CN105071551B - 一种无线能量传输装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无线能量传输装置，可提高无线充电的效率和安全性。该装置的主电路依次包括：功率校正PFC电路，逆变电路，非接触式变压器以及AC‑DC电路，逆变电路的控制电路与AC‑DC电路的控制电路通讯连接，AC‑DC电路的控制电路还设有负载状态信息接收端，AC‑DC电路包括可控桥式整流电路和升压电路，可控桥式整流电路的开关频率与非接触式变压器原边的交流电压频率一致。本发明的无线能量传输装置，接收端的AC‑DC电路采用同步整流控制有利于提高无线充电效率；AC‑DC电路的控制电路可以把充电电流、电压以及负载的电量等信息发送到逆变电路的控制部分，有利于负载充电过程的控制，实现安全高效快速的充电。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体涉及一种无线能量传输装置。
背景技术
在电动汽车无线能量传输领域，无线能能量传输的的方式主要有微波，电磁感应式WPT（无线能量传输），电磁共振式WPT，目前采用电磁共振式WPT的方式，可以实现90%以上传输效率，离真正的产业化比较接近，但这种无线线能量传输受距离和位置影响，输出端电压影响较大。在电磁共振式WPT中非接触式变压器输入输出电压设定在什么范围内，以及输出端采用什么样的拓扑结构满足电动汽车的要求还没有很好的解决方案，研究中大多以灯泡做为负载。
缺点一，微波传输效率低，电磁感应方式，传输距离近效率低。
缺点二，非接触式变压器输入输出端电压范围没有设定一个合理范围，以适应电动汽车不同类型电池组的要求。
缺点三，非接触式变压器原副边的匝数不易确定。
发明内容
本发明的目的是提出一种无线能量传输装置，可提高无线充电的效率和安全性。
根据本发明提供的无线能量传输装置，关键在于所述无线能量传输装置的主电路依次包括：功率校正PFC电路，逆变电路，非接触式变压器以及AC-DC电路，所述逆变电路的控制电路与所述AC-DC电路的控制电路通讯连接，所述AC-DC电路的控制电路还设有负载状态信息接收端，所述AC-DC电路包括可控桥式整流电路和升压电路，所述可控桥式整流电路的开关频率与非接触式变压器原边的交流电压频率一致。
本发明的无线能量传输装置，接收端的AC-DC电路采用同步整流控制有利于提高无线充电效率，AC-DC电路的控制电路设有负载状态信息接收端，并且可与逆变电路的控制电路通讯，从而AC-DC电路的控制电路可以把充电电流、电压以及负载的电量等信息发送到逆变电路的控制部分，有利于负载充电过程的控制，实现安全高效快速的充电。
进一步的，所述AC-DC电路的控制电路通过调节非接触式变压器原边和副边的匝数比保持非接触式变压器副边输出相对所述无线能量传输装置的负载所需较低的电压。本发明的无线接收端采用升压电路设计，通过调节非接触式变压器原边和副边的匝数比保持非接触式变压器副边输出相对所述无线能量传输装置的负载所需较低的电压即可实现对负载的充电，而无需再调整非接触式变压器原边和副边的位置和距离，也就是减少负载的充电距离限制，提升了负载充电的便利性，特别是为电动车车载电池充电时，可增大电动车无线充电的感应范围，十分有助于无线充电的推广。
所述AC-DC电路的控制电路根据接收的负载状态信息，进行负载故障信息判断，并将负载故障信息发送至逆变电路的控制电路，由逆变电路的控制电路调整逆变电路的输出功率或进行相应保护动作，所述负载故障信息至少包括负载连接开路、负载过压和欠压故障，所述相应保护动作至少包括关机动作。通过实时监控负载的充电状态信息，由逆变电路的控制电路调整逆变电路的输出功率或进行相应保护动作，保护负载充电的安全，减少事故发生的可能性，提高安全性。
具体的说，所述无线能量传输装置的负载为车载动力电池，所述负载状态信息接收端与所述车载动力电池的电池管理系统连接。
具体的说，所述逆变电路的控制电路与所述AC-DC电路的控制电路之间的通讯连接为无线通讯连接。
更具体的说，所述逆变电路为全桥逆变电路，所述可控桥式整流电路为可控全桥整流电路。所述升压电路为BOOST升压电路。
附图说明
图1为本发明的电路模块框图。
图2为本发明的AC-DC电路的电路图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
如图1，本发明的无线能量传输装置的主电路依次包括：功率校正PFC电路，逆变电路，非接触式变压器以及AC-DC电路，逆变电路的控制电路与AC-DC电路的控制电路通过通讯模块通讯连接，AC-DC电路的控制电路还设有负载状态信息接收端，AC-DC电路包括可控桥式整流电路和升压电路，可控桥式整流电路的开关频率与非接触式变压器原边的交流电压频率一致。当本发明的无线能量传输装置用于电动汽车的车载动力电池充电时，AC-DC电路的控制电路与车载动力电池的电池管理系统BMS通讯连接，逆变电路为全桥逆变电路，可控桥式整流电路为可控全桥整流电路，升压电路为BOOST升压电路。AC-DC电路的电路图如图2。
作为优选的实施方式，本发明的无线能量传输装置用于电动汽车的车载动力电池充电时的工作原理如下：
功率校正PFC电路实现电源的功率因数校正，并输出380～390V的直流电压，然后全桥逆变电路将直流电压转换成交流的方波信号，全桥逆变电路的输出端通过电容连接到非接触式变压器原边的输入端，非接触式变压器原边电感与电容谐振，非接触式变压器原边产生交变磁场，非接触式变压器副边产生正弦交流电。AC-DC电路具备功率因数较正功能，使输出电压和电流同相位，无论非接处式变压器原副边距离和位置怎样，通过调节非接触式变压器原边和副边的匝数比，保持非接触变压器副边输出相对蓄电池较低电压，AC-DC电路升压到可以为车载动力电池充电的电压范围，实现充电。通过调节非接触式变压器原边和副边的匝数比保持非接触式变压器副边输出相对所述无线能量传输装置的负载所需较低的电压即可实现对负载的充电，而无需再调整非接触式变压器原边和副边的位置和距离，也就是减少负载的充电距离限制，提升了负载充电的便利性，特别是为电动车车载电池充电时，可增大电动车无线充电的感应范围，十分有助于无线充电的推广。
AC-DC电路包括可控全桥整流电路和BOOST升压电路，如图2所示。非接触式变压器副边产生正弦的电压波形，通过由Q1~Q4组成可控全桥整流电路，电路的开关频率与发射端的频率保持一致，从而实现同步整流，极大程度提高无线充电效率。再通过BOOST升压电路，实现较小纹波质量较高的直流输出给蓄电池充电。AC-DC电路中包含对蓄电池充电电压和充电电流的检测，同时AC-DC电路的控制电路具备与BMS通讯能力，AC-DC的控制电路把充电电流、电压和蓄电池的电量信息一并发送到全桥逆变电路的控制电路，AC-DC的控制电路根据蓄电池的电压和无线能量发射端，即非接触式变压器原边的输出功率、效率情况，调整充电电压和充电电流。全桥逆变电路的控制电路根据这些信息，调整输出功率或是进行相关保护，从而调整副边的输出电流和输出电压，最终实现无线充电的功能。其中，AC-DC电路的控制电路的功能是负责无线接收端，即非接触式变压器副边的电压、电流、功率处理，根据蓄电池参数，提供相应的充电曲线，同时把BMS对蓄电池的参数通过网络读取过来，然后在经过通讯模块发送给全桥逆变控制电路。如果蓄电池的电池包出现连接开路、过压、欠压等故障，AC-DC控制电路将把故障号码发送给全桥逆变控制电路，全桥逆变控制电路将根据AC-DC控制电路发出的故障执行保护措施，如关机等。全桥逆变控制电路负责全桥逆变电路工作，根据AC-DC控制电路故障关闭全桥逆变电路。正常工作情况下，通过检测PFC电路的输入电压、电流、非接触变压器原边的电流实现对全桥逆变电路的保护，具备PFC输入过压保护、输入过流保护功能。
Claims (6)
1.一种无线能量传输装置，其特征在于所述无线能量传输装置的主电路依次包括：功率校正PFC电路，逆变电路，非接触式变压器以及AC-DC电路，所述逆变电路的控制电路与所述AC-DC电路的控制电路通讯连接，所述AC-DC电路的控制电路还设有负载状态信息接收端，所述AC-DC电路包括可控桥式整流电路和升压电路，所述可控桥式整流电路的开关频率与非接触式变压器原边的交流电压频率一致，所述AC-DC电路的控制电路通过调节非接触式变压器原边和副边的匝数比保持非接触式变压器副边输出相对所述无线能量传输装置的负载所需较低的电压。
2.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述AC-DC电路的控制电路根据接收的负载状态信息，进行负载故障信息判断，并将负载故障信息发送至逆变电路的控制电路，由逆变电路的控制电路调整逆变电路的输出功率或进行相应保护动作，所述负载故障信息至少包括负载连接开路、负载过压和欠压故障，所述相应保护动作至少包括关机动作。
3.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述无线能量传输装置的负载为车载动力电池，所述负载状态信息接收端与所述车载动力电池的电池管理系统连接。
4.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述逆变电路的控制电路与所述AC-DC电路的控制电路之间的通讯连接为无线通讯连接。
5.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述逆变电路为全桥逆变电路，所述可控桥式整流电路为可控全桥整流电路。
6.根据权利要求1所述的无线能量传输装置，其特征在于所述升压电路为BOOST升压电路。
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