CN106911174A - 一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法，包括BMS主控盒、车端控制系统、地面控制系统以及多组充电电路；每组充电电路包括特定个数的电池箱，与电网连接的、用于发射能量的地面发射电路，用于接收能量并为本组内的电池箱供电的车端接收电路，车端接收电路分别连接本组内的各个电池箱，用于在充电过程中实时检测本组内的各个电池箱的充电状态并发送给BMS主控盒的BMS分控盒，BMS分控盒与BMS主控盒连接；各个充电电路内的电池箱串联后为负载供电。本发明由多组充电电路为整车电池组充电，降低充电电路中的电压，进而降低系统研制及实验过程中的危险性以及对设备的要求，系统成本低。

Description

一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法

技术领域

本发明涉及无线充电技术领域，特别是涉及一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法。

背景技术

无线电能传输技术由于解决了传统有线充电方式接触点易损耗、接插件笨重、存在漏电安全隐患等问题，因此，成为近期研究和开发的热点。

目前的无线充电电源管理系统如图1所示，图1为现有的无线电能传输的电源管理系统的结构示意图；车端接收电路直接给整车的电池组充电，由于整车电池组的工作电压可达750V，随着功率的增加工作电流也不断加大，故对逆变电源和线圈以及电路中配套设备具有较高的要求，目前行业标准元器件难以满足要求，相关设备的研制实现难度大。

并且，由于发射、接收电路中电流、电压非常高，在研制及实验无线充电电源管理系统的过程中具有较高的危险性。

因此，如何提供一种能够降低发射、接收电路中的电流、电压的基于无线电能传输的电源管理系统及方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法，由多组充电电路为整车电池组充电，降低充电电路中的电压，进而降低系统研制及实验过程中的危险性以及对设备的要求，系统成本低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于无线电能传输的电源管理系统，包括：

多组充电电路，每组所述充电电路包括：

特定个数的电池箱；

与电网连接的、用于发射能量的地面发射电路；

用于接收能量并为本组内的电池箱供电的车端接收电路，所述车端接收电路分别连接本组内的各个电池箱；

用于在充电过程中实时检测本组内的各个电池箱的充电状态并发送给所述BMS主控盒的BMS分控盒，所述BMS分控盒与所述BMS主控盒连接；

其中，各个所述充电电路内的电池箱串联后为负载供电；

所述电源管理系统还包括：

分别与各个所述BMS分控盒以及车端控制系统连接的、用于检测电池箱串联回路的电流，以及依据各个所述BMS分控盒发送的充电状态确定充电需求，并将所述充电状态和充电需求通过所述车端控制系统发送至地面控制系统的所述BMS主控盒；

用于进行所述BMS主控盒与所述地面控制系统之间的信息交互的所述车端控制系统；

与所述车端控制系统无线通信且与各个所述地面发射电路连接的、用于依据所述充电状态和充电需求控制各个地面发射电路的的输出功率的所述地面控制系统。

优选地，所述车端接收电路分别通过一个分继电器连接本组内的各个电池箱；

每组所述充电电路内的所述BMS分控盒与本组内的各个所述分继电器电气相连，所述BMS分控盒依据所述BMS主控盒发送的相应指令控制对应的分继电器开闭。

优选地，各个所述充电电路内的电池箱串联后通过总继电器为负载供电；

所述BMS主控盒与所述总继电器电气相连，控制所述总继电器开闭。

优选地，所述特定个数具体为1个。

优选地，各个所述BMS分控盒通过车端CAN总线与所述BMS主控盒连接。

优选地，每个所述地面发射电路与对应的BMS分控盒之间设置有无线数据通信设备，所述无线数据通信设备用于将所述BMS分控盒获得的充电状态发送至对应的地面发射电路。

优选地，所述地面发射电路具体包括：

依次串联的功率因数校正电路、高频逆变电源、发射补偿电路以及发射线圈，其中，所述功率因数校正电路的输入端连接所述电网，所述发射线圈与所述车载接收电路之间进行无线能量传输。

优选地，所述车载接收电路具体包括：

依次串联的接收线圈、接收补偿电路、整流电路，其中，所述接收线圈与所述发射线圈之间进行无线能量传输，所述整流电路连接电池箱为电池箱供电。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于无线电能传输的电源管理方法，基于以上任一项所述的电源管理系统，所述方法包括：

地面控制系统接收用户输入的充电命令后，通过车端控制系统将所述充电命令发送至BMS主控盒；

所述BMS主控盒将所述充电命令分别发送给各个BMS分控盒，并依据所述BMS分控盒反馈的响应完成充电准备；

准备完成后，所述地面控制系统控制各个地面发射电路分别为对应的一组电池箱供电；

充电过程中，所述BMS分控盒实时检测自身对应的一组电池箱的充电状态并发送给所述BMS主控盒；

所述BMS主控盒检测电池箱串联回路的电流，以及依据各个所述BMS分控盒发送的充电状态确定充电需求，并将所述充电状态和充电需求通过所述车端控制系统发送至所述地面控制系统；

所述地面控制系统依据所述充电状态和充电需求控制调整各个所述地面发射电路的输出功率，当所述充电状态为充电完成时，所述地面控制系统控制相应的所述地面发射电路停止供电。

本发明提供了一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法，包括BMS主控盒、车端控制系统、地面控制系统以及多组充电电路，每组充电电路包括一个地面发射电路、一个车端接收电路、特定数量的电池箱以及BMS分控盒，即本发明将整车电池组划分为多组，每组包括特定个数的电池箱，且每组电池箱对应一组充电电路，这种结构降低了每组电池箱的充电电压，由于每组充电电路仅需要为一组电池箱进行充电，相比现有技术中一组充电电路为整车电池组充电的系统，本发明降低了充电电路中的电压，从而降低了系统研制及实验过程中的危险性，且降低了对逆变电源和线圈以及电路中配套设备的要求，减少了系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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获得其他的附图。

图1为现有的无线电能传输的电源管理系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于无线电能传输的电源管理系统的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种基于无线电能传输的电源管理系统的结构示意图；

图4为本发明提供的一种基于无线电能传输的电源管理方法的过程的示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于无线电能传输的电源管理系统及方法，由多组充电电路为整车电池组充电，降低充电电路中的电压，进而降低系统研制及实验过程中的危险性以及对设备的要求，系统成本低。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。

本发明提供了一种基于无线电能传输的电源管理系统，参见图2所示，图2为本发明提供的一种基于无线电能传输的电源管理系统的结构示意图。该系统包括：

多组充电电路，每组充电电路包括：

特定个数的电池箱；

与电网连接的、用于发射能量的地面发射电路；

用于接收能量并为本组内的电池箱供电的车端接收电路，车端接收电路分别连接本组内的各个电池箱；

用于在充电过程中实时检测本组内的各个电池箱的充电状态并发送给BMS(Battery Management System，电池管理系统)主控盒的BMS分控盒，BMS分控盒与BMS主控盒连接；

其中，各个充电电路内的电池箱串联后为负载供电；

电源管理系统还包括：

分别与各个BMS分控盒以及车端控制系统连接的、用于检测电池箱串联回路的电流，以及依据各个BMS分控盒发送的充电状态确定充电需求，并将充电状态和充电需求通过车端控制系统发送至地面控制系统的BMS主控盒；

用于进行BMS主控盒与地面控制系统之间的信息交互的车端控制系统；

与车端控制系统无线通信且与各个地面发射电路连接的、用于依据充电状态和充电需求控制各个地面发射电路的的输出功率的地面控制系统。

可以理解的是，具体实现时，可将地面发射电路以及车端接收设备分别集成模块，采用模块化、标准化设计，便于后续进行生产、使用和维护。

另外，这里的特定个数具体为1个，当然，也可以为其他数值，每组充电电路包含的电池箱的个数本发明不作具体限定，充电电路的组数也视电池组的分组情况而定。

另外，图2中的LEM为电流传感器，电流传感器上有个圆孔，被测量电流的电缆要从圆孔穿过，电流传感器与BMS分控盒有信号连接，用于获取相应电池箱的电流。

作为优选地，车端接收电路分别通过一个分继电器连接本组内的各个电池箱；

每组充电电路内的BMS分控盒与本组内的各个分继电器电气相连，BMS分控盒依据BMS主控盒发送的相应指令控制对应的分继电器开闭。

可以理解的是，若不设置分继电器，则只要地面发射电路开始供电，相应的电池箱则会一直处于充电状态，为了进一步提高供电过程中的安全性，便于后续检测和维修，需要在车端接收设备与相应的电池箱之间设置分继电器。并且，由于不同电池箱的充电情况不一定相同，因此为了在电池箱充满时可以及时断电，分继电器优选与电池箱一一对应，当然，也可以在每个充电电路内仅设置一个分继电器，用于同时控制车载接收电路与本组内各个电池箱的通断，具体采用哪种方式本发明不作具体限定。

作为优选地，各个充电电路内的电池箱串联后通过总继电器为负载供电；

BMS主控盒与总继电器电气相连，控制总继电器开闭。

可以理解的是，电池箱是否为负载供电取决于负载需求，因此负载与电池箱串联电路之间需要设置一个总继电器作为开关。当然，也可采用其他开关类型，本发明对此不作具体限定。

其中，各个BMS分控盒通过车端CAN总线与BMS主控盒连接。

在优选实施例中，参见图3所示，图3为本发明提供的另一种基于无线电能传输的电源管理系统的结构示意图；每个地面发射电路与对应的BMS分控盒之间设置有无线数据通信设备，无线数据通信设备用于将BMS分控盒获得的充电状态发送至对应的地面发射电路。

可以理解的是，通过该种连接方式，BMS分控盒与地面发射电路之间可直接通信，调整地面发射电路的发射功率，而不必通过BMS主控盒、车载控制系统和地面控制系统，加快了地面发射电路的功率调整速度。

具体的，地面发射电路具体包括：

依次串联的功率因数校正(Power Factor Correction，PFC)电路、高频逆变电源、发射补偿电路以及发射线圈，其中，功率因数校正电路的输入端连接电网，发射线圈与车载接收电路之间进行无线能量传输。

进一步可知，车载接收电路具体包括：

依次串联的接收线圈、接收补偿电路、整流电路，其中，接收线圈与发射线圈之间进行无线能量传输，整流电路连接电池箱为电池箱供电。

本发明提供了一种基于无线电能传输的电源管理系统，包括BMS主控盒、车端控制系统、地面控制系统以及多组充电电路，每组充电电路包括一个地面发射电路、一个车端接收电路、特定数量的电池箱以及BMS分控盒，即本发明将整车电池组划分为多组，每组包括特定个数的电池箱，且每组电池箱对应一组充电电路，这种结构降低了每组电池箱的充电电压，由于每组充电电路仅需要为一组电池箱进行充电，相比现有技术中一组充电电路为整车电池组充电的系统，本发明降低了充电电路中的电压，从而降低了系统研制及实验过程中的危险性，且降低了对逆变电源和线圈以及电路中配套设备的要求，减少了系统成本。

本发明还提供了一种基于无线电能传输的电源管理方法，基于以上任一项所述的电源管理系统，参见图4所示，图4为本发明提供的一种基于无线电能传输的电源管理方法的过程的示意图。该方法包括：

步骤s101：地面控制系统接收用户输入的充电命令后，通过车端控制系统将充电命令发送至BMS主控盒；

步骤s102：BMS主控盒将充电命令分别发送给各个BMS分控盒，并依据BMS分控盒反馈的响应完成充电准备；

步骤s103：准备完成后，地面控制系统控制各个地面发射电路分别为对应的一组电池箱供电；

步骤s104：充电过程中，BMS分控盒实时检测自身对应的一组电池箱的充电状态并发送给BMS主控盒；

步骤s105：BMS主控盒检测电池箱串联回路的电流，以及依据各个BMS分控盒发送的充电状态确定充电需求，并将充电状态和充电需求通过车端控制系统发送至地面控制系统；

步骤s106：地面控制系统依据充电状态和充电需求控制调整各个地面发射电路的输出功率，当充电状态为充电完成时，地面控制系统控制相应的地面发射电路停止供电。

为方便理解，以下为本发明提供的电源管理系统的一种具体工作流程(该实施例中每组充电电路内包含一个电池箱)：

启动阶段：

步骤s11：地面控制系统收到用户输入的充电命令；

步骤s12：地面控制系统与车端控制系统建立通信联系，并无线发送充电命令给车端控制系统；

步骤s13：车端控制系统接到充电命令后，开始为BMS主控盒和BMS分控盒供电，并与BMS主控盒建立软硬件握手信号，发送充电命令给BMS主控盒；

步骤s14：BMS主控盒接到充电命令后，与各个BMS分控盒进行通信，控制各个BMS分控盒收集对应的电池箱的电压和温度等信息反馈至自身，并依据这些信息进行自检，自检通过后，BMS主控盒分别发送充电命令给全部BMS分控盒；

步骤s15：各个BMS分控盒接到充电命令后，控制自身对应的分继电器闭合，并反馈准备完成信息给BMS主控盒；

步骤s16：BMS主控盒收到全部BMS分控盒的准备完成信息后，根据电池组的状态确定各个电池箱的充电电压、充电电流的需求，反馈充电准备完成响应和各电池箱的充电需求给车端控制系统；

步骤s17：车端控制系统接到充电准备完成响应和各电池箱的充电需求后，通过无线通信的方式发送给地面控制系统；

步骤s18：地面控制系统接到充电准备完成响应和各电池箱的充电需求后，将各电池箱的充电需求发给相应的地面发射电路，并控制各地面发射电路开机工作，系统进入充电状态。

充电阶段：

步骤s21：各BMS分控盒实时检测相应的电池箱的单体电池电压、温度、充电电流信息，并实时反馈给BMS主控盒；

步骤s22：BMS主控盒根据BMS分控盒反馈的信息计算各电池箱的充电需求，并实时将各电池箱的充电需求和当前充电电流及电压通过车端控制系统无线反馈给地面控制系统；

步骤s23：地面控制系统实时将充电需求和当前充电电流及电压反馈给各地面发射电路，各地面发射电路根据相应电池箱的充电需求和当前充电电流及电压实时调节地面发射电路的输出功率；地面发射电路的输出功率调节过程如下：如果电池箱当前充电电压或电流大于充电需求的电压或电流，相应地面发射电路降低输出功率，如果电池箱当前充电电压或电流小于充电需求的电压或电流，相应地面发射电路提高输出功率，从而保证该电池箱实现恒压或恒流充电。

停止阶段：

步骤s31：当BMS主控盒根据BMS分控盒信息，判断某电池箱充满时，将该电池箱充满信息通知车端控制系统；

步骤s32：车端控制系统将充满信息反馈地面控制系统；

步骤s33：地面控制系统控制相应的地面发射电路停止工作，相应地面发射电路进入待机状态，并将待机状态信息通知车端控制系统；

步骤s34：车端控制系统将待机状态信息通知BMS主控盒；

步骤s35：BMS主控盒将该待机信息通知相应的BMS分控盒；

步骤s36：BMS分控盒控制相应电池箱的分继电器断开；

重复上述操作，直至各地面发射电路均进入待机状态，并且各BMS分控盒均已控制相应的分继电器断开；之后，车端控制系统停止BMS主控盒、BMS分控盒的供电电源，此时车端控制系统也进入待机状态，整个系统停止工作进入待机状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种基于无线电能传输的电源管理系统，其特征在于，包括：

多组充电电路，每组所述充电电路包括：

特定个数的电池箱；

与电网连接的、用于发射能量的地面发射电路；

用于接收能量并为本组内的电池箱供电的车端接收电路，所述车端接收电路分别连接本组内的各个电池箱；

用于在充电过程中实时检测本组内的各个电池箱的充电状态并发送给所述BMS主控盒的BMS分控盒，所述BMS分控盒与所述BMS主控盒连接；

其中，各个所述充电电路内的电池箱串联后为负载供电；

所述电源管理系统还包括：

分别与各个所述BMS分控盒以及车端控制系统连接的、用于检测电池箱串联回路的电流，以及依据各个所述BMS分控盒发送的充电状态确定充电需求，并将所述充电状态和充电需求通过所述车端控制系统发送至地面控制系统的所述BMS主控盒；

用于进行所述BMS主控盒与所述地面控制系统之间的信息交互的所述车端控制系统；

与所述车端控制系统无线通信且与各个所述地面发射电路连接的、用于依据所述充电状态和充电需求控制各个地面发射电路的的输出功率的所述地面控制系统。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车端接收电路分别通过一个分继电器连接本组内的各个电池箱；

每组所述充电电路内的所述BMS分控盒与本组内的各个所述分继电器电气相连，所述BMS分控盒依据所述BMS主控盒发送的相应指令控制对应的分继电器开闭。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，各个所述充电电路内的电池箱串联后通过总继电器为负载供电；

所述BMS主控盒与所述总继电器电气相连，控制所述总继电器开闭。

4.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述特定个数具体为1个。

5.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，各个所述BMS分控盒通过车端CAN总线与所述BMS主控盒连接。

6.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，每个所述地面发射电路与对应的BMS分控盒之间设置有无线数据通信设备，所述无线数据通信设备用于将所述BMS分控盒获得的充电状态发送至对应的地面发射电路。

7.根据权利要求1-3任一项所述的系统，其特征在于，所述地面发射电路具体包括：

依次串联的功率因数校正电路、高频逆变电源、发射补偿电路以及发射线圈，其中，所述功率因数校正电路的输入端连接所述电网，所述发射线圈与所述车载接收电路之间进行无线能量传输。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述车载接收电路具体包括：

依次串联的接收线圈、接收补偿电路、整流电路，其中，所述接收线圈与所述发射线圈之间进行无线能量传输，所述整流电路连接电池箱为电池箱供电。

9.一种基于无线电能传输的电源管理方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的电源管理系统，所述方法包括：

地面控制系统接收用户输入的充电命令后，通过车端控制系统将所述充电命令发送至BMS主控盒；

所述BMS主控盒将所述充电命令分别发送给各个BMS分控盒，并依据所述BMS分控盒反馈的响应完成充电准备；

准备完成后，所述地面控制系统控制各个地面发射电路分别为对应的一组电池箱供电；

充电过程中，所述BMS分控盒实时检测自身对应的一组电池箱的充电状态并发送给所述BMS主控盒；

所述BMS主控盒检测电池箱串联回路的电流，以及依据各个所述BMS分控盒发送的充电状态确定充电需求，并将所述充电状态和充电需求通过所述车端控制系统发送至所述地面控制系统；

所述地面控制系统依据所述充电状态和充电需求控制调整各个所述地面发射电路的输出功率，当所述充电状态为充电完成时，所述地面控制系统控制相应的所述地面发射电路停止供电。