電動(dòng)車(chē)輛中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸?shù)闹谱鞣椒?br> 【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及電動(dòng)車(chē)輛中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸。示范性實(shí)施例是針對(duì)在充電基座CB與電池電動(dòng)車(chē)輛BEV之間的耦合模式區(qū)中使用磁性諧振的雙向無(wú)線(xiàn)電力傳送。對(duì)于不同配置，可發(fā)生從所述CB到所述BEV及從所述BEV到所述CB的所述無(wú)線(xiàn)電力傳送。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電動(dòng)車(chē)輛中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸
[0001] 分案申請(qǐng)信息
[0002] 本發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年4月8日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180018015. 5、發(fā)明名 稱(chēng)為"電動(dòng)車(chē)輛中的無(wú)線(xiàn)電力傳輸"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0003] 枏據(jù)35U. S. C. § 119的優(yōu)先權(quán)豐張
[0004] 本申請(qǐng)案根據(jù)35U. S. C. § 119(e)主張以下各申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)：
[0005] 2010年4月8日申請(qǐng)的題目為"電動(dòng)車(chē)輛背景下的無(wú)線(xiàn)電力傳輸（WIRELESS POWER TRANSMISSION IN ELECTRIC VEHICLES BACKGROUND)" 的第 61/322, 196 號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申 請(qǐng)案，所述案的揭示內(nèi)容在此以全文引用的方式并入本文中；
[0006] 2010年4月8日申請(qǐng)的題目為"用于車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)調(diào)整系統(tǒng)（WIRELESS POWER ANTENNA ALIGNMENT ADJUSTMENT SYSTEM FOR VEHICLES)" 的第 61/322, 214 號(hào)美國(guó) 臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)案，所述案的揭示內(nèi)容在此以全文引用的方式并入本文中；及
[0007] 2010年4月8日申請(qǐng)的題目為"用于無(wú)線(xiàn)電力背景的車(chē)輛導(dǎo)引系統(tǒng)（VEHICLE ⑶ IDANCE SYSTEM FOR WIRELESS POWER BACKGROUND)"的第 61/322, 221 號(hào)美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申 請(qǐng)案，所述案的揭示內(nèi)容在此以全文引用的方式并入本文中。
[0008] 對(duì)同在申請(qǐng)中的專(zhuān)利申請(qǐng)案的參考
[0009] 本申請(qǐng)案還與以下各申請(qǐng)案有關(guān)，所述申請(qǐng)案已轉(zhuǎn)讓給本受讓人且與本申請(qǐng)案在 同一天申請(qǐng)，所述申請(qǐng)案的揭示內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中：
[0010] 2011年4月8日申請(qǐng)的題目為"用于車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)調(diào)整系統(tǒng)（WIRELESS POWER ANTENNA ALIGNMENT ADJUSTMENT SYSTEM FOR VEHICLES)"的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)案（代理 人案號(hào)101329)，所述案的揭示內(nèi)容在此以全文引用的方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0011] 本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及無(wú)線(xiàn)電力傳送，且更具體來(lái)說(shuō)，涉及與到包括電池的車(chē)輛的 無(wú)線(xiàn)電力傳送有關(guān)的裝置、系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0012] 正開(kāi)發(fā)在發(fā)射器與耦合到待充電的電子裝置的接收器之間使用空中或無(wú)線(xiàn)電力 傳輸?shù)姆椒ā＿@些方法大體上屬于兩種類(lèi)別。一種類(lèi)別是基于發(fā)射天線(xiàn)與待充電的裝置上 的接收天線(xiàn)之間的平面波輻射（也稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)輻射）的耦合。接收天線(xiàn)收集所輻射的電力且 將其整流以用于對(duì)電池充電。此方法的缺點(diǎn)為：電力耦合隨著天線(xiàn)之間的距離增加而迅速 衰退，因此，超過(guò)合理距離（例如，小于1到2米）的充電變得困難。另外，由于發(fā)射系統(tǒng)輻 射平面波，因此如果未經(jīng)由濾波來(lái)進(jìn)行適當(dāng)控制，則無(wú)意的輻射可干擾其它系統(tǒng)。
[0013] 無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)的其它方法是基于嵌入于（例如）"充電"墊或表面中的發(fā)射 天線(xiàn)與嵌入于待充電的電子裝置中的接收天線(xiàn)（加整流電路）之間的感應(yīng)耦合。此方法具 有以下缺點(diǎn)：發(fā)射天線(xiàn)與接收天線(xiàn)之間的間距必須極接近（例如，在幾毫米內(nèi)）。盡管此方 法確實(shí)具有對(duì)同一區(qū)域中的多個(gè)裝置同時(shí)充電的能力，但此區(qū)域通常極小且需要用戶(hù)準(zhǔn)確 地將裝置定位到一特定區(qū)域。
[0014] 近來(lái)，已引入包括來(lái)自電及提供所述電的電池的移動(dòng)電力的車(chē)輛?；旌想妱?dòng)車(chē)輛 包括使用來(lái)自車(chē)輛制動(dòng)及傳統(tǒng)馬達(dá)的電力對(duì)車(chē)輛充電的機(jī)載充電器。僅為電動(dòng)車(chē)輛的車(chē) 輛必須從其它源接收電以用于對(duì)電池充電。常規(guī)地，提議經(jīng)由某種類(lèi)型的有線(xiàn)交流電（AC) (例如，家用或商業(yè)AC電源）對(duì)這些電動(dòng)車(chē)輛充電。
[0015] 歸因于在無(wú)線(xiàn)電力傳輸過(guò)程中發(fā)生的損失而使得效率是無(wú)線(xiàn)電力傳送系統(tǒng)中重 要的。由于與有線(xiàn)傳送相比較，無(wú)線(xiàn)電力傳輸常常為低效率的，因此效率是無(wú)線(xiàn)電力傳送環(huán) 境中受到更大關(guān)注的。因此，需要將無(wú)線(xiàn)電力提供到電動(dòng)車(chē)輛的方法及設(shè)備。
[0016] 電動(dòng)車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)可能需要使發(fā)射天線(xiàn)與接收天線(xiàn)在某一程度內(nèi)對(duì)準(zhǔn)。電 動(dòng)車(chē)輛無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)射天線(xiàn)與接收天線(xiàn)的充分對(duì)準(zhǔn)可能需要將電動(dòng)車(chē)輛適當(dāng)?shù)囟?位于停放空間內(nèi)，以及在將電動(dòng)車(chē)輛已定位于停放空間內(nèi)之后精細(xì)調(diào)諧天線(xiàn)位置。
[0017] 因此，需要將無(wú)線(xiàn)電力提供到電動(dòng)車(chē)輛的方法及設(shè)備。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 在所主張發(fā)明的一個(gè)方面中，一種用于以無(wú)線(xiàn)方式傳送電力的雙向無(wú)線(xiàn)電力收發(fā) 器包括：雙向電力轉(zhuǎn)換器，其經(jīng)配置以：在配置于發(fā)射模式中時(shí)在一無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下 將輸入電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電（AC)電力輸出信號(hào)，及在配置于接收模式中時(shí)在所述無(wú)線(xiàn) 電力操作頻率下將所接收的AC電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電（DC)電力輸出信號(hào)；及天線(xiàn)，其以可 操作方式經(jīng)配置以：在配置于發(fā)射模式中時(shí)在所述無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下基于所述AC電力 輸出信號(hào)產(chǎn)生第一電磁場(chǎng)，所述第一電磁場(chǎng)是在足以向充電基座以無(wú)線(xiàn)方式傳送電力的電 平下產(chǎn)生，及在配置于接收模式中時(shí)在所述操作頻率下基于由所述充電基座產(chǎn)生的第二電 磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生所述所接收的AC電力信號(hào)。
[0019] 在所主張發(fā)明的另一方面中，一種以無(wú)線(xiàn)方式傳送電力的方法包括：當(dāng)雙向無(wú)線(xiàn) 電力收發(fā)器中的雙向電力轉(zhuǎn)換器配置于發(fā)射模式中時(shí)，在一無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下將輸入電 力信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電（AC)電力輸出信號(hào)，及當(dāng)所述雙向電力轉(zhuǎn)換器配置于接收模式中時(shí)， 在所述無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下將所接收的AC電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電（DC)電力輸出信號(hào)；及 當(dāng)所述雙向電力轉(zhuǎn)換器配置于所述發(fā)射模式中時(shí)，在天線(xiàn)的區(qū)中在所述無(wú)線(xiàn)電力操作頻率 下基于所述AC電力輸出信號(hào)產(chǎn)生第一電磁場(chǎng)，所述第一電磁場(chǎng)是在足以向充電基座以無(wú) 線(xiàn)方式傳送電力的電平下產(chǎn)生，及當(dāng)所述雙向電力轉(zhuǎn)換器在所述接收模式中時(shí)，在所述區(qū) 中在所述無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下基于由所述充電基座產(chǎn)生的第二電磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生所述所接收 的AC電力信號(hào)。
[0020] 在所主張發(fā)明的另一方面中，一種用于以無(wú)線(xiàn)方式傳送電力的雙向無(wú)線(xiàn)電力收發(fā) 器包括：用于轉(zhuǎn)換的裝置，所述用于轉(zhuǎn)換的裝置在雙向無(wú)線(xiàn)電力收發(fā)器中的雙向電力轉(zhuǎn)換 器配置于發(fā)射模式中時(shí)，在一無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下將輸入電力信號(hào)轉(zhuǎn)換成交流電（AC)電 力輸出信號(hào)，且在所述雙向電力轉(zhuǎn)換器配置于接收模式中時(shí)，在所述無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下 將所接收的AC電力輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電（DC)電力輸出信號(hào)；及用于產(chǎn)生的裝置，所述用 于產(chǎn)生的裝置在所述雙向電力轉(zhuǎn)換器配置于所述發(fā)射模式中時(shí)，在天線(xiàn)的區(qū)中在所述無(wú)線(xiàn) 電力操作頻率下基于所述AC電力輸出信號(hào)產(chǎn)生第一電磁場(chǎng)，所述第一電磁場(chǎng)是在足以向 充電基座以無(wú)線(xiàn)方式傳送電力的電平下產(chǎn)生，且在所述雙向電力轉(zhuǎn)換器在所述接收模式中 時(shí)，在所述區(qū)中在所述無(wú)線(xiàn)電力操作頻率下基于由所述充電基座產(chǎn)生的第二電磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生 所述所接收的AC電力信號(hào)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為說(shuō)明無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)可與多種可更換電池（所述多種可更換電池中的每一者 可用于多種電池電動(dòng)車(chē)輛（BEV)中）一起使用的方式的階層圖。
[0022] 圖2說(shuō)明將裝備有無(wú)線(xiàn)接收器的BEV停放于無(wú)線(xiàn)發(fā)射器附近時(shí)的BEV的無(wú)線(xiàn)充電 系統(tǒng)。
[0023] 圖3為BEV的無(wú)線(xiàn)電力充電系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖。
[0024] 圖4為BEV的無(wú)線(xiàn)電力充電系統(tǒng)的更詳細(xì)框圖，所述圖說(shuō)明發(fā)射天線(xiàn)及接收天線(xiàn) 的通信鏈路、導(dǎo)引鏈路及對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)。
[0025] 圖5說(shuō)明可用于本發(fā)明的一些實(shí)施例中的用于低電壓電力線(xiàn)通信的分配系統(tǒng)的 部分。
[0026] 圖6展示可代表用于對(duì)可用于BEV中的電池進(jìn)行充電的鋰離子電池的典型充電過(guò) 程。
[0027] 圖7說(shuō)明關(guān)于可用于BEV中的電池的充電時(shí)間的實(shí)例。
[0028] 圖8說(shuō)明展示可用于BEV的無(wú)線(xiàn)充電的各種頻率的頻譜。
[0029] 圖9說(shuō)明可用于BEV的無(wú)線(xiàn)充電中的一些可能的頻率及發(fā)射距離。
[0030] 圖10說(shuō)明展示相對(duì)于天線(xiàn)的半徑的磁場(chǎng)強(qiáng)度的發(fā)射及接收環(huán)形天線(xiàn)。
[0031] 圖IlA及IlB說(shuō)明在環(huán)形天線(xiàn)及伴隨的鐵氧體背襯周?chē)拇艌?chǎng)。
[0032] 圖12為說(shuō)明針對(duì)作為無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的部分的鐵氧體背襯的各種厚度的可能的電 感值的曲線(xiàn)圖。
[0033] 圖13為說(shuō)明針對(duì)作為無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的部分的鐵氧體背襯的各種厚度的可能的鐵 氧體損失值的曲線(xiàn)圖。
[0034] 圖14展示安置于電池電動(dòng)車(chē)輛（BEV)中的可更換不接觸式電池的簡(jiǎn)化圖。
[0035] 圖15A及15B為相對(duì)于電池的無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)及鐵氧體材料置放的更詳細(xì)圖。
[0036] 圖16為BEV中經(jīng)裝備而以無(wú)線(xiàn)方式接收或發(fā)射電力的電池系統(tǒng)的部分的簡(jiǎn)化框 圖。
[0037] 圖17A及17B分別說(shuō)明關(guān)于使用半橋式串聯(lián)諧振電路的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路 圖及波形。
[0038] 圖18A及18B分別說(shuō)明關(guān)于使用全H橋式串聯(lián)諧振電路的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電 路圖及波形。
[0039] 圖19為電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖用以說(shuō)明對(duì)無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)中的接收 器與發(fā)射器兩者的調(diào)適。
[0040] 圖20為無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的等效電路圖，所述圖說(shuō)明可在開(kāi)發(fā)有效率無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng) 中變化的一些參數(shù)。
[0041] 圖21說(shuō)明可用以模型化無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的各種參數(shù)的等效電路圖。
[0042] 圖22為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明系統(tǒng)的一些基本組件。
[0043] 圖23為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖說(shuō)明用于產(chǎn)生無(wú)線(xiàn)電力信號(hào)的 一些可能的電路及波形。
[0044] 圖24為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明用于將直流電DC轉(zhuǎn)換到合 適無(wú)線(xiàn)電力頻率的可變電力控制塊。
[0045] 圖25A到25G為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明圖24的可變電力控 制塊的各種示范性實(shí)施例。
[0046] 圖26為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明圖24到25G中所展示的可 變電力控制也可適用于BEV中的負(fù)載調(diào)適。
[0047] 圖27為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明可存在于本發(fā)明的一些實(shí)施 例中的在BEV與發(fā)射器之間的通信信道。
[0048] 圖28為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明用于將DC信號(hào)轉(zhuǎn)換到合適 無(wú)線(xiàn)電力頻率的可變電力控制塊及功率因子校正塊。
[0049] 圖29A到29C分別說(shuō)明在已包括功率因子校正之前的整流器電路、波形及諧波。
[0050] 圖30為整流器與無(wú)源功率因子控制塊的簡(jiǎn)化框圖。
[0051] 圖31A到31D分別說(shuō)明關(guān)于有源功率因子控制的簡(jiǎn)化示意圖、波形、校正函數(shù)及諧 波。
[0052] 圖32為說(shuō)明以下各諧波的曲線(xiàn)圖：在無(wú)功率因子控制的整流器中存在的諧波、在 具有無(wú)源功率因子控制的整流器中存在的諧波，及在具有有源功率因子控制的整流器中存 在的諧波。
[0053] 圖33為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明BEV中的電源切換。
[0054] 圖34為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖說(shuō)明用于功率因子控制的一些 可能的電路及波形。
[0055] 圖35A及35B為分別說(shuō)明在將未經(jīng)濾波的DC供應(yīng)到低頻（LF)級(jí)的情況下在時(shí)域 及頻域中的發(fā)射波形的曲線(xiàn)圖。
[0056] 圖36為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明無(wú)線(xiàn)電力傳輸可為雙向的。
[0057] 圖37為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖說(shuō)明在具有中間未經(jīng)濾波的DC 信號(hào)的情況下的雙向無(wú)線(xiàn)電力傳送的對(duì)稱(chēng)拓?fù)洹?br> [0058] 圖38為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖說(shuō)明在無(wú)中間未經(jīng)濾波的DC 信號(hào)的情況下且使用混頻方法的無(wú)線(xiàn)電力傳送的對(duì)稱(chēng)拓?fù)洹?br> [0059] 圖39A及39B為分別說(shuō)明在經(jīng)雙邊頻帶（DSB)調(diào)制的電力轉(zhuǎn)換的情況下在時(shí)域及 頻域中的發(fā)射波形的曲線(xiàn)圖。
[0060] 圖40為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明到導(dǎo)電充電接口的耦合（此 情形可減少對(duì)額外AC/DC轉(zhuǎn)換器的需要）。
[0061] 圖41為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明在一些示范性實(shí)施例中，可 能不需要在BEV充電系統(tǒng)與BEV無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)之間進(jìn)行通信。
[0062] 圖42A為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明粗略負(fù)載調(diào)適。
[0063] 圖42B為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明精細(xì)負(fù)載調(diào)適。
[0064] 圖43為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖，所述圖說(shuō)明反向鏈路負(fù)載調(diào)適。
[0065] 圖44為說(shuō)明粗略負(fù)載調(diào)適的流程圖。
[0066] 圖45為說(shuō)明粗略負(fù)載調(diào)適的步驟的電壓對(duì)電流曲線(xiàn)圖。
[0067] 圖46為說(shuō)明精細(xì)負(fù)載調(diào)適的步驟的電壓對(duì)電流曲線(xiàn)圖。
[0068] 圖47為說(shuō)明針對(duì)可用于示范性實(shí)施例中的各種固態(tài)開(kāi)關(guān)的頻率對(duì)電流特性的曲 線(xiàn)圖。
[0069] 圖48說(shuō)明隨著發(fā)射器工作循環(huán)而變的正規(guī)化功率以展示工作循環(huán)的相當(dāng)大范 圍。
[0070] 圖49為說(shuō)明在高頻下的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的一示范性實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖。
[0071] 圖50為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖說(shuō)明無(wú)線(xiàn)電力傳送的不對(duì)稱(chēng)E 類(lèi)拓?fù)洹?br> [0072] 圖51為BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖說(shuō)明無(wú)線(xiàn)電力傳送的對(duì)稱(chēng)E類(lèi) 拓?fù)洹?br> [0073] 圖52為說(shuō)明BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)中的諧波濾波的簡(jiǎn)化電路圖。
[0074] 圖53為說(shuō)明BEV的無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)中的諧振調(diào)諧的簡(jiǎn)化電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0075] 下文結(jié)合附加圖式所闡述的詳細(xì)描述既定作為對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的描述 且既定不表示可實(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"意味著"充 當(dāng)一實(shí)例、例子或說(shuō)明"，且未必應(yīng)被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 述包括特定細(xì)節(jié)以用于提供對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的透徹理解的目的。所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員將顯而易見(jiàn)，可在無(wú)這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在一些例子 中，以框圖形式展示眾所周知的結(jié)構(gòu)及裝置以便避免混淆本文中所呈現(xiàn)的示范性實(shí)施例的 新穎性。
[0076] 術(shù)語(yǔ)"無(wú)線(xiàn)電力"在本文中用以意味著在不使用物理電磁導(dǎo)體的情況下從發(fā)射器 發(fā)射到接收器的與電場(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。
[0077] 此外，術(shù)語(yǔ)"無(wú)線(xiàn)充電"在本文中用以意味著將無(wú)線(xiàn)電力提供到一個(gè)或一個(gè)以上電 化學(xué)電池或包括電化學(xué)電池的系統(tǒng)以用于對(duì)電化學(xué)電池再充電的目的。
[0078] 術(shù)語(yǔ)"電池電動(dòng)車(chē)輛（BEV) "在本文中用以意味著包括（作為其移動(dòng)能力的部分） 從一個(gè)或一個(gè)以上可再充電電化學(xué)電池得到的電力的車(chē)輛。作為非限制性實(shí)例，一些BEV 可為包括使用來(lái)自車(chē)輛減速及傳統(tǒng)馬達(dá)的電力對(duì)車(chē)輛充電的機(jī)載充電器的混合電動(dòng)車(chē)輛， 其它BEV可從電力獲得所有移動(dòng)能力。
[0079] 本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括將無(wú)線(xiàn)電力提供到電動(dòng)車(chē)輛的方法及設(shè)備。
[0080] 圖1為說(shuō)明無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)可與多種可更換電池（所述多種可更換電池中的每一者 可用于多種電池電動(dòng)車(chē)輛中）一起使用的方式的階層圖。從頂部開(kāi)始，可能存在BEV的許 多不同模型。然而，車(chē)輛模型的群組可經(jīng)調(diào)適以?xún)H使用有限數(shù)目個(gè)可更換電池單元，例如電 動(dòng)車(chē)輛（EV)電池類(lèi)型A、EV電池類(lèi)型B及EV電池類(lèi)型C。作為非限制性實(shí)例，可基于電池 的所需容量、電池所需的空間、電池的形狀因子、無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的大小及無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的形 狀因子而配置這些不同的電池類(lèi)型。在電池類(lèi)型有限（特定來(lái)說(shuō)，無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)的大小、置放及 形狀因子有限）的情況下，可提供一種將提供到各種電池類(lèi)型的近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)耦合的單一無(wú)線(xiàn) 電力遞送解決方案。
[0081] 電池集成解決方案可使EV制造商容易采用無(wú)線(xiàn)充電，這是因?yàn)榇私鉀Q方案將對(duì) EV的電氣及機(jī)械設(shè)計(jì)僅有微小影響。一旦被廣泛接受并得以標(biāo)準(zhǔn)化，便僅需要相對(duì)較小數(shù) 目個(gè)EV電池類(lèi)型在流通中。限制電池類(lèi)型將簡(jiǎn)化無(wú)線(xiàn)BEV充電解決方案的定制，這是因?yàn)?電池類(lèi)型的數(shù)目將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未來(lái)將引入到市場(chǎng)中的EV模型的數(shù)目。
[0082] 此外，有限的電池類(lèi)型可使得能夠改裝現(xiàn)有EV模型以用于無(wú)線(xiàn)充電?？赏ㄟ^(guò)用新 電池更換EV中的常規(guī)電池來(lái)簡(jiǎn)單地執(zhí)行此改裝，所述新電池集成無(wú)線(xiàn)充電且在其所有其 它接口下相當(dāng)于原始電池。另外，無(wú)線(xiàn)電力電池類(lèi)型可配置有到其余車(chē)輛的無(wú)線(xiàn)及不接觸 式充電接口，從而允許容易的電池調(diào)換及電池的不接觸式再充電，此情形可包括關(guān)于可靠 性、機(jī)械磨損及安全性的一些優(yōu)點(diǎn)。
[0083] 圖2說(shuō)明將具備無(wú)線(xiàn)充電功能的BEV 102停放于無(wú)線(xiàn)充電基座（CB) 104附近時(shí)的 BEV的無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)。說(shuō)明兩輛車(chē)輛102在停放區(qū)域106中且停放于對(duì)應(yīng)CB 104上。本 地分配中心108連接到電力骨干，且經(jīng)配置以將交流電（AC)或直流電（DC)供應(yīng)提供到作 為CB 104的部分的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)112。CB 104還包括用于產(chǎn)生或拾取近場(chǎng)輻射的無(wú)線(xiàn)電 力天線(xiàn)114。每一車(chē)輛包括電池、BEV電力轉(zhuǎn)換及充電系統(tǒng)116,及經(jīng)由近場(chǎng)與CB天線(xiàn)114 互動(dòng)的無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)118。在一些示范性實(shí)施例中，可使BEV天線(xiàn)118與CB天線(xiàn)114對(duì)準(zhǔn)， 且因此，通過(guò)駕駛員將車(chē)輛相對(duì)于CB天線(xiàn)114正確地定位而簡(jiǎn)單地將BEV天線(xiàn)118安置于 近場(chǎng)區(qū)內(nèi)。在其它示范性實(shí)施例中，可對(duì)駕駛員給予視覺(jué)反饋、聽(tīng)覺(jué)反饋或視覺(jué)反饋與聽(tīng)覺(jué) 反饋的組合，以使駕駛員確定何時(shí)適當(dāng)?shù)刂梅跑?chē)輛以用于無(wú)線(xiàn)電力傳送。在又其它示范性 實(shí)施例中，可通過(guò)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來(lái)定位車(chē)輛，所述自動(dòng)駕駛系統(tǒng)可使車(chē)輛來(lái)回移動(dòng)（例如， 以鋸齒形移動(dòng)）直到對(duì)準(zhǔn)誤差已達(dá)到容許值為止。如果車(chē)輛裝備有伺服方向盤(pán)、周?chē)?波傳感器及人工智能，便可由車(chē)輛在無(wú)駕駛員干預(yù)或僅有最少駕駛員干預(yù)的情況下自動(dòng)地 且自主地執(zhí)行此操作。在再其它示范性實(shí)施例中，BEV天線(xiàn)118、CB天線(xiàn)114或其組合可包 括用于使所述天線(xiàn)相對(duì)于彼此移位及移動(dòng)以更準(zhǔn)確地定向所述天線(xiàn)且在所述天線(xiàn)之間形 成更佳近場(chǎng)耦合的裝置。
[0084] CB 104可位于多種位置中。作為非限制性實(shí)例，一些合適位置為車(chē)輛擁有者的家 的停放區(qū)域、仿造常規(guī)基于石油的加油站的保留用于BEV無(wú)線(xiàn)充電的停放區(qū)域，及在其它 位置（例如，購(gòu)物中心及工作地點(diǎn)）的停放坪。
[0085] 這些BEV充電站可提供眾多益處，例如：
[0086] ?便利性：可在無(wú)駕駛員干預(yù)及操控的情況下實(shí)際上自動(dòng)地執(zhí)行充電。
[0087] ?可靠性：可能不存在暴露的電觸點(diǎn)且不存在機(jī)械磨損。
[0088] ?安全性：可能不需要通過(guò)電纜及連接器進(jìn)行的操控，且可能不存在可能在戶(hù)外環(huán) 境下暴露到濕氣及水的電纜、插塞或插口。
[0089] ?防止破壞行為：可能不存在既可見(jiàn)也易接近的插口、電纜及插塞。
[0090] ?可用性：如果BEV將用作用以使電網(wǎng)穩(wěn)定的分布式存儲(chǔ)裝置?？捎眯钥呻S著實(shí) 現(xiàn)車(chē)輛到電網(wǎng)（V2G)能力的便利的銜接到電網(wǎng)解決方案而增加。
[0091] ?富于美感及無(wú)妨礙的：可能不存在對(duì)于車(chē)輛及/或行人來(lái)說(shuō)可能為妨礙的柱負(fù) 載（column load)及電纜。
[0092] 作為V2G能力的進(jìn)一步解釋?zhuān)蓪o(wú)線(xiàn)電力發(fā)射與接收能力配置為互逆的，以使 得CB 104將電力傳送到BEV 102且BEV將電力傳送到CB 104。此能力可通過(guò)允許以下情 形而可用于電力分配穩(wěn)定性：BEV以與可將太陽(yáng)能電池電力系統(tǒng)連接到電力電網(wǎng)且將過(guò)剩 電力供應(yīng)到電力電網(wǎng)的方式類(lèi)似的方式將電力貢獻(xiàn)給整個(gè)分配系統(tǒng)。
[0093] 圖3為BEV的無(wú)線(xiàn)電力充電系統(tǒng)130的簡(jiǎn)化框圖。本文中所描述的示范性實(shí)施例 使用形成諧振結(jié)構(gòu)的電容性負(fù)載導(dǎo)線(xiàn)回路（即，多匝線(xiàn)圈），在初級(jí)結(jié)構(gòu)（發(fā)射器）與次級(jí) 結(jié)構(gòu)（接收器）兩者經(jīng)調(diào)諧到一共同諧振頻率的情況下，所述諧振結(jié)構(gòu)能夠經(jīng)由磁性近場(chǎng) 將能量從初級(jí)結(jié)構(gòu)有效率地耦合到次級(jí)結(jié)構(gòu)。所述方法也被稱(chēng)為"磁性耦合諧振"及"諧振 感應(yīng)"。
[0094] 為了使得能夠進(jìn)行無(wú)線(xiàn)高電力傳送，一些示范性實(shí)施例可使用在20kHz到60kHz 的范圍中的頻率。此低頻耦合可允許可使用目前技術(shù)狀態(tài)的固態(tài)裝置而實(shí)現(xiàn)的高效率電力 轉(zhuǎn)換。另外，可能存在關(guān)于無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)的較少共存問(wèn)題（與其它頻帶相比較）。
[0095] 在圖3中，可為AC或DC的常規(guī)電源132將電力供應(yīng)到CB電力轉(zhuǎn)換模塊134(假 定能量傳送朝向車(chē)輛）。CB電力轉(zhuǎn)換模塊134驅(qū)動(dòng)CB天線(xiàn)136以發(fā)射所要頻率信號(hào)。如 果CB天線(xiàn)136與BEV天線(xiàn)138經(jīng)調(diào)諧到實(shí)質(zhì)上相同的頻率且足夠接近于處于來(lái)自發(fā)射天 線(xiàn)的近場(chǎng)輻射內(nèi)，則CB天線(xiàn)136與BEV天線(xiàn)138耦合，以使得可將電力傳送到BEV天線(xiàn)138 且在BEV電力轉(zhuǎn)換模塊140中提取電力。BEV電力轉(zhuǎn)換模塊140可接著對(duì)BEV電池142充 電。電源132、CB電力轉(zhuǎn)換模塊134及CB天線(xiàn)136構(gòu)成整個(gè)無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)130的基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)部分144,基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)部分144可為固定的且位于多種位置處（如上文所論述）。BEV電池 142、BEV電力轉(zhuǎn)換模塊140及BEV天線(xiàn)138構(gòu)成無(wú)線(xiàn)電力子系統(tǒng)146,無(wú)線(xiàn)電力子系統(tǒng)146 為車(chē)輛的部分或電池組的部分。
[0096] 在操作中，假定能量傳送朝向車(chē)輛或電池，則從電源132提供輸入電力，以使得CB 天線(xiàn)136產(chǎn)生用于提供能量傳送的輻射場(chǎng)。BEV天線(xiàn)138耦合到所述輻射場(chǎng)且產(chǎn)生用于存 儲(chǔ)或供車(chē)輛消耗的輸出電力。在示范性實(shí)施例中，根據(jù)相互諧振關(guān)系來(lái)配置CB天線(xiàn)136及 BEV天線(xiàn)138,且當(dāng)BEV天線(xiàn)138的諧振頻率與CB天線(xiàn)136的諧振頻率極接近時(shí)，當(dāng)BEV天 線(xiàn)138位于CB天線(xiàn)136的"近場(chǎng)"中時(shí)，CB與BEV無(wú)線(xiàn)電力子系統(tǒng)之間的發(fā)射損失為最小 的。
[0097] 如所陳述，通過(guò)將發(fā)射天線(xiàn)的近場(chǎng)中的大部分能量耦合到接收天線(xiàn)而非以電磁波 形式將大多數(shù)能量傳播到遠(yuǎn)場(chǎng)來(lái)發(fā)生有效率的能量傳送。當(dāng)在此近場(chǎng)中時(shí)，可在發(fā)射天線(xiàn) 與接收天線(xiàn)之間形成耦合模式?？砂l(fā)生此近場(chǎng)耦合的在天線(xiàn)周?chē)膮^(qū)域在本文中被稱(chēng)作近 場(chǎng)耦合模式區(qū)。
[0098] CB與BEV電力轉(zhuǎn)換模塊均可包括用于與無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的有效率耦合的振蕩器、功 率放大器、濾波器及匹配電路。振蕩器經(jīng)配置以產(chǎn)生所要頻率，所述所要頻率可響應(yīng)于調(diào)整 信號(hào)而加以調(diào)整?？捎晒β史糯笃饕皂憫?yīng)于控制信號(hào)的放大量來(lái)放大振蕩器信號(hào)?？砂?濾波器及匹配電路以濾除諧波或其它不希望的頻率且使電力轉(zhuǎn)換模塊的阻抗與無(wú)線(xiàn)電力 天線(xiàn)匹配。
[0099] CB及BEV電力轉(zhuǎn)換模塊也可包括整流器，及用以產(chǎn)生合適電力輸出以對(duì)電池充電 的切換電路。
[0100] 示范性實(shí)施例中所使用的BEV天線(xiàn)及CB天線(xiàn)可配置為"環(huán)形"天線(xiàn)（且更具體來(lái) 說(shuō)，多匝環(huán)形天線(xiàn)），環(huán)形天線(xiàn)在本文中也可被稱(chēng)作"磁性"天線(xiàn)。環(huán)形（例如，多匝環(huán)形） 天線(xiàn)可經(jīng)配置以包括一空心或一物理心（例如，鐵氧體心）?？招沫h(huán)形天線(xiàn)可允許其它組件 置放于心區(qū)域內(nèi)。物理心天線(xiàn)可允許形成較強(qiáng)電磁場(chǎng)。
[0101] 如所陳述，在發(fā)射器與接收器之間的匹配或幾乎匹配的諧振期間，發(fā)生發(fā)射器與 接收器之間的有效率的能量傳送。然而，甚至當(dāng)發(fā)射器與接收器之間的諧振不匹配時(shí)，也可 以較低效率傳送能量。通過(guò)將來(lái)自發(fā)射天線(xiàn)的近場(chǎng)的能量耦合到駐留于建立了此近場(chǎng)的鄰 域中的接收天線(xiàn)而非將能量從發(fā)射天線(xiàn)傳播到自由空間中來(lái)發(fā)生能量傳送。
[0102] 環(huán)形天線(xiàn)的諧振頻率是基于電感及電容。環(huán)形天線(xiàn)中的電感大體上僅為由所述 環(huán)形建立的電感，而電容大體上添加到環(huán)形天線(xiàn)的電感以在所要諧振頻率下建立一諧振結(jié) 構(gòu)。作為一非限制性實(shí)例，可以與天線(xiàn)串聯(lián)的方式添加電容器以建立一產(chǎn)生磁場(chǎng)的諧振電 路。因此，對(duì)于較大直徑的環(huán)形天線(xiàn)來(lái)說(shuō)，誘發(fā)諧振所需的電容的大小隨著環(huán)形的直徑或電 感增加而減小。應(yīng)進(jìn)一步注意，電感也可取決于環(huán)形天線(xiàn)的匝數(shù)。此外，隨著環(huán)形天線(xiàn)的直 徑增加，近場(chǎng)的有效率的能量傳送區(qū)域增加。當(dāng)然，其它諧振電路是可能的。作為另一非限 制性實(shí)例，可將電容器并聯(lián)地置放于環(huán)形天線(xiàn)的兩個(gè)端子之間（即，并聯(lián)諧振電路）。
[0103] 本發(fā)明的示范性實(shí)施例包括在處于彼此的近場(chǎng)中的兩個(gè)天線(xiàn)之間耦合電力。如 所陳述，近場(chǎng)是在天線(xiàn)周?chē)膮^(qū)域，在所述區(qū)域中，存在電磁場(chǎng)（在本文中也被稱(chēng)作近場(chǎng)輻 射）但電磁場(chǎng)不可傳播或輻射遠(yuǎn)離所述天線(xiàn)。近場(chǎng)耦合模式區(qū)通常限于接近天線(xiàn)的物理體 積的體積（例如，在波長(zhǎng)的六分之一的半徑內(nèi)）。在本發(fā)明的示范性實(shí)施例中，由于與電型 天線(xiàn)（例如，小偶極）的電近場(chǎng)相比較，在實(shí)際實(shí)施例中磁性型天線(xiàn)的磁性近場(chǎng)振幅傾向于 較高，因此將例如單匝及多匝環(huán)形天線(xiàn)等磁性型天線(xiàn)用于發(fā)射與接收兩者。此情形允許所 述對(duì)之間的潛在較高耦合。依賴(lài)于實(shí)質(zhì)上磁場(chǎng)的另一原因在于磁場(chǎng)在環(huán)境與安全性問(wèn)題上 與不導(dǎo)電電介質(zhì)材料的低互動(dòng)。用于無(wú)線(xiàn)高電力傳輸?shù)碾娞炀€(xiàn)可涉及極高電壓。此外，也 預(yù)期"電"天線(xiàn)（例如，偶極及單極）或磁性天線(xiàn)與電天線(xiàn)的組合。
[0104] 圖4為BEV的一股無(wú)線(xiàn)電力充電系統(tǒng)150的更詳細(xì)框圖，所述圖說(shuō)明用于CB天線(xiàn) 158及BEV天線(xiàn)160的通信鏈路152、導(dǎo)引鏈路154及對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)156。如同圖3的示范性實(shí) 施例且假定能量流朝向BEV，在圖4中，CB電力轉(zhuǎn)換單元162從CB電力接口 164接收AC或 DC電力，且在CB天線(xiàn)158的諧振頻率或接近CB天線(xiàn)158的諧振頻率下激勵(lì)CB天線(xiàn)158。 當(dāng)BEV天線(xiàn)160處于近場(chǎng)耦合模式區(qū)中時(shí)，BEV天線(xiàn)160從近場(chǎng)耦合模式區(qū)接收能量以在 諧振頻率或接近諧振頻率下振蕩。BEV電力轉(zhuǎn)換單元166將來(lái)自接收天線(xiàn)160的振蕩信號(hào) 轉(zhuǎn)換成適合于對(duì)電池充電的電力信號(hào)。
[0105] 所述一股系統(tǒng)也可分別包括CB通信單元168及BEV通信單元170。CB通信單元 168可包括一到其它系統(tǒng)（未圖示）（例如，計(jì)算機(jī)及電力分配中心）的通信接口。BEV通 信單元170可包括一到其它系統(tǒng)（未圖示）（例如，車(chē)輛上的機(jī)載計(jì)算機(jī)、其它電池充電控 制器、車(chē)輛內(nèi)的其它電子系統(tǒng)，及遠(yuǎn)程電子系統(tǒng)）的通信接口。
[0106] CB及BEV通信單元可包括用于特定應(yīng)用的子系統(tǒng)或功能，因此具有單獨(dú)通信信 道。這些通信信道可為單獨(dú)物理信道或僅單獨(dú)邏輯信道。作為非限制性實(shí)例，CB對(duì)準(zhǔn)單元 172可與BEV對(duì)準(zhǔn)單元174通信以提供反饋機(jī)制，以使CB天線(xiàn)158與BEV天線(xiàn)160自主地 或通過(guò)操作員輔助而更緊密地對(duì)準(zhǔn)。類(lèi)似地，CB導(dǎo)引單元176可與BEV導(dǎo)引單元178通信 以提供反饋機(jī)制，以導(dǎo)引操作員使CB天線(xiàn)158與BEV天線(xiàn)160對(duì)準(zhǔn)。另外，可能存在單獨(dú) 通用通信信道152,單獨(dú)通用通信信道152包括用于在CB與BEV之間傳達(dá)其它信息的CB通 信單元180及BEV通信單元182。此信息可包括關(guān)于EV特性、電池特性、充電狀態(tài)及CB與 BEV兩者的電力能力的信息，以及維護(hù)及診斷數(shù)據(jù)。這些通信信道可為單獨(dú)物理通信信道 (例如，藍(lán)牙、紫蜂（zigbee)、蜂窩式等等）。
[0107] 另外，可在不使用特定通信天線(xiàn)的情況下經(jīng)由無(wú)線(xiàn)電力鏈路執(zhí)行一些通信。換句 話(huà)說(shuō)，通信天線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)相同。因此，CB的一些示范性實(shí)施例可包括用于啟用無(wú)線(xiàn)電 力路徑上的鍵控型協(xié)議的控制器（未圖示）。通過(guò)在預(yù)定義時(shí)間間隔下根據(jù)預(yù)定義協(xié)議來(lái) 鍵控發(fā)射功率電平（幅移鍵控），接收器可檢測(cè)來(lái)自發(fā)射器的串行通信。CB電力轉(zhuǎn)換模塊 162可包括負(fù)載感測(cè)電路（未圖示），所述負(fù)載感測(cè)電路用于檢測(cè)在由CB天線(xiàn)158產(chǎn)生的 近場(chǎng)附近存在或不存在作用中BEV接收器。以實(shí)例說(shuō)明，負(fù)載感測(cè)電路監(jiān)視流動(dòng)到功率放 大器的電流，所述電流受由CB天線(xiàn)158產(chǎn)生的近場(chǎng)附近存在或不存在作用中接收器影響。 對(duì)功率放大器上的負(fù)載改變的檢測(cè)可由控制器來(lái)監(jiān)視，以用于確定是否啟用振蕩器用于發(fā) 射能量、以與作用中接收器通信，或其組合。
[0108] BEV電路可包括切換電路（未圖示），所述切換電路用于將BEV天線(xiàn)160連接到BEV 電力轉(zhuǎn)換單元166及將BEV天線(xiàn)160與BEV電力轉(zhuǎn)換單元166斷開(kāi)。斷開(kāi)BEV天線(xiàn)不僅暫 時(shí)中止充電，而且還改變?nèi)鐬镃B發(fā)射器"所見(jiàn)"的"負(fù)載"，斷開(kāi)BEV天線(xiàn)可用以"隱匿"BEV 接收器以免被發(fā)射器見(jiàn)到。如果CB發(fā)射器包括負(fù)載感測(cè)電路，則負(fù)載感測(cè)電路可檢測(cè)到這 些負(fù)載改變。因此，CB具有用于確定BEV接收器何時(shí)存在于CB天線(xiàn)的近場(chǎng)中的機(jī)制。
[0109] 圖5說(shuō)明可用于本發(fā)明的一些實(shí)施例中能夠進(jìn)行低電壓電力線(xiàn)通信的電力分配 系統(tǒng)200的部分。可經(jīng)由電力分配182將CB鏈接到電力線(xiàn)通信系統(tǒng)，以經(jīng)由支持相關(guān)電力 線(xiàn)通信（PLC)標(biāo)準(zhǔn)的CB的外部CB-COM接口提供PLC。與外部CB-COM接口通信的PLC節(jié)點(diǎn) 可集成于電量（能量）計(jì)184中。在許多國(guó)家且特別在歐洲，PLC可作為自動(dòng)計(jì)量基礎(chǔ)結(jié) 構(gòu)（AMI)的部分且針對(duì)智能型電網(wǎng)應(yīng)用發(fā)揮重要作用。AMI可包括例如以下各者的元素： 電、氣體、水、熱量的自動(dòng)儀表讀取（AMR);能量及水使用分布；需求預(yù)測(cè)；及需求側(cè)管理。此 夕卜，在本發(fā)明的示范性實(shí)施例的情況下，AMI可包括針對(duì)BEV的對(duì)V2G的管理。作為一非限 制性實(shí)例，室內(nèi)PLC系統(tǒng)可配置為家庭自動(dòng)化應(yīng)用的家庭局域網(wǎng)絡(luò)的部分。PLC節(jié)點(diǎn)的一些 非限制性頻率可在頻帶B (95kHz到125kHz)或頻帶C (125kHz到140kHz)中。
[0110] BEV中的無(wú)線(xiàn)電力充電可適應(yīng)于許多不同電池能力及技術(shù)。對(duì)于一些示范性實(shí)施 例，關(guān)于電池能力及技術(shù)的信息可用于確定充電特性及充電概況。電池能力的一些非限制 性實(shí)例為：電池電荷、電池能量、電池電壓、電池容量、電池充電電流、電池充電功率，及充電 能力。
[0111] 許多不同電池及電化學(xué)電池技術(shù)可用于BEV中。合適電化學(xué)電池的一些非限制性 實(shí)例為鋰離子、鋰聚合物及鉛酸型電池。鋰離子電池可歸因于高電池組電壓（例如，400V) 而提供高能量密度。鉛酸電池可歸因于高電池容量（例如，180Ah)而提供高能量密度。當(dāng) 前，已存在趨向鋰離子電池的趨勢(shì)，這是因?yàn)殇囯x子電池提供高能量密度及高功率密度。然 而，本發(fā)明的示范性實(shí)施例可用于其它可再充電電化學(xué)電池或機(jī)電（例如，飛輪）電池中且 甚至可用于未來(lái)可再充電電化學(xué)電池或機(jī)電電池中。
[0112] 圖6說(shuō)明可代表可用于BEV中的電池的鋰離子電池的典型充電過(guò)程。所述曲線(xiàn)圖 說(shuō)明充電電流對(duì)充電時(shí)間、電池電壓及充電容量。在第一階段期間，當(dāng)充電容量正以相對(duì)較 高速率增加時(shí)，可將實(shí)質(zhì)上恒定的電流施加到電池。在第二階段期間，當(dāng)充電容量接近滿(mǎn)量 充電時(shí)，可施加實(shí)質(zhì)上恒定的電壓。圖6說(shuō)明關(guān)于在電池的額定容量（常常被稱(chēng)作1C)下 對(duì)電池充電的實(shí)例充電情況?？墒褂闷渌焖俪潆娗闆r，例如比IC快的速率（例如，2C、3C 等等）。
[0113] 圖7說(shuō)明關(guān)于可用于BEV中的電池的充電時(shí)間的實(shí)例。展示25kWh的所存儲(chǔ)能量 作為BEV中的典型電池的充電容量的一個(gè)實(shí)例。取決于可用電力，在約21kW的高遞送能力 下，達(dá)成滿(mǎn)載容量的充電時(shí)間可低達(dá)約1. 25小時(shí)，在約7kW的加速遞送能力下，達(dá)成滿(mǎn)載容 量的充電時(shí)間可為約3. 5小時(shí)，在約3kW的常規(guī)遞送能力下，達(dá)成滿(mǎn)載容量的充電時(shí)間可為 約8. 5小時(shí)，且在約2kW的家用遞送能力下，達(dá)成滿(mǎn)載容量的充電時(shí)間可為約12. 5小時(shí)。圖 7既定僅作為一實(shí)例來(lái)展示充電時(shí)間的范圍及可使充電時(shí)間適應(yīng)于無(wú)線(xiàn)電力遞送能力的方 式。
[0114] 圖8說(shuō)明展示可為可用的且適合于BEV的無(wú)線(xiàn)充電的各種頻率的頻譜。用于 到BEV的無(wú)線(xiàn)高電力傳送的一些可能頻率范圍包括：在3kHz到30kHz頻帶中的VLF、 在30kHz到150kHz頻帶中的較低LF (針對(duì)類(lèi)ISM應(yīng)用）（其中一些頻率排除）、HF 6. 78MHz (ITU-RISM-頻帶 6. 765MHz 到 6. 795MHz)、HF 13. 56MHz (ITU-R ISM-頻帶 13. 553 到 13. 567)，及 HF 27. 12MHz (ITU-R ISM-頻帶 26. 957 到 27. 283)。
[0115] 圖9說(shuō)明可用于BEV的無(wú)線(xiàn)充電中的一些可能的頻率及傳輸距離?？捎糜贐EV無(wú) 線(xiàn)充電的一些實(shí)例傳輸距離為約30mm、約75mm及約150mm。一些示范性頻率可為VLF頻帶 中的約27kHz及LF頻帶中的約135kHz。
[0116] 必須考慮到關(guān)于在恰好超出接收天線(xiàn)與發(fā)射天線(xiàn)的諧振特性及耦合模式區(qū)范圍 的情況下確定合適頻率的許多考慮事項(xiàng)。無(wú)線(xiàn)電力頻率可能干擾用于其它應(yīng)用的頻率。作 為非限制性實(shí)例，可能存在關(guān)于電力線(xiàn)頻率、可聽(tīng)頻率及通信頻率的VLF/LF共存問(wèn)題。VLF 與LF的共存可為問(wèn)題的一些非限制性實(shí)例為：無(wú)線(xiàn)電時(shí)鐘的頻率、用于LW AM廣播及其它 無(wú)線(xiàn)電服務(wù)的頻率、到ISDN/ADSL及ISDN/xDSL通信信道的交叉耦合、電子車(chē)輛固定系統(tǒng)、 RFID(射頻識(shí)別）系統(tǒng)、EAS(電子物品防盜）系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)傳呼、低電壓PLC系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)植入物 (心臟起搏器等等）、人及動(dòng)物可感知的音頻系統(tǒng)及聲發(fā)射。
[0117] HF頻率的共存可為問(wèn)題的一些非限制性實(shí)例為工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)學(xué)（ISM)無(wú)線(xiàn)電 頻帶，例如：用于遠(yuǎn)程控制應(yīng)用及在連續(xù)能量傳送的情況下在FDX或HDX模式中的RFID的 6. 78MHz ;用于在連續(xù)能量傳送的情況下在FDX或HDX模式中的RFID以及便攜式裝置無(wú)線(xiàn) 電力的13. 56MHz ;及用于鐵路應(yīng)用（歐洲查詢(xún)應(yīng)答器（Eurobalise) 27. 095MHz)、民用頻帶 無(wú)線(xiàn)電及遠(yuǎn)程控制（例如，模型、玩具、車(chē)庫(kù)門(mén)、計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)等等）的27. 12MHz。
[0118] 圖10說(shuō)明展示相對(duì)于天線(xiàn)的半徑的場(chǎng)強(qiáng)度的發(fā)射及接收環(huán)形天線(xiàn)。對(duì)于給定所 傳送電力，半徑大于或小于最佳半徑的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)在天線(xiàn)附近產(chǎn)生較高場(chǎng)強(qiáng)度。如果天線(xiàn)半 徑成比例地增加從而始終為最佳的，則H場(chǎng)強(qiáng)度便隨著電力傳送距離增加且針對(duì)給定所傳 送電力而線(xiàn)性地增加。
[0119] 圖IlA及IlB說(shuō)明在環(huán)形天線(xiàn)及伴隨鐵氧體背襯周?chē)碾姶艌?chǎng)。發(fā)射天線(xiàn)包括導(dǎo) 線(xiàn)回路1130(其可包含多匝導(dǎo)線(xiàn)回路），及鐵氧體背襯1120,且接收天線(xiàn)包括導(dǎo)線(xiàn)回路1180 及鐵氧體背襯1170。在VLF及LF頻率下，鐵氧體背襯可用于強(qiáng)化在天線(xiàn)之間的空間中的 磁場(chǎng)1140,從而獲得增強(qiáng)的耦合。如圖IlA中所展示，如果天線(xiàn)線(xiàn)圈1130及1180與鐵氧 體背襯1120及1170之間的分離減少到0cm，則發(fā)射天線(xiàn)與接收天線(xiàn)之間的耦合系數(shù)稍微 減小。因此，在天線(xiàn)線(xiàn)圈1130及1180與鐵氧體背襯1120及1170之間可能存在理想的分 離。圖IlB說(shuō)明天線(xiàn)線(xiàn)圈1130及1180與鐵氧體背襯1120及1170之間的小分離。另外， 圖IlB說(shuō)明天線(xiàn)線(xiàn)圈1130及1180與其相應(yīng)鐵氧體背襯1120及1170之間的減小的間距。 對(duì)于較小傳輸距離（例如，3cm)，鐵氧體背襯的性能增益可為較小的，這是因?yàn)轳詈舷禂?shù)已 為極尚的。
[0120] 圖12為說(shuō)明針對(duì)作為無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的部分的鐵氧體背襯的各種厚度的可能的電 感值的曲線(xiàn)圖。在圖12的示范性實(shí)施例中，鐵氧體背襯距線(xiàn)圈約0. 5cm。可見(jiàn)，電感并不隨 著約5mm與IOmm之間的鐵氧體背襯的厚度改變而相當(dāng)大地改變（即，約5% ) 〇
[0121] 圖13為說(shuō)明針對(duì)作為無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)的部分的鐵氧體背襯的各種厚度的可能的鐵 氧體損失值的曲線(xiàn)圖。在圖12的示范性實(shí)施例中，鐵氧體背襯距線(xiàn)圈約0. 5cm?？梢?jiàn)，損失 隨著約5mm與IOmm之間的鐵氧體背襯的厚度改變而迅速地增加（即，約185% )。所得損 失可減小Q因子。因此，可能需要在性能相對(duì)于例如體積、重量及成本等考慮事項(xiàng)之間作出 取舍。
[0122] 圖14展示安置于電池電動(dòng)車(chē)輛（BEV) 220中的可更換電池的簡(jiǎn)化圖。在此示范性 實(shí)施例中，無(wú)線(xiàn)能量傳送系統(tǒng)的BEV側(cè)為車(chē)輛電池單元222的一體式部分。朝向標(biāo)準(zhǔn)化EV 電池的當(dāng)前發(fā)展可使得能夠在所謂的電池調(diào)換（或切換）站中進(jìn)行容易且快速的更換。如 圖14中所展示，電池單元222的形狀及置放為一個(gè)示范性實(shí)施例的說(shuō)明。許多其它配置是 可能的。作為一非限制性實(shí)例，電池本體可能在后座下方。
[0123] 然而，對(duì)于集成了無(wú)線(xiàn)電力接口且可從嵌入于地面中的充電器接收電力的電池單 元來(lái)說(shuō)，低電池位置可能為有用的?？焖匐姵馗鼡Q將有可能繼續(xù)與有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)BEV充電共 存，且并不將完全代替任何替代充電解決方案（例如，無(wú)線(xiàn)充電）。在電池調(diào)換站中，汽車(chē)駕 駛員可在可能不到一分鐘的時(shí)間內(nèi)得到完全再充電電池（比在常規(guī)加油站中再加油快）， 而有線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)充電將為在家的解決方案且用于在公共及私人停放坪中的機(jī)會(huì)性充電以增 加車(chē)輛自主性時(shí)間。
[0124] 歸因于高資本支出問(wèn)題，電池調(diào)換站的部署可能主要沿著主運(yùn)輸軸線(xiàn)且在較大城 市中進(jìn)行。關(guān)于分散式且特定來(lái)說(shuō)關(guān)于便利充電及銜接到電網(wǎng)解決方案的另一較強(qiáng)爭(zhēng)議為 BEV用于車(chē)輛到電網(wǎng)使用的可用性（如上文所解釋?zhuān)?br> [0125] 在圖14中，EV可更換電池單元222容納于特定設(shè)計(jì)的電池隔室224中。電池單元 222還提供無(wú)線(xiàn)電力接口 226,無(wú)線(xiàn)電力接口 226可集成整個(gè)BEV側(cè)無(wú)線(xiàn)電力子系統(tǒng)，整個(gè) BEV側(cè)無(wú)線(xiàn)電力子系統(tǒng)包含用于在地面嵌入式充電基座（CB)與電動(dòng)車(chē)輛（EV)電池之間進(jìn) 行有效率且安全的無(wú)線(xiàn)能量傳送所需的諧振磁性天線(xiàn)、電力轉(zhuǎn)換及其它控制及通信功能。
[0126] 以下情形可能為有用的：使BEV天線(xiàn)與電池單元222的底側(cè)（車(chē)輛主體）齊平地 集成，以使得不存在突起部分且使得可維持指定的地面到車(chē)輛主體間隙。此配置可能需要 電池單元中的一些空間專(zhuān)用于無(wú)線(xiàn)電力子系統(tǒng)。
[0127] 在一些示范性實(shí)施例中，CB天線(xiàn)與BEV天線(xiàn)固定于適當(dāng)位置中，且通過(guò)將BEV相 對(duì)于CB的整體置放而使所述天線(xiàn)處于近場(chǎng)耦合區(qū)內(nèi)。然而，為了迅速地、有效率地且安全 地執(zhí)行能量傳送，可能需要減少充電基座天線(xiàn)與BEV天線(xiàn)之間的距離以改善磁性耦合。因 此，在一些示范性實(shí)施例中，可將CB天線(xiàn)與BEV天線(xiàn)部署為可移動(dòng)的以使其更好地對(duì)準(zhǔn)。
[0128] 圖14中還說(shuō)明完全密封且提供不接觸式電力及通信接口 226、228的電池單元 222。圖16中說(shuō)明此示范性實(shí)施例的概念框圖。
[0129] 圖15A及15B為相對(duì)于電池的環(huán)形天線(xiàn)及鐵氧體材料置放的更詳細(xì)圖。在這些示 范性實(shí)施例中，電池單元包括作為無(wú)線(xiàn)電力接口的部分的不可部署的BEV天線(xiàn)模塊。為了 防止磁場(chǎng)穿透到電池單元230中且穿透到車(chē)輛內(nèi)部，可能在電池單元與車(chē)輛之間存在一導(dǎo) 電屏蔽232(例如，銅片）。此外，不導(dǎo)電（例如，塑料）層234可用以保護(hù)導(dǎo)電屏蔽232、線(xiàn) 圈236及鐵氧體材料238不受所有種類(lèi)的環(huán)境影響（例如，機(jī)械損壞、氧化等等）。
[0130] 圖15A展示完全鐵氧體嵌入式天線(xiàn)線(xiàn)圈236。線(xiàn)圈236自身可（僅舉例來(lái)說(shuō)）由 絞合漆包線(xiàn)（Litz wire)制成。圖15B展示用以增強(qiáng)耦合且減少導(dǎo)電屏蔽232中的渦電流 (熱耗散）的最佳設(shè)定尺寸的鐵氧體板（即，鐵氧體背襯）。線(xiàn)圈可完全嵌入于不導(dǎo)電非磁 性（例如，塑料）材料234中。由于磁性耦合與鐵氧體磁滯損失之間的最佳取舍，因此大體 上可在線(xiàn)圈與鐵氧體板之間存在分離。
[0131] 圖16為BEV中經(jīng)裝備以接收無(wú)線(xiàn)電力的電池系統(tǒng)250的部分的簡(jiǎn)化框圖。此示 范性實(shí)施例說(shuō)明可在EV系統(tǒng)252、電池子系統(tǒng)254與到CB (未圖示）的無(wú)線(xiàn)充電接口之間 使用的無(wú)線(xiàn)電力接口。電池子系統(tǒng)254提供能量傳送以及與EV與電池子系統(tǒng)254之間的 無(wú)線(xiàn)接口的通信兩者，此情形實(shí)現(xiàn)完全不接觸式、閉合并密封的電池子系統(tǒng)254。所述接口 可包括用于雙向（雙程）無(wú)線(xiàn)能量傳送、電力轉(zhuǎn)換、控制、電池管理及通信的所有所需功能 性。
[0132] 上文中已解釋充電器到電池通信接口 256及無(wú)線(xiàn)電力接口 258,且再次應(yīng)注意，圖 16展示一股概念。在特定實(shí)施例中，無(wú)線(xiàn)電力天線(xiàn)260與通信天線(xiàn)可組合成單一天線(xiàn)。此 情形也可適用于電池到EV無(wú)線(xiàn)接口 262。電力轉(zhuǎn)換（LF/DC)單元264將從CB所接收的無(wú) 線(xiàn)電力轉(zhuǎn)換成DC信號(hào)以對(duì)EV電池266充電。電力轉(zhuǎn)換（DC/LF) 268將電力從EV電池266 供應(yīng)到電池子系統(tǒng)254與EV系統(tǒng)252之間的無(wú)線(xiàn)電力接口 270?？砂姵毓芾韱卧?72 以管理EV電池充電、電力轉(zhuǎn)換單元（LF/DC及DC/LF)的控制以及無(wú)線(xiàn)通信接口。
[0133] 在EV系統(tǒng)252中，無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)274從天線(xiàn)276接收電力，且LF/DC電力轉(zhuǎn)換單元278 可將DC信號(hào)供應(yīng)到超級(jí)電容器緩沖器280。在一些示范性實(shí)施例中，LF/DC電力轉(zhuǎn)換單元 278可將DC信號(hào)直接供應(yīng)到EV電源接口 282。在其它示范性實(shí)施例中，不接觸式接口可能 不能夠提供車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)（例如）在加速期間所需的高電池峰值電流。為了減小源電阻且 從而減小如在EV電源端子處"所見(jiàn)"的EV能量存儲(chǔ)系統(tǒng)的峰值功率能力，可使用一額外超 級(jí)電容器緩沖器?？砂‥V電氣系統(tǒng)控制單元284以管理電力轉(zhuǎn)換單元（LF/DC) 278的控 制、超級(jí)電容器緩沖器280的充電以及到EV及電池子系統(tǒng)254的無(wú)線(xiàn)通信接口 262。此外， 應(yīng)注意，V2G能力（如上文所描述）可適用于參看圖16所描述且在圖16中所說(shuō)明的概念。
[0134] 到BEV的無(wú)線(xiàn)電力遞送可能需要大量電力。因此，較低頻率可能更適于較高電力 的傳輸。在VLF及LF的較低頻率下，電力轉(zhuǎn)換電子設(shè)備可為更可用的。出于清晰及簡(jiǎn)潔的 目的，以下論述將參考LF頻率。然而，除非另有注釋?zhuān)駝t以下論述也可適用于VLF或高于 LF的頻率。在將DC轉(zhuǎn)換成LF中，發(fā)射器（電力轉(zhuǎn)換器）見(jiàn)到反射阻抗，且在DC電源端子 處見(jiàn)到DC電阻。
[0135] 圖17A及17B分別說(shuō)明關(guān)于使用半橋式串聯(lián)諧振電路的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路 圖及波形。圖17A中的半橋式電路300說(shuō)明發(fā)射電力轉(zhuǎn)換電路，所述發(fā)射電力轉(zhuǎn)換電路在合 適操作頻率下將具有電壓V dc及電流I ^的DC電力轉(zhuǎn)換成LF電力以供應(yīng)一具有電壓V i及電 流I1的串聯(lián)諧振天線(xiàn)電路（L1, C1),且在基本頻率下呈現(xiàn)負(fù)載電阻Rp此負(fù)載電阻表示電 力接收器（圖17A中未展示）所"反射"的阻抗的實(shí)部。在半橋式電力轉(zhuǎn)換電路300的DC 輸入端子處，半橋式電力轉(zhuǎn)換電路300呈現(xiàn)輸入電阻RD。。使用在操作頻率下切換且配置為 半橋的兩個(gè)主動(dòng)控制的固態(tài)開(kāi)關(guān)S1,來(lái)執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換。電容器CD。輔助緩沖DC輸入電 力并使輸入電壓穩(wěn)定，且阻擋切換頻率信號(hào)傳播到DC供應(yīng)中。圖17B中的波形說(shuō)明實(shí)質(zhì)上 為方波的切換電壓V 1U)以及切換電壓V1U)的DC分量與基本頻率分量V1Jt)+VDC/2?？?展示，在半橋式電力轉(zhuǎn)換的DC輸入處的視在電阻R dc為電阻R m的約四倍。
[0136] 圖18A及18B分別說(shuō)明關(guān)于使用全H橋式串聯(lián)諧振電路的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電 路圖及波形。圖18A中的全橋式電路310說(shuō)明發(fā)射電力轉(zhuǎn)換電路，所述發(fā)射電力轉(zhuǎn)換電路 在合適操作頻率下將具有電壓V dc及電流I ^的DC電力轉(zhuǎn)換成LF電力以供應(yīng)一具有電壓V i 及電流I1的串聯(lián)諧振天線(xiàn)電路（L1, C1),且在基本頻率下呈現(xiàn)負(fù)載電阻Rp此負(fù)載電阻表 示電力接收器（圖17A中未展示）所"反射"的阻抗的實(shí)部。在全橋式電力轉(zhuǎn)換電路的DC 輸入端子處，全橋式電力轉(zhuǎn)換電路呈現(xiàn)輸入電阻Rdc。使用配置為全橋的全部在操作頻率下 切換且處于適當(dāng)相位的四個(gè)主動(dòng)控制的固態(tài)開(kāi)關(guān)S n、S11,、S12及S 12,來(lái)執(zhí)行電力轉(zhuǎn)換。電 容器CD。輔助緩沖DC輸入電力并使輸入電壓穩(wěn)定，且阻擋切換頻率信號(hào)傳播到DC供應(yīng)中。 圖18B中的波形說(shuō)明實(shí)質(zhì)上為方波的切換電壓V 1U)以及切換電壓V1U)的基本頻率分量 Ut)。（理想情況下不存在DC分量）?？烧故荆谌珮蚴诫娏D(zhuǎn)換的DC輸入處的視在電 阻Rdc約等于電阻R μ
[0137] 圖19為充當(dāng)半橋式整流器的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的簡(jiǎn)化電路圖，所述圖用以說(shuō)明發(fā)射 電力轉(zhuǎn)換作為接收電力轉(zhuǎn)換的互逆操作。圖19中的半橋式整流器電路320說(shuō)明用于在連 接到負(fù)載電阻R dc,t時(shí)產(chǎn)生具有電壓及DC電流IDu的DC電力的接收電力轉(zhuǎn)換電路。 兩個(gè)固態(tài)開(kāi)關(guān)S 2&S2,隨著由具有電壓V2及電流I2的串聯(lián)諧振天線(xiàn)電路（L 2, C2)接收的 電力的頻率且同相地同步切換。具有電壓Vind,2的電壓源表示由發(fā)射器誘發(fā)的電壓。在一 些示范性實(shí)施例中，可主動(dòng)控制所述固態(tài)開(kāi)關(guān)，而在其它示范性實(shí)施例中，所述固態(tài)開(kāi)關(guān)可 能僅為二極管。電容器C D。輔助濾波并緩沖經(jīng)整流的LF電力?？烧故荆瑢?duì)于半橋式拓?fù)?，?為接收諧振天線(xiàn)在基本頻率下所見(jiàn)的視在負(fù)載電阻Ik為連接到接收電力轉(zhuǎn)換的DC輸出的 DC負(fù)載電阻的約四分之一。如圖19上所注釋?zhuān)痉缎詫?shí)施例還可包括全H橋式拓?fù)?(未圖示）且將具有約I : 1的阻抗變換比Ik比Rdc,^
[0138] 圖20為無(wú)線(xiàn)電力系統(tǒng)的簡(jiǎn)化等效電路，所述圖說(shuō)明可在開(kāi)發(fā)有效率無(wú)線(xiàn)電力系 統(tǒng)中變化的一些參數(shù)。大體來(lái)說(shuō)，在發(fā)射側(cè)上，在電壓V s及其等效源阻抗R s下提供LF信號(hào) 的LF電源實(shí)質(zhì)上為固定的（給定）。這些源阻抗可表示在發(fā)射電力轉(zhuǎn)換電路元件及在諧振 發(fā)射天線(xiàn)之前的任何匹配或?yàn)V波電路中所產(chǎn)生的任何損失。大體來(lái)說(shuō)，在接收側(cè)，負(fù)載電阻 &及電壓V 1以及串聯(lián)電阻Rr實(shí)質(zhì)上為固定的（給定）。串聯(lián)電阻Rr可表示在接收電力轉(zhuǎn) 換電路元件及在諧振接收天線(xiàn)之后的任何匹配或?yàn)V波電路中所產(chǎn)生的任何損失。類(lèi)似地， 對(duì)于發(fā)射天線(xiàn)與接收天線(xiàn)之間的給定空間關(guān)系，可將發(fā)射天線(xiàn)線(xiàn)圈的無(wú)載Q因子Q 1及接收 天線(xiàn)線(xiàn)圈的無(wú)載Q因子92以及發(fā)射天線(xiàn)線(xiàn)圈與接收天線(xiàn)線(xiàn)圈之間的耦合因子（k)視為固定 的（給定），且調(diào)適其它電路元件以基于給定QpQ 2及耦合因子（k)而使電力傳送最優(yōu)化。
[0139] 針對(duì)此設(shè)計(jì)問(wèn)題的明智方法首先指定天線(xiàn)/線(xiàn)圈的所需源及負(fù)載電壓（特定來(lái) 說(shuō)，所需電壓傳送比Γ ν,J及目標(biāo)Q因子Q^SQ2。接著通過(guò)在維持指定的天線(xiàn)無(wú)載Q因子 Q 2的同時(shí)使天線(xiàn)電感L L 2、串聯(lián)諧振損失電阻&及R 2、串聯(lián)諧振電容器(^及C 2及 其組合發(fā)生變化來(lái)執(zhí)行最優(yōu)化以獲得最大傳送效率。
[0140] 此方法假定可在指定Q因子約束下針對(duì)任何所要電感來(lái)設(shè)計(jì)天線(xiàn)線(xiàn)圈。線(xiàn)圈設(shè)計(jì) 實(shí)踐指示Q因子主要是由指定的體積/形狀因子約束而非由電感來(lái)確定。因此，Q因子約 束最終為體積/形狀因子約束。
[0141] 如果發(fā)現(xiàn)最佳電感超出由指定的體積/形狀因子約束界定的可用范圍，則特定天 線(xiàn)匹配電路將變得有必要。在強(qiáng)耦合體系中，通常不需要此特定匹配，這是因?yàn)閷a(chǎn)生實(shí)際 電感。然而，適度或弱耦合體系通常需要用于天線(xiàn)匹配的特殊規(guī)定。
[0142] 為了找到變量1^及L 2的最佳值，可使用兩個(gè)獨(dú)立方程式的系統(tǒng)。一個(gè)方程式由指 定的電壓傳送比產(chǎn)生，另一方程式由最佳負(fù)載電阻產(chǎn)生。
[0143] 在使用總Q因子的定義的情況下：

【權(quán)利要求】
1. 一種設(shè)備，其包含： 導(dǎo)電充電接口 CCI，其經(jīng)配置以通過(guò)充電插塞接收電力； 天線(xiàn)，其經(jīng)配置以通過(guò)無(wú)線(xiàn)電力鏈接的電磁近場(chǎng)從發(fā)射裝置無(wú)線(xiàn)地接收電力，并且從 所述電磁近場(chǎng)產(chǎn)生AC電力信號(hào)； 電力因子校正PFC模塊，其通過(guò)切換電路而被所述CCI和所述天線(xiàn)共享，所述切換電路 經(jīng)配置以將所述PFC模塊選擇性耦合至所述CCI或所述天線(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述PFC模塊經(jīng)配置以至少部分基于所述選擇性 耦合而降低在所述CCI處或在所述發(fā)射裝置處的電流諧波。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含可操作地耦合在所述切換電路和所述 PFC模塊之間的電力轉(zhuǎn)換器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器包含取決于在所述電力轉(zhuǎn)換器的 輸入處的負(fù)載而可在半橋模式和全橋模式之間配置的整流電路，且其中所述整流電路包含 經(jīng)配置以在操作頻率下同步切換以修改所述無(wú)線(xiàn)電力鏈接的諧振頻率的晶體管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器經(jīng)配置以進(jìn)行雙向轉(zhuǎn)換，包括i) 在接收模式中將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力和ii)在發(fā)射模式中將DC電力轉(zhuǎn)換為AC電力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步經(jīng)配置以將AC電力轉(zhuǎn)換為 CCI頻率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含： 能量存儲(chǔ)裝置，其耦合至所述PFC模塊的輸出；以及 第二無(wú)線(xiàn)電力接口，其可操作地耦合在所述能量存儲(chǔ)裝置和電動(dòng)車(chē)輛EV電力轉(zhuǎn)換器 之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器包含： 雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器，其經(jīng)配置以修改所述PFC模塊的電力輸出信號(hào)；以及 雙向DC/AC變換器，其可操作地耦合在雙向DC/DC變換器和所述切換電路之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器包含雙向DC/AC轉(zhuǎn)換器，所述雙 向DC/AC轉(zhuǎn)換器包含具有可調(diào)整工作循環(huán)的脈寬調(diào)制電路，并且經(jīng)配置以調(diào)整所述PFC模 塊的電力輸出信號(hào)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器包含： 具有大容量電容的全橋整流器/變流器；以及 多個(gè)半橋式整流器/變流器，其中每個(gè)半橋式整流器/變流器具有微調(diào)電容； 其中所述半橋式整流器/變流器中的至少一者經(jīng)配置以同步切換所述全橋整流器/變 流器的晶體管以修改所述無(wú)線(xiàn)電力鏈接的諧振頻率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步經(jīng)配置以將所述AC電力 信號(hào)的操作頻率轉(zhuǎn)換為所述天線(xiàn)的諧振頻率的大體分諧波頻率以控制所述AC電力信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器在發(fā)射模式中被配置為增頻轉(zhuǎn) 換器且在接收模式中被配置為降頻轉(zhuǎn)換器，且所述頻率轉(zhuǎn)換器在發(fā)射模式中為雙邊頻帶調(diào) 制器且在接收模式中為雙邊頻帶解調(diào)器。
13. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述電力轉(zhuǎn)換器進(jìn)一步包含耦合在所述整流器 和所述PFC模塊之間的超級(jí)電容器，所述超級(jí)電容器經(jīng)配置以減少所述PFC模塊處的輸入 電阻。
14. 一種具有降低的電流諧波的無(wú)線(xiàn)充電方法，包含： 通過(guò)經(jīng)配置以與導(dǎo)電充電接口 CCI連接的充電插塞接收電力； 在天線(xiàn)處通過(guò)無(wú)線(xiàn)電力鏈接的電磁近場(chǎng)從發(fā)射裝置無(wú)線(xiàn)地接收電力； 從所述電磁近場(chǎng)產(chǎn)生AC電力信號(hào)；以及 通過(guò)將電力因子校正PFC模塊選擇性耦合至所述CCI或所述天線(xiàn)，降低在所述CCI處 或所述發(fā)射裝置處的電流諧波，所述PFC模塊被所述CCI和所述天線(xiàn)共享。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述PFC模塊經(jīng)配置以基于所述選擇性耦合而 降低所述CCI處或所述發(fā)射裝置處的所述電流諧波。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含： 使用取決于負(fù)載而可在半橋模式和全橋模式之間配置的整流器電路轉(zhuǎn)換所述AC電力 信號(hào)；以及 在操作頻率下同步切換包含在所述整流器電路中的晶體管，以修改所述無(wú)線(xiàn)電力鏈接 的諧振頻率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包含： 確定包含所述PFC模塊的輸出信號(hào)的電流和所述輸出信號(hào)的電壓中的一個(gè)或多個(gè)的 輸出信號(hào)條件； 對(duì)所述輸出信號(hào)條件進(jìn)行取樣，且將脈寬調(diào)制信號(hào)提供到所述整流器電路以適應(yīng)于所 述輸出信號(hào)上的負(fù)載改變；及 通過(guò)以下操作中的至少一個(gè)執(zhí)行粗略負(fù)載調(diào)適：如果所述輸出信號(hào)的電壓下降到低于 下限電壓，則從半橋式整流切換到全橋式整流；及如果所述輸出信號(hào)的電壓上升到高于所 述下限電壓，則從所述半橋式整流切換到所述全橋式整流。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述AC電力信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換為所述 天線(xiàn)的諧振頻率的大體分諧波頻率以控制所述AC電力信號(hào)的功率電平。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含將具有可調(diào)整工作循環(huán)的脈寬調(diào)制施 加至所述切換電路的輸入，以調(diào)整所述PFC模塊的電力輸出信號(hào)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含通過(guò)在處于發(fā)射模式中時(shí)在接通與關(guān) 斷之間重復(fù)地切換所述PFC模塊的電力輸入信號(hào)而調(diào)整所述PFC模塊的電力輸出信號(hào)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含在耦合至所述PFC模塊的輸出信號(hào)的 能量存儲(chǔ)裝置和電動(dòng)車(chē)輛（EV)電力轉(zhuǎn)換器之間無(wú)線(xiàn)傳輸電力。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包含與所述PFC模塊的輸入電力信號(hào)的頻 率同步地將準(zhǔn)恒定電阻呈現(xiàn)給所述整流器電路。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其進(jìn)一步包含： 在發(fā)射模式中，通過(guò)使用雙邊頻帶調(diào)制在所述整理器中進(jìn)行增頻轉(zhuǎn)換；及 在接收模式中，通過(guò)使用雙邊頻帶解調(diào)在所述整理器中進(jìn)行降頻轉(zhuǎn)換。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，將所述整流器電路重新配置為經(jīng)配置以將DC電力轉(zhuǎn) 換為AC電力的變流器電路。
25. -種設(shè)備，其包含： 用于通過(guò)經(jīng)配置以與導(dǎo)電充電接口 CCI連接的充電插塞接收電力的裝置； 用于通過(guò)無(wú)線(xiàn)電力鏈接的電磁近場(chǎng)從發(fā)射裝置無(wú)線(xiàn)地接收電力的裝置； 用于從所述電磁近場(chǎng)產(chǎn)生AC電力信號(hào)的裝置；以及 用于將電力因子校正PFC模塊選擇性耦合至所述CCI或者所述接收裝置的裝置，所述 PFC模塊被所述CCI和所述接收裝置共享。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述PFC模塊經(jīng)配置以基于所述選擇性耦合而 降低所述CCI處或所述發(fā)射裝置處的所述電流諧波。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含： 用于轉(zhuǎn)換所述AC電力信號(hào)的裝置，其中所述轉(zhuǎn)換裝置取決于負(fù)載而可在半橋模式和 全橋模式之間配置；以及 用于在操作頻率下同步切換包含在所述轉(zhuǎn)換裝置中的晶體管，以修改所述無(wú)線(xiàn)電力鏈 接的諧振頻率的裝置。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含： 用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)的裝置；以及 用于響應(yīng)于所述脈寬調(diào)制信號(hào)而將所述轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號(hào)修改為不同電壓電平下 的DC電力輸出信號(hào)的裝置。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于改變所述接收裝置的諧振頻率以 適應(yīng)于所述DC電力輸出信號(hào)上的負(fù)載改變的裝置。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含： 用于確定包含所述DC電力輸出信號(hào)的電流和電壓中的一個(gè)或多個(gè)的DC電力輸出信號(hào) 條件的裝置； 用于對(duì)所述DC電力輸出信號(hào)條件進(jìn)行取樣的裝置；及 用于將反饋信號(hào)提供至所述轉(zhuǎn)換裝置以修改所述DC電力輸出信號(hào)以適應(yīng)于所述DC電 力輸出信號(hào)上的負(fù)載改變的裝置。
31. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包含用于雙向轉(zhuǎn)換的裝置，所述雙向轉(zhuǎn)換 包括i)在接收模式中將AC電力轉(zhuǎn)換為DC電力和ii)在發(fā)射模式中將DC電力轉(zhuǎn)換為AC 電力。
【文檔編號(hào)】B60L11/18GK104477044SQ201410677953
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2010年4月8日
【發(fā)明者】奈杰爾·庫(kù)克, 盧卡斯·西貝爾, 漢斯彼得·威德默 申請(qǐng)人:高通股份有限公司