[發明專利]用于標識無線充電系統中的線圈未對準/互耦的快速方法

有效

• 申請號: 201580082148.7
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN108337919B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 林德焱;許樹源
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H04B5/00;H02J50/90;H02J7/00;H02J50/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 閆小龍;鄭冀之

1.一種用于確定互感項的快速方法，所述互感項表示無線功率充電系統中的至少發射器線圈與磁耦合的接收器線圈之間的未對準和距離，所述無線功率充電系統具有接收輸入電壓和電流并且在所述發射器線圈中生成電磁場的發射器和具有所述接收器線圈的接收器，所述接收器從所述電磁場接收功率并使用其對負載電池進行充電，所述方法包括以下步驟：

在頻率和/或輸入電壓或電流的不同條件下激勵所述無線功率充電系統的所述發射器線圈并測量響應，以便提供足夠的等效電路系統方程以至少與系統方程中的未知數的數量相匹配，使得至少包括所述互感項和負載阻抗或負載功率的未知數可在具有所述發射器線圈的輸入電壓和輸入電流的知識而沒有來自所述接收器線圈的反饋的情況下計算；

求解所述系統方程；和

基于所求解的系統方程來優化所述無線功率充電系統。

2.根據權利要求1所述的方法，其中所述發射器線圈的激勵在所述發射器線圈和所述接收器線圈的經調諧諧振的諧振頻率附近的若干個頻率處，以在所述諧振頻率處或附近操作以引起最優或接近最優的能量效率。

3.根據權利要求1所述的方法，其中所述無線功率充電系統還包括在所述發射器線圈和所述接收器線圈之間的至少一個中繼線圈，所述中繼線圈從所述發射器線圈接收電磁場并將其發送到所述接收器線圈。

4.根據權利要求3所述的方法，其中所述發射器線圈的激勵在所述發射器線圈、所述中繼線圈和所述接收器線圈的經調諧諧振的諧振頻率附近的若干個頻率處，以在所述諧振頻率處或附近操作以引起最優或接近最優的能量效率。

5.根據權利要求1所述的方法，其中所述頻率的最小數量等于或大于未知數的數量，并且所述未知數至少包括所述線圈之間的互感項以及負載功率或負載阻抗。

6.根據權利要求5所述的方法，其中所述頻率的數量大于使方程的數量與所述未知數的數量相匹配所需的最小數量；并且還包括使用最小二乘算法來實現針對參數的良好精度的步驟。

7.根據權利要求1所述的方法，其中所述負載在短時間段期間是恒定電阻型或恒定功率型，并且使用不同的電壓或電流幅度來激勵所述發射器以便生成所有的所需數量的方程或者所需數量的方程中的一些。

8.根據權利要求1所述的方法，其中一旦確定所述互感項和所述負載阻抗或負載功率，則優化的步驟涉及選擇適當的操作頻率和輸入電壓或電流以使所述無線功率充電系統在最大效率點處操作并與充電功率需求相匹配。

9.根據權利要求1所述的方法，還包括在恒定功率模式下操作所述負載的步驟，并且其中一旦確定所述互感項和所述負載功率，則優化的步驟涉及選擇最優或接近最優的操作頻率，然后僅改變輸入電壓來找到最大效率操作點，并且使所述系統即使負載功率在小范圍內緩慢改變也保持在所述最大效率操作點處。

10.一種無線功率充電系統，包括：

發射器，其接收輸入電壓和電流并且在發射器線圈中生成電磁場；

接收器，其具有接收器線圈，所述接收器從所述電磁場接收功率并使用其對負載電池進行充電；

控制器，其在頻率和/或輸入電壓或電流的不同條件下激勵所述無線功率充電系統的所述發射器線圈并測量響應，所述控制器激勵所述發射器線圈足夠的次數以提供足夠的等效電路系統方程以至少與未知數的數量相匹配，所述未知數至少包括所述系統方程中的所述線圈之間的互感項以及負載阻抗或負載功率；

處理器，其使用所述測量以及所述發射器線圈的輸入電壓和輸入電流的知識來確定表示所述發射器線圈和所述接收器線圈之間的未對準和距離的互感項，所述處理器還求解所述系統方程，并且通過設置操作頻率、以及輸入電壓和電流基于所求解的系統方程來優化所述無線功率充電系統。