一种具有多路输出的无线充电系统

1.本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种具有多路输出的无线充电系统。


背景技术：

2.无线充电技术在电动汽车领域越来越受欢迎，电动汽车可以通过磁感应耦合进行无线充电。无线充电具有高效、安全、绿色等优点，不需要机械连接，不存在充电接口老化磨损等问题，不会出现接触不良或漏电等情况，并且可以做到随停随充，充完即走，方便快捷。
3.目前，在电动汽车无线充电领域，电动汽车无线充电系统的大部分采用单发射单拾取的结构，在使用的时候需要采用额外的变压机构将电压进行变换后才能为车内的其他用电设备进行供电，这样就降低了系统的整体效率。且仅具备一个传能通道，大功率运行时电流和电压应力较高、空间利用率低、功率拓展性较差以及冗余和容错性较差。


技术实现要素：

4.本发明针对目前的电动汽车无线充电方式采用问题，提供一种具有多路输出的无线充电系统。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
6.一种具有多路输出的无线充电系统，包括变换电路、原边电路、第一副边电路和第二副边电路，所述变换电路包括两个输出端，用于产生交流电；所述原边电路包括发射线圈l
p
和原边补偿网络，所述原边补偿网络与发射线圈l
p
串联；所述第一副边电路包括第一接收线圈l
s1
，所述第一接收线圈l
s1
与所述发射线圈l
p
松耦合，所述第二副边电路包括第二接收线圈，所述第二接收线圈与所述原边补偿网络松耦合，所述第一副边电路用于给第一负载供电，所述第二副边电路用于给第二负载供电，所述第一副边电路和所述第二副边电路相互解耦。
7.本技术通过增加原边补偿网络和第二副边电路，通过第二副边电路与原边补偿网络进行耦合，从而相比于以前实现了多路输出，可以同时给至少两个负载供电，提高了系统的整体效率。
8.优选的，所述原边补偿网络包括第一电感l
p1
、第一电容c
p1
和第二电容c
p2
，所述第一电容c
p1
与所述发射线圈l
p
并联，所述第一电容c
p1
与所述发射线圈l
p
之间串联有第二电容c
p2
，所述第一电容c
p1
和第二电容c
p2
的并联点连接有第一电感l
p1
，所述发射线圈l
p
与所述第一电感l
p1
相互解耦，原边补偿网络形成lcc网络。
9.优选的，所述第二副边电路包括第二接收线圈l
s2
和第三电容c
s2
，所述第三电容c
s2
和所述第二接收线圈l
s2
串联，所述第一电感l
p1
与所述第二接收线圈l
s2
耦合。
10.优选的，所述第一副边电路还包括第四电容c
s1
，所述第四电容c
s1
与所述第一接收线圈l
s1
串联，原边补偿网络与第一副边形成lcc-s拓扑结构。
11.优选的，所述发射线圈l
p
为方型线圈，所述第一电感l
p1
为dd型线圈，所述反射线圈
为方型线圈，所述第一电感l
p1
位于所述发射线圈l
p
内。
12.优选的，所述第一接收线圈l
s1
为方型线圈，所述第二接收线圈l
s2
为dd型线圈，所述第二接收线圈l
s2
位于第一接收线圈l
s1
内。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果：
14.1、本发明通过补偿电感与功率线圈接入高频交流电时产生电流来实现多路电源输出，将补偿电感作为发射线圈，可实现同一个无线充电系统输出两路电源，从而驱动两个负载，提高了能量的利用率。现有的多路输出中线圈都是与发射线圈进行耦合得到的，并不是与用于补偿的第一电感进行耦合。有些电路中有补偿线圈，有些里面没有补偿线圈。在有补偿线圈的电路中，补偿线圈的作用是用于补偿阻抗和谐抗的，并没有想到将多路输出的线圈与补偿线圈进行耦合。并且现有的补偿线圈采用的圆筒型的磁芯，磁通都位于内部，不会外磁芯外部产生磁场，因此更不会想到与补偿线圈进行耦合产生一路输出。
15.2、本发明通过将第一电感设计成补偿电感结构引入无线充电系统中，系统的电路拓扑结构简单，可行性高且具有多传能通道、较小交叉耦合等特点。
16.3、本发明将补偿电感与发射线圈集成，对无线充电系统轻量化、小型化和提升空间利用率的实现具有重要意义。
附图说明：
17.图1为电动汽车无线充电系统电路图；
18.图2为电动汽车无线充电系统耦合机构结构图；
19.图3为电动汽车无线充电系统工作原理结构框图。
具体实施方式
20.下面结合附图，对本发明作详细的说明。
21.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
24.如图1所示，本发明提供了一种具有多路输出的无线充电系统，包括直流电源、变换电路1、原边电路2、第一副边电路3和第二副边电路4。
25.所述变换电路1包括两个输出端，用于产生交流电。所述原边电路2包括发射线圈l
p
和原边补偿网络5，所述原边补偿网络5与发射线圈l
p
串联。所述第一副边电路3经过第一
整流电路整流后给第一负载r
l1
供电，所述第二副边电路4经过第二整流电路整流后给第二负载r
l2
供电。
26.变换电路1包括开关晶体管v1、v2、v3及v4；其中，开关晶体管v1、v4串联在一起，开关晶体管v2、v3串联在一起，且串联后的开关晶体管v1、v4与串联后的开关晶体管v2、v3并联在一起，能够将直流电逆变成交流电。
27.原边补偿网络5包括第一电感l
p1
、第一电容c
p1
和第二电容c
p2
，所述第一电容c
p1
与所述发射线圈l
p
并联，所述第一电容c
p1
与所述发射线圈l
p
之间串联有第二电容c
p2
，所述第一电容c
p1
和第二电容c
p2
的并联点连接有第一电感l
p1
，所述发射线圈l
p
与所述第一电感l
p1
相互解耦。所述第一副边电路3还包括第四电容c
s1
，所述第四电容c
s1
与所述第一接收线圈l
s1
串联，原边电路2和第一副边电路3组合形成lcc-s拓扑结构。
28.所述第一副边电路3包括第一接收线圈l
s1
，所述第一接收线圈l
s1
与所述发射线圈l
p
耦合，发射线圈l
p
和接收线圈l
s1
构成松耦合变压器，二者之间形成的互感为m1耦合系数为m1。所述第二副边电路4包括第二接收线圈l
s2
和第三电容c
s2
，所述第三电容c
s2
和所述第二接收线圈l
s2
串联。
29.所述第二副边电路4与所述原边补偿网络5耦合，所述第一电感l
p1
与所述第二接收线圈l
s2
耦合，耦合系数为m2，所述第一副边电路3和所述第二副边电路4相互解耦。
30.所述发射线圈l
p
为方型线圈，所述第一电感l
p1
为dd型线圈，所述反射线圈为方型线圈，所述第一电感l
p1
位于所述发射线圈l
p
内。所述第一接收线圈l
s1
为方型线圈，所述第二接收线圈l
s2
为dd型线圈，所述第二接收线圈l
s2
位于第一接收线圈l
s1
内。图2为无线充电系统的耦合机构模型图，l
p1
设计为dd线圈，l
p
设置为方型线圈，它们之间的耦合几乎为零，接收线圈l
s1
设计为方型线圈，l
s2
设计为dd线圈，发射线圈l
p
与接收线圈的结构一致，实现了线圈之间的解耦。
31.第一电感l
p1
在有高频交流电通过时，也会在第一电感l
p1
附近会产生交流磁通，如果此时在第一电感l
p1
侧加入第二接收线圈l
s2
，那么第二接收线圈l
s2
中会感应出电压或电流，从而实现功率传输，通过合理设计磁路，使得发射线圈l
p
与第二接收线圈l
s2
之间不会耦合，第二接收线圈l
s2
与第一接收线圈l
s1
之间也不会耦合，在发射端就能实现多路电源输出，就能够提高系统的整体效率。
32.现阶段，lcc-s型无线充电系统通常采用dc-dc变换器实现用电设备中电池的恒流充电和恒压充电，一方面，lcc网络中补偿电感线圈占据较大的地面设备空间和成本，并且成本随着系统输出功率的增加而显著地增加，因此本技术中的第一电感l
p1
采用dd型线圈，发射线圈l
p
采用方型线圈，这样就可以将用于补偿电感的第一电感l
p1
安装在发射线圈l
p
上。将第一接收线圈l
s1
也设计为方型线圈，第二接收线圈l
s2
设计成dd型线圈，将第二接收线圈l
s2
安装在第一接收线圈l
s1
上。因此，本发明按照结构位置对称方式将lcc网络中lcc线圈叠加在发射线圈l
p
上方，不仅有效地降低地面设备的体积与成本，而且避免lcc线圈与发射线圈l
p
之间交叉耦合；另一方面，将与补偿电感耦合的接收端叠加在接收线圈上方，有效地提升用电设备的空间利用率，从而本发明通过补偿电感和功率线圈实现了多路电源输出。相较于单极性结构的方形磁耦合机构，dd型磁耦合机构属于双极性结构并且具备更好的耦合性能和偏移特性，提升了电动汽车无线充电系统的整体性能。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。