充电系统的制作方法
【专利摘要】充电系统（ECS）被用于，使用无线电磁或电感充电向储能设备（ESD）充电。ECS包括压控振荡器（VCO）电路、第一换能器、以及多个第二换能器。VCO电路依序激发第一换能器中的多个线圈，来选择多个第二换能器中的一个换能器，当ESD被充电时在该换能器中传送能量。在该多个线圈的激发期间测量ECS功率效率，并且被用来确定ECS使用电磁还是电感方法来向ESD充电。VCO电路还在ESD的充电期间辅助维持最优功率效率。还呈现了用ECS向与第一车辆相关联的ESD以及与第二车辆相关联的ESD充电的方法。
【专利说明】充电系统
[0001]相关文件
[0002]本申请要求2011年8月6日提交的临时申请USSN61/515，865的优先权。
【技术领域】
[0003]本发明涉及被用于向车辆的电池充电的充电系统，更特定地，充电系统包括装置，来选择性地使用无线电磁传输或者电感无线传输来向部署在车辆上的电池充电。
【背景技术】
[0004]已知使用仅利用无线磁能传输的充电系统来向电池充电。还已知使用仅利用无线电感能量传输的充电系统向电池充电。一般而言，被充电的电池部署在混合电动车辆或电动车辆中，这些电池辅助向这些车辆的动力传动系统供电。
[0005]混合电动车辆和电动车辆持续在市场中获得消费者的接受度和商业成功。随着过多的充电系统进入消费者市场，在市场的能量分发位置可令人不快地需要许多充电站，来确保消费者的充电便利。这向总体商业充电系统基础设施增添了不期望的复杂度和增加的成本。
[0006]因此，所需要的是一种稳健的充电系统，该充电系统简化充电系统基础设施、确定与车辆相关联的无线充电系统的类型、且然后继而以产生最优充电系统功率效率的充电系统频率向正确的车辆充电。
【发明内容】
[0007]使用可选择地确定或者与配置为进行充电的车辆匹配的无线传输机制，利用充电系统(ECS)来向部署在多个车辆上的多个储能设备(ESD)或电池充电。ECS使用VCO电路来帮助这个可选择的确定。在已经确定无线传输机制且电池正被充电之后，VCO电路在电池的充电过程期间也被用来维持ECS的最优系统功率效率。
[0008]还呈现了向部署在第一车辆上的电池或者部署在第二车辆上的电池充电的方法。该方法包括如下步骤:确定使用VCO电路来充电哪个车辆，该VCO电路顺序地和/或反复地(iteratively)激发车外换能器的多个线圈且进一步分析在该多个线圈的这些激发期间ECS的系统功率效率，来评估采用哪种无线传输机制以有效地向电池充电。
[0009]一旦阅读对本发明的实施例的下列详细描述，本发明的进一步特征、用途和优点将更清楚地呈现，通过仅为非限制性示例的方式并且参考附图来给出下列详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]将参考附图来进一步描述本发明，在附图中:
[0011]图1是根据本发明的包括压控振荡器(VCO)电路的充电系统(ECS)的框图；
[0012]图2是部署在电池与车载换能器中间的图1的ECS的更详细的框图；
[0013]图3示出了图1的VCO电路的框图；[0014]图4示出了由图3的VCO电路所监测的电压与电流之间的角度相位差异关系；
[0015]图5示出了用图1的ECS来向第一车辆的储能设备(ESD)以及第二车辆的ESD充电的方法；以及
[0016]图6示出了根据本发明的可选实施例的ECS的VCO电路。
【具体实施方式】
[0017]由于负载上的变化、归因于累计误差的电气组件性能变化、温度上的变化、组件放置和取向的变化，充电系统(ECS)的谐振频率可变化。如果车外换能器被频率调谐用于特定的车载换能器并且然后被用于没有被调谐至相同频率或频率范围的不同车载换能器，则变化也可产生。这些种类的变化中的一个或多个变化可不期望地减小ECS的操作系统功率效率。已经发现，相关于上述变化可有效地管理和控制ECS功率效率，同时还允许使用多个能量传输配置来向储能设备(ESD)充电的机会。通过利用部署在ECS中的压控振荡器(VCO)电路，可部分地选择这些能量传输配置。使用ECS中的VCO电路有利地提供使用多个无线传输模式对部署在多个车辆类型中的ESD的充电。这些特征组合在一起有利地允许了对商业电气网格的简化，从而一个ECS可被配置为以类似于可燃液体燃料等级的方式向许多不同的车辆充电，可燃液体燃料可用于当今市场中操作地驾驶的很多基于燃料的机动车。
[0018]为了这个目的，并且参考图1和2并且根据本发明的一个实施例，提出了 ECS12，其有效地向各种ESD14a、14b充电。ESD14a部署在车辆#1或第一机动车40上。ESD14b部署在车辆#2或第一机动车42上。第一车辆40和第二车辆42可分别是混合车辆或混合电气车辆。ESD14a、14b被配置为向各自的第一车辆40和第二车辆42的动力传动系统供电，从而这些车辆沿着道路移动行进。动力传动系统与这些车辆的车轮相通，从而车辆可沿着道路移动行进。如此，这些车辆中的一个或者两者可进一步被分类为可插拔混合电动车辆(PHEV)、可插拔电动车辆(PEV)、或者增程式电动车辆(EREV)。ECS12包括功率发射器16，车外换能器18，以及多个车载换能器20、22。功率发射器16进一步包括压控振荡器(VCO)电路24。功率发射器16部署于第一车辆40外部并且部署于第二车辆42外部。车外换能器18包括线圈#1或第一线圈26，以及线圈#2或第二线圈28。第一线圈26和第二线圈28与VCO电路24的电通信。优选地，车外换能器18被配置为被固定至地面(未示出)。车载换能器20附接地部署在第一车辆40上，包括线圈#3或第三线圈30。车载换能器22附接地部署在第二车辆42上，包括线圈#4或第三线圈32。每个车载换能器20、22可附接至车辆。在一个实施例中，车载换能器可使用如本领域已知的任何类型的紧固件分别附接至第一车辆和第二车辆的车辆支持框架。车载换能器在第一车辆和第二车辆上的位置可沿着底盘的任何部分，而底盘沿着第一车辆和第二车辆的各自长度。
[0019]当由功率发射器16所提供的能量激发时，第一线圈26向第三线圈30无线地传输磁性或者电磁能量44。电磁能量传输是第一无线能量传输机制。当被功率发射器16所提供的能量激发时，第二线圈28向第四线圈32无线地传输电感能量46。电感能量传输是第二无线能量传输机制。对于向电池14a或14b充电，各车载换能器20、22与车外换能器18间隔开。因此，第一和第二线圈26、28分别地与第三线圈30和第四线圈32分开一距离。进一步，车载换能器20的上第三线圈30与第一车辆40的电池14a电通信，且车载换能器22的第四线圈32与第二车辆42电池14b的电通信。[0020]线圈26、30与线圈28、32之间的能量传输取决于这些各个线圈的对准，从而能量可以在它们之间无线地传送。当车载线圈的至少一部分覆盖在车外换能器的上方时，可以实现线圈的这种对准。参考图2，车载换能器20的至少一部分覆盖在车外换能器18的上方。可选地，车载换能器可不覆盖在车外换能器的上方，但是仍然接近车载换能器以使它们之间发生无线能量传输。还是参考图2，在给定的时间段内，一般一个车辆并且因此一个车载换能器将与车外换能器一起工作。因此，在同一时间段内，ECS不会对第一车辆的ESD和第二车辆的ESD两者都充电。例如，如在图2中最佳图示的，部署在第一车辆40上的ESD14a被配置为由ECS12充电。
[0021]功率发射器16与电源48电通信。电源48可提供一般与电网相关联的120VAC或240VAC的电压。电源48还可具有诸如50赫兹(Hz)或60Hz的工作频率。可选地，该电源可具有与120VAC或240VAC不同的工作电压，或者与50Hz或60Hz不同的工作频率。
[0022]VCO电路24控制单个驱动频率或者驱动频率范围内的单个驱动频率频率，该频率电传输至车外换能器18至第一线圈26或第二线圈28。应当理解，驱动第一线圈26的频率可以不同于驱动第二线圈28所需要的频率。还应当理解，车辆40、42表示市场上可用的将受益于ECS12的许多不同类型车辆的子集，其中ECS12还允许无线传输电磁能量或电感能量来充电不同的车辆类型的灵活性。
[0023]下文所描述的下列定义适用于图2。下文的若干定义用于图2中所图示信号路径上所标示的术语。
[0024]HV HF AC—高电压、高频率交流(AC)电信号。优选地，该电压信号大于120VAC并且该电压信号的频率大于60赫兹(Hz)。该频率可在IOkHz至450kHz的范围中。例如，这个范围可覆盖一般在10-70kHz范围的无线电感传输，以及一般在50-450kHz范围的无线电磁传输。
[0025]HV DC—高电压、直流(DC)电信号。优选地，该DC电压大于120VDC。
[0026]60Hz AC — 60Hz、AC电压电信号。一般而言，该AC电压是120VAC或240VAC，取决于生成该电压的电源。副系统62提供60Hz AC电压以向电池充电。可选地，该60Hz可以是50Hz、AC电压电信号。
[0027]120VAC 或 240VAC，60Hz — 120VAC 或 240VAC、60Hz 电信号。例如，这可以是由该电源向主系统(240VAC)或副系统(120VAC，插入式)提供的电信号。取决于使用的电应用，主系统和/或副系统可硬接线至这些电源或者可插拔至这些电源。
[0028]充电系统(ECS)功率效率一也称为系统功率效率。ECS的功率输入量相对功率输出量。通常，系统功率效率可具有从0%至100%的范围，而100%是输入与输出之间没有功率损耗的完全有效。对于一些电应用，可期望具有尽可能最高的系统功率效率，由此具有接近100%的百分比值。系统功率效率可受到多个因素影响，其中之一是被用来构建ECS的电气元件，这些电气元件可影响通过ECS的功率损耗。系统功率效率还受到ECS的工作频率影响。这允许VCO电路对系统功率效率精细调谐、控制、以及优化。
[0029]换能器一在线换能器和离线换能器总共包括第一线圈26、第二线圈28、第三线圈
30、以及第四线圈32。将能量从一种形式转换为另一种形式的设备。例如，车外换能器将电能量转换为电磁能量或电感能量，并且车载换能器接收电磁能量或电感能量的至少一部分并且然后将这个所接收的电磁或电感能量转换回到可被用来向电池充电的电能量。[0030]电源一这是由电网所提供的功率，诸如由市政功率提供。高功率主ECS电连接至电源。常规的60Hz ECS也与电源电连接。优选地，与高功率ECS电连接的电源具有比与60Hz ECS电连接的电源更大的电压。可选地，该60Hz可以是50Hz。
[0031]尽管ECS12如本文先前所讨论的，包括具有VCO电路24的功率发射器16、车外换能器18、车载换能器20，但是ECS12在这个非限制性示例中还扩展包括增强的主ECS12a，该主ECS12a包括控制器/转换器53、集成充电器60、以及传送开关57。控制器/转换器
53、集成充电器60、以及传送开关57部署在车辆40上，并且与具有VCO电路24的功率发射器16、车外换能器18、车载换能器20 —起操作地执行，来提供对于向ESD14a充电有用的电流。控制器/转换器53、集成充电器60、以及传送开关57包括形成至少一个电信号整形设备(ESSD) 45的电气组件。
[0032]因此，功率发射器16与车外换能器18电通信中，并且被配置为向车外换能器18提供能量。被固定在地面上，车外换能器20部署在车辆40的外部。车载换能器20被配置为接收从车外换能器18无线传输的能量的至少一部分。ESSD45与车载换能器20电通信，来对所接收的能量的至少一部分电气整形，并且电传输被电气整形的能量，以向ESD14a充电。
[0033]副ECS62也可与集成充电器60电通信，以提供60Hz电流来向电池14a充电。为了增强的主ECS12a和副系统62的人工操作员的增强的便利性，副ECS62有利地提供另一种可选模式来向电池14a充电。传送开关57经由信号线55由控制器/转换器53的控制器部分操作地控制，从而在副ECS62与主ECS12之间切换。携载由车载换能器20所产生的电信号的输出52被控制器/转换器53的转换器部分接收。携载来自控制器/转换器53的转换器部分的电信号的输出56被传送开关57接收。输出58将来自传送开关57的电信号携载至电池14a。车辆通信数据总线54与控制器/转换器53的控制器部分通信，以接收/传输车辆数据信息去往ECS12a或者ECS数据去往部署在车辆40内的其他电设备。车辆40包括辅助对准车辆的车轮51a、51b、51c、51d，所以车载换能器40与车外换能器18对准。对准装置99，诸如止轮块63可进一步辅助换能器18、20的这个对准。另外，对准设备64也可辅助定位车辆40，所以换能器18、20被对准。例如，这样的对准设备可包括从车库的天花板悬挂下来的网球。对于从车外换能器至车载换能器将发生的能量传输需要对准。如图2中所示，换能器18、20的对准可以在车载换能器20的至少一部分覆盖在车外换能器18的上方之处，如在图2中最佳图示的。可选地，换能器的对准可在换能器被充分间隔、但允许它们之间发生能量的无线传输使得车辆的电池被充电之处。副系统62产生输出61，输出61携载由充电器60所接收的电信号,并且充电器产生输出59,输出59携载由传送开关57所接收的电信号。控制器/转换器的控制器部分与功率发射器16无线地通信，并且功率发射器16被配置为与控制器/转换器53的控制器部分无线地通信。
[0034]输入主ECS12a的控制器/转换器53的第一电流的第一频率，具有比由来自副ECS62的输出61上所携载的第二电流的第二频率更大的频率值。因此，相比比副ECS62，ECS12a可施加更多的功率来向电池14a充电。控制器/转换器53的控制器部分测量电压、电流、以及功率。控制器/转换器53的控制器部分向功率发射器16传输所测量的电压、电流、以及功率数据，以使功率发射器16可进一步调节被提供至车外换能器18的功率量，以确保最优的ECS功率效率。优选地，最优ECS功率效率大于85%。同样地，功率发射器16可进一步将所提供的功率数据无线地传输给控制器/转换器53的控制器部分。本文先前描述的即时控制器/配置，连同其他的ESSD配置进一步在2012年4月19日提交的标题为“ELECTRICAL CHARGING SYSTEM HAVING ENERGY COUPLING ARRANGMENT FOR WIRELESSENERGY TRANSMISSION THEREBETWEEN (具有用于在其间无线能量传送的能量耦合装置的充电系统)”的USSN13/450，881中有所描述，通过引用将该专利并入本文。尽管图2描绘了与第一车辆40相关联的ECS12，但第二车辆42可具有无线地传输/接收电感能量46的类似ECS配置。可选地，第二车辆可具有与图1中所示第一车辆不同的ECS电气配置。例如，如本文先前所描述的，与第二车辆相关联的ECS可以是如在USSNl3/450，881中所描述的另一种ECS配置。
[0035]参考图3，示出了 VCO电路24的框图。VCO电路24包括VC071、放大器70、电压监测器73、电流监测器74、以及检测电路72。VC071与放大器70的输入电通信。首先，VC071有效地辅助ECS12来获知哪个车辆40、42需要充电。这通过扫描由线圈对26、30和线圈对
28、32所覆盖的频率范围并且确定哪个车载换能器线圈30、32被高能地激发来完成。其次，VC071然后对所确定的被激励的线圈对26、30或28、32的线圈26或线圈28，来辅助管理从功率发射器16至车外换能器18的被提供的功率。一般而言，如本文先前所描述的，在任意给定的时间，仅第一车辆的车载换能器或第二车辆的车载换能器将与车外换能器对准。当车内人将他们的车辆定位在车库中以向电池充电时，出现这个场景的典型情形。放大器70的输出与车外换能器18电通信。在车外换能器18与VC071中间产生反馈环路65。反馈环路65包括与监测电路72电通信的电压监测器73和电流监测器74。电压监测器73监测并测量位于车外换能器18输入处的电压流，并且电流监测器74监测并测量位于车外换能器18输入处的电流。检测电路72对于测量位于车外换能器18输入处的电压与电流之间的相位差异是有利的。检测电路72与VC071电耦合，VC071控制从电源48所接收以提供至输出67a的电流的频率。检测电路72由如下的电子组件充分地形成，这些电子组件一起工作来确定所接收的电压和电流波形是否在预定的相位差异范围内。检测电路72被设计为与ECS的预定或预定义的电气组件公差以及ECS的系统公差(特别是车载换能器20、22以及车外换能器18的组件公差)一起工作。结合至总体组件公差中的附加公差是支持VCO电路24的电路。因此，检测电路72以如下的方式被设计:结合线圈#1_#426、28、30、32的设计公差连同线圈对26、30和28、32的操作公差。
[0036]进一步地，ECS12监测从功率发射器16被提供至车外换能器18的RF功率的AC电压和AC电流，用于确定该频率是否处于产生期望ECS功率效率的最优值。ECS的特定电气组件的变化确定这样的最优值。如果该频率不是最优的，则这个信息被反馈至RF电源，并且该频率被改变以实现最优性能。在充电周期期间连续地完成对输出电压和电流的监测，并且当ECS需要时来施加谐振频率校正。电压监测器73和电流监测器74监测并测量AC电压和AC电流。AC电压与AC电流之间的相位关系由之间的ECS确定。功率发射器16然后调整被提供至车外换能器18的功率，来确保ECS功率效率被维持在期望大小。在一个实施例中，优选的ECS功率效率为至少85%。优选地，VCO电路的工作频率范围是从大约15kHz至 200kHz ο
[0037]参考图4，曲线图69图示了在功率发射器16的VCO电路24的输出线67a、67b中的因变于时间的AC电流测量77和AC电压测量78的示例。电流测量77和电压测量78是正弦波，这两个正弦波异相由角度相位差异或相位差额79所表示的量。如果差额79落在与ECS功率效率有关的预定范围之外，则检测器72提供信号来调整功率发射器16的输出频率。对于第一线圈26与第三线圈30之间的无线电磁能量传送，该角度相位差异优选地在大约10度至大约15度的范围中，以确保ECS的最优ECS功率效率性能。该角度相位差异考虑了线圈的部件公差、温度、以及对准的影响。当ECS工作在更高的ECS功率效率时，能量利用更高效，使得ECS的操作人员能够以更少成本来操作ECS。因此，对包括VCO电路的ECS的设计确定了电压和电流波形是否在预定相位差异范围内，这确保了被传递至电池的ECS功率效率处在最优级别。由ECS来分析，更具体地由VCO电路中的控制器来分析预定相位差异范围和ECS功率效率，从而维持ECS功率效率的最优级别。在对输入至车外换能器的电压和电流波形的分析之后，控制器输出可操作来调整VCO电路中的频率的电压，因此去往车外换能器的功率发射器的输出信号维持所期望的ECS功率效率。这还确保了电压和电流相位差异对于第一线圈与第三线圈之间的电磁传输维持在大约15度，并且对于第二线圈与第四线圈之间的电感传输维持在零(O)度。因此，ECS使用第一和第二线圈的激发期间的系统功率效率测量以及角度相位差异值，来辅助做出第一车辆是否需要充电或者第二车辆是否需要充电的判定。
[0038]当功率发射器16没有与电源48电通信时，ECS12不处于使用中。
[0039]当功率发射器16与电源48电通信，但是ECS12没有操作向电池14a或电池14b充电时，ECS12部分地处于使用中。
[0040]当ECS12向电池14a或电池14b充电时，ECS12处于使用中。为了这个目的，线圈26,30或线圈28、32必须充分地部署为足够接近以使它们之间发生如本文先前所描述的电磁能量44或电感能量46的无线传输。
[0041]参考图5，在操作地使用ECS12的一个非限制性示例中，现在将描述用ECS12向第一车辆40的ESD14a以及第二车辆42的ESD14b充电的方法100。方法100中的一个步骤102是，提供ECS12的的第一换能器18，包括第一线圈26和第二线圈28。第一线圈26和第二线圈28与ECS12的VCO电路24各自电通信。方法100中的另一个步骤104是，提供ESC12的多个第二换能器20、22，分别部署在至少第一车辆40和第二车辆42上。与第一车辆40相关联的第二换能器20包含第三线圈30，并且与第二车辆42相关联的第二换能器22包含第四线圈32。方法100中的进一步的步骤106是，移动地定位第一车辆40和第二车辆42之一，使得发生第三线圈30被配置为与第一线圈26无线地传送能量以及第四线圈32被配置为与第二线圈28无线地传送能量中的一项。方法100中的另一个步骤108是，由VCO电路24以第一频率激发第一换能器18的第一线圈26。方法100中的进一步的步骤110是，由VCO电路24以与第一频率不同的第二频率激发第一换能器18的第二线圈28。方法100中的另一个步骤112是，由ECS12确定作为激发的第一线圈26的结果与第一车辆相关联的第三线圈30是否被激励，这与当第一线圈26在激发步骤108中被激发时由ECS12所测量的第一 ECS功率效率有关。方法100中的进一步的步骤114是，由ECS12确定作为激发的第二线圈28的结果，与第二车辆相关联的第四线圈32是否被激励，这与当第二线圈28在激发步骤110中被激发时由ECS12所测量的第二 ECS功率效率有关。方法100中的另一个步骤116是，由ECS12比较第一 ECS功率效率与第二 ECS功率效率。方法100中的进一步的步骤118是，当第一 ECS功率效率处在可接受的ECS功率效率范围中时，向第一车辆40的ESD14a充电；或者当第二 ECS功率效率处在可接受的ECS功率效率范围中时，向第二车辆42的ESD14b充电。对第一和第二线圈26、28的激发可以是反复的过程，以了解哪个车辆的电池需要充电。
[0042]另外，VCO电气设备的频率可以被改变，以匹配如本文先前所描述的VCO电路的输出的AC电压与AC电流的相位角度差异。因此，基于与最优ECS功率效率有关的相位角度差异而调整VCO电路的输出频率。
[0043]尽管不直接影响由VCO电路所调整的ECS12频率，但是多个因素进一步影响ECS12是否操作地向第一车辆40的ESD14a充电或者向第二车辆42的ESD14b充电。这些因素中的任何一个因素或者这些因素中的所有因素可影响ECS是否操作为向ESD充电。一个因素是第一车辆的ESD或第二车辆的ESD的健康状态。另一个因素是第一车辆的ESD或第二车辆的ESD的电荷水平。进一步的因素是ECS的开/关状态。ECS可具有由ECS的操作人员可按压的部署在功率发射器上的用于ECS开/关控制的按钮。另外，这些因素被ECS监测。例如，如果ESD的健康状态是该ESD不健康，则ECS将不向该ESD充电。在另一种情况中，如果ECS确定ESD的充电级别处于充满的电荷水平，ECS将不向该ESD充电。如果ECS的按钮没有被按压而激活ECS用于充电，则ECS将不向ECS充电。
[0044]应当注意，角度相位差异值被预定为处在与如本文先前所描述的无线传输机制(即无线电磁性和无线电感性)相关联的预定频率范围相对应的值的预定范围中。因此，VCO电路24向线圈18、26之一输出这些频率中的一个频率，并且然后ECS12测量系统功率效率并且确定它是否处在可接受的范围中。如果是，则VCO电路24精细调谐从功率发射器16输出至车外换能器18的电信号的频率，直到获得ECS12的最优系统功率效率。VCO电路24继续监测角度相位差异值，并且由VCO电路24调整频率，以维持整个ESD充电过程中的最优系统功率效率。然而，如果第一频率不在可接受的范围中，则VCO电路24输出与另一种无线传输机制相对应的另一个已知频率，并且在确定系统功率效率是否处在所输出的频率生物可接受的徂围中结束后开始该过程。如果系统功率效率处在可接受的徂围中，则VCO电路精细调谐，以确保在充电周期期间的最优系统功率效率。如果系统功率效率未处在可接受的范围中，则VCO尝试另一个频率，这可能是反复过程，以适当地向第一车辆40或第二车辆42充电。
[0045]参考图6，根据本发明的可选实施例，图示了 VCO电路225。在图6中示出的与图3的VCO电路24有关的类似元件，具有相差200的参考标号。与本文先前所描述的VCO电路24类似，VCO电路225采用VC0271、放大器270、电压监测器273、电流监测器274、以及检测电路272。检测电路272包括触发器电组件287和控制器288。触发器287向控制器288提供多个计数，这些计数允许控制器288确定在输出299上提供什么电压，以操作地控制VC0271的频率。电阻器281-284、289允许电信号偏置在正确的电压电平。电流监测器274电连接至线圈285，线圈285提供来自放大器270的输出的电流感测。VC0271与放大器270的输入电通信。电压电信号携载于信号路径292、293上，并且被电压监测器273接收。电流信号携载于信号路径290、291上，并且被电流监测器274接收。触发器电组件287从电压监测器273接收输出296并且从电流监测器274接收输出297。触发器电组件287的输出298被控制器288接收。VC0271从控制器288接收输出299。例如，如果零电脉冲从触发器输出至控制器，则VCO电路的频率上的调整可能不必要。如果由于监测器273和274的反馈，触发器的输出上的脉冲数量大于零脉冲，则可发生与所接收的反馈信号的量有关的对VCO的电压调整。
[0046]可选地，取决于对于ECS的使用的电气应用，可采用其他的预定相位角度差异值，用于电磁传输和电感无线传输。在一些应用中，例如，可能需要21度的最优相位角度差异用于无线电磁传输，以及2度的最优相位角度差异用于无线电感传输。仍然可选地，相位差异角度可以是取决于ECS的使用的应用所确定的任意值。
[0047]可选地，本发明的精神和范围还可应用至除了电磁和电感传输之外的任何其他无线传输类型，诸如例如电场耦合。
[0048]仍然可选地，VCO电路的检测电路可包括嵌入式控制器。这样的电路实施方式，例如可以消除VCO电路中的其他电气块/电气组件，简化了电路设计，可具有减少的成本。参考图3，使用嵌入式控制器允许结合的功能，从而可不需要监测器73、74、检测电路72、以及VCO电路71。类似地，参考图7，当在VCO电路中使用嵌入式控制器时，可不需要监测器273、274，触发器287，控制器288、以及VCO电气设备271。
[0049]因此，已经提出了一种稳健的充电系统，该充电系统简化了充电系统基础设施、确定查明与车辆相关联的无线充电系统的类型、且然后继而以产生最优充电系统功率效率的充电系统频率向正确的车辆充电。另外，ECS可配置为跨越车外换能器与车载换能器之间的距离无线地传输电磁或电感能量。VCO电路方便地被制造在向车外换能器供电的、ECS的功率发射器中。VCO电路被用来如下两个操作:确定正被充电的车辆是电磁系统还是电感系统；以及然后辅助有效地管理电信号的频率，从而在对包含该电磁或电感ECS的车辆的电池充电期间维持最优ECS功率效率。ECS由诸如在电气领域中通常商业可得到的电阻器、电容器、中继器等的电气组件所构建。VCO电气设备可通常可得到的部件而被购买，处于由ECS的电磁和电感无线机制所覆盖的感兴趣频率。可容易地用触发器电气组件和控制器来构建VCO电路的检测电路。ECS12方便地在第一和第二线圈的激发期间确定系统功率效率，并且还确定相位差异关系是否存在(15度关系或零(O)度关系)，来获知第一车辆的车载换能器或者第二车辆的车载换能器是否与车外换能器对准。发现15度相位差异角度以提供用于确定电磁ECS配置的决定性值。
[0050]尽管已经根据本发明的优选实施例描述了本发明，但是本发明不意图为被如此限制，而是仅限制于随后的权利要求书中所阐述的范围。
[0051]本领域的技术人员将容易理解，本发明容许宽泛的实用性和应用。根据本发明和前述描述或者由本发明和前述描述合理暗示了或从中可明显得出不同于上文所描述的那些的本发明的许多实施例和适应性改变以及许多变化、修改和等价配置，且不偏离本发明的主旨和范围。因此，尽管已经关于本发明的优选实施例详细地在本文中描述了本发明，但是将理解，本公开内容对本发明仅是说明性和示例性的，并且仅为了提供本发明的完全公开内容并且使能本发明的公开内容的目的而做出。前述的公开内容不意图为或者被解释为限制本发明，或者以其他方式排除任何这种其他的实施例、适应性改变、变化、修改以及等价配置，本发明仅由下列权利要求和它们的等价物来限定。
【权利要求】
1.一种向至少一个储能设备(ESD)充电的充电系统(ECS)，包括: 压控振荡器(VCO)电路； 包括多个线圈的第一换能器，所述多个线圈至少包含与所述VCO电路各自电通信的第一线圈和第二线圈； 分别包括下列各项中的至少一项的多个第二换能器， (i)第三线圈，以及 (ii)第四线圈 其中当所述VCO电路工作在第一频率时，所述第一线圈与所述第三线圈无线地通信来向所述ESD充电，并且当所述VCO电路工作在与所述第一频率不同的第二频率时，所述第二线圈与所述第四线圈无线地通信来向所述ESD充电。
2.根据权利要求1所述的ECS，其中所述多个第二换能器部署于多个车辆上，所述多个车辆包括第一机动车和第二机动车，并且所述第一机动车包括所述多个第二换能器中包含所述第三线圈的第二换能器，并且所述第二机动车包括所述多个第二换能器中包含所述第四线圈的第二换能器。
3.根据权利要求2所述的ECS，其中所述第一车辆和所述第二车辆分别是电动车辆和混合电动车辆中的一种，并且所述第一车辆的所述ESD被配置为向所述第一车辆的动力传动系统供电，并且所述第二车辆的所述ESD被配置为向所述第二车辆的动力传动系统供电。
4.根据权利要求2所述的ECS，其中所述VCO电路部署于与所述ESC相关联的功率发射器中，并且所述功率发射器部·署在所述第一车辆的外部并且部署在所述第二车辆的外部。
5.根据权利要求1所述的ECS，其中所述第三线圈从所述第一线圈无线地接收电磁能量，并且所述第四线圈从所述第二线圈无线地接收电感能量。
6.根据权利要求5所述的ECS，其中所述VCO电路操作地维持所述电磁能量的角度相位差异以及所述电感能量的角度相位差异，所述电池能量和所述电感能量之一的所述角度相位差异是，分别从与所述ECS相关联的功率发射器输出并且分别由所述第一换能器接收作为输入的AC电压相对AC电流之间的角度相位差异。
7.根据权利要求6所述的ECS，其中所述电磁能量的所述角度相位差异具有从大约十(10)度至大约十五(15)度的范围中的值，并且所述电感能量的所述角度相位差异具有大约零(O)度的值。
8.根据权利要求1所述的ECS，其中所述VCO电路包括: 具有输入和输出的放大器，所述输出与所述第一换能器电通信， 与所述放大器的所述输入电通信的VCO电气设备， 电压监测器电路，具有与所述放大器的所述输出电通信的输入， 电流监测器电路，具有与所述放大器的所述输出电通信的输入， 检测电路，具有输出以及第一输入和第二输入，其中 所述检测电路的所述输出与所述VCO电气设备的输入电通信，并且 所述检测电路的所述第一输入从所述电压监测器电路接收电信号，并且 所述检测电路的所述第二输入从所述电流监测器电路接收电信号。
9.根据权利要求8所述的ECS，其中所述检测电路进一步包括与所述VCO电气设备电通信的控制器。
10.一种用充电系统(ECS)向第一车辆的储能设备(ESD)和第二车辆的ESD充电的方法，包括: 提供所述ECS的包括第一线圈和第二线圈的第一换能器，所述第一线圈和所述第二线圈分别与所述ECS的压控振荡器(VCO)电路电通信； 提供所述ESC的分别部署于至少所述第一车辆和所述第二车辆上的多个第二换能器，其中与所述第一车辆相关联的所述第二换能器包含第三线圈，并且与所述第二车辆相关联的所述第二换能器包含第四线圈； 移动地定位所述第一车辆和所述第二车辆之一，使得实现所述第三线圈被配置为与所述第一线圈无线地传送能量以及所述第四线圈被配置为与所述第二线圈无线地传送能量中的一项； 由所述VCO电路以第一频率激发所述第一换能器的所述第一线圈； 由所述VCO电路以与所述第一频率不同的第二频率激发所述第一换能器的所述第二线圈； 由所述ECS确定作为第一线圈激发的结果与所述第一车辆相关联的所述第三线圈是否被激励，这与当所述第一线圈在所述激发步骤中被激发时由所述ECS所测量的第一 ECS功率效率有关； 由所述ECS确定作为第二线圈激发的结果与所述第二车辆相关联的所述第四线圈是否被激励，这与当所述第二线圈在所述激发步骤中被激发时由所述ECS所测量的第二 ECS功率效率有关； 由所述ECS比较所述第一 ECS功率效率与所述第二 ECS功率效率；以及 充电下列各项之一， (i )当所述第一 ECS功率效率处在可接受的ECS功率效率范围中时，向所述第一车辆的所述ESD充电，以及 (?)当所述第二 ECS功率效率处在所述可接受的ECS功率效率范围中时，向所述第二车辆的所述ESD充电。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定步骤进一步包括如下的子步骤: 确定当所述第一线圈被激发时分别输入至所述第一换能器的AC电压与AC电流之间的与所述ECS的所述第一功率效率有关的第一角度相位差异，以及 确定当所述第二线圈被激发时分别输入至所述第一换能器的AC电压与AC电流之间的与所述ECS的所述第二功率效率有关的第二角度相位差异。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所确定的第一角度相位差异大于所确定的第二角度相位差异。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所确定的第一角度相位差异是大约15度，并且所确定的第二角度相位差异是大约零(O)度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中由所述第三线圈从所述第一车辆的所述第一线圈无线接收的所述能量包括无线电磁能量，并且由所述第四线圈从所述第二车辆的所述第二线圈无线接收的所述能量包括无线电感能量。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述第三线圈以第一频率从所述第一线圈无线接收能量，并且所述第四线圈以与所述第一频率不同的第二频率从所述第二线圈无线接收倉tfi。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一频率大于所述第二频率。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述确定步骤进一步包括由与下列各项中的一项的充电相关联的所述ECS对所述VCO电路的操作控制: (i )所述第一车辆的所述ESD，以及 (ii)所述第二车辆的所述ESD， 其中对所述VCO电路的所述操作控制进一步基于下列各项中的至少一项: a)所述第一车辆和所述第二车辆之一的所述ESD的健康状态， b)所述第一车辆和所述第二车辆之一的所述各自ESD的充电水平，以及 c)所述ECS的开/关状态。
18.根据权利要求17所述的方法，其中对所述VCO电路的所述操作控制基于: a)所述第一车辆和所述第二车辆之一的所述ESD的所述健康状态， b)所述第一车辆和所述第二车辆之一的所述各自ESD的所述充电水平，以及 c)所述ECS的所述开/关状态。
19.根据权利要求10所述·的方法，其中所述VCO电路部署于与所述ECS相关联的功率发射器中，并且所述VCO电路包括与所述第一换能器直接电连接的放大器，并且所述功率发射器部署在所述第一车辆和所述第二车辆的外部。
20.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一车辆和所述第二车辆分别是下列各项中的一项: (i)混合电动车辆，以及 (ii)电动车辆。
【文档编号】H02J7/00GK103858306SQ201280049035
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年8月3日 优先权日:2011年8月6日
【发明者】R·J·博耶, B·D·帕夏, J·V·福卓 申请人:德尔福技术有限公司