CN104037952A - 具有多兼容性的无线充电器和充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种与多种无线充电方案兼容的无线充电器和充电系统。无线充电器包括具有发射部件的充电模块，所述发射部件向可充电装置的接收部件传送无线电能，以使可充电装置的电池能够充电。如果可充电装置与识别出的无线充电方案兼容，即可使用与该无线充电方案兼容的充电协议开始充电过程，并且充电模块能够为可充电装置充电。

Description

具有多兼容性的无线充电器和充电系统

技术领域

本发明总体涉及无线充电器，并且具体涉及可与多种无线充电方案兼容使用的无线充电器。

背景技术

无线充电器正日益受到欢迎，并且目前存在许多可供选择的无线充电方案。通常，不同的无线充电方案彼此不兼容。例如最流行的无线充电方案中的两种——和充电技术。不幸地，兼容装置不能由使用充电技术的无线充电器充电，反之亦然。这样，使用者可能被迫依靠单独的无线充电方案，或者混合并匹配多种无线充电方案来确保他们的充电需求得到满足。因此，需要一种与流行的无线充电方案多兼容的无线充电器。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于可充电装置的无线充电器，其中可充电装置与特定的无线充电方案兼容并且具有配置为接收无线电能的接收部件。该无线充电器包括具有发射部件的充电模块，该发射部件配置为根据从多个充电协议中选择的充电协议向接收部件传送无线电能，该充电协议与特定的无线充电方案兼容。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆的无线充电系统，该系统可与和特定的无线充电方案兼容的可充电装置使用。该无线充电系统包括充电模块，其配置为根据从多个充电协议中选择的充电协议为可充电装置无线地充电，所述充电协议与特定的无线充电方案兼容。所述无线充电系统还包括主模块，其与所述充电模块分离，并且配置为控制所述充电模块。

在阅读以下说明书、权利要求书和附图的基础上，所属领域的技术人员将理解并领会本发明的这些及其他方面、目的和特征。

附图说明

附图中：

图1是充电模块的一实施例的侧剖视图；

图2是充电模块的一实施例的俯视图，其中示出了发射部件的一种可能的配置；

图3是充电模块的一实施例的俯视图，其中缓冲器总成示为处在固定具有第一宽度的可充电装置的第一位置；

图4是充电模块的一实施例的俯视图，其中缓冲器总成示为处在固定具有第二宽度的可充电装置的第二位置；

图5是在车辆中使用的充电系统的示意图，其中充电模块以独立式单元起作用；

图6是在车辆中使用的充电系统的示意图，其中充电模块以附属单元起作用，并且由主模块控制。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明的具体实施例。然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是能够以不同及可替换形式实施的本发明的示例性实施例。附图不一定是详细的设计，并且一些示意图可能被放大或缩小来进行功能概述。因此，在此公开的结构性和功能性细节不能被理解为限定，而仅仅是教导所属领域的技术人员不同地实施本发明的代表性基础。

正如在此使用的，当在两个或多个项目的列表中使用时，术语“和/或”意味着所列项目中的任何一个能够单独使用，或者可以使用两个或多个所列项目的结合。例如，如果一种组合物描述为包含组分A、B和/或C，则该组合物可以单独包含A；单独包含B；单独包含C；包含A和B的结合；A和C的结合；B和C的结合；或A、B和C的结合。

为了促进对本发明的理解，为了说明的目的，在车辆设置中引用在此描述的实施例。然而，应该理解的是，本发明适用于多种设置，并且不限于只在车辆中使用。

现在参照图1，充电模块10总体上显示为平齐地安装到车辆内部13的表面12上。优选地，表面12是容易接近的并且不会阻碍车辆内其他部件的使用。一种适合的表面12包括车辆的中央控制台区域。为了将充电模块10安装到表面12上，充电模块10可以包括多个固定到表面12下面的螺纹环14。

充电模块10包括本体16，其优选地是塑料的并且限定内部空间18和充电表面20。充电表面20优选地是单色A类表面类型，并且直接支承可充电装置22，例如移动电话或与充电模块10兼容的其他便携式电子装置。在本实施例中，内部组件安置在层列式总成19内的内部空间18中。第一层形成配置为向通常耦接到可充电装置22用于为可充电装置22的电池充电的接收部件26无线地传输电能的发射部件24。第二层形成例如铁氧体的屏蔽部件28来最小化无线电能传输过程中产生的电磁场(EMF)的影响。第三层形成使功率损耗最小化并且优选地由铝或铜制成的散热片30。第四层形成配置为向发射部件24提供能量来为可充电装置22无线地充电的印刷电路板31(在此称为PCB)。该PCB31由车辆电源(未示出)供给能量，并且能够使用常用的车辆线束33电耦接到车辆电源。为了支承层列式总成19，可以在内部空间18内配备一个或多个支承垫片34，并且该垫片安置在PCB31和本体16的底面35之间。

通常，为了实现最佳无线充电，发射部件24和接收部件26必须精确地对齐。这对于常用的采用或者充电技术的无线充电方案尤其明显，这两种充电技术都提供用于向装有它们各自的接收部件26的不同兼容装置充电的唯一的充电协议。因此，考虑到接收部件26的位置和/或充电协议将依赖装置本身和/或适合的无线充电方案而变化的可能性，提供具有多兼容性的无线充电器的挑战是，促进发射部件24和接收部件26之间有效的无线电能传输。

为了应对这一挑战，充电模块10的一个实施例在图2中总体示出，

并且配置为基于无线感应原理为可充电装置22充电。在该实施例中，发射部件24包括一个或多个配置为向兼容或的装置的接收部件26感应地传输电能的发射线圈36，所述兼容装置通常包括接收线圈(未示出)。正如以上所述的，用于任何具体的可充电装置22的接收部件26的位置可能不总是已经确定的，这阻碍了精确对齐发射部件24和接收部件26的能力。为了解决此问题，优选具有Litz线绕组的三个发射线圈36排列在该实施例中，并且配置为实质上与充电表面20相一致以便使至少一个发射线圈36能够与接收线圈精确对齐，因此能够开始充电过程。

为了防止可充电装置22移动并且可能引起接收线圈与发射线圈36不再对齐，如图3和4所示，可以采用缓冲器总成38或其他合适的保持总成。缓冲器总成38包括与第二缓冲器38b相对安置的第一缓冲器38a，其中每一个缓冲器38a、38b配置为远离充电表面20的中心一起移动以便允许将可充电装置22插入每个缓冲器38a、38b之间。另外，缓冲器38a、38b可以是弹簧加载的，具有帮助每个缓冲器38a、38b向充电表面20的中心返回的偏置。通过这种方式，缓冲器总成38提供将不同宽度的可充电装置22可移除地固定到充电表面20上所必需的支承力，以便能够产生无间断的感应式充电。

现在参照图5和6，总体示出了在车辆内部使用的充电系统39的示意图，其中每个充电系统39配置为向和兼容装置无线地充电，并且包括先前实施例的充电模块10。

如每个示意图中所示，充电系统39包括每一个都是充电模块10的一部分的第一控制器40和第二控制器42。第一和第二控制器40、42连接到发射线圈36，并且由电源电路44供电。第一控制器40配置为基于充电协议起动无线充电，而第二控制器42配置为基于充电协议起动无线充电。应该理解的是第一和第二控制器40、42配置为排他地运行，因此当一个开启时，另一个关闭。另外，应该注意的是和充电协议具有不同的工作电压。通常，充电协议具有接近19伏的直流电压要求，而充电协议具有接近18伏的直流电压要求。为了向第一和第二控制器40、42提供需要的电压，电源电路44连接到通常提供12伏直流电压的车辆电源。该电源电路44包括直流-直流整流器45将所提供的电压从12伏直流电压转换到19伏直流电压，从而满足第一控制器40的电压需要。为了满足第二控制器42的电压需要，可以将二极管46串联添加到电源电路44中来产生从19伏直流电压到18伏直流电压的压降。正如所属领域的技术人员显而易见的，可以采用其他电路配置来获得不同的电势。

可选择地，充电系统39可以包括一个或多个状态指示器48，其配置为向车辆乘员提供充电信息，并且可以配备在充电模块10的任何可见表面上。例如，与第一和第二充电协议相关联的第一和第二状态指示器48a、48b可以用于通知车辆乘员正在使用哪一充电协议。同样，充电系统39可以包括第三状态指示器48c，其用于通知车辆乘员可充电装置22的当前充电状态。优选地，每一个状态指示器48可在视觉上彼此区分，因此乘员能够轻易地识别提供的信息类型。例如，适合的第一和第二状态指示器48a、48b可以包括用于每个相关充电协议的不同颜色的光和/或照明的标识，而适合的第三状态指示器48c可以包括显示充电比例和/或分布的照明的电池图标。

充电系统39还可以优选地包括USB接口49，以使乘员能够不采用无线充电，而通过将可充电装置22插入USB接口49采用传统的有线充电为其充电。由于同时包括了USB接口49，可以同时为至少两个可充电装置22充电，其中一个使用USB接口49充电，而另一个使用充电模块10充电。另外应该领会的是可以使用其他有线充电连接。

充电系统39还包括微控制器50或配置为与其他充电系统39组件通信的其他适合的处理单元，例如通过本地互联网络(LIN)51与第一和第二控制器40、42通信，以及通过控制器区域网络(CAN)总线52与车辆网络通信。正因如此，网络连通性的额外好处打开了将充电系统39与已有的车辆系统合并的各种有用特征的大门。例如，在车辆电池变得非常低的情况下，活跃的充电过程可以选择性地关闭以允许车辆电池更好地支持其他车辆系统。在另一示例中，相互作用的车辆系统——例如前方中央显示器和/或音频系统可以用于向给定的可充电装置22提供有用的充电信息，例如充电状态，或者通知乘员是否检测到不兼容的装置。在又一示例中，相互作用的车辆系统还可以用于通知乘员是否检测到无意的双重充电，这通常发生在当通过USB接口49充电的可充电装置22同时放在充电表面20上诱导无线充电时，并且可能损害可充电装置22和/或充电系统39。然而这只是得益于网络连通性的几个实施例，所属领域的技术人员显而易见的是，许多更加有用的应用也是可能的。

如图5所示，电源电路44和微控制器50都配备在充电模块10中。在该配置中，充电模块10可以作为装填内置式充电系统39的独立式单元起作用，并且只需要一个外部电源。正如先前描述的，充电模块10可以使用螺纹环14或其他适合的固定装置集成到车辆表面12。

图6示出了一种可替换配置，其中电源电路44和微控制器48配备在与充电模块10分离的主模块54中，并且可以与任何适合的车辆结构和/或系统集成。在该配置中，充充电模块10作为主模块54控制下的附属单元起作用，作为包含电源电路44和微控制器50的结果，主模块54启动充电过程并且向充电模块10提供电能。由于充电模块10中没有电源电路44，增加了尺寸缩减的机会，因为相对其他充电系统组件，电源电路44和所附的直流-直流整流器45通常消耗较大的空间。因此，充电模块10可以具有更小的轮廓使它更加容易适应于更佳的区域，例如车辆的中央控制台、扶手、和/或座椅靠背。如先前描述的，主模块54和充电模块10中的组件得益于网络连通性，并且因此可能的是额外的充电模块10可以与主模块54联网以便在车辆内部的更多区域向乘员提供额外的充电机会。

在每一种配置中，当在充电模块10的充电表面20上检测到可充电装置22时，微控制器50负责启动充电过程。可以使用多种已知方法——例如电容感应、红外摄像机、蓝牙间断光束传感器和/或压力开关中的任何一种检测可充电装置22。在充电过程一开始时，微控制器50首先确定可充电装置是还是兼容的。为了做到这一点，微控制器50通过侦测(pinging)可充电装置22的接收器(未示出)最后一次活跃的充电协议来估算兼容性而开始感应查询。通常接收器是针对特定的充电协议的并且预装有相应的接收部件26和相关充电电路，所有这些通常与可充电装置22集成或配备在可充电装置22的支承架中。如果兼容，在微控制器50和接收器之间发生同步信号交换(handshake)，借此通过将接收的信号强度和控制数据传递给微控制器50，接收器指示其出现。如果不兼容，在微控制器和接收器26之间没有同步信号交换发生，这促使微控制器50切换到队列中的下一个充电协议，并开始另一感应查询。通过这种方式，可能的是，采用多个选择的充电协议和以上述方式通过它们循环，直到发生期望的同步信号交换。如果在感应查询结束时没有发现兼容的接收器，就可以通知乘员已经检测到不兼容的装置。

关于图5和6中的充电系统39，最后一次活跃的充电协议是协议或协议，并且通常保存在微控制器44的存储位置。在没有可用的最后一次活跃的充电协议时，协议或协议中的一个可能被指定为用于开始感应查询的默认充电协议。

一旦确定了需要的充电协议，只要至少一个发射线圈36被识别为与接收线圈精确对齐，就可以开始无线充电过程。目前，充电协议降级为与单独发射线圈36一起使用，而充电协议可使用一个或更多发射线圈36操作。因此，当为兼容装置充电时，必须采取步骤来确定哪一个发射线圈36与接收线圈最精确地对齐，并且随后向第二控制器42发射信号来触发起动仅使用选择的发射线圈36的充电协议最为有效地向接收线圈传输无线电能。一种可能的方法包括，配置微控制器50使其可选择地将发射线圈36每次一个地连接到电源电路44，以及选择具有最高负载电能值并且因此最精确对齐的发射线圈36向接收线圈充电，同时保持剩余线圈不与电源电路44连接。在金永信(Kim-YeungSip)于2009年8月13日提交的名称为“无线充电系统”的8,120,316B2号美国专利中描述了这一方法，该专利的全部公开内容通过引用的方式合并于此。

为了给兼容装置充电，微控制器50也可以选择依照为充电协议制定的方法的发射线圈36，并且随后向第一控制器40发射信号来起动充电协议。对于兼容装置，如果期望更多的功能，可能的是，在接收线圈至少部分与多于一个的发射线圈36对齐的实例中，将微控制器50配置为选择多于一个的发射线圈36来更有效地为兼容装置充电。例如，如果识别的两个最高负载的电源大体上相似，微控制器50可以选择使用两个相应的发射线圈36来给兼容装置充电，而不是选择具有独立最高负载电源的发射线圈36。

在选择的充电协议完成或乘员过早移走可充电装置时，微控制器50将选择的充电协议保存在存储器中，用作下一充电过程的最后一次活跃的充电协议。

相应地，在此已经有利地提供了具有多兼容性的无线充电器。该无线充电器能够有效地给为不同充电协议配置的可充电装置——例如和兼容装置充电，并且可以尤其适合在车辆中使用，并且配置通过车辆网络通信。

应该理解的是，在不脱离本发明思想的前提下，前面叙述的结构能够做出变型和修改，并且进一步要理解的是，这些思想旨在由以下权利要求覆盖，除非这些权利要求另有明确的文字说明。

Claims (10)

1.一种用于可充电装置的无线充电器，所述可充电装置与特定的无线充电方案兼容并且具有配置为接收无线电能的接收部件，其特征在于，所述无线充电器包括：

充电模块，其具有配置为按照从多个充电协议中选择的充电协议向接收部件发射无线电能的发射部件，所述充电协议与特定的无线充电方案兼容。

2.根据权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，进一步包含处理单元，其配置为确定特定的无线充电方案，以及在此基础上选择充电协议。

3.根据权利要求2所述的无线充电器，其特征在于，所述处理单元将充电协议传输给配置为起动所述充电协议的控制器。

4.根据权利要求3所述的无线充电器，其特征在于，进一步包含电源电路，其连接至电源并且配置为向所述控制器提供电能。

5.根据权利要求1所述的无线充电器，其特征在于，所述充电模块进一步包含：充电表面，其支承可充电装置；以及支承总成，在无线充电过程中其可移除地固定可充电装置。

6.一种车辆无线充电系统，其可与和特定无线充电方案兼容的可充电装置一起使用，其特征在于，包含：

至少一个充电模块，其配置为根据从多个充电协议中选择的充电协议向可充电装置无线地充电，所述充电协议与特定的无线充电方案兼容。

7.根据权利要求6所述的车辆无线充电系统，其特征在于，进一步包含处理单元，其配置为确定特定的无线充电方案，以及在此基础上选择充电协议。

8.根据权利要求7所述的车辆无线充电系统，其特征在于，所述处理单元将充电协议传输给控制器，所述控制器是所述至少一个充电模块的一部分，并且配置为起动充电协议。

9.根据权利要求8所述的车辆无线充电系统，其特征在于，进一步包含电源电路，其连接至电源并且配置为向所述控制器提供电能。

10.根据权利要求9所述的车辆无线充电系统，其特征在于，所述处理单元和电源电路配备在主模块中，其中所述主模块与所述至少一个充电模块分离。