使用ZVS的电动交通工具无线充电器输出保护的系统和方法技术方案

本申请涉及使用ZVS的电动交通工具无线充电器输出保护的系统和方法。提供了一种无线充电器输出保护系统和方法，其用于在无线充电期间保护电动交通工具中的电池。无线电力传输系统包括电动交通工具侧上的无线充电器，无线充电器从充电基座无线地接收电力。当在充电基座可以关闭之前检测到充电错误时，无线充电器输出保护系统和方法关闭无线充电器输出并将在接收天线(例如，交通工具垫)中引流能量。该系统和方法采用零电压切换(ZVS)方案以响应充电错误关闭无线充电器输出，以保护切换设备并增强整体可靠性。

【技术实现步骤摘要】
使用ZVS的电动交通工具无线充电器输出保护的系统和方法
本公开涉及一种用于电动交通工具电池的无线充电器输出保护方案，使用零电压切换(ZVS)系统和方法。背景无线电力传输系统使电力能够从源无线地传输到负载。感应电力传输是非辐射或近场类型的无线电力传输。感应电力传输使用通过源的初级线圈(即，发射天线)的振荡电流来生成振荡磁近场，该振荡磁近场在负载的次级线圈(即，接收天线)中感应电流。源包括具有功率晶体管开关的电力转换器，该电力转换器以可控的时间切换以将源的电力转换成通过初级线圈的振荡电流。执行感应电力传输以使用来自源的电力对负载(例如，电动交通工具的牵引电池)进行无线充电。在这样的无线电动交通工具充电系统中，源的发射天线嵌入在“充电”垫中，并且接收天线(和相关联的整流器)嵌入在交通工具的指定位置中。感应电力传输包含天线之间的感应耦合。为了使感应电力传输有效，天线之间的间隔必须在小的偏移容差内相对接近。电动交通工具需要牵引电池的经常充电。在有线充电连接中，电动交通工具的车载充电器使用插入交通工具充电端口的电线连接到电动交通工具供电设备(EVSE)，例如充电站。车载充电器和EVSE之间的有线控制回路用于在将电线插入充电端口时，监控电池充电器输出。一旦检测到任何意外问题，控制回路可以立即关闭来自充电站的输出，以保护牵引电池免受损坏。在无线充电系统中，控制回路同样是无线的，依靠近场通信协议，如WiFi、蓝牙等，以与电源通信。由于其性质，无线通信通常比有线连接慢。在充电错误的情况下，源可能对关闭响应相对较慢。这种延迟可能损坏昂贵的交通工具电池和大功率电子设备。概述本公开的一个或更多个实施方案涉及无线充电器输出保护系统，该无线充电器输出保护系统可以包括电力线、整流器、电力线传感器、开关和开关控制器。电力线可以传输接收天线中所感应的交流电流。整流器可以将来自电力线的交流电流整流成用于对交通工具电池充电的直流电力。电力线传感器可以构造成输出指示电力线电压的电压信号。开关可以连接到电力线，并且可以控制接收天线和整流器之间的电连接。开关控制器可以连接到电力线传感器、开关和监控电路。此外，开关控制器可以从监控电路接收指示充电错误的错误信号，并且可以响应于该错误信号，当从电力线传感器接收的电压信号指示零电压交叉点时，输出开关控制信号，以导致开关改变状态。本公开的一个或更多个另外的实施方案涉及用于断开无线充电器输出的方法。无线充电器可以包括用于传输交流电力的电力线、用于将来自电力线的交流电力转换成直流电力的整流器、以及与电力线成感测关系的电力线传感器，电力线传感器用于输出指示电力线电压的信号。该方法可以包括：在开关控制器处从电池监控电路接收指示充电错误的错误信号；在开关控制器处接收指示电力线电压的电压信号；以及响应于错误信号，当电压信号指示零电压交叉点时，通过开关控制器将开关控制信号输出到连接到电力线的开关，使得开关改变状态并使电力线与交通工具电池断开。本公开的一个或更多个另外的实施方案涉及一种用于关闭交通工具电池的无线充电的设备。该设备可以包括开关控制器，开关控制器构造成：从监控电路接收指示充电错误的错误信号；从电力线传感器接收指示电力线的电力线电压的电压信号；以及响应于错误信号，当电压信号指示零电压交叉点时，将开关控制信号输出到开关，使得开关改变状态并使电力线与交通工具电池断开。附图说明图1图示了感应电力传输系统的示意图，感应电力传输系统用于利用来自充电基座的电力对电动交通工具无线充电；图2图示了感应电力传输系统的框图；图3图示了根据本公开的一个实施方案的具有ZVS控制器的交通工具侧的无线充电器的框图；图4图示了充电系统的交通工具侧的各种电压波形的曲线图；图5图示了曲线图，其示出了具有ZVS控制的宽限期的电压波形；以及图6图示了描述交通工具充电控制器的方法的操作的流程图。详细描述本文公开了本专利技术的详细的实施方案；然而，应理解的是，所公开的实施方案仅是可以以各种形式和可选的形式体现的本专利技术的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的特定的结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅仅作为用于教导本领域中的技术人员以各种方式利用本专利技术的代表性基础。现在参考图1，示出了感应电力传输系统10的示意图，感应电力传输系统10用于利用来自充电基座14的电力对电动交通工具12无线充电。充电基座14包括定位在地面中或结构的地板上的发射天线16。由于其物理构造，发射天线有时被称为基垫或垫。交通工具12包括安装到交通工具的下侧的接收天线18，其通常被称为交通工具垫。当交通工具12正确停放时，发射天线16和接收天线18以接近布置对齐。因此，充电基座14的电力可以从发射天线16传输到接收天线18，以用于对交通工具12充电。接收天线18连接到交通工具12的牵引电池或类似物。从充电基座14无线传输到交通工具12的电力用于对牵引电池充电。图1中还示出了坐标系20。在坐标系20中，当交通工具12停放在发射天线16上方时，发射天线16和接收天线18沿z方向隔开。交通工具12(特别是接收天线18)可以相对于发射天线16沿x方向和y方向(即，相对于发射天线16定位在其中的地面或地板)位移。接收天线18在坐标方向的任一个方向上相对于发射天线16从预设的最佳对齐位置的位移降低了电力可以从发射天线无线传输到接收天线的效率。在这方面，接收天线18相对于发射天线16的位移改变了充电基座14的发电部件所经历的阻抗，该发电部件向发射天线16馈送电力。现参考图2，并继续参考图1，图2示出了感应电力传输系统10的框图。如图2中所示，除了发射天线16之外，感应电力传输系统10的充电基座14包括AC(交流)电源22、AC/DC(交流/直流)整流器24、DC/AC电力转换器26和谐振网络28。电源22为整流器24提供交流电力。整流器24将交流电力整流为直流电力，并将直流电力提供给电力转换器26。电力转换器26将直流电力转换成交流电力并且将交流电力提供给谐振网络28。发射天线16包括一个或更多个线圈(即，初级线圈30)。交通工具12的接收天线18包括一个或更多个线圈(即，次级线圈32)。当交通工具12正确停放时，初级线圈30和次级线圈32物理上布置为彼此紧邻(即，“松耦合”)。也就是说，当次级线圈处于初级线圈的耦合模式区域中时，次级线圈32与初级线圈30无线地耦合，提供互感M并且以与初级线圈大体相同的频率谐振。来自电力转换器26的交流电力通过谐振网络28并通过初级线圈30，并使初级线圈生成振荡磁近场。振荡磁近场在次级线圈32中感应电流。次级线圈32中的电流在交通工具侧生成交流电力。这样，在初级线圈30和次级线圈32之间发生感应耦合，用于从充电基座14到交通工具12的感应电力传输。如图2中进一步所示，除了接收天线18之外，交通工具12还可以包括交通工具充电单元34。接收天线18和交通工具充电单元34一起可以称为无线充电器36。交通工具充电单元34将电力输送给交通工具12的负载，例如交通工具电池38(即，牵引电池)。图3是图2中所图示的感应电力传输系统的交通工具侧的框图，更详细地图示了交通工具充电单元34。如所示出的，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线充电器输出保护系统，包括：电力线，其构造成传输接收天线中所感应的交流电流；整流器，其构造成将来自所述电力线的交流电流整流成用于对交通工具电池充电的直流电流；电力线传感器，其构造成输出指示电力线电压的电压信号；连接到所述电力线的开关，所述开关构造成控制所述接收天线和所述整流器之间的电连接；和开关控制器，其连接到所述电力线传感器、所述开关和监控电路，所述开关控制器构造成从所述监控电路接收指示充电错误的错误信号，并且响应于所述错误信号，当从所述电力线传感器接收的电压信号指示零电压交叉点时，输出开关控制信号，使所述开关改变状态。

【技术特征摘要】
2017.10.27 US 15/795,8251.一种无线充电器输出保护系统，包括：电力线，其构造成传输接收天线中所感应的交流电流；整流器，其构造成将来自所述电力线的交流电流整流成用于对交通工具电池充电的直流电流；电力线传感器，其构造成输出指示电力线电压的电压信号；连接到所述电力线的开关，所述开关构造成控制所述接收天线和所述整流器之间的电连接；和开关控制器，其连接到所述电力线传感器、所述开关和监控电路，所述开关控制器构造成从所述监控电路接收指示充电错误的错误信号，并且响应于所述错误信号，当从所述电力线传感器接收的电压信号指示零电压交叉点时，输出开关控制信号，使所述开关改变状态。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述开关控制器在所述电压信号指示零电压交叉点的时间的宽限期内输出所述开关控制信号。3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述宽限期在相位上是+/-5度。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电压信号与输入到所述电力线传感器中的交流电力线电压大体上同相并具有较小电压幅度。5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述电力线包括正电力线导体和负电力线导体，所述电力线传感器包括正电力线传感器和负电力线传感器，所述正电力线传感器与所述正电力线导体成感测关系，所述正电力线传感器构造成输出表示正电力线导体电压的正电压信号，所述负电力线传感器与所述负电力线导体成感测关系，所述负电力线传感器构造成输出表示负电力线导体电压的负电压信号，以及所述开关包括正开关和负开关，所述正开关和所述负开关各自连接到所述正电力线导体和负电力线导体中的一个。6.根据权利要求5所述的系统，所述正开关连接到所述负电力线导体，并且所述负开关连接到所述正电力线导体，其中所述开关控制器构造成在接收到所述错误信号时，当从所述正电力线传感器接收的正电压信号指示零电压交叉点时，将负开关控制信号输出到所述负开关，使所述负开关改变状态，并且随后当从所述负电力线传感器接收的负电压信号指示零电压交叉点时，将正开关控制信号输出到所述正开关，使所述正开关改变状态。7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述充电错误包括过电压、过电流、微处理器监视器错误、超温、交通工具中网络通信错误、基本单元错误和无线通信错误中的至少一个。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·聪，大卫·A·海恩，瑞安·克利夫兰，埃里克·塞勒姆，
申请(专利权)人：李尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US