CN108448670A - 一种便携式非接插式充电设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式非接插式充电设备及方法，其中，便携式非接插式充电设备包括：无线充电接收单元和无线充电发射单元；其中，无线充电接收单元包括电力接收线圈、整流电路、接收电路和DC/DC转换电路；无线充电发射单元包括电力发送线圈、整流电路、功率调整电路及控制器。本发明具有无线充电和无线供电功能，也可以直接用线充的方式补充电能。在为移动电子设备提供无线充电的功能时不需要反复的插拨充电插头，避免了充电设备因为插拔频繁而损害的情况发生，同时也不会影响移动电子设备整体的美观度。

Description

一种便携式非接插式充电设备及方法

技术领域

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及到一种便携式非接插式充电设备及方法。

背景技术

生活中各种可携带式电子装置例如手机、平板电脑已广泛应用于日常生活中，为提供可携式电子装置运用所需电能，须以充电器对其内部电池充电。由于无线充电装置可适用于各种环境且不会受电源线的限制，可便于使用者进行充电应用，因此无线充电装置已逐渐被发展以取代有线充电器的使用。

现有的无线充电技术中，需要采用两个部件：一个为带发射功能的底座(如发射板)，另一个为带接收功能的电子设备(如带接收功能的手机、MP3)，其中带发射功能的底座中包含初级线圈，通过交流供电使初级线圈处于发射状态，带接收功能的电子设备中设置次级线圈，该次级线圈处于发射状态的初级线圈进行电磁耦合获得电能。

然而当前如手机等电子设备尚不集成无线充电的接收线圈，目前公知的对智能手机无线充电的改装是，将无线充电接收模块安装在手机内，或者是搭配处置无线充电手机壳为手机提供无线充电功能，但是使用具有局限性，且影响美观。

日常生活、工作、休闲中，智能手机的耗电量相对较大，需要随时补充电力，由于传统的有线充电模式在使用过程中，需要反复的插拔充电插头，容易造成接口损害，导致不能充电。数据线连接麻烦，容易丢失，使用不便。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种便携式非接插式充电设备及方法，该便携式非接插式充电设备具有使用方便、实用等特点。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种便携式非接插式充电设备，该设备包括：无线充电接收单元和无线充电发射单元；其中，无线充电接收单元包括电力接收线圈、整流电路、接收电路和DC/DC转换电路；无线充电发射单元包括电力发送线圈、整流电路、功率调整电路及控制器；

当所述便携式非接插式充电设备开启所述功率调整电路时，进而驱动发射线圈实现无线充电的发射功能，并发送握手询问信号，通过是否接收到应答信号进行判断，如接收到无线充电接收端的应答信号，则判定为向待充电设备充电，此时锁定便携式非接插式充电设备的工作状态为无线充电发射工作状态；所述便携式非接插式充电设备通过控制功率调整电路将充放电控制输出的直流电压逆变为交流电压信号，并驱动电力接收线圈交变电磁信号，实现无线充电发射功能；如未接收到无线充电接收端的应答信号，则控制所述便携式非接插式充电设备关闭功率调整电路，结束无线充电发射状态，转入无线充电接收状态判断；

当所述便携式非接插式充电设备开启接收整流电路时，所述控制电路、电力接收线圈和接收整流电路构成无线充电接收器；所述控制电路通过无线充电接收器接收解调是否有握手询问信号，如有接收到无线充发射器发出的握手询问信号，则判写为自身进行充电，则锁定所述便携式非接插式充电设备工作状态为无线充电接收状态，并对该握手询问信号进行应答，发送应答信号，当所述便携式非接插式充电设备判定系统工作为无线充电接收状态后，通过控制无线充电接收整流电路将无线充电电力接收线圈接收到的交流电压信号通过整流电路转换为直流电压信号，再传输到充放电电路系统输入端，通过充放电电路实现对电池组的充电；如未接收到无线充电接收状态，转入无线充电发射状态判断。

优选地，便携式非接插式充电设备还包括无线充电电路、电池保护电路、温度检测模块、通信装置、能量显示装置和处理器；其中，所述通信装置用于与无线充电接收端建立双向通讯后，接收来自无线充电接收端的实时无线充电功率；所述处理器连接所述能量显示装置、通信装置及无线充电发射单元，用于获取所述功率调整电路的实时发射功率，根据所述实时无线充电功率及所述实时发射功率，计算实时无线充电传输效率；根据无线充电传输效率及理想无线传输效率，计算实时充电耦合系统，并传输至所述能量显示装置；所述能量显示装置包括耦合状态指示圈，用于显示所述实时充电耦合系数；以及显示该设备还剩余多少电量，通过安时积分或卡尔曼滤波对电池的SOC进行估算；所述耦合状态指示圈由多个LED灯组成，根据实时充电耦合系数，匹配显示对应的百分比和/或颜色状态；所述温度检测模块，用于检测所述便携式非接插式充电设备的温度，并将温度检测结果发送至所述处理器；所述处理器根据温度检测结果，通知电池组调整无线充电配置参数，并通过收发器将所述无线充电配置参数发送至对端设备。

优选地，所述电池组包括聚合物电芯，所述聚合物电芯为锂电池，所述锂电池为圆柱形、软包形或方型电芯；其中圆柱形锂电池型号为18650、21700、26650、32700其中的一种进行串并联的电池组。

优选地，所述便携式非接插式充电设备包括无线充电和无线供电功能，通过有线充的方式补充电能，充电接口包括Type-C、LIGHTING或Micro USB标准接口。

优选地，所述通讯装置用于使得无线充电接收单元和无线充电发射单元实现数据传递，通讯模块可以为Blutooth、WiFi、Zigbee、RFID、Lora、NFC中的一种或多种方式实现。

优选地，所述无线充电设置的标准协议包括WPC、A4WP、PMA中的一种或多种。

优选地，便携式非接插式充电设备还包括外壳，所述外壳采用屏蔽材料或吸波材料来阻档磁力线外泄；所述屏蔽材料或吸波材料包括磁屏蔽薄片、铁粉心薄片、铁氧体碎片或纳米晶柔性磁。

优选地，便携式非接插式充电设备还包括所述便携式非接插式充电设备工作状态满足特定条件包括以下中的至少一项：无线充电接收设备处于充电完成的状态、无线充电接收设备的温度上升到预定高值、或无线充电接收设备的电流超过预定电流值。

另一方面，本发明提供了一种便携式非接插式充电方法，该方法包括以下步骤：

当所述便携式非接插式充电设备开启所述功率调整电路时，进而驱动发射线圈实现无线充电的发射功能，并发送握手询问信号，通过是否接收到应答信号进行判断，如接收到无线充电接收端的应答信号，则判定为向待充电设备充电，此时锁定便携式非接插式充电设备的工作状态为无线充电发射工作状态；所述便携式非接插式充电设备通过控制功率调整电路将充放电控制输出的直流电压逆变为交流电压信号，并驱动电力接收线圈交变电磁信号，实现无线充电发射功能；如未接收到无线充电接收端的应答信号，则控制所述便携式非接插式充电设备关闭功率调整电路，结束无线充电发射状态，转入无线充电接收状态判断；

当所述便携式非接插式充电设备开启接收整流电路时，所述控制电路、电力接收线圈和接收整流电路构成无线充电接收器；所述控制电路通过无线充电接收器接收解调是否有握手询问信号，如有接收到无线充发射器发出的握手询问信号，则判写为自身进行充电，则锁定所述便携式非接插式充电设备工作状态为无线充电接收状态，并对该握手询问信号进行应答，发送应答信号，当所述便携式非接插式充电设备判定系统工作为无线充电接收状态后，通过控制无线充电接收整流电路将无线充电电力接收线圈接收到的交流电压信号通过整流电路转换为直流电压信号，再传输到充放电电路系统输入端，通过充放电电路实现对电池组的充电；如未接收到无线充电接收状态，转入无线充电发射状态判断。

优选地，该方法还包括无线充电系统初始化步骤，该步骤包括：

关闭无线充电接收单元的整流电路，开启无线充电发射单元功率调整电路；便携式非接插式充电设备判断接收到的信号是否来自无线充电接收端，如果是，则设备开启无线发射工作状态，执行发射线圈功能；如果不是，下一步；关闭无线充电发射单元功率调整电路，开启无线充电接收单元的整流电路；便携式非接插式充电设备判断接收到的信号是否来自无线充电发射端，如果是，则设备开启无线接收工作状态，执行接收线圈的功能。如果不是，返回第一步。

本发明具有无线充电和无线供电功能，也可以直接用线充的方式补充电能。在为移动电子设备提供无线充电的功能时不需要反复的插拨充电插头，避免了充电设备因为插拔频繁而损害的情况发生，同时也不会影响移动电子设备整体的美观度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种便携式非接插式充电设备架构示意图；

图2为图1所示便携式非接插式充电设备初始化流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种便携式非接插式充电方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种便携式非接插式充电设备架构示意图。如图1所示，该便携式非接插式充电设备包括：无线充电接收单元和无线充电发射单元；其中，无线充电接收单元包括电力接收线圈、整流电路、接收电路和DC/DC转换电路；无线充电发射单元包括电力发送线圈、整流电路、功率调整电路及控制器。

当便携式非接插式充电设备开启功率调整电路时，进而驱动发射线圈实现无线充电的发射功能，并发送握手询问信号，通过是否接收到应答信号进行判断，如接收到无线充电接收端的应答信号，则判定为向待充电设备充电，此时锁定便携式非接插式充电设备的工作状态为无线充电发射工作状态；便携式非接插式充电设备通过控制功率调整电路将充放电控制输出的直流电压逆变为交流电压信号，并驱动电力接收线圈交变电磁信号，实现无线充电发射功能；如未接收到无线充电接收端的应答信号，则控制所述便携式非接插式充电设备关闭功率调整电路，结束无线充电发射状态，转入无线充电接收状态判断；

当便携式非接插式充电设备开启接收整流电路时，电力接收线圈和接收整流电路构成无线充电接收器；通过无线充电接收电路接收解调是否有握手询问信号，如有接收到无线充发射器发出的握手询问信号，则判写为自身进行充电，则锁定所述便携式非接插式充电设备工作状态为无线充电接收状态，并对该握手询问信号进行应答，发送应答信号，当所述便携式非接插式充电设备判定系统工作为无线充电接收状态后，通过控制无线充电接收整流电路将无线充电电力接收线圈接收到的交流电压信号通过整流电路转换为直流电压信号，再传输到充放电电路系统输入端，通过充放电电路实现对电池组的充电；如未接收到无线充电接收状态，转入无线充电发射状态判断。

作为一种改进，本发明实施例还包括无线充电电路、电池保护电路、温度检测模块、通信装置、能量显示装置和处理器；其中，通信装置用于与无线充电接收端建立双向通讯后，接收来自无线充电接收端的实时无线充电功率；处理器连接所述能量显示装置、通信装置及无线充电发射单元，用于获取所述功率调整电路的实时发射功率，根据所述实时无线充电功率及所述实时发射功率，计算实时无线充电传输效率；根据无线充电传输效率及理想无线传输效率，计算实时充电耦合系统，并传输至所述能量显示装置；能量显示装置包括耦合状态指示圈，用于显示所述实时充电耦合系数；以及显示该设备还剩余多少电量，通过安时积分或卡尔曼滤波对电池的SOC进行估算；所述耦合状态指示圈由多个LED灯组成，根据实时充电耦合系数，匹配显示对应的百分比和/或颜色状态；温度检测模块，用于检测所述便携式非接插式充电设备的温度，并将温度检测结果发送至所述处理器；所述处理器根据温度检测结果，通知电池组调整无线充电配置参数，并通过收发器将所述无线充电配置参数发送至对端设备。通讯装置用于使得无线充电接收单元和无线充电发射单元实现数据传递，通讯模块可以为Blutooth、WiFi、Zigbee、RFID、Lora、NFC中的一种或多种方式实现。

本发明实施例的电池组包括聚合物电芯，聚合物电芯为锂电池，所述锂电池为圆柱形、软包形或方型电芯；其中圆柱形锂电池型号为18650、21700、26650、32700其中的一种进行串并联的电池组。

便携式非接插式充电设备包括无线充电和无线供电功能，通过有线充的方式补充电能，充电接口包括Type-C、LIGHTING或Micro USB标准接口。无线充电设置的标准协议包括WPC、A4WP、PMA中的一种或多种。

本发明实施例的外壳采用屏蔽材料或吸波材料来阻档磁力线外泄，该屏蔽材料或吸波材料包括磁屏蔽薄片、铁粉心薄片、铁氧体碎片或纳米晶柔性磁。

便携式非接插式充电设备工作状态满足特定条件包括以下中的至少一项：无线充电接收设备处于充电完成的状态、无线充电接收设备的温度上升到预定高值、或无线充电接收设备的电流超过预定电流值。

将具有无线充电功能的电子设备的无线充电放置在便携式非接插式充电设备上方或附近。当电感通过直流电流时，其周围只呈现固定的磁力线，不随时间变化，当电感线圈中通过交流电流时，其周围将呈现出随时间变化的磁力线，变化的磁力线在线圈两端会产生感应电势头，此感应电势头相当于一个新“电源”，根据这个原理，电路中由两个驱动电路组成的逆变桥驱动电路，通过充电芯片控制，使电路中的电感发射线圈周围产生随时间变化的磁力线，当接收设备的线圈处在这个随时间变化的磁力线范围内时，通过电磁感应就会在线圈两端产生感应电势，产生电流，通过具有无线充电功能的电子设备接收片或使用无线充电接收片给待充电移动电子设备提供电源。

便携式非接插式充电设备与待充电移动电子设备连接后，置于无线充电发射台上，通过电路将磁场能量转化成感应电流，最后通过传输端子将感应电流传输给移动电子设备本体的充电端子，从而为待充电移动电子设备提供无线充电功能，而不需要对移动电子设备本体本身进行设计改进。

本发明实施例具有无线充电和无线供电功能，也可以直接用线充的方式补充电能。在为移动电子设备提供无线充电的功能时不需要反复的插拨充电插头，避免了充电设备因为插拔频繁而损害的情况发生，同时也不会影响移动电子设备整体的美观度。

图2为图1所示便携式非接插式充电设备初始化流程示意图。如图2所示，该便携式非接插式充电设备初始化步骤为：

关闭无线充电接收单元的整流电路，开启无线充电发射单元功率调整电路；便携式非接插式充电设备判断接收到的信号是否来自无线充电接收端，如果是，则设备开启无线发射工作状态，执行发射线圈功能；如果不是，下一步；

关闭无线充电发射单元功率调整电路，开启无线充电接收单元的整流电路；便携式非接插式充电设备判断接收到的信号是否来自无线充电发射端，如果是，则设备开启无线接收工作状态，执行接收线圈的功能。如果不是，返回上一步。

图3为本发明实施例提供的一种便携式非接插式充电方法流程示意图。如图3所示，该便携式非接插式充电方法包括以下步骤：

当所述便携式非接插式充电设备开启所述功率调整电路时，进而驱动发射线圈实现无线充电的发射功能，并发送握手询问信号，通过是否接收到应答信号进行判断，如接收到无线充电接收端的应答信号，则判定为向待充电设备充电，此时锁定便携式非接插式充电设备的工作状态为无线充电发射工作状态；所述便携式非接插式充电设备通过控制功率调整电路将充放电控制输出的直流电压逆变为交流电压信号，并驱动电力接收线圈交变电磁信号，实现无线充电发射功能；如未接收到无线充电接收端的应答信号，则控制所述便携式非接插式充电设备关闭功率调整电路，结束无线充电发射状态，转入无线充电接收状态判断；

当所述便携式非接插式充电设备开启接收整流电路时，所述控制电路、电力接收线圈和接收整流电路构成无线充电接收器；所述控制电路通过无线充电接收器接收解调是否有握手询问信号，如有接收到无线充发射器发出的握手询问信号，则判写为自身进行充电，则锁定所述便携式非接插式充电设备工作状态为无线充电接收状态，并对该握手询问信号进行应答，发送应答信号，当所述便携式非接插式充电设备判定系统工作为无线充电接收状态后，通过控制无线充电接收整流电路将无线充电电力接收线圈接收到的交流电压信号通过整流电路转换为直流电压信号，再传输到充放电电路系统输入端，通过充放电电路实现对电池组的充电；如未接收到无线充电接收状态，转入无线充电发射状态判断。

以上对本发明进行了详细介绍，并结合具体实施例对本发明做了进一步阐述，必须指出，以上实施例的说明不用于限制而只是用于帮助理解本发明的核心思想，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，对本发明进行的任何改进以及与本产品等同的替代方案，也属于本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种便携式非接插式充电设备，其特征在于，包括：无线充电接收单元和无线充电发射单元；其中，无线充电接收单元包括电力接收线圈、整流电路、接收电路和DC/DC转换电路；无线充电发射单元包括电力发送线圈、整流电路、功率调整电路及控制器；

当所述便携式非接插式充电设备开启所述功率调整电路时，进而驱动发射线圈实现无线充电的发射功能，并发送握手询问信号，通过是否接收到应答信号进行判断，如接收到无线充电接收端的应答信号，则判定为向待充电设备充电，此时锁定便携式非接插式充电设备的工作状态为无线充电发射工作状态；所述便携式非接插式充电设备通过控制功率调整电路将充放电控制输出的直流电压逆变为交流电压信号，并驱动电力接收线圈交变电磁信号，实现无线充电发射功能；如未接收到无线充电接收端的应答信号，则控制所述便携式非接插式充电设备关闭功率调整电路，结束无线充电发射状态，转入无线充电接收状态判断；

当所述便携式非接插式充电设备开启接收整流电路时，所述控制电路、电力接收线圈和接收整流电路构成无线充电接收器；所述控制电路通过无线充电接收器接收解调是否有握手询问信号，如有接收到无线充发射器发出的握手询问信号，则判写为自身进行充电，则锁定所述便携式非接插式充电设备工作状态为无线充电接收状态，并对该握手询问信号进行应答，发送应答信号，当所述便携式非接插式充电设备判定系统工作为无线充电接收状态后，通过控制无线充电接收整流电路将无线充电电力接收线圈接收到的交流电压信号通过整流电路转换为直流电压信号，再传输到充放电电路系统输入端，通过充放电电路实现对电池组的充电；如未接收到无线充电接收状态，转入无线充电发射状态判断。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括无线充电电路、电池保护电路、温度检测模块、通信装置、能量显示装置和处理器；其中，

所述通信装置用于与无线充电接收端建立双向通讯后，接收来自无线充电接收端的实时无线充电功率；

所述处理器连接所述能量显示装置、通信装置及无线充电发射单元，用于获取所述功率调整电路的实时发射功率，根据所述实时无线充电功率及所述实时发射功率，计算实时无线充电传输效率；根据无线充电传输效率及理想无线传输效率，计算实时充电耦合系统，并传输至所述能量显示装置；

所述能量显示装置包括耦合状态指示圈，用于显示所述实时充电耦合系数；以及显示该设备还剩余多少电量，通过安时积分或卡尔曼滤波对电池的SOC进行估算；所述耦合状态指示圈由多个LED灯组成，根据实时充电耦合系数，匹配显示对应的百分比和/或颜色状态；

所述温度检测模块，用于检测所述便携式非接插式充电设备的温度，并将温度检测结果发送至所述处理器；所述处理器根据温度检测结果，通知电池组调整无线充电配置参数，并通过收发器将所述无线充电配置参数发送至对端设备。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述电池组包括聚合物电芯，所述聚合物电芯为锂电池，所述锂电池为圆柱形、软包形或方型电芯；其中圆柱形锂电池型号为18650、21700、26650、32700其中的一种进行串并联的电池组。

4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述便携式非接插式充电设备包括无线充电和无线供电功能，通过有线充的方式补充电能，充电接口包括Type-C、LIGHTING或MicroUSB标准接口。

5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述通讯装置用于使得无线充电接收单元和无线充电发射单元实现数据传递，通讯模块可以为Blutooth、WiFi、Zigbee、RFID、Lora、NFC中的一种或多种方式实现。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无线充电设置的标准协议包括WPC、A4WP、PMA中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括外壳，所述外壳采用屏蔽材料或吸波材料来阻档磁力线外泄；所述屏蔽材料或吸波材料包括磁屏蔽薄片、铁粉心薄片、铁氧体碎片或纳米晶柔性磁。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述便携式非接插式充电设备工作状态满足特定条件包括以下中的至少一项：无线充电接收设备处于充电完成的状态、无线充电接收设备的温度上升到预定高值、或无线充电接收设备的电流超过预定电流值。

9.一种便携式非接插式充电方法，应用于如权利要求1所述的设备中；其特征在于，

当所述便携式非接插式充电设备开启所述功率调整电路时，进而驱动发射线圈实现无线充电的发射功能，并发送握手询问信号，通过是否接收到应答信号进行判断，如接收到无线充电接收端的应答信号，则判定为向待充电设备充电，此时锁定便携式非接插式充电设备的工作状态为无线充电发射工作状态；所述便携式非接插式充电设备通过控制功率调整电路将充放电控制输出的直流电压逆变为交流电压信号，并驱动电力接收线圈交变电磁信号，实现无线充电发射功能；如未接收到无线充电接收端的应答信号，则控制所述便携式非接插式充电设备关闭功率调整电路，结束无线充电发射状态，转入无线充电接收状态判断；

当所述便携式非接插式充电设备开启接收整流电路时，所述控制电路、电力接收线圈和接收整流电路构成无线充电接收器；所述控制电路通过无线充电接收器接收解调是否有握手询问信号，如有接收到无线充发射器发出的握手询问信号，则判写为自身进行充电，则锁定所述便携式非接插式充电设备工作状态为无线充电接收状态，并对该握手询问信号进行应答，发送应答信号，当所述便携式非接插式充电设备判定系统工作为无线充电接收状态后，通过控制无线充电接收整流电路将无线充电电力接收线圈接收到的交流电压信号通过整流电路转换为直流电压信号，再传输到充放电电路系统输入端，通过充放电电路实现对电池组的充电；如未接收到无线充电接收状态，转入无线充电发射状态判断。

10.根据权利要求1所述的无线充电方法，其特征在于，还包括无线充电系统初始化步骤，该步骤包括：

关闭无线充电接收单元的整流电路，开启无线充电发射单元功率调整电路；

便携式非接插式充电设备判断接收到的信号是否来自无线充电接收端，如果是，则设备开启无线发射工作状态，执行发射线圈功能；如果不是，下一步；

关闭无线充电发射单元功率调整电路，开启无线充电接收单元的整流电路；

便携式非接插式充电设备判断接收到的信号是否来自无线充电发射端，如果是，则设备开启无线接收工作状态，执行接收线圈的功能。如果不是，返回第一步。