一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括電源模塊，雙向DC?DC變換器，逆變及整流模塊，諧振電路及傳輸線圈，控制及通信模塊；雙向DC?DC變換器和逆變及整流模塊，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，在對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線充電的過(guò)程中，由雙向DC?DC變換器啟動(dòng)BOOST功能，逆變及整流模塊啟動(dòng)逆變功能，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈傳輸?shù)较乱患?jí)系統(tǒng)中；在其他系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行充電的過(guò)程中，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈，啟動(dòng)逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC?DC變換器中的BUCK功能，對(duì)電源模塊進(jìn)行充電；本發(fā)明結(jié)合雙向DC?DC轉(zhuǎn)換和磁耦合無(wú)線充電，使得充電過(guò)程更加的方便安全，同時(shí)可以加入到便攜設(shè)備中，無(wú)需增加電源線，便可以直接進(jìn)行充電。
【專利說(shuō)明】
一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及方法，屬于功率電子學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在1889年，交流電的
【發(fā)明人】，尼古拉特斯拉，便開(kāi)始了遠(yuǎn)程無(wú)線電能傳輸?shù)难芯?，他設(shè)想，將地球作為內(nèi)導(dǎo)體，距離地面60Km的電離層作為外導(dǎo)體，在地球和電離層之間產(chǎn)生8Hz的共振，從而向全球輸送電能。但自從特斯拉之后，無(wú)線電能傳輸?shù)倪M(jìn)步似乎就停止了。
[0003]直到20世紀(jì)90年代，新西蘭奧克蘭大學(xué)的John.T Boys教授提出了ICPT技術(shù)，之后無(wú)線充電的成果越來(lái)越多，直到今天，無(wú)線充電技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到心臟起搏器，大到公交汽車等人們生活中的方方面面。
[0004]在所有的無(wú)線充電方案中，都是采用一個(gè)裝置作為電能發(fā)射端，一個(gè)作為電能接收端，但是一些應(yīng)用場(chǎng)景中，需要電能接收和發(fā)射是一體的，所以基于這樣的思路，在本發(fā)明中，提出了采用雙向DC-DC結(jié)合無(wú)線電能傳輸?shù)姆椒ā?br>
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可以進(jìn)行雙向無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)及方法，目的在于通過(guò)雙向DC-DC與無(wú)線電能傳輸模塊整合，以及傳輸方向控制的設(shè)計(jì)。結(jié)合雙向DC-DC轉(zhuǎn)換和磁耦合無(wú)線充電，使得充電過(guò)程更加的方便安全，同時(shí)可以加入到便攜設(shè)備中，無(wú)需增加電源線，便可以直接進(jìn)行充電。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電源模塊，雙向DC-DC變換器，逆變及整流模塊，諧振電路及傳輸線圈，控制及通信模塊；
[0008]所述雙向DC-DC變換器和逆變及整流模塊，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，在對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線充電的過(guò)程中，由雙向DC-DC變換器啟動(dòng)BOOST功能，逆變及整流模塊啟動(dòng)逆變功能，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈傳輸?shù)较乱患?jí)系統(tǒng)中；在其他系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行充電的過(guò)程中，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈，啟動(dòng)逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC-DC變換器中的BUCK功能，對(duì)電源模塊進(jìn)行充電；
[0009]所述控制及通信模塊用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體的工作過(guò)程控制及與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。
[0010]上述逆變及整流模塊由全橋逆變電路及整流電路組成;所述控制及通信模塊通過(guò)四個(gè)信號(hào)mos管控制四個(gè)開(kāi)關(guān)mos管的通斷選擇逆變或者整流功能；
[0011 ]當(dāng)處于放電狀態(tài)時(shí)，選擇全橋逆變電路，接入BOOST電路，輸出高頻交流;當(dāng)處于充電狀態(tài)時(shí)，選擇整流電路，電路中由高頻交流變?yōu)橹绷?，接入BUCK電路；
[0012]上述控制及通信模塊中的四個(gè)引腳控制四個(gè)信號(hào)mos管gl ,g2,g3,g4；
[0013I當(dāng)控制pim，pin2輸出低電平的時(shí)，信號(hào)mos gi，g2的源極輸出低電平，LC振蕩電路與全橋電路接通；
[OOM]當(dāng)控制pim,piru輸出低電平時(shí)，信號(hào)mos g3，g4的源極輸出低電平，LC振蕩電路與整流濾波電路接通。
[0015]—種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸方法，利用上述的系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0016](I)、控制及通信模塊對(duì)電源模塊，雙向DC-DC模塊，逆變及整流模塊的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；
[0017]當(dāng)系統(tǒng)充電時(shí)，控制模塊設(shè)置電源模塊為充電狀態(tài)，雙向DC-DC模塊為BUCK狀態(tài)，逆變及整流模塊為整流狀態(tài)；
[0018]當(dāng)系統(tǒng)放電時(shí)，控制模塊設(shè)置電源模塊為放電狀態(tài)，雙向DC-DC模塊為BOOST狀態(tài)，逆變及整流模塊為逆變狀態(tài)；
[0019]設(shè)定電源模塊的電池容量為C，電量為E，當(dāng)系統(tǒng)電量E〈5%C時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)入放電狀態(tài)；
[0020](2)、系統(tǒng)設(shè)定為充電或放電狀態(tài)后，進(jìn)行試充或試放電，系統(tǒng)根據(jù)接收端的電壓電流進(jìn)行判斷，是否符合系統(tǒng)電能收發(fā)情況，如果符合進(jìn)入充電或者放電狀態(tài)；
[0021](3)、設(shè)定系統(tǒng)充電最大功率為Pmax，最小充電功率為Pmin，恒定工作溫度為Tw在系統(tǒng)充電過(guò)程中，根據(jù)電源模塊中電池特性曲線，調(diào)整發(fā)射功率，從而讓電壓電流符合特性曲線變化。
[0022]作為接收端的雙向無(wú)線電能傳輸裝置，則向發(fā)送端發(fā)送增大或者減小發(fā)射功率請(qǐng)求，得到發(fā)射端的確認(rèn)請(qǐng)求狀態(tài)信息，將狀態(tài)信息發(fā)送到發(fā)射端。作為發(fā)射端的雙向無(wú)線無(wú)線電能傳輸裝置，收到功率請(qǐng)求信息后，發(fā)回確認(rèn)信息以及請(qǐng)求獲得接收端狀態(tài)信息，發(fā)射端根據(jù)狀態(tài)信息對(duì)功率進(jìn)行調(diào)整。
[0023]如果接收不接受功率調(diào)整，則調(diào)整發(fā)射功率為75%，當(dāng)電源模塊內(nèi)芯片溫度檢測(cè)引腳，經(jīng)過(guò)檢測(cè)得到工作溫度T>2.3TW時(shí)，則判斷為充電結(jié)束;如果系統(tǒng)接受功率調(diào)整，則當(dāng)接受端發(fā)射的功率需求P<Pmin則判斷為充電結(jié)束；
[0024](4)、設(shè)此時(shí)接收端功率要求？，上一次功率請(qǐng)求為?—1，當(dāng)屮-?—1|>0.4???則判斷為充電異常，重新進(jìn)入步驟(I)。
[0025]本發(fā)明結(jié)合雙向DC-DC轉(zhuǎn)換和磁耦合無(wú)線充電，使得充電過(guò)程更加的方便安全，同時(shí)可以加入到便攜設(shè)備中，無(wú)需增加電源線，便可以直接進(jìn)行充電。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0027]圖2是系統(tǒng)工作流程圖；
[0028]圖3是逆變及整流模塊的電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]如圖1所示，一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括電源模塊，雙向DC-DC變換器，逆變及整流模塊，諧振電路及傳輸線圈，控制及通信模塊；[0031 ]所述雙向DC-DC變換器和逆變及整流模塊，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，在對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線充電的過(guò)程中，由雙向DC-DC變換器啟動(dòng)BOOST功能，逆變及整流模塊啟動(dòng)逆變功能，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈傳輸?shù)较乱患?jí)系統(tǒng)中；在其他系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行充電的過(guò)程中，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈，啟動(dòng)逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC-DC變換器中的BUCK功能，對(duì)電源模塊進(jìn)行充電；
[0032]所述控制及通信模塊用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體的工作過(guò)程控制及與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。
[0033]如圖3所示，上述逆變及整流模塊由全橋逆變電路及整流電路組成;所述控制及通信模塊通過(guò)四個(gè)信號(hào)mos管控制四個(gè)開(kāi)關(guān)mos管的通斷選擇逆變或者整流功能；
[0034]當(dāng)處于放電狀態(tài)時(shí)，選擇全橋逆變電路，接入BOOST電路，輸出高頻交流;當(dāng)處于充電狀態(tài)時(shí)，選擇整流電路，電路中由高頻交流變?yōu)橹绷?，接入BUCK電路；
[0035]上述控制及通信模塊中的四個(gè)引腳控制四個(gè)信號(hào)mos管gl,g2,g3,g4；
[0036]當(dāng)控制pini，pin2輸出低電平的時(shí)，信號(hào)mosgi，g2的源極輸出低電平，LC振蕩電路與全橋電路接通；
[0037]當(dāng)控制pim,piru輸出低電平時(shí)，信號(hào)mosg3，g4的源極輸出低電平，LC振蕩電路與整流濾波電路接通。
[0038]如圖2所示，一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸方法，利用上述的系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0039](I)、控制及通信模塊對(duì)電源模塊，雙向DC-DC模塊，逆變及整流模塊的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；
[0040]當(dāng)系統(tǒng)充電時(shí)，控制模塊設(shè)置電源模塊為充電狀態(tài)，雙向DC-DC模塊為BUCK狀態(tài)，逆變及整流模塊為整流狀態(tài)；
[0041 ]當(dāng)系統(tǒng)放電時(shí)，控制模塊設(shè)置電源模塊為放電狀態(tài)，雙向DC-DC模塊為BOOST狀態(tài)，逆變及整流模塊為逆變狀態(tài)；
[0042]設(shè)定電源模塊的電池容量為C，電量為E，當(dāng)系統(tǒng)電量E〈5% C時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)入放電狀態(tài)；
[0043](2)、系統(tǒng)設(shè)定為充電或放電狀態(tài)后，進(jìn)行試充或試放電，系統(tǒng)根據(jù)接收端的電壓電流進(jìn)行判斷，是否符合系統(tǒng)電能收發(fā)情況，如果符合進(jìn)入充電或者放電狀態(tài)；
[0044](3)、設(shè)定系統(tǒng)充電最大功率為Pmax，最小充電功率為Pmin，恒定工作溫度為Tw在系統(tǒng)充電過(guò)程中，根據(jù)電源模塊中電池特性曲線，調(diào)整發(fā)射功率，從而讓電壓電流符合特性曲線變化。
[0045]作為接收端的雙向無(wú)線電能傳輸裝置，則向發(fā)送端發(fā)送增大或者減小發(fā)射功率請(qǐng)求，得到發(fā)射端的確認(rèn)請(qǐng)求狀態(tài)信息，將狀態(tài)信息發(fā)送到發(fā)射端。作為發(fā)射端的雙向無(wú)線無(wú)線電能傳輸裝置，收到功率請(qǐng)求信息后，發(fā)回確認(rèn)信息以及請(qǐng)求獲得接收端狀態(tài)信息，發(fā)射端根據(jù)狀態(tài)信息對(duì)功率進(jìn)行調(diào)整。
[0046]如果接收不接受功率調(diào)整，則調(diào)整發(fā)射功率為75%，當(dāng)電源模塊內(nèi)芯片溫度檢測(cè)引腳，經(jīng)過(guò)檢測(cè)得到工作溫度T>2.3TW時(shí)，則判斷為充電結(jié)束;如果系統(tǒng)接受功率調(diào)整，則當(dāng)接受端發(fā)射的功率需求P<Pmin則判斷為充電結(jié)束；
[0047](4)、設(shè)此時(shí)接收端功率要求P，上一次功率請(qǐng)求為，當(dāng)IP-P-1 I >0.4Pmax則判斷為充電異常，重新進(jìn)入步驟(I)。
[0048]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括電源模塊，雙向DC-DC變換器，逆變及整流模塊，諧振電路及傳輸線圈，控制及通信模塊； 所述雙向DC-DC變換器和逆變及整流模塊，協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸，在對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線充電的過(guò)程中，由雙向DC-DC變換器啟動(dòng)BOOST功能，逆變及整流模塊啟動(dòng)逆變功能，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈傳輸?shù)较乱患?jí)系統(tǒng)中；在其他系統(tǒng)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行充電的過(guò)程中，電能經(jīng)過(guò)諧振電路及線圈，啟動(dòng)逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC-DC變換器中的BUCK功能，對(duì)電源模塊進(jìn)行充電； 所述控制及通信模塊用于負(fù)責(zé)系統(tǒng)的整體的工作過(guò)程控制及與外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述逆變及整流模塊由全橋逆變電路及整流電路組成;所述控制及通信模塊通過(guò)四個(gè)信號(hào)mos管控制四個(gè)開(kāi)關(guān)mos管的通斷選擇逆變或者整流功能； 當(dāng)處于放電狀態(tài)時(shí)，選擇全橋逆變電路，接入BOOST電路，輸出高頻交流；當(dāng)處于充電狀態(tài)時(shí)，選擇整流電路，電路中由高頻交流變?yōu)橹绷?，接入BUCK電路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于:所述控制及通信模塊中的四個(gè)引腳控制四個(gè)信號(hào)mos管gl，g2，g3，g4 ; 當(dāng)控制pim，pin2輸出低電平的時(shí)，信號(hào)mos gi，g2的源極輸出低電平，LC振蕩電路與全橋電路接通； 當(dāng)控制PiM，Piru輸出低電平時(shí)，信號(hào)mos g3，g4的源極輸出低電平，LC振蕩電路與整流濾波電路接通。4.一種可雙向工作的無(wú)線電能傳輸方法，其特征在于利用權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，包括如下步驟: (I )、控制及通信模塊對(duì)電源模塊，雙向DC-DC模塊，逆變及整流模塊的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置； 當(dāng)系統(tǒng)充電時(shí)，控制模塊設(shè)置電源模塊為充電狀態(tài)，雙向DC-DC模塊為BUCK狀態(tài)，逆變及整流模塊為整流狀態(tài)； 當(dāng)系統(tǒng)放電時(shí)，控制模塊設(shè)置電源模塊為放電狀態(tài)，雙向DC-DC模塊為BOOST狀態(tài)，逆變及整流模塊為逆變狀態(tài)； 設(shè)定電源模塊的電池容量為C，電量為E，當(dāng)系統(tǒng)電量E〈5%C時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)入放電狀態(tài)； (2)、系統(tǒng)設(shè)定為充電或放電狀態(tài)后，進(jìn)行試充或試放電，系統(tǒng)根據(jù)接收端的電壓電流進(jìn)行判斷，是否符合系統(tǒng)電能收發(fā)情況，如果符合進(jìn)入充電或者放電狀態(tài)； (3)、設(shè)定系統(tǒng)充電最大功率為Pmax，最小充電功率為Pmin，恒定工作溫度為Tw在系統(tǒng)充電過(guò)程中，根據(jù)電源模塊中電池特性曲線，調(diào)整發(fā)射功率，從而讓電壓電流符合特性曲線變化。 作為接收端的雙向無(wú)線電能傳輸裝置，則向發(fā)送端發(fā)送增大或者減小發(fā)射功率請(qǐng)求，得到發(fā)射端的確認(rèn)請(qǐng)求狀態(tài)信息，將狀態(tài)信息發(fā)送到發(fā)射端。作為發(fā)射端的雙向無(wú)線無(wú)線電能傳輸裝置，收到功率請(qǐng)求信息后，發(fā)回確認(rèn)信息以及請(qǐng)求獲得接收端狀態(tài)信息，發(fā)射端根據(jù)狀態(tài)信息對(duì)功率進(jìn)行調(diào)整。 如果接收不接受功率調(diào)整，則調(diào)整發(fā)射功率為75 %，當(dāng)電源模塊內(nèi)芯片溫度檢測(cè)引腳，經(jīng)過(guò)檢測(cè)得到工作溫度T>2.3TW時(shí)，則判斷為充電結(jié)束;如果系統(tǒng)接受功率調(diào)整，則當(dāng)接受端發(fā)射的功率需求P<Pmin則判斷為充電結(jié)束； (4)、設(shè)此時(shí)接收端功率要求P，上一次功率請(qǐng)求為P^1，當(dāng)I P-P-1I >0.4Pmax則判斷為充電異常，重新進(jìn)入步驟(I)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK105914899SQ201610373157
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】韓光潔, 廖艷艷, 林輝, 符鵬, 楊璇
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)常州校區(qū)