CN206685940U - 一种大功率无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种大功率无线充电系统，该系统包括：与电网连接，用于为待充电设备进行充电的相互之间并联的n个无线能量传输模块；与各无线能量传输模块的输出端以及待充电设备连接，用于获取待充电设备的充电信息的第一控制模块；与各无线能量传输模块的输入端以及第一控制模块连接，用于根据第一控制模块获取的充电信息控制各无线能量传输模块进行相应动作的第二控制模块。通过将较小功率的n个无线能量传输模块进行并联扩容，实现有机的组合，形成较大功率的无线能量传输系统，可以方便快捷地实现大功率无线充电系统的扩容，在对待充电设备进行无线充电时大大提高了电能的传输功率，满足用户对更大功率无线充电的需求。

Description

一种大功率无线充电系统

技术领域

本实用新型涉及电能传输技术领域，特别是涉及一种大功率无线充电系统。

背景技术

随着科学技术的发展以及环保的需求，越来越多的产业向着绿色环保的方向发展。

诸如汽车等产品现如今也逐步向着电能动力的方向发展，各种各样的产品虽然应用电能可以减少对环境的污染，但是为了保证各种产品的正常使用就必须保证其电能的供应，对这些产品设备的供电问题成为人们关注的重中之重。目前，人们常常使用无线充电装置对待充电设备进行充电，但是由于受到电力电子器件电气参数的限制，无线充电装置的电能传输功率大小受到了很大的限制。

因此，如何在对待充电设备进行无线充电时提高电能的传输功率，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种大功率无线充电系统，可以在对待充电设备进行无线充电时提高电能的传输功率。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种大功率无线充电系统，包括：与电网连接，用于为待充电设备进行充电的相互之间并联的n个无线能量传输模块，n为大于1的整数；与各所述无线能量传输模块的输出端以及所述待充电设备连接，用于获取所述待充电设备的充电信息的第一控制模块；与各所述无线能量传输模块的输入端以及所述第一控制模块连接，用于根据所述第一控制模块获取的所述充电信息控制各所述无线能量传输模块进行相应动作的第二控制模块。

优选地，所述无线能量传输模块包括：与所述电网连接的PFC电路，与所述PFC电路连接的高频逆变电源，与所述高频逆变电源连接的发射补偿电路，与所述发射补偿电路连接的发射线圈，与所述发射线圈对应进行无线能量传输的接收线圈，与所述接收线圈连接的接收补偿电路，与所述接收补偿电路连接的整流电路，所述整流电路和所述待充电设备连接。

优选地，所述第二控制模块通过信号接口或通信总线接口和所述PFC电路连接，控制所述PFC电路的开闭。

优选地，所述第二控制模块通过信号接口或通信总线接口和所述高频逆变电源连接，调节所述高频逆变电源的输出功率。

优选地，所述第一控制模块和所述待充电设备的电池组以及BMS单元连接，用于获取所述电池组的电压信息和电流信息以及所述BMS单元的信息。

优选地，所述第一控制模块和所述整流电路连接，用于获取所述整流电路的输出电流的大小。

优选地，所述第一控制模块和所述第二控制模块均设有无线通信单元。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本实用新型实施例所提供的一种大功率无线充电系统，包括：与电网连接，用于为待充电设备进行充电的相互之间并联的n个无线能量传输模块，n为大于1的整数；与各无线能量传输模块的输出端以及待充电设备连接，用于获取待充电设备的充电信息的第一控制模块；与各无线能量传输模块的输入端以及第一控制模块连接，用于根据第一控制模块获取的充电信息控制各无线能量传输模块进行相应动作的第二控制模块。通过将较小功率的n个无线能量传输模块进行并联扩容，实现有机的组合，形成较大功率的无线能量传输系统，由第一控制模块对待充电设备端的各种预设充电参数进行采集，并将采集的充电参数反馈给第二控制模块，经过第二控制模块的计算来控制各无线能量传输模块的运行，从而控制整个充电系统向待充电设备进行合理的充电，可以方便快捷地实现大功率无线充电系统的扩容，在对待充电设备进行无线充电时大大提高了电能的传输功率，满足用户对更大功率无线充电的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型一种具体实施方式所提供的大功率无线充电系统结构示意图；

图2为本实用新型一种具体的大功率无线充电系统结构示意图；

图3为本实用新型一种具体实施方式所提供的无线充电控制方法流程图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种大功率无线充电系统及其控制方法，可以在对待充电设备进行无线充电时提高电能的传输功率。

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种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实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式的限制。

请参考图1和图2，图1为本实用新型一种具体实施方式所提供的大功率无线充电系统结构示意图；图2为本实用新型一种具体的大功率无线充电系统结构示意图。

本实用新型的一种具体实施方式提供了一种大功率无线充电系统，包括：与电网连接，用于为待充电设备进行充电的相互之间并联的n个无线能量传输模块1，n为大于1的整数；与各无线能量传输模块1的输出端以及待充电设备连接，用于获取待充电设备的充电信息的第一控制模块2；与各无线能量传输模块1的输入端以及第一控制模块2连接，用于根据第一控制模块2获取的充电信息控制各无线能量传输模块1进行相应动作的第二控制模块3。

在本实施方式中，无线能量传输模块连接电网和待充电设备，单个无线能量传输模块主要包括两部分：无线能量发射部和无线能量接收部。根据实际需要可以将无线能量发射部安装在充电桩等设备上，将无线能量接收部安装在待充电设备上，如将无线能量接收部安装在具有无线充电功能的车辆上。如图2所示，图2示出了一种具体的大功率无线充电系统结构示意图。在图2中以n为2为例进行说明，其中，单个无线能量发射部包括：与电网连接的PFC电路11，与PFC电路11连接的高频逆变电源12，与高频逆变电源12连接的发射补偿电路13，与发射补偿电路13连接的发射线圈14，与发射线圈14对应进行无线能量传输的接收线圈15，与接收线圈15连接的接收补偿电路16，与接收补偿电路16连接的整流电路17，整流电路17和待充电设备连接。

其中，PFC电路即功率因数校正电路，其作用是提高电力利用率、降低线路损耗、保证设备的电磁兼容性能，将来自电网的交流电转换成直流电。

高频逆变电源的作用是根据发射系统的谐振频率，将PFC电路输出的直流电转换成驱动发射系统的高频逆变电源，并可调节自身的输出功率。

补偿电路和线圈组成无线能量传输单元，在电磁耦合线圈加入补偿电路可获得较大的传输功率和传输效率。

整流电路的作用是将高频交流电转换为直流电，传输给待充电设备。

待充电设备可以是铅酸电池组、锂电池组或超级电容器组等。

进一步地，第二控制模块通过信号接口或通信总线接口和各PFC电路连接，控制各PFC电路的开闭，即控制各个PFC电路的开关机；第二控制模块通过信号接口或通信总线接口和各高频逆变电源连接，调节各高频逆变电源的输出电压、电流以实现输出功率的调节。

更进一步地，第一控制模块和各整流电路连接，用于获取各整流电路的输出电流的大小；第一控制模块和待充电设备的电池组以及BMS单元连接，用于获取电池组的电压信息和电流信息以及BMS单元的信息。更进一步地，第一控制模块和第二控制模块均设有无线通信单元。第一控制模块和第二控制模块即可以通过无线数据通讯的方式实现信息的交互。

在本实施方式中，可以根据大功率无线充电系统的总功率需求将无线能量传输模块进行并联组合扩大充电功率。其中，PFC电路、高频逆变电源、发射补偿电路、发射线圈、接收线圈、接收补偿电路、整流电路可以采用标准化和模块化设计。通过将较小功率的n个无线能量传输模块进行并联扩容，实现有机的组合，形成较大功率的无线能量传输系统，由第一控制模块对待充电设备端的各种预设充电参数进行采集，并将采集的充电参数反馈给第二控制模块，经过第二控制模块的计算来控制各无线能量传输模块的运行，从而控制整个充电系统向待充电设备进行合理的充电，可以方便快捷地实现大功率无线充电系统的扩容，在对待充电设备进行无线充电时大大提高了电能的传输功率，满足用户对更大功率无线充电的需求。

请参考图3，图3为本实用新型一种具体实施方式所提供的无线充电控制方法流程图。

相应地，本实用新型一种实施方式还提供了一种无线充电控制方法，用于如上述任一实施方式所提供的大功率无线充电系统，包括：

S11：通过第二控制模块接收用户的充电命令。

S12：根据充电命令，建立第二控制模块和第一控制模块的通信连接。

S13：控制第一控制模块获取待充电设备的充电信息，包括：控制第一控制模块和待充电设备的BMS建立握手信号；通过第一控制模块获取待充电设备的电池组充电所需的电压信息和电流信息。

S14：根据充电信息，通过第二控制模块控制各无线能量传输模块进行相应动作以对待充电设备进行充电。

进一步地，通过第二控制模块控制各无线能量传输模块进行相应动作以对待充电设备进行充电，包括：第二控制模块根据充电信息控制对应的无线能量传输模块的PFC电路开机工作，并控制对应的高频逆变电源进入软启动调整阶段；在各高频逆变电源处于软启动调整阶段状态时，第二控制模块根据预设的功率调整策略提高各高频逆变电源的输出功率；通过第二控制模块实时判断各无线能量传输模块的输出总电压或总电流是否达到待充电设备的预设阈值；若是，则通过第二控制模块控制各无线能量传输模块对待充电设备进行相应的恒压或恒流充电。

在本实施方式中，当第二控制模块接收到用户的充电命令后，首先与第一控制模块建立通信连接，并通知第一控制模块即将对待充电设备的电池组进行充电。第一控制模块接收到该通知后，与待充电设备的BMS单元(电池管理系统单元)建立软硬件握手信号，当握手信号建立后，BMS单元允许对电池组充电，并发出电池组充电所需要的充电信息给第一控制模块，第一控制模块将这些充电信息发送给第二控制模块，第二控制模块根据这些充电信息中的电压需求信号和电流需求信息等控制所需要的无线能量传输模块中的PFC电路开机工作，并使得各对应的高频逆变电源进入软启动调整阶段。

在高频逆变电源的软启动调整阶段，第二控制模块逐渐提高各高频逆变电源的输出功率，此时各无线能量传输模块的整流电路输出的电压和电流也逐渐增大，当各无线能量传输模块输出的总电压或总电流达到待充电设备的预设阈值时(该预设阈值可为待充电设备的BMS的要求值)，充电系统进入恒压或恒流充电状态为待充电设备进行充电。

在本实用新型的一种实施方式中，在各高频逆变电源处于软启动调整阶段状态时，还包括：通过第一控制模块获取各无线能量传输模块输出端的电流值；通过第二控制模块根据各无线能量传输模块输出端的电流值计算第一平均电流值；判断各无线能量传输模块输出端的电流值是否大于第一平均电流值；若是，则第二控制模块输出功率下降指令控制对应的无线能量传输模块降低自身高频逆变电源的输出功率；若否，则第二控制模块输出功率提高指令控制对应的无线能量传输模块提高自身高频逆变电源的输出功率。

在本实施方式中，当各高频逆变电源处于软启动调整阶段状态时，需要说明的是，此处的各高频逆变电源指的是处于并联使用中的无线能量传输模块中的各高频逆变电源，第二控制模块通过第一控制模块实时接收各无线能量传输模块输出端的电流值，当各无线能量传输模块的整流电路和待充电设备的电池组连接时，即实时接收各整流电路的输出电流值，以计算此时整流电路的电流平均值，记为第一平均电流值，对于输出电流大于该第一平均电流值的无线能量传输模块，通过适当降低该无线能量传输模块中高频逆变电源的输出功率以减少对应的整流电路的输出电流。对于输出电流小于该第一平均电流值的无线能量传输模块，通过适当提高该无线能量传输模块中高频逆变电源的输出功率以增大对应的整流电路的输出电流。从而保证软启动过程中，各整流电路的输出电流的一致，达到均流效果。

在本实用新型的一种实施方式中，通过第二控制模块控制各无线能量传输模块对待充电设备进行相应的恒压或恒流充电，包括：当第二控制模块控制各无线能量传输模块对待充电设备进行恒压充电时，第二控制模块通过第一控制模块实时接收待充电设备的充电电压和各无线能量传输模块的输出电流；比较待充电设备的充电电压和预设的BMS电压阈值；根据待充电设备的充电电压和BMS电压阈值的比较结果，相应控制所有的无线能量传输模块的高频逆变电源的输出功率的升降；通过第二控制模块计算各无线能量传输模块的输出端的第二平均电流值；比较各无线能量传输模块的输出端的电流值和第二平均电流值；根据各无线能量传输模块的输出端的电流值和第二平均电流值的比较结果，相应控制对应的无线能量传输模块的高频逆变电源的输出功率的升降。

在恒压充电过程中，第二控制模块实时接收第一控制模块获取的待充电设备的电池组充电电压和各整流电路的输出电流。当电池组充电电压大于BMS的要求电压值(预设的BMS电压阈值)时，第二控制模块降低全部高频逆变电源的输出功率，从而减小电池组的充电电压；当电池组充电电压小于BMS的要求电压值时，第二控制模块提高全部高频逆变电源的输出功率，从而增大电池组的充电电压；通过上述过程的反复调节，使得电池组的充电电压稳定在BMS的要求电压值。同时，第二控制模块也计算整流电路的电流平均值，记为第二平均电流值，对于输出电流大于第二平均电流值的整流电路，通过适当降低与其对应的高频逆变电源的输出功率，减小该整流电路的输出电流；对于输出电流小于第二平均电流值的整流电路，通过适当提高与其对应的高频逆变电源的输出功率，增大该整流电路的输出电流；从而保证恒压充电过程中，各整流电路的输出电流一致，达到均流效果。

当第二控制模块控制各无线能量传输模块对待充电设备进行恒流充电时，第二控制模块通过第一控制模块实时接收待充电设备的充电电流和各无线能量传输模块的输出电流；

比较待充电设备的充电电流和预设的BMS电流阈值；

根据待充电设备的充电电流和BMS电流阈值的比较结果，相应控制所有的无线能量传输模块的高频逆变电源的输出功率的升降；

通过第二控制模块计算各无线能量传输模块的输出端的第三平均电流值；

比较各无线能量传输模块的输出端的电流值和第三平均电流值；

根据各无线能量传输模块的输出端的电流值和第三平均电流值的比较结果，相应控制对应的无线能量传输模块的高频逆变电源的输出功率的升降。

在恒流充电过程中，第二控制模块实时接收第一控制模块获取的电池组的充电电流和各整流电路的输出电流。当电池组充电电流大于BMS的要求电流值时，第二控制模块降低全部高频逆变电源的输出功率，从而减小电池组的充电电流；当电池组充电电流小于BMS的要求电流值时，第二控制模块提高全部高频逆变电源的输出功率，从而增大电池组的充电电流；通过上述过程的反复调节，实现电池充电电流稳定在BMS的要求电流值。同时，第二控制模块也计算整流电路的电流平均值，记为第三平均电流值，对于输出电流大于第三平均电流值的整流电路，通过适当降低与其对应的高频逆变电源的输出功率，减小该整流电路的输出电流；对于输出电流小于第三平均电流值的整流电路，通过适当提高与其对应的高频逆变电源的输出功率，增大该整流电路的输出电流；从而保证恒流充电过程中，各整流电路的输出电流一致，达到均流效果。

综上所述，本实用新型所提供的大功率无线充电系统，通过并联使用无线能量传输模块，并与第一控制模块、第二控制模块以及待充电设备上的电池管理系统等进行有机结合，可以方便快捷地实现较大功率无线充电系统的扩容，满足用户对更大功率无线充电系统的需求；同时将各无线能量传输模块进行并联，可以实现充电系统组成部件的标准化、模块化，只需改变并联的无线能量传输模块的数量即可获得所需能量传输功率的系统，提高了通用性、可靠性和维护性。

以上对本实用新型所提供的一种大功率无线充电系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大功率无线充电系统，其特征在于，包括：与电网连接，用于为待充电设备进行充电的相互之间并联的n个无线能量传输模块，n为大于1的整数；与各所述无线能量传输模块的输出端以及所述待充电设备连接，用于获取所述待充电设备的充电信息的第一控制模块；与各所述无线能量传输模块的输入端以及所述第一控制模块连接，用于根据所述第一控制模块获取的所述充电信息控制各所述无线能量传输模块进行相应动作的第二控制模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无线能量传输模块包括：与所述电网连接的PFC电路，与所述PFC电路连接的高频逆变电源，与所述高频逆变电源连接的发射补偿电路，与所述发射补偿电路连接的发射线圈，与所述发射线圈对应进行无线能量传输的接收线圈，与所述接收线圈连接的接收补偿电路，与所述接收补偿电路连接的整流电路，所述整流电路和所述待充电设备连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二控制模块通过信号接口或通信总线接口和所述PFC电路连接，控制所述PFC电路的开闭。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第二控制模块通过信号接口或通信总线接口和所述高频逆变电源连接，调节所述高频逆变电源的输出功率。

5.根据权利要求2至4任一项所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块和所述待充电设备的电池组以及BMS单元连接，用于获取所述电池组的电压信息和电流信息以及所述BMS单元的信息。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块和所述整流电路连接，用于获取所述整流电路的输出电流的大小。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块和所述第二控制模块均设有无线通信单元。