专利名称：具有用于在其间无线能量传送的能量耦合装置的充电系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及对基于地面的机动车辆中的储能设备(ESD)充电的系统和方法。
背景技术：
电动车辆和混合动力车辆在消费者中正获得普及。这些车辆中的电动机由车辆中的电池供电。如果电池不是自我再生的，可能需要由可位于车辆外的电源充电。传统的车辆电池充电系统包括可被插在车辆中对车辆电池进行充电的稱合器。这个类型的充电系统足够地小至可由车辆携带，且其可被可释放地耦合、或插入到在美国普遍可获得的120VAC、60赫兹(Hz)的电源中。在一个情形下，这个系统可在十(10)小时内充电一个典型的车辆电池。尽管这个充电系统是适用的，消费者可能期望能在较短时间量内对电池充电的充电系统。消费者还可能期望更大的便利性，在不需要将车辆物理地插入电源的情况下从电源对车辆电池充电。因此，需要可靠且稳健的车载充电系统，能在比常规的低压120VAC、60Hz充电系统更少的时间量内重复地对电池充电，且该系统提供用户便利性并对于充电系统的操作人员而言是安全的。发明概述本发明的核心是发现一种充电系统，将各种因素组合考虑来确保该充电系统对于要操作和使用的操作人员而言是可靠地、安全的、且更便利的。一个因素在于在高于120VAC电压下操作的电连接系统可在相比常规的120VAC充电器更少的时间量内对电池充电。第二个因素是在高于60赫兹频率下操作的电连接系统也可提供以增加的电源系统效率操作的电连接系统。第三个因素是具有对于车辆的可重复的、可靠的定位来使得传送和接收换能器对准，以使能量可被接收换能器的线圈无线地有效接收，从而充电系统可电操作来对电池充电。第四个因素是相关于也被置于车辆环境中的操作人员而言，高压、高频电信号需要在车辆空间中被可靠且安全地电整形并传送。第五个因素是充电系统需要有效地控制该充电系统对电池充电的速率。第六个因素是具有更为简化的充电系统，其具有数量减少的组件。第七个因素是具有充电系统，既包括高压、高频主系统，也包括低压、60Hz次系统，其允许当操作性使用车辆用于其所意在的运输功能时，在操作人员所遭遇到的各种操作情况下对电池充电。具有主系统和级次系统提供了进一步的便利性且易于充电系统的操作人员的操作。第八个因素是具有对于依赖于使用的电应用的高功率、高频信号的车上整形的各种电气/电子设置。第九个因素是具有这样的充电系统，在操作人员离开设置充电系统的局部区域之前，如果充电系统没有如所旨在地操作，则该充电系统为操作人员提供可听的或可视的指示。第十个因素是具有对于多个车辆中的充电系统同时充电的能力。根据本发明的实施例，则，充电系统(ECS)能对于车辆的储能设备(ESD)充电。ECS包括功率发射器、能量耦合装置(包括车外换能器和车载换能器)、至少一个电信号整形设备(ESSD)、以及对准装置。功率发射器被设置为提供能量。能量耦合装置的车外换能器被设置为位于车辆外部。车外换能器与功率发射器电通信。能量耦合装置的车载换能器被设置于车辆上。车载换能器被设置为接收至少一部分从自车外换能器无线传送来的能量。该ESSD与车载换能器电通信从而整形所接收的能量的至少一部分并将经电整形的能量电传送从而对ESD充电。对准装置被设置为与车辆通信从而确保车辆位于相对于能量耦合装置的车外换能器处，使得车载换能器接收到从车外换能器无线传送过来的能量。根据本发明的另一个实施例，展示了 ECS的操作方法，其中ECS被用于对置于车辆上的ESD充电。根据本发明的又一实 施例，展示了进一步的方法，通过对ECS中的数据信息的传送和了解来对ESD充电。根据本发明的又一实施例，展示了一方法，使用ECS的所反射和所接收的功率测量，通过ECS传送能量从而对ESD充电。根据本发明的又一实施例,展示了与复接开关(multiswitch)电通信的ECS,其中复接开关还与至少另一个ECS电通信，从而该复接开关被设置为对置于多辆车辆上的各自的ESD同时充电。通过阅读本发明的实施例的以下具体说明，本发明的其它特征、用途、和优点将变得更加清楚，该说明仅借助于非限制的示例并参考附图来给出。
将参考相应附图而进一步描述本发明，附图中图I以简化的框图形式示出根据本发明的充电系统(ECS)，其被设置为对储能设备(ESD)充电；图2示出图I的ECS的更详细的框图，以及包括对准装置的其中的进一步细节；图3示出图2的ECS，以及在车辆和地面之间的换能器的进一步的空间细节；图4示出图3的ECS的又一个框图，进一步示出其车辆电信号整形设备(ESSD)的细节；图5示出图2的ECS的单个功率发射器的框图，以及其细节；图5A示出图5的功率发射器的电示意图；图6示出操作图2的ECS的方法，其使用ECS的对准装置来确保能量耦合设备的电磁能量的可重复的能量传送；图7示出图6的方法的进一步的子步骤，用于定位车辆以使换能器被设置为在两者之间无线通信；图8示出基于数据信息传送和确认来操作图2的ECS的另一个方法；图9示出图8的方法的附加步骤；图10示出使用经反射和接收到的功率测量来通过图2的ECS传送能量的方法；图11示出图10的方法的附加步骤；图12示出根据本发明的可选实施例的一 ECS，其包括与图2的实施例类似的主系统和与该主系统电接口的60赫兹次级系统；
图13不出根据本发明的另一个可选实施例的一 ECS,其包括主系统和次级系统，以及具有置于其中的转换开关功能的作为ECS的一部分的集成充电器电设备(integralcharger electrical device)；图14示出根据本发明的又一可选实施例的一 ECS，包括主系统和次级系统，且该ECS中结合有包括转换开关功能的集成充电器电设备作为主系统的一部分，而逆变器电设备被从该ECS中移除；图15示出根据本发明的又一可选实施例的主系统和次级系统的框图，且主系统包括变换器；且图16示出根据本发明的又一可选实施例，各自包括图2的ECS的多个车辆通过多路复用电源开关被同时充电。
具体实施例方式车辆的传动用车辆中的一组组件形成，其产生动力并将这个动力传递到与路面结·合的车辆的轮胎。混合电动车和电动车各自使用牵引电池来对各自车辆的传动输送动力。混合电动车使用碳氢燃料引擎、或者马达，与置于车上的电池提供的能量相结合，来提供动力给车辆的传动。电动车仅通过使用来自储能设备(ESD)、或电池的能量来提供动力给传动。混合电动车和电动车的牵引电池可包括串联或并联连接的多个电池从而形成单个电池。当车辆被驾驶时、或者由车辆的操作人员另外地使用时，诸如当除了供能给传动之外供能给收音机或风挡雨刮器时，电池上的电荷可减少，或缺电。如果这个情况发生，电池需要被重新充电回到被充满电的状态。可使用充电系统(ECS)来完成对电池重新充电。ECS提供电荷来用电荷供给并充满电池。当车辆不在动时，诸如当停泊时，可使用插入式120VAC，60赫兹(Hz)的ECS来充电混合电动车或电动车的电池。一个这样的ECS在名为“BATTERYCHARGER HAVING NON-CONTACT ELECTRICAL SWITCH (具有非接触式电开关的电池充电器)”的美国序列号No. 12/950, 298的美国申请中有描述，且另一个这样的系统在名为“POWERSAFETY SYSTEM AND METHOD HAVING A PLURALITY OF THERMALLY-TRIGGERED ELECTRICALBREAKING ARRANGEMENTS(具有多个热触发的电阻断设备的动力安全系统和方法)”的美国序列号No. 13/306, 327的美国申请中有描述，每一个申请的全部内容都通过参考并入此。使用ECS使得车辆电池回到充满电荷能确保混合电动车和电动车的用户能行驶至少部分地由电池、或电池组的电荷状态所主导的全程距离范围。相比120VAC，60Hz的ECS在更少时间内连续且可靠地对电池充电是有利的，对于车辆的操作人员而言增强了车辆的待用性和可用性。在整个说明书中使用如下术语，这些术语被如下定义对准装置一有助于车辆的对准的结构，以使换能器的对准重复地发生。对准装置可包括轮止动器、轮限位器、或轮胎凹口设备。轮止动器是由硬质材料制成的一个或多个楔形物，放置在车辆轮子的前面或后面来防止车辆的意外移动。底部表面有时被涂覆有橡胶来增强抓地力。当与此处描述的ECS —同使用时，优选的是使用粘合剂或紧固装置将轮止动器放置并固定至地面，且当其与车辆的轮胎相接合时，确保ECS的换能器(一个换能器置于车辆上，另一个换能器置于地面上)的至少部分对准。楔形物的一个边缘可具有凹入形状来符合车辆的轮子，增加超过止动器所需要的力。对准装置的另一个类型可以是轮胎凹口设备。当轮子被置于轮胎凹口设备的凹口中时，其为车辆的驾驶员提供指示=ECS的换能器基本彼此对准，从而车载换能器可耦合、或接收从地面的车外换能器传送而来的能量。侧面车辆对准元件，诸如在来自住宅车库的天花板的绳子上延伸的网球，也可帮助车辆的驾驶员定位车辆，以使换能器充分对准从而车载换能器无线接收从车外换能器传送的能量。网球可被放置在预确定的位置，从而当车辆的前面部分沿车辆的中线碰到网球时，车辆被定位为使得车载换能器的至少一部分位于车外换能器上方，且能量在其之间被传送/接收。换能器的对准一当换能器之间的ECS系统功率效率大于75%时，换能器可被认为是对准的。例如,对于50厘米(cm) x50cm、z轴方向为20cm的一般尺寸的换能器而言，与各个换能器的每个面积有至少50%的覆盖可获得75%或更多的系统功率效率。在一般意义上，如果ECS的系统功率效率大于75%时，不论换能器的各自面积的一部分 是否彼此覆盖，换能器可被认为是彼此对准的。例如，最佳地如图3中所示，车辆换能器的面积的至少一部分优选地覆盖住固定至车辆下方的地面的车外换能器的至少一部分。 充电器电设备一一种电设备，获取一种形式的能量并将其转换至兼容形式的能量从而对车辆的ESD充电。例如，这个充电器设备可接收低频AC电源并将其转换为被用于以安全、有效方式随后对电池充电的DC电流。例如，低频AC电源可具有与之相关联的60Hz频率。能量耦合装置一由车外换能器和车载换能器形成的能量耦合装置。车载换能器无线地接收从车外换能器传送来的电磁(EM)能量。优选地，能量转移主要通过磁能耦合。储能设备(ESD)—存储电荷的电子设备。该ESD也可被称为电池。电池可以是单个电池或形成电池组的多个电池。例如，电池组一般可在电动车或混合电动车上找到。充电系统(ECS)功率效率一ECS的功率输入的量相对于功率输出的量。一般，系统的功率效率可具有从0%-100%的范围，100%是指在输入和输出之间没有功率损失的完全有效。对于一些电气应用，期望的是具有尽可能高的系统功率效率，藉此具有更接近于100%的百分比。系统功率效率可受到多种因素影响，其中之一是被用于构建ECS的电组件，其可影响通过ECS的功率损失。还有，这个术语可被称为“系统功率效率”。电信号整形设备(ESSD) —该ESSD从换能器获取一种形式的能量作为输入，以适于对ESD充电的方式对其进行电整形，并将经整形的能量电传送至ESD。例如，如此处所述，ESSD被置于车上，位于车载换能器的电下游处。取决于充电系统的使用应用，该ESSD可被封装在单独的电模块中或电连接在一起的多个模块中。例如，该ESSD可仅是整流器。高功率ECS—具有从功率发射器输出的至少900瓦特的功率的充电系统(ECS)。优选地，这个瓦特值位于从900到10000瓦特的范围内。在一些实施例中，具有从功率发射器输出的少于900瓦特的功率的ECS不被认为是高功率ECS。高功率ECS的功率输出一般也输出具有高于60Hz的频率的电信号。ECS包括与电源电通信的功率发射器、包括第一和第二换能器的能量耦合装置、以及包括控制器的电信号整形设备(ESSD)。当ECS被用在车辆应用中时，还可包括对准装置，其辅助使得第二换能器相对第一换能器合适地对准，以使当ECS在操作中时，第二换能器接收来自第一换能器的能量。如图4-5、12-15中所示，各电信号标记被沿着ECS中的信号路径而被标出，从而更好地理解各ECS实施例中的电压级别和/或这些电信号的频率级。可选地，ECS可不包括对准装置且仍落在本发明的精神和范围内。这些电信号标记为
HV HF AC-高压、高频交流(AC)电信号。优选地，该电压信号大于120VAC且该电压信号的频率大于60Hz。频率可在IOkHz到450kHz范围内。HV DC-高压、直流(DC)电信号。优选地，DC电压大于120VDC。60Hz AC-60Hz,AC电压电信号。一般而言,AC电压是120VAC或240VAC，这取决于产生该电压的电源。120VAC 或 240VAC，60Hz-120VAC 或 240VAC，60Hz 的电信号。例如，这可以是由电源提供给主系统(240VAC)或次级系统(120VAC，插入)的电信号，诸如图4和12中所示的。取决于使用的电应用，主系统和/或次级系统可以是硬接线的或可插入的。换能器-将能量从一种形式转换至另一种形式的设备。例如，车外换能器将电能转换为EM能量，而车载换能器接收至少一部分EM能量然后将所接收到的EM能量转换回可
被用于对电池充电的电能。电源-这是通过诸如由电力市政当局所提供的电力网提供的电源。大功率ECS电连接至电源。常规的60Hz的ECS也与电源电连接。优选地，与大功率ECS电连接的电源具有高于与60Hz的ECS电连接的电源的电压。功率发射器-作为ECS的一部分的电子设备。单个功率发射器有利地包括DC电源、RF放大器、无线通信控制件、以及在单个外壳中的用户接口，该外壳被制为紧凑、有效的设置从而可被安装至车库中的墙壁上，或，安装至柱子。相对于具有可构成功率传送的功能的多个电子模块，集成的功率发射器允许所要获得的整体的ECS功率效率。多个电子模块可能会经受以别的方式产生的不期望的功率损失。RF放大器与DC电源电通信。第一换能器与RF放大器的输出电通信。优选地，RF放大器能以大于60赫兹(Hz)的频率传递高于900瓦的功率。优选地，该频率在15kHz到450kHz范围内。可选地，取决于ECS的操作模式和使用的电应用，RF放大器还可传递小于900瓦的功率。无线通信控制件与电信号整形设备(ESSD)的控制器部分无线通信。接收到的功率-车载换能器接收到的能量的量。所反射的功率-不能由车外换能器无线通信的能量的总量。例如，所反射的能量由通过ECS到电池的途中所损失的功率所影响。车辆-通常具有与马达或燃料燃烧引擎驱动的传动通信的车轮的车辆。对于电动车应用，马达是电动机。混合电动车包括与燃料燃烧引擎组合使用的电动机，来向车辆的传动供给动力。参看图1-4，根据本发明的一个实施例，大功率ECSlO被设置为对进一步驱动一个或多个电负载的ESD12充电。在一些车辆应用中，ESD12可以是牵引电池。ESD12被置于基于地面的车辆13上且被设置为提供能量而操作车辆13的传动(未示出)。可选地，ESD并不限于仅对传动提供电流，还可被用于操作需要电流的任何电或电/机械设备。进一步，车辆可以是任何类型的车辆，其具有需要充电的ESD、或电池，且车辆包括但不限于混合和/或混合电动车。ESD12可被形成为单个电池或诸如被设置在电池块中的多个电池。ECSlO的第一部分被设置在车辆13外部，且ECSlO的第二部分被设置在车辆13上。车辆13具有延纵轴A设置的长度，如图3和4中最佳地示出，且进一步沿着基本平面的地面27而设置。参看图2，ECSlO包括集成化构建的功率发射器14、第一或车外换能器16、第二或车载换能器18、至少一个车载电信号整形设备(ESSD)20、以及对准装置22。如此处所定义的，“车外”提供这样的指示该设备被置于车辆外部，且“车载”提供这样的指示该设备被附着于车辆上或设置在车辆上。包括ESSD20的ECSlO可被形成为任何类型电路组合的任何类型的电/电子设备，且可被包括电阻器、电容器、二极管、半导体、集成电路(1C)、继电器、热熔丝、热敏电阻器、以及热电偶、换能器、线圈等。设置在车辆13外部的ECSlO的第一部分包括功率发射器14和与功率发射器14电通信的车外换能器16。车外换能器16被用诸如螺钉之类的紧固件紧固至地面27。设置在车辆13上的ECSlO的第二部分包括车载换能器18和与车载换能器18电通 信且位于车载换能器18下游处的ESSD20。车辆13包括充电器电设备24和与充电器24电通信并位于充电器24下游处的电池12。车辆充电器24被置于ESSD 20下游并与之电通信。功率发射器14位于固定的电源26下游并与之电通信。电源26具有大于120VAC、60Hz的电压值，且电源被用于如之前背景技术中所讨论的那样操作可插入的、便携式充电系统。优选地，固定的电源26具有220或240VAC的电压值。可选地，与功率发射器电通信的固定电源可具有大于120VAC的任何电压值。这样，相比此处前文所讨论的60Hz、120VAC的可插入、便携式充电系统，系统10被设置为以更少时间对电池12充电。当系统10与固定电源26电通信时，ECS 10被设置为对电池12充电。换能器16、18形成能量耦合装置28且车载换能器18和ESSD 20形成ECSlO的移动电源系统31。当车辆13移动地沿道路进行时，移动电源系统31携载于车辆13上。车载和车外换能器16、18被用线圈构建，且线圈可具有高质量因数(Q因数)且可由绞合线或铜管制成，以使线圈在操作频率处具有低电阻。取决于电应用，Q因数可大于100。换能器还可包括附加电组件，诸如电阻器、电容器、电感器等，以确保换能器之间的磁能的高效传送。因此，移动电源系统31是基于车辆的子系统，被置于能量耦合装置28下游并与之通信，且能量耦合装置28被置于固定电源26下游并与之电通信，如图I中最佳示出。在能量耦合装置28中，EM能量从车外换能器16被无线地传送到车载换能器18。期望的是车载和车外换能器每一个具有从-30摄氏度到+50摄氏度范围内的操作温度。功率发射器14与固定电源26和车外换能器16电通信。因此，功率发射器14和固定电源26形成基于地面的无线功率发射器子系统。电源26被设置在ECSlO和车辆13外部。优选地，功率发射器14与电源26硬连线，以使不需要通过操作人员32对电连接电源26和功率发射器14的高压电源电缆进行操作，这样增加了在ECS 10的操作中的操作人员32的安全性并对操作人员32提供了进一步的便利性。例如，如图3中最佳地示出，操作人员32可以是车辆13的驾驶员。可选地，操作人员可以是能操作系统10的任何人员。功率发射器14通过携载了功率发射器14的电输出的电线缆34与车外换能器16电通信。当功率发射器14与电源26电连接时，功率发射器14被设置为提供ECS 10所使用的能量来形成被提供以对ESD 12充电的电流。装置28中，车外换能器16与车载换能器18无线通信，其中车载换能器18无线地接收、收集、或耦合由车外换能器16从由功率发射器14经由固定电源26提供的能量中传送的能量的至少一部分。EM能量无线地传输、或从车外换能器16传送到车载换能器18。可选地，通过无线电感能量通信或无线电通信，能量耦合装置的换能器可无线地通信。另一种形式的电无线通信可以是电容耦合。ESSD 20有利地整形所通信的EM能量(该能量由车载换能器18接收并获取)，从而产生可由ESD 12所使用的形式的电流。所产生的电流通过ESSD20电传送从而对ESD 12充电。在一些电应用中，在电池被充电之前，这个电流处于可由充电器所使用的形式。对准装置22被设置于地面27上的车辆13外部，如图3中最佳地示出。对准装置22是轮胎阻块、或轮止动器37，其被设置为物理结合、或接触车辆13的轮胎38a-d的至少一个。轮止动器37可以是商业地购买或通过如模制技术中已知的注射成型机器来模制。轮止动器37位于地面27上且可使用螺钉或其他类型的紧固件紧固至地面27。如图3和4中最佳地所示，轮止动器37与右前轮38b相接合。可选地，轮止动器可在战略上以沿地面的方式放置，从而车辆上的任意轮胎可被合适地接合从而换能器在其之间无线通信EM能量。轮止动器37的放置确保车辆13相对于装置28的车外换能器16而被放置，从而车载换能器18无线地接收来自车外换能器16传送来的EM能量。车载换能器18被紧紧地安装至车辆13，优选地在车辆13的下侧部分39上，从而车载换能器的延展的表面面向地面27。在将装置安装到车上的一种类型中，使用诸如螺钉或带子等之类的紧固件，车载换能器可被安装至附着于车辆框上的支架或组件框(未示出)上。没有其他车辆组件位于车载换能器下的对于车载换能器的简单接近，可允许车载换能器更易于被维修。例如，如图2中最佳地所
示，车载换能器18被安装在车辆13的尾部。可选地，车载换能器可被安装在沿车辆下侧的任何地方。进一步可选地，车载换能器可被安装在车辆上任何地方，以使当车载外换能器彼此间隔足够近时，车载换能器有效地接收到车外换能器提供和传送的能量，从而在两者之间EM能量可被传输。然后，使用被紧固的轮止动器37允许车辆13的驾驶员32重复地定位车辆13，从而当车辆13的轮胎38b结合战略地定位的轮止动器37时，换能器16、18的至少相应部分被沿着轴B对准。优选地，轮止动器37被战略地定位，如图3中最佳所示，从而当轮胎38b接合轮止动器37时，车载换能器18的主要部分覆盖车外换能器16。进一步，轮止动器37被定位在地面27上的一处位置，使得当通过接合轮止动器37，车辆13的轮胎38a-d的至少一个被定位并与轮止动器37连接时，车载换能器18也被相对车外换能器16定位，从而EM能量被从车外换能器16到车载换能器18之间有效地传输。可选地，对准装置可以是汽车轮挡块或至少一个轮胎凹口设备。进一步可选地，轮止动器可具有足够被车辆的至少一个轮胎接合且不再移动的重量，从而在换能器之间的无线通信发生。优选地，轮止动器32被紧固地定位在地面27上的一处位置，使得当被车辆13的轮胎38b接合时，确保车载换能器18的至少一部分沿轴B覆盖车外换能器16的至少一部分，如图3中最佳地所示。轴B与地面27和轴A呈横向。一般而言，沿轴B覆盖另一个换能器16的一个换能器18的至少一部分的对准确保EM能量在换能器16、18之间无线通信。甚至更优选地，轮止动器32被定位以使车载换能器18的主要部分沿轴B轴向地覆盖车外换能器16。附加地，当车辆13与轮止动器37连接或接合时，产生感觉响应作为车辆13与轮止动器27连接的结果。位于车辆13中的驾驶员32的至少一个感官感觉到这个感觉输入，从而当该至少一个感觉器件感觉到这个感觉输入时，能量耦合装置28的车载换能器18的至少一部分覆盖了能量耦合装置28的车外换能器16。人类感官一般被认为是人眼的视觉、人鼻子的嗅觉、人口的味觉、人皮肤的触觉、以及人耳的听觉。相关于轮止动器，驾驶员的皮肤感觉到来自于轮止动器接合的车辆的轮胎发出的“撞击”的接触，这向车辆的驾驶员指出车辆的停止动作。可选地，当车辆的轮胎接合轮止动器时，驾驶员还可用人耳听到接合声。可选地，允许车载换能器覆盖车外换能器的至少一部分从而使得EM能量能在其之间无线通信的任何对准装置都落在本发明的精神和范围内。如图3中最佳地所示，当换能器16、18沿轴基本对准时，换能器16、18的外部相对表面间隔距离d。间隔距离d的轴向间距为空隙。在一个实施例中，距离d可以是15到20厘米的距离，其中从功率发射器输出的3. 3kW信号可被有效地转移。车辆对准部件41还可有利地被驾驶员32利用来帮助驾驶员32来在对准换能器16、18的同时进一步横向地与车辆13的左/右间隔对准。例如，一个这样的对准部件41是来自家用车库或写字楼停车结构的天花板的绳子悬挂的网球，该网球被战略地定位从而当车辆13的前端接合网球时，驾驶员32知道换能器16、18至少部分地沿着轴B彼此对准。现在参看图4，车辆13的顶部视以框图形式图示出ESSD 20的进一步的电路元件。ESSD 20适于电整形由车载换能器18接收到的至少一部分能量，并电传送这个经过电整形的能量来对ESD充电12。ESSD 20包括控制器/整流器框40，其包括控制器和整流器、稳流电阻器42、无线电压计44、逆变器46、以及转换开关48。车载换能器18的电输出52由控制器/整流器框40电接收。控制器/整流器40的电输出54由逆变器46电接收。逆变器46的电输出58由转换开关48电接收。转换开关48的电输出61由充电器24接收。充电器24的电输出68由电池12电接收。控制器/整流器40的控制器部分可以是电气领域中已知的微计算机或微处理器。控制器/整流器40的控制器部分具有采用国功率发射器14·的无线数据传送62，并从功率发射器14接收无线数据传送64。数据也被从无线电压计44无线地电通信66到控制器/整流器的控制器部分。控制器/整流器40的控制器部分还与其他车辆电子设备在车辆通信数据总线60上电传输数据。由控制器/整流器40的控制器部分所监测的数据通信集中在电池12的目前充电情况、或状态。可选地，可不使用逆变器。如果在ECS的ESSD中不使用逆变器，ECS的整体系统功率效率被理想地增加，车辆重量被理想地减少，且ECS的部件复杂性也被理想地减少，改进了 ECS的可靠性。充电器24被置于车辆13内，位于系统10外,和车辆电子设备相关联,与之前本文描述的电池12类似。如可用应用的要求，这些电设备可被设置在容纳于单个单元或多个单元中的印刷电路上。可选地，ESSD的控制器/整流器框可被设置为ECS中的单独的、独立的控制器和整流器功能框。控制器还可运行算法，该算法将输入呈现给控制器，控制器在数据通信总线上从车辆接收有关电池的目前充电状态的信息，用于确定可由电池允许的新的充电速率。然后新输入的信息将确定电池允许的新的充电速率。一个这样的算法在名为“METHOD OF DETERMINING THE ENERGY CAPACITY OF A BATTERY (确定电池的能量容量的方法)”的美国专利No. 7，800, 344中被描述，其通过参考整体并入此处。功率发射器14从电源24接收电能、放大接收到的能量、并将经放大的所接收到的能量提供给车外换能器16。车外换能器16无线地电磁地传送或传播经放大的能量的至少一部分到车载换能器18。车载换能器18接收到从车外换能器16传送的EM能量的至少一部分。车载换能器18将这个接收到的能量传送给ESSD20，ESSD 20进行电整形并电传送这个经电整形的能量以随后对车辆13上的电池12充电。使用逆变器有利地允许最简单地把ECS集成到包括车辆充电器的现有车辆中。在没有对整体ECS系统的附加修改或附加成本的情况下，车辆充电器易于接收逆变器的输出。在ECS中使用逆变器的一个不期望的劣势在于，因为ECS中可能经受系统功率效率损失的额外电组件，导致整体ECS的更低的系统功率效率。
参考图4-5，固定电源26提供的能量由功率发射器14接收，功率发射器14经由DC电源70产生由放大器72所调制并提供电增益的DC电压，从而成为从放大器72输出的高频AC电压并进一步在线缆34上从功率发射器14处输出。从放大器72输出的高频AC电压可在IOkHz到450kHz范围内。更优选地，这个范围在90kHz到170kHz范围内。这些高频路径允许整个功率效率增加，也允许换能器之间更大的未对准，相比在低于IOkHz频率操作的ECS系统，提供了具有更大的操作灵活性的系统。对于ECS的使用者，这进一步允许更大的操作员便利性。相比如果利用较低频率所需要的质量和尺寸，较高频率还允许换能器被构建为具有较少质量、较小尺寸。对于电池的给定充电量，相比不是较少质量而言，较少质量可有利地允许车辆进行更长距离。这可允许当初始地设置ECS时，定位车上和地上的换能器时的进一步的灵活性。也允许如图3中最佳地示出的更大的间距d的间隔(clearance)。具有更高的系统功率效率，用户可期望更低的能量成本来对电池充电。高频、高AC电压被电传送到车外换能器16，车外换能器16将这个能量的至少一部分无线地传送给车载换能器18并由车载换能器18接收，且车载换能器18进一步将这个部分沿着信号路径52电传送到控制器/整流器框40。控制器/整流器框40的整流器部分将这个电压电整形以产生相应的直流电流(Idc)。这个Idc电流被沿着信号路径54电传送到逆变器46，逆变器46将相应的DC电流反相来产生对于电池12充电而言有用的50-60HZ的电流。这个50_60Hz电
流被沿着信号路径58传送至转换开关48。功率发射器26包括金属外部、或外壳，其围绕着电源70、放大器72、用户接口 74、以及无线通信控制件76。用户接口 74可包括LED、可听警告、和控制面板。LED和可听警告可向系统的操作人员指示故障或状态情况。在其他实施例中，如果换能器没有被如上所述地充分对准以使ECS可对电池充电的话，可发出故障状态和/或可听警告。这些特征的要旨包括当电池本应被充电时引起操作人员注意电池没有在被充电，且向操作人员描述故障之所在，从而在操作人员离开ECS和车辆的本地区域之前解决这个问题。如果没有出现这些特征，操作人员可能离开本地区域并在之后的时间回到车辆而发现电池并未被充电。这不是所期望的情况，因为操作人员不能操作具有少于满幅电荷的车辆行进所期望的距离。在一个实施例中，功率发射器包括用于冷却其中所包含的电子元件的风扇。对于在线缆34上携载的高压、高频信号，线缆34可进一步被包含在不透液的、柔性的金属导管中。功率发射器可进一步包括散热器，通过毛细作用从通信控制电子元件上的放大器带走热量。功率发射器到电源的电连接可被包括在柔性金属导管中。功率发射器可包括部件(provisions)来将该功率发射器附着至安装支架上,该安装支架可进一步附着至墙壁。通过沿着控制信号路径56的控制器/整流器框40的控制器部分，转换开关48可选择地被控制至第一或第二位置。通过控制器/整流器框40的控制器部分对转换开关48的控制是允许系统10控制提供给电池12的充电速率的一个方法。当转换开关48被设置在第一位置时，被携载在逆变器46的电输出58上的50-60HZ的电流沿着信号路径61被充电器24接收到。当转换开关48被控制器/整流器框40的控制器部分设置在第二位置时，逆变器46的电输出没有沿信号路径61被充电器24接收到。转换开关48与车辆充电器24电通信，车辆充电器24整流并控制可用于对电池12充电的电压。车辆充电器24被车辆13的电系统所使用来允许独立于系统10的电池充电的独立车辆控制。因此，充电器24可进一步修改或管理通过从受控于车辆13中设置的电子元件的系统10所接收的电流对电池12的充电。可选地，可不采用车辆充电器。控制器/整流器框40的控制器部分，通过车辆数据通信总线60，与置于车辆13上的电组件通信。可选地，通过与控制器/整流器框40通信的车辆数据通信总线，转换开关可受控于车辆中的另一个电子设备。车辆数据通信总线60可将车辆状态信息传输给系统10。无线电压计44测量沿着控制器/整流器框40的信号路径54的电压和/或电流的大小。这个电压信息由系统10中的控制器/整流器40的接收器部分无线地传输。对于板载车辆电压信息的了解允许通过系统10对车外换能器16的可变调节从而优化系统10的电操作。基于该电压而调节从RF放大器流出的能量。稳流电阻器75被用于最小化在系统10的电启动过程中沿着信号路径54的电压的大小。可选地，在ECS中可不使用稳流电阻器。在一个实施例中，可用于沿着信号路径61对电池充电的电流可在10-20安 培DC范围内。被电传送至ESSD的经电整形的能量具有沿信号路径52的第一频率和沿信号路径61的第二频率，其从转换开关48电输出后被传送至充电器24且接着被传送至电池12。第一频率大于第二频率。对比功率换能器14的线缆34上的电输出信号的频率，优选地，第二频率至少45Hz且第一频率在20kHz到200kHz范围内。参看图5和5A，功率发射器14包括外壳75，其以集成封装封围住多个电组件(未示出)。该外壳可由任何固性材料制成，诸如金属或塑料，其中该金属材料可压制成型或塑料被模制。电组件形成外壳75中的对应的第一电部分、第二电部分、第三电部分、以及第四电部分。这些部分可被形成在置于外壳75中的一个或多个印刷电路板上。功率发射器14具有被携载在与车外换能器16电通信的线缆34上的电输出。第一电部分是DC电源70。第二电部分是与DC电源70电通信的放大器72。第三电部分是用户接口 74。用户接口 74将ECS 10的操作情况信息提供给操作人员32。优选地，用户接口 74对于警告操作人员关于阻止ECS对电池充电的事项非常有用。附加地，在诸如车辆驾驶员离开仍处于ECS的局部区域中的车辆后这样做也是有利的。因此，如果某些情况阻止了 ECS对电池充电，获取驾驶员的注意是重要的。一旦驾驶员的注意力集中到故障情况，仍然重要的是ECS知道且通知驾驶员关于如何修复这个故障情况，从而ECS被允许对ESD充电。如果用户界面没有工作以警告驾驶员有关于阻止电池被充电的ECS情况，当操作人员期待该电池处于完全充满的状态时，电池可不理想地仍处于未被充电的状态。例如，如果该车辆没有合适地对准以使第二换能器从第一换能器接收能量，或者如果车辆的传送没有被置于“停泊”状态，这些类型的情况可阻止电池被充电。用户界面具有用操作人员32的眼睛看到的至少一个视觉元素78。视觉元素78优选地是IXD显示器。IXD 78包括四个(4)文字数字线，每一个显示ECSlO的不同性能指标。第一文字数字线显示有关ECS 10的一般操作情况的信息。第二文字数字线显示控制器/整流器40的整流器部分的输出电压，并将从控制器/整流器40传递的功率输出显示给ECS和车辆的其他部分。第三文字数字线显示器示出由DC电源70提供的DC电压给功率发射器14的RF放大器72。第四文字数字线显示系统功率效率。可选地，LDC显示器可具有显示信息(如，当ECS经历故障情况时对于ECS的操作的操作人员有用的错误信息)的其他设置。功率发射器14还包括多色灯79。灯79可被操作以在不同颜色的光之间变化从而指示出ECS 10的不同操作状态。例如，光可从绿色变化到黄色再到红色(其中有阻止ECS 10对ESD 12充电的不理想的ECS系统故障时)。由于故障引起的红色光可交替地显示在IXD显示器上。可选地，至少一个听觉元素可被操作人员的耳朵听到。例如，如果车辆没有对准以使换能器合适地接近彼此从而传送/接收EM能量，可通过音频输出产生可听噪音到话筒，这对操作人员提供了指示=ECS没有在对ESD充电。这可在操作人员离开车辆和ECS的本地区域时获取操作人员的注意来修复这个问题。在又一个实施例中，用户界面包括至少一个视觉元素和至少一个听觉元素。用户界面74包括至少一个设备79，其允许ECS 10的操作人员32来命令ECS 10执行至少一个操作。设备79是0N/0FF按钮来电启用功率发射器14以使功率发射器14被供能来产生能量传送给车外换能器16，或者电关闭以使功率发射器被关闭且没有能量被传送至车外换能器16。用户接口 74包括IXD显示器。可选地，用户接口可包括任意数量的LED、灯、LED显示器、和至少一个按钮。第四电部分是无线通信控制部分76，其通过天线80与置于车辆13上的ECS 10的一部分进行无线的电传输。第四部分76是如现有技术中已知的计算机或微处理器。功率
发射器14分析经由无线通信控制件76从控制器/整流器40的控制器部分接收到的数据，并取决于系统10的使用的电应用而调节DC电源70来确保控制器/整流器40的整流器部分的输出位于范围内。控制件76还可被用作接收器/传送器，通过车辆数据通信总线60，来与车辆13的充电器24和其他电子设备通信，从而确保电池12的最优充电。控制器/整流器框40的控制器部分还可通过车辆通信数据总线60接收/传送数据给充电器24。从功率发射器14输出地的、携载于线缆34上的电信号具有大于60Hz的频率且具有电传送至车外换能器16的大于900瓦的功率输出。在一个实施例中，功率发射器传送3. 3千瓦(kW)。携载于线缆34上的电信号具有在从15kHz到450kHz范围内的频率值。在另一个实施例中，从功率发射器输出的3. 3kff的输出可在约4小时的时间内对具有电荷的低水平的电池充电。在另一个实施例中，被充电至电荷的满载水平的电池可使得包含这个电池的车辆行进长至最长64. 7km (4英里)。ECS 10被形成为具有等于或大于75%的系统功率效率。优选地，大于或等于75%的系统功率效率是理想的水平，从而该ECS对于操作人员而言是可有成本效率地操作的。具有小于75%是不理想的，因为这对于操作人员而言操作ECS是没有成本效率的。优选地，具有高于75%的数字是更为理想的，因为操作ECS的成本对于操作人员而言变得更低。在对EDS充电的过程中，儿童和/或宠物可能接近于车外换能器。在ESD的充电过程中，操作人员可在车上。基于不同的车辆制造商所使用的不同的ESD的电池电压，ECS可调节来自功率发射器的输出电压。在ECS可启动ESD的充电之前，需要通过数据通信链路传送数据。直到ESD的充电由车辆的电子设备所请求时，功率发射器的RF放大器才被激活。随着充电电流在充电周期过程中不断下降，系统功率效率可保持在大于或等于75%有效。参考标号62、64、和66表不无线电信号能量路径,用于在ECS 10中的各电组件之间传送电数据。电压计44测量沿ESSD 20的信号路径54的电压，并将这个数据测量信息无线地传送至控制器/整流器40。无线的电信号能量62被从控制器/整流器40无线地传送至功率发射器14。功率发射器14主动地接收信号能量62。功率发射器14还将数据信息无线地传送至控制器/整流器40。沿信号路径62、64、66无线能量传送的目的在于优化ECS 10对ESD充电12的操作性能。更特定地，ECS被设置为优化实时ECS操作并确保系统功率效率保持为大于75%。控制器/整流器40的控制器部分可测量在信号路径54上输出的电流。控制器/整流器的控制器部分还可数学地产生沿信号路径54的功率读数，具有来自电压计44的电流数据和电压数据。可选地，功率也可被实际测得。电压、电流、或功率数据可被在无线信号路径62上传送给功率发射器14。功率发射器14接收这个数据，然后可调节信号路径34上的功率发射器14的输出信号，从而在ECS对ESD 12充电时将ECS10的系统功率效率保持在大于75%。功率发射器14沿无线信号路径64而向控制器/整流器40请求电压、电流、或功率数据。在一些实施例中，功率发射器14可按照功率发射器14所需仅请求任一个类型的数据、或数据的任何组合。可选地，控制器/整流器可周期性地沿着无线数据信号路径传送任意或所有这些数据给功率发射器。当功率发射器14没有与电源24通信时，ECS 10没有在使用中。当功率发射器14与电源通信且用户接口 74上的0N/0FF开关82还没有被操作人员32激活 时，ECS 10还是没有在使用中。当0N/0FF开关82未被激活时，ECS 10处于OFF状态，从而ESD 12不能由ECS 10所充电。当系统10与电源26电通信且ECS 10处于ON状态、但是换能器16、18间隔足够远使得EM能量没有被在其之间无线传送/接收时，ECS 10部分地在使用中。例如，可能没有必要将换能器彼此至少部分重叠以使ECS 10对ESD充电12。如果换能器被或轴向或横向地充分间隔，且ECS具有由功率发射器14测得的大于或等于75%效率的系统功率效率，如果ESD12需要电荷，ECS 10将对ESD 12充电。功率发射器14查看在输出或线缆34上所携载的功率、电压和电流来确定ECS 10是否对ESD充电12以及ESC 10用什么速率来对ESD充电12。当功率发射器14与电源26电通信、且换能器16、18被充分近地间隔(诸如间隔轴向距离d)从而在换能器16、18之间以由如功率发射器14测得的至少75%的系统功率效率发生EM能量的传送/接收，如图3中最佳地所示，则ECS 10在使用中。参看图6，E⑶10通过方法100来对车辆13的电池12充电。方法100中的一个步骤102是提供ECS 10，其包括功率发射器14、能量耦合装置28、至少一个电信号整形设备(ESSD) 20、以及轮止动器32，这些部件上文均描述过。方法100中的另一个步骤104是给ECS 10的功率发射器14通电从而车外换能器16包括能量。方法100中的进一步步骤106是在车辆13与轮止动器37通信时，将能量耦合装置28的车载换能器18相对于车外换能器16对准，以使车载换能器18被设置为接收从车外换能器16无线通信的能量。方法100中的另一个步骤108是接收来自车外换能器16的由车载换能器18无线接收的能量的至少一部分。方法100中的进一步步骤100是通过ESSD20电整形通过车载换能器18所接收到的能量的一部分，来产生被设置为对ESD充电12的充电电流。方法100中的另一个步骤112是通过ESSD 20传送充电电流给ESD来对ESD充电12。通过使用上文描述的算法或通过由功率发射器或控制转换开关的操作的控制器控制功率输出至第一换能器，ECS 10可控制ESD 12的充电。控制ESD的充电的另一个方法是让用户激活0N/0FF开关79来将ECS关闭到没有供电的状态，从而携载在线缆34上的电信号不发生。参看图7，方法100的对准步骤106进一步包括如下子步骤114、116、118、120来
进一步对准车辆13，以使车辆13可接合轮止动器37。使用横向车辆对准元件41可进一步辅助驾驶员32以有效方式定位车辆13。由于ECS 10被置于固定位置，诸如家用车库或停车场结构，车辆13需要移动地接近基于地面的车外换能器16和基于地面的轮止动器37，从而换能器16、18可被设置为在两者之间无线传送/接收能量。因此，方法200的子步骤114是用车辆13移动地接近向着轮止动器37。子步骤116是由车辆13的驾驶员32检测车辆13横向的左侧和右侧轮胎位移，并作出轮胎位移调整来使得车载换能器18与车外换能器16对准。方法200的子步骤118是用具有已做出调整的轮胎位移的车辆13继续接近轮止动器，且方法200的子步骤120是当驾驶员32用人类感觉之一感觉到车辆的至少一个轮胎38已经接合了至少一个轮止动器37时，由驾驶员32停止车辆13的移动。参看图8和9，展示了操作ESD的另一个方法。展示了方法130来对车辆ECS中的ESD充电。方法130中的一个步骤131是提供ECS，其包括功率发射器、能量耦合装置、包括控制器和转换开关的至少一个信号整形设备(ESSD)，且该能量耦合装置包括车外换能器和车载换能器，车外换能器与功率发射器电通信且车载换能器被置于车载，且ESSD与该车载换能器电通信。方法130中的另一个步骤133是如果车辆处于其中车外换能器有效地传送能量至车载换能器的距离范围内，则通
过ECS周期性地激活功率发射器中的放大器。方法130中的进一步步骤135是从功率发射器传送数据信息给ESSD，ESSD进一步将数据信息电传送至车辆中的电子设备来向车辆中的电子设备指示通过ECS向ESD充电是可行的。方法130中的进一步步骤137是通过车辆电子设备向ECS确认数据信息。方法130中的另一个步骤139是通过车辆电子设备确定对ESD充电的ESC充电条件被满足。方法130中的进一步步骤141是从车辆将充电请求传送给功率发射器。方法130中的另一个步骤143是通过车辆向ECS确认充电请求。方法130中的进一步步骤145是通过车辆将所要求的充电信息传送给ECS。方法130的另一个步骤147是由ECS确认所要求的充电电压信息，从而ECS将ECS的电压调整为对ESD充电。方法130中的进一步步骤147是通电转换开关。可选地，在仅包括XX (漏？)的ECS其他设置中，ECS 10可能不要求转换开关被通电。方法130中的另一个步骤149是将准备充电的数据信息从车辆电子设备传送至ECS。方法130中的进一步步骤151是通过ECS向车辆电子设备确认准备充电的信息。方法130中的另一个步骤155是通过ECS对ESD充电。无线信号路径62、64和66，如前所述地，传送如前所述地在方法200 (更具体地是在步骤206和208中)中对于确定反射的和所接收的功率测量有用的电压、电流和/或功率数据。从置于板载换能器18相邻处的换能器(未示出)测得的温度数据也可被沿无线信号路径62传送至功率发射器14。这个数据对于方法200的监测温度步骤213是有用的。ECS 10包括对电池充电12出现的其他条件。一个条件是，ECS 10需要直到电池12是否需要被充电。另一个条件是ECS 10需要了解车辆13的动力传送器是否处于PARK(停泊)位置，以使车辆13提供指示给ECS表示车辆13没有在移动中。进一步的条件是ECS10需要了解车辆13的点火开关是否处于OFF位置，以及车辆的音频和视频电子设备没有通电。ECS可附加地需要了解，在ECS对ESD充电之前，车辆的操作人员没有在车厢空间内。这些上述条件可由ECS 10在车辆数据总线60上监测。可选地，上述条件的任何组合可被用作ECS操作地对电池充电的条件。仍可选地，上述条件中没有一个需要必须出现使得ECS操作地对电池充电。当ESD具有充电满状态时，且方法130进一步包括步骤157，将充电完成的数据信息从车辆电子设备传送至ECS10。方法130中的另一个步骤159是由ECS确认充电完成数据信息。方法130中的进一步步骤161是由ECSlO断开ECSlO的功率发射器14的放大器72和ECSlO的转换开关48的通电。方法130中的另一个步骤163是由ECSlO将电源关闭数据信息电传送至车辆电子设备。参看图10-11，当ESDlO在使用中时，现在展示了通过ECSlO传送能量来对电池12充电的方法200。方法200中的一个步骤202是提供ECS10，其包括功率发射器14、能量耦合装置28、至少一个电信号整形设备(ESSD) 20、以及轮止动器37，如前所述。方法200中的另一个步骤204是将脉冲信号从车外换能器16传送至车载换能器18。例如，一个这样的脉冲在30+/-10秒的时间段具有50+/-10瓦的值。当车辆13的点火键处于OFF位置且如前所述地换能器16、18被对准时，该脉冲信号被传送出去。可选地，当换能器被如前所述地对准而不论点火键的位置时，该脉冲信号可被传送出去。方法200中的进一步步骤206是通过ECSlO确定应变于脉冲信号的ECSlO的所反射的功率测量。方法200中的进一步步骤208是通过ECSlO确定应变于脉冲信号的所接收到的功率测量。方法200中的进一步步骤210是当所反射的功率测量小于预确定的第一阈值且所接收到的功率测量大于预确定的第二阈值(且预确定的第二阈值大于预确定的第一阈值)，通过ECSIO转移能量来对电池12充电。优选地，预确定的第一阈值是25%,且预确定的第二阈值是75%。如果预确定的第一和第二阈值的要求没有被满足，故障电信号和ECS诊断故障代码将被设置。这些故障代码将被通过车辆通信数据总线60被传送到车辆。例如，可检测的各种故障包括电池的温度、电池·健康状态、电池充电状态、去往/来自电池的车辆电气配线(harness)的状态来标识电气配线的短路、开路或隔离、换能器之间的物体检测、换能器的温度、以及换能器之间的线圈损坏。在转移步骤210期间，ECSlO检查来自功率发射器14的输出处34的电压和电流幅值以及它们相应的相位关系。优选地，在将能量转移至电池的步骤210的过程中每10+/-1分钟执行这些ECS电压/电流/相位检查，并由功率发射器14监测。步骤210可由操作人员中断，诸如在功率发射器14上按下on/off按钮。如前所述地，如果ECSlO检测到车辆故障的话，步骤210也可被ESSD 20中断。方法200中的另一个步骤212是传送能量的步骤210进一步包括当转移能量的步骤210开始时启动内部定时器。方法200的进一步步骤213是分别监测在车外换能器16处和在车载换能器18处的温度。方法200的进一步步骤214是在启动内部定时器的步骤之后不断地确定所反射的功率测量和所接收到的功率测量。方法200的另一步骤216包括，当ECS功率效率小于预确定量且内部定时器少于阈值、且温度值小于预确定量时，那么如步骤216中所列地监测电池12的充电状态。在另一个可选实施例中，系统功率效率的预确定量小于75%，内部定时器小于八(8)小时，且温度值小于90摄氏度。方法200的步骤216进一步包括确定ESD的能量状态的步骤218。方法200的进一步步骤220包括确定ECS的功率效率，更具体地，是功率发射器14的功率效率。方法200的另一个步骤222包括确定ECS的操作状态。步骤222的操作状态包括确定正在提供给ESSD20的DC电压或DC电流的幅值。方法200中的进一步步骤224包括将在步骤222中所确定的能量状态和输出功率及操作状态通信给ECS 10的控制器/整流器框40的控制器部分。方法200中的另一个步骤226包括通过控制器/整流器框40的控制器部分分析能量状态、输出功率和状态，从而控制器/整流器框40的控制器部分操作地执行如下至少一个子步骤(i)由控制器/整流器框40的控制器部分维持ECS 10的如步骤222中所确定的现有操作状态，( )由控制器/整流器框40的控制器部分将ECS 10的现有操作状态修改为不同的状态，以及(iii)由控制器/整流器框40的控制器部分停止通过ECS 10的能量转移。方法200还包括，其中监测电池12的充电状态的步骤进一步包括步骤228，通过ECS 10通信数据至车载换能器18来由ECS 10设置车载换能器18的电关闭。如果没有出现电关闭，回到步骤216的反馈环允许对于ESD的充电和与方法200相关联的ECS的其他参数的持续监测。方法200中的进一步步骤230是由ECS电关闭至少ESSD 20的电车辆组件，其中包括车载换能器18的电组件。从功率发射器件14到车外换能器16，电源也被切断。ECS还进一步询查ESD 10是否处于完全充满电的状态。方法200中的进一步步骤是通过ECS 10将ECS 10的电状态指示通信至操作人员32。这可包括，例如，给操作人员的关于ESD完全充满的指示。如果ESD没有被完全充满，且ECS仍是电关闭的，通过功率发射器14的用户显示器，有关ECS关闭的原因信息可被提供给操作人员。图12-16每一个示出与图1-8对比的本发明的可选实施例。图12_15每一个具有包括主ECS和次级ECS系统的ECS。次级系统是常规的、低压120VAC、60Hz的ECS系统，与主系统的ESSD电通信。适用于这个目的的一个这样的次级系统在名为“BATTERY CHARGERHAVING NON-CONTACT ELECTRICAL SWITCH (具有非接触式开关的充电器)”的美国序列号 No. 12/950,298 的美国申请中、和名为 “POWER SAFETY SYSTEM AND METHOD HAVING A
PLURALITY OF THERMALLY-TRIGGERED ELECTRICAL BREAKING ARRANGEMENTS (具有多个热触发的电制动设备的动力安全系统和方法)”的美国序列号No. 13/306，327的美国申请中有描述，每一个申请的全部内容都在前文描述过。这些次级系统一般可包括基于地面的电源单元、来自电源单元的电连接(适于连接至AC电源)、置于附连至基于车辆的充电插座的电荷耦合把手上的充电插头连接件、以及整流器。可选地，在次级系统中可不使用整流器。进一步可选地，在如图12-16中所示的任意实施例中可不采用次级系统。在一些实施例中，主系统对电池充电的条件可包括在同一个时间段过程中次级系统没有对ESD充电。图12-16的实施例现在将在下文被进一步描述。包括使用图4的ECS的主系统和次级系统的ECS参看图12，ECS300包括主ECS311和次级ECS329，次级ECS被设置为与主ECS311电通信并被用于对ESD充电312。主ECS311是如前所述的图1_8的实施例中所示的ECS10。ESSD320类似于图1-8的实施例中的ESSD20，不过在图12中仅示出转换开关351。通过添加次级ECS329，ECS300的优势在于它结合了 ECS311的操作人员(诸如图3的实施例中的驾驶员32)对ESD充电312的增加的灵活性。增加的灵活性转换为操作人员的增强的便利性，从而在车辆313可操作的不同充电环境中对电池充电。与图1-8的实施例中的元件类似的图12的实施例中所示的元件具有区别在于以300表示的附图标记，且上文已经描述了。当主系统311被设置为对ESD312充电时，主系统312提供第一电流来对ESD充电312。当次级系统329被设置为对电池312充电时，次级系统329提供第二电流来对电池312充电。次级系统329经由ESSD 320的转换开关351与主系统311通信，从而当次级系统329对ESD 312充电时，主系统311的至少一部分提供由次级系统329提供的电流的电传送导管。次级系统329与120VAC、60Hz的电源321电通信，且主系统311与具有高于120VAC(诸如240VAC)的电压的电源326电通信。每一个电源321、326置于车辆313和ECS300外部。转换开关329的电输出355电馈入车辆充电器324且车辆充电器324的电输出馈入电池312。转换开关351的操作受控于ESSD320的控制器/整流器的控制器部分。类似于之前所描述的如图4中所示的实施例，控制器整流器的控制器部分可从车辆数据通信总线接收数据，其指示次级系统是否耦合至车辆。 仅当主系统和次级系统311、329分别电连接至置于车辆313和系统311、329外部的电源321、326时，主系统和次级系统311、329被设置为分别对ESD312充电。优选地，如上文图4的实施例中所述地，功率发射器314被硬接线至电源321。次级系统329被设置为由操作人员插入电源321。优选地，电源326是240VAC、60Hz的电信号，且电源321是120VAC、60Hz的电信号。可选地，电源可以是有效对ESD充电的任何电压值，其中主系统的电源是比次级系统的电源的电压更高的电压。主系统311的第一电流具有位于被输入至ESSD320的车载换能器318的输出333处的第一频率。被输入ESSD 320的位于次级系统329的输出331处的第二电流具有第二频率。第一频率具有比第二频率更高的频率值。一般，次级系统329的输出331的频率为60Hz。
优选地，次级系统329的至少一部分置于车辆313外部，且次级系统329被设置为可释放地与车辆313耦合，其中次级系统329的主要部分位于车辆313外部。主和次级系统311、329可各自用相同的电流量给电池312充电，但是相比用120VAC、60Hz的电源321，主系统311用由240VAC、60Hz电源326产生的电源(未示出)提供的功率，可在更短的时间量中对电池312充电。在另一个可选实施例中，当次级系统在对ESD充电时，ECS防止主系统也对ESD充电。当次级系统329对电池312充电时，通过ESSD 320中的控制器/整流器框的控制器部分选择性地开关转换开关351，主系统311被设置为断开对电池312的充电。在一个实施例中，主系统311中的控制器/整流器框的控制器部分控制转换开关351的操作来选择所耦合的次级系统329或主系统311来对电池312充电。次级系统329被设置为，当由次级系统329提供的电流的至少一部分通过置于车辆313上的主系统311的至少一部分被电传送时，次级系统329提供50-60HZ电流给ESD312。可选地，ECS可被设置为使次级系统可与主系统相组合而对电池充电。进一步可选地，次级系统可以是不同于主系统但仍对电池充电有用的任何类型的ECS。当次级系统对电池充电时，车辆的点火应该位于OFF位置。车辆的电子元件一般将ECS可接收的最大充电电流传输至ECS。只要次级系统的一部分(诸如次级系统的把手)与车辆通信，车辆被防止启动被放在RUN点火开关位置处。次级系统可包括导引管线信号，遵循SAEJ1772而提供车辆和壁上充电器之间的基本通信。导引管线确保车辆了解目前有多少电源可用于充电器。当转换开关351没有处在选择次级系统329来对电池312充电的状态时，次级系统329没有在使用中。如果次级系统329没有与电源321电通信，次级系统329也没有在使用中。当置于车辆外部的主系统311没有电连接至电源326时，主系统311没有在使用中。当转换开关351没有处在选择主系统311来对电池312充电的状态时，主系统311也没有在使用中。当置于车辆313外部的主系统311电连接至电源326且主系统311的车载换能器318没有无线接收来自主系统311的车外换能器316的EM能量时，主系统311部分在使用中。
当置于车辆313外部的主系统311电连接至电源326，且主系统311的车载换能器319无线地接收来自主系统311的车外换能器311的将要被整形为主系统311的ESSD328中的电流的EM能量时，主系统311在使用中。当电池312需要电荷时，电流流过ESSD328。当转换开关351处于选择次级系统329来对电池312充电且当次级系统329与电源321电通信时，次级系统329在使用中。包括包含集成充电器和逆变器的主系统和次级系统的ECS参看图13，且ECS400包括主系统453和次级系统429。相比于图12中所示的实施例，主系统543包括包含控制器/整流器框441的ESSD425、逆变器480、和集成充电器477。没有使用如图4的实施例中所示的稳流电阻器。无线电压计功能被集成到控制器/整流器的控制器部分中。逆变器480被置于控制器/整流器框441和集成充电器477中间。对比于没有包括转换开关48的功能的图1-8的实施例的车辆充电器24，集成充电器477包括转换开关功能。ESSD425的控制器包括与集成充电器477之间的数据总线通信465，从而ECS400可具有对ESD 412充电的增强的操作控制来。对比于之前所述的图12的实施例中，当
ESD 412被充电时，对于ECS 400中的电子设备的增强的操作控制允许ECS 400具有增加的系统功率效率。次级系统429类似于之如也描述过的图12中所不的实施例中的次级系统329。次级ECS 529的电输出467电馈入集成充电器477，且集成充电器477的电输出469电馈入ESD 412。除非另有说明，与图4的实施例中的元件类似的图13中所示的元件具有以400区别的附图标记。如类似地在图12的实施例中所述地，输入至主系统453的控制器/整流器441的第一电流的第一频率具有高于携载在次级系统429的输出467上的第二电流的第二频率的频率值。如前文类似地在图4的实施例中所述地，控制器/整流器441策略电压、电流和功率。无线信号路径462、464也如前所述地传送数据，然而，图4的实施例中的无线电压计44的功能被结合到控制器/整流器441的控制器部分的功能中。包括包含集成充电器没有逆变器功能的主系统和次级系统的ECS参看图14，且ECS 500包括主系统551和次级系统529。次级系统529类似于如前所述的图13的实施例中的次级系统429。主系统551的ESSD 523包括与之前所述的图13的实施例中的集成充电器477类似的集成充电器577。集成充电器577位于控制器/整流器框541的直接下游并与之电通信。对比于图12和13中的ECS实施例，转换开关功能被集成到ESSD 523中的集成充电器577中，且ESSD 523不包括逆变器电子设备。因此，由于集成充电器577中的转换开关的集成以及消除了逆变器，ECS 500对ESD 512充电的系统功率效率被改进。消除逆变器也减少了 ESC的车辆质量，并因此，也减少了整个车辆的质量。例如，逆变器设备重量可高达9. I千克(20磅)，由于消除了这一个组件，增加了整体的系统功率效率。减少的车辆质量是理想的，从而相比逆变器仍置于ECS中的情况，车辆可在路上行进更长。因此，由于这个被减少的质量，在给定ESD的电荷情况下，车辆可理想地行进更长。ECS的复杂性也被减少了，这也进一步减少了构建ECS的成本。以与图13的实施例的ECS类似的方式，控制器/整流器541的控制器部分经由通信数据总线565直接与集成充电器577电通信。除非另有说明，与图4的实施例中的元件类似的图14中所示的元件具有以500区别的附图标记。次级ECS 529的电输出567电馈入集成充电器577，且集成充电器577的电输出569电馈入ESD 512。
如类似地在图12的实施例中所述地，输入至主系统553的控制器/整流器541的第一电流的第一频率具有高于携载在次级系统529的输出567上的第二电流的第二频率的频率值。如前文类似地在图4的实施例中所述地，控制器/整流器541测量电压、电流和功率。无线信号路径562、564如前所述地传送数据。类似于图13的实施例，图4的实施例中的无线电压计44的功能被集成到控制器/整流器541的控制器部分的功能中。包括包含转换器的主系统和次级系统的ECS参看图15，ECS 600也包括主系统601和次级系统629。主ECS601包括作为控制器/转换器框690的一部分的转换器。如前所述，除非另有说明，与图4的实施例的ECS 10类似的图15中的元件具有以600区别的附图标记。控制器/转换器框690的转换器部分直接位于转换开关649下游并与之电通信。充电器651与转换开关649电通信。转换开关649与ESD 612直接电通信。相比于图13和14的实施例中的主ECS，充电器651不包括转换开关功能。相比于图4的实施例，这里没有无线电压计电子设备或稳流电阻器电子设备或逆变器电子设备。无线电压计的功能被集成到控制器/转换器框690的控制器部分。因此，使用ECS600，实现了更简化的方法，其可具有系统功率效率的改进，而且ECS600在ESD
612的充电中施加更多控制。可选地，类似于图14和15的实施例的ECS，当充电器被包括作为主ECS的一部分时,控制器/转换器的控制器部分可与充电器通信。如类似地在图12的实施例中所述地，输入至主系统601的控制器/整流器690的第一电流的第一频率具有高于携载在来自次级系统629的输出667上的第二电流的第二频率的频率值。如前文类似地在图4的实施例中所述地，控制器/整流器690测量电压、电流和功率。无线信号路径662、664如前所述地传送数据。类似于图13-14的实施例，图4的实施例中的无线电压计44的功能被集成到控制器/整流器690的控制器部分的功能中。包括用于对多个车辆中的ESD同时充电的复接开关的ECS参看图16，示出了 ECS700，其用于有利地对置于多个车辆726a、726b中的多个电池712a、712b同时充电。ECS700包括高频AC电源713、置于电源713和车载换能器No. 1716a和车载换能器No. 2716b之间并与之电通信的多路复用电源开关711。在一个实施例中，高频电源具有大于IOOkHz的频率。ECS710a、710b类似于前文所述的图1_8中所示的实施例中所描述的ECS10。可选地，此处所述的任何类型的ECS可被置于这些多个车辆上。例如，复接开关ECS可被构建为对图15中所示的ECS系统同时充电。进一步可选地，图16的ECS可被设置为给任何类型的ECS系统充电，诸如此处展示的那些。例如，一个车辆可具有图4的ECS且另一个车辆可具有图13的ECS，且还有另一个车辆可具有图14的ECS，其中所有的ESD可被同时充电。类似于图1-11实施例中所述的ECS，车辆726a、726b具有对准装置722a、722b和包括车载换能器718a、718b的ESSD720a、720b。对准装置722a、722b分别与车辆726a、726b的轮胎738ba、738bb接合。多路复用电源开关711是单个开关，被设置为将来自AC电源713的电源多路复用给车外换能器716a、716b。当ECS700操作对ESD充电712a、712b时，来自电源713的电源可进一步在车辆713a、713b之间切换，其中在车辆713a、713b处由ECS700检测到在换能器716a和718a，716b和718b之间发生EM能量传送/接收。可选地，对准装置还可以是轮保持(intention)结构，其中该结构的周界的一部分具有被固定至地面的凸出的边缘。轮保持结构使得车辆的轮胎配接入这个结构的保持部分，从而当被置于该结构中时，车载换能器的至少一部分覆盖车外换能器的至少一部分。可选地，对准装置可进一步包其他对准部件，与轮止动器一起或结合轮止动器来增加车外和车载换能器对准在换能器之间对准以用于有效EM能量转移的可靠性。进一步可选地，对准手段可以是操作人员定位车辆，使得车载换能器和车外换能器相对彼此定位，从而可在不使用轮止动器的情况下对电池充电。可选地，ECS可不包括对准装置且仍落在本发明的精神和范围内。
仍可选地，在此处描述的任意实施例中可包括或不包括60Hz、120VAC的可插入次级ECS，仍落在本发明的精神和范围内。取决于可用的电应用而使用次级系统。在另一个可选实施例中，ECS可包括与EM能量转移相结合的换能器之间的ECS数据传送。置于ECS中的换能器之间的ECS和/或车辆数据的传送可有利地减少ECS的零部件复杂性，因为可不需要功率发射器和控制器/整流器的控制器部分之间的无线链路。附加地，还可不需要无线电压计组件。来自车辆数据总线的车辆数据也可被设置为在第一和第二换能器之间无线传送。在进一步可选环境中，ECS可被设置为将ECS状态或故障信息作为文本消息发送出去给操作人员的手机。这为操作人员使用ECS提供了另一个便利性，来确保当操作人员再次使用该车辆时，电池是被充满的。在又一个可选实施例中，ECS的系统功率效率可具有0%_100%之间的任何百分比。在又一个可选实施例中，轮止动器可与传感器电线连接，传感器与ECS电通信用于ECS的增强的操作。车辆的轮胎与轮止动器发生接触可以是ECS的进一步要求来操作地对电池充电。在其他电应用实施例中，换能器的正确对准以产生ECS的特定系统功率效率可自动地关闭车辆的马达和/或引擎。这样的信息可在车辆数据总线上从ECS传送到车辆。在又一个可选实施例中，可在地面上放置板，其向用户示出在ECS的初始化设置过程中对于感兴趣的给定车辆的最优ECS性能，在何处理想地定位车外换能器以及轮止动器。在又一个可选实施例中，充电器可不与ECS集成，而是被包括成为车辆电子元件的部分。因此，包括控制器的可靠地且稳健的车辆ECS已经被展示，其使用被合适地定位的轮止动器有利地允许各自换能器相对彼此一致对准，从而可对于置于车辆上的电池充电。轮止动器帮助车辆的操作人员来定位性地移动车辆，以获得换能器的一致对准，从而在相应换能器之间有效地传送/接收EM能量。具有包括DC电源、RF放大器、无线通信控制件、以及用户接口的单个、集成的功率发送器提供了特征内容的上集成(up-integration)。功率发射器的用户界面确保ECS对于操作人员而言更易于操作，且具有更少的单独电子组件部分，这可进一步减少制造ECS的成本。这些特征可允许ECS在没有插入或充电插线的干扰的情况下对电池充电或再充电，从而ECS对于ECS的操作人员而言方便且简单。理想地不插入高功率ECS的电源插线还可帮助操作人员的衣服和手远离累积在车辆外部表面上的灰尘和碎片。进一步，对于操作人员而言没有松的充电插线来跨过或卷起以进一步收纳。重申，这对于ECS的操作人员提供了进一步的便利性。操作人员只需要驾驶车辆，在轮止动器的帮助下行驶到对准位置，且以一般、常规方式离开车辆，让ECS对车辆的电池充电。ECS的这些便利性特征还可进一步帮助照顾具有身体上障碍的驾驶员。换能器之间的无线EM传送/接收进一步允许在没有操作人员物理接触的情况下对电池的充电，这允许对于操作人员的更方便的充电体验。EM能量转移还有利地允许换能器之间的较大的位置上的不对准，这转换为对还具有被传统地充电的电池的车辆的较大的泊车未对准。高功率ECS在大于60Hz的频率下操作。相比低频、低压的60Hz系统，这允许换能器之间的较大的未对准，还允许增加系统功率效率。在较高频率下的操作允许高功率ECS具有物理上尺寸更小的用于制造ECS的电子组件，这在使用低频ECS系统时不可实现。当换能器被合适地对准且功率发送器上的ON/OFF开关已经由操作人员激活时，ECS是操作的。ECS可包括主和次级ECS，其允许ECS在各种操作条件下的操作，从而对对电池充电的操作人员提供了附加灵活性和便利性。这个类型的主/次级系统机构可允许电动车驾驶员在远离固定充电电源时具有对车辆充电的能力。在使用接收和所反射的功率测量的方式下通过ECS传送能量，确保ECS的75%或更高的系统功率效率，这对于操作人员而言可降低ECS 的操作成本。充电器功能可被包括作为ECS的一部分，在电池如何有效且有效率地接收电荷方面给予ECS更加多的控制。如前所述，取决于使用的电应用，可采用各种ECS设置。一个设置使用逆变器，另一个设置使用集成充电器，且第三个设置使用转换器。ECS可消除逆变器，从而对ECS实现较低的部件数量，实现ECS的更高的系统效率，且ECS具有整体的较低重量、或质量。还可使用多路复用电源开关充电多个车辆的方式形成该ECS，这对于停车库和停车库等经常有很多车辆的地方是有用的。该多路复用电源开关的解决方案可帮助改进电动车充电的整体基础设施。尽管就本发明的较佳实施例对本发明进行了说明，但其不意在作出限制，而是意在下面权利要求书中阐释的范围。下述文献意在提供此处描述的本发明、以及制造和使用其的方式的更完整的公开。相应地，下述列表的文献中的每一个通过参考被结合到此处的说明书中授权给J. Joannopoulos 等人的、名为 “Wireless Non-Radiative EnergyTransfer (无线非辐射能量转移)”的美国专利No. 7，741，734。授权给Karalis等人的、名为“Wireless Energy Transfer (无线能量转移)”的美国专利 No. 7，825，543。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer-Australia (无线非福射能量转移-澳大利亚)”的非美国公开No. 2006/269374。名为“Temperature Compensation in a Wireless Transfer System (无线转移系统中的温度补偿)”的美国公开No. 2010/0181845。名为“WirelessEnergy Transfer for a Refrigerator Application (冰箱应用的无线能量转移)”的美国公开No. 2010/0181843。名为“Wireless Energy Transfer Over Distances to a Moving Device (到移动设备的长距离无线能量转移)”的美国公开No. 2010/0187911。名为“WirelessEnergy Transfer With Frequency Hopping (使用跳频的无线能量转移)”的美国公开No. 2010/0171368。名为“WirelessEnergy Transfer Using Magnetic Material to Fieldand Reduce Loss (使用磁材料来场并减少损失的无线能量转移)”的美国公开No.2010/0164298。名为“WirelessEnergy Transfer Using Conducting Surfaces to Shape Fieldand Reduce Loss (使用传导表面来整形场并减少损失的无线能量转移)”的美国公开No.2010/0164297。名为“WirelessEnergy Transfer Using Variable Size Resonators And SystemMonitoring” 的美国公开 2010/0164296。名为“EfficientNear-Field Wireless Energy Transfer Using AdiabaticSystem Variations” 的美国公开 2010/0148589。名为“Wireless Energy Transfer Systems” 的美国公开 No. 2010/0141042。名为“WirelessEnergy Transfer Across A Distance To A Moving Device，，的美国公开 No. 2010/0133920。
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名为“Wireless Energy Transfer Across Variable Distances With High-QCapacitively-Loaded Conducting-Wire Loops” 的美国公开 No. 2010/0133919。名为“WirelessEnergy Transfer Over Variable Distances BetweenResonators of Substantially Similar Resonant Frequencies，， 的美国公开No. 2010/0133918。名为“Wireless Energy Transfer With High-Q To More Than One Device，，的美国公开 No. 2010/0127575。名为“WirelessEnergy Transfer With High-Q at High Efficiency”的美国公开 No. 2010/0127574。名为“WirelessEnergy Transfer Over A Distance At High Efficiency，，的美国公开 No. 2010/0127573。名为“Wireless Energy Transfer With High-Q Sub-Wavelength Resonators”的美国公开 No. 2010/0123355。名为“Wireless Energy Transfer With High-Q Devices At VariableDistances” 的美国公开 No. 2010/0123354。名为“Wireless Energy Transfer With High-Q From More Than One Source”的美国公开 No. 2010/0123353。名为“Applications Of Wireless Energy Transfer Using Coupled Antennas”的美国公开 No. 2010/0117456。名为“Wireless Energy Transfer Using Coupled Resonators，，的美国公开No.2010/0117455。名为“Wireless Energy Transfer Systems” 的美国公开 No. 2010/0109445。名为“WirelessEnergy Transfer Across Variable Distances，，的美国公开No.2010/0102641。名为“Wireless Energy Transfer To A Moving Device Between High-QResonators” 的美国公开 No. 2010/0102640。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer” 的美国公开No.2010/0102639。
名为“Wireless Energy Transfer With High-Q Similar Resonate FrequencyResonators” 的美国公开 No. 2010/0096934。名为“Wireless Energy Transfer，Including Interference Enhancement，，的美国公开 No. 2009/0284083。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer” 的美国公开No.2009/0267710。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer” 的美国公开No.2009/0267709。名为“Wireless Energy Transfer” 的美国公开 No. 2009/0224856。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer” 的美国公开No.2009/0195333。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer” 的美国公开No.2009/0195332。名为“Wireless Energy Transfer，，的美国公开 No. 2008/0278264。名为“Wireless Energy Transfer-Australia (澳大利亚)，，的 2007349874。名为“WirelessNon-Radiative Energy Transfer-Australia (澳大利亚)，，的2010200044。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer-Canada” 的 W02007/008646。名为“Wireless Energy Transfer-Canada” 的 W02008/118178。名为“WirelessNon-Radiative Energy Transfer-China (中国)，，的 101258658。名为“Wireless Energy Transfer-China (中国)，，的 101682216A。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer-Europe (欧洲)，，的EP1902505(A2)。名为“Wireless Energy Transfer-Europe” 的 EP2130287 (Al)。名为“Wireless Energy Transfer-Hong Kong，，的 10105503. 7。名为“Wireless Non-Radiative Energy Tranfer-Hong Kong” 的 HK1120933。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer-India (印度)，，的W02007/008646。名为“Wireless Energy Transfer-India (印度)，，的 W02008/118178。名为“WirelessNon-Radiative Energy Transfer-Japan(日本)”的2008-521453。名为“Wireless Energy Transfer-Japan，，的 2010-500897。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer-South Korea (韩国)，，的1020080031398(20080408)。名为 “Wireless Energy Transfer-South Korea (韩国)”的1020100015954(20100212)。名为“Wireless Non-Radiative Energy Transfer，，的 W02007/008646。名为“Wireless Energy Transfer” 的 W02008/118178。名为 “Wireless Energy Transfer，including Interference Enhancement，，的W02008/140506o名为“Wireless Energy Transfer Systems，，的 W02008/036980。名为“EfficientNear-Field Wireless Energy Transfer Using AdiabaticSystem Variations” 的 TO/2010/039967。尽管就本发明的较佳实 施例对本发明进行了说明，但其不意在作出限制，而是意在下面权利要求书中阐释的范围。本领域技术人员易于理解的本发明容许有较宽的利用和应用。除了此处描述的那些，本发明的很多实施例和修改，还有很多变形、改变和等效设置，可从本发明中和描述明显看出或合理推出，而不背离本发明的本质或范围。相应地，尽管此处联系优选实施例而详细描述了本发明，应该理解本公开仅是本发明的示意性和示例性的，且仅是为了提供本发明的完整和能用的公开的目的而做出的。上述公开并不意在或构建为限制本发明或排除任何其他这样的实施例、修改、变形、改变或等效设置，本发明仅由所附权利要求及其等效物所限制。
权利要求
1.对车辆的储能设备(ESD)充电的充电系统(ECS)，包括 被设置为提供能量的功率发射器； 能量耦合装置，具有车外换能器和车载换能器，所述车外换能器被置于所述车辆外部且与所述功率发射器电通信，且所述车载换能器被置于所述车辆上且所述车载换能器被设置为接收从所述车外换能器无线传送的所述能量的至少一部分； 电信号整形设备(ESSD)，与所述车载换能器电通信，来电整形所述接收到的能量的一部分，并电传送所述经电整形的能量来对所述ESD充电，且所述ESSD包括控制器；和 对准装置，被设置为与所述车辆的一部分通信，从而所述车辆被相对所述能量耦合装置的所述车外换能器而定位，使得所述车载换能器接收到从所述车外换能器无线传送过来的所述能量。
2.如权利要求I所述的ECS，其特征在于，当所述车辆的一部分与所述对准装置通信时，所述车载换能器的至少一部分覆盖所述车外换能器的至少一部分。
3.如权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述对准装置包括至少一个轮止动器。
4.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述ESSD还包括 位于所述车载换能器下游并与之电通信的整流器， 位于所述整流器下游并与之电通信的逆变器，和 位于所述逆变器下游并与之电通信的转换开关，且所述ESD位于所述转换开关下游并与之电通信。
5.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述ESSD还包括 位于所述车载换能器下游并与之电通信的整流器， 位于所述整流器下游并与之电通信的充电器， 其中所述控制器与所述充电器在通信数据总线上通信。
6.根据权利要求5所述的ECS，其特征在于，所述ESSD还包括 置于所述整流器和所述充电器之间且分别与两者电通信的逆变器。
7.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述ESSD还包括 位于所述车载换能器下游并与之电通信的转换器， 位于所述转换器下游并与之电通信的转换开关，且所述ESD位于所述转换开关下游并与之电通信。
8.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述控制器与所述ESSD中的至少一个电气设备通信。
9.根据权利要求8所述的ECS，其特征在于，所述控制器具有与所述ECS中的多个电气设备的数据通信。
10.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述车载换能器通过电磁(EM)传输，接收从所述车外换能器无线传送来的所述能量。
11.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述ECS包括主系统和不同于所述主系统的次级系统，且所述主系统包括 所述功率发射器， 所述能量耦合装置， 所述ESSDJP所述对准装置，且所述次级系统具有与所述ESSD的电通信。
12.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，当所述次级系统在对所述ESD充电时，所述ECS防止所述主系统对所述ESD充电。
13.根据权利要求11所述的ECS，其特征在于，所述主系统通过第一电源电供能，且所述次级电源系统通过第二电源电供能，且所述第一电源的电压大于所述第二电源的电压。
14.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，当所述经电整形的能量电传送通过所述ESSD的至少一部分时，所述经电整形的能量具有第一频率，且所述经电整形的能量在所述ESSD的输出处具有第二频率，该经电整形的能量在所述ESD的输入处被接收，且所述第一频率大于所述第二频率。
15.根据权利要求14所述的ECS，其特征在于，所述第一频率处于20kHz到200kHz范围内，且所述第二频率小于20kHz。
16.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述功率发射器包括与所述车外换能器电通信的输出，且所述输出携载具有大于60Hz的频率的电信号，且具有大于900瓦的功率输出。
17.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述功率发射器包括 封围多个电气元件的外壳，包括所述多个电气元件中的至少第一部分、第二部分、和第三部分电气元件， 从所述第二部分延伸并与所述车外换能器电通信的电输出， 由所述第一部分电气元件形成的DC电源， 由所述第三部分电气元件形成的放大器，所述放大器还与所述DC电源电通信，和 由所述第三部分电气元件形成的用户接口，所述用户接口向所述ECS的操作人员提供所述ECS的操作情况信息。
18.根据权利要求17所述的ECS，其特征在于，所述用户接口具有由所述操作人员的眼睛看到的至少一个视觉元素。
19.根据权利要求17所述的ECS，其特征在于，所述用户接口包括至少一个设备，容许所述ECS的操作人员命令所述ECS执行至少一个操作。
20.根据权利要求17所述的ECS，其特征在于，所述用户接口包括以下的至少一个 (i)至少一个发光二极管(LED)， (ii)LCD显示器， (iii)LED显示器，和 (iv)至少一个按钮。
21.根据权利要求17所述的ECS，其特征在于，所述多个电气元件包括第四部分电气元件，且所述功率发射器还包括 由所述第四部分电气元件形成的无线数据传输部分，且所述数据传输部分与设置在所述ESSD中的所述控制器无线地电通信。
22.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，复接开关与作为第一ECS的所述ECS和至少一个其他ECS电通信，所述复接开关被设置为对所述第一ECS和所述至少一个其他ECS同时充电。
23.根据权利要求I所述的ECS，其特征在于，所述ECS具有等于或大于75%的系统功率效率。
24.操作充电系统(ECS)来对储能设备(ESD)充电的方法，所述方法包括 提供ECS，所述ECS包括功率发射器、能量耦合装置、其中包括控制器的至少一个电信号整形设备(ESSD)，且所述能量耦合装置包括第一换能器和第二换能器，且所述第一换能器与所述功率发射器电通信； 给所述ECS的所述功率发射器供电能从而 所述第一换能器包括能量； 使得所述能量耦合装置的所述第二换能器相对于所述第一换能器对准，从而所述第二换能器被设置为接收从所述第一换能器无线传送的所述能量； 通过所述第二换能器接收从所述第一换能器无线传送来的所述能量的至少一部分； 通过所述ESSD电整形所接收到的能量的所述部分，来产生被设置为对所述ESD充电的电流；且 通过ESSD电传送所述充电电流到所述ESD以对所述ESD充电。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述ECS的至少一部分被置于车辆上，且包括所述第二换能器和所述ESSD，且所述ECS还包括对准装置，且所述对准装置包括轮止动器，且将所述第一换能器和所述第二换能器对准的步骤还包括， 定位所述至少一个轮止动器，以使所述车辆被设置为接触式地与所述至少一个轮止动器连接；且 定位所述车辆，以使当所述车辆的至少一个轮胎接触到被定位的轮止动器时，所述车载换能器的至少一部分覆盖了所述车外换能器的至少一部分。
26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述ECS包括主系统和不同于所述主系统的次级系统，其中所述次级系统是60Hz、120VAC的系统，且所述主系统包括 (i)所述功率发射器， ( )所述能量耦合装置， (iii)所述ESSDJP (iv)所述对准装置。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括 通过所述主ESD来选择性地控制所述ESD的充电，从而当所述次级系统在对所述ESD充电时，所述主系统被防止对所述ESD充电。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，电传送所述充电电流来对所述ESD充电的步骤还包括 可释放地将所述次级系统的至少一部分耦合至所述车辆来对所述ESD充电， 其中所述次级系统的至少一部分被置于所述车辆外部。
29.如权利要求24所述的方法，其特征在于，电整形所述ESSD的步骤还包括 通过所述电路整流由所述第二换能器接收到的能量来产生电流，且 在所述整流步骤之后通过所述电路来逆变所述电流。
30.如权利要求24所述的方法，其特征在于，提供ECS的步骤还包括具有逆变器和充电器电设备的ESSD位于所述逆变器直接下游并与之电通信。
31.如权利要求24所述的方法，其特征在于，将所述能量耦合装置的所述第二换能器相对于所述第一换能器对准的步骤还包括如下子步骤用车辆来移动地向着轮止动器接近， 由所述车辆的驾驶员检测所述车辆的左侧和右侧轮胎间距并作出进一步的轮胎调整， 用具有所述轮胎位移的车辆继续接近所述轮止动器，且 当所述驾驶员感觉到所述车辆的至少一个轮胎已经接合了所述轮挡块时，停止所述车辆的移动。
32.在车辆充电系统(ECS)中对储能设备(ESD)充电的方法，包括 提供ECS，其包括功率发射器、能量耦合装置、包括控制器的至少一个电信号整形设备(ESSD)，且所述能量耦合装置包括车外换能器和车载换能器，所述车外换能器与所述功率发射器电通信且所述车载换能器被置于车上，且所述ESSD与所述车载换能器电通信； 通过所述ECS周期性地激活所述功率发射器中的放大器来确定所述车辆是否与所述车外换能器之间具有足够使得所述车载换能器接收从所述车外换能器无线地传送来的能量的距离范围； 从所述功率发射器电传送数据消息给所述ESSD，所述ESSD进一步将数据消息电传送至所处车辆中的电子设备来向所述车辆中的电子设备指示通过所述ECS向ESD充电是可行的； 通过所述车辆电子设备向所述ECS确认所述数据消息； 通过所述车辆电子设备，确定对所述ESD充电的ECS充电条件被满足； 将来自所述车辆的充电请求传送至所述功率发送器； 由所述车辆向所述ECS确认所述充电请求； 由所述车辆将所要求的充电电压消息传送至所述ECS ； 由所述ECS确认所述所要求的充电电压消息，从而所述ECS调节所述ECS的电压来对所述ESD充电； 通过所述ECS来通电所述转换开关； 将来自所述车辆电子设备的准备充电的数据消息传送至所述ECS; 由所述ECS向所述车辆电子设备确认准备充电的消息； 由所述ECS来对所述ESD充电。
33.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述ECS充电条件包括 (i)所述车辆没有由插入式充电器系统充电， ( )所述ESD需要充电， (iii)车辆的动力传送器处于泊车位置， (iv)所述车辆的点火键处于OFF位置，且 (v)所述车辆的电源的至少一部分被断电。
34.如权利要求32所述的方法，其特征在于，当所述ESD处于充满电的状态时，且所述方 法还包括 将充电完成数据消息从所述车辆电子设备电传送至所述ECS ； 由所述ECS确认所述充电完成数据消息； 由所述ECS断开所述ECS的功率发射器的所述放大器和所述ECS的所述转换开关；且 由所述ECS将电源关闭数据消息电传送至所述车辆电子设备。
35.通过充电系统(ECS)传送能量来对储能设备(ESD)充电的方法，所述方法包括提供所述ECS，所述ECS包括功率发射器、能量耦合装置、至少一个电信号整形设备(ESSD)，且所述能量耦合装置包括第一换能器和第二换能器，所述第一换能器与所述功率发射器电通信，且所述第二换能器位于远离所述第一换能器处； 将脉冲信号从所述第一换能器传送至所述第二换能器； 由所述ECS确定应变于所述脉冲信号的所述ECS的所反射的功率测量； 通过所述ECS确定应变于所述脉冲信号的所接收到的功率测量；以及当所述所反射的功率测量小于预确定的第一阈值且所述所接收到的功率测量大于预确定的第二阈值时，传递所述能量来对所述ESD充电，所述预确定的第二阈值大于所述预确定的第一阈值。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，传递所述能量的步骤还包括 当所述传递所述能量的步骤开始时启动内部定时器，且 在所述第一换能器且在所述第二换能器处分别监测温度。
37.如权利要求36所述的方法，其特征在于，还包括 在启动所述内部定时器的步骤之后，持续地确定所反射的功率测量和所接收到的功率测量。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，当ECS功率效率小于预确定量的功率效率且所述定时器小于阈值、且所述温度值小于预确定量时，所述方法还包括如下子步骤 监测所述ESD的充电状态。
39.如权利要求38所述的方法，其特征在于， 所述ECS功率效率的预确定量为小于75%， 所述内部定时器小于八(8)小时，且 所述温度值小于90摄氏度。
40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，监测所述ESD的充电状态的步骤还包括 确定所述ESD的能量状态， 确定所述ECS的输出功率， 确定所述ECS的操作状态， 将所述能量状态和所述输出功率以及所述状态传输给所述ECS的控制器， 通过所述控制器分析所述能量状态、所述输出功率以及所述状态，从而所述控制器操作地执行如下子步骤中的至少一个 (i)由所述控制器维持所述ECS的现有操作状态， ( )由所述控制器将所述ECS的所述现有操作状态修改至不同的状态，和 (iii)由所述控制器停止通过所述ECS的能量传递。
41.如权利要求40所述的方法，其特征在于，监测所述ESD的充电状态的步骤还包括 通过所述ECS将数据传输至所述第一换能器来通过所述ECS设置所述第一换能器的断电， 通过所述ECS来断电所述第一换能器的至少所述电气元件，且 通过所述ECS将所述ECS的充电状态指示传输至操作人员。
42.对储能设备(ESD)充电的充电系统(ECS)，包括 功率发射器；能量耦合装置，包括第一和第二换能器，所述第一换能器与包含能量的所述功率发射器电通信，且所述第二换能器被设置为接收从所述第一换能器无线传送来的所述能量的至少一部分；且 其中ECS根据包括如下方法步骤操作 将脉冲信号从所述第一换能器传送至所述第二换能器； 通过所述ECS确定应变于所述脉冲信号的所述ECS的所反射的功率测量； 通过所述ECS确定应变于所述脉冲信号的所述ECS的所接收到的功率测量； 当所述所反射的功率测量小于预确定的第一阈值且所述接收到的功率测量大于预确定的第二阈值时，由所述ECS传递所述能量来对所述ESD充电，所述预确定的第二阈值大于所述预确定的第一阈值。
43.对设置在至少一个车辆中的至少一个储能设备(ESD)充电的充电系统(ECS)，包括 至少一个电源； 与所述至少一个电源电通信的至少一个开关； 至少一个能量耦合装置，包括至少车外换能器和车载换能器，所述车外换能器置于所述车辆外部且与所述至少一个开关电通信，且所述车载换能器附连于所述至少一个车辆，所述车载换能器被设置为接收从所述至少一个车辆的所述车外换能器无线传送来的所述能量的至少一部分；和 与所述第二换能器电通信的置于所述至少一个车辆上的至少一个电信号整形设备(ESSD)，用于对所接收到的能量的至少一部分电整形，并电传送经电整形的能量来对所述至少一个车辆的所述ESD充电。
44.如权利要求43所述的ECS，其特征在于，所述至少一个开关是单个开关，被设置为从所述至少一个电源多路复用电源到所述至少一个能量耦合装置，所述单个开关被置于所述至少一个电源和所述至少一个能量耦合装置中间并分别与两者电通信。
45.如权利要求43所述的ECS，其特征在于，还包括 至少一个对准装置，其与所述车辆通信来确保所述至少一个车辆相对于所述装置的所述车外换能器而被定位，从而所述车载换能器接收从所述车外换能器无线传送来的所述能量。
全文摘要
对电池充电的充电系统(ECS)包括功率发射器、能量耦合装置、包括控制器的至少一个电信号整形设备(ESSD)、和对准装置。能量耦合装置包括置于车辆外的第一换能器和附于车辆上的第二换能器。对准装置与车辆通信以确保可重复的车辆定位，从而第二换能器相对第一换能器被放置为使得第二换能器接收到从第一换能器无线传送来的由功率发射器产生的能量。由第二换能器接收到的能量被ESSD电整形，并被进一步电传送通过由控制器所控制的ESSD来对ESD充电。还展示了操作该ECS并通过该ECS电传送能量来对ESD充电的方法。
文档编号H02J7/00GK102882245SQ20121023823
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月10日 优先权日2011年7月11日
发明者R·J·博耶, B·D·巴夏, J·V·福佐 申请人:德尔福技术有限公司