CN109094389A - 无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统，通过第一接收与输出模块接收用于启动充电的低强度电力无线能量信号，并通过其无线接收电路的谐振接收线圈辐射微能量信号，控制与驱动模块接收此微能量信号并转换成电压信号输出，驱动电子开关模块的电子开关电路导通，实现储能模块对车载侧控制模块提供工作所需电源。以此实现了在待机状态的超低功耗的情况下实现了动力电池的无线充电的正常启动。

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，尤其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

在电动汽车无线充电系统中，由于要求无线充电接收部分存在车载功率器件，而车载功率部件对不工作的时候静态功耗有着严格的要求，以防止汽车长期不用时，静态损耗将电池电量耗光，导致电压过低使车辆无法启动。因此这对一直接到12V或者24V低压蓄电池待机状态的汽车电器部件，有着很严格的低功耗要求。

因此，目前的汽车无线充电系统为满足上述低功耗要求，汽车无人的情况下，都是总开关关闭的状态下，所有无关的汽车部件都是断电的状态，当电动汽车需要充电时，由于其无线充电接收部分接受的能量很微弱，无法提供无线接收部分的电路正常开启工作，而如果采用专用的低压蓄电池直接给无线充电部分提供充电正常开启的供电，由于在待机状态下无线充电部分会存在一定的待机功耗，需要消耗电能，无法满足待机状态下的低功耗要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统，目的在于解决现有的电动汽车无线充电中在满足超低待机功耗情况下难以实现正常启动充电问题。

为实现上述目的，本发明提供一种无线充电接收装置，用于对电动汽车的动力电池进行充电，包括第一接收与输出模块、控制与驱动模块、电池管理模块、车载侧控制模块、电子开关模块以及储能模块；其中，

所述第一接收与输出模块连接所述电池管理模块，用于接收电力无线能量并输出直流电；

所述电池管理模块输入端连接所述第一接收与输出模块，所述电池管理模块输出端连接所述动力电池，用于将输入的所述直流电进行控制后输出至所述动力电池以对所述动力电池进行充电；

所述控制与驱动模块连接所述电子开关模块，用于在待机状态下从所述第一接收与输出模块接收启动充电的微能量信号，并输出驱动信号控制所述电子开关模块导通；

所述储能模块连接所述电子开关模块，用于在所述电子开关模块导通时为与所述电子开关模块连接的所述车载侧控制模块提供工作所需电源。

优选的，所述储能模块在所述电子开关模块导通时还为所述电子开关模块提供工作所需电源。

优选的，所述第一接收与输出模块包括无线接收单元和整流单元；

所述无线接收单元用于接收电力无线能量并输出交流高频信号；

所述整流单元用于将所述无线接收单元输出的交流高频信号进行整流，输出直流信号。

优选的，由所述无线接收单元的接收线圈提供所述微能量信号。

优选的，由所述整流单元提供所述微能量信号。

优选的，还包括与所述第一接收与输出模块连接的辅助电源模块；

所述辅助电源用于在无线充电接收装置对所述动力电池进行正常充电时，所述辅助电源代替所述储能模块为所述无线充电接收装置的所有控制电路供电。

优选的，还包括第二接收与输出模块，所述第二接收与输出模块启动充电的电力无线能量并输出微能量信号至所述控制与驱动模块。

本发明还提供一种电动汽车，包括所述的无线充电接收装置。

本发明还提供一种无线充电系统，包括无线充电发送部分，以及所述的无线充电接收装置；

所述无线充电发送部分用于输入的工频交流电转换成电力无线能量信号发送至所述无线充电接收装置。

优选的，所述发送部分包括整流模块、逆变模块和发送模块；

所述整流模块用于将输入的工频交流电转换成直流电；

所述逆变模块用于将所述整流模块输出的直流电转换成高频交流电；

所述发送模块将所述逆变模块输出的高频交流电转换成电力无线能量信号进行发送。

本发明的技术方案，在待机状态下需要对动力电池进行充电时，通过第一接收与输出模块接收用于启动充电的低强度电力无线能量信号，并通过其无线接收电路的谐振接收线圈辐射微能量信号，控制与驱动模块接收此微能量信号并转换成电压信号输出，驱动电子开关模块的电子开关电路导通，实现储能模块对车载侧控制模块提供工作所需电源，然后车载侧控制模块控制后续的充电工作，以此实现了在待机状态的超低功耗的情况下实现了动力电池的无线充电的正常启动，解决了现有技术中电动汽车无线充电时在满足超低待机功耗情况下难以实现正常启动充电问题。

附图说明

图1为本发明无线充电系统第一和第二实施例的功能模块示意图；

图2为本发明无线充电系统第三实施例的功能模块示意图；

图3为本发明无线充电系统第四实施例的功能模块示意图；

图4为本发明无线充电系统第五实施例的功能模块示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

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。

参照图1，图1为本发明实施例提供的无线充电接收装置模块结构图，详述如下：

本发明实施例提供的无线充电接收装置用于对电动汽车的动力电池30进行充电，包括第一接收与输出模块10、控制与驱动模块40、电池管理模块20、车载侧控制模块50、电子开关模块60以及储能模块70；

第一接收与输出模块10连接电池管理模块20，用于接收电力无线能量并输出直流电压，具体的第一接收与输出模块10包括无线接收单元11和整流单元12；其中无线接收单元11是基于有接收线圈构成的基于高频LC谐振电路，其谐振电路有多种电路结构，如串联谐振电路、并联谐振电路、LLC谐振电路或LCC谐振电路，基于电磁感应或者磁场共振原理，接收的电力无线能量信号并输出交流高频信号；整流单元12将无线接收单元11输出的交流高频信号进行整流，输出直流电，整流单元12的电路可以是全桥整流、全波整流等电路结构。

电池管理模块20输入端连接第一接收与输出模块10的整流单元12，输出端连接动力电池30，用于将输入的直流电进行控制后输出至动力电池30以对动力电池30进行充电；或者，电池管理模块20也负责动力电池30的放电输出，以提供给电动汽车正常工作如行驶时为驱动车轮的电机提供电力。

控制与驱动模块40连接电子开关模块60，用于在待机状态下从第一接收与输出模块10接收启动充电的微能量信号并输出驱动信号控制电子开关模块60导通；控制与驱动模块40能接收启动充电时从第一接收与输出模块10输出的微能量信号，如图1中虚线部分，如无线接收单元11在接收到启动充电的电力无线能量信号时，由于谐振电路的工作，其接收线圈本体会辐射出微弱的电磁信号即微能量信号，此为能量信号能被控制与驱动模块40中的电路收集并输出模拟信号，例如此模块电路包括以M24LR16E-R为主的EEPROM芯片，此芯片能接收微弱的电磁信号，并转换成电压信号输出，此电压信号输出其电子开关模块60并驱动其导通。

电子开关模块60主要以由功率管控制，例如MOS(金属氧化物半导体)管、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)、三极管、可控硅、或者专门功率型的电子开关集成电路等，优选为MOS、IGBT等驱动为电压型控制的功率管最佳，或者是优选为低压驱动的电压型驱动的功率开关管也是最佳选择，以实现驱动电压和驱动电流的最低，使得控制与驱动模块40接收的微能量信号输出低电压信号即可驱动电子开关模块60导通。该电子开关模块60可以为单刀或双刀开关电路结构，实现控制储能模块70的正极或负极或者两极通过电子开关模块与车载侧控制模块50接通。上述控制与驱动模块40输出电压信号驱动电子开关模块60导通时，具体的电路结构有多种形式，如直接用此电压信号控制电子开关模块的开关MOS管导通，或者采样隔离驱动如通过光耦、此感应灯隔离驱动电路。

储能模块70连接电子开关模块60，用于在电子开关模块60导通时为与电子开关模块60连接的车载侧控制模块50提供工作所需电源。储能模块70为低压蓄电池如12V或24V蓄电池，或者是锂电池、超级电容等具有自身存储电能的器件。

本发明的无线充电接收装置设置与电动汽车内，做为对应的基建侧发送部分，包括整流模块A0、逆变模块90和发送模块80；

整流模块A0用于将输入的工频交流电转换成直流电，整流模块A0可以是全桥整流、全波整流等电路结构实现将交流电整流成直流电。

逆变模块90用于将整流模块A0输出的直流电转换成高频交流电；逆变模块90包括多种电路结构，如半桥变换电路、全桥变换电路、三电平桥式变换电路或多电平桥式变换电路中的一个，上述的各电路的拓扑结构为现有的电路拓扑结构，工作原理不再详述。

发送模块80将逆变模块90输出的高频交流电转换成电力无线能量信号进行发送。发送模块80电路结构与无线充电接收装置中的第一接收与输出模块10的无线接收单元11结构相同，为与无线接收单元11电流相同的以发送线圈为主的谐振电路。

上述基建侧发送部分和设置在电动汽车内的无线充电接收装置构成无线充电系统，可实现远程无人值守的远程控制充电及获知电动汽车的状态信息。例如电动汽车停在具备具有上述无线充电功能的车库后，在未充电的待机状态下时由于电动汽车的总开关是关闭的，所有无关的汽车部件如上述无线充电接收装置部分的电路都是出于断电状态，当电动汽车需要充电时，可通过远程控制基建侧发送部分发送充电启动信号，由于远程无法判断无线充电的能量发射端表面是否有异常，例如表面是否有金属异物、生物、易燃部件，或者这些异物的混合，甚至表面有金属异物阻隔，因此无线充电的能量发送部分不能贸然发送大功率无线充电信号，即发送部分发送的充电启动信号时一个相对正常充电过程中的无线信号强度要低很多的电力无线能量信号，并可以采用间歇式发送，以进一步降低能量信号强度。此无线能量被无线充电接收装置的第一接收与输出模块10接收后，此时无线接收单元11在接收到启动充电的电力无线能量信号时，其接收线圈本体会辐射出微能量信号，被控制与驱动模块40接收并输出一个电压信号，此电压信号驱动电子开关模块60导通，储能模块70的低压蓄电池接通为车载侧控制模块50提供工作电压，此时车载侧控制模块50接下来可控制电池管理模块20根据接收的电力无线能量输出电压对动力电池进行充电。上述储能模块70低压蓄电池接通为车载侧控制模块50提供工作电压的同时，还可以同时供给其他电路工作，包括人机界面电路以及其他设备等，如图1中所示，方便输出显示或声音的提示信息，可供用户进行查看或者进一步操作输入按键信息等。

上述基建侧发送部分发送充电启动信号的电力无线能量信号时，除了最基本的无线能量信号之外，还可以包含ASK(幅移键控调制)或者FSK(移频键控调制)、AM(幅度调制)等带有数字或者模拟信息，用于在充电启动过程中实现发送部分和无线充电接收装置之间识别和通讯作用，此时无线充电接收装置的车载侧控制模块50可根据信息与发送部分实现通讯，并根据通讯过程实现后续充电过程中的顺利进行，如当无线充电接收装置通过微能量信号启动工作后，基于二者的通讯，发送部分获知后，就可以发送正常的用于充电的电力无线能量信号过来，然后车载侧控制模块50控制电池管理模块20对动力电池进行充电，如果充电完成，则通过通讯告知发送部分，发送部分停止发送电力无线能量信号，充电过程结束。

本发明实施例的无线充电接收装置，在待机状态下需要对动力电池进行充电时，通过第一接收与输出模块10接收用于启动充电的低强度电力无线能量信号，并通过其无线接收电路的谐振接收线圈辐射微能量信号，控制与驱动模块40接收此微能量信号并转换成电压信号输出，驱动电子开关模块60的电子开关电路导通，实现储能模块70对车载侧控制模块50提供工作所需电源，然后车载侧控制模块50控制后续的充电工作，以此实现了在待机状态的超低功耗的情况下实现了动力电池的无线充电的正常启动，解决了现有技术中电动汽车无线充电时在满足超低待机功耗情况下难以实现正常启动充电问题。

进一步的，做为本发明无线充电接收装置的第二实施例，基于第一实施例，在本实施例中，当控制与驱动模块40接收微能量信号输出驱动信号使得电子开关模块60导通时，储能模块70除了为车载侧控制模块50供电，还为电子开关模块60提供工作所需电源，以实现电子开关模块60工作状态的自锁，此后可无需控制与驱动模块40输出驱动信号控制电子开关模块60的导通，此后的导通可直接通过储能模块70的供电实现维持导通。为实现电子开关模块60的自锁工作状态，可增加自锁电路来实现，如可以基于简单的三极管开关控制实现自锁，当电子开关模块70导通时，储能模块70输出的电压同时使得自锁电路的开关管导通，然后由此开关管实现储能模块70给电子开关模块70的驱动端供电实现持续的导通。使得后续电子开关导通工作时，不依赖与控制与驱动模块40输出驱动信号也可以继续工作，即可用不在需要微能量信号维持其导通。

进一步的，做为本发明无线充电接收装置的第三实施例，基于第一实施例，如图2所示，在本实施例中，控制与驱动模块40接收启动充电的微能量信号的来源，除了如第一实施例中来自第一接收与输出模块10的接收线圈，还可以是其他来源，如由第一接收与输出模块10的无线接收单元11接受发送部分发送的低强度启动充电的电力无线能量信号后，经整流单元12整流后再输出给控制与驱动模块40，或者是来自CAN总线的倍压后驱动提供，其中CAN总线为电动汽车内部各控制电路进行通信时的通信总线。其微能量信号如图2中虚线部分所示。

进一步的，做为本发明无线充电接收装置的第四实施例，基于第一实施例，如图3所示，在本实施例中，接收基建侧发送部分的充电启动的低强度电力无线能量信号时，由独立的第二接收与输出模块B0实现，不是与充电过程中的第一接收与输出模块10共用，此第二接收与输出模块B0的电路结构与第一接收与输出模块10相同，同样包括无线接收单元B1和整流单元B2,不过由于只是用于接收低强度的电力无线能量信号，其接收功率可以设计更小，采用相对小功率的器件实现，节省成本。

进一步的，做为本发明无线充电接收装置的第五实施例，基于第一实施例，如图4所示，在本实施例中，无线充电接收装置还包括辅助电源模块C0，用于在无线充电接收装置对所述动力电池进行正常充电时，辅助电源C0代替储能模块70为无线充电接收装置的所有控制电路供电。其辅助电源模块与第一接收与输出模块10连接，即在启动充电后的正常充电过程中，由第一接收与输出模块10接收正常充电的电力无线能量信号，输出直流电，此直流电另外一路输入到辅助电源模块C0，转换成能替代储能模块70供给所有控制电路供电的电压，例如如果第一接收与输出模块10输出的直流电偏高如200V，辅助电源模块C0通过DC-DC(直流-直流)的降压电路实现降压，输出供给所有控制电路供电的电压如12V，这里所有的控制电路包括车载侧控制模块50、电子开关模块60等。

在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理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，用于对电动汽车的动力电池进行充电，其特征在于，所述无线充电接收装置包括第一接收与输出模块、控制与驱动模块、电池管理模块、车载侧控制模块、电子开关模块以及储能模块；其中，

所述第一接收与输出模块连接所述电池管理模块，用于接收电力无线能量并输出直流电；

所述电池管理模块输入端连接所述第一接收与输出模块，所述电池管理模块输出端连接所述动力电池，用于将输入的所述直流电进行控制后输出至所述动力电池以对所述动力电池进行充电；

所述控制与驱动模块连接所述电子开关模块，用于在待机状态下从所述第一接收与输出模块接收启动充电的微能量信号，并输出驱动信号控制所述电子开关模块导通；

所述储能模块连接所述电子开关模块，用于在所述电子开关模块导通时为与所述电子开关模块连接的所述车载侧控制模块提供工作所需电源。

2.如权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，

所述储能模块在所述电子开关模块导通时还为所述电子开关模块提供工作所需电源。

3.如权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述第一接收与输出模块包括无线接收单元和整流单元；

所述无线接收单元用于接收电力无线能量并输出交流高频信号；

所述整流单元用于将所述无线接收单元输出的交流高频信号进行整流，输出直流信号。

4.如权利要求3所述的无线充电接收装置，其特征在于，

所述无线接收单元的接收线圈提供所述微能量信号。

5.如权利要求3所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述整流单元提供所述微能量信号。

6.如权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述无线充电接收装置还包括与所述第一接收与输出模块连接的辅助电源模块；

所述辅助电源用于在无线充电接收装置对所述动力电池进行正常充电时，所述辅助电源代替所述储能模块为所述无线充电接收装置的所有控制电路供电。

7.如权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述无线充电接收装置还包括第二接收与输出模块，所述第二接收与输出模块启动充电的电力无线能量并输出微能量信号至所述控制与驱动模块。

8.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1至7任意一项所述的无线充电接收装置。

9.一种无线充电系统，其特征在于，包括无线充电发送部分，以及如权利要求1至7任一项所述的无线充电接收装置；

所述无线充电发送部分用于输入的工频交流电转换成电力无线能量信号发送至所述无线充电接收装置。

10.如权利要求9所述的无线充电系统，其特征在于，所述发送部分包括整流模块、逆变模块和发送模块；

所述整流模块用于将输入的工频交流电转换成直流电；

所述逆变模块用于将所述整流模块输出的直流电转换成高频交流电；

所述发送模块将所述逆变模块输出的高频交流电转换成电力无线能量信号进行发送。