[发明专利]多电平双向无线电能传输系统及方法

说明书

本发明公开了多电平双向无线电能传输系统及方法，所述系统以传输线圈为轴分为完全相同的两侧，分别为主边侧和副边侧；每一侧由三部分组成，分别为双向DC‑DC部分、三电平变换器部分和LCC谐振部分，所述LCC谐振部分与传输线圈相连，所述三电平变换器部分连接在双向DC‑DC部分和LCC谐振部分之间；在主边侧，所述双向DC‑DC部分与电源相连，在副边侧，所述双向DC‑DC部分与负载相连。本发明在使用多电平逆变器提高传输效率的同时，使电能能够双向流动。

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，具体涉及一种多电平双向无线电能传输系统及方法。

背景技术

无线电能传输是一种通过电磁感应等原理，不使用线缆进行非接触式电能传输的技术手段。相较于传统的有线充电，无线充电技术使用方便、安全性更高、不易损坏、易于实现自动化。19世纪末，Tesla提出了无线电能传输的猜想。之后的一个多世纪，无线输电的研究从未停止过，直到2007年，美国麻省理工学院的Marin等人提出了磁耦合谐振式无线输电，在距离两米的位置上点亮了一个60瓦灯泡。这使得无线电能传输的研究重新获得了广泛的关注。

近年来，无线电能传输技术快速发展，在日常和工业实践中取得了越来越多的应用。与此同时，愈加复杂的使用场景和用户需求也对无线电能传输技术提出了更多的挑战。一方面，随着传输的功率不断增加，对系统的传输效率的要求也不断加大，人们需要不断寻求高效率的拓扑和控制方式来减少传输过程中的损耗。另一方面，当前无线电能传输主要用于电池充电，而许多大容量电池，如电动汽车车载电池，不仅可以作为一种负载，还可以作为一个储能装置接入电网，与电网进行能量交换和互动。为了满足其能量互动的需求，需要寻求一种电能能够双向流动的无线电能传输拓扑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多电平逆变器的双向无线电能传输系统，将传统的逆变器替换为多电平逆变器，提高传输效率和传输容量。同时引入双向DC-DC拓扑，使得能量能够双向流动。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

多电平双向无线电能传输系统，所述系统以传输线圈为轴分为完全相同的两侧，分别为主边侧和副边侧；

每一侧由三部分组成，分别为双向DC-DC部分、三电平变换器部分和LCC谐振部分，所述LCC谐振部分与传输线圈相连，所述三电平变换器部分连接在双向DC-DC部分和LCC谐振部分之间；

在主边侧，所述双向DC-DC部分与电源相连；

在副边侧，所述双向DC-DC部分与负载相连。

进一步地，在主边侧，所述双向DC-DC部分用于调节从电源到三电平变换器部分，同时校正电路的功率因数；

在副边侧，所述双向DC-DC部分用于调节由三电平变换器部分到负载的电压，同时校正电路的功率因数。

进一步地，在主边侧，所述三电平变换器部分作为逆变电路，用于将DC-DC部分输出的直流电逆变为三电平交流电；

在副边侧，所述三电平变换器部分作为整流电路，用于将LCC谐振部分的正弦交流电整流为直流电。

进一步地，在主边侧，所述双向DC-DC部分由滤波电容C_DC、电感L_DC以及MOSFET开关管S₁、MOSFET开关管S₂、MOSFET开关管S₃、MOSFET开关管S₄组成；