CN106828174B - 一种多发射源的增强型无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多发射源的增强型无线充电系统，包括能量发送部分、中继部分和能量接收部分；能量发射部分包括多个能量发射源，每个能量发射源均包括高频逆变器、补偿电容和匝数少的初级线圈，中继部分由匝数多的中继线圈与中继回路补偿电容的串联成环路，中继线圈紧靠各初级线圈，能量接受部分包括匝数多的次级线圈和整流滤波电路，整流滤波电路的输出端连接充电电池的两端，次级线圈和中继线圈间存有气隙。本发明提高了系统输出功率等级，同时多发射线圈相互解耦，之间互感引起的系统不谐振问题，不需要额外加入补偿电容以及补偿变压器；能量发射部分以及中继部分安装于地面上，能量接收部分安装在车辆底部，系统结构简单，对空间要求低。
Description
技术领域
本发明涉及无线充电技术领域，具体为一种多发射源的增强型无线充电系统。
背景技术
随着环境问题的日益严重，因电动汽车具有零排放、噪声小等优点在市面上慢慢普及。电动汽车车载电源的充电方式分为有线充电与无线充电两种。有线充电的方式为：利用家用220V交流电经充电适配器转换为合适的电压给车载电源充电或者是利用充电桩的输出接口给车载电源充电。有线充电方式需要通过线缆连接，而无线充电方式具有无需任何连接线即可进行充电的优势。
近年来，得益于无线充电技术的迅速发展，该技术在各种电子设备如电动牙刷、手机、电动剃须刀等低功率设备得到应用，并有望在电动汽车等较高功率要求的设备上得到应用。
无线充电技术通过能量发射线圈与能量拾取线圈之间的高频磁场耦合，以非接触的方式将电能从能量发射装置传输至能量拾取装置。利用无线充电技术给电动汽车充电，能量发射线圈铺设的地面以下，能量拾取线圈安装于电动汽车底盘以下。因为考虑到能量拾取线圈不能影响电动汽车的在其他路面上的行驶能力，不能将能量拾取线圈安装过低。电动汽车有线充电方式分快充与慢充，若在无线充电方式中实现快充，充电过程需要一个很大的电流，这对逆变器来说是一个考验，选用高耐压高耐流的开关管势必带来成本的提升，也对当前的工艺水平提出了很高的要求。
无线充电技术中，实现在较大距离下给电动汽车充电的方案是利用一种U型无线电能传输耦合机构，其中能量发射线圈与能量拾取线圈的端面相互正对并同轴放置，中继线圈的端面与能量发射线圈和能量拾取线圈的端面相垂直。该方案实现了较大距离下无线电能传输系统的高效率传输，然而，其存在的问题是该耦合机构对空间提出了较高要求。对较大功率的无线电能传输系统来说，可以利用多个发射线圈多个逆变器供电的方式实现，然而多个发射线圈之间相互耦合，需要加入逆变器或者是额外的补偿电容实现多个发射线圈之间的相互解耦，导致增加了额外的元器件。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种能够实现较大距离对电动汽车进行无线充电，且空间结构紧凑的多发射源的增强型无线充电系统，技术方案如下：
一种多发射源的增强型无线充电系统，包括能量发送部分、中继部分和能量接受部分；
能量发送部分包括多个能量发射源，每个能量发射源均包括高频逆变器H、补偿电容C和初级线圈L，高频逆变器H的输入端并联到直流源E，补偿电容C与初级线圈L串联后再并联于高频逆变器H的输出端；
中继部分由中继线圈LJ与中继回路补偿电容CJ的串联成环路；且中继线圈LJ紧靠各初级线圈；
能量接受部分包括次级线圈LS和整流滤波电路K，次级线圈LS顺次与次级补偿电容CS和电感LL串联后并联于整流滤波电路K的输入端；补偿电容CC与开关S1串联后，一端连接到次级补偿电容CS和电感LL之间，另一端连接到次级线圈LS和整流滤波电路K之间；补偿电容CL与开关S2串联后并联到电感LL两端；整流滤波电路K的输出端连接充电电池VB的两端；次级线圈LS和中继线圈LJ间存有气隙。
进一步的，所述初级线圈L与中继线圈LJ的互感值M0J，及中继线圈LJ与次级线圈LS的互感值MJS，满足M0J＜MJS*5％。
更进一步的，所述能量发送部分和中继部分安装于地面，能量接受部分安装在车辆底部。
更进一步的，所述补偿电容C的电容值满足以下条件：
式中，ω为系统工作角频率，为初级线圈L的电感值。
更进一步的，所述中继回路补偿电容CJ的电容值满足：
式中，为中继线圈LJ的电感值.
更进一步的，所述补偿电容CS的电容值补偿电容CC的电容值以及补偿电容CL的电容值满足以下条件：
式中，为次级线圈LS的电感值，电感LL的电感值。
本发明的有益效果是：本发明通过利用多个匝数少的能量发射线圈结构为系统供电，既提高了系统输出功率等级，同时多发射线圈之间的互感较小，换言之，多发射线圈相互解耦；相互解耦的多发射圈之间互感引起的系统不谐振问题，不需要额外加入补偿电容以及补偿变压器；此外，能量发射部分以及中继部分安装于地面上，能量接收部分安装在车辆底部，系统结构简单，对空间要求低。
附图说明
图1是本发明实施例的多发射源的增强型无线充电系统的电路示意图。
图2是本发明实施例的多发射源的增强型无线充电系统恒流工作模式的电路示意图。
图3是本发明实施例的多发射源的增强型无线充电系统恒压工作模式的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。一种多发射源的增强型无线充电系统，包括能量发送部分、中继部分和能量接受部分，其中能量发射部分以及中继部分安装于地面上，能量接收部分安装在车辆底部，系统结构简单，对空间要求低。
能量发送部分包括多个能量发射源，每个能量发射源均包括高频逆变器H、补偿电容C和初级线圈L，高频逆变器H的输入端并联到直流源E，补偿电容C与初级线圈L串联后再并联于高频逆变器H的输出端。且能量发射源中的补偿电容C的电容值满足以下条件：
式中，ω为系统工作角频率，为初级线圈L的电感值。
本实施例的能量发射源为两个，如图1所示，高频逆变器H1的上输出端依次通过补偿电容C1与初级线圈L1的上端相连，初级线圈L1的下端与高频逆变器H1的下输出端连接；高频逆变器H2的上输出端依次通过补偿电容C2与初级线圈L2的上端相连，初级线圈L2的下端与高频逆变器H2的下输出端连接。初级线圈L1和初级线圈L2的线圈匝数少，互感很小，可以忽略不计。
在本实施例中补偿电容C1的电容值补偿电容C2的电容值满足以下条件；
式中，分别为初级线圈L1和初级线圈L2的电感值。
中继部分由中继线圈LJ与中继回路补偿电容CJ的串联成环路；且中继线圈LJ紧靠各初级线圈。初级线圈L1和中继线圈LJ的互感为M1J，初级线圈L2和中继线圈LJ的互感为M2J；中继线圈LJ紧靠初级线圈L1和初级线圈L2。
中继回路补偿电容CJ的电容值由式(3)确定；
式中，为中继线圈LJ的电感值。
能量接受部分包括次级线圈LS和整流滤波电路K，次级线圈LS顺次与次级补偿电容CS和电感LL串联后并联于整流滤波电路K的输入端；补偿电容CC与开关S1串联后，一端连接到次级补偿电容CS和电感LL之间，另一端连接到次级线圈LS和整流滤波电路K之间；补偿电容CL与开关S2串联后并联到电感LL两端；整流滤波电路K的输出端连接充电电池VB的两端；次级线圈LS和中继线圈LJ间存有气隙，互感为MJS。
补偿电容CS的电容值补偿电容CC的电容值由下式确定：
式中，为次级线圈LS的电感值，电感LL的电感值。
补偿电容CL的电容值由式(7)确定；
本系统的工作过程和原理是：
由于发射线圈匝数少，多发射源之间的互感系数很小，可以忽略，可认为多发射线圈之间不存在相互耦合关系。又因为多发射线圈与中继线圈紧密靠近，相互耦合，所以多发射源的能量能够传递都中继电路中；多发射线圈与能量接收部分的次级线圈距离较远，又因为发射线圈匝数少，多发射线圈与次级线圈的互感可以忽略，而中继线圈与次级线圈的距离虽然也比较远，但是由于两个线圈的匝数多，因此相互耦合，中继电路的能量能够传递到能量接收部分，通过能量接收部分的开关模式切换对电池包进行恒压或恒流模式充电。也即初级线圈L1与中继线圈LJ的互感值M1J，初级线圈L2与中继线圈LJ的互感值M2J，以及中继线圈LJ与次级线圈LS的互感MJS，满足M1J＜MJS*5％，M2J＜MJS*5％。
电池包在充电初期处于恒压充电模式，此时能量接收部分的开关S2导通，开关S1断开，能量接收回路为串联补偿拓扑，系统工作与恒压输出模式下。当电池包电压达到一定值时，此时系统需要进行恒流模式切换，能量接收部分的开关S1导通，开关S2断开。由于LCL恒流输出特性，系统的充电电流恒定不变。
Claims (6)
1.一种多发射源的增强型无线充电系统，其特征在于，包括能量发送部分、中继部分和能量接受部分；
能量发送部分包括多个能量发射源，每个能量发射源均包括高频逆变器H、补偿电容C和初级线圈L，高频逆变器H的输入端并联到直流源E，补偿电容C与初级线圈L串联后再并联于高频逆变器H的输出端；
中继部分由中继线圈LJ与中继回路补偿电容CJ的串联成环路；且中继线圈LJ紧靠各初级线圈；
能量接受部分包括次级线圈LS和整流滤波电路K，次级线圈LS顺次与次级补偿电容CS和电感LL串联后并联于整流滤波电路K的输入端；补偿电容CC与开关S1串联后，一端连接到次级补偿电容CS和电感LL之间，另一端连接到次级线圈LS和整流滤波电路K之间；补偿电容CL与开关S2串联后并联到电感LL两端；整流滤波电路K的输出端连接充电电池VB的两端；次级线圈LS和中继线圈LJ间存有气隙。
2.根据权利要求1所述的多发射源的增强型无线充电系统，其特征在于，所述初级线圈L与中继线圈LJ的互感值M0J，及中继线圈LJ与次级线圈LS的互感值MJS，满足互感值M0J＜互感值MJS*5％。
3.根据权利要求1所述的多发射源的增强型无线充电系统，其特征在于，所述能量发送部分和中继部分安装于地面，能量接受部分安装在车辆底部。
4.根据权利要求1所述的多发射源的增强型无线充电系统，其特征在于，所述补偿电容C的电容值满足以下条件：
式中，ω为系统工作角频率，为初级线圈L的电感值。
5.根据权利要求1所述的多发射源的增强型无线充电系统，其特征在于，所述中继回路补偿电容CJ的电容值满足：
式中，为中继线圈LJ的电感值，ω为系统工作角频率。
6.根据权利要求1所述的多发射源的增强型无线充电系统，其特征在于，所述补偿电容CS的电容值补偿电容CC的电容值以及补偿电容CL的电容值满足以下条件：
式中，为次级线圈LS的电感值，电感LL的电感值，ω为系统工作角频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190301 |