一种非接触式电能传输装置 |
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| 申请号 | CN201710494704.2 | 申请日 | 2017-06-26 | 公开(公告)号 | CN107294217A | 公开(公告)日 | 2017-10-24 |
| 申请人 | 西安电子科技大学; 上海瑞伯德智能系统股份有限公司; | 发明人 | 郑峰; 弓沛; 王勋; | ||||
| 摘要 | 一种非 接触 式 电能 传输装置，包括基于非接触式电能传输的 电池 包和电能转换装置。基于非接触式电能传输的电池包包括凹型磁芯、接 收线 圈、绕有线圈的骨架、与线圈相连的桥式 电路 、与桥式电路相连的 电池组 ，凹型磁芯底部设计有通气小孔。电能转换装置，包括凸型磁芯、发射线圈、与线圈相连的桥式电路、与桥式电路相连的电源，发射线圈绕在凸型磁芯上。桥式电路中均设有与 二极管 反向并联的 开关 管。本 发明 可实现机械非接触式的电能传输功能，通过控制接收线圈侧开关管及发射线圈侧开关管的开关时序，使电池包在不同电量下可与 电网 侧或电动 汽车 内部的电能转换装置实现电能非接触式的高效、双向传输，满足了电池包高效充电和便捷换电的需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种非接触式电能传输装置，包括基于非接触式电能传输的电池包和电能转换装置，所述的基于非接触式电能传输的电池包内设置有凹型磁芯、第一线圈、线圈骨架、第一桥式电路和电池组，所述的电能转换装置内设置有凸型磁芯、第二线圈、第二桥式电路和电源，其特征在于：所述的非接触式电能传输的电池包的凹型磁芯与电能转换装置的凸型磁芯耦合，所述的凹型磁芯内设置有线圈骨架，所述的第一线圈环绕在线圈骨架上，所述的第一线圈的两端与第一桥式电路相连，所述的第一桥式电路中设置有四个开关管，所述的四个开关管分别反向并联连接第一桥式电路中的四个二极管，所述第一桥式电路的输出端和电池组连接，所述的第二线圈环绕设置在凸型磁芯外围，第二线圈的两端与第二桥式电路相连，所述的第二桥式电路中设置有四个开关管，所述的四个开关管分别反向并联连接第二桥式电路中的四个二极管，所述的第二桥式电路的输出端和电源相连。 |
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| 说明书全文 | 一种非接触式电能传输装置技术领域: [0001] 本发明涉及电学领域，尤其涉及电能传输技术，特别是一种非接触式电能传输装置。背景技术: [0002] 现有技术中，电动汽车的换电电池包，大多通过电线插头和插座的连接来实现电能传递，这种直接接触的供电方式易受到外界的腐蚀、水、粉尘及污物的影响，在带电插拔的过程中，不仅会出现电弧，还会对充电接口产生磨损。发明内容： [0003] 本发明的目的在于提供一种非接触式电能传输装置，所述的这种非接触式电能传输装置要解决现有技术中电池包电线插头和插座连接的这种直接接触供电方式易受到外界影响、在带电插拔过程中会出现电弧和磨损充电接口的技术问题。 [0004] 本发明的这种非接触式电能传输装置，包括基于非接触式电能传输的电池包和电能转换装置，所述的基于非接触式电能传输的电池包内设置有凹型磁芯、第一线圈、线圈骨架、第一桥式电路和电池组，所述的电能转换装置内设置有凸型磁芯、第二线圈、第二桥式电路和电源，其中，所述的非接触式电能传输的电池包的凹型磁芯与电能转换装置的凸型磁芯耦合，所述的凹型磁芯内设置有线圈骨架，所述的第一线圈环绕在线圈骨架上，所述的第一线圈的两端与第一桥式电路相连，所述的第一桥式电路中设置有四个开关管，所述的四个开关管分别反向并联连接第一桥式电路中的四个二极管，所述第一桥式电路的输出端和电池组连接，所述的第二线圈环绕设置在凸型磁芯外围，第二线圈的两端与第二桥式电路相连，所述的第二桥式电路中设置有四个开关管，所述的四个开关管分别反向并联连接第二桥式电路中的四个二极管，所述的第二桥式电路的输出端和电源相连。 [0005] 进一步的，凹型磁芯的底部设置有复数个通气小孔。 [0007] 进一步的，开关管均采用全控型器件。 [0008] 进一步的，凸型磁芯和凹型磁芯采用同样属性的超微晶、非晶等高磁导率材料。 [0009] 进一步的，第一桥式电路和第二桥式电路均为半桥电路。 [0010] 本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明的这种非接触式电能传输装置，包括基于非接触式电能传输的电池包和电能转换装置。基于非接触式电能传输的电池包内设置有凹型磁芯、接收线圈(发射线圈)、绕有线圈的骨架、与线圈相连的桥式电路、与桥式电路相连的电池组，凹型磁芯底部设计有通气小孔。电池包内线圈的两端连接一个整流桥，该整流桥的两个输出端分别接电池组的正极和负极。电能转换装置内设置有凸型磁芯、发射线圈(接收线圈)、与线圈相连的桥式电路、与桥式电路相连的电源，其特征是线圈绕在凸型磁芯上，线圈的两端连接一个整流桥，该整流桥的两个输出端分别接电源的正极和负极。所述的非接触式电能传输的电池包的凹型磁芯与电能转换装置的凸型磁芯耦合。基于非接触式电能传输的电池包内的凹型磁芯与电能转换装置内的凸型磁芯采用具有同样属性的超微晶、非晶等高磁导率材料，线圈绕组均由利兹线、铜箔等导线绕制，桥式电路的开关管均采用全控型器件，且分别反向并联快恢复二极管。 [0011] 当电池包充电时，绕在凹型磁芯内的线圈作为接收线圈，电能转换装置内的线圈作为发射线圈；当电池包放电时，绕在凹型磁芯内的线圈作为发射线圈，电能转换装置内的线圈作为接收线圈。发射线圈与接收线圈的匝比数和绕制方式可根据需要和实际情况进行一定程度的调整，使得本发明中的电池包能够更好地工作在不同电压的情况下。 [0012] 本发明在与电网驳接时，基于非接触式电能传输的电池包在充电时，电网侧电源连接桥式逆变电路，桥式逆变电路的输出连接发射线圈，与电池包内的接收线圈构成变压器的原副边线圈，电池包内的接收线圈通过桥式整流电路给电池组充电。当电池包内的电能回馈电网时，电池包内的电池组连接桥式逆变电路，桥式逆变电路的输出连接发射线圈，与电能转换装置内的接收线圈构成变压器的原副边线圈，电能转换装置内的接收线圈通过桥式整流电路向电网侧回馈电能。 [0013] 当电池包充电时，电网侧的电源经过电能转换装置的桥式逆变电路输出方波信号uAB，由电路的对偶性知整流侧的输入信号uCD也是方波电压信号，此时uAB的电压相位超前uCD的电压相位；当电池包向电网回馈能量时，电池包内电池组经过桥式逆变电路输出方波电压信号uCD，由电路的对偶性知整流侧的输入信号uAB也是方波电压信号，此时uCD的电压相位超前uAB的电压相位。 [0014] 本发明在电动汽车内部工作时，基于非接触式电能传输的电池包在向电动汽车提供电能时，电池组连接桥式逆变电路，桥式逆变电路的输出连接发射线圈，与电能转换装置内的接收线圈构成变压器的原副边线圈，电能转换装置内的接收线圈通过桥式整流电路给电源提供能量，用于驱动电动汽车的电机。当电动汽车处于回馈制动状态时，电能转换装置内的电能通过与桥式电路相连的发射线圈传递到电池包内部的接收线圈，经过桥式整流电路为电池组进行充电。 [0015] 当电池包向电动汽车内的电能转换装置提供能量时，电池包内的电池组经过桥式逆变电路输出方波电压信号uCD，由电路的对偶性知整流侧的输入信号uAB也是电压方波信号，此时uCD的电压相位超前uAB的电压相位。当电动汽车回馈制动时，电能转换装置的电源经过桥式逆变电路输出方波电压信号uAB，由电路的对偶性知整流侧的输入信号uCD也是方波电压信号，此时uAB的电压相位超前uCD的电压相位。 [0016] 本发明通过实时监控电池包内部的电压信息，给电池包内的开关管施加合适的控制信号，使电池包内的电池组在不同电量时均能完成全负载范围内的零电压开关，并且减小无功能量的流动，完成电能的高效传输。桥式电路也可采用半桥电路，其余及结构类同，该电路开关元件的简单替换均在本发明的保护范围内。本发明中所提到的电能转换装置不局限于电动汽车中，任何使用电机工作的其它实施例均在本发明的保护范围内。 [0017] 与现有技术相比，本发明提供一种非接触式的能量传输方式，能在全负载范围内实现开关管的零电压开关，并且可以工作在充放电模式下，大大提高了电能的传输效率。所述基于非接触式电能传输的电池包在充电时，可通过控制开关管的时序减小两个桥式电路之间无功功率的流动，进一步提高电能的传输效率。附图说明： [0018] 图1是本发明的非接触式电能传输装置的结构示意图。 [0019] 图2是本发明的非接触式电能传输装置与电网驳接时的结构示意图。 [0020] 图3是本发明的非接触式电能传输装置在电动汽车内部工作时的结构示意图。 [0021] 图4是凸型磁芯结构示意图。 [0022] 图5是凹型磁芯结构示意图。 [0023] 图6是凸型磁芯和凹型磁芯耦合工作的结构示意图。具体实施方式： [0024] 实施例一: [0025] 如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明的非接触式电能传输装置，包括基于非接触式电能传输的电池包S1和电能转换装置S2，所述的基于非接触式电能传输的电池包S1内设置有凹型磁芯1、第一线圈3、线圈骨架2、第一桥式电路B1和电池组Vbat，所述的电能转换装置S2内设置有凸型磁芯7、第二线圈6、第二桥式电路B2和电源U，其中，所述的非接触式电能传输的电池包S1中的凹型磁芯1与电能转换装置S2中的凸型磁芯7耦合，所述的凹型磁芯1内设置有线圈骨架2，所述的第一线圈3环绕在线圈骨架2上，所述的第一线圈3的两端C、D与第一桥式电路B1相连，所述的第一桥式电路B1中设置有四个开关管S5，S6，S7和S8，所述的四个开关管S5，S6，S7和S8分别反向并联连接第一桥式电路中的四个二极管L5，L6，L7和L8，所述第一桥式电路B1的输出端和电池组Vbat连接，所述的第二线圈6环绕设置在凸型磁芯7外围，第二线圈6的两端A、B与第二桥式电路B2相连，所述的第二桥式电路B2中设置有四个开关管S1，S2，S3和S4，所述的四个开关管S1，S2，S3和S4分别反向并联连接第二桥式电路B2中的四个二极管L1，L2，L3和L4，所述的第二桥式电路B2的输出端和电源U相连。 [0026] 进一步的，凹型磁芯1的底部设置有复数个通气小孔4。 [0027] 进一步的，第一线圈3、第二线圈6的材料由利兹线或者铜箔制成。 [0028] 进一步的，开关管S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7和S8均采用全控型器件。 [0029] 进一步的，凸型磁芯7和凹型磁芯1采用同样属性的超微晶、非晶等高磁导率材料。 [0030] 进一步的，第一桥式电路B1和第二桥式电路B2均替换为半桥电路。 [0031] 本发明中的电池包S1可与电能转换装置S2实现机械非接触式的电能传输功能。通过控制接收线圈(发射线圈)6侧S1，S2，S3和S4及发射线圈(接收线圈)3侧S5，S6，S7和S8的开关时序，使电池包在不同电量下可与电网侧或电动汽车内部的电能转换装置实现电能非接触式的高效、双向传输，满足了电池包高效充电和便捷换电的需求。 |
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