[发明专利]一种原边多模块高频并联的无线电能传输系统

说明书

本发明公开了一种原边多模块高频并联的无线电能传输系统，包括n个原边模块、耦合线圈、整流电路；所述各原边模块的第一输出端与耦合线圈的第一输入端连接，第二输出端与耦合线圈的第二输入端连接；其内部的电流应力与模块数目无关，用于为耦合线圈提供稳定的电流；所述耦合线圈的第一输出端连接整流电路的第一输入端连接，第二输出端与整流电路的第二输入端连接，用于无线电能传输；所述整流电路的第一输出端与负载的第一输入端连接，第二输出端与负载的第二输入端连接，用于将高频交流电转换为直流电。本发明提供的无线电能传输系统可实现功率模块的任意投切，同时不改变剩余工作模块内部的器件应力。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，更具体地，涉及一种原边多模块高频并联的无线电能传输系统。

背景技术

无线电能传输技术的主要原理是通有高频电流的原边线圈产生交变的空间磁场，该交变磁场在副边线圈中感应出高频电压，实现电-磁-电的转化。供电电源和用电设备之间通过空间的磁场进行耦合，允许用电设备在一定范围内移动，因此移动灵活；实现用电设备和供电设备的无物理接触，可以适应极端的环境工况，安全可靠，环境适应性强；用电设备和供电设备通过线圈间的耦合进行电能的传输，不需要物理接口进行连接，无需统一的物理接口标准。由于具备以上多个优点，因此无线电能传输技术相关应用日益广泛，特别是在电动汽车、电气化船舶、轨道牵引机车等较大功率等级应用领域受到高度关注。

在大功率无线电能传输应用中，考虑到电力电子器件性能的约束，常见的结构有基于功率MOSFET并联的单模块无线电能传输系统和基于模块并联的多模块无线电能传输系统。基于开关器件并联的单模块无线电能传输系统虽可以实现大功率的传输，但是该系统不具备扩容功能，而多模块并联系统可以通过模块数目的投入实现系统传输功率容量的增加，所以原边系统的模块化串并联结构为目前最常用拓扑。考虑到模块化串并联无线电能传输系统需具备在不影响单个模块内部的电压应力和电流应力的前提下投切功率模块的能力，因此需采用相应的应力解耦型多模块并联无线电能传输系统方案，以保证系统的控制灵活性与可靠性。

目前国内外无线电能传输并联方案主要有两类：一为多线圈系统，每个线圈各接一个供电源进行供电，例如，名为“基于两路并联的两相式无线电能传输装置”，公开号CN108429361A，公开日2018年8月21日的中国专利申请，针对两线圈系统的电路架构两全桥模块的驱动信号相位进行了分析与研究。但是多线圈系统受限于原副边线圈的面积，扩容能力有限；二是单线圈系统，单线圈系统又有以下几种，例如，名为“一种并联多逆变无线电能传输系统”，公开号CN108808887A，公开日2018年11月13日的中国专利申请，提出了一种并联多逆变无线电能传输系统，可实现在对无线电能传输系统扩容的同时，既不增大系统开关管应力，又能解决系统并联模块之间的环流问题。名为《An Inductive PowerTransfer System Supplied by a Multiphase Parallel Inverter》，作者Qijun Deng，出处IEEE Transactions on Industrial Electronics 64(9)，2017:7039-7048的文献提出了一种基于SS补偿的高频电压源并联无线系统，该系统在模块端口外接耦合电感来抑制由于模块驱动相位差异引起的高频环流。上述基于单线圈扩容的方法都可以实现多功率模块的并联，但是无法保证在模块发生投切时，剩余模块内部的电压应力和电流应力保持不变。当投切模块数目较多时，单模块系统内部应力急剧增大，剩余模块不能保证正常工作。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种原边多模块高频并联的无线电能传输系统，旨在解决当前多原边模块并联无线系统无法实现工作模块任意投切的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种原边多模块高频并联的无线电能传输系统，包括n个原边模块、耦合线圈、整流电路；

所述各原边模块的第一输出端与耦合线圈的第一输入端连接，第二输出端与耦合线圈的第二输入端连接；