TW201517442A - 用於對無線電力傳送系統進行對準及相容性偵測之系統及方法 - Google Patents

用於對無線電力傳送系統進行對準及相容性偵測之系統及方法 Download PDF

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Abstract

本發明描述用於無線地接收充電電力之系統、方法及裝置。一個實施可包括一種用於自具有一傳輸線圈之一充電傳輸器無線地接收充電電力的裝置。該裝置包含耦接至一接收線圈且耦接至一負載之一接收器通信電路。該接收器通信電路經組態以接收與該充電傳輸器之至少一個特性相關聯的資訊。該裝置進一步包含一感測器電路,該感測器電路經組態以量測與該接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓的一值。該裝置進一步包含一控制器,該控制器經組態以比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數,該臨限充電參數設定於提供足以對該負載充電之充電電力的一位準。該控制器可經進一步組態以在與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始自該充電傳輸器接收該充電電力。

Description

用於對無線電力傳送系統進行對準及相容性偵測之系統及方法
所描述技術大體上係關於無線電力。更具體言之,本發明係關於與用於無線電力傳送系統與諸如包括電池組之車輛的遠端系統的對準及相容性偵測相關的器件、系統及方法。
無線電力傳送系統可在許多態樣中不同,包括電路拓撲、磁性佈局及電力傳輸能力或需求。此外,可自特定電力傳送系統傳送至車輛的電力量可取決於該系統與電動車輛之間的實體對準。因此,存在評估特定無線電力傳送系統與電動車輛之間的相容性位準的需要。
提供一種用於自具有一傳輸線圈之一充電傳輸器無線地接收充電電力的裝置。該裝置包含耦接至一接收線圈且耦接至一負載之一接收器通信電路。該接收器通信電路經組態以接收與該充電傳輸器之至少一個特性相關聯的資訊。該裝置進一步包含一感測器電路,該感測器電路經組態以量測與該接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓的一值。該裝置進一步包含一控制器,該控制器經組態以比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數,該臨限充電參數設定於提供足以對該負載充電之充電電力的一位準。該控制器經進一步組態 以在與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始自該充電傳輸器接收該充電電力。
提供一種無線地接收充電電力之方法。該方法包含接收與一充電傳輸器之至少一個特性相關聯的資訊。該方法進一步包含量測與一接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓的一值。該方法進一步包含比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數,該臨限設定於提供足以對一負載充電之充電電力的一位準。該方法進一步包含在與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始自該充電傳輸器接收該充電電力。
提供一種用於無線地接收充電電力之裝置。該裝置包含用於接收與一充電傳輸器之至少一個特性相關聯的資訊的構件。用於接收該資訊的該構件以操作方式連接至一負載。該裝置進一步包含用於量測與該接收構件相關聯之一短路電流或一開路電壓的一值的構件。該裝置進一步包含用於比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數的構件。該臨限設定於提供足以對該負載充電之充電電力的一位準。該裝置進一步包含用於在與該接收構件相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始自該充電傳輸器接收該充電電力的構件。
提供一種用於將充電電力無線地傳輸至一接收器之一接收線圈的裝置。該裝置包含耦接至一傳輸線圈之一傳輸電路。該裝置進一步包含耦接至該傳輸電路之一感測器電路。該感測器電路經組態以量測該傳輸電路之至少一個特性之一值。該裝置進一步包含一通信電路,該通信電路經組態以將該傳輸電路之該至少一個特性之該值的一指示傳輸至該接收器。該指示致使該接收器基於該指示而判定一臨限充電參數。該指示致使該接收器在與該接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始接收該充電電力。
100‧‧‧無線電力傳送系統
102‧‧‧輸入電力
104‧‧‧傳輸器
105‧‧‧無線場
108‧‧‧接收器
110‧‧‧輸出電力
112‧‧‧距離
114‧‧‧傳輸天線或線圈
118‧‧‧接收天線
200‧‧‧無線電力傳送系統
204‧‧‧傳輸器
205‧‧‧無線場
206‧‧‧傳輸電路
208‧‧‧接收器
210‧‧‧接收電路
214‧‧‧傳輸天線
218‧‧‧接收線圈/接收天線
219‧‧‧通信頻道
222‧‧‧振盪器
223‧‧‧頻率控制信號
224‧‧‧驅動器電路
225‧‧‧輸入電壓信號(VD)
226‧‧‧濾波器及匹配電路
232‧‧‧匹配電路
234‧‧‧整流器電路
236‧‧‧電池組
350‧‧‧傳輸或接收電路
352‧‧‧天線
354‧‧‧電容器
356‧‧‧電容器
358‧‧‧信號
401‧‧‧電動車輛
404‧‧‧無線電力傳送及通信傳輸器
408‧‧‧無線電力傳送及通信接收器
414‧‧‧傳輸線圈
415‧‧‧基礎襯墊
418‧‧‧接收線圈
427‧‧‧通信天線
437‧‧‧通信天線
502‧‧‧電力骨幹
503‧‧‧電連接
536‧‧‧電池組
600‧‧‧無線電力傳送系統
604‧‧‧傳輸器
605‧‧‧無線場
606‧‧‧傳輸電路
608‧‧‧接收器
610‧‧‧接收電路
614‧‧‧傳輸線圈
618‧‧‧接收線圈
619‧‧‧通信鏈路
622‧‧‧振盪器
623‧‧‧頻率控制信號
624‧‧‧驅動器電路
625‧‧‧輸入電壓信號(VD)/感測器電路
626‧‧‧濾波器及匹配電路
628‧‧‧控制器電路
629‧‧‧通信電路
630‧‧‧切換電路
632‧‧‧匹配電路
634‧‧‧整流器電路
635‧‧‧感測器電路
636‧‧‧電池組
638‧‧‧控制器電路
639‧‧‧通信電路
650‧‧‧使用者介面
731‧‧‧開關
732‧‧‧開關
1000‧‧‧無線電力傳送系統
1002‧‧‧電力傳輸器系統
1004‧‧‧電力接收器系統
1006‧‧‧基礎結構
1008‧‧‧基礎控制單元(BCU)功率因數校正(PFC)區塊
1010‧‧‧BCU反相器
1012‧‧‧基礎襯墊
1014‧‧‧藍芽天線
1015‧‧‧決策區塊
1016‧‧‧基礎電流控制器
1018‧‧‧DC匯流排控制器
1020‧‧‧限流器
1022‧‧‧二次襯墊
1024‧‧‧調諧/整流器
1026‧‧‧輸出濾波器
1028‧‧‧主機器件
1030‧‧‧充電曲線控制區塊
1032‧‧‧二次電流控制器
1034‧‧‧二次組態控制器
1036‧‧‧藍芽天線
1102‧‧‧可選斜坡率控制器
1104‧‧‧求和接合點
1106‧‧‧求和接合點
1110‧‧‧比例增益
1202‧‧‧劃分區塊
1206‧‧‧狀態估計器
1208‧‧‧穩定性估計器
1302‧‧‧求和接合點
1304‧‧‧求和接合點
1306‧‧‧比例增益
1308‧‧‧積分增益
1402‧‧‧求和接合點
1404‧‧‧積分增益
1502‧‧‧求和接合點
1504‧‧‧求和接合點
1506‧‧‧比例增益
1508‧‧‧積分增益
AC Ref‧‧‧AC參考信號
Ds‧‧‧組態控制信號
Ds*‧‧‧較佳組態信號
e(t)‧‧‧誤差信號
e ac (t)‧‧‧誤差信號
e base (t)‧‧‧誤差信號
I1‧‧‧一次電流
I2‧‧‧二次電流
I2sc‧‧‧流經接收線圈之短路電流
Iac‧‧‧電力電流
Ibase‧‧‧傳輸天線電流/基礎襯墊電流
Ibase*‧‧‧較佳基礎電流
IbaseBound‧‧‧上限信號
IbaseIn‧‧‧電流請求信號
IbaseIn*‧‧‧有限電流請求信號
IDC‧‧‧直流(DC)充電電流
Iout‧‧‧輸出電流
IoutIn‧‧‧參考輸出電流
Isecondary‧‧‧二次襯墊電流
V1‧‧‧傳輸線圈上之電壓
VDC‧‧‧偏壓信號
VDC,CMD‧‧‧命令偏壓信號
Voc‧‧‧接收線圈上之開路電壓
VSC,DC‧‧‧偏壓位準
yac‧‧‧電力電流之量測值
ybase‧‧‧指示傳輸天線電流之位準的量測/基礎襯墊量測信號
yout‧‧‧輸出電流之量測值
θ‧‧‧相位控制信號
θR‧‧‧參考相位信號
κ‧‧‧耦合係數
圖1為根據一個例示性實施的無線電力傳送系統之功能方塊圖。
圖2為根據另一例示性實施的無線電力傳送系統之功能方塊圖。
圖3為根據例示性實施的包括傳輸或接收天線的圖2之傳輸電路或接收電路之一部分的示意圖。
圖4A至圖4E為根據例示性實施的電動車輛與無線電力傳送系統之對準操作的描繪。
圖5為根據例示性實施的經由傳輸器線圈對準之車輛的圖。
圖6為根據例示性實施的具有對準及相容性偵測之無線電力傳送系統的功能方塊圖。
圖7為根據例示性實施的圖6之接收電路之一部分的示意圖。
圖8說明根據例示性實施的用於無線電力傳送系統之對準及相容性偵測之方法的流程圖。
圖9說明根據例示性實施的用於無線電力傳送系統之對準及相容性偵測之另一方法的流程圖。
圖10展示根據例示性實施的包含電力傳輸器系統及電力接收器系統連同信號流之無線電力傳送系統。
圖11展示根據例示性實施的圖10之電力接收器系統之次要電流控制器的狀態圖。
圖12展示根據例示性實施的圖10之電力接收器系統之次要組態控制器的狀態圖。
圖13展示根據例示性實施的圖10之電力傳輸器系統之基礎電流控制器的狀態圖。
圖14展示根據例示性實施的圖10之電力傳輸器系統之DC匯流排控制器的狀態圖。
圖15展示根據例示性實施的圖10之電力傳輸器系統之限流器的 狀態圖。
圖16展示根據例示性實施的用於接收無線電力及對負載充電之方法的流程圖。
圖17展示根據例示性實施的用於傳輸無線電力及對負載充電之方法的流程圖。
圖式中所說明之各種特徵可能未按比例繪製。因此,為清楚起見,可任意擴大或減小各種特徵之尺寸。另外,一些圖式可能未描繪給定系統、方法或器件之全部組件。最後,可在整個說明書及諸圖中使用類似參考數字來表示類似特徵。
下文結合附加圖式所闡述之【實施方式】意欲作為本發明之特定實施例之描述,且不意欲表示可供實踐本發明之唯一實施例。貫穿此描述所使用的術語術語「例示性」意謂「充當實例、例子或說明」,且未必應解釋為比例示性實施較佳或有利。出於提供對所揭示實施的透徹理解的目的,【實施方式】包括具體細節。在一些例子中,一些器件係以方塊圖之形式予以展示。
無線電力傳送可指在不使用實體電導體的情況下將與電場、磁場、電磁場或其他者相關聯之任何形式之能量自傳輸器傳送至接收器(例如,可經由自由空間傳送電力)。至無線場(例如,磁場或電磁場)之電力輸出可由「接收天線」接收、俘獲或耦合以達成電力傳送。
圖1為根據一個例示性實施的無線電力傳送系統100之功能方塊圖。可自電源(未圖示)將輸入電力102提供至傳輸器104以產生無線(例如,磁性或電磁)場105以用於執行能量傳送。接收器108可耦合至無線場105,且產生輸出電力110供耦合到輸出電力110的器件(未圖示)儲存或消耗。傳輸器104及接收器108兩者分離一距離112。
在一個例示性實施中,傳輸器104及接收器108根據相互諧振關 係而組態。當接收器108之諧振頻率與傳輸器104之諧振頻率實質上相同或非常接近時,傳輸器104與接收器108之間的傳輸損耗最小。因而,與可需要非常接近(例如,有時在幾毫米內)的大天線線圈之純電感式解決方案相比,可經由較大距離來提供無線電力傳送。諧振電感式耦合技術因此可允許經由各種距離且利用多種電感式線圈組態之改良之效率及電力傳送。
當接收器108位於傳輸器104所產生之無線場105中時,接收器108可接收電力。無線場105對應於其中傳輸器104所輸出之能量可由接收器108俘獲的區域。無線場105可對應於傳輸器104之「近場」,如下文將進一步描述。傳輸器104可包括用於傳輸能量至接收器108之傳輸天線或線圈114。接收器108可包括用於接收或俘獲自傳輸器104傳輸之能量的接收天線或線圈118。近場可對應於其中存在由傳輸線圈114中之電流及電荷引起的最低限度地將電力輻射遠離傳輸線圈114之強反應性場的區域。近場可對應於在傳輸線圈114之約一個波長(或其分數)內的區域。
如上文所描述,可藉由將無線場105中之能量的大部分耦合到接收線圈118而非將大多數能量以電磁波傳播到遠場來發生有效能量傳送。當定位於無線場105內時,可在傳輸線圈114與接收線圈118之間產生「耦合模式」。在傳輸天線114及接收天線118周圍可發生此耦合的區在本文中被稱作耦合模式區域。
圖2為根據另一例示性實施的無線電力傳送系統200之功能方塊圖。系統200包括傳輸器204及接收器208。傳輸器204可包括傳輸電路206,其可包括振盪器222、驅動器電路224以及濾波器及匹配電路226。振盪器222可經配置以產生所要頻率之信號,所要頻率可回應於頻率控制信號223而調整。振盪器222可將振盪器信號提供至驅動器電路224。驅動器電路224可經組態以基於輸入電壓信號(VD)225而在(例 如)傳輸天線214之諧振頻率下驅動傳輸天線214。驅動器電路224可為開關放大器,其經組態以自振盪器222接收方波並且輸出正弦波。舉例而言,驅動器電路224可為E類放大器。
濾波器及匹配電路226可濾出諧波或其他不必要的頻率,且將傳輸器204之阻抗匹配至傳輸天線214。由於驅動傳輸天線214,傳輸天線214可產生無線場205以在足夠用於對(例如)電動車輛之電池組236充電的位準下無線地輸出電力。
接收器208可包括接收電路210,其可包括匹配電路232及整流器電路234。匹配電路232可將接收電路210之阻抗匹配至接收天線218。整流器電路234可自交流電(AC)電力輸入產生直流電(DC)電力輸出以對電池組236充電,如圖2中所示。接收器208及傳輸器204可另外在單獨通信頻道219(例如,藍芽、紫蜂、蜂窩式等)上通信。接收器208及傳輸器204可或者使用無線場205之特性經由帶內信令而通信。
接收器208可經組態以判定傳輸器204所傳輸及接收器208所接收之電力量釋放適於對電池組236充電。
圖3為根據例示性實施的包括傳輸或接收天線之圖2的傳輸電路206或接收電路210之一部分的示意圖。如圖3中所說明,傳輸或接收電路350可包括天線352。天線352亦可稱為或經組態為「迴路」天線352。天線352亦可在本文稱為或經組態為「磁性」天線或感應線圈。術語「天線」大體上指可無線地輸出或接收用於耦合到另一「天線」之能量的組件。天線亦可被稱作經組態以無線地輸出或接收電力之類型之線圈。如本文所使用,天線352為經組態以無線地輸出及/或接收電力之類型的「電力傳送組件」之實例。
天線352可包括空心或諸如鐵心(未圖示)之實體心。空心迴路天線可在更大程度上耐受置放於核心附近的外來實體器件。此外,空心環形天線352允許將其他組件置放在該核心區內。另外,空心迴路可 更容易使得將接收線圈218(圖2)能夠置放於傳輸天線214(圖2)之平面內,在該平面中,傳輸天線214之耦合模式區域可能較強大。
如所描述,傳輸器104/204與接收器108/208之間的有效能量傳送可在傳輸器104/204與接收器108/208之間的匹配或幾乎匹配諧振期間發生。然而,即使當傳輸器104/204與接收器108/208之間的諧振不匹配時,亦可傳送能量,但效率可能受到影響。舉例而言,效率可在諧振不匹配時較低。能量傳送的產生係藉由將能量自傳輸線圈114/214之無線場105/205耦合至駐留在無線場105/205附近之接收線圈118/218,而非將能量自傳輸線圈114/214傳播至自由空間中。
迴路或磁性天線之諧振頻率係基於電感及電容。電感可僅為天線352所產生之電感,而可將電容添加至天線之電感以產生所要諧振頻率下之諧振結構。作為非限制性實例,可將電容器354及電容器356添加至傳輸或接收電路350以產生諧振電路,其選擇諧振頻率下之信號358。因此,對於較大直徑的天線,承受諧振所需之電容大小可隨著迴路之直徑或電感的增加而減小。
此外,隨著天線之直徑增加,近場之有效能量傳送區可增加。亦有可能使用其他組件形成其他諧振電路。作為另一非限制性實例,可將電容器並聯置放於電路350之兩端子之間。對於傳輸天線,頻率實質上對應於天線352之諧振頻率之信號358可為天線352之輸入。
參看圖1及圖2,傳輸器104/204可輸出時變磁場(或電磁場),其頻率對應於傳輸線圈114/214之諧振頻率。當接收器108/208在無線場105/205內時,時變磁場(或電磁場)可誘發接收線圈118/218中之電流。如上文所描述,如果接收線圈118/218經組態以在傳輸線圈114/214之頻率下諧振,那麼能量可經有效地傳送。可如上文所描述整流在接收線圈118/218中誘發之AC信號以產生可經提供以為負載充電或供電之DC信號。
圖4A、圖4B、圖4C、圖4D及圖4E為根據本發明之例示性實施的電動車輛與無線電力傳送系統之間的對準操作之描繪。圖4A展示電動車輛401,其包括電連接至接收天線或線圈418及通信天線427之無線電力傳送及通信接收器408。圖4A亦展示無線電力傳送及通信傳輸器404,其電連接至傳輸天線或線圈414及通信天線437。通信天線427可不同於接收線圈418。通信天線437可不同於傳輸線圈414。通信天線427及437可經組態以分別促進接收器408與傳輸器404之間的通信,當車輛401接近時。圖4B展示車輛401車載接收器408與傳輸器404建立通信。在圖4C中,對準程序可在車輛401移動朝向傳輸線圈414時開始。通信鏈路提供視覺回饋、聽覺回饋或其組合至車輛401之驅動器。驅動器可使用此回饋來判定車輛401何時經適當地定位以用於無線電力傳送。在圖4D中,對準程序在車輛401藉由使車輛401定位而完成時繼續,使得安裝至車輛410之接收線圈418實質上與傳輸線圈414對準。最終,圖4D展示車輛401經定位而使得接收線圈418實質上與傳輸器404之傳輸線圈414對準。
圖5為根據本發明之例示性實施的經由傳輸器線圈對準之車輛的圖。無線電力傳送系統500能夠在車輛401停放在傳輸器404附近時實現車輛401的充電。展示用於車輛401將停放在傳輸線圈414上的空間。傳輸線圈414可位於基礎襯墊415內。在一些實施中,傳輸器404可連接至電力骨幹502。傳輸器404可經組態以經由電連接503而提供交流電(AC)至位於基礎襯墊415內之傳輸線圈414。如上文圖4之連接中所描述,車輛401可包括各自連接至接收器408之電池組536、接收線圈418及天線427。
在一些實施中,接收線圈418可在接收線圈418位於傳輸線圈414所產生之無線(例如,磁性或電磁)場中時接收電力。無線場對應於其中傳輸線圈414所輸出之能量可由接收線圈418俘獲的區域。在一些狀 況下,無線場可對應於傳輸線圈414之「近場」。
接收線圈418需要提供至少最小額定電流或功率至接收器404以便對電池組536充電或為車輛401供電。最小額定電流或功率可包括除了對電池組536充電以外的額外電力負載需求,例如,車輛401內及由其供電之一或多個電子器件的任何電需求。並非所有車輛均經設計以與所有充電系統相容。此類不相容性可影響無線充電系統之效能。一個解決方案可包括用若干電動車輛來預測試若干無線充電系統以提供相容性清單。另一解決方案可進一步包括相對於用於電動車輛側充電之標準磁性集合進行預測試。除了針對每一無線充電系統及電動車輛組合(或標準磁性集合)測試多個對準位置之外,此類解決方案可不提供全面、精確的相容性評估。
為了穩固及可靠的操作,在車輛401車上的接收器404可判定傳輸線圈414與接收線圈418之間的相容性。如果傳輸線圈414及接收線圈418能夠在一起工作以提供至少最小額定電力輸出用於車輛401進行給定對準,那麼傳輸線圈414及接收線圈418可經判定為相容的。此類相容性判定可不管傳輸線圈414與接收線圈418之間的對準來進行。此類相容性判定可進一步進行而不管傳輸線圈414及接收線圈418是否屬於同一無線電力傳送系統。進一步在下文關於圖6及圖7描述相容性偵測。
圖6為根據本發明之例示性實施的具有對準及相容性偵測之無線電力傳送系統600的功能方塊圖。系統600包括傳輸器604及接收器608。傳輸器604可包括電連接至傳輸電路606之通信電路629。傳輸電路606可包括振盪器622、驅動器電路624及濾波器及匹配電路626。振盪器622可經組態以產生所要頻率之信號,所要頻率可回應於頻率控制信號623而調整。振盪器622可將振盪器信號提供至驅動器電路624。驅動器電路624可經組態以基於輸入電壓信號(VD)625而在(例 如)傳輸線圈614之諧振頻率下驅動傳輸線圈614。在一個非限制性實例中,驅動器電路624可為經組態以自振盪器622接收方波及輸出正弦波之開關放大器。
濾波器及匹配電路626可濾出諧波或其他不必要的頻率,且將傳輸器604之阻抗匹配至傳輸線圈614。由於驅動傳輸線圈614,傳輸線圈614可產生一無線場605以在(例如)足夠用於對電動車輛之電池組636充電的位準下無線地輸出電力。除非另有說明,否則傳輸電路606內之每一組件可具有實質上與傳輸電路206內之各別組件相同的功能性,如先前關於圖2所描述。
傳輸器604可進一步包括電連接至通信電路629之控制器電路628。通信電路629可經組態以經由通信鏈路619與接收器604內之通信電路639通信。傳輸器603可進一步包括耦接至傳輸電路606及耦接至控制器電路628之感測器電路625。感測器電路625可經組態以量測由傳輸電路606輸出至傳輸線圈614之電流,且可將該資訊傳達至控制器電路628。
接收器608可包括接收線圈618及接收電路610。接收電路610可包括切換電路630、匹配電路632及整流器電路634。接收線圈618可電連接至切換電路630。切換電路可選擇性地將接收線圈618連接至匹配電路632或將接收線圈618之短路端子連接在一起。匹配電路632可電連接至整流器電路634。整流器電路634可將DC電流提供至電池組636。除非另有說明,否則接收電路610內之每一組件可具有實質上與接收電路210內之各別組件相同的功能性,如先前關於圖2所描述。
接收器608可進一步包括感測器電路635,其經組態以感測接收線圈618之短路電流或開路電壓及/或來自整流器電路634之DC電流輸出。控制器電路638可電連接至感測器電路635及自感測器電路635接收感測器數據。用戶接口650亦可電連接至控制器電路638,及經組態 以將關於接收線圈618與傳輸線圈614之間的耦合、對準或相容性程度之回饋提供至車輛之驅動器。通信電路639可連接至控制器電路638。通信電路639可經組態以經由通信鏈路619而與傳輸器604內之通信電路629通信。
為自傳輸器604將電力提供至接收器608,可經由無線場(例如,磁場或電磁場)605而自傳輸線圈614將能量傳輸至接收線圈618。傳輸線圈614及傳輸電路606形成具有特定諧振頻率之諧振電路。接收線圈618及接收電路610形成具有特定諧振頻率之另一諧振電路。因為電磁損耗在具有相同諧振頻率之兩耦合諧振系統之間最小化,所以需要與接收線圈618相關聯之諧振頻率將與傳輸線圈614所關聯之諧振頻率實質上相同。因此,進一步需要用於傳輸線圈614及接收線圈618中之一或兩者的調諧拓撲不受電感或負載改變顯著影響。
在一個實施中,根據以下方程式,傳輸電路606提供AC電流I1(例如,有時稱為一次電流)至傳輸線圈614:I1=I1max
其中I1max為傳輸電路606可提供至傳輸線圈614之最大AC電流。
需要電流I1為最大電流I1max的分數或百分比,例如I1max的10%、15%、20%、25%等。因此,比率β對應於該百分比或分數之倒數。進一步需要傳輸電路606能夠將電流I1提供作為實質上恆定電流。傳輸線圈614基於電流I1而產生無線場605。當實質上與傳輸線圈614對準時,接收線圈618可實質上位於無線場605內。因此,接收線圈618可磁性或電磁地耦合至傳輸線圈614。無線場605誘發接收線圈618中之AC電流I2,例如,有時稱為二次電流。
在充電模式中,整流器電路643將AC電流I2轉換為直流(DC)充電電流Idc。根據以下方程式,DC充電電流Idc與電流I1成正例:
其中Idc以安培來量測,1.1為等於π/(22)之大致整流比例因數,k12為傳輸線圈614與接收線圈614之間的耦合因數,L1及L2分別為傳輸線圈614及接收線圈618之電感,I1表示為以安培計的AC電流之均方根(RMS),及K12為正規化為傳輸線圈614電感與接收線圈618電感之比的「卡帕(kappa)」或耦合因數k12
因此,接收線圈618可產生之最大DC充電電流Idcmax與提供至傳輸線圈614之最大電流I1max成正例。根據以下方程式,此對於傳輸線圈614與接收線圈618之間的任何給定對準為成立的:Idcmax=1.1K12I1max
此外,K12可取決於傳輸線圈614與接收線圈618之間的對準而變化。因為K12表示傳輸線圈614與接收線圈618之間的正規化耦合因數,所以根據以下方程式,K12可表示為流經接收線圈618之短路電流I2sc與流經傳輸線圈614之電流I1的比:K12=I2sc/I1
根據以下方程式,K12亦可表示為接收線圈618上之開路電壓Voc與傳輸線圈614上之電壓V1的比:K12=Voc/V1
為量測電流I2sc,切換電路630經由感測器電路635而使接收線圈618之端子短路,如在下文圖7中更詳細地進一步描述。在另一實施中,可使用在接收器電路610提供電力至電池組636時的充電電流Idc來推斷或判定短路電流I2sc。舉例而言,可根據以下方程式來推斷或判定充電電流Idc與短路短路電流I2sc將為多少之間的關係:I2sc=Idc/1.1
在另一實施中,可藉由量測跨越接收線圈618之端子的開路電壓Voc來推斷或判定短路電流I2sc的值。舉例而言,可根據以下方程式來推斷或判定開路電壓Voc與短路電流I2sc之間的關係: I2sc=Voc/ωL2
其中ω為以弧度每秒為單位的AC頻率,及L2為接收線圈618之電感。為量測電壓Voc,切換電路630可使接收線圈618之跨越感測器電路635的端子開路,如在下文圖7中更詳細地進一步描述。
參看圖6,傳輸電路606可將電流I1設置為最大電流I1max之比率β。傳輸電路606可將電流I1提供至傳輸線圈614。當需要電流I1之動態量測時,感測器電路625可施加至傳輸線圈614之電流I1,使得接收器608可接收電流I1之值的指示。感測器電路625可將量測值傳達至控制器電路628。在其中可量測接收線圈618上之開路電壓Voc的實施中,感測器電路625可量測跨越傳輸線圈614之端子的電壓V1。感測器電路625可將量測值傳達至控制器電路628。類似於I1與I1max之間的關係,電流I1max所誘發之傳輸線圈614上的最大電壓V1max與電流I1所誘發之電壓V1的比亦為β。
在一個實施中,接收器608可向傳輸器604請求比率β。通信電路629可將比率β傳達至接收器608內之通信電路639。通信電路629可進一步將電流I1之值及電壓V1之值中的至少一者傳達至通信電路629。通信電路639可將接收之比率β以及電流I1之值及電壓V1之值中的至少一者傳達至控制器電路638。以此方式,接收器608可基於傳輸器604所提供資訊而在記憶體單元(未圖示)中儲存比率β以及電流I1及電壓V1中的至少一者之值。在β經標準化之替代實施中,控制器電路638可已經將β儲存至記憶體單元。在此狀況下,通信電路629可僅傳達電流I1之值及電壓V1之值中的至少一者且不傳達β之標準化值至通信電路639。
一旦將電流I1施加至傳輸線圈614,傳輸線圈即形成無線場605。無線場605可誘發接收線圈618中之短路電流I2sc,此係因為接收線圈618之端子短路在一起。感測器電路635可量測電流I2sc之值。感測器 電路626接著可將電流I2sc之值傳達至控制器電路638。
在其中量測開路電壓Voc之實施中,切換電路630可使接收線圈618之端子開路,且感測器電路635可量測電壓Voc之值。感測器電路635接著可將電壓Voc之值傳達至控制器電路638。
控制器電路638可接著根據先前所描述的方程式K12=I2sc/I1而使用所量測電流I2sc及電流I1的接收值來判定正規化耦合因數K12。在量測開路電壓Voc之實施中,控制器電路638可根據先前所描述的方程式K12=Voc/V1而使用量測電壓Voc及接收之電壓V1來判定正規化耦合因數K12。控制器電路638可根據先前所描述的方程式I1=I1max/β(其可重排為I1max=βI1)而利用比率β及電流I1之接收之值來判定I1max。控制器電路638可接著根據先前所描述的方程式Idcmax=1.1K12I1max而使用K12及I1max的判定值來判定接收器608之最大DC充電電流。
可能需要判定傳輸器604是否能夠提供至少所需臨限充電電流Ithresh至處於特定對準中之電池組。電流Ithresh可為與特定電池組或車輛系統相關之預定或已知電流。為進行此類判定,控制器電路638可根據以下不等式來比較短路電流I2sc與除以1.1倍之比率β之所需臨限充電電流Ithresh:I2sc>Ithresh/1.1β
若I2sc大於電流Ithresh/1.1β,則控制器電路638判定傳輸器604可能夠使用電流對準而提供至少所需臨限充電電流至電池組636。控制器電路638可引導通信電路639經由通信鏈路619傳輸起始充電的指示至通信電路629。控制器電路638可進一步經由(例如)使用者介面650提供在電流對準中適當(例如,相容)充電為可能的指示至車輛401之驅動器及/或至一或多個其他系統。控制器電路638接著可引導切換電路630自接收線圈618移除短路連接。切換電路630可將接收線圈618連接至匹配電路632。接收線圈618現可提供電力至電池組636且充電可開 始。
若I2sc小於電流Ithresh/1.1β,則控制器電路638判定傳輸器604可不能夠在現有對準情況下提供至少所需臨限充電電流至電池組636。控制器電路638可引導通信電路639經由通信鏈路619傳輸不起始充電的指示至通信電路629。控制器電路638可進一步經由(例如)使用者介面650提供在電流對準中適當(例如,相容)充電不可能的指示至車輛401之驅動器及/或至一或多個其他系統。在此類情況下,接收線圈618將不提供電力至電池組636且充電將不開始。以此方式,傳輸器604可接收系統600在用於提供額定能力之可接受對準或操作區(未圖示)之外的指示。控制器電路638可將操作區判定為傳輸線圈614上方、周圍或附近之幾何區域。在操作區內,當傳輸線圈614由一次電流I1驅動時,接收線圈618之短路電流I2sc將使得不等式I2sc>Ithresh/1.1β得到滿足。更特定而言,控制器電路638可界定接收線圈618之操作區內相對於傳輸線圈614的位置以維持不等式I2sc>Ithresh/1.1β之滿足。相比而言,接收線圈618之其中不滿足該不等式的位置在操作區之外。因此,一些實施可允許在沒有車輛或充電系統之特性的任何預先瞭解的情況下建立用於接收線圈618之操作區。
在另一實施中,可能需要判定傳輸器604是否能夠提供至少所需臨限充電電壓Vthresh至特定對準中之電池組。電壓Vthresh可為與特定電池組或車輛系統相關之預定或已知電流。為進行此類判定,控制器電路638可根據以下不等式來比較開路電壓Voc與除以1.1倍之比率β之電壓Vthresh:Voc>Vthresh/1.1β
若Voc大於電壓Vthresh/1.1β,則控制器電路638判定傳輸器604可能夠使用電流對準而提供至少所需臨限充電電壓至電池組636。控制器電路638可引導通信電路639經由通信鏈路619傳輸起始對通信電路629 之充電的指示。控制器電路638可進一步提供在該電流對準中適當充電為可能的指示至車輛401之驅動器及/或至一或多個其他系統。控制器電路638接著可引導切換電路630自接收線圈618移除開路連接。切換電路630可將接收線圈618連接至匹配電路632。接收線圈618現可提供電力至電池組636及可開始充電。
若Voc小於電壓Vthresh/1.1β,則控制器電路638判定傳輸器604可不能夠在現有對準情況下提供至少所需臨限充電電壓至電池組636。控制器電路638可引導通信電路639經由通信鏈路619傳輸不起始對通信電路629之充電的指示。控制器電路638可進一步提供在該電流對準中適當充電為不可能的指示至車輛401之驅動器及/或至一或多個其他系統。在此類情況下,接收線圈618將不提供電力至電池組636及充電將不開始。以此方式,傳輸器604可接收系統600在用於提供額定能力之可接受對準或操作區之外的指示,類似於上文關於上文短路電流I2sc所揭示。
根據以上描述,控制器電路638可判定用於接收線圈618之相對於傳輸線圈614的任何位置之最大可能輸出電流或電壓。控制器電路638可在供應電流至電池組636之前進行此類判定。在另一實施中,控制器電路638可在電池組636之充電期間進行此類判定。在另一實施中,控制器電路638可在車輛401之驅動器正驅動車輛401至用於充電的空間中時進行此類判定。此類實施可提供安全機制以確保在充電循環期間充電電流及/或電壓保持在安全限制內。
舉例而言,在某些條件下,傳輸線圈614與接收線圈618之間的過耦合可致使傳輸器604及接收器608中之一或兩者中的非所要應力。接收器608中之控制器電路638或傳輸器604中之控制器電路628中之任一者可偵測此類過耦合。接收器608中之控制器電路638或傳輸器604中之控制器電路628中之任一者可回應於偵測到過耦合而採取校正動 作。此類校正動作可包括減少耦合K12,減少驅動電流I1,經由使用者介面650提供指示以調整對準,關閉接收器608側上至電池組636之電力,及/或關閉傳輸器604側上至傳輸線圈614之電力。
如先前所描述,控制器電路638可分別根據上述等式K12=I2sc/I1及K12=voc/V1而利用短路電流I2sc或開路電壓Voc之量測值來判定用於每一接收線圈618之耦合因數K12。在其他實施中,根據上述DC電流至短路電流轉換方程式I2sc=Idc/1.1,控制器電路638可判定在充電期間之耦合因數K12。因為控制器電路638可判定在充電之前校準期間及在充電期間兩者之耦合因數K12,所以控制器電路638可持續監視耦合因數K12。控制器電路638接著可根據以下不等式來比較所判定耦合因數K12與最大耦合因數K12max:K12>K12max
控制器電路638可判定最大耦合因數K12max。在替代例中,控制器電路638可存取儲存於控制器電路638可存取的記憶體(未圖示)中之K12max的值。若以上不等式得到滿足,則控制器電路638可判定過耦合之狀態。控制器電路638接著致使執行上述校正性動作中之一者。
圖7為根據本發明之例示性實施的圖6之接收電路之一部分的示意圖。圖7展示電連接至切換電路630之接收線圈618。切換電路630可包括開關731及開關732。開關731之第一端子電連接至接收線圈618之第一端子及電連接至匹配電路632。開關731之第二端子電連接至感測器電路。開關732之第一端子電連接至接收線圈618之第二端子及電連接至感測器電路。開關732之第二端子電連接至匹配電路。儘管接收線圈618經展示為連接至切換電路630,但一或多個諧振電路組件可連接於接收線圈618與切換電路630之間,如虛線所表示。閉合開關731使接收線圈618之端子經由感測器電路635而短路。打開開關732有效地使接收線圈618與匹配電路632斷開。打開開關732亦有效地使位於 下行之電池組636(未圖示)與匹配電路632斷開。當量測短路電流I2sc將不指示電力供應電位時,感測器電路635可量測接收線圈618之端子上的開路電壓。在此類實施中,可打開開關731及開關732兩者,使得切換電路630可量測接收線圈618之第一端子及第二端子上之開路電壓。 儘管切換電路630經展示為位於接收線圈618與匹配電路632之間,但本申請案並不如此限制。舉例而言,對於特定調諧拓撲,切換電路630可位於匹配電路632之後,只要可進行或推斷短路電流I2sc或開路電壓Voc之有效量測即可。
圖8說明根據例示性實施的用於無線電力傳送系統之對準及相容性偵測之方法的流程圖。本文參考無線電力傳送系統600來描述流程圖800之方法,如先前關於圖6所描述。在一實施中,可藉由諸如圖6之控制器電路638之控制器來執行流程圖800中之步驟中的一或多者。 儘管在本文參考特定次序來描述流程圖800之方法,但在各種實施例中,本文中之步驟可以不同次序來執行,或可省略,且可添加額外步驟。
在步驟802處,方法開始。在步驟804處方法藉由使無線電力接收器之接收線圈與無線充電傳輸器之傳輸線圈對準來繼續。舉例而言,車輛401可經對準而使得接收器408之接收線圈418實質上在傳輸器404之傳輸線圈414上對準,如先前關於圖5所描述。
在步驟806處,所述方法包括經由第一通信鏈路接收與充電傳輸器之至少一個特性相關聯之資訊。舉例而言,通信電路639可經由通信鏈路619接收來自傳輸器604之通信電路629的電流I1及電壓V1中的至少一者之值。在另一實施中,可經由通信鏈路619接收表示電流I1或電壓V1之值中的至少一者的資訊。可基於資訊信號(諸如經由記憶體中之查找表或查詢資料服務(未圖示))來判定電流I1之值及電壓V1之值中的至少一者。
在步驟808處,該方法包括經由第一通信鏈路獲得β之值。舉例而言,通信電路639可經由通信鏈路619接收來自傳輸器604之通信電路629的比率β。通信鏈路619可為任何類型之通信鏈路,包括(但不限於)藍芽、紫蜂或蜂巢式。在另一實施中,比率β可已為已知的,如標準化值。在此類實施中,通信電路639可不經由通信鏈路619接收該比率β,但實際上可自記憶體或來自已知資料服務之查詢(未圖示)來判定β。
方法可在步驟810處繼續,其包括量測與接收線圈618相關聯之操作參數之值。舉例而言,感測器電路635可量測經過接收線圈618之短路電流I2sc,如先前關於圖6及圖7所描述。在另一實施中,感測器電路635可量測接收線圈618上之開路電壓Voc,如先前關於圖6及圖7所描述。
在步驟812處,方法藉由比較參數之值與足以對負載充電之臨限充電參數而繼續。控制器電路638可執行電流I2sc與除以1.1倍之β之所需臨限充電電流Ithresh之間的比較。若I2sc大於臨限充電電流Ithresh/1.1β,則傳輸器604可能夠藉由電流對準而提供至少最小所需充電電流至電池組636。在此狀況下,方法可繼續至步驟814,其包括經由第一通信鏈路傳輸起始充電之指示。舉例而言,通信電路639可經由通信鏈路619傳輸起始對通信電路629之充電的指示。此時方法可以結束步驟818結束。
返回至決策區塊812,若I2sc不大於所需臨限充電電流Ithresh/1.1β,則接收器608可被視為在電流對準中與傳輸器604不相容。傳輸器604可不能夠藉由電流對準來提供至少最小所需充電電流至電池組636。在此狀況下,方法可繼續至步驟816,其包括經由第一通信鏈路傳輸不起始充電的指示。舉例而言,通信電路639可經由通信鏈路619傳輸不起始對通信電路629之充電的指示。在另一實施中,通信電路639可 不傳輸無論什麼任何指示,且充電將不開始。在另一實施中,通信電路639可傳輸接收線圈618在可接受對準或操作區之外及/或將不能提供額定電力的指示。此時方法可以結束步驟818結束。
在另一實施中,其中量測開路電壓Voc而非短路電流I2sc,步驟812可包括控制器電路638執行電壓Voc與除以1.1倍之β之所需臨限充電電壓Vthresh之間的比較。若Voc大於臨限充電電壓Vthresh/1.1β,則傳輸器604可能夠藉由電流對準而提供至少最小所需充電電壓至電池組636。若Voc小於所需臨限充電電壓Vthresh/1.1β,則接收器608可被視為在電流對準中與傳輸器604不相容。傳輸器604可不能夠藉由電流對準來提供至少最小所需充電電壓至電池組636。
圖9說明根據例示性實施的用於無線電力傳送系統之對準及相容性偵測之另一方法的流程圖。本文參考無線電力傳送系統600來描述流程圖900之方法,如先前關於圖6所描述。在一實施中,可藉由諸如圖6之控制器電路628之控制器來執行流程圖900中之步驟中的一或多者。儘管在本文參考特定次序來描述流程圖900之方法,但在各種實施例中,本文中之步驟可以不同次序來執行,或可省略,且可添加額外步驟。
在步驟902處,方法開始。在步驟904處,方法藉由將傳輸線圈之電流設定至相對於最大傳輸線圈電流之比率β來繼續。舉例而言,傳輸電路606及/或控制器電路628可設定電流I1使得其具有與最大電流I1max之預定比率β。在一個實施中,感測器電路(未圖示)可量測施加至傳輸線圈614之電流I1。感測器電路可將量測值傳達至控制器電路628。在另一實施中,可將傳輸線圈上之電壓設定為相對於最大傳輸線圈電壓之比率β。舉例而言,傳輸電路606及/或控制器電路628可設定電壓V1使得其具有與最大電壓V1max之預定比率β。感測器電路(未圖示)可量測施加至傳輸線圈614之電壓V1。感測器電路可將量測值傳達 至控制器電路628。
在步驟906處,方法藉由經由第一通信鏈路傳輸傳輸線圈電流之值而繼續。舉例而言,控制器電路628可引導通信電路629以將電流I1之值傳達至通信電路629。在另一實施中,可經由第一通信鏈路傳輸傳輸電壓之值。舉例而言,控制器電路628可引導通信電路629以將電壓V1之值傳達至通信電路。
在步驟908處,方法藉由經由第一通信鏈路提供比率β而繼續。舉例而言,控制器電路628可引導通信電路629經由通信鏈路619將比率β傳輸至通信電路639。
在流程圖900此處,方法可包括決策區塊910,其與如上文所描述之流程圖800之決策區塊812相關。若判定I2sc大於Ithresh/1.1β,則方法可繼續至步驟912,其包括經由第一通信鏈路接收起始充電的指示。舉例而言,通信電路629可經由通信鏈路619接收此類起始自通信電路639充電的指示。在此狀況下,方法可以步驟914繼續,其可包括起始充電。舉例而言,控制器電路628可引導傳輸電路606以將電流I1增加至最小所需充電電流以開始充電。此時方法可以結束步驟920結束。
返回至決策區塊910,若I2sc不大於Ithresh/1.1β,則方法可繼續至步驟916,其包括經由通信鏈路接收以不起始充電的指示。舉例而言,通信電路629可經由通信鏈路619接收不起始自通信電路639充電的指示。在此狀況下,方法可以步驟920繼續,其可包括不起始充電。舉例而言,控制器電路628可引導傳輸電路606繼續以最大電流I1max之先前分數來產生電流I1,其可低於最小所需充電電流。在另一實施中,控制器電路628可引導傳輸電路606完全停止產生電流I1。在另一實施中,通信電路639可傳輸接收線圈618在可接受對準區之外及/或將不能提供最小所需充電電流的指示。此時方法可以結束步驟920結束。
在其中量測Voc而非I2sc之另一實施中,決策區塊910可判定Voc是否大於Vthresh/1.1β。若是,則方法可繼續至步驟912,其包括經由第一通信鏈路接收起始充電的指示。方法接著可如上文所描述而前進。若Voc小於Vthresh/1.1β,則方法可繼續至步驟916,如上文所描述。
圖10展示根據例示性實施的包含電力傳輸器系統1002及電力接收器系統1004之無線電力傳送系統1000。在本文所描述之各種實施例之一個態樣中,無線電力傳送系統1000可提供不同接收器與傳輸器之間的互操作性。舉例而言,一個特定實施例提供接收器與傳輸器之間的介面,其以一般方式(例如,正規化/相對層級)利用小資訊集合(例如,僅基礎電流請求)。除非另有說明,否則無線電力傳送系統1000內之每一組件可具有與各別組件實質上相同之功能性,如先前關於圖2、圖6、圖7所描述。
所說明電力傳輸器系統1002包括電源、介面或基礎結構1006、基礎控制單元(BCU)功率因數校正(PFC)區塊1008、BCU反相器1010、基礎襯墊1012、可選通信天線(諸如,藍芽天線1014)、決策區塊1015、基礎電流控制器1016、DC匯流排控制器1018及限流器1020。BCU PFC區塊1008及BCU反相器1010可對應於圖6之驅動器624及濾波器/匹配網路626。基礎襯墊1012可對應於圖6之傳輸線圈614,但將瞭解,基礎襯墊1012無需具有襯墊或線圈組態。亦即,可選擇及使用任何合適的電力天線,其產生足夠用於對待充電之器件充電或供電的位準下的無線場。決策區塊1015、基礎電流控制器1016、DC匯流排控制器1018及限流器1020可對應於圖6之控制器電路628。可選通信天線(諸如,藍芽天線1014)可對應於圖6之通信電路629。
電力接收器系統1004可包含二次襯墊1022、調諧/整流器1024、輸出濾波器1026、主機器件1028、充電曲線控制區塊1030、二次電流控制器1032、二次組態控制器1034及可選通信天線(諸如,藍芽天線 1036)。二次襯墊1022可對應於圖6之接收線圈618,但將瞭解,二次襯墊1022無需具有襯墊或線圈組態。亦即,可選擇及使用任何合適的電力天線,其可接收足夠用於對待充電之器件充電或供電的位準下的無線場。另外或替代地,二次襯墊1022可包括可選擇性地啟動(例如,連接至負載)的一或多個天線(未圖示)。調諧/整流器1024及輸出濾波器1026可對應於圖6之切換電路630、匹配電路632、整流器電路634及感測器電路635。另外或替代地,調諧/整流器1024及輸出濾波器1026可基於二次襯墊電流Isecondary及組態控制信號Ds提供可變位準輸出電流。充電曲線控制區塊1030、二次電流控制器1032及二次組態控制器1034可對應於圖6之控制器電路638。可選通信天線(諸如,藍芽天線1036)可對應於圖6之通信電路639。
基礎結構1006可經組態以提供電力電流Iac。基礎結構1006可對應於主電源、一或多個電池組、太陽能面板、或經組態以提供電力電流Iac之電源的類似者中的一或多者。在所說明電力傳輸器系統1002中,基礎結構1006以操作方式耦接至BCU PFC區塊1008且為BCU PFC區塊1008提供電力電流Iac
BCU PFC區塊1008可經組態以接收電力電流Iac及命令偏壓信號VDC,CMD,且經組態以提供偏壓信號VDC及電力電流Iac之量測值yac。在所說明電力傳輸器系統1002中,BCU PFC區塊1008接收來自基礎結構之電力電流Iac,接收來自DC匯流排控制器1018之命令偏壓信號VDC,CMD,將偏壓VDC提供至BCU反相器,及將量測信號yac提供至限流器1020。
BCU反相器可經組態以接收偏壓VDC及相位控制信號θ(或「傳導角」及產生傳輸天線電流Ibase(或「基礎襯墊電流」)。舉例而言,BCU反相器可至少基於偏壓VDC及/或相位控制信號θ來產生傳輸天線電流Ibase。在所說明之實施例中,BCU反相器接收來自BCU PFC區塊 1008之偏壓VDC,接收來自基礎電流控制器1016之相位控制信號θ,及向基礎襯墊1012提供傳輸天線電流Ibase
在一個態樣中,BCU PFC區塊1008可用以避免歸因於異相電壓及電流的來自公用電網之過量電流,避免歸因於電路之其他部分(例如,整流器之開關動作)的諧波失真,及在50/60Hz下對公用電力進行濾波。可將來自BCU PFC區塊1008之DC電壓供應至BCU反相器,該BCU反相器之輸出可稱為橋接電流或基礎電流。根據以下方程式,BCU反相器之輸出之基本量值取決於自BCU PFC區塊1008接收之DC偏壓電壓VDC及反相器橋之相位控制信號θ(其可採取自0°至180°之任何值):
在方程式6中,相位控制信號θ可對應於工作循環。較高相位控制信號θ對應於電力經傳遞之較多時間。較低相位控制信號θ轉譯為用於相同電力之較低電壓及較高電流。較低相位控制信號θ需要較高電流。在一些實施中,BCU反相器以超過90°之相位控制信號θ操作。避免較低相位控制信號θ及其相關聯較高電流可減少組件應力。若BCU反相器在實質上130°執行,則輸出電壓之總諧波失真(THD)可減小。當BCU反相器將相位控制信號θ自120°增加至大致130°時,三次諧波隨著五次諧波減少而增加。THD並未在120°與130°之間變化太多,且在其接近140°時緩慢增加。一些實施係在115°至140°之範圍內操作。
基礎襯墊1012可經組態以接收傳輸天線電流Ibase及產生用於傳輸電力之無線場。在一些實施例中,基礎襯墊1012可經組態以提供指示傳輸天線電流Ibase之位準的量測值ybase。量測信號ybase可對應於與傳輸天線電流Ibase相關之任何合適的特性,未必係電流。舉例而言,樣本特性可包括類似特性中之感測電壓、輔助電流、阻抗、電磁場。在所說明之實施例中,基礎襯墊1012接收來自BCU反相器之傳輸天線電流 Ibase且將量測值ybase提供至基礎電流控制器1016及/或藍芽天線1014。基礎襯墊1012可包括一或多個天線,包括環形天線、平面天線、及產生足夠用於對器件供電及/或充電之無線場的類似器件。
可選通信天線,諸如電力傳輸器系統1002之藍芽天線1014可經組態以接收一或多個類型之通信。舉例而言,通信天線可經組態以接收信號(諸如電流請求信號IbaseIn),且可經組態以傳輸信號(諸如量測信號ybase)。將瞭解,並不需要來自基礎襯墊1012之單獨天線用於通信。實際上,電力傳輸器系統1002與電力接收器系統1004可(例如)使用單向或雙向頻道藉由基礎襯墊1012與二次襯墊1022之間的頻帶內傳信而通信。此外,除了或替代無線通信,可藉由實體鏈接(諸如,互連有線資料通信路徑)來進行通信。
電流請求信號IbaseIn可用以控制流經基礎襯墊1012之電流量,且繼而控制無線場之強度。舉例而言,電力接收器系統1004可經組態以藉由經由藍芽通信傳輸電流請求信號IbaseIn至電力傳輸器系統1002而控制傳輸天線之電流。電流請求信號IbaseIn可指示用於傳輸天線之電流之參考位準。「參考位準」可意謂「目標位準」、「命令位準」、「所要值」、或指示電力接收器正請求基礎襯墊傳導之基礎電流的(正規化)位準之類似描述。舉例而言,電流請求信號IbaseIn可指示與預定值成正比或藉由預定值正規化的電流量。正規化電流請求信號可指示應根據電流請求信號IbaseIn將基礎襯墊電流Ibase調整至可能程度。預定值可對應於電力傳輸協議之電流位準(例如,基礎襯墊電流歸因於安全、標準及/或類似需求/目標之上限)。電力傳輸協議可對應於任何合適的標準。
在操作中,電力接收器系統1004可接收例如因數或比率β之請求。該請求可相對於預定電流位準,諸如基礎襯墊1012之操作限制之某一百分比,例如「最大」基礎電流之10%、30%、40%、57%、 90%、100%或110%,與請求某一指定電流位準(諸如指定安培量)相對比。
在一些實施例中,電力接收器系統1004可不能存取用於各別電力傳輸器系統1002之預定電流位準。如將論述,電力接收器系統1004之控制器可有效用於補償未知預定電流位準。此外,電力接收器系統1004之控制器可有效用於感測電力傳輸系統之能力,且用於相應地調整電流請求信號IbaseIn以便不損壞電力傳輸器系統1002。此外,電力傳輸器系統1002之控制器(例如,限流器1020)可有效用於防止電力傳輸器進入可損壞電力傳輸器系統1002之操作點。因此,如本文所描述,請求與絕對量相對之電流之相對量可幫助改良各種類型之電力傳輸器系統1002與各種類型之電力接收器系統1004之間的互操作性,同時簡化無線電力傳送之過程。
決策區塊1015可經組態以接收電流請求信號IbaseIn及上限信號IbaseBound作為輸入,及產生有限電流請求信號IbaseIn*作為輸出。舉例而言,在所說明之實施例中,決策區塊1015以操作方式耦接至可選藍芽天線1014以接收電流請求信號IbaseIn。所說明決策區塊1015以操作方式耦接至限流器1020以接收上限信號IbaseBound。所說明決策區塊1015以操作方式耦接至基礎電流控制器1016以提供有限電流。
在操作中,決策區塊1015可經組態以基於電流請求信號IbaseIn及上限信號IbaseBoundIn而產生有限電流請求信號IbaseIn*。在一個實施例中,決策區塊1015可經組態以在電流請求信號IbaseIn小於上限信號IbaseBound的情況下輸出有限電流請求信號IbaseIn*作為實質上等於電流請求信號IbaseIn,及否則輸出有限電流請求信號IbaseIn*作為實質上等於上限信號IbaseBound
基礎電流控制器1016可經組態以接收傳輸天線電流Ibase之量測值ybase及電流請求信號IbaseIn(或者有限電流請求信號IbaseIn*),且進一步 經組態以產生相位控制信號θ以調整基礎襯墊1012所產生之無線場之功率位準。在所說明之實施例中,基礎電流控制器1016以操作方式耦接至基礎襯墊1012、可選藍芽天線1014、決策區塊1015、BCU反相器及DC匯流排控制器1018。基礎電流控制器1016基於量測信號ybase及有限電流請求信號IbaseIn*而產生相位控制信號θ。在一些實施例中,有限電流請求信號IbaseIn*對應於小於約(例如)由限流器1020產生之上限信號IbaseBound的電流請求信號IbaseIn之版本。將關於圖13更詳細地描述基礎電流控制器1016。
DC匯流排控制器1018經組態以接收相位控制信號θ及參考相位θR作為輸入,及進一步經組態以產生命令偏壓信號VDC,CMD作為輸出。在所說明之實施例中,DC匯流排控制器1018可提供命令偏壓信號VDC,CMD至BCU PFC區塊1008,及可自基礎電流控制器1016接收相位控制信號θ。DC匯流排控制器1018可基於相位控制信號θ與參考相位之比較而產生命令偏壓信號VDC,CMD。將關於圖14更詳細地描述DC匯流排控制器1018。
限流器1020可經組態以接收AC參考信號AC Ref及提供至BCU PFC區塊1008之電流Iac之量測值yac。限流器1020可進一步經組態以基於AC參考信號與量測信號yac之比較而產生上限信號IbaseBound。AC參考信號AC Ref可為表示偏壓朝向(例如,偏好)之電力電流的外源信號。將在稍後參看圖15更詳細地描述限流器1020。
現轉至圖10之電力接收器系統1004,車輛襯墊可經組態以耦合至基礎襯墊1012所產生之無線場,及經組態以基於該無線場產生電流Isecondary。二次襯墊1022可對應於(例如)圖1之電動車輛感應線圈116。可將電流Isecondary提供至調諧/整流器1024及輸出濾波器1026塊以用於產生輸出電流IOUT。調諧/整流器1024區塊可包括經組態以變化二次襯墊1022之阻抗以變化基礎襯墊1012與二次襯墊1022之間的耦合的電 路。調諧/整流器1024區塊可包括經組態以轉換及/或調節電流Isecondary之電路。輸出濾波器1026可包括用於將整流電流Isecondary過濾為適合於對主機器件1028充電及/或供電之信號的電路。
主機器件1028可經組態以接收用於對主機器件1028充電或供電之輸出電流。主機器件1028之變體實例包括電動車輛及/或消費型電子器件。主機器件1028可向電力接收器系統1004之其他組件提供各種充電參數,諸如最大電流、最大電壓、最大電力及類似特性。在所說明之實施例中,主機器件1028提供這些參數至充電曲線控制區塊1030。
充電曲線控制區塊1030可經組態以產生參考輸出電流IoutIn。參考輸出電流IoutIn可對應於所要輸出電流,其將基於輸出濾波器1026之偏壓位準VSC,DC及主機器件1028之各種參數(諸如最大容許電流、電壓、電力及類似物)而達成有效無線電力傳送。可基於效率考量來選擇參考輸出電流IoutIn。舉例而言,給定輸出濾波器1026之偏壓位準VSC,DC,可選擇輸出電流Iout,其改良電力傳輸之效率以及二次考量(諸如電壓及/或電力位準)。維持輸出(諸如,輸出電壓、輸出電力)之操作參數在與電流之有效使用相容的預定範圍內可增加電力傳送有效性及/或效率。舉例而言,當使用電力接收器之輸出對電池組充電時,可選擇操作參數以匹配對應於電池組之有效充電的「電池組充電曲線」。
二次電流控制器1032可經組態以接收參考輸出電流IoutIn及輸出電流Iout之量測值yout,及可經組態以產生電流請求信號IbaseIn。舉例而言,電流請求信號IbaseIn可對應於電力接收器系統1004命令電力傳送系統傳導經過基礎襯墊1012之電流的正規化或相對位準。如所陳述,正規化相對位準可相對於預定值,諸如最大傳輸天線電流Ibase。在一個實施例中,二次電流控制器1032可經組態以按驅動輸出電流朝向參 考輸出電流IoutIn的方式來調整電流請求信號IbaseIn。二次電流控制器1032可經組態以提供電流請求信號IbaseIn至通信天線(例如,藍芽天線1036)以傳輸電流請求信號IbaseIn至電力傳輸器系統1002。將在稍後關於圖11更詳細地描述二次電流控制器1032。
二次組態控制器1034可經組態以接收參考輸出電流IoutIn、二次襯墊1022電流Isecondary之估計Î sc (例如,根據方程式之二次線圈之短路電流的估計)、及傳輸天線電流Ibase之量測值ybase。在一個實施例中,估計Î sc 可對應於上文關於圖6及圖7所描述的短路電流I2sc。將瞭解,二次組態控制器1034可接收除了或替代估計Î sc 之二次線圈的開路電壓的估計。
二次組態控制器1034可經進一步組態以基於至少接收之輸入信號而產生組態控制信號Ds作為輸出。組態控制信號Ds可用以調整調諧整流器區塊、輸出濾波器1026及/或二次襯墊1022之各種參數。對於非限制性實例,二次組態控制器1034可調整線圈比率、有效線圈之數目、及/或自電力接收器系統1004之二次襯墊1022抽取之電流。將關於圖12更詳細地描述二次組態控制器1034。
圖11展示根據例示性實施的圖10之電力接收器系統1004之二次電流控制器1032的狀態圖。所說明二次電流1032包括可選斜坡率控制器1102、第一及第二求和接合點1104、1106、比例增益1110及積分增益1112。可選斜坡率控制器1102可經組態以限制或固定參考輸出電流IoutIn之改變速率。限制改變速率可幫助防止或抑制積分增益項歸因於參考輸出電流IoutIn之快速改變的積分飽卷(integral wind-up)及快速增加所引起的振盪。限制改變之速率亦可幫助減少電流請求信號IbaseIn中之原本引起不穩定性的高頻分量。舉例而言,若二次電流控制器在相對於時間延遲之高頻下驅動基礎電流Ibase(例如,在大於約1/τHz之頻率下,其中τ表示以秒計的時間延遲),則系統中之時間延遲可引起 振盪或甚至不穩定性。對參考輸出電流IoutIn速率限制可限制二次電流控制器1034之整體頻寬。因此,可選斜坡率控制器1102可改良穩固性及穩定性。
參考輸出電流IoutIn或視情況斜坡率控制器1102之輸出可與第一求和接合點1104之量測信號yout相比以產生誤差信號e。藉由組合與誤差信號e成正比的項及與誤差信號e之積分成正比的項來產生電流請求信號IbaseIn。與誤差信號e成正比的項可改良二次電流控制器1032之頻寬,其可改良回應速度。與誤差信號e積分成正比的項之「積分動作」可幫助減少穩態誤差及補償電力傳輸器系統1002處之未知電流位準。
在一個實施例中,二次電流控制器1032具有約250Hz之頻寬。可基於諸如以下各者之特定應用考量來選擇其他頻寬:回應速度、通信延遲穩固性、其他非最小相位動力學及模型不確定性。舉例而言,在一個實施例中,二次電流控制器1032具有小於約1/τ之頻寬(以赫茲計),其中τ表示與傳達電流請求信號IbaseIn及電力傳輸器系統1002回應於該電流請求信號IbaseIn而採取動作相關聯的時間延遲(以秒計)。在另一實施例中,二次電流控制器1032具有小於約1/(2τ)之頻寬。在另一實施例中,二次電流控制器1032具有小於約1/(16τ)之頻寬。選擇小於約1/(16τ)之頻寬可提供大於約45度之相位邊限。
圖12展示根據例示性實施的圖10之電力接收器系統1004之二次組態控制器1034的狀態圖。雖然圖12之一些元件使用如本文所使用之術語「理想」或「較佳」來標記,但術語「理想」及「較佳」意謂表示該「理想」或「較佳」元件為提供IPT系統之滿意操作的許多元件中之一者,但該「理想」或「較佳」元素中之操作以某一方式比某一其他元件較佳。在圖12中使用術語「理想」及「較佳」並不暗示IPT系統或電力接收器之操作必定藉由選定元件而最佳化或最大化,但在 某些實施例中,可選擇元件以達成IPT系統或電力接收器(例如,電池組之充電)的高階、最佳化或最大化操作。
二次組態控制器1034包括劃分區塊1202、狀態估計器1206及穩定性估計器1208。使用劃分區塊1202,二次組態控制器1034可經組態以用傳輸天線電流Ibase之量測值ybase來劃分估計二次電流Î SC 以產生估計耦合係數κ。狀態估計器1206可經組態以接收估計耦合係數κ、參考輸出電流IoutIn及指示較佳基礎襯墊電流Ibase之信號Ibase*作為輸入,及產生較佳組態信號Ds*作為輸出。在一個實施例中,信號Ibase*可(例如)在初始化期間及/或電力傳送期間由電力傳輸器系統1002提供。然而,將瞭解,信號Ibase*可由任何源提供,包括電力接收器系統1004之組件,諸如記憶體器件(未圖示)。在一個態樣中,電力接收器系統1004將電流請求信號IbaseIn之產生及組態控制信號Ds之產生偏壓朝向達成基礎襯墊電流Ibase,其大致為較佳基礎襯墊電流Ibase*(若可行的話)。然而,歸因於電力傳輸器系統1002處之約束,達成電流Ibase*並不總是發生。舉例而言,電力傳輸器系統1002之限流器區塊1020可將基礎襯墊電流Ibase抑制在某一界限以上。
如上所述,狀態估計器1206經組態以產生較佳組態信號Ds*。信號Ds*可用以指示二次襯墊1022之一或多個參數之較佳選擇及/或基礎襯墊1012與二次襯墊1022之間的耦合之特性。舉例而言,信號Ds*可對應於待啟動/去啟動之二次襯墊1022之較佳數目個線圈、待自充電襯墊1022抽取之電流量、及與無線電力傳送之效能相關的類似特性。此等特性可影響電力傳輸器系統1002處之加載,且因此可影響電力傳輸器1002之效率。可至少基於參考輸出電流IoutIn、估計耦合係數κ及較佳基礎電流Ibase*來選擇較佳組態信號Ds*參數。
穩定性估計器1208經組態以接收較佳組態信號Ds*及量測信號ybase作為輸入及產生組態信號Ds作為輸出,以調整無線電力接收器 1004之操作。因此,組態信號Ds可至少部分地基於量測信號ybase來調整接收天線與傳輸天線之間的耦合之特性(例如,耦合效率、在傳輸器1002處看見之負載、及類似物)。繼而,組態信號Ds可至少部分地基於電流請求信號IbaseIn與基礎襯墊量測信號ybase之比較而調整電力傳輸器1002之效率,如下文更詳細所描述。
狀態估計器1206及穩定性估計器1208可經組態以調整電力接收器系統1004之操作點以達成有效操作(例如,藉由請求大致等於較佳基礎電流Ibasa*之基礎電流Ibase),同時保護無線電力傳輸器及接收器系統1002、1004之操作。舉例而言,若量測值ybase不匹配電流請求IbaseIn或若估計基礎襯墊電流Ibase不能達成IbaseIn,則穩定性估計器1208可防止二次組態控制器1034以原本將使電力傳輸器系統1002過載或損壞的方式來改變電力接收器系統1004之操作點。
二次電流控制器1032及/或二次組態控制器1034可經組態以至少部分地基於電流請求信號IbaseIn與基礎襯墊量測信號ybase之比較來調整電力傳輸器1002之效率。在一個實施例中,若推斷或請求之電流Ibase(例如,由ybase指示)接近最大值,則穩定性估計器1208將嘗試藉由增加經啟動之線圈之數目及/或增加該等線圈所產生之電流Isecondary之比例而增加接收器1004可產生之輸出電流Iout之量。若基礎電流Ibase小於一位準,則穩定性估計器1208經組態以藉由(例如)關閉線圈或減少自該等線圈抽取之電流之量而減少基礎襯墊1012與二次襯墊1022之間的耦合。若量測值ybase指示基礎襯墊電流Ibase大致為較佳電流Ibase*,且狀態估計器1206未判定更佳組態,則穩定性估計器1208將不調整組態信號Ds。
若電力傳輸器系統1002減少電力,則電力接收器系統1004應維持穩定性,此係因為在彼狀況下,傳輸器1002不應增加基礎襯墊電流Ibase且電力接收器系統1004不應增加耦合,因為電流Ibase將低於所請 求的且應低於理想基礎電流Ibase*
在一個實施例中,組態控制信號Ds可藉由估計將由當前較佳基礎電流Ibase*產生之輸出電流Iout的數目以及用於許多不同組態狀態Ds之當前估計耦合係數κ來產生。因此,可藉由選擇將提供最接近參考電流IoutIn之估計輸出電流Iout的組態來選擇組態。在一個實施例中,查找表可用以至少基於較佳基礎電流Ibase*及估計耦合係數κ來選擇組態信號Ds。
圖13展示根據例示性實施的圖10之電力傳輸器系統1002之基礎電流控制器1016的狀態圖。所說明基礎電流控制器1016包含第一及第二求和接合點1302、1304、比例增益1306及積分增益1308。藉由使用第一求和接合點1302來比較電流請求信號IbaseIn與量測信號ybase。第一求和接合點1302產生誤差信號ebase(t)。相位控制信號θ係藉由組合與誤差信號成正比的項及與誤差信號之積分成正比的項而產生。舉例而言,比例增益1306接收誤差信號ebase(t)作為輸入,且產生與該誤差成正比的項作為輸出。積分增益1308接收誤差信號ebase(t)作為輸入,且產生與該誤差信號之積分成正比的項。該兩項可藉由第二求和接合點1304來組合。與誤差信號成正比的項可改良基礎電流控制器1016之頻寬以用於改良回應速度。與誤差信號之積分成正比的項可幫助減少穩態誤差。
在一個實施例中,基礎電流控制器1016具有約250Hz之頻寬。可基於諸如以下各者之特定應用考量來選擇其他頻寬:回應速度、通信延遲穩固性及其他非最小相位動力學及模型不確定性、及與電力接收器系統1004之時間標度分離。舉例而言,在一個實施例中,基礎電流控制器1016具有大於約二次電流控制器1032之頻寬的頻寬。在另一實施例中,基礎電流控制器1016具有約二次電流控制器1032之頻寬兩倍的頻寬。在另一實施例中,基礎電流控制器1016具有約二次電流控制 器1032之頻寬十倍的頻寬。
圖14展示根據例示性實施的圖10之電力傳輸器系統1002之DC匯流排控制器1018的狀態圖。所說明DC匯流排控制器1018包含求和接合點1402及積分增益1404。DC匯流排控制器1018經組態以使用求和接合點1402來比較相位控制信號θ與參考相位信號θR。參考相位信號θR可對應於BCU反相器1010的提供優於BCU反相器1010之其他相位角之益處(諸如,效率)的相位。在一個實施例中,參考相位信號θR為約130度。積分增益1404經組態以基於誤差信號ephase之積分之比例增益而產生偏壓VDC。將DC匯流排控制信號VDC提供至BCU反相器1010以用於直接偏壓BCU反相器1010或控制BCU反相器1010之偏壓。與誤差信號之積分成正比的項可幫助減少相位控制信號θ與參考相位信號θR之間的穩態誤差,及防止工作循環到達損壞條件。在一個實施例中,DC匯流排控制器1018具有約20Hz之頻寬。可基於諸如以下各者之特定應用考量來選擇其他頻寬:與基礎電流控制器1016之時間標度分離以及穩定性及穩固性考量。舉例而言,DC匯流排控制器1018可具有小於約基礎電流控制器1016之頻寬除以十的頻寬。另外或替代地,DC匯流排控制器1018可具有大於約二次電流控制器1032之頻寬的頻寬。
圖15展示根據例示性實施的圖10之電力傳輸器系統1002之限流器1020的狀態圖。所說明限流器1020包含第一及第二求和接合點1502、1504、比例增益1506、及積分增益1508。限流器1020經組態以使用第一求和接合點1302來比較量測值yac與AC參考信號AC Ref。AC參考AC Ref信號可與應自圖10之基礎結構1006抽取之最大容許AC電流相關。因此,第一求和接合點1502可經組態以產生誤差信號eac。比例增益1506經組態以產生與誤差信號eac成正比的項。積分增益1508經組態以產生與誤差信號eac之積分成正比的項。基於比例增益及積分增 益,第二求和接合點1504經組態以組合此等兩項以產生上限信號IbaseBound。上限信號IbaseBound可幫助保護圖10之基礎襯墊1012免於由於天線因回應於電流請求信號IbaseIn而產生之電流而超應力所引起的損壞。
圖16展示根據例示性實施的用於接收無線電力及對負載充電之方法1600的流程圖。方法1600可在區塊1602開始,以用於將接收天線耦合至電力傳輸器之傳輸天線所產生的無線場。舉例而言,接收天線可對應於圖10之電力接收器系統1004之二次襯墊1022的接收天線。此外,無線場可由(例如)圖10之基礎襯墊1012產生。在將接收天線耦合至無線場之後,方法1600可繼續至區塊1604以用於基於與無線場耦合而產生輸出電流。舉例而言,輸出電流可藉由二次襯墊1022以及調諧/整流器1024及輸出濾波器1026產生以產生輸出電流Iout,如圖10中所示。
在使接收天線與無線場耦合之前、期間或之後,方法1600可移動至區塊1606以用於向電力傳輸器傳輸指示用於傳輸天線之目標電流的第一信號。舉例而言,第一信號可對應於電力傳輸器之請求以傳導正規化電流經過基礎襯墊。在圖10之實施例中,電力接收器系統1004可經組態以經由藍芽天線1036傳輸電流-請求信號IbaseIn。方法可繼續至區塊1608,將輸出電流供應至負載。在各種實施例之一個態樣中,第一信號可用以控制流經基礎襯墊之電流量,及繼而在電力接收器系統處產生輸出電流。
圖17展示根據例示性實施的用於傳輸無線電力及對負載充電之方法1700的流程圖。方法1700可在區塊1702開始,以用於藉由傳導可變電流經過傳輸天線而產生無線場。舉例而言,無線場可由(例如)圖10之基礎襯墊1012產生。可變電流可藉由選擇BCU反相器1010之相位控制信號θ及/或偏壓VDC而變化。在產生無線場之後,方法1700可繼 續至區塊1704,用於對具有與無線場耦合之接收天線的裝置無線地充電,基於與該無線場之耦合而產生輸出電流。舉例而言,接收天線可對應於圖10之二次襯墊1022之接收天線。在將接收天線與無線場耦合之前、期間或之後,方法1700可移動至區塊1706,以用於接收來自裝置之第一信號。舉例而言,第一信號可對應於電力傳輸器之請求以傳導正規化電流經過基礎襯墊。在圖10之實施例中,電力傳輸器系統1002可經組態以經由藍芽天線1014接收電流請求信號IbaseIn。在接收第一信號之後,方法可繼續至區塊1708,以用於基於該第一信號調整可變電流,其中該第一信號指示用於傳輸天線之正規化電流。
上文所描述之方法之各種操作可藉由能夠執行該等操作之任何合適構件(諸如,各種硬體及/或軟體組件、電路及/或模組)執行。通常,圖中所說明之任何操作可由能夠執行該等操作之對應功能構件執行。舉例而言,經組態以供應電流至負載及待以操作方式無線地耦接至電力傳輸器之電力接收器可包含用於耦合至無線場及用於基於與該無線場之耦合而產生輸出電流的構件(例如,二次襯墊1022,及視情況圖10之調諧/整流器1024或輸出濾波器1026中的一或多者)。電力接收器可進一步包含用於向電力傳輸器產生及傳輸指示用於傳輸天線之目標電流之第一信號的構件(例如,二次電流控制器,及視情況充電曲線控制1030或諸如藍芽天線1036之通信天線中的一或多者)。對於另一實例,經組態以產生一無線場及對耦合至該無線場之裝置充電的電力傳輸器可包含用於藉由傳導可變電流經過傳輸天線而產生無線場的構件(例如,基礎襯墊1012,及視情況圖10之基礎結構1006或BCU反相器1010中的一或多者)。電力傳輸器可進一步包含用於接收第一信號及基於該第一信號調整可變電流的構件,其中該第一信號指示正規化電流(例如,基礎控制器1016,及視情況諸如藍芽器件1014之通信天線、決策區塊1015、基礎電流控制器1016、DC匯流排控制器 1018或限流器1020中的一或多者)。
上文所描述之方法之各種操作可藉由能夠執行該等操作之任何合適構件(諸如,各種硬體及/或軟體組件、電路及/或模組)執行。通常,圖中所說明之任何操作可由能夠執行該等操作之對應功能構件執行。
可使用多種不同技藝及技術中之任一者來表示資訊及信號。舉例而言,可由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子或其任何組合表示在整個以上描述中可能提及的資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及碼片。
結合本文揭示之實施所描述之各種說明性邏輯區塊、模製、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體,或兩者之組合。為了清楚地說明硬體與軟體之此可互換性,各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟已在上文大體按其功能性加以描述。將此類功能性實施為硬體抑或軟體取決於特定應用及強加於整個系統之設計約束。可針對每一特定應用以變化之方式來實施所描述功能性,但此類實施決策不應被解釋為致使脫離本發明之實施之範疇。
可藉由通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式閘陣列(FPGA)或經設計以執行本文中所描述之功能之其他可程式邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或其任何組合來實施或執行結合本文中之揭示內容而描述的各種說明性邏輯區塊、模組及電路。通用處理器可為微處理器,但在替代實施例中,處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。處理器亦可實施為計算器件之組合,例如,一DSP與一微處理器之組合、複數個微處理器、結合DSP核心之一或多個微處理器,或任何其他此類組態。
結合本文中所揭示之實施而描述之以下方法步驟或演算法及功 能可直接體現於硬體、由處理器執行之軟體模組或其兩者之組合中。若以軟體實施,則該等功能可作為一或多個指令或程式碼而儲存於有形非暫時性電腦可讀媒體上或經由有形非暫時性電腦可讀媒體而傳輸。軟體模組可駐留於隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)、電可程式化ROM(EPROM)、電可抹除可程式化ROM(EEPROM)、暫存器、硬碟、抽取式磁碟、CD ROM、或此項技術中已知的任何其他形式之儲存媒體。儲存媒體耦接至處理器,使得處理器可自儲存媒體讀取資訊並將資訊寫入至儲存媒體。在替代例中,儲存媒體可與處理器成一體式。如本文所使用,磁碟及光碟包括緊密光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟性磁碟及藍光光碟,其中磁碟通常以磁性方式再現資料,而光碟用雷射以光學方式再現資料。以上各者之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。處理器及儲存媒體可駐留於ASIC中。ASIC可駐留在使用者終端機中。在替代例中,處理器及儲存媒體可作為離散組件駐留於使用者終端機中。
出於概述本發明之目的,本文中已描述本發明之某些態樣、優勢以及新穎特徵。應理解所有此類優點可未必根據本發明之任何特定實施而達成。因此,可以達成或最佳化如本文所教示之一個優點或優點之群組而未必達成如可在本文中教示或建議之其他優點之方式來體現或進行本發明。
上述實施之各種修改將易於顯而易見,且本文所定義之通用原理可在不脫離本發明之精神或範疇的情況下應用於其他實施。因此,本發明並不意欲限於本文所展示之實施,而應符合與本文中所揭示之原理及新穎特徵一致的最廣泛範疇。
600‧‧‧無線電力傳送系統
604‧‧‧傳輸器
605‧‧‧無線場
606‧‧‧傳輸電路
608‧‧‧接收器
610‧‧‧接收電路
614‧‧‧傳輸線圈
618‧‧‧接收線圈
619‧‧‧通信鏈路
622‧‧‧振盪器
623‧‧‧頻率控制信號
624‧‧‧驅動器電路
625‧‧‧輸入電壓信號(VD)
626‧‧‧濾波器及匹配電路
628‧‧‧控制器電路
629‧‧‧通信電路
630‧‧‧切換電路
632‧‧‧匹配電路
634‧‧‧整流器電路
635‧‧‧感測器電路
636‧‧‧電池組
638‧‧‧控制器電路
639‧‧‧通信電路
650‧‧‧使用者介面
I1‧‧‧一次電流
I2‧‧‧二次電流
I2sc‧‧‧流經接收線圈之短路電流
IDC‧‧‧直流(DC)充電電流
V1‧‧‧傳輸線圈上之電壓
Voc‧‧‧接收線圈上之開路電壓

Claims (30)

  1. 一種用於自具有一傳輸線圈之一充電傳輸器無線地接收充電電力的裝置,該裝置包含:耦接至一接收線圈且耦接至一負載之一接收器通信電路,其經組態以接收與該充電傳輸器之至少一個特性相關聯的資訊;一感測器電路,其經組態以量測與該接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓之一值;以及一控制器,其經組態以:比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數,該臨限設定於提供足以對該負載充電之充電電力的一位準;以及當與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時,起始自該充電傳輸器接收該充電電力。
  2. 如請求項1之裝置,其中該臨限充電參數包含一充電電流及一充電電壓中之至少一者。
  3. 如請求項1之裝置,其中該臨限充電參數包含乘以一最大傳輸線圈電流之一值及除以一傳輸線圈電流之一值的一充電電流之一值。
  4. 如請求項1之裝置,其中該感測器電路經組態以量測由穿過該傳輸線圈之一傳輸線圈電流所誘發之該短路電流或該開路電壓的該值,該傳輸線圈電流具有小於一最大傳輸線圈電流之一值的一值。
  5. 如請求項1之裝置,其中該資訊包含該充電傳輸器之一傳輸線圈電流之一值。
  6. 如請求項5之裝置,其中該資訊進一步包含一最大傳輸線圈電流之一值與該傳輸線圈電流之該值的一比率。
  7. 如請求項5之裝置,其中該控制器經進一步組態以基於該傳輸線圈電流之該值及該接收線圈之該短路電流或該開路電壓的該值而判定該傳輸線圈與該接收線圈之間的一耦合係數。
  8. 如請求項1之裝置,其中該接收器通信電路經進一步組態以在該控制器判定與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓小於該臨限充電參數時傳輸抑制起始充電的一指示。
  9. 如請求項1之裝置,其進一步包含經組態以使該接收線圈短路或使該接收線圈開路之一切換電路。
  10. 如請求項1之裝置,其中該控制器經進一步組態以判定一操作區作為滿足以下情形之一幾何區域:在該幾何區域內,與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數。
  11. 如請求項1之裝置,其中該控制器經進一步組態以在與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時向一使用者介面提供該接收線圈與該充電傳輸器之間的相容性之一指示。
  12. 一種無線地接收充電電力之方法,該方法包含:接收與一充電傳輸器之至少一個特性相關聯的資訊;量測與一接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓之一值;比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數,該臨限設定於提供足以對一負載充電之充電電力的一位準;以及當與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時,起始自該充電傳輸器接收該充電電力。
  13. 如請求項12之方法,其中該臨限充電參數包含一充電電流及一充電電壓中之至少一者。
  14. 如請求項12之方法,其中該臨限充電參數包含乘以一最大傳輸線圈電流之一值及除以一傳輸線圈電流之一值的一充電電流之一值。
  15. 如請求項12之方法,其中藉由穿過一傳輸線圈之一傳輸線圈電流誘發該短路電流或該開路電壓,該傳輸線圈電流具有小於一最大傳輸線圈電流之一值的一值。
  16. 如請求項12之方法,其中該資訊包含一最大傳輸線圈電流之一值與一傳輸線圈電流之該值的一比率。
  17. 如請求項16之方法,其中該資訊進一步包含一最大傳輸線圈電流之一值與該傳輸線圈電流之該值的一比率。
  18. 如請求項16之方法,其進一步包含基於該傳輸線圈電流之該值及該接收線圈之該短路電流或該開路電壓的該值而判定該傳輸線圈與該接收線圈之間的一耦合係數。
  19. 如請求項12之方法,其進一步包含在與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓小於該臨限充電參數時傳輸抑制起始充電的一指示。
  20. 如請求項12之方法,其進一步包含使該接收線圈短路或使該接收線圈開路。
  21. 如請求項12之方法,其進一步包含判定一操作區作為滿足以下情形之一幾何區域:在該幾何區域內,與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數。
  22. 一種用於無線地接收充電電力之裝置,該裝置包含:用於接收與一充電傳輸器之至少一個特性相關聯之資訊的構件,用於接收該資訊的該構件以操作方式連接至一負載; 用於量測與該接收構件相關聯之一短路電流或一開路電壓之一值的構件;用於比較該短路電流或該開路電壓之該值與一臨限充電參數的構件,該臨限設定於提供足以對該負載充電之充電電力的一位準;以及用於在與該接收構件相關聯之該短路電流或該開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始自該充電傳輸器接收該充電電力的構件。
  23. 如請求項22之裝置,其進一步包含用於在與該接收線圈相關聯之該短路電流或該開路電壓小於該臨限充電參數時傳輸抑制起始充電的一指示的構件。
  24. 如請求項22之裝置,其中:用於接收資訊的該構件包含一接收器通信電路;用於量測該短路電流或該開路電壓之一值的該構件包含一感測器電路;以及用於比較該短路電流或該開路電壓之該值的該構件及用於起始接收該充電電力的該構件包含一控制器。
  25. 如請求項22之裝置,其中該臨限充電參數包含一充電電流及一充電電壓中之至少一者。
  26. 如請求項22之裝置,其中該資訊包含一最大傳輸線圈電流之一值與一傳輸線圈電流之一值的一比率。
  27. 一種用於將充電電力無線地傳輸至一接收器之一接收線圈的裝置,該裝置包含:耦接至一傳輸線圈之一傳輸電路;耦接至該傳輸電路之一感測器電路,該感測器電路經組態以量測該傳輸電路之至少一個特性之一值;以及 一通信電路,其經組態以傳輸該傳輸電路之該至少一個特性之該值的一指示至該接收器,該指示致使該接收器基於該指示而判定一臨限充電參數且致使該接收器在與該接收線圈相關聯之一短路電流或一開路電壓大於或等於該臨限充電參數時起始接收該充電電力。
  28. 如請求項26之裝置,其中該傳輸電路之該至少一個特性包含與該傳輸線圈相關聯之一電流,與該傳輸線圈相關聯之該電流之該值為可驅動經過該傳輸線圈之一最大傳輸線圈電流之一值的一百分比。
  29. 如請求項28之裝置,其中該通信電路經進一步組態以傳輸該百分比之一指示至該接收器。
  30. 如請求項26之裝置,其中:該通信電路經進一步組態以自該接收器接收起始充電之一指示;且該傳輸電路經進一步組態以在該通信電路自該接收器接收起始充電之該指示時起始在足以對一負載充電的一位準下傳輸該充電電力至該接收線圈。
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