[发明专利]基于双边功率流控制的无线电能传输系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及到无线电能传输技术，具体地说，是一种基于双边功率流控制的无线电能传输系统及其控制方法。

背景技术

无线电能传输技术是基于电磁感应原理，以电磁场为媒介，利用现代电力电子变换技术、功率电磁场耦合技术和现代控制技术的一种新型、实用、灵活的供电技术。近年已来成为电力电子领域的研究热点之一，并在交通、医疗、石油开采和机器人等领域得到了广泛的应用。

在电力传输系统中，智能电网技术又是另一研究热点，为了缓解用电高峰的供电压力，人们提出了基于电动汽车的电网能量调节方案，将电动汽车融入智能电网，即在用电高峰期，电动车的车载电池为电网输出电能，而用电低谷期，电网为电动车补充能量，从而实现车载电池到电网的双向能量流动。

为了实现上述智能电网中车载电池到电网的双向能量流动，往往需要将电动汽车停靠在固定位置，利用导线将电动汽车的车载电池和电网连接才能实现能量传输，智能化程度低，实施过程比较复杂。

基于上述缺陷，有人提出利用无线电能传输技术实现车载电池与电网之间的能量交换，使得电动汽车的充放电过程无需任何导线插拔过程，提高了智能化程度。

但现有的无线电能传输系统通常只设计为单向能量传输，当用于驱动电动机类负载或者电池负载时，由于这类负载具有反电动势性质，根据其工作状态的不同，对系统的能量传输方向也会有特殊的要求。比如带电机负载时，刹车制动时，电机将工作于发电机模式，需要建立能量回馈通道以进行回馈制动，从而提高能量利用率；如果是电池负载，如果电池工作在能量输出模式，也需要能量回馈通道。针对上述需求，传统的无线电能传输系统将不再满足，需要一种具有双向能量流动特性的无线电能传输系统。

发明内容

为了满足上述需求，本发明提出一种基于双边功率流控制的无线电能传输系统及其控制方法，在能量传输过程中，能够根据原、副边的能量状态自动实现能量的双向流动，从而提高能量利用率。

为达到上述目的，本发明的所采用的技术方案如下：

一种基于双边功率流控制的无线电能传输系统，包括电源、原边变换电路、原边谐振电路、副边谐振电路、副边变换电路以及负载电路，其关键在于：

所述原边谐振电路上连接有原边电流过零检测模块，该原边电流过零检测模块的输出端与带有边沿触发的原边控制逻辑电路连接，该原边控制逻辑电路输出的控制信号经过原边驱动电路后控制所述原边变换电路工作；

所述副边谐振电路上连接有副边电流过零检测模块，该副边电流过零检测模块的输出端与带有边沿触发的副边控制逻辑电路连接，该副边控制逻辑电路输出的控制信号经过副边驱动电路后控制所述副边变换电路工作；

所述负载电路上连接有比较器，该比较器用于采集负载电路的电压值或电流值，并将其与参考电压值或参考电流值进行比较，该比较器的比较结果传送到所述原边控制逻辑电路和副边控制逻辑电路中。

由于在原边谐振网络和副边谐振网络中均设置逻辑控制电路，通过检测原边谐振电路的电流状态，副边谐振电路的电流状态以及负载电路的输出状态，可以判断原、副边的能量状况，通过原、副边的逻辑控制电路分别控制原边变换电路和副边变换电路的开关状态，即可改变能量的传输方向，从而实现双边功率控制以及双向能量传输。

作为进一步描述，所述原边变换电路由开关管S1和开关管S2组成，所述原边谐振电路由原边电容Cp和原边线圈Lp串联而成，开关管S1串接在电源的正极和原边电容Cp之间，开关管S2串接在电源的负极和原边电容Cp之间；

所述副边变换电路由开关管S3和开关管S4组成，所述副边谐振电路由副边电容Cs和副边线圈Ls串联而成，开关管S3串接在副边电容Cs和负载电路的低电平端，开关管S4串接在副边电容Cs和负载电路的高电平端。

能量正向传输时，开关管S1和S2轮流导通，将电源输入的直流电压转换为方波电压，驱动原边电容Cp和原边线圈Lp组成的原边谐振电路工作，在原边线圈Lp上产生高频交变电流，从而激发高频交变电磁场，副边线圈Ls上的感应电压经过副边电容Cs进行补偿后与原边谐振网络“共振”以实现无线能量传输，副边拾取到的能量经开关管S3和开关管S4同步整流后输出给负载电路。能量反向传输时，开关管S3和开关管S4工作于逆变状态，而开关管S1和开关管S2工作于同步整流状态，副边线圈Ls工作于能量发射状态，原边线圈Lp工作于能量拾取状态。

结合上述电路，原边控制逻辑电路和副边控制逻辑电路按照以下方式进行控制：

当i_p>0且e>0时，闭合开关管S1，断开开关管S2；