无线电能传输系统技术方案

本申请提供了一种无线电能传输系统，该无线电能传输系统包括：发射端及设置电动汽车上的接收端；所述发射端包括：逆变单元、第一补偿网络及发射线圈；所述逆变单元接入直流源，并与所述第一补偿网络及发射线圈串联；所述接收端包括：依次串联的接收线圈、第二补偿网络、整流单元及DC/DC变换单元。本申请是基于电磁感应原理进行电能传输的，具有安全、便捷、效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
无线电能传输系统
本申请是关于电动汽车充电技术，特别是关于一种无线电能传输系统。
技术介绍
众所周知，电动汽车续航里程主要受电池容量的制约，目前，基础充电设施远不如加油站普及，并且电动汽车需要长时间充电，在一定程度上制约了电动汽车的推广。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本申请提供一种无线电能传输系统，以在宽负载范围内实现全桥逆变器开关管的零电压开通，提高无线电能传输效率。为解决上述技术问题，本申请提供以下技术方案：一方面，本申请提供了一种无线电能传输系统，包括：发射端及设置电动汽车上的接收端；其中，所述发射端包括：逆变单元、第一补偿网络及发射线圈；所述逆变单元接入直流源，并与所述第一补偿网络及发射线圈串联；所述接收端包括：依次串联的接收线圈、第二补偿网络、整流单元及DC/DC变换单元。进一步地，所述逆变单元为全桥逆变电路。进一步地，所述整流单元为全桥不控整流电路。进一步地，所述第一补偿网络及所述第一补偿网络构成LCC-S型补偿结构，所述第一补偿网络为LCC型结构，所述第二补偿网络为串联S型结构。进一步地，所述发射线圈及接收线圈均为利兹线绕制的平面型线圈。进一步地，所述DC/DC变换单元为Buck斩波电路。进一步地，所述Buck斩波电路由两个IGBT开关管、滤波电感、滤波电容及电池等效负载构成，用于根据电池状态进行恒压或恒流充电。进一步地，所述逆变单元由4只MOSFET组成。进一步地，所述整流单元由4个整流二极管组成。进一步地，所述第一补偿网络由串联补偿电感、并联补偿电容及第一串联补偿电容组成；所述第二补偿网络由第二串联补偿电容组成。进一步地，所述第一串联补偿电容值的大小可决定所述无线电能传输系统的输入阻抗特性。本申请是基于电磁感应原理进行电能传输的，具有安全、便捷、效率高的特点。利用本申请，可以通过改变发射端补偿网络中的串联补偿电容值来实现使输入阻抗呈弱感性，从而在宽负载范围内实现全桥逆变器开关管的零电压开通，提高无线电能传输效率。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请的无线电能传输系统结构示意图；图2为无线电能传输系统的主电路拓扑图；图3为LCC-S型补偿结构的电路互感模型示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请提供了一种无线电能传输系统，该无线电能传输系统包括：发射端及设置电动汽车上的接收端。发射端可以设置在地面上或者平台上，该平台例如用于充电的平台或充电桩等。如图1所示，发射端包括：逆变单元101、补偿网络102及发射线圈103。逆变单元101接入直流源，并与补偿网络102及发射线圈103串联连接。如图1所示，接收端包括：依次串联的接收线圈104、补偿网络105、整流单元106及DC/DC变换单元107。如图1所示，直流源(高压直流电源)经过逆变单元101，形成固定频率的正负电压方波，经过原边的补偿网络102，流入原边的发射线圈103，发射线圈103的交流电流幅值恒定。根据电磁感应原理，副边的接收线圈105感应出稳定的交流电压，经过补偿网络105和整流单元106，得到恒定的直流电压。无线电能传输作为一种新型充电技术，电源与负载无物理接触，避免了电火花、接触磨损等问题，具有安全、可靠、便捷的特点。大功率、高效率无线充电是未来电动汽车的发展趋势。本申请的无线电能传输系统是基于电磁感应原理进行电能传输的，具有安全、便捷、效率高的特点。一实施例中，逆变单元101可以为全桥逆变电路。具体实施时，逆变单元可以由4只MOSFET组成。一实施例中，整流单元106可以为全桥不控整流电路。具体实施时，整流单元106由4个整流二极管组成。一实施例中，发射线圈103及接收线圈104可以均为利兹线绕制的平面型线圈，本申请不依次为限。一实施例中，DC/DC变换单元为Buck斩波电路。具体实施时，Buck斩波电路可以由两个IGBT开关管、滤波电感、滤波电容及电池等效负载构成，用于根据电池状态进行恒压或恒流充电。一实施例中，第一补偿网络及第一补偿网络构成LCC-S型补偿结构，其中，第一补偿网络为LCC型结构，第二补偿网络为串联S型结构。具体实施时，补偿网络102可以由串联补偿电感、并联补偿电容及第一串联补偿电容组成；补偿网络105可以由第二串联补偿电容组成。第一串联补偿电容值的大小可决定无线电能传输系统的输入阻抗特性。本申请中，通过调节第一串联补偿电容值，可以使无线电能传输系统输入阻抗呈弱感性，实现逆变器零电压开通。图2为无线电能传输系统的主电路拓扑图，如图2所示，逆变单元101由4只MOSFET(分别为S1至S4)组成；补偿网络102由串联补偿电感Lf1、并联补偿电容Cf1、串联补偿电容C1组成，补偿网络105由串联补偿电容C2组成；整流单元106由四只整流二极管(分别为D1至D4)组成；Co1为滤波电容，Buck展波电路由两个IGBT开关管(Q1及Q2)、滤波电感Lo、滤波电容Co2与电池等效负载R构成。如图2所示，高压直流电源经过全桥逆变电路，形成固定频率的正负电压方波，然后经过原边LCC补偿网络，流入原边发射线圈，原边发射线圈L1的交流电流幅值恒定。根据电磁感应原理，副边接收线圈L2感应出稳定的交流电压，经过副边补偿网络和全桥不控整流电路，得到恒定的直流电压。为实现逆变单元的零电压开关，需满足电流相位滞后于电压，并且对关断时刻电流进行精确控制，确保在开关管开通之前，谐振电流将开关管(MOSFET)的寄生并联电容(CS1、CS2、CS3、CS4)的电荷抽走。基于此，本申请通过改变发射端补偿网络中串联补偿电容C1的值来实现使无线电能传输系统的输入阻抗呈弱感性，从而在宽负载范围内实现全桥逆变器开关管的零电压开通，提高了无线电能传输效率。另外，采用在副边整流电路之后增加Buck直流变换器(Buck展波电路)，可以根据负载不同要求对电池负载进行闭环控制，改变了Buck展波电路的开关管占空比，可以实现对电池负载的恒压或恒流控制。图3为LCC-S型补偿结构的电路互感模型示意图。美国汽车工程师协会SAE所制定的汽车无线充电行业标准SAE-J2954TM指出：电动汽车无线充电系统工作频率85kHz。由于ω＝2πf,在频率谐振点ω0处，满足以下关系式：上式中，L1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线电能传输系统，其特征在于，包括：发射端及设置电动汽车上的接收端；其中，/n所述发射端包括：逆变单元、第一补偿网络及发射线圈；所述逆变单元接入直流源，并与所述第一补偿网络及发射线圈串联；/n所述接收端包括：依次串联的接收线圈、第二补偿网络、整流单元及DC/DC变换单元。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线电能传输系统，其特征在于，包括：发射端及设置电动汽车上的接收端；其中，
所述发射端包括：逆变单元、第一补偿网络及发射线圈；所述逆变单元接入直流源，并与所述第一补偿网络及发射线圈串联；
所述接收端包括：依次串联的接收线圈、第二补偿网络、整流单元及DC/DC变换单元。


2.根据权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述逆变单元为全桥逆变电路。


3.根据权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述整流单元为全桥不控整流电路。


4.根据权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述第一补偿网络及所述第一补偿网络构成LCC-S型补偿结构，所述第一补偿网络为LCC型结构，所述第二补偿网络为串联S型结构。


5.根据权利要求1所述的无线电能传输系统，其特征在于，所述发射线圈及接收线圈均为利兹线绕制的平面型线圈。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：靳本豪，陈睿，赵振江，张福亮，孙哲峰，朱配清，李诚，
申请(专利权)人：航天科工惯性技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11