【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线电能传输，更具体地涉及一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统及方法。
技术介绍
1、随着现代电力电子技术的发展，无线充电技术作为一种非接触式能量传递技术，凭借其安全性、便捷性等优点受到了电动汽车、无人机、医疗设备和便携式电力电子设备等领域的广泛关注。锂离子电池作为一种可重复充电的绿色储能元件，因为其在移动设备、电动汽车等电力设施方面的需求日益增加，理所应当地成为了无线充电技术的重要研究对象。
2、依据锂电池的充电特性通常可以将锂电池的充电方式分为恒流充电(constantcurrent，cc)和恒压充电(constant voltage，cv)。在cc过程中，电流被维持在较高水平以迅速充满电池容量，电池的充电电压在充电初期处于较低水平，随着充电过程的持续进行，充电电压会逐渐增大，这会使得充电后期电池内部电极受到较大冲击，减少电池寿命。cv过程会为锂电池提供一个不变的充电电压，在充电初期充电电流较大，随着充电过程的持续进行，充电电流逐渐减小，这会使得充电后期充电电流变得很小且变化缓慢。为了延长锂电池的使用寿命，同时使电池电量得到充分补充，通常采用恒流恒压相结合的方式为锂电池充电。在最初的充电阶段中，通常采用制造商指定的cc模式为电池充电，在此过程中电池充电电压迅速上升，当充电电压达到锂电池所允许的最大电压后，切换为cv模式，充电电流迅速下降，直至充电电流降至cc模式的十分之一左右时，充电过程结束。纵观整个充电过程，电池的等效电阻会逐渐上升，产生较大变化。针对负载变化条件，如何设计一个能保
3、在过去的几年，一些学者提出了一些在wpt中系统实现cc和cv充电模式的控制方法，主要包括移相调制(phase shifting modulation，psw)、变频控制(frequencyconversion control，fcc)等。psw技术通过控制逆变器的相角以保证充电电压和电流在负载改变的情况下保持恒定，然而在负载出现较大变化时，该技术无法满足零电压开关(zerovoltage switching，zvs)工作，逆变器产生的导通损耗较大；fcc技术由于分频现象，可能会影响系统稳定性，且不能实现零相角运行(zero phase angle，zpa)，会产生较大的无功损耗，两者都会对充电效率产生较大影响，虽然可以获得优异的cc和cv输出特性，但增加了系统的复杂性。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统及方法，通过优化设计拓扑电路(s/clc-s)和参数配置方法，实现cc/cv模式自适应切换。
2、技术方案：本专利技术的一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统，包括电源电路、谐振耦合电路、触发电路和电池充电电路，其中，谐振耦合电路包括发射端和接收端，当发射端和接收端为串联-串联(s-s)补偿拓扑时，谐振耦合电路工作在恒流(cc)模式，为电池充电电路提供恒定的充电电流；当发射端和接收端为clc-串联(clc-s)拓扑时，谐振耦合电路工作在恒压(cv)模式，为电池充电电路提供恒定的充电电压；谐振耦合电路为触发电路提供触发条件，同时触发电路输出电压用于作为谐振耦合电路工作在cc模式和cv模式的切换触发信号；电源电路为整个系统提供电能。
3、可选的，发射端包括发射线圈lt、第一补偿电感l1、第二补偿电感l2、第一补偿电容c1、第二补偿电容c2、第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2；接收端包括接收线圈lr和第三补偿电容c3，其中发射线圈lt与接收线圈lr互感耦合；
4、cc模式下，第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2断开，第一补偿电感l1、第一补偿电容c1、第二补偿电容c2与发射线圈lt串联连接，接收线圈lr与第三补偿电容c3串联连接，形成串联-串联(s-s)补偿拓扑；
5、cv模式下，第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2导通，第二补偿电容c2与发射线圈lt串联连接，整体与第二补偿电感l2并联连接，随后串联连接第一补偿电感c1，接收线圈lr与第三补偿电容c3串联连接，形成clc-串联(clc-s)拓扑。
6、可选的，触发电路并联在第二补偿电容c2两端，第二补偿电容c2的电压变化为触发电路的触发条件；触发电路输出用于作为第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2的触发信号。
7、可选的，触发电路包括整流分压电路和滞回电路，整流分压电路将接入的触发信号进行交直转换并降压后输入滞回电路，滞回电路输出电压作为谐振耦合电路工作模式切换信号。
8、可选的，整流分压电路包括ac/dc转压电路、第一滤波电容cf、第一分压电阻rdiv1和第二分压电阻rdiv2，第一滤波电容cf与ac/dc转压电路并联，第一分压电阻rdiv1与第二分压电阻rdiv2串联后与第一补偿电容cf并联连接，第二分压电阻rdiv2的分压输入至滞回电路。
9、可选的，滞回电路与第二分压电阻rdiv2并联连接，用于判断第二分压电阻rdiv2两端电压是否超过基准电压vref，以控制滞回电路的输出状态；当第二分压电阻rdiv2两端电压超过基准电压vref时，滞回电路输出高电平，动作谐振耦合电路中的第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2，切换谐振耦合电路状态；当第二分压电阻rdiv2两端电压未超过基准电压vref时，滞回电路输出低电平，谐振耦合电路中的第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2不触发动作，谐振耦合电路状态不发生切换。
10、可选的，谐振耦合电路的谐振条件为：
11、
12、其中，ω代表系统工作角频率，l1为发射端第一补偿电感，l2为发射端第二补偿电感，c1为发射端第一补偿电容，c2为发射端第二补偿电容，lt为发射线圈。
13、可选的，谐振耦合电路中各元件参数配置方案为：
14、
15、其中，ω代表系统工作角频率，l1为发射端第一补偿电感，l2为发射端第二补偿电感，c1为发射端第一补偿电容，c2为发射端第二补偿电容，lt为发射线圈，rswitch为电池充电电路由cc模式切换至cv模式时对应的等效电阻值，m为发射线圈和接收线圈之间的互感。
16、可选的，触发电路的触发条件为；
17、
18、其中，udo为切换电压，vi为系统的交流输入电压，lt为发射线圈自感，rswitch为电池充电电路由cc模式切换至cv模式时对应的等效电阻值，ω代表系统工作角频率，m为发射线圈和接收线圈之间的互感；udrive为滞回电路的驱动电压，rdiv1为第一分压电阻，rdiv2为第二分压电阻rdiv2；
19、当谐振耦合电路输入至触发电路的电压达到udo时，第二分压电阻rdiv2两端电压上升至滞回电路的驱动电压udrive，触发滞回电路输出高电平电压，实现谐振耦合电路工作模式切换。
2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，包括电源电路、谐振耦合电路、触发电路和电池充电电路，其中，谐振耦合电路包括发射端和接收端，当发射端和接收端为串联-串联(S-S)补偿拓扑时，谐振耦合电路工作在恒流(CC)模式，为电池充电电路提供恒定的充电电流；当发射端和接收端为CLC-串联(CLC-S)拓扑时，谐振耦合电路工作在恒压(CV)模式，为电池充电电路提供恒定的充电电压；谐振耦合电路为触发电路提供触发条件，同时触发电路输出电压用于作为谐振耦合电路工作在CC模式和CV模式的切换触发信号；电源电路为整个系统提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，发射端包括发射线圈LT、第一补偿电感L1、第二补偿电感L2、第一补偿电容C1、第二补偿电容C2、第一信号继电器KV1和第二信号继电器KV2；接收端包括接收线圈LR和第三补偿电容C3，其中发射线圈LT与接收线圈LR互感耦合；
3.根据权利要求2所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，触发电路并联在第二
4.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，触发电路包括整流分压电路和滞回电路，整流分压电路将接入的触发信号进行交直转换并降压后输入滞回电路，滞回电路输出电压作为谐振耦合电路工作模式切换信号。
5.根据权利要求4所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，整流分压电路包括AC/DC转压电路、第一滤波电容Cf、第一分压电阻RDiv1和第二分压电阻RDiv2，第一滤波电容Cf与AC/DC转压电路并联，第一分压电阻RDiv1与第二分压电阻RDiv2串联后与第一补偿电容Cf并联连接，第二分压电阻RDiv2的分压输入至滞回电路。
6.根据权利要求5所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，滞回电路与第二分压电阻RDiv2并联连接，用于判断第二分压电阻RDiv2两端电压是否超过基准电压VREF，以控制滞回电路的输出状态；当第二分压电阻RDiv2两端电压超过基准电压VREF时，滞回电路输出高电平，动作谐振耦合电路中的第一信号继电器KV1和第二信号继电器KV2，切换谐振耦合电路状态；当第二分压电阻RDiv2两端电压未超过基准电压VREF时，滞回电路输出低电平，谐振耦合电路中的第一信号继电器KV1和第二信号继电器KV2不触发动作，谐振耦合电路状态不发生切换。
7.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，谐振耦合电路的谐振条件为：
8.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，谐振耦合电路中各元件参数配置方案为：
9.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电系统，其特征在于，触发电路的触发条件为；
10.一种恒流恒压自监测切换的S/CLC-S型无线充电方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-9任一项所述系统，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统，其特征在于，包括电源电路、谐振耦合电路、触发电路和电池充电电路，其中，谐振耦合电路包括发射端和接收端，当发射端和接收端为串联-串联(s-s)补偿拓扑时，谐振耦合电路工作在恒流(cc)模式，为电池充电电路提供恒定的充电电流；当发射端和接收端为clc-串联(clc-s)拓扑时，谐振耦合电路工作在恒压(cv)模式，为电池充电电路提供恒定的充电电压；谐振耦合电路为触发电路提供触发条件，同时触发电路输出电压用于作为谐振耦合电路工作在cc模式和cv模式的切换触发信号；电源电路为整个系统提供电能。
2.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统，其特征在于，发射端包括发射线圈lt、第一补偿电感l1、第二补偿电感l2、第一补偿电容c1、第二补偿电容c2、第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2；接收端包括接收线圈lr和第三补偿电容c3，其中发射线圈lt与接收线圈lr互感耦合；
3.根据权利要求2所述的一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统，其特征在于，触发电路并联在第二补偿电容c2两端，第二补偿电容c2的电压变化为触发电路的触发条件；触发电路输出用于作为第一信号继电器kv1和第二信号继电器kv2的触发信号。
4.根据权利要求1所述的一种恒流恒压自监测切换的s/clc-s型无线充电系统，其特征在于，触发电路包括整流分压电路和滞回电路，整流分压电路将接入的触发信号进行交直转换并降压后输入滞回电路，滞回电路输出电压作为谐振耦合电路工作模式切换信号。
5.根据权利要求4所述的一种恒流恒...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维，李恺瑞，段名荣，许晨进，陆峥，盛思远，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：
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