CN106232417B - 针对动态电动车辆充电系统的功率控制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于无线地对电动车辆充电的系统、方法和装置。在一个方面中，提供了一种无线地对电动车辆充电的方法。该方法包括：从电动车辆获得针对待被经由充电场从功率发送器递送到电动车辆的充电功率水平的请求。该方法还包括：基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制功率发射器的电流或电压。

Description

针对动态电动车辆充电系统的功率控制的系统和方法
技术领域
本申请总体上涉及诸如电动车辆之类的可充电设备的无线功率充电。
背景技术
已经引入了包括由从诸如电池之类的能量存储设备接收的电力得到的运动功率的诸如车辆之类的可充电系统。例如，混合电动车辆包括使用来自车辆制动和传统电机的功率来对车辆充电的车载充电器。纯电动车辆通常从其它来源接收电力用于对电池充电。经常提出对电池电动车辆通过诸如家庭或商用AC电源之类的某种类型的有线交流电(AC)充电。有线充电连接需要物理上连接至电源的电缆或其它类似连接器。电缆和类似连接器有时可能不方便或笨重并且具有其它缺点。期望提供一种无效充电系统，其能够在自由空间中(例如，经由无线场)传递功率来对电动车辆充电以克服有线充电方案中的一些不足。
发明内容
所附权利要求的范围内的系统、方法和设备的各种实现方式每个具有几个方面，其中没有单一的特征是单独地负责本文中所描述的所需属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，在本文中对一些显著特征进行描述。
本说明书中描述的主题的一个或多个实现方式的细节在下文的附图和具体实施方式中得以陈述。其它特征、方面和优点将通过说明书、附图和权利要求中变得显而易见。注意，以下附图的相对尺寸可以不按比例绘制。
本公开中所描述的主题的一个方面提供了一种用于无线地对电动车辆充电的装置。该装置包括被配置成获得针对待被经由充电场从功率天线电路递送到车辆的充电功率水平的请求的通信接收器。该装置还包括操作地耦合至通信接收器的控制器。该控制器被配置成基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制功率天线电路的电流或电压发生器。
本公开中所描述的主题的另一方面提供了一种用于无线地对电动车辆充电的方法。该方法包括：从电动车辆获得针对待被经由充电场从功率发射器递送到电动车辆的充电功率水平的请求。该方法还包括：基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制功率发射器的电流或电压。
本公开中所描述的主题的另一方面提供了一种用于无线地对电动车辆充电的装置。该装置包括用于从电动车辆获得针对待被经由充电场从功率天线电路递送到电动车辆的充电功率水平的请求的设备。该装置还包括用于基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制功率发射器的电流或电压的器件。
本公开中所描述的主题的另一方面提供了一种非暂态计算机可读介质。该介质包括代码，当代码被执行时，使得装置获得针对待被经由充电场从功率天线电路递送到车辆的充电功率水平的请求。该介质还包括代码，当代码被执行时，使得装置基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制功率发射器的电流或电压。
附图说明
图1是根据一个示例性实现方式的无线功率传递系统的功能框图。
图2是根据另一示例性实现方式的无线功率传递系统的功能框图。
图3是根据示例性实现方式的包括传送或接收天线的图2的发送电路或接收电路的一部分的示意图。
图4图示了充电安装在动态无线充电系统中的基座垫的示例性配置。
图5A图示了描绘了当电动车辆行进在充电基座垫上方时用于对该电动车辆充电的示例性动态无线充电系统的图。
图5B图示了描绘了当电动车辆行进在充电基座垫上方时用于对该电动车辆充电的示例性动态无线充电系统的图。
图6是电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的功能框图。
图7是电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的功能框图。
图8是电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的功能框图。
图9是电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的功能框图。
图10是电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的功能框图。
图11是图示了电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的时间序列图。
图12是电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递的功能框图。
图13是图示了电动车辆和基座垫之间的示例性通信和无线功率传递图。
图14描绘了根据无线充电系统的一个实施例的对电动车辆充电的示例性方法的流程图。
具体实施方式
结合附图下文所阐述的具体实施方式旨在作为本发明的某些实现方式的描述，并不旨在待被其中可以实践本发明的唯一实现方式。贯穿本描述使用的术语“示例性”是指“充当示例、实例或说明”，并且不必被解释为优于或胜过其它示例性实现方式。具体实现方式包括用于提供所公开的实现方式的透彻理解的目的的特定细节。在一些实例中，一些设备以框图形式示出。
无线传递功率可以是指从发射器向接收器传递与电场、磁场、电磁场或以其它方式相关联的任何能量形式传递，而不使用物理电导体(例如，功率可以通过自由空间传递)。输出到无线场(例如，磁场或电磁场)中的功率可以由“接收天线”接收、捕获或耦合来实现功率传递。
电动车辆在本文中被用于描述一种远程系统，其示例是车辆，该车辆包括作为其运动能力的一部分的源自可充电能量储存设备的电功率(例如，一个或多个可再充电的电化学电池或其它类型电池)。作为非限制性示例，一些电动车辆可以是混合动力电动车辆，其除了电机之外还包括用于直接运动的或用来对车辆电池充电的传统内燃机。其它电动车辆可以从电功率获得全部运动能力。电动车辆并不限于汽车，并且可以包括摩托车、推车、小轮摩托车等。通过示例而非限制，本文中以电动车辆(EV)的形式对远程系统进行描述。更进一步地，可以至少部分使用可充电能量储存设备供电的其它远程系统也涵盖在内(例如，诸如个人计算设备之类的电子设备等)。
图1是按照一个示例性实现方式的无线功率传递系统100的功能框图。输入功率102可以从电源(该图中未示出)被提供给发射器104以生成用于执行能量传递的无线的(例如，磁或电磁)场105。接收器108可以耦合至无线场105并且生成输出功率110以供耦合至输出功率110的设备(该图中未示出)储存或消耗。发射器104 与接收器108两者分开一距离112。
在一个示例性实现方式中，发射器104和接收器108根据相互谐振关系进行配置。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本上相同或非常接近时，发射器104和接收器108之间的传输损耗最小。如此，与可能需要非常接近(例如，有时几毫米内) 的大天线线圈的纯电感方案相反，无线功率传递可能在更大的距离内被提供。因此，谐振电感耦合技术可以允许在各种距离内以及使用各种感应线圈配置来提高效率和功率传递。
当接收器108位于由发射器104产生的无线场105中时，接收器108可以接收功率。无线场105与由发射器104输出的能量可以被接收器108捕获的区域相对应。如下文进一步所描述的，无线场 105可以与发射器104的“近场”相对应。发射器104可以包括用于向接收器108传送能量的发射天线或线圈114。接收器108可以包括用于接收或捕获从发射器104传送的能量的接收天线或线圈118。近场可以与其中由最低限度地辐射功率远离发射线圈114的发射线圈 114中的电流和电荷产生的强反应性场的区域相对应。近场可以与处于发射线圈114的大约一个波长(或其部分)内的区域相对应。
如上文所描述的，可以通过将无线场105中的能量的大部分耦合至接收线圈118而不是将电磁波的能量的大部分传播至远场来进行有效能量传递。当位于无线场105内时，可以在发射线圈114和接收线圈118之间形成“耦合模式”。其中可能发生该耦合的发射天线114和接收天线118周围的区域在本文中被称为耦合模式区域。
图2是根据另一示例性实现方式的无线功率传递系统200的功能框图。该系统200包括发射器204和接收器208。发射器204可以包括发送电路206，其可以包括振荡器222、驱动器电路224和滤波器和匹配电路226。振荡器222可以被配置成在可以响应于频率控制信号223进行调整的所需频率下生成信号。振荡器222可以向驱动器电路224提供振荡器信号。驱动器电路224可以被配置成基于输入电压信号(VD)225例如在发射天线214的谐振频率下驱动发射天线214。驱动器电路224可以是被配置成从振荡器222接收方波并且输出正弦波的开关放大器。例如，驱动器电路224可以是E类放大器。
滤波器和匹配电路226可以滤除谐波或其它不想要的频率并且将发射器204的阻抗与发射天线214匹配。作为驱动发射天线214 的结果，发射天线214可以生成无线场205以例如无线地输出水平足以对电动车辆605充电的电池236的功率。
接收器208可以包括接收电路210，其可以包括匹配电路232和整流电路234。匹配电路232可以将接收电路210的阻抗与接收天线 218匹配。如图2所示，整流电路234可以由备用交流(AC)电源输入生成直流(DC)电源输出以电池236充电。接收器208和发射器204可以附加地在单独的通信信道219(例如，蓝牙、Zigbee、蜂窝等)上进行通信。接收器208和发射器204可以使用无线场205 的特性经由带内信令交替地进行通信。接收器208可以被配置成确定由发射器204传送并且由接收器208接收的功率量是否适合对电池236充电。
图3是按照示例性实现方式的图2的发送电路206或接收电路 210的一部分的示意图。如图3所图示的，发送或接收电路350可以包括天线352。天线352还可以被称为或被配置为“环形”天线352。天线352在本文中还可以被称为或被配置为“磁性”天线或感应线圈。术语“天线”一般是指可以无线输出或接收能量以用于耦合至另一“天线”的部件。该天线还可以被称为被配置成无线地输出或接收功率的类型的线圈，例如由一匝或多匝Litz线制成的线圈，物理芯结构，例如包括软铁氧体材料和导电背板，例如包括铝。如本文中所使用的，天线352是被配置成无线输出和/或接收功率的类型的“功率传递部件”的示例。天线352可以包括空气芯或物理芯，诸如铁氧体芯(该图中未示出)。
如所陈述的，可以在发射器104和接收器108之间的谐振匹配或近似匹配期间发生发射器104(如参照图2的发射器204)和接收器108(如参照图2的接收器208)之间的能量的高效传递。然而，即使当发射器104和接收器108之间的谐振不匹配时，能量也可以被传递，尽管效率可能会受到影响。例如，效率可以小于在谐振不匹配时的效率。能量传递通过将能量从发射线圈114(如参照图2 的发射线圈214)的无线场105(如参照图2的无线场205)耦合至驻留在无线场105附近的接收线圈118(如参照图2的接收线圈218) 而不是将能量从发射线圈114传播到自由空间中而发生。
环形或磁性天线的谐振频率基于电感和电容。电感可以简单地是由天线352产生的电感，而电容可以被添加到该天线的电感以在所期望的谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性示例，电容器354 和电容器356可以被添加到发射或接收电路350来产生在谐振频率下选择信号358的谐振电路。因此，对于直径较大的天线，当环的直径或电感增加时，维持谐振所需要的电容大小可能会减少。
更进一步地，当天线的直径增加时，近场的有效能量传递面积可以增加。使用其它部件形成的其它谐振电路也是可能的。作为另一非限制性示例，电容器可以被平行放置在电路350的两个端子之间。对于发射天线，频率基本上与天线352的谐振频率相对应的信号358可以是到天线352的输入。
在图1中，发射器104可以输出频率与发射线圈114的谐振频率相对应的时变磁(或电磁)场。当接收器108在无线场105内时，时变磁(或电磁)场可以在接收线圈118中感应电流。如上文所描述的，如果接收线圈118被配置成在发射线圈114的频率下谐振，则能量可以被有效地传递。如上文所描述的，可以整流在接收线圈 118中感应的AC信号以产生可以被提供以充电或供电负载的DC信号。
许多当前无线车辆充电系统需要正在被充电的电动车辆是固定的，即，靠近或在无线充电系统上方停止，使得电动车辆维持存在于由无线充电系统生成的无线场内以用于传递电荷。因此，当电动车辆正在由这种无线充电系统充电时，电动车辆不能用于运输。能够跨越自由空间传递功率的动态无线充电系统可以克服固定无线充电站的一些不足之处。
在具有包括多个沿着行进路径线性放置的多个基座垫的动态无线充电系统的路面上，电动车辆可以在道路上行进的同时在多个基座垫附近行进。如果电动车辆希望在行进的同时对其电池或电源充电以为电动车辆供电，则为了延长其范围或减少以后充电的需要，电动车辆可以请求动态无线充电系统激活沿着电动车辆的行进路径的基座垫。这种动态充电还可以用于减少或消除除了电动车辆的电动牵引系统之外对辅助或补充电机系统(例如，混合动力/电动车辆的二级汽油发动机)的需要。如此，需要高效并且有效激活沿着电动车辆的行进路径的基座垫的动态无线充电系统和方法。
图4图示了安装在动态无线充电系统400中的充电基座垫的示例性配置。充电基座垫515可以被安装在路面的车道中。电动汽车支持设备(EVSE)520被示出离开充电基座垫的一侧，并且可以向经过的电动车辆505广播信号或从经过的电动车辆505接收信号。 EVSE520还可以连接至电塔575。电塔可以将功率供应给EVSE 520， EVSE 520进而可以对充电基座垫515供电。动态无线充电系统400 还可以包含位于充电基座垫515之间以检测沿着路面的一个或更多个电动车辆505的一个或多个接近式设备510。
图5A图示了描绘了当电动车辆505在若干个充电基座垫515上方沿着路面525行进时的该电动车辆的用于对电动车辆505充电的示例性动态无线充电系统500的图。图5A描绘了与图4相同的元件中的一些元件。图5A描绘了电动车辆505在充电基座垫515b上方沿着路面525的左侧车道行驶。
在一些实施例中，EVSE 520可以从路面525上经过的电动车辆 505接收充电请求或无论电动车辆505在什么车道向沿着路面的经过的电动车辆505广播动态无线充电系统500的服务。EVSE 520可以检查以确定是否允许电动车辆505从充电基座垫515a-515d接收电荷(例如，电动车辆505的充电电路是否与动态无线充电系统500 的充电电路兼容，或电动车辆505是否具有批准的帐户，该批准的帐户将针对由动态无线充电系统500提供的任何充电服务而被借记)。在允许电动车辆505接收电荷之前，动态无线充电系统500 与电动车辆505之间所需的任何协商或握手可以经由这些通信而发生。进一步地，电动车辆505可以向EVSE 520传达其GPS位置、矢量和速度。EVSE 520可以经由蓝牙、LTE、无线网络、DSRC或任何类似的通信方式与电动车辆505通信。
如果EVSE 520确定电动车辆505可以接收电荷，则EVSE 520 可以向电动车辆505或其中的操作员提供关于电动车辆505的沿着路面的宽度的对准的附加通信或视觉指示器(该图中未示出)。附加地，EVSE 520可以提供充电基座垫515a-515d的位置的指示器。附加通信或视觉指示器可以对电动车辆505或其操作员发出指令如何将电动车辆505移动到充电基座垫515a-515d所安装的车道并且将电动车辆505移动到充电基座垫515a-515d所安装的车道的何处。
附加地，EVSE 520可以激活充电基座垫控制器530(如图5B所示)和接近式设备510a-510c(接近式设备510b未示出)。激活充电基座垫控制器530包括：提供充电基座垫控制器530运转所需的功率。在另一实施例中，激活充电基座垫控制器530可以包括：提供使得充电基座垫控制器530能够控制充电基座垫515a-515d的信号。充电基座垫控制器530可以在EVSE 520确定允许电动车辆505 充电之前被停用以便节省能源并且确保充电基座垫515a-515d不会不正确地产生无线场535(如图5B所示)。
激活接近式设备510a-510c包括：提供接近式设备510a-510c运转所需的功率并且提供检测信号。接近式设备510a-510c可以在允许 EVSE 520确定允许电动车辆505充电之前被停用以节省能源。在实施例中，充电基座垫控制器530可以被并入到EVSE 520中。在另一实施例中，充电基座垫控制器530可以是单独的设备(如图5B所示)。在一些其它实施例中，接近式设备510a-510c可以通过充电基座垫控制器530被激活。附加地，实施例可以使用所传达的信息来确定电动车辆505是否正在离开充电基座垫515a-515d所安装的车道。
接近设备510a-510c在它们检测到电动车辆505的存在时可以提供信号。接近式设备510a-510c可以沿着路面525的路径放置以使得沿着路面行进的电动车辆505在电动车辆505在充电基座垫 515a-515d上方通过之前，可以由接近式设备510a-510c中的一个检测到，而不需要与电动车辆505进行任何通信时。当接近式设备510 检测到电动车辆505时，其可能会对另一设备产生输出信号。在实施例中，另一设备可以是EVSE 520。在另一实施例中，另一设备可以是充电基座垫控制器530。在实施例中，接近式设备510a-510d可以是电感式传感器，其中，电感式负载指示被传达到另一设备(例如，EVSE)的电动车辆505的存在。在另一实施例中，接近式设备510可以是沿着路面安装的接近式发射器(未示出)，而接近式接收器(未示出)安装在电动车辆505上。当电动车辆505接近充电基座垫515时，一旦接近接近式发射器接近式接收器就可以产生信号。然后，所产生的信号可以传达到EVSE以给出电动车辆505的粗略位置估计以用来激活随后的充电基座垫515。在另一实施例中，接近式设备510可以是不递送无线功率的充电基座垫515。接近式设备 510a可以定位在充电基座垫515a之前。附加地，接近式设备510b 可以定位在充电基座垫515b和515c之间。在实施例中，接近式设备510b可以提供检测在通过接近式设备510a之后进入路面的左侧车道的任何电动车辆505。接近式设备510c可以定位在充电基座垫 515d之后。接近式设备510c可以指示电动车辆505通过充电基座垫 515c的时间。在实施例中，附加的接近式设备510可以安装在每个充电基座垫515a-515d之间。更多的接近式设备510可以提供更多的机会来检测在通过第一接近式设备510和第一充电基座垫515a之后进入路面525的左侧车道的电动车辆505。
来自接近式设备510a-510c的接近信号可以用来追踪电动车辆 505在充电基座垫515a-515d的无线场内的持续时间或验证如由充电基座垫控制器530的负载分析所确定的位置计算。在另一实施例中，接近式设备510可以产生被传达到电动车辆505的信号以通知电动车辆505它正在进入由动态无线充电系统500所服务的区域。信号可以经由EVSE 520、充电基座垫控制器530、直从自接近式设备510、或经由路边标志和/或指示器而被传达到电动车辆505。该信号可以经由任何通讯方式(例如，磁性信标、蜂窝通信、Wi-Fi、RFID等) 传达。电动车辆505可以使用出于任何数目个目的而传达的该接近信号，例如以激活电动车辆505的无线充电电路和功率接收垫506 (如图5B所示)，以向操作员提供指示电动车辆505正在靠近或在充电基座垫515a-515d之上的警告或消息，以激活对准和充电位置检测等。
该充电基座垫控制器530可以控制充电基座垫515a-515d中的一个或多个的激活。充电基座垫控制器530可以不激活充电基座垫 515a-515d，直至接近式设备510a-510c中的一个检测到路面525的左侧车道中的电动车辆505，并且向充电基座垫控制器530发送指示这种检测的信号。这确保了充电基座垫515a-515d不会被不当激活，例如，当没有基座垫被允许从充电基座垫515a-515d上方的充电基座垫515a-515d接收电荷的电动车辆505时，被激活。
充电基座垫515a-515d可以向电动车辆505提供功率传递。充电基座垫515a-515d可以接收由充电基座垫控制器530提供的或输入功率的输入信号，并且产生的无线场535，通过该无线场功率可以无线地被传递到进入无线场535的设备，例如，电动车辆505。充电基座垫515可以包括如由上文图3所描绘的环形天线。
充电基座垫515a-515d可以被嵌入在路面525中，以使得沿着路面525行进的电动车辆505在充电基座垫515a-515d上方通过。在这种实例中，电动车辆505可以包括电池(该图中未示出)、充电电路(该图中未示出)和位于电动车辆505底部上的功率接收垫506 使得功率接收垫506和路面525中的充电基座垫515a-515d之间存在最小干扰和距离(如图5B所示)。在另一实施例中，充电基座垫 515a-515d可以沿着路面525的侧面或在路面525之上被安装。在其它实施例中，包括电池和充电电路的电动车辆505可以具有功率接收垫506，其被定位成使得其能够从充电基座垫515a-515d接收无线功率。在甚至其它实施例中，电动车辆505可以不包括电池，而是使用从充电基座垫515a-515d接收的能量以产生机车力来推进车辆或为车辆设备提供动力。充电基座垫515a-515d可以被设计成使得它们将向功率接收垫506的无线功率的高效传递最大化。
在实施例中，充电基座垫515a-515d的大小可以是半米(0.5m) 的直径。在一些其它实施例中，充电基座垫515a-515d的直径可以超过半米。在一些其它实施例中，充电基座垫515a-515d的直径可以小于半米。在另一实施例中，充电基座垫515a-515d可以具有非圆形形状，例如，但不限于矩形、八角形、椭圆形等。普通技术人员应当理解充电基座垫515的大小可以随着功率传递要求而变化。充电基座垫515a-515d的大小可以通过计算哪一大小在一定距离内提供用于最大量的功率传输的最有效功率传递来被确定。
附加地，充电基座垫515a-515d可以沿着路面525间隔开，并且每个垫515a-515d之间的距离使得电动车辆505上的功率接收垫506 可以连续地从至少一个充电基座垫515接收无线功率，同时沿着路面525行进。在实施例中，充电基座垫515a-515d可以以端到端方式被安装在路面525中，使得充电基座垫515a-515d之间没有空间，因此没有电动车辆505在其中可以不接收无线功率的位置。在另一实施例中，充电基座垫515a-515d可以以每个充电基座垫515a-515d之间的半米(0.5m)的距离而被安装。在另一实施例中，充电基座垫 515可以被隔开，使得没有两个无线场535重叠。在一些实施例中，充电基座垫515a-515d可以彼此重叠。在另一实施例中，充电基座垫 515可以被隔开，使得现在通过确保两个无线场535重叠来许可最高效传递。
如上文所提及的，如果EVSE 520确定允许电动车辆505接收电荷，则EVSE 520可以激活充电基座垫控制器530(该图中未示出)。然后，充电基座垫控制器530或EVSE 520可以激活接近式设备 510a-510c中的一个或多个以确定何时激活各个充电基座垫 515b-515d。在一个实施例中，因为接近式设备510a没有检测到电动车辆505，所以电动车辆505可以在通过接近式设备510a之后，从路面525的右侧车道移动至左侧车道，并且充电基座垫控制器530 可以不激活任何充电基座垫515a-515d。因此，电动车辆505可能无法接收到电荷并且充电基座垫控制器530可能无法使用来自充电基座垫515a-515d的负载分析来估计车辆的位置。
一旦接近式设备510a-510c已经被激活，当电动车辆505从充电基座垫515b行进到充电基座垫515c时，接近式设备510B(该图中未示出)可以检测电动车辆505。当接近式设备510b检测到电动车辆505时，它可以向充电基座垫控制器530发送指示电动车辆505 的检测的信号。充电基座垫控制器530可以接收该信号并且在预期电动车辆505行进到其上时激活车辆的路径中的第一充电基座垫 515(这里，充电基座垫515c)。充电基座垫控制器530可以基于从电动车辆505传达到EVSE 520和/或由来自接近式设备510a-510c 的接近信号确定的车辆速度、矢量和位置来确定激活充电基座垫 515c的时间。
一旦电动车辆505通过所激活的充电基座垫515c上方，充电基座垫控制器530可以使用负载分析来确定电动车辆505在充电基座垫515b和515c之间何时转变以及在充电基座垫515c和515d之间何时进一步转变。负载分析可以允许充电基座垫控制器530激活随后的充电基座垫515d并且以高效方式停用现有充电基座垫515c。
图5B图示了按照示例性实现方式的用于对电动车辆505充电的示例性动态无线充电系统550的图。图5B描绘了沿着路面525行进的电动车辆505的侧视图。沿着路面525的行进方向是从页面的左侧到右侧。动态无线充电系统550可以沿着路面525安装，使得在路面525上行进的一个或多个电动车辆505可以从充电基座垫 515a-515d获得功率。动态无线充电系统550可以包括连接至充电基座垫控制器530的EVSE 520。充电基座垫控制器530可以连接至一个或多个充电基座垫515a-515d，其中每一个可以被停用以便不会不当地产生无线场535。充电基座垫控制器530还可以连接至骨干基础架构532，其又连接至骨干电源单元531。骨干基础架构532和骨干电源单元531可以向一个或多个充电基座垫控制器530供应功率。附加地，一个或多个接近式设备510a-510c(该图中未示出510b和 510c)可以被连接至EVSE 520或充电基座垫控制器530。附加地，动态无线充电系统550可以利用沿着其可以安装动态无线充电系统 550的至少一个路面525和具有至少一个功率接收垫506的至少一个电动车辆505，其可以无线地经由功率接收垫506从一个或多个充电基座垫515a-515d获得电功率。在另一实施例中，EVSE 520和充电基座垫控制器530可以组合成单一单元。
动态无线充电系统550用来向运动中的对象(例如，电动车辆 505)传递无线功率。在一个实施例中，动态无线充电系统550可以使得能够对沿着充电基座垫515a-515d上方的路面525行进的电动车辆505的电池(该图中未示出)无线充电。如上文所讨论的，EVSE 520可以执行动态无线充电系统550和电动车辆505之间的初始通信。一旦已经授予所有权限并且电动车辆505被确定为被允许从充电基座垫515a-515d充电，EVSE 520就可以激活接近式设备510和充电基座垫控制器530。充电基座垫控制器530可以控制连接至充电基座垫控制器530的充电基座垫515a-515d的激活和停用，并且可以在电动车辆505处于运动中的同时执行所连接的充电基座垫 515a-515d的负载分析来估计从充电基座垫515a-515d接收无线功率的电动车辆505的位置。
接近式设备510可以用来检测电动车辆505或能够进行无线功率传递的其它电动设备何时进入充电基座垫515a-515d的附近。充电基座垫515a-515d可以经由至少一个无线场535a-535d(如所示出的无线场535b)向电动车辆505或能够进行无线充电的其它电动设备提供无线功率。路面525可以作为用于动态无线充电系统550的安装点。电动车辆505可以用来使用电场力(electric force)而在位置之间运送乘客或物体。继续行驶可能会耗尽包含在电池内的电荷。电动车辆505的功率接收垫506可以用来接收由充电基座垫 515a-515d无线传递的功率。功率接收垫506可以连接至电池以经由充电电路(该图中未示出)给它充电或连接至向电动车辆505提供运动的电机。
充电基座垫控制器530可以控制充电基座垫515a-515d，使得它们针对于电动车辆505根据需要被激活并且停用。动态无线充电系统500可以包括至少一个充电基座垫控制器530，其可以向至少一个充电基座垫515提供激活和停用控制。充电基座垫控制器530可以连接至充电基座垫控制器530所控制的每个充电基座垫515a-515d。在备选实施例中，充电基座垫控制器530可以被集成到EVSE 520中，使得EVSE 520控制器用于控制充电基座垫515a-515d并且各充电基座垫515a-515d可以直接连接至EVSE 520。
附加地，充电基座垫控制器530可以执行如上文所讨论的负载分析所需的计算。所述负载分析可以在电动车辆505正在沿着路面 525在充电基座垫515a-515d上方移动并且经由无线场535a-535d从充电基座垫515a-515d正在接收无线功率的同时，允许充电基座垫控制器530估计电动车辆505的位置。充电基座垫控制器530仅使用电动车辆505的负载简档来确定电动车辆505的位置。使用负载分析确定充电基座垫515上方的电动车辆505的位置可以提供系统的更高分辨率、精度、鲁棒性，以及动态无线充电系统500的位置估计的实时能力。
在实施例中，由电动车辆505使用的接收器可以是线圈天线并且充电基座垫515a-515d可以包括线圈天线。在备选实施例中，功率接收垫506和充电基座垫515中的任一或两个可以是包括如上文参照图3所描述的线圈的环形天线。
图6是示例性无线充电系统600的功能框图。充电系统600可以包括无线功率发射器系统649和无线功率接收器系统699。无线功率发射器系统649可以包括在动态无线充电系统500和550中找到的部件。无线功率接收器系统699可以包括在电动车辆505中找到的部件。无线功率发射器系统649可以包括基座控制器620，其可以包括处理器(未示出)和/或被配置成控制或协调由无线功率发射器系统649中示出的方框执行的功能的其它控制器电路。无线功率发射器系统649可以包括可以向功率因子校正单元605供应交流电 (AC)电压/电流的外部功率源601。功率因子校正单元605可以调整外部功率源601的功率因子，并且可以将AC电压/电流转换成直流(DC)电压/电流。功率因子校正单元还可以提高外部功率源601 的稳定性和效率。然后，功率因子校正单元605可以向DC低频(LF) AC电压转换器/逆变器610供应DC电压/电流。DC-LF AC电压转换器/逆变器610将AC电压转换成AC电流。然后，DC-LF AC电压转换器/逆变器610可以向基座垫615提供AC电流。基座垫615可以类似于基座垫515、发射器104和发射器204。例如，基座垫615可以包括相对于图1和图2的发射器104和发射器204类似于上文所描述的那些的部件。在一些实施例中，基座垫615可以包括垫子，该垫子包括发射器104和发射器204的部件的至少一部分。然后，基座垫615使用具有AC电流的功率天线电路产生磁场645，以向无线功率接收器系统699提供无线功率。基座垫615的功率天线电路可以包括类似于上文所描述的发送天线/线圈114，214，352的无线功率发送天线。在一些实施例中，基座垫615可以包括无线功率发射器系统649的方框中的一个或多个。例如，基座垫615可以包括基座控制器620、功率因子校正单元605和/或DC-LF AC电压转换器/逆变器610。在一些实施例中，基座垫615可以包括主谐振器。
无线功率接收器系统699可以包括车辆垫650。车辆垫650可以类似于功率接收垫506、接收器108和接收器208。无线功率接收器系统699可以包括车辆控制器675，其可以包括处理器(未示出)和 /或被配置成控制或协调由无线功率接收器系统699中所示出的方框执行的功能的其它控制器电路。例如，车辆垫650可以包括相对于图1和图2的接收器108和接收器208的类似于上文所描述的部件。在一些实施例中，车辆垫650可以包括垫子，其至少包括接收器108 和接收器208的部件的至少一部分。车辆垫650可以被配置成经由磁场645从基座垫615的功率天线电路接收无线功率。在一些实施例中，车辆垫650可以包括无线功率接收器系统699的方框的一个或多个。例如，车辆垫650可以包括LF AC-DC转换器655、功率调节/管理单元660和/或电压/电流测量单元665。在一些实施例中，车辆垫650可以包括次级谐振器。
磁场645在车辆垫650处产生AC电流，然后，车辆垫650向 LF AC-DC转换器655提供该电流。LF AC-DC转换器655将AC电流转换成DC电压/电流。然后，LF AC-DC转换器655向功率调节/ 管理单元660供应DC电压/电流。功率调节/管理单元660可以修改 DC电压/电流，以提高由车辆垫650接收的功率的量。功率调节/管理单元660可以通过提供浪涌保护，基于无线功率接收器699的部件的某些要求修改功率，或用来提高质量和/或性能的其它修改来提高质量。然后，功率调节/管理单元660可以向车辆电池670提供DC 电压/电流用于充电和功率供应。无线功率接收器系统699可以测量通过电压/电流测量单元665供应给车辆电池670的DC电压/电流。然后，电压/电流测量单元665可以向车辆控制器675提供所测量的输出功率/电流。车辆控制器675可以包括处理器和或其它控制器电路。车辆控制器675还可以从车辆电池670接收功率/电流请求，车辆电池670可以基于从功率调节/管理单元660供应的DC电压/电流提供请求。车辆控制器可以包括比较器680和比例-积分-微分(PID) 控制器增益685。比较器680可以比较来自电压/电流测量单元665 的输出功率/电流和来自车辆电池670的功率/电流请求。然后，比较器680可以基于比较产生误差值并且向PID控制器增益685供应误差值。PID控制器增益685接收误差值，并且可以尝试通过调整控制输出，例如，调整来自车辆电池670的功率/电流请求以产生来自车辆控制器675的基座电流请求，来将比较器680的误差值最小化。基座电流请求指定被请求以对车辆电池670充电的电流的量。来自车辆控制器675的基座电流请求可以基于误差值和功率/电流请求以将来自由车辆电池670请求的电流和由车辆电池670接收的电流的任何损失、误差或低效率作为因子考虑在内。
车辆控制器675可以通过通信链路经由通信天线向无线功率发射器系统649的基座控制器620发送基座电流请求。通信链路可以是任何类型的通信链路，诸如例如，蓝牙、ZigBee、蜂窝、射频(RF)、无线局域网(WLAN)等。基座控制器620可以经由通信天线接收基座电流请求并且向功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610发送这种请求，以使得每个可以调整它们的功能以更好地匹配来自车辆控制器675的新请求。
然而，通过通信链路到基座控制器620的传输可能经历无线通信延迟625。无线通信延迟625可以取决于信号强度、误码率、环境因素等变化。在一些实施例中，无线通信延迟625可能在10ms和 200ms之间变化。在一些实施例中，无线功率发射器系统649对无线功率接收器系统699的基座电流请求的响应可能受到通信链路的无线通信延迟625限制，并且可能导致效率低下。例如，车辆控制器675可能由于无线通信延迟625而不能够足够频繁地发送其更新的输出误差值或输出功率测量来捕获无线充电系统600的某些改变。然后，基座控制器620向功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610发送指示来自车辆控制器675的基座电流请求的电流控制信号。
为了改善通信延迟625所造成的效率低下，车辆控制器675可以向基座控制器620发送功率请求，而不是基于误差值而推导出的连续发送和调整后的基座电流请求，该误差值基于比较所需电流和在车辆垫650处接收的实际测量的电流而得以确定。功率请求可以包括指示所请求的待从基座垫615递送至车辆垫650的初始充电功率水平的信号。如下文将进一步所描述的，响应于初始功率请求，对于一段时间，而不是依赖于指示所接收到的功率和所需的功率水平之间的差异的来自接收器系统699的反馈，基座控制器620可以基于估计由接收器系统699接收的功率单方面调整供应给基座垫 615的输入功率。单方面调整由基座控制器620控制的输入功率可以在在一段时间内没有接收或依赖来自接收器系统699的反馈的情况下执行并且可以基于在发射器系统649处测量的某些电特性，诸如例如，电流、阻抗、电压、电阻、电感、谐振频率、相位等。发送功率请求并且响应于效率估计或在发射器系统649处测量的其它信息而调整输入功率，而不是发送上文所描述的基座电流请求提供了几个优点。例如，车辆控制器675可以仅需要向基座控制器620传达初始功率请求并且基座控制器620可以相应地调整电流一段时间，无需进一步的功率请求。在一些实施例中，当车辆电池改变其功率请求时，车辆控制器675可以传达后续功率请求。在接收到功率请求时，基座控制器620可以确定适当的电流以供应给基座垫615，以满足车辆控制器675的功率请求。在无线充电系统600中，车辆控制器675向基座控制器620发送基座电流请求并且基座控制器620 尝试通过基座垫615供应该电流。然而，使用基座电流请求，当车辆电池670充电时(当电池的阻抗增加时)，车辆电池670可能汲取较少电流，因此，可能需要频繁的新的电流请求，以适应正在改变的所接收的电流。因此，按照下文所描述的实施例，车辆控制器675可以当发送功率请求而非电流请求时，较不频繁地与基座控制器 620通信，其可以减少无线通信延迟625对总体无线充电系统600 的影响。
在一些实施例中，基座控制器620可以估计无线充电系统600 的效率，并且响应于估计调整输入功率。在一些实施例中，对于一段时间，可以基于仅在无线功率发射器系统649处得知的信息做出这种效率的估计。对于该时间段，可以在不考虑关于实际上在接收器处测量的功率值的任何信息的情况下做出估计和相关的调整。如下文相对于图7更全面地所描述的，车辆控制器775可以向基座控制器720发送功率请求并且基座控制器720可以调整电压或电流(例如，来自外部功率源601、功率因子校正单元605、DC-LF AC电压转换器/逆变器610的AC或DC电压或电流)以基于效率估计器630 的所估计的效率更接近地匹配在功率请求中指示的所请求的充电功率水平。这种调整因为可能把可能的损失、误差或者来自从车辆控制器775请求的功率和由车辆电池670接收到的功率的效率低下考虑在内，所以可能允许向车辆电池670更精确的功率的供应。
图7描绘了实现功率请求和效率估计的示例性无线充电系统700 的功能框图。图7中所图示的无线充电系统700类似于图6中所图示的无线充电系统600并且从图6中所图示的无线充电系统600修改。对两者共用的元件共享公共参考标记，并且为了简便起见，仅仅描述了系统600和700之间的差异。
除了用无线充电系统600的元件之外，无线充电系统700还包括连接至外部功率源601和功率因子校正单元605的电压/电流测量单元602。电压/电流测量单元602测量由外部功率源601供应给功率因子校正单元605的DC电压/电流，并且向基座控制器720传送所测量的输入功率。基座控制器720包括连接至比较器724的效率估计器721，比较器724连接有PID控制器增益726。
类似于无线充电系统600，车辆控制器775从车辆电池670接收功率/电流请求。然而，代替传送基于在接收器系统699处的输出功率测量进行调整的基座电流请求，车辆控制器775向基座控制器720 发送功率请求。功率请求还经历无线通信延迟625，然而，在至少某些实施例中，如上文所描述的，功率请求可以在低于发送基座电流请求的频率下被发送(或功率请求可能不会随着时间的推移而改变与如上文所描述的基座电流请求一样多)。车辆控制器775向效率估计器721发送功率请求并且效率估计器721通过无线充电系统700 的所估计的效率调整功率请求。在一些实施例中，初始估计效率可以是基座控制器720的存储器中的预先编程的值或可用于可由效率估计器721检索的基座控制器720。这种所估计的效率值(或功率效率因子)当被开发时，可以基于系统的已知特性得以确定。在一些实施例中，所估计的效率可以是来自存储在可由基座控制器720访问的存储器中的查找表的值。在一些方面中，来自查找表的值可以取决于功率请求(例如，功率请求越高，查找表中的值越高)。然后，效率估计器721可以向比较器724发送经调整的功率请求。比较器724可以比较来自效率估计器721的调整后的功率请求与来自电压/电流测量单元602的输入功率。然后，比较器可以基于比较产生误差值并且向PID控制器增益726供应该误差值。PID控制器增益726接收误差值，并且可以尝试通过调整控制输出，例如，调整来自效率估计器721的输入功率请求以产生电流控制信号来发送到功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610以使它们可以调整它们的系统以更好地匹配经调整的输入功率请求，以将比较器724的误差值最小化。在一些实施例中，然后，功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610的调整调整向基座垫615的功率天线电路递送电流或电压以产生磁场645以传递可以更好地满足经调整的输入功率请求的功率的电流或电压发生器。在一些实施例中，功率天线电路的电流或电压发生器可以包括外部功率源601、功率因子校正单元605和/或在DC-LFAC电压转换器/逆变器610。相对于图6所示的无线充电系统600，无线充电系统700 基于所测量的输入功率并且基于来自效率估计器721的功率效率因子调节输入功率，其可以允许无线功率发射器系统649对所测量的功率的改变作出反应，而不是依赖于来自无线功率接收系统699的反馈。
图8描绘了实现功率请求和效率估计的示例性无线充电系统800 的功能框图。图8描绘了所有与图7的无线充电系统图700相同的元件和功能，除了某些差异之外。图8与图7的不同之处在于电压/ 电流测量单元602被连接至功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610，并且测量从功率因子校正单元605提供给 DC-LF AC电压转换器/逆变器610的输入功率，而不是被连接至外部功率源601和功率因子校正单元605并且测量从外部功率源601 提供给功率因子校正单元605的功率。因为测量可以把功率因子校正单元605的任何损失或效率低下考虑在内，所以这种配置的非限制性益处是输入功率测量可以在功率因子校正单元605之后比外部功率源601更准确。在一些实施例中，电压/电流测量单元602还可以被定位成测量从DC-LF AC电压转换器/逆变器610提供给基座垫 615(未示出)的输入功率。
图9描绘了示例性无线充电系统900的功能框图。图9中所图示的无线充电系统900类似于图8中所图示的无线充电系统800并且从图8中所图示的无线充电系统800中修改。对两者共用的元件共享公共参考标记，并且为了简便起见，仅仅描述了系统800和900 之间的差异。如上文所描述的，效率估计用来调整输入功率，而不是依赖于来自无线功率接收器系统699关于易遭受无线通信延迟625的电特性(例如，输出功率)的实际测量值的反馈。然而，某些进一步的实施例可以在一定频率/周期下从无线功率接收器系统699 接收关于实际测量的功率值的信息，以有助于随着时间的推移提高效率估计(例如，功率效率因子)。
在图9中，连接至功率调节/管理单元660和车辆电池670的电压/电流测量单元965向车辆控制器775发送从功率调节/管理单元 660递送到车辆电池670的功率的输出功率测量。车辆控制器775 接收输出功率测量和来自车辆电池670的功率请求，并且将该功率请求和输出功率测量发送到基座控制器920。输出功率测量和功率请求可能经历无线通信延迟625。
车辆控制器775向基座控制器920的效率除法器922发送功率请求。效率除法器922连接至效率估计器721，其向效率除法器922 发送无线功率发射器系统649的所估计的效率。然后，效率除法器 922使功率请求除以所估计的效率，并且向比较器724发送所得输入功率。如关于图7和图8所讨论的，比较器724比较输入功率请求和从电压/电流测量单元602测量的输入功率并且向PID控制器增益 726发送所得误差值。PID控制器增益726接收误差值，并且可以通过产生电流控制信号来发送到功率因子校正单元605和DC-LF AC 电压转换器/逆变器610来将误差值最小化。在一些实施例中，然后，功率因子校正单元605和DC-LFAC电压转换器/逆变器610的调整将电流调整至基座垫615的功率天线电路以产生磁场645来传递可能更好地满足调整后的输入功率请求的功率。
车辆控制器775向基座控制器920的比较器923发送输出功率测量。在一些实施例中，车辆控制器775可以比功率请求更频繁地发送输出功率测量。因为输出功率测量传输可能经历无线通信延迟 625，所以基座控制器920可以在不同时间间隔接收输出功率测量。比较器923连接至效率乘法器925和效率估计器721。效率乘法器 925连接至电压/电流测量单元602、效率估计器721和比较器923。效率估计器721发送所估计的效率并且电压/电流测量单元602向效率乘法器925发送输入功率。然后，效率乘法器925将输入功率乘以所估计的效率并且向比较器923发送所得估计的输出功率。比较器923比较输出功率测量与所估计的输出功率，并且向效率估计器 721发送所得误差值。然后，效率估计器721利用误差值调整其效率估计。发送输出功率测量可以具有几个优点。例如，如上文所讨论的，效率估计器721可以使用预先编程的效率估计值。在本实施例中，效率估计器721可以使用输出功率测量反馈调整其效率估计以更精确地反映从基座垫615传递到车辆电池670的功率的效率。当车辆控制器775发送更多的输出功率测量时，效率估计器721可以用所接收的每个新输出功率测量调整效率估计，其可以产生更精确的估计。
图10描绘了示例性无线充电系统1000的功能框图。图10中所图示的无线充电系统1000与图9中所图示的无线充电系统900类似并且从图9中所图示的无线充电系统900修改。对两者共用的元件共享公共参考标记，并且为了简便起见，仅仅描述了系统900和1000 之间的差异。
在图10中，连接至功率调节/管理单元660和车辆电池670的电压/电流测量单元965向车辆控制器1075发送输出功率测量。车辆电池670向车辆控制器1075发送功率/电流请求。车辆控制器1075包括比较器1080，其比较输出功率测量和功率/电流请求。替代发送输出功率测量(例如，如车辆控制器975)，车辆控制器1075向基座控制器1020发送所得输出误差。车辆控制器1075还向基座控制器 1020发送功率请求。在一些实施例中，车辆控制器975可能会比功率请求更频繁地发送输出误差。功率请求和输出误差均可能经历无线通信延迟625。因为输出误差传输可能经历无线通信延迟625，所以基座控制器1020可以在不同的时间间隔接收输出误差。
基座控制器1020可以包括效率估计器1021，其连接至效率除法器922。效率估计器1021从车辆控制器1075接收输出误差并且可以基于误差值调整其效率估计。在一些实施例中，输出误差值可以是指示效率估计器1021应当要么提高要么降低效率估计而不指示提高或降低效率估计多少的二进制值。在一些实施例中，输出误差值可以包括多个比特，其可以提供可以指示提高或降低效率估计多少或可以指示保持效率估计相同的误差值。其它可能的误差值也是可能的。发送输出误差而不是输出功率测量可以具有几个优点。例如，发送误差值可能是比发送输出功率测量更压缩的传输，其可以减少从车辆控制器1075到基座控制器1020的传输时间，其又进而可能降低无线通信延迟625的影响。附加地，发送误差值可以减少基座控制器1020的复杂性和处理时间，并且可能基于该功率请求导致递送功率的速度增加。与图6所示的无线充电系统600对比，无线充电系统1000基于所测量的输入功率、来自效率估计器1021的功率效率因子和从车辆控制器1075接收的反馈来调节输入功率。因为无线充电系统1000可以对所测量的功率和/或无线功率发射器系统649 的其它电特性的变化作出反应而非依赖于来自无线功率接收器系统 699的反馈，所以无线通信延迟625的影响变得不太显著。因此，与由图6的车辆控制器675提供的反馈相比较，从车辆控制器1075接收到的反馈可以较不频繁地发生或者可以较不被非常依赖。
结合图4至图10，图11是图示了电动车辆505和无线功率发射器649之间的示例性通信和无线功率传递的时间序列图。在一些实施例中，图11中所图示的示例性通信和无线功率传递可以发生在无线充电系统900和1000中。在一些实施例中，图11中所图示的示例性通信和无线功率传递可以发生在固定的无线充电系统中。在固定的无线充电系统中，电动车辆505可以停放在车库中、停车空间中、停车库中、在街道上或具有包括基座垫(例如，类似于基座垫 515或615)的无线充电系统的其它停放区域。
图11包括在左纵轴上指示功率水平、在水平轴上指示时间和在右纵轴上指示效率水平的曲线图。时间自左向右增加并且功率和效率均从底部到顶部增加。图11包括自曲线图的左上部分向曲线图的右上部分延伸的水平虚线水平线。水平虚线代表车辆所请求的功率水平1101。车辆所请求的功率水平1101可以类似于图7至图10中的功率请求。图11还包括在多个效率水平下自左向右延伸的实线水平线。实线水平线代表无线功率发射器649的效率估计水平1102。效率估计水平1102可以类似于图7至图10中的效率估计。图11还包括自左向右延伸的点线水平曲线，并且功率一般自左向右增加。点线水平曲线代表无线功率发射器649的实际输入功率曲线1103。实际输入功率曲线1103可以类似于由电压/电流测量单元602(图9 至图10)所测量的输入功率。图11还包括自左向右延伸的虚线水平曲线，并且功率一般自左向右增加。虚线水平曲线代表无线功率发射器649的实际输出功率曲线1106。实际输出功率曲线1106可以类似于由电压/电流测量单元965所测量的输出功率测量。图11还包括沿着可以代表所估计的输入功率请求1108的实际输入功率曲线 1103的各种点。所估计的输入功率请求1108可以类似于从图7至图 10的效率估计器721或效率除法器922发送的输入功率请求。
图11图示了无线功率发射器649随着时间的推移对车辆功率请求水平1101做出响应发射器。在时间1120开始时，车辆控制器975 或1075可以向基座控制器920或1020发送车辆所请求的功率水平 1101和输出误差。在时间1120期间，然后，基座控制器920或1020 可以计算所估计的输入功率请求1108a并且将控制信号传达给功率因子校正单元605和DC-LFAC电压转换器/逆变器610，以使基座垫615中的电流可以提供由实际输入功率曲线1103所代表的功率。
如所示出的，在时间1120期间的效率估计水平1102相对靠近车辆所请求的功率水平1101，从而指示高效率估计水平1102。在一些实施例中，效率估计水平1102可以是更高或更低的值。在时间 1121开始时，基座控制器920或1020从车辆控制器975或1075接收指示输出功率测量(例如，实际输出功率曲线1106)或输出误差值的另一无线通信。然后，基座控制器920或1020可以基于所接收的输出功率测量或输出误差值计算新的所估计的输入功率请求 1108b。如所示出的，所接收的输出功率测量或输出误差值可以指示效率估计器921或1021应当降低效率估计水平1102，其进而增加所估计的输入功率请求1108b、实际输入功率曲线1103和实际输出功率曲线1106。在时间1122开始时，基座控制器920或1020从车辆控制器975或1075接收指示输出功率测量(例如，实际输出功率曲线1106)或输出误差值的另一无线通信。如所示出的，所接收的输出功率测量或输出误差值再次指示效率估计器921或1021应当降低效率估计水平1102，其进而又增加所估计的输入功率请求1108c、实际输入功率曲线1103和实际输出功率曲线1106。在时间1123开始时，基座控制器920或1020从车辆控制器975或1075接收指示输出功率测量(例如，实际输出功率曲线1106)或输出误差值的另一无线通信。如所示出的，所接收的输出功率测量或输出误差值再次指示效率估计器921或1021应当降低效率估计水平1102，其进而又增加所估计的输入功率请求1108d、实际输入功率曲线1103和实际输出功率曲线1106。在时间1124开始时，基座控制器920或1020 从车辆控制器975或1075接收指示输出功率测量(例如，实际输出功率曲线1106)或输出误差值的另一无线通信。如所示出的，因为实际输出功率曲线1106现在超过车辆所请求的功率水平1101，所以所接收的输出功率测量或输出误差值现在指示效率估计器921或 1021应该增加效率估计水平1102。因此，所增加的效率估计平1102 降低所估计的输入功率请求1108e、实际输入功率曲线1103和实际输出功率曲线1106。
图12描绘了示例性无线充电系统1200的功能框图。图12中所图示的无线充电系统1200类似于图10中所图示的无线充电系统 1000并且从图10中所图示的无线充电系统1000修改。对两者共用的元件共享公共参考标记，并且为了简便起见，仅描述了系统1000 和1200之间的差异。
在图12中，车辆控制器1075向基座控制器1220发送输出误差和可能经历无线通信延迟625的功率请求。在一些实施例中，车辆控制器1075可能比功率请求更频繁地发送输出误差。因为输出误差传输可能经历无线通信延迟625，所以基座控制器1220可以在不同的时间间隔接收输出误差。基座控制器1220包括连接至比例除法器 1222的输入/输出比例估计器1221。输入/输出比例估计器1221从车辆控制器1075接收输出误差，并且可以基于所接收的输出误差计算输入和输出功率的所估计的输入/输出比例。然后，输入/输出比例估计器1221向比例除法器1222发送所估计的输入/输出比例。比例除法器1222将功率请求除以输入/输出比例来产生输入功率请求以发送到比较器724。
无线充电系统1200可以提供诸如动态无线充电系统500和550 之类的动态无线充电系统的几个优点。参照图5B，当电动车辆505 行进在基座垫515a-d上方时，可能存在垫子之间的空间，其中电动车辆可以从基座垫515a-d接收很少功率至没有从基座垫515a-d接收功率。因此，基座垫由于基座垫515a-d之间的间隙基座垫515a-d不能向电动车辆505提供恒定功率，并且基座控制器1220可以使用基座垫515a-d的平均功率来确定用以供应的正确输入功率。因此，基座控制器1220使用输入/输出比例调整所提供的充电功率水平，以使它可以考虑基座垫515的平均功率以及效率，以更紧密地匹配功率请求中所指示的所请求的充电功率水平。
图13是图示了在动态无线充电系统的示例性通信和无线功率传递期间供应的平均功率的曲线图。在一些实施例中，图11中所图示的示例性通信和无线功率传递可以发生在动态无线充电系统500， 550和无线充电系统1200中。
图13包括指示功率水平的左纵轴、代表所行进的距离的水平轴和指示输入/输出比例水平的右纵轴。图13包括自曲线图的左上部分向曲线图的右上部分延伸的水平虚线水平线。虚线水平线代表车辆所请求的功率水平1301。车辆所请求的功率水平1301可以类似于图 7至图10和图12中的功率请求。图13还包括在多个输入/输出比例水平下自左向右延伸的实线水平线。实线水平线代表无线功率发射器649的输入/输出比例水平1302。输入/输出比例水平1302可以类似于图2中的输入/输出比例。图13还包括自左向右延伸的点线水平曲线，并且功率一般自左向右增加。点线水平曲线代表无线功率发射器649的实际输入功率曲线1305。实际输入功率曲线1305可以类似于由电压/电流测量单元602所测量的输入功率。如所示出的，实际输入功率曲线1305在基座垫515之间显著减少。图13还包括自左向右延伸的虚线水平曲线，并且功率一般自左向右增加。虚线水平曲线代表无线功率发射器649的实际输出功率曲线1310。实际输出功率曲线1310可以类似于由电压/电流测量单元965所测量的输出功率测量。如所示出的，实际输出功率曲线1310在基座垫515之间显著减少。
图13图示了当电动车辆行进在基座垫515上方时，无线功率发射器649对车辆功率请求水平1302做出响应发射器。在电动车辆505 通过基座垫515a-c上方之前，车辆控制器1075可以向基座控制器 1220发送车辆所请求的功率1302和输出误差。然后，基座控制器1220可以基于输入/输出比例估计水平1302调整输入功率来更接近地匹配车辆功率请求水平1302并且将控制信号传达到功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610，以使基座垫515a-c 可以提供实际输入功率曲线1305。
如所示出的，在电动车辆行进在基座垫515a-c上方时，输入/输出比例水平1302开始相对靠近车辆所请求的功率水平1301基座垫，从而指示高输入/输出比例水平1302。在一些实施例中，输入/输出比例水平1302可以是更高或更低的值。在点1320处，基座控制器1220 从车辆控制器1075接收指示输出误差值的另一无线通信。然后，基座控制器1220可以基于所接收的输出误差值计算新的所估计的输入功率请求。如所示出的，输出误差值可以指示输入/输出比例估计器 1221应当降低输入/输出比例估计水平1302，其进而增加实际输入功率曲线1305和实际输出功率曲线1310。在点1321处，基座控制器 1220从车辆控制器1075接收指示输出误差值的另一无线通信。然后，输入/输出比例估计器1221基于所接收的输出误差值计算新的所估计的输入功率请求。如所示出的，输出误差值可以指示输入/输出比例估计器1221应当降低输入/输出比例估计水平1302，其进而又增加实际输入功率曲线1305和实际输出功率曲线1310。如所示出的，在电动车辆505被定位在基座垫515g上方的同时并且当基座垫 515g从车辆控制器1075接收无线通信消息时，基座垫515g可以调整由实际输入功率曲线1305代表的其输入功率。附加地，尽管基座垫515g-i可以提供高于车辆所请求的功率水平1301的由实际输出功率曲线1310所代表的功率，但是因为实际输入功率曲线1305在基座垫515g-i之间实质上减少，所以由基座垫515g-i提供的平均功率可以低于车辆所请求的功率水平1301。
在一个实施例中，电动车辆505的车辆控制器1075可能由于无线通信延迟625而不能够足够频繁地发送其更新的输出误差值或输出功率测量来捕获无线充电系统1200的某些改变。在一些实施例中，基座控制器(例如，基座控制器1020或1220)可能观察到无线充电系统1200的某些电性特性(例如，电流、阻抗、电压、电阻、电感、谐振频率、相位等)的随着时间(例如，图11的时间段1120或图 13中点1320和1321之间的时间段)的推移而发生的任何改变，并且可以单方面调整输入功率(例如，来自外部功率源601、功率因子校正单元605或DC-LF AC电压转换器/逆变器610的功率)以考虑这种改变。例如，基座控制器可以观察被驱动到基座垫615的发射线圈的电流的改变。这种改变可以是基座垫615和车辆垫650靠拢(例如，当人进入车辆时)或远离(例如，当人离开车辆时)基座垫、位于基座垫615和车辆垫650之间的物体、或无线充电系统1200 的一些其它改变的结果。基座控制器1220将发送控制信号以相应地调整功率以基于先前所接收的功率请求(例如，车辆所请求的功率 1301)和先前所计算的或编程的效率估计(例如，来自效率估计器 1021)或输入/输出比例估计(例如，来自输入/输出比例估计器1221) 考虑这种改变。
图14描绘了根据无线充电系统对电动车辆505充电的示例性方法的流程图。图14所示的方法可以经由基本上类似于包括图5至图 10和图12的基座垫515或615的充电系统的图7至图10和图12 的基座控制器720，920，1020，或1220的基座控制器中的一个或多个设备实现。在一个实施例中，一旦电动车辆505(图5A和图5B) 靠近充电系统，电动车辆505就可以通过例如通信信道发起与基座控制器的通信(图5A和图5B)，以请求来自基座垫的功率水平。一旦电动车辆505传送功率请求，就可以发起充电过程，并且基座控制器进行到方框1402。
在方框1402，基座控制器从电动车辆获得针对待被经由充电场从功率发射器递送至电动车辆的充电功率水平的功率请求。电动车辆可以包括电动车辆505。电动车辆505的车辆控制器775或1075 (图7至图10和图12)可以向基座控制器传送功率请求。基座控制器可以经由通信信道219(图2)获得功率请求。一旦基座控制器获得功率请求，基座控制器就进行到方框1404。
在方框1404，基座控制器基于功率效率因子和所请求的充电水平控制功率发射器的电压或电流。基座控制器可以包括估计无线充电系统(例如，无线充电系统600，700，800，900，1000和1200) 的效率的效率估计器721和1021(图7至图10)。在一些实施例中， PID控制器增益726可以向功率因子校正单元605和DC-LF AC电压转换器/逆变器610传送指示所确定的电流足以基于所估计的效率提供所请求的水平下的功率的控制信号。然后，功率因子校正单元605 和DC-LF AC电压转换器/逆变器610调整它们的输出并且DC-LF AC电压转换器/逆变器610向基座垫提供所确定的电流，然后，基座垫可以基于所确定的电流向无线功率接收器提供功率。在基座控制器基于功率效率因子和所请求的充电水平控制功率发射器的电压或电流之后，该方法结束，直至基座控制器从电动车辆获得新的功率请求为止。
上文所描述的方法的各种操作可以通过能够执行操作(诸如各种硬件和/或软件部件(多个)、电路、和/或模块(多个))的任何合适器件来执行。通常，在图中图示的任何操作可以通过能够执行操作的对应的功能器件来执行。例如，用于获得从电动车辆获得待被经由充电场从功率天线电路递送至电动车辆的充电功率水平的请求的器件可以包括通信天线或基座控制器720，920，1020和1220。附加地，用于基于功率效率因子和所请求的充电功率水平控制功率天线电路的电流或电压可以包括基座控制器720，920，1020和1220。
可以使用多种不同技术和方法中的任一个来表示信息和信号。例如，整个上述描述中可能提及的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子、或者其任意组合来表示。
结合本文中所公开的实现方式描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上文中一般根据其功能性来描述各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。这种功能性被实现为硬件还是被实现为软件取决于特定应用和施加于整个系统的设计约束。所描述的功能性可以针对每一特定应用以不同的方式来实现，但是，不应当将这些实现判定解释为导致背离本发明的实施例的范围。
结合本文中所公开的实现方式而描述的各种说明性块、模块和电路可以使用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计成执行本文中所描述的其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是替代地，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、结合DSP核心的一个或多个微处理器、或任何其它此类配置。
结合本文中所公开的实施例而描述的方法或算法和功能的步骤可以直接在硬件、由处理器执行的软件模块、或这两者的组合中来直接体现。如果在软件中实现，则这些功能可以作为有形的非暂态计算机可读介质上的一个或多个指令或代码而加以存储或传送。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM (EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、CD-ROM或本领域已知的任何其它形式的存储介质。存储介质耦合到处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息并且将信息写到存储介质。替代地，存储介质可以与处理器成一体。如本文中所使用的磁盘和光盘包括压缩光盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中，磁盘通常磁性地再现数据，而光盘使用激光器光学地再现数据。上述的组合还应当包括在计算机可读介质的范围之内。处理器和存储介质可以驻留于ASIC中。
出于概括本公开的目的，已经在本文中对本发明的某些方面、优点和新颖特征进行描述。应当理解，按照本发明的任何特定实施例，不一定实现所有这些优点。因此，本发明可以以实现或优化如本文中所教导的一个优点或一组优点的方式来体现或执行，而不必实现如本文中所教导或建议的其它优点。
上文所描述的实施例的各种修改将是显而易见的，并且本文中所定义的一般原理可以应用于其它实施例而不背离本发明的精神或范围。因此，本发明并不旨在限于本文中所示的实施例，而是要符合与本文中所公开的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (29)

1.一种用于无线地对电动车辆充电的装置，包括：
通信接收器，被配置成获得针对充电功率水平的请求，其中所述请求指示待被经由充电场从功率天线电路递送到所述电动车辆的充电功率水平；和
控制器，操作地耦合至所述通信接收器，并且被配置成基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制所述功率天线电路的电流或电压发生器，其中确定在第一时间段期间的所述功率效率因子，而不考虑在所述第一时间段期间在所述电动车辆处测量的功率的量。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率效率因子至少部分地基于能够由所述控制器获取的预先编程的值。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述预先编程的值包括查找表的值，所述查找表包括针对不同充电功率水平的不同的预编程的值。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述功率效率因子包括确定至少由所述功率天线电路递送至所述电动车辆的接收天线和整流器电路的功率的效率。
5.根据权利要求1所述的装置，还包括传感器，所述传感器被配置成测量所述功率天线电路的电流或电压。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述控制器还被配置成基于所述功率天线电路的所测量的电流或电压来调整所述功率效率因子。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述通信接收器还被配置成从所述电动车辆接收输出功率测量或输出误差值。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述控制器还被配置成基于所述输出功率测量或所述输出误差值来调整所述功率效率因子。
9.根据权利要求7所述的装置，其中所述控制器还被配置成在第一时间段期间基于所述功率效率因子来控制所述电流或电压发生器，并且其中所述输出功率测量在所述第一时间段之后被接收。
10.根据权利要求7所述的装置，其中所述输出误差值包括所述电动车辆的所述输出功率测量和所请求的充电功率水平之间的差，并且其中所述输出功率测量包括从所述功率天线电路递送至所述电动车辆的负载的充电功率水平的测量。
11.根据权利要求7所述的装置，其中所述控制器还被配置成基于所述功率天线电路的输入功率和所述输出功率测量的比例来控制所述功率天线电路的所述电流或电压发生器。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述比例的初始值包括能够由所述控制器获取的预先编程的值。
13.根据权利要求11所述的装置，其中所述控制器还被配置成基于所述输出功率测量或所述输出误差值来调整所述比例。
14.根据权利要求1所述的装置，其中所述控制器还被配置成基于所述功率天线电路或所述电动车辆的接收电路的电特性的改变来控制所述功率天线电路的所述电流或电压发生器。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述电特性包括以下各项中的至少一项：电流、或阻抗、或电压、或电阻、或电感、或谐振频率、或相位、或它们的任何组合。
16.一种用于无线地对电动车辆充电的方法，包括：
从所述电动车辆获得针对充电功率水平的请求，其中所述请求指示待被经由充电场从功率发射器递送到所述电动车辆的充电功率水平；和
基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制所述功率发射器的电流或电压，其中，确定在第一时间段期间的所述功率效率因子，而不考虑在所述第一时间段期间在所述电动车辆处测量的功率的量。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述功率效率因子至少部分地基于能够由所述控制器获取的预先编程的值。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述功率效率因子包括确定至少由所述功率天线电路递送至所述电动车辆的接收天线和整流器电路的功率的效率。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括基于所述功率发射器的所测量的电流或电压来调整所述功率效率因子。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括从所述电动车辆接收输出功率测量或输出误差值。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括基于所述输出功率测量或所述输出误差值来调整所述功率效率因子。
22.根据权利要求20所述的方法，其中控制所述功率发射器的电流或电压包括基于所述功率天线电路的输入功率和所述输出功率测量的比例来控制所述功率发射器的电流或电压。
23.根据权利要求22所述的方法，其中控制所述功率发射器的电流或电压包括基于所述输出功率测量或所述输出误差值来控制所述功率发射器的电流或电压。
24.根据权利要求16所述的方法，其中控制所述功率发射器的电流或电压包括基于所述功率发射器或所述电动车辆的电特性的改变来控制所述功率发射器的电流或电压。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述电特性包括以下各项中的至少一项：电流、或阻抗、或电压、或电阻、或电感、或谐振频率、或相位、或它们的任何组合。
26.一种用于无线地对电动车辆充电的装置，包括：
用于从所述电动车辆获得针对充电功率水平的请求的设备，其中所述请求指示待被经由充电场从功率天线电路递送到所述电动车辆的充电功率水平；和
用于基于功率效率因子和所请求的充电功率水平来控制所述功率天线电路的电流或电压的设备，其中，确定在第一时间段期间的所述功率效率因子，而不考虑在所述第一时间段期间在所述电动车辆处测量的功率的量。
27.根据权利要求26所述的装置，其中所述获得设备包括接收器，其中所述控制设备包括控制器。
28.根据权利要求26所述的装置，还包括基于所述功率天线电路的所测量的电流或电压来调整所述功率效率因子。
29.根据权利要求26所述的装置，还包括：
用于从所述电动车辆接收输出功率测量或输出误差值的设备；和用于基于所述输出功率测量或输出误差值来调整所述功率效率因子的设备。
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