CN104253468A - 一种移动式无线充电系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式无线充电系统及控制方法，该系统包括移动充电模块与无线充电模块，移动充电模块包括充电电池，所述充电电池是电能存储单元，用于为无线充电模块供电；无线充电模块包括PWM驱动及逆变模块、谐振模块，PWM驱动及逆变模块用于将PWM控制信号进行功率驱动，并将直流信号转换成交流信号；谐振模块包括谐振电容和发射线圈，在发射线圈中产生交变的电磁场，为负载供电；移充电模块与无线充电模块设置共同的控制模块、放电电压检测模块与放电电流检测模块。采用将移动电源模块和无线供电模块融合在一起的方式，电压、电流采样电路共用、控制模块融合，本发明的控制方法控制流程清晰，供电优先级关系明确，实现对移动电源模块和无线供电模块的无缝配合与有序控制。

Description

一种移动式无线充电系统及控制方法

技术领域

本发明涉及移动充电技术领域，具体地说，涉及一种移动式无线充电系统及控制方法。

背景技术

无线充电技术以其非接触、快捷充电等优点得到越来越广泛的应用，但无线充电技术一般依赖固定的电源系统，使无线充电技术的应用受到局限，现有技术中已有把无线充电系统与移动电源系统相结合的例子，可以弥补无线充电技术的缺陷，但现有技术中存在以下问题：

1、控制流程不够清晰，两个模块各自有控制流程，造成系统工作时工作流程复杂；

2、采样电路有冗余：移动电源方案中有检测电池放电电压和放电电流部分，无线充电模块有检测输入电压及输入电流部分。这两个部分对采样功能来说是相同的，不同的是在移动电源模块和无线充电模块中的用途不同；

3、移动电源模块电流判定值设置不够灵活：无线充电模块没有接收端放置时，移动电源模块要根据无线充电模块消耗的电流判定为无负载而进入待机模式；无线模块有接收端方式时，移动电源模块要根据消耗电流判断有负载并且优先为负载供电。由于移动电源模块的电流判断值一般为确定的，所以待机、充电状态及充电的优先级控制易产生混乱。

发明内容

为了解决现有移动式无线充电系统存在的问题，本发明提出一种移动式无线充电系统及控制方法，其具体的技术方案如下：

一种移动式无线充电系统，包括移动充电模块与无线充电模块，移动充电模块包括充电电池，充电电池是电能存储单元，用于为无线充电模块供电；无线充电模块包括PWM驱动及逆变模块、谐振模块，其中：PWM驱动及逆变模块用于将PWM控制信号进行功率驱动，并将直流信号转换成交流信号；谐振模块包括谐振电容和发射线圈，在发射线圈中产生交变的电磁场，为负载供电；移充电模块与无线充电模块设置共同的控制模块、放电电压检测模块与放电电流检测模块，其中，放电电压检测模块、放电电流检测模块分别用于检测输出到无线充电模块的电压与电流，并将信号输出至控制模块；控制模块用于控制充电电池的充电、放电，并控制调整PWM输出参数，使无线发射模块能够根据接收端的变化实时调节。

进一步地，移动充电模块还包括电池充电模块、电池放电模块、电池放电控制模块，其中：电池充电模块用于将外接电源经过降压对电池进行充电；电池放电模块用于将电池电压经过升压对无线充电模块进行供电；电池放电控制模块通过外部触发信号，用于将系统从待机模式唤醒，使系统进入到无线供电工作模式。

作为改进，无线充电模块还包括无线电源管理模块、线圈状态检测模块、无线充电指示模块，其中：无线电源管理模块用于对通过无线充电模块的电压进行稳压调节；线圈状态检测模块是检测线圈中电压、电流的变化，为控制模块识别无线接收端的状态提供依据；无线充电指示模块，指示无线充电模块处于待机、充电、充满或出错等各种状态。

作为改进，该系统还设置有用于控制是否为无线供电模块输出电源的电源输出控制模块与用来是用来检测是否有外接DC电源接入的系统输入电压检测模块。

作为优选方案，充电电池为锂离子充电电池或镍锌充电电池。

移动式无线充电系统控制方法，包括以下步骤：

A：放电电源检测模块检测输出到无线充电模块的电流，判断是否外接负载；

B：系统输入电压检测模块检测是否有外接电源；

C：控制模块实时根据步骤A、B的检测结果，按如下程序发出控制指令：

如果有外接电源、外接负载接入，执行步骤D；

如果有外接电源，无外接负载接入，执行步骤G；

如果无外接电源，有外接负载接入，执行步骤E；

如果无外接电源，无外接负载接入，执行步骤H；

D：放电电压检测模块检测输出到无线充电模块的电压，如检测到电压降低，即外接电源功率不能满足负载需求，执行步骤E、F；如未检测到电压降低，即外接电源功率有剩余，同时执行步骤F、G；

E：电池通过电池放电模块升压对负载进行供电；

F：外接电源为无线充电模块的负载供电；

G：外接电源为电池进行充电至电量充满；

H：系统进入待机模式。

本发明所提供的一种移动式无线充电系统及控制方法，具有以下优点：

第一：采用将移动电源模块和无线供电模块融合在一起的方式，电压、电流采样电路可以共用，节省一套采样电路；尤其是对现有无线供电模块中的低功耗模块进行了优化，移动电源模块与无线充电模块设置共同的放电电压检测模块与放电电流检测模块，一旦上述检测模块判定无线模块无负载，即可进入待机模式，有利于节能，且省略了无线供电模块中的低功耗模块；

第二：控制模块融合使得控制流程更加清晰，易于实现移动电源模块和无线供电模块的无缝配合，使系统按照电源对负载充电、电池补充电源为负载充电、电池放电对负载充电、电源对电池充电、待机等优先级顺序进行工作，提高了实用性。

附图说明

图1为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法的功能结构示意图；

图2为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法的总流程示意图；

图3为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法的在待机状态下外接电源时的工作流程图；

图4为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法电池放电提供负载充电时的工作流程图；

图5为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法外接电源为电池充电的工作流程图；

图6为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法电池放电为负载供电时接入外接电源的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的一种移动式无线充电系统及控制方法作进一步详细的说明。

从图1可以看出，本移动式无线充电系统包括移动电源模块和无线充电模块。和普通将移动电源和无线充电模块直接连接在一起不同，系统对两个模块进行了融合，控制模块、放电电压检测及放电电流检测为移动电源模块和无线充电两个模块的共用部分。除这两部分外，还包括电源输出控制模块与系统输入电压检测模块。电源输出控制模块，是用来控制是否为无线供电模块输出电源；系统输入电压检测模块，是用来检测是否有外接DC电源接入，并判断接入电压的电平；

移动电源模块包括：控制模块、电池充电模块、电池放电模块、充电电池、电池放电控制、电池状态显示、电池充电电流的检测、放电电压的检测以及放电电流的检测等功能模块。

控制模块是通过检测输入电压、输出电压、输出电流等的状态来控制电池的充、放电，并进行状态显示；

电池充电模块是将外接电源经过降压对电池进行充电；

电池放电模块是将电池电压经过升压对无线充电模块进行供电；

充电电池是带有保护板的电能存储单元，电池可以是锂离子充电电池、镍锌充电电池等；

电池充电电流检测是控制模块通过电池充电电流来判断电池处于充电曲线的预充、恒流充或恒压充等状态。控制模块也可以通过电流检测电阻的阻值来限定最大恒流充电的电流值；

电池放电控制，是外部触发信号，用来将系统从待机模式唤醒，进入到无线供电工作模式。触发信号可以是按键，也可以是根据电容感应、磁感应等方式感应到无线充电接收端放置在无线充电模块的发射线圈上来自动唤醒电池开启放电，为无线充电模块供电；

电池状态显示是控制模块根据电池电压判断电池电量并由LED灯显示，还可以通过LED灯的闪烁方式来显示电池处于充电模式或放电模式。

放电电压检测是控制模块检测输出到无线充电模块的电压，在外接电源为无线充电模块供电时，如果检测到电压降低则是外接电源功率不能满足无线充电模块的需求，控制模块可以通过控制电池放电模块进行功率补充。

放电电流检测是用来检测电池放电时输出到无线充电模块的电流，如果无线充电模块没有电能接收端模块放置，则无线充电模块的电流很小，控制模块可以通过判断电流值来关闭电池放电，使系统进入到待机状态，节省电能；如果有接收端模块放置，控制模块也可以通过充电模块的电流来判断，并保证持续电池放电为无线充电模块供电。

无线充电模块包括控制模块、输入电压检测（移动电源模块的放电电压检测）、输入电流检测（移动电源模块的放电电流检测）、无线电源管理模块、PWM驱动及逆变模块、谐振模块、线圈状态检测模块以及无线充电状态显示等部分。

控制模块产生无线供电PWM输出控制信号，并采集线圈中反馈的信息判定接收端的状态，进而调整PWM输出参数，使无线发射模块能够根据接收端的变化实时调节，保证系统高效的进行能量传输。控制模块还通过状态指示模块指示无线充电系统处于待机、充电、充满或出错等各种状态；

输入电压检测和输入电流检测结果用来计算无线充电模块的功率，包括电路损耗及无线供电模块发出的功率；

无线电源管理模块通过移动电源管理模块过来的电源来进行电压稳定及转换，为无线电源管理控制模块、PWM驱动及逆变模块、线圈状态检测模块来供电；

PWM驱动及逆变模块将控制模块输出的PWM控制信号进行功率驱动，并将直流信号转换成交流信号；

谐振模块包括谐振电容和发射线圈，谐振电容和发射线圈之间可以是串联模式、并联模式或串并结合模式。发射线圈中产生交变的电磁场，接收端线圈放置在发射线圈上面时，通过电磁感应原理，无线充电模块将能量传输到无线接收模块中；

线圈状态检测模块是检测线圈中电压、电流的变化，控制模块根据变化来判断无线接收端的状态。无线接收端模块也可以通过载波的方式将功率需求等信号传输到无线充电模块中，检测模块通过滤波等处理解调出通信信号，控制模块能够更为精确地控制无线能量的传输；

无线充电指示模块，指示无线充电系统处于待机、充电、充满或出错等各种状态。

本系统的控制流程如图2所示，从图2中可以看出：

待机状态下外接电源，如果有无线负载，优先为无线负载供电，其次为电池充电；

待机状态下由电池放电为无线模块供电，如果电池电量不足则回到待机状态； 

外接电源为电池充电过程中，如果发现有无线负载，外接电源优先为无线负载供电；

电池放电为无线模块供电过程中接入外接电源，如果有外接电源接入，外接电源为无线模块供电，电池作为补充。

图3为本发明的移动式无线充电系统在待机状态下外接电源时的流程图，从图3中可以看出：

系统待机时一旦检测到有外接电源接入，就根据放电电流来判断无线供电模块是否有接收端负载放置；

如果有无线接收端，则优先为无线充电模块供电；如果无接收端放置，则系统为电池充电，并通过LED灯显示电池处于充电状态及电池电量级别；如果电池充满则系统返回到待机状态；

外接电源为无线充电模块供电时，如果外接电源功率有剩余，则同时为电池充电；如果外接电源功率不足，则电池放电来补充功率，保证无线充电功能的顺利进行。

图4为本发明一种移动式无线充电系统及控制方法在待机状态下由电池放电提供无线充电模块供电时的流程图，从图4中可以看出：

系统在待机模式下，一旦检测到有电池放电控制信号，则电池就进入放电模式，同时LED等显示电池电量；

此时控制模块通过检测电池的放电电流来判断是否有无线接收端模块放置，如果没有接收端放置，系统重新回到待机模式，以节省电能。如果有则电池持续放电为无线充电模块提供电能；如果电池电量不足则系统回到待机模式。

图5有外接电源为电池充电过程中的流程图，从图5中可以看出：

电池充电过程中检测电池是否充满，如果充满则回到待机状态，如果没有充满则持续进行充电。

电池充电过程中检测放电电流，一旦判断有无线接收端放置，则外接电源优先为无线充电模块供电；同时通过检测放电电压来判断外接电源功率是否能满足无线充电模块的需要；

如果外接电源功率不足，则电池放电来进行功率补充；如果外接电源有剩余，则在无线充电的同时进行电池充电。

图6电池放电为无线模块供电时接入外接电源情况下的工作流程图，从图6中可以看出：

系统检测到电池放电控制信号，电池开始放电并通过LED灯指示电池电量；

系统通过放电电流来判断无线模块是否有负载，如果有负载，则电池持续给无线供电模块提供电能；如果判断没有负载，系统重新回到待机状态；

电池放电为无线供电模块提供电源时，一旦检测到有外接电源接入，则采用外接电源为无线供电模块供电；

通过放电电压的变化来判断外接电源功率是否足够无线电能模块需求，如果不足，电池持续放电补充功率；如果外接电源足够则不需要电池放电；如果外接电源功率有剩余则为电池进行充电。

Claims (6)

1.一种移动式无线充电系统，包括移动充电模块与无线充电模块，其特征在于： 

所述移动充电模块包括充电电池，所述充电电池是电能存储单元，用于为无线充电模块供电；

所述无线充电模块包括PWM驱动及逆变模块、谐振模块，其中：

PWM驱动及逆变模块用于将PWM控制信号进行功率驱动，并将直流信号转换成交流信号；

谐振模块包括谐振电容和发射线圈，在发射线圈中产生交变的电磁场，为负载供电；

移充电模块与无线充电模块设置共同的控制模块、放电电压检测模块与放电电流检测模块，其中，

放电电压检测模块、放电电流检测模块分别用于检测输出到无线充电模块的电压与电流，并将信号输出至控制模块；

控制模块用于控制充电电池的充电、放电，并控制调整PWM输出参数，使无线发射模块能够根据接收端的变化实时调节。

2.根据权利要求1所述的一种移动式无线充电系统，其特征在于：所述移动充电模块还包括电池充电模块、电池放电模块、电池放电控制模块，其中：

电池充电模块用于将外接电源经过降压对电池进行充电；

电池放电模块用于将电池电压经过升压对无线充电模块进行供电；

电池放电控制模块通过外部触发信号，用于将系统从待机模式唤醒，使系统进入到无线供电工作模式。

3.根据权利要求1所述的一种移动式无线充电系统，其特征在于：所述无线充电模块还包括无线电源管理模块、线圈状态检测模块、无线充电指示模块，其中：

无线电源管理模块用于对通过无线充电模块的电压进行稳压调节；

线圈状态检测模块是检测线圈中电压、电流的变化，为控制模块识别无线接收端的状态提供依据；

无线充电指示模块，指示无线充电模块处于待机、充电、充满或出错等各种状态。

4.根据权利要求1所述的一种移动式无线充电系统，其特征在于：该系统还设置有用于控制是否为无线供电模块输出电源的电源输出控制模块与用来是用来检测是否有外接电源接入的系统输入电压检测模块。

5.根据权利要求1所述的一种移动式无线充电系统，其特征在于：所述充电电池为锂离子充电电池或镍锌充电电池。

6. 移动式无线充电系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

A：放电电源检测模块检测输出到无线充电模块的电流，判断是否外接负载；

B：系统输入电压检测模块检测是否有外接电源；

C：控制模块实时根据步骤A、B的检测结果，按如下程序发出控制指令：

如果有外接电源、外接负载接入，执行步骤D；

如果有外接电源，无外接负载接入，执行步骤G；

如果无外接电源，有外接负载接入，执行步骤E；

如果无外接电源，无外接负载接入，执行步骤H；

D：放电电压检测模块检测输出到无线充电模块的电压，如检测到电压降低，即外接电源功率不能满足负载需求，执行步骤E、F；如未检测到电压降低，即外接电源功率有剩余，同时执行步骤F、G；

E：电池通过电池放电模块升压对负载进行供电；

F：外接电源为无线充电模块的负载供电；

G：外接电源为电池进行充电至电量充满；

H：系统进入待机模式。