技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種無(wú)線充電裝置,尤其涉及一種具備功率因數(shù)校正且具有能量雙向流動(dòng)功能的無(wú)線充電裝置。
背景技術(shù):
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無(wú)線電能技術(shù)在電動(dòng)汽車充電領(lǐng)域多涉及單向充電模式,對(duì)電池向電網(wǎng)饋電的放電模式少有涉及?,F(xiàn)有技術(shù)中提出的具備能量雙向傳輸功能的無(wú)線充電系統(tǒng)采用松耦合變壓器,具有體積重量大、變換效率低的缺點(diǎn),且不具有功率因數(shù)校正的功能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
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本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足而提供一種同時(shí)具備功率因數(shù)校正以及能量雙向傳輸功能,且傳輸效率高的無(wú)線充電裝置。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到:一種具有能量雙向流動(dòng)功能的無(wú)線充電裝置,其特征在于其包括輸入側(cè)可控整流環(huán)節(jié)、z源變換器、單相h橋逆變器、無(wú)線電能傳輸機(jī)構(gòu)、車載可控整流環(huán)節(jié);
所述的輸入側(cè)可控整流環(huán)節(jié)由電感l(wèi)、第一功率開(kāi)關(guān)管q1、第二功率開(kāi)關(guān)管q2、第三功率開(kāi)關(guān)管q3、第四功率開(kāi)關(guān)管q4組成;電感l(wèi)的一端連接電網(wǎng)的l端,電感l(wèi)的另一端分別連接第一功率開(kāi)關(guān)管q1的源極、第二功率開(kāi)關(guān)管q2的漏極;電網(wǎng)的n端分別連接第三功率開(kāi)關(guān)管q3的源極、第四功率開(kāi)關(guān)管q4的漏極,通過(guò)控制第一功率開(kāi)關(guān)管q1、第二功率開(kāi)關(guān)管q2、第三功率開(kāi)關(guān)管q3、第四功率開(kāi)關(guān)管q4將電網(wǎng)交流電壓整合成幅值可調(diào)的脈動(dòng)的直流電壓;
所述的z源變換器由電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電容c1和電容c2構(gòu)成;其中,第二功率開(kāi)關(guān)管q2的源極、第四功率開(kāi)關(guān)管q4的源極、電感l(wèi)2的一端、電容c2的另一端相連,第一功率開(kāi)關(guān)管q1的漏極、第三功率開(kāi)關(guān)管q3的漏極、電感l(wèi)1的一端、電容c1的一端相連;電感l(wèi)2的另一端、電容c1的另一端、第六功率開(kāi)關(guān)管q6的源極、第八功率開(kāi)關(guān)管q8的源極相連,電感l(wèi)1的另一端、電容c2的一端、第五功率開(kāi)關(guān)管q5的漏極、第七功率開(kāi)關(guān)管q7的漏極相連;通過(guò)控制第五功率開(kāi)關(guān)管q5、第六功率開(kāi)關(guān)管q6、第七功率開(kāi)關(guān)管q7、第八功率開(kāi)關(guān)管q8,調(diào)節(jié)z源變換器輸出電壓,實(shí)現(xiàn)阻抗匹配功能,與前置可控整流部分實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)功能;
所述的單相h橋逆變器由第五功率開(kāi)關(guān)管q5、第六功率開(kāi)關(guān)管q6、第七功率開(kāi)關(guān)管q7、第八功率開(kāi)關(guān)管q8組成,實(shí)現(xiàn)將直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻方波交流電壓;
所述的無(wú)線電能傳輸機(jī)構(gòu)包括發(fā)射-接收線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò);補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括原邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和副邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),其中原邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由原邊補(bǔ)償電感l(wèi)p與兩個(gè)原邊補(bǔ)償電容cp組成,副邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由副邊補(bǔ)償電感l(wèi)s、兩個(gè)副邊補(bǔ)償電容cs組成;第五功率開(kāi)關(guān)管q5的源極、第六功率開(kāi)關(guān)管q6的漏極、原邊補(bǔ)償電感l(wèi)p的一端相連,第七功率開(kāi)關(guān)管q7的源極、第八功率開(kāi)關(guān)管q8的漏極、第一原邊補(bǔ)償電容cp的一端、發(fā)射線圈的一端相連,原邊補(bǔ)償電感l(wèi)p的另一端分別連接第一原邊補(bǔ)償電容cp的另一端和第二原邊補(bǔ)償電容cp的一端,第二原邊補(bǔ)償電容cp的另一端連接發(fā)射線圈的另一端;第九功率開(kāi)關(guān)管q9的源極、第十功率開(kāi)關(guān)管q10的漏極、副邊補(bǔ)償電感l(wèi)s的一端相連,第十一功率開(kāi)關(guān)管q11的源極、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12的漏極、第一副邊補(bǔ)償電容cs的一端、接收線圈的一端相連,副邊補(bǔ)償電感l(wèi)s的另一端分別連接第一副邊補(bǔ)償電容cs的另一端和第二副邊補(bǔ)償電容cs的一端,第二副邊補(bǔ)償電容cs的另一端連接接收線圈的另一端;所述的lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將高頻方波交流信號(hào)濾波,變換成高頻正弦波交流信號(hào);發(fā)射-接收線圈將電能傳輸至副邊,實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸功能;
所述的車載可控整流環(huán)節(jié)由第九功率開(kāi)關(guān)管q9、第十功率開(kāi)關(guān)管q10、第十一功率開(kāi)關(guān)管q11、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12組成,并與電容c、電池并聯(lián);其中,電容c的另一端、電池的負(fù)極、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12的源極、第十功率開(kāi)關(guān)管q10的源極相連,電容c的一端、電池的正極、第十一功率開(kāi)關(guān)管q11的漏極、第九功率開(kāi)關(guān)管q9的漏極相連;通過(guò)第九功率開(kāi)關(guān)管q9、第十功率開(kāi)關(guān)管q10、第十一功率開(kāi)關(guān)管q11、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12將高頻交流信號(hào)變換為電壓和電流幅值可控的直流信號(hào),實(shí)現(xiàn)電池充電。
本發(fā)明同已有技術(shù)相比可產(chǎn)生如下積極效果:本發(fā)明采用z源變換器實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正,且耦合方式采用諧振式傳輸,實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)、高效率,其具有:
(1)采用無(wú)線充電方案,避免了傳統(tǒng)插電式充電機(jī)易產(chǎn)生火花等缺點(diǎn)。
(2)具備能量雙向流動(dòng)功能,既可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)向車載電池充電,又可實(shí)現(xiàn)電池向電網(wǎng)饋電的功能。
(3)采用z源變換器作為阻抗變換器,實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正和阻抗匹配目的。
(4)耦合方式為諧振式,補(bǔ)償機(jī)構(gòu)采用雙lcc補(bǔ)償結(jié)構(gòu),傳輸效率高。
附圖說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖;
具體實(shí)施方式:
下面結(jié)合附圖的本發(fā)明的最佳實(shí)施方式做詳細(xì)說(shuō)明:
實(shí)施例:一種具有能量雙向流動(dòng)功能的無(wú)線充電裝置(參見(jiàn)圖1),其包括輸入側(cè)可控整流環(huán)節(jié)、z源變換器、單相h橋逆變器、無(wú)線電能傳輸機(jī)構(gòu)、車載可控整流環(huán)節(jié)。按能量流動(dòng)方向劃分,以下以電池充電和電池放電兩種方式進(jìn)行說(shuō)明。
(1)電池充電,此時(shí)通過(guò)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電池的無(wú)接觸充電。
所述的輸入側(cè)可控整流環(huán)節(jié)由電感l(wèi)、第一功率開(kāi)關(guān)管q1、第二功率開(kāi)關(guān)管q2、第三功率開(kāi)關(guān)管q3、第四功率開(kāi)關(guān)管q4組成。連接時(shí),電感l(wèi)的一端連接電網(wǎng)的l端,電感l(wèi)的另一端分別連接第一功率開(kāi)關(guān)管q1的源極、第二功率開(kāi)關(guān)管q2的漏極;電網(wǎng)的n端分別連接第三功率開(kāi)關(guān)管q3的源極、第四功率開(kāi)關(guān)管q4的漏極;實(shí)施時(shí),通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)管q1~q4,將電網(wǎng)交流電壓整合成幅值可調(diào)的脈動(dòng)的直流電壓。
所述的z源變換器由電感l(wèi)1、電感l(wèi)2、電容c1和電容c2構(gòu)成。其中,第二功率開(kāi)關(guān)管q2的源極、第四功率開(kāi)關(guān)管q4的源極、電感l(wèi)2的一端、電容c2的另一端相連,第一功率開(kāi)關(guān)管q1的漏極、第三功率開(kāi)關(guān)管q3的漏極、電感l(wèi)1的一端、電容c1的一端相連;電感l(wèi)2的另一端、電容c1的另一端、第六功率開(kāi)關(guān)管q6的源極、第八功率開(kāi)關(guān)管q8的源極相連,電感l(wèi)1的另一端、電容c2的一端、第五功率開(kāi)關(guān)管q5的漏極、第七功率開(kāi)關(guān)管q7的漏極相連;實(shí)施時(shí),通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)管q5~q8,調(diào)節(jié)z源變換器輸出電壓,實(shí)現(xiàn)阻抗匹配功能,進(jìn)一步與前置可控整流部分實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)功能,單位功率因數(shù),是指電網(wǎng)側(cè)電壓、電流同相位,實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù),可以實(shí)現(xiàn)在輸出功率相同的情況下降低充電裝置的容量。
所述的單相h橋逆變器由第五功率開(kāi)關(guān)管q5、第六功率開(kāi)關(guān)管q6、第七功率開(kāi)關(guān)管q7、第八功率開(kāi)關(guān)管q8組成,實(shí)現(xiàn)將直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻方波交流電壓。
所述的無(wú)線電能傳輸機(jī)構(gòu)包括兩部分:發(fā)射-接收線圈和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)包括原邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和副邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),其中原邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由原邊補(bǔ)償電感l(wèi)p與兩個(gè)原邊補(bǔ)償電容cp組成,副邊lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由副邊補(bǔ)償電感l(wèi)s、兩個(gè)副邊補(bǔ)償電容cs組成。
連接時(shí),第五功率開(kāi)關(guān)管q5的源極、第六功率開(kāi)關(guān)管q6的漏極、原邊補(bǔ)償電感l(wèi)p的一端相連,第七功率開(kāi)關(guān)管q7的源極、第八功率開(kāi)關(guān)管q8的漏極、第一原邊補(bǔ)償電容cp的一端、發(fā)射線圈的一端相連,原邊補(bǔ)償電感l(wèi)p的另一端分別連接第一原邊補(bǔ)償電容cp的另一端和第二原邊補(bǔ)償電容cp的一端,第二原邊補(bǔ)償電容cp的另一端連接發(fā)射線圈的另一端。第九功率開(kāi)關(guān)管q9的源極、第十功率開(kāi)關(guān)管q10的漏極、副邊補(bǔ)償電感l(wèi)s的一端相連,第十一功率開(kāi)關(guān)管q11的源極、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12的漏極、第一副邊補(bǔ)償電容cs的一端、接收線圈的一端相連,副邊補(bǔ)償電感l(wèi)s的另一端分別連接第一副邊補(bǔ)償電容cs的另一端和第二副邊補(bǔ)償電容cs的一端,第二副邊補(bǔ)償電容cs的另一端連接接收線圈的另一端。
實(shí)施時(shí),首先由lcc補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將高頻方波交流信號(hào)濾波,變換成高頻正弦波交流信號(hào)。所述lcc在實(shí)現(xiàn)濾波功能的同時(shí),也能實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償作用,即使得被傳輸?shù)碾娔軐?shí)現(xiàn)電壓、電流同相位。然后通過(guò)發(fā)射-接收線圈將電能傳輸至副邊,實(shí)現(xiàn)無(wú)線電能傳輸功能。
所述的車載可控整流環(huán)節(jié)由第九功率開(kāi)關(guān)管q9、第十功率開(kāi)關(guān)管q10、第十一功率開(kāi)關(guān)管q11、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12組成,并與電容c、電池并聯(lián)。其中,電容c的另一端、電池的負(fù)極、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12的源極、第十功率開(kāi)關(guān)管q10的源極相連,電容c的一端、電池的正極、第十一功率開(kāi)關(guān)管q11的漏極、第九功率開(kāi)關(guān)管q9的漏極相連;通過(guò)q9~q12實(shí)現(xiàn)整流的目的,將高頻交流信號(hào)變換為電壓和電流幅值可控的直流信號(hào),最終實(shí)現(xiàn)電池充電的目的。
(2)電池放電,此時(shí)用戶通過(guò)電動(dòng)車電池向電網(wǎng)賣電。
實(shí)施時(shí),第九功率開(kāi)關(guān)管q9、第十功率開(kāi)關(guān)管q10、第十一功率開(kāi)關(guān)管q11、第十二功率開(kāi)關(guān)管q12、電容c將電池的直流電壓逆變成高頻方波信號(hào)。
然后通過(guò)副邊lcc補(bǔ)償結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償后,由發(fā)射-接收線圈將能量傳輸至原邊。
進(jìn)一步,第五功率開(kāi)關(guān)管q5、第六功率開(kāi)關(guān)管q6、第七功率開(kāi)關(guān)管q7、第八功率開(kāi)關(guān)管q8實(shí)現(xiàn)高頻交流電壓整流成脈動(dòng)的直流電壓。然后由第一功率開(kāi)關(guān)管q1,第二功率開(kāi)關(guān)管q2,第三功率開(kāi)關(guān)管q3,第四功率開(kāi)關(guān)管q4將高頻脈動(dòng)直流電壓逆變成工頻電壓,實(shí)現(xiàn)并網(wǎng),最終實(shí)現(xiàn)用戶向電網(wǎng)賣電的目的。