JP2018522513A - Wireless battery charging system that maintains the desired voltage-current phase relationship by varying the frequency of the magnetic field - Google Patents
Wireless battery charging system that maintains the desired voltage-current phase relationship by varying the frequency of the magnetic field Download PDFInfo
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Abstract
充電システム(12)は、電池(14)などのエネルギー蓄積デバイス(14)を無線で充電するように構成される。この充電システム(12)は、交流電源(48)と電気的に通信し、かつエネルギー蓄積デバイス(14)に接続された車載トランスデューサ(20)に電磁的に結合される車外トランスデューサ(18)を備える。制御器(53)は、電力伝送器(16)内の可変周波数発振器(71)を調整し、それによって供給された電力の周波数を変化させる。充電システム(12)は、制御器(53)および車外トランスデューサ(18)と通信し、かつ電源(48)によって供給された交流電圧と交流電流の位相差を決定するように構成された位相検出回路(72)をさらに備える。制御器(53)は、供給された電力の周波数が所望の範囲内で位相差を維持するよう、位相差に基づいて可変周波数発振器(71)を調整するように構成される。
【選択図】図2The charging system (12) is configured to wirelessly charge an energy storage device (14), such as a battery (14). The charging system (12) includes an off-vehicle transducer (18) that is in electrical communication with an alternating current power source (48) and is electromagnetically coupled to an on-vehicle transducer (20) connected to an energy storage device (14). . The controller (53) adjusts the variable frequency oscillator (71) in the power transmitter (16), thereby changing the frequency of the supplied power. The charging system (12) communicates with the controller (53) and the off-vehicle transducer (18) and is configured to determine the phase difference between the AC voltage and the AC current supplied by the power source (48). (72) is further provided. The controller (53) is configured to adjust the variable frequency oscillator (71) based on the phase difference so that the frequency of the supplied power maintains the phase difference within a desired range.
[Selection] Figure 2
Description
[0001]本出願は、2015年5月11日に出願された米国特許出願第14/708,526号の特許協力条約第8条に基づく優先権の利益を主張するものであり、その開示全体は、これによって参照により本明細書に組み込まれる。 [0001] This application claims the benefit of priority under Section 8 of the US Patent Application No. 14 / 708,526 filed May 11, 2015, the entire disclosure of which is hereby incorporated by reference. Are hereby incorporated herein by reference.
[0002]本発明は、車両の電池を無線で充電するために用いられる充電システムに関し、より詳細には、磁場の周波数を変動させて所望の電圧−電流位相関係を維持するように構成された無線電池充電システムに関する。 [0002] The present invention relates to a charging system used to wirelessly charge a vehicle battery, and more particularly configured to vary a magnetic field frequency to maintain a desired voltage-current phase relationship. The present invention relates to a wireless battery charging system.
[0003]磁気的に結合され、物理的隔たりを越えて無線で電気エネルギーを伝達する車外トランスデューサと車載トランスデューサとを有する無線充電システムがよく知られている。さまざまな負荷、構成要素の公差、温度に起因して、車外トランスデューサと車載トランスデューサとの間の最適な磁気結合のための共振周波数は変動し得る。最高レベルの効率を維持するために、システムの最適な磁気結合を維持するための充電システムを動作させる方法が必要である。加えて、異なる業者によって構築された異なる共振周波数を有する車載トランスデューサとの無線充電システムの相互運用性は、各業者の車載トランスデューサがその業者の無線充電システムとのみ用いられることを必要としないように対処されることを必要とする。 [0003] Wireless charging systems are well known that include an out-of-vehicle transducer and an in-vehicle transducer that are magnetically coupled and transmit electrical energy wirelessly across physical distances. Due to various loads, component tolerances, and temperatures, the resonant frequency for optimal magnetic coupling between the off-vehicle transducer and the on-vehicle transducer can vary. In order to maintain the highest level of efficiency, there is a need for a way to operate the charging system to maintain optimal magnetic coupling of the system. In addition, the interoperability of wireless charging systems with in-vehicle transducers with different resonant frequencies built by different vendors does not require that each vendor's in-vehicle transducer be used only with that vendor's wireless charging system. Need to be dealt with.
[0004]本発明の一実施形態によれば、充電システムが提供される。この充電システムは、エネルギー蓄積デバイスを無線で充電するように構成される。充電システムは、交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器を含む電力伝送器と、可変周波数発振器を調整するように機能し、それによって供給された電力の周波数を変化させる制御器と、エネルギー蓄積デバイスと電気的に通信する車載トランスデューサに電磁的に結合されるように構成され、それによって車載トランスデューサにエネルギー蓄積デバイスを充電するための電力を捕捉させる、電力伝送器と電気的に通信する車外トランスデューサと、制御器および車外トランスデューサと通信し、交流電圧と交流電流の位相差を決定するように構成された位相検出回路とを備える。制御器は、供給された電力の周波数が所望の範囲内で位相差を維持するよう、位相差に基づいて可変周波数発振器を調整するように構成される。 [0004] According to one embodiment of the present invention, a charging system is provided. The charging system is configured to charge the energy storage device wirelessly. The charging system functions to regulate the variable frequency oscillator and a power transmitter including a variable frequency oscillator configured to supply power having alternating current, alternating voltage and frequency, and the power supplied thereby A power configured to be electromagnetically coupled to a frequency varying controller and an in-vehicle transducer in electrical communication with the energy storage device, thereby causing the in-vehicle transducer to capture power to charge the energy storage device An out-of-vehicle transducer in electrical communication with the transmitter and a phase detection circuit configured to communicate with the controller and the out-of-vehicle transducer and to determine a phase difference between the alternating voltage and the alternating current. The controller is configured to adjust the variable frequency oscillator based on the phase difference such that the frequency of the supplied power maintains the phase difference within a desired range.
[0005]制御器は、供給された電力の周波数が10キロヘルツ(kHz)から450kHzの周波数範囲内で掃引するよう、可変周波数発振器を調整するように構成されてよい。
[0006]充電システムは、制御器と電気的に通信する無線伝送器をさらに備えてもよい。この場合、車載トランスデューサは、捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路と電気的に通信する。この電力検出回路は、捕捉された電力の値を無線伝送器を介して制御器に無線で伝送するように構成された無線受信器と電気的に通信し、制御器は、捕捉された電力の値を供給された電力の値と比較することによって電力効率を決定するように構成される。制御器は、供給された電力の周波数が電力効率を最大にするように、電力効率に基づいて可変周波数発振器を調整するように構成される。
[0005] The controller may be configured to adjust the variable frequency oscillator such that the frequency of the supplied power sweeps within a frequency range of 10 kilohertz (kHz) to 450 kHz.
[0006] The charging system may further comprise a wireless transmitter in electrical communication with the controller. In this case, the in-vehicle transducer is in electrical communication with a power detection circuit configured to determine the value of the captured power. The power detection circuit is in electrical communication with a wireless receiver configured to wirelessly transmit the captured power value to the controller via a wireless transmitter, and the controller is configured to transmit the captured power value. The power efficiency is determined by comparing the value with the value of the supplied power. The controller is configured to adjust the variable frequency oscillator based on the power efficiency such that the frequency of the supplied power maximizes the power efficiency.
[0007]車載トランスデューサおよびエネルギー蓄積デバイスは、車両の内部に配置されてよい。車外トランスデューサおよび電力伝送器は、車両の外部に配置されてよい。別法として、車外トランスデューサおよび電力伝送器は、車両の内部に配置され得る。 [0007] The in-vehicle transducer and the energy storage device may be located inside the vehicle. The off-vehicle transducer and power transmitter may be located outside the vehicle. Alternatively, the off-vehicle transducer and power transmitter can be located inside the vehicle.
[0008]本発明の別の実施形態によれば、充電システムが提供される。この充電システムは、エネルギー蓄積デバイスを無線で充電するように構成される。充電システムは、交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器を含む電力伝送器と、可変周波数発振器を調整するように機能し、それによって供給された電力の周波数を変化させる制御器と、エネルギー蓄積デバイスと電気的に通信する車載トランスデューサに電磁的に結合されるように構成され、それによって車載トランスデューサにエネルギー蓄積デバイスを充電するための電力を捕捉させる、電力伝送器と電気的に通信する車外トランスデューサと、制御器と電気的に通信する無線伝送器とを備える。車載トランスデューサは、捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路と電気的に通信する。この電力検出回路は、捕捉された電力の値を無線伝送器を介して制御器に無線で伝送するように構成された無線受信器と電気的に通信する。制御器は、捕捉された電力の値を供給された電力の値と比較することによって電力効率を決定するように構成される。制御器は、供給された電力の周波数が電力効率を最大にするように、電力効率に基づいて可変周波数発振器を調整するように構成される。 [0008] According to another embodiment of the present invention, a charging system is provided. The charging system is configured to charge the energy storage device wirelessly. The charging system functions to regulate the variable frequency oscillator and a power transmitter including a variable frequency oscillator configured to supply power having alternating current, alternating voltage and frequency, and the power supplied thereby A power configured to be electromagnetically coupled to a frequency varying controller and an in-vehicle transducer in electrical communication with the energy storage device, thereby causing the in-vehicle transducer to capture power to charge the energy storage device An out-of-vehicle transducer in electrical communication with the transmitter and a wireless transmitter in electrical communication with the controller. The onboard transducer is in electrical communication with a power detection circuit configured to determine the value of the captured power. The power detection circuit is in electrical communication with a wireless receiver configured to wirelessly transmit the captured power value to the controller via the wireless transmitter. The controller is configured to determine power efficiency by comparing the captured power value with the supplied power value. The controller is configured to adjust the variable frequency oscillator based on the power efficiency such that the frequency of the supplied power maximizes the power efficiency.
[0009]背景部分で考察される主題は、単に背景部分におけるその言及の結果としての従来技術と考えられるべきでない。同様に、背景部分において言及され、または背景部分の主題と関連する問題は、従来技術において以前より認識されているものと考えられるべきでない。背景部分の主題は異なるアプローチを表すにすぎず、それら自体もまた、発明であり得る。 [0009] The subject matter discussed in the background portion should not be considered as prior art merely as a result of that reference in the background portion. Similarly, problems referred to in the background portion or associated with the subject matter of the background portion should not be considered as previously recognized in the prior art. The subject matter of the background part only represents a different approach, and can themselves be an invention.
[0010]本発明は、添付の図面を参照してさらに説明される。 [0010] The present invention will be further described with reference to the accompanying drawings.
[0016]無線充電システムの共振周波数は、負荷の変動、公差の積重ねによる電気的構成要素の性能の変動、温度の変動、構成要素の配置および方向の変動に起因して変動し得る。共振周波数の不整合は、車外トランスデューサがある特定の車載トランスデューサ用に周波数調整され、その後同一周波数または周波数範囲に調整されていない異なる車載トランスデューサと用いられる場合にも生じることがある。この種の変動は、無線充電システムの電力伝達効率を望ましくなく低下させることがある。電力伝達効率は、前述の変動に関して、車外トランスデューサの出力周波数を調整することによって効果的に管理および制御され得ることが判明している。 [0016] The resonant frequency of a wireless charging system may vary due to load variations, electrical component performance variations due to tolerance stackup, temperature variations, component placement and orientation variations. Resonant frequency mismatch can also occur when an out-of-vehicle transducer is frequency tuned for a particular vehicle-mounted transducer and then used with a different vehicle-mounted transducer that is not tuned to the same frequency or frequency range. This type of variation can undesirably reduce the power transfer efficiency of the wireless charging system. It has been found that power transfer efficiency can be effectively managed and controlled by adjusting the output frequency of the off-vehicle transducer with respect to the aforementioned variations.
[0017]車外トランスデューサに電力を供給する電力伝送器の出力周波数は、電力伝送器内に配置される可変周波数発振器(VFO)回路によって決定される。有利には、充電システム内のVFO回路は、車外トランスデューサによって生成される磁気エネルギーの周波数の調整を行って、車載トランスデューサの共振周波数により厳密に整合させる。有利なことに、VFO回路は、車外トランスデューサおよび車載トランスデューサの共振周波数が、製造公差、環境条件、および車外トランスデューサと車載トランスデューサとの誤整合(ミスアライメント、換言すれば、位置合わせの誤り)に対応するように調整されることを可能にする。VFO回路はまた、異なる仕様に合わせた異なる製造によって構築される車外トランスデューサと車載トランスデューサとの共振周波数の差異にも対応する。 [0017] The output frequency of the power transmitter that supplies power to the off-vehicle transducer is determined by a variable frequency oscillator (VFO) circuit disposed within the power transmitter. Advantageously, the VFO circuit in the charging system adjusts the frequency of the magnetic energy generated by the off-vehicle transducer to more closely match the resonant frequency of the on-vehicle transducer. Advantageously, the VFO circuit allows for out-of-vehicle and in-vehicle transducer resonance frequencies to handle manufacturing tolerances, environmental conditions, and misalignment between the in-vehicle and in-vehicle transducers (misalignment, in other words, misalignment). Allows to be adjusted to. The VFO circuit also accommodates the difference in resonant frequency between an out-of-vehicle transducer and an in-vehicle transducer that is built with different manufacturing to different specifications.
[0018]本発明の特徴を実施する無線充電システム12の非限定的な例が図1および図2に示される。本明細書において提示される無線充電システム12は、車両40内に配置される電池14を充電するように構成される。車両40は、ハイブリッド車両またはハイブリッド電気車両であってよく、電池14はこの車両の推進システム(図示せず)を駆動するように構成され得る。無線充電システム12は、交流電力伝送器16、車外トランスデューサ18および車載トランスデューサ20を含む。電力伝送器16は可変周波数発振器(VFO)回路24をさらに含む。電力伝送器16は車両40の外部に配置される。車外トランスデューサ18はVFO回路24と電気的に通信する。車外トランスデューサ18は、車庫床面または駐車場表面など、地面22に固定されるように構成されるのが好ましい。車載トランスデューサ20は車両40に取り付けられる。車載トランスデューサ20は、車両40の車台26に配置されてもよい。
[0018] A non-limiting example of a
[0019]車外トランスデューサ18は、電力伝送器16によって供給される交流電圧および交流電流を有する電気エネルギーによって励起されるときに車載トランスデューサ20に磁気エネルギー44を無線で伝送する磁場を生成するソースコイル(図示せず)を含む。電池14を充電する場合、車載トランスデューサ20は車外トランスデューサ18から間隔を空けて配置され、したがって、車外トランスデューサ18を車載トランスデューサ20から距離的に離隔する。車外トランスデューサ18によって生成される交流磁場は、交流電圧を有する交流電流を捕捉コイル(図示せず)に誘導する。この捕捉された電気エネルギーは、車両40の電池14を充電するために用いられる。
[0019] The off-
[0020]車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との間のエネルギーのエネルギー伝送の効率は、エネルギーがそれらの間で無線で伝達され得るようにするこれらのトランスデューサ18、20の整合性(アライメント、換言すれば位置合わせ)によって決まる。トランスデューサ18、20のそのような整合性は、車載トランスデューサ20の少なくとも一部が車外トランスデューサ18の上に重なるときに実現され得る。図2を参照すると、車載トランスデューサ20の少なくとも一部が車外トランスデューサ18の上に重なる。別法として、車載トランスデューサ20は車外トランスデューサ18の上に重ならない場合があるが、それでもなお車載トランスデューサ20に近接し、その結果、無線のエネルギー伝送が生じる。
[0020] The efficiency of energy transfer of energy between the off-
[0021]電力伝送器16は電源48と電気的に通信する。この電源48は、一般にユーティリティ本線と関連する120VACまたは240VACの電圧を供給することができる。電源48の電圧は、特定の地理的位置のユーティリティ規格によって、典型的には60ヘルツ(Hz)または50Hzの交流周波数を有し得る。別法として、電源48は、120VACまたは240VACとは異なる動作電圧、または、50Hzまたは60Hzとは異なる動作周波数を有してもよい。
[0021] The
[0022]無線充電システム12は、車両40内に配置され、電力伝送器16、車外トランスデューサ18および車載トランスデューサ20と協働して電池14を充電するのに有用な電流を供給する制御器/変換器53をさらに含む。制御器/変換器53の変換器部分は、整流回路(図示せず)を形成する電気的構成要素を備える。この整流回路は、車載トランスデューサ20と電気的に通信して、車載トランスデューサ20によって出力されるHV HF AC信号を、電池14を充電するのにより効果的なHV DC信号に変換する。本明細書において用いられるHV HF AC信号は、VFO回路24によって生成され、かつ、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との間の磁気結合によって車外トランスデューサ18に入力され、車載トランスデューサ20から出力される高電圧、高周波交流(AC)電気信号である。図示された例において、HV HF AC信号の電圧は120VACより大きく、HV HF AC信号の周波数は60ヘルツ(Hz)より大きい。周波数は、10kHzから450kHzの範囲であってよい。たとえば、この範囲は、一般に10から70kHzの範囲である密結合の共振器に典型的に用いられる周波数、および、一般に50から450kHzの範囲である疎結合の共振器に典型的に用いられる周波数を網羅することができる。また、本明細書において用いられるHV DC信号は高電圧、直流(DC)電気信号であり、電圧および電流は時間的に変化しない。
[0022] The
[0023]制御器/変換器53の制御器部分は、中央処理装置(図示せず)を含み、これは、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)であってよく、または個別論理およびタイミング回路(図示せず)から構築されてもよい。制御器部分をプログラム化するソフトウェア命令は、不揮発性(NV)記憶デバイス(図示せず)に格納されてよい。このNV記憶デバイスは、マイクロプロセッサまたはASIC内に含まれてよく、または別個のデバイスであってもよい。使用され得るNVメモリの種類の非限定的な例として、電気的消去可能プログラム可能読出し専用メモリ(EEPROM)、マスクされた読出し専用メモリ(ROM)およびフラッシュメモリを含む。制御器部分はまた、制御器部分が車両40内の他のデバイスとの電気的通信を確立することができるようにするために、コントローラエリアネットワーク(CAN)送受信器のような有線の送受信器(図示せず)も含む。
[0023] The controller portion of the controller / converter 53 includes a central processing unit (not shown), which may be a microprocessor, application specific integrated circuit (ASIC), or discrete logic and timing. It may be constructed from a circuit (not shown). Software instructions for programming the controller portion may be stored in a non-volatile (NV) storage device (not shown). This NV storage device may be contained within a microprocessor or ASIC, or may be a separate device. Non-limiting examples of the types of NV memory that can be used include electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), masked read only memory (ROM), and flash memory. The controller portion also provides a wired transceiver (such as a controller area network (CAN) transceiver) to allow the controller portion to establish electrical communication with other devices in the
[0024]図2に示されるように、充電システム12は、制御器/変換器53内に配置される伝送器(図示せず)および電力伝送器16内に配置される受信器(図示せず)をさらに含み、これらは制御器/変換器53から電力伝送器16への無線リンク65を確立する。これらの伝送器および受信器は、電力伝送器16から制御器/変換器53へのリターン無線リンク66を確立するための送受信器として構成され得る。
[0024] As shown in FIG. 2, the charging
[0025]制御器部分は、電圧、電流および電力を測定する。制御器/変換器53の制御器部分は、測定された電圧、電流および電力のデータを無線リンク65を介して電力伝送器16に伝送し、その結果、電力伝送器16はさらに、車外トランスデューサ18に供給される電力量を調節して、最適な充電システム電力効率を確実にすることができる。最適な充電システム電力効率は、85%を超えることが好ましい。また同様に、電力伝送器16は、供給された電力のデータをリターン無線リンク66を介して制御器/変換器53の制御器部分に無線で伝送することができる。本明細書において他の構成と併せて前述された当該の制御器/構成は、「無線エネルギー伝送のためのエネルギー結合装置を有する充電システム」と題する米国特許出願公開第2013/0015812号においてさらに記述され、これは、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
[0025] The controller portion measures voltage, current and power. The controller portion of the controller / converter 53 transmits the measured voltage, current and power data to the
[0026]次に図3を参照すると、VFO回路24の構成図が示される。このVFO回路24は、電圧制御発振器(VCO)71、増幅器70、電圧監視回路73、電流監視回路74および位相検出回路72を含む。VCO71は増幅器70の入力と電気的に通信する。車外トランスデューサ18とVCO71との中間にフィードバックループが設けられる。このフィードバックループは、位相検出回路72と電気的に通信する電圧監視回路73および電流監視回路74を含む。電圧監視回路73は、車外トランスデューサ18に入力される電圧を測定し、電流監視回路74は車外トランスデューサ18に入力される電流の流れを測定する。位相検出回路72は、車外トランスデューサ18への入力における電圧と電流の位相差を測定するように構成される。位相検出回路72は、出力67aに供給される電流の周波数を制御するVCO71と電気的に結合される。
[0026] Referring now to FIG. 3, a block diagram of the
[0027]位相検出回路72は、電圧および電流が所定の位相差範囲内にあるかどうかを決定するように構成される。位相差が所望の範囲内にない場合、位相検出回路72の電圧出力は変動し、これによって位相差が所望の範囲内に収まるまで、VOC71の周波数、ひいてはVFO回路24の周波数を増加または低下させる。出力電圧および電流の監視は充電システム12の動作中連続的に行われ、位相差に基づき必要に応じて周波数調整が行われる。電力伝送器16は次に車外トランスデューサ18に供給される電力の周波数を調整して、充電システム電力効率が所望のレベルで維持されることを確実にする。一実施形態では、好ましい充電システム電力効率は少なくとも85%である。VFO回路24の動作周波数範囲は、約15kHzから200kHzであるのが好ましい。
[0027] The
[0028]次に図4を参照すると、グラフ69は、電力伝送器16のVFO回路24の出力67a、67bにおける時間の関数としてのAC電流の流れの測定値77およびAC電圧の測定値78の例を示す。AC電流の流れの測定値77およびAC電圧の測定値78は正弦波であり、これらは角度位相差によって表される量すなわちこの図において参照番号79で示される位相差Φだけ位相がずれる。充電システム12の最適な充電システム電力効率の性能を確実にするために、共振の、すなわち疎に(換言すれば、離間して)磁気結合された車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との間のエネルギー伝達の場合、位相差は約10度から約15度の範囲であるのが好ましく、誘導の、すなわち密結合されたエネルギー伝達の場合、位相差は約0度から2度である。位相差は、部分公差、温度、および車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との整合性の影響を考慮する。
[0028] Referring now to FIG. 4, a
[0029]それゆえ、VFO回路24を含む充電システム12の設計は、電圧および電流の波形が、電池14に供給される充電システム電力効率が最適レベルであることを確実にする所定の位相差範囲内にあるかどうかを決定する。位相差は充電システム12、より具体的にはVFO回路24の制御器によって分析され、その結果、充電システム電力効率の最適レベルが維持される。車外トランスデューサ18への電圧および電流の波形入力を分析した後、制御器は、VOC71の周波数を調整するよう機能する電圧を出力し、そのようにして車外トランスデューサ18への電力伝送器16の出力信号は所望の充電システム電力効率を維持する。このことはさらに、電圧と電流の位相差が、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20が疎結合である場合には約15度であり、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20が密結合である場合にはゼロ(0)度で維持されることを確実にする。それゆえ、充電システム12は角度位相差の値を用いて、トランスデューサ18、20が疎結合か密結合かを決定する。
[0029] Therefore, the design of the charging
[0030]充電システム12はさらに、無線リンク65を介した制御器/変換器53からの電圧および電流のデータを用いて、車外トランスデューサ18に入力される電力を車載トランスデューサ20によって出力される電力と比較することができる。VFO回路24の周波数は、所望の位相角差を維持するための周波数の調整に加えて、またはこれに代えて、システム電力効率を最大にするようにさらに調整され得る。
[0030] The
[0031]本明細書において前述されたように、角度位相差の値は、無線伝送機構に関連して(すなわち、密結合であるか疎結合であるか)所定の周波数の範囲に対応する所定の範囲の値であるように予め決められることに留意されたい。充電システム12は、たとえば約15kHzから200kHzの広範囲の周波数でVFO回路24の出力周波数を掃引し、次に出力周波数がその範囲で掃引されるときにシステム電力効率および位相差を測定することによって、トランスデューサ18、20が密結合か疎結合かを決定するように構成されてよい。システム効率および位相差の測定値に基づいて、充電システム12はトランスデューサ18、20が密結合か疎結合かを決定し、それに応じて動作周波数範囲および所望の位相差範囲を設定することができるようにしてよい。
[0031] As described earlier in this specification, the value of the angular phase difference is associated with a wireless transmission mechanism (ie, whether it is tightly coupled or loosely coupled) and corresponds to a predetermined frequency range. Note that it is predetermined to be in the range of. The charging
[0032]次に図5を参照すると、代替のVFO回路225が示される。図3に示すVFO回路24において示されるのと同様の要素が、200だけ異なる参照数字を有する。前述のVFO回路24と同様に、VCO回路225は、電圧制御発振器(VCO)271、増幅器270、電圧監視回路273、電流監視回路274および位相検出回路272を用いる。位相検出回路272は、フリップフロップ回路287および制御器288を含む。フリップフロップ回路287は制御器288にカウント数を提供し、このことは、制御器288が出力299に供給される電圧を決定して、VCO271の周波数を制御することを可能にする。抵抗器281〜284、289は、電気信号が適切な電圧レベルでバイアスされることを可能にする。電流監視回路274は、増幅器270の出力からの電流の測定値を提供するセンスコイル285に電気的に接続される。VCO271は、増幅器270の入力と電気的に通信する。電圧信号は信号経路292、293で運ばれ、電圧監視回路273によって受信される。電流信号は信号経路290、291で運ばれ、電流監視回路274によって受信される。フリップフロップ回路287は電圧監視回路273からの出力296と、電流監視回路274からの出力297とを受信する。フリップフロップ回路287の出力298は制御器288によって受信される。VCO271は、制御器288からの出力299を受信する。たとえば、フリップフロップから制御器288にゼロの電気パルスが出力される場合、VCO271の周波数の調整は必要でない。電圧監視回路273および電流監視回路274のフィードバックによってフリップフロップの出力のパルス数がゼロパルスより大きい場合、受信されたフィードバック信号の量との関連でVFOに対する電圧調整が生じ得る。
[0032] Referring now to FIG. 5, an
[0033]別法として、VFO回路24の位相検出回路72は、埋込型制御器を備えてよい。このような回路実装は、たとえばVFO回路24内の他の電気的ブロック/電気的構成要素を省くことができ、回路設計を簡略化し、より低い費用を可能にする。図3を再び参照すると、埋込型制御器を用いることで組み込まれた機能性が可能になり、その結果、電圧監視回路73、電流監視回路74、位相検出回路72およびVCO71は必ずしも必要でない。同様に、図5を再び参照すると、埋込型制御器が用いられる場合、電圧監視回路273、電流監視回路274、フリップフロップ回路287、制御器288およびVCO271は必ずしも必要でない。
[0033] Alternatively, the
[0034]次に図2に戻ると、統合充電器60および切換スイッチ57をさらに含む拡張型充電システム12aが示される。これらの統合充電器60および切換スイッチ57は車両40内に配置され、電力伝送器16、車外トランスデューサ18および車載トランスデューサ20と協働し、電流を供給して電池14を充電する。制御器/変換器53、統合充電器60および切換スイッチ57は、電気信号整形デバイス45を形成する電気的構成要素を備える。
[0034] Turning now to FIG. 2, an
[0035]二次的充電システム62(すなわち、予備充電システム)もまた、車両40内に配置される統合充電器60と電気的に通信し、無線充電システム12へのアクセスが利用できない場合に、電流を供給して電池14を充電することができる。有利なことに、二次的充電システム62は、利便性の向上のために電池14を充電する代替モードを提供する。
[0035] The secondary charging system 62 (ie, the pre-charging system) is also in electrical communication with an
[0036]切換スイッチ57は、信号線55を介して制御器/変換器53の制御器部分によって動作的に制御されて、二次的充電システム62と無線充電システム12を切り換える。出力52は、車載トランスデューサ20によって生成される電気信号を運び、この信号は制御器/変換器53の変換器部分によって受信される。出力56は、制御器/変換器53の変換器部分から電気信号を運び、この信号は切換スイッチ57によって受信される。出力58は、切換スイッチ57から電池14に電気信号を運ぶ。コントローラエリアネットワーク(CAN)バスなどの通信データバス54は制御器/変換器53の制御器部分と通信して、車両データ情報を受信し/拡張型充電システム12aに伝送するか、または、充電システムデータを受信し/車両40内に配置される他の電気デバイスに伝送する。
[0036] The
[0037]車両40の車輪51a、51b、51c、51dは、車載トランスデューサ20と車外トランスデューサ18との整合性を支援するために用いられる。車輪止め63のような整合性手段99は、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20とのこの整合性をさらに支援することができる。また、整合性デバイス64も車両40の位置決めを支援することができ、それによって車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20は適切に整合する。車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との整合性は、車外トランスデューサ18から車載トランスデューサ20へのエネルギー伝送を最大限にするために必要とされる。図2に示されるように、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との整合性は、図2において最もよく示されているように、車載トランスデューサ20の少なくとも一部が車外トランスデューサ18の上に重なるときに生じ得る。別法として、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との整合性は、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20とが十分に間隔を空けて配置されるが、車両40の電池14が充電されるようにエネルギーの無線伝送がその間で生じることを可能にするときに生じ得る。
[0037] The
[0038]二次的充電システム62は、統合充電器60によって受信される電気信号を運ぶ出力61を生成し、この統合充電器60は切換スイッチ57によって受信される電気信号を運ぶ出力59を生成する。
[0038] The
[0039]このように、充電システム12の動作周波数を調整して充電システム電力効率を最適にする堅固な充電システム12が提示される。加えて、充電システム12は、密結合または疎結合された車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との間の距離を越えて磁気エネルギーを無線で伝送するように構成されてよい。VFO回路24は、車外トランスデューサ18に供給された電圧と電流の位相差が充電システム電力効率を最適にするよう維持されるように、電気信号の周波数を効果的に管理するために用いられる。
[0039] Thus, a
[0040]充電システムは、電気技術分野において一般的に商用の抵抗器、蓄電器、中継器などの電気的構成要素で構成される。VCO71は、対象となる周波数で一般的に入手可能な部品として購入され得る。位相検出回路272は、フリップフロップ回路287および制御器288を用いて容易に構成され得る。
[0040] Charging systems are typically composed of electrical components such as resistors, capacitors, repeaters, etc. that are commercially available in the electrotechnical field. The
[0041]充電システム12はさらに、車外トランスデューサ18と車載トランスデューサ20との間のシステム電力効率を決定し、動作周波数にさらなる調整を加えて、充電システム電力効率を最適にすることができる。
[0041] The
[0042]本発明は、その好ましい実施形態に関して記述されてきたが、そのように限定されるわけではなく、むしろ以下の特許請求の範囲において述べられる範囲にのみ限定されることが意図される。また、第1の、第2の等の用語の使用は何ら重要度順を意味するものではなく、むしろ、第1の、第2の等の用語は、ある要素を別の要素と区別するために用いられる。さらに、a、an等の用語の使用は量的な制限を意味するものではなく、むしろ、言及されるものの少なくとも1つが存在することを意味する。 [0042] While this invention has been described in terms of its preferred embodiments, it is not intended to be so limited, but rather is intended to be limited only to the scope described in the following claims. Also, the use of terms such as first, second, etc. does not imply any order of importance; rather, terms such as first, second, etc. are used to distinguish one element from another. Used for. Furthermore, the use of the terms a, an, etc. does not imply quantitative limitations, but rather means that there is at least one of those mentioned.
Claims (11)
交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器(71)を含む電力伝送器(16)と、
前記可変周波数発振器(71)を調整するように機能し、それによって前記供給された電力の前記周波数を変化させる制御器(53)と、
前記電力伝送器(16)と電気的に通信する車外トランスデューサ(18)とを備えており、前記車外トランスデューサ(18)は、前記エネルギー蓄積デバイス(14)と電気的に通信する車載トランスデューサ(20)に電磁的に結合されるように構成されており、それによって、前記車載トランスデューサ(20)が、前記エネルギー蓄積デバイス(14)を充電するための電力を捕捉でき、
前記充電システム(12)は、また、
前記制御器(53)および前記車外トランスデューサ(18)と通信し、前記交流電圧と前記交流電流との間の位相差を決定するように構成された位相検出回路(72)を備えており、
前記制御器(53)は、前記供給された電力の前記周波数が所望の範囲内で前記位相差を維持するように、前記位相差に基づいて前記可変周波数発振器(71)を調整するように構成される充電システム(12)。 A charging system (12) configured to wirelessly charge an energy storage device (14), the charging system (12) comprising:
A power transmitter (16) including a variable frequency oscillator (71) configured to supply power having alternating current, alternating voltage and frequency;
A controller (53) that functions to adjust the variable frequency oscillator (71), thereby changing the frequency of the supplied power;
An on-vehicle transducer (18) in electrical communication with the power transmitter (16), wherein the on-vehicle transducer (18) is in electrical communication with the energy storage device (14); Is configured to be electromagnetically coupled to the vehicle-mounted transducer (20) so that it can capture power for charging the energy storage device (14);
The charging system (12) also includes
A phase detection circuit (72) configured to communicate with the controller (53) and the off-vehicle transducer (18) and configured to determine a phase difference between the alternating voltage and the alternating current;
The controller (53) is configured to adjust the variable frequency oscillator (71) based on the phase difference so that the frequency of the supplied power maintains the phase difference within a desired range. Charging system (12).
前記制御器(53)が、前記供給された電力の前記周波数が10キロヘルツ(kHz)から450kHzの周波数範囲内で掃引するよう、前記可変周波数発振器(71)を調整するように構成される充電システム。 The charging system (12) according to claim 1, wherein
A charging system configured to adjust the variable frequency oscillator (71) so that the controller (53) sweeps the frequency of the supplied power within a frequency range of 10 kilohertz (kHz) to 450 kHz. .
前記制御器(53)と電気的に通信する無線伝送器(65)をさらに備え、
前記車載トランスデューサ(20)は、前記捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路(24)と電気的に通信し、
前記電力検出回路(24)は、前記捕捉された電力の前記値を前記無線伝送器(65)を介して前記制御器(53)に無線で送るように構成された無線受信器(65)と電気的に通信し、
前記制御器(53)は、前記捕捉された電力の前記値を前記供給された電力の前記値と比較することによって電力効率を決定するように構成される充電システム。 The charging system (12) according to claim 1, wherein
A wireless transmitter (65) in electrical communication with the controller (53);
The onboard transducer (20) is in electrical communication with a power detection circuit (24) configured to determine the value of the captured power;
The power detection circuit (24) is configured to wirelessly send the value of the captured power to the controller (53) via the wireless transmitter (65); Communicate electrically,
The charging system, wherein the controller (53) is configured to determine power efficiency by comparing the value of the captured power with the value of the supplied power.
前記制御器(53)が、前記供給された電力の前記周波数が前記電力効率を最大にするように、前記電力効率に基づいて前記可変周波数発振器(71)を調整するように構成される充電システム。 The charging system (12) according to claim 3,
A charging system wherein the controller (53) is configured to adjust the variable frequency oscillator (71) based on the power efficiency such that the frequency of the supplied power maximizes the power efficiency .
前記位相差の前記所望の範囲が10度から21度の間である充電システム。 In system charging (12) according to claim 1,
A charging system wherein the desired range of the phase difference is between 10 degrees and 21 degrees.
前記位相差の前記所望の範囲が10度から15度の間である充電システム。 The charging system (12) according to claim 5,
A charging system wherein the desired range of the phase difference is between 10 degrees and 15 degrees.
前記位相差の前記所望の範囲が0度から10度の間である充電システム。 The charging system (12) according to claim 6,
A charging system wherein the desired range of the phase difference is between 0 degrees and 10 degrees.
前記位相差が約0度である充電システム。 Charging system (12) according to claim 7,
A charging system in which the phase difference is about 0 degrees.
前記車載トランスデューサ(20)および前記エネルギー蓄積デバイス(14)が車両(40)の内部に配置される充電システム。 The charging system (12) according to claim 1, wherein
A charging system in which the in-vehicle transducer (20) and the energy storage device (14) are arranged inside a vehicle (40).
前記車外トランスデューサ(18)および前記電力伝送器(16)が前記車両(40)の外部に配置される充電システム。 Charging system (12) according to claim 9,
A charging system in which the vehicle exterior transducer (18) and the power transmitter (16) are arranged outside the vehicle (40).
交流電流、交流電圧および周波数を有する電力を供給するように構成された可変周波数発振器(71)を含む電力伝送器(16)と、
前記可変周波数発振器(71)を調整するように機能し、それによって前記供給された電力の前記周波数を変化させる制御器(53)と、
前記電力伝送器(16)と電気的に通信する車外トランスデューサ(18)とを備えており、前記車外トランスデューサ(18)は、前記エネルギー蓄積デバイス(14)と電気的に通信する車載トランスデューサ(20)に電磁的に結合されるように構成されており、それによって、前記車載トランスデューサ(20)が、前記エネルギー蓄積デバイス(14)を充電するための電力を捕捉でき、
前記充電システム(12)は、また、
前記制御器(53)と電気的に通信する無線伝送器(65)を備えており、
前記車載トランスデューサ(20)は、前記捕捉された電力の値を決定するように構成された電力検出回路(24)と電気的に通信し、
前記電力検出回路(24)は、前記捕捉された電力の前記値を前記無線伝送器(65)を介して前記制御器(53)に無線で送るように構成された無線受信器(65)と電気的に通信し、
前記制御器(53)は、前記捕捉された電力の前記値を前記供給された電力の前記値と比較することによって電力効率を決定するように構成されており、
前記制御器(53)は、前記供給された電力の前記周波数が前記電力効率を最大にするように、前記電力効率に基づいて前記可変周波数発振器(71)を調整するように構成される充電システム(12)。 A charging system (12) configured to wirelessly charge an energy storage device (14), comprising:
A power transmitter (16) including a variable frequency oscillator (71) configured to supply power having alternating current, alternating voltage and frequency;
A controller (53) that functions to adjust the variable frequency oscillator (71), thereby changing the frequency of the supplied power;
An on-vehicle transducer (18) in electrical communication with the power transmitter (16), wherein the on-vehicle transducer (18) is in electrical communication with the energy storage device (14); Is configured to be electromagnetically coupled to the vehicle-mounted transducer (20) so that it can capture power for charging the energy storage device (14);
The charging system (12) also includes
A wireless transmitter (65) in electrical communication with the controller (53);
The onboard transducer (20) is in electrical communication with a power detection circuit (24) configured to determine the value of the captured power;
The power detection circuit (24) is configured to wirelessly send the value of the captured power to the controller (53) via the wireless transmitter (65); Communicate electrically,
The controller (53) is configured to determine power efficiency by comparing the value of the captured power with the value of the supplied power;
The controller (53) is configured to adjust the variable frequency oscillator (71) based on the power efficiency such that the frequency of the supplied power maximizes the power efficiency (12).
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