[发明专利]一种恒流-恒压无线充电系统及其充电方法

摘要

本发明提出一种恒流‑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。

主权项

1.一种恒流‑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；(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；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：Req,bat＝Ubat,n/Ibat      (3)式中，UE为整流稳压电路中二极管引起的压降；根据谐振角频率ω计算C1、C2的值为：(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。