[发明专利]感应功率传递系统以及用于操作感应功率传递系统的方法

说明书

本发明题为感应功率传递系统以及用于操作感应功率传递系统的方法。感应功率传递系统、具体来说是电池充电系统包括：发送器线圈和接收器线圈；发送器侧功率转换器，包括向发送器侧dc母线供电并且控制发送器侧dc母线电压的干线整流器级；发送器侧逆变器级，具有切换频率，向发送器线圈提供交变电流；接收器侧功率转换器，包括对接收器线圈中感应的电压进行整流并且向接收器侧dc母线供电的接收器侧整流器级以及控制接收器侧dc母线电压的接收器侧充电转换器；功率控制器，从功率传递的功率传递效率来确定发送器和接收器侧dc母线电压的参考值；逆变器级切换控制器，控制切换频率，以降低发送器侧逆变器级中的损耗。

技术领域

本发明涉及感应功率传递系统，具体来说涉及用于将充电能量无线传送给电动车辆的电池充电系统以及用于操作这种功率传递或充电系统的方法。

背景技术

设计用于电动车辆(EV)的感应充电系统采用发送器线圈，其放置于或者嵌入路面，以便经由路面与车辆之间的空气隙将充电能量传送给安装到EV的底板的接收器线圈。与传统变压器相似，发送器线圈的绕组中的交变电流用来产生传递充电能量所需的磁通量。由于技术固有的大空气隙，这个变压器的漏通量较高。已知的是，如果一个或多个谐振补偿电容器连接到接收器线圈的端子，则传输的功率效率能够较高，而不管高漏通量。感应充电系统的典型结构在图1(a)中示出，其中具有发送器线圈3、5和补偿电容器6。其余参考标号的含意在其他附图的上下文中说明。这些电容器6形成具有接收器线圈4的电感的谐振电路。如果发送器线圈3携带具有基频(其对应于接收器侧的谐振电路的谐振频率)的交变电流，则功率以高效率来传递。整流器13和无源滤波器组件16通常连接到接收器电路的端子以产生稳定dc电压，由其对电池2充电。为了控制发送器线圈3中的电流，通常使用从恒定dc母线10所提供的全桥逆变器9。其他技术、例如三级中性点钳位转换器也是可能的，但是很少使用，因为EV电池充电的感兴趣电压通常比充分利用与三级拓扑的闭锁电压有关的较低要求所需的要低。为了降低从逆变器所需的无功功率，另一个谐振电容器5能够连接到发送器线圈3的端子。这个第二电容器的电容值通常选择成使得所需无功功率在接收器侧谐振频率下为最小，即，使得由两个发送器线圈3和4、谐振电容器5和6以及负载2所组成的电路的输入阻抗在接收器电路的谐振频率下呈现欧姆性。如果需要，则附加滤波器元件连接在发送器侧或接收器功率转换器之间，以降低发送器线圈中的电流所引起的杂散场。发送器8的全桥逆变器9通常接近谐振频率来切换，其中桥臂的相移接近180°。通常在操作之前执行实验以确定实际充电系统上的谐振频率，或者备选地在操作期间从实时测量来估计谐振频率。这是必要的，因为谐振频率因组件的公差、温度漂移或者因接收器线圈相对发送器线圈的未对齐而能够偏离其预计值。全桥逆变器9的切换频率则能够使用所测量或估计的谐振频率来调整到实际工作条件。