用于無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)中的電力輸出控制的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體上涉及無(wú)線(xiàn)電力傳送，且更具體來(lái)說(shuō)涉及與對(duì)例如交通工具等包含電 池的遠(yuǎn)程系統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)電力傳送有關(guān)的裝置、系統(tǒng)和方法。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及控制在無(wú) 線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)中使用的無(wú)線(xiàn)電力傳送接收器裝置中的切換元件的工作循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 已經(jīng)引入了包含從例如電池等能量存儲(chǔ)裝置接收的電導(dǎo)出的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力的遠(yuǎn)程系 統(tǒng)，例如交通工具。舉例來(lái)說(shuō)，混合動(dòng)力電動(dòng)交通工具包含機(jī)載充電器，所述機(jī)載充電器使 用來(lái)自交通工具制動(dòng)和傳統(tǒng)馬達(dá)的電力給交通工具充電。純電動(dòng)交通工具一般從其它來(lái)源 接收電來(lái)給電池充電。通常提議通過(guò)例如家用或商用AC供應(yīng)源等某種類(lèi)型的有線(xiàn)交流電 (AC)給電池電動(dòng)交通工具（電動(dòng)交通工具）充電。有線(xiàn)充電連接需要物理上連接到電力供 應(yīng)器的電纜或其它類(lèi)似連接器。電纜和類(lèi)似連接器有時(shí)可能不方便或繁瑣，且具有其它缺 點(diǎn)。能夠在自由空間中（例如，經(jīng)由無(wú)線(xiàn)場(chǎng)）傳送電力以便用于給電動(dòng)交通工具充電的無(wú) 線(xiàn)充電系統(tǒng)可以克服有線(xiàn)充電解決方案的一些缺陷。由此，有效且安全地傳送電力以給電 動(dòng)交通工具充電的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)和方法是合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍內(nèi)的系統(tǒng)、方法和裝置的各種實(shí)施方案各自具有若干方 面，其中的單個(gè)方面并不單獨(dú)負(fù)責(zé)本文所述的合乎需要的屬性。在不限制所附權(quán)利要求書(shū) 的范圍的情況下，本文描述一些顯要特征。
[0004] 在附圖及下文描述中闡述本說(shuō)明書(shū)中描述的標(biāo)的物的一或多個(gè)實(shí)施方案的細(xì)節(jié)。 其它特征、方面及優(yōu)點(diǎn)將從所述描述、圖式及權(quán)利要求書(shū)而變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)注意，以下各 圖的相對(duì)尺寸可能未按比例繪制。
[0005] 本發(fā)明的一個(gè)方面是用于無(wú)線(xiàn)電力接收器裝置的電路。所述電路包含電感元件， 其經(jīng)配置以從與無(wú)線(xiàn)電力傳送發(fā)射器裝置相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)接收無(wú)線(xiàn)電力，所接收無(wú)線(xiàn)電力在 所述電感元件中感應(yīng)交流電。所述電路還包含輸出接口，其電耦合到所述電感元件且經(jīng)配 置以將電流提供到負(fù)載。所述電路還包含控制器，其經(jīng)配置以在跨所述負(fù)載的電壓變化時(shí) 維持所述電感元件中的電流大體上恒定。
[0006] 本發(fā)明的另一方面是無(wú)線(xiàn)電力傳送的方法。所述方法包含從與無(wú)線(xiàn)電力傳送發(fā)射 器裝置相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)接收無(wú)線(xiàn)電力，所接收無(wú)線(xiàn)電力在電感元件中感應(yīng)交流電。所述方法 還包含將電流提供到負(fù)載。所述方法還包含在跨所述負(fù)載檢測(cè)到的電壓變化時(shí)維持所述電 感元件中的交流電大體上恒定。
[0007] 本發(fā)明的另一方面是一種用于無(wú)線(xiàn)電力傳送的設(shè)備。所述設(shè)備包含用于從與無(wú)線(xiàn) 電力傳送發(fā)射器裝置相關(guān)聯(lián)的磁場(chǎng)接收無(wú)線(xiàn)電力的裝置，所接收無(wú)線(xiàn)電力在電感元件中感 應(yīng)交流電。所述方法還包含用于將電流提供到負(fù)載的裝置。所述方法還包含用于在跨所述 負(fù)載檢測(cè)到的電壓變化時(shí)維持所述電感元件中的交流電大體上恒定的裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于給電動(dòng)交通工具充電的示范性無(wú)線(xiàn)電 力傳送系統(tǒng)的圖。
[0009] 圖2為圖1的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的示范性芯組件的示意圖。
[0010] 圖3是展示圖1的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的示范性芯和輔助組件的另一功能框圖。
[0011] 圖4是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的一部分的示范性組件 的示意圖。
[0012] 圖5是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)的部分的示范性組件的 示意圖。
[0013] 圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的輸出電流對(duì)工作循環(huán)的曲線(xiàn)圖。
[0014] 圖7是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的針對(duì)測(cè)得電壓的預(yù)期工作循環(huán)的曲線(xiàn) 圖。
[0015] 圖8是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的控制從無(wú)線(xiàn)電力傳送接收器裝置的電 力輸出的方法的流程圖。
[0016] 圖式中所說(shuō)明的各種特征可能未按比例繪制。因此，為了清晰起見(jiàn)，可能任意擴(kuò)大 或減小各種特征的尺寸。此外，圖式中的一些可能并未描繪給定系統(tǒng)、方法或裝置的所有組 件。最后，可能貫穿說(shuō)明書(shū)和圖式使用相似參考標(biāo)號(hào)來(lái)表示相似特征。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下文結(jié)合附圖闡述的詳細(xì)描述既定作為對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述，且并不 希望表示可在其中實(shí)踐本發(fā)明的僅有實(shí)施例。貫穿此描述所使用的術(shù)語(yǔ)"示范性"意指"充 當(dāng)實(shí)例、例子或說(shuō)明"，且未必應(yīng)解釋為比其它示范性實(shí)施例優(yōu)選或有利。所述詳細(xì)描述為 了提供對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解而包含特定細(xì)節(jié)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易 明白，可在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些情況下，以框圖 形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)和裝置以避免混淆本文所呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的新穎性。
[0018] 無(wú)線(xiàn)地傳送電力可指將與電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)或其它者相關(guān)聯(lián)的任何形式的能量 從發(fā)射器傳送到接收器，而不使用物理電導(dǎo)體（例如，可通過(guò)自由空間來(lái)傳送電力）。輸出 到無(wú)線(xiàn)場(chǎng)（例如，磁場(chǎng)）中的電力可由"接收線(xiàn)圈"接收、俘獲或耦合以實(shí)現(xiàn)電力傳送。
[0019] 電動(dòng)交通工具在本文中用以描述遠(yuǎn)程系統(tǒng)，遠(yuǎn)程系統(tǒng)的實(shí)例為包括從可充電能量 存儲(chǔ)裝置（例如，一或多個(gè)可再充電電化學(xué)電池或其它類(lèi)型的電池）得到的電力作為其運(yùn) 動(dòng)能力的部分的交通工具。作為非限制性實(shí)例，一些電動(dòng)交通工具可以是除了電動(dòng)馬達(dá)以 外還包含用于直接運(yùn)轉(zhuǎn)或用以給交通工具的電池充電的傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力電動(dòng)交通 工具。其它電動(dòng)交通工具可從電力汲取所有運(yùn)動(dòng)能力。電動(dòng)交通工具不限于汽車(chē)，且可包 含摩托車(chē)、手推車(chē)、小型摩托車(chē)，及其類(lèi)似者。舉例來(lái)說(shuō)而非限制，本文描述呈電動(dòng)交通工具 (EV)形式的遠(yuǎn)程系統(tǒng)。此外，還預(yù)期可使用可充電能量存儲(chǔ)裝置而至少部分地供電的其它 遠(yuǎn)程系統(tǒng)（例如，例如個(gè)人計(jì)算裝置等電子裝置及其類(lèi)似者）。
[0020] 感應(yīng)電力傳送（IPT)系統(tǒng)是一種用于無(wú)線(xiàn)傳送能量的裝置。在IPT中，初級(jí)（或 "底座"）電力裝置向次級(jí)（或"拾取"）電力接收器裝置發(fā)射電力。發(fā)射器和接收器電力裝 置中的每一個(gè)包含感應(yīng)元件-通常是電流傳遞介質(zhì)的線(xiàn)圈或繞組。初級(jí)線(xiàn)圈中的交流電產(chǎn) 生變化的電磁場(chǎng)。當(dāng)拾取器的線(xiàn)圈在波動(dòng)的電磁場(chǎng)內(nèi)時(shí)，會(huì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（EMF)，由此向拾取 器傳送電力。
[0021] 一些IPT系統(tǒng)使用諧振感應(yīng)耦合，其中在感應(yīng)線(xiàn)圈之間發(fā)射的電力被調(diào)諧成在某 一頻率下諧振?？赏ㄟ^(guò)與感應(yīng)線(xiàn)圈串聯(lián)或并聯(lián)地添加電感及/或電容性元件來(lái)實(shí)現(xiàn)諧振偶 合。
[0022] 在諧振IPT系統(tǒng)中，傳送到拾取器的可用電力的比例取決于初級(jí)線(xiàn)圈與次級(jí)線(xiàn)圈 之間的耦合程度。耦合越大，傳送到次級(jí)線(xiàn)圈的電力越多。耦合系數(shù)可經(jīng)界定為初級(jí)線(xiàn)圈 的切割次級(jí)線(xiàn)圈的通量分?jǐn)?shù)，且隨著系統(tǒng)的幾何形狀而變。耦合系數(shù)因此取決于初級(jí)與次 級(jí)線(xiàn)圈之間的距離及其對(duì)準(zhǔn)。
[0023] 在用于使用IPT給電動(dòng)交通工具充電的無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)中，每當(dāng)給交通工具充 電時(shí)，耦合水平可能有較大的變化。初級(jí)線(xiàn)圈與次級(jí)線(xiàn)圈之間的距離和對(duì)準(zhǔn)可以基于線(xiàn)圈 位置和上面安裝著拾取器的交通工具相對(duì)于底座的定位而變化。當(dāng)要配置系統(tǒng)以向電動(dòng)交 通工具電池遞送最優(yōu)電力時(shí)，耦合的這個(gè)變化可能造成困難。
[0024] 在用于給電動(dòng)交通工具充電的一些現(xiàn)有IPT系統(tǒng)中，在底座中的電力供應(yīng)器中執(zhí) 行切換以補(bǔ)償耦合的變化-改變初級(jí)線(xiàn)圈中的電流以便在給定電壓下實(shí)現(xiàn)恒定的輸出電 流。在不良耦合系統(tǒng)中，初級(jí)線(xiàn)圈中的電流可大體上高于接近耦合系統(tǒng)中初級(jí)線(xiàn)圈中的電 流，以實(shí)現(xiàn)從次級(jí)線(xiàn)圈輸出的相同電流。初級(jí)線(xiàn)圈中的電流的這個(gè)變化，會(huì)給系統(tǒng)中的電力 電子組件造成相當(dāng)大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致需要更昂貴的部件、降低了可靠度并且限制了操作 范圍。
[0025] 此外，在電動(dòng)交通工具中輸出電壓由電池電壓設(shè)定，所述電池電壓在充電期間可 變化超過(guò)30%。在系統(tǒng)限于恒定電力輸出的情況下，此電壓擺動(dòng)需要底座電力供應(yīng)器相應(yīng) 地控制初級(jí)電流以便進(jìn)行補(bǔ)償。所得的電力供應(yīng)器電流的變化放大了由于耦合變化所產(chǎn)生 的問(wèn)題。
[0026] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的用于給電動(dòng)交通工具112充電的示范性無(wú)線(xiàn) 電力傳送系統(tǒng)100的圖。無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)100使得能夠在電動(dòng)交通工具112停放在底座 無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)l〇2a附近時(shí)給電動(dòng)交通工具112充電。在將在對(duì)應(yīng)底座無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)102a 和102b上方停放的停車(chē)區(qū)域中說(shuō)明了用于兩個(gè)電動(dòng)交通工具的空間。在一些實(shí)施例中，本 地分配中心130可連接到電力主干線(xiàn)132,且經(jīng)配置以通過(guò)電力鏈路110將交流電（AC)或 直流電（DC)供應(yīng)提供到底座無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)102a。底座無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)102a還包含底座系統(tǒng) 感應(yīng)線(xiàn)圈104a，用于無(wú)線(xiàn)地傳送或接收電力。電動(dòng)交通工具112可包含電池單元118、電動(dòng) 交通工具感應(yīng)線(xiàn)圈116和電動(dòng)交通工具無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)114。電動(dòng)交通工具感應(yīng)線(xiàn)圈116可 (例如）經(jīng)由由底座系統(tǒng)感應(yīng)線(xiàn)圈104a產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的區(qū)而與底座系統(tǒng)感應(yīng)線(xiàn)圈104a相 互作用。
[0027] 在一些示范性實(shí)施例中，電動(dòng)交通工具感應(yīng)線(xiàn)圈116可在電動(dòng)交通工具感應(yīng)線(xiàn)圈 116位于由底座系統(tǒng)感應(yīng)線(xiàn)圈104a產(chǎn)生的能量場(chǎng)中時(shí)接收電力。所述場(chǎng)對(duì)應(yīng)于由底座系 統(tǒng)感應(yīng)線(xiàn)圈104a輸出的能量可