CN109995098B - 无线充电接收装置、无线充电方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种用于智能车和电动车的无线充电接收装置、无线充电方法及设备。该装置包括：至少一组接收线圈、补偿网络组、整流电路、开关组件和控制器；补偿网络组包括n组补偿网络，n组补偿网络在电路拓扑结构和/或器件配置参数上不相同，每组补偿网络的输入端和接收线圈的输出端相连，每组补偿网络的输出端和整流电路的输入端相连，n为大于1的整数；控制器用于控制开关组件将n组补偿网络中的一组或多组与接收线圈和整流电路导通，以实现不同充电模式的选择。本申请实施例提供的方案，通过在无线充电接收装置中设计多组补偿网络，使得其支持多种不同的充电模式，丰富了无线充电的方式，更好地满足实际充电需求。

Description

无线充电接收装置、无线充电方法及设备

技术领域

本申请实施例涉及无线充电技术(wireless charging technology)领域，特别涉及一种无线充电接收装置、无线充电方法及设备。

背景技术

无线充电技术是指充电器与用电设备之间以磁场传送电能，两者之间不需要电线连接，即可实现为用电设备进行充电的技术。无线充电技术在诸如手机、智能手表、电动汽车等用电设备中得到了应用。

目前，无线充电的方式较为单一，并不能够很好地满足实际充电需求。

发明内容

本申请实施例公开了一种无线充电接收装置、无线充电方法及设备，可用于解决现有的无线充电方式较为单一，并不能够很好地满足实际充电需求的问题。

一方面，本申请实施例提供一种无线充电接收装置，该装置包括：至少一组接收线圈、补偿网络组、整流电路、开关组件和控制器。补偿网络组包括n组补偿网络，n组补偿网络在电路拓扑结构和/或器件配置参数上不相同，每组补偿网络的输入端和接收线圈的输出端相连，每组补偿网络的输出端和整流电路的输入端相连，n为大于1的整数。控制器用于控制开关组件将n组补偿网络中的一组或多组与接收线圈和整流电路导通，以实现不同充电模式的选择。

本申请实施例提供的方案中，通过在无线充电接收装置中设计多组补偿网络，使得其支持多种不同的充电模式，丰富了无线充电的方式，更好地满足实际充电需求。

可选地，上述至少一组接收线圈的数量为a组，每组包括至少一个线圈，a为正整数。在一个可能的设计中，1≤a＜n，存在至少两组补偿网络的输入端与同一组接收线圈的输出端相连。在另一个可能的设计中，a＝n，每组补偿网络的输入端与一组接收线圈的输出端相连，且不同的补偿网络与不同的接收线圈相连。

当多组补偿网络复用同一组接收线圈时，有助于简化电路拓扑结构，减小电路体积，节省电路成本。

可选地，a组接收线圈中包括第一接收线圈，且第一接收线圈与n组补偿网络中的第一补偿网络相连。在一个可能的设计中，第一接收线圈为单线圈，第一接收线圈的第一端和第二端分别与第一补偿网络的输入端相连。在另一个可能的设计中，第一接收线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈的第一端和第三线圈的第二端相连于第一节点，第一线圈的第二端和第二线圈的第一端相连于第二节点，第二线圈的第二端与第三线圈的第一端相连于第三节点，第一节点、第二节点和第三节点分别与第一补偿网络的输入端相连。在又一个可能的设计中，第一接收线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈的第一端、第二线圈的第一端和第三线圈的第一端相连于同一节点，第一线圈的第二端、第二线圈的第二端、第三线圈的第二端分别与第一补偿网络的输入端相连。

对于接收线圈，本申请实施例提供了单线圈、多线圈等多种结构，在实际应用中，可根据实际需求选择合适的线圈结构。

可选地，整流电路的数量为b组，b为正整数。在一个可能的设计中，1≤b＜n，存在至少两组补偿网络的输出端与同一整流电路的输入端相连。在另一个可能的设计中，b＝n，每组补偿网络的输出端与一组整流电路的输入端相连，且不同的补偿网络与不同的整流电路相连。

当多组补偿网络复用同一整流电路时，有助于简化电路拓扑结构，减小电路体积，节省电路成本。

在一个可能的设计中，所述装置还包括直流电压变换电路，直流电压变换电路的输入端和整流电路的输出端相连。

本申请实施例提供的方案中，通过在接收端设置直流电压变换电路，实现在接收端对输出电压进行精确控制。

在一个可能的设计中，n组补偿网络中包括第二补偿网络。第二补偿网络包括k个两两之间互相并联的补偿网络单元，k为大于1的整数。

本申请实施例提供的方案中，当补偿网络采用由多个补偿网络单元构成的并联结构时，能够有效降低单个补偿网络单元的工作要求，也可以灵活选择多个补偿网络单元接入，实现有效的功率接收。

在一个可能的设计中，开关组件中包括第一开关。第一开关为电子开关；或者，第一开关为机械开关；或者，第一开关包括并联的电子开关和机械开关。

另一方面，本申请实施例提供一种无线充电方法，该方法应用于上述方面所述的无线充电接收装置的控制器中，该方法包括：获取充电需求信息；根据充电需求信息，确定待启用的充电模式；从n组补偿网络中，选取与待启用的充电模式相对应的第一目标补偿网络；控制开关组件将第一目标补偿网络与接收线圈和整流电路导通。

本申请实施例提供的方案中，通过根据充电需求信息确定待启用的充电模式，而后选取与待启用的充电模式相对应的补偿网络接入，达到了根据需求自适应选择合适的充电模式进行无线充电的技术效果。

在一个可能的设计中，控制开关组件将第一目标补偿网络与接收线圈和整流电路导通，还包括：根据充电状态确定调整后的充电模式；从n组补偿网络中，选取与调整后的充电模式相对应的第二目标补偿网络；控制开关组件将第二目标补偿网络与接收线圈和整流电路导通。

本申请实施例提供的方案中，通过在充电过程中结合充电状态调整充电模式，以实现更高效率的无线充电。

又一方面，本申请实施例提供一种用电设备，该用电设备包括：电池，以及如上述方面所述的无线充电接收装置。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的无线充电系统的示意图；

图2是本申请一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图3示例性示出了几种补偿网络的电路拓扑图；

图4是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图5是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图6是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图7是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图8是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图9是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图10是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图11是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图12是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图13是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的结构示意图；

图14是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图15是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图16是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图17是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图18是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图19是本申请一个实施例提供的无线充电方法的流程图；

图20是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图21示出了一种控制策略的流程图；

图22是本申请另一个实施例提供的无线充电接收装置的电路拓扑图；

图23示出了另一种控制策略的流程图；

图24是本申请另一个实施例提供的无线充电方法的流程图；

图25示出了另一种控制策略的流程图；

图26是本申请一个实施例提供的用电设备的示意性框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

本申请实施例描述的系统架构以及业务场景是为了更加清楚地说明本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着系统架构的演变和新业务场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

请参考图1，其示出了本申请一个实施例提供的无线充电系统的示意图。该无线充电系统可以包括：无线充电发射装置10和无线充电接收装置20。

无线充电发射装置10可以包括：直流电源电路11、逆变电路12、补偿网络13、发射线圈14和控制器15。

直流电源电路11用于提供直流电源，直流电源电路11的输入端与电网连通，电网为直流电源电路11供电。直流电源电路11的形式可以有很多，如为蓄电池，亦或是交流电源和将交流电源转换为直流电源的转换电路的组合。逆变电路12用于将直流电转换为交流电，例如将直流电源电路11提供的直流电压转换为交流电压。补偿网络13可以称为发射端补偿网路，其作用是补偿发射端的阻抗，使得发射端的等效阻抗呈现期望的特性。发射线圈14用于发射交变的电磁场。控制器15可以称为发射端控制器，用于调节逆变电路12的工作频率、控制逆变电路12的输出电压和电流等，例如控制逆变电路12输出高频的交流电。

无线充电接收装置20可以包括：接收线圈21、补偿网络组22、整流电路23、开关组件24和控制器25。

接收线圈21与发射线圈14对应设置，用于接收发射线圈14发射的电磁场能量，并在接收线圈21中产生电信号(电流或电压)。在本申请实施例中，接收线圈21的数量可以是至少一组，每组接收线圈21包括至少一个线圈。补偿网络组22可以称为接收端补偿网络组，其作用是补偿接收端的阻抗，使得接收端的等效阻抗呈现期望的特性。在本申请实施例中，补偿网络组22包括多组补偿网络，不同的补偿网络对应于不同的充电模式。整流电路23用于将交流电转换为直流电。开关组件24用于选择任意一组补偿网络与接收线圈21和整流电路23导通。控制器25可以称为接收端控制器，用于选择充电模式、切换补偿网络、控制整流电路23的输出电压和电流等，以满足负载的需求。另外，发射端的控制器15和接收端的控制器25之间可采用无线通讯的方式进行信息交互。

本申请实施例提供的无线充电系统，适用于任何具有无线充电需求的场景，如手机等终端设备的无线充电场景、电动汽车的无线充电场景等。

请参考图2，其示出了本申请一个实施例提供的无线充电接收装置20的结构示意图。该无线充电接收装置20可以包括：至少一组接收线圈21、补偿网络组22、整流电路23、开关组件24和控制器25。

接收线圈21用于接收发射端发射的电磁场能量，并在接收线圈21中产生电信号(电流或电压)。

补偿网络组22包括n组补偿网络，n为大于1的整数。如图2中示出的补偿网络1、补偿网络2、补偿网络n等。每组补偿网络的输入端和接收线圈21的输出端相连，每组补偿网络的输出端和整流电路23的输入端相连。

在上文已经介绍，补偿网络的作用是补偿接收端的阻抗，使得接收端的等效阻抗呈现期望的特性。补偿网络通常由不同组合和不同连接方式的电感和/或电容构成。在本申请实施例中，n组补偿网络在电路拓扑结构和/或器件配置参数上不相同。其中，电路拓扑结构由电路中包含的电路元器件的品种、组合方式和连接方式决定。电路元器件的品种是指补偿网络中包括哪些品种的电路元器件，如可以是电感、电容或者其它品种的电路元器件。电路元器件的组合方式是指补偿网络中由哪些品种和数量的电路元器件组合而成，例如有的补偿网络中包括1个电容，有的补偿网络中包括1个电容和1个电感、有的补偿网络中包括2个电容，等等。电路元器件的连接方式是指补偿网络中包括的各个电路元器件之间的连接方式，以及电路元器件与接收线圈21、整流电路23或者接收端的其它元器件之间的连接方式。器件配置参数是指补偿网络中包含的电路元器件的配置参数，如电容的容量、电感的感量等，在通常情况下，不同型号的电路元器件具有不同的配置参数。

由于不同的补偿网络中包括的电路元器件的特征各不相同，因此不同的补偿网络可以对应于不同的充电模式。充电模式可以从充电时间、充电自由度、发射功率、发射方式、工作频率等不同维度进行划分。示例性地，结合参考如下表-1，其示出了几种不同的充电模式：

表-1

以根据充电时间划分充电模式为例，可以分为快速充电模式、标准充电模式和慢速充电模式共3种不同的充电模式；其中，快速充电模式仅需30-60min(分钟)即可充满，标准充电模式需60-300min充满，慢速充电模式需300-600min充满。在其它示例中，以根据充电时间划分充电模式为例，也可以分为快速充电模式和标准充电模式共2种不同的充电模式；其中，快速充电模式仅需30-60min即可充满，标准充电模式需60min以上充满。需要说明的是，上述充电模式的划分依据仅是示例性和解释性的，并不对本申请技术方案构成限定。

另外，请参考图3，其示出了几种常用的补偿网络的电路拓扑图。每种补偿网络的类型和特点如下表-2所示：

表-2

控制器25，用于控制开关组件24将n组补偿网络中的一组或多组与接收线圈21和整流电路23导通，以实现不同充电模式的选择。

由于不同的补偿网络可以支持不同的充电模式，因此通过控制器25控制开关组件24选择接通不同的补偿网络，即可实现不同充电模式的选择。在一个示例中，控制器25在选取充电模式之后，控制开关组件24将与上述被选取的充电模式相对应的一组或多组补偿网络与接收线圈21和整流电路23导通，无线充电过程开始。例如，当选择补偿网络1接入时，控制开关组1闭合，而其它开关组断开，使得补偿网络1与接收线圈21和整流电路23导通。有关控制器25选取充电模式及补偿网络的过程，将在下文实施例中进行详细说明。需要说明的是，一种充电模式通常对应于一组补偿网络，但也可以对应于多组补偿网络，例如，当某一充电模式对应于补偿网络1和2这两组补偿网络时，如果控制器25决定选取该充电模式，则控制器25控制开关组件24将补偿网络1和2同时与接收线圈21和整流电路23导通。

整流电路23的输出端与负载(如电池)相连。整流电路23用于把经过补偿后的接收线圈21接收到的交流电信号转换为负载需要的直流电压。整流电路23可以是由二极管构成的不可控电路，也可以是由金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)等可控开关构成的可控电路，还可以是由晶闸管构成的半控电路，或者是由可控开关和不可控开关组合构成的半控电路。

可选地，开关组件24中包括若干个开关，该开关是可以通过外部驱动控制打开和闭合的可控开关。示例性地，开关组件24中包括第一开关，第一开关可以是开关组件24所包括的任意一个开关。在一个示例中，第一开关可以是电子开关，如MOSFET、IGBT等，电子开关的瞬动特征好。在另一个示例中，第一开关也可以是机械开关，如继电器、接触器等，机械开关的导通损耗小。在又一个示例中，第一开关包括并联的电子开关和机械开关，以同时利用电子开关瞬动特性好和机械开关导通损耗小的特性，避免在大电流的情况下用机械开关打开或闭合时出现拉弧的现象。在实际应用中，可以结合负载的大小、允许的导通损耗、允许的开关动作速度等多种因素，综合考虑后选择适用的开关。

可选地，控制器25除了具有上述介绍的控制功能之外，还具有以下至少一项功能：检测功能、保护功能、告警功能、显示功能等。其中，检测功能用于检测接收端电路中的电压、电流等参数，包括检测接收线圈21两端的电压、接收线圈21中流过的电流、整流电路23输出的电压、整流电路23输出的电流、补偿网络中的电压、补偿网络中的电流等。可选地，检测功能还用于检测接收端控制和保护所需的信号。保护功能用于对接收端的电路、电路的元器件、负载进行保护，如过压保护、过流保护、过热保护等。告警功能用于当出现异常(如短路、过压、过热等异常)时发出告警。显示功能用于显示充电过程中的相关信息，如充电模式、电池电量、充电时间等信息。

本申请实施例提供的方案中，通过在无线充电接收装置20中设计多组补偿网络，使得其支持多种不同的充电模式，丰富了无线充电的方式，更好地满足实际充电需求。

可选地，假设接收线圈21的数量为a组，a为正整数。

在一个示例中，1≤a＜n，存在至少两组补偿网络的输入端与同一组接收线圈的输出端相连，也即存在至少两组补偿网络复用同一组接收线圈。示例性地，如图4所示，假设n＝3且a＝2，补偿网络1的输入端和补偿网络2的输入端均与接收线圈L1的输出端相连，补偿网络3的输入端与接收线圈L2的输出端相连。

可选地，当a＝1时，n组补偿网络的输入端与同一组接收线圈的输出端相连，也即n组补偿网络复用同一组接收线圈。示例性地，如图5所示，假设n＝3且a＝1，补偿网络1的输入端、补偿网络2的输入端和补偿网络3的输入端均与接收线圈L1的输出端相连。

在另一个示例中，a＝n，每组补偿网络的输入端与一组接收线圈的输出端相连，且不同的补偿网络与不同的接收线圈相连。示例性地，如图6所示，假设n＝3且a＝3，补偿网络1的输入端与接收线圈L1的输出端相连，补偿网络2的输入端与接收线圈L2的输出端相连，补偿网络3的输入端与接收线圈L3的输出端相连。

可选地，上述a组接收线圈中包括第一接收线圈，第一接收线圈是a组接收线圈中的任意一组接收线圈。第一接收线圈与n组补偿网络中的第一补偿网络相连，第一补偿网络是n组补偿网络中的任意一个补偿网络。

在一个示例中，第一接收线圈为单线圈，第一接收线圈的第一端和第二端分别与第一补偿网络的输入端相连。例如，在图4所示的电路拓扑图中，接收线圈L1和接收线圈L2均为单线圈。接收线圈L1的第一端和第二端与补偿网络1的输入端相连，以及与补偿网络2的输入端相连。接收线圈L2的第一端和第二端与补偿网络3的输入端相连。

在另一个示例中，第一接收线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈。第一线圈的第一端和第三线圈的第二端相连于第一节点，第一线圈的第二端和第二线圈的第一端相连于第二节点，第二线圈的第二端与第三线圈的第一端相连于第三节点，第一节点、第二节点和第三节点分别与第一补偿网络的输入端相连。例如，在图7所示的电路拓扑图中，第一接收线圈包括第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3，上述3个线圈相连形成三角形结构。第一接收线圈的第一节点、第二节点和第三节点与补偿网络1的输入端相连，以及与补偿网络2的输入端相连。补偿网络1和补偿网络2均为三路输入和三路输出，相应的整流电路23也为三路输入。

在又一个示例中，第一接收线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈的第一端、第二线圈的第一端和第三线圈的第一端相连于同一节点，第一线圈的第二端、第二线圈的第二端、第三线圈的第二端分别与第一补偿网络的输入端相连。例如，在图8所示的电路拓扑图中，第一接收线圈包括第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3，上述3个线圈相连形成星形结构。第一线圈L1的第二端、第二线圈L2的第二端、第三线圈L3的第二端与补偿网络1的输入端相连，以及与补偿网络2的输入端相连。补偿网络1和补偿网络2均为三路输入和三路输出，相应的整流电路23也为三路输入。

本申请实施例提供的方案中，当多组补偿网络复用同一组接收线圈时，有助于简化电路拓扑结构，减小电路体积，节省电路成本。并且，对于接收线圈21，本申请实施例提供了单线圈、多线圈等多种结构，在实际应用中，可根据实际需求选择合适的线圈结构。

可选地，假设整流电路23的数量为b组，b为正整数。

在一个示例中，1≤b＜n，存在至少两组补偿网络的输出端与同一整流电路的输入端相连，也即存在至少两组补偿网络复用同一整流电路。示例性地，如图9所示，假设n＝3且b＝2，补偿网络1的输出端和补偿网络2的输出端均与整流电路23(a)的输入端相连，补偿网络3的输出端与整流电路23(b)的输入端相连。

可选地，当b＝1时，n组补偿网络的输出端与同一整流电路的输入端相连，也即n组补偿网络复用同一整流电路。示例性地，如图10所示，假设n＝3且b＝1，补偿网络1的输出端、补偿网络2的输出端和补偿网络3的输出端均与整流电路23的输入端相连。

在另一个示例中，b＝n，每组补偿网络的输出端与一组整流电路的输入端相连，且不同的补偿网络与不同的整流电路相连。示例性地，如图11所示，假设n＝3且b＝3，补偿网络1的输出端与整流电路23(a)的输入端相连，补偿网络2的输出端与整流电路23(b)的输入端相连，补偿网络3的输出端与整流电路23(c)的输入端相连。

本申请实施例提供的方案中，当多组补偿网络复用同一整流电路时，有助于简化电路拓扑结构，减小电路体积，节省电路成本。

可选地，如图12所示，无线充电接收装置20还包括直流电压变换电路26。直流电压变换电路26的输入端和整流电路23的输出端相连。直流电压变换电路26用于对输出电压进行控制，将整流电路23输出的直流电压转换为负载需要的直流电压。直流电压变换电路26的类型可以是升压型，也可以是降压型，还可以是升降压型。例如，升压型的直流电压变换电路26可以是boost电路，降压型的直流电压变换电路26可以是buck电路。

在本申请实施例提供的方案中，通过在接收端设置直流电压变换电路26，实现在接收端对输出电压进行精确控制。

可选地，上述n组补偿网络中包括第二补偿网络，第二补偿网络是n组补偿网络中的任意一组补偿网络。第二补偿网络包括k个两两之间互相并联的补偿网络单元，k为大于1的整数。上述k个补偿网络单元的电路拓扑结构可以相同，也可以不同，每一个补偿网络单元的电路拓扑结构可以是图3示出的任意一种结构或者其它结构。可选地，每一个补偿网络单元相应设置有一组开关，控制器25通过控制开关打开和闭合，能够实现对接入的补偿网络单元的数量进行控制。当接入的补偿网络单元的数量不同时，接收功率也会发生变化。

示例性地，如图13所示，补偿网络组22包括两组补偿网络，记为补偿网络1和补偿网络2。其中，补偿网络1包括k个两两之间互相并联的补偿网络单元，如补偿网络单元1-1、补偿网络单元1-2、补偿网络1-k等；补偿网络2包括k个两两之间互相并联的补偿网络单元，如补偿网络单元2-1、补偿网络单元2-2、补偿网络2-k等。每一个补偿网络单元均对应设置有一个开关组，用于控制补偿网络单元与接收线圈21和整流电路23接通或者不接通。

本申请实施例提供的方案中，当补偿网络采用由多个补偿网络单元构成的并联结构时，能够有效降低单个补偿网络单元的工作要求，也可以灵活选择多个补偿网络单元接入，实现有效的功率接收。

下面，结合一个具体的例子，对本申请实施例提供的无线充电接收装置20的电路拓扑结构进行举例说明。

如图14所示，接收线圈21为Ls。补偿网络组22包括补偿网络1和补偿网络2，补偿网络1和补偿网络2均为单电容结构，补偿网络1中包括电容C1，补偿网络2中包括电容C2。开关组件24包括开关组S1和开关组S2。整流电路23包括二极管D1、D2、D3和D4。电容Co起滤波作用，用于滤除直流电压中的高频纹波。

该无线充电接收装置20支持两种不同的充电模式，分别为充电模式1和充电模式2。

当选择充电模式1时，如图14所示，控制器25控制开关组S1闭合，且控制开关组S2打开，接收线圈Ls与补偿网络1的电容C1串联，充电时接收线圈Ls和电容C1产生串联谐振，谐振电压通过整流电路23将高频交流电信号转换为直流电信号，然后经过电容Co进行滤波，滤波后的电压给负载供电。

当选择充电模式2时，如图15所示，控制器25控制开关组S1打开，且控制开关组S2闭合，接收线圈Ls与补偿网络2的电容C2并联，充电时接收线圈Ls和电容C2产生并联谐振，谐振电压通过整流电路23将高频交流电信号转换为直流电信号，然后经过电容Co进行滤波，滤波后的电压给负载供电。

当工作于充电模式1时，接收线圈Ls与补偿网络1的电容C1串联谐振，电路工作于电压源模式，输出主要控制电压，更适用于快速充电模式；当工作于充电模式2时，接收线圈Ls与补偿网络2的电容C2并联谐振，电路工作于电流源模式，输出主要控制电流，更适用于标准充电模式或者慢速充电模式。

上述图14和15示出的无线充电接收装置20，支持两种不同的充电模式，且两种不同的充电模式复用同一接收线圈Ls和整流电路23，有效减小电路体积，节省电路成本。

可选地，如图16所示，整流电路23的输出端还可连接直流电压变换电路26，以提升接收端的电压自适应调整功能。以直流电压变换电路26为Boost升压电路为例，包括电感Lo、二极管Do和开关管Qo，该Boost升压电路用于调整整流电路23输出的电压，可以进行升压控制。上述图16仅以Boost升压电路为例进行说明，实际应用中也可以使用Buck降压电路，或者使用Boost-Buck升降压电路，这可根据实际需求进行选择。

可选地，在图14和15所示的无线充电接收装置20中，整流电路23中选用二极管。在图17所示的无线充电接收装置20中，整流电路23中选用开关管，包括开关管Q1、Q2、Q3和Q4，可有效提升接收端的电压自适应调整功能。具体来讲，二极管是不可控开关，所以只能起到整流作用，而开关管是可控开关，通过控制器25控制开关管Q1、Q2、Q3和Q4的导通和关断的时序，可以在整流过程中完成电压幅值的调节，即输出负载上的电压可以通过开关管Q1、Q2、Q3和Q4的不断通断组合进行控制。相较于通过在接收端增加直流电压变换电路26对输出电压进行控制，上述方式能够使得接收端的电路体积更小。

可选地，如图18所示，当接收线圈21包括第一线圈L1、第二线圈L2和第三线圈L3，且上述3个线圈相连形成三角形结构时，补偿网络中包括的电容数量与线圈数量相同，整流电路23也由两桥臂变为三桥臂。

请参考图19，其示出了本申请一个实施例提供的无线充电方法的流程图。该方法可应用于上述实施例介绍的无线充电接收装置20的控制器25中。该方法可以包括如下几个步骤：

步骤301，获取充电需求信息。

充电需求信息是指用于反映用户的充电需求的信息，如充电时间、充电电压、充电功率、充电费用等信息。控制器25可以根据无线充电系统的状态、负载(如电池)的状态、用户交互输入、用户习惯、环境条件等内容获取充电需求信息。

步骤302，根据充电需求信息，确定待启用的充电模式。

可选地，控制器25将预设对应关系中与充电需求信息对应的充电模式，确定为待启用的充电模式，其中，预设对应关系包括充电需求信息与充电模式之间的对应关系。例如，无线充电系统支持快速充电、标准充电和慢速充电共3种充电模式，预设对应关系中包括如下表-3所示的对应关系：

表-3

假设控制器25获取的充电需求信息为60分钟内将电池充满，则控制器25根据上述表-3所示的预设对应关系，确定待启用的充电模式为快速充电模式。

步骤303，从n组补偿网络中，选取与待启用的充电模式相对应的第一目标补偿网络。

控制器25确定待启用的充电模式之后，根据预先设置的充电模式与补偿网络之间的对应关系表，获取与待启用的充电模式相对应的补偿网络(记为“第一目标补偿网络”)。

步骤304，控制开关组件24将第一目标补偿网络与接收线圈21和整流电路23导通。

控制器25在选取第一目标补偿网络之后，控制开关组件24将第一目标补偿网络与接收线圈21和整流电路23导通，无线充电过程开始。

在一个示例中，以电动汽车的无线充电场景为例，如图20所示，该无线充电接收装置20兼容7kW和100kW两种输出功率等级。7kW的输出功率等级对应于标准充电模式，100kW的输出功率等级对应于快速充电模式。该无线充电接收装置20包括：接收线圈Ls、补偿网络1、补偿网络2、开关组S1、开关组S2、整流电路23、滤波电容Co和控制器25。其中，开关组S1控制补偿网络1接入，开关组S2控制补偿网络2接入。

补偿网络1支持输出功率为7kW的无线充电，满足SAE J2954标准，工作垂直距离范围为10-25cm，工作频率范围为81.38-90kHz。补偿网络1采用双电容单电感结构，包括电容C1、C2和电感Lf，该结构具有电流源特性，即使负载短路也不会引起故障，所以系统的稳定性优。

补偿网络2支持输出功率为100kW的无线充电，工作垂直距离范围小于10cm，工作频率范围为20-40kHz。补偿网络2采用单电容结构，包括电容C3，该结构具有结构简单、器件数量少的优势，适合用在快速充电模式。

示例性地，如下表-4所示，其示出了补偿网络1和补偿网络2的可选配置参数：

表-4

如图21所示，其示出了相应的控制策略。控制器25获取充电需求信息，对充电需求信息进行识别。如果要求的充电功率小于7kW，则选择标准充电模式，确定与标准充电模式对应的补偿网络为补偿网络1，控制器25控制开关组S1闭合且开关组S2断开，使得补偿网络1与接收线圈Ls和整流电路23导通，开始无线充电。如果要求的充电功率大于7kW，则选择快速充电模式，确定与快速充电模式对应的补偿网络为补偿网络2，控制器25控制开关组S1断开且开关组S2闭合，使得补偿网络2与接收线圈Ls和整流电路23导通，开始无线充电。在无线充电开始之后，系统以所选择的充电模式进行充电，直至充电结束。

在另一个示例中，以手机等终端设备的无线充电场景为例，如图22所示，该无线充电接收装置20兼容Qi和A4WP两种充电标准。Qi充电标准对应于磁感应充电模式，A4WP充电标准对应于磁共振充电模式。该无线充电接收装置20包括：接收线圈Ls、补偿网络1、补偿网络2、开关组S1、开关组S2、整流电路23、滤波电容Co和控制器25。其中，开关组S1控制补偿网络1接入，开关组S2控制补偿网络2接入。

补偿网络1支持Qi标准的无线充电，发射线圈和接收线圈紧贴在一起，工作频率范围为110-205kHz。补偿网络1采用单电容结构，包括电容C1。补偿网络2支持A4WP标准的无线充电，工作垂直距离范围小于2cm，工作频率为6.78MHz。补偿网络2采用单电容结构，包括电容C2。

示例性地，如下表-5所示，其示出了补偿网络1和补偿网络2的可选配置参数：

补偿网络

类型

器件参数

开关组

工作频率

垂直距离

充电模式

1

单电容

C1＝78.2nF

S1

110-205kHz

0cm

磁感应充电模式

2

单电容

C3＝3.74nF

S2

6.78MHz

2cm

磁共振充电模式

表-5

如图23所示，其示出了相应的控制策略。控制器25获取充电需求信息，对充电需求信息进行识别。如果要求的充电标准为Qi，则选择磁感应充电模式，确定与磁感应充电模式对应的补偿网络为补偿网络1，控制器25控制开关组S1闭合且开关组S2断开，使得补偿网络1与接收线圈Ls和整流电路23导通，开始无线充电。如果要求的充电标准为A4WP，则选择磁共振充电模式，确定与磁共振充电模式对应的补偿网络为补偿网络2，控制器25控制开关组S1断开且开关组S2闭合，使得补偿网络2与接收线圈Ls和整流电路23导通，开始无线充电。在无线充电开始之后，系统以所选择的充电模式进行充电，直至充电结束。

需要说明的一点是，由于不同的充电模式，对发射线圈和接收线圈之间的垂直距离、对齐度等要求有所不同，因此在确定所选择的充电模式之后，可以调整发射线圈和接收线圈之间的垂直距离、对齐度等，以获取更高的耦合系数。

在本申请实施例提供的方案中，通过根据充电需求信息确定待启用的充电模式，而后选取与待启用的充电模式相对应的补偿网络接入，达到了根据需求自适应选择合适的充电模式进行无线充电的技术效果。

在上述图19所示的实施例中，在充电过程中不改变充电模式。在本申请实施例提供的另一实施例中，如图24所示，上述步骤304之后还包括如下步骤：

步骤305，根据充电状态确定调整后的充电模式；

充电状态可以包括电池电量、电池温度等参数。在一个示例中，假设充电模式包括标准充电模式和快速充电模式，当电池电量在20-80％之间时，对应的充电模式为快速充电模式，当电池电量不在20-80％之间时，对应的充电模式为标准充电模式。

步骤306，从n组补偿网络中，选取与调整后的充电模式相对应的第二目标补偿网络；

控制器25确定调整后的充电模式之后，根据预先设置的充电模式与补偿网络之间的对应关系表，获取与调整后的充电模式相对应的补偿网络(记为“第二目标补偿网络”)。

步骤307，控制开关组件24将第二目标补偿网络与接收线圈21和整流电路23导通。

控制器25在选取第二目标补偿网络之后，控制开关组件24将第二目标补偿网络与接收线圈21和整流电路23导通，以及控制开关组件24将第一目标补偿网络与接收线圈21和整流电路23断开，无线充电过程继续。

仍然以图20所示的电动汽车的无线充电场景为例，如图25所示，其示出了相应的控制策略。控制器25获取充电需求信息，对充电需求信息进行识别。如果要求的充电功率小于7kW，则选择标准充电模式，确定与标准充电模式对应的补偿网络为补偿网络1，控制器25控制开关组S1闭合且开关组S2断开，使得补偿网络1与接收线圈Ls和整流电路23导通，开始无线充电。如果要求的充电功率大于7kW，则对电池电量进行判断，如果电池电量小于20％，则选择标准充电模式，确定与标准充电模式对应的补偿网络为补偿网络1，控制器25控制开关组S1闭合且开关组S2断开，使得补偿网络1与接收线圈Ls和整流电路23导通，开始无线充电。在充电过程中，控制器25实时获取电池电量，当电池电量达到20％时，选择快速充电模式，确定与快速充电模式对应的补偿网络为补偿网络2，控制器25控制开关组S1断开且开关组S2闭合，使得补偿网络2与接收线圈Ls和整流电路23导通，进行无线充电。控制器25继续获取电池电量，当电池电量达到80％时，选择标准充电模式，确定与标准充电模式对应的补偿网络为补偿网络1，控制器25控制开关组S1闭合且开关组S2断开，使得补偿网络1与接收线圈Ls和整流电路23导通，继续进行无线充电，直至电池电量充满。

在本申请实施例提供的方案中，通过在充电过程中结合充电状态调整充电模式，以实现更高效率的无线充电。

请参考图26，本申请一示例性实施例还提供了一种用电设备40。例如，该用电设备40可以是手机、平板电脑、可穿戴设备、电动汽车等设备。该用电设备40包括：电池41和无线充电接收装置20。电池41为可充电电池，如锂离子电池、铅蓄电池等。该无线充电接收装置20可以是上文任一实施例提供的无线充电接收装置20。无线充电接收装置20的输出端与电池41相连，用于为电池41充电。电池41作为用电设备40的电源，用于为用电设备40供电。例如，当用电设备40为手机时，电池41用于为手机的处理器、存储器等部件供电。又例如，当用电设备40为电动汽车时，电池41用于为电动汽车的发动机、车载电脑等部件供电。

以上所述的具体实施方式，对本申请实施例的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请实施例的具体实施方式而已，并不用于限定本申请实施例的保护范围，凡在本申请实施例的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线充电接收装置，其特征在于，所述装置包括：至少一组接收线圈、补偿网络组、整流电路、开关组件和控制器；

所述补偿网络组包括n组补偿网络，所述n组补偿网络在电路拓扑结构或器件配置参数上至少有一种不相同，每组补偿网络的输入端和所述接收线圈的输出端相连，每组补偿网络的输出端和所述整流电路的输入端相连，所述n为大于1的整数；

所述整流电路的数量为b组，所述b为正整数；1＜b＜n，存在至少两组补偿网络的输出端与同一整流电路的输入端相连；或者，b＝n，每组补偿网络的输出端与一组整流电路的输入端相连，且不同的补偿网络与不同的整流电路相连；

所述控制器，用于控制所述开关组件将所述n组补偿网络中的一组或多组与对应的整流电路和所述接收线圈导通，以实现不同充电模式的选择，其中，不同的充电模式对应不同的输出功率等级。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一组接收线圈的数量为a组，每组包括至少一个线圈，所述a为正整数；

1≤a＜n，存在至少两组补偿网络的输入端与同一组接收线圈的输出端相连；

或者，

a＝n，每组补偿网络的输入端与一组接收线圈的输出端相连，且不同的补偿网络与不同的接收线圈相连。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述a组接收线圈中包括第一接收线圈，且所述第一接收线圈与所述n组补偿网络中的第一补偿网络相连；

所述第一接收线圈为单线圈，所述第一接收线圈的第一端和第二端分别与所述第一补偿网络的输入端相连；

或者，

所述第一接收线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第一线圈的第一端和所述第三线圈的第二端相连于第一节点，所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的第一端相连于第二节点，所述第二线圈的第二端与所述第三线圈的第一端相连于第三节点，所述第一节点、所述第二节点和所述第三节点分别与所述第一补偿网络的输入端相连；

或者，

所述第一接收线圈包括第一线圈、第二线圈和第三线圈，所述第一线圈的第一端、所述第二线圈的第一端和所述第三线圈的第一端相连于同一节点，所述第一线圈的第二端、所述第二线圈的第二端、所述第三线圈的第二端分别与所述第一补偿网络的输入端相连。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括直流电压变换电路，所述直流电压变换电路的输入端和所述整流电路的输出端相连。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述n组补偿网络中包括第二补偿网络；

所述第二补偿网络包括k个两两之间互相并联的补偿网络单元，所述k为大于1的整数。

6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述开关组件中包括第一开关；

所述第一开关为电子开关；或者，

所述第一开关为机械开关；或者，

所述第一开关包括并联的电子开关和机械开关。

7.一种无线充电方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6任一项所述的无线充电接收装置的控制器中，所述方法包括：

获取充电需求信息；

根据所述充电需求信息，确定待启用的充电模式；

从所述n组补偿网络中，选取与所述待启用的充电模式相对应的第一目标补偿网络；

控制所述开关组件将所述第一目标补偿网络与对应的整流电路和所述接收线圈导通。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述充电需求信息，确定待启用的充电模式，包括：

将预设对应关系中与所述充电需求信息对应的充电模式，确定为所述待启用的充电模式，其中，所述预设对应关系包括所述充电需求信息与所述充电模式之间的对应关系。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述控制所述开关组件将所述第一目标补偿网络与对应的整流电路和所述接收线圈导通之后，还包括：

根据充电状态确定调整后的充电模式；

从所述n组补偿网络中，选取与所述调整后的充电模式相对应的第二目标补偿网络；

控制所述开关组件将所述第二目标补偿网络与对应的整流电路和所述接收线圈导通。

10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括：电池，以及如权利要求1至6任一项所述的无线充电接收装置。

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