CN109664781B - 将无线电力传输到电动车辆的方法和装置与电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及将无线电力传输到电动车辆的方法和装置与电动车辆。由无线充电装置执行的对电动车辆(EV)进行无线电力传输(WPT)的方法可包括：通过无线充电装置检测安装在无线充电装置中的发送板与安装在EV中的接收板之间的对齐状态；通过无线充电装置，根据所检测的对齐状态，对在发送板中包括的发送线圈或在接收板中包括的接收线圈的匝数进行控制；以及在完成对发送线圈或接收线圈的匝数的控制之后，通过无线充电装置对EV执行WPT。

Description

将无线电力传输到电动车辆的方法和装置与电动车辆
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月16日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2017-0134084和2018年9月12日向KIPO提交的韩国专利申请No.10-2018-0108778的优先权，两者的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及用于将无线电力传输到电动车辆(EV)的方法和装置，更具体地，涉及用于通过控制发送线圈或接收线圈的匝数来将无线电力传输到EV，以便解决输出电压的劣化或磁感(magnetic inductance)的损耗的方法和装置。
背景技术
电动车辆(EV)充电系统可以被定义为使用能量存储设备的电力或商用电源的电网对安装在EV中的高压电池充电的系统。根据EV的类型，EV充电系统可以具有各种形式。例如，EV充电系统可被分类为使用充电电缆的导电型或非接触式无线电力传输(WPT)型(也称为“感应型”)。
当对EV无线充电时，安装在EV中的车辆组件(VA)中的接收线圈与位于充电站或充电桩中的地面组件(GA)中的发送线圈形成感应谐振耦合。然后，电力从GA传输到VA，以通过感应谐振耦合对EV的高压电池充电。
在WPT系统中，发送板(transmission pad)和接收板(reception pad)的等效电路可以由变压器实现。以这种方式实现的变压器具有比通常的转换器型变压器大得多的气隙，并且具有非常低的耦合系数。由于漏电感Llk与磁化电感Lm相比相对较大，因此难以将电力传输到输出。因此，分别在初级板和次级板(即发送板和接收板)中设置至少一个电容器，以使初级板和次级板与至少一个电容器的电感谐振。
然而，在发送板和接收板之间未对准的情况下，磁化电感(magnetizationinductance)和漏电感可能波动。这可能导致无法达到谐振，从而降低传输到输出的电压和电流并降低整体效率。
已经提出了各种类型的线圈结构，包括具有圆形形状的圆形线圈和具有两个D形线圈的“DD”线圈。然而，当发送和接收板由具有不同形状的线圈(例如，用于发送板的圆形线圈和用于接收板的DD线圈)组成时，可能发生传输到输出的电压和电流减小以及整体效率降低的问题。
发明内容
本公开的实施方式提供了一种用于通过控制发送板和/或接收板的至少一个线圈的匝数来对EV执行WPT的方法，该方法由用于向EV无线传输电力的装置执行。
本公开的实施方式还提供了一种用于通过控制发送板和/或接收板的至少一个线圈的匝数来对EV执行WPT的装置。
本公开的实施方式还提供了一种能够控制发送板和/或接收板的至少一个线圈的匝数的EV。
根据本公开的实施方式，一种由无线充电装置执行的对电动车辆(EV)进行无线电力传输(WPT)的方法，可以包括：通过无线充电装置检测安装在无线充电装置中的发送板与安装在EV中的接收板之间的对齐状态；通过无线充电装置，根据检测到的对齐状态，控制包括在发送板中的发送线圈或包括在接收板中的接收线圈的匝数；以及在完成对发送线圈或接收线圈的匝数的控制之后，通过无线充电装置对EV执行WPT。
对齐状态的检测可以包括根据地面与接收板之间的垂直距离来检测接收板的Z类别。
该方法可以进一步包括控制发送线圈或接收线圈的匝数的同时控制连接到发送线圈或接收线圈的至少一个开关。
该至少一个开关可以包括连接到发送线圈或接收线圈的输入节点和输出节点以及将发送线圈或接收线圈分割为预定比率的至少一个分割节点的至少一个第一开关；以及被配置为断开或接通至少一个分割节点的至少一个第二开关。
当根据检测到的对齐状态，发送板的中心轴与接收板的中心轴之间的偏差大于或等于预设阈值时，或者当发送线圈和接收线圈的各自形状彼此不同时，可以执行对发送线圈或接收线圈的匝数的控制。
该方法可以进一步包括：当执行发送线圈或接收线圈的匝数的控制时，当接收线圈的输出电压小于预设阈值时，控制至少一个开关以减小匝数比，该匝数比表示发送线圈中的匝数与接收线圈中的匝数之比。
当接收板的Z类别不同于预定类别时，可以执行发送线圈或接收线圈的匝数的控制。
该方法可以进一步包括：当执行发送线圈或接收线圈中的匝数的控制时，当接收板的Z类别大于预定类别时，控制至少一个开关以增加发送线圈或接收线圈中的匝数。
该方法可以进一步包括进一步控制至少一个开关以减小匝数比。
此外，根据本公开的实施方式，一种对电动车辆(EV)执行无线电力传输(WPT)的装置，该装置包括至少一个处理器和存储可由至少一个处理器执行的指令的存储器，其中至少一个处理器可被配置为：检测安装在无线充电装置中的发送板与安装在EV中的接收板之间的对齐状态；根据检测到的对齐状态，控制包括在发送板中的发送线圈或包括在接收板中的接收线圈的匝数；以及在完成对发送线圈或接收线圈中的匝数的控制之后对EV执行WPT。
该至少一个处理器可以被进一步配置为根据地面与接收板之间的垂直距离来检测接收板的Z类别。
该至少一个处理器可以被进一步配置为控制发送线圈或接收线圈的匝数的同时控制连接到发送线圈或接收线圈的至少一个开关。
该至少一个开关可以包括：连接到发送线圈或接收线圈的输入节点和输出节点以及将发送线圈或接收线圈分割为预定比率的至少一个分割节点的至少一个第一开关；以及被配置为断开或接通至少一个分割节点的至少一个第二开关。
该至少一个处理器可以被进一步配置为当根据检测到的对齐状态，发送板的中心轴与接收板的中心轴之间的偏差大于或等于预设阈值时，或者当发送线圈和接收线圈的各自形状彼此不同时，控制发送线圈或接收线圈的匝数。
该至少一个处理器可以被进一步配置为当接收线圈的输出电压小于预设阈值时，控制至少一个开关以减小匝数比，该匝数比表示发送线圈中的匝数与接收线圈中的匝数之比。
该至少一个处理器可以被进一步配置为当接收板的Z类别不同于预定类别时，控制发送线圈或接收线圈中的匝数。
该至少一个处理器可以被进一步配置为当接收板的Z类别大于预定类别时，控制至少一个开关以增加发送线圈或接收线圈中的匝数。
此外，根据本公开的实施方式，EV可以包括：接收板，包括接收线圈，电磁耦合到在安装在无线充电装置中的发送板中所包括的发送线圈，接收板被配置为无线地接收电力；连接到接收线圈的至少一个开关，至少一个开关被配置为控制接收线圈的匝数；车辆组件(VA)控制器，被配置为监测指示EV的状态的参数并且通过与地面组件(GA)通信来控制接收板的输出功率水平；以及无线电力传输(WPT)控制器，被配置为通过检测发送板和接收板之间的对齐状态来控制至少一个开关。
该至少一个开关可以包括：连接到发送线圈或接收线圈的输入节点和输出节点以及将发送线圈或接收线圈分割为预定比率的至少一个分割节点的至少一个第一开关；以及被配置为打开或关闭至少一个分割节点的至少一个第二开关。
根据本文描述的通过控制线圈中的匝数将无线电力传输到EV的方法和装置，可以控制发送线圈或接收线圈的匝数和发送线圈与接收线圈之间的匝数比，从而可以补偿诸如线圈的电感或接收线圈的输出电压之类的参数。特别地，当发送板与接收板未对准或者各种类型的发送和接收线圈不同时，可以通过控制发送线圈或接收线圈的匝数以及发送线圈和接收线圈之间的匝数比来优化WPT效率。
附图说明
通过参考附图详细描述本公开的实施方式，本公开的实施方式将变得更加明白，其中：
图1是示出应用本公开的实施方式的无线电力传输(WPT)的概念的概念图；
图2是示出根据本公开的实施方式的WPT电路的概念图；
图3是用于说明根据本公开的实施方式的EV WPT中的对准的概念的概念图；
图4A和图4B是用于说明根据本公开的实施方式的线圈形状的概念图；
图5是示出EV WPT的效率降低的情况的示图；
图6A是示出根据本公开的实施方式的其中至少一个开关用于控制包括在发送板中的发送线圈的匝数的示例的概念图；
图6B是示出根据本公开的实施方式的其中至少一个开关用于控制包括在接收板中的接收线圈的匝数的示例的概念图；
图7是示出连接有开关的发送线圈和接收线圈的等效电路图；
图8是用于说明基于发送板和接收板之间的对齐状态来控制开关的方法的图表；
图9是示出根据本公开的实施方式的由用于将无线电力传输到EV的装置执行的通过控制线圈的匝数的WPT方法的流程图；以及
图10是示出根据本公开的实施方式的通过使用线圈的匝数的控制来将无线电力传输到EV的装置的框图。
应理解的是，不一定按比例绘出用于呈现说明本公开的基本原理的各种优选特征的略微简化表示的附图。本公开的包括例如特定的尺寸、方向、位置以及形状的特定设计特征将部分由具体的预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
本文公开了本公开的实施方式。然而，本文公开的具体结构和功能细节仅仅表示是为了描述本公开的实施方式的目的，然而，本公开的实施方式可以以许多替代形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的本公开的实施方式。在描述各个附图时，相同的附图标记表示相同的元件。
应当理解，尽管本文可以使用术语“第一”，“第二”等来描述各种部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元素与另一个元素区分开。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一部件可被定名为第二部件，并且类似地，第二部件可被定名为第一部件。术语“和/或”包括一个相关列出项中的任意和所有组合。
将理解的是，当一部件被称为“连接至”另一部件时，该部件可直接或间接连接至另一部件。即，例如，可存在中间部件。相反，当一部件被称为“直接连接至”另一部件时，其将被理解为不存在中间部件。
本文使用的术语用仅来描述实施方式，但不限制本公开内容。除非上下文另有限定，否则单一表述包括多个表述的意思。在本实施方式中，术语“包括”或“具有”用于将在说明书中公开的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合指明为存在，但不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其组合的存在或增加的可能性。
除非另有定义，否则所有术语(包括技术或科学术语)具有与本领域技术人员通常所理解的含义相同的含义。将理解的是，在常用词典中定义的术语被解释为包括与相关技术的上下文含义一致的含义，除非在本说明书中另有明确定义，否则不被解释为理想或过于刻板的含义。
另外，应该理解，以下方法或其方面中的一个或多个可由至少一个控制器执行。术语“控制器”可以指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置为存储程序指令，并且处理器被专门编程为执行程序指令以执行下面进一步描述的一个或多个处理。如本文所述，控制器可以控制单元、模块、零件、设备等的操作。此外，应当理解，如本领域普通技术人员将理解的，以下方法可以由包括控制器的装置结合一个或多个其他部件来执行。
根据本公开的实施方式，EV充电系统可以被定义为使用能量存储设备的电力或商用电力源的电网对安装在EV上的高压电池充电的系统。根据EV的类型，EV充电系统可以具有各种形式。例如，EV充电系统可被分类为使用充电电缆的导电型或非接触式无线电力传输(WPT)型(也称为“感应型”)。电力源可以包括住宅或公共电力服务或利用车载燃料的发电机等。
在本公开中使用的术语定义如下。
“电动车辆(EV)”：一种如在49CFR 523.3中定义的汽车，该汽车旨在公路使用、由从诸如电池等的车载能量存储设备中汲取电流的电动机提供动力，可从非车载源(诸如家用或公用电力服务等)或车载燃料发电机对该能量存储设备再充电。EV可以是为主要在公共街道、道路上使用而制造的四轮以上的车辆。
EV可被称为电动小汽车、电动汽车、电动道路车辆(ERV)、插电式车辆(PV)、插电式车辆(xEV)等，并且xEV可被分类为插电式全电动车辆(BEV)、电池电动车辆、插电式电动车辆(PEV)、混合电动车辆(HEV)、混合插电式电动车辆(HPEV)、插电式混合电动车辆(PHEV)等。
“插电式电动车辆(PEV)”：通过连接至电网而对车载一次电池(原电池)再充电的电动车辆。
“插电式车辆(PV)”：在不使用物理插头或物理插座的情况下，通过无线充电从电动车辆供电设备(EVSE)进行可再充电的电动车辆。
“重型车辆(H.D.车辆)”：如在49CFR 523.6或49CFR 37.3(公共汽车)中定义的任意四轮以上的车辆。
“轻型插电式电动车辆”：由从可再充电存储电池或其他能量设备中汲取电流的电动机推进的，主要在公共街道、道路和公路上使用并且车辆毛重额定小于4,545kg的三轮或四轮车辆。
“无线电力充电系统(WCS)”：用于GA与VA之间的无线电力传输和控制(包括对准和通信)的系统。该系统通过两部分松耦合变压器将能量从供电网络电磁地输送至电动车辆。
“无线电力传输(WPT)”：电力通过非接触手段从AC供应网络到电动车辆的输送。
“公共设施”：提供电能并可包括顾客信息系统(CIS)、先进计量基础设施(AMI)、费率和税收系统等的一组系统。该公共设施可通过费率表和离散事件向EV提供能量。另外，该公共设施可提供与对EV的认证、功耗测量间隔以及价目表相关的信息。
“智能充电”：EVSE和/或PEV与电网通信以便通过反映电网的容量或使用的费用来优化EV的充电比率或放电比率的系统。
“自动充电”：在车辆位于与可输送电力的初级充电器组件相对应的适当位置之后，自动执行感应充电的程序。可在获得必要认证和权限之后，执行自动充电。
“互操作性”：系统的部件与系统的对应部件互相作用以便执行由系统旨在进行的操作的状态。另外，信息互操作性可指在没有引起用户不便利的情况下，两个以上的网络、系统、设备、应用程序或部件可有效共享并且易于利用信息的能力。
“感应充电系统”：通过两部分有隙磁芯变压器从电源向EV输送能量的系统，其中，变压器的两个半部、初级线圈和次级线圈物理上彼此分离。在本发明中，感应充电系统可与EV电力传输系统相对应。
“感应耦合器”：通过GA线圈中的线圈与VA线圈中的线圈形成的允许电力在电流隔离情况下输送的变压器。
“感应耦合”：两个线圈之间的磁性耦合。在本发明中，GA线圈与VA线圈之间的耦合。
“地面组件(GA)”：基础设施侧上的包括用作无线电力充电系统的电源所必需的GA线圈、功率/频率转换单元以及GA控制器、以及来自电网的及各单元之间的配线、滤波电路、(多个)壳体等的组件。GA可包括GA与VA之间的通信所必需的通信元件。
“车辆组件(VA)”：车辆上的包括用作无线电力充电系统的车辆部分所必需的VA线圈、整流器/功率转换单元以及VA控制器、以及到车辆电池及各单元之间的配线、滤波电路、(多个)壳体等的组件。VA可包括VA与GA之间的通信所必需的通信元件。
GA可被称为初级设备(PD)，并且VA可被称为次级设备(SD)。
“初级设备”：提供无接触耦合至次级设备的装置。即，初级设备可以是EV外部的装置。当EV接收电力时，初级设备可用作输送电力的源。初级设备可包括壳体和所有盖体(cover，外壳)。
“次级设备”：安装在EV上的提供到初级装置的无接触耦合的装置。即，次级设备可布置在EV中。当EV接收电力时，次级设备可从初级设备向EV输送电力。次级设备可包括壳体和所有盖体。
“GA控制器”：GA的基于来自车辆的信息调节到GA线圈的输出功率水平的部分。
“VA控制器”：VA的检测充电过程中具体车载参数并且发起与GA的通信以控制输出功率水平的部分。
GA控制器可被称为初级设备通信控制器(PDCC)，并且VA控制器可被称为电动车辆通信控制器(EVCC)。
“磁间隙”：对准时，GA线圈中的绞合线的顶部或磁性材料的顶部的较高平面与VA线圈中的绞合线或磁性材料的底部的较低平面之间的垂直距离。
“环境温度”：在考虑中的子系统处并且不在阳光直射下测量的空气的地平面温度。
“车辆离地间隙”：地面与车辆底板的最低部之间的垂直距离。
“车辆磁性离地间隙”：安装在车辆上的VA线圈中的绞合线或磁性材料的底部的较低平面到地面之间的垂直距离。
“VA线圈磁性表面距离”：安装时，最近磁性或导电部件表面的平面到VA线圈的下部外表面之间的距离。该距离包括任意保护盖以及可封装在VA线圈壳体中的额外物品。
VA线圈可被称为次级线圈、车辆线圈或接收线圈。类似地，GA线圈可被称为初级线圈或发送线圈。
“外露导电部件”：电气设备(例如，电动车辆)中的可被触摸并且正常不通电但是在故障情况下可变得通电的导电部件。
“危险带电部件”：在某些条件下可产生有害电击的带电部件。
“带电部件(live component)”：在正常使用时旨在通电的任意导体或导电部件。
“直接接触”：人与带电部件的接触。(参见IEC 61440)
“间接接触”：人通过绝缘故障而与实际运用的外露的、导电且通电的部件的接触。(参见IEC 61140)
“对准”：为了规定的有效电力传输，找出初级设备到次级设备的相对位置和/或找出次级设备到初级设备的相对位置的过程。在本发明中，对准可涉及无线电力传输系统的精细定位。
“配对”：车辆与车辆所定位之处的并且将从中输送电力的唯一专用初级设备相关联而所经过的过程。配对可包括VA控制器与充电桩的GA控制器相关联而所经过的过程。相关/关联过程可包括建立两个对等通信实体之间的关系的过程。
“命令和控制通信”：EV供应设备与EV之间交换启动、控制和终止WPT的处理所需的信息的通信。
“高级通信(HLC)”：HLC是特殊类型的数字通信。HLC对于未被命令&控制通信涵盖的额外服务是必需的。HLC的数据链路可使用电力线通信(PLC)，但是不限制于此。
“低电力激励(LPE)”：LPE指激活初级设备用于精细定位和配对，使得EV可检测初级设备的技术，并且反之亦然。
“服务集标识符(SSID)”：SSID是包括附接至在无线LAN上传输的数据包的报头的32个字符的唯一标识符。SSID识别无线设备尝试连接至的基本服务集(BSS)。SSID基本区分多个无线LAN。因此，想要使用特定无线LAN的所有接入点(AP)和所有终端/站设备可使用相同SSID。不使用唯一SSID的设备不能够加入BSS。由于SSID示出为纯文本(plain text)，所以它不能向网络提供任何安全特征。
“扩展服务集标识符(ESSID)”：ESSID是用户想要连接至的网络的名称。它类似于SSID，但是可以是更广泛的概念。
“基本服务集标识符(BSSID)”：包括48位的BSSID用于区别特定BSS。在基础设施BSS网络的情况下，BSSID可以是AP设备的媒体访问控制(MAC)。针对独立BSS或自组织网络(ad hoc network)，BSSID可以以任意值生成。
充电站可包括至少一个GA以及被配置为管理该至少一个GA的至少一个GA控制器。GA可包括至少一个无线通信设备。充电站可指的是布置在家里、办公室、公共场所、道路、停车区等的具有至少一个GA的地方。
根据本公开的实施方式，“快速充电”可指将电力系统的AC电力直接转换为DC电力并且将转换后的DC电力提供至安装在EV上的电池的方法。此处，DC电力的电压可以是DC500伏(V)或更小。
根据本公开的实施方式，“慢速充电”可指使用供应给一般家庭或工作地点的AC电力，对安装在EV上的电池充电的方法。每个家庭或工作地点中的输出口(outlet)或者布置在充电台中的输出口可提供AC电力，并且AC电力的电压可以是AC 220V或更小。此处，EV可进一步包括车载充电器(OBC)，该车载充电器是被配置为用于升压用于慢速充电的AC电力、将AC电力转换为DC电力并且将转换后的DC电力提供至电池的设备。
根据本公开的实施方式，轻负载驱动或轻负载操作可以包括，例如，在对WPT系统中连接到VA的高压电池充电的后半部分，以低于预定额定电压的充电电压对高压电池充电。此外，轻负载操作可以包括通过使用诸如家用充电器等低速充电器以相对低的电压和低速对EV的高压电池充电的情况。
在下文中，将通过参考附图详细解释本公开的实施方式。
图1是示出应用本公开的实施方式的无线电力传输(WPT)的概念的概念图。
如图1所示，WPT可以由电动车辆(EV)10和充电站20的至少一个部件执行，并且可以用于向EV 10无线传输电力。
这里，此处，EV 10可通常被定义为一种供应在包括电池12的可再充电能量存储器中存储的电力作为电动机(其是EV 10的传动系统)的能源的车辆。
然而，根据本公开的实施方式的EV 10可以包括同时具有电动机和内燃机的混合电动车辆(HEV)，并且不仅可以包括汽车，还可以包括摩托车、两轮车、踏板车和电动自行车。
另外，EV 10可包括：包含用于对电池12无线充电的接收线圈的电力接收板11，并且可包括用于对电池12传导式充电的插头连接器。此处，被配置用于对电池12传导式充电的EV 10可被称为插电式电动车辆(PEV)。
此处，充电站20可连接至电网30或电力骨干网，并且可通过电力链路向包括发送线圈的电力发送板21提供交流(AC)电力或直流(DC)电力。
另外，充电站20可通过有线/无线通信与管理电网30或电力网络的基础设施管理系统或基础设施服务器通信，并且与EV 10执行无线通信。
此处，无线通信可以是蓝牙、Zigbee、蜂窝、无线局域网(WLAN)等。
另外，例如，充电站20可位于包括附属与EV 10的所有者的房屋的停车区、加油站的用于对EV充电的停车区、购物中心或工作地点的停车区的各种位置处。
对EV 10的电池12无线充电的过程可以通过将EV 10的电力接收板11首先放置在电力发送板21生成的能量场中，并且使接收线圈与发送线圈彼此交互或耦合而开始。作为交互或耦合的结果，在电力接收板11中可感应出电动势，并且电池12可通过感应电动势来充电。
充电站20和发送板21可作为整体或部分被称为地面组件(GA)，其中，GA可以指先前定义的含义。
EV 10的内部部件以及接收板11的所有或部分可被称为车辆组件(VA)，其中，VA可以指先前定义的含义。
此处，电力发送板或电力接收板可被配置为非极化或极化。
在板不被极化的情况下，在板的中心存在一个磁极并且在外边缘存在相反磁极。此处，通量可形成为从板的中心离开并且完全返回至板的外部边界。
在板被极化的情况下，它可在板的任一端部处具有相应磁极。此处，磁通量可基于板的方位而形成。
图2是示出根据本公开的实施方式的WPT电路的概念图。
如图2所示，可看到在EV WPT系统中执行WPT的电路的示意性配置。
此处，图2的左侧可被解释为表示从图1中的电力网络、充电站20和发送板21提供的电源Vsrc的所有或部分，并且图2的右侧可被解释为表示EV的包括接收板和电池的所有或部分。
首先，图2的左侧电路可将与从电力网络提供的电源Vsrc相对应的输出电力(输出功率)Psrc提供至初级侧电力转换器。初级侧电力转换器可提供通过频率转换和AC至DC/DC至AC转换而从输出电力Psrc转换的输出电力P1，以便在发送线圈L1中以期望工作频率生成电磁场。
具体地，初级侧电力转换器可包括用于将作为从电力网络提供的AC电力的电力Psrc转换为DC电力的AC/DC转换器、以及用于将DC电力转换为具有适于无线充电的工作频率的AC电力的低频(LF)转换器。例如，用于无线充电的工作频率可被确定为在80至90kHz内。
从初级侧电力转换器输出的电力P1可被再提供至包括发送线圈L1、第一电容器C1和第一电阻器R1的电路。此处，第一电容器C1的电容可被确定为具有适于和发送线圈L1一起进行充电的工作频率的值。此处，第一电阻器R1可表示通过发送线圈L1和第一电容器C1产生的电力损耗。
此外，可使得发送线圈L1与接收线圈L2具有由耦合系数m定义的电磁耦合，使得发送出电力P2或在接收线圈L2中感应出电力P2。因此，本公开中的电力传输的含义可与电力感应的含义一起使用。
更进一步地，在接收线圈L2中感应出的电力P2或输送至接收线圈L2的电力P2可被提供至次级侧电力转换器。此处，第二电容器C2的电容可被确定为具有适于与接收线圈L2一起进行无线充电的工作频率的值，并且第二电阻器R2可表示通过接收线圈L2和第二电容器C2产生的电力损耗。
次级侧电力转换器可包括将供应的特定工作频率的电力P2转换为具有适于EV的电池VHV的电压电平的DC电力的LF至DC转换器。
从提供至次级侧电力转换器的电力P2转换的电力PHV可被输出，并且电力PHV可用于对布置在EV中的电池VHV充电。
此处，图2的右侧电路可进一步包括用于选择性连接或断开接收线圈L2与电池VHV的开关。此处，发送线圈L1和接收线圈L2的谐振频率可彼此相似或相同，并且接收线圈L2可放置为接近由发送线圈L1生成的电磁场。
此处，图2的电路可被理解为用于本公开的实施方式的EV WPT系统中的WPT的示例性电路，并且不限于图2所示的电路。
另一方面，由于随着发送线圈L1和接收线圈L2远距离设置，电力损耗会增加，所以适当设置发送线圈L1与接收线圈L2的相对位置可能是重要的因素。
此处，发送线圈L1可被包括在图1中的发送板21中，并且接收线圈L2可被包括在图1的接收板11中。因此，以下将参考附图描述发送板与接收板之间的定位或者EV与发送板之间的定位。
图3是用于说明根据本公开的实施方式的EV WPT中的对准的概念的概念图。
如图3所示，将描述对准图1的电力发送板21与EV中的电力接收板11的方法。此处，位置对准可与上述术语中的对准相对应，并且因此可被定义为GA与VA之间的位置对准，但是不限于发送板与接收板的对准。
尽管如图3所示，发送板21被示出为放置在地面以下，但是发送板21也可放置在地面上或者放置为使得发送板21的顶部表面在地面以下外露。
EV的接收板11可根据测量的从地面起(在z方向上定义)的高度而由不同类别来定义。例如，可定义从地面起具有100-150毫米(mm)的高度的接收板为第1类、具有140-210mm的高度的接收板为第2类和具有170-250mm的高度的接收板为第3类。此处，接收板可支持上述第1至3类中的一部分。例如，根据接收板11的类型可仅支持第1类，或者根据接收板11的类型可支持第1类和第2类。
此处，从地面起所测量的接收板的高度可与先前定义的术语‘车辆磁性离地间隙’相对应。
此外，电力发送板21在高度方向上(即，在z方向上定义)的位置可被确定为位于由电力接收板11支持的最高类与最低类之间。例如，当接收板仅支持第1类和第2类时，电力发送板21相对于电力接收板11的位置可被确定为介于100mm与210mm之间。
更进一步地，电力发送板21的中心与电力接收板11的中心之间的间隙可被确定为位于水平方向和垂直方向(在x方向和y方向上定义的)的限制内。例如，可被确定为水平方向上(定义在x方向上的)位于±75mm内以及垂直方向上位于±100mm内(在y方向上定义的)。
此处，电力发送板21与电力接收板11的相对位置可根据其实验结果而变化，并且数值应被理解为示例性的。
尽管在假设发送板21和接收板11中的每一个包括线圈的情况下描述了板之间的对准，但更具体地，板之间的对准可以意味着分别包括在发送板21和接收板11中的发送线圈(或GA线圈)与接收线圈(或VA线圈)之间的对准。
图4A和图4B是用于解释根据本公开的实施方式的线圈形状的概念图。
在WPT系统中，电感耦合器可以设计有各种组件拓扑结构。这里，组件拓扑结构(或组件的结构)可以根据线圈的类型、极性或非极性、以及磁性的类型来确定。
通过适当使用铁氧体或铝背衬，可以使所有组件(即，统称为用作发送板或接收板的线圈和背衬结构的术语)仅在组件的一侧上具有通量。
例如，非极化拓扑结构可以在组件的中心具有磁极，并且在组件周围具有相反的磁极。该极性结构可以使通量离开组件的中心并返回到组件的所有外边缘。参考图4A，可以识别出具有圆形线圈，非极化拓扑结构之一的组件。然而，它不应被解释为限于圆形线圈，并且应该被解释为包括具有矩形形状代替圆形线圈的方形线圈。圆形线圈和方形线圈可以统称为圆形/方形线圈。当使用图4A的左侧所示的具有圆形线圈的组件作为发送和接收板时，如图4A的右侧所示，可以在空间中形成垂直场，使得通量离开发送线圈的中心，返回到接收线圈的中心，离开接收线圈的外边缘，并进入发送线圈的外边缘。这些组件可能主要对垂直场敏感。
另一方面，极化组件可以在组件结构的任一端具有北磁极和南磁极。该极性结构可以使通量沿着发送和接收板的方向形成。参考图4B，可以识别具有极化DD线圈的组件。如图4B的左侧所示，这种组件可以具有其中两个D形(或矩形)线圈在平面上彼此相邻地布置的结构。在这种情况下，DD线圈的通量可以根据发送和接收板的方向而不同地形成。例如，如图4B的右侧所示，通量可以离开发送板的一个D形线圈的中心并返回到与发送板的该一个D形线圈面对的接收板的D形线圈的中心。而且，通量可以离开接收板的另一个D形线圈的中心并返回到发送板的另一个D形线圈的中心。这些组件可能主要对水平场敏感。这里，DD线圈用作极化组件的示例，但是可以使用除DD线圈之外的螺线管。
图5是示出EV WPT中效率恶化的各情况的图。
EV WPT系统中使用的GA和VA可能不是由同一生产商生产的。类似地，发送和接收板可能不由相同的生产商生产，并且即使由相同的生产商生产时发送和接收板的组件拓扑结构也可能是不同的。
如图5所示，可以识别出几种情况，其中WPT效率由于发送板和接收板之间的未对准，或者由于发送板和接收板的组件拓扑之间的不匹配而劣化。
具体地，可能存在发送板和接收板的组件拓扑结构不同的情况。例如，可能存在如图5的情况1所示的其中在发送板中使用圆形线圈而在接收板中使用DD线圈的情况，或者如图5的情况2所示的在发送板中使用DD线圈而在接收板中使用圆形线圈的情况。在图5的情况下，由于具有不同形状的线圈彼此电磁耦合，因此可能不满足谐振条件，使得传输到输出的电压和电流减小并且WPT效率会劣化。而且，如图5的情况3所示，尽管发送板和接收板使用相同的圆形线圈，但是可以看出两个线圈的位置彼此不对应并且各个中心轴彼此偏移。因此，即使在图5的情况3中，耦合系数、谐振条件等也可以改变，并且WPT效率可能劣化。
图6A是示出根据本公开的实施方式的其中至少一个开关用于控制包括在发送板中的发送线圈的匝数的示例的概念图，并且图6B是示出根据本公开的实施方式的其中至少一个开关用于控制包括在接收板中的接收线圈的匝数的示例的概念图。另外，图7是示出连接有开关的发送线圈和接收线圈的等效电路图。
为了防止WPT效率的恶化，如根据图5的各情况所示，应该补偿根据位置对准或耦合的线圈的类型而变化的谐振条件、耦合系数、输出电压、输出电流等。在本公开的实施方式中，提出了一种通过使用至少一个开关来改变在发送板和/或接收板中使用的线圈的匝数来对变化补偿的方法。
首先参照图6A，可以在发送板21的发送线圈21a中识别用预设比率分割整个匝(即，n1)的分割节点。另外，可以配置用于闭合或打开分割节点的第二开关SW2。这里，为了便于描述，在下文中，预设比率可以被称为(n11：n12)，并且可以定义n11+n12＝n1。另外，可以配置用于闭合或断开发送线圈的输入/输出节点与分割节点之间的连接的第一开关SW1。这两个开关可以以上述方式连接到发送线圈，并且这两个开关可以接通或断开以将发送线圈的匝数控制为n1(即，n11+n12)或n11。
接下来参照图6B，类似于图6A的情况，可以通过使用两个开关来控制接收板11的接收线圈11a的匝数。也就是说，可以在接收线圈11a中识别用预设比率分割整个匝n2的分割节点，可以配置用于关闭或打开分割节点的第四开关SW4，以及可以配置用于闭合或断开接收线圈的输入/输出节点(或端节点)与分割节点之间的连接的第三开关SW3。这里，预设比率可以被称为(n21：n22)，并且可以定义n21+n22＝n2。
根据图6A和图6B的开关连接的发送线圈21a和接收线圈11a可以由如图7所示的变压器类型的等效电路表示。在图7中，第一至第四开关SW1至SW4可以被解释为与根据图6A和图6B的开关相同。在图7中，根据每个开关的接通/断开，发送线圈和接收线圈的匝数比可以在下面的表1中示出。
表1
类型 SW1 SW2 SW3 SW4 匝数比
1 接通 断开 接通 断开 n11:n21
2 接通 断开 断开 接通 n11:(n21+n22)
3 断开 接通 接通 断开 (n11+n12):n21
4 断开 接通 断开 接通 (n11+n12):(n21+n22)
参照表1，可以看出，根据第一至第四开关SW1至SW4的接通/断开状态，发送线圈和接收线圈可以以总共四个匝数比运行。在表1中，类型4与不使用开关时的匝数比相同，因此它通常可以是默认的开关控制状态。可以以下这样的方式控制开关：电流开关控制状态从默认开关控制状态转换到类型1、2或3的开关控制状态。然而，默认开关控制状态可以根据满足诸如谐振频率的最佳控制条件的匝数比而变化。此外，匝数比由比例表达式(即，发送线圈的匝数：接收线圈的匝数)表示，但在下面的等式中，发送线圈的匝数相对于接收线圈的匝数也可以定义为匝数比。
同时，如上所述，当发生发送板和接收板之间的x轴和/或y轴偏差(或中心轴偏差)或者包括在板中的线圈的类型不同时，接收线圈11a的输出电压可能减小。此外，当发送板和接收板之间的垂直距离减小时(或者，这可以解释为接收板的Z类别(即，与VA线圈离地间隙范围对应的类别)的减小，并且将参考表2描述接收板的Z类别)接收线圈11a的输出电压可能增加。因此，可以基于发送线圈21a和接收线圈11a处的输出电压和输出电流来控制开关SW1至SW4。
例如，当发送线圈21a的电压和电流分别被定义为V1和I1时，在接收线圈11a中出现的输出电压和电流分别被定义为V2和I2，并且匝数比被定义为n，在图7所示的变压器等效电路(假设理想变压器)的基础上，输出电压V2可以满足以下等式1。
[等式1]
参考等式1，接收线圈11a的输出电压V2可以与匝数比成反比。因此，当接收线圈11a的输出电压V2低时，可以通过减小匝数比n来增加接收线圈11a的输出电压V2。参照表1，为了减小匝数比，可以使用类型2的开关控制状态(即，接通第一开关和第四开关，并且断开第二开关和第三开关)。另一方面，当接收线圈11a的输出电压V2高时，为了增加匝数比，可以使用根据类型3的开关控制状态(即，接通第二开关和第三开关，并且断开第一开关和第四开关)。而且，根据与等式1中相同的定义，发送线圈的电流I1和接收线圈的电流I2可以满足以下等式2。
[等式2]
I2＝n×I1
参考等式2，接收线圈11a的输出电流I2可以与匝数比成正比例。因此，当接收线圈11a的输出电流I2低时，可以应用表1的类型3的开关控制状态。另一方面，当接收线圈11a的输出电流I2高时，可以应用表1的类型2的开关控制状态。
同时，在上述实施方式中，用于一个分割节点的开关用于发送线圈和接收线圈中的每一个，以便具有两节匝数。因此，可以获得表1中所示的四种类型的匝数比组合。然而，通过进一步连接附加开关，发送线圈和接收线圈可以被配置为分别具有三节或更多节。在这种情况下，下面描述发送线圈或接收线圈具有预定数量的k节匝数的示例。首先，可以确定用于分割发送线圈(或接收线圈)的(k-1)个分割节点，以及用于关闭或打开(k-1)个分割节点的(k-1)个开关。另外，可以配置附加的开关，每个附加的开关连接输入/输出节点和(k-1)个分割节点中的每一个分割节点，以配置具有预定数量的k节的发送线圈或接收线圈(K≥2)。
图8是用于说明基于发送板和接收板之间的对齐状态来控制开关的方法的图表。
作为用于控制连接至少一个开关的线圈的匝数的方法，可以考虑发送板和接收板之间的对齐状态。用于确定上面参考图3而描述的接收板的垂直对准位置的各类可以表示为如下面的表2所示。
[表2]
参考表2，识别出：接收板的垂直对准位置基于地面与接收线圈(即，VA线圈)的下表面之间的垂直距离(即，VA线圈离地间隙范围，单位mm)来分类。诸如Z1到Z3的接收板的垂直对准位置可以被称为Z类别：Z1对应于图3中描述的类别1，Z2对应于类别2，而Z3对应于类别3。而且，垂直距离从Z1到Z3显著增加，并且类别等级更高。然而，当类Z1变为类Z2时，可能存在垂直距离减小的例外。
通常，当在发送板和接收板之间发生位置偏差(或中心轴偏差)时，发送线圈和接收线圈的电感可能波动。这里，由于发送线圈或接收线圈的电感(或磁感)与相应线圈的匝数的平方成比例，因此可以以下面这样的方式控制开关：随着电感变小，匝数增加，并且随着电感变大，匝数减少。
而且，当接收板的Z类别变化时，发送板和接收板之间的垂直距离可能变化。具体地，随着接收板的Z类别变化，垂直距离增加，发送板和接收板之间的磁耦合会减小，并且此时，可以控制开关以增加发送线圈或接收线圈的电感。相反，随着垂直距离减小，发送板和接收板之间的磁耦合会增加，使得可以控制开关以减小发送线圈或接收线圈的电感。此时，可以基于发送线圈或接收线圈的电感与相应线圈的匝数的平方成比例的事实来控制发送线圈或接收线圈的电感。
基于根据表2的接收板的Z类别和/或发送板和接收板之间的位置偏差来执行根据图6A和图6B(或图7)的各开关的控制的示例如下表3所示。
[表3]
参考表3，示出了当n11设置为20、n12设置为5、n21设置为20、n22设置为5时的示例。在示例中，n1(＝n11+n12)是25，并且n2(＝n21+n22)是25，与表1的情况相同。即，发送线圈和接收线圈的整个匝数由预设比例20：5(即4：1)分割。
在表3中，类型1至4可以指图6A至图6B或图7中所示的第一至第四开关SW1至SW4的开关控制状态。表3中的类型3的开关控制状态(即，第二开关和第三开关接通，而第一开关和第四开关断开的状态)可以假设当接收板的Z类别是Z1时，考虑谐振条件、耦合系数、输出电压和电流等情况下对发送线圈和接收线圈中的匝数的最佳地控制。也就是说，类型3变为默认开关控制状态，这与参考表1描述的情况不同。
参照表3，在开关当前处于类型3的开关控制状态的情况下，如果在发送和接收板之间出现x轴/y轴偏差，或者包括在发送板中的发送线圈的电感(或磁感)随着接收板的Z类别变为Z2而增加，则可以通过将开关转换到类型1的开关控制状态(即，第一开关和第三开关接通，第二开关和第四开关断开的状态)，通过降低发送线圈的匝数来减小发送线圈的电感。这是因为发送线圈的磁感与发送线圈中的匝数的平方成比例。如果发送线圈的匝数减少，则匝数比也减小，从而可以增加根据等式1的输出电压。
另一方面，在开关当前处于类型3的开关控制状态的情况下，如果发送和接收板之间出现x轴/y轴偏差，或者包括在接收板中的接收线圈的电感随着接收板的Z类别变为Z2而减小，则可以通过将开关转换到类型4的开关控制状态(即，第二开关和第四开关接通，第一开关和第三开关断开的状态)，通过增加接收线圈的匝数来增加接收线圈的电感。如果接收线圈中的匝数增加，则匝数比也减小，从而可以增加根据等式1的输出电压。
此外，在开关当前处于类型1的开关控制状态的情况下，如果在类Z2下发生接收板的x轴/y轴偏差，或者接收线圈的电感随着接收板的Z类别变为Z3而减小，则可以通过将开关转换到类型2的开关控制状态(即，第一开关和第四开关接通，第二开关和第三开关断开的状态)，通过增加接收线圈中的匝数来增加接收线圈的电感并且可以增加输出电压。
参照图8，可以确认在根据表3的应用例中测量的发送线圈的电感Lp_real和接收线圈的电感Ls_real。
首先，参考发送线圈的电感，在根据类型3的控制中，当最大耦合系数(k_max)为0.357时，发送线圈的电感为1796.2μH，并且接收线圈的电感为195.75μH。当发送和接收板发生位置偏差时，当最小耦合系数(k_min)为0.075时，发送线圈的电感变为1874.5μH，并且接收线圈的电感变为169.68μH。如果发送线圈的电感增加4.18％，则可以将开关控制状态从类型3变为类型1，以便将发送线圈的电感降低4.18％。另外，如果接收线圈的电感也减小了15.4％，则可以将开关控制状态从类型3改变为类型4，以便将接收线圈的电感增加15.4％。
同时，由于发送线圈或接收线圈的电感可以被解释为发送板或接收板的电感，所以发送线圈或接收线圈的电感不限于线圈的电感。
图9是示出根据本公开的实施方式的使用控制线圈的匝数的WPT方法的流程图，该方法由用于将电力无线地传输到EV的装置执行。
如图9所示，根据本公开实施方式的WPT方法可以包括检测发送板和接收板之间的对齐状态的步骤S100，根据对齐状态控制包括在发送板中的发送线圈或包括在接收板中的接收线圈的匝数的步骤S110，以及当完成匝数控制时对EV执行WPT的步骤S120。
用于将无线电力传输到EV的装置可以嵌入EV中，或者可以嵌入充电站中。在嵌入EV中的情况下，可以通过与GA控制器的通信向GA侧发送命令来执行发送线圈的匝数的控制。此外，在嵌入充电站的情况下，可以通过与作为WPT的目标的EV的VA控制器的通信向VA侧发送命令来执行对接收线圈的匝数的控制。
步骤S100可以包括检测根据地面与接收板之间的垂直距离而确定的接收板的Z类别(即，Z间隙)。
发送线圈或接收线圈可以连接到至少一个开关，并且当控制与其连接的至少一个开关时，可以控制发送线圈或接收线圈的匝数。
该至少一个开关可以包括连接到发送线圈或接收线圈的输入和输出节点与以预设比率分割发送线圈或接收线圈的至少一个分割节点的至少一个第一开关，以及至少一个用于关闭或打开至少一个分割节点的第二开关。
当发送板的中心轴与接收板的中心轴之间与对齐状态对应的偏差等于或大于预设阈值时，或者当发送和接收线圈的形状彼此不同时，可以执行步骤S110。
在步骤S110中，当接收线圈的输出电压小于预设阈值时，可以控制至少一个开关，使得表示发送线圈的匝数与接收线圈的匝数之比的匝数比减小。
当接收板的Z类别变得与预定类别不同时，可以执行步骤S110。
在步骤S110中，当接收板的Z类别高于预定类别时，可以控制至少一个开关使得发送线圈或接收线圈的匝数增加。在这种情况下，可以控制至少一个开关，使得表示发送线圈的匝数与接收线圈的匝数之比的匝数比减小。
步骤S120不能被解释为限于由用于传输无线电力的装置直接执行。也就是说，当被解释为表示由装置间接执行时，步骤S120也可以与其他装置(GA、VA或各种控制器)协作执行。
图10是示出根据本公开的实施方式的通过使用线圈的匝数的控制来将无线电力传输到EV的装置的框图。
如图10所示，根据本公开的实施方式的装置100可以包括至少一个处理器110和用于存储由至少一个处理器110执行的指令的存储器120。
至少一个处理器110可以是中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、或在其上执行根据本公开的实施方式的方法的专用处理器。存储器120和储存设备160中的每一个可以由易失性存储介质和非易失性存储介质中的至少一个组成。例如，存储器120可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)中的至少一个。
此外，根据本公开的实施方式的装置100可以包括用于经由无线网络执行通信的收发器130。装置100可以进一步包括输入接口设备140、输出接口设备150、储存设备160等。包括在装置100中的每个部件可以通过总线170彼此连接并且彼此通信。然而，包括在装置100中的每个部件可以经由单独的接口或单独的总线而不是公共总线170连接到至少一个处理器110。例如，至少一个处理器110可以经由专用接口连接到存储器120、收发器130、输入接口设备140、输出接口设备150和储存设备160中的至少一个。
由至少一个处理器根据指令执行的至少一个步骤可以包括：检测发送板和接收板之间的对齐状态的步骤，根据对齐状态控制包括在发送板中的发送线圈或者包括在接收板中的接收线圈的匝数的步骤，以及当完成匝数控制时对EV执行WPT的步骤。
检测对齐状态的步骤可以包括：检测根据地面与接收板之间的垂直距离确定的接收板的Z类别。
发送线圈或接收线圈可以连接到至少一个开关，并且当控制与其连接的至少一个开关时，可以控制发送线圈或接收线圈的匝数。
至少一个开关可以包括连接到发送线圈或接收线圈的输入和输出节点与以预设比率分割发送线圈或接收线圈的至少一个分割节点的至少一个第一开关，以及用于关闭或打开至少一个分割节点的至少一个第二开关。
当与对齐状态对应的发送板的中心轴与接收板的中心轴之间的偏差等于或大于预设阈值时，或者当发送和接收线圈的形状彼此不同时，可以执行匝数的控制。
在控制匝数时，当接收线圈的输出电压小于预设阈值时，可以控制至少一个开关，使得表示发送线圈中的匝数与接收线圈中的匝数之比的匝数比减小。
当接收板的Z类别变得与预定类别不同时，可以执行匝数的控制。
在控制匝数时，当接收板的Z类别高于预定类别时，可以控制至少一个开关使得发送线圈或接收线圈的匝数增加。这里，预定类别可以对应于由VA或EV的制造商确定的Z类别，或者可以是就在此之前刚刚完成WPT的EV中内置的接收板的Z类别。在这种情况下，可以控制至少一个开关，使得表示发送线圈中的匝数与接收线圈中的匝数之比的匝数比减小。
同时，如参考图9所述，用于将无线电力传输到EV的装置100可以嵌入EV或充电站中。在下文中，装置100嵌入EV中的实施方式可以如下实现。
根据本公开的实施方式，EV可以包括：接收板，其包括电磁耦合到包括在发送板中的发送线圈以接收电力的接收线圈、连接到接收线圈以控制接收线圈的匝数的至少一个开关、用于监测指示EV状态的参数并通过执行与GA的通信来控制接收板的输出功率水平的VA控制器、用于通过检测发送板和接收板之间的对齐状态来控制至少一个开关的WPT控制器。
至少一个开关可以包括连接到发送线圈或接收线圈的输入和输出节点，以及以预设比率分割发送线圈或接收线圈的至少一个分割节点的至少一个第一开关，以及用于关闭或打开至少一个分割节点的至少一个第二开关。
WPT控制器可以是与用于将无线电力传输到EV的装置100的全部或一部分相对应的设备。因此，上面对图10的描述可以被解释为适用于WPT控制器。
根据本公开的实施方式的方法可以实现为可由各种计算机执行并记录在计算机可读介质上的程序指令。计算机可读介质可包括程序指令、数据文件、数据结构或其组合。记录在计算机可读介质上的程序指令可以被专门设计和配置用于本公开的示例性实施方式，或者对于计算机软件领域的技术人员来说可以是公知的且可用的。
计算机可读介质的示例可以包括硬件设备，其包括ROM、RAM和闪存，它们被配置为存储和执行程序指令。程序指令的示例包括由例如编译器制作的机器代码，以及使用解释器的可由计算机执行的高级语言代码。以上示例性硬件设备可以被配置操作为至少一个软件模块运行以执行本公开的操作，反之亦然。而且，上述方法或装置可以通过组合所有或部分结构或功能来实现，或者可以单独实现。
虽然已经详细描述了本公开的实施方式及其优点，但是应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以在此进行各种改变、替换和更改。

Claims (16)

1.一种由无线充电装置执行的对电动车辆进行无线电力传输的方法，所述方法包括：
由所述无线充电装置检测所述无线充电装置中安装的发送板与所述电动车辆中安装的接收板之间的对齐状态；
由所述无线充电装置，根据所检测的对齐状态，对在所述发送板中包括的发送线圈或在所述接收板中包括的接收线圈的匝数进行控制；以及
在对所述发送线圈或所述接收线圈的匝数的控制完成之后，由所述无线充电装置对所述电动车辆执行所述无线电力传输；
其中，检测所述对齐状态包括：检测确定所述接收板的垂直对准位置的Z类别，
其中，所述Z类别基于地面与所述接收板的下表面之间的垂直距离来确定，并且
其中，当所述接收板的Z类别不同于预定类别时，执行所述发送线圈或所述接收线圈的匝数的控制，以补偿所述接收线圈的变化的输出电压。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在控制所述发送线圈或所述接收线圈的匝数时对连接到所述发送线圈或所述接收线圈的至少一个开关进行控制。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个开关包括：
至少一个第一开关，连接到所述发送线圈的输入节点和输出节点或所述接收线圈的输入节点和输出节点并且连接到以预定比率分割所述发送线圈或所述接收线圈的至少一个分割节点；以及
至少一个第二开关，被配置为断开或者接通所述至少一个分割节点。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述发送线圈或所述接收线圈的匝数的控制在根据所检测的对齐状态所述发送板的中心轴与所述接收板的中心轴之间的偏差大于或等于预设阈值时执行，或者在所述发送线圈和所述接收线圈的各自形状彼此不同时执行。
5.根据权利要求4所述的方法，当执行所述发送线圈或所述接收线圈的匝数的控制时，进一步包括：当所述接收线圈的输出电压小于预设阈值时，控制所述至少一个开关来减小表示所述发送线圈的匝数与所述接收线圈的匝数之比的匝数比。
6.根据权利要求1所述的方法，当执行所述发送线圈或所述接收线圈的匝数的控制时，进一步包括：当所述接收板的所述Z类别大于所述预定类别时，控制至少一个开关来增加所述发送线圈或所述接收线圈的匝数。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：进一步控制所述至少一个开关来减小匝数比。
8.一种用于对电动车辆执行无线电力传输的装置，所述装置包括至少一个处理器和存储能由所述至少一个处理器执行的指令的存储器，其中，所述至少一个处理器被配置为：
检测无线充电装置中安装的发送板与所述电动车辆中安装的接收板之间的对齐状态；
根据所检测的对齐状态，对在所述发送板中包括的发送线圈或在所述接收板中包括的接收线圈的匝数进行控制；以及
在对所述发送线圈或所述接收线圈的匝数的控制完成之后，对所述电动车辆执行所述无线电力传输；
其中，所述至少一个处理器还被配置为检测确定所述接收板的垂直对准位置的Z类别，
其中，所述Z类别基于地面与所述接收板的下表面之间的垂直距离来确定，并且
其中，所述至少一个处理器还被配置为在所述接收板的Z类别不同于预定类别时，控制所述发送线圈或所述接收线圈的匝数，以补偿所述接收线圈的变化的输出电压。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为在控制所述发送线圈或所述接收线圈的匝数时对连接到所述发送线圈或所述接收线圈的至少一个开关进行控制。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个开关包括：
至少一个第一开关，连接到所述发送线圈的输入节点和输出节点或所述接收线圈的输入节点和输出节点并且连接到以预定比率分割所述发送线圈或所述接收线圈的至少一个分割节点；以及
至少一个第二开关，被配置为断开或者接通所述至少一个分割节点。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为：当根据所检测的对齐状态所述发送板的中心轴与所述接收板的中心轴之间的偏差大于或等于预设阈值时，或者当所述发送线圈和所述接收线圈的各自形状彼此不同时，对所述发送线圈或所述接收线圈的匝数进行控制。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为：当所述接收线圈的输出电压小于预设阈值时，控制所述至少一个开关来减小表示所述发送线圈的匝数与所述接收线圈的匝数之比的匝数比。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为当所述接收板的所述Z类别大于所述预定类别时，控制至少一个开关来增加所述发送线圈或所述接收线圈的匝数。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为控制所述至少一个开关来减小匝数比。
15.一种电动车辆，包括：
接收板，包括接收线圈，所述接收线圈电磁耦合到无线充电装置中安装的发送板所包括的发送线圈，所述接收板被配置为无线地接收电力；
至少一个开关，连接到所述接收线圈，所述至少一个开关被配置为对所述接收线圈的匝数进行控制；
车辆组件控制器，被配置为监测指示所述电动车辆的状态的参数并且被配置为通过与地面组件通信来控制所述接收板的输出功率水平；以及
无线电力传输控制器，被配置为通过检测所述发送板与所述接收板之间的对齐状态来控制所述至少一个开关；
其中，所述无线电力传输控制器还被配置为检测确定所述接收板的垂直对准位置的Z类别，
其中，所述Z类别基于地面与所述接收板的下表面之间的垂直距离来确定，并且
其中，所述无线电力传输控制器还被配置为在所述接收板的Z类别不同于预定类别时，控制所述发送线圈或所述接收线圈的匝数，以补偿所述接收线圈的变化的输出电压。
16.根据权利要求15所述的电动车辆，其中，所述至少一个开关包括：
至少一个第一开关，连接到所述发送线圈的输入节点和输出节点或所述接收线圈的输入节点和输出节点并且连接到以预定比率分割所述发送线圈或所述接收线圈的至少一个分割节点；以及
至少一个第二开关，被配置为断开或者接通所述至少一个分割节点。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11207988B2 (en) * 2018-08-06 2021-12-28 Robert M. Lyden Electric or hybrid vehicle with wireless device and method of supplying electromagnetic energy to vehicle
US11148537B2 (en) * 2019-04-26 2021-10-19 Hyundai Motor Company Method and apparatus for controlling wireless power transfer
US11482892B2 (en) * 2020-12-07 2022-10-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Systems and methods for wireless vehicle power transfer to vehicle devices using misalignment sensors

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103384095A (zh) * 2007-03-27 2013-11-06 麻省理工学院 用于无线能量传输的设备
CN104795878A (zh) * 2015-05-13 2015-07-22 重庆邮电大学 一种无线充电汽车的阻抗自适应匹配电路设计方法
CN105826066A (zh) * 2016-05-16 2016-08-03 上海墨百意信息科技有限公司 一种应用于无线充电系统的线圈及电感调节方法
CN107040043A (zh) * 2010-05-19 2017-08-11 高通股份有限公司 自适应无线能量传送系统
CN107225982A (zh) * 2016-03-24 2017-10-03 福特环球技术公司 用于车辆的感应充电器对准系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101659080B1 (ko) * 2009-11-13 2016-09-23 삼성전자주식회사 충전 제어를 위한 무선 충전기 및 방법
US11342777B2 (en) * 2011-01-18 2022-05-24 Mojo Mobility, Inc. Powering and/or charging with more than one protocol
CN104518570A (zh) * 2013-09-27 2015-04-15 中兴通讯股份有限公司 一种电动车无线电能传输系统的控制方法及装置
WO2016068135A1 (ja) * 2014-10-28 2016-05-06 株式会社Ihi 送電装置、送電方法及び非接触給電システム
US9975441B2 (en) * 2014-12-17 2018-05-22 New York University Uniform magnetic field transmitter
US9944190B2 (en) * 2015-03-07 2018-04-17 Hyundai Motor Company Interoperable EV wireless charging system based on air gap between primary and secondary coils
US10358045B2 (en) * 2016-05-11 2019-07-23 Witricity Corporation Methods and apparatus for wirelessly transferring power

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103384095A (zh) * 2007-03-27 2013-11-06 麻省理工学院 用于无线能量传输的设备
CN107040043A (zh) * 2010-05-19 2017-08-11 高通股份有限公司 自适应无线能量传送系统
CN104795878A (zh) * 2015-05-13 2015-07-22 重庆邮电大学 一种无线充电汽车的阻抗自适应匹配电路设计方法
CN107225982A (zh) * 2016-03-24 2017-10-03 福特环球技术公司 用于车辆的感应充电器对准系统
CN105826066A (zh) * 2016-05-16 2016-08-03 上海墨百意信息科技有限公司 一种应用于无线充电系统的线圈及电感调节方法

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