CN106794775B - 用于调谐和控制双耦感应功率传输系统的方法和设备 - Google Patents

用于调谐和控制双耦感应功率传输系统的方法和设备 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于将充电功率无线地发射到车辆的设备。该设备包括第一耦合器，第一耦合器在操作频率处具有第一电抗并且被配置为从功率源无线地接收功率，第一耦合器缠绕在铁磁芯上。设备包括第一电容器，第一电容器在操作频率处具有第二电抗并且与第一耦合器串联电连接，第二电抗具有等于第一电抗幅度的幅度。设备包括并联电连接在第一耦合器和第一电容器两端的第二电容器。设备包括第一基部耦合器，第一基部耦合器被配置为经由第一开关并联电连接在第二电容器两端。第二电容器两端的峰值电压的幅度与第一耦合器在操作频率处中感应的峰值电压的幅度成比例。

Description

用于调谐和控制双耦感应功率传输系统的方法和设备
技术领域
本申请一般涉及诸如电动车辆的可充电设备的无线功率充电。
背景技术
已介绍的诸如车辆的可充电系统包括从诸如电池的能量存储设备接收的电力的移动功率。例如，混合动力电动车辆包括使用来自车辆致动和传统电机的功率为车辆充电的车载充电器。纯电动车辆通常从其它源接收电力用于为电池充电。通常建议利用诸如家用或商用AC功率源的一些类型的有线交流电(AC)为电池电动车辆充电。有线充电连接需要物理连接到电源的电缆或其它类似连接器。电缆或类似连接器有时可能是不方便的或繁琐的并且具有其它缺陷。期望提供能够在自由空间(例如，经由无线场)中传输功率的无线充电系统以用于为电动车辆充电，来克服有线充电解决方案的一些缺陷。
无线充电系统的实施例可能需要使用铁磁材料。这种材料的存在可以影响系统的总体无功功率平衡。因此，无线充电系统应该能够使用现有的系统组件来平衡总体无功功率，以正确地协调连续地到移动接收器的功率传输。
发明内容
根据一些实施例，提供一种用于向车辆无线地发射充电功率的设备。该设备包括在操作频率处具有第一电抗的第一耦合器。第一耦合器被配置为从功率源无线地接收功率。第一耦合器缠绕在铁磁芯上。该设备包括在操作频率处具有第二电抗的第一电容器。第一电容器与第一耦合器串联电连接。第二电抗具有与第一电抗幅度相等的幅度。该设备包括并联电连接在第一耦合器和第一电容器两端的第二电容器。该设备包括第一基部耦合器，第一基部耦合器被配置为经由第一开关并联电连接在第二电容器两端。
在一些其它实施例中，提供了一种用于向车辆无线地发射充电功率的方法。该方法包括选择第一耦合器的第一电抗以具有与第一电容器在操作频率处的第二电抗幅度相等的幅度。第一耦合器缠绕在铁磁芯上并与第一电容器串联电连接。该方法包括利用第一耦合器从功率源无线地接收功率。该方法包括利用第一开关将第一基部耦合器选择性地并联电连接在第二电容器两端，第二电容器并联电连接在第一耦合器和第一电容器的两端。该方法包括向第一基部耦合器提供功率。
在另一些实施例中，提供了一种用于向车辆无线地发射充电功率的设备。该设备包括用于从功率源无线地接收功率的装置。用于无线地接收功率的装置在操作频率处具有第一电抗。该设备包括用于存储在操作频率处具有第二电抗的电荷的第一装置。用于存储电荷的第一装置与用于无线地接收功率的装置电连接。第二电抗具有与第一电抗幅度相等的幅度。该设备包括用于存储电荷的第二装置，第二装置与用于无线地接收功率的装置和用于存储电荷的第一装置连接。该设备包括用于无线地发射功率的第一装置，第一装置被配置为与用于存储电荷的第二装置电连接。
在另一些实施例中，提供了一种包括代码的非暂时性计算机可读介质。代码在被执行时使得设备选择第一耦合器的第一电抗以具有与第一电容器在操作频率处的第二电抗幅度相等的幅度。第一耦合器缠绕在铁磁芯上并与第一电容器串联电连接。代码在被执行时使得设备利用第一耦合器从功率源无线地接收功率。代码在被执行时使得设备利用第一开关选择性地将第一基部耦合器并联电连接在第二电容器两端，第二电容器并联电连接在第一耦合器和第一电容器两端。该代码在被执行时使得设备向第一基部耦合器提供功率。
附图说明
现在将结合各种实施例、参考附图来描述本技术的上述方面以及其它特征、方面和优点。然而，所示出的实施例仅仅是示例并且不旨在进行限制。在整个附图中，除非上下文另有规定，类似的符号通常标识相似的组件。注意，以下附图的相对尺寸可能不按比例绘制。
图1是根据一个示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
图2是根据另一示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
图3是根据一个示例性实施例的、图2的包括发射或接收耦合器的发射电路或接收电路的部分的示意图。
图4示出了根据一个示例性实施例的、在存在无线功率传输系统的情况下，具有至少一个车辆耦合器的电动车辆的功能框图。
图5描绘对应于图4的无线功率传输系统的无线功率传输系统的另一框图。
图6A描绘了根据一个示例性实施例的无线功率传输系统。
图6B描绘了根据一个示例性实施例的具有斜坡控制开关的无线功率传输系统。
图7A-图7D是根据一些示例性实施例的示出图6A的组件之间的电气关系的示意图。
图8A-图8D是根据一些示例性实施例的示出图6B的组件之间的电气关系的示意图。
图9是描绘根据一个示例性实施例的方法的流程图。
图10是描绘根据一个示例性实施例的另一方法的流程图。
图11是根据一个示例性实施例的无线功率传输系统的功能框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考形成本公开的一部分的附图。在详细描述、附图和权利要求中描述的示例性实施例不意味着限制。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行其它改变。将容易地理解，如本文整体描述的和在附图中示出的，本公开的方面能够以各种不同配置来布置、替换、组合和设计，所有这些配置都被明确地预期并形成本公开的一部分。
无线功率传输可以指在不使用物理电导体(例如，功率可以通过自由空间传输)的情况下，将与电场、磁场、电磁场或其它相关联的任何形式的能量从发射器传输到接收器。输入到无线场(例如，磁场或电磁场)中的功率输出可以由“接收耦合器”接收、捕获或耦合以实现功率传输。
本文使用电动车辆来描述远程系统，电动车辆的一个示例是包括从可充电能量存储设备(例如，一个或多个可再充电电化学电池或其它类型的电池)获得作为其运动能力的一部分的电功率的车辆。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，混合动力电动车辆包括除了电动机之外的用于直接运动的或用于为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取所有运动的能力。电动车辆不限于汽车，并且可以包括摩托车、推车、踏板车等。作为示例而非限制，本文中以电动车辆(EV)的形式描述远程系统。此外，还可以预期可以使用可充电能量存储设备来至少部分地供电的其它远程系统(例如，诸如个人计算设备等的电子设备)。
本文使用的术语仅为了描述特定实施例的目的，而不旨在限制本公开。应当理解，如果旨在要求特定数量的权利要求元素，则这种意图将在权利要求中被明确地记载，并且在没有这样的记载的情况下，不存在这样的意图。例如，除非上下文另有明确说明，否则如本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。还应当理解，术语“包括”、“包含”在本说明书中使用时指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或附加。诸如“至少一个”的表述在元素列表之前时，修饰整个元素列表，并且不修饰列表的单独元素。
图1是根据一个示例性实施例的无线功率传输系统100的功能框图。输入功率102可以从功率源(未示出)提供给发射器104，以生成具有对应于发射耦合器114的谐振频率的频率的时变无线(例如，磁或电磁)场105，用于执行能量传输。接收器108可耦合到无线场105并生成输出功率110，用于由耦合到输出功率110的设备(图中未示出)存储或消耗。发射器104和接收器108两者被距离112分离。
在一个示例实施例中，根据相互谐振关系配置发射器104和接收器108。当接收器108的谐振频率和发射器104的谐振频率基本相同或非常接近时，发射器104和接收器108之间的传输损耗最小。然而，即使当发射器104和接收器108之间的谐振不匹配时，也可以传输能量，但是效率可能受到影响。例如，当谐振不匹配时，效率可能更低。通过将能量从发射耦合器114的无线场105耦合到驻留在无线场105附近的接收耦合器118，而不是将能量从发射耦合器114传播到自由空间中，来发生能量的传输。
如此，与可能需要非常靠近(几毫米内)的大耦合器的纯感应解决方案相反，可以在较大距离上提供无线功率传输。谐振感应耦合技术因此可以允许改进的效率以及在各种距离上的和在各种感应耦合器配置情况下的功率传输。
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对应于在其中由发射器104输出的能量可以由接收器108捕获的区域。如下面将进一步描述的，无线场105可以对应于发射器104的“近场”。发射器104可以包括用于将能量耦合到接收器108的发射耦合器114。接收器108可以包括用于接收或捕获从发射器104发射的能量的接收耦合器118。近场可以对应于在其中存在强无功场的区域，强无功场由发射耦合器114中的电流和电荷产生，发射耦合器114最小地从发射耦合器114辐射功率。近场可对应于发射耦合器114的大约一个波长(或其部分)内的区域。
如上所述，通过将无线场105中的大部分能量耦合到接收耦合器118而不是将电磁波中的大部分能量传播到远场，可以发生有效的能量传输。当定位在无线场105内时，可以在发射耦合器114和接收耦合器118之间形成“耦合模式”。发射耦合器114和接收耦合器118周围的可发生该耦合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施例的无线功率传输系统200的功能框图。系统200可以是与图1的系统100类似的操作和功能的无线功率传输系统。然而，与图1相比，系统200提供关于无线功率传输系统200的组件的附加细节。系统200包括发射器204和接收器208。发射器204可以包括发射电路206，发射电路206可以包括振荡器222、驱动器电路224以及滤波器和匹配电路226。振荡器222可以被配置为生成可以响应于频率控制信号223而被调节的期望频率处的信号。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可以被配置为基于输入电压信号(VD)225，在发射耦合器214的谐振频率处驱动发射耦合器214。
滤波器和匹配电路226可滤除谐波频率或其它不需要的频率，并将发射器204的阻抗匹配到发射耦合器214。作为驱动发射耦合器214的结果，发射耦合器214可以生成无线场205，以例如在足以对电动车辆605的电池236充电的水平处无线地输出功率。
接收器208可以包括接收电路210，接收电路210可以包括匹配电路232和整流器电路234。匹配电路232可以将接收电路210的阻抗匹配到接收耦合器218。如图2所示，整流器电路234可以生成从交流(AC)功率输入输出的直流(DC)功率以对电池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)上通信。接收器208和发射器204可以备选地使用无线场205的特性经由带内信令通信。在一些实施例中，接收器208可以被配置为确定由发射器204发射、并由接收器208接收的功率量是否适于对电池236充电。
图3是根据一些示例性实施例的图2的发射电路206或接收电路210的部分的示意图。如图3所示，发射或接收电路350可以包括耦合器352。耦合器352还可以被称为或被配置为“导体环路”352或“磁”耦合器。术语“耦合器”通常是指可以无线地输出或接收用于耦合到另一“耦合器”的能量的组件。
环路或磁耦合器的谐振频率是基于环路或磁耦合器的电感或电容。电感可以简单的是由耦合器352创建的电感，然而，电容可以被添加到耦合器的电感以在期望的谐振频率处创建谐振结构。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，以在谐振频率处创建选择信号358的谐振电路。因此，针对使用具有较大电感的大直径线圈的较大尺寸的耦合器，产生谐振所需的电容值可以较低。此外，随着耦合器的尺寸增加，耦合效率可以增加。如果基部耦合器和电动车辆耦合器的尺寸均增加，则这大体是正确的。对于发射耦合器，具有基本上对应于耦合器352的谐振频率的频率的信号358可以是到耦合器352的输入。
许多当前的无线车辆充电系统需要被充电的电动车辆静止，即停止在基部耦合器附近或上方，使得电动车辆保持存在于由基部耦合器生成的无线场内。因此，当通过这种无线充电系统对电动车辆充电时，电动车辆不可以用于运输。能够跨自由空间传输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缺陷。
例如，电动车辆可以沿着具有动态无线充电系统的道路行进。动态无线充电系统可以包括沿着行进路径线性放置的多个基部耦合器。电动车辆可以请求动态无线充电系统沿着电动车辆的行进路径激活基部耦合器。除了电动车辆的电动系统(例如，混合动力/电动车辆的辅助汽油发动机)之外，这种动态充电还可以用于减少或消除对辅助或补充电动机系统的需要。
图4示出了根据一个示例性实施例的、在存在无线功率传输系统400的情况下，具有至少一个车辆耦合器406的电动车辆405的功能框图。如图4所示，无线功率传输系统400的分配网络的各种组件被安装在道路410下面、或沿着道路410安装或被安装在道路410旁边。道路410从图4的左侧延伸到图4的右侧，具有与道路410对齐的电动车辆405的行进方向。如之前结合图1和图2分别描述的，电动车辆405可以包括类似于接收器108/208的至少一个车辆耦合器406。在一些实施例中，至少一个车辆耦合器406可以包括偏振耦合系统(例如，双D耦合器)、正交耦合器系统、组合的双D正交耦合器系统或利用任何其它类型或形状的耦合器(例如，圆形、矩形或螺线管形耦合器)的任何其它系统。车辆垫406(次级线圈)可以与由初级线圈发射的磁场耦合以接收通量。在一些实施例中，可以选择车辆垫406(次级线圈)来补充初级线圈，以与尽可能多的磁场耦合来最大化所接收的通量。如果初级线圈产生偏振(即，水平)通量，则可以在耦合系统(例如，双D线圈或螺线管)中使用偏振类型的车辆垫406；备选地，如果初级线圈产生垂直通量，则可以使用圆形线圈或正交线圈。如果初级线圈产生水平通量和垂直通量的组合，则可以使用诸如DDQ线圈的组合车辆垫406。“双D”可以指将两个D形线圈背靠背放置，使得线圈的整体形状是圆形的。与仅使用两个线圈相反，正交线圈可以在各种几何形状中使用四个线圈。
动态无线充电系统400可以包括多个基部耦合器415a-415r，多个基部耦合器415a-415r可以安装在道路410中、道路410上、道路410旁边、或与道路410齐平。多个基部耦合器415a-415r中的每一个可以被配置为当被激活时，生成无线场(参见图2的无线场205)用于将功率无线地传输到电动车辆405。多个开关418a-418r中的每一个可以被配置为经由多个分配电路421a-421f中的一个，将基部耦合器415a-415r中的相应一个可操作地连接到多个局部控制器425a-425f中的一个。局部控制器425a-425f可以被配置为经由交流(AC)功率干线430从电源/逆变器435无线地接收功率，并且控制经由开关418a-418r传输到多个基部耦合器415a-415f中的一个或多个的功率量。电源/逆变器435可以从功率源440接收其功率。功率源440和/或电源/逆变器435可以基于用以供电的多个基部耦合器415、多个局部控制器425、和/或要充电的电动车辆405的数量和类型来确定尺寸。功率源440和电源/逆变器435可以以由基部耦合器415利用的频率(备选地，以一些更高或更低的频率)提供电流。AC功率干线430可以包括分配高频(HF)功率的环形导体，并且能够使彼此靠近的基部耦合器415和/或局部控制器425同步到单个相位。因此，AC功率干线430可以被认为是也分配功率的相位参考。
分配控制器445可以与电源/逆变器435和局部控制器425a-425f通信，并且可以被配置为提供局部控制器425a-425f之间的功率控制的全局协调。基部耦合器415、开关418和局部控制器425的组可以包括一系列单独的基部阵列网络(BAN)模块450a-450c。BAN模块450的相应组件被阴影化以指示相应的公共电流路径。
当电动车辆405沿着道路410行进时，分配控制器445可以与电动车辆405、电源/逆变器435和局部控制器425a-425f中的一个或多个通信，以协调基部耦合器415a-r中的特定基部耦合器的激活或去激活。例如，分配控制器445可以命令电源/逆变器435生成电流并将电流分配给AC功率干线430。AC功率干线430可以利用分布式电流经由“双耦变压器”向局部控制器425a-425f无线地供应功率，“双耦变压器”的功能将在下文结合图5至图8C更详细地描述。
局部控制器425a-425f可以从AC功率干线430接收功率，并且向一个或多个基部耦合器415a-r提供调节的电流量。在一些实施例中，每个BAN模块450中的局部控制器425可以包括能够彼此独立控制的单独控制单元。备选地，每个BAN模块450的局部控制器425可以包括单个、共享控制单元或处理器。基部耦合器415a-415r可以根据经由相应的开关418a-418r从局部控制器425a-425f接收的电流来生成无线场，并且可以耦合到至少一个车辆耦合器406，以将功率无线地传输到电动车辆405。
根据特定实施例，基部耦合器415的激活的控制可以在分配控制器445和局部控制器425a-425f之间以不同的程度共享。例如，在一些实施例中，分配控制器445可以协调基部耦合器415a-415r的激活和去激活，并且可以协调多个BAN模块450a-450c之间的任何通信或动作。在一些其它实施例中，分配控制器445可简单地协调BAN模块450a-450c或局部控制器425a-425f之间的通信，而局部控制器425a-425f可以控制基部耦合器排序。在其它实施例中，分配控制器445可以激活特定BAN模块450a-450c，但将基部耦合器激活的定时留给关联的局部控制器425a-425f。在其它实施例中，分配控制器445可以仅向局部控制器425a-425f传送非关键信息，并且不提供基部耦合器激活信息。
由分配控制器445进行的较高级协调与局部控制器425a-425f处的更局部化的电流分布和调节组合，可以经由局部控制器425a-425f创建具有分散控制的更好响应的动态无线充电系统400。这可以允许局部控制器425a-425f独立于分配控制器445控制电流流动，并且允许阻抗匹配和无功电压/安培值(VAr)加载的局部控制。这种局部控制可以提供减小的VAr负载补偿响应时间，因为指令仅需要来自局部控制器425a-425f而不是来自分配控制器445。
分配控制器445还可获得关于电动车辆405的速度的信息，用于控制基部耦合器415a-415r中特定的基部耦合器的激活。分配控制器445可以从电动车辆405或从各种传感器或基部耦合器415a-415r的负载分析获得该信息。在其它实施例中，BAN模块450a-450c中的每一个可以感测电动车辆405的存在，并且根据检测到的电动车辆405的存在或位置自主地并且选择性地激活适当的基部耦合器415a-415r。在其它实施例中，BAN模块450a-450c可以接收以下信号，该信号包括关于电动车辆405速度和/或位置的信息或来自相邻BAN模块的激活命令。接收的信号可以直接或经由分配控制器445来自相邻BAN模块(例如，对应的局部控制器425)。
当相应的局部控制器425从分配控制器445接收到信号以激活特定的基部耦合器415时，相应的局部控制器425可以激活与特定的基部耦合器415相对应的开关418。当车辆405继续在行进方向中时，局部控制器425a-425f可以接收来自分配控制器445的命令，以基于车辆耦合器406的位置将特定的基部耦合器415a-415r激活或去激活。局部控制器425a-425f还可以控制或调节来自AC功率干线430的电流。
如所描绘的，来自连续的局部控制器425的基部耦合器415可以是交错的或交织的，使得单个局部控制器425可以向交替的基部耦合器415提供功率。因此，来自第一局部控制器425的基部耦合器415可以是当两个局部控制器425在同一BAN 450内时，与由第二局部控制器425控制的基部耦合器415基本上交错。因此，交替的基部耦合器415可以由不同的局部控制器425供电，并且一个局部控制器不需要同时为两个相邻的基部耦合器415供电。附加地，防止单个局部控制器425向连续或相邻的基部耦合器415提供电流可以降低单个组件的功率额定要求，因为每个组件仅需要能够处理单个基部耦合器415在给定时间的电流负载。
具有不平衡无功功率加载的无线功率传输系统可以能够比在电源(例如，AC功率干线430)和负载或接收器(例如，基部耦合器415)之间具有平衡无功功率负载的系统传输更少的功率。例如，除其他因素之外，不平衡无功功率可以导致热损失、源和接收器之间的电压差、以及电压稳定性的降低等。因此，在一些实施例中，局部控制器425a-425f可以各自包括调谐电路或网络，以调谐可用于当前激活的基部耦合器415的电流，从而调谐功率。这样的调谐电路可以允许维持在设计的功率调谐值的小范围(例如，+/-5％)内的无线充电系统400的最佳的或者平衡的VAr。
在示例性动态无线充电系统中，可以存在影响电源调谐网络的多个因素。某些系统可能遭受调谐电容器老化。随着电容器老化，组件的电容特性可以减小。在一个实施例中，AC功率干线430可以在长度上变化，影响系统的总体VAr负载。在一个实施例中，各种车辆调谐拓扑可以以不同方式影响AC功率干线430VAr加载，从而(例如，基于车辆充电系统设计)将不同量的无功功率负载反射回AC功率干线430。
在一个实施例中，调谐电路或网络可以被配置为仅使一个基部耦合器415激活而运行。在另一个实施例中，调谐电路或网络可以被配置为使多个基部耦合器415被激活或被应用于BAN 450a-450c中的一个或多个而运行。在又一个实施例中，调谐电路或网络可以被配置为使单个基部耦合器415或多个基部耦合器415被激活并从相应的局部控制器425接收电流来运行。
图5描绘了对应于图4的无线功率传输系统400的无线功率传送系统500的另一框图。如图5所示，无线功率传输系统500包括电连接到图4的AC功率干线430的图4的电源435。系统500附加地包括多个谐振和控制网络(“网络”)505a-505n，每个谐振和控制网络被连接到多个双耦变压器502a-502n中的相应一个并且被连接到一个或多个基部耦合器515a-515n。如前面结合图4所描述的，网络505a-505n可以对应于包括局部控制器425、分配电路421和开关418中的一个或多个的网络。因此，网络505a-505n可以完成开关418的开关功能，并且可以提供用于基部耦合器515a-515n的适当功能的电流。如前面结合图4所描述的，基部耦合器515a-515n可以对应于基部耦合器415。然而，基部耦合器515a-515n中的每一个也可以表示基部耦合器415a-415r中的多个基部耦合器。虽然示出了三(3)个网络505a-505n，但是根据特定实施例可以使用任何数量的网络。
在道路应用中，如图4所示，可以实现多个双耦变压器502a-502n以将功率从AC功率干线430传输到每个基部耦合器515a-515n。如本文所使用的，“双耦”通常涉及以下概念：存在与每个双耦变压器相关联的两个无线耦合：在干线430和双耦变压器502a-502n之间的第一耦合以及在基部耦合器515a-515n和车辆垫406(参见图4)之间的第二耦合，因此是“双耦”。双耦变压器502a-502n可以均包括至少一个线圈(例如，耦合器或变压器)，该线圈被配置为与AC功率干线430无线地耦合并接收无线功率。双耦变压器502a-502n然后可以经由相应的网络505a-505n向基部耦合器515a-515n提供电流和功率。为了简单起见，双耦变压器502a-502n被描绘为可操作地耦合到单个基部耦合器515。然而，如先前结合图4所描述的，BAN450a-450c中的每一个可以包括两个或多个双耦变压器，例如向三个基部耦合器415中的每一个提供功率。如以下将结合图6A和6B更详细地描述的，每个双耦变压器502a-502n可以包括在芯上或芯周围的一系列绕组，芯包括铁磁材料(例如，铁氧体)。双耦变压器502a-502n可以类似于变压器进行操作，经由无线场(参见图2的无线场205)从AC功率干线430接收无线功率。在双耦变压器502a-502n处接收的无线功率然后可以通过相应的网络505a-505n传输，并且最终传输到基部耦合器515a-515n。
如先前结合图4所描述的，可以以类似于由局部控制器425a-524f用来控制基部耦合器415a-415r的方式，经由来自网络505a-505n的命令来控制(例如，激活和去激活)基部耦合器515a-515n。
图6A描绘了根据一个示例性实施例的无线功率传输系统600。系统600可以包括靠近AC功率干线430的芯610。芯610可以包括铁氧体或一些其它合适的铁磁材料。芯610可以具有至少一个系列的绕组，绕组包括耦合器612，耦合器612缠绕在芯610上或在芯610周围、并且被配置为与由AC功率干线430产生的无线场605无线地耦合。无线场605可以是类似于无线场105/205(分别为图1和图2)的磁(电磁)场。在图6A中，芯610被示出为部分地围绕干线430。然而，本申请不限于此，并且芯610可以被布置在其它配置中，其它配置允许不围绕干线430的无线耦合(例如，芯610被定位在干线430附近或在干线430旁边)。
系统600还可以包括可操作地耦合到耦合器612、并且被配置为选择性地将电流提供给至少一个基部耦合器615的谐振和控制网络(网络)605。耦合器612可以是双耦变压器602的部分。网络605、基部耦合器615和双耦变压器602可以分别对应于如前面结合图5所描述的网络505a-505n、基部耦合器515a-515n和双耦变压器502a-502n。
无论在耦合器612中感应的电流是否由网络605使用，芯610表示到AC功率干线430的感应负载。因此，在一些实施例中，附加的电感器或电容器(例如，补偿电路)可以在系统600内实现以补偿VAr加载的变化。电感器和电容器可以与电感性负载串联或并联使用，以增加或减少在电源435(见图4和5)处测量的VAr加载。这种有源补偿电路通常需要增加单独的电子组件，增加了系统的成本和复杂性。然而，系统600可以不需要用于VAr负载补偿的有源补偿电路中的这种附加组件。
系统600还可以包括多个控制开关618(例如，控制开关618a和618b)。控制开关618可操作地将双耦变压器602的耦合器612连接到网络605。每个开关618的位置可以用于调整干线430上的系统600的阻抗，从而补偿VAr加载。
在一个实施例中，可以考虑三个主要开关状态。在第一供电状态下，开关618a闭合，并且开关618b断开。这种供电的开关状态完成了用于在双耦变压器602中感应的电流的电路，该电路允许电流流动并且向网络605提供功率，并且继而向基部耦合器615提供功率。
在第二开路开关状态中，开关618a和开关618b均断开。该开路状态断开电路，从电路移除功率并消除到网络605和基部耦合器615的电流流动。在断开状态下，系统600保持AC功率干线430上的电感性负载(例如，阻抗)，增加VAr负载。
在第三短路开关状态中，开关618b闭合，使耦合器612短路。短路开关状态几乎消除了作为AC功率干线430上的电感性负载的系统600，将阻抗降低到可忽略的值。通过使双耦变压器602的耦合器612短路，芯610的存在变得对AC功率干线430几乎不可见。
因此，在不增加如上所述的附加电路的情况下，提供三种状态(供电、断开、短路)的控制开关618的并入可以用作使用现有组件(例如，系统600)的电感性负载补偿系统。在一个实施例中，如先前结合图4所描述的，BAN 450内的无源双耦变压器502、602(参见图5和图6)因此可以用于调谐系统400的总体VAr加载。
在一个实施例中，如前面结合图4所描述的，系统600(图6A)的双耦变压器602可以支持高电压(例如，25-50kw)。在这样的环境中，当仅使用开关618b使耦合器612短路时，谐振和控制网络605可以暴露于非常高的瞬态电压。非常高的瞬态电压可以负面地影响所连接的(例如，谐振和控制网络605、开关618等的)电子组件，并且在一些实施例中，可以导致组件故障。有利地，在一些实施例中，如以下结合图6B所描述的，可以针对在耦合器612中感应的电流提供分流通路，以在开关618a断开时减小或消除高瞬态电压。
图6B描绘了根据一个示例性实施例的具有斜坡控制开关660的无线功率传输系统650。平衡控制开关系统650可以包括如前面结合图6A所描述的平衡控制开关系统600以及功率流动斜坡控制器660。在一些实施例中，斜坡控制器660包括控制耦合器662，控制耦合器662具有也缠绕在芯610上或围绕芯610的绕组。斜坡控制器660还可以包括可操作地连接到耦合器662的控制开关664。在一些实施例中，斜坡控制器660可以与双耦变压器602相邻。然而，耦合器612和662可以彼此电隔离。类似于耦合器612，耦合器662可以位于无线场605内。因此，耦合器612和662可以同时被无线地耦合到AC功率干线430。
图7A是示出根据一个示例性实施例的图6A的组件之间的电关系的示意图700。如图7A所示，AC功率干线430感应地耦合到耦合器612(参见图6A)。耦合器可以与调谐电容器Ck714串联连接，调谐电容器Ck714可以经由开关718、与调谐电容器716和基部耦合器615的并联布置选择性地串联耦合。因此，图7A中所示的布置可以包括驱动并联调谐基部耦合器结构的串联调谐双耦变压器。
在一些实施例中，耦合器612和调谐电容器714的值可以被选择为使得调谐电容器714的容抗基本上等于耦合器612在平衡控制开关系统的操作频率处的感抗。因此，调谐电容器714的电抗的幅度可以等于耦合器612的电抗的幅度，但是符号相反。以这种方式，耦合器612的电感(例如，漏电感)可以基本上由调谐电容器714的电容补偿或抵消。
同样地，在一些实施例中，可以选择基部耦合器615和调谐电容器716的值，使得调谐电容器716的容抗基本上等于基部耦合器615在平衡控制开关系统的操作频率处的感抗。因此，调谐电容器716的电抗的幅度可以等于基部耦合器615的电抗的幅度，但是符号相反。以这种方式，基部耦合器615的电感可以基本上由调谐电容器716的电容补偿或抵消。
在操作中，AC电流通过AC功率干线430并在耦合器612中感应电流。耦合器612和调谐电容器714的组合形成串联调谐双耦变压器。当开关718闭合时，串联调谐双耦变压器可以在调谐电容器716两端提供基本上恒定幅度的AC电压。这种基本上恒定的AC母线电压可以向基部耦合器615提供基本上恒定幅度的AC电流。因此，当开关718闭合时，耦合器612和调谐电容器714可以形成驱动第二谐振电路的第一谐振电路，第二谐振电路包括调谐电容器716和基部耦合器615。为了中断向基部耦合器615提供功率，开关718可以被断开。然而，由于耦合器612的抵抗电流的瞬时变化的大电感，可以跨断开开关718的端子施加非常高的瞬态开关电压(例如，超过1.2kV)。这可能需要开关718很大并且相对昂贵，以防止跨开关718的端子的高电压电弧。为此，在一些实施例中可能更期望图7B所示的拓扑。
图7B是根据另一示例性实施例的示出图6A的组件之间的电关系的另一示意图740。图7B的示意图740可以基本上与图7A的示意图700相同，除了开关718是跨耦合器612的端子并联布置，而不是布置在调谐电容器714与调谐电容器716和基部耦合器615的并联布置之间。因此，为中断向基部耦合器615提供功率，开关718可以闭合。然而，与图7A的示意图700相反，在图7B中，当开关718在操作期间断开时，跨开关718的端子感应的谐振电压可能过大(例如，2-3kV)。这还可能需要开关718较大并且相对昂贵以防止跨开关718的端子的电弧。
图7C是根据另一示例性实施例的示出图6A的组件之间的电关系的又一示意图760。如图7C所示，AC功率干线430被感应耦合到耦合器612，耦合器612与调谐电容器Ck714串联连接。调谐电容器716可以连接在包括耦合器612和调谐电容器714的双耦变压器的两端。示意图760可以附加地包括多个基部耦合器615a-615c，其中每个基部耦合器可以经由多个开关718a-718c中的相应一个与调谐电容器716可选择地并联耦合。因此，图7C中所示的布置可以包括驱动多个基部耦合器的并联调谐布置的串联调谐双耦变压器。如前面结合图7A所述的，调谐电容器714的容抗可以与耦合器612在操作频率处的感抗基本相同。然而，在一些实施例中，调谐电容器716的容抗可以与在任何给定时间、选择性地连接到调谐电容器716的所有基部耦合器615a-615c的组合视在感抗相同。因此，在一些实施例中，调谐电容器716的容抗可以根据哪些基部耦合器和多少基部耦合器615a-615c可选择地连接到调谐电容器716而变化或被调谐。然而，在一些其它实施例中，基于预定数量的可选择地连接的基部耦合器615a-615c来静态地设置电容器716的容抗，一旦设置，则可以不改变调谐电容器716的容抗。在这样的实施例中，基部耦合器615a-615c的组合是双耦变压器可以服务的唯一组合(例如，如果调谐电容器716被设计用于单个基部耦合器615a，可以不启用多于单个基部耦合器615a)，针对基部耦合器615a-615c的组合调谐电容器716被静态设置。
在一些其它实施例中，调谐电容器714的容抗可以具有小于耦合器612的感抗幅度的幅度。在这些实施例中，调谐电容器716可以用于进一步调谐耦合器612。然而，在这样的实施例中，在一些情况下，调谐电容器716可能不再能够完全补偿基部耦合器615a-615c中的连接的基部耦合器的电感，因为调谐电容器716的值是基于耦合器612在操作频率处的感抗的值而选择。
如先前结合图7A所描述的，示意图760的操作可以与示意图700的操作基本相同，除了基部耦合器615a-615c中的一个或多个可以通过闭合多个开关718a-718c中的相应一个而在基本上相同的时间被激活或去激活。此外，由于所有基部耦合器615a-615c可以共享相同的调谐电容器716，可以实现资源有效的基部耦合器复用结构。然而，如先前结合图7A所描述的，由示意图760示出的组件可能遭受跨开关718a-718c的端子感应的相同的非常高的瞬态开关电压。此外，与图7A相比较，存在应当均被设计为承受基部耦合器电流(其可以高于由于电容器716和耦合器615a-615c之间的谐振而通过耦合器612的电流)的更多的开关718a-718c。因此，尽管图7C的设计可能需要较少的电容器(例如，电容器716)，但是其上形成有电容器716和/或开关718a-718c的硅可能由于这样的高电流容差而成本更高。
图7D是根据另一示例性实施例的图示图6A的组件之间的电关系的又一示意图780。如图7D中所示的，AC功率干线430被感应耦合到耦合器612，耦合器612被串联电连接到调谐电容器714。耦合器612和电容器714可组成双耦变压器。如图7D进一步所示，调谐电容器716可以在节点717处与另一个调谐电容器720串联连接。基部耦合器615可以跨调谐电容器716和720的串联组合而并联连接。耦合器612的第一端子可以被连接到调谐电容器714的第一端子，而耦合器612的第二端子可以被连接到节点717。调谐电容器714的第二端子可以被连接到第一开关718和第二开关720中的每一个的一个端子，其中开关718和720的相对端子可以被连接到基部耦合器615的相应端子。因此，图7D的实施例可以包括串联调谐双耦变压器，然而，如图7A-图7C所示，串联调谐双耦变压器具有用于基部耦合器615和电容器716和720的并联和部分串联调谐布置。
如先前结合图7A-图7C所描述的，调谐电容器714的容抗可以与耦合器612在操作频率处的感抗基本相同。在一些实施例中，调谐电容器716和720的并联、部分串联布置的总等效容抗可以与基部耦合器615的感抗基本相同。因此，调谐电容器716和720的值不一定(例如，需要)彼此相同。
在图7A-图7D中的每一个图中，电容器716两端的电压可以与耦合器612在系统的操作频率处感应的电压成比例。因此，电容器716两端的峰值电压的幅度也可以与耦合器612在操作频率处感应的峰值电压的幅度成比例。
图8A是根据一个示例性实施例的示出图6B的组件之间的电关系的示意图800。如图8A所示，示意图800包括如先前结合图7A所描述的所有组件。示意图800还包括功率流斜坡控制器860，功率流斜坡控制器860包括感应耦合到AC功率干线430的控制耦合器662(见图6B)和连接在控制耦合器662的两端的分流开关664(见图6B)。控制耦合器662的绕组可以缠绕在与耦合器612相同的芯(例如，图6B的芯610)上或周围。由于耦合器612和662缠绕在相同芯上或周围，耦合器612和662可以共享通过芯的大量磁通量(例如，耦合器612和662可以具有高的相对互感，并且可以彼此紧密耦合)。
示意图800的操作可以类似于之前结合图7A所描述的示意图700的操作，除了可以在闭合开关718的基本上同时断开分流开关664以向基部耦合器615提供功率。在操作中，为了中断向基部耦合器615提供功率，分流开关664可以被闭合并且开关718可以被断开。由于耦合器612和662之间的高互感和共享芯的磁通量，当开关718断开而同时分流开关664被闭合时，跨图7A中的开关718的端子出现的非常高的瞬态开关电压被基本上消除。因为驱动该电压尖峰、并且作用在耦合器612上的磁通量可以被控制耦合器662吸收、并且被分流到控制耦合器662中。这可以引起通过控制耦合器662和分流开关664的开关电流的大的、相对快速的增加，该电流随后可在短时间段内稳定到基本较低的值。
图8B是根据另一示例性实施例的示出图6B的组件之间的电关系的另一示意图850。如图8B所示，示意图850包括如先前结合图7A所描述的所有组件。示意图850还包括功率流斜坡控制器865。功率流斜坡控制器865可以包括升压转换器结构。例如，功率流斜坡控制器865可以包括控制耦合器662以及跨控制耦合器662的端子并联连接的反向连接二极管864。耦合器866可以与并联连接的控制耦合器662和反向连接二极管864串联连接。耦合器866可以与开关664(参见图6B和图8A)和二极管870的并联连接串联连接，二极管870与电容器872串联连接。
在操作中，为了中断向基部耦合器615提供功率，分流开关664可以闭合，并且开关718可以断开。这可以引起通过控制耦合器662的AC开关电流的大的、相对快速的增加。反向连接二极管864和二极管870可以将AC开关电流整流为DC电流。DC电流可以对电容器872充电，并为从耦合器612转移的并由DC电流提供的分流能量或功率提供短期存储，DC电流可以在一些实施例中用于为低电压轨供电。在一些实施例中，负载(参见图8C)可以跨电容器872并联连接以对存储在电容器872上的分流电荷放电。
图8C是根据另一示例性实施例的示出图6B的组件之间的电关系的另一示意图880。如图8C中所示，示意图880包括如先前结合图7B所描述的所有组件，除了开关718与基部耦合器615并联连接、而不是与耦合器612并联连接。示意图880还包括先前结合图8B描述的功率流斜坡控制器865。根据示意图880的布局提供的优点是，串联调谐双耦变压器(例如，耦合器612和耦合器714)以及并联调谐的基部耦合器615和电容器716中的每一个的谐振可以在不需要谐振电流路径中的开关的情况下(例如，开关718不设置为与耦合器612或基部耦合器615中的任一个串联)被破坏。由于开关718不设置在电容器716和基部耦合器615的谐振电流路径中，所以与以下描述的图8D所示的布置相比，开关718可具有更低的额定电流。由于与图8D的布置相比，较低的电流通过开关718，所以开关718也可以更有效。然而，优选地，当功率流斜坡控制器865的开关64断开时，开关718不被短路(例如，闭合)，以避免过大的电流流过耦合器612和电容器714。
图8D是根据另一示例性实施例的示出图6B的组件之间的电关系的另一示意图890。如图8D所示，示意图890包括如先前结合图7C所描述的所有组件。示意图890还包括功率流斜坡控制器867。如前面结合图8B所述的，功率流斜坡控制器867可以包括升压转换器结构，并且可以进一步包括示出为放电电阻器874的负载。图8D的示意图890的操作可以基本上如先前结合图7C和图8B所描述的，其中存储在功率流斜坡控制器867的电容器872上的电荷可以通过放电电阻器874放电。
尽管图8A和图8B示出了如前面结合图7A所述的布置，并且图8D示出了如前面结合图7C所述的布置，但是本申请不限于此。例如，如先前结合图7A-图7D所描述的任何布置可以分别与如前面结合图8A-图8D所描述的功率流斜坡控制器860、865和867中的任何一个耦合。
图9是描绘根据一个示例性实施例的方法的流程图900。本文参考如先前结合图4-图8C描述的无线功率传输系统来描述流程图900的方法。在一个实施例中，流程图900中的一个或多个框可以由控制器(例如，诸如先前结合图4所描述的局部控制器425a-425f)执行。尽管本文参照特定顺序描述了流程图900的方法，但是在各种实施例中，本文的框可以以不同的顺序执行或省略，并且可以添加附加的框。在一些实施例中，当车辆(例如，图4的车辆405)沿着其中安装有无线功率传输系统400的道路410行进时，流程图900可以应用。如流程图900所示，框902和框910可以表示当流程图900已经前进到该特定框时，一个或多个基部耦合器(例如，图7A-图8D中任一个的基部耦合器615或615a-615c)当前处于的状态。
该方法可以开始于框902，其中在特定控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)的控制下的所有基部耦合器关断(即，未通电)。在这种状态下，功率流控制开关664(见图6B、8A-8C)闭合(ON)，并且所有基部耦合器开关718/720(见图7A-7D、8A-8B和8D)断开(OFF)。由于所有基部耦合器开关718/720是断开的，因此没有电流可以从耦合器612流到任何基部耦合器615。相反，对于图8C，基部耦合器开关718将闭合(OFF)。该方法然后可前进到框904。
在框904处，控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)可以确定是否接通基部耦合器(例如，基部耦合器615)中的一个或多个。例如，关于图4，局部控制器425a-425f中相应的一个可以确定当图4的车辆405在特定基部耦合器上对齐时，该特定基部耦合器应当被接通。如果确定为“是”，则该方法可以前进到框906。如果确定为“否”，则该方法可循环回到框902。
在框906处，控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)可以闭合(接通)一个或多个选择的耦合器开关(例如，图7A-8B和图8D的开关718a-718c/720)，所选择的耦合器开关对应于将被转动的一个或多个基部耦合器。这可以提供从例如耦合器612到所选择的一个或多个基部耦合器615a-615c(参见图8D)的电流路径。相反，对于图8C，基部耦合器开关718将被断开(关断)。该方法然后可前进到框908。
在框908处，控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)可以断开(关断)功率流控制开关(例如，图6B、8A-8D的开关664)。与双耦变压器和选择的基部耦合器(例如，耦合器612、电容器714、电容器716和接通的基部耦合器615a-615c)相比，这可以导致功率流斜坡控制器(例如，图8D的功率流斜坡控制器867)向AC功率干线430呈现高阻抗。因此，断开功率流控制开关664可以有效地接通到所选择的基部耦合器615a-615c的功率输送。该方法然后可前进到框910。
在框910处，所选择的基部耦合器(例如，图7A-8C的基部耦合器615a-615c中的一个或多个)当前正在供电。在这种状态下，与所选择的基部耦合器相对应的开关718a-718c闭合(接通)，并且功率流控制开关664断开(关断)。相反，对于图8C，开关718断开(关断)。
该方法然后可以前进到框912，其中控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)确定是否应当关断所有当前供电的基部耦合器。例如，关于图4，局部控制器425a-425f中相应的一个可以确定由相应的局部控制器控制的所有基部耦合器应当被关断，因为图4的车辆405不再在这些特定的基部耦合器上对齐。因此，如果确定为“是”，则方法可前进到框914。如果确定为“否”，则方法可备选地前进到框918。
在框914处，控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)可以闭合(接通)功率流控制开关664。闭合功率流控制开关664具有断开功率流控制开关664的相反的效果。在功率流控制开关664闭合的情况下，与双耦变压器和所选择的基部耦合器(例如，耦合器612、电容器714、电容器716和接通的基部耦合器615a-615c)相比，功率流斜坡控制器867(参见图8D)可以向AC功率干线430呈现低阻抗。因此，闭合功率流控制开关664可以有效地关断到所选择的基部耦合器615a-615c的功率的传递。然后，该方法可以前进到框916，其中所有的耦合器开关718a-718c被断开(关断)。这可以去除从耦合器612到基部耦合器615a-615c中的每一个的电流路径。相反，对于图8C，基部耦合器开关718将闭合(接通)。然后，该方法可以循环回到框902，其中所有基部耦合器处于关断(OFF)、非供电状态。
回到从框912到框918的过渡，在框918处，控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)可以确定不同于已被供电的基部耦合器的一个或多个基部耦合器是否要被供电。例如，如果车辆405已经沿着多个基部耦合器行进、并且现在处于与当前供电的基部耦合器相邻的基部耦合器之上，则特定局部控制器425可以确定当前供电的基部耦合器应当被关断，并且相邻基部耦合器现在应当被供电。如果确定为“否”，则方法可循环回到框910。如果确定为“是”，则方法可以前进到框920。
在框920处，控制器(例如，图4的局部控制器425a-425f中的一个)可以闭合(接通)功率流控制开关664(见图6B、图8A-图8D)。如前所述，闭合功率流控制开关664将有效地关断到所选择的基部耦合器615a-615c的功率的传递。然后，该方法可以前进到框922，其中对应于先前被供电、但现在要被关断的基部耦合器的所选择的耦合器开关718a-718c被断开(关断)。相反，对于图8C，基部耦合器开关718将闭合(接通)。然后，该方法可以循环回到框906，其中先前未被接通(ON)、但将要被接通的新选择的耦合器开关718a-718c被闭合(接通)。相反，对于图8C，基部耦合器开关718将被断开(关断)。该方法然后可以如前所述从框906前进。如前面结合图8A-图8C所描述的，以这种方式，流程图900的方法可以用于激活和去激活一个或多个基部耦合器，同时防止充电系统中的不安全或不期望的电流或电压尖峰。
图10是描绘根据本发明的一个实施例的另一方法的流程图1000。本文参考如先前结合图4-图9所描述的无线功率传输系统来描述流程图1000的方法。在实施例中，流程图1000中的一个或多个框可以由控制器(例如，诸如前面结合图4所描述的局部控制器425a-425f中的一个)执行。尽管本文参照特定顺序描述了流程图1000的方法，但是在各种实施例中，可以以不同的顺序执行或省略本文的框，并且可以添加附加的框。在一些实施例中，流程图1000可以在车辆(例如，图4的车辆405)沿着道路410行进时应用，道路410具有安装在其中的无线功率传输系统400。
流程图1000可从框1002开始，框1002包括选择第一耦合器(例如，耦合器612)的第一电抗，以具有等于第一电容器(例如，电容器714)在操作频率处的第二电抗幅度的幅度。第一耦合器(例如，耦合器612)缠绕在铁磁芯(例如，芯610)上，并且与第一电容器(例如，电容器714)串联电连接。然后，流程图1000可前进到框1004，框1004包括利用第一耦合器(例如，耦合器612)从功率源(例如，干线电源435/AC功率干线430)无线地接收功率。流程图1000然后可以前进到框1006，框1006包括利用第一开关(例如，开关718a-718c中的一个)将第一基部耦合器(例如，基部耦合器615a-615c中的一个)选择性地并联电连接在第二电容器(例如，电容器716)两端，第二电容器并联电连接在第一耦合器(例如，耦合器612)和第一电容器(例如，电容器714)的两端。流程图1000然后可以前进到框1008，框1008包括向第一基部耦合器(例如，基部耦合器615a-615c中的一个)提供功率。
图11是根据一个示例性实施例的用于接收无线功率的设备1100的功能框图。设备1100包括用于先前关于图4-图10所讨论的各种动作的装置1102、装置1104、装置1106和装置1108。装置1100包括用于从功率源无线地接收功率的装置1102。用于无线地接收功率的装置1102在操作频率处具有第一电抗。在一个在实施例中，装置1102可以被配置为执行上面关于图10的框1004讨论的功能中的一个或多个。在各种实施例中，装置1102可以由耦合器612(图6A-图8D)来实现。
设备1100还包括用于存储在操作频率处具有第二电抗的电荷的第一装置1104，并且第一装置1104与用于无线地接收功率的装置1102电连接。第二电抗具有等于第一电抗幅度的幅度。在一些实施例中，第一装置1104可以被配置为执行上面关于图10的框1002所讨论的功能中的一个或多个。在各种实施例中，第一装置1104可以由电容器714(图7A-图8D)来实现。
装置1100还包括用于存储电荷的第二装置1106，第二装置1106与用于无线地接收功率的装置1102和用于存储电荷的第一装置1104连接。在一些实施例中，第二装置1106可以被配置为执行上面关于图10的框1006所讨论的功能中的一个或多个。在各种实施例中，第二装置1106可以由电容器716(图7A-图8D)来实现。
装置1100还包括用于无线地发射功率的第一装置1108，第一装置1108被配置为与用于存储电荷的第二装置1106电连接。在一些实施例中，第一装置1108可以被配置为执行上面关于图10的框1006和框1008所讨论的功能中的一个或多个。在各种实施例中，第一装置1108可以由基部耦合器615a-615c(图7C和图8D)中一个或多个来实现。
上述方法的各种操作可以由能够执行操作的任何合适的装置(例如，各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块)来执行。通常，图中所示的任何操作可以由能够执行操作的相应功能装置来执行。
可以使用任何各种各样的不同科技或技术来表示信息和信号。例如，贯穿以上描述可以参考的数据、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、或其任意组合来表示。
结合本文中所公开的实施例而描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地图示硬件和软件的这种可互换性，上面已经在其功能方面整体地描述了各种示例性组件、块、模块、电路和步骤。这种功能是实现为硬件还是软件取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。所描述的功能可以针对每个特定应用以变化的方式实现，但是这样的实施例决策不应被解释为导致脱离实施例的范围。
结合本文所公开的实施例描述的各种示例性框、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、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或被设计来执行本文所描述的功能的其任意组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但是备选地，处理器可以是任何常规处理器、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、一个或多个微处理器结合DSP内核或任何其它这样的配置。
结合本文所公开的实施例描述的方法或算法和功能的步骤可以在为硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合中直接体现。如果以软件实现，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在有形的、非暂时性计算机可读介质上或者在有形的、非暂时性计算机可读介质上传输。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、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、可移动磁盘、CDROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。存储介质被耦合到处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息并且向存储介质写入信息。备选地，存储介质可以集成到处理器。如本文所使用的磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘使用激光光学地再现数据。上述的组合也应当包括在计算机可读介质的范围内。处理器和存储介质可以驻留在ASIC中。ASIC可以驻留在用户终端中。备选地，处理器和存储介质可以作为离散组件驻留在用户终端中。
为了总结本公开的目的，本文已描述了某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据任何特定实施例不一定可以实现所有这些优点。因此，一个或多个实施例实现或优化如本文教导的一个优点或一组优点，而不必实现本文可能教导或建议的其它优点。
上述实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本申请的精神或范围的情况下，本文定义的一般原理可以应用于其它实施例。因此，本申请不旨在限于本文所示的实施例，而是符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。

Claims (26)

1.一种用于向车辆无线地发射充电功率的设备，所述设备包括：
第一耦合器，所述第一耦合器在操作频率处具有第一电抗并且被配置为从干线功率源无线地接收功率，所述第一耦合器缠绕在铁磁芯周围；
第一电容器，所述第一电容器在所述操作频率处具有第二电抗并且与所述第一耦合器串联电连接，所述第二电抗具有与所述第一电抗的幅度相等的幅度；
第二电容器，所述第二电容器跨所述第一耦合器和所述第一电容器并联电连接；
第一基部耦合器，被配置为向车辆垫无线传送功率，所述第一基部耦合器被配置为经由第一开关跨所述第二电容器并联电连接；
第二耦合器，缠绕在相同的所述铁磁芯周围并且感应耦合到所述干线功率源，其中所述第一耦合器和所述第二耦合器通过穿过所述铁磁芯的磁通耦合；以及
分流开关，所述分流开关电连接到所述第二耦合器并且被配置为当所述分流开关闭合时，使所述第二耦合器短路。
2.根据权利要求1所述的设备，所述第二电容器两端的峰值电压的幅度与所述第一耦合器在所述操作频率处感应的峰值电压的幅度成比例。
3.根据权利要求1所述的设备，所述第一电抗包括漏电感，并且所述第二电抗包括电容，所述电容被配置为在所述操作频率处基本上抵消所述漏电感。
4.根据权利要求1所述的设备，包括多个基部耦合器和多个开关，所述多个基部耦合器包括所述第一基部耦合器，所述多个开关包括所述第一开关，所述多个基部耦合器中的每一个被配置为经由所述多个开关中对应的开关跨所述第二电容器并联电连接。
5.根据权利要求4所述的设备，所述第二电容器在所述操作频率处具有第三电抗，并且所述多个基部耦合器中跨所述第二电容器并联电连接的基部耦合器具有组合电抗，所述第三电抗具有与所述组合电抗的幅度相等的幅度。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括功率流控制器，所述功率流控制器包括所述第二耦合器和所述分流开关，其中所述功率流控制器包括升压转换器。
7.根据权利要求4所述的设备，还包括开关控制器，所述开关控制器被配置用以执行以下中的至少一项：
闭合所述多个开关中的所述对应的开关，并且断开所述分流开关以使所述多个基部耦合器中的所选择的一个基部耦合器通电；或者
闭合所述分流开关，并断开所述多个开关中的所述对应的开关以使所述基部耦合器中所述所选择的一个基部耦合器断电。
8.根据权利要求1所述的设备，还包括与所述分流开关并联连接的分流电容器。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述分流电容器被配置为向电源轨提供电压。
10.一种用于向车辆无线地发射充电功率的方法，所述方法包括：
选择第一耦合器的第一电抗以具有与第一电容器在操作频率处的第二电抗的幅度相等的幅度，所述第一耦合器缠绕在铁磁芯周围并与所述第一电容器串联电连接；
利用所述第一耦合器从干线功率源无线地接收功率；
利用第一开关将第一基部耦合器选择性地并联电连接在第二电容器两端，所述第一基部耦合器被配置为向车辆垫无线传送功率，所述第二电容器跨所述第一耦合器和所述第一电容器并联电连接；
向所述第一基部耦合器提供所述功率；
从所述干线功率源无线地接收功率，所述干线功率源感应耦合到第二耦合器，所述第二耦合器缠绕在相同的所述铁磁芯周围，其中所述第一耦合器和所述第二耦合器通过穿过所述铁磁芯的磁通耦合；以及
通过将连接到所述第二耦合器的分流开关闭合而使所述第二耦合器短路。
11.根据权利要求10所述的方法，包括跨所述第二电容器提供第一电压，所述第一电压具有与所述第一耦合器在所述操作频率处感应的电压的峰值幅度成比例的峰值幅度。
12.根据权利要求10所述的方法，所述第二电抗的电容基本上抵消所述第一电抗在所述操作频率处的漏电感。
13.根据权利要求10所述的方法，包括利用多个开关中对应的至少一个开关，将多个基部耦合器中的至少一个基部耦合器选择性地并联电连接在所述第二电容器两端，所述多个基部耦合器包括所述第一基部耦合器，所述多个开关包括所述第一开关。
14.根据权利要求13所述的方法，包括选择所述第二电容器的第三电抗，以具有与所述多个基部耦合器中的连接的所述至少一个基部耦合器的组合电抗的幅度相等的幅度。
15.根据权利要求13所述的方法，包括以下中的至少一个：
通过闭合所述多个开关中的对应的一个开关并且然后断开所述分流开关，来使所述多个基部耦合器中的所选择的一个基部耦合器通电；以及
通过闭合所述分流开关并且然后断开所述多个开关中的所述对应的一个开关，来使所述基部耦合器中所述所选择的一个基部耦合器断电。
16.根据权利要求10所述的方法，包括存储转移到与所述分流开关并联连接的分流电容器的功率。
17.根据权利要求16所述的方法，包括利用所述分流电容器向电源轨提供电压。
18.一种包括代码的非暂时性计算机可读介质，所述代码在被执行时使得设备用以：
选择第一耦合器的第一电抗以具有与第一电容器在操作频率处的第二电抗的幅度相等的幅度，所述第一耦合器缠绕在铁磁芯周围并与所述第一电容器串联电连接；
利用所述第一耦合器从干线功率源无线地接收功率；
利用第一开关将第一基部耦合器选择性地并联电连接在第二电容器两端，所述第一基部耦合器被配置为向车辆垫无线传送功率，所述第二电容器跨所述第一耦合器和所述第一电容器并联电连接；
向所述第一基部耦合器提供所述功率；
从所述干线功率源无线地接收功率，所述干线功率源感应耦合到缠绕在相同的所述铁磁芯周围的第二耦合器，其中所述第一耦合器和所述第二耦合器通过穿过所述铁磁芯的磁通耦合；以及
通过将连接到所述第二耦合器的分流开关闭合而使所述第二耦合器短路。
19.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述代码在被执行时，使得所述设备跨所述第二电容器提供第一电压，所述第一电压具有与所述第一耦合器在所述操作频率处感应的电压的峰值幅度成比例的峰值幅度。
20.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述第二电抗的电容基本上抵消所述第一电抗在所述操作频率处的漏电感。
21.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述代码在被执行时，使得所述设备使用多个开关中的对应的至少一个开关，将多个基部耦合器中的至少一个基部耦合器选择性地并联电连接在所述第二电容器的两端，所述多个基部耦合器包括所述第一基部耦合器，所述多个开关包括所述第一开关。
22.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述代码在被执行时，使得所述设备选择所述第二电容器的第三电抗，以具有与所述多个基部耦合器中的所选择的所述至少一个基部耦合器的组合电抗的幅度相等的幅度。
23.根据权利要求21所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述代码在被执行时，使得所述设备进行以下中的至少一项：
闭合所述多个开关中的所述对应的一个开关，并断开所述分流开关以使所述多个基部耦合器中的所选择的一个基部耦合器通电；或者
闭合所述分流开关，并断开所述多个开关中的所述对应的一个开关以使所述基部耦合器中所述所选择的一个基部耦合器断电。
24.根据权利要求18所述的非暂时性计算机可读介质，其中所述代码在被执行时，使得所述设备存储被转移到与所述分流开关并联连接的分流电容器的功率。
25.一种用于将充电功率无线地发射到车辆的设备，所述设备包括：
用于引导磁通的装置；
用于从功率源无线地接收功率的第一装置，用于无线地接收功率的所述第一装置在操作频率处具有第一电抗并且被缠绕在用于引导磁通的所述装置上；
用于存储电荷的第一装置，所述第一装置在所述操作频率处具有第二电抗，并与用于无线地接收功率的所述装置电连接，所述第二电抗具有与所述第一电抗的幅度相等的幅度；
用于存储电荷的第二装置，所述第二装置与用于无线地接收功率的所述装置和用于存储电荷的所述第一装置电连接；
用于向车辆垫无线发射功率的第一装置，用于无线发射功率的所述第一装置与用于存储电荷的所述第二装置电连接；
用于从干线功率源无线地接收功率的第二装置，其感应耦合到所述干线功率源，用于无线地接收功率的所述第二装置被缠绕在用于引导磁通的相同的所述装置上，其中用于无线接收功率的所述第一装置和所述第二装置通过穿过用于引导磁通的所述装置的磁通耦合；以及
用于使用于无线地接收功率的所述第二装置短路的装置，用于短路的所述装置连接到用于无线地接收功率的所述第二装置。
26.根据权利要求25所述的设备，包括多个用于无线地发射功率的装置，多个用于无线地发射功率的所述装置包括用于无线地发射功率的所述第一装置，多个用于无线地发射功率的所述装置中的每一个被配置为电连接到用于存储电荷的所述第二装置。
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