本發(fā)明涉及無線能量傳輸技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境問題與能源壓力的突出，電動(dòng)汽車的推廣受到了世界各國的青睞。電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)相比傳統(tǒng)插拔式充電技術(shù)有著更好的安全性和靈活性，應(yīng)用前景十分廣闊。其中，動(dòng)態(tài)無線充電技術(shù)可有效的提升電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，并減少電池組數(shù)目，既降低了電動(dòng)汽車的成本，又延長了其使用壽命，使得電能補(bǔ)給更加安全可靠。應(yīng)用于動(dòng)態(tài)無線供電的陣列線圈結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)勢有：小尺寸的耦合機(jī)構(gòu)有效降低了通電損耗，同時(shí)也限制了漏磁，在提高傳輸效率的磁輻射的安全性較高。單體列陣線圈相對(duì)較小的電感有效的降低了電源視在功率，匹配電容更加容易成本也更低。小整列單元的損壞，對(duì)全局電路的影響較較小，替換相對(duì)較容易。

在發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸系統(tǒng)中，采用LCL補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)發(fā)射端線圈的恒流激勵(lì)時(shí)，需要為每一個(gè)陣列發(fā)射線圈額外繞制一個(gè)與其自感相同的補(bǔ)償電感。這樣不僅會(huì)增加設(shè)備的制作成本，同時(shí)在發(fā)射端線圈電感需要調(diào)整的場合，補(bǔ)償電感值難以跟隨調(diào)整，也大大限制了設(shè)備的拓展性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有采用LCL補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)發(fā)射端線圈的恒流激勵(lì)時(shí)，需要為每一個(gè)陣列發(fā)射線圈額外繞制一個(gè)與其自感相同的補(bǔ)償電感，導(dǎo)致增加設(shè)備的制作成本，以及在發(fā)射端線圈電感需要調(diào)整的場合，補(bǔ)償電感值難以跟隨調(diào)整，限制設(shè)備拓展性的問題，本發(fā)明提出了一種基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的包括高頻激勵(lì)單元1、第一功率開關(guān)K1、第二功率開關(guān)K2、第一陣列線圈L1、第二陣列線圈L2、第一補(bǔ)償電容器C1、第二補(bǔ)償電容器C2和補(bǔ)償電感L3；

高頻激勵(lì)單元1的電源輸入端連接供電母線電壓信號(hào)，高頻激勵(lì)單元1的一路輸出端同時(shí)連接第一功率開關(guān)K1的一端和第一陣列線圈L1的一端，第一陣列線圈L1的另一端同時(shí)連接第一補(bǔ)償電容器C1的一端和補(bǔ)償電感L3的一端；第一功率開關(guān)K1的另一端連接第一補(bǔ)償電容器C1的另一端；

高頻激勵(lì)單元1的另一路輸出端同時(shí)連接第二功率開關(guān)K2的一端和第二陣列線圈L2的一端，第二陣列線圈L2的另一端同時(shí)連接第二補(bǔ)償電容器C2的一端和補(bǔ)償電感L3的另一端；第二功率開關(guān)K2的另一端連接第二補(bǔ)償電容器C2的另一端。

基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的工作方法，該方法具體為：

初始狀態(tài)：高頻激勵(lì)單元1、第一功率開關(guān)K1與第二功率開關(guān)K2均處于關(guān)斷狀態(tài)；

當(dāng)需要第一陣列線圈L1工作時(shí)，先由相應(yīng)控制單元驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)K1導(dǎo)通，再將高頻激勵(lì)單元1導(dǎo)通，從而在第一陣列線圈L1中產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁電流；

無需第一陣列線圈L1工作時(shí)，則順次關(guān)斷高頻激勵(lì)單元1與第一功率開關(guān)K1，回歸至初始狀態(tài)；

當(dāng)需要第二陣列線圈L2工作時(shí)，先驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)K2導(dǎo)通，再將高頻激勵(lì)單元1導(dǎo)通，從而在第二陣列線圈L2中產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁電流；

無需第二陣列線圈L2工作時(shí)，則順次關(guān)斷高頻激勵(lì)單元1與第二功率開關(guān)K2，回歸至初始狀態(tài)。

本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，所述分時(shí)復(fù)用補(bǔ)償電感的復(fù)用型LCL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，將兩組發(fā)射線圈相互補(bǔ)償，并額外共用一補(bǔ)償電感，以LCL基本拓?fù)涞墓ぷ鞣绞皆诎l(fā)射線圈中形成恒定的激勵(lì)電流，實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。由于該拓?fù)渲械拇嬖诘娜M電感和兩組電容器類似于Π型，故稱之為Π型LCL結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明所述Π型LCL結(jié)構(gòu)的效果：

傳統(tǒng)LCL結(jié)構(gòu)中需要額外繞制一個(gè)功率補(bǔ)償電感，且該電感值與發(fā)射線圈感值相同，很多場合發(fā)射線圈電感值較大，因此也增加了補(bǔ)償電感的繞制成本。本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)中，不存在大感值的補(bǔ)償電感繞制，節(jié)約成本。且在一些系統(tǒng)升級(jí)改造的場合，需要提升發(fā)射端線圈電感，此時(shí)傳統(tǒng)的LCL結(jié)構(gòu)中的補(bǔ)償電感也要跟隨提升，使得系統(tǒng)改造成本大大增加。而本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)中，則只需額外調(diào)整補(bǔ)償電感L3，這是一個(gè)小感值電感易于繞制；且多數(shù)場合甚至不用調(diào)整(因?yàn)槎鄶?shù)情況電感比λ是一個(gè)略小于1的值，只需滿足電感比λ的要求話，L1、L2在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，L3可以不變)。

在陣列線圈L1向接收端傳遞能量的場合(K1閉合，K2斷開)，此時(shí)LCL的電感比λ＝L1/(L2+L3)，在使系統(tǒng)于全負(fù)載和耦合系數(shù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)原邊逆變開關(guān)管的ZVS，λ存在一個(gè)最大值(由具體系統(tǒng)決定)，又L1＝L2，由此便可確定補(bǔ)償電感L3。

本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)有效提高了拓展性:

A:由于L1＝L2,上述λ一定小于1，在某些場合(如在輕載高耦合系數(shù)情境下實(shí)現(xiàn)原邊逆變開關(guān)管的ZVS)，需要λ大于1，此時(shí)可以改變系統(tǒng)的切換狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)(如在陣列線圈L1向接收端傳遞能量的場合，由原先的K1閉合，K2斷開，變?yōu)镵1斷開，K2閉合，因此同樣是陣列線圈L1向接收端傳遞能量，但λ＝(L1+L3)/L2)。因此該結(jié)構(gòu)可以在不改變外電路情況下，使LCL的電感比λ既能工作在大于1也能工作在小于1的狀態(tài)。

B:多數(shù)情況下λ是一個(gè)小于且接近1的數(shù)，因此補(bǔ)償電感L3的感值較小，易于繞制，在需要改變發(fā)射端線圈的場合，補(bǔ)償電感L3的改動(dòng)也容易得多。且使得系統(tǒng)在升級(jí)改造時(shí)，易于實(shí)現(xiàn)，節(jié)約成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的電路圖；

圖2為具體實(shí)施例所述的安裝在專用充電道路的能量發(fā)射系統(tǒng)和安裝在電動(dòng)汽車上的能量接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

具體實(shí)施方式一、結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的包括高頻激勵(lì)單元1、第一功率開關(guān)K1、第二功率開關(guān)K2、第一陣列線圈L1、第二陣列線圈L2、第一補(bǔ)償電容器C1、第二補(bǔ)償電容器C2和補(bǔ)償電感L3；

高頻激勵(lì)單元1的電源輸入端連接供電母線電壓信號(hào)，高頻激勵(lì)單元1的一路輸出端同時(shí)連接第一功率開關(guān)K1的一端和第一陣列線圈L1的一端，第一陣列線圈L1的另一端同時(shí)連接第一補(bǔ)償電容器C1的一端和補(bǔ)償電感L3的一端；第一功率開關(guān)K1的另一端連接第一補(bǔ)償電容器C1的另一端；

高頻激勵(lì)單元1的另一路輸出端同時(shí)連接第二功率開關(guān)K2的一端和第二陣列線圈L2的一端，第二陣列線圈L2的另一端同時(shí)連接第二補(bǔ)償電容器C2的一端和補(bǔ)償電感L3的另一端；第二功率開關(guān)K2的另一端連接第二補(bǔ)償電容器C2的另一端。

本實(shí)施方式的高頻激勵(lì)單元是輸出為高頻交流的功率變換單元，輸入側(cè)依據(jù)不同的母線形式可以是直流輸入(此時(shí)高頻激勵(lì)單元視作一高頻逆變器)，也可以是交流輸入(此時(shí)高頻激勵(lì)單元視作一整流器級(jí)聯(lián)高頻逆變器)。

具體實(shí)施方式二、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步說明，第一陣列線圈L1和第二陣列線圈L2的結(jié)構(gòu)和感抗均相同。

具體實(shí)施方式三、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步說明，第一功率開關(guān)K1和第二功率開關(guān)K2均為全控型雙向功率開關(guān)器件。

具體實(shí)施方式四、本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步說明，第一補(bǔ)償電容器C1和第二補(bǔ)償電容器C2的容抗值相同。

具體實(shí)施方式五、本實(shí)施方式是具體實(shí)施方式一所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)摩靶蚅CL結(jié)構(gòu)的工作方法，該方法具體為：

初始狀態(tài)：高頻激勵(lì)單元1、第一功率開關(guān)K1與第二功率開關(guān)K2均處于關(guān)斷狀態(tài)；

當(dāng)需要第一陣列線圈L1工作時(shí)，先由相應(yīng)控制單元驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)K1導(dǎo)通，再將高頻激勵(lì)單元1導(dǎo)通，從而在第一陣列線圈L1中產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁電流；

無需第一陣列線圈L1工作時(shí)，則順次關(guān)斷高頻激勵(lì)單元1與第一功率開關(guān)K1，回歸至初始狀態(tài)；

當(dāng)需要第二陣列線圈L2工作時(shí)，先驅(qū)動(dòng)第二功率開關(guān)K2導(dǎo)通，再將高頻激勵(lì)單元1導(dǎo)通，從而在第二陣列線圈L2中產(chǎn)生恒定的勵(lì)磁電流；

無需第二陣列線圈L2工作時(shí)，則順次關(guān)斷高頻激勵(lì)單元1與第二功率開關(guān)K2，回歸至初始狀態(tài)。

本發(fā)明應(yīng)用于發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域，所述分時(shí)復(fù)用補(bǔ)償電感的復(fù)用型LCL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，將兩組發(fā)射線圈相互補(bǔ)償，并額外共用一補(bǔ)償電感，以LCL基本拓?fù)涞墓ぷ鞣绞皆诎l(fā)射線圈中形成恒定的激勵(lì)電流，實(shí)現(xiàn)能量的傳輸。由于該拓?fù)渲械拇嬖诘娜M電感和兩組電容器類似于Π型，故稱之為Π型LCL結(jié)構(gòu)。

在該結(jié)構(gòu)中，第一陣列線圈(4)與第二陣列線圈(5)不存在同時(shí)與接收端線圈完全耦合的狀態(tài)，當(dāng)需要由第一陣列線圈(4)供電調(diào)整為第二陣列線圈(5)供電時(shí)，則先將第一陣列線圈(4)工作時(shí)的狀態(tài)調(diào)整至初始狀態(tài)，再切換至第二陣列線圈(5)工作的狀態(tài)。

具體應(yīng)用實(shí)施例：

如圖2所示，一套發(fā)射端為陣列式線圈的無線能量傳輸系統(tǒng)，由安裝在專用充電道路的能量發(fā)射系統(tǒng)和安裝在電動(dòng)汽車上的能量接收系統(tǒng)組成。工頻電網(wǎng)經(jīng)原級(jí)電能變換裝置后，以直流電的形式為高頻激勵(lì)單元提供電能輸入。(本實(shí)施例以直流電母線為例，也可以是三相交流或其他母線形式)所述的n組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)，為2n組發(fā)射端陣列線圈提供激勵(lì)。其中第2a-1組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)為第4a-3及第4a-1組發(fā)射端陣列線圈提供激勵(lì)，第2a組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)為第4a-2及第4a組發(fā)射端陣列線圈提供激勵(lì)。

以下敘述當(dāng)電動(dòng)汽車正對(duì)第4a-4組發(fā)射線圈時(shí)，并依序移動(dòng)至第4a+1組發(fā)射線圈時(shí)，第2a-1及第2a組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的工作過程。

當(dāng)電動(dòng)汽車正對(duì)第4a-4組發(fā)射線圈時(shí)，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的功率開關(guān)S_4a-3導(dǎo)通，隨后開啟第2a-1組高頻激勵(lì)單元，使得第4a-3組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵(lì)。

當(dāng)電動(dòng)汽車移動(dòng)至正對(duì)第4a-3組發(fā)射線圈時(shí)，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的功率開關(guān)S_4a-2導(dǎo)通，隨后開啟第2a組高頻激勵(lì)單元，使得第4a-2組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵(lì)。

當(dāng)電動(dòng)汽車移動(dòng)至正對(duì)第4a-2組發(fā)射線圈時(shí)，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的第2a-1組高頻激勵(lì)單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a-3并閉合功率開關(guān)S_4a-1，接著重新開啟第2a-1組高頻激勵(lì)單元，使得第4a-1組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵(lì)。

當(dāng)電動(dòng)汽車移動(dòng)至正對(duì)第4a-1組發(fā)射線圈時(shí)，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的第2a組高頻激勵(lì)單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a-2并閉合功率開關(guān)S_4a，接著重新開啟第2a組高頻激勵(lì)單元，使得第4a組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵(lì)。

當(dāng)電動(dòng)汽車移動(dòng)至正對(duì)第4a組發(fā)射線圈時(shí)，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的第2a-1組高頻激勵(lì)單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a-1，使第2a-1組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)。

當(dāng)電動(dòng)汽車移動(dòng)至正對(duì)第4a+1組發(fā)射線圈時(shí)，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)的第2a組高頻激勵(lì)單元關(guān)斷，隨后斷開功率開關(guān)S_4a，使第2a組復(fù)用型LCL機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)。

本發(fā)明所述的基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)膹?fù)用型LCL結(jié)構(gòu)的有益效果：

1、將兩組發(fā)射端陣列線圈互相作為各自的補(bǔ)償電感，只需額外繞制一個(gè)小感值電感，以解決了傳統(tǒng)LCL拓?fù)渲行桀~外制作一大感值功率電感的問題，縮小了單體電源的制作體積，節(jié)約了電路成本。

2、傳統(tǒng)的LCL補(bǔ)償結(jié)構(gòu)中，補(bǔ)償電感一旦繞制完成后就難以更改，繼而很難通過調(diào)節(jié)發(fā)射線圈的自感以適應(yīng)不同的供電場合，而該結(jié)構(gòu)可以有效的克服這類問題，適應(yīng)性強(qiáng)，拓展性優(yōu)秀。

3、采用LCL的諧振結(jié)構(gòu)，以硬件恒流的方式在發(fā)射線圈中形成恒定的激勵(lì)，不僅有著較快的響應(yīng)速度，更能降低系統(tǒng)控制的復(fù)雜度，且在較寬負(fù)載和耦合系數(shù)范圍下保持較高的效率。

4、通過添加小感值的額外電感，可以使得高頻激勵(lì)單元內(nèi)的逆變橋工作在軟開關(guān)狀態(tài)，減小了開關(guān)器件的損耗。

5、應(yīng)用于陣列線圈結(jié)構(gòu)，有較高的電磁安全性，屬于一種對(duì)人友好型的應(yīng)用結(jié)構(gòu)。

6、模塊化的發(fā)射單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相比與傳統(tǒng)長直導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，線路損耗更小，有著更高的效率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。