具有无线控制系统的无线电池充电器技术方案

一种无线充电系统(10)和操作该系统的方法(100)，其中来自系统(10)的远程部分的操作参数被无线地传输到充电控制器(42)，该充电控制器(42)控制交流电力供应器(16)的输出电压。充电控制器(42)执行自适应模型控制算法，该自适应模型控制算法允许充电控制器(42)以比来自系统(10)的远程部分的操作参数的传输速率大的速率更新输出电压。

Wireless battery charger with wireless control system

A wireless charging system (10) and a method of operating the system (100), wherein the operation parameters from the remote part of the system (10) are transmitted to the charge controller 42 (42), and the charging controller (42) controls the output voltage of the AC power supply (16). The charge controller (42) performs an adaptive model control algorithm, which allows the charge controller (42) to update the output voltage at a rate of large transmission rate than the operation parameters from the remote part of the system (10).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有无线控制系统的无线电池充电器相关申请交叉引用本申请要求2015年4月30日提交的美国专利申请No.14/700,682的权益，该专利申请在此通过引用整体结合于此。
本专利技术涉及无线电池充电器，具体涉及具有将电池充电数据从电池无线传输到充电器以控制电池充电进程的控制系统的无线电池充电器。本专利技术的
技术介绍
已知无线电力传递系统(诸如用于无线充电的那些系统)包含第一线圈结构，下文称为源线圈，该第一线圈结构包括被配置成将来自电力供应的交流电能转换成磁场以及经由磁场将磁能传递到间隔开的第二线圈结构(下文称为捕获线圈)的已调谐谐振电路。捕获线圈还包括被配置用于接收磁场并将磁场转换成电能的已调谐谐振电路，该电能被供应至电负载，诸如电池组或电机。这种无线能量传递系统可被用于对能量存储设备(诸如电动车辆或混合电动车辆的电池组)充电。在这种系统中，源线圈可位于车辆下方的表面(例如车库的地板或停车场的表面)上或者可被嵌入到该表面中并且捕获线圈可被置于车辆底面。由捕获线圈供应的电力的电流和电压是由电源向源线圈供应的电力的电压决定的。包含捕获线圈电压和电流的反馈的控制系统可被用于控制由电力供应器供应的电力的电压。为了维持在电源和捕获线圈之间的无线连接，通常无线车辆充电系统的操作已主要依赖于反馈环，该反馈环通过无线通信信道(一般符合电气和电子工程师协会(IEEE)规范802.11(通常称为“Wi—Fi”)的无线信道)操作。无线通信导致数据反馈中的“采样”效果。无线信道也引入高度可变延迟(超出采样的延迟)和需要数据重传的封包丢失(另一个延迟来源)。这个延迟的效果(和它对控制环的不稳定影响)限制了闭环控制的可能控制带宽。控制系统则不会足够快地响应系统中的干扰来确保可靠的操作。
技术介绍
部分中所讨论的主题不应当只因为它在
技术介绍
部分中提到而被假定为现有技术。类似地，
技术介绍
部分中提到的或与
技术介绍
部分的主题相关联的问题不应被假定为在现有技术中已经在先认识到。
技术介绍
部分中的主题仅仅表示不同的方法，它们本身也可能是专利技术。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了被配置成对能量存储设备进行无线充电的充电系统。该充电系统包括配置成提供具有期望频率下的交流输出电流和交流输出电压的电功率的电力供应器。系统还包括被配置成基于输出电流确定输出电流值(io)的输出电流传感器和被配置成基于输出电压确定输出电压值(vo)的输出电压传感器。系统进一步包括源线圈，该源线圈与电力供应器电通信并被配置成产生交变磁场。源线圈与暴露至交变磁场的捕获线圈磁耦合，由此感应捕获线圈来捕获来自磁场的电功率。整流器与捕获线圈和电池电耦合，并被配置成将来自捕获线圈的被捕获的电功率整流成具有直流的或恒定的电压的直流电(DC)。系统附加地包括被配置成确定表示待由整流器供应给电池的期望直流电流的电流命令值(ic)的电池控制器。系统还包括被配置成基于直流电流确定直流电流值(id)的直流电流传感器和被配置成基于直流电压确定直流电压值(vd)的直流电压传感器。包括在系统中的发射器被配置成以发射速率无线地向接收器发射采样的电流命令值(ics)，采样的直流电压值(vds)，和采样的直流电流值(ids)。采样的电流命令值(ics)，采样的直流电压值(vds)，和直流电流值(ids)是分别从电流命令值(ic)，直流电压值(vd)和直流电流值(id)采样的。系统附加地包括与接收器和电力供应器电通信的充电控制器。充电控制器被配置成基于输出电流值(io)、输出电压值(vo)、采样电流命令值(ics)、采样直流电压值(vds)和采样直流电流值(ids)确定电压命令值(vc)。电力供应器被配置成基于由充电控制器确定的电压命令值(vc)调节输出电压值(vo)。由充电控制器确定电压命令值(vc)的速率大于发射器的发射速率。根据一个特定实施例，充电控制器基于采样电流命令值(ics)与预测电流值(ip)之间的差根据拉普拉斯变换公式：vc＝(ics–ip)*(KP2+KI2/S)确定电压命令值(vc)。KP1和KP2的值是比例常数(proportionalconstant)，且KI1和KI2的值是积分常数(integralconstant)。预测电流值(ip)是根据自适应模型公式：ip＝((K1*vo*io)-K0)/vds确定的。在这个示例性实施例中，K0的值是常数。K1的值是根据拉普拉斯变换公式：K1＝(ids–ip)*(KP1+KI1/S)确定的。KP1的值可以是零。根据这个示例性实施例，电压命令值由充电控制器每20毫秒至少确定一次并且发射速率大约是每100毫秒一次。预测电流值由充电控制器每100毫秒确定不多于一次。采样电流命令值，采样直流电压值和采样直流电流值可被发射器以发射速率周期性地发射。采样电流命令值，采样直流电压值和采样直流电流值的发射可被发射器延时。根据另一个实施例，提供了操作被配置成对能量存储设备进行无线充电的充电系统的方法。充电系统具有配置成提供具有期望频率下的交流输出电流和交流输出电压的电功率的电力供应器。系统包括与电力供应器电通信并被配置成生成交变磁场的源线圈和被配置成与所述源线圈磁耦合的捕获线圈，藉此感应捕获线圈捕获电功率。此系统进一步包括与捕获线圈和电池电耦合并被配置成提供具有直流电压和直流电流的被捕获电功率的整流器。此系统还具有与电力供应器电通信并被配置成调节交流输出电压的充电控制器。所述方法包括提供被配置成基于输出电流确定输出电流值的输出电流传感器和提供被配置成基于输出电压确定输出电压值的输出电压传感器的步骤。所述方法还包括提供被配置成确定电流命令值的电池控制器和提供被配置成基于直流电流确定直流电流值的直流电流传感器，和提供被配置成鵆基于直流电压确定直流电压值的直流电压传感器的步骤。所述方法进一步包括下列步骤：对电流命令值，直流电压值和直流电流值进行采样，提供被配置成以发射速率发射采样电流命令值，采样直流电压值和采样直流电流值的发射器和提供被配置成从发射器无线地接收采样电流命令值，采样直流电压值和采样直流电流值的接收器。所述方法附加地包括经由充电控制器，基于输出电流值、输出电压值、采样电流命令值、采样直流电压值和采样直流电流值确定电压命令值的步骤。由充电控制器确定电压命令值的速率大于发射器的发射速率。所述方法进一步包括基于电压命令值调节电力供应器的输出电压值的步骤。附图说明现在将参考各个附图作为示例来描述本专利技术，其中：图1是根据一个实施例的无线电力传递系统的示意图；图2是根据一个实施例的图1的无线电力传递系统的图示侧视图；图3是根据一个实施例的比较使用多种K0值的图1的无线电力传递系统的输入功率和输出功率的图表；以及图4是根据另一个实施例的控制无线电力传递系统的方法的流程图。本专利技术的具体说明本文中呈现的无线电力传递系统在反馈环中包含自适应模型来帮助预测将由捕获线圈向电负载供应的电流并相应地调节由电力供应器供应的电力的输出电压。这允许闭环控制的控制带宽被增加。例如，电力供应器的输出电压可以每20毫秒被调节而捕获线圈的电流和电压数据可以每100毫秒被更新。图1示出了无线电力传递系统10(下文称为系统10)的非限制性示例。在这个示例中，系统10充当被配置成对能量存储设备(例如电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种充电系统(10)，被配置成对能量存储设备进行无线充电，所述充电系统包括：电力供应器(16)，被配置成为具有交流输出电流和交流输出电压的电功率提供来源；被配置成基于所述输出电流确定输出电流值(io)的输出电流传感器(32)和被配置成基于所述输出电压确定输出电压值(vo)的输出电压传感器(34)；源线圈(20)，所述源线圈(20)与所述电力供应器(16)电通信并被配置成生成交变磁场(24)；捕获线圈(22)，被配置成与所述源线圈(24)磁耦合，由此感应所述捕获线圈(22)来捕获电功率；整流器(26)，与所述捕获线圈(22)和所述电池(12)电耦合并被配置成提供具有直流电压和直流电流的被捕获电功率；电池控制器(40)，被配置成确定电流命令值(ic)；被配置成基于所述直流电流确定直流电流值(id)的直流电流传感器(36)和被配置成基于所述直流电压确定直流电压值(vd)的直流电压传感器(38)；发射器(44)，被配置成以发射速率发射采样电流命令值(ics)、采样直流电压值(vds)和采样直流电流值(ids)，其中所述采样电流命令值(ics),所述采样直流电压值(vds)和直流电流值(ids)分别从电流命令值(ic)，直流电压值(vd)和直流电流值(id)采样；接收器(46)，被配置成从所述发射器(44)无线地接收所述采样电流命令值(ics)，采样直流电压值(vds)，和采样直流电流值(ids)；以及充电控制器(42)，所述充电控制器与接收器(46)和所述电力供应器(16)电通信并被配置成基于所述输出电流值(io)，所述输出电压值(vo)，所述采样电流命令值(ics)，所述采样直流电压值(vds)和所述采样直流电流值(ids)确定电压命令值(vc)，其中所述电力供应器(16)被配置成基于所述电压命令值(vc)调节所述输出电压值(vo)，并且其中所述电压命令值(vc)由所述充电控制器(42)确定的速率大于所述发射器(44)的发射速率。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.30 US 14/700,6821.一种充电系统(10)，被配置成对能量存储设备进行无线充电，所述充电系统包括：电力供应器(16)，被配置成为具有交流输出电流和交流输出电压的电功率提供来源；被配置成基于所述输出电流确定输出电流值(io)的输出电流传感器(32)和被配置成基于所述输出电压确定输出电压值(vo)的输出电压传感器(34)；源线圈(20)，所述源线圈(20)与所述电力供应器(16)电通信并被配置成生成交变磁场(24)；捕获线圈(22)，被配置成与所述源线圈(24)磁耦合，由此感应所述捕获线圈(22)来捕获电功率；整流器(26)，与所述捕获线圈(22)和所述电池(12)电耦合并被配置成提供具有直流电压和直流电流的被捕获电功率；电池控制器(40)，被配置成确定电流命令值(ic)；被配置成基于所述直流电流确定直流电流值(id)的直流电流传感器(36)和被配置成基于所述直流电压确定直流电压值(vd)的直流电压传感器(38)；发射器(44)，被配置成以发射速率发射采样电流命令值(ics)、采样直流电压值(vds)和采样直流电流值(ids)，其中所述采样电流命令值(ics),所述采样直流电压值(vds)和直流电流值(ids)分别从电流命令值(ic)，直流电压值(vd)和直流电流值(id)采样；接收器(46)，被配置成从所述发射器(44)无线地接收所述采样电流命令值(ics)，采样直流电压值(vds)，和采样直流电流值(ids)；以及充电控制器(42)，所述充电控制器与接收器(46)和所述电力供应器(16)电通信并被配置成基于所述输出电流值(io)，所述输出电压值(vo)，所述采样电流命令值(ics)，所述采样直流电压值(vds)和所述采样直流电流值(ids)确定电压命令值(vc)，其中所述电力供应器(16)被配置成基于所述电压命令值(vc)调节所述输出电压值(vo)，并且其中所述电压命令值(vc)由所述充电控制器(42)确定的速率大于所述发射器(44)的发射速率。2.如权利要求1所述的充电系统(10)，其中所述充电控制器(42)基于所述采样电流命令值(ics)与预测电流值(ip)之间的差根据拉普拉斯变换公式:vc＝(ics–ip)*(Kp2+KI2/S)确定所述电压命令值(vc),其中KP1和KP2的值是比例常数，且KI1和KI2的值是积分常数。3.如权利要求2所述的充电系统(10)，其中所述预测电流值(ip)是根据自适应模型公式：ip＝((K1*vo*io)-K0)/vds确定的，并且其中K0的值是常数。4.如权利要求3所述的充电系统(10)，其中K1的值是根据拉普拉斯变换公式：K1＝(ids–ip-1)*(KP1+KI1/S)确定的。5.如权利要求4所述的充电系统(10)，其中KP1的值＝0。6.如权利要求2所述的充电系统(10)，其中所述电压命令值(vc)由所述充电控制器(42)每20毫秒至少确定一次。7.如权利要求6所述的充电系统(10)，其中所述发射速率大约是每100毫秒一次。8.如权利要求7所述的充电系统(10)，其中所述预测电流值(ip)由所述充电控制器(42)每100毫秒确定不多于一次。9.如权利要求2所述的充电系统(10)，其中采样电流命令值(ics)，采样直流电压值(vds)和采样直流电流值(ids)被发射器(44)以所述发射速率周期性地发射。10.如权利要求2所述的充电系统(10)，其中采样电流命令值(ics)，采样直流电压值(vds)和采样直流电流值(ids)的发射被所述发射器(44)延时。11.一种操作充电系统(10)的方法(100)，所述充电系统被配置成对能量存储设备进行无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·A·埃利，
申请(专利权)人：德尔福技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US