采用全固态薄膜锂电池的背包内嵌储能装置无线充电系统的制作方法

本实用新型涉及磁耦合谐振式无线电能传输技术和全固态薄膜锂离子电池，尤其涉及一种采用全固态薄膜锂电池的背包内嵌储能装置无线充电系统。

背景技术：

根据传输机理不同，无线电能传输技术主要划分为四种形式：电磁辐射式、电场耦合式、磁耦合谐振式和超声波耦合式。本实用新型基于磁耦合谐振式电能传输技术。磁耦合谐振式能实现电能在中远传输距离时有较大的传输功率和传输效率，并且中间不受非磁性障碍物的影响，是一种应用前景广阔的新型无线电能传输技术。

磁耦合谐振式无线电能传输技术的基本原理为：通过高频逆变电路把直流电转换为高频交流电，发射端和接收端的两侧线圈在补偿电容的配合下发生自谐振，使线圈回路阻抗值达到最小，从而使得大部分能量在电容和电感之间来回振荡，并且同时通过线圈向外发射能量或者从外界接收能量。

相比较于传统的接触式充电方式，采用磁耦合谐振式无线电能传输技术可以成功地避免由充电设备的反复拔插而引起的连接处的机械磨损，导致接触不良。同时，由于非接触的特性，可避免传统接触式充电过程中充电器和电源连接时产生电火花而造成的潜在危险。

随着电子器件不断向微型化、轻量化方向发展，迫切要求微小尺寸的化学电池。特别是微电子机械系统技术发展的需要，微电池已经引起了人们重视。因为锂是最轻的金属，同时电负性最大，能够提供高比能量。并且，与传统蓄电池相比，全固态薄膜锂离子电池突破了电池形状上的单一性、厚重性，其厚度可达到微米数量级。同时还可以彻底解决传统锂电池的安全问题。此外，在有机可柔基片上制作的全固态薄膜锂离子电池具有可柔特性，可应用在需要有形状弯曲功能的场合中。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种便携且安全高效的采用全固态薄膜锂电池的背包内嵌储能装置无线充电系统。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种采用全固态薄膜锂电池的背包内嵌储能装置无线充电系统，包括发射单元和接收单元；

所述的发射单元进一步包括第一AC-DC模块、DC-DC模块、高频逆变模块、第一控制器、第一检测电路、第二检测电路和发射机构，第一AC-DC模块、DC-DC模块、高频逆变模块、发射机构依次相连；第一检测电路连接高频逆变模块的输入端，用来检测高频逆变模块的低压直流侧的电流；第二检测电路连接高频逆变模块的输出端，用来检测高频逆变模块的高频交流侧的电流；第一控制器的输入端连接第一检测电路、第二检测电路，第一控制器的输出端连接DC-DC模块，第一控制器通过驱动器连接高频逆变模块；

所述的接收单元进一步包括接收机构、第二AC-DC模块、第三检测电路、第二控制器和储能单元，接收机构、第二AC-DC模块、储能单元依次相连，第三检测电路连接第二AC-DC模块的输出端，用来检测储能单元实时的配置信息和通信协议；第三检测电路的输出端连接第二控制器，储能单元为全固态薄膜锂离子电池。

进一步的，发射机构由第一补偿电容电路和发射线圈串联构成。

进一步的，接收机构由第二补偿电容和接收线圈串联构成。

进一步的，第二控制器的输出端连接通信信号调制电路。

进一步的，第二检测电路进一步包括电流互感器、真有效值芯片和AD转换器，电流互感器、真有效值芯片、AD转换器依次相连。

进一步的，全固态薄膜锂离子电池为基于有机可柔基片的全固态薄膜锂离子电池，其以非晶态的Li₂Mn₂O₄为正极材料，以非晶态的V₂O₅为负极材料，以非晶态的Li₃PO_4-yN_y为电解质材料，以金属V为集电极材料。

和现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

（1）将接收单元内嵌于背包内，可实现背包功能的多样化，解决了生活中手机、平板电脑等小功率电器的充电不方便的问题，具有很强的实用性。

（2）采用磁耦合谐振式无线电能传输技术实现储能单元的无线充电，大大地简化了充电过程，可有效避免因遗忘而未对背包内嵌储能单元进行充电的情况，优化了用户体验，对后期的推广有着积极的意义。

（3）采用全固态薄膜锂离子电池作为储能单元，实现了储能单元的微型化和轻型化，在便于嵌入背包内的同时，还可减轻背包重量。采用在有机可柔基片上制作的全固态薄膜锂离子电池，使得嵌入背包的储能单元具有形状弯曲功能。

附图说明

图1是发射单元的结构示意图；

图2是接收单元的结构示意图；

图3是第二检测电路及其连接关系的具体示意图；

图4是本实用新型储能单元横截面示意图。

图中，1-第一AC-DC模块，2- DC-DC模块，3-高频逆变模块，4-第一控制器，5-第一检测电路，6-第二检测电路，7-发射机构，8-接收机构，9-第二AC-DC模块，10-第三检测电路，11-第二控制器，12-通信信号调制电路，13-储能单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

参见图1，发射单元中，第一AC-DC模块1用来把市电整流为直流电，DC-DC模块2用来稳定前级电压，并将前级电压转换为后级模块所需电压；高频逆变模块3在第一控制器4输出的PWM信号的驱动下，将DC-DC模块2输出的直流电转换为高频交流电，并通过发射机构7把高频交流电发射出去。第一检测电路5和第二检测电路6分别检测高频逆变模块3的低压直流侧和高频交流侧的电流，并将检测电流转换为电压信号后发送给第一控制器4。第一控制器4根据接收信号控制DC-DC模块2和高频逆变模块3，以保证工作频率在接收线圈和发射线圈的谐振频率附近。为方便画图，图1中两个第一控制器4所指相同。

参见图2，接收单元中，接收机构8接收发射机构7发射的能量，并向后级输出。第二AC-DC模块9把高频交流电整流成为直流电，为储能单元13进行充电。第三检测电路10检测待储能单元13的实时状态并传送给第二控制器11，所述的储能单元13的实时状态包括储能单元13的实时的配置信息和通信协议。第二控制器11还连接通信信号调制电路12，其接收的储能单元13的实时状态可通过通信信号调制电路12发送到控制中心。

参见图3，一种具体的第二检测电路6由依次相连的电流互感器、真有效值芯片、AD转换器构成。其中，电流互感器用来检测高频逆变模块高频交流侧的电流，即发射机构7中电流，并输出电压信号，通过真有效值芯片获得有效值。A/D转换器把有效值转换为数字量发送给第一控制器4。第一控制器4控制DC-DC模块2和高频逆变模块3，以保证发射线圈电流的有效值一直为最大值，即可让无线充电系统工作在谐振频率附近。

本实施例的储能单元为基于有机可柔基片的全固态薄膜锂离子电池，具有可柔特性。参见图4，该全固态薄膜锂离子电池以非晶态的Li₂Mn₂O₄为正极材料，以非晶态的V₂O₅为负极材料，以非晶态的Li₃PO_4-yN_y为电解质材料，以金属V为集电极材料。用非晶态薄膜可有效地防止内部应力造成的薄膜脱落和断裂。