CN106208284A - 非接触式充电器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种非接触式充电器，所述非接触式充电器包括：多个电力发送线圈，以非接触方式发送电力；多个开关单元，分别连接到所述多个电力发送单元，以对由相应的电力发送线圈发送的电力进行开关；开关控制单元，根据所述多个电力发送线圈中的每个与多个电力接收线圈中的每个之间的耦合系数来控制所述多个开关单元的电力开关，其中，所述多个电力接收线圈接收由所述多个电力发送线圈发送的电力，以使用所述电力对连接到所述多个电力接收线圈的多个电池单体进行充电。

Description

非接触式充电器

本申请要求于2014年9月11日提交到韩国知识产权局的第10-2014-0120452号韩国专利申请的优先权和权益，所述韩国申请的公开内容通过引用被包含于此。

技术领域

本公开涉及一种用于以非接触方式使用电力对电池单体进行充电的非接触式充电器。

背景技术

电子装置使用电作为能源进行操作。

为了使电子装置运行，需要将电力作为能源供应到电子装置。电子装置可使用自生方式产生电力，或者可接收由外部电源供应的电力。

为了使电子装置接收由外部电源供应的电力，可能会需要一种将电力从供电设施传输到电子装置的电源。

通过连接器等直接连接到电子装置的接触式供电装置通常用于将电力供应到设置在电子装置中的可充电电池。可选地，如下面的相关技术文献中详述的，可按照非接触方式将电力供应到设置在电子装置中的电池。

然而，下面的相关技术文献没有公开在以接触方式将电力施加到电池的情况下，保持单个电池的多个电池单体的电力电平之间的平衡以及显著增大电池单体的有效电流的技术。

[相关技术文献]

(专利文献1)第10-2013-0054897号韩国专利特许公开

发明内容

本公开的一方面可提供一种非接触式充电器，所述非接触式充电器用于根据电力发送线圈与电力接收线圈之间的耦合系数，来控制以非接触方式提供给多个电池单体的充电电力。

根据本公开的一方面，一种非接触式充电器可包括：多个电力发送线圈，以非接触方式发送电力；多个开关单元，分别连接到所述多个电力发送单元，以对由相应的电力发送线圈发送的电力进行开关；开关控制单元，根据所述多个电力发送线圈中的每个与接收由所述多个电力发送线圈发送的电力的多个电力接收线圈中的每个之间的耦合系数，控制所述开关单元的电力开关，以使用所述电力对连接到所述多个电力接收线圈的多个电池单体进行充电。

根据本公开的另一方面，一种非接触式充电器可包括多个电力发送单元，每个电力发送单元包括：电源单元，供应直流(DC)电；开关单元，对由所述电源单元供应的直流电进行开关；电力发送线圈，根据所述开关单元的电力开关，以非接触方式发送电力；检测单元，检测所述电力发送线圈的电力状态改变；控制单元，根据所述检测单元的检测结果，通过所述电力发送线圈与电力接收线圈之间设置耦合系数来控制开关单元的电力开关。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的上述和其它方面、特点以及优点将会被更清楚地理解，在附图中：

图1A和图1B是示出是根据本公开的示例性实施例的充电器的应用的示图；

图2A和图2B是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的充电器和电池的示例的电路图；

图3A和图3B是示意性示出根据本公开的示例性实施例的充电器中使用的供电单元的示例的电路图；

图4A至图4D是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的充电单元的第一示例至第四示例的电路图；

图5A至图5C是示出根据本公开的示例性实施例的电池的应用和示例的示图；

图6A至图6D、图7A至图7D、图8A和图8B是示出根据本公开的示例性实施例的充电操作的示例的示图；

图9A和图9B是示出根据本公开的示例性实施例的感测耦合系数的方法的示例的流程图；

图10A和图10B是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的电池与充电器之间的数据通信的示例的电路图；

图11是示出根据本公开的示例性实施例的控制从充电器发送到电池的电力的示例的电路图；

图12是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的控制从充电器发送到多个电池的电力的示例的电路图；

图13A至图13D是示出根据本公开的示例性实施例的电池中的有源整流器的开关控制的示例的示图。

具体实施方式

现在将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例。

然而，本公开可以以多种不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于阐述于此的实施例。更确切地说，提供这些实施例以使本公开将是充分和完整的，并将本公开的范围完全传达给本领域的技术人员。

在附图中，为了清楚起见，可能会夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终用于指示相同或相似的元件。

图1A和图1B是示出根据本公开的示例性实施例的充电器的应用的示图。

参照图1A和图1B，根据本公开的示例性实施例的充电器A可以非接触方式将电力发送到包括具有多个电池单体电池B的一个或更多个电子装置(例如，蜂窝电话、平板电脑(PC)、膝上型PC等)。此外，根据示例性实施例的充电器A可按照非接触方式(这里，非接触方式可指这样的方式：在将电力从发送侧发送到接收侧的过程中，发送侧上的导体与接收侧上的导体之间不进行直接连接，可称作非接触式方式、无线发送方式等)将电力发送到具有电池B1和B2的多个蜂窝电话、平板PC、膝上型PC等。

图2A和图2B是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的充电器和电池的示例的电路图。

参照图2A和图2B，根据本公开的示例性实施例的充电器A可包括以非接触方式发送电力的供电单元110。供电单元110可包括提供预设电力的电力转换单元111以及按照非接触方式从电力转换单元111发送电力的电力发送线圈CTx1、CTx11、CTx12、......、CTx21和CTx22。

充电器A可包括如图2A所示的单个电力发送线圈CTx1或者可包括如图2B所示的多个电力发送线圈CTx11、CTx12、......、CTx21和CTx22，以提高电力发送效率。电力发送线圈CTx11、CTx12、......、CTx21和CTx22的数量可与设置在电力接收侧上的电力接收线圈CRx11、CRx12、......、CRx21和CRx22的数量相对应。

参照图2A和图2B，电池B可包括充电单元120和电池单元130。充电单元120可包括分别与电池单元130的多个电池单体BC11、BC12、BC21和BC22相对应的多个充电单元121-1、121-2、122-1和122-2，多个充电单元121-1、121-2、122-1和122-2可分别包括电力接收线圈CRx11、CRx12、CRx21和CRx22以及充电控制单元L11、L12、L21和L22，以使用电力对相应的电池单体BC11、BC12、BC21和BC22进行充电。

电力接收线圈CRx11、CRx12、CRx21和CRx22可按照非接触方式从充电器A的电力发送线圈CTx1、CTx11、CTx12、......、CTx21和CTx22接收电力，充电控制单元L11、L12、L21和L22可使用来自电力接收线圈CRx11、CRx12、CRx21和CRx22的电力对相应的电池单体BC11、BC12、BC21和BC22进行充电，并可控制充在相应的电池单体BC11、BC12、BC21和BC22中的电力的电流值。可根据在电力发送线圈CTx1、CTx11、CTx12、......、CTx21和CTx22与电力接收线圈CRx11、CRx12、CRx21和CRx22之间设置的耦合系数来控制充在相应的电池单体BC11、BC12、BC21和BC22中的电力。电池单元130可包括至少一个电池单体组，在至少一个电池单体组中，多个电池单体彼此串联连接，但是不限于此。

将参照图9A和图9B详细地描述电力发送线圈与电力接收线圈之间的耦合系数。

同时，在上述的充电器A和电池B被构造为单个充电器的情况下，充电器可用作电力发送装置A和电力接收装置B。

图3A和图3B是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的充电器中使用的供电单元的示例的电路图。

供电单元110可包括对电力进行开关的电力转换单元111和电力发送线圈CTx1。供电单元110可包括多个电力发送线圈。

电力转换单元111可包括开关单元111b、开关控制单元111a和通信单元111c。开关单元111b可电连接到电力发送线圈CTx1，对输入电力进行开关并由电力发送线圈CTx1无线地发送电力。开关控制单元111a可提供用于控制开关单元111b的开关操作的开关控制信号SQ1和SQ2或者SQ1至SQ4。在电力发送线圈设置为多个的情况下，多个开关单元可分别连接到多个电力发送线圈或者多个电力发送线圈可连接到至少一个开关单元。

通信单元111c可从无线充电目标装置接收充电状态信息并将充电状态信息提供给开关控制单元111a，使得开关控制单元111a可控制开关占空比、接通/断开时间等，从而执行快速充电功能，保持电池单体之间的电力平衡的功能等。

开关单元111b可包括如图3A所示的至少两个开关Q1和Q2。例如，开关Q1和Q2可以是场效应晶体管(FET)，但是不限于此。开关Q1、Q2、Q3和Q4可具有如图3B所示的全桥结构或半桥结构。然而，开关Q1、Q2、Q3和Q4不限于此，开关Q1、Q2、Q3和Q4的构造可进行各种修改。驱动电力Vcc可被供应到开关Q1和Q2。供应的驱动电力Vcc的电压电平可固定或改变。

图4A至图4D是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的充电单元的第一示例至第四示例的电路图。

参照图4A至图4D，根据示例性实施例的充电单元可包括电力接收线圈CRx和充电控制单元L。

电力接收线圈CRx可从供电单元的相应的电力发送线圈CTx无线地接收电力。充电控制单元L可控制无线地接收到的电力并使用所述电力对相应的电池单体BC进行充电。

充电控制单元L可包括整流单元La、稳压器Lb和控制单元Lc。

整流单元La可对从电力接收线圈CRx接收到的电力进行整流，稳压器Lb可将整流后的电力转换成适合于充电的电力，以控制相应的电池单体BC的充电。控制单元Lc可检测发送到电力接收线圈CRx的电力的状态并将电力状态信息无线地发送到供电单元。

为此，控制单元Lc可检测来自电力接收线圈CRx的电力或者从稳压器Lb提供到电池单体BC的电力的状态。

同时，控制单元Lc可通过电力接收线圈CRx将具有脉冲形式的电力状态信息无线地发送到电力发送侧，控制单元Lc可包括单独的通信单元Com，以按照预设的通信方式将由检测单元Det检测到的电力状态信息经由通信单元Com发送到电力发送侧。

图5A至图5C是示出根据本公开的示例性实施例的电池的示例和应用的示图。

参照图5A，根据本公开的示例性实施例的电池B可包括例如六个电池单体BC11至BC23。六个电池单体BC11至BC23可分别包括彼此串联连接的三个电池单体BC11、BC12和BC13以及彼此串联连接的三个电池单体BC21、BC22和BC23，三个电池单体BC11、BC12和BC13形成单个电池单体组以及三个电池单体BC21、BC22和BC23形成单个电池单体组。两个电池单体组BC11、BC12和BC13以及BC21、BC22和BC23可被配置为彼此并联连接(根据本公开的示例性实施例的电池B可应用于蜂窝电话、平板PC、膝上型PC等中，但将省略对其的详述)。

此外，如图5A所示，与六个电池单体BC11至BC23相对应的六个电力接收线圈CRx11至CRx23可设置在电池B中，并可从充电器A的一个或更多个电力发送线圈无线地接收电力。

例如，如图5A所示，充电器A可包括单个电力发送线圈CTx1，或者可如图5B所示包括多个电力发送线圈。例如，如图5B所示，可设置与六个电力接收线圈CRx11至CRx23相对应的六个电力发送线圈CTx11至CTx23，但是电力发送线圈的数量不限于此。

此外，参照图5C，充电器A可包括多个电力发送线圈CTx1和CTx2，电池B也可包括多个电力接收线圈CRx11和CRx21，例如，六个或更多个电力接收线圈或者少于六个电力接收线圈。

图6A至图6D、图7A至图7D以及图8A和图8B是示出根据本公开的示例性实施例的充电操作的示例的示图。

参照图6A至图6D，发送到电力接收线圈的电力的电压V_Rx1、V_Rx2和V_Rx3的电平可彼此不同。因此，供电单元可根据电力状态信息将由电力发送线圈发送到相应的电力接收线圈的电力的电压V_Rx1、V_Rx2和V_Rx3不同地设置成平衡状态。

如图6A所示，根据来自充电单元的电力状态信息，供电单元可通过基于由多个电力接收线圈接收到的电压V_Rx1、V_Rx2和V_Rx3中的最大电压V_Rx2将由电力接收线圈接收的电量控制为恒定，来保持电力电平的平衡。相比之下，如图6D所示，供电单元可通过基于由多个电力接收线圈接收到的电压V_Rx1、V_Rx2和V_Rx3中的最小电压V_Rx2将由电力接收线圈接收到的电量控制为恒定，来保持电力电平的平衡。

为了控制由电力发送线圈发送的电量，可如图6B所示控制相应的开关电路的接通占空比或断开占空比，或者可如图6C所示控制相应的开关电路的接通-断开死区时间。

将参照图7A至图7D详细地描述上述充电操作。

参照图7A，例如，根据本公开的示例性实施例的充电器可包括单个电力发送单元Tx1，电力发送单元Tx1可将电力无线地发送到至少两个电力接收单元Rx1和Rx2。

这里，电力发送单元Tx1可具有图3A或图3B中示出的构造，电力接收单元Rx1和Rx2中的每个可具有图4A至图4D中示出的构造。

例如，在通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2(或电流I_Rx2)低于由第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1(或电流I_Rx1)的情况下，也就是说，在图7A中的①的情况下，可增大由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的电平，以使通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2达到参考电压V_Ref。因此，由接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1可超过参考电压V_Ref，然而，可实现快速充电。这里，参考电压V_Ref可被设置为使得相应的电池单体中流动的电流最大。

在图7A中的②的情况下，可增大由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1达到参考电压V_Ref。因此，通过接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2不会达到参考电压V_Ref，然而，可增大电力发送效率。

参照图7B，例如，根据本公开的示例性实施例的充电器可包括单个电力发送单元Tx1，电力发送单元Tx1可将电力无线地发送到至少三个电力接收单元Rx1、Rx2和Rx3。

例如，在通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2(或电流I_Rx2)高于通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1(或电流I_Rx1)且通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3(或电流I_Rx3)低于通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1(或电流I_Rx1)的情况下，也就是说，在图7B中的①的情况下，可增大由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的电平，以使通过第三电力接收单元Rx3检测到的具有最小值的电压V_Rx3达到了参考电压V_Ref。因此，由接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1以及通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2可超过参考电压V_Ref，然而，可实现快速充电，同时会降低电力发送效率。

在图7B中的②的情况下，可增大由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的具有中间值的电压V_Rx1达到参考电压V_Ref。因此，由接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2可超过参考电压V_Ref，由接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3不会达到参考电压V_Ref。

在图7B中的③的情况下，可增大由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的电平，以使通过第二电力接收单元Rx2检测到的具有最大值的电压V_Rx2达到参考电压V_Ref。因此，由接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1以及通过接收由电力发送单元Tx1无线地发送的电力的第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3不会达到参考电压V_Ref，然而，可提高电力发送效率，同时会降低充电速度。

参照图7C，例如，根据本公开的示例性实施例的充电器可包括至少两个电力发送单元Tx1和Tx2，电力发送单元Tx1和Tx2可将电力无线地发送到至少两个电力接收单元Rx1和Rx2。

例如，在通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2(或电流I_Rx2)低于通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1(或电流I_Rx1)的情况下，也就是说，在图7C中的①的情况下，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1变为与通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2相同。然后，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1以及通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2改变为与参考电压V_Ref相等。

在图7C中的②的情况下，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2变得与通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1相同。然后，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以将通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1和通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2改变为与参考电压V_Ref相等。

另一方面，在图7C中的③或④的情况下，可增大由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2达到参考电压V_Ref，或使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1达到参考电压V_Ref。可根据电力发送单元与电力接收单元之间的耦合的程度来控制电力的电平的这一提高，从而保持电池单体之间的平衡和/或使用最大允许电流对电池单体进行快速充电。

参照图7D，例如，根据本公开的示例性实施例的充电器可包括至少两个电力发送单元Tx1和Tx2，电力发送单元Tx1和Tx2可将电力无线地发送到至少三个电力接收单元Rx1、Rx2和Rx3。

在通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压VR_x2(或电流IR_x2)高于通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1(或电流I_Rx1)且通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3(或电流I_Rx3)低于通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1(或电流I_Rx1)的情况下，也就是说，在图7D中的①的情况下，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1和通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2变为与通过第三电力接收单元Rx3检测到的具有最小值的电压V_Rx3相同。然后，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1、通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2以及通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3改变为与参考电压V_Ref相等。

在图7D中的②的情况下，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1和通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3变得与通过第二电力接收单元Rx2检测到的具有最大值的电压V_Rx2相同。然后，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1、通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2以及通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3改变为与参考电压V_Ref相等。

在图7D中的③的情况下，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2和通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3变为与通过第一电力接收单元Rx1检测到的具有中间值的电压V_Rx1相同。然后，可控制由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第一电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1、通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2和通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3改变为与参考电压V_Ref相等。

此外，在图7D中的④的情况下，可增大由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第二电力接收单元Rx2检测到的电压V_Rx2达到参考电压V_Ref，或者在图7D中的⑤的情况下，可增大由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第三电力接收单元Rx3检测到的电压V_Rx3达到参考电压V_Ref，或者在图7D中的⑥的情况下，可增大由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2无线地发送的电力的电平，以使通过第三电力接收单元Rx1检测到的电压V_Rx1达到参考电压V_Ref。第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2可使由第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2发送的电力的电平增大，使得通过耦合到第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2的电力接收单元检测到的电压达到参考电压V_Ref。然而，在这种情况下，也可将电力无线地发送到设置在第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2的附近中的电力接收单元。

同时，参照图8A和图8B，在根据本公开的示例性实施例的充电器包括如图7C和图7D中示出的至少两个电力发送单元Tx1和Tx2的情况下，可在电力发送单元Tx1和Tx2与两个或更多个电力接收单元Rx1、Rx2和Rx3之间设置无线耦合关系。例如，从无线地发送电力的相应的电力发送单元接收电量最多的电力接收单元具有最高的无线电力耦合关系。

为此，可根据包括与通过电力接收单元Rx1、Rx2和Rx3检测到的电压或电流的信息相关的电力状态信息来设置相应的电力发送单元与电力接收单元之间的电力耦合关系。例如，如图8A所示，可顺序地接通/断开两个电力发送单元Tx1和Tx2，以搜索从相应的电力发送单元接收电量最多的电力接收单元，或者如图8B所示，可交替地改变由电力发送单元Tx1和Tx2无线地发送的电量，以搜索从相应的电力发送单元接收到的电力的电平具有最大改变量的电力接收单元。

图9A和图9B是示出根据本公开的示例性实施例的感测耦合系数的方法的示例的流程图。

首先，参照图9A，根据预设的周期在感测耦合系数的感测时间(S11)内，可检测由电力发送单元的电力发送线圈发送的电力的电压电平或电流电平以及施加到电力接收单元的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平或电流电平(S21)，可计算电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数(S31)。

可将计算的耦合系数传输到控制由电力发送单元发送的电力的控制电路(S41)。

参照图9B，在充电状态改变的情况下(S12)，可检测由电力发送单元的电力发送线圈发送的电力的电压电平或电流电平以及施加到电力接收单元的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平或电流电平(S22)，可计算电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数(S32)。可将计算的耦合系数传输到控制由电力发送单元发送的电力的控制电路(S42)。

这里，充电状态可根据新的充电条件(诸如充电器或电池的位置改变或者除了使用来自充电器的电力进行充电的电池之外还引入了另外的电池)而改变。用于检测上述的充电条件的方法的示例可包括检测以下情况：施加到电力接收单元的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平或电流电平改变为与参考电平相等或高于参考电平。

如图8A所示，可通过顺序地接通/断开电力发送单元Tx1和Tx2以搜索从相应的电力发送单元接收电量最多的电力接收单元，来计算上述的充电器与电池之间的耦合系数，或者如图8B所示，可交替地改变由电力发送单元Tx1和Tx2无线地发送的电量以搜索从相应的电力发送单元接收到的电力的电平具有最大改变量的电力接收单元，来计算上述的充电器与电池之间的耦合系数。

首先，可通过下面的式1表示施加到电池的电力接收单元的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平与由充电器的电力发送单元的电力发送线圈发送的电力的电压电平之间的关系：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{Rx1}\\ V_{Rx2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}& C_{12}\\ C_{21}& C_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{Tx1}\\ V_{Tx2}\end{array}\right]$ 式1

这里，V_Rx1和V_Rx2分别表示施加到电力接收单元Rx1和Rx2的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平，V_Tx1和V_Tx2分别表示施加到电力发送单元Tx1和Tx2的电力发送线圈的电力的电压电平，C₁₁、C₁₂、C₂₁和C₂₂表示充电器与电池之间(即，电力接收单元Rx1和Rx2与电力发送单元Tx1和Tx2之间)的耦合系数。

这里，作为示例，使用了两个电力发送线圈和两个电力接收线圈，但线圈的数量不限于此。同时，即使在电力发送线圈和电力接收线圈的数量是三个或更多个的情况下，也可按照同样的方式表示施加到电池的电力接收单元的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平与由充电器的电力发送单元的电力发送线圈发送的电力的电压电平之间的关系。另外，C_ij表示V_Rxi与V_Txj之间的耦合系数。

在如图8A所示的通过顺序地接通/断开电力发送单元Tx1和Tx2以搜索从相应的电力发送单元接收电量最多的电力接收单元，来计算上述的充电器与电池之间的耦合系数的情况下，例如，当断开施加到电力发送单元Tx2的电力时，可获得下面的式2：

$\left[\begin{array}{c}{V}_{Rx1}\\ V_{Rx2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}& C_{12}\\ C_{21}& C_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{V}_{Tx1}\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{C}_{11}\·V_{Tx1}\\ C_{21}\·V_{Tx1}\end{array}\right]$ 式2

参照式2，可通过下面的式3计算耦合系数C₁₁和C₂₁：

$\left[\begin{array}{c}{C}_{11}\\ C_{21}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{V_{Rx1}}{V_{Tx1}}\\ \frac{V_{Rx2}}{V_{Tx1}}\end{array}\right]$ 式3

接下来，当断开施加到电力发送单元Tx1的电力时，可通过下面的式4计算耦合系数C₁₂和C₂₂：

$\left[\begin{array}{c}{C}_{11}\\ C_{21}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{V_{Rx1}}{V_{Tx2}}\\ \frac{V_{Rx2}}{V_{\mathrm{Tx}2}}\end{array}\right]$ 式4

同时，在如图8B所示的通过交替地改变由电力发送单元Tx1和Tx2无线地发送的电量以搜索从相应的电力发送单元接收的电力的电平具有最大改变量的电力接收单元来计算耦合系数的情况下，可通过下面的式5表示施加到电池的电力接收单元的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平的变化与由充电器的电力发送单元的电力发送线圈发送的电力的电压电平的变化之间的关系：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{V}_{Rx1}\\ {\mathrm{\ΔV}}_{Rx2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}& C_{12}\\ C_{21}& C_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{V}_{Tx1}\\ {\mathrm{\ΔV}}_{Tx2}\end{array}\right]$ 式5

这里，△V_Rx1和△V_Rx2分别表示施加到电力接收单元Rx1和Rx2的电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平的变化，△V_Tx1和△V_Tx2分别表示施加到电力发送单元Tx1和Tx2的电力发送线圈的电力的电压电平的变化，C₁₁、C₁₂、C₂₁和C₂₂表示充电器与电池之间(即，电力接收单元Rx1和Rx2与电力发送单元Tx1和Tx2之间)的耦合系数。

首先，当使电力发送单元Tx2的输出电压固定(△V_Tx2＝0)并且电力发送单元Tx1的输出电压改变预定电平时，发送到电力接收单元Rx1和Rx2的电力的电压电平可根据电力接收单元Rx1和Rx2与电力发送单元Tx1之间的耦合的程度而改变，可通过下面的式6表示这种关系：

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{V}_{Rx1}\\ {\mathrm{\ΔV}}_{Rx2}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{11}& C_{12}\\ C_{21}& C_{22}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔV}}_{Tx1}\\ 0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{C}_{11}\·\mathrm{\Δ}{V}_{Tx1}\\ C_{21}\·{\mathrm{\ΔV}}_{Tx1}\end{array}\right]$ 式6

参照式6，可通过下面的式7计算耦合系数C₁₁和C₂₁：

$\left[\begin{array}{c}{C}_{11}\\ C_{21}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{Rx1}}{{\mathrm{\ΔV}}_{Tx1}}\\ \frac{{\mathrm{\ΔV}}_{Rx2}}{{\mathrm{\ΔV}}_{Tx1}}\end{array}\right]$ 式7

接下来，当使电力发送单元Tx1的输出电压固定(△V_Tx1＝0)并且电力发送单元Tx2的输出电压改变预定电平时，可通过下面的式8计算耦合系数C₁₂和C₂₂：

$\left[\begin{array}{c}{C}_{12}\\ C_{22}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{\ΔV}}_{Rx1}}{{\mathrm{\ΔV}}_{Tx2}}\\ \frac{{\mathrm{\ΔV}}_{Rx1}}{{\mathrm{\ΔV}}_{Tx2}}\end{array}\right]$ 式8

虽然通过示例的方式基于施加到电力接收线圈或电池单体的电力的电压电平以及施加到电力发送线圈的电力的电压电平来计算耦合系数，但是可通过使用施加到电力接收线圈或电池单元的电力的电流电平以及施加到电力发送线圈的电力的电流电平来计算耦合系数。

图10A和图10B是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的充电器与电池之间的数据通信的电路图。

参照图10A，充电器A的电力发送单元Tx1和Tx2可包括电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2以及开关单元111b1和111b2。开关单元111b1和111b2可分别将电力传输到电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2，以计算如上所述的电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数。

开关单元111b1和111b2的开关Q11、Q21、Q12和Q22可根据来自开关控制单元111a的开关控制信号SQ11、SQ21、SQ12和SQ22对驱动电力V_DC1和V_DC2进行开关，以以非接触方式通过相应的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2将电力发送到电力接收侧。

开关控制单元111a可根据通过通信单元111c传输的电池B的信息控制开关单元111b1和111b2的电力开关。例如，开关控制单元111a可控制开关Q11、Q21、Q12和Q22的各个开关占空比或接通-断开死区时间，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx1和V_Tx2，或者可控制驱动电力V_DC1和V_DC2的电压电平，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx1和V_Tx2，或者可控制开关频率，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2发送电力的频率f_Tx1和f_Tx2。

可基于电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数来执行上述调节或控制操作。由于充电器A的充电持续地需要与电池B的位置、充电状态、操作状态、充电电力等相关信息，因此可通过充电器A的通信单元111c与电池B的通信单元Com之间的双向通信传输所述信息。另外，可通过电池B的通信单元Com将与充电器A的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2的位置、电力发送状态、电力开关操作、充电电力等相关的信息传输到电池B。另外，可通过通信单元111c将由电力接收线圈C_Rx1、C_Rx2、C_Rx3、C_Rx4、C_Rx5和C_Rx6接收的电力的电压电平或电流电平或者施加到电池单体的电力的电压电平传输到充电器A，可通过通信单元Com将施加到电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2的电力的电压电平或电流电平传输到电池B。在于电池B中计算充电器A的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2与电池B的电力接收线圈C_Rx1、C_Rx2、C_Rx3、C_Rx4、C_Rx5和C_Rx6之间的耦合系数的情况下，可通过通信单元将计算的耦合系数传输到充电器A。

可通过使用各种通信方式(诸如蓝牙、Zigbee、Wi-Fi、近场通信(NFC)等)和各种通信频率来执行上述的双向通信。

参照图10B，可按照非接触方式在充电器A的电力发送线圈CTx与电池B的电力接收线圈CRx之间发送电力和传输信息。

充电器A的供电单元110可包括电力单元111e、开关单元111b、检测单元111d和控制单元111a。电力单元111e可将交流(AC)电转换成直流(DC)电。开关单元111b可根据控制单元111a的控制对来自电力单元111e的DC电进行开关，以由电力发送线圈CTx向外发送DC电。检测单元111d可检测电力发送线圈CTx的电力状态。控制单元111a可根据通过检测单元111d检测到的信息来控制开关单元111b的开关。

电池B可包括整流单元La、稳压器Lb和控制单元Lc。整流单元La可对来自电力接收线圈CRx的电力进行整流。稳压器Lb可将整流后的电力调节为适合于对电池单体Bc进行充电的充电电力。控制单元Lc可控制稳压器Lb的操作。

发送到电力接收线圈CRx的电力可根据稳压器Lb的操作而改变，电力接收线圈CRx的电力电平变化可由电力接收线圈CRx与电力发送线圈CTx之间的磁耦合来影响电力发送线圈CTx，检测单元111d可检测电力接收线圈CRx的电力电平变化并将检测到的信息传输给控制单元111a，控制单元111a可根据检测到的信息控制开关单元111b的开关操作。

可根据上述的电力电平变化在电池B与充电器A之间执行通信，但不限于此。另外，可使用按照这种方式的通信发送和接收与由电池B的电力接收线圈接收到的电力的电压电平或电流电平相关的信息、与施加到电池B的电池单体的电力的电压电平或电流电平相关的信息、与电池B的位置、充电状态、操作状态和充电电力相关的信息、与施加到充电器A的电力发送线圈的电力的电压电平或电流电平相关的信息以及与充电器A的电力发送线圈的位置、电力发送状态、电力开关操作、充电电力等相关的信息。

这里，在使用多个电力发送线圈和多个电力接收线圈的情况下，可按照时间划分方式发送和接收信息。

可基于发送和接收的信息计算充电器A的电力发送线圈与电池B的电力接收线圈之间的耦合系数。换言之，充电器A可基于发送和接收的信息计算耦合系数，或者电池B可基于发送和接收的信息计算耦合系数，然后根据上述的电力电平变化通过电池B与充电器A之间的通信将计算的耦合系数发送到充电器A。

可基于充电器A的电力发送线圈与电池B的电力接收线圈之间的耦合系数控制充电器A的开关单元111b的开关操作。

图11是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的控制从充电器发送到电池的电力的示例的电路图。

参照图11，充电器A的电力发送单元Tx1和Tx2可包括电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2以及开关单元111b1和111b2。开关单元111b1和111b2可分别将电力传输给电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2，以计算如上所述的电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数。

开关单元111b1和111b2的开关Q11、Q21、Q12和Q22可根据来自开关控制单元111a的开关控制信号SQ11、SQ21、SQ12和SQ22对驱动电力V_DC1和V_DC2进行开关，以按照非接触方式由相应的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2向外发送电力。

开关控制单元111a可根据从通信单元111c传输的电池B的信息控制开关单元111b1和111b2的电力开关。例如，开关控制单元111a可控制开关Q11、Q21、Q12和Q22的各个开关占空比或接通-断开死区时间，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx1和V_Tx2，或者可控制驱动电力V_DC1和V_DC2的电压电平，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx1和V_Tx2，或者可控制开关频率，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2发送的电力的频率f_Tx1和f_Tx2。

可基于电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数执行上述调节或控制操作。

作为示例，在第一电力发送线圈C_Tx1与第一电力接收线圈C_Rx1之间的耦合系数低的情况下，第一电力发送单元Tx1可分别控制开关单元111b1的开关Q11和Q21的开关频率，以控制由电力发送线圈C_Tx1发送的电力的频率f_Tx1，从而有效地控制传输到第一电力接收线圈C_Rx1的电力。

作为另一示例，在第二电力发送线圈C_Tx2与第二电力接收线圈C_Rx2之间的耦合系数高的情况下，第二电力发送单元Tx2可分别控制开关单元111b2的开关Q12和Q22的开关占空比或接通-断开死区时间，以调节由电力发送线圈C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx2，或者可控制驱动电力V_DC2的电压电平，以调节由电力发送线圈C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx2，从而控制传输到第二电力接收线圈C_Rx2的电力。

由于充电器A的充电持续地需要与电池B的位置、充电状态、操作状态、充电电力等相关的信息，因此可通过充电器A的通信单元111c与电池B的通信单元Com之间的双向通信传输所述信息。另外，可通过电池B的通信单元Com将与充电器A的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2的位置、电力发送状态、电力开关操作、充电电力等相关的信息传输到电池B。

图12是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的控制从充电器发送到多个电池的电力的示例的电路图。

参照图12，根据本公开的示例性实施例的充电器A可按照非接触方式将电力发送到多个电池B1和B2。

多个电池B1和B2中的每个可包括至少一个电力接收线圈。例如，每个电池可包括六个电力接收线圈C_Rx1、C_Rx2、C_Rx3、C_Rx4、C_Rx5和C_Rx6。

与图11中示出的实施例类似，充电器A的电力发送单元Tx1和Tx2可包括电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2以及开关单元111b1和111b2。开关单元111b1和111b2可分别将电力传输给电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2，以计算电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数。

开关单元111b1和111b2的开关Q11、Q21、Q12和Q22可根据来自开关控制单元111a的开关控制信号SQ11、SQ21、SQ12和SQ22对驱动电力V_DC1和V_DC2进行开关，以通过相应的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2按照非接触方式向外发送电力。

开关控制单元111a可根据通过通信单元111c传输的电池B的信息控制开关单元111b1和111b2的电力开关。例如，开关控制单元111a可分别控制开关Q11、Q21、Q12和Q22开关占空比或接通-断开死区时间，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx1和V_Tx2，或者可控制驱动电力V_DC1和V_DC2的电压电平，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx1和V_Tx2，或者可控制开关频率，以调节由电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2发送电力的频率f_Tx1和f_Tx2。

可基于电力发送侧与电力接收侧之间的耦合系数执行上述调节或控制操作。

作为示例，在第一电力发送线圈C_Tx1与第一电池B1的第一电力接收线圈C_Rx1之间的耦合系数低的情况下，第一电力发送单元Tx1可分别控制开关单元111b1的开关Q11和Q21的开关频率，以控制由电力发送线圈C_Tx1发送电力的频率f_Tx1，从而有效地控制传输到第一电池B1的第一电力接收线圈C_Rx1的电力。

作为另一示例，在第二电力发送线圈C_Tx2与第二电池B2的第二电力接收线圈C_Rx2之间的耦合系数高的情况下，第二电力发送单元Tx2可分别控制开关单元111b2的开关Q12和Q22的开关占空比或接通-断开死区时间，以调节由电力发送线圈C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx2，或者可控制驱动电力V_DC2的电压电平，以调节由电力发送线圈C_Tx2输出的电力的电压电平V_Tx2，从而控制传输到第二电池B2的电力接收线圈C_Rx2的电力。

另外，可控制第一电力发送单元Tx1和第二电力发送单元Tx2中的每个，以按照第一频率(例如，根据无线充电联盟(WPC)标准的100至300kHz的频率)将电力发送到第一电池B1，并且按照相对高的第二频率(例如，根据无线充电联盟(A4WP)标准的6.78MHz的频率)将电力发送到第二电池B2。

另外，可按照WPC标准的频率将电力发送到第一电池B1的第一电力接收线圈C_Rx1，并可按照A4WP标准的频率将电力发送到第一电池B1的第二电力接收线圈。

由于充电器A的充电持续需要与电池B1和B2的位置、充电状态、操作状态、充电电力等相关的信息，因此可通过充电器A与电池B1和B2之间的双向通信传输信息。另外，可将与充电器A的电力发送线圈C_Tx1和C_Tx2的位置、电力发送状态、电力开关操作、充电电力等相关的信息传输到电池B1和B2。

图13A至图13D是示出根据本公开的示例性实施例的电池中的有源整流器的开关控制的示图。

参照图13A，根据本公开的示例性实施例电池B可由电力接收线圈CRx接收以非接触方式发送的电力。这里，接收到的电力的电压和电流可能具有相位差，从而可能会使电力效率劣化。

根据本示例性实施例的电池B可包括有源整流单元La。

例如，整流单元La可包括以全桥方式彼此连接的四个开关S1、S2、S3和S4。

控制单元Lc可提供栅极信号SS1、SS2、SS3和SS4，以按照脉冲宽度调制(PWM)方式控制整流单元La的开关操作。

例如，如图13B所示，控制单元Lc可将具有比以非接触方式发送的电力的发送频率高的频率的载波信号与电力接收线圈CRx的输出电流进行比较，以提供第一开关S1和第二开关S2的栅极信号。在这种情况下，可在以非接触方式发送的电力的半周期期间接通第三开关S3和第四开关S4中的一个，如图13C所示。例如，可在以非接触方式发送的电力的正半周期期间接通第四开关S4，可在以非接触方式发送的电力的负半周期期间接通第三开关S3。

参照图13D，可使用滞环(hysteresis band)(电力接收线圈CRx的输出电流的上限与下限之间的间隔)控制用于控制电力接收线圈CRx的输出电流所需的参考信号。

当上述滞环的宽度减小时，可以使电力接收线圈CRx的输出电流的纹波减小，从而可精确地控制电力接收线圈CRx的输出电流，同时会增大整流单元La的开关S1、S2、S3和S4的开关频率，从而会使电力损耗增大。

如上所述，根据本公开的示例性实施例，可根据电力发送线圈与电力接收线圈之间的耦合系数，对每个电池单元调节在使用电力对电池单体进行充电时发送的电量，从而保持电池单体之间的电力电平平衡或者使用最大允许电流对电池单体进行快速充电。

虽然上面已经示出并描述了示例性实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可做出修改和变型。

Claims (12)

1.一种非接触式充电器，所述非接触式充电器包括：

多个电力发送线圈，以非接触方式发送电力；

多个开关单元，分别连接到所述多个电力发送线圈，以对将由所述多个电力发送线圈发送的电力进行开关；

开关控制单元，根据所述多个电力发送线圈中的每个与多个电力接收线圈中的每个之间的耦合系数控制所述多个开关单元的电力开关，其中，所述多个电力接收线圈接收由所述多个电力发送线圈发送的电力，以对连接到所述多个电力接收线圈的多个电池单体进行充电。

2.如权利要求1所述的非接触式充电器，其中，所述开关控制单元控制输入到所述多个开关单元中的每个的电力的电压电平、开关占空比、接通-断开死区时间和开关频率中的至少一个。

3.如权利要求2所述的非接触式充电器，其中，所述开关控制单元将输入到所述多个开关单元中的一个的电力的电压电平、开关占空比、接通-断开死区时间和开关频率中的至少一个控制为与输入到所述多个开关单元中的另一个的电力的电压电平、开关占空比、接通-断开时间和开关频率中的至少一个不同。

4.如权利要求1所述的非接触式充电器，其中，所述开关控制单元选择性地操作所述多个电力发送线圈中的一个，以设置相应的电力发送线圈与所述多个电力接收线圈之间的耦合系数。

5.如权利要求1所述的非接触式充电器，其中，所述开关控制单元选择性地改变由所述多个电力发送线圈中的一个发送的电力，以设置所述相应的电力发送线圈与所述多个电力接收线圈之间的耦合系数。

6.如权利要求1所述的非接触式充电器，所述非接触式充电器还包括接收所述耦合系数的通信单元。

7.如权利要求1所述的非接触式充电器，所述非接触式充电器还包括接收与接收到的电力相关的信息的通信单元，

其中，所述开关控制单元基于从所述通信单元接收到的信息设置耦合系数。

8.一种非接触式充电器，所述非接触式充电器包括多个电力发送单元，每个电力发送单元包括：

电力单元，供应直流电；

开关单元，对由所述电源单元供应的直流电进行开关；

电力发送线圈，根据所述开关单元的电力开关，以非接触方式发送电力；

检测单元，检测所述电力发送线圈的电力状态改变；

控制单元，通过根据所述检测单元的检测结果设置所述电力发送线圈与电力接收线圈之间的耦合系数来控制开关单元的电力开关。

9.如权利要求8所述的非接触式充电器，其中，所述控制单元将输入到所述多个开关单元中的一个的电力的电压电平、开关占空比、接通-断开死区时间和开关频率中的至少一个控制为与输入到所述多个开关单元中的另一个的电力的电压电平、开关占空比、接通-断开时间和开关频率中的至少一个不同。

10.如权利要求8所述的非接触式充电器，其中，所述控制单元选择性地操作所述多个电力发送线圈中的一个，以计算相应的电力发送线圈与多个电力接收线圈之间的耦合系数。

11.如权利要求8所述的非接触式充电器，其中，所述控制单元选择性地改变由所述多个电力发送单元中的一个发送的电力，以计算相应的电力发送线圈与多个电力接收线圈之间的耦合系数。

12.如权利要求8所述的非接触式充电器，其中，所述检测单元检测根据多个电力接收线圈中的每个的电力状态改变而改变的电力发送线圈的电力状态，所述多个电力接收线圈接收由电力发送线圈发送的电力。