JP6710106B2 - 電力供給システム及び電力供給方法 - Google Patents

Description

本発明は、１次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置されている場合に、１次側コイルから２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システム及び電力供給方法に関する。

近年、１次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとをギャップを隔てて配置し、１次側コイルから２次側コイルに非接触で電力を供給することにより、電源から負荷に非接触給電（非接触電力伝送）を行う技術が開発されている。

このような非接触給電方式の一つとして、電磁誘導を利用したものがある。この給電方式では、例えば、１次側（給電側）の電源を交流電源とし、２次側（受電側）の負荷を電動車両に備わる蓄電装置とし、給電側である電動車両外部の地上側に設けられた１次側コイルと、受電側である電動車両に設けられた２次側コイルとの間の電磁誘導を利用して、二次電池やキャパシタ等の蓄電装置を充電する。

非接触給電方式の従来技術として、例えば、特許文献１及び２が開示されている。

特許文献１には、非接触給電に際し、充電指示、要求電力等の給電情報を受電側から給電側に伝達するため、１次側コイル及び２次側コイルに通信装置を設け、両コイル間で給電情報を送受信することにより、該給電情報に基づいて給電側から受電側に非接触給電を行うことが開示されている。

一方、特許文献２には、非接触給電時の１次側コイルと２次側コイルとの位置ずれや、両コイル間のギャップ長の変動に対する許容量が大きい非接触給電方式では、両コイル間の位置関係の変動に伴って、１次電圧と２次電圧との比が変動するという課題が開示されている。また、特許文献２には、この課題を解決するために、１次側コイル（給電側コイル）と２次側コイル（受電側コイル）との間の通信で給電情報を交換すれば、通信の混信、通信エラー、電力伝送磁場による通信ノイズ等が発生すると共に、通信装置の設置が受電側の小型軽量化を妨げることが開示されている。このような問題を解決するため、特許文献２の技術では、通信装置を使わずに１次電圧を制御することにより、２次電圧の定電圧化を実現している。

特開２００８−２８８８８９号公報 特開２０１１−４５１９５号公報

特許文献２の技術では、蓄電装置への充電電圧は定電圧が望ましいとの観点から、通信装置を使わずに１次電圧を制御することにより、２次電圧を定電圧化して二次電池を充電する。しかしながら、二次電池等の蓄電装置である負荷に対して電力供給を行う際には、より簡単な制御方法、具体的には、１次電圧を制御することなく、２次側の負荷に対して非接触給電を行えることが好ましい。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、給電側である１次側と、受電側である２次側との間で、給電情報をやりとりすることなく、且つ、１次電圧を制御することなく、１次側から２次側に非接触で供給される電力を使用して、２次側の負荷に対する電力供給が行える電力供給システム及び電力供給方法を提供することを目的とする。

本発明は、１次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システム及び電力供給方法に関する。

そして、上記の目的を達成するため、本発明に係る電力供給システムは、前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御する制御手段を備える。この場合、前記制御手段は、前記２次側コイルの出力電圧及び出力電流を整流する整流回路と、整流後の前記出力電圧に対して電圧変換を行い、変換後の前記出力電圧である直流電圧を前記負荷に供給する電圧変換回路と、前記電圧変換回路を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記２次側コイルから前記負荷に流れる出力電流が該２次側コイルの最大電力動作点に対応する電流値以下の電流領域において、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値が略無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って前記負荷抵抗値が低下するように、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御し、且つ前記制御部は、前記電圧変換回路から前記負荷に流れる直流電流の目標電流値、前記直流電圧の目標電圧値、及び整流後の前記出力電圧と前記出力電流を乗じた出力電力の最大電力値を設定し、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電流が前記目標電流値に到達した場合には、前記直流電流が前記目標電流値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電圧が前記目標電圧値に到達した場合には、前記直流電圧が前記目標電圧値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記直流電圧が前記目標電圧値に到達するよりも先に前記出力電力が前記最大電力値に到達した場合には、前記出力電力が前記最大電力値で一定となるように前記電圧変換回路を制御する。

また、上記の目的を達成するため、本発明に係る電力供給方法では、前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられた制御手段により、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御し、前記制御手段は、前記２次側コイルの出力電圧及び出力電流を整流する整流回路と、整流後の前記出力電圧に対して電圧変換を行い、変換後の前記出力電圧である直流電圧を前記負荷に供給する電圧変換回路と、前記電圧変換回路を制御する制御部とを有し、前記制御部により、前記２次側コイルから前記負荷に流れる出力電流が該２次側コイルの最大電力動作点に対応する電流値以下の電流領域において、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値が略無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って該負荷抵抗値が低下するように、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御し、且つ前記制御部は、前記電圧変換回路から前記負荷に流れる直流電流の目標電流値、前記直流電圧の目標電圧値、及び整流後の前記出力電圧と前記出力電流を乗じた出力電力の最大電力値を設定し、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電流が前記目標電流値に到達した場合には、前記直流電流が前記目標電流値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電圧が前記目標電圧値に到達した場合には、前記直流電圧が前記目標電圧値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記直流電圧が前記目標電圧値に到達するよりも先に前記出力電力が前記最大電力値に到達した場合には、前記出力電力が前記最大電力値で一定となるように前記電圧変換回路を制御する。

このように、本発明では、前記制御手段が、前記負荷抵抗値を略無限大から時間経過に伴って低下させることで、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御する。従って、本発明では、１次側と２次側との間で給電情報のやりとりを行うことなく、且つ、１次電圧の制御を行うことなく、前記負荷への電力供給を制御することができる。すなわち、前記負荷への電力供給に対する制御は、前記１次側の状態に関わりなく、前記２次側で完結する。この結果、前記１次側コイルから非接触で前記２次側コイルに供給された電力を使用して、前記２次側での簡単な制御により、前記負荷への電力供給を行うことができる。

従って、本発明では、前記２次側から前記１次側へのフィードバック手段（通信装置等）が不要である。また、通信装置を備えることによる前記１次側と前記２次側との間での互換性の確保や、互換性確保のためのインターオペラビリティテストも不要となる。このように、互換性確保のための多くのプロセスが不要となる。従って、本発明では、前記電力供給システムのコストを削減することができる。

また、前記電圧変換回路は、スイッチング素子を含み構成され、前記制御部は、前記初期状態では前記スイッチング素子をオフにすることで前記負荷抵抗値を略無限大とし、その後、所定の単位時間毎に前記スイッチング素子のオン時間を増加させることにより、前記負荷抵抗値を漸減させることが好ましい。これにより、前記負荷に対する電力供給を容易に行うことができる。

具体的に、前記制御部は、下記のようにして、前記負荷に対する電力供給を制御すればよい。

すなわち、前記制御部は、前記直流電流が前記目標電流値に到達した場合、前記スイッチング素子のデューティを増減させながら前記直流電流を前記目標電流値に制御する。その後、前記制御部は、前記出力電力が前記最大電力値に到達したときに、前記デューティを増減させながら前記出力電力を前記最大電力値に制御する。さらに、前記制御部は、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達し、且つ、規定時間内に連続して前記直流電圧が前記目標電圧値に到達したときに、前記スイッチング素子をオフにして、前記電圧変換回路に対する制御を終了する。

これにより、前記負荷が二次電池等の蓄電装置である場合、ＳＯＣ（充電率）が低い場合には、容易に該蓄電装置への非接触給電を行って、充電を完了させることができる。

また、前記制御部は、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達した場合、前記スイッチング素子のデューティを増減させながら前記直流電圧を前記目標電圧値に制御し、その後、前記直流電圧が規定時間内に連続して前記目標電圧値に到達したときに、前記スイッチング素子をオフにして、前記電圧変換回路に対する制御を終了してもよい。これにより、前記負荷が蓄電装置である場合、ＳＯＣが十分に大きければ、短時間で該蓄電装置への非接触給電を完了させることができる。

さらに、前記制御部は、前記出力電力が前記最大電力値に到達した場合、前記スイッチング素子のデューティを増減させながら前記出力電力を前記最大電力値に制御し、その後、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達し、且つ、規定時間内に連続して前記直流電圧が前記目標電圧値に到達したときに、前記スイッチング素子をオフにして、前記電圧変換回路に対する制御を終了してもよい。これにより、前記負荷が蓄電装置である場合に、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの位置ずれ等に起因して、前記最大電力値が小さく設定されても、容易に該蓄電装置に対する非接触給電を行うことができる。この結果、前記１次側から取得可能な最大電力を簡単且つ効率よく前記蓄電装置に供給することができる。

上記の各発明において、前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることが好ましい。これにより、前記電圧変換回路での電力消費を抑えつつ、該電圧変換回路における前記出力電圧から前記直流電圧への電圧変換を速やかに行うことができる。

また、前記出力電力は、整流後の前記出力電圧の低下に伴って増加し、前記出力電流と前記出力電圧との積が最大となる前記最大電力動作点で前記最大電力値となり、さらに、該出力電圧を低下させると減少する垂下特性を有する。一方、整流後の前記出力電流は、前記出力電圧の増加に伴って小さくなる特性を有する。この場合、前記初期状態では、前記負荷抵抗値が略無限大となることで、前記出力電圧が最大電圧値としての無負荷電圧になると共に、前記出力電流が最小値となる。そこで、前記制御部は、前記電流領域において、前記無負荷電圧から出発し、該無負荷電圧と前記最大電力動作点に応じた出力電圧値との間で、前記電圧変換回路を制御すればよい。

前記電流領域では、前記２次側の内部抵抗の損失（銅損）が小さく、且つ、電力の利用効率が高くなる。そこで、前記無負荷電圧と前記最大電力動作点に応じた出力電圧値との間で、前記電圧変換回路を制御することにより、前記２次側での電力供給に伴う損失を低減しつつ、前記負荷への非接触給電を行うことが可能となる。また、前記１次側コイルと前記２次側コイルとの間での位置ずれの発生や、ギャップ長が大きくなること等の要因で、前記負荷に供給可能な電力が制約を受ける場合でも、与えられた制約条件の下での最大限の電力を前記負荷に供給することが可能となる。

さらに、前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、電磁誘導コイルであることが好ましい。これにより、前記負荷への電力供給を容易に制御することができる。

本発明によれば、制御手段が、負荷抵抗値を略無限大から時間経過に伴って低下させることで、２次側コイルから負荷への電力供給を制御する。従って、本発明では、１次側と２次側との間で給電情報のやりとりを行うことなく、且つ、１次電圧の制御を行うことなく、負荷への電力供給を制御することができる。すなわち、負荷への電力供給に対する制御は、１次側の状態に関わりなく、２次側で完結する。この結果、１次側コイルから非接触で２次側コイルに供給された電力を使用して、２次側での簡単な制御により、負荷への電力供給を行うことができる。

本実施形態に係る電力供給システムの回路図である。 図１の１次側コイル及び２次側コイルの等価回路を示す回路図である。 電圧変換回路に対する入力電圧、入力電流及び入力電力の関係を示すグラフである。 入力電流、入力電圧、要求電圧、入力電力及びデューティの関係を示すグラフである。 図１の電力供給システムの動作を説明するフローチャートである。 第１実施例のタイミングチャートである。 第２実施例のタイミングチャートである。 第３実施例のタイミングチャートである。 図１の電力供給システムの変形例を示す回路図である。

以下、本発明に係る電力供給システム及び電力供給方法について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

［本実施形態の構成］
本実施形態に係る電力供給システム１０は、図１に示すように、給電側である１次側１２から受電側である２次側１４に非接触給電（非接触電力伝送）を行うシステムである。

具体的に、１次側１２では、交流電源１６に対して抵抗器１８及び１次側コイル２０の直列回路が接続されている。一方、２次側１４では、２次側コイル２２に対して制御手段２４及び負荷としての二次電池２６が並列に接続されている。

制御手段２４では、２次側コイル２２から二次電池２６に向かって、整流回路２８、第１平滑回路３０、電圧変換回路３２及び第２平滑回路３４が、２次側コイル２２に対して並列に接続されている。

整流回路２８は、４つのダイオード３６から構成されるダイオードブリッジである。第１平滑回路３０は、コンデンサ３８を有する。電圧変換回路３２は、スイッチング素子としてのＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）４０、ダイオード４２及びコイル４４を有する。

この場合、ＭＯＳＦＥＴ４０及びダイオード４２の直列回路がコンデンサ３８に対して並列に接続されている。すなわち、ＭＯＳＦＥＴ４０のドレイン端子がコンデンサ３８の一端に接続され、ソース端子がダイオード４２のカソードに接続され、ダイオード４２のアノードがコンデンサ３８の他端に接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴ４０のソース端子及びダイオード４２のカソードにはコイル４４の一端が接続され、コイル４４の他端は、第２平滑回路３４を構成するコンデンサ４６の一端に接続されている。

コンデンサ４６の一端は、二次電池２６の正極に接続され、コンデンサ４６の他端は、二次電池２６の負極に接続されている。この場合、二次電池２６の負極にコンデンサ４６の他端、ダイオード４２のアノード及びコンデンサ３８の他端が接続されている。

また、制御手段２４において、コンデンサ３８の一端とＭＯＳＦＥＴ４０のドレイン端子との間には、電流センサ４８が接続されている。また、コンデンサ３８に対して並列に電圧センサ５０が接続されている。さらに、コンデンサ４６の一端と二次電池２６の正極との間には、電流センサ５２が接続されている。さらに、コンデンサ４６及び二次電池２６には、電圧センサ５４が並列に接続されている。また、制御手段２４は、ＭＯＳＦＥＴ４０の制御部としての充電制御部５６及び降圧制御部５８をさらに有する。

そして、電力供給システム１０は、例えば、図示しない電動車両に備わる蓄電装置（二次電池２６）に対する非接触給電に適用される。この場合、１次側コイル２０が給電側（地上側）のコイルであり、２次側コイル２２が電動車両側のコイルとなる。すなわち、地上側の１次側コイル２０の上方に電動車両が移動することにより、１次側コイル２０と２次側コイル２２とが所定のギャップを隔てて配置される。そして、１次側コイル２０と２次側コイル２２との間の電磁誘導により、１次側コイル２０から２次側コイル２２に非接触で電力が供給され、交流電源１６から非接触給電（非接触電力伝送）により二次電池２６を充電することができる。

上記の電磁誘導によって、自己インダクタンスＬ１を有する１次側コイル２０と、自己インダクタンスＬ２を有する２次側コイル２２との間には、相互インダクタンスＭが発生する。この場合の１次側コイル２０と２次側コイル２２との間の等価回路を図２に示す。

ここで、交流電源１６から抵抗器１８を介して１次側コイル２０に１次電流Ｉ１が流れ、１次側コイル２０に１次電圧Ｖ１が印加されている場合、２次側コイル２２には、電磁誘導に起因して、起電力としての交流電圧の２次電圧Ｖ２が発生すると共に、交流電流としての２次電流Ｉ２が流れる。そして、１次電圧Ｖ１及び１次電流Ｉ１と、２次電圧Ｖ２及び２次電流Ｉ２との間には、下記の（１）〜（３）式の関係がある。
Ｖ１＝ｊω×Ｌ１×Ｉ１−ｊω×Ｍ×Ｉ２ （１）
Ｖ２＝ｊω×Ｍ×Ｉ１−ｊω×Ｌ２×Ｉ２ （２）
Ｍ＝ｋ×（Ｌ１×Ｌ２）^1/2 （３）

なお、ｊは虚数単位であり、ωは角周波数である。また、ｋは結合係数である（ｋ＜１）。

上記の（１）式〜（３）式から、２次電圧Ｖ２は、下記（４）式で表わすことができる。また、２次側コイル２２の電力Ｐ２は、下記（５）式で表わすことができる。
Ｖ２＝ｊω×Ｉ２×｛（Ｍ²−Ｌ１×Ｌ２）／Ｌ１｝
＋Ｖ１×（Ｍ／Ｌ１） （４）
Ｐ２＝Ｖ２×Ｉ２ （５）

整流回路２８は、２次電圧Ｖ２及び２次電流Ｉ２を整流して、脈流電圧及び脈流電流にそれぞれ変換する。第１平滑回路３０は、脈流電圧及び脈流電流を平滑化することにより、起電力である直流電圧（出力電圧）Ｖｉｎ及び直流電流（出力電流）Ｉｉｎを生成する。

なお、直流電圧Ｖｉｎは、２次側コイル２２の出力電圧である２次電圧Ｖ２に応じた直流電圧であると共に、電圧変換回路３２の入力側に印加される入力電圧である。また、直流電流Ｉｉｎは、２次側コイル２２の出力電流である２次電流Ｉ２に応じた直流電流であると共に、電圧変換回路３２の入力側に流れる入力電流である。そのため、以下の説明では、直流電圧（出力電圧）Ｖｉｎを入力電圧Ｖｉｎと呼称し、直流電流（出力電流）Ｉｉｎを入力電流Ｉｉｎと呼称する場合がある。

図１において、電圧変換回路３２は、降圧チョッパであり、ＭＯＳＦＥＴ４０をオン又はオフすることにより、入力電圧Ｖｉｎを降圧する。なお、図１に示す構成の降圧チョッパは周知であるため、その詳細な説明については省略する。

入力電圧Ｖｉｎは、降圧された後、第２平滑回路３４で平滑化され、出力電圧（直流電圧）Ｖｏｕｔとして二次電池２６に供給される。また、入力電流Ｉｉｎに応じた出力電流（直流電流）Ｉｏｕｔも第２平滑回路３４から二次電池２６に流れる。この結果、二次電池２６が充電される。

電流センサ４８は、入力電流Ｉｉｎを検出し、検出した入力電流Ｉｉｎに応じた検出信号を充電制御部５６に出力する。電圧センサ５０は、入力電圧Ｖｉｎを検出し、検出した入力電圧Ｖｉｎに応じた検出信号を充電制御部５６に出力する。電流センサ５２は、出力電流Ｉｏｕｔを検出し、検出した出力電流Ｉｏｕｔに応じた検出信号を充電制御部５６に出力する。電圧センサ５４は、出力電圧Ｖｏｕｔを検出し、検出した出力電圧Ｖｏｕｔに応じた検出信号を充電制御部５６に出力する。

充電制御部５６は、入力された各検出信号（入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ、出力電圧Ｖｏｕｔ、出力電流Ｉｏｕｔ）に基づいて、二次電池２６の充電に必要な電圧値（要求電圧）及び電流値（要求電流）を算出し、算出した要求電圧及び要求電流に応じた指令信号を降圧制御部５８に出力する。

降圧制御部５８は、充電制御部５６からの指令信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ４０のゲート端子に制御信号を供給することにより、ＭＯＳＦＥＴ４０のオン又はオフを制御する。なお、降圧制御部５８は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により、ＭＯＳＦＥＴ４０のオン又はオフを制御する。ＰＷＭ制御の詳細については後述する。

前述の入力電圧Ｖｉｎ、入力電流Ｉｉｎ、及び、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとを乗じた直流電力（出力電力）Ｐｉｎ（Ｐｉｎ＝Ｖｉｎ×Ｉｉｎ）の定性的な関係を図３に示す。なお、直流電力Ｐｉｎは、電圧変換回路３２に対する入力電力であるため、以下の説明では、入力電力Ｐｉｎと呼称する場合がある。

図３において、Ｖ０は無負荷電圧である。無負荷電圧Ｖ０とは、２次側コイル２２から負荷である二次電池２６を見たときに、負荷抵抗値が略無限大であるときの入力電圧Ｖｉｎ（起電力）の値である。なお、ＭＯＳＦＥＴ４０をオフにして、ドレイン端子とソース端子との導通を遮断すれば、負荷抵抗値は略無限大となる。

ここで、１次側コイル２０と２次側コイル２２とが電磁誘導によって結合され、入力電力Ｐｉｎが二次電池２６のような負荷で消費される場合、入力電圧Ｖｉｎを無負荷電圧Ｖ０から低下させると、入力電力Ｐｉｎは増加する。入力電圧Ｖｉｎをさらに低下させると、入力電力Ｐｉｎの値は最大電力Ｐｍａｘ（最大電力値）となる。すなわち、入力電力Ｐｉｎの特性において、最大電力Ｐｍａｘでの動作点が２次側コイル２２の最大電力動作点となる。

その後、最大電力Ｐｍａｘに応じた入力電圧値Ｖｉｎｍａｘ（最大電力動作点に応じた出力電圧値）から入力電圧Ｖｉｎをさらに低下させると、入力電力Ｐｉｎは減少する。すなわち、入力電力Ｐｉｎは、入力電圧Ｖｉｎに対して放物線状に変化する垂下特性を有する。

なお、入力電圧Ｖｉｎを無負荷電圧Ｖ０から低下させることは、負荷を０から増加させることと換言することができ、一方で、負荷抵抗値を無限大から低下させることと換言することもできる。

このような入力電力Ｐｉｎの垂下特性において、任意の入力電力Ｐｉｎに応じた入力電圧Ｖｉｎの値は、最大電力Ｐｍａｘを挟んで、図３の左右両側に１つずつ、合計で２つ存在する。一方、入力電流Ｉｉｎは、入力電圧Ｖｉｎの増加に伴って小さくなる特性を有する。そのため、入力電流Ｉｉｎが小さい方が２次側１４における回路の内部抵抗による損失（銅損）が小さくなり、入力電力Ｐｉｎの利用効率が高くなる。

そこで、電力供給システム１０では、最大電力Ｐｍａｘに応じた入力電流値Ｉｉｎｍａｘ以下の電流領域、すなわち、無負荷電圧Ｖ０と入力電圧値Ｖｉｎｍａｘとの間の電圧領域において、二次電池２６に対する充電が行われる。すなわち、この電圧領域（電流領域）では、入力電流Ｉｉｎが小さく、且つ、入力電圧Ｖｉｎが高いので、負荷は小さく、且つ、負荷抵抗値が高いためである。そのため、この充電制御では、２次側コイル２２の動作点は、入力電力Ｐｉｎの垂下特性上、無負荷電圧Ｖ０と最大電力Ｐｍａｘ（入力電圧値Ｖｉｎｍａｘ）との間で変化する。

図４は、入力電流Ｉｉｎ、入力電圧Ｖｉｎ及び入力電力Ｐｉｎと、要求電圧及びＭＯＳＦＥＴ４０のデューティとの関係を示すグラフである。

前述のように、電力供給システム１０では、無負荷電圧Ｖ０と入力電圧値Ｖｉｎｍａｘとの間の電圧領域（入力電流値Ｉｉｎｍａｘ以下の電流領域）において、二次電池２６に対する充電制御が行われる。そこで、要求電圧は、この電圧領域及び電流領域に応じた、充電終止電圧Ｖｏｂｊと放電終止電圧との間に設定される。なお、図４中、要求電圧は、前記の電圧領域及び電流領域における三角形で図示した範囲内で設定される。

また、デューティについても、無負荷電圧Ｖ０で０％、入力電圧値ＶｉｎｍａｘでＸ％に設定される。従って、上記の電圧領域及び電流領域において、降圧制御部５８からＭＯＳＦＥＴ４０に供給される制御信号のデューティは、０％〜Ｘ％の範囲内で変化させることができる。なお、Ｘ％のデューティは、ＭＯＳＦＥＴ４０のオン時間Ｔｏｎの最大値Ｔｏｎｍａｘに応じたデューティである。

この場合、初期状態の無負荷電圧Ｖ０に応じた０％から、Ｘ％に向かって徐々にデューティを増加させることにより、入力電圧Ｖｉｎを無負荷電圧Ｖ０から入力電圧値Ｖｉｎｍａｘにまで変化させることができる。換言すれば、デューティを増加させることにより、２次側コイル２２から二次電池２６を見たときの負荷抵抗値（等価的なインピーダンス）を低下させることができる。このような充電制御によって、二次電池２６のＳＯＣ（充電率）を０％〜１００％の範囲内で充電することが可能となる。

［本実施形態の動作］
次に、本実施形態に係る電力供給システム１０の動作（電力供給方法）について、図５〜図８を参照しながら説明する。この動作説明では、必要に応じて、図１〜図４も参照しながら説明する。

前述のように、図１の電力供給システム１０では、電圧変換回路３２が降圧チョッパである。この場合、二次電池２６の充電電圧の最大値である充電終止電圧Ｖｏｂｊは、無負荷電圧Ｖ０と同等か、又は、それ以下の電圧値に設定される。従って、二次電池２６に対する充電制御では、出力電圧Ｖｏｕｔを充電終止電圧Ｖｏｂｊにまで上昇させることを目標とする。一方、出力電流Ｉｏｕｔの目標電流Ｉｏｂｊは、二次電池２６の充電条件によって変化する。この場合、目標電流Ｉｏｂｊは、例えば、二次電池２６を充電可能な最大電流値であることが好ましい。

そして、降圧制御部５８は、充電制御部５６からの指令信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ４０をＰＷＭ制御によりオン又はオフさせる。この場合、制御信号の周期をτとする。

図５は、電力供給システム１０の動作を示すフローチャートである。このフローチャートによる電力供給方法では、以下の３つの実施例（第１〜第３実施例）が適用可能である。

第１実施例（図６参照）では、二次電池２６の充電に用いられる出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ及び入力電力Ｐｉｎのうち、最初に、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊに到達する場合を示す。第１実施例は、ＳＯＣが低下した二次電池２６を満充電（ＳＯＣ：１００％）まで充電する場合を想定している。

第２実施例（図７参照）では、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ及び入力電力Ｐｉｎのうち、最初に、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに達する場合を示す。第２実施例は、満充電に近い二次電池２６を充電する場合を想定している。

第３実施例（図８参照）では、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ及び入力電力Ｐｉｎのうち、最初に、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに達する場合を示す。第３実施例は、１次側コイル２０と２次側コイル２２との位置ずれや、ギャップ長が大きいこと等によって、最大電力Ｐｍａｘが低く設定される場合を想定している。

なお、第１〜第３実施例は、本実施形態の一例であり、実際には、出力電流Ｉｏｕｔ及び出力電圧Ｖｏｕｔのうち、どちらが目標値に最初に到達するか、あるいは、入力電力Ｐｉｎが最初に最大電力Ｐｍａｘに到達するかは、充電制御時における二次電池２６の状態や、１次側コイル２０と２次側コイル２２との間の結合状態（結合係数ｋの大きさ）等によって異なることに留意する。

［第１実施例］
第１実施例について、図５及び図６を参照しながら説明する。

先ず、二次電池２６を充電すべく、給電側（１次側１２）と受電側（２次側１４）とが所定の位置に設定され、１次側コイル２０と２次側コイル２２とが所定のギャップ長を隔てて配置される。

次に、図６の時点ｔ０で、１次側１２の図示しないスイッチがオンされることにより、交流電源１６から抵抗器１８を介して１次側コイル２０に交流電力が供給される。これにより、１次側コイル２０と２次側コイル２２との間の電磁誘導によって、２次側コイル２２に２次電圧Ｖ２が発生し、交流電力が発生する。この結果、２次側１４での内部制御による二次電池２６への電力供給（充電）が可能となる。

この場合、時点ｔ０前の図５のステップＳ１において、充電制御部５６は、最初に、オン時間Ｔｏｎを０に設定する指令信号を降圧制御部５８に供給する。降圧制御部５８は、指令信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ４０をオフに維持する。これにより、電圧変換回路３２の入力側と出力側との接続が遮断され、２次側コイル２２から二次電池２６を見たときの負荷抵抗値は、無限大となる。すなわち、二次電池２６との接続が開放された無負荷状態となる。なお、ステップＳ１の処理によって設定された無負荷状態が電力供給システム１０の初期状態である。

次のステップＳ２において、充電制御部５６は、電圧センサ５４から出力電圧Ｖｏｕｔを取得すると共に、電流センサ５２から出力電流Ｉｏｕｔを取得する。ステップＳ３において、充電制御部５６は、電圧センサ５０から入力電圧Ｖｉｎを取得すると共に、電流センサ４８から入力電流Ｉｉｎを取得する。そして、ステップＳ４において、充電制御部５６は、入力電圧Ｖｉｎと入力電流Ｉｉｎとを乗算して入力電力Ｐｉｎを算出する。

次のステップＳ５において、充電制御部５６は、ステップＳ４で算出された今回の入力電力Ｐｉｎが、前回の入力電力Ｐｉｎの値（以下、前回値Ｐｉｎｏｌｄともいう。）より大きいか否かを判定する。

今回の入力電力Ｐｉｎが前回値Ｐｉｎｏｌｄよりも大きい場合（ステップＳ５：ＹＥＳ、Ｐｉｎ＞Ｐｉｎｏｌｄ）、次のステップＳ６において、充電制御部５６は、前回の充電制御処理で、ＭＯＳＦＥＴ４０のデューティを増加させる制御（以下、デューティアップ制御という。）を実行したか否かを判定する。すなわち、ステップＳ６において、充電制御部５６は、前回の充電制御処理で、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけインクリメントする後述のステップＳ９の処理が実行されたか否かを判定する。

なお、単位時間Δτとは、オン時間Ｔｏｎを変更する場合の最小単位時間であり、例えば、オン時間Ｔｏｎが、０を含めてｎ段階に変更可能であるときは、 Δτ＝τ／（ｎ−１）とする。

ステップＳ６の判定結果が肯定的であれば（ステップＳ６：ＹＥＳ）、充電制御部５６は、次のステップＳ７において、出力電圧Ｖｏｕｔが目標電圧としての充電終止電圧Ｖｏｂｊより低いか否かを判定する。

時点ｔ０では、Ｖｏｕｔ＜Ｖｏｂｊであるため（ステップＳ７：ＹＥＳ）、充電制御部５６は、次のステップＳ８において、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊより小さいか否かを判別する。

時点ｔ０では、Ｉｏｕｔ＜Ｉｏｂｊであるため（ステップＳ８：ＹＥＳ）、充電制御部５６は、次のステップＳ９において、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτ だけインクリメントする。この場合、制御手段２４は、フィードバック制御の構成となっているため、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけインクリメントすることは、負荷抵抗値を初期状態の無限大から減少させるように制御することを意味する。つまり、図５のフローチャートは、時間経過に伴って負荷抵抗値が減少するように、二次電池２６に対して充電制御を行う処理内容となっている。

次のステップＳ１０において、充電制御部５６は、今回の入力電力（今回値）Ｐｉｎを前回値Ｐｉｎｏｌｄに設定する。そして、ステップＳ１１において、充電制御部５６は、二次電池２６に対する充電制御を終了すべきか否かを判定する。

充電制御を継続する場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、充電制御部５６は、ステップＳ９でインクリメントしたオン時間Ｔｏｎに応じた指令信号を降圧制御部５８に出力する。降圧制御部５８は、充電制御部５６からの指令信号に基づき、オン時間Ｔｏｎに応じたデューティの制御信号をＭＯＳＦＥＴ４０のゲート端子に供給し、ＭＯＳＦＥＴ４０をオン又はオフさせる。その後、ステップＳ２の処理に戻る。すなわち、ステップＳ１１で充電制御の終了が判定されるまで（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ２〜Ｓ１０の処理が繰り返し実行される。

このように、ステップＳ２〜Ｓ１０の処理が繰り返し実行されることで、図６に示すように、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ、入力電力Ｐｉｎ及びデューティ（オン時間Ｔｏｎ）は、時点ｔ０から時間経過に伴って、それぞれ増加する。

そして、時点ｔ０から時間Ｔ１経過した時点ｔ１において、最初に、出力電流 Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊに到達する。なお、目標電流Ｉｏｂｊは、前述のように、例えば、二次電池２６に対して充電可能な最大電流値であることが好ましい。

これにより、ステップＳ８で否定的な判定結果となるため（ステップＳ８：ＮＯ、Ｉｏｕｔ≧Ｉｏｂｊ）、次のステップＳ１２において、充電制御部５６は、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけデクリメントする。次のステップＳ１３において、充電制御部５６は、デクリメント後のオン時間Ｔｏｎが負の値になるか否かを判定する。

通常、Ｔｏｎ＞０であるため（ステップＳ１３：ＮＯ）、充電制御部５６は、ステップＳ１０、Ｓ１１の処理を実行してステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理を再度実行する。

つまり、時点ｔ１で出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊに到達した場合、オン時間Ｔｏｎのインクリメント（ステップＳ９）又はデクリメント（ステップＳ１２）の処理が繰り返し行われることにより、出力電流Ｉｏｕｔは、目標電流Ｉｏｂｊで一定となるように制御される。このような制御に伴って、ＳＯＣ及び出力電圧Ｖｏｕｔは、時間経過に伴って徐々に増加する。同時に、入力電力Ｐｉｎも最大電力Ｐｍａｘに向かって増加する。また、デューティは、時間経過に伴って僅かに増加する。

時点ｔ１から時間Ｔ２経過した時点ｔ２で、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに到達する。この場合、Ｐｉｎ＝Ｐｉｎｏｌｄであるため、ステップＳ５で否定的な判定結果となる。そこで、次のステップＳ１４において、充電制御部５６は、前回の処理でデューティアップ制御が実行されたか否かを判断する。

前回の処理がデューティアップ制御である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、充電制御部５６は、ステップＳ１２を実行して、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけデクリメントする。一方、前回の処理がデューティアップ制御でない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、充電制御部５６は、ステップＳ７、Ｓ８の判定処理を実行した後にステップＳ９を実行し、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけインクリメントする。

ステップＳ９又はステップＳ１２の処理を実行した後、充電制御部５６は、ステップＳ１０、Ｓ１１の処理を実行してステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理を再度実行する。

つまり、時点ｔ２で入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに到達した場合、オン時間Ｔｏｎのインクリメント（ステップＳ９）又はデクリメント（ステップＳ１２）の処理が繰り返し行われることにより、入力電力Ｐｉｎは、最大電力Ｐｍａｘで一定となるように制御される。この制御に伴って、ＳＯＣ及び出力電圧Ｖｏｕｔは、時間経過に伴って徐々に増加し、一方で、出力電流Ｉｏｕｔは徐々に減少する。また、デューティは、時間経過に伴って僅かに減少する。

時点ｔ２から時間Ｔ３経過した時点ｔ３において、出力電圧Ｖｏｕｔは、二次電池２６の制御目標（目標電圧）である充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達する。この場合、ステップＳ７で否定的な判定結果となるため（ステップＳ７：ＮＯ、Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｂｊ）、次のステップＳ１２において、充電制御部５６は、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけデクリメントする。その後、充電制御部５６は、ステップＳ１３、Ｓ１０、Ｓ１１の処理を順に実行してステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理を再度実行する。

但し、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達しているため、次回以降の処理でも、ステップＳ７では否定的な判定結果となる（ステップＳ７：ＮＯ）。従って、予め定めた規定時間中、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達する毎にステップＳ１２のデクリメントの処理が行われる。この結果、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに連続して到達し、ステップＳ１３で肯定的な判定結果となった場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、次のステップＳ１５において、充電制御部５６は、二次電池２６の充電が完了したと判断し、オン時間Ｔｏｎを０に設定する。

その後、充電制御部５６は、ステップＳ１０、Ｓ１１の処理を実行し（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、Ｔｏｎ＝０を示す指令信号を降圧制御部５８に出力する。降圧制御部５８は、指令信号に基づいて、デューティが０の制御信号をＭＯＳＦＥＴ４０に供給して、該ＭＯＳＦＥＴ４０をオフさせる。

従って、上述のオン時間Ｔｏｎに対するデクリメントの処理により、時点ｔ３から出力電流Ｉｏｕｔ、入力電力Ｐｉｎ及びデューティは、時間経過に伴って減少し、時点ｔ３から時間Ｔ４経過した時点ｔ４で、それぞれ０となる。

なお、第１実施例において、図５のステップＳ６が否定的な判定結果である場合（ステップＳ６：ＮＯ）は、入力電力Ｐｉｎは増加しているが、デューティアップ制御を前回実行していないケースである。このケースは、図３の入力電力Ｐｉｎの垂下特性において、最大電力Ｐｍａｘを挟んで、左右の両側に１つずつ存在する入力電力Ｐｉｎに応じた２つの起電力（入力電圧Ｖｉｎ）のうち、入力電圧値Ｖｉｎｍａｘよりも低圧側に入力電圧Ｖｉｎが存在している（動作点が移動している）場合である。

そこで、充電制御部５６は、ステップＳ１２において、オン時間Ｔｏｎをデクリメントすることにより、入力電圧Ｖｉｎを入力電圧値Ｖｉｎｍａｘよりも高圧側に戻す制御を実行する。

また、ステップＳ５でＰｉｎ≦Ｐｉｎｏｌｄ（ステップＳ５：ＮＯ）であり、且つ、ステップＳ１４の判定処理により否定的な判定結果（ステップＳ１４：ＮＯ）が得られた場合、充電制御部５６は、デューティアップ制御を前回実行しないことで、入力電力Ｐｉｎが減少していると判断する。その後、充電制御部５６は、ステップＳ７以降で出力電圧Ｖｏｕｔ等に応じたフィードバック制御を実行する。

一方、ステップＳ１４で肯定的な判定結果（ステップＳ１４：ＹＥＳ）が得られた場合、充電制御部５６は、デューティアップ制御を前回実行したことで、入力電力Ｐｉｎが減少し、入力電圧Ｖｉｎが入力電圧値Ｖｉｎｍａｘよりも低圧側に移動していると判断する。そして、充電制御部５６は、ステップＳ１２でオン時間Ｔｏｎをデクリメントし、入力電圧Ｖｉｎを高圧側に戻すフィードバック制御を行う。

［第２実施例］
次に、第２実施例について、図５及び図７を参照しながら説明する。なお、第１実施例と共通する処理については、説明を省略するか、又は、説明を簡略化する。また、第２実施例は、前述のように、満充電（ＳＯＣ：１００％）に近い状態で二次電池２６への充電が行われるため、第１実施例と比較して、二次電池２６の充電時間が短いことに留意する。

第２実施例でも、１次側コイル２０と２次側コイル２２とをギャップ長を隔てて配置し、図７の時点ｔ５で１次側１２の図示しないスイッチがオンされることに起因して、２次側１４の内部制御による二次電池２６への電力供給が可能となる。

この場合も、第１実施例と同様に、ステップＳ１でオン時間Ｔｏｎを０に設定し、その後、ステップＳ２〜Ｓ１１の処理を繰り返し行うことにより、時点ｔ５から時間経過に伴って、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ、入力電力Ｐｉｎ及びデューティ（オン時間Ｔｏｎ）が増加する。

但し、第２実施例では、時点ｔ５から時間Ｔ５経過した時点ｔ６で、最初に、出力電圧Ｖｏｕｔが二次電池２６の制御目標（目標電圧）である充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達する。

この場合、ステップＳ７で否定的な判定結果となるため（ステップＳ７：ＮＯ、Ｖｏｕｔ＝Ｖｏｂｊ）、充電制御部５６は、次のステップＳ１２において、オン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけデクリメントする。次に、充電制御部５６は、ステップＳ１３の判定処理を行う。通常は、Ｔｏｎ＞０であるため（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１０、Ｓ１１を経て、ステップＳ２の処理に戻る。

このように、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達すると、オン時間Ｔｏｎのインクリメント（ステップＳ９）又はデクリメント（ステップＳ１２）の処理が繰り返し行われ、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊで一定となるように制御される。

その後、予め定めた規定時間中、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに連続して到達し、Ｔｏｎ＜０となった場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、充電制御部５６は、二次電池２６に対する充電が完了したと判断する。この結果、ステップＳ１５でオン時間Ｔｏｎが０に設定され、ステップＳ１１で充電終了と判定される（ステップＳ１１：ＹＥＳ）。

なお、第２実施例において、ステップＳ６で否定的な判定結果が得られた場合や、ステップＳ５でＰｉｎ＜Ｐｉｎｏｌｄと判定された場合のその後の処理は、第１実施例と同様である。また、図７では、時点ｔ６から時点ｔ７までの時間Ｔ６において、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊで一定となるように制御される。また、時点ｔ７からオン時間Ｔｏｎに対するデクリメントの処理が実行され、時点ｔ７から時間Ｔ７経過した時点ｔ８で二次電池２６に対する充電が終了する。

［第３実施例］
次に、第３実施例について、図５及び図８を参照しながら説明する。なお、第１実施例及び第２実施例と共通する処理については、説明を省略するか、又は、説明を簡略化する。また、第３実施例は、前述のように、１次側コイル２０と２次側コイル２２との位置ずれや、ギャップ長が大きいこと等によって、最大電力Ｐｍａｘが低い値に制限されていることから、第１実施例及び第２実施例よりも時間をかけて二次電池２６を充電する必要があることに留意する。

第３実施例でも、第１実施例及び第２実施例と同様に、１次側コイル２０と２次側コイル２２とをギャップ長を隔てて配置した状態で、図８の時点ｔ９で１次側１２の図示しないスイッチがオンされることに起因して、２次側１４の内部制御による二次電池２６への電力供給が可能となる。また、第１実施例及び第２実施例と同様に、ステップＳ１でオン時間Ｔｏｎを０に設定し、その後、ステップＳ２〜Ｓ１１の処理を繰り返し行うことにより、時点ｔ９から時間経過に伴って、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ、入力電力Ｐｉｎ及びデューティ（オン時間Ｔｏｎ）が増加する。

但し、第３実施例では、時点ｔ９から時間Ｔ８経過した時点ｔ１０で、最初に、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに到達する。

この場合、ステップＳ５で否定的な判定結果となるため（ステップＳ５：ＮＯ、Ｐｉｎ＝Ｐｉｎｏｌｄ）、充電制御部５６は、次のステップＳ１４でデューティアップ制御を前回実行したか否かを判定する。

ステップＳ１４で否定的な判定結果（ステップＳ１４：ＮＯ）が得られた場合、充電制御部５６は、ステップＳ７、Ｓ８の処理後、ステップＳ９でオン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけインクリメントする処理を行う。一方、ステップＳ１４で肯定的な判定結果（ステップＳ１４：ＹＥＳ）が得られた場合、充電制御部５６は、ステップＳ１２でオン時間Ｔｏｎを単位時間Δτだけデクリメントする処理を行う。この結果、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘで一定となるように制御される。

このような制御により、時点ｔ１０以降、時間経過に伴って、ＳＯＣ及び出力電圧Ｖｏｕｔは徐々に増加し、一方で、出力電流Ｉｏｕｔは徐々に減少する。また、デューティは、時間経過に伴って僅かに減少する。そして、時点ｔ１０から時間Ｔ９経過した時点ｔ１１で、出力電圧Ｖｏｕｔは、充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達する。

この場合、予め定めた規定時間中、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに連続して到達し、Ｔｏｎ＜０となった場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、充電制御部５６は、二次電池２６に対する充電が完了したと判断する。この結果、ステップＳ１５でオン時間Ｔｏｎが０に設定され、ステップＳ１１で充電終了と判定される（ステップＳ１１：ＹＥＳ）。

なお、第３実施例において、ステップＳ６で否定的な判定結果が得られた場合や、ステップＳ５でＰｉｎ＜Ｐｉｎｏｌｄと判定された場合のその後の処理は、第１実施例と同様である。また、図８では、時点ｔ１１からオン時間Ｔｏｎに対するデクリメントの処理が行われ、時点ｔ１１から時間Ｔ１０経過した時点ｔ１２において、二次電池２６に対する充電が終了する。

［本実施形態の変形例］
本実施形態に係る電力供給システム１０の変形例を図９に示す。この変形例では、電圧変換回路３２が昇圧チョッパであり、ＭＯＳＦＥＴ４０のオン又はオフを制御する制御部が充電制御部５６及び昇圧制御部６０である点で、図１の構成とは異なる。

この場合、昇圧チョッパとしての電圧変換回路３２は、第１平滑回路３０からの入力電圧Ｖｉｎを昇圧する。昇圧チョッパについては、周知であるため、その詳細な説明については省略する。

また、昇圧制御部６０は、充電制御部５６からの指令信号に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ４０のオン又はオフを制御する。この場合、昇圧制御部６０は、ＰＷＭ制御によりＭＯＳＦＥＴ４０を制御する。

この変形例においても、図１の構成と同様に、入力電力Ｐｉｎは、図３の垂下特性を有する。また、二次電池２６に対する充電制御では、図２及び図３に示すように、無負荷電圧Ｖ０と入力電圧値Ｖｉｎｍａｘとの間の電圧領域及び電流領域で制御が行われる。

但し、この変形例では、電圧変換回路３２が昇圧チョッパであるため、放電終止電圧は、無負荷電圧Ｖ０以上となるように設計されている。それ以外の構成及び動作は、図１の場合と同様であるため、詳細な説明は、省略する。

なお、この変形例では、コイル４４と二次電池２６の正極との間にダイオード４２が接続されている。これにより、電圧変換回路３２が昇圧動作を停止している状態での二次電池２６からの逆流が防止され、二次電池２６の不用意な放電を阻止することができる。

［本実施形態の効果］
本実施形態に係る電力供給システム１０及び電力供給方法によれば、制御手段２４が負荷抵抗値を初期状態の略無限大から時間経過に伴って低下させることで、２次側コイル２２から負荷としての二次電池２６への電力供給を制御する。従って、本実施形態では、１次側１２と２次側１４との間で給電情報のやりとりを行うことなく、且つ、１次電圧Ｖ１の制御を行うことなく、二次電池２６への電力供給を制御することができる。すなわち、二次電池２６への電力供給に対する制御は、１次側１２の状態に関わりなく、２次側１４で完結する。この結果、１次側コイル２０から非接触で２次側コイル２２に供給された電力を使用して、２次側１４での簡単な制御により、二次電池２６への電力供給を行うことができる。

そのため、本実施形態では、２次側１４から１次側１２へのフィードバック手段（通信装置等）が不要である。また、通信装置を備えることによる１次側１２と２次側１４との間での互換性の確保や、互換性確保のためのインターオペラビリティテストも不要となる。このように、互換性確保のための多くのプロセスが不要となる。従って、本実施形態では、電力供給システム１０のコストを削減することができる。

また、制御手段２４では、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊと略一致し、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊと略一致し、及び／又は、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘと略一致するようなフィードバック制御を行うことにより、二次電池２６に対する電力供給の制御を容易に行うことができる。この結果、１次側１２から取得可能な電力を効率よく取り出す制御を行うことができる。

この場合、出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ及び入力電力Ｐｉｎのうち、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊに最初に到達するか、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに最初に到達するか、又は、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに最初に到達した場合、制御手段２４では、最初に到達した出力電流Ｉｏｕｔ、出力電圧Ｖｏｕｔ又は入力電力Ｐｉｎを、目標電流Ｉｏｂｊ、充電終止電圧Ｖｏｂｊ又は最大電力Ｐｍａｘに制御した状態で、二次電池２６への電力供給を継続する。これにより、二次電池２６を容易に充電することが可能となる。

また、初期状態ではスイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴ４０をオフにすることで負荷抵抗値を略無限大とし、その後、単位時間Δτ毎にＭＯＳＦＥＴ４０のオン時間Ｔｏｎを増加させることにより、負荷抵抗値を漸減させるので、二次電池２６に対する電力供給を容易に行うことができる。

具体的に、図６の第１実施例では、出力電流Ｉｏｕｔが目標電流Ｉｏｂｊに到達した場合、ＭＯＳＦＥＴ４０のデューティを増減させながら出力電流Ｉｏｕｔを目標電流Ｉｏｂｊに制御し、その後、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに到達すると、デューティを増減させながら入力電力Ｐｉｎを最大電力Ｐｍａｘに制御する。さらに、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達し、且つ、規定時間内に連続して出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達したときに、ＭＯＳＦＥＴ４０をオフにして、電圧変換回路３２に対する制御を終了する。これにより、二次電池２６のＳＯＣが低い場合には、容易に二次電池２６への非接触給電を行って、充電を完了させることができる。

また、図７の第２実施例では、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達した場合、ＭＯＳＦＥＴ４０のデューティを増減させながら出力電圧Ｖｏｕｔを充電終止電圧Ｖｏｂｊに制御し、その後、出力電圧Ｖｏｕｔが規定時間内に連続して充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達したときに、ＭＯＳＦＥＴ４０をオフにして、電圧変換回路３２に対する制御を終了する。これにより、ＳＯＣが十分に大きければ、短時間で二次電池２６への非接触給電を完了させることができる。

さらに、図８の第３実施例では、入力電力Ｐｉｎが最大電力Ｐｍａｘに到達した場合、ＭＯＳＦＥＴ４０のデューティを増減させながら入力電力Ｐｉｎを最大電力Ｐｍａｘに制御し、その後、出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達し、且つ、規定時間内に連続して出力電圧Ｖｏｕｔが充電終止電圧Ｖｏｂｊに到達したときに、ＭＯＳＦＥＴ４０をオフにして、電圧変換回路３２に対する制御を終了する。これにより、１次側コイル２０と２次側コイル２２との位置ずれ等に起因して、最大電力Ｐｍａｘが小さく設定されても、容易に二次電池２６に対して非接触給電を行うことができる。この結果、１次側１２から取得可能な最大電力を簡単且つ効率よく二次電池２６に供給することができる。

また、電圧変換回路３２がＭＯＳＦＥＴ４０を有することにより、電圧変換回路３２での電力消費を抑えつつ、該電圧変換回路３２における入力電圧Ｖｉｎから出力電圧Ｖｏｕｔへの電圧変換を速やかに行うことができる。

また、無負荷電圧Ｖ０と入力電圧値Ｖｉｎｍａｘとの間の電圧領域（電流領域）では、２次側１４の内部抵抗の損失が小さく、且つ、電力の利用効率が高くなる。そこで、この領域で電圧変換回路３２を制御することにより、２次側１４での電力供給に伴う損失を低減しつつ、二次電池２６への非接触給電を行うことが可能となる。また、１次側コイル２０と２次側コイル２２との位置ずれの発生や、ギャップ長が大きくなること等の要因で、二次電池２６に供給可能な電力が制約を受ける場合でも、与えられた制約条件の下で最大限の電力を二次電池２６に供給することが可能となる。

さらに、１次側コイル２０及び２次側コイル２２は、電磁誘導コイルであるため、二次電池２６への電力供給を容易に制御することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

１０…電力供給システム １２…１次側
１４…２次側 １６…交流電源
１８…抵抗器 ２０…１次側コイル
２２…２次側コイル ２４…制御手段
２６…二次電池 ２８…整流回路
３０…第１平滑回路 ３２…電圧変換回路
３４…第２平滑回路 ３６、４２…ダイオード
３８、４６…コンデンサ ４０…ＭＯＳＦＥＴ
４４…コイル ４８、５２…電流センサ
５０、５４…電圧センサ ５６…充電制御部
５８…降圧制御部 ６０…昇圧制御部

Claims (9)

1. １次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給システムにおいて、
   前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられ、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記２次側コイルの出力電圧及び出力電流を整流する整流回路と、整流後の前記出力電圧に対して電圧変換を行い、変換後の前記出力電圧である直流電圧を前記負荷に供給する電圧変換回路と、前記電圧変換回路を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記２次側コイルから前記負荷に流れる出力電流が該２次側コイルの最大電力動作点に対応する電流値以下の電流領域において、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値が略無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って前記負荷抵抗値が低下するように、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御し、
   且つ前記制御部は、前記電圧変換回路から前記負荷に流れる直流電流の目標電流値、前記直流電圧の目標電圧値、及び整流後の前記出力電圧と前記出力電流を乗じた出力電力の最大電力値を設定し、
   前記直流電圧が前記目標電圧値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電流が前記目標電流値に到達した場合には、前記直流電流が前記目標電流値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、
   前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電圧が前記目標電圧値に到達した場合には、前記直流電圧が前記目標電圧値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、
   前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記直流電圧が前記目標電圧値に到達するよりも先に前記出力電力が前記最大電力値に到達した場合には、前記出力電力が前記最大電力値で一定となるように前記電圧変換回路を制御することを特徴とする電力供給システム。
2. 請求項１記載の電力供給システムにおいて、
   前記電圧変換回路は、スイッチング素子を含み構成され、
   前記制御部は、前記初期状態では前記スイッチング素子をオフにすることで前記負荷抵抗値を略無限大とし、その後、所定の単位時間毎に前記スイッチング素子のオン時間を増加させることにより、前記負荷抵抗値を漸減させることを特徴とする電力供給システム。
3. 請求項２記載の電力供給システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記直流電流が前記目標電流値に到達した場合、前記スイッチング素子のデューティを増減させながら前記直流電流を前記目標電流値に制御し、
   その後、前記出力電力が前記最大電力値に到達したときに、前記デューティを増減させながら前記出力電力を前記最大電力値に制御し、
   さらに、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達し、且つ、規定時間内に連続して前記直流電圧が前記目標電圧値に到達したときに、前記スイッチング素子をオフにして、前記電圧変換回路に対する制御を終了することを特徴とする電力供給システム。
4. 請求項２記載の電力供給システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記直流電圧が前記目標電圧値に到達した場合、前記スイッチング素子のデューティを増減させながら前記直流電圧を前記目標電圧値に制御し、
   その後、前記直流電圧が規定時間内に連続して前記目標電圧値に到達したときに、前記スイッチング素子をオフにして、前記電圧変換回路に対する制御を終了することを特徴とする電力供給システム。
5. 請求項２記載の電力供給システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記出力電力が前記最大電力値に到達した場合、前記スイッチング素子のデューティを増減させながら前記出力電力を前記最大電力値に制御し、
   その後、前記直流電圧が前記目標電圧値に到達し、且つ、規定時間内に連続して前記直流電圧が前記目標電圧値に到達したときに、前記スイッチング素子をオフにして、前記電圧変換回路に対する制御を終了することを特徴とする電力供給システム。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記スイッチング素子は、電界効果トランジスタであることを特徴とする電力供給システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記出力電力は、整流後の前記出力電圧の低下に伴って増加し、前記出力電流と前記出力電圧との積が最大となる前記最大電力動作点で前記最大電力値となり、さらに、該出力電圧を低下させると減少する垂下特性を有し、
   整流後の前記出力電流は、前記出力電圧の増加に伴って小さくなる特性を有し、
   前記初期状態では、前記負荷抵抗値が略無限大となることで、前記出力電圧が最大電圧値としての無負荷電圧になると共に、前記出力電流が最小値となり、
   前記制御部は、前記電流領域において、前記無負荷電圧から出発し、該無負荷電圧と前記最大電力動作点に応じた出力電圧値との間で、前記電圧変換回路を制御することを特徴とする電力供給システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
   前記１次側コイル及び前記２次側コイルは、電磁誘導コイルであることを特徴とする電力供給システム。
9. １次側の電源に接続された１次側コイルと、２次側の負荷に接続された２次側コイルとがギャップを隔てて配置され、前記１次側コイルから前記２次側コイルに非接触で電力を供給する電力供給方法において、
   前記２次側コイルと前記負荷との間に設けられた制御手段により、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御し、
   前記制御手段は、前記２次側コイルの出力電圧及び出力電流を整流する整流回路と、整流後の前記出力電圧に対して電圧変換を行い、変換後の前記出力電圧である直流電圧を前記負荷に供給する電圧変換回路と、前記電圧変換回路を制御する制御部とを有し、
   前記制御部により、前記２次側コイルから前記負荷に流れる出力電流が該２次側コイルの最大電力動作点に対応する電流値以下の電流領域において、前記２次側コイルから前記負荷を見たときの負荷抵抗値が略無限大となる初期状態から出発し、時間経過に伴って該負荷抵抗値が低下するように、前記２次側コイルから前記負荷への電力供給を制御し、
   且つ前記制御部は、前記電圧変換回路から前記負荷に流れる直流電流の目標電流値、前記直流電圧の目標電圧値、及び整流後の前記出力電圧と前記出力電流を乗じた出力電力の最大電力値を設定し、
   前記直流電圧が前記目標電圧値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電流が前記目標電流値に到達した場合には、前記直流電流が前記目標電流値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、
   前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記出力電力が前記最大電力値に到達するよりも先に前記直流電圧が前記目標電圧値に到達した場合には、前記直流電圧が前記目標電圧値で一定となるように前記電圧変換回路を制御し、
   前記直流電流が前記目標電流値に到達する又は前記直流電圧が前記目標電圧値に到達するよりも先に前記出力電力が前記最大電力値に到達した場合には、前記出力電力が前記最大電力値で一定となるように前記電圧変換回路を制御することを特徴とする電力供給方法。

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