[發明專利]一種基于變次級結構的恒流恒壓感應式無線充電系統

有效

• 申請號: 202011223301.2
• 申請日: 2020-11-05
• 公開（公告）號: CN112366777B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 范滿義;史黎明;殷正剛;潘碩;裴春興;曹春偉;岳成林
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所;中車唐山機車車輛有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02J50/12
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種基于變次級結構的恒流恒壓感應式無線充電系統，其接收部分中：接收線圈L_s與補償電容C_s、補償電容C_f、補償電感L_f、整流濾波器R依次串聯連接；恒壓補償電容C_SV與第一切換開關S₁串聯后的一端與補償電容C_s和補償電容C_f的公共點相連接，恒壓補償電容C_SV與第一切換開關S₁串聯后的另一端與接收線圈L_s和整流濾波器R的公共點相連接；恒流補償電容C_SC與第二切換開關S₂串聯后的一端與補償電容C_s和接收線圈L_s的公共點相連接，恒流補償電容C_SC與第二切換開關S₂串聯后的另一端與補償電感L_f和補償電容C_f的公共點相連接。通過控制第一切換開關S₁和第一切換開關S₂的狀態實現系統實現恒壓恒流輸出。

技術領域

本發明涉及一種感應式無線充電系統。

背景技術

感應式無線電能傳輸技術是一種通過電磁感應原理將電能以非接觸的方式傳遞到負載的新型供電方式。電動汽車的無接觸充電技術由于其方便、快捷、安全的特點逐漸受到企業和消費者的青睞，該技術能夠加強電動汽車相對于傳統化石能源汽車的競爭力，促進電動汽車產業的發展，具有廣闊的應用和發展前景。

為延長車載電池使用壽命和充電次數，提高充電系統的安全性，電池的充電過程主要分為恒流和恒壓兩個充電模式：在充電初期為恒流充電模式，電池電壓上升；當電池電壓達到充電設定電壓時，系統進入恒壓充電模式，此時充電電流將逐漸減小到充電截止電流，電池充電完成。因此應用于電池充電的感應式無線電能傳輸系統須實現恒定的電流和電壓輸出兩種工作模式。

現有的感應式無線充電系統主要構成為：工頻交流電經過整流獲得直流電壓，然后高頻逆變器將直流電轉化為高頻交流電并注入發射線圈產生高頻交變磁場；接收線圈通過電磁感應獲得感應電動勢，然后通過高頻整流后獲得直流電，并向負載提供電能。由于在給電池充電過程中，電池的等效阻抗在充電過程中是不斷變化的，所以充電系統需要實時控制輸出電壓和電流。為解決這一問題，通常采用的方法是：一、在電路系統中采用閉環反饋控制，如在采用通信設備將接收側整流輸出直流電壓、電流信號反饋到初級側控制系統后，對高頻逆變器采用移相控制或PWM控制，以調節系統輸出電壓、電流；或者在接收側采用高頻可控整流器，通過采用移相控制或者PWM控制調節系統輸出電壓、電流；也可以在接收側整流后級聯DC-DC變換器；其缺陷是，增加了控制成本和復雜性，降低系統穩定性。二、采用變頻控制，通過調節系統工作頻率實現恒流恒壓輸出，但在存在頻率分叉現象的系統中，該方法容易造成系統工作不穩定。

通過切換開關改變系統拓撲結構或者參數，實現系統恒壓恒流輸出是一種相對簡單且有效的方法。但是對于整流電路，現有方法一般將整流輸入阻抗等效為純阻性，這種方法簡化了分析的流程，忽視了整流橋的純阻性，不適用負載大范圍變化的系統。

在電動大巴等大功率無線充電應用場合，發射線圈與接收線圈間隙大，發射線圈與接收線圈間的互感較小，接收側采用LCC拓撲結構時，補償電感一般較小，使得整流器輸入電流畸變嚴重，出現斷續狀態，使系統在恒壓充電模式下，輸出電壓變化率較大。

李樹凡在文獻“Analysis of the input impedance of the rectifier anddesign of LCC compensation network of the DWPT system[J].IET PowerElectronics,2019,12(10)：2678-2687”中研究了無線充電系統的整流器非線特性，分析了整流橋輸入電流連續模態與斷續模態的對整流性負載的影響。