WO2023145231A1 - 車両及び移動体用電源 - Google Patents

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receiving device
bus
power supply
contactless
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和峰 木村
俊哉 橋本
眞 橋本
和良 大林
恵亮 谷
宜久 山口
正樹 金▲崎▼
優一 竹村
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トヨタ自動車株式会社
株式会社デンソー
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to power sources for vehicles and mobile bodies.
  • Patent Document 1 electric power received by a non-contact power receiving device from a plurality of non-contact power transmission devices installed on a travel road by non-contact power supply while traveling is supplied to a motor generator (inverter) via a DCDC converter. and a vehicle capable of supplying power to a battery that is a power source.
  • the power transmission coils are arranged discretely, power is supplied discretely according to the vehicle traveling position, and the power received by the non-contact power receiving device from the non-contact power transmitting device fluctuates greatly. Therefore, the bus voltage fluctuates greatly when power is supplied from the wireless power receiving device to the motor generator (inverter) and the battery. lead to deterioration.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a power supply for vehicles and mobile bodies that can suppress deterioration of the power supply.
  • a vehicle according to the present invention wirelessly receives electric power from a plurality of wireless power transmission devices arranged along a traveling direction of the vehicle at predetermined intervals.
  • a non-contact power receiving device for receiving power, a rotating electrical machine capable of generating a driving force for running, an inverter for exchanging power between the rotating electrical machine, a first power supply, and an output density with respect to the first power supply.
  • a second power supply having a high power supply and a low capacity density
  • a DCDC converter that exchanges electric power with the second power supply, wherein the non-contact power receiving device, the inverter, the DCDC converter, and the a first power supply in parallel and electrically connected to a power bus that supplies power from the non-contact power receiving device to the inverter; electrically connecting the second power supply and the power bus via the DCDC converter; It is characterized by connecting to
  • the contactless power receiving device and the power bus may be directly electrically connected.
  • the first power source may be a secondary battery
  • the second power source may be a capacitor
  • parts that are generally mounted on a vehicle can be used as the first power supply and the second power supply.
  • the DCDC conversion command value in the DCDC converter compensates for the variation of the power supplied from the non-contact power receiving device to the power bus by the second power supply, and the electric power required by the rotating electrical machine. It is also possible to set a DC conversion amount that can obtain a desired bus average voltage accordingly.
  • the second power supply compensates for the variation, substantially stabilizes the bus voltage, and adjusts the bus average voltage clamped by the second power supply.
  • the DCDC conversion command value may be feedback-controlled according to the difference between the target bus voltage and the actual bus voltage.
  • the bus voltage may be increased as the power consumption of the rotating electric machine is increased.
  • the greater the power consumption of the rotating electric machine the greater the amount of power that can be received by the contactless power receiving device from the contactless power transmission device through contactless power supply while the vehicle is running.
  • the bus voltage may be set according to the power consumption of the rotating electric machine and the average received power of the contactless power receiving device.
  • the greater the power consumption of the rotating electric machine the greater the amount of power that can be received by the contactless power receiving device from the contactless power transmission device through contactless power supply while the vehicle is running.
  • the non-contact power receiving device when the non-contact power receiving device does not have a regenerative function to return electric power to the grid side and the rotating electric machine performs regenerative operation, power is supplied from the non-contact power receiving device to the first power supply.
  • the bus target voltage may be set to reduce power.
  • the DCDC conversion command value in the DCDC converter may be set to a value that partially or entirely compensates for fluctuations in power supplied from the non-contact power receiving device to the power bus.
  • the second power supply can fully compensate for the variation and substantially stabilize the bus voltage. Further, by restricting the second power supply to compensate for part of the variation, the DCDC converter can be miniaturized.
  • a power supply for a mobile body includes a non-contact power receiving device that non-contactly receives electric power from a plurality of non-contact power transmitting devices arranged on a travel path at predetermined intervals, a first power source,
  • a power source for a mobile object comprising: a second power source having a high output density and a low capacity density with respect to one power source; and a DCDC converter for exchanging power with the second power source, wherein the wireless power reception
  • the device, the DCDC converter, and the first power supply are in parallel and electrically connected to a power bus that supplies power from the non-contact power receiving device to the inverter, and the second power supply and the first power supply are connected via the DCDC converter. It is characterized in that it is electrically connected to a power bus.
  • the contactless power receiving device and the power bus may be directly electrically connected.
  • the first power source may be a secondary battery
  • the second power source may be a capacitor
  • components that are generally mounted on a vehicle, which is a moving object, can be used as the first power source and the second power source.
  • the DCDC conversion command value in the DCDC converter may be feedback-controlled according to the difference between the target bus voltage and the actual bus voltage.
  • the DCDC conversion command value in the DCDC converter is set to a value that partially or entirely compensates for fluctuations in power supplied from the non-contact power receiving device to the power bus.
  • the second power supply can fully compensate for the variation and substantially stabilize the bus voltage. Further, by restricting the second power supply to compensate for part of the variation, the DCDC converter can be miniaturized.
  • a power source for a vehicle and a mobile object compensates for fluctuations in power received by a contactless power receiving device from a contactless power transmission device by inputting and outputting power with a second power source via a DCDC converter, By reducing the fluctuation of the bus voltage, it is possible to suppress the charging and discharging of the first power supply for reducing the fluctuation of the bus voltage, so that the deterioration of the first power supply can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a vehicle according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the vehicle.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining fluctuations in DWPT power.
  • FIG. 4(a) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the DWPT power in the current-type in-run contactless power supply system.
  • FIG. 4(b) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the MG output.
  • FIG. 5(a) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the DWPT power in the voltage-type in-run contactless power supply system.
  • FIG. 5(b) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the MG output.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of calculating a bus voltage predicted value.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between battery SOC and voltage as battery characteristics.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the difference in the cycle of DWPT power fluctuations due to vehicle speed.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a vehicle 1 according to an embodiment.
  • a vehicle 1 according to the embodiment is an electric vehicle equipped with a motor generator 2 as a power source for running.
  • the motor generator 2 is driven by supplying electric power stored in the battery 3 to the motor generator 2 .
  • Power output from the motor generator 2 is transmitted to drive wheels via a power transmission device.
  • the vehicle 1 according to the embodiment can contactlessly receive power supplied from the wireless power transmission device 21 having the power transmission coil installed on the road 22, which is the road on which the vehicle 1 can travel, using the power reception coil.
  • a non-contact power receiving device 4 is provided. Note that in the present embodiment, the contactless power transmission device 21 and the contactless power receiving device 4 can power the contactless power receiving device 4 from the contactless power transmission device 21 while the vehicle 1 is running.
  • a power supply (DWPT: Dynamic Wireless Power Transfer) system is configured.
  • electric power received by the non-contact power receiving device 4 from the non-contact power transmitting device 21 by non-contact power feeding while running is supplied to the motor generator 2 and the battery 3 .
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the vehicle 1.
  • the vehicle 1 includes a motor generator 2, a battery 3, a non-contact power receiving device 4, an inverter 5, a DCDC converter 6, a capacitor 7, an electric power bus 10, an ECU (Electronic Control Unit) 100.
  • the power bus 10 consists of a positive power bus 10P and a negative power bus 10N.
  • the battery 3, the non-contact power receiving device 4, the inverter 5, the DCDC converter 6, and the capacitor 7 are connected in parallel between the positive power bus 10P and the negative power bus 10N. located and electrically connected to the power bus 10 .
  • the capacitor 7 has a positive terminal electrically connected to the DCDC converter 6 and a negative terminal electrically connected to the negative power bus 10N of the power bus 10.
  • a capacitor 7 is electrically connected to power bus 10 .
  • a motor generator 2 is electrically connected to the inverter 5 so that 3-phase AC power can be transferred.
  • the motor generator (MG) 2 is a rotating electrical machine that has a function as an electric motor and a function as a generator.
  • the ECU 100 which is an electronic control unit, controls the inverter 5, thereby controlling the torque output from the motor generator 2.
  • the battery 3 is a first power supply, and is a secondary battery capable of storing electric power to be supplied to the motor generator 2 .
  • a secondary battery a component generally mounted on a vehicle (electric vehicle) can be used, and for example, a lithium ion battery can be used.
  • the battery 3 stores electric power received by the non-contact power receiving device 4 and whose voltage is adjusted by the DCDC converter 6 .
  • Battery 3 also supplies electric power for generating vehicle driving force by motor generator 2 to inverter 5 via DCDC converter 6 .
  • the battery 3 stores electric power generated by the regenerative operation of the motor generator 2 via the DCDC converter 6 .
  • the battery 3 is provided with a voltage sensor and a current sensor for detecting the voltage of the battery 3 and the input/output current. These detected values are output to ECU 100 .
  • the ECU 100 calculates the SOC (State Of Charge) of the battery 3 based on the voltage and current detected by the voltage sensor and current sensor.
  • the non-contact power receiving device 4 has a power receiving coil that can receive power in a non-contact manner from the power transmission coil of the non-contact power transmitting device 21 installed on the road 22 while the vehicle 1 is running. Then, for example, power is transmitted from the non-contact power transmission device 21 to the non-contact power reception device 4 while the non-contact power reception device 4 is positioned within a predetermined distance from the non-contact power transmission device 21 .
  • the power supplied from the non-contact power transmission device 21 to the non-contact power reception device 4 is sent to the motor generator 2, the battery 3, and the like.
  • the inverter 5 can exchange electric power with the motor generator 2 , converts DC power from the power bus 10 into AC power and supplies it to the motor generator 2 , or converts AC power from the motor generator 2 into AC power. It converts the electric power into DC power and supplies it to the power bus 10 .
  • the DCDC converter 6 adjusts the voltage of the power exchanged between the power bus 10 and the capacitor 7 (the power input and output by the capacitor 7).
  • Capacitor 7 is a second power supply with higher output density and lower capacity density than the first power supply (battery 3), and temporarily It is possible to store electricity.
  • a component that is generally mounted on a vehicle can be used.
  • EDLC Electrode Double Layer Capacitor
  • LIC Lithium Ion Capacitor
  • SRC Super Redox Capacitor
  • the plurality of contactless power transmission devices 21 are arranged discretely on the road 22 in the vehicle traveling direction.
  • contactless power supply is performed from a contactless power transmission device 21 installed on a road 22 to a contactless power receiving device 4 provided in the vehicle 1 while the vehicle 1 is running (contactless power supply while running).
  • the DWPT power (P DWPT ) which is the power supplied from the non-contact power transmission device 21 to the non-contact power reception device 4 fluctuates greatly, as shown in FIG. In other words, a large power ripple occurs in the DWPT power received by the contactless power receiving device 4 .
  • the bus voltage which is the voltage of the power bus 10 when power is supplied from the non-contact power receiving device 4 to the motor generator 2 (inverter 5) and the battery 3 (DCDC converter 6), also fluctuates greatly, and the battery 3 deteriorates. and deterioration of the controllability of the motor generator 2.
  • the fluctuation of the electric power received by the non-contact power receiving device 4 from the non-contact power transmitting device 21 is caused, for example, by the plurality of non-contact power transmitting devices 21 discretely arranged on the road 22 in the traveling direction of the vehicle. This is because power is supplied discretely from the contactless power transmitting device 21 and the contactless power receiving device 4 while the relative position thereof is changed due to positional deviation in the left-right direction.
  • power is directly supplied from the non-contact power receiving device 4 to the inverter 5 without going through the DCDC converter 6. can also reduce power loss.
  • the contactless power receiving device 4 and the power bus 10 are directly connected without connecting the DCDC converter 6 between the contactless power receiving device 4 and the power bus 10 .
  • power is supplied from the non-contact power receiving device 4 to the motor generator 2 (inverter 5) and the battery 3 through the power bus 10 without going through the DCDC converter 6. power loss can be reduced.
  • the DCDC conversion command value in the DCDC converter 6 corresponds to the variation of the electric power supplied from the contactless power receiving device 4 to the electric power bus 10 (power ripple in the traveling contactless power supply system). is compensated by the capacitor 7, and a DC conversion amount is set to obtain a desired bus average voltage corresponding to the MG power (required power of the motor generator 2 in the non-contact power supply system during running).
  • the DCDC conversion command value is set according to the MG power command value and the battery charging/discharging power command value.
  • the fluctuation is compensated for by the capacitor 7 to substantially stabilize the bus voltage, and the average bus voltage clamped by the capacitor 7 is adjusted.
  • the DCDC conversion command value in the DCDC converter 6 corresponds to the variation of the power supplied from the contactless power receiving device 4 to the power bus 10 (power ripple in the traveling contactless power supply system). ) may be set to a value that compensates for part or all of
  • the fluctuation can be fully compensated for by the capacitor 7, and the bus voltage can be substantially stabilized.
  • the DCDC converter 6 can be miniaturized by restricting the capacitor 7 so as to partially compensate for the variation (the power ripple).
  • the bus voltage of the power bus 10 is controlled according to the DC link voltage to control the power received by the contactless power receiving device 4 in the traveling contactless power supply system.
  • the DCDC converter conversion command value is feedback-controlled according to the difference between the target bus voltage and the actual bus voltage. Thereby, it is possible to improve the control accuracy of the bus average voltage.
  • FIG. 4(a) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the DWPT power in the current-type in-run contactless power supply system.
  • FIG. 4(b) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the MG output.
  • the non-contact power receiving device 4 When a current type (immittance, SS, etc.) is adopted for the non-contact power receiving device 4 that constitutes the in-running non-contact power supply system, as shown in FIG. Satisfy growing relationships. As shown in FIG. 4B, the required DC link voltage increases as the MG output (power consumption of the motor generator 2) increases. Therefore, in the vehicle 1 according to the embodiment, when the non-contact power receiving device 4 is a current type, the DWPT power is increased in order to increase the DC link voltage (bus voltage) as the MG output increases. As a result, as the power consumption of the motor generator 2 increases, the non-contact power receiving device 4 can receive a large amount of power from the non-contact power transmitting device 21 by non-contact power feeding while the vehicle is running.
  • a current type immittance, SS, etc.
  • FIG. 5(a) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the DWPT power in the voltage-type in-run contactless power supply system.
  • FIG. 5(b) is a graph showing the relationship between the DC link voltage and the MG output.
  • the non-contact power receiving device 4 When a voltage type (BPF, PP, etc.) is adopted for the non-contact power receiving device 4 that constitutes the non-contact power feeding system while driving, as shown in FIG. Since the average received power of the non-contact power receiving device 4 decreases, the DC link voltage (bus voltage) that balances the MG output (power consumption of the motor generator 2) shown in FIG. set. As a result, as the power consumption of the motor generator 2 increases, the non-contact power receiving device 4 can receive a large amount of power from the non-contact power transmitting device 21 by non-contact power feeding while the vehicle is running.
  • BPF voltage type
  • PP PP, etc.
  • the non-contact power receiving device 4 transfers power to the battery 3 .
  • Set the bus target voltage to reduce the power delivered.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a method of calculating a bus voltage predicted value. Note that the white arrows in FIG. 6 indicate the direction of current flow.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the SOC of the battery 3 and the voltage as a characteristic of the battery 3. In FIG. 7, SOC Bat is the SOC of the battery 3, and V Bat is the voltage of the battery 3. FIG.
  • the PWM duty when the rotational drive of the motor generator 2 is PWM-controlled is based on fluctuations in the electric power received by the non-contact power receiving device 4 from the non-contact power transmitting device 21 by non-contact power supply while traveling. to decide.
  • PWM duty is calculated by, for example, the following formula (1).
  • the bus voltage prediction value in the above equation (1) is based on the periodic DWPT power instantaneous value, and the bus voltage is estimated from the characteristics of the battery 3 (the relationship between the SOC and the voltage of the battery 3) as shown in FIG. do.
  • the instantaneous voltage of the battery 3 is estimated based on the input/output power (charging/discharging current) of the battery 3 and the internal resistance of the battery 3 (battery internal resistance), including the variation with respect to the open-circuit voltage.
  • the power supplied to the battery 3 can be calculated by the following formula (2).
  • P DCDC (Cap) is power input to the DCDC converter 6 (capacitor 7)
  • P DWPT is DWPT power (power output from the non-contact power receiving device 4)
  • P Inv(MG) is power input to the inverter 5 (motor generator 2 )
  • P Bat is power input to the battery 3 .
  • the arrangement interval in the vehicle traveling direction of the plurality of contactless power transmission devices 21 arranged on the road 22 on which the vehicle 1 is traveling (the distance between the contactless power transmission devices 21 adjacent in the vehicle traveling direction) is constant, the distance traveled by the vehicle 1 can be obtained from the current vehicle speed, and the relative position of the vehicle 1 with respect to each of the plurality of contactless power transmission devices 21 can be calculated. Therefore, based on the relative position of the vehicle 1 (the non-contact power receiving device 4) with respect to the non-contact power transmitting device 21, the fluctuation amount (repeatedly ) can be estimated.
  • the vehicle speed decreases to a constant speed at time t1. Then, the period of fluctuation of the DWPT power (bus voltage) becomes a period T2 longer than the period T1. Therefore, in the vehicle 1 according to the embodiment, it is possible to estimate the DWPT power and thus the bus voltage based on the vehicle position (vehicle speed) on the road 22 when performing non-contact power feeding while traveling.
  • the vehicle position for example, the vehicle position detected at a predetermined timing using the GPS of the car navigation system provided in the vehicle 1 may be set. Further, the period of fluctuation of the DWPT power (bus voltage) during non-contact power supply while traveling at a predetermined vehicle speed may be estimated based on the rotational angle of the motor generator 2 instead of the vehicle speed.
  • the present invention it is possible to provide a power supply for vehicles and mobile bodies that can suppress deterioration of the power supply.

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Abstract

本発明の車両は、走行路に車両進行方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数の非接触送電装置から非接触で電力を受電する非接触受電装置と、走行用の駆動力を発生可能な回転電機と、回転電機との間で電力のやり取りを行うインバータと、第１電源と、第１電源に対して出力密度が高く容量密度が低い第２電源と、第２電源との間で電力のやり取りを行うＤＣＤＣコンバータと、を備えた車両であって、非接触受電装置とインバータとＤＣＤＣコンバータと第１電源とが並列で、非接触受電装置からインバータに電力を供給する電力バスに電気的に接続されており、ＤＣＤＣコンバータを介して第２電源と電力バスとを電気的に接続する。

Description

車両及び移動体用電源
　本発明は、車両及び移動体用電源に関する。
　特許文献１には、走行中非接触給電によって、走行路に設置された複数の非接触送電装置から非接触受電装置が非接触で受電した電力を、ＤＣＤＣコンバータを介して、モータジェネレータ（インバータ）及び電源であるバッテリへ供給可能な車両が開示されている。
特開２０１４－１４７１６０号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された車両では、送電コイルが離散的に配置され、車両走行位置に応じて離散的に給電され、非接触送電装置から非接触受電装置が受電する電力が大きく変動するため、非接触受電装置からモータジェネレータ（インバータ）やバッテリに電力を供給する際のバス電圧も大きく変動してしまい、バス電圧の変動を低減するためにバッテリの充放電が行われることでバッテリの劣化を招いてしまう。
　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電源の劣化を抑制することができる車両及び移動体用電源を提供することである。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両は、走行路に車両進行方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数の非接触送電装置から非接触で電力を受電する非接触受電装置と、走行用の駆動力を発生可能な回転電機と、前記回転電機との間で電力のやり取りを行うインバータと、第１電源と、前記第１電源に対して出力密度が高く容量密度が低い第２電源と、前記第２電源との間で電力のやり取りを行うＤＣＤＣコンバータと、を備えた車両であって、前記非接触受電装置と前記インバータと前記ＤＣＤＣコンバータと前記第１電源とが並列で、前記非接触受電装置から前記インバータに電力を供給する電力バスに電気的に接続されており、前記ＤＣＤＣコンバータを介して前記第２電源と前記電力バスとを電気的に接続することを特徴とするものである。
　これにより、非接触送電装置から非接触受電装置が受電する電力の変動分を、ＤＣＤＣコンバータを介して第２電源で電力の入出力を行うことによって補償し、バス電圧の変動を低減させることで、バス電圧の変動を低減させるための第１電源の充放電を抑制することができるため、第１電源の劣化を抑制することができる。
　また、上記において、前記非接触受電装置と前記電力バスとを電気的に直接接続するようにしてもよい。
　これにより、非接触受電装置で受電した電力を、非接触受電装置からインバータに電力を供給する電力バスに給電する際の電力損失を抑制することができる。
　また、上記において、前記第１電源は二次電池であり、前記第２電源はキャパシタであってもよい。
　これにより、一般に車両に搭載される部品を、第１電源と第２電源として用いることができる。
　また、上記において、前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値は、前記非接触受電装置から前記電力バスに供給される電力の変動分を前記第２電源で補償すると共に、前記回転電機の要求電力に応じた所望のバス平均電圧を得られる直流変換分を設定するようにしてもよい。
　これにより、第２電源で前記変動分を補償してバス電圧を略安定化させるとともに、第２電源でクランプされるバス平均電圧を調整することができる。
　また、上記において、目標バス電圧と実バス電圧との差に応じて、前記ＤＣＤＣ変換指令値をフィードバック制御するようにしてもよい。
　これにより、バス平均電圧の制御精度を向上させることができる。
　また、上記において、前記非接触受電装置が電流型の場合には、前記回転電機の消費電力が大きいほどバス電圧を大きくするようにしてもよい。
　これにより、回転電機の消費電力が大きいほど、走行中非接触給電によって非接触送電装置から非接触受電装置が大電力を受電することができる。
　また、上記において、前記非接触受電装置が電圧型の場合には、前記回転電機の消費電力と前記非接触受電装置の平均受電電力とに応じて、バス電圧を設定するようにしてもよい。
　これにより、回転電機の消費電力が大きいほど、走行中非接触給電によって非接触送電装置から非接触受電装置が大電力を受電することができる。
　また、上記において、前記非接触受電装置側に系統側へ電力を戻す回生機能が無く、且つ、前記回転電機が回生動作する場合には、前記非接触受電装置から前記第１電源へ供給される電力を減らすように、バス目標電圧を設定するようにしてもよい。
　これにより、回転電機からの回生電力によってバス電圧が上昇しても、非接触受電装置から第１電源に供給される電力を減少させることによって、回転電機と非接触受電装置とから第１電源に供給される電力が大きくなり過ぎて、第１電源が劣化し易くなるのを抑制することができる。
　また、上記において、前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値は、前記非接触受電装置から前記電力バスに供給される電力の変動分の一部または全部を補償する値に設定するようにしてもよい。
　これにより、第２電源で前記変動分を全補償してバス電圧を略安定化させることができる。また、第２電源で前記変動分の一部を補償するように制限することによって、ＤＣＤＣコンバータを小型化することができる。
　また、本発明に係る移動体用電源は、走行路に所定間隔をあけて配置された複数の非接触送電装置から非接触で電力を受電する非接触受電装置と、第１電源と、前記第１電源に対して出力密度が高く容量密度が低い第２電源と、前記第２電源との間で電力のやり取りを行うＤＣＤＣコンバータと、を備えた移動体用電源であって、前記非接触受電装置と前記ＤＣＤＣコンバータと前記第１電源とが並列で、前記非接触受電装置からインバータに電力を供給する電力バスに電気的に接続されており、前記ＤＣＤＣコンバータを介して前記第２電源と前記電力バスとを電気的に接続することを特徴とするものである。
　これにより、非接触送電装置から非接触受電装置が受電する電力の変動分を、ＤＣＤＣコンバータを介して第２電源で電力の入出力を行うことによって補償し、バス電圧の変動を低減させることで、バス電圧の変動を低減させるための第１電源の充放電を抑制することができるため、第１電源の劣化を抑制することができる。
　また、上記において、前記非接触受電装置と前記電力バスとを電気的に直接接続するようにしてもよい。
　これにより、非接触受電装置で受電した電力を、非接触受電装置からインバータに電力を供給する電力バスに給電する際の電力損失を抑制することができる。
　また、上記において、前記第１電源は二次電池であり、前記第２電源はキャパシタであってもよい。
　これにより、移動体である車両に一般に搭載される部品を、第１電源と第２電源として用いることができる。
　また、上記において、目標バス電圧と実バス電圧との差に応じて、前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値をフィードバック制御するようにしてもよい。
　これにより、バス平均電圧の制御精度を向上させることができる。
　また、上記において、前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値は、前記非接触受電装置から前記電力バスに供給される電力の変動分の一部または全部を補償する値に設定する。
　これにより、第２電源で前記変動分を全補償してバス電圧を略安定化させることができる。また、第２電源で前記変動分の一部を補償するように制限することによって、ＤＣＤＣコンバータを小型化することができる。
　本発明に係る車両及び移動体用電源は、非接触送電装置から非接触受電装置が受電する電力の変動分を、ＤＣＤＣコンバータを介して第２電源で電力の入出力を行うことによって補償し、バス電圧の変動を低減させることで、バス電圧の変動を低減させるための第１電源の充放電を抑制することができるため、第１電源の劣化を抑制することができるという効果を奏する。
図１は、実施形態における車両を模式的に示す図である。 図２は、車両の構成を説明するためのブロック図である。 図３は、ＤＷＰＴ電力の変動を説明するための図である。 図４（ａ）は、電流型の走行中非接触給電システムにおけるＤＣリンク電圧とＤＷＰＴ電力との関係を示したグラフである。図４（ｂ）は、ＤＣリンク電圧とＭＧ出力との関係を示したグラフである。 図５（ａ）は、電圧型の走行中非接触給電システムにおけるＤＣリンク電圧とＤＷＰＴ電力との関係を示したグラフである。図５（ｂ）は、ＤＣリンク電圧とＭＧ出力との関係を示したグラフである。 図６は、バス電圧予測値の算出方法を説明するための図である。 図７は、バッテリの特性として、バッテリのＳＯＣと電圧との関係を示したグラフである。 図８は、車速によるＤＷＰＴ電力の変動の周期の違いを説明するための図である。
　以下に、本発明に係る車両及び移動体用電源の一実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
　図１は、実施形態に係る車両１を模式的に示す図である。実施形態に係る車両１は、走行用の動力源としてモータジェネレータ２を搭載した電動車両である。この車両１では、例えば、バッテリ３に蓄えられた電力をモータジェネレータ２に供給することによりモータジェネレータ２を駆動する。モータジェネレータ２から出力された動力は動力伝達装置を介して駆動輪に伝達される。
　また、実施形態に係る車両１は、車両１が走行可能な走行路である道路２２に設置された送電コイルを有する非接触送電装置２１から供給される電力を、受電コイルによって非接触で受電できる非接触受電装置４を備えている。なお、本実施形態においては、非接触送電装置２１と非接触受電装置４とによって、車両１の走行中に非接触送電装置２１から非接触受電装置４に非接触で給電可能な走行中非接触給電（ＤＷＰＴ：Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｐｏｗｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）システムが構成されている。そして、実施形態に係る車両１において、走行中非接触給電によって非接触送電装置２１から非接触受電装置４が受電した電力は、モータジェネレータ２及びバッテリ３に供給される。
　図２は、車両１の構成を説明するためのブロック図である。図２に示すように、実施形態に係る車両１は、モータジェネレータ２と、バッテリ３と、非接触受電装置４と、インバータ５と、ＤＣＤＣコンバータ６と、キャパシタ７と、電力バス１０と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）１００とを備えている。電力バス１０は、正極用電力バス１０Ｐと負極用電力バス１０Ｎとからなる。そして、実施形態に係る車両１においては、正極用電力バス１０Ｐと負極用電力バス１０Ｎとの間にて、バッテリ３と非接触受電装置４とインバータ５とＤＣＤＣコンバータ６とキャパシタ７とが並列で配置されて電力バス１０に電気的に接続されている。また、キャパシタ７は、正極側端子がＤＣＤＣコンバータ６に電気的に接続されており、負極側端子が電力バス１０の負極用電力バス１０Ｎに電気的に接続されており、ＤＣＤＣコンバータ６を介してキャパシタ７が電力バス１０に電気的に接続されている。また、インバータ５には、３相交流電力が授受可能なようにモータジェネレータ２が電気的に接続されている。
　モータジェネレータ（ＭＧ）２は、電動機としての機能と発電機としての機能を有する回転電機である。例えば、モータジェネレータ２の動力によって車両１が走行する際には、電子制御装置であるＥＣＵ１００がインバータ５を制御することによって、モータジェネレータ２から出力されるトルクが制御される。
　バッテリ３は、第１電源であって、モータジェネレータ２に供給するための電力を蓄えることができる二次電池である。なお、前記二次電池としては、一般に車両（電動車両）に搭載される部品を用いることができ、例えば、リチウムイオン電池などを用いることができる。バッテリ３は、非接触受電装置４で受電され、且つ、ＤＣＤＣコンバータ６で電圧を調整された電力を蓄電する。また、バッテリ３は、モータジェネレータ２によって車両駆動力を発生させるための電力を、ＤＣＤＣコンバータ６を介してインバータ５へ供給する。さらに、バッテリ３は、モータジェネレータ２の回生動作によって発電された電力を、ＤＣＤＣコンバータ６を介して蓄電する。
　なお、バッテリ３には、いずれも図示しないが、バッテリ３の電圧及び入出力される電流を検出するための電圧センサ及び電流センサが設けられている。これらの検出値は、ＥＣＵ１００へ出力される。ＥＣＵ１００は、電圧センサ及び電流センサによって検出された電圧及び電流に基づいて、バッテリ３のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ　Ｏｆ　Ｃｈａｒｇｅ）を演算する。
　非接触受電装置４は、車両１の走行中などに、道路２２に設置された非接触送電装置２１が有する送電コイルから非接触で電力を受け取ることが可能な受電コイルを有している。そして、例えば、非接触送電装置２１から所定距離の範囲内に非接触受電装置４が位置する状態で、非接触送電装置２１から非接触受電装置４への送電が行われる。非接触送電装置２１から非接触受電装置４に供給された電力は、モータジェネレータ２やバッテリ３などに送られる。
　インバータ５は、モータジェネレータ２との間で電力のやり取りを行うことが可能であり、電力バス１０からの直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ２に供給したり、モータジェネレータ２からの交流電力を直流電力に変換して電力バス１０に供給したりする。
　ＤＣＤＣコンバータ６は、電力バス１０とキャパシタ７との間でやり取りされる電力（キャパシタ７で入出力される電力）の調圧などを行なう。
　キャパシタ７は、第１電源（バッテリ３）に対して出力密度が高く容量密度が低い第２電源であり、非接触受電装置４から電力バス１０に供給された電力の一部を、一時的に蓄電することが可能である。キャパシタ７としては、一般に車両（電動車両）に搭載される部品を用いることができ、例えば、ＥＤＬＣ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｌａｙｅｒ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、ＬＩＣ（Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｉｏｎ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）、及び、ＳＲＣ（Ｓｕｐｅｒ　Ｒｅｄｏｘ　Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）などを用いることができる。
　ここで、図１に示すように、複数の非接触送電装置２１は、車両進行方向で離散的に道路２２に配置されている。走行中非接触給電システムにおいては、道路２２に設置された非接触送電装置２１から車両１に設けられた非接触受電装置４へ車両１の走行中に非接触給電（走行中非接触給電）する場合、接触給電方式のパンタグラフ給電と異なり、図３に示すように、非接触送電装置２１から非接触受電装置４に供給される電力であるＤＷＰＴ電力（ＰＤＷＰＴ）が大きく変動する。言い換えると、非接触受電装置４が受電したＤＷＰＴ電力に大きな電力リプルが生じる。そのため、非接触受電装置４からモータジェネレータ２（インバータ５）やバッテリ３（ＤＣＤＣコンバータ６）に電力を供給する際の電力バス１０の電圧であるバス電圧も大きく変動してしまい、バッテリ３の劣化やモータジェネレータ２の制御性の悪化を招いてしまう。走行中非接触給電において、非接触送電装置２１から非接触受電装置４が受電する電力の変動の原因は、例えば、車両進行方向で道路２２に離散的に配置された複数の非接触送電装置２１から離散的に給電されたり、非接触送電装置２１と非接触受電装置４との相対位置が左右方向の位置ズレにより変化しながら給電されたりするためである。
　そのため、実施形態に係る車両１では、図３に示した電力上限ラインＬ１と電力下限ラインＬ２との間にＤＷＰＴ電力（ＰＤＷＰＴ）が収まるように、走行中非接触給電において非接触送電装置２１から非接触受電装置４が受電する電力（非接触受電装置４から電力バス１０に供給される電力）の変動分（走行中非接触給電システムでの電力リプル）を、ＤＣＤＣコンバータ６を介してキャパシタ７で電力の入出力を行うことによって一部または全部を補償している。これにより、実施形態に係る車両１においては、走行中非接触給電システムでの電力リプルに起因したバス電圧の変動を低減させて、前記バス電圧の変動（前記電力リプル）によるバッテリ３の充放電を抑制することができるため、バッテリ３の小容量化やバッテリ３の劣化抑制などが可能となる。なお、ＤＣＤＣコンバータ６としては、キャパシタ７で入出力される電力を変換するのに十分な小容量のＤＣＤＣコンバータを用いることによって低損失化を図ることができる。
　また、実施形態に係る車両１では、ＤＣＤＣコンバータ６を介さずに非接触受電装置４からインバータ５に直接給電するため、ＤＣＤＣコンバータ６を介して非接触受電装置４からインバータ５に給電する場合よりも、電力の損失を低減させることができる。
　また、実施形態に係る車両１は、非接触受電装置４と電力バス１０との間にＤＣＤＣコンバータ６を接続せずに、非接触受電装置４と電力バス１０とを直接接続している。これにより、実施形態に係る車両１では、ＤＣＤＣコンバータ６を介さずに、非接触受電装置４から電力バス１０を通じてモータジェネレータ２（インバータ５）及びバッテリ３に電力を供給するため、ＤＣＤＣコンバータ６での電力損失を低減することができる。
　また、実施形態に係る車両１において、ＤＣＤＣコンバータ６でのＤＣＤＣ変換指令値は、非接触受電装置４から電力バス１０に供給される電力の変動分（走行中非接触給電システムでの電力リプル）をキャパシタ７で補償すると共に、ＭＧ電力（走行中非接触給電システムでのモータジェネレータ２の要求電力）に応じた所望のバス平均電圧を得られる直流変換分を設定する。言い換えると、ＤＣＤＣ変換指令値は、ＭＧ電力指令値とバッテリ充放電電力指令値とに応じて設定する。これにより、実施形態に係る車両１においては、キャパシタ７で前記変動分（前記電力リプル）を補償してバス電圧を略安定化させるととともに、キャパシタ７でクランプされるバス平均電圧を調整することができる。また、実施形態に係る車両１においては、ＤＣＤＣコンバータ６でのＤＣＤＣ変換指令値は、非接触受電装置４から電力バス１０に供給される電力の変動分（走行中非接触給電システムでの電力リプル）の一部または全部を補償する値に設定するようにしてもよい。これにより、実施形態に係る車両１においては、キャパシタ７で前記変動分（前記電力リプル）を全補償してバス電圧を略安定化させることができる。また、実施形態に係る車両１においては、キャパシタ７で前記変動分（前記電力リプル）の一部を補償するように制限することによって、ＤＣＤＣコンバータ６を小型化することができる。
　実施形態に係る車両１においては、ＤＣリンク電圧に応じて電力バス１０のバス電圧を制御して、走行中非接触給電システムでの非接触受電装置４の受電電力を制御する。例えば、実施形態に係る車両１においては、目標バス電圧と実バス電圧との差に応じて、ＤＣＤＣコンバータ変換指令値をフィードバック制御する。これにより、バス平均電圧の制御精度を向上させることができる。
　図４（ａ）は、電流型の走行中非接触給電システムにおけるＤＣリンク電圧とＤＷＰＴ電力との関係を示したグラフである。図４（ｂ）は、ＤＣリンク電圧とＭＧ出力との関係を示したグラフである。
　走行中非接触給電システムを構成する非接触受電装置４に電流型（イミタンス、ＳＳ等）を採用した場合には、図４（ａ）に示すように、ＤＣリンク電圧が大きくなるほど、ＤＷＰＴ電力も大きくなる関係を満たす。また、ＤＣリンク電圧は、図４（ｂ）に示すように、ＭＧ出力（モータジェネレータ２の消費電力）が大きいほど、必要とするＤＣリンク電圧が大きくなる。よって、実施形態に係る車両１においては、非接触受電装置４が電流型の場合、ＭＧ出力が大きいほどＤＣリンク電圧（バス電圧）を大きくするために、ＤＷＰＴ電力を大きくする。これにより、モータジェネレータ２の消費電力が大きいほど、走行中非接触給電によって非接触送電装置２１から非接触受電装置４が大電力を受電することができる。
　図５（ａ）は、電圧型の走行中非接触給電システムにおけるＤＣリンク電圧とＤＷＰＴ電力との関係を示したグラフである。図５（ｂ）は、ＤＣリンク電圧とＭＧ出力との関係を示したグラフである。
　走行中非接触給電システムを構成する非接触受電装置４に電圧型（ＢＰＦ、ＰＰ等）を採用した場合には、図５（ａ）に示すように、ＤＣリンク電圧（バス電圧）が高くなるほど非接触受電装置４の平均受電電力が減少するため、図５（ｂ）に示したＭＧ出力（モータジェネレータ２の消費電力）と前記平均受電電力とのバランスが取れるＤＣリンク電圧（バス電圧）を設定する。これにより、モータジェネレータ２の消費電力が大きいほど、走行中非接触給電によって非接触送電装置２１から非接触受電装置４が大電力を受電することができる。
　また、実施形態に係る車両１においては、走行中非接触給電システム側に系統側へ電力を戻す回生機能が無く、且つ、モータジェネレータ２が回生動作する場合、非接触受電装置４からバッテリ３へ供給される電力を減らすように、バス目標電圧を設定する。これにより、モータジェネレータ２からの回生電力によってバス電圧が上昇しても、非接触受電装置４からバッテリ３に供給される電力を減少させることによって、モータジェネレータ２と非接触受電装置４とからバッテリ３に供給される電力が大きくなり過ぎて、バッテリ３が劣化し易くなるのを抑制することができる。
　図６は、バス電圧予測値の算出方法を説明するための図である。なお、図６中の白抜き矢印は、電流の流れ方向を示している。図７は、バッテリ３の特性として、バッテリ３のＳＯＣと電圧との関係を示したグラフである。なお、図７中、ＳＯＣＢａｔはバッテリ３のＳＯＣであり、ＶＢａｔはバッテリ３の電圧である。
　実施形態に係る車両１においては、走行中非接触給電によって非接触送電装置２１から非接触受電装置４が受電する電力の変動に基づいて、モータジェネレータ２の回転駆動をＰＷＭ制御する際のＰＷＭデューティを決定する。ＰＷＭデューティは、例えば、下記数式（１）によって算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記数式（１）中のバス電圧予測値は、周期的なＤＷＰＴ電力瞬時値に基づき、図７に示したようなバッテリ３の特性（バッテリ３のＳＯＣと電圧との関係）からバス電圧を推定する。なお、この際、バッテリ３の出し入れ電力（充放電電流）と、バッテリ３の内部抵抗（電池内部抵抗）とに基づき、バッテリ３の瞬時電圧を開放端電圧に対する変動分を含んで推定する。
　非接触受電装置４からインバータ５（モータジェネレータ２）とＤＣＤＣコンバータ６（キャパシタ７）とへ電力を供給する場合に、バッテリ３に供給される電力は、下記数式（２）によって算出することができる。なお、下記数式（２）中、ＰＤＣＤＣ（Ｃａｐ）はＤＣＤＣコンバータ６（キャパシタ７）に入力される電力であり、ＰＤＷＰＴはＤＷＰＴ電力（非接触受電装置４から出力される電力）であり、ＰＩｎｖ(ＭＧ）はインバータ５（モータジェネレータ２）に入力される電力であり、ＰＢａｔはバッテリ３に入力される電力である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　実施形態に係る車両１においては、上記数式（１）及び数式（２）を用いて算出したＰＷＭデューティを用いてモータジェネレータ２の回転駆動をＰＷＭ制御することにより、走行中非接触給電での電力リプルに起因したバス電圧の変動があっても、前記ＰＷＭ制御の精度を確保することができる。
　また、本実施形態においては、車両１が走行中の道路２２に配置された複数の非接触送電装置２１の車両進行方向における配置間隔（車両進行方向で隣り合う非接触送電装置２１間の距離）が一定のため、現在の車速から車両１の移動距離を求めて、複数の非接触送電装置２１のそれぞれに対する車両１の相対位置を算出することができる。そのため、非接触送電装置２１に対する車両１（非接触受電装置４）の相対位置に基づいて、走行中非接触給電によって非接触送電装置２１から非接触受電装置４が受電する電力の変動分（繰り返し）を推定することができる。
　例えば、図８に示すように、所定の車速で走行中非接触給電を行っている際のＤＷＰＴ電力（バス電圧）の変動が周期Ｔ１で起こっている場合に、時刻ｔ１で一定の車速まで低下すると、ＤＷＰＴ電力（バス電圧）の変動の周期が周期Ｔ１よりも長い周期Ｔ２になる。よって、実施形態に係る車両１では、走行中非接触給電を行っている際に、道路２２上における車両位置（車速）に基づいて、ＤＷＰＴ電力ひいてはバス電圧を推定することができる。
　なお、現在の車速から車両１の移動距離を求めて、複数の非接触送電装置２１のそれぞれに対する車両１（非接触受電装置４）の相対位置を算出する際に、起点とする道路２２上における車両位置としては、例えば、車両１に設けられたカーナビゲーションシステムが有するＧＰＳを用いて所定のタイミングで検知した車両位置を設定するようにしてもよい。また、所定の車速で走行中非接触給電を行っている際のＤＷＰＴ電力（バス電圧）の変動の周期を車速ではなく、モータジェネレータ２の回転角度に基づいて推定するようにしてもよい。
　本発明によれば、電源の劣化を抑制することができる車両及び移動体用電源を提供することができる。
１　車両
２　モータジェネレータ
３　バッテリ
４　非接触受電装置
５　インバータ
６　ＤＣＤＣコンバータ
７　キャパシタ
１０　電力バス
１０Ｐ　正極用電力バス
１０Ｎ　負極用電力バス
１００　ＥＣＵ

Claims (14)

  1. 　走行路に車両進行方向に沿って所定間隔をあけて配置された複数の非接触送電装置から非接触で電力を受電する非接触受電装置と、
    　走行用の駆動力を発生可能な回転電機と、
    　前記回転電機との間で電力のやり取りを行うインバータと、
    　第１電源と、
    　前記第１電源に対して出力密度が高く容量密度が低い第２電源と、
    　前記第２電源との間で電力のやり取りを行うＤＣＤＣコンバータと、
    　を備えた車両であって、
    　前記非接触受電装置と前記インバータと前記ＤＣＤＣコンバータと前記第１電源とが並列で、前記非接触受電装置から前記インバータに電力を供給する電力バスに電気的に接続されており、
    　前記ＤＣＤＣコンバータを介して前記第２電源と前記電力バスとを電気的に接続することを特徴とする車両。
  2. 　前記非接触受電装置と前記電力バスとを電気的に直接接続することを特徴とする請求項１に記載の車両。
  3. 　前記第１電源は二次電池であり、
    　前記第２電源はキャパシタである、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両。
  4. 　前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値は、前記非接触受電装置から前記電力バスに供給される電力の変動分を前記第２電源で補償すると共に、前記回転電機の要求電力に応じた所望のバス平均電圧を得られる直流変換分を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両。
  5. 　目標バス電圧と実バス電圧との差に応じて、前記ＤＣＤＣ変換指令値をフィードバック制御することを特徴とする請求項４に記載の車両。
  6. 　前記非接触受電装置が電流型の場合には、前記回転電機の消費電力が大きいほどバス電圧を大きくすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両。
  7. 　前記非接触受電装置が電圧型の場合には、前記回転電機の消費電力と前記非接触受電装置の平均受電電力とに応じて、バス電圧を設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両。
  8. 　前記非接触受電装置側に系統側へ電力を戻す回生機能が無く、且つ、前記回転電機が回生動作する場合には、前記非接触受電装置から前記第１電源へ供給される電力を減らすように、バス目標電圧を設定することを特徴とする請求項６または７に記載の車両。
  9. 　前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値は、前記非接触受電装置から前記電力バスに供給される電力の変動分の一部または全部を補償する値に設定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の車両。
  10. 　走行路に所定間隔をあけて配置された複数の非接触送電装置から非接触で電力を受電する非接触受電装置と、
    　第１電源と、
    　前記第１電源に対して出力密度が高く容量密度が低い第２電源と、
    　前記第２電源との間で電力のやり取りを行うＤＣＤＣコンバータと、
    　を備えた移動体用電源であって、
    　前記非接触受電装置と前記ＤＣＤＣコンバータと前記第１電源とが並列で、前記非接触受電装置からインバータに電力を供給する電力バスに電気的に接続されており、
    　前記ＤＣＤＣコンバータを介して前記第２電源と前記電力バスとを電気的に接続することを特徴とする移動体用電源。
  11. 　前記非接触受電装置と前記電力バスとを電気的に直接接続することを特徴とする請求項１０に記載の移動体用電源。
  12. 　前記第１電源は二次電池であり、
    　前記第２電源はキャパシタである、
    　ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の移動体用電源。
  13. 　目標バス電圧と実バス電圧との差に応じて、前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値をフィードバック制御することを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の移動体用電源。
  14. 　前記ＤＣＤＣコンバータでのＤＣＤＣ変換指令値は、前記非接触受電装置から前記電力バスに供給される電力の変動分の一部または全部を補償する値に設定することを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の移動体用電源。
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