一种无线充电系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种无线充电系统，包括：信息检测模块，用于对电能传输模块中的接收端线圈和发射端线圈的相对位置进行检测；电能传输模块，用于将电网供应的电能无线传输到无线充电系统的接收端，为电池充电；发射端补偿元件切换控制系统，用于根据检测到的接收端线圈位置信息，进行切换控制器的工作模式判别，包括启动供电模式与终止供电模式。本实用新型专利技术基于标准LCC补偿拓扑以及改进的LCC补偿拓扑，使用控制开关切换相应的补偿电感或电容，实现对系统输出电压增益的调节，提高了系统输出电压的稳定性。的稳定性。的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种无线充电系统


[0001]本技术涉及无线充电
，尤其是一种无线充电系统。

技术介绍

[0002]无线充电作为一种新型的电池充电技术，主要是通过收发端线圈之间的电磁耦合来实现电能的无线传输。与传统的有线充电方式相比，无线充电凭借其方便、安全、可靠、不受天气影响等优点，因而广泛的应用前景，包括便携式电子设备、医疗植入设备、电动汽车等领域。随着电池技术的发展，无线充电技术已经成为研究的热点，并逐渐走向商业化。
[0003]目前的无线充电系统为了满足恒压输出特性的要求，只要系统输入电压、收发端线圈的电感以及补偿元件的参数值不变，即可保持接收端输出电压的稳定。但是，在实际充电过程中，由于线圈偏移引起系统收发端线圈之间的耦合程度降低，影响系统输出特性。因此，为了维持稳定的输出电压，一般通过控制模块调节发射端输入电压的大小、相位，或者调节系统工作频率，但是，这将在一定程度上降低系统的能量传输效率，导致过多的能量损耗。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种提高系统输出电压的稳定性、保证无线充电系统始终工作在谐振状态，提高能量传输效率的无线充电系统。
[0005]为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种无线充电系统，包括：
[0006]信息检测模块，用于对电能传输模块中的接收端线圈和发射端线圈的相对位置进行检测，对发射端的输入电流进行检测，并将接收端线圈和发射端线圈偏移信号、发射端线圈中的输入电流信号传输至发射端补偿元件切换控制系统的切换控制器中；
[0007]电能传输模块，用于将电网供应的电能无线传输到无线充电系统的接收端，为电池充电；
[0008]发射端补偿元件切换控制系统，用于根据检测到的接收端线圈位置信息，进行切换控制器的工作模式判别，包括启动供电模式与终止供电模式；在切换控制器启动运行过程中，根据检测到的发射端输入电流的信号，进行发射端补偿元件数值档位的切换模式判别，包括升档操作与降档操作，并向补偿元件参数调节器发送出相应的档位切换指令，根据该指令信号，参数调节器通过控制可调电感、电容或者补偿元件控制开关，进行发射端补偿电感或电容的数值切换，并将相应的补偿电感或电容接入到电能传输模块。
[0009]所述信息检测模块包括：
[0010]线圈位置检测装置，由安装在发射端线圈前、后侧的两个位置传感器组成，用于检测电能拾取线圈的运动状态信息，并将接收端电能拾取线圈与发射端供电导轨线圈中心之间的偏移量传递至切换控制器；
[0011]电流传感器，用于检测系统发射端线圈的输入电流，并将该电流信号传递至切换控制器。
[0012]所述电能传输模块包括：
[0013]发射端电能变换电路，由整流电路、Boost型功率因数校正PFC电路、Buck调压电路以及高频逆变电路组成；用于将来自电网的交流电转化为电压、频率可控的交流电，并注入到发射端线圈中；
[0014]接收端电能变换电路，由整流滤波电路、DC-DC电路组成，用于将接收端线圈中感应的交流电转化为直流电，并通过DC-DC电路控制，为电池负载提供稳定的充电电压；
[0015]收发端线圈系统，包括接收端线圈和发射端线圈，通过发射端线圈和接收端线圈的电磁耦合，实现能量在气隙中的无线传输；
[0016]收发端补偿网络模块，用于提高无线充电效率、系统有功功率和功率因数，包括发射端补偿网络和接收端补偿网络，其中，所述发射端补偿网络采用标准LCC补偿拓扑或改进的LCC补偿拓扑，所述接收端补偿网络采用串联补偿拓扑；
[0017]所述标准LCC补偿拓扑分为两种，一种为采用可调电感、电容的标准LCC补偿拓扑，其中，所述可调电感为L
’
0调
，所述电容为C
’
0调
、C
’
1调
；另一种为采用补偿元件控制开关的标准LCC补偿拓扑，其中，所述补偿元件控制开为S
’
A
、S
’
B
和S
’
C
；所述改进的 LCC补偿拓扑分为两种，一种为采用可调电容的改进的LCC补偿拓扑，其中，所述可调电容为C
t调
、C
0调
、C
1调
；另一种为采用补偿元件控制开关的改进的LCC补偿拓扑，其中，所述补偿元件控制开关包括S
A
、S
B
和S
C
；当发射端补偿网络采用标准LCC补偿拓扑，标准LCC补偿拓扑与串联补偿拓扑共同组成标准LCC-S补偿拓扑；当发射端补偿网络采用改进的LCC补偿拓扑，改进的LCC补偿拓扑与串联补偿拓扑共同组成改进的 LCC-S补偿拓扑；
[0018]所述发射端补偿元件切换控制系统包括：
[0019]切换控制器，用于根据发射端输入电流的变化对接入发射端主电路中的补偿元件进行切换，以达到调节补偿电感或电容值的目的；
[0020]补偿元件参数调节器，用于执行切换控制器的指令，控制可调电感、电容或者补偿元件控制开关，对相应的发射端补偿电感或电容进行数值切换，并将相应的补偿电感或电容与发射端电能变换电路和发射端线圈相连，完成发射端的电能传输。
[0021]所述采用补偿元件控制开关的标准LCC补偿拓扑的标准LCC-S补偿拓扑包括补偿电感L0、发射端第一补偿电容C0、发射端第二补偿电容C1，以及接收端补偿电容C2；其中，补偿电感L0采用矩阵电感形式，并与控制开关S
’
A
相连，通过切换控制开关S
’
A
实现对补偿电感L0的数值进行切换，二者共同构成可进行开关切换的补偿电感，记为L
0开关
；发射端第一补偿电容C0采用矩阵电容形式，并与控制开关S
’
B
相连，通过切换控制开关S
’
B
实现对第一补偿电容C0的数值进行切换，二者共同构成可进行开关切换的补偿电容，记为C
0开关
；发射端第二补偿电容C1采用矩阵电容形式，并与控制开关S
’
C
相连，通过切换控制开关S
’
C
实现对C1的数值进行切换，二者共同构成可进行开关切换的补偿电容，记为C
1开关
；可进行开关切换的补偿电感L0的一端接输入电压U
in
的正极，可进行开关切换的补偿电感L
0开关
的另一端分别与可进行开关切换的补偿电容C
0开关
、可进行开关切换的补偿电容C
1开关
的一端相连，而C
1开关
的另一端与发射端线圈L1的一端串联，且C
0开关
的另一端、发射端线圈L1的另一端均接输入电压U
in
的负极，发射端线圈L1与接收端线圈L2之间电磁耦合，耦合线圈互感为M，接收端线圈L2、接收端补偿电容C2、等效负载R
L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线充电系统，其特征在于：包括：信息检测模块，用于对电能传输模块中的接收端线圈和发射端线圈的相对位置进行检测，对发射端的输入电流进行检测，并将接收端线圈和发射端线圈偏移信号、发射端线圈中的输入电流信号传输至发射端补偿元件切换控制系统的切换控制器中；电能传输模块，用于将电网供应的电能无线传输到无线充电系统的接收端，为电池充电；发射端补偿元件切换控制系统，用于根据检测到的接收端线圈位置信息，进行切换控制器的工作模式判别，包括启动供电模式与终止供电模式；在切换控制器启动运行过程中，根据检测到的发射端输入电流的信号，进行发射端补偿元件数值档位的切换模式判别，包括升档操作与降档操作，并向补偿元件参数调节器发送出相应的档位切换指令，根据该指令信号，参数调节器通过控制可调电感、电容或者补偿元件控制开关，进行发射端补偿电感或电容的数值切换，并将相应的补偿电感或电容接入到电能传输模块。2.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于：所述信息检测模块包括：线圈位置检测装置，由安装在发射端线圈前、后侧的两个位置传感器组成，用于检测电能拾取线圈的运动状态信息，并将接收端电能拾取线圈与发射端供电导轨线圈中心之间的偏移量传递至切换控制器；电流传感器，用于检测系统发射端线圈的输入电流，并将该电流信号传递至切换控制器。3.根据权利要求1所述的无线充电系统，其特征在于：所述电能传输模块包括：发射端电能变换电路，由整流电路、Boost型功率因数校正PFC电路、Buck调压电路以及高频逆变电路组成；用于将来自电网的交流电转化为电压、频率可控的交流电，并注入到发射端线圈中；接收端电能变换电路，由整流滤波电路、DC-DC电路组成，用于将接收端线圈中感应的交流电转化为直流电，并通过DC-DC电路控制，为电池负载提供稳定的充电电压；收发端线圈系统，包括接收端线圈和发射端线圈，通过发射端线圈和接收端线圈的电磁耦合，实现能量在气隙中的无线传输；收发端补偿网络模块，用于提高无线充电效率、系统有功功率和功率因数，包括发射端补偿网络和接收端补偿网络，其中，所述发射端补偿网络采用标准LCC补偿拓扑或改进的LCC补偿拓扑，所述接收端补偿网络采用串联补偿拓扑；所述标准LCC补偿拓扑分为两种，一种为采用可调电感、电容的标准LCC补偿拓扑，其中，所述可调电感为L
’
0调
，所述电容为C
’
0调
、C
’
1调
；另一种为采用补偿元件控制开关的标准LCC补偿拓扑，其中，所述补偿元件控制开为S
’
A
、S
’
B
和S
’
C
；所述改进的LCC补偿拓扑分为两种，一种为采用可调电容的改进的LCC补偿拓扑，其中，所述可调电容为C
t调
、C
0调
、C
1调
；另一种为采用补偿元件控制开关的改进的LCC补偿拓扑，其中，所述补偿元件控制开关包括S
A
、S
B
和S
C
；当发射端补偿网络采用标准LCC补偿拓扑，标准LCC补偿拓扑与串联补偿拓扑共同组成标准LCC-S补偿拓扑；当发射端补偿网络采用改进的LCC补偿拓扑，改进的LCC补偿拓扑与串联补偿拓扑共同组成改进的LCC-S补偿拓扑；所述发射端补偿元件切换控制系统包括：切换控制器，用于根据发射端输入电流的变化对接入发射端主电路中的补偿元件进行
切换，以达到调节补偿电感或电容值的目的；补偿元件参数调节器，用于执行切换控制器的指令，控制可调电感、电容或者补偿元件控制开关，对相应的发射端补偿电感或电容进行数值切换，并将相应的补偿电感或电容与发射端电能变换电路和发射端线圈相连，完成发射端的电能传输。4.根据权利要求3所述的无线充电系统，其特征在于：所述采用补偿元件控制开关的标准LCC补偿拓扑的标准LCC-S补偿拓扑包括补偿电感L0、发射端第一补偿电容C0、发射端第二补偿电容C1，以及接收端补偿电容C2；其中，补偿电感L0采用矩阵电感形式，并与控制开关S
’
A
相连，通过切换控制开关S
’
A
实现对补偿电感L0的数值进行切换，二者共同构成可进行开关切换的补偿电感，记为L
0开关
；发射端第一补偿电容C0采用矩阵电容形式，并与控制开关S
’
B
相连，通过切换控制开关S
’
B
实现对第一补偿电容C0的数值进行切换，二者共同构成可进行开关切换的补偿电容，记为C
0开关
；发射端第二补偿电容C1采用矩阵电容形式，并与控制开关S
’
C
相连，通过切换控制开关S
’
C
实现对C1的数值进行切换，二者共同构成可进行开关切换的补偿电容，记为C
1开关
；可进行开关切换的补偿电感L0的一端接输入电压U
in
的正极，可进行开关切换的补偿电感L
0开关
的另一端分别与可进行开关切换的补偿电容C
0开关
、可进行开关切换的补偿电容C
1开关
的一端相连，而C
1开关
的另一端与发射端线圈L1的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李维汉，时辉，尹安东，秦志颖，武慎春，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：新型
国别省市：