自適應無線能量傳送系統技術方案

示范性實施例是針對在充電底座CB與例如電池電動車輛BEV等遠程系統之間的耦合模式區中使用磁性諧振來進行無線電力傳送。所述無線電力傳送可從所述CB向所述遠程系統進行及從所述遠程系統向所述CB進行。可采用負載調適及電力控制方法來調整在無線電力鏈路上傳送的電力量，同時維持傳送效率。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】自適應無線能量傳送系統根據35U.S.C.§119主張優先權本申請案根據35U.S.C.§119(e)主張以下申請案的優先權：2010年5月19日申請的標題為“自適應無線能量傳送系統(ADAPTIVEWIRELESSENERGYTRANSFERSYSTEM)”的美國臨時專利申請案61/346,378，其揭示內容的全文以引用的方式并入本文中；以及2010年7月26日申請的標題為“自適應無線能量傳送系統(ADAPTIVEWIRELESSENERGYTRANSFERSYSTEM)”的美國臨時專利申請案61/367,802，其揭示內容的全文以引用的方式并入本文中。
本專利技術大體上涉及無線電力傳送，且更具體來說涉及與對例如包含電池的車輛等遠程系統的無線電力傳送有關的裝置、系統及方法。
技術介紹
正開發使用在發射器與耦合到待充電的裝置的接收器之間的空中或無線電力發射的方法。此些方法大體上分成兩類。一類是基于發射天線與待充電的裝置上的接收天線之間的平面波輻射(也稱為遠場輻射)的耦合。接收天線收集輻射的電力并對其進行整流以用于為電池充電。此方法有以下缺點：電力耦合隨天線之間的距離而迅速減少，使得超過合理距離(例如，小于1到2米)的充電變得困難。另外，由于發射系統輻射平面波，因此如果未經由濾波進行適當控制，則無意的輻射可干擾其它系統。其它無線能量發射技術方法是基于嵌入于(例如)“充電”墊或表面中的發射天線與嵌入于待充電的電子裝置中的接收天線(加上整流電路)之間的感應耦合。此方法具有以下缺點：發射天線與接收天線之間的間隔必須非常接近(例如，幾毫米以內)。雖然此方法確實具有在同一區域中同時為多個裝置充電的能力，但是此區域通常非常小，且要求用戶將裝置準確地定位到特定區域。近些年來，已經引入例如車輛等遠程系統，其包含來自電的運動力及用以提供所述電的電池。混合電動車輛包含車載充電器，其使用來自車輛制動及傳統馬達的能量為車輛充電。純電動的車輛必須從其它來源接收用于為電池充電的電。這些電動車輛常規上被建議通過例如家用或商用AC供應源的某種類型的有線交流電(AC)來充電。由于在電力無線發射的過程中發生的損耗，無線電力傳送系統中效率非常重要。由于無線電力發射的效率通常低于有線傳送，所以在無線電力傳送環境中效率更加令人關注。因此，需要向電動車輛提供無線電力的方法及設備。電動車輛的無線充電系統可能需要發射及接收天線在某種程度內對準。發射及接收天線的距離及對準差異會影響高效的發射。因此，在無線電力傳送系統中需要自適應鏈路參數，以便改進電力傳送、效率及規章兼容性。
技術實現思路
示范性實施例是針對在充電底座(CB)與例如電池電動車輛(BEV)等遠程系統之間的耦合模式區中使用磁性諧振來進行無線電力傳送。可以從CB向遠程系統及從遠程系統向CB進行無線電力傳送。可以采用負載自適應及電力控制方法來調整在無線電力鏈路上傳送的電力量，同時保持傳送效率。在一個或一個以上示范性實施例中，可在至少第一模式與第二模式之間配置自適應電力轉換器，以在發射模式中以一操作頻率從電力供應系統轉換電力及向電力供應系統轉換電力，并且在接收模式中進行相反轉換。充電底座天線經配置以在接近操作頻率下諧振，并且可操作地耦合到可適應電力轉換器，且經配置以將無線能量與遠程天線耦合。所述模式是可選擇的，以經由充電底座天線與遠程天線之間的變化的耦合系數大體上維持可適應電力轉換器中的效率。一個或一個以上示范性實施例還包含用于執行相同操作的方法。附圖說明圖1說明在BEV停泊在無線發射器附近時用于配備有無線接收器的例如BEV等遠程系統的無線充電系統。圖2是用于BEV的無線電力充電系統的簡化框圖。圖3是用于BEV的無線電力充電系統的更詳細的框圖，其說明用于發射天線及接收天線的通信鏈路、引導鏈路及對準系統。圖4說明展示可用于BEV的無線充電的各種頻率的頻譜。圖5說明可用于BEV的無線充電的一些可能的頻率及發射距離。圖6展示安置在BEV中的可更換無接觸電池的簡化圖。圖7是無線電力天線及相對于電池的鐵氧體材料的放置的詳細圖。圖8是經配備以無線地接收或發射電力的BEV中的電池系統的若干部分的簡化框圖。圖9說明根據本專利技術的實施例包括多個停泊空間及位于每一停泊空間內的充電底座的停車場。圖10A說明車輛可能遇到的可能需要底盤離地高度的各種障礙物。圖10B說明根據本專利技術的示范性實施例的位于車輛底盤的下側的腔內的無線電力天線。圖11說明根據本專利技術的示范性實施例的嵌入充電底座的幾種變化形式。圖12A到12C說明根據本專利技術的示范性實施例的位于包含無線電力天線的充電底座上的無線電力天線的車輛。圖13A及13B說明根據本專利技術的示范性實施例的機械裝置可調整無線電力天線的位置的在X及Y方向上的可能位置。圖14說明根據本專利技術的示范性實施例的可以通過可操作地耦合到驅動機構的齒輪軸重新定位無線電力天線的另一機械解決方案。圖15說明根據本專利技術的示范性實施例的對于能量傳送的距離約束。圖16為根據本專利技術的示范性實施例的無線電力傳送系統的電路圖。圖17說明發射及接收環形天線，其展示相對于天線半徑的磁場強度。圖18說明根據本專利技術的示范性實施例的可重新配置為全橋電力轉換及半橋的可適應電力轉換。圖19A及19B說明根據本專利技術的示范性實施例的半橋電力轉換配置及全橋電力轉換配置。圖20說明根據本專利技術的示范性實施例的無線電力傳送系統的無線電力傳送組件。圖21說明根據本專利技術的示范性實施例的用于搜集測量值的各種傳感器。圖22為根據本專利技術的示范性實施例的用于自適應電力轉換的方法的流程圖。具體實施方式希望下文結合附圖闡述的詳細描述作為對本專利技術的示范性實施例的描述，且并不希望表示可實踐本專利技術的僅有實施例。貫穿此描述所使用的術語“示范性”表示“充當實例、例子或說明”，且未必應解釋為比其它示范性實施例優選或有利。所述詳細描述出于提供對本專利技術的示范性實施例的透徹理解的目的而包括特定細節。所屬領域的技術人員將明白，可在無這些特定細節的情況下實踐本專利技術的示范性實施例。在一些例子中，以框圖形式來展示眾所周知的結構及裝置，以避免使本文中呈現的示范性實施例的新穎性模糊不清。術語“無線電力”在本文中用以指在不使用物理電磁導體的情況下從發射器發射到接收器的與電場、磁場、電磁場或其它場相關聯的任何形式的能量。此外，術語“無線充電”在本文中用于指向包含電化學單元的一個或一個以上電化學單元或系統提供無線電力以用于為電化學單元再充電的目的。術語“電池電動車輛”(BEV)在本文中用于指遠程系統，且其實例為包含(作為其機動能力的一部分)從一個或一個以上可再充電電化學單元得到的電力的車輛。作為非限制性實例，一些BEV可為混合電動車輛，其包含使用來自車輛減速及傳統馬達的電力來為車輛充電的車載充電器，其它BEV可以從電力汲取所有機動能力。涵蓋包含電子裝置等的其它“遠程系統”。本文中使用各種術語及縮寫，包含(但不限于)以下各者：AC交流電BEV電池電動車輛CB充電底座DC直流電EV電動車輛FDX全雙工FET場效晶體管G2V電網到車輛HDX半雙工IGBT絕緣柵極雙極晶體管ISM工業科學及醫療LF低頻PWM脈寬調制r.m.s.均方根VLF超低頻V2G車輛到電網ZSC零電流切換舉例來說且非限制，本文中描本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.19 US 61/346,378;2010.07.26 US 61/367,8021.一種用于將無線能量傳送到接收天線的充電底座，其包括：電力轉換器，其轉換來自電力供應器的電力，所述電力轉換器可在提供經轉換的電力的第一模式與提供經轉換的電力的第二模式之間配置，所述電力轉換器包括包含多個開關的橋接器電路；以及充電天線，其可操作地耦合到所述電力轉換器，且經配置以大體上在操作頻率下諧振以將所述無線能量傳送到所述接收天線，所述第一及第二模式可基于所述充電天線與所述接收天線之間的耦合系數的改變來選擇，所述第一及第二模式通過改變所述橋接器電路的操作模式來確定。2.根據權利要求1所述的充電底座，其中所述電力轉換器可基于所述充電天線與所述接收天線之間的測量到的耦合系數在所述第一模式與第二模式之間重新配置。3.根據權利要求2所述的充電底座，其中所述測量到的耦合系數是根據從耦合到所述接收天線的裝置接收到的測量值來確定。4.根據權利要求2所述的充電底座，其中如果所述耦合系數變得大于閾值，則所述電力轉換器經配置以在配置為全橋模式的所述第一模式中操作。5.根據權利要求4所述的充電底座，其中所述電力轉換器使所述無線能量的傳送速率相對于當在半橋模式中操作時的所述速率增加。6.根據權利要求4所述的充電底座，其中所述電力轉換器使所述無線能量的傳送速率相對于當在配置為半橋模式的所述第二模式中操作時的所述速率大致倍增。7.根據權利要求2所述的充電底座，其中如果所述耦合系數變得小于閾值，則所述電力轉換器經配置以在配置為半橋模式的所述第二模式中操作。8.根據權利要求7所述的充電底座，其中所述電力轉換器使所述無線能量的傳送速率相對于當在配置為全橋模式的所述第一模式中操作時的所述速率減小。9.根據權利要求1所述的充電底座，其中所述電力轉換器基于所述充電天線與所述接收天線之間的距離而被重新配置。10.根據權利要求1所述的充電底座，其進一步包括經配置以用于在X、Y及Z方向中的至少一者上調整所述充電天線的位置的至少一個機械裝置。11.根據權利要求10所述的充電底座，其進一步包括用以檢測其中對所述充電天線的位置的機械調整受到障礙物阻礙的狀態的傳感器。12.根據權利要求11所述的充電底座，其中所述電力供應器在到所述電力轉換器的接口處提供大體上恒定的電壓。13.根據權利要求12所述的充電底座，其中所述電力供應器與所述電力轉換器之間的所述接口處的電力是AC電力、DC電力及未經濾波的AC脈沖DC電力中的一者。14.根據權利要求1所述的充電底座，其中所述操作頻率在20kHz到60kHz的范圍內。15.根據權利要求1所述的充電底座，其中所述電力轉換器及所述充電天線可經配置以在發射模式及接收模式中的一者中操作。16.根據權利要求1所述的充電底座，其中所述電力轉換器可在所述第一模式與第二模式之間配置，以在接收模式中在操作頻率下接收來自電力供應器的電力。17.根據權利要求1所述的充電底座，其進一步包括經配置以從所述電力轉換器接收指示耦合系數的水平的控制器，且其中所述控制器經配置以基于所述接收到的信息來確定...

【專利技術屬性】
技術研發人員：漢斯彼得·威德默，奈杰爾·P·庫克，盧卡斯·西貝爾，
申請(專利權)人：高通股份有限公司，
類型：
國別省市：