CN105914899B - 一种可双向工作的无线电能传输***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可双向工作的无线电能传输***及方法，***包括电源模块，双向DC‑DC变换器，逆变及整流模块，谐振电路及传输线圈，控制及通信模块；双向DC‑DC变换器和逆变及整流模块，协同工作实现电能的双向传输，在对其他***进行无线充电的过程中，由双向DC‑DC变换器启动BOOST功能，逆变及整流模块启动逆变功能，电能经过谐振电路及线圈传输到下一级***中；在其他***对本***进行充电的过程中，电能经过谐振电路及线圈，启动逆变整流模块中的整流功能，双向DC‑DC变换器中的BUCK功能，对电源模块进行充电；本发明结合双向DC‑DC转换和磁耦合无线充电，使得充电过程更加的方便安全，同时可以加入到便携设备中，无需增加电源线，便可以直接进行充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种可双向工作的无线电能传输***及方法，属于功率电子学技术领域。
背景技术
在1889年，交流电的发明者，尼古拉特斯拉，便开始了远程无线电能传输的研究，他设想，将地球作为内导体，距离地面60Km的电离层作为外导体，在地球和电离层之间产生8Hz的共振，从而向全球输送电能。但自从特斯拉之后，无线电能传输的进步似乎就停止了。
直到20世纪90年代，新西兰奥克兰大学的John.T Boys教授提出了ICPT技术，之后无线充电的成果越来越多，直到今天，无线充电技术已经应用到心脏起搏器，大到公交汽车等人们生活中的方方面面。
在所有的无线充电方案中，都是采用一个装置作为电能发射端，一个作为电能接收端，但是一些应用场景中，需要电能接收和发射是一体的，所以基于这样的思路，在本发明中，提出了采用双向DC-DC结合无线电能传输的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以进行双向无线电能传输***及方法，目的在于通过双向DC-DC与无线电能传输模块整合，以及传输方向控制的设计。结合双向DC-DC转换和磁耦合无线充电，使得充电过程更加的方便安全，同时可以加入到便携设备中，无需增加电源线，便可以直接进行充电。
本发明的技术方案如下：
一种可双向工作的无线电能传输***，所述***包括电源模块，双向DC-DC变换器，逆变及整流模块，谐振电路及传输线圈，控制及通信模块；
所述双向DC-DC变换器和逆变及整流模块，协同工作实现电能的双向传输，在对其他***进行无线充电的过程中，由双向DC-DC变换器启动BOOST功能，逆变及整流模块启动逆变功能，电能经过谐振电路及线圈传输到下一级***中；在其他***对本***进行充电的过程中，电能经过谐振电路及线圈，启动逆变整流模块中的整流功能，双向DC-DC变换器中的BUCK功能，对电源模块进行充电；
所述控制及通信模块用于负责***的整体的工作过程控制及与外部***的数据通信。
上述逆变及整流模块由全桥逆变电路及整流电路组成；所述控制及通信模块通过四个信号mos管控制四个开关mos管的通断选择逆变或者整流功能；
当处于放电状态时，选择全桥逆变电路，接入BOOST电路，输出高频交流；当处于充电状态时，选择整流电路，电路中由高频交流变为直流，接入BUCK电路；
上述控制及通信模块中的四个引脚控制四个信号mos管g1,g2,g3,g4；
当控制pin1,pin2输出低电平的时，信号mos g1,g2的源极输出低电平，LC振荡电路与全桥电路接通；
当控制pin3,pin4输出低电平时，信号mos g3,g4的源极输出低电平，LC振荡电路与整流滤波电路接通。
一种可双向工作的无线电能传输方法，利用上述的***，包括如下步骤：
(1)、控制及通信模块对电源模块，双向DC-DC模块，逆变及整流模块的状态进行设置；
当***充电时，控制模块设置电源模块为充电状态，双向DC-DC模块为BUCK状态，逆变及整流模块为整流状态；
当***放电时，控制模块设置电源模块为放电状态，双向DC-DC模块为BOOST状态，逆变及整流模块为逆变状态；
设定电源模块的电池容量为C，电量为E，当***电量E<5％C时，***无法进入放电状态；
(2)、***设定为充电或放电状态后，进行试充或试放电，***根据接收端的电压电流进行判断，是否符合***电能收发情况，如果符合进入充电或者放电状态；
(3)、设定***充电最大功率为Pmax，最小充电功率为Pmin，恒定工作温度为Tw在***充电过程中，根据电源模块中电池特性曲线，调整发射功率，从而让电压电流符合特性曲线变化。
作为接收端的双向无线电能传输装置，则向发送端发送增大或者减小发射功率请求，得到发射端的确认请求状态信息，将状态信息发送到发射端。作为发射端的双向无线无线电能传输装置，收到功率请求信息后，发回确认信息以及请求获得接收端状态信息，发射端根据状态信息对功率进行调整。
如果接收不接受功率调整，则调整发射功率为75％，当电源模块内芯片温度检测引脚，经过检测得到工作温度T＞2.3Tw时，则判断为充电结束；如果***接受功率调整，则当接受端发射的功率需求P＜Pmin则判断为充电结束；
(4)、设此时接收端功率要求P，上一次功率请求为P-1，当|P-P-1|>0.4Pmax则判断为充电异常，重新进入步骤(1)。
本发明结合双向DC-DC转换和磁耦合无线充电，使得充电过程更加的方便安全，同时可以加入到便携设备中，无需增加电源线，便可以直接进行充电。
附图说明
图1是本发明的***框图；
图2是***工作流程图；
图3是逆变及整流模块的电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种可双向工作的无线电能传输***，所述***包括电源模块，双向DC-DC变换器，逆变及整流模块，谐振电路及传输线圈，控制及通信模块；
所述双向DC-DC变换器和逆变及整流模块，协同工作实现电能的双向传输，在对其他***进行无线充电的过程中，由双向DC-DC变换器启动BOOST功能，逆变及整流模块启动逆变功能，电能经过谐振电路及线圈传输到下一级***中；在其他***对本***进行充电的过程中，电能经过谐振电路及线圈，启动逆变整流模块中的整流功能，双向DC-DC变换器中的BUCK功能，对电源模块进行充电；
所述控制及通信模块用于负责***的整体的工作过程控制及与外部***的数据通信。
如图3所示，上述逆变及整流模块由全桥逆变电路及整流电路组成；所述控制及通信模块通过四个信号mos管控制四个开关mos管的通断选择逆变或者整流功能；
当处于放电状态时，选择全桥逆变电路，接入BOOST电路，输出高频交流；当处于充电状态时，选择整流电路，电路中由高频交流变为直流，接入BUCK电路；
上述控制及通信模块中的四个引脚控制四个信号mos管g1,g2,g3,g4；
当控制pin1,pin2输出低电平的时，信号mos g1,g2的源极输出低电平，LC振荡电路与全桥电路接通；
当控制pin3,pin4输出低电平时，信号mos g3,g4的源极输出低电平，LC振荡电路与整流滤波电路接通。
如图2所示，一种可双向工作的无线电能传输方法，利用上述的***，包括如下步骤：
(1)、控制及通信模块对电源模块，双向DC-DC模块，逆变及整流模块的状态进行设置；
当***充电时，控制模块设置电源模块为充电状态，双向DC-DC模块为BUCK状态，逆变及整流模块为整流状态；
当***放电时，控制模块设置电源模块为放电状态，双向DC-DC模块为BOOST状态，逆变及整流模块为逆变状态；
设定电源模块的电池容量为C，电量为E，当***电量E<5％C时，***无法进入放电状态；
(2)、***设定为充电或放电状态后，进行试充或试放电，***根据接收端的电压电流进行判断，是否符合***电能收发情况，如果符合进入充电或者放电状态；
(3)、设定***充电最大功率为Pmax，最小充电功率为Pmin，恒定工作温度为Tw在***充电过程中，根据电源模块中电池特性曲线，调整发射功率，从而让电压电流符合特性曲线变化。
作为接收端的双向无线电能传输装置，则向发送端发送增大或者减小发射功率请求，得到发射端的确认请求状态信息，将状态信息发送到发射端。作为发射端的双向无线无线电能传输装置，收到功率请求信息后，发回确认信息以及请求获得接收端状态信息，发射端根据状态信息对功率进行调整。
如果接收不接受功率调整，则调整发射功率为75％，当电源模块内芯片温度检测引脚，经过检测得到工作温度T＞2.3Tw时，则判断为充电结束；如果***接受功率调整，则当接受端发射的功率需求P＜Pmin则判断为充电结束；
(4)、设此时接收端功率要求P，上一次功率请求为P-1，当|P-P-1|>0.4Pmax则判断为充电异常，重新进入步骤(1)。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种可双向工作的无线电能传输方法，利用一种可双向工作的无线电能传输***，所述***包括电源模块，双向DC-DC变换器，逆变及整流模块，谐振电路及传输线圈，控制及通信模块；
所述双向DC-DC变换器和逆变及整流模块，协同工作实现电能的双向传输，在对其他***进行无线充电的过程中，由双向DC-DC变换器启动BOOST功能，逆变及整流模块启动逆变功能，电能经过谐振电路及线圈传输到下一级***中；在其他***对本***进行充电的过程中，电能经过谐振电路及线圈，启动逆变整流模块中的整流功能，双向DC-DC变换器中的BUCK功能，对电源模块进行充电；
所述控制及通信模块用于负责***的整体的工作过程控制及与外部***的数据通信；
其特征在于：包括如下步骤：
(1)、控制及通信模块对电源模块，双向DC-DC模块，逆变及整流模块的状态进行设置；
当***充电时，控制模块设置电源模块为充电状态，双向DC-DC模块为BUCK状态，逆变及整流模块为整流状态；
当***放电时，控制模块设置电源模块为放电状态，双向DC-DC模块为BOOST状态，逆变及整流模块为逆变状态；
设定电源模块的电池容量为C，电量为E，当***电量E<5％C时，***无法进入放电状态；
(2)、***设定为充电或放电状态后，进行试充或试放电，***根据接收端的电压电流进行判断，是否符合***电能收发情况，如果符合进入充电或者放电状态；
(3)、设定***充电最大功率为Pmax，最小充电功率为Pmin，恒定工作温度为Tw，在***充电过程中，根据电源模块中电池特性曲线，调整发射功率，从而让电压电流符合特性曲线变化；
作为接收端的双向无线电能传输装置，则向发送端发送增大或者减小发射功率请求，得到发射端的确认请求状态信息，将状态信息发送到发射端；作为发射端的双向无线电能传输装置，收到功率请求信息后，发回确认信息以及请求获得接收端状态信息，发射端根据状态信息对功率进行调整；
如果接收不接受功率调整，则调整发射功率为75％，当电源模块内芯片温度检测引脚，经过检测得到工作温度T＞2.3Tw时，则判断为充电结束；如果***接受功率调整，则当接受端发射的功率需求P＜Pmin则判断为充电结束；
(4)、设此时接收端功率要求P，上一次功率请求为P-1，当|P-P-1|>0.4Pmax则判断为充电异常，重新进入步骤(1)。
2.根据权利要求1所述的一种可双向工作的无线电能传输方法，其特征在于：所述逆变及整流模块由全桥逆变电路及整流电路组成；所述控制及通信模块通过四个信号mos管控制四个开关mos管的通断选择逆变或者整流功能；
当处于放电状态时，选择全桥逆变电路，接入BOOST电路，输出高频交流；当处于充电状态时，选择整流电路，电路中由高频交流变为直流，接入BUCK电路。
3.根据权利要求2所述的一种可双向工作的无线电能传输方法，其特征在于：所述控制及通信模块中的四个引脚控制四个信号mos管g1,g2,g3,g4；
当控制pin1,pin2输出低电平的时，信号mos g1,g2的源极输出低电平，LC振荡电路与全桥电路接通；
当控制pin3,pin4输出低电平时，信号mos g3,g4的源极输出低电平，LC振荡电路与整流滤波电路接通。
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