[发明专利]兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统

说明书

兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统，属于无线电能传输技术领域。本发明是为了解决现有无线电能传输系统在恒压以及恒流输出的转换过程中需要专门的控制器配合实现，增加系统复杂性并增加损耗的问题。它的可变频逆变电源的输出端连接多谐振原边补偿拓扑的输入端，多谐振原边补偿拓扑的输出端连接耦合机构的原边线圈，耦合机构的副边线圈输出端连接多谐振副边补偿拓扑的输入端，多谐振副边补偿拓扑的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接负载的输入端；所述状态识别及频率控制器用于检测负载的充电状态，并根据负载的充电状态控制可变频逆变电源的输出频率。本发明用于无线能量传输。

技术领域

本发明涉及兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统，属于无线电能传输技术领域。

背景技术

目前的无线电能传输技术已应用到诸多领域，如手机、机器人、自动导引车等无线充电设备，这些无线充电系统的负载均为可充电电池。目前，负载为电池的无线电能传输系统，其设计存在着一个主要技术难题。

电池的充电方式与普通负载不同，一般负载为恒流或恒压供电模式，而以电池作为负载的系统同时包含恒压以及恒流两种充电过程。以恒流转恒压充电为例：首先，采用恒定电流对电池充电，此时电池端电压将持续升高，当达到上限电压时，恒流充电阶段结束；当电池电压达到上限值后，电池已经充进约85％的电量，此后，需要以恒定电压继续对电池进行充电。以恒定电压对电池充电时，电池电压维持不变，充电电流将逐渐减小，当其下降到一定程度时，电池充满，充电结束。这种充电过程需要在无线充电系统的设计中，增加复杂的恒流转恒压充电控制器，以实时监测电池的充电状态，从而根据监测结果调整系统的充电模式。这不仅增加了系统的复杂性，还增加了系统损耗，降低了系统转换效率。

为了提高系统电能转化效率以及简化控制流程，实际应用中希望设计一种能够通过系统自身特性，来调整输出方式的无线电能传输系统。从而提高系统对不同种类、不同型号负载的适应性。也就是说希望系统本身能够兼具多种输出方式，只需改变其中某一参数，即可实现恒压输出与恒流输出的相互转换。

发明内容

本发明目的是为了解决现有无线电能传输系统在恒压以及恒流输出的转换过程中需要专门的控制器配合实现，增加系统复杂性并增加损耗的问题，提供了一种兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统。

本发明所述兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统，它包括可变频逆变电源、多谐振原边补偿拓扑、耦合机构、多谐振副边补偿拓扑、整流电路和状态识别及频率控制器，

可变频逆变电源的输出端连接多谐振原边补偿拓扑的输入端，多谐振原边补偿拓扑的输出端连接耦合机构的原边线圈，耦合机构的副边线圈输出端连接多谐振副边补偿拓扑的输入端，多谐振副边补偿拓扑的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接负载的输入端；

所述状态识别及频率控制器用于检测负载的充电状态，并根据负载的充电状态控制可变频逆变电源的输出频率。

所述多谐振原边补偿拓扑包括LCC补偿拓扑、LC补偿拓扑或复合串并联补偿拓扑其中之一。

所述多谐振副边补偿拓扑包括LCC补偿拓扑、LC补偿拓扑或复合串并联补偿拓扑其中之一。

本发明的优点：本发明提供的兼具恒压及恒流输出的无线能量传输系统，适用于定耦合系数的无线电能传输，能以电源输出频率作为变量来实现恒压模式与恒流模式的相互切换，适配于充电过程中包含恒压转恒流充电过程以及恒流转恒压充电过程的系统，其系统工作状态几乎不受负载阻值变化的影响。

本发明结构中，通过使用多谐振补偿网络，使得系统能够在更多的谐振频率下进行无线电能传输，通过系统工作频率的切换，即可改变系统输出模式；它解决了无线电能传输系统设计中，多类型负载的适应性问题，例如可适配于电池、电机、电阻等多型负载。