一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，它涉及一種無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)。本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)在能量傳輸過(guò)程中由于不能有效消除浪涌電壓和不能實(shí)現(xiàn)電池充電信息的無(wú)線反饋，因而存在充電效率和傳輸效率低的問(wèn)題。本實(shí)用新型包括發(fā)射部分和接收部分，發(fā)射部分包括整流模塊、逆變模塊、發(fā)射線圈、發(fā)射端控制模塊、發(fā)射端通信模塊和驅(qū)動(dòng)電路，逆變模塊的每個(gè)開關(guān)管的兩端均并接有吸收電路，電網(wǎng)通過(guò)整流電路連接逆變模塊，逆變模塊連接發(fā)射線圈，發(fā)射端控制模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連接逆變模塊的開關(guān)管，發(fā)射端通信模塊的輸出端連接發(fā)射端控制模塊。本實(shí)用新型有效的提高了能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性，提高了能量傳輸效率。
【專利說(shuō)明】
-種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，具體設(shè)及一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)， 屬于能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)境污染的加劇，能源的嚴(yán)重匿乏W及全球變暖現(xiàn)象的日趨嚴(yán)重，使得綠色 環(huán)保能源成為未來(lái)交通發(fā)展的方向。電動(dòng)汽車能夠較好地解決車輛排放污染與能源短缺問(wèn) 題，在當(dāng)今社會(huì)中獲得越來(lái)越多的關(guān)注，而影響電動(dòng)汽車發(fā)展的因素之一是充電的便利性。 目前有線充電存在惡劣天氣環(huán)境下安全性差，充電時(shí)需要人工操作，手動(dòng)將充電機(jī)末端與 汽車電池相連接等問(wèn)題，因此有線充電方式極大地降低了充電靈活性，并且長(zhǎng)長(zhǎng)的電纜影 響美觀。此外，車身上完整的充電電路增加了車的自重，限制了電動(dòng)汽車性能，影響了電動(dòng) 汽車的普及應(yīng)用。
[0003] 汽車無(wú)線充電技術(shù)是電動(dòng)汽車發(fā)展的必經(jīng)之路。無(wú)線充電采用磁禪合諧振技術(shù)， 即車輛上安裝接收線圈，停車位地面上安裝發(fā)射線圈。在共軸線情況下相隔一定距離傳輸 電能。當(dāng)兩個(gè)線圈盤直徑一定時(shí)，它們之間的垂直間距和水平位移決定了傳輸電能大?。?(1)當(dāng)垂直相對(duì)距離近時(shí)，電壓高，反之電壓低。具體的，各個(gè)車型、各個(gè)廠家生產(chǎn)的汽車底 盤高度不同，并且每臺(tái)車底盤離地面高度在各種情況下也不同，如輪胎充氣是否充足、車輛 輕載還是滿載，所W垂直距離各不相同。（2)當(dāng)汽車?？繒r(shí)，發(fā)射線圈中屯、與接收線圈中屯、 前后左右水平偏移量小時(shí)，電壓高，反之電壓低。每次停車時(shí)的位置不是一成不變的，所W 水平位移的大小也各不相同。
[0004] 除此之外，開環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)在工作過(guò)程中由于電路工作溫度變化、寄生參 數(shù)變化等原因，導(dǎo)致電池兩端電壓及回路電流也在變化，使得傳輸功率和充電效率低下。
[0005] 目前，現(xiàn)有的無(wú)線充電系統(tǒng)普遍不能實(shí)時(shí)的對(duì)汽車電池的充電電流、充電電壓及 溫度等信息進(jìn)行無(wú)線反饋，使得充電效率和傳輸功率較低。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)在能量傳輸過(guò)程 中由于不能有效消除浪涌電壓和不能實(shí)現(xiàn)電池充電信息的無(wú)線反饋，因而存在充電效率和 傳輸效率低的問(wèn)題。
[0007] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射部分和接收部 分，所述發(fā)射部分包括整流模塊、逆變模塊、發(fā)射線圈、發(fā)射端控制模塊、發(fā)射端通信模塊和 驅(qū)動(dòng)電路，所述逆變模塊的每個(gè)開關(guān)管的兩端均并接有吸收電路，電網(wǎng)通過(guò)整流電路連接 逆變模塊，逆變模塊連接發(fā)射線圈，發(fā)射端控制模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連接逆變模塊的開關(guān)管， 所述發(fā)射端通信模塊的輸出端連接發(fā)射端控制模塊。
[000引所述接收部分包括接收線圈、穩(wěn)壓模塊、電池、電池管理模塊和接收端通信模塊， 接收端線圈通過(guò)穩(wěn)壓模塊連接電池，電池管理模塊分別連接電池和接收端通信模塊，所述 接收線圈和發(fā)射線圈之間建立磁禪合諧振能量傳輸，接收端通信模塊和發(fā)射端通信模塊通 過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立通信連接。
[0009] 所述吸收電路為RCD吸收電路。
[0010] 所述驅(qū)動(dòng)電路包括高速光禪、穩(wěn)壓忍片和驅(qū)動(dòng)器，所述發(fā)射端控制模塊的輸出端 通過(guò)高速光禪連接驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接逆變模塊的開關(guān)管，所述穩(wěn)壓忍片的輸出 端連接高速光禪。
[0011] 所述整流模塊包括不控單相整流橋電路。
[0012] 所述逆變模塊包括全橋高頻逆變電路。
[0013] 所述的發(fā)射端控制模塊采用DSP系列處理器TMS320F28335。
[0014] 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下效果:本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)電池的非接觸式閉環(huán) 控制充電，運(yùn)用變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在垂直間距和水平位移發(fā)生變化時(shí)可W完成恒流、限壓 充電，進(jìn)而使系統(tǒng)的輸出功率在設(shè)定范圍內(nèi)恒定，本實(shí)用新型的電池管理模塊可W實(shí)時(shí)監(jiān) 測(cè)電池的電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)并進(jìn)行過(guò)流、欠壓、過(guò)溫等保護(hù)，通過(guò)帶有吸收電路的變頻 電路，可W有效的消除浪涌電壓對(duì)傳輸系統(tǒng)的影響，有效的提高了能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性，提高 了能量傳輸效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1是發(fā)射線圈-接收線圈電路示意圖。
[0016] 圖2是本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖3是信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路示意圖。
[0018] 圖4是高頻逆變電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 結(jié)合【附圖說(shuō)明】本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】，本實(shí)用新型的一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸 系統(tǒng)，包括發(fā)射部分和接收部分，所述發(fā)射部分包括整流模塊、逆變模塊、發(fā)射線圈、發(fā)射端 控制模塊、發(fā)射端通信模塊和驅(qū)動(dòng)電路，所述逆變模塊的每個(gè)開關(guān)管的兩端均并接有吸收 電路，電網(wǎng)通過(guò)整流電路連接逆變模塊，逆變模塊連接發(fā)射線圈，發(fā)射端控制模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng) 電路連接逆變模塊的開關(guān)管，所述發(fā)射端通信模塊的輸出端連接發(fā)射端控制模塊。
[0020] 如圖1所W，為了滿足諧振要求，使發(fā)射回路與接收回路具有相同的諧振頻率，需 要對(duì)發(fā)射線圈L1、中繼線圈和接收線圈L2匹配相應(yīng)的諧振電容C1和C2,使兩線圈禪合的更 好，提高傳遞效率，其諧振頻率為：
[0021] 所述接收部分包括接收線圈、穩(wěn)壓模塊、電池、電池管理模塊和接收端通信模塊， 接收端線圈通過(guò)穩(wěn)壓模塊連接電池，電池管理模塊分別連接電池和接收端通信模塊，所述 的發(fā)射線圈與接收線圈之間通過(guò)磁禪合諧振的方式進(jìn)行無(wú)線能量傳輸，使能量從發(fā)射端傳 送到接收端，接收端通信模塊和發(fā)射端通信模塊通過(guò)ZigBee通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸式通信連 接，本實(shí)施方式的ZigBee無(wú)線通信選用國(guó)內(nèi)順舟科技SZ05-STD-SMA的Zi濁ee嵌入式非接觸 式通信模塊，并將本系統(tǒng)的無(wú)線通信頻率設(shè)定為2.48GHz，該頻率點(diǎn)可W有效的避免WIFI信 號(hào)的干擾。
[0022] 所述吸收電路為RCD吸收電路，在逆變電路中，開關(guān)管的開通和關(guān)斷的瞬間會(huì)產(chǎn)生 很大的脈沖尖峰即為浪涌電壓，運(yùn)些脈沖尖峰由于瞬間電壓過(guò)高，很可能損壞M0SFET開關(guān) 管，所W對(duì)脈沖尖峰的緩沖吸收效果直接影響開關(guān)管的參數(shù)性能和工作壽命，M0SFET開關(guān) 管旁由電阻R、電容Ce、二極管D組成了充放電RCD吸收電路，將浪涌電壓在電阻上W熱能消 耗，此緩沖吸收電阻選用大功率電阻。
[0023] 所述驅(qū)動(dòng)電路包括高速光禪、穩(wěn)壓忍片和驅(qū)動(dòng)器，所述發(fā)射端控制模塊的輸出端 通過(guò)高速光禪連接驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接逆變模塊的開關(guān)管，所述穩(wěn)壓忍片的輸出 端連接高速光禪，處理器STM32F103輸出的驅(qū)動(dòng)電平不足W使功率M0SFET開關(guān)管的口極觸 發(fā)，因此需要增加驅(qū)動(dòng)電路放大觸發(fā)電平W驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路還可W起到隔離主 電路與控制電路的作用。圖4為信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，圖3中6N137為高速光禪合器，用于將主電路 和控制電路進(jìn)行隔離。TLE4264是一款穩(wěn)壓忍片，將輸出電壓穩(wěn)定在5V供6N137使用。6N137 中引腳7是使能端，當(dāng)引腳7加有5V電壓時(shí)允許接收端引腳2工作，引腳6是輸出端，與高速 M0SFE巧區(qū)動(dòng)器TC4420的輸入端引腳2相連。TC4420是同向輸出，即PWM SIN輸入為高電平時(shí)， 端口G輸出的也是高電平，PWM SIN輸入為低電平時(shí)，端口G輸出的也是低電平。
[0024] 所述整流模塊包括不控單相整流橋電路，本實(shí)施方式采用的整流模塊型號(hào)為 GBJ2508。
[0025] 所述逆變模塊包括全橋高頻逆變電路，用于產(chǎn)生高頻交流電如圖4所示，G1和G4的 信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入為相同的PWM SIN1，G2和G3的的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路的輸入為相同的PWM SIN2信號(hào)。PWM SIN1和PWM SIN2為兩路互補(bǔ)的PWM波，當(dāng)PWM SIN1為高電平時(shí)，PWM SIN2為 低電平，此時(shí)M0SFET管Q1和M0SFET管Q4導(dǎo)通，M0S陽(yáng)T管92和版)8陽(yáng)T管Q3截止；當(dāng)PWM SIN1為 低電平時(shí)，PWM SIN2為高電平，此時(shí)M0SFET管Q1和M0SFET管Q4截止，M0S陽(yáng)T管92和版)5陽(yáng)T管 Q3導(dǎo)通。根據(jù)PWM波的占空比，如此循環(huán)反復(fù)，高頻逆變電路輸出高頻交流電。
[0026] 本實(shí)施方式選用大功率M0SFET作為逆變電路的可控開關(guān)器件，選擇ST微電子公司 的N溝道M0SFET管STP14NF10FP，其額定電壓為100V，額定電流為15A。
[0027] 所述的發(fā)射端控制模塊采用DSP系列處理器TMS320F28335。本實(shí)用新型的發(fā)射端 控制模塊采用的控制策略是增量型的PI控制策略。
[0028] 所述的穩(wěn)壓模塊用于將接收線圈接收到的高頻交流電整流成直流電并進(jìn)行穩(wěn)壓 后供給電池使用，其中整流二極管選用型號(hào)為APT30D100BCT快速恢復(fù)二極管，額定反向電 壓為1000V，額定正向?qū)娏鳛?0A。
[0029] 本實(shí)用新型的工作過(guò)程為：
[0030] 當(dāng)電網(wǎng)進(jìn)電經(jīng)過(guò)整流和高頻逆變W后輸出高頻交流電，發(fā)射線圈中通有高頻交 流電，發(fā)射線圈在其周圍形成交變磁場(chǎng)，接收線圈置于發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，通過(guò)諧振電 容與線圈電感相匹配使發(fā)射回路與接收回路具有相同的諧振頻率，接收線圈在發(fā)射線圈產(chǎn) 生的磁場(chǎng)中禪合到能量并發(fā)生諧振，使能量源源不斷地從發(fā)射線圈流向接收線圈。接收線 圈禪合到的高頻交流電經(jīng)過(guò)整流穩(wěn)壓W后輸出直流電，供給電池使用。
[0031] 在整個(gè)過(guò)程中電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)電池的電壓、電流和溫度，在電池管理模 塊內(nèi)部進(jìn)行一系列的處理后將數(shù)據(jù)傳輸給接收端通信模塊，接收端通信模塊采用Zi濁ee通 信技術(shù)實(shí)現(xiàn)與發(fā)射端通信模塊的無(wú)線非接觸式通信，將電池管理模塊采集到的數(shù)據(jù)傳輸給 發(fā)射端控制模塊。
[0032]接收端控制模塊將接收到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的數(shù)據(jù)作比較，如果接收到的電壓數(shù)據(jù)過(guò) 高或過(guò)低，超出了設(shè)定數(shù)據(jù)的最大值或最小值，發(fā)射端控制模塊發(fā)出警報(bào)A，如果接收到的 電流數(shù)據(jù)過(guò)高或過(guò)低，超出了設(shè)定數(shù)據(jù)的最大值或最小值，發(fā)射端控制模塊發(fā)出警報(bào)B。當(dāng) 接收到的電壓和電流數(shù)據(jù)均在設(shè)定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)時(shí)，就將接收到的電流數(shù)據(jù)送入PI控制寄 存器。PWM信號(hào)頻率根據(jù)PI調(diào)節(jié)結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)輸出，進(jìn)而系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)恒流、限壓充電，使系 統(tǒng)的傳輸功率保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)。當(dāng)充電完畢W后，電池管理模塊將發(fā)送信息給發(fā)射 端控制模塊，發(fā)射端控制模塊將停止進(jìn)行充電并發(fā)出充電完畢的提醒。
[〇〇3引電池管理模塊采集到的數(shù)據(jù)采用ZigBee通信技術(shù)傳送到發(fā)射端處理器 TMS320F28335內(nèi)，經(jīng)過(guò)PI控制策略調(diào)節(jié)后輸出兩路互補(bǔ)的PWM波。處理器TMS320F28335輸出 的驅(qū)動(dòng)電平不足W使功率M0SFET開關(guān)管的口極觸發(fā)，因此需要增加驅(qū)動(dòng)電路放大觸發(fā)電平 W驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路還可W起到隔離主電路與控制電路的作用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，包括發(fā)射部分和接收部分，所述發(fā)射部分包括整流模 塊、逆變模塊、發(fā)射線圈、發(fā)射端控制模塊、發(fā)射端通信模塊和驅(qū)動(dòng)電路，所述接收部分包括 接收線圈、穩(wěn)壓模塊、電池、電池管理模塊和接收端通信模塊，其特征在于:所述逆變模塊的 每個(gè)開關(guān)管的兩端均并接有吸收電路，電網(wǎng)通過(guò)整流電路連接逆變模塊，逆變模塊連接發(fā) 射線圈，發(fā)射端控制模塊通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路連接逆變模塊的開關(guān)管，所述發(fā)射端通信模塊的輸 出端連接發(fā)射端控制模塊，接收端線圈通過(guò)穩(wěn)壓模塊連接電池，電池管理模塊分別連接電 池和接收端通信模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述吸收電路為RCD 吸收電路。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電路包括高 速光耦、穩(wěn)壓芯片和驅(qū)動(dòng)器，所述發(fā)射端控制模塊的輸出端通過(guò)高速光耦連接驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng) 器的輸出端連接逆變模塊的開關(guān)管，所述穩(wěn)壓芯片的輸出端連接高速光耦。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述整流模塊包括不 控單相整流橋電路。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述逆變模塊包括全 橋尚頻逆變電路。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種閉環(huán)無(wú)線能量傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)射端控制模 塊采用DSP系列處理器TMS320F28335。
【文檔編號(hào)】H02J7/02GK205429837SQ201620027061
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月12日
【發(fā)明人】周永勤, 朱萌, 黃策, 羅蘭蘭, 孫沁
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)