[发明专利]一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输技术领域，涉及一种用于宽偏移范围动态无线输电装置及其参数获取方法，适用于传输距离有一定偏移范围而传输功率有一定稳定性要求的无线充电场合。

背景技术

近年来，无线输电技术(WirelessPowerTransfer，WPT)和电动汽车技术(ElectricVehicle，EV)取得了飞速发展。磁耦合无线输电技术通过功率收发线圈之间的高频交变磁场耦合传递能量，是发展前景最好的无线输电技术，已经在小功率的便携式电子设备得到了广泛应用，例如手机，心脏起搏器等。随着传输功率和效率的进一步提高，磁耦合无线输电技术已成功实现电动汽车的静止式无线充电，传输功率已达到10kW，传输效率达到92％，有可能在不远的未来取代传统的传导式充电方式。电动汽车在推向市场的过程中遇到动力电池瓶颈带来的单次充电行驶里程不足和充电难的问题。为了进一步解决电动汽车动力电池瓶颈，动态无线充电方案被提出。动态无线充电方式设想在行车道路下铺设线圈链，给行驶中的电动汽车不间断充电，从而有效延长行驶里程。在动态无线充电过程中，车载负荷本身正在工作，为了保证供给负荷并留有一定储能余量并使得经济效率达到最优，动态无线充电系统应时刻以所能获取的额定传输功率工作。因此动态无线充电系统必须保证原副边功率线圈的互感耦合系数在一定范围内变化时，传输功率不能随偏移距离变化而大幅度波动，而是要保持稳定传输状态，即具有抗偏移能力。

为了增加WPT系统的有效偏移范围，一般从磁耦合机构和原边补偿拓扑两个方面设计改进。通过对磁耦合机构的改造，使得互感耦合系数在较宽的偏移范围内保持较小范围内波动。另一方面一些具有优良特性的高阶补偿拓扑被提出。例如原边LCL型补偿拓扑，由于它具有良好的恒流源特性，使得调控副边变得简单，在WPT系统中采用较多。专利CN201310571308“一种用于无线电能传输的双边LCC补偿拓扑及其调谐方法”在LCL拓扑的基础上提出了一种LCCL补偿拓扑，是在LCL型补偿拓扑的基础上加入一个补偿电容，目的为将补偿拓扑调谐到感性区域以实现零电压开关(ZeroVoltageSwitching，ZVS)。但是这种补偿拓扑的传输功率随着偏移距离的增加而迅速下降，导致电动汽车在行驶过程中必须要严格对准行驶车道，限制在较小的偏移范围内行驶。这将对电动汽车驾驶员提出更高要求，会降低动态无线充电的实用性。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于动态无线充电的装置及其参数获取方法，旨在解决由于现有无线输电系统中传输功率容易随偏移距离变化而剧烈波动导致现有补偿拓扑抗偏移能力不足的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于动态无线充电的装置，包括能量发射模块和能量接收模块；所述能量发射模块包括依次连接的高频逆变单元、LC滤波单元、第一补偿单元和功率发射线圈；高频逆变单元用于对外部输入的直流电压进行逆变处理并输出高频电压方波V_ab，所述LC滤波单元用于滤除所述高频电压方波V_ab中的谐波成分，功率发射线圈用于将经过滤波后的高频电压方波按照高频磁场耦合的方式进行发射；所述第一补偿单元用于对所述功率发射线圈的电流进行调节，减小传输功率随偏移距离的波动；能量接收模块包括依次连接的功率接收线圈、第二补偿单元和不控整流单元；功率接收线圈用于接收所述功率发射线圈发射的功率；所述第二补偿单元用于补偿所述功率接收线圈的漏感，使得所述功率发射线圈与所述功率接收线圈之间只传递有功功率；所述不控整流单元用于将接收的高频交流电整流为直流，并供给负载。

更进一步地，第一补偿单元包括第一补偿电容_、第二补偿电容和第三补偿电容；第一补偿电容和第三补偿电容串联连接，所述第一补偿电容的非串联端与所述LC滤波单元的输出端连接，所述第三补偿电容的非串联端用于连接至所述功率发射线圈的一端；所述第二补偿电容的一端与所述第一补偿电容和第三补偿电容的串联连接端连接，所述第二补偿电容的另一端用于连接至所述功率发射线圈的另一端。第一补偿单元采用CCC型补偿拓扑结构，可以根据收发功率线圈的互感耦合情况自动地调节发射线圈电流，平缓传输功率随偏移距离的波动。