用于對機動車輛電池進行充電的非接觸式充電系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及對汽車的電池的非接觸式充電，并且更具體地講，涉及在對該電池的非接觸式充電過程中有電氣故障的情況下的汽車安全性。
【背景技術】
[0002]一種用于對汽車的電池進行非接觸式充電的系統總體上采用在地下的一個初級感應電路以及安裝在該車輛上的一個次級感應電路的形式。這兩個感應電路之間通過電磁感應發生能量傳輸。相對于具有插座的充電系統，這樣一種充電系統提供了以下優點:一方面，由于不存在忘記連接或與插頭的重量相關聯的任何約束的這一事實允許了改善使用者的舒適性和人體工程學。另一方面，允許了該充電系統定位上誤差并且獲得等于有線充電系統的效率的一個效率。最終，允許該系統始終處于形成該非接觸式充電系統的各個發射器回路和接收器回路的感應電路的諧振頻率上，并且由于與該系統的頻率相適配而保證了最佳可能的效率。
[0003]非接觸式充電系統的限制之一是用于集成在地下的初級系統與車輛中的次級系統之間通信的時間。例如，這種通信可以通過wifi或紫蜂(ZigBee)來進行。該通信時間導致了信息傳輸值得注意地在從該車輛朝向地面的傳輸方向上的延遲。由于電力是由地下的初級感應電路供應的，在車輛與地面之間的信息傳輸延遲可能導致從來自地面的初級感應電路傳輸的電力多持續一段時間，這可能會損壞該車輛上的設備。
[0004]例如，在電池與該充電系統脫離連接的情況下，耦合至該電池的這些端子的繼電器斷開；因此不再存在任何相連的電氣負荷來消耗由來自地面的初級感應電路所傳輸至該車輛上的次級感應電路的能量。如果例如地面繼續發送電力而電池脫離連接，或者如果地面下的初級感應電路沒有足夠早地檢測到該車輛上的故障的話，則可能發生電路的劣化。這種情況會發生是因為關于該車載系統的狀態的信息是通過導致信息傳輸延遲的無線通信裝置來通信至地面的。
[0005]事實上，由該車輛檢測電池的故障并且然后用地面下的電量控制器接收提供了這種故障通知的消息所花費的時間對于所要確保的車載充電器不發生惡化而言是太大的。
[0006]從文件US 2010/020777中已知一種方法，該方法允許耦合至電池的繼電器僅在檢測到有通過感應而來的外部電源的電力時才能閉合。然而，沒有提及在由于故障而使該電池的這些繼電器斷開的情況下的解決方案。
[0007]文件US 6037745披露了一種用于對電池進行充電的、被設計成安裝在汽車上的、用于接收電磁波的設備。該設備包括經由橋式整流器耦合至電池的一個諧振供應電路、以及當發生故障時用于使該諧振電路短路而不使電池短路的裝置。
【發明內容】
[0008]本發明的目標是提供一種用于對汽車的電池進行非接觸式充電的系統，從而保證當該車輛上發生電氣故障時在該車輛車上存在任何損壞風險之前中斷由在地下的初級感應電路發出的電力。
[0009]根據本發明的一個方面，提供了一種用于對電池進行充電的接收電磁波的設備，該設備被設計成安裝在一臺汽車上、包括通過一個橋式整流器而耦合至該電池的一個次級感應電路。
[0010]根據本發明的一個總體特征，所述接收設備包括受控中斷裝置，該受控中斷裝置被設計成當該汽車上發生電氣故障時使該次級感應電路短路而不使該電池短路。
[0011]根據本發明的另一個方面，提供了一種用于對汽車的電池進行充電的發射電磁波的設備，該設備包括經由一個電力供應網絡提供電力的一個初級感應電路。
[0012]根據本發明的一個總體特征，所述發射設備包括控制裝置，該控制裝置被設計成當其檢測到該次級感應電路短路時中斷對該初級感應電路的電力供應。
[0013]根據本發明的又一個方面，在一個實施例中，提供了一種用于對汽車的電池進行非接觸式充電的系統，該系統包括如上文限定的安裝在該汽車上的一個接收設備、以及如上文限定的被布置在該汽車外的一個發射設備。因此所提供的一種充電系統包括:在汽車外由一個電力供應網絡提供電力的一個初級感應電路；安裝在該汽車上并經由一個橋式整流器耦合至該電池上的一個次級感應電路；以及被設計成當該汽車上發生電氣故障時、并且更具體地講當耦合至該電池上的充電系統的一部分發生電氣故障時使該次級感應電路短路而不使該電池短路的受控中斷裝置；以及被設計成當其檢測出該次級感應電路短路時中斷對該初級感應電路的電力供應的控制裝置，并且所有這種檢測都是在不使用地面與車輛之間的無線通信的情況下進行的。
[0014]在該充電系統的正常操作過程中，使用一個橋式整流器允許對該次級感應電路的輸出處的電流進行整流以便給電池供應電力并且由此而對其進行再充電。當該汽車中出現電氣故障時，該受控中斷裝置允許該次級感應電路短路并且該橋式整流器防止該電池短路。
[0015]該橋式整流器包括陰極與該電池的正極端子相耦合的兩個二極管，這些二極管的陽極與陽極被耦合至該電池的負極端子的兩個二極管相耦合。在該受控中斷裝置包括被設計成使該次級感應電路短路的兩個受控開關的情況下，陽極被耦合至該電池的負極端子的這兩個二極管各自與這些受控開關之一并聯。由于陰極與電池的正極端子相耦合的這兩個二極管不被短路，所以該電池保持與次級感應電路電氣地脫離連接。
[0016]作為一個變體，代替這些受控開關，該受控中斷裝置可以包括反向并聯的多個晶閘管或者一個三端雙向可控硅，這些晶閘管或該三端雙向可控硅與該橋式整流器的輸入端并聯。
[0017]優選地，在缺少來自該車輛的12V電源的情況下，該接收設備包括通過多個繼電器與該電池并聯的用于該受控中斷裝置的一個控制電容器。
[0018]該控制電容器允許給該受控中斷裝置提供電力而不必使用該汽車的12V電源。事實上，當電池與次級感應電路脫離連接時該電容器的端子間的電壓增大，因為它是由地面下的系統獨立于該次級感應電路之外的一個電力供應電路地供應的能量來恢復的電容器。因此即使該電氣故障達到該車輛的12V電源也可以使該次級感應電路短路并且因此可以使該充電系統中斷。
[0019]該控制電容器可以對應于與該橋式整流器的輸出端并聯的一個濾波和平流電容器。
[0020]該充電系統的接收設備可以包括兩個繼電器，這些繼電器各自耦合至該電池與該受控橋式整流器之間的該電池的一個對應的端子上。如果需要的話，這些繼電器允許該電池與次級感應電路脫離連接。在存在電氣故障而這些繼電器未正確斷開的情況下，該橋式整流器的架構允許電池在該次級感應電路被短路時與該次級感應電路電氣地脫離連接。
[0021]該系統的發射設備可以有利地包括耦合至該初級感應電路的并且由該控制裝置控制的一個逆變器，該控制裝置可以包括被設計成對該初級感應電路中流動的電流進行測量的一個電流傳感器以及被設計成對該逆變器的開關的斷開和閉合加以控制并調整該逆變器的占空比和由該逆變器產生的電流頻率以便將該電流頻率鎖定到該感應系統的諧振頻率上的電流調節裝置。
[0022]有利地，該系統的控制裝置可以包括被設計成將該測量電流與取決于該電池的電量水平的一個電流閾值進行比較的一個比較模塊。
[0023]該系統的接收設備還可以包括與該電池的端子之一相耦合的至少一個保險絲。該保險絲提供了一個額外的安全特征，從而保證了即使在該橋式整流器存在一個有缺陷的部件的情況下也不可能出現該電池的短路。除此之外，該保險絲允許這兩個繼電器的故障占先，并且由此使該電池與該次級感應電路的其余部分脫離連接。
[0024]根據另一個方面，在一種實施方式中，提供了一種通過汽車外的初級感應電路與該車輛上安裝的且耦合至電池的次級感應電路之間的電力感應傳輸來對汽車的電池進行充電的安全的非接觸式方法。
[0025]根據本發明的一個總體特征，當該汽車上出現電氣故障時使該次級感應電路短路，并且當例如通過中斷將這些開關設定點發送至初級逆變器而檢測出該次級電感電路短路時發送一個命令以用于使該初級電感電路與該電力供應網絡脫離連接。
[0026]優選地，該次級感應電路的短路是使用通過多個繼電器而與該電池并聯的一個電容器的端子間電壓來控制的。
[0027]有利地，測量了該初級感應電路中流動的電流，并且基于該初級感應電路中流動的電流的變化來檢測該次級感應電路的短路。
[0028]該初級電路通過調節而優選地以其諧振頻率運行，這一頻率由于其在相同的充電過程期間可以變化而被連續地校正。如果例如將物體放入該車輛中，則重量增加，離地高度降低，并且因此該初級感應電路與該次級感應電路之間的距離被更改，這意味著諧振頻率的更改。該頻率設定點被連續地發送至該逆變器，這意味著用于地面下的短路檢測的時間的最優化。
[0029]所測量電流有利地與取決于該電池的電量水平的一個電流閾值作比較。
【附圖說明】
[0030]在檢查對一個非限制性實施例和一種非限制性實施方式的詳細說明以及這些附圖時，本發明的其他優點和特征將變得清楚，在附圖中:
[0031]-圖1示意性地示出了根據本發明的一個實施例的一種用于汽車的電池的非接觸式充電的系統；
[0032]-圖2呈現了在次級中出現故障時通過本發明展示的初級感應電路的端子間的電壓變化、次級感應電路的端子間的電壓變化、以及初級感應電路中的電流變化的圖表；
[0033]-圖3呈現了根據本發明的一種實施方式的一種用于對汽車的電池進行充電的安全非接觸式方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0034]圖1示出了根據本發明的一個實施例的一種用于對汽車的電池2進行非接觸式充電的系統I。
[0035]非接觸式充電系統I包括安裝在地下(例如在停車位中)的一個初級感應電路3以及車載安裝在該汽車上一個次級感應電路4。
[0036]初級感應電路3通過一個整流級6和一個逆變器7耦合到供應該次級感應電路3所需電力的一個電力供應網絡5上。次級感應電路4通過一個橋式整流器8以及各自耦合到電池2的一個端子上的兩個繼電器9而與電池2相親合。這些繼電器9可以在車輛電氣故障的情況下斷開，這允許電池2與次級感應電路4電氣解耦。
[0037]次級感應電路3和次級感應電路4各自包括串聯的一個對應的電感元件LjP L 2以及一個對應的電容元件CjP C 2。
[0038]橋式整流器8包括一個二極管橋D，該二極管橋在輸入處與次級感應電路4相耦合并且在輸出處通過這些繼電器9與電池2耦合。二極管橋D包括陰極與電池2正極端子“ + ”相耦合的兩個二極管以及陽極與電池2的負極端子相耦合的兩個二極管D。
[0039]在圖1中展示出的實例