[发明专利]一种自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统

说明书

本发明公开一种自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统，包括三线圈变压器、直流电源、高频逆变器、原边补偿电容、副边补偿电容、电池、副边整流桥、附加侧整流桥、附加回路补偿拓扑和附加补偿电容。本发明无线充电系统通过合理设计系统工作频率及附加回路补偿拓扑的参数值，构建得到三个线圈回路，通过调节工作频率得到恒流输出，并根据设定的工作频率确定原副边补偿电容大小，根据充电电池所需恒压阈值大小确定附加回路补偿参数，实现恒流‑恒压的自适应切换和输出阈值的灵活调节，通过三个线圈回路实现了电池所需的恒流‑恒压自适应切换，不需要复杂控制与频率切换，避免了因复杂控制可能引起的通信故障问题和频率切换带来的不稳定性。

技术领域

本发明涉及一种自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统，涉及无线电能传输技术，属于发电、变电或配电的技术领域。

背景技术

WPT(无线电能传输技术)是一种通过电磁效应实现从电源到负载无电气接触地进行电能传输的新型输电方式，相比传统有线输电方式，其具有灵活便捷，安全可靠和环境适应性强等优点，因此受到了越来越广泛的关注。目前感应式无线电能传输技术已广泛应用到消费电子，LED照明，电动汽车充电和医疗器械等领域。其中，运用无线电能传输系统对锂电池充电的发展潜力巨大。

锂电池充电过程主要分为恒流和恒压两个阶段。首先进入恒流充电阶段，锂电池的等效阻抗会随充电时间逐渐上升，达到电池充电电压限值后，进入恒压充电，并保持这一电压继续充电，充电电流则因蓄电池等效负载变大而逐渐缩小，最终完成充电。

目前采用的无线充电系统中功率变换器主要分为三种：

1、充电系统采用两级式结构，能省去一次控制设计，但增加了换流阶段和复杂的控制；

2、拓扑内串联高频开关的复合拓扑，这种复合式的拓扑产生的损耗和成本较高；

3、采用双频率切换的充电系统，通过恒流恒压之间频率切换完成充电，这种方案需要充电状态检测、无线反馈通信和主动控制，增加了控制电路的复杂性，降低了系统的可靠性，并且需要原副边之间通信，并且电压增益受限于松耦合变压器的参数。

综上，目前的IPT系统在拓扑恒流恒压之间的切换与灵活性的提升上仍有局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统，通过合理设计系统工作频率及附加回路补偿拓扑的参数值，构建得到三个线圈回路，通过调节工作频率得到恒流输出，并根据设定的工作频率确定原副边补偿电容大小，根据充电电池所需恒压阈值大小确定附加回路补偿参数，实现恒流-恒压的自适应切换和输出阈值的灵活调节，无需受到变压器参数的限值，通过三个线圈回路实现了电池所需的恒流-恒压自适应切换，不需要复杂控制与频率切换，避免了因复杂控制可能引起的通信故障问题和频率切换带来的不稳定性，通过附加侧整流桥钳位，自动切换两种工作模式，实现方式简单，且变换器还具有开路保护的作用，当恒流阶段负载故障开路，系统进入恒压模式，避免了开路故障引起的危害。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统，所述无线充电系统包括三线圈变压器、直流电源、高频逆变器、原边补偿电容、副边补偿电容、副边整流桥、附加侧整流桥和附加回路补偿拓扑。

所述直流电源并联在高频逆变器的输入端，原边补偿电容的一端连接在高频逆变器的输出端正极，另一端连接在三线圈变压器的原边线圈的正极，高频逆变器的输出端负极连接三线圈变压器的原边线圈的负极。

所述副边补偿电容的一端连接三线圈变压器的副边线圈的正极，另一端连接副边整流桥的输入端正极，三线圈变压器的副边线圈的负极连接副边整流桥的输入端负极。

所述附加侧整流桥的输入端并联在直流电源上，输出端并联在附加回路补偿拓扑的输入端，附加回路补偿拓扑的输出端并联在三线圈变压器的附加线圈上。