带有充电操作模式的持续时间的监视的电动车无线充电的制作方法

带有充电操作模式的持续时间的监视的电动车无线充电的制作方法
【专利摘要】揭示用于电动车无线充电的系统、方法和设备。在一个方面中，提供一种向电动车传送无线电力的方法，所述方法包含起始充电循环，所述充电循环包括：至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力传送系统与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力传送系统向所述电动车的无线电力传送。所述方法进一步包含响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳；和产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳。
【专利说明】带有充电操作模式的持续时间的监视的电动车无线充电

【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及无线电力传送，并且更具体来说涉及与对例如包含电池的车辆等远程系统的无线电力传送及其间的通信有关的装置、系统和方法。

【背景技术】
[0002]已经引入了例如车辆等远程系统，其包含使用从例如电池等能量储存装置接收到的电导出的运动力。举例来说，混合电动车包含机载充电器，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。纯电动车一般从其它来源接收用于给电池充电的电。经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(电动车)充电。有线充电连接必需物理上连接到电力供应器的电缆或其它类似的连接器。电缆和类似的连接器有时候可能不方便或者笨重，而且具有其它缺点。能够在自由空间中(例如，经由无线场)传送有待用于给电动车充电的电力的无线充电系统可以克服有线充电解决方案的一些缺陷。如此，需要高效地并且安全地传送用于给电动车充电的电力的无线充电系统和方法。


【发明内容】

[0003]所附权利要求书范围内的系统、方法和装置的各种实施方案各自具有几个方面，其中没有哪单独一个方面负责本文中描述的期望属性。本文中描述了一些突出特征，但并不限制所附权利要求书的范围。
[0004]附图和下面的描述中阐述了本说明书中所描述的主题的一或多个实施方案的细节。通过描述、图式和权利要求书，将明白其它特征、方面和优点。请注意，下列各图的相对尺寸可能不是按比例绘制的。
[0005]本发明中所描述的主题的一个方面提供一种向电动车传送无线电力的方法。所述方法包括起始无线电力传送系统的充电循环。所述充电循环包括多个操作状态，所述多个操作状态包括至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在无线电力传送系统与电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路，和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力传送系统向所述电动车的无线电力传送。所述方法进一步包括响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳。所述方法进一步包括产生指示无线电力传送的结束时间的第二时戳。
[0006]本发明中所描述的主题的另一方面提供一种用于给包括具有至少一个电动车感应线圈的车辆垫的电动车充电的无线电力设备。所述设备包括具有至少一个底座系统感应线圈的底座垫。所述设备进一步包括经配置以控制所述设备的充电循环的处理器。所述充电循环包括:至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力设备与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力设备向所述电动车的无线电力传送。所述处理器进一步经配置以响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳；和产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳。
[0007]本发明中所描述的主题的另一方面提供一种用于给包括具有至少一个电动车感应线圈的车辆垫的电动车充电的无线电力设备。所述设备包括用于从所述设备向所述车辆垫无线地传送电力的装置。所述设备进一步包括用于控制所述设备的充电循环的装置。所述充电循环包括至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力设备与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力设备向所述电动车的无线电力传送。所述设备进一步包括用于响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳的装置；和用于产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳的装置。
[0008]本发明中所描述的主题的另一方面提供一种非暂时性计算机可读媒体，所述非暂时性计算机可读媒体包括指令，所述指令当被一或多个处理器执行时使得用于给电动车充电的无线电力传送系统起始包括多个操作状态的充电循环。所述多个操作状态包括至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在无线电力传送系统与电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路。所述多个操作状态进一步包括至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力传送系统向所述电动车的无线电力传送。所述计算机可读媒体进一步包括指令，所述指令当被所述一或多个处理器执行时使得所述无线电力传送系统响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳；和产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳。

【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1图解说明了根据本发明的示范性实施例的用于给电动车充电的示范性无线电力传送系统的图。
[0010]图2图解说明了图1的无线电力传送系统的示范性核心组件的示意图。
[0011]图3图解说明了展示图1的无线电力传送系统的示范性核心组件和辅助组件的另一功能框图。
[0012]图4图解说明了展示根据本发明的示范性实施例的安置在电动车中的可更换无触点电池的功能框图。
[0013]图5A、5B、5C和是根据本发明的不范性实施例的用于相对于电池放置感应线圈和铁氧体材料的示范性配置的图。
[0014]图6是展示根据本发明的示范性实施例的可以用于给电动车无线充电的示范性频率的频谱的图表。
[0015]图7是展示根据本发明的示范性实施例的可以用于给电动车无线充电的示范性频率和发射距离的图表。
[0016]图8图解说明了根据本发明的示范性实施例的无线电力传送系统的功能框图。
[0017]图9图解说明了底座充电单元的示范性状态图。
[0018]图10图解说明了一个图解说明在图8的各种组件之间交换的信号流的示范性信号流图。
[0019]图11图解说明了另一个图解说明在图8的各种组件之间交换的信号流的示范性信号流图。
[0020]图12图解说明了另一个图解说明在图8的各种组件之间交换的信号流的示范性信号流图。
[0021]图13图解说明了另一个图解说明在图8的各种组件之间交换的信号流的示范性信号流图。
[0022]图14图解说明了向电动车递送无线电力的示范性方法的流程图。
[0023]图15图解说明了监视向电动车递送的无线电力的示范性方法的流程图。
[0024]图16图解说明了示范性无线电力设备的功能框图。
[0025]图17图解说明了示范性无线电力设备的功能框图。
[0026]图18图解说明了向电动车传送无线电力的示范性方法的流程图。
[0027]图中图解说明的各种特征可能不是按比例绘制的。因此，为了清楚起见，可以任意地扩大或者缩小各种特征的尺寸。此外，一些图可能并未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最后，在说明书和图通篇中可以使用相似的参考标号来表示相似的特征。

【具体实施方式】
[0028]下文结合附图阐述的详细描述意在作为对本发明的示范性实施例的描述，而不是意在表示可以实践本发明的仅有实施例。本描述通篇中使用的术语“示范性”的意思是“用作实例、例子或说明”，并且不应当理解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，详细描述包含一些特定细节。在一些例子中，以框图的形式展示一些装置。
[0029]无线地传送电力可以指从发射器向接收器传送与电场、磁场、电磁场或其他场相关联的任何形式的能量，而无需使用物理电导体(例如，可以通过自由空间传送电力)。可以通过“接收线圈”接收、俘获或耦合被输出到无线场(例如，磁场)的电力。
[0030]本文中使用电动车来描述远程系统，远程系统的一个实例是作为其运动能力的一部分包含从可充电能量储存装置(例如，一或多个可再充电的电气化学电池或其它类型的电池)导出的电力的车辆。作为非限制性实例，一些电动车可以是混合电动车，其除了电马达之外还包含传统的内燃机，以便引导运动或者给车辆的电池充电。其它电动车可以从电力得出全部运动能力。电动车不限于汽车，并且可以包含摩托车、手推车、踏板车等等。借助于实例但是不作为限制，本文中以电动车(EV)的形式描述远程系统。此外，还涵盖其它可以至少部分地使用可充电能量储存装置供电的远程系统(例如，电子装置，比如个人计算装置等等)。
[0031]图1是根据本发明的示范性实施例的用于给电动车112充电的示范性无线电力传送系统100的图。无线电力传送系统100使得在电动车112停靠在底座无线充电系统102a附近时能够给电动车112充电。在有待停靠的停车区中在对应底座无线充电系统102a和102b上图解说明了用于两个电动车的空间。在一些实施例中，本地分配中心130可以连接到电力干线132，并且经配置以通过电力链路110向底座无线充电系统102a提供交流电(AC)或直流电(DC)供应。底座无线充电系统102a还包含一个用于无线地传送或接收电力的底座系统感应线圈104a和一个天线136。电动车112可以包含电池单元118、电动车感应线圈116、电动车无线充电系统114和天线140。电动车感应线圈116可以(举例来说)经由底座系统感应线圈104a产生的电磁场的区域与底座系统感应线圈104a相互作用。
[0032]在一些示范性实施例中，电动车感应线圈116可以在电动车感应线圈116位于底座系统感应线圈104a产生的能量场中时接收电力。所述场对应于电动车感应线圈116可以俘获到底座系统感应线圈104a输出的能量的区域。举例来说，底座系统感应线圈104a输出的能量可以处在足以给电动车112充电或供电(例如，足以给电池单元118充电)的等级。在一些情况下，所述场可以对应于底座系统感应线圈104a的“近场”。近场可以对应于存在从底座系统感应线圈104a中的电流和电荷得出的不从底座系统感应线圈104a向外辐射电力的强反应场的区域。在一些情况下，近场可以对应于在底座系统感应线圈104a的波长的大约1/2 π内的区域(并且对于电动车感应线圈116反之亦然)，如下文将进一步描述的。
[0033]本地分配中心130可以经配置以经由通信回程134与外部来源(例如，电网)并且经由通信链路108与底座无线充电系统102a通信。
[0034]底座无线充电系统102a和102b可以经配置以经由天线136和138与电动车无线充电系统114通信。举例来说，无线充电系统102a可以使用天线138与140之间的通信信道与电动车无线充电系统114通信。所述通信信道可以是任何类型的通信信道，例如(举例来说)蓝牙、紫蜂(zigbee)、蜂窝、无线局域网(WLAN)等。
[0035]在一些实施例中，电动车感应线圈116可以与底座系统感应线圈104a对准，并且因此简单地通过司机将电动车112相对于底座系统感应线圈104a正确地定位而安置在近场区域内。在其它实施例中，可以向司机提供视觉反馈、听觉反馈或其组合以确定电动车112何时被正确地放置以进行无线电力传送。在另外其它实施例中，可以通过自动驾驶仪系统定位电动车112，自动驾驶仪系统可以将电动车112前后移动(例如，之字形移动)直到对准误差已达到可容许的值为止。这可以由电动车112自动地并且自主地执行，无需司机干涉或者只需要司机的很少干涉，前提是电动车112配有伺服转向轮、超声波传感器和用以调整车辆的智能。在另外其它实施例中，电动车感应线圈116、底座系统感应线圈104a或其组合可以具有用于使感应线圈116和104a相对于彼此位移和移动的功能性，以便使这些感应线圈更精确地定向，并且在其间形成更高效的耦合。
[0036]底座无线充电系统102a可以位于多种位置中。作为非限制性实例，一些合适的位置包含电动车112所有人家的停车区、以常规基于石油的加油站为模型的为电动车无线充电预留的停车区、和例如购物中心和工作场所的其它位置处的停车位。
[0037]给电动车无线地充电可以提供许多益处。举例来说，可以自动执行充电，几乎不需要司机干涉和操纵，从而改进了用户的方便度。可能还没有暴露的电触点和机械磨损，从而改进了无线电力传送系统100的可靠性。可能不需要操纵电缆和连接器，并且可能没有可能会在户外环境中暴露于湿气和水的电缆、插头或插座，从而改进了安全。可能还没有可以看到或者可能触及的插座、电缆和插头，从而减少了对电力充电装置的潜在破坏行为。此夕卜，因为可以使用电动车112作为分布式储存装置以便稳定电网，所以可以使用对接到电网的解决方案来提高车辆对于车辆到电网(V2G)操作的可用性。
[0038]参照图1所描述的无线电力传送系统100还可以提供美观并且不碍事的优点。举例来说，可能没有可能会妨碍车辆和/或行人的充电柱和充电电缆。
[0039]作为对车辆到电网能力的进一步解释，无线电力发射和接收能力可以配置成相反的，使得底座无线充电系统102a向电动车112传送电力并且电动车112向底座无线充电系统102a传送电力(例如，在能量短缺的时候)。这个能力可以用于稳定配电网，方法是通过在因需求过大或者可再生能量生产(例如，风能和太阳能)短缺导致的能量短缺的时候允许电动车向总分配系统贡献电力。
[0040]图2是图1的无线电力传送系统100的示范性组件的示意图。如图2所示,无线电力传送系统200可以包含底座系统发射电路206，其包含具有电感L1的底座系统感应线圈204。无线电力传送系统200进一步包含电动车接收电路222，其包含具有电感L2的电动车感应线圈216。本文中描述的实施例可以使用电容性负载的线环(即，多匝线圈)，其形成一个谐振结构，所述谐振结构能够经由磁近场或电磁近场从主结构(发射器)向次级结构(接收器)高效地耦合能量(如果主结构和次级结构两者被调谐到共用谐振频率)。所述线圈可以用于电动车感应线圈216和底座系统感应线圈204。使用谐振结构来耦合能量可以称为“磁性耦合谐振”、“电磁耦合谐振”和/或“谐振感应”。将基于从底座无线电力充电系统202向电动车112的电力传送来描述无线电力传送系统200的操作，但是不限于此。举例来说，如上所述，电动车112可以向底座无线充电系统102a传送电力。
[0041]参照图2，电力供应器208 (例如，AC或DC)向底座无线电力充电系统202供应电力Psdc以向电动车112传送能量。底座无线电力充电系统202包含底座充电系统电力转换器236。底座充电系统电力转换器236可以包含电路，例如AC/DC转换器，其经配置以将电力从标准干线AC转换成合适的电压电平下的DC电力，和DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换成适合于无线高电力传送的操作频率下的电力。底座充电系统电力转换器236向底座系统发射电路206供应电力P1，底座系统发射电路206包含与底座系统感应线圈204串联的电容器C1，用以在期望的频率下发出电磁场。可以提供电容器仏以与底座系统感应线圈204形成在期望的频率下谐振的谐振电路。底座系统感应线圈204接收电力P1，并且在足以给电动车112充电或供电的电平下无线地发射电力。举例来说，底座系统感应线圈204无线地提供的功率电平可以大约是几千瓦(kW)(例如，从IkW到IlOkW或者更高或更低的任何数值)。
[0042]可以将包含底座系统感应线圈204的底座系统发射电路206和包含电动车感应线圈216的电动车接收电路222调谐成基本上相同的频率，并且可以将其定位在底座系统感应线圈204和电动车感应线圈116中的一个所发射的电磁场的近场内。在这种情况下,底座系统感应线圈204和电动车感应线圈116可以变成彼此耦合，使得电力可以被传送到包含电容器C2和电动车感应线圈116的电动车接收电路222。可以提供电容器C2以与电动车感应线圈216形成在期望的频率下谐振的谐振电路。k(d)元素表示在线圈分离处所得的互耦系数。等效电阻和Req,2表示感应线圈204和216以及抗-电抗电容器C1和C2所固有的损失。包含电动车感应线圈316和电容器C2的电动车接收电路222接收电力P2,并且向电动车充电系统214的电动车电力转换器238提供电力P2。
[0043]电动车电力转换器238可以(主要)包含LF/DC转换器，其经配置以将操作频率下的电力转换回到与电动车电池单元218的电压电平匹配的电压电平下的DC电力。电动车电力转换器238可以提供经转换的电力Puic以便给电动车电池单元218充电。电力供应器208、底座充电系统电力转换器236和底座系统感应线圈204可以是固定的，并且位于如上所述的多种位置。电池单元218、电动车电力转换器238和电动车感应线圈216可以包含在电动车充电系统214中，电动车充电系统214是电动车112的一部分或者电池组(未图示)的一部分。电动车充电系统214还可以经配置以通过电动车感应线圈216向底座无线电力充电系统202无线地提供电力以便将电力馈送回到电网。电动车感应线圈216和底座系统感应线圈204中的每一个可以基于操作模式用作发射或接收感应线圈。
[0044]虽然未图示，但是无线电力传送系统200可以包含负荷断开单元(LDU)，用以将电动车电池单元218或电力供应器208从无线电力传送系统200上安全地断开。举例来说，在紧急情况或系统故障的情况下，可以触发LDU以将负荷从无线电力传送系统200上断开。除了电池管理系统之外还可以提供LDU以便管理对电池的充电，或者LDU可以是电池管理系统的一部分。
[0045]此外，电动车充电系统214可以包含切换电路(未图示)，用于将电动车感应线圈216选择性地连接到电动车电力转换器238和从电动车电力转换器238上断开。断开电动车感应线圈216可以暂停充电，并且还可以调整底座无线充电系统102a(用作发射器)“看至IJ的” “负荷”，这可以用于从底座无线充电系统102a “遮挡”电动车充电系统114(用作接收器)。如果发射器包含负荷感测电路，则可以检测到负荷变化。因此，发射器(例如底座无线充电系统202)可以具有一个用于确定底座系统感应线圈204的近场中何时存在例如电动车充电系统114等接收器的机制。
[0046]如上所述，在操作中，假设是朝车辆或电池的能量传送，则从电力供应器208提供输入电力，使得底座系统感应线圈204产生用于提供能量传送的场。电动车感应线圈216耦合到所辐射的场，并且产生输出电力以供电动车112储存或消耗。如上所述，在一些实施例中，底座系统感应线圈204和电动车感应线圈116根据相互谐振关系配置，使得电动车感应线圈116的谐振频率和底座系统感应线圈204的谐振频率非常接近或者基本上相同。当电动车感应线圈216位于底座系统感应线圈204的近场中时，底座无线电力充电系统202与电动车充电系统214之间的发射损失极小。
[0047]如上所述，高效能量传送的发生是通过将发射感应线圈的近场中的大部分能量耦合到接收感应线圈，而不是将大多数能量以电磁波的形式传播到远场。当在近场中的时候，可以在发射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。感应线圈周围的可能发生这个近场耦合的区在本文中称为近场耦合模式区域。
[0048]虽然未图示，但是底座充电系统电力转换器236和电动车电力转换器238两者都可以包含振荡器、驱动器电路(例如功率放大器)、滤波器和匹配电路，以便与无线电力感应线圈高效耦合。振荡器可以经配置以产生期望的频率，可以响应于调整信号调整所述期望的频率。可以通过功率放大器响应于控制信号用某一放大量来放大振荡器信号。可以包含滤波器和匹配电路以便过滤掉谐波或其它不期望的频率并且使电力转换模块的阻抗与无线电力感应线圈匹配。电力转换器236和238还可以包含整流器和切换电路，用以产生用以给电池充电的合适的电力输出。
[0049]所揭示的实施例通篇中所描述的电动车感应线圈216和底座系统感应线圈204可以称为或者配置为“环路”天线，并且更具体来说是多匝环路天线。感应线圈204和216还可以在本文中称为或者配置为“磁性”天线。术语“线圈”意在指代一个组件，所述组件可以无线地输出或接收能量以便耦合到另一“线圈”。所述线圈还可以称为经配置以无线地输出或接收电力的类型的“天线”。如本文中所使用，线圈204和216是经配置以无线地输出、无线地接收和/或无线地中继电力的类型的“电力传送组件”的实例。环路(例如，多匝环路)天线可以经配置以包含空气芯或物理芯，例如铁氧体芯。空气芯环路天线可以允许将其它组件放置在芯区内。包含铁磁体或铁磁体材料的物理芯天线可以允许形成更强的电磁场和改进的耦合。
[0050]如上所述，在发射器与接收器之间匹配的或几乎匹配的谐振期间，发生发射器与接收器之间的高效能量传送。然而，即使当发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也可以以较低的效率传送能量。能量传送的发生是通过将能量从发射感应线圈的近场耦合到驻留在其中建立这个近场的一个区域内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或者在近场区域的预定距离内)的接收感应线圈，而不是将能量从发射感应线圈传播到自由空间中。
[0051]如上所述，谐振频率可以基于包含感应线圈(例如,底座系统感应线圈204)的发射电路的电感和电容。如图2所示，电感可以总体上是感应线圈的电感，但是，可以将电容添加到感应线圈以产生期望的谐振频率下的谐振结构。作为非限制性实例，如图2所示，可以添加与感应线圈串联的电容器以创建一个产生电磁场的谐振电路(例如，底座系统发射电路206)。因此，对于直径更大的感应线圈，感应谐振所需要的电容值可以随着线圈直径或电感的增加而减小。电感还可以取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加，近场的高效能量传送区可以增加。其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性实例，电容器可以与感应线圈的两个端子并联放置(例如，并联谐振电路)。此外，感应线圈可以设计成具有高质量(Q)因子以改进感应线圈的谐振。举例来说，Q因子可以是300或更大。
[0052]如上所述，根据一些实施例，揭示了在彼此的近场中的两个感应线圈之间的耦合电力。如上所述,近场可以对应于感应线圈周围的其中电磁场存在但是可能不从感应线圈传播或辐射离开的区域。近场耦合模式区域可以对应于接近感应线圈的物理体积的体积，通常在波长的一小部分内。根据一些实施例，例如单匝环路天线和多匝环路天线等电磁感应线圈既用于发射又用于接收，因为实际实施例中的磁性近场振幅对于磁性类型的线圈往往比电类型的天线(例如，小型双极天线)的电近场更高。这允许成对之间的潜在地更高的耦合。此外，可以使用“电”天线(例如，双极天线和单极天线)或磁性天线与电天线的组合。
[0053]图3是展示图1的无线电力传送系统300的示范性核心组件和辅助组件的另一功能框图。无线电力传送系统300图解说明了用于底座系统感应线圈304和电动车感应线圈316的通信链路376、引导链路366和对准系统352、354。如上文参照图2所述，并且假设是朝电动车112的能量流，在图3中，底座充电系统电力接口 360可以经配置以从电源(例如AC或DC电力供应器126)向充电系统电力转换器336提供电力。底座充电系统电力转换器336可以从底座充电系统电力接口 360接收AC或DC电力，以便在底座系统感应线圈304的谐振频率下或者接近其谐振频率激励底座系统感应线圈304。电动车感应线圈316当在近场耦合模式区域中时可以从近场耦合模式区域接收能量以便在谐振频率下或者接近谐振频率振荡。电动车电力转换器338将来自电动车感应线圈316的振荡信号转换成适合于经由电动车电力接口给电池充电的电力信号。
[0054]底座无线充电系统302包含底座充电系统控制器342，并且电动车充电系统314包含电动车控制器344。底座充电系统控制器342可以包含到例如(举例来说)计算机、无线装置和配电中心或智能电网等其它系统(未图示)的底座充电系统通信接口。电动车控制器344可以包含到例如(举例来说)车辆上的机载计算机、其它电池充电控制器、车辆内的其它电子系统和远程电子系统等其它系统(未图示)的电动车通信接口。
[0055]底座充电系统控制器342和电动车控制器344可以包含用于具有分开的通信信道的特定应用的子系统或模块。这些通信信道可以是分开的物理信道或分开的逻辑信道。作为非限制性实例，底座充电对准系统352可以通过通信链路356与电动车对准系统354通信，以便提供反馈机制，用于自主地或者在操作人员的辅助下使底座系统感应线圈304与电动车感应线圈316更紧密地对准。类似地，底座充电引导系统362可以通过引导链路366与电动车引导系统364通信，以便提供反馈机制以引导操作人员对准底座系统感应线圈304和电动车感应线圈316。此外，可能存在分开的通用通信链路(例如，信道)，例如通信链路376，其由底座充电通信系统372和电动车通信系统374支持以用于在底座无线电力充电系统302与电动车充电系统314之间传送其它信息。这个信息可以包含关于电动车特性、电池特性、充电状态和底座无线电力充电系统302和电动车充电系统314两者的电力能力的信息以及电动车112的维护和诊断数据。这些通信链路或信道可以是分开的物理通信信道，例如(举例来说)蓝牙、紫蜂、蜂窝等。
[0056]电动车控制器344还可以包含电池管理系统(BMS)(未图示)，其管理电动车主电池的充电和放电、基于微波或超声波雷达原理的停车辅助系统、经配置以执行半自动停车操作的刹车系统、和经配置以帮助主要自动的停车“靠线停车”的可以提供更高的停车准确度的转向轮伺服系统，因而减少了对于底座无线充电系统102a和电动车充电系统114中的任一个的机械水平感应线圈对准的需要。此外，电动车控制器344可以经配置以与电动车112的电子器件通信。举例来说，电动车控制器344可以经配置以与视觉输出装置(例如，仪表盘显示器)、听觉/音频输出装置(例如，蜂音器、扬声器)、机械输入装置(例如，键盘、触摸屏、和例如控制杆、轨迹球等的指向装置)以及音频输入装置(例如，具有电子语音辨识的麦克风)通信。
[0057]此外，无线电力传送系统300可以包含检测和传感器系统。举例来说，无线电力传送系统300可以包含:用于与用以将司机或车辆正确地引导到充电点的系统一起使用的传感器、用以使感应线圈以必需的分离/耦合而相互对准的传感器、用以检测可能妨碍电动车感应线圈316移动到特定高度和/或位置以实现耦合的物体的传感器、和用于与用以执行系统的可靠、无害和安全操作的系统一起使用的安全传感器。举例来说，安全传感器可以包含一个传感器，用于检测接近无线电力感应线圈104a、116超出安全半径的动物或儿童的存在，检测靠近底座系统感应线圈304的可能被加热(感应加热)的金属物体、检测例如底座系统感应线圈304上的白炽物体等危险事件、和对底座无线电力充电系统302和电动车充电系统314的组件的温度监视。
[0058]无线电力传送系统300还可以支持经由有线连接的插入式充电。有线充电端口可以在向电动车112传送电力或从电动车112传送电力之前集成两个不同充电器的输出。切换电路可以按照需要提供功能性以支持无线充电和经由有线充电端口的充电两者。
[0059]为了在底座无线充电系统302与电动车充电系统314之间通信，无线电力传送系统300可以使用带内信令和RF数据调制解调器两者(例如，在免执照频带中经由无线电的以太网)。带外通信可以为向车辆使用者/所有人分配附加值服务提供充足的带宽。无线电力载波的低深度振幅或相位调制可以用作具有最小干扰的带内信令系统。
[0060]此外，可以经由无线电力链路而不适用特定通信天线来执行一些通信。举例来说，无线电力感应线圈304和316还可以经配置以用作无线通信发射器。因此，底座无线电力充电系统302的一些实施例可以包含用于在无线电力路径上实现键控类型的协议的控制器(未图示)。通过使用预定义的协议以预定义的间隔对发射功率电平进行键控(振幅移位键控)，接收器可以检测到来自发射器的连续通信。底座充电系统电力转换器336可以包含负荷感测电路(未图示)，以便检测底座系统感应线圈304产生的近场附近的活动电动车接收器的存在与否。借助于实例，负荷感测电路监视流动到功率放大器的电流，所述电流会受到底座系统感应线圈104a产生的近场附近的活动接收器的存在与否的影响。底座充电系统控制器342可以监视对功率放大器上的负荷的变化的检测，以用于确定是否要启用振荡器以便发射能量、与活动接收器通信或这些操作的组合。
[0061]为了实现无线高电力传送，一些实施例可以经配置以在从10到60kHz的范围内的频率下传送电力。这个低频耦合可以允许非常高效的电力转换，非常高效的电力转换可以使用固态装置来实现。此外，与其它频带相比，无线电系统的共存问题可能更少。
[0062]所描述的无线电力传送系统100可以与包含可再充电的或可更换的电池的多种电动车102—起使用。图4是展示根据本发明的示范性实施例的安置在电动车412中的可更换无触点电池的功能框图。在这个实施例中，低电池位置可能对于集成了无线电力接口(例如，充电器到电池无绳接口 426)并且可以从嵌入在地面中的充电器(未图示)接收电力的电动车电池单元是有用的。在图4中，电动车电池单元可以是可再充电的电池单元，并且可以容纳在电池舱424中。电动车电池单元还提供无线电力接口 426，无线电力接口 426可以集成整个电动车无线电力子系统，包含谐振感应线圈、电力转换电路和在基于地面的无线充电单元与电动车电池单元之间高效并且安全地进行无线能量传送所需要的其它控制和通信功能。
[0063]可能有用的做法是使电动车感应线圈集成为与电动车电池单元或车身的底面齐平，使得没有突出的部分，并且因此可以维持规定的地面离车身间隙。这个配置可能必需在电动车电池单元中有一些空间专用于电动车无线电力子系统。电动车电池单元422还可以包含电池到EV无绳接口 422和充电器到电池无绳接口 426，所述充电器到电池无绳接口426在电动车412与如图1所示的底座无线充电系统102a之间提供无触点电力和通信。
[0064]在一些实施例中，并且参照图1，底座系统感应线圈104a和电动车感应线圈116可以处在固定位置中，并且通过电动车感应线圈116相对于底座无线充电系统102a的总体放置而使感应线圈处在近场耦合区域内。然而，为了快速、高效和安全地执行能量传送，可能需要减小底座系统感应线圈104a与电动车感应线圈116之间的距离以改进耦合。因此，在一些实施例中，底座系统感应线圈104a和/或电动车感应线圈116可以是可展开和/或可移动的以使其更好地对准。
[0065]图5A、5B、5C和是根据本发明的不范性实施例的用于相对于电池放置感应线圈和铁氧体材料的示范性配置的图。图5A展示了完全铁氧体嵌入感应线圈536a。无线电力感应线圈可以包含铁氧体材料538a和围绕铁氧体材料538a卷绕的线圈536a。线圈536a本身可以由成股的利兹线制成。可以提供传导屏蔽层532a以保护车辆的乘客免受过多的EMF发射。传导屏蔽在由塑料或复合物制成的车辆中可能尤其有用。
[0066]图5B展示了最佳尺寸的铁氧体板(即，铁氧体背层)，用以增强耦合并且减少传导屏蔽532b中的涡电流(散热)。线圈536b可以完全嵌入在非传导非磁性(例如，塑料)材料中。举例来说，如图5A-5D中图解说明的，线圈536b可以嵌入在保护性外壳534b中。由于磁性耦合与铁氧体磁滞损失之间的折中，线圈536b与铁氧体材料538b之间可以存在分离。
[0067]图5C图解说明了另一实施例，其中线圈536c (例如，铜利兹线多匝线圈)可以在横向(“X”)方向上可移动。图图解说明了在向下方向上展开感应线圈模块的另一实施例。在一些实施例中，电池单元包含可展开和不可展开的电动车感应线圈模块542d中的一个作为无线电力接口的一部分。为了防止磁场穿透到电池空间530d中并且进入车辆内部，在电池空间530d与车辆之间可以存在传导层屏蔽532d(例如，铜片)。此外，可以使用非传导(例如，塑料)保护层534d来保护传导层屏蔽532d、线圈536d和铁氧体材料538d免受环境影响(例如，机械损害、氧化等)。此外，线圈536d可以是在横向X和/或Y方向上可移动的。图图解说明了一个实施例，其中电动车感应线圈模块540d相对于电池单元主体在向下的Z方向上展开。
[0068]这个可展开的电动车感应线圈模块542d的设计类似于图5B的设计，区别在于在电动车感应线圈模块542d处没有传导屏蔽。传导屏蔽532d与电池单元主体在一起。当电动车感应线圈模块542d不处在展开状态时，保护层534d (例如，塑料层)提供在传导屏蔽532d与电动车感应线圈模块542d之间。电动车感应线圈模块542d从电池单元主体的物理分离可以对感应线圈的性能产生积极的影响。
[0069]如上所述，展开的电动车感应线圈模块542d可以只包含线圈536d (例如，利兹线)和铁氧体材料538d。可以提供铁氧体背层以增强耦合并且防止车辆的底板中或传导层屏蔽532d中发生过多的涡电流损失。而且，电动车感应线圈模块542d可以包含与电力转换电子器件和传感器电子器件的柔性电线连接。这个线束可以集成到机械齿轮中，以便展开电动车感应线圈模块542d。
[0070]参照图1，上文描述的充电系统可以在多种位置中使用，以便给电动车112充电或者将电力传回到电网。举例来说，可以在停车位环境中发生电力传送。应注意，“停车区”在本文中还可以称为“停车空间”。为了增强车辆无线电力传送系统100的效率，电动车112可以沿着X方向和Y方向对准，以便使电动车112内的电动车感应线圈116能够与相关联的停车区内的底座无线充电系统102a充分对准。
[0071]此外，所揭示的实施例适用于具有一或多个停车空间或停车区的停车位，其中停车位内的至少一个停车空间可包括底座无线充电系统102a。可以使用引导系统(未图示)来帮助车辆操作人员将电动车112定位在停车区中，以便使电动车112内的电动车感应线圈116与底座无线充电系统102a对准。引导系统可以包含基于电子的方法(例如，无线电定位、方向发现原理和/或光学、准光学和/或超声波感测方法)或基于机械的方法(例如，车轮引导件、轨道或挡块)或其任何组合来帮助电动车操作人员定位电动车112，以便使得电动车112内的感应线圈与充电底座(例如，底座无线充电系统102a)内的充电感应线圈充分对准。
[0072]如上所述，电动车充电系统114可以放置在电动车112的下侧上，以便从底座无线充电系统102a发射和接收电力。举例来说，电动车感应线圈116可以集成到车辆底板中，优选靠近在EM暴露方面提供最大安全距离并且准许电动车正向和逆向停车的中心位置。
[0073]图6是展示根据本发明的示范性实施例的可以用于给电动车无线充电的示范性频率的频谱的图表。如图6所示，用于对电动车的无线高电力传送的潜在频率范围可以包含:3kHz到30kHz频带中的VLF，30kHz到150kHz频带中的较低LF (对于ISM类应用)(一些频率除外)，HF 6.78MHz (ITU-R ISM 频带 6.765-6.795MHz)，HF 13.56MHz (ITU-R ISM 频带 13.553-13.567)，和 HF 27.12MHz (ITU-R ISM 频带 26.957-27.283)。
[0074]图7是展示根据本发明的示范性实施例的可以用于给电动车无线充电的示范性频率和发射距离的图表。可以用于电动车无线充电的一些实例发射距离是大约30mm、大约75mm和大约150mm。一些示范性频率可以是VLF频带中的大约27kHz和LF频带中的大约135kHz ο
[0075]在电动车的充电循环期间，无线电力传送系统的底座充电单元(BCU)可以经历各种操作状态。无线电力传送系统可以称为“充电系统”。B⑶可以包含图1的底座无线充电系统102a和/或102b。B⑶还可以包含控制器和/或电力转换单元，例如图2中图解说明的电力转换器236。此外，BCU可以包含一或多个底座充电垫，所述底座充电垫包含感应线圈，例如图1中图解说明的感应线圈104a和104b。当BCU经历充电循环的各种操作状态时，B⑶与充电站交互。充电站可以包含本地分配中心130(如图1中图解说明)，并且可以进一步包含控制器、图形用户接口、通信模块和与远程服务器或服务器组的网络连接。
[0076]图8图解说明无线电力传送系统(例如充电系统800)的示范性框图。充电系统800包含电力供应单元802。电力供应单元802包含充电站804和底座充电单元(B⑶)810。充电站804可以包含输入端，所述输入端从干线电力供应器接收电力并且馈送到电力设备834中。在一些方面中，电力设备834包含一或多个熔断器和/或断路器、残余电流装置和/或接触器。举例来说，熔断器和/或断路器的输出可以被馈送到残余电流装置中，以便提供附加的触电保护，并且接触器可以用于向充电系统800的各种组件分配电力。充电站804还可以包含控制器806，用于控制充电站804的操作。在一些方面中，控制器806可以包含图形用户接口(⑶I)/通信模块。举例来说，⑶I/通信模块可以允许用户经由用户输入装置(例如触摸屏、小键盘或任何其它合适的用户输入装置)与系统通信。使用(举例来说)⑶I/通信模块的控制器806还可以允许充电站804经由网络818与一或多个服务器816和/或远程用户装置820通信。网络818可以是任何类型的通信网络，例如(举例来说)因特网、广域网(WAN)、无线局域网(WLAN)等。电力供应单元802进一步包含B⑶810。B⑶810包含控制器812和底座电力转换单元814。底座电力转换单元814可以从电力设备834接收电力，并且使用(举例来说)电力发射器向底座垫822输出电力。在一些方面中，BCU810可以与电力供应单元802分离，并且作为独立单元操作。在一些方面中，底座垫822可以包含在B⑶810中。在一些方面中，底座垫822包含底座系统感应线圈，例如图1中图解说明的底座系统感应线圈104。B⑶810包含天线830，天线830可以用于经由天线832与电动车824的车辆充电单元(V⑶)通信。V⑶可以包含控制器826和车辆垫828。在一些方面中，V⑶可以只包含控制器826。天线830与832之间的通信信道可以是任何类型的通信信道，例如(举例来说)蓝牙、紫蜂、蜂窝、WLAN等。响应于B⑶810与V⑶之间的通信，B⑶810可以与充电站804通信，如下所述。
[0077]图9图解说明例如图8中图解说明的B⑶810等B⑶为了向电动车传送无线电力在无线电力传送系统的充电循环期间经历的各种操作状态的实例。所述充电循环可以包括多个操作状态，包括至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在无线电力传送系统与电动车之间建立了足够用于充电的无线电力链路。至少一个初始化状态可以包括至少一个对准状态，在对准状态期间，执行电动车与无线电力传送系统的对准，如下文更完整描述的。一旦充电循环起始，B⑶就处在设置状态902。图10图解说明了设置状态902和等待(未连接)状态904的实例，和在设置和等待(未连接)状态中在BCU与充电站之间交换的消息的实例。B⑶一旦被加电(例如，一旦充电循环起始)就进入设置状态902。在设置状态902期间，电力供应器可以执行设置任务，包含初始化通信模块(例如，蓝牙模块)以便与一或多个电动车通信。在这个操作状态期间，B⑶可以不接受任何输入。设置状态902可能持续达5秒，并且一旦设置已经完成就可以自动结束。在设置状态结束时，B⑶可以向充电站发送充电系统状态消息1002，充电系统状态消息1002向充电站指示BCU ID、BCU状态和充电状态。一旦接收到充电系统状态消息1002，充电站就可以将充电站状态消息1004及其自身的独特ID和状态发送回到B⑶。充电站状态消息1004可以在设置状态902期间或者在等待(未连接)状态904期间发射。
[0078]在等待(未连接)状态904中，B⑶可以等待网络连接(例如，蓝牙连接)。在这个操作状态中，BCU可以周期性地检查各种子系统(例如图8中图解说明的控制器812、底座电力转换814、底座垫822等)的健康状况，并且可以向充电站发送充电系统状态消息1006，充电系统状态消息1006指示充电系统的操作状态(例如，BCU状态和充电状态)。BCU可以每X秒(例如，每5秒)检查各种子系统的健康状况，并且每当检查了子系统的健康状况，BCU就可以向充电站发射充电系统状态消息，充电系统状态消息指示充电系统的操作状态。可以传达特定操作状态(例如，无错误或特定故障)以及适当的诊断代码作为消息的一部分。一旦接收到充电系统状态消息，充电站就可以将充电站状态消息1008发射回到BCU，充电站状态消息1008指示充电站子系统(例如控制器806、GUI/通信模块等)的操作状态。充电站可以将BCU的状态维持为“不可用”，直到充电站从BCU接收到充电系统状态消息为止。在一些方面中，如果充电站在特定数目的连续报告周期(例如，至少两个连续报告周期)中未从BCU接收到充电系统状态消息，则充电站可以将BCU的状态标记为“不可用”。在一些方面中，充电站可以经由网络818向外部来源(例如服务器816或远程用户装置820)报告B⑶的状态。类似地，直到B⑶从充电站接收到充电站状态消息为止，B⑶可以将充电站的状态维持为“不可用”。在一些方面中，如果BCU在特定数目的连续报告周期中未从充电站接收到充电站状态消息，则BCU将把充电站的状态标记为“不可用”。在一些方面中，接收到充电系统状态消息或充电站状态消息可以更新状态并且使报告周期复位。
[0079]图11图解说明了等待(连接已建立)状态906和等待(连接已建立)状态906中在BCU与充电站之间交换的消息的实例。当电动车接近充电站时，BCU可以转变成这个操作状态，并且车辆充电单元(VCU)(例如图8中图解说明的VCU)使用上文描述的天线830和832与B⑶建立网络连接。一旦建立了网络连接，VCU就可以使用V⑶状态消息(未图示)向BCU发送其独特的ID和状态。一旦接收到VCU状态消息，BCU就可以更新充电系统状态(例如，“车辆已连接”)，并且存储V⑶ID，而且还可以更新V⑶状态。B⑶还可以向V⑶发射B⑶的状态和充电系统的最后状态。在等待(连接已建立)状态906中，B⑶还可以向充电站发射指示充电状态(例如，“车辆已连接”或“等待连接”)的充电系统状态消息1102，并且从充电站接收指示充电站的更新状态的充电站状态消息1104。一旦完成B⑶与充电站之间的状态消息交换，如果确定没有故障或错误，B⑶就可以向充电站发送“开始供电”消息1106。一旦接收到“开始供电”消息，充电站就可以将充电站状态消息1108发送回到B⑶，充电站状态消息1108指示充电站电力状态已经改变成“递送电力”，并且所述消息已经被成功地接收到。充电站接着可以开始向B⑶递送干线电力。在一些方面中，充电站可以向电力供应单元(PSU)递送电力，PSU向BCU或直接向底座垫提供所述电力。在一些方面中，如果BCU在某个数量的时间(例如，10毫秒)内未从充电站接收到状态消息，则BCU可以先重试特定次数(例如，2次)，然后才用充电站将充电系统状态更新成“不可用”，并且向VCU报告充电站的更新状态。
[0080]在一些方面中，在等待(连接已建立)状态906期间，如果V⑶从B⑶断开，并且充电站当前在向BCU递送干线电力，则BCU可以向充电站发送“停止供电”消息。一旦接收到“停止供电”消息，充电站就可以停止向BCU或PSU递送干线电力，并且向BCU发送充电站状态消息，其中充电站状态是“等待”。在一些方面中，BCU可以用“车辆已断开”来更新充电系统状态，并且可以清除V⑶ID。在一些方面中，B⑶可以转变回到等待(未连接)状态 904。
[0081]图12图解说明感测电流状态908和在感测电流状态908中在B⑶与充电站之间交换的消息的实例。感测电流状态908还可以称为对准状态，并且充电循环的至少一个初始化状态可包含至少一个对准状态(例如，在对准状态期间，执行电动车与无线电力传送系统的对准)。当响应于“开始供电”消息1202(或“开始供电”消息1106)从充电站接收到充电站状态消息1204(或状态消息1108)时，BCU可以转变成感测电流状态908。在感测电流状态908中，BCU在第一功率电平下发射接收到的电力，所述第一功率电平足以使包含底座系统感应线圈的底座垫与包含电动车感应线圈的车辆垫对准。可以使用足以提供足够电力以便使底座垫与车辆垫对准的任何电流电平。举例来说，BCU可以用标称是最大轨道电流的10%的电流来激励包含底座系统感应线圈的底座垫。在一些方面中，BCU可以用最大阈值电平(例如，最大轨道电流、规定安全电平等)的小于10%、小于50%、5%到15%之间或40%到60%之间的电流来激励底座垫。在另一实例中,B⑶可以用标称是最大轨道电流的50%的电流来激励底座垫。在一些方面中，BCU可以停留在感测电流状态908中，直到V⑶请求电力关闭，在此情况下，操作状态将转变回到等待(连接已建立)状态906或等待(未连接)状态904。在一些方面中，感测电流状态908可以一直持续到VCU请求电力传送(例如，电动车的充电)开始为止，在此情况下，状态将转变成运行状态910。在感测电流状态908中，BCU可以如图12中所指示继续周期性地向充电站发送状态和从充电站接收状态，并且基于所述消息来更新充电站的状态。充电站还可以基于接收到的状态消息来更新BCU和VCU的状态。举例来说，BCU可以向充电站发射充电系统状态消息1206，充电系统状态消息1206指示充电系统的充电状态是“对准”。充电站可以用充电站状态消息1208响应，充电站状态消息1208指示充电站正在继续“递送电力”，或者，如果V⑶已经请求电力关闭，则指示充电站在“等待”。BCU可以每X秒(例如，每2秒)发送状态消息1210和接收状态消息1212，以便更新充电系统状态和充电站状态。
[0082]图13图解说明运行状态910和在运行状态910中在B⑶与充电站之间交换的消息的实例。运行状态910还可以称为充电状态，并且充电循环可以包括至少一个充电状态(例如，在充电状态期间，执行从无线电力传送系统到电动车的无线电力传送)。在一些方面中，B⑶可以在得到V⑶命令后立刻转变成运行状态910。在一些方面中，B⑶可以在得到充电站命令后立刻转变成运行状态910。在进入运行状态910后，B⑶可以立刻向充电站发射充电系统状态消息1302，充电系统状态消息1302指示充电状态是“充电已开始”。在一些方面中，响应于从VCU或充电站接收到开始充电的命令，BCU可以在足以给电动车充电或供电的第二功率电平下向车辆充电单元发射电力。举例来说，BCU可以用足以给电动车充电或供电的电流来激励包含底座系统感应线圈的底座垫，所述电流可以标称达最大轨道电流的100% (例如，最大轨道电流的至少50%、至少60%、至少70%、至少80%、至少90%等)。举例来说，在至少一个初始化状态的至少一个对准状态期间，可以用第一电流来激励底座垫，并且在至少一个充电状态期间，可以用大于第一电流的第二电流来激励底座垫。
[0083]在一些方面中，可以通过B⑶或充电站产生与到运行状态910的转变相关联的第一时戳，并且可以经由网络818通过B⑶或充电站向外部来源(例如服务器816或远程用户装置820)报告第一时戳，以指示实际上针对电动车开始充电的时间。这个时戳可以称为“充电开始时戳”。举例来说，这个第一时戳可以指示无线电力传送的开始时间(例如，响应于进入充电循环的至少一个充电状态)。
[0084]在运行状态910中，B⑶可以继续周期性地向充电站发送状态消息和从充电站接收状态消息，如图13中所指示。举例来说，在从VCU或充电站接收到开始充电的命令之后，BCU可以向充电站发射充电系统状态消息1302，充电系统状态消息1302指示充电系统的充电状态是“充电”。如果充电站不在递送电力，则充电站可以开始向BCU或PSU递送电力。一旦接收到状态消息1302，充电站就可以产生第一时戳，并且可以用充电站状态消息1304响应，充电站状态消息1304指示充电站状态是“递送电力”。一旦接收到状态消息1034，B⑶就可以更新充电站的状态。BCU可以继续周期性地向充电站发送状态消息(例如状态消息1306)和从充电站接收状态消息(例如状态消息1308)，并且基于所述消息更新充电站的状态。充电站还可以基于接收到的状态消息来更新BCU和VCU的状态。BCU可以从VCU接收到关闭电力的请求，并且可以向充电站发射充电系统状态消息1310，充电系统状态消息1310指示充电系统状态和BCU状态是“等待(连接已建立)”。充电站可以用充电站状态消息1312响应，充电站状态消息1312指示充电站状态是“等待”。一旦完成电动车的充电，或一旦接收到关闭命令或错误，BCU就可以向充电站发射“停止供电”状态消息1314，一旦接收到这个消息，充电站就可以用充电站状态消息1316响应，充电站状态消息指示充电站状态是“等待”。B⑶可以每X秒(例如，每2秒)发送状态消息1210和接收状态消息1212，以便更新充电系统状态和充电站状态。消息1310、1312、1314和1316可以在随后的状态(例如关闭状态912或错误状态914和/或916)期间发生。
[0085]在一些方面中，B⑶可以在得到V⑶命令后立刻移动成关闭状态912。一旦进入关闭状态912，B⑶可以立刻将轨道电流设置成零，并且可以等候来自V⑶的指令。在一些方面中，B⑶可以命令充电站将轨道电流设置成零。B⑶可以向充电站发射状态消息(例如状态消息1310或1314)，所述状态消息指示“充电已停止”状态。
[0086]在进入关闭状态912后，可以通过B⑶或充电站产生与这个事件相关联的第二时戳，并且可以经由网络818通过B⑶或充电站向外部来源(例如服务器816或远程用户装置820)报告第二时戳，以指示实际上针对电动车停止充电的时间。这个第二时戳可以称为“充电结束时戳”。举例来说，这个第二时戳可以指示无线电力传送的结束时间。
[0087]充电开始时戳(例如，第一时戳)和充电结束时戳(例如，第二时戳)可以允许充电站、BCU和/或外部来源(例如服务器816)至少部分地基于第一和第二时戳(例如，基于第一时戳指示的时间与第二时戳指示的时间之间的时间长度，基于指示峰值电力使用周期或非峰值电力使用周期期间的时间的第一和第二时戳中的一者或两者)为用户产生电动车充电的成本。使用车辆的实际充电开始和结束时(而不是对底座垫的任何激励开始和结束时)的时戳，可以允许更准确地指示至少一个充电操作状态的持续时间或电动车使用者消耗的充电电力。举例来说，可能不针对在底座垫和车辆垫对准期间使用的电力向使用者收费，因此成本将包含至少一个充电状态期间使用的电力的费用，并且将不包含至少一个初始化状态期间使用的电力的费用。在关闭状态912中，BCU可以继续周期性地向充电站发送状态消息和从充电站接收状态消息，并且基于所述消息更新充电站的状态。充电站还可以基于接收到的状态消息来更新BCU和VCU的状态。
[0088]B⑶可以从任何其它操作状态转变成错误状态914。在一些方面中，B⑶可以在错误状况已被视为清除之后离开错误状态914。在错误状况已清除之后，BCU可以转变回到等待状态904或906。举例来说，在热错误(例如，过热)的情况下，BCU将保持在错误状态914中，直到设备或电力供应器已经冷却为止。在一些方面中，对于各种类型的错误(例如，击穿、去饱和、计算机故障、设备失灵等)，BCU可以在固定的时间周期(例如五秒、一小时等)中保持在错误状态914中。举例来说，BCU可以在十五秒的周期中保持在错误状态914中，以便给供应一些时间使击穿或去饱和状况引起的任何热滞后均衡。在一些方面中，BCU可以在充电系统状态中俘获到适当的错误状态，并且可以继续周期性地向充电站发送状态消息和从充电站接收状态消息，并且基于所述消息来更新充电站的状态。充电站还可以基于接收到的状态消息来更新BCU和VCU的状态。
[0089]在一些方面中，如果发生特定事件(例如，无法恢复的“严重”错误)，则B⑶可以转变成致命错误状态916。在一些方面中，如果一般可恢复的错误在短时间周期中重复发生几次，则可以转变成致命错误状态916。在致命错误状态916中，BCU可以完全不对来自任何VCU和/或充电站的命令进行响应。在一些方面中，轨道电流将返回到或者停留在零。在一些方面中，通过移除给供应源的干线电力并且接着重启干线电力，BCU可以从致命错误状态916转变出来。
[0090]在一些方面中，B⑶与充电站之间的消息协议可以是通过RS-485链路的ModbusASCIL.所述消息结构可以包含一系列ASCII字符字节。举例来说，从充电站向B⑶发送的消息可以用ASCII “C”字符开始。从B⑶向充电站发送的消息可以用ASCII “P”字符开始。消息的第二字符可以包含命令字符。消息的第三字符可以等于先前字符加十进制的32。第四和随后的字节可以是任选的，并且可以使得数据保持取决于命令字符的长度和格式。在一些方面中，如果消息含有多个数据集或参数，那么可以使用ASCII “，”来分开数据集或参数与它们的值。所述消息可以用ASCII字符<LF>或〈CR〉结尾。在一些方面中，可以将所有命令字符定义为大写的ASCII字符，并且消息的第三和第四字符的效果可以是消息的第三字符将是第二字符的小写版本。在一些方面中，BCU与充电站之间的命令不被显式确认。举例来说，BCU可以被视为主单元，并且可以起始所有命令。作为响应，可以预期充电站响应于来自BCU的每个消息而发回状态消息，所述状态消息用作确认。
[0091]在一些方面中，车辆控制单元(V⑶)可以检测到底座充电单元(B⑶)，并且与B⑶建立通信链路，以便使用通信协议(例如，蓝牙、WiFi等)在其间传送数据。在一些方面中，V⑶和B⑶可以使用通用接入规范(GAP)在其间发现和建立通信链路。建立通信链路时涉及的VCU和B⑶可以采用通用表示法。在一些方面中，B⑶可以是从属单元，并且可以发射信标，而VCU可以是主单元，并且可以响应于接收到信标而尝试连接到BCU。在这种情况下，V⑶可以在接收到信标之后起始物理通信链路的建立。起始方(V⑶)和接受方(B⑶)可以根据GAP规范来操作通用程序。
[0092]图14图解说明了向电动车递送无线电力的示范性方法的流程图1400。在步骤1402处，所述方法通过向充电站发射电力请求(例如，起始无线电力传送系统的充电循环)而开始。举例来说，BCU可以与VCU建立通信链路。响应于从VCU接收到电力请求，BCU可以向充电站发射请求，请求干线电力。在步骤1404处，所述方法通过从充电站接收所请求的电力而继续。在步骤1406处，所述方法通过在足以使底座系统感应线圈与电动车感应线圈对准(例如，在至少一个对准状态中，在此期间，执行电动车与无线电力传送系统的对准)的第一功率电平下发射接收到的电力而继续。举例来说，BCU可以用标称是最大轨道电流的10%的电流来激励包含底座系统感应线圈的底座垫。这个电流可能足以使底座垫与电动车垫对准。车辆垫与底座垫的对准可以包括配置底座垫和车辆垫以进行无线电力传送。在一些方面中，B⑶可以使得底座垫移动，以便使底座垫与车辆垫对准。在一些方面中，B⑶可以使得车辆垫移动，以便使车辆垫与底座垫对准。在一些方面中，BCU可以使得车辆垫和底座垫两者同时地移动或者一次一个地移动。
[0093]在一些方面中，所述方法还可以包含从V⑶接收第一数据集，并且响应于第一数据集在第二功率电平下向VCU发射接收到的电力，所述第二功率电平足以给电动车充电或供电(例如，在至少一个充电状态中，在此期间，执行从无线电力传送系统向电动车的无线电力传送)。举例来说，在受到V⑶或充电站命令后，B⑶可以立刻转变成运行状态910。响应于从VCU或充电站接收到开始充电的命令，BCU可以用标称达最大轨道电流的100 %的电流来激励包含底座系统感应线圈的底座垫，以便向V⑶提供电力。在一些方面中，所述方法可以进一步包含周期性地向充电站发射充电状态更新和周期性地从充电站接收充电站状态更新，并且响应于接收到充电站状态更新而更新充电站的状态。在一些方面中，所述方法可以进一步包含在第一功率电平或第二功率电平下发射接收到的电力，直到接收到关闭请求或者发生错误或致命错误为止。
[0094]图15图解说明了监视向电动车递送的无线电力的示范性方法的流程图1500。在步骤1502处，所述方法通过从底座充电单元接收指示电动车充电已经开始的第一数据集开始。举例来说，充电站可以从BCU接收指示状态是“正在充电”的充电系统状态消息。在步骤1504处，所述方法通过产生指示用于电动车充电的无线电力传送的开始时间的第一时戳而继续。在一些方面中，这个时戳可以称为“充电开始时戳”。举例来说，可以通过B⑶或充电站产生与到运行状态910的转变相关联的充电开始时戳，并且可以经由网络818通过BCU或充电站向外部来源(例如服务器816或远程用户装置820)报告充电开始时戳，以指示实际上针对电动车开始充电的时间。
[0095]在步骤1506处，所述方法通过从底座充电单元接收指示电动车充电已经停止的第二数据集而继续。举例来说，充电站可以从BCU接收指示充电系统的状态是“停止供电”的状态消息。BCU可以响应于错误或响应于来自VCU的停止递送电力的命令(例如，如果电动车充满电了)而发射停止供电状态消息。在步骤1508处，所述方法通过产生指示用于电动车充电的无线电力传送的结束时间的第二时戳而继续。在一些方面中，这个时戳可以称为“充电结束时戳”。举例来说，一旦进入关闭状态912后，就可以通过B⑶或充电站产生充电结束时戳，并且可以经由网络818通过B⑶或充电站向外部来源(例如服务器816或远程用户装置820)报告充电结束时戳，以指示实际上针对电动车停止充电的时间。
[0096]第一 “充电开始”时戳和第二 “充电结束”时戳可以允许充电站或B⑶至少部分地基于第一和第二时戳(例如，基于第一时戳指示的时间与第二时戳指示的时间之间的时间长度，基于指示峰值电力使用周期或非峰值电力使用周期期间的时间的第一和第二时戳中的一者或两者)为用户产生电动车充电的成本。在一些方面中，所述方法可以进一步包含周期性地向B⑶发射充电站状态更新和周期性地从B⑶接收充电状态更新。在一些方面中，所述方法进一步包含响应于接收到充电状态更新而更新底座充电单元的状态和/或更新电动车的VCU的状态。在一些方面中，所述方法可以进一步包含从底座充电单元接收指示底座系统感应线圈正在与电动车的电动车感应线圈对准的第三数据集。举例来说，在从BCU接收到第一数据集之前，所述方法可以从底座充电单元接收指示充电系统处在“正在对准”充电状态的数据。
[0097]图16是根据本发明的示范性实施例的无线电力设备1600的功能框图。所属领域的技术人员将明白，无线电力设备可以具有比图16中展示的简化无线通信装置1600更多的组件。所展不的无线电力设备1600只包含对于描述权利要求书范围内的实施方案的一些突出特征有用的那些组件。无线电力设备1600包括用于针对相对于图1-15论述的各种动作的用于发射请求的装置1602、用于接收的装置1604、和用于发射接收到的电力的装置1606。
[0098]用于发射请求的装置1602可以经配置以执行上文相对于图14中图解说明的框1402论述的功能中的一或多个。用于发射请求的装置1602可以对应于上文相对于图8论述的天线830和控制器812中的一或多个，和/或上文相对于图3论述的底座充电通信系统372、底座充电引导系统362和底座充电对准系统352中的一或多个。用于接收的装置1604可以经配置以执行上文相对于图14中图解说明的框1404论述的功能中的一或多个。用于接收的装置1604可以对应于上文相对于图8论述的天线830和控制器812中的一或多个和/或上文相对于图3论述的底座充电通信系统372、底座充电引导系统362和底座充电对准系统352中的一或多个。用于发射接收到的电力的装置1606可以经配置以执行上文相对于图14中图解说明的框1406论述的功能中的一或多个。用于发射接收到的电力的装置1606可以对应于上文相对于图8论述的控制器812、底座电力转换814和底座垫822中的一或多个，和/或上文相对于图3论述的底座充电系统控制器342、底座充电系统电力转换器和底座系统感应线圈304中的一或多个。
[0099]图17是根据本发明的示范性实施例的无线电力设备1700的功能框图。所属领域的技术人员将明白，无线电力设备可以具有比图17中展示的简化无线通信装置1700更多的组件。所展不的无线电力设备1700只包含对于描述权利要求书范围内的实施方案的一些突出特征有用的那些组件。无线电力设备1700包括用于相对于图1-15论述的各种动作的用于接收数据的装置1702和用于产生的装置1704。
[0100]用于接收数据的装置1702可以经配置以执行上文相对于图15中图解说明的框1502和1506论述的功能中的一或多个。用于接收数据的装置1702可以对应于上文相对于图8论述的控制器806的天线和⑶I/通信模块中的一或多个。用于产生的装置1704可以经配置以执行上文相对于图15中图解说明的框1504和1508论述的功能中的一或多个。用于产生的装置1704可以对应于上文相对于图8论述的控制器806和⑶I/通信模块中的一或多个。
[0101]用于给包括具有至少一个电动车感应线圈的车辆垫的电动车充电的无线电力设备可以包括用于从所述设备向所述车辆垫(例如，具有至少一个底座系统感应线圈的底座垫)无线地传送电力的装置。所述设备可以进一步包括用于控制设备的充电循环的装置(例如，至少一个处理器)。充电循环可以包括至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在无线电力设备与电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路。所述至少一个初始化状态可以包括:至少一个对准状态，在对准状态期间，执行车辆垫与用于无线地传送电力的装置的对准；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从无线电力设备向电动车的无线电力传送。所述设备可以进一步包括用于响应于进入至少一个充电状态而产生指示无线电力传送的开始时间的第一时戳的装置(例如，所述至少一个处理器)，和用于产生指示无线电力传送的结束时间的第二时戳的装置(例如，所述至少一个处理器)。所述设备可以进一步包括用于至少部分地基于第一时戳和第二时戳产生成本的装置(例如，所述至少一个处理器)。
[0102]图18图解说明了向电动车传送无线电力的示范性方法1800的流程图。在操作框1802中，所述方法1800包括起始无线电力传送系统的充电循环。所述充电循环包含多个操作状态，包含:初始化状态，在初始化状态期间，建立足以用于充电的无线电力链路；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从无线电力传送系统向电动车的无线电力传送。在操作框1804中，所述方法1800进一步包括响应于进入至少一个充电状态而产生指示无线电力传送的开始时间的第一时戳。在操作框1806中，所述方法1800进一步包括产生指示无线电力传送的结束时间的第二时戳。
[0103]可以通过能够执行所述操作的任何合适的装置(例如各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块)来执行上文描述的方法的各种操作。总体上，可以通过能够执行所述操作的对应功能性装置来执行图中图解说明的任何操作。
[0104]可以使用多种不同技术和技艺中的任一种来表示信息和信号。举例来说，可由电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示在以上描述通篇中可能提到的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。
[0105]结合本文中揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或这两者的组合。为清楚地说明硬件与软件的此可互换性，在上文已大体上按功能性来描述各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。所述功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用和施加于整个系统的设计约束。所描述的功能性可以针对每一特定应用而以不同的方式来实施，但是这样的实施决策不应被解释为导致背离本发明的实施例的范围。
[0106]结合本文揭示的实施例所描述的各种说明性块、模块和电路可用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一或多个微处理器配合DSP核心或任何其它此配置。
[0107]结合本文中揭示的实施例所描述的方法或算法的步骤和功能可以直接体现在硬件中、由处理器执行的软件模块中或这两者的组合中。如果在软件中实施，则可以将功能作为一或多个指令或代码在有形的非暂时性计算机可读媒体上存储或传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM (EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸磁盘、CD ROM或所属领域已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体耦合到处理器，使得处理器可以从存储媒体读取信息和向存储媒体写入信息。在替代方案中，存储媒体可以与处理器形成一体。本文中使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘使用激光光学地复制数据。上述各项的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。处理器和存储媒体可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储媒体可以作为离散组件驻留在用户终端中。
[0108]为了概述本发明，本文中描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应理解，根据本发明的任何特定实施例未必可以实现所有这些优点。因此，可以用实现或优化本文中教示的一个优点或一组优点但未必实现本文中可能教示或提示的其它优点的方式来体现或执行本发明。
[0109]上文所描述的实施例的各种修改将容易显而易见，并且本文中定义的通用原理可以应用于其它实施例，而并不背离本发明的精神或范围。因此，本发明不打算限于本文中所展示的实施例，而应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
【权利要求】
1.一种向电动车传送无线电力的方法，所述方法包括: 起始无线电力传送系统的充电循环，所述充电循环包括多个操作状态，包括: 至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力传送系统与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和 至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力传送系统向所述电动车的无线电力传送； 响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳；和 产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个初始化状态包括至少一个对准状态，在对准状态期间，执行所述电动车与所述无线电力传送系统的对准。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述无线电力传送系统包括具有至少一个底座系统感应线圈的底座垫，并且所述电动车包括具有至少一个电动车感应线圈的车辆垫，并且所述电动车与所述无线电力传送系统的对准包括所述车辆垫与所述底座垫的对准以配置所述底座垫和所述车辆垫以便进行所述无线电力传送。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在所述至少一个对准状态期间，用第一电流激励所述底座垫，并且在所述至少一个充电状态期间，用大于所述第一电流的第二电流激励所述底座垫。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电流小于所述第二电流的10%。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电流小于所述第二电流的50%。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电流在所述第二电流的5%与15%之间或所述第二电流的40 %与60 %之间。
8.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二电流足以给所述电动车充电或供电。
9.根据权利要求8所述的方法，其中无线电力传送站具有最大轨道电流，并且所述第二电流是所述最大轨道电流的至少50%、至少60%、至少70%、至少80%或至少90%。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括至少部分地基于所述第一时戳和所述第二时戳产生成本。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述成本包含在所述至少一个充电状态期间使用的电力的费用，并且不包含在所述至少一个初始化状态期间使用的电力的费用。
12.一种用于给电动车充电的无线电力设备，其包括具有至少一个电动车感应线圈的车辆垫，所述设备包括: 具有至少一个底座系统感应线圈的底座垫；和 处理器，其经配置以: 控制所述设备的充电循环，所述充电循环包括:至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力设备与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力设备向所述电动车的无线电力传送； 响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳；和 产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述至少一个初始化状态包括至少一个对准状态，在对准状态期间，执行所述车辆垫与所述底座垫的对准。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，在所述至少一个对准状态期间，用第一电流激励所述底座垫，并且在所述至少一个充电状态期间，用大于所述第一电流的第二电流激励所述底座垫。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一电流小于所述第二电流的10%。
16.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一电流小于所述第二电流的50%。
17.根据权利要求14所述的设备，其中所述第一电流在所述第二电流的5%与15%之间或所述第二电流的40%与60%之间。
18.根据权利要求14所述的设备，其中所述第二电流足以给所述电动车充电或供电。
19.根据权利要求14所述的设备，其中所述无线电力设备具有最大轨道电流，并且所述第二电流是所述最大轨道电流的至少50 %、至少60 %、至少70 %、至少80 %或至少90 %。
20.根据权利要求13所述的设备，其中所述车辆垫与所述底座垫的所述对准包括配置所述底座垫和所述车辆垫以进行所述无线电力传送。
21.根据权利要求12所述的设备，其中所述处理器进一步经配置以至少部分地基于所述第一时戳和所述第二时戳产生成本。
22.根据权利要求21所述的设备，其中所述成本包含在所述至少一个充电状态期间使用的电力的费用，并且不包含在所述至少一个初始化状态期间使用的电力的费用。
23.一种用于给电动车充电的无线电力设备，其包括具有至少一个电动车感应线圈的车辆垫，所述设备包括: 用于从所述设备向所述车辆垫无线地传送电力的装置； 用于控制所述设备的充电循环的装置，所述充电循环包括:至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力设备与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力设备向所述电动车的无线电力传送； 用于响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳的装置；和 用于产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳的装置。
24.根据权利要求23所述的设备，其中所述至少一个初始化状态包括至少一个对准状态，在对准状态期间，执行所述车辆垫与所述用于无线地传送电力的装置的对准。
25.根据权利要求23所述的设备，其中所述用于无线地传送电力的装置包括具有至少一个底座系统感应线圈的底座垫。
26.根据权利要求23所述的设备，其中所述用于控制所述充电循环的装置包括至少一个处理器。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述用于产生所述第一时戳的装置包括所述至少一个处理器。
28.根据权利要求26所述的设备，其中所述用于产生所述第二时戳的装置包括所述至少一个处理器。
29.根据权利要求23所述的设备，其进一步包括用于至少部分地基于所述第一时戳和所述第二时戳产生成本的装置。
30.一种非暂时性计算机可读媒体，其包括指令，所述指令在被一或多个处理器执行时使得用于给电动车充电的无线电力传送系统: 起始包括多个操作状态的充电循环，所述多个操作状态包括: 至少一个初始化状态，在初始化状态期间，在所述无线电力传送系统与所述电动车之间建立足以用于充电的无线电力链路；和 至少一个充电状态，在充电状态期间，执行从所述无线电力传送系统向所述电动车的无线电力传送； 响应于进入所述至少一个充电状态产生指示所述无线电力传送的开始时间的第一时戳；和 产生指示所述无线电力传送的结束时间的第二时戳。
31.根据权利要求30所述的计算机可读媒体，其中所述至少一个初始化状态包括至少一个对准状态，在对准状态期间，执行所述电动车与所述无线电力传送系统的对准。
32.根据权利要求30所述的计算机可读媒体，其进一步包括指令，所述指令在被所述一或多个处理器执行时使得所述无线电力传送系统至少部分地基于所述第一时戳和所述第二时戳产生成本。
【文档编号】H02J7/02GK104380559SQ201380033423
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】M·特里帕蒂, R·S·叶纳曼德拉 申请人:高通股份有限公司