CN110535217A - 一种无线充电电池 - Google Patents

Abstract

本专利设计了一种无线充电电池，将无线电能传输和电池充电功能集成于一体。该电池包括(10)标准电池组件、(20)无线电能接收模块、(30)转换升压模块和(40)控制模块等四个部分。其中，(10)包括标准电池壳体和电池本体，在其内部为(20)、(30)、(40)提供安装空间；(20)负责无线电能接收；(30)包括整流电路、缓存电容和Boost升压电路；(40)包括充电阈值判断单元和升压控制单元。该电池具有非接触获取电能、电池使用规格标准化、集成度高等特点，适用于移动通信设备、蓝牙耳机等应用对象，能够通过无线充电方式有效提升电池的续航能力，解决不便连接充电线或难以更换电池等问题。

Description

一种无线充电电池

技术领域

无线充电电池涉及无线电能传输技术和电池充电控制一体化技术，属于具备无线电能传输功能的充电电池集成装置领域。

背景技术

无线电能传输技术是电气工程领域的一项前瞻性技术，在近几年发展迅速并不断成熟，其主要借助电磁波等物理载体，实现电能从供应侧到接收侧的非接触式传输，具有电能传输灵活方便、安全可靠的独特优势。现无线电能传输技术主要包括磁耦合谐振式、电磁辐射式等主要形式，可以传输距离和传输功率为依据进行选择。

随着无线电能传输技术的不断发展，该技术在家用电器和通信设备的供电领域都得到了实际应用，未来有可能应用于植入式医疗设备的非接触式供电、外太空太阳能的无线传输和电动汽车的无线充电等方面。非接触式充电技术将来的工程化和产业化，有助于新能源的开发利用以及能源短缺问题的解决。

目前无线电能传输技术同样存在着技术短板，阻碍着该项技术的推广和大范围应用，缺陷主要集中于无线电能传输范围小、能量传输效率低和充电位置要求严格等方面。虽存在着上述短板，但将无线电能传输技术应用于电池充电，可有效解决电池续航能力差、电池损耗大、电池污染严重和充电不便等问题，具有广泛的应用前景。

发明内容

为了将无线电能传输技术应用于充电电池领域，找到二者的最佳结合点，增强电池的续航能力并促进充电电池的技术发展，本发明设计了一种能够接收外部环境无线电能的可充电电池。

本发明利用无线电能进行电池充电的原理依据是无线电能传输技术，如今该技术主要包括电磁感应式、电磁共振式和电磁辐射式三种。其中电磁感应式经常用于功率较低、距离较近的电能传输；电磁共振式用于功率中等、距离中等的电能传输；电磁辐射式常用于功率较大、距离较远的电能传输。本发明所述无线充电电池的能量传输方式为非接触式，通过与外部能量供应源的匹配连接，在蓝牙匹配认证技术、无线电能传输技术和电池充电控制技术的支持下，使内部电池得到可靠的电能，其电能传输灵活方便，安全可靠，性能稳定。

本发明的设计方案如下：一种无线充电电池，无需内部发电装置和线缆接入，与外部能量供应源建立信息连接，进行非接触式的电能传输。

本电池所涉及的无线电能传输及电池充电流程为：

外部供电设备以无线电能传输方式向该充电电池提供电能，电池内部无线电能接收模块接收外部交流电能，产生接收电压；

无线电能接收模块连接转换升压模块整流电路，将交流电压整流为直流电压，保证后续电路的正常运行；

整流电路输出端连接缓存电容，通过对缓存电容充电的方式将直流电能暂时存储于电容内部，消除无线电能接收过程中的波动因素，增强后续电路对电池本体充电过程的稳定性；

缓存电容连接转换升压模块中Boost升压电路，随着电容内部电能的不断存储，其两端电压逐渐升高，当电压提升至Boost升压电路的充电开启阈值后，Boost升压电路在控制模块中充电阈值判断单元的控制下接入电路，Boost升压电路接入后受升压控制单元调控，保证其输出端与电池本体的电压一致性，并将缓存电容内部电能输出至电池本体，完成对电池的无线电能传输充电。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本专利做进一步详细说明。

图1为无线充电电池整体结构图。

图2为无线充电蓝牙耳机电池示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种无线充电电池，介绍了其内部结构，器件布置和充电流程。所述内部结构包括标准电池组件、无线电能接收模块、转换升压模块和控制模块等四个部分，各模块之间的整体结构如图1所示，可以无线充电蓝牙耳机电池为例，介绍该无线充电电池的具体使用。

该无线充电蓝牙耳机电池将无线电能传输装置与蓝牙耳机电池相结合，具有无线电能传输和充电控制一体化特点，具体结构如图2所示。该充电电池采用蓝牙匹配认证模块与外界无线电能发送装置进行信息传输和匹配认证，采用无线电能接收模块获取外界能量，采用转换升压模块将交流电能转变为直流电能并缓存和升压，采用控制模块对升压过程进行调控。各个模块之间采用导线连接，并用铁磁材料和金属良导体材料进行独立封装，防止相互之间的电磁干扰。

当无线充电蓝牙耳机出现电池电量不足的情况时，会自动通过蓝牙匹配认证模块与外界无线电能供应源进行信息传输和匹配连接。连接完成之后，外界能量发送装置发送无线电能，蓝牙耳机充电电池中无线电能接收模块通过磁共振耦合接收电能，完成无线电能传输。

无线电能接收模块连接转换升压模块，将所接收到的电能传递给转换升压模块中的整流电路，整流电路将无线电能接收模块输出的交流电压转换为直流电压，其输出端连接模块内的缓存电容，将转换的直流电能暂时存储于该电容内。缓存电容输出端连接Boost升压电路，该电路受控制模块中充电阈值判断单元和升压控制单元的双重调控。

随着缓存电容内部电能的不断存储，电容两端电压逐渐升高，当电容电压提升至Boost升压电路充电开启阈值后，控制模块中充电阈值判断单元的施密特触发器触发启动，使Boost升压电路接入缓存电容两端，将缓存电容内部电能传输至电池本体内部。在电能传输过程中，Boost升压电路运行受控制模块中升压控制单元负反馈调节，保证其输出电压稳定至电池本体充电电压额定值。

随着缓存电容内部电能的不断释放，电容两端电压逐渐降低，当电容电压降低至Boost升压电路充电关闭阈值后，控制模块中充电阈值判断单元的施密特触发器再次触发启动，使Boost升压电路断开与缓存电容及前端电路的连接，减少Boost及其后续电路的接入时间和电路损耗，提高电路运行效率。充电阈值判断单元的充电开启阈值和充电关闭阈值不相等，充电开启阈值一般较大。

除无线充电蓝牙耳机电池外，该无线充电电池也可与通信设备(如手机)相结合，以无线电能传输技术为基础，组成无线充电手机电池。

本发明的有益效果和实际意义是：该无线充电电池可用于日常生活，以外部环境中的无线电能为能量来源，与能量供应源匹配认证并将无线电能接收存储。该电能传输过程无需经过复杂冗余的导线线路，有效解决了线缆的磨损和发热等问题，具有强大的环境适宜能力，同时减少了电能传输时存在的安全隐患。电池采用无线电能传输的充电方式，简单便捷、灵活度高、可靠性强，是无线电能传输技术在电池充电领域的实际应用，有助于二者的技术结合，对推动无线电能传输技术的商业化发展具有重要意义。

Claims (5)

1.一种无线充电电池，其特征在于：由(10)标准电池组件、(20)无线电能接收模块、(30)转换升压模块和(40)控制模块四个部分组成。所述(10)具备合理的内部结构，为所述(20)、(30)、(40)提供安装空间；所述(20)从外部接收无线电能；所述(30)缓存所接收的无线电能并对所述(10)充电；所述(40)负责所述(30)的充电阈值判断和升压控制。

2.所述(10)标准电池组件，其特征在于：包括(11)标准电池壳体和(12)电池本体两个单元。所述(11)按标准化的电池外壳尺寸设计；所述(12)采用充电速度快、循环寿命长、安全性能高的锂离子电池或者磷酸铁锂电池；所述(12)与所述(11)的正负电极对应连接，并为所述(40)提供电源。

3.所述(20)无线电能接收模块，其特征在于：采用磁耦合谐振方式接收外部无线充电电源发来的高频振荡无线电能，考虑环境特点、体积限制、电池充电曲线和接收效率等因素，可选用LC串联、LC并联或LCC等不同拓扑结构的无线电能接收电路。

4.所述(30)转换升压模块，其特征在于：包括(31)整流电路、(32)缓存电容和(33)Boost升压电路三个功能单元。所述(31)将所述(20)接收的高频振荡电能转变为直流电能，并送入所述(32)完成电能缓存，消除无线电能传输过程中带来的不稳定因素；所述(33)以直流Boost电路为基础电路，在所述(40)的充电阈值判断和升压控制下对所述(12)进行充电，即将输入端不断变化的电容电压，转化为输出端稳定的电池充电电压。

5.所述(40)控制模块，其特征在于：包括(41)充电阈值判断单元和(42)升压控制单元两个功能单元。所述(41)采用施密特触发器对所述(33)的输入端电压进行阈值判断，若所述(33)的输入端电压高于充电开启阈值，则控制所述(33)开启升压控制充电模式，电能从电容向电池流动，若所述(33)的输入端电压低于充电关闭阈值，则控制所述(33)关闭升压控制充电模式，即停止向电池充电并截止电池向所述(33)反向放电，从而降低电路损耗；所述(42)对所述(33)Boost电路释放占空比控制信号，控制所述(33)与所述(12)的电池充电电压相匹配，至此完成从接收无线电能传输到电池充电的预期目标。