[發明專利]一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統及方法

在審

• 申請號: 201711134821.4
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107733093A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 朱東柏;楊喆;謝非;胡法國;李建鎮;孫佳瑩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02J50/70;H02J7/02
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙)23209
• 代理人: 曹徐婷

1.一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，包括：工頻整流濾波電路模塊、緩沖電路模塊、高頻逆變電路模塊、耦合極板模塊、設備耦合電路模塊、高頻整流電路模塊、采樣模塊、相位差檢測模塊、A/D轉換模塊、控制管理模塊、驅動模塊以及電池模塊；

所述耦合極板模塊包括第一極板、第二極板、第三極板以及第四極板；所述第一極板、第二極板、第三極板、第四極板彼此間隔設置且第二極板和第三極板附著在待充電設備表面，第四極板與地面相平行放置或直接取地面作為第四極板；所述設備耦合電路模塊包括并聯耦合電路以及多路選擇開關；所述高頻整流電路模塊包括整流二極管；所述采樣模塊包括電流采樣電路和電壓采樣電路；

所述工頻整流濾波電路模塊用于將電網電壓經過整流濾波后轉換為直流電；所述緩沖電路模塊用于緩沖續流；所述高頻逆變電路模塊用于將所述直流電轉換為高頻交流電；所述耦合極板模塊用于產生交互電場以及位移電流；所述采樣模塊用于采集電流和電壓；所述相位差檢測模塊用于檢測電壓與電流之間的相位角；所述控制管理模塊用于控制多路選擇開關和驅動模塊；

所述工頻整流濾波電路模塊的輸入端連接電網電源，工頻整流濾波電路模塊的輸出端連接高頻逆變電路模塊的輸入端；所述高頻逆變電路模塊的輸出端輸出電流的正極與第一極板相連，輸出端輸出電流的負極與第四極板相連；所述高頻整流電路模塊的輸入端輸入電流的正極與第二極板相連，輸入端輸入電流的負極與第三極板相連；所述相位檢測模塊的輸入端連接采樣模塊，所述相位檢測模塊的輸出端連接A/D轉換模塊；所述A/D轉換模塊的輸出端連接控制管理模塊；所述控制管理模塊的輸出端連接多路選擇開關與驅動模塊。

2.如權利要求1所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述控制管理模塊基于ZigBee無線通信網通過驅動模塊與高頻逆變電路相連；所述采樣模塊包括電流采樣電路和電壓采樣電路，所述電流采樣電路和所述電壓采樣電路與相位差檢測模塊相連。

3.如權利要求1或2所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述高頻逆變電路通過單個Mosfet管與隔離變壓器相連進行逆變。

4.如權利要求3所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述的電壓采樣電路為霍爾電壓傳感器，通過霍爾電壓傳感器與設備并聯來采集所充電壓的大小。

5.如權利要求3所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述的電壓采樣電路為霍爾電流傳感器，通過霍爾電流傳感器與待充電設備串聯來采集充電電流的大小。

6.如權利要求1所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述并聯耦合電路由第二極板和第三極板之間的等效耦合電容與待充電設備內部的電感構成。

7.如權利要求1所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述并聯耦合電路由第二極板和第三極板之間的等效耦合電容與待充電設備內部的電容構成。

8.如權利要求1所述的一種電容耦合諧振式無線能量傳輸系統，其特征在于，所述第二極板和所述第三極板的尺寸面積取決于待充電設備的尺寸面積。

9.一種在權利要求1所述電容耦合諧振式無線能量傳輸系統實現的電容耦合諧振式無線能量傳輸方法，其特征在于，包括：

步驟一、配置電容耦合諧振式無線能量傳輸系統中耦合極板模塊、設備耦合電路模塊中所包含電路中元器件的參數值，所述元器件的參數值包括特定頻率下耦合極板模塊和設備耦合電路模塊的等效電容值和所需電感值；

步驟二、先調節耦合極板之間的距離，然后再利用電壓采樣模塊和電流采樣模塊對負載的電壓、電流的大小及相位進行采樣；

步驟三、由電壓采樣電路和電流采樣電路對負載側的實際電壓和實際電流采樣后，經相位差檢測電路模塊再送入A/D轉換模塊中進行處理；

步驟四、由A/D轉換模塊得到的數字信號送入控制管理模塊，通過控制管理模塊計算出相位的變化值，進而控制多路選擇開關來選擇不同電容進行補償，使電容耦合諧振式無線能量傳輸系統保持穩定。

10.如權利要求9所述的電容耦合諧振式無線能量傳輸方法，其特征在于，所述的電壓采樣電路為霍爾電壓傳感器，通過霍爾電壓傳感器與待充電設備并聯來采集所充電壓的大小；所述的電壓采樣電路為霍爾電流傳感器，通過霍爾電流傳感器與待充電設備串聯來采集充電電流的大小。