非接觸供電系統和送電裝置的製造方法
2024-03-11 03:22:15
本發明涉及一種以非接觸的方式向電動汽車等具備電池的車輛供給電力的非接觸供電系統和送電裝置。
背景技術：
提出了一種以非接觸的方式從設置於地面側的送電裝置向設置於車輛側的受電裝置供給電力來向搭載於車輛的電負載供給電力的非接觸供電系統。在這樣的非接觸供電系統中，在將車輛停放在供電位置來執行供電時，存在車輛從該供電位置移動的情況。在這樣的情況下，在送電線圈與受電線圈之間產生偏移，因此需要迅速地檢測出該偏移來使電力的供給停止。作為在送電裝置與受電裝置之間進行通信並進行控制以提供適當的電壓的技術，例如已知專利文獻1所公開的技術。在該專利文獻1中公開了以下技術：在受電裝置與送電裝置之間以第二周期進行通信，並且由送電裝置以比第二周期短的第一周期進行控制以使送電電力適當。專利文獻1：國際公開第2013/046391號
技術實現要素：
然而，專利文獻1所公開的以往例沒有公開以下內容：在非接觸充電的執行過程中，在送電線圈與受電線圈之間產生了位置偏移的情況下，檢測該位置偏移。本發明是為了解決這樣的以往的問題而完成的，其目的在於提供一種在送電線圈與受電線圈之間產生了位置偏移的情況下能夠立即檢測出該位置偏移的非接觸供電系統和非接觸供電裝置。本發明的一個方式所涉及的非接觸供電系統具備具有送電線圈的送電裝置和具有受電線圈的受電裝置，以非接觸的方式從送電線圈向受電線圈輸送電力，來向搭載於受電裝置的電負載供電。受電裝置或送電裝置具有第一效率運算部，該第一效率運算部基於送電電力指令值和向電負載供給的供電電力來運算第一效率。另外，送電裝置具有：第二效率運算部，其基於向送電線圈提供的電壓與電流的相位差來運算第二效率；以及電力控制部，其根據送電電力指令值來控制向送電線圈供給的電力，並且在第一效率為第一閾值效率以下的情況下、或者在第二效率為第二閾值效率以下的情況下，抑制向送電線圈供給的電力。本發明的一個方式所涉及的送電裝置具有送電線圈，以非接觸的方式向具有受電線圈的受電裝置供給電力，來向搭載於受電裝置的電負載供電。該送電裝置具有：第一效率獲取部，其基於送電電力指令值和向電負載供給的供電電力來運算第一效率、或者獲取從受電裝置發送的第一效率；以及第二效率運算部，其基於向送電線圈提供的電壓與電流的相位差來運算第二效率。而且，根據送電電力指令值來控制向送電線圈供給的電力，並且在第一效率為第一閾值效率以下的情況下、或者在第二效率為第二閾值效率以下的情況下，抑制向送電線圈供給的電力。附圖說明圖1是表示本發明的實施方式所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。圖2是表示本發明的第一實施方式所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。圖3是表示本發明的第一實施方式所涉及的非接觸供電系統的送電側控制器的處理過程的流程圖。圖4是表示本發明的第一實施方式所涉及的非接觸供電系統的受電側控制器的處理過程的流程圖。圖5是表示本發明的第一實施方式所涉及的非接觸供電系統的控制量運算部的結構的框線圖。圖6是表示本發明的第二實施方式所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。圖7是表示本發明的第二實施方式所涉及的非接觸供電系統的送電側控制器的處理過程的流程圖。圖8是表示本發明的第二實施方式所涉及的非接觸供電系統的受電側控制器的處理過程的流程圖。圖9是表示本發明的第三實施方式所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。圖10是表示本發明的第三實施方式所涉及的非接觸供電系統的送電側控制器的處理過程的流程圖。圖11是表示本發明的第三實施方式所涉及的非接觸供電系統的受電側控制器的處理過程的流程圖。圖12是表示本發明的第四實施方式所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。圖13是表示本發明的第四實施方式所涉及的非接觸供電系統的送電側控制器的處理過程的流程圖。圖14是表示本發明的第四實施方式所涉及的非接觸供電系統的受電側控制器的處理過程的流程圖。圖15是表示第四實施方式的變形例所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。圖16是表示第四實施方式的變形例所涉及的非接觸供電系統的送電側控制器的處理過程的流程圖。圖17是表示第四實施方式的變形例所涉及的非接觸供電系統的受電側控制器的處理過程的流程圖。具體實施方式下面，參照附圖說明本發明的實施方式。圖1是表示本發明所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。如圖1所示，車輛200具備受電裝置40，在車輛200所停放的地面側的空間設置有向車輛200提供電力的送電裝置10。送電裝置10具備對從交流電源91提供的交流電壓進行整流的AC/DC變換器11、逆變器電路12、諧振電路13以及送電線圈14。送電裝置10還具備送電側控制器30。受電裝置40具備受電線圈41、諧振電路42、整流平滑電路43、繼電器47以及電池44。受電裝置40還具備受電側控制器50以及將從電池44輸出的直流電壓變換為交流電壓的逆變器15以及被提供從該逆變器15輸出的交流電壓而被驅動的電動機16。[第一實施方式的說明]圖2是表示本發明的第一實施方式所涉及的非接觸供電系統的結構的框圖。如圖2所示，該非接觸供電系統100具備設置於地面側並輸送電力的送電裝置10以及接收從該送電裝置10輸送的電力來向電池44(電負載)供電的受電裝置40。此外，在本實施方式中，對使用電池44來作為電負載的一例的例子進行說明，但是本發明不限定於此，也能夠設為例如電動機等其它電負載。送電裝置10具備將從交流電源91提供的交流電壓變換為直流電壓的AC/DC變換器11以及將由該AC/DC變換器11進行直流化得到的電壓變換為具有期望的頻率和振幅的交流電壓的逆變器電路12。送電裝置10還具備使逆變器電路12的輸出電力進行諧振的諧振電路13、輸送諧振後的電力的送電線圈14、以及送電側控制器30。另外，送電裝置10具備檢測向AC/DC變換器11提供的交流電流Iac的電流計21和檢測交流電壓Vac的電壓計22。送電裝置10還具備檢測向逆變器電路12輸入的直流電流Idc的電流計23和檢測直流電壓Vdc的電壓計24、以及檢測從逆變器電路12輸出的交流電流I1的電流計25和檢測交流電壓V1的電壓計26。AC/DC變換器11根據從後述的PFC(PowerFactorCorrection：功率因數校正)控制部39輸出的控制信號，來控制從交流電源91提供的交流電壓的佔空比，從而生成成為期望的振幅的直流電壓。逆變器電路12具備包括上臂和下臂的多個半導體開關(例如IGBT)，根據從後述的逆變器控制部32輸出的控制信號來切換各半導體開關的接通、斷開，由此生成具有期望的頻率和振幅的交流電壓。諧振電路13由電容器和電阻等元件構成，使從逆變器電路12輸出的交流電力在與送電線圈14之間進行諧振。即，設定為送電線圈14與電容器的諧振頻率同逆變器電路12的輸出頻率幾乎一致。送電線圈14例如是螺旋型、盤型、環型、或螺線管型的線圈，例如設置於停車空間的地面。而且，如圖1所示，該送電線圈14被設定成在車輛200停放在停車空間內的規定位置時處於與受電線圈41相向的位置(參照圖1)。另外，送電側控制器30具備功率因數運算部31、逆變器控制部32以及控制量運算部29(電力控制部)。送電側控制器30還具備與受電側控制器50之間進行通信的無線通信部34(送電側通信部)、監視該無線通信部34的通信狀態的通信監視部33以及存儲通過無線通信接收到的電力指令值Pbat*的存儲器部35。在此，「電力指令值Pbat*」是從送電線圈14輸送的電力的指令值(送電電力指令值)，由受電裝置40發送。功率因數運算部31以預先設定的規定的運算周期(第一周期)獲取向逆變器電路12提供的直流電壓Vdc和直流電流Idc以及從逆變器電路12輸出的交流電壓V1和交流電流I1，根據這些Vdc、Idc、V1、I1來運算從逆變器電路12輸出的電力的功率因數cosθ(第二效率)。具體地說，通過以下所示的(1)式來運算功率因數cosθ。cosθ＝(Vdc×Idc)/(V1×I1)…(1)即，功率因數運算部31具備作為基於向送電線圈14提供的電壓與電流的相位差來運算第二效率的第二效率運算部的功能。也就是說，能夠使用在上一個運算周期獲取到的Vdc、Idc、V1、I1來求出在本次的運算周期中使用的功率因數cosθ。此外，功率因數cosθ的運算方法不限於上述(1)式，例如能夠採用測定電壓V1與電流I1的相位差θ並基於該相位差θ計算功率因數cosθ等各種方法。逆變器控制部32根據由功率因數運算部31運算的功率因數cosθ來對逆變器電路12的輸出進行控制以輸送電力指令值Pbat*的電力。無線通信部34利用LAN(LocalAreaNetwork：區域網)通信等來與受電側控制器50之間進行各種數據通信。特別地，在從受電側控制器50發送了電力指令值Pbat*的情況下，接收該電力指令值Pbat*。另外，在從受電側控制器50發送了充電電力的抑制指令信號的情況下，接收該充電電力的抑制指令信號。在該無線通信部34中，以比上述的功率因數運算部31運算功率因數cosθ的運算周期、即第一周期長的第二周期進行數據通信。因而，在無線通信部34正常地進行了通信的情況下，從受電側控制器50發送的電力指令值Pbat*以第二周期被接收。通信監視部33對無線通信部34的通信狀態進行監視。存儲器部35存儲由無線通信部34接收到的電力指令值Pbat*，並將所存儲的電力指令值Pbat*輸出到控制量運算部29。控制量運算部29具備充電電力控制部36、一次側電流運算部37、一次側電流控制部38以及PFC控制部39。充電電力控制部36獲取存儲器部35所存儲的電力指令值Pbat*以及由功率因數運算部31運算的功率因數cosθ，使用該功率因數cosθ來對電力指令值Pbat*進行校正。然後，輸出校正後的電力指令值Pbat*』。具體地說，通過下述(3)式來運算校正後的電力指令值Pbat*』。Pbat*』＝Pbat*/cosθ…(3)一次側電流運算部37基於校正後的電力指令值Pbat*』以及在上一個運算周期從AC/DC變換器11輸出的直流電壓Vdc，來運算AC/DC變換器11的輸出電流指令值Idc*。一次側電流控制部38基於由一次側電流運算部37運算出的輸出電流指令值Idc*以及在上一個運算周期從AC/DC變換器11輸出的直流電流Idc，來運算AC/DC變換器11的輸出電壓指令值Vdc*。PFC控制部39基於在上一個運算周期由電壓計24檢測出的直流電壓Vdc以及從一次側電流控制部38輸出的輸出電壓指令值Vdc*，來決定AC/DC變換器11的變換控制的佔空比。另外，獲取在上一個運算周期由電流計21檢測的電流Iac(從交流電源91輸出的電流)以及由電壓計22檢測的電壓Vac(從交流電源91輸出的電壓)，並適當地變更佔空比的指令值以使電流Iac與電壓Vac成為同相。該佔空比的指令值被輸出到AC/DC變換器11。因而，在AC/DC變換器11中，以從送電線圈14輸送電力指令值Pbat*的電力的方式對輸出電壓Vdc進行控制。另一方面，受電裝置40具備：受電線圈41，其以非接觸的方式接收從送電線圈14發送的電力；諧振電路42，其使由該受電線圈41接收到的電力進行諧振；以及整流平滑電路43，其將從諧振電路42輸出的交流電壓變換為直流電壓且進行平滑化。受電裝置40還具備：電池44，從送電裝置10輸送的電力被充入到該電池44；繼電器47(切換部)，其對整流平滑電路43與電池44的連接、切斷進行切換；以及受電側控制器50。另外，受電裝置40還具備檢測從整流平滑電路43輸出的電流Ibat的電流計45以及檢測電壓Vbat的電壓計46。受電線圈41例如是螺旋型、盤型、環型、或螺線管型的線圈，例如搭載於車輛的底面。而且，在車輛停放在停車空間內的規定的充電位置時，該受電線圈41與設置於該充電位置的地面的送電線圈14彼此相向。諧振電路42由電容器和電阻等元件構成，使由受電線圈41接收到的交流電力進行諧振。即，設定為包括受電線圈41和電容器的電路的諧振頻率與從送電線圈14輸送的交流電力的頻率幾乎一致。整流平滑電路43具備例如包括二極體橋電路的整流電路以及具備電容器的平滑電路。而且，對從諧振電路42輸出的交流電壓進行整流，再進行平滑化後向電池44提供。繼電器47在被連接時，將由受電線圈41接收到的電力供給到電池44(電負載)，在被切斷時，停止向電池44的電力供給。即，繼電器47具備作為對由受電線圈41接收到的電力的向電負載(電池44)的供給、停止進行切換的切換部的功能。受電側控制器50具備與設置於送電側控制器30的無線通信部34之間進行LAN通信等無線通信的無線通信部51(受電側通信部)、對該無線通信部51的通信狀態進行監視的通信監視部52、CAN通信部53、效率運算部55以及繼電器控制部54(切換控制部)。CAN通信部53經由BUS線58而與電池控制部56、車輛控制部57等各種控制部連接，利用CAN(ControllerAreaNetwork：控制器區域網路)通信進行數據的發送和接收。電池控制部56生成電力指令值Pbat*，並經由BUS線58輸出到CAN通信部53。效率運算部55獲取經由CAN通信部53發送的電力指令值Pbat*，還獲取由電流計45檢測的電流Ibat和由電壓計46檢測的電壓Vbat，基於這些數據運算送電裝置10與受電裝置40之間的電力的送電效率η(第一效率)。具體地說，將Ibat與Vbat相乘來運算送電電力Pbat，並且，通過下述(2)式運算送電效率η。η＝Pbat/Pbat*＝(Ibat·Vbat)/Pbat*…(2)即，效率運算部55具備作為基於向電池44(電負載)供給的供電電力來運算第一效率的第一效率運算部的功能。而且，在通過上述(2)式運算出的送電效率η為預先設定的閾值效率ηth(第一閾值效率)以下的情況下，向繼電器控制部54輸出切斷指令信號。並且，輸出充電電力的抑制指令信號。該抑制指令信號經由無線通信部51被發送到送電裝置10。繼電器控制部54在從效率運算部55被提供切斷指令信號的情況下，將繼電器47切斷來停止向電池44的電力供給。即，在由效率運算部55運算的送電效率η下降而成為閾值效率ηth以下的情況下，判斷為送電線圈14與受電線圈41之間產生了某種異常，使向電池44的電力供給停止。而且，在第一實施方式所涉及的非接觸供電系統100中，在由功率因數運算部31運算的功率因數cosθ低於預先設定的閾值功率因數(第二閾值效率)的情況下，抑制由充電電力控制部36運算的校正後的電力指令值Pbat*』從而抑制從送電裝置10向受電裝置40輸送的電力。此外，「抑制」是包含「降低」以及「使其成為零」的概念。另外，在由效率運算部55運算的送電效率η為閾值效率ηth以下的情況下，將繼電器47切斷，因此從送電線圈14來看的包括受電線圈41、電池44的受電裝置40側的電路成為開路狀態。其結果，包括送電線圈14、受電線圈41、電池44的電路整體的阻抗上升，從逆變器電路12輸出的電流I1與電壓V1的相位差變大。由此，功率因數cosθ下降，因此送電電力被抑制。並且，在送電效率η為閾值效率ηth以下的情況下，進行從無線通信部51向送電側控制器30發送充電電力的抑制指令信號來抑制輸出電力的控制。接著，參照圖3、圖4所示的流程圖來說明第一實施方式所涉及的非接觸供電系統100的作用。圖3是表示送電側控制器30的處理過程的流程圖。在圖3中，步驟S11～S15的處理是運算開始後在第一個運算周期執行的處理，S16以後的處理是在第二個以後的運算周期執行的處理。首先，在步驟S11中，無線通信部34與受電側控制器50的無線通信部51之間進行利用LAN通信等的無線通信。該無線通信如前述的那樣以第二周期進行。在步驟S12中，無線通信部34接收從受電側控制器50發送的電力指令值Pbat*。即，從圖2所示的電池控制部56輸出的電力指令值Pbat*從無線通信部51被發送，由無線通信部34接收。在步驟S13中，控制量運算部29以作為初始設定使AC/DC變換器11的輸出電壓Vdc成為最小值的方式來對輸出電壓指令值Vdc*進行設定。在步驟S14中，逆變器控制部32將逆變器電路12的驅動頻率和佔空比設為預先設定的固定值來驅動該逆變器電路12。然後，在步驟S15中，開始送電線圈14的勵磁。即，使交流電流流過送電線圈14來產生磁通。在步驟S16中，電壓計22、電流計21、電壓計24、電流計23、電壓計26以及電流計25分別檢測電壓Vac、電流Iac、電壓Vdc、電流Idc、電壓V1以及電流I1。而且，電壓Vac、電流Iac被提供到控制量運算部29，電壓Vdc、電流Idc被提供到控制量運算部29和功率因數運算部31，電壓V1、電流I1被提供到功率因數運算部31。在步驟S17中，功率因數運算部31使用下述(1)式來運算從逆變器電路12輸出的電力的功率因數cosθ。cosθ＝(Vdc×Idc)/(V1×I1)…(1)在步驟S18中，控制量運算部29對電力指令值Pbat*進行校正。在該處理中，使用以下所示的(3)式來運算校正後的電力指令值Pbat*』。Pbat*』＝Pbat*/cosθ…(3)在步驟S19中，控制量運算部29根據圖5所示的框線圖來運算電壓控制量Vdc*。如圖5所示，充電電力控制部36根據功率因數cosθ來對電力指令值Pbat*進行校正，生成校正後的電力指令值Pbat*』。圖5所...