JP7140629B2 - 非接触送受電システム - Google Patents

Description

本発明は、受電装置に関し、詳しくは、送電装置から非接触で受電した電力を電気負荷に供給する受電装置に関する。

従来、この種の受電装置としては、送電装置の送電用コイルから非接触で受電可能な受電用コイルおよび受電用コイルに直列に接続された第１コンデンサを有する受電部と、受電部に接続されるダイオードブリッジ回路およびダイオードブリッジ回路に並列に接続される第２コンデンサを有し受電部からの電力を整流かつ昇圧して蓄電装置に供給する倍電圧整流回路と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この受電装置では、倍電圧整流回路を用いることにより、ダイオードブリッジ回路だけの（第２コンデンサを有しない）整流回路を用いる場合に比して、受電用コイル側と蓄電装置側との昇圧比を大きくし、受電装置のインピーダンスの調整可能な範囲を大きくしている。

特開２０１６－８２７０７号公報

上述の受電装置において、蓄電装置の電圧が低いときには高いときに比して受電用コイルの出力側（バッテリ側）のインピーダンスが大きいことから、蓄電装置を比較的大きい電力で充電するためには、送電用コイルに流す電流を大きくする必要がある。送電用コイルに流す電流が大きくなると、送電用コイルの銅損が大きくなり、送電装置と受電装置との非接触での送受電を伴って蓄電装置に電力を供給する際の充電効率が低下しやすくなる。

本発明の受電装置は、送電装置と受電装置との非接触での送受電を伴って電気負荷に電力を供給する際の効率の低下を抑制することを主目的とする。

本発明の受電装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の受電装置は、
送電装置から非接触で受電した電力を電気負荷に供給する受電装置であって、
前記送電装置の送電用コイルから非接触で受電可能な受電用コイル、および、前記受電用コイルに接続された第１容量部を有する受電用共振回路と、
前記受電用共振回路に接続されるダイオードブリッジ回路、および、前記ダイオードブリッジ回路に並列に接続されると共に容量が可変の第２容量部を有し、前記受電用共振回路からの電力を整流かつ昇圧して前記電気負荷に供給する倍電圧整流回路と、
前記電気負荷の電圧が所定電圧未満のときには、前記電気負荷の電圧が前記所定電圧以上のときに比して前記第２容量部の容量値を小さい値に制御する制御部と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の受電装置では、送電装置の送電用コイルから非接触で受電可能な受電用コイル、および、受電用コイルに接続された第１容量部を有する受電用共振回路と、受電用共振回路に接続されるダイオードブリッジ回路、および、ダイオードブリッジ回路に並列に接続されると共に容量が可変の第２容量部を有し、受電用共振回路からの電力を整流かつ昇圧して電気負荷に供給する倍電圧整流回路と、を備える。そして、電気負荷の電圧が所定電圧未満のときには、電気負荷の電圧が所定電圧以上のときに比して第２容量部の容量値を小さい値に制御する。したがって、電気負荷の電圧が所定電圧未満のとき（送電用コイルに流れる電流が大きくなり、送電用コイルの銅損が大きくなるとき）には、第２容量部の容量値を比較的小さい値にすることにより、送電用コイルや受電装置の力率を良好にして、送電装置と受電装置との非接触での送受電を伴って電気負荷に電力を供給する際の効率を良好にすることができる。本発明者らは、このことを解析などにより確認した。また、電気負荷の電圧が所定電圧以上のときには、送電用コイルに流す電流をそれほど大きくしなくてよいから、送電用コイルの銅損がそれほど大きくならない。したがって、このときには、第２容量部の容量値を比較的大きい値にすることにより、電気負荷の電圧変動に対して安定して電力を供給することができる。

こうした本発明の受電装置において、前記ダイオードブリッジ回路は、第１～第４ダイオードを有し、前記第１，第２ダイオードは、前記電気負荷に接続される正極側ラインおよび負極側ラインに対して直列に接続されると共に両者の接続点が前記受電用コイルの一方側に接続され、前記第３，第４ダイオードは、前記正極側ラインおよび前記負極側ラインに対して直列に接続されると共に両者の接続点が前記受電用コイルの他方側に接続されるものとしてもよい。そして、前記第２容量部は、第１～第４コンデンサおよびスイッチを有し、前記第１，第２コンデンサは、前記正極側ラインおよび前記負極側ラインに対して直列に接続されると共に両者の接続点が前記第３，第４ダイオードの接続点に接続され、前記第３，第４コンデンサは、前記正極側ラインおよび前記負極側ラインに対して直列に接続され、前記スイッチは、前記第１，第２コンデンサの接続点と前記第３，第４コンデンサの接続点との接続および接続の解除を行なうものとしてもよい。

本発明の変形例の非接触送受電システムは、上述の何れかの態様の受電装置と、送電装置と、を備えることを要旨とする。このように、上述の何れかの態様の受電装置を備えるから、上述の受電装置が奏する効果、例えば、電気負荷の電圧が所定電圧未満のときに送電装置と受電装置との非接触での送受電を伴って電気負荷に電力を供給する際の効率を良好にすることができる効果などと同様の効果を奏することができる。

こうした本発明の変形例の非接触送受電システムにおいて、前記送電装置は、前記送電用コイルを有する送電ユニットと、前記送電ユニットを制御する送電側制御部とを備え、前記送電側制御部は、前記電気負荷の電圧が前記所定電圧未満から前記所定電圧以上に上昇して前記受電装置で前記第２容量部の容量値を大きくする際には、前記送電用コイルと前記受電用コイルとの送受電が中断されるように前記送電ユニットを制御するものとしてもよい。こうすれば、第２容量部の保護を図ることができる。

本発明の一実施例としての受電装置３０を備える非接触送受電システム１０の構成の概略を示す構成図である。 倍電圧整流回路４０、特に、容量回路４４の一例を示す構成図である。 送電ＥＣＵ１７０により実行される送電側処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 車両ＥＣＵ７０により実行される車両側処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を任意に変更できると仮定したときの、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２と送電用コイル１４１の力率との関係についての一例を示す説明図である。 容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を任意に変更できると仮定したときの、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２と受電装置３０の力率との関係の一例を示す説明図である。 実施例と比較例とで送電用コイル１４１に流す電流を同一にしたときの、実施例および比較例のバッテリ２２の電圧Ｖｂａと充電電力Ｐｂａとの関係の一例を示す説明図である。 送電装置１３０の送電用コイル１４１と受電装置３０の受電用コイル３３との結合係数と、送電用コイル１４１の力率と、の関係の一例を示す説明図である。 送電装置１３０の送電用コイル１４１と受電装置３０の受電用コイル３３との結合係数と、バッテリ２２を比較的大きい電力で充電するために送電用コイル１４１に流すべき電流と、の関係の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての受電装置３０を備える非接触送受電システム１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の非接触送受電システム１０は、図１に示すように、駐車場などに設置された送電装置１３０と、送電装置１３０から非接触で受電可能な受電装置３０を搭載する自動車２０と、を備える。

送電装置１３０は、家庭用電源（例えば、２００Ｖ、５０Ｈｚなど）などの交流電源１９０に接続される送電ユニット１３１と、送電ユニット１３１を制御する送電用電子制御ユニット（以下、「送電ＥＣＵ」という）１７０と、送電ＥＣＵ１７０と通信すると共に自動車２０の通信ユニット８０（後述）と無線通信を行なう通信ユニット１８０と、を備える。

送電ユニット１３１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２と、インバータ１３４と、フィルタ回路１３６と、送電用共振回路１４０と、を備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２は、交流電源１９０からの交流電力を任意の電圧の直流電力に変換する周知のＡＣ／ＤＣコンバータとして構成されている。

インバータ１３４は、４つのスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４と、４つのスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４のそれぞれに逆方向に並列接続された４つのダイオードＤ１１～Ｄ１４と、を有する。スイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４としては、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタの一種：metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２の出力側の正極側ラインおよび負極側ラインに対してソース側およびシンク側になるよう２個ずつペアで配置される。そして、２つのスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２の接続点に設けられた（接続された）第１出力端子１３４ａ、および、２つのスイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４の接続点に設けられた（接続された）第２出力端子１３４ｂは、それぞれ、送電用共振回路１４０の送電用コイル１４１（後述）の一方側および他方側に接続された送電側第１ライン１４４ａおよび送電側第２ライン１４４ｂに接続される。インバータ１３４は、送電ＥＣＵ１７０によって、スイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４がパルス幅変調制御によりスイッチング制御されることにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２からの直流電力を所望の周波数の交流電力に変換する。

フィルタ回路１３６は、ローパスフィルタとして構成されており、送電側第１ライン１４４ａに設けられたコイル１３７と、送電側第１ライン１４４ａにおけるコイル１３７よりも送電用共振回路１４０側（送電用コイル１４１側）と送電側第２ライン１４４ｂとに接続されたコンデンサ１３８と、を有する。このフィルタ回路１３６は、インバータ１３４からの交流電力の高周波ノイズを除去する。

送電用共振回路１４０は、例えば駐車場の床面などに設置された送電用コイル１４１と、送電用コイル１４１に直列に接続されたコンデンサ１４２と、を有する。この送電用共振回路１４０は、共振周波数が所定周波数Ｆｓｅｔ（数十～数百ｋＨｚ程度）となるように設計されている。したがって、インバータ１３４では、基本的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２からの直流電力を所定周波数Ｆｓｅｔの交流電力に変換する。

送電ＥＣＵ１７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。送電ＥＣＵ１７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。送電ＥＣＵ１７０に入力される信号としては、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２の出力側の両端子間に取り付けられた電圧センサ１６０からのＡＣ／ＤＣコンバータ１３２の出力電圧Ｖｃｏや、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２とインバータ１３４との間の負極側ラインに取り付けられた電流センサ１６２からのＡＣ／ＤＣコンバータ１３２の出力電流Ｉｃｏを挙げることができる。また、送電側第２ライン１４４ｂにおけるコンデンサ１３８との接続点よりもインバータ１３４側（第２出力端子１３４ｂ側）に取り付けられた電流センサ１６３からのインバータ１３４の出力電流Ｉｉｎや、送電側第２ライン１４４ｂにおけるコンデンサ１３８との接続点よりも送電用共振回路１４０側（送電用コイル１４１側）に取り付けられた電流センサ１６４からの送電用コイル１４１に流れる電流Ｉｔｒも挙げることができる。送電ＥＣＵ１７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力される。送電ＥＣＵ１７０から出力される信号としては、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２への制御信号や、インバータ１３４のスイッチング素子Ｓ１１～Ｓ１４へのスイッチング制御信号を挙げることができる。

自動車２０は、走行用のモータを備える電気自動車やハイブリッド自動車として構成されており、モータと電力をやりとりするバッテリ（電気負荷）２２と、バッテリ２２に接続される受電ユニット３１と、車両全体を制御する車両用電子制御ユニット（以下、「車両ＥＣＵ」という）７０と、車両ＥＣＵ７０と通信すると共に送電装置１３０の通信ユニット１８０と無線通信を行なう通信ユニット８０と、を備える。なお、実施例の「受電装置」としては、主として、受電ユニット３１と車両ＥＣＵ７０と通信ユニット８０とが該当する。

受電ユニット３１は、受電用共振回路３２と、フィルタ回路３６と、倍電圧整流回路４０と、平滑コンデンサ４８と、を備える。受電用共振回路３２は、例えば車体底面（フロアパネル）などに設置された受電用コイル３３と、受電用コイル３３に直列に接続されたコンデンサ（第１容量部）３４と、を有する。受電用コイル３３の一方側は、コンデンサ３４および車両側第１ライン３５ａを介して倍電圧整流回路４０の第１入力端子４０ａに接続され、他方側は、車両側第２ライン３５ｂを介して倍電圧整流回路４０の第２入力端子４０ｂに接続される。この受電用共振回路３２は、共振周波数が上述の所定周波数Ｆｓｅｔ（送電用共振回路１４０の共振周波数）付近の周波数（理想的には所定周波数Ｆｓｅｔ）となるように設計されている。

フィルタ回路３６は、ローパスフィルタとして構成されており、車両側第１ライン３５ａに設けられたコイル３７と、車両側第１ライン３５ａにおけるコイル３７よりも受電用共振回路３２側（受電用コイル３３側）と車両側第２ライン３５ｂとに接続されたコンデンサ３８と、車両側第１ライン３５ａにおけるコイル３７よりも倍電圧整流回路４０側と車両側第２ライン３５ｂとに接続されたコンデンサ３９と、を有する。このフィルタ回路３６は、受電用共振回路３２により受電した交流電力の高周波ノイズを除去する。

倍電圧整流回路４０は、ダイオードブリッジ回路４２と、ダイオードブリッジ回路４２に並列に接続された容量回路（第２容量部）４４と、を有する。ダイオードブリッジ回路４２は、４つのダイオードＤ２１～Ｄ２２を有する。４つのダイオードＤ２１～Ｄ２４は、バッテリ２２に接続される正極側ラインおよび負極側ラインに対して２個ずつペアで直列に配置される。そして、２つのダイオードＤ２１，Ｄ２２の接続点に設けられた（接続された）第１入力端子４０ａ、および、２つのダイオードＤ２３，Ｄ２４の接続点に設けられた（接続された）第２入力端子４０ｂは、それぞれ、車両側第１ライン３５ａおよび車両側第２ライン３５ｂに接続される。

図２は、倍電圧整流回路４０、特に、容量回路４４の一例を示す構成図である。容量回路４４は、図２に示すように、４つのコンデンサＣ２１～Ｃ２４と、スイッチＳ２１と、を有する。４つのコンデンサＣ２１～Ｃ２４は、バッテリ２２に接続される正極側ラインおよび負極ラインに対して２個ずつペアで直列に配置される。そして、２つのコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続点は、２つのダイオードＤ２３，Ｄ２４の接続点に接続される。スイッチＳ２１は、車両ＥＣＵ７０によって制御され、２つのコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続点と、２つのコンデンサＣ２１，Ｃ２２の接続点と、の接続および接続の解除を行なう。

この容量回路４４では、スイッチＳ２１がオフのときには、第２入力端子４０ｂと正極側ラインとの間の容量（以下、「第１容量」という）Ｃｄ１は、コンデンサＣ２１の容量となり、第２入力端子４０ｂと負極側ラインとの間の容量（以下、「第２容量」という）Ｃｄ２は、コンデンサＣ２２の容量となる。また、スイッチＳ２１がオンのときには、第１容量値Ｃｄ１は、コンデンサＣ２１，Ｃ２３の容量の和となり、第２容量値Ｃｄ２は、コンデンサＣ２２，Ｃ２４の容量の和となる。なお、実施例では、コンデンサＣ２１，Ｃ２２は同一容量のものを用いるものとし、コンデンサＣ２３，Ｃ２４は同一容量のものを用いるものとした。したがって、スイッチＳ２１がオフのときの第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２は、共に比較的小さい値Ｃｄｌｏとなり、スイッチＳ２１がオンのときの第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２は、共に比較的大きい値Ｃｄｈｉとなる。

こうして構成される倍電圧整流回路４０では、受電用共振回路３２の受電用コイル３３で受電した交流電力を整流かつ昇圧してバッテリ２２に供給する。ダイオードブリッジ回路４２および容量回路４４を有する倍電圧整流回路４０を用いることにより、ダイオードブリッジ回路４２だけの（容量回路４４を有しない）整流回路を用いる場合に比して、バッテリ２２の電圧変動に対して安定して充電することができる。

図１に示すように、平滑コンデンサ４８は、倍電圧整流回路４０よりもバッテリ２２側で正極側ラインおよび負極側ラインに接続される。車両ＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭや、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備える。車両ＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力される。車両ＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、バッテリ２２の両端子間に取り付けられた電圧センサ６０からのバッテリ２２の電圧Ｖｂａや、車両側第２ライン３５ｂにおけるコンデンサ３８との接続点よりも受電用共振回路３２側（受電用コイル３３側）に取り付けられた電流センサ６２からの受電用コイル３３に流れる電流Ｉｒｅを挙げることができる。また、車両側第２ライン３５ｂにおけるコンデンサ３８との接続点とコンデンサ３９との接続点との間に取り付けられた電流センサ６３からのフィルタ回路３６に流れる電流Ｉｆｉや、バッテリ２２の出力端子に取り付けられた電流センサ６４からのバッテリ２２の充放電電流Ｉｂａ（バッテリ２２を充電するときが正の値）も挙げることができる。車両ＥＣＵ７０からは、容量回路４４のスイッチＳ２１への制御信号などが出力ポートを介して出力される。車両ＥＣＵ７０は、バッテリ２２の電圧Ｖｂａおよび充放電電流Ｉｂａの積としてバッテリ２２の充電電力Ｐｂａを演算したり、バッテリ２２の充放電電流Ｉｂａの積算値としてバッテリ２２の蓄電割合ＳＯＣを演算したりする。

次に、こうして構成された非接触送受電システム１０の動作、特に、送電装置１３０と受電装置３０との非接触での送受電を伴ってバッテリ２２を充電する非接触充電を行なう際の動作について説明する。なお、非接触充電は、受電装置３０の受電用コイル３３が送電装置１３０の送電用コイル１４１と略対向するように自動車２０が駐車され、ユーザにより非接触充電の実行が指示されたときに行なわれる。図３は、送電ＥＣＵ１７０により実行される送電側処理ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図４は、車両ＥＣＵ７０により実行される車両側処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、図４のルーチンの開始時には、容量回路４４のスイッチＳ２１がオフであり、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２が比較的小さい値Ｃｄｌｏになっている。

最初に、図３の送電側処理ルーチンについて説明する。本ルーチンが実行されると、送電ＥＣＵ１７０は、車両ＥＣＵ７０との通信により各種データを取得し、車両情報や充電情報を照合する（ステップＳ１００）。ここで、車両情報の照合では、例えば、自動車２０が非接触充電を実行してよい車両であるか否かを判定する。また、充電情報の照合では、例えば、自動車２０のバッテリ２２の電圧Ｖｂａに基づいてバッテリ２２が満充電か否かを判定する。

続いて、インバータ１３４の駆動周波数（パルス幅変調制御における搬送波の周波数（キャリア周波数））ｆおよびデューティＤにそれぞれ制御用の最小値ｆｍｉｎ，Ｄｍｉｎを設定する（ステップＳ１１０，Ｓ１２０）、ここで、最小値ｆｍｉｎとしては、例えば、７８ｋＨｚや７９ｋＨｚ、８０ｋＨｚなどが用いられる。最小値Ｄｍｉｎとしては、例えば、数％などが用いられる。

そして、車両ＥＣＵ７０から通信によりバッテリ２２の充電電力指令Ｐｓを受信し（ステップＳ１３０）、受信したバッテリ２２の充電電力指令Ｐｓを許容充電電力指令Ｐｓｌｉｍで制限して（上限ガードして）バッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊を設定する（ステップＳ１４０）。ここで、許容充電電力指令Ｐｓｌｉｍは、本ルーチンの実行開始時には比較的大きい初期値が設定され、その後に後述のステップＳ２５０の処理が実行されると小さくなる。

こうしてバッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊を設定すると、設定した制御用充電電力指令Ｐｓ＊が正か値０かを判定し（ステップＳ１５０）、制御用充電電力指令Ｐｓ＊が正のときには、送電装置１３０から受電装置３０に給電すると判断し、制御用充電電力指令Ｐｓ＊やインバータ１３４の駆動周波数ｆおよびデューティＤを用いて、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動制御する（ステップＳ１６０）。

次に、車両ＥＣＵ７０から通信によりバッテリ２２の電圧Ｖｂａや充電電力Ｐｂａ、エラー情報フラグＦを受信する（ステップＳ１７０）。エラー情報フラグＦは、車両ＥＣＵ７０により、自動車２０でエラー（異常）が生じていないときには値０が設定され、エラーが生じたときには値１が設定されるフラグである。

そして、エラー情報フラグＦの値を調べ（ステップＳ１８０）、エラー情報フラグＦが値０のときには、自動車２０でエラーが生じていないと判断し、バッテリ２２の電圧Ｖｂａの今回値が閾値Ｖｒｅｆ以上で且つ前回値が閾値Ｖｒｅｆ未満か否かを判定する（ステップＳ１９０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、例えば、バッテリ２２の満充電電圧Ｖｆｌよりも数十Ｖ程度低い値が用いられる。ステップＳ１９０の処理は、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ以上に至った直後であるか否かを判定する処理である。

ステップＳ１９０で、バッテリ２２の電圧Ｖｂａの今回値が閾値Ｖｒｅｆ以上のときや前回値が閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ以上に至った直後でないと判断し、バッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊と充電電力Ｐｂａとが乖離しているか否かを判定する（ステップＳ２００）。この判定は、例えば、バッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊と充電電力Ｐｂａとの差分を閾値と比較することにより行なわれる。バッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊と充電電力Ｐｂａとが乖離していないときには、ステップＳ１３０に戻る。

ステップＳ２００でバッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊と充電電力Ｐｂａとが乖離しているときには、インバータ１３４のデューティＤを所定値ΔＤだけ増加させて更新し（ステップＳ２１０）、更新後のデューティＤを許容デューティＤｌｉｍと比較する（ステップＳ２２０）。ここで、所定値ΔＤは、インバータ１３４の仕様などに基づいて予め解析などにより設定される。許容デューティＤｌｉｍとしては、例えば、５０％が用いられる。インバータ１３４のデューティＤが許容デューティＤｌｉｍ以下のときには、デュ－ティＤは許容範囲内であると判断し、ステップＳ１３０に戻る。

ステップＳ２２０でインバータ１３４のデューティＤが許容デューティＤｌｉｍよりも大きいときには、インバータ１３４の駆動周波数ｆを所定値Δｆだけ増加させて更新し（ステップＳ２３０）、更新後の駆動周波数ｆを許容周波数ｆｌｉｍと比較する（ステップＳ２４０）。ここで、所定値Δｆは、インバータ１３４の仕様などに基づいて予め解析などにより設定される。許容周波数ｆｌｉｍとしては、例えば、８９ｋＨｚや９０ｋＨｚ、９１ｋＨｚなどが用いられる。

ステップＳ２４０でインバータ１３４の駆動周波数ｆが許容周波数ｆｌｉｍ以下のときには、ステップＳ１２０に戻る。一方、インバータ１３４の駆動周波数ｆが許容周波数ｆｌｉｍよりも大きいときには、許容充電電力指令Ｐｓｌｉｍを所定値ΔＰｓだけ低下させて（ステップＳ２５０）、ステップＳ１１０に戻る。ここで、所定値ΔＰｓは、送電装置１３０の仕様などに基づいて予め解析などにより設定される。

ステップＳ１９０で、バッテリ２２の電圧Ｖｂａの今回値が閾値Ｖｒｅｆ以上で且つ前回値が閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ以上に至った直後であると判断し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止し（ステップＳ２６０）、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替を車両ＥＣＵ７０に要請する（ステップＳ２７０）。そして、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替を行なったことを示す切替完了信号を車両ＥＣＵ７０から受信するのを待って（ステップＳ２８０）、ステップＳ１３０に戻る。即ち、車両ＥＣＵ７０により容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替が行なわれる際には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止することにより、非接触充電を停止させるのである。これにより、非接触充電を中断して容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を切り替えることができるから、容量回路４４の保護を図ることができる。なお、この駆動停止時間は、非接触充電の時間（例えば、数時間程度）に比して十分に短い時間である。

ステップＳ１５０で制御用充電電力指令Ｐｓ＊が値０のときには、送電装置１３０から受電装置３０に給電しないと判断し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止して（ステップＳ２９０）、本ルーチンを終了する。これにより、送電装置１３０と受電装置３０との非接触での送受電が終了し、非接触充電が終了する。

ステップＳ１８０でエラー情報フラグＦが値１のときには、自動車２０でエラーが生じていると判断し、バッテリ２２の制御用充電電力指令Ｐｓ＊に拘わらずに、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止して（ステップＳ２９０）、本ルーチンを終了する。これにより、送電装置１３０と受電装置３０との非接触での送受電が終了し、非接触充電が終了する。

次に、図４の車両側処理ルーチンについて説明する。本ルーチンが実行されると、車両ＥＣＵ７０は、車両情報や充電情報を照合する（ステップＳ３００）。車両情報や充電情報の照合は、上述のステップＳ１００の処理と同様に行なわれる。

続いて、送電ＥＣＵ１７０により容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替が要請されているか否かを判定し（ステップＳ３１０）、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替が要請されていないときには、バッテリ２２の電圧Ｖｂａを満充電電圧Ｖｆｌと比較する（ステップＳ３４０）。

そして、バッテリ２２の電圧Ｖｂａを満充電電圧Ｖｆｌ未満のときには、バッテリ２２の充電電力指令Ｐｓを設定する（ステップＳ３５０）。ここで、バッテリ２２の充電電力指令Ｐｓは、例えば、バッテリ２２の充電電力Ｐｂａが小さいほど大きくなるように設定される。バッテリ２２の充電電力Ｐｂａが小さいほど（バッテリ２２の充電電力指令Ｐｓと充電電力Ｐｂとの差分が大きいほど）、自動車２０の車高が高かったり自動車２０に搭載される送電用コイル１４１の位置が非接触充電に最適の位置（受電用コイル３３と十分に対向する位置）からずれていたりするなどの理由により、送電用コイル１４１と受電用コイル３３との結合係数が低くなると考えられるためである。

次に、各種センサからバッテリ２２の電圧Ｖｂａや充放電電流Ｉｂａ、受電用コイル３３に流れる電流Ｉｒｅ、フィルタ回路３６に流れる電流Ｉｆｉを入力し（ステップＳ３６０）、入力したバッテリ２２の電圧Ｖｂａや充放電電流Ｉｂａ、受電用コイル３３に流れる電流Ｉｒｅ、フィルタ回路３６に流れる電流Ｉｆｉの全てが許容範囲内か否かを判定する（ステップＳ３７０）。

バッテリ２２の電圧Ｖｂａや充放電電流Ｉｂａ、受電用コイル３３に流れる電流Ｉｒｅ、フィルタ回路３６に流れる電流Ｉｆｉの全てが許容範囲内のときには、自動車２０にエラーは生じていないと判断し、エラー情報フラグＦに値０を設定し（ステップＳ３８０）、バッテリ２２の電圧Ｖｂａと充放電電流Ｉｂａとの積としてバッテリ２２の充電電力Ｐｂａを演算し（ステップＳ３９０）、エラー情報フラグＦおよびバッテリ２２の充電電力Ｐｂａを充電情報として送電ＥＣＵ１７０に送信して（ステップＳ４１０）、ステップＳ３１０に戻る。

ステップＳ３７０でバッテリ２２の電圧Ｖｂａや充放電電流Ｉｂａ、受電用コイル３３に流れる電流Ｉｒｅ、フィルタ回路３６に流れる電流Ｉｆｉのうちの少なくとも１つが許容範囲外のときには、自動車２０にエラー生じたと判断し、エラー情報フラグＦに値１を設定し（ステップＳ４００）、エラー情報フラグＦを充電情報として送電ＥＣＵ１７０に送信して（ステップＳ４１０）、ステップＳ３１０に戻る。送電ＥＣＵ１７０は、値１のエラー情報フラグＦを受信すると、上述したように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止する（ステップＳ２９０）。これにより、送電装置１３０と受電装置３０との非接触での送受電が終了し、非接触充電が終了する。

ステップＳ３２０で送電ＥＣＵ１７０により容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替が要請されているときには、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的小さい値Ｃｄｌｏから比較的大きい値Ｃｄｈｉに切り替える（ステップＳ３２０）。この切替は、スイッチＳ２１をオフからオンにすることにより行なわれる。そして、この切替が完了すると、切替完了信号を送電ＥＣＵ１７０に送信して（ステップＳ３３０）、ステップＳ３４０以降の処理を実行する。なお、上述したように、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を切り替える際には、送電装置１３０のＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４が駆動停止されることにより非接触充電が中断されるから、容量回路４４の保護を図ることができる。

ステップＳ３４０でバッテリ２２の電圧Ｖｂａが満充電電圧Ｖｆｌ以上のときには、バッテリ２２の非接触充電を終了すると判断し、バッテリ２２の充電電力指令Ｐｓに値０を設定して（ステップＳ４３０）、本ルーチンを終了する。送電ＥＣＵ１７０は、値０の充電電力指令Ｐｓを受信すると、上述したように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止する（ステップＳ２９０）。これにより、送電装置１３０と受電装置３０との非接触での送受電が終了し、非接触充電が終了する。

即ち、実施例では、非接触充電の開始時には、車両ＥＣＵ７０は、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的小さい値Ｃｄｌｏとする。そして、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ以上に至って送電ＥＣＵ１７０が車両ＥＣＵ７０に容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２の切替を要請すると、車両ＥＣＵ７０は、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉに切り替える。以下、その理由について説明する。

図５は、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を２段階（値Ｃｄｌｏ，Ｃｄｈｉ）でなく任意に変更できると仮定したときの、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２と送電用コイル１４１の力率との関係についての一例を示す説明図である。図６は、図５と同様に仮定したときの、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２と受電装置３０の力率との関係の一例を示す説明図である。図５および図６では、値Ｃｄｌｏ，Ｃｄｈｉについても図示した。図５に示すように、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２が低いほど送電用コイル１４１の力率が高くなり、図６に示すように、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２が低いほど受電装置３０の力率が高くなる（効率が良くなる）。これらの傾向は、本発明者らが解析などにより確認したものである。こうした傾向から、第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を低くすると、非接触充電を行なう際の充電効率を良好にすることができると言える。

バッテリ２２の電圧が低いときには、高いときに比して、受電用コイル３３の出力側（バッテリ２２側）のインピーダンスが大きいことから、バッテリ２２を比較的大きい電力で充電するためには、送電用コイル１４１に流す電流Ｉｔｒを大きくする必要がある。送電用コイル１４１に流す電流が大きくなると、送電用コイル１４１の銅損が大きくなり、非接触充電を行なう際の充電効率が低下しやすくなる。

これらのことを考慮して、実施例では、車両ＥＣＵ７０は、非接触充電の開始時には、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的小さい値Ｃｄｌｏとし、非接触充電の継続によりバッテリ２２の電圧Ｖｂａが上昇して閾値Ｖｒｅｆ以上に至ると、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉに切り替えるものとした。これにより、バッテリ２２の電圧Ｖｂａに拘わらずに容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉとするものに比して、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ未満のときに、送電用コイル１４１や受電装置３０の力率を良好にして、充電効率を良好にすることができる。なお、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが高いときには、送電用コイル１４１に流す電流をそれほど大きくしなくてよいから、送電用コイル１４１の銅損がそれほど大きくならない。したがって、このときには、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉとすることにより、比較的小さい値Ｃｄｌｏで保持するものに比して、バッテリ２２の電圧変動に対して安定して充電することができる。

図７は、実施例と比較例とで送電用コイル１４１に流す電流を同一にしたときの、実施例および比較例のバッテリ２２の電圧Ｖｂａと充電電力Ｐｂａとの関係の一例を示す説明図である。図中、実線は実施例を示し、一点鎖線は比較例を示す。比較例では、バッテリ２２の電圧Ｖｂａに拘わらずに容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉとした。図７の傾向（様子）は、本発明者らが解析などにより確認したものである。図７に示すように、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ未満の領域で、実施例が比較例に比してバッテリ２２の充電電力Ｐｂａが大きくなっていることが解る。

図８は、送電装置１３０の送電用コイル１４１と受電装置３０の受電用コイル３３との結合係数と、送電用コイル１４１の力率と、の関係の一例を示す説明図である。図９は、この結合係数と、バッテリ２２を比較的大きい電力で充電するために送電用コイル１４１に流すべき電流と、の関係の一例を示す説明図である。図８に示すように、結合係数が低いほど送電用コイル１４１の力率が低くなる。この傾向は、本発明者らが解析などにより確認したものである。この図８の傾向を踏まえると、バッテリ２２に比較的大きい電力で充電するためには、図９に示すように、結合係数が低いほど送電用コイル１４１に流すべき電流を大きくする必要がある。したがって、結合係数が低いときには、送電用コイル１４１の銅損がより大きくなるから、本発明を実施することの意義がより大きくなる。

以上説明した実施例の受電装置３０では、非接触充電の開始時には、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的小さい値Ｃｄｌｏとし、非接触充電の継続によりバッテリ２２の電圧Ｖｂａが上昇して閾値Ｖｒｅｆ以上に至ると、容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉに切り替える。これにより、バッテリ２２の電圧Ｖｂａに拘わらずに容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を比較的大きい値Ｃｄｈｉとするものに比して、バッテリ２２の電圧Ｖｂａが閾値Ｖｒｅｆ未満のときの充電効率を良好にすることができる。

また、実施例の送電装置１３０では、受電装置３０の容量回路４４の第１，第２容量値Ｃｄ１，Ｃｄ２を切り替える際には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３２およびインバータ１３４を駆動停止する。これにより、非接触充電が中断されるから、容量回路４４の保護を図ることができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、受電用コイル３３およびコンデンサ３４を有する受電用共振回路３２が「受電用共振回路」に相当し、ダイオードブリッジ回路４２および容量回路４４を有する倍電圧整流回路４０が「倍電圧整流回路」に相当し、車両ＥＣＵ７０が「制御部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、受電装置の製造産業などに利用可能である。

１０ 非接触送受電システム、２０ 自動車、２２ バッテリ、３０ 受電装置、３１ 受電ユニット、３２ 受電用共振回路、３３ 受電用コイル、３４ コンデンサ（第１容量部）、３５ａ 車両側第１ライン、３５ｂ 車両側第２ライン、３６ フィルタ回路、３７ コイル、３８，３９ コンデンサ、４０ 倍電圧整流回路、４０ａ 第１入力端子、４０ｂ 第２入力端子、４２ ダイオードブリッジ回路、４４ 容量回路（第２容量部）、４８ 平滑コンデンサ、６０ 電圧センサ、６２，６３，６４ 電流センサ、７０ 車両ＥＣＵ、８０ 通信ユニット、１３０ 送電装置、１３１ 送電ユニット、１３２ ＡＣ／ＤＣコンバータ、１３４ インバータ、１３４ａ 第１出力端子、１３４ｂ 第２出力端子、１３６ フィルタ回路、１３７ コイル、１３８ コンデンサ、１４０ 送電用共振回路、１４１ 送電用コイル、１４２ コンデンサ、１４４ａ 送電側第１ライン、１４４ｂ 送電側第２ライン、１６０ 電圧センサ、１６２，１６３，１６４ 電流センサ、１７０ 送電ＥＣＵ、８０、１８０ 通信ユニット、１９０ 交流電源、Ｃ２１～Ｃ２４ コンデンサ、Ｄ１１～Ｄ１４，Ｄ２１～Ｄ２４ ダイオード、Ｓ１１～Ｓ１４ スイッチング素子、Ｓ２１ スイッチ。

Claims (1)

1. 送電装置と、前記送電装置から非接触で受電した電力を電気負荷に供給する受電装置と、を備える非接触送受電システムであって、
   前記送電装置は、前記送電用コイルを有する送電ユニットと、前記送電ユニットを制御する送電側制御部とを備え、
   前記受電装置は、
   前記送電用コイルから非接触で受電可能な受電用コイル、および、前記受電用コイルに接続された第１容量部を有する受電用共振回路と、
   前記受電用共振回路に接続されるダイオードブリッジ回路、および、前記ダイオードブリッジ回路に並列に接続されると共に容量が可変の第２容量部を有し、前記受電用共振回路からの電力を整流かつ昇圧して前記電気負荷に供給する倍電圧整流回路と、
   前記電気負荷の電圧が所定電圧未満のときには、前記電気負荷の電圧が前記所定電圧以上のときに比して前記第２容量部の容量値を小さい値に制御する制御部と、
   を備え、
   前記送電側制御部は、前記電気負荷の電圧が前記所定電圧未満から前記所定電圧以上に上昇して前記受電装置で前記第２容量部の容量値を大きくする際には、前記送電用コイルと前記受電用コイルとの送受電が中断されるように前記送電ユニットを制御する、
   非接触送受電システム。

Images