[发明专利]一种发送侧切换三线圈恒流恒压感应式无线充电方法及系统

说明书

本发明公开了一种发送侧切换三线圈恒流恒压感应式无线充电方法及系统，充电启动过程中，高频逆变器通过初级恒流补偿电容以及充电感应侧线圈发送侧绕组和接收侧感应绕组实现负载恒流充电；在恒流充电过程中，实时的检测高频逆变器前端直流电源电压值和电流值，并通过修正整流器损耗预估负载值大小，间接获取负载充电电压值，当负载电压达到指定值，电路转为恒压充电模式；进入恒压充电模式前，在初级发送线圈的补偿电容上并联一个辅助电容，并增加一个辅助串联电感电容谐振回路。系统包括直流电源、高频逆变器等。本发明无需接收侧充电电压通信检测设施、结构简单、控制方便、性能稳定、无功损耗小、对逆变器的容量要求相对较低、装置制造成本低。

技术领域

本发明涉及一种发送侧切换三线圈恒流恒压感应式无线充电方法及系统，属于无线充电技术领域。

背景技术

感应式无线电能传输是一种能够安全、高效、方便地通过无导线非接触磁耦合方式将电能输送到负载中的技术，避免了由于接触式造成的接触火花以及漏电等问题。近几十年来一直受到科学界和学术界的广泛关注，并已广泛应用于许多商业领域，如内置医疗装置、消费电子产品、电动汽车、水下系统和其他工业领域，运用无线传能系统对电池充电的发展潜力巨大。为了延长电池的使用寿命和充放电次数，电池作为一种特殊的负载通常需要同时包含恒流和恒压充电两个阶段。通常情况下，在电池充电初期采用恒流充电模式，电池充电电压迅速上升；当电池充电电压上升至预设充电电压时，采用恒压充电模式，此过程电池充电电流逐渐降低至截止充电电流，完成恒压充电过程。目前，所采用的大多数针对电池充电的无线充电系统中，通常采用复杂的控制方案，通过实时的监测电池充电信息并且将信息通过无线通信模块反馈给发送侧控制器。这不仅增加了控制的复杂性，并且增加了系统损耗以及应用成本。另一种方案是采用切换拓扑结构，利用电路内部特性实现系统恒流和恒压输出。该方案通常分为两种：一、在发送侧切换拓扑结构实现恒流和恒压输出，其缺陷在于需要双边无线通信模块实时反馈电池充电信息。二、在接收侧切换拓扑实现恒流和恒压输出，其缺陷在于更多的无功元件安装在接收侧，增加了接收侧的重量以及成本，违反了接收侧紧凑型的原则。

发明内容

本发明提供一种发送侧切换三线圈恒流恒压感应式无线充电方法及系统，且该系统不需要无线通信模块，接收侧无功元件少，结构简单、造价低，无需复杂控制技术。

本发明的目的是这样实现的：

一种发送侧切换三线圈恒流恒压感应式无线充电方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤1、启动充电后，高频逆变器通过串联初级串联补偿电感、初级恒流补偿电容及三绕组充电感应线圈发送侧绕组和接收侧感应绕组及整流器对电池负载恒流充电，其中，直流电源的输出连接高频逆变器的输入；高频逆变器输出的一端串联接入初级串联补偿电感、初级恒流补偿电容和三绕组充电感应线圈发送侧绕组的一端，高频逆变器输出的另一端与三绕组充电感应线圈发送侧绕组的另一端连接，构成恒流充电发送回路；三绕组充电感应线圈接收侧绕组的一端连接串联次级补偿电容的一端，串联次级补偿电容的另一端连接整流器输入端的一端，三绕组充电感应线圈接收侧绕组的另一端连接整流器输入端的另一端，构成接收回路；整流器输出端连接电池负载，实现感应式无线恒流充电；

步骤2、在恒流充电阶段，实时检测高频逆变器前端直流电源的电压值和电流值，预估电池负载的阻值，并通过负载阻值，获取负载上的充电电压值，其中，检测高频逆变器输入直流电流值，包括：通过电流传感器和控制器，实时数据采集高频逆变器输入直流电流瞬时值；初步计算负载电阻值；计算整流器损耗对预估电阻值进行修正，并进一步估计负载上的充电电压值；

所述预估电池负载的充电电压是根据在恒流充电过程中，高频逆变器输入直流电流瞬时值与负载等效阻值存在函数关系，预估电池负载的阻值，并进一步预估负载电压值；

步骤3、判断电池负载的充电电压是否满足从恒流到恒压转变过程的切换条件，切换条件由式(1)确定；