多線圈操作及優(yōu)化的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般來說涉及無線電力傳送，且更具體來說，涉及與對例如車輛等包含電池的遠程系統(tǒng)的無線電力傳送有關的裝置、系統(tǒng)及方法。更具體來說，本發(fā)明涉及控制無線電力傳送系統(tǒng)中的感應線圈。
【背景技術】
[0002]已經(jīng)引入了包含根據(jù)從例如電池等能量存儲裝置接收的電得到的運動動力的遠程系統(tǒng)，例如車輛。舉例來說，混合動力電動車輛包含機載充電器，所述機載充電器使用來自車輛制動及傳統(tǒng)馬達的電力給車輛充電。純電動車輛一般從其它來源接收電來給電池充電。常常提議通過例如家用或商用AC供應源等某種類型的有線交流電(AC)給電池電動車輛(電動車輛)充電。有線充電連接需要物理上連接到電力供應器的電纜或其它類似連接器。電纜及類似連接器有時可能不方便或繁瑣，且具有其它缺點。能夠在自由空間中(例如，經(jīng)由無線場)傳送電力以用于給電動車輛充電的無線充電系統(tǒng)可以克服有線充電解決方案的一些缺陷。因此，有效率且安全地傳送電力以給電動車輛充電的無線充電系統(tǒng)及方法是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在所附權利要求書的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法及裝置的各種實施方案各自具有若干方面，其中的單個方面并不單獨負責本文所描述的所要屬性。在不限制所附權利要求書的范圍的情況下，本文描述一些顯要特征。
[0004]在附圖及下文描述中闡述本說明書中描述的標的物的一或多個實施方案的細節(jié)。其它特征、方面及優(yōu)點將從所述描述、圖式及權利要求書而變得顯而易見。應注意，以下各圖的相對尺寸可能未按比例繪制。
[0005]本發(fā)明的一個方面提供一種用于控制供應到電池的電流的無線電力傳送接收器裝置。所述裝置包括第一接收器線圈。所述裝置進一步包括第二接收器線圈。所述第一及所述第二接收器線圈可實質上共面。所述裝置進一步包括第三接收器線圈。所述共面第一及第二接收器線圈可共同地定位成實質上處于所述第三接收器線圈的中心。所述第一、所述第二及所述第三接收器線圈可經(jīng)配置以電連接到負載。所述裝置進一步包括控制器，其經(jīng)配置以確定所述共面第一及第二接收器線圈的電流、所述第三接收器線圈的電流，及所述無線電力傳送接收器裝置的工作循環(huán)。所述控制器可經(jīng)配置以基于所述共面第一及第二接收器線圈的所述電流、所述第三接收器線圈的所述電流及所述工作循環(huán)的比較啟用所述共面第一及第二接收器線圈、所述第三接收器線圈或所述共面第一及第二接收器線圈及所述第三接收器線圈。
[0006]本發(fā)明的另一方面提供一種用于控制供應到電池的電流的方法。所述方法包括確定共面第一及第二接收器線圈的電流、第三接收器線圈的電流，及無線電力傳送接收器裝置的工作循環(huán)。所述共面第一及第二接收器線圈可共同地定位成實質上處于所述第三接收器線圈的中心。所述方法進一步包括基于所述共面第一及第二接收器線圈的所述電流、所述第三接收器線圈的所述電流及所述工作循環(huán)的比較啟用所述共面第一及第二接收器線圈、所述第三接收器線圈或所述共面第一及第二接收器線圈及所述第三接收器線圈。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供一種用于控制供應到電池的電流的設備。所述設備包括用于確定共面第一及第二接收器線圈的電流、第三接收器線圈的電流及無線電力傳送接收器裝置的工作循環(huán)的裝置。所述共面第一及第二接收器線圈可共同地定位成實質上處于所述第三接收器線圈的中心。所述設備進一步包括用于基于所述共面第一及第二接收器線圈的所述電流、所述第三接收器線圈的所述電流及所述工作循環(huán)的比較啟用所述共面第一及第二接收器線圈、所述第三接收器線圈或所述共面第一及第二接收器線圈及所述第三接收器線圈的裝置。
[0008]本發(fā)明的另一方面提供一種非暫時性計算機可讀媒體，其包括在經(jīng)執(zhí)行時致使設備進行以下操作的代碼:確定共面第一及第二接收器線圈的電流、第三接收器線圈的電流及無線電力傳送接收器裝置的工作循環(huán)。所述共面第一及第二接收器線圈可共同地定位成實質上處于所述第三接收器線圈的中心。所述媒體進一步包括代碼，所述代碼在經(jīng)執(zhí)行時致使設備基于所述共面第一及第二接收器線圈的所述電流、所述第三接收器線圈的所述電流及所述工作循環(huán)的比較啟用所述共面第一及第二接收器線圈、所述第三接收器線圈或所述共面第一及第二接收器線圈及所述第三接收器線圈。
【附圖說明】
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于給電動車輛充電的示范性無線電力傳送系統(tǒng)的圖。
[0010]圖2為圖1的無線電力傳送系統(tǒng)的示范性核心組件的示意圖。
[0011]圖3A為用于電動車輛無線電力傳送系統(tǒng)中的感應線圈布置的透視圖說明。
[0012]圖3B為用于電動車輛無線電力傳送系統(tǒng)中的感應線圈布置的另一透視圖說明。
[0013]圖4A為說明依據(jù)接收器感應線圈與按雙重底座配置布置的發(fā)射器感應線圈的對準的由接收器感應線圈產(chǎn)生的電流的圖。
[0014]圖4B為說明在接收器感應線圈并不是完美地與按雙重底座配置布置的發(fā)射器感應線圈對準時由接收器感應線圈產(chǎn)生的電流的圖。
[0015]圖4C為說明依據(jù)接收器感應線圈與按矩形底座配置布置的發(fā)射器感應線圈的對準的由接收器感應線圈產(chǎn)生的電流的圖。
[0016]圖5為展示圖1的無線電力傳送系統(tǒng)的示范性核心組件及輔助組件的功能框圖。
[0017]圖6為說明可由電動車輛控制器執(zhí)行的操作的流程圖。
[0018]圖7為用于控制供應到電池的電流的示范性方法的流程圖。
[0019]圖8為根據(jù)示范性實施例的電動車輛的功能框圖。
[0020]圖式中說明的各種特征可能未按比例繪制。因此，為了清晰起見，可能任意擴大或減小各種特征的尺寸。另外，圖式中的一些圖式可能并未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組件。最后，可能貫穿說明書及各圖使用相似參考數(shù)字來表示相似特征。
【具體實施方式】
[0021]下文結合附圖闡述的詳細描述既定作為對本發(fā)明的示范性實施例的描述，且并不希望表示可實踐本發(fā)明的僅有實施例。貫穿此描述使用的術語“示范性”意味著“充當實例、例子或說明”，且未必應解釋為比其它示范性實施例優(yōu)選或有利。所述詳細描述為了提供對本發(fā)明的示范性實施例的透徹理解而包含特定細節(jié)。所屬領域的技術人員將顯而易見，可在沒有這些特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明的示范性實施例。在一些情況下，以框圖形式展示眾所周知的結構及裝置以便避免混淆本文所呈現(xiàn)的示范性實施例的新穎性。
[0022]無線地傳送電力可指將與電場、磁場、電磁場或其它者相關聯(lián)的任何形式的能量從發(fā)射器傳送到接收器，而不使用物理電導體(例如，可通過自由空間來傳送電力)。輸出到無線場(例如，磁場)中的電力可由“接收線圈”接收、俘獲或耦合以實現(xiàn)電力傳送。將理解，貫穿本說明書，兩個組件“耦合”可指其通過直接或間接方式進行的交互，且可進一步指物理地連接(例如，有線)耦合或物理地斷開連接(例如，無線)耦合。
[0023]電動車輛在本文中用以描述遠程系統(tǒng)，遠程系統(tǒng)的實例為包含從可充電能量存儲裝置(例如，一或多個可再充電電化學電池或其它類型的電池)得到的電力作為其運動能力的部分的車輛。作為非限制性實例，一些電動車輛可以是除了電動機以外還包含用于直接運動或用以給車輛的電池充電的傳統(tǒng)內(nèi)燃機的混合動力電動車輛。其它電動車輛可從電力汲取所有運動能力。電動車輛不限于汽車，且可包含摩托車、手推車、小型摩托車，及其類似者。舉例來說而非限制，本文描述呈電動車輛(EV)形式的遠程系統(tǒng)。此外，還預期可使用可充電能量存儲裝置而至少部分地供電的其它遠程系統(tǒng)(例如，例如個人計算裝置等電子裝置及其類似者)。
[0024]感應電力傳送(IPT)系統(tǒng)是一種用于無線傳送能量的方式。在IPT中，初級(或“發(fā)射器”)電力裝置向次級(或“接收器”)電力接收器裝置發(fā)射電力。發(fā)射器及接收器電力裝置中的每一者包含電感器，通常為電流輸送媒體的線圈或繞組的布置。初級電感器中的交流電產(chǎn)生波動電磁場。當將次級電感器放置成接近初級電感器時，所述波動電磁場在次級電感器中感應電動勢(EMF)，由此將電力傳送到次級電力接收器裝置。
[0025]在電動車輛及插入式混合動力車輛IPT系統(tǒng)中，初級電力裝置可位于地面上且可被稱為“底座”裝置或電力墊。次級電力裝置可位于電動車輛上且可被稱為“拾取”裝置或電力墊。這些裝置通常用于將電力從底座(發(fā)射器)裝置發(fā)射到拾取(接收器)裝置。一些IPT系統(tǒng)還能夠在以其它方式傳送電力(S卩，從拾取裝置到底座裝置)的模式中起作用。在此模式中，拾取裝置在技術上為初級裝置且底座裝置為次級裝置，這是因為拾取裝置在底座裝置中感應EMF。此情形可允許存儲在電動車輛電池中的電力傳送回到市電電網(wǎng)。
[0026]PCT公開案第WO 2010/090539號揭示了一種用于向電動車輛供電的IPT系統(tǒng)，其中通常定位于地面上的底座(通常為初級)線圈布置由定位于由高磁導率材料(例如，鐵氧體)形成的芯上方的兩個單獨共面線圈構成。在此布置中，不存在通過穿過線圈的芯的筆直路徑。因此，所述線圈充當極區(qū)域且磁通量線在其之間以線圈上方的“通量管”的形式(高通量集中區(qū))起弧。所述布置被視為導致芯的側面上的線圈下方的極少的通量泄漏。
[0027]同一公開案還揭示在接收器(拾取)裝置的線圈布置中使用三個線圈。前兩個線圈是如底座線圈布置中的單獨的共面線圈。在充電期間，這兩個線圈與底座裝置中的共面線圈對準。第三線圈中心定位在磁導性芯的同一側面上的其它兩個線圈上方。除了通過前兩個共面線圈提取的水平分量之外，第三線圈還允許從由接收器裝置攔截的磁場的垂直分量提取電力。所述共面線圈被視為在垂直于所述共面線圈的中心之間的線的方向上對發(fā)射器與接收器裝置之間的未對準具有良好容限，但在平行于所述共面線圈的中心之間的線的方向上對未對準具有較少容限。接收器裝置中的三線圈布置被視為改進了平行方向上的IPT系統(tǒng)的容限，因此增加了系統(tǒng)對任何方向上的未對準的總容限。
[0028]PCT公開案第WO 2011/016737號描述了一種用于向電動車輛供電的IPT系統(tǒng)，其中底座線圈布置包含磁性解耦的兩個重疊平面線圈。此類底座線圈可提供關于電力傳送的效率的一些益處，但也具有許多缺點，包含對系統(tǒng)的電動車輛側面上的復雜且昂貴部件的需要?？赡茈y以設計重疊線圈以使得其之間不存在互耦合且通常此情形是關于系統(tǒng)中的其它組件而進行，因此使得此類線圈布置適合不同類型的IPT系統(tǒng)是困難的及昂貴的。
[0029]因此，仍然需要在縱向(即，相對于車輛向前/向后)方向及橫向(即，側到側)方向兩者上對IPT系統(tǒng)線圈未對準的改進的容限。
[0030]圖1為根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的用于給電動車輛112充電的示范性無線電力傳送系統(tǒng)100的圖。無線電力傳送系統(tǒng)100使得能夠在電動車輛112停放在底座無線充電系統(tǒng)102a附近時給電動車輛112充電。在欲停放在對應底座無線充電系統(tǒng)102a及102b之上的停車區(qū)域中說明用于兩個電動車輛的空間。在一些實施例中，本地分配中心130可連接到電力主干線132，且經(jīng)配置以通過電力鏈路110將交流電(AC)或直流電(DC)供應提供到底座無線充電系統(tǒng)102a。底座無線充電系統(tǒng)102a還包含底座系統(tǒng)感應線圈104a以用于無線地傳送或接收電力。電動車輛112可包含電池單元118、電動車輛感應線圈116及電動車輛無線充電系統(tǒng)114。電動車輛感應線圈116可(例如)經(jīng)由由底座系統(tǒng)感應線圈104a產(chǎn)生的電磁場的區(qū)而與底座系統(tǒng)感應線圈104a相互作用。
[0031]在一些示范性實施例中，電動車輛感應線圈116可在電動車輛感應線圈116位于由底座系統(tǒng)感應線圈104a產(chǎn)生的能量場中時接收電力。所述場對應于其中由底座系統(tǒng)感應線圈104a輸出的能量可由電動車輛感應線圈116俘獲的區(qū)。在一些情況下，所述場可以對應于底座系統(tǒng)感應線圈104a的“近場”。近場可對應于其中存在由底座系統(tǒng)感應線圈104a中的電流及電荷產(chǎn)生的并不會將電力輻射遠離底座系統(tǒng)感應線圈104a的強反應性場的區(qū)。在一些情況下，近場可對應于處于底座系統(tǒng)感應線圈104