[發(fā)明專利]一種具有自然恒壓恒流輸出特性的無線充電拓撲結構

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• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109245231A
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 馬皓;曹鵬舉;李冠西
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/10
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發(fā)明公開了一種具有自然恒壓恒流輸出特性的無線充電拓撲結構，包括：原邊逆變電源電路、原邊串聯(lián)補償電容、原邊發(fā)射線圈和兩組副邊接收電路；其中一組接收電路的電容串聯(lián)補償結構具有不受負載影響的恒流輸出特性，另一組接收電路的電容并聯(lián)和電感串聯(lián)補償結構具有不受負載影響的恒壓輸出特性；兩路輸出并聯(lián)后，系統(tǒng)能夠根據(jù)負載等效電阻變化來自動分配功率，通過功率在兩組接收電路中的分配，使電路的能量傳輸在不同拓撲結構中自然切換。本發(fā)明系統(tǒng)在電池等效電阻較小的充電初始階段系統(tǒng)工作在恒流輸出模式下，在電池等效電阻隨著電量增加逐漸增大時，該系統(tǒng)工作自然切換到恒壓輸出模式下，同時具備恒流輸出及恒壓輸出的能力。

技術領域

本發(fā)明屬于無線充電技術領域，尤其是涉及一種具有自然恒壓恒流輸出特性的無線充電拓撲結構。

背景技術

感應耦合電能傳輸是一種新型的能量傳輸技術，其具有安全、靈活、操作方便、無接觸磨損、無直接電氣連接等優(yōu)點。因此可以被應用在多種極端環(huán)境且無需大量維護。感應耦合電能傳輸主要應用在消費電子、生物醫(yī)療植入式設備、水下供電。尤其對于電動汽車電池充電領域，相較于傳統(tǒng)插電式充電系統(tǒng)，感應耦合電能傳輸系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)無電氣及機械連接，同時非直接接觸確保了充電過程的便捷及安全。

鋰離子電池廣泛應用在電動汽車中，典型的充電過程包括恒流充電模式及恒壓充電模式兩個階段。為了延長電池的使用壽命，充電電流及充電電壓應當滿足該充電過程。感應耦合電能傳輸系統(tǒng)的輸出特性受其補償方式、工作頻率及負載狀態(tài)影響，而電池的外特性等效電阻隨著充電過程不斷增長，如何確保所需的充電電流及充電電壓在較大負載變化范圍內(nèi)保持恒定是電動汽車充電的關鍵問題。

目前常見的確保充電過程能夠滿足恒流及恒壓輸出的方式有在原邊的前級或副邊的后級增加一級變換器，通過該級電路來調(diào)節(jié)輸出，如公開號為CN108282035A的中國專利文獻公開了一種適用于抗系統(tǒng)參數(shù)寬范圍波動的無線電能傳輸裝置，但該方式需要額外的功率器件從而增大裝置體積、費用及損耗。

公開號為CN207801585U的中國專利文獻公開了一種基于移相功率可控無線電能傳輸汽車充電系統(tǒng)，通過對原邊逆變器采用移相控制方式，可以調(diào)節(jié)輸出，但不能使逆變器工作在軟開關工作狀態(tài)，導致較低的系統(tǒng)效率及較大的電磁干擾。

公開號為CN107612161A的中國專利文獻公開了一種適用于寬耦合系數(shù)變化范圍的雙向無線電能穩(wěn)定傳輸系統(tǒng)電路拓撲及控制策略，然而通過變頻控制方式會增大系統(tǒng)無功功率，同時在出現(xiàn)頻率分裂現(xiàn)象時，會引起系統(tǒng)穩(wěn)定性問題。

公開號為CN106849299A的中國專利文獻公開了一種諧振補償拓撲可變的磁耦合諧振無線電能傳輸裝置，通過配置補償電路及其結構，一些拓撲可以具有恒壓輸出特性或恒流輸出特性，但無法同時滿足兩種輸出要求，可以將兩種拓撲進行切換來實現(xiàn)，但需要附加的交流開關。

現(xiàn)有的這些實現(xiàn)恒流恒壓輸出特性的方式均存在一定的局限性。因此，急需設計一種新的拓撲結構，從而有效地實現(xiàn)系統(tǒng)自然恒壓恒流輸出特性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種具有自然恒壓恒流輸出特性的無線充電拓撲結構，使得該系統(tǒng)在電池充電的起始階段具有恒流輸出特性，充電過程中隨著電池電壓變化系統(tǒng)自然過渡到恒壓輸出特性。

本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種具有自然恒壓恒流輸出特性的無線充電拓撲結構，其特征在于，包括：原邊逆變電源電路、原邊串聯(lián)補償電容、原邊發(fā)射線圈和兩組副邊接收電路；所述原邊逆變電源電路、原邊串聯(lián)補償電容和原邊發(fā)射線圈構成串聯(lián)回路，組成發(fā)射側(cè)電路；所述的兩組副邊接收電路通過各自的副邊接收線圈與原邊發(fā)射線圈電磁耦合；

一組副邊接收電路中，副邊接收線圈的一端與副邊串聯(lián)補償電容串聯(lián)后與整流電路交流側(cè)的一端相連，該副邊接收線圈的另一端與該整流電路交流側(cè)的另一端相連；