一种闭环无线能量传输系统的制作方法

文档序号:10748136阅读:344来源:国知局
一种闭环无线能量传输系统的制作方法
【专利摘要】一种闭环无线能量传输系统,它涉及一种无线能量传输系统。本实用新型的目的是为了解决现有技术中的无线能量传输系统在能量传输过程中由于不能有效消除浪涌电压和不能实现电池充电信息的无线反馈,因而存在充电效率和传输效率低的问题。本实用新型包括发射部分和接收部分,发射部分包括整流模块、逆变模块、发射线圈、发射端控制模块、发射端通信模块和驱动电路,逆变模块的每个开关管的两端均并接有吸收电路,电网通过整流电路连接逆变模块,逆变模块连接发射线圈,发射端控制模块通过驱动电路连接逆变模块的开关管,发射端通信模块的输出端连接发射端控制模块。本实用新型有效的提高了能量传输的稳定性,提高了能量传输效率。
【专利说明】
-种闭环无线能量传输系统
技术领域
[0001] 本实用新型设及一种无线能量传输系统,具体设及一种闭环无线能量传输系统, 属于能量传输技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着环境污染的加剧,能源的严重匿乏W及全球变暖现象的日趋严重,使得绿色 环保能源成为未来交通发展的方向。电动汽车能够较好地解决车辆排放污染与能源短缺问 题,在当今社会中获得越来越多的关注,而影响电动汽车发展的因素之一是充电的便利性。 目前有线充电存在恶劣天气环境下安全性差,充电时需要人工操作,手动将充电机末端与 汽车电池相连接等问题,因此有线充电方式极大地降低了充电灵活性,并且长长的电缆影 响美观。此外,车身上完整的充电电路增加了车的自重,限制了电动汽车性能,影响了电动 汽车的普及应用。
[0003] 汽车无线充电技术是电动汽车发展的必经之路。无线充电采用磁禪合谐振技术, 即车辆上安装接收线圈,停车位地面上安装发射线圈。在共轴线情况下相隔一定距离传输 电能。当两个线圈盘直径一定时,它们之间的垂直间距和水平位移决定了传输电能大小: (1)当垂直相对距离近时,电压高,反之电压低。具体的,各个车型、各个厂家生产的汽车底 盘高度不同,并且每台车底盘离地面高度在各种情况下也不同,如轮胎充气是否充足、车辆 轻载还是满载,所W垂直距离各不相同。(2)当汽车停靠时,发射线圈中屯、与接收线圈中屯、 前后左右水平偏移量小时,电压高,反之电压低。每次停车时的位置不是一成不变的,所W 水平位移的大小也各不相同。
[0004] 除此之外,开环无线能量传输系统在工作过程中由于电路工作溫度变化、寄生参 数变化等原因,导致电池两端电压及回路电流也在变化,使得传输功率和充电效率低下。
[0005] 目前,现有的无线充电系统普遍不能实时的对汽车电池的充电电流、充电电压及 溫度等信息进行无线反馈,使得充电效率和传输功率较低。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是为了解决现有技术中的无线能量传输系统在能量传输过程 中由于不能有效消除浪涌电压和不能实现电池充电信息的无线反馈,因而存在充电效率和 传输效率低的问题。
[0007] 本实用新型的技术方案是:一种闭环无线能量传输系统,包括发射部分和接收部 分,所述发射部分包括整流模块、逆变模块、发射线圈、发射端控制模块、发射端通信模块和 驱动电路,所述逆变模块的每个开关管的两端均并接有吸收电路,电网通过整流电路连接 逆变模块,逆变模块连接发射线圈,发射端控制模块通过驱动电路连接逆变模块的开关管, 所述发射端通信模块的输出端连接发射端控制模块。
[000引所述接收部分包括接收线圈、稳压模块、电池、电池管理模块和接收端通信模块, 接收端线圈通过稳压模块连接电池,电池管理模块分别连接电池和接收端通信模块,所述 接收线圈和发射线圈之间建立磁禪合谐振能量传输,接收端通信模块和发射端通信模块通 过无线网络建立通信连接。
[0009] 所述吸收电路为RCD吸收电路。
[0010] 所述驱动电路包括高速光禪、稳压忍片和驱动器,所述发射端控制模块的输出端 通过高速光禪连接驱动器,驱动器的输出端连接逆变模块的开关管,所述稳压忍片的输出 端连接高速光禪。
[0011] 所述整流模块包括不控单相整流桥电路。
[0012] 所述逆变模块包括全桥高频逆变电路。
[0013] 所述的发射端控制模块采用DSP系列处理器TMS320F28335。
[0014] 本实用新型与现有技术相比具有W下效果:本实用新型实现电池的非接触式闭环 控制充电,运用变频技术,实现系统在垂直间距和水平位移发生变化时可W完成恒流、限压 充电,进而使系统的输出功率在设定范围内恒定,本实用新型的电池管理模块可W实时监 测电池的电流、电压、溫度等数据并进行过流、欠压、过溫等保护,通过带有吸收电路的变频 电路,可W有效的消除浪涌电压对传输系统的影响,有效的提高了能量传输的稳定性,提高 了能量传输效率。
【附图说明】
[0015] 图1是发射线圈-接收线圈电路示意图。
[0016] 图2是本系统总体结构示意图。
[0017] 图3是信号驱动电路示意图。
[0018] 图4是高频逆变电路示意图。
【具体实施方式】
[0019] 结合【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】,本实用新型的一种闭环无线能量传输 系统,包括发射部分和接收部分,所述发射部分包括整流模块、逆变模块、发射线圈、发射端 控制模块、发射端通信模块和驱动电路,所述逆变模块的每个开关管的两端均并接有吸收 电路,电网通过整流电路连接逆变模块,逆变模块连接发射线圈,发射端控制模块通过驱动 电路连接逆变模块的开关管,所述发射端通信模块的输出端连接发射端控制模块。
[0020] 如图1所W,为了满足谐振要求,使发射回路与接收回路具有相同的谐振频率,需 要对发射线圈L1、中继线圈和接收线圈L2匹配相应的谐振电容C1和C2,使两线圈禪合的更 好,提高传递效率,其谐振频率为:
[0021] 所述接收部分包括接收线圈、稳压模块、电池、电池管理模块和接收端通信模块, 接收端线圈通过稳压模块连接电池,电池管理模块分别连接电池和接收端通信模块,所述 的发射线圈与接收线圈之间通过磁禪合谐振的方式进行无线能量传输,使能量从发射端传 送到接收端,接收端通信模块和发射端通信模块通过ZigBee通信技术实现非接触式通信连 接,本实施方式的ZigBee无线通信选用国内顺舟科技SZ05-STD-SMA的Zi浊ee嵌入式非接触 式通信模块,并将本系统的无线通信频率设定为2.48GHz,该频率点可W有效的避免WIFI信 号的干扰。
[0022] 所述吸收电路为RCD吸收电路,在逆变电路中,开关管的开通和关断的瞬间会产生 很大的脉冲尖峰即为浪涌电压,运些脉冲尖峰由于瞬间电压过高,很可能损坏M0SFET开关 管,所W对脉冲尖峰的缓冲吸收效果直接影响开关管的参数性能和工作寿命,M0SFET开关 管旁由电阻R、电容Ce、二极管D组成了充放电RCD吸收电路,将浪涌电压在电阻上W热能消 耗,此缓冲吸收电阻选用大功率电阻。
[0023] 所述驱动电路包括高速光禪、稳压忍片和驱动器,所述发射端控制模块的输出端 通过高速光禪连接驱动器,驱动器的输出端连接逆变模块的开关管,所述稳压忍片的输出 端连接高速光禪,处理器STM32F103输出的驱动电平不足W使功率M0SFET开关管的口极触 发,因此需要增加驱动电路放大触发电平W驱动开关管,同时驱动电路还可W起到隔离主 电路与控制电路的作用。图4为信号驱动电路,图3中6N137为高速光禪合器,用于将主电路 和控制电路进行隔离。TLE4264是一款稳压忍片,将输出电压稳定在5V供6N137使用。6N137 中引脚7是使能端,当引脚7加有5V电压时允许接收端引脚2工作,引脚6是输出端,与高速 M0SFE巧区动器TC4420的输入端引脚2相连。TC4420是同向输出,即PWM SIN输入为高电平时, 端口G输出的也是高电平,PWM SIN输入为低电平时,端口G输出的也是低电平。
[0024] 所述整流模块包括不控单相整流桥电路,本实施方式采用的整流模块型号为 GBJ2508。
[0025] 所述逆变模块包括全桥高频逆变电路,用于产生高频交流电如图4所示,G1和G4的 信号驱动电路的输入为相同的PWM SIN1,G2和G3的的信号驱动电路的输入为相同的PWM SIN2信号。PWM SIN1和PWM SIN2为两路互补的PWM波,当PWM SIN1为高电平时,PWM SIN2为 低电平,此时M0SFET管Q1和M0SFET管Q4导通,M0S阳T管92和版)8阳T管Q3截止;当PWM SIN1为 低电平时,PWM SIN2为高电平,此时M0SFET管Q1和M0SFET管Q4截止,M0S阳T管92和版)5阳T管 Q3导通。根据PWM波的占空比,如此循环反复,高频逆变电路输出高频交流电。
[0026] 本实施方式选用大功率M0SFET作为逆变电路的可控开关器件,选择ST微电子公司 的N沟道M0SFET管STP14NF10FP,其额定电压为100V,额定电流为15A。
[0027] 所述的发射端控制模块采用DSP系列处理器TMS320F28335。本实用新型的发射端 控制模块采用的控制策略是增量型的PI控制策略。
[0028] 所述的稳压模块用于将接收线圈接收到的高频交流电整流成直流电并进行稳压 后供给电池使用,其中整流二极管选用型号为APT30D100BCT快速恢复二极管,额定反向电 压为1000V,额定正向导通电流为30A。
[0029] 本实用新型的工作过程为:
[0030] 当电网进电经过整流和高频逆变W后输出高频交流电,发射线圈中通有高频交 流电,发射线圈在其周围形成交变磁场,接收线圈置于发射线圈产生的磁场中,通过谐振电 容与线圈电感相匹配使发射回路与接收回路具有相同的谐振频率,接收线圈在发射线圈产 生的磁场中禪合到能量并发生谐振,使能量源源不断地从发射线圈流向接收线圈。接收线 圈禪合到的高频交流电经过整流稳压W后输出直流电,供给电池使用。
[0031] 在整个过程中电池管理系统实时的检测电池的电压、电流和溫度,在电池管理模 块内部进行一系列的处理后将数据传输给接收端通信模块,接收端通信模块采用Zi浊ee通 信技术实现与发射端通信模块的无线非接触式通信,将电池管理模块采集到的数据传输给 发射端控制模块。
[0032]接收端控制模块将接收到的数据与设定的数据作比较,如果接收到的电压数据过 高或过低,超出了设定数据的最大值或最小值,发射端控制模块发出警报A,如果接收到的 电流数据过高或过低,超出了设定数据的最大值或最小值,发射端控制模块发出警报B。当 接收到的电压和电流数据均在设定的数据范围内时,就将接收到的电流数据送入PI控制寄 存器。PWM信号频率根据PI调节结果进行调节输出,进而系统能够实现恒流、限压充电,使系 统的传输功率保持在设定的范围之内。当充电完毕W后,电池管理模块将发送信息给发射 端控制模块,发射端控制模块将停止进行充电并发出充电完毕的提醒。
[〇〇3引电池管理模块采集到的数据采用ZigBee通信技术传送到发射端处理器 TMS320F28335内,经过PI控制策略调节后输出两路互补的PWM波。处理器TMS320F28335输出 的驱动电平不足W使功率M0SFET开关管的口极触发,因此需要增加驱动电路放大触发电平 W驱动开关管,同时驱动电路还可W起到隔离主电路与控制电路的作用。
【主权项】
1. 一种闭环无线能量传输系统,包括发射部分和接收部分,所述发射部分包括整流模 块、逆变模块、发射线圈、发射端控制模块、发射端通信模块和驱动电路,所述接收部分包括 接收线圈、稳压模块、电池、电池管理模块和接收端通信模块,其特征在于:所述逆变模块的 每个开关管的两端均并接有吸收电路,电网通过整流电路连接逆变模块,逆变模块连接发 射线圈,发射端控制模块通过驱动电路连接逆变模块的开关管,所述发射端通信模块的输 出端连接发射端控制模块,接收端线圈通过稳压模块连接电池,电池管理模块分别连接电 池和接收端通信模块。2. 根据权利要求1所述一种闭环无线能量传输系统,其特征在于:所述吸收电路为RCD 吸收电路。3. 根据权利要求1所述一种闭环无线能量传输系统,其特征在于:所述驱动电路包括高 速光耦、稳压芯片和驱动器,所述发射端控制模块的输出端通过高速光耦连接驱动器,驱动 器的输出端连接逆变模块的开关管,所述稳压芯片的输出端连接高速光耦。4. 根据权利要求1所述一种闭环无线能量传输系统,其特征在于:所述整流模块包括不 控单相整流桥电路。5. 根据权利要求1所述一种闭环无线能量传输系统,其特征在于:所述逆变模块包括全 桥尚频逆变电路。6. 根据权利要求1所述一种闭环无线能量传输系统,其特征在于:所述的发射端控制模 块采用DSP系列处理器TMS320F28335。
【文档编号】H02J7/02GK205429837SQ201620027061
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月12日
【发明人】周永勤, 朱萌, 黄策, 罗兰兰, 孙沁
【申请人】哈尔滨理工大学
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1