CN103683386A

CN103683386A - 用于车辆中的便携设备的感应充电的装置

Info

Publication number: CN103683386A
Application number: CN201310463634.6A
Authority: CN
Inventors: S·考施克; T·韩; D·拉斯库; J·M·斯托利基; X·金; B·哈利希
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2014-03-26
Also published as: US20140077758A1; US9373974B2

Abstract

本发明涉及用于车辆中的便携设备的感应充电的装置。一种包括产生电磁场的基座单元的便携设备再充电系统。一种包括被电磁场感应充电的可再充电蓄电池的便携设备。间隔片被放置于所述便携设备和所述基座单元之间。所述间隔片支撑所述便携设备且在所述基座单元和所述便携设备之间保持气隙。

Description

用于车辆中的便携设备的感应充电的装置

相关申请的交叉参考

本申请主张2012年9月20日提交的美国临时专利申请序列号61／703,358的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此。

背景技术

实施例概括地涉及车辆中的可再充电蓄电池系统。

诸如蜂窝电话的电子便携设备通过要求再充电的蓄电池包来供电。众所周知这样的电子便携设备通过利用接触终端来在外部电源(例如电源插座)和该电子便携设备之间传输电能，然而非接触充电使用感应充电来不需电耦合接触终端以将电能传输给该电力便携设备来给便携设备再充电。这样的便携设备的例子包括无绳电话、电子牙刷和其它电子便利设备。感应充电系统通常包括基座充电单元，该基座充电单元包括用于产生电磁场的感应线圈。在该电力便携设备中的感应线圈中由基座充电单元中的感应线圈感应产生电荷。该感应电荷被转换为DC电压用于给蓄电池再充电。

诸如蜂窝电话的电力设备具有自保护模式，其中如果蜂窝电话的温度变得高于预定温度时该设备将进入安全充电模式。所述安全充电模式包括仅允许电能的涓流充电对蓄电池进行充电。这防止对蓄电池以及蜂窝电话的电子部件的损坏。通常诸如房子或建筑的一个房间的环境的周围温度将不会导致蜂窝电话进入安全充电模式；然而，诸如车辆的充电环境具有更高的周围温度，特别是如果车辆暴露在太阳底下时。在这样的环境中，座舱温度可能从70C至-20C变化。这种条件以及主基站的热生成可能导致蜂窝电话蓄电池温度升高至所述预定温度阈值之上并进入安全充电模式。该蜂窝电话无法以期望的速度充电造成用户的麻烦和不便。

发明内容

本文描述的实施方式的优点是用于便携设备的可再充电蓄电池的增强的充电，其中感应充电被用于给蓄电池充电。间隔片放置于包括基座充电单元的电源板的表面和便携设备之间。所述间隔片，除了支撑该便携设备之外，在基座充电单元和便携设备之间保持相应的空间，这允许空气沿着便携设备的再充电表面流动。所述空气流有助于保持蓄电池温度在阈值温度以下，如果超过将会导致电话进入安全充电模式且此时仅有涓流充电被应用到可再充电蓄电池上从而避免对可再充电蓄电池的损坏。其结果是，便携设备蓄电池的再充电时间减少。

实施例考虑了便携设备再充电系统。所述便携设备再充电系统包括产生电磁场的基座单元。便携设备包括被所述电磁场感应充电的可再充电蓄电池。间隔片放置在该便携设备和该基座单元之间。该间隔片支撑该便携设备并维持该基座单元和该便携设备之间的气隙。

这个申请提供如下解决方案：

1、一种便携设备再充电系统，包括：

基座单元，产生电磁场；

便携设备，包括被电磁场感应充电的可再充电蓄电池；以及

间隔片，放置于所述便携设备和所述基座单元之间，所述间隔片支撑所述便携设备且在所述基座单元和所述便携设备之间保持气隙。

2、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片在所述基座单元和所述便携设备之间保持2mm的气隙。

3、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片在所述基座单元和所述便携设备之间保持大于0mm且小于2mm的气隙。

4、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，进一步包括电源板，电源板包括电源板表面，其中所述基座单元被集成到所述电源板中。

5、根据解决方案4所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片集成为所述电源板的一部分，其中所述间隔片和所述电源板包括相同的材料组成。

6、根据解决方案4所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片独立于所述电源板形成。

7、根据解决方案4所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片的材料组成被选择用于最小化存储在电源板中的热量向便携设备的接触外部表面的热传导。

8、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造被选择用于最大化所述电源板表面和便携设备之间的气流。

9、根据解决方案8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括正方形构造。

10、根据解决方案8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括三角形构造。

11、根据解决方案8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括长方形构造。

12、根据解决方案8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括多边形构造。

13、根据解决方案8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括非线性构造。

14、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的数量被选择用于最大化所述电源板表面和便携设备之间的气流。

15、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述所述间隔片的形状包括钉。

16、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述所述间隔片的形状包括柱。

17、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述所述间隔片的形状包括球。

18、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述所述间隔片的形状包括方块。

19、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述所述间隔片的形状包括浅凹。

20、根据解决方案1所述的便携设备再充电系统，其中所述所述间隔片的形状包括球。

附图说明

图1为基座充电系统的简化视图。

图2为用于给便携设备充电的感应充电系统。

图3为不具有散热特征的感应充电系统的侧视图。

图4为具有散热特征的感应充电系统的侧视图。

图5为温度对应充电时间的曲线图。

图6为充电电流对应充电时间的曲线图。

具体实施方式

图1示出用于对诸如蜂窝电话的便携设备12感应再充电的基座充电单元10，该蜂窝电话是被用户携带用于传送和接受无线通讯信号的通讯设备。应当理解所述便携设备可能是任何使用可再充电蓄电池的设备以及可能被利用感应充电技术进行再充电。所述便携设备12包括对便携设备12供电的可再充电蓄电池14。

所述可再充电蓄电池14封装在外罩16中以隐藏和免受外部元件的影响且通常可以从便携设备12上拆卸下来。当被附接到便携设备10上时可再充电蓄电池14被以来自基座充电单元10的感应充电的方式进行再充电。如图1所示，便携设备不需要坞站；相反便携设备12仅要求该设备处于充电单元10的相应的范围内以接受足够强度的电磁场来对可再充电蓄电池14进行感应充电。然而，由于传输感应线圈和接收感应线圈之间的方位问题，如果需要的话，坞站可用于在某一方向上定位该设备以最优地接收产生的电磁场。

图2为用于给便携设备12充电的感应充电系统的框图。基座充电单元10包括外部电源18、初级控制电路20、和初级感应线圈22。所述外部电源18接收来自车辆中的能量产生设备(例如交流发电机)或能量储存设备(例如蓄电池)的能量输入。如果所述输入能量来自于诸如蓄电池的能量储存设备，则外部电源可以包括能将输入能量转换为相应的交流电流(AC)的电力电路。所述初级控制电路20调节产生在所述初级感应线圈22上的能量。

便携设备包括次级感应线圈24、次级控制电路26、和可再充电蓄电池14。所述次级感应线圈24和次级控制电路26可以封装在保护可再充电蓄电池14免受外部元件影响的外罩16中。所述次级控制电路26包括用于整流产生在次级感应线圈24上用于对可再充电蓄电池14再充电的感应AC电压的电子电路。次级控制电路26可以包括用于控制提供给可再充电蓄电池14的电荷的数量和速率的控制器或微处理器。所述初级控制电路20将电压波形加载到初级感应线圈22上来以相应的电压和频率激励初级感应线圈22。

在再充电过程中便携设备12的可再充电蓄电池14将被基座充电单元10热产生影响。如图1所示，基座充电单元10包括电源板表面36。该电源板表面36包括用于支撑便携设备12的表面。电源和初级控制电路／线圈置于电源板的表面之下。电源板表面36优选包括橡胶化表面以防止当车辆处于运动中时便携设备12到处滑动，因此，所述电源板能够容纳具有不同形状和尺寸的各种类型的设备。此外，所述电源板表面也必须不阻碍初级感应线圈产生的电磁场流向便携设备12。应当理解所述电源板表面不限于橡胶化表面，而是可以包括其它适合于将便携电话保持在再充电位置并允许初级感应线圈产生的电磁场向便携设备的可再充电蓄电池的流动的材料。

如前所述，便携设备的温度和房间周围温度都影响便携设备蓄电池的再充电。如果便携设备的蓄电池温度高于预定温度(如47℃)时，便携设备将进入自保护模式。在自保护模式中，充电电流根据蓄电池温度进行调整。因此，如果进入自保护模式，仅有涓流充电接着被应用到可再充电蓄电池上(例如毫安)。其结果是，便携电话的可再充电蓄电池的充电时间将显著增加。

图3示出不具有散热特征的感应充电系统的部件的侧视图。便携设备12置于基座充电单元10的电源板表面36上。基座充电单元10可以集成在车辆的各种内部装饰构件上，包括但不限于扶手、中央控制台、和附件室、或其它专用表面。次级控制电路和线圈被配合地表示为30。

支撑便携设备12的基座充电单元10包括配合地表示为32的初级控制电路和线圈。如图3所示，便携设备12的外部表面34邻接基座充电单元16的电源板表面36。便携设备12(例如蜂窝电话的情形)的接触表面具有细长的平整表面使得该平整表面的大部分与平整的电源板表面36接触。其结果是，空气流在电源板表面36和外部表面34之间被阻碍。作为便携设备12和基座充电单元10之间的感应电磁场产生的热量导致的结果，再加上房间(特别是太阳下和热天中的车辆)的周围温度，可再充电蓄电池的温度将由于接触表面之间的热量不能快捷地消散而明显升高。

图4示出具有散热特征的感应充电系统的侧视图。便携设备12显示置于基座充电单元10的电源板表面36上。电源板包括在电源板36的表面和便携设备12的表面之间形成气隙40的间隔片38。间隔片38可以包括在便携设备34的外表面和电源板表面36之间形成的气隙40以允许热量在其间消散的任何形状和构造。在表面34和36之间形成的气隙40的空间可以是大约2mm。任何大于2mm的空间可能导致在可再充电蓄电池处接收到的感应电磁场强度的降低。可选地，该空间可以小于2mm；然而，当空间减小至2mm以下时，散热效力将会降低。

间隔片38可以包括提供分离同时允许空气流动的任何构造或形状。例如浅凹、肋、钉、柱、球、方块、或将在便携设备12和电源板的外部表面36之间支撑和保持空间的任何其它形状或构造。此外，间隔片的数量和间隔片的间距可以根据各种将利用所述电源板进行蓄电池再充电的装备的类型进行最优化。被用于优化的因素包括但不限于电源板上的便携设备12的支撑和用于产生气流的散热效能的间隔片38的构造。例如，预定数量的钉(例如4)可以用来排列成正方形、三角形、长方形、多边形或非线性构造。

优选地，间隔片38在形成时与电源板一体形成；然而，可以理解该间隔片可以是单独形成的安置或联接在电源板的外部表面36上的部件。此外，间隔片38的材料组成优选的与电源板相同。可选地，间隔片38的材料组成可以与电源板的材料组成不同，诸如防止或最小化存储在电源板中的热量向便携设备的接触外部表面的热传导的材料。

图5为示出在蓄电池再充电周期期间蓄电池的温度对应时间的曲线图。此处所示的图表示出在烈日下暴晒1小时然后在城市中行驶1.3小时的车辆。阈值42示出便携设备将进入自保护模式的温度阈值(>47℃)。如图表所示，使用无间隔片构造的再充电蓄电池的温度用线44表示，在充电大约45分钟时超过温度阈值。

图6为示出充电电流对应时间的曲线图。参考图6中的线46，在充电时间开始大约45分钟后且在预定温度阈值被超过时，自保护模式开启且充电电流减小至涓流充电。其结果是，在此间隔内可再充电蓄电池的充电状态(SOC)仅增加了20％。应该注意到在充电时间开始大约80分钟后，可再充电蓄电池冷却且充电蓄电池的温度降低至预定温度阈值之下。当蓄电池的温度降至预定温度阈值之下时，完全充电开始。然而，蓄电池的温度由于感应充电产生的热量而快速升高且在蓄电池的温度超过预定温度阈值之后，自保护模式开启。电流充电的循环如图6中的线46所示重复地以开和关进行循环。

参考图5，使用具有间隔片的构造的可再充电蓄电池的温度，以线48表示，从不超过温度阈值。基本稳定的低温保持在35℃-40℃之间。图6特别是线50示出可再充电蓄电池的充电。如图6所示，完全充电保持于整个充电过程且没有进入自保护模式地在90分钟内完成。其原因是，间隔片在便携设备和基座充电单元之间形成一2mm的气隙以通过自然对流提供便携设备的冷却。便携设备和电源板之间的气隙的间距可以增加；然而，可再充电蓄电池中感应的充电电流将减小从而增加充满可再充电蓄电池所需的时间。可选的，便携设备和电源板之间的气隙的间距可以减小，然而，蓄电池温度将升高从而增加开启自保护模式的几率。

虽然通过特定的实施方式非常具体地对本发明进行了描述，但本发明相关领域技术人员容易理解如以下权利要求所限定的各种替代设计和实施方式都可以实现本发明。

Claims

1.一种便携设备再充电系统，包括：

基座单元，产生电磁场；

便携设备，包括被电磁场感应充电的可再充电蓄电池；以及

2.根据权利要求1所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片在所述基座单元和所述便携设备之间保持2mm的气隙。

3.根据权利要求1所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片在所述基座单元和所述便携设备之间保持大于0mm且小于2mm的气隙。

4.根据权利要求1所述的便携设备再充电系统，进一步包括电源板，电源板包括电源板表面，其中所述基座单元被集成到所述电源板中。

5.根据权利要求4所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片集成为所述电源板的一部分，其中所述间隔片和所述电源板包括相同的材料组成。

6.根据权利要求4所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片独立于所述电源板形成。

7.根据权利要求4所述的便携设备再充电系统，其中所述间隔片的材料组成被选择用于最小化存储在电源板中的热量向便携设备的接触外部表面的热传导。

8.根据权利要求1所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造被选择用于最大化所述电源板表面和便携设备之间的气流。

9.根据权利要求8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括正方形构造。

10.根据权利要求8所述的便携设备再充电系统，其中所述电源板表面上的所述间隔片的构造包括三角形构造。