CN114665563A - 一种非接触充电方法及充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触式充电方法，以及在此技术基础上，实现的非接触式充电机装置；本发明使用了常见的带有变压器AC‑DC拓扑结构，其变压器原边绕组和配套电路构成供电部，变压器副边绕组和配套电路构成受电部，供电部和受电部相互分离，在需要正常充电时，通过安装结构结合并固定在一起，供电部和受电部之间使用光学或者无线等非接触方式通讯，当供电部和受电部结合并固定在一起时，构成一个完整的AC‑DC拓扑的电源转换器，实现正常的充电功能，不使用时可以相互分离，从而避免了供电电极的直接接触；本发明中的非接触式充电机装置，用于煤矿行业二次电池充电时，在防水性和防爆性的提升上具有非常积极的作用。

Description

一种非接触充电方法及充电装置

技术领域

本发明涉及充电技术领域，具体为一种非接触充电方法及充电装置。

背景技术

在矿井使用二次电源等动力供电系统时，需要有较强的隔爆、防爆和防水能力，常规的充电机，其充电电流需要通过供电电极连接，具有接触点的电极连接，都降低了防水性和防爆性，而一般的无线充电装置，都是基于开放式电磁波传输电能的，其缺点是功率容量小而且会产生较大的电磁辐射，在矿井下应用时，过多的电磁辐射能量会导致在辐射区域内的金属材料由于电磁感应而产生额外的感应电流，从而降低了防爆能力。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种非接触充电方法及充电装置，通过使用强耦合关系的磁芯传递能量，从而提高了功率容量，降低了对外的电磁辐射，达到非接触方式的充电效果，又能保证其防水性和防爆性。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

一种非接触充电方法，包括：使用了带有变压器的AC-DC拓扑结构的电源转换电路，电源转换电路包括正激式AC-DC转换电路和反激式AC-DC转换电路，电源转换拓扑结构包含有原边绕组和副边绕组相互隔离且可以独立绕制的变压器；

拓扑结构为LLC半桥拓扑结构或者LLC全桥拓扑结构的其中一种；

变压器原边绕组、相关的高频开关功率模块、输入AC电源的整流滤波电路、控制电路和通讯电路构成供电部；

变压器副边绕组、相关的整流及滤波电路、充电控制电路、电压电流采集电路和通讯电路构成受电部；

供电部和受电部之间通过非接触的通讯方式进行通讯，可以进行双向的非接触的通讯，用来传输受电部充电的电压电流等数据和其他控制信令；

供电部和受电部，分别独立的封装在不同的外壳内，需要正常充电时，通过安装结构结合并固定在一起，供电部和受电部之间构成完整的AC-DC电源转换器，实现正常的充电功能。

作为本发明所述的一种非接触式充电方法的一种优选方案，其中，原边绕组和副边绕组分别独立的绕制在不同的绕组骨架上，且安装于各自磁芯上，变压器选择的磁芯一分为二，分别供给原边绕组和副边绕组使用。

作为本发明所述的一种非接触式充电方法的一种优选方案，其中，供电部和受电部通过安装结构结合在一起时，其接触面可以良好接触，且分别位于供电部和受电部的两个磁芯可以对齐，构成完整的变压器结构。

作为本发明所述的一种非接触式充电方法的一种优选方案，其中，供电部和受电部之间通过各自的通讯电路进行数据的传输，包括受电部充电时的电压和充电电流数据。

一种非接触式充电装置：包括：

包括供电部发射导光柱、供电部绕组磁芯、供电部接收导光柱、供电部安装外壳、锁紧柱、受电部安装外壳、受电部接收导光柱、受电部发射导光柱和受电部绕组磁芯；

其中：所述受电部安装外壳内径大于等于供电部安装外壳的外径，受电部安装外壳内壁有锁紧槽，安装固定时，使用受电部安装外壳的锁紧槽对准供电部安装外壳上的锁紧柱，向内推并顺时针旋转受电部安装外壳，可将供电部和受电部锁紧；

供电部发射导光柱、供电部绕组磁芯、供电部接收导光柱均安装于供电部安装外壳内，并使用环氧树脂进行灌封；

受电部接收导光柱、受电部发射导光柱、受电部绕组磁芯安装于受电部安装外壳内，并使用环氧树脂进行灌封；

当供电部和受电部通过安装结构结合并固定在一起之后，供电部绕组磁芯与受电部绕组磁芯开口处完全对齐，原边绕组和副边绕组可以构成完整的LLC电源转换器的变压器；供电部发射导光柱与受电部接收导光柱对齐，可以进行光线的传输，用于供电部向受电部通过光信号发送数据；供电部接收导光柱与受电部发射导光柱对齐，用于受电部向供电部通过光信号发送数据。

作为本发明所述的一种非接触式充电方法的一种优选方案，其中，供电部和受电部使用环氧树脂进行灌封，通讯使用光信号，使供电部和受电部之间无任何电信号的直接传递。

作为本发明所述的一种非接触式充电方法的一种优选方案，其中，受电电池组带有BMS系统，并且可以BMS系统可以和充电装置进行通讯的设备。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明提供了一种非接触式的充电方法，使用了强耦合关系的磁芯传递能量，从而提高了功率容量，降低了对外的电磁辐射，达到非接触方式的充电效果，又能保证其防水性和防爆性。常规的AC-DC电路中，其变压器是绕制好的完整器件，其原边开路电感和漏感等参数指标不会随时间发生大的改变，而本发明所述的一种非接触式充电方法中，变压器原边绕组和副边绕组安装在不同的磁芯上，使用时，通过安装结构固定后方构成完整的变压器，当供电部和受电部分离时，原边绕组的漏感和开路电感会急剧下降，任何拓扑的AC-DC电路均可能进入失调状态，因此在设计AC-DC电路参数的时候，需要充分考虑到原边绕组的离散性，电路参数需要满足原边开路电感和漏感在较大范围内变动而电路不会失调，同时供电部能够检测到是否和受电部正常安装在一起，当检测安装不正确的时候，供电部的控制电路立即停止AC-DC电路的输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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。其中：

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明实施例二的示意图；

图3为本发明充电装置结构示意图；

图4为本发明受电部安装外壳剖面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明所述的一种非接触式充电方法，原理如图一所示，充电装置使用了带有变压器的AC-DC拓扑结构的电源转换电路，变压器包含有原边绕组和副边绕组。

变压器原边绕组和相关的高频开关功率模块、输入AC电源的整流滤波电路、控制电路和通讯电路，一起构成供电部；变压器副边绕组和相关的整流及滤波电路、充电控制电路、电压电流采集电路和通讯电路，一起构成受电部。

供电部和受电部之间，通过非接触的通讯方式进行通讯，如光通信或者无线通讯方式等，可以进行双向的，非接触的通讯，用来传输受电部充电的电压电流等数据和其他控制信令等。

供电部和受电部，分别独立的封装在不同的外壳内，可以完全分离，需要正常充电时，通过安装结构结合并固定在一起，供电部和受电部之间构成完整的AC-DC电源转换器，实现正常的充电功能，不使用时可以相互分离，从而避免了供电电极的直接接触。

关于AC-DC电路参数指标的计算，属于电源领域的工作者的一个基本技术要求，本领域的技术人员无需额外的创造性劳动即可按照本发明所述的方法计算实施例一的一个具体实现，故本发明中不对AC-DC参数计算做过多描述，使用者仅需要考虑变压器结构不同带来的参数差异即可。

实施例二

一种非接触式充电装置，如图二所示，这是一种带有BMS管理系统的车载动力电池的非接触式充电装置的具体实施。

按照车规的相关标准，新能源汽车的动力电池组带有BMS电池管理系统，充电机工作时需要和BMS进行实时的数据交换，具体交换数据不属于本发明的技术范畴，这里不做过多描述。

根据图二所示，车载电池组、BMS以及非接触式充电机装置的受电部，均安装于车辆一侧，车载电池的充电线缆和受电部之间的连接亦属于永久的，可靠连接，无需插头、插座等接插方式，属于密闭的连接方式，因此避免接插件可能带来的防爆安全隐患。

图二中通讯电路需要将BMS的通讯接口，按照规范是CAN总线的通讯接口，转换成首发分离形式的信号，并通过受电部的通讯电路进行发送和接收，同样的供电部的通讯电路也需要对BMS的通讯数据进行分离，交给供电部BMS信令处理单元进行指令处理和通讯，供电部和受电部的通讯电路，需要采用多路复用技术，能够同时传输AC-DC电路工作所需要的输出电压、电流参数和BMS通讯信令。

图二中的供电部，属于充电桩的部件之一，充电接口实际上是非接触式充电机的供电部和受电部对接接口，图三给出了充电接口的结构示意图。

如图二、图三中所示：一种非接触式充电机装置使用LLC半桥拓扑结构的AC-DC电源转换电路，选择E型磁芯作为变压器的磁芯，分别用于安装原边绕组和副边绕组。

供电部和受电部之间使用激光器和光电接收器件实现双向的通讯功能，关于激光通讯的激光调制器和光电接收器的解调技术属于成熟的通讯技术，本发明不做过多描述。

供电部和受电部之间的安装结构部分包含1-1供电部发射导光柱、1-2供电部绕组磁盘、1-3供电部接收导光柱、1-4供电部安装外壳、1-5供电部外壳锁紧柱、1-6受电部安装外壳、1-7受电部接收导光柱、1-8受电部发射导光柱、1-9受电部绕组磁芯构成。

其中受电部安装外壳内径大于等于供电部外壳的外径，受电部外壳内壁有锁紧槽，安装固定时，使用受电部外壳的锁紧槽对准供电部外壳上的锁紧柱，向内推并顺时针旋转1-6受电部安装外壳，可将供电部和受电部锁紧。

供电部发射导光柱1-1、供电部绕组磁芯1-2、供电部接收导光柱1-3安装于供电部安装外壳1-4内，并使用环氧树脂进行灌封。

受电部接收导光柱1-7、受电部发射导光柱1-8、受电部绕组磁芯1-9安装于受电部安装外壳1-6内，并使用环氧树脂进行灌封。

当供电部和受电部通过安装结构结合并固定在一起之后，供电部绕组磁芯1-2与受电部绕组磁芯1-9开口处完全对齐，原边绕组和副边绕组可以构成完整的LLC电源转换器的变压器；供电部发射导光柱1-1与受电部接收导光柱对1-7齐，可以进行光线的传输，用于供电部向受电部通过光信号发送数据；供电部接收导光柱1-3与受电部发射导光柱1-8对齐，用于受电部向供电部通过光信号发送数据。

如图四所示：受电部外壳的内壁开有锁紧槽，锁紧槽和供电部安装外壳1-4的锁紧柱1-5相对应，图三中受电部安装外壳1-6的锁紧槽对准供电部安装外壳1-4上的锁紧柱1-5，向内推并顺时针旋转后，可将供电部和受电部紧密结合在一起，使供电部内部的E型磁芯和受电部内部的E型磁芯开口完全对齐且紧密结合，构成完整的E型磁芯的变压器；供电部发射导光柱1-1与受电部接收导光柱1-7对齐，供电部接收导光柱1-3与受电部发射导光柱1-8对齐，供电部的激光发射器通过供电部发射导光柱1-1将光信号传递到受电部，受电部的光电接收器通过受电部接收导光柱1-7接收激光信号，并解调成通讯数据；同样的，受电部的激光发射器通过受电部发射导光柱1-8将光信号传递到供电部，供电部的光电接收器通过供电部导光柱接收激光信号，并解调成通讯数据。

虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种非接触式充电方法，其特征在于：使用了带有变压器的AC-DC拓扑结构的电源转换电路，电源转换电路包括正激式AC-DC转换电路和反激式AC-DC转换电路，电源转换拓扑结构包含有原边绕组和副边绕组相互隔离且可以独立绕制的变压器；

拓扑结构为LLC半桥拓扑结构或者LLC全桥拓扑结构的其中一种；

变压器原边绕组、相关的高频开关功率模块、输入AC电源的整流滤波电路、控制电路和通讯电路构成供电部；

变压器副边绕组、相关的整流及滤波电路、充电控制电路、电压电流采集电路和通讯电路构成受电部；

供电部和受电部之间通过非接触的通讯方式进行通讯，可以进行双向的非接触的通讯，用来传输受电部充电的电压电流等数据和其他控制信令；

供电部和受电部，分别独立的封装在不同的外壳内，需要正常充电时，通过安装结构结合并固定在一起，供电部和受电部之间构成完整的AC-DC电源转换器，实现正常的充电功能。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式充电方法，其特征在于：原边绕组和副边绕组分别独立的绕制在不同的绕组骨架上，且安装于各自磁芯上，变压器选择的磁芯一分为二，分别供给原边绕组和副边绕组使用。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式充电方法，其特征在于：供电部和受电部通过安装结构结合在一起时，其接触面可以良好接触，且分别位于供电部和受电部的两个磁芯可以对齐，构成完整的变压器结构。

4.根据权利要求1所述的一种非接触式充电方法，其特征在于：供电部和受电部之间通过各自的通讯电路进行数据的传输，包括受电部充电时的电压和充电电流数据。

5.一种非接触式充电装置，其特征在于：包括供电部发射导光柱(1-1)、供电部绕组磁芯(1-2)、供电部接收导光柱(1-3)、供电部安装外壳(1-4)、锁紧柱(1-5)、受电部安装外壳(1-6)、受电部接收导光柱(1-7)、受电部发射导光柱(1-8)和受电部绕组磁芯(1-9)；

其中：所述受电部安装外壳(1-6)内径大于等于供电部安装外壳(1-4)的外径，受电部安装外壳(1-6)内壁有锁紧槽，安装固定时，使用受电部安装外壳(1-6)的锁紧槽对准供电部安装外壳(1-4)上的锁紧柱(1-5)，向内推并顺时针旋转受电部安装外壳(1-6)，可将供电部和受电部锁紧；

供电部发射导光柱(1-1)、供电部绕组磁芯(1-2)、供电部接收导光柱(1-3)均安装于供电部安装外壳(1-4)内，并使用环氧树脂进行灌封；

受电部接收导光柱(1-7)、受电部发射导光柱(1-8)、受电部绕组磁芯(1-9)安装于受电部安装外壳(1-6)内，并使用环氧树脂进行灌封；

当供电部和受电部通过安装结构结合并固定在一起之后，供电部绕组磁芯(1-2)与受电部绕组磁芯(1-9)开口处完全对齐，原边绕组和副边绕组可以构成完整的LLC电源转换器的变压器；供电部发射导光柱(1-1)与受电部接收导光柱(1-7)对齐，可以进行光线的传输，用于供电部向受电部通过光信号发送数据；供电部接收导光柱(1-3)与受电部发射导光柱(1-8)对齐，用于受电部向供电部通过光信号发送数据。

6.根据权利要求5所述的一种非接触式充电装置，其特征在于：供电部和受电部使用环氧树脂进行灌封，通讯使用光信号，使供电部和受电部之间无任何电信号的直接传递。

7.根据权利要求5所述的一种非接触式充电装置，其特征在于：受电电池组带有BMS系统，并且可以BMS系统可以和充电装置进行通讯的设备。

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