[發明專利]基于移相調節控制的無線充電方法及系統

有效

• 申請號: 202010565410.6
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111740510B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 李聃;孫延鴿;孔燦燦
• 申請（專利權）人: 青島魯渝能源科技有限公司
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/80;H02M1/44
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 李祺

本發明提出基于移相調節控制的無線充電方法及系統，包括：無線發射步驟，用于通過一發射端將電網接入的交流電經整流濾波并經逆變之后產生的高頻交流電激勵發射線圈產生交變電磁場；無線接收步驟，用于通過一接收端的接收線圈利用磁場耦合作用從所述發射線圈產生的交變電磁場中拾取能量，并經整流和濾波轉換成直流電供給負載；充電控制步驟，用于所述發射端MCU通過無線通信獲取所述接收端采集自負載的采樣充電電壓或采樣充電電流并根據該采樣充電電壓或采樣充電電流控制調整逆變驅動信號的移相角，以保證充電電壓或充電電流符合預設標準，實現恒壓或恒流充電。本發明可以實現系統的高效率傳輸，同時降低系統的體積和成本。

技術領域

本發明屬于無線充電技術領域，尤其涉及一種基于移相調節控制的無線充電方法及系統。

背景技術

目前，隨著技術的不斷成熟，移動機器人已經廣泛地應用在各行各業中，用以代替原來人所有進行的工作。但是，當前移動機器人設備的充電問題，一直是一個影響其效能的關鍵制約，移動機器人的快速充電是典型的低壓大電流應用。而傳統的方式采用電極接觸的方式，這種方式存在電火花、漏電、電極氧化等等諸多的缺點，尤其是在快速充電的情況下更為嚴重。為此，采用無線充電技術實現機器人的自動充電是一個理想的選擇。但是由于對于采用諧振模式的無線電能傳輸系統而言，輸出的阻抗匹配影響了系統的整體效率，為此不能讓無線電能傳輸系統直接輸出低壓大電流給負載。為此，一些方案采用在無線電能傳輸系統后側增加一級DC/DC電路來實現阻抗的匹配。但是這種做法由于增加了一級功率變換，系統的體積增加，效率降低且增加了系統成本。

目前的無線電能傳輸系統一般采用頻率調節輸出增益的方式，這種方式的優點是調節范圍比較寬，控制方法簡單。但是其缺點是靠近諧振點的區域，調節的增益變化比較陡，很小的頻率變化，就會造成較大的輸出電流的波動。同時，當系統處于輕載狀態時，系統的工作頻率遠離諧振點，導致系統的工作效率降低。若采用調壓控制方式，需要在逆變器的輸入側增加一級DC/DC，以調節和控制逆變器的輸入電壓，但這樣也增加了系統的體積和成本。

發明內容

為解決上述的技術問題，本發明提供了一種基于移相調節控制的無線充電方法及系統，可以實現系統的高效率的同時，也降低了系統的體積和成本。

一方面，本發明公開了一種基于移相調節控制的無線充電方法，包括：

無線發射步驟，用于通過一發射端將電網接入的交流電經整流濾波并經逆變之后產生的高頻交流電激勵發射線圈產生交變電磁場；

無線接收步驟，用于通過一接收端的接收線圈利用磁場耦合作用從所述發射線圈產生的交變電磁場中拾取能量，并經整流和濾波轉換成直流電供給負載；

充電控制步驟，用于所述發射端MCU根據無線通信獲取所述接收端采集自負載的采樣充電電壓或采樣充電電流并根據該采樣充電電壓或采樣充電電流控制逆變驅動信號的移相角，以保證充電電壓或充電電流符合預設標準，實現恒壓或恒流充電。

進一步的，所述無線接收步驟還包括一高頻交流升壓或降壓環節，所述接收端用一高頻變壓器將接收線圈拾取的高頻交流電進行升壓或降壓變換并輸出。

進一步的，所述充電控制步驟進一步包括：

接收充電指令步驟，用于發射端MCU接收到系統發出的充電指令；

發射端啟動步驟，用于在發射端接收到所述充電指令信號后，所述發射端MCU通過一移相驅動電路產生逆變驅動信號，其中，所述逆變驅動信號為數字PWM信號，包括頻率為F0的PWM2H、PWM2L、PWM3H、PWM3L，所述PWM2H與PWM3L、PWM2L與PWM3H兩兩之間的初始相位差為θ₀，然后發射端MCU調整逆變器驅動頻率F由F0到F1，F1為系統帶載時的工作頻率。θ₀移相角較大，設置系統啟動頻率F0和初始相位差θ₀目的是減小系統上電過程中的電流浪涌沖擊，防止系統因電流過沖而損壞。