CN103280899B - 无线充电接收装置、发射装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线充电接收装置、发射装置和系统，属于电力电子领域。所述装置包括：无线接收模块，用于接收电磁波，并将所述电磁波转换为第一交流电，无线接收模块包括第一线圈；整流器，用于对所述无线接收模块输出的所述第一交流电进行整流，得到第一直流电，并将所述第一直流电输出到蓄电设备；第一控制模块，用于获取充电信息，将充电信息编码成二进制数，并根据充电信息对应的二进制数，控制第一线圈的工作电流，充电信息包括蓄电设备的电量、蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、无线接收模块的电流、或无线接收模块的功率。本发明使得无线充电装置不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

Description

无线充电接收装置、发射装置和系统

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种无线充电接收装置、发射装置和系统。

背景技术

无线充电技术一直是近年来研究的热点，无线充电技术使得能量传输更加方便简洁。

现有的无线充电装置主要包括：发送模块、接收模块、与发送模块连接的第一无线通信模块、以及与接收模块连接的第二无线通信模块，发送模块将电源输出的电能转化为电磁波，并发送该电磁波，接收模块接收该电磁波，并将该电磁波转化为电能输入蓄电设备。第二无线通信模块将接收模块的电压、电流、功率以及蓄电设备的充电状态、故障状态等信息发送给第一无线通信模块，从而对充电进行控制调节。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的无线充电装置，需要单独的设置两个无线通信模块，且现有的无线通信模块的成本较高，造成无线充电装置成本上升。

发明内容

为了解决现有技术中无线充电装置，需要单独的设置两个无线通信模块，导致成本较高的问题，本发明实施例提供了一种无线充电接收装置、发射装置和系统。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种无线充电接收装置，所述装置适用于在电动汽车的蓄电设备与电源之间进行能量交换，所述装置包括：

无线接收模块，用于接收电磁波，并将所述电磁波转换为第一交流电，所述无线接收模块包括第一线圈，所述无线接收模块还包括：第一电容、第二电容和第一开关，所述第一线圈和所述第一电容并联，所述第二电容和所述第一开关串联后与所述第一线圈并联；

整流器，用于对所述无线接收模块输出的所述第一交流电进行整流，得到第一直流电，并将所述第一直流电输出到蓄电设备；

第一控制模块，用于获取充电信息，将所述充电信息编码成二进制数，并根据所述充电信息对应的二进制数，控制所述第一线圈的工作电流，其中二进制数0表示电流幅值低，1表示电流幅值高，所述充电信息包括所述蓄电设备的电量、所述蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、所述无线接收模块的电流、或所述无线接收模块的功率；

所述第一控制模块，用于通过控制所述第一开关的开关动作来控制所述第一线圈的工作电流，具体地：

当二进制数为0时，在一段时间内控制所述第一开关闭合，当二进制数为1时，在一段时间内控制所述第一开关断开。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括第一磁场屏蔽板，所述第一线圈贴所述第一磁场屏蔽板设置。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述第一磁场屏蔽板为铁氧化磁性材料。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括：连接在所述整流器和所述蓄电设备之间的直流变换器。

另一方面，本发明实施例还提供了一种无线充电发射装置，所述装置适用于在电动汽车的蓄电设备与电源之间进行能量交换，所述装置包括：

电源转换模块，用于将电源的输出转换为第二直流电；

逆变器，用于对所述电源转换模块输出的所述第二直流电进行逆变，得到第二交流电；

无线发射模块，用于将所述逆变器输出的所述第二交流电，转换为电磁波并发送所述电磁波，所述无线发射模块包括第二线圈；

第二控制模块，用于采集所述第二线圈的工作电流，并对采集到的所述第二线圈的工作电流进行解码，得到充电信息，其中二进制数0表示电流幅值低，1表示电流幅值高，所述充电信息包括所述蓄电设备的电量、所述蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、所述无线接收模块的电流、或所述无线接收模块的功率；

所述第二控制模块，具体用于在一段时间内连续采样所述第二线圈的工作电流的峰值或有效值，如果采样到的电流一直为高幅值，则确定转换为二进制数1，如果采样到的电流一直为低幅值，则确定转换为二进制数0。

在本发明实施例的一种实现方式中，所述无线发射模块还包括：

第四电容，所述第二线圈和所述第四电容串联。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述装置还包括第二磁场屏蔽板，所述第二线圈贴所述第二磁场屏蔽板设置。

在本发明实施例的另一种实现方式中，所述电源转换模块包括：降压型功率因数校正电路。

另一方面，本发明实施例还提供了一种无线充电系统，所述系统包括：如上所述的无线充电接收装置和如上所述的无线充电发射装置。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将充电信息编码成二进制数，并根据上述二进制数控制第一线圈(无线充电接收模块)的工作电流变化，以使第二线圈(无线充电接收模块)的电流发生变化，将第二线圈电流变化转换为二进制数，并对转换后的二进制数解码，获得充电信息，从而使得不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的无线充电接收装置结构示意图；

图2是本发明实施例二提供的无线充电接收装置结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的第一磁场屏蔽板的侧视图；

图4是本发明实施例二提供的第一磁场屏蔽板的俯视图；

图5是本发明实施例三提供的无线充电发射装置结构示意图；

图6是本发明实施例四提供的无线充电发射装置结构示意图；

图7是本发明实施例四提供的第二磁场屏蔽板的侧视图；

图8是本发明实施例四提供的第二磁场屏蔽板的俯视图；

图9是本发明实施例提供的采样第二线圈的工作电流的示意图；

图10是不能发明实施例五提供的无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种无线充电接收装置，该装置适用于在蓄电设备(例如电动汽车车载电池)与电源(电网)之间进行能量交换，该装置可以设置在电动汽车上，参见图1，该装置包括：

无线接收模块101，用于接收电磁波，并将电磁波转换为第一交流电，无线接收模块包括第一线圈；

整流器102，用于对无线接收模块输出的第一交流电进行整流，得到第一直流电，并将第一直流电输出到蓄电设备；

第一控制模块103，用于获取充电信息，将充电信息编码成二进制数，并根据充电信息对应的二进制数，控制第一线圈的工作电流，充电信息包括蓄电设备的电量、蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、无线接收模块的电流、或无线接收模块的功率。

上述根据二进制数控制无线接收模块的工作电流变化可以是，当二进制数为1时，控制无线接收模块的工作电流为高幅值，当二进制数为0时，控制无线接收模块的工作电流为低幅值。

通过将充电信息编码成二进制数，并根据上述二进制数控制第一线圈(无线充电接收模块)的工作电流变化，以使第二线圈(无线充电接收模块)的电流发生变化，将第二线圈电流变化转换为二进制数，并对转换后的二进制数解码，获得充电信息，从而使得不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

实施例二

本发明实施例提供了一种无线充电接收装置，该装置适用于在蓄电设备(例如电动汽车车载电池)与电源(电网)之间进行能量交换，该装置可以设置在电动汽车上，参见图2，该装置包括：无线接收模块201、整流器202和第一控制模块203。

其中，无线接收模块201，用于接收电磁波，并将电磁波转换为第一交流电，无线接收模块包括第一线圈L1；

整流器202，用于对无线接收模块输出的第一交流电进行整流，得到第一直流电，并将第一直流电输出到蓄电设备；

第一控制模块203，用于获取充电信息，将充电信息编码成二进制数，并根据充电信息对应的二进制数，控制第一线圈L1的工作电流，充电信息包括蓄电设备的电量、蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、无线接收模块的电流、或无线接收模块的功率。

其中，无线接收模块201还包括：

第一电容C1、第二电容C2和第一开关K1，第一线圈L1和第一电容C1并联，第二电容C2和第一开关K1串联后与第一线圈并联，

相应地，第一控制模块203，用于通过控制第一开关的开关动作来控制第一线圈L1的工作电流。

在本发明实施例的另一种实现方式中，第一线圈L1和第一电容C1可以是串联。上述第一线圈L1连接在整流器202的两个交流输出端上。

具体地，整流器202包括四个二极管，这四个二极管构成一个H桥。

进一步地，该装置还包括：连接在整流器202和蓄电设备之间的直流变换器204。

进一步地，参见图3～4，该装置还包括第一磁场屏蔽板205，第一线圈L1贴第一磁场屏蔽板设置。通过设置第一磁场屏蔽板205，可以提高无线传输效果并防止磁场泄露。

优选地，第一磁场屏蔽板205可以为铁氧化磁性材料。

进一步地，该装置还包括：与整流器202并联的第三电容C3，第三电容C3为直流母线电容，主要作用是储能、平波。

具体地，第一控制模块203可以包括电量传感器、电流传感器、电压传感器中的一种或多种。其中，电量传感器用于获取蓄电设备的电量，电流传感器用于获取无线接收模块的电流，电压传感器用于获取无线接收模块的电压。

进一步地，第一控制模块203还可以包括第一数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，简称“DSP”)。

具体地，工作过程中，无线接收模块和无线发射模块(见实施例三和四)中的电路处于谐振状态，设工作频率为f，则C2未接入时电路满足：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_2{C}_4}.$

在进行信息传输时，先将充电信息按照一定的编码方式进行编码，得到一个二进制数，如0001表示蓄电设备故障，0010表示蓄电设备电充满等。第一控制模块203按照编码后的二进制数中的0和1控制无线接收模块，0表示电流幅值低，即不将C2接入电路，1表示电流幅值高，即将C2接入电路。当C2接入电路时，无线接收模块中电路偏离谐振点，无线接收模块工作电流变低，平衡被打破，导致无线发射模块的工作电流变低，因此与无线发射模块匹配的第二控制模块(见实施例三和四)通过采集无线发射模块的工作电流，例如，在一段时间T(如1ms)内连续采样iL的峰值或有效值，如果一直为A_H-p-p，则认为这一位为1，如果采样到的一直为A_L-p-p，则认为这一位是0，下一个时间段T同理。如图9所示，充电信息是从左到右为1010，再将1010解码得到充电信息。当解码得到的充电信息为蓄电设备故障(如0001)或电充满(0010)时，可以关闭无线发射装置，以节约电能。另外，无线接收模块的电流、电压和功率，可以采用如下方式编码：以8位二进制数为例，高两位表示电流、电压或功率，低六位表示无线接收模块的电流、电压或功率的数值，解码方法相反。容易知道，前述编码方式仅为举例，并不以此为限。无线充电接收装置，将无线接收模块的电流、电压或功率发送给无线充电发射装置，而无线充电发射装置通常安装在固定位置，因此可以对无线接收模块的电流、电压或功率进行记录，以便日后对无线充电接收装置进行维护或检修。

本发明实施例通过将充电信息编码成二进制数，并根据上述二进制数控制第一线圈(无线充电接收模块)的工作电流变化，以使第二线圈(无线充电接收模块)的电流发生变化，将第二线圈电流变化转换为二进制数，并对转换后的二进制数解码，获得充电信息，从而使得不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

实施例三

本发明实施例提供了一种无线充电发射装置，该装置适用于在蓄电设备(例如电动汽车车载电池)与电源(电网)之间进行能量交换，该装置可以设置在停车场、马路两侧等位置，参见图5，该装置包括：

电源转换模块301，用于将电源的输出转换为第二直流电；

逆变器302，用于对电源转换模块输出的第二直流电进行逆变，得到第二交流电；

无线发射模块303，用于将逆变器输出的第二交流电，转换为电磁波并发送电磁波，无线发射模块包括第二线圈；

第二控制模块304，用于采集第二线圈的工作电流，并对采集到的第二线圈的工作电流进行解码，得到充电信息，充电信息包括蓄电设备的电量、蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、无线接收模块的电流、或无线接收模块的功率。

上述将采集到的工作电流转换为二进制数可以是，当采集到的工作电流为高幅值，二进制数为1，当采集到的工作电流为低幅值时，二进制数为0时。

本发明实施例通过采集第二线圈(无线充电接收模块)的工作电流，将采集到的工作电流转换为二进制数，并对采集到的工作电流进行解码，得到充电信息，从而使得不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

实施例四

本发明实施例提供了一种无线充电发射装置，该装置适用于在蓄电设备(例如电动汽车车载电池)与电源(电网)之间进行能量交换，该装置可以设置在停车场、马路两侧等位置，参见图6，该装置包括：电源转换模块401、逆变器402、无线发射模块403和第二控制模块404。

其中，电源转换模块401，用于将电源的输出转换为第二直流电；

逆变器402，用于对电源转换模块输出的第二直流电进行逆变，得到第二交流电；

无线发射模块403，用于将逆变器输出的第二交流电，转换为电磁波并发送电磁波，无线发射模块包括第二线圈；

第二控制模块404，用于采集第二线圈的工作电流，并对采集到的第二线圈的工作电流进行解码，得到充电信息，充电信息包括蓄电设备的电量、蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、无线接收模块的电流、或无线接收模块的功率。

其中，无线发射模块403还包括：

第四电容C4，第二线圈L2和第四电容C4串联。

在本发明实施例的另一种实现方式中，第二线圈L1和第四电容C4可以是串联。上述第二线圈L2连接在逆变器402的两个交流输出端上。

具体地，逆变器402包括四个功率器件，这四个功率器件构成一个H桥。上述功率器件可以为IGBT(IsolatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)或MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金氧半场效晶体管)。

具体地，第二控制模块404与逆变器402中的功率器件的基极连接，通过向功率器件输出方波信号使逆变器402处于逆变状态。

进一步地，参见图7～8，该装置还包括第二磁场屏蔽板405，第二线圈L2贴第二磁场屏蔽板405设置。

优选地，第二磁场屏蔽板405为铁氧化磁性材料。

其中，电源转换模块401包括：降压型功率因数校正电路。

进一步地，该装置还包括：与逆变器402并联的第五电容C5，第五电容C5为直流母线电容，主要作用是储能、平波。

进一步地，第二控制模块404可以包括第二DSP。

具体地，工作过程中无线接收模块(见实施例一和二)和无线发射模块中的电路处于谐振状态，设工作频率为f，则C2未接入时电路满足：

$f=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_1{C}_1}=1/2\mathrm{\π}\sqrt{L_2{C}_4}.$

在进行信息传输时，第一控制模块(见实施例一和二)先将充电信息按照一定的编码方式进行编码，得到一个二进制数，如0001表示蓄电设备故障，0010表示电充满等。按照编码后的二进制数中的0和1控制无线接收模块(见实施例一和二)，0表示电流幅值低，即不将C2接入电路，1表示电流幅值高，即将C2接入电路。当C2接入时，无线接收模块中电路偏离谐振点，无线接收模块工作电流变低，平衡被打破，导致无线发射模块403的工作电流变低，因此第二控制模块404通过采集无线发射模块的工作电流，例如，在一段时间T(如1ms)内连续采样iL的峰值或有效值，如果一直为A_H-p-p，则认为这一位为1，如果采样到的一直为A_L-p-p，则认为这一位是0，下一个时间段T同理。如图9所示，充电信息是从左到右为1010，再将1010解码得到充电信息。当解码得到的充电信息为蓄电设备故障(如0001)或电充满(0010)时，可以关闭无线发射装置，以节约电能。另外，无线接收模块的电流、电压和功率，可以采用如下方式编码：以8位二进制数为例，高两位表示电流、电压或功率，低六位表示无线接收模块的电流、电压或功率的数值，解码方法相反。无线充电接收装置，将无线接收模块的电流、电压或功率发送给无线充电发射装置，而无线充电发射装置通常安装在固定位置，因此可以对无线接收模块的电流、电压或功率进行记录，以便日后对无线充电接收装置进行维护或检修。

本发明实施例通过采集第二线圈(无线充电接收模块)的工作电流，将采集到的工作电流转换为二进制数，并对采集到的工作电流进行解码，得到充电信息，从而使得不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

实施例五

本发明实施例提供了一种无线充电系统，该系统适用于在蓄电设备(例如电动汽车车载电池)与电源(电网)之间进行能量交换，参见图10，该系统包括：

如实施例一或二描述的无线充电接收装置501，以及如实施例三或四描述的无线充电发射装置502。

本发明实施例通过采集第二线圈(无线充电接收模块)的工作电流，将采集到的工作电流转换为二进制数，并对采集到的工作电流进行解码，得到充电信息，从而使得不需要单独添加无线信息传输模块，即可实现无线信息传输，节约了成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线充电接收装置，其特征在于，所述装置适用于在电动汽车的蓄电设备与电源之间进行能量交换，所述装置包括：

无线接收模块，用于接收电磁波，并将所述电磁波转换为第一交流电，所述无线接收模块包括第一线圈，所述无线接收模块还包括：第一电容、第二电容和第一开关，所述第一线圈和所述第一电容并联，所述第二电容和所述第一开关串联后与所述第一线圈并联；

整流器，用于对所述无线接收模块输出的所述第一交流电进行整流，得到第一直流电，并将所述第一直流电输出到蓄电设备；

第一控制模块，用于获取充电信息，将所述充电信息编码成二进制数，并根据所述充电信息对应的二进制数，控制所述第一线圈的工作电流，其中二进制数0表示电流幅值低，1表示电流幅值高，所述充电信息包括所述蓄电设备的电量、所述蓄电设备的故障信息、所述无线接收模块的电压、所述无线接收模块的电流、或所述无线接收模块的功率；

所述第一控制模块，用于通过控制所述第一开关的开关动作来控制所述第一线圈的工作电流，具体地：

当二进制数为0时，在一段时间内控制所述第一开关闭合，当二进制数为1时，在一段时间内控制所述第一开关断开。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第一磁场屏蔽板，所述第一线圈贴所述第一磁场屏蔽板设置。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一磁场屏蔽板为铁氧化磁性材料。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：连接在所述整流器和所述蓄电设备之间的直流变换器。

5.一种无线充电发射装置，其特征在于，所述装置适用于在电动汽车的蓄电设备与电源之间进行能量交换，所述装置包括：

电源转换模块，用于将电源的输出转换为第二直流电；

逆变器，用于对所述电源转换模块输出的所述第二直流电进行逆变，得到第二交流电；

无线发射模块，用于将所述逆变器输出的所述第二交流电，转换为电磁波并发送所述电磁波，所述无线发射模块包括第二线圈；

第二控制模块，用于采集所述第二线圈的工作电流，并将采集到的所述第二线圈的工作电流转换为二进制数，对所述二进制数进行解码，得到充电信息，其中二进制数0表示电流幅值低，1表示电流幅值高，所述充电信息包括所述蓄电设备的电量、所述蓄电设备的故障信息、无线接收模块的电压、所述无线接收模块的电流、或所述无线接收模块的功率；

所述第二控制模块，具体用于在一段时间内连续采样所述第二线圈的工作电流的峰值或有效值，如果采样到的电流一直为高幅值，则确定转换为二进制数1，如果采样到的电流一直为低幅值，则确定转换为二进制数0。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述无线发射模块还包括：

第四电容C4，所述第二线圈和所述第四电容串联。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二磁场屏蔽板，所述第二线圈贴所述第二磁场屏蔽板设置。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电源转换模块包括：降压型功率因数校正电路。

9.一种无线充电系统，其特征在于，所述系统包括：如权利要求1-4任一项所述的无线充电接收装置和如权利要求5-8任一项所述的无线充电发射装置。