CN105324913B - 电力传输*** - Google Patents

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Abstract

该电力传输***（A）具备输送交流电力的输电装置（10）和接收交流电力的受电装置（20）。受电装置（20）具备：将接收的交流电力转换为直流电力的整流器（22）；进行从整流器（22）输出的直流电力的直流转换的直流转换器（23a）；以及受电侧控制装置（23c），基于直流转换器（23a）的输入电压计算使直流转换器（23a）的输入阻抗成为设定值的电流指令值，并且以使直流转换器（23a）的输入电流与电流指令值一致的方式控制直流转换器（23a）。

Description

电力传输***
技术领域
本发明涉及电力传输***。
背景技术
一直以来作为非接触供电方式，已知电磁感应方式、电波接收方式、电场耦合方式及磁场共振方式等。在这些方式之中，磁场共振方式是指在输电装置侧和受电装置侧分别设置由线圈和电容器构成的LC谐振电路，使磁场在两电路间共振从而以无线方式传输电力的技术（参照下述专利文献1）。
与被广泛实用化的电磁感应方式相比，该磁场共振方式有能以较弱的磁场实现高效率且长距离的电力传输的特征，作为能够利用于便携终端、电动汽车等的充电的下一代无线电力传输技术备受瞩目。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－147271号公报。
发明内容
发明要解决的课题
非接触供电方式的电力传输***由经由空间传输通路无线输送从交流电源供给的交流电力的输电装置和经由所述空间传输通路无线接收交流电力的受电装置构成。所述受电装置有具备对接收的交流电力进行整流并转换为直流电力的整流器和进行从该整流器输出的直流电力的直流转换的充电器（直流转换器，例如DC/DC转换器）的情况。
在将上述DC/DC转换器的输出利用于电池等的蓄电器的充电的情况下，从电力传输效率的观点来看最好使充电期间中的DC/DC转换器的输入阻抗恒定。然而，随着过渡时（充电开始时及停止时）的输入电流的变动而输入阻抗也变动，因此得不到输入阻抗的匹配（matching）从而有可能降低电力传输效率。
另外，若得不到输入阻抗的匹配，则在各构成元件中有可能发生过量的电应力而破损。另外，还有不能确保本来能够取得的电力的情况。
本发明鉴于上述的情况而构思，目的在于提供实现电力传输效率的提高并且能够避免构成元件的破损的电力传输***。
用于解决课题的方案
为了达成上述目的，依据本发明的第1方式，电力传输***具备：输电装置，将供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力并经由传输通路进行输送；以及受电装置，经由所述传输通路接收所述交流电力。另外，所述受电装置具备：整流器，对经由所述传输通路接收的所述交流电力进行整流并转换为直流电力；直流转换器，进行从所述整流器输出的直流电力的直流转换；以及受电侧控制装置，基于所述直流转换器的输入电压计算使所述直流转换器的输入阻抗成为设定值的电流指令值并且以使所述直流转换器的输入电流与所述电流指令值一致的方式控制所述直流转换器。
另外，依据本发明的第2方式，在上述第1方式中，所述输电装置具备：交流转换器，将所述供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力；以及输电侧控制装置，控制所述交流转换器倒导致的所述交流电力的放大率。所述受电侧控制装置构成为向所述输电侧控制装置发送所述电流指令值。另外，所述输电侧控制装置构成为基于从所述受电侧控制装置接收的所述电流指令值，以使所述直流转换器的输入电力恒定的方式控制所述交流转换器导致的所述交流电力的放大率。
另外，依据本发明的第3方式，在上述第1或第2方式中，所述输电装置具备输电侧谐振器，该输电侧谐振器用于作为所述传输通路经由空间传输通路以磁场共振方式无线输送所述交流电力。另外，所述受电装置具备受电侧谐振器，该输电侧谐振器用于经由所述空间传输通路从所述输电侧谐振器无线接收所述交流电力。
另外，依据本发明的第4方式，在上述第1～第3的任一种方式中，在所述输电装置与所述受电装置之间能够进行双向电力传输。
发明效果
依据本发明，设在受电装置侧的直流转换器的输入阻抗在直流转换器的动作期间中（不仅包括稳定时，还包括直流转换器的输出开始时及停止时的过渡时）维持恒定，因此能够保持始终取得输入阻抗的匹配的状态。因而，与以往相比能够实现电力传输效率的提高并且能够避免构成元件的破损。另外，能够维持最大的功率点。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的电力传输***的概略结构图。
图2A是示出本实施方式中的充电期间中的DC/DC转换器的输入电压、输入电流及输入阻抗的曲线的图。
图2B是示出现有技术中的充电期间中的DC/DC转换器的输入电压、输入电流及输入阻抗的曲线的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。
图1是本实施方式所涉及的电力传输***A的概略结构图。如该图1所示，本实施方式所涉及的电力传输***A是例如经由空间传输通路300（传输通路）从设置在停车场等的既定位置的充电设备100向电动汽车200无线传输充电用电力（交流电力）的非接触供电方式的电力传输***。电力传输***A具备搭载于充电设备100侧的输电装置10和搭载于电动汽车200侧的受电装置20。
输电装置10经由空间传输通路300无线输送从设在充电设备100侧的交流电源30（例如单相200V、频率50或者60Hz的商用电源）供给的交流电力。输电装置10具备放大器11及输电侧谐振器12。
放大器11是进行从交流电源30供给的交流电力的交流/交流转换，将由此得到的交流电力向输电侧谐振器12输出的交流转换装置。具体而言，该放大器11具备：将从交流电源30供给的交流电力转换为直流电力的整流电路11a；将从该整流电路11a输出的直流电力转换为具有既定电压及既定频率的交流电力并向输电侧谐振器12输出的逆变器11b；以及控制构成该逆变器11b的MOS－FET等的开关元件的输电侧控制装置11c。此外，在本实施方式中，整流电路11a及逆变器11b相当于本发明的交流转换器。
输电侧控制装置11c通过控制构成上述逆变器11b的开关元件，控制从上述逆变器11b输出的交流电力的电压及频率。
即，输电侧控制装置11c通过构成上述逆变器11b的开关元件的控制，控制放大器11导致的交流电力的放大率。另外，该输电侧控制装置11c具备天线11d，具有利用Bluetooth（注册商标）等的近距离无线通信标准与后述的受电侧控制装置23c进行无线通信的功能。
而且，通过具有功率因数校正（Power Factor Correction，简称PFC）功能的升压斩波器电路或升降压斩波器电路来实现整流电路11a，并且输电侧控制装置11c还控制斩波器的占空比，从而能够提高放大器11导致的交流电力的放大率的控制性能，例如，能够扩大放大率的可变范围。
输电侧谐振器12是由用于经由空间传输通路300以磁场共振方式无线输送从放大器11输入的交流电力的以螺旋状卷绕的线圈和电容器构成的LC谐振电路。此外，作为用于构成输电侧谐振器12的电容器，可以利用线圈的寄生电容，或者也可以另设电容器元件。
受电装置20经由空间传输通路300无线接收从输电装置10无线输送的交流电力，并将该接收的交流电力转换为充电用的直流电力向搭载于电动汽车200侧的例如锂离子电池等的电池40供给。受电装置20具备受电侧谐振器21、整流器22及DC/DC转换器23。
受电侧谐振器21是由用于经由空间传输通路300从输电侧谐振器12无线接收交流电力的以螺旋状卷绕的线圈和电容器构成的LC谐振电路。如果以使输电装置10和受电装置20两者的谐振器12、21的谐振频率互相相等的方式设定各电路常数，则能通过磁场共振在输电侧谐振器12与受电侧谐振器21之间进行高效率的无线输送。
空间传输通路300是输电侧谐振器12与受电侧谐振器21之间的空间，通常被空气充满，但是也可以存在对为了无线输送而产生的电磁场完全或者几乎没有影响的非导电性且非磁性的物质例如水、塑料。
从放大器11输出的交流电力通过输电侧谐振器12转换为磁能量并被无线输送，该磁能量通过受电侧谐振器21再转换为交流电力。从受电侧谐振器21得到的交流电力向设在其后级的整流器22输出。整流器22对从受电侧谐振器21输入的交流电力进行整流并转换为直流电力，将该得到的直流电力向DC/DC转换器23输出。
DC/DC转换器23进行从整流器22输入的直流电力的直流转换（DC/DC转换），将通过该直流转换而得到的直流电力作为充电用直流电力而向电池40输出。详细而言，该DC/DC转换器23具备：通过MOS－FET等的开关元件的导通截止动作对从整流器22输入的直流电力进行降压的开关电路23a（直流转换器）；生成用于使上述开关元件导通截止的栅极信号的栅极驱动电路23b；以及经由栅极驱动电路23b控制开关电路23a的开关元件的受电侧控制装置23c。开关电路23a是进行从整流器22输出的直流电力的直流转换的电路，相当于本发明的直流转换器。
受电侧控制装置23c监视DC/DC转换器23的输入电压（整流器2的输出电压），并基于该输入电压计算DC/DC转换器23的输入阻抗成为设定值的电流指令值，并且构成为以使DC/DC转换器23的输入电流与上述电流指令值一致的方式控制开关电路23a的开关元件。另外，该受电侧控制装置23c具备天线23d，具有利用Bluetooth（注册商标）等的近距离无线通信标准与上述输电侧控制装置11c进行无线通信的功能。
受电侧控制装置23c具有经由天线23d向输电侧控制装置11c发送如上所述计算的电流指令值的功能。输电侧控制装置11c具有基于经由天线11d从受电侧控制装置23c接收的上述电流指令值，以使DC/DC转换器23的输入电力恒定的方式控制放大器11导致的交流电力的放大率的功能。
接着，对如上所述构成的本实施方式所涉及的电力传输***A的动作进行详细说明。
首先，若电动汽车200停在充电设备100的设置位置附近，则输电装置10的输电侧控制装置11c开始构成逆变器11b的开关元件的控制，并将从上述逆变器11b输出的交流电力的电压及频率控制为既定值。此外，输电侧控制装置11c以使与输电侧谐振器12的谐振频率一致的频率的交流电力从逆变器11b输出的方式进行控制。
由此，在输电装置10侧，从放大器11（逆变器11b）向输电侧谐振器12输出适合于按照磁场共振方式的电力传输的电压及频率的交流电力，在输电侧谐振器12与受电侧谐振器21之间利用磁场共振进行高效率的无线输送。从放大器11输出的交流电力从输电侧谐振器12向受电侧谐振器21传输（无线输送）。在受电装置20侧，由受电侧谐振器21接收的交流电力被整流器22转换为直流电力并向DC/DC转换器23输入。
受电装置20的受电侧控制装置23c监视DC/DC转换器23的输入电压（开关电路23a的输入电压），并基于该输入电压计算使DC/DC转换器23的输入阻抗成为设定值的电流指令值。例如，在设DC/DC转换器23的输入电压为V、输入阻抗的设定值为Z（例如45Ω）、电流指令值为I时，电流指令值I能够按照下述（1）式计算。
I＝V/Z 　（1）。
受电侧控制装置23c以使DC/DC转换器23的输入电流（开关电路23a的输入电流）与上述电流指令值I一致的方式开始开关电路23a的开关元件的控制。在该情况下，优选监视DC/DC转换器23的输入电流，并且以使该输入电流与电流指令值I一致的方式对开关电路23a的开关元件进行反馈控制。
由此，DC/DC转换器23开始动作，流过与电流指令值I一致的输入电流，DC/DC转换器23的输入阻抗保持在设定值Z，并且通过从DC/DC转换器23输出的直流电力开始对电池40的充电。
之后，受电侧控制装置23c按一定的控制周期监视DC/DC转换器23的输入电压V，直至完成电池40的充电为止。受电侧控制装置23c在每次实施该监视时，基于输入电压V计算使DC/DC转换器23的输入阻抗成为设定值Z的电流指令值I，并且以使DC/DC转换器23的输入电流与上述电流指令值I一致的方式控制开关电路23a。
图2A是示出在电池40的充电期间中，即DC/DC转换器23的动作期间中的DC/DC转换器23的输入电压、输入电流及输入阻抗的曲线的示意图。图2B是示出现有技术中的DC/DC转换器的输入电压、输入电流及输入阻抗的曲线的示意图。
如这些图所示，在现有技术中，充电期间中的DC/DC转换器的输入阻抗变动，相对于此，在本实施方式中，可知在充电期间中（不仅包括稳定时，还包括充电开始时及停止时的过渡时），DC/DC转换器23的输入阻抗维持恒定（设定值Z），成为输入阻抗始终得到匹配的状态。
另外，DC/DC转换器23的输入电力W由输入电压V×输入电流I（＝电流指令值）表示，但是，随着电流指令值I的值，有该输入电力W与DC/DC转换器23的规格值不一致的情况。为了还将DC/DC转换器23中的电力转换效率维持良好，优选使DC/DC转换器23的输入电力W尽量接近规格值。
因此，在本实施方式中，输电侧控制装置11c以使DC/DC转换器23的输入电力W恒定（规格值）的方式控制放大器11导致的交流电力的放大率。即，输电侧控制装置11c以使DC/DC转换器23的输入电力W成为规格值的方式控制从逆变器11b输出的交流电力的电压。由此，DC/DC转换器23的输入电压V变化，能够使DC/DC转换器23的输入电力W与规格值一致。
如以上那样，依据本实施方式，在电池40的充电期间中，即DC/DC转换器23的动作期间中（不仅包括稳定时，还包括输出开始时（充电开始时）及输出停止时（充电停止时）的过渡时），设在受电装置20侧的DC/DC转换器23的输入阻抗被维持恒定。因此，成为输入阻抗始终得到匹配的状态，与现有技术相比能够实现电力传输效率的提高并且能够避免构成元件的破损。此外，依据本实施方式，因稳定时的温度变化而产生LC电路的常数变化的情况下，也能将DC/DC转换器23的输入阻抗维持恒定。
此外，本发明不局限于上述实施方式，而仅由附加的权利要求的范围来限定。在上述实施方式中示出的各构成部件的诸多形状、组合等为一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内可根据设计要求等而进行构成的附加、省略、置换及其他的变更。例如，能举出如下的变形例。
（1）上述实施方式中，例示了经由空间传输通路300从充电设备100向电动汽车200无线传输充电用电力（交流电力）的非接触供电方式的电力传输***A。然而，本发明不限定于此，例如，也能够将本发明适用于以非接触供电方式对便携终端电力传输，以对便携终端的电池进行充电的电力传输***。
（2）上述实施方式中，例示了利用磁场共振方式在输电装置10与受电装置20之间进行电力传输的情况。然而，本发明不限定于此，也可以利用磁场共振方式以外的非接触供电方式（例如电磁感应方式等）。
（3）上述实施方式中，例示了经由空间传输通路300在输电装置10与受电装置20之间无线传输交流电力的非接触供电方式的电力传输***A。然而，本发明不限定于此，也能够将本发明适用于经由有线传输通路在输电装置与受电装置之间有线传输交流电力的电力传输***。
（4）根据需要在放大器11设置PFC（Power Factor Correction）也可。另外，上述实施方式中，例示了设在充电设备100侧的电源为交流电源30的情况。然而，在该电源为直流电源的情况下，即从电源向输电装置10供给直流电力的情况下，从放大器11消除整流电路11a即可。即，向逆变器11b直接供给来自电源的直流电力也可（在该情况下，逆变器11b相当于本发明的交流转换器）。另外，也可为从电源以外供给交流电力或者直流电力的***结构。另外，也可为在输电装置10与受电装置20之间能够进行双向电力传输的结构。
产业上的可利用性
本发明能够适用于能够非接触方式的供电的电力传输***。
标号说明
A 电力传输***；10 输电装置；11a 整流电路（交流转换器）；11b 逆变器（交流转换器）；11c 输电侧控制装置；12 输电侧谐振器；20 受电装置；21 受电侧谐振器；22 整流器；23a 开关电路（直流转换器）；23c 受电侧控制装置；30 交流电源；40 电池；100 充电设备；200 电动汽车；300 空间传输通路（传输通路）。

Claims (11)

1.一种电力传输***，具备：输电装置，将供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力并经由传输通路进行输送；以及受电装置，经由所述传输通路接收所述交流电力，其特征在于，
所述受电装置具备：
整流器，对经由所述传输通路接收的所述交流电力进行整流并转换为直流电力；
直流转换器，进行从所述整流器输出的直流电力的直流转换；以及
受电侧控制装置，基于所述直流转换器的输入电压计算使所述直流转换器的输入阻抗成为设定值的电流指令值，并且以使所述直流转换器的输入电流与所述电流指令值一致的方式控制所述直流转换器，
所述输电装置具备：
交流转换器，将所述供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力；以及
输电侧控制装置，控制所述交流转换器导致的所述交流电力的放大率，
所述受电侧控制装置向所述输电侧控制装置发送所述电流指令值，
所述输电侧控制装置基于从所述受电侧控制装置接收的所述电流指令值，以使所述直流转换器的输入电力恒定的方式控制所述交流转换器导致的所述交流电力的放大率。
2.如权利要求1所述的电力传输***，其特征在于，
所述输电装置具备输电侧谐振器，该输电侧谐振器用于作为所述传输通路经由空间传输通路以磁场共振方式无线输送所述交流电力，
所述受电装置具备受电侧谐振器，该受电侧谐振器用于经由所述空间传输通路从所述输电侧谐振器无线接收所述交流电力。
3.如权利要求1或2所述的电力传输***，
在所述输电装置与所述受电装置之间能够进行双向电力传输。
4.一种电力传输***的输电装置，具有：
交流转换器，将供给的交流电力或者直流电力转换为交流电力；
谐振器，向受电装置传输从所述交流转换器输入的所述交流电力；
天线，接收从受电装置发送的、使设在所述受电装置的直流转换器的输入阻抗成为设定值的电流指令值；以及
控制装置，基于所述天线接收的所述电流指令值，以使所述直流转换器的输入电力恒定的方式控制所述交流转换器导致的所述交流电力的放大率。
5.如权利要求4所述的电力传输***的输电装置，其特征在于，所述谐振器以磁场共振方式向所述受电装置传输从所述交流转换器输入的所述交流电力。
6.一种充电设备，其特征在于，设置在包含权利要求4所述的电力传输***的输电装置的停车场。
7.一种电力传输***的受电装置，其特征在于，具备：
谐振器，接收从输电装置传输的交流电力；
整流器，与所述谐振器连接，将交流电力转换为直流电力；
直流转换器，进行所述直流电力的直流转换并输出；以及
控制装置，具有基于向所述直流转换器输入的输入电压计算所述直流转换器的输入阻抗成为既定值的电流指令值，基于所述电流指令值以使所述直流转换器的输入电流与所述电流指令值一致的方式控制所述直流转换器，并且向所述输电装置发送所述电流指令值以便以使所述直流转换器的输入电力恒定的方式控制由设在所述输电装置的所述交流转换器所导致的交流电力的放大率的功能。
8.如权利要求7所述的电力传输***的受电装置，其特征在于，还具备向所述输电装置发送所述控制装置输出的所述电流指令值的天线。
9.如权利要求7所述的电力传输***的受电装置，其特征在于，所述控制装置具有利用近距离无线通信标准向所述输电装置发送所述电流指令值的功能。
10.如权利要求7所述的电力传输***的受电装置，其特征在于，所述谐振器以磁场共振方式从所述输电装置接收交流电力。
11.一种电动汽车，其特征在于，具备：
权利要求7所述的电力传输***的受电装置；以及
与所述直流转换器连接的电池。
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