一种大功率电能的无线传输方法和电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线充电技术领域，具体地说是指一种大功率电能的无线传输方法和电路。
【背景技术】
[0002]目前，无线充电或者无线电能传输技术在商业上的成功应用主要集中在小功率的充电，如对智能手机或智能手表的充电，常见传输输出功率一般在5W和10W，一般不超过15W。而随着无线充电技术的发展，末来越来越多大功率的设备如电动车、电脑也需要利用无线充电技术，而目前尚没有一个稳定成熟的方案来实现大功率电能的无线传输。
【发明内容】
[0003]本发明为了克服现有技术之不足，提出了一种大功率电能的无线传输方法和电路，通过该方法和电路可以实现大功率电能的传输，结构简单，稳定可靠，利用单个单元模组小功率传输的高效率特性从而实现大功率传输的高效率。
[0004]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的。
[0005]—种大功率电能的无线传输方法，将原始的大功率电能拆分成若干个初级电能，若干个初级电能同时通过无线电磁能方式传输获得若干个次级电能，若干个次级电能汇合并输出所需的大功率电能。
[0006]—种大功率电能的无线传输电路，包括发射部分和接收部分，发射部分包括由若干个发射单元模组通过串联、并联或者串并混联中的任一种连接方式构成的发射模组阵列，发射模组阵列具有一电源输入端，每个发射单元模组都包括至少一个发射线圈，若干个发射线圈构成了发射部分的发射线圈阵列，接收部分包括由若干个接收单元模组串联、并联或者串并混联中的任一种连接方式构成的接收模组阵列，接收模组阵列具有一电源输出端，每个接收单元模组均包括至少一个接收线圈，若干个接收线圈构成了接收线圈阵列，所述发射线圈阵列和接收线圈阵列具有对应的空间位置阵列结构，所述发射部分和接收部分通过若干个发射线圈和若干个接收线圈互相耦合同时工作传输电磁能。
[0007]作为本发明的无线传输电路的一种改进，发射部分还包括发射控制系统。
[0008]作为本发明的无线传输电路的一种改进，发射控制系统设置在发射单元模组以夕卜，发射控制系统通过数据总线连接各个发射单元模组，以实现各个发射单元模组电磁能量的可编程输出，发射控制系统为标准逻辑电路或可编程逻辑电路或单片机中的任一种。
[0009]作为本发明的无线传输电路的一种改进，发射控制系统集成在发射单元模组中，每个发射单元模组能够实现电磁能量的可编程输出。
[0010]作为本发明的无线传输电路的一种改进，接收部分还包括接收控制系统。
[0011]作为本发明的无线传输电路的一种改进，接收控制系统设置在接收单元模组以夕卜，通过数据总线连接各个接收单元模组，以实现各个接收单元模组的电流电压的可编程输出，接收控制系统为标准逻辑电路、可编程逻辑电路或单片机中的任一种。
[0012]作为本发明的无线传输电路的一种改进，接收控制系统集成在接收单元模组，每个接收单元模组能够实现电流电压的可编程输出。
[0013]作为本发明的无线传输电路的一种改进，接收部分设有一输出总开关，所述输出总开关设有MOS管或者IGBT中的任一项总开关，所述总开关与接收控制系统连接，当接收控制系统通过数据总线检测到所有接收单元模组工作正常后，打开总开关，对外输出。
[0014]作为本发明的无线传输电路的一种改进，接收模组阵列内，互相并联的支路的输出端串联一单向导电的二极管或者MOS管后汇聚，互相串联的每个接收单元模组一侧并联一个用于实现旁路电流的二极管或者MOS管。
[0015]作为本发明的无线传输电路的一种改进，数据总线一般为I2C或GP10，在汽车领域上会采用汽车标准LIN总线，在对速度有特别要求的应用场景会采用SPI总线。
[0016]现对本发明的技术特征的相应有益效果作如下说明:
[0017]—、本发明所述的发射模组阵列和接收模组阵列均选用现有的标准化的无线充电方案作为收发单元模组的基础，增加一些为单元组成阵列需要的功能电路构成，这些功能电路包括数据总线接口转换，限压，限流和功率的可编程输出等，这些作为收发单元模组基础的标准化的方案，可以是Qi标准、PMA标准、A4WP标准、iNPOFi技术中的任何一种，随着科技的发展还有可能引入新的标准，目前优选采用无线充电联盟WPC的QI标准作为单元的基础，通过对这些规格完全一致的无线收发单元模组进行串联、并联或串并混联，构成发射模组阵列和接收模组阵列，并且可以根据各种设备的所需功率，配置相应的大功率无线充电电路；
[0018]二、当无线传输电能功率较大时，需要较多数量的无线收发单元模组构成模组阵列时，可在发射部分和接收部分分别设置发射控制系统和接收控制系统，对收发两方的单元模组阵列进行均衡控制，实现无线传输电路的稳定可靠；
[0019]三、当无线传输所需组合的收发单元数量不多，且可靠性要求不是太高时，则不必在收发两方设置控制系统，直接对收发标准单元模组进行并联或串联，或者只对接收单元状态信号做“与”运算，控制总开关，此种结构较为简单；
[0020]四、在接收模组阵列中，通过在互相并联的支路输出端设置二极管或MOS管，利用二极管或MOS管的单向导电性，可以避免多个互相并联的支路之间相互影响；
[0021]五、在接收模组阵列中，通过对互相串联的接收单元模组一侧并联二极管或MOS管，实现旁路电流的功能，当串联支路中某一单模组发生故障时，整个串联支路仍可以正常工作，提高了电路的可靠性；
[0022]六、对于可靠性要求较高的应用场景，需要在串联支路或者并联支路上额外增加备用的收发单元模组，如一个收发单元模组能够传输1W功率的电能，串联支路总输出要求为60W，则可以采用8个收发单元，当其中1-2个收发单元故障时，整个系统仍可以正常工作，并将有故障的单元模组上报给接收控制系统，在无故障单元情况下，这个串联支路上的收发单元模组不是满负荷工作，若接收单元阵列拓扑为串并混联，接收控制系统通过数据总线，命令其他串联支路降电压，以保证各个串联支路输出电压相近，之间不会产生电能干扰，接收总输出后应接有DC/DC转换恒压或恒流电路，自动适应接收串联支路的输出电压变化；
[0023]七、接收部分设有MOS管或者IGBT中的任一项输出总开关，接收控制系统在检测所有接收单元模组的工作状态，在满足电能输出条件的情况下，打开总开关对负载供电，在总输出功率比较小时，一般用MOS做总开关，在总输出功率比较大时，用IGBT做总开关，提高了无线充电电路的稳定性和可靠性；
[0024]八、发射控制系统要比接收控制系统简单，不管是发射单元故障还是接收单元故障，最终影响都是接收单元无法正常输出电能，接收控制系统协调好每个接收单元模组的输出能量，就是间接协调了发射单元模组的输出能量，整个系统的各个单元的均衡依靠接收控制系统，所以接收控制系统会比较复杂，一般情况下，发射控制系统对发射单元模组的管理主要是限压限流和状态上报；
[0025]九、可编程输出是指，收发控制系统可以通过数据总线对每个发收单元输出的电压和电流检测和改变，从而控制每个单元传输电磁能的大小，以达到接收单元阵列能量汇合时的合理性；
[0026]十、对于大多数一般应用场景，每个收发单元模组输出的电压和电流是一样的，SP阵列中每个收发单元模组的功率一样的，阵列是将大功率是平均分配成小功率，对于大多数应用场景一个发射单元模组配备一个发射线圈，一个接收单元模组配备一个接收线圈；
[0027]十一、对于可靠性要求较高的应用场景，接收单元模组要能够可编程的输出电压和电流，这样当串联支路中个别接收单元模组或发射单元模组出现故障，通过调整接收单元模组输出电压和电流，以保证每个串联支路的电压相近，因为多个串联支路用肖特基二极管方式汇聚时，串联支路电压差不能超过2倍肖特基二极管正向压降，估计2*0.3V，否则二极管截止，无法能量汇聚，这个机制实现上述第六条所述的命令其他串联支路降电压，也可以命令有故障单元的串联支路升电压，由于单元模组输出功率是一定的，要通过这个机制实现这个串联支路的减小输出电流，以保证这个串联支路中的正常收发单元的正常工作；
[0028]十二、发射控制系统连接发射单元模组的数据总线，接收控制系统连接接收单元模组的数据总线，是两条不同的数据总线，分别控制收发模组阵列，通过耦合线圈的通讯通道或其他通讯方式实现通讯，配合工作。
【附图说明】
[0029]图1为实施例一的发射部分的结构示意图。
[0030]图2为实施例一的接收部分的结构示意图。
[0031 ]图3为实施例二的接收部分的结构示意图。
[0032]图4为实施例三的结构示意图。
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