(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給電設備の交流電源に導体を介して電気接続され、前記導体から受電した交流電力を直流電力に変換して出力する接触受電部と、
前記給電設備に設けられた非接触送電部に対して非接触で交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換して出力する非接触受電部と、
前記接触受電部からの出力および前記非接触受電部からの出力を統合し、負荷装置に出力する直流出力統合部と、
前記接触受電部、前記非接触受電部、および前記直流出力統合部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記接触受電部と前記非接触受電部のそれぞれが、前記給電設備に接続された場合、
前記負荷装置への出力を一定に維持した状態で、前記接触受電部と前記非接触受電部の出力比率を変化させ、変化させた出力比率と、出力比率ごとに測定した検出値から算出した電力変換損失の値との組み合わせを電力変換損失の情報として取得し、前記電力変換損失の値が最小値を示した出力比率で、前記接触受電部と前記非接触受電部を動作させることを特徴とする受電装置。
【請求項２】
前記給電設備とデータ通信を行う通信部を備え、
前記制御部は、前記通信部を介して受信した、前記交流電源の出力および前記非接触送電部への入力電流のうち少なくともいずれかの検出値を、前記電力変換損失の値の算出に用いることを特徴とする請求項１に記載の受電装置。
【請求項３】
給電設備の交流電源に導体を介して電気接続され、前記導体から受電した交流電力を直流電力に変換して出力する接触受電部と、
前記給電設備に設けられた非接触送電部に対して非接触で交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換して出力する非接触受電部と、
前記接触受電部からの出力および前記非接触受電部からの出力を統合し、負荷装置に出力する直流出力統合部と、
前記接触受電部、前記非接触受電部、および前記直流出力統合部の動作を制御し、前記接触受電部と前記非接触受電部のそれぞれが、前記給電設備に接続された場合、前記接触受電部と前記非接触受電部の出力比率の異なる動作条件ごとの電力変換損失の情報に基づき、前記出力比率を調整する制御部と、を備え、
前記電力変換損失の情報として、前記接触受電部の出力の値と前記非接触受電部の出力の値から、前記電力変換損失を導き出せるテーブルおよび数式のいずれかにつき、前記非接触送電部と前記非接触受電部との間の位置ずれの程度に応じて複数が用意されており、
前記制御部は、前記位置ずれの程度を示す情報に基づいて、前記複数の電力変換損失の情報のなかから用いる情報を選定することを特徴とする受電装置。
【請求項４】
前記電力変換損失の情報には、前記非接触送電部における電力変換損失も含まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の受電装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の受電装置と、
前記負荷装置として、車両の電源に用いる蓄電装置と、を備えた車両用受電装置。
【請求項６】
当該車両用受電装置は、前記接触受電部と前記非接触受電部、および前記直流出力統合部の動作を、前記蓄電装置から前記給電設備への逆方向給電に切り替える機能を有し、
前記制御部は、前記動作を逆方向給電に切り替える際に、前記電力変換損失の情報に対応する前記逆方向給電に応じた情報に基づき、逆方向給電における前記接触受電部と前記非接触受電部の出力比率を調整することを特徴とする請求項５に記載の車両用受電装置。
【請求項７】
車両の電源に用いる蓄電装置、
給電設備の交流電源に導体を介して電気接続され、前記導体から受電した交流電力を直流電力に変換して出力する接触受電部と、
前記給電設備に設けられた非接触送電部に対して非接触で交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換して出力する非接触受電部と、
前記接触受電部からの出力および前記非接触受電部からの出力を統合し、前記蓄電装置に出力する直流出力統合部と、
前記接触受電部、前記非接触受電部、および前記直流出力統合部の動作を制御し、前記接触受電部と前記非接触受電部のそれぞれが、前記給電設備に接続された場合、前記接触受電部と前記非接触受電部の出力比率の異なる動作条件ごとの電力変換損失の情報に基づき、前記出力比率を調整する制御部と、を備えるとともに、
前記接触受電部と前記非接触受電部、および前記直流出力統合部の動作を、前記蓄電装置から前記給電設備への逆方向給電に切り替える機能を有し、
前記制御部は、前記動作を逆方向給電に切り替える際に、前記電力変換損失の情報に対応する前記逆方向給電に応じた情報に基づき、逆方向給電における前記接触受電部と前記非接触受電部の出力比率を調整することを特徴とする車両用受電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、受電装置および車両用受電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、その利便性から、磁気共鳴、電磁誘導等を利用して間隔をあけた部材間での給電方式（非接触給電方式）を用いた給電装置が開発されており、例えば、車両に搭載された蓄電装置の充電への適用が検討されている。その一方、従来の接触給電方式のみに対応する車両へも給電できるよう、非接触給電方式による給電と、接触給電方式による給電とを、車両に応じて切り替えることができる給電設備が提案されている。【０００３】
一方、両方式に対応する車両に対して、非接触給電方式による給電と接触給電方式による給電とを同時に実施したいとの要望があり、両方式を同時に動作させる受電装置（例えば、特許文献１参照。）が提案されている。この受電装置においては、両方式のうち、効率の悪い方式の受電量を制限して受電する技術も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２０１３／１１４５２２（段落００６０〜００７３、図２〜図４、段落０１３２〜０１３３、図１８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、効率の悪い方式の受電量を制限することで、効率を向上させるとしているが、どの条件での効率を比較しているのかが明らかにされていない。さらには、定格出力で働かせている方は、その方式において、必ずしも効率が高くなる状況であるとは限らない。つまり、効率として、最適な条件で受電しているとは限らない。【０００６】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、効率の高い受電が可能な受電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願に開示される受電装置は、給電設備の交流電源に導体を介して電気接続され、前記導体から受電した交流電力を直流電力に変換して出力する接触受電部と、前記給電設備に設けられた非接触送電部に対して非接触で交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換して出力する非接触受電部と、前記接触受電部からの出力および前記非接触受電部からの出力を統合し、負荷装置に出力する直流出力統合部と、前記接触受電部、前記非接触受電部、および前記直流出力統合部の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記接触受電部と前記非接触受電部のそれぞれが、前記給電設備に接続された場合、前記負荷装置への出力を一定に維持した状態で、前記接触受電部と前記非接触受電部の出力比率を変化させ、変化させた出力比率と、出力比率ごとに測定した検出値から算出した電力変換損失の値との組み合わせを電力変換損失の情報として取得し、前記電力変換損失の値が最小値を示した出力比率で、前記接触受電部と前記非接触受電部を動作させることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願に開示される受電装置によれば、電力変換損失が小さくなるように接触給電による受電と非接触給電による受電の比率を調整するので、効率の高い受電を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１にかかる車両用受電装置の構成を説明するためのブロック図である。
【図２】実施の形態１にかかる車両用受電装置を給電設備に接続したときの構成を説明するためのブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかる車両用受電装置の電力変換を行う部位ごとの構成を説明するための回路図である。
【図４】実施の形態１にかかる車両用受電装置を給電設備に接続したときの、電力変換を行う部位ごとの構成を説明するための回路図である。
【図５】実施の形態１にかかる車両用受電装置を給電設備に接続したときの、電力変換を行う部位ごとの計測対象を説明するための回路図である。
【図６】実施の形態１にかかる車両用受電装置において、非接触給電方式と接触給電方式の出力内訳とともに、充電電力に対する電力変換損失の関係を示すグラフである。
【図７】実施の形態２にかかる車両用受電装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】実施の形態２にかかる車両用受電装置の制御動作において、非接触給電方式と接触給電方式の出力比率を変化させたときの、充電電力に対する電力変換損失の関係を示すグラフである。
【図９】実施の形態３にかかる車両用受電装置において、非接触給電方式と接触給電方式の出力内訳ととともに、充電電力に対する電力変換損失の関係を示すグラフである。
【図１０】各実施の形態にかかる車両用受電装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１〜図６は、実施の形態１にかかる車両用受電装置について説明するためのものであり、図１は車両用受電装置を電力変換機能ごとに分類したブロック図、図２は車両を固定し、車両用受電装置の接触受電部と非接触受電部を給電設備に対してそれぞれ接続したときの構成を説明するための電力変換機能ごとに分類したブロック図、図３は車両用受電装置の受電に関わる電力変換を行う部位ごとの構成を説明するための回路図、図４は車両用受電装置の接触受電部と非接触受電部を給電設備に対してそれぞれ接続したときの電力変換を行う部位ごとの構成を説明するための回路図である。
【００１１】
また、図５は車両用受電装置の接触受電部と非接触受電部を給電設備に対してそれぞれ接続したときの電力変換を行う部位ごとの構成に対する計測対象を説明するための回路図であり、図６は充電電力ごとの、非接触給電方式と接触給電方式の出力内訳を踏まえた充電電力に対する電力変換損失を示すグラフである。図面および以下の説明において、同一または同様の構成要素を示す場合には、同一の符号を付すものとする。
【００１２】
以下、本願の実施の形態１にかかる車両用受電装置について図面を参照しつつ説明する。実施の形態１に示す車両用受電装置１は、図１に示すように、充電対象である蓄電装置６と、受電のための４つの電力変換機能上のブロックで構成している。具体的には、２つの給電方式に対応するため、図２に示すように、給電設備９の交流端子９１ｔとの導体接続により交流電力を受電する接触受電部２と、給電設備９の非接触送電部３４から非接触給電により交流電力を受電する非接触受電部３５とを備えている。そして、接触受電部２からの直流出力と、非接触受電部３５からの直流出力を統合するための統合用直流コンデンサ４と、統合した直流出力の電圧を蓄電装置６の充電に適した電圧に調整するＤＣ／ＤＣコンバータ５とを備えている。さらに、各ブロックの動作を制御する制御部７と、を備えている。
【００１３】
なお、この例では、統合用直流コンデンサ４は、接触受電部２の出力端と、非接触受電部３５の出力端と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の入力端を接続する直流母線間に接続しているが、これに限定されることはない。すなわち、非接触受電部３５の出力端は、統合用直流コンデンサ４と当該直流母線との接続点より交流電源９０側に接続されているが、統合用直流コンデンサ４と当該直流母線との接続点より蓄電装置６側に接続されていてもよい。
【００１４】
また、交流電源９０としては、商用交流系統、自家発電機等が適用例として挙げられる。また、蓄電装置６には、車両走行用の高圧バッテリ、車両電装品の鉛バッテリ等の電池のほか、キャパシターのような蓄電装置、あるいは電力を蓄えられるものであれば、他の方式のものでも適用可能である。一方、蓄電装置６と称しているが、例えば、照明、あるいは電気機器といった電力を消費する機器を用いてもよい。この場合は、車両用受電装置１は、「充電」ではなく、直流電力を「使用」するために、給電設備９から電力を受電する装置となり、「車両用受電装置」というよりも「可搬型電力変換装置」あるいは単なる「受電装置」と称すべき装置となる。
【００１５】
つぎに、上述した各ブロックの詳細について説明する。
＜Ａ：接触受電部＞
図３に示すように、接触受電部２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と、絶縁トランスを有する絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ２３と、直流コンデンサ２２の３つのサブブロックに分けることができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は、交流電圧を直流電圧へ変換しつつ、入力交流電流を高力率に制御するＰＦＣ（Power Factor Correction）コンバータである。そして、直流コンデンサ２２の両端は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ２３とが接続される直流母線間に接続されている。
【００１６】
＜ＡＣ／ＤＣコンバータ＞
ＡＣ／ＤＣコンバータ２１は、スイッチング素子２１０１〜２１０４および交流（力率改善用）リアクトル２１０５、２１０６を備えており、スイッチング素子２１０１〜２１０４はフルブリッジ構成で接続されている。また、交流リアクトル２１０５の一端は、交流端子９１ｔとの接続端子２ｔであり、他端は、スイッチング素子２１０１とスイッチング素子２１０２との接続点に接続されている。また、交流リアクトル２１０６の一端は交流端子９１ｔとの接続端子２ｔであり、他端は、スイッチング素子２１０３とスイッチング素子２１０４との接続点に接続されている。
【００１７】
なお、この例では、交流リアクトル２１０５、２１０６の接続端子２ｔをそれぞれ交流端子９１ｔの異なる極の接続用にしているが、一方の極側のみに接続するようにしてもよい。すなわち、交流リアクトル２１０５と２１０６のいずれか一方のみを用いる構成としてもよい。また、スイッチング素子２１０１〜２１０４は、一般的なシリコンのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、またはＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）に限ることはない。例えば、ＳｉＣ（Silicon Carbide）−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ（Gallium Nitride）−ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、あるいはＧａＮ−ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）等でもよい。つまり、半導体材料として従来型のシリコンに限らず、ワイドバンドギャップ半導体材料と称されるもの、あるいは他の材料でもよく、スイッチング素子としての構造も限定する必要はない。
【００１８】
また、この例では、全半導体素子にスイッチング素子を用いた構成としているが、ダイオード等の受動半導体素子を用いたセミブリッジレス型、あるいはトーテムポール型の構成であってもよいことは言うまでもない。
【００１９】
＜絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ＞
絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、互いに磁気的に結合する２つの巻き線を備えた絶縁トランス２３０９を備えている。絶縁トランスの第１端と第２端に接続される巻線（図中左側）を１次側巻線と称し、第３端と第４端に接続される巻線（同右側）を２次側巻線と称することとする。
【００２０】
絶縁トランス２３０９の１次側インバータ回路は、スイッチング素子２３０１〜２３０４を備えており、スイッチング素子２３０１〜２３０４はフルブリッジで構成される。また、１次側インバータ回路の直流側の端子、すなわち入力端子は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１と直流コンデンサ２２と同一の直流母線で接続される。また、１次側インバータ回路の交流側の端子、すなわち出力端子は絶縁トランス２３０９と接続される。すなわち、直列接続されるスイッチング素子２３０１とスイッチング素子２３０２との接続点に絶縁トランス２３０９の第１端が接続され、直列接続されるスイッチング素子２３０３とスイッチング素子２３０４との接続点に絶縁トランス２３０９の第２端が接続される。
【００２１】
絶縁トランス２３０９の２次側コンバータ回路は、スイッチング素子２３０５〜２３０８を備えており、スイッチング素子２３０５〜２３０８はフルブリッジで構成される。また、２次側コンバータ回路の直流側の端子、すなわち出力端子は非接触受電部３５の出力端子と、統合用直流コンデンサ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と同一の直流母線で接続される。また、２次側コンバータ回路の交流側の端子、すなわち入力端子は絶縁トランス２３０９と接続される。すなわち、直列接続されるスイッチング素子２３０５とスイッチング素子２３０６との接続点に絶縁トランス２３０９の第３端が接続され、直列接続されるスイッチング素子２３０７とスイッチング素子２３０８との接続点に絶縁トランス２３０９の第４端が接続される。
【００２２】
ここで、絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の絶縁トランス２３０９の１次側もしくは２次側巻線に対して、直列もしくは並列にリアクトルまたはコンデンサを接続することで、低損失なソフトスイッチング動作も可能である。このとき、リアクトルは外付けでも良いし、絶縁トランス２３０９の漏洩インダクタンス、あるいは励磁インダクタンスを用いても良い。また、スイッチング素子２３０１〜２３０８は、シリコンによるＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ワイドバンドギャップ半導体素子によるＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴ、あるいはＧａＮ−ＨＥＭＴ等でもよい。つまり、半導体材料として従来型のシリコンに限らず、ワイドバンドギャップ半導体材料と称されるもの、あるいは他の材料でもよく、スイッチング素子としての構造も限定する必要はない。さらに、２次側コンバータ回路は、ダイオードを用いたダイオード整流回路で構成しても良いし、ダイオードとコンデンサを用いた倍電圧整流回路で構成しても良い。
【００２３】
＜Ｂ：非接触給電部＞
非接触給電においては、送電側の回路と受電側の回路が、それぞれ給電設備９と車両用受電装置１とに分かれて別個に形成されている。しかし、電力変換としての説明を容易にするため、図４に示すように、車両用受電装置１が給電設備９に接続され、車両用受電装置１の非接触受電部３５と給電設備９の非接触送電部３４とをあわせて非接触給電部３が形成されたものとして説明を進める。非接触給電部３は、非接触で電力を送電する非接触送電部３４と非接触で電力を授受する非接触受電部３５とで構成される。
【００２４】
非接触送電部３４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１と、非接触送電コイル３３０５を有するインバータ回路３３と、直流コンデンサ３２の３つのサブブロックに分けることができる。ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、交流電圧を直流電圧へ変換しつつ、入力交流電流を高力率に制御するコンバータである。そして、直流コンデンサ２２の両端は、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１とインバータ回路３３とが接続される直流母線間に接続されている。
【００２５】
また、非接触受電部３５は、非接触受電コイル３５０５を有するＡＣ／ＤＣコンバータ回路である。ここで、インバータ回路３３に非接触受電部３５を合わせると、絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータとして機能する。そこで、インバータ回路３３と非接触受電部３５との組み合わせを、非接触給電用ＤＣ／ＤＣコンバータと称することとする。
【００２６】
＜ＡＣ／ＤＣコンバータ＞
ＡＣ／ＤＣコンバータ３１は、スイッチング素子３１０１〜３１０４および交流（力率改善用）リアクトル３１０５、３１０６を備えており、スイッチング素子３１０１〜３１０４はフルブリッジ構成で接続されている。また、交流リアクトル３１０５の一端は交流電源９０と接続されており、他端はスイッチング素子３１０１とスイッチング素子３１０２との接続点に接続される。また、交流リアクトル３１０６の一端は交流電源９０と接続されており、他端はスイッチング素子３１０３とスイッチング素子３１０４との接続点に接続される。
【００２７】
なお、この例におけるＡＣ／ＤＣコンバータ３１では、交流リアクトル３１０５、３１０６を交流電源９０の両極側にそれぞれ接続しているが、交流電源９０の片極側のみに接続してもよい。すなわち、交流リアクトル３１０５と３１０６のいずれか一方のみを用いる構成としてもよい。また、スイッチング素子３１０１〜３１０４は、一般的なシリコンのＩＧＢＴ、またはＭＯＳＦＥＴに限ることはない。例えば、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴ、あるいはＧａＮ−ＨＥＭＴ等のワイドバンドギャップ半導体と称される素子を用いてもよい。
【００２８】
また、この例におけるＡＣ／ＤＣコンバータ３１では、全半導体素子にスイッチング素子を用いた構成としているが、ダイオード等の受動半導体素子を用いたセミブリッジレス型、あるいはトーテムポール型の構成であってもよいことは言うまでもない。
【００２９】
＜非接触給電用ＤＣ／ＤＣコンバータ＞
非接触給電用ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、非接触送電コイル３３０５の端子に接続される巻線を１次側巻線と称し、非接触受電コイル３５０５の端子に接続される巻線を２次側巻線と称することとする。
【００３０】
非接触給電用ＤＣ／ＤＣコンバータの１次側インバータであるインバータ回路３３は、スイッチング素子３３０１〜３３０４を備えており、スイッチング素子３３０１〜３３０４はフルブリッジで構成される。また、１次側インバータ回路３３の直流側の端子、すなわち入力端子は、非接触受電部用ＡＣ／ＤＣコンバータ３１と直流コンデンサ３２と同一の直流母線で接続される。また、１次側インバータ回路３３の交流側の端子、すなわち出力端子は非接触送電コイル３３０５と接続される。すなわち、直列接続されるスイッチング素子３３０１とスイッチング素子３３０２との接続点に非接触送電コイル３３０５の第１端が接続され、直列接続されるスイッチング素子３３０３とスイッチング素子３３０４との接続点に非接触送電コイル３３０５の第２端が接続される。
【００３１】
非接触給電用ＤＣ／ＤＣコンバータの２次側回路、すなわち非接触受電部３５は、スイッチング素子３５０１〜３５０４を備えており、スイッチング素子３５０１〜３５０４はフルブリッジで構成される。また、２次側回路の直流側の端子、すなわち出力端子は接触受電部２の出力端子と、統合用直流コンデンサ４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と同一の直流母線で接続される。また、２次側回路の交流側の端子、すなわち入力端子は非接触受電コイル３５０５と接続される。すなわち、直列接続されるスイッチング素子３５０１とスイッチング素子３５０２との接続点に非接触受電コイル３５０５の第１端が接続され、直列接続されるスイッチング素子３５０３とスイッチング素子３５０４との接続点に非接触受電コイル３５０５の第２端が接続される。
【００３２】
ここで、非接触給電用ＤＣ／ＤＣコンバータの１次側もしくは２次側巻線に対して、直列もしくは並列にリアクトルまたはコンデンサを接続することで、低損失なソフトスイッチング動作も可能である。このとき、リアクトルは外付けでも良いし、非接触送受電コイルの寄生インダクタンスを用いても良い。また、スイッチング素子３３０１〜３３０４、３５０１〜３５０４は、一般的なシリコンのＩＧＢＴ、またはＭＯＳＦＥＴに限ることはない。例えば、ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮ−ＦＥＴ、あるいはＧａＮ−ＨＥＭＴ等でもよい。つまり、半導体材料として従来型のシリコンに限らず、ワイドバンドギャップ半導体材料と称されるもの、あるいは他の材料でもよく、スイッチング素子としての構造も限定する必要はない。さらに、非接触受電部３５は、ダイオードを用いたダイオード整流回路で構成しても良いし、ダイオードとコンデンサを用いた倍電圧整流回路で構成しても良い。
【００３３】
＜Ｃ：直流出力統合部（ＤＣ／ＤＣコンバータ）＞
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、スイッチング素子５０１、５０２、および直流（平滑用）リアクトル５０３と平滑用コンデンサ５０４を備えており、降圧チョッパの構成で接続される。なお、この例におけるＤＣ／ＤＣコンバータ５では、降圧チョッパの回路方式としているが、昇圧型、または昇降圧型のチョッパ構成であってもよい。また、インターリーブの構成、あるいは並列接続構成であってもよく、絶縁トランスを用いた絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータの構成であっても良いことは言うまでもない。
【００３４】
＜Ｄ：制御部＞
つぎに、上述した電力変換機能を有する各部位の動作制御を行う制御部７について、定常動作時における基本的な制御にのっとり説明する。本実施の形態にかかる車両用受電装置１においては、図５に示すように、電圧検出器と電流検出器（例えば、電圧検出器８９ｖと電流検出器８２ａ）からの検出値に基づいて制御部７でフィードバック演算を行う。制御部７は、接触受電部２と非接触受電部３５とＤＣ／ＤＣコンバータ５等、車両用受電装置１内のすべての電力変換回路を制御可能であり、各電力変換回路が備えるスイッチング素子の制御を行う。すなわち、電圧検出器と電流検出器から得られる検出結果の少なくとも一部に基づいて、必要な電力変換回路内のスイッチング素子に対して駆動信号を送信し、スイッチング素子のオンオフを制御することにより所望の動作を行うことができる。
【００３５】
定常動作時の接触受電部２の制御について説明する。制御部７は、接触受電部２の入力力率の値が１となるように、電流検出器８２ａが検出する接触受電部２の交流入力電流の検出値（交流入力電流ｉａｃ＿２）を制御するための各スイッチング素子のデューティ比を演算する。具体的には、電圧検出器８９ｖが検出する交流入力電圧の検出値（＝交流出力電圧Ｖａｃ）と同期した正弦波状の予め定められた電流指令（目標正弦波電流）ｉａｃ＿２ｓと、交流入力電流ｉａｃ＿２との電流差を算出する。算出した電流差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。また、図示しない電圧検出器による直流コンデンサ２２の直流電圧の検出値（コンデンサ直流電圧Ｖｃ＿２）については、予め定められた目標直流電圧Ｖｃ＿２ｓと、コンデンサ直流電圧Ｖｃ＿２との電圧差を算出する。算出した電圧差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。
【００３６】
また、電圧検出器８４ｖが検出する統合用直流コンデンサ４の直流電圧の検出値（直流電圧Ｖｉｎｔ）については、予め定められた目標直流電圧Ｖｉｎｔｓと、統合用直流コンデンサ４の直流電圧の検出値（直流電圧Ｖｉｎｔ）との電圧差を算出する。算出した電圧差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。
【００３７】
また、蓄電装置６への直流出力電圧Ｖｏｕｔを制御する場合、予め定められた目標直流出力電圧Ｖｏｕｔｓと、電圧検出器８１ｖが検出する直流出力電圧の検出値（直流出力電圧Ｖｏｕｔ）との電圧差を算出する。算出した電圧差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。
【００３８】
さらに、蓄電装置６への直流出力電流Ｉｏｕｔを制御する場合、予め定められた目標直流出力電流Ｉｏｕｔｓと、電流検出器８１ｉが検出する直流出力電流の検出値（直流出力電流Ｉｏｕｔ）との電流差を算出する。算出した電流差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。
【００３９】
＜検出器＞
本実施の形態１にかかる車両用受電装置１では、接触受電部２に対しては、直流出力電流ｉｏ＿２を検出するための電流検出器８２ｄと、（交流）入力電流ｉａｃ＿２を検出するための電流検出器８２ａを配置した。非接触受電部３５に対しては、直流出力電流ｉｏ＿３を検出するための電流検出器８３ｄと、フルブリッジコンバータとしての交流端子電圧Ｖｂｒ＿３を検出するための電圧検出器８５ｖと、入力電流ｉｗｌを検出するための電流検出器８５ａを配置した。また、統合用直流コンデンサ４に対しては、直流電圧Ｖｉｎｔを検出するための電圧検出器８４ｖを設けている。
【００４０】
さらに、給電設備９側の非接触送電部３４に対しては、（交流）入力電流ｉａｃ＿３を検出する電流検出器８３ａから検出値を受信できるよう、図示しない通信手段が設けられている。なお、これらの電圧・電流検出器は、例えば、実施の形態２で必要となる検出器、あるいはその他の展開例において必要となる可能性も含めて記載しているため、必ずしもすべて必要な検出器ではないことを断っておく。通信手段としては、非接触で入手する場合、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、あるいはＷｉ−Ｆｉ（登録商標）などが例として挙げられるが、これらの手法に限定されないことは言うまでもない。また、通信用の配線を別途用いてもよいが、例えば給電設備９から、接続端子２ｔを介してＰＬＣ（Power Line Communication)により通信するようにしてもよく、適宜変更してよい。
【００４１】
本実施の形態１にかかる車両用受電装置１は、上述した構成に基づき、受電時に３つのモードを使い分けることができる。接触受電部２のみを介して受電する接触受電モードと、非接触受電部３５のみを介して受電する非接触受電モードと、接触受電部２と非接触受電部３５の両方を介して受電する並列受電モードである。
【００４２】
＜並列受電モード＞
以下に、実施の形態１にかかる車両用受電装置１が並列受電可能な状態での動作、つまり、給電設備９との間で、図２あるいは図４に示す接続がなされた状態での動作について説明する。ここで、接触受電部２と非接触受電部３５の定格電力をそれぞれ３Ｐと定義し、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の定格電力を６Ｐと定義する。すなわち、車両用受電装置１の定格電力を６Ｐと定義する。なお、ここでの定格電力は一例であり、他の定格電力の値であっても良いことは言うまでもない。
【００４３】
また、車両用受電装置１における合計電力変換損失とは、接触受電部２と非接触受電部３５とＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失の和を示す。つまり、蓄電装置６へ出力される電力から、接触受電部２および非接触受電部３５に入力される電力を差し引いたものである。
【００４４】
そして、接触受電部２の出力電力を充電電力Ｐｃｏｎと表すと、統合用直流コンデンサ４の直流電圧Ｖｉｎｔと接触受電部の出力電流ｉｏ＿２から算出される。非接触受電部３５の出力電力を充電電力Ｐｗｐｔと表すと、統合用直流コンデンサ４の直流電圧Ｖｉｎｔと非接触受電部３５の出力電流ｉｏ＿３から算出される。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電力を蓄電装置６へ出力される総充電電力Ｐｔとすると、蓄電装置６への直流出力電圧Ｖｏｕｔと直流出力電流Ｉｏｕｔから算出される。
【００４５】
蓄電装置６に対して車両用受電装置１の定格電力（６Ｐ）で充電動作を行う場合、当然ながら、接触受電部２と非接触受電部３５はそれぞれの定格電力３Ｐで動作する。すなわち、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔに対する接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎの出力比率（Ｐｃｏｎ／Ｐｗｐｔ）が１の状態で動作する。一方、蓄電装置６に対して定格電力６Ｐ未満で充電動作を行う場合、受電比率（出力比率）を調整して動作させる。
【００４６】
本実施の形態１にかかる車両用受電装置１では、表１に示すように、予め定められた電力変換損失のテーブルに基づいて出力比率を調整する。表１は、接触受電部２と、非接触受電部３５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、それぞれの充電電力に応じた電力変換損失をテーブル化したものである。ここで、テーブルの値は、理論式から算出した値でもよく、実験により得られた損失でもよい。また、表１では説明の簡略化のため実値ではなく、規格化した電力変換損失Ｌで表現している。なお、表１に示す電力変換損失の例は、説明のための一例であることは言うまでもない。
【００４７】
【表１】
0006567228.tif 000002
【００４８】
表１に示すような電力変換損失テーブルを用いた場合の出力比率の制御について説明する。なお、電力変換損失を考慮すると、厳密には充電電力Ｐｗｐｔと充電電力Ｐｃｏｎの和は、総充電電力ＰｔにＤＣ／ＤＣコンバータ５での電力変換損失分を加算した値にする必要がある。しかし、テーブルを用いた出力比率調整の考え方を説明するため、以下の調整例では、Ｐｗｐｔ＋Ｐｃｏｎ≒Ｐｔとみなし、簡略化して記載する。また、テーブルとの関係をわかりやすくするため、出力比率の代わりに、充電電力Ｐｗｐｔと充電電力Ｐｃｏｎのそれぞれの充電電力（Ｐ単位）による「振り分け」として説明する。
【００４９】
例えば、総充電電力Ｐｔが５Ｐで充電動作を行う場合、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎが３Ｐ、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔが２Ｐになるように振り分けたとする。すると、表１の通り、接触受電部２の電力変換損失が３Ｌ、非接触受電部３５の電力変換損失が２Ｌ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失が２．５Ｌとなり、電力変換損失の合計が７．５Ｌとなる。
【００５０】
これに対して、充電電力Ｐｃｏｎが２Ｐ、充電電力Ｐｗｐｔが３Ｐになるように振り分けたとする。ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失は２．５Ｌで変わらないが、表１の通り、接触受電部２の電力変換損失がＬ、非接触受電部３５の電力変換損失が３．５Ｌに変化し、電力変換損失の合計が７Ｌとなる。すなわち、総充電電力Ｐｔが５Ｐとなる充電動作条件では、Ｐｃｏｎ：Ｐｗｐｔを２：３の比で振り分けるように、各受電部からの充電電力を制御すればよい。
【００５１】
同様に、総充電電力Ｐｔが４Ｐで充電動作を行う場合、接触受電部２の充電電力ＰｃｏｎをＰ、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔを３Ｐになるように振り分ける。すると、表１の通り、接触受電部２の電力変換損失が０．８Ｌ、非接触受電部３５の電力変換損失が３．５Ｌ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失が２Ｌとなり、電力変換損失の合計は６．３Ｌとなる。一方、充電電力Ｐｃｏｎを３Ｐ、充電電力ＰｗｐｔをＰに振り分けると、接触受電部２の電力変換損失が３Ｌ、非接触受電部３５の電力変換損失が０．５Ｌ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失が２Ｌとなり、電力変換損失の合計が５．５Ｌとなる。
【００５２】
これらに対して、充電電力Ｐｃｏｎを２Ｐ、充電電力Ｐｗｐｔを２Ｐに振り分ける。ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失は２Ｌで変わらないが、接触受電部２の電力変換損失がＬ、非接触受電部３５の電力変換損失が２Ｌとなり、電力変換損失の合計電力が５Ｌとなる。すなわち、総充電電力Ｐｔが４Ｐとなる充電動作条件では、Ｐｃｏｎ：Ｐｗｐｔを１：１の比で振り分けるよう各受電部からの充電電力を制御すればよい。
【００５３】
また同様に、総充電電力Ｐｔが３Ｐで充電動作を行う場合、接触受電のみ、すなわち接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎを３Ｐとして充電動作を行うとする。すると、表１の通り接触受電部２の電力変換損失が３Ｌ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失が１．５Ｌとなり、電力変換損失の合計が４．５Ｌとなる。一方、非接触受電のみ、すなわち非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔを３Ｐとして充電動作を行うとする。すると、非接触受電部３５の電力変換損失が３．５Ｌ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失が１．５Ｌとなり、電力変換損失の合計が５Ｌとなる。
【００５４】
また、充電電力ＰｃｏｎをＰ、充電電力Ｐｗｐｔを２Ｐに振り分けるとする。ここでも、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失は１．５Ｌで変わらないが、接触受電部２の電力変換損失が０．８Ｌ、非接触受電部３５の電力変換損失が２Ｌとなり、電力変換損失の合計が４．３Ｌとなる。これらに対して、充電電力Ｐｃｏｎを２Ｐ、充電電力ＰｗｐｔをＰに振り分けるとする。すると、接触受電部２の電力変換損失がＬ、非接触受電部３５の電力変換損失が０．５Ｌとなり、電力変換損失の合計が３Ｌとなる。すなわち、総充電電力Ｐｔが３Ｐとなる充電動作条件では、Ｐｃｏｎ：Ｐｗｐｔを２：１の比で振り分けるよう各受電部からの充電電力を制御すればよい。
【００５５】
また同様に、総充電電力Ｐｔが２Ｐで充電動作を行う場合、接触受電部２の充電電力ＰｃｏｎをＰ、非接触受電部３５の充電電力ＰｗｐｔをＰに振り分けたとする。すると、表１の通り、接触受電部２の電力変換損失が０．８Ｌ、非接触受電部３５の電力変換損失が０．５Ｌ、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失がＬとなり、電力変換損失の合計が２．３Ｌとなる。また、非接触受電のみ、すなわち非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔを２Ｐとして充電動作を行うと、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失はＬで変わらないが、非接触受電部３５の電力変換損失が２Ｌとなり、電力変換損失の合計が３Ｌとなる。
【００５６】
これらに対して、接触充電のみ、すなわち接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎを２Ｐとして充電動作を行うと、接触受電部２の電力変換損失がＬとなり、電力変換損失の合計が２Ｌとなる。すなわち、総充電電力Ｐｔが２Ｐとなる充電動作条件では、並列受電を行わずに接触受電のみで充電動作するよう制御すればよい。
【００５７】
また、総充電電力ＰｔがＰで充電動作を行う場合、すなわち最小の電力で動作する場合、表１に示す通り、非接触受電のみで動作するよう制御すればよい。
【００５８】
このように、方式ごとの電力変換損失のデータに基づき、総充電電力Ｐｔに応じて、充電動作に必要な電力を接触受電部２による充電電力Ｐｃｏｎと非接触受電部３５による充電電力Ｐｗｐｔの振り分けを調整するようにした。その際、それぞれが定格未満で出力する場合も考慮した。これにより、図６に示すように、単純な均等割り、あるいは特許文献３のように、単に効率の悪い側の電力を絞るようにした場合と比べて、車両用受電装置１全体での電力変換損失を抑制して動作することが可能となる。
【００５９】
図６において、横軸は、総充電電力Ｐｔを示し、縦軸は、電力変換損失を示す。また、「〇」は、接触給電と非接触給電を併用している状態を示し、「■」内に記した数字は、接触給電に振り分けた充電電力を、「▲」内に記した数字は、非接触給電に振り分けた充電電力を、それぞれ示す。
【００６０】
なお、ここでは２Ｐまで共用充電を行う場合について説明したが、電力変換損失のデータに基づき、共用充電を行うよりもいずれか一方の充電方式で充電する方が低損失な場合、一方の方式にすべて振り分ける、つまり、単一方式の受電に切り替えても良い。また、本実施の形態１ではＰから６Ｐの計６つの電力条件に分類したテーブルを用いたが、分類数がこれに限らないことは言うまでもなく、より細分化したテーブルを用いて高精度に電力分配を実施してもよい。さらには、テーブルの代わりに、総充電電力Ｐｔと接触給電と非接触給電の出力比率を変数として、電力変換損失が導き出せる数式を用いるようにしてもよく、条件に応じた解が得られる情報を入手できるようにすればよい。
【００６１】
なお、非接触給電は、公知の通り、送受電コイル間（例えば、非接触送電コイル３３０５と、非接触受電コイル３５０５）の位置ずれにより電力変換損失が著しく変化することがある。本実施の形態１では、一例として、充電電力に対する電力変換損失を、表１のように、方式ごとの１対１の簡易的な関係で示したが、これに限ることはない。例えば、送受電コイルの位置ずれを変数にしたテーブルも追加して、より高精度なテーブルを用いて電力分配制御を行っても良い。あるいは、上述した数式として、ずれの評価値を変数に用いるようにしてもよい。ここで、送受電コイルのコイル面に平行な方向をｘ方向とｙ方向、コイル面に垂直な方向をｚ方向とする。すると、位置ずれとしては、送受電コイル間の、コイル面に平行な方向（ｘ方向とｙ方向）のずれ、および面間距離（ｚ方向）を総合的に評価することになる。その際、連続的な値の評価値に限ることはなく、位置ずれの状態を複数段階のクラスに分類し、該当するクラスを評価値として用いてもよい。あるいは、クラスごとにテーブルあるいは数式を用意しておき、クラスに応じて複数のテーブルあるいは数式から、必要なものを選択するようにしてもよい。なお、送受電コイルの位置ずれの変数として送電コイルに対する受電コイルの傾きも含めて考慮してもよい。
【００６２】
ここで、一般的には、例えば、特許文献１にも記載されているように、「接触充電については、充電電力の大きさによって効率はそれ程変化しない」と、考えられている。しかし、より効率を高めるためには、いずれか一方の給電方式を常に定格電力とすれば良いとは限らない。とくに、搭載量、あるいはサイズに制約のある車両と異なり、給電設備９のような固定された設備の方が、高効率な回路を構成しやすく、その場合、電力変換回路の半分が固定側に配置される非接触給電の方が効率の高い給電ができる可能性もある。
【００６３】
そのため、本実施の形態１に示すように、接触給電と非接触給電の双方が定格未満の場合も含めて、要求される総充電電力Ｐｔに対し、充電電力Ｐｃｏｎと、非接触給電による充電電力Ｐｗｐｔの出力比率の異なる運転条件（動作条件）を複数設定する。そして、設定した複数の動作条件のそれぞれに対して、部位ごとの電力変換損失のデータに基づき電力変換損失を算出し、要求される総充電電力Ｐｔに対して、その動作条件の出力比率に応じた電力変換損失の情報を生成する。生成した電力変換損失の情報に基づき、電力変換損失が最小となる動作条件の出力比率で動作させることで、より効率の高い受電が可能となる。
【００６４】
なお、本例では、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎを接触受電部２の出力電力とし、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔを非接触受電部３５の出力電力として扱ったが、これに限ることはない。例えば、接触受電部２の（交流）入力電力を充電電力Ｐｃｏｎとし、非接触受電部３５の入力電力を充電電力Ｐｗｐｔとして扱っても良い。このとき、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎは交流電源９０の電圧の検出値と接触受電部２の入力電流の検出値（Ｖａｃとｉａｃ＿２）から算出できる。また、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔは非接触受電部３５を構成するフルブリッジコンバータの交流端子の電圧の検出値と出力電流の検出値（Ｖｂｒ＿３とｉｗｌ）から算出できる。
【００６５】
なお、本実施の形態、および以降の各実施の形態においては、給電設備９から電力を受電する例について説明するが、これに限ることはない。例えば、停電時等に、蓄電装置６に蓄えた電力を、非接触給電と接触給電の（逆方向の）出力比率を調整して、給電設備９側に送電する場合においても、効率よく電力を送電することができる。その場合、制御部７は、例えば、動作切り替え指令を受けることで、接触受電部２と非接触受電部３５を、それぞれ、接触送電部と非接触送電部として機能するように、制御動作を切り替える機能を有することになる。
【００６６】
実施の形態２．
上記実施の形態１においては、電力変換損失のデータとして、あらかじめ入力されたデータ、あるいは事前に測定したデータに基づき、総充電電力に応じた、接触給電と、非接触給電の出力比率を調整する例について説明した。本実施の形態２においては、総充電電力を一定にし、出力比率を変化させて動作させたときの測定値に基づいて、比率を調整するようにした。
【００６７】
図７と図８は、本実施の形態２にかかる車両用受電装置について説明するためのもので、図７は出力比率を調整する制御動作を説明するためのフローチャート、図８は出力比率を調整する制御動作において、非接触給電方式と接触給電方式の比率を変化させていったときの、充電電力に対する電力変換損失の関係を示すグラフである。なお、本実施の形態２に係る車両用受電装置の回路構成は、実施の形態１の説明に用いた図１〜図５と概ね同様であるため、構成の詳細な説明は繰り返さない。
【００６８】
ここで、実施の形態１と同様に、実施の形態２にかかる接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎとは接触受電部２の出力電力を表し、統合用直流コンデンサ４の直流電圧Ｖｉｎｔの検出値と接触受電部２の出力電流ｉｏ＿２の検出値から算出される。また、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔとは、非接触受電部３５の出力電力を表し、統合用直流コンデンサ４の直流電圧Ｖｉｎｔの検出値と非接触受電部３５の出力電流ｉｏ＿３の検出値から算出される。
【００６９】
そして、接触受電部２へ入力される電力は、図５で説明した電圧検出器８９ｖが検出した接続端子２ｔにかかる交流出力電圧Ｖａｃと、電流検出器８２ａが検出した入力電流ｉａｃ＿２から算出する。充電電力Ｐｃｏｎと算出した入力電力との差を接触受電部２での電力変換損失とする。なお、入力交流電力については、電圧と力率が一定とみなせる場合、例えば、入力電流ｉａｃ＿２に定数を乗ずることで算出するようにしてもよい。
【００７０】
また、例えば、非接触受電部３５へ入力される電力は、フルブリッジコンバータの交流端子電圧Ｖｂｒ＿３の検出値と入力電流ｉｗｌの検出値から算出し、充電電力Ｐｗｐｔとの差を非接触受電部３５での電力変換損失とする。つまり、電圧検出器８５ｖと電流検出器８５ａが検出した非接触受電コイル３５０５に流れる電流（入力電流ｉｗｌ）と電圧（交流端子電圧Ｖｂｒ＿３）から算出できる。
【００７１】
つぎに、電力変換損失のデータとして、テーブルではなく、動作中の測定値から算出するようにした。動作中に出力比率を変化させて、つまり、動作条件を変化させて、電力変換損失が最小となる出力比率で受電を行うために制御部７が実行する制御動作を図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図７のフローチャートは一例であり、これに限定したものでないことは言うまでもない。
【００７２】
図７の通り、まず初めに、Ｓｔｅｐ１として、総充電電力Ｐｔが定格電力である６Ｐ未満であるかどうかを判定する。このとき、総充電電力Ｐｔが６Ｐの場合、すなわちＮｏの場合、Ｓｔｅｐ２−Ｂへ移行する。Ｓｔｅｐ２−Ｂでは、接触受電部２と非接触受電部３５の出力比率（Ｐｃｏｎ／Ｐｗｐｔ）を１として、それぞれの受電部の定格電力３Ｐで動作する。
【００７３】
これに対し、総充電電力Ｐｔが６Ｐ未満の場合、すなわちＹｅｓの場合、Ｓｔｅｐ２−Ａへ移行する。Ｓｔｅｐ２−Ａでは、接触受電部２と非接触受電部３５の出力比率（Ｐｃｏｎ／Ｐｗｐｔ）の設定値（比率設定値Ｓｒ）を１から、総充電電力Ｐｔに応じて任意に設定した最大比率まで、任意の間隔で比率設定値を変化（増加）させ、比率設定値Ｓｒごとに、測定値に基づいて電力変換損失を演算し、演算結果を電力変換損失情報として記憶する。最大比率までの比率設定値Ｓｒの設定と、比率設定値Ｓｒごとの電力変換損失情報の演算と記憶が終了すると、Ｓｔｅｐ３へ移行する。
【００７４】
Ｓｔｅｐ３では、比率設定値Ｓｒを１から総充電電力Ｐｔに応じて任意に設定した最小比率まで、任意の間隔で変化（減少）させる。そして、比率設定値Ｓｒごとに、測定値に基づいて電力変換損失を演算し、演算結果をＳｔｅｐ２で記憶した電力変換損失情報に追加して記憶する。最小比率までの比率設定値Ｓｒの設定と、比率設定値Ｓｒごとの電力変換損失情報の演算と記憶が終了すると、Ｓｔｅｐ４へ移行する。
【００７５】
Ｓｔｅｐ４では、記憶した電力変換損失情報の中から、最小の電力変換損失となる比率設定値Ｓｒを抽出し、その比率設定値Ｓｒになるように各部位の動作点（動作条件）を移行させる。これにより、実施の形態１とは異なり、予め電力変換損失のテーブルを作成せず、動的に電力変換損失を抑制する出力の振り分け（出力比率）を調整することが可能となる。
【００７６】
Ｓｔｅｐ５では、Ｓｔｅｐ２−Ｂ、もしくはＳｔｅｐ４の状態から、総充電電力Ｐｔが変化したかどうか、任意の時間間隔で判定する。このとき、総充電電力Ｐｔが変化しない場合、すなわちＮｏの場合、Ｓｔｅｐ２−ＢもしくはＳｔｅｐ４の電力分配率を維持し、定期的に総充電電力Ｐｔの変動を検出する。一方、総充電電力Ｐｔが変化した場合、すなわちＹｅｓの場合、Ｓｔｅｐ１へと戻り、変動後の総充電電力Ｐｔに応じて、前述のように動作制御を行う。
【００７７】
このような動作制御における、各部位の動作点の推移について、図８を用いて説明する。図８において、Ｃａｓｅ１は、出力比率（Ｐｃｏｎ／Ｐｗｐｔ）が１の場合、つまり接触給電と非接触給電を均等に働かせた時の電力変換損失を示す。同様に、Ｃａｓｅ２は、出力比率を最大にしたときの電力変換損失を、Ｃａｓｅ３は、出力比率を最小にしたときの電力変換損失を示す。なお、最大比率または最小比率は、例えば、総充電電力Ｐｔが３Ｐ以下の場合は、接触給電または非接触給電のみを動作させた場合を含み、３Ｐを超える場合は制御の最小単位で実現できる比率等に定めることができる。
【００７８】
図８において、動作開始時の総充電電力Ｐｔが６Ｐの状態から開始する際、ａ：Ｓｔｅｐ１の判定により、ｂ：Ｓｔｅｐ２−Ｂへと移行し、比率設定値Ｓｒを１として動作する。任意の期間後、ｃ：Ｓｔｅｐ５にて総充電電力Ｐｔが５Ｐへ変化したと判別すると、ｄ：Ｓｔｅｐ１へ移行する。なお、総充電電力Ｐｔが変化していないと判別した場合、Ｓｔｅｐ２−Ｂへと移行した状態（ｂ）を維持し、再び任意の期間後にＳｔｅｐ５へと移行し、同様の判別を繰り返す。
【００７９】
ｄ：Ｓｔｅｐ１にて、総充電電力Ｐｔが５Ｐ、すなわち６Ｐ未満であると判断されると、ｅ：Ｓｔｅｐ２−Ａへ移行し、Ｃａｓｅ２の最大出力比率まで任意の間隔で比率設定値Ｓｒを増加させ、比率設定値Ｓｒごとの電力変換損失を演算し、記憶する。比率設定値Ｓｒが、５Ｐ（総充電電力Ｐｔ）における最大値に達すると、ｆ：Ｓｔｅｐ３へ移行し、Ｃａｓｅ３の最小出力比率まで任意の間隔で比率設定値Ｓｒを減少させ、比率設定値Ｓｒごとの電力変換損失を演算し、記憶する。
【００８０】
比率設定値Ｓｒが、５Ｐ（総充電電力Ｐｔ）における最小値に達すると、ｇ：Ｓｔｅｐ４へ移行し、５Ｐ（総充電電力Ｐｔ）に対して測定・演算・記憶した電力変換損失情報の中から、総電力変換損失が最小となる比率設定値Ｓｒを抽出し、その比率設定値Ｓｒになるように各部位の動作点を移行させて電力変換動作を行う。任意の期間後、ｈ：Ｓｔｅｐ５にて総充電電力Ｐｔが４Ｐへ変化したと判別すると、ｉ：Ｓｔｅｐ１へ移行し、４Ｐ（総充電電力Ｐｔ）における電力変換損失情報を取得し、最適な動作条件に移行する。
【００８１】
つまり、本実施の形態２に示すように、接触給電と非接触給電の双方が定格未満の場合も含めて、要求される総充電電力Ｐｔに対し、充電電力Ｐｃｏｎと、非接触給電による充電電力Ｐｗｐｔの出力比率（比率設定値Ｓｒ）の異なる動作条件を複数設定する。そして、総充電電力Ｐｔを保ったまま、設定した複数の動作条件のそれぞれの出力比率で動作させ、動作時の測定値を用いて、電力変換損失を算出し、要求される総充電電力Ｐｔに対して、動作条件ごとの出力比率に応じた電力変換損失の情報を生成する。生成した電力変換損失の情報に基づき、電力変換損失が最小となる動作条件の出力比率で動作させることで、より効率の高い受電が可能となる。
【００８２】
実施の形態３．
上記実施の形態１または２においては、車両用受電装置内の電力変換損失が最小になるように、接触給電と非接触給電の出力比率を調整した例について説明したが、これに限ることはない。本実施の形態３は、給電設備に設けられた非接触送電部での電力変換損失も考慮した電力変換損失の情報に基づき、総合的な電力変換損失が最小となるように接触給電と非接触給電の出力比率を調整するようにした。
【００８３】
図９は、本実施の形態３にかかる車両用受電装置について説明するためのもので、実施の形態１の説明に用いた図６と同様、充電電力ごとの、非接触給電方式と接触給電方式の出力内訳を踏まえた充電電力に対する電力変換損失を示すグラフである。図６と同様に、横軸は、総充電電力を示し、縦軸は、電力変換損失を示す。また、「〇」は、接触給電と非接触給電を併用している状態を示し、「■」内に記した数字は、接触給電に振り分けた充電電力を、「▲」内に記した数字は、非接触給電に振り分けた充電電力を、それぞれ示す。なお、本実施の形態３にかかる車両用受電装置の回路構成も、実施の形態２で説明したように、実施の形態１の説明に用いた図１〜図５と概ね同様であるため、構成の詳細な説明は繰り返さない。
【００８４】
本実施の形態３においては、図３、図４、そして図５で説明したように、車両用受電装置１とは別体である給電設備９における電力変換損失に関するデータを必要とする。つまり、非接触送電部３４の電力変換損失もしくは電力変換効率の少なくとも一方、あるいは、交流電源９０の交流出力といった、給電設備９内の情報を得る必要がある。
【００８５】
この際、実施の形態１で説明したように、図示しない通信手段を用いて給電設備９からデータを入手できるようにすればよい。ただし、あらかじめ制御部７に記憶させておける場合、あるいは車両用受電装置１内で得られる情報から演算できるデータのみで動作制御できる場合は、通信手段を省略することも可能である。例えば、非接触送電部３４の電力変換損失が、接触受電部２あるいは非接触受電部３５の状態と関連することが分かっている場合は、関連する部位の状態を示す測定値に基づいて演算するようにすればよい。
【００８６】
また、本実施の形態にかかる車両用受電装置１において、給電設備９とデータのやり取りを行う態様の場合、制御部７は、接触受電部２の入力力率の値が１となるだけでなく、非接触給電部３としての入力力率の値も１となるように、非接触給電部３の動作制御を行わせることができる。その際、電流検出器８３ａが検出する非接触給電部３としての交流入力電流の検出値（交流入力電流ｉａｃ＿３）を制御するための各スイッチング素子のデューティ比を演算する。
【００８７】
具体的には、電圧検出器８９ｖが検出する交流入力電圧の検出値（＝交流出力電圧Ｖａｃ）と同期した正弦波状の予め定められた電流指令（目標正弦波電流）ｉａｃ＿３ｓと、交流入力電流ｉａｃ＿３との電流差を算出する。算出した電流差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。また、図示しない電圧検出器による直流コンデンサ３２の直流電圧の検出値（コンデンサ直流電圧Ｖｃ＿３）については、予め定められた目標直流電圧Ｖｃ＿３ｓとコンデンサ直流電圧Ｖｃ＿３との電圧差を算出する。算出した電圧差をフィードバック量として比例制御もしくは比例積分制御により出力を演算する。
【００８８】
本実施の形態３にかかる車両用受電装置１では、実施の形態１の表１を用いた説明と同様に、予め定められた電力変換損失のテーブルに基づいて出力比率を調整しても良い。この場合、表２においては、非接触受電部３５だけではなく、非接触受電部３５と非接触送電部３４を合わせた非接触給電部３としての電力変換損失のデータを用いる。
【００８９】
本実施の形態３にかかる車両用受電装置１では、表２および図９に示すように、予め定められた電力変換損失のテーブルに基づいて出力比率を調整する。表２は、表１における非接触受電部３５に代えて、非接触給電部３の充電電力に応じた電力変換損失をテーブル化したものである。ここで、テーブルの値は、理論式から算出した値でもよく、実験により得られた損失でもよい。また、表２では説明の簡略化のため実値ではなく、規格化した電力変換損失Ｌで表現している。なお、表２に示す電力変換損失の例は、説明のための一例であることは言うまでもない。
【００９０】
【表２】
0006567228.tif 000003
【００９１】
あるいは、実施の形態２の図７のフローチャートを用いた説明と同様に、動作中に比率設定値Ｓｒを変化させて、非接触送電部３４も含めた電力変換損失が最小となる動作条件を抽出する手法を用いても良い。
【００９２】
なお、上述のように、接触給電と非接触給電の出力比率を調整するとき、実施の形態１と実施の形態２では、車両用受電装置１の合計電力変換損失を、接触受電部２と非接触受電部３５とＤＣ／ＤＣコンバータ５の電力変換損失の和として扱っていた。しかし、本実施の形態３では、非接触送電部３４も含めた電力変換損失の和を合計電力変換損失として扱う。
【００９３】
そこで、実施の形態３にかかる車両用受電装置１では、接触給電に関しては、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎは、実施の形態１、２と同様に、接触受電部２の出力電力とする。一方、非接触給電に関しても、最終的な出力としては、実施の形態１、２と同様に、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔを、非接触給電部３の出力電力とする。このとき、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎは統合用直流コンデンサ４の直流電圧Ｖｉｎｔの検出値と接触受電部２の出力電流ｉｏ＿２の検出値から算出される。また、非接触受電部３５の充電電力Ｐｗｐｔは、非接触受電部３５の出力電力を表し、統合用直流コンデンサ４の直流電圧Ｖｉｎｔの検出値と非接触受電部３５の出力電流ｉｏ＿３の検出値から算出される。
【００９４】
なお、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎを接触受電部２の入力電力とし、非接触給電部３の充電電力Ｐｗｐｔを非接触給電部３の入力電力として扱っても良い。このとき、接触受電部２の充電電力Ｐｃｏｎは交流電源電圧の検出値と接触受電部２への入力電流の検出値（Ｖａｃとｉａｃ＿２）から算出できる。また、非接触給電部３の充電電力Ｐｗｐｔは交流電源９０の電圧の検出値と非接触送電部３４への入力電流の検出値（Ｖａｃとｉａｃ＿３）から算出される。
【００９５】
一方、出力比率調整のための充電電力については、接触給電による充電電力Ｐｃｏｎと非接触給電による充電電力Ｐｗｐｔを区別する必要があるが、電力変換損失の評価については、必ずしも接触給電と非接触給電を区別する必要はない。例えば、交流電源９０の出力電圧（交流出力電圧Ｖａｃ）と出力電流ｉａｃを用いて、給電設備９としての出力を演算し、総充電電力Ｐｔとの差を、非接触給電部３と接触受電部２とを区別しない総電力変換損失のデータとして用いてもよい。
【００９６】
つまり、本実施の形態３に示すように、接触給電と非接触給電の双方が定格未満の場合も含めて、要求される総充電電力Ｐｔに対し、充電電力Ｐｃｏｎと、非接触給電による充電電力Ｐｗｐｔの出力比率の異なる動作条件を複数設定する。そして、予め得られたデータまたは、出力比率を実際に変化させた動作での測定結果を用いて、非接触送電部３４も含めた動作条件ごとの電力変換損失を算出し、要求される総充電電力Ｐｔに対して、動作条件ごとの出力比率に応じた電力変換損失の情報を生成する。生成した電力変換損失の情報に基づき、電力変換損失が最小となる動作条件の出力比率で動作させることで、非接触送電部３４も含め、より効率の高い受電が可能となる。
【００９７】
なお、各実施の形態において、車両用受電装置１は、車両の動力源となる蓄電装置６を含めて構成し、今後広まるであろう非接触給電と接触給電の両方を備える給電設備９に対して好適な構成として説明した。しかし、蓄電装置６に代えて直流電力を消費する機器を加え、電力変換装置として適応した場合にも好適な例であると説明したように、蓄電装置６の代わりに、直流電気機器を接続できるようにした受電装置と読み替えるようにしてもよい。
【００９８】
以上のように、各実施の形態にかかる受電装置（車両用受電装置１）によれば、給電設備９の交流電源９０に導体を介して電気接続され、導体から受電した交流電力を直流電力に変換して出力する接触受電部２と、給電設備９に設けられた非接触送電部３４に対して非接触で交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換して出力する非接触受電部３５と、接触受電部２からの出力と、非接触受電部３５からの出力とを統合し、負荷装置（例えば、蓄電装置６あるいは直流機器）に出力する直流出力統合部（ＤＣ／ＤＣコンバータ５）と、接触受電部２と非接触受電部３５、および直流出力統合部の動作を制御する制御部７と、を備え、接触受電部２と非接触受電部３５のそれぞれが、給電設備９に接続された場合、制御部７は、接触受電部２と非接触受電部３５の出力比率（例えば、比率設定値Ｓｒ＝充電電力Ｐｃｏｎ／充電電力Ｐｗｐｔ）の異なる動作条件ごとの電力変換損失の情報に基づき、出力比率を調整するように構成したので、どのような総充電電力Ｐｔにおいても、効率の高い受電が可能となる。なお、出力比率の異なる動作条件とは、要求された総充電電力Ｐｔに対して設定する、出力比率（例えば、比率設定値Ｓｒ）が異なる複数の動作条件の設定値であり、例えば、接触受電部２と非接触受電部３５の双方が定格出力未満で出力する場合も含む。
【００９９】
とくに、いずれの給電方式であっても、動作点によって効率が変動するという事象を考慮し、一方を定格出力で動作させ、他方の出力を絞るのとは異なり、総充電電力Ｐｔに応じた電力変換損失の情報に基づいて、出力比率を調整するので、高効率化が狙える。また、偏った使い方にもならず、発熱源も分散するので、都合がよい。
【０１００】
ここで、制御部７は、接触受電部２の出力（充電電力Ｐｃｏｎ）の値と非接触受電部３５の出力（充電電力Ｐｗｐｔ）の値から、電力変換損失を導き出せるテーブルおよび数式のいずれかを電力変換損失の情報として用いるようにすれば、余分な測定をしなくても、容易に効率の高い受電が可能となる。
【０１０１】
とくに、電力変換損失の情報である、テーブルまたは数式は、非接触送電部３４と非接触受電部３５との間の位置ずれの程度に応じて複数が用意されており、制御部７は、例えば、検知して得た位置ずれの程度を表す情報に基づいて、複数の電力変換損失の情報のなかから用いる情報を選定するようにすれば、位置ずれがあっても、その状況に応じて最適な電力変換損失の情報を用いた出力比率の調整が可能となる。なお、選定したテーブルまたは数式に、位置ずれの程度を示す評価値を変数として使用するようにしてもよいことは言うまでもない。
【０１０２】
さらに、電力変換損失の情報には、非接触送電部３４での電力変換損失も含まれているようにすれば、給電設備９の交流電源９０から負荷装置（蓄電装置６）への総合的な効率を最大限にすることができる。
【０１０３】
一方、制御部７は、負荷装置（蓄電装置６）への出力（総充電電力Ｐｔ）を一定に維持した状態で、動作条件である出力比率（例えば、比率設定値Ｓｒ＝充電電力Ｐｃｏｎ／充電電力Ｐｗｐｔ）を変化させる。そして、動作条件ごとの、出力比率と、測定した車両用受電装置１内の検出値から算出した電力変換損失の値との組み合わせを電力変換損失の情報として取得し、電力変換損失の値が最小値を示した出力比率で、接触受電部２と非接触受電部３５を動作させるようにすれば、予め情報を収集しなくても、その場の状況に即した最適な出力比率の調整を行い、効率の高い受電が可能となる。
【０１０４】
給電設備９とデータ通信を行う図示しない通信部を備え、制御部７は、通信部を介して受信した、交流電源９０の出力および非接触送電部３４への入力電流ｉａｃ＿３のうち少なくともいずれかの検出値を、電力変換損失の値の算出に用いるようにすれば、給電設備９の交流電源９０から負荷装置（蓄電装置６）への総合的な効率を最大限にすることができる。
【０１０５】
上述した受電装置と、負荷装置として、車両の電源に用いる蓄電装置６と、を備えた車両用受電装置１であれば、車両に対して効率よく充電ができる。とくに、車両用においては、給電の繰り返し性も高く、出力も高いので、省エネ効果が期待できる。
【０１０６】
車両用受電装置１は、接触受電部２と非接触受電部３５、および直流出力統合部（ＤＣ／ＤＣコンバータ５）の動作を、蓄電装置６から給電設備９への逆方向給電に切り替える機能を有し、制御部７は、動作を逆方向給電に切り替える際に、上述した電力変換損失の情報に対応する逆方向給電に応じた情報に基づき、逆方向給電における接触受電部２と非接触受電部３５の出力比率を調整するようにすれば、逆送においても電力変換損失の小さな高効率な送電が可能となる。なお、給電設備９が逆送可能なタイプを想定しており、その場合、非接触送電部３４については、給電設備９に逆送の指令を出すことで対応できることが想定される。
【０１０７】
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【０１０８】
なお、制御部７は、ハードウエアの一例を図１０に示すように、プロセッサ７０と記憶装置７１から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ７０は、記憶装置７１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ７０にプログラムが入力される。また、プロセッサ７０は、演算結果等のデータを記憶装置７１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。通信機能をプロセッサ７０が有するようにしてもよいが、図示しない通信部を具備するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０９】
１：車両用受電装置（受電装置）、
２：接触受電部、２１：ＡＣ／ＤＣコンバータ、  ２２：直流コンデンサ、  ２３：絶縁形ＤＣ／ＤＣコンバータ、
３：非接触給電部、  ３１：ＡＣ／ＤＣコンバータ、  ３２：直流コンデンサ、  ３３：インバータ回路、  ３４：非接触送電部、  ３５：非接触受電部、
４：統合用直流コンデンサ、
５：ＤＣ／ＤＣコンバータ（直流出力統合部）、
６：蓄電装置、
７：制御部、
９：給電設備、  ９０：交流電源、  ９１ｔ：交流端子、
Ｐｃｏｎ：充電電力（接触受電部の出力）、  Ｐｔ：総充電電力、  Ｐｗｐｔ：充電電力（非接触受電部の出力）、  Ｓｒ：比率設定値。
【要約】
本願の受電装置（車両用受電装置（１））は、接触受電部（２）と非接触受電部（３５）を備え、接触受電部（２）と非接触受電部（３５）のそれぞれが、給電設備（９）に接続された場合、制御部（７）は、接触受電部（２）と非接触受電部（３５）のそれぞれが定格出力未満で出力する場合も含め、接触受電部（２）と非接触受電部（３５）の出力比率の異なる動作条件ごとの電力変換損失の情報に基づき、出力比率を調整するように構成した。【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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