[发明专利]一种无线充电移动导轨装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线充电研究领域，特别涉及一种无线充电移动导轨装置及其控制方法。

背景技术

随着化石能源的日益紧张和短缺，以及日益恶化的生态环境，寻找生态环保、便捷可再生资源成为了人类社会生活中亟待解决的重大问题。其中，电动导轨式汽车成为各国研究和发展的热点。电动导轨汽车技术中无线充电技术一直是各大研究机构研究的关键，其中无线充电技术包括非接触式无线电能传输技术、磁谐振无线电电能传输技术以及电容耦合无线电能耦合技术等，另外无线电能传输技术还可以利用微波、激光以及震动等技术。

非接触式无线电能传输技术是现今最成熟和应用比较广的无线电能传输技术之一，目前实现非接触电能传输的基本原理主要包括电磁感应型(electromagnetic induction type)、无线电接收型(radio reception type)、共振型(resonance type)。电磁感应型非接触电能传输的原理主要是原级侧线圈和次级侧线圈在原级侧线圈中施加高频交流电流来产生相应的交变电流生成交变磁场，以交变电磁场作为传输媒介在次级侧线圈感应出电动势。在次级侧生成的感应交变电流经过整流滤波稳压，从而实现无线电能传输。

非接触式电能传输技术应用了谐振变换技术、软开关切换技术，借助现代控制理论和方法，实现了电能从静止电源设备向移动设备的非接触传递。相比传统的导线接触式电能传输，非接触电能传输有一些无可比拟的优势。它可以工作于其他不方便物理接触的电能传输领域。另外，相比于传统的接插式接触，非接触电能传输不会产生污染物，并且由于不会产生拔插插座时的强烈电涌也不会有漏电等安全问题。目前，该技术已受到了国内外科研机构的广泛关注，国内的许多科研机构已开始此项技术的研究，据此研制的设备也已在多个领域投入使用，与此同时国外相关研究机构对该技术进行研究和产品化的功率级别也已经从几个千瓦发展到几百个千瓦。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种无线充电移动导轨装置，该装置具有电能传输效率高的优点，尤其是在次级绕组线圈与原级绕组线圈在发生侧移时仍能保持较高的电能传输效率。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述无线充电移动导轨装置的控制方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种无线充电移动导轨装置，包括供电模块、受电模块和信号控制模块，其中供电模块包括依次相连的直流电压源、逆变电路、用于利用产生的相应交变电流和交变磁场进行电能无线传输的耦合机构，受电模块包括整流电路、DC-DC滤波电路以及负载和储能电源；耦合机构包括原级绕组线圈电路和并联的两个次级绕组线圈电路，原级绕组线圈电路由若干个RLC串联谐振电路构成，与供电模块中的逆变电路相连，并联的两个次级绕组线圈电路是由两个RLC谐振回路并联构成，次级绕组线圈电路与受电模块中的整流电路相连；信号控制模块包括采集电路和比较器电路，采集电路采集受电模块中的交变电流信息并传送到比较器电路，比较器电路用于生成控制逆变电路动作的控制信号。

本发明耦合机构中原级绕组线圈电路和次级绕组线圈电路均采用RLC谐振网络电路，在工作时，开关承受的反压很小，对逆变电路中开关切换有较好的保护作用。同时，本发明中通过设置信号控制模块，可建立一反馈机制，可自适应的切换实现原级绕组线圈连续不断与次级绕组线圈进行电磁耦合能量传输，从而实现原次级绕组发生侧移偏时仍能够高效率耦合电能传输。

优选的，所述直流电压源处并联一电容，该电容的容量与直流电压源相当。因此从直流侧输出的电压电流基本无脉动，由于直流电压源的钳位作用，交流侧输出电压波形为矩形波。

优选的，所述逆变电路采用高频全桥逆变电路，包括4个MOS管，两两一组组成两组桥臂，通过控制脉冲信号电平来控制MOS管开关导通截止与否，进而控制相应桥臂构成回路的通断。通过采用上述MOS开关管切换控制实现了零电压开关切换，使得交变电流回路变化速度更快，且无相应电能损失。

更进一步的，所述4个MOS管分别为V1、V2、V3、V4，V1、V4组成一组桥臂，V2、V3组成一组桥臂，在V1、V2基极加有一对相反的控制脉冲电压信号，同时在V3、V4基极的控制脉冲相位也相反，其中V3基极的控制脉冲电压相位落后V1的偏移角为θ角。从而可以控制全桥逆变电路中MOS管导通截止状态，形成电压电流方向相反的电路回路。

优选的，所述整流电路采用二极管单相整流电路。

一种基于上述无线充电移动导轨装置的控制方法，包括步骤：