无线电力传递系统中的电力供应控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体上设及无线电力传递，且更具体来说设及与对例如车辆等包含电池的 远程系统的无线电力传递有关的装置、系统和方法。更具体来说，本发明设及控制无线电力 传递系统中使用的无线电力传递发射器装置中的DC电源的输出电压。
【背景技术】
[0002] 已经引入了包含从例如电池等能量存储装置接收的电导出的运动动力的远程系 统，例如车辆。举例来说，混合动力电动车辆包含机载充电器，所述机载充电器使用来自车 辆制动和传统马达的电力给车辆充电。纯电动车辆一般从其它来源接收电来给电池充电。 通常提议通过例如家用或商用AC供应源等某种类型的有线交流电（AC)给电池电动车辆 (电动车辆）充电。有线充电连接需要物理上连接到电力供应器的电缆或其它类似连接器。 电缆和类似连接器有时候可能不方便或麻烦，并且具有其它缺点。能够在自由空间中（例 如，经由无线场）传递电力W便用于给电动车辆充电的无线充电系统可W克服有线充电解 决方案的一些缺陷。由此，有效且安全地传递电力W给电动车辆充电的无线充电系统和方 法是合乎需要的。
【发明内容】
[0003] 在所附权利要求书的范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有若干方 面，其中没有哪单个方面单独负责本文所述的期望的属性。在不限制所附权利要求书的范 围的情况下，本文描述一些显要特征。
[0004] 在附图和下文的描述中阐述本说明书中描述的主题的一或多个实施方案的细节。 其它特征、方面和优点将通过所述描述、图式和权利要求书而变得显而易见。应注意，W下 各图的相对尺寸可能未按比例绘制。
[0005] 本发明的一个方面是一种用于无线电力传递的设备。所述设备包含具有可调整的 输出电压的直流电值C)电源。所述设备进一步包含逆变器，所述逆变器经配置W将所述可 调整的输出电压转换成交流电。所述设备进一步包含第一感应元件，所述第一感应元件经 配置W从所述逆变器接收交流电并且产生磁场。所述设备进一步包含至少一个控制器，所 述至少一个控制器经配置W减少所述交流电中的至少一个失真信号，同时使所述第一感应 元件中的交流电基本上维持恒定。
[0006] 本发明的另一方面是一种控制无线电力传递的方法。所述方法包含向逆变器提供 具有可调整的输出电压的直流电。所述方法进一步包含将所述可调整的输出电压转换成交 流电。所述方法进一步包含将所述交流电供应到第一感应元件。所述方法进一步包含控制 所述直流电的可调整的输出电压W减少所述交流电中的至少一个失真信号，同时使第一感 应元件中的交流电基本上维持恒定。所述方法进一步包含产生磁场W便于将无线电力传递 到感应元件。
[0007] 本发明的另一方面是一种用于无线电力传递的设备，所述设备包括用于提供具有 可调整的输出电压的直流电的装置。所述设备进一步包含用于将所述可调整的输出电压转 换成交流电的装置。所述设备进一步包含用于接收交流电的装置。所述设备进一步包含用 于产生磁场的装置。所述设备进一步包含用于减少交流电中的至少一个失真信号同时使交 流电基本上维持恒定的装置。所述设备进一步包含用于产生磁场W便于将无线电力传递到 感应元件的装置。
【附图说明】
[000引图1是根据本发明的示范性实施例的用于给电动车辆充电的示范性无线电力传 递系统的图解。
[0009] 图2是图1的无线电力传递系统的示范性核屯、组件的示意图。
[0010] 图3是展示图1的无线电力传递系统的示范性核屯、和辅助组件的功能框图。
[0011] 图4是根据本发明的示范性实施例的无线电力传递系统的一部分的示范性组件 的不意图。
[0012] 图5是说明根据本发明的示范性实施例的逆变器中的负载电流需求的变化的影 响的一系列电流/电压曲线图。
[0013] 图6是说明在根据本发明的示范性实施例的逆变器中负载电流需求保持不变的 同时禪合的变化的影响的一系列电流/电压曲线图。
[0014] 图7是说明根据本发明的示范性实施例的逆变器中的谐波对传导角度的量值的 曲线图。
[0015] 图8是根据本发明的另一示范性实施例的无线电力传递系统的一部分的示范性 组件的功能框图。
[0016] 图9是说明根据本发明的示范性实施例的操作无线电力传递系统的方法的流程 图。
[0017] 图式中所说明的多个特征可能不是按比例绘制的。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，可在整个说明书和各图中使用类似元件符号来表示类似特征。
【具体实施方式】
[0018] 下文结合附图阐述的【具体实施方式】是希望作为本发明的示范性实施例的描述，而 并不希望表示可W实践本发明的仅有的实施例。此描述通篇中所使用的术语"示范性"意 指"充当实例、例子或说明"，且未必应解释为比其它示范性实施例优选或有利。为了提供对 本发明的示范性实施例的透彻理解，【具体实施方式】包含具体细节。所属领域的技术人员将 显而易见的是，不需要该些具体细节也可W实践本发明的示范性实施例。在一些情况下，W 框图形式展示众所周知的结构和装置W避免混淆本文所呈现的示范性实施例的新颖性。
[0019] 无线地传递电力可指将与电场、磁场、电磁场或其它场相关联的任何形式的能量 从发射器传递到接收器，而不使用物理电导体（例如，可通过自由空间来传递电力）。可W 通过"接收线圈"来接收、俘获或禪合被输出到无线场（例如磁场）中的电力W实现电力传 递。
[0020] 本文中使用电动车辆来描述远程系统，远程系统的一个实例是包含从可充电能量 存储装置（例如，一个或多个可再充电的电化学电池或其它类型的电池）导出的电动力作 为其运转能力的一部分的车辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可W是除了电动马达W 外还包含用于直接运转或用W给车辆的电池组充电的传统内燃机的混合动力电动车辆。其 它电动车辆可W从电力汲取所有运转能力。电动车辆不限于汽车，且可包含摩托车、手推 车、滑板车和类似车辆。借助于实例而非限制，远程系统在本文中被描述为采用电动车辆 巧V)的形式。此外，还预期可使用可充电能量存储装置而至少部分地供电的其它远程系统 (例如，比如个人计算装置等等的电子装置）。
[0021] 感应电力传递（IPT)系统是一种用于无线传递能量的装置。在IPT中，初级（或 "底座"）电力装置向二级（或"拾取器"）电力接收器装置发射电力。发射器和接收器电力 装置中的每一个包含感应元件-通常是电流传递介质的线圈或绕组。初级感应线圈中的交 流电产生变化的电磁场。当拾取器的感应线圈在波动的电磁场内时，会诱发电动势（EMF)， 由此向拾取器传递电力。
[0022] 一些IPT系统使用谐振感应禪合，其中在感应线圈之间发射的电力被调谐成在某 一频率下谐振。通过添加与感应线圈串联或并联或串联与并联组合的电感和/或电容性元 件，可W实现谐振禪合。
[0023] 在谐振IPT系统中，传递到拾取器的电力量取决于初级感应线圈与二级感应线圈 之间的禪合程度。禪合越大，传递到二级感应线圈的电力越多。禪合系数被定义为初级感 应器线圈的通量的穿过二级感应器的分数且是系统的几何形状的函数。禪合系数因此取决 于初级感应器与二级感应器之间的距离及其对准。
[0024] 在用于使用IPT给电动车辆充电的无线电力传递系统中，每当给车辆充电时，禪 合水平可能有较大的变化。初级线圈与二级线圈之间的距离和对准可W基于线圈位置和上 面安装着拾取器的车辆相对于底座的定位而变化。当要配置系统W向电动车辆电池传送最 优电力时，禪合的该个变化可能造成困难。
[0025] 在用于给电动车辆充电的一些现有IPT系统中，在底座中的电力供应器中执行开 关W补偿禪合的变化-改变初级线圈中的电流W便在给定电压下实现恒定的输出电流。在 不良禪合的系统中，初级感应线圈中的电流可能会实质性高于紧密禪合的系统中的初级感 应线圈中的电流，W便实现来自二级感应线圈的相同电流输出。初级线圈中的电流的该个 变化，会给系统中的电力电子组件造成相当大的应力，从而导致需要更昂贵的部件、降低了 可靠度并且限制了操作范围。
[0026] 调整初级感应线圈电流的能力的一个限制是为初级线圈将直流电转换成交流电 的逆变器的工作循环。为了减少初级电流，还可W减少工作循环。该样会造成不期望的影 响，即当在逆变器中使用半导体开关和反平行二极管时，会增加此类组件内的传导和开关 两种损失。
[0027] 更具体来说，在系统的车辆侧上可能没有控制变量的常用系统中，逆变器桥接器 的传导角度可W随底座与车辆衬垫之间的禪合的变化而变化，或者随着车辆控制器的电流 需求的变化而变化，W便符合该些需求。在一些情形中，该样可能导致桥接器的传导角度变 得极小，即使当传送相当大的电力时也是如此。该意味着，传导电力的时间缩短，从而导致 组件承载高峰值电流。此外，在该些角度下产生的谐波或其它非期望频率更加明显，并且会 导致总地来说不合期望的相关联的失真信号。
[002引失真信号总地来说指的是会更改期望的信号特性（包含形状、量值和频率成分） 的不期望的信号分量。例如晶体管或运算放大器等有源系统组件通常具有非线性传递功 能，该样会导致非线性失真。
[0029] 来自多个系统组件的失真可W表征为谐波失真、振幅失真、相位失真或其它类型 的失真。谐波失真信号是不期望的信号，所述不期望的信号总地来说是期望的信号频率的 整数倍。谐波失真可W用单独的谐波（即，第=谐波）的单独强度或集合