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_4

文档序号:9712887阅读:来源:国知局
不同接收器与发射器之间的互操作性。举例来说,一个特定实施例提供接 收器与发射器之间的接□,其以通用方式(例如,正规化/相对层级)利用小信息集合(例如, 仅基础电流请求)。除非另有说明,否则无线电力传送系统1000内的每一组件可具有与相应 组件实质上相同的功能性,如先前关于图2、6、7所描述。
[0105] 所说明电力发射器系统1002包含电源、接口或基础结构1006、基础控制单元(B⑶) 功率因数校正(PFC)块1008、B⑶反相器1010、基础衬垫1012、可选通信天线(例如,蓝牙天线 1014)、决策块1015、基础电流控制器1016、DC总线控制器1018及限流器H^OdCU PFC块 1008及BCU反相器1010可对应于图6的驱动器624及滤波器/匹配网路626。基础衬垫1012可 对应于图6的发射线圈614,但将了解,基础衬垫1012无需具有衬垫或线圈配置。也就是说, 可选择及使用任何合适的电力天线,其产生足够用于对待充电的装置充电或供电的水平下 的无线场。决策块1015、基础电流控制器1016、DC总线控制器1018及限流器1020可对应于图 6的控制器电路628。可选通信天线(例如,蓝牙天线1014)可对应于图6的通信电路629。
[0106] 电力接收器系统1004可包括二次衬垫1022、调谐/整流器1024、输出滤波器1026、 主机装置1028、充电曲线控制块1030、二次电流控制器1032、二次配置控制器1034及可选通 信天线(例如,蓝牙天线1036)。二次衬垫1022可对应于图6的接收线圈618,但将了解,二次 衬垫1022无需具有衬垫或线圈配置。也就是说,可选择及使用任何合适的电力天线,其可接 收足够用于对待充电的装置充电或供电的电平下的无线场。另外或替代地,二次衬垫1022 可包含可选择性地启动(例如,连接到负载)的一或多个天线(未图示)。调谐/整流器1024及 输出滤波器1026可对应于图6的切换电路630、匹配电路632、整流器电路634及传感器电路 635。另外或替代地,调谐/整流器1024及输出滤波器1026可基于二次衬垫电流Iseccindary及配 置控制信号Ds提供可变电平输出电流。充电曲线控制块1030、二次电流控制器1032及二次 配置控制器1034可对应于图6的控制器电路638。可选通信天线(例如,蓝牙天线1036)可对 应于图6的通信电路639。
[0107] 基础结构1006可经配置以提供电力电流Iac。基础结构1006可对应于主电源、一或 多个电池组、太阳能面板或经配置以提供电力电流I a。的电源的类似者中的一或多者。在所 说明电力发射器系统1002中,基础结构1006以操作方式耦合到BCU PFC块1008且为B⑶PFC 块1008提供电力电流Iac。
[0108] B⑶PFC块1008可经配置以接收电力电流13。及命令偏压信号Vdc,cmd,且经配置以提 供偏压信号V DC及电力电流Iac的测量值7ac。在所说明电力发射器系统1002中,B⑶PFC块 1008接收来自基础结构的电力电流I ac,接收来自DC总线控制器1018的命令偏压信号Vdc,cmd, 将偏压VDe提供到B⑶反相器,及将测量信号 73。提供到限流器1020。
[0109] B⑶反相器可经配置以接收偏压VDC及相位控制信号Θ(或"传导角"及产生发射天线 电流W或"基础衬垫电流")。举例来说,B⑶反相器可至少基于偏压V DC及/或相位控制信 号Θ来产生发射天线电流Ibase。在所说明的实施例中,B⑶反相器接收来自BCU PFC块1008的 偏压VDC,接收来自基础电流控制器1016的相位控制信号Θ,及向基础衬垫1012提供发射天线 电流Ibase。
[0110] 在一个方面中,B⑶PFC块1008可用以避免归因于异相电压及电流的来自公用电 网的过量电流,避免归因于电路的其它部分(例如,整流器的开关动作)的谐波失真,及在 50/60HZ下对公用电力进行滤波。可将来自BCU PFC块1008的DC电压供应到BCU反相器,所述 BCU反相器的输出可称为桥接电流或基础电流。根据以下方程式,BCU反相器的输出的基本 量值取决于从BCU PFC块1008接收的DC偏压电压VDC及反相器桥的相位控制信号Θ(其可采取 自0°至180°的任何值):
[0111]
[0112] 在方程式6中,相位控制信号Θ可对应于工作循环。较高相位控制信号Θ对应于电力 经传递的较多时间。较低相位控制信号Θ转译为用于相同电力的较低电压及较高电流。较低 相位控制信号Θ需要较高电流。在一些实施方案中,BCU反相器以超过90°的相位控制信号Θ 操作。避免较低相位控制信号Θ及其相关联较高电流可减少组件应力。如果BCU反相器在实 质上130°执行,则输出电压的总谐波失真(THD)可减小。当BCU反相器将相位控制信号Θ从 120°增加至大致130°时,三次谐波随着五次谐波减少而增加。THD并未在120°与130°之间变 化太多,且在其接近140°时缓慢增加。一些实施方案在115°至140°的范围内操作。
[0113] 基础衬垫1012可经配置以接收发射天线电流Ibase及产生用于发射电力的无线场。 在一些实施例中,基础衬垫1012可经配置以提供指示发射天线电流I base的电平的测量值 ybase。测量信号ybase可对应于与发射天线电流Ibase相关的任何合适的特性,未必为电流。举 例来说,样本特性可包含类似特性中的感应电压、辅助电流、阻抗、电磁场。在所说明的实施 例中,基础衬垫1012接收来自B⑶反相器的发射天线电流I base且将测量值ybase提供到基础电 流控制器1016及/或蓝牙天线1014。基础衬垫1012可包含一或多个天线,包含环形天线、平 面天线,及产生足够用于对装置供电及/或充电的无线场的类似装置。
[0114] 可选通信天线,例如电力发射器系统1002的蓝牙天线1014,可经配置以接收一或 多个类型的通信。举例来说,通信天线可经配置以接收信号(例如电流请求信号I baseIn),且 可经配置以发射信号(例如测量信号ybase)。将了解,并不需要来自基础衬垫1012的单独天 线用于通信。实际上,电力发射器系统1002与电力接收器系统1004可(例如)使用单向或双 向信道通过基础衬垫1012与二次衬垫1022之间的频带内传信而通信。此外,除了或替代无 线通信,可通过实体链接(例如,互连有线数据通信路径)来进行通信。
[0115] 电流请求信号IbaseIn可用以控制流经基础衬垫1012的电流量,且继而控制无线场 的强度。举例来说,电力接收器系统1004可经配置以通过经由蓝牙通信发射电流请求信号 IbaseIn到电力发射器系统1002而控制发射天线的电流。电流请求信号IbaseIn^指示用于发射 天线的电流的参考电平。"参考电平"可意谓"目标电平"、"命令电平"、"所要值",或指示电 力接收器正请求基础衬垫传导的基础电流的(正规化)电平的类似描述。举例来说,电流请 求信号I baseIn可指示与预定值成比例或通过预定值正规化的电流量。正规化电流请求信号 可指示应根据电流请求信号I baseIn将基础衬垫电流Ibase调整到可能程度。预定值可对应于 电力发射协议的电流电平(例如,基础衬垫电流归因于安全、标准及/或类似需求/目标的上 限)。电力发射协议可对应于任何合适的标准。
[0116] 在操作中,电力接收器系统1004可接收例如因数或比率邱勺请求。所述请求可相对 于预定电流电平,例如基础衬垫1012的操作限制的某一百分比,例如"最大"基础电流的-10%、30%、40%、57%、90%、100%或110%,与请求某一指定电流电平(例如指定安培量) 相对比。
[0117] 在一些实施例中,电力接收器系统1004可不能存取用于相应电力发射器系统1002 的预定电流电平。如将论述,电力接收器系统1004的控制器可有效用于补偿未知预定电流 电平。此外,电力接收器系统1004的控制器可有效用于感应电力发射系统的能力,且用于相 应地调整电流请求信号I baseIn以便不损坏电力发射器系统1002。此外,电力发射器系统1002 的控制器(例如,限流器1020)可有效用于防止电力发射器进入可损坏电力发射器系统1002 的操作点。因此,如本文所描述,请求与绝对量相对的电流的相对量可帮助改良各种类型的 电力发射器系统1002与各种类型的电力接收器系统1004之间的互操作性,同时简化无线电 力传送的过程。
[0118] 决策块1015可经配置以接收电流请求信号IbaseIn及上限信号IbaseB_d作为输入,及 产生有限电流请求信号I base3in*作为输出。举例来说,在所说明的实施例中,决策块1015以操 作方式耦合到可选蓝牙天线1014以接收电流请求信号I baseIn。所说明决策块1015以操作方 式耦合到限流器1020以接收上限信号IbaseBciund。所说明决策块1015以操作方式耦合到基础 电流控制器1016以提供有限电流。
[0119] 在操作中,决策块1015可经配置以基于电流请求信号IbaseIn及上限信号I baseBciundin 而产生有限电流请求信号IbaseIn*。在一个实施例中,决策块1015可经配置以在电流请求信 号IbaseIn小于上限信号Iba SeB_d的情况下输出有限电流请求信号IbaseIn*作为实质上等于电 流请求信号ibaseIn,及否则输出有限电流请求信号i baseIn*作为实质上等于上限信号 IbaseBound 〇
[0120] 基础电流控制器1016可经配置以接收发射天线电流Ibase的测量值ybase及电流请求 信号I baseIn(或者有限电流请求信号IbaseIn*),且进一步经配置以产生相位控制信号Θ以调整 基础衬垫1012所产生的无线场的功率电平。在所说明的实施例中,基础电流控制器1016以 操作方式耦合到基础衬垫1012、可选蓝牙天线1014、决策块1015、Β⑶反相器及DC总线控制 器1018。基础电流控制器1016基于测量信号y base及有限电流请求信号IbaseIn*而产生相位控 制信号Θ。在一些实施例中,有限电流请求信号I baseIn*对应于小于约(例如)由限流器1020产 生的上限信号1^^_<!的电流请求信号IbaseIn的版本。将关于图13更详细地描述基础电流控 制器1016。
[0121] DC总线控制器1018经配置以接收相位控制信号Θ及参考相位为输入,及进一 步经配置以产生命令偏压信号VDC, CMD作为输出。在所说明的实施例中,DC总线控制器1018可 提供命令偏压信号VDe,?到B⑶PFC块1008,及可从基础电流控制器1016接收相位控制信号 总线控制器1018可基于相位控制信号9与参考相位的比较而产生命令偏压信号\^^〇。 将关于图14更详细地描述DC总线控制器1018。
[0122] 限流器1020可经配置以接收AC参考信号AC Ref及提供到B⑶PFC块1008的电流Iac 的测量值73。。限流器1020可进一步经配置以基于AC参考信号与测量信号ya。的比较而产生 上限信号IbaseBoimd。AC参考信号AC Ref可为表不偏压朝向(例如,偏好)的电力电流的外源信 号。将在稍后参看图15更详细地描述限流器1020。
[0123] 现转到图10的电力接收器系统1004,车辆衬垫可经配置以耦合到基础衬垫1012所 产生的无线场,及经配置以基于所述无线场产生电流I s_ndary。二次衬垫1022可对应于(例 如)图1的电动车辆感应线圈116。可将电流I se_w提供到调谐/整流器1024及输出滤波器 1026块以用于产生输出电流IQUT。调谐/整流器1024块可包含经配置以使二次衬垫1022的阻 抗变化以使基础衬垫1012与二次衬垫1022之间的耦合的电路变化。调谐/整流器1024块可 包含经配置以转换及/或调节电流I se_dary的电路。输出滤波器1026可包含用于将整流电流 Isecondary滤波为适合于对主机装置1028充电及/或供电的信号的电路。
[0124] 主机装置1028可经配置以接收用于对主机装置1028充电或供电的输出电流。主机 装置1028的变体实例包含电动车辆及/或消费型电子装置。主机装置1028可向电力接收器 系统1004的其它组件提供各种充电参数,例如最大电流、最大电压、最大电力及类似特性。 在所说明的实施例中,主机装置1028提供这些参数到充电曲线控制块1030。
[0125] 充电曲线控制块1030可经配置以产生参考输出电流Icmth。参考输出电流〖。^化可 对应于所要输出电流,其将基于输出滤波器1026的偏压电平Vsc, DC及主机装置1028的各种参 数(例如最大容许电流、电压、电力及类似物)而达成有效无线电力传送。可基于效率考量来 选择参考输出电流I outln。举例来说,给定输出滤波器1026的偏压电平Vsc, DC,可选择输出电 流Icmt,其改良电力发射的效率以及二次考量(例如电压及/或电力电平)。维持输出(例如, 输出电压、输出电力)的操作参数在与电流的有效使用兼容的预定范围内可增加电力传送 有效性及/或效率。举例来说,当使用电力接收器的输出对电池组充电时,可选择操作参数 以匹配对应于电池组的有效充电的"电池组充电曲线"。
[0126] 二次电流控制器1032可经配置以接收参考输出电流Ι_Ιη及输出电流1_的测量值 yout,及可经配置以产生电流请求信号IbaseIn。举例来说,电流请求信号IbaseIn可对应于电力 接收器系统1004命令电力传送系统传导经过基础衬垫1012的电流的正规化或相对电平。如 所陈述,正规化相对电平可相对于预定值,例如最大发射天线电流I base。在一个实施例中, 二次电流控制器1032可经配置以按驱动输出电流朝向参考输出电流方式来调整电 流请求信号Ibasein。二次电流控制器1032可经配置以提供电流请求信号IbaseIn到通信天线 (例如
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