JP6344289B2 - Power transmission device for contactless power transmission system - Google Patents
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Description
本発明は、送電共振回路から受電共振回路へ非接触で送電する非接触送電システムの送電装置に関する。 The present invention relates to a power transmission device of a non-contact power transmission system that performs non-contact power transmission from a power transmission resonance circuit to a power reception resonance circuit.
非接触送電システムは、送電対象としての車両に車両外部から非接触で送電を行い、それにより車載バッテリを充電するシステムが知られている。非接触送電システムは、送電装置が有する交流電源及び送電コイルと、受電装置が有する受電コイルを備えている。 As a non-contact power transmission system, a system is known in which a vehicle as a power transmission target performs non-contact power transmission from the outside of the vehicle and thereby charges an in-vehicle battery. The non-contact power transmission system includes an AC power source and a power transmission coil included in the power transmission device, and a power reception coil included in the power reception device.
送電コイルは、駐車スペースの地表面の所定位置に設置され、交流電源から交流が供給されることで交番磁束を発生する。受電コイルは、車両の底部に設置され、駐車スペースに車両を駐車したときに、上下方向に間隔をあけて送電コイルと対向して配置され、送電コイルが発生した交番磁束と鎖交することで電磁誘導によって交流を発生させる。 The power transmission coil is installed at a predetermined position on the ground surface of the parking space, and generates alternating magnetic flux when AC is supplied from an AC power source. The power receiving coil is installed at the bottom of the vehicle, and when the vehicle is parked in the parking space, the power receiving coil is arranged facing the power transmitting coil with a space in the vertical direction, and is linked to the alternating magnetic flux generated by the power transmitting coil. AC is generated by electromagnetic induction.
受電コイルと送電コイルとの相対位置によって、送電装置に過電流が流れることが懸念される。そこで、受電コイルと送電コイルとの車高方向の距離情報に基づいて、交流電源の出力を制限する構成が開示されている(特許文献1)。 There is a concern that an overcurrent may flow through the power transmission device depending on the relative position between the power reception coil and the power transmission coil. Thus, a configuration is disclosed in which the output of the AC power supply is limited based on distance information in the vehicle height direction between the power receiving coil and the power transmitting coil (Patent Document 1).
受電コイルと受電コンデンサとを直列接続して送電共振回路を構成し、送電コイルと送電コンデンサとを直列接続して受電共振回路を構成する方式、いわゆる、SS方式(Series - Series)では、受電コイルと送電コイルとの距離が離れ、結合係数が低下するほど、送電コイル及び受電コイルに流れる電流は増加する。このため、SS方式に上記特許文献に開示の構成を適用した場合、受電コイルと送電コイルとの距離が変化した場合に、交流電源の出力を停止することで過電流を抑制できるが、非接触送電を継続することが困難である。 In a so-called SS system (Series-Series), a power receiving coil is configured by connecting a power receiving coil and a power receiving capacitor in series to form a power transmission resonance circuit, and connecting a power transmission coil and a power transmission capacitor in series. As the distance between the power transmission coil and the power transmission coil increases and the coupling coefficient decreases, the current flowing through the power transmission coil and the power reception coil increases. For this reason, when the configuration disclosed in the above-mentioned patent document is applied to the SS system, when the distance between the power receiving coil and the power transmitting coil changes, overcurrent can be suppressed by stopping the output of the AC power supply, but non-contact It is difficult to continue power transmission.
また、例えば、受電装置の電力供給対象が二次電池であった場合に、二次電池の端子間電圧は変動する。このように受電装置の電力供給対象の電圧(負荷電圧)が変動すると、送電コイルに流れる電流は変化する。上記特許文献に開示の構成では、この負荷電圧の変動の影響を考慮していない。 Further, for example, when the power supply target of the power receiving apparatus is a secondary battery, the voltage between the terminals of the secondary battery varies. Thus, when the voltage (load voltage) of the power supply target of the power receiving apparatus varies, the current flowing through the power transmission coil changes. In the configuration disclosed in the above-mentioned patent document, the influence of the fluctuation of the load voltage is not taken into consideration.
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、受電コイルと送電コイルとの相対位置の変化、及び、負荷電圧の変化が生じた場合に、過電流を抑制しつつ電力供給を継続可能な非接触送電システムの送電装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and continues to supply power while suppressing overcurrent when a change in the relative position between the power receiving coil and the power transmitting coil and a change in the load voltage occur. The main object is to provide a power transmission device of a possible contactless power transmission system.
本発明は、半導体スイッチング素子(SW1〜SW4)を備え、その半導体スイッチング素子を開閉制御することで、直流電源(11)から供給される直流電力を変換し、交流電力として出力するインバータ回路(16)と、直列接続されている送電コイル(37)及び送電コンデンサ(36)を備え、前記インバータ回路から交流電力が供給されることで前記送電コイルにおいて磁束を発生させ、直列接続されている受電コイル(38)及び受電コンデンサ(39)を備えている受電共振回路(19)に対して送電を行う送電共振回路(17)と、を備える非接触送電システム(10)の送電装置(12)において、前記インバータ回路と、前記送電共振回路との間に設けられ、前記インバータ回路から見た前記送電共振回路側のインピーダンスを、前記送電共振回路側のアドミタンスに比例するように変換するイミタンス変換器(18)と、前記インバータ回路の出力電圧に基づいて、前記送電共振回路に流れる送電電流を推定する送電電流推定部(60,63)と、前記送電電流推定部による推定値が第1閾値を超える場合に、前記送電電流が前記第1閾値以下となるように、前記インバータ回路の出力電圧を調整する出力電圧調整部(60,66,67)と、を備えていることを特徴とする。 The present invention includes a semiconductor switching element (SW1 to SW4), and converts the DC power supplied from the DC power supply (11) by opening and closing the semiconductor switching element, and outputs the AC power as an AC circuit (16). ), A power transmission coil (37) and a power transmission capacitor (36) connected in series, and AC power is supplied from the inverter circuit to generate a magnetic flux in the power transmission coil, and the power reception coil is connected in series. (38) and a power transmission resonance circuit (17) that transmits power to the power reception resonance circuit (19) including the power reception capacitor (39). Provided between the inverter circuit and the power transmission resonance circuit, the impedance on the power transmission resonance circuit side viewed from the inverter circuit. And an immittance converter (18) for converting the impedance to be proportional to the admittance on the power transmission resonance circuit side, and a power transmission current estimation unit for estimating a power transmission current flowing in the power transmission resonance circuit based on an output voltage of the inverter circuit (60, 63) and an output voltage adjustment for adjusting the output voltage of the inverter circuit so that the transmission current is equal to or less than the first threshold when the estimated value by the transmission current estimation unit exceeds the first threshold. Part (60, 66, 67).
インバータ回路と、送電共振回路との間にイミタンス変換器を設ける構成とした。イミタンス変換器は、送電共振回路側のインピーダンスを送電共振回路側のアドミタンスに比例するように変換する。この変換によって、受電共振回路から電力を供給される負荷の電圧変動や、送電共振回路と受電共振回路との結合係数に依らず、インバータ回路及びイミタンス変換器は、定電流源として働く。イミタンス変換器から送電共振回路に流れる送電電流は、イミタンス変換器の入力電圧、即ち、インバータ回路の出力電圧に比例する。このため、インバータ回路の出力電圧に基づいて、送電電流を推定することが可能である。 An immittance converter is provided between the inverter circuit and the power transmission resonance circuit. The immittance converter converts the impedance on the power transmission resonance circuit side so as to be proportional to the admittance on the power transmission resonance circuit side. By this conversion, the inverter circuit and the immittance converter function as a constant current source regardless of the voltage fluctuation of the load supplied with power from the power receiving resonance circuit and the coupling coefficient between the power transmission resonance circuit and the power receiving resonance circuit. The power transmission current flowing from the immittance converter to the power transmission resonance circuit is proportional to the input voltage of the immittance converter, that is, the output voltage of the inverter circuit. For this reason, it is possible to estimate the transmission current based on the output voltage of the inverter circuit.
さらに、送電電流の推定値が第1閾値を超える場合、送電電流が第1閾値となるように、インバータ回路の出力電圧を調整することで、過電流を抑制することが可能となる。つまり、本発明は、受電コイルと送電コイルとの相対位置の変化、及び、負荷電圧の変化が生じた場合に、過電流を抑制しつつ電力供給を継続可能とする。 Furthermore, when the estimated value of the transmission current exceeds the first threshold, the overcurrent can be suppressed by adjusting the output voltage of the inverter circuit so that the transmission current becomes the first threshold. That is, according to the present invention, when a change in the relative position between the power reception coil and the power transmission coil and a change in the load voltage occur, the power supply can be continued while suppressing the overcurrent.
本実施形態における非接触送電システムは、商用電源から電力を供給され受電装置に対して非接触で電力を送電する送電装置、及び、送電装置から非接触で電力を受電する受電装置を備える。受電装置は、電気自動車やハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載受電装置であり、車載バッテリに対して電力を出力することで、車載バッテリを充電するものである。また、送電装置は、車両が駐車される駐車スペースに固定されて設けられている。 The contactless power transmission system according to the present embodiment includes a power transmission device that is supplied with power from a commercial power source and transmits power to the power reception device in a contactless manner, and a power reception device that receives power from the power transmission device in a contactless manner. The power receiving device is a vehicle-mounted power receiving device mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and charges the vehicle-mounted battery by outputting electric power to the vehicle-mounted battery. Moreover, the power transmission device is fixedly provided in a parking space where the vehicle is parked.
図1に本実施形態における非接触送電システム10を示す。非接触送電システム10は、直流電源11から供給される電力を送電装置12から車両に搭載された受電装置13に対して非接触で送電する。そして、受電装置13は、送電された電力を車載バッテリ14に対して出力し、充電を行う。また、受電装置13は、車載バッテリ14から供給された電力を送電装置12に対して非接触で送電することが可能である。受電装置13から送電装置12に対して送電を行う場合、送電装置12から家屋などに対して電力供給が実施される。受電装置13から送電装置12に対して送電を行う場合、受電装置13は「送電装置」として動作し、送電装置12は「受電装置」として動作する。
FIG. 1 shows a non-contact
送電装置12は、直流電源11から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換するインバータ回路16、及び、交流電力を受電装置13に対して出力する送電共振回路17を備える。ここで、直流電源11は、商用電力から供給される交流電力を直流電力に変換するAC−DCコンバータである。
The
受電装置13は、送電共振回路17から電力を供給される受電共振回路19、受電共振回路19から供給される交流電力を全波整流する整流回路20を備えている。
The
インバータ回路16は、周知のフルブリッジ型のインバータ回路である。インバータ回路16は、スイッチSW1〜SW4を備え、スイッチSW1〜SW4が交互にオンオフされる(開閉制御される)ことで、直流電源11から供給される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換する。なお、スイッチSW1〜SW4は、IGBTであり、それぞれフリーホイールダイオードが設けられている。
The
送電共振回路17は、送電コンデンサ36及び送電コイル37が直列接続されて構成されている。また、受電共振回路19は、受電コイル38及び受電コンデンサ39が直列接続されて構成されている。
The power
送電コイル37及び受電コイル38はそれぞれコアとともに平板状の樹脂に封止されている。送電コイル37、送電コア、及び送電コイル37を封止する樹脂は、送電パッドを構成し、受電コイル38、受電コア、及び受電コイル38を封止する樹脂は、受電パッドを構成している。送電パッドは駐車スペースの地表面の所定の位置に設けられており、また、受電パッドは車両の底部に設けられている。駐車スペースに車両が駐車されたときに、送電パッドと受電パットとが上下方向に離間して配置される。そして、その対向状態で送電コイル37に交流電力を流し、その交流電力によって発生した交番磁束が受電コイル38と鎖交することで、電磁誘導によって受電コイル38に交流電力を発生させる。
The
整流回路20は、周知のフルブリッジ型の同期整流回路であり、スイッチ44〜47を備え、スイッチ44〜47が交互にオンオフされることで、受電共振回路19から供給される交流電力を直流に変換する。なお、スイッチ44〜47は、MOS−FETであり、それぞれフリーホイールダイオードが設けられている。整流回路20の出力側には平滑コンデンサ48が設けられている。更に、平滑コンデンサ48の両端子と車載バッテリ14との間には、メインリレー50,51がそれぞれ設けられている。メインリレー50,51は、オフ状態とされることで、受電装置13と車載バッテリ14との接続を遮断状態にする。車載バッテリ14の充電時において、メインリレー50,51は原則的にオン状態とされている。また、平滑コンデンサ48とメインリレー50,51との間にリアクトル52及びコンデンサ53から構成されるフィルタ回路が設けられている。
The
また、送電装置12には、送電装置12の制御を行う送電制御部60が設けられており、受電装置13には、受電装置13の制御を行う受電制御部70が設けられている。送電制御部60は、インバータ回路16の制御を行う。受電制御部70は、整流回路20の制御を行う。
The
また、車両には、ECU80(Electronic Control Unit)及び充電開始ボタン(図示略)が設けられている。車両の停車中において、充電開始ボタンがユーザにより押されると、ECU80は送電装置12から受電装置13に対する送電を開始させる。具体的には、ECU80は、制御部60,70に対して指令を行うとともに、メインリレー50,51のオンオフの制御を行う。なお、制御部60,70及びECU80は、演算装置であるCPU、主記憶装置であるRAMなどを備えるマイクロコンピュータである。また、送電制御部60と、受電制御部70及びECU80との通信は無線、受電制御部70とECU80との通信は有線により行われる。
Further, the vehicle is provided with an ECU 80 (Electronic Control Unit) and a charge start button (not shown). When the charging start button is pressed by the user while the vehicle is stopped, the
インバータ回路16において、スイッチSW1のソース、及び、スイッチSW2のドレインは、送電コイル37の一端に接続されており、スイッチSW1,SW2は、第1レグを構成している。スイッチSW3のソース、及び、スイッチSW4のドレインは、送電コイル37の他端に接続されており、スイッチSW3,SW4は、第2レグを構成している。スイッチSW1,SW3は上アームスイッチング素子であり、スイッチSW2,SW4は下アームスイッチング素子である。
In the
インバータ回路16は、スイッチSW1とスイッチSW4とが同期してオンオフされるとともに、スイッチSW2とスイッチSW3とが同期してオンオフされることで、直流電力を交流電力に変換して出力する。なお、同一のレグに属する上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とが同時にオン状態とならないように、オンオフ状態(開閉状態)の切り替え時において、両スイッチング素子がともにオフ状態とされるデッドタイムが設けられている。
The
ここで、SS方式の非接触送電システム10において、インバータ回路16の出力電流Iinvは、
つまり、出力電流Iinvは、結合係数kに反比例し、車載バッテリ14の端子間電圧Vbatに正比例することとなる。このため、車載バッテリ14の端子間電圧が大きくなった場合や、結合係数kが小さくなった場合に、出力電流Iinvが増加することが考えられる。この出力電流Iinvの増加に伴って、送電装置12に過電流が流れることが懸念される。
That is, the output current Iinv is inversely proportional to the coupling coefficient k and directly proportional to the terminal voltage Vbat of the in-
そこで、本実施形態では、インバータ回路16と送電共振回路17との間にイミタンス変換器18を設ける構成としている。イミタンス変換器とは、インピーダンス・アドミタンス変換器の略称である。イミタンス変換器18は、入力端から見たインピーダンスを、出力端に接続された負荷のアドミタンスに比例するように変換する。
Therefore, in the present embodiment, an
インバータ回路16の出力側にイミタンス変換器18を設け、イミタンス変換器18の共振周波数で振動する交流電圧をイミタンス変換器18に入力すると、定電圧源として動作するインバータ回路16を定電流源に変換することができる。つまり、イミタンス変換器18を設けることで、送電共振回路17に流れる電流を定電流とすることができる。
When an
イミタンス変換器18は、T−LCL型ローパスフィルタである。イミタンス変換器18は、フィルタコイル32とフィルタコンデンサ33を備えている。ここで、フィルタコイル32のインダクタンス値をLf11とし、フィルタコンデンサ33のキャパシタンス値をCf1とする。また、送電コイル37の一部をイミタンス変化器のフィルタコイルとして用いている。つまり、送電コイル37のインダクタンス値は、一次側コイルとしての自己リアクトルL1と、フィルタコイルとしてのインダクタンス値Lf12との和とされる。ここで、Lf11=Lf12である。
The
また、イミタンス変換器18の共振周波数を、送電共振回路17及び受電共振回路19の共振周波数、即ち、インバータ回路16の出力周波数f0と等しくすることで、インバータ回路16を定電流源として動作させつつ、送電装置12から受電装置13への送電を実施することができる。つまり、インバータ回路16の出力角周波数ω0(=2π・f0)とすると、
ω0・Lf11=1/(ω0・Cf1)
となるように、フィルタコイル32のインダクタンス値Lf11、及び、フィルタコンデンサ33のキャパシタンス値Cf1を設定する。即ち、フィルタコイル32のインダクタンス値Lf11、及び、インバータ回路16の出力角周波数ω0の積と、フィルタコンデンサ33のキャパシタンス値Cf1、及び、インバータ回路16の出力角周波数ω0の積の逆数と、が等しくなるように設定する。
Further, by making the resonance frequency of the
ω0 · Lf11 = 1 / (ω0 · Cf1)
Thus, the inductance value Lf11 of the
共振周波数をf0、イミタンス変換器18のフィルタコンデンサ33の容量をCf1とすると、イミタンス変換器18から送電共振回路に流れる送電電流Iimは、
Iim=2π・f0・Cf1・Vinv=ω0・Cf1・Vinv…(1)
として推定することができる。即ち、送電電流Iimは、フィルタコンデンサ33のキャパシタンス値Cf1と、インバータ回路16の出力角周波数ω0と、インバータ回路16の出力電圧Vinvと、の積として、推定することができる。
When the resonance frequency is f0 and the capacitance of the
Iim = 2π · f0 · Cf1 · Vinv = ω0 · Cf1 · Vinv (1)
Can be estimated as That is, the transmission current Iim can be estimated as the product of the capacitance value Cf1 of the
また、本実施形態では、受電装置13において、受電共振回路19と整流回路20との間にイミタンス変換器22を設ける構成としている。受電装置13にイミタンス変換器22を設けることで、結合係数kが低下した場合であっても、送電電力の低下を抑制することができる。
In the present embodiment, the
イミタンス変換器22は、T−LCL型ローパスフィルタである。イミタンス変換器22は、フィルタコイル35とフィルタコンデンサ34を備えている。ここで、フィルタコイル35のインダクタンス値をLf22とし、フィルタコンデンサ34のキャパシタンス値をCf2とする。また、受電コイル38の一部をイミタンス変化器のフィルタコイルとして用いている。つまり、受電コイル38のインダクタンス値は、二次側コイルとしての自己リアクトルL2と、フィルタコイルとしてのインダクタンス値Lf21との和とされる。ここで、Lf21=Lf22である。
The
また、イミタンス変換器22の共振周波数は、送電共振回路17及び受電共振回路19の共振周波数と等しく設定されている。つまり、フィルタコイル35のインダクタンス値をLf22、フィルタコンデンサ33の容量をCf2、共振角周波数ω0(=2π・f0)とすると、
ω0・Lf22=1/(ω0・Cf2)
となるように、フィルタコイル35のインダクタンス値Lf22、及び、フィルタコンデンサ33の容量Cf2を設定する。
The resonance frequency of the
ω0 · Lf22 = 1 / (ω0 · Cf2)
Thus, the inductance value Lf22 of the filter coil 35 and the capacitance Cf2 of the
このようにイミタンス変換器18,22を設ける構成とすることで、インバータ回路16の出力電流Iinvは、
入力電圧Vdcが一定値とした場合の、出力電圧Vinvの実効値[Vrms]とデューティとの関係を図2に示す。図2に示す対応関係をマップとして記憶することで、送電制御部60は、入力電圧Vdc、及び、デューティに基づいて、出力電圧Vinvを算出することができる。 FIG. 2 shows the relationship between the effective value [Vrms] of the output voltage Vinv and the duty when the input voltage Vdc is a constant value. By storing the correspondence relationship illustrated in FIG. 2 as a map, the power transmission control unit 60 can calculate the output voltage Vinv based on the input voltage Vdc and the duty.
また、インバータ回路16の出力電圧Vinvを一定値とした場合の、インバータ回路16の出力電流Iinvの実効値[Irms]と入力電流Idcの実効値[Irms]との関係を図3に示す。図3に示す対応関係をマップとして記憶することで、送電制御部60は、入力電流Idc及び出力電圧Vinvに基づいて、出力電流Iinvを算出することができる。
FIG. 3 shows the relationship between the effective value [Irms] of the output current Iinv of the
図4に送電制御部60の機能ブロック図を示す。電圧検出部61は、電圧センサ40からインバータ回路16の入力電圧Vdcの検出値を取得する。出力電圧推定部62は、電圧検出部61から入力電圧Vdcの検出値を、指令値設定部67からデューティをそれぞれ取得する。そして、入力電圧Vdcの検出値と、デューティとに基づき、図2に示すマップを用いて、出力電圧Vinvを推定する。送電電流推定部63は、出力電圧推定部62から出力電圧Vinvの推定値を取得し、その推定値に基づいて、送電電流Iimを推定する。ここで、送電電流Iimの推定には、式(1)を用いる。
FIG. 4 shows a functional block diagram of the power transmission control unit 60. The voltage detection unit 61 acquires a detection value of the input voltage Vdc of the
電流検出部64は、電流センサ41からインバータ回路16の入力電流Idcの検出値を取得する。出力電流推定部65は、電流検出部64から入力電流Idcの検出値を、出力電圧推定部62から出力電圧Vinvの推定値を取得する。そして、入力電流Idcの検出値と、出力電圧Vinvの推定値とに基づき、図3に示すマップを用いて、出力電流Iinvを推定する。
The
過電流判定部66は、送電電流推定部63から送電電流Iimを、出力電流推定部65から出力電流Iinvの推定値を、それぞれ取得する。そして、送電電流Iim及び出力電流Iinvの推定値が、それぞれの制限電流Ith1,Ith2(第1,第2閾値)を超過しているか否かを判定する。
The
指令値設定部67は、受電制御部70から入力される要求電力に基づいて、インバータ回路16の出力電圧の指令値Vinv*としてインバータ回路16のデューティを設定する。ここで、指令値設定部67は、過電流判定部66により、送電電流Iim及び出力電流Iinvの推定値の少なくとも一方が、それぞれの制限電流Ith1,Ith2を超えると判定された場合に、送電電流Iim及び出力電流Iinvの推定値に基づいて、デューティを設定する。つまり、過電流判定部66及び指令値設定部67は、送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1を超える場合に、送電電流Iimが制限電流Ith1以下となるようにインバータ回路16の出力電圧を調整する出力電圧調整部として動作する。また、過電流判定部66及び指令値設定部67は、出力電流Iinvの推定値が制限電流Ith2を超える場合に、出力電流Iinvが制限電流Ith2以下となるようにインバータ回路16の出力電圧を調整する出力電圧調整部として動作する。
Command value setting unit 67 sets the duty of
駆動回路68は、指令値設定部67によって設定されたデューティに基づいて、インバータ回路16のスイッチSW1〜SW4を駆動することで、インバータ回路16の出力電圧Vinvを指令値Vinv*に近づける。
The
図5に過電流判定処理を表すフローチャートを示す。過電流判定処理は、送電制御部60によって所定周期で実施される。 FIG. 5 is a flowchart showing the overcurrent determination process. The overcurrent determination process is performed by the power transmission control unit 60 at a predetermined cycle.
ステップS01において、入力電圧Vdc及び入力電流Idcの検出値、並びに、デューティを取得する。ステップS02において、入力電圧Vdcの検出値及びデューティに基づいて、出力電圧Vinvの推定値を算出する。ステップS03において、出力電圧Vinvの推定値に基づき、式(1)を用いて、送電電流Iimの推定値を算出する。ステップS04において、出力電圧Vinvの推定値及び入力電流Idcの検出値に基づいて、出力電流Iinvの推定値を算出する。 In step S01, the detected values of the input voltage Vdc and the input current Idc, and the duty are acquired. In step S02, an estimated value of the output voltage Vinv is calculated based on the detected value of the input voltage Vdc and the duty. In step S03, based on the estimated value of the output voltage Vinv, the estimated value of the transmission current Iim is calculated using Equation (1). In step S04, an estimated value of the output current Iinv is calculated based on the estimated value of the output voltage Vinv and the detected value of the input current Idc.
ステップS05において、送電電流Iimの推定値と所定の制限電流Ith1とを比較するとともに、出力電流Iinvの推定値と所定の制限電流Ith2とを比較する。送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1より大きく、かつ、出力電流Iinvの推定値が制限電流Ith2より大きい場合(S05:YES)、ステップS06において、送電電流Iim及び出力電流Iinvの超過率EX1,EX2をそれぞれ算出する。ここで、送電電流Iimと制限電流Ith1との比を超過率EX1として算出し、出力電流Iinvと制限電流Ith2の比を超過率EX2として算出する(EX1=Iim/Ith1,EX2=Iinv/Ith2)。 In step S05, the estimated value of the transmission current Iim is compared with a predetermined limit current Ith1, and the estimated value of the output current Iinv is compared with a predetermined limit current Ith2. When the estimated value of the transmission current Iim is larger than the limiting current Ith1 and the estimated value of the output current Iinv is larger than the limiting current Ith2 (S05: YES), in step S06, the excess rate EX1, of the transmission current Iim and the output current Iinv Each EX2 is calculated. Here, the ratio between the transmission current Iim and the limit current Ith1 is calculated as an excess rate EX1, and the ratio between the output current Iinv and the limit current Ith2 is calculated as an excess rate EX2 (EX1 = Iim / Ith1, EX2 = Iinv / Ith2). .
ステップS07において、超過率EX1,EX2の比較を行う。超過率EX1が超過率EX2より大きい場合(S07:YES)、ステップS08において、超過率EX1が1以下となるように、送電電流Iimに基づいて、インバータ回路16の出力電圧の指令値Vinv*を設定し、処理を終了する。超過率EX1が超過率EX2以下の場合(S07:NO)、ステップS09において、超過率EX2が1以下となるように、出力電流Iinvに基づいて、インバータ回路16の出力電圧の指令値Vinv*を設定し、処理を終了する。
In step S07, the excess rates EX1 and EX2 are compared. If the excess rate EX1 is greater than the excess rate EX2 (S07: YES), the command value Vinv * of the output voltage of the
送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1以下、又は、出力電流Iinvの推定値が制限電流Ith2以下の場合(S05:NO)、ステップS10において、送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1より大きいか否かを判定する。送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1より大きい場合(S10:YES)、ステップS11において、送電電流Iimが制限電流Ith1以下となるように、インバータ回路16の出力電圧の指令値Vinv*を設定し、処理を終了する。
If the estimated value of the transmission current Iim is less than or equal to the limit current Ith1, or the estimated value of the output current Iinv is less than or equal to the limit current Ith2 (S05: NO), is the estimated value of the transmission current Iim greater than the limit current Ith1 in step S10? Determine whether or not. When the estimated value of the transmission current Iim is larger than the limit current Ith1 (S10: YES), in step S11, the command value Vinv * of the output voltage of the
送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1以下の場合(S10:NO)、ステップS12において、出力電流Iinvの推定値が制限電流Ith2より大きいか否かを判定する。出力電流Iinvの推定値が制限電流Ith2より大きい場合(S12:YES)、ステップS13において、出力電流Iinvが制限電流Ith2以下となるように、インバータ回路16の出力電圧の指令値Vinv*を設定し、処理を終了する。出力電流Iinvの推定値が制限電流Ith2以下の場合(S12:NO)、ステップS14において、インバータ回路16の出力電力が所定値となるように出力電圧の指令値Vinv*を設定し、処理を終了する。
If the estimated value of the transmission current Iim is equal to or less than the limit current Ith1 (S10: NO), it is determined in step S12 whether the estimated value of the output current Iinv is greater than the limit current Ith2. When the estimated value of the output current Iinv is larger than the limit current Ith2 (S12: YES), in step S13, the command value Vinv * of the output voltage of the
以下、本実施形態の効果を述べる。 The effects of this embodiment will be described below.
受電共振回路19から電力を供給される車載バッテリ14の電圧変動や、送電共振回路17と受電共振回路19との結合係数kに依らず、インバータ回路16及びイミタンス変換器18は、定電流源として働く。イミタンス変換器18から送電共振回路17に流れる送電電流Iimは、イミタンス変換器18の入力電圧、即ち、インバータ回路16の出力電圧Vinvに比例する。このため、インバータ回路16の出力電圧Vinvに基づいて、送電電流Iimを推定することが可能である。
Regardless of the voltage fluctuation of the in-
さらに、送電電流Iimの推定値が制限電流Ith1を超える場合、送電電流Iimが制限電流Ith1となるように、インバータ回路16の出力電圧Vinvを調整することで、過電流を抑制することが可能となる。つまり、本実施形態の構成では、送電コイル37と受電コイル38との相対位置の変化、及び、端子間電圧Vbatの変化が生じた場合に、過電流を抑制しつつ電力供給を継続可能とする。
Furthermore, when the estimated value of the transmission current Iim exceeds the limit current Ith1, the overcurrent can be suppressed by adjusting the output voltage Vinv of the
イミタンス変換器18は、具体的には、フィルタコイル32及びフィルタコンデンサ33を備えるT型3次ローパスフィルタである。インバータ回路16の出力電圧Vinvの検出値を取得し、その検出値と、共振角周波数ω0、フィルタコイル32のインダクタンス値Lf11、及び、フィルタコンデンサ33のキャパシタンス値Cf1とを用いて、送電電流Iimを推定することが可能である。
Specifically, the
より具体的には、フィルタコイル32のインダクタンス値Lf11、フィルタコンデンサ33のキャパシタンス値Cf1は、インバータ回路16の出力角周波数ω0を用いて、ω0・Lf1=1/(ω0・Cf1)という関係を有する。この場合、送電電流Iimは、Iim=ω・Cf1・Vinvとして推定することができる。
More specifically, the inductance value Lf11 of the
インバータ回路16の出力電圧Vinvは、高周波の交流であり、検出が困難である。ここで、インバータ回路16の入力電圧Vdcと出力電圧Vinvとは所定の関係を有するため、インバータ回路16の入力電圧Vdcに基づいて、出力電圧Vinvを推定することができる。インバータ回路16の入力電圧Vdcは直流であるため、簡易な構成で検出することが可能である。さらに、インバータ回路16の出力電圧は、インバータ回路16の入力電圧Vdcに加え、インバータ回路16のデューティに基づいて、推定することが可能である。
The output voltage Vinv of the
出力電流Iinvと、送電電流Iimとは、振幅が異なり、いずれか一方が過電流となることが考えられる。そこで、出力電流Iinv、及び、送電電流Iimの少なくとも一方が閾値を超える場合に、その大きい方を閾値以下に抑制する。ここで、出力電圧調整部としての送電制御部60は、出力電流Iinv、及び、送電電流Iimがともに閾値より大きい場合に、送電電流Iimと制限電流Ith1との比と、出力電流Iinvと制限電流Ith2との比とのうち、大きい方の比が1以下となるように出力電圧Vinvを調整する。これにより、送電電流Iim、及び、出力電流Iinvをともに閾値Ith1,Ith2以下とすることができる。 It is conceivable that the output current Iinv and the power transmission current Iim have different amplitudes, and one of them is an overcurrent. Therefore, when at least one of the output current Iinv and the power transmission current Iim exceeds the threshold value, the larger one is suppressed below the threshold value. Here, when the output current Iinv and the transmission current Iim are both larger than the threshold, the power transmission control unit 60 as the output voltage adjustment unit, the ratio between the transmission current Iim and the limiting current Ith1, and the output current Iinv and the limiting current The output voltage Vinv is adjusted so that the larger ratio of the ratio to Ith2 is 1 or less. Thereby, both the transmission current Iim and the output current Iinv can be set to the threshold values Ith1 and Ith2 or less.
インバータ回路16の出力電流Iinvは高周波の交流であり検出が困難である。そこで、インバータ回路16の入力電圧Vdc及び入力電流Idcに基づいて、出力電流Iinvを推定する構成とした。ここで、インバータ回路16の入力電圧Vdc及び入力電流Idcは直流であり、簡易な構成で検出することが可能である。
The output current Iinv of the
受電装置13を車両に搭載すると、受電装置13と送電装置12との相対位置は変化しやすい。このため、送電コイル37と受電コイル38との結合係数kが変化しやすく、その結果、送電電流Iimが過剰に流れる懸念が生じる。本実施形態の構成では、イミタンス変換器18を用いているため、送電電流Iimが結合係数kに依らない値となり、好適に過電流を抑制することができる。
When the
(他の実施形態)
・図4に示す出力電流推定部65を省略する構成としてもよい。この場合、インバータ回路16の出力電流Iinvを検出する構成とするとよい。そして、出力電流Iinvの検出値に基づいて、過電流判定部が過電流を判定する構成とするとよい。
(Other embodiments)
-It is good also as a structure which abbreviate | omits the output current estimation part 65 shown in FIG. In this case, the output current Iinv of the
また、図4に示す出力電圧推定部62を省略する構成としてもよい。この場合、インバータ回路16の出力電圧Vinvを検出する構成とするとよい。そして、送電電流推定部63は、出力電圧Vinvの検出値と、出力電流推定部65による出力電流Iinvの推定値と、に基づいて、送電電流Iimを推定する構成とするとよい。なお、出力電流推定部65と出力電圧推定部62をともに省略する構成としてもよい。
Further, the output voltage estimation unit 62 shown in FIG. 4 may be omitted. In this case, it is preferable that the output voltage Vinv of the
・半導体スイッチング素子であるスイッチSW1〜SW4として、IGBTに代えて、MOS−FETを用いてもよい。この構成では、受電装置13が、車載バッテリ14から供給された電力を送電装置12に対して非接触で送電する場合に、送電装置12において、好適に同期整流を実施することが可能になる。
As the switches SW1 to SW4 that are semiconductor switching elements, MOS-FETs may be used instead of IGBTs. In this configuration, when the
・イミタンス変換器として、T−LCL型ローパスフィルタに代えて、T−CLC型ローパスフィルタを用いてもよい。 As the immittance converter, a T-CLC low-pass filter may be used instead of the T-LCL low-pass filter.
・出力電流Iinvの過電流判定を省略する構成としてもよい。 -It is good also as a structure which abbreviate | omits the overcurrent determination of the output current Iinv.
・受電装置13の整流回路として、フルブリッジ型の同期整流回路に代えて、ダイオードブリッジを用いてもよい。
As the rectifier circuit of the
10…非接触送電システム、11…直流電源、12…送電装置、16…インバータ回路、17…送電共振回路、18…イミタンス変換器、19…受電共振回路、36…送電コンデンサ、37…送電コイル、38…受電コイル、39…受電コンデンサ、60…送電制御部、63…送電電流推定部、66…過電流判定部、67…指令値設定部、SW1〜SW4…スイッチ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
直列接続されている送電コイル(37)及び送電コンデンサ(36)を備え、前記インバータ回路から交流電力が供給されることで前記送電コイルにおいて磁束を発生させ、直列接続されている受電コイル(38)及び受電コンデンサ(39)を備えている受電共振回路(19)に対して送電を行う送電共振回路(17)と、
を備える非接触送電システム(10)の送電装置(12)において、
前記インバータ回路と、前記送電共振回路との間に設けられ、前記インバータ回路から見た前記送電共振回路側のインピーダンスを、前記送電共振回路側のアドミタンスに比例するように変換するイミタンス変換器(18)と、
前記インバータ回路の出力電圧に基づいて、前記送電共振回路に流れる送電電流を推定する送電電流推定部(60,63)と、
前記送電電流推定部による推定値が第1閾値を超える場合に、前記送電電流が前記第1閾値以下となるように、前記インバータ回路の出力電圧を調整する出力電圧調整部(60,66,67)と、
を備えていることを特徴とする送電装置。 An inverter circuit (16) that includes semiconductor switching elements (SW1 to SW4), converts the DC power supplied from the DC power supply (11) by opening and closing the semiconductor switching elements, and outputs the DC power as AC power;
A power transmission coil (37) and a power transmission capacitor (36) connected in series are provided, and when AC power is supplied from the inverter circuit, a magnetic flux is generated in the power transmission coil, and a power reception coil (38) connected in series And a power transmission resonance circuit (17) that transmits power to the power reception resonance circuit (19) including the power reception capacitor (39),
In the power transmission device (12) of the contactless power transmission system (10) comprising:
An immittance converter (18) provided between the inverter circuit and the power transmission resonance circuit, which converts an impedance on the power transmission resonance circuit side viewed from the inverter circuit so as to be proportional to an admittance on the power transmission resonance circuit side. )When,
A power transmission current estimating unit (60, 63) for estimating a power transmission current flowing in the power transmission resonance circuit based on an output voltage of the inverter circuit;
An output voltage adjustment unit (60, 66, 67) that adjusts the output voltage of the inverter circuit so that the transmission current is equal to or lower than the first threshold when the estimated value by the transmission current estimation unit exceeds the first threshold. )When,
A power transmission device comprising:
前記送電電流推定部は、前記インバータ回路の出力電圧、前記インバータ回路の出力周波数、前記フィルタコイルのインダクタンス値、及び、前記フィルタコンデンサのキャパシタンス値に基づいて、前記送電電流を推定することを特徴とする請求項1に記載の送電装置。 The immittance converter is a T-type third-order low-pass filter including a filter coil (32, 37) and a filter capacitor (33),
The transmission current estimation unit estimates the transmission current based on an output voltage of the inverter circuit, an output frequency of the inverter circuit, an inductance value of the filter coil, and a capacitance value of the filter capacitor, The power transmission device according to claim 1.
前記送電電流推定部は、前記フィルタコンデンサのキャパシタンス値と、前記インバータ回路の出力角周波数と、前記インバータ回路の出力電圧と、の積として、前記送電電流を推定することを特徴とする請求項2に記載の送電装置。 The inductance value of the filter coil and the product of the output angular frequency of the inverter circuit, the capacitance value of the filter capacitor, and the inverse of the product of the output angular frequency of the inverter circuit are equal,
The power transmission current estimation unit estimates the power transmission current as a product of a capacitance value of the filter capacitor, an output angular frequency of the inverter circuit, and an output voltage of the inverter circuit. The power transmission device described in 1.
前記送電電流推定部は、前記出力電圧推定部による推定値に基づいて、前記送電電流を推定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の送電装置。 Based on the input voltage of the inverter circuit, comprising an output voltage estimation unit for estimating the output voltage of the inverter circuit,
The power transmission device according to claim 1, wherein the power transmission current estimation unit estimates the power transmission current based on an estimated value by the output voltage estimation unit.
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