[发明专利]紧凑型无线电池充电器

说明书

本发明公开了一种用于电动车辆和电动自行车的没有任何通信要求的基于无线电力传输(WPT)技术的紧凑型无线电池充电器。在此，设计了新的中间线圈以实现与负载无关的恒定电流(CC)和恒定电压(CV)输出。中间线圈被分成两个线圈并且与接收器线圈交叠以形成紧凑的结构。接收器侧的两个开关用于对中间谐振电路进行重新配置以选择不同的充电模式，因此不需要复杂的传感器和闭环控制器。此外，本发明可以实现零相位角(ZPA)操作、固定的操作频率和零电压切换(ZVS)，这不仅可以降低功率器件的额定功率，而且可以提高效率。

技术领域

本发明一般地涉及无线电池充电器。特别地，本发明涉及用于电动自行车和电动车辆的紧凑型无线电池充电器。

背景技术

由于便利性和安全性之类的显著优点，无线电力传输(WPT)技术已经广泛应用于包括生物医学植入物、采矿应用、水下应用和电动车辆(EV)的不同范围的应用，以用于对电池进行无线充电。为了开发出良好的无线电池充电器，应该克服一些挑战。

第一，为了保证电池充电系统的安全性和有效性，应当取决于正在充电的电池的充电状态(SOC)点将恒定电流(CC)充电阶段切换至恒定电压(CV)充电阶段。

第二，由于电池的等效电阻在充电过程期间将会显著变化，因此实现与负载无关的CC和CV输出是一项挑战。

第三，在未进行零相位角(ZPA)操作的情况下，不必要的无功功率将会增加逆变器中功率器件的额定功率。需要利用ZPA操作进行充电以降低逆变器中功率器件的要求，并且因此降低制造成本。

最后，需要进行零电压切换(ZVS)来提高效率；并且需要固定的操作频率、较少的部件、更简单的控制以及发射器侧与接收器侧之间没有无线通信系统来增强系统稳定性并降低制造成本。

目前已经开发了各种无线充电技术。通常，它们可以分为两类。第一类型是调整操作频率，而第二类型是改变电路拓扑。然而，由于频率分叉现象，通过使用频率控制方法，第一类型的WPT系统可能不稳定。而第二类型需要附加的部件例如开关和电感器，从而导致无线充电器的成本和尺寸增加。此外，本技术例如US10038344B2的共同问题是需要在发射器与接收器之间的通信中形成闭环控制。显然，通信设施将使系统成本增加。此外，充电性能遭受通信延迟或甚至中断问题，从而降低了系统可靠性。

因此，本领域中需要具有与负载无关的CC和CV输出、ZPA和 ZVS操作、简单控制、低制造成本和高效率的无线电池充电器。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制简单、低制造成本和高效率的无线电池充电器。

为实现上述目的，本发明提供了一种无线电池充电器，包括发射器和接收器，所述发射器包括发射器线圈；以及所述接收器包括中间线圈和接收器线圈。

优选地，所述发射器线圈、所述中间线圈和所述接收器线圈呈双 D形。

优选地，所述发射器线圈、所述中间线圈和所述接收器线圈被配置成具有基本相同的自谐振频率。

优选地，所述中间线圈包括各自具有双D形的第一绕组和第二绕组。

优选地，所述第一绕组靠近所述发射器线圈，并且所述第一绕组和所述发射器线圈呈相同的双D形。

优选地，所述第二绕组靠近所述接收器线圈，并且所述第二绕组和所述接收器线圈呈相同的双D形。

优选地，所述中间线圈在CC模式下操作，并且所述第一绕组和所述第二绕组并联连接至电容器C_T1；所述中间线圈在CV模式下操作，并且所述第一绕组和所述第二绕组串联连接至电容器C_T2。

优选地，所述接收器包括控制系统。