无线电力传输装置、车辆的无线电力传输系统及无线电力传输控制方法与流程

无线电力传输装置、车辆的无线电力传输系统及无线电力传输控制方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求韩国专利申请号为no.10
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2020
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0047898的优先权，所述专利申请的全部内容通过引用而并入本文以用作各种目的。
技术领域
3.本发明涉及无线电力传输装置、车辆的无线电力传输系统及无线电力传输控制方法。


背景技术：

4.作为解决空气污染问题的一种方法，车辆制造商关注排放气体很少的电动车辆，并且在电动车辆上集中精力，例如加大技术研发的投资并且建立专用品牌。进一步地，随着公众关注的提高，许多国家政府加大对电动车辆的支持，对电动车辆的关注提高。
5.电动车辆包括代替通常车辆的发动机的电机以及向电机供电的电池。周期性地对电池充电，例如可以通过将充电线缆直接连接至电动车辆的插电式方案来对电池充电，或者通过利用由初级线圈和次级线圈产生的磁感应现象的无线电力传输方案来对电池充电。同时，插电式方案的不便之处在于，每次需要充电时必须插入电动车辆插座，而近来扩展了无线电力传输方案。
6.同时，在用于电动车辆的无线电力传输的无线电力传输(wpt)系统中，提高了输出电力，以缩短充电时间。因此，在较长时间内，较大的电流从充电系统的充电板的初级线圈流入电动车辆的次级线圈，提高了由于线圈发热导致起火的风险。
7.本发明的背景技术中包括的信息仅用于加强对于本发明的一般背景的理解，而不应视为承认或以任何形式暗示上述信息构成本领域技术人员已知的现有技术。


技术实现要素：

8.本技术的各个方面致力于提供一种无线电力传输装置，其可以包括：充电控制器、第一电路部分和初级线圈；所述充电控制器配置为产生用于无线电力传输的电流指令和电压指令；所述第一电路部分连接至充电控制器和外部电源，并且配置为根据电压指令和电流指令将从外部电源输送的电力转换成对应的电压值和对应的电流值；所述初级线圈连接至第一电路部分，并且配置为使电动车辆的次级线圈中产生感应电流，以将由第一电路部分转换的电力传输至电动车辆；其中充电控制器通过利用施加于初级线圈的电流值来估算次级线圈的温度，并且根据估算的次级线圈的温度来改变用于确定施加于初级线圈的电流值的电流指令。
9.在估算的次级线圈的温度高于阈值温度时，充电控制器可以改变电流指令以降低施加于初级线圈的电流值。
10.充电控制器可以配置为：设置根据无线电力传输时间以及施加于初级线圈的电流
值和电压值的温度估算模型；通过将无线电力传输时间以及施加于初级线圈的电流值应用于温度估算模型来估算次级线圈的温度。
11.随着施加于初级线圈的电流值增大，温度估算模型可以将次级线圈的温度估算得越高。
12.随着无线电力传输时间变长，温度估算模型可以将次级线圈的温度估算得越高。
13.温度估算模型可以设置为无线电力传输时间的线性函数与施加于初级线圈的电流值的二次函数的乘积。
14.充电控制器可以配置为：设置根据无线电力传输时间以及施加于初级线圈的电流值和电压值的温度估算模型，所述温度估算模型是对于电压值分别设置的；通过将无线电力传输时间以及取决于施加于初级线圈的电压值的电流值应用于温度估算模型来实时估算次级线圈的温度。
15.一种示例性的无线电力传输系统可以包括：次级线圈、电路部分和车辆控制器；由于根据磁场的变化而产生感应电流，所述次级线圈从无线电力传输装置的初级线圈接收电力；所述电路部分配置为通过转换输送至次级线圈的电力来对电池进行充电；所述车辆控制器连接至次级线圈和电路部分，并且配置为通过车辆通信部分接收指示施加于初级线圈的电流值的信息，通过使用接收到的电流值的信息来估算次级线圈的温度，并且根据估算的次级线圈的温度通过车辆通信部分向无线电力传输装置请求改变施加于初级线圈的电流值。
16.在估算的次级线圈的温度高于阈值温度时，车辆控制器可以请求无线电力传输装置降低施加于初级线圈的电流值。
17.车辆控制器可以配置为：从无线电力传输装置接收指示施加于初级线圈的电流值和电压值的信息；设置根据无线电力传输时间以及接收到的电压值和接收到的电流值的温度估算模型；通过将无线电力传输时间以及接收到的电流值应用于温度估算模型来实时估算次级线圈的温度。
18.随着施加于初级线圈的电流值增大，温度估算模型可以将次级线圈的温度估算得越高。
19.随着无线电力传输时间变长，温度估算模型可以将次级线圈的温度估算得越高。
20.温度估算模型可以设置为将施加于初级线圈的电流值的二次函数作为参数。
21.温度估算模型可以设置为无线电力传输时间的线性函数与施加于初级线圈的电流值的二次函数的乘积。
22.一种示例性的无线电力传输方法可以包括：确定电流指令和电压指令，以为无线电力传输做准备；根据电压指令和电流指令，将从外部电源输送的电力转换成对应的电压值和对应的电流值；通过初级线圈将转换的电力传输至电动车辆，所述初级线圈使电动车辆的次级线圈中产生感应电流；通过使用施加于初级线圈的电流值来估算次级线圈的温度；确定估算的次级线圈的温度是否高于阈值温度；基于所确定的估算的次级线圈的温度是否高于阈值温度，改变用于确定施加于初级线圈的电流值的电流指令。
23.改变电流指令可以在估算的次级线圈的温度高于阈值温度时，改变电流指令以降低施加于初级线圈的电流值。
24.估算次级线圈的温度可以包括：设置根据无线电力传输时间以及施加于初级线圈
的电流值和电压值的温度估算模型；通过将无线电力传输时间以及施加于初级线圈的电流值应用于温度估算模型来实时估算次级线圈的温度。
25.随着施加于初级线圈的电流值增大或者随着无线电力传输时间变长，实时估算次级线圈的温度可以将次级线圈的温度估算得越高。
26.根据本发明的各种示例性实施方案，根据无线电力传输时间估算车辆一方线圈的温度，根据估算的车辆一方线圈的温度来控制充电器一方的电流。因此，防止了车辆一方线圈过热，防止了无线电力传输车辆起火烧毁。
27.进一步地，不需要单独的温度传感器来估算车辆一方线圈的温度，可以减少电动车辆所需的部件的数量。
28.本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点将通过并入本文中的附图和随后的具体实施方式变得显而易见，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
29.图1显示了根据本发明示例性实施方案的用于车辆的无线电力传输系统。
30.图2为显示了根据本发明示例性实施方案的无线电力传输方法的流程图。
31.图3为根据本发明示例性实施方案的作为设置温度估算模型的基础的实验数据的示例性曲线图。
32.应当理解，附图不一定是按照比例绘制的，而是呈现对本发明的基本原理进行说明的各种特征的适当简化表示。本文所包括的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
33.在附图中，相同的附图标记在附图的多幅图中自始至终表示本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
34.现在将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例呈现在附图中并描述如下。尽管本发明将与本发明的示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖本发明的示例性实施方案，而且还覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
35.下面将参考所附附图对包括在示例性实施方案中的各个示例性实施方案进行具体描述。在示例性实施方案中，将以相同或相近的附图标记指代相同或相近的组件，并且将省略其重复描述。下文的说明中使用的用于组件的术语“模块”和/或“单元”仅用于容易地描述说明书。因此，这些术语不具有将它们彼此区分的含义或作用。在示例性实施方案的示例性实施方案的描述中，当确定与本发明相关的公知技术的详细说明可能使本发明的主旨模糊时，将省略这样的详细说明。提供附图仅用于使得示例性实施方案中包括的示例性实施方案容易理解，不应理解为限制包括在示例性实施方案中的精神，应当理解，本发明包括所有修改方案、等同方案和替换方案，而不脱离本发明的范围和精神。
36.包括序数词(例如第一和第二等)的术语将仅用于描述各种组件，而不应理解为限
制这些组件。这些术语仅用于使一个组件区分于其它组件。
37.应当理解，当一个组件被称为“连接”或“联接”至另一个组件时，可能是直接地连接或联接至另一个组件，或者可能连接或联接至另一个组件并且有其它组件介于其间。进一步地，应当理解，当一个组件被称为“直接地连接”或“直接俄联接”至另一个组件时，可能是直接地连接或联接至另一个组件，而不存在其它组件介于其间。
38.应当进一步理解，示例性实施方案中使用的术语“包括”和“具有”用于指明存在所述的特征、数值、步骤、操作、组件、部件或其组合，而不排除存在或添加一个或更多个其它特征、数值、步骤、操作、组件、部件或其组合。
39.图1显示了根据本发明示例性实施方案的用于车辆的无线电力传输系统。参考图1，用于车辆的无线电力传输系统1包括无线电力传输装置100和电动车辆200。
40.无线电力传输装置100包括：第一电路部分110、初级线圈120、充电通信部分130和充电控制器140。
41.在充电控制器140的控制下，第一电路部分110转换从外部电源ac输送的电力，并且将转换的电力传递至初级线圈120。例如，根据从充电控制器140接收到的电压指令和电流指令，第一电路部分110转换从外部电源ac输送的电力，然后将转换的电力传递至初级线圈120。
42.初级线圈120从第一电路部分110接收电力，以在电动车辆200处产生感应电流。此时，初级线圈120利用磁场以无线电力传输的方法，通过从第一电路部分110输送的电力对电动车辆200进行充电。例如，可以根据从充电控制器140接收到的电流指令，通过切换包括在第一电路部分110中的电子元件和开关元件的控制，改变流过初级线圈120的电流值。
43.充电通信部分130可以通过网络与电动车辆200进行无线通信，接收无线电力传输请求，或者传递指示施加于初级线圈120的电压值和电流值的信息。
44.在利用从外部电源ac输送的电力对电动车辆200进行充电时，通过产生用于确定施加于初级线圈120的电压值和电流值的电流指令和电压指令，充电控制器140整体控制无线电力传输。例如，充电控制器140可以包括温度估算模型，所述温度估算模型估算电动车辆200的次级线圈210的温度。
45.电动车辆200包括：次级线圈210、第二电路部分220、电池230、车辆通信部分240和车辆控制器250。
46.由于初级线圈120造成磁场变化，次级线圈210从无线电力传输装置100接收ac电力。
47.在车辆控制器250的控制下，第二电路部分220将从次级线圈210施加的ac电力转换为dc电力，并且对转换的dc电力进行升压或降压，以对高压电池230进行充电。例如，第二电路部分220可以包括车载充电器(obc)。
48.电池230通过放电将电能输送到电动机，用以驱动电动车辆200，并且通过从第二电路部分220输送的电力来充电。
49.车辆通信部分240可以通过网络与无线电力传输装置100进行无线通信，传递无线电力传输请求，或者请求指示施加于初级线圈120的电压值和电流值的信息以估算次级线圈210的温度。
50.车辆控制器250控制第二电路部分220以通过从无线电力传输装置100输送的电力
对电池230进行充电。例如，车辆控制器250可以包括温度估算模型，所述温度估算模型估算次级线圈210的温度。
51.图2为显示了根据本发明示例性实施方案的无线电力传输方法的流程图。图3为根据本发明示例性实施方案的作为设置温度估算模型的基础的实验数据的示例性曲线图。
52.参考图1至图3，在下文中详细描述无线电力传输装置、用于车辆的无线电力传输系统以及无线电力传输方法。
53.根据本发明的各种示例性实施方案，无线电力传输装置100包括温度估算模型，并且可以实时估算电动车辆200的次级线圈210的温度。根据本发明的另一个示例性实施方案，电动车辆200包括温度估算模型，并且可以实时估算次级线圈210的温度。在下文中，无线电力传输装置100和电动车辆200的至少一个包括温度估算模型，并且可以基于无线电力传输时间以及施加于初级线圈120的电流值和电压值来实时估算次级线圈210的温度。
54.首先，在步骤s10中，根据通过充电通信部分130从电动车辆200接收到的无线电力传输请求，充电控制器140通过产生电流指令和电压指令为无线电力传输做准备。此时，考虑到无线电力传输装置100的状态和电动车辆200的状态，充电控制器140可以从多个预定的电流指令和预定的电压指令中选择电流指令和电压指令。
55.根据本发明的另一个示例性实施方案，车辆控制器250可以通过车辆通信部分240将无线电力传输请求发送至无线电力传输装置100，并且可以接收响应于无线电力传输请求的电力传输启动消息。此时，在通过充电通信部分130从电动车辆200接收到无线电力传输请求时，充电控制器140根据无线电力传输请求产生电流指令和电压指令，以为无线电力传输做准备。
56.随后，在步骤s20中，充电控制器140利用从外部电源ac施加的电力对电动车辆200进行充电。
57.更具体地，充电控制器140将电流指令和电压指令发送至第一电路部分110，以转换从外部电源ac施加的电力。通过第一电路部分110转换的电力通过初级线圈120对电动车辆200进行充电。
58.响应于传递至第一电路部分110的电流指令和电压指令，改变施加于初级线圈120的电流和电压。当初级线圈120感应的磁场因此改变时，在电动车辆200的次级线圈210中感应的电流量也根据电磁感应而改变。
59.随后，在步骤s30中，通过使用取决于施加于初级线圈120的电压值的电流值，充电控制器140实时估算次级线圈210的温度。然后，在步骤s40中，充电控制器140确定次级线圈210的估算温度是否高于阈值温度。
60.充电控制器140可以设置温度估算模型，所述温度估算模型根据无线电力传输时间以及施加于初级线圈120的电流值和电压值来估算次级线圈210的温度。此时，对于施加于初级线圈120的每个电压值，充电控制器140可以基于实验数据，通过推导无线电力传输时间与施加于初级线圈120的电流值之间的相关方程，设置温度估算模型。
61.参考图3，随着施加于初级线圈120的电流值in_ch增大或无线电力传输时间t变长，次级线圈210的温度tc_2升高。此时，电流值按照i1_ch、i2_ch、i3_ch、i4_ch和i5_ch的顺序增大。
62.当施加于初级线圈120的电压值vn_ch为400v时，充电控制器140可以基于图3的实
验数据推导以下的方程1作为相关方程，图3的实验数据示出了无线电力传输时间t与施加于初级线圈120的多个电流值(例如，50a的i1_ch、100a的i2_ch、150a的i3_ch、200a的i4_ch和300a的i5_ch)之间的关联。
63.(方程1)
64.tc_2＝(a
×
t)(b
×
i_ch2 c
×
i_ch d)
65.参考方程1，可以通过相关方程推导出次级线圈210的温度tc_2，所述相关方程设置为无线电力传输时间t的线性函数与施加于初级线圈120的电流值i_ch的二次函数的乘积。
66.(表1)
[0067][0068]
参考表1，对于施加于初级线圈120的每个电流值i_ch(例如，50a、100a、150a、200a和250a)，可以基于图3的实验数据来确定方程1中包括的常数a、b、c和d。基于方程1和表1的温度估算模型估算的次级线圈210的温度tc_2随着施加于初级线圈120的电流值i_ch的增大而越高。进一步地，温度估算模型配置为随着无线电力传输时间t变长，估算的次级线圈210的温度tc_2越高。
[0069]
基于方程1和表1，充电控制器140可以设置估算次级线圈210的温度tc_2的温度估算模型。
[0070]
相应地，充电控制器140可以将无线电力传输时间t和施加于初级线圈120的电流值i_ch应用于温度估算模型，以实时估算次级线圈210的温度tc_2。参考图3，充电控制器140可以估算随着施加于初级线圈120的电流值i_ch的增大或者无线电力传输时间t的变长，次级线圈210的温度tc_2越高。
[0071]
根据本发明的另一个示例性实施方案，车辆控制器250也可以基于方程1和表1来设置估算次级线圈210的温度tc_2的温度估算模型。车辆控制器250可以通过车辆通信部分240接收指示施加于初级线圈120的电压值v_ch和电流值i_ch的信息，并且通过将无线电力
传输时间t以及取决于接收到的电压值v_ch的接收到的电流值i_ch应用于温度估算模型，实时估算次级线圈210的温度tc_2。
[0072]
随后，在步骤s40中，充电控制器140确定次级线圈210的估算温度tc_2是否高于阈值温度。当次级线圈210的估算温度tc_2高于阈值温度时(步骤s40的是)，在步骤s50中，充电控制器140改变电流指令，使得施加于初级线圈120的电流值i_ch下降至保护电流值。
[0073]
根据本发明的另一个示例性实施方案，在步骤s40中，车辆控制器250可以确定次级线圈210的估算温度tc_2是否高于阈值温度。当次级线圈210的估算温度tc_2高于阈值温度时(步骤s40的是)，在步骤s50，车辆控制器250可以通过车辆通信部分240向无线电力传输装置100发送请求，使得施加于初级线圈120的电流值i_ch下降至保护电流值。
[0074]
进一步地，术语“控制器”或“控制单元”表示包括存储器和处理器的硬件装置，其配置为执行作为算法结构解释的一个或更多个步骤。存储器储存算法步骤，处理器执行算法步骤，以执行根据本发明各种示例性实施方案的方法的一个或更多个步骤。根据本发明示例性实施方案的控制器可以通过非易失性存储器和处理器来实施，所述非易失性存储器配置为存储用于控制车辆的各种组件的操作的算法或者关于用于执行算法的软件命令的数据，所述处理器配置为利用存储在存储器中的数据来执行上述操作。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实施为一个或更多个处理器。
[0075]
控制器或控制单元可以为通过预定程序操作的至少一个微处理器，所述预定程序可以包括用于施行根据本发明各种示例性实施方案的方法的一系列命令。
[0076]
上述发明也可以实施为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质为任何数据储存装置，能够储存随后可由计算机系统读取的数据。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(hdd)、固态硬盘(ssd)、硅盘驱动器(sdd)、只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、cd
‑
rom、磁带、软盘、光学数据储存装置等，以及通过载波实施(例如在互联网上传输)。
[0077]
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上面”、“下面”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“背面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“在内”、“在外”、“内部”、“外部”、“内部的”、“外部的”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。应当进一步理解的是，术语“连接”或其衍生词表示直接和间接连接。
[0078]
前面对本发明的具体示例性实施方案的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择并描述示例性实施方案来解释本发明的某些原理及其实际应用，使得本领域技术人员构造并利用本发明的各种示例性实施方案，以及其各种变体方案和修改方案。本发明的范围旨在通过随附的权利要求及其等同物来限定。