输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统

摘要

本发明公开了一种防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统，包括以下步骤：连通发射端电路，发射端进入工作状态，检测接收端电路工作状态；监测Buck模块的输入电压值；判断Buck模块的输入电压值是否在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环；当Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，控制BUCK模块的输出电流稳定在降额电流I3。使所述Buck模块对负载电池的输出功率保持不变，实现对负载电池稳定充电，减少了对负载电池的损害。

说明书

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统。

背景技术

无线充电系统是指无线发射线圈与无线接收线圈通过磁场传递能量，实现电能的非接触传输。由于无线充电系统的功能性好、可靠性高、柔性好、安全性及使用寿命较高，再加上无接触、无磨损的特性，其广泛应用于各个领域。

无线充电模块分为发射端和接收端，在接收端往往会加一个Buck模块，通过检测自身的输出电压/电流和闭环调节使充电电压/电流趋于稳定，并且实现有效及时的保护。由于发射端的高频逆变模块的工作频率不能设置过低或者发射线圈的电流不能过大，所以当发射线圈和接收线圈处于偏移状态或者距离较远时，接收端整流模块之后的电压，即Buck模块的输入电压会降低，不足以使Buck模块以额定功率给机载电池充电。通常会对Buck模块的输出功率加入降额控制，即根据输入电压的大小对输出电流作适当调整，使输入电压不至于过低触发欠压保护。

现有技术方案的缺陷：在发射线圈和接收线圈处于某些偏移点或者距离点时，当输出电流根据输入电压的降低而减小时，输出功率随之减小了，相当于Buck模块的负载减小了，此时Buck模块的输入电压会升高。输出电流又会根据输入电压的升高而增大，输出功率随之增大了，相当于Buck模块的负载增大了，此时Buck模块的输入电压又会降低。循环往复，导致输出电流来回调节，周期性地先减小后增大。对于电池负载来说，这种周期性的充电电流会对电池有所损伤。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种使输出电流保持稳定的防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统。

一种防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法，包括以下步骤：

连通发射端电路，发射端进入工作状态，检测接收端电路工作状态；

监测Buck模块的输入电压值；

判断Buck模块的输入电压值是否在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环；

当Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，控制Buck模块的输出电流稳定在降额电流I3，降额电流I3小于额定电流I1。

进一步地，监测Buck模块的输入电压值，依据BUCK模块的电压值的不同，对应的处理情形包括：

情形1，当Buck模块的输入电压值大于第一电压阈值V1时，控制Buck模块的输出电流增大至额定电流I1；

情形2，当Buck模块的输入电压值小于第二电压阈值V2时，控制Buck模块的输出电流减小至最小电流I2；

情形3，当Buck模块的输入电压值处于第一电压阈值V1与第二电压阈值V2之间时，控制Buck模块的输出电流保持不变。

进一步地，所述Buck模块的起始工作电压为Vopen，所述Buck模块的截止电压为Vclose，所述第一电压阈值V1、所述第二电压阈值V2与所述Buck模块的起始工作电压Vopen、截止电压为Vclose之间的关系为：

Vclose

进一步地，所述额定电流I1、所述最小电流I2与所述降额电流I3之间的关系为：

I2

进一步地，所述Buck模块的输入电压的反复循环的次数为N，次数N的参数值的选取优选为：1

进一步地，所述当Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，控制Buck模块的输出电流稳定在降额电流I3的步骤之后，所述方法还包括：

实时获取Buck模块的输出电流值；

检测负载电池的电量信息；

依据所述电量信息判断所述负载电池的电量是否充满；

当所述负载电池的电量充满时，结束充电；

其中，所述负载电池电性连接至所述Buck模块的输出端。

以及，一种防止输出电流反复调节的无线充电系统降额控制装置，所述装置包括：

信息采集单元，用于采集无线充电系统的接收端的Buck模块的输入电压值；

信息判断单元，用于对比Buck模块的输入电压值与预设的第一电压阈值V1和第二电压阈值V2，以判断Buck模块的输入电压值与预设的第一电压阈值V1和第二电压阈值V2之间的大小关系；

模块控制单元，用于依据所述信息判断单元输出的大小关系的结果，控制BUCK模块的输出电流；

其中，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值，最小电流I2小于额定电流I1；

其中，无线充电系统包括发射端和接收端，发射端包括依次连接的整流模块、高频逆变模块和发射线圈，接收端包括依次连接的接收线圈、整流模块和Buck模块。

进一步地，所述信息采集单元包括电压获取单元，所述电压获取单元用于获取Buck模块的实时输入电压值；

所述模块控制单元包括电流调整单元，所述电流调整单元用于根据预设的电流调整策略和实时输入电压调整所述Buck模块的输出电流。

进一步地，所述装置还包括：

电量检测单元，用于检测负载电池的电量信息；

电量判断单元，用于依据负载电池的电量信息判断所述负载电池的充电状态；

充电控制单元，用于当所述负载电池的电量充满时，结束充电；

其中，所述负载电池电性连接至Buck模块的输出端。

以及，一种防止输出电流反复调节的无线充电系统，包括如上所述的防止输出电流反复调节的无线充电系统降额控制装置。

上述防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统中，当所述Buck模块的输入电压在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下反复循环时，所述接收端控制模块将所述Buck的输出电流稳定在降额电流I3，使所述Buck模块对负载电池的输出功率保持不变，实现对负载电池稳定充电，减少了对负载电池的损害。本发明的方法简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

附图说明

图1是本发明实施例的防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法的流程图；

图2是本发明实施例的防止输出电流反复调节的无线充电控制装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的防止输出电流反复调节的无线充电系统的结构示意图。

具体实施方式

本实施例以防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统为例，以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。

请参阅图1，示出本发明实施例提供的一种防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法，包括以下步骤：

S10，连通发射端电路，发射端进入工作状态，检测接收端电路工作状态；

S20，监测Buck模块的输入电压值；

S30，判断Buck模块的输入电压值是否在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环；

S40，当Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，控制BUCK模块的输出电流稳定在降额电流I3，降额电流I3小于额定电流I1。

具体地，无线充电系统的结构示意图如图3所示，无线充电系统包括发射端和接收端，发射端和接收端分别包括无线充电工作电路和控制电路两部分。

其中，发射端工作电路包括依次连接的整流模块、高频逆变模块和发射线圈，接收端工作电路包括依次连接的接收线圈、整流模块和Buck模块，发射端的整流模块与市电连接，Buck模块与负载电池连接。发射端的整流模块将市电变换为直流电信号，高频逆变模块将直流电信号变换为高频交流电信号并发送至发射线圈，发射线圈将高频交流电信号转换为交变的高频磁场，并传送出去。接收端的接收线圈将交变的高频磁场变换为高频交流电信号，整流模块将高频交流电信号变换为直流信号，Buck模块通过调节输出电压和输出电流，将输入的直流电信号变换为与负载电池相匹配的直流电信号。

发射端和接收端之间的控制部分通过无线通信模块进行通信，发射端控制部分包括发射端控制模块和发射端无线通信模块，接收端控制部分包括接收端控制模块和接收端无线通信模块。发射端无线通信模块和接收端无线通信模块之间通过无线通讯信号传输。

发射端控制模块电性连接至高频逆变模块，用于监测和控制高频逆变模块的工作状态。接收端控制模块电性连接至Buck模块，用于监测控制Buck模块的输入电压或者控制调整Buck模块的输出充电电流。

发射端的高频逆变模块开通后，高频逆变模块的移相角从最大值逐渐减小，发射端的逆变电流和接收端的Buck模块的输入电压也会逐渐增大。当Buck模块的输入电压大于模块启动工作电压Vopen时，Buck模块的输出电流逐渐增大，为负载电池充电，在高频逆变模块和Buck模块启动并进入工作状态时，发射端控制模块和接收端控制模块采集并监测高频逆变模块和Buck模块各项电压电流参数和工作状态。

进一步地，S20中监测Buck模块的输入电压值，依据接收端控制模块监测到的BUCK模块的输入电压值的不同，对应的处理情形有：

情形1，当Buck模块的输入电压值大于第一电压阈值V1时，控制Buck模块的输出电流增大至额定电流I1；

情形2，当Buck模块的输入电压值小于第二电压阈值V2时，控制Buck模块的输出电流减小至最小电流I2；

情形3，当Buck模块的输入电压值处于第一电压阈值V1与第二电压阈值V2之间时，控制Buck模块的输出电流保持不变。

具体地，在无线充电系统中，所述Buck模块的起始工作电压为Vopen，所述BUCK模块的截止电压为Vclose，所述第一电压阈值V1、所述第二电压阈值V2与所述BUCK模块的起始工作电压Vopen、截止电压为Vclose之间的关系为：Vclose

具体地，所述第一电压阈值V1、所述第二电压阈值V2的参数取值的具体方法包括：（1）根据负载电池的浮充电压选取Buck模块的输出电压值；（2）根据Buck模块的最大占空比和输出电压选取截止电压Vclose。

优选地，为了防止输入电压波动导致频繁输入触发欠压保护和欠压恢复，通常取值为：起始工作电压Vopen比截止电压Vclose高3~6V；第二电压阈值V2与起始工作电压Vopen相等或者高2V以内；为了防止输入电压波动导致频繁触发阈值，第一电压阈值V1一般比第二电压阈值V2高3~5V。

具体地，所述第一电压阈值V1、所述第二电压阈值V2的参数取值示例：假如负载电池浮充电压为29.2V，那么Buck模块的输出电压值为29.2V。Buck模块的最大占空比根据开关频率和死区时间进行选取，一般为0.92。因此，29.2/0.92=31.74V，所以截止电压选为32V。起始工作电压选为35V。第二阈值电压V2选为35V。第一阈值电压V1选为38V。

进一步地，所述额定电流I1、所述最小电流I2与所述降额电流I3之间的关系为：I2

具体地，所述额定电流I1、所述最小电流I2与所述降额电流I3的参数取值的具体方法包括：（1）根据负载电池的额定充电电流确定额定电流I1；（2）根据负载电池的最小允许电流确定最小电流I2；（3）根据Buck模块在距离偏移点能够达到稳定的输出电流值确定降额电流I3；

具体地，所述额定电流I1、所述最小电流I2与所述降额电流I3的参数取值示例：例1，如果负载电池的额定充电电流为10.5A，则额定电流I1选为10.5A。如果负载电池的最小允许电流为1A，那么最小电流I2选为1A；如果Buck模块输出电流为6A以下时都能在距离偏移点达到稳定，那么为了留有余量，一般降额电流I3选为5A。

进一步地，所述Buck模块的输入电压的反复循环的次数为N，次数N的参数值的选取优选为：1

具体地，次数N的参数值的选取的具体原则及方法包括：（1）N值不能太小，否则在其他正常位置的时候，由于Buck模块给后端电池充电瞬间会导致输入电压波动，从而会误触发该降额策略；（2）N值不能太大，否则在输入电压来回波动的时候，会导致发射端的发射线圈电流来回波动，误触发线圈电流突变保护；（3）一般N的取值在2~4之间，在保证其他正常位置不会误触发该降额策略的情况下，尽可能往小选取，而且要留有余量，例如选取为3。

具体地，上述第一电压阈值V1、第二电压阈值V2、额定电流I1、最小电流I2、降额电流I3、Buck模块的起始工作电压值Vopen和截止电压值Vclose都设置于接收端控制模块中，当接收端控制模块监测Buck模块的输入电压值和输出电流值，达到设定的触发条件时，所述接收端控制模块按照无线充电系统降额控制策略对Buck模块的输出电流进行调整。

当发射端的高频逆变模块开通工作后，接收线圈与发射线圈耦合，整流模块将交流电转换为直流电，并发送至Buck模块，Buck模块通过检测自身的输出电压/电流和闭环调节使充电电压/电流，使其趋于稳定，以实现对负载设备有效及时的保护。

发射端高频逆变模块开通后，接收端无线充电电路开始工作，当接收端Buck模块的输入电压大于起始工作电压值Vopen时，Buck模块开启，向负载电池输出充电电流。当接收端控制模块监测到Buck模块的输入电压值大于第一电压阈值V1时，接收端控制模块调整Buck模块的输出电流增大至额定电流I1，使无线充电系统以额定电流I1向负载电池进行充电。当接收端控制模块监测到Buck模块的输入电压值小于第二电压阈值V2时，此时，Buck模块的输入电压值大于Buck模块的截止电压值Vclose，接收端无线充电电路仍处于工作状态，接收端控制模块调整Buck模块的输出电流减小至最小电流I2，使负载电池维持在正常充电状态。当接收端控制模块监测到Buck模块的输入电压值处于第一电压阈值V1与第二电压阈值V2之间时，接收端控制模块控制Buck模块的输出电流保持不变，使Buck模块以当前的输出电流向负载电池充电。当接收端控制模块监测到Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，接收端控制模块按照无线充电系统降额控制策略调整Buck模块的输出电流，并稳定在降额电流I3，且降额电流I3的电流值位于额定电流I1和最小电流I2之间，使无线充电系统能够为负载电池正常充电，避免Buck模块的输入电压值的往复循环变化，对负载电池造成损害。

具体地，无线充电系统降额控制策略具体包括：

（1）发射端的高频逆变模块开通后，接收端Buck模块的输入电压会逐渐增大。当Buck模块的输入电压大于其开通电压Vopen时，Buck模块会开通。

（2）在线圈距离较近或者线圈偏移较小时，Buck模块的输入电压会大于V1，此时输出电流会线性增加，直至额定电流I1。

（3）在线圈距离较远或者线圈偏移较大时，Buck模块的输入电压会小于V2，此时输出电流会线性减小，直至最小电流I2。

（4）在某些距离点或者偏移点，Buck模块的输入电压处于V2~V1之间，此时输出电流保持不变。

（5）Buck模块的输入电压处于V2~V1之间时，Buck模块带载时的输入电压不低于输入欠压保护点Vclose，从而可以给电池持续充电。其中，Vclose

（6）在极个别位置点，Buck模块的输入电压不能稳定运行。当检测到输入电压从V1以上到V2以下来回循环N次时，将输出电流变为降额电流I3稳定输出。其中，I2

加入以上所述的降额控制策略之后，保证在要求的线圈距离和偏移距离的任意位置点，使输出电流保持稳定运行状态，给电池负载稳定充电。

进一步地，步骤四中，所述当Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，控制Buck模块的输出电流稳定在降额电流I3的步骤之后，所述方法还包括：

S50，实时获取Buck模块的输出电流值；

S60，检测负载电池的电量信息；

S70，依据所述电量信息判断所述负载电池的电量是否充满；

S80，当所述负载电池的电量充满时，结束充电；

其中，所述负载电池电性连接至所述Buck模块的输出端。

具体地，接收端控制模块检测Buck模块的实时输入电压，该实时输入电压为Buck模块带载时的输入电压，并依据降额控制策略和实时输入电压调整Buck模块的输出电流，使Buck模块带载时的输入电压不低于截止电压Vclose，从而使无线充电系统能够正常充电的同时实现降额输出。

Buck模块的输出端电性连接至负载电池，负载电池包括电池管理模块，Buck模块与电池管理模块连接从而获取充电电池的电量信息，电量信息包括负载电池的电池电量、电压、电流等，接收端控制模块可以根据电池管理模块反馈的电池电量信息确定电池是否充满。当电池电量充满时，执行S80，通过关闭发射端的高频逆变模块，以关闭无线充电系统结束充电。若电池电量还没有充满时，执行S60。

以及，请参阅图2，示出一种防止输出电流反复调节的无线充电系统降额控制装置，所述装置包括：

信息采集单元110，用于采集无线充电系统的接收端的Buck模块的输入电压值；

信息判断单元120，用于对比Buck模块的输入电压值与预设的第一电压阈值V1和第二电压阈值V2，以判断Buck模块的输入电压值与预设的第一电压阈值V1和第二电压阈值V2之间的大小关系；

模块控制单元130，用于依据所述信息判断单元输出的大小关系的结果，控制Buck模块的输出电流；

其中，所述第二电压阈值小于所述第一电压阈值，最小电流I2小于额定电流I1；

其中，无线充电系统包括发射端和接收端，发射端包括依次连接的整流模块、高频逆变模块和发射线圈，接收端包括依次连接的接收线圈、整流模块和Buck模块。

进一步地，所述信息采集单元包括电压获取单元，所述电压获取单元用于获取Buck模块的实时输入电压值；

所述模块控制单元包括电流调整单元，所述电流调整单元用于根据预设的电流调整策略和实时输入电压调整所述Buck模块的输出电流。

具体地，在无线充电过程中，所述电压获取单元采集Buck模块的输入电压值，并将采集到的Buck模块的输入电压值发送至所述信息判断单元，由所述信息判断单元对比Buck模块的输入电压值与预设的第一电压阈值V1和第二电压阈值V2，并判断Buck模块的输入电压值与预设的第一电压阈值V1和第二电压阈值V2之间的大小关系。当Buck模块的输入电压值在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下之间反复循环时，所述电流调整单元按照无线充电系统降额控制策略调整Buck模块的输出电流，稳定在降额电流I3。

进一步地，所述装置还包括：

电量检测单元140，用于检测负载电池的电量信息；

电量判断单元150，用于依据负载电池的电量信息判断所述负载电池的充电状态；

充电控制单元160，用于当所述负载电池的电量充满时，结束充电；

其中，所述负载电池电性连接至Buck模块的输出端。

具体地，所述电量检测单元监测负载电池的电量信息，并将电量信息发送至所述电量判断单元，所述电量判断单元依据电量信息判断负载电池是否已经充满，当所述负载电池的电量充满时，所述充电控制单元关闭无线充电电路，结束充电。

以及，请参阅图3，示出一种防止输出电流反复调节的无线充电系统，包括如上所述的防止输出电流反复调节的无线充电系统降额控制装置。

具体地，无线充电系统包括发射端和接收端，发射端和接收端分别包括无线充电工作电路和控制电路两部分。

无线充电系统的各部分的组成详见以上描述，不再赘述。

上述防止输出电流反复调节的无线充电降额控制方法、装置及系统中，当所述Buck模块的输入电压在第一电压阈值V1以上到第二电压阈值V2以下反复循环时，所述接收端控制模块将所述Buck的输出电流稳定在降额电流I3，使所述Buck模块对负载电池的输出功率保持不变，实现对负载电池稳定充电，减少了对负载电池的损害。本发明的方法简单，易于实现，成本低廉，便于推广。

需要说明的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的创造精神，本领域技术人员还可以做出其他变化，这些依据本发明的创造精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。