非接触式大功率电池充电系统的制作方法

本实用新型涉及轨道交通技术领域，更具体的说是涉及一种非接触式大功率电池充电系统。

背景技术：

非接触电能传输技术依托着不断发展的半导体技术正在改变着人们的科研以及生活，当非接触电能传输技术应用于轨道交通供电时，能够解决易受环境影响、易产生摩擦损耗的问题，具有环境适应性强、使用寿命长、供电质量安全可靠的特点。

但是，目前并没有一种适用于轨道交通供电的非接触式电能传输系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种非接触式大功率电池充电系统。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种非接触式大功率电池充电系统，包括：

预充电回路、高频逆变器、原边补偿电路、原边发射线圈、副边接收线圈、副边补偿电路、高频整流器、boost电路以及电池组，其中：

所述预充电回路与直流母线连接，所述预充电回路包括第一开关、第二开关以及与所述第一开关串联的第一电阻；所述预充电回路并联有第一电容；

所述高频整流器并联有第二电容以及第二电阻；

所述boost电路并联有第三电容，所述电池组串联有第三开关。

可选地，所述高频逆变器的个数为(n+1)，所述原边补偿电路的个数为(n+1)，所述原边发射线圈的个数为a(n+1)，所述系统还包括a(n+1)个第四开关，其中，n为列车节数；a为大于等于1的整数，用于指示一个高频逆变器控制的原边发射线圈的数量。

可选地，所述高频逆变器由全控逆变桥组成。

可选地，所述全控逆变桥为绝缘栅双极型晶体管igbt或金氧半场效晶体管mosfet。

可选地，所述原边补偿电路由第一电感以及第四电容组成，其中，所述第一电感与所述高频逆变器串联，所述第四电容与所述高频逆变器并联。

可选地，所述boost电路由开关管、二极管、第二电感与第五电容组成。

可选地，所述副边接收线圈的个数为m，所述m为大于等于1的整数。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型提供了一种非接触式大功率电池充电系统，包括：预充电回路、高频逆变器、原边补偿电路、原边发射线圈、副边接收线圈、副边补偿电路、高频整流器、boost电路以及电池组，其中：所述预充电回路与直流母线连接，所述预充电回路包括第一开关、第二开关以及与所述第一开关串联的第一电阻；所述预充电回路并联有第一电容；所述高频整流器并联有第二电容以及第二电阻；所述boost电路并联有第三电容，所述电池组串联有第三开关。上述系统能够适用于轨道交通供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种非接触式大功率电池充电系统的结构示意图；

图2为本实用新型提供的另一种非接触式大功率电池充电系统的结构示意图；

图3为本实用新型提供的占空比脉冲变化示意图；

图4为本实用新型提供的单条无线电能传输支路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，图1为本实用新型提供的一种非接触式大功率电池充电系统的结构示意图，该系统包括：

预充电回路11、高频逆变器12、原边补偿电路13、原边发射线圈14、副边接收线圈15、副边补偿电路16、高频整流器17、boost电路18以及电池组eo，其中：

所述预充电回路与直流母线连接，所述预充电回路包括第一开关kc1、第二开关kc2以及与所述第一开关kc1串联的第一电阻rc；所述预充电回路并联有第一电容ch；

所述高频整流器r并联有第二电容cr以及第二电阻rr；

所述boost电路并联有第三电容co，所述电池组eo串联有第三开关ko。

考虑到单个线圈给列车供电时，传输功率过低的问题，于是在一个供电分段区内采用多线圈供电的方式，每个供电分段区共用一个预充电回路，根据列车节数n来制定非接触式大功率电池充电系统，这种情况下，所述高频逆变器的个数为(n+1)，所述原边补偿电路的个数为(n+1)，所述原边发射线圈的个数为a(n+1)，所述系统还包括a(n+1)个第四开关，其中，n为列车节数；a为大于等于1的整数，用于指示一个高频逆变器控制的原边发射线圈的数量。

示例如：当n为3时，a为2时，图2为本实用新型提供的另一种非接触式大功率电池充电系统的结构示意图，该系统包括：

一个预充电回路，通过预充电回路连接在直连母线上的4个高频逆变器(即图2中所示的高频逆变器h1、高频逆变器h2、高频逆变器h3、高频逆变器h4)，4个原边补偿电路(即图2中所示的原边补偿电路1、原边补偿电路2、原边补偿电路3、原边补偿电路4)，8个第四开关(即图2中所示的k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8)，8个原边发射线圈(即图2中所示的原边发射线圈1、原边发射线圈2、原边发射线圈3、原边发射线圈4、原边发射线圈5、原边发射线圈6、原边发射线圈7、原边发射线圈8)，以及，在列车上配置的接收装置。

需要说明的是，在本申请中，每节列车配置一组接收装置。每组接收装置由副边接收线圈、副边补偿电路、高频整流器以及boost电路构成。副边接收线圈安放在列车下方，与原边发射线圈平行。boost电路能够根据实际情况或者电池的需要调节系统输出电压。

考虑n为3的情况，在一个供电分段区内列车静止时，图2所示的非接触式大功率电池充电系统工作方式如下：

地面上的直流母线给整个非接触式大功率电池充电系统提供电能，在非接触式大功率电池充电系统启动前，列车处于起始位置，预充电回路中的kc1闭合，电能经过rc给非接触式大功率电池充电系统供电。由于rc的阻值较大，所以此时流经非接触式大功率电池充电系统的电流非常小，高频逆变器前的ch开始缓慢充电。同时，高频逆变器以窄占空比脉冲(＜10％)开始运行，并且占空比随着时间逐渐变大至50％。此时k1至k3闭合，直流电经由高频逆变器变为高频交流方波，再通过原边补偿电路到达原边发射线圈，激发出高频磁场。

接收装置1至接收装置3中的接收线圈位于发射线圈所激发的磁场范围内时，感应出高频交流电并通过副边补偿电路与高频整流器变为直流电能。此时，ko保持关断，电池被断路，boost电路后的co缓慢充电。

当非接触式大功率电池充电系统中的co充电完成时，即检测到boost电路后的co上的电压到达某个阈值以后，通过控制预充电回路，闭合kc2后，断开kc1，然后再闭合ko，此时直流电能直接通过高频逆变器进入非接触式大功率电池充电系统。在闭合ko的同时，由于co上的电压高于eo电压，会导致非接触式大功率电池充电系统无法对eo充电。此时，控制boost电路的驱动程序以窄脉冲开始发波，并且占空比随着时间逐渐变宽直到50％，此时非接触供电系统开始对电池组eo充电。

考虑n为3的情况，在一个供电分段区内列车运行时，图2所示的非接触式大功率电池充电系统工作方式如下：

如图2所示，假设列车驶离原边发射线圈1进入原边发射线圈4，需要停止高频逆变器h1脉冲，断开k1；同时需要合上k4，启动高频逆变器h4脉冲，h4脉冲由窄占空比脉冲(<10％)逐渐增加到50％占空比脉冲，示意图如图3所示。接收装置整流器后的cr由于并联了阻值较大的放电电阻，其上的放电电流很小，电压同样不能发生突变，因此能够保证在原边高频逆变器和发射线圈切换时，系统能够保持稳定运行。

基于上述内容，本申请实施例提供的单条无线电能传输支路单条无线电能传输支路是由一个高频逆变器、一个原边补偿电路、一个原边发射线圈和一个接收装置组成。需要说明的是，接收装置可包括m个副边接收线圈，m为大于等于1的整数，对应的，接收装置还包括与副边接收线圈数量对应的副边补偿电路、高频整流器、boost电路。

示例如，m＝3时，本申请实施例提供的单条无线电能传输支路结构具体如图4所示，参见图4：

预充电回路后的高频逆变器由全控逆变桥组成，全控逆变桥的四个开关器件(即图4所示的s1、s2、s3、s4)可以使用igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)或者mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金氧半场效晶体管)；

原边补偿电路由串联于高频逆变器的一个第一电感l1以及并联的第四电容c1构成，原边补偿电路将电能输出至原边发射线圈lp。

逆变后的高频交流电于发射线圈上激发出高频磁场，位于高频磁场中的副边接收线圈(即图4所示的ls1，ls2，ls3)感应出高频交流电，分别经过补偿电容(即图4所示的cs1，cs2，cs3)到达高频整流器(即图4所示的d1、d2、d3、d4组成的电路)。

每个高频整流器后并联一个第二电容(即图4所示的cr1、cr2、cr3)与第二电阻(即图4所示的rr1、rr2、rr3)，其后再并联由开关管(即图4所示的s5、s6、s7)、二极管(即图4所示的d5、d6、d7)、第二电感(即图4所示的lb1、lb2、lb3)与第五电容(cb1、cb2、cb3)组成的boost电路。

各个boost电路输出端并联后，经第三开关ko共同向电池组eo供电。

其中，l1和lp同时与电容c1在系统开关频率下谐振；副边接收线圈ls1，ls2，ls3分别与各自电路中的补偿电容cs1，cs2，cs3在系统开关频率下谐振。

本实用新型实施例公开了一种应用于轨道交通非接触式大功率电池充电系统。该系统在整体设计方面依据电池充电时的特性，对传统非接触供电系统进行了改进，增加了控制装置与判断装置，提高系统运行可靠性与安全性；该供电系统对拓扑结构进行了改进，使系统能够实现多段供电，并且利用拓扑结构特性，减小原边线圈在动态切换时所产生的冲击电流；为了保证系统稳定性，接收端输出采用闭环控制电路。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。