基于cll諧振變換的電磁共振式無線充電裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線充電領(lǐng)域，尤其涉及一種基于CLL諧振變換的電磁共振式無線充 電裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球面臨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)與能源危機(jī)，化石燃料的日益減少和環(huán)境問題 的日益嚴(yán)重引起了全球的關(guān)注。電動(dòng)汽車具有節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，大力發(fā)展電動(dòng)汽車成 為解決危機(jī)的重要途徑之一，是未來汽車行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。大規(guī)模電動(dòng)車作為移動(dòng)儲(chǔ) 能裝備將是第三次工業(yè)革命（能源互聯(lián)網(wǎng)）的重要支柱?，F(xiàn)在電動(dòng)汽車的發(fā)展面臨著電池 成本高、能量密度低于化石能源、質(zhì)量大等一系列問題，無線充電技術(shù)為電動(dòng)汽車的發(fā)展提 供了一條新路。電動(dòng)汽車通過無線充電的方式進(jìn)行充電避免了直接的電接觸，可以有效的 減少充電時(shí)可能發(fā)生的事故。同時(shí)，大規(guī)模的建設(shè)無線充電的停車位和車庫(kù)，使得人們可以 在家或在停車場(chǎng)隨時(shí)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，不必去專門的充電站進(jìn)行充電。而電磁共振式 無線充電方式對(duì)水平位移不敏感的特性，使電動(dòng)汽車可以在道路上行駛時(shí)一邊行駛一邊充 電，這樣可以極大的減少電動(dòng)車電池的容量，使得電動(dòng)汽車更加輕便實(shí)用。
[0003] 目前，無線電能傳輸有三種實(shí)現(xiàn)方式，分別為電磁感應(yīng)式無線充電方法、電磁共振 式無線充電方法、遠(yuǎn)場(chǎng)輻射式無線充電方法。其中電磁感應(yīng)式無線充電方法利用的是分離 式變壓器的原理，當(dāng)充電裝置的初級(jí)線圈通過一定頻率的交流電時(shí)，通過電磁感應(yīng)原理，次 級(jí)線圈會(huì)產(chǎn)生一定的電流，從而將能量從發(fā)射端傳輸?shù)浇邮斩?，?shí)現(xiàn)了無線電能傳輸。該方 法原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，并且近距離能量傳輸效率很高，甚至可以達(dá)到99% ;但是該方法的 缺點(diǎn)在于傳輸距離過短，一般在厘米級(jí)甚至毫米級(jí)，位移或角度發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)效率下降 明顯。電磁共振式無線充電方法利用了共振的原理，當(dāng)能量發(fā)射裝置與能量接收裝置調(diào)整 到統(tǒng)一諧振頻率時(shí)，兩裝置共振，它們可以交換彼此的能量，從而將能量從發(fā)射端傳輸?shù)浇?收端，實(shí)現(xiàn)了無線電能傳輸。該方法電磁輻射較小，對(duì)生命體影響小，對(duì)其他頻率的電子產(chǎn) 品影響小，傳輸距離適中，一般在分米級(jí)，對(duì)于非金屬材料的障礙物穿透能力極強(qiáng)，小型的 金屬材料障礙物對(duì)其的影響也極小，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)接收端供能，接收端線圈與發(fā)射端線 圈之間的產(chǎn)生水平位移或旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，系統(tǒng)傳輸效率的變化很??；但是缺點(diǎn)在于傳輸效率 不如電磁感應(yīng)式無線充電方法，由于開關(guān)器件的限制，傳輸功率不高，系統(tǒng)諧振頻率過高， 頻率的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)效率影響很大，諧振線圈尺寸過大會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)用性。遠(yuǎn)場(chǎng)輻射式無 線充電方法利用微波或激光束可以攜帶能量進(jìn)行傳播的原理，發(fā)射端將電能轉(zhuǎn)化為微波或 激光束發(fā)射出去，利用二者的高穿透性，接收端接收微波或激光束，將其重新轉(zhuǎn)化為電能， 實(shí)現(xiàn)無線電能傳輸。該方法傳輸距離極長(zhǎng)，可以達(dá)到幾千米以上，定向性好；但是缺點(diǎn)在于 電能傳輸頻率高、效率低、微波式裝置會(huì)有較強(qiáng)的電磁污染問題，可能會(huì)影響人體健康，激 光式裝置電光、光電轉(zhuǎn)換效率很低，發(fā)射端裝置與接收端裝置互相要在可視范圍內(nèi)，并且中 間無障礙。
[0004] 在上述三種無線充電方法中，電磁共振式無線充電方法以其傳輸距離適中，傳輸 效率較大，對(duì)非金屬材料障礙物穿透性極強(qiáng)，對(duì)小型的金屬材料障礙物的穿透性也很好，接 收端線圈與發(fā)射端線圈之間的水平位移、旋轉(zhuǎn)角度對(duì)其傳輸效率的影響較小，電磁輻射小， 對(duì)其他頻率的電子產(chǎn)品影響小，可以對(duì)多個(gè)同頻負(fù)載供能等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為電動(dòng)汽車無線 充電方法的首選。而電磁共振式無線充電方法的諧振頻率一般在幾百千赫茲到幾兆赫茲之 間，如此高的開關(guān)頻率造成了很大的開關(guān)損耗，不僅降低了整體強(qiáng)磁耦合諧振式無線充電 系統(tǒng)的功率傳輸效率，還會(huì)使開關(guān)器件發(fā)熱，甚至發(fā)生安全性事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種基于CLL諧振變換的電磁共振式 無線充電裝置及控制方法，通過引入CLL諧振變換，實(shí)現(xiàn)高頻逆變頻率、發(fā)射端諧振電路的 諧振頻率和接收端諧振電路的諧振頻率三者的一致，不僅實(shí)現(xiàn)了電磁共振的無線能量傳 輸，而且同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高頻逆變器的零電壓和零電流開關(guān)逆變。有效降低了開關(guān)管的開關(guān)損 耗，提高了能量傳輸效率；并且由于逆變器可以工作在更高的頻率下，減小了無線傳輸裝置 體積。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] 基于CLL諧振變換的軟開關(guān)電磁共振式無線充電裝置，包括微控制器、AC/DC整流 模塊、發(fā)射端穩(wěn)壓濾波電容、CLL諧振變換模塊、發(fā)射端耦合諧振線圈、接收端耦合諧振線 圈、接收端諧振電路電容、接收端AC/DC整流模塊、接收端穩(wěn)壓濾波電容、蓄電池和三相電 源；
[0008] 所述AC/DC整流模塊的輸入端連接三相電源，輸出端并聯(lián)發(fā)射端穩(wěn)壓濾波電容后 連接CLL諧振變換模塊；
[0009] 所述CLL諧振變換模塊的輸出端連接有發(fā)射端耦合諧振線圈，CLL諧振變換模塊 中的電感電容與發(fā)射端耦合諧振線圈組成發(fā)射端諧振電路；
[0010] 發(fā)射端耦合諧振線圈與接收端耦合諧振線圈實(shí)現(xiàn)耦合作用，
[0011] 接收端親合諧振線圈串聯(lián)接收端諧振電路電谷后連接接收端AC/DC整流|旲塊；
[0012] 所述接收端耦合諧振線圈與接收端諧振電路電容構(gòu)成接收端諧振電路，接收由諧 振耦合磁場(chǎng)傳遞來的能量；
[0013] 所述接收端AC/DC整流模塊的輸出端并聯(lián)接收端穩(wěn)壓濾波電容后為蓄電池充電； 接收端穩(wěn)壓濾波電容對(duì)接收端AC/DC整流模塊得到直流電進(jìn)行濾波，濾去高頻交流部分；
[0014] 所述AC/DC整流模塊和CLL諧振變換模塊中MOS管的開關(guān)接受微控制器驅(qū)動(dòng)信號(hào) 的控制，使CLL諧振變換模塊的高頻逆變頻率、發(fā)射端諧振電路的諧振頻率和接收端諧振 電路的諧振頻率三者一致，發(fā)射端與接收端的電路達(dá)到共振。
[0015] 所述AC/DC整流模塊為雙向AC/DC整流模塊，是由6個(gè)MOS管Q「Q6構(gòu)成的三相橋 式全控整流電路；通過微控制器控制MOS管的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流側(cè)電壓Vin的調(diào)節(jié)。
[0016] 所述發(fā)射端穩(wěn)壓濾波電容包括串聯(lián)的兩個(gè)電容Cn，Ci2，對(duì)雙向AC/DC整流模塊得 到直流電進(jìn)行濾波，濾去高頻交流信號(hào)。
[0017] 所述CLL諧振變換模塊為H全橋電路；包括4個(gè)MOS管Qn-Q14，每個(gè)MOS管