CN112928829A - 一种非接触电能传输装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种非接触电能传输装置及其控制方法，当所述电能接收端放置于所述电能发射端的空间磁场中时，将阻抗电路连接到电能接收端中，以使得所述电能发射端能够容易识别到所述电能接收端，所述非接触电能传输装置能够快速进入正常工作状态，之后，为了降低系统功率，在系统进入到正常工作状态后将所述阻抗电路从所述电能接收端中断开。本发明采用阻抗电路来增加电能接收端被电能发射端的感应度，以使得电能接收端检测容易并且系统功率损耗较小。

Description

一种非接触电能传输装置及其控制方法

本申请为申请号为201610599803.2，名称为“一种非接触电能传输装置及其控制方法”，申请日为2016年7月26日的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及无线技术领域，更具体地说，涉及一种非接触电能传输装置及其控制方法。

背景技术

磁共振式无线电能传输系统包括电能发射端和电能接收端，如图1所示，电能发射端包括DC-AC逆变器、原边谐振电容Cs、原边发射线圈Ls和MCU控制器1；电能接收端包括整流电路、副边谐振电容Cd、副边接收线圈Ld和MCU控制器2，MCU控制器1和MCU控制器2通过通信协议例如蓝牙协议建立通讯连接。电能发射端将输入端的电能转化为空间磁场以传输给电能接收端。

但是，在电能发射端的周围不一定存在接收装置，例如，在充电过程中，接收装置被突然移走，这时，MCU控制器1需要控制电能发射端进入休眠状态，这样可以减少损耗，提高待机效率；而另一方面接收装置可能被忽然放入电能发射端的充电区域，这时电能发射端需要立刻激活，进入能量传输状态，以给接收装置的负载例如电子设备供电。

当电能接收端放置于电能发射端的有效充电区域内时，电能发射端通过检测电能发射线圈的阻抗变化或者电能发射端的输入功率的增加来识别电能接收端。电能发射端识别对应的电能接收端后，MCU控制器1和MCU控制器2通过蓝牙通讯协议建立连接，MCU控制器1命令MCU控制器2使能输出输出电压Vout和输出电流Iout，给电子设备供电。同时在供电过程中，MCU控制器2实时地通过BLE蓝牙通讯反馈电压、电流、功率等信息给MCU控制器1，从而进入正常工作状态中。

但是，当电能接收端在有效充电区域内但耦合比较差的位置时，发射线圈阻抗的变化或者输入功率的变化不明显，这个变化量可能不足以识别到电能接收端；或者电能接收端是智能穿戴设备(如智能手表手环等)时，由于其电能接收线圈很小，引起的输入功率变化也是很小的，也有可能不被电能发射端识别。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了非接触电能传输装置及其控制方法，当接收装置放入电能发射端的空间磁场中，则连接阻抗电路以增加发射线圈阻抗的变化，从而使得电能发射端能够识别电能接收端的接入，系统能够进入正常工作状态。

依据本发明的一种非接触电能传输装置，包括电能发射端和电能接收端，所述电能发射端接收输入电能以转化为空间磁场供所述电能接收端使用；

所述电能接收端耦合所述空间磁场，经整流和电压转换后输出电压供给负载；

其中，所述电能接收端包括阻抗电路，当所述电能接收端放置于所述电能发射端的空间磁场中时，则将所述阻抗电路连接到电能接收端中。

进一步地，当所述电能发射端识别到所述电能接收端后，所述非接触电能传输装置进入正常工作状态，将所述阻抗电路从所述电能接收端中断开。

进一步地，所述电能接收端包括电能接收线圈、整流电路和直流-直流电压转换器，

所述整流电路和所述直流-直流电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后；

所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后，

或者是所述阻抗电路连接在所述整流电路之后所述直流-直流电压转换器之前，

并且，所述阻抗电路与所述整流电路或所述直流-直流电压转换器并联。

进一步地，所述阻抗电路包括串联的第一电阻和第一开关；

进一步地，所述电能接收端包括控制器，

所述控制器检测所述整流电路输出端的电压，当检测到所述输出端的电压大于阈值电压时，则所述控制器控制所述阻抗电路连接到所述电能接收端中。

优选地，当所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后时，

所述电能接收端包括还包括第二开关，所述第二开关连接在所述直流-直流电压转换器和负载之间。

依据本发明的一种非接触电能传输装置的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

检测所述非接触电能传输装置中电能接收端中整流电路输出端电压，当所述输出端电压大于阈值电压时，则所述电能接收端的控制器开始工作；

所述电能接收端的控制器控制阻抗电路连接到所述电能接收端中；

所述电能发射端识别电能接收端后，所述非接触电能传输装置进入正常工作状态；

所述电能接收端的控制器控制所述阻抗电路从所述电能接收端断开。

进一步地，所述电能接收端包括电能接收线圈、整流电路和直流-直流电压转换器，

所述整流电路和所述直流-直流电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后；

所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后，

或者是所述阻抗电路连接在所述整流电路之后所述直流-直流电压转换器之前，

并且，所述阻抗电路与所述整流电路或所述直流-直流电压转换器并联。

进一步地，所述阻抗电路包括串联的第一电阻和第一开关。

综上所述，依据本发明非接触电能传输装置及其控制方法，当所述电能接收端放置于所述电能发射端的空间磁场中时，将阻抗电路连接到电能接收端中，以使得所述电能发射端能够容易识别到所述电能接收端，所述非接触电能传输装置能够进入正常工作状态，之后，为了降低系统功率，在系统进入到正常工作状态后将所述阻抗电路从所述电能接收端中断开。

本发明的非接触电能传输装置及其控制方法通过阻抗电路为增强电能发射端对电能接收端的识别，由于电阻的消耗功率稳定，因此，原边的发射端容易进行检测；并且本发明可以合理选择阻抗电路的电阻阻值，让电阻上的电流小一些，那么与其串联的开关上的损耗也自然较小；最后，本发明的可以将阻抗电路连接在直流-直流电压转换器之后，这样，阻抗电路中的开关耐压会减小，可以选择低耐压的开关，节省成本。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1所示为现有技术中的非接触电能传输装置的电路图；

图2所示为依据本发明的非接触电能传输装置的电路图；

图3所示为图2中阻抗电路的一种具体实施方式；

图4所示为依据本发明的阻抗电路的另一种连接方式；

图5所示为依据本发明的非接触电能传输装置的控制方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明的一些优选实施例，但本发明不限于此。

参考图2，所示为依据本发明的非接触电能传输装置的电路图；如图2所示，本发明实施方式中，所述电能发射端与现有技术中相同，在此不再赘述，在下文中将直接引用；所述电能接收端包括副边接收线圈Ld、副边谐振电容Cd和依次连接在谐振电容Cd之后的整流电路和直流-直流电压变换器(如图2中简写为DC-DC变换器)。同样的，电能发射端包括MCU控制器1，电能接收端包括MCU控制器2，MCU控制器1用以控制电能发射端中DC-AC逆变器的开关动作，MCU控制器2用以控制电能接收端的整流电路和DC-DC变换器的开关动作，MCU控制器1和MCU控制器2通过通信协议如蓝牙协议建立通讯连接。

本发明实施方式中，所述电能接收端还包括阻抗电路，当所述电能接收端放置于所述电能发射端的空间磁场中时，则将所述阻抗电路连接到电能接收端中。之后，电能发射端对电能接收端进行识别确认，当所述电能发射端检测到所述电能接收端进入其空间磁场后，则电能接收端的MCU控制器1通过蓝牙通讯和电能接收端的MCU控制器2建立连接，MCU控制器2使能DC-DC变换器输出电压和输出电流，给负载电子设备供电。这样，所述非接触电能传输装置进入正常工作状态。

之后，当系统进入到正常工作中，MCU控制器2控制所述阻抗电路从所述电能接收端中断开。这是因为，如果正常工作过程中阻抗电路还连接在电能接收端，将会消耗额外的功率，当电能接收端输出电压给负载后，MCU控制器2控制阻抗电路断开，不会消耗额外的功率。

图2所述的实施例中，所述阻抗电路连接在所述DC-DC变换器之后，本领域技术人员可知，所述阻抗电路还可以连接在所述整流电路之后。并且，本实施例中，所述阻抗电路与所述整流电路或所述直流-直流电压转换器并联连接。

通过上述的电路可以看出，本发明实施例采用阻抗电路的方式来增加电能接收端放置到发射端磁场的感应度，可以让电能发射端快速识别接收装置，从而系统快速进入到正常工作状态。

参考图3为图2中阻抗电路的一种实现方式，本实施方式中，所述阻抗电路为串联的电阻R1和开关S1，实施串联的电阻R1和开关S1并联在所述DC-DC变换器的输出端。所述整流电路的输出端电压记为Vrect，所述DC-DC变换器的输出端电压记为Vout。

当电能接收端置于电能发射端的空间磁场(即有效充电区域)时，电能接收线圈开始感生出感应电压，整流电路的输出端电压Vrect开始上升，当输出端电压Vrect高于某一设定的阈值(如Vrect>Vth)时，MCU控制器2得到正常供电，MCU控制器2控制DC-DC变换器开始正常工作。但这时，电能发射端不一定能够感应到电能接收端的置入，因此，这时，MCU控制器2控制开关S1导通，那么电阻R1连接在DC-DC变换器的输出端，电阻R1上将消耗(Vout)2/R1的功耗，合理选择电阻R1的阻值，这个功耗也以容易地被电能发射端识别。从而使得电能发射端快速激活，进入能量传输状态，电能传输系统也能快速进入正常工作状态。

本实施方式中，所述电能接收端还包括开关S2，所述开关S2连接在所述DC-DC变换器和电子设备之间。

当电能发射端识别到电能接收端置入后，MCU控制器1通过蓝牙通讯开始和MCU控制器2建立连接。因为此时DC-DC变换器已经开始正常工作，MCU控制器2需要控制开关S2导通以给电子设备供电。同时，MCU控制器2需要控制开关S1关断，以减小电阻R1上额外的功率。

通过上述的实施例可以看出，本发明的阻抗电路通过电阻消耗功率来增加接收端的感应度，以使得原边的发射端能够快速识别到电能接收端的置入，从而迅速进入能量传输状态。从上述的过程可以看出，当副边加入阻抗电路后，副边的功率变化是(Uout)2/R，即功率的变化是固定的，这样，对于原边而言，其检测更加容易。其次，本实施方式中，阻抗电路采用电阻和开关的串联，通过设置合理的电阻阻值，让电阻上的电流小一些，那么与其串联的开关上的损耗也自然较小；最后，本实施中将阻抗电路连接在直流-直流电压转换器之后，由于直流-直流电压转换器的输出电压不会太大，阻抗电路中的开关耐压会减小，可以选择低耐压的开关，节省成本。

参考图4所示为依据本发明的阻抗电路的另一种连接方式，所述阻抗电路包括电阻R1和开关S1，所述阻抗电路连接在所述整流电路之后所述直流-直流电压转换器之前，并且，所述阻抗电路与所述整流电路并联连接。

同理，其工作过程为：当电能接收端置于电能发射端的有效充电区域时，电能接收线圈开始感生出感应电压，当整流电路的输出端电压Vrect高于某一设定的阈值(即Vrect>Vth)时，MCU控制器2得到正常供电，此时MCU控制器2控制阻抗电路中的开关S1导通，那么电阻R1连接在整流电路的输出端，电阻R1上将消耗(Vrect)2/R1的功耗，合理选择电阻R1的阻值，这个功耗也以容易地被电能发射端识别。从而使得电能发射端快速激活，进入能量传输状态，电能传输系统也能快速进入正常工作状态。

需要说明的是，上述实施例都是通过原边检测功率的变化来对电能接收端进行识别，本领域技术人员可知，电阻上的损耗也可以等效到电能发射线圈中的阻抗，电能发射端也可以通过检测发射线圈阻抗的变化，来识别这个电能接收端。

通过上述的对非接触电能传输装置的阐述，本发明的技术方案可以很好的实现在待机状态时，电能接收装置突然放置于发射端的充电区域时，通过阻抗电路的设置，发射端可以容易识别到接收端。并且，通过对阻抗电路的阻抗的合理选择，可以使得阻抗电路的损耗减小。

最后，本发明还提出了一种非接触电能传输装置的控制方法，包括以下步骤：

S501：检测所述非接触电能传输装置中电能接收端中整流电路输出端电压，当所述输出端电压大于阈值电压时，则所述电能接收端的控制器开始工作；

S502：所述电能接收端的控制器控制阻抗电路连接到所述电能接收端中；

S503：所述电能发射端识别电能接收端后，所述非接触电能传输装置进入正常工作状态；

S504：所述电能接收端的控制器控制所述阻抗电路从所述电能接收端断开。

进一步地，所述电能接收端包括电能接收线圈、整流电路和直流-直流电压转换器，

所述整流电路和所述直流-直流电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后；

所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后，

或者是所述阻抗电路连接在所述整流电路之后所述直流-直流电压转换器之前，

并且，所述阻抗电路与所述整流电路或所述直流-直流电压转换器并联。

进一步地，所述阻抗电路包括串联的第一电阻和第一开关。

以上对依据本发明的优选实施例的非接触电能传输装置及其控制方法进行了详尽描述，但关于该专利的电路和有益效果不应该被认为仅仅局限于上述所述的，公开的实施例和附图可以更好的理解本发明，因此，上述公开的实施例及说明书附图内容是为了更好的理解本发明，本发明保护并不限于限定本公开的范围，本领域普通技术人员对本发明实施例的替换、修改均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非接触电能传输装置，包括电能发射端和电能接收端，其特征在于，

所述电能发射端接收输入电能以转化为空间磁场供所述电能接收端使用；

所述电能接收端耦合所述空间磁场，经整流和电压转换后输出电压供给负载；

其中，所述电能接收端包括阻抗电路，当所述电能接收端放置于所述电能发射端的空间磁场中时，则将所述阻抗电路连接到电能接收端中。

2.根据权利要求1所述的非接触电能传输装置，其特征在于，当所述电能发射端识别到所述电能接收端后，所述非接触电能传输装置进入正常工作状态，将所述阻抗电路从所述电能接收端中断开。

3.根据权利要求1所述的非接触电能传输装置，其特征在于，所述电能接收端包括电能接收线圈、整流电路和直流-直流电压转换器，

所述整流电路和所述直流-直流电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后；

所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后，

或者是所述阻抗电路连接在所述整流电路之后所述直流-直流电压转换器之前，

并且，所述阻抗电路与所述整流电路或所述直流-直流电压转换器并联。

4.根据权利要求3所述的非接触电能传输装置，其特征在于，所述阻抗电路包括串联的第一电阻和第一开关。

5.根据权利要求3所述的非接触电能传输装置，其特征在于，所述电能接收端包括控制器，

所述控制器检测所述整流电路输出端的电压，当检测到所述输出端的电压大于阈值电压时，则所述控制器控制所述阻抗电路连接到所述电能接收端中。

6.根据权利要求3所述的非接触电能传输装置，其特征在于，

当所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后时，

所述电能接收端包括还包括第二开关，所述第二开关连接在所述直流-直流电压转换器和负载之间。

7.一种非接触电能传输装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

检测所述非接触电能传输装置中电能接收端中整流电路输出端电压，当所述输出端电压大于阈值电压时，则所述电能接收端的控制器开始工作；

所述电能接收端的控制器控制阻抗电路连接到所述电能接收端中；

所述电能发射端识别电能接收端后，所述非接触电能传输装置进入正常工作状态；

所述电能接收端的控制器控制所述阻抗电路从所述电能接收端断开。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述电能接收端包括电能接收线圈、整流电路和直流-直流电压转换器，

所述整流电路和所述直流-直流电压转换器依次连接在所述电能接收线圈之后；

所述阻抗电路连接在所述直流-直流电压转换器之后，

或者是所述阻抗电路连接在所述整流电路之后所述直流-直流电压转换器之前，

并且，所述阻抗电路与所述整流电路或所述直流-直流电压转换器并联。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述阻抗电路包括串联的第一电阻和第一开关。

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