CN106560974B - 无线充电系统及汽车无线充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线充电系统及无线充电装置，其中该无线充电系统包括位于基建侧的原边整流电路、调压电路、逆变电路、原边线圈、及原边控制电路，汽车无线充电系统还包括位于车载侧的副边线圈、副边整流电路、及副边控制电路；原边控制电路，控制原边整流电路将输入的交流电整流成直流电，调压电路对直流电的电压进行变换，逆变电路将直流电逆变成交流电，通过原边线圈、副边线圈，传输至原边整流电路；副边控制电路，控制副边整流电路，将交流电整流成直流电后，输出至汽车的电池；原边控制电路和副边控制电路通过原边线圈、副边线圈进行发射或接收信号。本发明技术方案具有成本较低的优点。

Description

无线充电系统及汽车无线充电装置
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种无线充电系统及汽车无线充电装置。
背景技术
目前汽车充电主要是采样有线充电和无线充电两种方式。无线充电省去了电动汽车与充电电源的频繁接触、减少人工操作环节，简化了充电步骤和降低了充电成本，因而得到更广泛的应用。
电动汽车无线充电系统中，车载侧与基建侧没有物理连接的通信链路，只能通过无线通讯的方式实现信息交换，而目前常规大功率的汽车无线充电系统中，需要单独设置发射设备和接收设备，其成本较高。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种无线充电系统，旨在降低该无线充电系统的成本。
为实现上述目的，本发明提出了一种无线充电系统，该无线充电系统包括位于基建侧的原边整流电路、调压电路、逆变电路、原边线圈、及原边控制电路，所述汽车无线充电系统还包括位于车载侧的副边线圈、副边整流电路、及副边控制电路；
其中，所述原边控制电路，控制所述原边整流电路将输入的交流电整流成直流电，所述调压电路对直流电的电压进行变换，所述逆变电路将直流电逆变成交流电，通过所述原边线圈、副边线圈，传输至所述原边整流电路；所述副边控制电路，控制所述副边整流电路，将交流电整流成直流电后，输出至汽车的电池；
所述原边控制电路和所述副边控制电路通过原边线圈、副边线圈进行发射或接收信号，以进行通信。
优选地，所述原边控制电路包括原边控制器、原边调制解调电路、原边耦合电路；副边控制电路包括副边控制器、副边耦合电路、及副边调制解调电路；其中，
在所述原边控制器发送信号至副边控制器时，所述原边调制解调电路对原边控制器输出的信号进行调制，经所述原边耦合电路将调制后的信号耦合至原边线圈，经原边线圈发射后被副边线圈接收；所述副边耦合电路将所述副边线圈接收的信号耦合至所述副边调制解调电路，经副边调制解调电路解调后发送至副边控制器；
在所述副边控制器发送信号至原边控制器时，所述副边调制解调电路对副边控制器输出的信号进行调制，经所述副边耦合电路将调制后的信号耦合至副边线圈，经副边线圈发射后被原边线圈接收；所述原边耦合电路将所述原边线圈接收的信号耦合至所述原边调制解调电路，经原边调制解调电路解调后发送至原边控制器。
优选地，所述原边控制电路和副边控制电路在距离输入交流电过零点的预设时间段内进行通信。
优选地，所述原边调制解调电路或副边调制解调电路采用多种频率的调频方式发射信号。
优选地，所述原边调制解调电路或副边调制解调电路采用FSK、ASK或PSK对信号进行调制解调。
优选地，所述原边整流电路的第一输入端及第二输入端接入市电，所述原边整流电路的第一输出端及第二输出端分别与所述调压电路的第一输入端及第二输入端连接；所述调压电路的第一输出端及第二输出端分别与所述逆变电路的第一输入端及第二输入端连接；所述逆变电路的第一输出端及第二输出端分别与所述原边线圈的第一端及第二端连接；
所述副边线圈与所述原边线圈电磁耦合，所述副边线圈的第一端及第二端分别与所述副边整流电路的第一输入端及第二输入端连接；所述副边整流电路的第一输出端及第二输出端均与电池连接；
所述原边控制器的控制端分别与所述原边整流电路的受控端、所述调压电路的受控端及所述逆变电路的受控端连接；所述副边控制器的控制端与所述副边整流电路的受控端连接。
优选地，所述无线充电系统还包括原边补偿电容及副边补偿电容；
所述原边补偿电容的第一端与所述逆变电路的第一输出端连接，所述原边补偿电容的第二端与所述原边线圈的第一端连接；所述副边电容的第一端与所述副边线圈的第一端连接，所述副边电容的第二端与所述副边整流电路的第一输入端连接；
所述原边调制解调电路的第一端与所述原边控制器的控制端连接，所述原边调制解调电路的第二端与所述原边耦合电路的信号端连接，所述原边耦合电路的第一耦合端与所述原边补偿电容的第一端连接，所述原边补偿电路的第二耦合端与所述原边电感的第二端连接；
所述副边调制解调电路的第一端与所述副边控制器的控制端连接，所述副边调制解调电路的第二端与所述副边耦合电路的信号端连接，所述副边耦合电路的第一耦合端与所述副边补偿电容的第二端连接，所述副边耦合电路的第二耦合端与所述副边线圈的第二端连接。
优选地，所述无线充电系统还包括电池管理器，所述电池管理器的第一输入端及第二输入端分别与所述副边整流器的第一输出端及第二输出端连接，所述电池管理器的第一输出端及第二输出端均与所述电池连接。
优选地，所述调压电路采用降压型DC/DC变换器、升压型DC/DC变换器或升降压型DC/DC变换器实现。
本发明还提出一种无线充电装置，该无线充电装置包括如上所述的无线充电系统，该无线充电系统包括位于基建侧的原边整流电路、调压电路、逆变电路、原边线圈、及原边控制电路，所述汽车无线充电系统还包括位于车载侧的副边线圈、副边整流电路、及副边控制电路；其中，所述原边控制电路，控制所述原边整流电路将输入的交流电整流成直流电，所述调压电路对直流电的电压进行变换，所述逆变电路将直流电逆变成交流电，通过所述原边线圈、副边线圈，传输至所述原边整流电路；所述副边控制电路，控制所述副边整流电路，将交流电整流成直流电后，输出至汽车的电池；所述原边控制电路和所述副边控制电路通过原边线圈、副边线圈进行发射或接收信号，以进行通信。
本发明技术方案通过设置原边整流电路、调压电路、逆变电路、原边线圈、及原边控制电路，并于车载侧设置副边线圈、副边整流电路、及副边控制电路，形成了一种无线充电系统。该无线充电系统采用原边线圈、副边线圈进行传输电能，同时还通过原边线圈、副边线圈进行发射或接收信号，使得无需另外单独设置发射设备及接收设备，有效降低了无线充电系统的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明无线充电系统一实施例的功能模块图；
图2为本发明交流电过零点示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 原边整流电路 610 副边控制器
200 调压电路 620 副边调制解调电路
300 逆变电路 530 副边耦合电路
400 原边控制电路 700 电池管理器
410 原边控制器 Cp 原边补偿电容
420 原边调制解调电路 Lp 原边线圈
430 原边耦合电路 Cs 副边补偿电容
500 副边整流电路 Ls 副边线圈
600 副边控制电路
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种无线充电系统。
参照图1，在本发明实施例中，该无线充电系统包括位于基建侧的原边整流电路100、调压电路200、逆变电路300、原边线圈Lp、及原边控制电路400，所述无线充电系统还包括位于车载侧的副边线圈Ls、副边整流电路500、及副边控制电路600。
其中，所述原边控制电路400，控制所述原边整流电路100将输入的交流电整流成直流电，所述调压电路200对直流电的电压进行变换，所述逆变电路300将直流电逆变成交流电，通过所述原边线圈Lp、副边线圈Ls，传输至所述原边整流电路100；所述副边控制电路600，控制所述副边整流电路500，将交流电整流成直流电后，输出至汽车的电池；所述原边控制电路400和所述副边控制电路600通过原边线圈Lp、副边线圈Ls进行发射或接收信号，以进行通信。
需要说明的是，该无线充电系统的基建侧部分设置地表下，而车载侧部分则设置于汽车上,在进行充电时，将汽车驾驶到指定位置上，开启该无线充电系统便可进行充电。
在无线充电系统进行充电时，副边控制电路600将车载侧的充电电压、电流以及功率等信息通过无线通信的方式发送到原边控制电路400，原边控制电路400根据当前的电网电压和所需要的充电电流计算当前是否可通过基建侧的原边整流电路100调节母线电压实现充电电流的控制。本实施例中，副边控制电路600是通过副边线圈Ls将充电电压、电流以及功率等信息发射至原边线圈Lp，然后发送至原边控制电路400。副边控制电路600通过控制可控的原边整流电路100调节输出电压，实现对变压器的原边输入电流的调节，降低变压器原边输入电流，提高系统效率。
本发明技术方案通过设置原边整流电路100、调压电路200、逆变电路300、原边线圈Lp、及原边控制电路400，并于车载侧设置副边线圈Ls、副边整流电路500、及副边控制电路600，形成了一种无线充电系统。该无线充电系统采用原边线圈Lp、副边线圈Ls进行传输电能同时，还通过原边线圈Lp、副边线圈Ls进行发射或接收信号，使得无需另外单独设置发射设备及接收设备，有效降低了无线充电系统的成本。
具体地，所述原边控制电路400包括原边控制器410、原边调制解调电路420、原边耦合电路430；所述副边控制电路600包括副边控制器610、副边调制解调电路620及副边耦合电路630；其中，
在所述原边控制器410发送信号至副边控制器610时，所述原边调制解调电路420对原边控制器410输出的信号进行调制，经所述原边耦合电路430将调制后的信号耦合至原边线圈Lp，经原边线圈Lp发射后被副边线圈Ls接收；所述副边耦合电路630将所述副边线圈Ls接收的信号耦合至所述副边调制解调电路620，经副边调制解调电路620解调后发送至副边控制器610；
在所述副边控制器610发送信号至原边控制器410时，所述副边调制解调电路620对副边控制器610输出的信号进行调制，经所述副边耦合电路630将调制后的信号耦合至副边线圈Ls，经副边线圈Ls发射后被原边线圈Lp接收；所述原边耦合电路430将所述原边线圈Lp接收的信号耦合至所述原边调制解调电路420，经原边调制解调电路420解调后发送至原边控制器410。
进一步地，所述原边控制电路400和副边控制电路600在距离输入交流电过零点的预设时间段内进行通信。
参照图2，图2中t即为距离交流电过零点的时间段。在无线充电系统进行充电时，输入的交流电在位于波峰或波谷位置，对无线通信的干扰最大，相反在位于过零点附近时对无线通信的干扰最小。无线充电系统的原边控制电路400及副边控制电路600之间进行通信时无需稳定时间，只在交流电过零点附近的时间段，接受通信信息或者检测信息，避开被干扰时间段。
进一步地，所述原边调制解调电路420或副边调制解调电路620采用多种频率的调频方式发射信号。
原边或副边的调制解调电路在采用某种频率发射信号，当通信不顺畅时，原边或副边的调制解调电路改变信号发射频率，避开干扰的频段，进一步加强抗扰性，防止特定性的频率干扰。
本实施例中，所述原边调制解调电路420或副边调制解调电路620采用FSK(Frequency-Shift Keying，频移键控)、ASK(Amplitude-Shift Keying幅移键控)或PSK(Phase-Shift Keying相移键控)对信号进行调制解调。
具体地，所述原边整流电路100的第一输入端及第二输入端接入市电，所述原边整流电路100的第一输出端及第二输出端分别与所述调压电路200的第一输入端及第二输入端连接；所述调压电路200的第一输出端及第二输出端分别与所述逆变电路300的第一输入端及第二输入端连接；所述逆变电路300的第一输出端及第二输出端分别与所述原边线圈Lp的第一端及第二端连接；
所述副边线圈Ls与所述原边线圈Lp电磁耦合，所述副边线圈Ls的第一端及第端分别与所述副边整流电路500的第一输入端及第二输入端连接；所述副边整流电路500的第一输出端及第二输出端均与电池连接；
所述原边控制器410的控制端分别与所述原边整流电路100的受控端、所述调压电路200的受控端及所述逆变电路300的受控端连接；所述副边控制器610的控制端与所述副边整流电路500的受控端连接。
进一步地，所述无线充电系统还包括原边补偿电容Cp及副边补偿电容Cs；
所述原边补偿电容Cp的第一端与所述逆变电路300的第一输出端连接，所述原边补偿电容Cp的第二端与所述原边线圈Lp的第一端连接；所述副边电容的第一端与所述副边线圈Ls的第一端连接，所述副边电容的第二端与所述副边整流电路500的第一输入端连接；
所述原边调制解调电路420的第一端与所述原边控制器410的控制端连接，所述原边调制解调电路420的第二端与所述原边耦合电路430的信号端连接，所述原边耦合电路430的第一耦合端与所述原边补偿电容Cp的第一端连接，所述原边补偿电路的第二耦合端与所述原边电感的第二端连接；
所述副边调制解调电路620的第一端与所述副边控制器610的控制端连接，所述副边调制解调电路620的第二端与所述副边耦合电路630的信号端连接，所述副边耦合电路630的第一耦合端与所述副边补偿电容Cs的第二端连接，所述副边耦合电路630的第二耦合端与所述副边线圈Ls的第二端连接。
无线充电系统在充电时，通过设置原边补偿电容Cp及副边补偿电容Cs能够提供瞬间大电流，满足负载突变时对电流的需求，从而减小因电流波动对通信及整个充电系统的干扰。
进一步地，所述无线充电系统还包括电池管理器700，所述电池管理器700的第一输入端及第二输入端分别与所述副边整流器的第一输出端及第二输出端连接，所述电池管理器700的第一输出端及第二输出端均与所述电池连接。
电池管理器700即BMS(Battery Management System，电池管理系统)，用于对电池的电量、电压及电流进行检测和管理。电池管理器700提高了整了汽车无线充电系统的自动化水平。
所述调压电路200采用降压型DC/DC变换器、升压型DC/DC变换器或升降压型DC/DC变换器实现。本实施例中，调压电路200采用降压型DC/DC变换器。
本发明技术方案通过原边线圈Lp、副边线圈Ls进行传输电能同时还通过原边线圈Lp、副边线圈Ls进行发射或接收信号，使得无需另外单独设置发射设备及接收设备，以最大程度的节省与共用硬件资源，从而降低成本。同时本发明技术方案还具有抗干扰性强的优点。
本发明还提出一种无线充电装置，该无线充电装置包括上述无线充电系统，该无线充电系统的具体结构参照上述实施例，由于本无线充电装置采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线充电系统，该无线充电系统包括位于基建侧的原边整流电路、调压电路、逆变电路、原边线圈、及原边控制电路，所述无线充电系统还包括位于车载侧的副边线圈、副边整流电路、及副边控制电路；
其中，所述原边控制电路，控制所述原边整流电路将输入的交流电整流成直流电，所述调压电路对直流电的电压进行变换，所述逆变电路将直流电逆变成交流电，通过所述原边线圈、副边线圈，传输至所述原边整流电路；所述副边控制电路，控制所述副边整流电路，将交流电整流成直流电后，输出至汽车的电池；其特征在于，
所述原边控制电路和所述副边控制电路通过原边线圈、副边线圈进行发射或接收信号，以进行无线通信；所述原边控制电路和副边控制电路在距离交流电过零点的预设时间段内进行通信；
所述原边控制电路包括原边调制解调电路，信号经所述原边调制解调电路调制后通过所述原边线圈发射，以进行无线通信；所述副边控制电路包括副边调制解调电路，信号经所述副边调制解调电路调制后通过所述副边线圈发射，以进行无线通信；
所述原边调制解调电路和/或所述副边调制解调电路采用多种频率的调频方式发射信号；所述原边调制解调电路和/或所述副边调制解调电路能够改变信号发射频率。
2.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述原边控制电路还包括原边控制器、原边耦合电路；所述副边控制电路还包括副边控制器、副边耦合电路；其中，
在所述原边控制器发送信号至副边控制器时，所述原边调制解调电路对原边控制器输出的信号进行调制，经所述原边耦合电路将调制后的信号耦合至原边线圈，经原边线圈发射后被副边线圈接收；所述副边耦合电路将所述副边线圈接收的信号耦合至所述副边调制解调电路，经副边调制解调电路解调后发送至副边控制器；
在所述副边控制器发送信号至原边控制器时，所述副边调制解调电路对副边控制器输出的信号进行调制，经所述副边耦合电路将调制后的信号耦合至副边线圈，经副边线圈发射后被原边线圈接收；所述原边耦合电路将所述原边线圈接收的信号耦合至所述原边调制解调电路，经原边调制解调电路解调后发送至原边控制器。
3.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述原边调制解调电路或副边调制解调电路采用FSK、ASK或PSK对信号进行调制解调。
4.如权利要求2所述的无线充电系统，其特征在于，所述原边整流电路的第一输入端及第二输入端接入市电，所述原边整流电路的第一输出端及第二输出端分别与所述调压电路的第一输入端及第二输入端连接；所述调压电路的第一输出端及第二输出端分别与所述逆变电路的第一输入端及第二输入端连接；所述逆变电路的第一输出端及第二输出端分别与所述原边线圈的第一端及第二端连接；
所述副边线圈与所述原边线圈电磁耦合，所述副边线圈的第一端及第二端分别与所述副边整流电路的第一输入端及第二输入端连接；所述副边整流电路的第一输出端及第二输出端均与电池连接；
所述原边控制器的控制端分别与所述原边整流电路的受控端、所述调压电路的受控端及所述逆变电路的受控端连接；所述副边控制器的控制端与所述副边整流电路的受控端连接。
5.如权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统还包括原边补偿电容及副边补偿电容；
所述原边补偿电容的第一端与所述逆变电路的第一输出端连接，所述原边补偿电容的第二端与所述原边线圈的第一端连接；所述副边补偿电容的第一端与所述副边线圈的第一端连接，所述副边补偿电容的第二端与所述副边整流电路的第一输入端连接；
所述原边调制解调电路的第一端与所述原边控制器的控制端连接，所述原边调制解调电路的第二端与所述原边耦合电路的信号端连接，所述原边耦合电路的第一耦合端与所述原边补偿电容的第一端连接，所述原边耦合电路的第二耦合端与所述原边线圈的第二端连接；
所述副边调制解调电路的第一端与所述副边控制器的控制端连接，所述副边调制解调电路的第二端与所述副边耦合电路的信号端连接，所述副边耦合电路的第一耦合端与所述副边补偿电容的第二端连接，所述副边耦合电路的第二耦合端与所述副边线圈的第二端连接。
6.如权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统还包括电池管理器，所述电池管理器的第一输入端及第二输入端分别与所述副边整流器的第一输出端及第二输出端连接，所述电池管理器的第一输出端及第二输出端均与所述电池连接。
7.如权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于，所述调压电路采用降压型DC/DC变换器、升压型DC/DC变换器或升降压型DC/DC变换器实现。
8.一种汽车无线充电装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的无线充电系统。
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