用于无线电力传递中的双态阻抗转换的系统和方法

摘要

一个方面提供一种无线电力发射器(802)。所述无线电力发射器包含经配置以在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场的发射天线(LI)。所述无线电力发射器进一步包含第一电容器(CIA)。所述无线电力发射器进一步包含经配置以在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接所述第一电容器的至少一个开关(SI、S2)。所述第一电容器可在所述第一配置中与所述发射天线串联且在所述第二配置中与所述发射天线并联。

说明书

技术领域

本发明大体上涉及无线电力传递，且更具体来说，涉及与改变逆变器输出电流与逆 变器桥接电压的比率相关的装置、系统及方法。

背景技术

已引进例如车辆的远程系统，其包含从自例如电池的能量存储装置接收的电得到的 移动电力。举例来说，混合电动车辆包含使用来自车辆制动的电力的机载充电器及对车 辆充电的传统马达。仅为电动的车辆通常从其它源接收电以用于对电池充电。电池型电 动车辆(电动车辆)常常被提议经由某一类型的有线交流电(AC)(例如，家用或商用AC电 力)来充电。有线充电连接需要电缆或物理连接到电力供应器的其它类似连接器。电缆及 类似连接器可有时不方便或麻烦且具有其它缺点。能够在自由空间中传递电力(例如，经 由无线场)以用以对电动车辆充电的无线充电系统可克服有线充电解决方案的一些不足。

在某一设计中，电动车辆可经配置以通过有线电力供应器及无线电力供应器两者接 收电荷。各种双源电动车辆可交替地或同时接收有线及无线电力。由此，需要高效地及 有效地促进有线及无线电力的接收、调节及存储的无线充电系统及方法。

发明内容

在所附权利要求书的范围内的系统、方法及装置的各种实施方案各自具有若干方 面，所述方面中无单一一个方面单独地负责本文中所描述的合乎需要的属性。在不限制 所附权利要求书的范围的情况下，本文中描述一些重要特征。

本说明书中所描述的目标物的一或多个实施方案的细节在附图及以下描述中予以 阐述。其它特征、方面及优点将从所述描述、所述图式及权利要求书而变得显而易见。 应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。

一个方面提供一种无线电力发射器。所述无线电力发射器包含发射天线，所述发射 天线经配置以在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场。所述无线电力发射 器进一步包含第一电容器。所述无线电力发射器进一步包含至少一个开关，所述至少一 个开关经配置以在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接所述第一电容器。所述 第一电容器可在所述第一配置中与所述发射天线串联且在所述第二配置中与所述发射 天线并联。

在一实施例中，所述无线电力发射器可进一步包含与所述发射天线并联的第二电容 器。所述第一电容器可在第一配置中与所述第二电容器并联且在所述第二配置中与所述 第二电容器串联。在一实施例中，所述无线电力发射器可进一步包含与所述至少一个开 关串联的第三电容器。在一实施例中，所述第三电容器可经配置以补偿存在于第一配置 中的额外电抗性载荷。

在一实施例中，所述至少一个开关可不是谐振路径的部分。在一实施例中，所述至 少一个开关可经配置以基于发射天线与接收器之间的耦合而在所述第一和第二配置中 的一者中选择性地连接所述第一电容器。在一实施例中，所述无线电力发射器可进一步 包含至少一个处理器，所述至少一个处理器经配置以测量所述发射天线与所述接收器之 间的耦合且将所述耦合与阈值进行比较。

在一实施例中，所述无线电力发射器可进一步包含多抽头变压器，其经配置以在第 一配置中在第一匝比下操作且在第二配置中在第二匝比下操作。所述第一匝比可高于所 述第二匝比。

另一方面提供一种在无线电力发射器中发射无线充电电力的方法。所述方法包含在 发射天线处在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场。所述方法进一步包含 在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器。所述第一电容器在所述第 一配置中与所述发射天线串联且在所述第二配置中与所述发射天线并联。

在一实施例中，所述方法可进一步包含使第一电容器在所述第一配置中与所述第二 电容器并联连接且在所述第二配置中与所述第二电容器串联连接。所述第二电容器可与 所述发射天线并联。在一实施例中，所述无线电力发射器可包含与至少一个开关串联的 第三电容器。在一实施例中，所述第三电容器可经配置以补偿存在于第一配置中的额外 电抗性载荷。

在一实施例中，连接可经由至少一个开关可不是谐振路径的部分。在一实施例中， 所述方法可进一步包含基于发射天线与接收器之间的耦合而在所述第一和第二配置中 的一者中选择性地连接所述第一电容器。在一实施例中，所述方法可进一步包含测量所 述发射天线与所述接收器之间的耦合且将所述耦合与阈值进行比较。

在一实施例中，所述方法可进一步包含配置多抽头变压器以在第一配置中在第一匝 比下操作且在第二配置中在第二匝比下操作。所述第一匝比可高于所述第二匝比。

另一方面提供一种用于发射无线充电电力的设备。所述设备包含第一电容器。所述 设备进一步包含用于在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场的装置。所述 设备进一步包含用于在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器的装 置。所述第一电容器在所述第一配置中与所述用于产生的装置串联且在所述第二配置中 与所述用于产生的装置并联。

在一实施例中，所述设备可进一步包含第二电容器及用于使第一电容器在所述第一 配置中与第二电容器并联连接且在所述第二配置中与所述第二电容器串联连接的装置。 所述第二电容器可与所述用于产生的装置并联。在一实施例中，所述设备可进一步包含 与所述用于连接的装置串联的第三电容器。在一实施例中，所述第三电容器可经配置以 补偿存在于第一配置中的额外电抗性载荷。

在一实施例中，所述用于连接的装置可不是谐振路径的部分。在一实施例中，所述 设备可进一步包含用于基于发射天线与接收器之间的耦合而在所述第一和第二配置中 的一者中选择性地连接所述第一电容器的用于连接的装置。在一实施例中，所述设备可 进一步包含用于测量所述发射天线与所述接收器之间的耦合的用于连接的装置及将所 述耦合与阈值进行比较的用于连接的装置。

在一实施例中，所述设备可进一步包含配置多抽头变压器，其经配置以在第一配置 中在第一匝比下操作且在第二配置中在第二匝比下操作。所述第一匝比可高于所述第二 匝比。

另一方面提供一种非暂时性计算机可读媒体，其包含在被执行时致使设备在发射天 线处在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场的代码。所述媒体进一步包含 在被执行时致使所述设备在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器 的代码。所述第一电容器在所述第一配置中与所述发射天线串联且在所述第二配置中与 所述发射天线并联。

在一实施例中，所述媒体可进一步包含在被执行时致使所述设备在所述第一配置中 使第一电容器与所述第二电容器并联连接且在所述第二配置中与所述第二电容器串联 连接的代码。所述第二电容器可与所述发射天线并联。在一实施例中，所述设备可包含 与至少一个开关串联的第三电容器。在一实施例中，所述第三电容器可经配置以补偿存 在于第一配置中的额外电抗性载荷。

在一实施例中，连接可经由不是谐振路径的部分的至少一个开关。在一实施例中， 所述媒体可进一步包含在被执行时致使所述设备基于发射天线与接收器之间的耦合而 在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接所述第一电容器的代码。在一实施例 中，所述媒体可进一步包含在被执行时致使所述设备测量所述发射天线与所述接收器之 间的耦合且将所述耦合与阈值进行比较的代码。

在一实施例中，所述媒体可进一步包含在被执行时致使所述设备配置多抽头变压器 以在第一配置中在第一匝比下操作且在第二配置中在第二匝比下操作的代码。所述第一 匝比可高于所述第二匝比。

附图说明

图1为根据本发明的示范性实施例的用于给电动车辆充电的示范性无线电力传递系 统的图。

图2是图1的无线电力传递系统的示范性组件的示意图。

图3是展示图1的无线电力传递系统的示范性核心组件和辅助组件的另一功能框 图。

图4是展示根据本发明的示例性实施例的安置于电动车辆中的可更换无触点电池的 功能框图。

图5A、5B、5C和5D是根据本发明的示例性实施例的用于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6为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。

图7为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。

图8是根据一个实施例的底座无线充电系统的示意图。

图9A是根据一个实施例的并联配置中的底座无线充电系统的示意图。

图9B是根据一个实施例的并联配置中的底座无线充电系统的等效电路的示意图。

图10A是根据一个实施例的部分串联配置中的底座无线充电系统示意图。

图10B是根据一个实施例的部分串联配置中的底座无线充电系统的等效电路的示 意图。

图11是展示逆变器输出电流对失调的量的图表。

图12A是根据一个实施例的另一底座无线充电系统的示意图。

图12B是根据一个实施例的并联配置中的底座无线充电系统的等效电路的示意图。

图12C是根据一个实施例的部分串联配置中的底座无线充电系统的等效电路的示 意图。

图13是根据一个实施例的具有多抽头变压器的另一底座无线充电系统的示意图。

图14是根据一个实施例的并联配置中的具有多抽头变压器的底座无线充电系统的 示意图。

图15是根据一个实施例的部分串联配置中的具有多抽头变压器的底座无线充电系 统的示意图。

图16是无线电力发射的示范性方法的流程图。

图17是根据本发明的实施例的用于发射无线充电电力的设备的功能框图。

图式中所说明的各种特征可能未按比例绘制。因此，为清楚起见，可任意扩大或缩 小各种特征的尺寸。另外，一些图式可能未描绘给定系统、方法或装置的所有组件。最 后，相似参考数字可用以贯穿本说明书及各图表示相似特征。

具体实施方式

下文结合附图而阐述的详细描述意欲作为示范性实施例的描述，而并不意欲表示其 中可实践本发明的仅有实施例。遍及此描述所使用的术语“示范性”是指“充当实例、 例子或说明”，且未必应被解释为比其它示范性实施例优选或有利。为了提供对本发明 的示范性实施例的透彻理解，详细描述包含特定细节。在一些例子中，以框图形式展示 一些装置。

无线地传递电力可指将与电场、磁场、电磁场或其它者相关联的任何形式的能量从 发射器传递到接收器，而不使用物理电导体(例如，可通过自由空间来传递电力)。输出 到无线场(例如，磁场)中的电力可由“接收线圈”接收、俘获或耦合以实现电力传递。

电动车辆在本文中用以描述远程系统，远程系统的实例为包括从可充电能量存储装 置(例如，一或多个可再充电电化学电池或其它类型的电池)得到的电力作为其运动能力 的部分的车辆。作为非限制性实例，一些电动车辆可为除了电动马达以外还包含用于直 接运动或对车辆的电池进行充电的传统内燃机的混合电动车辆。其它电动车辆可从电力 汲取所有运动能力。电动车辆不限于汽车，且可包含摩托车、手推车、小型摩托车，及 其类似者。举例来说而非限制，本文描述呈电动车辆(EV)形式的远程系统。此外，还预 期可使用可充电能量存储装置而至少部分地供电的其它远程系统(例如，例如个人计算装 置等电子装置及其类似者)。

图1为根据本发明的一示范性实施例的用于对电动车辆112充电的示范性无线电力 传递系统100的图。当电动车辆112停车于底座无线充电系统102a附近时，无线电力 传递系统100实现电动车辆112的充电。说明了在停车区中用于待停车于对应的底座无 线充电系统102a及102b上方的两个电动车辆的空间。在一些实施例中，区域分配中心 130可连接到电力主干132且经配置以经由电力链路110将交流(AC)或直流(DC)供电提 供到底座无线充电系统102a。底座无线充电系统102a还包含用于无线地传递或接收电 力的基本系统感应线圈104a及天线136。电动车辆112可包含电池单元118、电动车辆 感应线圈116、电动车辆无线充电系统114，及天线140。电动车辆感应线圈116可(例 如)经由由底座系统感应线圈104a所产生的电磁场的区域来与底座系统感应线圈104a相 互作用。

在一些示范性实施例中，当电动车辆感应线圈116位于由底座系统感应线圈104a 所产生的能量场中时，电动车辆感应线圈116可接收电力。所述场对应于可由电动车辆 感应线圈116俘获由底座系统感应线圈104a所输出的能量的区域。举例来说，由底座 系统感应线圈104a输出的能量可处于足以对电动车辆112充电或供电(例如，足以对电 池单元118充电)的水平。在一些状况下，所述场可对应于底座系统感应线圈104a的“近 场”。近场可对应于存在由底座系统感应线圈104a中的电流及电荷产生的强反应场的区 域，所述强反应场不远离底座系统感应线圈104a辐射电力。在一些状况下，近场可对 应于在底座系统感应线圈104a的约1/2π波长内的区域(且对于电动车辆感应线圈116来 说，反之亦然)，如将在下文进一步描述。

地区配电中心130可经配置以经由通信回程134而与外部源(例如，电网)通信且经 由通信链路108而与底座无线充电系统102a通信。

底座无线充电系统102a及102b可经配置以经由天线136及138而与电动车辆无线 充电系统114通信。举例来说，无线充电系统102a可使用天线138与140之间的通信 信道而与电动车辆无线充电系统114通信。所述通信信道可为任何类型的通信信道，例 如，蓝牙、zigbee、蜂窝式、无线局域网(WLAN)，等等。在各种实施例中，底座无线充 电系统102a及102b可包含本文中分别相对于图8、9、10、12及13描述的底座无线充 电系统802、902A、1002A、1202A及/或1302中的任一者。

在一些实施例中，电动车辆感应线圈116可与底座系统感应线圈104a对准，且因 此由司机简单地安置于近场区内，从而相对于底座系统感应线圈104a而正确地定位电 动车辆112。在其它实施例中，可给予司机视觉反馈、听觉反馈或其组合，以确定电动 车辆112何时被恰当地放置以用于无线电力传递。在又其它实施例中，电动车辆112可 通过自动驾驶系统定位，所述自动驾驶系统可将电动车辆112来回移动(例如，呈Z字 形移动)直到对准误差已达到可容许值为止。此可在无司机干涉的情况下或在仅具有最小 司机干涉的情况下(前提是电动车辆112配备有伺服方向盘、超声波传感器及智能以调整 车辆)由电动车辆112自动地及自主地执行。在仍其它实施例中，电动车辆感应线圈116、 底座系统感应线圈104a或其组合可具有用于使所述感应线圈116与104a相对于彼此移 位及移动以更准确地将它们定向并在其间形成更有效率的耦合的功能性。

底座无线充电系统102a可位于多种位置中。作为非限制性实例，一些合适位置包 含在电动车辆112所有者的家中的停车区、为在常规的基于石油的加油站后模型化的电 动车辆无线充电所保留的停车区及在例如购物中心及工作场所等其它位置的停车场。

无线地对电动车辆充电可提供众多益处。举例来说，可自动地执行充电，而几乎不 具有司机干预和操纵，由此提高用户的便利性。还可不存在暴露的电触点且无机械磨损， 借此提高无线电力传递系统100的可靠性。可能不需要对电缆及连接器的操纵，且可不 存在可在室外环境中暴露于湿气及水的电缆、插头或插座，借此提高安全性。还可不存 在可见或可接近的插口、电缆和插头，借此减小对电力充电装置的潜在破坏行为。另外， 由于可将电动车辆112用作分布式存储装置以使电网稳定，所以可使用对接至电网解决 方案来增加针对车辆至电网(V2G)操作的车辆可用性。

如参看图1所描述的无线电力传递系统100还可提供美学及非阻碍优点。举例来说， 可不存在可阻碍车辆及/或行人的充电柱及电缆。

作为车辆至电网能力的进一步解释，无线电力发射及接收能力可经配置成互逆式， 使得底座无线充电系统102a将电力传递到电动车辆112且电动车辆112将电力传递到底 座无线充电系统102a(例如，在能量不足时)。此能力可用于通过在由可再生发电(例如， 风或太阳能)中的过度需求或不足引起的能量不足时允许电动车辆将电力贡献给整个分 配系统来使配电网稳定。

图2为图1的无线电力传递系统100的示范性组件的示意图。如图2中所示，无线 电力传递系统200可包含底座系统发射电路206，所述底座系统发射电路206包含具有 电感L₁的底座系统感应线圈204。无线电力传递系统200进一步包含电动车辆接收电路 222，所述电动车辆接收电路222包含具有电感L₂的电动车辆感应线圈216。本文中所 描述的实施例可使用电容负载型线回路(即，多匝线圈)，从而形成能够经由磁近场或电 磁近场将能量从初级结构(发射器)有效率地耦合到次级结构(接收器)(如果初级结构与次 级结构两者经调谐到共同谐振频率)的谐振结构。线圈可用于电动车辆感应线圈216及底 座系统感应线圈204。使用用于耦合能量的谐振结构可涉及“磁性耦合谐振”、“电磁耦 合谐振”，及/或“谐振感应”。将基于从底座无线电力充电系统202到电动车辆112的电 力传递来描述无线电力传递系统200的操作，但不限于此。举例来说，如上文所论述， 电动车辆112可将电力传递到底座无线充电系统102a。在各种实施例中，底座无线充电 系统202可包含本文中分别相对于图8、9、10、12及13描述的底座无线充电系统802、 902A、1002A、1202A及/或1302中的任一者。

参考图2，电力供应器208(例如，AC或DC)将电力P_SDC供应到底座无线电力充电 系统202以将能量传递到电动车辆112。底座无线电力充电系统202包含底座充电系统 电力转换器236。底座充电系统电力转换电路236可包含例如以下各者的电路：AC/DC 转换器，其经配置以将电力从标准干线AC转换到处于合适电压电平的DC电力；以及 DC/低频(LF)转换器，其经配置以将DC电力转换到处于适合于无线高电力传递的工作频 率的电力。底座充电系统电力转换器236将电力P₁供应到包含与底座系统感应线圈204 串联的电容器C₁的底座系统发射电路206，以在所要频率下发射电磁场。可提供电容器 C₁以与底座系统感应线圈204形成在所要频率下谐振的谐振电路。底座系统感应线圈 204接收电力P₁且在足以对电动车辆112充电或供电的电平下无线地发射电力。举例来 说，由底座系统感应线圈204无线地提供的功率电平可为大约数千瓦(kW)(例如，从1kW 到110kW的任何者，或更高或更低)。

包含底座系统感应线圈204的底座系统发射电路206及包含电动车辆感应线圈216 的电动车辆接收电路222可经调谐到大体上相同的频率，且可定位于由底座系统感应线 圈204及电动车辆感应线圈216中的一者发射的电磁场的近场内。在此情况下，底座系 统感应线圈204及电动车辆感应线圈116可变得彼此耦合，使得电力可被传递到包含电 容器C₂及电动车辆感应线圈216的电动车辆接收电路222。可提供电容器C₂以与电动 车辆感应线圈216形成在所要频率下谐振的谐振电路。要素k(d)表示在线圈分离下所得 的相互耦合系数。等效电阻R_eq,1及R_eq,2表示可为感应线圈204及216以及反电抗电容 器C₁及C₂所固有的损耗。包含电动车辆感应线圈316及电容器C₂的电动车辆接收电路 222接收电力P₂且将电力P₂提供到电动车辆充电系统214的电动车辆电力转换器238。

电动车辆电力转换器238可尤其包含LF/DC转换器，所述LF/DC转换器经配置以 将处于操作频率的电力转换回到处于与电动车辆电池组单元218的电压电平匹配的电压 电平的DC电力。电动车辆电力转换器238可提供经转换电力P_LDC以对电动车辆电池单 元218充电。电力供应器208、底座充电系统电力转换器236及底座系统感应线圈204 可静止且位于多种位置处，如上文所论述。电池单元218、电动车辆电力转换器238及 电动车辆感应线圈216可包含于作为电动车辆112的部分或电池组(未图示)的部分的电 动车辆充电系统214中。电动车辆充电系统214还可经配置以经由电动车辆感应线圈216 而将电力无线地提供到底座无线电力充电系统202以将电力馈入回到电网。电动车辆感 应线圈216及底座系统感应线圈204中的每一者可充当基于所述操作模式的发射或接收 感应线圈。

虽然未图示，但无线电力传递系统200可包含负载断开单元(LDU)以从无线电力传 递系统200安全地断开电动车辆电池单元218或电力供应器208。举例来说，在紧急或 系统故障的情况下，LDU可经触发以从无线电力传递系统200断开负载。可提供LDU 以作为对用于管理对电池到充电的电池管理系统的补充，或LDU可为电池管理系统的 部分。

另外，电动车辆充电系统214可包含开关电路(未图示)以用于将电动车辆感应线圈 216选择性地连接到电动车辆电力转换器238及选择性地断开电动车辆感应线圈216。 断开电动车辆感应线圈216可中止充电且还可调整如由底座无线充电系统102a(充当发 射器)“看到”的“负载”，其可用于从基座无线充电系统102a“掩盖”电动车辆充电系 统114(充当接收器)。可在发射器包含负载感测电路的情况下检测负载改变。因此，例 如底座无线充电系统202等发射器可具有用于确定例如电动车辆充电系统114等接收器 何时存在于底座系统感应线圈204的近场中的机制。

如上文所描述，在操作中，假定朝向车辆或电池的能量传递，从电力供应器208提 供输入电力以使得底座系统感应线圈204产生用于提供能量传递的场。电动车辆感应线 圈216耦合到辐射场且产生供电动车辆112储存或消耗的输出电力。如上文所描述，在 一些实施例中，底座系统感应线圈204及电动车辆感应线圈116是根据相互谐振关系而 配置，使得电动车辆感应线圈116的谐振频率及底座系统感应线圈204的谐振频率非常 接近或大体上相同。在电动车辆感应线圈216位于底座系统感应线圈204的近场中时， 底座无线电力充电系统202与电动车辆充电系统214之间的发射损耗最小。

如所陈述，通过将在发射感应线圈的近场中的能量的大部分耦合到接收感应线圈而 非将能量的大部分以电磁波传播到远场来进行有效能量传递。当处于近场中时，可在发 射感应线圈与接收感应线圈之间建立耦合模式。其中可发生此近场耦合的在感应线圈周 围的区域在本文中被称为近场耦合模式区。

虽然未图示，但底座充电系统电力转换器236及电动车辆电力转换器238两者可包 含振荡器、例如功率放大器等驱动器电路、滤波器，及用于与无线电力感应线圈有效耦 合的匹配电路。所述振荡器可经配置以产生所要频率，可响应于调整信号而调整所述频 率。可通过功率放大器以响应于控制信号的放大量放大振荡器信号。可包含滤波和匹配 电路以滤除谐波或其它不想要的频率，且使电力转换模块的阻抗匹配到无线电力感应线 圈。电力转换器236及238还可包含整流器和切换电路以产生合适的电力输出以对电池 充电。

如贯穿所揭示的实施例而描述的电动车辆感应线圈216及底座系统感应线圈204可 被称作或被配置为“环形”天线，且更具体来说是多匝环形天线。感应线圈204及216 还可在本文中被称作或被配置为“磁性”天线。术语“线圈”既定是指可无线地输出或 接收用于耦合到另一“线圈”的能量的组件。线圈也可被称作经配置以无线地输出或接 收电力的类型的“天线”。如本文所使用，线圈204及216是经配置以无线地输出、无 线地接收及/或无线地中继电力的类型的“电力传递组件”。环形(例如，多匝环形)天线 可经配置以包含空气芯或物理芯，例如铁氧体芯。此外，空气芯环形天线可允许将其它 组件放置在芯区域内。包含铁磁体或铁磁性材料的物理芯天线可允许形成更强的电磁场 且改进的耦合。

如上文所论述，在发射器与接收器之间的匹配或几乎匹配的谐振期间发生发射器与 接收器之间的能量的有效传递。然而，甚至在发射器与接收器之间的谐振不匹配时，也 可在较低效率下传递能量。通过将来自发射感应线圈的近场的能量耦合到驻留于其中建 立有此近场的区内(例如，在谐振频率的预定频率范围内，或在近场区的预定距离内)的 接收感应线圈而非将能量从发射感应线圈传播到自由空间中来进行能量的传递。

谐振频率可基于包含感应线圈(例如，底座系统感应线圈204)的发射电路的电感及 电容，如上文所描述。如图2中所示，电感可一般为感应线圈的电感，而可将电容添加 到感应线圈以在所要的谐振频率下产生谐振结构。作为非限制性实例，如图2中所展示， 可与感应线圈串联地添加电容器以形成产生电磁场的谐振电路(例如，底座系统发射电路 206)。因此，对于较大直径感应线圈来说，用于诱发谐振的电容的值可随线圈的直径或 电感增加而减小。电感还可取决于感应线圈的匝数。此外，随着感应线圈的直径增加， 近场的有效能量传递面积可增加。其它谐振电路是可能的。作为另一非限制实例，可将 电容器并联地放置于感应线圈的两个端子之间(例如，并联谐振电路)。此外，感应线圈 可经设计成具有高质量(Q)因数以改进感应线圈的谐振。举例来说，Q因数可为300或更 大。

如上文所描述，根据一些实施例，揭示了将电力耦合于在彼此的近场中的两个感应 线圈之间。如上文所描述，近场可对应于存在电磁场的在感应线圈周围的区，但可不远 离感应线圈传播或辐射。近场耦合模式区可对应于在感应线圈的物理体积附近的体积， 通常在波长的小分数内。根据一些实施例，将电磁感应线圈(例如，单匝循环天线及多匝 循环天线)用于发射与接收两者，这是因为在实际实施例中与电型天线(例如，小偶极)的 电近场相比，磁型线圈的磁近场振幅趋向于较高。这允许所述对天线之间的潜在较高耦 合。此外，可使用“电”天线(例如，偶极和单极)或磁性与电天线的组合。

图3为展示图1的无线电力传递系统100的示范性核心组件及辅助组件的另一功能 框图。无线电力传递系统300说明用于底座系统感应线圈304及电动车辆感应线圈316 的通信链路376、导引链路366，及对准系统352、354。如上文参看图2所描述且假定 能量朝向电动车辆112流动，在图3中，底座充电系统电力接口360可经配置以将电力 从例如AC或DC电力供应器126等电源提供到充电系统电力转换器336。底座充电系 统电力转换器336可从底座充电系统电力接口360接收AC或DC电力以在底座系统感 应线圈304的谐振频率处或附近激发底座系统感应线圈304。电动车辆感应线圈316当 在近场耦合模式区中时可从所述近场耦合模式区接收能量以在谐振频率下或附近振荡。 电动车辆电力转换器338将来自电动车辆感应线圈316的振荡信号转换到适合于经由电 动车辆电力接口对电池充电的电力信号。

底座无线充电系统302包含底座充电系统控制器342且电动车辆充电系统314包含 电动车辆控制器344。底座充电系统控制器342可包含到其它系统(未图示)(例如，计算 机、无线装置及配电中心或智能电网)的底座充电系统通信接口。电动车辆控制器344 可包含到其它系统(未图示)(例如，车辆上的机载计算机、其它电池充电控制器、车辆内 的其它电子系统及远程电子系统)的电动车辆通信接口。在各种实施例中，底座无线充电 系统302可包含本文中分别相对于图8、9、10、12及13描述的底座无线充电系统802、 902A、1002A、1202A及/或1302中的任一者。

底座充电系统控制器342及电动车辆控制器344可包含用于具有单独通信信道的特 定应用的子系统或模块。这些通信信道可为单独的物理信道或单独的逻辑信道。作为非 限制性实例，底座充电对准系统352可经由通信链路356而与电动车辆对准系统354通 信以提供用于自主地或在操作者辅助下更紧密地对准底座系统感应线圈304与电动车辆 感应线圈316的反馈机制。类似地，底座充电导引系统362可经由导引链路366而与电 动车辆导引系统364通信以提供反馈机制，以在对准基本系统感应线圈304与电动车辆 感应线圈316的过程中导引操作者。另外，可存在由底座充电通信系统372及电动车辆 通信系统374支持的单独通用通信链路(例如，信道)(例如，通信链路376)，以用于在底 座无线电力充电系统302与电动车辆充电系统314之间传达其它信息。此信息可包含关 于电动车辆特性、电池特性、充电状态及底座无线电力充电系统302与电动车辆充电系 统314两者的电力能力的信息以及电动车辆112的维修及诊断数据。这些通信链路或信 道可为单独物理通信信道(例如，专用短程通信(DSRC)、IEEE802.11x(例如，Wi-Fi)、蓝 牙、zigbee、蜂窝式、红外线等)。

电动车辆控制器344还可包含：管理电动车辆主电池的充电及放电的电池管理系统 (BMS)(未图示)、基于微波或超声波雷达原理的停车辅助系统；制动系统，其经配置以 执行半自动停车操作；及方向盘伺服系统，其经配置以辅助可提供较高停车准确度的较 大程度自动化的停车“按线停车”，因此减少对底座无线电力充电系统102a及电动车辆 充电系统114中的任一者中的机械水平感应线圈对准的需求。此外，电动车辆控制器344 可经配置以与电动车辆112的电子器件通信。举例来说，电动车辆控制器344可经配置 以与以下各者通信：视觉输出装置(例如，仪表板显示器)、声学/音频输出装置(例如，蜂 鸣器、扬声器)、机械输入设备(例如，键盘、触摸屏幕，及例如操纵杆、轨迹球等指向 装置)，及音频输入设备(例如，具有电子语音辨识的麦克风)。

此外，无线电力传递系统300可包含检测及传感器系统。举例来说，无线电力传递 系统300可包含用于与系统一起使用以将司机或车辆恰当地导引到充电点的传感器、以 所需的分离/耦合来互相对准感应线圈的传感器、检测可阻碍电动车辆感应线圈316移动 到特定高度及/或位置以实现耦合的物体的传感器及用于与系统一起使用以执行系统的 可靠、无损害且安全的操作的安全传感器。举例来说，安全传感器可包含用于以下用途 的传感器：检测接近无线电力感应线圈104a、116超过安全半径的动物或儿童的存在、 检测可变热(感应加热)的在底座系统感应线圈304附近的金属物体、检测危险事件(例如， 底座系统感应线圈304上的遇热发光物体)及对底座无线电力充电系统302及电动车辆充 电系统314组件进行温度监控。

无线电力传递系统300还可支持经由有线连接的插入式充电。有线充电端口可在将 电力传递到电动车辆112或从电动车辆112传递电力之前将两个不同充电器的输出整 合。开关电路可按需要提供用以支持无线充电及经由有线充电端口的充电两者的功能 性。

为在底座无线充电系统302与电动车辆充电系统314之间进行通信，无线电力传递 系统300可使用频带内信令与RF数据调制解调器(例如，在未经许可的频带中的经由无 线电的以太网)两者。频带外通信可提供足够带宽以用于将增值服务分配给车辆用户/拥 有者。无线电力载波的低深度振幅或相位调制可充当具有最小干扰的频带内信令系统。

另外，可经由无线电力链路在不使用特定通信天线的情况下执行某一通信。例如， 无线电力感应线圈304及316还可经配置以充当无线通信发射器。因此，底座无线电力 充电系统302的一些实施例可包含用于在无线电力路径上启用键控类型协议的控制器 (未图示)。通过使用预定义的协议以预定义的间隔来键控发射功率电平(幅移键控)，接收 器可检测来自发射器的串行通信。底座充电系统电力转换器336可进一步包含负载感测 电路(未图示)以用于检测在由底座系统感应线圈304所产生的近场附近的作用中电动车 辆接收器的存在或不存在。举例来说，负载感测电路监控流到功率放大器的电流，其受 在由底座系统感应线圈104a所产生的近场附近的作用中接收器的存在或不存在影响。 对功率放大器上的负载的改变的检测可由底座充电系统控制器342来监控以用于在确定 是否启用振荡器以用于发射能量、是否将与作用中接收器通信或其组合过程中使用。

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。

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 112一起使用。

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。

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。

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104a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。

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。

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。

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。

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。

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。

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102a充分地对准。

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102a。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。

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102a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。

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)、HF6.78MHz(ITU-RISM频带6.765到6.795MHz)、HF13.56 MHz(ITU-RISM频带13.553到13.567)，及HF27.12MHz(ITU-RISM频带26.957到 27.283)。

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30 mm、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。

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104a及104b。在BCU经历各种状态时，BCU 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。

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L_B、隔离变压器TX、第一开关S1、第二开关S2、第二电 容器C_1A、第三电容器C_1B及底座系统感应线圈L₁。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L₁)及反电抗电容器(例如，第四及第五 电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。

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(SPDT)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)。

逆变器桥H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H 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H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H提供逆变器输出电压V_i及逆变器输出电流I_i。在所说明的实施例中，逆变器桥H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。

第一电容器C_B及第一电感器L_B充当匹配阻抗jX。第一电容器C_B及第一电感器L_B一起可形成针对jX转动的LCL网络的第一感应元件。在各种实施例中，电容器C_B及 第一电感器L_B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C_B包含至少电耦合到逆变器桥H的第一端子的第一端子及电耦合到第一电感 器L_B的第一端子的第二端子。在所说明的实施例中，第一电感器L_B包含至少电耦合到 第一电容器C_B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。

隔离变压器TX用以将发射底座系统感应线圈L₁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I_i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1:n1。

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L_B的第二端子的第一端子及电耦合到逆变器桥H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L₁的第二端子的第二端子。

可提供电容器C_1A及C_1B以与底座系统感应线圈L₁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C_1A及C_1B可形成上文相对于图2描述的电容器C₁。第 二电容器C_1A具有特性阻抗-jβX，其中β是本文中更详细地描述的调谐变化。第三电容 器C_1B具有特性阻抗-j(1-β)X。

第二电容器C_1A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L₁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C_1B的第一 端子的第二端子。第二电容器C_1A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C_1A与底座系统感 应线圈L₁并联配置且与第三电容器C_1B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C_1A与底座系统感应线圈L₁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。

第三电容器C_1B至少包含电耦合到第二开关S2的第二端子及第二电容器C_1A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L₁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L₁并联配置。在第 二电容器C_1A设定在并联配置中时，第二电容器C_1A与第三电容器C_1B串联配置且与底 座系统感应线圈L₁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 C_1A与第三电容器C_1B并联配置且与底座系统感应线圈L₁串联配置。第三电容器C_1B可 载运电流I_C。

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L₁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I_i。

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，及电耦合到第二电容器C_1A的第二端子及 第三电容器C_1B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I_i。

底座系统感应线圈L₁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L₁无线地提供的电力电平可为千瓦(kW)级(例如，从1kW 到110kW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L₁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L₁可 用于其它目的，不限于无线或电动车辆充电。

底座系统感应线圈L₁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L₁可载运底座系统输出电流I₁，其还可被称作谐振电流I₁。在各种实施例中， 底座系统输出电流I₁可为逆变器输出电流I_i的倍数，例如在逆变器输出电流I_i的大约两 倍与大约六倍之间、逆变器输出电流I_i的大约四倍，或逆变器输出电流I_i的大约五倍。 在各种实施例中，底座系统输出电流I₁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I_i可在大约6A与大约12A之间，例如大约8A、大约9A或大 约10A。

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L₁变化，致使磁耦合及输出电力 变化。因此，底座系统输出电流I₁可变化。然而，逆变器输出电流I_i可由四个因素控制 及限制：逆变器桥H的直流电(DC)总线电压、最大逆变器输出电压V_i、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。

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C_1A。阶跃改变可减小在操作期间逆 变器桥H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H及输入功率因子校正单元可维持优选区中的操作。例如，通过在部分串联配置与 并联配置之间切换，底座系统输出电流I₁可在不改变逆变器输出电流I_i的情况下变化。

在一个实施例中，开关S1及S2可由控制器断开及闭合。例如，底座充电系统控制 器342(图3)可经配置以将第二电容器C_1A从部分串联配置切换到并联配置且反之亦然。 在并联配置中，底座充电系统控制器342可闭合第一开关S1且断开第二开关S2。在部 分串联配置中，底座充电系统控制器342可断开第一开关S1且闭合第二开关S2。在一 些实施例中，底座充电系统控制器342不同时断开开关S1及S2或同时闭合开关S1及 S2。在其它实施例中，开关S1及S2被同时断开及/或闭合。

图9A是根据一个实施例的并联配置中的底座无线充电系统902A的示意图。在各 种实施例中，底座无线充电系统902A可包含例如上文分别相对于图1到3及8描述的 底座无线充电系统102a、102b、202、302及802中的任一者。如所展示，底座无线充 电系统902A包含逆变器桥H、第一电容器C_B、第一电感器L_B、隔离变压器TX、第一 开关S1、第二开关S2、第二电容器C_1A、第三电容器C_1B，及底座系统感应线圈L₁。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L₁) 及反电抗电容器(例如，第二及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。

虽然图9A中展示无线充电系统902A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(SPDT)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)。

在图9A的所说明的实施例中，第一开关S1闭合且第二开关S2断开。因此，第二 电容器C_1A设定在并联配置中。换句话说，通过短接第一开关S1且断开第二开关S2， 第二电容器C_1A(其具有阻抗-jβX)与第三电容器C_1B(其具有阻抗-j(1-β)X)串联配置。此外， 第二电容器C_1A及第三电容器C_1B与底座系统感应线圈L₁(其具有阻抗jX)并联配置以形 成并联谐振网络。在此配置中，LCL网络的特性阻抗是X。在下图9B中展示此并联补 偿配置的等效电路。

在并联配置中，第二电容器C1A载运电流I_C。第一开关S1载运电流I_i。在第一开 关S1短接时跨越第二开关S2的电压应力由等式1确定：

V_S2＝I_C*βX…(1)

图9B是根据一个实施例的并联配置中的底座无线充电系统的等效电路902B的示意 图。在一实施例中，等效电路902B可包含上文相对于图9A描述的底座无线充电系统 902A的等效电路。如所展示，等效电路902B包含逆变器桥H、等效电容器C_B、等效 电感器L_B、等效电容器C_1A+C_1B、等效电感器L₁，及有效负载R。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L₁)及反电抗电容器(例如， 第二及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。虽然图9B中展示无线充电系统902B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。

因为第二电容器C_1A及第三电容器C_1B是串联的，所以等效电容器C_1A+C_1B具有特 性阻抗-jX。等效电感器L₁具有与等效电容器C_1A+C_1B谐振的特性阻抗jX。匹配的等效 电容器C_B及等效电感器L_B还具有组合阻抗jX。因此，等效电容器C_B及等效电感器L_B形成LCL网络的第一电感器，等效电容器C_1A+C_1B形成LCL网络的电容器，且等效电 感器L₁及有效负载R形成LCL网络的第二电感器。

图10A是根据一个实施例的部分串联配置中的底座无线充电系统1002A的示意图。 在各种实施例中，底座无线充电系统1002A可包含例如上文分别相对于图1到3及8描 述的底座无线充电系统102a、102b、202、302及802中的任一者。如所展示，底座无 线充电系统1002A包含逆变器桥H、第一电容器C_B、第一电感器L_B、隔离变压器TX、 第一开关S1、第二开关S2、第二电容器C_1A、第三电容器C_1B，及底座系统感应线圈 L₁。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 L₁)及反电抗电容器(例如，第二及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。

虽然图10A中展示无线充电系统1002A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(SPDT)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)。

在图10A的所说明的实施例中，第一开关S1断开且第二开关S2闭合。因此，第二 电容器C_1A设定在部分串联配置中。换句话说，通过断开第一开关S1且短接第二开关 S2，第二电容器C_1A(其具有阻抗-jβX)与底座系统感应线圈L₁(其具有阻抗jX)串联配置。 此外，第二电容器C_1A及底座系统感应线圈L₁与第三电容器C_1B(其具有阻抗-j(1-β)X)并 联配置以形成并联谐振网络。在此配置中，LCL网络的特性阻抗是(1-β)X。换句话说， 底座系统输出电流I₁增加了1/(1-β)倍。在下图10B中展示此并联补偿配置的等效电路。

在部分串联配置中，第二电容器C1A载运电流I₁。第二开关S2载运电流I_i。在第 二开关S2短接时跨越第一开关S1的电压应力由等式2确定：

V_S2＝I₁*βX…(2)

图10B是根据一个实施例的部分串联配置中的底座无线充电系统的等效电路1002B 的示意图。在一实施例中，等效电路1002B可包含上文相对于图10A描述的底座无线充 电系统1002A的等效电路。如所展示，等效电路1002B包含逆变器桥H、等效电容器 C_B、等效电感器L_B、等效电容器C_1B、等效电感器L₁+C_1A，及有效负载R。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L₁)及反电抗电 容器(例如，第二及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。虽然图10B中展示无线充电系 统1002B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。

因为第二电容器C_1A及底座系统感应线圈L₁串联，所以等效电感器L₁+C_1A具有特 性阻抗j(1-β)X。等效电容器C_1B具有与等效电感器L₁+C_1A谐振的特性阻抗-j(1-β)X。因 此，等效电容器C_B及等效电感器L_B形成LCL网络的第一电感器，等效电容器C_1B形成 LCL网络的电容器，且等效电感器L₁+C_1A及有效负载R形成LCL网络的第二电感器。

归因于LCL网络特性阻抗的改变，等效电容器C_B及等效电感器L_B等效地具有拥有 jβX的阻抗值的额外电抗成分。具有jβX值的此额外电抗成分可迫使逆变器桥供应额外 的无功伏安(VAR)。在等式3中给出此额外VAR与相对于LCL网络的调谐变化β及载 荷谐振Q的所供应功率的比率：

$\frac{VAR}{P}=\frac{-\beta R}{{(1-\beta )}^{2}X}=\frac{-\beta }{(1-\beta )Q}\mathrm{...}\left(3\right)$

因为VA²＝P²+VAR²，所以对于相同的逆变器输出电压V_i，逆变器输出电流I_i的增加 (仅考虑基本分量)可如等式4中所展示而表达：

${\mathrm{\Delta I}}_i\propto \sqrt{1+{\left(\frac{\beta }{(1-\beta )Q}\right)}^2}...\left(4\right)$

在一些实施例中，电力供应器谐振Q保持等于或大于1。例如，在变化β为0.5且 Q为1.5的情况下，对于相同的逆变器输出电压V_i，I_i的量值中的增加可为大约20％。 在图11中展示I_i的增加对失调的量β的图表。

图11是展示逆变器输出电流对失调的量的图表1100。x轴展示失调的量β，如上文 相对于图8到10B所描述。y轴展示上文相对于图8到10B所论述的逆变器输出电流I_i中的改变。图表1100采用稳定的最大逆变器输出电压V_i及1.5的载荷Q。

返回参看图8到10，在一些实施例中，可通过添加与开关S1及S2串联的一或多个 电容器而补偿额外电抗性载荷jβX。例如，在闭合每一开关S1及S2时，一或多个电容 器可形成LCL网络的第一分支，其具有阻抗jX以保持其被调谐。在一些实施例中，可 不需要额外的电容器以在两个操作状态中实现完全调谐的LCL网络。

图12A是根据一个实施例的另一底座无线充电系统1202的示意图。在各种实施例 中，底座无线充电系统1202A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1202A包含逆 变器桥接器H、第一电容器C_B、第一电感器L_B、隔离变压器TX、第一开关S1、第二 开关S2、第二电容器C_1A、第三电容器C_1B、第四电容器C_TX1、第五电容器C_TX2及底座 系统感应线圈L₁。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L₁)及反电抗电容器(例如，第二及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。

虽然图12A中展示无线充电系统1202A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(SPDT)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)。例如，在一些实施例中，取决于在将C_1A从并联配置切换到部分串联 配置且反之亦然期间额外电抗成分的极性，第四电容器C_TX2可被第二电感器L_TX1(未图 示)替换。作为一实例，在其中第一电容器C_B及第一电感器L_B在并联配置期间的总阻抗 是j(1-β)X的实施例中，第二电感器L_TX1可具有阻抗jβX以保持LCL网络被调谐。随后， 在部分串联配置中期间，可省略第五电容器C_TX2(或第三电感器L_TX2，未展示)。

逆变器桥H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H 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H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12A中展示的逆变 器桥H提供逆变器输出电压V_i及逆变器输出电流I_i。在所说明的实施例中，逆变器桥H 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。

第一电容器C_B及第一电感器L_B充当匹配阻抗jX。第一电容器C_B及第一电感器L_B一起可形成针对jX转动的LCL网络的第一感应元件。在各种实施例中，电容器C_B及 第一电感器L_B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C_B包含至少电耦合到逆变器桥H的第一端子的第一端子及电耦合到第一电感 器L_B的第一端子的第二端子。在所说明的实施例中，第一电感器L_B包含至少电耦合到 第一电容器C_B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。

隔离变压器TX用以将发射底座系统感应线圈L₁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I_i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1:n1。

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L_B的第二端子的第一端子及电耦合到逆变器桥H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L₁的第二端子的第二端子。

可提供电容器C_1A及C_1B以与底座系统感应线圈L₁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C_1A及C_1B可形成上文相对于图2描述的电容器C₁。第 二电容器C_1A具有特性阻抗-jβX，其中β是本文中更详细地描述的调谐变化。第三电容 器C_1B具有特性阻抗-j(1-β)X。

第二电容器C_1A包含至少电耦合到第四电容器C_TX1的第二端子及底座系统感应线圈 L₁的第一端子的第一端子，及电耦合到第五电容器C_TX2的第二端子及第三电容器C_1B的第一端子的第二端子。第二电容器C_1A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C_1A与底座 系统感应线圈L₁并联配置且与第三电容器C_1B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C_1A与底座系统感应线圈L₁串联配置且与第三电容器C_1B并联配 置。

第三电容器C_1B包含至少电耦合到第五电容器C_TX2的第二端子及第二电容器C_1A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L₁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L₁并联配置。 在第二电容器C_1A设定在并联配置中时，第二电容器C_1A与第三电容器C_1B串联配置且 与底座系统感应线圈L₁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C_1A与第三电容器C_1B并联配置且与底座系统感应线圈L₁串联配置。第三电容器 C_1B可载运电流I_C。

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，及电耦合到第四电容器C_TX1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I_i。

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，及电耦合到第五电容器C_TX2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I_i。

底座系统感应线圈L₁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L₁无线地提供的电力电平可为千瓦(kW)级(例如，从1kW 到110kW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L₁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L₁可 用于其它目的，不限于无线或电动车辆充电。

底座系统感应线圈L₁可驱动在图12A中由有效负载R表示的接收器侧负载。底座 系统感应线圈L₁可载运底座系统输出电流I₁，其还可被称作谐振电流I₁。在各种实施例 中，底座系统输出电流I₁可为逆变器输出电流I_i的倍数，例如在逆变器输出电流I_i的大 约两倍与大约六倍之间、逆变器输出电流I_i的大约四倍，或逆变器输出电流I_i的大约五 倍。在各种实施例中，底座系统输出电流I₁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I_i可在大约6A与大约12A之间，例如大约8A、大约9A 或大约10A。

在第一开关S1闭合时，第四电容器C_TX1用以连同第一电容器C_B及第一电感器L_B一起形成LCL网络的第一分支。换句话说，第四电容器C_TX1当在并联配置中时可调谐 底座无线充电系统1202A。在一实施例中，可省略第四电容器C_TX1。在第二开关S2闭 合时，第五电容器C_TX2用以连同第一电容器C_B及第一电感器L_B一起形成LCL网络的 第一分支。换句话说，第五电容器C_TX2当在部分串联配置中时可调谐底座无线充电系统 1202A。第四电容器C_TX1联合第一电容器C_B及第一电感器L_B的总阻抗可为jX。第五电 容器C_TX2联合第一电容器C_B及第一电感器L_B的总阻抗可为j(1-β)X。在下图12B到12C 中展示并联及部分串联配置的等效电路。

图12B是根据一个实施例的并联配置中的底座无线充电系统的等效电路1202B的示 意图。在一实施例中，等效电路1202B可包含上文相对于图9A描述的底座无线充电系 统902A的等效电路。如所展示，等效电路1202B包含逆变器桥H、等效电容器C_B、等 效电感器L_B、等效电容器C_TX1、等效电容器C_1A+C_1B、等效电感器L₁，及有效负载R。 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L₁) 及反电抗电容器(例如，第四及第五电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。虽然图12B中展示 无线充电系统1202B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。

因为第二电容器C_1A及第三电容器C_1B是串联的，所以等效电容器C_1A+C_1B具有特 性阻抗-jX。等效电感器L₁具有与等效电容器C_1A+C_1B谐振的特性阻抗jX。等效电容器 C_B、等效电感器L_B及等效电容器C_TX1具有组合阻抗jX。因此，等效电容器C_B、等效 电感器L_B及等效电容器C_TX1形成LCL网络的第一电感器，等效电容器C_1A+C_1B形成 LCL网络的电容器，且等效电感器L₁及有效负载R形成LCL网络的第二电感器。

图12C是根据一个实施例的部分串联配置中的底座无线充电系统的等效电路1202C 的示意图。在一实施例中，等效电路1202C可包含上文相对于图10A描述的底座无线充 电系统1002A的等效电路。如所展示，等效电路1202C包含逆变器桥H、等效电容器 C_B、等效电感器L_B、等效电容器C_TX2、等效电容器C_1B、等效电感器L₁+C_1A，及有效 负载R。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L₁)及反电抗电容器(例如，第四及第五电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。虽然图12C 中展示无线充电系统1202C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。

因为第二电容器C_1A及底座系统感应线圈L₁是串联的，所以等效电容器L₁+C_1A具 有特性阻抗j(1-β)X。等效电容器C_1B具有与等效电感器L₁+C_1A谐振的特性阻抗-j(1-β)X。 等效电容器C_B、等效电感器L_B及等效电容器C_TX2具有匹配的组合阻抗j(1-β)X。因此， 等效电容器C_B、等效电感器L_B及等效电容器C_TX2形成LCL网络的第一电感器，等效 电容器C_1B形成LCL网络的电容器，且等效电感器L₁+C_1A及有效负载R形成LCL网络 的第二电感器。

在一实施例中，底座无线充电系统还可在调整变压器匝比的同时改变LCL网络的特 性阻抗。因此，控制器可基于检测到的磁耦合变化及载荷需求而调整I₁及V_i之间的比 率。在图13到15中展示具有多次级抽头变压器的初级电力供应器的一个实施例。

图13是根据一个实施例的具有多抽头变压器的另一底座无线充电系统1302的示意 图。在各种实施例中，底座无线充电系统1302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1302包含逆变器桥接器H、第一电容器C_B、第一电感器L_B、多抽头变压器TX、 第一开关S1、第二开关S2、第二电容器C_1A、第三电容器C_1B、第四电容器C_TX1、第五 电容器C_TX2及底座系统感应线圈L₁。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L₁)及反电抗电容器(例如，第二及第三电容器C_1A及 C_1B)固有的损耗。

虽然图13中展示无线充电系统1302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。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)。

逆变器桥H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H 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H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13中展示的逆变 器桥H提供逆变器输出电压V_i及逆变器输出电流I_i。在所说明的实施例中，逆变器桥H 包含至少电耦合到电容器C_B的第一端子的第一端子，及电耦合到多抽头变压器TX的初 级线圈的第二端子的第二端子。

第一电容器C_B及第一电感器L_B充当匹配阻抗jX。第一电容器C_B及第一电感器L_B一起可形成针对jX转动的LCL网络的第一感应元件。在各种实施例中，电容器C_B及 第一电感器L_B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C_B包含至少电耦合到逆变器桥H的第一端子的第一端子及电耦合到第一电感 器L_B的第一端子的第二端子。在所说明的实施例中，第一电感器L_B包含至少电耦合到 第一电容器C_B的第二端子的第一端子及电耦合到多抽头变压器TX的初级线圈的第一端 子的第二端子。

多抽头变压器TX用以将发射底座系统感应线圈L₁与干线电力电隔离。在一些实施 例中，多抽头变压器TX可将逆变器输出电流I_i传播到开关S1及S2。在一些实施例中， 可省略多抽头变压器TX。在所说明的实施例中，多抽头变压器TX具有基于抽头输出的 可选择的匝比。所述可选择的匝比可例如为1:1、2:1等。在其它实施例中，多抽头变压 器TX可具有其它匝比，例如1:n1。

在所说明的实施例中，多抽头变压器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L_B的第二端子的第一端子及电耦合到逆变器桥H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四电容器C_TX1的第一端子的第一端 子，及电耦合到第五电容器C_TX2的第一端子的第二端子，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L₁的第二端子的第三端子。次级线圈的第一端子处的输出 电压是V_TX1且次级线圈的第二端子处的输出电压是V_TX2，其可为V_TX1的分数。

可提供电容器C_1A及C_1B以与底座系统感应线圈L₁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C_1A及C_1B可形成上文相对于图2描述的电容器C₁。第 二电容器C_1A具有特性阻抗-jβX，其中β是本文中更详细地描述的调谐变化。第三电容 器C_1B具有特性阻抗-j(1-β)X。

第二电容器C_1A包含至少电耦合到第二开关S2的第二端子及底座系统感应线圈L₁的第一端子的第一端子，及电耦合到第一开关S1的第二端子及第三电容器C_1B的第一 端子的第二端子。第二电容器C_1A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C_1A与底座系统感 应线圈L₁并联配置且与第三电容器C_1B串联配置。在所述并联配置中，第二电容器C_1A可接收第二抽头电压V_TX2，其可具有比第一抽头电压V_TX1低的绝对值。在还被称作部 分串联配置的第二配置中，第二电容器C_1A与底座系统感应线圈L₁串联配置且与第三电 容器C_1B并联配置。在所述并联配置中，第二电容器C_1A可接收第一抽头电压V_TX1，其 可具有比第二抽头电压V_TX2高的绝对值。在本文中相对于图14展示且描述所述并联配 置，在本文中相对于图15展示且描述所述部分串联配置。

第三电容器C_1B包含至少电耦合到第一开关S1的第二端子及第二电容器C_1A的第二 端子的第一端子，及电耦合到多抽头变压器TX的次级线圈的第二端子及底座系统感应 线圈L₁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L₁并联配置。在 第二电容器C_1A设定在并联配置中时，第二电容器C_1A与第三电容器C_1B串联配置且与 底座系统感应线圈L₁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C_1A与第三电容器C_1B并联配置且与底座系统感应线圈L₁串联配置。第三电容器C_1B可载运电流I_C。

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包含电耦合到多抽头变压器TX的次级线圈的第 一端子(经由第四电容器C_TX1的第二端子)的第一端子，及电耦合到第二电容器C_1A的第 二端子及第三电容器C_1B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 I_i。

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包含电耦合到多抽头变压器TX的次级线圈的第 二端子(经由第五电容器C_TX2的第二端子)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L₁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I_i。

底座系统感应线圈L₁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L₁无线地提供的电力电平可为千瓦(kW)级(例如，从1kW 到110kW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L₁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L₁可 用于其它目的，不限于无线或电动车辆充电。

底座系统感应线圈L₁可驱动在图13中由有效负载R表示的接收器侧负载。底座系 统感应线圈L₁可载运底座系统输出电流I₁，其还可被称作谐振电流I₁。在各种实施例中， 底座系统输出电流I₁可为逆变器输出电流I_i的倍数，例如在逆变器输出电流I_i的大约两 倍与大约六倍之间、逆变器输出电流I_i的大约四倍，或逆变器输出电流I_i的大约五倍。 在各种实施例中，底座系统输出电流I₁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I_i可在大约6A与大约12A之间，例如大约8A、大约9A或大 约10A。

在第一开关S1闭合时，第四电容器C_TX1用以连同第一电容器C_B及第一电感器L_B一起形成LCL网络的第一分支。换句话说，第四电容器C_TX1当在部分串联配置中时可 调谐底座无线充电系统1202。在第二开关S2闭合时，第五电容器C_TX2用以连同第一电 容器C_B及第一电感器L_B一起形成LCL网络的第一分支。换句话说，第五电容器C_TX2当在并联配置中时可调谐底座无线充电系统1202。在一实施例中，可省略第五电容器 C_TX2。

在第二开关S2闭合时，多抽头变压器TX可在低匝比状态中操作且LCL网络可在 相对较高的阻抗状态jX中操作，如下文相对于图14所展示和描述。较低非电压V_TX1及较高法阻抗将导致底座系统感应线圈L₁中的较低电流I₁。在第一开关S1闭合时，多 抽头变压器TX可在高匝比状态中操作且LCL网络可在相对较低的阻抗状态j(1-β)X中 操作，如下文相对于图15所展示和描述。因此，较高的电压V_TX2及较低的阻抗将导致 底座系统感应线圈L₁中的较高电流I₁。

图14是根据一个实施例的并联配置中的具有多抽头变压器的底座无线充电系统 1402的示意图。在各种实施例中，底座无线充电系统1402可包含例如上文分别相对于 图1到3及8描述的底座无线充电系统102a、102b、202、302及1302中的任一者。如 所展示，底座无线充电系统1402包含逆变器桥H、第一电容器C_B、第一电感器L_B、多 抽头变压器TX、第一开关S1、第二开关S2、第二电容器C_1A、第三电容器C_1B、第四 电容器C_TX1、第五电容器C_TX2，及底座系统感应线圈L₁。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L₁)及反电抗电容器(例如，第二 及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。

虽然图14中展示无线充电系统1402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。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)。

在图14的所说明的实施例中，第一开关S1断开且第二开关S2闭合。因此，第二 电容器C_1A设定在并联配置中，且多抽头变压器TX设定在低匝比配置中。换句话说， 通过断开第一开关S1且短接第二开关S2，第二电容器C_1A(其具有阻抗-jβX)与第三电容 器C_1B(其具有阻抗-j(1-β)X)串联配置。此外，第二电容器C_1A及第三电容器C_1B与底座 系统感应线圈L₁(其具有阻抗jX)并联配置以形成并联谐振网络。在此配置中，LCL网络 的特性阻抗是X。在下图12B中展示此并联补偿配置的等效电路。

图15是根据一个实施例的部分串联配置中的具有多抽头变压器的底座无线充电系 统1502的示意图。在各种实施例中，底座无线充电系统1502可包含例如上文分别相对 于图1到3及8描述的底座无线充电系统102a、102b、202、302及1302中的任一者。 如所展示，底座无线充电系统1502包含逆变器桥H、第一电容器C_B、第一电感器L_B、 多抽头变压器TX、第一开关S1、第二开关S2、第二电容器C_1A、第三电容器C_1B、第 四电容器C_TX1、第五电容器C_TX2，及底座系统感应线圈L₁。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L₁)及反电抗电容器(例如，第 二及第三电容器C_1A及C_1B)固有的损耗。

虽然图15中展示无线充电系统1502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。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)。

在图15的所说明的实施例中，第一开关S1闭合且第二开关S2断开。因此，第二 电容器C_1A设定在部分串联配置中且多抽头变压器TX设定在高匝比配置中。换句话说， 通过短接第一开关S1且断开第二开关S2，第二电容器C_1A(其具有阻抗-jβX)与底座系统 感应线圈L₁(其具有阻抗jX)串联配置。此外，第二电容器C_1A及底座系统感应线圈L₁与第三电容器C_1B(其具有阻抗-j(1-β)X)并联配置以形成并联谐振网络。在此配置中，LCL 网络的特性阻抗是(1-β)X。换句话说，除了归因于TX匝比中的改变而引起的任何增加 之外，底座系统输出电流I₁增加了1/(1-β)倍。在下图12C中展示此并联补偿配置的等效 电路。

图16是无线电力发射的示范性方法的流程图1600。虽然本文中参考上文相对于图 1到3所论述的无线电力传递系统100、200及300、上文相对于图1到3及8到15所 论述的底座无线充电系统102、202、302、802、902A、902B、1002A、1002B、1202A、 1202B、1202C、1302、1402及1502而描述流程图1600的方法，但所属领域的技术人 员将了解，流程图1600的方法可由本文中描述的另一装置或任何其它合适的装置实施。 在一实施例中，流程图1600中的步骤可由处理器或例如控制器432(图3)等控制器执行。 虽然本文中参考特定次序描述流程图1600的方法，但在各种实施例中，可以不同次序 执行或省略本文中的框，或可添加额外的框。

首先，在框1610处，底座无线充电系统102在发射天线处在第一和第二配置两者 中产生用于无线发射电力的场。例如，底座无线充电系统802的逆变器桥H可对底座系 统感应线圈L₁供电以产生所述场，如上文相对于图8所论述。

随后，在框1620处，底座无线充电系统102在所述第一和第二配置中的一者中选 择性地连接第一电容器。所述第一电容器在所述第一配置中与发射天线串联且在所述第 二配置中与发射天线并联。例如，底座充电系统控制器342可例如以上文分别相对于图 10A及10B所论述的方式选择性地断开及闭合第一和第二开关S1及S2以便在并联或部 分串联配置中连接电容器C_1A。

在一实施例中，底座无线充电系统102可使第一电容器在所述第一配置中与第二电 容器并联连接且在所述第二配置中与第二电容器串联连接。所述第二电容器可与发射天 线并联。例如，在底座充电系统控制器342在所述并联配置中连接电容器C_1A时，电容 器C_1A可例如以上文相对于图10A所论述的方式与电容器C_1B串联。在底座充电系统控 制器342在部分串联配置中连接电容器C_1A时，电容器C_1A可例如以上文相对于图10A 所论述的方式与电容器C_1B并联。

在一实施例中，无线电力发射器可包含与至少一个开关串联的第三电容器。例如， 底座无线充电系统1202A到1202C可包含如上文相对于图12A到12C所论述的电容器 C_TX1及C_TX2中的一者或两者。在一实施例中，第三电容器经配置以补偿存在于第一配置 中的额外电抗性载荷。例如，包含C_TX1及/或C_TX2的第三电容器可补偿在电容器C_1A处 于部分串联配置时的额外电抗成分jβX。在一实施例中，第三电容器可具有特性阻抗 -jβX。

在一实施例中，底座无线充电系统102可经由不是谐振路径的部分的至少一个开关 连接第一电容器。例如，底座充电系统控制器342可操作底座无线充电系统802的第一 和第二开关S1及S2，如上文相对于图8所论述。开关S1及S2不是包含电容器C_1A及 C_1B及底座系统感应线圈L₁的谐振路径的部分。

在一实施例中，底座无线充电系统102可基于发射天线与接收器之间的耦合而在所 述第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器。例如，底座充电系统控制器342 可选择并联及部分串联配置中的一者以便维持逆变器输出电压V_i。在一实施例中，底座 无线充电系统102可测量发射天线与接收器之间的耦合且将所述耦合与阈值进行比较。

在一实施例中，底座无线充电系统102可配置多抽头变压器以在第一配置中在第一 匝比下操作且在第二配置中在第二匝比下操作。所述第一匝比可高于所述第二匝比。例 如，底座充电系统控制器342可操作底座无线充电系统1302的第一和第二开关S1及S2 以便选择性地分接多抽头变压器TX，如上文相对于图13所论述。

图17是根据本发明的实施例的用于发射无线充电电力的设备1700的功能框图。所 属领域的技术人员将了解，用于无线通信的设备可具有比图17中展示的简化设备1700 更多的组件。所展示的用于发射无线充电电力的设备1700仅包含可用于描述权利要求 书的范围内的实施方案的一些突出特征的那些组件。用于发射无线充电电力的设备1700 包含第一电容器1705、用于在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场的装置 1710，及用于在所述第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器的装置1720， 所述第一电容器在所述第一配置中与所述用于产生的装置串联且在所述第二配置中与 所述用于产生的装置并联。

在一实施例中，第一电容器1705可包含例如上文相对于图8到15所论述的电容器 C_1A。在一些实施例中，第一电容器1705可替代地为用于存储电荷的装置、用于调整特 性阻抗的装置、用于电抗的装置等。

在一实施例中，用于在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场的装置 1710可经配置以执行上文相对于框1610(图16)描述的功能中的一或多者。在各种实施 例中，用于在第一和第二配置两者中产生用于无线发射电力的场的装置1710可由以下 各者中的一或多者实施：底座充电系统控制器342、线圈104A(图1)、104B(图1)、204(图 2)、304(图3)及L₁(图8到15)、逆变器H(图8到15)、底座系统发射电路206(图2)及底 座充电系统电力转换器236(图2)。

在一实施例中，用于在第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器的装置 1720可经配置以执行上文相对于框1620(图16)描述的功能中的一或多者。在各种实施 例中，用于在第一和第二配置中的一者中选择性地连接第一电容器的装置1720可由以 下各者中的一或多者实施：底座充电系统控制器342、线圈104A(图1)，及第一和第二 开关S1及S2(图8到15)。

上文所描述的方法的各种操作可由能够执行所述操作的任何合适装置(例如，各种硬 件及/或软件元件、电路及/或模块)来执行。通常，各图中所说明的任何操作可由能够执 行所述操作的对应的功能装置来执行。

可使用多种不同技艺及技术中的任一者来表示信息及信号。举例来说，可由电压、 电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示可贯穿以上描述所提 及的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号及码片。

结合本文中所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路及算法步骤可 被实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件与软件的此可互换 性，上文已通常在功能性方面描述了各种说明性元件、块、模块、电路及步骤。将此功 能性实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束而定。可针对每 一特定应用以变化的方式来实施所描述的功能性，但这些实施决策不应解释为造成脱离 本发明的实施例的范围。

可通过通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门 阵列(FPGA)或经设计以执行本文中所描述的功能的其它可编程逻辑装置、离散门或晶体 管逻辑、离散硬件元件或其任何组合来实施或执行结合本文中所揭示的实施例而描述的 各种说明性逻辑块、模块及电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器 可为任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可经实施为计算装置的 组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器的组合、一或多个微处理器与DSP 核心的联合或任一其它此配置。

结合本文中所揭示的实施例而描述的方法或算法或步骤及功能可直接以硬件、以由 处理器执行的软件模块或以所述两者的组合来体现。如果以软件实施，则所述功能可作 为一或多个指令或程序代码而存储于有形、非暂时性计算机可读媒体上或经由有形、非 暂时性计算机可读媒体传输。软件模块可驻留于随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、 只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、缓冲 器、硬盘、可移除式磁盘、CDROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。 将存储媒体耦合到处理器使得所述处理器可从所述存储媒体读取信息及将信息写入到 所述存储媒体。在替代方案中，存储媒体可整合到处理器。如本文中所使用，磁盘及光 盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘， 其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘通过激光以光学方式再现数据。以上各者的 组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。处理器及存储媒体可驻留于ASIC中。所述 ASIC可驻留于用户终端中。在替代方案中，处理器及存储媒体可作为离散元件而驻留 于用户终端中。

出于概括本发明的目的，已在本文中描述本发明的某些方面、优点及新颖特征。应 了解，根据本发明的任何特定实施例未必可实现所有这些优点。因此，可以实现或优化 如本文中所教示的一个优点或一群优点而不必须实现如本文中可能教示或提出的其它 优点的方式来体现或进行本发明。

上文所描述的实施例的各种修改将容易显而易见，且可在不脱离本发明的精神或范 围的情况下将本文中所界定的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明无意限于本文 中所展示的实施例，而是将被赋予与本文中所揭示的原理及新颖特征相一致的最广范 围。