Бесконтактное зарядное устройство резонансного типа

БЕСКОНТАКТНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО РЕЗОНАНСНОГО ТИПА Бесконтактное зарядное устройство резонансного типа включает в себя высокочастотный источник питания, резонансную катушку первичной стороны, резонансную катушку вторичной стороны,зарядное устройство, аккумуляторную батарею и модуль управления остановкой. Резонансная катушка первичной стороны принимает подаваемую высокочастотную электроэнергию из высокочастотного источника питания. Резонансная катушка вторичной стороны расположена бесконтактно отдельно от резонансной катушки первичной стороны. Резонансная катушка вторичной стороны принимает электроэнергию от резонансной катушки первичной стороны посредством резонанса магнитного поля между резонансной катушкой первичной стороны и резонансной катушкой вторичной стороны. Зарядное устройство принимает питание в виде высокочастотной электроэнергии от резонансной катушки вторичной стороны. Аккумуляторная батарея соединена с зарядным устройством. Модуль управления остановкой останавливает высокочастотный источник питания до остановки зарядного устройства, когда зарядка должна быть остановлена.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ТОЙОТА ДЗИДОСЯ КАБУСИКИ КАЙСЯ (JP) Область техники Настоящее изобретение относится к бесконтактному зарядному устройству резонансного типа. Предшествующий уровень техники В патентном документе 1, (WO2007/008646) например, раскрыта система передачи энергии с резонансной схемой, которая беспроводно передает электроэнергию из резонансной катушки первичной стороны на стороне передачи энергии к резонансной катушке вторичной стороны на стороне приема энергии, расположенной отдельно от резонансной катушки первичной стороны. В частности, в соответствии с системой передачи энергии формирование переменного электрического поля резонансной катушкой первичной стороны с использованием переменного напряжения от высокочастотного источника питания вызывает формирование колеблющегося магнитного поля в непосредственной близости от резонансной катушки первичной стороны. Электрическую энергию передают от резонансной катушки первичной стороны в резонансную катушку вторичной стороны, используя явление резонанса. Краткое изложение существа изобретения Когда систему передачи энергии применяют в бесконтактном зарядном устройстве резонансного типа, высокочастотный источник питания и резонансная катушка первичной стороны должны быть предусмотрены на стороне передачи энергии, тогда как резонансная катушка вторичной стороны и зарядное устройство должны быть предусмотрены на стороне приема энергии. Поскольку система передачи питания имеет схему передачи на высокой частоте, остановка работы зарядного устройства до остановки работы высокочастотного источника питания приводит к тому, что часть или вся энергия, передаваемая от резонансной катушки первичной стороны в резонансную катушку вторичной стороны, будет отражена в высокочастотный источник питания, что приводит к риску повреждения высокочастотного источника питания. Кроме того, остановка работы зарядного устройства до остановки работы высокочастотного источника питания приводит к резкому увеличению входного напряжения на зарядном устройстве (выходное напряжение резонансной системы), приводя к возникновению вероятности повреждения зарядного устройства. Задача настоящего изобретения состоит в предоставлении бесконтактного зарядного устройства резонансного типа, которое позволяет предотвратить возникновение повреждения при остановке зарядки. Для решения упомянутой выше задачи бесконтактное зарядное устройство резонансного типа в соответствии с настоящим изобретением включает в себя высокочастотный источник питания, резонансную катушку первичной стороны, резонансную катушку вторичной стороны, зарядное устройство, аккумуляторную батарею и модуль управления остановкой. Резонансная катушка первичной стороны принимает подачу высокочастотной электроэнергии от высокочастотного источника питания. Резонансная катушка вторичной стороны расположена бесконтактно отдельно от резонансной катушки первичной стороны. Резонансная катушка вторичной стороны принимает электроэнергию от резонансной катушки первичной стороны посредством резонанса магнитного поля между резонансной катушкой первичной стороны и резонансной катушкой вторичной стороны. Зарядное устройство принимает подаваемую высокочастотную электроэнергию из резонансной катушки вторичной стороны. Аккумуляторная батарея подключена к зарядному устройству. Модуль управления остановкой останавливает высокочастотный источник питания до остановки зарядного устройства, когда зарядка должна быть остановлена. Краткое описание чертежей В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых фиг. 1 изображает схематично конфигурацию автомобиля, в которой использовано бесконтактное зарядное устройство резонансного типа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; фиг. 2 изображает схему конфигурации электрической цепи бесконтактного зарядного устройства резонансного типа по фиг. 1; фиг. 3 изображает временную диаграмму для описания функции бесконтактного зарядного устройства резонансного типа по фиг. 1. Описание предпочтительных вариантов изобретения Бесконтактное зарядное устройство резонансного типа в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения будет описано ниже со ссылкой на фиг. 1-3. Бесконтактное зарядное устройство резонансного типа в соответствии с настоящим вариантом осуществления применяют в системах зарядки батареи (аккумуляторной батареи), установленной в гибридном транспортном средстве, то есть, в зарядном устройстве для зарядки батареи, установленной в транспортном средстве. Как показано на фиг. 1, резонансная катушка 21 вторичной стороны закреплена на передней стороне корпуса автомобиля, в переднем бампере, например, транспортного средства 1. Резонансная катушка 21 вторичной стороны выполнена из медного провода, намотанного спирально. Резонансная катушка 21 вторичной стороны расположена в переднем бампере таким образом, что осевая линия (центральная ось спирали) резонансной катушки 21 вторичной стороны совпадает с вертикальным направлением транспортного средства. Устройство 10 на стороне земли выполнено в полу зарядной станции, где должна выполняться зарядка батареи 25 автомобиля 1. Устройство 10 на стороне земли включает в себя резонансную катушку 11 первичной стороны. Резонансная катушка 11 первичной стороны состоит из медного провода, намо-1 020003 танного спирально. Резонансная катушка 11 первичной стороны расположена так, что осевая линия (центральная ось спирали) резонансной катушки 11 первичной стороны ортогональна земле. Когда батарея 25 автомобиля 1 должна быть заряжена на зарядной станции, автомобиль 1 располагают на зарядной станции таким образом, что осевая линия (центральная ось спирали) резонансной катушки 11 первичной стороны совпадает или расположена рядом с осевой линией (центральной осью спирали) резонансной катушки 21 вторичной стороны. На фиг. 2 представлена полная конфигурация бесконтактного зарядного устройства резонансного типа. Устройство 10 на стороне земли включает в себя резонансную катушку 11 первичной стороны,первичную катушку 12, высокочастотный источник 13 питания (источник переменного тока) и контроллер 14 на стороне источника питания в качестве модуля управления первичной стороной. Устройство 20 на стороне транспортного средства установлено в транспортном средстве. Устройство 20 на стороне транспортного средства включает в себя резонансную катушку 21 вторичной стороны, вторичную катушку 22, выпрямитель 23, зарядное устройство 24, батарею 25, которая представляет собой аккумуляторную батарею, ECU (ЭУУ, электронное управляющее устройство) 26 зарядки в качестве модуля управления вторичной стороны и контроллер 27 на стороне транспортного средства в качестве модуля управления вторичной стороны. Высокочастотный источник 13 питания выводит высокочастотную электроэнергию с частотой, например, приблизительно несколько МГц. Первичная катушка 12 соединена с высокочастотным источником 13 питания. Когда высокочастотный источник 13 питания подает электроэнергию с высокой частотой в первичную катушку 12, резонансная катушка 11 на первичной стороне соединяется с первичной катушкой 12 с помощью электромагнитной индукции. В результате электроэнергию передают из первичной катушки 12 в резонансную катушку 11 первичной стороны. Таким образом, резонансная катушка 11 первичной стороны получает питание в виде высокочастотной электроэнергии из высокочастотного источника 13 питания через первичную катушку 12. Другими словами, высокочастотную электроэнергию подают из высокочастотного источника 13 питания в резонансную катушку 11 первичной стороны через первичную катушку 12. Конденсатор С соединен с резонансной катушкой 11 первичной стороны. Контроллер 14 на стороне источника питания соединен с высокочастотным источником 13 питания. Контроллер 14 на стороне источника питания передает сигнал включения/выключения питания на высокочастотный источник 13 питания для включения или выключения высокочастотного источника 13 питания. Контроллер 14 на стороне источника питания принимает сигнал начала/остановки зарядки. Сигнал начала/остановки зарядки ассоциирован с операцией переключения, выполняемой человеком на стороне земли, для начала/остановки зарядки. Резонансная катушка 21 вторичной стороны расположена бесконтактно отдельно от резонансной катушки 11 первичной стороны. Резонансная катушка 21 вторичной стороны принимает высокочастотную электроэнергию от резонансной катушки 11 первичной стороны посредством резонанса магнитного поля между резонансными катушками 11 и 21 первичной и вторичной стороны. Вторичная катушка 22 связана с резонансной катушкой 21 вторичной стороны посредством электромагнитной индукции. В результате электроэнергию передают из резонансной катушки 21 вторичной стороны во вторичную катушку 22. Выпрямитель 23 соединен со вторичной катушкой 22. Выпрямитель 23 выпрямляет электроэнергию, принятую во вторичной катушке 22. Конденсатор С соединен с резонансной катушкой 21 вторичной стороны. Зарядное устройство 24 подключено к выпрямителю 23. Зарядное устройство 24 усиливает электрическую мощность, выпрямленную, например, выпрямителем 23. Зарядное устройство 24 включает в себя элемент переключения. С помощью управления включением/выключением элемента переключения регулируют выходное напряжение и выходной ток из зарядного устройства 24. Батарея 25 подключена к зарядному устройству 24. Батарею 25 заряжают выходной электроэнергией из зарядного устройства 24.ECU 26 зарядки подключено к зарядному устройству 24. В режиме зарядки батареи 25 ECU 26 зарядки управляет элементом переключения зарядного устройства 24, отслеживая выходной ток и выходное напряжение из зарядного устройства 24. Сигнал включения/выключения зарядки передают из ECU 26 зарядки в зарядное устройство 24, что позволяет включать/выключать зарядное устройство 24. ECU 26 зарядки определяет напряжение Vb батареи. Контроллер 27 на стороне транспортного средства подключен к ECU 26 зарядки. Сигнал завершения зарядки передают из ECU 26 зарядки в контроллер 27 на стороне транспортного средства. Контроллер 27 на стороне транспортного средства принимает сигнал зажигания и сигнал начала/остановки зарядки. Сигнал зажигания направляют для выполнения операции с переключателем зажигания транспортного средства. Сигнал начала/остановки зарядки связан с операцией переключения, выполняемой пассажиром транспортного средства для начала/остановки зарядки. Контроллер 14 на стороне источника питания устройства 10 на стороне земли и контроллер 27 на стороне транспортного средства устройства 20 на стороне транспортного средства могут связываться друг с другом по беспроводному каналу передачи данных. Операция бесконтактного зарядного устройства резонансного типа, выполненного, как описано выше, будет описана со ссылкой на временную диаграмму, показанную на фиг. 3. Как показано на фиг. 3, человек, находящийся на земле, или пассажир транспортного средства включает переключатель начала зарядки в момент времени, обозначенный позицией t1. В ответ на это сигнал начала зарядки передают в контроллер 14 на стороне источника питания или в контроллер 27 на стороне транспортного средства. Контроллер 14 на стороне источника питания и контроллер 27 на стороне транспортного средства совместно используют информацию операции включения от переключателя начала зарядки через беспроводный канал передачи данных. Контроллер 14 на стороне источника питания выводит сигнал включения/выключения питания высокого уровня в высокочастотный источник 13 питания. В частности, контроллер 14 на стороне источника питания выводит команду включения источника питания в высокочастотный источник 13 питания. Контроллер 27 на стороне транспортного средства выводит команду начала зарядки в ECU 26 зарядки. В ответ на это ECU 26 зарядки выводит сигнал включения/выключения зарядки высокого уровня в зарядное устройство 24. Другими словами, ECU 26 зарядки выводит команду включения зарядки в зарядное устройство 24. В ответ на это зарядное устройство 24 инициирует зарядку, в результате чего напряжение Vb батареи повышается. Когда напряжение Vb батареи достигает заданного порогового значения (момент времени, обозначенный позицией t2 на фиг. 3), ECU 26 зарядки инициирует операцию отсчета времени. По истечении заданного времени Tc зарядки (момент времени, обозначенный позицией t3 на фиг. 3) от момента времени превышения порогового значения ECU 26 зарядки определяет, что зарядка батареи 25 закончена, и выводит сигнал окончания зарядки в контроллер 27 на стороне транспортного средства. При приеме сигнала окончания зарядки из ECU 26 зарядки контроллер 27 на стороне транспортного средства уведомляет контроллер 14 на стороне источника питания о том, что зарядка закончена, через канал беспроводной передачи данных. В ответ на это контроллер 14 на стороне источника питания немедленно выводит сигнал включения/выключения питания низкого уровня в высокочастотный источник 13 питания. Другими словами, контроллер 14 на стороне источника энергии выводит команду на включение источника питания в высокочастотный источник 13 питания. В соответствии с этим происходит остановка работы высокочастотного источника 13 питания. По истечении заданного времени Td задержки (момент времени, обозначенный позицией t4 на фиг. 3) после истечения заданного времени Tc зарядки (момент времени, обозначенный позицией t3 на фиг. 3)ECU 26 зарядки выводит сигнал включения/выключения зарядки низкого уровня в зарядное устройство 24. Другими словами, ECU 26 зарядки выводит команду выключения зарядки в зарядное устройство 24. В соответствии с этим зарядное устройство 24 останавливается. Таким образом, контроллер 14 на стороне источника энергии, контроллер 27 на стороне транспортного средства и ECU 26 зарядки взаимодействуют друг с другом так, что зарядное устройство 24, которое представляет собой устройство на вторичной стороне, останавливается после остановки высокочастотного источника 13 питания, который представляет собой устройство на первичной стороне, когда зарядка должна быть остановлена. Другими словами, когда ECU 26 зарядки определяет, что зарядка закончена, вначале останавливают первый высокочастотный источник 13 питания и затем останавливают зарядное устройство 24. Поскольку бесконтактное зарядное устройство резонансного типа имеет схему передачи на высокой частоте, остановка зарядного устройства 24 перед остановкой высокочастотного источника 13 питания приводит к тому, что часть или вся электроэнергия, передаваемая из резонансной катушки первичной стороны в резонансную катушку вторичной стороны, будет отражена обратно к высокочастотному источнику питания, приводя к возникновению вероятности повреждения высокочастотного источника 13 питания. В частности, электроэнергия, отраженная к высокочастотному источнику 13 питания, преобразуется в тепло, в результате чего высокочастотный источник 13 питания перегревается. Кроме того, если зарядное устройство 24 будет остановлено до остановки высокочастотного источника 13 питания, напряжение на входном выводе зарядного устройства 24 повысится, что может повредить зарядное устройство 24. В настоящем варианте осуществления высокочастотный источник 13 питания, который представляет собой устройство на первичной стороне, останавливают до остановки зарядного устройства 24,которое представляет собой устройство на вторичной стороне. Поэтому повреждение высокочастотного источника 13 питания отраженной электроэнергией можно предотвратить, и напряжение на входном выводе зарядного устройства 24 не будет повышено. Настоящий вариант осуществления имеет следующие преимущества.(1) Бесконтактное зарядное устройство резонансного типа включает в себя высокочастотный источник 13 питания, резонансную катушку 11 первичной стороны, резонансную катушку 21 вторичной стороны и зарядное устройство 24, а также модуль управления остановкой (контроллер 14 на стороне источника питания, контроллер 27 на стороне транспортного средства и ECU 26 зарядки). Модуль управления остановкой обеспечивает остановку высокочастотного источника 13 питания перед тем, как зарядное устройство 24 будет остановлено в режиме остановки зарядки. В соответствии с этим, когда зарядка должна быть остановлена, можно предотвратить повреждение высокочастотного источника 13 питания отраженной электроэнергией и можно предотвратить повреждение зарядного устройства 24.(2) Установка высокочастотного 13 источника питания и резонансной катушки 11 первичной стороны на стороне земли и установка резонансной катушки 21 вторичной стороны, зарядного устройства 24 и батареи 25 на транспортном средстве являются предпочтительными с точки зрения практического использования. Настоящее изобретение не ограничено описанным выше вариантом осуществления и может быть воплощено, как представлено ниже. Когда возникает ошибка в зарядной системе, включающей в себя зарядное устройство 24, или в системе транспортного средства другого типа, чем зарядная система, могут быть выполнены аналогичные процедуры, то есть, остановка вначале высокочастотного источника 13 питания и затем остановка зарядного устройства 24. В частности, когда сигнал ошибки транспортного средства или тому подобное подают в контроллер 27 на стороне транспортного средства с фиг. 2, то есть, когда возникает ошибка в системе,контроллер 27 на стороне транспортного средства останавливает высокочастотный источник 13 питания перед остановкой зарядного устройства 24. Сигнал ошибки транспортного средства выводят, когда возникает ошибка, такая как отказ, например, когда батарея перегрета или когда контроллер 27 стороны транспортного средства или другой установленный на транспортном средстве контроллер перегревается. Аналогично, когда выполняют операции с переключателем зажигания, переключателем остановки зарядки или тому подобное, могут быть предприняты аналогичные процедуры, то есть, вначале остановка высокочастотного источника 13 питания и затем остановка зарядного устройства 24. Хотя бесконтактное зарядное устройство резонансного типа применяют для гибридного транспортного средства, бесконтактное зарядное устройство резонансного типа можно применять в других транспортных средствах, кроме гибридного транспортного средства, а также для другого зарядного устройства, используемого в других устройствах, кроме устройств для транспортного средства. Резонансная катушка 11 первичной стороны и резонансная катушка 21 вторичной стороны не ограничены формой спирально намотанного электрического провода и могут быть намотаны в виде плоской спирали. В этом случае длина катушки в осевом направлении уменьшается, что позволяет сформировать в земле отверстия с меньшей глубиной. Профиль резонансной катушки 11 первичной стороны, первичной катушки 12, резонансной катушки 21 вторичной стороны и вторичной катушки 22 не ограничены кругом, и они могут быть выполнены, например, в виде многоугольной формы, такой как прямоугольник, шестиугольник, треугольник или эллипс. Конденсатор C, соединенный с каждой из резонансных катушек 11 первичной стороны и резонансных катушек 21 вторичной стороны, является не обязательным. Однако конфигурация, в которой оба конденсатора C подключены, позволяет уменьшить резонансную частоту по сравнению со случаем, когда конденсаторы C отсутствуют. Также можно уменьшить размер резонансной катушки 11 первичной стороны и резонансной катушки 21 вторичной стороны по сравнению со случаем, когда конденсаторы C отсутствуют, при использовании той же резонансной частоты. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Бесконтактное зарядное устройство резонансного типа, содержащее высокочастотный источник питания,резонансную катушку первичной стороны, которая принимает подаваемую в нее высокочастотную электроэнергию от высокочастотного источника питания,резонансную катушку вторичной стороны, расположенную бесконтактно отдельно от резонансной катушки первичной стороны, принимающую электроэнергию из резонансной катушки первичной стороны посредством резонанса магнитного поля между резонансной катушкой первичной стороны и резонансной катушкой вторичной стороны,зарядное устройство, принимающее подаваемую электроэнергию высокой частоты из резонансной катушки вторичной стороны,аккумуляторную батарею, подключенную к зарядному устройству, и модуль управления остановкой, выполненный с возможностью остановки высокочастотного источника питания перед остановкой зарядного устройства. 2. Устройство по п.1, в котором высокочастотный источник питания и резонансная катушка первичной стороны установлены на стороне земли и резонансная катушка вторичной стороны, зарядное устройство и аккумуляторная батарея установлены на транспортном средстве. 3. Устройство по пп.1 или 2, в котором модуль управления остановкой включает в себя модуль управления первичной стороны, выполненный с возможностью активации и остановки высокочастотного источника питания, и модуль управления вторичной стороны, выполненный с возможностью активации и остановки зарядного устройства, причем модуль управления первичной стороны и модуль управления вторичной стороны выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для остановки высокочастотного источника питания перед остановкой зарядного устройства. 4. Устройство по п.3, в котором модуль управления вторичной стороны выполнен с возможностью уведомления модуля управления первичной стороны о том, что зарядка должна быть остановлена, и остановки зарядного устройства по истечении заданного времени задержки,модуль управления первичной стороны выполнен с возможностью остановки высокочастотного источника питания при приеме уведомления об остановке зарядки из модуля управления вторичной стороны. 5. Устройство по п.3 или 4, в котором модуль управления первичной стороны и модуль управления вторичной стороны выполнены с возможностью связи друг с другом по беспроводному каналу передачи данных.