SS‑L无线电力传输补偿电路制造技术

本发明专利技术公开了一种SS‑L无线电力传输补偿电路。次级侧无线电力传输补偿电路包括：次级线圈；电容器，与次级线圈串联；电感器，与次级线圈和电容器并联。电感器具有与电连接在所述电感器两端的负载的反映阻抗相匹配的阻抗，使得次级线圈在取决于所述阻抗的预定频率下与耦合到次级线圈的初级线圈实现谐振。

【技术实现步骤摘要】
SS-L无线电力传输补偿电路
本公开涉及用于无线电力传输电路的补偿电路拓扑结构。
技术介绍
在无线电力传输(wirelesspowertransfer，WPT)过程中，通过发送线圈和接收线圈的互感来传输能量。因为在发送线圈和接收线圈之间有间隙，这两个线圈之间的耦合系数根据线圈的大小、对齐程度和距离而可以是小的(5％至30％)。这样会使WPT系统具有大的漏电感和小的互感。包括电容器的补偿电路通常用于通过调谐线圈使线圈工作在谐振频率下来消除这样的漏电感。
技术实现思路
一种电路包括电感器，电感器与负载以及串联连接的次级线圈和电容器并联，并具有使得在无线电力传输期间次级线圈与初级线圈在预定频率下实现谐振的阻抗。初级线圈形成初级充电电路的一部分，初级充电电路包括与初级线圈串联的电容器。所述阻抗使得初级充电电路的输入阻抗在所述预定频率下是电感性的。一种次级侧无线电力传输补偿电路包括：次级线圈；电容器，与次级线圈串联；电感器，与次级线圈和所述电容器并联。电感器具有与电连接在所述电感器两端的负载的反映阻抗相匹配的阻抗，使得次级线圈在取决于所述阻抗的预定频率下与耦合到次级线圈的初级线圈实现谐振。一种车辆包括：次级线圈、电容器和电感器，被布置为：在从初级线圈至次级线圈的无线电力传输期间，次级线圈、电容器和电感器形成SS-L补偿网络(串联补偿的初级和带有电感器的次级网络)的一部分。所述车辆还包括：牵引电池，被配置为从次级线圈接收电力；电机，被配置为从牵引电池接收电力。根据本专利技术的一个实施例，电容器与次级线圈串联，电感器与次级线圈和电容器并联。根据本专利技术的一个实施例，电感器具有与电连接在所述电感器两端的负载的反映阻抗相匹配的阻抗，使得在无线电力传输期间次级线圈在取决于所述阻抗的预定频率下与初级线圈实现谐振。根据本专利技术的一个实施例，所述预定频率在81kHz至90kHz的范围内。根据本专利技术的一个实施例，初级线圈形成初级充电电路的一部分，初级充电电路包括与初级线圈串联的电容器，并且其中，所述阻抗使得初级充电电路的输入阻抗是电感性的。根据本专利技术的一个实施例，输入阻抗在频率范围内是电感性的，并且在所述频率范围的两端和两端附近处的频率下是电容性的。根据本专利技术的一个实施例，所述电容器的电容是基于电感器的阻抗的。附图说明图1是感应式电力传输系统的示意图；图2提供了示例性耦合器的规范的概述；图3是作为开关频率的函数的输出功率的绘图；图4示出了针对值为0.08的kmin和值为0.2的kmax在最小功率800W和最大功率3300W下的与串联补偿的初级和次级网络(SS补偿网络)相关的作为输入电压的函数的开关频率的绘图；图5示出了针对值为0.08的kmin和值为0.2的kmax在最小功率800W和最大功率3300W下的与SS补偿网络相关的作为输入电压的函数的耦合器效率的绘图；图6示出了针对kmin和kmax的值与SS补偿网络相关的耦合器效率、初级线圈电流和开关频率的绘图；图7是串联补偿的初级和带有电感器的次级网络(SS-L补偿网络)的示意图；图8示出了针对值为0.08的kmin和值为0.2的kmax在最小功率800W和最大功率3300W下的与SS-L补偿网络相关的作为输入电压的函数的开关频率的绘图；图9示出了针对值为0.08的kmin和值为0.2的kmax在最小功率800W和最大功率3300W下的与SS-L补偿网络相关的作为输入电压的函数的耦合器效率的绘图；图10示出了针对kmin和kmax的值在最小输入电压350V和最大输入电压400V下的作为输出电压的函数的与SS-L补偿网络相关的耦合器效率、输入阻抗相位角、初级线圈电流、开关频率和输出电压的绘图；图11示出了针对kmin和kmax的值与SS-L补偿网络相关的耦合器效率、初级线圈电流和开关频率的绘图；图12示出了当阻抗转换器被使用时针对kmin和kmax的值与SS-L补偿网络相关的耦合器效率、初级线圈电流和开关频率的绘图；图13示出了SS-L补偿网络的输入阻抗(幅值和相位)的绘图。具体实施方式在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可采用各种可替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式采用实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员应理解的，参考任一附图说明和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中说明的特征组合，以产生未明确说明或描述的实施例。说明的特征的组合提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定应用或实施方式。感应式电力传输(inductivepowertransfer，IPT)利用磁性耦合来通过空气间隙将电力从固定的初级源传输到次级负载。谐振电路用于增大发送线圈和接收线圈之间的电力传输的效率。通过在IPT系统中采用谐振电路，在一定的距离范围内可以实现中电力水平至高电力水平的感应式电力传输。图1示出了在发送线圈110(由电感器112和电阻器114表示)中产生交变磁场(或称为磁通)并将磁通转换为进入接收线圈116(由电感器118和电阻器120表示)的电流所需要的典型电路。也被称为补偿网络的各自的电抗电路122和124分别连接到线圈110和116，以在谐振下操作松弛耦合的线圈110和116。逆变器126用于向谐振回路提供AC电压波形。逆变器126的开关基于通过各种方法获得的调制信号而被控制；移相和频率控制是用于控制逆变器开关的/开/关状态的一些常用方法。此外，一些设计控制IPTDC输入电压，以提高效率并保证在系统规范的整个范围内满足负载功率。最后，在谐振回路的次级侧的AC电压经由整流器128被整流并经由滤波器(低通滤波器)130被滤波，以向电池提供受控制的DC电压。虽然有多种控制逆变器开关的方式，但是频率控制通常是选择的控制方法。尽管提到的其它方法具有优点，但是它们的缺点限制了它们在IPT系统中的应用。例如，直流链电压控制需要在IPT系统之前的附加的转换级以控制IPT系统的输入电压，因此提高了成本。在实际应用中，逆变器126提供的最大电力受到逆变器开关的寄生损耗的限制。由于逆变器126负载着谐振回路，因此，逆变器126能受益于逆变器126的电流和电压的正弦属性。如果谐振回路的输入阻抗在开关频率下表现为电感性的，则开关可实现零电压开关(zerovoltageswitching，ZVS)。移相控制不保证在小的移相角下(尤其在轻负载下)的ZVS操作。如果在谐振电感器中存储的能量不足以使开关寄生电容放电，则可能发生因反并联二极管的反向恢复导致的高开关损耗。此外，逆变器输出电压的幅值的减小需要较高的初级电流以向负载传输相同量的电力，这样会增大开关和谐振电路中的传导损耗。这种问题在低的移相角下是普遍的，原因在于MOSFET的本体二极管大部分时间是导通的。上述情景都降低了IPT系统的效率。由于上述原因，通常用于IPT系统的控制方法保持桥臂的恒定相移为180度，并且调谐开关频率以控制输出功率并在逆变器负载为电感性的范围内工作。这种控制方法被称为频率控制。线圈自感的变化会潜在地限制向负载的电力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电路，包括：电感器，与负载以及串联连接的次级线圈和电容器并联，并具有使得在无线电力传输期间次级线圈与初级线圈在预定频率下实现谐振的阻抗，其中，初级线圈形成初级充电电路的一部分，初级充电电路包括与初级线圈串联的电容器，并且所述阻抗使得初级充电电路的输入阻抗在所述预定频率下是电感性的。

【技术特征摘要】
2016.02.19 US 15/047,8681.一种电路，包括：电感器，与负载以及串联连接的次级线圈和电容器并联，并具有使得在无线电力传输期间次级线圈与初级线圈在预定频率下实现谐振的阻抗，其中，初级线圈形成初级充电电路的一部分，初级充电电路包括与初级线圈串联的电容器，并且所述阻抗使得初级充电电路的输入阻抗在所述预定频率下是电感性的。2.如权利要求1所述的电路，其中，输入阻抗在包括预定频率的频率范围内是电感性的，并且在所述频率范围的两端和两端附近处的频率下是电容性的。3.如权利要求2所述的电路，其中，所述频率范围包括81kHz至90kHz。4.如权利要求1所述的电路，其中，与次级线圈串联连接的电容器的电容是基于所述阻抗的。5.一种次级侧无线电力传输补偿电路，包括：次级线圈；电容器，与次级线圈串联；电感器，与次级线圈和所述电容器并联，并具有与电连接在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·艾尔沙伊尔，内文·奥图尤特，理查德·威廉姆·卡伍兹，哈迪·马雷克，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US