用于對(duì)無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)及兼容性檢測(cè)的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所描述技術(shù)大體上涉及無(wú)線(xiàn)電力。更具體言之，本發(fā)明涉及與用于無(wú)線(xiàn)電力傳送 系統(tǒng)與例如包含電池組的車(chē)輛的遠(yuǎn)程系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)及兼容性檢測(cè)相關(guān)的裝置、系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)可在許多方面不同，包含電路拓?fù)?、磁性布局及電力發(fā)射能力 或需求。此外，可從特定電力傳送系統(tǒng)傳送到車(chē)輛的電力量可取決于所述系統(tǒng)與電動(dòng)車(chē)輛 之間的實(shí)體對(duì)準(zhǔn)。因此，存在評(píng)估特定無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)與電動(dòng)車(chē)輛之間的兼容性水平的 需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 提供一種用于從具有發(fā)射線(xiàn)圈的充電發(fā)射器無(wú)線(xiàn)地接收充電電力的設(shè)備。所述設(shè) 備包括耦合到接收線(xiàn)圈且耦合到負(fù)載的接收器通信電路。所述接收器通信電路經(jīng)配置以接 收與所述充電發(fā)射器的至少一個(gè)特性相關(guān)聯(lián)的信息。所述設(shè)備進(jìn)一步包括傳感器電路，所 述傳感器電路經(jīng)配置以測(cè)量與所述接收線(xiàn)圈相關(guān)聯(lián)的短路電流或開(kāi)路電壓的值。所述設(shè)備 進(jìn)一步包括控制器，所述控制器經(jīng)配置以比較所述短路電流或所述開(kāi)路電壓的所述值與閾 值充電參數(shù)，所述閾值充電參數(shù)設(shè)定于提供足以對(duì)所述負(fù)載充電的充電電力的電平。所述 控制器經(jīng)進(jìn)一步配置以在與所述接收線(xiàn)圈相關(guān)聯(lián)的所述短路電流或所述開(kāi)路電壓大于或 等于所述閾值充電參數(shù)時(shí)起始從所述充電發(fā)射器接收所述充電電力。
[0004] 提供一種無(wú)線(xiàn)地接收充電電力的方法。所述方法包括接收與充電發(fā)射器的至少一 個(gè)特性相關(guān)聯(lián)的信息。所述方法進(jìn)一步包括測(cè)量與接收線(xiàn)圈相關(guān)聯(lián)的短路電流或開(kāi)路電壓 的值。所述方法進(jìn)一步包括比較所述短路電流或所述開(kāi)路電壓的所述值與閾值充電參數(shù)， 所述閾值設(shè)定于提供足以對(duì)負(fù)載充電的充電電力的電平。所述方法進(jìn)一步包括在與所述接 收線(xiàn)圈相關(guān)聯(lián)的所述短路電流或所述開(kāi)路電壓大于或等于所述閾值充電參數(shù)時(shí)起始從所 述充電發(fā)射器接收所述充電電力。
[0005] 提供一種用于無(wú)線(xiàn)地接收充電電力的設(shè)備。所述設(shè)備包括用于接收與充電發(fā)射器 的至少一個(gè)特性相關(guān)聯(lián)的信息的裝置。用于接收所述信息的所述裝置以操作方式連接到負(fù) 載。所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于測(cè)量與所述接收裝置相關(guān)聯(lián)的短路電流或開(kāi)路電壓的值的裝 置。所述設(shè)備進(jìn)一步包括用于比較所述短路電流或所述開(kāi)路電壓的所述值與閾值充電參數(shù) 的裝置。所述閾值設(shè)定于提供足以對(duì)所述負(fù)載充電的充電電力的電平。所述設(shè)備進(jìn)一步包 括用于在與所述接收裝置相關(guān)聯(lián)的所述短路電流或所述開(kāi)路電壓大于或等于所述閾值充 電參數(shù)時(shí)起始從所述充電發(fā)射器接收所述充電電力的裝置。
[0006] 提供一種用于將充電電力無(wú)線(xiàn)地發(fā)射到接收器的接收線(xiàn)圈的設(shè)備。所述設(shè)備包括 耦合到發(fā)射線(xiàn)圈的發(fā)射電路。所述設(shè)備進(jìn)一步包括耦合到所述發(fā)射電路的傳感器電路。所 述傳感器電路經(jīng)配置以測(cè)量所述發(fā)射電路的至少一個(gè)特性的值。所述設(shè)備進(jìn)一步包括通信 電路，所述通信電路經(jīng)配置以將所述發(fā)射電路的所述至少一個(gè)特性的所述值的指示發(fā)射到 所述接收器。所述指示致使所述接收器基于所述指示而確定閾值充電參數(shù)。所述指示致使 所述接收器在與所述接收線(xiàn)圈相關(guān)聯(lián)的短路電流或開(kāi)路電壓大于或等于所述閾值充電參 數(shù)時(shí)起始接收所述充電電力。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為根據(jù)一個(gè)例示性實(shí)施方案的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的功能框圖。
[0008] 圖2為根據(jù)另一例示性實(shí)施方案的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的功能框圖。
[0009] 圖3為根據(jù)例示性實(shí)施方案的包含發(fā)射或接收天線(xiàn)的圖2的發(fā)射電路或接收電路 的一部分的不意圖。
[0010]圖4A至4E為根據(jù)例示性實(shí)施方案的電動(dòng)車(chē)輛與無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)操作的 描繪。
[0011] 圖5為根據(jù)例示性實(shí)施方案的經(jīng)由發(fā)射器線(xiàn)圈對(duì)準(zhǔn)的車(chē)輛的圖。
[0012] 圖6為根據(jù)例示性實(shí)施方案的具有對(duì)準(zhǔn)及兼容性檢測(cè)的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的功能 框圖。
[0013] 圖7為根據(jù)例示性實(shí)施方案的圖6的接收電路的一部分的示意圖。
[0014] 圖8說(shuō)明根據(jù)例示性實(shí)施方案的用于無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)及兼容性檢測(cè)的方 法的流程圖。
[0015]圖9說(shuō)明根據(jù)例示性實(shí)施方案的用于無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的對(duì)準(zhǔn)及兼容性檢測(cè)的另 一方法的流程圖。
[0016] 圖10展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的包括電力發(fā)射器系統(tǒng)及電力接收器系統(tǒng)連同信 號(hào)流的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)。
[0017] 圖11展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的圖10的電力接收器系統(tǒng)的次要電流控制器的狀 態(tài)圖。
[0018] 圖12展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的圖10的電力接收器系統(tǒng)的次要配置控制器的狀 態(tài)圖。
[0019] 圖13展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的圖10的電力發(fā)射器系統(tǒng)的基礎(chǔ)電流控制器的狀 態(tài)圖。
[0020] 圖14展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的圖10的電力發(fā)射器系統(tǒng)的DC總線(xiàn)控制器的狀態(tài) 圖。
[0021] 圖15展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的圖10的電力發(fā)射器系統(tǒng)的限流器的狀態(tài)圖。
[0022] 圖16展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的用于接收無(wú)線(xiàn)電力及對(duì)負(fù)載充電的方法的流程 圖。
[0023] 圖17展示根據(jù)例示性實(shí)施方案的用于發(fā)射無(wú)線(xiàn)電力及對(duì)負(fù)載充電的方法的流程 圖。
[0024] 圖式中所說(shuō)明的各種特征可能未按比例繪制。因此，為清楚起見(jiàn)，可任意擴(kuò)大或減 小各種特征的尺寸。另外，一些圖式可能未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的全部組件。最后，可 在整個(gè)說(shuō)明書(shū)及諸圖中使用類(lèi)似參考數(shù)字來(lái)表示類(lèi)似特征。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下文結(jié)合附加圖式所闡述的【【具體實(shí)施方式】】意欲作為本發(fā)明的特定實(shí)施例的描 述，且不意欲表示可供實(shí)踐本發(fā)明的唯一實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語(yǔ)"例示性"意謂 "充當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明"，且未必應(yīng)解釋為比例示性實(shí)施方案優(yōu)選或有利。出于提供對(duì)所揭 示實(shí)施方案的透徹理解的目的，【【具體實(shí)施方式】】包含具體細(xì)節(jié)。在一些例子中，一些裝置以 框圖的形式予以展示。
[0026] 無(wú)線(xiàn)電力傳送可指在不使用實(shí)體電導(dǎo)體的情況下將與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)或其它 者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量自發(fā)射器傳送至接收器(例如，可經(jīng)由自由空間傳送電力）。至 無(wú)線(xiàn)場(chǎng)(例如，磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）的電力輸出可由"接收天線(xiàn)"接收、俘獲或耦合以達(dá)成電力傳 送。
[0027] 圖1為根據(jù)一個(gè)例示性實(shí)施方案的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)100的功能框圖?？蓮碾娫?(未圖示)將輸入電力102提供到發(fā)射器104以產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)(例如，磁性或電磁)場(chǎng)105以用于執(zhí) 行能量傳送。接收器108可耦合到無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105,且產(chǎn)生輸出電力110供耦合到輸出電力110的 裝置(未圖示)存儲(chǔ)或消耗。發(fā)射器104及接收器108兩者分離開(kāi)距離112。
[0028]在一個(gè)例示性實(shí)施方案中，發(fā)射器104及接收器108根據(jù)相互諧振關(guān)系而配置。當(dāng) 接收器108的諧振頻率與發(fā)射器104的諧振頻率實(shí)質(zhì)上相同或非常接近時(shí)，發(fā)射器104與接 收器108之間的發(fā)射損耗最小。因而，與可需要非常接近(例如，有時(shí)在幾毫米內(nèi)）的大天線(xiàn) 線(xiàn)圈的純電感式解決方案相比，可經(jīng)由較大距離來(lái)提供無(wú)線(xiàn)電力傳送。諧振電感式耦合技 術(shù)因此可允許經(jīng)由各種距離且利用多種電感式線(xiàn)圈配置的改良的效率及電力傳送。
[0029] 當(dāng)接收器108位于發(fā)射器104所產(chǎn)生的無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105中時(shí)，接收器108可接收電力。無(wú) 線(xiàn)場(chǎng)105對(duì)應(yīng)于其中發(fā)射器104所輸出的能量可由接收器108俘獲的區(qū)域。無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105可對(duì)應(yīng) 于發(fā)射器104的"近場(chǎng)"，如下文將進(jìn)一步描述。發(fā)射器104可包含用于發(fā)射能量到接收器108 的發(fā)射天線(xiàn)或線(xiàn)圈114。接收器108可包含用于接收或俘獲從發(fā)射器104發(fā)射的能量的接收 天線(xiàn)或線(xiàn)圈118。近場(chǎng)可對(duì)應(yīng)于其中存在由發(fā)射線(xiàn)圈114中的電流及電荷引起的最低限度地 將電力輻射遠(yuǎn)離發(fā)射線(xiàn)圈114的強(qiáng)反應(yīng)性場(chǎng)的區(qū)域。近場(chǎng)可對(duì)應(yīng)于在發(fā)射線(xiàn)圈114的約一個(gè) 波長(zhǎng)(或其分?jǐn)?shù)）內(nèi)的區(qū)域。
[0030] 如上文所描述，可通過(guò)將無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105中的能量的大部分耦合到接收線(xiàn)圈118而非將 大多數(shù)能量以電磁波傳播到遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)發(fā)生有性能量傳送。當(dāng)定位于無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105內(nèi)時(shí)，可在發(fā)射 線(xiàn)圈114與接收線(xiàn)圈118之間產(chǎn)生"耦合模式"。在發(fā)射天線(xiàn)114及接收天線(xiàn)118周?chē)砂l(fā)生此 耦合的區(qū)在本文中被稱(chēng)作耦合模式區(qū)域。
[0031] 圖2為根據(jù)另一例示性實(shí)施方案的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)200的功能框圖。系統(tǒng)200包 含發(fā)射器204及接收器208。發(fā)射器204可包含發(fā)射電路206,其可包含振蕩器222、驅(qū)動(dòng)器電 路224以及濾波器及匹配電路226。振蕩器222可經(jīng)布置以產(chǎn)生所要頻率的信號(hào)，所要頻率可 響應(yīng)于頻率控制信號(hào)223而調(diào)整。振蕩器222可將振蕩器信號(hào)提供到驅(qū)動(dòng)器電路224。驅(qū)動(dòng)器 電路224可經(jīng)配置以基于輸入電壓信號(hào)(Vd)225而在(例如)發(fā)射天線(xiàn)214的諧振頻率下驅(qū)動(dòng) 發(fā)射天線(xiàn)214。驅(qū)動(dòng)器電路224可為開(kāi)關(guān)放大器，其經(jīng)配置以從振蕩器222接收方波并且輸出 正弦波。舉例來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)器電路224可為E類(lèi)放大器。
[0032] 濾波器及匹配電路226可濾出諧波或其它不必要的頻率，且將發(fā)射器204的阻抗匹 配到發(fā)射天線(xiàn)214。由于驅(qū)動(dòng)發(fā)射天線(xiàn)214,發(fā)射天線(xiàn)214可產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)場(chǎng)205以在足夠用于對(duì) (例如）電動(dòng)車(chē)輛的電池組236充電的水平下無(wú)線(xiàn)地輸出電力。
[0033] 接收器208可包含接收電路210,其可包含匹配電路232及整流器電路234。匹配電 路232可將接收電路210的阻抗匹配到接收天線(xiàn)218。整流器電路234可從交流電(AC)電力輸 入產(chǎn)生直流電（DC)電力輸出以對(duì)電池組236充電，如圖2中所示。接收器208及發(fā)射器204可 另外在單獨(dú)通信信道219(例如，藍(lán)牙、紫蜂、蜂巢式等)上通信。接收器208及發(fā)射器204可或 者使用無(wú)線(xiàn)場(chǎng)205的特性經(jīng)由帶內(nèi)信令而通信。
[0034]接收器208可經(jīng)配置以確定發(fā)射器204所發(fā)射及接收器208所接收的電力量釋放適 于對(duì)電池組236充電。
[0035]圖3為根據(jù)例示性實(shí)施方案的包含發(fā)射或接收天線(xiàn)的圖2的發(fā)射電路206或接收電 路210的一部分的示意圖。如圖3中所說(shuō)明，發(fā)射或接收電路350可包含天線(xiàn)352。天線(xiàn)352也 可稱(chēng)為或經(jīng)配置為"回路"天線(xiàn)352。天線(xiàn)352也可在本文稱(chēng)為或經(jīng)配置為"磁性"天線(xiàn)或感應(yīng) 線(xiàn)圈。術(shù)語(yǔ)"天線(xiàn)"大體上指可無(wú)線(xiàn)地輸出或接收用于耦合到另一"天線(xiàn)"的能量的組件。天 線(xiàn)也可被稱(chēng)作經(jīng)配置以無(wú)線(xiàn)地輸出或接收電力的類(lèi)型的線(xiàn)圈。如本文所使用，天線(xiàn)352為經(jīng) 配置以無(wú)線(xiàn)地輸出及/或接收電力的類(lèi)型的"電力傳送組件"的實(shí)例。
[0036] 天線(xiàn)352可包含空心或例如鐵心（未圖示）的實(shí)體心?？招幕芈诽炀€(xiàn)可在更大程度 上耐受置放于核心附近的外來(lái)實(shí)體裝置。此外，空心環(huán)形天線(xiàn)352允許將其它組件置放在所 述核心區(qū)內(nèi)。另外，空心回路可更容易使得將接收線(xiàn)圈218(圖2)能夠置放于發(fā)射天線(xiàn)214 (圖2)的平面內(nèi)，在所述平面中，發(fā)射天線(xiàn)214的耦合模式區(qū)域可能較強(qiáng)大。
[0037]如所描述，發(fā)射器104/204與接收器108/208之間的有效能量傳送可在發(fā)射器104/ 204與接收器108/208之間的匹配或幾乎匹配諧振期間發(fā)生。然而，即使當(dāng)發(fā)射器104/204與 接收器108/208之間的諧振不匹配時(shí)，也可傳送能量，但效率可能受到影響。舉例來(lái)說(shuō)，效率 可在諧振不匹配時(shí)較低。能量傳送的產(chǎn)生通過(guò)將能量從發(fā)射線(xiàn)圈114/214的無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105/205 耦合到駐留在無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105/205附近的接收線(xiàn)圈118/218,而非將能量從發(fā)射線(xiàn)圈114/214傳 播到自由空間中。
[0038] 回路或磁性天線(xiàn)的諧振頻率是基于電感及電容。電感可僅為天線(xiàn)352所產(chǎn)生的電 感，而可將電容添加到天線(xiàn)的電感以產(chǎn)生所要諧振頻率下的諧振結(jié)構(gòu)。作為非限制性實(shí)例， 可將電容器354及電容器356添加到發(fā)射或接收電路350以產(chǎn)生諧振電路，其選擇諧振頻率 下的信號(hào)358。因此，對(duì)于較大直徑的天線(xiàn)，承受諧振所需的電容大小可隨著回路的直徑或 電感的增加而減小。
[0039] 此外，隨著天線(xiàn)的直徑增加，近場(chǎng)的有效能量傳送區(qū)可增加。也有可能使用其它組 件形成其它諧振電路。作為另一非限制性實(shí)例，可將電容器并聯(lián)置放于電路350的兩端子之 間。對(duì)于發(fā)射天線(xiàn)，頻率實(shí)質(zhì)上對(duì)應(yīng)于天線(xiàn)352的諧振頻率的信號(hào)358可為天線(xiàn)352的輸入。
[0040] 參看圖1及圖2,發(fā)射器104/204可輸出時(shí)變磁場(chǎng)(或電磁場(chǎng)），其頻率對(duì)應(yīng)于發(fā)射線(xiàn) 圈114/214的諧振頻率。當(dāng)接收器108/208在無(wú)線(xiàn)場(chǎng)105/205內(nèi)時(shí)，時(shí)變磁場(chǎng)(或電磁場(chǎng))可誘 發(fā)接收線(xiàn)圈118/218中的電流。如上文所描述，如果接收線(xiàn)圈118/218經(jīng)配置以在發(fā)射線(xiàn)圈 114/214的頻率下諧振，那么能量可經(jīng)有效地傳送?？扇缟衔乃枋稣髟诮邮站€(xiàn)圈118/ 218中誘發(fā)的AC信號(hào)以產(chǎn)生可經(jīng)提供以為負(fù)載充電或供電的DC信號(hào)。
[00411圖4A、4B、4C、4D及4E為根據(jù)本發(fā)明的例示性實(shí)施方案的電動(dòng)車(chē)輛與無(wú)線(xiàn)電力傳送 系統(tǒng)之間的對(duì)準(zhǔn)操作的描繪。圖4A展示電動(dòng)車(chē)輛401，其包含電連接到接收天線(xiàn)或線(xiàn)圈418 及通信天線(xiàn)427的無(wú)線(xiàn)電力傳送及通信接收器408。圖4A也展示無(wú)線(xiàn)電力傳送及通信發(fā)射器 404,其電連接到發(fā)射天線(xiàn)或線(xiàn)圈414及通信天線(xiàn)437。通信天線(xiàn)427可不同于接收線(xiàn)圈418。 通信天線(xiàn)437可不同于發(fā)射線(xiàn)圈414。通信天線(xiàn)427及437可經(jīng)配置以分別促進(jìn)接收器408與 發(fā)射器404之間的通信，當(dāng)車(chē)輛401接近時(shí)。圖4B展示車(chē)輛401車(chē)載接收器408與發(fā)射器404建 立通信。在圖4C中，對(duì)準(zhǔn)過(guò)程可在車(chē)輛401移動(dòng)朝向發(fā)射線(xiàn)圈414時(shí)開(kāi)始。通信鏈路提供視覺(jué) 反饋、聽(tīng)覺(jué)反饋或其組合到車(chē)輛401的驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器可使用此反饋來(lái)確定車(chē)輛401何時(shí)經(jīng) 適當(dāng)?shù)囟ㄎ灰杂糜跓o(wú)線(xiàn)電力傳送。在圖4D中，對(duì)準(zhǔn)過(guò)程在車(chē)輛401通過(guò)使車(chē)輛401定位而完 成時(shí)繼續(xù)，使得安裝到車(chē)輛410的接收線(xiàn)圈418實(shí)質(zhì)上與發(fā)射線(xiàn)圈414對(duì)準(zhǔn)。最終，圖4D展示 車(chē)輛401經(jīng)定位而使得接收線(xiàn)圈418實(shí)質(zhì)上與發(fā)射