CN110509791A - 一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法。本发明实施例的方案中，该充电装置包括充电电源和多个发射线圈，每个发射线圈均与充电电源电连接；多个发射线圈根据预先设置的排列方式设置；该接收装置包括充电电池和多个接收线圈，每个接收线圈均与充电电池电连接；多个接收线圈根据预先设置的排列方式设置，因此当充电电源向发射线圈供电时，该充电装置可以满足大型车辆的充电需求；当充电电池向接收线圈充电时，该接收装置可以满足大型车辆的充电需求。相邻发射线圈之间保持最小安全距离且相邻接收线圈之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。

Description

一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法

【技术领域】

本发明涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法。

【背景技术】

电动汽车由于具有低环境能耗、不需要化石燃料等优点，能够很好地解决人类能源危机，因此，发展电动汽车已经成为主流。仅在2016年，我国新能源汽车总体销售32万量，是美国16万量的一倍。仅2016年12月纯电动车体产量已达34885辆，环比增长47％。电动汽车租赁车方面表现不俗，仅在北京，2016年就已达到了1.18万辆。目前电动汽车主流充电方式是使用插拔式的有线充电方式，但是在阴雨天气及其空气潮湿情况下，由于充电头的绝缘性能下降，插拔式充电就会存在安全隐患，而且频繁的插拔会造成插座机械损耗，后期维护也耗费人力物力。因此，针对以上问题，无线充电技术应运而生。

现在使用的无线充电设备通常只包括一个线圈，且无线充电设备的充电功率多数是7.4kw或者11kw，甚至是22kw，但是对于大中型车体来说，这种充电功率等级的充电系统无法满足其快速充电的要求，因此需要设计更大功率的无线充电设备。

【发明内容】

有鉴于此，本发明实施例提供了一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法，用以解决现有无线充电设备的功率等级无法满足大中型车体快速充电的问题，能够实现大功率快速充电操作，满足大型车辆的充电需求。

一方面，本发明实施例提供了一种充电装置，包括：充电电源和多个发射线圈，每个所述发射线圈均与所述充电电源电连接，所述充电电源分别为每个所述发射线圈供电；

多个发射线圈根据预先设置的排列方式设置。

可选地，所述发射线圈的功率根据充电功率和所述发射线圈的数量确定；

所述发射线圈的排列方式根据车体底部的尺寸确定。

可选地，相邻的发射线圈之间的距离大于或等于最小安全距离；

所述最小安全距离根据所述发射线圈的数量和排列方式确定。

可选地，所述排列方式包括一行多列的排列方式；或者，所述排列方式包括多行多列的排列方式。

另一方面，本发明实施例提供了一种接收装置，包括：充电电池和多个接收线圈，每个所述接收线圈均与所述充电电池电连接，每个所述接收线圈均向所述充电电池充电；

多个接收线圈根据预先设置的排列方式设置。

可选地，所述接收线圈的数量根据充电功率确定；

所述接收线圈的排列方式根据车体底部的尺寸确定。

可选地，相邻的接收线圈之间的距离大于或等于最小安全距离；

所述最小安全距离根据所述接收线圈的数量和排列方式确定。

可选地，所述排列方式包括一行多列的排列方式；或者，所述排列方式包括多行多列的排列方式。

另一方面，本发明实施例提供了一种无线充电系统，包括：充电装置和接收装置；

所述充电装置采用上述充电装置；

所述接收装置采用上述接收装置。

另一方面，本发明实施例提供了一种无线充电方法，所述无线充电方法基于上述的无线充电系统；

所述方法包括：

所述充电电源向所述发射线圈进行供电，以使所述发射线圈产生磁场；

所述接收线圈在磁场作用下产生电流，以对车体的充电电池进行充电。

本发明实施例提供的一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法的技术方案中，该充电装置包括充电电源和多个发射线圈，每个发射线圈均与充电电源电连接；多个发射线圈根据预先设置的排列方式设置；该接收装置包括充电电池和多个接收线圈，每个接收线圈均与充电电池电连接；多个接收线圈根据预先设置的排列方式设置，因此当充电电源向发射线圈供电时，该充电装置可以实现大功率快速充电操作，从而满足大型车辆的充电需求；当充电电池向接收线圈充电时，该接收装置可以实现大功率快速充电操作，从而满足大型车辆的充电需求。相邻发射线圈之间保持最小安全距离且相邻接收线圈之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种充电装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的又一种充电装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种充电装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种接收装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种接收装置的结构示意图；

图6为本发明实施例中提供的又一种接收装置的结构示意图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1为本发明实施例提供的一种充电装置的结构示意图，如图1所示，该充电装置100包括：充电电源1和多个发射线圈2，每个发射线圈2均与充电电源1电连接，充电电源1分别为每个发射线圈2供电。

本发明实施例中，多个发射线圈2之间采用并联方式进行连接，并连接至充电电源1，因此当充电电源1为多个发射线圈2供电时，可以满足大功率无线充电设备的充电需求。

本发明实施例中，发射线圈2的功率根据充电功率和发射线圈2的数量确定。充电功率为充电装置100应具备的充电功率，发射线圈2的功率等于充电功率除以发射线圈3的数量。

本发明实施例中，可根据充电功率计算出发射线圈2在充电过程中允许通过的最大充电电流，根据最大充电电流计算出导线直径；应用谐振电路测量出发射线圈2的电感值，根据电感值计算出发射线圈2的匝数；将匝数与最大充电电流相乘，得到相乘结果；对相乘结果进行电磁场数值计算，计算出传递磁场使用铁芯的厚度；将导线按照匝数缠绕铁芯，得到一个发射线圈2。

本发明实施例中，根据发射线圈2的排列方式根据车体底部的尺寸确定。例如，若待充电车体为底部尺寸不是很大的小型车体，则多个发射线圈2可呈一行多列排列方式。如图1所示，两个发射线圈2呈一行两列排列方式。根据车体底部尺寸灵活设计发射线圈2的排列方式，具体设计方式多种多样，灵活性高。

本发明实施例中，相邻的发射线圈2之间的距离大于或等于最小安全距离。所述相邻的发射线圈2之间的距离为相邻的发射线圈2边缘之间的距离。最小安全距离为在充电过程中使相邻的发射线圈2互不影响的最小距离。相邻的发射线圈2之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。

本发明实施例中，最小安全距离根据发射线圈2的数量和排列方式确定。两两相邻的发射线圈2之间的距离相同。最小安全距离按照多个发射线圈2的排列方式进行测量。

本发明实施例提供了两种测量最小安全距离的方式。

方式一：将多个发射线圈2并联连接并通电，对通过导线的电流进行仿真计算，绘制出磁场云图，观察磁场云图中的磁场矢量。若磁场矢量的方向是从发射线圈2到任意一个相邻发射线圈2，则相邻的发射线圈2之间互相产生影响，继续调整相邻的发射线圈2之间的距离，直至磁场矢量的方向是从发射线圈2到对应的接收线圈。此时相邻的发射线圈2之间的距离为最小安全距离。

方式二：将多个发射线圈2放入磁场中，移动相邻的发射线圈2之间的距离，通过磁场测量仪器测量磁通量值，当测量到磁通量值不再减小时，此时相邻的发射线圈2之间的距离为最小安全距离。

本发明实施例中，排列方式包括一行多列的排列方式。如图1所示，多个发射线圈2呈一行两列的排列方式。

本发明实施例中，还包括：开关模块7。所述开关模块7和充电电源1电连接，所述开关模块7与多个发射线圈2电连接，所述开关模块7与活物检测单元3电连接。所述充电电源1用于为发射线圈2供电，所述开关模块7用于控制所述充电电源1与发射线圈2之间是否导通，若开关模块7控制所述充电电源1与发射线圈2之间导通，则充电电源1为发射线圈2供电；若开关模块7控制所述充电电源1与发射线圈2之间不导通，则充电电源1停止对发射线圈2供电。

本发明实施例中，还包括活物检测单元3，活物检测单元3设置于多个发射线圈2中位于最外侧的任意一个发射线圈2上，且与开关模块7电连接。活物检测单元3用于对活物进行检测，当检测到活物时,活物检测单元3向开关模块7发送停止供电信息，开关模块7根据停止供电信息控制充电电源1与发射线圈2之间不导通，充电电源1停止给发射线圈2供电。活物检测单元3设置于任意一个最外侧发射线圈2上，其覆盖区域能够涵盖位于中间位置的发射线圈2，从而可以省去中间线圈的活物保护。

本发明实施例中，如图1所示，由于两个发射线圈2均为最外侧发射线圈，因此活物检测单元3可设置于左侧的发射线圈2或右侧的发射线圈2。例如：活物检测单元可位于右侧发射线圈2中间的空隙区域中。

本发明实施例中，多个发射线圈2设置在充电基板上。

本发明实施例的方案中，该充电装置包括充电电源和多个发射线圈，每个发射线圈均与充电电源电连接，充电电源分别为每个发射线圈供电；多个发射线圈根据预先设置的排列方式设置，因此当充电电源向发射线圈供电时，该充电装置可以实现大功率快速充电操作，从而满足大型车辆的充电需求。相邻发射线圈之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。由于发射线圈的排列方式根据车体底部尺寸确定，因此可以根据车体结构对发射线圈进行合理布局，节约成本。由于活物检测设置于任意一个最外侧发射线圈上，其覆盖区域能够涵盖中间线圈，从而可以省去中间线圈的活物保护，既节约了成本，又能够及时保护活物免受伤害。

图2为本发明实施例提供的又一种充电装置的结构示意图，如图2所示，本实施例与上述图1中实施例的区别在于：本实施例中多个发射线圈2呈一行四列排列方式。

本发明实施例中，根据发射线圈2的排列方式根据车体底部的尺寸确定。例如，若待充电车体为底部长度较长的大中型车体，因此充电所需的发射线圈2数量较多，则多个发射线圈2呈一行多列排列方式。如图2所示，四个发射线圈3呈一行四列排列方式。

本发明实施例中，如图2所示，由于四个发射线圈2均为最外侧线圈，因此活物检测单元3可设置于所述四个发射线圈2中任意一个。例如：活物检测单元可位于最右侧发射线圈2中间的空隙区域中。

图3为本发明实施例提供的又一种充电装置的结构示意图，如图3所示，本实施例与上述图1中实施例的区别在于：本实施例中，排列方式包括多行多列的排列方式。

本发明实施例中，发射线圈2的排列方式根据车体底部的尺寸确定。例如，若待充电车体为底部较宽的大中型车体，则多个发射线圈2呈多行多列排列方式。如图3所示，四个发射线圈2呈两行两列排列方式。

本发明实施例中，多个发射线圈2呈多行多列排列方式，从而满足了底部尺寸不同的大型车辆的充电需求，可以根据车体结构对充电装置进行合理布局，节约了成本。

本发明实施例中，如图3所示，由于四个发射线圈2均为最外侧线圈，因此活物检测单元3可设置于所述四个发射线圈2中任意一个。例如：活物检测单元可位于第二行第二列的发射线圈2中间的空隙区域中。

图4为本发明实施例提供的一种接收装置的结构示意图，如图4所示，该接收装置200包括：充电电池4和多个接收线圈5，每个接收线圈5均与充电电池4电连接，每个接收线圈5均向充电电池4充电。

本发明实施例中，多个接收线圈5根据预先设置的排列方式设置。接收线圈5的排列方式与发射线圈2的排列方式相对应，从而能够以较高效率对充电电池进行充电。

本发明实施例中，接收线圈5的功率根据充电功率和接收线圈5的数量确定。充电功率为充电装置100应具备的充电功率，接收线圈5的功率根据充电功率除以设置的接收线圈5数量的结果确定。

本发明实施例中，可根据充电功率计算出接收线圈5在充电过程中允许通过的最大充电电流，根据最大充电电流计算出导线直径；应用谐振电路测量出接收线圈5的电感值，根据电感值计算出接收线圈7的匝数；将匝数与最大充电电流相乘，得到相乘结果；对相乘结果进行电磁场数值计算，计算出传递磁场使用铁芯的厚度；将导线按照匝数缠绕铁芯，得到一个接收线圈5。

本发明实施例中，根据接收线圈5的排列方式根据车体底部的尺寸确定。例如，若待充电车体为底部尺寸不是很大的小型车体，则多个接收线圈5呈一行多列排列方式。如图4所示，两个接收线圈5呈一行两列排列方式。根据车体底部尺寸灵活设计接收线圈5的排列方式，具体设计方式多种多样，灵活性高。

本发明实施例中，相邻的接收线圈5之间的距离大于或等于最小安全距离。所述相邻的接收线圈6之间的距离为相邻的接收线圈6边缘之间的距离。最小安全距离为在充电过程中使相邻的接收线圈5互不影响的最小距离。相邻的接收线圈5之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。

本发明实施例中，最小安全距离根据接收线圈5的数量和排列方式确定。两两相邻的接收线圈5之间的距离相同。最小安全距离按照多个接收线圈5的排列方式进行测量。测量方式与上述图1至图3中的任一实施例中的测量方式相同，此处不再重复描述。

本发明实施例中，排列方式包括一行多列的排列方式。如图4所示，多个接收线圈5呈一行多列的排列方式。

本发明实施例中，多个接收线圈5设置在接收基板上。

本发明实施例中，还包括定位单元6，定位单元6设置于多个接收线圈5中位于中间位置的任意一个接收线圈5上，且与充电电池4电连接。当接收线圈5靠近发射线圈2时，发射线圈2产生磁场，定位单元6检测接收线圈5的电压是否大于设定阈值，若是，则表明发生电压突变。定位单元6根据接收线圈5内的电压突变确定发射线圈2与接收线圈5的相对位置。

本发明实施例中，如图4所示，由于两个接收线圈5均为中间位置的接收线圈5，因此定位单元6可设置于左侧的接收线圈5或右侧的接收线圈5。例如：定位单元6可位于右侧接收线圈5中间的空隙区域中。

如图5所示，若接收线圈5采用一行多列的排列方式，则定位单元6设置于中间位置的一个或两个接收线圈5上，可以免去在其他接收线圈上安装定位单元，节约成本。由于四个接收线圈5均为中间位置的接收线圈5，因此定位单元6可设置于所述四个接收线圈5中任意一个。例如：定位单元6可谓与最右侧接收线圈5中间的空隙区域中。

如图6所示，若接收线圈5采用多行多列的排列方式，则定位单元6设置于中间任意一个接收线圈5上，可以免去在其他接收线圈上安装定位单元，节约成本。由于四个接收线圈5均为最外侧线圈，因此定位单元6可设置于所述四个接收线圈5中任意一个。例如：定位单元6可位于第二行第二列的接收线圈5中间的空隙区域中。

图5为本发明实施例提供的又一种接收装置的结构示意图，如图5所示，本实施例与上述图4中实施例的区别在于：本实施例中多个接收线圈5呈一行四列排列方式。

本发明实施例中，根据接收线圈5的排列方式根据车体底部的尺寸确定。例如，若待充电车体为底部为长度较长的大中型车体，因此充电所需的接收线圈5数量较多，则多个接收线圈5呈一行多列排列方式。如图5所示，四个接收线圈5呈一行四列排列方式。

图6为本发明实施例提供的又一种接收装置的结构示意图，如图6所示，本实施例与上述图4中实施例的区别在于：本实施例中，排列方式包括多行多列的排列方式。

本发明实施例中，接收线圈5的排列方式根据车体底部的尺寸确定。例如，若待充电车体为底部较宽的大中型车体，则多个接收线圈5呈多行多列排列方式。如图6所示，四个接收线圈5呈两行两列排列方式。

本发明实施例中，多个接收线圈5呈多行多列排列方式，从而满足了大型车辆的充电需求，可以根据车体结构对接收装置进行合理布局，节约了成本。

本发明实施例的方案中，该接收装置包括充电电池和多个接收线圈，每个接收线圈均与充电电池电连接，每个接收线圈均向充电电池充电；多个接收线圈根据预先设置的排列方式设置，因此当充电电池向接收线圈充电时，该接收装置可以实现大功率快速充电操作，从而满足大型车辆的充电需求。相邻接收线圈之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。由于接收线圈的排列方式根据车体底部尺寸确定，因此可以根据车体结构对接收线圈进行合理布局，节约成本。定位单元仅设置在中间位置的一个接收线圈上，免去了其他接收线圈定位单元的安装，节省定位功能设备，节约成本。

本发明实施例提供了一种无线充电系统，该无线充电系统包括充电装置100和接收装置200。

本发明实施例中，充电装置100可采用上述图1至图3中的任一实施例中的充电装置100，此处不再重复描述。

本发明实施例中，接收装置200可采用上述图4至图6中的任一实施例中的接收装置200，此处不再重复描述。

本发明实施例提供了一种无线充电方法，该无线充电方法基于上述无线充电系统。充电电源1向发射线圈2进行供电，以使发射线圈2产生磁场，接收线圈5在磁场作用下产生电流，以对车体的充电电池4进行充电。

下面用一个具体的实施例描述一种大功率无线充电的过程：

设计充电装置和接收装置时，根据充电功率和预定发射线圈的数量计算出每个发射线圈的功率；根据车体底部尺寸设计发射线圈的排列方式；计算出线圈之间的最小安全距离，按照排列方式以相邻发射线圈不小于最小安全距离的标准在充电基板上固定发射线圈，作为充电装置。接收线圈以与发射线圈相同的数量和排列方式设置在接收基板上，作为接收装置。

充电时，车体向对应的充电装置逐步靠近；在逐步靠近的过程中，定位单元实时检测接收线圈内的电压是否大于设定阈值，若是，则表明发生电压突变；当检测到电压突变，定位单元确定发射线圈与接收线圈此时的相对位置可以进行充电；充电电源为发射线圈供电使发射线圈内产生磁场，对应的接收线圈产生谐振电流，对待充电车体的充电电池进行充电。若在充电过程中活物检测单元检测到活物时，活物检测单元向开关模块发送停止供电信息，开关模块根据停止供电信息控制充电电源与发射线圈之间不导通，充电电源停止给发射线圈供电。

本发明实施例的方案中，本发明实施例提供了一种充电装置、接收装置、无线充电系统和无线充电方法。本发明实施例的方案中，该充电装置包括充电电源和多个发射线圈，每个发射线圈均与充电电源电连接；多个发射线圈根据预先设置的排列方式设置；该接收装置包括充电电池和多个接收线圈，每个接收线圈均与充电电池电连接；多个接收线圈根据预先设置的排列方式设置，因此当充电电源向发射线圈供电时，该充电装置可以实现大功率快速充电操作，从而满足大型车辆的充电需求；当充电电池向接收线圈充电时，该接收装置可以实现大功率快速充电操作，从而满足大型车辆的充电需求。相邻发射线圈之间保持最小安全距离且相邻接收线圈之间保持最小安全距离可以避免在充电过程中相互传输的干扰，使无线充电的效率更高，节约能源。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种充电装置，其特征在于，包括：充电电源和多个发射线圈，每个所述发射线圈均与所述充电电源电连接，所述充电电源分别为每个所述发射线圈供电；

多个发射线圈根据预先设置的排列方式设置。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，

所述发射线圈的功率根据充电功率和所述发射线圈的数量确定；

所述发射线圈的排列方式根据车体底部的尺寸确定。

3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于，相邻的发射线圈之间的距离大于或等于最小安全距离；

所述最小安全距离根据所述发射线圈的数量和排列方式确定。

4.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述排列方式包括一行多列的排列方式；或者，所述排列方式包括多行多列的排列方式。

5.一种接收装置，其特征在于，包括：充电电池和多个接收线圈，每个所述接收线圈均与所述充电电池电连接，每个所述接收线圈均向所述充电电池充电；

多个接收线圈根据预先设置的排列方式设置。

6.根据权利要求5所述的接收装置，其特征在于，

所述接收线圈的功率根据充电功率和所述接收线圈的数量确定；

所述接收线圈的排列方式根据车体底部的尺寸确定。

7.根据权利要求6所述的接收装置，其特征在于，相邻的接收线圈之间的距离大于或等于最小安全距离；

所述最小安全距离根据所述接收线圈的数量和排列方式确定。

8.根据权利要求5所述的接收装置，其特征在于，所述排列方式包括一行多列的排列方式；或者，所述排列方式包括多行多列的排列方式。

9.一种无线充电系统，其特征在于，包括：充电装置和接收装置；

所述充电装置采用权利要求1至4任一所述的充电装置；

所述接收装置采用权利要求5至8任一所述的接收装置。

10.一种无线充电方法，其特征在于，所述无线充电方法基于权利要求9所述的无线充电系统；

所述方法包括：

所述充电电源向所述发射线圈进行供电，以使所述发射线圈产生磁场；

所述接收线圈在磁场作用下产生电流，以对车体的充电电池进行充电。