CN207442541U - 感应电能传输系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种感应电能传输系统，包括：松耦合变压器，包括一个固定初级线圈和安装在受电装置的接收次级线圈；初级电路，包括并联连接的整流器和逆变器，连接在交流电压源与所述固定初级线圈之间；次级电路，包括整流器，与所述接收次级线圈串联连接以产生直流输出。本实用新型提供的感应电能充电系统，只要车辆停到充电盘附近，感应充电就能提供自动化充电服务，这种方式不需要物理上的直接接触，更加安全便捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及无线充电领域，尤其涉及一种直流输出的并串联结构的感应电能传输系统电路。
背景技术
电动汽车的电池需要每天按规定充电。对于绝大多数消费者来说，要记得把电动汽车的插头插到电池充电系统中会带来很多使用上的不便。对于有些人来说，经常去操作一个220V交流的电源大功率电源是一件不太安全的事情，特别是在潮湿的环境情况下。感应充电能克服很多插电充电系统的问题，因为这种方式不需要物理上的直接接触。只要车辆停到充电盘附近，感应充电就能提供自动化充电服务。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种可以自动对电动汽车进行充电的感应电能传输系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：感应电能传输系统，包括：松耦合变压器，包括一个固定初级线圈和安装在受电装置的接收次级线圈；初级电路，包括并联连接的整流器和逆变器，连接在交流电压源与所述固定初级线圈之间；次级电路，包括整流器，与所述接收次级线圈串联连接以产生直流输出。
进一步地，所述逆变器包括一个H桥。
进一步地，还包括一个耦合电抗器，所述耦合电抗器串联在该逆变器的输出和所述固定初级线圈之间。
进一步地，还包括与所述固定初级线圈并联连接的补偿电容和与所述接收次级线圈串联连接的谐振电容。
进一步地，所述初级电路和次级电路的整流器包括电容器组或多个二极管。
进一步地，所述初级电路中还包括并联连接在所述整流器和所述逆变器之间的连接电容。
进一步地，所述初级电路中还包括连接在所述整流器和所述连接电容器之间的功率因数校正电路。
进一步地，所述次级电路中还包括与整流器并联连接的滤波电容。
本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的感应电能充电系统，只要车辆停到充电盘附近，感应充电就能提供自动化充电服务，这种方式不需要物理上的直接接触，更加安全便捷。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的用途和优点，以下对所需附图给出介绍。
图1是本实用新型中感应电能传输系统实施例的电路图；
图2是该系统输入的交流电压的波形图；
图3是初级整流器的输出电压波形图；
图4是初级电路中经过滤波的整流器输出电压的波形图；
图5是初级线圈两端的高频输出电压的波形图；
图6是次级线圈两端的高频输出电压的波形图；
图7是系统输出到车载充电器的直流电压波形图；
图8是根据本实用新型的感应功率传输系统的实施例二的电路图。
具体实施方式
图1是本实用新型的感应电能传输系统。该系统主要包含三个电路模块：一个控制面板2，一个固定充电盘4，和一个车载适配器6。所述的控制面板2一般固定在停车位前方的墙面上，并连接到所述的固定充电盘4。所述的固定充电盘4放置在电动汽车停车位适当的停放区域，所述停放区域尽量对应车辆车载线圈安装位置。所述车载适配器6固定到电动汽车上。当车辆停在停车位并处于关闭状态时，该感应电能传输系统供电给车载充电器，进而对汽车电池进行充电。感应充电通过变压器8实现充电盘4内固定初级线圈10与固定在车载适配器6内的次级线圈12间能量转换。
所述控制面板2连接到交流电压源14。该控制面板包括连接到固定初级线圈的初级电路。具体地，所述初级电路包括一个连接到交流电压源的整流器16和一个与所述整流器16并联的逆变器18。所述整流器是由电容器组或多个二极管20组成。所述逆变器包括由晶体管MOSFETs或IGBTs构成的桥式电路22。如图1所示，所述晶体管可以连接成H桥形式。一个大的连接电容24并联连接在整流器和逆变器之间。
图2表示交流电压源14的输出电压波形，该电压源是控制面板中的初级电路的输入端。初级电路的整流器16将交流电压转换为直流，从整流器输出的波形如图3所示。
连接电容24对整流器输出进行滤波，产生如图4所示的波形。连接电容的直流输出由逆变器转换成高频脉冲宽度调制方波电压，如图5所示。所述方波电压用来驱动充电盘内的初级线圈10。补偿电容26与初级线圈并联连接。
所述耦合电抗器28以电感的形式与逆变器的输出串联。耦合电抗器限制逆变器的电流输出，使得连接电容24不被逆变器的输出端短路。耦合电抗器的电抗值由耦合阻抗的虚部组成，耦合阻抗即逆变器输出阻抗。这也可以被认为是等效串联阻抗的虚部。通过选择耦合电抗器的电感量，可以控制系统的输入电抗。
在一个实施例中，耦合电抗器的电感量被选择为等于固定初级线圈10的电感量。在系统的谐振频率处，系统变压器的初级线圈10和次级线圈12之间的插入电抗最小。耦合系数定义为
其中LM是互感，Lp是固定初级线圈电感，LS是次级线圈电感。
最小化感应阻抗的好处是次级输出电压与所施加的负载无关。这相当于给车载充电器提供了一个恒压性质的输入源，即意味着输出电压仅依赖于输入电压和耦合系数，而与负载的大小无关，这样一来，就有
其中Vout是系统给到车载充电器的输出电压，Vin是初级电路中逆变器的输出电压。该方程在初级线圈和次级线圈的电感量基本相同的情况下是有效的。如果两线圈具有不同的电感量，则
其中C是一个常数，它取决于初级线圈和次级线圈的自感值，也取决于线圈的具体实现方式，但C与负载无关。
在以上所述情况下，车载线圈12可相对固定初级线圈10有一个较大的偏移（体现为k值有一个较大的变化范围），系统在固定的工作频率下，输出到车载充电器的电压可以保持稳定，而不受输出负载变化的影响。
在不同的实施例中，耦合电抗器的电感值可以选定不同于初级线圈电感值。插入电抗在某一频率处达到最小的条件与k值相关。恒压性质的输出将可能会在非系统谐振频率下出现。
耦合电抗器可以消除充电系统的差模电流来减少系统的电磁辐射及辐射损失。在一个优选实施例中，该电抗器由两个绕组绕制在一个带有气隙的铁芯上，以平衡共模和差模电流，从而控制电磁场与电磁辐射。另外的实现方式包括，采用空气芯、铁氧体、非晶材料或微晶材料作为电抗器的铁芯，用单股或双股绕组。电抗器在同一个芯上可包含两个相同的绕组，电抗器也可包含一对相同的分离的芯，每个芯上有一个单独的绕组。
次级电路设置在车载适配器6内，并且包括与次级线圈12串联连接的谐振电容30和整流器32，以及与整流器并联连接的滤波电容34。与初级电路中的整流器一样，次级电路整流器可以由电容器组或多个二极管36形成。次级电路整流器将次级线圈12的高频交流输出转换为直流输出提供给车载充电器。次级线圈12的高频交流输出如图6所示，次级电路整流器32的直流输出如图7所示。如图4-7所示，次级线圈的高频交流输出与初级电路的逆变器18的脉冲宽度调制的高频方波电压一致。并且次级电路整流器的直流输出与经过滤波的初级电路整流器输出一致。
在图8所示的实施例二，在控制面板2内初级电路包括功率因数校正（PFC）电路38，串联在整流器16和连接电容24之间。功率因数校正电路包括电感40，及与之相连的二极管42和晶体管44。电路38向连接电容提供直流电压。
系统工作过程中，交流电源被提供到控制面板，并由初级电路的整流器16整流。连接电容24将整流后的交流电滤波为直流电。滤波电容的直流输出被传递到逆变器，该逆变器产生脉冲宽度调制的高频方波电压来驱动充电盘内的初级线圈。高频交流电从充电盘内初级线圈磁耦合到车载适配器内次级线圈，之后被次级电路的整流器32整流回直流并输送到车载充电器上。逆变器输出端的电抗器28提供了系统次级输出电压的负载调制能力。双绕组电抗器平衡系统两侧的差模电流。带有铁芯的电抗器可以控制寄生磁场从而改善辐射损耗。
虽然已经说明和描述了本实用新型的优选形式和实施例，但本领域普通技术人员显然可以在不偏离上述所提出的创新概念的情况下进行各种更改和修改。
Claims (8)
1.感应电能传输系统，包括：
a) 松耦合变压器，包括一个固定初级线圈和安装在受电装置的接收次级线圈；
b）初级电路，包括并联连接的整流器和逆变器，连接在交流电压源与所述固定初级线圈之间；
c）次级电路，包括整流器，与所述接收次级线圈串联连接以产生直流输出。
2.如权利要求1所述的感应电能传输系统，其特征在于：所述逆变器包括一个H桥。
3.如权利要求1所述的感应电能传输系统，其特征在于：还包括一个耦合电抗器，所述耦合电抗器串联在该逆变器的输出和所述固定初级线圈之间。
4.如权利要求1所述的感应电能传输系统，其特征在于：还包括与所述固定初级线圈并联连接的补偿电容和与所述接收次级线圈串联连接的谐振电容。
5.如权利要求1所述的感应电能传输系统，其特征在于：所述初级电路和次级电路的整流器包括电容器组或多个二极管。
6.如权利要求1所述的感应电能传输系统，其特征在于：所述初级电路中还包括并联连接在所述整流器和所述逆变器之间的连接电容。
7.如权利要求6所述的感应电能传输系统，其特征在于：所述初级电路中还包括连接在所述整流器和所述连接电容之间的功率因数校正电路。
8.如权利要求1所述的感应电能传输系统，其特征在于：所述次级电路中还包括与整流器并联连接的滤波电容。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721607180.5U CN207442541U (zh) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 感应电能传输系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201721607180.5U CN207442541U (zh) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 感应电能传输系统 |
Publications (1)
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| CN207442541U true CN207442541U (zh) | 2018-06-01 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN201721607180.5U Active CN207442541U (zh) | 2017-11-27 | 2017-11-27 | 感应电能传输系统 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN207442541U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111181227A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-05-19 | 长沙理工大学 | 一种电动汽车磁谐振耦合动态无线充电系统 |
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2017
- 2017-11-27 CN CN201721607180.5U patent/CN207442541U/zh active Active
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| CN111181227A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-05-19 | 长沙理工大学 | 一种电动汽车磁谐振耦合动态无线充电系统 |
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