CN109450057A - 一种基于无线充电系统效率的无线充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于无线充电系统效率的无线充电方法，包括以下步骤：步骤S01：采集发射端和接收端的各种指标参数，步骤S02：通过公式计算出系统效率；步骤S03：如果计算得到的系统效率大于系统默认的初始最优值，则开始充电，如果计算得到的系统效率小系统默认的初始最优值，则进入下一步；S04：调整发射端接收端其中一端的线圈位置坐标，记录下每个位置的系统效率，记录下系统效率大于系统默认的初始最优值的距离位置坐标，将所述线圈调到所述系统效率大于系统的默认初始最优值中效率最大的距离位置坐标，开始充电。本发明提供的方法通过系统效率的检测和评判，合理地控制充电的温升，提升有效功率等级，显著提升系统充电效率，同时实现节能降耗。
Description
技术领域
本发明属于无线充电领域，涉及一种基于无线充电系统效率的无线充电方法。
背景技术
当前的无线充电协议中，一般是通过发射端（TX）与接收端（RX）进行功率协商进行无线充电。协议对整体效率并没有强制规定。在实际工作中，一方面，无线充电TX和RX的相对充电距离和中心点相对位置，对该效率影响巨大。众多场景下，上述相对距离相差几毫米、几厘米，可能会导致功率损失10%，甚至超过50%。损失的功率，最终体现为系统更大的热量损耗，以及更慢的充电速度。无线充电的用户场景中，发热和充电慢是目前用户最诟病的用户体验。
现有的无线充电使用过程中，用户需要非常准确的选择放置位置；否则无法充电，或者尽管在充电中，但是速度非常慢，时间累积后发热明显。未来对汽车进行底盘无线充电场景中，用户停车位置的偏差很大；效率导致的能量损失和充电延时将非常明显。
当前对于无线充电重点关注注接收的功率大小，并设置启动门限；未充分考虑TX/RX整体在一起的系统效率，无线充电效率在最优和普通情况下，可以相差10%~50%，对应的电费经济损失巨大；如果处理不当，将导致发热严重引起安全隐患；或者由于热的原因降低了充电功率/效率，导致充电时长成倍加长。
发明内容
1、所要解决的技术问题：
传统的无线充电系统，通常通过对接收端的功率进行判断和调节，从而实现充电的过程；缺乏对发送和接收系统效率的评估，从而容易引入发热、充电时间长，对位不准等问题。
2、技术方案：
为了解决以上问题，一种基于无线充电系统效率的无线充电方法，包括以下步骤：
步骤S01：采集发射端和接收端的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数，
步骤S02：通过公式计算出系统效率，其中系统效率的计算公式为
系统效率=接收功率/发射功率1/[1+M1+M2]FT，其中M1为磁场系数和距离系数，M2为谐振频点系数，F为FOD系数，T为温度系系数；所述的M1、M2、F、T在出厂设备检验和校准时，形成对应参数表，预设在发射端存储设备和接收端存储设备中。
步骤S03：如果计算得到的系统效率大于或等于系统默认的初始最优值，则开始充电，如果计算得到的系统效率小系统默认的初始最优值，则进入下一步；
S04：调整发射端接收端其中一端的线圈距离，记录下每个位置的系统效率，记录下系统效率大于系统默认的初始最优值的距离位置坐标，将所述线圈调到所述系统效率大于系统的默认初始最优值中效率最大的距离位置坐标，开始充电。
所述的距离为发射端线圈和接收端线圈的XYZ三维坐标。
所述的系统默认的初始最优值是在无线充电的系统设计和设备实测中，形成和记录的一个初始最优值。
控制线圈的进行XYZ三维坐标扫描的方法一为：在XY平面螺旋收缩到圆心的轨道，通过轨道距离圆心的实际步进距离作为XY平面的位置定位；在轨道的每个坐标点上，在Z方向上调整线圈的高度形成Z轴坐标。系统最优效率扫描时，沿XY的轨道坐标扫描最佳效率点，随后进行Z方向的效率点扫描。
控制线圈的进行XYZ三维坐标扫描的方法二为：线圈固定在支点上，在XYZ方向，建立三维的步进电机调节装置；工作中，通过记录步进距离形成坐标，先扫描XY平面记录最佳效率点；随后启动Z方向的扫描和坐标记录。
步骤S01中，发射端主处理器通过状态控制第一IC或电路采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数，接收端主处理器通过状态控制第二IC或电路采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数。
所述的系统效率，由发射端主处理器通过检测到的值从发射端存储设备中读取预设的M1、M2、F、T 后计算出。
如果发射端主处理器计算得到的系统效率大于系统默认的初始最优值，所述发射端主处理器通过通信模块发动指令到充电控制单元，所述充电控制单元通过发射线圈开始无线充电；如果：如果发射端主处理器计算得到的系统效率小于系统默认的初始最优值，所述发射端主处理器通过通信模块发动指令到第一充电控制单元，所述的第一充电控制单元对发射端线圈XYZ三维对位装置进行位置调整，并将每个位置XYZ三维坐标通过通信模块发送到发射端主处理器，同时将在所述三维坐标的第一IC或电路采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数也发送到发射端主处理器，所述的发射端主处理器记录下计算的系统效率和对应的XYZ三维坐标。
如果调整发射端线圈不能达到系统默认的初始最优值，则系统效率由接收端主处理器通过检测到的值从接收端存储设备中读取预设的M1、M2、F、T 后计算，对接收端线圈XYZ三维对应位置进行调整，所述接收端主处理器通过通信模块发动指令到第二充电控制单元，所述的第二充电控制单元对接收端线圈XYZ三维对位装置进行位置调整，并将每个位置XYZ三维坐标通过通信模块发送到接收端主处理器，同时将在所述三维坐标的第二IC或电路采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数也发送到接收端主处理器，所述的接收端主处理器记录下计算的系统效率和对应的接收端线圈XYZ三维坐标。
发射端还包括第一温度电流电压传感器，用于对法术单温度、电流、电压的数据采集，发射端还包括第二温度电流电压传感器，用于对法术单温度、电流、电压的数据采集。
3、有益效果：
本发明提供的通过效率监控和自动调节实现高效无线充电的方法具有以下优点：在TX/RX之间建立无线充电效率的检测和评价机制，从而避免绝对的功率判定机制。通过系统效率的检测和评判机制，将可以显性合理地控制充电的温升，提升有效功效等级。通过系统效率的检测和评判机制，实现XYZ三维方向自动调节发射端或者接收端线圈，显著提升系统充电效率，提升有效功效等级。
附图说明
图1为发射端线圈结构示意图。
图2为接收端线圈结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例来对本发明进行详细说明。
一种基于无线充电系统效率的无线充电方法，包括以下步骤：
步骤S01：采集发射端和接收端的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数，
步骤S02：通过公式计算出系统效率，其中系统效率的计算公式为
系统效率=接收功率/发射功率 1/[1+M1+M2] F T，其中M1为磁场系数，M2为谐振频点系数，F为FOD系数，T为温度系系数；所述的M1、M2、F、T预设在发射端和接收端的存储设备中；
步骤S03：如果计算得到的系统效率大于系统默认的初始最优值，则开始充电，如果计算得到的系统效率小系统默认的初始最优值，则进入下一步；
S04：调整发射端接收端其中一端的线圈距离，记录下每个位置的系统效率，记录下系统效率大于系统默认的初始最优值的距离位置坐标，将所述线圈调到所述系统效率大于系统的默认初始最优值中效率最大的距离位置坐标，开始充电。
本发明通过对无线充电系统的系统效率作为评判标准，系统效率中的M1：磁场系数，根据线圈尺寸、线圈隔磁片材质、线圈间距等因素，形成的参数；对于同一产品，主要是线圈间距对该参数影响较大，其它参数固定；该参数在产品出厂时，会通过测量和校准，形成M1系数与距离的对应查询表。
M2：谐振频点系数，接收和发射端的线圈，谐振电容和线圈的相对位置，会影响此参数，该参数在产品出厂时，会通过测量和校准，形成M2系数与距离的对应查询表。
F：FOD系数：在待机、工作状态，系统通过特定的工作频点进行金属异物检测，如果识别出存在金属异物，例如钥匙、含芯片和线圈的银行卡、贴片、螺钉等，会设置FOD系数有效，此时系统停止充电状态，系统处于FOD循环检测装填。
T：温度系数，系统经过高低温和耐久工作测试后，会根据产品要求设置工作温度范围区间，在此范围外，系统停止工作。 在工作温度范围内，温度的高低对线圈、隔磁片、LC谐振的效率有影响，该参数在产品出厂时，会通过测量和校准上述影响参数，形成T温度系数的对应查询表。
M1、M2、F、T的参数，并非线性，些参数，在产品出厂中均需要校准和测量，并将记录结果写入产品的出厂默认参数区。而且受系统中对应的电压、电流、线圈、距离、隔磁片材质、磁场方向，谐振频率、FOD、温度等相关的变量影响，所以采集发射端和接收端的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数，可以计算出发射功率和接收功率，同时能够使M1、M2、F、T的参数更精确，使系统效率的参数更精确。
如果计算得到的系统效率已经大于或等于系统默认的初始最优值，可以快速进入无线充电状态。
如果计算得到的系统效率小于系统默认的初始最优值，可以通过调整发射端XYZ三维方向的位置，来完成系统最优效率的扫描检测，从而求解出当前条件下设备的最佳系统效率，并记录对应的XYZ三维位置坐标和相关参数。
所述的距离为发射端线圈和接收端线圈的XYZ三维坐标。
控制线圈的进行XYZ三维坐标扫描的方法为：在XY平面螺旋收缩到圆心的轨道，通过轨道距离圆心的实际步进距离作为XY平面的位置定位；在轨道的每个坐标点上，在Z方向上调整线圈的高度形成Z轴坐标。系统最优效率扫描时，沿XY的轨道坐标扫描最佳效率点，随后进行Z方向的效率点扫描。
控制线圈的进行XYZ三维坐标扫描的方法为：线圈固定在支点上，在XYZ方向，建立三维的步进电机调节装置；工作中，通过记录步进距离形成坐标，先扫描XY平面记录最佳效率点；随后启动Z方向的扫描和坐标记录。
系统默认的初始最优值为在无线充电的系统设计和设备实测中，形成和记录的一个初始最优值，系统无线充电效率如果大于或等于此初始值，系统在设备所定义的环境温度范围内，可高效率实现设备的无线充电，默认当前的系统效率已经处于较优状态。
如图1所示，发射端系统包括发射端主处理器1、第一状态控制IC或电路2、温度电流电压传感器3、通信模块4、第一充电控制单元5、接收线圈6、第一XYZ三维线圈对位装置7。
如图2所示，发射端系统包括发射端主处理器8、第一状态控制IC或电路9、温度电流电压传感器10、通信模块11、第一充电控制单元12、接收线圈13、第二XYZ三维线圈对位装置14。
发射端主处理器1通过第一状态控制IC或电路2，及时采样无线充电的场强、距离、谐振频率、温度、电流、电压检测值、XYZ三维线圈坐标、充电状态，并进行算法防抖、过滤、校准等后，实施全程监控； 结合采样的时间点完成系统效率、位置坐标、时间戳的计算处理和状态识别记录。
接收端主处理器1通过第二状态控制IC或电路9，及时采样无线充电的场强、距离、谐振频率、温度、电流、电压检测值、XYZ三维线圈坐标、充电状态，并进行算法防抖、过滤、校准等后，实施全程监控； 结合采样的时间点完成系统效率、位置坐标、时间戳的计算处理和状态识别记录。
实施例1
所述的系统效率，由发射端主处理器1通过检测到的值从发射端存储设备中读取预设的M1、M2、F、T 后计算出。
如果发射端主处理器1计算得到的系统效率大于系统默认的初始最优值，所述发射端主处理器1通过通信模块4发动指令到充电控制单元5，所述充电控制单元5通过发射线圈6开始无线充电；如果：如果发射端主处理器1计算得到的系统效率小于系统默认的初始最优值，所述发射端主处理器1通过通信模块4发动指令到第一充电控制单元5，所述的第一充电控制单元5对发射端线圈XYZ三维对位装置7进行位置调整，并将每个位置XYZ三维坐标通过通信模块发送到发射端主处理器1，同时将在所述三维坐标的第一IC或电路2采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数也发送到发射端主处理器1，所述的发射端主处理器1记录下计算的系统效率和对应的XYZ三维坐标。
然后通过第一XYZ三维线圈对位装置7调整发射线圈6调整在系统效率大于系统默认初始最优值的位置，开始充电，如果有多个线圈位置下，系统效率大于提供默认的初始最优值，则任选一个线圈位置，一般选系统效率最大的位置。
实施例2
如果实施例1调整发射端线圈不能达到系统默认的初始最优值，则通过第二XYZ三维线圈对位装置14调整发射线圈13进行调整，系统效率由接收端主处理器8通过检测到的值从接收端存储设备中读取预设的M1、M2、F、T 后计算，
具体调整方式为：所述接收端主处理器8通过通信模块11发动指令到第二充电控制单元12，所述的第二充电控制单元12对接收端线圈XYZ三维对位装置14进行位置调整，并将每个位置XYZ三维坐标通过通信模块发送到接收端主处理器8，同时将在所述三维坐标的第二IC或电路9采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数也发送到接收端主处理器8，所述的接收端主处理器8记录下计算的系统效率和对应的接收端线圈XYZ三维坐标。
然后通过第二XYZ三维线圈对位装置14调整发射线圈13调整在系统效率大于系统默认初始最优值的位置，开始充电，如果有多个线圈位置下，系统效率大于提供默认的初始最优值，则任选一个线圈位置，一般选系统效率最大的位置。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
Claims (10)
1.一种基于无线充电系统效率的无线充电方法，包括以下步骤：
步骤S01：采集发射端和接收端的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数，
步骤S02：通过公式计算出系统效率，其中系统效率的计算公式为
系统效率=接收功率/发射功率1/[1+M1+M2]FT，其中M1为磁场系数和距离系数，M2为谐振频点系数，F为FOD系数，T为温度系系数；所述的M1、M2、F、T预设在发射端和接收端的存储设备中；
步骤S03：如果计算得到的系统效率大于系统默认的初始最优值，则开始充电，如果计算得到的系统效率小系统默认的初始最优值，则进入下一步；
S04：调整发射端接收端其中一端的线圈距离，记录下每个位置的系统效率，记录下系统效率大于系统默认的初始最优值的距离位置坐标，将所述线圈调到所述系统效率大于系统的默认初始最优值中效率最大的距离位置坐标，开始充电。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的距离为发射端线圈和接收端线圈的XYZ三维坐标。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的系统默认的初始最优值是在无线充电的系统设计和设备实测中，形成和记录的一个初始最优值。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于：控制线圈的进行XYZ三维坐标扫描的方法为：在XY平面螺旋收缩到圆心的轨道，通过轨道距离圆心的实际步进距离作为XY平面的位置定位；在轨道的每个坐标点上，在Z方向上调整线圈的高度形成Z轴坐标，系统最优效率扫描时，沿XY的轨道坐标扫描最佳效率点，随后进行Z方向的效率点扫描。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于：控制线圈的进行XYZ三维坐标扫描的方法为：线圈固定在支点上，在XYZ方向，建立三维的步进电机调节装置；工作中，通过记录步进距离形成坐标，先扫描XY平面记录最佳效率点；随后启动Z方向的扫描和坐标记录。
6.如权利要求1-6任一权利要求所述的方法，其特在于：步骤S01中，发射端主处理器（1）通过状态控制第一IC或电路（2）采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数，接收端主处理器（8）通过状态控制第二IC或电路（9）采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数。
7.如权利要求7利要求所述的方法，其特征在于：所述的系统效率，由发射端主处理器（1）或接收端主处理器（8）通过检测到的值从存储设备中读取预设的M1、M2、F、T 后计算出。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于：如果发射端主处理器（1）计算得到的系统效率大于系统默认的初始最优值，所述发射端主处理器（1）通过通信模块（4）发动指令到充电控制单元（5），所述充电控制单元（5）通过发射线圈（6）开始无线充电；如果：如果发射端主处理器（1）计算得到的系统效率小于系统默认的初始最优值，所述发射端主处理器（1）通过通信模块（4）发动指令到第一充电控制单元（5），所述的第一充电控制单元（5）对发射端线圈XYZ三维对位装置（7）进行位置调整，并将每个位置XYZ三维坐标通过通信模块发送到发射端主处理器（1），同时将在所述三维坐标的第一IC或电路（2）采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数也发送到发射端主处理器（1），所述的发射端主处理器（1）记录下计算的系统效率和对应的XYZ三维坐标。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：如果调整发射端线圈不能达到系统默认的初始最优值，则系统效率由接收端主处理器（8）通过检测到的值从接收端存储设备中读取预设的M1、M2、F、T 后计算，对接收端线圈第二XYZ三维对位装置（14）进行调整，所述接收端主处理器（8）通过通信模块（11）发动指令到第二充电控制单元（12），所述的第二充电控制单元（12）对接收端线圈XYZ三维对位装置（14）进行位置调整，并将每个位置XYZ三维坐标通过通信模块发送到接收端主处理器（8），同时将在所述三维坐标的第二IC或电路（9）采样无线充电的电压、电流、温度、功率、磁场谐振频率、磁场谐振场强、FOD、距离检测的指标参数也发送到接收端主处理器（8），所述的接收端主处理器（8）记录下计算的系统效率和对应的接收端线圈XYZ三维坐标。
10.如权利要求6或8 或9所述的方法，其特征在于：发射端还包括第一温度电流电压传感器（3），用于对法术单温度、电流、电压的数据采集，发射端还包括第二温度电流电压传感器（10），用于对法术单温度、电流、电压的数据采集。
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