基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构及该结构的工作方法技术

基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，属于无线能量传输技术领域。解决了现有LCL补偿网络备的制作成本高，补偿电感值难以跟随调整设备的拓展性差的问题。本发明专利技术的高频激励单元的电源输入端连接供电母线，高频激励单元的一路输出端同时连接第一功率开关的一端和第一阵列线圈的一端，第一阵列线圈的另一端同时连接补偿电容器的一端和第二阵列线圈的一端；高频激励单元的另一路输出端同时连接第二功率开关的一端和第二阵列线圈的另一端，第一功率开关的另一端与第二功率开关的另一端均连接补偿电容器的另一端。本发明专利技术应用于无线能量传输领域。

【技术实现步骤摘要】
基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构及该结构的工作方法
本专利技术涉及无线能量传输技术。
技术介绍
随着环境问题与能源压力的突出，电动汽车的推广受到了世界各国的青睐。电动汽车无线充电技术相比传统插拔式充电技术有着更好的安全性和灵活性，应用前景十分广阔。其中，动态无线充电技术可有效的提升电动汽车的续航里程，并减少电池组数目，既降低了电动汽车的成本，又延长了其使用寿命，使得电能补给更加安全可靠。应用于动态无线供电的阵列线圈结构，其主要优势有：小尺寸的耦合机构有效降低了通电损耗，同时也限制了漏磁，在提高传输效率的磁辐射的安全性较高。单体列阵线圈相对较小的电感有效的降低了电源视在功率，匹配电容更加容易成本也更低。小整列单元的损坏，对全局电路的影响较较小，替换相对较容易。传统的LCL复合谐振拓扑的等效结构如图1所示，其中是L0发射端补偿电感，r0是其内阻，L0是发射线圈电感，r0是其内阻，C0是发射端补偿电容，L0是接收线圈电感，r0是其内阻，C2是接收端补偿电容。M是发射线圈与接收线圈间的互感，ZL是接收端负载。该结构的参数满足L0＝L3，系统谐振角频率假设负载为ZL＝RL+jXL＝ALejθ，阻抗角系统谐振处于谐振状态时，计算发射端线圈电流有效值为：当满足时，上式等于该式证明在满足一定条件下发射端线圈电流有效值仅与源电压和发射线圈电感值有关，与负载变化和耦合系数变化无关。实际上内阻r0、r1的值本身很小，对于电感线圈，其空载品质因数的值很大，因此一定满足。对于k越小时，满足该条件对应的最小负载模越小，发射线圈恒流特性越好。在发射端为阵列线圈的无线能量传输系统中，采用LCL补偿网络以实现发射端线圈的恒流激励时，需要为每一个阵列发射线圈额外绕制一个与其自感相同的补偿电感。这样不仅会增加设备的制作成本，同时在发射端线圈电感需要调整的场合，补偿电感值难以跟随调整，也大大限制了设备的拓展性。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有采用LCL补偿网络以实现发射端线圈的恒流激励时，需要为每一个阵列发射线圈额外绕制一个与其自感相同的补偿电感，导致的增加设备的制作成本，以及在发射端线圈电感需要调整的场合，补偿电感值难以跟随调整，限制设备的拓展性的问题，提出了一种基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构。本专利技术所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，它包括高频激励单元1、第一功率开关K1、第二功率开关K2、第一阵列线圈L1、第二阵列线圈L2和补偿电容器C1；高频激励单元1的电源输入端连接供电母线，高频激励单元1的一路输出端同时连接第一功率开关K1的一端和第一阵列线圈L1的一端，第一阵列线圈L1的另一端同时连接补偿电容器C1的一端和第二阵列线圈L2的一端；高频激励单元1的另一路输出端同时连接第二功率开关K2的一端和第二阵列线圈L2的另一端，第一功率开关K1的另一端与第二功率开关K2的另一端均连接补偿电容器C1的另一端。基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构的工作方法，该方法具体为：初始状态为：高频激励单元1、第一功率开关K1和第二功率开关K2均处于关断状态；当需要第一阵列线圈L1工作时，先驱动第一功率开关K1导通，再将高频激励单元1导通，从而在第一阵列线圈L1中产生恒定的励磁电流；无需第一阵列线圈L1工作时，则顺次关断高频激励单元1与第一功率开关K1，回归至初始状态；当需要第二阵列线圈L2工作时，先驱动第二功率开关K2导通，再将高频激励单元1导通，从而在第二阵列线圈L2中产生恒定的励磁电流。无需第二阵列线圈L2工作时，则顺次关断高频激励单元1与第二功率开关K2，回归至初始状态。本专利技术所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构的有益效果：1、将两组发射端阵列线圈互相作为各自的补偿电感，以解决了传统LCL拓扑中需额外制作一功率电感的问题，缩小了单体电源的制作体积，节约了电路成本。2、传统的LCL补偿结构中，补偿电感往往是一固定值，因此难以调节发射线圈的自感以适应不同的供电场合，该结构可以有效的克服这类问题，适应性强。3、采用LCL的谐振结构，以硬件恒流的方式在发射线圈中形成恒定的激励，不仅有着较快的响应速度，更能降低系统控制的复杂度，且在较宽负载和耦合系数范围下保持较高的效率。4、应用于阵列线圈结构，有较高的电磁安全性，属于一种对人友好型的应用结构。5、模块化的发射单元结构设计，相比与传统长直导轨结构，线路损耗更小，有着更高的效率。附图说明图1为现有LCL谐振的等效电路；图2为本专利技术所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构的电路图；图3为具体实施例所述的安装在专用充电道路的能量发射系统和安装在电动汽车上的能量接收系统的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一、结合图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，它包括高频激励单元1、第一功率开关K1、第二功率开关K2、第一阵列线圈L1、第二阵列线圈L2、和补偿电容器C1；高频激励单元1的电源输入端连接供电母线，高频激励单元1的一路信号输出端同时连接第一功率开关K1的一端和第一阵列线圈L1的一端，第一阵列线圈L1的另一端同时连接补偿电容器C1的一端和第二阵列线圈L2的一端；高频激励单元1的另一路输出端同时连接第二功率开关K2的一端和第二阵列线圈L2的另一端，第二功率开关K2的另一端第二功率开关K2的另一端均连接补偿电容器C1的另一端。本实施方式的高频激励单元是输出为高频交流的功率变换单元，输入侧依据不同的母线形式可以是直流输入(此时高频激励单元视作一高频逆变器)，也可以是交流输入(此时高频激励单元视作一整流器级联高频逆变器)。具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构的进一步说明，第一阵列线圈L1和第二阵列线圈L2的结构和感抗值均相同。具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构的进一步说明，第一功率开关K1和第二功率开关K2均为全控型双向功率开关器件。具体实施方式四、本实施方式是具体实施方式一所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构的的工作方法，该方法具体为：初始状态为：高频激励单元1、第一功率开关K1和第二功率开关K2均处于关断状态；当需要第一阵列线圈L1工作时，先驱动第一功率开关K1导通，再将高频激励单元1导通，从而在第一阵列线圈L1中产生恒定的励磁电流；无需第一阵列线圈L1工作时，则顺次关断高频激励单元1与第一功率开关K1，回归至初始状态；当需要第二阵列线圈L2工作时，先驱动第二功率开关K2导通，再将高频激励单元1导通，从而在第二阵列线圈L2中产生恒定的励磁电流。无需第二阵列线圈L2工作时，则顺次关断高频激励单元1与第二功率开关K2，回归至初始状态。具体实施例：如图3所示，一套发射端为阵列式线圈的无线能量传输系统，由安装在专用充电道路的能量发射系统和安装在电动汽车上的能量接收系统组成。工频电网经原级电能变换装置后，以三相交流电的形式为高频激励单元提供电能输入。(需要指出的是，这里是以三相交流母线为例，也可以是直流或其他母线形式)所述的n组复用型LCL机构，为2n组发射端阵列线圈提供激励。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，其特征在于，它包括高频激励单元(1)、第一功率开关(K1)、第二功率开关(K2)、第一阵列线圈(L1)、第二阵列线圈(L2)、和补偿电容器(C1)；高频激励单元(1)的电源输入端连接供电母线，高频激励单元(1)的一路输出端同时连接第一功率开关(K1)的一端和第一阵列线圈(L1)的一端，第一阵列线圈(L1)的另一端同时连接补偿电容器(C1)的一端和第二阵列线圈(L2)的一端；高频激励单元(1)的另一路输出端同时连接第二功率开关(K2)的一端和第二阵列线圈(L2)的另一端，第一功率开关(K1)的另一端与第二功率开关(K2)的另一端均连接补偿电容器(C1)的另一端。

【技术特征摘要】
1.基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，其特征在于，它包括高频激励单元(1)、第一功率开关(K1)、第二功率开关(K2)、第一阵列线圈(L1)、第二阵列线圈(L2)、和补偿电容器(C1)；高频激励单元(1)的电源输入端连接供电母线，高频激励单元(1)的一路输出端同时连接第一功率开关(K1)的一端和第一阵列线圈(L1)的一端，第一阵列线圈(L1)的另一端同时连接补偿电容器(C1)的一端和第二阵列线圈(L2)的一端；高频激励单元(1)的另一路输出端同时连接第二功率开关(K2)的一端和第二阵列线圈(L2)的另一端，第一功率开关(K1)的另一端与第二功率开关(K2)的另一端均连接补偿电容器(C1)的另一端。2.根据权利要求1所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，其特征在于，第一阵列线圈(L1)和第二阵列线圈(L2)的结构和感抗值均相同。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春波，周少聪，崔超，宋凯，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23