(57)【要約】      （修正有）【課題】電気自動車（ＥＶ）のための既に存在しているコンダクティブオンボードバッテリ充電器（ＯＢＣ）と統合され得るワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムを提供する。【解決手段】ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）送電器コイル４０７における実効電流Ip_rmsに比例する自動車アセンブリ（ＶＡ）受電器コイル４０８における電圧VVAを得るための並列−直列補償回路網を備える補償戦略段４０６、４０９、連続的電圧Vdc_VAを得るためのＶＡ内の整流器４１０、電圧制御ループ及び電流制御ループを持つ制御戦略段４４５を備える。制御戦略段は、制御コマンドを供給することでＶＡ中の電圧を調整することによって、連続的電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧に基づいて調節する。ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクは、ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間に、調節された連続的電圧Vdc_VAで調整される。【選択図】図４
2020127353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車（ＥＶ）のためのワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム（４００）であって、前記ＷＰＴシステム（４００）は、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）（４０１）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）（４０２）を備え、前記ＧＡ（４０１）は、ＧＡ送電器コイル（４０７）を備え、前記ＶＡ（４０２）は、前記ＧＡ送電器コイル（４０７）に磁気的に結合されたＶＡ受電器コイル（４０８）を備え、前記ＷＰＴシステム（４００）は、
前記ＧＡ送電器コイル（４０７）における実効電流Ip_rmsに比例する前記ＶＡ受電器コイル（４０８）における電圧VVAを得るための並列−直列補償回路網を備える補償戦略段（４０６）（４０９）、
連続的電圧Vdc_VAを得るための前記ＶＡ（４０２）内の整流器（４１０）、及び
電圧制御ループ（４５０）及び電流制御ループ（４５５）を持つ制御戦略段（４４５）
を備え、
前記制御戦略段（４４５）は、制御コマンドを供給することで前記ＶＡ（４０２）中の電圧を調整することによって、連続的電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧に基づいて調節し、
前記ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクは、前記ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間に、前記調節された連続的電圧Vdc_VAで調整され、
前記整流器（４１０）は、前記ＥＶの前記コンダクティブ充電器の前記ＤＣリンクに接続されている
ＥＶのためのＷＰＴシステム（４００）。
【請求項２】
前記ＧＡ（４０１）は、前記制御戦略段（４４５）の前記制御コマンドで調整されるＤＣ−ＡＣコンバータ（４０４）を備える
請求項１に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（４００）。
【請求項３】
前記ＧＡ（４０１）は、力率補正（ＰＦＣ）を持つＡＣ／ＤＣコンバータ（３０４）を備える
請求項１又は２に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（４００）。
【請求項４】
前記ＧＡ（４０１）は、ＤＣ阻止及びインピーダンスマッチング回路網（ＩＭＮ）を備える
請求項１−３のいずれか１項に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（４００）。
【請求項５】
前記ＧＡ（４０１）及び前記ＶＡ（４０２）は、前記ＶＡ（４０２）及び前記ＧＡ（４０１）から前記連続的電圧Vdc_VA及び前記参照ＤＣリンク電圧を少なくとも送信する無線通信手段を備える
請求項１−４のいずれか１項に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（４００）。
【請求項６】
電気自動車（ＥＶ）のためのワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム（７００）であって、前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）（７０１）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）（７０２）を備え、前記ＧＡ（７０１）は、ＧＡ送電器コイル（７０７）を備え、前記ＶＡ（７０２）は、前記ＧＡ送電器コイル（７０７）に磁気的に結合されたＶＡ受電器コイル（７０８）を備え、前記ＷＰＴシステム（７００）は、
前記ＧＡ送電器コイル（７０７）における実効電流Ip_rmsに比例する前記ＶＡ受電器コイル（７０８）における電圧VVAを得るための並列−直列補償回路網を備える補償戦略段（７０６）（７０９）、及び
電圧制御ループ（４５０）及び電流制御ループ（４５５）を持つ制御戦略段（４４５）
を備え、
前記制御戦略段（４４５）は、制御コマンドを供給することで前記ＶＡ（７０２）中の電圧を調整することによって、連続的電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧に基づいて調節し、
前記ＥＶのコンダクティブ充電器の力率補正（ＰＦＣ）段には、前記ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間に前記電圧VVAが供給され、
前記連続的電圧Vdc_VAは、前記ＥＶの前記コンダクティブ充電器のＤＣリンクにおいて測定された電圧である
ＥＶのためのＷＰＴシステム（７００）。
【請求項７】
前記ＧＡ（７０１）は、前記制御戦略段（４４５）の制御コマンドで調整されるＤＣ−ＡＣコンバータ（７０５）を備える
請求項６に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（７００）。
【請求項８】
前記ＧＡ（７０１）は、力率補正（ＰＦＣ）を持つＡＣ／ＤＣコンバータ（７０４）を備える
請求項６又は７に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（７００）。
【請求項９】
前記ＧＡ（７０１）は、ＤＣ阻止及びインピーダンスマッチング回路網（ＩＭＮ）を備える
請求項６−８のいずれか１項に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（７００）。
【請求項１０】
前記ＧＡ（７０１）及び前記ＶＡ（７０２）は、前記ＶＡ（４０２）から前記ＧＡ（４０１）へ前記連続的電圧Vdc_VA及び前記参照ＤＣリンク電圧を送信する無線通信手段を備える
請求項６−９のいずれか１項に記載のＥＶのためのＷＰＴシステム（７００）。
【請求項１１】
ＤＣリンクを有するコンダクティブ充電段（２００）、及び
請求項１−１０のいずれか１項に記載の前記ＷＰＴシステム（４００，７００）
を備え、
前記ＷＰＴシステム（４００，７００）は、前記コンダクティブ充電段（２００）の前記ＤＣリンクを調整する
電気自動車。
【請求項１２】
電気自動車（ＥＶ）をワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム（４００）で充電する方法であって、前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）を備え、前記方法は、
前記ＷＰＴシステムのＧＡ送電器コイルに実効電流Ip_rmsを印加すること、
前記実効電流Ip_rmsに比例した前記ＷＰＴシステムのＶＡ受電器コイルにおける電圧VVAを得ること、
前記ＷＰＴシステムの前記ＶＡにおける連続的電圧Vdc_VAを得ること、
前記連続的電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧に基づいて調節すること、
前記ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクを、前記調節された前記連続的電圧Vdc_VAで調整すること
を含む方法。
【請求項１３】
電気自動車（ＥＶ）をワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システム（７００）で充電する方法であって、前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）を備え、前記方法は、
前記ＷＰＴシステムのＧＡ送電器コイルに実効電流Ip_rmsを印加すること、
前記実効電流Ip_rmsに比例した前記ＷＰＴシステムのＶＡ受電器コイルにおける電圧VVAを得ること、
前記ＥＶのコンダクティブ充電器の力率補正（ＰＦＣ）段に前記電圧VVAを供給すること、
調節された連続的電圧Vdc_VAを得ること、
前記連続的電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧に基づいて調節すること、
前記ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクを、前記調節された前記連続的電圧Vdc_VAで調整すること
を含み、
前記連続的電圧Vdc_VAは、前記ＥＶの前記コンダクティブ充電器の前記ＤＣリンクにおいて測定された電圧であり、
整流器（４１０）が、前記ＥＶの前記コンダクティブ充電器の前記ＤＣリンクに接続されている
方法。
【請求項１４】
前記連続的電圧Vdc_VA及び前記参照ＤＣリンク電圧を、前記ＷＰＴシステム（４００，７００）の前記ＶＡから前記ＧＡに送信すること
をさらに含む、請求項１２又は１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車（ＥＶ）のためのワイヤレス電力伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴を用いる磁気ワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）は、鬱陶しい電線から人間を解放するかもしれない技術である。実際、ＷＰＴは、誘導電力伝送という語と共に少なくとも３０年も開発されてきている同じ基本理論を採用する。ＷＰＴ技術は、近年、急速に開発されてきている。キロワットの電力レベルにおいて、伝送距離は、数ミリメートルから数百ミリメートルまで伸び、グリッドから負荷への効率が９０％を超える。この進歩により、ＷＰＴは、電気自動車（ＥＶ）の充電応用例にとって、静的及び動的充電シナリオの両方において非常に魅力的になっている。ＥＶにおいてＷＰＴを導入することによって、充電時間、範囲、及びコストの障害は、容易に緩和され、電池技術は、ＥＶ市場において関係がない。
【０００３】
従来は、電力変換において、ＡＣが低電圧ＤＣに変換されるとき、又はＡＣがある周波数から違う周波数に変換されるとき、ＡＣは、ふつう整流され平滑化されて、固定した周波数における固定した電圧を得る。いったんこれが達成されると、電力は、インバータに回されて、可変電圧及び可変周波数を持つ最終的な出力を得る。インバータに供給されるＤＣ電圧は、ＤＣリンクと呼ばれる。この名称が含意するように、２つのソースは、フィルタキャパシタで互いに結合される。
【０００４】
電気自動車（ＥＶ）応用例においては、ＤＣリンクキャパシタは、ロードバランシングエネルギー貯蔵装置として用いられる。ＤＣリンクキャパシタは、ＤＣバッテリとＡＣ、すなわち電圧インバータの負荷側との間に配置され得る。このキャパシタは、バッテリに、及びＤＣ−ＤＣバッテリ充電器に並列に配置され、インバータの両端に均質な電圧を維持する。ＤＣリンクキャパシタは、瞬間的な電圧スパイク、サージ及びＥＭＩからインバータ回路網を保護することを助ける。
【０００５】
ＥＶ（１２０）についての既知のＷＰＴシステム（１００）は、図１に示され、ここでインダクティブ充電のための基本機能ブロックは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）（１０１）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）（１０２）の間で共有される。
【０００６】
ＷＰＴシステム（１００）のＧＡ（１０１）は、単相又は３相電力源を調整されたＤＣ電力源に変換する、力率補正（ＰＦＣ）を持つＡＣ／ＤＣコンバータ（１０４）を備える。ＷＰＴシステム（１００）のＧＡ（１０１）は、ほぼ一定の周波数及びデューティ比で方形波を生成するＤＣ−高周波（ＨＦ）ＡＣコンバータ（１０５）も備える。ＧＡ（１０１）は、ＤＣ−ＨＦ  ＡＣコンバータ（１０５）によって伝達される無効電力の量を低減するために、送電コイルインダクタンスを補償する受動回路網である主補償回路（１０６）を備える。
【０００７】
ＷＰＴシステム（１００）は、グラウンド側ＧＡ（１０１）において送電ＧＡコイル（１０７）を、及び自動車側ＶＡ（１０２）に位置する受電ＶＡコイル（１０８）を備えるインダクティブ充電コイルアセンブリ（１１２）を備える。
【０００８】
ＶＡ（１０２）は、電気的共鳴において伝送された電力を最大化するために、受電コイルインダクタンスを補償する受動回路網である副補償回路（１０９）を備える。ＶＡ（１０２）は、ＡＣ／ＤＣ整流器（１１０）及び／又はＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（２０５）（図２に示される）（バッテリ充電アルゴリズム／充電手法を含んでもよく、含まなくてもよい）及び高電圧バッテリ（１１１）を備える。
【０００９】
高電圧バッテリ（１１１）の充電は、ＷＰＴシステム（１００）のＧＡ（１０１）及びＶＡ（１０２）の両方アセンブリによって潜在的に取り扱われ得て、その設計は、最適なＷＰＴアーキテクチャを決定し得る。
【００１０】
典型的には、ＷＰＴシステムのＶＡインダクティブ充電は、ＥＶ中の潜在的な既存のインダクティブ充電器を考慮せずに設計される。したがってＷＰＴ中の充電モジュールは、コスト、容積及び重量の点で最適化されないが、これはＶＡ（１０２）中の充電モジュールの基本機能のうちのいくつかは、ＥＶ（１２０）のコンダクティブ及びインダクティブ段においておそらくは重複される。
【００１１】
例えば、ＶＡのインダクティブ充電器の既存システムの要素、例えば、電流ダブラー整流器、インターリーブド副制御及び／又は出力フィルタ段は、ＶＡのコンダクティブ充電器と共有されなくてもよい。これらシステムにおいて、コンダクティブオンボード充電器（ＯＢＣ）は、ＥＶ（１２０）のコンダクティブ充電段を示す図２に示される前述の段の機能と重複するバッテリと並列に接続される。
【００１２】
図２は、ＥＶ（１２０）におけるコンダクティブ充電段ＯＢＣ（２００）と組み合わせられたＷＰＴシステム（１００）を再び示す。ＷＰＴシステム（１００）は、３相電力源（１０３）を調整されたＤＣ電力源に変換する力率補正（ＰＦＣ）を持つＡＣ／ＤＣコンバータ（１０４）、方形波電圧を生成するＨＦ  ＡＣコンバータ（１０５）、送電コイルインダクタンスを補償する主補償回路（１０６）、及び送電コイル（１０７）を持つＧＡ（１０１）を備える。
【００１３】
ＷＰＴシステム（１００）のＶＡ（１０２）は、インダクティブ充電コイルアセンブリ（１１２）の自動車側に位置する受電ＶＡコイル（１０８）、受電コイルインダクタンスを補償する副補償回路（１０９）、ＡＣ／ＤＣ整流器（１１０）、ＤＣリンクキャパシタ（２０４）、及びＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（２０５）を備える。
【００１４】
図２は、ＤＶ（１２０）のコンダクティブ充電のためのＯＢＣ（２００）を示す。ＶＡ（１０２）のＯＢＣ（２００）は、３相電力源（１０３）のための３相ＰＦＣ段（２０１）、ＤＣリンクキャパシタ（２０２）を備えるＤＣリンク、及び絶縁されたＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（２０３）を備える。
【００１５】
よって、図２から、ＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（２０５）及び（２０３）と共に、インダクティブＶＡ（１０２）及びＯＢＣ（２００）のＤＣリンクキャパシタ（２０４）及び（２０２）は、重複している。
【００１６】
したがって、インダクティブ及びコンダクティブ充電を用いるが、少なくとも前述の重複を避けることによって、ＥＶの自動車アセンブリの容積、重量及びコストを低減するバッテリ充電システムが望まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、電気自動車のための既に存在しているコンダクティブオンボードバッテリ充電器（ＯＢＣ）と統合され得るワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムを扱う。本発明は、コンダクティブオンボード充電器モジュールを、ＷＰＴシステムと共有することによって、自動車アセンブリの体積、重量、及びコストを低減する可能性を有する。
【００１８】
本発明は、関連する電力コンバータトポロジを含むＷＰＴアーキテクチャを提案しており、この提案には、ＷＰＴシステムを、ＥＶ内の既存のコンダクティブ充電システムの充電モジュールと統合することで、ＥＶ体積、重量及びコストを最適化する補償及び制御戦略が含まれる。
【００１９】
第１局面において、本発明による電気自動車（ＥＶ）のためのワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムの一例が提案される。前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）を備える。前記ＧＡは、ＧＡ送電器コイルを備え、前記ＶＡは、前記ＧＡ送電器コイルに磁気的に結合されたＶＡ受電器コイルを備える。このＷＰＴシステムは、図３及び４に対応し得る。
【００２０】
前記ＷＰＴシステムは、補償戦略段を備える。この補償戦略段は、前記ＧＡ送電器コイルにおける実効電流Ip_rmsに比例する前記ＶＡ受電器コイルにおける電圧VVAを得るための並列−直列補償回路網を備える。並列−直列補償回路網は、図５に示される。
【００２１】
ＶＡ受電器コイルの電圧VVAは、ＥＶのＶＡ内に含まれる整流器で、連続的電圧に変換され得る。よって、電圧源VVAの連続的電圧Vdc_VAは、ＷＰＴシステムのＶＡ受電器コイルにおいて得られる。
【００２２】
ＷＰＴシステムは、参照ＤＣリンク電圧に到達するために、連続的電圧Vdc_VAを調節するための制御戦略段を備える。このアクションのために、制御戦略段は、２つのネスティングがなされた制御ループを備える。すなわち、入力として連続的電圧Vdc_VA及び参照ＤＣリンク電圧を受け取る電圧制御ループ、及び入力として電流Ip_rms及び電圧制御ループの出力を受け取る電流制御ループである。参照ＤＣリンク電圧は、ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクにおいて要求される電圧である。
【００２３】
よってＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクは、ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間に調節されたVdc_VAで調整され得る。したがって、提案されている補償及び制御戦略を用いると、提案されているＷＰＴシステムは、ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間にもコンダクティブ充電のバッテリ充電モジュール／ＤＣリンクを利用でき、よって自動車アセンブリ中の重複が回避され得る。
【００２４】
ＷＰＴシステムのＧＡは、ＤＣ源を方形波電圧源に変換するＤＣ−ＡＣコンバータを備え得る。ＤＣ−ＡＣコンバータのデューティ比は、調節されたVdc_VAを得るために制御戦略段から受け取られた制御コマンドに依存して変化し得る。
【００２５】
追加として、ＷＰＴシステムは、ＩＭＮ変圧器を飽和させ得るＤＣ電流を阻止するキャパシタＣｃを備えるＤＣ阻止及びインピーダンスマッチング回路網（ＩＭＮ）を備える。インダクタＬｃは、ＤＣ−ＡＣコンバータからの方形波電圧源を電流源に変換し得る。ＩＭＮ変圧器は、インピーダンス及び電圧レベルを、ＷＰＴ内のＧＡコイル及びＶＡコイルによって要求される値に適応させ得る。
【００２６】
第２局面において、電気自動車（ＥＶ）のためのワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムの他の例が提案される。前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）を備える。前記ＧＡは、ＧＡ送電器コイルを備える。前記ＶＡは、前記ＧＡ送電器コイルに磁気的に結合されたＶＡ受電器コイルを備える。
【００２７】
前記ＷＰＴシステムは、前記ＧＡ送電器コイルにおける実効電流Ip_rmsに比例する前記ＶＡ受電器コイルにおける電圧VVAを得るための並列−直列補償回路網を備える補償戦略段も備える。
【００２８】
前記ＷＰＴシステムは、連続的電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧に基づいて調節する制御戦略段も備える。第１ＷＰＴのように、参照ＤＣリンク電圧は、ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクにおける要求される電圧である。
【００２９】
制御戦略段は、２つのネスティングがなされた制御ループを備える。すなわち、入力として連続的電圧Vdc_VA及び参照ＤＣリンク電圧を受け取る電圧制御ループ、及び入力として電流Ip_rms及び電圧制御ループの出力を受け取る電流制御ループである。
【００３０】
前記ＥＶのコンダクティブ充電器の力率補正（ＰＦＣ）段には、前記ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間に前記電圧VVAが供給されて、連続的電圧Vdc_VAを得る。よって、連続的電圧Vdc_VAは、ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクを調整するために用いられ得る。したがって、提案されているＷＰＴシステムの第２例は、インダクティブ充電プロセスの間にコンダクティブ充電器のバッテリ充電モジュール／ＤＣリンクを利用する。さらにこのＷＰＴシステムは、整流器としてコンダクティブ充電器のＰＦＣも利用することで連続的電圧Vdc_VAを得る。よって従来のＷＰＴのＤＣ充電段は、提案されているＷＰＴシステムではもはや必要ではない。本発明による第２局面のＷＰＴは、図７に示される実施形態に対応し得る。
【００３１】
第１局面と同様に、ＷＰＴシステムは、制御戦略段の制御コマンドで調整されて、調節されたVdc_VAを得るＤＣ−ＡＣコンバータ、及びＤＣ阻止及びインピーダンスマッチング回路網（ＩＭＮ）を備える。
【００３２】
本発明による第３局面において、ＤＣリンク及び提案されているＷＰＴシステムを有するコンダクティブ充電段を備える電気自動車が提案される。
【００３３】
第４局面において、電気自動車（ＥＶ）を本発明によるワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムで充電する方法が提案されている。前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）を備える。前記方法は、前記ＷＰＴシステムのＧＡ送電器コイルに実効電流Ip_rmsを印加するステップ、前記実効電流Ip_rmsに比例した前記ＷＰＴシステムのＶＡ受電器コイルにおける電圧VVAを得る第２ステップ、前記ＷＰＴシステムの前記ＶＡにおける連続的電圧Vdc_VAを得る第３ステップ、前記連続的電圧Vdc_VAを調節して、参照ＤＣリンク電圧値に到達するようにする第４ステップ、前記ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクを、前記調節された前記連続的電圧で調整する第５ステップを含む。この方法は、本開示で記載された第１ＷＰＴシステムによるＷＰＴによって実行され得る。
【００３４】
第５局面において、電気自動車（ＥＶ）をワイヤレス電力伝送（ＷＰＴ）システムで充電する方法が提案される。前記ＷＰＴシステムは、グラウンドアセンブリ（ＧＡ）及び自動車アセンブリ（ＶＡ）を備える。前記方法は、前記ＷＰＴシステムのＧＡ送電器コイルに実効電流Ip_rmsを印加する第１ステップ、前記実効電流Ip_rmsに比例した前記ＷＰＴシステムのＶＡ受電器コイルにおける電圧VVAを得る第２ステップ、参照ＤＣリンク電圧に到達するようにVdc_VAを調節する第３ステップ、前記ＥＶのコンダクティブ充電器の力率補正（ＰＦＣ）段に前記電圧VVAを供給して、連続的な調節された電圧Vdc_VAを得る第４ステップ、及び前記ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクを、前記連続的な調節された電圧Vdc_VAで調整する第５ステップを含む。この方法は、本開示で記載される第２ＷＰＴによって実行され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
上記説明のより良い理解のために、及び例を提供する目的のためだけに、実際の実施形態を概略的に図示する、いくつかの非限定的な図面が含まれる。
【図１】ＥＶのための従来のＷＰＴシステムを示す。
【図２】ＥＶのコンダクティブ充電器と組み合わされた従来のＷＰＴシステムを示す。
【図３】本発明によるＷＰＴ及びコンダクティブ充電器の第１例を示す。
【図４】本発明によるＷＰＴの第１例を示す。
【図５】並列−直列補償回路網の一例を示す。
【図６】結合されたコイルの振る舞いを示す。
【図７】本発明によるＷＰＴの第２例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図３は、ＥＶのためのＤＣリンクキャパシタ（２０２）を持つＯＢＣ（２００）を備えるコンダクティブ充電段と組み合わされた本発明によるＷＰＴシステム（３００）の第１例を示す。ＷＰＴシステム（３００）は、ＥＶのインダクティブ充電のためのＧＡ（３０１）及びＶＡ（３０２）を備える。さらにこのＥＶは、図２に示されるもののようなコンダクティブ充電のためのＯＢＣ（２００）を備える。
【００３７】
ＷＰＴシステム（３００）は、ＧＡ（３０１）中の送電コイル（３０７）及びＶＡ（３０２）中の受電コイル（３０８）を備えるインダクティブ充電コイルアセンブリ（３１２）を備える。
【００３８】
ＷＰＴシステム（３００）のＧＡ（３０１）は、３相電力源（３０３）を、調整されたＤＣ電力源に変換する力率補正（ＰＦＣ）を持つＡＣ／ＤＣコンバータ（３０４）を備える。ＷＰＴシステム（３００）のＧＡ（３０１）は、ほぼ一定の周波数及びデューティ比を持つ方形波電圧を生成するＡＣコンバータ（３０５）を備える。
【００３９】
ＷＰＴシステム（３００）は、ＧＡ（３０１）のための主補償回路（３０６）及びＶＡ（３０２）のための副補償回路（３０９）を有する補償回路をさらに備える。この補償回路は、本発明に従って提案されている補償戦略を達成するために用いられる並列−直列補償回路網である。この提案された補償戦略によれば、ＶＡ（３０２）中のＥＶのインダクティブ充電が、ＯＢＣ（２００）中のＤＣリンクキャパシタ（２０２）のＤＣリンク電圧を調整することによって、コンダクティブバッテリ充電器を利用することが可能になる。よって、補償回路（３０９）は、受電コイル（３０８）が電圧源として振る舞うことを可能にする。よってＶＡ受電器コイル（３０８）中には、ＧＡ送電コイル（３０７）中の実効電流Ip_rmsに比例する振幅を有する電圧VVAが生成される。好ましい並列−直列補償回路網は、図５に示される。
【００４０】
ＷＰＴシステム（３００）のＶＡ（３０２）は、コイルアセンブリ（３１２）の受電コイル（３０８）が電圧源として振る舞うようにさせる並列−直列補償回路網の一部として副補償回路（３０９）を備える。ＷＰＴシステム（３００）のＶＡ（３０２）は、前に図２において示されたＤＣリンクキャパシタ及びＤＣ／ＤＣバッテリ充電器を欠いている。ＨＦ整流器（３１０）の出力は、ＤＣリンクキャパシタ（２０２）において負荷がかけられ得る。よって、ＯＢＣ（２００）のＤＣリンクキャパシタ（２０２）及びＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（２０３）は、ＷＰＴシステム（３００）のコンダクティブ段ＯＢＣ（２００）及びＶＡ（３０２）の間で共有され得る。したがって、提案されたＷＰＴシステム（３００）は、ＥＶ（１２０）中の充電モジュール／ＤＣリンクの重複を避ける。
【００４１】
図４は、本発明に従ったＷＰＴ（４００）のより詳細な例のＧＡ（４０１）及びＶＡ（４０２）ワイヤレス充電段を示す。図４は、ＥＶの従来のコンダクティブ充電器におけるＤＣリンク／バッテリ充電器を調整するために所望の電圧を得るのに用いられる制御戦略段（４４５）も示す。
【００４２】
ＧＡ（４０１）は、図３におけるＡＣコンバータ（３０５）に対応し、ＤＣ源Vdc_GAを方形波電圧源に変換するＤＣ−ＡＣコンバータ（４０４）を備え、この方形波電圧源の主要な周波数は、適用される技術規格、例えばＳＡＥ規格（例えば81.38kHzから90kHz）に依存し、そのデューティ比は、制御戦略段（４４５）からの調整回路入力コマンドに依存して変化し得る。ＤＣ−ＡＣコンバータ（４０４）は、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）又はゼロ電流スイッチング（ＺＣＳ）手法によって、スイッチング損失を最小化するように設計され得る。
【００４３】
ＧＡ（４０１）は、ＩＭＮ変圧器を飽和させるかもしれないＤＣ電流を阻止するためのキャパシタＣｃ（４０５ａ）を含むＤＣ阻止及びインピーダンスマッチング回路網（ＩＭＮ）段（４０５）を備える。インダクタＬｃ（４０５ｂ）は、方形波電圧源を電流源に変換し、ＩＭＮ変圧器は、インピーダンス及び電圧レベルをＷＰＴコイル（４０７），（４０８）によって要求される値に適応化させる。
【００４４】
ＧＡ（４０１）は、ＧＡコイルＬｐ（４０７）及び主補償回路網（４０６）を備える。ＶＡ（４０２）は、ＶＡコイルＬｓ（４０８）及び副補償回路網（４０９）を備える。補償回路網（４０６），（４０９）は、並列−直列補償回路である。前述したように、並列−直列補償回路は、ＧＡコイルＬｐ（４０７）を通って流れる実効電流Ip_rmsに依存する振幅を持つＶＡコイルＬｓ（４０８）における電圧源VVAを生成することを優位性をもって可能にする。ＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（４０３）におけるコンダクティブ充電のＤＣリンク電圧は、オンボードＤＣ−ＤＣバッテリ充電器の適切な動作を確実にするために、ある境界内に調整されるので、並列−直列補償回路は、ＧＡ（４０１）中のＧＡコイル電流Ip_rmsを制御することによって、ＤＣリンク電圧を調整することを可能にする。
【００４５】
よって、ＧＡコイルＬｐ（４０７）は、エネルギーをＧＡ（４０１）からＶＡ（４０２）に移送する。補償回路網（４０６）は、無効電力が局所的に供給されることを可能にする（すなわちＤＣ−ＡＣコンバータ（４０４）は有効電力だけを供給する）。ＶＡコイルＬｓ（４０８）は、磁気的にＧＡコイルＬｐ（４０７）と結合され、最大化されるＧＡコイルＬｐ（４０７）から無線で伝送されたエネルギーを受け取る。
【００４６】
ＶＡ（４０２）は、ＨＦ整流器（４１０）を備える。ＨＦ整流器（４１０）は、ＶＡコイルにかかる高周波数信号をＤＣに変換する。図４は、ＥＶのコンダクティブ充電のＤＣリンクキャパシタＣｄｃ（４２０）も示す。ＷＰＴ（４００）は、ＥＶのコンダクティブ充電器におけるＤＣリンク／バッテリ充電器を調整する所望の連続電圧を得るために用いられる提案されている制御戦略段（４４５）のブロック図も示す。
【００４７】
図４に示されるように、制御戦略段（４４５）は、電圧源Vdc_VA及びＧＡコイル電流Ip_rmsの調整に基づく２つのネストが付けられた制御ループからなる。この特定の実現例について、制御戦略段は、電圧及び電流制御のための２つのＰＩ調整器（４５０），（４５５）を備える。
【００４８】
Vda_VA*は、参照ＤＣリンク電圧、すなわちＤＣリンク中で要求されるＤＣリンク電圧を表す。Vdc_VAは、実際のＤＣリンク電圧、すなわちリアルタイムで測定された電圧である。Vdc_VAは、整流後のＶＡコイルＬｓ（４０８）における電圧VVAのＤＣ値である。さらに、ＷＰＴ（４００）は、ＶＡ（４０２）及びＧＡ（４０１）の間のワイヤレス通信手段を備える。よって参照ＤＣリンク電圧Vda_VA*及び実際のＤＣリンク電圧Vdc_VAは、例えばWIFIのようなオンライン通信及び／又はブルートゥース、ＮＦＣ等のようなオフライン通信を用いることによって、ＶＡ（４０２）からＧＡ（４０１）に無線で送られ得る。ある時間のあと（ふつうは、この応用例については秒又はミリ秒の範囲内）、ＰＩ調整器（４５０），（４５５）は、実際のＤＣリンク電圧Vdc_VAを参照ＤＣリンク電圧Vda_VA*に等しくし得る。したがって、Vdc_VA及びVda_VA*の差分は、定常状態では０であり、ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクは、ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間、調整されたVdc_VAで調整され得る。よって、制御戦略段（４４５）は、ＤＣ−ＡＣコンバータ（４０４）に対して、Vda_VA*に等しいVdc_VAを得るようIp_rmsを調整するよう命令し得る。
【００４９】
図５は、本発明に従う提案されているＷＰＴにおいて用いられ得る並列−直列補償回路（５００）を示す。ＶＡ（３０２）中のＶＡコイルモデルは、寄生抵抗R2及びインダクタL2を含む。もしキャパシタC2がインダクタL2と直列に配置され（補償回路網）及びその値が適切に選ばれるなら、L2及びキャパシタC2の直列接続のインピーダンスは、動作周波数においてゼロであり、ここでワイヤレス伝送は、固定周波数f=85kHzにおいて行われる。興味深いことに、この電圧の振幅は、一定である信号周波数、ＧＡコイルL1に対するＥＶ車の与えられた位置についてやはり一定である結合項M、及びＧＡ電流Ip_rmsに依存する。したがって、これは、ＧＡコイル電流Ip_rms及びＶＡコイル電圧VVAの間の電気的関係である。したがって、インダクタL2は、直列キャパシタC2と打ち消し合うので、この電圧VVAは、ＨＦ整流器（４１０）の端子間に直接に加えられ得る。
【００５０】
図６は、結合されたコイルの電気的振る舞いを説明する。この図において、コイルインダクタンスに直列である電圧源が示され、これは、結合されたコイルの振る舞いをより正確にモデル化する（寄生抵抗はこの図では無視されている）。ＶＡコイルの補償によって、Lsがモデルから消され、よって電圧源だけが残り、これは周波数、結合項M、及び主コイル電流Ipに比例する。
【００５１】
図７は、本発明に従うＷＰＴ（７００）の代替の例を示す。
【００５２】
同様に、ＷＰＴ（７００）のＧＡ（７０１）は、３相電力源（１０３）を調整されたＤＣ電力源に変換する力率補正（ＰＦＣ）を持つＡＣ／ＤＣコンバータ（７０４）を備える。ＷＰＴ（７００）のＧＡ（７０１）は、ほぼ一定の周波数及びデューティ比を持つ方形波電圧を生成するＡＣコンバータ（７０５）を備える。
【００５３】
ＷＰＴ（７００）は、ＧＡ（７０１）内の送電コイル（７０７）及びＶＡ（７１３）内の受電コイル（７０８）を備えるインダクティブ充電コイルアセンブリ（７１２）を備える。
【００５４】
ＧＡ（７０１）内のインダクティブ充電コイルアセンブリ（７１２）は、ＧＡコイル（７０７）及び主補償回路網（７０６）を備える。ＶＡ（７０２）は、ＶＡコイル（７０８）及び副補償回路網（７０９）を備える。補償回路網（７０６），（７０９）も並列−直列補償回路である。前述のように、並列−直列補償回路は、電圧源の振幅がＧＡコイル（７０７）を通って流れる実効電流に依存する振幅を持つ、ＶＡコイル（７０８）における電圧源を生成することを優位性をもって可能にする。
【００５５】
図７は、ＥＶのコンダクティブ充電のためのコンダクティブ充電段ＯＢＣ（２００）も示す。ＶＡ（７０２）のＯＢＣ（２００）は、３相電力源（１０３）のための３相ＰＦＣ段（２０１）、ＤＣリンクキャパシタ（２０２）を備えるＤＣリンク、及び絶縁されたＤＣ／ＤＣバッテリ充電器（２０３）を備える。
【００５６】
代替の解決策が図７に示され、ＶＡ補償回路網（７０９）の出力は、コンダクティブ充電ＯＢＣ（２００）内のコンダクティブ充電器３相ＰＦＣ段（２０１）の入力に接続される。３相ＰＦＣ段（２０１）は、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）（それらのそれぞれは、並列の寄生ボディダイオードを含む）に基づく３つのハーフブリッジから構成され得るので、３相ＰＦＣ段（２０１）は、ＥＶのインダクティブ充電プロセスの間に、ＥＶのコンダクティブ充電器のＤＣリンクを調整するのに用いられ得る調整された連続的な電圧Vdc_VAを得るための簡単な整流器として用いられ得て、よって、ＤＣリンクと共に、元の解決策において示された専用の整流器を提供することができる。
【００５７】
本発明の具体的な実施形態について参照がなされているが、当業者には、ここで記載されたＷＰＴアーキテクチャは、多くの変更及び改変がなされ得て、記載されている全ての詳細は、添付の請求項によって規定される保護の範囲から逸脱することなく、他の技術的な等価物と置換され得ることが明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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