[发明专利]无线高功率传输

说明书

本发明涉及无线高功率传输。在用于跨气隙将功率从初级侧无线传输到次级侧的系统中，次级侧包括两个并联谐振电路（27），每个谐振电路包括具有谐振电感器（28）和谐振电容器（29）的串联连接的两个并联谐振路径。整流器（21）连接到每个谐振路径的输出，以用于将谐振路径的AC输出（12'）转换成DC输出（13'）。整流器（21）的输出并联连接以将AC输出功率（13）提供给诸如电池等的负载。每个谐振路径还包括串联连接的对称电感，以改善谐振路径之间的电流共享并减少谐振路径中的较高次谐波部分。为了平衡通量，在本发明的优选实施例中，每个谐振电路27包括缠绕在与该谐振路径的谐振电感器28相同的磁芯上的对称绕组（30），其中所有对称绕组（3）并联连接以确保最优的通量共享。

技术领域

本发明涉及一种用于通过感应耦合跨气隙将功率从初级侧无线传输到次级侧的无线功率传输装置，其中初级侧包括用于将输入功率转换为AC初级输出功率的输入级和用于接收AC初级输出功率并感应出磁场的初级谐振器，并且其中次级侧包括用于将通过磁场接收的功率转换为AC次级输出功率的次级谐振器和用于将AC次级输出功率转换为DC次级输出功率的输出级。本发明还涉及用于这样的无线功率传输装置的次级侧和用于跨气隙将功率从初级侧无线传输到次级侧的方法。

背景技术

电能用于许多不同的应用中。为了对不永久连接到电功率源的电驱动的设备、物品或物体供电，这样的设备、物品或物体通常配备有一个或多个电池，其用于存储能量以在这样的设备、物品或物体未连接到功率源时对其供电。示例是诸如蜂窝电话、PDA（个人数字助理）等的移动设备、诸如汽车、卡车、摩托车、火车、船只、轮船、飞机、直升机等的机动载具（vehicle）、还有诸如叉车、AGV（自动导引车）、清洁机器、电梯等的工业载具、或用于提升、移位或运输任何种类的货物的电操作装备。所有这些设备、物品或物体通常包括电池以用于操作它。

本发明涉及操作这样的电负载和/或对其电池充电。虽然铅酸电池曾经通常用于存储功率以用于操作这样的电负载，但锂离子电池现在通常用于此目的。原因之一是它们可以以高得多的c速率充电。铅酸电池可以以约0.1c至0.2c的c速率充电。这意味着600 Ah的铅酸电池可以以约60安至120安的电流充电，并且将需要约5至10小时。锂离子电池可以以高达1c的c速率充电，因此600 Ah锂离子电池可以利用高达600安的电流充电，这使充电时间缩短至约1小时。此外，锂离子电池可以间或充电而不会对电池造成损坏，所述损坏将在铅酸电池的情况下当在仅少量的几分钟内应用多次短充电循环时发生。

然而，利用锂离子电池的高充电电流可能导致基于有线的充电器有关的问题，其中充电电流经由电缆连接从功率源馈送到电池，其中电缆通过连接器连接到源和/或电池。高充电电流将需要具有大铜直径的充电电缆和重载连接器。因此，充电电缆难以操纵并且连接器将快速耗损。在间或充电的情况下，这样的连接器将在几周内耗损。

为了克服充电电缆有关的问题，这样的电池的充电通常是通过无线功率传输来完成的。在功率通过感应耦合无线传输的情况下，这样的无线功率传输系统被称为感应功率传输（IPT）系统。这样的IPT系统确实与松散耦合的电感器一起工作。

使用无线功率传输的另一个原因是增强这样的设备的可用性和用户友好性，例如与蜂窝电话相关，其中用户仅必须将电话安置在充电站顶部上而不是通过电缆将电话连接到充电器。

然而，用于操作或充电电负载的高电流可能引起进一步的问题。用于较高电流（诸如例如600A（安））的电导体通常是有损耗的，并且高AC电流的整流可能是低效的。