非接触供电系统以及送电装置 |
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| 申请号 | CN201380079836.9 | 申请日 | 2013-09-26 | 公开(公告)号 | CN105594097B | 公开(公告)日 | 2017-08-22 |
| 申请人 | 日产自动车株式会社; | 发明人 | 冈本智史; | ||||
| 摘要 | 一种非 接触 供电系统，包括：设置在地面侧的送电装置(10)以及设置在车辆上的受电装置(20)，将由逆变器 电路 (12)控制的电 力 以非接触方式由送电装置(10)送电至受电装置(20)，通过无线 信号 从受电装置(20)对送电装置(10)以第1周期(T1)发送电力供给指令信号。并且，送电装置(10)包括检测送电线圈(13)中流过的送电线圈 电流 的送电线圈电流检测单元，根据电力供给指令信号、以及以比第1周期短的第2周期由送电线圈电流检测单元检测的送电线圈电流，控制逆变器电路(12)的 输出 电压 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种非接触供电系统，包括：设置在地面侧、具有送电线圈的送电装置；以及设置在车辆中、具有受电线圈的受电装置，将由所述送电装置中设置的逆变器控制的电力以非接触方式由所述送电装置送电至所述受电装置，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 非接触供电系统以及送电装置技术领域背景技术[0002] 提出了不对安装在电动汽车等上的电池连接供电用的插头等，而以非接触方式供电并充电的非接触供电系统的技术方案。非接触供电系统使设置在地面侧的送电装置中的送电线圈与设置在车辆上安装的受电装置中的受电线圈相对配置，以非接触方式从送电线圈对受电线圈供电。这时，需要根据受电装置中安装的电池的充电状态，调整送电装置侧的输出电力。在专利文献1中记载了，从受电装置对送电装置发送电力供给指令信号，并根据该信号选择供电装置的技术。 [0003] 现有技术文献 [0004] 专利文献 [0005] 专利文献1:日本专利第5116904号公报 发明内容[0006] 但是，为了提高通信的稳定性，送电装置和受电装置之间的无线通信加长周期。在基于该长周期下的通信的控制信号中，不能应对起因于送电线圈和受电线圈的缝隙的变动等的互阻抗的剧变等环境变化，发生对受电装置送电的电力过大或者过小的问题。 [0007] 本发明是为了解决这样的以往的课题而完成的，其目的是提供即使在发生了急剧的环境变化的情况下，也能够进行高精度的电力输送的非接触供电系统以及送电装置。 [0008] 本发明的一个方式的非接触供电系统包括：设置在地面侧，具有送电线圈的送电装置；以及设置在车辆上，具有受电线圈的受电装置，由送电装置 至受电装置，以非接触方式送电电力，受电装置通过无线信号，以第1周期将电力供给指令信号发送到送电装置。送电装置具有检测送电线圈中流过的送电线圈电流的送电线圈电流检测单元，根据电力供给指令信号、以及比第1周期短的第2周期由送电线圈电流检测单元检测的送电线圈电流，控制逆变器的输出电力。 [0009] 本发明的一个方式的送电装置设置在地面侧，将由逆变器控制的电力通过送电线圈，以非接触方式送电至设置在车辆中、具有受电线圈的受电装置，送电装置具有检测送电线圈中流过的送电线圈电流的送电线圈电流检测单元，接收由受电装置以第1周期发送的电力供给指令信号。然后，根据该电力供给指令信号、以及比第1周期短的第2周期由电流传感器检测的送电线圈电流，控制逆变器的输出电力。附图说明 [0010] 图1是表示本发明的实施方式的非接触供电系统的结构的电路图。 [0012] 图3是表示本发明的第1实施方式的非接触供电系统的处理动作的流程图。 [0013] 图4是表示本发明的实施方式的非接触供电系统的基于第1循环以及第2循环的数据通信的时间图(timing chart)。 [0014] 图5是表示本发明的第2实施方式的非接触供电系统的处理动作的流程图。 [0015] 图6是表示本发明的实施方式的非接触供电系统的SOC和到时时间之间的关系的特性图。 [0016] 图7是表示本发明的第2实施方式的非接触供电系统的电力供给指令值和到时后的时间的关系的特性图。 具体实施方式[0017] 以下，根据附图说明本发明的实施方式。 [0018] [第1实施方式的说明] [0019] 图1是表示本发明的第1实施方式的非接触供电系统的结构的电路图。如图1所示，本实施方式的非接触供电系统100是对车辆上安装的电池，以非接触方式供给电力而对该电池充电的系统，包括在地面侧设置的送电装置10和在车辆上安装的受电装置20。 [0020] 送电装置10包括：将未图示的电源进行平滑以及升降压等，输出控制后的直流电压的直流电源11；将由该直流电源11输出的直流电压变换为交流电压的逆变器电路12；以及与该逆变器电路12的输出侧连接的送电线圈13。而且，在逆变器电路12和送电线圈13之间，设置有去除噪声用的电阻R1、电容器C1。而且，在直流电源11和逆变器电路12之间，设置有用于测量对逆变器电路12供给的电流的分流电阻Rs(电流传感器)。而且，具有控制送电装置10的动作的送电侧控制器14。 [0021] 直流电源11例如具有DC/DC转换器，可以通过由送电侧控制器14输出的控制信号使输出电压变化。逆变器电路12具有4个半导体开关，例如，IGBT。然后，通过由送电侧控制器14输出的驱动信号，通过以固定的频率以及固定的占空比使各个半导体开关导通、截止驱动，将由直流电源11输出的直流电压变换为交流电压。 [0022] 受电装置20具有受电线圈21、与该受电线圈21连接的去除噪声用的电容器C2、电阻R2。而且，具有将受电线圈21受电的交流电压变换为直流电压的桥型的整流电路22、将整流而获得的直流电压平滑化的电容器C3、和用于抑制电流的线圈L1、电容器C4。而且，具有将电力充电的电池23、以及控制受电装置20的动作的受电侧控制器24。 [0023] 送电侧控制器14和受电侧控制器24能够通过无线信号进行各种数据通信。送电侧控制器14在接收到由受电侧控制器24发送的电力供给指令值P*(电力供给指令信号)时，根据该电力供给指令值P*，控制送电电力。具体地说，通过控制直流电源11的输出电压Vdc，调整由逆变器电路12输出的交流电压V1(逆变器输出电压)，控制送电线圈13的送电电力。这时，直流电源11的输出电压Vdc由于与上述的交流电压V1成比例关系，所以还能够使用电压Vdc作为逆变器输出电压。 [0024] 而且，如后所述，在送电侧控制器14和受电侧控制器24之间，以第1周期T1进行通信，每个T1新的电力供给指令值P*被送电侧控制器14接收，基于该电力供给指令值P*的输出电压的控制由送电侧控制器14进行。而且， 送电侧控制器14具有存储器14a(存储单元)，存储由受电侧控制器24发送的电力供给指令值P*。 [0025] 而且，送电侧控制器14检测在逆变器电路12的输入侧流过的电流Idc，即送电线圈电流，根据检测到的电流Idc，控制上述的电压Vdc或者V1。如后所述，基于电流Idc的电压Vdc、V1的控制以第2周期T2(这里，T2＜T1)被执行。 [0026] 在送电线圈中流过的电流I1与逆变器电路12的输入侧电流Idc成比例关系，所以也可以取代上述的电流Idc检测送电线圈13的电路中流过的电流I1作为送电线圈电流，根据该电流I1，控制电压Vdc或者V1。 [0027] 受电侧控制器24获取电池23的充电电压Vbat、以及该电池23中流过的电流Ibat，根据这些电压Vbat、电流Ibat，生成电力供给指令值P*，并通过无线通信对送电侧控制器14发送该电力供给指令值P*。而且，也可以发送电压Vbat、电流Ibat，并根据这些电压Vbat以及电流Ibat，通过送电侧控制器14求出电力供给指令值P*。 [0028] 而且，由于送电装置10被设置在地面侧，受电装置20被设置在车辆上，所以车辆的驾驶员移动车辆，使受电线圈21成为与送电线圈13相对的位置。在受电线圈21已与送电线圈13相对的状态下，在对送电线圈13供给电力时电力被送电，该电力被受电线圈21受电，进而对电池23充电。即，能够以非接触方式从送电装置10对受电装置20输送电力，对电池23充电电力。 [0029] 这里，上述的送电侧控制器14以及受电侧控制器24，例如可以构成为中央运算单元(CPU)、RAM、ROM、硬盘等存储单元所构成一体型的计算机。 [0030] 接着，参照图2所示的框图说明送电侧控制器14以及受电侧控制器24的详细的结构。 [0031] 如图2所示，送电侧控制器14包括：具有传递函数C1(s)的PI控制块36；具有传递函数1/Vdc的控制块38；具有传递函数C2(s)的PI控制块40；具有传递函数P2(s)的逆变器电路12的控制模型41；具有包含送电线圈13以及受电线圈21的非接触电力送电单元的传递函数P1(s)的控制模型42。 [0032] 而且，受电侧控制器24具有在由控制模型42输出的电压Vbat以及电流Ibat的、至送电侧控制器14的反馈路径上设置的一次延迟元件32、33。而且，具有在电力供给指令值P*的反馈路径上设置的一次延迟元件31。 [0033] 即，由受电侧控制器24输出的电力供给指令值P*经由一次延迟元件31，提供给送电侧控制器14中设置的减法器34。电池23(图1)的电压Vbat的数据经由一次延迟元件33提供给乘法器35。电池23中流过的电流Ibat的数据经由一次延迟元件32提供给乘法器35。在乘法器35中，将电压Vbat和电流Iba相乘而求出电力测量值P。该电力测量值P被提供给减法器34以及加法器37。在减法器34中，从电力供给指令值P*减去电力测量值P，求出偏差。而且，在PI控制块36对该偏差乘以传递函数C1(s)，求出偏差ΔP。在加法器37，对偏差ΔP加上电力测量值P，该相加结果在控制块38中乘以1/Vdc。其结果，求出电流指令值Idc*。而且，也可以在受电侧控制器24求出电力测量值P，通过无线通信将求出的电力测量值P发送到送电侧控制器14。 [0034] 该电流指令值Idc*被提供给减法器39，在该减法器39，减去由控制模型41输出的电流Idc。然后，对该相减结果乘以PI控制块40的传递函数C2(s)，求出压指令值Vdc*。该电压指令值Vdc*在控制模型41乘以传递函数P2(s)，求出电流Idc，输出到控制模型42。而且，该电流Idc被反馈到减法器39。控制模型42对输入的电流Idc乘以传递函数P1(s)后输出。 [0035] 如由上述的结构理解的那样，在本实施方式的非接触供电系统100中具有：从受电侧控制器24至送电侧控制器反馈Vbat、Ibat，在每个第1周期T1校正电力供给指令值P*的第1循环；以及反馈由控制模型41输出的电流Idc，校正电压Vdc的第2循环。这时，第2循环的采样周期T2设为比第1循环的采样周期T1短的时间。 [0036] 接着，参照图3所示的流程图以及图4所示的时间图说明本实施方式的非接触供电系统100的作用。首先，在步骤S1中，从送电装置10向受电装置20开始电力的送电。 [0037] 在步骤S2中，送电装置10与车辆中设置的受电装置20之间开始通信。在步骤S3中，送电装置10中设置的送电侧控制器14判断是否已经过了第2周期T2，在已经过的情况下，在步骤S4中，执行基于第2循环的反馈控制。如图2所示，该控制基于由控制模型41输出的电流Idc和电流指令值Idc*的偏差来进行反馈控制。因此，仅在送电装置10进行反馈控制，使得提供给送电线圈13的电压V1成为合适的电压值。 [0038] 在步骤S5中，判断在送电侧控制器14和受电侧控制器24之间是否连接了通信，在连接了通信的情况下，使处理进至步骤S6。另一方面，在未连接通信的情况下，即，送电侧控制器14和受电侧控制器24之间的通信被截断的情况下，使处理进至步骤S11。 [0039] 在步骤S6中，送电侧控制器14读取由受电侧控制器24发送的电力供给指令值P*。将该电力供给指令值P*存储在存储器14a中。这时，电池23的充电电压Vbat、以及电池23中流过的电流Ibat的数据被发送到送电侧控制器14。 [0040] 接着，在步骤S7中，根据存储器14a中存储的电力供给指令值P*，设定与电池23的SOC状态相应的到时时间(将其设为t1)。SOC状态可以由电池23的充电电压Vbat、电流Ibat求出。所谓到时时间t1是，表示送电侧控制器14和受电侧控制器24之间的通信被截断时，从送电装置10至受电装置20，能够继续电力的供给的时间。 [0041] 到时时间t1根据电池23的SOC状态，例如，如图6所示，被设定为SOC越大到时时间t1越短。即，到时时间t1是送电侧控制器14与受电侧控制器24之间的通信被截断后的经过时间。因此，在通信截断时的SOC大的情况下，如果之后，在通信被截断的状态继续电力的送电，则至电池23的电力供给变得过多，担心电池23成为过充电。因此，在SOC高的情况下，通过缩短到时时间t1，可以避免发生这样的问题。即，受电侧控制器24以第1周期T1对送电装置10发送电池23的充电电压的测量数据，送电侧控制器14根据该测量数据进行控制，使得电池23的充电电压越高，越缩短到时时间t1。而且，SOC与到时时间t1的关系，不限于图6所示的曲线图，可以设定为伴随SOC的增加，到时时间t1连续或者阶段性地减少。 [0042] 接着，在图3的步骤S8中，送电侧控制器14判断是否经过了第1周期T1。然后，在经过了第1周期T1的情况下，在步骤S9中，执行基于第1循环的反馈控制。具体地说，根据使用分流电阻Rs求出的电流Idc和电力供给指令值P*，通过将该电力供给指令值P*除以Idc，求出对送电线圈13供给的电压V1。然后，设定直流电源11的输出电压的控制量，以成为该电压V1。 因此，由送电线圈13至受电线圈21，送电希望的电力。而且，可以对受电装置20中设置的电池23充电电力。 [0043] 在步骤S10中，判断恒电力控制的结束操作是否已输入，并且在停止操作已被输入的情况下结束本处理。即，在步骤S1～S10的处理中，在第1周期T1中，进行基于第1循环的反馈控制，并且，以比第1周期T1短的第2周期T2，进行基于第2循环的反馈控制，控制由送电线圈13送电的电力。 [0044] 另一方面，在步骤S5的处理中，判断为通信未被连接的情况下(在步骤S5中为“否”)，在步骤S11中，送电侧控制器14判断在上述的步骤S7的处理中设定的到时时间t1是否已经过。即，在送电侧控制器14和受电侧控制器24之间的通信截断了的情况下，判断之后的经过时间是否达到了到时时间t1。 [0045] 然后，在未经过到时时间t1的情况下(步骤S11中的“否”)，处理返回步骤S2。这时，由于在存储器14a内，存储有基于第1循环的前次的反馈控制中采用的电力供给指令值P*，所以根据该电力供给指令值P*，执行步骤S3的基于第2循环的反馈控制。 [0046] 即，在本次的通信不能接收电力供给指令值P*的情况下，使用存储器14a中存储的前次的通信中获取的电力供给指令值P*，控制逆变器电路12的输出电力。以下，参照图4详细地进行说明。 [0047] 受电侧控制器24在第1周期T1中发送电力供给指令值P*(参照图4(a))。然后，在送电侧控制器14中，接收该电力供给指令值P*，控制对送电线圈13供给的电压。而且，从接收前次的电力供给指令值P*之后，至接收本次的电力供给指令值P*为止的期间，进行基于第2循环的电流I1的反馈控制，控制对送电线圈13供给的电压(参照图4(c))。 [0048] 因此，在按照图4(a)所示P1、P2、P3、P4的顺序，以时间T1的周期接收了电力供给指令值P*的情况下，更新存储器14a内存储的电力供给指令值P*，进行反馈控制。 [0049] 而且，如图4(a)所示，在通信中产生不良情况，电力供给指令值P3欠缺的情况下，即，在送电侧控制器14未能接收由受电侧控制器24发送的电力供给指令值P3的情况下，继续使用前次的电力供给指令值P2进行反馈控制。然后，在图3的步骤S11的处理中，判定为已经过到时时间t1的情况下，在步骤S12中，送电侧控制器14成为等待通信恢复的状态。 [0050] 在步骤S13中，送电侧控制器14判断与受电侧控制器24之间的通信是否已恢复，在判断为通信已恢复的情况下，在步骤S14中，再次判断是否已达到到时时间t1，在未达到到时时间t1的情况下，将处理返回步骤S12。而且，在已达到到时时间t1的情况下，在步骤S15中，送电侧控制器14停止电力的送电。即，在不能接收电力供给指令值P*的情况下，对不能进行接收的经过时间进行计时，在计时的经过时间达到了预先设定的上述的到时时间t1的情况下，停止电力的送电。 [0051] 这样，在本申请的第1实施方式的非接触供电系统100中，送电侧控制器14与受电侧控制器24之间进行无线通信。然后，以第1周期T1从受电侧控制器24至送电侧控制器14发送电力供给指令值P*。送电侧控制器14以第2周期T2求出电力供给指令值P*、以及通过分流电阻Rs检测的电流Idc，根据它们求出对送电线圈13供给的电压V1，控制直流电源11的输出电压Vdc或者逆变器电路12的驱动，以成为该电压V1。 [0052] 即，通过以比较长的第1周期T1发送电力供给指令值P*，即使在例如受电侧控制器24与送电侧控制器14的通信不稳定的状态下，也可以多次进行通信重试，可以提高从受电侧控制器24至送电侧控制器14的通信的稳定性。但是，因为以比较长的第1周期T1发送电力供给指令值P*，所以送电线圈13与受电线圈21之间的互阻抗以比周期T1短的时间变化了的情况下，存在不能迅速应对该变化而不能将送电的电力保持一定的可能性。因此，在本实施方式中，以比第1周期T1短的第2周期T2检测送电线圈13中流过的电流I1或者Idc，根据电力供给指令值P*和电流I1或者Idc，控制逆变器电路12的输出电压。因此，在送电装置10与受电装置20之间的位置关系急剧变动，与此相伴送电线圈13与受电线圈21之间的互阻抗以比周期T1短的时间变化了的情况下，可以迅速应对该变化而将送电的电力保持一定。其结果，能够送电与受电装置20中设置的电池23的电压、电流相应的适当的电力，将该电池23充电。 [0053] 而且，即使在送电侧控制器14与受电侧控制器24之间发生通信不良，送电侧控制器14与受电侧控制器24之间的通信被截断的情况下，在送电侧控制器14中，也可以根据存储器14a(存储单元)中存储的前次的电力供给指令值P*，进行电流Idc的反馈控制。因此，可以防止即刻充电停止，可以防止在车辆的乘员没有注意时电池23的充电停止这样的麻烦的发生。 [0054] 而且，送电侧控制器14与受电侧控制器24之间的通信被截断后，经过了预先设定的到时时间t1的情况下，由于电力的送电停止，所以可以防止在不能确认电池23的充电状态的状态下，长时间继续送电。因此，可以避免电池23成为过充电状态。 [0055] 而且，电池23的SOC(充电电压)越高，越缩短到时时间t1，所以可以确实地避免电池23成为过充电状态。而且，在到时时间t1经过前的时刻，送电侧控制器14与受电侧控制器24之间的通信被连接上的情况下，再次开始基于第1循环的反馈控制，所以可以继续进行对电池23的电力的充电。 [0056] [第2实施方式的说明] [0057] 接着，说明本发明的第2实施方式。由于装置结构与前述的第1实施方式相同，所以省略说明。在第2实施方式中，如图3所示的流程图的步骤S11以后的处理有所不同。以下，参照图5所示的流程图，说明第2实施方式的非接触供电系统的作用。而且，在图5所示的流程图中，对于与图3相同的处理附加同一标号。 [0058] 在图5的步骤S5中，在判断出通信状态未被连接的情况下，(步骤S5中的“否”)，在步骤S11中，送电侧控制器14判断在上述的步骤S7的处理中设定的到时时间t1是否已经过。即，在送电侧控制器14与受电侧控制器24之间的通信已截断的情况下，判断之后的经过时间是否达到了到时时间t1。 [0059] 然后，在未经过到时时间t1的情况下(步骤S11中的“否”)，将处理返回步骤S2。这时，由于在存储器14a内存储有基于第1循环的前次的反馈控制中采用的电力供给指令值P*，所以根据该电力供给指令值P*，执行步骤S3的基于第2循环的反馈控制。 [0060] 而且，在判定为已经过了到时时间t1的情况下(在步骤S11中的“是”)，在步骤S11a中，送电侧控制器14使电力供给指令值P*缓慢地降低。即，送电侧控制器14在不能接收电力供给指令值P*的情况下，对不能进行接收的经过时间进行计时，在该计时时间达到了到时时间t1的情况下，使送电的电力缓慢地降低。电力供给指令值P*与缓慢地降低而到达零的时间(将其设为t2)的关系可以例如如图7所示进行设定。即，电力供给指令值P*越大，越缩短时间t2那样进行设定。 [0061] 在步骤S12中，送电侧控制器14判断与受电侧控制器24之间的通信是否已恢复。在步骤S13中，判定为通信已恢复的情况下，在步骤S14中，再 次判断是否达到了到时时间t1，并且在未达到到时时间t1的情况下，将处理返回步骤S11a。而且，在达到了到时时间t1的情况下，在步骤S15中，送电侧控制器14停止电力的送电。 [0062] 这样，在本发明的第2实施方式的非接触供电系统中，在送电侧控制器14与受电侧控制器24之间的通信被截断的情况下，仅在预先设定的到时时间t1执行仅基于第2循环的反馈控制，使电池23的充电继续。然后，在经过了到时时间t1的情况下，不是即刻停止送电，而是一边使电力供给指令值P*缓慢地降低一边继续送电。然后，在该期间中通信恢复的情况下，返回通常的控制。 [0063] 即，在使送电的电力缓慢地降低时，接收到电力供给指令值P*的情况下，送电侧控制器14使用接收到的电力供给指令值P*，再次开始电力的送电。 [0064] 因此，即使在经过了到时时间t1的情况下，也可以防止随便停止电池23的充电。而且，由于电力供给指令值P*缓慢地降低，所以可以抑制送电线圈13和受电线圈21等中流过的电流的剧烈变动，因此可以抑制由于电流剧烈变动造成的浪涌噪声。 [0065] 而且，进行设定，使得电力供给指令值P*越大，越缩短达到零为止的时间t2，可以更确实地防止电池23成为过充电。 [0066] 以上，根据图示的实施方式说明了本发明的非接触供电系统以及送电装置，但是本发明不限于此，各个部分的结构可以替换为具有同样功能的任意的结构。 [0067] 工业实用性 [0068] 本发明可以利用于即使在停止了送电装置和受电装置之间的无线通信的情况下也可以从送电装置对受电装置继续供电的情况。 [0069] 标号说明 [0070] 10 送电装置 [0071] 11 直流电源 [0072] 12 逆变器电路 [0073] 13 送电线圈 [0074] 14 送电侧控制器 [0075] 14a 存储器 [0076] 20 受电装置 [0077] 21 受电线圈 [0078] 22 整流电路 [0079] 23 电池 [0080] 24 受电侧控制器 [0081] 34 减法器 [0082] 35 乘法器 [0083] 36 PI控制块 [0084] 37 加法器 [0085] 38 控制块 [0086] 39 减法器 [0087] 40 PI控制块 [0088] 41 控制模型 [0089] 42 控制模型 [0090] 100 非接触供电系统 |
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