WO2016006470A1 - 送電機器及び非接触電力伝送装置 - Google Patents
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- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
Definitions
- the power transmitter 13 and the power receiver 23 have the same configuration, and both are configured to be capable of magnetic field resonance.
- the power transmission device 13 has a resonant circuit which consists of the primary side coil 13a and the primary side capacitor 13b which were mutually connected in parallel.
- the power receiver 23 has a resonant circuit composed of a secondary coil 23a and a secondary capacitor 23b connected in parallel to each other. The resonant frequencies of both resonant circuits are set identical.
- the AC power supply 12 of the present embodiment is configured to be able to cope with the fluctuation of the power supply load impedance Z.
- the AC power supply 12 converts the system power into AC power when the system power as external power is input from the system power supply E as an infrastructure, and outputs the AC power.
- the first power supply unit 31 and the second power supply unit 32 are provided.
- the first power supply unit 31 receives the first AC / DC converter 41 for converting the system power into DC power of a predetermined voltage value, and the DC power converted by the first AC / DC converter 41.
- a first DC / AC converter 51 for converting the DC power into AC power.
- the first high voltage switching element Qv1 is formed of, for example, an n-type power MOSFET, and the drain thereof is connected to a connection line between the high voltage coil L1 and the high voltage diode D1.
- the source of the first high voltage switching element Qv1 is connected to the second input end of the AC power supply 12 via the high voltage rectification circuit 41a, and the second output end (-end of the first AC / DC converter 41). )It is connected to the.
- the high voltage capacitor C1 is provided downstream of the high voltage diode D1 and is connected in parallel to the high voltage diode D1.
- the rated voltage value of the first AC / DC converter 41 is higher than the rated voltage value of the second AC / DC converter 42, and the rated current value of the second AC / DC converter 42 is the first AC / DC converter 41. It is set higher than the rated current value of.
- the rated voltage value of the first DC / AC converter 51 is higher than the rated voltage value of the second DC / AC converter 52, and the rated current value of the second DC / AC converter 52 is the first DC / AC converter 51. It is set higher than the rated current value of. The same applies to the high voltage coil L1 and the high current coil L2, and the high voltage capacitor C1 and the high current capacitor C2.
- the power transmission device 11 includes an impedance measuring device 70 that measures the power supply load impedance Z.
- the impedance measuring device 70 measures values such as the output voltage value and the output current value of the AC power supply 12, and measures or calculates the power supply load impedance Z from the measurement results. Also, the impedance measuring device 70 transmits the measurement result to the power transmission side controller 14. Thus, the power transmission controller 14 can grasp the power supply load impedance Z.
- the power transmission controller 14 uses the second AC / DC converter 42 as the input destination of the grid power, and the input source of the AC power to the power transmitter 13 Is controlled to be the second DC / AC converter 52.
- each switching relay 61, 62 is temporarily omitted, each AC / DC converter 41, 42 is always connected to the system power source E, and each DC / AC converter 51, 52 is always connected to the power transmitter 13.
- AC power output from one power supply unit may be input to the other power supply unit. That is, AC power may be input from the former power supply unit to the latter power supply unit.
- a case may occur where AC power having the same voltage value as the first rated voltage value V1 is input to the second power supply unit 32. Then, problems such as occurrence of an abnormality in the latter power supply unit and deterioration of elements constituting the power supply unit may occur.
- the switching relays 61 and 62 can electrically shut off the other power supply unit while the one power supply unit is in use, so that the above-mentioned inconvenience can be suppressed.
- the above embodiment may be modified as follows.
- the first rated current value I1 may be set higher than the minimum current value for outputting the charging power under the condition that the power supply load impedance Z is the threshold impedance Zth.
- the second rated voltage value V2 may be set higher than the minimum voltage value for outputting the charging power under the condition that the power supply load impedance Z is the threshold impedance Zth.
- the range of the power supply load impedance Z capable of outputting the charging power becomes wide regardless of which of the first power supply unit 31 and the second power supply unit 32 is selected.
- the power transmission controller 14 outputs charging power even when the output voltage value of the AC power supply 12 or the output voltage value of the second AC / DC converter 42 reaches the second rated voltage value V2. If not, the charging power may be output using the first power supply unit 31 instead of the second power supply unit 32.
- the power transmission side controller 14 selects the second power supply unit 32 as a power supply unit used to output the test power from the AC power supply 12.
- the present invention is not limited to this. You may choose.
- the first switching relay 61 is provided between the AC / DC converter 80 and each of the DC / AC converters 51 and 52, and the output destination of the DC power converted by the AC / DC converter 80 is , Switching to the first DC / AC converter 51 or the second DC / AC converter 52.
- the first power supply unit 31 is configured of an AC / DC converter 80 and a first DC / AC converter 51.
- the second power supply unit 32 includes an AC / DC converter 80 and a second DC / AC converter 52.
- the AC / DC converters 41, 42, and 80 may be omitted.
- the first power supply unit 31 is a first DC / AC converter 51
- the second power supply unit 32 is a second DC / AC converter 52.
- the power transmitter 13 may have a resonant circuit including the primary coil 13a and the primary capacitor 13b, and a primary coupling coil coupled to the resonant circuit by electromagnetic induction.
- the power receiver 23 may have a resonant circuit including a secondary coil 23a and a secondary capacitor 23b, and a secondary coupling coil coupled to the resonant circuit by electromagnetic induction.
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Abstract
送電機器は、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源と、交流電力が入力される1次側コイルとを備える。交流電源は第1電源部及び第2電源部を備える。第1電源部及び第2電源部の各々は、外部電力が入力された場合に当該外部電力を交流電力に変換して出力するように構成される。第1電源部の定格電圧値は、第2電源部の定格電圧値よりも高い。第2電源部の定格電流値は、第1電源部の定格電流値よりも高い。第1電源部又は第2電源部のいずれかが、外部電力が入力され、且つ、1次側コイルに向けて交流電力を出力する電源部として選択される。
Description
本発明は、送電機器及び非接触電力伝送装置に関する。
電源コード及び送電ケーブルを用いない非接触電力伝送装置が知られている。非接触電力伝送装置は、例えば、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源、及び、交流電力が入力される1次側コイルを有する送電機器と、1次側コイルから非接触で交流電力を受電するように構成された2次側コイルを有する受電機器とを備えている。例えば特許文献1の非接触電力伝送装置においては、1次側コイルと2次側コイルとが磁場共鳴することにより、送電機器から受電機器に非接触で交流電力が伝送される。
交流電源の出力電力値は、1次側コイルの入力インピーダンスに依存する。当該1次側コイルの入力インピーダンスは、例えば1次側コイルと2次側コイルとの相対位置等の条件によって変動する。1次側コイルの入力インピーダンスが変動する構成において交流電源の出力電力値を所望値にするためには、交流電源の定格電圧値及び定格電流値の双方は高い方が好ましい。しかしながら、定格電圧値及び定格電流値の双方が高くなると、交流電源の電力損失が大きくなり易い。以上のことから、1次側コイルの入力インピーダンスが変動する場合において、交流電源から所望の電力値の交流電力を出力するための構成には未だ改善の余地がある。
本発明の目的は交流電源から所望の電力値の交流電力を好適に出力することができる送電機器及び非接触電力伝送装置を提供することである。
上記目的を達成する送電機器は、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源と、前記交流電力が入力される1次側コイルと、を備え、2次側コイルを有する受電機器の前記2次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電するように構成されている。前記交流電源は第1電源部及び第2電源部を備える。前記第1電源部及び前記第2電源部の各々は、外部電力が入力された場合に当該外部電力を前記交流電力に変換して出力するように構成されている。前記第1電源部の定格電圧値は、前記第2電源部の定格電圧値よりも高く、前記第2電源部の定格電流値は、前記第1電源部の定格電流値よりも高い。前記第1電源部又は前記第2電源部のいずれかが、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として選択される。
上記目的を達成する非接触電力伝送装置は、予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源と、前記交流電力が入力される1次側コイルと、前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電するように構成された2次側コイルと、を備える。前記交流電源は第1電源部及び第2電源部を備え、前記第1電源部及び前記第2電源部の各々は、外部電力が入力された場合に当該外部電力を前記交流電力に変換して出力するように構成されている。前記第1電源部の定格電圧値は、前記第2電源部の定格電圧値よりも高く、前記第2電源部の定格電流値は、前記第1電源部の定格電流値よりも高い。前記非接触電力伝送装置は、前記第1電源部又は前記第2電源部のいずれかを、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として選択する選択部を更に備えている。
以下、送電機器(送電装置)及び非接触電力伝送装置(非接触電力伝送システム)の一実施形態について説明する。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、非接触で電力伝送が可能な送電機器11(地上側機器、1次側機器)及び受電機器21(車両側機器、2次側機器)を備えている。送電機器11は地上に設けられており、受電機器21は車両に搭載されている。
図1に示すように、非接触電力伝送装置10は、非接触で電力伝送が可能な送電機器11(地上側機器、1次側機器)及び受電機器21(車両側機器、2次側機器)を備えている。送電機器11は地上に設けられており、受電機器21は車両に搭載されている。
送電機器11は、予め定められた周波数の交流電力を出力可能な交流電源12を備えている。交流電源12は、例えば電圧源であり、その詳細な構成については後述する。
交流電源12から出力された交流電力は、非接触で受電機器21に伝送され、受電機器21に設けられた負荷22に入力される。具体的には、非接触電力伝送装置10は、送電機器11及び受電機器21間の電力伝送を行うものとして、送電機器11に設けられたものであって交流電源12から交流電力が入力される送電器13と、受電機器21に設けられた受電器23とを備えている。
交流電源12から出力された交流電力は、非接触で受電機器21に伝送され、受電機器21に設けられた負荷22に入力される。具体的には、非接触電力伝送装置10は、送電機器11及び受電機器21間の電力伝送を行うものとして、送電機器11に設けられたものであって交流電源12から交流電力が入力される送電器13と、受電機器21に設けられた受電器23とを備えている。
送電器13及び受電器23は同一の構成となっており、両者は磁場共鳴可能に構成されている。詳細には、送電器13は、互いに並列に接続された1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bからなる共振回路を有している。受電器23は、互いに並列に接続された2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bからなる共振回路を有している。両共振回路の共振周波数は同一に設定されている。
かかる構成によれば、送電器13及び受電器23の相対位置が磁場共鳴可能な位置にある状況において、交流電力が送電器13(1次側コイル13a)に入力された場合、送電器13と受電器23(2次側コイル23a)とが磁場共鳴する。これにより、受電器23は送電器13からのエネルギの一部を受け取る。すなわち、受電器23は、送電器13から交流電力を受電する。
ちなみに、交流電源12から出力される交流電力の周波数は、送電器13及び受電器23間にて電力伝送が可能となるよう、送電器13及び受電器23の共振周波数に対応させて設定されている。例えば、交流電力の周波数は、送電器13及び受電器23の共振周波数と同一に設定されている。なお、これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で、交流電力の周波数と、送電器13及び受電器23の共振周波数とが、ずれていてもよい。
受電器23によって受電された交流電力が入力される負荷22は、例えば交流電力を直流電力に変換する整流器(AC/DC変換部)と、その直流電力が入力される車両用バッテリとを含む。受電器23によって受電された交流電力は、車両用バッテリの充電に用いられる。なお、車両用バッテリのインピーダンスは、入力電力値に応じて変動する。
図1に示すように、送電機器11は、交流電源12の各種制御を行う送電側コントローラ14を備えている。また、受電機器21は、送電側コントローラ14と無線通信が可能な受電側コントローラ24を備えている。非接触電力伝送装置10は、各コントローラ14,24間で行われる情報のやり取りを通じて、非接触の電力伝送を行う。
ここで、交流電源12の出力端から負荷22までのインピーダンスを電源負荷インピーダンスZとすると、交流電源12の出力電力値は電源負荷インピーダンスZに依存する。当該電源負荷インピーダンスZは、送電器13(1次側コイル13a)と受電器23(2次側コイル23a)との相対位置に応じて変動する。なお、電源負荷インピーダンスZは送電器13又は1次側コイル13aの入力インピーダンスとも言える。
上記のように電源負荷インピーダンスZが変動する構成では、電源負荷インピーダンスZによっては、交流電源12から所望の電力値の交流電力を出力することができない場合が生じ得る。例えば、送電器13と受電器23との位置ずれによって電源負荷インピーダンスZが過度に高い状況においては、交流電源12の出力電力値が所望の電力値となる前に、交流電源12の出力電圧値が当該交流電源12の定格電圧値に達してしまい、それ以上出力電力値を上げることができない事態が生じ得る。一方、送電器13と受電器23との位置ずれによって電源負荷インピーダンスZが過度に低い状況においては、交流電源12の出力電力値が所望の電力値となる前に、交流電源12の出力電流値が当該交流電源12の定格電流値に達してしまい、それ以上出力電力値を上げることができない事態が生じ得る。
これに対して、本実施形態の交流電源12は、電源負荷インピーダンスZの変動に対応可能に構成されている。以下、交流電源12の詳細な構成について説明する。
図1に示すように、交流電源12は、インフラストラクチャとしての系統電源Eから外部電力としての系統電力が入力された場合に当該系統電力を交流電力に変換し、その交流電力を出力する電源部として第1電源部31及び第2電源部32を備えている。第1電源部31は、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第1AC/DC変換器41と、第1AC/DC変換器41によって変換された直流電力が入力されるものであって、当該直流電力を交流電力に変換する第1DC/AC変換器51とを備えている。また、第2電源部32は、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第2AC/DC変換器42と、第2AC/DC変換器42によって変換された直流電力が入力されるものであって、当該直流電力を交流電力に変換する第2DC/AC変換器52とを備えている。
図1に示すように、交流電源12は、インフラストラクチャとしての系統電源Eから外部電力としての系統電力が入力された場合に当該系統電力を交流電力に変換し、その交流電力を出力する電源部として第1電源部31及び第2電源部32を備えている。第1電源部31は、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第1AC/DC変換器41と、第1AC/DC変換器41によって変換された直流電力が入力されるものであって、当該直流電力を交流電力に変換する第1DC/AC変換器51とを備えている。また、第2電源部32は、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第2AC/DC変換器42と、第2AC/DC変換器42によって変換された直流電力が入力されるものであって、当該直流電力を交流電力に変換する第2DC/AC変換器52とを備えている。
交流電源12は、第1電源部31又は第2電源部32のいずれかを用いて、送電器13(1次側コイル13a)に向けて交流電力を出力する。詳細には、交流電源12は、系統電力の入力先を、第1AC/DC変換器41又は第2AC/DC変換器42に切り替える第1切替リレー61と、送電器13に対する交流電力の入力元を、第1DC/AC変換器51又は第2DC/AC変換器52に切り替える第2切替リレー62とを備えている。第1切替リレー61は、系統電源Eの接続先を、第1AC/DC変換器41又は第2AC/DC変換器42に切り替えるものであり、第2切替リレー62は、送電器13の接続先を第1DC/AC変換器51又は第2DC/AC変換器52に切り替えるものである。
かかる構成によれば、切替リレー61,62により第1電源部31が系統電源E及び送電器13に接続された場合、詳細には系統電源Eと第1AC/DC変換器41とが接続され、且つ、第1DC/AC変換器51と送電器13とが接続された場合、第1電源部31によって系統電力が交流電力に変換され、当該交流電力が送電器13に出力される。これに対して、切替リレー61,62により第2電源部32が系統電源E及び送電器13に接続された場合、詳細には系統電源Eと第2AC/DC変換器42とが接続され、且つ、第2DC/AC変換器52と送電器13とが接続された場合、第2電源部32によって系統電力が交流電力に変換され、当該交流電力が送電器13に出力される。
第1AC/DC変換器41が「第1外部電力変換部」に対応し、第2AC/DC変換器42が「第2外部電力変換部」に対応する。第1DC/AC変換器51が「第1DC/AC変換部」に対応し、第2DC/AC変換器52が「第2DC/AC変換部」に対応する。そして、第1切替リレー61が「第1切替部」に対応し、第2切替リレー62が「第2切替部」に対応する。
各電源部31,32の詳細な構成について説明する。
図2に示すように、第1電源部31の第1AC/DC変換器41は昇圧型であり、例えば系統電力を整流する高電圧用整流回路41aと、高電圧用整流回路41aによって整流された直流電力の電圧値変換を行う高電圧用チョッパ回路41bとを備えている。
図2に示すように、第1電源部31の第1AC/DC変換器41は昇圧型であり、例えば系統電力を整流する高電圧用整流回路41aと、高電圧用整流回路41aによって整流された直流電力の電圧値変換を行う高電圧用チョッパ回路41bとを備えている。
高電圧用チョッパ回路41bは、例えば高電圧用コイルL1、高電圧用ダイオードD1、高電圧用コンデンサC1及び第1高電圧用スイッチング素子Qv1を備えている。高電圧用コイルL1の一端は、高電圧用整流回路41a及び第1切替リレー61を介して、交流電源12の第1入力端に接続されており、高電圧用コイルL1の他端は高電圧用ダイオードD1のアノードに接続されている。高電圧用ダイオードD1のカソードは、第1AC/DC変換器41の第1出力端(+端)に接続されている。第1高電圧用スイッチング素子Qv1は例えばn型のパワーMOSFETで構成されており、そのドレインは高電圧用コイルL1と高電圧用ダイオードD1との接続線に接続されている。第1高電圧用スイッチング素子Qv1のソースは、高電圧用整流回路41aを介して交流電源12の第2入力端に接続され、且つ、第1AC/DC変換器41の第2出力端(-端)に接続されている。高電圧用コンデンサC1は、高電圧用ダイオードD1よりも後段に設けられ、当該高電圧用ダイオードD1に対して並列に接続されている。
かかる構成によれば、系統電力が第1AC/DC変換器41に入力されている状況において、第1高電圧用スイッチング素子Qv1が周期的にON/OFF(スイッチング、チョッピング)すると、高電圧用整流回路41aによって整流された直流電力が所定の電圧値の直流電力に変換されて出力される。
第1電源部31の第1DC/AC変換器51は、例えばD級増幅器である。詳細には、第1DC/AC変換器51は、互いに直列に接続された第2高電圧用スイッチング素子Qv2及び第3高電圧用スイッチング素子Qv3を有している。各高電圧用スイッチング素子Qv2,Qv3は例えばn型のパワーMOSFETである。第2高電圧用スイッチング素子Qv2のドレインは、第1AC/DC変換器41の第1出力端に接続されており、第3高電圧用スイッチング素子Qv3のソースは、第1AC/DC変換器41の第2出力端に接続されている。第2高電圧用スイッチング素子Qv2のソースと、第3高電圧用スイッチング素子Qv3のドレインとが接続されており、その接続線は第2切替リレー62を介して送電器13の第1入力端(1次側コイル13aの一端)に接続されている。また、第3高電圧用スイッチング素子Qv3のソースは、送電器13の第2入力端(1次側コイル13aの他端)に接続されている。
かかる構成によれば、第1AC/DC変換器41からの直流電力が第1DC/AC変換器51に入力されている状況において、各高電圧用スイッチング素子Qv2,Qv3が交互にON/OFFすることにより、第1DC/AC変換器51から、各高電圧用スイッチング素子Qv2,Qv3のスイッチング周波数に対応した交流電力が出力される。
同様に、図2に示すように、第2電源部32の第2AC/DC変換器42は、例えば高電流用整流回路42aと高電流用チョッパ回路42bとを備えている。高電流用チョッパ回路42bは、例えば高電流用コイルL2、高電流用ダイオードD2、高電流用コンデンサC2及び第1高電流用スイッチング素子Qi1を備えている。また、第2DC/AC変換器52は、第2高電流用スイッチング素子Qi2及び第3高電流用スイッチング素子Qi3を備えている。これら各素子の具体的な接続態様及び動作態様は、第1AC/DC変換器41及び第1DC/AC変換器51と同様であるため、詳細な説明は省略する。各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3が「第1スイッチング素子」に対応し、各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3が「第2スイッチング素子」に対応する。
第1電源部31の定格電圧値及び定格電流値を第1定格電圧値V1及び第1定格電流値I1とし、第2電源部32の定格電圧値及び定格電流値を第2定格電圧値V2及び第2定格電流値I2とする。この場合、第1定格電圧値V1は第2定格電圧値V2よりも高く、第2定格電流値I2は第1定格電流値I1よりも高く設定されている。詳細には、第1電源部31を構成する素子と第2電源部32を構成する素子の各々は、第1定格電圧値V1が第2定格電圧値V2よりも高く、第2定格電流値I2が第1定格電流値I1よりも高くなるように構成されている。例えば、各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3の定格電圧値は、各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3の定格電圧値よりも高く、各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3の定格電流値は、各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3の定格電流値よりも高く設定されている。また、高電圧用ダイオードD1の定格電圧値は、高電流用ダイオードD2の定格電圧値よりも高く、高電流用ダイオードD2の定格電流値は、高電圧用ダイオードD1の定格電流値よりも高く設定されている。
すなわち、第1AC/DC変換器41の定格電圧値は、第2AC/DC変換器42の定格電圧値よりも高く、第2AC/DC変換器42の定格電流値は、第1AC/DC変換器41の定格電流値よりも高く設定されている。そして、第1DC/AC変換器51の定格電圧値は、第2DC/AC変換器52の定格電圧値よりも高く、第2DC/AC変換器52の定格電流値は、第1DC/AC変換器51の定格電流値よりも高く設定されている。高電圧用コイルL1及び高電流用コイルL2と、高電圧用コンデンサC1及び高電流用コンデンサC2とについても同様である。
なお、図示は省略するが、高電圧用整流回路41aは高電圧用ダイオードD1を有しており、高電流用整流回路42aは高電流用ダイオードD2を有している。
次に、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2について説明する。
次に、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2について説明する。
本実施形態の非接触電力伝送装置10においては、送電器13(1次側コイル13a)と受電器23(2次側コイル23a)との位置ずれを許容する位置ずれ許容範囲が予め定められている。
位置ずれ許容範囲は、任意であるが、例えば送電器13及び受電器23間の伝送効率が予め定められた閾値効率以上となる範囲、あるいは送電器13から予め定められた特定距離内の範囲に設定されてもよい。また、受電機器21が搭載されている車両に、駐車や車庫入れの際にハンドル操作等の操作を補助することで所望の位置に車両を配置するアシスト機能が搭載されている場合には、当該アシスト機能による位置合わせの誤差範囲を位置ずれ許容範囲としてもよい。
かかる構成において、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2は、位置ずれ許容範囲内にて受電器23の位置がどのように変動した場合であっても、交流電源12から予め定められた特定電力値(所望の電力値)の交流電力である充電用電力(第2交流電力)が出力可能となるように設定されている。
詳細には、受電器23の位置が上記位置ずれ許容範囲内にて変動する構成において、電源負荷インピーダンスZの最小値を最小電源負荷インピーダンスZminとし、電源負荷インピーダンスZの最大値を最大電源負荷インピーダンスZmaxとする。かかる構成において、第1定格電圧値V1は、電源負荷インピーダンスZが最大電源負荷インピーダンスZmaxである場合に、交流電源12から充電用電力が出力可能となるように最大電源負荷インピーダンスZmaxに対応させて設定されている。同様に、第2定格電流値I2は、電源負荷インピーダンスZが最小電源負荷インピーダンスZminである場合に交流電源12から充電用電力が出力可能となるように最小電源負荷インピーダンスZminに対応させて設定されている。
ここで、各電源部31,32の電力損失は、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2を有する単一の電源部の電力損失よりも小さくなっている。詳細には、電源部31,32の電力損失は、スイッチング素子Qv1~Qv3,Qi1~Qi3のON抵抗によって規定される。そして、各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3のON抵抗及び各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3のON抵抗はいずれも、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2を有する単一の電源部で用いられるスイッチング素子のON抵抗よりも低い。
ちなみに、各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3のON抵抗は、各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3のON抵抗よりも低い。このため、第2電源部32の電力損失は、第1電源部31の電力損失よりも低い。
図2に示すように、送電機器11は、電源負荷インピーダンスZを測定するインピーダンス測定器70を備えている。インピーダンス測定器70は、交流電源12の出力電圧値及び出力電流値等の値を測定し、その測定結果から電源負荷インピーダンスZを測定、即ち算出する。また、インピーダンス測定器70は、その測定結果を送電側コントローラ14に送信する。これにより、送電側コントローラ14は、電源負荷インピーダンスZを把握可能となっている。
送電側コントローラ14は、予め定められた開始条件が成立した場合には、車両用バッテリの充電を行うための充電制御処理を実行する。当該充電制御処理では、送電側コントローラ14は、インピーダンス測定器70によって測定された電源負荷インピーダンスZに応じて、各切替リレー61,62の切替制御と、各スイッチング素子Qv1~Qv3,Qi1~Qi3のON/OFF制御とを行う。なお、充電制御処理の実行契機となる開始条件は任意である。
充電制御処理について図3のフローチャートを用いて説明する。なお、説明の便宜上、以降の説明においては、位置ずれ許容範囲内に受電器23が配置されている位置に車両が停止しているものとする。
図3に示すように、送電側コントローラ14は、まずステップS101にて、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として第2電源部32を選択し、その選択された第2電源部32を用いてテスト用電力(第1交流電力)を出力させる。詳細には、送電側コントローラ14は、第2電源部32が系統電源E及び送電器13に接続されるように各切替リレー61,62を制御する。そして、送電側コントローラ14は、交流電源12からテスト用電力が出力されるように各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3を周期的にON/OFFさせる。
ここで、AC/DC変換器41,42から出力される直流電力の電圧値は、AC/DC変換器41,42のスイッチング素子Qv1,Qi1のON/OFFのデューティ比に依存する。そして、交流電源12(電源部31,32)の出力電力値は上記電圧値により規定される。このため、ステップS101では、送電側コントローラ14は、テスト用電力の電力値に対応したデューティ比で第1高電流用スイッチング素子Qi1を周期的にON/OFFさせる。なお、送電側コントローラ14は、各高電流用スイッチング素子Qi2,Qi3については、送電器13の共振周波数に対応する周波数でON/OFFさせる。
ちなみに、送電側コントローラ14は、第2電源部32を用いて交流電源12からテスト用電力が出力されている状況においては、全ての高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3をOFF状態にする。
その後、送電側コントローラ14は、ステップS102にて、インピーダンス測定器70の測定結果に基づいて電源負荷インピーダンスZを把握する。そして、続くステップS103にて、送電側コントローラ14は、把握された電源負荷インピーダンスZが予め定められた閾値インピーダンスZthよりも高いか否かを判定する。閾値インピーダンスZthは、最大電源負荷インピーダンスZmaxと最小電源負荷インピーダンスZminとの間の値である。
ちなみに、第1定格電流値I1及び第2定格電圧値V2は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである条件下において充電用電力を出力可能な値に設定されている。すなわち、交流電源12は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthから最大電源負荷インピーダンスZmaxまでの範囲内においては第1電源部31を用いて充電用電力を出力可能となっている。そして、交流電源12は、電源負荷インピーダンスZが最小電源負荷インピーダンスZminから閾値インピーダンスZthまでの範囲内においては第2電源部32を用いて充電用電力を出力可能となっている。なお、交流電源12は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである場合には、第1電源部31又は第2電源部32のいずれを用いても充電用電力を出力可能である。
送電側コントローラ14は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthよりも高い場合には、ステップS104に進み、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として第1電源部31を選択してステップS106に進む。これに対して、送電側コントローラ14は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZth以下である場合には、ステップS105に進み、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として第2電源部32を選択して、ステップS106に進む。なお、ステップS102~ステップS105の処理を実行するようにプログラムされた送電側コントローラ14が選択部として機能する。即ち、送電側コントローラ14が選択部に対応する。
そして、送電側コントローラ14は、ステップS106では、上記ステップS104又はステップS105にて選択された電源部を用いて、充電用電力の出力を開始する。詳細には、送電側コントローラ14は、例えば第1電源部31が選択された場合には、高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3を周期的にON/OFFさせ、全ての高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3をOFF状態にする。この場合、送電側コントローラ14は、第1高電圧用スイッチング素子Qv1については、電源負荷インピーダンスZと充電用電力の電力値とに対応したデューティ比で周期的にON/OFFさせ、各高電圧用スイッチング素子Qv2,Qv3については、送電器13の共振周波数に対応する周波数で周期的にON/OFFさせる。これにより、交流電源12から充電用電力が出力され、当該充電用電力は送電器13に入力される。そして、充電用電力は、送電器13から受電器23に向けて非接触で伝送され、車両用バッテリの充電が行われる。第2電源部32が選択された場合についても同様である。
送電側コントローラ14は、充電用電力の出力中、定期的に電源負荷インピーダンスZを把握し、その把握結果に対応させて、充電用電力の出力に用いる電源部を変更する。
まず送電側コントローラ14は、ステップS107にて、現状の電源負荷インピーダンスZを把握する。
まず送電側コントローラ14は、ステップS107にて、現状の電源負荷インピーダンスZを把握する。
その後ステップS108では、送電側コントローラ14は、ステップS107にて把握された電源負荷インピーダンスZと現状選択されている電源部(使用中の電源部)とに基づいて、電源部を変更する必要があるか否かを判定する。
詳細には、送電側コントローラ14は、使用中の電源部が第1電源部31であり、且つ、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZth以下である場合(以降単に第1変更条件という)には、電源部を変更する必要があると判定する(ステップS108:YES)。また、送電側コントローラ14は、使用中の電源部が第2電源部32であり、且つ、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthよりも高い場合(以降第2変更条件という)には、電源部を変更する必要があると判定する。
これに対して、送電側コントローラ14は、使用中の電源部が第1電源部31であって電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthよりも高い場合、又は、使用中の電源部が第2電源部32であって電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZth以下である場合は、電源部を変更する必要がないと判定する(ステップS108:NO)。
送電側コントローラ14は、ステップS108を肯定判定した場合には、使用する電源部を変更するための処理を実行する。
まず送電側コントローラ14は、ステップS109にて、充電用電力の出力を中断する。詳細には、送電側コントローラ14は、全てのスイッチング素子Qv1~Qv3,Qi1~Qi3をOFF状態にする。
まず送電側コントローラ14は、ステップS109にて、充電用電力の出力を中断する。詳細には、送電側コントローラ14は、全てのスイッチング素子Qv1~Qv3,Qi1~Qi3をOFF状態にする。
その後、送電側コントローラ14は、ステップS110にて、電源部を変更して充電用電力の出力を再開する。詳細には、送電側コントローラ14は、第1変更条件が成立している場合には、系統電源E及び送電器13の接続先が第2電源部32となるように各切替リレー61,62を制御する。そして、送電側コントローラ14は、第2電源部32から充電用電力が出力されるように各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3を周期的にON/OFFさせ、全ての高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3をOFF状態にする。同様に、送電側コントローラ14は、第2変更条件が成立している場合には、系統電源E及び送電器13の接続先が第1電源部31となるように各切替リレー61,62を制御する。そして、送電側コントローラ14は、第1電源部31から充電用電力が出力されるように各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3を周期的にON/OFFさせ、全ての高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3をOFF状態にする。
送電側コントローラ14は、ステップS108を否定判定した場合又はステップS110の処理の実行後には、ステップS111にて、予め定められた充電終了条件が成立しているか否かを判定する。充電終了条件は、任意であるが、例えば車両用バッテリの充電状態が予め定められた満充電状態となった場合や、送電機器11に停止スイッチが設けられている場合には当該停止スイッチが操作された場合が考えられる。
送電側コントローラ14は、充電終了条件が成立している場合には、ステップS112にて、充電用電力の出力を停止させる出力停止処理を実行して本充電制御処理を終了する。これに対して、送電側コントローラ14は、充電終了条件が成立していない場合には、ステップS107に戻る。
次に図4を用いて本実施形態の作用について説明する。図4は、各定格電圧値V1,V2と各定格電流値I1,I2との関係を示すグラフである。図4においては、充電用電力の電力値となる電圧値及び電流値を実線にて示し、第1電源部31の定格値を破線にて示し、第2電源部32の定格値を1点鎖線にて示す。また、最小電源負荷インピーダンスZmin、閾値インピーダンスZth及び最大電源負荷インピーダンスZmaxを2点鎖線にて示す。
図4に示すように、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthよりも高い場合には、第2定格電圧値V2よりも高い第1定格電圧値V1を有する第1電源部31が選択される。これに対して、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZth以下である場合には、第1定格電流値I1よりも高い第2定格電流値I2を有する第2電源部32が選択される。このため、電源負荷インピーダンスZが最小電源負荷インピーダンスZminから最大電源負荷インピーダンスZmaxまでの範囲内において、交流電源12から充電用電力が出力可能となっている。
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1)送電機器11は、交流電力を出力する交流電源12と、交流電源12から交流電力が入力される送電器13とを備えている。交流電源12は、系統電力が入力された場合に当該系統電力を交流電力に変換して出力する電源部として第1電源部31及び第2電源部32を有している。第1電源部31の定格電圧値である第1定格電圧値V1は、第2電源部32の定格電圧値である第2定格電圧値V2よりも高く設定され、第2電源部32の定格電流値である第2定格電流値I2は、第1電源部31の定格電流値である第1定格電流値I1よりも高く設定されている。そして、送電機器11は、第1電源部31又は第2電源部32のいずれかを、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として選択する送電側コントローラ14を備えている。換言すれば、交流電源12は、第1電源部31又は第2電源部32のいずれかを用いて交流電力を出力する。
(1)送電機器11は、交流電力を出力する交流電源12と、交流電源12から交流電力が入力される送電器13とを備えている。交流電源12は、系統電力が入力された場合に当該系統電力を交流電力に変換して出力する電源部として第1電源部31及び第2電源部32を有している。第1電源部31の定格電圧値である第1定格電圧値V1は、第2電源部32の定格電圧値である第2定格電圧値V2よりも高く設定され、第2電源部32の定格電流値である第2定格電流値I2は、第1電源部31の定格電流値である第1定格電流値I1よりも高く設定されている。そして、送電機器11は、第1電源部31又は第2電源部32のいずれかを、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として選択する送電側コントローラ14を備えている。換言すれば、交流電源12は、第1電源部31又は第2電源部32のいずれかを用いて交流電力を出力する。
一般的に、電源部の電力損失は、定格電圧値及び定格電流値が高くなるほど大きくなり易い。このため、仮に比較的高い第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2の双方を有する単一の電源部を用いて交流電力を出力しようとすると、当該単一の電源部の電力損失が大きくなり易い。
これに対して、本実施形態では、第1定格電圧値V1を有する第1電源部31と、第2定格電流値I2を有する第2電源部32とが別々に設けられている。当該第1電源部31及び第2電源部32の各電力損失は、上記単一の電源部の電力損失と比較して、小さくなり易い。これにより、上記単一の電源部を用いて交流電力を出力する構成と比較して、同一の出力特性を維持しつつ、電力損失の軽減を図ることができる。よって、交流電源12の効率向上を図ることができる。
(2)第1電源部31は、高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3を有する。当該各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3が周期的にON/OFFすることにより、第1電源部31は、系統電力を交流電力に変換して出力する。第2電源部32は、高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3を有する。当該各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3が周期的にON/OFFすることにより、第2電源部32は、系統電力を交流電力に変換して出力する。各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3の定格電圧値は、各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3の定格電圧値よりも高く設定されている。各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3の定格電流値は、各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3の定格電流値よりも高く設定されている。
そして、送電側コントローラ14は、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として第1電源部31が選択された場合には、各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3を周期的にON/OFFさせる。一方、送電側コントローラ14は、系統電力が入力され、且つ、送電器13に向けて交流電力を出力する電源部として第2電源部32が選択された場合には、各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3を周期的にON/OFFさせる。
かかる構成によれば、選択された電源部に対応するスイッチング素子が周期的にON/OFFすることにより、系統電力が交流電力に変換されて出力される。
ここで、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2の双方を有する単一の電源部で交流電力を出力する場合、当該単一の電源部にて用いられるスイッチング素子の定格電圧値及び定格電流値は、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2に対応させて設定される必要がある。すると、上記スイッチング素子のON抵抗は高くなり易い。
ここで、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2の双方を有する単一の電源部で交流電力を出力する場合、当該単一の電源部にて用いられるスイッチング素子の定格電圧値及び定格電流値は、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2に対応させて設定される必要がある。すると、上記スイッチング素子のON抵抗は高くなり易い。
これに対して、本実施形態では、第1定格電圧値V1に対応する各高電圧用スイッチング素子Qv1~Qv3と、第2定格電流値I2に対応する各高電流用スイッチング素子Qi1~Qi3とが別々に設けられている。各スイッチング素子Qv1~Qv3,Qi1~Qi3のON抵抗は、第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2の双方に対応するスイッチング素子のON抵抗よりも低くなり易い。これにより、交流電源12の効率向上を図ることができる。
(3)電源部31,32は、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換するAC/DC変換器41,42と、AC/DC変換器41,42によって変換された直流電力を交流電力に変換するDC/AC変換器51,52とを備えている。そして、第1AC/DC変換器41の定格電圧値は、第2AC/DC変換器42の定格電圧値よりも高く、第1DC/AC変換器51の定格電圧値は、第2DC/AC変換器52の定格電圧値よりも高い。第2AC/DC変換器42の定格電流値は、第1AC/DC変換器41の定格電流値よりも高く、第2DC/AC変換器52の定格電流値は、第1DC/AC変換器51の定格電流値よりも高い。これにより、AC/DC変換器とDC/AC変換器との双方が別々に設けられているため、いずれか一方のみが別々に設けられている構成と比較して、電力損失の更なる低減を図ることができる。よって、交流電源12の効率の更なる向上を図ることができる。
(4)送電機器11は、系統電力の入力先を、第1AC/DC変換器41又は第2AC/DC変換器42に切り替える第1切替リレー61と、送電器13に対する交流電力の入力元を、第1DC/AC変換器51又は第2DC/AC変換器52に切り替える第2切替リレー62とを備えている。送電側コントローラ14は、第1電源部31が選択された場合には、系統電力の入力先が第1AC/DC変換器41となり、且つ、送電器13に対する交流電力の入力元が第1DC/AC変換器51となるように各切替リレー61,62を制御する。これに対して、送電側コントローラ14は、第2電源部32が選択された場合には、系統電力の入力先が第2AC/DC変換器42となり、且つ、送電器13に対する交流電力の入力元が第2DC/AC変換器52となるように各切替リレー61,62を制御する。
かかる構成によれば、一方の電源部が選択されている場合には、他方の電源部は、系統電源E及び送電器13から電気的に遮断されている。これにより、電気的に遮断された電源部に対して電圧が印加されたり、電流が流れたりすることが回避される。よって、電気的に遮断された電源部にて異常が発生することを抑制できる。
詳述すると、仮に各切替リレー61,62が省略され、各AC/DC変換器41,42が系統電源Eに常時接続され、各DC/AC変換器51,52が送電器13に常時接続されている場合、一方の電源部から出力された交流電力が他方の電源部に入力される場合がある。即ち、前者の電源部から後者の電源部に交流電力が入力されることがある。この場合、例えば第2電源部32に対して第1定格電圧値V1と同一電圧値の交流電力が入力される場合が生じ得る。すると、上記後者の電源部における異常の発生や、当該電源部を構成する各素子の劣化といった不都合が生じ得る。これに対して、本実施形態によれば、各切替リレー61,62によって、一方の電源部の使用中には他方の電源部を電気的に遮断できるため、上記不都合を抑制できる。
また、本実施形態によれば、使用しない方の電源部のスイッチング素子のスイッチング態様に関わらず、一方の電源部を用いて交流電力を出力することができる。これにより、使用しない方の電源部のスイッチング素子がノイズによって一時的にON状態となった場合であっても、交流電源12から交流電力が正常に出力される。よって、ノイズに起因する交流電源12の誤動作の抑制を図ることができる。
(5)交流電源12の出力電圧値及び出力電流値は、電源負荷インピーダンスZに応じて変動する。詳細には、交流電源12の出力電圧値は、電源負荷インピーダンスZが高くなるほど高くなり、交流電源12の出力電流値は、電源負荷インピーダンスZが低くなるほど高くなる。
これに対応させて、送電側コントローラ14は、送電器13(1次側コイル13a)の入力インピーダンスである電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthよりも高い場合には第1電源部31を選択する一方、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthよりも低い場合には第2電源部32を選択する。これにより、電源負荷インピーダンスZの変動に好適に対応することができる。
(6)送電側コントローラ14は、交流電源12からテスト用電力が出力されている状況における電源負荷インピーダンスZに基づいて、テスト用電力よりも電力値が大きい充電用電力を出力するのに用いる電源部を選択する。これにより、比較的電力値が小さいテスト用電力を用いて、充電用電力を出力するのに用いる電源部の選択が行われるため、電源部の選択に係る電力損失の軽減を図ることができる。
(7)第1定格電圧値V1及び第2定格電流値I2は、送電器13と受電器23との位置ずれを許容する位置ずれ許容範囲に対応させて設定されている。詳細には、電源負荷インピーダンスZは、受電器23が位置ずれ許容範囲内にて変動する条件下において、最小電源負荷インピーダンスZminから最大電源負荷インピーダンスZmaxまでの範囲内にて変動する。そして、第1定格電圧値V1は、電源負荷インピーダンスZが最大電源負荷インピーダンスZmaxである場合に交流電源12から充電用電力が出力できるように最大電源負荷インピーダンスZmaxに対応させて設定されている。第2定格電流値I2は、電源負荷インピーダンスZが最小電源負荷インピーダンスZminである場合に交流電源12から充電用電力が出力できるように最小電源負荷インピーダンスZminに対応させて設定されている。これにより、送電器13と受電器23とが位置ずれ許容範囲内にてどのように配置されている場合であっても、交流電源12から充電用電力を出力することができる。
(8)一般的に、定格電圧値が高い第1電源部31よりも、定格電流値が高い第2電源部32の方が、電力損失(ON抵抗)は小さくなり易い。この点、本実施形態では、送電側コントローラ14は、第1電源部31及び第2電源部32のいずれを選択しても充電用電力を出力可能な場合、即ち電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである場合には、比較的電力損失が小さくなり易い第2電源部32を、充電用電力を出力する電源部として選択する。これにより、充電用電力の出力を可能としつつ、電力損失の低減を図ることができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第1定格電流値I1は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである条件下において充電用電力を出力するための最小電流値よりも高く設定されていてもよい。同様に、第2定格電圧値V2は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである条件下において充電用電力を出力するための最小電圧値よりも高く設定されていてもよい。この場合、第1電源部31及び第2電源部32のいずれを選択しても充電用電力を出力可能な電源負荷インピーダンスZの範囲が広くなる。
○ 第1定格電流値I1は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである条件下において充電用電力を出力するための最小電流値よりも高く設定されていてもよい。同様に、第2定格電圧値V2は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである条件下において充電用電力を出力するための最小電圧値よりも高く設定されていてもよい。この場合、第1電源部31及び第2電源部32のいずれを選択しても充電用電力を出力可能な電源負荷インピーダンスZの範囲が広くなる。
かかる構成において、図5に示すように、送電側コントローラ14は、ステップS102にて電源負荷インピーダンスZを把握した後に、ステップS201にて、第2電源部32を用いて充電用電力の出力が可能か否かの判定を行ってもよい。詳細には、送電側コントローラ14は、第2電源部32を用いて充電用電力を出力可能な電源負荷インピーダンスZの範囲に関するデータを予め記憶しておき、その記憶されたデータを参照して上記判定を行う。そして、送電側コントローラ14は、第2電源部32を用いて充電用電力を出力することができる場合であれば、ステップS202にて第2電源部32を選択する一方、第2電源部32を用いて充電用電力を出力することができない場合には、ステップS203にて第1電源部31を選択する。その後、送電側コントローラ14は、ステップS106以降の処理を実行する。
かかる構成によれば、第1電源部31及び第2電源部32のいずれを選択しても充電用電力を出力可能な電源負荷インピーダンスZの範囲が広くなっている構成において、優先的に第2電源部32を用いて充電用電力が出力されるため、より好適に効果(8)を得ることができる。
○ 送電側コントローラ14は、電源負荷インピーダンスZが閾値インピーダンスZthである場合に第1電源部31を選択してもよい。
○ 第1電源部31は複数設けられていてもよい。また、第2電源部32は複数設けられていてもよい。
○ 第1電源部31は複数設けられていてもよい。また、第2電源部32は複数設けられていてもよい。
○ 送電側コントローラ14は、交流電源12からテスト用電力が出力されている状況における電源負荷インピーダンスZに基づいて、電源部31,32のいずれかを選択し、その後選択された電源部を用いて、テスト用電力よりも電力値が大きい充電用電力を出力させる構成であったが、これに限られない。例えば、送電機器11は、交流電源12の出力電力値を測定する測定器を備え、送電側コントローラ14は、テスト用電力を出力させることなく、交流電源12から充電用電力が出力されるように第2電源部32を制御してもよい。そして、送電側コントローラ14は、上記測定器の測定結果に基づいて、充電用電力が出力されているか否かを判定し、充電用電力が出力されている場合には、当該充電用電力の出力を継続する。これに対して、送電側コントローラ14は、交流電源12の出力電圧値又は第2AC/DC変換器42の出力電圧値が第2定格電圧値V2に達した場合であっても充電用電力が出力されていない場合には、第2電源部32ではなく第1電源部31を用いて充電用電力を出力させるようにしてもよい。
○ 各切替リレー61,62を省略してもよい。この場合、一方の電源部から出力される交流電力によって他方の電源部にて異常が発生しないように、各電源部31,32の耐圧値が設定されているとよい。
○ 実施形態では、送電側コントローラ14は、交流電源12からテスト用電力を出力するのに用いる電源部として第2電源部32を選択しているが、これに限られず、第1電源部31を選択してもよい。
○ 各電源部31,32のいずれかを選択するためのパラメータとして、電源負荷インピーダンスZを採用したが、これに限られず、送電器13の入力インピーダンスに応じて変動するパラメータであれば任意である。例えば、交流電源12の出力電流値や、送電器13及び受電器23間の距離などの条件を、電源部31,32のいずれかを選択するためのパラメータとして採用してもよい。
○ 交流電源12と送電器13(1次側コイル13a)との間に、インピーダンス変換器が設けられていてもよい。この場合、電源負荷インピーダンスZは、送電器13の入力インピーダンスに依存する。このため、上記のようにインピーダンス変換器が設けられている構成において、電源負荷インピーダンスZ(インピーダンス変換器の入力インピーダンス)に基づいて各電源部31,32のいずれかを選択することは、送電器13の入力インピーダンスに基づいて各電源部31,32のいずれかを選択することと等価である。
○ 第1電源部31と第2電源部32とで、AC/DC変換器又はDC/AC変換器のいずれか一方を共通化してもよい。
例えば、図6に示すように、交流電源12は、系統電力が入力されるものであって、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換するAC/DC変換器80を備えている。AC/DC変換器80の定格電圧値は、第1AC/DC変換器41の定格電圧値と同一又はそれよりも高く設定され、AC/DC変換器80の定格電流値は、第2AC/DC変換器42の定格電流値と同一又はそれよりも高く設定されている。そして、第1切替リレー61は、AC/DC変換器80と各DC/AC変換器51,52との間に設けられており、AC/DC変換器80によって変換された直流電力の出力先を、第1DC/AC変換器51又は第2DC/AC変換器52に切り替える。この場合、第1電源部31は、AC/DC変換器80と第1DC/AC変換器51とで構成されている。第2電源部32は、AC/DC変換器80と第2DC/AC変換器52とで構成されている。
例えば、図6に示すように、交流電源12は、系統電力が入力されるものであって、系統電力を所定の電圧値の直流電力に変換するAC/DC変換器80を備えている。AC/DC変換器80の定格電圧値は、第1AC/DC変換器41の定格電圧値と同一又はそれよりも高く設定され、AC/DC変換器80の定格電流値は、第2AC/DC変換器42の定格電流値と同一又はそれよりも高く設定されている。そして、第1切替リレー61は、AC/DC変換器80と各DC/AC変換器51,52との間に設けられており、AC/DC変換器80によって変換された直流電力の出力先を、第1DC/AC変換器51又は第2DC/AC変換器52に切り替える。この場合、第1電源部31は、AC/DC変換器80と第1DC/AC変換器51とで構成されている。第2電源部32は、AC/DC変換器80と第2DC/AC変換器52とで構成されている。
かかる構成において、送電側コントローラ14は、第1電源部31が選択された場合には、AC/DC変換器80の直流電力の出力先、及び、送電器13に対する交流電力の入力元が第1DC/AC変換器51となるように各切替リレー61,62を制御する。一方、送電側コントローラ14は、第2電源部32が選択された場合には、AC/DC変換器80の直流電力の出力先、及び、送電器13に対する交流電力の入力元が第2DC/AC変換器52となるように各切替リレー61,62を制御する。これにより、効果(1)等の効果を奏する。また、本別例によれば、各電源部31,32の一部が共通化していることによって、交流電源12の部品点数の削減を図ることができる。よって、交流電源12の構成の複雑化の抑制を図ることができる。
○ 第1電源部31及び第2電源部32は、AC/DC変換器を共通化するのに代えて、DC/AC変換器を共通化してもよい。例えば、図7に示すように、交流電源12は、直流電力が入力された場合に当該直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を送電器13に向けて出力するDC/AC変換器90を備えている。DC/AC変換器90の定格電圧値は、第1DC/AC変換器51の定格電圧値と同一又はそれよりも高く設定され、DC/AC変換器90の定格電流値は、第2DC/AC変換器52の定格電流値と同一又はそれよりも高く設定されている。そして、第2切替リレー62は、各AC/DC変換器41,42とDC/AC変換器90との間に設けられており、DC/AC変換器90に対する直流電力の入力元を、第1AC/DC変換器41又は第2AC/DC変換器42に切り替える。この場合、第1電源部31は、第1AC/DC変換器41とDC/AC変換器90とで構成され、第2電源部32は、第2AC/DC変換器42とDC/AC変換器90とで構成されている。
かかる構成において、送電側コントローラ14は、第1電源部31が選択された場合には、系統電力の入力先及びDC/AC変換器90に対する直流電力の入力元が第1AC/DC変換器41となるように各切替リレー61,62を制御する。一方、送電側コントローラ14は、第2電源部32が選択された場合には、系統電力の入力先及びDC/AC変換器90に対する直流電力の入力元が第2AC/DC変換器42となるように各切替リレー61,62を制御する。これにより、効果(1)等の効果を奏するとともに、電源部31,32の一部が共通化していることを通じて交流電源12の構成の複雑化の抑制を図ることができる。
但し、AC/DC変換器80の電力損失は、各AC/DC変換器41,42の電力損失よりも大きくなり易く、DC/AC変換器90の電力損失は、各DC/AC変換器51,52の電力損失よりも大きくなり易い。このため、交流電源12の効率向上の観点に着目すれば、各AC/DC変換器41,42と各DC/AC変換器51,52との双方が設けられている方が好ましい。
○ 上記別例では、AC/DC変換器の全てが共通化されていたが、これに限られず、AC/DC変換器の一部(例えばコイル)が共通化されていてもよい。同様に、DC/AC変換器の一部が共通化されていてもよい。
○ 外部電力は系統電力に限られず任意であり、例えば直流電力であってもよい。この場合、第1AC/DC変換器41及び第2AC/DC変換器42に代えて、第1外部電力変換部としての第1DC/DCコンバータ、及び、第2外部電力変換部としての第2DC/DCコンバータを設けてもよい。この場合、各DC/DCコンバータの定格電圧値及び定格電流値は、各AC/DC変換器41,42に対応させて設定されているとよい。同様に、外部電力として直流電力が入力される場合には、AC/DC変換器80に代えてDC/DCコンバータを設けてもよい。
また、外部電力として直流電力が入力される場合には、各AC/DC変換器41,42,80を省略してもよい。この場合、第1電源部31は第1DC/AC変換器51であり、第2電源部32は第2DC/AC変換器52である。
○ 各AC/DC変換器41,42及び各DC/AC変換器51,52の具体的な回路構成は任意である。例えば各AC/DC変換器41,42は、昇圧型ではなく昇降圧型であってもよいし、複数のスイッチング素子を有する構成であってもよい。また、各DC/AC変換器51,52は、E級増幅器であってもよいし、4つのスイッチング素子がブリッジ接続されたブリッジ回路であってもよい。
○ 各AC/DC変換器41,42はそれぞれ、コイルL1,L2に代えて、定格電圧値が第1定格電圧値V1以上であり、且つ、定格電流値が第2定格電流値I2以上のコイルを備えていてもよい。つまり、第1電源部31で用いられる各素子の一部と、第2電源部32で用いられる各素子の一部とで、同一仕様の素子を用いてもよい。要は、電源部31,32は、当該電源部31,32全体の定格電圧値V1,V2及び定格電流値I1,I2が上述した関係(V1>V2,I2>I1)となるように構成されていれば、素子ごとの具体的な仕様(定格電圧値及び定格電流値)は任意である。
○ 負荷22に、入力電力値に応じてインピーダンスが変動する車両用バッテリが含まれている構成において、整流器と車両用バッテリとの間に、周期的にON/OFFするスイッチング素子を有するDC/DCコンバータを設けてもよい。この場合、受電側コントローラ24は、交流電源12の出力電力値に関わらず、DC/DCコンバータの入力端から車両用バッテリまでのインピーダンスが一定値となるように、車両用バッテリのインピーダンスの変動に対応させて、スイッチング素子のON/OFFのデューティ比を調整してもよい。これにより、車両用バッテリのインピーダンスが変動する場合であっても負荷22のインピーダンスは一定となる。すなわち、負荷22は、入力される交流電力の電力値に関わらず同一のインピーダンスを有する固定負荷となっている。これにより、テスト用電力の出力時と充電用電力の出力時とで変動する車両用バッテリのインピーダンスを考慮することなく、テスト用電力を用いた電源部の選択を行うことができる。よって、電源部の選択の精度向上を図ることができる。
○ 上記別例に限られず、負荷22は、入力される交流電力の電力値に応じてインピーダンスが変動する変動負荷であってもよい。この場合、受電機器21は、負荷22とは別に、入力される電力値に関わらず一定のインピーダンスを有する固定負荷と、受電器23によって受電された交流電力の出力先を、負荷22又は固定負荷に切り替えるリレーとを備えているとよい。この場合、受電側コントローラ24は、交流電源12からテスト用電力が出力される場合には、受電器23によって受電された交流電力の出力先を固定負荷に切り替えるとよい。これにより、負荷22のインピーダンスの変動を考慮することなく、電源部の選択を行うことができる。
○ 送電側コントローラ14は、ステップS102にて把握された電源負荷インピーダンスZが最小電源負荷インピーダンスZminから最大電源負荷インピーダンスZmaxまでの範囲外である場合、異常であると判定してもよい。この場合、送電側コントローラ14は、ステップS103以降の処理を実行することなく本充電制御処理を終了してもよいし、電源負荷インピーダンスZが上記範囲内に収まるまで、車両の移動を促す報知を行い、電源負荷インピーダンスZが上記範囲内に収まったことに基づいてステップS103以降の処理を実行してもよい。
○ 送電側コントローラ14は、車両の移動中に、充電制御処理を開始してもよい。この場合、送電側コントローラ14は、車両の移動中に定期的に電源負荷インピーダンスZを把握し、その把握された電源負荷インピーダンスZが上記範囲内に収まったことに基づいて、車両を停止させるための車両停止処理を実行するとよい。これにより、交流電源12が充電用電力を出力することができる位置に車両を誘導することができる。なお、車両停止処理の具体的な構成については、任意であるが、例えば車両を停止するように報知する処理や、アシスト機能が搭載されている車両にあっては当該アシスト機能を用いて車両を自動で停止させる処理である。
○ 受電側コントローラ24が充電制御処理を実行してもよい。この場合、送電側コントローラ14は、充電制御処理に必要な情報(電源負荷インピーダンスZ等)を適宜受電側コントローラ24に送信するとよい。また、受電側コントローラ24は、送電側コントローラ14に対して交流電力の要求信号を送信し、送電側コントローラ14は、その要求信号を受信したことに基づいて、交流電源12を制御するとよい。
○ 交流電源12は、電圧源であったが、電力源、電流源であってもよい。
○ 送電器13の共振周波数と受電器23の共振周波数とは同一に設定されていたが、
これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 送電器13の共振周波数と受電器23の共振周波数とは同一に設定されていたが、
これに限られず、電力伝送が可能な範囲内で両者を異ならせてもよい。
○ 送電器13と受電器23とは同一の構成であったが、これに限られず、異なる構成であってもよい。
○ 各コンデンサ13b,23bを省略してもよい。この場合、各コイル13a,23aの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
○ 各コンデンサ13b,23bを省略してもよい。この場合、各コイル13a,23aの寄生容量を用いて磁場共鳴させる。
○ 実施形態では、1次側コイル13aと1次側コンデンサ13bとは並列に接続されていたが、これに限られず、両者は直列に接続されていてもよい。同様に、2次側コイル23aと2次側コンデンサ23bとは、直列に接続されていてもよい。
○ 負荷22は、車両用バッテリに限られず、任意である。
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 実施形態では、非接触の電力伝送を実現させるために磁場共鳴を用いたが、これに限られず、電磁誘導を用いてもよい。
○ 送電器13は、1次側コイル13a及び1次側コンデンサ13bを含む共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する1次側結合コイルとを有してもよい。同様に、受電器23は、2次側コイル23a及び2次側コンデンサ23bを含む共振回路と、その共振回路と電磁誘導で結合する2次側結合コイルとを有してもよい。
○ 送電側コントローラ14、受電側コントローラ24及びインピーダンス測定器70の各々は、マイクロコンピュータ、プロセッサ、電子制御装置等の任意のプログラムされた電気回路(circuitry)によって構成されてもよい。
Claims (12)
- 予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源と、
前記交流電力が入力される1次側コイルと、
を備え、2次側コイルを有する受電機器の前記2次側コイルに対して非接触で前記交流電力を送電するように構成された送電機器であって、
前記交流電源は第1電源部及び第2電源部を備え、前記第1電源部及び前記第2電源部の各々は、外部電力が入力された場合に当該外部電力を前記交流電力に変換して出力するように構成され、
前記第1電源部の定格電圧値は、前記第2電源部の定格電圧値よりも高く、
前記第2電源部の定格電流値は、前記第1電源部の定格電流値よりも高く、
前記第1電源部又は前記第2電源部のいずれかが、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として選択される送電機器。 - 前記第1電源部は、第1スイッチング素子を有し、当該第1スイッチング素子が周期的にON/OFFすることにより、前記外部電力を前記交流電力に変換して出力し、
前記第2電源部は、第2スイッチング素子を有し、当該第2スイッチング素子が周期的にON/OFFすることにより、前記外部電力を前記交流電力に変換して出力し、
前記第1スイッチング素子の定格電圧値は、前記第2スイッチング素子の定格電圧値よりも高く、
前記第2スイッチング素子の定格電流値は、前記第1スイッチング素子の定格電流値よりも高く、
前記第1スイッチング素子は、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第1電源部が選択された場合に周期的にON/OFFし、
前記第2スイッチング素子は、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第2電源部が選択された場合に周期的にON/OFFする請求項1に記載の送電機器。 - 前記1次側コイルの入力インピーダンスを有し、
前記1次側コイルの入力インピーダンスが予め定められた閾値インピーダンスよりも高い場合には、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第1電源部が選択され、
前記1次側コイルの入力インピーダンスが前記閾値インピーダンスよりも低い場合には、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第2電源部が選択される請求項1又は請求項2に記載の送電機器。 - 前記交流電源から前記交流電力としての第1交流電力が出力されている状況における前記1次側コイルの入力インピーダンスに基づいて、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記第1交流電力よりも電力値が大きい第2交流電力を出力する電源部が選択される請求項3に記載の送電機器。
- 前記第1電源部又は前記第2電源部のいずれが選択されても前記1次側コイルに向けて予め定められた特定電力値の交流電力を出力可能な場合には、前記第2電源部が選択される請求項1~4のうちいずれか一項に記載の送電機器。
- 前記交流電源は、前記外部電力が入力されるものであって、前記外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する外部電力変換部を備え、
前記第1電源部は、前記外部電力変換部によって変換された前記直流電力が入力された場合に当該直流電力を前記交流電力に変換する第1DC/AC変換部とを含み、前記第1電源部は、前記外部電力変換部と前記第1DC/AC変換部とによって構成され、
前記第2電源部は、前記外部電力変換部によって変換された前記直流電力が入力された場合に当該直流電力を前記交流電力に変換する第2DC/AC変換部とを含み、前記第2電源部は、前記外部電力変換部と前記第2DC/AC変換部とによって構成され、
前記第1DC/AC変換部の定格電圧値は、前記第2DC/AC変換部の定格電圧値よりも高く、
前記第2DC/AC変換部の定格電流値は、前記第1DC/AC変換部の定格電流値よりも高い請求項1~5のうちいずれか一項に記載の送電機器。 - 前記送電機器は、
前記外部電力変換部によって変換された前記直流電力の出力先を、前記第1DC/AC変換部又は前記第2DC/AC変換部に切り替える第1切替部と、
前記1次側コイルに対する前記交流電力の入力元を、前記第1DC/AC変換部又は前記第2DC/AC変換部に切り替える第2切替部と、
を更に備え、
前記第1切替部及び前記第2切替部の各々は、
前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第1電源部が選択された場合には、前記出力先及び前記入力元が前記第1DC/AC変換部となるように切り替わり、
前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第2電源部が選択された場合には、前記出力先及び前記入力元が前記第2DC/AC変換部となるように切り替わる請求項6に記載の送電機器。 - 前記交流電源は、直流電力が入力された場合に当該直流電力を前記交流電力に変換し、変換された交流電力を前記1次側コイルに出力するDC/AC変換部を備え、
前記第1電源部は、前記外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第1外部電力変換部を含み、前記第1電源部は、前記DC/AC変換部と前記第1外部電力変換部とによって構成され、
前記第2電源部は、前記外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第2外部電力変換部を含み、前記第2電源部は、前記DC/AC変換部と前記第2外部電力変換部とによって構成され、
前記第1外部電力変換部の定格電圧値は、前記第2外部電力変換部の定格電圧値よりも高く、
前記第2外部電力変換部の定格電流値は、前記第1外部電力変換部の定格電流値よりも高い請求項1~5のうちいずれか一項に記載の送電機器。 - 前記送電機器は、
前記外部電力の入力先を、前記第1外部電力変換部又は前記第2外部電力変換部に切り替える第1切替部と、
前記DC/AC変換部に対する前記直流電力の入力元を、前記第1外部電力変換部又は前記第2外部電力変換部に切り替える第2切替部と、
を備え、
前記第1切替部及び前記第2切替部の各々は、
前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第1電源部が選択された場合には、前記入力先及び前記入力元が前記第1外部電力変換部となるように切り替わり、
前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第2電源部が選択された場合には、前記入力先及び前記入力元が前記第2外部電力変換部となるように切り替わる請求項8に記載の送電機器。 - 前記第1電源部は、前記外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第1外部電力変換部、及び、前記第1外部電力変換部によって変換された前記直流電力を前記交流電力に変換する第1DC/AC変換部を備え、
前記第2電源部は、前記外部電力を所定の電圧値の直流電力に変換する第2外部電力変換部、及び、前記第2外部電力変換部によって変換された前記直流電力を前記交流電力に変換する第2DC/AC変換部を備え、
前記第1外部電力変換部の定格電圧値は、前記第2外部電力変換部の定格電圧値よりも高く、前記第1DC/AC変換部の定格電圧値は、前記第2DC/AC変換部の定格電圧値よりも高く、
前記第2外部電力変換部の定格電流値は、前記第1外部電力変換部の定格電流値よりも高く、前記第2DC/AC変換部の定格電流値は、前記第1DC/AC変換部の定格電流値よりも高い請求項1~5のうちいずれか一項に記載の送電機器。 - 前記外部電力の入力先を、前記第1外部電力変換部又は前記第2外部電力変換部に切り替える第1切替部と、
前記1次側コイルに対する前記交流電力の入力元を、前記第1DC/AC変換部又は前記第2DC/AC変換部に切り替える第2切替部と、
を備え、
前記第1切替部及び前記第2切替部の各々は、
前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第1電源部が選択された場合には、前記入力先が前記第1外部電力変換部となり、且つ、前記入力元が前記第1DC/AC変換部となるように切り替わり、
前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として前記第2電源部が選択された場合には、前記入力先が前記第2外部電力変換部となり、且つ、前記入力元が前記第2DC/AC変換部となるように切り替わる請求項10に記載の送電機器。 - 予め定められた周波数の交流電力を出力する交流電源と、
前記交流電力が入力される1次側コイルと、
前記1次側コイルに入力される前記交流電力を非接触で受電するように構成された2次側コイルと、
を備えた非接触電力伝送装置であって、
前記交流電源は、第1電源部及び第2電源部を備え、前記第1電源部及び前記第2電源部の各々は、外部電力が入力された場合に当該外部電力を前記交流電力に変換して出力するように構成され、
前記第1電源部の定格電圧値は、前記第2電源部の定格電圧値よりも高く、
前記第2電源部の定格電流値は、前記第1電源部の定格電流値よりも高く、
前記非接触電力伝送装置は、前記第1電源部又は前記第2電源部のいずれかを、前記外部電力が入力され、且つ、前記1次側コイルに向けて前記交流電力を出力する電源部として選択する選択部を備えている非接触電力伝送装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 15818153 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 15818153 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |