CN111009972A - 无线充电系统和无线充电调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无线充电系统和无线充电调节方法，无线充电系统，包括发射端和接收端，所述发射端具有发射端可调单元；所述接收端具有接收端可调单元；所述无线充电系统还包括：控制器，分别联通于所述发射端可调单元和所述接收端可调单元，分别获取发射端电参数和接收端电参数，以控制所述发射端可调单元对输出的发射端电参数进行调节，以及控制所述接收端可调单元输出的接收端电参数进行调节。发射端和接收端分别具有可调节的单元，通过对着两者的调节实现双侧调节。调节的时效性可以降低；突破了调节范围的影响；双侧共同调节，也使调节精度更高。

Description

无线充电系统和无线充电调节方法

技术领域

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及无线充电系统和无线充电调节方法。

背景技术

无线充电是一种利用发射端和接收端之间高频交变磁场实现电能传输的技术，该技术实现了负载与电源之间的完全电气隔离，具有安全、可靠、灵活等等优点，随着自动泊车和自动驾驶、智能网联汽车等技术的逐步普及，无线充电作为一种极具优势的电动汽车自动充电方式而受到广泛重视。在无线充电的各种实现方式中，从传输效率、传输功率、传输距离和安全性考虑，磁耦合谐振式无线充电更加适合为大功率负载，如电动汽车等设备充电。

磁耦合式无线充电的电路在处于谐振状态是会保持较大的输出功率和效率，但由于系统参数的变化，如发射线圈与接收线圈的距离、相对位置会发生变化，工作温度的变化，以及电池在充电时也是非线性变化的，以上原因都会使系统的谐振点产生漂移，导致充电效率下降，甚至无法充电。因此为使系统保持在最佳的充电状态，就需要对参数进行调节。

现有技术中，一般通过调节发射端的电参数，使其符合负载端充电要求，这种控制方式要求通信的实效性，以保证实时在接收端获取充电状态和充电需求，并具有一定的采样频率，从而实现控制闭环，这对于通信系统的实时性和可靠性都具有颇高的要求。还有一些方式是采用在接收端进行调节，其缺点在于调节精度相对较低，且调节范围也较发射端控制小。

发明内容

本发明提供一种无线充电系统和无线充电调节方法，在无线充电的调节中，降低了对通信时效性的要求，能够满足精度要求。

本发明的无线充电系统，包括发射端和接收端，所述发射端具有发射端可调单元；所述接收端具有接收端可调单元；所述无线充电系统还包括：控制器，分别联通于所述发射端可调单元和所述接收端可调单元，分别获取发射端电参数和接收端电参数，以控制所述发射端可调单元对输出的发射端电参数进行调节，以及控制所述接收端可调单元输出的接收端电参数进行调节。

优选的，所述控制器设置在所述发射端；或者，所述控制器设置在所述接收端；或者，所述控制器为服务器、共用服务器、云服务器中的一种，通过无线信号了连接，独立于所述发射端和所述接收端设置。

优选的，所述控制器分为两部分：一部分为发射端控制器，设置在所述发射端，获取发射端电参数以及控制发射端可调单元；另一部分为接收端控制器，设置在所述接收端，获取接收端电参数以及控制接收端可调单元；所述发射端控制器和所述接收端控制器共享全部或者部分所述接收端电参数。

优选的，所述接收端还包括：接收端采样器，用于采集所述接收端的接收端电参数，并发送给所述控制器；所述发射端还包括：发射端采样器，用于采集所述发射端的发射端电参数并发送给所述控制器。

优选的，所述接收端电参数包括：负载的充电电压、所述负载的充电电流和接收线圈的接收电流中的至少一个；所述发射端电参数包括:逆变器的输出电流、所述逆变器输入电压、发射端变换器的输入电压和发射端变换器的输入电流中的至少一个。

优选的，所述发射端可调单元包括：发射端变换器和/或逆变器；所述发射端还包括：供电电源、发射端谐振网络和发射线圈；所述接收端可调单元包括：接收端变换器；所述接收端还包括：负载、滤波器、接收端谐振网络和接收线圈。

优选的，所述接收端还包括接收端驱动器，与所述控制器联通，通过所述控制器的控制，驱动所述接收端可调单元对输出的接收端电参数进行调节；所述发射端还包括发射端驱动器，与所述控制器联通，通过所述控制器的控制，驱动所述发射端可调单元对输出的发射端电参数进行调节。

本发明还提供一种用于上述无线充电系统的无线充电调节方法，包括：

获取发射端电参数和接收端电参数，并结合给定参数，对发射端可调单元进行控制，以使其调节输出的发射端电参数，还对接收端可调单元进行控制，以使其调节输出的接收端电参数。

优选的，获取接收端的接收端电参数，并结合给定电参数生成：接收端调节参数，响应于接收端调节参数，使接收端可调单元调节输出的电参数，以实现调节接收端电参数；获取发射端的发射端电参数，并结合部分或全部所述接收端电参数，生成发射端调节参数，响应于发射端调节参数，使发射端可调单元调节输出的电参数，以实现调节所述发射端电参数。

优选的，所述接收端调节参数至少包括以下三种中的一种；其中第一种所述接收端调节参数的获取方法为：获取负载的充电电压、负载的充电电流、给所述负载充电时的给定电压和所述负载充电时的给定电流；将充电电压和给定电压经计算得到电压差异参数，将所述电压差异参数和所述给定电流经计算得到电流预估参数，将上述电流预估参数和所述充电电流经计算得到接收端调节参数；其中第二种所述接收端调节参数的获取方法为：获取接收线圈的接收电流，并得到对应的接收相位；将接收相位和预制相位经计算得到接收端调节参数；其中第三种所述接收端调节参数的获取方法为：获取接收线圈的接收电流，并得到对应的接收频率；将接收频率和预制频率经计算得到接收端调节参数。

本申请的无线充电系统和无线充电调节方法，发射端和接收端分别具有可调节的单元，通过对着两者的调节实现双侧调节。基于双侧调节，两侧都有各自调节，不只依赖于一侧的调节工作，因此，调节的时效性可以降低，因为接收端的调节可以弥补发射端调节的“延时”；并且发射端调节结果可以直接影响接收端接收到的电参数，可见接收端的调节范围受到发射端调节的影响，基于发射端调节范围，进行再次调节，从而突破了调节范围的影响；双侧共同调节，也使调节精度更高。

附图说明

图1为本发明无线充电系统的结构示意图；

图2为本发明无线充电系统的另一种结构示意图；

图3为本发明无线充电系统的电路拓扑图。

附图标记：

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本申请公开一种无线充电系统，参见图1，该系统具有发射端T和接收端R，发射端T和接收端R各自包括有可调单元——发射端T包括发射端可调单元，接收端R包括接收端可调单元。还包括控制器P，分别和上述两个可调单元联通，以控制这两个可调单元分别对自身输出的电参数进行调节。即控制发射端可调单元对输出的发射端电参数进行调节，控制接收端可调单元输出的接收端电参数进行调节。

控制器P和发射端可调单元之间的连接，以及控制器P和接收端可调单元之间的连接，可以是有线连接，也可以是无线连接，只要能够实现控制信号的传递就可以用于本申请，这样，无线连接就可以采用WIFI、蜂窝数据网络、蓝牙等多种方式实现。

当然，控制器P对于两个可调单元的控制，是基于他获得的发射端电参数和接收端电参数，这两个参数包括了接收端R不同位置处的电参数，以及发射端T不同位置处的电参数。具体包括的电参数的内容和获取位置，下文会详细说明。

控制器P对于两个可调单元的控制主要是通过调节参数——接收端调节参数和发射端调节参数。接收端可调单元响应于接收端调节参数，调节输出的电参数(这里的输出的电参数是指接收端可调单元的输出电参数)；发射端可调单元响应于发射端调节参数，调节输出的电参数(这里的输出的电参数是指发射端可调单元的输出电参数)。

接收端调节参数主要受到接收端电参数的影响，直接响应于接收端电参数进行调节。可见其调节基础和调节目标都是接收端电参数，属于局部闭环调节。发射端调节参数除了收发射端电参数影响外，与接收端电参数也有关联，因为无论接收端还是发射端调节的目的都是为了保证接收端的电参数符合预期，因此发射端调节参数受到接收端电参数影响。

上述的控制器P可以具有多种设置方式。可以是单独设置在发射端T，也可以单独设置在接收端R，无论设置在哪端，仅是影响了设置位置，并不影响其工作原理。当控制器P设置在发射端T时，包括其设置在发射端的供电电源T1内。

控制器P还可以独立于发射端T和所述接收端R设置，以服务器、共用服务器、云服务器中的一种形式存在。这种方式，还可以实现一个控制器P，可以对多组发射端(T)和接收端(R)进行控制。以汽车无线充电为例，一辆汽车充电需要一个发射端T和一个接收端R配合工作，多个汽车充电时，对应数量的发射端T和接收端R配合工作，这些多个配合工作的发射端T和接收端R，可以共用一个控制器P。基于该方式，控制器P可以集中存放设置，减少空间占用。

接收端R和发射端T可以分别通过互联网、移动蜂窝数据、wifi等形式实现和控制器P的联通，现有技术中能够实现数据交换的联通方式都可以用于本申请此处提到的联通。

控制器P除了上述的设置情形外，还可以同时在接收端R和发射端T 设置，也就是分为两部分进行工作，参见图2，一部分为发射端控制器T7，设置在发射端T，获取发射端电参数，以及控制发射端可调电源；另一部分为接收端控制器R7，设置在接收端R，获取接收端电参数以及控制接收端可调单元。这两部分独立存在，但是可以存在信息的共享，无论是通过有线还是无线的方式均可。共享的信息包括全部或者部分接收端电参数，之所以需要接收端电参数，上述已经说明，因为发射端调节参数需要参考接收端电参数。部分接收端电参数是指需要被参考的部分。其他不需要被参考的部分，以及发射端电参数，可以根据实际情况，选择是否共享。即，发射端控制器T7和接收端控制器R7之间共享信息的数量，底线是需要参考的部分接收端电参数，其他部分可以共享，也可以不共享。

对于发射端控制器T7和接收端控制器R7之间的共享信息，还可以通过通信器实现——接收端通信器R8和发射端通信器T8。接收端通信器R8 设置在接收端R，或者集成在接收端控制器R7上，属于接收端控制器R7 的一部分。发射端通信器T8设置在发射端T，或者集成在发射端控制器T7 上，属于发射端控制器T7的一部分。功能是实现信息的传递共享，能够实现“收”和“发”的功能，具体形式不做限定。

上述共享的信息，是指共享的接收端电参数和发射端电参数，在下文中，由于发射端调节参数受到接收端电参数的影响，可能会将共享的信息描述成“第一交互参数”，第一交互参数就是需要被发射端调节参数参考的接收端电参数。

上述多种控制器P的设置方式都是本申请可选的设置，其他能够实现对应功能的设置形式同样适用。而对于控制器P获取接收端电参数和发射端电参数的方式，本申请优选的采用采样器实现——接收端采样器R6和发射采样器T6。接收端采样器R6设置在接收端R，采集接收端R的接收端电参数，并发送给控制器P(或者上述的接收端控制器R7)；发射端采样器 T6设置在发射端T，采集发射端T的发射端电参数，并发送给控制器P(或者上述的发射端控制器T7)。

发射端可调单元为：发射端变换器T2和/或逆变器T3；接收端可调单元为：接收端整流变换器R2。为了方便说明，下文可能直接以发射端变换器T2、逆变器T3和接收端整流变换器R2进行说明。发射端可调单元和接收端可调单元简单理解就是输出数据可以调节。下文会详细说明具体的调节方法。

下面详细说明无线充电系统的结构，以及这些结构之间的工作关系。为了方便理解，下文会使用电动汽车的无线充电作为示例。

参见图1，一个较为完整的无线充电系统的发射端T和接收端R分别包括有多种零部件。发射端T包括供电电源T1、发射端变换器T2、逆变器 T3、发射端谐振网络T4和发射线圈T5；所述接收端R包括负载R1、接收端整流变换器R2、滤波器R3、接收端谐振网络R4和接收线圈R5。

对于电动汽车的无线充电来说，发射端T即为地端，接收端R即为车端。下文为了方便说明，也以电动汽车的无线充电为示例进行说明。

在发射端T中，供电电源T1一般是指充电中随时用的电源，可以是经过市政电网接入的电源。之后依次连接有发射端变换器T2、逆变器T3、发射端谐振网络T4和发射线圈T5。从供电电源T1输入交流电，通过发射端 T传输至接收端R，最终为负载R1(一般是电池)供电。发射端变换器T2 的输入与供电电源T1连接，发射端变换器T2的输出接入到逆变器T3的输入端，再经过发射端谐振网络T4后与发射线圈T5相连接。

接收端R的接收线圈R5与接收端谐振网络R4连接后，再与接收端整流变换器R2和滤波器R3相连接，滤波器R3与负载R1连接。

输入的交流电经过发射端变换器T2内部电路及功率因数调整后由交流电转换为直流电(整流器实现，发射端变换器T2除了整流器，还有整流后的直流电进行调整的变换器，具体的下文会进行说明)，直流电经过逆变器T3转换成高频交流电，输入到发射端谐振网络T4和发射线圈T5产生交变的磁场，车载的接收线圈R5感应到磁场后产生感应交流电，交流电传输到接收端整流变换器R2和滤波器R3后转换为直流电，再传送给负载R1，为负载R1充电。

以上是无线充电中的基础结构，当然还包括上述的接收端采样器R6 等。根据不同的实施方式，可以设置控制器P，或者设置独立的接收端控制器R7和发射端控制器T7，当然包括对应的通讯器，即上述的接收端通信器R8和发射端通信器T8。另外，控制器P(或者接收端控制器R7和发射端控制器T7)要实现一定的计算功能，根据接收端电参数和发射端电参数计算对应的调节参数，因此还要具备计算单元C

下面对上述的各部件，分为发射端T和接收端R两部分说明。为了说明的方便，下面的说明将控制器P以独立的接收端控制器R7和发射端控制器T7进行说明。而对于其他实施方式——使用一个控制器P的方式，以下形式并不与之冲突，出于方便理解的考虑，可以将接收端控制器R7和发射端控制器T7理解成控制器P的组成部分，但这并不意味对控制器P组成的限制。

先说明接收端R的器件：

接收端采样器R6，用于采集接收端R的接收端电参数。该接收端采样器R6采集的数据，也就是接收端电参数的数据，至少包括负载R1的充电电压U1和负载R1的充电电流I1。其采样的位置，一般是固定的，充电电压U1采集点为滤波器R3前，充电电流I1为滤波器R3后。这里的充电电压U1和充电电流I1为负载当前进行充电工作时的电参数。除此以外，该接收端采样器R6采集的数据还可能包括接收线圈R5的接收电流I5，其采样位置可以是接收端谐振网络R4后。

接收端控制器R7(或者其他实施例中使用控制器P)，联通于接收端采样器R6，获取接收端电参数，并结合给定电参数生成：接收端调节参数。给定电参数包括：给负载R1充电时的给定电压Up和负载R1充电时的给定电流Ip，也就是负载R1在进行充电时，额定的电压和电流。满足该电压和电流要求时，充电效率和充电安全处于最优状态。还会有预制频率和预制相位，他们是保证发射线圈T5和接收线圈R5能够高效工作的保证。

接收端控制器R7具有计算单元C，用于将上述的各个参数整合计算，这里的计算不限于加减乘除、积分、比例、微分的常规数学计算，还包括分配估值、分配数值等经验运算，该经验运算可以是人工设定，也可以是接收端控制器R7根据数据库自动学习更新。除了运算以外，接收端控制器 R7还有控制功能，主要是将接收端调节参数发送到指定单位，使其按照接收端调节参数的相关要求工作。接收端驱动器R9可以是接收端控制器R7 的一部分，可以将上述控制理解为接收端控制器R7完成；接收端驱动器 R9也可以是独立设置，接收端控制器R7通过接收端驱动器R9的辅助完成控制——接收端控制器R7和接收端驱动器R9联通，使接收端驱动器R9获取接收端控制器R7提供的接收端调节参数，再通过该接收端调节参数控制对应的部件。在接收端R，接收端可调单元主要是接收端整流变换器R2，接收端整流变换器R2根据不同的实施例，和接收端控制器R7(和接收端控制器R7连接，是因为接收端驱动器R9可以是接收端控制器R7的组成部分。)或者接收端驱动器R9联通，获得接收端调节参数，并以此工作。接收端驱动器R9起到驱动的作用。

需要注意，上述的接收端调节参数包括多种调节的信息。或者说，对于多种需要调节的参数，都包括在该接收端调节参数中。如下文会提到的，通过充电电压U1、充电电流I1和给定电压Up、给定电流Ip之间可以计算接收端调节参数。通过接收线圈R5的接收电流I5得到对应的接收相位和接收频率，接收相位和预制相位得到接收端调节参数，接收频率和预制频率也能得到接收端调节参数。从上述可以知晓，这接收端调节参数可以用来调节电流、电压、相位和频率，通过不同的数据计算，可以得到多个调节参数，他们对应对于不同的调节对象使用。

接收端通信器R8与接收端控制器R7联通。用于至少将需要共享的信息进行传递共享。将这些共享的参数，称为第一交互参数两个通信器共享第一交互参数。需要注意，第一交互参数除了包括接收端电参数外，还可以包括经过处理、运算或调制后的电参数，可能与接收端电参数不同，但是包括了对应的处理、运算或调制结果，能够供控制器P或发射端控制器 T7读取使用(下文关于调节方法中，会说明第一交互参数经过处理、运算或调制后时所使用的参数内容)。第一交互参数可以在接收端控制器R7一侧计算，并发送到发射端控制器T7，也可也是将对应的接收端电参数发送到发射端控制器T7，发射端控制器T7自行计算第一交互参数。当然，在使用控制器P时不用区分。

下面说明发射端T的器件：

发射端采样器T6，用于采集发射端T的发射端电参数。发射端采样器 T6采集的数据至少包括逆变器T3的输出电流I 3、逆变器T3输入电压U3、发射端变换器T2的输入电压U2和发射端变换器T2的输入电流I2。其采样的位置，一般也是固定的，在逆变器T3和发射端谐振网络T4之间的输出电流I3，逆变器T3前的输入电压U3，发射端变换器T2和供电电源T1 之间的输入电压U2(也就是发射端变换器T2的输入电压U2)和输入电流 I2。

发射端控制器T7，联通于发射端采样器T6，获取发射端电参数，并结合第一交互参数生成：发射端调节参数。这里的第一交互参数由接收端通信器R8和发射端通信器T8传递，发射端通信器T8联通于发射端控制器 T7，将第一交互参数发送至发射端控制器T7。

发射端控制器T7同样也具有计算单元C，其工作原理和上述接收端控制器R7具有计算单元C相同，但基于不同的调节对象，二者的计算过程和采用的数据不同，计算的结果也是针对不同的调节对象。

发射端控制器T7可以将发射端调节参数发送到指定单位，使其按照发射调节参数的相关要求工作。该控制可以是发射端控制器T7直接完成(即直接将发射端调节参数发送到被调节的目标，这种情形中，发射端驱动器 T9可以是发射端控制器T7的组成部分)，也可以是发射端驱动器T9为独立的部件，控制功能通过例如发射端驱动器T9辅助完成——发射端控制器 T7和发射端驱动器T9联通，使发射端驱动器T9获取发射端控制器T7提供的发射端调节参数，再通过该发射端调节参数控制对应的部件。发射端驱动器T9可以是发射端控制器T7的组成部分。发射端驱动器T9起到驱动的作用，发射端调节参数是用来传递参数，因此其电流可以很微弱，该电流可能不足以驱动被调节的目标，因此需要发射端驱动器T9起到驱动功能 (接收端驱动器R9类似，请结合本段的说明，等同理解)。

另外，在发射端T除了发射端驱动器T9，还有发射端辅助驱动器T9a，其原理与发射端驱动器T9相同，只是具有不同的调节对象，其结构、工作方式、设置方式与发射端驱动器T9相同，因此不再赘述。

在发射端T，发射端可调节单元包括发射端变换器T2，当然还可以逆变器T3。因为二者被调节的内容不同，因此除了发射端驱动器T9，还可以具有发射端辅助驱动器T9a。发射端辅助驱动器T9a与发射端驱动器T9功能相同，二者使用在不同的调节对象上。发射端驱动器T9作用在发射端变换器T2上，可以调节输出的电压，发射端辅助驱动器T9a作用在逆变器 T3上，主要是调节交流电的相位。发射端辅助驱动器T9a与发射端驱动器 T9可以是一体结构，分别具有两个功能，也可是分别独立的两部分。发射端变换器T2和逆变器T3，根据不同的实施例，发射端变换器T2和发射端控制器T7或者发射端驱动器T9，逆变器T3和发射端控制器T7或者发射端辅助驱动器T9a联通，获得接收端调节参数，并以此工作。

上述的接收端驱动器R9和发射端驱动器T9(包括发射端辅助驱动器 T9a)优选的可以使用驱动电路实现。

如上述，接收端驱动器R9可以是接收端控制器R7的一部分，发射端驱动器T9和发射端辅助驱动器T9a可以是发射端控制器T7的一部分。除此以外，接收端驱动器R9还可以是被调节对象，如接收端整流变换器R2 的部分。发射端驱动器T9是发射端变换器T2的一部分，发射端辅助驱动器T9a是逆变器T3的一部分。也就是说，被调节的目标，自身包括了进行调节的驱动部分，收到对应的调节参数就可以进行调节工作。

发射端采样器T6和发射端控制器T7之间具有过滤器；接收端采样器 R6和接收端控制器R7之间也具有过滤器。对采集的电信号通过过滤器进行滤波后再分别发送给对应的采样器。过滤器还可以是集成在发射端采样器T6和发射端控制器T7上的，他们是发射端采样器T6和发射端控制器 T7的组成部分。无论哪种设置方式，过滤器都是对采样器采集到的参数进行过滤的。

发射端采样器T6和接收端采样器R6可以是独立的采样设备，也可以是采样电路。根据采集数据的种类，可以分为电流采样和电压采样。

通过上述可以知晓，发射端变换器T2、接收端整流变换器R2和逆变器T3都是可调节的。优选的，逆变器T3是将输入的直流电转换成交流电的DC-AC变换器。发射端变换器T2和接收端整流变换器R2是将输入的交流电转换为固定或可调电压的直流电的AC-DC变换器。

发射端变换器T2除包括将交流转换为直流的整流器外，还包括一个直流变换器。整流器可以采用整流电路实现；直流变换器，可以通过整流变换电路实现(DC-DC电路)，DC-DC电路可由BUCK电路和BOOST电路单独或组合形成的升/降压电路，通过DC-DC电路可实现发射端变换器T2的输出电压调节，也就是逆变器T3输入电压U3的调节。这里提到的BUCK电路和BOOST电路可以是经由发射端控制器T7(或发射端驱动器T9)的调节，实现电压升降变化。

接收端整流变换器R2采用有源可控整流方式，内部带有一个BUCK电路和BOOST电路单独或组合形成的升/降压电路。这里提到的BUCK电路和 BOOST电路可以是经由接收端控制器R7(或接收端驱动器R9)的调节，实现电压升降变化。

逆变器T3、发射端变换器T2、接收端整流变换器R2实现直流电和交流电之间的变化，变化过程受到驱动信号控制，也就是接收端控制器R7(或接收端驱动器R9)、发射端控制器T7(或发射端驱动器T9)发出的控制信号，该控制信号可以直接采用上述的接收端调节参数或发射端调节参数，也可以经过处理，包括接收端调节参数或发射端调节参数所含内容的信号，如PWM脉冲信号，经接收端驱动器R9或发射端驱动器T9，输入到对应的端口。

本申请的无线充电系统在发射端T和接收端R分别都具有调节的装置——发射端控制器T7(或发射端驱动器T9)和接收端控制器R7(或接收端驱动器R9)。接收端R可以自行调节，同时，会将第一交互参数发送给发射端T，接收端R结合第一交互参数对自身的电参数调节。双侧共同调节，可以使参数稳定的趋近于目标。

因为双侧都在进行调节，因此对双侧通信的时效性要求就可以降低，即使发射端T的调节滞后，也可以通过接收端R的调节弥补。也就是说接收端通信器R8和发射端通信器T8之间的通讯可以具有间隔性，即使该通信中断一段时间，也不影响调节的整体工作。

本系统采用发射端和接收端独立闭环控制的方式，而取消了单侧控制通过通信反馈信号实现闭环控制，相比较于单侧调节，双侧调节的安全性能也更高。例如单侧调节中，一旦出现故障，也会导致危险发生，例如发射端调节故障使功率突然变大，发射端T和接收端R之间的通信没有实时反馈，就影响了接收端的充电安全。又例如接收端调节故障，而发射端又无法因此停止工作，也会导致危险发生。双侧调节则可以避免，一侧调节出现故障，另一侧的调节依旧可以使无线充电工作，至少能够维持故障前的模式，避免瞬间的电参数变化带来的不良影响。

图3是一种优选的双侧无线充电系统电路拓扑结构的可选实施例。发射端谐振网络T4和接收端谐振网络R4都可以为LCC-LCC结构，为了方便说明，发射端谐振网络T4和接收端谐振网络R4统称为谐振网络，除非特殊说明，下面对谐振网络的说明，同时适用于发射端谐振网络T4和接收端谐振网络R4。同时，将发射线圈T5和接收线圈R5统称为线圈。

发射端谐振网络T4具有与发射线圈T5串联的发射端第一补偿电容TC1 和发射端补偿电感TL1，还有一个发射端第二补偿电容TC2与发射线圈T5 并联，该并联的发射端第二补偿电容TC2位于发射端第一补偿电容TC1和发射端补偿电感TL1之间。类似的，接收端谐振网络R4具有与接收线圈 R5串联的接收端第一补偿电容RC1和接收端补偿电感RL1，还有一个接收端第二补偿电容RC2与接收线圈R5并联，该并联的接收端第二补偿电容RC2位于接收端第一补偿电容RC1和接收端补偿电感RL1之间。

上述提到的发射端第一补偿电容TC1、发射端第二补偿电容TC2、发射端补偿电感TL1、接收端第一补偿电容RC1、接收端第二补偿电容RC2、接收端补偿电感RL1这些均可以采用固定值，具体数值通过线圈和谐振网络的参数决定，以使系统在额定输入电压条件下实现额定功率输出，并满足逆变器T3的工作条件。

接收端整流变换器R2为无桥Boost方案，如图3所示，电路中存在两个Boost升压变换器，各自在输入电压的半个周期内工作,当输入电流为正时，一组的二极管、开关管工作，和前级的电感起着Boost电压变换的作用，另一组的二极管、开关管处于反向截止状态；当输入电流为负时，则反之。

无线充电系统的调节通过双侧调节实现。对于双边LCC网络拓扑的无线充电系统，可以非常容易地获得接收端整流变换器R2的输入电流I4与逆变器T3的输出电压U4之间的关系：

I4＝U4*M/(j*ω*L1*L2)……公式1

逆变器T3的输出电压U4可以是如图3中AB两点之间采集的。M是发射线圈T5和接收线圈R5之间的互感值，L1是发射端谐振网络T4中发射端补偿电感TL1的电感值，L2为接收端谐振网络R4中接收端补偿电感RL1 的电感值，ω为谐振频率。

由上公式1可以看出，对于确定的无线充电系统，即接收端补偿电感 RL1、发射端补偿电感TL1、谐振频率、发射线圈T5和接收线圈R5的互感 M已经固定的情况下，接收端整流变换器R2的输入电流I4的值由逆变器 T3的输出电压U3确定，而电压U3取决于逆变器T3的输入电压U3，也就是通过调整发射端变换器T2的输出电压就可以控制接收端整流器变换器 R2的输入电流I4，也就可以实现对充电功率的调节。

基于双边LCC补偿拓扑特性，接收端整流变换器R2的输入可以看做一个压控恒流源,那么通过控制接收端整流变换器R2，就可以进一步控制充电的电压和电流。

对于无线充电系统来说，一般还具有上位控制系统，其整体控制着发射端T或接收端R的工作，例如上述的给定参数，就可以由上位控制系统提供。并且至少在充电电压U1和充电电流I1的采样值超过阈值时，可以控制停止充电。该上位控制可以是独立设置的，也可也将各个功能分别加载到发射端控制器T7或接收端控制器R7上。

下面，结合上述无线充电系统，说明本申请无线充电调节方法。对于在上述无线充电系统中提到的一些方法，例如使用BUCK电路和BOOST电路实现升/降压等，均可以应用在下述的方法中。

本申请的无线充电调节方法包括：获取发射端电参数和接收端电参数，并结合给定参数，对发射端可调单元进行控制，以使其调节输出的发射端电参数，还对接收端可调单元进行控制，以使其调节输出的接收端电参数。

具体的，包括获取接收端R的接收端电参数，并结合给定电参数生成：接收端调节参数，根据接收端调节参数调节接收端可调单元输出的电参数；获取发射端T的发射端电参数，并结合部分或全部所述接收端电参数，生成发射端调节参数，根据发射端调节参数调节发射端可调单元输出的电参数。这里结合部分或全部所述接收端电参数就是使用第一交互参数。为了方便理解，将接收端R和发射端T分别进行说明。

结合上述无线充电系统中的零部件，对接收端R的调节方法进行说明，这里引入接收端R的各个部件作为执行方法的主体是为了方便理解，并不说明该方法只能通过上述无线充电系统所说明的结构进行实施。其他能够应用该方法，实现无线充电调节的系统，也在本申请的保护范围内。

调节方法主要包括：响应于接收端调节参数，使接收端可调单元调节输出的电参数；响应于发射端调节参数，使发射端可调单元调节输出的电参数；且发射端调节参数与接收端R的接收端电参数相关。

具体的可以是通过接收端采样器R6，获取接收端R的接收端电参数，结合上述说明，这些电参数可以包括的内容已经知晓，不再赘述。接收端控制器R7将接收端电参数和给定电参数进行运算，生成接收端调节参数，在一些实施方式中还生成第一交互参数。接收端调节参数通过接收端控制器R7或者接收端驱动器R9作用到接收端可调单元上(接收端整流变换器 R2上)，使其输出的电压和电流等电参数发生对应的调整。这些调整后的电压和电流作为新的充电电压U1和充电电流I1，用于负载R1，同时也会被再次采集，形成逐步的闭环调节，使无线充电的过程更平稳高效。

基于上述接收端R说明发射端T的调节方式。发射端T通过发射端采样器T6获取发射端电参数，发射端控制器T7将发射端电参数和第一交互参数进行运算，生成发射端调节参数。发射端控制器T7或者发射端驱动器 T9根据发射端调节参数，对发射端可调单元进行调节。发射端可调单元主要是发射端变换器T2，也可以包括逆变器T3。在发射端T，对发射端变换器T2的调节能影响其输出的电压，也就是逆变器T3的输入电压U3，对逆变器T3的调节能够影响其输出电流I3，这就直接影响了发射线圈T5的工作。可见，逆变器T3除了受到发射端控制器T7或者发射端驱动器T9的调节控制之外，发射端变换器T2的调节结果，也会对其造成影响。不过这些都应该是发射端控制器T7运算后的结果，都属于可控范围，也就是说发射端控制器T7运算的结果，包括了上述两个对逆变器T3的影响，对逆变器 T3的调节是将两个影响综合后得出的。对于调节的结果，逆变器T3的输出电流I3还会被继续采集，也形成类似闭环调节调节，当然这里的调节受到了第一交互参数的影响，因此与上述接收端R的闭环调节还有所差异。

下面说明接收端调节参数的生成方法。接收端调节参数可以包括多种，以对应调节不同的电参数，如电压、频率等。本申请的方法中，使用至少一种接收端调节参数。

下面说明三种优选的接收端调节参数。

第一种：

获取负载R1的充电电压U1、负载R1的充电电流I1、给负载R1充电时的给定电压Up和负载R1充电时的给定电流Ip。

将充电电压U1和给定电压Up经计算得到电压差异参数，将电压差异参数和给定电流Ip经计算得到电流预估参数，将上述电流预估参数和所述充电电流I1经计算得到接收端调节参数。

第二种：

获取接收线圈R5的接收电流I5，并得到对应的接收相位；将接收相位和预制相位经计算得到接收端调节参数。

第三种：

获取接收线圈R5的接收电流I5，并得到对应的接收频率；将接收频率和预制频率经计算得到接收端调节参数。

为了方便理解，以一种简单的运算关系展示上述第一种接收端调节参数的生成过程，需要注意，这里仅仅是为了方便了理解，并不限定该运算过程使用该运算方式。

将充电电压U1和给定电压Up经计算得到电压差异参数，可以将电压差异参数定义为：

将电压差异参数和给定电流Ip经计算得到电流预估参数，可以将电流预估参数定义为：

将上述电流预估参数和所述充电电流I1经计算得到接收端调节参数，可以将调节参数定义为：

以上公式2到公式4，仅仅作为方便了理解的举例，在实际的调节过程中，运算出调节参数需要考虑的内容更多，例如受到频率影响、受到环境温度影响、受到不同车型影响等等。这里的三个公式仅仅是为了方便理解，表明这些参数可以通过一定的运算得到结果，而具体的运算过程和运算使用的方法，都不用于限制本申请。对于其他运算方式，甚至可以根据不同的参数，进行查表比对，得出最终结构，都可以适用于本申请。

并且，上述三个公式仅示例运算过程，实际输出的结果应该是可以被识别的电信号，如PWM驱动信号。

上述的方式，是接收端调节参数的一部分内容，其实现了对电压和电流的调节。除此以外，接收端调节参数还可以对电流的相位和频率调节，以使接收线圈R5和发射线圈T5处于最优的谐振状态。

为了实现对相位和频率的调节，还需要获取接收线圈R5的接收电流 I5，对应的就可以获得该接收电流I5的接收相位和接收频率(接收相位指接收电流I5的相位，接收频率指接收电流I5的相位)。对于无线充电而言，具有预制相位和预制频率(可以属于给定参数的一部分)。将接收相位和预制相位经计算得到接收端调节参数；将接收频率和预制频率经计算得到接收端调节参数。

后两种接收端调节参数，可以用于接收端整流变换器R2，实现对电流的频率和相位的调整。除此以外，接收相位还可以作为第一交互参数供发射端使用；接收频率和预制频率还也可以作为第一交互参数使用。除此以外，上述三种接收端调节参数也可以作为第一交互参数使用。

第一交互参数也可以包括多个调节目标在内。例如将电压差异参数、电流差异参数作为第一交互参数。或者将相位差异参数、频率差异参数作为第一交互参数。又或者将电压差异参数、电流差异参数、相位差异参数、频率差异参数共同作为第一交互参数。上述的内容可以直接作为第一交互参数使用，也可以经过整合之后再作为第一交互参数，整合包括了运算、处理等方式。

应用中，根据所需要调节的对象不同，第一交互参数的生成模式也可是上述几种不同的获得方式。类似的，关于第一交互参数、发射端调节参数也可通过运算得出，在此不再进行赘述，无论是第一交互参数、发射端调节参数还是接收端调节参数的运算，都还需要考虑其他因素，具体运算和如何调节，应该以实际应用中的需求决定。

接收端驱动器R9(也可以是接收端控制器R7自身)根据接收端调节参数进行控制，如上述，该接收端调节参数可能是PWM驱动信号，其可以包括PWM驱动信号的占空比或移相角，控制接收端整流变换器R2工作，例如控制开关管和二极管的通断，从而调整接收端整流变换器R2的输出电压和输出电流以满足指令值。

在发射端T，发射端控制器T7将发射端电参数和接收到的第一交互参数进行运算，生成发射端调节参数。发射端驱动器T9(也可以是发射端控制器T7自身)根据发射端调节参数进行控制，如上述使用PWM驱动信号，包括了PWM驱动信号的占空比或移相角。

发射端T调节的目标可能有发射端变换器T2和逆变器T3两个。因此 PWM驱动信号可能具有两部分，以实现对两部分的控制。对于这两个被控制的部件，可以都连接在同一个发射端控制器T7上。

两部分中，一部分是调节发射端变换器T的输出电压也就是逆变器T3 输入电压U3，相当于调节了逆变器T3的输出电流I3。调节逆变器T3的输入电压U3控制逆变器T3的输出电流I3，从而获得向接收端整流变换器R2 所需的输入电流I4，最终实现向负载R1提供所需的电能。这部分经过接收线圈R5接收到的电能，还会在接收端R进行调节，并通过接收端通信器 R8和发射端通信器T8反馈到发射端T。

逆变器T3的作用是将输入的直流电转换高频的交流电输入到发射线圈T5，这就会影响接收端R的电参数，使其变化，接收端采样器R6可以采集到该变化，进而可以使接收端控制器R7在第一交互信号中，加入对该变化调节或者保持的内容，通过双侧的交互，提供给发射端T，最终PWM 驱动信号能够使相位调整到同步或相匹配的状态，如使接收线圈R5电流I5超前发射线圈T5输出的电流(等同于逆变器T3的输出电流I3)90°，使发射端T和接收端R都处于谐振状态。

发射端变换器T2和逆变器T3的PWM驱动信号有频率调节、占空比调节和移相调节等方式，其中对于大功率无线充电频率调节，即变频控制可能会产生较强的电磁干扰，可以根据不同的应用场景，限制频率调节的使用。而对于固定频率控制，也就是不对频率调节，或者是在规定的频率范围内阶跃式调节，但一直保持稳定，因为线圈(发射线圈T5和接收线圈 R5)内产生的传输电能的交变电磁场的工作频率与发射端变换器T2、逆变器T3的PWM驱动信号的频率相关，调整供给发射端驱动器T9、发射端辅助驱动器T9a(接收端控制器R7)控制信号的脉冲频率，可以保持工作频率的稳定。脉冲频率可以使发射端调节参数中包括的内容。

这种频率的固定，并不需要在充电过程中一直保持在一个固定值，可以当因系统参数的变化导致谐振点偏移时，调整到合适的工作频率后再固定下来，在保持系统的稳定的同时而不产生很强的电磁干扰。

接收端通信器R8和发射端通信器T8可以实时通信，进行调节。但是非实时通信同样可以应用于本申请，本申请并不依赖时时通信完成调节，对于实效性的要求不高，即使二者通信间隔较大时，任意一侧可以通过自身的调节使电参数满足充电需要。

接收端通信器R8和发射端通信器T8可以采用蓝牙、WIFI、NFC、射频信号等方式实现信息的传递。或者，二者也使用线圈，通过电磁效应进行信号传递，不过需要保证其工作频率不与无线充电的频率干扰。

另外，本申请的上位控制系统，还会有自身的控制方法，该控制方法可以监控上述无线充电调节方法，在调节方法失效，导致电参数超过阈值，可以强制结束充电过程。上位控制系统的控制方法本申请不做赘述，其原则是保证充电系统的稳定安全的工作。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无线充电系统，包括发射端(T)和接收端(R)，其特征在于，

所述发射端(T)具有发射端可调单元；

所述接收端(R)具有接收端可调单元；

所述无线充电系统还包括：

控制器(P)，分别联通于所述发射端可调单元和所述接收端可调单元，分别获取发射端电参数和接收端电参数，以控制所述发射端可调单元对输出的发射端电参数进行调节，以及控制所述接收端可调单元输出的接收端电参数进行调节。

2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，

所述控制器(P)设置在所述发射端(T)；或者，

所述控制器(P)设置在所述接收端(R)；或者，

所述控制器(P)为服务器、共用服务器、云服务器中的一种，通过无线信号了连接，独立于所述发射端(T)和所述接收端(R)设置。

3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，

所述控制器(P)分为两部分：

一部分为发射端控制器(T7)，设置在所述发射端(T)，获取发射端电参数，以及控制所述发射端可调单元；

另一部分为接收端控制器(R7)，设置在所述接收端(R)，获取接收端电参数，以及控制接收端可调单元；

所述发射端控制器(T7)和所述接收端控制器(R7)共享全部或者部分所述接收端电参数。

4.根据权利要求1-3所述的无线充电系统，其特征在于，

所述接收端(R)还包括：接收端采样器(R6)，用于采集所述接收端(R)的接收端电参数，并发送给所述控制器(P)；

所述发射端(T)还包括：发射端采样器(T6)，用于采集所述发射端(T)的发射端电参数并发送给所述控制器(P)。

5.根据权利要求1-3任一项所述的无线充电系统，其特征在于，

所述接收端电参数包括：负载(R1)的充电电压(U1)、所述负载(R1)的充电电流(I1)和接收线圈(R5)的接收电流(I5)中的至少一个；

所述发射端电参数包括:逆变器(T3)的输出电流(I3)、所述逆变器(T3)输入电压(U3)、发射端变换器(T2)的输入电压(U2)和发射端变换器(T2)的输入电流(I2)中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，

所述发射端可调单元包括：发射端变换器(T2)和/或逆变器(T3)；

所述发射端(T)还包括：供电电源(T1)、发射端谐振网络(T4)和发射线圈(T5)；

所述接收端可调单元包括：接收端变换器(R2)；

所述接收端(R)还包括：负载(R1)、滤波器(R3)、接收端谐振网络(R4)和接收线圈(R5)。

7.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，

所述接收端(R)还包括接收端驱动器(R9)，与所述控制器(P)联通，通过所述控制器(P)的控制，驱动所述接收端可调单元对输出的接收端电参数进行调节；

所述发射端(T)还包括发射端驱动器(R9)，与所述控制器(P)联通，通过所述控制器(P)的控制，驱动所述发射端可调单元对输出的发射端电参数进行调节。

8.一种用于权利要求1-7任一种无线充电系统的无线充电调节方法，其特征在于，包括：

获取发射端电参数和接收端电参数，并结合给定参数，对发射端可调单元进行控制，以使其调节输出的发射端电参数，还对接收端可调单元进行控制，以使其调节输出的接收端电参数。

9.根据权利要求8所述的无线充电调节方法，其特征在于，

获取接收端(R)的接收端电参数，并结合给定电参数生成：接收端调节参数，响应于接收端调节参数，使接收端可调单元调节输出的电参数，以实现调节接收端电参数；

获取发射端(T)的发射端电参数，并结合部分或全部所述接收端电参数，生成发射端调节参数，响应于发射端调节参数，使发射端可调单元调节输出的电参数，以实现调节所述发射端电参数。

10.根据权利要求9所述的无线充电调节方法，其特征在于，

所述接收端调节参数至少包括以下三种中的一种；

其中第一种所述接收端调节参数的获取方法为：

获取负载(R1)的充电电压(U1)、负载(R1)的充电电流(I1)、给所述负载(R1)充电时的给定电压(Up)和所述负载(R1)充电时的给定电流(Ip)；将充电电压(U1)和给定电压(Up)经计算得到电压差异参数，将所述电压差异参数和所述给定电流(Ip)经计算得到电流预估参数，将上述电流预估参数和所述充电电流(I1)经计算得到接收端调节参数；

其中第二种所述接收端调节参数的获取方法为：

获取接收线圈(R5)的接收电流(I5)，并得到对应的接收相位；将接收相位和预制相位经计算得到接收端调节参数；

其中第三种所述接收端调节参数的获取方法为：

获取接收线圈(R5)的接收电流(I5)，并得到对应的接收频率；将接收频率和预制频率经计算得到接收端调节参数。

Images