[发明专利]基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构及该结构的工作方法

说明书

基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，属于无线能量传输技术领域。解决了现有LCL补偿网络备的制作成本高，补偿电感值难以跟随调整设备的拓展性差的问题。本发明的高频激励单元的电源输入端连接供电母线，高频激励单元的一路输出端同时连接第一功率开关的一端和第一阵列线圈的一端，第一阵列线圈的另一端同时连接补偿电容器的一端和第二阵列线圈的一端；高频激励单元的另一路输出端同时连接第二功率开关的一端和第二阵列线圈的另一端，第一功率开关的另一端与第二功率开关的另一端均连接补偿电容器的另一端。本发明应用于无线能量传输领域。

技术领域

本发明涉及无线能量传输技术。

背景技术

随着环境问题与能源压力的突出，电动汽车的推广受到了世界各国的青睐。电动汽车无线充电技术相比传统插拔式充电技术有着更好的安全性和灵活性，应用前景十分广阔。其中，动态无线充电技术可有效的提升电动汽车的续航里程，并减少电池组数目，既降低了电动汽车的成本，又延长了其使用寿命，使得电能补给更加安全可靠。应用于动态无线供电的阵列线圈结构，其主要优势有：小尺寸的耦合机构有效降低了通电损耗，同时也限制了漏磁，在提高传输效率的磁辐射的安全性较高。单体列阵线圈相对较小的电感有效的降低了电源视在功率，匹配电容更加容易成本也更低。小整列单元的损坏，对全局电路的影响较较小，替换相对较容易。

传统的LCL复合谐振拓扑的等效结构如图1所示，其中是L₀发射端补偿电感，r₀是其内阻，L₀是发射线圈电感，r₀是其内阻，C₀是发射端补偿电容，L₀是接收线圈电感，r₀是其内阻，C₂是接收端补偿电容。M是发射线圈与接收线圈间的互感，Z_L是接收端负载。该结构的参数满足L₀＝L₃，系统谐振角频率假设负载为Z_L＝R_L+jX_L＝A_Le^jθ，阻抗角系统谐振处于谐振状态时，计算发射端线圈电流有效值为：

当满足时，上式等于

该式证明在满足一定条件下发射端线圈电流有效值仅与源电压和发射线圈电感值有关，与负载变化和耦合系数变化无关。实际上内阻r₀、r₁的值本身很小，对于电感线圈，其空载品质因数的值很大，因此一定满足。对于k越小时，满足该条件对应的最小负载模越小，发射线圈恒流特性越好。

在发射端为阵列线圈的无线能量传输系统中，采用LCL补偿网络以实现发射端线圈的恒流激励时，需要为每一个阵列发射线圈额外绕制一个与其自感相同的补偿电感。这样不仅会增加设备的制作成本，同时在发射端线圈电感需要调整的场合，补偿电感值难以跟随调整，也大大限制了设备的拓展性。

发明内容

本发明是为了解决现有采用LCL补偿网络以实现发射端线圈的恒流激励时，需要为每一个阵列发射线圈额外绕制一个与其自感相同的补偿电感，导致的增加设备的制作成本，以及在发射端线圈电感需要调整的场合，补偿电感值难以跟随调整，限制设备的拓展性的问题，提出了一种基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构。

本发明所述的基于阵列线圈式无线能量传输的复用型LCL结构，它包括高频激励单元1、第一功率开关K1、第二功率开关K2、第一阵列线圈L1、第二阵列线圈L2和补偿电容器C1；

高频激励单元1的电源输入端连接供电母线，高频激励单元1的一路输出端同时连接第一功率开关K1的一端和第一阵列线圈L1的一端，第一阵列线圈L1的另一端同时连接补偿电容器C1的一端和第二阵列线圈L2的一端；