[發明專利]基于雙邊功率流控制的無線電能傳輸系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201210234039.0
• 申請日: 2012-07-06
• 公開（公告）號: CN102751793A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 唐春森;蘇玉剛;孫躍;王智慧;戴欣
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H02J17/00
• 分類號: H02J17/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及到無線電能傳輸技術，具體地說，是一種基于雙邊功率流控制的無線電能傳輸系統及其控制方法。

背景技術

無線電能傳輸技術是基于電磁感應原理，以電磁場為媒介，利用現代電力電子變換技術、功率電磁場耦合技術和現代控制技術的一種新型、實用、靈活的供電技術。近年已來成為電力電子領域的研究熱點之一，并在交通、醫療、石油開采和機器人等領域得到了廣泛的應用。

在電力傳輸系統中，智能電網技術又是另一研究熱點，為了緩解用電高峰的供電壓力，人們提出了基于電動汽車的電網能量調節方案，將電動汽車融入智能電網，即在用電高峰期，電動車的車載電池為電網輸出電能，而用電低谷期，電網為電動車補充能量，從而實現車載電池到電網的雙向能量流動。

為了實現上述智能電網中車載電池到電網的雙向能量流動，往往需要將電動汽車停靠在固定位置，利用導線將電動汽車的車載電池和電網連接才能實現能量傳輸，智能化程度低，實施過程比較復雜。

基于上述缺陷，有人提出利用無線電能傳輸技術實現車載電池與電網之間的能量交換，使得電動汽車的充放電過程無需任何導線插拔過程，提高了智能化程度。

但現有的無線電能傳輸系統通常只設計為單向能量傳輸，當用于驅動電動機類負載或者電池負載時，由于這類負載具有反電動勢性質，根據其工作狀態的不同，對系統的能量傳輸方向也會有特殊的要求。比如帶電機負載時，剎車制動時，電機將工作于發電機模式，需要建立能量回饋通道以進行回饋制動，從而提高能量利用率；如果是電池負載，如果電池工作在能量輸出模式，也需要能量回饋通道。針對上述需求，傳統的無線電能傳輸系統將不再滿足，需要一種具有雙向能量流動特性的無線電能傳輸系統。

發明內容

為了滿足上述需求，本發明提出一種基于雙邊功率流控制的無線電能傳輸系統及其控制方法，在能量傳輸過程中，能夠根據原、副邊的能量狀態自動實現能量的雙向流動，從而提高能量利用率。

為達到上述目的，本發明的所采用的技術方案如下：

一種基于雙邊功率流控制的無線電能傳輸系統，包括電源、原邊變換電路、原邊諧振電路、副邊諧振電路、副邊變換電路以及負載電路，其關鍵在于：

所述原邊諧振電路上連接有原邊電流過零檢測模塊，該原邊電流過零檢測模塊的輸出端與帶有邊沿觸發的原邊控制邏輯電路連接，該原邊控制邏輯電路輸出的控制信號經過原邊驅動電路后控制所述原邊變換電路工作；

所述副邊諧振電路上連接有副邊電流過零檢測模塊，該副邊電流過零檢測模塊的輸出端與帶有邊沿觸發的副邊控制邏輯電路連接，該副邊控制邏輯電路輸出的控制信號經過副邊驅動電路后控制所述副邊變換電路工作；

所述負載電路上連接有比較器，該比較器用于采集負載電路的電壓值或電流值，并將其與參考電壓值或參考電流值進行比較，該比較器的比較結果傳送到所述原邊控制邏輯電路和副邊控制邏輯電路中。

由于在原邊諧振網絡和副邊諧振網絡中均設置邏輯控制電路，通過檢測原邊諧振電路的電流狀態，副邊諧振電路的電流狀態以及負載電路的輸出狀態，可以判斷原、副邊的能量狀況，通過原、副邊的邏輯控制電路分別控制原邊變換電路和副邊變換電路的開關狀態，即可改變能量的傳輸方向，從而實現雙邊功率控制以及雙向能量傳輸。

作為進一步描述，所述原邊變換電路由開關管S1和開關管S2組成，所述原邊諧振電路由原邊電容Cp和原邊線圈Lp串聯而成，開關管S1串接在電源的正極和原邊電容Cp之間，開關管S2串接在電源的負極和原邊電容Cp之間；

所述副邊變換電路由開關管S3和開關管S4組成，所述副邊諧振電路由副邊電容Cs和副邊線圈Ls串聯而成，開關管S3串接在副邊電容Cs和負載電路的低電平端，開關管S4串接在副邊電容Cs和負載電路的高電平端。

能量正向傳輸時，開關管S1和S2輪流導通，將電源輸入的直流電壓轉換為方波電壓，驅動原邊電容Cp和原邊線圈Lp組成的原邊諧振電路工作，在原邊線圈Lp上產生高頻交變電流，從而激發高頻交變電磁場，副邊線圈Ls上的感應電壓經過副邊電容Cs進行補償后與原邊諧振網絡“共振”以實現無線能量傳輸，副邊拾取到的能量經開關管S3和開關管S4同步整流后輸出給負載電路。能量反向傳輸時，開關管S3和開關管S4工作于逆變狀態，而開關管S1和開關管S2工作于同步整流狀態，副邊線圈Ls工作于能量發射狀態，原邊線圈Lp工作于能量拾取狀態。

結合上述電路，原邊控制邏輯電路和副邊控制邏輯電路按照以下方式進行控制：

當i_p>0且e>0時，閉合開關管S1，斷開開關管S2；