一种恒流-恒压无线充电系统及其充电方法技术方案

本发明专利技术提出一种恒流‑恒压无线充电系统及其充电方法，该系统包括：逆变电源、初级侧电路、次级侧开关电路、整流稳压电路；高频逆变电源用于为系统提供能量，并输出符合系统要求的频率与电压；初级侧电路在发射线圈处产生与次级侧电路参数无关的高频电流；次级侧开关电路接收无线电能后，通过开关控制切换次级侧电路拓扑，完成恒流充电至恒压充电的切换；整流稳压电路用于将次级侧开关电路得到的交流电流、电压整流成为电池充电的直流电流、电压。本发明专利技术将恒流/恒压模式的切换控制，放在无线充电系统的接收侧进行，避免了能量发射侧与接收侧的数据通讯与信息交换，并在模式切换以及正常工作过程中保证了无线充电系统的零无功。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池的无线充电领域，尤其是一种恒流-恒压无线充电系统及其充电方法。
技术介绍
无线电能传输技术具有传统有线传输方式所没有的诸多优点，利用无线的方式实现对手机等小型便携式设备充电，则可以极大地提高使用的灵活性和舒适性，而再也不用携带冗余的电源线。往往，电能的传输与存储是同等重要，因此依赖无线电能传输技术解决能量的传输问题的同时，也需要很好的解决能量的高效存储。目前我们周边常见的储能设备为电池，尤其是以锂电池为主，而对于锂电池来说，恒流(CC)、恒压(CV)充电是最常见的充电方式，它将锂电池的整个充电过程分为恒流充电和恒压充电两个个阶段。而对于一般的无线电能充电系统而言，若要实现CC至CV的充电切换，需要在无线系统的次级侧增加直流变换电路，这就增加了系统设计的成本与难度。但是，现如今的研究表明，经过合理的电路设计，无线电能传输系统本身是可以实现恒流或者恒压输出的。如果采用无线电能传输系统本身的性质来实现CC和CV充电，那么不仅会减少系统的设计难度，也会缩减成本。除此以外，若没有准确的理论推导，使用理论参数所设计的系统在实际应用中，定会偏离电池充电要求。
技术实现思路
专利技术目的：为解决上述技术问题，提供一种能够仅通过开关控制而不改变电路其他参数的情况下，实现恒流至恒压充电切换的电路，本专利技术提出一种恒流-恒压无线充电系统及其充电方法。技术方案：本专利技术提出的技术方案为：一种恒流-恒压无线充电系统，包括：逆变电源、初级侧电路、次级侧开关电路、整流稳压电路；初级侧电路为由补偿电感LX、补偿电容Cp和发射线圈组成的LCL谐振电路；发射线圈的电感为Lp，内阻为R；次级侧开关电路包括接收线圈、补偿电容Cs1、Cs2、补偿电感LY和开关S1、S2、S3；接收线圈的电感为Ls，内阻为R；接收线圈、Cs1和LY依次串联，该串联电路的两端作为次级侧开关电路的输出端并与整流稳压电路的输入端相连，整流稳压电路的输出端做为恒流-恒压无线充电系统的输出端；S1、S3分别与Cs1和LY并联；S2一端与Cs2相连，另一端与LY和Cs1的连接点相连，Cs2的另一端与次级侧开关电路的输出端相连；逆变电源通过初级侧电路形成与次级侧开关电路参数无关的电流并通过发射电感Lp耦合至次级侧开关电路的接收电感Ls；逆变电源的输出频率与输出电压在充电过程中保持不变；所述LX＝Lp，Ls＝LY，Cs1＝Cs2。本专利技术还提出一种恒流-恒压无线充电系统的充电方法，包括步骤：(1)构建上述恒流-恒压无线充电系统；(2)对步骤(1)中构建的恒流-恒压无线充电系统进行参数设置：根据待充电的电池的标称电压Ubat,n预设恒流充电电流Ibat，根据使用的发射、接收线圈种类确定Lp、Ls、R以及发射、接收线圈之间的互感M；根据Ubat,n、Ibat、Lp、Ls、R和M确定逆变电源的输出电压Uin、谐振角频率ω以及恒流-恒压无线充电系统中的剩余参数：Cp、Cs1、Cs2；(3)检测待充电的电池的实际电压Ubat，判断是否满足Ubat＜Ubat,n；若判断结果为满足，则闭合开关S1、S2，断开S3，对待充电电池进行恒流充电直至Ubat≥Ubat,n；若判断结果为不满足Ubat＜Ubat,n，则放弃充电；(4)当待充电电池的实际电压在恒流充电下满足Ubat≥Ubat,n时，断开开关S1、S2，并闭合S3，对待充电电池进行恒压充电直至恒压充电电流值小于等于预设的阈值Imin。进一步的，所述步骤(2)中参数设置的方法为：(3-1)设Cp＝C1，Cs1＝Cs2＝C2，LX＝Lp＝L1，Ls＝LY＝L2；根据已知参数计算逆变电源的输出电压Uin和谐振角频率ω： U i n = 4 L 1 ( U b a t , n + 2 U E ) 2 π M - - - ( 1 ) ]]> ω = 4 ( U b a t , n + 2 U E ) π 2 L 2 I b a t + 16 ( U b a t , n + 2 U E ) 2 π 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒流‑恒压无线充电系统，其特征在于，包括：逆变电源、初级侧电路、次级侧开关电路、整流稳压电路；初级侧电路为由补偿电感LX、补偿电容Cp和发射线圈组成的LCL谐振电路；发射线圈的电感为Lp，内阻为R；次级侧开关电路包括接收线圈、补偿电容Cs1、Cs2、补偿电感LY和开关S1、S2、S3；接收线圈的电感为Ls，内阻为R；接收线圈、Cs1和LY依次串联，该串联电路的两端作为次侧极开关电路的输出端并与整流稳压电路的输入端相连，整流稳压电路的输出端做为恒流‑恒压无线充电系统的输出端；S1、S3分别与Cs1和LY并联；S2一端与Cs2相连，另一端与LY和Cs1的连接点相连，Cs2的另一端与次级侧开关电路的输出端相连；逆变电源通过初级侧电路形成与次级侧开关电路参数无关的电流并通过发射电感Lp耦合至次级侧开关电路的接收电感Ls；逆变电源的输出频率与输出电压在充电过程中保持不变；所述LX＝Lp，Ls＝LY，Cs1＝Cs2。

【技术特征摘要】
1.一种恒流-恒压无线充电系统，其特征在于，包括：逆变电源、初级侧电路、次级侧开关电路、整流稳压电路；初级侧电路为由补偿电感LX、补偿电容Cp和发射线圈组成的LCL谐振电路；发射线圈的电感为Lp，内阻为R；次级侧开关电路包括接收线圈、补偿电容Cs1、Cs2、补偿电感LY和开关S1、S2、S3；接收线圈的电感为Ls，内阻为R；接收线圈、Cs1和LY依次串联，该串联电路的两端作为次侧极开关电路的输出端并与整流稳压电路的输入端相连，整流稳压电路的输出端做为恒流-恒压无线充电系统的输出端；S1、S3分别与Cs1和LY并联；S2一端与Cs2相连，另一端与LY和Cs1的连接点相连，Cs2的另一端与次级侧开关电路的输出端相连；逆变电源通过初级侧电路形成与次级侧开关电路参数无关的电流并通过发射电感Lp耦合至次级侧开关电路的接收电感Ls；逆变电源的输出频率与输出电压在充电过程中保持不变；所述LX＝Lp，Ls＝LY，Cs1＝Cs2。2.一种恒流-恒压无线充电系统的充电方法，其特征在于包括步骤：(1)构建如权利要求1所述的恒流-恒压无线充电系统；(2)对步骤(1)中构建的恒流-恒压无线充电系统进行参数设置：根据待充电的电池的标称电压Ubat,n预设恒流充电电流Ibat，根据使用的发射、接收线圈种类确定Lp、Ls、R以及发射、接收线圈之间的互感M；根据Ubat,n、Ibat、Lp、Ls、R和M确定逆变电源的输出电压Uin、谐振角频率ω以及恒流-恒压无线充电系统中的剩余参数：Cp、Cs1、Cs2；(3)检测待充电的电池的实际电压Ubat，判断是否满足Ubat＜Ubat,n；若判断结果为满足，则闭合开关S1、S2，断开S3，对待充电电池进行恒流充电直至Ubat≥Ubat,n；若判断结果为不满足Ubat＜Ubat,n，则放弃充电；(4)当待充电电池的实际电压在恒流充电下满足Ubat≥Ubat,n时，断开开关S1、S2，并闭合S3，对待充电电池进行恒压充电直至恒压充电电流值小于等于预设的阈值Imin。3.根据权利要求2所述的一种恒流-恒压无线充电系统的充电方法，其特征在于，所述步骤(2)中参数设置的方法为：(3-1)设Cp＝C1，Cs1＝Cs2＝C2，LX＝Lp＝L1，Ls＝LY＝L2；根据已知参数计算逆变电源的输出电压Uin和谐振角频率ω： U i n = 4 L 1 ( U b a t , n + 2 U E ) 2 π M - - - ( 1 ) ]]> ω = 4 ( U b a t , n + 2 U E ) π 2 L 2 I b a t + ...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭林林，潘书磊，颜长鑫，黄学良，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32