本發(fā)明涉及無(wú)線充電技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，因電動(dòng)汽車(chē)具有零排放、噪聲小等優(yōu)點(diǎn)在市面上慢慢普及。電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載電源的充電方式分為有線充電與無(wú)線充電兩種。有線充電的方式為：利用家用220V交流電經(jīng)充電適配器轉(zhuǎn)換為合適的電壓給車(chē)載電源充電或者是利用充電樁的輸出接口給車(chē)載電源充電。有線充電方式需要通過(guò)線纜連接，而無(wú)線充電方式具有無(wú)需任何連接線即可進(jìn)行充電的優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，得益于無(wú)線充電技術(shù)的迅速發(fā)展，該技術(shù)在各種電子設(shè)備如電動(dòng)牙刷、手機(jī)、電動(dòng)剃須刀等低功率設(shè)備得到應(yīng)用，并有望在電動(dòng)汽車(chē)等較高功率要求的設(shè)備上得到應(yīng)用。

無(wú)線充電技術(shù)通過(guò)能量發(fā)射線圈與能量拾取線圈之間的高頻磁場(chǎng)耦合，以非接觸的方式將電能從能量發(fā)射裝置傳輸至能量拾取裝置。利用無(wú)線充電技術(shù)給電動(dòng)汽車(chē)充電，能量發(fā)射線圈鋪設(shè)的地面以下，能量拾取線圈安裝于電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)以下。因?yàn)榭紤]到能量拾取線圈不能影響電動(dòng)汽車(chē)的在其他路面上的行駛能力，不能將能量拾取線圈安裝過(guò)低。電動(dòng)汽車(chē)有線充電方式分快充與慢充，若在無(wú)線充電方式中實(shí)現(xiàn)快充，充電過(guò)程需要一個(gè)很大的電流，這對(duì)逆變器來(lái)說(shuō)是一個(gè)考驗(yàn)，選用高耐壓高耐流的開(kāi)關(guān)管勢(shì)必帶來(lái)成本的提升，也對(duì)當(dāng)前的工藝水平提出了很高的要求。

無(wú)線充電技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)在較大距離下給電動(dòng)汽車(chē)充電的方案是利用一種U型無(wú)線電能傳輸耦合機(jī)構(gòu)，其中能量發(fā)射線圈與能量拾取線圈的端面相互正對(duì)并同軸放置，中繼線圈的端面與能量發(fā)射線圈和能量拾取線圈的端面相垂直。該方案實(shí)現(xiàn)了較大距離下無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)的高效率傳輸，然而，其存在的問(wèn)題是該耦合機(jī)構(gòu)對(duì)空間提出了較高要求。對(duì)較大功率的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以利用多個(gè)發(fā)射線圈多個(gè)逆變器供電的方式實(shí)現(xiàn)，然而多個(gè)發(fā)射線圈之間相互耦合，需要加入逆變器或者是額外的補(bǔ)償電容實(shí)現(xiàn)多個(gè)發(fā)射線圈之間的相互解耦，導(dǎo)致增加了額外的元器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)較大距離對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行無(wú)線充電，且空間結(jié)構(gòu)緊湊的多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)，技術(shù)方案如下：

一種多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)，包括能量發(fā)送部分、中繼部分和能量接受部分；

能量發(fā)送部分包括多個(gè)能量發(fā)射源，每個(gè)能量發(fā)射源均包括高頻逆變器H、補(bǔ)償電容C和初級(jí)線圈L，高頻逆變器H的輸入端并聯(lián)到直流源E，補(bǔ)償電容C與初級(jí)線圈L串聯(lián)后再并聯(lián)于高頻逆變器H的輸出端；

中繼部分由中繼線圈L_J與中繼回路補(bǔ)償電容C_J的串聯(lián)成環(huán)路；且中繼線圈L_J緊靠各初級(jí)線圈；

能量接受部分包括次級(jí)線圈L_S和整流濾波電路K，次級(jí)線圈L_S順次與次級(jí)補(bǔ)償電容C_S和電感L_L串聯(lián)后并聯(lián)于整流濾波電路K的輸入端；補(bǔ)償電容C_C與開(kāi)關(guān)S₁串聯(lián)后，一端連接到次級(jí)補(bǔ)償電容C_S和電感L_L之間，另一端連接到次級(jí)線圈L_S和整流濾波電路K之間；補(bǔ)償電容C_L與開(kāi)關(guān)S₂串聯(lián)后并聯(lián)到電感L_L兩端；整流濾波電路K的輸出端連接充電電池V_B的兩端；次級(jí)線圈LS和中繼線圈LJ間存有氣隙。

進(jìn)一步的，所述初級(jí)線圈L與中繼線圈L_J的互感值M_0J，及中繼線圈L_J與次級(jí)線圈L_S的互感值M_JS，滿足M_0J＜M_JS*5％。

更進(jìn)一步的，所述能量發(fā)送部分和中繼部分安裝于地面，能量接受部分安裝在車(chē)輛底部。

更進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償電容C的電容值滿足以下條件：

式中，ω為系統(tǒng)工作角頻率，為初級(jí)線圈L的電感值。

更進(jìn)一步的，所述中繼回路補(bǔ)償電容C_J的電容值滿足：

式中，為中繼線圈L_J的電感值.

更進(jìn)一步的，所述補(bǔ)償電容C_S的電容值補(bǔ)償電容C_C的電容值以及補(bǔ)償電容C_L的電容值滿足以下條件：

式中，為次級(jí)線圈L_S的電感值，電感L_L的電感值。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)利用多個(gè)匝數(shù)少的能量發(fā)射線圈結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)供電，既提高了系統(tǒng)輸出功率等級(jí)，同時(shí)多發(fā)射線圈之間的互感較小，換言之，多發(fā)射線圈相互解耦；相互解耦的多發(fā)射圈之間互感引起的系統(tǒng)不諧振問(wèn)題，不需要額外加入補(bǔ)償電容以及補(bǔ)償變壓器；此外，能量發(fā)射部分以及中繼部分安裝于地面上，能量接收部分安裝在車(chē)輛底部，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)空間要求低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)的電路示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)恒流工作模式的電路示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)恒壓工作模式的電路示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。一種多發(fā)射源的增強(qiáng)型無(wú)線充電系統(tǒng)，包括能量發(fā)送部分、中繼部分和能量接受部分，其中能量發(fā)射部分以及中繼部分安裝于地面上，能量接收部分安裝在車(chē)輛底部，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)空間要求低。

能量發(fā)送部分包括多個(gè)能量發(fā)射源，每個(gè)能量發(fā)射源均包括高頻逆變器H、補(bǔ)償電容C和初級(jí)線圈L，高頻逆變器H的輸入端并聯(lián)到直流源E，補(bǔ)償電容C與初級(jí)線圈L串聯(lián)后再并聯(lián)于高頻逆變器H的輸出端。且能量發(fā)射源中的補(bǔ)償電容C的電容值滿足以下條件：

式中，ω為系統(tǒng)工作角頻率，為初級(jí)線圈L的電感值。

本實(shí)施例的能量發(fā)射源為兩個(gè)，如圖1所示，高頻逆變器H₁的上輸出端依次通過(guò)補(bǔ)償電容C₁與初級(jí)線圈L₁的上端相連，初級(jí)線圈L₁的下端與高頻逆變器H₁的下輸出端連接；高頻逆變器H₂的上輸出端依次通過(guò)補(bǔ)償電容C₂與初級(jí)線圈L₂的上端相連，初級(jí)線圈L₂的下端與高頻逆變器H₂的下輸出端連接。初級(jí)線圈L1和初級(jí)線圈L2的線圈匝數(shù)少，互感很小，可以忽略不計(jì)。

在本實(shí)施例中補(bǔ)償電容C1的電容值補(bǔ)償電容C2的電容值滿足以下條件；

式中，分別為初級(jí)線圈L₁和初級(jí)線圈L₂的電感值。

中繼部分由中繼線圈L_J與中繼回路補(bǔ)償電容C_J的串聯(lián)成環(huán)路；且中繼線圈L_J緊靠各初級(jí)線圈。初級(jí)線圈L₁和中繼線圈L_J的互感為M_1J，初級(jí)線圈L₂和中繼線圈L_J的互感為M_2J；中繼線圈L_J緊靠初級(jí)線圈L₁和初級(jí)線圈L₂。

中繼回路補(bǔ)償電容C_J的電容值由式(3)確定；

式中，為中繼線圈L_J的電感值。

能量接受部分包括次級(jí)線圈L_S和整流濾波電路K，次級(jí)線圈L_S順次與次級(jí)補(bǔ)償電容C_S和電感L_L串聯(lián)后并聯(lián)于整流濾波電路K的輸入端；補(bǔ)償電容C_C與開(kāi)關(guān)S₁串聯(lián)后，一端連接到次級(jí)補(bǔ)償電容C_S和電感L_L之間，另一端連接到次級(jí)線圈L_S和整流濾波電路K之間；補(bǔ)償電容C_L與開(kāi)關(guān)S₂串聯(lián)后并聯(lián)到電感L_L兩端；整流濾波電路K的輸出端連接充電電池V_B的兩端；次級(jí)線圈L_S和中繼線圈L_J間存有氣隙，互感為M_JS。

補(bǔ)償電容C_S的電容值補(bǔ)償電容C_C的電容值由下式確定：

式中，為次級(jí)線圈L_S的電感值，電感L_L的電感值。

補(bǔ)償電容C_L的電容值由式(7)確定；

本系統(tǒng)的工作過(guò)程和原理是：

由于發(fā)射線圈匝數(shù)少，多發(fā)射源之間的互感系數(shù)很小，可以忽略，可認(rèn)為多發(fā)射線圈之間不存在相互耦合關(guān)系。又因?yàn)槎喟l(fā)射線圈與中繼線圈緊密靠近，相互耦合，所以多發(fā)射源的能量能夠傳遞都中繼電路中；多發(fā)射線圈與能量接收部分的次級(jí)線圈距離較遠(yuǎn)，又因?yàn)榘l(fā)射線圈匝數(shù)少，多發(fā)射線圈與次級(jí)線圈的互感可以忽略，而中繼線圈與次級(jí)線圈的距離雖然也比較遠(yuǎn)，但是由于兩個(gè)線圈的匝數(shù)多，因此相互耦合，中繼電路的能量能夠傳遞到能量接收部分，通過(guò)能量接收部分的開(kāi)關(guān)模式切換對(duì)電池包進(jìn)行恒壓或恒流模式充電。也即初級(jí)線圈L₁與中繼線圈L_J的互感值M_1J，初級(jí)線圈L₂與中繼線圈L_J的互感值M_2J，以及中繼線圈L_J與次級(jí)線圈L_S的互感M_JS，滿足M_1J＜M_JS*5％，M_2J＜M_JS*5％。

電池包在充電初期處于恒壓充電模式，此時(shí)能量接收部分的開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，能量接收回路為串聯(lián)補(bǔ)償拓?fù)?，系統(tǒng)工作與恒壓輸出模式下。當(dāng)電池包電壓達(dá)到一定值時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)需要進(jìn)行恒流模式切換，能量接收部分的開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)S2斷開(kāi)。由于LCL恒流輸出特性，系統(tǒng)的充電電流恒定不變。