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，電動汽車的推廣受到了世界各國的青睞。電動汽車無線充電技術(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，動態(tài)無線充電技術(shù)可有效的提升電動汽車的續(xù)航里程，并減少電池組數(shù)目，既降低了電動汽車的成本，又延長了其使用壽命，使得電能補給更加安全可靠。應(yīng)用于動態(tài)無線供電的陣列線圈結(jié)構(gòu)，其主要優(yōu)勢有：小尺寸的耦合機構(gòu)有效降低了通電損耗，同時也限制了漏磁，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，對全局電路的影響較較小，替換相對較容易。

傳統(tǒng)的LCL復(fù)合諧振拓撲的等效結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中是L₀發(fā)射端補償電感，r₀是其內(nèi)阻，L₀是發(fā)射線圈電感，r₀是其內(nèi)阻，C₀是發(fā)射端補償電容，L₀是接收線圈電感，r₀是其內(nèi)阻，C₂是接收端補償電容。M是發(fā)射線圈與接收線圈間的互感，Z_L是接收端負載。該結(jié)構(gòu)的參數(shù)滿足L₀＝L₃，系統(tǒng)諧振角頻率假設(shè)負載為Z_L＝R_L+jX_L＝A_Le^jθ，阻抗角系統(tǒng)諧振處于諧振狀態(tài)時，計算發(fā)射端線圈電流有效值為：

當(dāng)滿足時，上式等于

該式證明在滿足一定條件下發(fā)射端線圈電流有效值僅與源電壓和發(fā)射線圈電感值有關(guān)，與負載變化和耦合系數(shù)變化無關(guān)。實際上內(nèi)阻r₀、r₁的值本身很小，對于電感線圈，其空載品質(zhì)因數(shù)的值很大，因此一定滿足。對于k越小時，滿足該條件對應(yīng)的最小負載模越小，發(fā)射線圈恒流特性越好。

在發(fā)射端為陣列線圈的無線能量傳輸系統(tǒng)中，采用LCL補償網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)發(fā)射端線圈的恒流激勵時，需要為每一個陣列發(fā)射線圈額外繞制一個與其自感相同的補償電感。這樣不僅會增加設(shè)備的制作成本，同時在發(fā)射端線圈電感需要調(diào)整的場合，補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)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有采用LCL補償網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)發(fā)射端線圈的恒流激勵時，需要為每一個陣列發(fā)射線圈額外繞制一個與其自感相同的補償電感，導(dǎo)致的增加設(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，補償電感值難以跟隨調(diào)整，限制設(shè)備的拓展性的問題，提出了一種基于陣列線圈式無線能量傳輸?shù)膹?fù)用型LCL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)膹?fù)用型LCL結(jié)構(gòu)，它包括高頻激勵單元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和補償電容器C1；

高頻激勵單元1的電源輸入端連接供電母線，高頻激勵單元1的一路輸出端同時連接第一功率開關(guān)K1的一端和第一陣列線圈L1的一端，第一陣列線圈L1的另一端同時連接補償電容器C1的一端和第二陣列線圈L2的一端；

高頻激勵單元1的另一路輸出端同時連接第二功率開關(guān)K2的一端和第二陣列線圈L2的另一端，第一功率開關(guān)K1的另一端與第二功率開關(guān)K2的另一端均連接補償電容器C1的另一端。

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

初始狀態(tài)為：高頻激勵單元1、第一功率開關(guān)K1和第二功率開關(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，先驅(qū)動第一功率開關(guān)K1導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第一陣列線圈L1中產(chǎn)生恒定的勵磁電流；

無需第一陣列線圈L1工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元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，先驅(qū)動第二功率開關(guān)K2導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第二陣列線圈L2中產(chǎn)生恒定的勵磁電流。無需第二陣列線圈L2工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元1與第二功率開關(guān)K2，回歸至初始狀態(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償電感，以解決了傳統(tǒng)LCL拓撲中需額外制作一功率電感的問題，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補償結(jié)構(gòu)中，補償電感往往是一固定值，因此難以調(diào)節(jié)發(fā)射線圈的自感以適應(yīng)不同的供電場合，該結(jié)構(gòu)可以有效的克服這類問題，適應(yīng)性強。

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，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，且在較寬負載和耦合系數(shù)范圍下保持較高的效率。

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

5、模塊化的發(fā)射單元結(jié)構(gòu)設(shè)計，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。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有LCL諧振的等效電路；

圖2為本發(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)的電路圖；

圖3為具體實施例所述的安裝在專用充電道路的能量發(fā)射系統(tǒng)和安裝在電動汽車上的能量接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一、結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式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)，它包括高頻激勵單元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、和補償電容器C1；

高頻激勵單元1的電源輸入端連接供電母線，高頻激勵單元1的一路信號輸出端同時連接第一功率開關(guān)K1的一端和第一陣列線圈L1的一端，第一陣列線圈L1的另一端同時連接補償電容器C1的一端和第二陣列線圈L2的一端；

高頻激勵單元1的另一路輸出端同時連接第二功率開關(guān)K2的一端和第二陣列線圈L2的另一端，第二功率開關(guān)K2的另一端第二功率開關(guān)K2的另一端均連接補償電容器C1的另一端。

本實施方式的高頻激勵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(此時高頻激勵單元視作一高頻逆變器)，也可以是交流輸入(此時高頻激勵單元視作一整流器級聯(lián)高頻逆變器)。

具體實施方式二、本實施方式是對具體實施方式一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)的進一步說明，第一陣列線圈L1和第二陣列線圈L2的結(jié)構(gòu)和感抗值均相同。

具體實施方式三、本實施方式是對具體實施方式一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)的進一步說明，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。

具體實施方式四、本實施方式是具體實施方式一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)的的工作方法，該方法具體為：

初始狀態(tài)為：高頻激勵單元1、第一功率開關(guān)K1和第二功率開關(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，先驅(qū)動第一功率開關(guān)K1導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第一陣列線圈L1中產(chǎn)生恒定的勵磁電流；

無需第一陣列線圈L1工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元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，先驅(qū)動第二功率開關(guān)K2導(dǎo)通，再將高頻激勵單元1導(dǎo)通，從而在第二陣列線圈L2中產(chǎn)生恒定的勵磁電流。無需第二陣列線圈L2工作時，則順次關(guān)斷高頻激勵單元1與第二功率開關(guān)K2，回歸至初始狀態(tài)。

具體實施例：

如圖3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)和安裝在電動汽車上的能量接收系統(tǒng)組成。工頻電網(wǎng)經(jīng)原級電能變換裝置后，以三相交流電的形式為高頻激勵單元提供電能輸入。(需要指出的是，這里是以三相交流母線為例，也可以是直流或其他母線形式)所述的n組復(fù)用型LCL機構(gòu)，為2n組發(fā)射端陣列線圈提供激勵。其中第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)為第4a-3及第4a-1組發(fā)射端陣列線圈提供激勵，第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)為第4a-2及第4a組發(fā)射端陣列線圈提供激勵。

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

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

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

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a-2組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a-1組復(fù)用型LCL機構(gòu)的第2a-1組高頻激勵單元關(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組高頻激勵單元，使得第4a-1組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵。

當(dāng)電動汽車移動至正對第4a-1組發(fā)射線圈時，由相應(yīng)的控制電路控制第2a組復(fù)用型LCL機構(gòu)的第2a組高頻激勵單元關(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組高頻激勵單元，使得第4a組發(fā)射線圈提前產(chǎn)生激勵。

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

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

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，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、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。