CN110752638A - 车载无线充电控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于待充电设备的无线充电的车载无线充电控制器，包括：用于支承待充电设备的壳体；设置在壳体的远离待充电设备的一侧并与壳体的该侧形成热接触的线圈；以及用于检测壳体的紧靠线圈一侧的第一温度的温度检测模块，其特征在于，该车载无线充电控制器还包括主计算模块，其用于基于来自温度检测模块的第一温度测量值、与壳体相关的物理参数以及与线圈有关的热传导功率值计算壳体的靠近待充电设备一侧的第二温度。

Description

车载无线充电控制器

技术领域

本发明涉及一种车载无线充电系统，更具体地涉及用于该车载无线充电系统的无线充电控制器。

背景技术

目前市场上的很多车载无线充电系统具有无线充电控制器(WLC，或无线充电器)，用以给移动终端无线充电设备以无线方式充电。通常无线充电控制器设计成带有一定厚度的扁平壳体的形式，壳体内容纳有印刷电路板(PCB板)。壳体的一侧设置线圈，壳体的另一侧用于搁置移动终端无线充电设备。无线充电控制器识别所搁置的充电设备的型号或电量等相关信息，并响应于用户的指令开启充电模式。在充电过程中，线圈工作会发热，所产生热量会通过热传导的方式传递到壳体的用于搁置充电设备的支承面，而该支承面面向用户且轻易为用户所接近，出于安全考虑，无线充电控制器对于壳体的温度进行监测和控制。

现有的无线充电控制器通常执行预定的温控策略，其中某些控制参数，例如壳体设置有线圈的一侧的温度(内面温度)和壳体的支承面的温度(外面温度)之间的温度差，被设置为固定值，该固定值是基于无线充电控制器产品类型的部分测试结果而得出。例如，通常将所述内外温度差恒定地设置为10度(℃)，当将外温的安全温度阈值设置为60度时，内温的安全温度阈值则恒定地设置为70度。

而根据实际工作环境的不同，内外温度差并不是一个恒定值，例如随电功率、无线充电控制器产品的厚度等参数的变化而变化。所以基于内外温度差为恒定值确定的内部温度阈值并不准确，这种温控方法最为严重的后果是可能导致安全事故。例如，如上所述，将内外温度差恒定地设为10度，现有的无线充电控制器将外温的安全温度阈值设为60度，内温的安全温度阈值设为70度，而在某条件下实际的内外温度差可能为3度，当内温超过63度而没有达到内部安全温度阈值70度时，实际外部温度已经超过安全温度阈值60度，而现有的无线充电控制器此时并没有启动防护措施，因而存在有很大的安全隐患，极易造成人身伤害。

因此，本发明旨在克服上述问题中的一个或多个。

发明内容

鉴于上述目的，本发明提供一种用于车载无线充电系统的无线充电控制器，其使得能够在不影响美观以及使用方便性的前提下动态可靠地监控控制器的外面温度，提高系统安全性。

根据本发明的一方面，提供了一种用于待充电设备的无线充电的车载无线充电控制器，包括：用于支承待充电设备的壳体；用于在待充电设备中产生感应电流的线圈，线圈设置在壳体中位于壳体的远离待充电设备的一侧并与壳体的该侧形成热接触；以及用于检测壳体的紧靠线圈一侧的第一温度的温度检测模块，其特征在于，该车载无线充电控制器还包括主计算模块，其用于基于来自温度检测模块的第一温度测量值、与壳体相关的物理参数以及与线圈有关的热传导功率值计算壳体的靠近待充电设备一侧的第二温度。

有利地，所述车载无线充电控制器还包括充电控制模块，其用于基于所计算得到的第二温度与预定温度阈值的比较结果控制当前的充电模式。

有利地，所述充电控制模块在第二温度小于第一温度阈值时，将当前充电模式控制为全速充电模式，在第二温度大于等于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，将当前充电模式控制为限制充电模式，第二温度阈值大于第一温度阈值。

有利地，所述充电控制模块在第二温度大于等于第二温度阈值时，将当前充电模式控制为停止充电模式。

有利地，在当前充电模式为停止充电模式时，所述充电控制模块持续判断第二温度是否降低到第三温度阈值，当第二温度小于第三温度阈值时，重新启动无线充电且控制当前充电模式为限功率充电模式，第三温度阈值大于或等于第一温度阈值但小于第二温度阈值。

有利地，在当前充电模式为停止充电模式时，所述充电控制模块持续判断第二温度是否降低到第四温度阈值，当第二温度小于第四温度阈值时，控制当前充电模式退出限功率充电模式并进入全速充电模式，第四温度阈值小于或等于第一温度阈值。

有利地，第一温度阈值为49度，第二温度阈值为60度，第三温度阈值为50度，第四温度阈值为45度。

有利地，在限制充电模式下，当第二温度大于第一温度阈值但小于预定的阶段温度阈值时，所述充电控制模块将充电功率限制到第一值，当第二温度大于阶段温度阈值时，所述充电控制模块将充电功率限制为第二值，第二值小于第一值。

有利地，第二温度的计算以预定的时间间隔周期性地进行。

有利地，所述待充电设备包括智能手机、平板电脑或电子书。

因此，基于本发明，对车载无线充电控制器内外的温度差进行理论动态计算并得到准确的车载无线充电控制器壳体外面温度，解决了现有的车载无线充电控制器外面温度监控不准而导致人身伤害的问题，为可靠的无线充电流程控制提供了更为精确的判断基础。此外，本发明的车载无线充电控制器使得可以灵活可靠地控制无线充电流程，进一步提高整个系统的安全性和可靠性，以及系统的使用寿命。

附图说明

参考下列的详细说明和附图，本发明的一个例子的特点和优势将变得显而易见，其中：

图1示出车载无线充电系统的示意图；以及

图2示出包含本发明实施例的车载无线充电控制器的部分车载无线充电系统的简易示图；

图3示出本发明实施例的车载无线充电控制器的模块示意图；

图4示出本发明实施例的车载无线充电控制器的控制流程示意图；以及

图5示出本发明实施例的无线充电系统的“限制充电模式”或“限功率模式”的简化示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

以下结合附图描述根据本发明实施例的用于移动终端的车载无线充电系统。其中，上述的车载无线充电系统可应用于电动汽车上，上述电动汽车可以为纯电动汽车或者混合动力电动汽车。

如图1和图2所示，根据本发明一个实施例的车载无线充电系统10包括：待充电设备100和电能提供装置200。电能提供装置200(即车载无线充电设备)安装在电动汽车上，在上述示例中，待充电设备100包括但不限于：智能手机、平板电脑、电子书等。具体地，电能提供装置构造用于响应于来自于待充电设备的充电请求进入无线充电流程，例如利用电磁感应向待充电设备传输电能。

以无线充电方式为电磁感应原理为例说明本发明实施例的车载无线充电系统10的工作原理：通过电能提供装置200的一次线圈产生交变磁场，待充电设备100的相应部件(例如二次线圈)在该交变磁场产生感应电流，从而实现向待充电设备100传输电能，以实现对待充电设备的蓄电池进行充电。

电能提供装置200包括车载无线充电控制器210，其构造成控制电能提供装置200与待充电设备100之间的通讯连接，用以控制无线充电流程的进展。

在本发明的图2所示实施例中，车载无线充电控制器210示出为包括具有一定厚度L的扁平壳体211，壳体内容纳有PCB板212。该PCB板构造用于与电源或测试电路等部件相连接，用以采集电流或集成有各种控制模块。在图示的实施例中，车载无线充电控制器210还包括设置在壳体中并位于壳体的远离待充电设备的一侧的线圈220。线圈220与壳体的该侧形成热接触。在壳体的与线圈220相对的一侧用作用于支承待充电设备100的支承面。因此，壳体的与线圈220相对一侧容易为用户所接近。为了描述简便，壳体的该面向用户的一面为外面，壳体的背对用户的一面为内面。

本文中，术语“热接触”指的是形成热接触的两个部件之间形成有热连接，使得热流能沿所形成的热流通道流通。因此，线圈与壳体之间的热接触，不仅仅限于物理上的紧密接触，也可以包括在两者之间通过导热胶等导热部件实现的热连接。在本发明所示的实施例中，线圈设置在壳壁的里侧，因此，由线圈产生的热流大致沿预定方向传递至壳体的远离线圈的另一侧。

在本发明图2中为了便于说明，将壳体211的背对用户的一侧的线圈示出为可从外部可见的，但是，本领域技术人员容易想到将线圈220封装在壳体211的背对用户的一侧而变得不能从外部看到。因此，线圈220可以与壳体211或PCB板212集成为一体。

在本发明图3所示的实施例中，车载无线充电控制器210还包括用于测量壳体内面温度Ts的温度检测模块231以及主计算模块232，主计算模块232构造用于基于来自温度检测模块231的内面温度Ts测量值、与壳体相关的物理参数以及与线圈有关的热传导功率值计算壳体的外面温度Te。

主计算模块232集成在PCB板212上，增强车载无线充电控制器紧凑性以及美观。温度检测模块231根据实际需求可以设置在壳体中，也可设置在壳体外。

根据本发明的车载无线充电控制器的主计算模块232可以设计成存储有预定计算程序的计算设备可读取存储介质。所述计算程序可以设计成：以图2所示为例，调取或输入壳体211的物理参数，包括壳体211的导热系数λ、壳体211厚度L，壳体211的面向待充电设备的侧面面积(即传热面积)S＝xy，其中x和y分别是壳体211侧面的长度和宽度；测量计算与线圈有关的当前的热传导功率Pt，其中热传导功率Pt＝I²*ESR，其中I为作为电能提供装置的主要发热源的线圈220的电流，ESR为线圈220的等效电阻，其可以通过设置于PCB板212上的测量电路测出。理想状态下将线圈220的电功率视为全部转化为热功率。也可以根据情况额外设置从电功率到热功率转化的转化系数，以更准确地计算壳体的外面温度Te。

根据傅里叶定律，可以推导得出：内面温度Ts与外面温度Te之间的温差ΔTx＝Ts-Te＝(L/λs)*Pt。

计算模块根据上述公式实时动态计算ΔTx以及因此推导出外面温度Te。例如，以间隔时间为500ms来周期性地计算和记录该温差ΔTx和Te。

为便于说明，本发明附图中仅示意性示出一个位于线圈中心位置区域的用于Ts的温度测点。本领域技术人员根据实际空间设计需求，可以在线圈外围不同位置布置多个温度传感器来测量壳体的内面温度。所测得的多个内面温度值可以采用一定的算法推算位于线圈中心位置区域的内面温度，也可以分别利用多个内面温度值计算壳体的支承面一侧在对应位置的外面温度。因此，温度检测模块231所包含的温度传感器的数目可以为两个或多个。

根据本发明的车载无线充电控制器210还包括充电控制模块233，其用于基于所计算的外面温度Te与预定温度阈值的比较结果控制当前的充电模式。参见图4所示，其示出了根据本发明的车载无线充电控制器所执行的充电控制策略。

在步骤S401处，温度Te以预定间隔时间例如500ms来周期性地计算和记录，充电控制模块则在步骤S402处以相应的时间间隔周期性地比较温度Te与预定的第一温度阈值(例如49度)。

在步骤S402处，当Te小于第一温度阈值Ty1(例如49度)时，充电控制模块生成全速充电模式的指令，该指令被传送至PCB板中的线圈控制电路，以改变线圈中交变磁场在待充电设备中所感应的电流强度，即将充电功率增加至最大例如15w(步骤S403)。然后，在步骤S411处以预定的时间间隔判断待充电设备是否充满电，如果充满电，则退出无线充电流程，否则，循环到步骤S401继续计算和监视温度Te。

在步骤S402处，当Te大于等于第一温度阈值时，流程进入到步骤S404。在步骤S404处，比较Te和预定第二温度阈值Ty2(例如60度)的大小。当Te小于预定第二温度阈值(例如60度)时，充电控制模块将充电模式控制为限制充电模式(即步骤S405)。参见图5所示，在限制充电模式下，充电控制模块根据Te与阶段温度阈值Tpy的比较结果来改变充电功率。例如，取阶段温度阈值Tpy为53度，当Te小于53度时，充电控制模块将充电功率控制为较大的充电功率例如7w。当Te大于等于53度时，充电控制模块将充电功率控制为较小的充电功率例如3.5w。

在步骤S404处，当Te大于等于第二温度阈值Ty2(例如60度)时充电流程进入到步骤S406，其中充电控制模块将充电模式控制为停止充电模式。在停止充电模式下，线圈停止工作，待充电设备中不再产生感应电流。

在启动“停止充电模式”后，壳体的外面温度Te会随着时间而逐渐降低。每隔500ms会有新的Te被充电控制模块从主计算模块中调取。

在步骤S407处，当Te下降到充电恢复阈值温度Ty3(例如50度)以下时，流程进入到步骤S408，即重新启动充电，但是以“限功率模式”来充电。也就是说，当Te小于恢复阶段阈值温度(例如48度)时以较大的充电功率例如5w进行充电，而当Te大于等于恢复阶段阈值温度(例如48度)时以较小的充电功率例如2w进行充电。而如果Te大于等于充电恢复阈值温度Ty3，则进行到步骤S406，进入“停止充电模式”。

在以充电恢复阶段的“限功率模式”运行的过程中，在步骤S409处比较Te和充电恢复阈值温度Ty3，如果Te小于Ty3，则进行到步骤S410处比较Te和完全恢复温度阈值Ty4。而如果Te大于等于Ty3，则进行到步骤S406，即退出“限功率模式”，进入“停止充电模式”。

在步骤S410处，当壳体的外面温度Te小于完全恢复温度阈值Ty4(例如45度)时，则执行步骤S403，即退出“限功率模式”，进入“全速充电模式”。而当壳体的外面温度Te大于等于充电恢复阈值温度Ty4，则回到步骤S408，以“限功率模式”充电。

参见图4所示，在“全速充电模式”、“限制充电模式”和“停止充电模式”中任一模式下，以预定的时间间隔例如500ms周期性计算壳体外面温度Te，无线充电系统的充电过程按照图4所示的流程不断循环持续，直至充电完成。在整个充电流程其间，动态实时计算外面温度Te，确保壳体外面温度Te在安全范围内，降低出现安全事故的风险。

此外，根据本发明的车载无线充电控制器使得一方面可以省去在壳体外面上设置温度传感的必要，并且增强车载无线充电控制器的美观以及使用方便性，另外，省去了大量传感器的标定测试工作，另一方面可适用于其他所有的车载无线充电产品，具有很高的复用性。

在本文中，“限制充电模式”和充电恢复阶段的“限功率模式”实质控制可以相同，都是分阶段或分级采用不同充电功率充电，确保外面温度Te不会出现陡增到落入不可控的范围，因此，提高了控制可靠性。虽然图5中只示出了采用一个阶段阈值将充电流程分成两级。但是本领域技术人员容易想到，可以采用多级功率来进行控制，确保控制精细化并且增强控制的可靠性。

在控制流程图4和图5中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

以上所述仅仅描述的是根据本发明的车载无线充电系统和车载无线充电控制器的示例性实施例。车载无线充电系统和车载无线充电控制器不局限于这里描述的特定实施例。在整个说明书中提到的“一个例子”，“另一个例子”，“例子”等等，意思是描述与例子相关的某个元件/元素(例如特点、结构和/或特征)包括在这里描述的至少一个例子中，可以和/或可以不出现在其它例子中。另外，可以理解的是描述的任何例子的多个元件可在多个不同的例子中以任何合适的方式组合，除非上下文明确说明。

本发明的可获得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员可以想到的其它示例。如果这些其它示例具有并非区别于权利要求字面语言的结构元件、或者如果这些其它示例包括非实质性区别于权利要求字面语言的等同的结构元件，则这些其它示例应落在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于待充电设备的无线充电的车载无线充电控制器，包括：用于支承待充电设备的壳体；用于在待充电设备中产生感应电流的线圈，线圈设置在壳体中位于壳体的远离待充电设备的一侧并与壳体的该侧形成热接触；以及用于检测壳体的紧靠线圈一侧的第一温度的温度检测模块，

其特征在于，该车载无线充电控制器还包括主计算模块，其用于基于来自温度检测模块的第一温度测量值、与壳体相关的物理参数以及与线圈有关的热传导功率值计算壳体的靠近待充电设备一侧的第二温度。

2.根据权利要求1所述的车载无线充电控制器，其特征在于，所述车载无线充电控制器还包括充电控制模块，其用于基于所计算得到的第二温度与预定温度阈值的比较结果控制当前的充电模式。

3.根据权利要求2所述的车载无线充电控制器，其特征在于，所述充电控制模块在第二温度小于第一温度阈值时，将当前充电模式控制为全速充电模式，在第二温度大于等于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，将当前充电模式控制为限制充电模式，第二温度阈值大于第一温度阈值。

4.根据权利要求3所述的车载无线充电控制器，其特征在于，所述充电控制模块在第二温度大于等于第二温度阈值时，将当前充电模式控制为停止充电模式。

5.根据权利要求4所述的车载无线充电控制器，其特征在于，在当前充电模式为停止充电模式时，所述充电控制模块持续判断第二温度是否降低到第三温度阈值，当第二温度小于第三温度阈值时，重新启动无线充电且控制当前充电模式为限功率充电模式，第三温度阈值大于或等于第一温度阈值但小于第二温度阈值。

6.根据权利要求5所述的车载无线充电控制器，其特征在于，在当前充电模式为停止充电模式时，所述充电控制模块持续判断第二温度是否降低到第四温度阈值，当第二温度小于第四温度阈值时，控制当前充电模式退出限功率充电模式并进入全速充电模式，第四温度阈值小于或等于第一温度阈值。

7.根据权利要求6所述的车载无线充电控制器，其特征在于，第一温度阈值为49度，第二温度阈值为60度，第三温度阈值为50度，第四温度阈值为45度。

8.根据权利要求3所述的车载无线充电控制器，其特征在于，在限制充电模式下，当第二温度大于第一温度阈值但小于预定的阶段温度阈值时，所述充电控制模块将充电功率限制到第一值，当第二温度大于阶段温度阈值时，所述充电控制模块将充电功率限制为第二值，第二值小于第一值。

9.根据权利要求1-8之一所述的车载无线充电控制器，其特征在于，第二温度的计算以预定的时间间隔周期性地进行。

10.根据权利要求1-8之一所述的车载无线充电控制器，其特征在于，所述待充电设备包括智能手机、平板电脑或电子书。

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