[发明专利]适用于抗系统参数宽范围波动的无线电能传输装置及方法

说明书

本发明公开了一种适用于抗系统参数宽范围波动的无线电能传输装置及方法，包括发射端和接收端，发射端包括三相整流模块、高频逆变器和发射端LCC补偿模块；接收端包括接收端LC补偿电路、高频整流模块和单电感四开关非隔离式自动升降压模块；发射端和接收端还包括微控制器、PWM驱动模块、无线通信模块、数据采集模块；发射端和接收端控制器控制器通过数据采集模块采集相应模块的输出数据，通过无线通信模块进行数据传输，依据采集数据进行系统运行状态判断，从而改变相应模块的PWM控制信号进入相应的工作模式，形成三级功率控制并实现频率跟踪，提高运行效率。本发明可在系统参数在一定范围内波动的情况下稳定运行，适用于电动汽车的多种无线充电场景。

技术领域

本发明涉及无线电能传输领域，具体涉及一种适用于抗系统参数宽范围波动的电动汽车无线电能传输装置及控制方法。

背景技术

资源消耗和环境污染逐渐成为世界性问题，传统燃油汽车的快速发展给环境带来了严重的负面作用。而新能源电动汽车因具有能量转换效率高、环保零排放等优势，成为缓解上述问题的重要途径，因此各国相继出台政策大力推进充电桩建设以配套电动汽车发展。而有线充电桩的建设需要占用大量土地，且安全性较差。相比与传统的有线充电，无线充电装置具有占地少、安全便捷、无机械磨损、抗腐蚀氧化性好、无火花触电危险等优势，能适应恶劣天气，又便于实现自动充电、间歇式充电、动态充电。

磁耦合谐振式无线充电技术采用耦合线圈以电磁场为载体传递能量，通过工作频率、原边固有谐振频率及副边固有谐振频率一致共振，提高传输效率和功率。可在较高效率水平运行，传输距离达几十厘米，含括了现有大多数电动汽车底盘与地面距离范围，适合车用无线充电。但底盘距离变化、车体横向位移变化均会影响输出电压或电流以及传输效率。而实际中如停车静态充电，公交车站点间歇充电，高速公路间隔区域带动态充电均会出现这些距离，位移变化影响系统工作状态。此外，谐振线圈补偿网络元件的参数漂移亦会导致系统失谐，造成系统稳定性变差，传输效率下降。

所以，电动汽车无线电能传输系统的抗系统参数波动的功率控制问题亟待解决，以实现在耦合条件变化及元件参数漂移等系统参数波动的情况下仍保持稳定的恒压恒流输出。目前，对于无线电能传输系统恒压恒流的充电控制技术大致分为三类：(1)通过参数配置实现开环的恒压/恒流输出；(2)通过接收侧DC/DC控制实现恒压/恒流输出；(3)通过控制逆变器移相角度或工作频率实现。但三种方式各有优缺点：方式(1)，容易受到补偿网络参数漂移或内阻的影响不能实现稳定的恒压/恒流效果；另外，恒压恒流值在设计之初便是固定的，若要实现可调还要结合其他控制方式。方式(2)后级DC/DC需要放置在电动汽车上，增加了体积和成本；另外，常用的非隔离式Buck/Boost适用的输入范围较小，而隔离式DC/DC无疑需要更大体积的变压器。方式(3)工作范围较小，不能在耦合条件宽范围变化时同时又保持高效率运行。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种适用于抗系统参数宽范围波动的电动汽车无线电能传输装置及方法，该装置能够在耦合条件变化及补偿网络元件参数漂移等系统参数波动情况下实现恒压/恒流控制，适用于停车静态充电，站点间歇充电，公路间隔区域带动态充电等多种充电场景。

本发明所采用的技术方案是：

一种适用于抗系统参数宽范围波动的无线电能传输装置，包括发射端和接收端，所述发射端包括三相整流模块、高频逆变器和发射端LCC补偿模块，所述三相整流模块接三相电源，将三相电源的工频交流电整流为直流电，直流电经高频逆变器逆变为高频交流电后传输至发射端LCC补偿模块，发射端LCC补偿模块以交变电磁场为载体将高频交流电传输给接收端；所述接收端包括接收端LC补偿电路、高频整流模块和单电感四开关非隔离式自动升降压模块，所述接收端LC补偿电路耦合连接发射端LCC补偿模块，接收发射端LCC补偿模块传输的高频交流电，高频整流模块与接收端LC补偿电路连接，将接收端LC补偿电路接收到的高频交流电整流成直流电，并传输给单电感四开关非隔离式自动升降压模块，所述单电感四开关非隔离式自动升降压模块输出稳定直流电给负载电池充电。