用于对无线电力传送系统进行对准及兼容性检测的系统及方法
【技术领域】
[0001]所描述技术大体上涉及无线电力。更具体言之，本发明涉及与用于无线电力传送 系统与例如包含电池组的车辆的远程系统的对准及兼容性检测相关的装置、系统及方法。
【背景技术】
[0002] 无线电力传送系统可在许多方面不同，包含电路拓扑、磁性布局及电力发射能力 或需求。此外，可从特定电力传送系统传送到车辆的电力量可取决于所述系统与电动车辆 之间的实体对准。因此，存在评估特定无线电力传送系统与电动车辆之间的兼容性水平的 需要。
【发明内容】
[0003] 提供一种用于从具有发射线圈的充电发射器无线地接收充电电力的设备。所述设 备包括耦合到接收线圈且耦合到负载的接收器通信电路。所述接收器通信电路经配置以接 收与所述充电发射器的至少一个特性相关联的信息。所述设备进一步包括传感器电路，所 述传感器电路经配置以测量与所述接收线圈相关联的短路电流或开路电压的值。所述设备 进一步包括控制器，所述控制器经配置以比较所述短路电流或所述开路电压的所述值与阈 值充电参数，所述阈值充电参数设定于提供足以对所述负载充电的充电电力的电平。所述 控制器经进一步配置以在与所述接收线圈相关联的所述短路电流或所述开路电压大于或 等于所述阈值充电参数时起始从所述充电发射器接收所述充电电力。
[0004] 提供一种无线地接收充电电力的方法。所述方法包括接收与充电发射器的至少一 个特性相关联的信息。所述方法进一步包括测量与接收线圈相关联的短路电流或开路电压 的值。所述方法进一步包括比较所述短路电流或所述开路电压的所述值与阈值充电参数， 所述阈值设定于提供足以对负载充电的充电电力的电平。所述方法进一步包括在与所述接 收线圈相关联的所述短路电流或所述开路电压大于或等于所述阈值充电参数时起始从所 述充电发射器接收所述充电电力。
[0005] 提供一种用于无线地接收充电电力的设备。所述设备包括用于接收与充电发射器 的至少一个特性相关联的信息的装置。用于接收所述信息的所述装置以操作方式连接到负 载。所述设备进一步包括用于测量与所述接收装置相关联的短路电流或开路电压的值的装 置。所述设备进一步包括用于比较所述短路电流或所述开路电压的所述值与阈值充电参数 的装置。所述阈值设定于提供足以对所述负载充电的充电电力的电平。所述设备进一步包 括用于在与所述接收装置相关联的所述短路电流或所述开路电压大于或等于所述阈值充 电参数时起始从所述充电发射器接收所述充电电力的装置。
[0006] 提供一种用于将充电电力无线地发射到接收器的接收线圈的设备。所述设备包括 耦合到发射线圈的发射电路。所述设备进一步包括耦合到所述发射电路的传感器电路。所 述传感器电路经配置以测量所述发射电路的至少一个特性的值。所述设备进一步包括通信 电路，所述通信电路经配置以将所述发射电路的所述至少一个特性的所述值的指示发射到 所述接收器。所述指示致使所述接收器基于所述指示而确定阈值充电参数。所述指示致使 所述接收器在与所述接收线圈相关联的短路电流或开路电压大于或等于所述阈值充电参 数时起始接收所述充电电力。
【附图说明】
[0007] 图1为根据一个例示性实施方案的无线电力传送系统的功能框图。
[0008] 图2为根据另一例示性实施方案的无线电力传送系统的功能框图。
[0009] 图3为根据例示性实施方案的包含发射或接收天线的图2的发射电路或接收电路 的一部分的不意图。
[0010]图4A至4E为根据例示性实施方案的电动车辆与无线电力传送系统的对准操作的 描绘。
[0011] 图5为根据例示性实施方案的经由发射器线圈对准的车辆的图。
[0012] 图6为根据例示性实施方案的具有对准及兼容性检测的无线电力传送系统的功能 框图。
[0013] 图7为根据例示性实施方案的图6的接收电路的一部分的示意图。
[0014] 图8说明根据例示性实施方案的用于无线电力传送系统的对准及兼容性检测的方 法的流程图。
[0015]图9说明根据例示性实施方案的用于无线电力传送系统的对准及兼容性检测的另 一方法的流程图。
[0016] 图10展示根据例示性实施方案的包括电力发射器系统及电力接收器系统连同信 号流的无线电力传送系统。
[0017] 图11展示根据例示性实施方案的图10的电力接收器系统的次要电流控制器的状 态图。
[0018] 图12展示根据例示性实施方案的图10的电力接收器系统的次要配置控制器的状 态图。
[0019] 图13展示根据例示性实施方案的图10的电力发射器系统的基础电流控制器的状 态图。
[0020] 图14展示根据例示性实施方案的图10的电力发射器系统的DC总线控制器的状态 图。
[0021] 图15展示根据例示性实施方案的图10的电力发射器系统的限流器的状态图。
[0022] 图16展示根据例示性实施方案的用于接收无线电力及对负载充电的方法的流程 图。
[0023] 图17展示根据例示性实施方案的用于发射无线电力及对负载充电的方法的流程 图。
[0024] 图式中所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为清楚起见，可任意扩大或减 小各种特征的尺寸。另外，一些图式可能未描绘给定系统、方法或装置的全部组件。最后，可 在整个说明书及诸图中使用类似参考数字来表示类似特征。
【具体实施方式】
[0025] 下文结合附加图式所阐述的【【具体实施方式】】意欲作为本发明的特定实施例的描 述，且不意欲表示可供实践本发明的唯一实施例。贯穿此描述所使用的术语"例示性"意谓 "充当实例、例子或说明"，且未必应解释为比例示性实施方案优选或有利。出于提供对所揭 示实施方案的透彻理解的目的，【【具体实施方式】】包含具体细节。在一些例子中，一些装置以 框图的形式予以展示。
[0026] 无线电力传送可指在不使用实体电导体的情况下将与电场、磁场、电磁场或其它 者相关联的任何形式的能量自发射器传送至接收器(例如，可经由自由空间传送电力）。至 无线场(例如，磁场或电磁场）的电力输出可由"接收天线"接收、俘获或耦合以达成电力传 送。
[0027] 图1为根据一个例示性实施方案的无线电力传送系统100的功能框图。可从电源 (未图示)将输入电力102提供到发射器104以产生无线(例如，磁性或电磁)场105以用于执 行能量传送。接收器108可耦合到无线场105,且产生输出电力110供耦合到输出电力110的 装置(未图示)存储或消耗。发射器104及接收器108两者分离开距离112。
[0028]在一个例示性实施方案中，发射器104及接收器108根据相互谐振关系而配置。当 接收器108的谐振频率与发射器104的谐振频率实质上相同或非常接近时，发射器104与接 收器108之间的发射损耗最小。因而，与可需要非常接近(例如，有时在几毫米内）的大天线 线圈的纯电感式解决方案相比，可经由较大距离来提供无线电力传送。谐振电感式耦合技 术因此可允许经由各种距离且利用多种电感式线圈配置的改良的效率及电力传送。
[0029] 当接收器108位于发射器104所产生的无线场105中时，接收器108可接收电力。无 线场105对应于其中发射器104所输出的能量可由接收器108俘获的区域。无线场105可对应 于发射器104的"近场"，如下文将进一步描述。发射器104可包含用于发射能量到接收器108 的发射天线或线圈114。接收器108可包含用于接收或俘获从发射器104发射的能量的接收 天线或线圈118。近场可对应于其中存在由发射线圈114中的电流及电荷引起的最低限度地 将电力辐射远离发射线圈114的强反应性场的区域。近场可对应于在发射线圈114的约一个 波长(或其分数）内的区域。
[0030] 如上文所描述，可通过将无线场105中的能量的大部分耦合到接收线圈118而非将 大多数能量以电磁波传播到远场来发生有性能量传送。当定位于无线场105内时，可在发射 线圈114与接收线圈118之间产生"耦合模式"。在发射天线114及接收天线118周围可发生此 耦合的区在本文中被称作耦合模式区域。
[0031] 图2为根据另一例示性实施方案的无线电力传送系统200的功能框图。系统200包 含发射器204及接收器208。发射器204可包含发射电路206,其可包含振荡器222、驱动器电 路224以及滤波器及匹配电路226。振荡器222可经布置以产生所要频率的信号，所要频率可 响应于频率控制信号223而调整。振荡器222可将振荡器信号提供到驱动器电路224。驱动器 电路224可经配置以基于输入电压信号(Vd)225而在(例如)发射天线214的谐振频率下驱动 发射天线214。驱动器电路224可为开关放大器，其经配置以从振荡器222接收方波并且输出 正弦波。举例来说，驱动器电路224可为E类放大器。
[0032] 滤波器及匹配电路226可滤出谐波或其它不必要的频率，且将发射器204的阻抗匹 配到发射天线214。由于驱动发射天线214,发射天线214可产生无线场205以在足够用于对 (例如）电动车辆的电池组236充电的水平下无线地输出电力。
[0033] 接收器208可包含接收电路210,其可包含匹配电路232及整流器电路234。匹配电 路232可将接收电路210的阻抗匹配到接收天线218。整流器电路234可从交流电(AC)电力输 入产生直流电（DC)电力输出以对电池组236充电，如图2中所示。接收器208及发射器204可 另外在单独通信信道219(例如，蓝牙、紫蜂、蜂巢式等)上通信。接收器208及发射器204可或 者使用无线场205的特性经由带内信令而通信。
[0034]接收器208可经配置以确定发射器204所发射及接收器208所接收的电力量释放适 于对电池组236充电。
[0035]图3为根据例示性实施方案的包含发射或接收天线的图2的发射电路206或接收电 路210的一部分的示意图。如图3中所说明，发射或接收电路350可包含天线352。天线352也 可称为或经配置为"回路"天线352。天线352也可在本文称为或经配置为"磁性"天线或感应 线圈。术语"天线"大体上指可无线地输出或接收用于耦合到另一"天线"的能量的组件。天 线也可被称作经配置以无线地输出或接收电力的类型的线圈。如本文所使用，天线352为经 配置以无线地输出及/或接收电力的类型的"电力传送组件"的实例。
[0036] 天线352可包含空心或例如铁心（未图示）的实体心。空心回路天线可在更大程度 上耐受置放于核心附近的外来实体装置。此外，空心环形天线352允许将其它组件置放在所 述核心区内。另外，空心回路可更容易使得将接收线圈218(图2)能够置放于发射天线214 (图2)的平面内，在所述平面中，发射天线214的耦合模式区域可能较强大。
[0037]如所描述，发射器104/204与接收器108/208之间的有效能量传送可在发射器104/ 204与接收器108/208之间的匹配或几乎匹配谐振期间发生。然而，即使当发射器104/204与 接收器108/208之间的谐振不匹配时，也可传送能量，但效率可能受到影响。举例来说，效率 可在谐振不匹配时较低。能量传送的产生通过将能量从发射线圈114/214的无线场105/205 耦合到驻留在无线场105/205附近的接收线圈118/218,而非将能量从发射线圈114/214传 播到自由空间中。
[0038] 回路或磁性天线的谐振频率是基于电感及电容。电感可仅为天线352所产生的电 感，而可将电容添加到天线的电感以产生所要谐振频率下的谐振结构。作为非限制性实例， 可将电容器354及电容器356添加到发射或接收电路350以产生谐振电路，其选择谐振频率 下的信号358。因此，对于较大直径的天线，承受谐振所需的电容大小可随着回路的直径或 电感的增加而减小。
[0039] 此外，随着天线的直径增加，近场的有效能量传送区可增加。也有可能使用其它组 件形成其它谐振电路。作为另一非限制性实例，可将电容器并联置放于电路350的两端子之 间。对于发射天线，频率实质上对应于天线352的谐振频率的信号358可为天线352的输入。
[0040] 参看图1及图2,发射器104/204可输出时变磁场(或电磁场），其频率对应于发射线 圈114/214的谐振频率。当接收器108/208在无线场105/205内时，时变磁场(或电磁场)可诱 发接收线圈118/218中的电流。如上文所描述，如果接收线圈118/218经配置以在发射线圈 114/214的频率下谐振，那么能量可经有效地传送。可如上文所描述整流在接收线圈118/ 218中诱发的AC信号以产生可经提供以为负载充电或供电的DC信号。
[00411图4A、4B、4C、4D及4E为根据本发明的例示性实施方案的电动车辆与无线电力传送 系统之间的对准操作的描绘。图4A展示电动车辆401，其包含电连接到接收天线或线圈418 及通信天线427的无线电力传送及通信接收器408。图4A也展示无线电力传送及通信发射器 404,其电连接到发射天线或线圈414及通信天线437。通信天线427可不同于接收线圈418。 通信天线437可不同于发射线圈414。通信天线427及437可经配置以分别促进接收器408与 发射器404之间的通信，当车辆401接近时。图4B展示车辆401车载接收器408与发射器404建 立通信。在图4C中，对准过程可在车辆401移动朝向发射线圈414时开始。通信链路提供视觉 反馈、听觉反馈或其组合到车辆401的驱动器。驱动器可使用此反馈来确定车辆401何时经 适当地定位以用于无线电力传送。在图4D中，对准过程在车辆401通过使车辆401定位而完 成时继续，使得安装到车辆410的接收线圈418实质上与发射线圈414对准。最终，图4D展示 车辆401经定位而使得接收线圈418实质上与发射