[发明专利]电力发送装置、电力接收装置、车辆、非接触式电源系统和用于非接触式电源系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力发送装置、电力接收装置、车辆、非接触式电源系统和用于非接触式电源系统的控制方法，更具体地说，本发明涉及使用电磁谐振传输电力的非接触式供电技术。

背景技术

诸如电动车辆和混合动力车辆之类的车辆作为环境友好车辆成为关注的焦点。这些车辆分别包括产生行驶驱动力的电动机和存储被提供给电动机的电力的可再充电蓄电装置。需要指出，混合动力车辆包括进一步同时包括内燃机和电动机作为动力源的车辆、进一步同时包括燃料电池和蓄电装置作为用于驱动车辆的直流电源的车辆等。

近几年，不使用电线或电力传输电缆的无线电力传输作为将电力从车辆外部电源发送到此类车辆的方法受到关注。已知有三种领先技术作为无线电力传输技术。这三种领先技术分别是使用电磁感应的电力传输、使用诸如微波之类的电磁波的电力传输和使用谐振法的电力传输。

谐振法是非接触式电力传输技术，其中一对谐振器（例如，一对谐振线圈）在电磁场（近场）中谐振，从而通过电磁场传输电力。谐振法能够在相对较长的距离（例如，数米）上传输数千瓦的大电力。

公开号为2010-141976（JP2010-141976A）的日本专利申请描述了使用电磁谐振传输电力的非接触式电力传输系统，其中由固定电感器和可变电容器形成的可变阻抗电路设置在交流电源与一次线圈之间，并且基于谐振系统的检测状态，将相对于一次线圈邻近交流电源的阻抗调节为在谐振频率上与谐振系统的输入阻抗匹配。

根据JP2010-141976A中描述的配置，当谐振线圈之间的距离或负荷相对于设定谐振频率时的基准值发生变化时，到交流电源的反射功率降低，从而即使当交流电源的交流输出电压频率不变化时，也能高效地将电力从交流电源提供给负荷。

一般而言，当执行非接触式供电时，相对于一次侧（电源侧）的二次侧（负荷侧）的阻抗根据二次侧负荷的状态（例如，电池容量或电池电压）而变化。具体而言，在给配备有大容量电池的车辆等供电时，所配备的电池的规格可根据车辆而明显不同，因此阻抗波动范围可能增加。因此，为了有效地将电力传输到尽可能多的各种不同车辆，有必要增大在一次侧与二次侧之间执行阻抗匹配的可调范围。

在JP2010-141976A中描述的配置中，阻抗可以与二次侧的可变阻抗匹配；但是，当其可调范围旨在被增大时，有必要增加可变电容器的电容和可变范围。

当一次侧的阻抗和二次侧的阻抗在供电操作期间被调节时，可采用在整个可调范围上扫描每个元件的阻抗，然后选择具有最大效率的阻抗的方法。在这种情况下，当使用具有较大可变范围的元件时，扫描时间（即阻抗调节时间）延长，从而可能使得电池充电时间延长或者导致在阻抗调节期间效率降低。

发明内容

本发明提供电力发送装置、电力接收装置、车辆、非接触式电源系统或用于非接触式电源系统的控制方法，此方法使用电磁谐振传输电力，并且适当地调节电力发送装置与电力接收装置之间的阻抗，从而提高电力传输效率。

本发明的第一方面涉及一种电力发送装置，用于通过电磁谐振非接触地将电力传输到电力接收装置。该电力发送装置包括：电力发送单元，其执行与在所述电力接收装置中包括的电力接收单元的电磁谐振以传输电力；电源单元，其向所述电力发送单元提供电力；匹配变换器，其耦合在所述电源单元与所述电力发送单元之间并包括调节所述电力发送装置的阻抗的可变电感器和可变电容器；以及控制单元，其控制所述匹配变换器。所述控制单元基于从所述电力接收装置发送的指示所述电力接收装置的阻抗的信号，通过在电力传输开始之前调节所述可变电感器，控制所述匹配变换器以使所述电力发送装置的阻抗接近所述电力接收装置的阻抗。

在所述电力发送装置中，所述可变电感器可在所述电力发送单元与所述电源单元之间与所述电力发送单元和所述电源单元串联连接。

在所述电力发送装置中，所述可变电容器可在所述电力发送单元与所述电源单元之间与所述电力发送单元和所述电源单元并联连接。

在所述电力发送装置中，在电力传输期间，所述控制单元可响应于所述电力接收装置的阻抗的变化而调节所述可变电容器，以控制所述匹配变换器，从而使所述电力发送装置的阻抗与所述电力接收装置的阻抗匹配。

在所述电力发送装置中，所述匹配变换器可具有作为所述可变电容器的第一和第二电容器，所述可变电感器可连接在所述电力发送单元与所述电源单元之间，所述第一电容器可连接到所述可变电感器的第一端部，所述第一端部连接到所述电力发送单元，所述第二电容器可连接到所述可变电感器的第二端部，并且所述第二端部连接到所述电源单元。