CN106560970A - 无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统 - Google Patents

无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统，其中，该无线充电接收装置用于对动力电池充电，包括接收线圈模块、充电电路、车载控制电路、车载电源和开关模块；所述接收线圈模块经所述充电电路连接所述动力电池，所述车载控制电路连接所述充电电路，所述车载电源经所述开关模块连接所述车载控制电路的供电端，所述开关模块的导通控制端连接所述接收线圈模块；所述接收线圈模块产生感应电压输出时，所述开关模块导通，所述车载控制电路上电控制所述充电电路工作，以使所述接收线圈模块经所述充电电路向所述动力电池充电。本发明技术方案能够减小系统待机功耗。

Description

无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，特别涉及一种无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统。
背景技术
目前，越来越多的电子设备采用无线充电的方式进行充电，例如电动汽车。现有电动汽车的无线充电系统中，为了保证车载控制电路能随时响应并启动充电电路开始充电工作，因此，在不充电情况下，车载控制电路与车载电源也处于连通状态，即车载控制电路始终保持通电，这样车载控制电路上会存在一定的静态功耗，导致系统待机时间受限。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种无线充电接收装置，旨在降低待机功耗，增加车载电路待机时间。
为实现上述目的，本发明提出的无线充电接收装置，用于对动力电池充电，包括接收线圈模块、充电电路、车载控制电路、车载电源和开关模块；其中，所述接收线圈模块经所述充电电路连接所述动力电池，所述车载控制电路连接所述充电电路，所述车载电源经所述开关模块连接所述车载控制电路的供电端，所述开关模块的导通控制端连接所述接收线圈模块；所述接收线圈模块产生感应电压输出时，所述开关模块导通，所述车载控制电路上电控制所述充电电路工作，以使所述接收线圈模块经所述充电电路向所述动力电池充电。
优选地，所述接收线圈模块包括第一接收线圈和第二接收线圈，所述第一接收线圈经所述充电电路连接所述动力电池，所述第二接收线圈与所述开关模块的导通控制端连接。
优选地，所述开关模块包括控制开关和解调电路；所述解调电路的输入 端为所述开关模块的导通控制端，输出端连接所述控制开关的触发端。
优选地，所述控制开关为继电器、接触器、晶体管或MOS管中的任意一种。
优选地，所述接收线圈模块还包括补偿电路，所述补偿电路与所述第一接收线圈连接。
本发明还提出一种电动汽车，所述电动汽车包括无线充电接收装置，所述无线充电接收装置，用于对动力电池充电，包括接收线圈模块、充电电路、车载控制电路、车载电源和开关模块；其中，所述接收线圈模块经所述充电电路连接所述动力电池，所述车载控制电路连接所述充电电路，所述车载电源经所述开关模块连接所述车载控制电路的供电端，所述开关模块的导通控制端连接所述接收线圈模块；所述接收线圈模块产生感应电压输出时，所述开关模块导通，所述车载控制电路上电控制所述充电电路工作，以使所述接收线圈模块经所述充电电路向所述动力电池充电。
本发明还提出一种无线充电系统，该无线充电系统包括无线充电发射装置，以及无线充电接收装置；所述无线充电接收装置用于对动力电池充电，包括接收线圈模块、充电电路、车载控制电路、车载电源和开关模块；其中，所述接收线圈模块经所述充电电路连接所述动力电池，所述车载控制电路连接所述充电电路，所述车载电源经所述开关模块连接所述车载控制电路的供电端，所述开关模块的导通控制端连接所述接收线圈模块；所述接收线圈模块产生感应电压输出时，所述开关模块导通，所述车载控制电路上电控制所述充电电路工作，以使所述接收线圈模块经所述充电电路向所述动力电池充电；所述无线充电发射装置包括用于与所述接收线圈模块耦合连接的发射线圈模块。
优选地，所述无线充电发射装置还包括依次连接的第一整流电路、调压电路和逆变电路，所述第一整流电路的输入端为所述无线充电发射装置的供电输入端，所述逆变电路的输出端与所述发射线圈模块的输入端连接。
优选地，所述无线充电发射装置还包括辅助电源模块和调制电路，所述辅助电源模块的输出端连接所述调制电路的输入端；所述调制电路的输出端 与所述逆变电路的输入端连接；
所述开关模块包括控制开关和解调电路；所述解调电路的输入端为所述开关模块的导通控制端，输出端连接所述控制开关的触发端。
优选地，所述无线充电发射装置还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述调制电路的正向输出端连接，所述第一二极管的阴极与所述逆变电路的正向输入端连接。
本发明技术方案通过采用设置开关模块来控制车载控制电路与车载电源之间的通断，且当充电系统处于待机状态时，开关模块断开，如此可保证车载控制电路断电，减少或避免车载控制电路在待机时的耗电。而当电动汽车需要充电时，该开关模块触发导通，使得车载控制电路与车载电源之间连通，以控制充电电路启动而对动力电池充电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明无线充电系统较佳实施例的原理示意图；
图2为本发明无线充电系统的电路示意图；
图3为本发明无线充电系统的结构示意图；
图4为图1中接收线圈模块于一实施例中的电路示意图；
图5为图1中接收线圈模块于另一实施例中的电路示意图；
图6为图1中接收线圈模块于又一实施例中的电路示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种无线充电接收装置，本发明实施例中仅以无线充电接收装置应用于电动汽车为例进行说明，但不限于此。
参照图1，图1为本发明无线充电系统较佳实施例的原理示意图。在本发明实施例中，该无线充电接收装置用于对动力电池28充电，包括接收线圈模块21、充电电路(未标号)、车载控制电路23、车载电源25和开关模块(未标号)；其中，接收线圈模块21经充电电路连接动力电池28，车载控制电路23连接充电电路，车载电源25经开关模块连接车载控制电路23的供电端，开关模块的导通控制端连接接收线圈模块21；接收线圈模块21产生感应电压输出时，开关模块导通，车载控制电路23上电控制充电电路工作，以使接收线圈模块21经充电电路向动力电池28充电。
具体地，充电电路包括第二整流电路26和电池管理系统27，接收线圈模块21依次经第二整流电路26和电池管理系统27连接动力电池28。车载控制电路23用于检测第二整流电路26的输出电流i和输出电压v，并根据该输出电流i和输出电压v以控制充电电路对动力电池28进行充电。
本发明技术方案通过采用设置开关模块来控制车载控制电路23与车载电源25之间的通断，且当充电系统处于待机状态时，开关模块断开，如此可保证车载控制电路23断电，减少或避免车载控制电路23在待机时的耗电。而当电动汽车需要充电时，接收线圈模块21与无线充电系统(例如无线充电站)的发射线圈151耦合，发射线圈151产生的磁场而使接收线圈模块21上产生感应电压，继而开关模块的导通控制端接收到电压，则该开关模块触发导通，使得车载控制电路23与车载电源25之间连通，车载控制电路23通电以控制充电电路启动工作，从而接收线圈模块21上产生的感应电压经充电电路输出到动力电池28，对动力电池28充电。
优选地，接收线圈模块21包括第一接收线圈211和第二接收线圈212，第一接收线圈211经充电电路连接动力电池28，第二接收线圈212与开关模块的导通控制端连接。本实施例中，第一接收线圈211和第二接收线圈212同时与发射线圈耦合连接，即第一接收线圈211耦合连接时，第二接收线圈212也耦合连接。开关模块采用独立的接收线圈来接收发射线圈发射的触发信号，由于触发信号通常为弱电信号，本实施例可通过第一接收线圈211作为 主功率传输，即作为充电输出给动力电池28充电；通过第二接收线圈212作为触发信号传输，供开关模块的导通触发；如此能够避免由于发射线圈151和接收线圈为适合主功率传输(即正式充电时的功率传输)而不适合触发信号传输的问题，降低了设计的困难度。且当控制开关24与接收线圈之间接入解调电路22时，解调电路22通过采用独立的接收线圈，能够避免解调电路22因共用一接收线圈导致输入电压范围过宽而造成的设计困难问题。当然，在其它实施例中，解调电路22与充电电路之间还可以共用同一接收线圈。
优选地，开关模块包括控制开关24和解调电路22；解调电路22的输入端为开关模块的导通控制端，输出端连接控制开关24的触发端。具体地，在无线充电发射装置上对应设有调制电路17，该调制电路17采用单向调制通讯，向接收线圈模块21发送触发信号的同时，也传送验证等信息。解调电路22内的CPU解码ASK、FSK或PSK调制的数字信息后进行身份验证，如果验证通过，触发控制开关24导通，以实现车载控制电路23正常供电。当车载控制电路23正常供电后，车载控制电路23通过模块短距通讯，向无线充电发射装置发送验证信息，开始建立正常的通讯握手实现开机工作。本实施例中，解调电路22能够实现宽输入电压范围，优选地，其允许的电压输入范围为9V～700V，功率在0.1～2W之间，优选为1W。控制开关24为可控制开通和关断的开关器件，优选为继电器、接触器、晶体管或MOS管中的任意一种。
请结合参照图4至图6，其中，图4为图1中接收线圈模块于一实施例中的电路示意图；图5为图1中接收线圈模块于另一实施例中的电路示意图；图6为图1中接收线圈模块于又一实施例中的电路示意图。
优选地，接收线圈模块21还包括补偿电路，该补偿电路与第一接收线圈211连接。具体地，在第一实施例中，如图4所示，该补偿电路包括补偿电容C1，补偿电容C1一端与第一接收线圈211(即电感L2)的正向输出端连接，另一端与第二整流电路26的正向输入端连接。在第二实施例中，如图5所示，该补偿电路包括补偿电容C4，补偿电容C4连接在第一接收线圈211的两个输出端之间。在第三实施例中，如图6所示，补偿电路包括补偿电容C1、补 偿电容C4、电感L1，其中补偿电容C1的第一端与第一接收线圈211的正向输出端连接，第二端分别与补偿电容C4的第一端和电感L1的第一端连接，补偿电容C4的第二端与第一接收线圈211的负向输出端连接，电感L1的第二端与第二整流电路26的正向输入端连接。当然，在其它实施例中，补偿电路也可以包括补偿电容C4和电感L1，补偿电容C4连接在第一接收线圈211的两个输出端之间，电感L1一端与第一接收线圈211的正向输出端连接，另一端与第二整流电路26的正向输入端连接。由于在变压器原边和副边之间存在较大气隙，使得原副边耦合系数低，激磁电感较小，漏感较大，因此通过在第一接收线圈211上连接补偿电路的方式，能够对激磁电感与漏感进行补偿。
请参照图2，图2为本发明无线充电系统的电路示意图。优选地，第二整流电路26包括第三二极管D3、第四二极管D4、第六MOS管Q6和第七MOS管Q7，其中：
第三二极管D3的阳极、第六MOS管Q6的漏极、第一接收线圈211的正向输出端分别连接；第四二极管D4的阳极、第七MOS管Q7的漏极、第一接收线圈211的负向输出端分别连接；第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阴极、动力电池28的正向输入端分别连接；第六MOS管Q6的源极、第七MOS管Q7的源极、动力电池28的负向输入端分别连接；第六MOS管Q6的栅极、第七MOS管Q7的栅极分别与车载控制电路23的输出端连接。
具体地，当控制开关24导通后，车载控制电路23下发信号S1至第六MOS管Q6，下发信号S2至第七MOS管Q7，第六MOS管Q6和第七MOS管Q7导通后反馈第二整流电路26的输出电流i和输出电压v至车载控制电路23，以使得车载控制电路23根据反馈回的电流和电压控制充电电路对动力电池28充电。
本发明还提出一种电动汽车，电动汽车包括无线充电接收装置，该无线充电接收装置的具体结构请参照上述实施例，由于本电动汽车采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
本发明还提出一种无线充电系统，该无线充电系统包括基建侧部分10和车载侧部分20。基建侧部分10设有无线充电发射装置，该无线充电发射装置埋设于地下；车载侧部分20设有无线充电接收装置，该无线充电接收装置与无线充电发射装置耦合连接。该无线充电接收装置的具体结构请参照上述实施例，由于本无线充电系统采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，无线充电发射装置包括用于与接收线圈模块21耦合连接的发射线圈模块15。无线充电时，发射线圈模块15产生变化的磁场，则接收线圈模块21上产生感应电压进行输出。
优选地，无线充电发射装置还包括依次连接的第一整流电路12、调压电路13和逆变电路14，第一整流电路12的输入端为无线充电发射装置的供电输入端，逆变电路14的输出端与发射线圈模块15的输入端连接。本实施例中，从供电输入端输入的交流电经过第一整流电路12整流成直流电，该直流电经过调压电路13调压后，经逆变电路14转换成交流电，而经发射线圈151耦合至接收线圈。优选地，供电输入端连接电网11或其它交流电源的输入。
具体地，第一整流电路12包括整流桥，整流桥的输入端与电网11连接，输出端与调压电路13的输入端连接。且该整流桥包括四个二极管。
调压电路13包括第三电容C3、第一MOS管Q1、第二二极管D2和电感L，其中：
第三电容C3的第一端、第一MOS管Q1的漏极以及整流桥的正向输出端分别连接；第三电容C3的第二端、第二二极管D2的阳极以及整流桥的负向输出端分别连接；第一MOS管Q1的源极、第二二极管D2的阴极以及电感L的第一端分别连接；电感L的第二端与逆变电路14的正向输入端连接。
逆变电路14包括第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第五MOS管Q5，其中：
第二MOS管Q2的漏极、第三MOS管Q3的漏极、电感L的第二端分别连接；第二MOS管Q2的源极、第四MOS管Q4的漏极、发射线圈的正向输入端分别连接；第三MOS管Q3的源极、第五MOS管Q5的漏极、发射线圈 的负向输入端分别连接；第四MOS管Q4的源极、第五MOS管Q5的源极、第二二极管D2的阳极分别连接。
优选地，无线充电发射装置还包括辅助电源模块和调制电路17，辅助电源模块的输出端连接调制电路17的输入端；调制电路17的输出端与逆变电路14的输入端连接；
开关模块包括控制开关24和解调电路22；解调电路22的输入端为开关模块的导通控制端，输出端连接控制开关24的触发端。
本实施例中，辅助电源模块为辅助电源电路16，该辅助电源电路16的输入端与电网11的供电输出端连接，或与第一整流电路12的输出端连接，该辅助电源电路16通过将从电网11取得的电降压处理，优选降压至12V或48V，使其转换成小功率的微能量，并通过调制电路17将该微能量进行信号调制处理。接收模块上的解调电路22将微能量解码处理后触发控制开关24导通，从而使得充电电路正式启动，此时电网11与动力电池28正式建立连接，从电网11出来的电依次经过第一整流电路12、调压电路13、逆变电路14、发射线圈、第一接收线圈211、第二整流电路26和电池管理系统27，以对动力电池28充电。
在其它实施例中，辅助电源模块包括辅助电源，该辅助电源的输出电压优选为12V或48V。
本实施例中，由于通过辅助电源模块下发一触发信号来触发控制开关24导通，且该触发信号为一弱电信号，相对于直接通过电网11下发强电信号导通控制开关24的方式，更有利于减小对电路的损害。
优选地，无线充电发射装置还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与调制电路17的正向输出端连接，第一二极管D1的阴极与逆变电路14的正向输入端连接。本实施例中，通过设置第一二极管D1，能够避免正常充电时电能倒灌回辅助电源模块内。
优选地，发射线圈模块15包括发射线圈，及与发射线圈连接的补偿电路，该补偿电路可以是包括补偿电容C2，逆变电路14的正向输出端经补偿电容 C2连接发射线圈的正向输入端。当然，本发明中，发射线圈模块中的补偿电路的具体结构、连接关系以及作用等均与第一接收线圈211上的补偿电路相同，在此不再赘述。
具体地，请结合参照图3，图3为本发明无线充电系统的结构示意图。无线充电发射装置埋设于地下，当需要对电动汽车充电时，电动汽车停靠在准确位置时，接收线圈与发射线圈对应，并耦合连接。电网11电压经过发射端处理电路18处理后经过发射线圈耦合至接收线圈，再经过接收端处理电路29处理而对动力电池28充电。
上述充电过程具体包括：原边控制器通过辅助电源模块下发微能量(该微能量包括触发信号和验证信息)，该微能量的功率较小，发射线圈15将该微能量耦合至第二接收线圈212，第二接收线圈212将该微能量输送至解调电路22解码处理，以触发控制开关24导通，实现车载控制电路23正常供电。当车载控制电路23正常供电后，车载控制电路23通过模块短距通讯，向无线充电发射装置发送验证信息，开始建立正常的通讯握手实现开机工作。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线充电接收装置，用于对动力电池充电，其特征在于，包括接收线圈模块、充电电路、车载控制电路、车载电源和开关模块；其中，所述接收线圈模块经所述充电电路连接所述动力电池，所述车载控制电路连接所述充电电路，所述车载电源经所述开关模块连接所述车载控制电路的供电端，所述开关模块的导通控制端连接所述接收线圈模块；所述接收线圈模块产生感应电压输出时，所述开关模块导通，所述车载控制电路上电控制所述充电电路工作，以使所述接收线圈模块经所述充电电路向所述动力电池充电。
2.如权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述接收线圈模块包括第一接收线圈和第二接收线圈，所述第一接收线圈经所述充电电路连接所述动力电池，所述第二接收线圈与所述开关模块的导通控制端连接。
3.如权利要求2所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述开关模块包括控制开关和解调电路；所述解调电路的输入端为所述开关模块的导通控制端，输出端连接所述控制开关的触发端。
4.如权利要求3所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述控制开关为继电器、接触器、晶体管或MOS管中的任意一种。
5.如权利要求2所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述接收线圈模块还包括补偿电路，所述补偿电路与所述第一接收线圈连接。
6.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括如权利要求1至5任意一项所述的无线充电接收装置。
7.一种无线充电系统，其特征在于，包括无线充电发射装置，以及如权利要求1至5任意一项所述的无线充电接收装置，所述无线充电发射装置包括用于与所述接收线圈模块耦合连接的发射线圈模块。
8.如权利要求7所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射装置还包括依次连接的第一整流电路、调压电路和逆变电路，所述第一整流电路的输入端为所述无线充电发射装置的供电输入端，所述逆变电路的输出端与所述发射线圈模块的输入端连接。
9.如权利要求8所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射装置还包括辅助电源模块和调制电路，所述辅助电源模块的输出端连接所述调制电路的输入端；所述调制电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接；
所述开关模块包括控制开关和解调电路；所述解调电路的输入端为所述开关模块的导通控制端，输出端连接所述控制开关的触发端。
10.如权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射装置还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述调制电路的正向输出端连接，所述第一二极管的阴极与所述逆变电路的正向输入端连接。
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