CN109713804A - 一种谐振补偿装置、充电系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐振补偿装置、充电系统及其控制方法，该装置包括：逆变模块和谐振网络；所述谐振网络，包括：串并联谐振阵列和LC发射组件；其中，所述逆变模块，用于将供电电源进行逆变输出设定频率的交流电信号；所述串并联谐振阵列，用于将所述交流电信号进行串并联谐振补偿处理，得到待发射电信号；所述LC发射组件，用于将所述待发射信号进行发射，形成设定频率的电磁信号。本发明的方案，可以解决电动汽车无线充电原边发射系统对于未知的无线充电副边接收系统阻抗不匹配的问题，达到阻抗匹配的效果。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，具体涉及一种谐振补偿装置、充电系统及其控制方法，尤其涉及谐振补偿拓扑结构、自适应阻抗匹配无线充电系统及其控制策略。
背景技术
随着当代电力电子技术的飞速发展，新能源汽车特别是纯电动汽车产业也在如火如荼地进行着。电动汽车有线式充电桩技术日渐成熟，但是有线式充电桩也面临着诸如安全性隐患、可靠性、维护困难等问题。
无线充电技术为很好地解决上述问题提供了可能。但是，同样无线充电技术也面临着产业标准不统一、各厂家的无线充电结构不统一、参数不兼容、通讯不兼容、阻抗匹配性差导致传输效率低下等问题。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种谐振补偿装置、充电系统及其控制方法，以解决现有技术中电动汽车无线充电原边发射系统对于未知的无线充电副边接收系统阻抗不匹配的问题，达到阻抗匹配的效果。
进一步地，本发明的目的还在于，针对上述缺陷，提供一种谐振补偿装置、充电系统及其控制方法，以解决现有技术中无线充电技术也面临着产业标准不统一、各厂家的无线充电结构不统一、参数不兼容、通讯不兼容、阻抗匹配性差等存在的兼容性差的问题，达到提升兼容性的效果。
本发明提供一种谐振补偿装置，包括：逆变模块和谐振网络；所述谐振网络，包括：串并联谐振阵列和LC发射组件；其中，所述逆变模块，用于将供电电源进行逆变输出设定频率的交流电信号；所述串并联谐振阵列，用于将所述交流电信号进行串并联谐振补偿处理，得到待发射电信号；所述LC发射组件，用于将所述待发射信号进行发射，形成设定频率的电磁信号。
可选地，所述逆变模块，包括：全桥逆变模块；所述全桥逆变模块，包括：第一至第四碳化硅场效应管；其中，所述第一碳化硅场效应管的发射极与所述第二碳化硅场效应管的集电极连接后，经所述串并联谐振阵列后连接至所述LC发射组件的第一端；所述第三碳化硅场效应管的发射极与所述第四碳化硅场效应管的集电极连接后，经所述串并联谐振阵列后连接至所述LC发射组件的第二端。
可选地，所述第一至第四碳化硅场效应管的结构相同；在所述第一碳化硅场效应管的集电极与所述第一碳化硅场效应管的发射极之间，带有反并联二极管。
可选地，所述串并联谐振阵列，包括：第一串联阵列、第二串联阵列、第一并联阵列和第二并联阵列；所述第一串联阵列连接至所述LC发射组件的第一端，所述第二串联阵列连接至所述LC发射组件的第二端；所述第一并联阵列和所述第二并联阵列，并联在所述LC发射组件的第一端与所述LC发射组件的第二端之间。
可选地，所述谐振网络，包括：原边谐振网络；所述第一串联阵列，包括：原边串联电容开关阵列；所述第二串联阵列，包括：原边串联电感开关阵列；所述第一并联阵列，包括：原边并联电容开关阵列；所述第二并联阵列，包括：原边并联电感阵列。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种充电系统，包括：原边充电组和副边充电组；其中，所述原边充电组，包括：如以上所述的谐振补偿装置；所述副边充电组，包括：依次配合设置的LC谐振接收网络、副边补偿网络和副边电能变换结构。
可选地，还包括：原边控制器、副边控制器和通讯协议转换单元；其中，所述原边控制器，配合连接至所述原边充电组；所述副边控制器，配合连接至所述副边充电组；所述通讯协议转换单元，配合连接在所述原边控制器与所述副边控制器之间，用于对所述原边控制器与所述副边控制器的通讯协议进行匹配通讯。
与上述充电系统相匹配，本发明再一方面提供一种充电系统的控制方法，包括：获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息；根据所述原边谐振信息和所述副边谐振信息，确定所述副边充电组反馈到所述原边充电组的反射阻抗；根据所述反射阻抗控制所述原边充电组中串并联谐振阵列的谐振接入量。
可选地，其中，所述原边谐振信息、所述副边谐振信息，均包括：谐振电压和谐振电流；和/或，在所述串并联谐振阵列包括原边串联电容开关阵列、原边串联电感开关阵列、原边并联电容开关阵列和原边并联电感阵列的情况下，所述谐振接入量，包括：整列电容、电感的接入量。
可选地，还包括：根据所述串并联谐振阵列的谐振接入量，调整所述原边充电组的谐振频率和占空比；确定所述原边充电组和所述副边充电组的阻抗是否匹配；若匹配，则对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制；或者，若不匹配，则重新获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
可选地，对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制，包括：获取所述原边充电组的原边功率和所述副边充电组的副边功率；按设定的效率最优控制算法对所述原边功率和所述副边功率进行控制，直至所述原边功率和所述副边功率达到设定的最优效率。
可选地，还包括：对所述原边充电组与所述副边充电组之间的通讯协议进行通讯搜索转换；建立所述原边充电组与所述副边充电组之间的通讯连接；基于所述通讯连接，按设定的初始频率发射脉冲，以获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
本发明的方案，通过自主设计的串、并联电容、电感开关阵列，形成通用型原边拓扑结构，使原边处于完全阻抗匹配状态，结构简单、且可靠性高。
进一步，本发明的方案，通过采集原边逆变部分输出的谐振电压、电流，副边反馈的谐振电压、谐振电流信息，利用这些信息实时计算副边反馈到原边的反射阻抗，通过开关控制整列电容、电感的接入，使原边处于完全阻抗匹配状态，匹配精准性好、可靠性高。
进一步，本发明的方案，通过为提高无线充电电能的传输效率提供了一种切实可行的谐振补偿拓扑结构，使一种原边发射装置能够尽可能地匹配多种不同的接收装置，可以提升电动汽车无线充电负载的传输效率。
由此，本发明的方案，通过设计串、并联电容、电感开关阵列，形成通用型原边拓扑结构，解决现有技术中电动汽车无线充电原边发射系统对于未知的无线充电副边接收系统阻抗不匹配的问题，从而，克服现有技术中阻抗不匹配、兼容性差和传输效率低的缺陷，实现阻抗匹配、兼容性好和传输效率高的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中提供，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的谐振补偿装置的一实施例的结构示意图；
图2为本发明的谐振补偿装置的另一实施例的结构示意图，具体为自适应阻抗匹配无线充电结构拓扑；
图3为本发明的充电系统的一实施例的结构示意图，具体为自适应阻抗匹配无线充电系统结构图；
图4为本发明的充电系统的控制流程示意图，具体为无线充电自适应阻抗匹配控制策略示意图；
图5为本发明的充电系统的控制方法的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的方法中在阻抗匹配的情况下进行功率优化的一实施例的流程示意图；
图7为本发明的方法中对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制的一实施例的流程示意图；
图8为本发明的方法中建立通讯连接的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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。
根据本发明的实施例，提供了一种谐振补偿装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该谐振补偿装置可以包括：逆变模块和谐振网络。所述谐振网络，可以包括：串并联谐振阵列和LC发射组件。
具体地，所述逆变模块，可以用于将供电电源进行逆变输出设定频率的交流电信号。所述交流电信号，可以包括：交流电压信号。
具体地，所述串并联谐振阵列，可以用于将所述交流电信号进行串并联谐振补偿处理，得到待发射电信号。
具体地，所述LC发射组件，可以用于将所述待发射信号进行发射，形成设定频率的电磁信号。
例如：设计了一种能兼容不同厂家、兼容不同通讯协议、不同拓扑结构、不同负载状况的自适应阻抗匹配拓扑阵列结构，解决了电动汽车无线充电原边发射系统对于未知的无线充电副边接收系统阻抗不匹配的问题；很好地解决了不同厂家之间无线充电装置通讯不兼容、阻抗不匹配等关键技术问题，为提高无线充电电能的传输效率提供了一种切实可行的谐振补偿拓扑结构，使一种原边发射装置能够尽可能地匹配多种不同的接收装置。
例如：通过通用型原边拓扑结构，满足兼容差异性副边网络、动态变化负载及原、副边通讯设计。
例如：通过控制原边的全桥逆变来输出高频的交流电压信号，能量信号在由串、并联补偿电容、电感与基本LC发射组件组成的谐振网络中进行电感、电容的交替充、放电，在原边线圈周围形成高频的磁场，副边的LC谐振接收组件与其补偿网络，在空间中感应到原边的电磁场，在副边线圈电感上产生感应电动势。随着磁场的高频交替变换，整个系统处于谐振状态，将原边的能量在没有物理介质的条件下通过空间耦合的方式传递给副边后端负载，完成无线电能传输。
由此，通过串并联谐振阵列对逆变模块逆变输出的交流电信号进行串并联谐振补偿处理得到待发射电信号，进而通过LC发射组件将该待发射电信号进行发射形成电磁信号，使得充电系统中原边充电组可以适配任何阻抗的副边充电组，实现阻抗匹配，进而提升能量传输效率。
在一个可选例子中，所述逆变模块，可以包括：全桥逆变模块。所述全桥逆变模块，可以包括：第一至第四碳化硅场效应管。
具体地，所述第一碳化硅场效应管的发射极与所述第二碳化硅场效应管的集电极连接后，经所述串并联谐振阵列后连接至所述LC发射组件的第一端。
具体地，所述第三碳化硅场效应管的发射极与所述第四碳化硅场效应管的集电极连接后，经所述串并联谐振阵列后连接至所述LC发射组件的第二端。
例如：如图2所示，由P1+PD1、P2+PD2、P3+PD3、P4+PD4带反并联二极管的碳化硅(SiC)场效应管所组成的全桥逆变模块。
由此，通过由四个碳化硅场效应管构成全桥逆变模块，结构简单，且逆变效率高、可靠性高。
可选地，所述第一至第四碳化硅场效应管的结构相同。在所述第一碳化硅场效应管的集电极与所述第一碳化硅场效应管的发射极之间，带有反并联二极管。
由此，通过使用结构相同的四个碳化硅场效应管，且每个四个碳化硅场效应管带有反并联二极管，使得逆变输出的可靠性高、安全性好。
在一个可选例子中，所述串并联谐振阵列，可以包括：第一串联阵列、第二串联阵列、第一并联阵列和第二并联阵列。
具体地，所述第一串联阵列连接至所述LC发射组件的第一端，所述第二串联阵列连接至所述LC发射组件的第二端。
具体地，所述第一并联阵列和所述第二并联阵列，并联在所述LC发射组件的第一端与所述LC发射组件的第二端之间。
例如：由Ls0、Cs0组成的基本LC发射组件。
由此，通过串并联混合形式设置的串并联谐振阵列，可以切换地进行阻抗匹配，灵活性好、可靠性高。
可选地，所述谐振网络，可以包括：原边谐振网络。
其中，所述第一串联阵列，可以包括：原边串联电容开关阵列。所述第二串联阵列，可以包括：原边串联电感开关阵列。所述第一并联阵列，可以包括：原边并联电容开关阵列。所述第二并联阵列，可以包括：原边并联电感阵列。
例如：由Css1、Css2…Cssn+开关Kcs1、Kcs2…Kcsn组成的原边串联电容开关阵列、由Lss1、Lss2…Lssn+开关KLs1、KLs2…KLsn组成的原边串联电感开关阵列、由Csp1、Csp2…Cspn+开关Kcp1、Kcp2…Kcpn组成的原边并联电容开关阵列、由Lsp1、Lsp2…Lspn+开关KLp1、KLp2…KLpn组成的原边并联电感阵列。
由此，通过电容开关阵列、电感开关阵列串并联地形成原边谐振网络，使得阻抗匹配更加便捷和可靠。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过自主设计的串、并联电容、电感开关阵列，形成通用型原边拓扑结构，使原边处于完全阻抗匹配状态，结构简单、且可靠性高。
根据本发明的实施例，还提供了对应于谐振补偿装置的一种充电系统。该充电系统可以包括：原边充电组和副边充电组；其中，所述原边充电组，可以包括：如以上所述的谐振补偿装置；所述副边充电组，可以包括：依次配合设置的LC谐振接收网络、副边补偿网络和副边电能变换结构。
由此，通过串并联谐振阵列对逆变模块逆变输出的交流电信号进行串并联谐振补偿处理得到待发射电信号，进而通过LC发射组件将该待发射电信号进行发射形成电磁信号，使得充电系统中原边充电组可以适配任何阻抗的副边充电组，实现阻抗匹配，进而提升能量传输效率。
在一个可选实施方式中，还可以包括：原边控制器、副边控制器和通讯协议转换单元。
其中，所述原边控制器，配合连接至所述原边充电组。所述副边控制器，配合连接至所述副边充电组。所述通讯协议转换单元，配合连接在所述原边控制器与所述副边控制器之间，可以用于对所述原边控制器与所述副边控制器的通讯协议进行匹配通讯。
由此，通过设置通讯协议转换单元，可以实现原边控制器与副边控制器之间的通讯协议兼容，提升兼容性能，进而提升能量传输的效率和可靠性。
在一个可选实施方式中，本发明的方案，设计了一种能兼容不同厂家、兼容不同通讯协议、不同拓扑结构、不同负载状况的自适应阻抗匹配拓扑阵列结构及其控制方法，解决了电动汽车无线充电原边发射系统对于未知的无线充电副边接收系统阻抗不匹配的问题，解决了电动汽车无线充电原边、副边之间通讯不兼容的问题，解决了电动汽车无线充电负载动态变化范围大、传输效率低的问题；从而，为电动汽车动力电池负载提供了一种新颖的无线充电方式及其控制方法；很好地解决了不同厂家之间无线充电装置通讯不兼容、阻抗不匹配等关键技术问题，为提高无线充电电能的传输效率提供了一种切实可行的谐振补偿拓扑结构，使一种原边发射装置能够尽可能地匹配多种不同的接收装置。
在一个可选例子中，本发明的方案，通过通用型原边拓扑结构，满足兼容差异性副边网络、动态变化负载及原、副边通讯设计；通过自适应阻抗匹配控制策略能够快速完成匹配功能，满足实际应用需求。
在一个可选具体实施方式中，可以参见图2至图4所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图2描述了本发明中自适应阻抗匹配无线充电拓扑的主要组成部分，主要包括：由P1+PD1、P2+PD2、P3+PD3、P4+PD4带反并联二极管的碳化硅(SiC)场效应管所组成的全桥逆变模块，原边谐振网络主要由两部分组成：
第一部分：由Ls0、Cs0组成的基本LC发射组件。
第二部分：由Css1、Css2…Cssn+开关Kcs1、Kcs2…Kcsn组成的原边串联电容开关阵列、由Lss1、Lss2…Lssn+开关KLs1、KLs2…KLsn组成的原边串联电感开关阵列、由Csp1、Csp2…Cspn+开关Kcp1、Kcp2…Kcpn组成的原边并联电容开关阵列、由Lsp1、Lsp2…Lspn+开关KLp1、KLp2…KLpn组成的原边并联电感阵列。
可选地，副边部分由基本的Lp0+Cp0组成的LC谐振接收网络、未知的副边补偿网络、副边电能变换结构组成。
其中，L代表电感、C代表电容、K代表继电器开关、下标s代表“串联”、下标p代表“并联”等。
图2相比于现有技术，增加了阻抗匹配功能，即本发明的方案设计为通用型无线充电系统，传统无线充电拓扑为原边Ls0、Cs0串联拓扑(即发射级)，副边为Lp0+Cp0组成的LC谐振接收网络，而本发明的方案中：
由Css1、Css2…Cssn+开关Kcs1、Kcs2…Kcsn组成的原边串联电容开关阵列、由Lss1、Lss2…Lssn+开关KLs1、KLs2…KLsn组成的原边串联电感开关阵列、由Csp1、Csp2…Cspn+开关Kcp1、Kcp2…Kcpn组成的原边并联电容开关阵列、由Lsp1、Lsp2…Lspn+开关KLp1、KLp2…KLpn组成的原边并联电感阵列为阻抗匹配阵列。
图3描述了本发明中自适应阻抗匹配无线充电的系统结构。该系统主要由交流输入部分、整流+PFC部分、全桥逆变部分、自适应阻抗匹配网络开关阵列部分、原边LC谐振发射组件部分、副边LC谐振接收组件部分、变结构补偿网络+电能变换结构部分、可变负载部分等组成。原边部分有CPU1控制、副边部分由CPU2控制、二者之间通过通讯协议转换单元进行匹配通讯。
图4描述了本发明中无线充电自适应阻抗匹配控制的控制策略。
在一个可选具体例子中，本发明的方案，提供一种无线充电阻抗匹配控制系统及其控制策略。结合当今电动汽车无线充电技术的发展状况，提出一种兼容性高、可在线实时检测负载阻抗的无线充电系统拓扑及控制方法。
可选地，本发明提供的无线充电方式为磁耦合谐振式方式，通过控制原边的全桥逆变来输出高频的交流电压信号，能量信号在由串、并联补偿电容、电感与基本LC发射组件组成的谐振网络中进行电感、电容的交替充、放电，在原边线圈周围形成高频的磁场，副边的LC谐振接收组件与其补偿网络，在空间中感应到原边的电磁场，在副边线圈电感上产生感应电动势。随着磁场的高频交替变换，整个系统处于谐振状态，将原边的能量在没有物理介质的条件下通过空间耦合的方式传递给副边后端负载，完成无线电能传输。
其中，本发明的方案中，自主设计的串、并联电容、电感开关阵列，通过采集原边逆变部分输出的谐振电压、电流，副边反馈的谐振电压、谐振电流信息，利用这些信息实时计算副边反馈到原边的反射阻抗，通过开关控制整列电容、电感的接入，使原边处于完全阻抗匹配状态，实现功率、效率的最优控制。此结构为兼容不同参数、不同负载、不同厂家的副边无线充电接收装置提供了可能。
另外，电动汽车无线充电技术中，由于电动汽车电池端的阻抗在充放电过程中呈现非线性动态变化，使得电能的传输效率有所降低，电池的吸收功率也大大降低。阻抗匹配的作用并不单单是完成最大功率的传输，还有其他作用，如减小噪声干扰，提高频率响应的线性度和提高功率容量等。
由于本实施例的充电系统所实现的处理及功能基本相应于前述图1和图2所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采集原边逆变部分输出的谐振电压、电流，副边反馈的谐振电压、谐振电流信息，利用这些信息实时计算副边反馈到原边的反射阻抗，通过开关控制整列电容、电感的接入，使原边处于完全阻抗匹配状态，匹配精准性好、可靠性高。
根据本发明的实施例，还提供了对应于充电系统的一种充电系统的控制方法，如图5所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该充电系统的控制方法可以包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
在步骤S120处，根据所述原边谐振信息和所述副边谐振信息，确定所述副边充电组反馈到所述原边充电组的反射阻抗。
在步骤S130处，根据所述反射阻抗控制所述原边充电组中串并联谐振阵列的谐振接入量。
例如：设计了一种能兼容不同厂家、兼容不同通讯协议、不同拓扑结构、不同负载状况的自适应阻抗匹配拓扑阵列结构，解决了电动汽车无线充电原边发射系统对于未知的无线充电副边接收系统阻抗不匹配的问题；很好地解决了不同厂家之间无线充电装置通讯不兼容、阻抗不匹配等关键技术问题，为提高无线充电电能的传输效率提供了一种切实可行的谐振补偿拓扑结构，使一种原边发射装置能够尽可能地匹配多种不同的接收装置。
例如：通过自适应阻抗匹配控制策略能够快速完成匹配功能，满足实际应用需求。自主设计的串、并联电容、电感开关阵列，通过采集原边逆变部分输出的谐振电压、电流，副边反馈的谐振电压、谐振电流信息，利用这些信息实时计算副边反馈到原边的反射阻抗，通过开关控制整列电容、电感的接入。
由此，通过基于原边谐振信息和副边谐振信息确定副边充电组反馈到原边充电组的反射阻抗，进而根据该反射阻抗控制原边充电组中串并联谐振阵列的谐振接入量，实现阻抗匹配，有利于提升能量传输效率。
可选地，所述原边谐振信息、所述副边谐振信息，均可以包括：谐振电压和谐振电流。
由此，通过原边及副边的谐振电压和谐振电流确定反射阻抗，使得对反射阻抗确定的精准性好、可靠性高。
可选地，在所述串并联谐振阵列可以包括原边串联电容开关阵列、原边串联电感开关阵列、原边并联电容开关阵列和原边并联电感阵列的情况下，所述谐振接入量，可以包括：整列电容、电感的接入量。
由此，通过以整列电容、电感的接入量作为谐振接入量，使得在进行阻抗匹配时对串并联谐振阵列的接入量的调整方便且可靠。
在一个可选实施方式中，还可以包括：在阻抗匹配的情况下进行功率优化的过程。
下面结合图6所示本发明的方法中在阻抗匹配的情况下进行功率优化的一实施例流程示意图，进一步说明在阻抗匹配的情况下进行功率优化的具体过程，可以包括：步骤S210至步骤S240。
步骤S210，在根据所述反射阻抗控制所述原边充电组中串并联谐振阵列的谐振接入量之后，根据所述串并联谐振阵列的谐振接入量，调整所述原边充电组的谐振频率和占空比。
步骤S220，确定所述原边充电组和所述副边充电组的阻抗是否匹配。
步骤S230，若匹配，则对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制。
可选地，可以结合图7所示本发明的方法中对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S230中对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制的具体过程，可以包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，获取所述原边充电组的原边功率和所述副边充电组的副边功率。
步骤S320，按设定的效率最优控制算法对所述原边功率和所述副边功率进行控制，直至所述原边功率和所述副边功率达到设定的最优效率。
由此，通过按设定的效率最优控制算法对原边功率和副边功率进行控制，直至达到设定的最优效率，使得能量传输效率得以提升和优化。
或者，步骤S240，若不匹配，则重新获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
例如：，使原边处于完全阻抗匹配状态，实现功率、效率的最优控制。此结构为兼容不同参数、不同负载、不同厂家的副边无线充电接收装置提供了可能。
由此，通过在进行阻抗匹配后调整谐振频率和占空比，进而根据阻抗匹配情况进行功率优化控制，有利于提升充电效率和充电效能。
在一个可选实施方式中，还可以包括：建立通讯连接的过程。
下面结合图8所示本发明的方法中建立通讯连接的一实施例流程示意图，进一步说明建立通讯连接的具体过程，可以包括：步骤S410至步骤S430。
步骤S410，在获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息之前，对所述原边充电组与所述副边充电组之间的通讯协议进行通讯搜索转换。
步骤S420，建立所述原边充电组与所述副边充电组之间的通讯连接。
步骤S430，基于所述通讯连接，按设定的初始频率发射脉冲，以获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
例如：设计了一种能兼容不同厂家、兼容不同通讯协议、不同拓扑结构、不同负载状况的自适应阻抗匹配拓扑阵列结构的控制方法，解决了电动汽车无线充电原边、副边之间通讯不兼容的问题，解决了电动汽车无线充电负载动态变化范围大、传输效率低的问题；很好地解决了不同厂家之间无线充电装置通讯不兼容、阻抗不匹配等关键技术问题，为提高无线充电电能的传输效率提供了一种切实可行的谐振补偿拓扑结构，使一种原边发射装置能够尽可能地匹配多种不同的接收装置。
由此，通过对原边充电组和副边充电组进行通讯搜索转换并建立通讯连接，进而以发射设定频率的脉冲的方式对原边谐振信息和副边谐振信息进行获取，一方面保证了通讯协议的兼容性能，另一方面保证了对谐振信息获取的精准性和可靠性。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述图3和图4所示的充电系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过为提高无线充电电能的传输效率提供了一种切实可行的谐振补偿拓扑结构，使一种原边发射装置能够尽可能地匹配多种不同的接收装置，可以提升电动汽车无线充电负载的传输效率。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (12)
1.一种谐振补偿装置，其特征在于，包括：逆变模块和谐振网络；所述谐振网络，包括：串并联谐振阵列和LC发射组件；其中，
所述逆变模块，用于将供电电源进行逆变输出设定频率的交流电信号；
所述串并联谐振阵列，用于将所述交流电信号进行串并联谐振补偿处理，得到待发射电信号；
所述LC发射组件，用于将所述待发射信号进行发射，形成设定频率的电磁信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述逆变模块，包括：全桥逆变模块；所述全桥逆变模块，包括：第一至第四碳化硅场效应管；其中，
所述第一碳化硅场效应管的发射极与所述第二碳化硅场效应管的集电极连接后，经所述串并联谐振阵列后连接至所述LC发射组件的第一端；
所述第三碳化硅场效应管的发射极与所述第四碳化硅场效应管的集电极连接后，经所述串并联谐振阵列后连接至所述LC发射组件的第二端。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一至第四碳化硅场效应管的结构相同；
在所述第一碳化硅场效应管的集电极与所述第一碳化硅场效应管的发射极之间，带有反并联二极管。
4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述串并联谐振阵列，包括：第一串联阵列、第二串联阵列、第一并联阵列和第二并联阵列；
所述第一串联阵列连接至所述LC发射组件的第一端，所述第二串联阵列连接至所述LC发射组件的第二端；
所述第一并联阵列和所述第二并联阵列，并联在所述LC发射组件的第一端与所述LC发射组件的第二端之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述谐振网络，包括：原边谐振网络；
所述第一串联阵列，包括：原边串联电容开关阵列；
所述第二串联阵列，包括：原边串联电感开关阵列；
所述第一并联阵列，包括：原边并联电容开关阵列；
所述第二并联阵列，包括：原边并联电感阵列。
6.一种充电系统，其特征在于，包括：原边充电组和副边充电组；其中，
所述原边充电组，包括：如权利要求1-5任一所述的谐振补偿装置；
所述副边充电组，包括：依次配合设置的LC谐振接收网络、副边补偿网络和副边电能变换结构。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，还包括：原边控制器、副边控制器和通讯协议转换单元；其中，
所述原边控制器，配合连接至所述原边充电组；
所述副边控制器，配合连接至所述副边充电组；
所述通讯协议转换单元，配合连接在所述原边控制器与所述副边控制器之间，用于对所述原边控制器与所述副边控制器的通讯协议进行匹配通讯。
8.一种如权利要求6-7任一所述的充电系统的控制方法，其特征在于，包括：
获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息；
根据所述原边谐振信息和所述副边谐振信息，确定所述副边充电组反馈到所述原边充电组的反射阻抗；
根据所述反射阻抗控制所述原边充电组中串并联谐振阵列的谐振接入量。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，其中，
所述原边谐振信息、所述副边谐振信息，均包括：谐振电压和谐振电流；
和/或，
在所述串并联谐振阵列包括原边串联电容开关阵列、原边串联电感开关阵列、原边并联电容开关阵列和原边并联电感阵列的情况下，所述谐振接入量，包括：整列电容、电感的接入量。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还包括：
根据所述串并联谐振阵列的谐振接入量，调整所述原边充电组的谐振频率和占空比；
确定所述原边充电组和所述副边充电组的阻抗是否匹配；
若匹配，则对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制；
或者，若不匹配，则重新获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对所述原边充电组和所述副边充电组的充电效率进行优化控制，包括：
获取所述原边充电组的原边功率和所述副边充电组的副边功率；
按设定的效率最优控制算法对所述原边功率和所述副边功率进行控制，直至所述原边功率和所述副边功率达到设定的最优效率。
12.根据权利要求8-11之一所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述原边充电组与所述副边充电组之间的通讯协议进行通讯搜索转换；
建立所述原边充电组与所述副边充电组之间的通讯连接；
基于所述通讯连接，按设定的初始频率发射脉冲，以获取原边充电组的原边谐振信息和副边充电组的副边谐振信息。
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|---|---|
| CN (1) | CN109713804A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110544974A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 广东工业大学 | 一种agv无线充电装置和系统 |
| CN110949152A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-03 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电系统、方法及汽车无线充电装置 |
| CN110979042A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电接收装置、无线充电控制方法无线充电系统 |
| CN114094837A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-25 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种同步整流的控制方法、电路、装置、设备及存储介质 |
| CN115384330A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-25 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种双车位无线充电桩及其控制方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102801218A (zh) * | 2011-05-27 | 2012-11-28 | 三星电子株式会社 | 无线电能和数据传输系统 |
| JP2013005614A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Toyota Motor Corp | 送電装置、受電装置、車両、および非接触給電システム |
| CN102969776A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-03-13 | 中国科学院电工研究所 | 一种电动汽车无线充电装置 |
| US20130099734A1 (en) * | 2011-10-24 | 2013-04-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wireless power transmitter and method of controlling the same |
| CN103731120A (zh) * | 2012-10-12 | 2014-04-16 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有改善品质因数的阻抗匹配网络和用于匹配阻抗的方法 |
| CN104218640A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-17 | 中国科学院电工研究所 | 具有多负载频率适应性的无线充电系统 |
| US20150180265A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Automotive Research & Testing Center | High efficiency wireless charging system and its control method |
| CN104779672A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-15 | 东南大学 | 一种适用于电池性负载的无线充电系统 |
| EP3091636A1 (de) * | 2015-05-07 | 2016-11-09 | Finepower GmbH | Verfahren zur adaptiven kompensation eines schwingkreises |
| US20180040416A1 (en) * | 2016-08-08 | 2018-02-08 | Witricity Corporation | Inductor system having shared material for flux cancellation |
| CN108418314A (zh) * | 2011-08-04 | 2018-08-17 | 韦特里西提公司 | 可调谐无线电源架构 |
| CN108539874A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-09-14 | 深圳先进技术研究院 | 无线充电自适应阻抗匹配系统与方法 |
| CN108574345A (zh) * | 2017-03-10 | 2018-09-25 | 重庆邮电大学 | 一种无线电能传输设备发射端自适应调谐装置及调谐方法 |
-
2018
- 2018-12-24 CN CN201811585244.5A patent/CN109713804A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102801218A (zh) * | 2011-05-27 | 2012-11-28 | 三星电子株式会社 | 无线电能和数据传输系统 |
| JP2013005614A (ja) * | 2011-06-17 | 2013-01-07 | Toyota Motor Corp | 送電装置、受電装置、車両、および非接触給電システム |
| CN108418314A (zh) * | 2011-08-04 | 2018-08-17 | 韦特里西提公司 | 可调谐无线电源架构 |
| US20130099734A1 (en) * | 2011-10-24 | 2013-04-25 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Wireless power transmitter and method of controlling the same |
| CN103731120A (zh) * | 2012-10-12 | 2014-04-16 | 英飞凌科技股份有限公司 | 具有改善品质因数的阻抗匹配网络和用于匹配阻抗的方法 |
| CN102969776A (zh) * | 2012-12-03 | 2013-03-13 | 中国科学院电工研究所 | 一种电动汽车无线充电装置 |
| US20150180265A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | Automotive Research & Testing Center | High efficiency wireless charging system and its control method |
| CN104218640A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-17 | 中国科学院电工研究所 | 具有多负载频率适应性的无线充电系统 |
| CN104779672A (zh) * | 2015-04-21 | 2015-07-15 | 东南大学 | 一种适用于电池性负载的无线充电系统 |
| EP3091636A1 (de) * | 2015-05-07 | 2016-11-09 | Finepower GmbH | Verfahren zur adaptiven kompensation eines schwingkreises |
| US20180040416A1 (en) * | 2016-08-08 | 2018-02-08 | Witricity Corporation | Inductor system having shared material for flux cancellation |
| CN108574345A (zh) * | 2017-03-10 | 2018-09-25 | 重庆邮电大学 | 一种无线电能传输设备发射端自适应调谐装置及调谐方法 |
| CN108539874A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-09-14 | 深圳先进技术研究院 | 无线充电自适应阻抗匹配系统与方法 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110544974A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-06 | 广东工业大学 | 一种agv无线充电装置和系统 |
| CN110544974B (zh) * | 2019-09-25 | 2024-03-26 | 广东工业大学 | 一种agv无线充电装置和系统 |
| CN110949152A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-03 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电系统、方法及汽车无线充电装置 |
| CN110979042A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 中兴新能源汽车有限责任公司 | 无线充电接收装置、无线充电控制方法无线充电系统 |
| CN114094837A (zh) * | 2021-11-15 | 2022-02-25 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种同步整流的控制方法、电路、装置、设备及存储介质 |
| CN114094837B (zh) * | 2021-11-15 | 2023-10-10 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种同步整流的控制方法、电路、装置、设备及存储介质 |
| CN115384330A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-25 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种双车位无线充电桩及其控制方法 |
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