非接触供电系统和送电装置的制造方法

本发明涉及一种以非接触的方式向电动汽车等具备电池的车辆供给电力的非接触供电系统和送电装置。

背景技术：
提出了一种以非接触的方式从设置于地面侧的送电装置向设置于车辆侧的受电装置供给电力来向搭载于车辆的电负载供给电力的非接触供电系统。在这样的非接触供电系统中，在将车辆停放在供电位置来执行供电时，存在车辆从该供电位置移动的情况。在这样的情况下，在送电线圈与受电线圈之间产生偏移，因此需要迅速地检测出该偏移来使电力的供给停止。作为在送电装置与受电装置之间进行通信并进行控制以提供适当的电压的技术，例如已知专利文献1所公开的技术。在该专利文献1中公开了以下技术：在受电装置与送电装置之间以第二周期进行通信，并且由送电装置以比第二周期短的第一周期进行控制以使送电电力适当。专利文献1：国际公开第2013/046391号

技术实现要素：
然而，专利文献1所公开的以往例没有公开以下内容：在非接触充电的执行过程中，在送电线圈与受电线圈之间产生了位置偏移的情况下，检测该位置偏移。本发明是为了解决这样的以往的问题而完成的，其目的在于提供一种在送电线圈与受电线圈之间产生了位置偏移的情况下能够立即检测出该位置偏移的非接触供电系统和非接触供电装置。本发明的一个方式所涉及的非接触供电系统具备具有送电线圈的送电装置和具有受电线圈的受电装置，以非接触的方式从送电线圈向受电线圈输送电力，来向搭载于受电装置的电负载供电。受电装置或送电装置具有第一效率运算部，该第一效率运算部基于送电电力指令值和向电负载供给的供电电力来运算第一效率。另外，送电装置具有：第二效率运算部，其基于向送电线圈提供的电压与电流的相位差来运算第二效率；以及电力控制部，其根据送电电力指令值来控制向送电线圈供给的电力，并且在第一效率为第一阈值效率以下的情况下、或者在第二效率为第二阈值效率以下的情况下，抑制向送电线圈供给的电力。本发明的一个方式所涉及的送电装置具有送电线圈，以非接触的方式向具有受电线圈的受电装置供给电力，来向搭载于受电装置的电负载供电。该送电装置具有：第一效率获取部，其基于送电电力指令值和向电负载供给的供电电力来运算第一效率、或者获取从受电装置发送的第一效率；以及第二效率运算部，其基于向送电线圈提供的电压与电流的相位差来运算第二效率。而且，根据送电电力指令值来控制向送电线圈供给的电力，并且在第一效率为第一阈值效率以下的情况下、或者在第二效率为第二阈值效率以下的情况下，抑制向送电线圈供给的电力。附图说明图1是表示本发明的实施方式所涉及的非接触供电系统的结构的框图。图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的非接触供电系统的结构的框图。图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的非接触供电系统的送电侧控制器的处理过程的流程图。图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的非接触供电系统的受电侧控制器的处理过程的流程图。图5是表示本发明的第一实施方式所涉及的非接触供电系统的控制量运算部的结构的框线图。图6是表示本发明的第二实施方式所涉及的非接触供电系统的结构的框图。图7是表示本发明的第二实施方式所涉及的非接触供电系统的送电侧控制器的处理过程的流程图。图8是表示本发明的第二实施方式所涉及的非接触供电系统的受电侧控制器的处理过程的流程图。图9是表示本发明的第三实施方式所涉及的非接触供电系统的结构的框图。图10是表示本发明的第三实施方式所涉及的非接触供电系统的送电侧控制器的处理过程的流程图。图11是表示本发明的第三实施方式所涉及的非接触供电系统的受电侧控制器的处理过程的流程图。图12是表示本发明的第四实施方式所涉及的非接触供电系统的结构的框图。图13是表示本发明的第四实施方式所涉及的非接触供电系统的送电侧控制器的处理过程的流程图。图14是表示本发明的第四实施方式所涉及的非接触供电系统的受电侧控制器的处理过程的流程图。图15是表示第四实施方式的变形例所涉及的非接触供电系统的结构的框图。图16是表示第四实施方式的变形例所涉及的非接触供电系统的送电侧控制器的处理过程的流程图。图17是表示第四实施方式的变形例所涉及的非接触供电系统的受电侧控制器的处理过程的流程图。具体实施方式下面，参照附图说明本发明的实施方式。图1是表示本发明所涉及的非接触供电系统的结构的框图。如图1所示，车辆200具备受电装置40，在车辆200所停放的地面侧的空间设置有向车辆200提供电力的送电装置10。送电装置10具备对从交流电源91提供的交流电压进行整流的AC/DC变换器11、逆变器电路12、谐振电路13以及送电线圈14。送电装置10还具备送电侧控制器30。受电装置40具备受电线圈41、谐振电路42、整流平滑电路43、继电器47以及电池44。受电装置40还具备受电侧控制器50以及将从电池44输出的直流电压变换为交流电压的逆变器15以及被提供从该逆变器15输出的交流电压而被驱动的电动机16。[第一实施方式的说明]图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的非接触供电系统的结构的框图。如图2所示，该非接触供电系统100具备设置于地面侧并输送电力的送电装置10以及接收从该送电装置10输送的电力来向电池44(电负载)供电的受电装置40。此外，在本实施方式中，对使用电池44来作为电负载的一例的例子进行说明，但是本发明不限定于此，也能够设为例如电动机等其它电负载。送电装置10具备将从交流电源91提供的交流电压变换为直流电压的AC/DC变换器11以及将由该AC/DC变换器11进行直流化得到的电压变换为具有期望的频率和振幅的交流电压的逆变器电路12。送电装置10还具备使逆变器电路12的输出电力进行谐振的谐振电路13、输送谐振后的电力的送电线圈14、以及送电侧控制器30。另外，送电装置10具备检测向AC/DC变换器11提供的交流电流Iac的电流计21和检测交流电压Vac的电压计22。送电装置10还具备检测向逆变器电路12输入的直流电流Idc的电流计23和检测直流电压Vdc的电压计24、以及检测从逆变器电路12输出的交流电流I1的电流计25和检测交流电压V1的电压计26。AC/DC变换器11根据从后述的PFC(PowerFactorCorrection：功率因数校正)控制部39输出的控制信号，来控制从交流电源91提供的交流电压的占空比，从而生成成为期望的振幅的直流电压。逆变器电路12具备包括上臂和下臂的多个半导体开关(例如IGBT)，根据从后述的逆变器控制部32输出的控制信号来切换各半导体开关的接通、断开，由此生成具有期望的频率和振幅的交流电压。谐振电路13由电容器和电阻等元件构成，使从逆变器电路12输出的交流电力在与送电线圈14之间进行谐振。即，设定为送电线圈14与电容器的谐振频率同逆变器电路12的输出频率几乎一致。送电线圈14例如是螺旋型、盘型、环型、或螺线管型的线圈，例如设置于停车空间的地面。而且，如图1所示，该送电线圈14被设定成在车辆200停放在停车空间内的规定位置时处于与受电线圈41相向的位置(参照图1)。另外，送电侧控制器30具备功率因数运算部31、逆变器控制部32以及控制量运算部29(电力控制部)。送电侧控制器30还具备与受电侧控制器50之间进行通信的无线通信部34(送电侧通信部)、监视该无线通信部34的通信状态的通信监视部33以及存储通过无线通信接收到的电力指令值Pbat*的存储器部35。在此，“电力指令值Pbat*”是从送电线圈14输送的电力的指令值(送电电力指令值)，由受电装置40发送。功率因数运算部31以预先设定的规定的运算周期(第一周期)获取向逆变器电路12提供的直流电压Vdc和直流电流Idc以及从逆变器电路12输出的交流电压V1和交流电流I1，根据这些Vdc、Idc、V1、I1来运算从逆变器电路12输出的电力的功率因数cosθ(第二效率)。具体地说，通过以下所示的(1)式来运算功率因数cosθ。cosθ＝(Vdc×Idc)/(V1×I1)…(1)即，功率因数运算部31具备作为基于向送电线圈14提供的电压与电流的相位差来运算第二效率的第二效率运算部的功能。也就是说，能够使用在上一个运算周期获取到的Vdc、Idc、V1、I1来求出在本次的运算周期中使用的功率因数cosθ。此外，功率因数cosθ的运算方法不限于上述(1)式，例如能够采用测定电压V1与电流I1的相位差θ并基于该相位差θ计算功率因数cosθ等各种方法。逆变器控制部32根据由功率因数运算部31运算的功率因数cosθ来对逆变器电路12的输出进行控制以输送电力指令值Pbat*的电力。无线通信部34利用LAN(LocalAreaNetwork：局域网)通信等来与受电侧控制器50之间进行各种数据通信。特别地，在从受电侧控制器50发送了电力指令值Pbat*的情况下，接收该电力指令值Pbat*。另外，在从受电侧控制器50发送了充电电力的抑制指令信号的情况下，接收该充电电力的抑制指令信号。在该无线通信部34中，以比上述的功率因数运算部31运算功率因数cosθ的运算周期、即第一周期长的第二周期进行数据通信。因而，在无线通信部34正常地进行了通信的情况下，从受电侧控制器50发送的电力指令值Pbat*以第二周期被接收。通信监视部33对无线通信部34的通信状态进行监视。存储器部35存储由无线通信部34接收到的电力指令值Pbat*，并将所存储的电力指令值Pbat*输出到控制量运算部29。控制量运算部29具备充电电力控制部36、一次侧电流运算部37、一次侧电流控制部38以及PFC控制部39。充电电力控制部36获取存储器部35所存储的电力指令值Pbat*以及由功率因数运算部31运算的功率因数cosθ，使用该功率因数cosθ来对电力指令值Pbat*进行校正。然后，输出校正后的电力指令值Pbat*’。具体地说，通过下述(3)式来运算校正后的电力指令值Pbat*’。Pbat*’＝Pbat*/cosθ…(3)一次侧电流运算部37基于校正后的电力指令值Pbat*’以及在上一个运算周期从AC/DC变换器11输出的直流电压Vdc，来运算AC/DC变换器11的输出电流指令值Idc*。一次侧电流控制部38基于由一次侧电流运算部37运算出的输出电流指令值Idc*以及在上一个运算周期从AC/DC变换器11输出的直流电流Idc，来运算AC/DC变换器11的输出电压指令值Vdc*。PFC控制部39基于在上一个运算周期由电压计24检测出的直流电压Vdc以及从一次侧电流控制部38输出的输出电压指令值Vdc*，来决定AC/DC变换器11的变换控制的占空比。另外，获取在上一个运算周期由电流计21检测的电流Iac(从交流电源91输出的电流)以及由电压计22检测的电压Vac(从交流电源91输出的电压)，并适当地变更占空比的指令值以使电流Iac与电压Vac成为同相。该占空比的指令值被输出到AC/DC变换器11。因而，在AC/DC变换器11中，以从送电线圈14输送电力指令值Pbat*的电力的方式对输出电压Vdc进行控制。另一方面，受电装置40具备：受电线圈41，其以非接触的方式接收从送电线圈14发送的电力；谐振电路42，其使由该受电线圈41接收到的电力进行谐振；以及整流平滑电路43，其将从谐振电路42输出的交流电压变换为直流电压且进行平滑化。受电装置40还具备：电池44，从送电装置10输送的电力被充入到该电池44；继电器47(切换部)，其对整流平滑电路43与电池44的连接、切断进行切换；以及受电侧控制器50。另外，受电装置40还具备检测从整流平滑电路43输出的电流Ibat的电流计45以及检测电压Vbat的电压计46。受电线圈41例如是螺旋型、盘型、环型、或螺线管型的线圈，例如搭载于车辆的底面。而且，在车辆停放在停车空间内的规定的充电位置时，该受电线圈41与设置于该充电位置的地面的送电线圈14彼此相向。谐振电路42由电容器和电阻等元件构成，使由受电线圈41接收到的交流电力进行谐振。即，设定为包括受电线圈41和电容器的电路的谐振频率与从送电线圈14输送的交流电力的频率几乎一致。整流平滑电路43具备例如包括二极管桥电路的整流电路以及具备电容器的平滑电路。而且，对从谐振电路42输出的交流电压进行整流，再进行平滑化后向电池44提供。继电器47在被连接时，将由受电线圈41接收到的电力供给到电池44(电负载)，在被切断时，停止向电池44的电力供给。即，继电器47具备作为对由受电线圈41接收到的电力的向电负载(电池44)的供给、停止进行切换的切换部的功能。受电侧控制器50具备与设置于送电侧控制器30的无线通信部34之间进行LAN通信等无线通信的无线通信部51(受电侧通信部)、对该无线通信部51的通信状态进行监视的通信监视部52、CAN通信部53、效率运算部55以及继电器控制部54(切换控制部)。CAN通信部53经由BUS线58而与电池控制部56、车辆控制部57等各种控制部连接，利用CAN(ControllerAreaNetwork：控制器局域网络)通信进行数据的发送和接收。电池控制部56生成电力指令值Pbat*，并经由BUS线58输出到CAN通信部53。效率运算部55获取经由CAN通信部53发送的电力指令值Pbat*，还获取由电流计45检测的电流Ibat和由电压计46检测的电压Vbat，基于这些数据运算送电装置10与受电装置40之间的电力的送电效率η(第一效率)。具体地说，将Ibat与Vbat相乘来运算送电电力Pbat，并且，通过下述(2)式运算送电效率η。η＝Pbat/Pbat*＝(Ibat·Vbat)/Pbat*…(2)即，效率运算部55具备作为基于向电池44(电负载)供给的供电电力来运算第一效率的第一效率运算部的功能。而且，在通过上述(2)式运算出的送电效率η为预先设定的阈值效率ηth(第一阈值效率)以下的情况下，向继电器控制部54输出切断指令信号。并且，输出充电电力的抑制指令信号。该抑制指令信号经由无线通信部51被发送到送电装置10。继电器控制部54在从效率运算部55被提供切断指令信号的情况下，将继电器47切断来停止向电池44的电力供给。即，在由效率运算部55运算的送电效率η下降而成为阈值效率ηth以下的情况下，判断为送电线圈14与受电线圈41之间产生了某种异常，使向电池44的电力供给停止。而且，在第一实施方式所涉及的非接触供电系统100中，在由功率因数运算部31运算的功率因数cosθ低于预先设定的阈值功率因数(第二阈值效率)的情况下，抑制由充电电力控制部36运算的校正后的电力指令值Pbat*’从而抑制从送电装置10向受电装置40输送的电力。此外，“抑制”是包含“降低”以及“使其成为零”的概念。另外，在由效率运算部55运算的送电效率η为阈值效率ηth以下的情况下，将继电器47切断，因此从送电线圈14来看的包括受电线圈41、电池44的受电装置40侧的电路成为开路状态。其结果，包括送电线圈14、受电线圈41、电池44的电路整体的阻抗上升，从逆变器电路12输出的电流I1与电压V1的相位差变大。由此，功率因数cosθ下降，因此送电电力被抑制。并且，在送电效率η为阈值效率ηth以下的情况下，进行从无线通信部51向送电侧控制器30发送充电电力的抑制指令信号来抑制输出电力的控制。接着，参照图3、图4所示的流程图来说明第一实施方式所涉及的非接触供电系统100的作用。图3是表示送电侧控制器30的处理过程的流程图。在图3中，步骤S11～S15的处理是运算开始后在第一个运算周期执行的处理，S16以后的处理是在第二个以后的运算周期执行的处理。首先，在步骤S11中，无线通信部34与受电侧控制器50的无线通信部51之间进行利用LAN通信等的无线通信。该无线通信如前述的那样以第二周期进行。在步骤S12中，无线通信部34接收从受电侧控制器50发送的电力指令值Pbat*。即，从图2所示的电池控制部56输出的电力指令值Pbat*从无线通信部51被发送，由无线通信部34接收。在步骤S13中，控制量运算部29以作为初始设定使AC/DC变换器11的输出电压Vdc成为最小值的方式来对输出电压指令值Vdc*进行设定。在步骤S14中，逆变器控制部32将逆变器电路12的驱动频率和占空比设为预先设定的固定值来驱动该逆变器电路12。然后，在步骤S15中，开始送电线圈14的励磁。即，使交流电流流过送电线圈14来产生磁通。在步骤S16中，电压计22、电流计21、电压计24、电流计23、电压计26以及电流计25分别检测电压Vac、电流Iac、电压Vdc、电流Idc、电压V1以及电流I1。而且，电压Vac、电流Iac被提供到控制量运算部29，电压Vdc、电流Idc被提供到控制量运算部29和功率因数运算部31，电压V1、电流I1被提供到功率因数运算部31。在步骤S17中，功率因数运算部31使用下述(1)式来运算从逆变器电路12输出的电力的功率因数cosθ。cosθ＝(Vdc×Idc)/(V1×I1)…(1)在步骤S18中，控制量运算部29对电力指令值Pbat*进行校正。在该处理中，使用以下所示的(3)式来运算校正后的电力指令值Pbat*’。Pbat*’＝Pbat*/cosθ…(3)在步骤S19中，控制量运算部29根据图5所示的框线图来运算电压控制量Vdc*。如图5所示，充电电力控制部36根据功率因数cosθ来对电力指令值Pbat*进行校正，生成校正后的电力指令值Pbat*’。图5所...