(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次コイルを含む２次側共振回路と電池とを含む電池システムに対して、前記電池の充電のための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する電力供給装置であって、
電磁誘導により前記２次コイルを介して前記電池システムに交流電力を供給するための磁界を発生する１次コイルを含む１次側共振回路と、
前記１次側共振回路の電流である１次側電流を検出する電流検出手段と、
前記１次側共振回路の電圧である１次側電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された前記１次側電流と前記電圧検出手段により検出された前記１次側電圧とに基づいて、力率を算出する力率算出手段と、
前記１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路およびインダクタンス調整回路のうち少なくとも一方と、
前記１次側共振回路に前記交流電力を供給するためのインバータ回路と、
前記力率算出手段により算出された前記力率と目標効率に相当するしきい値とを比較し、前記力率が前記しきい値を下回る場合に、前記力率を大きくするように、前記直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、前記インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する特性調整手段と、
を備え、
前記特性調整手段は、ｎ段階（ｎは２以上の自然数）に亘って前記調整を実行可能に構成され、一段階の前記調整を行うごとに、前記力率と前記しきい値との比較を行って、前記力率が前記しきい値以上になるまで、前記調整を最大ｎ回繰り返し、
ｎ回以内の前記調整によって前記力率が前記しきい値以上になった場合に充電を継続する、電力供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給装置であって、さらに、
ｎ段階目の前記調整を行った後に、前記力率が前記しきい値を下回る場合には、ユーザーに対して警告を行う警告手段を備える、電力供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電力供給装置であって、さらに、
充電中において、モニタリングされている前記力率の変化量と所定の異常変化量との比較を継続的に行い、前記力率の変化量が前記異常変化量を超えた場合には、充電に関する異常が発生したと判断する異常検出手段を備える、電力供給装置。
【請求項４】
２次コイルを含む２次側共振回路と電池とを含む電池システムに対して、前記電池の充電のための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する電力供給装置であって、
電磁誘導により前記２次コイルを介して前記電池システムに交流電力を供給するための磁界を発生する１次コイルを含む１次側共振回路と、
前記１次側共振回路の電流である１次側電流を検出する電流検出手段と、
前記１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路およびインダクタンス調整回路のうち少なくとも一方と、
前記１次側共振回路に前記交流電力を供給するためのインバータ回路と、
前記電流検出手段により検出された前記１次側電流と狙い値より大きな値であるしきい値を比較し、前記１次電流が前記しきい値を超えた場合に、前記１次側電流が前記狙い値に近づくように、前記直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、前記インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する特性調整手段と、
を備え、
前記特性調整手段は、ｎ段階（ｎは２以上の自然数）に亘って前記調整を実行可能に構成され、１段階の前記調整を行うごとに、前記１次側電流と前記しきい値との比較を行って、前記１次側電流が前記しきい値以下になるまで、前記調整を最大ｎ回繰り返し、
ｎ回以内の前記調整によって前記１次側電流が前記しきい値以下になった場合には充電を継続する、電力供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力供給装置であって、さらに、
ｎ段階目の前記調整を行った後に、前記１次側電流が前記しきい値を超えている場合には、ユーザーに対して警告を行う警告手段を備える、電力供給装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の電力供給装置であって、
前記直列共振コンデンサ調整回路は、
標準コンデンサと、
前記標準コンデンサと直列に配列されている１つ以上の容量減少用コンデンサと、
前記容量減少用コンデンサを有効な状態と無効な状態とに切り替える容量減少用コンデンサ切替スイッチと、
を含み、
前記特性調整手段による前記調整は、前記容量減少用コンデンサ切替スイッチをオンからオフにすることにより前記容量減少用コンデンサを前記無効な状態から前記有効な状態に切り替えることによって、前記１次側共振回路の静電容量を小さくすることを含む、電力供給装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の電力供給装置であって、
前記インダクタンス調整回路は、
前記１次コイルの一部を有効な状態と無効な状態とに切り替えるインダクタンス切替スイッチを備え、
前記特性調整手段による前記調整は、前記インダクタンス切替スイッチをオフからオンにすることにより前記１次コイルの一部を前記有効な状態から前記無効な状態に切り替えることによって、前記１次側共振回路のインダクタンスを小さくすることを含む、電力供給装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の電力供給装置であって、
前記特性調整手段による前記調整は、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数を小さくすることを含む、電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力供給装置に関し、特に、電気自動車などの電池の充電に用いられる非接触型の電力供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非接触の電力伝送を用いて、電気自動車の電池の充電を行う技術が知られている。この技術では、自動車に搭載された２次側共振回路の２次コイルと、電力供給装置に搭載された１次側共振回路の１次コイルとを近接配置した状態で、１次側共振回路に共振周波数の交流電力を供給することによって１次コイルにおいて磁界を発生させる。そして、発生した磁界による電磁誘導によって２次側共振回路の２次コイルに発生した起電力を用いて電池を充電している。
【０００３】
この技術において、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれた場合には、充電効率が低下する。具体的には、１次コイルが搭載された電力供給装置に対して２次コイルが搭載された自動車を適正位置に停車して充電を行わないと充電効率が低下する。
【０００４】
特許文献１では、上記自動車の充電システムにおいて、電力供給装置に対して自動車が適正位置に停車されていない場合にユーザーにその旨を通知する技術が記載されている。特許文献２では、電力供給装置に複数の１次コイルを配置して、電力供給装置に対する自動車の位置に応じて、最も充電に適した１次コイルを選択して充電に用いる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８３８１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８３８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記特許文献１の技術では、自動車が適正位置に停車されていない場合には、運転者に通知はされ得るものの、自動車の停車位置をユーザーが修正しない限り充電効率の低下を抑制することができず、上記特許文献２では、自動車が適正位置に停車されていない場合の充電効率の低下を抑制し得るものの、電力供給装置が大型化するおそれがある。このような課題は、自動車の充電システムに限らず、共振型の非接触充電用の電力供給装置に共通する課題であった。
【０００７】
本発明の主な利点は、共振型の非接触充電用の電力供給装置において、電力供給装置の大型化を招くことなく、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれた場合の充電効率の低下を抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［形態１］２次コイルを含む２次側共振回路と電池とを含む電池システムに対して、前記電池の充電のための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する電力供給装置であって、
電磁誘導により前記２次コイルを介して前記電池システムに交流電力を供給するための磁界を発生する１次コイルを含む１次側共振回路と、
前記１次側共振回路の電流である１次側電流を検出する電流検出手段と、
前記１次側共振回路の電圧である１次側電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された前記１次側電流と前記電圧検出手段により検出された前記１次側電圧とに基づいて、力率を算出する力率算出手段と、
前記１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路およびインダクタンス調整回路のうち少なくとも一方と、
前記１次側共振回路に前記交流電力を供給するためのインバータ回路と、
前記力率算出手段により算出された前記力率と目標効率に相当するしきい値とを比較し、前記力率が前記しきい値を下回る場合に、前記力率を大きくするように、前記直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、前記インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する特性調整手段と、
を備え、
前記特性調整手段は、ｎ段階（ｎは２以上の自然数）に亘って前記調整を実行可能に構成され、一段階の前記調整を行うごとに、前記力率と前記しきい値との比較を行って、前記力率が前記しきい値以上になるまで、前記調整を最大ｎ回繰り返し、
ｎ回以内の前記調整によって前記力率が前記しきい値以上になった場合に充電を継続する、電力供給装置。
［形態２］２次コイルを含む２次側共振回路と電池とを含む電池システムに対して、前記電池の充電のための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する電力供給装置であって、
電磁誘導により前記２次コイルを介して前記電池システムに交流電力を供給するための磁界を発生する１次コイルを含む１次側共振回路と、
前記１次側共振回路の電流である１次側電流を検出する電流検出手段と、
前記１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路およびインダクタンス調整回路のうち少なくとも一方と、
前記１次側共振回路に前記交流電力を供給するためのインバータ回路と、
前記電流検出手段により検出された前記１次側電流と狙い値より大きな値であるしきい値を比較し、前記１次電流が前記しきい値を超えた場合に、前記１次側電流が前記狙い値に近づくように、前記直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、前記インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する特性調整手段と、
を備え、
前記特性調整手段は、ｎ段階（ｎは２以上の自然数）に亘って前記調整を実行可能に構成され、１段階の前記調整を行うごとに、前記１次側電流と前記しきい値との比較を行って、前記１次側電流が前記しきい値以下になるまで、前記調整を最大ｎ回繰り返し、
ｎ回以内の前記調整によって前記１次側電流が前記しきい値以下になった場合には充電を継続する、電力供給装置。
【０００９】
［適用例１］  ２次コイルを含む２次側共振回路と電池とを含む電池システムに対して、前記電池の充電のための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する電力供給装置であって、
電磁誘導により前記２次コイルを介して前記電池システムに交流電力を供給するための磁界を発生する１次コイルを含む１次側共振回路と、
前記１次側共振回路の電流である１次側電流を検出する電流検出手段と、
前記１次側共振回路の電圧である１次側電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段により検出された前記１次側電流と前記電圧検出手段により検出された前記１次側電圧とに基づいて、力率を算出する力率算出手段と、
前記１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路およびインダクタンス調整回路のうち少なくとも一方と、
前記１次側共振回路に前記交流電力を供給するためのインバータ回路と、
前記力率算出手段により算出された前記力率と目標効率に相当するしきい値とを比較し、前記力率が前記しきい値を下回る場合に、前記力率を大きくするように、前記直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、前記インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する特性調整手段と、
を備える電力供給装置。
【００１０】
１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれると、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態が、最適な共振状態から乖離して、電力供給装置から電池システムに電力を伝送する効率が低下する。この際、１次側電流と１次側電圧に基づいて決まる力率の値が小さくなる。上記構成の電力供給装置によれば、１次側電流と１次側電圧とに基づいて力率を算出し、当該力率がしきい値を下回った場合に、力率を大きくするように、１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、インバータ回路によって１次側共振回路に供給される交流電力の周波数のうちの少なくとも１つを調整する。この結果、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれた場合でも、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態に修正することができる。そして、例えば、共振状態の修正のために、多数の１次コイルを用意する必要もないので、電力供給装置の大型化を抑制できる。したがって、電力供給装置の大型化を招くことなく、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下、および、当該効率の低下に起因する１次側電流の増加（過電流）による発熱等の問題を抑制することができる。
【００１１】
さらに、上記構成の電力供給装置によれば、力率に基づいて、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下の発生を判断している。当該力率は、電池の充電状況、例えば、２次側電流、２次側電圧などの２次側の状況によって変化しないので、２次側と通信することなく、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下の発生を１次側だけで適切に判断することができる。
【００１２】
［適用例２］  適用例１に記載の電力供給装置であって、
前記特性調整手段は、ｎ段階（ｎは２以上の自然数）に亘って前記調整を実行可能に構成され、１段階の前記調整を行うごとに、前記力率と前記しきい値との比較を行って、前記力率が前記しきい値以上になるまで、前記調整を最大ｎ回繰り返し、
前記調整がｎ回以内に前記力率が前記しきい値以上になった場合に充電を継続する、電力供給装置。
【００１３】
上記構成の電力供給装置によれば、力率としきい値とを比較しながら、複数段階に亘って、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態を、適正な共振状態に近づけることができる。この結果、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれた場合に、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態により精度良く修正して、電池を充電することができる。
【００１４】
［適用例３］  適用例２に記載の電力供給装置であって、さらに、
ｎ段階目の前記調整を行った後に、前記力率が前記しきい値を下回る場合には、ユーザーに対して警告を行う警告手段を備える、電力供給装置。
【００１５】
上記構成の電力供給装置によれば、所定段階の調整を行ってもなお力率がしきい値を下回る場合には、ユーザーに対して警告を行う。したがって、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が十分な調整ができないほどずれている場合には、その旨をユーザーに認識させることができる。この結果、ユーザーは、例えば、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置を変更するなどの対応を取ることができる。
【００１６】
［適用例４］  適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の電力供給装置であって、さらに、
充電中において、モニタリングされている前記力率の変化量と所定の異常変化量との比較を継続的に行い、前記力率の変化量が前記異常変化量を超えた場合には、充電に関する異常が発生したと判断する異常検出手段を備える、電力供給装置。
【００１７】
上記構成の電力供給装置によれば、力率の変化量と所定の異常変化量との比較を、充電中に継続的に行うことによって、充電に関する異常（例えば、１次コイルと２次コイルとのギャップへの異物の混入）の発生を検出することができる。この結果、充電に関する異常が発生した場合に、充電の中止や、ユーザーへの通知などの対応を取ることができるので、充電に関する異常に起因する発熱等を抑制することができる。
【００１８】
［適用例５］  ２次コイルを含む２次側共振回路と電池とを含む電池システムに対して、前記電池の充電のための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する電力供給装置であって、
電磁誘導により前記２次コイルを介して前記電池システムに交流電力を供給するための磁界を発生する１次コイルを含む１次側共振回路と、
前記１次側共振回路の電流である１次側電流を検出する電流検出手段と、
前記１次側共振回路における直列共振コンデンサ調整回路およびインダクタンス調整回路のうち少なくとも一方と、
前記１次側共振回路に前記交流電力を供給するためのインバータ回路と、
前記電流検出手段により検出された前記１次側電流と狙い値より大きな値であるしきい値を比較し、前記１次電流が前記しきい値を超えた場合に、前記１次側電流が前記狙い値に近づくように、前記直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、前記インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される前記交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する特性調整手段と、
を備える電力供給装置。
【００１９】
１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれて、電力供給装置から電池システムに電力を伝送する効率が低下すると、２次側電流が一定で充電されている場合には、１次側電流が狙い値よりも大きくなる。上記構成の電力供給装置によれば、１次側電流が狙い値より大きな値であるしきい値を超えた場合に、１次側電流が狙い値に近づくように、直列共振コンデンサ調整回路の静電容量、および、インダクタンス調整回路のインダクタンス、および、インバータ回路によって１次側共振回路に供給される交流電力の周波数、のうちの少なくとも１つを調整する。この結果、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれた場合でも、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態に修正することができる。そして、例えば、共振状態の修正のために、多数の１次コイルを用意する必要もないため、電力供給装置の大型化を抑制できる。したがって、電力供給装置の大型化を招くことなく、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下、および、当該効率の低下に起因する１次側電流の増加（過電流）による発熱等の問題を抑制することができる。さらに、１次電流だけを基準にして、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下の発生を判断するため、簡易な構成で当該効率の低下の発生を判断できる。
【００２０】
［適用例６］  適用例５に記載の電力供給装置であって、
前記特性調整手段は、ｎ段階（ｎは２以上の自然数）に亘って前記調整を実行可能に構成され、一段階の前記調整を行うごとに、前記１次側電流と前記しきい値との比較を行って、前記１次側電流が前記しきい値以下になるまで、前記調整を最大ｎ回繰り返し、
前記調整が前記ｎ回以内に前記１次側電流が前記しきい値以下になった場合には充電を継続する、電力供給装置。
【００２１】
上記構成の電力供給装置によれば、１次側電流としきい値とを比較しながら、複数段階に亘って、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態を、適正な共振状態に修正することができる。この結果、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が適正位置からずれた場合でも、１次側共振回路および２次側共振回路の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態により精度良く修正し、電池を充電することができる。
【００２２】
［適用例７］  適用例６に記載の電力供給装置であって、さらに、
ｎ段階目の前記調整を行った後に、前記１次側電流が前記しきい値を超えている場合には、ユーザーに対して警告を行う警告手段を備える、電力供給装置。
【００２３】
上記構成の電力供給装置によれば、所定段階の調整を行ってもなお１次側電流がしきい値を超えている場合には、ユーザーに対して警告を行う。したがって、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置が十分な調整ができないほどずれている場合には、ユーザーにその旨を認識させることができる。この結果、ユーザーは、例えば、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置を変更するなどの対応を取ることができる。
【００２４】
また、適用例５ないし適用例７のいずれかに記載の電力供給装置は、充電中において、充電状況によって変化する１次側電流に対応した異常検出用しきい値を設定し、１次側電流と異常検出用しきい値との比較を継続的に行い、１次側電流が異常検出用しきい値を超えた場合には、充電に関する異常が発生したと判断しても良い。こうすれば、異常が発生した場合に、充電の中止や、ユーザーへの通知などの対応を取り、充電に関する異常に起因する発熱等を抑制することが可能である。
【００２５】
［適用例８］  適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の電力供給装置であって、
前記直列共振コンデンサ調整回路は、
標準コンデンサと、
前記標準コンデンサと直列に配列されている１つ以上の容量減少用コンデンサと、
前記容量減少用コンデンサを有効な状態と無効な状態とに切り替える容量減少用コンデンサ切替スイッチと、
を含み、
前記特性調整手段による前記調整は、前記容量減少用コンデンサ切替スイッチをオンからオフにすることにより前記容量減少用コンデンサを前記無効な状態から前記有効な状態に切り替えることによって、前記１次側共振回路の静電容量を小さくすることを含む、電力供給装置。
【００２６】
上記構成の電力供給装置によれば、１次側共振回路の静電容量を小さくすることによって、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下を抑制することができる。静電容量を小さくするための構成である容量減少用コンデンサと容量減少用コンデンサ切替スイッチは、１次コイルと異なり、充電時における２次コイルとの位置関係を考慮する必要がないため、配置の自由度が高い（例えば、１次コイルとは離れた場所にも配置できる）ので、電力供給装置の設計の自由度を損なうことを抑制できる。
【００２７】
［適用例９］  適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の電力供給装置であって、
前記インダクタンス調整回路は、
前記１次コイルの一部を有効な状態と無効な状態とに切り替えるインダクタンス切替スイッチを備え、
前記特性調整手段による前記調整は、前記インダクタンス切替スイッチをオフからオンにすることにより前記１次コイルの一部を前記有効な状態から前記無効な状態に切り替えることによって、前記１次側共振回路のインダクタンスを小さくすることを含む、電力供給装置。
【００２８】
上記構成の電力供給装置によれば、１次側共振回路のインダクタンスを小さくすることによって、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下を抑制することができる。インダクタンスを小さくするための構成である１次コイルの一部を無効とするインダクタンス切替スイッチは、１次コイルを複数用意する場合と比較して、大幅に大きさを小さくできるため、電力供給装置の大型化を効果的に抑制できる。
【００２９】
［適用例１０］  適用例１ないし適用例９のいずれかに記載の電力供給装置であって、
前記特性調整手段による前記調整は、前記インバータ回路によって前記１次側共振回路に供給される交流の周波数を小さくすることを含む、電力供給装置。
【００３０】
上記構成の電力供給装置によれば、前記インバータ回路によって１次側共振回路に供給される交流の周波数を小さくすることによって、１次コイルと２次コイルとの相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下を抑制することができる。また、１次側共振回路には、特別な構成を設ける必要がないため、電力供給装置の大型化を効果的に抑制できる。
【００３１】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電力供給装置の制御方法および制御装置、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施例における非接触充電を行うシステムの電気的構成を示す図である。
【図２】電力供給装置１００を用いて電池システム２００の電池２４０を充電する使用例を示す図である。
【図３】第１実施例の充電処理の処理ステップを示すフローチャートである。
【図４】第１実施例の充電処理の処理ステップを示すフローチャートである。
【図５】１次側共振回路１６０の状態とスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の動作の対応を示す動作表である。
【図６】充電制御について説明する図である。
【図７】１次側共振回路１６０の特性の調整による力率および伝送効率の改善を説明するための図である。
【図８】第２実施例における非接触充電を行うシステムの電気的構成を示す図である。
【図９】第２実施例の充電処理の処理ステップを示すフローチャートである。
【図１０】定電流制御によって充電が行われる場合における１次側電流と伝送効率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例における非接触充電を行うシステムの電気的構成を示す図である。このシステムは、電力供給装置１００と、電池を備える電池システム２００とを含んでいる。
【００３４】
電力供給装置１００は、電池システム２００に対して、電池システム２００が備える電池を充電するための電力を、電磁誘導を利用して非接触で供給する装置である。電力供給装置１００は、電源１１０と、１次側整流回路１２０と、インバータ回路１３０と、電流検出器１４０と、電圧検出器１５０と、１次側共振回路１６０と、制御回路１７０と、電池システム２００と通信を行うための１次側通信回路１８０とを備えている。
【００３５】
電源１１０は、１００Ｖあるいは２００Ｖの家庭用電源などの交流電源である。１次側整流回路１２０は、電源１１０から供給された交流電力を整流して直流電力に変換する回路である。インバータ回路１３０は、１次側整流回路１２０から出力された直流電力をスイッチングして任意の周波数の交流電力を生成して１次側共振回路１６０に供給する回路である。インバータ回路１３０は、例えば、２０ｋＨｚ（キロヘルツ）程度の周波数の交流電力を生成可能な高周波フルブリッジインバータである。電流検出器１４０は、１次側共振回路１６０を流れる電流（以下、１次側電流Ｉｉｎとも呼ぶ。）を検出する回路である。電圧検出器１５０は、１次側共振回路１６０に印可された電圧（以下、１次側電圧Ｖｉｎとも呼ぶ。）を検出する回路である。
【００３６】
１次側共振回路１６０は、後述する電池システム２００の２次側共振回路２１０に対して非接触で電力を伝送するためのＬＣ直列共振回路である。１次側共振回路１６０は、直列共振コンデンサとして、標準コンデンサＣｓと、第１の容量減少用コンデンサＣ１と、第２の容量減少用コンデンサＣ２とを備えている。これらの３つのコンデンサは、直列に接続されている。標準コンデンサＣｓは常に有効な状態にされている。一方、第１の容量減少用コンデンサＣ１は、第１の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ１によって、有効な状態と無効な状態とに切替可能に構成されている。第２の容量減少用コンデンサＣ２は、第２の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ２によって、有効な状態と無効な状態とに切替可能に構成されている。
【００３７】
１次側共振回路１６０は、さらに、直列共振コンデンサと直列に配列された１次コイルＬ１を備えている。１次コイルＬ１は、例えば、心材としてのフェライトコアにリッツ線を巻いて形成されている。１次コイルＬ１の一部は、インダクタンス切替スイッチＳＷ３によって、有効な状態と無効な状態に切替可能に構成されている。この結果、インダクタンス切替スイッチＳＷ３を切り替えることによって、１次コイルＬ１のインダクタンスを２段階に切り替えることができる。ここで、コンデンサやコイルが無効な状態にあるとは、コンデンサやコイルの両極が短絡されて、当該両極間に電位差が生じないようにされている状態にあることを言う。コンデンサやコイルが有効な状態にあるとは、コンデンサやコイルの両極が短絡されておらず、当該両極間に電位差が生じ得る状態にあることを言う。
【００３８】
制御回路１７０は、電力供給装置１００の動作を制御する回路であり、ＣＰＵとメモリとを備えた汎用のコンピュータ、あるいは、電力供給装置１００の制御を実現するために専用に設計されたハードウェアである。制御回路１７０は、例えば、制御プログラムを実行することによって、力率算出部Ｍ１と、インバータ制御部Ｍ２と、状態制御部Ｍ３と、警告部Ｍ４としての機能を実現する。力率算出部Ｍ１は、電流検出器１４０により検出された１次側電流と、電圧検出器１５０により検出された１次側電圧とに基づいて、１次側共振回路１６０の力率を算出する。ここで、１次側電流と１次側電圧との位相差をθ（１次側電流が１次側電圧に対して遅れる場合を正とする）とすると、力率φはｔａｎθで表される。インバータ制御部Ｍ２は、インバータ回路１３０を制御して、１次側共振回路１６０に供給される交流電力の周波数を所望の値に制御する。状態制御部Ｍ３は、力率の値に基づいて、１次側共振回路１６０の状態を制御する。具体的には、状態制御部Ｍ３は、第１の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ１、第２の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ２、インダクタンス切替スイッチＳＷ３の切替制御を行って、１次側共振回路１６０の状態を、後述する無調整状態、１段階調整状態、２段階調整状態、３段階調整状態のいずれかに制御する。警告部Ｍ４は、力率の値に基づいて、ユーザーに対する警告を行う。警告は、電池システム２００に対する電力の供給に支障がある旨を利用者に対して通知するものであり、例えば、車両内のアラーム、利用者の家の表示装置への表示、利用者の携帯電話へのメールなどの態様で行われる。
【００３９】
電池システム２００は、２次側共振回路２１０と、２次側整流回路２２０と、充電回路２３０と、電池２４０と、モータ駆動回路２５０と、モータ２６０と、２次側通信回路２７０とを備えている。電池２４０は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの充電を行うことで繰り返し直流電源として利用可能な充電池である。モータ駆動回路２５０は、電池２４０から供給される直流電力をスイッチングして交流電力を生成して、生成した交流電力をモータ２６０に供給してモータ２６０を駆動する回路である。
【００４０】
２次側共振回路２１０は、電力供給装置１００の１次側共振回路１６０から電力を受け取るためのＬＣ並列共振回路である。２次側共振回路２１０は、２次コイルＬ２と、２次コイルＬ２と並列に接続された並列共振コンデンサＣｐとを備えている。２次コイルＬ２は、１次コイルＬ１と同様に、例えば、心材としてのフェライトコアにリッツ線を巻いて形成されている。２次側整流回路２２０は、２次側共振回路２１０にて受け取った交流を整流して直流に変換する回路である。充電回路２３０は、２次側整流回路２２０から出力された直流電力を、降圧または昇圧して所望の電圧の電力に変換し、電池２４０に供給する回路である。これにより、充電回路２３０は、電池２４０を充電する。２次側通信回路２７０は、電力供給装置１００の１次側通信回路１８０と通信を行う回路である。
【００４１】
図２は、電力供給装置１００を用いて、電池システム２００の電池２４０を充電する使用例を示す図である。この例では、電池システム２００は、車両に搭載されており、電池システム２００の２次コイルＬ２は、中心軸が鉛直方向と平行になるように、車両本体の下端近傍に配置されている。電力供給装置１００は、少なくとも１次コイルＬ１が、車両が駐車可能な地面の下に設置されている。１次コイルＬ１は、中心軸が鉛直方向と平行になるように、地表の近傍に配置されている。
【００４２】
図２に示す使用例における充電の動作（充電処理）について説明する。図３および図４は、第１実施例の充電処理の処理ステップを示すフローチャートである。図５は、１次側共振回路１６０の状態とスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の動作の対応を示す動作表である。図６は、充電制御について説明する図である。図７は、１次側共振回路１６０の特性の調整による力率および伝送効率の改善を説明するための図である。
【００４３】
先ず、充電を行う際は、ユーザーが、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置になるように、車両を駐車する。適正位置は、本実施例では、１次コイルＬ１の中心軸と２次コイルＬ２の中心軸が、同一直線上に並んだ位置である。この時の１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との距離を適正ギャップとも呼ぶ。しかしながら、現実には、車両の停止位置のずれ、車両のタイヤの大きさの変化などにより、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置は、適正位置からコイルの中心軸方向および／または中心軸と垂直な方向にずれ得る。車両の駐車後、例えば、ユーザーが、図示しない操作手段（ボタンなど）を介して充電指示を行うと、充電処理が開始される。
【００４４】
充電処理が開始されると、制御回路１７０の状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０を無調整状態に制御する（図３：ステップＳ１０）。具体的には、図５に示すように、状態制御部Ｍ３は、第１の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ１をＯＮに、第２の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ２をＯＮに、インダクタンス切替スイッチＳＷ３をＯＦＦに制御する。無調整状態では、標準コンデンサＣｓが有効となり、第１の容量減少用コンデンサＣ１と、第２の容量減少用コンデンサＣ２は無効となる。また、１次コイルＬ１の全部が有効となる。
【００４５】
次に、電力供給装置１００と電池システム２００が協働して充電制御を行う（ステップＳ２０）。具体的には、まず、電力供給装置１００の制御回路１７０のインバータ制御部Ｍ２がインバータ回路１３０をスイッチング制御して、周波数ｆの交流電力を１次側共振回路１６０に供給する。すると、１次コイルＬ１に交流電流が流れるので、１次コイルＬ１の周囲に磁界が生成される。この磁界は、電磁誘導によって２次側共振回路２１０の２次コイルＬ２に起電力を発生させる。この結果、電池システム２００に電力が非接触で供給される。言い換えれば、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２とがトランスを形成していると言える。
【００４６】
電池システム２００に電力が供給されると、電池システム２００の充電回路２３０は、供給された電力を用いて電池２４０の充電を行う。具体的には、図６に示すように、充電回路２３０は、充電の開始から電池２４０のＳＯＣ（State of Charge:充電率）が規定値を超える時刻Ｔｅｘまでの間においては、電池２４０に供給される電流が一定になるように充電を行う（定電流制御）。充電回路２３０は、時刻Ｔｅｘから充電終了までの間においては、電池２４０に印加される電圧が一定になるように充電を行う（定電圧制御）。このような制御を行うことによって、充電回路２３０は、速やかに、かつ、過充電を抑制しつつ、電池２４０を充電することができる。
【００４７】
充電制御の開始直後に、制御回路１７０の力率算出部Ｍ１は、電流検出器１４０および電圧検出器１５０から電気信号を取得して、１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎをそれぞれ検出する（ステップＳ３０）。力率算出部Ｍ１は、検出した１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎに基づいて、力率φａを算出する（ステップＳ４０）。
【００４８】
ここで、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にある状態で、無調整状態の１次側共振回路１６０の共振周波数と、２次側整流回路２２０の共振周波数とが同じになるように回路が構成される。また、上述した交流電力の周波数ｆは当該共振周波数に設定される。このような理想的な状態では、１次側電流と１次側電圧との位相差は０となり、力率は１となる。このような共振型非接触電力伝送では、１次コイルＬ１と、２次コイルＬ２とが非接触であっても、高い伝送効率で電力を伝送できる。ここで、伝送効率は、（２次側電流×２次側電圧）／（１次側電流×１次側電圧）で表される。
【００４９】
力率が１である理想的な共振状態は、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にあるときに限られる。適正位置からの位置ずれは、共振状態を理想的な共振状態から乖離させる。この結果、力率が１より低下すると共に、１次側共振回路１６０から２次側共振回路２１０への電力の伝送効率が低下する。伝送効率が低下すると、伝送効率の低下分だけ１次側電流Ｉｉｎが狙い値より増大する（過電流）。この電流の増大分に対応する熱エネルギーがインバータ回路１３０におけるスイッチング損失として放出され、インバータ回路１３０の発熱となる。力率は、伝送効率を表す指標であると言える。本実施例では、伝送効率の目標値（目標効率）に相当する力率（以下、目標力率φｎｍと呼ぶ。）をしきい値として用いている。
【００５０】
力率φａが算出されると、制御回路１７０は、算出された力率φａが目標力率φｎｍ以上であるか否かを判断する（ステップＳ５０）。力率φａが目標力率φｎｍ以上であると判断すると（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、制御回路１７０は、力率φａを基準力率φＸとしてメモリに記憶する（ステップＳ６０）。力率φａが目標力率φｎｍ以上である場合は、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれが小さく、その結果、伝送効率があまり低下しておらず、目標効率を達成していると判断できる。
【００５１】
一方、力率φａが目標力率φｎｍを下回ると判断すると（ステップＳ５０：ＮＯ）、制御回路１７０の状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を１段階調整状態に制御する（ステップＳ７０）。すなわち、状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を、無調整状態から１段階調整状態に切り替え、第１の容量減少用コンデンサＣ１に電力が印加される様にする。具体的には、状態制御部Ｍ３は、図５に示すように、第１の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ１をＯＮからＯＦＦに切り替える。すなわち、状態制御部Ｍ３は、第１の容量減少用コンデンサＣ１を無効な状態から有効な状態に切り替える。力率φａが目標力率φｎｍを下回る場合は、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれが大きく、その結果、伝送効率が低下して、目標効率を達成していないと判断できる。このため、かかる場合には、力率が大きくなるように１次側共振回路１６０の特性を調整すべく、状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を、無調整状態から１段階調整状態に切り替えている。
【００５２】
ここで、力率が大きくなるように１次側共振回路１６０の特性を調整する具体的手法について説明する。充電中に電力供給装置１００の１次側共振回路１６０から見たインピーダンスＺは、以下の式（１）で表される。
【数１】
0005656606.tif 000002
励磁リアクタンスＸ０は、電力の伝送に有効な磁束に相当し、１次側漏れリアクタンスＸ１および２次側漏れリアクタンスＸ２は、電力の伝送に無効な磁束に相当する。また、１次コイルＬ１から２次コイルＬ２への電力の伝送効率の最大値ηmaxは以下の式（２）で表される。
【数２】
0005656606.tif 000003
【００５３】
ここで、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にあり、かつ、１次側共振回路１６０が無調整状態にある状態を標準状態と呼ぶ。標準状態では、力率が１である。力率が１であることは、式（１）の虚数部＝０であることに等しい。１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置のずれが発生すると、励磁リアクタンスＸ０が減少し、１次側漏れリアクタンスＸ１および２次側漏れリアクタンスＸ２が増大する。その結果、力率が１より低下する、すなわち、式（１）の虚数部＝０の関係が崩れて、虚数部は正の値になる。また、式（２）の値ｂが減少するので、伝送効率が低下することがわかる。
【００５４】
力率を大きくすることは、虚数部を０に近づけることに等しい。虚数部が正の値になっている場合に虚数部を０に近づける手法には、直列共振コンデンサのリアクタンスＸｓを大きくすることと、励磁リアクタンスＸ０を増加させることと、２次側漏れリアクタンスＸ２を減少させることが、式（１）から考えられる。ここで、直列共振コンデンサのリアクタンスＸｓ＝１／２πｆＣである（ｆ：１次側共振回路１６０に供給される交流の周波数、Ｃ：直列共振コンデンサの静電容量）。直列共振コンデンサのリアクタンスＸｓを大きくするには、直列共振コンデンサの静電容量Ｃを小さくする、あるいは、１次側共振回路１６０に供給される交流の周波数を小さくすれば良い。また、励磁リアクタンスＸ０を増加させ、２次側漏れリアクタンスＸ２を減少させるには、１次コイルＬ１のインダクタンスを小さくすれば良い。
【００５５】
つまり、力率が大きくなるように１次側共振回路１６０の特性を調整する具体的手法には、以下の３つが考えられる。
１）直列共振コンデンサの静電容量Ｃを小さくする
２）１次側共振回路１６０に供給される交流の周波数を小さくする
３）１次コイルＬ１のインダクタンスを小さくする
力率が大きくなるように、１次側共振回路１６０の特性を調整すると、励磁リアクタンスＸ０の増加、および／または、２次側漏れリアクタンスＸ２の減少が生じるので、式（２）から伝送効率が改善することが解る。
【００５６】
図７を参照して概念的に説明すると、力率と、伝送効率とは、力率が大きいほど、伝送効率が大きくなる直線をなす関係にある。そして、１次側共振回路１６０が無調整状態である場合と、１次側共振回路１６０が調整状態である場合とで、それぞれ異なる直線となる。標準状態、すなわち、１次側共振回路１６０が無調整状態で、かつ、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にある場合は、図７の点Ａに示すように、力率は最大値である１となり、伝送効率も本システムの最大値であるηａとなる。図７の点Ｂは、１次側共振回路１６０が無調整状態である場合の力率が目標力率φｎｍを下回る値Ψｂとなる程度に、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置からずれた状態（以下、位置ずれ大の状態と呼ぶ。）に対応する。この場合の伝送効率ηｂは、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にある場合の伝送効率ηａと比較して著しく低い値となる。ここで、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から調整状態に切り替えると、図７において矢印Ｌで示すように、力率と伝送効率との関係を示す直線は、同じ力率の場合の伝送効率が低くなる他の直線に変化してしまう。しかしながら、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から調整状態に切り替えると、位置ずれ大の状態のままで、力率を大きくすることができる。図７の例では、矢印Ｍで示すように、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から調整状態に切り替えることによって、力率が、値Ψｂから目標力率φｎｍより大きい値Ψｃまで大きくなったことが示されている。この結果、位置ずれ大の状態のままで、伝送効率を値ηｂから値ηｃに改善することができる（図７の点Ｃ）。
【００５７】
図３のフローチャートに戻って、説明を続ける。ステップＳ７０において１次側共振回路１６０が無調整状態から１段階調整状態に切り替えられると、無調整状態と比べて、直列共振コンデンサとして有効なコンデンサが、標準コンデンサＣｓと第１の容量減少用コンデンサＣ１の２つに増える。このように直列に接続されたコンデンサが増加すると、合成した静電容量は小さくなるので、１次側共振回路１６０の直列共振コンデンサの静電容量は小さくなる。すなわち、ステップＳ７０では、１次側共振回路１６０の直列共振コンデンサの静電容量は小さくすることによって、力率を大きくしている。
【００５８】
その後、充電制御を続けながら（ステップＳ８０）、制御回路１７０の力率算出部Ｍ１は、再び、１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎをそれぞれ検出し（ステップＳ９０）、検出した１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎに基づいて、力率φｂを算出する（ステップＳ１００）。続いて、制御回路１７０は、算出された力率φｂが目標力率φｎｍ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１１０）。力率φｂが目標力率φｎｍ以上であると判断すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御回路１７０は、力率φｂを基準力率φＸとしてメモリに記憶する（ステップＳ１２０）。力率φｂが目標力率φｎｍ以上である場合は、ステップＳ７０による１次側共振回路１６０の特性の調整によって、目標効率を達成したと判断できる。
【００５９】
一方、力率φｂが目標力率φｎｍを下回ると判断すると（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御回路１７０の状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を２段階調整状態に制御する（ステップＳ１３０）。すなわち、状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を、１段階調整状態から２段階調整状態に切り替える。具体的には、状態制御部Ｍ３は、図５に示すように、第２の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ２をＯＮからＯＦＦに切り替えて、第２の容量減少用コンデンサＣ２を無効な状態から有効な状態に切り替え、第２の容量減少用コンデンサＣ２に電力が印加される様にする。力率φｂが目標力率φを下回る場合は、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれが大きく、１次側共振回路１６０を１段階調整状態としてもなお伝送効率が低く、目標効率を達成していないと判断できる。このため、かかる場合には、力率がさらに大きくなるように１次側共振回路１６０の特性を調整すべく、状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を、１段階調整状態から２段階調整状態に切り替えている。
【００６０】
１次側共振回路１６０が２段階調整状態に切り替えられると、直列共振コンデンサとして有効なコンデンサが、標準コンデンサＣｓと第１の容量減少用コンデンサＣ１と第２の容量減少用コンデンサＣ２の３つに増える。この結果、１次側共振回路１６０の直列共振コンデンサの静電容量はさらに小さくなり、力率が大きくなる。
【００６１】
その後、充電制御を続けながら（ステップＳ１４０）、制御回路１７０の力率算出部Ｍ１は、再び、１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎをそれぞれ検出し（ステップＳ１５０）、力率φｃを算出する（ステップＳ１６０）。続いて、制御回路１７０は、算出された力率φｃが目標力率φｎｍ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１７０）。力率φｃが目標力率φｎｍ以上であると判断すると（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、制御回路１７０は、力率φｃを基準力率φＸとしてメモリに記憶する（ステップＳ１８０）。力率φｃが目標力率φｎｍ以上である場合は、ステップＳ１３０による１次側共振回路１６０の特性の調整によって、目標効率を達成したと判断できる。
【００６２】
一方、力率φｃが目標力率φｎｍを下回ると判断すると（ステップＳ１８０：ＮＯ）、制御回路１７０の状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を３段階調整状態に制御する（ステップＳ１９０）。すなわち、状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を、２段階調整状態から３段階調整状態に切り替える。具体的には、状態制御部Ｍ３は、図５に示すように、インダクタンス切替スイッチＳＷ３をＯＦＦからＯＮに切り替えて、１次コイルＬ１の一部を有効な状態から無効な状態に切り替え、１次コイルＬ１のインダクタンスを小さくさせる。力率φｃが目標力率φｎｍを下回る場合は、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれが大きく、１次側共振回路１６０を２段階調整状態としてもなお伝送効率が低く、目標効率を達成していないと判断できる。このため、かかる場合には、力率がさらに大きくなるように１次側共振回路１６０の特性を調整すべく、状態制御部Ｍ３は、１次側共振回路１６０の状態を、２段階調整状態から３段階調整状態に切り替えている。
【００６３】
１次側共振回路１６０が３段階調整状態に切り替えられると、１次コイルＬ１の一部が無効になることにより、１次コイルＬ１のインダクタンスが小さくなる。この結果、力率が大きくなる。
【００６４】
その後、充電制御を続けながら（ステップＳ２００）、制御回路１７０の力率算出部Ｍ１は、再び、１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎをそれぞれ検出し（ステップＳ２１０）、力率φｄを算出する（ステップＳ２２０）。続いて、制御回路１７０は、算出された力率φｄが目標力率φｎｍ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２３０）。力率φｄが目標力率φｎｍ以上であると判断すると（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、制御回路１７０は、力率φｄを基準力率φＸとしてメモリに記憶する（ステップＳ２４０）。力率φｄが目標力率φｎｍ以上である場合は、ステップＳ１９０による１次側共振回路１６０の特性の調整によって、目標効率を達成したと判断できる。
【００６５】
一方、力率φｄが目標力率φｎｍを下回ると判断すると（ステップＳ２４０：ＮＯ）、制御回路１７０の警告部Ｍ４は、充電制御を中止して、ユーザーに対する警告を実行する（図４：ステップＳ３００）。力率φｄが目標力率φｎｍを下回る場合は、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれが大きく、１次側共振回路１６０を３段階調整状態としてもなお伝送効率が低く、目標効率を達成していないと判断できる。かかる場合には、１次側共振回路１６０の特性の調整では、目標効率の達成は困難であると判断し、警告部Ｍ４は、ユーザーに警告して、車両の駐車位置の修正などの対応を促す。
【００６６】
ステップＳ６０、Ｓ１２０、Ｓ１８０、Ｓ２４０のいずれかで、目標力率φｎｍを達成した場合には、充電制御を継続する（ステップＳ２５０）。そして、充電制御を続けながら、制御回路１７０の力率算出部Ｍ１は、再び、１次側電流Ｉｉｎおよび１次側電圧Ｖｉｎをそれぞれ検出し（ステップＳ２６０）、力率φｒを算出する（ステップＳ２７０）。そして、制御回路１７０は、メモリに記憶された基準力率φＸと算出された力率φｒとの差分Δφｒ（力率の基準力率φＸからの変化量Δφｒ）が、異常検出用のしきい値である異常変化量Δφｃｈｇを超えているか否かを判断する（ステップＳ２８０）。変化量Δφｒが異常変化量Δφｃｈｇを超えていると判断すると（ステップＳ２８０：ＹＥＳ）、制御回路１７０の警告部Ｍ４は、充電制御を中止して、ユーザーに対する警告を実行する（ステップＳ３００）。変化量Δφｒが異常変化量Δφｃｈｇを超えている場合は、充電中に何らかの異常が発生したと判断できる。充電中の異常には、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との間（図２の例では、車両と地表との間）への空き缶などの金属異物の侵入などが考えられる。
【００６７】
一方、差分Δφｒが異常変化量Δφｃｈｇを超えていないと判断すると（ステップＳ２８０：ＮＯ）、制御回路１７０は、充電が終了したか否かを判断する（ステップＳ２９０）。充電の終了は、電池システム２００の充電回路２３０が、２次側通信回路２７０を用いた通信により、制御回路１７０に通知する。制御回路１７０は、当該通知の有無により充電が終了したか否かを判断する。充電が終了していない場合には（ステップＳ２９０：ＮＯ）、制御回路１７０は、ステップＳ２５０に戻って、上述した処理を繰り返す。一方、充電が終了した場合には（ステップＳ２９０：ＹＥＳ）、制御回路１７０は、充電を終了する。
【００６８】
ステップＳ２５０〜Ｓ３００の処理内容は、言い換えれば、
１）目標力率φｎｍを達成して充電を継続する場合における充電中において、力率の基準力率φＸからの変化量Δφｒをモニタリングする
２）モニタリングしている変化量Δφｒが異常変化量Δφｃｈｇを超えるか否かを監視する
３）モニタリングしている変化量Δφｒが異常変化量Δφｃｈｇを超えたら、充電に関する異常が発生したと判断して、充電を中止すると共にユーザーに警告する
という内容である。
【００６９】
以上の説明から解るように、本実施例における標準コンデンサＣｓと、第１の容量減少用コンデンサＣ１と、第２の容量減少用コンデンサＣ２と、第１の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ１と、第２の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ２との全体が、特許請求の範囲における直列コンデンサ調整回路に対応し、本実施例におけるインダクタンス切替スイッチＳＷ３が、特許請求の範囲におけるインダクタンス調整回路に対応し、本実施例における状態制御部Ｍ３が、特許請求の範囲における特性調整手段に対応する。
【００７０】
以上説明した第１実施例によれば、１次側電流Ｉｉｎと１次側電圧Ｖｉｎとに基づいて力率φａ〜φｃを算出し、当該力率φａ〜φｃが目標力率φｎｍを下回った場合に、力率を大きくするように、１次側共振回路１６０における直列共振コンデンサの静電容量、または、インダクタンスを調整する。この結果、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置が適正位置からずれた場合でも、１次側共振回路１６０および２次側共振回路２１０の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態に近づけることができる。そして、例えば、かかる共振状態の修正のために、多数の１次コイルを用意する必要もないため、電力供給装置１００の大型化を抑制できる。したがって、電力供給装置１００の大型化を招くことなく、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下を抑制することができる。電力伝送の効率の低下は、１次側電流Ｉｉｎの増加（過電流）を招き、過電流は、発熱等の問題を引き起こす。
【００７１】
また、第１実施例によれば、力率φａ〜φｄに基づいて、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下の発生を判断している。当該力率φａ〜φｄは、電池２４０の充電状況、例えば、充電回路２３０の制御の種類（定電流制御であるか、定電圧制御であるか）、２次側電流、２次側電圧などの電池システム２００の状況によって変化しないので、電池システム２００と通信することなく、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下の発生を電力供給装置１００だけで適切に判断することができる。
【００７２】
また、１次側共振回路１６０は、３段階に亘って、特性を調整可能に構成されている。そして、制御回路１７０は、一段階の調整を行うごとに、力率と目標力率φｎｍとの比較を行って、力率が目標力率φｎｍ以上になるまで、最大３回に亘って、特性の調整を繰り返している。そして、１次側共振回路１６０の特性を３回調整するまでに、力率が目標力率φｎｍ以上になった場合には充電を継続している。すなわち、力率としきい値である目標力率φｎｍとを比較しながら、３段階に亘って、１次側共振回路１６０および２次側共振回路２１０の共振状態を、適正な共振状態に近づけることができる。この結果、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置が適正位置からずれた場合に、１次側共振回路１６０および２次側共振回路２１０の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態により精度良く修正し、電池を充電することができる。なお、上記実施例では、３段階に亘って、１次側共振回路１６０の特性を調整可能としているが、第１の容量減少用コンデンサの数を適宜、変更すること等により、任意のｎ段階（ｎは自然数）に亘って、１次側共振回路１６０の特性を調整可能に構成しても良い。
【００７３】
さらに、第１実施例によれば、３段階の調整を行ってもなお力率が目標力率φｎｍを下回る場合には、ユーザーに対して警告を行う。この結果、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置が十分な調整ができないほどずれている場合には、ユーザーにその旨を認識させることができる。この結果、ユーザーは、例えば、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置を変更する、すなわち、電池システム２００が搭載された車両の駐車位置の修正などの対応を取ることができる。なお、警告を省略して、充電を中止することとしても良い。
【００７４】
また、第１実施例によれば、力率が目標力率φｎｍを達成した後の充電期間中に、力率の変化量Δφｒと異常変化量Δφｃｈｇとの比較を、継続的に行って、充電に関する異常の発生を検出することができる。この結果、充電に関する異常が発生した場合に、充電の中止や、ユーザーへの通知などの対応を取ることができるので、充電に関する異常に起因する発熱等を抑制することができる。なお、変化量Δφｒをモニタリングして充電に関する異常を検出する処理は、省略され得る。
【００７５】
Ｂ．第２実施例：
図８は、第２実施例における非接触充電を行うシステムの電気的構成を示す図である。第２実施例の電池システム２００の電気的構成は、第１実施例の電池システム２００と同一であるので、図８において図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。第２実施例の電力供給装置１００Ａの電気的構成において、第１実施例の電力供給装置１００と異なる点は、制御回路１７０Ａにおいて、力率算出部Ｍ１に代えて、電流取得部Ｍ１Ａを備えている点と、電圧検出器１５０を備えていない点である。第２実施例の電力供給装置１００Ａのその他の構成は、第１実施例の電力供給装置１００と同一であるので、同一の構成については、図８において図１と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
図９は、第２実施例の充電処理の処理ステップを示すフローチャートである。図９のフローチャートにおいて、図３、図４に示す第１実施例のフローチャートと同一の処理ステップについては、図３、図４と同一の符号を付し、異なるステップについては、符号の末尾に「Ａ」を付している。充電処理において、上記第１実施例では、力率を目標力率φｎｍと比較することにより、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれに起因する伝送効率の低下が発生しているか否かを、判断している。これに代えて、第２実施例では、１次側電流を狙い値である目標電流より大きな値に設定された電流しきい値Ｉｎｍと比較することにより、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれに起因する伝送効率の低下が発生しているか否かを、判断している。第２実施例での充電制御は、定電流制御（２次側電流を一定に保つ制御）によって行われる。このため、１次側電流の狙い値は、一定値となり、電流しきい値Ｉｎｍについても一定値を用いることができる。充電制御を定電圧制御で行う場合には、１次側電流Ｉｉｎの狙い値は、電池２４０の充電状況（ＳＯＣなどによって認識される）に応じて変動する。したがって、電流しきい値Ｉｎｍについても１次側電流Ｉｉｎの狙い値に応じて変動させれば良い。
【００７７】
具体的には、図９に示すように、無調整状態で充電を開始した直後に、制御回路１７０Ａの電流取得部Ｍ１Ａは、１次側電流Ｉａを検出し（ステップＳ３０Ａ）、１次側電流Ｉａと電流しきい値Ｉｎｍを比較している（ステップＳ５０Ａ）。その結果、１次側電流Ｉａが電流しきい値Ｉｎｍを超えている場合には（ステップＳ５０Ａ：ＮＯ）、制御回路１７０Ａは、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれに起因して許容範囲以上の伝送効率の低下が発生し、これに伴う過電流が発生していると判断できる。この場合には、制御回路１７０Ａの状態制御部Ｍ３は、第１実施例と同様に、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から１段階調整状態に切り替えている（ステップＳ７０）。そして、１次側電流Ｉａが電流しきい値Ｉｎｍ以下である場合には（ステップＳ５０Ａ：ＹＥＳ）、制御回路１７０Ａは、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置ずれに起因する伝送効率の低下は許容範囲であると判断する。この場合には、制御回路１７０Ａは、１次側電流Ｉａを基準電流ＩＸとして記憶し（ステップＳ６０Ａ）、充電を継続する。
【００７８】
１段階調整状態に切り替えた後に、さらに２段階調整状態に切り替えるか、そのまま充電を継続するかを判断する処理（ステップＳ９０Ａ〜Ｓ１２０Ａ）と、２段階調整状態に切り替えた後に、さらに３段階調整状態に切り替えるか、そのまま充電を継続するかを判断する処理（ステップＳ１５０Ａ〜Ｓ１８０Ａ）と、３段階調整状態に切り替えた後に、充電を継続するか、充電を中止してユーザーに警告するかを判断する処理（ステップＳ２１０Ａ〜Ｓ１４０Ａ）についても、同様に、１次側電流Ｉｂ〜Ｉｄと電流しきい値Ｉｎｍとの比較に基づいて行っている。
【００７９】
図１０は、定電流制御によって充電が行われる場合における１次側電流Ｉｉｎと伝送効率との関係を示す図である。定電流制御によって充電が行われる場合において、１次側電流Ｉｉｎと、伝送効率とは、１次側電流Ｉｉｎが大きいほど伝送効率が小さくなるように、上に凸の曲線をなす関係にある。そして、１次側共振回路１６０が無調整状態である場合と、１次側共振回路１６０が調整状態である場合とで、それぞれ異なる曲線となる。標準状態、すなわち、１次側共振回路１６０が無調整状態で、かつ、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にある場合は、図１０の点Ｄに示すように、１次側電流Ｉｉｎは最小値である狙い値Ｉｄとなり、伝送効率は本システムの最大値であるηｄとなる。図１０の点Ｅは、１次側共振回路１６０が無調整状態である場合の１次側電流Ｉｉｎが上述した電流しきい値Ｉｎｍを超える値Ｉｅとなる程度に、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置からずれた状態（位置ずれ大の状態）に対応する。この場合の伝送効率ηｅは、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置にある場合の伝送効率ηｄと比較して著しく低い値となる。ここで、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から調整状態に切り替えると、図１０において矢印Ｎで示すように、１次側電流Ｉｉｎと伝送効率との関係を示す直線は、同じ１次側電流Ｉｉｎの場合の伝送効率が低くなる他の直線に変化してしまう。しかしながら、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から調整状態に切り替えると、位置ずれ大の状態のままで、１次側電流Ｉｉｎを小さくするとともに、伝送効率を改善することができる。図１０の例では、矢印Ｏで示すように、１次側共振回路１６０の状態を無調整状態から調整状態に切り替えることによって、１次側電流Ｉｉｎが値Ｉｅから値Ｉｆへと小さくなり、伝送効率が値ηｅから値ηｆへと向上していることが解る（図７の点Ｅ、点Ｆ参照）。
【００８０】
また、上記第１実施例では、目標力率φｎｍを達成して充電を継続している場合において、力率の基準力率φＸからの変化量Δφｒをモニタリングして、モニタリングしている変化量Δφｒと異常変化量Δφｃｈｇとを比較することによって、充電に関する異常を検出している。これに代えて、第２実施例では、電流しきい値Ｉｎｍ以下の１次側電流Ｉｉｎを実現して充電を継続している場合において、基準電流ＩＸからの１次側電流Ｉｉｎの変化量ΔＩｒをモニタリングしている。そして、モニタリングしている変化量ΔＩｒが異常変化量ΔＩｃｈｇを超えるか否かによって、充電に関する異常が発生したか否かを判断している。
【００８１】
具体的には、図９に示すように、ステップＳ６０Ａ、Ｓ１２０Ａ、Ｓ１８０Ａ、Ｓ２４０Ａのいずれかで、電流しきい値以下の１次側電流Ｉｉｎを実現した場合には、充電制御を続けながら（ステップＳ２５０）、制御回路１７０の電流取得部Ｍ１Ａは、１次側電流Ｉｒを検出する（ステップＳ２６０Ａ）。そして、制御回路１７０は、検出された１次側電流Ｉｒのメモリに記憶された基準電流ＩＸからの変化量ΔＩｒが、異常検出用のしきい値である異常変化量ΔＩｃｈｇを超えているか否かを判断する（ステップＳ２８０Ａ）。変化量ΔＩｒが異常変化量ΔＩｃｈｇを超えていると判断すると（ステップＳ２８０Ａ：ＹＥＳ）、第１実施例と同様に、制御回路１７０の警告部Ｍ４は、充電制御を中止して、ユーザーに対する警告を実行する（ステップＳ３００）。一方、変化量ΔＩｒが異常変化量ΔＩｃｈｇを超えていないと判断すると（ステップＳ２８０Ａ：ＮＯ）、制御回路１７０は、充電が終了したか否かを判断し（ステップＳ２９０）、充電が終了していない場合には（ステップＳ２９０：ＮＯ）、ステップＳ２５０に戻って、上述した処理を繰り返す。一方、充電が終了した場合には（ステップＳ２９０：ＹＥＳ）、制御回路１７０は、充電を終了する。
【００８２】
以上説明した第２実施例によれば、１次側電流Ｉｉｎが狙い値より大きな値である電流しきい電流しきい値Ｉｎｍを超えた場合に、１次側電流Ｉｉｎが小さくなるように、すなわち、狙い値に近づくように、１次側共振回路１６０における直列共振コンデンサの静電容量、または、インダクタンスを調整する。この結果、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置が適正位置からずれた場合でも、１次側共振回路１６０および２次側共振回路２１０の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態に近づけることができる。そして、例えば、かかる共振状態の修正のために、多数の１次コイルを用意する必要もないため、電力供給装置１００Ａの大型化を抑制できる。したがって、電力供給装置１００Ａの大型化を招くことなく、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下、および、当該効率の低下に起因する１次側電流の増加（過電流）による発熱等の問題を抑制することができる。
【００８３】
また、第２実施例によれば、１次側電流Ｉｉｎだけを基準にして、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する電力伝送の効率の低下の発生を判断するので、簡易な構成で当該効率の低下の発生を判断できる。
【００８４】
また、１次側共振回路１６０は、３段階に亘って、特性を調整可能に構成されている。そして、制御回路１７０は、一段階の調整を行うごとに、１次側電流Ｉｉｎとしきい電流しきい値Ｉｎｍとの比較を行って、１次側電流Ｉｉｎが電流しきい値Ｉｎｍ以下になるまで、最大３回に亘って、特性の調整を繰り返している。そして、１次側共振回路１６０の特性を３回調整するまでに、１次側電流Ｉｉｎが電流しきい値Ｉｎｍ以下になった場合には充電を継続している。すなわち、１次側電流Ｉｉｎと電流しきい値Ｉｎｍとを比較しながら、３段階に亘って、１次側共振回路１６０および２次側共振回路２１０の共振状態を、適正な共振状態に近づけることができる。この結果、第１実施例と同様に、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置が適正位置からずれた場合でも、１次側共振回路１６０および２次側共振回路２１０の共振状態を、当該ずれた位置における適正な共振状態により精度良く修正し、電池を充電することができる。
【００８５】
さらに、第２実施例によれば、３段階の調整を行ってもなお１次側電流Ｉｉｎが電流しきい値Ｉｎｍを超えている場合には、ユーザーに対して警告を行う。この結果、第１実施例と同様に１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置が十分な調整ができないほどずれている場合には、ユーザーにその旨を認識させることができる。
【００８６】
また、第２実施例によれば、電流しきい値Ｉｎｍ以下の１次側電流Ｉｉｎを実現した後の充電期間中に、１次側電流の変化量ΔＩｒと異常変化量ΔＩｃｈｇとの比較を、継続的に行って、充電に関する異常の発生を検出することができる。この結果、第１実施例と同様に、充電に関する異常が発生した場合に、充電の中止や、ユーザーへの通知などの対応を取ることができるので、充電に関する異常に起因する発熱等を抑制することができる。
【００８７】
Ｃ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８８】
・第１変形例：
上記実施例では、上述した１次側共振回路１６０の特性を調整する３つの具体的手法、すなわち、
１）直列共振コンデンサの静電容量Ｃを小さくする
２）１次側共振回路１６０に供給される交流の周波数を小さくする
３）１次コイルＬ１のインダクタンスを小さくする
のうち、１）と３）の手法、すなわち、１次側共振回路１６０のリアクタンスを調整する手法を用いている。１）と３）の手法と共に、または、これに代えて、２）の手法を用いても良い。この場合は、制御回路１７０のインバータ制御部Ｍ２によるインバータ回路１３０のスイッチング制御を変更して、１次側共振回路１６０に供給される交流電力の周波数ｆを標準状態より小さくすれば良い。こうすれば、１次コイルＬ１に対する２次コイルＬ２の位置が適正位置からずれた場合に、電力供給装置１００および電池システム２００から成るシステムの力率を上昇させると共に、電力の伝送効率を向上させることができる。上記１）〜３）の手法は、適宜、組み合わせて用いられても良いし、単独で用いられても良い。
【００８９】
ここで、上記の３つの具体的手法の利点について述べる。１）の手法、すなわち、直列共振コンデンサの静電容量を小さくする場合には、静電容量を小さくするための構成（上記実施例では、第１の容量減少用コンデンサＣ１、第２の容量減少用コンデンサＣ２、第１の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ１、第２の容量減少用コンデンサ切替スイッチＳＷ２）は、１次コイルＬ１と異なり、充電時における２次コイルＬ２との位置関係を考慮する必要がないため、配置の自由度が高い（例えば、１次コイルＬ１とは離れた場所にも配置できる）ので、電力供給装置１００、１００Ａの設計の自由度を損なうことを抑制できる。
【００９０】
２）の手法、すなわち、１次側共振回路１６０に供給される交流の周波数ｆを小さくする場合には、インバータ回路１３０のスイッチング制御を変更するだけで良いので、１次側共振回路１６０に、特別な構成を何ら設ける必要がなく、電力供給装置１００、１００Ａの大型化を効果的に抑制できる。また、周波数ｆは、多段階に変更することが容易である。
【００９１】
３）の手法、すなわち、１次コイルＬ１のインダクタンスを小さくする場合には、インダクタンスを小さくするための構成であるインダクタンス切替スイッチＳＷ３は、１次コイルを複数用意する場合と比較して、大幅に大きさを小さくできるため、電力供給装置１００、１００Ａの大型化を効果的に抑制できる。
【００９２】
・第２変形例：
上記実施例では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を用いて、段階的に（非連続に）、１次側共振回路１６０の特性を調整しているが、連続的に１次側共振回路１６０の特性を調整しても良い。例えば、バリアブルコンデンサを用いて、１次側共振回路１６０の直列共振コンデンサの静電容量を調整することにより、伝送効率を改善しても良い。
【００９３】
・第３変形例：
上記第１実施例における伝送効率の低下を力率に基づいて判断する処理と、第２実施例における伝送効率の低下を１次側電流に基づいて判断する処理と、の両方を１つの電力供給装置において行っても良い。例えば、力率に基づく判断と、１次電流に基づく判断とを二重で行っても良い。こうすれば、充電に関する異常の検出や、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれを、ダブルチェックにより精度良く検出することができる。
【００９４】
・第４変形例：
第１実施例および第２実施例において、充電処理のステップＳ２０、Ｓ８０、Ｓ１４０、Ｓ２００の充電制御は、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する伝送効率の低下が発生しているか否かを判断するための充電制御であるため、ステップＳ２５０以降の充電制御より、１次側電流および２次側電流を小さく抑えることが好ましい。こうすれば、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する伝送効率の低下が発生している場合に、意図せず大きな１次側電流が流れることを抑制することができる。例えば、電池システム２００の充電回路２３０は、充電処理の開始から所定時間（スタンバイ時間）は２次側電流を小さくし、所定時間経過後に２次側電流を大きくしても良い。そして、電力供給装置１００の制御回路１７０は、充電処理の開始から所定時間内に、１次コイルＬ１と２次コイルＬ２との相対的な位置ずれに起因する伝送効率の低下が発生しているか否かの判断を行うこととすれば良い。
【符号の説明】
【００９５】
１００、１００Ａ...電力供給装置
１１０...電源
１２０...１次側整流回路
１３０...インバータ回路
１４０...電流検出器
１５０...電圧検出器
１６０...１次側共振回路
１７０、１７０Ａ...制御回路
１８０...１次側通信回路
２００...電池システム
２１０...２次側共振回路
２２０...２次側整流回路
２３０...充電回路
２４０...電池
２５０...モータ駆動回路
２６０...モータ
２７０...２次側通信回路
Ｃｓ、Ｃｐ、Ｃ１、Ｃ２...コンデンサ
Ｌ１、Ｌ２...コイル
ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３...切替スイッチ
【図１】
0005656606.tif 000004
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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