CN109586421A - 感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法,基于本发明的感应式无线电能传输***中的发射端部分和接收端部分的设计,并结合发射端部分和接收端部分相互配合以及5个功率调节参数,共同完成车载动力电池恒流恒压充电功能,实现***传输功率及传输效率的最优控制;与此同时,基于本发明的感应式无线电能传输***可实现四种工作模式,使发射端部分和接收端部分的线圈能够更好地配对,两部分线圈结构具有较好的兼容性及互操作性。此外,发射端三相桥逆变模块和接收端三相桥整流模块均采用三相桥结构,而非传统的H桥结构,因此,当***中的逆变桥和整流桥中的某一桥臂出现故障,通过相应的控制,***仍可以进行功率传输,具有较好的故障容忍性。
Description
技术领域
本发明涉及汽车技术领域,特别涉及一种感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法。
背景技术
车载感应式无线电能传输***以其充电便捷性、充电安全性及环境适应性等优点得到了快速的发展,然而目前车载感应式无线电能传输***仍存在以下技术不足点:
(1)车载端与非车载端线圈结构兼容性问题:当车载端部分由供应商A提供,而非车载端部分由供应商B提供,二者需要相互配合以完成无线充电功能,线圈结构兼容性是必须要解决的问题。
(2)***故障容忍性较低的问题:传统感应式无线电能传输***多采用H桥逆变器结构,当某一桥臂发生故障,则***无法正常运行,***故障容忍性较低。
(3)***充电功率调节参数不足问题:传统的感应式无线电能传输***一般采用发射端(非车载端)占空比调节控制方法,调节参数较单一,难以实现线圈位错情况下***输出功率的宽范围调节。
(4)单环(发射端控制环)控制问题:传统感应式充电***一般采用单环控制(发射端控制环)方式,该方式对无线通讯带宽要求较高,另外,由于动力电池需要恒流恒压(CC/CV)控制,故需要快速控制环,若采用传统的单环控制,会导致***输出电压或电流产生振荡等风险。
(5)传输功率及传输效率优化控制问题:由于传统感应式充电***功率调节参数单一,为了实现额定传输功率,没有额外调节参数来优化传输效率。另外,相比传导式充电***,感应式充电***效率略低2%左右,故寻求满足额定传输功率下的传输效率优化控制对感应式无线充电***是尤为重要的。
针对现有技术中车载感应式无线电能传输***存在的不足,本领域技术人员一直在寻找解决的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法,以解决使用现有技术中车载感应式无线电能传输***存在的问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种感应式无线电能传输***,适用于电动汽车,所述感应式无线电能传输***包括:发射端部分和接收端部分,所述发射端部分包括:依次连接的功率因数校正模块(1)、发射端三相桥逆变模块(2)、发射端谐振模块(3)、发射端采样/驱动模块(4)及发射端控制模块(5),所述发射端采样/驱动模块(4)还分别与所述功率因数校正模块(1)和所述发射端三相桥逆变模块(2)连接;
所述接收端部分包括:依次连接的接收端谐振模块(6)、接收端三相桥整流模块(7)、接收端采样/驱动模块(8)及接收端控制模块(9),所述接收端采样/驱动模块(8)还分别与接收端谐振模块(6)和接收端三相桥整流模块(7)连接;其中,所述发射端谐振模块(3)和所述接收端谐振模块(6)通过磁耦合进行能量传输;所述发射端控制模块(5)和所述接收端控制模块(9)通过无线通讯进行信息交互。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述功率因数校正模块(1)包括:第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一NMOS管(S1)、第二NMOS管(S2)、第三NMOS管(S3)及电容(CDC);其中,第一二极管(D1)与第二二极管(D2)串联,第三二极管(D3)与第四二极管(D4)串联,所述第一二极管(D1)的阴极与第三二极管(D3)的阴极连接,第二二极管(D2)的阳极与第四二极管(D4)的阳极连接;第一电感(L1)的一端与第三二极管(D3)的阴极连接,另一端与第五二极管(D5)的阳极连接;第二电感(L2)的一端与第三二极管(D3)的阴极连接,另一端与第六二极管(D6)的阳极连接;第三电感(L3)的一端与第三二极管(D3)的阴极连接,另一端与第七二极管(D7)的阳极连接;第五二极管(D5)的阴极分别与第六二极管(D6)的阴极和第七二极管(D7)的阴极连接;第一NMOS管(S1)的漏极与第五二极管(D5)的阳极连接,第一NMOS管(S1)的源极与第四二极管(D4)的阳极连接;第二NMOS管(S2)的漏极与第六二极管(D6)的阳极连接,第二NMOS管(S2)的源极与第四二极管(D4)的阳极连接;第三NMOS管(S3)的漏极与第七二极管(D7)的阳极连接,第二NMOS管(S2)的源极与第四二极管(D4)的阳极连接;所述电容(CDC)的一端与第七二极管(D7)的阴极连接,另一端与第三NMOS管(S3)的源极连接。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述发射端三相桥逆变模块(2)包括:第四NMOS管(S4)、第五NMOS管(S5)、第六NMOS管(S6)、第七NMOS管(S7)、第八NMOS管(S8)及第九NMOS管(S9);其中,第四NMOS管(S4)的源极与第五NMOS管(S5)的漏极连接,第四NMOS管(S4)的漏极与第五二极管的阴极连接,第五NMOS管(S5)的源极与第三NMOS管的源极连接;第六NMOS管(S6)的源极与第七NMOS管(S7)的漏极连接,第六NMOS管(S6)的漏极与第四NMOS管(S4)的漏极连接,第七NMOS管(S7)的源极与第五NMOS管(S5)的源极连接;第八NMOS管(S8)的源极与第九NMOS管(S9)的漏极连接,第八NMOS管(S8)的漏极与第六NMOS管(S6)的漏极连接,第九NMOS管(S9)的源极与第七NMOS管(S7)的源极连接。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述发射端谐振模块(3)包括:第一发射电感(Lp1)、第二发射电感(Lp2)、第一发射电容(Cp1)、第二发射电容(Cp2)、第三发射电容(Cp3)、第四发射电容(Cp4)、第一线圈(Coil1)、第二线圈(Coil2)、第一开关(Sp1)及第二开关(Sp2);其中,依次串联的第一发射电感(Lp1)、第二发射电容(Cp2)、第一线圈(Coil1)、第二线圈(Coil2)、第四发射电容(Cp4)及第二发射电感(Lp2);第一发射电容(Cp1)与第三发射电容(Cp3)串联,且第一发射电容(Cp1)的一端与第一发射电感(Lp1)的一端连接,第一发射电感(Lp1)的另一端与第四NMOS管(S4)的源极连接,第三发射电容(Cp3)的一端与第二发射电感(Lp2)的一端连接,第二发射电感(Lp2)的另一端与第九NMOS管(S9)的漏极连接;第一开关(Sp1)设置于第六NMOS管(S6)的源极和第一发射电容(Cp1)与第三发射电容(Cp3)之间的连接线上;第二开关(Sp2)设置于第一发射电容(Cp1)与第三发射电容(Cp3)之间的连接线与第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)之间的连接线上。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述第一开关(Sp1)和所述第二开关(Sp2)为继电器、两个对接的MOS管或晶闸管。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述接收端三相桥整流模块(7)包括:第十NMOS管(S10)、第十一NMOS管(S11)、第十二NMOS管(S12)、第十三NMOS管(S13)、第十四NMOS管(S14)、第十五NMOS管(S15)及高压滤波电容(CHVB);其中,第十NMOS管(S10)的源极与第十一NMOS管(S11)的漏极连接;第十二NMOS管(S12)的源极与第十三NMOS管(S13)的漏极连接,第十二NMOS管(S12)的漏极与第十NMOS管(S10)的漏极连接,第十三NMOS管(S13)的源极与第十一NMOS管(S11)的源极连接;第十四NMOS管(S14)的源极与第十五NMOS管(S15)的漏极连接,第十四NMOS管(S14)的漏极与第十二NMOS管(S12)的漏极连接,第十五NMOS管(S15)的源极与第十三NMOS管(S13)的源极连接;高压滤波电容(CHVB)的一端与第十四NMOS管(S14)的漏极连接,另一端与第十五NMOS管(S15)的源极连接。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述接收端谐振模块(6)包括:第一接收电感(Ls1)、第二接收电感(Ls2)、第一接收电容(Cs1)、第二接收电容(Cs2)、第三接收电容(Cs3)、第四接收电容(Cs4)、第三线圈(Coil3)、第四线圈(Coil4)、第一接收开关(Ss1)及第二接收开关(Ss2);其中,依次串联的第一接收电感(Ls1)、第二接收电容(Cs2)、第三线圈(Coil3)、第四线圈(Coil4)、第四接收电容(Cs4)及第二接收电感(Ls2);第一接收电容(Cs1)与第三接收电容(Cs3)串联,且第一接收电容(Cs1)的一端与第一接收电感(Ls1)的一端连接,第一接收电感(Ls1)的另一端与第十NMOS管(S10)的源极连接,第三接收电容(Cs3)的一端与第二接收电感(Ls2)的一端连接,第二接收电感(Ls2)的另一端与第十五NMOS管(S15)的漏极连接;第一接收开关(Ss1)设置于第十二NMOS管(S12)的源极和第一接收电容(Cs1)与第三接收电容(Cs3)之间的连接线上;第二接收开关(Ss2)设置于第一接收电容(Cs1)与第三接收电容(Cs3)之间的连接线与第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)之间的连接线上。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述第一接收开关(Ss1)和所述第二接收开关(Ss2)为继电器、两个对接的MOS管或晶闸管。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,还包括交流电源(AC)和高压电池组,所述交流电源(AC)设置于第一二极管(D1)的阳极与第三二极管(D3)的阳极之间;所述高压电池组与高压滤波电容(CHVB)并联。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述感应式无线电能传输***具有四种工作模式,包括:发射端单线圈/接收端单线圈模式、发射端单线圈/接收端双线圈模式、发射端双线圈/接收端单线圈模式及发射端双线圈/接收端双线圈模式。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端单线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3);由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第四线圈(Coil4);由发射端谐振模块(3)的第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3);或者由发射端谐振模块(3)的第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第四线圈(Coil4)。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)时,发射端三相桥逆变模块(2)中的第三桥臂不工作,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于闭合状态,且接收端三相桥整流模块(7)中的第三桥臂不工作,接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于闭合状态。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端双线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4);或者由发射端谐振模块(3)的第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)时,发射端三相桥逆变模块(2)中的第三桥臂不工作,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于闭合状态,且接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于断开状态。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端单线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3);或者由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第四线圈(Coil4)。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)时,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于断开模式下,且接收端三相桥整流模块(7)中的第三桥臂不工作,接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于闭合状态。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端双线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)时,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于断开状态,且接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于断开状态。
可选的,在所述的感应式无线电能传输***中,所述发射端采样/驱动模块(4)、所述发射端控制模块(5)、所述接收端采样驱动模块(8)和所述接收端控制模块(9)共同构成双边弱耦合优化控制***;
其中,所述发射端采样/驱动模块(4)包括:发射端PFC采样模块(41)、发射端PFC驱动模块(42)、发射端三相桥驱动模块(43)及发射端谐振腔采样模块(44);所述发射端PFC采样模块(41)和所述发射端PFC驱动模块(42)分别与功率因数校正模块1连接,所述发射端三相桥驱动模块(43)和所述发射端谐振腔采样模块(44)分别与所述发射端三相桥逆变模块(2)和所述发射端谐振模块(3)连接;
所述发射端控制模块(5)包括:PFC控制电压电流环模块(51)、PFC输出电压参考模块(52)、谐振腔电流环模块(53)、电流参考模块(54)、发射端优化控制模块(55)及发射端无线通讯模块(56);所述PFC控制电压电流环模块(51)分别与所述发射端PFC采样模块(41)、所述发射端PFC驱动模块(42)连接及所述PFC输出电压参考模块(52)连接,所述PFC输出电压参考模块(52)分别与所述电流参考模块(54)和所述发射端优化控制模块(55)连接,所述谐振腔电流环模块(53)分别与所述发射端三相桥驱动模块(43)、所述电流参考模块(54)及所述发射端优化控制模块(55)连接,所述发射端优化控制模块(55)分别与所述电流参考模块(54)和所述发射端无线通讯模块(56)连接;
所述接收端采样驱动模块(8)包括:接收端谐振腔采样模块(81)、接收端三相桥驱动模块(82)及电池充电电压/电流采样模块(83);所述接收端谐振腔采样模块(81)与所述接收端谐振模块(6)连接,所述接收端三相桥驱动模块(82)和所述电池充电电压/电流采样模块(83)均与所述接收端三相桥整流模块(7)连接;
所述接收端控制模块(9)包括:接收端优化控制模块(91)、接收端无线通讯模块(92)、电池充电电压环/电流环模块(93)、电池充电电压参考/电流参考模块(94)及BMS充电需求模块(95);所述接收端优化控制模块(91)分别与所述接收端谐振腔采样模块(81)、所述电池充电电压环/电流环模块(93)、所述电池充电电压参考/电流参考模块(94)及所述接收端无线通讯模块(92)连接,所述电池充电电压环/电流环模块(93)分别与所述电池充电电压/电流采样模块(83)和所述电池充电电压参考/电流参考模块(94)连接,所述电池充电电压参考/电流参考模块(94)与所述BMS充电需求模块(95)连接。
本发明还提供一种多调节参数控制方法,适用于如上所述的感应式无线电能传输***,所述多调节参数控制方法包括如下步骤:
采用功率因数校正电压电流双闭环控制功率因数校正模块(1);
采用通断控制发射端谐振模块(3)和所述接收端谐振模块(6)中的所有开关;
采用移相控制发射端三相桥逆变模块(2)和接收端三相桥整流模块(7)。
可选的,在所述的多调节参数控制方法中,基于所述多调节参数控制方法改变的***功率调节参数包括:PFC输出直流电压、发射端逆变桥输出脉宽、磁能线圈耦合互感、接收端整流桥输入脉宽及逆变桥/整流桥相角差。
在本发明所提供的感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法中,基于本发明的感应式无线电能传输***中的发射端部分和接收端部分的设计,并结合发射端部分(非车载端)和接收端部分(车载端)相互配合以及5个功率调节参数,共同完成车载动力电池恒流恒压充电功能,实现***传输功率及传输效率的最优控制;与此同时,基于本发明的感应式无线电能传输***可以实现四种工作模式,使得发射端部分和接收端部分的线圈能够更好地配对,两部分线圈结构具有较好的兼容性及互操作性。此外,发射端三相桥逆变模块和接收端三相桥整流模块均采用三相桥结构,而非传统的H桥结构,因此,当感应式无线电能传输***中的逆变桥和整流桥中的某一桥臂出现了故障,通过相应的控制,***仍然可以进行功率传输,具有较好的故障容忍性。
另一方面,基于所述多调节参数控制方法改变的***传输功率的调节参数互相配合,以完成线圈位错情况下***输出功率的宽范围调节。
另一方面,基于本发明的感应式无线电能传输***采用双边弱耦合控制策略,将发射端和接收端相对独立,有利于控制层面的互操作性实现;的接收端部分的设计,在发射端控制模块中形成有PFC电压电流控制环和谐振腔电流控制环,在接收端控制模块中形成有电池充电电压环/电流环和感应电压控制环,其中,PFC电压电流控制环、谐振腔电流控制环和电池充电电压环/电流环均为快速控制环路;感应电压控制环为弱耦合慢速控制环路,因此接收端控制器可以快速响应动力电池管理***的控制指令,实现动力电池充电电压电流的快速调节,可以及时停止输出充电电流,有利于提高功能安全等级。
另一方面,通过基于多个***功率调节参数的调节实现***最优控制,从而保证***一直工作在传输功率和传输效率最优状态。
附图说明
图1是本发明一实施例中感应式无线电能传输***的示意图;
图2是本发明一实施例中感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端单线圈模式时的示意图;
图3是本发明一实施例中感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端双线圈模式时的示意图;
图4是本发明一实施例中感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端单线圈模式时的示意图;
图5是本发明一实施例中感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端双线圈模式时的示意图;
图6是本发明一实施例中双边弱耦合优化控制***框图;
图7是本发明一实施例中多调节参数控制方法应用时的示意图;
图8是本发明一实施例中***效率优化控制方法逻辑流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
请参考图1,其为本实施例中感应式无线电能传输***的示意图。如图1所示,所述感应式无线电能传输***包括:发射端部分和接收端部分,所述发射端部分包括:依次连接的功率因数校正模块1(或称PFC模块)、发射端三相桥逆变模块2、发射端谐振模块3、发射端采样/驱动模块4及发射端控制模块5,所述发射端采样/驱动模块4还分别与所述功率因数校正模块1和所述发射端三相桥逆变模块2连接;所述接收端部分包括:依次连接的接收端谐振模块6、接收端三相桥整流模块7、接收端采样/驱动模块8及接收端控制模块9,所述接收端采样/驱动模块8还分别与接收端谐振模块6和接收端三相桥整流模块7连接;其中,所述发射端谐振模块3和所述接收端谐振模块6通过磁耦合进行能量传输;所述发射端控制模块5和所述接收端控制模块9通过无线通讯进行信息交互。基于能量和信息的交互,发射端(非车载端)部件和接收端(车载端)部件相互配合,共同完成车载动力电池恒流恒压充电功能,并同时实现***传输功率及传输效率的最优控制。
下面结合图1,具体阐述各个模块的具体构成元件。其中,所述功率因数校正模块1包括:第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一NMOS管S1、第二NMOS管S2、第三NMOS管S3及电容CDC;其中,第一二极管D1与第二二极管D2串联,第三二极管D3与第四二极管D4串联,所述第一二极管D1的阴极与第三二极管D3的阴极连接,第二二极管D2的阳极与第四二极管D4的阳极连接;第一电感L1的一端与第三二极管D3的阴极连接,另一端与第五二极管D5的阳极连接;第二电感L2的一端与第三二极管D3的阴极连接,另一端与第六二极管D6的阳极连接;第三电感L3的一端与第三二极管D3的阴极连接,另一端与第七二极管D7的阳极连接;第五二极管D5的阴极分别与第六二极管D6的阴极和第七二极管D7的阴极连接;第一NMOS管S1的漏极与第五二极管D5的阳极连接,第一NMOS管S1的源极与第四二极管D4的阳极连接;第二NMOS管S2的漏极与第六二极管D6的阳极连接,第二NMOS管S2的源极与第四二极管D4的阳极连接;第三NMOS管S3的漏极与第七二极管D7的阳极连接,第二NMOS管S2的源极与第四二极管D4的阳极连接;所述电容CDC的一端与第七二极管D7的阴极连接,另一端与第三NMOS管S3的源极连接。
所述发射端三相桥逆变模块2包括:第四NMOS管S4、第五NMOS管S5、第六NMOS管S6、第七NMOS管S7、第八NMOS管S8及第九NMOS管S9;其中,第四NMOS管S4的源极与第五NMOS管S5的漏极连接,第四NMOS管S4的漏极与第五二极管的阴极连接,第五NMOS管S5的源极与第三NMOS管的源极连接;第六NMOS管S6的源极与第七NMOS管S7的漏极连接,第六NMOS管S6的漏极与第四NMOS管S4的漏极连接,第七NMOS管S7的源极与第五NMOS管S5的源极连接;第八NMOS管S8的源极与第九NMOS管S9的漏极连接,第八NMOS管S8的漏极与第六NMOS管S6的漏极连接,第九NMOS管S9的源极与第七NMOS管S7的源极连接。
所述发射端谐振模块3包括:第一发射电感Lp1、第二发射电感Lp2、第一发射电容Cp1、第二发射电容Cp2、第三发射电容Cp3、第四发射电容Cp4、第一线圈Coil1、第二线圈Coil2、第一开关Sp1及第二开关Sp2;其中,依次串联的第一发射电感Lp1、第二发射电容Cp2、第一线圈Coil1、第二线圈Coil2、第四发射电容Cp4及第二发射电感Lp2;第一发射电容Cp1与第三发射电容Cp3串联,且第一发射电容Cp1的一端与第一发射电感Lp1的一端连接,第一发射电感Lp1的另一端与第四NMOS管S4的源极连接,第三发射电容Cp3的一端与第二发射电感Lp2的一端连接,第二发射电感Lp2的另一端与第九NMOS管S9的漏极连接;第一开关Sp1设置于第六NMOS管S6的源极和第一发射电容Cp1与第三发射电容Cp3之间的连接线上;第二开关Sp2设置于第一发射电容Cp1与第三发射电容Cp3之间的连接线与第一线圈Coil1和第二线圈Coil2之间的连接线上。
所述接收端三相桥整流模块7包括:第十NMOS管S10、第十一NMOS管S11、第十二NMOS管S12、第十三NMOS管S13、第十四NMOS管S14、第十五NMOS管S15及高压滤波电容CHVB;其中,第十NMOS管S10的源极与第十一NMOS管S11的漏极连接;第十二NMOS管S12的源极与第十三NMOS管S13的漏极连接,第十二NMOS管S12的漏极与第十NMOS管S10的漏极连接,第十三NMOS管S13的源极与第十一NMOS管S11的源极连接;第十四NMOS管S14的源极与第十五NMOS管S15的漏极连接,第十四NMOS管S14的漏极与第十二NMOS管S12的漏极连接,第十五NMOS管S15的源极与第十三NMOS管S13的源极连接;高压滤波电容CHVB的一端与第十四NMOS管S14的漏极连接,另一端与第十五NMOS管S15的源极连接。
所述接收端谐振模块6包括:第一接收电感Ls1、第二接收电感Ls2、第一接收电容Cs1、第二接收电容Cs2、第三接收电容Cs3、第四接收电容Cs4、第三线圈Coil3、第四线圈Coil4、第一接收开关Ss1及第二接收开关Ss2;其中,依次串联的第一接收电感Ls1、第二接收电容Cs2、第三线圈Coil3、第四线圈Coil4、第四接收电容Cs4及第二接收电感Ls2;第一接收电容Cs1与第三接收电容Cs3串联,且第一接收电容Cs1的一端与第一接收电感Ls1的一端连接,第一接收电感Ls1的另一端与第十NMOS管S10的源极连接,第三接收电容Cs3的一端与第二接收电感Ls2的一端连接,第二接收电感Ls2的另一端与第十五NMOS管S15的漏极连接;第一接收开关Ss1设置于第十二NMOS管S12的源极和第一接收电容Cs1与第三接收电容Cs3之间的连接线上;第二接收开关Ss2设置于第一接收电容Cs1与第三接收电容Cs3之间的连接线与第三线圈Coil3和第四线圈Coil4之间的连接线上。
进一步地,感应式无线电能传输***还包括交流电源AC和高压电池组,所述交流电源AC设置于第一二极管D1的阳极与第三二极管D3的阳极之间;所述高压电池组与高压滤波电容CHVB并联。
基于具有如上结构的感应式无线电能传输***,可以实现四种工作模式,具体包括发射端单线圈/接收端单线圈模式、发射端单线圈/接收端双线圈模式、发射端双线圈/接收端单线圈模式及发射端双线圈/接收端双线圈模式,对应模式下***的结构状态具体可参考图2至图5。
如图2所示,所述感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端单线圈模式时,本实施例中,发射端三相桥逆变模块2中的第三桥臂不工作,发射端谐振模块3中的第一开关Sp1和第二开关Sp2处于闭合状态,且接收端三相桥整流模块7中的第三桥臂不工作,接收端谐振模块6中的第二接收开关Ss2和第一接收开关Ss1处于闭合状态;此时,***能量由发射端谐振模块3的第一线圈Coil1传递至接收端谐振模块6的第三线圈Coil3。可以理解的,***的能量还可由发射端谐振模块3的第一线圈Coil1传递至接收端谐振模块6的第四线圈Coil4;由发射端谐振模块3的第二线圈Coil2传递至接收端谐振模块6的第三线圈Coil3;或者由发射端谐振模块3的第二线圈Coil2传递至接收端谐振模块6的第四线圈Coil4,各自所对应的桥臂是否工作进行相应调整即可实现。
如图3所示,所述感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端双线圈模式时,本实施例中,发射端三相桥逆变模块2中的第三桥臂不工作,发射端谐振模块3中的第一开关Sp1和第二开关Sp2处于闭合状态,且接收端谐振模块6中的第二接收开关Ss2和第一接收开关Ss1处于断开状态;此时,***能量由发射端谐振模块3的第一线圈Coil1传递至接收端谐振模块6的第三线圈Coil3和第四线圈Coil4。可以理解的,***的能量还可由发射端谐振模块3的第二线圈Coil2传递至接收端谐振模块6的第三线圈Coil3和第四线圈Coil4,其所对应的桥臂是否工作进行适当调整即可实现。
如图4所示,所述感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端单线圈模式时,本实施例中,发射端谐振模块3中的第一开关Sp1和第二开关Sp2处于断开模式下,且接收端三相桥整流模块7中的第三桥臂不工作,接收端谐振模块6中的第二接收开关Ss2和第一接收开关Ss1处于闭合状态;此时,***能量由发射端谐振模块3的第一线圈Coil1和第二线圈Coil2传递至接收端谐振模块6的第三线圈Coil3。可以理解的,***的能量还可由发射端谐振模块3的第一线圈Coil1和第二线圈Coil2传递至接收端谐振模块6的第四线圈Coil4,其所对应的桥臂是否工作进行适当调整即可实现。
如图5所示,所述感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端双线圈模式时,本实施例中,发射端谐振模块3中的第一开关Sp1和第二开关Sp2处于断开状态,且接收端谐振模块6中的第二接收开关Ss2和第一接收开关Ss1处于断开状态;此时,***能量由发射端谐振模块3的第一线圈Coil1和第二线圈Coil2传递至接收端谐振模块6的第三线圈Coil3和第四线圈Coil4。
综上所述,本发明感应式无线电能传输***的四种工作模式可以使发射端(非车载端)和接收端(车载端)的磁能线圈进行更好地配对,即解决了背景技术中所提到的技术问题(1)。另外,由于所提***发射端逆变模块2和接收端整流模块7采用了三相桥结构,而非传统的H桥结构,当所提***中的逆变桥和整流桥中的某一桥臂出现了故障,通过相应的控制,***仍然可以进行功率传输,具有较好的故障容忍性,因此解决了背景技术中所提的技术问题(2)。
请参考图6,其为本发明一实施例中双边弱耦合优化控制***框图。如图6所示,所述双边弱耦合优化控制***属于感应式无线电能传输***的一部分,仅是划分区域不同,换言之,双边弱耦合优化控制***由感应式无线电能传输***中部分模块共同构成,具体的,所述发射端采样/驱动模块4、所述发射端控制模块5、所述接收端采样驱动模块8和所述接收端控制模块9共同构成双边弱耦合优化控制***。
双边弱耦合优化控制***包含四个控制环,第一个控制环为PFC电压电流控制环,第二个控制环为谐振腔电流控制环,第一个控制环和第二个控制环位于发射端控制模块5中,第三个控制环为电池充电电压环/电流环,第四个控制环为接收端和发射端之间的感应电压控制环,通过无线通信进行闭环反馈,第三个控制环和第四个控制环位于接收端控制模块9中。第一控制环、第二控制环及第三控制环均为快速控制环路,而第四控制环路则为弱耦合慢速控制环路,即二者实时交互的信息周期较长。通过将第四控制环路设为慢速控制环,从而降低对发射端控制器5和接收端控制器9之间的无线通信速率要求,进而解耦发射端控制器5和接收端控制器9,使二者之间呈现弱耦合状态。相比于传统感应式无线充电***的发射端和接收端单边强耦合控制,所提双边弱耦合控制策略具有如下优点:第一,将发射端和接收端相对独立,有利于控制层面的互操作性实现;第二,可以降低对无线通讯速率的要求;第三,车载端控制器可以快速响应动力电池管理***的控制指令,实现动力电池充电电压电流的快速调节,可以及时停止输出充电电流,有利于提高功能安全等级。综上所述,双边弱耦合控制策略解决了背景技术中所提的技术问题(4)。
如图6所示,所述发射端采样/驱动模块4包括:发射端PFC采样模块41、发射端PFC驱动模块42、发射端三相桥驱动模块43及发射端谐振腔采样模块44;所述发射端PFC采样模块41和所述发射端PFC驱动模块42分别与功率因数校正模块1连接,所述发射端三相桥驱动模块43和所述发射端谐振腔采样模块44分别与所述发射端三相桥逆变模块2和所述发射端谐振模块3连接;
所述发射端控制模块5包括:PFC控制电压电流环模块51、PFC输出电压参考模块52、谐振腔电流环模块53、电流参考模块54、发射端优化控制模块55及发射端无线通讯模块56;所述PFC控制电压电流环模块51分别与所述发射端PFC采样模块41、所述发射端PFC驱动模块42连接及所述PFC输出电压参考模块52连接,所述PFC输出电压参考模块52分别与所述电流参考模块54和所述发射端优化控制模块55连接,所述谐振腔电流环模块53分别与所述发射端三相桥驱动模块43、所述电流参考模块54及所述发射端优化控制模块55连接,所述发射端优化控制模块55分别与所述电流参考模块54和所述发射端无线通讯模块56连接;
所述接收端采样驱动模块8包括:接收端谐振腔采样模块81、接收端三相桥驱动模块82及电池充电电压/电流采样模块83;所述接收端谐振腔采样模块81与所述接收端谐振模块6连接,所述接收端三相桥驱动模块82和所述电池充电电压/电流采样模块83均与所述接收端三相桥整流模块7连接;
所述接收端控制模块9包括:接收端优化控制模块91、接收端无线通讯模块92、电池充电电压环/电流环模块93、电池充电电压参考/电流参考模块94及BMS充电需求模块95;所述接收端优化控制模块91分别与所述接收端谐振腔采样模块81、所述电池充电电压环/电流环模块93、所述电池充电电压参考/电流参考模块94及所述接收端无线通讯模块92连接,所述电池充电电压环/电流环模块93分别与所述电池充电电压/电流采样模块83和所述电池充电电压参考/电流参考模块94连接,所述电池充电电压参考/电流参考模块94与所述BMS充电需求模块95连接。
此外,所述感应式无线电能传输***中发射端谐振模块3和接收端谐振模块6中的第一开关Sp1、第二开关Sp2、第一接收开关Ss1、第二接收开关Ss2可以为继电器、两个对接的MOS管或晶闸管;发射端三相逆变桥2和接收端三相整流桥7中的功率开关管可以为MOS管或IGBT等半导体功率器件;功率因数校正模块1可以为三相Boost电路并联、也可以为单相Boost或两相Boost电路并联及多相Boost电路并联;功率因数校正模块1也可以为基于三相桥拓扑的有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,简称APFC);发射端谐振模块3或接收端谐振模块6中的线圈可以是2个、3个或n个,相应的逆变桥桥臂个数则应为n+1个。
实施例二
请参考图7,其为本发明中多调节参数控制方法应用时的示意图。如图7所示,所述多调节参数控制方法包括如下步骤:
采用功率因数校正电压电流双闭环控制功率因数校正模块1;
采用通断控制发射端谐振模块3和所述接收端谐振模块6中的所有开关(即第一开关Sp1、第二开关Sp2、第一接收开关Ss1、第二接收开关Ss2);
采用移相控制发射端三相桥逆变模块2和接收端三相桥整流模块7。
基于所述多调节参数控制方法可改变的***功率调节参数共五个,具体包括:PFC输出直流电压V、发射端逆变桥输出脉宽P1、磁能线圈耦合互感M、接收端整流桥输入脉宽P2及逆变桥/整流桥相角差ψ,该五个功率调节参数互相配合,共同完成多调节参数控制方法,以完成线圈位错情况下***输出功率的宽范围调节,解决了背景技术中所提的技术问题(3)。
对于感应式无线电能传输***来说,***传输效率是非常重要的性能评价指标,因此在所提双边弱耦合控制策略中需要加入效率优化控制,即在满足额定传输功率条件下,如何控制***功率调节参数,以实现***传输效率最大。
请参考图8,其为***效率优化控制方法逻辑流程图。如图8所示,依次经历***功率需求模块、功率调节参数智能匹配寻优模块、***传输效率计算模块、效率判断模块及当前功率调节参数执行模块,从而获得***最优效率。在实际应用中,动力电池一般以恒流/恒压模式进行充电,恒流阶段中电池电压一直变化,而恒压阶段中充电电流一直变化,因此在动力电池恒流恒压充电过程中,充电功率是一直变化的,故需要不断进行如图8所示的***效率寻优控制,以保证***一直工作在效率最优状态。由此,解决了背景技术中的技术问题(5)。
对于实施例公开的方法而言,由于与实施例公开的结构相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见结构部分说明即可。
综上,在本发明所提供的感应式无线电能传输***及多调节参数控制方法具有优点如下:
(1)有利于解决感应式无线充电***的车载端线圈结构和非车载端线圈结构的互操作性。
(2)通过引入三相桥方案替代两相桥方案,提高了***故障容忍性。
(3)引入5个***功率调节参数,可实现线圈位错情况下***输出功率的宽范围调节。
(4)采用双边弱耦合控制策略,降低了发射端控制器和接收端控制器的耦合程度,降低了对无线通信速率的要求,有利于控制层面的互操作性,同时提高了接收端动力电池恒流/恒压的控制带宽,提高控制性能,缩短控制响应时间。
(5)采用基于双边弱耦合控制策略的效率寻优控制方法,确保***在动力电池恒流/恒压充电过程中,一直处于效率最优状态。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。
Claims (21)
1.一种感应式无线电能传输***,适用于电动汽车,其特征在于,包括:发射端部分和接收端部分,所述发射端部分包括:依次连接的功率因数校正模块(1)、发射端三相桥逆变模块(2)、发射端谐振模块(3)、发射端采样/驱动模块(4)及发射端控制模块(5),所述发射端采样/驱动模块(4)还分别与所述功率因数校正模块(1)和所述发射端三相桥逆变模块(2)连接;
所述接收端部分包括:依次连接的接收端谐振模块(6)、接收端三相桥整流模块(7)、接收端采样/驱动模块(8)及接收端控制模块(9),所述接收端采样/驱动模块(8)还分别与接收端谐振模块(6)和接收端三相桥整流模块(7)连接;其中,所述发射端谐振模块(3)和所述接收端谐振模块(6)通过磁耦合进行能量传输;所述发射端控制模块(5)和所述接收端控制模块(9)通过无线通讯进行信息交互。
2.如权利要求1所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述功率因数校正模块(1)包括:第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4)、第五二极管(D5)、第六二极管(D6)、第七二极管(D7)、第一电感(L1)、第二电感(L2)、第三电感(L3)、第一NMOS管(S1)、第二NMOS管(S2)、第三NMOS管(S3)及电容(CDC);其中,第一二极管(D1)与第二二极管(D2)串联,第三二极管(D3)与第四二极管(D4)串联,所述第一二极管(D1)的阴极与第三二极管(D3)的阴极连接,第二二极管(D2)的阳极与第四二极管(D4)的阳极连接;第一电感(L1)的一端与第三二极管(D3)的阴极连接,另一端与第五二极管(D5)的阳极连接;第二电感(L2)的一端与第三二极管(D3)的阴极连接,另一端与第六二极管(D6)的阳极连接;第三电感(L3)的一端与第三二极管(D3)的阴极连接,另一端与第七二极管(D7)的阳极连接;第五二极管(D5)的阴极分别与第六二极管(D6)的阴极和第七二极管(D7)的阴极连接;第一NMOS管(S1)的漏极与第五二极管(D5)的阳极连接,第一NMOS管(S1)的源极与第四二极管(D4)的阳极连接;第二NMOS管(S2)的漏极与第六二极管(D6)的阳极连接,第二NMOS管(S2)的源极与第四二极管(D4)的阳极连接;第三NMOS管(S3)的漏极与第七二极管(D7)的阳极连接,第二NMOS管(S2)的源极与第四二极管(D4)的阳极连接;所述电容(CDC)的一端与第七二极管(D7)的阴极连接,另一端与第三NMOS管(S3)的源极连接。
3.如权利要求2所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述发射端三相桥逆变模块(2)包括:第四NMOS管(S4)、第五NMOS管(S5)、第六NMOS管(S6)、第七NMOS管(S7)、第八NMOS管(S8)及第九NMOS管(S9);其中,第四NMOS管(S4)的源极与第五NMOS管(S5)的漏极连接,第四NMOS管(S4)的漏极与第五二极管的阴极连接,第五NMOS管(S5)的源极与第三NMOS管的源极连接;第六NMOS管(S6)的源极与第七NMOS管(S7)的漏极连接,第六NMOS管(S6)的漏极与第四NMOS管(S4)的漏极连接,第七NMOS管(S7)的源极与第五NMOS管(S5)的源极连接;第八NMOS管(S8)的源极与第九NMOS管(S9)的漏极连接,第八NMOS管(S8)的漏极与第六NMOS管(S6)的漏极连接,第九NMOS管(S9)的源极与第七NMOS管(S7)的源极连接。
4.如权利要求3所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述发射端谐振模块(3)包括:第一发射电感(Lp1)、第二发射电感(Lp2)、第一发射电容(Cp1)、第二发射电容(Cp2)、第三发射电容(Cp3)、第四发射电容(Cp4)、第一线圈(Coil1)、第二线圈(Coil2)、第一开关(Sp1)及第二开关(Sp2);其中,依次串联的第一发射电感(Lp1)、第二发射电容(Cp2)、第一线圈(Coil1)、第二线圈(Coil2)、第四发射电容(Cp4)及第二发射电感(Lp2);第一发射电容(Cp1)与第三发射电容(Cp3)串联,且第一发射电容(Cp1)的一端与第一发射电感(Lp1)的一端连接,第一发射电感(Lp1)的另一端与第四NMOS管(S4)的源极连接,第三发射电容(Cp3)的一端与第二发射电感(Lp2)的一端连接,第二发射电感(Lp2)的另一端与第九NMOS管(S9)的漏极连接;第一开关(Sp1)设置于第六NMOS管(S6)的源极和第一发射电容(Cp1)与第三发射电容(Cp3)之间的连接线上;第二开关(Sp2)设置于第一发射电容(Cp1)与第三发射电容(Cp3)之间的连接线与第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)之间的连接线上。
5.如权利要求4所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述第一开关(Sp1)和所述第二开关(Sp2)为继电器、两个对接的MOS管或晶闸管。
6.如权利要求4所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述接收端三相桥整流模块(7)包括:第十NMOS管(S10)、第十一NMOS管(S11)、第十二NMOS管(S12)、第十三NMOS管(S13)、第十四NMOS管(S14)、第十五NMOS管(S15)及高压滤波电容(CHVB);其中,第十NMOS管(S10)的源极与第十一NMOS管(S11)的漏极连接;第十二NMOS管(S12)的源极与第十三NMOS管(S13)的漏极连接,第十二NMOS管(S12)的漏极与第十NMOS管(S10)的漏极连接,第十三NMOS管(S13)的源极与第十一NMOS管(S11)的源极连接;第十四NMOS管(S14)的源极与第十五NMOS管(S15)的漏极连接,第十四NMOS管(S14)的漏极与第十二NMOS管(S12)的漏极连接,第十五NMOS管(S15)的源极与第十三NMOS管(S13)的源极连接;高压滤波电容(CHVB)的一端与第十四NMOS管(S14)的漏极连接,另一端与第十五NMOS管(S15)的源极连接。
7.如权利要求6所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述接收端谐振模块(6)包括:第一接收电感(Ls1)、第二接收电感(Ls2)、第一接收电容(Cs1)、第二接收电容(Cs2)、第三接收电容(Cs3)、第四接收电容(Cs4)、第三线圈(Coil3)、第四线圈(Coil4)、第一接收开关(Ss1)及第二接收开关(Ss2);其中,依次串联的第一接收电感(Ls1)、第二接收电容(Cs2)、第三线圈(Coil3)、第四线圈(Coil4)、第四接收电容(Cs4)及第二接收电感(Ls2);第一接收电容(Cs1)与第三接收电容(Cs3)串联,且第一接收电容(Cs1)的一端与第一接收电感(Ls1)的一端连接,第一接收电感(Ls1)的另一端与第十NMOS管(S10)的源极连接,第三接收电容(Cs3)的一端与第二接收电感(Ls2)的一端连接,第二接收电感(Ls2)的另一端与第十五NMOS管(S15)的漏极连接;第一接收开关(Ss1)设置于第十二NMOS管(S12)的源极和第一接收电容(Cs1)与第三接收电容(Cs3)之间的连接线上;第二接收开关(Ss2)设置于第一接收电容(Cs1)与第三接收电容(Cs3)之间的连接线与第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)之间的连接线上。
8.如权利要求7所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述第一接收开关(Ss1)和所述第二接收开关(Ss2)为继电器、两个对接的MOS管或晶闸管。
9.如权利要求7所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,还包括交流电源(AC)和高压电池组,所述交流电源(AC)设置于第一二极管(D1)的阳极与第三二极管(D3)的阳极之间;所述高压电池组与高压滤波电容(CHVB)并联。
10.如权利要求7所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述感应式无线电能传输***具有四种工作模式,包括:发射端单线圈/接收端单线圈模式、发射端单线圈/接收端双线圈模式、发射端双线圈/接收端单线圈模式及发射端双线圈/接收端双线圈模式。
11.如权利要求10所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端单线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3);由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第四线圈(Coil4);由发射端谐振模块(3)的第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3);或者由发射端谐振模块(3)的第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第四线圈(Coil4)。
12.如权利要求11所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)时,发射端三相桥逆变模块(2)中的第三桥臂不工作,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于闭合状态,且接收端三相桥整流模块(7)中的第三桥臂不工作,接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于闭合状态。
13.如权利要求10所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述感应式无线电能传输***处于发射端单线圈/接收端双线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4);或者由发射端谐振模块(3)的第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)。
14.如权利要求13所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)时,发射端三相桥逆变模块(2)中的第三桥臂不工作,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于闭合状态,且接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于断开状态。
15.如权利要求10所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端单线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3);或者由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第四线圈(Coil4)。
16.如权利要求15所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)时,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于断开模式下,且接收端三相桥整流模块(7)中的第三桥臂不工作,接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于闭合状态。
17.如权利要求10所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述感应式无线电能传输***处于发射端双线圈/接收端双线圈模式时,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)。
18.如权利要求17所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,***能量由发射端谐振模块(3)的第一线圈(Coil1)和第二线圈(Coil2)传递至接收端谐振模块(6)的第三线圈(Coil3)和第四线圈(Coil4)时,发射端谐振模块(3)中的第一开关(Sp1)和第二开关(Sp2)处于断开状态,且接收端谐振模块(6)中的第二接收开关(Ss2)和第一接收开关(Ss1)处于断开状态。
19.如权利要求1所述的感应式无线电能传输***,其特征在于,所述发射端采样/驱动模块(4)、所述发射端控制模块(5)、所述接收端采样驱动模块(8)和所述接收端控制模块(9)共同构成双边弱耦合优化控制***;
其中,所述发射端采样/驱动模块(4)包括:发射端PFC采样模块(41)、发射端PFC驱动模块(42)、发射端三相桥驱动模块(43)及发射端谐振腔采样模块(44);所述发射端PFC采样模块(41)和所述发射端PFC驱动模块(42)分别与功率因数校正模块1连接,所述发射端三相桥驱动模块(43)和所述发射端谐振腔采样模块(44)分别与所述发射端三相桥逆变模块(2)和所述发射端谐振模块(3)连接;
所述发射端控制模块(5)包括:PFC控制电压电流环模块(51)、PFC输出电压参考模块(52)、谐振腔电流环模块(53)、电流参考模块(54)、发射端优化控制模块(55)及发射端无线通讯模块(56);所述PFC控制电压电流环模块(51)分别与所述发射端PFC采样模块(41)、所述发射端PFC驱动模块(42)连接及所述PFC输出电压参考模块(52)连接,所述PFC输出电压参考模块(52)分别与所述电流参考模块(54)和所述发射端优化控制模块(55)连接,所述谐振腔电流环模块(53)分别与所述发射端三相桥驱动模块(43)、所述电流参考模块(54)及所述发射端优化控制模块(55)连接,所述发射端优化控制模块(55)分别与所述电流参考模块(54)和所述发射端无线通讯模块(56)连接;
所述接收端采样驱动模块(8)包括:接收端谐振腔采样模块(81)、接收端三相桥驱动模块(82)及电池充电电压/电流采样模块(83);所述接收端谐振腔采样模块(81)与所述接收端谐振模块(6)连接,所述接收端三相桥驱动模块(82)和所述电池充电电压/电流采样模块(83)均与所述接收端三相桥整流模块(7)连接;
所述接收端控制模块(9)包括:接收端优化控制模块(91)、接收端无线通讯模块(92)、电池充电电压环/电流环模块(93)、电池充电电压参考/电流参考模块(94)及BMS充电需求模块(95);所述接收端优化控制模块(91)分别与所述接收端谐振腔采样模块(81)、所述电池充电电压环/电流环模块(93)、所述电池充电电压参考/电流参考模块(94)及所述接收端无线通讯模块(92)连接,所述电池充电电压环/电流环模块(93)分别与所述电池充电电压/电流采样模块(83)和所述电池充电电压参考/电流参考模块(94)连接,所述电池充电电压参考/电流参考模块(94)与所述BMS充电需求模块(95)连接。
20.一种多调节参数控制方法,适用于如权利要求1~19中任一项所述的感应式无线电能传输***,所述多调节参数控制方法包括如下步骤:
采用功率因数校正电压电流双闭环控制功率因数校正模块(1);
采用通断控制发射端谐振模块(3)和所述接收端谐振模块(6)中的所有开关;
采用移相控制发射端三相桥逆变模块(2)和接收端三相桥整流模块(7)。
21.如权利要求20所述的多调节参数控制方法,其特征在于,基于所述多调节参数控制方法改变的***功率调节参数包括:PFC输出直流电压、发射端逆变桥输出脉宽、磁能线圈耦合互感、接收端整流桥输入脉宽及逆变桥/整流桥相角差。
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