供电装置、受电装置及非接触电力传输系统的制作方法

本发明涉及使用了供电装置和受电装置的非接触电力传输系统，特别是涉及从供电装置向受电装置的供电过程中的异常判定。

背景技术：

过去公知有如下技术：使用包含设置于车辆侧的受电装置和连接于车辆外部的电源的供电装置，并从供电装置对受电装置以非接触的方式输送电力的非接触电力传输系统为搭载于车辆等的电池充电(参照日本特开2013-154815号公报，日本特开2013-146154号公报，日本特开2013-146148号公报，日本特开2013-110822号公报及日本特开2013-126327号公报)。

还有，例如在日本特开2017-046521号公报中公开了在以非接触的方式进行供电的过程中在非接触电力传输系统发生了异常的情况下停止供电的技术。

技术实现要素：

然而，在非接触电力传输系统发生异常的情况下，例如考虑在供电装置的被用于供电的线圈及在受电装置的被用于受电的线圈中的某一个发生了短路。因此，为了快速地完成修理，希望区分供电装置和受电装置中的哪一个为修理对象(在哪一个线圈发生了短路)。

本发明的目的在于，提供一种在以非接触的方式供电过程中发生了异常的情况下判定供电装置及受电装置哪一个发生了异常的供电装置、受电装置及非接触电力传输系统。

本发明的一种技术方案的供电装置是向包含受电线圈的受电装置以非接触的方式供电的供电装置。供电装置具备：将供电线圈和电容器串联连接而成的供电电路和在供电装置的供电动作中在受电装置无法受电的情况下判定供电装置与受电装置中的哪一个出现异常的异常判定装置。在供电动作中在受电装置无法受电的情况下，异常判定装置由供电电路的电压和电流算出供电电路的阻抗。异常判定装置在算出的阻抗比阈值大时判定为在供电线圈发生了短路。异常判定装置在阻抗比阈值小时判定为在受电线圈发生了短路。

这样一来，在供电线圈发生了短路的情况下，由于供电电路变为包含电容器不含供电线圈的电路结构，因而阻抗相比在供电线圈未发生短路的情况下有所增加。因此，在阻抗比阈值大时能够判定为供电线圈发生了短路。另外，在该阻抗比阈值小时供电线圈未发生短路的可能性较高，能够判定为受电线圈发生了短路。

在一种实施方式中，在供电电路中有电流流动且受电装置中无电流流动的情况下，异常判定装置判定为在供电动作中受电装置无法受电。

这样一来，能够判定在供电动作中受电装置无法受电。

在一种实施方式中，阈值通过在供电线圈中未发生短路的情况下的供电电路的阻抗上加上预先确定的值而设定。

这样一来，能够合适地设定用于判定是供电线圈中发生短路还是受电线圈中发生短路的阈值。

本发明的其他技术方案的受电装置为，从包含将供电线圈和电容器串联连接而成的供电电路的供电装置以非接触的方式受电的受电装置。受电装置具备受电线圈和在供电装置的供电动作中在受电装置无法受电的情况下判定供电装置和受电装置中的哪一个为异常的异常判定装置。在供电动作中在受电装置无法受电的情况下，异常判定装置由供电电路的电压和电流算出供电电路的阻抗。异常判定装置在算出的阻抗比阈值大时判定为供电线圈发生了短路。异常判定装置在阻抗比阈值小时判定为受电线圈发生了短路。

进一步本发明的其他技术方案的非接触电力传输系统具备：包含将供电线圈与电容器串联连接而成的供电电路并以非接触的方式供电的供电装置、包含受电线圈从供电装置以非接触的方式受电的受电装置、在供电装置的供电动作中在受电装置无法受电的情况下判定供电装置和受电装置中的哪一个为异常的异常判定装置。在供电动作中受电装置无法受电的情况下，异常判定装置由供电电路的电压和电流算出供电电路的阻抗。异常判定装置在算出的阻抗比阈值大时判定为供电线圈发生了短路。异常判定装置在阻抗比阈值小时判定为受电线圈发生了短路。

本发明的上述目的及其他目的、特征、技术方案和效果通过结合附图理解的与本发明相关的下面的详细说明会变得明了。

附图说明

图1是表示非接触电力传输系统的整体结构的图。

图2是用于说明供电线圈短路的故障模式的图。

图3是用于说明受电线圈短路的故障模式的图。

图4是表示判定短路了的线圈的异常判定处理的流程图。

图5是表示在供电线圈的正常时和短路时的供电电路的结构和阻抗的计算式的图。

图6是用于对r0的设定进行说明的图。

图7是用于对电源ecu的动作进行说明的图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对图中相同或等同的部分附以相同标号而不做重复说明。

<非接触电力传输系统的结构>

图1是表示非接触电力传输系统的整体结构的图。参照图1该非接触电力传输系统1具备供电装置10和受电装置20。

供电装置10将从交流电源100(例如系统电源)接收到的交流电力向受电装置20发送。供电装置10包含pfc(powerfactorcorrection：功率因数补偿)电路210、逆变器220、滤波器电路230、供电部240、电源ecu(electroniccontrolunit：电子控制单元)250、通信部260、电压传感器270和电流传感器272。

pfc电路210将从交流电源100接收的交流电力进行整流及升压而向逆变器220供给，并且能够通过使输入电流接近正弦波而改善功率因数。此pfc电路210可采用公知的多种pfc电路。另外，也可以采用不具有功率因数改善功能的整流器代替pfc电路210。

逆变器220将从pfc电路210接收的直流电力变换为具有规定传输频率的供电电力(交流)。通过逆变器220生成的供电电力通过滤波器电路230向供电部240供给。

具体而言，逆变器220例如由单相全桥式电路构成，其中单相全桥式电路包含多个由以igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极晶体管)元件构成的开关元件和与igbt元件反向并联连接的二极管构成的电路。

滤波器电路230设置于逆变器220和供电部240之间，抑制从逆变器220产生的高次谐波噪声。滤波器电路230由各含一个线圈和电容器的lc滤波器构成。另外，滤波器电路230不限定于此结构。滤波器电路230也可以由各含多个线圈和电容器的lc滤波器构成，也可以仅由线圈和电容器中的任意一方构成。

供电部240从逆变器220通过滤波器电路230接收具有传输频率的交流电力(供电电力)，通过在供电部240周围生成的电磁场，以非接触的方式向受电装置20的受电部310供电。供电部240包含用于以非接触的方式向受电部310供电的谐振电路。谐振电路包含供电线圈242和电容器244而构成。电容器244是为了补偿供电电力的功率因数而被设置，与供电线圈242串联连接。供电装置10的谐振电路与“供电电路”对应。

电压传感器270检测连接滤波器电路230和供电部240的电线间的电压v1，并向电源ecu250输出其检测值。电流传感器272检测流向供电部240的电流i1，并向电源ecu250输出其检测值。另外，也可以将电流传感器272设置于例如逆变器220和供电部240之间。通过电压传感器270及电流传感器272能够检测流向供电部240的电流和供电部240的电压。

电源ecu250包括cpu(centralprocessingunit)、储存设备、输入输出缓冲等(均未图示)，接收来自各种传感器或机器的信号并对供电装置10中的各种机器进行控制。作为一例，电源ecu250在执行从供电装置10向受电装置20的电力传输时，进行逆变器220的开关控制而使逆变器220生成供电电力(交流电力)。对于各种控制，不限于通过软件的处理，也能通过专用的硬件(电子电路)进行处理。

通信部260构成为与受电装置20的通信部370进行无线通信。通信部260例如从通信部370接收流向受电装置20的受电部310的电流i2等的表示受电装置20的受电状态的信息，或用于使以非接触的方式的供电动作开始的指令(供电开始指令)。

另一方面，受电装置20能够搭载于例如使用从供电装置10以非接触的方式供电的电力从而能够行驶的车辆等。受电装置20包含受电部310、滤波器电路320、整流部330、继电器电路340和蓄电装置350。另外，受电装置20进一步包含充电ecu360、通信部370和电流传感器382。

受电部310将从供电装置10的供电部240输出的电力(交流电力)以非接触的方式受电。受电部310包含例如用于从供电部240以非接触的方式受电的谐振电路。谐振电路由受电线圈312和电容器314构成。电容器314是为了补偿受电电力的功率因数而被设置，与受电线圈312串联连接。

另外谐振电路并不一定限定于这样的结构。例如，在仅由受电线圈312的电容成分形成所期望的谐振状态的情况下，也可以不设置电容器。受电部310将接收的电力通过滤波器电路320向整流部330输出。

滤波器电路320设置于受电部310和整流部330之间，抑制在受电时发生的高次谐波噪声。滤波器电路320由包含线圈和电容器各一个的lc滤波器所构成。另外，滤波器电路320不限定于此结构。滤波器电路320既可以由分别包含多个线圈和电容器的lc滤波器构成，也可以只由线圈和电容器任意一方构成。

整流部330将通过受电部310受电的交流电力整流并向蓄电装置350输出。

蓄电装置350是可充电直流电源，由例如锂离子电池或镍氢电池等二次电池所构成。蓄电装置350将从整流部330输出的电力进行储蓄。蓄电装置350被用于在车辆行驶时等向未图示的负载驱动装置等进行电力供给。

继电器电路340被设置于整流部330和蓄电装置350之间，在通过供电装置10对蓄电装置350进行充电时关闭。另外虽未特意图示，但在整流部330和蓄电装置350之间(例如整流部330和继电器电路340之间)也可以设置对整流部330的输出电压进行调整的dc/dc转换器。

充电ecu360包含cpu、储存设备、输入输出缓冲等(均未图示)，接收来自各种传感器或机器的信号并且对受电装置20的各种机器进行控制。关于各种控制，不限定于通过软件的处理，也可以通过专用的硬件(电子电路)进行处理。

通信部370构成为与供电装置10的通信部260进行无线通信。例如，通信部370将流向受电装置20的受电部310的电流i2等表示受电装置20的受电状态的信息，或供电开始指令等向通信部260发送。充电ecu360例如在供电装置10和车辆(受电装置20)的相对位置为能够供电的位置关系的情况下，将供电开始指令经由通信部370向供电装置10(通信部260)发送。

在该非接触电力传输系统1中，从逆变器220通过滤波器电路230向供电部240供应供电电力(交流电力)。供电部240及受电部310被设计为各自包含线圈和电容器并在传输频率上谐振。优选的是，表示供电部240及受电部310的谐振强度的q值为100以上。

在供电装置10中，当从逆变器220向供电部240供应供电电力时，通过在供电部240的供电线圈242和受电部310的受电线圈312之间形成的电磁场，能量(电力)从供电部240向受电部310移动。向受电部310移动了的能量(电力)通过滤波器电路320及整流部330向蓄电装置350供给。

在这样的从供电装置10向受电装置20以非接触的方式供电的非接触电力传输系统1中，在供电动作中(即逆变器220工作中)在受电装置20处无法受电等发生了异常的情况下，从保护系统的观点出发希望能快速停止供电。在供电过程中在受电装置20处无法受电等的异常存在例如因供电装置10的供电线圈242或受电装置20的受电线圈312的短路而发生的情况。

例如，图2是用于对供电线圈242短路的故障模式进行说明的图。如图2所示，在供电线圈242短路的情况下，因为即使在供电装置10处进行供电动作也无法从供电装置10向受电装置20供电，所以即使是电流i1及电压v1都大于0的状态，电流i2也为0。

另一方面，图3是用于对受电线圈312短路的故障模式进行说明的图。如图3所示，在受电线圈312短路的情况下，因为即使在供电装置10处进行供电动作而能够从供电装置10向受电装置20供电，在受电装置20处也无法受电，所以即使是电流i1及电压v1都大于0的状态，电流i2也为0。

像这样的无论是供电线圈242短路还是受电线圈312短路，在供电装置10的供电动作中在受电装置20处均无法受电的情况下，电流i1、i2及电压v1均表示相同变化。因此，即使检测这些变化，也存在无法明确区分在供电线圈242发生短路还是在受电线圈312发生短路的情况。

然而，为了快速完成修理而希望区分出供电装置10及受电装置20中哪一个为修理对象(在哪一个线圈发生短路)。

因此，在本实施方式中，在供电动作中在受电装置20处无法受电的情况下，电源ecu250由供电部240的供电电路的电压v1和电流i1算出供电电路的阻抗z(＝v1/i1)。进一步地，电源ecu250在算出的阻抗z比阈值r0大时判定为供电线圈242发生短路。另一方面，电源ecu250在阻抗z比阈值r0小时判定为受电线圈312发生短路。

这样一来，在供电线圈242发生了短路的情况下，由于供电部240的供电电路变为包含电容器244而不含供电线圈242的电路结构，阻抗z相比在供电线圈242未发生短路的情况下有所增加。因此，在阻抗z比阈值r0大时能够判定为在供电线圈242发生了短路。另外，在此阻抗z比阈值r0小时供电线圈242处未发生短路的可能性较高，从而能够判定为在受电线圈312发生短路。

以下，用图4对由电源ecu250执行的控制处理进行说明。图4是表示在电源ecu250处执行的控制处理的流程图。此流程图所示的处理在每个规定的控制周期从主程序(未图示)调用并执行。这些流程图中所包含的各步骤基本上由电源ecu250的软件处理来实现，其一部分或全部也可以通过在电源ecu250内制作的硬件(电气电路)来实现。

在步骤(以下步骤记载为“s”)100，电源ecu250判定是否处于非接触充电中。例如电源ecu250在表示处于非接触充电中的标志为开启状态的情况下判定为处于非接触充电中。例如电源ecu250也可以在通信部260从受电装置20接收到供电开始指令的情况下使表示处于非接触充电中的标志为开启状态。在判定为处于非接触充电中的情况下(s100为“是”)，处理向s102转移。

在s102，电源ecu250取得在供电动作中的电压v1及电流i1。电源ecu250从电压传感器270及电流传感器272的检测结果取得电压v1及电流i1。

在s104，电源ecu250判定是否是处于供电动作中且无法受电状态。例如电源ecu250在电压v1及电流i1均大于0的情况下，判定为在供电装置10处于供电动作中。进一步地，在电源ecu250从受电装置20经由通信部260接受的电流i2为0的情况下，判定为处于在受电装置20无法受电的状态。在判定为处于供电动作中且无法受电的状态的情况下(s104为“是”)，处理向s106转移。

在s106，电源ecu250判定电压v1除以电流i1后得到的值v1/i1(＝阻抗z)是否比阈值r0大。

阈值r0与是否处于供电动作中无关，是用于判定无法受电的异常是供电线圈242的短路造成的还是受电线圈312的短路造成的的数值。阈值r0例如通过将在供电线圈242处未发生短路的正常时的阻抗z通过预实验等求出并在算出的阻抗z上加上预先确定的值而设定。

图5是表示在供电线圈242正常时和异常时的供电电路的结构和阻抗z的计算式的图。

在供电线圈242正常时，供电装置10的供电电路为包含供电线圈242和电容器244的电路结构。因此，通过如图5所示的与lc电路对应的阻抗的计算式能算出第一阻抗z1。

另一方面，在供电线圈242发生短路时，供电装置10的供电电路变为与仅含电容器244的电路结构等价。因此，通过与仅含电容器244的电路结构对应的阻抗的计算式能算出第二阻抗z2。

即在正常的供电线圈242发生短路的情况下，阻抗z从第一阻抗z1变为第二阻抗z2。因此，希望阈值r0被设定为是第一阻抗z1和第二阻抗z2之间的值，并考虑到组件常量等的偏差，希望被设定为无论从第一阻抗z1还是从第二阻抗z2都分离规定余量的值。

图6是用于对阈值r0的设定方法进行说明的图。图6中表示的是在供电线圈242发生了短路的情况和在受电线圈312发生了短路的情况(供电线圈242正常的情况)的各种情况下，将各种偏差因素多个组合进行考虑时的阻抗z的可取范围及成为该阻抗z的值的频率。

所说的各种偏差因素例如包括线圈及电容器的部件常量的偏差、逆变器220的驱动频率的偏差、供电线圈242和受电线圈312的相对位置的偏移或受电装置20的电压(充电电压)范围的偏差等。

如图6所示，当考虑到各种偏差要素时，在受电线圈312发生短路的情况下的阻抗z可取的范围为0～z(0)的第一范围，在供电线圈242发生短路的情况下的阻抗z可取的范围为z(1)～z(2)的第二范围。即通过将阈值r0设定于第一范围和第二范围之间的z(0)～z(1)内，能够将在供电线圈242发生短路的情况和在受电线圈312发生短路的情况进行明确地区分。因此，作为阈值r0，例如可以通过设定在z(0)和z(1)的中点而设定为无论从第一范围还是从第二范围都分离规定余量的值。

回到图4，在电压v1除以电流i1得到的值v1/i1被判定为比阈值r0大的情况(在s106为“是”)下，处理向s108转移。在s108电源ecu250判定为在供电线圈242发生了短路。

另外，在电压v1除以电流i1得到的值v1/i1被判定为阈值r0以下的情况(在s106为“否”)下，处理向s110转移。在s110电源ecu250判定为在受电线圈312发生了短路。

另外，在被判定为未处于非接触充电中的情况(在s100为“否”)或未处于供电动作中的情况，或者处于在供电动作中能够受电的状态的情况下(在s104为“否”)，此处理结束。

使用图7对于基于如上结构及流程图的电源ecu250的动作进行说明。图7是用于说明电源ecu250的动作的图。图7的横轴表示时间。图7的纵轴表示v1/i1、电流i1及电流i2。另外，线ln1及ln2表示v1/i1的变化。进一步地，线ln3及ln4表示电流i1的变化。线ln5表示电流i2的变化。

例如，设想以非接触的方式进行供电动作中的情况。另外，设想在当前时间点在供电线圈242及受电线圈312均未发生短路的情况。即从供电装置10以非接触的方式供应来的电力在受电装置20受电，使用接收的电力使蓄电装置350充电。

此时，判定为处于非接触充电中(在s100为“是”)，处于供电动作中且能够受电的状态(在s104为“否”)。

<供电线圈242处发生了短路的情况>

在时间t(0)，当在供电线圈242发生短路时，如图7的线ln5(实线)所示，由于电流i2变为0，判定为处于供电动作中且无法受电的状态(在s104为“是”)。此时，取得电流i1及电压v1(s106)，算出v1/i1的值。由于供电线圈242短路，如图7的线ln1(实线)所示v1/i1的值增加，因此如图7的线ln3(实线)所示电流i1减少。在判定为算出的v1/i1比阈值r0大的情况(在s106为“是”)下，判定为在供电线圈242发生短路。

<在受电线圈312发生了短路的情况>

在时间t(0)，当受电线圈312处发生短路时，如图7的线ln5(实线)所示电流i2变为0，因此判定为处于供电动作中且无法受电的状态(在s104为“是”)。此时，取得电流i1及电压v1(s106)，算出v1/i1的值。在受电线圈312短路的情况下，如图7的线ln2(虚线)所示v1/i1的值未发生变化，因此如图7的线ln4(虚线)所示电流i1未发生变化。在判定为算出的v1/i1在阈值r0以下的情况(在s106为“否”)下，判定为在受电线圈312发生短路。

如上，根据本实施方式的非接触电力传输系统1及供电装置10，在供电线圈242发生短路的情况下，由于供电电路变为包含电容器244而不含供电线圈242的电路结构，阻抗z相比在供电线圈242未发生短路的情况有所增加。因此，在阻抗z比阈值r0大时能够判定为在电线圈242发生了短路。另外，在此阻抗z为阈值r0以下时在供电线圈242未发生短路的可能性较高，能够判定为在受电线圈312发生了短路。因此，能够提供一种在以非接触的方式进行的供电中在发生了异常的情况下判定在供电装置及受电装置的哪一个发生了异常的非接触电力传输系统及供电装置。

进一步地，电源ecu250通过检测在供电装置10的供电电路中有电流流动且受电装置20中无电流流动的情况下的电流i1及i2，能够判定在供电动作中无法受电的状态。

进一步地，阈值r0通过在供电线圈242未发生短路的情况下的供电电路的阻抗z上加上预先确定的值而被设定。因此，能够适宜地设定用于判定在供电线圈242发生短路还是在受电线圈312发生短路的阈值r0。

以下对于变形例进行记载。

在上述的实施方式中，对于在处于供电动作中无法受电的状态的情况下执行异常判定处理进行了说明，在所述异常判定处理中，通过供电装置10的电源ecu250算出供电装置10的供电电路的阻抗z，并基于算出的阻抗z判定在供电线圈242发生了短路还是在受电线圈312发生了短路，但是例如异常判定处理也可以通过受电装置20的充电ecu360来执行。即，也可以通过充电ecu360算出供电装置10的供电电路的阻抗z，并基于算出的阻抗z判定在供电线圈242发生了短路还是在受电线圈312发生了短路。

该情况下，充电ecu360执行与如图4所示的流程图相同的处理。另外，充电ecu360执行的处理中，与电源ecu250执行的处理的不同之处如下。

例如，充电ecu360向供电装置10发送供电开始指令并且使非接触充电标志处于开启状态。另外，充电ecu360通过从电源ecu250的通信部260经由通信部370接收电流i1及电压v1而取得电流i1及电压v1。充电ecu360在供电动作中，在通过电流传感器382检测到的电流i2为0的情况下，判定为处于无法受电的状态。

即使这样，也能够通过充电ecu360，根据阻抗z是否比阈值r0大，来判定在供电线圈242发生短路还是在受电线圈312发生短路。因此，能够提供一种在以非接触的方式进行的供电中发生了异常的情况下判定在供电装置及受电装置哪一个发生了异常的受电装置。

进一步地，在上述的实施方式中，对在处于供电动作中无法受电的状态的情况下执行异常判定处理进行了说明，该异常判定处理中，通过供电装置10的电源ecu250算出供电装置10的供电电路的阻抗z，并基于算出的阻抗z判定在供电线圈242发生短路还是在受电线圈312发生短路，但是例如异常判定处理的执行主体，也可以通过与供电装置10及受电装置20分体的异常判定装置来执行。

虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是应考虑到本次公开的实施方式在所有的点上都是例示性的，不被限制。本发明的范围根据权利要求所示，意图包含与权利要求等同的含义及范围内的所有的变更。