特許 5753906 充電制御装置および充電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5753906

(24)【登録日】2015年5月29日

(45)【発行日】2015年7月22日

(54)【発明の名称】充電制御装置および充電制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20150702BHJP

   H02J 17/00 20060101ALI20150702BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 301D

   H02J17/00 B

   H02J17/00 X

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-535738(P2013-535738)

(86)(22)【出願日】2011年9月29日

(86)【国際出願番号】JP2011072356

(87)【国際公開番号】WO2013046391

(87)【国際公開日】20130404

【審査請求日】2014年4月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000233044

【氏名又は名称】株式会社日立パワーソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(72)【発明者】

【氏名】澤柳 宏憲

(72)【発明者】

【氏名】有吉 信隆

【審査官】 大手 昌也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２７５２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３４５５８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３６７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−４５１９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２次側コイルと、前記２次側コイルが接続されていると共に、蓄電部に接続可能に構成されている２次側回路とを備えた被充電装置の前記蓄電部を充電する充電制御装置であって、
制御信号によって出力電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力電圧が印加されると共に、前記２次側コイルを電磁誘導可能な１次側コイルを備えている１次側回路と、
前記１次側回路の１次側信号をサンプリングする手段と、前記２次側回路の２次側信号とをサンプリングする手段とを備えると共に、前記電圧制御回路に接続されて前記制御信号を出力する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
前記２次側信号を第２の周期でサンプリングし、
前記１次側信号を、前記第２の周期よりも短い第１の周期でサンプリングし、
前記２次側信号、前記２次側信号をサンプリングしたときの前記１次側信号、および、今回サンプリングした前記１次側信号に基いて、今回サンプリングした前記１次側信号のタイミングに於ける前記２次側信号を推定して、前記２次側回路の所定の信号が一定になるように前記制御信号をフィードバック制御する、
ことを特徴とする充電制御装置。

【請求項2】

前記被充電装置は更に、前記２次側回路に接続されている第２のワイヤレス通信部を備えており、
当該充電制御装置は更に、前記制御部に接続されている第１のワイヤレス通信部を備えており、
前記制御部は、
前記第２のワイヤレス通信部と前記第１のワイヤレス通信部とを介して、前記２次側信号を前記第２の周期でサンプリングする、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の充電制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記２次側信号と前記２次側信号をサンプリングしたときの前記１次側信号との比率を求め、
当該比率を、今回サンプリングした前記１次側信号に乗算して、今回サンプリングした前記１次側信号のタイミングに於ける前記２次側信号を推定する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の充電制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、
前記２次側信号と前記２次側信号をサンプリングしたときの前記１次側信号との比率と、前記比率の時間変化量とを求め、
前記比率を、少なくとも、前記２次側信号のサンプリングから今回の前記１次側信号のサンプリングまでの時間差と前記比率の時間変化量とで補正し、
補正した当該比率を、今回サンプリングした前記１次側信号に乗算して、今回サンプリングした前記１次側信号のタイミングに於ける前記２次側信号を推定する、
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の充電制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記比率の時間変化量を予め設定している、
ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の充電制御装置。

【請求項6】

前記１次側信号は、前記１次側回路に印加されている電圧であり、
前記２次側信号と前記所定の信号は、前記２次側回路が前記蓄電部に印加する電圧である、
ことを特徴とする請求の範囲第１項ないし請求の範囲第５項のいずれか１項に記載の充電制御装置。

【請求項7】

前記１次側信号は、前記１次側回路の前記１次側コイルに流れる電流、または、前記１次側コイルに流れる電流に比例する電流であり、
前記２次側信号と前記所定の信号は、前記２次側回路が前記蓄電部に流す電流である、
ことを特徴とする請求の範囲第１項ないし請求の範囲第５項のいずれか１項に記載の充電制御装置。

【請求項8】

前記１次側信号は、前記１次側回路に印加されている電圧と、前記１次側コイルに流れる電流とであり、
前記２次側信号は、前記２次側回路が前記蓄電部に印加する電圧と、前記蓄電部に流す電流とであり、
前記所定の信号は、前記２次側回路が前記蓄電部に供給する電力である、
ことを特徴とする請求の範囲第１項ないし請求の範囲第５項のいずれか１項に記載の充電制御装置。

【請求項9】

２次側コイルと、前記２次側コイルが接続されていると共に、蓄電部に接続可能に構成されている２次側回路とを備えた被充電装置の前記蓄電部を充電する充電制御装置が実行する充電制御方法であって、
当該充電制御装置は、
制御信号によって出力電圧を制御する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力電圧が印加されると共に、前記２次側コイルを電磁誘導可能な１次側コイルを備えている１次側回路と、
前記１次側回路の１次側信号をサンプリングする手段と、前記２次側回路の２次側信号とをサンプリングする手段とを備えると共に、前記電圧制御回路に接続されて前記制御信号を出力する制御部と、
を備えており、
前記制御部は、
前記２次側信号を第２の周期でサンプリングし、
前記１次側信号を、前記第２の周期よりも短い第１の周期でサンプリングし、
前記２次側信号、前記２次側信号をサンプリングしたときの前記１次側信号、および、今回サンプリングした前記１次側信号に基いて、今回サンプリングした前記１次側信号のタイミングに於ける前記２次側信号を推定して、前記２次側回路の所定の信号が一定になるように前記制御信号をフィードバック制御する、
ことを特徴とする充電制御方法。

【請求項10】

前記被充電装置は更に、前記２次側回路に接続されている第２の無線通信部を備えており、
前記充電制御装置は更に、前記制御部に接続されている第１の無線通信部を備えており、
前記制御部は、
前記第２の無線通信部と前記第１の無線通信部とを介して、前記２次側信号を前記第２の周期でサンプリングする、
ことを特徴とする請求の範囲第９項に記載の充電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蓄電池（二次電池）を充電する充電制御装置および充電制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、蓄電池を充電する充電制御装置は、電源電圧を蓄電池の充電電圧に変換するコンバータおよび整流器と、蓄電池に印加する電圧および蓄電池に流す電流に基いてコンバータをフィードバック制御する制御部とによって構成されている。近年では、スマートフォンなどの種々の装置、または移動体などに搭載されている蓄電池を操作性良く充電するため、１次側と２次側とを電気的に分離して、コイルの電磁誘導によって電力を授受すると共に、蓄電池に印加する電圧値または／および蓄電池に流す電流値をワイヤレスで２次側から１次側に送信する構成としたワイヤレス充電システムが登場している。このワイヤレス充電システムに於いて、１次側の充電制御装置は、ワイヤレスで２次側の被充電装置に給電することにより、被充電装置が備えている蓄電池を充電可能である。

【0003】

特許文献１には、電池の放充電する電流を積算して第１残容量を積算すると共に、電池の電圧に基いて第２残量を演算し、これらに基いて充電を行う発明が記載されている。
特許文献２には、充電電力の変換効率の特性に基いて、最大充電電力を設定して充電を行う発明が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−１９７７２７号公報

【特許文献2】特開２０１０−２００５３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ワイヤレス給電による充電制御装置は、２次側と１次側とがワイヤレスで接続されているという制約のため、蓄電池に印加する電圧の値または／および蓄電池に流す電流の値をサンプリングする周期が長くなってしまう。これにより、サンプリング間隔中に保持している電圧値／電流値と、フィードバック制御の信号に遅れが生じ、制御に影響を与え、制御対象の測定値が目標値に収束しない虞がある。ワイヤレス給電によらない充電装置に於いて、何等かの制約によってサンプリング間隔が長くなり、よってフィードバック制御に遅れが発生する場合にも同様な虞がある。

【0006】

このような場合、１次側の電流値／電圧値を用いてフィードバック制御を行うが、充電が進むにつれて蓄電池の負荷抵抗が変化し、また、被充電装置の位置が変化するので、１次側と２次側の関係は必ずしも一定ではない。よって、制御対象の測定値が目標値に収束しない虞がある。
そこで、本発明は、サンプリング間隔中の２次側信号（電圧、電流）の補間値を推定する充電制御装置および充電制御方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の請求項１では、２次側コイルと、前記２次側コイルが接続されていると共に、蓄電部に接続可能に構成されている２次側回路とを備えた被充電装置の前記蓄電部を充電する充電制御装置であって、制御信号によって出力電圧を制御する電圧制御回路と、前記電圧制御回路の出力電圧が印加されると共に、前記２次側コイルを電磁誘導可能な１次側コイルを備えている１次側回路と、前記１次側回路の１次側信号をサンプリングする手段と、前記２次側回路の２次側信号とをサンプリングする手段とを備えると共に、前記電圧制御回路に接続されて前記制御信号を出力する制御部と、を備えており、前記制御部は、前記２次側信号を第２の周期でサンプリングし、前記１次側信号を、前記第２の周期よりも短い第１の周期でサンプリングし、前記２次側信号、前記２次側信号をサンプリングしたときの前記１次側信号、および、今回サンプリングした前記１次側信号に基いて、今回サンプリングした前記１次側信号のタイミングに於ける前記２次側信号を推定して、前記２次側回路の所定の信号が一定になるように前記制御信号をフィードバック制御する、ことを特徴とする充電制御装置とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によって、サンプリング間隔中の２次側信号（電圧、電流）の補間値を推定する充電制御装置および充電制御方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に於ける充電制御装置と被充電装置を示す概略の構成図である。

【図2】第１の実施形態に於けるインバータ回路と２次側整流回路を示す概略の構成図である。

【図3】１次側と２次側との関係の測定結果を示す図である。

【図4】第１の実施形態に於ける２次側の推定方法を示す図である。

【図5】第１の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートである。

【図6】第２の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートである。

【図7】第３の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートである。

【図8】比較例に於ける充電制御装置と被充電装置を示す概略の構成図である。

【図9】比較例に於ける制御処理を示すフローチャートである。

【図10】比較例と第１の実施形態とのシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以降、本発明を実施するための形態を、図を参照して詳細に説明する。

【0011】

（第１の実施形態の構成）
図１は、第１の実施形態に於ける充電制御装置と被充電装置を示す概略の構成図である。
充電制御装置１０は、１次側に、チョッパ回路１２（電圧制御回路）と、電圧測定部１３と、１次側インバータ回路２０（１次側回路）と、１次側コイル１５と、制御部３０と、無線通信部３１（第１のワイヤレス通信部）と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）部３２とを有し、直流電源１１に接続されている。更に、この充電制御装置１０によって充電される２次側の被充電装置１００は、２次側コイル６０と、２次側整流回路４０（２次側回路）と、電圧測定部５１と、電流測定部５２と、無線通信部５４（第２のワイヤレス通信部）とを有し、蓄電池５３（蓄電装置）に接続されている。

【0012】

直流電源１１の正極端子と負極端子とは、それぞれチョッパ回路１２の入力側の正極端子と負極端子とに接続されている。チョッパ回路１２の出力側の正極端子と負極端子とは、それぞれ１次側インバータ回路２０の入力側の正極端子と負極端子と、電圧測定部１３とに並列に接続されている。１次側インバータ回路２０の出力側の正極端子と負極端子とは、１次側コイル１５に接続されている。

【0013】

第１の実施形態では、１次側コイル１５と２次側コイル６０とは分離可能であると共に、１次側コイル１５と２次側コイル６０とを近傍に位置させることによって、１次側コイル１５から２次側コイル６０にワイヤレスで給電することができる。

【0014】

２次側コイル６０は、２次側整流回路４０の入力側の正極端子と負極端子とに接続されている。２次側整流回路４０の出力側の正極端子と負極端子とは、電流測定部５２と蓄電池５３とが直列に接続されている回路と、電圧測定部５１とに並列に接続されている。

【0015】

２次側である被充電装置１００の電圧測定部５１の出力側と、電流測定部５２の出力側とは、無線通信部５４に接続されている。電圧測定部５１の出力側の信号は、この電圧測定部５１が接続されている蓄電池５３に印加される２次側電圧ＶＤＣ２を示している。電流測定部５２の出力側の信号は、この電流測定部５２が接続されている蓄電池５３に流す２次側電流ＩＤＣ２を示している。２次側である被充電装置１００の無線通信部５４は、１次側である充電制御装置１０の無線通信部３１に、無線（ワイヤレス）で信号を伝達可能に構成されている。

【0016】

１次側である充電制御装置の制御部３０には、無線通信部３１の出力側と、電圧測定部１３の出力側と、１次側インバータ回路２０の出力側とが接続されている。無線通信部３１の出力側の信号は、２次側電圧ＶＤＣ２の情報または／および２次側電流ＩＤＣ２の情報を含んでいる。電圧測定部１３の出力側の信号は、この電圧測定部１３に印加されている１次側電圧ＶＤＣ１の情報を含んでいる。すなわち、電圧測定部１３の出力側の信号は、この電圧測定部１３と並列に接続されている１次側インバータ回路２０の入力側の電圧の情報を含んでいる。１次側インバータ回路２０の出力側の信号は、１次側コイル１５に流れる１次側電流ＩＬ１の情報を含んでいる。
制御部３０の出力信号は、ＰＷＭ部３２に入力されている。ＰＷＭ部３２の出力信号はチョッパ回路１２に入力されている。

【0017】

図２は、第１の実施形態に於けるインバータ回路と２次側整流回路を示す概略の構成図である。
１次側インバータ回路２０は、インバータ部２１と、共振部２５と、電流測定部２６とを有している。
インバータ部２１は、この１次側インバータ回路２０の入力側の正極端子と負極端子とが接続されている。インバータ部２１の出力側は、一方の端子が電流測定部２６を介して共振部２５の一方の端子に接続されていると共に、他方の端子が共振部２５の他方の端子に接続されている。この共振部２５の出力側の２つの端子は、それぞれ１次側コイル１５に接続されている。

【0018】

インバータ部２１は、平滑コンデンサ２２と、第１のスイッチングレッグと、第２のスイッチングレッグとを備えている。第１のスイッチングレッグは、第１上アーム抵抗Ｒ２３Ｈと、第１上アームスイッチング素子Ｔ２３Ｈと、保護ダイオードＤ２３Ｈと、第１上アーム制御部Ｓ２３Ｈと、第１下アーム抵抗Ｒ２３Ｌと、第１下アームスイッチング素子Ｔ２３Ｌと、保護ダイオードＤ２３Ｌと、第１下アーム制御部Ｓ２３Ｌを備えている。第２のスイッチングレッグは、第２上アーム抵抗Ｒ２４Ｈと、第２上アームスイッチング素子Ｔ２４Ｈと、保護ダイオードＤ２４Ｈと、第２上アーム制御部Ｓ２４Ｈと、第２下アーム抵抗Ｒ２４Ｌと、第２下アームスイッチング素子Ｔ２４Ｌと、保護ダイオードＤ２４Ｌと、第２下アーム制御部Ｓ２４Ｌとを備えている。

【0019】

インバータ部２１の入力側の正極端子と負極端子とは、平滑コンデンサ２２と、第１のスイッチングレッグと、第２のスイッチングレッグとに並列接続されている。

【0020】

第１のスイッチングレッグは、第１上アーム抵抗Ｒ２３Ｈと、第１上アームスイッチング素子Ｔ２３Ｈと、第１下アーム抵抗Ｒ２３Ｌと、第１下アームスイッチング素子Ｔ２３Ｌとに直列に接続されている。第１上アームスイッチング素子Ｔ２３Ｈの制御端子には、第１上アーム制御部Ｓ２３Ｈが接続されている。第１上アームスイッチング素子Ｔ２３Ｈには、保護ダイオードＤ２３Ｈが逆方向に接続されている。第１下アームスイッチング素子Ｔ２３Ｌの制御端子には、第１下アーム制御部Ｓ２３Ｌが接続されている。第１下アームスイッチング素子Ｔ２３Ｌには、保護ダイオードＤ２３Ｌが逆方向に接続されている。

【0021】

第２のスイッチングレッグは、第２上アーム抵抗Ｒ２４Ｈと、第２上アームスイッチング素子Ｔ２４Ｈと、第２下アーム抵抗Ｒ２４Ｌと、第２下アームスイッチング素子Ｔ２４Ｌとに直列に接続されている。第２上アームスイッチング素子Ｔ２４Ｈの制御端子には、第２上アーム制御部Ｓ２４Ｈが接続されている。第２上アームスイッチング素子Ｔ２４Ｈには、保護ダイオードＤ２４Ｈが逆方向に接続されている。第２下アームスイッチング素子Ｔ２４Ｌの制御端子には、第２下アーム制御部Ｓ２４Ｌが接続されている。第２下アームスイッチング素子Ｔ２４Ｌには、保護ダイオードＤ２４Ｌが逆方向に接続されている。

【0022】

第１のスイッチングレッグの第１上アームスイッチング素子Ｔ２３Ｈと、第１下アーム抵抗Ｒ２３Ｌとが接続されているノードは、このインバータ部２１の一方の出力端子である。第２のスイッチングレッグの第２上アームスイッチング素子Ｔ２４Ｈと、第２下アーム抵抗Ｒ２４Ｌとが接続されているノードは、このインバータ部２１の一方の出力端子である。

【0023】

インバータ部２１は、第１上アーム制御部Ｓ２３Ｈ、第１下アーム制御部Ｓ２３Ｌ、第２上アーム制御部Ｓ２４Ｈ、および、第２下アーム制御部Ｓ２４Ｌから所定のパターンのパルスを出力することにより、共振部２５に所定の交流電流を流すことができる。

【0024】

２次側には、２次側コイル６０と、２次側整流回路４０とを備えている。この２次側コイル６０は、１次側コイル１５とは分離可能に構成されていると共に、１次側コイル１５の近傍に配置されたときに、この１次側コイル１５によって電磁誘導され、所定の交流電流が流れるようになっている。

【0025】

２次側整流回路４０は、共振部４１と、ブリッジ部４２とを備えている。ブリッジ部４２は、ブリッジダイオードＤ４２Ｈ，Ｄ４２Ｌ，Ｄ４３Ｈ，Ｄ４３Ｌと、平滑コンデンサＣ４４と、整流ダイオードＤ４５とを備えている。
共振部４１の出力は、ブリッジ部４２の２つの入力側ノードに接続されている。一方の入力側ノードには、ブリッジダイオードＤ４２Ｈのアノード端子と、ブリッジダイオードＤ４２Ｌのカソード端子とが接続されている。他方の入力側ノードには、ブリッジダイオードＤ４３Ｈのアノード端子と、ブリッジダイオードＤ４３Ｌのカソード端子とが接続されている。
ブリッジダイオードＤ４２Ｈのカソード端子とブリッジダイオードＤ４３Ｈのカソード端子とは、平滑コンデンサＣ４４の正極端子に接続され、更に順方向に接続された整流ダイオードＤ４５を介して、この２次側整流回路４０の出力側の正極端子に接続されている。
ブリッジダイオードＤ４２Ｌのアノード端子と、ブリッジダイオードＤ４３Ｌのアノード端子とは、平滑コンデンサＣ４４の負極端子に接続されて、この２次側整流回路４０の出力側の負極端子（グランド）に接続されている。
この２次側整流回路４０は、２次側コイル６０を介して流れる交流電流をブリッジ部４２で整流することにより、直流に変換する整流回路である。

【0026】

（第１の実施形態の動作）
図１を基に、充電制御装置１０の動作を説明する。
制御部３０は、２次側電圧ＶＤＣ２の情報または／および２次側電流ＩＤＣ２の情報を、例えば１００ｍＳＥＣ（第２の周期）でサンプリングする。制御部３０は、１次側電圧ＶＤＣ１または／および１次側電流ＩＬ１を、５ｍＳＥＣ（第１の周期）でサンプリングする。本実施形態に於いて、１次側電圧ＶＤＣ１または／および１次側電流ＩＬ１のサンプリング周期と、チョッパ回路１２を制御する制御信号を出力する制御周期とは、同一の５ｍＳＥＣ周期である。

【0027】

定電圧制御の場合には、２次側電圧ＶＤＣ２と、２次側電圧ＶＤＣ２をサンプリングしたときの１次側電圧ＶＤＣ１、および、今回サンプリングした１次側電圧ＶＤＣ１に基いて、今回サンプリングしたタイミングに於ける２次側電圧ＶＤＣ２を推定して、２次側整流回路４０の２次側電圧ＶＤＣ２が一定になるように、ＰＷＭ部３２に出力する制御信号をフィードバック制御する。

【0028】

定電流制御の場合には、２次側電流ＩＤＣ２と、２次側電流ＩＤＣ２をサンプリングしたときの１次側電流ＩＬ１、および、今回サンプリングした１次側電流ＩＬ１に基いて、今回サンプリングしたタイミングに於ける２次側電流ＩＤＣ２を推定して、２次側整流回路４０の２次側電流ＩＤＣ２が一定になるように、ＰＷＭ部３２に出力する制御信号をフィードバック制御する。

【0029】

定電力制御の場合には、２次側電圧ＶＤＣ２と、２次側電圧ＶＤＣ２をサンプリングしたときの１次側電圧ＶＤＣ１、および、今回サンプリングした１次側電圧ＶＤＣ１に基いて、今回サンプリングしたタイミングに於ける２次側電圧ＶＤＣ２を推定する。更に、２次側電流ＩＤＣ２と、２次側電流ＩＤＣ２をサンプリングしたときの１次側電流ＩＬ１、および、今回サンプリングした１次側電流ＩＬ１に基いて、今回サンプリングしたタイミングに於ける２次側電流ＩＤＣ２を推定する。そして、２次側整流回路４０が供給する電力（２次側電圧ＶＤＣ２と２次側電流ＩＤＣ２との積）が一定になるように、ＰＷＭ部３２に出力する制御信号をフィードバック制御する。

【0030】

図３（ａ），（ｂ）は、１次側と２次側との関係の測定結果を示す図である。
図３（ａ）は、１次側電圧ＶＤＣ１と２次側電圧ＶＤＣ２との関係の測定結果を示す図である。横軸には１次側電圧ＶＤＣ１［Ｖ］が示され、縦軸には２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率が示されている。左端にプロットされた点は、測定開始タイミングを示している。以降、約１０分ごとに測定した１次側電圧ＶＤＣ１と、２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率とをプロットしている。測定開始時の３８分後に測定を終了している。このとき、２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率の変化は０．０７である。２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率は、連続で緩やかに変化している。この時間的な変化に対して、２次側電圧ＶＤＣ２のサンプリング間隔の１００ｍＳＥＣは、非常に小さい。これにより、２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率を時間的な変化によって補正し、この補正した比率と５ｍＳＥＣ周期でサンプリングした１次側電圧ＶＤＣ１の値とによって、このサンプリング間隔中の２次側電圧ＶＤＣ２を推定することができる。

【0031】

図３（ｂ）は、１次側電流ＩＬ１と２次側電流ＩＤＣ２との関係の測定結果を示す図である。横軸には１次側電流ＩＬ１のアンペア単位のピーク値［Ａｐｅａｋ］が示され、縦軸には２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率が示されている。左端にプロットされた点は、測定開始タイミングを示している。以降、約１０分ごとに測定した１次側電流ＩＬ１と、２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率とをプロットしている。測定開始時の３８分後に測定を終了している。このとき、２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率の変化は０．０２である。２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率は、連続で緩やかに変化している。この時間的な変化に対して、２次側電流ＩＤＣ２のサンプリング間隔の１００ｍＳＥＣは、非常に小さい。これにより、２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率を時間的な変化によって補正し、この補正した比率と５ｍＳＥＣ周期でサンプリングした２次側電流ＩＤＣ２の値とによって、このサンプリング間隔中の２次側電流ＩＤＣ２を推定することができる。

【0032】

図４（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に於ける２次側の推定方法を示す図である。
図４（ａ）は、第１の実施形態に於ける２次側電圧の推定方法を示す図である。
この図に於いて、時刻ｔ、１次側電圧ＶＤＣ１、２次側電圧ＶＤＣ２、２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率ｆ（ｔ）との間には、式１の関係が成立する。

【数1】

【0033】

関数ｆをｔ＋Δｔでテイラー展開して１次近似すると、式２の関係が成立する。

【数2】

【0034】

式１に式２を代入して変形すると、以下の式３となり、２次側電圧ＶＤＣ２の推定値を得ることができる。

【数3】

【0035】

実際の制御に於いて、ｆ（ｔ）は以下の式４−１，４−２の値をとるものとする。

【数4】

【0036】

式４−１，４−２によって、以下の式５が導かれる。但し、Ｔnは、２次側電圧ＶＤＣ２をサンプリングした時刻それぞれを示している。Δｔは、制御タイミングｔと、直近に２次側電圧ＶＤＣ２をサンプリングした時刻Ｔnとの時間差を示している。

【数5】

【0037】

上記の式１〜５により、時刻ｔ＝Ｔn＋Δｔに於ける２次側電圧ＶＤＣ２の推定値は、以下の式６によって導かれる。但し、２次側電圧ＶＤＣ２のサンプリング周期をΔＴとする。

【数6】

【0038】

上述した数式により、２次側電圧ＶＤＣ２と、この２次側電圧ＶＤＣ２をサンプリングしたときの１次側電圧ＶＤＣ１との関係を示す関数ｆと、直近に２次側電圧ＶＤＣ２をサンプリングしたのちの経過時間Δｔとによって、現在の時刻ｔに於ける２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率を示す関数ｆ（ｔ）を算出することができる。

【0039】

図４（ｂ）は、第１の実施形態に於ける２次側電流の推定方法を示す図である。
この図に於いて、時刻ｔ、１次側電流ＩＬ１、２次側電流ＩＤＣ２、時刻ｔに於ける２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率を示す関数ｇ（ｔ）との間には、式７の関係が成立する。

【数7】

【0040】

関数ｇをｔ＋Δｔでテイラー展開して１次近似すると、式８の関係が成立する。

【数8】

【0041】

式７に式８を代入して変形すると、以下の式９となり、２次側電流ＩＤＣ２の推定値を得ることができる。

【数9】

【0042】

実際の制御に於いて、ｇ（ｔ）は以下の式１０−１，１０−２の値をとるものとする。

【数10】

【0043】

式１０−１，１０−２によって以下の式１１が導かれる。但し、Ｔnは、２次側電流ＩＤＣ２をサンプリングした時刻を示している。Δｔは制御タイミングｔと、直近に２次側電流ＩＤＣ２をサンプリングした時刻Ｔnとの時間差を示している。

【数11】

【0044】

上記の式７〜１１により、時刻ｔ＝Ｔn＋Δｔの２次側電流ＩＤＣ２の推定値は、以下の式１２によって導かれる。但し、２次側電流ＩＤＣ２のサンプリング周期をΔＴとする。

【数12】

【0045】

上述した数式により、２次側電流ＩＤＣ２と、この２次側電流ＩＤＣ２をサンプリングしたときの１次側電流ＩＬ１との関係を示す関数ｇと、直近に２次側電流ＩＤＣ２をサンプリングしたのちの経過時間Δｔとによって、現在の時刻ｔに於ける２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率を示す関数ｇ（ｔ）を算出することができる。

【0046】

図５は、第１の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートである。
処理が開始すると、ステップＳ１０に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側電流ＩＤＣ２と２次側電圧ＶＤＣ２とを、無線通信部３１および無線通信部５４を介して測定する。以降、２次側電流ＩＤＣ２と２次側電圧ＶＤＣ２とは、１００ｍＳＥＣ毎（第２の周期）でサンプリングされる。

【0047】

ステップＳ１１に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、１次側電流ＩＬ１と１次側電圧ＶＤＣ１とを測定する。以降、１次側電流ＩＬ１と１次側電圧ＶＤＣ１とは、５ｍＳＥＣ毎（第１の周期）でサンプリングされる。
ステップＳ１２に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の測定回数を判断する。

【0048】

２次側の測定が初回であったならば、ステップＳ１３の処理を行う。２次側の測定が２回目であったならば、ステップＳ１４の処理を行う。２次側の測定が３回目以降であったならば、ステップＳ１５の処理を行う。

【0049】

ステップＳ１３に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、シミュレーションによる初期値に基くｆ（０），ｇ（０）を設定し、ステップＳ１６の処理を行う。ｆ（０）は、２次側電圧ＶＤＣ２と１次側電圧ＶＤＣ１との比率を、シミュレーションなどで求めた初期値（定数）である。ｇ（０）は、２次側電流ＩＤＣ２と１次側電流ＩＬ１との比率を、シミュレーションなどで求めた初期値（定数）である。
ステップＳ１４に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の測定に基き、ｆ（Ｔ），ｇ（Ｔ）を設定し、ステップＳ１６の処理を行う。ステップＳ１４に於ける算出方法を、以下の式１３−１，１３−２に示す。

【数13】

【0050】

ステップＳ１５に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の測定に基き、ｆ（ｔ），ｇ（ｔ）を設定し、ステップＳ１６の処理を行う。ステップＳ１５に於ける算出方法を、以下の式１４−１，１４−２に示す。

【数14】

【0051】

ステップＳ１６に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、設定した関数ｆと１次側電圧ＶＤＣ１に基いて２次側電圧ＶＤＣ２の予測値を算出し、設定した関数ｇと１次側電流ＩＬ１に基いて２次側電流ＩＤＣ２の予測値を算出する。
ステップＳ１３から当該ステップＳ１６に遷移したときの、２次側電圧ＶＤＣ２の予測値と、２次側電流ＩＤＣ２の予測値とを求める数式を、以下の式１５に示す。

【数15】

【0052】

ステップＳ１４から当該ステップＳ１６に遷移したときの、２次側電圧ＶＤＣ２の予測値と、２次側電流ＩＤＣ２の予測値とを求める数式を、以下の式１６に示す。

【数16】

【0053】

ステップＳ１５から当該ステップＳ１６に遷移したときの、２次側電圧ＶＤＣ２の予測値と、２次側電流ＩＤＣ２の予測値とを求める数式を、以下の式１７に示す。

【数17】

【0054】

ステップＳ１７に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、制御方法がいずれであるかを判断する。制御方法が定電流制御であったならば、充電制御装置１０の制御部３０は、ステップＳ１８の処理を行い、制御方法が定電圧制御であったならば、ステップＳ１９の処理を行い、制御方法が定電力制御であったならば、ステップＳ２０の処理を行う。

【0055】

ステップＳ１８に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側電流ＩＤＣ２の予測値に基き、この予測値と目標値との差を打ち消すようチョッパ回路１２への指令値を算出する。ステップＳ１８の処理が終了すると、充電制御装置１０の制御部３０は、ステップＳ２２の処理を行う。

【0056】

ステップＳ１９に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側電圧ＶＤＣ２の予測値に基き、この予測値と目標値との差を打ち消すようチョッパ回路１２への指令値を算出する。ステップＳ１９の処理が終了すると、充電制御装置１０の制御部３０は、ステップＳ２２の処理を行う。
ステップＳ２０に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側電圧ＶＤＣ２の予測値と２次側電流ＩＤＣ２の予測値とを乗算し、電力予測値を算出する。
ステップＳ２１に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、この予測値と目標値との差を打ち消すようチョッパ回路１２への指令値を算出する。

【0057】

ステップＳ２２に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、チョッパ回路１２への指令値をＰＷＭ部３２に出力し、チョッパ回路１２のＰＷＭデューティを制御する。

【0058】

ステップＳ２３に於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、ステップＳ１１で１次側を測定したのちの経過時間と、ステップＳ１０で２次側を測定したのちの経過時間とを判断する。充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の測定後、１００ｍＳＥＣが経過していたならば、ステップＳ１０の処理に戻り、１次側の測定後、５ｍＳＥＣが経過していたならば、ステップＳ１１の処理に戻る。以降、充電制御装置１０の制御部３０は、電源がオフされるまで、上述した処理を繰り返す。

【0059】

（第１の実施形態と比較例との対比）
図８は、比較例に於ける充電制御装置と被充電装置を示す概略の構成図である。

【0060】

比較例の充電制御装置１０Ａは、第１の実施形態の充電制御装置１０とは異なり、電圧測定部１３を有しておらず、１次側インバータ回路２０Ａが電流測定部２６を有していない他は、第１の実施形態の充電制御装置１０と同様の構成を有している。

【0061】

図９は、比較例に於ける制御処理を示すフローチャートである。
処理を開始したときの、ステップＳ１０に於ける処理は、第１の実施形態のステップＳ１０に於ける処理と同様である。ステップＳ１０の処理が終了したならば、充電制御装置１０Ａは、第１の実施形態のステップＳ１１〜Ｓ１６の処理を行わずに、ステップＳ１７の処理を行う。
ステップＳ１７〜Ｓ２３の処理は、第１の実施形態のステップＳ１７〜Ｓ２３の処理と同様である。

【0062】

図１０（ａ−１）〜（ａ−３），（ｂ−１）〜（ｂ−３）は、比較例と第１の実施形態とのシミュレーション結果を示す図である。図１０（ａ−１）〜（ａ−３）は、比較例のシミュレーション結果を示している。図１０（ｂ−１）〜（ｂ−３）は、第１の実施形態のシミュレーション結果を示している。図１０全てに於いて、横軸は時間ｔを示している。

【0063】

図１０（ａ−１）の縦軸は、比較例に於ける充電電圧を示している。図１０（ａ−２）の縦軸は、比較例に於ける充電電流を示している。図１０（ａ−３）の縦軸は、比較例に於ける充電電力を示している。

【0064】

図１０（ｂ−１）の縦軸は、第１の実施形態に於ける充電電圧を示している。図１０（ｂ−２）の縦軸は、第１の実施形態に於ける充電電流を示している。図１０（ｂ−３）の縦軸は、第１の実施形態に於ける充電電力を示している。

【0065】

比較例と第１の実施形態は共通して、所定の期間に亘って定電流制御、定電力制御、および、定電圧制御を順に行っている。図１０（ａ―２）と図１０（ａ−３）に示すように、比較例に於ける定電流制御と定電力制御では、所定値に収束せずに振動している。それに対して、図１０（ｂ―２）と図１０（ｂ−３）に示すように、第１の実施形態に於ける定電流制御と定電力制御では、所定値に収束している。

【0066】

（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ），（Ｂ）のような効果がある。

【0067】

（Ａ） ワイヤレス給電システムに於いても、蓄電池に対して理想的な充電制御を行うことができる。これにより、充電制御装置１０は、蓄電池の電池寿命を延ばすことができる。

【0068】

（Ｂ） 充電制御装置１０は、２次側のサンプリング毎に１次側と２次側との関係を更新している。これにより、充電制御装置１０は、環境の変化による１次側と２次側との関係の変化、例えば素子の劣化、ワイヤレス充電中のコイルの位置ずれなどに対応することができる。

【0069】

（第２の実施形態の構成）
第２の実施形態の充電制御装置１０と被充電装置１００の構成は、第１の実施形態の充電制御装置１０と被充電装置１００（図１）と同様の構成を有している。
第２の実施形態の充電制御装置１０の特徴は、第１の実施形態の充電制御装置１０の特徴に加えて、初期状態に於ける関数ｆの時間ｔによる傾きと、関数ｇの時間ｔによる傾きとを記憶しており、２次側の初回の測定から、その傾きを考慮した電流予測値と電圧予測値とを算出していることである。

【0070】

（第２の実施形態の動作）
図６は、第２の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートである。図５に示す第１の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートと同一の要素には、同一の符号を付与している。
処理を開始したのち、ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理は、第１の実施形態のステップＳ１０〜Ｓ１２の処理と同様である。
ステップＳ１３Ａに於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、予め設定した傾きと初期値に基き、以下の式１８−１に従ってｆ（ｔ）を設定し、以下の式１８−２に従ってｇ（ｔ）を設定し、ステップＳ１６の処理を行う。なお、ステップＳ１３Ａに於いて、Δｔ＝ｔである。

【数18】

【0071】

ステップＳ１４Ａに於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、予め設定した傾きと２次側の測定に基き、以下の式１９−１に従ってｆ（ｔ）を設定し、以下の式１９−２に従ってｇ（ｔ）を設定し、ステップＳ１６の処理を行う。なお、ステップＳ１４Ａに於いて、Δｔ＝Ｔ−ｔである。

【数19】

【0072】

ステップＳ１６〜Ｓ２３の処理は、第１の実施形態のステップＳ１６〜Ｓ２３の処理と同様である。
これにより、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の初回の測定後すぐに、時間ｔによる２次側の傾きを反映した精密な電流予測値／電圧予測値を算出することができる。

【0073】

（第２の実施形態の効果）
以上説明した第２の実施形態では、次の（Ｃ）のような効果がある。

【0074】

（Ｃ） 充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の初回の測定後すぐに、時間ｔによる２次側の傾きを反映した精密な電流予測値／電圧予測値を算出することができる。

【0075】

（第３の実施形態の構成）
第３の実施形態の充電制御装置１０と被充電装置１００の構成は、第１の実施形態の充電制御装置１０と被充電装置１００（図１）と同様の構成を有している。
第３の実施形態の充電制御装置１０の特徴は、１次側と２次側との信号（電流または電圧）測定から、１次側と２次側との信号の比率を算出し、その比率に基いて信号予測値（電流予測値または／および電圧予測値）を算出していることである。これはテイラー展開の０次近似に相当する。１次側と２次側との比率の時間変化が極めて少ないか、または、１次側信号のサンプリング周期と制御周期とが極めて早いならば、テイラー展開の０次近似であっても、適切に制御することができる。

【0076】

（第３の実施形態の動作）
図７は、第３の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートである。図５に示す第１の実施形態に於ける制御処理を示すフローチャートと同一の要素には、同一の符号を付与している。
処理を開始したのち、ステップＳ１０〜Ｓ１１の処理は、第１の実施形態のステップＳ１０〜Ｓ１１の処理と同様である。
ステップＳ１２Ａに於いて、充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の測定回数を判断する。
充電制御装置１０の制御部３０は、２次側の測定が初回であったならば、ステップＳ１３の処理を行い、２次側の測定が２回目以降であったならば、ステップＳ１４の処理を行う。
ステップＳ１３〜Ｓ２３の処理は、第１の実施形態のステップＳ１３〜Ｓ２３の処理と同様である。

【0077】

（第３の実施形態の効果）
以上説明した第３の実施形態では、次の（Ｄ）のような効果がある。

【0078】

（Ｄ） 充電制御装置１０の制御部３０は、同時にサンプリングした１次側信号と２次側信号の比率に基いて制御している。これにより、充電制御装置１０の制御部３０は、演算量が少なくなり、高速にフィードバックすることができ、よって、目標値に安定に収束させることができる。

【0079】

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｃ）のようなものがある。

【0080】

（ａ） 第１の実施形態の充電制御装置１０の制御部３０は、テイラー展開の１次近似によって２次側信号を推定している。第３の実施形態の充電制御装置１０の制御部３０は、テイラー展開の０次近似によって２次側信号を推定している。しかし、これに限られず、充電制御装置１０の制御部３０は、テイラー展開の２次以上の近似によって、２次側信号を推定してもよい。これにより、充電制御装置１０は、更に精密な近似を行うことができる。

【0081】

（ｂ） 第１〜第３の実施形態の被充電装置１００は、無線路を介して充電制御装置１０に、２次側の信号を送信している。しかし、これに限られず、被充電装置１００は、ワイヤレスで情報を送信する手段、例えば、赤外線、可視光、紫外線、可聴音、超音波、磁界などによって、充電制御装置１０に２次側電圧ＶＤＣ２または／および２次側電流ＩＤＣ２を送信してもよい。

【0082】

（ｃ） 第１〜第３の実施形態では、ワイヤレスで被充電装置１００から充電制御装置１０に、２次側の信号を送信している。しかし、これに限られず、２次側から１次側への信号送信に大きな遅延が発生するシステムに、本発明を適用してもよい。

【符号の説明】

【0083】

１０，１０Ａ 充電制御装置
１１ 直流電源
１２ チョッパ回路 （電圧制御回路）
１３ 電圧測定部
１５ １次側コイル
２０，２０Ａ １次側インバータ回路 （１次側回路）
２１ インバータ部
２５ 共振部
２６ 電流測定部
３０ 制御部
３１ 無線通信部 （第１のワイヤレス通信部）
３２ ＰＷＭ部
４０ ２次側整流回路 （２次側回路）
５１ 電圧測定部
５２ 電流測定部
５３ 蓄電池 （蓄電装置）
５４ 無線通信部 （第２のワイヤレス通信部）
６０ ２次側コイル
１００ 被充電装置
ＩＬ１ １次側電流 （１次側信号）
ＶＤＣ１ １次側電圧 （１次側信号）
ＩＤＣ２ ２次側電流 （２次側信号）
ＶＤＣ２ ２次側電圧 （２次側信号）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】