CN108068641A - 车辆、车辆充电装置、车辆充电系统和对车辆充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆充电系统，所述车辆充电系统包含：电力发射器，所述电力发射器包含至少一个电压转换器，其被配置成允许通过多个开关改变车辆充电模式以及磁场产生器，其被配置成产生对应于由所述电压转换器转换的电压的磁场；以及电力接收器，所述电力接收器包含电流感应器，其被配置成允许通过所述磁场产生器所产生的所述磁场感应电信号、整流器，其被配置成将所述感应的电信号整流以及电池，其被配置成由所述整流器所整流的电信号充电。

Description

车辆、车辆充电装置、车辆充电系统和对车辆充电的方法
技术领域
本发明的实施例涉及车辆、车辆充电装置、车辆充电系统以及用于为车辆充电的方法。
背景技术
车辆可以包含被配置成将例如人、动物、植物或物品等的物体从起程点传送到目的地的各种设备。车辆可能够将物体传送到目的地，同时通过使用安装在车体中的一个或多个轮子在各个方向上移动。车辆可以包含三轮或四轮车辆、例如摩托车等的二轮车辆、建筑设备、自行车或在安置成线的轨道上行进的火车。
车辆通常使用以某种方式获取的动力在道路或铁路上行驶，使得通过使用发动机燃烧矿物燃料(例如，汽油和柴油)获取的热能转换成机械能。然而，近年来，与从矿物燃料的燃烧获得的能量相比，车辆可以使用在车辆内部的电池中充的电能获得动力。从电能获取动力的车辆可以称为“电动车辆”。
电动车辆可以包含：电动车(EV)，其被配置成从电能获得动力；混合动力电动汽车(HEV)，其被配置成通过矿物燃料的燃料从电能和热能两者获得动力；以及插电式混合动力汽车(PHEV)，其被配置成通过从外部接收电能而为嵌入的可再充电电池充电，同时使用通过矿物燃料的燃烧从电能和热能两者获得的动力以及电能。
发明内容
因此，本发明的方面是提供车辆充电装置、车辆充电系统以及用于为车辆充电的方法，当为电动车辆的电池充电时，车辆提供或提供有电池所需的广范围的充电电压和充电功率。
本发明的另一方面是提供车辆、车辆充电装置、车辆充电系统以及用于为车辆充电的方法，所述方法通过简化安装在车辆内部的与充电有关的结构并且通过减少与充电有关的组件数目来减少车辆充电系统的制造和安装的成本。
本发明的额外方面将在以下描述中部分阐述并且将从描述中部分显而易见，或者可以通过实践本发明习得。
车辆充电系统可以包括：电力发射器，所述电力发射器包括电压转换器，其被配置成允许通过多个开关改变车辆充电模式以及磁场产生器，其被配置成产生对应于由电压转换器转换的电压的磁场；以及电力接收器，所述电力接收器包括电流感应器，其被配置成允许通过磁场产生器所产生的磁场感应电信号、整流器，其被配置成将感应的电信号整流以及电池，其被配置成通过整流器所整流的电信号充电。
当多个开关之中的第一开关断开且多个开关之中的第二开关闭合时，至少一个电压转换器可以在第一车辆充电模式下操作，在所述第一车辆充电模式中，输出电压设定成低于输入电压。
当所有多个开关闭合时，至少一个电压转换器可以在第二车辆充电模式下操作，在所述第二车辆充电模式中，输出电压设定成高于输入电压。
至少一个电压转换器可以包括级联升降压功率因数校正转换器。
可以基于施加到电池的电压来确定车辆充电模式。
可以基于电力发射器与电力接收器之间的相对位置来确定车辆充电模式，所述相对位置基于施加到电池的电压来确定。
电力发射器可以产生对应于预定电压的磁场并且整流器以固定频率输出电信号。
可以基于估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差来确定车辆充电模式，所述估计的耦合系数基于预定电压和电池充电电压来估计。
电力发射器可以包括彼此并联连接的多个电压转换器。
整流器可以输出根据电池的充电状态进行整流的电信号。
整流器包括无桥整流器。
车辆可以包括：电流感应器，其被配置成允许通过车辆充电装置所产生的磁场感应电信号；整流器，其被配置成将感应的电信号整流并且提供有无桥整流器；以及电池，其被配置成通过整流器所整流的电信号充电。
车辆可以进一步包括以下项中的至少一者：电压测量器，其被配置成测量电池充电电压；以及通信器，其被配置成与车辆充电装置通信并且将电压测量器测量到的电信号的电压传输到车辆充电装置。
车辆可以进一步包括处理器，所述处理器被配置成基于从车辆充电装置接收的且对应于磁场的基准电压以及电压测量器测量到的电压来计算估计的耦合系数。
处理器可以基于估计的耦合系数和预定的耦合系数来确定车辆充电装置的目标电压，并且将关于目标电压的信息传输到车辆充电装置。
车辆充电装置可以包括：输入端，电信号传输到所述输入端；第一电压转换器，其被配置成基于通过多个开关改变的车辆充电模式来改变电信号的电压；以及磁场产生器，其被配置成产生对应于由第一电压转换器转换的电压的磁场。
第一电压转换器可以包括级联升降压功率因数校正转换器。
通信器中的至少一者可以被配置成从车辆接收关于施加到车辆电池的电压的信息；并且处理器被配置成基于关于电压的信息来确定车辆充电模式。
处理器可以通过使用施加到电池的电压以及由第一电压转换器转换的电压而计算估计的耦合系数，并且基于估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差来确定车辆充电模式。
处理器可以根据车辆充电模式确定是断开还是闭合多个开关中的每一者。
多个开关可以包括降压开关和升压开关，其中当根据估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差确定需要电压递降时，处理器确定在多个开关之中断开降压开关且闭合升压开关。
多个开关可以包括降压开关和升压开关，其中当根据估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差确定需要电压递升时，处理器确定在多个开关之中闭合降压开关和升压开关。
车辆可以进一步包括第二电压转换器，所述第二电压转换器彼此并联连接到第一电压转换器并且被配置成基于通过多个开关改变的车辆充电模式来改变电信号的电压。
用于为车辆充电的方法可以包括：设定基准电压；通过车辆充电装置产生对应于基准电压的磁场；通过车辆的电力接收器中的磁场感应电信号；基于基准电压以及由磁场感应的电信号的电压计算估计的耦合系数；基于估计的耦合系数和预期的耦合系数来确定车辆充电装置的目标电压；通过车辆充电装置产生对应于目标电压的磁场；通过与车辆的电力接收器中的目标电压对应的磁场感应电信号；以及通过电信号为车辆的电池充电。
附图说明
本发明的这些和/或其它方面将从结合附图的实施例的以下描述中变得显而易见且更容易理解，在附图中：
图1是说明根据本发明的一个实施例的车辆和车辆充电装置的视图。
图2是说明根据本发明的一个实施例的车辆和车辆充电装置的控制框图。
图3是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力发射器的框图。
图4是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力发射器的电路图。
图5是说明根据降压开关和升压开关的断开和闭合选择的模式的视图。
图6是说明根据另一实施例的车辆充电系统的电力发射器的电路图。
图7是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力接收器的框图。
图8是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力接收器的电路图。
图9是说明根据一个实施例的用于为车辆充电的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考本发明的实施例，所述实施例的实例在附图中说明。
下文将参考图1至9描述根据本发明的一个实施例的车辆、车辆充电装置、车辆充电系统以及用于为车辆充电的方法。
图1是说明根据本发明的一个实施例的车辆和车辆充电装置的视图，而图2是说明根据本发明的一个实施例的车辆和车辆充电装置的控制框图。
参考图1和2，车辆3可以被配置成通过使用电能在道路和轨道上行驶，并且为此，车辆3可以提供有将电能转换成动能的电动机(未示出)以及积累电能的电池190。根据实施例，车辆3可以进一步包含将矿物燃料(例如，汽油和柴油)的燃烧能转换成动能的发动机(未示出)。
车辆3可以包含常规上使用的四轮车辆，并且进一步包含二轮车辆、三轮车辆、建筑设备、自行车或在安置成线的轨道上行进的火车。
车辆充电装置10可以将电能供应到车辆3，使得车辆3的电池充电。如图2中所说明，车辆充电装置10可以包含控制器20和车辆电力发射器110，并且车辆充电装置10可以进一步包含为车辆3充电所需的各种组件或设备，例如，连接到外部电源9的传输线或电力变压器。
车辆3和车辆充电装置10可以被配置成通过使用车辆充电系统100经由无线通信为车辆3的电池190充电。
车辆充电系统100可以包含：提供于车辆3停止或停靠的区域5中的电力发射器110；以及安装于车辆3中的电力接收器160。车辆充电系统100可以被配置成允许通过在电力接收器160中由电力发射器110所产生的磁场感应对应于磁场的电流而为车辆3的电池190充电。
车辆3停止或停靠的区域5可以包含允许车辆3停止或停靠的位置，例如，道路或停车场的全部或一部分。
电力发射器110可以包含发射垫111和发射信号处理器120，所述发射信号处理器经由提供于发射垫111中的磁场产生器127处理电信号输入。
发射垫111可以提供于车辆3停止或停靠的区域5的表面中，同时沿着所述表面大致水平。在这种情况下，发射垫111可以暴露于所述表面的外部或嵌入接近于所述表面的表面的内部中。另外，发射垫111可以安装于各个位置中以及地面的表面，即，发射垫111可以安装在安装于地面上的支架上，同时大致垂直于地面。
磁场产生器127可以安装在发射垫111中，所述磁场产生器用于产生与从发射信号处理器120输出的电信号的电压对应的磁场。发射垫111可以包含外壳，所述外壳由具有合适强度和合适弹力的材料(例如，金属板或橡胶板)制成并且被配置成防止磁场产生器127受外力损坏。磁场产生器127可以嵌入发射垫111的外壳内部，以便安装在发射垫111中。发射垫111的外壳可以在车辆3停止或停靠的区域5中以特定形状形成，例如，矩形、正方形和环形。
磁场产生器127可以使用至少一个线圈实施。至少一个线圈可以根据流过至少一个线圈的电流的切换方向在发射垫111周围形成磁场。提供于发射垫111中的至少一个线圈可以布置成至少一个线性形状、至少一个Z字形或至少一个螺旋形。当线圈以螺旋形缠绕时，螺旋形线圈的总体形状可以具有大致圆形形状或正方形形状。
发射信号处理器120可以处理从外部电源9供应的电力且随后将处理后的电力发射到磁场产生器127，使得磁场产生器127产生具有特定形状的磁场。具体来说，发射信号处理器120可以转换作为外部电源9的电压的输入电压，使得特定电压(下文称为“输出电压”)施加到磁场产生器127。电源9可以是交流电源并且因此包含商业电力。
发射信号处理器120可以连接到控制器20以与控制器20通信，并且因此发射信号处理器120可以响应于从控制器20传输的各个控制信号而操作。根据实施例，发射信号处理器120可以被配置成根据从安装在车辆3中的处理器168传输的控制信号而操作，或替代地，发射信号处理器120可以被配置成根据安装在车辆3中的控制器20和处理器168两者的控制而操作。
发射信号处理器120可以使用包含各个组件(例如，至少一个开关、二极管或电容器)的电路实施。
下文将描述发射信号处理器120的操作和功能的详细描述。
电力接收器160可以包含：提供于车辆3中的接收垫161；接收信号处理器170，其处理由提供于接收垫161中的电流感应器171感应的电信号；以及电池190，其通过从接收信号处理器170输出的电信号充电。
接收垫161可以通过对应于安装发射垫111的位置(例如，区域5的表面)而安置于车辆3上，使得根据发射垫111所产生的磁场容易地感应电流。例如，如图1中所说明，接收垫161可以安置于车辆3的底部表面上。然而，接收垫161的位置不限于此。例如，当发射垫111安装在支架上以大致垂直于地面时，接收垫161可以通过对应于发射垫111的安装类型而安装在车辆的后表面或侧表面中。
在接收垫161中，可以安装电流感应器171，所述电流感应器用于感应具有与磁场产生器127所产生的磁场大小对应的电压和电流的电信号。接收垫161可以包含外壳，所述外壳由具有合适强度和合适弹力的材料(例如，金属板或橡胶板)制成并且被配置成防止电流感应器171受外力损坏。电流感应器171可以嵌入接收垫161的外壳内部，以便安装在接收垫161中。
电流感应器171可以包含至少一个线圈，并且所述至少一个线圈可以被配置成允许根据发射垫111周围的磁场变化感应电流。与发射垫111的线圈相同，电流感应器171的线圈可以布置成至少一个线性形状、至少一个Z字形或至少一个螺旋形。
接收信号处理器170可以将电流感应器171所感应的电流整流、递升或递降，使得电池190适当地通过电流感应器171所感应的电流充电。接收信号处理器170可以使用电路或线电连接到电流感应器171和电池190。接收信号处理器170可以被配置成根据安装在车辆3中的处理器168和根据设计者的选择的控制器20中的至少一者的控制而操作。
下文将描述接收信号处理器170的操作和功能的详细描述。
电池190可以安装在车辆3内部并且被配置成存储电能且按需要将电力供应到车辆3的每个组件(例如，电动机)或车辆3内部的各个装置(例如，空气调节装置、仪表板或导航系统)。电池190可以通过从接收信号处理器170输出的电信号充电。
电池190可以使用以下各项中的至少一者实施：锂离子电池，例如锂钛电池、锂聚合物电池、锂离子电池，或锂空气电池、铅蓄电池、镍镉电池或钠-氯化镍电池。
电池190可以根据设计者的选择安装在各个位置中。例如，电池190可以安装在车辆3的下部部分、发动机罩的内部、后座的后侧或后备箱盖的内部中。另外，电池190可以根据设计者的选择安装在各个位置中。
车辆充电装置10的控制器20可以被配置成控制车辆充电系统100的整体或部分操作。
如图1中所说明，控制器20可以安装在车辆3停止或停靠的区域5周围。在这种情况下，控制器20可以安装在车辆3停止或停靠的每个区域5处。或者，控制器20可以安装在与车辆3停止或停靠的区域5分离的位置中。
控制器20可以被配置成控制车辆充电系统100的电力发射器110，并且在这种情况下，控制器20可以被配置成仅控制单个电力发射器110或替代地被配置成控制多个电力发射器110。
如图2中所说明，车辆充电装置10的控制器20可以包含处理器21，并且按需要，可以进一步同时或按序包含用户接口23和通信器30中的至少一者。
处理器21可以执行各种信号处理且按需要执行各种确定以控制车辆充电系统100的总体或部分操作，并且产生对应于确定的结果的控制信号。
例如，处理器21可以设定基准电压并且控制电力发射器110，使得电力发射器110产生对应于基准电压的磁场。
根据另一实施例，处理器21可以使用经由通信器30接收到的与电池190的充电电压有关的信息来估计和获取指示电力发射器110与电力接收器160之间的布置状态的估计的耦合系数。在这种情况下，可以通过将基准电压和充电电压代入根据设计者的选择预定的公式中来计算估计的耦合系数。例如，估计的耦合系数可以定义为基准电压与充电电压之间的比率。
另外，处理器21可以通过比较估计的耦合系数(下文称为估计的耦合系数)与预定的所需耦合系数(下文称为预期的耦合系数)来确定需要从电力发射器110输出的磁场的强度。可以根据车辆3的位置确定估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差，并且在这种情况下，估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差可以被设计成对应于电力接收器160与电力发射器110之间的相对位置(或接收垫161与发射垫111之间的相对位置)。例如，估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差可以随着车辆3的电力接收器160的位置(或接收垫161的位置)与电力发射器110的位置(或发射垫111的位置)较不匹配而减小，并且否则，估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差可以随着电力接收器160的位置(或接收垫161的位置)与电力发射器110的位置(或发射垫111的位置)更加匹配而减小。
另外，处理器21可以根据磁场的确定强度来确定发射信号处理器120的目标输出电压，并且控制发射信号处理器120，使得发射信号处理器120将输入电压转换成目标输出电压。出于此目的，处理器21可以确定对应于目标输出电压的车辆充电模式，根据确定的车辆充电模式产生控制信号并且将控制信号传输到电力发射器110。在这种情况下，控制信号可以传输到电力发射器110的发射信号处理器120。因此，根据确定的车辆充电模式，从电力发射器110输出的电力的输出电压的大小可以设定成多种的，并且因此在电力发射器110中产生的磁场可以具有各种大小。
在另一实例中，处理器21可以允许电源9和电力发射器110彼此电断开或电连接，并且处理器21可以控制用户接口23和通信器30的操作。
另外，处理器21可以控制车辆充电装置10的各种操作。
处理器21可以通过使用一个或多个半导体芯片和相关联组件实施，并且包含中央处理单元(CPU)或微控制器单元(MCU)。CPU或MCU可以基于嵌入其中的或用户输入的程序或数据来执行与上述操作有关的处理。
处理器21可以指硬件装置，包含存储器以及被配置成执行解释为算法结构的一个或多个步骤的处理器。存储器存储算法步骤，并且处理器具体地执行算法步骤以执行所描述过程中的一者或多者。
此外，所公开的方法可以由计算机可读构件上的非暂时性计算机可读媒体实施，包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。尽管没有限制，但是计算机可读媒体的实例包含ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储装置。
用户接口23可以向用户(例如，车辆3的驾驶员或车辆充电装置10的管理者)提供与车辆的充电有关的各种信息，并且用户接口23还可以从用户接收与为车辆充电有关的各种命令和数据。例如，用户接口23可以接收发射信号处理器120的输出电压，将输出电压传输到处理器21，或用户接口23可以向用户视觉地或可听见地提供处理器21所确定的输出电压。
用户接口23可以包含：输入构件，包含物理按钮、触控板、触摸屏、轨迹球、各种检测传感器和/或各种输入端口；和/或输出构件，包含显示器、扬声器和/或各种输出端口。
通信器30可以被配置成与提供于车辆3中的通信器167通信。例如，通信器30可以从车辆3的通信器167接收关于电力接收器160的电压的信息，并且将所接收信息传输到处理器21。另外，通信器30可以通过将车辆充电装置10的处理器21所产生的各种控制信号传输到通信器167而允许车辆3的处理器168或电力接收器160根据车辆充电装置10的处理器21的控制操作。
通信器30可以根据实施例使用有线通信网络和/或无线通信网络与车辆3的通信器167通信。有线通信网络可以通过使用通信电缆，例如，对绞电缆、同轴电缆、光纤电缆或以太网电缆来实施。无线通信网络可以基于局域网技术和移动网技术中的至少一者通过使用无线通信技术来实施。局域网技术可以包含Wi-Fi、Wi-Fi直连、紫蜂、蓝牙、低功耗蓝牙和近场通信(NFC)。移动通信技术可以包含通过使用各种移动通信站实施的各种无线通信技术，所述移动通信站例如，基于3GPP的通信系统、、基于3GPP2的通信系统或基于Wi MAX的通信系统。
可以根据设计者的选择省略用户接口23和通信器30中的至少一者。
参考图2，车辆3可以包含通信器167、处理器168和用户接口169。
通信器167可以被配置成基于有线通信网络和/或无线通信网络与控制器20的通信器30通信。通信器167可以接收由控制器20的处理器21产生的控制信号并且随后将控制信号传输到车辆3的处理器168，或将关于电池190的充电电压的信息传输到控制器20。
处理器168可以产生用于车辆3或车辆3的各种电组件的各种操作的控制信号，并且随后控制车辆3的各种操作或车辆3的各种电组件。
根据实施例，车辆3的处理器168可以执行控制器20的处理器21的所有或部分操作。例如，处理器168可以比较电池190的充电电压与经由通信器167传输的基准电压，并且基于比较结果获取估计的耦合系数。另外，车辆3的处理器168可以通过比较估计的耦合系数与预期的耦合系数来确定需要从电力发射器110输出的磁场的强度、发射信号处理器120的目标输出电压和/或电力发射器110的车辆充电模式，并且允许经由通信器167将确定的结果传输到控制器20。
车辆3的处理器168可以通过使用一个或多个半导体芯片和相关联组件实施并且可以根据设计者的选择安装在任意位置中，例如，仪表盘与发动机舱之间的空间中。
用户接口169可以向乘客提供与车辆3的操作有关的各种信息，或从车辆3的乘客接收各种命令和数据。例如，用户接口169可以通过视觉或听觉方式提供关于是否执行充电的信息、估计的耦合系数，或关于电力发射器110所产生的磁场的强度的信息。
用户接口169可以包含：输入端，包含物理按钮、触控板、触摸屏、轨迹球、各种检测传感器和/或各种输入端口；和/或输出端，包含显示器、扬声器和/或各种输出端口。输入端和输出端可以安装在各种位置中以及仪表盘、仪表中央盒、方向盘和仪表板中。用户接口169可以通过使用安装在车辆3中的导航系统实施。
可以取决于设计者的选择省略通信器167、处理器168和用户接口169中的至少一者。下文将参考图3至6详细地描述电力发射器。
图3是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力发射器的框图，而图4是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力发射器的电路图。
根据一个实施例，电力发射器110可以包含：发射信号处理器120，其将输入电压转换成特定输出电压；以及磁场产生器127，其根据发射信号处理器120的输出电压产生磁场并且安装在发射垫111中，如图3和4中所说明。
发射信号处理器120可以包含：输入端121，从电源9供应的电流输入到所述输入端；至少一个电压转换器123和129，其转换输入电压；以及方向开关125，其切换电流的方向。
输入端121可以接收从电源9供应的电流(Igrid)并且将所述电流传输到第一电压转换器123。
第一电压转换器123可以根据选定的车辆充电模式转换电源9的输入电压(Vgrid)以允许输出电压(Vin)施加到磁场产生器127的线圈127a。
第一电压转换器123可以将通过输入端121输入的交流电整流，并且为了将交流电输入整流，第一电压转换器123可以包含使用多个二极管(例如，四个二极管(D11至D14))的桥式整流器，所述二极管提供于所述桥式整流器的输入端中。
第一电压转换器123可以通过使用级联升降压功率因数校正转换器实施。实施级联升降压功率因数校正转换器，使得降压转换器和升压转换器组合为单个转换器。
降压转换器是被配置成将输入电压转换成输出电压，使得输出电压与输入电压相同或小于输入电压的转换器类型。可以通过使用包含第一电容器(CP11)、第一降压开关(SWK1)、第一降压二极管(DB1)、第一电感器(L1)和负载(例如，线圈127a)的电路实施降压转换器，如图4中所说明。
升压转换器是被配置成将输入电压转换成输出电压，使得输出电压与输入电压相同或大于输入电压的转换器类型。可以通过使用包含第一电容器(CP11)、第一升压开关(SWT1)、第一升压二极管(DT1)和负载(例如，线圈127a)的电路实施降压转换器(buckconverter)，如图4中所说明。
如上文所提及，通过将降压转换器组合到升压转换器来实施级联升降压功率因数校正转换器。通过根据第一降压开关(SWK1)和第一升压开关(SWT1)的操作切换车辆充电模式，级联升降压功率因数校正转换器可以将输入电压改变成各种输出电压。
图5是说明根据降压开关和升压开关的断开和闭合选择的模式的视图。在图5中，第一开关表示降压开关并且第二开关表示升压开关。
参考图5，当第一降压开关(SWK1)和升压开关(SWT1)断开时，电流可以不在级联升降压功率因数校正转换器中流动，并且因此可以不执行电压转换操作。
与第一降压开关(SWK1)和升压开关(SWT1)两者断开的情况相同，当第一降压开关(SWK1)断开且升压开关(SWT1)闭合时，电流可以不在电路中流动并且因此级联升降压功率因数校正转换器可以不执行电压转换操作。
当第一降压开关(SWK1)闭合且升压开关(SWT1)断开时，级联升降压功率因数校正转换器可以在第一车辆充电模式下操作。在第一车辆充电模式下，电路中的电流可以流过第一降压开关(SWK1)、第一降压二极管(DB1)、第一电感器(L1)和线圈127a，并且级联升降压功率因数校正转换器可以与降压转换器相同地或类似地操作。因此，与输入电压(Vgrid)相同或相对低于输入电压(Vgrid)的输出电压(Vin)可以施加到线圈127a。
当第一降压开关(SWK1)和升压开关(SWT1)闭合时，级联升降压功率因数校正转换器可以在第二车辆充电模式下操作。在第二车辆充电模式下，级联升降压功率因数校正转换器可以通过与升压转换器相同地或类似地操作来执行电压递升操作。因此，与输入电压(Vgrid)相同或相对高于输入电压(Vgrid)的输出电压(Vin)可以施加到线圈127a。
降压开关(SWK1)和升压开关(SWT1)可以根据处理器21和168的控制断开或闭合。
例如，当控制器20的处理器21根据估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差确定电力发射器110需要产生具有较大强度的磁场时，控制器20的处理器21可以通过闭合降压开关(SWK1)和升压开关(SWT1)两者而允许级联升降压功率因数校正转换器在第二车辆充电模式下操作。在这种情况下，相对较大电压(Vin)可以施加到线圈127a并且因此线圈127a可以产生具有较大强度的磁场。
否则，当控制器20的处理器21根据估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差确定电力发射器110需要产生具有较小强度的磁场时，控制器20的处理器21可以通过断开升压开关(SWT1)并且通过闭合降压开关(SWK1)而允许级联升降压功率因数校正转换器在第一车辆充电模式下操作。在这种情况下，相对较小电压(Vin)可以施加到线圈127a并且线圈127a可以产生具有相对较小强度的磁场。
图6是说明根据另一实施例的车辆充电系统的电力发射器的电路图。
如图3中所说明，发射信号处理器120可以进一步包含第二电压转换器129。或者，可以省略第二电压转换器129。
如图6中所说明，与第一电压转换器123相同，第二电压转换器129可以通过使用级联升降压功率因数校正转换器实施。换句话说，如图3中所说明，可以通过将由包含第一电容器(CP11)、第二降压开关(SWK2)、第二降压二极管(DB2)、第二电感器(L2)和负载(例如，线圈127a)的电路实施的降压转换器与由包含第一电容器(CP11)、第二升压开关(SWT2)、第二升压二极管(DT2)、第二电感器(L2)和负载(例如，线圈127a)实施的升压转换器组合来实施第二电压转换器129。
根据一个实施例，第二电压转换器129可以与第一电压转换器123并联连接，如图6中所说明。根据开关(SWK1、SWK2、SWT1和SWT2)的断开和闭合，发射信号处理器120可以与其中两个降压转换器彼此并联连接的电路或其中两个升压转换器彼此并联连接的电路相同地或类似地操作。
通过与第一电压转换器123相同的方式，第二电压转换器129可以根据第二降压开关(SWK2)和第二升压开关(SWT2)的断开和闭合而在第一车辆充电模式和第二车辆充电模式中的一者中操作。因此，第二电压转换器129可以执行电压转换操作，使得输出电压(Vin)低于和高于输入电压(Vgrid)。
如上文所提及，当发射信号处理器120包含第一电压转换器123和第二电压转换器129时，可以减少在电路中流动的电流的波纹。
方向开关125可以切换在磁场产生器127的线圈127a中流动的电流的方向。方向开关125可以通过包含多个方向转换开关(SW11至SW14)的桥接电路实施。在多个方向转换开关(SW11至SW14)之中，第一方向转换开关(SW1)可以结合第四方向转换开关(SW4)操作，并且第二方向转换开关(SW2)可以结合第三方向转换开关(SW3)操作。当第一方向转换开关(SW1)和第四方向转换开关(SW4)断开时，第二方向转换开关(SW2)和第三方向转换开关(SW3)可以闭合，并且当第一方向转换开关(SW1)和第四方向转换开关(SW4)闭合时，第二方向转换开关(SW2)和第三方向转换开关(SW3)可以断开。可以根据特定频率重复地执行第一方向转换开关(SW1)和第四方向转换开关(SW4)的断开和闭合或第二方向转换开关(SW2)和第三方向转换开关(SW3)的断开和闭合。根据方向转换开关(SW11至SW14)的操作在电路中流动的电流可以在线圈127a的相对方向上交替地输入，并且因此电流可以在线圈127a中流动，同时根据特定频率改变其方向。因此，可以在线圈127a中形成具有与输出电压(Vin)对应的强度的磁场。
根据实施例，如图4至6中所说明，电感器(L1)和至少一个电容器(CP12和CP13)可以进一步彼此串联和/或并联安装在方向开关125与线圈127a之间。
下文将参考图7和8详细地描述电力接收器。
图7是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力接收器的框图，而图8是说明根据一个实施例的车辆充电系统的电力接收器的电路图。
如图7和8中所说明，安装在车辆3中的电力接收器160可以包含：电流感应器171，其安装在接收垫161中；接收信号处理器170，其被配置成执行与在电流感应器171中感应的电流(Is)有关的各种操作；以及电池190，其被配置成通过从接收信号处理器170输出的电流(Io)充电。
电流感应器171可以包含至少一个线圈171a，并且交流电(Is)可以根据由电力发射器110的磁场产生器127所产生的磁场的变化而在至少一个线圈171a中流动。包含在至少一个线圈171a中的电流(Is)可以传输到接收信号处理器170。
根据一个实施例，接收信号处理器170可以包含用于将感应电流(Is)整流的整流器173。在这种情况下，整流器173可以通过使用包含多个二极管(D1和D2)和多个开关(SW21和SW22)的无桥整流器来实施。多个二极管(D1和D2)和多个开关(SW21和SW22)可以类似于桥接电路安排，不同之处在于，多个二极管(D1和D2)连接到线圈171a的输出端并且多个开关(SW21和SW22)连接到线圈171a的输入端。
多个开关(SW21和SW22)可以彼此交替地断开或闭合。在这种情况下，多个开关(SW21和SW22)可以根据固定频率断开或闭合。
取决于多个开关(SW21和SW22)的断开和闭合，在至少一个线圈171a中感应的交流电(Is)可以或可以不流向第一二极管(D1)或第二二极管(D2)。
例如，当第一开关(SW21)断开且第二开关(SW22)闭合时，在至少一个线圈171a中感应的交流电(Is)可以仅经由经过第一二极管(D1)的路径(I0和Ibatt)传输到电池190，并且否则，当第一开关(SW21)闭合且第二开关(SW22)断开时，在至少一个线圈171a中感应的交流电(Is)可以仅经由经过第二二极管(D2)的路径传输到电池190。
由于在至少一个线圈171a中感应的交流电(Is)的输出方向根据时间交替地改变，因此开关(SW21和SW22)可以取决于交流电(Is)的输出方向断开或闭合，以允许在至少一个线圈171a中感应的交流电(Is)传输到电池190。否则，根据需要，开关(SW21和SW22)可以与交流电(Is)的输出方向相反地断开或闭合，并且因此在至少一个线圈171a中感应的交流电(Is)可以不传输到电池190。
如上文所提及，开关(SW21和SW22)的操作可以被配置成根据电池190的充电状态执行，并且当开关(SW21和SW22)的操作被配置成根据充电状态执行时，整流器173可以根据电池190的充电状态输出整流后的电流。
从整流器173输出的电流(Io)可以传输到电池190并且随后电池190可以通过所传输电流(Ibatt)充电。电池190的充电电压可以对应于与线圈171a的感应电动势对应的电压(Vbatt)。
当如上文所提及实施车辆3的电力接收器160时，电力接收器160可以具有相对简单的结构并且因此还可以简化被配置成从电能获取动力的车辆3的充电结构。因此，可以减小车辆3的设计和制造成本。
根据实施例，电力接收器160可以进一步包含与电池190并联连接的电容器191，如图7和8中所说明。由于电容器191与电池190并联连接，因此电容器191可以具有与电池190的充电电压(Vbatt)相同或类似的电压。
根据一个实施例，车辆3可以进一步包含电压测量器192，用于测量电池190和电容器191的至少一个电压的大小。电压测量器192可以使用各种方法实施以测量直流(DC)电压或交流(AC)电压。
电压测量器192可以通过电信号的形式输出测量结果。测量结果，即，通过电压测量器192测量到的电池190的充电电压可以传输到提供于车辆3中的处理器168。处理器168可以通过使用电池190的充电电压和基准电压获取估计的耦合系数。另外，处理器168可以允许测量结果经由车辆3的通信器167传输到控制器20。
根据实施例，测量结果可以经由车辆3的通信器167和控制器20的通信器30直接传输到控制器20的处理器21，并且控制器20的处理器21可以基于测量结果获取估计的耦合系数。
下文将根据一个实施例并且参考图9描述用于为车辆充电的方法。
图9是说明根据一个实施例的用于为车辆充电的方法的流程图。
根据如图9中所说明的用于为车辆充电的方法的一个实施例，车辆3可以移动到能够为车辆3无线充电的区域5，并且随后车辆3可以停止或停靠在区域5中(200)。
可以通过使用检测构件(例如，重量传感器或红外线传感器)确定车辆3是否停止或停靠，所述检测构件被配置成检测车辆3是否停止或停靠。当基于确定结果确定车辆3停止或停靠时，可以响应于由控制器20的处理器21和/或车辆3的处理器168产生的控制信号(例如，对应于操作开始命令的电信号)而开始车辆充电系统100的操作(201)。
控制器20的处理器21和/或车辆3的处理器168可以设定基准电压，并且通过根据基准电压断开或闭合每个开关(SWK1、SWK2、SWT1和SWT2)，可以确定发射信号处理器120的车辆充电模式(202)。在这种情况下，发射信号处理器120可以包含至少一个电压转换器123，并且电压转换器123可以包含级联升降压功率因数校正转换器。级联升降压功率因数校正转换器可以取决于是否断开和闭合开关(SWK1、SWK2、SWT1和SWT2)而允许输出电压高于或低于输入电压。
根据对应于车辆充电模式(即，第一车辆充电模式和第二车辆充电模式)的发射信号处理器120的输出电压，可以在磁场产生器127中产生具有特定强度的磁场，并且可以根据所产生的磁场在电力接收器160的电流感应器171中感应电流。因此，电池190可以通过感应电流充电。在电池190的充电期间，车辆3的电压测量器192可以测量电池190的充电电压(203)。
控制器20的处理器21和/或车辆3的处理器168可以通过使用电池190的所测量充电电压和基准电压计算估计的耦合系数，通过比较估计的耦合系数与预期的耦合系数确定车辆3的位置，并且确定电力发射器110的目标电压，使得车辆3根据其所确定位置得到适当充电。
当确定目标电压时，控制器20的处理器21和/或车辆3的处理器168可以确定对应于目标电压的车辆充电模式，并且根据所确定的车辆充电模式允许发射信号处理器120的每个开关(SWK1、SWK2、SWT1和SWT2)断开或闭合，由此改变在磁场产生器127中产生的磁场的强度(204)。
可以通过对应于磁场的改变强度在电力接收器160中感应电流，并且电池190可以通过感应电流充电(205)。
控制器20的处理器21和/或车辆3的处理器168可以确定为电池190充电是否完成(206)，并且当确定为电池190充电完成时(206中的“是”)，控制器20的处理器21和/或车辆3的处理器168可以控制车辆充电装置10，使得停止车辆3的充电(207)。
从以上描述中显而易见，根据所提出的车辆、车辆充电装置、车辆充电系统和用于为车辆充电的方法，可以提供电动车辆的电池所需的广范围的充电电压和充电功率，并且因此可以增加为电动车辆的电池充电的效率。
根据所提出的车辆、车辆充电装置、车辆充电系统和用于为车辆充电的方法，由于简化安装在车辆中的与充电相关联的结构并且减少与充电有关的组件数目，可以减少车辆充电系统的制造和安装成本并且减少电动车辆的生产成本。
根据所提出的车辆、车辆充电装置、车辆充电系统和用于为车辆充电的方法，可以减少安装在车辆中的电力接收器的重量并且因此还可以相对减少车辆的重量。
尽管已示出和描述本发明的几个实施例，但本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例作出改变，本发明的范围在权利要求书以及其等效物中界定。

Claims (24)

1.一种车辆充电系统，其包括：
电力发射器，所述电力发射器包括：至少一个电压转换器，其被配置成允许通过多个开关改变车辆充电模式；以及磁场产生器，其被配置成产生对应于由所述电压转换器转换的电压的磁场；以及
电力接收器，所述电力接收器包括：电流感应器，其被配置成允许通过所述磁场产生器所产生的所述磁场感应电信号；整流器，其被配置成将所述感应的电信号整流；以及电池，其被配置成通过所述整流器所整流的电信号充电。
2.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
当所述多个开关之中的第一开关断开且所述多个开关之中的第二开关闭合时，所述至少一个电压转换器在第一车辆充电模式下操作，在所述第一车辆充电模式中，输出电压设定成低于输入电压。
3.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
当所有所述多个开关闭合时，所述至少一个电压转换器在第二车辆充电模式下操作，在所述第二车辆充电模式中，输出电压设定成高于输入电压。
4.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
所述至少一个电压转换器包括级联升降压功率因数校正转换器。
5.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
根据施加到所述电池的电压来确定所述车辆充电模式。
6.根据权利要求5所述的车辆充电系统，其中
除了施加到所述电池的所述电压之外，根据所述电力发射器与所述电力接收器之间的相对位置来确定所述车辆充电模式。
7.根据权利要求5所述的车辆充电系统，其中
所述电力发射器产生对应于预定电压的磁场并且所述整流器以固定频率输出电信号。
8.根据权利要求7所述的车辆充电系统，其中
根据估计的耦合系数与预定的预期的耦合系数之间的差来确定所述车辆充电模式，所述估计的耦合系数基于预定电压和施加到所述电池的所述电压来估计。
9.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
所述电力发射器包括彼此并联连接的多个电压转换器。
10.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
所述整流器根输出据所述电池的充电状态进行整流的电信号。
11.根据权利要求1所述的车辆充电系统，其中
所述整流器包括无桥整流器。
12.一种车辆，其包括：
电流感应器，其允许通过车辆充电装置所产生的磁场感应电信号；
整流器，其将所述感应的电信号整流并且包括无桥整流器；以及
电池，其通过所述整流器所整流的电信号充电。
13.根据权利要求12所述的车辆，其进一步包括：
以下项中的至少一者：电压测量器，其测量所述电池的充电电压；以及通信器，其被配置成与所述车辆充电装置通信并且将所述电压测量器测量到的电信号的电压传输到所述车辆充电装置。
14.根据权利要求13所述的车辆，其进一步包括：
处理器，其基于从所述车辆充电装置接收的且对应于所述磁场的基准电压以及所述电压测量器测量到的电压来计算估计的耦合系数。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中
所述处理器基于所述估计的耦合系统和预定的耦合系数来确定所述车辆充电装置的目标电压，并且将关于所述目标电压的信息传输到所述车辆充电装置。
16.一种车辆充电装置，其包括：
输入端，电信号传输到所述输入端；
第一电压转换器，其根据通过多个开关确定的车辆充电模式转换电信号的电压；以及
磁场产生器，其产生对应于由所述第一电压转换器转换的所述电压的磁场。
17.根据权利要求16所述的车辆充电装置，其中
所述第一电压转换器包括级联升降压功率因数校正转换器。
18.根据权利要求16所述的车辆充电装置，其进一步包括：
以下项中的至少一者：通信器，其从车辆接收关于施加到所述车辆的电池的电压的信息；以及处理器，其基于关于所述电压的所述信息来确定车辆充电模式。
19.根据权利要求18所述的车辆充电装置，其中
所述处理器使用施加到所述电池的电压以及由所述第一电压转换器转换的电压来计算估计的耦合系数，并且基于所述估计的耦合系数与预期的耦合系数之间的差来确定所述车辆充电模式。
20.根据权利要求19所述的车辆充电装置，其中：
所述处理器根据所述车辆充电模式确定是断开还是闭合所述多个开关中的每一者。
21.根据权利要求20所述的车辆充电装置，其中：
所述多个开关包括降压开关和升压开关，其中当根据所述估计的耦合系数与所述预期的耦合系数之间的差确定需要电压递降时，所述处理器确定在所述多个开关之中断开所述降压开关且闭合所述升压开关。
22.根据权利要求20所述的车辆充电装置，其中：
所述多个开关包括降压开关和升压开关，其中当根据所述估计的耦合系数与所述预期的耦合系数之间的差确定需要电压递升时，所述处理器确定在所述多个开关之中闭合所述降压开关和所述升压开关。
23.根据权利要求16所述的车辆充电装置，其进一步包括：
第二电压转换器，其彼此并联连接到所述第一电压转换器并且被配置成基于通过所述多个开关改变的车辆充电模式来改变电信号的电压。
24.一种用于为车辆充电的方法，其包括以下步骤：
设定基准电压；
通过车辆充电装置产生对应于所述基准电压的磁场；
通过车辆的电力接收器中的所述磁场感应电信号；
基于所述基准电压以及由所述磁场感应的电信号的电压计算估计的耦合系数；
基于所述估计的耦合系数和预期的耦合系数确定所述车辆充电装置的目标电压；
通过所述车辆充电装置产生对应于所述目标电压的磁场；
通过所述车辆的所述电力接收器中的对应于所述目标电压的所述磁场感应电信号；
通过电信号为所述车辆的电池充电。
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