一種可雙向工作的無線電能傳輸系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種可雙向工作的無線電能傳輸系統及方法，系統包括電源模塊，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，協同工作實現電能的雙向傳輸，在對其他系統進行無線充電的過程中，由雙向DC?DC變換器啟動BOOST功能，逆變及整流模塊啟動逆變功能，電能經過諧振電路及線圈傳輸到下一級系統中；在其他系統對本系統進行充電的過程中，電能經過諧振電路及線圈，啟動逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC?DC變換器中的BUCK功能，對電源模塊進行充電；本發明結合雙向DC?DC轉換和磁耦合無線充電，使得充電過程更加的方便安全，同時可以加入到便攜設備中，無需增加電源線，便可以直接進行充電。
【專利說明】
一種可雙向工作的無線電能傳輸系統及方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種可雙向工作的無線電能傳輸系統及方法，屬于功率電子學技術領域。
【背景技術】
[0002]在1889年，交流電的
【發明人】，尼古拉特斯拉，便開始了遠程無線電能傳輸的研究，他設想，將地球作為內導體，距離地面60Km的電離層作為外導體，在地球和電離層之間產生8Hz的共振，從而向全球輸送電能。但自從特斯拉之后，無線電能傳輸的進步似乎就停止了。
[0003]直到20世紀90年代，新西蘭奧克蘭大學的John.T Boys教授提出了ICPT技術，之后無線充電的成果越來越多，直到今天，無線充電技術已經應用到心臟起搏器，大到公交汽車等人們生活中的方方面面。
[0004]在所有的無線充電方案中，都是采用一個裝置作為電能發射端，一個作為電能接收端，但是一些應用場景中，需要電能接收和發射是一體的，所以基于這樣的思路，在本發明中，提出了采用雙向DC-DC結合無線電能傳輸的方法。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種可以進行雙向無線電能傳輸系統及方法，目的在于通過雙向DC-DC與無線電能傳輸模塊整合，以及傳輸方向控制的設計。結合雙向DC-DC轉換和磁耦合無線充電，使得充電過程更加的方便安全，同時可以加入到便攜設備中，無需增加電源線，便可以直接進行充電。
[0006]本發明的技術方案如下:
[0007]一種可雙向工作的無線電能傳輸系統，所述系統包括電源模塊，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，協同工作實現電能的雙向傳輸，在對其他系統進行無線充電的過程中，由雙向DC-DC變換器啟動BOOST功能，逆變及整流模塊啟動逆變功能，電能經過諧振電路及線圈傳輸到下一級系統中；在其他系統對本系統進行充電的過程中，電能經過諧振電路及線圈，啟動逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC-DC變換器中的BUCK功能，對電源模塊進行充電；
[0009]所述控制及通信模塊用于負責系統的整體的工作過程控制及與外部系統的數據通信。
[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四個信號mos管控制四個開關mos管的通斷選擇逆變或者整流功能；
[0011 ]當處于放電狀態時，選擇全橋逆變電路，接入BOOST電路，輸出高頻交流;當處于充電狀態時，選擇整流電路，電路中由高頻交流變為直流，接入BUCK電路；
[0012]上述控制及通信模塊中的四個引腳控制四個信號mos管gl ,g2,g3,g4；
[0013I當控制pim，pin2輸出低電平的時，信號mos gi，g2的源極輸出低電平，LC振蕩電路與全橋電路接通；
[OOM]當控制pim,piru輸出低電平時，信號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]—種可雙向工作的無線電能傳輸方法，利用上述的系統，包括如下步驟:
[0016](I)、控制及通信模塊對電源模塊，雙向DC-DC模塊，逆變及整流模塊的狀態進行設置；
[0017]當系統充電時，控制模塊設置電源模塊為充電狀態，雙向DC-DC模塊為BUCK狀態，逆變及整流模塊為整流狀態；
[0018]當系統放電時，控制模塊設置電源模塊為放電狀態，雙向DC-DC模塊為BOOST狀態，逆變及整流模塊為逆變狀態；
[0019]設定電源模塊的電池容量為C，電量為E，當系統電量E〈5%C時，系統無法進入放電狀態；
[0020](2)、系統設定為充電或放電狀態后，進行試充或試放電，系統根據接收端的電壓電流進行判斷，是否符合系統電能收發情況，如果符合進入充電或者放電狀態；
[0021](3)、設定系統充電最大功率為Pmax，最小充電功率為Pmin，恒定工作溫度為Tw在系統充電過程中，根據電源模塊中電池特性曲線，調整發射功率，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線電能傳輸裝置，則向發送端發送增大或者減小發射功率請求，得到發射端的確認請求狀態信息，將狀態信息發送到發射端。作為發射端的雙向無線無線電能傳輸裝置，收到功率請求信息后，發回確認信息以及請求獲得接收端狀態信息，發射端根據狀態信息對功率進行調整。
[0023]如果接收不接受功率調整，則調整發射功率為75%，當電源模塊內芯片溫度檢測引腳，經過檢測得到工作溫度T>2.3TW時，則判斷為充電結束;如果系統接受功率調整，則當接受端發射的功率需求P<Pmin則判斷為充電結束；
[0024](4)、設此時接收端功率要求？，上一次功率請求為?—1，當屮-?—1|>0.4???則判斷為充電異常，重新進入步驟(I)。
[0025]本發明結合雙向DC-DC轉換和磁耦合無線充電，使得充電過程更加的方便安全，同時可以加入到便攜設備中，無需增加電源線，便可以直接進行充電。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的系統框圖；
[0027]圖2是系統工作流程圖；
[0028]圖3是逆變及整流模塊的電路示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0030]如圖1所示，一種可雙向工作的無線電能傳輸系統，所述系統包括電源模塊，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，協同工作實現電能的雙向傳輸，在對其他系統進行無線充電的過程中，由雙向DC-DC變換器啟動BOOST功能，逆變及整流模塊啟動逆變功能，電能經過諧振電路及線圈傳輸到下一級系統中；在其他系統對本系統進行充電的過程中，電能經過諧振電路及線圈，啟動逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC-DC變換器中的BUCK功能，對電源模塊進行充電；
[0032]所述控制及通信模塊用于負責系統的整體的工作過程控制及與外部系統的數據通信。
[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四個信號mos管控制四個開關mos管的通斷選擇逆變或者整流功能；
[0034]當處于放電狀態時，選擇全橋逆變電路，接入BOOST電路，輸出高頻交流;當處于充電狀態時，選擇整流電路，電路中由高頻交流變為直流，接入BUCK電路；
[0035]上述控制及通信模塊中的四個引腳控制四個信號mos管gl,g2,g3,g4；
[0036]當控制pini，pin2輸出低電平的時，信號mosgi，g2的源極輸出低電平，LC振蕩電路與全橋電路接通；
[0037]當控制pim,piru輸出低電平時，信號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線電能傳輸方法，利用上述的系統，包括如下步驟:
[0039](I)、控制及通信模塊對電源模塊，雙向DC-DC模塊，逆變及整流模塊的狀態進行設置；
[0040]當系統充電時，控制模塊設置電源模塊為充電狀態，雙向DC-DC模塊為BUCK狀態，逆變及整流模塊為整流狀態；
[0041 ]當系統放電時，控制模塊設置電源模塊為放電狀態，雙向DC-DC模塊為BOOST狀態，逆變及整流模塊為逆變狀態；
[0042]設定電源模塊的電池容量為C，電量為E，當系統電量E〈5% C時，系統無法進入放電狀態；
[0043](2)、系統設定為充電或放電狀態后，進行試充或試放電，系統根據接收端的電壓電流進行判斷，是否符合系統電能收發情況，如果符合進入充電或者放電狀態；
[0044](3)、設定系統充電最大功率為Pmax，最小充電功率為Pmin，恒定工作溫度為Tw在系統充電過程中，根據電源模塊中電池特性曲線，調整發射功率，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線電能傳輸裝置，則向發送端發送增大或者減小發射功率請求，得到發射端的確認請求狀態信息，將狀態信息發送到發射端。作為發射端的雙向無線無線電能傳輸裝置，收到功率請求信息后，發回確認信息以及請求獲得接收端狀態信息，發射端根據狀態信息對功率進行調整。
[0046]如果接收不接受功率調整，則調整發射功率為75%，當電源模塊內芯片溫度檢測引腳，經過檢測得到工作溫度T>2.3TW時，則判斷為充電結束;如果系統接受功率調整，則當接受端發射的功率需求P<Pmin則判斷為充電結束；
[0047](4)、設此時接收端功率要求P，上一次功率請求為，當IP-P-1 I >0.4Pmax則判斷為充電異常，重新進入步驟(I)。
[0048]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種可雙向工作的無線電能傳輸系統，其特征在于:所述系統包括電源模塊，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，協同工作實現電能的雙向傳輸，在對其他系統進行無線充電的過程中，由雙向DC-DC變換器啟動BOOST功能，逆變及整流模塊啟動逆變功能，電能經過諧振電路及線圈傳輸到下一級系統中；在其他系統對本系統進行充電的過程中，電能經過諧振電路及線圈，啟動逆變整流模塊中的整流功能，雙向DC-DC變換器中的BUCK功能，對電源模塊進行充電； 所述控制及通信模塊用于負責系統的整體的工作過程控制及與外部系統的數據通信。2.根據權利要求1所述的一種可雙向工作的無線電能傳輸系統，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四個信號mos管控制四個開關mos管的通斷選擇逆變或者整流功能； 當處于放電狀態時，選擇全橋逆變電路，接入BOOST電路，輸出高頻交流；當處于充電狀態時，選擇整流電路，電路中由高頻交流變為直流，接入BUCK電路。3.根據權利要求2所述的一種可雙向工作的無線電能傳輸系統，其特征在于:所述控制及通信模塊中的四個引腳控制四個信號mos管gl，g2，g3，g4 ; 當控制pim，pin2輸出低電平的時，信號mos gi，g2的源極輸出低電平，LC振蕩電路與全橋電路接通； 當控制PiM，Piru輸出低電平時，信號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線電能傳輸方法，其特征在于利用權利要求1所述的系統，包括如下步驟: (I )、控制及通信模塊對電源模塊，雙向DC-DC模塊，逆變及整流模塊的狀態進行設置； 當系統充電時，控制模塊設置電源模塊為充電狀態，雙向DC-DC模塊為BUCK狀態，逆變及整流模塊為整流狀態； 當系統放電時，控制模塊設置電源模塊為放電狀態，雙向DC-DC模塊為BOOST狀態，逆變及整流模塊為逆變狀態； 設定電源模塊的電池容量為C，電量為E，當系統電量E〈5%C時，系統無法進入放電狀態； (2)、系統設定為充電或放電狀態后，進行試充或試放電，系統根據接收端的電壓電流進行判斷，是否符合系統電能收發情況，如果符合進入充電或者放電狀態； (3)、設定系統充電最大功率為Pmax，最小充電功率為Pmin，恒定工作溫度為Tw在系統充電過程中，根據電源模塊中電池特性曲線，調整發射功率，從而讓電壓電流符合特性曲線變化。 作為接收端的雙向無線電能傳輸裝置，則向發送端發送增大或者減小發射功率請求，得到發射端的確認請求狀態信息，將狀態信息發送到發射端。作為發射端的雙向無線無線電能傳輸裝置，收到功率請求信息后，發回確認信息以及請求獲得接收端狀態信息，發射端根據狀態信息對功率進行調整。 如果接收不接受功率調整，則調整發射功率為75 %，當電源模塊內芯片溫度檢測引腳，經過檢測得到工作溫度T>2.3TW時，則判斷為充電結束;如果系統接受功率調整，則當接受端發射的功率需求P<Pmin則判斷為充電結束； (4)、設此時接收端功率要求P，上一次功率請求為P^1，當I P-P-1I >0.4Pmax則判斷為充電異常，重新進入步驟(I)。
【文檔編號】H02J7/00GK105914899SQ201610373157
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】韓光潔, 廖艷艷, 林輝, 符鵬, 楊璇
【申請人】河海大學常州校區