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技術 非接触給電システムの送電装置

出願人 株式会社デンソー
発明者 金崎正樹名倉宏紀谷恵亮
出願日 2015年1月26日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2015-012716
公開日 2016年8月4日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2016-140158
状態 特許登録済
技術分野 電車への給配電 電池等の充放電回路 車両の電気的な推進・制動 電磁波による給配電方式
主要キーワード 両検出値 ピーク値付近 オンオフタイミング ダイオード整流方式 電力取得 最大デューティ 低デューティ 受電電流
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

送電コイル受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式切り替える。

解決手段

送電コイル37を有し、受電装置13の受電コイル38に対して非接触で交流電力を前記送電コイル37から送電する非接触給電システム10の送電装置12であって、直流電源11に接続されており、フルブリッジ型に接続されているスイッチSW1〜SW4を有し、送電コイル37に交流電力を出力するインバータ回路16と、インバータ回路16を制御してフルブリッジ駆動方式又はハーフブリッジ駆動方式によるPWM制御を実施する送電制御部60を備え、送電制御部60は、インバータ回路の出力電圧指令値が、ハーフブリッジ駆動方式における出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施し、出力電圧指令値がその閾値よりも小さい場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する。

概要

背景

送電コイルを有する送電装置と、送電コイルから送電される交流電力受電する受電コイルを有する受電装置と、を備える非接触給電システムが知られている。送電装置は、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、送電コイルに出力するインバータ回路を有している。フルブリッジ型のインバータ回路は、ハーフブリッジ型のインバータ回路などと比較して、直流電圧源電圧利用率が高いため、フルブリッジ型のインバータ回路が用いられることが多い。

ここで、フルブリッジ型のインバータ回路において、電力損失の低減を目的として、フルブリッジの2つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれオンオフ制御するとともに、2つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定するハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御PWM制御)を実施する構成が知られている(例えば、特許文献1)。

ハーフブリッジ駆動方式によるPWM制御では、簡易な制御でソフトスイッチング制御を実施することができ、電力損失を低減することができる。また、ハーフブリッジ駆動方式は、インバータ回路から同一の出力電圧を出力する場合に、フルブリッッジ駆動方式に比べて、電力損失が小さい。

ただし、ハーフブリッジ駆動方式は、フルブリッジ駆動方式に比べて、出力電圧の振幅が小さく、送電装置から受電装置に送電可能な電力最大値が小さくなるという問題がある。そこで、特許文献1に記載の技術では、受電装置の消費電力に応じて、フルブリッジ駆動とハーフブリッジ駆動とを切り替える制御を実施している。

概要

送電コイルと受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式を切り替える。送電コイル37を有し、受電装置13の受電コイル38に対して非接触で交流電力を前記送電コイル37から送電する非接触給電システム10の送電装置12であって、直流電源11に接続されており、フルブリッジ型に接続されているスイッチSW1〜SW4を有し、送電コイル37に交流電力を出力するインバータ回路16と、インバータ回路16を制御してフルブリッジ駆動方式又はハーフブリッジ駆動方式によるPWM制御を実施する送電制御部60を備え、送電制御部60は、インバータ回路の出力電圧指令値が、ハーフブリッジ駆動方式における出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施し、出力電圧指令値がその閾値よりも小さい場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する。

目的

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、送電コイルと受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式を切り替えることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

送電コイル(37)を有し、受電装置(13)の受電コイル(38)に対して非接触で交流電力を前記送電コイルから送電する非接触給電システム(10)の送電装置(12)であって、直流電源(11)に接続されており、フルブリッジ型に接続されている複数のスイッチング素子(SW1〜SW4)を有し、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、前記送電コイルに出力するインバータ回路(16)と、前記インバータ回路の2つのレグを構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御することで、フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、また、前記2つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御するとともに、前記2つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定することで、ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施する制御部(60)と、を備え、前記制御部は、前記インバータ回路の出力電圧指令する出力電圧指令値が、前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、前記出力電圧指令値が前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施することを特徴とする送電装置。

請求項2

前記非接触給電システムは、前記受電装置に流れる電流を検出する電流検出手段(49)と、前記電流検出手段による検出値と所定の目標値との偏差を小さくするように、前記出力電圧指令値を設定する指令値設定手段(60)と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の送電装置。

請求項3

前記送電装置は、前記インバータ回路に入力される入力電力を取得する電力取得手段(60)と、前記電力取得手段により取得された取得値と所定の目標値との偏差を小さくするように、前記出力電圧指令値を設定する指令値設定手段(60)と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の送電装置。

請求項4

前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、を切り替える前に、予め切り替え後の駆動方式におけるパルス幅変調制御のデューティを設定しておく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。

請求項5

前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御に切り替える前に、予め前記デューティを前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御の前記デューティの2倍に設定し、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御に切り替える前に、予め前記デューティを前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御の前記デューティの1/2倍に設定することを特徴とする請求項4に記載の送電装置。

請求項6

前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御へ切り替える際の前記閾値が、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御から前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御へ切り替える際の前記閾値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の送電装置。

請求項7

前記制御部は、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御と、を切り替える際に、前記複数のスイッチング素子の全てを開状態としてから駆動方式の切り替えを実施することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の送電装置。

請求項8

前記受電装置は、車両に搭載されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の送電装置。

技術分野

0001

送電コイルを有し、受電装置受電コイルに対して非接触で交流電力を送電コイルから送電する非接触給電システム送電装置に関する。

背景技術

0002

送電コイルを有する送電装置と、送電コイルから送電される交流電力を受電する受電コイルを有する受電装置と、を備える非接触給電システムが知られている。送電装置は、直流電力を所定の周波数の交流電力に変換し、送電コイルに出力するインバータ回路を有している。フルブリッジ型のインバータ回路は、ハーフブリッジ型のインバータ回路などと比較して、直流電圧源電圧利用率が高いため、フルブリッジ型のインバータ回路が用いられることが多い。

0003

ここで、フルブリッジ型のインバータ回路において、電力損失の低減を目的として、フルブリッジの2つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれオンオフ制御するとともに、2つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定するハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御PWM制御)を実施する構成が知られている(例えば、特許文献1)。

0004

ハーフブリッジ駆動方式によるPWM制御では、簡易な制御でソフトスイッチング制御を実施することができ、電力損失を低減することができる。また、ハーフブリッジ駆動方式は、インバータ回路から同一の出力電圧を出力する場合に、フルブリッッジ駆動方式に比べて、電力損失が小さい。

0005

ただし、ハーフブリッジ駆動方式は、フルブリッジ駆動方式に比べて、出力電圧の振幅が小さく、送電装置から受電装置に送電可能な電力最大値が小さくなるという問題がある。そこで、特許文献1に記載の技術では、受電装置の消費電力に応じて、フルブリッジ駆動とハーフブリッジ駆動とを切り替える制御を実施している。

先行技術

0006

特開2014−54134号公報

発明が解決しようとする課題

0007

非接触給電では、送電コイルと受電コイルとの相対的位置によって、送電コイルと受電コイルとの結合係数が変化する。インバータの出力電圧が同一であっても、結合係数の変化によって受電コイル及び送電コイルに流れる電流が変化し、インバータ回路から出力される出力電力が変動する。受電装置の消費電力に応じて、ハーフブリッジ駆動とフルブリッジ駆動とを切り替える特許文献1に記載の技術では、この結合係数の変化によって、ハーフブリッジ駆動で送電可能であるにも関わらず、フルブリッジ駆動が選択されることが懸念される。この場合、電力損失抑制の効果が減少する。また、ハーフブリッジ駆動で送電不可能であるにも関わらず、ハーフブリッジ駆動が選択されることが懸念される。この場合、出力電圧が出力電圧指令値を満たせず、受電装置から電力供給される電気負荷電源失陥となるおそれがある。

0008

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、送電コイルと受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式を切り替えることを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

本発明は、送電コイル(37)を有し、受電装置(13)の受電コイル(38)に対して非接触で交流電力を前記送電コイルから送電する非接触給電システム(10)の送電装置(12)であって、直流電源(11)に接続されており、フルブリッジ型に接続されている複数のスイッチング素子(SW1〜SW4)を有し、前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換し、前記送電コイルに出力するインバータ回路(16)と、前記インバータ回路の2つのレグを構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御することで、フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、また、前記2つのレグの一方を構成するスイッチング素子をそれぞれ開閉制御するとともに、前記2つのレグの他方を構成するスイッチング素子の開閉状態を固定することで、ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施する制御部(60)と、を備え、前記制御部は、前記インバータ回路の出力電圧を指令する出力電圧指令値が、前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、前記フルブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施し、前記出力電圧指令値が前記ハーフブリッジ駆動方式における前記インバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、前記ハーフブリッジ駆動方式によるパルス幅変調制御を実施することを特徴とする。

0010

インバータ回路の出力電圧が一定であったとしても、受電コイルと送電コイルとの結合係数が変化すると、受電コイルに流れる電流が変化する。結合係数の変化により受電コイルに流れる電流が減少した場合、送電装置から受電装置に対して所定の電力を送電するためには、出力電圧指令値を増加させる必要がある。このように出力電圧指令値が増加する場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施すると、インバータ回路の出力電圧が出力電圧指令値を満たせなくなることが懸念される。また、結合係数の変化により受電コイルに流れる電流が増加した場合、出力電圧指令値を減少させても、送電装置から受電装置に対して所定の電力を送電することができる。このように出力電圧指令値が減少する場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施すると、電力損失が大きくなる。

0011

そこで、本発明では、インバータ回路の出力電圧を指令する出力電圧指令値が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも大きい場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。また、出力電圧指令値が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路の出力電圧の上限値に基づき設定される閾値よりも小さい場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。これにより、送電コイルと受電コイルとの相対位置で決定される結合係数に対して、好適に駆動方式を切り替えることが可能になる。

図面の簡単な説明

0012

非接触給電システムの電気的構成図。
インバータ回路の出力電圧と出力電流時間変化を表すタイミングチャート
フルブリッジ駆動方式とハーフブリッジ駆動方式との違いを表す図。
結合係数と電力損失との関係を表す図。
駆動方式の切り替えにおけるヒステリシスを表す図。
駆動方式の切り替え処理を表すフローチャート

実施例

0013

(第1実施形態)
本実施形態における非接触給電システムは、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、電気自動車ハイブリッド自動車などの車両に搭載され、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。

0014

図1に本実施形態における非接触給電システム10を示す。非接触給電システム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。

0015

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。また、インバータ回路16から入力される交流電力から所定の周波数域の交流電力以外を除去し、送電共振回路17に出力する送電フィルタ回路18を備える。

0016

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を備える。また、受電共振回路19から入力される交流電力から所定の周波数域の交流電力以外を除去し、整流回路20に出力する受電フィルタ回路22を備える。

0017

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、MOS−FETであり、それぞれボディダイオードを備えている。

0018

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。

0019

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。

0020

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、ボディダイオードを備えている。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。

0021

送電フィルタ回路18は、リアクトル32,33及びコンデンサ34,35を備えるバンドパスフィルタであり、インバータ回路16及び送電共振回路17の間に設けられている。送電フィルタ回路18において、リアクトル32及びコンデンサ34、リアクトル33及びコンデンサ35はそれぞれ直列接続されている。そして、インバータ回路16の出力端子の一方にコンデンサ34が接続され、他方にコンデンサ35が接続されている。つまり、リアクトル32及びコンデンサ34から構成されるバンドパスフィルタと、リアクトル33及びコンデンサ35から構成されるバンドパスフィルタとが、送電フィルタ回路18を構成している。

0022

受電フィルタ回路22は、リアクトル40,41及びコンデンサ42,43を備えるバンドパスフィルタであり、受電共振回路19及び整流回路20の間に設けられている。受電フィルタ回路22において、リアクトル40及びコンデンサ42、リアクトル41及びコンデンサ43はそれぞれ直列接続されている。そして、受電共振回路19の出力端子の一方にリアクトル40が接続され、他方にリアクトル41が接続されている。つまり、リアクトル40及びコンデンサ42から構成されるバンドパスフィルタと、リアクトル41及びコンデンサ43から構成されるバンドパスフィルタとが、受電フィルタ回路22を構成している。

0023

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。

0024

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との通信無線、受電制御部70とECU80との通信は有線により行われる。

0025

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、送電フィルタ回路18を介して送電コイル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、送電フィルタ回路18を介して送電コイル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。

0026

インバータ回路16は、通常動作時(後述するフルブリッジ駆動時)において、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。

0027

インバータ回路16における出力電圧指令値Vo*は、受電コイル38に流れる電流の検出値と、所定の目標値との偏差に基づいて、受電コイル38に流れる電流が所定の目標値に近づくように設定される。具体的には、受電制御部70が、受電コイル38に流れる電流(受電電流I2)を検出する電流センサ49(電流検出手段)から検出値を取得し、その検出値と、ECU80から入力される受電電流I2の目標値との偏差を算出する。そして、受電制御部70は、その偏差を送電制御部60に出力し、送電制御部60(指令値設定手段)は、その偏差に基づいて出力電圧指令値Vo*を算出する。送電制御部60は、パルス幅変調制御(PWM制御)によって、インバータ回路16の出力電圧Voが設定された出力電圧指令値Vo*と等しくなるようにデューティを調整する。また、送電制御部60は、周波数制御をPWM制御と組み合わせて実施する。周波数制御を実施することで、スイッチング損失を低減することができる。

0028

ここで、受電電流I2の目標値が低く設定されると、送電制御部60により出力電圧指令値Vo*が低く設定され、スイッチSW1及びスイッチSW4のオン時間(デューティ)が短く設定される。デューティが低下すると、スイッチSW1〜SW4のオンオフ時におけるスイッチング損失が増加する。このスイッチング損失の増加について図2を用いて説明する。

0029

図2に、低デューティ(10%)における出力電圧Voの波形実線で示し、最大デューティ(50%)における出力電圧Voの波形を破線で示す。さらに、出力電流Ioの波形を一点鎖線で示す。

0030

出力電流Ioの波形は、正弦波状である。最大デューティの場合、出力電流Ioが流れていない状態で、スイッチSW1がオンされるため、スイッチング損失はほぼ0となる。スイッチSW1がオフにされるときも同様にスイッチング損失はほぼ0となる。

0031

一方、低デューティの場合、正弦波状の出力電流Ioのピーク値付近においてスイッチSW1がオンされるため、スイッチSW1がオンとされる時の出力電流Ioに比例したスイッチング損失が生じることになる。スイッチSW1がオフにされるときも同様に、スイッチSW1がオフとされる時の出力電流Ioに比例したスイッチング損失が生じることになる。

0032

そこで、本実施形態では、低デューティの場合に、第2レグのスイッチSW3,SW4のオンオフ状態を固定した上で、第1レグのスイッチSW1,SW2のオンオフ制御を実施する。具体的には、スイッチSW3を常時オン状態とし、スイッチSW4を常時オフ状態とした状態で、スイッチSW1,SW2のオンオフ制御を実施する。この駆動方式をハーフブリッジ駆動方式と呼び、上述したスイッチSW1〜SW4をそれぞれオンオフ制御する駆動方式をフルブリッジ駆動方式と呼ぶ。

0033

図3に、インバータ回路16から同一の電力を出力する場合に、フルフブリッジ駆動方式による制御を実施したときの出力電圧Voの波形(図3(a))と、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施したときの出力電圧Voの波形(図3(b))とを示す。

0034

ハーフブリッジ駆動方式では、フルブリッジ駆動方式に比べて、1周期においてスイッチング損失が発生する機会が4回から2回に減少する。さらに、ハーフブリッジ駆動方式では、フルブリッジ駆動方式に比べて、スイッチSW1のデューティが大きく設定されるため、オンオフの切り替え時における出力電流Ioが小さくなる。このため、ハーフブリッジ駆動方式を実施することで、スイッチング損失を低減することが可能になる。なお、ハーフブリッジ駆動方式においてインバータ回路16の出力電圧Voの振幅は、フルブリッジ駆動方式に比べて半減している。また、ハーフブリッジ駆動方式によるPWM制御において、ソフトスイッチングを行うことで、スイッチング損失を更に低減することが可能である。

0035

ここで、車両に対して非接触送電を行う場合、送電パッドと受電パッドとの相対位置、つまり、送電コイル37と受電コイル38との相対位置が変化することが考えられる。車両の停車位置により、送電コイル37と受電コイル38との相対位置のうち水平方向の位置は変化する。また、車両に積載されている荷物の重量や車両のサスペンション劣化に伴う車両の鉛直方向の位置の変化により、送電コイル37と受電コイル38との相対位置のうち鉛直方向の位置は変化する。このようなコイル37,38同士の相対位置の変化によって、送電コイル37と受電コイル38との結合係数kが変化する。本実施形態では、送電共振回路17及び受電共振回路19がともに直列共振回路であるため、受電コイル38に流れる電流は、インバータ回路16の出力電圧Voに比例し、結合係数kに反比例する。

0036

所定の出力電力を車載バッテリ14に供給する場合、結合係数kの変化に応じて、インバータ回路16の出力電圧Voを変化させる必要がある。つまり、所定の出力電力を出力する場合、図4(a)に示すように結合係数kに比例するように出力電圧Voを変化させる必要がある。結合係数kの変化に伴って、インバータ回路16の出力電圧Voを変化させる場合に、ハーフブリッジ駆動方式では、所定の出力電力を出力するための出力電圧Voを実現できない場合がある。

0037

そこで、インバータ回路16の出力電圧Voが所定の閾値Vth以下となった場合に、図4(b)に示すように、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした(実線)。これにより、一律にフルブリッジ駆動方式を実施する場合(一点鎖線)に比べて、インバータ回路16における電力損失Plossを低減することができる。さらに、インバータ回路16の出力電圧Voが所定の閾値Vthより大きくなった場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。これにより、結合係数kの変化によって二次側電流が減少した場合であっても、所定の出力電力を出力することが可能になる。

0038

また、図5に示すように、閾値Vthとして、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式の切り替え時における出力電圧Voの閾値Vth1と、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式の切り替え時における出力電圧Voの閾値Vth2とを異なるように設定する。具体的には、閾値Vth1を閾値Vth2より大きく設定する。ここで、閾値Vth1は、ハーフブリッジ駆動方式において出力可能な出力電圧Voの上限値Vh_maxより低く設定する。このようにヒステリシスを設けることで、ハーフブリッジ駆動方式とフルブリッジ駆動方式との頻繁な切り替えを抑制することができる。

0039

さらに、本実施形態では、駆動方式の切り替えを実施する前に、デューティを変更する。つまり、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式に切り替えるときには、予めデューティをハーフブリッジ駆動方式に適した値に変更した後で、駆動方式の切り替えを実施する。具体的には、デューティを現在のデューティの2倍に設定する。これにより、駆動方式の変更に伴う出力電圧Voの急減を抑制することができる。

0040

また、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替えるときには、予めデューティをフルブリッジ駆動方式に適した値に変更した後で、駆動方式の切り替えを実施する。具体的には、デューティを現在のデューティの1/2倍に設定する。これにより、駆動方式の変更に伴う出力電圧Voの急増を抑制することができる。

0041

また、駆動方式の切り替え時において、同一アームの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り、短絡が生じることが懸念される。例えば、フルブリッジ駆動方式において、スイッチSW4がオン状態とされている状態で、ハーフブリッジ駆動方式への切り替えが行われると、スイッチSW4がオフ状態とされる前にスイッチSW3がオン状態とされることが懸念される。また、スイッチSW1〜SW4の駆動信号のいずれかに遅延が生じ、オンオフタイミングにずれが生じている状態で、駆動方式の切り替えが行われると、同一レグの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されることが懸念される。

0042

そこで、本実施形態では、駆動方式の切り替え時において、スイッチSW1〜SW4を全てオフ状態にした後で、駆動方式の切り替えを実施する構成とした。このような構成にすることで、駆動方式の切り替えに伴う短絡を抑制することができる。

0043

図6に本実施形態における駆動方式の切り替え処理を表すフローチャートを示す。本処理は、送電制御部60によって所定周期ごとに実施される。

0044

テップS01において、現在フルブリッジ駆動方式か否かを判定する。フルブリッジ駆動方式であると判定されると(S01:YES)、ステップS02において、出力電圧指令値Vo*が閾値Vth2より小さいか否かを判定する。出力電圧指令値Vo*が閾値Vth2より小さいと判定されると(S02:YES)、ステップS03において、デューティを現在のデューティの2倍に設定する。次に、ステップS04において、スイッチSW1〜SW4をオフ状態とし、その後、ステップS05において、駆動方式をハーフブリッジ駆動方式に切り替え、処理を終了する。ステップS02において、出力電圧指令値Vo*が閾値Vth2以上であると判定されると(S02:NO)、そのまま処理を終了する。

0045

一方、ステップS01において、ハーフブリッジ駆動方式であると判定されると(S01:NO)、ステップS06において、出力電圧指令値Vo*が閾値Vth1より大きいか否かを判定する。出力電圧指令値Vo*が閾値Vth1より大きいと判定されると(S06:YES)、ステップS07において、デューティを現在のデューティの1/2倍に設定する。次に、ステップS08において、スイッチSW1〜SW4をオフ状態とし、その後、ステップS09において、駆動方式をフルブリッジ駆動方式に切り替え、処理を終了する。ステップS06において、出力電圧指令値Vo*が閾値Vth1以下であると判定されると(S06:NO)、そのまま処理を終了する。

0046

以下、本実施形態における効果を述べる。

0047

インバータ回路16の出力電圧Voを指令する出力電圧指令値Vo*が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路16の出力電圧Voの上限値Vh_maxに基づき設定される閾値Vth1(Vth)よりも大きい場合に、フルブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。また、出力電圧指令値Vo*が、ハーフブリッジ駆動におけるインバータ回路16の出力電圧Voの上限値Vh_maxに基づき設定される閾値Vth2(Vth)よりも小さい場合に、ハーフブリッジ駆動方式による制御を実施する構成とした。これにより、送電コイル37と受電コイル38の結合係数kが変化した場合に、インバータ回路16の出力電圧Voが出力電圧指令値Vo*を満たすように制御しつつ、ハーフブリッジ駆動方式による電力損失抑制の効果を得ることが可能となる。

0048

本実施形態では、受電コイル38に流れる電流である受電電流I2の検出値と目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Vo*を設定する構成とした。結合係数kの変化に伴って、受電電流I2が目標値から変化した場合に、受電電流I2を目標値に近づけることが可能になる。そして、受電電流I2が変化したことにより、出力電圧指令値Vo*が閾値Vth1(Vth)よりも大きくなった場合に、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替えることができる。

0049

駆動方式の切り替え時において、予め切り替え後の駆動方式におけるPWM制御のデューティを設定しておくことで、駆動方式の切り替え時における出力電圧Voの変動を抑制することができる。

0050

具体的には、同一のデューティにおいて、ハーフブリッジ駆動方式の出力電圧振幅は、フルブリッジ駆動方式の出力電圧振幅の1/2となる。そこで、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替える場合に、デューティを予め1/2倍に設定し、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式に切り替える場合に、デューティを予め2倍に設定する構成とした。このような構成にすることで、より好適に駆動方式の切り替え時における出力電圧Voの変動を抑制することができる。

0051

(他の実施形態)
・閾値Vth1と閾値Vth2とを同一の値としてもよい。

0052

・駆動方式の切り替え時において、全スイッチSW1〜SW4をオフ状態としない構成としてもよい。

0053

・スイッチSW1〜SW4は、MOS−FETに代えて、IGBTであってもよい。

0054

・送電パッド及び受電パッドは、コイル37,38及びコアに加えて、フィルタ回路などを樹脂で封止するものであってもよい。

0055

・送電共振回路17及び受電共振回路19はそれぞれ並列共振回路であってもよい。

0056

・非接触給電システムは、電磁誘導方式に代えて、磁界共鳴方式であってもよい。また、双方向送電が可能でなくてもよい。

0057

・メインリレー50,51の一方を省略する構成としてもよい。また、メインリレー50,51をともに省略する構成としてもよい。また、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を省略する構成としてもよい。

0058

・送電制御部60に代えて、受電制御部70が出力電圧指令値を設定する構成としてもよい。

0059

・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構成としたが、これを変更してもよい。例えば、物理的な充電開始ボタンに代えて、タッチパネルに入力が行われた場合や、所定の音声が入力された場合や、車両が所定の位置に停車された場合などに、送電装置12から受電装置13に対する送電を開始させる構成としてもよい。

0060

・送電フィルタ回路18及び受電フィルタ回路22を省略する構成であってもよい。また、送電フィルタ回路及び受電フィルタ回路は、コモンモードフィルタ回路や、ローパスフィルタ回路や、ハイパスフィルタ回路などであってもよい。また、整流回路20は、同期整流方式に代えて、ダイオード整流方式であってもよい。

0061

・上記実施形態では、受電コイル38に流れる受電電流I2の検出値と目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Vo*を設定する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、整流回路20に流れる電流の検出値と目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Vo*を設定する構成としてもよい。

0062

・インバータ回路16の入力電力取得値と、入力電力の目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Vo*の設定を行ってもよい。電力取得手段としての送電制御部60は、インバータ回路16の入力電圧の検出値と、インバータ回路16の入力電流の検出値とを取得し、両検出値の積としてインバータ回路16の入力電力を算出する。なお、インバータ回路16の入力電圧が固定値である場合には、入力電流の検出値を入力電力とみなすことができる。

0063

こうした構成によれば、結合係数kの変化に伴って、入力電力が目標値から変化した場合であっても、入力電力を目標値に近づけることが可能になる。そして、受電電流I2が変化したことにより、出力電圧指令値Vo*が閾値Vthよりも大きくなった場合に、ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式に切り替えることができる。

0064

・出力電圧指令値Vo*の設定において、受電制御部70が、電気負荷である車載バッテリ14の入力電圧の検出値を電圧センサから取得するとともに、車載バッテリ14の入力電流の目標値を取得し、その車載バッテリ14の入力電圧の検出値と入力電流の目標値を送電制御部60に送信する構成とする。

0065

さらに、送電制御部60は、インバータ回路16の入力電圧の検出値と、インバータ回路16の入力電流の検出値とを取得し、両検出値の積としてインバータ回路16の入力電力を算出する。そして、インバータ回路16の入力電力に基づいて、車載バッテリ14の入力電力を推定し、推定した車載バッテリ14の入力電力を車載バッテリ14の入力電圧で除算することで、車載バッテリ14の入力電流を推定する。そして、推定した車載バッテリ14の入力電流の推定値と、車載バッテリ14の入力電流の目標値との偏差に基づいて、出力電圧指令値Vo*を設定する構成とする。このような構成とすることで、より高精度に車載バッテリ14の入力電流を調整することが可能になる。

0066

・ハーフブリッジ駆動方式からフルブリッジ駆動方式への切り替え時におけるデューティの設定は、少なくとも切り替え前におけるデューティより小さく設定すれば、出力電圧Voの変動を抑えることが出来る。同様に、フルブリッジ駆動方式からハーフブリッジ駆動方式への切り替え時におけるデューティの設定は、少なくとも切り替え前におけるデューティより大きく設定すれば、出力電圧Voの変動を抑えることが出来る。

0067

・非接触給電システムは、車両以外に用いられるものであってもよい。送電コイル37と受電コイル38の相対位置が変化し易く、結合係数kが変化し易いものに対して適用するとよい。

0068

10…非接触給電システム、11…直流電源、12…送電装置、13…受電装置、インバータ回路16、37…送電コイル、38…受電コイル、60…送電制御部(制御部)、SW1〜SW4…スイッチング素子(スイッチ)

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