CN105471029B - 无线充电系统及其无线充电装置 - Google Patents

Abstract

一种无线充电系统及其无线充电装置，无线充电系统包括待充电设备和无线充电装置，待充电设备包括支持无线充电的目标电池和第一通信单元，无线充电装置包括充电单元、启动控制单元和第二通信单元，所述充电单元包括电源、充电电路、放电电路和充电控制单元；无线充电装置识别出待充电设备的充电需求后，对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；第一充电阶段以恒定电压对目标电池充电；放电阶段以持续降低的放电电压对目标电池放电，直至电压为零；第二充电阶段以持续上升的充电电压对目标电池充电，直至电压为恒定电压。本发明能同时满足无线充电的便捷性以及延长续航时间和电池寿命的要求。

Description

无线充电系统及其无线充电装置

技术领域

本发明涉及充电技术领域，特别涉及一种无线充电系统及其无线充电装置。

背景技术

无线充电技术(Wireless charging technology)，源于无线电能传输技术，小功率无线充电常采用电磁感应式(如对手机充电的Qi方式)，大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。目前主流的无线充电标准有四种：Qi标准、PMA(Power Matters Alliance)标准、A4WP(Alliance for Wireless Power)标准、iNPOFi技术(“invisible power field”，即“不可见的能量场”)。

无线充电技术目前越来越多地被应用于电动汽车的充电。在国际上，汽车厂商如奥迪、宝马、奔驰、沃尔沃、丰田等，通信公司如高通等都已经开始研究电动汽车无线充电技术。相比较于国外众多厂商参与的盛况，国内研究无线充电技术的机构并不多，其中以中兴、比亚迪、重庆大学等为代表。其中：中兴于2013年就开始研发无线充电技术，2014年推出了成熟具体的产品和方案；不同于中兴的广为人知，比亚迪据说在2005年就申请了非接触感应式充电器的专利，并在2014年卖给犹他大学的一辆纯电动巴士上配备了WAVE无线充电垫；至于科研机构的代表重庆大学，据说在2002年开始研究给汽车充电的“大功率无线电能充电传输装置”。

通过电磁感应、谐振式等方式对电动汽车(包含纯电动汽车和混合动力汽车)中的蓄电池进行无线充电已经比较公知，然而现有技术中通常更多的只是安排到指定地点(无线充电站)进行无线充电，这无法满足电动汽车正常续航的要求，因为行驶途中一旦没电却又不能及时找到无线充电站，便无 法继续行驶。虽然可以通过在车辆行驶路线附近设置足够的无线充电站，从而确保车辆能够及时补充电量，但如此势必将影响车辆的正常行驶，也可能出现一旦错过某个无线充电站(即没有驶往该无线充电站去进行充电)便没有足够抵达下一个无线充电站的电量。

此外，现有的无线充电站无法实现待充电车辆的自动识别，通常需要借助一定的人为操作，例如启动无线充电装置、确认充电操作、支付充电费用等一系列操作，而对于一些处于行驶状态中的电动汽车，更是无法同时实现行驶中车辆的无线充电以及是否需要充电的识别。

无论是有线充电或是无线充电，对于蓄电池的充电通常采用恒流充电法或恒压充电法。恒流充电法：在充电过程中，充电电流保持恒定，蓄电池电压逐渐升高，此法充电时间较少，但在充电后期，充电电流大部分能量都用来电解水，蓄电池冒出大量气泡，不仅浪费大量电能，而且使极板活性物质脱落。恒压充电法：在充电过程中，充电电压保持恒定，刚充电时，充电电流很大，随着蓄电池电压的升高，充电电流逐渐减小。此法可避免蓄电池过量充电，但充电初期产生的大电流，亦可损坏极板。

为了避免单独采用恒流充电或恒压充电所产生的弊端，通常的做法是采用分级定流充电法或定流定压充电法，即快充浮充法。分级定流充电法将充电过程分成两个阶段，第一阶段用10小时率电流充电6～7小时，第二阶段用20小时率电流充电14～17小时，一般充到单只蓄电池端电压2.6～2.7伏，连续两小时电压不变，并且直到极板冒泡为止。定流定压充电法将充电周期分成两半，前半周期用0.1C电流将蓄电池端电压充至2.3V左右，后半周期自动切换到定压充电。采用这种方法充电，电解液气泡较少，可节省能源，降低蓄电池温升，减少蒸馏水损耗，改善工作环境，避免极板损耗。

无论是恒流充电法、恒压充电法，还是分级定流充电法、定流定压充电法，在充电过程中都不可避免地会产生如下三种极化现象：

1.电阻极化现象：蓄电池充电过程中，正负离子分别向相反符号极板运动，运动中受到一定阻力，称蓄电池内阻，充电电流流过蓄电池内阻，内阻上产生压降，因此，蓄电池端电压将升高。这种因蓄电池内阻变化引起端电 压变化称电阻极化。当充电电流流过极化电阻时，内阻上不断产生热量，导致蓄电池温度上升。

2.浓差极化现象：蓄电池充电过程中，极板表面产生大量离子，在外电源电场作用下，正负离子分别向相反符号极板运动，称离子的电迁移。这种离子电迁移的运动速度远小于化学反应的速度，因此极板和极板附近的离子浓度远大于远离极板处的离子浓度。电解液中离子浓度的不同，必然导致电解液极化。这种因离子浓度差引起的电极电位的变化，称浓差极化。充电电流越大，电化学反应越剧烈，极板表面产生的正负离子越多，因此浓差极化越严重。

3.电化学极化现象：蓄电池充电过程中，外电源不断从蓄电池正极板取得电子输送到负极板，而正负极板上的活性物质与电解液发生电化学反应，但由于电化学反应的速度远小于电子运动的速度，因此，正负极板上形成电荷积累。蓄电池的正负极板形成一个一定容量的电容器，正负极板上积累的电荷越多，则电容器两端电压(即蓄电池端电压)越高，由于电化学反应速度小于电子运动速度而引起的蓄电池端电压升高，称为电化学极化现象。

这三种极化现象都会对充电过程产生影响，其结果是使充电需要更多的电能和更多的时间，尤其是电化学极化现象在实际情况中引起电池电极周边的短暂“钝化”现象，更是大大降低电池充电速度以及缩短电池使用寿命，所以如何克服现有充电方式的缺点，使蓄电池充电省时节能，并延长蓄电池的使用寿命，也成为亟待解决的问题。

综上分析，当存在充电需求时，现有技术难以同时满足待充电设备无线充电便捷性、快速性以及延长续航时间和电池使用寿命的要求。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中难以同时满足待充电设备无线充电便捷性、快速性以及延长续航时间和电池使用寿命的要求。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种无线充电装置，包括：充电单元、启动控制单元和第二通信单元；所述第二通信单元与所述启动控制单元相连，适于在检测到待充电设备所发出的包含其身份信息的无线信号后发 出充电询问请求，以及接收所述待充电设备提供的针对所述充电询问请求的反馈信息；所述启动控制单元还与所述充电单元相连，适于在接收到的所述反馈信息为确认充电的信息时，控制所述充电单元启动对进入充电范围内的所述待充电设备进行无线充电；所述充电单元包括：电源、充电电路、放电电路和充电控制单元；所述电源与所述充电电路相连，所述充电控制单元与所述充电电路和放电电路相连，所述充电电路和放电电路在所述充电控制单元的控制下，对所述待充电设备所包含的支持无线充电的目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电电路在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电电路在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述充电电路还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。

可选的，所述第一充电阶段的维持时间T₀为100微秒～1200微秒。

可选的，所述放电阶段的维持时间T₁满足：T₀/30<T₁<T₀/102。

可选的，所述第二充电阶段的维持时间T₂满足：T₁<T₂≤5*T₁。

可选的，所述放电阶段和第二充电阶段叠加形成的波形为倒锯齿波形。

可选的，所述无线充电装置还包括与所述第二通信单元和充电单元相连的功率控制单元，所述功率控制单元适于在所述待充电设备与所述无线充电装置之间的距离小于或等于预定阈值时，控制所述充电单元增大无线充电的功率。

可选的，所述无线充电装置支持电磁感应式或谐振式无线充电。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种无线充电系统，包括：待充电设备和上述无线充电装置；所述待充电设备包括支持无线充电的目标电池和第一通信单元；所述第一通信单元适于发送包含所述待充电设备的身份信息的无线信号，以及在接收到所述第二通信单元发送的充电询问请求后提供反馈信息。

可选的，所述待充电设备为电动汽车；所述无线充电装置的数量为一个 以上，所述无线充电装置设置的位置包括以下至少一种：预定行驶航线的沿途、靠近交通信号灯的道路区域和停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定的区域。

可选的，所述无线充电装置设置于地面之下。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下优点：

通过将无线充电技术与无线通信技术相结合，一方面为无线充电装置配备无线通信单元，并在待充电设备上也加装相应的无线通信单元，如此当待充电设备位于某个无线充电装置所配备无线通信单元的信号覆盖范围内，待充电设备便能与无线充电装置相互通信以实现身份识别以及充电确认，从而使无线充电装置在待充电设备进入其充电范围期间便捷、准确地对需要补充电能的待充电设备进行无线充电，由此提升待充电设备的续航能力以及达到无线充电便捷性要求；另一方面，无线充电装置通过在以恒定充电电压对待充电设备所包含的目标电池进行充电的过程中间隔地插入适度的放电过程，该放电过程以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，并在该放电过程完毕后施加逐步上升的充电电压直至达到所述恒定充电电压继续进行恒定充电，从而使整个充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段，如此能在目标电池的电极周围形成微环境中电子流的涡流，去除电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态，即最佳充电状态，使电池充电始终保持最佳的充电性能，由此不但能实现目标电池的快速充电，而且还能修复目标电池以延长电池寿命；因此，本发明技术方案提供的无线充电系统不但能够解决待充电设备充电不便、续航能力不佳的问题，又能解决充电速度慢以及缩短电池使用寿命的问题。

进一步地，当所述待充电设备为电动汽车的情况下，将一个以上无线充电装置设置于车辆预定行驶航线的沿途、靠近交通信号灯的道路区域和停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定的区域等特定位置，并且以所述无线充电装置对进入其充电范围内的所述电动汽车进行无线充电，如此能够在不影响车辆正常行驶的情况下，既满足电动汽车无线充电的方便及快速要求，又避免电动汽车的目标电池被反复充电而缩短电池寿命，由此提升电动汽车的续航能力以及延长电池寿命。

进一步地，在所述无线充电装置对目标电池的充电过程中，将所述放电过程施加的电压、电流和功率等均控制在合适的范围内，既能够较好地达到快速充电以及修复电池延长电池寿命的目的，又能够避免因过度放电而影响充电效率以及电池寿命。

进一步地，通过在待充电设备进入无线充电装置的充电范围达到一定程度时，增大后者的充电功率以加快充电速度，从而能够在有限的时间内尽可能多地为待充电设备补充电能，以提升待充电设备的续航能力。

附图说明

图1是本发明实施例的无线充电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的无线充电装置设置于预定行驶航线沿途的示意图；

图3是本发明实施例的无线充电装置设置于靠近交通信号灯的道路区域的示意图；

图4是本发明中无线充电装置设置于停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定区域的示意图；

图5是本发明实施例的无线充电装置进行无线充电时对应充电曲线的示意图；

图6是目标电池的电极周围形成微环境中电子流的涡流的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。

为了同时满足待充电设备无线充电便捷性、快速性以及延长续航时间和电池使用寿命的要求，本实施例提供一种无线充电系统。如图1所示，所述无线充电系统包括待充电设备70和无线充电装置60；所述待充电设备70包括支持无线充电的目标电池701和第一通信单元702；所述无线充电装置60包括充电单元50、启动控制单元20和第二通信单元10；所述第一通信单元702适于发送包含所述待充电设备70的身份信息的无线信号，以及在接收到所述第二通信单元10发送的充电询问请求后提供反馈信息；所述第二通信单 元10与所述启动控制单元20相连，适于在检测到待充电设备70所发出的包含其身份信息的无线信号后发出充电询问请求，以及接收所述待充电设备70提供的针对所述充电询问请求的反馈信息；所述启动控制单元20还与所述充电单元50相连，适于在接收到的所述反馈信息为确认充电的信息时，控制所述充电单元50启动对进入充电范围内的所述待充电设备70进行无线充电；

所述充电单元50包括：电源501、充电电路502、放电电路503和充电控制单元504；所述电源501与所述充电电路502相连，所述充电控制单元504与所述充电电路502和放电电路503相连，所述充电电路502和放电电路503在所述充电控制单元504的控制下，对所述待充电设备70所包含的支持无线充电的目标电池701进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电电路502在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池701进行直流充电；所述放电电路503在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池701进行放电，直至施加的电压为零；所述充电电路502还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。

本实施例中，以所述待充电设备为电动汽车为例进行说明，在其他实施例中，所述待充电设备也可以其他具有通信功能以及具有无线充电需求的设备，例如手机、平板电脑等。

特别地，当所述待充电设备为电动汽车时，所述无线充电系统中的无线充电装置的数量为一个以上，所述无线充电装置设置的位置包括以下至少一种：预定行驶航线的沿途、靠近交通信号灯的道路区域和停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定的区域。

本实施例中，所述无线充电装置60可以设置于上述特定位置的地面之下。具体地，可以将无线充电装置60埋在预定行驶航线沿途道路的路面之下，也可以将无线充电装置60埋在靠近交通信号灯的道路区域的路面之下，还可以将所述无线充电装置60埋在停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定区域的地底。

实际实施时，所述无线充电装置60可以采用电磁感应式的无线充电，也可以采用谐振式的无线充电。所述无线充电装置60具体如何以电磁感应式或谐振式实现对蓄电池的无线充电为本领域技术人员所知晓，此处不再详细描述。

实际实施时，为了实现所述第一通信单元702与第二通信单元10之间的无线通信，需要包含采取同种通信方式的通信芯片，例如RFID芯片、蓝牙芯片、Zigbee芯片、蜂窝移动通信芯片等等。当所述第一通信单元702和第二通信单元10采用RFID芯片、蓝牙芯片和Zigbee芯片的其中一种芯片时，能够以较低成本实现短距离的通信；当所述第一通信单元702和第二通信单元10采用蜂窝移动通信(2G、3G或4G)芯片时，如果基站的信号能够满足一定覆盖范围，则电动汽车与无线充电装置之间的通信距离能够延长。

需要说明的是，本实施例中的电动汽车既可以是纯电动汽车，也可以是混合动力汽车(其中的动力之一为电力驱动)，电动汽车包含的电池组件(即所述目标电池)需要能够支持无线充电。

本实施例的无线充电系统主要是将无线充电技术与无线通信技术相结合，在具体实施时，一方面将多个无线充电装置60设置于电动汽车的预定航行路线之上(埋在地底)，并且加装第一通信单元702；另一方面，在电动汽车上也加装相应的第二通信单元10，且每辆电动汽车有唯一的身份信息(ID)。

无线充电装置60一般处于待机或关机状态，当电动汽车70沿着已设有无线充电装置60的航线行驶时，一旦进入设有无线充电装置60相应第二通信单元10的通信范围，则电动汽车70会收到第二通信单元10发出的类似于“是否进行充电”的询问信息，电动汽车70上的用户通过第一通信单元702发出针对该询问信息的反馈信息，该反馈信息被第二通信单元10接收后，若识别出是“确定充电”，则启动无线充电装置60的充电单元50，对驶来的车辆进行无线充电，一旦车辆驶离充电范围则停止充电，重新进入待机或关机状态。

由于每辆电动汽车都有其身份标识(ID)，所以第二通信单元10能够识别驶来的不同电动汽车(可以理解为用户识别，前提是电动汽车上安装有所 述第一通信单元)及其充电需求，并促使无线充电装置何时开启进行充电。电动汽车只要行驶在该航线上，电量始终能够得到补充，从而保证了长时间续航的可能性。

预定行驶航线的沿途设置方式如图2所示，曲线表示预定行驶航线，圆圈A与B分别表示预定行驶航线的起点或终点，则整个预定行驶航线可以表示为航线AB，圆圈1、2、3、……11、12则分别表示设置于航线AB沿途的各个无线充电装置，每个无线充电装置可以认为是一个“充电点”，“充电点”可以均匀分布在整个航线上，也可以按需分布。这些无线充电装置一般可以埋设于路面之下，随着电动汽车持续行驶，会不断地经过设于路面下的无线充电装置，若当前电量充足也可以选择不进行充电，至少不一定需要在每个“充电点”都进行无线充电，完全可以根据用户的需求选择合适的“充电点”补充电量。虽然车辆通过每个“充电点”的时间比较有限，但至少能及时获得一定的电量补充，只要能够确保“充电点”的合理布局，便可以使车辆保证足够的电能储备，提升续航能力。

除了将无线充电装置60设置于车辆的航行路线之上，还可以考虑将其设置在位于路口设有交通信号灯(红绿灯)附近的道路区域，由于电动汽车经常会短暂停留在设有红绿灯的路口前(遭遇到了红灯)，此时则完全可以充分利用该特殊区域以及这段停留时间对电动汽车的电池组件进行电量补充。

如图3所示，图中示出了一个十字路口，圆圈的位置表示交通信号灯，图中示出了交通信号灯301a、交通信号灯301b、交通信号灯301c和交通信号灯301d，下面以在交通信号灯301a附近的道路区域设置无线充电装置为了进行说明。

交通信号灯301a附近的道路区域如图3中的虚线框302所示，在虚线框302内设置无线充电装置，虚线框302内的斜线填充矩形框303表示遇到红灯而停留在内的电动汽车，此时完全可以通过设置于虚线框302内的无线充电装置(图中未示出)对该电动汽车进行无线充电，相对于对行驶过程中的电动汽车进行无线充电，利用车辆等红灯的这段较长时间，可以为电动汽车补充更多的电量。

需要说明的是，图3中仅以交通信号灯301a附近的一个道路区域为例进行说明，在实际实施时，一个交通信号灯附近也可以包括多个能够设置无线充电装置的道路区域，具体设置与实际道路情况相关。

除了将所述无线充电装置设置于车辆行驶途中的特定位置，本实施例中的无线充电装置还可以设置在停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定的区域。在停车场内，各个设置的无线充电装置由于能够识别出不同的电动汽车，且可以识别各个车辆的无线充电需求，因此不需要借助一定的人为操作也能准确、快速地识别出哪些车辆需要充电，哪些车辆仅仅是需要停车。

具体地，可以将所述无线充电装置埋在停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定区域的地底。如图4所示，图中实线框401a和实线框401b表示停车场内的停车位，虚线框402a表示由两个相邻停车位所确定的区域，点划线框402b表示由一个停车位所确定的区域，正斜线填充的矩形框403a表示停在停车位401a的电动汽车，反斜线填充的矩形框403b表示停在停车位401b的电动汽车，无线充电装置(图中未示出)分别设置于虚线框402a和点划线框402b所示区域的地底，可以在识别出具有充电需求的电动汽车之后，对其进行无线充电。

需要说明的是，图4中仅仅以在由一个停车位或两个相邻停车位所确定区域内设置无线充电装置为例进行说明，在实际实施时，可以根据停车场内停车位的布局情况以及无线充电装置的充电范围，确定出用于设置无线充电装置的相应区域。

本实施例中，电动汽车在行驶过程中，常常会面临短暂充电的过程，为了能够在短时间内尽可能多地补充电量，对于无线充电的速度将提出更高的要求；此外，随着电动汽车的电池组件被频繁充电，电池组件的使用寿命也面临重大考验。

为此，本实施例中的无线充电装置采用了一种实现快速充电且修复电池、延长电池寿命的特定充电方法，其能够解决因充电过程产生的极化/钝化现象而使待充电电池充电速度降低以及缩短电池使用寿命的问题，所述特定充电方法具体包括：对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一 充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。

仍然参阅图1，上述充电方法依靠所述无线充电装置60中的各个组成部分实现，其中电源501与充电电路502相连，用于满足通过充电电路502对目标电池701进行充电时的供电需求，充电控制单元504与充电电路502和放电电路503相连，充电电路502和放电电路503在充电控制单元504的控制下，交替地对目标电池701进行充电和放电。

在实际实施时，电源501具体可以是开关稳压电源，也可以是线性稳压电源，还可以是整流滤波后的脉动电压。

具体实施时，所述放电电路503可以通过反向微分电路予以实现。本领域技术人员知晓，所述反向微分电路可以通过现有技术中的常用手段实现，只不过该反向微分电路工作时需要配合特定的参数设置，具体对无线充电装置60中的反向微分电路的参数设置可以参考以下相关描述。

在实际实施时，对于目标电池的具体充电过程通常可以通过充电曲线予以体现，本发明实施例中使用特殊的充电曲线。如图5所示，横轴表示充电过程的时间进度，纵轴表示充电过程中施加的电压；平行于横轴的水平直线表示以恒定充电电压V_c对目标电池进行直流充电的第一充电阶段，第一充电阶段的持续时间为T₀，T₀＝t₀-0；第一充电阶段结束后，紧接着是以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电的放电阶段，所述放电阶段在图5中以t₀时刻与t₁时刻之间的弧线表示，其在t₀时刻的初始放电电压值(绝对值)一般小于或等于恒定充电电压V_c，图5中以“-V_c”表示该初始放电电压，从t₀时刻开始所施加的放电电压值不断降低，直至达到t₁时刻的0电压，所述放电阶段的持续时间为T₁，T₁＝t₁-t₀；放电阶段结束后，紧接着是以持续上升的充电电压对目标电池进行充电的第二充电阶段，所述第二充电阶段在图5中以t₁时刻与t₂时刻之间的弧线表示，其在t₁时刻所施加的充电电压为0，此后充电电压持续上升，直至达到t₂时刻的充电电压，该充电电压的值即为第一 充电阶段的恒定充电电压V_c，所述第二充电阶段的持续时间为T₂，T₂＝t₂-t₁，至此完成由依次连续的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段构成的一个充电循环过程。

在一个充电循环过程中的所述第二充电阶段结束后，便开始下一个充电循环过程，继续参阅图5，仍然先以恒定充电电压V_c对目标电池进行直流充电，即执行下一个充电循环过程中的第一充电阶段，其持续时间为T₃，T₃＝t₃-t₂，显然T₃＝T₀；同理，此后便继续依次执行本次充电循环过程中放电阶段和第二充电阶段，此前已详细描述，此处不再赘述。

因此，对于目标电池的整个充电过程是由一个个充电循环过程构成，其中的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段依次连续且循环往复。

需要说明的是，本实施例中，一个充电循环过程中是以所述第一充电阶段作为起始阶段为例进行说明的，而本领域技术人员能够理解的是，作为循环往复的过程，所述第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段中的任何一个阶段均可以作为整个充电过程的起始阶段，例如先执行第二充电阶段，而后依次执行第一充电阶段和放电阶段，或者先执行放电阶段，而后依次执行第二充电阶段和第一充电阶段。

本实施例中，所述放电阶段和第二充电阶段叠加在一起形成的波形为倒锯齿波形，如图5中t₀时刻与t₂时刻之间的弧线所示，如此实现了放电阶段与充电阶段之间的平滑过渡，该过程中既没有过多的电压突变，也不存在停止充电的时间间隔，却能够达到去除电极周边的短暂“钝化”现象以保持电池最佳充电性能的目的，并且确保了更高的充电效率，所以整个充电过程的充电曲线可以直观地认为是在“直流波形”(水平的直线)的基础上叠加了“倒锯齿波形”，整体上呈现为一段直线，然后一段斜向上的弧线(即倒锯齿形状的弧线)，再一段直线，再一段斜向上的弧线，如此间隔呈现的波形图。

通过使用上述特殊的充电曲线，能够实现在目标电池的电极周围形成微环境中电子流的涡流，如图6所示，从而去除电池电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态，即最佳充电状态，使电池充电始终保持最佳的充电性能；此外，由于充电电流决定了电阻极化现象和浓差极化现 象的强度，当充电电流中断时(放电阶段)，电阻极化现象和浓差极化现象立即消失。

需要说明的是，虽然现有技术中也会存在对电池进行放电过程，然后再充电，但与本发明技术方案提供的充电方法相比存在本质区别，因为现有技术通常是先经过一个电池放电过程达到一定程度，然后持续以恒定电压进行直流充电，即使另有变化，也只是分阶段，例如前期大功率充电，后期减小充电功率，而非如本发明技术方案那样放电阶段和充电阶段是间隔形成且中间不存在停止充电的时间间隔。

在实际实施时，所述充电过程中的各个阶段的持续时间以及施加的电压、电流、功率等均需要控制在合理的范围之内，尤其是所述放电阶段的反向电流的电压、电流、功率等均要在实验数据以内，否则不但反而会达不到快速充电、修复电池以延长使用寿命的目的，甚至还可能会损坏电池，因为过度放电首先降低充电效率，持续时间长就会容易造成电极表面损伤，影响电极寿命，从而影响电池寿命。

为此，本申请发明人经过长期实验，努力探求所述充电过程中的各个阶段之间的关系以及每个阶段中各项参数的取值范围，这些对于充电效率和电池性能、电池寿命的影响。

作为优选的实施例，本实施例中的第一充电阶段的维持时间T₀为100微秒～1200微秒；所述放电阶段的维持时间T₁应当满足：T₀/30<T₁<T₀/102；所述第二充电阶段的维持时间T₂满足：T₁<T₂≤5*T₁。

当然，在实际实施时，所述放电阶段的维持时间以及施加的电压和电流是需要根据所述目标电池的性能进行确定的。

此外，本实施例提供的无线充电系统中的无线充电装置还可以具有充电功率适应性控制的功能。

具体地，无线充电装置还包括与所述第二通信单元和充电单元相连的功率控制单元，所述功率控制单元适于在所述待充电设备与所述无线充电装置之间的距离小于或等于预定阈值时，控制所述充电单元增大无线充电的功率。

由于当电动汽车与所述无线充电装置之间相距较近时，无线充电时的电 能传递效率较高，此时提高无线充电的功率，既能加快充电速度，又不至于造成过多的电能损耗，因此当电动汽车行驶至离无线充电装置一定距离内时，通过增大无线充电装置的功率(本领域技术人员容易理解，当充电电压为恒定的情况下，通过增大充电电流可以提升充电功率)，能达到加快充电速度的目的。

本实施例中，通过在电动汽车驶近无线充电装置时增大后者的充电功率以加快充电速度，从而能够在有限的时间内尽可能多地为电动汽车补充电能，提高电动汽车的续航能力。

此外，本实施例提供的无线充电系统中的电动汽车还可以具有一些无线充电的辅助功能，包括电量与充电状态显示、各无线充电装置的设置位置信息获取与提示等等。

具体地，所述无线充电系统中的电动汽车还可以包括与支持无线充电的电池组件(目标电池)相连的车载终端，车载终端适于显示所述电池组件的剩余电量以及充电状态，由此能够使用户对电池组件的剩余电量以及充电状态进行监控。

本实施例中，无线充电系统还可以包括存储有各个无线充电装置的设置位置信息的服务器，所述车载终端还包括适于从所述服务器获取所述设置位置信息的第三通信单元。通过所述车载终端获取各个无线充电装置的设置位置信息，便能够使用户了解周边是否存在无线充电装置以及车辆当前位置与最近的无线充电装置之间的距离，从而确定行驶路线以及判断是否存在无线充电的需求。此外，所述车载终端还包括适于对获取的所述设置位置信息作出提示的提示单元。

在实际实施时，所述第一通信单元也可以集成于所述车载终端。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中的无线充电系统及其无线充电装置的全部或部分是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是ROM、RAM、磁碟、光盘等。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任 何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种无线充电装置，其特征在于，包括：充电单元、启动控制单元和第二通信单元；所述第二通信单元与所述启动控制单元相连，适于在检测到待充电设备所发出的包含其身份信息的无线信号后发出充电询问请求，以及接收所述待充电设备提供的针对所述充电询问请求的反馈信息；所述启动控制单元还与所述充电单元相连，适于在接收到的所述反馈信息为确认充电的信息时，控制所述充电单元启动对进入充电范围内的所述待充电设备进行无线充电；

所述充电单元包括：电源、充电电路、放电电路和充电控制单元；所述电源与所述充电电路相连，所述充电控制单元与所述充电电路和放电电路相连，所述充电电路和放电电路在所述充电控制单元的控制下，对所述待充电设备所包含的支持无线充电的目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电电路在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电电路在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述第一充电阶段的维持时间T₀为100微秒～1200微秒；所述充电电路还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述第二充电阶段的维持时间T₂满足：T ₁<T ₂≤5*T ₁；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压；所述放电阶段的维持时间T ₁满足：T ₀/30<T ₁<T ₀/102。

2.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述放电阶段和第二充电阶段叠加形成的波形为倒锯齿波形。

3.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，还包括与所述第二通信单元和充电单元相连的功率控制单元，所述功率控制单元适于在所述待充电设备与所述无线充电装置之间的距离小于或等于预定阈值时，控制所述充电单元增大无线充电的功率。

4.根据权利要求1所述的无线充电装置，其特征在于，所述无线充电装置支持电磁感应式或谐振式无线充电。

5.一种无线充电系统，其特征在于，包括：待充电设备和权利要求1至4任一项所述的无线充电装置；所述待充电设备包括支持无线充电的目标电池和第一通信单元；所述第一通信单元适于发送包含所述待充电设备的身份信息的无线信号，以及在接收到所述第二通信单元发送的充电询问请求后提供反馈信息。

6.根据权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述待充电设备为电动汽车；所述无线充电装置的数量为一个以上，所述无线充电装置设置的位置包括以下至少一种：预定行驶航线的沿途、靠近交通信号灯的道路区域和停车场内由一个或一个以上相邻停车位所确定的区域。

7.根据权利要求6所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电装置设置于地面之下。