ES2934079T3 - Sistemas inalámbricos de transferencia de energía para vehículos eléctricos - Google Patents

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Abstract

Un sistema inalámbrico de transferencia de energía, WPT, (400) para un vehículo eléctrico, EV, el sistema WPT (400) que comprende un conjunto de tierra, GA, (401) y un conjunto de vehículo, VA (402), el GA (401) que comprende una bobina transmisora GA (407), comprendiendo la VA (402) una bobina receptora VA (408) acoplada magnéticamente a la bobina transmisora GA (407), caracterizada porque el WPT (400) comprende una etapa de estrategia de compensación (406) (409) que comprende una red de compensación en paralelo serie para obtener una tensión VVA en la bobina receptora VA (408) proporcional a una corriente efectiva Ip_rm en la bobina transmisora GA (407), un rectificador (410) en la VA (402) para obtener una tensión continua Vdc_VA y una etapa de estrategia de control (445) con un lazo de control de voltaje (450) y un lazo de control de corriente (455),donde la etapa de estrategia de control (445) proporciona un comando de control para regular el voltaje en el VA (402) para ajustar el voltaje continuo Vdc_VA basado en un voltaje de enlace de CC de referencia, y donde un enlace de CC de un cargador conductor del EV se regula con el voltaje ajustado voltaje continuoVdc_VAdurante un proceso de carga inductiva del EV. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas inalámbricos de transferencia de energía para vehículos eléctricos
La presente invención se refiere a sistemas inalámbricos de transferencia de energía para vehículos eléctricos (EV). Antecedentes de la invención
La transferencia inalámbrica de energía (WPT) mediante resonancia magnética es la tecnología que podría liberar al ser humano de los molestos cables. De hecho, la WPT adopta la misma teoría básica que ya se ha desarrollado durante al menos 30 años con el término de transferencia de energía inductiva. La tecnología WPT se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. A un nivel de potencia de kilovatios, la distancia de transferencia aumenta de varios milímetros a varios centenares de milímetros con una eficiencia de la red a la carga superior al 90%. Estos avances hacen que la WPT sea muy atractiva para las aplicaciones de carga de vehículos eléctricos (EV), tanto en escenarios de carga estacionaria como dinámica. Al introducir la WPT en los EV, los obstáculos del tiempo de carga, la autonomía y el coste pueden mitigarse fácilmente y la tecnología de las baterías no es tan relevante en el mercado de los EV.
Convencionalmente, en la conversión de energía, cuando la corriente alterna (AC) se convierte en corriente continua (DC) de baja tensión, o la AC de una frecuencia a otra, la AC suele rectificarse y suavizarse para obtener una tensión fija a una frecuencia fija. Una vez hecho esto, la energía se dirige a un inversor para obtener la salida final con tensión y frecuencia variables. La tensión de DC que se introduce en el inversor se denomina enlace de DC. Como su nombre indica, las dos fuentes están enlazadas entre sí por un condensador de filtro.
En aplicaciones en vehículos eléctricos, el condensador de enlace de DC se utiliza como dispositivo de almacenamiento de energía para equilibrar la carga. El condensador de enlace de DC puede colocarse entre la batería de DC y la AC, es decir, el lado de carga del inversor de tensión. El condensador se coloca en paralelo a la batería y a un cargador de baterías de DC a DC, manteniendo una tensión sólida en el inversor. El condensador de enlace de DC ayuda a proteger la red del inversor de picos de tensión momentáneos, sobretensiones y EMI.
En la figura 1 se muestra un sistema WPT conocido (100) para un vehículo eléctrico (120), en el que los bloques funcionales básicos para la carga inductiva se comparten entre un conjunto de tierra (GA) (101) y un conjunto de vehículo (VA) (102).
El GA (101) del sistema WPT (100) comprende un convertidor AC/DC (104) con corrección del factor de potencia (PFC) que convierte la fuente de alimentación monofásica o trifásica (103) en una fuente de alimentación de DC regulada. El GA (101) del sistema WPT (100) también comprende un convertidor de DC a AC de alta frecuencia (HF) (105) que genera una tensión de onda cuadrada con una frecuencia y ciclos de trabajo casi constantes. El GA (101) comprende un circuito primario de compensación (106) que es una red de circuitos pasivos que compensa la inductancia de la bobina transmisora para reducir la cantidad de potencia reactiva entregada por el convertidor de DC a AC de alta frecuencia (105).
El sistema WPT (100) comprende un conjunto de bobina de carga inductiva (112) que comprende una bobina transmisora GA (107) en el lado de tierra, GA (101) y una bobina receptora VA (108) situada en el lado del vehículo, VA (102).
El VA (102) comprende un circuito secundario de compensación (109) que es una red de circuitos pasivos que compensa la inductancia de la bobina receptora para maximizar la potencia transferida en resonancia eléctrica. El VA (102) comprende un rectificador AC/DC (110) y/o un cargador de baterías DC/DC (205) (mostrado en la figura 2) (que puede o no incluir algoritmos/estrategia de carga de baterías) y la batería de alto voltaje (111).
La carga de la batería de alto voltaje (111) puede ser manejada potencialmente por ambos conjuntos el GA (101) y el VA (102) del sistema WPT (100), cuyo diseño puede determinar una arquitectura WPT óptima.
Normalmente, la carga inductiva del VA de los sistemas WPT se diseña sin tener en cuenta la posible existencia de cargador conductivo en el EV. Por lo tanto, los módulos de carga de la WPT no están optimizados en términos de coste, volumen y peso, porque algunas de las funcionalidades básicas de los módulos de carga en el VA (102) probablemente se duplicarán en las etapas de carga conductiva e inductiva del EV (120).
Por ejemplo, los elementos de los sistemas existentes del cargador inductivo del VA como, por ejemplo, un rectificador duplicador de corriente, un control secundario intercalado y/o unas etapas de filtro de salida pueden no compartirse con el cargador conductivo del VA. En estos sistemas, es probable que un cargador conductivo de a bordo (OBC) se conecte en paralelo a la batería duplicando la funcionalidad de las etapas mencionadas, como se muestra en la figura 2, que muestra la etapa de carga conductiva del EV (120).
La figura 2 muestra de nuevo el sistema WPT (100) en combinación con una etapa de carga conductiva OBC (200) en el EV (120). El sistema WPT (100) comprende el GA (101) con el convertidor de AC/DC (104) con corrección del factor de potencia (PFC) que convierte la fuente de alimentación trifásica (103) en una fuente de alimentación de DC regulada, el convertidor de AC de alta frecuencia (105) que genera una tensión de onda cuadrada, el circuito de compensación primario (106) para compensar la inductancia de la bobina transmisora y la bobina transmisora (107). El VA (102) del sistema WPT (100) comprende la bobina receptora de VA (108) situada en el lado del vehículo del conjunto de la bobina de carga inductiva (112), el circuito de compensación secundaria (109) para compensar la inductancia de la bobina receptora, el rectificador AC/DC (110), un condensador de enlace de DC (204) y un cargador de baterías DC/DC (205).
La figura 2 muestra el OBC (200) para la carga conductiva del EV (120). El OBC (200) del VA (102) comprende una etapa PFC trifásica (201) para la fuente de alimentación trifásica (103), un enlace de DC que comprende un condensador de enlace de DC (202) y un cargador de baterías DC/DC aislado (203).
Por lo tanto, puede verse en la figura 2 que los condensadores de enlace de DC (204) y (202) del VA inductivo (102) y del OBC (200), así como los cargadores de baterías de DC/DC (205) y (203) están duplicados.
Por lo tanto, se desea un sistema de carga de la batería que utilice la carga inductiva y conductiva pero que evite al menos las duplicidades mencionadas para reducir el volumen, el peso y el coste del conjunto del vehículo del EV. El documento US2017279309A1 se refiere a un circuito de bobina primaria de un conjunto de tierra para la transferencia de energía de forma inalámbrica a una bobina secundaria que incluye: una bobina primaria acoplada magnéticamente a la bobina secundaria y que tiene un primer terminal y un segundo terminal; un segundo condensador que tiene un primer terminal y un segundo terminal conectado al primer terminal de la bobina primaria; un primer inductor que tiene un primer terminal acoplado a un primer terminal de entrada de una fuente de alimentación y un segundo terminal acoplado al primer terminal del segundo condensador; y un primer condensador que tiene un primer terminal acoplado normalmente al segundo terminal del primer inductor y al primer terminal del segundo condensador y un segundo terminal acoplado normalmente al segundo terminal de la bobina primaria y un segundo terminal de entrada de la fuente de alimentación.
El documento US2014/340027 divulga sistemas de energía inalámbricos según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 6.
Descripción de la invención
La presente invención trata de un sistema inalámbrico de transferencia de energía (WPT) que puede integrarse con un cargador de batería de a bordo (OBC) conductivo ya existente para vehículos eléctricos. La invención tiene el potencial de compartir los módulos conductivos del cargador de a bordo con el sistema WPT, reduciendo así el volumen, el peso y el coste del conjunto del vehículo.
Esta invención propone una arquitectura de WPT que incluye las topologías de los convertidores de potencia asociados con estrategias de compensación y control propuestas que permiten integrar el sistema WPT con los módulos de carga de un sistema de carga conductivo ya existente en el EV, optimizando así el volumen, el peso y el coste del EV.
En un primer aspecto, se propone un ejemplo de sistema WPT para un EV según la presente invención. El sistema WPT comprende un GA y un VA. El gA comprende una bobina transmisora del GA y el VA comprende una bobina receptora del VA acoplada magnéticamente a la bobina transmisora del GA. Este sistema WPT puede corresponder a las figuras 3 y 4.
La WPT comprende una estrategia de compensación. La estrategia de compensación comprende una red de compensación en serie y en paralelo que permite obtener una tensión Vva en la bobina receptora del VA cuya amplitud es proporcional a una corriente efectiva Ip_rms que circula por la bobina transmisora del GA. En las figuras 5 y 6 se muestra una red de compensación.
La tensión Vva en la bobina receptora del VA puede convertirse en una tensión continua con un rectificador incluido en el VA del EV. Por lo tanto, se obtiene una Vdc _va continua de la fuente de tensión Vva en la bobina receptora del VA de la WPT.
La WPT comprende una etapa de estrategia de control para ajustar la tensión continua Vdc_vA con el fin de alcanzar una tensión de enlace de Dc de referencia. Para esta acción, la etapa de estrategia de control comprende dos bucles de control anidados: un bucle de control de tensión que recibe como entradas la tensión continua Vdc_vA y la tensión de enlace de DC de referencia y un bucle de control de corriente que recibe como entradas la corriente Ip_rms y la salida del bucle de control de tensión. La tensión de enlace de DC de referencia es la tensión necesaria en el enlace de DC del cargador conductIvo del EV.
Por lo tanto, el enlace de DC del cargador conductivo del EV puede regularse con la Vdc _va ajustada durante un proceso de carga inductiva del EV. Por lo tanto, tras el uso de las estrategias de compensación y control propuestas, la WPT propuesta puede utilizar los módulos de carga de la batería/el enlace de DC del cargador conductivo durante un proceso de carga inductiva del EV y, por lo tanto, se pueden evitar las duplicidades en el conjunto del vehículo.
El GA de la WPT puede comprender un convertidor DC-AC que convierte una fuente de DC en una fuente de tensión de onda cuadrada. Un ciclo de trabajo del convertidor DC-AC puede variar en función de un comando de control recibido de la etapa de estrategia de control para obtener la Vdc _va ajustada.
Además, la WPT comprende una etapa de bloqueo de DC y red de adaptación de impedancia (IMN) que comprende un condensador Cc para bloquear la corriente continua que puede saturar un transformador de IMN. Un inductor Lc puede convertir la fuente de tensión de onda cuadrada del convertidor DC-AC en una fuente de corriente. El transformador de IMN puede adaptar los niveles de impedancia y tensión a los valores requeridos por la bobina del GA y la bobina del VA de la WPT.
En un segundo aspecto, se propone otro ejemplo de sistema WPT para un EV. La WPT comprende un GA y un VA. El GA comprende una bobina transmisora de GA. El VA comprende una bobina receptora de VA acoplada magnéticamente a la bobina transmisora de GA.
Esta WPT también comprende una estrategia de compensación que comprende una red de compensación en serie y en paralelo para obtener una tensión Vva en la bobina receptora del VA proporcional a una corriente efectiva Ip_rms en la bobina transmisora del GA.
La WPT también comprende una etapa de estrategia de control para ajustar la Vdc _va en función de la tensión de enlace de DC de referencia. Al igual que en la primera WPT, la tensión de enlace de DC de referencia es la tensión necesaria en el enlace de DC del cargador conductivo del EV.
La etapa de estrategia de control comprende dos bucles de control anidados: un bucle de control de tensión que recibe la Vdc _va y la tensión de enlace de DC de referencia como entradas y un bucle de control de corriente que recibe la corriente Ip_rms y una salida del bucle de control de tensión.
Una etapa de corrección del factor de potencia (PFC) de un cargador conductivo del EV puede alimentarse con Vva durante un proceso de carga inductiva del EV para obtener una Vdc _va continua. Por lo tanto, la Vdc_vA continua puede utilizarse para regular un enlace de DC del cargador conductivo del EV. Por lo tanto, el segundo ejemplo de WPT propuesto utiliza los módulos de carga de la batería/el enlace de DC del cargador conductivo durante un proceso de carga inductiva. Además, esta WPT también utiliza el PFC del cargador conductivo como rectificador para obtener la Vdc _va continua. Por lo tanto, las etapas de carga de DC de una WPT convencional ya no son necesarias con la WPT propuesta. La WPT del segundo aspecto según la presente invención puede corresponder a la realización mostrada en la figura 7.
De forma similar al primer aspecto, la WPT comprende el convertidor DC-AC regulado con un comando de control de la etapa de estrategia de control para obtener la Vdc_vA ajustada y una red de bloqueo de DC y de adaptación de impedancia (IMN).
En un tercer aspecto según la presente invención, se propone un vehículo eléctrico que comprende una etapa de carga conductiva que tiene un enlace de DC y la WPT propuesta.
En un cuarto aspecto, se propone un procedimiento para cargar un vehículo eléctrico con un sistema WPT según la presente invención, comprendiendo el sistema un GA y un VA, el procedimiento comprende una etapa para aplicar una corriente efectiva Ip_rms a una bobina transmisora del GA de la WPT, una segunda etapa para obtener una tensión Vva en una bobina receptora de VA de la WPT proporcional a la Ip_rms, una tercera etapa para obtener una tensión continua Vdc _va en el VA de la WPT, una cuarta etapa para ajustar Vdc _va para alcanzar un valor de tensión de enlace de DC de referencia, una quinta etapa para regular un enlace de DC de una carga conductiva del EV con la Vdc _va ajustada. Este procedimiento puede ser realizado por la WPT según la primera WPT descrita en la presente divulgación.
En un quinto aspecto, se propone un procedimiento para cargar un EV con un sistema WPT, comprendiendo el sistema un GA y un VA, el procedimiento comprende una primera etapa para aplicar una corriente efectiva Ip_rms a una bobina transmisora del GA de la WPT, una segunda etapa para obtener una tensión Vva en una bobina receptora del VA de la WPT proporcional a la Ip_rms, una tercera etapa para ajustar Vdc_vA para alcanzar una tensión de enlace de DC de referencia, una cuarta etapa para proporcionar un PFC del cargador conductivo del EV con la Vva para obtener una Vdc _va ajustada continua, y una quinta etapa para regular un enlace de DC de la carga conductiva del EV con la Vdc_vA ajustada continua. Este procedimiento puede ser realizado por la segunda WTP descrita en la presente divulgación.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de la explicación anterior y con el único propósito de proporcionar un ejemplo, se incluyen algunos dibujos no limitantes que representan esquemáticamente una realización práctica.
La figura 1 muestra un sistema WPT convencional para un EV.
La figura 2 muestra un sistema WPT convencional en combinación con un cargador conductivo de un EV.
La figura 3 muestra un primer ejemplo de WPT y un cargador conductivo según la presente invención.
La figura 4 muestra el primer ejemplo de WPT según la presente invención.
Las figuras 5 y 6 muestran un ejemplo de red de compensación en serie y en paralelo.
La figura 7 muestra un segundo ejemplo de WPT según la presente invención.
Descripción de una realización preferente
La figura 3 muestra un primer ejemplo de un sistema WPT (300) según la presente invención en combinación con una etapa de carga conductiva que comprende el OBC (200) con el condensador de enlace de DC (202) para un EV. El sistema WPT (300) comprende un GA (301) y un VA (302) para la carga inductiva del EV. Además, el EV comprende un OBC (200) para la carga conductiva como el que se muestra en la figura 2.
El sistema WPT (300) comprende un conjunto de bobina de carga inductiva (312) que incluye una bobina de transmisión (307) en el GA (301) y una bobina de recepción (308) en el VA (302).
El GA (301) del sistema WPT (300) comprende un convertidor AC/DC (304) con corrección del factor de potencia (PFC) que convierte la fuente de alimentación trifásica (303) en una fuente de alimentación de DC regulada. El GA (301) del sistema WPT (300) comprende un convertidor de AC (305) que genera una tensión de onda cuadrada con una frecuencia y ciclos de trabajo casi constantes.
El sistema WPT (300) comprende además un circuito de compensación que tiene un circuito de compensación primario (306) para el GA (301) y un circuito de compensación secundario (309) para el VA (302). El circuito de compensación es una red de compensación en serie y en paralelo utilizada para lograr una estrategia de compensación propuesta según la presente invención. La estrategia de compensación propuesta permite que la carga inductiva del EV en el VA (302) se aproveche del cargador de baterías conductivo mediante la regulación de la tensión de enlace de DC del condensador de enlace de DC (202) en el OBC (200). Por lo tanto, el circuito de compensación (306), (309) permite que la bobina receptora (308) se comporte como una fuente de tensión. Por lo tanto, se genera una tensión Vva en la bobina receptora del VA (308) que tiene una amplitud proporcional a una corriente efectiva Ip_rms en la bobina transmisora del GA (307). En la figura 5 se muestra una red de compensación en serie y en paralelo.
El VA (302) del sistema WPT (300) comprende un circuito de compensación secundario (309) como parte de la red de compensación en serie y en paralelo que hace que la bobina receptora (308) del conjunto de bobina (312) se comporte como una fuente de tensión. El VA (302) del sistema WTP (300) carece del condensador de enlace de DC y del cargador de baterías de DC/DC mostrado anteriormente en la figura 2. La salida del rectificador de alta frecuencia (310) puede cargarse en el condensador de enlace de DC (202). Por lo tanto, el condensador de enlace de DC (202) y el cargador de baterías de DC/DC (203) del OBC (200) pueden ser compartidos entre la etapa conductiva del OBC (200) y el VA (302) del sistema WpT (300). Por lo tanto, el sistema WPT (300) propuesto evita duplicidades de los módulos de carga/enlaces DC en el EV (120).
La figura 4 muestra las etapas de carga inalámbrica del GA (401) y del VA (401) de un ejemplo más detallado de WPT (400) según la presente divulgación. La figura 4 también muestra la etapa de estrategia de control (445) utilizada para obtener una tensión deseada para regular un enlace de DC/cargador de batería en un cargador conductivo convencional de un EV.
El GA (401) comprende un convertidor de DC a AC (404) que correspondería al convertidor de AC (305) de la figura 3 y que convierte una fuente de DC Vdc_GA en una fuente de tensión de onda cuadrada cuya frecuencia principal depende de una norma técnica aplicable, por ejemplo, la norma SAE (por ejemplo, de 81,38kHz a 90kHz), y cuyo ciclo de trabajo puede variar en función del comando de entrada del circuito de regulación de la etapa de estrategia de control (445). El convertidor de DC a AC (404) puede diseñarse para minimizar las pérdidas de conmutación mediante técnicas de conmutación de tensión cero (ZVS) o de conmutación de corriente cero (ZCS).
El GA (401) comprende una etapa de bloqueo de DC y una red de adaptación de impedancias (IMN) (405) que incluye un condensador Cc (405a) para bloquear la corriente continua que puede saturar el transformador IMN. Un inductor Lc (405b) convierte la fuente de tensión de onda cuadrada en una fuente de corriente y un transformador IMN adapta los niveles de impedancia y tensión a los valores requeridos por las bobinas de la WPT (407), (408). El GA (401) comprende una bobina Lp del GA (407) y una red de compensación primaria (406). El VA (402) comprende una bobina Ls del VA (408) y una red de compensación secundaria (409). La red de compensación (406) , (409) es un circuito de compensación en serie y en paralelo. Como se ha mencionado anteriormente, el circuito de compensación en serie y en paralelo permite ventajosamente generar una fuente de tensión Vva en la bobina Ls del VA (408) cuya amplitud depende de la corriente efectiva Ip_rms que circula por la bobina Lp del GA (407) . Dado que la tensión de enlace de DC de la carga conductiva en el cargador de baterías de DC/DC (403) debe regularse dentro de ciertos límites para garantizar el funcionamiento correcto del cargador de baterías de DC a DC de a bordo, el circuito de compensación en serie y en paralelo permite regular la tensión de enlace de DC mediante el control de la corriente Ip_rms de la bobina del GA en el GA (401).
Por lo tanto, la bobina Lp (407) del GA transfiere energía del GA (401) al VA (402). La red de compensación (406) permite suministrar localmente la potencia reactiva (es decir, el convertidor DC-AC (404) sólo suministra la potencia activa). La bobina Ls (408) del VA está acoplada magnéticamente a la bobina Lp (407) del GA y recibe la energía transferida de forma inalámbrica desde la bobina Lp (407) del GA, que está maximizada.
El VA (402) comprende un rectificador de alta frecuencia (410). El rectificador de alta frecuencia (410) convierte la señal de alta frecuencia a través de la bobina del VA en corriente continua. La figura 4 también muestra un condensador de enlace de DC Cdc (420) de la carga conductiva del EV. La WPT (400) también muestra un diagrama de bloques de la etapa de estrategia de control propuesta (445) utilizada para obtener una tensión continua deseada que regule el enlace de DC/cargador de batería en el cargador conductivo del EV.
Como se muestra en la figura 4, la etapa de estrategia de control (445) se compone de 2 bucles de control anidados basados en la regulación de la fuente de tensión Vdc_vA y la corriente de la bobina GA Ip_rms . Para esta implementación particular, la etapa de estrategia de control comprende dos reguladores PI (450), (455) para el control de la tensión y la corriente.
Vda_vA* representa la tensión de enlace de DC de referencia, es decir, la tensión de enlace de DC necesaria en el enlace de DC. Vdc_vA es la tensión real del enlace de DC, es decir, la tensión medida en tiempo real. Vdc_vA es el valor de DC de la tensión Vva en la bobina Ls del VA (408) después de la rectificación. Además, la WPT (400) comprende medios de comunicación inalámbrica entre el VA (402) y el GA (401). Por lo tanto, la tensión de enlace de Dc de referencia Vda_vA* y la tensión de enlace de DC real Vdc_vA pueden enviarse desde el VA (402) al GA (401) de forma inalámbrica mediante el uso de comunicación en línea como, por ejemplo, WIFI y/o comunicación fuera de línea como, por ejemplo, Bluetooth, NFC o similares. Después de algún tiempo (normalmente en el rango de segundos o milisegundos para esta aplicación), los reguladores PI (450), (455) pueden hacer que la tensión de enlace de DC real Vdc_vA sea igual a la tensión de enlace de DC de referencia Vda_vA*. Por lo tanto, la resta de Vdc_vA y Vda_vA* es 0 en estado estacionario y el enlace de DC del cargador conductivo del EV puede regularse con la Vdc _va ajustada durante un proceso de carga inductiva del EV. Por lo tanto, la etapa de estrategia de control (445) puede ordenar al convertidor DC-AC (404) que regule Ip_rms para obtener una Vdc_vA igual a Vda_vA*.
La figura 5 muestra un circuito de compensación en serie y en paralelo (500) que puede utilizarse en los sistemas WPT propuestos según la presente invención. El modelo de bobina VA en el VA (302) incluye una R2 parásita y un inductor L2. Si se coloca un condensador C2 en serie con el inductor L2 (red de compensación) y se elige adecuadamente su valor, la impedancia de la conexión en serie de L2 y el condensador C2 es nula a la frecuencia de funcionamiento, donde la transferencia inalámbrica se produce a una frecuencia fija f = 85 K h z . Curiosamente, la amplitud de esta tensión depende de la frecuencia de la señal, que es constante, el término acoplamiento, M, que también es constante para una posición dada del vehículo eléctrico con respecto a la bobina L1 del GA, y de la corriente Ip_rms del GA. Por lo tanto, esta es la relación eléctrica entre la corriente Ip_rms de la bobina del Ga y la tensión Vva de la bobina del VA. Por lo tanto, como el inductor L2 se anula con el condensador en serie C2, esta tensión Vva puede colocarse directamente a través de los terminales del rectificador de HF (410).
La figura 6 explica el comportamiento eléctrico del circuito de compensación paralelo-serie (500). En esta figura se muestra una fuente de tensión en serie con la inductancia de la bobina, que modela con mayor precisión el comportamiento de las bobinas acopladas (en esta figura se ha despreciado la resistencia parásita). La compensación de la bobina del VA hace que Ls desaparezca del modelo, quedando sólo la fuente de tensión, que es proporcional a la frecuencia, el término acoplamiento M y la corriente Ip de la bobina primaria.
La figura 7 muestra un ejemplo alternativo de WPT (700) según la presente invención.
Del mismo modo, el GA (701) de la WPT (700) comprende un convertidor AC/DC (704) con corrección del factor de potencia (PFC) que convierte la fuente de alimentación trifásica (103) en una fuente de alimentación de DC regulada. El GA (701) de la WPT (700) comprende un convertidor de AC (705) que genera una tensión de onda cuadrada con una frecuencia y ciclos de trabajo casi constantes.
La WPT (700) comprende un conjunto de bobina de carga inductiva (712) que incluye una bobina de transmisión (707) en el gA (701) y una bobina de recepción (708) en el VA (713).
El conjunto de bobina de carga inductiva (712) en el GA (701) comprende una bobina GA (707) y una red de compensación primaria (706). El VA (702) comprende la bobina VA (708) y una red de compensación secundaria (709). La red de compensación (706), (709) es también un circuito de compensación en serie y en paralelo. Como se ha mencionado anteriormente, el circuito de compensación en serie y en paralelo permite ventajosamente generar una fuente de tensión en la bobina del VA (708) cuya amplitud depende de la corriente efectiva que circula por la bobina del GA (707).
La figura 7 también muestra la etapa de carga conductiva del OBC (200) para la carga conductiva del EV. El OBC (200) del VA (702) comprende la etapa de PFC trifásica (201) para la fuente de alimentación trifásica (103), el enlace de DC que comprende el condensador de enlace de DC (202) y el cargador de baterías DC/DC aislado (203).
Una solución alternativa se muestra en la Figura 7, la salida de la red de compensación deL VA (709) se conecta a la entrada de la etapa de PFC trifásica del cargador conductivo (201) en el OBC de carga conductiva (200). Dado que la etapa de PFC trifásica (201) puede estar compuesta por 3 medios puentes basados en los MOSFET (cada uno de los cuales incluye un diodo de cuerpo parásito en paralelo), la etapa de PFC trifásica (201) puede utilizarse como un simple rectificador con el fin de obtener una tensión continua ajustada (Vdc _va) que puede utilizarse para regular el enlace de DC del cargador conductivo del EV durante un proceso de carga inductiva del EV, proporcionando así el rectificador dedicado mostrado en la solución original, así como el enlace de DC.
Aunque se ha hecho referencia a una realización específica de la invención, es obvio para un experto en la materia que las arquitecturas de WPT aquí descritas son susceptibles de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser sustituidos por otros técnicamente equivalentes sin apartarse del alcance de protección definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema inalámbrico de transferencia de energía, WPT, (400) para un vehículo eléctrico, EV, comprendiendo el sistema un conjunto de tierra, GA, (401) y un conjunto de vehículo, VA (402), y un cargador conductivo con un enlace de corriente continua (DC), y un rectificador (410) en el VA (402) para obtener una tensión continua Vdc_VA, comprendiendo el GA (401) una bobina transmisora GA (407), comprendiendo el VA (402) una bobina receptora VA (408) acoplada magnéticamente a la bobina transmisora GA (407), caracterizado porque el sistema w Pt (400) comprende:
una etapa de estrategia de compensación (406) (409) que comprende una red de compensación en serie y en paralelo para obtener una tensión Vva en la bobina receptora VA (408) proporcional a una corriente efectiva Ip_rms en la bobina transmisora GA (407);
una etapa de estrategia de control (445) con un bucle de control de tensión (450) que recibe como entrada la tensión continua Vdc _va y una tensión de enlace de DC de referencia y un bucle de control de corriente (455), que recibe como entrada la corriente que circula a través de la bobina transmisora GA Ip_ms y una salida del bucle de control de tensión,
en el que la etapa de estrategia de control (445) está configurada para proporcionar un comando de control para regular la tensión en el VA (402) para ajustar la tensión continua Vdc _va en función de una tensión de enlace de DC de referencia, y
en el que el enlace de DC del cargador conductivo del EV conectado al rectificador (410) está configurado para ser regulado con la tensión continua ajustada Vdc _va durante un proceso de carga inductiva del EV.
2. El sistema WPT (400) para un EV según la reivindicación 1, en el que el GA (401) comprende un convertidor de corriente continua-corriente alterna (DC-AC) (404) regulado con el comando de control de la etapa de estrategia de control (445).
3. El sistema WPT (400) para un EV según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el GA (401) comprende un convertidor de corriente alterna-corriente continua (AC/DC) (304) con corrección del factor de potencia, PFC.
4. El sistema WPT (400) para un EV según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el GA (401) comprende una red de bloqueo de DC y de adaptación de impedancias, IMN.
5. El sistema WPT (400) para un EV según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el GA (401) y el VA (402) comprenden medios de comunicación inalámbricos para, al menos, transmitir la tensión continua Vdc_vA y la tensión de enlace de DC de referencia del VA(402) al GA (401).
6. Un sistema WPT (700) para un EV, que comprende un cargador conductivo con un enlace de DC, un GA (701) y un VA (702), comprendiendo el GA (701) una bobina transmisora GA (707), comprendiendo el VA (702) una bobina receptora VA (708) acoplada magnéticamente a la bobina transmisora GA (707), en el que una etapa PFC de un cargador conductivo del EV está conectado con la tensión Vva durante un proceso de carga inductiva del EV, caracterizado porque la WPT (700) comprende:
una estrategia de compensación (706) (709) que comprende una red de compensación en serie y en paralelo para obtener una tensión Vva en la bobina receptora VA (709) proporcional a una corriente efectiva Ip_rms en la bobina transmisora GA (707); y
una etapa de estrategia de control (445) con un bucle de control de tensión (450) que recibe como entrada la tensión continua Vdc _va y una tensión de enlace de DC de referencia y un bucle de control de corriente (455) que recibe como entrada la corriente que circula a través de la bobina transmisora GA Ip_ms y una salida del bucle de control de tensión,
en el que la etapa de estrategia de control (445) está configurada para proporcionar un comando de control para regular la tensión en el VA (702) para ajustar una tensión continua Vdc _va en función de la tensión de enlace de DC de referencia,
en el que Vdc _va representa la tensión medida en el enlace de DC del cargador conductivo del EV.
7. El sistema WPT (700) para un EV según la reivindicación 5, en el que el GA (701) comprende un convertidor DC-AC (705) regulado con un comando de control de la etapa de estrategia de control (445).
8. El sistema WPT (700) para un EV según las reivindicaciones 5 y 6, en el que el GA (701) comprende un convertidor AC/DC (704) con PFC.
9. El sistema WPT (700) para un EV según las reivindicaciones 5 a 7, en el que el GA (701) comprende una red de bloqueo de DC y de adaptación de impedancias (IMN).
10. El sistema WPT (700) para un EV según las reivindicaciones 6 a 9, en el que el GA (701) y el VA (702) comprenden medios de comunicación inalámbricos para transmitir la tensión continua Vdc_vA y la tensión de enlace de DC de referencia del VA(402) al GA (401).
11. Un vehículo eléctrico, que comprende:
una etapa de carga conductiva (200) que tiene un enlace de DC; y
el sistema WPT (400, 700) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,
en el que el sistema WPT (300, 700) regula el enlace de DC de la etapa de carga conductiva (200).
12. Un procedimiento para cargar un EV con un sistema WPT (400) según la reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento:
aplicar una corriente efectiva Ip_rms a una bobina transmisora GA de la WPT,
obtener una tensión Vva en una bobina receptora VA de la WPT proporcional a la Ip_rms;
obtener una tensión continua Vdc _va en el VA de la WPT;
ajustar la tensión continua Vdc_vA en función de una tensión de enlace de DC de referencia;
regular un enlace de DC de una carga conductiva del EV con la tensión continua ajustada Vdc_vA, en el que Vdc _va representa la tensión medida en el enlace de DC de la carga conductiva del EV, en el que el enlace de DC de la carga conductiva del EV está conectado a un rectificador
13. Un procedimiento para cargar un EV con un sistema WPT (700) según la reivindicación 6, comprendiendo el procedimiento:
aplicar una corriente efectiva Ip_rms a una bobina transmisora GA de la WPT,
obtener una tensión Vva en una bobina receptora VA de la WPT proporcional a la Ip_rms;
alimentar una etapa PFC de un cargador conductivo del EV con la tensión Vva ;
obtener una tensión continua ajustada Vdc _va;
ajustar la tensión continua Vdc_vA en función de una tensión de enlace de DC de referencia;
regular un enlace de DC de la carga conductiva del EV con la tensión continua ajustada Vdc _va, en el que Vdc_vA representa la tensión medida en el enlace de DC de la carga conductiva del EV, y en el que el enlace de DC de la carga conductiva del EV está conectado a un rectificador
14. El procedimiento según las reivindicaciones 11 o 12, que comprende además:
transmitir la tensión continua Vdc _va y la tensión de enlace de DC de referencia del VA al GA de los sistemas WPT (400, 700).
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