CN106571665A - 无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统，其中，该无线充电接收装置包括接收线圈模块、充电电路和第一控制器；充电电路的正向输入端与接收线圈模块的正向输出端连接，充电电路的负向输入端与接收线圈模块的负向输出端连接；充电电路的电源输出端连接动力电池；接收线圈模块包括接收线圈及串联于接收线圈的正向输出端上的第一补偿电容；该无线充电接收装置还包括连接于接收线圈模块的正向输出端与负向输出端之间的控制开关；第一控制器具有与充电电路连接的检测端和与控制开关连接的控制端；其中，第一控制器用于在其检测端检测到所述充电电路的输出电流低于预设电流值时，控制控制开关闭合。
Description
技术领域
本发明涉及汽车无线充电技术领域，特别涉及一种无线充电接收装置、电动汽车和无线充电系统。
背景技术
目前，越来越多的电子设备采用无线充电的方式进行充电，例如电动汽车。现有电动汽车的无线充电系统中，当松耦合变压器的原副边采用串联补偿时，等效电路如附图1和附图2所示，其中，图1为串串拓扑电路示意图；图2为串串拓扑等效电路示意图。M为互感值，RP和RS分别为原边线圈和副边线圈内阻，CP和CS分别为原边线圈和副边线圈补偿电容，LP和LS分别为原边线圈和副边线圈电感值，iP和iS分别为原边回路和副边回路电流值，RL为负载，u1为系统输入电压。
副边回路总阻抗ZS为
副边线圈发射到原边线圈的阻抗Zr为
原边线圈总阻抗为
系统谐振时有，反射阻抗Zr为
原边线圈总阻抗为
当副边开路的时候，相当于副边的负载RL为无穷大，则反射阻抗Zr接近于0，变压器副边二极管整流桥的电压和原边电流都迅速增加，原边接近短路状态，导致原边和副边电路极易损坏。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种无线充电接收装置，旨在解决变压器副边开路时，导致原边和副边电路损坏的问题。
为实现上述目的，本发明提出的无线充电接收装置，包括接收线圈模块、充电电路和第一控制器；所述充电电路的正向输入端与所述接收线圈模块的正向输出端连接，所述充电电路的负向输入端与所述接收线圈模块的负向输出端连接；所述充电电路的电源输出端连接动力电池；所述接收线圈模块包括接收线圈及串联于所述接收线圈的正向输出端上的第一补偿电容；该无线充电接收装置还包括连接于所述接收线圈模块的正向输出端与负向输出端之间的控制开关；所述第一控制器具有与所述充电电路连接的检测端和与所述控制开关连接的控制端；其中，所述第一控制器用于在其检测端检测到所述充电电路的输出电流低于预设电流值时，控制所述控制开关闭合。
优选地，所述控制开关为继电器/接触器/IGBT/MOS管/三极管。
本发明还提出一种电动汽车，所述电动汽车包括无线充电接收装置；所述无线充电接收装置包括接收线圈模块、充电电路和第一控制器；所述充电电路的正向输入端与所述接收线圈模块的正向输出端连接，所述充电电路的负向输入端与所述接收线圈模块的负向输出端连接；所述充电电路的电源输出端连接动力电池；所述接收线圈模块包括接收线圈及串联于所述接收线圈的正向输出端上的第一补偿电容；该无线充电接收装置还包括连接于所述接收线圈模块的正向输出端与负向输出端之间的控制开关；所述第一控制器具有与所述充电电路连接的检测端和与所述控制开关连接的控制端；其中，所述第一控制器用于在其检测端检测到所述充电电路的输出电流低于预设电流值时，控制所述控制开关闭合。
本发明还提出一种无线充电系统，该无线充电系统包括无线充电发射装置及无线充电接收装置；其中，所述无线充电发射装置包括用于与所述接收线圈模块耦合的发射线圈模块；所述无线充电接收装置包括接收线圈模块、充电电路和第一控制器；所述充电电路的正向输入端与所述接收线圈模块的正向输出端连接，所述充电电路的负向输入端与所述接收线圈模块的负向输出端连接；所述充电电路的电源输出端连接动力电池；所述接收线圈模块包括接收线圈及串联于所述接收线圈的正向输出端上的第一补偿电容；该无线充电接收装置还包括连接于所述接收线圈模块的正向输出端与负向输出端之间的控制开关；所述第一控制器具有与所述充电电路连接的检测端和与所述控制开关连接的控制端；其中，所述第一控制器用于在其检测端检测到所述充电电路的输出电流低于预设电流值时，控制所述控制开关闭合。
优选地，所述无线充电发射装置还包括第二控制器、第二整流电路及与所述第二整流电路依次连接的调压电路和逆变电路，所述第二整流电路的输入端为供电输入端，所述逆变电路的输出端与所述发射线圈模块连接；所述第二控制器分别与所述第二整流电路、调压电路和逆变电路连接。
优选地，所述调压电路包括双向变换器。
优选地，所述无线充电发射装置还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述调压电路的输出端连接，阴极与所述调压电路的输入端连接。
优选地，所述调压电路包括电容、第一MOS管、第二二极管和电感，所述电容的第一端、第一MOS管的漏极以及第二整流电路的正向输出端互连；所述电容的第二端、第二二极管的阳极以及第二整流电路的负向输出端互连；所述第一MOS管的源极、第二二极管的阴极以及电感的第一端互连；所述电感的第二端与所述逆变电路的正向输入端连接；所述第一MOS管的栅极与所述第二控制器连接。
优选地，所述逆变电路包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，及第五MOS管，所述第二MOS管的漏极、第三MOS管的漏极，及所述调压电路的正向输出端互连；所述第二MOS管的源极、第四MOS管的漏极，及所述发射线圈模块的正向输入端互连；所述第三MOS管的源极、第五MOS管的漏极，及所述发射线圈模块的负向输入端互连；所述第四MOS管的源极、第五MOS管的源极，及所述调压电路的负向输出端互连。
本发明技术方案通过采用在接收线圈模块的正向输出端与负向输出端之间连接控制开关的形式，当系统正常工作的时候，第一控制器通过检测充电电路的输出电流来控制控制开关断开，以保证系统正常工作；当副边开路时，且当第一控制器检测到充电电路的输出电流低于预设电流值时，第一控制器控制控制开关闭合，则此时副边电流全部流经控制开关，副边电路相当于短路状态，充电电路的电压为零，不会对充电电路的器件造成任何损害；同时由于串串补偿拓扑的自身特性，当副边短路的时候，变压器原边的阻抗趋于无穷大，因此同样不会对原边电路产生损害。
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为串串拓扑电路示意图；
图2为串串拓扑等效电路示意图；
图3为本发明无线充电接收装置一实施例的原理示意图；
图4为本发明无线充电系统一实施例的原理示意图；
图5为本发明无线充电系统另一实施例的原理示意图；
图6为本发明无线充电系统的电路示意图；
图7为本发明无线充电系统的结构示意图；
图8为当未设置控制开关，且副边开路时二极管整流桥中点电压变化曲线包络图；
图9为当未设置控制开关，且副边开路时变压器原边电流变化曲线包络图；
图10为当设置控制开关后，且副边开路时二极管整流桥中点电压变化曲线包络图；
图11为当设置控制开关后，且副边开路时变压器原边电流变化曲线包络图。
附图标号说明：
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接收装置。
参照图3，图3为本发明无线充电接收装置一实施例的原理示意图。
在本发明实施例中，该无线充电接收装置包括接收线圈模块21、充电电路28和第一控制器26；充电电路28的正向输入端与接收线圈模块21的正向输出端连接，充电电路28的负向输入端与接收线圈模块21的负向输出端连接；充电电路28的电源输出端连接动力电池25。本发明的接收线圈模块21包括接收线圈，以及串联于接收线圈的正向输出端的第一补偿电容C1。该装置还包括连接在接收线圈模块21的正向输出端与负向输出端之间的控制开关22；第一控制器26具有与充电电路28连接的检测端，以及与控制开关22连接的控制端，其中，第一控制器26用于在其检测端所述检测到充电电路28的输出电流v1低于预设电流值时，控制控制开关22闭合。
具体地，第一控制器26用于检测充电电路28的输出电流i1和输出电压v1，并根据该输出电流i1和输出电压v1来控制充电电路28对动力电池25进行充电。当所检测到的输出电流i1低于预设电流值时，第一控制器26判断变压器副边开路，则控制控制开关22闭合。当所检测到的输出电流i1大于预设电流值时，第一控制器26判断系统正常充电，则控制控制开关22断开。
本发明技术方案通过采用在接收线圈模块21的正向输出端与负向输出端之间连接控制开关22的形式，当系统正常工作的时候，第一控制器26通过检测充电电路28的输出电流i1来控制控制开关22断开，以保证系统正常工作；当副边开路时，且当第一控制器26检测到充电电路28的输出电流i1低于预设电流值时，第一控制器26控制控制开关22闭合，则此时副边电流全部流经控制开关22，副边电路相当于短路状态，充电电路28的电压为零，不会对充电电路28的器件造成任何损害。同时由于串串补偿拓扑的自身特性，当副边短路的时候，变压器原边的阻抗趋于无穷大，因此同样不会对原边电路产生损害。
本发明中，控制开关22为可控制开通和关断的开关器件，具体可为继电器/接触器/IGBT/MOS管/三极管等。
请结合参照图6，图6为本发明无线充电系统的电路示意图。
优选地，充电电路28包括相互连接的第一整流电路23和电池管理系统24，第一整流电路23与接收线圈模块21连接，电池管理系统24与动力电池25连接。本实施例中，第一整流电路23包括整流桥，接收线圈模块21依次经第一整流电路23和电池管理系统24连接动力电池25。第一控制器26用于检测第一整流电路23的输出电流i1和输出电压v1，并根据该输出电流i1和输出电压v1来控制充电电路28对动力电池25进行充电。控制开关22具有与第一控制器26的控制端连接的导通控制端S，当该导通控制端S接收到第一控制器26的控制信号时，则进行相应的闭合或断开，且当控制开关22闭合时，第一整流电路23的电压为零。
本发明还提出一种电动汽车，该电动汽车包括无线充电接收装置，该无线充电接收装置的具体结构请参照上述实施例，由于本电动汽车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。
请结合参照图4至图7，图4为本发明无线充电系统一实施例的原理示意图；图5为本发明无线充电系统另一实施例的原理示意图；图6为本发明无线充电系统的电路示意图；图7为本发明无线充电系统的结构示意图。
如图4所示，本发明还提出一中无线充电系统，该无线充电系统包括基建侧10部分和车载侧20部分。基建侧10部分设有无线充电发射装置，该无线充电发射装置埋设于地下；车载侧20部分设有无线充电接收装置，该无线充电接收装置与无线充电发射装置耦合连接。该无线充电接收装置的具体结构请参照上述实施例，由于本无线充电系统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。其中，无线充电发射装置包括用于与接收线圈模块21耦合连接的发射线圈模块15。该发射线圈模块15包括发射线圈和第二补偿电容C2。无线充电时，发射线圈模块15产生变化的磁场，则接收线圈模块21上产生感应电压进行输出。
优选地，无线充电发射装置还包括第二控制器16，第二整流电路12及与第二整流电路12依次连接的调压电路13和逆变电路14，第二整流电路12的输入端为供电输入端，逆变电路14的输出端与发射线圈模块15连接；第二控制器16分别与第二整流电路12、调压电路13和逆变电路14连接。具体地，第二控制器16具有与调压电路13连接的检测端，以及分别与调压电路13和逆变电路14连接的控制端，第二控制器16用于检测原边，即调压电路13的输出电流i2和输出电压v2，并根据所检测到的输出电流i2和输出电压v2判断出副边开路，进而将原边电路断开，即将调压电路13和逆变电路14上的开关断开，以使得原边关机，从而保护整个系统。
本实施例中，从供电输入端输入的交流电经过第二整流电路12整流成直流电，该直流电经过调压电路13调压后，经逆变电路14转换成交流电，而经发射线圈耦合至接收线圈。优选地，供电输入端连接电网11或其它交流电源的输入。且本实施例中的第二整流电路12可以采用普通整流器，也可以采用有源整流器。
如图6所示，具体地，第一整流电路23包括整流桥，整流桥的输入端与电网11连接，输出端与调压电路13的输入端连接。且该整流桥包括四个二极管。
调压电路13包括电容C3、第一MOS管Q1、第二二极管D2和电感L，电容C3的第一端、第一MOS管Q1的漏极以及第二整流电路12的正向输出端互连；电容C3的第二端、第二二极管D2的阳极以及第二整流电路12的负向输出端互连；第一MOS管Q1的源极、第二二极管D2的阴极以及电感L的第一端互连；电感L的第二端与逆变电路14的正向输入端连接；第一MOS管Q1的栅极与第二控制器16连接。
逆变电路14包括第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第五MOS管Q5；第二MOS管Q2的漏极、第三MOS管Q3的漏极、调压电路13的正向输出端互连；第二MOS管Q2的源极、第四MOS管Q4的漏极、发射线圈模块15的正向输入端互连；第三MOS管Q3的源极、第五MOS管Q5的漏极、发射线圈模块15的负向输入端互连；第四MOS管Q4的源极、第五MOS管Q5的源极、调压电路13的负向输出端互连。
本实施例中，当第二控制器16所检测到的输出电流i2和输出电压v2判断出副边开路时，第二控制器16分别控制第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第五MOS管Q5断开，如此使得原边关机。
为实现副边线圈的剩余能量回馈到电网11，第二整流电路12采用有源整流器，且在本发明的一具体实施例中，优选地，调压电路13包括双向变换器。本实施例中，当副边短路时，副边线圈剩余的能量能够耦合到变压器原边，而调压电路13采用双向变换器，使得该耦合到原边的能量能够回馈到电网11，如此在实现副边电路保护的同时，又能够实现能量回馈。
如图5所示，在本发明的另一具体实施例中，优选地，无线充电发射装置还包括第一二极管D1，第一二极管D1的阳极与调压电路13的输出端连接，阴极与调压电路13的输入端连接。本实施例中，通过在调压电路13上并连反向二极管，即并联第一二极管D1的形式，同样能够提供一条供能量回流的通道，使得副边剩余能量回馈到电网11。该实施例中，调压电路13为单向调压电路。
如图7所示，具体地，无线充电发射装置埋设于地下，当需要对电动汽车充电时，电动汽车停靠在准确位置时，接收线圈正对发射线圈。电网11电压经过发射端处理电路17处理后经过发射线圈耦合至接收线圈，再经过接收端处理电路27处理后对动力电池25充电。
请参照图8至图11，其中，图8为当未设置控制开关，且副边开路时二极管整流桥中点电压变化曲线包络图；图9为当未设置控制开关，且副边开路时变压器原边电流变化曲线包络图；图10为当设置控制开关后，且副边开路时二极管整流桥中点电压变化曲线包络图；图11为当设置控制开关后，且副边开路时变压器原边电流变化曲线包络图。图8至图11中的横轴表示时间，图8和图10的纵轴表示电压，且其中的曲线为电压的包络；图9和图11的纵轴表示电流，其中的曲线为电流的包络。
具体地，当未设置控制开关22时，若变压器副边开路，如图8所示，此时变压器副边二极管整流桥的中点电压，即第一整流电路23中整流桥的中点电压迅速增加。如图9所示，此时，变压器原边的电流也迅速增加，如果不采取保护措施，非常容易损坏原边和副边电路。
当在接收线圈模块21的正向输出端与负向输出端之间连接控制开关22时，若变压器副边开路，控制开关22闭合，如图10所示，此时，变压器副边二极管整流桥的中点电压为零。如图11所示，此时，变压器原边的电流迅速减小，原边电路和副边电路均得到了有效的保护。
以上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 (9)
1.一种无线充电接收装置，包括接收线圈模块、充电电路和第一控制器；所述充电电路的正向输入端与所述接收线圈模块的正向输出端连接，所述充电电路的负向输入端与所述接收线圈模块的负向输出端连接；所述充电电路的电源输出端连接动力电池；所述接收线圈模块包括接收线圈及串联于所述接收线圈的正向输出端上的第一补偿电容；其特征在于，该无线充电接收装置还包括连接于所述接收线圈模块的正向输出端与负向输出端之间的控制开关；所述第一控制器具有与所述充电电路连接的检测端和与所述控制开关连接的控制端；其中，所述第一控制器用于在其检测端检测到所述充电电路的输出电流低于预设电流值时，控制所述控制开关闭合。
2.如权利要求1所述的无线充电接收装置，其特征在于，所述控制开关为继电器/接触器/IGBT/MOS管/三极管。
3.一种电动汽车，其特征在于，所述电动汽车包括如权利要求1或2所述的无线充电接收装置。
4.一种无线充电系统，其特征在于，包括无线充电发射装置及如权利要求1或2所述的无线充电接收装置；其中，所述无线充电发射装置包括用于与所述接收线圈模块耦合的发射线圈模块。
5.如权利要求4所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射装置还包括第二控制器、第二整流电路及与所述第二整流电路依次连接的调压电路和逆变电路，所述第二整流电路的输入端为供电输入端，所述逆变电路的输出端与所述发射线圈模块连接；所述第二控制器分别与所述第二整流电路、调压电路和逆变电路连接。
6.如权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述调压电路包括双向变换器。
7.如权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述无线充电发射装置还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述调压电路的输出端连接，阴极与所述调压电路的输入端连接。
8.如权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述调压电路包括电容、第一MOS管、第二二极管和电感，所述电容的第一端、第一MOS管的漏极以及第二整流电路的正向输出端互连；所述电容的第二端、第二二极管的阳极以及第二整流电路的负向输出端互连；所述第一MOS管的源极、第二二极管的阴极以及电感的第一端互连；所述电感的第二端与所述逆变电路的正向输入端连接；所述第一MOS管的栅极与所述第二控制器连接。
9.如权利要求5所述的无线充电系统，其特征在于，所述逆变电路包括第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管，及第五MOS管；所述第二MOS管的漏极、第三MOS管的漏极及所述调压电路的正向输出端互连；所述第二MOS管的源极、第四MOS管的漏极及所述发射线圈模块的正向输入端互连；所述第三MOS管的源极、第五MOS管的漏极及所述发射线圈模块的负向输入端互连；所述第四MOS管的源极、第五MOS管的源极及所述调压电路的负向输出端互连。
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