[發明專利]電動汽車大功率動態無線供電系統接收端多模塊SISO電路拓撲的控制方法

有效

• 申請號: 202011268003.5
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112491156B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 姜金海;周星健;劉威;朱春波;宋凱;董帥;趙梵丹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12;H02J50/40;H02J7/02;H02M3/335;B60L53/12
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張宏威

本發明提供了電動汽車大功率動態無線供電系統接收端多模塊SISO電路拓撲及控制方法，所述電路拓撲結構具體包括磁耦合機構和補償拓撲，接收端電能變換器和負載；所述磁耦合機構和補償拓撲與接收端電能變換器相連接，接收端電能變換器與負載相連接；所述接收端電能變換器分為兩個電能變換模塊，每個電能變換模塊均由H橋，變壓器和可控整流電路順次串聯構成；輸出側的整流電路可控，雙模塊協同控制輸出功率，電能輸入側為兩組串聯的H橋電路，輸出側兩組串聯輸出的可控整流電路，同時由于兩組串聯的接收端電能變換器內部相互獨立，可以使用更多模塊串聯以實現更大功率與更寬范圍的電壓調節幅度。

技術領域

本發明涉及無線供電領域，具體地，涉及電動汽車大功率動態無線供電系統接收端多模塊SISO電路拓撲及控制方法。

背景技術

目前市面上的大功率動態無線供電系統接收端能量變換電路方案普遍存在以下問題：

1.動態無線供電系統的基本結構如圖1所示，分為原邊系統(地面部分)與副邊系統 (車載部分)兩大部分。在大功率應用中，通常要使副邊無線電能傳輸技術系統輸出的感應電壓足夠高以滿足傳輸功率與效率的需求。但是由于電力電子器件的電壓應力閾值和成本的限制，副邊電能管理部分的輸入電壓一般要限制在一定的范圍之內。

2.圖2所示的兩種典型的應用在大功率無線供電系統中的副邊能量管理電路結構，圖 2(a)中DC-DC變換模塊中通常使用IGBT或功率MOSFET作為開關器件，圖2(b)中使用可控整流模塊作為能量管理電路的主要模塊，通常使用MOSFET作為開關器件。這兩種器件由于現有制造技術的限制，其功率容量與頻率存在交叉限制，不能電動汽車大功率實現高效率的能量輸出，所述大功率指20kW-200kW功率范圍內的的應用環境。

3.動態無線供電系統中，由于原副邊線圈的位置隨車輛運動而實時變化，其副邊耦合的電壓波動較大，因而高頻整流模塊有著寬范圍的電能輸入需求。在相同的輸出功率等級下，高頻整流輸入可承受的輸入電壓越低，接收端線圈中運行的平均電流越大，不利于提升系統傳輸效率，也不利于接收端線圈的輕薄化與小型化，長期運行時的安全性和經濟性也就越差。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前電動汽車，自動導引車(AGV)，軌道交通等對象的動態無線供系統存在傳輸效率低，接收端模塊過大，安全性和經濟性差等問題，提出了電動汽車大功率動態無線供電系統接收端多模塊SISO電路以及控制方法。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明提出了電動汽車大功率動態無線供電系統接收端多模塊SISO電路拓撲，所述SISO電路是一種基于可控整流電路的輸入串聯、輸出串聯的副邊能量管理電路；所述電路拓撲結構具體包括磁耦合機構和補償拓撲，接收端電能變換器和負載；所述磁耦合機構和補償拓撲與接收端電能變換器相連接，接收端電能變換器與負載相連接；所述接收端電能變換器包含第一組電能變換模塊和第二組電能變換模塊，第一組電能變換模塊包含第一H橋，第一變壓器和第一可控整流電路單元；第二組電能變換模塊包含第二H橋，第二變壓器和第二可控整流電路單元，所述第一H橋與第一變壓器相連接，第一變壓器與第一可控整流電路單元相連接，所述第二H橋與第二變壓器相連接，第二變壓器與第二可控整流電路單元相連接；所述第一可控整流電路單元包括兩個IGBT管和第一電容，所述第一電容的一端分別與第一變壓器和第二可控整流電路單元中的第二電容的一端連接，所述第一電容的另一端分別與負載和兩個IGBT管的一端相連接，所述兩個IGBT管的另一端均與第一變壓器連接；所述第二電容的另一端分別與第二變壓器和負載的另一端相連接，所述第二電容的一端還與第二可控整流電路單元中的IGBT管的一端連接，所述第二可控整流電路單元中的IGBT管的另一端均與第二變壓器連接。

進一步地：第一組電能變換模塊中的H橋和第二組電能變換模塊中的H橋串聯連接，串聯的兩組H橋中每組H橋均包含4個IGBT管，4個IGBT管成H型。

進一步地：所述負載為電動汽車電池或電池和電機。