用中接收器通信或其组合过程中使用。
[0077] 为了实现无线高电力传递，一些实施例可经配置以在从10kHz到60kHz的范围内的 频率下传递电力。此低频耦合可允许可使用固态装置而实现的高效电力转换。另外，与其它 频带相比，可存在较少的与无线电系统的共存问题。
[0078] 所描述的无线电力传递系统100可与包含可再充电或可更换电池的多种电动车辆 112-起使用。
[0079] 图4为展示根据本发明的示范性实施例的安置于电动车辆412中的可更换无触点 电池的功能框图。在此实施例中，低电池位置对于集成无线电力接口（例如，充电器到电池 的无绳接口 426)且可从嵌入于地面中的充电器(未图示)接收电力的电动车辆电池单元来 说可为有用的。在图4中，电动车辆电池单元可为可再充电电池单元，且可容纳于电池隔室 424中。电动车辆电池单元还提供无线电力接口 426,所述无线电力接口 426可按需要集成整 个电动车辆无线电力子系统(包含谐振感应线圈、电力转换电路，及其它控制及通信功能） 以用于在基于地面的无线充电单元与电动车辆电池组单元之间进行有效且安全的无线能 量传递。
[0080] 使电动车辆感应线圈集成为与电动车辆电池单元或车辆车身的底部侧齐平以使 得不存在突出部分且使得可维持所指定的地面到车辆车身的间隙可为有用的。此配置可需 要电动车辆电池单元中的一些空间专用于电动车辆无线电力子系统。电动车辆电池组单元 422还可包含电池到EV的无绳接口 422,及充电器到电池的无绳接口 426,其提供电动车辆 412与如图1所展示的底座无线充电系统102a之间的无接触电力及通信。
[0081] 在一些实施例中且参看图1，底座系统感应线圈104a及电动车辆感应线圈116可处 于固定位置，且所述感应线圈通过电动车辆感应线圈116相对于底座无线充电系统102a的 整体放置而被带入近场耦合区内。然而，为了快速、高效且安全地执行能量传递，可需要减 小底座系统感应线圈l〇4a与电动车辆感应线圈116之间的距离以改进耦合。因此，在一些实 施例中，底座系统感应线圈104a及/或电动车辆感应线圈116可为可部署及/或可移动的，以 使它们更好地对准。
[0082]图5A、5B、5C及5D是根据本发明的示范性实施例的感应线圈及铁氧体材料相对于 电池的放置的示范性配置的图。图5A展示完全铁氧体嵌入的感应线圈536a。无线电力感应 线圈可包含铁氧体材料538a及围绕铁氧体材料538a缠绕的线圈536a。线圈536a自身可由绞 合的利兹线制成。可提供导电屏蔽层532a以保护车辆的乘客不受过多的EMF发射影响。导电 屏蔽可尤其在由塑料或复合材料制成的车辆中有用。
[0083]图5B展示最佳设定尺寸的铁氧体板(即，铁氧体背衬）以增强耦合且减小导电屏蔽 罩532b中的涡电流(热耗散）。线圈536b可完全嵌入非导电非磁性(例如，塑料)材料中。例 如，如图5A到5D中所说明，线圈536b可嵌入保护外壳534b中。在线圈536b与铁氧体材料538b 之间由于磁耦合与铁氧体磁滞损耗之间的取舍而可存在间距。
[0084]图5C说明其中线圈536c(例如，铜利兹线多匝线圈）可为可在横向（"X"）方向上移 动的另一实施例。图5D说明其中感应线圈模块部署在向下方向上的另一实施例。在一些实 施例中，电池单元包含可部署及不可部署电动车辆感应线圈模块542d中的一者作为无线电 力接口的部分。为防止磁场穿透到电池空间530d中及穿透到车辆内部中，在电池空间530d 与车辆之间可存在导电层屏蔽罩532d(例如，铜薄片）。此外，非导电（例如，塑料)保护层 534d可用于保护导电层屏蔽罩532d、线圈536d及铁氧体材料538d免受环境影响（例如，机械 损坏、氧化等）。此外，线圈536d可为可在横向X及/或Y方向上移动的。图5D说明其中电动车 辆感应线圈模块540d相对于电池单元主体在向下Z方向上进行部署的实施例。
[0085]此可部署电动车辆感应线圈模块542d的设计类似于图5B的电动车辆感应线圈模 块的设计，除了在电动车辆感应线圈模块542d处不存在导电屏蔽。导电屏蔽532d与电池单 元主体保持在一起。当电动车辆感应线圈模块542d未处于经部署状态中时，保护层534d(例 如，塑料层)提供于导电屏蔽罩532d与电动车辆感应线圈模块542d之间。电动车辆感应线圈 模块542d与电池单元主体的物理间距可对感应线圈的性能具有积极影响。
[0086]如上文所论述，经部署的电动车辆感应线圈模块542d可仅含有线圈536d (例如，利 兹线)及铁氧体材料538d。可提供铁氧体背衬以增强耦合且防止车辆的底部中或导电层屏 蔽罩532d中的过多涡电流损耗。此外，电动车辆感应线圈模块542d可包含到电力转换电子 器件及传感器电子器件的柔性电线连接。此电线束可集成到机械齿轮中以用于部署电动车 辆感应线圈模块542d。
[0087] 参看图1，上文所描述的充电系统可用于多种位置中以用于对电动车辆112充电或 将电力传递回到电网。举例来说，可在停车场环境中发生电力的传递。应注意，"停车区域" 在本文中还可被称作"停车空间"。为了提高车辆无线电力传递系统100的效率，电动车辆 112可沿着X方向及Y方向对准以使电动车辆112内的电动车辆感应线圈116能够与相关联的 停车区域内的底座无线充电系统l〇2a充分地对准。
[0088] 此外，所揭示的实施例适用于具有一或多个停车空间或停车区域的停车场，其中 停车场内的至少一个停车空间可包括底座无线充电系统l〇2a。导引系统(未图示)可用于辅 助车辆操作者将电动车辆112定位在停车区域中，以将电动车辆112内的电动车辆感应线圈 116与底座无线充电系统102a对准。导引系统可包含用于辅助电动车辆操作者定位电动车 辆112以使电动车辆112内的感应线圈116能够与充电站(例如，底座无线充电系统102a)内 的充电感应线圈充分地对准的基于电子的方法(例如，无线电定位、测向原理，及/或光学感 测方法、准光学感测方法及/或超声波感测方法)或基于机械的方法(例如，车辆车轮导引、 跟踪或停止），或其任何组合。
[0089] 如上文所论述，电动车辆充电系统114可放置在电动车辆112的底侧上以用于从底 座无线充电系统l〇2a发射及接收电力。例如，电动车辆感应线圈116可集成到车辆底部中， 优选在关于EM暴露提供最大安全距离且准许电动车辆的正向及反向停车的中心位置附近。
[0090]图6是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆进行无线充电的示范 性频率的频谱的图表。如图6中所展示，用于到电动车辆的无线高电力传递的潜在频率范围 可包含：3kHz到30kHz频带中的VLF、30kHz到150kHz频带中的低LF(用于类ISM应用）（一些除 外）、HF 6.78MHz(ITU-R ISM频带6.765到6.795MHz)、HF 13.56MHz(ITU-R ISM频带 13.553 到13.567)，及册27.121抱（11'1]-1?15]\1频带26.957到27.283)。
[0091]图7是展示根据本发明的示范性实施例的可用于对电动车辆进行无线充电的示范 性频率及发射距离的图表。可可用于电动车辆无线充电的一些实例发射距离是大约30mm、 大约75mm及大约150mm。一些示范性频率可为VLF频带中的大约27kHz及LF频带中的大约 135kHz〇
[0092] 在电动车辆的充电循环期间，无线电力传递系统的底座充电单元(BCU)可经历各 种操作状态。所述无线电力传递系统可被称作"充电系统"。BCU可包含图1的底座无线充电 系统102a及/或102b。所述BCU还可包含控制器及/或电力转换单元，例如如图2中所说明的 电力转换器236。此外，所述BCU可包含一或多个底座充电垫，其包含感应线圈，例如如图1中 所说明的感应线圈l〇4a及104b。在B⑶经历各种状态时，B⑶与充电站交互。充电站可包含如 图1所说明的本地分配中心130,且可进一步包含控制器、图形用户接口、通信模块及到远程 服务器或服务器群组的网络连接。
[0093] 图8是根据一个实施例的底座无线充电系统802的示意图。在各种实施例中，底座 无线充电系统802可包含（例如）上文分别相对于图1到3描述的底座无线充电系统102a、 102b、202及302中的任一者。如所展示，底座无线充电系统802包含逆变器桥接器H、第一电 容器C B、第一电感器Lb、隔离变压器TX、第一开关S1、第二开关S2、第二电容器C1A、第三电容 器C 1B及底座系统感应线圈U。有效负载R表示接收器侧负载，例如上文分别相对于图1到3描 述的电动车辆充电系统114、214及/或314。有效负载R还可包含可为感应线圈（例如，底座系 统感应线圈LO及反电抗电容器(例如，第四及第五电容器CLiSC 1B)固有的损耗。
[0094] 虽然图8中展示无线充电系统802的各个部分，但所属领域的技术人员将了解，可 移除、替换或重新布置一或多个部分，或可包含其它部分。例如，单极单投(SPST)开关S1及 S2可被单极双投（STOT)开关替换。此外，本文中描述的各种电容器、电感器及/或电阻器可 被等效电路替换(例如，通过将多个组件集成为单一组件、将单一组件拆分为多个组件等）。
[0095] 逆变器桥Η用以产生用于无线电力发射的时变信号。在各种实施例中，逆变器桥Η 可包含例如电路，例如经配置以将来自标准干线AC的电力转换为合适的电压电平下的DC电 力的AC/DC转换器，及经配置以将DC电力转换为在适合于无线高电力传递的操作频率下的 电力的DC/低频(LF)转换器。在一些实施例中，逆变器桥Η可包含上文分别相对于图2及3所 论述的底座充电系统电力转换器236及/或336。图8中展示的逆变器桥Η提供逆变器输出电 压Vi及逆变器输出电流Ii。在所说明的实施例中，逆变器桥Η包含至少电耦合到电容器C B的 第一端子的第一端子，及电耦合到隔离变压器TX的初级线圈的第二端子的第二端子。
[0096] 第一电容器CB及第一电感器Lb充当匹配阻抗jX。第一电容器CB及第一电感器Lb- 起可形成针对jX转动的LCL网络的第一感应元件。在各种实施例中，电容器CB及第一电感器 Lb可被具有特性阻抗jX的另一电抗性网络替换。在所说明的实施例中，第一电容器CB包含至 少电耦合到逆变器桥Η的第一端子的第一端子及电耦合到第一电感器Lb的第一端子的第二 端子。在所说明的实施例中，第一电感器Lb包含至少电耦合到第一电容器CB的第二端子的第 一端子及电耦合到隔离变压器TX的初级线圈的第一端子的第二端子。
[0097] 隔离变压器TX用以将发射底座系统感应线圈1^与干线电力电隔离。在一些实施例 中，隔离变压器TX可将逆变器输出电流传播到开关S1及S2。在一些实施例中，可省略隔离 变压器TX。在所说明的实施例中，隔离变压器TX具有1:1的匝比。在其它实施例中，隔离变压 器TX可具有另一匝比，例如l:nl。
[0098] 在所说明的实施例中，隔离变压器TX包含初级线圈及次级线圈。所述初级线圈包 含至少电耦合到第一电感器Lb的第二端子的第一端子及电耦合到逆变器桥Η的第二端子的 第二端子。所述次级线圈包含至少电耦合到第一开关S1的第一端子及第二开关S2的第一端 子的第一端子，及电耦合到第三电容器C 1B的第二端子及底座系统感应线圈U的第二端子的 Λ-Λ---上山 弟>栖子。
[0099] 可提供电容器Cu及C1B以与底座系统感应线圈1^形成在所要的频率下谐振的谐振 电路。在一些实施例中，电容器ClA及CiB可形成上文相对于图2描述的电容器Cl。第二电容器 Cu具有特性阻抗-jitt，其中β是本文中更详细地描述的调谐变化。第三电容器C1B具有特性 阻抗-j(H)X。
[0100] 第二电容器C1A至少包含电耦合到第一开关S1的第二端子及底座系统感应线圈U 的第一端子的第一端子，及电耦合到第二开关S2的第二端子及第三电容器C1B的第一端子的 第二端子。第二电容器Cu可例如通过开关S1及S2的操作而在一个或至少两个配置中动态地 设定。在还被称作并联配置的第一配置中，第二电容器Cu与底座系统感应线圈。并联配置 且与第三电容器 ClB串联配置。在还被称作部分串联配置的第二配置中，第二电容器ClA与底 座系统感应线圈1^串联配置且与第三电容器C 1B并联配置。在本文中相对于图9A到B展示且 描述并联配置，且在本文中相对于图10A到B展示且描述部分串联配置。
[0101 ] 第三电容器C1B至少包含电耦合到第二开关S2的第二端子及第二电容器C1A的第二 端子的第一端子，及电耦合到隔离变压器TX的次级线圈的第二端子及底座系统感应线圈1^ 的第二端子的第二端子。第三电容器C 1B与底座系统感应线圈1^并联配置。在第二电容器C1A 设定在并联配置中时，第二电容器C1A与第三电容器C1B串联配置且与底座系统感应线圈1^并 联配置。在第二电容器C 1A设定在部分串联配置中时，第二电容器Cu与第三电容器C1B并联配 置且与底座系统感应线圈1^串联配置。第三电容器C 1B可载运电流Ic。
[0102] 第一开关S1用以选择性地耦合第一和第二端子。结合第二开关S2,第一开关S1可 在并联或部分串联配置中设定第二电容器C 1A。第一开关S1可包含例如机械继电器或半导体 交流电(AC)开关。第一开关S1包含电耦合到隔离变压器TX的次级线圈的第一端子及第二开 关S2的第一端子的第一端子，及电耦合到第二电容器C 1A的第一端子及底座系统感应线圈U 的第一端子的第二端子。第一开关S1可载运逆变器输出电流Ii。
[0103] 第二开关S2用以选择性地耦合第一和第二端子。结合第一开关S1，第二开关S2可 在并联或部分串联配置中设定第二电容器C 1A。第二开关S2可包含例如机械继电器或半导体 交流电(AC)开关。第二开关S2包含电耦合到隔离变压器TX的次级线圈的第一端子及第一开 关S1的第一端子的第一端子，及电親合到第二电容器ClA的第二端子及第三电容器ClB的第 一端子的第二端子。第二开关S2可载运逆变器输出电流L·。
[0104] 底座系统感应线圈1^用于以足以给电动车辆112充电或供电的电平无线地发射电 力。例如，由底座系统感应线圈Li无线地提供的电力电平可为千瓦（kW)级（例如，从1 kW到 llOkW的任何地方或更高或更低）。在一些实施例中，底座系统感应线圈。可包含上文相对 于图2描述的底座系统感应线圈204。在其它实施例中，底座系统感应线圈U可用于其它目 的，不限于无线或电动车辆充电。
[0105] 底座系统感应线圈Li可驱动在图8中由有效负载R表示的接收器侧负载。底座系统 感应线圈1^可载运底座系统输出电流，其还可被称作谐振电流。在各种实施例中，底座 系统输出电流Ιι可为逆变器输出电流Ii的倍数，例如在逆变器输出电流Ii的大约两倍与大 约六倍之间、逆变器输出电流的大约四倍，或逆变器输出电流的大约五倍。在各种实施 例中，底座系统输出电流Ii可在大约30A与大约50A之间，例如大约40A。因此，逆变器输出电 流Ii可在大约6A与大约12A之间，例如大约8A、大约9A或大约10A。
[0106] 在各种实施例中，有效负载R可随时间变化。例如，接收装置(例如，图2的电动车辆 感应线圈216)的对准可相对于底座系统感应线圈Li变化，致使磁耦合及输出电力变化。因 此，底座系统输出电流I!可变化。然而，逆变器输出电流可由四个因素控制及限制:逆变器 桥Η的直流电（DC)总线电压、最大逆变器输出电压Vi、隔离变压器TX匝比，及图8中的LCL网 络的特性阻抗。在一些实施例中，调整前三个因素可为不可行的及/或低效的。确切地说，DC 总线的变化范围可受限于装置额定值。因此，大变化β可迫使底座无线充电系统802漂移远 离在最佳或预期效率点附近操作。在一些情况下，DC总线电压可固定。
[0107] 在一些实施例中，底座无线充电系统802可经配置以使用AC开关S1及S2引入LCL网 络特性阻抗上的变化的阶跃改变。确切地说，如上文所论述，开关S1及S2可经配置以在部分 串联配置与并联配置之间切换第二电容器Cu。阶跃改变可减小在操作期间逆变器桥Η处的 控制的量。在LCL网络阻抗上的小增量（10 %到30 % )改变的情况下，逆变器桥Η及输入功率 因子校正单元可维持优选区中的操作。例如，通过