CN109888931B - 无线电力传输设备和电力传输*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线电力传输设备和电力传输***。电源ECU(250)被配置成：通过调节逆变器(220)的输出电压(V)的占空比来调节传输电力的大小；并且通过控制逆变器(220)调节传输电力的频率。电源ECU(250)被配置成执行第一控制和第二控制。在第一控制中，当逆变器(220)的温度(Tinv)超过限制温度时，调节频率使得逆变器(220)的损耗减小同时保持传输电力。在第二控制中，当即使执行第一控制逆变器(220)的温度(Tinv)也超过限制温度时，传输电力被降低。

Description

无线电力传输设备和电力传输***
此非临时申请基于2017年12月1日向日本专利局提交的日本专利申请No.2017-231642，其全部内容在此通过引用合并本文。
技术领域
本公开涉及无线电力传输设备和电力传输***，并且具体地涉及控制无线电力传输设备中的逆变器的技术，该无线电力传输设备被配置成将电力无线地发送到电力接收设备。
背景技术
已知一种被配置成将电力从电力传输设备无线地传输到电力接收设备的电力传输***。日本专利特开No.2017-5865公开这样的电力传输***，其被配置成通过调节设置在电力传输设备中的逆变器的输出电压的占空比(duty)来将传输电力控制到目标功率，并且通过调节逆变器的驱动频率来控制逆变器的导通电流。
当逆变器的温度增加时，即使传输电力被减少，在某些情况下逆变器的温度不会根据传输电力的减少而有效地减小。这可能是因为当传输电力被减少时，功率因数变差，并且因此，需要相对大量的电流(电流的减少量随着传输电力的减小而变小)。另外，当传输电力被减少时，出现例如当利用传输电力对电力接收设备的电力存储装置充电时充电时间延长的问题。
发明内容
已经提出本公开以解决上述问题，并且本公开的目的是为了当在被配置成将电力无线地发送到电力接收设备的无线电力传输设备和包括无线电力传输设备的电力传输***中逆变器的温度增加时有效地减少逆变器的温度。
根据本公开的无线电力传输设备包括：电力传输装置，该电力传输装置被配置成将电力无线地发送到电力接收设备；逆变器，该逆变器被配置成产生具有规定频率的传输电力并将传输电力供应给电力传输装置；以及控制装置，该控制装置被配置成控制逆变器。控制装置被配置成：通过调节逆变器的输出电压的占空比来调节传输电力的大小；并且通过控制逆变器调节频率。控制装置被配置成执行第一控制和第二控制。第一控制是用于，当逆变器的温度超过限制温度时，调节频率使得在保持传输电力的同时上述逆变器的损耗减小。第二控制是用于，当即使执行了第一控制而所述逆变器的温度也超过限制温度时，降低传输电力。
根据本公开的电力传输***包括：电力传输设备；和电力接收设备，该电力接收设备被配置成从电力传输设备无线地接收电力。该电力传输设备包括：电力传输装置，该电力传输装置被配置成将电力无线地发送到电力接收设备；逆变器，该逆变器被配置成产生具有规定频率的传输电力并将传输电力供应给电力传输装置；以及控制装置，该控制装置被配置成控制逆变器。控制装置被配置成：通过调节逆变器的输出电压的占空比来调节传输电力的大小；并且通过控制逆变器调节频率。控制装置被配置成执行第一控制和第二控制。第一控制是用于，当逆变器的温度超过限制温度时，调节频率使得在保持传输电力的同时所述逆变器的损耗减小。第二控制是用于，当即使执行了所述第一控制而所述逆变器的温度也超过限制温度时，降低传输电力。
在上述无线电力传输设备和电力传输***中，当逆变器的温度超过限制温度时，首先执行第一控制。在第一控制中，调节频率使得逆变器的损耗减小，并且因此能够有效地降低逆变器的温度。当传输电力降低时，例如，当电力接收设备的电力存储装置利用传输电力充电时，充电时间延长。然而，在第一控制中保持传输电力，并且因此，能够避免延长充电时间。
第一控制可以包括用于调节频率的控制，使得当逆变器的温度超过限制温度时，在保持传输电力的同时所述逆变器的电流减小。
因此，能够在通过第一控制保持传输电力时减少逆变器的损耗。因此，能够有效地降低逆变器的温度。
逆变器的损耗可以包括：流过逆变器的电流引起的损耗；以及由流过逆变器的续流二极管的恢复电流引起的损耗。
当频率改变时，指示逆变器输出电压上升时的逆变器输出电流的导通电流改变，并且由流过逆变器的续流二极管的恢复电流引起的损耗也由于导通电流而改变。利用上述配置，考虑到由恢复电流引起的损耗，能够减少逆变器的损耗。
结合附图从本公开的如下详细描述，本公开的前述和其他目的、特征、方面和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是应用根据本公开的第一实施例的无线电力传输设备的电力传输***的总体配置图。
图2示出图1中所示的电力传输装置和电力接收装置的电路配置的一个示例。
图3示出图1中所示的逆变器的电路配置的一个示例。
图4示出逆变器电流的电流相位滞后和传输电力依赖性。
图5通过示例示出在恒定传输电力下逆变器电流的频率依赖性。
图6是用于图示从电力传输装置到电力接收装置的电力传输效率的等效电路图。
图7是用于图示用于由电源ECU执行的逆变器的温度抑制控制的流程图。
图8是由电源ECU执行的传输电力控制和频率控制的控制框图。
图9示出逆变器的开关波形，以及逆变器的输出电压和输出电流的波形。
图10是用于图示第二实施例中的电源ECU执行的逆变器温度抑制控制的流程图。
图11是由第二实施例中的电源ECU执行的传输电力控制和频率控制的控制框图。
具体实施方式
在下文中将参考附图详细描述本公开的实施例，其中相同或相应的部分由相同的附图标记表示，并且将不重复其描述。
[第一实施例]
<电力传输***的配置>
图1是应用根据本公开的第一实施例的无线电力传输设备的电力传输***的总体配置图。参考图1，电力传输***包括电力传输设备10和电力接收设备20。电力接收设备20安装在例如能够使用从电力传输设备10供应并且被存储的电力行进的车辆等上。
电力传输设备10包括功率因数校正(PFC)电路210、逆变器220、滤波器电路230和电力传输装置240。电力传输设备10还包括电源ECU(电子控制单元)250、通信装置260、电压传感器270、电流传感器272和274、以及温度传感器276。
PFC电路210对从AC电源100(例如，***电源)接收的AC(交流电)电力进行整流和升压，并且将AC电力供应给逆变器220。PFC电路210还能够通过使输入电流更加接近正弦波来校正功率因数。各种已知的PFC电路能够被用作PFC电路210。可以使用不具有功率因数校正功能的整流器代替PFC电路210。
根据来自电源ECU 250的控制信号，逆变器220将从PFC电路210接收的DC电力转换为具有规定频率(例如，数十千赫兹)的传输电力(AC)。逆变器220能够通过根据来自电源ECU 250的控制信号改变开关频率来改变传输电力的频率。由逆变器220产生的传输电力通过滤波器电路230供应给电力传输装置240。逆变器220是电压型逆变器，并且续流二极管反并联连接到形成逆变器220的每个开关元件。逆变器220由例如单相全桥电路形成。
滤波器电路230设置在逆变器220和电力传输装置240之间，并且抑制从逆变器220产生的谐波噪声。滤波器电路230由例如包括电感器和电容器的LC滤波器形成。
电力传输装置240通过滤波器电路230接收由逆变器220生成的传输电力(AC电力)，并且通过在电力传输装置240周围产生的磁场将传输电力无线地发送到电力接收设备20的电力接收装置310。电力传输装置240包括，例如，被配置成将电力无线地发送到电力接收装置310的谐振电路(未示出)。谐振电路能够由线圈和电容器形成。然而，当仅通过线圈形成期望的谐振状态时，不一定需要提供电容器。
电压传感器270检测逆变器220的输出电压V，并将检测值输出到电源ECU 250。电流传感器272检测流过逆变器220的电流Iinv，即，逆变器220的输出电流Iinv，并且将检测值输出到电源ECU 250。基于电压传感器270和电流传感器272的检测值，能够检测从逆变器220供应给电力传输装置240的传输电力。
电流传感器274检测流过电力传输装置240的电流Is，并且将检测值输出到电源ECU 250。温度传感器276检测逆变器220的温度Tinv，并将检测值输出到电源ECU 250。
电源ECU 250包括CPU(中央处理单元)、存储装置、输入和输出缓冲器等(均未示出)。电源ECU 250接收来自上述传感器等的信号，并控制电力传输设备10中的装置。作为一个示例，电源ECU 250执行逆变器220的开关控制，使得当执行从电力传输设备10到电力接收设备20的电力传输时，逆变器220产生具有规定的频率的传输电力。各种类型的控制不限于通过软件进行的处理，并且还能够通过专用硬件(电子电路)来实现。
在根据第一实施例的电力传输设备10中，作为由电源ECU 250执行的主控制，当执行从电力传输设备10到电力接收设备20的电力传输时，电源ECU 250执行用于将传输电力的大小控制到目标功率的控制(下文中也称为“传输电力控制”)。具体地，电源ECU 250通过调节逆变器220的输出电压V的占空比(duty)来接传输电力的大小控制到目标功率。
逆变器的输出电压的占空比被定义为正(或负)电压输出时间与输出电压波形(矩形波)的周期的比率。能够通过改变逆变器220的每个开关元件的操作时序(开/关占空比：0.5)来调节逆变器输出电压的占空比。此外，能够基于例如电力接收设备20的电力接收的状态来产生目标功率。在第一实施例中，在电力接收设备20中，基于接收功率的目标值和检测值之间的差来生成传输功率的目标功率，并且将其从电力接收设备20传输到电力传输设备10。
当逆变器220的温度Tinv超过限制温度时，电源ECU 250执行上述传输电力控制，并且还执行用于抑制温度Tinv的控制(下文中也称为“温度抑制控制”)。具体地，当温度Tinv超过限制温度时，电源ECU 250调节传输电力的频率，使得逆变器220的电流Iinv减小，同时通过传输电力控制保持传输电力的大小(第一控制)。当即使调节频率温度Tinv也超过限制温度时，电源ECU 250通过传输电力控制来降低传输电力(第二控制)。下面将详细描述此温度抑制控制。
当温度Tinv低于限制温度时，电源ECU 250执行用于优化电力传输***的效率的控制(下文中也称为“效率优化控制”)。具体地，如下所述，随着流过电力传输装置240的电流Is变小，能够使电力传输装置240和电力接收设备20的电力接收装置310之间的电力传输效率更高。因此，考虑到逆变器220的损耗，电源ECU 250增加电力传输装置240和电力接收装置310之间的电力传输效率，并且调节频率使得流过电力传输装置240的电流Is和流过逆变器220的电流Iinv的总和被最小化。
通信装置260被配置成与电力接收设备20的通信装置370无线通信。通信装置260接收从电力接收设备20发送的传输电力(目标功率)的目标值，并且与电力接收设备20交换关于电力传输的开始/停止、通过电力接收设备20的电力接收的状态等等的信息。
另一方面，电力接收设备20包括电力接收装置310、滤波器电路320、整流装置330、继电器电路340和电力存储装置350。电力接收设备20还包括充电ECU 360、通信装置370、电压传感器380和电流传感器382。
电力接收装置310通过磁场无线地接收从电力传输设备10的电力传输装置240输出的电力(AC)。电力接收装置310包括例如被配置成从电力传输装置240无线地接收电力的谐振电路(未示出)。谐振电路能够由线圈和电容器形成。然而，当仅通过线圈形成期望的谐振状态时，不一定需要提供电容器。电力接收装置310通过滤波器电路320将接收的电力输出到整流装置330。
滤波器电路320被设置在电力接收装置310和整流装置330之间，并且抑制由电力接收装置310在电力接收期间产生的谐波噪声。滤波器电路320由例如包括电感器和电容器的LC滤波器形成。整流装置330对由电力接收装置310接收的AC电力进行整流，并将整流后的电力输出到电力存储装置350。整流装置330被形成为包括平滑电容器和整流器。
电力存储装置350是可再充电的DC电源，并且由例如诸如锂离子电池或镍氢电池的二次电池形成。电力存储装置350存储从整流装置330输出的电力。电力存储装置350将所存储的电力供应给未示出的负载驱动装置等。双电层电容器等也能够被用作电力存储装置350。
在整流装置330和电力存储装置350之间设置继电器电路340。当电力传输设备10对电力存储装置350充电时，继电器电路340被接通(导通状态)。虽然未特别地示出，但是被配置成调节整流装置330的输出电压的DC/DC转换器可以被设置在整流装置330和电力存储装置350之间(例如，在整流装置330和继电器电路340之间)。
电压传感器380检测整流装置330的输出电压(电力接收电压)，并将检测值输出到充电ECU 360。电流传感器382检测来自整流装置330的输出电流(电力接收电流)，并将检测值输出到充电ECU 360。基于电压传感器380和电流传感器382的检测值，能够检测电力接收装置310的接收功率(即，电力存储装置350的充电功率)。电压传感器380和电流传感器382可以设置在电力接收装置310和整流装置330之间(例如，在滤波器电路320和整流装置330之间)。
充电ECU 360包括CPU、存储装置、输入和输出缓冲器等(均未示出)。充电ECU 360接收来自上述传感器等的信号，并控制电力接收设备20中的装置。各种类型的控制不限于通过软件的处理，并且也能够通过专用硬件(电子电路)来实现。
作为由充电ECU 360执行的主控制，充电ECU 360在电力传输设备10中生成传输电力的目标值(目标功率)，使得电力接收设备20中的接收功率在来自于电力传输设备10的电力接收期间具有期望的目标值。具体地，充电ECU 360基于检测值和接收功率的目标值之间的差生成电力传输设备10中的传输电力的目标值。充电ECU 360通过通信装置370将所生成的传输电力的目标值(目标功率)发送到电力传输设备10。
通信装置370被配置成与电力传输设备10的通信装置260无线地通信。通信装置370将由充电ECU 360产生的传输电力的目标值(目标功率)发送到电力传输设备10。通信装置370还与电力传输设备10交换关于电力传输的开始/停止的信息，并且将通过电力接收设备20的电力接收状态(诸如电力接收电压、电力接收电流和接收功率)发送到电力传输设备10。
在此电力传输***中，在电力传输设备10中，具有规定频率的AC电力从逆变器220通过滤波器电路230供应给电力传输装置240。电力传输装置240和电力接收装置310中的每一个被设计以包括谐振电路并以AC电力的频率谐振。
当通过滤波器电路230从逆变器220向电力传输装置240供应AC电力时，通过形成电力传输装置240的谐振电路的线圈与形成电力接收装置310的谐振电路的线圈之间形成的磁场能量(电力)从电力传输装置240移动到电力接收装置310。已经移动到电力接收装置310的能量(电力)通过滤波器电路320和整流装置330被供应给电力存储装置350。
图2示出图1中所示的电力传输装置240和电力接收装置310的电路配置的一个示例。参考图2，电力传输装置240包括线圈242和电容器244。电容器244与线圈242串联连接以与线圈242一起形成谐振电路。提供电容器244以调节电力传输装置240的谐振频率。指示由线圈242和电容器244形成的谐振电路的谐振强度的Q值优选地不低于100。
电力接收装置310包括线圈312和电容器314。电容器314与线圈312串联连接以与线圈312一起形成谐振电路。提供电容器314以调节电力接收装置310的谐振频率。由线圈312和电容器314形成的谐振电路的Q值也优选地不小于100。
在电力传输装置240和电力接收装置310中的每一个中，电容器可以与线圈并联连接。当能够在不包括电容器的情况下实现期望的谐振频率时，不一定需要提供电容器。
尽管未特别地示出，但是线圈242和312的结构不受特别限制。例如，当电力传输装置240和电力接收装置310彼此面对时，沿着电力传输装置240和电力接收装置310的对准方向缠绕在轴上的带状或螺旋形线圈能够被用作线圈242和312中的每一个。可替选地，当电力传输装置240和电力接收装置310彼此面对时，利用作为正常方向的电力传输装置240和电力接收装置310的对准方向围绕铁氧体板缠绕导线而形成的线圈可以用作线圈242和312中的每一个。
图3示出图1中所示的逆变器220的电路配置的一个示例。参考图3，逆变器220是电压型逆变器并且包括功率半导体开关元件(在下文中也简称为“开关元件”)Q1至Q4和续流二极管D1至D4。PFC电路210(图1)连接到DC侧端子T1和T2，并且滤波器电路230被连接到AC侧端子T3和T4。
开关元件Q1至Q4中的每一个由例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、双极晶体管、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、GTO(栅极关断晶闸管)等等形成。续流二极管D1至D4分别反向并联连接到开关元件Q1至Q4。
从PFC电路210输出的DC电压V1施加在端子T1和T2之间。通过开关元件Q1至Q4的开关操作，在端子T3和T4之间产生输出电压V和输出电流Iinv(在附图中，箭头所指示的方向被定义为正值)。作为一个示例，图3示出其中开关元件Q1和Q4导通并且开关元件Q2和Q3关断的状态，并且在这种情况下输出电压V几乎是电压V1(正值)。
<温度抑制控制的描述>
当逆变器220的温度增加时，可以想象通过减少传输电力来抑制逆变器220的温度，从而减小流过逆变器220的电流并抑制逆变器220的发热。但是，在上述电力传输***中，即使传输电力被减少，逆变器220的温度在某些情况下不会根据传输电力的降低而有效地降低。
图4示出逆变器电流的电流相位滞后和传输电力依赖性。参考图4，线k1表示传输电力Ps的大小与输出电流Iinv相对于逆变器220的输出电压V的相位滞后之间的关系(下文中可以简称为“相位滞后”)。线k2表示传输电力Ps的大小与逆变器220的输出电流Iinv的大小之间的关系。
如线k2所指示的，电流Iinv相对于传输电力Ps的变化的变化小(线k2的倾斜小)，并且逆变器220具有电流Iinv对传输电力Ps的低的灵敏度。此外，如线k1所指示的，当传输电力Ps减小时，相位滞后变大并且功率因数变差。因此，如线k2所指示的，随着传输电力Ps变小，相对于传输电力Ps的降低电流Iinv的减少量变小。这是因为随着传输电力Ps变小，功率因数变差，并且因此需要相对大量的电流。
如上所述，当逆变器220的温度Tinv增加时，即使传输电力Ps减小，电流Iinv的减小量也小。通过减少逆变器220的损耗能够减小逆变器220的温度Tinv，并且逆变器220的损耗取决于逆变器220的电流Iinv的大小。因此，即使传输电力Ps被减少，电流Iinv的减小量也小，并且因此，温度Tinv不能被有效降低。
另外，当传输电力Ps减小时，电力接收装置20的接收功率也被减小。因此，如果当逆变器220的温度Tinv增加时传输电力Ps减小，则会出现诸如通过电力传输设备10对电力存储装置350的充电时间延长的问题。
因此，在根据第一实施例的电力传输设备10中，当逆变器220的温度Tinv超过限制温度时，调节频率使得逆变器220的电流Iinv减小，同时通过传输电力控制保持传输电力Ps的大小。通过调节频率，能够减小逆变器220的电流Iinv，同时通过传输电力控制保持传输电力Ps的大小。
图5通过示例示出在恒定传输电力下逆变器220的电流Iinv的频率依赖性。参考图5，在本示例中，在能够调节频率f的范围(f1至f2)中，电流Iinv示出相对于频率中的变化的向下凸的曲线。频率f3是在能够调节频率f的范围内电流Iinv的大小是最小值(局部最小值)的频率。
基于上述电流Iinv的大小的频率依赖性，理解能够通过调节频率f来减小电流Iinv。例如，当频率f是频率f3以外的频率时，调节频率f使得频率f更加靠近f3，并且因此，能够在不降低传输电力的情况下减小逆变器220的电流Iinv。结果，能够抑制逆变器220的温度Tinv。
在第一实施例中，当逆变器220的温度Tinv低于限制温度并且不执行上述温度抑制控制时，执行用于优化整个电力传输***的频率的效率优化控制。具体地，随着流过电力传输装置240的电流Is变小，能够使电力传输装置240和电力接收装置310之间的电力传输效率更高。因此，考虑到逆变器220的损耗的减少，调节频率f使得流过电力传输装置240的电流Is和流过逆变器220的电流Iinv的总和被最小化。将会在下面简单地描述流过电力传输装置240的电流Is和电力传输效率之间的关系。
图6是用于图示从电力传输装置240到电力接收装置310的电力传输效率的等效电路图。参考图6，在电力传输装置240中，L1表示线圈242的电感，并且C1表示电容器244的电容。电阻分量246表示线圈242的布线电阻，并且其电阻值由r1指示。在此等效电路图中，省略电力传输设备10的滤波器电路230(图1)。
另一方面，在电力接收装置310中，L2表示线圈312的电感，并且C2表示电容器314的电容。电阻分量316表示线圈312的布线电阻，并且其电阻值由r2指示。负载390共同表示电力接收设备20中的滤波器电路320(图1)之后的电路，并且其电阻值由R指示。
使用这些电路常数，线圈242和312之间的电力传输效率η能够如下面的等式被表达：
η＝R/{R+r2+r1(|I1/I2|2)}...(1)
I1表示流过电力传输装置240的电流，并且I2表示流过电力接收装置310的电流。当接收功率恒定时，电流I2几乎恒定，并且因此，能够从等式(1)看出功率传递效率η与电流I1的平方成反比。因此，随着流过电力传输装置240的电流Is变小，电力传输效率η变得更高。
图7是用于图示由电源ECU 250执行的用于逆变器220的温度抑制控制的流程图。在本流程图中示出的过程从主程序中被调用，并以规定的时间间隔或当满足规定的条件时执行。
参考图7，电源ECU 250从温度传感器276获得逆变器220的温度Tinv的检测值，并确定逆变器220的温度Tinv是否高于限制温度Tth(步骤S10)。限制温度Tth被设置在例如相对于逆变器220的温度上限具有适当裕量的温度。
当确定温度Tinv等于或低于限制温度Tth(步骤S10中的否)时，电源ECU 250执行上述效率优化控制(步骤S20)。即，电源ECU 250分别从电流传感器274和272获得流过电力传输装置240的电流Is的检测值和流过逆变器220的电流Iinv的检测值，并且操纵频率f使得电流Is和电流Iinv的总和减少。尽管未特别地示出，但是可以操纵频率f，使得适当加权的电流Is和电流Iinv的总值减小。
另一方面，当在步骤S10中确定温度Tinv高于限制温度Tth(步骤S10中的是)时，电源ECU 250执行上述温度抑制控制。也就是说，电源ECU 250操纵频率f，使得逆变器220的电流Iinv减小(步骤S30)。尽管未特别地示出，但是通过传输电力控制将传输电力维持在目标功率。
当操纵频率f时，电源ECU 250再次确定温度Tinv是否高于限制温度Tth(步骤S40)。当作为步骤S30中的频夫的操纵的结果温度Tinv变得等于或低于限制温度Tth(步骤S40中的否)时，电源ECU 250在规定的时间段保持频率f(步骤S50)，并且然后，将过程移至步骤S20。在步骤S50中在规定的时间段保持频率f的原因是为了在过程前进到步骤S20之后立即再次防止温度Tinv超过限制温度Tth并且执行效率优化控制。
当在步骤S40中确定温度Tinv高于限制温度Tth(步骤S40中的是)时，电源ECU 250确定电流Iinv是否达到局部最小值(步骤S60)。例如，当作为在步骤S30中的频夫的操纵的结果电流Iinv从减小变为增加时，能够确定电流Iinv达到局部最小值。
当电流Iinv未达到局部最小值(步骤S60中的否)时，电源ECU250将过程返回到步骤S30，并且再次操纵频率f使得电流Iinv减小。
另一方面，当在步骤S60中确定电流Iinv达到局部最小值(步骤S60中的是)时，电源ECU 250执行用于限制传输电力的控制(步骤S70)。例如，电源ECU 250通过降低传输电力控制中的目标功率来降低传输电力。因为作为频率的操纵的结果电流Iinv达到局部最小值所以传输电力被降低，并且因此通过操纵频率不能减小电流Iinv。
图8是由电源ECU 250执行的传输电力控制和频率控制的控制框图。参考图8，电源ECU 250包括目标功率计算单元410、减法单元420和460、控制器430和450、加法单元440以及确定单元470。要被控制的由目标功率计算单元410、减法单元420、控制器430和逆变器220形成的反馈回路组成传输电力控制。另一方面，由加法单元440、控制器450和逆变器220形成的反馈回路组成频率控制。
目标功率计算单元410计算指示传输电力的目标的目标功率。当目标功率计算单元410没有从确定单元470接收到功率限制命令(下面描述)时，目标功率计算单元410设置从电力接收设备20接收到的目标功率。当目标功率计算单元410从确定单元470接收功率限制命令时，目标功率计算单元410根据相对于限制温度Tth的逆变器220的温度Tinv的过量ΔT减小目标功率。用于降低目标功率的此处理对应于图7中所示的步骤S70中的处理。
减法单元420从目标功率计算单元410接收的目标功率中减去传输电力Ps的检测值，并将计算值输出到控制器430。基于例如，图1中所示的电压传感器270和电流传感器272的检测值计算传输电力Ps的检测值。
控制器430基于目标功率(目标功率计算单元410的输出)与传输电力Ps之间的差产生逆变器输出电压的占空比命令值占空比。控制器430使用目标功率和传输电力Ps之间的差(减法单元420的输出)作为输入来执行PI控制(比例积分控制)，从而计算操纵量，并输出计算的操纵量作为占空比命令值占空比。
另一方面，加法单元440计算流过电力传输线圈242的电流Is的检测值与流过逆变器220的电流Iinv的检测值之和，并将计算值输出到控制器450。
当控制器450没有从确定单元470接收到电流降低命令(下面描述)时，控制器450计算用于移位频率f的频率f的操纵量，使得电流Is和电流Iinv之和(加法单元440的输出)减少。例如，控制器450增加或减少频率f并移位频率f，使得电流Is和电流Iinv之和减小。当控制器450没有从确定单元470接收到电流减小命令时由控制器450执行的上述处理对应于在图7中所示的步骤S20中的效率优化控制中执行的处理。
另一方面，当控制器450从确定单元470接收到电流减小命令时，控制器450计算用于移位频率f的频率f的操纵量，使得逆变器220的电流Iinv减小。例如，控制器450增加或减少频率f并移位频率f，使得电流Iinv减小。当控制器450从确定单元470接收到电流减小命令时由控制器450执行的上述处理对应于在图7中所示的步骤S30中执行的处理。
减法单元460从逆变器220的限制温度Tth中减去温度Tinv的检测值，并将计算值ΔT输出到确定单元470和目标功率计算单元410。由图1中所示的温度传感器276检测温度Tinv。
确定单元470接收限制温度Tth和温度Tinv之间的差值ΔT，并且当温度Tinv高于限制温度Tth时，确定单元470将电流减小命令输出到控制器450。如上所述，当控制器450从确定单元470接收到电流减小命令时，控制器450移位频率f，使得逆变器220的电流Iinv减小。
当电流Iinv在向控制器450输出电流减小命令期间达到局部最小值时，确定单元470将功率限制命令输出到目标功率计算单元410。如上所述，当目标功率计算单元410从确定单元470接收到功率限制命令时，目标功率计算单元410减小传输功率的目标功率。
如上所述，在第一实施例中，当逆变器220的温度Tinv超过限制温度Tth时，调节频率f使得逆变器220的电流Iinv减小。结果，逆变器220的损耗(发热)减少，并且能够有效地降低逆变器220的温度。另外，当传输电力Ps减小时，通过电力传输设备10对电力存储装置350的充电时间延长。然而，在上述控制中，保持传输电力，并且因此，能够避免延长充电时间。
[第二实施例]
在第一实施例中，当逆变器220的温度Tinv超过限制温度Tth时，调节频率f使得逆变器220的电流Iinv减小，同时保持传输电力Ps的大小。
在第二实施例中，当温度Tinv超过限制温度Tth时，调节频率f，使得逆变器220的损耗减小，同时保持传输电力Ps的大小。逆变器220的损耗包括由流过逆变器220的电流Iinv引起的损耗，以及由于逆变器220的导通电流而流过逆变器220的续流二极管的恢复电流引起的损耗。当恢复电流流过续流二极管时，续流二极管中的发热增加并且逆变器220的损耗增加。
因此，在第二实施例中，考虑到由于导通电流而流过续流二极管的恢复电流引起的损耗，调节频率f使得逆变器220的损耗减小。结果，当温度Tinv超过限制温度Tth时，能够有效地降低逆变器220的温度。
图9示出逆变器220的开关波形以及输出电压V和输出电流Iinv的波形。将会参考图3和图9将从时间t4到t8的一个周期描述为一个示例。在时间t4，当开关元件Q1从关断切换到导通并且开关元件Q3从导通切换到关断时，在开关元件Q2和Q4分别为关断和导通的情况下(图3所示的状态)，逆变器220的输出电压V从0上升到V1(正值)。
在时间t5，当开关元件Q2从关断切换到导通并且开关元件Q4从导通切换到关断时，在开关元件Q1和Q3分别为接通和关断的情况下，输出电压V变为0。
在时间t6，当开关元件Q1从导通切换到关断并且开关元件Q3从关断切换到导通时，在开关元件Q2和Q4分别导通和关断的情况下，输出电压V变为-V1(负值)。
在时间t7，当开关元件Q2从导通切换到关断并且开关元件Q4从关断切换到导通时，在开关元件Q1和Q3分别关断和导通的情况下，输出电压V再次变成0。
在从时间t4开始的一个周期之后的时间t8，当开关元件Q1从关断切换到导通并且开关元件Q3从导通切换到关断时，在开关元件Q2和Q4分别为关断和导通的情况下，输出电压V从0上升到V1(正值)(与时间t4的状态相同的状态)。
图9示出其中输出电压V的占空比为0.25的情况。通过改变开关元件Q1和Q3的开关定时以及开关元件Q2和Q4的开关定时，能够改变输出电压V的占空比。如上所述，能够通过调节输出电压V的此占空比来改变传输电力的大小。定性地，能够通过增加占空比来增加传输电力，并且能够通过减小占空比来降低传输电力。
输出电压V上升时(时间t4和时间t8)的输出电流Iinv的瞬时值It对应于导通电流。导通电流It的值根据从PFC电路210提供给逆变器220的电压V1和逆变器220的工作频率(传输电力的频率)而变化，以及正导通电流It流动的情况在此进行描述。
当正导通电流It流动时，相反方向的电流，即，恢复电流，流过与反向并联连接到开关元件Q3的续流二极管D3。当恢复电流流过续流二极管D3时，续流二极管D3中的发热增加并且逆变器220的损耗增加。当导通电流It等于或小于0时，恢复电流不流过续流二极管D3，并且抑制逆变器220的损耗。
当逆变器220的操作频率(传输电力的频率)改变时，导通电流It改变并且流过续流二极管D3的恢复电流也改变。因此，在第二实施例中，当温度Tinv超过限制温度Tth时，调节频率f，使得包括由恢复电流引起的损耗的逆变器220的损耗减小，同时通过传输电力控制保持传输电力Ps的大小(占空比调节)。
第二实施例中的电力传输***的整体配置基本上与图1中所示的第一实施例中的电力传输***的整体配置相同。第二实施例中的电力传输***的配置与图1中所示的电力传输***的配置的不同之处在于，第二实施例中的电力传输***包括电源ECU 250A而不是电源ECU250。
图10是用于图示第二实施例中的电源ECU 250A执行的逆变器220的温度抑制控制的流程图。此流程图所示的处理也从主程序调用，并以规定的时间间隔或当满足规定的条件时执行。
参考图10，步骤S110、S120、S140、S150和S170中的处理分别与图7中所示的步骤S10、S20、S40、S50和S70中的处理相同。
在第二实施例中，当在步骤S110中确定逆变器220的温度Tinv高于限制温度Tth(步骤S110中的是)时，电源ECU 250A操纵频率f，使得逆变器220的损耗Linv减小(步骤S130)。损耗Linv包括由流过逆变器220的电流Iinv引起的损耗，以及由于逆变器220的导通电流而流过续流二极管D3的恢复电流引起的损耗。
能够使用各种已知的计算方法来计算流过逆变器220的电流Iinv引起的损耗。例如，通过初步获得导通电流It的大小与由恢复电流引起的损耗之间的关系并且创建映射等，能够基于导通电流It的检测值获得由恢复电流引起的损耗。尽管未特别地示出，但是通过传输电力控制将传输电力保持在目标功率。
当在步骤S130中操纵频率f时，过程前进到步骤S140，并且再次确定温度Tinv是否高于限制温度Tth。当在步骤S140中确定温度Tinv高于限制温度Tth(步骤S140中的是)时，电源ECU 250A确定损耗Linv是否达到局部最小值(步骤S160)。例如，当作为频率f的操纵的结果在步骤S130中损耗Linv从减小变为增加时，能够确定损耗Linv达到局部最小值。
当在步骤S160中确定损耗Linv未达到局部最小值(步骤S160中的否)时，电源ECU250A使过程返回到步骤S130，并且再次操纵频率f使得损耗Linv减小。
另一方面，当在步骤S160中确定损耗Linv达到局部最小值(步骤S160中的是)时，过程前进到步骤S170并且执行用于限制传输电力的控制。与图7中的步骤S70类似，例如，电源ECU 250A通过降低传输电力控制中的目标功率来降低传输电力。
图11是在第二实施例中由电源ECU 250A执行的传输电力控制和频率控制的控制框图。参考图11，图8中所示的第一实施例中的电源ECU 250A的配置与电源ECU 250的配置之间的不同之处在于，电源ECU 250A还包括损耗计算单元480并且包括控制器450A代替控制器450。
损耗计算单元480接收流过逆变器220的电流Iinv的检测值和导通电流It的检测值。导通电流It的检测值是当电压传感器270检测到逆变器220的输出电压V的上升时的电流传感器272的检测值(瞬时值)。
损耗计算单元480基于电流Iinv的检测值计算由电流Iinv引起的损耗，并基于导通电流It的检测值计算由恢复电流引起的损耗。如上所述，能够使用各种已知的计算方法来计算由电流Iinv引起的损耗，并且使用初步准备的映射等从导通电流It的检测值获得由恢复电流引起的损耗。损耗计算单元480将由电流Iinv引起的损耗和由恢复电流引起的损耗之和作为逆变器220的损耗Linv输出到控制器450A。
当控制器450A没有从确定单元470接收到电流减小命令时，控制器450A计算用于移位频率f的频率f的操纵量，使得电流Is和电流Iinv之和(加法单元440的输出)减小。此处理对应于在图10中所示的步骤S120中的效率优化控制中执行的处理。
另一方面，当控制器450A从确定单元470接收到电流减小命令时，控制器450A计算用于移位频率f的频率f的操纵量，使得逆变器220的损耗Linv减小。例如，控制器450A增加或减少频率f，并且移位频率f使得损耗Linv减小。此处理对应于图10中所示的步骤S130中执行的处理。
如上所述，根据第二实施例，当逆变器220的温度超过限制温度时，通过考虑由恢复电流引起的损耗，能够减小逆变器220的损耗。结果，能够有效地降低逆变器220的温度。
在此公开的实施例也旨在适当地组合地加以实施。应理解的是，在此公开的实施例在每个方面都是说明性的而非限制性的。本公开的范围由权利要求的项限定，而不是由上述实施例的描述限定，并且旨在包括在与权利要求的项等同的范围和含义内的任何修改。

Claims (4)

1.一种无线电力传输设备，包括：
电力传输装置，所述电力传输装置被配置成将电力无线地发送到电力接收设备；
逆变器，所述逆变器被配置成，产生具有规定频率的传输电力并且将所述传输电力供应给所述电力传输装置；以及
控制装置，所述控制装置被配置成控制所述逆变器，
所述控制装置被配置成：
通过调节所述逆变器的输出电压的占空比，来调节所述传输电力的大小；
通过控制所述逆变器，来调节所述频率；
当所述逆变器的温度超过限制温度时，执行用于调节所述频率的第一控制，以使得在保持所述传输电力的同时所述逆变器的损耗减小；以及
当即使执行了所述第一控制而所述逆变器的温度也超过所述限制温度时，执行用于降低所述传输电力的第二控制。
2.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，
所述第一控制包括用于调节所述频率的控制，以使得当所述逆变器的温度超过所述限制温度时，在保持所述传输电力的同时所述逆变器的电流减小。
3.根据权利要求1所述的无线电力传输设备，其中，
所述逆变器的损耗包括：
由流过所述逆变器的电流引起的损耗；以及
由流过所述逆变器的续流二极管的恢复电流引起的损耗。
4.一种电力传输***，包括：
电力传输设备；以及
电力接收设备，所述电力接收设备被配置成从所述电力传输设备无线地接收电力，
所述电力传输设备包括：
电力传输装置，所述电力传输装置被配置成将所述电力无线地传输到所述电力接收设备；
逆变器，所述逆变器被配置成，产生具有规定频率的传输电力并且将所述传输电力供应给所述电力传输装置；以及
控制装置，所述控制装置被配置成控制所述逆变器，
所述控制装置被配置成：
通过调节所述逆变器的输出电压的占空比，来调节所述传输电力的大小；
通过控制所述逆变器，来调节所述频率；
当所述逆变器的温度超过限制温度时，执行用于调节所述频率的第一控制，以使得在保持所述传输电力的同时所述逆变器的损耗减小；以及
当即使执行了所述第一控制而所述逆变器的温度也超过所述限制温度时，执行用于降低所述传输电力的第二控制。
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