用于电池充电和握手的无线电池充电系统和方法技术方案

提供了用于无线电池充电的发送器电路和接收器电路的协调控制和使用，重点是在接收器电路中使用电源开关，不仅用于与发送器电路的握手以进行兼容性检查和信息的通信，而且用于电池的充电模式控制。它利用接收器电路中电源开关的额外切换操作(诸如Qi标准中常用于与发送器电路握手的切换操作)以便根据阈值电池电压以恒流模式或恒压模式直接从整流器的输出为电池充电，而无需在接收器电路的整流器和电池之间使用额外的电池管理电路。发送器和接收器电路的协调操作可以在不使用任何额外的无线通信系统用于两个电路之间的信号同步的情况下实现。况下实现。况下实现。

Wireless battery charging system and method for battery charging and handshake

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电池充电和握手的无线电池充电系统和方法
[0001]缩略语列表
[0002]AC交流电流
[0003]ASK幅移键控
[0004]BMC电池管理电路
[0005]CC恒流
[0006]CV恒压
[0007]DC直流电流
[0008]FSK频移键控
[0009]LC电感
‑
电容
[0010]LUT查找表
[0011]PI比例
‑
积分
[0012]RMS均方根
[0013]Rx接收器
[0014]SoC充电状态
[0015]SoH健康状态
[0016]Tx发送器


[0017]本专利技术一般而言涉及无线电池充电。具体地，本专利技术涉及用于在Tx和Rx之间进行电池充电和握手的种无线电池充电系统和方法。

技术介绍

[0018]无线充电系统通常要求在Tx和Rx侧的负载之间进行某种形式的无线通信。例如，在由无线充电联盟推出的Qi标准中，在Rx电路中使用开关模式调制技术，以便将信息分组从Rx侧发送到Tx侧。分组是用于Tx和Rx电路之间的通信的数据结构。在图1中，Rx电路中的开关S5和S6可以被用于以开关方式将电容器Cd1和Cd2接地。S5和S6的切换动作将更改Rx电路中的阻抗，使得反射阻抗会影响Tx电路中的电变量(诸如电流)。类似地，图2示出了具有开关S5的替代Rx电路，该开关S5可以以开关方式将电阻器Rd切换到地。通常，可以使用FSK或ASK，以便可以由Tx电路感测和解码数字信号(图3)。Qi标准指定了基于FSK的用于握手目的的编解码的分组的列表。这些分组可以在Qi标准文档中找到并且此处不包括。
[0019]一般而言，符合Qi标准的无线充电器在Rx电路的整流器输出中提供电压源。如图1和图2中所示，为了根据电池充电曲线控制电池的CC模式和CV模式(图4)，通常需要在这个整流器输出与电池负载之间增加额外的BMC。
[0020]用于无线充电系统的传统2线圈串联串联LC谐振电路可以提供满足如图4中所指示的CV模式的“电压
‑
源”输出。参考文献(C.S.Wang、O.H.Stielau、G.Covic，“Designconsiderationsforacontactlesselectricvehiclebatterycharger”，IEEE
Transactions on Industrial Electronics，第52卷，第5期，2004年10月，第1308
‑
1314页，其公开内容通过引用并入本文)中指出“串联补偿次级类似于电压源，而并联补偿次级看起来像电流源。”出于这个原因，需要如图5中所示的电池充电电路(也称为电池管理系统)将来自Rx的整流器输出的电压源转换成用于CC模式的电流源和用于CV模式的电压源中的任一个。工业电池充电电路的示例是德州仪器bq5105集成电路，如图6中所示。
[0021]虽然有许多现有的无线充电系统，但在本领域中仍然需要在任何实际方面改进的无线电池充电技术，诸如在系统的Rx侧消除DC调节器。在用于接收电池充电的接收器数量多于用于提供电力的发送器的实际情况下，消除DC调节器可能带来降低成本的优势。例如，这种实际情况可以是使用路边电池充电站为电动汽车充电。
[0022]此外，结合附图和本公开的
技术介绍
，从随后的详细描述和所附权利要求中，所公开技术的其它期望特征和特性将变得显而易见。

技术实现思路

[0023]本专利技术的第一方面是提供一种用于对电池进行无线充电的无线充电系统。
[0024]该系统包括发送器电路、接收器电路、发送器控制器和接收器控制器。发送器电路包括用于驱动与第一谐振电容器串联连接的初级线圈的功率逆变器。接收器电路包括与第二谐振电容器和二极管整流器串联连接的次级线圈。二极管整流器的输出被布置为直接驱动电池，而无需使用额外的电池充电电路来选择CC充电模式或CV充电模式对电池进行充电。接收器电路还包括双向开关，其具有为电池充电和与发送器电路握手的双重功能。发送器控制器被配置为在正常无线电力传送期间控制功率逆变器以恒定的高频切换，并且还被配置为在握手期间接收从接收器电路的双向开关的切换动作生成的信息。接收器控制器被配置为：控制接收器电路在正常无线电力传送期间以恒定的高频切换，并在握手过程期间以低频切换以生成信息；将电池电压(V
BAT
)与电池电压阈值(V
OREG
)进行比较并将电池充电电流(I
BAT
)与充电电流基准(I
BULK
)进行比较，以便自动选择CC充电模式或CV充电模式；以及将接收器电路配置为在电池充电过程期间与以与发送器电路相同的恒定的高频切换。
[0025]在某些实施例中，发送器控制器和接收器控制器被共同配置为至少执行电池充电过程和握手过程，使得无线电力在电池充电过程期间从初级谐振器传送到次级谐振器并且使得在握手过程期间发生发送器电路和接收器电路之间的通信和兼容性检查。
[0026]在某些实施例中，双向开关被配置为与发送器电路执行握手，以便通知发送器电路选择CC充电模式还是CV充电模式来为电池充电。
[0027]在某些实施例中，发送器电路和接收器电路在电池充电过程期间都以相同的高频切换，而在握手过程期间发送器电路以相同的高频切换，接收器电路以相对低的频率切换。
[0028]在某些实施例中，功率逆变器是全桥逆变器、半桥逆变器或多电平逆变器。
[0029]在某些实施例中，将高频设置在由次级线圈和第二谐振电容器形成的次级谐振器的谐振频率处，或者设置在比次级谐振器的谐振频率略高的频率处，以实现功率逆变器中的软切换。
[0030]在某些实施例中，接收器电路还包括被配置为在电池充满电之后确定电池的健康状态的第一机制，以及被配置为将与充电状态相关的信息传送到发送器电路的第二机制。
[0031]在某些实施例中，发送器电路和接收器电路被布置为在电池充电过程期间使发送
器电路和接收器电路的切换信号在相同的高频下自动同步，而无需使用无线通信系统用于反馈和同步目的。
[0032]本专利技术的第二方面是提供一种对电池进行无线充电的方法。
[0033]该方法包括：提供根据本专利技术第一方面中如上面公开的任何一个实施例的无线充电系统；当电池电压V
BAT
低于电池电压阈值(V
OREG
)时，根据图15的电池充电曲线中的电池电压自动选择CC模式并将电池充电电流调节到I
BAT(SC)
或I
PRECHG
或I
BULK
的值；以及当V
BAT
大于或等于V
OREG
时，自动选择CV模式并将电池电压调节到V
OREG
。
[0034]在某些实施例中，该方法还包括：将发送器电路和接收器电路都配置为在电池充电过程期间以相同的高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于对电池进行无线充电的无线充电系统，所述系统包括：发送器电路，包括用于驱动与第一谐振电容器串联连接的初级线圈的功率逆变器；接收器电路，包括：与第二谐振电容器和二极管整流器串联连接的次级线圈，所述二极管整流器的输出被布置为直接驱动所述电池，而无需使用额外的电池充电电路来选择恒流(CC)充电模式或恒压(CV)充电模式对所述电池进行充电；以及双向开关，其具有为所述电池充电和与所述发送器电路握手的双重功能；发送器控制器，被配置为在正常无线电力传送期间控制所述功率逆变器以恒定的高频切换，并且还被配置为在握手期间接收从所述接收器电路的所述双向开关的切换动作生成的信息；以及接收器控制器，被配置为：控制所述接收器电路在正常无线电力传送期间以恒定的高频切换，并在握手过程期间以低频切换以生成所述信息；将电池电压(V
BAT
)与电池电压阈值(V
OREG
)进行比较并将电池充电电流(I
BAT
)与充电电流基准(I
BULK
)进行比较，以便自动选择所述CC充电模式或所述CV充电模式；以及将所述接收器电路配置为在电池充电过程期间与以与所述发送器电路相同的恒定的高频切换。2.如权利要求1所述的系统，其中所述发送器控制器和所述接收器控制器被共同配置为至少执行所述电池充电过程和所述握手过程，使得无线电力在所述电池充电过程期间从所述初级谐振器传送到所述次级谐振器并且使得在所述握手过程期间发生所述发送器电路和所述接收器电路之间的通信和兼容性检查。3.如权利要求1所述的系统，其中所述双向开关被配置为与所述发送器电路执行握手，以通知所述发送器电路选择所述CC充电模式还是所述CV充电模式来为所述电池充电。4.如权利要求2所述的系统，其中所述发送器电路和所述接收器电路两者在所述电池充电过程期间以相同的高频切换，而在所述握手过程期间所述发送器电路以相同的高频切换而所述接收器电路以相对低的频率切换。5.如权利要求1所述的系统，其中所述功率逆变器是全桥逆变器、半桥逆变器或多电平逆变器。6.如权利要求1所述的系统，其中将所述高频设置在由所述次级线圈和所述第二谐振电容器形成的次级谐振器的谐振频率处，或者设置在比所述次级谐振器的所述谐振频率略高的频率处，以实现所述功率逆变器中的软切换。7.如权利要求1所述的系统，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：许树源，杨鋆，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：