CN209748274U - 充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种充电系统，该充电系统包括发射装置、接收装置和检测装置，所述发射装置包括发射线圈，所述接收装置包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈磁耦合，所述检测装置包括自激励振荡电路和电压检测模块，所述自激励振荡电路包括振荡电感，所述振荡电感设于所述发射线圈与所述接收线圈之间，所述电压检测模块并联于所述振荡电感的两端。本实用新型方案旨在及时检测出充电线圈之间的金属异物，提高充电系统使用过程的安全性。

Description

充电系统

技术领域

本实用新型涉及无线充电技术领域，特别涉及一种充电系统。

背景技术

随着社会发展，能源问题越来越受到重视，电能受到大力的支持和推广。其中，无线充电由于其使用的便利性而得到广泛的应用。

然而，在无线充电过程中，尤其是充电过程产生很强的交变磁场时(如电动汽车的无线充电)，若发射线圈和接收线圈之间存在金属异物，金属异物产生感应电动势会使异物的温度上升，严重时会引起火灾。因此，若不能即时发现发射线圈与接收线圈之间的金属异物，便会出现安全事故。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种充电系统，旨在及时检测出充电线圈之间的金属异物，提高充电系统使用过程的安全性。

为实现上述目的，本实用新型提出的一种充电系统，包括：

发射装置，所述发射装置包括发射线圈；

接收装置，所述接收装置包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈磁耦合；

检测装置，包括自激励振荡电路和电压检测模块，所述自激励振荡电路包括振荡电感，所述振荡电感设于所述发射线圈与所述接收线圈之间，所述电压检测模块与所述振荡电感并联。

可选地，所述振荡电感由至少一个线圈组形成，所述线圈组包括两个大小相同且绕向相反的子线圈，所述发射装置与所述接收装置之间磁耦合所产生磁场的磁力线穿过各所述子线圈。

可选地，所述电压检测模块具有数据输出端；

所述发射装置还包括供电电路和控制器，所述供电电路与所述发射线圈连接，所述控制器与所述供电电路连接，所述控制器与所述数据输出端连接，

其中，所述控制器接收所述数据输出端输出的数据，发送断开信号至所述供电电路。

可选地，所述发射装置还包括报警器，所述控制器与所述报警器连接，所述控制器接收所述数据输出端输出的数据，发送报警信号至所述报警器。

可选地，所述自激励振荡电路为电容三点式振荡电路。

可选地，所述电容三点式振荡电路还包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、三极管和直流电源；

所述第一电容的一端与所述第二电容的一端连接后与所述第一电阻的一端、所述直流电源的负极连接，所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极连接，所述第一电容的另一端和所述第二电容的另一端分别连接于所述振荡电感的两端，所述振荡电感的一端与所述第三电容的一端连接，所述振荡电感的另一端与所述三极管的集电极连接，所述第三电容的另一端与所述三极管的基极连接；

所述第二电阻的一端与所述三极管的集电极连接，所述第二电阻的另一端与所述直流电源的正极连接，所述第三电阻的一端与所述三极管的基极连接，所述第三电阻的另一端与所述直流电源的正极连接，所述第四电阻的一端与所述三极管的基极连接，所述第四电阻的另一端与所述直流电源的负极连接。

可选地，所述自激励振荡电路还包括第四电容，所述第四电容与所述第一电阻并联。

可选地，所述自激励振荡电路还包括第五电容，所述第一电容与所述第二电容非连接的一端分别连接于所述第五电容与所述振荡电感串接后的两端。

可选地，所述发射线圈安装于地表，所述接收装置安装于车辆，所述接收线圈设于车辆底部、且与所述车辆的电池电连接。

可选地，所述振荡电感输出的振荡频率大于所述发射线圈与所述接收线圈之间磁耦合的振荡频率。

本实用新型技术方案通过在充电系统中增加检测装置，将检测装置中自激振荡电路的振荡线圈设置在磁耦合的发射线圈与接收线圈之间，在发射线圈与接收线圈之间存在金属异物时，金属异物在振荡线圈产生的交变电场中产生涡流损耗，改变了振荡线圈的等效阻抗和感抗，导致振荡线圈的输出电压产生变化，通过电压检测模块对振荡线圈的输出电压进行检测，在输出电压的幅值或频率大小变化时，便可检测出金属异物的存在，从而在出现事故前及时检测出两个充电线圈之间的金属异物，提高充电系统使用过程的安全性。其中，采用自激振荡电路无需外接交变电源，可产生较稳定的振荡电压，以提高金属异物检测的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型充电系统实施例的结构示意图；

图2为本实用新型检测装置的电路结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	发射装置	L	振荡电感
110	发射线圈	C1	第一电容
				120	控制器	C2	第二电容
130	供电电路	C3	第三电容
				140	报警器	C4	第四电容
200	接收装置	R1	第一电阻
				210	接收线圈	R2	第二电阻
300	检测装置	R3	第三电阻
				310	自激励振荡电路	R4	第四电阻
320	电压检测模块	VT	三极管
						Vin	直流电源

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

本实用新型提出一种充电系统，可应用于汽车、自动导航机器人等无线充电。

在本实用新型实施例中，参照图1，充电系统包括发射装置100、接收装置200和检测装置300。

发射装置100包括发射线圈110和供电电路130，接收装置200包括接收线圈210和电池。供电电路130与发射线圈110连接，供电电路130为发射线圈110输入交变电流，接收线圈210靠近发射线圈110且与发射线圈110间隔设置时，发射线圈110与接收线圈210之间磁耦合，发射线圈110产生的交变磁场作用下，接收线圈210产生充电电流，充电电流输入至与接收线圈210连接的电池中，从而实现对电池的无线充电。

检测装置300包括自激励振荡电路310和电压检测模块320，所述自激励振荡电路310包括振荡电感L，所述振荡电感L设于所述发射线圈110与所述接收线圈210之间，所述电压检测模块320与所述振荡电感L并联。自激励振荡电路310具体为自激励的LC振荡电路，自激励振荡电路310可具体包括电源模块和与电源模块连接的LC振荡模块，振荡电容与振荡电感L形成LC振荡模块，电源模块为振荡电容充电后，振荡电容与振荡电感L之间的谐振作用使振荡电感L中产生交变电流，从而在发射线圈110与接收线圈210之间形成交变磁场。当振荡电路所形成的交变磁场中不存在金属异物时，电压检测模块320所检测到的电压幅值或频率应为恒定值或恒定在一预设范围内，当振荡电路所形成的交变磁场中存在金属异物时，交变磁场使金属异物中产生涡流损耗，影响振荡电感L的谐振，从而导致电压检测模块320所检测到的电压幅值或频率偏离恒定值或超出预设范围。因此，通过电压检测模块320的检测数据，便可判断发射线圈110与接收线圈210之间是否存在金属异物。其中，LC振荡模块与电源模块之间形成有反馈电路，振荡电感L所输出的电压通过反馈电路重新输入至振荡电容的两端，形成自激励振荡电路310，无需设置交流电源，通过自激励振荡使振荡电感L产生稳定的输出电压，提高金属异物检测的准确性。

本实用新型技术方案通过在充电系统中增加检测装置300，将检测装置300中自激振荡电路的振荡线圈设置在磁耦合的发射线圈110与接收线圈210之间，在发射线圈110与接收线圈210之间存在金属异物时，金属异物在振荡线圈产生的交变电场中产生涡流损耗，改变了振荡线圈的等效阻抗和感抗，导致振荡线圈的输出电压产生变化，通过电压检测模块320对振荡线圈的输出电压进行检测，在输出电压的幅值或频率大小变化时，便可判定金属异物的存在，从而在事故发生前可及时检测出两个充电线圈之间的金属异物，提高充电系统使用过程的安全性。其中，采用自激振荡电路无需外接交变电源，可产生较稳定的振荡电压，以提高金属异物检测的准确性。

需要说明的是，无论发射装置100与接收装置200在充电过程还是非充电过程，均可使用检测装置300对发射线圈110与接收线圈210之间的金属异物进行检测。

进一步地，所述振荡电感L由至少一个线圈组形成，所述线圈组包括两个大小相同且绕向相反的子线圈，所述发射装置100与所述接收装置200之间磁耦合所产生磁场的磁力线穿过各所述子线圈。振荡电感L可采用偶数个子线圈连接而成，每两个子线圈形成一线圈组，一个线圈组中的两个子线圈面积、形状均相同但绕向相反，例如线圈组中的一线圈顺时针绕向，另一线圈沿时针绕向。当发射装置100与接收装置200处于充电过程中时，发射线圈110与接收线圈210之间产生磁场，振荡电感L以切割磁感线的状态放置于发射线圈110与接收线圈210之间，磁场的磁力线穿过各个子线圈，由于同一瞬间的线圈组中的两个子线圈中的磁通量相等，则所形成的感应电压大小相等、方向相反，从而使振荡电感L在充电磁场中的感应总电压为零。通过上述方式，可避免无线充电产生的磁场在振荡电感L中产生的感应电压影响电压检测模块320的检测数据而导致金属异物的误检测，有利于提高金属异物检测的准确性。

进一步的，所述电压检测模块320具有数据输出端；所述发射装置100还包括供电电路130和控制器120，所述供电电路130与所述发射线圈110连接，所述控制器120与所述供电电路130连接，所述控制器120与所述数据输出端连接，所述控制器120接收所述数据输出端输出的数据，发送断开信号至所述供电电路130。

此外，所述发射装置100还包括报警器140，所述控制器120与所述报警器140连接，所述控制器120接收所述数据输出端输出的数据，发送报警信号至所述报警器140。

控制器120可接收数据输出端的数据并进行处理和判断。控制器120依据数据判定振荡电感L的输出电压幅值或频率为恒定值或恒定在一预设范围内时，控制器120可不作响应或发送连通信号至供电电路130，供电电路130在接收到连通信号时与发射线圈110电连接，为发射线圈110输出交变电流，从而启动无线充电。控制器120依据数据判定振荡电感L的输出电压幅值或频率偏离恒定值或超出预设范围时，控制器120可发送报警信号至报警器140，以控制报警器140报警，提醒相关人员对金属异物进行排除，控制器120也可发送断开信号至供电电路130，供电电路130在接收到断开信号时与发射线圈110断开电连接，停止向发射线圈110输出交变电流，从而使无线充电停止。通过上述方式，可使充电系统在检测到金属异物时自动响应，避免金属异物带来的安全隐患，提高充电系统使用的安全性。

可选地，所述自激励振荡电路310为电容三点式振荡电路，以进一步电路工作的稳定性，从而提高金属异物检测的准确性。具体的，参照图2，所述电容三点式振荡电路除了振荡电感L还包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、三极管VT和直流电源Vin，所述第一电容C1的一端与所述第二电容C2的一端连接后与所述第一电阻R1的一端、所述直流电源Vin的负极连接，所述第一电阻R1的另一端与所述三极管VT的发射极连接，所述第一电容C1的另一端和所述第二电容C2的另一端分别连接于所述振荡电感的两端，所述振荡电感L的一端与所述第三电容C3的一端连接，所述振荡电感L的另一端与所述三极管VT的集电极连接，所述第三电容C3的另一端与所述三极管VT的基极连接，所述第二电阻R2的一端与所述三极管VT的集电极连接，所述第二电阻R2的另一端与所述直流电源Vin的正极连接，所述第三电阻R3的一端与所述三极管VT的基极连接，所述第三电阻R3的另一端与所述直流电源Vin的正极连接，所述第四电阻R4的一端与所述三极管VT的基极连接，所述第四电阻R4的另一端与所述直流电源Vin的负极连接。其中，振荡电感L与第一电容C1、第二电容C2形成振荡模块作为三极管VT放大器的负载，可输出具有一定频率和幅值的正弦波。三极管VT基极输入经过三极管VT放大后的输出电压经过第一电容C1和第二电容C2分压后施加在三极管VT的BE结之间形成正反馈。第一电阻R1、第三电阻R3和第四电阻R4的分压作用可构成直流稳定的偏流，第三电容C3为耦合电容，以控制三极管VT的导通，一方面可无损耗的反馈信号，另一方面隔断了直流，保证晶体管有合适的工作点。正反馈的电压可补充振荡模块损失的能量，以使振荡模块可稳定谐振，振荡电感L输出稳定的振荡电压。

进一步地，所述自激励振荡电路310还包括第四电容C4，所述第四电容C4与所述第一电阻R1并联。第四电容C4作为旁路电容可进行滤波，进一步提高振荡电感L输出的振荡电压的稳定性。

进一步地，所述自激励振荡电路310还包括第五电容，所述第一电容C1与所述第二电容C2非连接的一端分别连接于所述第五电容与所述振荡电感L串接后的两端。具体的，第五电容的一端与振荡电感L连接，所述第五电容的另一端分别与所述第二电容C2、所述第三电容C3连接。第五电容的设置，在发射装置100与接收装置200处于充电运行的过程中，即使充电磁场在振荡电流中产生感应电压，也可通过第五电容滤除，以提高金属异物检测的准确性。

进一步地，所述发射线圈110安装于地表，所述接收装置200安装于车辆，所述接收线圈210设于车辆底部、且与所述车辆的电池电连接。将充电系统应用于车辆的无线充电，有利于提高电动车充电时的安全性。

进一步地，所述振荡电感L输出的振荡频率大于所述发射线圈110与所述接收线圈210之间磁耦合的振荡频率。通过此方式，可有效避免充电磁场对振荡电感L输出电压的幅值或频率的影响，即使充电磁场在振荡电压中产生感应电压，所产生的感应电压影响也较小，进一步提高金属异物检测的准确性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电系统，其特征在于，包括：

发射装置，所述发射装置包括发射线圈；

接收装置，所述接收装置包括接收线圈，所述接收线圈与所述发射线圈磁耦合；

检测装置，包括自激励振荡电路和电压检测模块，所述自激励振荡电路包括振荡电感，所述振荡电感设于所述发射线圈与所述接收线圈之间，所述电压检测模块与所述振荡电感并联。

2.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述振荡电感由至少一个线圈组形成，所述线圈组包括两个大小相同且绕向相反的子线圈，所述发射装置与所述接收装置之间磁耦合所产生磁场的磁力线穿过各所述子线圈。

3.如权利要求1所述的充电系统，其特征在于，所述电压检测模块具有数据输出端；

所述发射装置还包括供电电路和控制器，所述供电电路与所述发射线圈连接，所述控制器与所述供电电路连接，所述控制器与所述数据输出端连接，

其中，所述控制器接收所述数据输出端输出的数据，发送断开信号至所述供电电路。

4.如权利要求3所述的充电系统，其特征在于，所述发射装置还包括报警器，所述控制器与所述报警器连接，所述控制器接收所述数据输出端输出的数据，发送报警信号至所述报警器。

5.如权利要求1至4中任一项所述的充电系统，其特征在于，所述自激励振荡电路为电容三点式振荡电路。

6.如权利要求5所述的充电系统，其特征在于，所述电容三点式振荡电路还包括第一电容、第二电容、第三电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、三极管和直流电源；

所述第一电容的一端与所述第二电容的一端连接后与所述第一电阻的一端、所述直流电源的负极连接，所述第一电阻的另一端与所述三极管的发射极连接，所述第一电容的另一端和所述第二电容的另一端分别连接于所述振荡电感的两端，所述振荡电感的一端与所述第三电容的一端连接，所述振荡电感的另一端与所述三极管的集电极连接，所述第三电容的另一端与所述三极管的基极连接；

所述第二电阻的一端与所述三极管的集电极连接，所述第二电阻的另一端与所述直流电源的正极连接，所述第三电阻的一端与所述三极管的基极连接，所述第三电阻的另一端与所述直流电源的正极连接，所述第四电阻的一端与所述三极管的基极连接，所述第四电阻的另一端与所述直流电源的负极连接。

7.如权利要求6所述的充电系统，其特征在于，所述自激励振荡电路还包括第四电容，所述第四电容与所述第一电阻并联。

8.如权利要求7所述的充电系统，其特征在于，所述自激励振荡电路还包括第五电容，所述第一电容与所述第二电容非连接的一端分别连接于所述第五电容与所述振荡电感串接后的两端。

9.如权利要求1至4中任一项所述的充电系统，其特征在于，所述发射线圈安装于地表，所述接收装置安装于车辆，所述接收线圈设于车辆底部、且与所述车辆的电池电连接。

10.如权利要求1至4中任一项所述的充电系统，其特征在于，所述振荡电感输出的振荡频率大于所述发射线圈与所述接收线圈之间磁耦合的振荡频率。