CN103392285A

CN103392285A - 车载非接触式电池充电装置

Info

Publication number: CN103392285A
Application number: CN2011800685361A
Authority: CN
Inventors: 叶军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-03-04
Filing date: 2011-03-04
Publication date: 2013-11-13
Also published as: WO2012119288A1

Abstract

一种车载非接触式电池充电装置，包括发射装置（131）和接收装置（160），其中发射装置（131）包括依次连接的用于从汽车获取电源的电源接口（100）、连接导线（110）、发射电路（139）以及发射导电线圈（210），接收装置（160）包括依次连接的接收导电线圈（310）、接收电路（159）以及充电电路（350）。通过采用非接触式充电技术，避免了手持电子设备的供电接口不统一的问题，从而在实现手持电子设备通常的功能时，它的电池也可以得到有效的充电。此外也可以直接对有无线充电功能的裸露电池充电。

Description

车载非接触式电池充电装置

技术领域

本发明涉及一种非接触式充电技术，尤其涉及一种车载非接触式电池充电装置。

背景技术

随着技术的不断发展，人们在日常生活对电子产品的依赖越来越强。在开车时也不例外。目前，车载电子设备，例如，导航仪，车载DVD，手机免提等都得到了广泛地应用。这些车载电子设备都会配有相应的车载支架。车载支架一般实现两个功能：对车载电子设备起物理支撑的作用和向车载电子设备供电。但是，由于手机，导航仪和其他手持电子设备的供电接口不统一这导致不同的电子设备需要配备不同的车载支架。市面上的通用车载支架一般只起物理支撑作用，不会提供供电接口和充电功能。

非接触式充电或无线充电在很多手持电子设备中已得到广泛应用，例如，可充电的电动牙刷，便是利用电感实现非接触式充电的。

现有技术中有一种通过电感对移动电子设备中的电池实施非接触式充电的充电器。但是其系统复杂，成本高，同时无线充电的接收装置是内置在移动电子设备中，而不是集成在电池里。这样电子设备需要专门设计，缺乏通用性。

现有技术中还有一种非接触式充电系统，主要在于利用显示技术来提高接收装置与发射装置之间的对准问题。同样也不适用于对裸露的电池或是将这种电池放入移动电子设备中都可以充电的要求。同时，这种充电装置在充电器（发射装置）与被充电设备（接收装置）之间没有通讯机制，使得充电器无法依据被充电器件的状态及时调整充电器的发射功率。另外，此类充电装置并不适用于在车载环境下应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种车载非接触式电池充电装置。通过采用非接触式充电或无线充电技术，避免了手持电子设备的供电接口不统一的问题，使得手持电子设备在实现正常的功能的同时，它的电池也可以得到有效的充电；另外，也可以直接对有无线充电功能的裸露电池实施充电。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种车载非接触式电池充电装置，包括发射装置、接收装置；所述发射装置包括依次连接的用于从汽车获取电源的电源接口、连接导线、发射电路、以及发射导电线圈；所述接收装置包括依次连接的接收导电线圈、接收电路、以及充电电路。

更进一步地，所述发射电路包括电源输入电路模块、驱动电路模块、发射阻抗匹配电路模块和控制及状态显示电路模块；所述接收电路包括接收阻抗匹配电路模块、整流电路模块、稳压电路模块。

更进一步地，所述发射装置还包括发射表面，所述发射导电线圈铺设在发射表面上。

更进一步地，所述发射装置还包括固定和支撑所述接收装置的支撑平台和/或固定装置。固定装置可以移动、伸缩、调整，可以达到对不同接收装置的有效固定和支撑。

更进一步地，所述接收装置还包括反馈电路。所述接收装置通过反馈电路，将接收电路和电池芯的状态反馈给发射装置；通过建立有效的反馈机制，可以达到有效控制发射和接收能量，以防接收装置或电池芯温度过热甚至被烧毁。

更进一步地，所述接收装置装于电池内。在电池内装有接收装置，就可以实现直接对裸露电池充电，而不需要在充电时接触电池的电极。

更进一步地，所述接收装置装于电子设备内。在电子设备内装有接收装置，可以使得电子设备在实现通常的功能的同时，它的电池也可以得到有效地充电。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：

1 、本发明所描述的车载装置既可以直接对有无线充电功能的裸露电池实施充电，又可以对含有接收装置的电子设备内的电池实施充电。

2 、通过反馈电路建立有效的反馈机制，以达到有效控制发射和接收能量，能够保证接收装置不会被动接收过量的能量，以防接收装置或电池芯温度过热甚至被烧毁。

3 、接收导电线圈采用小线圈阵列的方式，在一定程度上，降低了发射导电线圈和接收导电线圈的中心精确对准的需要。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明车载非接触式电池充电装置的实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中发射装置和接收装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中充电装置的实施框图；

图4是本发明实施例的功能模块图；

图5是本发明实施例可采用的两种不同的线圈实施形式图；

图6是本发明实施例的实施流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2、图3所示，本实施例的车载非接触式电池充电装置包括发射装置131和接收装置160，其中，发射装置131包括用于从汽车获取电源的电源接口100、连接导线110、发射电路139、发射导电线圈210、发射表面140、以及固定和支撑所述接收装置160的支撑平台120和固定结构125；接收装置160内包括接收导电线圈310、接收电路159、充电电路350和反馈电路360；接收装置160装于电池180内或者装于电子设备170内。

其中，电源接口100的形式可以是如图1所示的从车载点烟器处获取电源的接口形式，也可以是预置在汽车内部的电源接口或其他替代形式，电源接口100可以从汽车的电路系统获取电源；连接导线110将电源接口100连接到发射电路139；支撑平台120的形状可以为如图1所示的L型，也可以为U型凹槽等其他可用于固定接收装置的形状；固定结构125可以移动、伸缩和调整，以达到对不同接收装置的有效固定和支撑，固定结构125可以为如图一所示的结构，也可以为如正方形的卡槽结构等具有固定功能的其他结构；发射表面140为支撑平台120的一个表面，在发射表面140的内侧铺设有发射线圈210和发射电路139。如图1所示的车载非接触式电池充电装置，既实现了对手持电子设备支撑和固定的功能，同时也可实现非接触式电池充电的功能。

如图4所示，图4在图3的基础上进一步显示的是本实施例所包含的功能模块。发射电路139 包括电源输入电路模块243、驱动电路模块220、发射阻抗匹配电路模块230、以及控制及状态显示电路模块240。接收电路159 包括接收阻抗匹配电路模块320、整流电路模块330、以及稳压电路模块340。

在本实施例中，如图1中所示的带有无线接收功能的裸露的电池180内置了一个完整的接收装置160，或者是在移动电子设备170中内置了一个完整的接收装置160。当将接收装置160，无论是裸露的电池180，还是移动电子设备170，靠近发射表面140时，发射装置131可以监测到接收装置160，并对接收装置160实施充电。虽然电池的电极182裸露在外，但是所描述的车载非接触式电池充电器可以非接触式方式实施充电，无需连接电池的电极182。

发射装置131可以通过检测接收装置160的阻抗的机制，或在发射装置131和接收装置160之间建立无线通讯连接的机制来确定接收装置160是否存在。在检测到接收装置160存在后，发射装置131通过导电线圈互感（M）的原理向接收装置160发射电磁场。电磁场在接收装置160的接收导电线圈310中形成交流电（AC），该交流电（AC）再通过整流电路模块330、稳压电路模块340后，形成稳定的直流电（DC）。该直流电通过充电电路350对电池芯370充电。

在特定的环境下，为了能够达到能量更有效的从发射装置131发射，并被接收装置160接收，必须对发射导电线圈210及周边电路和接收导电线圈310及周边电路进行阻抗匹配。能量接收效率（ Ф ），即被接收装置接收到的能量占发射装置发射能量的比例，是受到以下因素影响的，发射导电线圈210和接收导电线圈310的平面距离（d），发射导电线圈210和接收导电线圈310的中心错移（l），发射装置131的发射阻抗（Ztx），接收装置160的接收阻抗（Zrx），以及发射装置131驱动发射导电线圈210的频率（F）。

接收装置160通过反馈电路360，将接收电路159和电池芯370的状态反馈给发射装置131。这种反馈机制可以通过接收装置160改变自身阻抗的机制从而被发射装置131检测到，或在发射装置131和接收装置160之间建立无线通讯连接的机制来实现。

在获取接收电路159和电池芯370的状态后，发射装置131可以通过控制及状态显示电路240，根据充电电池的工作状态调成充电器的发射功率，并通过显示装置，例如LED、液晶屏、E-Paper等显示当前电池的工作状态。

本实施例所述的车载非接触式电池充电装置，既可以对带有无线接收功能的裸露的电池180实施充电，也可以对含有接收装置的移动电子设备170实施充电。这表明发射导电线圈210和接收导电线圈310的平面距离（d）以及发射导电线圈210和接收导电线圈310的中心错移（l）变化范围大。因此，系统必须兼容较大的导电线圈互感（M）的变化。当导电线圈互感（M）较小时，系统必须保证有足够的功率被接收装置160接收，同时当导电线圈互感（M）较大时，系统必须保证接收装置160不会被动接收过量的能量，以防接收装置160或电池芯370温度过热甚至被烧毁。所以，通过反馈电路360，建立有效的反馈机制，以达到有效控制发射和接收能量，这是本实施例所述的车载非接触式充电装置中的重要部分。

如图5所示，本实施例中所述的发射线圈210，可以选择两种不同的线圈形式：传统的线圈形式210a和改为由多个小线圈组成的阵列形式210b。当然，线圈的实施不仅仅限于图5所示的两种形式。不同的线圈形式的选择，会对能量接收效率（Ф）产生影响。

如前所述，发射导电线圈210和接收导电线圈310的中心错移（l）是影响能量接收效率（Ф）重要因素之一。传统的方法包括，利用两个小型的永磁铁，一个放在发射导电线圈210的中心，一个放在接收导电线圈310的中心，这样依靠这两个小型的永磁铁的吸力，就能使发射导电线圈210和接收导电线圈310的中心错移（l）保持在较小范围内。由于本实施例所述的车载非接触式充电装置，既可以对带有无线接收功能的裸露的电池180实施充电，也可以对含有接收装置的移动电子设备170实施充电，这样发射导电线圈210和接收导电线圈310的中心错移（l）变化范围大。由于裸露的电池180和移动电子设备170的体积大小不尽相同，采用传统永磁铁的方式往往不能达到最佳效果。如图5所示，发射导电线圈210可以由传统的线圈形式210a, 改为由多个小线圈组成的阵列210b。这种线圈阵列210b在一定程度上，降低了发射导电线圈210和接收导电线圈310的中心精确对准的需要。

如图6所示，是本实施例所述的车载非接触式电池充电装置的实施流程图。带箭头的连线是指获得的表明状态的信息，椭圆则表示各种工作状态。发射装置131不断的检测是否有接收装置160出现，如果发射装置131得到的信息是“未检测到接收装置”，发射装置131则处于“检测接收装置”的状态。如果发射装置131得到的信息是“检测到接收装置”，发射装置131将进入“识别电池状态”的工作状态。在这一工作状态下，如果发射装置131得到的信息是“电池未充满”，发射装置131将进入“充电”的工作状态，同时将通过导电线圈的互感向接收装置160传输能量，并且可以在发射装置131显示正在充电的状态。在充电过程中，发射装置131将定期进入“识别电池状态”对电池状态进行检测。如果发射装置131得到的信息是“电池已充满”，发射装置131将进入“保持”的工作状态，减少发射能量，保持电池状态，并且在发射装置131显示电池业已充满的状态。直到接收到“未检测到接收装置”的信息，这时发射装置131进入“检测接收装置”的工作状态。

Claims

一种车载非接触式电池充电装置，包括发射装置、接收装置，其特征在于，

所述发射装置包括依次连接的用于从汽车获取电源的电源接口、连接导线、发射电路、以及发射导电线圈；

所述接收装置包括依次连接的接收导电线圈、接收电路、以及充电电路。
根据权利要求1所述的车载非接触式电池充电装置，其特征在于，

所述发射电路包括电源输入电路模块、驱动电路模块、发射阻抗匹配电路模块和控制及状态显示电路模块；

所述接收电路包括接收阻抗匹配电路模块、整流电路模块和稳压电路模块。
根据权利要求1所述的车载非接触式电池充电装置，其特征在于，所述发射装置还包括发射表面，所述发射导电线圈铺设在发射表面的内侧。
根据权利要求1所述的车载非接触式电池充电装置，其特征在于，所述发射装置还包括固定和支撑所述接收装置的支撑平台和/或固定装置。
根据权利要求1所述的车载非接触式电池充电装置，其特征在于，所述接收装置还包括反馈电路。
根据权利要求1所述的车载非接触式电池充电装置，其特征在于，所述接收装置装于电池内。
根据权利要求1所述的车载非接触式电池充电装置，其特征在于，所述接收装置装于电子设备内。