JP2019115149A

JP2019115149A - Non-contact power reception device

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Publication number: JP2019115149A
Application number: JP2017246121A
Authority: JP
Inventors: 統公木村; Munekimi Kimura; 浩章湯浅; Hiroaki Yuasa
Original assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-11

Abstract

【課題】送電装置から非接触で受電する非接触受電装置において、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制する。
【解決手段】受電部は、直列接続された受電コイル１０１とキャパシタ１０２とを含む。整流回路１０５は、上アームを構成するダイオード１１１，１１２と、下アームを構成するＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４とを含む。受電異常が発生すると、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４がオンされ、整流回路１０５の入力端間が短絡される。ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は、ゲート電圧からゲートしきい値電圧を差引いた電圧値がドレイン−ソース間電圧よりも小さくなるゲート電圧で駆動される。
【選択図】図１In a non-contact power reception device that receives power from a power transmission device in a non-contact manner, an overvoltage on the output side of a rectifier circuit is suppressed, and generation of an overcurrent and an overvoltage in a power reception unit is suppressed.
A power receiving unit includes a power receiving coil and a capacitor connected in series. The rectifier circuit 105 includes diodes 111 and 112 forming an upper arm and MOSFETs 113 and 114 forming a lower arm. When a power reception abnormality occurs, the MOSFETs 113 and 114 are turned on, and the input terminals of the rectifier circuit 105 are shorted. The MOSFETs 113 and 114 are driven with a gate voltage in which a voltage value obtained by subtracting the gate threshold voltage from the gate voltage is smaller than the drain-source voltage.
[Selected figure] Figure 1

Description

本開示は、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置に関する。 The present disclosure relates to a non-contact power reception device that receives power from a power transmission device in a non-contact manner.

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムが知られている（たとえば特許文献１〜５参照）。このような電力伝送システムについて、特開平１１−２７８７０号公報（特許文献６）には、受電装置において電池の充電電圧が異常に上昇した場合に、電圧上昇から回路素子を保護可能な受電装置が開示されている。この受電装置では、整流回路の下アームがトランジスタで構成され、整流回路の出力電圧が基準電圧に達すると、トランジスタがオンされる。これにより、受電コイルの両端が短絡され、整流回路の出力電圧が零となるので、電圧上昇から回路素子が保護される（特許文献６参照）。 DESCRIPTION OF RELATED ART The power transmission system which transmits electric power non-contactedly from a power transmission apparatus to a power receiving apparatus is known (for example, refer patent documents 1-5). In such a power transmission system, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-27870 (Patent Document 6) discloses a power receiving device capable of protecting a circuit element from a voltage increase when the charging voltage of the battery abnormally increases in the power receiving device. It is disclosed. In this power receiving device, the lower arm of the rectifier circuit is formed of a transistor, and when the output voltage of the rectifier circuit reaches a reference voltage, the transistor is turned on. As a result, both ends of the power receiving coil are shorted, and the output voltage of the rectifier circuit becomes zero, so that the circuit element is protected from a voltage rise (see Patent Document 6).

特開２０１３−１５４８１５号公報JP, 2013-154815, A 特開２０１３−１４６１５４号公報JP, 2013-146154, A 特開２０１３−１４６１４８号公報JP, 2013-146148, A 特開２０１３−１１０８２２号公報JP, 2013-110822, A 特開２０１３−１２６３２７号公報JP, 2013-126327, A 特開平１１−２７８７０号公報JP-A-11-27870

受電コイルにキャパシタを直列に接続して力率を改善する力率補償方式（Ｓ方式）の受電装置に、特許文献６に記載の構成を適用する場合、電圧上昇の異常時に整流回路のトランジスタをオンさせることによって整流回路出力側の過電圧は抑制できるけれども、受電コイルとキャパシタとの共振状態は維持される。これにより、受電コイル及びキャパシタ（以下、纏めて「受電部」と称する場合がある。）に過電流・過電圧が生じ、絶縁故障に至る可能性がある。この場合、送電装置からの送電停止を待つことも考えられるが、送電装置での送電停止処理に時間がかかり、受電部の過電流・過電圧を抑制できない可能性がある。 When the configuration described in Patent Document 6 is applied to a power factor compensation type (S type) power reception device in which a capacitor is connected in series to a power reception coil to improve the power factor, the transistor of the rectifier circuit is By turning on, the overvoltage on the output side of the rectifier circuit can be suppressed, but the resonance between the power receiving coil and the capacitor is maintained. As a result, overcurrent and overvoltage may occur in the power receiving coil and the capacitor (hereinafter, may be collectively referred to as “power receiving unit”), which may lead to insulation failure. In this case, it may be possible to wait for the power transmission stop from the power transmission device, but it takes time for the power transmission stop processing in the power transmission device, and there is a possibility that the overcurrent and the overvoltage of the power receiving unit can not be suppressed.

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置において、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することである。 The present disclosure has been made to solve such a problem, and an object of the present disclosure is to suppress an overvoltage on the output side of a rectifier circuit in a non-contact power reception device that receives power from a power transmission device in a non-contact manner. To prevent the occurrence of over current and over voltage.

本開示における非接触受電装置は、送電装置から非接触で受電する非接触受電装置であって、送電装置から磁界を通じて非接触で受電するように構成された受電部を備える。受電部は、直列接続された受電コイルとキャパシタとを含む。非接触受電装置は、さらに、受電部によって受電された交流電力を整流するように構成された整流回路と、受電異常の発生時に整流回路の入力端間を短絡する短絡手段とを備える。短絡手段は、電界効果トランジスタ（以下「ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）」と称する。）を含む。ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間電圧からゲートしきい値電圧を差引いた電圧値がドレイン−ソース間電圧よりも小さくなるゲート電圧で駆動される。 The non-contact power reception device in the present disclosure is a non-contact power reception device that receives power from the power transmission device without contact, and includes a power reception unit configured to receive power from the power transmission device through a magnetic field without contact. The power receiving unit includes a power receiving coil and a capacitor connected in series. The non-contact power reception device further includes a rectification circuit configured to rectify AC power received by the power reception unit, and shorting means for shorting input terminals of the rectification circuit when a power reception abnormality occurs. The short circuit means includes a field effect transistor (hereinafter referred to as a "MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)"). The MOSFET is driven at a gate voltage in which a voltage value obtained by subtracting a gate threshold voltage from a gate-source voltage is smaller than a drain-source voltage.

この非接触受電装置においては、受電異常が発生すると、ＭＯＳＦＥＴが駆動されることによって整流回路の入力端間が短絡される。このとき、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート−ソース間電圧からゲートしきい値電圧を差引いた電圧値がドレイン−ソース間電圧よりも小さくなるゲート電圧で駆動されるので、ＭＯＳＦＥＴは飽和領域で作動する。これにより、ＭＯＳＦＥＴが線形領域で作動する場合に比べてＭＯＳＦＥＴのオン抵抗が高くなり、短絡経路の抵抗を大きくすることができる。その結果、受電部の受電コイルとキャパシタとの共振状態が抑制され、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、整流回路の入力端間が短絡されるので、整流回路出力側の過電圧も抑制される。このように、この非接触受電装置によれば、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部の電流及び電圧を抑制することができる。 In this non-contact power reception device, when a power reception abnormality occurs, the input terminals of the rectifier circuit are shorted by driving the MOSFET. At this time, since the MOSFET is driven at a gate voltage in which a voltage value obtained by subtracting the gate threshold voltage from the gate-source voltage becomes smaller than the drain-source voltage, the MOSFET operates in the saturation region. As a result, the on-resistance of the MOSFET is higher than when the MOSFET operates in the linear region, and the resistance of the short circuit path can be increased. As a result, the resonance state between the power receiving coil of the power receiving unit and the capacitor can be suppressed, and the occurrence of overcurrent and overvoltage in the power receiving unit can be suppressed. Further, since the input terminals of the rectifier circuit are short-circuited, the overvoltage on the rectifier circuit output side is also suppressed. As described above, according to this non-contact power reception device, it is possible to suppress an overvoltage on the output side of the rectifier circuit and to suppress the current and voltage of the power reception unit.

短絡手段は、整流回路の下アームをＭＯＳＦＥＴで構成することにより実現されてもよい。これにより、機械式のリレー等に比べて短絡動作移行までの時間を短くすることができ、受電部を良好に保護することができる。また、整流回路の入力端間を短絡する回路を別途設けることなく、整流回路の入力端間を短絡させることができる。さらに、１つの絶縁ドライバで各トランジスタを駆動することにより、非接触受電装置を小型化することができる。 The short circuit means may be realized by configuring the lower arm of the rectifier circuit with a MOSFET. Thereby, the time to shift to the short circuit operation can be shortened as compared with a mechanical relay or the like, and the power reception unit can be well protected. In addition, the input terminals of the rectifier circuit can be shorted without separately providing a circuit for shorting the input terminals of the rectifier circuit. Furthermore, the non-contact power reception device can be miniaturized by driving each transistor with one insulating driver.

本開示における非接触受電装置によれば、整流回路出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。 According to the non-contact power reception device of the present disclosure, it is possible to suppress an overvoltage on the output side of the rectifier circuit and to suppress generation of an overcurrent and an overvoltage in the power reception unit.

本開示の実施の形態に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power transfer system to which a non-contact power reception device according to an embodiment of the present disclosure is applied. ＭＯＳＦＥＴの作動領域を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement area | region of MOSFET. ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗について、ＭＯＳＦＥＴが線形領域で作動するときと飽和領域で作動するときとを比較した図である。It is the figure which compared the time of operating a MOSFET with a linear area | region and the time of operating with a saturated area | region about the on-resistance of MOSFET. 受電装置の制御部により実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed an example of the procedure of the process performed by the control part of a power receiving apparatus. 整流回路の出力電圧の推移の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of transition of the output voltage of a rectifier circuit. 受電コイルに流れる電流の推移の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of transition of the electric current which flows into a receiving coil. 受電コイルに生じる電圧の推移の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of transition of the voltage which arises in a receiving coil.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference characters and description thereof will not be repeated.

図１は、本開示の実施の形態に従う非接触受電装置が適用される電力伝送システムの全体構成図である。図１を参照して、この電力伝送システム１０は、受電装置１００と、送電装置２００とを備える。受電装置１００は、たとえば、送電装置２００から供給され蓄えられた電力を用いて走行可能な車両等に搭載され得る。 FIG. 1 is an overall configuration diagram of a power transfer system to which a non-contact power reception device according to an embodiment of the present disclosure is applied. Referring to FIG. 1, power transmission system 10 includes a power receiving device 100 and a power transmission device 200. Power reception device 100 may be mounted on, for example, a vehicle that can travel using power supplied and stored from power transmission device 200.

以下では、受電装置１００は、車両に搭載されるものとして説明する。この実施の形態では、受電装置１００が搭載される車両は、さらに、蓄電装置３００と、リレー回路４００と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５００と、通信部７００とを備えている。 Hereinafter, power reception device 100 will be described as being mounted on a vehicle. In this embodiment, the vehicle on which power reception device 100 is mounted further includes power storage device 300, relay circuit 400, vehicle ECU (Electronic Control Unit) 500, and communication unit 700.

受電装置１００は、受電コイル１０１と、キャパシタ１０２，１０３，１０６と、インダクタ１０４と、整流回路１０５とを含む。 Power reception device 100 includes a power reception coil 101, capacitors 102, 103, 106, an inductor 104, and a rectifier circuit 105.

受電コイル１０１及びキャパシタ１０２は、「受電部」の一実施例を構成する。受電コイル１０１は、送電装置２００の送電コイル２０１（後述）から磁界を通じて非接触で受電する。キャパシタ１０２は、受電電力の力率を補償するために設けられ、受電コイル１０１に直列に接続される。受電コイル１０１及びキャパシタ１０２は、共振回路を形成し、形成される共振回路の共振強度を示すＱ値は、１００以上であることが好ましい。なお、このように、受電コイル１０１にキャパシタ１０２を直列に接続して力率を改善する力率補償方式は「Ｓ方式」とも称される。 The power receiving coil 101 and the capacitor 102 constitute an example of the “power receiving unit”. The power receiving coil 101 receives power without contact from a power transmission coil 201 (described later) of the power transmission device 200 through a magnetic field. The capacitor 102 is provided to compensate for the power factor of the received power, and is connected in series to the receiving coil 101. The power receiving coil 101 and the capacitor 102 form a resonant circuit, and the Q value indicating the resonant strength of the formed resonant circuit is preferably 100 or more. A power factor compensation method for improving the power factor by connecting the capacitor 102 in series to the power receiving coil 101 in this manner is also referred to as “S method”.

キャパシタ１０３及びインダクタ１０４は、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２によって構成される受電部と整流回路１０５との間に設けられる「フィルタ回路」を構成する。キャパシタ１０３は、上記受電部の両端間に接続される。インダクタ１０４は、キャパシタ１０３の一端と整流回路１０５との間に接続される。キャパシタ１０３及びインダクタ１０４は、ＬＣ回路を形成しており、受電コイル１０１による受電時に発生する高調波ノイズを抑制する。 The capacitor 103 and the inductor 104 constitute a “filter circuit” provided between the power receiving unit including the power receiving coil 101 and the capacitor 102 and the rectifier circuit 105. The capacitor 103 is connected between both ends of the power reception unit. The inductor 104 is connected between one end of the capacitor 103 and the rectifier circuit 105. The capacitor 103 and the inductor 104 form an LC circuit, and suppress harmonic noise generated at the time of power reception by the power receiving coil 101.

整流回路１０５は、受電コイル１０１によって受電された交流電力を整流して蓄電装置３００へ出力する。整流回路１０５は、ダイオード１１１，１１２と、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４とを含む。ダイオード１１１，１１２は上アームを構成し、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は下アームを構成する。 Rectification circuit 105 rectifies AC power received by power reception coil 101 and outputs the rectified power to power storage device 300. The rectifier circuit 105 includes diodes 111 and 112 and MOSFETs 113 and 114. The diodes 111 and 112 constitute an upper arm, and the MOSFETs 113 and 114 constitute a lower arm.

すなわち、ダイオード１１１，１１２の各カソードは、リレー回路４００を介して蓄電装置３００の正極に接続され、ダイオード１１１，１１２のアノードは、それぞれＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のドレインに接続され、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４の各ソースは、リレー回路４００を介して蓄電装置３００の負極に接続される。ダイオード１１１とＭＯＳＦＥＴ１１３との接続点、及びダイオード１１２とＭＯＳＦＥＴ１１４との接続点に、キャパシタ１０３及びインダクタ１０４から成るフィルタ回路が接続される。 Specifically, the cathodes of diodes 111 and 112 are connected to the positive electrode of power storage device 300 via relay circuit 400, and the anodes of diodes 111 and 112 are connected to the drains of MOSFETs 113 and 114, respectively. Are connected to the negative electrode of power storage device 300 via relay circuit 400. A filter circuit including a capacitor 103 and an inductor 104 is connected to a connection point of the diode 111 and the MOSFET 113 and a connection point of the diode 112 and the MOSFET 114.

ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は、絶縁ドライバ１４０（後述）によって同時に駆動される。ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４がオンされると、整流回路１０５の入力端間が短絡される。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は、整流回路１０５の入力端間を短絡可能な「短絡手段」の一実施例を構成する。ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４の動作については、後ほど詳しく説明する。キャパシタ１０６は、整流回路１０５の出力側に設けられ、整流回路１０５によって整流された直流電力を平滑化する。 The MOSFETs 113 and 114 are simultaneously driven by an isolation driver 140 (described later). When the MOSFETs 113 and 114 are turned on, the input terminals of the rectifier circuit 105 are shorted. That is, the MOSFETs 113 and 114 constitute an embodiment of “shorting means” capable of shorting between the input terminals of the rectifier circuit 105. The operation of the MOSFETs 113 and 114 will be described in detail later. The capacitor 106 is provided on the output side of the rectifier circuit 105, and smoothes the DC power rectified by the rectifier circuit 105.

整流回路１０５によって整流された電力は、蓄電装置３００に蓄えられる。蓄電装置３００は、再充電可能な直流電源であり、たとえばリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの二次電池を含んで構成される。蓄電装置３００は、整流回路１０５から出力される電力を蓄え、その蓄えられた電力を図示しないインバータ及び走行用モータ等の駆動装置等へ供給する。なお、蓄電装置３００として電気二重層キャパシタ等も採用可能である。リレー回路４００は、受電装置１００と蓄電装置３００との間に設けられ、受電装置１００による蓄電装置３００の充電時にオン（導通状態）にされる。 The power rectified by the rectifier circuit 105 is stored in the storage device 300. Power storage device 300 is a rechargeable direct current power source, and includes, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel hydrogen battery. Power storage device 300 stores the power output from rectifying circuit 105, and supplies the stored power to drive devices such as an inverter and a traveling motor (not shown). Note that an electric double layer capacitor or the like may be employed as the power storage device 300. Relay circuit 400 is provided between power reception device 100 and power storage device 300, and is turned on (conductive state) when power storage device 300 is charged by power reception device 100.

車両ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、各種センサからの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、車両における各機器の制御を行なう。一例として、車両ＥＣＵ５００は、車両の走行制御や、受電装置１００による蓄電装置３００の充電制御等を実行する。これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。 The vehicle ECU 500 includes a central processing unit (CPU), a storage device, an input / output buffer and the like (none of which are shown) and performs input of signals from various sensors and output of control signals to various devices. Control each device. As an example, vehicle ECU 500 executes traveling control of the vehicle, charge control of power storage device 300 by power reception device 100, and the like. These controls are not limited to software processing, and may be processed by dedicated hardware (electronic circuits).

通信部７００は、送電装置２００の通信部と無線通信可能に構成される。そして、車両ＥＣＵ５００は、送電装置２００から受電装置１００への送電が実行される際は、通信部７００を用いて送電装置２００と通信を行ない、送電装置２００からの送電の開始／停止や受電装置１００の受電状況等の情報を送電装置２００とやり取りする。 Communication unit 700 is configured to be capable of wireless communication with the communication unit of power transmission device 200. Then, when power transmission from power transmission device 200 to power reception device 100 is executed, vehicle ECU 500 communicates with power transmission device 200 using communication unit 700, and starts / stops power transmission from power transmission device 200 and the power reception device. Information on the power reception status of 100 is exchanged with the power transmission device 200.

受電装置１００は、電圧検出部１２０と、制御部１３０と、絶縁ドライバ１４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０と、補機バッテリ１６０とをさらに含む。電圧検出部１２０は、整流回路１０５の出力電圧Ｖｏを検出し、その検出値を制御部１３０へ出力する。 Power reception device 100 further includes a voltage detection unit 120, a control unit 130, an insulation driver 140, a DC / DC converter 150, and an auxiliary battery 160. The voltage detection unit 120 detects the output voltage Vo of the rectifier circuit 105, and outputs the detected value to the control unit 130.

制御部１３０は、マイコンや入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、受電装置１００の出力電圧が上昇する等の受電異常が検出された場合に、マイコン内のメモリに予め格納されたプログラムに従って所定の処理を実行する。具体的には、制御部１３０は、受電装置１００による受電中に受電異常が検知された場合に、整流回路１０５のＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４をオンさせるように絶縁ドライバ１４０へ指令を出力する。このとき、制御部１３０は、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が飽和領域で作動するように、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のゲート電圧を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧を制御する。制御部１３０により実行される処理については、後ほど詳しく説明する。なお、制御部１３０により実行される処理は、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。 Control unit 130 includes a microcomputer, an input / output buffer, and the like (none of which are shown), and is stored in advance in a memory in the microcomputer when a power reception abnormality such as an increase in output voltage of power reception device 100 is detected. Execute predetermined processing according to the program. Specifically, when a power reception abnormality is detected during power reception by the power reception device 100, the control unit 130 outputs a command to the isolation driver 140 to turn on the MOSFETs 113 and 114 of the rectifier circuit 105. At this time, the control unit 130 controls the output voltage of the DC / DC converter 150 that generates the gate voltage of the MOSFETs 113 and 114 so that the MOSFETs 113 and 114 operate in the saturation region. The processing executed by the control unit 130 will be described in detail later. The process executed by the control unit 130 is not limited to the process by software, and may be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

絶縁ドライバ１４０は、絶縁型のゲート駆動回路であり、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を駆動するための電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１５０から受ける。そして、絶縁ドライバ１４０は、制御部１３０からの制御信号に従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０から受ける電圧を各ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のゲートへ出力することにより、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を同時に駆動する。 The isolation driver 140 is an isolation type gate drive circuit, and receives a voltage for driving the MOSFETs 113 and 114 from the DC / DC converter 150. Then, the isolation driver 140 simultaneously drives the MOSFETs 113 and 114 by outputting the voltage received from the DC / DC converter 150 to the gates of the MOSFETs 113 and 114 in accordance with the control signal from the control unit 130.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、低圧電源（たとえば１２Ｖ電源）の補機バッテリ１６０から電力を受け、絶縁ドライバ１４０によりＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を駆動するときのゲート電圧を生成して絶縁ドライバ１４０へ出力する。詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、絶縁ドライバ１４０によるＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４の駆動時にＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が飽和領域で作動するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧を制御する。この点については、後ほど詳しく説明する。 DC / DC converter 150 receives power from auxiliary battery 160 of a low voltage power supply (for example, 12 V power supply), generates a gate voltage for driving MOSFETs 113 and 114 by isolation driver 140, and outputs the gate voltage to isolation driver 140. In detail, the DC / DC converter 150 controls the output voltage of the DC / DC converter 150 so that the MOSFETs 113 and 114 operate in the saturation region when the MOSFETs 113 and 114 are driven by the isolation driver 140. This point will be described in detail later.

一方、送電装置２００は、送電コイル２０１と、キャパシタ２０２，２０３と、インダクタ２０４と、インバータ２１０と、力率改善（ＰＦＣ（Power Factor Correction））回路２２０と、送電ＥＣＵ２３０と、通信部２４０とを含む。 On the other hand, the power transmission device 200 includes the power transmission coil 201, the capacitors 202 and 203, the inductor 204, the inverter 210, a power factor correction (PFC) circuit 220, the power transmission ECU 230, and the communication unit 240. Including.

ＰＦＣ回路２２０は、商用系統電源等の交流電源６００から受ける電力を整流及び昇圧してインバータ２１０へ供給するとともに、入力電流を正弦波に近づけることで力率を改善することができる。このＰＦＣ回路２２０には、公知の種々のＰＦＣ回路を採用し得る。なお、ＰＦＣ回路２２０に代えて、力率改善機能を有しない整流器を採用してもよい。 The PFC circuit 220 rectifies and boosts the power received from the AC power supply 600 such as a commercial grid power supply and supplies it to the inverter 210, and the power factor can be improved by bringing the input current closer to a sine wave. Various known PFC circuits can be adopted as the PFC circuit 220. In addition, it may replace with the PFC circuit 220 and may employ | adopt the rectifier which does not have a power factor improvement function.

インバータ２１０は、送電ＥＣＵ２３０からの制御信号に従って、ＰＦＣ回路２２０から受ける直流電力を、所定の周波数（たとえば数十ｋＨｚ）を有する送電電力（交流）に変換する。インバータ２１０は、たとえば単相フルブリッジ回路によって構成される。キャパシタ２０３及びインダクタ２０４は、ＬＣ回路を形成し、インバータ２１０から発生する高調波ノイズを抑制するフィルタとして機能する。 Inverter 210 converts DC power received from PFC circuit 220 into transmission power (AC) having a predetermined frequency (eg, several tens of kHz) in accordance with a control signal from power transmission ECU 230. Inverter 210 is formed of, for example, a single-phase full bridge circuit. The capacitor 203 and the inductor 204 form an LC circuit and function as a filter that suppresses harmonic noise generated from the inverter 210.

送電コイル２０１及びキャパシタ２０２は、受電装置１００の受電コイル１０１へ非接触で送電する「送電部」を構成する。送電コイル２０１は、インバータ２１０により生成される交流電力をインバータ２１０から受け、送電コイル２０１の周囲に生成される磁界を通じて、受電装置１００の受電コイル１０１へ非接触で送電する。キャパシタ２０２は、送電電力の力率を補償するために設けられ、送電コイル２０１に直列に接続される。送電コイル２０１及びキャパシタ２０２は共振回路を形成し、形成される共振回路のＱ値は１００以上であることが好ましい。 The power transmission coil 201 and the capacitor 202 configure a “power transmission unit” that transmits power without contact to the power reception coil 101 of the power reception device 100. The power transmission coil 201 receives AC power generated by the inverter 210 from the inverter 210, and transmits power without contact to the power reception coil 101 of the power reception device 100 through a magnetic field generated around the power transmission coil 201. A capacitor 202 is provided to compensate for the power factor of the transmission power, and is connected in series to the transmission coil 201. The power transmission coil 201 and the capacitor 202 form a resonance circuit, and the Q value of the resonance circuit to be formed is preferably 100 or more.

送電ＥＣＵ２３０は、ＣＰＵ、記憶装置、入出力バッファ等を含み（いずれも図示せず）、送電装置２００における各種機器の制御を行なう。たとえば、送電ＥＣＵ２３０は、送電装置２００から受電装置１００への電力伝送の実行時に、所定の周波数を有する送電電力をインバータ２１０が生成するようにインバータ２１０のスイッチング制御を行なう。各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。 The power transmission ECU 230 includes a CPU, a storage device, an input / output buffer and the like (all not shown), and controls various devices in the power transmission apparatus 200. For example, when power transmission from power transmission device 200 to power reception device 100 is performed, power transmission ECU 230 performs switching control of inverter 210 such that inverter 210 generates transmission power having a predetermined frequency. The various controls are not limited to software processing, and may be processed by dedicated hardware (electronic circuits).

通信部２４０は、受電装置１００が搭載される車両の通信部７００と無線通信可能に構成される。通信部２４０は、電力伝送の開始／停止に関する情報を車両側とやり取りしたり、受電装置１００の受電状況（受電電圧や受電電流、受電電力等）を車両から受信したりする。 Communication unit 240 is configured to be capable of wireless communication with communication unit 700 of the vehicle on which power reception device 100 is mounted. The communication unit 240 exchanges information related to start / stop of power transmission with the vehicle side, and receives the power reception status of the power reception device 100 (a power reception voltage, a power reception current, a power reception, etc.) from the vehicle.

この電力伝送システム１０においては、送電装置２００において、インバータ２１０から送電コイル２０１へ、所定の周波数を有する交流電力が供給される。送電コイル２０１に交流電力が供給されると、送電コイル２０１と受電装置１００の受電コイル１０１との間に形成される磁界を通じて、送電コイル２０１から受電コイル１０１へエネルギー（電力）が移動する。受電コイル１０１へ移動したエネルギー（電力）は、整流回路１０５を通じて蓄電装置３００へ供給される。 In power transmission system 10, in power transmission device 200, AC power having a predetermined frequency is supplied from inverter 210 to power transmission coil 201. When AC power is supplied to the power transmission coil 201, energy (electric power) moves from the power transmission coil 201 to the power reception coil 101 through the magnetic field formed between the power transmission coil 201 and the power reception coil 101 of the power receiving device 100. The energy (electric power) moved to the power receiving coil 101 is supplied to the power storage device 300 through the rectifier circuit 105.

送電装置から受電装置へ非接触で電力を伝送する電力伝送システムにおいて、受電装置（整流回路）の出力電圧が異常に上昇する等の受電異常が発生した場合に、受電装置を保護する対策として、整流回路の下アームをＭＯＳＦＥＴで構成し、受電装置（整流回路）の出力が過電圧となった場合に上記ＭＯＳＦＥＴをオンさせることが考えられる。 In a power transmission system for transmitting power without contact from a power transmission device to a power reception device, as a measure to protect the power reception device when a power reception abnormality such as an abnormal increase in output voltage of the power reception device (rectifier) occurs, It is conceivable that the lower arm of the rectification circuit is configured by a MOSFET, and the MOSFET is turned on when the output of the power receiving device (rectification circuit) becomes an overvoltage.

しかしながら、上記の受電装置１００のようなＳ方式の受電装置に上記の手法を適用する場合、整流回路のＭＯＳＦＥＴをオンさせることによって整流回路出力側の過電圧は抑制できるけれども、受電コイルとキャパシタとの共振状態が維持される可能性がある。これにより、受電コイル及びキャパシタ（受電部）に過電流・過電圧が生じ、絶縁故障に至る可能性がある。この場合、送電装置からの送電停止を待つことも考えられるが、送電装置での送電停止処理に時間がかかり、受電部の過電流・過電圧を抑制できない可能性がある。 However, in the case of applying the above method to an S-type power receiving device such as the above power receiving device 100, the overvoltage of the rectifier circuit output side can be suppressed by turning on the MOSFET of the rectifier circuit. A resonant state may be maintained. As a result, overcurrent and overvoltage occur in the power receiving coil and the capacitor (power receiving unit), which may lead to insulation failure. In this case, it may be possible to wait for the power transmission stop from the power transmission device, but it takes time for the power transmission stop processing in the power transmission device, and there is a possibility that the overcurrent and the overvoltage of the power receiving unit can not be suppressed.

そこで、本実施の形態に従う受電装置１００では、整流回路１０５の出力が過電圧となるような受電異常が発生すると、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が駆動されることによって整流回路１０５の入力端間が短絡される。このとき、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は、ゲート−ソース間電圧（以下「ゲート電圧Ｖｇｓ」とも称する。）からゲートしきい値電圧Ｖｔを差引いた電圧値（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓよりも小さくなるゲート電圧Ｖｇｓで駆動される。 Therefore, in power reception device 100 according to the present embodiment, when a power reception abnormality occurs such that the output of rectification circuit 105 becomes an overvoltage, MOSFETs 113 and 114 are driven to short between input terminals of rectification circuit 105. At this time, in the MOSFETs 113 and 114, a voltage value (Vgs−Vt) obtained by subtracting the gate threshold voltage Vt from the gate-source voltage (hereinafter also referred to as “gate voltage Vgs”) is higher than the drain-source voltage Vds. It is driven by the gate voltage Vgs which becomes smaller.

図２は、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４の作動領域を説明するための図である。図２を参照して、横軸は、ゲート電圧Ｖｇｓからゲートしきい値電圧Ｖｔを差引いた電圧値（Ｖｇｓ−Ｖｔ）を示す。縦軸は、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを示す。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operation regions of the MOSFETs 113 and 114. As shown in FIG. Referring to FIG. 2, the horizontal axis indicates a voltage value (Vgs−Vt) obtained by subtracting the gate threshold voltage Vt from the gate voltage Vgs. The vertical axis represents the drain-source voltage Vds.

（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも高い場合は、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は線形領域で作動する。一方、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも低い場合は、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は飽和領域で作動する。なお、線形領域とは、Ｖｄｓとともにドレイン電流Ｉｄｓが増加する領域であり、飽和領域とは、Ｖｄｓとは無関係にゲート電圧Ｖｇｓだけで定まる定電流特性を示す領域である。 When (Vgs-Vt) is higher than Vds, the MOSFETs 113 and 114 operate in the linear region. On the other hand, when (Vgs-Vt) is lower than Vds, the MOSFETs 113 and 114 operate in the saturation region. The linear region is a region where the drain current Ids increases together with Vds, and the saturated region is a region showing a constant current characteristic determined only by the gate voltage Vgs regardless of Vds.

図３は、線形領域におけるＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のオン抵抗と、飽和領域におけるＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のオン抵抗との比較例を示した図である。図３を参照して、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が飽和領域で作動するときのオン抵抗は、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が線形領域で作動するときのオン抵抗よりも高い。 FIG. 3 is a diagram showing a comparative example of the on-resistances of the MOSFETs 113 and 114 in the linear region and the on-resistances of the MOSFETs 113 and 114 in the saturated region. Referring to FIG. 3, the on resistance when MOSFETs 113 and 114 operate in the saturation region is higher than the on resistance when MOSFETs 113 and 114 operate in the linear region.

上述のように、本実施の形態に従う受電装置１００では、受電異常が発生すると、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも小さくなるゲート電圧ＶｇｓでＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が駆動されるので、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は飽和領域で作動する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が線形領域で作動する場合に比べてＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のオン抵抗が高くなり、短絡経路の抵抗を大きくすることができる。その結果、受電コイル１０１とキャパシタ１０２との共振状態が抑制され、受電部に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、整流回路１０５の入力端間が短絡されるので、整流回路１０５の出力側の過電圧も抑制される。 As described above, in power reception device 100 according to the present embodiment, MOSFETs 113 and 114 are driven at gate voltage Vgs at which (Vgs−Vt) becomes smaller than Vds when a power reception abnormality occurs, so that MOSFETs 113 and 114 are saturated. Operate in the area. As a result, the on resistance of the MOSFETs 113 and 114 becomes higher than when the MOSFETs 113 and 114 operate in the linear region, and the resistance of the short circuit path can be increased. As a result, the resonance state between the power receiving coil 101 and the capacitor 102 can be suppressed, and the occurrence of overcurrent and overvoltage in the power receiving unit can be suppressed. Further, since the input terminals of the rectifier circuit 105 are short-circuited, an overvoltage on the output side of the rectifier circuit 105 is also suppressed.

再び図１を参照して、受電装置１００での受電異常の発生時に、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４について（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも小さくなるゲート電圧ＶｇｓでＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が駆動されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０は、その出力電圧を制御する。たとえば、図示しない電圧センサによって各ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ及びゲート電圧Ｖｇｓが検出され、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）の値がＶｄｓよりも小さくなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧が制御される。或いは、ゲート電圧Ｖｇｓがゲートしきい値電圧Ｖｔよりも少しだけ高くなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧を一定に制御してもよい。この場合、Ｖｄｓが高ければ、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）の値がＶｄｓよりも小さくなるのでＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を飽和領域で作動させることができる。 Referring again to FIG. 1, when a power reception abnormality occurs in power reception device 100, DC / HC is controlled such that MOSFETs 113 and 114 are driven at gate voltage Vgs at which (Vgs−Vt) becomes smaller than Vds. The DC converter 150 controls its output voltage. For example, the voltage sensor (not shown) detects the drain-source voltage Vds and the gate voltage Vgs of each of the MOSFETs 113 and 114, and the output voltage of the DC / DC converter 150 decreases so that the value of (Vgs-Vt) becomes smaller than Vds. It is controlled. Alternatively, the output voltage of DC / DC converter 150 may be controlled to be constant such that gate voltage Vgs is slightly higher than gate threshold voltage Vt. In this case, if Vds is high, the value of (Vgs-Vt) becomes smaller than Vds, so that the MOSFETs 113 and 114 can be operated in the saturation region.

図４は、受電装置１００の制御部１３０により実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、受電装置１００による蓄電装置３００の充電中に、所定時間毎又は所定の条件が成立する毎に繰返し実行される。 FIG. 4 is a flowchart showing an example of the procedure of processing executed by control unit 130 of power reception device 100. A series of processes shown in the flowchart are repeatedly executed every predetermined time or each time a predetermined condition is satisfied, while the power receiving device 100 charges the power storage device 300.

図４を参照して、制御部１３０は、電圧検出部１２０から整流回路１０５の出力電圧Ｖｏの検出値を取得し、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１０）。このしきい値Ｖｔｈは、整流回路１０５の出側において過電圧が生じているか否かを判定するためのしきい値であり、たとえば、蓄電装置３００の上限電圧とキャパシタ１０６の耐電圧との範囲内において適宜設定される。 Referring to FIG. 4, control unit 130 obtains a detected value of output voltage Vo of rectifier circuit 105 from voltage detection unit 120, and determines whether output voltage Vo is higher than threshold value Vth (step S10). The threshold value Vth is a threshold value for determining whether or not an overvoltage occurs on the output side of the rectifier circuit 105. For example, the threshold value Vth is within the range between the upper limit voltage of power storage device 300 and the withstand voltage of capacitor 106. Are set appropriately.

ステップＳ１０において出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈ以下であると判定された場合（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御部１３０は、蓄電装置３００の充電異常を示す充電異常信号を車両ＥＣＵ５００から受信したか否かを判定する（ステップＳ２０）。車両ＥＣＵ５００は、蓄電装置３００の充電中に、たとえば、整流回路１０５の出力電圧Ｖｏや充電電流を監視するとともに、電圧検出部１２０の異常等も監視している。そして、車両ＥＣＵ５００は、電圧或いは電流の異常や電圧検出部１２０の異常等を検知すると、充電異常信号を生成して制御部１３０へ出力する。 When it is determined in step S10 that output voltage Vo is equal to or lower than threshold value Vth (NO in step S10), control unit 130 receives from vehicle ECU 500 a charge abnormality signal indicating charge abnormality of power storage device 300. It is determined (step S20). During charging of power storage device 300, vehicle ECU 500 monitors, for example, output voltage Vo of charging circuit 105 and charging current, and also monitors abnormality of voltage detection unit 120 and the like. When the vehicle ECU 500 detects an abnormality in voltage or current, an abnormality in the voltage detection unit 120, or the like, the vehicle ECU 500 generates a charge abnormality signal and outputs it to the control unit 130.

ステップＳ２０において車両ＥＣＵ５００から充電異常信号を受信していないと判定されると（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御部１３０は、ステップＳ３０以降の一連の処理を実行することなくリターンへと処理を移行する。 If it is determined in step S20 that the charging abnormality signal is not received from vehicle ECU 500 (NO in step S20), control unit 130 shifts the process to return without executing a series of processes after step S30. .

ステップＳ１０において整流回路１０５の出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈよりも高いと判定された場合（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、又はステップＳ２０において車両ＥＣＵ５００から充電異常信号を受信したと判定された場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御部１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧を以下のように制御する。すなわち、制御部１３０は、絶縁ドライバ１４０によるＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４の駆動時に、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも低くなるゲート電圧ＶｇｓでＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が駆動されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧を制御する（ステップＳ２５）。 When it is determined that the output voltage Vo of the rectifier circuit 105 is higher than the threshold value Vth in step S10 (YES in step S10), or when it is determined that the charge abnormality signal is received from the vehicle ECU 500 in step S20 (step In S20, the control unit 130 controls the output voltage of the DC / DC converter 150 as follows. That is, the control unit 130 outputs the output of the DC / DC converter 150 so that the MOSFETs 113 and 114 are driven by the gate voltage Vgs at which (Vgs−Vt) becomes lower than Vds when the MOSFETs 113 and 114 are driven by the isolation driver 140. The voltage is controlled (step S25).

そして、制御部１３０は、整流回路１０５のＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を作動させる（オンさせる）ための短絡動作駆動信号を生成して絶縁ドライバ１４０へ出力する（ステップＳ３０）。そうすると、絶縁ドライバ１４０によって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５０の出力電圧がゲート電圧ＶｇｓとしてＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４の各ゲートへ供給され、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が飽和領域で作動（オン）する。これにより、整流回路１０５の入力端間が短絡され、受電部（受電コイル１０１及びキャパシタ１０２）に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。 Then, the control unit 130 generates a short circuit operation drive signal for operating (turning on) the MOSFETs 113 and 114 of the rectifier circuit 105, and outputs the short circuit operation drive signal to the isolation driver 140 (step S30). Then, the output voltage of the DC / DC converter 150 is supplied as the gate voltage Vgs to the gates of the MOSFETs 113 and 114 by the isolation driver 140, and the MOSFETs 113 and 114 operate (turn on) in the saturation region. Thus, the input terminals of the rectifier circuit 105 are short-circuited, and the occurrence of overcurrent and overvoltage in the power receiving unit (the power receiving coil 101 and the capacitor 102) can be suppressed.

短絡動作駆動信号が絶縁ドライバ１４０へ出力された後、制御部１３０は、送電装置２００からの送電の停止を指示する送電停止信号を送電装置２００へ送信するように車両ＥＣＵ５００へ指示する（ステップＳ４０）。これにより、通信部７００によって送電装置２００へ送電停止指令が送信される。 After the short circuit operation drive signal is output to isolation driver 140, control unit 130 instructs vehicle ECU 500 to transmit a power transmission stop signal instructing power transmission device 200 to stop power transmission (step S40). ). Thereby, the power transmission stop instruction is transmitted to the power transmission device 200 by the communication unit 700.

次いで、制御部１３０は、短絡動作駆動信号を絶縁ドライバ１４０へ出力してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ５０）。この所定時間は、たとえば、送電装置２００において送電停止指令が受信され、送電停止指令に従って送電ＥＣＵ２３０がインバータ２１０へ駆動停止信号を出力し、送電コイル２０１からの送電が停止されるまでに要する最大時間（予測値）以上に設定される。 Next, the control unit 130 determines whether or not a predetermined time has elapsed since the shorting operation drive signal is output to the isolation driver 140 (step S50). For this predetermined time, for example, the power transmission stop command is received in the power transmission apparatus 200, and the power transmission ECU 230 outputs a drive stop signal to the inverter 210 according to the power transmission stop command, and the maximum time required for the power transmission from the power transmission coil 201 to be stopped. It is set to (predicted value) or more.

そして、ステップＳ５０において、短絡動作駆動信号が絶縁ドライバ１４０へ出力されてから所定時間が経過したと判定されると（ステップＳ５０においてＹＥＳ）、制御部１３０は、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４をオフさせるための短絡動作停止信号を生成して絶縁ドライバ１４０へ出力する（ステップＳ６０）。 Then, in step S50, when it is determined that the predetermined time has elapsed since the short circuit operation drive signal is output to isolation driver 140 (YES in step S50), control unit 130 causes short circuit for turning MOSFETs 113 and 114 off. An operation stop signal is generated and output to the isolation driver 140 (step S60).

図５は、整流回路１０５の出力電圧Ｖｏの推移の一例を示した図である。図５を参照して、時刻ｔ０からｔ１の期間では、受電異常（過電圧や充電異常）は発生しておらず、正常に蓄電装置３００の充電が行なわれている。 FIG. 5 is a diagram showing an example of transition of the output voltage Vo of the rectifier circuit 105. As shown in FIG. Referring to FIG. 5, in the period from time t0 to t1, a power reception abnormality (overvoltage or charging abnormality) does not occur, and charging of power storage device 300 is normally performed.

時刻ｔ１において、受電異常が発生し、出力電圧Ｖｏが上昇している。時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えると、整流回路１０５のＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４がオンされる。これにより、整流回路１０５の入力端間が短絡され、時刻ｔ２以降の出力電圧Ｖｏの上昇が抑制されている。 At time t1, a power reception abnormality occurs, and the output voltage Vo rises. When the output voltage Vo exceeds the threshold value Vth at time t2, the MOSFETs 113 and 114 of the rectifier circuit 105 are turned on. As a result, the input terminals of the rectifier circuit 105 are short-circuited, and the rise of the output voltage Vo after time t2 is suppressed.

図６は、受電コイル１０１に流れる電流の推移の一例を示した図である。この図６では、定格電力で蓄電装置３００が充電されているとき（正常動作時）に対する電流増加比が示されている。図６において、実線は、本実施の形態における受電コイル１０１に流れる電流を示す。点線は、比較例として、受電異常が発生した場合に整流回路１０５のＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を線形領域で作動させる場合の電流推移を示す。 FIG. 6 is a diagram showing an example of transition of the current flowing in the power receiving coil 101. As shown in FIG. FIG. 6 shows the current increase ratio with respect to the time when power storage device 300 is charged at the rated power (in normal operation). In FIG. 6, the solid line indicates the current flowing through power reception coil 101 in the present embodiment. A dotted line shows, as a comparative example, a current transition in the case where the MOSFETs 113 and 114 of the rectifier circuit 105 are operated in a linear region when a power reception abnormality occurs.

図６を参照して、時刻ｔ０からｔ１の期間では、受電装置１００により蓄電装置３００が定格電力で充電されている（正常動作）。時刻ｔ１において、受電異常が発生し、時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えることによりＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４がオンされる。 Referring to FIG. 6, power storage device 300 is charged with rated power by power reception device 100 in a period from time t0 to t1 (normal operation). At time t1, a power reception abnormality occurs, and at time t2, when the output voltage Vo exceeds the threshold value Vth, the MOSFETs 113 and 114 are turned on.

本実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を飽和領域で作動させることにより、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を線形領域で作動させる比較例に対して、受電コイル１０１に流れる電流のピークが約２６％低下している。これにより、受電コイル１０１の過電流を抑制することができる。 In the present embodiment, by operating the MOSFETs 113 and 114 in the saturation region, the peak of the current flowing through the power receiving coil 101 is reduced by about 26% with respect to the comparative example in which the MOSFETs 113 and 114 operate in the linear region. Thereby, the overcurrent of the receiving coil 101 can be suppressed.

図７は、受電コイル１０１に生じる電圧の推移の一例を示した図である。この図７では、定格電力で蓄電装置３００が充電されているとき（正常動作時）に対する電圧増加比が示されている。図７において、実線は、本実施の形態における受電コイル１０１に生じる電圧を示す。点線は、比較例として、受電異常が発生した場合に整流回路１０５のＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を線形領域で作動させる場合の電圧の推移を示す。 FIG. 7 is a diagram showing an example of transition of a voltage generated in the power receiving coil 101. As shown in FIG. FIG. 7 shows a voltage increase ratio with respect to the time when power storage device 300 is charged at rated power (in normal operation). In FIG. 7, a solid line indicates a voltage generated in power reception coil 101 in the present embodiment. The dotted line shows, as a comparative example, the transition of voltage in the case where the MOSFETs 113 and 114 of the rectifier circuit 105 are operated in the linear region when a power reception abnormality occurs.

図７を参照して、時刻ｔ０からｔ１の期間では、受電装置１００により蓄電装置３００が定格電力で充電されている（正常動作）。時刻ｔ１において、受電異常が発生し、時刻ｔ２において、出力電圧Ｖｏがしきい値Ｖｔｈを超えることによりＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４がオンされる。 Referring to FIG. 7, power storage device 300 is charged with rated power by power reception device 100 in a period from time t0 to t1 (normal operation). At time t1, a power reception abnormality occurs, and at time t2, when the output voltage Vo exceeds the threshold value Vth, the MOSFETs 113 and 114 are turned on.

本実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を飽和領域で作動させることにより、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を線形領域で作動させる比較例に対して、受電コイル１０１に生じる電圧のピークが約２５％低下している。これにより、受電コイル１０１の過電圧を抑制することができる。 In the present embodiment, by operating the MOSFETs 113 and 114 in the saturation region, the peak of the voltage generated in the power receiving coil 101 is reduced by about 25% with respect to the comparative example in which the MOSFETs 113 and 114 operate in the linear region. Thereby, the overvoltage of the receiving coil 101 can be suppressed.

以上のように、この実施の形態においては、整流回路１０５の下アームがＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４によって構成され、受電異常が発生すると、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が駆動されることによって整流回路１０５の入力端間が短絡される。このとき、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも低くなるゲート電圧Ｖｇｓで駆動されるので、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４は飽和領域で作動する。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４が線形領域で作動する場合に比べてＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４のオン抵抗が高くなり、短絡経路の抵抗を大きくすることができる。その結果、受電コイル１０１とキャパシタ１０２との共振状態が抑制され、受電コイル１０１及びキャパシタ１０２に過電流・過電圧が生じるのを抑制することができる。また、整流回路１０５の入力端間が短絡されるので、整流回路１０５の出力側の過電圧も抑制される。このように、この実施の形態によれば、整流回路１０５の出力側の過電圧を抑制するとともに、受電部の電流及び電圧を抑制することができる。 As described above, in this embodiment, the lower arm of the rectifier circuit 105 is configured by the MOSFETs 113 and 114, and when a power reception abnormality occurs, the input terminals of the rectifier circuit 105 are shorted by driving the MOSFETs 113 and 114. Be done. At this time, since the MOSFETs 113 and 114 are driven at the gate voltage Vgs at which (Vgs−Vt) becomes lower than Vds, the MOSFETs 113 and 114 operate in the saturation region. As a result, the on resistance of the MOSFETs 113 and 114 becomes higher than when the MOSFETs 113 and 114 operate in the linear region, and the resistance of the short circuit path can be increased. As a result, the resonance state between the power receiving coil 101 and the capacitor 102 is suppressed, and the occurrence of overcurrent and overvoltage in the power receiving coil 101 and the capacitor 102 can be suppressed. Further, since the input terminals of the rectifier circuit 105 are short-circuited, an overvoltage on the output side of the rectifier circuit 105 is also suppressed. Thus, according to this embodiment, it is possible to suppress an overvoltage on the output side of the rectifier circuit 105 and to suppress the current and voltage of the power receiving unit.

また、この実施の形態では、受電異常の発生時に整流回路１０５の入力端間を短絡する短絡手段は、整流回路１０５の下アームをＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４で構成することにより実現される。これにより、短絡手段を機械式のリレーで構成する場合に比べて短絡動作移行までの時間を短くすることができ、受電部を良好に保護することができる。また、整流回路１０５の入力端間を短絡する回路を別途設けることなく、整流回路１０５の入力端間を短絡させることができる。さらに、１つの絶縁ドライバ１４０で各ＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４を駆動することにより、受電装置１００を小型化することができる。 Further, in this embodiment, the shorting means for shorting between the input ends of the rectifier circuit 105 when a power reception abnormality occurs is realized by configuring the lower arm of the rectifier circuit 105 with the MOSFETs 113 and 114. As a result, compared to the case where the shorting means is configured by a mechanical relay, the time to shift to the shorting operation can be shortened, and the power reception unit can be well protected. Further, the input terminals of the rectifier circuit 105 can be shorted without separately providing a circuit for shorting the input terminals of the rectifier circuit 105. Furthermore, by driving each of the MOSFETs 113 and 114 with one insulating driver 140, the power receiving device 100 can be miniaturized.

なお、上記の実施の形態では、短絡手段は、整流回路１０５のＭＯＳＦＥＴ１１３，１１４によって構成されるものとしたが、短絡手段は、必ずしもこのような構成に限定されるものではない。たとえば、整流回路は、４つのダイオードから成るダイオードブリッジ回路によって構成し、整流回路１０５の入力側に整流回路１０５の入力端間を短絡可能なＭＯＳＦＥＴを設けてもよい。そして、受電異常の発生時に、そのＭＯＳＦＥＴを、（Ｖｇｓ−Ｖｔ）がＶｄｓよりも低くなるゲート電圧Ｖｇｓで駆動するようにしてもよい。 In the above embodiment, the short circuit means is constituted by the MOSFETs 113 and 114 of the rectifier circuit 105, but the short circuit means is not necessarily limited to such a configuration. For example, the rectifier circuit may be constituted by a diode bridge circuit consisting of four diodes, and a MOSFET capable of shorting between the input terminals of the rectifier circuit 105 may be provided on the input side of the rectifier circuit 105. Then, when a power reception abnormality occurs, the MOSFET may be driven at a gate voltage Vgs at which (Vgs−Vt) becomes lower than Vds.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

１０電力伝送システム、１００受電装置、１０１受電コイル、１０２，１０３，１０６，２０２，２０３キャパシタ、１０４，２０４インダクタ、１０５整流回路、１１１，１１２ダイオード、１１３，１１４ＭＯＳＦＥＴ、１２０電圧検出部、１３０制御部、１４０絶縁ドライバ、１５０ＤＣ／ＤＣコンバータ、１６０補機バッテリ、２００送電装置、２０１送電コイル、２１０インバータ、２２０ＰＦＣ回路、２３０送電ＥＣＵ、２４０，７００通信部、３００蓄電装置、４００リレー回路、５００車両ＥＣＵ、６００交流電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power transmission system, 100 power receiving device, 101 power receiving coil, 102, 103, 106, 202, 203 capacitor, 104, 204 inductor, 105 rectifier circuit, 111, 112 diode, 113, 114 MOSFET, 120 voltage detection part, 130 control , 140 isolated driver, 150 DC / DC converter, 160 auxiliary battery, 200 power transmission device, 201 power transmission coil, 210 inverter, 220 PFC circuit, 230 power transmission ECU, 240, 700 communication unit, 300 power storage device, 400 relay circuit, 500 vehicle ECU, 600 AC power supply.

Claims

A non-contact power reception device that receives power from a power transmission device in a non-contact manner,
A power reception unit configured to receive power from the power transmission device in a contactless manner via a magnetic field;
The power receiving unit includes a power receiving coil and a capacitor connected in series, and further,
A rectifier circuit configured to rectify AC power received by the power receiving unit;
And a shorting means for shorting between the input ends of the rectifier circuit when a power reception abnormality occurs.
The short circuit means includes a field effect transistor,
The non-contact power receiving device, wherein the field effect transistor is driven by a gate voltage in which a voltage value obtained by subtracting a gate threshold voltage from a gate-source voltage is smaller than a drain-source voltage.