本發(fā)明涉及無線能量傳輸技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境問題與能源壓力的突出，電動汽車的推廣受到了世界各國的青睞。電動汽車無線充電技術(shù)相比傳統(tǒng)插拔式充電技術(shù)有著更好的安全性和靈活性，應(yīng)用前景十分廣闊。其中，動態(tài)無線充電技術(shù)可有效的提升電動汽車的續(xù)航里程，并減少電池組數(shù)目，既降低了電動汽車的成本，又延長了其使用壽命，使得電能補給更加安全可靠。應(yīng)用于動態(tài)無線供電的陣列線圈結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)勢有：小尺寸的耦合機構(gòu)有效降低了通電損耗，同時也限制了漏磁，在提高傳輸效率的磁輻射的安全性較高。單體列陣線圈相對較小的電感有效的降低了電源視在功率，匹配電容更加容易成本也更低。小整列單元的損壞，對全局電路的影響較較小，替換相對較容易。

在發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸系統(tǒng)中，采用LCL補償網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)發(fā)射端線圈的恒流激勵時，需要為每一個陣列發(fā)射線圈額外繞制一個與其自感相同的補償電感。這樣不僅會增加設(shè)備的制作成本，同時在發(fā)射端線圈電感需要調(diào)整的場合，補償電感值難以跟隨調(diào)整，也大大限制了設(shè)備的拓展性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有采用LCL補償網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)發(fā)射端線圈的恒流激勵時，需要為每一個陣列發(fā)射線圈額外繞制一個與其自感相同的補償電感，導(dǎo)致增加設(shè)備的制作成本，以及在發(fā)射端線圈電感需要調(diào)整的場合，補償電感值難以跟隨調(diào)整，限制設(shè)備拓展性的問題，本發(fā)明提出了一種基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的包括高頻激勵單元1、第一功率開關(guān)K1、第二功率開關(guān)K2、第一陣列線圈L1、第二陣列線圈L2、第一補償電容器C1、第二補償電容器C2和補償電感L3；

高頻激勵單元1的電源輸入端連接供電母線電壓信號，高頻激勵單元1的一路輸出端同時連接第一功率開關(guān)K1的一端和第一陣列線圈L1的一端，第一陣列線圈L1的另一端同時連接第一補償電容器C1的一端和補償電感L3的一端；第一功率開關(guān)K1的另一端連接第一補償電容器C1的另一端；

高頻激勵單元1的另一路輸出端同時連接第二功率開關(guān)K2的一端和第二陣列線圈L2的一端，第二陣列線圈L2的另一端同時連接第二補償電容器C2的一端和補償電感L3的另一端；第二功率開關(guān)K2的另一端連接第二補償電容器C2的另一端。

基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的工作方法，該方法具體為：

初始狀態(tài)：高頻激勵單元1、第一功率開關(guān)K1與第二功率開關(guān)K2均處于關(guān)斷狀態(tài)；

當(dāng)需要第一陣列線圈L1工作時，先由相應(yīng)控制單元驅(qū)動第一功率開關(guān)K1導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第一陣列線圈L1中產(chǎn)生恒定的勵磁電流；

無需第一陣列線圈L1工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元1與第一功率開關(guān)K1，回歸至初始狀態(tài)；

當(dāng)需要第二陣列線圈L2工作時，先驅(qū)動第二功率開關(guān)K2導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第二陣列線圈L2中產(chǎn)生恒定的勵磁電流；

無需第二陣列線圈L2工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元1與第二功率開關(guān)K2，回歸至初始狀態(tài)。

本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，所述分時復(fù)用補償電感的復(fù)用型LCL拓撲結(jié)構(gòu)中，將兩組發(fā)射線圈相互補償，并額外共用一補償電感，以LCL基本拓撲的工作方式在發(fā)射線圈中形成恒定的激勵電流，實現(xiàn)能量的傳輸。由于該拓撲中的存在的三組電感和兩組電容器類似于Π型，故稱之為Π型LCL結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述Π型LCL結(jié)構(gòu)的效果：

傳統(tǒng)LCL結(jié)構(gòu)中需要額外繞制一個功率補償電感，且該電感值與發(fā)射線圈感值相同，很多場合發(fā)射線圈電感值較大，因此也增加了補償電感的繞制成本。本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)中，不存在大感值的補償電感繞制，節(jié)約成本。且在一些系統(tǒng)升級改造的場合，需要提升發(fā)射端線圈電感，此時傳統(tǒng)的LCL結(jié)構(gòu)中的補償電感也要跟隨提升，使得系統(tǒng)改造成本大大增加。而本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)中，則只需額外調(diào)整補償電感L3，這是一個小感值電感易于繞制；且多數(shù)場合甚至不用調(diào)整(因為多數(shù)情況電感比λ是一個略小于1的值，只需滿足電感比λ的要求話，L1、L2在一定范圍內(nèi)變化時，L3可以不變)。

在陣列線圈L1向接收端傳遞能量的場合(K1閉合，K2斷開)，此時LCL的電感比λ＝L1/(L2+L3)，在使系統(tǒng)于全負載和耦合系數(shù)范圍內(nèi)實現(xiàn)原邊逆變開關(guān)管的ZVS，λ存在一個最大值(由具體系統(tǒng)決定)，又L1＝L2，由此便可確定補償電感L3。

本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)有效提高了拓展性:

A:由于L1＝L2,上述λ一定小于1，在某些場合(如在輕載高耦合系數(shù)情境下實現(xiàn)原邊逆變開關(guān)管的ZVS)，需要λ大于1，此時可以改變系統(tǒng)的切換狀態(tài)來實現(xiàn)(如在陣列線圈L1向接收端傳遞能量的場合，由原先的K1閉合，K2斷開，變?yōu)镵1斷開，K2閉合，因此同樣是陣列線圈L1向接收端傳遞能量，但λ＝(L1+L3)/L2)。因此該結(jié)構(gòu)可以在不改變外電路情況下，使LCL的電感比λ既能工作在大于1也能工作在小于1的狀態(tài)。

B:多數(shù)情況下λ是一個小于且接近1的數(shù)，因此補償電感L3的感值較小，易于繞制，在需要改變發(fā)射端線圈的場合，補償電感L3的改動也容易得多。且使得系統(tǒng)在升級改造時，易于實現(xiàn)，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖2為具體實施例所述的安裝在專用充電道路的能量發(fā)射系統(tǒng)和安裝在電動汽車上的能量接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

具體實施方式一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的包括高頻激勵單元1、第一功率開關(guān)K1、第二功率開關(guān)K2、第一陣列線圈L1、第二陣列線圈L2、第一補償電容器C1、第二補償電容器C2和補償電感L3；

高頻激勵單元1的電源輸入端連接供電母線電壓信號，高頻激勵單元1的一路輸出端同時連接第一功率開關(guān)K1的一端和第一陣列線圈L1的一端，第一陣列線圈L1的另一端同時連接第一補償電容器C1的一端和補償電感L3的一端；第一功率開關(guān)K1的另一端連接第一補償電容器C1的另一端；

高頻激勵單元1的另一路輸出端同時連接第二功率開關(guān)K2的一端和第二陣列線圈L2的一端，第二陣列線圈L2的另一端同時連接第二補償電容器C2的一端和補償電感L3的另一端；第二功率開關(guān)K2的另一端連接第二補償電容器C2的另一端。

本實施方式的高頻激勵單元是輸出為高頻交流的功率變換單元，輸入側(cè)依據(jù)不同的母線形式可以是直流輸入(此時高頻激勵單元視作一高頻逆變器)，也可以是交流輸入(此時高頻激勵單元視作一整流器級聯(lián)高頻逆變器)。

具體實施方式二、本實施方式是對具體實施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的進一步說明，第一陣列線圈L1和第二陣列線圈L2的結(jié)構(gòu)和感抗均相同。

具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的進一步說明，第一功率開關(guān)K1和第二功率開關(guān)K2均為全控型雙向功率開關(guān)器件。

具體實施方式四、本實施方式是對具體實施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的進一步說明，第一補償電容器C1和第二補償電容器C2的容抗值相同。

具體實施方式五、本實施方式是具體實施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的工作方法，該方法具體為：

初始狀態(tài)：高頻激勵單元1、第一功率開關(guān)K1與第二功率開關(guān)K2均處于關(guān)斷狀態(tài)；

當(dāng)需要第一陣列線圈L1工作時，先由相應(yīng)控制單元驅(qū)動第一功率開關(guān)K1導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第一陣列線圈L1中產(chǎn)生恒定的勵磁電流；

無需第一陣列線圈L1工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元1與第一功率開關(guān)K1，回歸至初始狀態(tài)；

當(dāng)需要第二陣列線圈L2工作時，先驅(qū)動第二功率開關(guān)K2導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第二陣列線圈L2中產(chǎn)生恒定的勵磁電流；

無需第二陣列線圈L2工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元1與第二功率開關(guān)K2，回歸至初始狀態(tài)。

本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，所述分時復(fù)用補償電感的復(fù)用型LCL拓撲結(jié)構(gòu)中，將兩組發(fā)射線圈相互補償，并額外共用一補償電感，以LCL基本拓撲的工作方式在發(fā)射線圈中形成恒定的激勵電流，實現(xiàn)能量的傳輸。由于該拓撲中的存在的三組電感和兩組電容器類似于Π型，故稱之為Π型LCL結(jié)構(gòu)。

在該結(jié)構(gòu)中，第一陣列線圈(4)與第二陣列線圈(5)不存在同時與接收端線圈完全耦合的狀態(tài)，當(dāng)需要由第一陣列線圈(4)供電調(diào)整為第二陣列線圈(5)供電時，則先將第一陣列線圈(4)工作時的狀態(tài)調(diào)整至初始狀態(tài)，再切換至第二陣列線圈(5)工作的狀態(tài)。

具體應(yīng)用實施例：

如圖2所示，一套發(fā)射端為陣列式線圈的無線能量傳輸系統(tǒng)，由安裝在專用充電道路的能量發(fā)射系統(tǒng)和安裝在電動汽車上的能量接收系統(tǒng)組成。工頻電網(wǎng)經(jīng)原級電能變換裝置后，以直流電的形式為高頻激勵單元提供電能輸入。(本實施例以直流電母線為例，也可以是三相交流或其他母線形式)所述的n組復(fù)用型LCL機構(gòu)，為2n組發(fā)射端陣列線圈提供激勵。其中第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)為第4a-3及第4a-1組發(fā)射端陣列線圈提供激勵，第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)為第4a-2及第4a組發(fā)射端陣列線圈提供激勵。

以下敘述當(dāng)電動汽車正對第4a-4組發(fā)射線圈時，并依序移動至第4a+1組發(fā)射線圈時，第2a-1及第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)的工作過程。

當(dāng)電動汽車正對第4a-4組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)的功率開關(guān)S_4a-3導(dǎo)通，隨后開啟第2a-1組高頻激勵單元，使得第4a-3組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵。

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a-3組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)的功率開關(guān)S_4a-2導(dǎo)通，隨后開啟第2a組高頻激勵單元，使得第4a-2組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵。

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a-2組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)的第2a-1組高頻激勵單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a-3并閉合功率開關(guān)S_4a-1，接著重新開啟第2a-1組高頻激勵單元，使得第4a-1組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵。

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a-1組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)的第2a組高頻激勵單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a-2并閉合功率開關(guān)S_4a，接著重新開啟第2a組高頻激勵單元，使得第4a組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵。

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)的第2a-1組高頻激勵單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a-1，使第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)處于初始狀態(tài)。

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a+1組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)的第2a組高頻激勵單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a，使第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)處于初始狀態(tài)。

本發(fā)明所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)膹?fù)用型LCL結(jié)構(gòu)的有益效果：

1、將兩組發(fā)射端陣列線圈互相作為各自的補償電感，只需額外繞制一個小感值電感，以解決了傳統(tǒng)LCL拓撲中需額外制作一大感值功率電感的問題，縮小了單體電源的制作體積，節(jié)約了電路成本。

2、傳統(tǒng)的LCL補償結(jié)構(gòu)中，補償電感一旦繞制完成后就難以更改，繼而很難通過調(diào)節(jié)發(fā)射線圈的自感以適應(yīng)不同的供電場合，而該結(jié)構(gòu)可以有效的克服這類問題，適應(yīng)性強，拓展性優(yōu)秀。

3、采用LCL的諧振結(jié)構(gòu)，以硬件恒流的方式在發(fā)射線圈中形成恒定的激勵，不僅有著較快的響應(yīng)速度，更能降低系統(tǒng)控制的復(fù)雜度，且在較寬負載和耦合系數(shù)范圍下保持較高的效率。

4、通過添加小感值的額外電感，可以使得高頻激勵單元內(nèi)的逆變橋工作在軟開關(guān)狀態(tài)，減小了開關(guān)器件的損耗。

5、應(yīng)用于陣列線圈結(jié)構(gòu)，有較高的電磁安全性，屬于一種對人友好型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

6、模塊化的發(fā)射單元結(jié)構(gòu)設(shè)計，相比與傳統(tǒng)長直導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，線路損耗更小，有著更高的效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。