CN110635542B - 非接触送电装置及非接触电力传送*** - Google Patents

非接触送电装置及非接触电力传送*** Download PDF

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Abstract

本发明提供非接触送电装置及非接触电力传送***。变换器(220)生成规定频率的送电电力并向送电部(240)供给。电源ECU(250)构成为执行通过利用变换器(220)操作送电电力的频率(f)来将开启电流(It)控制成限制值以下的开启电流控制。开启电流控制包括基于使频率(f)变化时的开启电流(It)的变化的方向来决定使开启电流(It)下降的频率(f)的操作方向的第一处理。

Description

非接触送电装置及非接触电力传送***
技术领域
本公开涉及非接触送电装置及非接触电力传送***，尤其涉及以非接触方式向受电装置送电的非接触送电装置中的变换器的控制技术。
背景技术
已知有以非接触方式从送电装置向受电装置传送电力的电力传送***(例如，日本特开2013-154815号公报、日本特开2013-146154号公报、日本特开2013-146148号公报、日本特开2013-110822号公报、日本特开2013-126327号公报等)。在这样的电力传送***中，送电装置具备生成规定频率的送电电力并向送电部供给的变换器。在变换器中，若在伴随于开关动作的输出电压的升起时流动着与输出电压同符号的输出电流(开启电流)，则在开关动作时会向续流二极管流动反方向的短路电流(恢复电流)。因而，短路电流流动的续流二极管及开关元件的发热变大，损失增大，并且也有可能到达过热异常。需要说明的是，在变换器输出电压的升起时流动着开启电流相当于输出电流的相位相对于输出电压提前。
在日本特开2016-111902号公报中公开了抑制恢复电流的技术。在该公报所记载的送电装置中，在变换器的输出电流的相位相对于输出电压提前的情况下，向电流相位的提前变小的方向操作送电电力的频率。具体而言，预先准备表示送电部和受电部之间的耦合系数、送电电力的频率及相对于电压相位的电流相位的关系的映射，使用耦合系数的算出值和该映射来向电流相位的提前变小的方向(即开启电流下降的方向)调整频率。由此，开启电流受到抑制，能够抑制恢复电流。
日本特开2016-111902号公报所记载的送电装置需要通过实验等来预先准备表示耦合系数、频率及相对于电压相位的电流相位的关系的映射，在映射的生成上有可能发挥很多工时和成本。而且，频率与上述相位的关系(即频率与开启电流的关系)也有可能受到温度的影响等，在映射等中，有可能弄错使开启电流下降的频率的操作方向。
发明内容
本公开为了解决上述问题而完成，本公开的目的在于，在以非接触方式从受电装置送电的非接触送电装置及非接触电力传送***中，可靠地抑制变换器中的开启电流。
本公开中的非接触送电装置具备送电部、变换器及控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。变换器生成规定频率的送电电力并向送电部供给。控制部构成为执行开启电流控制，所述开启电流控制通过利用变换器操作送电电力的频率来将开启电流控制成限制值以下。开启电流控制包括基于使频率变化时的开启电流的变化的方向来决定使开启电流下降的频率的操作方向的第一处理。
另外，本公开中的非接触电力传送***具备送电装置和以非接触方式从送电装置受电的受电装置。送电装置包括送电部、变换器及控制部。送电部构成为以非接触方式向受电装置送电。变换器生成规定频率的送电电力并向送电部供给。控制部构成为执行通过利用变换器操作送电电力的频率来将开启电流控制成限制值以下的开启电流控制。开启电流控制包括基于使频率变化时的开启电流的变化的方向来决定使开启电流下降的频率的操作方向的第一处理。
根据上述的非接触送电装置及非接触电力传送***，由于基于使送电电力的频率实际变化时的开启电流的变化的方向来决定使开启电流下降的频率的操作方向，所以能够可靠地抑制开启电流。
控制部可以构成为还执行将送电电力控制成目标的电力控制和效率最佳控制。效率最佳控制是在由电力控制将送电电力控制成目标的情况下通过使频率振荡来探索用于提高效率的最佳频率的控制。并且，上述第一处理可以包括基于与效率最佳控制中的频率的振荡对应的开启电流的变化的方向来决定频率的操作方向的处理。
根据该送电装置，由于利用效率最佳控制中的频率的振荡来决定使开启电流下降的频率的操作方向，所以能够一边与效率最佳控制协同配合一边决定开启电流控制中的频率的操作方向。
电力控制可以包括在以规定的起动频率使变换器的输出电压的占空比上升至规定值(例如上限值)后通过操作频率来使送电电力达到目标的电力起动处理。并且，开启电流控制可以包括在开启电流超过了限制值的情况下正在执行电力起动处理时将频率向起动频率侧操作的第二处理。
若为电力起动处理中，则从起动频率起的频率的操作方向与送电电力的增加方向对应，因此在开启电流超过了限制值的情况下，通过将频率向起动频率侧操作，能够使送电电力下降而使开启电流下降。
控制部可以在即使执行开启电流控制开启电流也超过限制值的情况下，以停止送电电力的生成的方式控制变换器。
根据状况的不同，即使执行开启电流控制，有时开启电流也不会下降为限制值以下。根据该送电装置，由于在这样的情况下停止送电，所以能够可靠地保护变换器。
而且，控制部可以在即使执行开启电流控制开启电流也超过限制值的情况下停止送电电力的生成后，变更起动频率并再次执行电力起动处理。
通过变更起动频率，有可能能够改变变换器的动作点(频率及占空比)。例如，在将能够使用的频带的下限(或上限)设为起动频率的情况下，通过将起动频率变更为上述频带的上限(或下限)，变换器的动作点有可能改变。由此，有可能能够避免即使执行开启电流控制开启电流也不下降为限制值以下的状况。
本公开的上述及其他的目的、特征、方面及优点应该会根据与附图相关联地理解的以下的详细说明而变得明显。
附图说明
图1是按照本公开的实施方式的非接触电力传送***的整体结构图。
图2是示出了图1所示的送电部及受电部的电路结构的一例的图。
图3是示出了图1所示的变换器的电路结构的图。
图4是示出变换器的开关波形和输出电压及输出电流的波形的图。
图5是示出送电装置中的电力损失与送电电力的频率f的关系的一例的图。
图6是示出变换器输出电压的占空比及送电电力的频率f的操作例的图。
图7是示出开启电流的频率特性的例子的图。
图8是由电源ECU执行的控制的控制框图。
图9是图8所示的效率最佳控制部的控制框图。
图10是图8所示的开启电流控制部的控制框图。
图11是图10所示的操作方向决定部中的第一处理的控制框图。
图12是示出基于开启电流控制的频率f的操作的一例的图。
图13是示出由电源ECU执行的开启电流控制的处理工序的一例的流程图。
图14是示出即使执行开启电流控制开启电流也不低于限制值的情况下的处理工序的一例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。需要说明的是，对图中同一或相当部分标注同一标号而不反复进行其说明。
图1是按照本公开的实施方式的非接触电力传送***的整体结构图。参照图1，该非接触电力传送***具备送电装置10和受电装置20。受电装置20例如搭载于能够使用从送电装置10供给并蓄积的电力来行驶的车辆等。
送电装置10包括功率因数改善(PFC(Power Factor Correction))电路210、变换器220、滤波器电路230及送电部240。另外，送电装置10还包括电源ECU(ElectronicControl Unit：电子控制单元)250、通信部260、电压传感器270及电流传感器272、274。
PFC电路210将从交流电源100(例如***电源)接受的电力整流及升压并向变换器220供给，并且通过使输入电流接近正弦波来改善功率因数。对于该PFC电路210，可以采用公知的各种PFC电路。需要说明的是，也可以取代PFC电路210而采用不具有功率因数改善功能的整流器。
变换器220由电源ECU250控制，将从PFC电路210接受的直流电力变换为规定频率(例如数十kHz)的送电电力(交流)。变换器220通过按照来自电源ECU250的驱动信号来变更开关频率，能够在由规格等确定的规定频带中变更送电电力的频率。由变换器220生成的送电电力通过滤波器电路230而向送电部240供给。该变换器220是电压型变换器，在构成变换器220的各开关元件上反并联地连接有续流二极管。变换器220例如由单相全桥电路构成。
滤波器电路230设置于变换器220与送电部240之间，抑制从变换器220产生的高次谐波噪声。滤波器电路230例如由包括电感器及电容器的LC滤波器构成。
送电部240通过滤波器电路230来接受由变换器220生成的送电电力，并通过在送电部240的周围产生的磁场而以非接触方式向受电装置20的受电部310送电。送电部240构成为包括用于以非接触方式向受电部310送电的谐振电路。谐振电路由线圈和电容器构成，但在仅由线圈形成期望的谐振状态的情况下，也可以不设置电容器。
电压传感器270检测变换器220的输出电压Vo，并将其检测值向电源ECU250输出。电流传感器272检测变换器220的输出电流Io即在变换器220中流动的电流，并将其检测值向电源ECU250输出。需要说明的是，基于电压传感器270及电流传感器272的检测值能够检测送电电力。电流传感器274检测在送电部240中流动的电流Is，并将其检测值向电源ECU250输出。
电源ECU250包括CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、存储处理程序等的ROM(Read Only Memory：只读存储器)、暂时存储数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、用于输入输出各种信号的输入输出端口等(均未图示)，接收来自上述的各传感器等的信号，并且执行送电装置10中的各种设备的控制。关于各种控制，不限于由软件实现的处理，也能够利用专用的硬件(电子电路)来处理。关于电源ECU250的结构及由电源ECU250执行的控制，将在后文详细说明。
通信部260构成为与受电装置20的通信部370进行无线通信。通信部260与受电装置20授受与电力传送的开始/停止相关的信息，从受电装置20接收受电装置20的受电状况(受电电压、受电电流、受电电力等)。
另一方面，受电装置20包括受电部310、滤波器电路320、整流部330、继电器电路340及蓄电装置350。另外，受电装置20还包括充电ECU360、通信部370、电压传感器380及电流传感器382。
受电部310通过磁场而以非接触方式接受从送电装置10的送电部240输出的电力(交流)。受电部310构成为包括用于以非接触方式从送电部240受电的谐振电路。谐振电路由线圈和电容器构成，但在仅由线圈形成期望的谐振状态的情况下，也可以不设置电容器。
滤波器电路320设置于受电部310与整流部330之间，抑制在受电部310的受电时产生的高次谐波噪声。滤波器电路320例如由包括电感器及电容器的LC滤波器构成。整流部330将由受电部310接受到的交流电力整流并向蓄电装置350输出。整流部330构成为包括整流器及平滑用的电容器。
蓄电装置350是构成为能够充放电的电力贮存要素。蓄电装置350例如构成为包括锂离子电池或镍氢电池等二次电池、双电层电容器等蓄电元件。需要说明的是，锂离子二次电池是以锂为电荷载体的二次电池，除了电解质是液体的一般的锂离子二次电池之外，也可以包括使用固体的电解质的所谓全固态电池。蓄电装置350蓄积从整流部330输出的电力。并且，蓄电装置350将其蓄积的电力向未图示的负载驱动装置等供给。
继电器电路340设置于整流部330与蓄电装置350之间。继电器电路340在由送电装置10对蓄电装置350的充电时被设为接通(导通状态)。电压传感器380检测整流部330的输出电压(受电电压)，并将其检测值向充电ECU360输出。电流传感器382检测来自整流部330的输出电流(受电电流)，并将其检测值向充电ECU360输出。基于电压传感器380及电流传感器382的检测值，能够检测受电部310的受电电力(相当于蓄电装置350的充电电力)。电压传感器380及电流传感器382也可以设置于受电部310与整流部330之间(例如，滤波器电路320与整流部330之间)。
充电ECU360包括CPU、ROM、RAM、输入输出端口等(均未图示)，接收来自上述的各传感器等的信号，并且进行受电装置20中的各种设备的控制。关于各种控制，不限于由软件实现的处理，也能够利用专用的硬件(电子电路)来处理。
通信部370构成为与送电装置10的通信部260进行无线通信。通信部370与送电装置10授受与电力传送的开始/停止相关的信息，将受电装置20的受电状况向送电装置10发送。
图2是示出了图1所示的送电部240及受电部310的电路结构的一例的图。参照图2，送电部240包括送电线圈242和电容器244。电容器244与送电线圈242串联连接并与送电线圈242形成谐振电路。电容器244为了调整送电部240的谐振频率而设置。表示由送电线圈242及电容器244构成的谐振电路的谐振强度的Q值优选为100以上。
受电部310包括受电线圈312和电容器314。电容器314与受电线圈312串联连接并与受电线圈312形成谐振电路。电容器314为了调整受电部310的谐振频率而设置。由受电线圈312及电容器314构成的谐振电路的Q值也优选为100以上。
需要说明的是，在送电部240及受电部310的各自中，电容器也可以并联连接于线圈。另外，在不具备电容器就能够达成期望的谐振频率的情况下，也可以设为不具备电容器的结构。
另外，送电线圈242及受电线圈312的构造没有特别的限定。例如，在送电部240与受电部310正对的情况下，能够将在沿着送电部240与受电部310并列的方向的轴上卷绕的涡旋形状或螺旋形状的线圈在送电线圈242及受电线圈312的各自中采用。或者，在送电部240与受电部310正对的情况下，也可以将在以送电部240与受电部310并列的方向为法线方向的铁氧体板上卷绕电线而成的线圈在送电线圈242及受电线圈312的各自中采用。
再次参照图1，在该非接触电力传送***中，在送电装置10中，从变换器220通过滤波器电路230而向送电部240供给交流的送电电力。送电部240及受电部310各自包括谐振电路，被设计成在送电电力的频率下进行谐振。
当从变换器220通过滤波器电路230而向送电部240供给交流的送电电力时，通过在送电部240的送电线圈242与受电部310的受电线圈312之间形成的磁场，能量(电力)从送电部240向受电部310移动。移动到受电部310的能量(电力)通过滤波器电路320及整流部330而向蓄电装置350供给。
图3是示出了图1所示的变换器220的电路结构的图。参照图3，变换器220是电压型的变换器，包括电力用半导体开关元件(以下，也简称作“开关元件”)Q1～Q4和续流二极管D1～D4。在直流侧的端子T1、T2上连接PFC电路210(图1)，在交流侧的端子T3、T4上连接滤波器电路230(图1)。
开关元件Q1～Q4例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、双极型晶体管、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效晶体管)、GTO(Gate Turn Off thyristor：门极可关断晶闸管)等构成。在续流二极管D1～D4上分别反并联地连接开关元件Q1～Q4。
在端子T1、T2之间施加从PFC电路210输出的直流电压V1。伴随于开关元件Q1～Q4的开关动作，在端子T3、T4之间产生输出电压Vo及输出电流Io(图中，将箭头所示的方向设为正值)。在该图3中，作为一例，示出了开关元件Q1、Q4为ON且开关元件Q2、Q3为OFF的状态，输出电压Vo是电压V1(正值)。
图4是示出变换器220的开关波形和输出电压Vo及输出电流Io的波形的图。图中，T表示变换器220的开关周期。即，变换器220的开关频率是1/T。
同时参照图3和图4，通过使开关元件Q1～Q4如图示那样ON/OFF，会生成以开关频率变动的方形波的输出电压Vo。即，通过操作(变更)变换器220的开关频率，能够调整由变换器220生成的送电电力的频率。
Td表示输出电压Vo的输出时间。Td相对于周期T的期间比定义为变换器输出电压的占空比。通过相对于开关元件Q1、Q3的接通/断开定时(接通/断开期间比0.5)使开关元件Q2、Q4的接通/断开定时(接通/断开期间比0.5)变化，能够调整变换器输出电压的占空比。在图4中，示出了占空比为0.25的情况，占空比的上限是0.5。
通过调整该输出电压Vo的占空比，能够使送电电力变化。定性地说，通过增大占空比能够使送电电力增加，通过减小占空比能够使送电电力减小。在该实施方式中，电源ECU250通过操作输出电压Vo的占空比来执行将送电电力控制成目标电力的送电电力控制。
输出电压Vo的升起时(时刻t4、时刻t8)的输出电流Io的瞬时值表示开启电流It。开启电流It的值根据从PFC电路210向变换器220提供的电压V1、变换器220的开关频率(送电电力的频率)而变化。
图4示出了正的开启电流It流动的例子。当正的开启电流It流动时，在输出电压Vo的升起时(时刻t4、时刻t8)，会在与开关元件Q3反并联地连接的续流二极管D3中流动反方向的短路电流(恢复电流)。因而，短路电流流动的续流二极管D3及开关元件Q1的发热变大，变换器220的损失变大。
送电装置10中的主要的电力损失是开关损失及导通损失。开关损失是在变换器220的开关动作(开启或关闭)时产生的电力损失。在送电装置10中，由变换器220的开关动作时的开启电流It引起的电力损失成为支配性的开关损失。另一方面，导通损失是因导通而产生的电力损失。在送电装置10中，由伴随于送电线圈242及变换器220的导通的发热等引起的电力损失成为支配性的导通损失。
在该实施方式中，电源ECU250检测送电装置10中的电力损失。具体而言，由开启电流It引起的电力损失、由在送电线圈242中流动的电流引起的电力损失及由在变换器220中流动的电流引起的电力损失之和被作为送电装置10中的电力损失来检测。
送电装置10中的电力损失根据变换器220的开关频率(送电电力的频率)而变动。图5是示出送电装置10中的电力损失与送电电力的频率f的关系的一例的图。在图5中，fa、fb分别是由规格等确定的能够使用的频带的下限及上限的频率。
参照图5，送电电力的频率f(横轴)与送电装置10中的电力损失(纵轴)的关系由下凸的曲线k表示。在频率f是最佳频率fx时，送电装置10中的电力损失成为最小(极小值Lx)。
于是，在该实施方式中，电源ECU250通过操作送电电力的频率f(操作变换器220的开关频率)来执行用于将送电装置10中的电力损失最小化而提高效率的效率最佳控制。详情后述，电源ECU250通过使频率f振荡来探索最佳频率fx(极值探索)，执行使频率f收敛于最佳频率fx的控制。
需要说明的是，在该实施方式中，通过效率最佳控制来使由开启电流It引起的电力损失、由在送电线圈242中流动的电流引起的电力损失及由在变换器220中流动的电流引起的电力损失之和成为最小，但也可以以使这些电力损失中的任一个或2个之和成为最小的方式执行效率最佳控制。
当开启电流It增大时，恢复电流(短路电流)也增大，短路电流流动的续流二极管及开关元件有可能到达过热异常。因而，在该实施方式中，对开启电流It设置有限制值，电源ECU250执行将开启电流It控制为限制值以下的开启电流控制。开启电流It的值根据变换器220的开关频率而变化，因此当开启电流It超过限制值时，电源ECU250通过操作送电电力的频率f(操作变换器220的开关频率)来使开启电流下降。
需要说明的是，开启电流控制和上述的效率最佳控制都是操作频率f的控制，两控制有可能干涉。开启电流控制是在变换器220的保护的观点下进行的控制，优先级比效率最佳控制高。于是，在该实施方式中，开启电流控制优先于效率最佳控制而执行。即，在开启电流It超过了限制值的情况下，若为效率最佳控制的执行中，则电源ECU250停止效率最佳控制并执行开启电流控制。然后，当开启电流It成为限制值以下时，开启电流控制成为非工作，因此效率最佳控制再次开始。
图6是示出变换器输出电压的占空比及送电电力的频率f的操作例的图。在该图6中，示出了从送电刚开始后起的占空比及频率f的操作例。
参照图6，线PL1、PL2各自表示送电电力的等高线。线PL1所示的送电电力比线PL2所示的送电电力大。从图可知，实现某送电电力的占空比呈现频率依存性。在该例中，假设线PL1所示的送电电力是目标电力。
在因用户操作或基于计时器的时刻到来等而指示了送电的开始时，电源ECU250执行将送电电力升起来使送电电力达到目标电力的电力起动处理。具体而言，电源ECU250首先将变换器220的动作频率(送电电力的频率f)设定为规定的起动频率而开始送电，使占空比上升(图的线A)。在该例中，由规格等确定的能够使用的频带的上限fb被设定为起动频率。需要说明的是，起动频率不限定于此，也可以是上述频带的下限fa或与下限fa及上限fb不同的频率。
需要说明的是，在该例中，在下限fa与上限fb的中间的频率域(以下称作“中间域”)中，能够以比接近下限fa、上限fb的频率低的占空比得到送电电力。因而，在中间域中，由于功率因数高所以开启电流It容易变大，开启电流It超过限制值的可能性高。于是，在该例中，将频带的上限fb(也可以是下限fa)设为起动频率，从起动频率起进行频率f的调整。
当占空比达到上限(0.5)时，电源ECU250在将占空比维持为上限的状态下操作频率f(图的线B)。在该例中，由于频带的上限fb被设定为起动频率，所以电源ECU250通过使频率f下降来使送电电力接近目标电力。
然后，当送电电力达到目标电力(线PL1)时，电源ECU250结束电力起动处理，通过调整占空比来将送电电力维持为目标电力，并通过利用效率最佳控制操作频率f来执行最佳频率fx的探索(图的线C)。由此，能够将送电电力控制为目标电力，并实现高效率的送电。
需要说明的是，上述的电力起动处理也是操作频率f的处理，开启电流控制与电力起动处理会干涉(效率最佳控制在电力起动处理的执行后工作，因此效率最佳控制与电力起动处理不会干涉)。于是，在该实施方式中，开启电流控制优先于上述的电力起动处理而执行。即，在开启电流It超过了限制值的情况下，若正在通过电力起动处理操作频率f(图的线B)，则电源ECU250停止电力起动处理并执行开启电流控制。
图7是示出开启电流It的频率特性的例子的图。参照图7，虚线L1示出送电刚开始后的开启电流It的频率特性的一例。实线L2示出从送电开始起经过一定程度的时间后的开启电流It的频率特性的一例。这样，在送电中开启电流It的频率特性有时会变化。例如，若在送电中线圈间的耦合系数、温度等发生变化，则开启电流It的频率特性有可能变化。
也可考虑，在使频率f从起动频率侧变化(在该例中是从上限fb下降)的情况下，在开启电流It达到了限制值It_lim时，能够通过将频率f向原来的起动频率侧操作(在该例中是上升)来使开启电流It下降。
然而，在效率最佳控制的执行中，在开启电流It达到了限制值It_lim时开启电流It的频率特性如实线L2那样变化的情况下，若将频率f向原来的起动频率侧操作(在该例中是上升)，则开启电流It反而会增加。因而，在开启电流It达到了限制值It_lim的情况下将频率f一律向起动频率侧变更的控制中，无法使开启电流It可靠地下降。
于是，在按照该实施方式的非接触电力传送***中，电源ECU250使送电电力的频率f变化，检测此时的开启电流It的变化。并且，电源ECU250基于与频率f的变化对应的开启电流It的变化的方向来决定使开启电流It下降的频率f的操作方向。由此，能够可靠地抑制开启电流It。
在该实施方式中，在效率最佳控制中，通过使频率f振荡来探索最佳频率fx。于是，在该非接触电力传送***中，利用基于效率最佳控制的频率f的振荡，检测与频率f的变化对应的开启电流It的变化的方向，基于该检测结果来决定使开启电流It下降的频率f的操作方向。由此，能够一边与效率最佳控制协同配合一边决定使开启电流It下降的频率的操作方向。
需要说明的是，若正在通过电力起动处理操作频率f(图6的线B)，则通过将频率f向起动频率侧恢复，送电电力下降，开启电流It也随之下降。于是，在该非接触电力传送***中，在开启电流It超过了限制值的情况下，若为电力起动处理的执行中，则电源ECU250不检测与频率f的变化对应的开启电流It的变化的方向，而将频率f向起动频率侧操作。
图8是由电源ECU250执行的控制的控制框图。参照图8，电源ECU250包括送电电力控制部410、效率最佳控制部420、开启电流控制部430、开启电流检测部(以下也称作“It检测部”)440、频率设定部450及驱动信号生成部460。
送电电力控制部410接收表示送电电力Ps的目标的目标电力Psr和送电电力Ps的检测值。目标电力Psr例如基于受电装置20的受电状况而生成。在该实施方式中，在受电装置20中，基于受电电力的目标与检测值的偏差来生成目标电力Psr，并从受电装置20向送电装置10发送。送电电力Ps例如基于电压传感器270及电流传感器272(图1)的检测值而算出。
当被指示了送电的开始时，送电电力控制部410执行将送电电力Ps升起而使送电电力Ps达到目标电力Psr的电力起动处理。该电力起动处理与基于后述的电力偏差来控制占空比的反馈(FB)不同，是按照预先规定的工序来操作占空比及频率f的前馈(FF)性的控制。
具体而言，送电电力控制部410将变换器220的动作频率(送电电力的频率f)设定为规定的起动频率，将变换器输出电压的占空比的指令值即占空比指令值duty设定为上限(0.5)。占空比指令值duty向驱动信号生成部460输出。
然后，当占空比达到上限时，送电电力控制部410在将占空比指令值duty维持为上限的状态下，输出送电电力Ps增加的方向的频率操作量Δf1。频率操作量Δf1向频率设定部450输出。该频率操作量Δf1根据起动频率而预先确定，例如，在起动频率是上限fb的情况下，输出负值的频率操作量Δf1，在起动频率是下限fa的情况下，输出正值的频率操作量Δf1。该频率操作量Δf1输出至送电电力Ps达到目标电力Psr为止。
当通过上述的电力起动处理而送电电力Ps达到目标电力Psr时，送电电力控制部410结束电力起动处理，并执行基于目标电力Psr与送电电力Ps的偏差(电力偏差)的电力FB控制。例如，送电电力控制部410通过执行以电力偏差为输入的PI控制等来算出操作量，将该算出的操作量作为占空比指令值duty向驱动信号生成部460输出。
送电电力控制部410在电力起动处理的执行中将该意思的通知向效率最佳控制部420及开启电流控制部430输出。这是为了，在效率最佳控制部420中，在电力起动处理的执行中，使效率最佳控制成为非工作。原因在于，在开启电流控制部430中，如上所述，在电力起动处理的执行中和接在电力起动处理之后的效率最佳控制的执行中，决定频率f的操作方向的处理不同。
另一方面，送电电力控制部410在从开启电流控制部430接收到开启电流控制为工作中的意思的通知时，停止送电电力控制。具体而言，送电电力控制部410将占空比指令值duty维持为上次值，在输出着非零的频率操作量Δf1的情况下，将频率操作量Δf1以0输出。
It检测部440基于变换器220的输出电压Vo及输出电流Io的检测值来检测开启电流It。具体而言，It检测部440检测输出电压Vo的升起，将输出电压Vo的升起时的输出电流Io的检测值作为开启电流It来检测。
效率最佳控制部420接收It检测部440的开启电流It的检测值、在送电线圈242中流动的电流Is的检测值及变换器220的输出电流Io的检测值。效率最佳控制部420基于这些各检测值来检测送电装置10中的电力损失，探索电力损失成为最小(极小)的最佳频率fx。即，效率最佳控制部420算出频率f接近最佳频率fx的方向的频率操作量Δf2并向频率设定部450输出。
需要说明的是，效率最佳控制部420也在从开启电流控制部430接收到开启电流控制为工作中的意思的通知时，停止效率最佳控制。即，效率最佳控制部420将频率操作量Δf2以0输出。
另外，效率最佳控制部420在从送电电力控制部410接收到正在执行电力起动处理的意思的通知时，也使效率最佳控制成为非工作。即，效率最佳控制部420将频率操作量Δf2以0输出。
图9是图8所示的效率最佳控制部420的控制框图。参照图9，效率最佳控制部420包括振荡信号生成部421、损失检测部422、高通滤波器(HPF(High Pass Filter))423、相乘部424、低通滤波器(LPF(Low Pass Filter))425、控制器426及相加部427。
振荡信号生成部421生成用于使频率f振荡的振荡信号Sv，并向相乘部424及相加部427输出。振荡信号Sv是以规定的振荡周期反复接通/断开且具有规定的振幅的脉冲信号。在由效率最佳控制部420执行的效率最佳控制中采用的极值探索中，通过使用该振荡信号Sv来监视频率f向最佳频率fx(送电装置10中的电力损失成为最小(极小)的频率)的转变。
损失检测部422基于开启电流It、在送电线圈242中流动的电流Is及变换器220的输出电流Io的各检测值来检测送电装置10中的电力损失。检测的电力损失是由开启电流引起的电力损失、由在送电线圈242中流动的电流引起的电力损失及由在变换器220中流动的电流引起的电力损失之和。需要说明的是，输出电流Io的检测值相当于在变换器220中流动的电流。
在电力损失的检测中，使用表示开启电流It、电流Is及电流Io与电力损失的关系的信息(以下称作“损失信息”)。损失检测部422通过参照预先在电源ECU250的ROM中保存的损失信息，能够根据开启电流It、电流Is及电流Io的各检测值来求出电力损失。损失信息可以是映射也可以是数学式还可以是模型。
损失检测部422以规定的周期反复检测电力损失。通过周期性地检测电力损失来生成电力损失的波形Lv1。损失检测部422将生成的电力损失的波形Lv1向HPF423输出。
HPF423从电力损失的波形Lv1提取高频成分Lv2(从电力损失的波形Lv1除去了直流成分后的信号)并向相乘部424输出。该高频成分Lv2表示利用振荡信号Sv使频率f振荡时的电力损失的变化量。
相乘部424通过对高频成分Lv2乘以振荡信号Sv来算出振荡信号Sv与高频成分Lv2的相关系数。该相关系数表示相对于频率f的变化的电力损失的增减方向。
LPF425提取由相乘部424运算出的相关系数的直流成分。该LPF425的输出表示用于使频率f向最佳频率fx转变的频率f的操作方向(增减方向)。需要说明的是，若相乘部424的输出的噪声小，则LPF425也可以省略。
控制器426基于LPF425的输出来算出用于使频率f向最佳频率fx转变的频率f的操作量(变更量)。控制器426例如通过执行以LPF425的输出信号为输入的I控制(积分控制)来算出频率f的操作量。
相加部427对控制器426的输出加上由振荡信号生成部421生成的振荡信号Sv，将该运算值作为最终的频率操作量Δf2向频率设定部450(图8)输出。通过如上所述的控制来探索使送电装置10中的电力损失成为最小的最佳频率fx，能够使送电装置10中的电力损失成为最小。
再次参照图8，开启电流控制部430接收It检测部440的开启电流It的检测值。并且，当开启电流It超过限制值时，开启电流控制部430算出使开启电流It下降的方向的频率操作量Δf3并向频率设定部450输出。需要说明的是，在开启电流It为限制值以下时(开启电流控制的非工作时)，开启电流控制部430将频率操作量Δf3以0输出。
开启电流控制部430从送电电力控制部410接收正在执行电力起动处理的意思的通知。该通知用于判定是在送电电力控制部410中正在执行电力起动处理，还是接在电力起动处理之后而在效率最佳控制部420中正在执行效率最佳控制。需要说明的是，开启电流控制部430也可以为了判定是否正在执行效率最佳控制而从效率最佳控制部420接收正在执行效率最佳控制的意思的通知。
另外，开启电流控制部430在开启电流控制的执行中(开启电流It超过了限制值的期间)，将该意思的通知向送电电力控制部410及效率最佳控制部420输出。如上所述，按照该通知，在开启电流控制的执行中，送电电力控制部410中的送电电力控制(包括电力起动处理)及效率最佳控制部420中的效率最佳控制被停止。
图10是图8所示的开启电流控制部430的控制框图。参照图10，开启电流控制部430包括执行判定部431、操作方向决定部432及操作量算出部437。
执行判定部431判定开启电流It是否超过了限制值。该限制值是正值，基于变换器220相对于恢复电流的耐性而适当设定。并且，在开启电流It超过了限制值的情况下，执行判定部431将指示开启电流控制的执行的信号向操作方向决定部432输出。需要说明的是，基于该信号，正在执行开启电流控制的意思的通知向送电电力控制部410及效率最佳控制部420输出。
操作方向决定部432在开启电流控制的执行中，决定开启电流It下降的频率的操作方向Dr。频率f的操作方向Dr的决定方法在效率最佳控制部420中的效率最佳控制的执行中和送电电力控制部410中的电力起动处理的执行中不同。
在执行判定部431中判定为开启电流It超过了限制值的情况下，若为效率最佳控制的执行中，则操作方向决定部432基于使频率f变化时的开启电流It的变化的方向来决定操作方向Dr(第一处理)。在该实施方式中，作为在该第一处理中使频率f变化的手段，如上所述，使用效率最佳控制中的振荡信号Sv。另一方面，在判定为开启电流It超过了限制值的情况下，若为电力起动处理的执行中，则操作方向决定部432以向起动频率侧操作频率f的方式决定操作方向Dr(第二处理)。
图11是图10所示的操作方向决定部432中的第一处理的控制框图。参照图11，操作方向决定部432包括HPF433、相乘部434、LPF435及符号提取部436。
HPF433从开启电流It的波形提取高频成分Lv3并向相乘部434输出。该高频成分Lv3表示利用振荡信号Sv使频率f振荡时的开启电流It的变化量。
相乘部434通过对从HPF433输出的高频成分Lv3乘以振荡信号Sv来算出振荡信号Sv与高频成分Lv3的相关系数。该相关系数表示相对于频率f的变化的开启电流It的增减方向。
LPF435提取由相乘部434运算出的相关系数的直流成分。符号提取部436将LPF435的输出的符号反转并输出。由该符号提取部436得到的符号表示使开启电流It下降的频率的操作方向Dr。
再次参照图10，操作量算出部437基于在操作方向决定部432中决定的频率f的操作方向Dr来算出使开启电流It下降的方向的频率操作量Δf3。例如，操作量算出部437将对预先设定的频率变更量(正值)乘以操作方向Dr而得到的值作为频率操作量Δf3来算出。
图12是示出基于开启电流控制的频率f的操作的一例的图。参照图12，当在时刻t1下开启电流It超过限制值It_lim时，在开启电流控制部430中决定使开启电流It下降的频率的操作方向。在该例中，判定为使开启电流It下降的频率的操作方向是使频率f下降的方向。然后，通过开启电流控制而频率f下降频率操作量Δf3，其结果，开启电流It下降为限制值It_lim以下。
当因耦合系数、温度等的变化等而在时刻t2下开启电流It再次超过限制值It_lim时，在开启电流控制部430中再次决定使开启电流It下降的频率的操作方向。在此也是，判定为频率f的操作方向是使频率f下降的方向，通过开启电流控制而频率f下降频率操作量Δf3，其结果，开启电流It下降为限制值It_lim以下。
再次参照图8，频率设定部450对频率操作量Δf1的累计值、频率操作量Δf2的累计值及频率操作量Δf3的累计值加上起动频率，将该运算结果作为频率f的指令值向驱动信号生成部460输出。
驱动信号生成部460基于从送电电力控制部410接收的占空比指令值duty和从频率设定部450接收的频率f的指令值来生成变换器220的驱动信号。通过按照由驱动信号生成部460生成的驱动信号来驱动变换器220，变换器220的输出电压Vo的占空比成为与占空比指令值duty对应的值，送电电力的频率f成为与该指令值对应的值。
图13是示出由电源ECU250执行的开启电流控制的处理工序的一例的流程图。该流程图所示的一系列处理每隔规定时间反复执行。
参照图13，电源ECU250检测开启电流It，并判定检测到的开启电流It是否超过了限制值It_lim(步骤S10)。若开启电流It为限制值It_lim以下(在步骤S10中为否)，则电源ECU250不执行以后的一系列处理而使处理移向返回。
当在步骤S10中判定为开启电流It超过了限制值It_lim时(在步骤S10中为是)，电源ECU250判定是否处于电力起动处理中(步骤S20)。
当在步骤S20中判定为处于电力起动处理中时(在步骤S20中为是)，电源ECU250停止电力起动处理，向起动频率侧操作频率f(步骤S30)。具体而言，电源ECU250将变换器220的输出电压Vo的占空比维持为上次值(上限)并且使电力起动处理的频率操作量Δf1为0，以按照开启电流控制的频率操作量Δf3来向起动频率侧变更频率f的方式控制变换器220。
另一方面，当在步骤S20中判定为不处于电力起动处理中即处于效率最佳控制的执行中时(在步骤S20中为否)，电源ECU250利用基于效率最佳控制中的振荡信号Sv的频率f的振荡，检测与频率f的变化对应的开启电流It的变化的方向，并决定使开启电流It下降的频率的操作方向Dr(步骤S40)。
然后，电源ECU250停止效率最佳控制，向在步骤S40中决定的操作方向Dr操作频率f(步骤S50)。具体而言，电源ECU250使效率最佳控制的频率操作量Δf2为0，以按照开启电流控制的频率操作量Δf3而向上述操作方向Dr变更频率f的方式控制变换器220。
如以上这样，根据该实施方式，在开启电流It超过了限制值It_lim的情况下，由于基于使频率f实际变化时的开启电流It的变化的方向来决定使开启电流It下降的频率的操作方向Dr(效率最佳控制的执行中)，所以能够可靠地抑制开启电流It。
需要说明的是，在开启电流It超过了限制值It_lim的情况下，若为电力起动处理中，则从起动频率起的频率f的操作方向与送电电力的增加方向对应，因此通过将频率f向起动频率侧操作，能够使送电电力下降而使开启电流It下降。
另外，根据该实施方式，由于利用基于效率最佳控制中的振荡信号Sv的频率f的振荡来决定使开启电流It下降的频率的操作方向Dr，所以能够一边与效率最佳控制协同配合一边决定基于开启电流控制的频率f的操作方向。
需要说明的是，根据状况的不同，有时即使执行开启电流控制，开启电流It也不会下降为限制值以下。即，开启电流控制虽然是在开启电流It超过限制值的情况下以使开启电流It下降的方式操作频率f的控制，但即使按照开启电流控制的频率操作量Δf3来操作频率f，根据状况的不同，有时开启电流It也不会下降为限制值以下。
在这样的情况下，为了保护变换器220，优选暂且停止送电。另外，优选，在暂且停止送电后再次开始送电，即使反复这样的送电的停止及再次开始开启电流It也不低于限制值的情况下，变更起动频率并再次开始送电。通过变更起动频率，变换器220的动作点(频率及占空比)改变，有可能能够避免即使执行开启电流控制开启电流It也不下降为限制值以下的状况。
图14是示出即使执行开启电流控制开启电流It也不低于限制值的情况下的处理工序的一例的流程图。该流程图所示的一系列处理也是每隔规定时间反复执行。
参照图14，电源ECU250判定开启电流It超过了限制值It_lim的状态(在图13的步骤S10中判断为是的状态)是否持续了规定时间(步骤S110)。规定时间例如基于通过开启电流控制的执行而开启电流It变得低于限制值为止的预想最大时间(设计值)来设定。若上述的状态未持续规定时间(在步骤S110中为否)，则电源ECU250不执行以后的一系列处理而使处理移向返回。
当在步骤S110中判定为开启电流It超过了限制值It_lim的状态持续了规定时间时(在步骤S110中为是)，电源ECU250通过停止变换器220的送电电力的生成来暂且停止送电(步骤S120)。通过停止送电，开启电流控制也停止。
之后，电源ECU250在再次执行电力起动处理时，判定电力起动处理的再执行次数是否达到了规定次数(步骤S130)。对于规定次数，例如设定2次或其以上的适当的次数。
在步骤S130中判定为再执行次数未达到规定次数的情况下(在步骤S130中为否)，电源ECU250从上次的电力起动处理中的起动频率起再次执行电力起动处理(步骤S140)。需要说明的是，也可以从送电的暂且停止到电力起动处理的再执行为止设置一定的时间。
另一方面，在步骤S130中判定为再执行次数达到了规定次数的情况下(在步骤S130中为是)，电源ECU250变更起动频率并再次执行电力起动处理(步骤S150)。例如，在到上次为止的电力起动处理中将由规格等确定的能够使用的频带的上限fb设为了起动频率的情况下，将起动频率变更为该频带的下限fa并再次执行电力起动处理。由此，变换器220的动作点改变，有可能能够避免在开启电流It达到了限制值的情况下即使执行开启电流控制开启电流It也不下降的状况。
以上，虽然对本公开的实施方式进行了说明，但应该认为本次公开的实施方式在所有方面都是例示而非限制性的内容。本发明的范围由权利要求书表示，意在包括与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种非接触送电装置，具备：
送电部，构成为以非接触方式向受电装置送电；
变换器，生成规定频率的送电电力并向所述送电部供给；及
控制部，构成为执行通过利用所述变换器操作所述频率来将开启电流控制成限制值以下的开启电流控制，
所述开启电流控制包括基于使所述频率变化时的所述开启电流的变化的方向来决定使所述开启电流下降的频率的操作方向的第一处理，
所述控制部构成为还执行：
电力控制，将所述送电电力控制成目标；及
效率最佳控制，在由所述电力控制将所述送电电力控制成目标的情况下，通过使所述频率振荡来探索用于提高效率的最佳频率，
所述第一处理包括基于与所述效率最佳控制中的所述频率的振荡对应的所述开启电流的变化的方向来决定所述频率的操作方向的处理。
2.根据权利要求1所述的非接触送电装置，
所述电力控制包括在以规定的起动频率使所述变换器的输出电压的占空比上升至规定值后通过操作所述频率来使所述送电电力达到目标的电力起动处理，
所述开启电流控制包括在所述开启电流超过了所述限制值的情况下正在执行所述电力起动处理时将所述频率向所述起动频率侧操作的第二处理。
3.根据权利要求1或2所述的非接触送电装置，
所述控制部在即使执行所述开启电流控制所述开启电流也超过所述限制值的情况下，以停止所述送电电力的生成的方式控制所述变换器。
4.根据权利要求2所述的非接触送电装置，
所述控制部在即使执行所述开启电流控制所述开启电流也超过所述限制值的情况下，以停止所述送电电力的生成的方式控制所述变换器，
所述控制部在停止所述送电电力的生成后，变更所述起动频率并再次执行所述电力起动处理。
5.一种非接触电力传送***，具备：
送电装置；及
受电装置，以非接触方式从所述送电装置受电，
所述送电装置包括：
送电部，构成为以非接触方式向所述受电装置送电；
变换器，生成规定频率的送电电力并向所述送电部供给；及
控制部，构成为执行开启电流控制，所述电流控制通过利用所述变换器操作所述频率来将开启电流控制成限制值以下，
所述开启电流控制包括基于使所述频率变化时的所述开启电流的变化的方向来决定使所述开启电流下降的频率的操作方向的第一处理，
所述控制部构成为还执行：
电力控制，将所述送电电力控制成目标；及
效率最佳控制，在由所述电力控制将所述送电电力控制成目标的情况下，通过使所述频率振荡来探索用于提高效率的最佳频率，
所述第一处理包括基于与所述效率最佳控制中的所述频率的振荡对应的所述开启电流的变化的方向来决定所述频率的操作方向的处理。
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