动态充电方法与流程

本发明涉及无线能量传输领域，尤其涉及动态充电方法。

背景技术：

电动汽车无线充电技术除静态无线充电外，还有一种动态无线充电，动态无线充电在路面下方连续铺设发射线圈，利用电磁耦合的原理，给行驶中的电动汽车动态充电。动态无线充电系统中发射线圈和接收线圈的相对位置不断变化，且接收线圈跟随车辆移动速度通常非常快速，因此，精确、快速的线圈位置检测至关重要。

动态无线充电的线圈位置检测常采用红外线、激光、超声波等通用传感器，这类别传感器使用效果受环境影响较大。另外一种常用的方式是当接收线圈与发射线圈开始耦合时会引起地面发射设备一系列电参数的变化，比如电流、电压以及相位、谐振频率等，通过检测这些参数的变化可以判断位置。但这种方案需要每个地面发射设备一直处于待机运行状态，且可靠性较差，反应也不及时。

技术实现要素：

本发明提供一种动态充电方法，能够满足车辆行驶途中的充电需要。

本发明的动态充电方法，包括：在至少一个所述第一通信装置和所述第二通信装置信号联通时，实现所述信号联通的所述第一通信装置向所述供电端工作电路发送控制信号，所述工作电路根据所述控制信号，使电源向与实现所述信号联通的所述第一通信装置形成对应关系的发射线圈供电。

优选的，所述第一通信装置和所述第二通信装置信号联通时，信号联通强度最大的所述第一通信器作为选定第一通信器，所述工作电路根据所述选定第一通信器的所述控制信号，使电源向与所述选定第一通信装置形成对应关系的发射线圈供电。

优选的，所述第一通信装置和所述第二通信装置信号联通时，信号联通强度与距离相关。

优选的，当任意所述第一通信装置和所述第二通信装置信号联通时，与所述形成信号联通的所述第一通信装置相邻的所述第一通信装置处于工作状态，否则可以处于待机状态。

优选的，所述第一通信装置具有多个通信器，当所述第一通信装置和所述第二通信装置信号联通时，每个所述通信器均与所述第二通信装置信号联通，根据信号联通时，每个所述通信器的差异，确定与所述第二通信装置的距离。

优选的，所述第一通信装置和所述第二通信装置信号联通时，通过电信号以二进制的方式传递信息。

本发明的动态充电方法，能够实现被充电设备在移动过程中进行充电，可靠性强，受到使用环境的影响小。

附图说明

图1为动态充电系统的示意图；

图2为动态充电系统中选定的第一通信装置和第二通信装置信号联通时的示意图；

图3为动态充电系统中线圈结构的一种示意图；

图4为动态充电系统中线圈结构的另一种示意图；

图5为动态充电系统中第一通信装置和第二通信装置采用线圈结构的示意图；

图6为动态充电方法的逻辑框图。

附图标记：

发射线圈1；供电端工作电路2；第一通信装置3；选定的第一通信装置3’；接收线圈4；接收端工作电路5；负载6；第二通信装置7；供电端谐振补偿电路21、供电端电能变换电路22、电源切换电路23、供电端信号收发电路24；通信器31；接收端谐振补偿电路51、接收端电能变换电路52和接收端信号收发电路53；第一线圈单元x1；第二线圈单元y1；第三线圈单元z1。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明公开一种动态充电系统，该充电系统属于无线充电的技术，分为供电端(也称发射端)和接收端，这两端通过无线的方式传递能量。参见图1和图2，在供电端，实现无线充电的主要零部件包括：电源0、供电端工作电路2、发射线圈1，还包括整流器、逆变器、谐振补偿器等等，当然，整流器、逆变器、谐振补偿器可以作为供电端工作电路2的一部分，也可以是独立的零部件。

在接收端，实现无线充电的主要零部件包括：接收线圈4和接收端工作电路5，以及还包括整流器，该整流器可以是接收端工作电路5的一部分，也可以是独立的零部件。当然，还会包括负载6，负载6可以是用电器，更多地是储能电池。

以上是实现无线充电的基础结构，除此以外，本申请实现动态充电，例如电动汽车行驶途中充电，保证移动过程中，供电端能够随着接收端在不同位置的情况，激活对应位置的发射线圈1。为了实现该动态充电，供电端的发射线圈1具有至少一个，还具有数量相同的第一通信装置3。接收端具有第二通信装置7

下面具体说明：

本申请中，供电端的发射线圈1具有至少一个，对于电动汽车的无线充电来讲，发射线圈1可以沿着需要设置的路径设置多个，这些路径是车辆移动的路径，也就是接收端会经过的路径。除了发射线圈1，还具有第一通信装置3，所述第一通信装置3和发射线圈1数量相同，一个第一通信装置3和一个发射线圈1之间形成对应关系；第一通信装置3和供电端工作电路2联通(可以是有线联通也可以是无线联通)。供电端工作电路2联通在每个发射线圈1和电源0之间，使电源0有选择地向发射线圈1供电。

第一通信装置3和发射线圈1形成的对应关系，既包括数据上的对应，也包括了位置上的对应。即，一个第一通信装置3和一个发射线圈1形成唯一的，一一对应的联通关系。通过供电端工作电路2对他们的对应关系进行匹配，也就是任意一个第一通信装置3接收到发射端的信号时，供电端工作电路2会控制对应的发射线圈1工作。第一通信装置3和发射线圈1位置对应，一般的是第一通信装置3的在发射线圈1的工作范围内，接收端靠近第一通信装置3时，对应发射线圈1工作，接收线圈4则和他耦合实现电能传输。当然，第一通信装置3也可也是在发射线圈1的工作范围外，其目的是提供信息，以保证对应的第一通信装置3开始工作，只要保证接收端到达对应位置时，发射线圈1能够工作即可——第一通信装置3例如可以预判接收端还有t时间到达对应的发射线圈1，那么对应的发射线圈1在t时间后开始工作。

需要注意，虽然实现了动态充电，但是并非限制本申请只能在动态下进行充电，接收端固定的状态，同样可以充电。

无论接收端在移动中还是静止中，第二通信装置7和第一通信装置3实现信号联通，就可以视为开始充电，此时信号联通的第一通信装置3，向供电端工作电路2提供了信号，供电端工作电路2获取了第一通信装置3的信号，就能知晓与之对应的发射线圈1是哪个，并控制电源0向这个对应的发射线圈1供电。也就是说，供电端工作电路2根据不同的第一通信装置3的联通情况，有选择的控制对应的发射线圈1工作。

第二通信装置7和第一通信装置3的联通没有被限制为一一对应的关系，第二通信装置7可以和一个也可以和多个第一通信装置3实现信号联通。两个信号通信器的信号联通时，信号联通的强度(简称信号强度)可以和二者的距离成正比，因此，第二通信装置7和多个第一通信装置3信号联通时，信号强度是会有差别的。

一般的，发射线圈1是以“线”形设置的，对于电动汽车动态充电来说，该“线”是沿电动车行驶路径的设置的。在车辆移动过程中，或者说是接收线圈移动的过程中，第二通信装置7可以和多个第一通信装置3发生信号联通，这时传递的信号包括：位置信息、接收端信息、充电需求参数中的至少一个。在以电动汽车无线充电为例时，接收端信息就包括车辆类型等信息，这些信息可能需要在供电端校验通过后才能进行充电。

当第一通信装置3和第二通信装置7信号联通时，根据距离的不同，信号的强度也不同，供电端工作电路2可使信号强度最大的一个第一通信装置3对应的发射线圈1得电。在二者信号联通时，传递的信息包括位置信息时使第二通信装置7最靠近的一个第一通信装置3对应的发射线圈1得电，这样，是保证了位置关系中，发射线圈1和接收线圈4能够更好的对准，拥有更好的无线充电效率。可以将实现信号联通时，信号联通强度最大的一个第一通信装置3作为选定的第一通信装置3’，供电端工作电路2可使选定的第一通信装置3’对应的发射线圈1得电。如图2中，示出了该选定的第一通信装置3’。需要注意，选定的第一通信装置3’是为了方便说明，其结构、功能等，与第一通信装置3完全相同，仅当其与第二通信装置7信号联通强度是，所有与第二通信装置7信号联通的第一通信装置3中最大的时，才被称为选定的第一通信装置3’。

当然，在一些实施例中，也可是发生信号联通的第一通信装置3对应的发射线圈1全部得电，实现无线供电。在这种实施例中，每个发射线圈1的工作效率可以相同，也可以是信号强度最大或者位置最近的工作效率高，其他的随距离或信号强度调整功率大小。

在优选的实施方式中，第一通信装置3设置在形成对应关系的发射线圈1的附近，在第一通信装置3和第二通信装置7信号联通时，可以认为接收线4和发射线圈1处于对齐，或者接近对齐的状态，此时对应的发射线圈1会开始工作，与接收线圈4实现无线能量传输。随着接收端的移动，该位置的第一通信装置3和第二通信装置7的信号联通强度变弱，直至没有信号联通关系，最终停止向对该发射线圈1供电，而是向最新实现信号联通关系的对应的发射线圈1供电，实现动态的无线充电。

从上文可以知晓，信号联通的强度可以和距离有关，因此通过信号联通的强度或者距离能够判断哪个发射线圈1工作。在一些实施例中，第一通信装置3和第二通信装置7，可以同为线圈结构，也可以同为距离传感器(或者称为位置传感器)。使用线圈结构时，因为距离的不同，线圈的耦合程度不同，带来不同的电信号产生，根据该信号能够判断信号联通的强度。使用距离传感器时，直接可以获得距离关系，对于信号强度的判断，可以不使用，也可以从认为距离近则信号强度大。

需要注意，上述提到的信号强度，在一些实施例中，表明的是第一通信装置3和第二通信装置7信号联通的强弱，距离远，则信号强度弱。但在另外一些实施例中，信号强度表明第一通信装置3和第二通信装置7的距离(间接说明了发射线圈1和接收线圈4之间的距离)，并认为二者距离近时为信号强度大，反之为信号强度小。

为了保证第一通信装置3和第二通信装置7能够更好的实现信号联通，这两个通信器均具有至少一个工作朝向。优选的采用三个朝向，以电动汽车的动态无线充电为例，定义车辆前进或倒退方向为x方向，与前进方向对应的左右方向为y方向，以及垂直于车辆底板的z方向，当然x方向、y方向和z方向彼此垂直。当第一通信装置3和第二通信装置7只有两个工作朝向时，一般为y方向和x方向。优选的会设置三个方向，即x方向、y方向和z方向。需要理解，至少两个工作朝向时优选的实施方式，实际应用中，如果仅使用给一个朝向同样可以，一般使用一个朝向时，是x方向。需要注意，车辆前进和倒退的方向均为x方向，向左和向右的方向均为y方向，垂直车辆底板指向地面和指向车顶的方向均为z方向。

第二通信装置7安装在接收端，以电动车辆进行动态无线充电为例的话就是安装在车端，一般只安装一个第二通信装置7。第一通信装置3安装在供电端，为了更好的确定接收端的位置，如图5所示，一个第一通信装置3中可以具有多个通信器31，例如四个通信器31，以正方形的方式分布。这样，根据每个通信器31和第二通信装置7信号联通时的差异(例如在信号联通时，传递信息的时间差异)，可以得出接收端更精确的位置，由此还能向第二通信装置7传递位置信息，以帮助接收端获取更好的充电位置。第二通信装置7使用一个通信器即可。在第一通信装置3和第二通信装置7都采用线圈结构是线圈结构时，可以理解为，第一通信装置3具有多个线圈结构，第二通信装置7具有一个线圈结构。

对于第一通信装置3和第二通信装置7采用不同的实现方式，其对应的工作朝向的实现也不同。当他们使用距离传感器时，调整传感器工作头的朝向即可。当他们使用线圈时，通过线圈之间的电磁效应实现信号联通，线圈中电磁波作为信号的载体，电磁波可以向各个方向传递，一个线圈能够实现上述的多工作方向，但是为了保证工作时信号的稳定，以及各个方向上信号的强度相似，一般可以采用“空间线圈”结构，即在空间中有多个朝向的线圈。需要注意，在第一通信装置3由多个通信器组成时，每个通信器都可以采用该线圈结构。

参见图3和图4，示出了两种线圈结构，每个线圈结构都由三个线圈单元组成，分别为第一线圈单元x1，工作方向为x方向；第二线圈单元y1，工作方向为y方向；第三线圈单元z1，工作方向为z方向。虽然形似陀螺仪，但他们在工作时，一般不会发生相对的转动，他们的工作朝向是固定的。

图3和图4中的线圈单元，一个为圆形线圈单元另一个为方形线圈单元，这两种仅作为示例，并不用于限制形状，对于其他形状的线圈来说，只要能够实现对应的功能，都适用于本申请。另外，需要注意的是，用作第一通信装置3(或组成第一通信装置3的多个通信器)和第二通信装置7的线圈(以下简称通信线圈)，他们的工作原理与功率线圈(即发射线圈1和接收线圈4)的工作原理相同，都是采用无线能量传递的原理，只是作为通信器，他们无线传输的能量中，包括了对应的信号(两个通信器信号联通时传递的信号)，具体如何将信号集成到电能中，以及集成或解析时候的规则，本申请不做赘述，对于相关领域的技术人员，是知晓如何将这些信号集成到电信号中。例如通过调节电能的电流、电压、频率、电平等电信号实现。上文提到的，位置信息、接收端信息、充电需求等，都可以通过电能信号传递。像以二进制传递信息，例如通过高电平和低电平等效于二进制中的两个符号，“1”和“0”。

由于功率线圈和通信线圈的原理相同，为了保证不会互相干扰，二者工作频率是不同的。

以上使用三个线圈单元是优选的实施方式，使用两个线圈单元，作为第一通信装置3和第二通信装置7的线圈，同样可以，一般这两个线圈是采用工作方向为x方向的第一线圈单元x1，和工作方向为z方向的第三线圈单元z1。需要注意，“第一”、“第二”、“第三”并不用作计数或者限定顺序，仅是为了区分不同的线圈单元。

无论采用两个线圈单元还是三个线圈单元，都是为了保证信号能够在多个方向上有效传播，实现多个方向的判别。实现和第一通信装置3的信号联通。

下面对供电端工作电路2进行说明，该供电端工作电路2是多种功能电路的总称，其可以包括供电端谐振补偿电路21、供电端电能变换电路22、电源切换电路23、供电端信号收发电路24。当然，其他的必要电路或者结构也可以包括其中。

供电端谐振补偿电路21联通于每个发射线圈1，这是实现发射线圈1能够进行无线能量传输的结构。供电端电能变换电路22，联通于供电端谐振补偿电路21。电能变换电路22能够输出高频交流电。

电源切换电路23联通电源0，使电源0有选择地向所述发射线圈1供电。也就是通过电源切换电路23，实现电源0、电能变换电路22、供电端谐振补偿电路21和发射线圈1之间形成通路。电源切换电路23能够优选的使其中一个或几个第一发射线圈1能够得到电源0的供电。

电源切换电路23的位置可以有个设置，优选的是在电源0和电能变换电路22之间。这种设置方式中，电能变换电路22和供电端谐振补偿电路21的数量均与发射线圈1的数量相同。即，电源切换电路23根据不同的工况，将一条或多条电能变换电路22与电源0连通，从而能够像对应的发射线圈1供电。

电源切换电路23也可以设置在其他位置，例如发射线圈1和供电端谐振补偿电路21之间，电能变换电路22和供电端谐振补偿电路21一直得电，在需要对应的发射线圈1工作时，再通过电源切换电路23将发射线圈1接入得电的供电端谐振补偿电路21。

综上所述，电源切换电路23的位置不做限定，能够实现有选择的使发射线圈1得电即可。

供电端信号收发电路24联通第一通信装置3和电源切换电路23。供电端信号收发电路24接收第一通信装置3的信号，即第一通信装置3和第二通信装置7实现信号联通，此时第一通信装置3会向供电端信号收发电路24发送对应的信号或者指令，供电端信号收发电路24在根据收到的信号或者指令，控制电源切换电路23，使其将对应的发射线圈1联通供电。

供电端信号收发电路24可以是和电源切换电路23集成在一起，使第一通信装置3的信号能够直接控制电源切换电路23。供电端信号收发电路24也可以使和第一通信装置3集成在在一起的，属于第一通信装置3的一部分，当然这并不与“供电端信号收发电路24联通第一通信装置3”矛盾，即联通可以理解为信号传递。

需要注意，供电端信号收发电路24可以是和电源切换电路23虽然名称为“电路”，只是表面其具有对应功能的电路结构，并非限定其只有电路，其还可以是具有对应功能的电子器件。

下面在说明接收端工作电路5。其包括接收端谐振补偿电路51、接收端电能变换电路52和接收端信号收发电路53。

接收端谐振补偿电路51联通于接收线圈4；接收端电能变换电路52联通于收端谐振补偿电路51，以及负载6之间。这些结构对于无线能量传输来说，是容易理解的。

接收端信号收发电路53联通于第二通信装置7。在第二通信装置7位线圈时，该接收端信号收发电路53可以具有同电能变换电路22、供电端谐振补偿电路21相类似的功能，以使第二通信装置7能够工作。一般第二通信装置7具有独立的供电设备供电，例如应用在电动汽车时，可以使用车用电瓶为其供电，或者，使用独立的电池也能够实现。第二通信装置7工作的原理与发射线圈1类似，通过电磁感应向第一通信装置3传递电能信号。

在动态充电过程中，发射线圈1的数量和第一通信装置3的数量多，而第二通信装置7的数量固定，因此需要保证各个第一通信装置3和发射线圈1的参数固定，而第二通信装置7和接收线圈4需要与他们对应的匹配，以实现充电功能。

下面说明一种动态充电方法，该动态充电方法，可以用于上述的动态充电系统。

结合图6，该方法包括在至少一个第一通信装置3和第二通信装置7信号联通时，实现信号联通的第一通信装置3向供电端工作电路2发送控制信号，供电端工作电路2根据收到的控制信号，使电源0向与实现信号联通的第一通信装置3形成对应关系的发射线圈1供电。是发射线圈1能够和接收线圈4实现无线充电。

供电端工作电路2获取所述信号后，使电源0向与信号联通强度最大的第一通信装置3形成对应关系的所述第一发射线圈1供电；所述第二通信装置7和所述第一通信装置3信号联通的强度与距离成正比。信号联通强度最大的第一通信装置3即为选定的第一通信装置3’。

如上，如果只对信号联通强度最大的第一通信装置3对应的发射线圈1供电，是根据车辆位置，选择对应的发射线圈1工作，如果不分信号联通强度大小，也可以是实现信号联通的全部第一通信装置3对应的发射线圈1都工作，这样接收线圈4所到位置处的发射线圈1都出于工作状态。

第一通信装置3向工作电路2发送的信号可以包括第一通信装置3和第二通信装置7信号联通时，传递的所有信号。

一种优选的实施例中，由于多个发射线圈1是沿着路径铺设的，如用于电动汽车的动态无线充电时，车辆会顺次经过发射线圈1，在这种情形中，位于所有发射线圈1中两端的发射线圈1对应的第一通信装置3可以一直处于工作状态，其他的可以有选择的待机，当一个第一通信装置3与第二通信装置7信号联通时，与该第一通信装置3相邻的一个或几个第一通信装置3再开始工作，从而能够实现降低能耗的功能。

当任意第一通信装置3和第二通信装置7信号联通时，与形成信号联通的所述第一通信装置3相邻的所述第一通信装置3处于工作状态，否则可以处于待机状态。因为具有多个第一通信装置3，一般在没有车辆经过时，可以只讲位于端部的第一通信装置3设置为工作状态，例如汽车的动态无线充电，在道路上铺设上述发射线圈1和第一通信装置3等，一般是呈估摸铺设的，在双向车道上，位于最两侧的第一通信装置3为端部，有车辆经过他们是最先相应的。车辆经过时，端部的第一通信装置3最先和第二通信装置信号联通，此时与信号联通的第一通信装置3相邻的一个或几个第一通信装置3也激活，处于工作状态，其他可以继续待机，因为此时车辆还没有接近。

以上仅是一种可选的方式，能够相对的减少能量损耗。工作状态是指能够在第二通信装置7靠近时，或者说第二通信装置7处于可信号联通的范围内时，可以实现信号联通。待机状态容易理解，即没有能耗或以很小的能耗保持待机，待机状态无法保证第一通通信器3和第二通信装置7能够正常的实现信号联通。

以汽车动态充电为例说明，供电端一般安装在公路上，多个发射线圈1连续铺设，形成一个动态无线充电通道。可以将多个发射线圈1分为一组，通过一个电源切换电路与输入的电源0相连。电动汽车行驶过程中，当车载的接收线圈4与车辆下方地面上的一个或几个发射线圈1耦合，这些发射线圈1由连接的电路接入电源0供电，使该发射线圈开始传输电能，其它发射线圈1处于关闭或待机状态。

接受端信号收发电路53可以包括信号发生电路(或者信号发生器)、放大电路和第二通信装置7(第二通信装置7可以采用线圈结构，因此也可以被称作信号发射线圈)组成，其中第二通信装置7安装在接收线圈4附近，如汽车底盘的某个位置，或者集成在接收线圈4内部，集成在接收线圈4内部时可以设置在发射线圈4的绕组上方，也可以在绕组的侧面。第二通信装置7与接收线圈4之间的位置固定。第二通信装置7包括一个以上的线圈单元，并包括一个维度以上绕制的线圈，即上述的xyz三个方向的维度。

供电端信号收发电路24包括第一通信装置3、滤波电路和信号转换电路，第一通信装置3安装在发射线圈1附近，如集成在发射线圈1内部，或者设置在发射线圈1之间的结合部位，集成在发射线圈1内部时可以设置在发射线圈1的绕组上方，也可以在绕组的侧面。与上述类似，第一通信装置3包括一个以上的通信器31组成，例如上述线圈制成的通信器31，并且这些通信器31中的每一个都包括一个维度以上绕制的线圈单元。

当电动汽车沿着动态无线充电通道行驶时，由接受端信号收发电路53的信号发生电路产生正弦信号或脉冲信号(以下以正弦信号为例说明)，并将信号送入到放大电路进行功率放大，放大处理后的正弦信号驱动第二通信装置7，向第二通信装置7下方空间激励发射出用于位置检测电磁场，接受端信号收发电路53由汽车车载蓄电池供电。第二通信装置7不断地发射高频电磁信号，当信号发射线圈接近某个和发射线圈1形成对应关系的第一通信装置3时，第一通信装置3获取高频电磁信号，经过滤波电路滤除干扰信号后，再通过信号转换电路转换为控制器可处理的信号，从而确定接收线圈4的位置。

当接收线圈4进入到与发射线圈1耦合的位置时，为发射线圈1及其电路供电，为汽车进行无线充电。

确定电动汽车位置时，可以感应位置检测电磁场的获得信号的电流、电压、功率或磁感应强度等电参数，也可以检测信号的电磁场矢量等参数，根据信号参数的大小或方向(矢量时)判断电动汽车的位置，即信号参数变大时，意味着靠近，当一个或多个信号超过一个设置值或多个设置值时，可以判断发射线圈1和接收线圈4之间开始耦合，需要打开发射线圈1。当第一通信装置3为二维或三维时(工作朝向有两个或三个时)，还可以判断电动汽车的位置偏移或功率线圈之间的气隙。

接受端信号收发电路53的信号发生电路产生的信号可以加载车辆的身份信息或校验信息的二进制编码，当供电端信号收发电路24检测到电磁场中加载的编码与系统预设的编码值一致时，则校验成功，可以为相应车辆充电，否则不开启功率发射，不为该车辆充电。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。