(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電装置に対して非接触で給電する給電装置において、
電源から与えられる電力を第１の直流電力に変換する電力変換器と、
前記電力変換器から出力される前記第１の直流電力を第１の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から与えられる前記第１の交流電力に基づいて磁界を発生し、前記受電装置が有する受電コイルと磁気結合する給電コイルと、
前記第１の直流電力の電流値及び電圧値を検出する電流／電圧センサと、
前記電力変換器を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記第１の直流電力の電圧を、前記受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第１の電圧値まで上昇させるよう前記電力変換器を制御し、
前記第１の直流電力の電圧が前記第１の電圧値であるときの前記電流／電圧センサにより検出された当該第１の直流電力の電流値に基づいて前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定し、
前記第１の直流電力の電流値が、当該電流値の下限として予め設定された電流下限閾値未満である場合又は当該電流値の上限として予め設定された電流上限閾値よりも大きい場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定し、
前記受電装置は、
前記給電コイルと磁気結合した前記受電コイルを介して取得した第２の交流電力を第２の直流電力に変換して負荷に供給し、
前記制御部は、
前記第１の直流電力の電流値が前記電流下限閾値から前記電流上限閾値の範囲内にある場合には、前記第１の直流電力の電圧値を前記第１の電圧値よりも大きく、かつ前記給電時電圧値よりも小さい第２の電圧値まで上昇させるように前記電力変換器を制御し、
前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記受電装置から取得した前記第２の直流電力の電流値及び電圧値と、前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記電流／電圧センサにより検出された前記第１の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記給電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、
算出した前記電力伝送効率に基づいて、前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する
ことを特徴とする給電装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記電力伝送効率が予め設定された効率閾値未満の場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記電力伝送効率が前記効率閾値以上の場合には、前記第２の直流電力が所望値になるまで前記第１の直流電力の電圧を上昇させるように前記電力変換器を制御し、
前記受電装置から取得した前記第２の直流電力の電流値及び電圧値と、前記電流／電圧センサにより検出された前記第１の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記給電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、
算出した前記電力伝送効率が前記効率閾値以上の場合には、前記受電装置への給電が可能であると判定する
ことを特徴とする請求項２に記載の給電装置。
【請求項４】
受電装置に対して非接触で給電する給電装置により実行される給電方法おいて、
前記給電装置は、
電源から与えられる電力を第１の直流電力に変換する電力変換器と、
前記電力変換器から出力される前記第１の直流電力を第１の交流電力に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路から与えられる前記第１の交流電力に基づいて磁界を発生し、前記受電装置が有する受電コイルと磁気結合する給電コイルと、
前記第１の直流電力の電流値及び電圧値を検出する電流／電圧センサと、
前記電力変換器を制御する制御部と
を有し、
前記制御部が、前記第１の直流電力の電圧を、前記受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第１の電圧値まで上昇させるよう前記電力変換器を制御する第１のステップと、
前記制御部が、前記第１の直流電力の電圧が前記第１の電圧値であるときの前記電流／電圧センサにより検出された当該第１の直流電力の電流値に基づいて前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する第２のステップと
を備え、
前記受電装置は、
前記給電コイルと磁気結合した前記受電コイルを介して取得した第２の交流電力を第２の直流電力に変換して負荷に供給し、
前記第２のステップにおいて、前記制御部は、
前記第１の直流電力の電流値が、当該電流値の下限として予め設定された電流下限閾値未満である場合又は当該電流値の上限として予め設定された電流上限閾値よりも大きい場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定し、前記第１の直流電力の電流値が前記電流下限閾値から前記電流上限閾値の範囲内にある場合には、前記第１の直流電力の電圧値を前記第１の電圧値よりも大きく、かつ前記給電時電圧値よりも小さい第２の電圧値まで上昇させるように前記電力変換器を制御し、
前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記受電装置から取得した前記第２の直流電力の電流値及び電圧値と、前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記電流／電圧センサにより検出された前記第１の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記給電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、
算出した前記電力伝送効率に基づいて、前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する
ことを特徴とする給電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は給電装置及び給電方法に関し、例えば、電気自動車に非接触で給電する非接触給電システムに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、資源の制約や環境問題への関心の高まりを背景に電気自動車が注目を集めている。電気自動車は、電気エネルギーをエネルギー源とし、モータを動力源とする車両であり、搭載されたバッテリに蓄えられた電力を利用してモータを駆動することにより１回の充電で数十〜数百〔km〕の走行を可能としている。
【０００３】
このような電気自動車に対して、搭載されたバッテリを充電するための電力を給電する給電方式として、従来、プラグイン方式と、非接触給電方式とが知られている。プラグイン方式は、商用電源と接続された電源コード先端の給電プラグを電気自動車の給電プラグに差し込むことにより直接的に給電を行う方式である。また非接触給電方式は、地上に設置された給電装置から電気自動車に搭載された受電装置に対して電磁誘導や電磁界の共鳴現象等を利用して非接触で給電を行う方式である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−７０５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、給電方式として非接触給電方式が適用された電気自動車に対して適切に給電を行うためには、地上に設置された給電装置の給電コイル（一次側コイル）と、電気自動車に搭載された受電装置の受電コイル（二次側コイル）とを精度良く所定の位置関係に位置決めする必要がある。
【０００６】
これは、給電コイル及び受電コイルに位置ずれが生じると、給電コイル及び受電コイル間の距離が変化することによりインピーダンスが変化し、給電装置から受電装置への電力伝送効率が低下するからである。そのため、所望の電力伝送効率が実現されないほどの位置ずれが生じている場合、給電装置は給電できないということになる。
【０００７】
従来、かかる給電コイル及び受電コイルの位置関係を検出する方法として、電気自動車にカメラを搭載し、その出力映像に基づいて給電コイル及び受電コイルの位置ずれを視覚的に検出する方法が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００８】
しかしながらこの方法によると、かかるカメラを必要とするために非接触給電システム全体としての部品点数が多くなり、その分システム構成が複雑化したり、製造コストが高くなる問題があった。また、カメラの性能としてもある程度の精度が必要となり、暗い場所での検出が難しい。
【０００９】
さらに給電コイル及び受電コイルが所定の位置関係にある場合においても、例えば受電装置が短絡状態にあったり、又は配線の切断等により受電装置が開放状態（バッテリと接続されていない状態）にある場合には、給電装置は給電できないという問題もある。
【００１０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、カメラを使用することなく、受電装置への給電の可否を判定できる給電装置及び給電方法を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するため本発明においては、受電装置に対して非接触で給電する給電装置において、電源から与えられる電力を第１の直流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器から出力される前記第１の直流電力を第１の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から与えられる前記第１の交流電力に基づいて磁界を発生し、前記受電装置が有する受電コイルと磁気結合する給電コイルと、前記第１の直流電力の電流値及び電圧値を検出する電流／電圧センサと、前記電力変換器を制御する制御部とを設け、前記制御部が、前記第１の直流電力の電圧を、前記受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第１の電圧値まで上昇させるよう前記電力変換器を制御し、前記第１の直流電力の電圧が前記第１の電圧値であるときの前記電流／電圧センサにより検出された当該第１の直流電力の電流値に基づいて前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定し、前記第１の直流電力の電流値が、当該電流値の下限として予め設定された電流下限閾値未満である場合又は当該電流値の上限として予め設定された電流上限閾値よりも大きい場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定し、前記受電装置が、前記給電コイルと磁気結合した前記受電コイルを介して取得した第２の交流電力を第２の直流電力に変換して負荷に供給し、前記制御部が、前記第１の直流電力の電流値が前記電流下限閾値から前記電流上限閾値の範囲内にある場合には、前記第１の直流電力の電圧値を前記第１の電圧値よりも大きく、かつ前記給電時電圧値よりも小さい第２の電圧値まで上昇させるように前記電力変換器を制御し、前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記受電装置から取得した前記第２の直流電力の電流値及び電圧値と、前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記電流／電圧センサにより検出された前記第１の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記給電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、算出した前記電力伝送効率に基づいて、前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定するようにした。
【００１２】
また本発明においては、受電装置に対して非接触で給電する給電装置により実行される給電方法おいて、前記給電装置に、電源から与えられる電力を第１の直流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器から出力される前記第１の直流電力を第１の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路から与えられる前記第１の交流電力に基づいて磁界を発生し、前記受電装置が有する受電コイルと磁気結合する給電コイルと、前記第１の直流電力の電流値及び電圧値を検出する電流／電圧センサと、前記電力変換器を制御する制御部とを設け、前記制御部が、前記第１の直流電力の電圧を、前記受電装置への給電時の電圧値として予め定められた給電時電圧値よりも低い第１の電圧値まで上昇させるよう前記電力変換器を制御する第１のステップと、前記制御部が、前記第１の直流電力の電圧が前記第１の電圧値であるときの前記電流／電圧センサにより検出された当該第１の直流電力の電流値に基づいて前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定する第２のステップとを設け、前記受電装置が、前記給電コイルと磁気結合した前記受電コイルを介して取得した第２の交流電力を第２の直流電力に変換して負荷に供給し、前記第２のステップにおいて、前記制御部が、前記第１の直流電力の電流値が、当該電流値の下限として予め設定された電流下限閾値未満である場合又は当該電流値の上限として予め設定された電流上限閾値よりも大きい場合に前記受電装置への給電が不可能であると判定し、前記第１の直流電力の電流値が前記電流下限閾値から前記電流上限閾値の範囲内にある場合には、前記第１の直流電力の電圧値を前記第１の電圧値よりも大きく、かつ前記給電時電圧値よりも小さい第２の電圧値まで上昇させるように前記電力変換器を制御し、前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記受電装置から取得した前記第２の直流電力の電流値及び電圧値と、前記第１の直流電力の電圧値が前記第２の電圧値であるときに前記電流／電圧センサにより検出された前記第１の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、前記給電装置から前記受電装置への電力伝送効率を算出し、算出した前記電力伝送効率に基づいて、前記受電装置への給電が不可能かどうかを判定するようにした。
【００１３】
本給電装置及び給電方法によれば、給電コイル及び受電コイルの位置決めをするためのカメラ等の特別な構成要素を必要とすることなく、給電装置から受電装置への給電が不可能かどうかを判定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、カメラを使用することなく、受電装置への給電の可否を判定できる給電装置及び給電方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態による非接触給電システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態による非接触給電システムの一部の回路構成を示す回路図である。
【図３】給電コイル及び受電コイルの位置関係と、給電側電力変換器からインバータ回路に出力される直流電力の電流値及び磁気結合回路のインピーダンスとの関係を示すグラフである。
【図４】給電コイル及び受電コイルの位置関係と、給電側電力変換器からインバータ回路に出力される直流電力の電流値及び磁気結合回路のインピーダンスとの関係を示す図表である。
【図５】給電側電力変換器からインバータ回路に出力される直流電力の電圧値の変化の様子を示すグラフである。
【図６】給電制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１７】
（１）本実施の形態による非接触給電システムの構成
図１及び図２において、１は全体として本実施の形態による非接触給電システムを示す。この非接触給電システム１は、家庭やマンション等の駐車場に設置される給電装置２と、電気自動車に搭載される受電装置３とから構成される。
【００１８】
給電装置２は、受電装置に対して非接触で電力を給電する機能を有し、給電側電力変換器１０、インバータ回路１１、給電側パッド１２、給電側電流／電圧センサ１３、給電側通信部１４、給電側制御部１５及び表示部１６を備えて構成される。
【００１９】
給電側電力変換器１０は、商用電源１７（電源）から与えられる例えば100〔Ｖ〕の交流電力を所定電圧の直流電力（以下、これを第１の直流電力と呼ぶ）に変換するＡＣ／ＤＣコンバータであり、図２に示すように、例えば、整流器２０及びチョッパ回路２１から構成される。整流器２０は、４つのダイオードＤ１Ａ〜Ｄ１Ｄをブリッジ状に接続してなるダイオードブリッジから構成され、商用電源１７から供給される交流電力を全波整流してチョッパ回路２１に出力する。またチョッパ回路２１は、コイルＣＬ１、ダイオードＤ２、スイッチングトランジスタＴＲ及び平滑コンデンサＣ１を有する昇圧チョッパ回路から構成される。チョッパ回路２１は、給電側制御部１５の制御のもとにスイッチングトランジスタＴＲを高周波でオン・オフすることにより整流器２０から供給される全波整流された交流電力を所定電圧に昇圧する。そしてチョッパ回路２１は、昇圧した交流電力を平滑コンデンサＣ１で平滑化することにより直流電力（第１の直流電力）に変換し、これをインバータ回路１１に出力する。
【００２０】
インバータ回路１１は、給電側電力変換器１０から与えられる第１の直流電力を所定周波数の交流電力（以下、これを第１の交流電力と呼ぶ）に変換するＤＣ／ＡＣコンバータであり、図２に示すように、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）などの４つのスイッチング素子２２Ａ〜２２Ｄをブリッジ状に接続することにより構成される。インバータ回路１１は、給電側制御部１５の制御のもとにスイッチング素子２２Ａ〜２２Ｄを高周波でオン・オフすることにより給電側電力変換器１０から供給される第１の直流電力を第１の交流電力に変換し、これを給電側パッド１２に出力する。
【００２１】
給電側パッド１２は、例えば、給電コイルＣＬ２、給電コンデンサＣ２Ａ，Ｃ２Ｂ及び第２コイルＣＬ３を含む回路から構成され、インバータ回路１１から供給される第１の交流電力に基づいて給電コイルＣＬ２において磁界を発生する。この場合、給電コイルＣＬ２は、充電対象の電気自動車の底面と平行に対向するよう駐車場の所定位置に固定配置される。また給電コンデンサＣ２Ａ，Ｃ２Ｂは可変コンデンサから構成され、第２コイルＣＬ３は可変リアクトルとして機能する。
【００２２】
給電側電流／電圧センサ１３は、給電側電力変換器１０から出力される第１の直流電力の電流値及び電圧値を検出し、検出結果を検出信号として給電側制御部１５に送信する。なお給電側電流／電圧センサ１３のうち、かかる電流値を検出する電流センサとして、例えば、電流が通過する電線の周囲に発生する磁界をホール効果により測定し、測定結果に基づいてかかる電流値を検出する構成のセンサや、電流が通過する電線に挿入した抵抗により生じる電位降下を測定し、測定結果に基づいてかかる電流値を検出する構成のセンサを適用することができる。また給電側電流／電圧センサ１３のうち、かかる電圧値を検出する電圧センサとして、例えば、第１の直流電力の電圧を分圧し、分圧した電圧の電圧値に基づいて第１の直流電力の電圧値を測定する構成のセンサを適用することができる。
【００２３】
給電側通信部１４は、後述する受電装置３の受電側通信部３３との間で通信を行う機能を有する通信装置である。これら給電側通信部１４及び受電側通信部３３間の通信方式として、例えば、ZigBee（登録商標）若しくはBluetooth（登録商標）などの近距離無線通信方式、又は、光信号を用いた近距離光通信方式を適用することができる。給電側通信部１４及び受電側通信部３３間の通信方式として近距離無線通信方式を適用する場合、給電側通信部１４はアンテナを備え、近距離光通信方式を適用する場合、給電側通信部１４は通信用の発光素子及び受光素子を備える。
【００２４】
給電側制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えるマイクロコンピュータ構成を有し、ＲＯＭに格納されたプログラムと、給電側電流／電圧センサ１３から与えられる検出信号と、給電側通信部１４を介して取得した受電装置３からの情報とに基づいて給電装置２全体を制御する。例えば、給電側制御部１５は、必要時に給電側電力変換器１０を構成するチョッパ回路２１のスイッチングトランジスタＴＲ（図２）のベースに印加する駆動信号のオン時間及びオフ時間のデューティ比を増加又は減少させることにより、給電側電力変換器１０から出力される第１の直流電力の電圧値を上昇又は下降させる。
【００２５】
表示部１６は、例えば液晶パネルなどから構成され、給電側制御部１５の制御のもとに、後述する診断結果を含む各種情報を表示する。
【００２６】
一方、受電装置３は、給電装置２から非接触で給電される交流電力を受電し、受電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ４（図１）（負荷）に供給する機能を有し、受電側パッド３０、受電側電力変換器３１、受電側電流／電圧センサ３２、受電側通信部３３及び受電側制御部３４を備えて構成される。
【００２７】
受電側パッド３０は、受電コイルＣＬ４及び受電コンデンサＣから構成される回路であり、受電コイルＣＬ４が給電側パッド１２の給電コイルＣＬ２と磁気結合することにより、給電コイルＣＬ２に供給された交流電力と、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４間の結合係数とに応じた大きさの交流電力（以下、これを第２の交流電力と呼ぶ）を給電側パッド１２から非接触で受電し、受電した第２の交流電力を受電側電力変換器３１に出力する。
【００２８】
受電側電力変換器３１は、受電側パッド３０から与えられる第２の交流電力を直流電力（以下、これを第２の直流電力と呼ぶ）に変換するＡＣ／ＤＣコンバータであり、図２に示すように、整流器４０及びフィルタ回路４１から構成される。整流器４０は、４つのダイオードＤ３Ａ〜Ｄ３Ｄをブリッジ状に接続してなるダイオードブリッジから構成され、受電側パッド３０から与えられる第２の交流電力を全波整流してフィルタ回路４１に出力する。またフィルタ回路４１は、コイルＣＬ５及び平滑コンデンサから構成され、整流器４０から与えられる全波整流された第２の交流電力からノイズを除去すると共に平滑化し、かくして得られた第２の直流電力をバッテリ４に出力する。かくして、このようにして得られた第２の直流電力によりバッテリ４が充電される。
【００２９】
受電側電流／電圧センサ３２は、受電側電力変換器３１からバッテリ４に与えられる第２の直流電力の電流値及び電圧値を検出し、検出結果を検出信号として受電側制御部３４に送信する。なお受電側電流／電圧センサ３２としては、上述した給電側電流／電圧センサ１３と同様の構成を適用することができる。
【００３０】
受電側通信部３３は、上述した給電装置２の給電側通信部１４との間で通信を行う機能を有する通信装置である。受電側通信部３３は、給電側通信部１４と同様に構成され、例えば受電側電流／電圧センサ３２により検出された第２の直流電力の電流値及び電圧値を給電装置２に通知する。
【００３１】
受電側制御部３４は、給電側制御部１５と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えるマイクロコンピュータ構成を有し、受電側通信部３３を介して給電側制御部１５との間で必要なコマンドや情報を送受すると共に、受信したコマンドと、ＲＯＭに格納されたプログラムとに従って受電装置３全体を制御する。
【００３２】
バッテリ４は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池、又は大容量の電気二重層キャパシタから構成される。バッテリ４は、電気自動車の走行用モータを駆動する図示しないインバータ（走行用インバータ）や、電気自動車の走行を制御する制御機器に接続されており、これら走行用インバータ及び制御機器に電力を供給する。
【００３３】
（２）本実施の形態による給電制御方式
次に、本非接触給電システム１に採用された給電制御方式について説明する。
【００３４】
本非接触給電システム１において、給電装置２の給電側電流／電圧センサ１３により検出された第１の直流電力の電流値及び電圧値をそれぞれＩＳ，ＶＳとし、受電装置３の受電側電流／電圧センサ３２により検出された第２の直流電力の電流値及び電圧値をそれぞれＩＲ，ＶＲとすると、給電装置２から受電装置３への電力伝送効率ηは、次式
【数１】
0006405885.tif 000002
により算出される。この電力伝送効率ηは、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４が所定の位置関係に位置決めされた状態のときに最大値をとり、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４間の位置ずれ量が大きくなるにつれて徐々に小さくなる。従って、この電力伝送効率ηを監視することにより、給電装置２側において、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４が位置決めされた所定の位置関係にあるか否かを判定することができる。
【００３５】
ところで、この方法により給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４の位置関係を検出するためには、ある程度の大きさの電力を給電装置２から受電装置３に給電する必要がある。しかしながら、例えば、給電装置２が給電可能な範囲内に受電装置３が存在しない状態（給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４が大きく位置ずれしている状態、又は、そもそも給電コイルＣＬ２の近傍に受電装置３が存在しない状態など）のときや、受電装置３が短絡しているときに給電装置２がある程度の大きさの電力を受電装置３に給電する動作を行うと、給電装置２の給電側電力変換器１０から出力される第１の直流電力の電流量が過剰に大きくなったり、給電装置２又は受電装置３の各素子に印加される電圧が過剰に大きくなったりし、この結果、給電装置２又は受電装置３が破損するおそれがある。
【００３６】
一方、本非接触給電システム１において、給電装置２の給電側電力変換器１０から出力される第１の直流電力の電圧値を一定に保った場合、図３及び図４に示すように、給電装置２が給電可能な範囲内に受電装置３が存在しないときや、受電装置３が短絡した状態にあるときには、給電装置２から給電可能な範囲内に受電装置３が存在しており、かつ受電装置３が正常状態にあるときに比べて、給電装置２の給電側電流／電圧センサ１３により検出される電流値が大きくなる。これは、給電装置２が給電可能な範囲内に受電装置３が存在しない場合や、受電装置３が短絡した状態にある場合には、給電装置２が給電可能な範囲内に受電装置３が存在しており、かつ受電装置３が正常状態にある場合に比べて、給電側電力変換器１０から受電側を見たインピーダンスが小さくなるためである。
【００３７】
また本非接触給電システム１において、給電装置２の給電側電力変換器１０からインバータ回路１１に与えられる第１の直流電力の電圧値を一定に保った場合、例えば受電装置３が開放状態（受電装置３にバッテリ４が接続されていない状態）にあるときには、給電装置２が給電可能な範囲内に受電装置３が存在しており、かつ受電装置３が正常状態にあるときに比べて、給電装置２の給電側電流／電圧センサ１３により検出される第２の直流電力の電流値が小さくなる。これは、受電装置３が開放状態にある場合、給電装置２から給電可能な範囲内に受電装置３が存在しており、かつ受電装置３が正常状態にある場合に比べて、給電側電力変換器１０から受電側を見たインピーダンスが大きくなるためである。
【００３８】
そこで本非接触給電システム１の場合、給電装置２は、受電装置３への給電動作の初期時には、給電側電力変換器１０から出力される第１の直流電力の電圧値を、受電装置３への給電時の電圧値（以下、これを給電時電圧値と呼ぶ）よりも低く抑えた状態でインバータ回路１１を駆動させ、このときの第１の直流電力の電流値に基づいて受電装置３への給電が不可能かどうかを判定する。給電時電圧値は、バッテリ４に所望電力が供給されるために、給電側電力変換器１０が出力すべき電圧の値である。そして、給電時電圧値は、給電可能な範囲内のどの位置に受電装置３が存在するかにより異なるものである。給電可能な範囲内で場所を変えて受電装置３を配置し、受電装置３の位置毎に給電時電圧値を計測し、所望電力がバッテリ４に供給される給電側電力変換器１０の出力電圧の範囲を求めておく。給電時電圧値は、例えば、この出力電圧範囲の任意の値である。特に、給電時電圧値は、出力電圧範囲の最小値であることが好ましい。
【００３９】
給電装置２は、かかる判定で否定結果を得た場合にのみ、かかる第１の直流電力の電圧値を上昇させて、当該第１の直流電力の電流値や、（１）式により算出される電力伝送効率ηに基づいて給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４間の位置ずれ量を検出し、検出結果に基づいて受電装置３への給電が不可能かどうかを判定する。そして給電装置２は、この判定で否定結果を得た場合にのみ、受電装置３への給電を継続する。
【００４０】
具体的に、給電装置２は、図５に示すように、受電装置３への給電動作の初期時、給電側電力変換器１０からインバータ回路１１に出力される第１の直流電力の電圧を、０〔Ｖ〕から給電装置２に障害が発生しないことが予め確認されている第１の電圧値Ｅ１にまで徐々に上昇させる（時刻０〜時刻ｔ１）。
【００４１】
また給電装置２は、かかる第１の直流電力の電圧が第１の電圧値Ｅ１にまで達すると、当該第１の直流電力の電流値を検出する（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）。
【００４２】
そして給電装置２は、かかる電流値が予め定められた上限値（図３のＳＨ２であり、以下、これを電流上限閾値と呼ぶ）よりも大きい、又は、予め定められた下限値（図のＳＨ１であり、以下、これを電流下限閾値と呼ぶ）未満である場合には、受電装置３に対する給電動作を停止する。
【００４３】
これに対して、給電装置２は、かかる電流値が電流上限閾値ＳＨ２以下であり、かつ電流下限閾値ＳＨ１以上である場合には、第１の直流電力の電圧を第１の電圧値Ｅ１よりも大きく、かつ上述の給電時電圧値Ｅ３よりも小さい所定の第２の電圧値Ｅ２にまで徐々に上昇させる（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）。
【００４４】
また給電装置２は、第１の直流電力の電圧が第２の電圧値Ｅ２にまで達すると、当該電圧を第２の電圧値Ｅ２に保ちながら、このとき給電側電流／電圧センサ１３により検出された第１の直流電力の電流値を取得する。また給電装置２は、これと併せて受電装置３から受電側電流／電圧センサ３２により検出された第２の直流電力の電流値及び電圧値を取得し、これら電流値及び電圧値と、このとき給電側電流／電圧センサ１３から与えられる第１の直流電力の電流値及び電圧値とに基づいて、（１）式により給電装置２及び受電装置３間の電力伝送効率ηを算出する（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）。
【００４５】
そして給電装置２は、第１の直流電力の電流値が電流上限閾値ＳＨ２よりも大きい、又は、当該電流値が電流下限閾値ＳＨ１未満である場合や、かかる電力伝送効率ηが予め定められた閾値（以下、これを効率閾値と呼ぶ）未満である場合には、受電装置３に対する給電動作を停止する。
【００４６】
これに対して、給電装置２は、第１の直流電力の電流値が電流上限閾値ＳＨ２から電流下限閾値ＳＨ１の間にあり、かつ、かかる電力伝送効率ηが上述の効率閾値よりも大きい場合には、かかる第１の直流電力の電圧を上述の給電時電圧値Ｅ３にまで徐々に上昇させる（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）。
【００４７】
この後、給電装置２は、定期的に、受電装置３と通信を行うことにより受電側電流／電圧センサ３２により検出された電流値及び電圧値を取得し、取得した電流値及び電圧値と、このとき給電側電流／電圧センサ１３から与えられる電流値及び電圧値とに基づいて、（１）式により給電装置２及び受電装置３間の電力伝送効率ηを算出する（時刻ｔ５〜）。
【００４８】
そして給電装置２は、かかる電力伝送効率ηが上述の効率閾値よりも大きい場合には、給電側電力変換器１０からインバータ回路１１に出力される第１の直流電力の電圧を給電時電圧値Ｅ３に維持し、これに対して、かかる電力伝送効率ηが上述の効率閾値未満となった場合やバッテリが満充電状態となった場合には、受電装置３に対する給電動作を停止する。
【００４９】
図６は、このような本実施の形態の給電制御方式に関連して給電装置２の給電側制御部１５により実行される給電制御処理の処理手順を示す。給電側制御部１５は、この図６に示す処理手順に従って、受電装置３に対する給電を制御する。
【００５０】
実際上、給電側制御部１５は、受電装置３に対する給電動作の開始命令がユーザから与えられるとこの図６に示す給電制御処理を開始し、まず、給電側電力変換器１０のチョッパ回路２１（図２）のスイッチングトランジスタＴＲ（図２）に印加する駆動信号のオン時間及びオフ時間のデューティ比を所定量だけ増加させることにより給電側電力変換器１０からインバータ回路１１に出力される第１の直流電力の電圧を上昇させる（ＳＰ１）。なお、給電制御処理の開始は、ユーザからの命令に限定されず、例えば、給電装置２又は受電装置３の一方が他方の装置に対して定期的に通信接続要求を送り、給電装置２と受電装置３が近づいたことにより、通信接続が確立された場合に給電制御処理が開始されても良い。
【００５１】
続いて、給電側制御部１５は、給電側電流／電圧センサ１３から通知される第１の直流電力の電圧が図５について上述した第１の電圧値Ｅ１に到達したか否かを判断する（ＳＰ２）。そして給電側制御部１５は、この判断で否定結果を得るとステップＳＰ１に戻り、この後、ステップＳＰ２で肯定結果を得るまでステップＳＰ１‐ステップＳＰ２‐ステップＳＰ１のループを繰り返す。
【００５２】
そして給電側制御部１５は、やがて第１の直流電力の電圧が第１の電圧値Ｅ１（図３）に到達することによりステップＳＰ２で肯定結果を得ると、そのとき給電側電流／電圧センサ１３から通知される第１の直流電力の電流値を取得し（ＳＰ３）、取得した電流値に基づいて、受電装置３への給電が不可能かどうかを判断する（ＳＰ４）。具体的に、給電側制御部１５は、ステップＳＰ４において、かかる電流値が電流上限閾値ＳＨ２（図３）よりも大きいか又は電流下限閾値ＳＨ１（図３）未満のいずれかであるか否かを判断する。
【００５３】
給電側制御部１５は、この判断で肯定結果を得ると、給電側電力変換器１０のチョッパ回路２１のスイッチングトランジスタＴＲに対する駆動信号の印加を停止することにより第１の直流電力の出力を停止させ、これにより給電装置２による受電装置３への給電を停止させる（ＳＰ１５）。また給電側制御部１５は、この後、受電装置３への給電ができない原因を診断し（ＳＰ１６）、診断結果を表示部１６に表示した後、この給電制御処理を終了する。
【００５４】
これに対して給電側制御部１５は、ステップＳＰ４の判断で否定結果を得ると、ステップＳＰ１と同様にして第１の直流電力の電圧を上昇させる（ＳＰ５）。
【００５５】
また給電側制御部１５は、給電側電流／電圧センサ１３から通知される第１の直流電力の電圧が第２の電圧値Ｅ２（図３）に到達したか否かを判断する（ＳＰ６）。そして給電側制御部１５は、この判断で否定結果を得るとステップＳＰ５に戻り、この後、ステップＳＰ６で肯定結果を得るまでステップＳＰ５‐ステップＳＰ６‐ステップＳＰ５のループを繰り返す。
【００５６】
そして給電側制御部１５は、やがて第１の直流電力の電圧が第２の電圧値Ｅ２に到達することによりステップＳＰ６で肯定結果を得ると、そのとき給電側電流／電圧センサ１３から通知される第１の直流電力の電流値及び電圧値を取得する。また給電側制御部１５は、給電側通信部１４（図１）を介した受電装置３の受電側通信部３３（図１）との通信により、そのとき受電側電力変換器３１（図１）がバッテリ４に供給している第２の直流電力の電流値及び電圧値を取得する。そして給電側制御部１５は、このようにして取得したこれらの電流値及び電圧値に基づいて（１）式により電力伝送効率ηを算出する（ＳＰ７）。
【００５７】
続いて、給電側制御部１５は、上述のようにしてステップＳＰ７において取得した第１の直流電力の電流値と、上述の電力伝送効率ηとに基づいて、受電装置３への給電が不可能かどうかを判断する（ＳＰ８）。具体的に、給電側制御部１５は、ステップＳＰ８において、かかる電流値が電流上限閾値ＳＨ２（図３）よりも大きい若しくは電流下限閾値ＳＨ１（図３）未満のいずれか、又は、電力伝送効率ηが効率閾値未満であるか否かを判断する。
【００５８】
そして給電側制御部１５は、この判断で肯定結果を得ると、上述と同様にして給電装置２による受電装置３への給電を停止させる（ＳＰ１５）。また給電側制御部１５は、この後、受電装置３への給電ができない原因を診断し（ＳＰ１６）、診断結果を上述の表示部１６に表示等した後、この給電制御処理を終了する。
【００５９】
これに対して給電側制御部１５は、ステップＳＰ８の判断で否定結果を得ると、ステップＳＰ１と同様にして第１の直流電力の電圧を上昇させる（ＳＰ９）。
【００６０】
また給電側制御部１５は、給電側電流／電圧センサ１３から通知される第１の直流電力の電圧の更なる上昇により受電側電力変換器３１からバッテリ４に出力される第２の直流電力が所望値に到達したか否かを判断する（ＳＰ１０）。そして給電側制御部１５は、この判断で否定結果を得るとステップＳＰ９に戻り、この後、ステップＳＰ１０で肯定結果を得るまでステップＳＰ９‐ステップＳＰ１０‐ステップＳＰ９のループを繰り返す。
【００６１】
そして給電側制御部１５は、やがて第１の直流電力の電圧が給電時電圧値Ｅ３に到達することによりステップＳＰ１０で肯定結果を得ると、ステップＳＰ７と同様にして電力伝送効率ηを算出し（ＳＰ１１）、算出した電力伝送効率ηに基づいて、受電装置３への給電が不可能かどうかを判断する（ＳＰ１２）。具体的に、給電側制御部１５は、ステップＳＰ１２において、ステップＳＰ１１で算出した電力伝送効率ηが効率閾値未満であるか否かを判断する。
【００６２】
そして給電側制御部１５は、この判断で肯定結果を得ると、上述と同様にして給電装置２による受電装置３への給電を停止させる（ＳＰ１５）。また給電側制御部１５は、この後、受電装置３への給電ができない原因を診断し（ＳＰ１６）、診断結果を例えば上述の表示部に表示等した後、この給電制御処理を終了する。
【００６３】
これに対して給電側制御部１５は、ステップＳＰ１２の判断で否定結果を得ると、第１の直流電力の電圧が給電時電圧値Ｅ３を維持するよう給電側電力変換器１０を制御しながら一定時間待機し（ＳＰ１３）、この後、バッテリ４との通信により当該バッテリ４が満充電となったか否かを判断する（ＳＰ１４）。
【００６４】
そして給電側制御部１５は、この判断で否定結果を得るとステップＳＰ１１に戻り、この後、ステップＳＰ１１以降の処理を繰り返す。そして給電側制御部１５は、やがてバッテリ４が満充電状態となることによりステップＳＰ１４で肯定結果を得ると、この給電制御処理を終了する。
【００６５】
（３）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態の非接触給電システム１では、給電装置２が、受電装置３への給電動作の初期時に給電側電力変換器１０からインバータ回路１１に出力する第１の直流電力の電圧を給電時電圧値Ｅ３よりも低い第１の電圧値Ｅ１に抑制し、このときの第１の直流電力の電流値に基づいて受電装置３への給電の可否を判定すると共に、受電装置３への給電ができないと判定したときには、インバータ回路１１に対する第１の直流電力の出力を停止するよう給電側電力変換器１０を制御する。
【００６６】
この場合、かかる判定は、給電装置２が受電装置３と通信を行うことなく、給電装置２が得られる情報に基づいてのみ行われるため、例えば、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４が大きく位置ずれしており、給電装置２が受電装置３と通信を行うことができない場合にも実行することができる。
【００６７】
また、本非接触給電システム１では、上述のように第１の直流電力の電圧を給電時電圧値Ｅ３よりも低い第１の電圧値Ｅ１に抑制した状態でかかる判定を行うため、この判定の際に給電装置２や受電装置３に過電流や過電圧が発生して給電装置２や受電装置３が破損するのを未然かつ有効に防止することができる。
【００６８】
従って、本実施の形態の非接触給電システム１によれば、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４の位置ずれ検出用のカメラ等の特別な構成要素を必要とすることなく、過電流に起因する給電装置２の破損を防止しながら、給電コイルＣＬ２及び受電コイルＣＬ４の位置ずれ等を検出することができ、かくしてカメラを使用することなく、受電装置への給電の可否を判定できる非接触給電システムを実現できる。
【００６９】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を電気自動車に搭載されたバッテリ４を充電する非接触給電システム１に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばガソリンエンジン及びモータを動力源とするハイブリッド自動車など、バッテリに蓄えられた電気エネルギーをエネルギー源として駆動する移動体を対象とするこの他種々の非接触給電システムに広く適用することができる。また、移動体は、地上を走行する車両の車体に限られず、水中航走体等の他の移動体にも適用することもできる。
【００７０】
また上述の実施の形態においては、本実施の形態による非接触給電システム１を図１及び図２のように構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１及び図２以外の構成を広く適用することができる。
【００７１】
さらに上述の実施の形態においては、図５について上述したように、給電装置２の給電側電力変換器１０からインバータ回路１１に出力する第１の直流電力を、当該第１の直流電力の電流値や電力伝送効率ηを監視しながら３段階に分けて上昇させるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかる第１の直流電力を当該第１の直流電力の電流値や電力伝送効率ηを監視しながら４段階以上の段階に分けて上昇させるようにしても良い。
【００７２】
さらに上述の実施の形態においては、給電側電力変換器１０は、チョッパ回路２１により直流電圧値を調整する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、直流電圧値の調整に、チョッパ回路２１を用いた非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータではなく、トランス等を用いた絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータを用いるようにしても良い。
【００７３】
さらに上述の実施の形態においては、給電側電力変換器１０の電力供給源が商用電源１７である場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、この電力供給源として市販の交流電源や、直流電源、太陽光パネル、蓄電池設備など種々の電力供給器を適用するようにしても良い。なお、電力供給源として直流電源を適用する場合、給電側電力変換器１０は交流電力を直流電力に変換する必要がないため、整流器２０を省略できる。また電力供給源として直流電源を適用する場合、給電側電力変換器１０はＤＣ／ＤＣコンバータとなる。
【００７４】
さらに上述の実施の形態においては、受電装置３の電力供給先である負荷としてバッテリ４を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、負荷が電力で駆動される電気機器・電子機器である場合にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、電気自動車に非接触で給電する非接触給電システムの他、非接触給電方式による給電を行う種々の非接触給電システムに広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１……非接触給電システム、２……給電装置、３……受電装置、４……バッテリ（負荷）、１０……電側電力変換器、１１……インバータ回路、１２……給電側パッド、１４……給電側通信部、１５……給電側制御部、１６……表示部、１７……商用電源、３０……受電側パッド、３１……受電側電力変換器、３２……受電側電流／電圧センサ、３３……受電側通信部、３４……受電側制御部、ＣＬ２……給電コイル、ＣＬ４……受電コイル。
【図１】
0006405885.tif 000003
【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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