CN115723594A - 发射端、接收端、动态无线供电系统及电动汽车 - Google Patents

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CN115723594A CN202111013681.1A CN202111013681A CN115723594A CN 115723594 A CN115723594 A CN 115723594A CN 202111013681 A CN202111013681 A CN 202111013681A CN 115723594 A CN115723594 A CN 115723594A
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宋凯
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武志贤
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Abstract

本申请涉及一种发射端、接收端、动态无线供电系统及电动汽车，涉及无线供电技术领域。该技术方案中，发射端包括发射线圈。发射端还包括发射端控制系统及N个能量管理模块，N为大于1的整数。N个能量管理模块的输入端电连接至电网，N个能量管理模块的输出端电连接至发射线圈。每一个能量管理模块包括AC‑DC电路，逆变电路及变压器。发射端控制系统与N个能量管理模块中的逆变电路电连接，用于输出固定占空比的同步移相控制信号，以驱动逆变电路同步工作。能量管理模块可应用至发射端，且构成最小模块，其数量可根据不同功率需求等级进行加减，进而快速且灵活提升动态无线供电系统的功率容量，提高系统响应速度。

Description

发射端、接收端、动态无线供电系统及电动汽车
技术领域
本申请涉及无线供电技术领域，尤其涉及一种发射端、接收端、动态无线供电系统及电动汽车。
背景技术
电动汽车作为新能源汽车受到了各界的广泛关注。目前，为电动汽车的电池充电的方法包括无线充电，无线充电是以耦合的电磁场为媒介实现电能的传递。为了进一步提高电动汽车的使用时间，减少电动汽车所携带的电池重量，动态无线充电的概念被提出，也即电动汽车在行驶过程中进行充电，边走边充。
下面结合图1介绍动态无线供电系统的工作原理。请参考图1，该图为一种动态无线供电系统的示意图。动态无线供电系统包括原边系统(地面部分)与副边系统(车载部分)两大部分。其中，在动态无线供电系统中，原边系统通常需要将工频交流电转换为高频交流电，以实现高频交流谐振，并通过磁耦合的形式将电能传输到副边系统。
然而，上述动态无线供电系统在大功率应用中，通常使用电力二极管作为整流元器件，并使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)作为开关元器件。以上开关元器件由于现有制造技术的限制，在大功率容量下不能实现高效率的能量输出。另外，当负载侧需要不同功率等级时，传统原边系统需要重新选型设计，如此难以实现各功率容量的兼容和有效控制。再者，当副边系统的负载侧具有特定电路参数要求时，电网侧需要额外的电路实现电压电流升降分配，采用单模块级联式方案常不能实现灵活调节电压电流输出，原边系统中发射线圈的输出电压和输出电流可调节性较差。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种动态无线供电的发射端、接收端、动态无线供电系统及电动汽车，动态无线供电系统可根据不同功率需求等级加减能量管理模块，进而快速且灵活提升动态无线供电系统的功率容量。
第一方面，本申请实施例提供一种发射端，发射端包括发射线圈。发射端还包括发射端控制系统及N个能量管理模块，N为大于1的整数。N个能量管理模块的输入端电连接至电网，N个能量管理模块的输出端电连接至发射线圈。每一个能量管理模块包括AC-DC电路，逆变电路及变压器。AC-DC电路的输入端电连接至电网。AC-DC电路的输出端电连接至逆变电路。变压器的原边线圈电连接至逆变电路，变压器的副边线圈电连接至发射线圈。发射端控制系统与N个能量管理模块中的逆变电路电连接，用于输出固定占空比的同步移相控制信号，以驱动逆变电路同步工作。
显然，本申请的第一方面中，能量管理模块可应用至发射端，且可构成发射端的最小模块。如此，发射端可根据不同功率需求等级对能量管理模块的数量进行加减，进而快速且灵活提升动态无线供电系统的功率容量，提高系统响应速度。另外，通过设置AC-DC电路及逆变电路，如此可构成AC-DC-AC电路，以实现电能从交流-直流-交流的变换，进而平衡和控制多模块条件下的动态无线供电系统的功率同步传输和调制。再者，最小模块的能量管理模块还包括变压器，以实现独立解耦，消除环流，实现功率隔离和整合，有效提高了发射端的整体功率容量，以解决现有技术中无法实现解耦，易出现环流和电流倒灌的问题。另外，变压器的设置还可实现同步调制下的线圈电压和线圈电流的有序配比，满足特定功率要求。
在一种可能的设计中，N个能量管理模块之间采用串联和/或并联的方式电连接。显然，该设计中，并不对N个能量管理模块之间的连接关系进行限定，其可采用串联，并联，或者串并联的方式连接，较为灵活，适用性较强。
在一种可能的设计中，逆变电路包括开关管，开关管构成逆变全桥电路，AC-DC电路为不控整流电路。开关管均用于接收移相控制信号。显然，该设计中，每一个能量管理模块利用不控整流和逆变全桥来实现电能从交流-直流-交流的变换，以平衡和控制多模块条件下的动态无线供电系统的功率同步传输和调制。再者，该设计中，当设置有多个(例如N个，N为大于1的整数)能量管理模块时，多个能量管理模块可串并联，以有效分担负载侧所需的功率需求，降低电路中开关器件(例如开关管)所承受的电流应力，提升输入电流的阈值上限。
在一种可能的设计中，发射端还包括补偿网络，补偿网络电连接至N个能量管理模块的输出端与发射线圈之间。该设计中，补偿网络可以为S型补偿网络，P型补偿网络，LCL型补偿网络或LCC型补偿网络等，本申请实施例对此不作具体限制。
在一种可能的设计中，发射端控制系统包括电流传感器，采样电路，控制单元及驱动电路。电流传感器电连接至发射线圈，采样电路电连接至电流传感器。控制单元与采样电路电连接。驱动电路与控制单元电连接，用于接收驱动信号，并输出相应的移相控制信号至逆变电路。显然，该设计中，N个能量管理模块可采用集总式控制系统，即由同一控制系统(例如发射端控制系统)控制，以保证各级电路的开关管同时驱动，并消除各组电路间的功率不平衡现象。
在一种可能的设计中，控制单元还用以根据接收到的电流信号判断电流信号是否过流。当控制单元判断过流时，控制单元还用于产生中断信号至驱动电路，以封锁输出。当控制单元判断不过流时，控制单元产生驱动信号至驱动电路。显然，该设计中，N个能量管理模块可采用集总式控制系统，即由同一控制系统(例如发射端控制系统)控制，以保证各级电路的开关管同时驱动，并消除各组电路间的功率不平衡现象。
第二方面，本申请实施例提供一种接收端。接收端包括接收线圈。接收端还包括接收端控制系统及M个能量管理模块，M为大于1的整数。M个能量管理模块的输入端电连接至接收线圈。M个能量管理模块的输出端电连接至负载。其中，每一个能量管理模块包括AC-DC电路，逆变电路及变压器。AC-DC电路的输入端电连接至接收线圈，AC-DC电路的输出端电连接至逆变电路。变压器的原边线圈电连接至逆变电路，变压器的副边线圈电连接至负载。接收端控制系统与N个能量管理模块中的逆变电路电连接，用于输出固定占空比的同步移相控制信号，以驱动逆变电路同步工作。
在一种可能的设计中，N个能量管理模块之间采用串联和/或并联的方式电连接。
在一种可能的设计中，逆变电路包括开关管。开关管构成逆变全桥电路。AC-DC电路为不控整流电路。开关管均用于接收移相控制信号。
在一种可能的设计中，接收端还包括补偿网络。补偿网络电连接至接收线圈与M个能量管理模块之间。
在一种可能的设计中，接收端还包括输出整流电路及输出滤波电路。输出整流电路的一端电连接至M个能量管理模块的输出端，另一端通过输出滤波电路电连接至负载。
在一种可能的设计中，接收端控制系统包括电流传感器，电压传感器，采样电路，控制单元及驱动电路。电流传感器及电压传感器均电连接至负载。采样电路电连接至电流传感器及电压传感器。控制单元与采样单元电连接。驱动电路与控制单元电连接，用于接收驱动信号，并输出相应的移相控制信号至逆变电路及输出整流电路。
在一种可能的设计中，控制单元还用以根据接收到的电路信号判断电路信号是否过流和/或过压，电路信号包括电流信号及电压信号。当控制单元判断过流和/或过压时，控制单元用于产生中断信号至驱动电路，以封锁输出。当控制单元判断不过流和不过压时，控制单元用于产生驱动信号至驱动电路。
第三方面，本申请实施例提供一种动态无线供电系统。动态无线供电系统包括发射端及接收端。发射端为第一方面及可能的设计中的发射端。接收端为第二方面及可能的设计中的接收端。
第四方面，本申请实施例提供一种电动汽车，电动汽车包括动力电池组。电动汽车还包括如第二方面及可能的设计中的接收端。其中，接收端与动力电池组电连接，用于为动力电池组充电。
另外，第二方面至第四方面中任一种可能设计方式所带来的技术效果可参见发射端部分相关中不同设计方式所带来的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种动态无线供电系统的示意图；
图2为两种典型的应用在大功率无线供电系统中原边系统的能量管理模块的示意图；
图3为两种典型的应用在大功率无线供电系统中副边系统的能量管理电路的示意图；
图4为本申请实施例提供的能量管理模块的应用电路图；
图5为本申请实施例提供的动态无线供电系统的应用场景示意图；
图6为本申请实施例提供的一种能量管理模块的电路示意图；
图7为图6所示能量管理模块中逆变电路中各开关管的控制信号示意图；
图8为本申请实施例提供的一种能量管理模块应用至发射端及接收端的电路示意图；
图9为应用至本申请实施例提供的发射端的发射端控制系统的电路示意图；
图10为图9所示发射端控制系统的控制流程图；
图11为应用至本申请实施例提供的接收端的接收端控制系统的电路示意图。
图12为图11所示接收端控制系统的控制流程图；
图13为本申请示例一提供的能量管理模块应用至动态无线供电系统的电路示意图；
图14为图13所示发射端包括多个能量管理模块的示意图；
图15为图13所示发射端的发射端控制系统中的PWM控制信号及电路波形图；
图16为图13所示发射端中的其中一组开关管的单周期工作模态示意图；
图17为本申请示例一中接收端的电路示意图；
图18为图17所示接收端中能量管理模块及输出整流电路的控制信号及电路波形图；
图19为图17所示接收端中能量管理模块及输出整流电路的开关管的工作模态示意图；
图20为本申请示例二提供的能量管理模块应用至动态无线供电系统的电路示意图；
图21为本申请示例二中接收端包括多个能量管理模块的电路示意图；
图22为示例二中接收端的能量管理模块与输出整流电路的PWM控制信号及电路波形示意图；
图23为示例二中接收端的能量管理模块及输出整流电路的开关管的工作模态示意图；
图24为本申请实施例提供的一种电动汽车的结构示意图。
主要元件符号说明
能量管理模块 100、100a、100b、100c、100d
AC-DC电路 11、11a、11b、11c、11d
逆变电路 12、12a、12b、12c、12d
变压器 13、13a、13b、13c、13d
滤波电容 C0、C3
第一节点 J1
第二节点 J2
二极管 D1-D4
开关管 S1-S4、Sp1-Sp4、Ss1-Ss6
发射端 200、200a、200c
补偿网络 201、301、201c、301d
电感 L1
发射端控制系统 203、203a
电流传感器 CSA、CSB
电压传感器 VS
采样电路 204、305
控制单元 205、306
驱动电路 206、307
保护电路 207
第一补偿电容 C1
发射线圈 Ct
接收端 300、300a、300c、501
接收线圈 Cr
磁耦合机构 M、M1、M2
输出整流电路 302、302b、302d
输出滤波电路 303
接收端控制系统 304
第二补偿电容 C2
第三补偿电容 C4，C5
动态无线供电系统 400、400a、400c
能量管理电路 401
电动汽车 500
动力电池组 502
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
应理解，在本申请中除非另有说明，“/”表示或的意思，例如，A/B可以表示A或B。本申请中的“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。“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。
在本申请中，“示例的”、“在一些实施例中”、“在另一些实施例中”等用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用示例的一词旨在以具体方式呈现概念。
另外，本申请中涉及的“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也不能理解为指示或暗示顺序。
在本申请中，“电连接”应做广义的理解，例如，“电连接”可以指物理上的直接连接，也可以指通过中间媒介实现电学上的连接，即间接连接，例如通过电阻、电感，或其他电子器件实现的连接。
请参考图2，图2所示为两种典型的应用在大功率无线供电系统中原边系统的能量管理模块的示意图。其中，在图2(a)中，原边系统的能量管理模块直接通过AC-AC电路将工频交流电进行变频和调幅，转换成谐振所需的高频交流电，从而产生高频交变磁场，接着将电能利用谐振补偿后的原边线圈传输到副边系统侧的负载端，实现动态无线供电。在图2(b)中，原边系统的能量管理模块包括交流(direct current，AC)-直流(direct current，DC)电路、滤波电路、DC-AC电路。其中，AC-DC电路多为不控整流电路，DC-AC电路为全桥逆变电路。
请参考图3，图3所示为两种典型的应用在大功率无线供电系统中副边系统的能量管理模块的示意图。其中，当副边系统利用高频磁场的磁耦合作用接收来自原边线圈的高频交流电后，同样需要对其进行功率控制和电能变换，以满足负载需求。示例的，在图3(a)中，副边系统的能量管理模块利用不控整流电路(即AC-DC电路)将高频交流电整流为直流电，实现AC-DC电能变换，并利用DC-DC电路进行功率控制，以实现负载的电压和电流需求。又示例的，在图3(b)中，副边系统的能量管理模块使用可控整流电路作为能量管理模块中AC-DC电能变换的主要模块，并结合负载需求对可控整流电路进行功率调制，实现输出可控。
然而，如图2及图3，上述动态无线供电系统在大功率应用中，通常使用电力二极管作为整流元器件，并使用金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)或绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)作为开关元器件。以上开关元器件由于现有制造技术的限制，在大功率容量下不能实现高效率的能量输出。
另外，当负载侧需要不同功率等级时，传统原边系统需要重新选型设计，如此难以实现各功率容量的兼容和有效控制。再者，当副边系统的负载侧具有特定电路参数要求时，电网侧需要额外的电路实现电压电流升降分配，采用单模块级联式方案常不能实现灵活调节电压电流输出，原边系统中发射线圈的输出电压和输出电流可调节性较差。
因此，本申请实施例提供一种能量管理模块，发射端，接收端及电动汽车。通过设置能量管理模块，能量管理模块可应用至发射端和/或接收端，可实现灵活调控功率参数，提升功率容量，并解决模块解耦问题。
应理解，本申请所述的原边系统也可以被称为原边侧，原边，前级，发射端，发射装置，或原边发射端等。副边系统可以被称为副边侧，副边，后级，接收端，接收端模块，接收装置或者副边接收端等。能量管理模块也可以被称为功率变换装置，功率变换模块，功率变换电路，最小模块电路，最小功率模块等。变压器的原边线圈也可以被称为原边绕组，初级线圈等。变压器的副边线圈也可以被称为副边绕组，次级线圈等。补偿网络也可以被称为补偿电路，补偿拓扑等。
为了使本领域技术人员更好地理解本申请实施例提供的技术方案，下面先介绍本申请实施例提供的能量管理模块的应用场景。
请参考图4，图4为本申请实施例提供的能量管理模块100的应用电路图。能量管理模块100可以应用至动态无线供电系统400的发射端200和/或接收端300。在本实施例中，以能量管理模块100应用至发射端200及接收端300为例加以说明。
发射端200还包括补偿网络201和发射线圈Ct。接收端300还包括接收线圈Cr，补偿网络301，输出整流电路302和输出滤波电路303。其中，在发射端200中，能量管理模块100，补偿网络201及发射线圈Ct依次电连接。在接收端300中，接收线圈Cr，补偿网络301，能量管理模块100，输出整流电路302和输出滤波电路303依次电连接。发射线圈Ct与接收线圈Cr构成磁耦合机构M。另外，发射端200的能量管理模块100，补偿网络201和发射线圈Ct，接收端300的接收线圈Cr，补偿网络301，能量管理模块100，输出整流电路302和输出滤波电路303共同构成动态无线供电系统400的能量管理电路401。
可以理解，如图4所示，发射端200与接收端300构成的动态无线供电系统400可用于为千瓦级以上大功率等级的可移动设备进行动态无线供电。应理解，在本申请中，可移动设备包括但不限于，电动汽车、有/无轨道交通车辆、自动导引车(Automated GuidedVehicle，AGV)等可应用无线供电技术的大容量或超大容量电力牵引、驱动或用电的可移动设备。以下实施例中，为描述方便，以可移动设备为电动汽车为例加以说明。
请参考图5，图5所示为本申请实施例提供的动态无线供电系统400的应用场景示意图。其中，在一些实施例中，当接收端300和发射端200应用于电动汽车领域时，发射端200安装在地面以下，接收端300安装在电动车上。接收端300为电动汽车的车载动力电池组进行充电。具体地，发射端200包括能量管理模块100和发射线圈Ct。能量管理模块100可以是隔一段距离放置一个，且能量管理模块100可以在地面上也可以在地面下。磁耦合机构M中的发射线圈Ct埋在地面下，并且是沿着电动车的行进方向布置。接收端300通过接收线圈Cr无线感应发射端200发送的交变磁场并转换为直流电给负载充电。
如图5所示，发射端200安装在地面以下，接收端300安装在电动车上。安装有接收端300的电动车在可以进行动态无线供电的公路上行驶，地面下面是磁耦合机构M中的发射线圈Ct，电动车在行驶的过程中进行充电。接收端300位于不同的位置，与位于地面下的磁耦合机构M中的发射线圈Ct相互作用。
显然，在本申请实施例中，电动汽车的动态无线供电技术来源于磁耦合谐振式无线电能传输技术。无线电能传输技术是采用无电力线缆，非接触的方式进行电能传输，其具体是指在道路下铺设发射端200，利用电磁变换原理，将电能变换为高频磁场，车载端(例如电动汽车)的接收线圈和电力电子变换装置(即能量管理模块)把高频磁场再变换为电能，对行驶中的电动汽车进行供电的技术。
请一并参考图6，图6为本申请实施例提供的一种能量管理模块的电路图。如图6所示，在一些实施例中，能量管理模块100包括AC-DC电路11，逆变电路12及变压器13。
示例的，AC-DC电路11为不控整流电路，其电能输入主要由单相或三相提供。当然，在其他实施例中，其电能输入也可由多相提供。在本实施例中，为描述方便，以AC-DC电路11为单相不控整流电路及三相不控整流电路(参后详述)为例加以说明。
示例的，AC-DC电路11包括四个二极管D1-D4。其中，二极管D1，D2的阴极连接在一起，并电连接至逆变电路12的一端。二极管D1及D2的阳极分别连接至二极管D3，D4的阴极。二极管D3，D4的阳极电连接在一起，并电连接至逆变电路12的另一端。显然，AC-DC电路11通过设置四个二极管D1-D4，如此可构成两相整流电路。当然，AC-DC电路11还可以设置多个二极管，例如六个二极管，进而构成大功率的三相整流电路(参后详述)。
在其中一些实施例中，逆变电路12为逆变全桥电路，其与AC-DC电路11电连接，用于将AC-DC电路11输出的直流电逆变成交流电。逆变电路12包括四个开关管S1-S4。
可以理解，开关管的类型可以为以下任意一种：绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGate Bipolar Transistor，IGBT)或金属氧化物半导体场效应晶体管(MetalOxideSemiconductor Filed Effect Transistor，MOSFET，以下简称MOS管)、碳化硅场效应管(Silicon Carbide Metal Oxide Semiconductor Filed Effect Transistor，SiCMOSFET)等。当开关管为MOS管时，具体可以为PMOS管或NMOS管，本申请实施例对此不作具体限定。以下实施例中，以开关管S1-S4具体为NMOS管为例进行说明。
如图6所示，开关管S1，S2的漏极连接在一起，并电连接至二极管D1，D2的阴极。开关管S1的源极电连接至开关管S3的漏极，开关管S2的源极电连接至开关管S4的漏极。开关管S3，S4的源极电连接在一起，并电连接至二极管D3，D4的阳极。开关管S1-S4的栅极用以分别接收相应的控制信号。可以理解，在本申请实施例中，控制信号可以为脉冲宽度调制(Pulsewidthmodulation，PWM)信号。当控制信号为低电平时，相应的开关管关断。当控制信号为高电平时，相应的开关管导通。
在其中一些实施例中，变压器13为高频可变匝比变压器。变压器13包括原边线圈及副边线圈。原边线圈的一端电连接至开关管S1，S3之间，另一端电连接至开关管S2，S4之间。变压器13的副边线圈的两端用以电连接至相应的补偿网络或输出整流电路。
请参考图7，图7为图6中逆变电路12中各开关管S1-S4的控制信号示意图。其中，逆变电路12采用固定占空比的移相控制，通过改变调制信号(即控制信号)的载波频率来实现输出交流电的频率控制，并利用移相角θ的大小来实现输出功率的灵活调节(参后详述)。
可以理解，在本申请实施例中，能量管理模块100中的AC-DC电路11与逆变电路12可构成AC-DC-AC电路。即能量管理模块100至少包括AC-DC-AC电路，利用不控整流和逆变全桥来实现电能从交流-直流-交流的变换，以平衡和控制多模块条件下的动态无线供电系统的功率同步传输和调制。由于能量管理模块100还包括变压器13，变压器13为高频可变匝比变压器。如此，可通过调节变压器13的匝比来实现功率隔离和电路参数的灵活配比，并解决现有技术中无法实现解耦，易出现环流和电流倒灌的问题。
可以理解，在其他实施例中，能量管理模块100还可包括滤波电容C0。滤波电容C0的一端电连接至二极管D1，D2的阴极。滤波电容C0的另一端电连接至二极管D3，D4的阳极。滤波电容C0用以对AC-DC电路11输出的信号进行滤波处理。
可以理解，如上所述，能量管理模块100中二极管D1，D3之间可形成第一节点J1，二极管D2，D4之间可形成第二节点J2。第一节点J1及第二节点J2构成能量管理模块100的输入端。能量管理模块100中变压器13的副边线圈构成能量管理模块100的输出端。
可以理解，如上所述，上述能量管理模块100可应用至发射端200和/或接收端300。其中，当能量管理模块100应用至发射端200时，可将能量管理模块100的输入端(例如图6中所示第一节点J1及第二节点J2)电连接至电网，并将能量管理模块100的输出端(例如图6中所示变压器13的副边线圈)电连接至发射端200的补偿网络201。
又示例的，当能量管理模块100应用至接收端300时，可将能量管理模块100的输入端(例如图6中所示第一节点J1及第二节点J2)电连接至接收端300的补偿网络301及接收线圈Cr，并将能量管理模块100的输出端(例如图6中所示变压器13的副边线圈)电连接至接收端300的输出整流电路302。
示例的，请参考图8，为能量管理模块100应用至发射端200及接收端300的电路图。如图8所示，能量管理模块100可适用于单发射端200及单接收端300。当然，在其他实施例中，能量管理模块100的数量还可根据具体情况进行调整。例如，能量管理模块100的数量为多个，多个能量管理模块100可分别在发射端200和接收端300串并联，以进行功率扩展。示例的，可在发射端200设置N个能量管理模块100，在接收端300设置M个能量管理模块100。其中，N，M均为大于1的整数，N，M可以相等也可以不等。
可以理解，如图8所示，发射端200包括能量管理模块100，补偿网络201和发射线圈Ct。其中，发射端200的能量管理模块100包括AC-DC电路11，逆变电路12及变压器13。AC-DC电路11包括二极管D1-D4。逆变电路12包括开关管Sp1-Sp4。AC-DC电路11，逆变电路12及变压器13的结构及电连接关系等可参考图6及其相关描述，在此不再赘述。
在本实施例中，补偿网络201包括第一补偿电容C1。第一补偿电容C1与发射线圈Ct串联至变压器13的副边线圈的两端。发射线圈Ct与接收端300的接收线圈Cr耦合。
可以理解，如上所述，第一补偿电容C1与发射线圈Ct是串联(Series)结构，因此补偿网络201为S型补偿网络。
可以理解，如图8所示，当能量管理模块100应用至发射端200时，能量管理模块100的AC-DC电路11构成两相整流电路。当然，在其他实施例中，AC-DC电路11的电能输入还可以为三相或者由特种工况下的多相提供，在此不作限定。
可以理解，如图8所示，能量管理模块100至少包括AC-DC电路11，逆变电路12及变压器13。其中，AC-DC电路11与逆变电路12构成AC-DC-AC电路，变压器13为可变匝比变压器。即，发射端200的能量管理模块100至少包括AC-DC-AC电路及可变匝比变压器，并利用不控整流和逆变全桥来实现电能从交流-直流-交流的变换，以平衡和控制多模块条件下的动态无线供电系统的功率同步传输和调制。能量管理模块100还包括变压器13，变压器13为高频可变匝比变压器。如此，可通过调节变压器13的匝比来实现功率隔离和电路参数的灵活配比，并解决现有技术中无法实现解耦，易出现环流和电流倒灌的问题。
请一并参考图9，图9为应用至发射端200的发射端控制系统203的电路示意图。如图9所示，发射端控制系统203用以实现前级恒流同步控制。发射端控制系统203包括电流传感器CSA，采样电路204，控制单元205及驱动电路206。电流传感器CSA电连接至发射线圈Ct(参图8)，用以监控及采样发射线圈Ct的瞬时电流信号ip。
采样电路204电连接至电流传感器CSA，用以接收采样的电流信号ip，并对电流信号ip进行处理(例如对电流信号进行滤波，限幅，模/数转换等)后输出至控制单元205。
控制单元205与采样电路204电连接，用以接收处理后的电流信号，并根据电流信号输出相应的驱动信号。
驱动电路206与控制单元205电连接。驱动电路206用以接收驱动信号，并根据驱动信号输出固定占空比的控制信号至逆变电路12的开关管Sp1-Sp4，进而控制相应的开关管Sp1-Sp4的通断。
请一并参考图10，为图9所示发射端控制系统203的控制流程图。首先，系统初始化(参S101)，接着发射端控制系统203通过电流传感器CSA采集瞬时电流信号ip，并将采集到的信号经采样电路204处理后输出至控制单元205(参步骤S102)。控制单元205接收处理后的电流信号，并根据电流信号判断电流信号是否过流(参步骤S103)。当控制单元205判断过流时，可通过其内部的保护程序产生中断信号，以输出至驱动电路206，进而使得驱动电路206封锁输出，即停止输出，以对发射端200的电路进行控制及保护(参步骤S104)。
当然，请再次参考图9，在另一些实施例中，发射端控制系统203还可包括保护电路207。保护电路207电连接至控制单元205，用以在控制单元205的控制下(例如接收控制单元205输出的中断信号)自主实现开关管Sp1-Sp4的控制信号的封锁。
可以理解，请再次参考图10，步骤S103中，当控制单元205判断未过流时，控制单元205还可运行闭环恒流控制。具体地，控制单元205首先根据接收到的电流信号计算移相占空比，并产生相应的驱动信号(参步骤S105)。如此，驱动电路206接收驱动信号，并产生对应的控制信号(例如PWM控制信号)，以驱动开关管Sp1-Sp4的通断(即状态切换，参步骤S106)。
可以理解，在另一些实施例中，当发射端200需要进行功率拓展时，可采用于发射端200设置多个能量管理模块100，并将各能量管理模块100的输入端并联在电网母线上的方式，以保持输入电压均等，且多个能量管理模块100采用同一控制系统(例如，图9所示的发射端控制系统203)控制同步工作。如此，可进行快速调节，不会出现环流等现象。也就是说，当发射端200包括多个能量管理模块100时，各能量管理模块100之间可彼此并联。对应地，请再次参考图10，控制单元205还用以当完成各能量管理模块100的开关管Sp1-Sp4的状态切换后，根据此时各能量管理模块100的电流信号判断各能量管理模块100的电流是否均流(参步骤S107，即判断各能量管理模块100的电流是否相同)。当控制单元205判断各能量管理模块100的电流均流时，结束流程。当控制单元205判断各个能量管理模块100的电流不均流时，可运行均流控制(参步骤S108)。例如，控制单元205可输出相应的驱动信号至对应的驱动电路206，以通过对应的驱动电路206控制或驱动相应的开关管Sp1-Sp4的状态切换，进而使得各路能量管理模块100的电流均流。
可以理解，如上所述，当能量管理模块100应用至发射端200，且多路能量管理模块100并联到电网母线上拓展使用时，可构成多组发射端200，且各组发射端200均可采用集总式控制系统，即由同一控制系统(例如发射端控制系统203)控制，以保证各级电路的开关管Sp1-Sp4同时驱动，并消除各组电路间的功率不平衡现象。
可以理解，在另外的实施例中，当发射端200包括多个(例如N个)能量管理模块100时，也可针对每一个能量管理模块100分别设置相应的发射端控制系统203。其中，每一个发射端控制系统203中的电流传感器CSA电连接至对应的变压器13的原边线圈，用以监控及采样变压器13的原边瞬时电流信号。显然，在该种情况下，通过针对每一个能量管理模块100分别设置相应的发射端控制系统203，可有效实现模块化。另外，在该种情况下，为了实现同步移相控制信号的输出，发射端200一般还设置有额外的控制器，用以统一控制多个发射端控制系统203中的控制单元205，进而实现驱动多个逆变电路同步工作。
综上，当能量管理模块100应用至发射端200时，其至少包括以下有益效果：
(1)原边大容量输入并联的逆变电路12均为同步的移相控制，且变压器13的匝比为N1:N2。如此，可通过调节变压器13的匝比来实现同步调制下的发射端线圈(即发射线圈Ct)电压和线圈电流的有序配比，满足负载侧的特定功率要求。
(2)串并联的功率变换电路(即能量管理模块100)分担了负载侧所需的功率需求，降低了电路中开关器件(例如开关管Sp1-Sp4)所承受的电流应力，提升了输入电流的阈值上限。
(3)可通过增减串并联的功率变换电路(即能量管理模块100)的方式实现灵活加减功率容量，提高系统响应速度。
(4)当设置多路能量管理模块100时，每一路能量管理模块100均包括变压器13，即将独立式的变压器13串联到发射端线圈，可实现各串联输出端口的耦合分离，消除环流，实现功率隔离和整合，有效提高了原边发射端的整体功率容量。
可以理解，请再次参考图8，当能量管理模块100应用至接收端300时，接收端300还包括接收线圈Cr，补偿网络301，输出整流电路302，输出滤波电路303及接收端控制系统304(参图11)。接收线圈Cr，补偿网络301，能量管理模块100，输出整流电路302及输出滤波电路303依次电连接。
其中，接收线圈Cr与发射线圈Ct构成磁耦合机构M。接收端300中能量管理模块100的输入端通过补偿网络301及接收线圈Cr耦合至发射端200。接收端300中能量管理模块100的输出端通过输出整流电路302及输出滤波电路303电连接至负载。
可以理解，接收端300的能量管理模块100包括AC-DC电路11，逆变电路12，变压器13及滤波电容C0。逆变电路12包括四个开关管Ss1-Ss4。变压器13的原边线圈两端的电压为us。显然，接收端300的能量管理模块100的电路结构，控制信号与发射端200中能量管理模块100的电路结构，控制信号类似，具体可参阅图6，图7及其相关描述，在此不再赘述。
如图8所示，接收端300的补偿网络301包括第二补偿电容C2。第二补偿电容C2的一端电连接至接收端300的能量管理模块100的第一节点J1(参图6)，另一端与接收线圈Cr串联后电连接至接收端300的能量管理模块100的第二节点J2(参图6)。即第二补偿电容C2与接收线圈Cr串联设置。
同样，如上所述，在本申请实施例中，第二补偿电容C2与接收线圈Cr是串联结构(Series)，补偿网络301为S型补偿网络。因此，发射端200中补偿网络201与接收端300中补偿网络301的结构组合构成S-S型。当然，在本申请其他实施例中，发射端200中补偿网络201与接收端300中补偿网络301的结构组合还可构成P-P型、S-P型、P-S型、LCL-LCL型、LCL-P型、LCC-S型和LCC-LCC型等，本申请实施例对此不作具体限制。
可以理解，在其中一些实施例中，输出整流电路302为可控整流电路，包括两个开关管Ss5-Ss6。在本申请实施例中，开关管Ss5，Ss6均为NMOS管。开关管Ss5的源极及开关管Ss6的源极分别电连接至接收端300中变压器13的副边线圈的两端。开关管Ss5的漏极与开关管Ss6的漏极连接在一起。开关管Ss5的栅极及开关管Ss6的栅极均用于接收控制信号，例如PWM控制信号。
在其中一些实施例中，输出滤波电路303包括滤波电容C4。滤波电容C4的一端电连接至开关管Ss5的漏极及开关管Ss6的漏极，并连接至负载的一端。滤波电容C4的另一端电连接至接收端300中变压器13的副边线圈的两端之间，并连接至负载的另一端。
可以理解，当能量管理模块100同时应用至动态无线供电系统400的发射端200及接收端300时，虽然动态无线供电系统400的前后级(即发射端200及接收端300)采用同样的最小模块的能量管理模块100，但两个能量管理模块100的作用并不相同，因此发射端200和接收端300的能量管理模块100需要分别控制。即应用至接收端300的控制系统(即接收端控制系统304)与应用至发射端200的控制系统(即发射端控制系统203)的结构并不相同。其中，为了实现目标负载动态可调的功率输出，后级接收端的最小模块电路(例如能量管理模块100)需要通过阻抗匹配实现闭环电压或电流给定控制。
具体地，请一并参考图11，为应用至接收端300的接收端控制系统304的电路示意图。接收端控制系统304用于实现动态无线供电系统400的后级(即接收端300)的功率阻抗匹配控制。接收端控制系统304包括电流传感器CSB，电压传感器VS，采样电路305，控制单元306及驱动电路307。
其中，电流传感器CSB，采样电路305，控制单元306及驱动电路307的结构，功能和/或作用与发射端控制系统203中的电流传感器CSA，采样电路204，控制单元205及驱动电路206类似，具体可参考图9及其相关描述，在此不再赘述。
在本申请实施例中，接收端控制系统304利用电压传感器VS和电流传感器CSB将输出电压信号uo(参图8)与输出电流信号io(参图8)经采样电路305传输至控制单元306，以实现接收端300中逆变电路12的驱动，完成闭环控制。同时，控制单元306还可驱动输出整流电路302，以实现高效可控的整流输出。此外，接收端300还可利用上述接收端控制系统304来实现最大效率跟踪或最大功率传输等传输特性的有效控制。
具体地，请一并参阅图12，为图11所示接收端控制系统304的控制流程图。其中，首先，系统初始化(参S121)，接着接收端控制系统304通过电流传感器CSB及电压传感器VS采集输出端负载电路信号，即电压信号uo及电流信号io，并将采集到的电路信号经采样电路305处理后输出至控制单元306(参步骤S122)。控制单元306接收处理后的电路信号，并根据电路信号判断其是否过压和/或过流(参步骤S123)。当控制单元306判断过压和/或过流时，可通过其内部的保护程序产生中断信号，以对负载进行控制保护(参步骤S124)。
可以理解，步骤S123中，当控制单元306判断未过流及过压时，控制单元306可运动闭环输出控制。即，控制单元306驱动开关管Ss1-Ss6的状态切换(参步骤S125)，以完成闭环控制，并驱动输出整流电路302实现高效可控的整流输出。
可以理解，在其他实施例中，控制单元306还可用于判断是否需要效率控制(参步骤S126)。当判断无需进行效率控制时，结束流程。当判断需要进行效率控制时，可运行最大效率跟踪控制(参步骤S127)。即，接收端300还可通过接收端控制系统304来实现最大效率跟踪或最大功率传输等传输特性的有效控制。
综上，当能量管理模块100应用至接收端300时，其至少包括以下有益效果：
(1)利用可拓展容量的同步调制移相的全桥逆变电路(即逆变电路12)实现动态无线供电的同步变频调压功率传输，有效抑制拾取线圈(即接收线圈Cr)在动态磁耦合过程中因位置变化等原因产生的电压波动。
(2)当接收端300包括多个接收线圈Cr时，多个接收线圈Cr可实现谐振腔较低电流、电压应力下的更多副边功率输出，提高负载侧的供电能力。
(3)当应用至接收端300的能量管理模块100的数量为多个时，可构成多个接收端300，且利用解耦变压器结构(即变压器13)将多个接收端300传输的能量汇总供给到负载侧，通过变压器13匝比的设计调节可实现电能在负载侧的配比传输，提升输出能力。
可以理解，为了更为具体地描述本申请，下面结合图13至图23，并以示例一及示例二为例，对本申请的技术方案进行详细说明。
示例一：
如图13为示例一中大容量的能量管理模块应用至动态无线供电系统400a的电路示意图。在示例一中，发射端和接收端均包括多个最小模块的能量管理模块。例如，如图13所示，发射端200a包括两个能量管理模块100a，接收端300a包括两个能量管理模块100b。每个能量管理模块100a，100b均包括不控整流(即AC-DC电路11a，11b)、逆变电路12a，12b和变压器13a，13b。另外，示例一中，最小模块的能量管理模块100a在发射端200a的AC-DC电路11a采用三相不控整流电路，以实现从大功率三相交流电到直流电的变换。
可以理解，如图13所示，发射端200a的两个最小模块的能量管理模块100a中变压器13a的副边绕组构成串联结构。在示例一中，发射端200a中的补偿网络201包括第一补偿电容C1。第一补偿电容C1与发射线圈Ct串联。
接收端300a的补偿网络301包括第二补偿电容C2。第二补偿电容C2与接收线圈Cr串联，进而第二补偿电容C2与发射端200a的第一补偿电容C1构成S-S型的谐振电路。接收端300a的两个变压器13b的输出端构成输出并联结构。当然，在其他实施例中，接收端300a的两个变压器13b的输出端也可构成输出串联结构，在此不作具体限定。
可以理解，下面结合图14，图15及图16，并以发射端200a的输入端电连接至工频交流母线为例，对发射端200a的工作状态进行说明。图14为发射端200a包括多个能量管理模块100a的示意图。图15为发射端200a的发射端控制系统203a中的PWM控制信号及电路波形图。图16为发射端200a中的其中一组开关管Sp1-Sp4的单周期工作模态示意图。
其中，发射端200a能量管理模块100a的输入端并联在电网侧，用以将工频交流电进行AC-DC-AC电能变换。其中，不控整流(即AC-DC电路11a)完成低频AC-DC变换。经滤波电容C0滤波后，利用同步移相调制下的逆变电路12a将直流电转换为高频交流电，利用输出串联的解耦变压器结构(即变压器13a)汇总耦合到发射端200a的补偿网络201，再经发射端200a的发射线圈Ct传输到接收端300a(即负载侧)，完成动态无线供电。
可以理解，如图14所示，当发射端200a包括多组能量管理模块100a时，每组能量管理模块100a中的逆变电路12a均为同步的移相控制，其控制信号及电路波形如图15所示。其中，如图15所示，移相角为θ，占空比为固定50％，开关管Sp1和Sp3组成超前桥臂，开关管Sp2和Sp4组成滞后桥臂，同一桥臂上的开关管互补导通。每组变压器13a的匝比为N1:N2。如此，可通过调节变压器13a的匝比来实现同步调制下的发射端200a中线圈电压(up)和线圈电流(ip)的有序配比，以满足负载侧的功率要求。
可以理解，如上述所述，在同步移相的PWM控制信号的调制下，可将最小模块的能量管理模块100a拓展至N个(参图14)，此时仍采用母线并联输入，解耦变压器串联输出的形式，控制系统仍保持同步的移相控制。每个能量管理模块100a中的逆变电路12a在动态无线供电时开关管的状态保持一致，以下以其中一个最小模块的逆变电路12a为例，分析其电路模态的分时间段变化。
如图16(a)所示，在t0～t1阶段，开关管S1和S4导通，此时全桥输出电压为正，线圈电流因电路谐振保持反向回流状态，并逐渐衰减。
如图16(b)所示，在t1～t2阶段，开关管S1和S4保持导通，电压保持正向电源电压，线圈电流衰减到零后正向导通，并逐渐增大。
如图16(c)所示，在t2～t3阶段，开关管S4截止、S2开始导通，S1保持导通，此时输出电压为零，线圈电流在开关管S1、S2组成的回路内保持继续增大到峰值后开始衰减。
如图16(d)所示，在t3～t4阶段，开关管S1截止、S3开始导通，S2保持导通，此时全桥输出反向的电源电压，线圈电流在线圈中保持正向流动，回流到电源中并逐渐衰减。
如图16(e)所示，在t4～t5阶段，开关管S2和S3保持导通，电源向线圈供电，电压为负，电流在线圈中反向流动。
如图16(f)所示，在t5～t6阶段，开关管S2截止、S4开始导通，S3保持导通，电压为零，此时线圈电流在S3、S4组成的回路内保持反向继续增大到峰值后开始衰减。
可以理解，请再次参考图14，由于发射端200a的两个最小模块的能量管理模块100a的变压器13a采用输入并联输出串联的结构，两个最小模块的能量管理模块100a分担了负载侧所需的功率需求，降低了能量管理模块100a中开关器件(例如开关管Sp1-Sp4)所承受的电流应力，提升了输入电流的阈值上限，且可通过增减最小功率变换模块(即能量管理模块100a)的方式实现灵活加减功率容量，提高容错性。再者，通过设置两个能量管理模块100a，每一能量管理模块100a均设置独立的变压器13a，且独立的变压器13a串联到发射线圈Ct。如此，可实现输出侧的耦合分离，消除环流，实现功率隔离和整合，有效提高原边(发射端200a)的整体功率容量。
请再次参考图14及图17，图17为示例一中接收端300a的电路示意图。其中，接收线圈Cr将发射端200a的电能经磁场耦合传输到接收端300a，并作为大容量的能量管理模块100b的并联输入，通过能量管理模块100b内不控整流电路(即AC-DC电路11b)实现AC-DC变换，再利用同步调制的移相全桥逆变电路(即逆变电路12b)将直流电转换成与接收端不同幅值或不同频率的交流电，即可实现调幅或调频。另外，利用解耦变压器结构(即变压器13b)将接收端300b传输的能量并联输出汇总供给负载侧，而后经可控整流(即输出整流电路302b)和输出滤波电路303对负载(例如电池或电机)供电。输出整流电路302b包括开关管Ss5，Ss6，Ss11，Ss12，其与对应的变压器13b及输出滤波电路303的电连接关系如图14及图17所示，在此不再赘述。
显然，与发射端200a类似，接收端300a的逆变电路12b均为同步的移相控制，其最小模块的能量管理模块100b及输出整流电路302b中的控制信号及电路波形如图18所示。其中，开关管Ss1和Ss3组成超前桥臂，开关管Ss2和Ss4组成滞后桥臂，同一桥臂上的开关管互补导通，每个能量管理模块100b的副边侧的可控整流电路(即输出整流电路302b)中的控制信号与同模块的逆变电路12b的控制信号相同。每组变压器13b的匝比为N1:N2。如此，可通过调节变压器13b的匝比来实现同步调制下的发射端线圈电压(us)和线圈电流(is)的有序配比，以满足负载侧的功率要求。
可以理解，如图14及图17所示，接收端300a包括两个最小模块的能量管理模块100b，且两个能量管理模块100b并联。当然，在其他实施例中，接收端300a的功率容量可利用增减输出并联的能量管理模块100b的数量的形式来实现灵活增减，此时仍为同步的PWM移相控制，通过控制开关管时序使得输出电流始终为同一方向的电流，以为负载(例如电池)充电。同时通过PWM控制信号和接收端300a并联输出侧的可控整流电路(即输出整流电路302b)实现输出功率控制。
请一并参考图18及图19，图18为最小模块的能量管理模块100b及输出整流电路302b的控制信号及电路波形图。图19为最小模块的能量管理模块100b及输出整流电路301b的开关管(例如开关管Ss1-Ss12)的工作模态示意图。如图18及图19所示，以两个最小模块的能量管理模块100b并联输出为例，分析其工作模态如下：[1]在模态1(参图18及图19中所示State1)，控制信号PWM1处于高电平，控制信号PWM2处于低电平，开关管Ss1、Ss4、Ss7、Ss10、Ss5、Ss12导通，开关管Ss2、Ss3、Ss8、Ss9、Ss6、Ss11关断。
[2]在模态2(参图18及图19中所示State2)，控制信号PWM1处于低电平，控制信号PWM2处于高电平，开关管Ss2、Ss3、Ss8、Ss9、Ss6、Ss11导通，开关管Ss1、Ss4、Ss7、Ss10、Ss5、Ss12关断。
可以理解，如上所述，示例一中，利用接收端300a中输出并联的同步调制移相的全桥逆变电路(即逆变电路12b)实现动态无线供电的同步变频调压功率传输，多个最小功率模块(即能量管理模块100b)可灵活实现副边侧的功率扩容。利用解耦变压器结构(即变压器13b)将多个接收端传输的能量汇总供给到负载侧，通过变压器13b的匝比的设计调节可实现电能在负载侧的配比传输，提升输出能力。
可以理解，以上述示例一为例，本申请实施例中提供的一组典型电路参数为：若原边(即发射端200a)均采用5组最小功率模块(即5组能量管理模块100a)串联输出使用、变压器匝比为5：1时，原边与副边的补偿拓扑的结构组合构成S-S型，其导轨与接收线圈Cr之间的耦合系数的波动范围约为0.05～0.15。作为负载的电动汽车，其车载直流母线的电压范围约为400V～600V。当原边接入三相交流电网时，整流输出的直流电压约为540V，发射端200a的最小功率模块在动态充电时运行的平均输入电流最大约为40A。此时，单个最小模块(即能量管理模块100a)可传输约20kW的充电功率，可提供逆变源(例如逆变电路12a)200A的恒流和100kW功率容量的能量传输。
可以理解，当设置变压器13a，13b的匝比时，一般需要考虑前后级的电压和电流参数需求。例如，在发射端200a时，需要实现高压小电流到低压大电流的变换，此时原边最小模块中的变压器13a的匝比可设置为N1:N2＞1。此时一方面通过匝比设计提升线圈电流，另一方面利用串联输出方式提高线圈电压，从而实现发射端200a的整体功率扩展。又如，当考虑到接收端300a的变压器13b的匝比设计时，需结合副边输出电路参数综合考虑，若在低耦合状态下，副边输出电压不足，为了满足负载电压需求，可将匝比调节为N1:N2＜1。
示例二：
如图20为示例二中大容量的能量管理模块应用至动态无线供电系统400c的电路示意图。在示例二中，发射端和接收端均包含多个最小模块的能量管理模块。例如，如图20所示，发射端200c包括两个能量管理模块100c。接收端300c包括两个能量管理模块100d。每个能量管理模块100c，100d均包括不控整流(即AC-DC电路11c，11d)、逆变电路12c，12d和变压器13c，13d。
可以理解，示例二中，发射端200c中的能量管理模块100c与示例一中发射端200a的能量管理模块100a的电路结构相同或类似，具体可参考发射端200a中有关能量管理模块100a的描述，在此不再赘述。同样，接收端300c中的能量管理模块100d与接收端300a中的能量管理模块100b的电路结构相同或类似，具体可参考有关接收端300a中能量管理模块100b的描述，在此不再赘述。
可以理解，示例二中，动态无线供电系统400c与示例一中动态无线供电系统400a的区别在于，发射端200c中的补偿网络201c的电路结构与示例一中补偿网络201的电路结构不同。再者，示例二中的磁耦合机构为单发射端对多接收端的磁耦合机构，即一个发射线圈Ct对应多个接收线圈Cr(例如，如图20所示，对应两个接收线圈Cr)，进而构成多个磁耦合机构，例如磁耦合机构M1，M2。另外，示例二中，输出整流电路302d与对应的变压器13d的连接关系与示例一中输出整流电路302b与对应的变压器13b的连接关系不同。
具体地，示例二中，补偿网络201c包括电感L1及两个第三补偿电容C4，C5。电感L1与第三补偿电容C4串联至两个串联的变压器13c的副边线圈的两端。第三补偿电容C5的一端与发射线圈Ct串联，另一端连接至电感L1与第三补偿电容C4之间。发射线圈Ct的另一端连接至第三补偿电容C4的另一端。如此，电感L1及两个第三补偿电容C4，C5构成LCC型补偿网络。接收端300c中的补偿网络301d为S型补偿网络。因此，发射端200c中的补偿网络201c与接收端300c中的补偿网络301d的结构组合构成LCC-S型。同样，在其他实施例中，除LCC-S型外，发射端200c中补偿网络201c与接收端300c中补偿网络301d的结构组合还可构成P-P型、S-P型、P-S型、LCL-LCL型、LCL-P型、和LCC-LCC型等，本申请实施例对此不作具体限制。
示例二中，输出整流电路302d中的开关管Ss5的源极及开关管Ss6的源极电连接至对应的变压器13d的副边线圈的两端。开关管Ss5的漏极及开关管Ss6的漏极连接在一起，并电连接至开关管Ss11的漏极及开关管Ss12的漏极。开关管Ss11的源极及开关管Ss12的源极电连接至对应的变压器13d的副边线圈的两端。输出滤波电路303的滤波电容C3一端电连接至开关管Ss5的漏极，另一端电连接至两个变压器13d的副边线圈之间。
可以理解，示例二中的动态无线供电系统400c可适用于可提供接收端所在位置沿行进方向磁场强度均匀(如行波磁场)或周期变化的磁耦合机构。对于磁场强度均匀的磁耦合机构，其接收端输出呈输出电压一致的恒压源特性。对于沿行进方向周期变化磁场的磁耦合机构，其接收端输出呈周期变化的电压源特性，此时磁耦合机构输出感应电压一般由其机械结构决定、固定于N个(N≥1，N∈Z)周期上，其电压源的电压也是一致的。故接收端模块无需针对输入电压一致性进行调整。即使由于安装偏差、设备老化等导致的微小偏差，也可通过副边控制器(例如接收端控制系统)进行同步调整。
可以理解，如图20所示，发射端200c的能量管理模块100c采用并联输入端在电网母线侧，发射线圈Ct的高频交流电由串联输出的解耦变压器提供，实现原边侧的功率容量的提升。补偿网络201c与补偿网络301d采用LCC-S型补偿拓扑，可实现恒压恒流的功率输出，具有较好的空载特性。副边侧(即接收端300c)仍由输出并联的最小功率模块的能量管理模块100c构成，多个接收线圈Cr利用最小模块的并联输出实现大功率负载的功率需求。
可以理解，原边侧与副边侧的能量管理模块100c、100d中均包含逆变电路12c、12d，其控制方式均为移相控制。且作为可拓展容量的能量管理模块100c，100d，其控制系统在同侧时保持一致。例如，在原边侧时，各组逆变电路12c采用同一控制系统，其工作频率与谐振频率相匹配。又如，在副边侧时，各组输出并联的逆变电路12d同样采用同一控制系统，以保证输出电压和输出电流的稳定可控。
可以理解，动态无线供电系统400c的整体电路工作模式与示例一中动态无线供电系统400a的整体电路工作模式类似，不同之处在于，副边的接收端300c采用两组可控整流电路(即输出整流电路302d)并联输出的结构。因此，针对发射端200c的部分，可参考发射端200a的相关描述，在此不再赘述。以下仅分析示例二中的副边的工作模态。
请一并参阅图21，图22及图23，图21为示例二中接收端300c包括多个能量管理模块100d的电路示意图。图22为示例二中接收端300c的最小模块的能量管理模块100d与输出整流电路302d的PWM控制信号及电路波形示意图。图23为接收端300c的最小模块的能量管理模块100d及输出整流电路302d的开关管(例如开关管S1-S12)的工作模态示意图。显然，副边侧仍采用同步移相控制，最小模块的工作模态如图23所示，两个接收线圈Cr并联输出的工作模态分析如下：
[1]在模态1(参图22及图23中所示State1)，控制信号PWM1处于高电平，控制信号PWM2处于低电平，开关管S1、S4、S7、S10、S5、S11导通，开关管S2、S3、S8、S9、S6、S12关断。
[2]模态2(参图22及图23中所示State2)，控制信号PWM1处于低电平，控制信号PWM2处于高电平，开关管S2、S3、S8、S9、S6、S12导通，开关管S1、S4、S7、S10、S5、S11关断。
显然，示例二中，多个接收端300c最小功率模块的组合(即接收端300c中的多个能量管理模块100d)同步调制可有效抑制不同接收线圈在动态磁耦合过程中因位置变化等原因产生的电压波动。多个接收线圈Cr可实现谐振腔较低电流、电压应力下的更多副边功率输出，提高负载侧的供电能力。
综上，本申请实施例主要涉及可移动设备的动态无线供电系统的电路设计，大容量的动态无线供电系统的能量管理电路拓扑结构和控制方法，及最小模块的能量管理电路和控制方法。其中，本申请提出的动态无线供电系统的电路设计，可解决现有可移动设备的无线供电系统中不同功率需求等级方案的快速构建和有效控制的问题。大容量的动态无线供电系统的能量管理电路拓扑结构和控制方法，可解决由于电力电子器件频率和容量交叉导致的逆变源和接收端能量管理电路的功率容量限制的问题。再者，最小模块的能量管理电路和控制方法可解决现有动态无线供电系统效率低、谐振状态跟踪速度慢、鲁棒性差等问题。也就是说，本申请可至少解决灵活调控功率参数、提升功率容量和模块解耦设计三个主要问题，最终输出一种可灵活提升动态无线供电系统功率容量的串并联电路拓扑。
可以理解，本申请提出的模块化的能量管理模块包括AC-DC-AC变换电路及解耦的高频变压器。其中AC-DC-AC变换电路包括AC-DC部分和逆变全桥部分。当然，实现AC-DC变换的电路包括，但不限于，不控整流电路，其他可实现该功能的电路拓扑均符合本申请设计思路。
可以理解，本申请所提出的模块(即能量管理模块)可单独工作，也可多模块同时工作。此时模块内的逆变电路均为同步的移相控制，每个变压器单独解耦，其匝比为N1:N2，且可通过设计调节匝比值来实现同步调制下的发射端线圈电压和线圈电流的有序配比，以满足负载侧的特定功率要求。
可以理解，本申请所提出的补偿拓扑的结构组合不限于实施例中的S-S型和LCC-S型谐振补偿拓扑。即，也可为S-P型、P-S型、P-P型、LCC-LCC型等其他可实现谐振补偿的电路拓扑。
可以理解，本申请所提出的接收端中，其解耦变压器的副边侧(即输出整流电路)可以是可控整流，也可以是其他AC-DC变换电路，且可控整流时，其控制信号可与模块(即能量管理模块)内的逆变电路控制信号同步，也可不同步。
可以理解，本申请所提出的接收端中，当多模块(即能量管理模块)共同工作时，该模块的输入侧可对应连接单独的接收端线圈(例如示例二所示)，也可共同串联或并联一个接收端线圈(例如示例一所示)，以上工况均符合本申请设计。
可以理解，基于以上实施例提供的动态无线供电系统的接收端，本申请实施例还提供一种具有动态无线充电功能的电动汽车，下面结合附图具体说明。
参见图24，图24为本申请实施例提供的一种电动汽车的结构示意图。电动汽车500包括无线充电的接收端501和动力电池组502。其中，无线充电的接收端501用于为电动汽车500的动力电池组502充电。关于无线充电的接收端501的实现方式和工作原理可以参见以上实施例中有关接收端的相关说明，本申请实施例在此不再赘述。
动力电池组502用于与接收端501电连接，以使用来自接收端501的电能进行充电，同时用于为电动汽车500提供电能。
应理解，本申请的各实施方式可以任意进行组合，例如可以单独使用，也可以相互结合使用，以实现不同的技术效果，对此不作限定。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种发射端，所述发射端包括发射线圈，其特征在于，所述发射端还包括N个能量管理模块，N为大于1的整数；所述N个能量管理模块的输入端电连接至电网，所述N个能量管理模块的输出端电连接至所述发射线圈，其中，每一个所述能量管理模块包括AC-DC电路，逆变电路及变压器，所述AC-DC电路的输入端电连接至所述电网，所述AC-DC电路的输出端电连接至所述逆变电路，所述变压器的原边线圈电连接至所述逆变电路，所述变压器的副边线圈电连接至所述发射线圈；及
发射端控制系统，所述发射端控制系统与所述N个能量管理模块中的所述逆变电路电连接，所述发射端控制系统用于输出固定占空比的同步移相控制信号，以驱动所述逆变电路同步工作。
2.如权利要求1所述的发射端，其特征在于，所述N个能量管理模块之间采用串联和/或并联的方式电连接。
3.如权利要求1或2所述的发射端，其特征在于：所述逆变电路包括开关管，所述开关管构成逆变全桥电路，所述AC-DC电路为不控整流电路，所述开关管均用于接收所述移相控制信号。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的发射端，其特征在于：所述发射端还包括补偿网络，所述补偿网络电连接至所述N个能量管理模块的输出端与所述发射线圈之间。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的发射端，其特征在于：所述发射端控制系统包括电流传感器，采样电路，控制单元及驱动电路，所述电流传感器电连接至所述发射线圈，所述采样电路电连接至所述电流传感器，所述控制单元与所述采样电路电连接，所述驱动电路与所述控制单元电连接，用于接收所述驱动信号，并输出相应的所述移相控制信号至所述逆变电路。
6.如权利要求5所述的发射端，其特征在于：所述控制单元还用以根据接收到的电流信号判断所述电流信号是否过流，当所述控制单元判断过流时，所述控制单元还用于产生中断信号至所述驱动电路，以封锁输出；当所述控制单元判断不过流时，所述控制单元产生所述驱动信号至所述驱动电路。
7.一种接收端，所述接收端包括接收线圈，其特征在于，所述接收端还包括M个能量管理模块，M为大于1的整数；所述M个所述能量管理模块的输入端电连接至所述接收线圈，所述M个所述能量管理模块的输出端电连接至负载，其中，每一个所述能量管理模块包括AC-DC电路，逆变电路及变压器，所述AC-DC电路的输入端电连接至所述接收线圈，所述AC-DC电路的输出端电连接至所述逆变电路，所述变压器的原边线圈电连接至所述逆变电路，所述变压器的副边线圈电连接至所述负载；及
接收端控制系统，所述接收端控制系统与所述N个能量管理模块中的逆变电路电连接，所述接收端控制系统用于输出固定占空比的同步移相控制信号，以驱动所述逆变电路同步工作。
8.如权利要求7所述的接收端，其特征在于，所述N个能量管理模块之间采用串联和/或并联的方式电连接。
9.如权利要求7或8所述的接收端，其特征在于：所述逆变电路包括开关管，所述开关管构成逆变全桥电路，所述AC-DC电路为不控整流电路，所述开关管均用于接收所述移相控制信号。
10.如权利要求7至9中任意一项所述的接收端，其特征在于：所述接收端还包括补偿网络，所述补偿网络电连接至所述接收线圈与所述M个能量管理模块之间。
11.如权利要求7至10中任意一项所述的接收端，其特征在于，所述接收端还包括输出整流电路及输出滤波电路，所述输出整流电路的一端电连接至所述M个能量管理模块的输出端，另一端通过所述输出滤波电路电连接至所述负载。
12.如权利要求11所述的接收端，其特征在于：所述接收端控制系统包括电流传感器，电压传感器，采样电路，控制单元及驱动电路，所述电流传感器及所述电压传感器均电连接至所述负载，所述采样电路电连接至所述电流传感器及所述电压传感器，所述控制单元与所述采样单元电连接，所述驱动电路与所述控制单元电连接，用于接收所述驱动信号，并输出相应的所述移相控制信号至所述逆变电路及所述输出整流电路。
13.如权利要求12所述的接收端，其特征在于：所述控制单元还用以根据接收到的电路信号判断所述电路信号是否过流和/或过压，所述电路信号包括电流信号及电压信号，当所述控制单元判断过流和/或过压时，所述控制单元用于产生中断信号至所述驱动电路，以封锁输出；当所述控制单元判断不过流和不过压时，所述控制单元用于产生所述驱动信号至所述驱动电路。
14.一种动态无线供电系统，所述动态无线供电系统包括发射端及接收端，其特征在于，所述发射端为如权利要求1至6中任意一项所述的发射端，所述接收端为如权利要求7至13中任意一项所述的接收端。
15.一种电动汽车，所述电动汽车包括动力电池组，其特征在于，所述电动汽车还包括如权利要求7至13中任意一项所述的接收端，其中，所述接收端与所述动力电池组电连接，用于为所述动力电池组充电。
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