CN109617255A - 无线充电接收电路 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种无线充电接收电路，包括：接收线圈、容抗可调模块和整流滤波电路；所述容抗可调模块的容抗值可调；所述接收线圈，用于与无线充电发射电路中的发射线圈耦合；所述容抗可调模块包括串联容抗可调模块和并联容抗可调模块；所述串联容抗可调模块与所述接收线圈串联，形成第一结构电路，所述第一结构电路与所述整流滤波电路串联连接；所述并联容抗可调模块与所述第一结构电路并联。本申请可以实现在不同气隙下输出额定功率，以及在固定气隙下，输出不同的功率，实现电动汽车无线充电的功率兼容；或者在不同气隙下，输出不同的功率，同时实现气隙兼容和功率兼容。

Description

无线充电接收电路
【技术领域】
本申请涉及无线充电技术领域，尤其涉及一种无线充电接收电路。
【背景技术】
电动汽车具有较低的环境污染，同时可以较好地解决化石能源短缺的问题，因此是低碳经济中非常重要的一个环节。电动汽车的充电一直是研究热点，随着电动汽车的发展，便捷多样的充电方式越来越受欢迎。目前电动汽车多采用有线充电式，在雨天，高湿天气，会出现绝缘性能下降。同时有线充电有电气接触，带电插拔会产生电火花，频繁拔插充电插头，插座容易发生机械磨损，并且时间长容易老化。而无线电能传输技术使用方便，安全，且无接触损耗、机械磨损和相应的维护问题。因此无线充电技术在电动汽车的应用受到越来越多的关注。
在实际应用中，由于不同的车体底盘高度不同，或者用户对功率有不同要求，需要对输出功率进行调节。根据不同的车型，汽车底盘高度分为三个等级，Z1、Z2、Z3，对于Z1气隙的7.7kw无线充电系统，当气隙变为Z2时，充电功率或效率严重下降，此时需要对输出功率进行调节，使其在Z2气隙下也输出额定功率；或者需要在Z1、Z2、Z3下都能输出额定功率，都需要对功率进行调节，实现气隙兼容。
对于固定气隙的车辆，不同的车主对充电功率可能有不同的充电需求，如用7.7kw、11kw、20kw等功率等级，这种情况下也要对输出功率进行调节，满足功率兼容的要求，或者同时满足气隙兼容和功率兼容的要求。
现有相关技术中提供了对无线充电系统中的功率进行调节的方案，但是，现有相关技术方案中提供的方案存在功率调节效果较差，实现成本较高，对传输效率影响较大的问题。
【发明内容】
有鉴于此，本申请实施例提供了一种无线充电接收电路，以实现通过调节无线充电接收电路中的补偿参数实现对无线充电接收电路的输出功率的调节，实现在不同气隙下输出额定功率，即实现电动汽车无线充电的气隙兼容；以及在固定气隙下，输出不同的功率，实现电动汽车无线充电的功率兼容；或者在不同气隙下，输出不同的功率，同时实现气隙兼容和功率兼容，并且输出功率调节范围大，由于只改变谐振补偿网络的电压电流应力，而该部分损耗通常较小，因此无线充电接收电路的传输效率较高。
一方面，本申请实施例提供一种无线充电接收电路，包括：接收线圈、容抗可调模块和整流滤波电路；所述容抗可调模块的容抗值可调；所述接收线圈，用于与无线充电发射电路中的发射模组耦合；所述容抗可调模块包括串联容抗可调模块和并联容抗可调模块；所述串联容抗可调模块与所述接收线圈串联，形成第一结构电路，所述第一结构电路与所述整流滤波电路串联连接；所述并联容抗可调模块与所述第一结构电路并联。
其中一种可能的实现方式中，所述串联容抗可调模块与所述并联容抗可调模块为相互独立的两个电容；或者，所述串联容抗可调模块与所述并联容抗可调模块共用部分电容。
其中一种可能的实现方式中，所述容抗可调模块的阻抗呈容性，并且所述容抗可调模块的容抗与所述接收线圈的感抗满足谐振匹配。
其中一种可能的实现方式中，所述容抗可调模块通过单一的可调电容实现；或者，所述容抗可调模块通过电容矩阵实现，通过开关切换使用所述电容矩阵中的不同电容；或者，所述容抗可调模块由至少两个容抗可调模块串联或并联构成；或者，所述容抗可调模块由至少一个容抗固定模块与至少一个容抗可调模块串联或并联构成；或者，所述容抗可调模块由至少一个电容与至少一个电感串联或并联构成，所述至少一个电容的电容值和/或至少一个电感的电感值可调。
其中一种可能的实现方式中，所述串联容抗可调模块与所述接收线圈串联包括：所述串联容抗可调模块串联在所述接收线圈的同一支路；或者，所述串联容抗可调模块的一部分串联在所述接收线圈的一条支路，所述串联容抗可调模块的另一部分串联在所述接收线圈的另一支路。
以上技术方案中，通过调节无线充电接收电路中的补偿参数实现对无线充电接收电路的输出功率的调节，实现在不同气隙下输出额定功率，即实现电动汽车无线充电的气隙兼容；以及在固定气隙下，输出不同的功率，实现电动汽车无线充电的功率兼容；或者在不同气隙下，输出不同的功率，同时实现气隙兼容和功率兼容，并且输出功率调节范围大，由于只改变谐振补偿网络的电压电流应力，而该部分损耗通常较小，因此无线充电接收电路的传输效率较高。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有技术中无线充电电路的结构示意图；
图2为本申请无线充电电路一个实施例的结构示意图；
图3为本申请无线充电接收电路一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一XXX也可以被称为第二XXX，类似地，第二XXX也可以被称为第一XXX。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
现有相关技术中，根据不同的车型，汽车底盘高度分为三个等级，Z1、Z2、Z3，对于Z1气隙的7.7kw无线充电系统，当气隙变为Z2时，充电功率或效率严重下降，此时需要对输出功率进行调节，使其在Z2气隙下也输出额定功率；或者需要在Z1、Z2、Z3下都能输出额定功率，都需要对功率进行调节，实现气隙兼容。
对于固定气隙的车辆，不同的车主对充电功率可能有不同的充电需求，如用7.7kw、11kw、20kw等功率等级，这种情况下也要对输出功率进行调节，满足功率兼容的要求。
图1为现有技术中无线充电电路的结构示意图，对于图1所示的无线充电系统，理想情况下，忽略所有损耗，其输出为恒流源特性，输出电流和输入电压成正比，与负载大小无关。输出电流表达式如式(1)所示。
式(1)中，IL为流过负载电流，Lf1为原边补偿电感，L1为变压器原边L2为变压器副边，n为变压器副边和原边的匝比，Cf1为原边补偿电容，Lp为磁耦合机构原边线圈，Ls为磁耦合机构副边线圈，Cs为副边补偿电容，Cf2为副边并联补偿电容，RL为负载；
M为磁耦合机构互感，其中，k为磁耦合机构耦合系数；
ω为交流电压角频率，ω＝2πf，其中，π是圆周率，f为输入交流电压频率；
j为虚数符号。
工作原理：Uin为高频交流电压，通常频率为85kHz，经过Lf1、升压变压器、Cf1，磁耦合机构原边线圈Lp上产生高频交流电流，高频电流感应出高频磁场，高频磁场穿过磁耦合机构副边线圈Ls，在副边线圈上感应出高频电压，高频电压经过Cs、Cf2和整流滤波电路，变成直流电流，给负载RL供电。
从式(1)中可以看出，图1所示的无线充电电路的输出电流IL和副边串联电容Cs相关，因此可以把副边串联电容设置成参数可调装置。考虑到单独改变Cs，会引起无线充电电路失谐，因此在调节Cs时，要同时调节Cf2，使副边保持谐振。即磁耦合机构副边线圈电感Ls、副边串联电容Cs、副边并联电容Cf2需要满足式(2)所示的关系。
图2为本申请无线充电电路一个实施例的结构示意图，如图2所示，本申请实施例提供的无线充电接收电路(即图2所示的车端电路)可以包括：接收线圈21、容抗可调模块和整流滤波电路22；上述容抗可调模块的容抗值可调；
其中，接收线圈21，用于与无线充电发射电路中的发射线圈耦合；
容抗可调模块包括串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24；
串联容抗可调模块23与接收线圈21串联，形成第一结构电路25，第一结构电路25与整流滤波电路22串联连接；
并联容抗可调模块24与第一结构电路25并联。
图2中，串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24为容抗可调的模块，可根据要求调节成所需要的容抗值。
在需要调节无线充电电路的输出功率时，可以调节副边串联容抗可调模块23的容抗值，同时调节并联容抗可调模块24的容抗值，使无线充电电路保持谐振，从而调节输出电流，进而达到调节输出功率的目的。
对于不同气隙输出额定功率场景：如果串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24均采用当前的容抗值，在气隙Z1下，无线充电电路可输出满功率，则当气隙为Z2时，可以将串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24的容抗值切换为另一组参数，来实现Z2气隙下的满功率输出。
对于气隙固定，输出不同功率的场景：如果串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24均采用当前的容抗值，在气隙Z1下，无线充电电路的输出功率为7.7kw，如需将无线充电电路的输出功率切换为11kw，则可以通过将串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24的容抗值切换到另一组参数来实现。
同时实现气隙和功率兼容的调节方案同上。对于任意气隙下或任意功率，都可以通过切换串联容抗可调模块23和并联容抗可调模块24的容抗值，来使无线充电电路的输出功率满足要求。
在不同气隙下输出相同功率时，图2所示的无线充电电路不影响原边的电压电流应力，即原边不需要做任何变动；同时不影响整流滤波及后级DC-DC电压电流应力，即车端整流滤波及DC-DC硬件电路不要做任何变动。并且，上述无线充电电路的输出功率的调节范围大，由于只改变谐振补偿网络的电压电流应力，该部分损耗通常减小，因此无线充电电路的传输效率较高。
本申请图2所示的无线充电电路的一种实现方式中，串联容抗可调模块23与并联容抗可调模块24可以为相互独立的两个电容；或者，串联容抗可调模块23与并联容抗可调模块24可以共用部分电容。
本申请图2所示的无线充电电路的另一种实现方式中，上述容抗可调模块的阻抗呈容性，并且上述容抗可调模块的容抗与上述接收线圈的感抗满足谐振匹配。
本申请图2所示的无线充电电路的再一种实现方式中，上述容抗可调模块可以通过单一的可调电容实现；或者，上述容抗可调模块可以通过电容矩阵实现，通过开关切换使用上述电容矩阵中的不同电容；或者，上述容抗可调模块由至少两个容抗可调模块串联或并联构成；或者，上述容抗可调模块由至少一个容抗固定模块与至少一个容抗可调模块串联或并联构成；或者，上述容抗可调模块由至少一个电容与至少一个电感串联或并联构成，上述至少一个电容的电容值和/或至少一个电感的电感值可调。
也就是说，容抗可调模块可以通过电感、电容等器件混合实现，只要容抗可调模块的阻抗值呈现容性，且与磁耦合机构副边线圈电感Ls为串联关系(单个直接串联，或分段串联)，并满足谐振补偿，而且可以通过调节容抗值来调节输出功率即可。
本实施例中，串联容抗可调模块23与接收线圈21串联可以为：串联容抗可调模块23串联在接收线圈21的同一支路；或者，串联容抗可调模块23的一部分串联在接收线圈21的一条支路，串联容抗可调模块23的另一部分串联在接收线圈21的另一支路。
在具体实现时，串联容抗可调模块23可以作为单独的模块存在，也可以分成若干部分串联在接收线圈21的同一支路；也可以一部分串联在接收线圈21的一条支路，另一部分串联在接收线圈21的另一支路。如图3所示，图3为本申请无线充电接收电路一个实施例的结构示意图，从图3中可以看出，串联容抗可调模块23的一部分串联在接收线圈21的一条支路，串联容抗可调模块23的另一部分串联在接收线圈21的另一支路。
本申请实施例提供的无线充电接收电路通过调节副边补偿参数，实现对输出功率的调节，把电压、电流变化的应力集中在损耗较小的补偿拓扑上，有利于提高无线充电电路的传输效率。在不同气隙下输出相同功率时，只需调节副边的补偿参数，对PFC、DC-DC、逆变电路、整流滤波电路、原边补偿电路及磁耦合机构原边线圈电压电流基本保持不变。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，服务器，或者网络装置等)或处理器(Processor)执行本申请各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种无线充电接收电路，其特征在于，包括：接收线圈、容抗可调模块和整流滤波电路；所述容抗可调模块的容抗值可调；
所述接收线圈，用于与无线充电发射电路中的发射线圈耦合；
所述容抗可调模块包括串联容抗可调模块和并联容抗可调模块；
所述串联容抗可调模块与所述接收线圈串联，形成第一结构电路，所述第一结构电路与所述整流滤波电路串联连接；
所述并联容抗可调模块与所述第一结构电路并联。
2.根据权利要求1所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述串联容抗可调模块与所述并联容抗可调模块为相互独立的两个电容；或者，
所述串联容抗可调模块与所述并联容抗可调模块共用部分电容。
3.根据权利要求1或2所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述容抗可调模块的阻抗呈容性，并且所述容抗可调模块的容抗与所述接收线圈的感抗满足谐振匹配。
4.根据权利要求3所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述容抗可调模块通过单一的可调电容实现；或者，
所述容抗可调模块通过电容矩阵实现，通过开关切换使用所述电容矩阵中的不同电容；或者，
所述容抗可调模块由至少两个容抗可调模块串联或并联构成；或者，
所述容抗可调模块由至少一个容抗固定模块与至少一个容抗可调模块串联或并联构成；或者，
所述容抗可调模块由至少一个电容与至少一个电感串联或并联构成，所述至少一个电容的电容值和/或至少一个电感的电感值可调。
5.根据权利要求1、2或4所述的无线充电接收电路，其特征在于，所述串联容抗可调模块与所述接收线圈串联包括：
所述串联容抗可调模块串联在所述接收线圈的同一支路；或者，
所述串联容抗可调模块的一部分串联在所述接收线圈的一条支路，所述串联容抗可调模块的另一部分串联在所述接收线圈的另一支路。
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