一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，包括功率發(fā)射端和功率接收端；所述功率發(fā)射端包括依次相連的發(fā)射端電源單元、發(fā)射端處理器單元、功率控制單元、功率振蕩單元和電磁發(fā)射線圈，所述發(fā)射端電源單元電性連接至功率控制單元；所述功率接收端包括依次相連的電磁接收線圈、整流穩(wěn)壓模塊、機(jī)載電池、電池信息監(jiān)測單元和接收端處理器單元，電磁接收線圈與電磁發(fā)射線圈耦合連接，形成功率傳輸通道，所述功率接收端還包括接收端無線通訊單元，功率發(fā)射端還包括與接收端無線通訊單元相配合的發(fā)射端無線通訊單元。該自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)提升充電裝置和電池的兼容性，提高了充電效率。
【專利說明】
一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳能技術(shù)包括至少以下三個(gè)方向:電磁感應(yīng)、微波、電磁共振。
[0003]電磁感應(yīng)通過送電線圈和接收線圈之間傳輸電力。當(dāng)送電線圈中有交變電流通過時(shí)，發(fā)送(初級)、接收(次級)兩線圈之間產(chǎn)生交替變化的磁束，由此在次級線圈產(chǎn)生隨磁束變化的感應(yīng)電動(dòng)勢，通過接收線圈端子對外輸出交變電流。而目前存在的問題是:送電距離比較短(約10mm左右)，并且送電與接受兩部分出現(xiàn)較大偏差時(shí)，則電力傳輸效率就會(huì)明顯下降;功率大小與線圈尺寸直接相關(guān)。
[0004]微波方式使用2.45GHz的電波發(fā)生裝置傳送電力，發(fā)送裝置與微波爐使用的“磁控管”基本相同。傳送的微波也是交流電波，可用天線在不同方向接收，用整流電路轉(zhuǎn)換成直流電為電池充電。為防止充電時(shí)微波外漏，充電部分裝有金屬屏蔽裝置。使用中，送電與接收之間的有效屏蔽可防止微波外漏。目前存在的主要問題是，磁控管產(chǎn)生微波時(shí)的效率過低，造成許多電力變?yōu)闊崮鼙话装紫摹?br>[0005]而電磁共振耦合方式主要由電源、電力輸出、電力接收、整流器等主要部分組成，原理與電磁感應(yīng)方式基本相同。與電磁感應(yīng)充電方式不同之處在于，磁共振方式加裝了一個(gè)高頻驅(qū)動(dòng)電源，采用兼?zhèn)渚€圈和電容器的LC共振電路，而并非由簡單線圈構(gòu)成送電和接收兩個(gè)單元。共振頻率的數(shù)值，會(huì)隨送電與接收單元之間距離的變化而改變。當(dāng)傳送距離發(fā)生改變時(shí)，傳輸效率也會(huì)像電磁感應(yīng)一樣迅速降低。為此，可通過控制電路調(diào)整共振頻率，使兩個(gè)單元的電路發(fā)生共振。在控制回路的作用下改變傳送與接收的頻率，可將電力傳送距離增大至數(shù)米左右，同時(shí)將兩單元電路的電阻降至最小以提高傳送效率。與電磁感應(yīng)不同的是，電磁共振所使用的頻道往往大于磁感應(yīng)頻段，或至少并不是磁感應(yīng)時(shí)所使用的頻段。由于發(fā)射端和接收端要匹配才能無線充電，對充電對象具有局限性，只能對和發(fā)射端匹配的設(shè)備才可以，如果不匹配就不能夠充電，制約了充電無線充電的進(jìn)一步推廣。另外，現(xiàn)有的無線充電方式存在無法自動(dòng)判斷、識別適應(yīng)電池使用的通信協(xié)議，兼容性差，使用率低，無法對無線供電的發(fā)射功率進(jìn)行控制等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，包括功率發(fā)射端和功率接收端;所述功率發(fā)射端包括依次相連的發(fā)射端電源單元、發(fā)射端處理器單元、功率控制單元、功率振蕩單元和電磁發(fā)射線圈，所述發(fā)射端電源單元電性連接至功率控制單元，發(fā)射端電源單元為發(fā)射端處理器單元和功率控制單元提供輸入電壓;所述功率接收端包括依次相連的電磁接收線圈、整流穩(wěn)壓模塊、機(jī)載電池、電池信息監(jiān)測單元和接收端處理器單元，電磁接收線圈與電磁發(fā)射線圈耦合連接，形成功率傳輸通道，所述功率接收端還包括接收端無線通訊單元，接收端無線通訊單元連接接收端處理器單元，功率發(fā)射端還包括與接收端無線通訊單元相配合的發(fā)射端無線通訊單元，發(fā)射端無線通訊單元連接發(fā)射端處理器單元，發(fā)射端處理器單元通過發(fā)射端無線通訊單元與接收端無線通訊單元的配合通訊連接至接收端處理器單元，發(fā)射端處理器單元與接收端處理器單元之間形成信息傳遞通道；
所述電池信息監(jiān)測單元電性連接機(jī)載電池，電池信息監(jiān)測單元獲取機(jī)載電池的電池狀態(tài)信息，并將獲取的電池狀態(tài)信息發(fā)送至接收端處理器單元，接收端處理器單元對電池狀態(tài)信息進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的電池狀態(tài)信息通過信息傳遞通道發(fā)送至發(fā)射端處理器單元，發(fā)射端處理器單元對獲取的電池狀態(tài)信息進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的電池狀態(tài)信息發(fā)送給功率控制單元，功率控制單元對電池狀態(tài)信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制調(diào)整功率振蕩單元的發(fā)射功率，功率振蕩單元將發(fā)射端電源單元的輸出功率振蕩為高頻振蕩磁場，電磁發(fā)射線圈與電磁接收線圈通過耦合作用傳輸振蕩功率，電磁接收線圈獲取的振蕩功率經(jīng)整流穩(wěn)壓模塊調(diào)整并傳輸至機(jī)載電池。
[0008]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案:所述功率控制單元包括協(xié)議獲取器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和控制模塊，協(xié)議獲取器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器和控制模塊依次相連。
[0009]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述功率發(fā)射端還包括發(fā)射端頻率控制單元和發(fā)射線圈補(bǔ)償單元，發(fā)射端頻率控制單元一端連接發(fā)射端處理器單元，另一端連接發(fā)射線圈補(bǔ)償單元，發(fā)射線圈補(bǔ)償單元的另一端連接電磁發(fā)射線圈，所述功率發(fā)射端通過發(fā)射端頻率控制單元和發(fā)射線圈補(bǔ)償單元的配合使功率發(fā)射端的發(fā)射頻率與功率接收端的接收頻率始終保持一致。
[0010]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述功率接收端還包括接收端頻率控制單元和接收線圈補(bǔ)償單元，接收端頻率控制單元一端連接接收端處理器單元，另一端連接接收線圈補(bǔ)償單元，接收線圈補(bǔ)償單元另一端連接電磁接收線圈，功率接收端通過接收端頻率控制單元和接收線圈補(bǔ)償單元的配合使功率接收端的接收頻率與功率發(fā)射端的發(fā)射頻率始終保持一致。
[0011]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述電磁發(fā)射線圈的發(fā)射頻率為lOOkHz-lOOMHz。
[0012]作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案:所述發(fā)射端無線通訊單元與接收端無線通訊單元之間的通訊頻率為433MHz。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、該自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)能自動(dòng)判斷、識別并且適應(yīng)電池使用的通信協(xié)議，大大提升充電裝置和電池的兼容性，有效擴(kuò)展充電裝置的適用范圍；2、該自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)能夠使發(fā)射端和接收端的頻率始終一致，使發(fā)射端和接收端始終保持良好的匹配性，提高了充電效率，且能夠延長充電距離。
【附圖說明】
[0014]圖1為充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)中功率控制單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)中功率振蕩單元、功率控制單元和發(fā)射端處理器單元7的作用關(guān)系示意圖。
[0017]圖中:1-功率發(fā)射端、2-電磁發(fā)射線圈、3-功率振蕩單兀、4-功率控制單兀、5-發(fā)射端電源單元、6-發(fā)射端無線通訊單元、7-發(fā)射端處理器單元、8-發(fā)射端頻率控制單元、9-發(fā)射線圈補(bǔ)償單元、10-功率接收端、11-接收線圈補(bǔ)償單元、12-接收端頻率控制單元、13-接收端無線通訊單元、14-接收端處理器單元、15-電池信息監(jiān)測單元、16-機(jī)載電池、17-整流穩(wěn)壓模塊、18-電磁接收線圈、41 -協(xié)議獲取器、42-協(xié)議轉(zhuǎn)換器、43-控制模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說明。
[0019 ]請參閱圖1 -3，一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，包括功率發(fā)射端I和功率接收端10;所述功率發(fā)射端I包括依次相連的發(fā)射端電源單元5、發(fā)射端處理器單元7、功率控制單元4、功率振蕩單元3和電磁發(fā)射線圈2，所述發(fā)射端電源單元5電性連接至功率控制單元4，發(fā)射端電源單元5為發(fā)射端處理器單元7和功率控制單元4提供輸入電壓;所述功率接收端10包括依次相連的電磁接收線圈18、整流穩(wěn)壓模塊17、機(jī)載電池16、電池信息監(jiān)測單元15和接收端處理器單元14，電磁接收線圈18與電磁發(fā)射線圈2耦合連接，形成功率傳輸通道，所述功率接收端10還包括接收端無線通訊單元13，接收端無線通訊單元13連接接收端處理器單元14，功率發(fā)射端I還包括與接收端無線通訊單元13相配合的發(fā)射端無線通訊單元6，發(fā)射端無線通訊單元6連接發(fā)射端處理器單元7，發(fā)射端處理器單元7通過發(fā)射端無線通訊單元6與接收端無線通訊單元13的配合通訊連接至接收端處理器單元14，發(fā)射端處理器單元7與接收端處理器單元14之間形成信息傳遞通道；
所述電池信息監(jiān)測單元15電性連接機(jī)載電池16，電池信息監(jiān)測單元15獲取機(jī)載電池16的電池狀態(tài)信息，并將獲取的電池狀態(tài)信息發(fā)送至接收端處理器單元14，接收端處理器單元14對電池狀態(tài)信息進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的電池狀態(tài)信息通過信息傳遞通道發(fā)送至發(fā)射端處理器單元7，發(fā)射端處理器單元7對獲取的電池狀態(tài)信息進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的電池狀態(tài)信息發(fā)送給功率控制單元4，功率控制單元4對電池狀態(tài)信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制調(diào)整功率振蕩單元3的發(fā)射功率，功率振蕩單元3將發(fā)射端電源單元5的輸出功率振蕩為高頻振蕩磁場，電磁發(fā)射線圈2與電磁接收線圈18通過耦合作用傳輸振蕩功率，電磁接收線圈18獲取的振蕩功率經(jīng)整流穩(wěn)壓模塊17調(diào)整并傳輸至機(jī)載電池16，實(shí)現(xiàn)機(jī)載電池16的充電，電池信息監(jiān)測單元15再次獲取機(jī)載電池16的電池狀態(tài)信息，如此形成一個(gè)循環(huán)，從而使該自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)在充電過程中，能夠不斷根據(jù)機(jī)載電池16的狀態(tài)調(diào)整電磁發(fā)射線圈2與電磁接收線圈18之間的傳輸功率，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)射功率的調(diào)整，本實(shí)施例中，優(yōu)選的，所述電磁發(fā)射線圈2的發(fā)射頻率為10kHz-1OOMHz，所述發(fā)射端無線通訊單元6與接收端無線通訊單元13之間的通訊頻率為433MHz;
所述功率控制單元4包括協(xié)議獲取器41、協(xié)議轉(zhuǎn)換器42和控制模塊43，協(xié)議獲取器41、協(xié)議轉(zhuǎn)換器42和控制模塊43依次相連，協(xié)議獲取器41檢測機(jī)載電池16所使用的通信協(xié)議，協(xié)議轉(zhuǎn)換器42將機(jī)載電池16通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為發(fā)射端所用通信協(xié)議，獲取電池信息，控制模塊43分析所獲得的電池信息，并控制功率振蕩單元3。充電連接開始時(shí)，接收端處理器單元14信息發(fā)送至協(xié)議獲取器41，隨后協(xié)議轉(zhuǎn)換器42將電池通信協(xié)議轉(zhuǎn)換成發(fā)射端通信協(xié)議，發(fā)送給控制模塊43，完成充電連接，開始進(jìn)行充電。所述功率控制單元4根據(jù)所接收的電池協(xié)議信息，自動(dòng)適應(yīng)機(jī)載電池16的充電協(xié)議，同時(shí)依據(jù)傳回的實(shí)時(shí)電壓信息，控制功率振蕩單元3的發(fā)射功率大小，從而實(shí)現(xiàn)控制功率發(fā)射端I的發(fā)射功率。
[0020]所述功率發(fā)射端I還包括發(fā)射端頻率控制單元8和發(fā)射線圈補(bǔ)償單元9，發(fā)射端頻率控制單元8—端連接發(fā)射端處理器單元7，另一端連接發(fā)射線圈補(bǔ)償單元9，發(fā)射線圈補(bǔ)償單元9的另一端連接電磁發(fā)射線圈2，所述功率發(fā)射端I通過發(fā)射端頻率控制單元8和發(fā)射線圈補(bǔ)償單元9的配合使功率發(fā)射端I的發(fā)射頻率與功率接收端10的接收頻率始終保持一致；所述功率接收端10還包括接收端頻率控制單元12和接收線圈補(bǔ)償單元11，接收端頻率控制單元12—端連接接收端處理器單元14，另一端連接接收線圈補(bǔ)償單元11，接收線圈補(bǔ)償單元11另一端連接電磁接收線圈18，功率接收端10通過接收端頻率控制單元12和接收線圈補(bǔ)償單元11的配合使功率接收端10的接收頻率與功率發(fā)射端I的發(fā)射頻率始終保持一致；
所述接收線圈補(bǔ)償單元11，由于匹配功率在10kHz-1OOMHz之間，功率接收端10的線圈電路需要在電感和/或電容值等參數(shù)進(jìn)行改變，以產(chǎn)生在這些頻段中的共振頻率。
[0021 ] 所述接收端頻率控制單元12，利用發(fā)射端無線通訊單元6與接收端無線通訊單元13之間組成的信息傳遞通道，接收端頻率控制單元12可以通知發(fā)射端處理器單元7或接受來自功率發(fā)射端I的頻率改變信息，從而即刻發(fā)出頻率調(diào)整的命令，控制接收線圈補(bǔ)償單元11，使功率接收端1的接收頻率與功率發(fā)射端I的發(fā)射頻率始終保持一致。
[0022]所述發(fā)射線圈補(bǔ)償單元9，該單元為了與接收線圈補(bǔ)償單元11頻率始終保持一致，需要對電磁發(fā)射線圈2做出補(bǔ)償。如當(dāng)獲悉電磁接收線圈18發(fā)生變化，即負(fù)載改變，則本單元也隨即進(jìn)行調(diào)整成與電磁接收線圈18—樣頻率的補(bǔ)償。
[0023]所述發(fā)射端頻率控制單元8，作用類似于接收端頻率控制單元12，該單元用于對頻率變化做出相應(yīng)調(diào)整。
[0024]如果移走該接收端而換之以基于其他共振頻率無線充電技術(shù)的接收端設(shè)備。則原來的功率發(fā)射端I發(fā)射的能量無法被基于不同技術(shù)路線的設(shè)備所采用。因此，所述功率接收端10利用發(fā)射端無線通訊單元6與接收端無線通訊單元13之間組成的信息傳遞通道，告知功率發(fā)射端1，功率發(fā)射端I對發(fā)射端頻率控制單元8發(fā)出指令，并進(jìn)而通過發(fā)射線圈補(bǔ)償單元9改變自身頻率，并使得電磁發(fā)射線圈2與電磁接收線圈18之間重新產(chǎn)生共振。
[0025]所述自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)能自動(dòng)判斷、識別并且適應(yīng)電池使用的通信協(xié)議，大大提升充電裝置和電池的兼容性，有效擴(kuò)展充電裝置的適用范圍；所述自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)能夠使發(fā)射端和接收端的頻率始終一致，使發(fā)射端和接收端始終保持良好的匹配性，提高了充電效率，且能夠延長充電距離。
[0026]上面對本發(fā)明的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，其特征在于，包括功率發(fā)射端(I)和功率接收端(10);所述功率發(fā)射端(I)包括依次相連的發(fā)射端電源單元(5)、發(fā)射端處理器單元(7)、功率控制單元(4)、功率振蕩單元(3)和電磁發(fā)射線圈(2)，所述發(fā)射端電源單元(5)電性連接至功率控制單元(4);所述功率接收端(10)包括依次相連的電磁接收線圈(18)、整流穩(wěn)壓模塊(17)、機(jī)載電池(16)、電池信息監(jiān)測單元(15)和接收端處理器單元(14)，電磁接收線圈(18)與電磁發(fā)射線圈(2)耦合連接，并配合形成功率傳輸通道，所述功率接收端(10)還包括接收端無線通訊單元(13)，接收端無線通訊單元(13)連接接收端處理器單元(14)，功率發(fā)射端(I)還包括與接收端無線通訊單元(13)相配合的發(fā)射端無線通訊單元(6)，發(fā)射端無線通訊單元(6)連接發(fā)射端處理器單元(7)，發(fā)射端處理器單元(7)通過發(fā)射端無線通訊單元(6)與接收端無線通訊單元(13)的配合通訊連接至接收端處理器單元(14)，發(fā)射端處理器單元(7)與接收端處理器單元(14)之間形成信息傳遞通道； 所述電池信息監(jiān)測單元(15)電性連接機(jī)載電池(16)，電池信息監(jiān)測單元(15)獲取機(jī)載電池(16)的電池狀態(tài)信息，并將獲取的電池狀態(tài)信息發(fā)送至接收端處理器單元(14)，接收端處理器單元(14)對電池狀態(tài)信息進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的電池狀態(tài)信息通過信息傳遞通道發(fā)送至發(fā)射端處理器單元(7)，發(fā)射端處理器單元(7)對獲取的電池狀態(tài)信息進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的電池狀態(tài)信息發(fā)送給功率控制單元(4)，功率控制單元(4)對電池狀態(tài)信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果控制調(diào)整功率振蕩單元(3)的發(fā)射功率，功率振蕩單元(3)將發(fā)射端電源單元(5 )的輸出功率振蕩為高頻振蕩磁場，電磁發(fā)射線圈(2 )與電磁接收線圈(18)通過耦合作用傳輸振蕩功率，電磁接收線圈(18)獲取的振蕩功率經(jīng)整流穩(wěn)壓模塊(17)調(diào)整并傳輸至機(jī)載電池(16)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述功率控制單元(4)包括協(xié)議獲取器(41)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器(42)和控制模塊(43)，協(xié)議獲取器(41)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器(42)和控制模塊(43)依次相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述功率發(fā)射端(I)還包括發(fā)射端頻率控制單元(8)和發(fā)射線圈補(bǔ)償單元(9)，發(fā)射端頻率控制單元(8)一端連接發(fā)射端處理器單元(7)，另一端連接發(fā)射線圈補(bǔ)償單元(9)，發(fā)射線圈補(bǔ)償單元(9)的另一端連接電磁發(fā)射線圈(2)，所述功率發(fā)射端(I)通過發(fā)射端頻率控制單元(8)和發(fā)射線圈補(bǔ)償單元(9 )的配合使功率發(fā)射端(I)的發(fā)射頻率與功率接收端(10)的接收頻率始終保持一致。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述功率接收端(10)還包括接收端頻率控制單元(12)和接收線圈補(bǔ)償單元(11)，接收端頻率控制單元(12)—端連接接收端處理器單元(14)，另一端連接接收線圈補(bǔ)償單元(11)，接收線圈補(bǔ)償單元(11)另一端連接電磁接收線圈(18)，功率接收端(10 )通過接收端頻率控制單元(12 )和接收線圈補(bǔ)償單元(11)的配合使功率接收端(10 )的接收頻率與功率發(fā)射端(I)的發(fā)射頻率始終保持一致。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁發(fā)射線圈(2)的發(fā)射頻率為lOOkHz-lOOMHz。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的充電效率高的自適應(yīng)無線充電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射端無線通訊單元(6)與接收端無線通訊單元(13)之間的通訊頻率為433MHz。
【文檔編號】H02J50/12GK106059108SQ201610576751
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月21日
【發(fā)明人】林谷
【申請人】寧波力芯科信息科技有限公司