的故障，会成为不能结束二次电池的充电的状态。或者，也考虑会发生如下情况：尽管在二次电池变为满充电之前共振型非接触供电系统执行了充电中止指令，但由于受电侧的故障等，会成为不能中止二次电池的充电的状态。 但是，在上述文献中对这样的情况没有任何记载。另一方面，也考虑如下方法：通过受电侧经由无线通信向供电侧请求供电中止，从而通过供电侧中止供电来中止二次电池的充电。但是，例如供电设备对多个受电设备同时进行供电的结构的情况、即应该中止供电的受电设备和应该继续供电的受电设备同时存在的情况，也可能存在供电设备不能立即中止供电的情况。

本发明的目的在于提供一种共振型非接触供电系统，其在尽管要中止蓄电装置的充电但由于受电侧的故障等无法中止充电时，即使受电侧不经由无线通信向供电侧请求供电中止，也能够在受电侧中止充电。

用于解决问题的技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个技术方案，提供一种具备供电设备和移动体设备的共振型非接触供电系统。供电设备具有交流电源和从所述交流电源接受电力供给的初级侧共振线圈。移动体设备具有接受来自所述初级侧共振线圈的电力的次级侧共振线圈、对所述次级侧共振线圈接受的电力进行整流的整流器、被供给由所述整流器整流后的电力的充电器、以及连接于所述充电器的蓄电装置。所述移动体设备还具备：匹配器，其设置在所述次级侧共振线圈与所述整流器之间；供电判断部，其判断是否正在从所述供电设备对所述移动体设备供电；受电判断部，其判断所述移动体设备是否从所述供电设备接受电力；控制部，其根据所述供电判断部以及所述受电判断部各自的判断信息，在所述移动体设备为应该拒绝从所述供电设备接受电力的状态但却处于供电中的情况下，使所述匹配器为不匹配状态。

在本发明中，从供电设备的初级侧共振线圈以非接触方式供给的电力，被次级侧共振线圈接受。次级侧共振线圈接受的电力，经由移动体设备的匹配器以及整流器供给到充电器，通过充电器转换成适于二次电池充电的电压并供给到二次电池来对蓄电装置充电。在充电时，供电判断部判断是否处于从供电设备供电中。另外，受电判断部判断是否接受电力。移动体设备的控制部，在为应该拒绝接受电力的状态但却处于供电中的情况下，基于供电判断部以及受电判断部的判断信息，使移动体设备的匹配器为不 匹配状态。当移动体设备的匹配器成为不匹配状态时，则从交流电源向初级侧共振线圈输出的电力向交流电源反射的反射电力增加，成为蓄电装置的充电实际上中止的状态。因此，移动体设备的控制部在尽管要中止充电但由于受电侧的故障等而无法中止充电时，能够不通过无线通信向供电设备（供电侧）请求供电中止而在移动体设备（受电侧）中止充电。

附图说明

图1是一个实施方式的共振型非接触供电系统的构成图。

具体实施方式

图1表示将本发明具体化成用于对车载电池进行充电的共振型非接触供电系统的一个实施方式。

在图1中，共振型非接触供电系统具备供电设备10和移动体设备20，供电设备10是设置在地面侧的供电侧设备（送电侧设备），移动体设备20是搭载于作为移动体的车辆（汽车）的移动体侧设备。

供电设备10具有作为交流电源的高频电源11、初级匹配器12、初级线圈装置13以及电源控制器14。高频电源11具有对来自初级侧共振线圈13b的反射电力进行检测的反射电力检测部（反射电力检测单元）11a，反射电力检测部11a向作为电源侧控制器的电源控制器14发送反射电力的检测信号。电源控制器14向高频电源11发送电源接通/断开的信号。该信号使高频电源11接通/断开。高频电源11输出与共振型非接触供电系统具有的共振系统的预先设定的共振频率相等的频率的交流电力、例如数MHz左右的高频电力。电源控制器14基于来自反射电力检测部11a的反射电力检测信号，控制高频电源11，以使得在反射电力为预先设定的值以上的状态持续设定时间以上时使供电停止。

作为初级侧线圈的初级线圈装置13具有初级线圈13a和初级侧共振线圈13b。初级线圈13a经由初级匹配器12连接于高频电源11。初级线圈13a和初级侧共振线圈13b位于同轴上。初级侧共振线圈13b与电容器C 并联连接。初级线圈13a通过电磁感应与初级侧共振线圈13b耦合。从高频电源11供给到初级线圈13a的交流电力，通过电磁感应供给到初级侧共振线圈13b。

作为初级侧匹配器的初级匹配器12具有作为可变电抗器的两个初级可变电容器15、16和初级电感器17。一方的初级可变电容器15连接于高频电源11，另一方的初级可变电容器16与初级线圈13a并联连接。初级电感器17连接在两个初级可变电容器15、16之间。通过改变初级可变电容器15、16的容量，初级匹配器12的阻抗被改变。初级可变电容器15、16分别为例如具有通过马达（motor，电机）驱动的未图示的旋转轴的公知的结构。根据来自电源控制器14的驱动信号来驱动马达，从而改变初级可变电容器15、16的容量。

移动体设备20具有次级线圈装置21、次级匹配器22、整流器23、充电器24、二次电池25以及车载控制器26。二次电池25是连接于充电器24的蓄电装置即电池，作为车辆侧控制器的车载控制器26构成为作为供电判断部（供电判断单元）、受电判断部（受电判断单元）以及控制部（控制单元）发挥功能。移动体设备20还具备检测二次电池25的电压的电压传感器27和检测从整流器23向充电器24流动的电流的电流传感器28。充电器24具有将由整流器23整流后的直流转换成适于对二次电池25充电的电压的DC/DC转换器（未图示）。

作为次级侧线圈的次级线圈装置21具有次级线圈21a和次级侧共振线圈21b。次级线圈21a和次级侧共振线圈21b位于同轴上。次级侧共振线圈21b与不同于初级侧共振线圈13b所连接的电容器的另一电容器C并联连接。次级线圈21a通过电磁感应与次级侧共振线圈21b耦合。通过共振从初级侧共振线圈13b供给到次级侧共振线圈21b的交流电力，通过电磁感应被供给到次级线圈21a。次级线圈21a连接于次级匹配器22。

此外，初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级侧共振线圈21b以及次级线圈21a各自的匝数以及卷绕直径，与要从供电设备10向移动体设备20供电（传送、传输）的电力的大小等对应地适当设定。

在本实施方式中，共振系统具有初级匹配器12、初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级侧共振线圈21b、次级线圈21a、次级匹配器22、整流器23、充电器24以及二次电池25。

次级匹配器22具有作为可变电抗器的两个次级可变电容器29、30和次级电感器31。次级电感器31连接在两个次级可变电容器29、30之间。一方的次级可变电容器29与次级线圈21a并联连接，另一方的次级可变电容器30连接于整流器23。通过改变次级可变电容器29、30的容量，次级匹配器22的阻抗被改变。次级可变电容器29、30分别为具有例如通过马达驱动的未图示的旋转轴的公知的结构，根据来自车载控制器26的驱动信号来驱动马达，从而改变次级可变电容器29、30的容量。

车载控制器26具有车载CPU32和车载存储装置（存储器）33。车载存储装置33存储用于作为判断是否处于从供电设备10向移动体设备20供电中的供电判断部使车载控制器26发挥功能的程序、和用于作为判断移动体设备20是否接受电力的受电判断部使车载控制器26发挥功能的程序。车载存储装置33还存储用于作为控制部使车载控制器26发挥功能的程序，所述控制部基于供电判断部以及受电判断部各自的判断信息，在移动体设备20为应该拒绝接受电力的状态但供电设备10却为供电中的情况下，将次级匹配器22设定为不匹配状态（共振系统的不共振状态）。

车载控制器26在二次电池25充电时控制充电器24的DC/DC转换器的开关元件。车载控制器26基于电压传感器27以及电流传感器28各自的检测信号，对二次电池25充电时的充电电压以及充电电流和二次电池25放电时的放电电压以及放电电流进行检测并且累计，从而检测（确认）二次电池25的充电状态。车载控制器26在二次电池25开始充电之后，判断是否处于供电设备10供电中，并且判断移动体设备20是否接受从供电设备10供给的电力。然后，车载控制器26在移动体设备20为应该拒绝接受电力的状态但却处于供电设备10向移动体设备20供电中的情况下，进行控制以将次级匹配器22设定为不匹配状态。

电源控制器14具有电源通信装置18，车载控制器26具有车载通信装 置34，由此电源控制器14和车载控制器26能够彼此进行无线通信。

接着，说明如上所述构成的共振型非接触供电系统的作用。

在对搭载于车辆的二次电池25充电的情况下，车辆停在供电设备10的预定的充电位置。在车辆停在供电设备10的预定的充电位置之后，车载控制器26向电源控制器14发送供电要求信号。电源控制器14在接收到供电要求信号时开始向移动体设备20供电。具体而言，在供电设备10的高频电源11对初级线圈13a施加共振系统的共振频率的交流电压时，初级侧共振线圈13b通过非接触共振将电力向次级侧共振线圈21b供给。次级侧共振线圈21b接受的电力，经由次级匹配器22以及整流器23供给到充电器24，其结果，连接于充电器24的二次电池25被充电。

此外，在对搭载于车辆的二次电池25充电的情况下，不限于车辆准确确地停在从供电设备10向移动体设备20高效地进行非接触供电的充电位置。因此，可以在充电之前进行初级匹配器12以及次级匹配器22的调整。例如，车载控制器26可以构成为基于表示二次电池25的充电正常的状态下的充电时的二次电池25的充电状态和与这养的充电状态对应的次级匹配器22的适当的阻抗之间的关系的数据，调整次级匹配器22。

在二次电池25充电时，当二次电池25的充电状态（SOC:State of Charge）变化时，共振系统的共振频率下的共振系统的输入阻抗变化。由此，当高频电源11与共振系统的输入阻抗的匹配偏离于最佳状态时，无法高效地从供电设备10向移动体设备20供给电力（供电）。于是，车载控制器26在充电期间与二次电池25的充电状态对应地将次级匹配器22的阻抗调整成适当的值，使得：即使充电时二次电池25的充电状态变化，也能通过使供电设备10向移动体设备20高效地供给电力来高效地进行充电。

车载控制器26，例如在判断为通过二次电池25的电压成为预定电压的时刻起的经过时间而使二次电池25成为了满充电时，停止由充电器24进行的充电，向电源控制器14发送充电结束信号。另外，即使是二次电池25达到满充电之前，例如当由驾驶者输入了充电停止指令时，车载控制器26也使由充电器24进行的充电停止，并且向电源控制器14发送充电结束 信号。电源控制器14在接收到充电结束信号时结束电力传输（供电）。

在充电开始后，车载控制器26通过使用电压传感器27以及电流传感器28各自的检测信号，按预定周期判断是否处于从供电设备10向移动体设备20供电中。车载控制器26判断移动体设备20是否应该接受从供电设备10供给的电力，即判断是否应该继续接受电力（充电）。例如，车载控制器26在二次电池25成为满充电的情况或者输入了充电停止指令的情况下，判断为不接受从供电设备10供给的电力，将充电停止指令输出到充电器24。车载控制器26在向充电器24输出充电停止指令的状态，即尽管移动体设备20为应该拒绝接受来自供电设备10的电力的状态、但充电器24却处于供电中的情况下，判断为充电器24发生了故障。然后，车载控制器26通过驱动次级可变电容器29、30即改变这些电容器的容量，使次级匹配器22为不匹配状态。即，在要中止二次电池25的充电但却无法中止的情况下，例如在由于二次电池25成为满充电而输出了充电结束信号但二次电池25的充电没有中止的情况下、或者由于驾驶者的关系而在满充电前输入了充电停止指令但二次电池25的充电没有中止的情况下，车载控制器26使次级匹配器22为不匹配状态。

当次级匹配器22为不匹配状态时，共振系统的共振状态被破坏，因此实质上不能进行从供电设备10向移动体设备20的非接触供电。其结果，避免了在二次电池25成为满充电之后、二次电池25继续充电而使二次电池25成为过充电的情形。另外，也避免了虽然向充电器24输入了充电停止指令但二次电池25仍继续充电的情形。

在没有发生从受电侧向供电侧的电力反射的状态下结束供电以及充电，这是供电以及充电的基本的结束步骤。另一方面，即使充电器24在基本的结束步骤中不能结束二次电池25的充电，也有时能够通过断开充电器24的开关来结束充电。在这样的情况下，在二次电池25充电中也能够通过断开充电器24的开关来停止二次电池25的充电，但施加于充电器24的负荷会增大。特别是，如对电动车辆的二次电池25充电的情况这样供电电力大的情况下，施加于充电器24的负荷会增大。但是，本实施方式中， 通过使次级匹配器22为不匹配状态，能够停止向充电器24供给电力，因此能够减小施加于充电器24的负荷。

另一方面，电源控制器14在由反射电力检测部11a检测的反射电力的大小大于所设定的值的状态持续预定时间以上时，即使没有接收到来自车载控制器26的充电结束信号，也判断为移动体设备20处于不能接受电力的状态或者不希望接受电力的状态。电源控制器14基于该判断结果，结束电力传输（供电）。

本实施方式具有以下所示的优点。

（1）共振型非接触供电系统具有供电设备10和移动体设备20，供电设备10具有交流电源（高频电源11）和从交流电源接受电力的供给的初级侧共振线圈13b。移动体设备20具有接受来自初级侧共振线圈13b的电力的次级侧共振线圈21b、对次级侧共振线圈21b接受的电力进行整流的整流器23、被供给由整流器23整流后的电力的充电器24以及连接于充电器24的二次电池25。进一步，移动体设备20具备的车载控制器26构成为作为判断移动体设备20是否处于从供电设备10供电中的供电判断部和判断移动体设备20是否接受来自供电设备10的电力的受电判断部发挥功能。进一步，车载控制器26构成为作为控制部发挥功能，所述控制部基于供电判断部以及受电判断部各自的判断信息，在移动体设备20为应该拒绝接受电力的状态但却处于供电中的情况下，使次级匹配器22为不匹配状态。因此，在尽管受电侧要中止二次电池25的充电但由于受电侧（移动体设备20）的故障等无法中止充电时，移动体设备20能够不通过无线通信向供电侧（供电设备10）请求中止供电而在受电侧（移动体设备20）中止二次电池25的充电。

（2）控制部（车载控制器26）在要中止二次电池25的充电但无法中止的情况下，使次级匹配器22为不匹配状态。因此，例如在充电时要通过满充电信号使充电器结束充电但实际上无法结束充电的情况下，或者尽管在变为满充电之前执行了充电中止指令但无法中止充电的情况下，控制部（车载控制器26）能够通过将次级匹配器22设定为不匹配状态来中止二 次电池25的充电。

（3）具有反射电力检测部11a的供电设备10，在从受电侧向供电侧的反射电力为预先设定的值以上的状态持续设定时间以上时，停止供电。因此，即使车载控制器26不电源控制器14向发送充电结束信号而结束了向二次电池25的充电的情况下，供电设备10也能够停止供电。也即是，供电设备10能够防止在反射电力大的状态下继续供电。

实施方式不限定于上述实施方式，例如也可以如下所述那样进行具体化。

移动体设备20应该拒绝接受电力的状态不限于在充电开始后移动体设备20无法停止充电的情况。例如尽管移动体设备20中处于没有完成充电准备的状态但从供电设备10向移动体设备20已经进行了电力传输（供电）的情况下，移动体设备20也处于应该拒绝受电的状态。在该情况下，车载控制器26构成为从二次电池25开始充电前、例如车辆开始向供电设备10的充电位置移动的时刻起成为发挥作为供电判断部、受电判断部以及控制部的功能的状态。该情况下的车载控制器26，在移动体设备20中完成用于充电的准备而车载控制器26向电源控制器14发送供电要求信号之前、供电设备10开始了电力传输（供电）的情况下，使次级匹配器22为不匹配状态。

共振型非接触供电系统中，为了进行从供电设备10向移动体设备20的非接触供电，不是初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级线圈21a以及次级侧共振线圈21b全部都是必须的。即，共振型非接触供电系统至少具有初级侧共振线圈13b和次级侧共振线圈21b即可。即，初级线圈装置13可以取代具有初级线圈13a和初级侧共振线圈13b这两方而删除初级线圈13a，并仅将初级侧共振线圈13b经由初级匹配器12连接于高频电源11。或者，次级线圈装置21可以取代具有次级线圈21a和次级侧共振线圈21b这两方而删除次级线圈21a，并仅将次级侧共振线圈21b经由次级匹配器22连接于整流器23。但是，共振型非接触供电系统具有初级线圈13a、初级侧共振线圈13b、次级线圈21a以及次级侧共振线圈21b全 部的结构，容易调整为共振状态，在初级侧共振线圈13b与次级侧共振线圈21b的距离变大的情况下也容易维持共振状态。

作为移动体的车辆，意味着具备产生行驶驱动力的电动机的车辆。即适用本发明的车辆举例有电动汽车、与电动机一起还搭载有内燃机作为动力源的混合动力车、与二次电池25一起还搭载有燃料电池来作为车辆驱动用的直流电源的车辆等。另外，作为移动体的车辆不限于需要驾驶者的车辆，也可以是无人运送车。

移动体不限于车辆，只要是充电时以外从供电设备离开而移动的装置即可。例如移动体可以是机器人。

为了检测（确认）二次电池25的充电状态，车载控制器26不限于基于电压传感器27以及电流传感器28的检测信号对二次电池25充电时的充电电压以及充电电流和二次电池25放电时的放电电压以及放电电流进行检测且累计。例如车载控制器26可以通过检测二次电池25的电压，根据二次电池25的电压确认二次电池25的充电状态。但是，考虑了二次电池25的充电和放电这两方过程的前者能够更准确地检测（确认）充电状态。

移动体设备20可以取代使整流器23和充电器24彼此独立地设置的结构而使用充电器24内置有整流器23的结构。

移动体设备20可以在充电器24不设置升压电路，仅通过整流器23对从次级线圈装置21输出的交流电流进行整流来对二次电池25充电。

蓄电装置只要是能够充放电的直流电源即可。即，本发明中被充电的蓄电装置并不限于二次电池25，例如可以是大容量的电容器。

初级匹配器12以及次级匹配器22分别不限于具有两个可变电容器和电感器的结构，也可以是作为电感器具有可变电感器的结构，也可以是由可变电感器和两个非可变电容器构成的结构。

高频电源11的输出交流电压的频率可以能够改变也可以不能改变。

初级匹配器12可以省略。但是，与不存在初级匹配器12的情况相比，存在初级匹配器12更容易对共振系统的阻抗进行微调整，因此能够从供电侧将电力更高效地供给到受电侧。

分别连接于初级侧共振线圈13b和次级侧共振线圈21b的电容器C可以省略。但是，与省略了电容器C的情况相比，在初级侧共振线圈13b以及次级侧共振线圈21b分别连接有电容器C的结构能够进一步降低共振频率。另外，当共振频率相同时，与省略了电容器C的情况相比，在初级侧共振线圈13b和次级侧共振线圈21b分别连接有电容器C的结构能够使初级侧共振线圈13b和次级侧共振线圈21b更小型化。

Claims (8)

1.一种非接触受电系统，具备移动体设备，所述移动体设备具备：

次级侧线圈，其从接受来自交流电源的电力的初级侧线圈以非接触方式接受电力；

整流器，其对所述次级侧线圈接受的电力进行整流；

充电器，其被供给由所述整流器整流后的电力；以及

蓄电装置，其连接于所述充电器，

所述移动体设备还具备匹配器，该匹配器设置在所述次级侧线圈与所述整流器之间，

所述非接触受电系统构成为：在所述移动体设备在应该拒绝接受电力的状态下从所述初级侧线圈接受电力的情况下，使所述匹配器为不匹配状态。

2.根据权利要求1所述的非接触受电系统，其中，

所述非接触受电系统构成为：在要中止所述蓄电装置的充电、但却无法中止的情况下，使所述匹配器为所述不匹配状态。

3.根据权利要求1所述的非接触受电系统，其中，

所述移动体设备在应该拒绝接受电力的状态下从所述初级侧线圈接受电力的情况是指：尽管输入了充电停止指令、但所述蓄电装置的充电未结束的情况。

4.根据权利要求1所述的非接触受电系统，其中，

所述移动体设备在应该拒绝接受电力的状态下从所述初级侧线圈接受电力的情况是指：尽管输出了与所述蓄电装置的满充电相伴的充电结束信号、但所述蓄电装置的充电未结束的情况。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的非接触受电系统，其中，

所述移动体设备被搭载于电动车辆而使用。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的非接触受电系统，其中，

所述非接触受电系统构成为：基于表示在所述蓄电装置的充电正常的状态下充电时的所述蓄电装置的充电状态、和与所述充电状态对应的所述匹配器的适当的阻抗之间的关系的数据，调整所述匹配器。

7.一种非接触电力传输系统，具备：供电设备，其具有所述交流电源和所述初级侧线圈；和权利要求1～4中任一项所述的非接触受电系统。

8.根据权利要求7所述的非接触电力传输系统，其中，

所述非接触电力传输系统构成为：在从所述移动体设备向所述交流电源的反射电力为预先设定的值以上的状态持续了设定时间以上的情况下停止供电。