一种面向柔性锂电池的无线传能装置

技术领域

本发明涉及电工新技术领域，特别涉及一种面向柔性锂电池的具有柔性接收端的无线电能传输装置。

背景技术

无线传能技术因其实现了可靠和便捷的非接触供电方式，近些年来受到越来越多的关注，尤其在便携式电子设备方面，无线传能是其发展的一个必然趋势。

柔性电子产品的迅猛发展对于其能源供应系统提出了越来越高的要求，目前对于柔性电子产品内的柔性电池的充电方式仍然采用插拔式的刚性充电方式，从而破坏了柔性电池的柔性性能，因柔性设备本身要求可以任意形变，所以其中的柔性电池对应的能源供给方式成为目前的一个瓶颈问题。

因此，亟需一种面向柔性锂电池的无线传能装置来解决现有的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种面向柔性锂电池的无线传能装置，利用无线传能方式实现的无线充电电路实现对柔性储能器件提供能源，利用无线传能装置的柔性化和小型化的特点，来很好地匹配柔性设备以及柔性电池的材料性能特点，从而实现为柔性移动终端供能。

本发明是通过以下技术方案予以实现的。

一种面向柔性锂电池的无线传能装置，包括原边发射电路和副边接收电路；所述原边发射电路用于在高频交流电下受激产生电磁波；所述副边接收电路用于对所述原边发射电路发射的电磁波形式能量进行接收并产生高频交流电；所述副边接收电路后端设置有整流器和充电控制电路；所述副边接收电路、整流器和所述充电控制电路集成设计在电路板上，所述电路板由聚酰亚胺材料作为基底材料而制成。

进一步的，本装置还包括设置在所述原边发射电路前端的信号发生器，所述信号发生器用于为所述原边发射电路提供高频交流电流。

进一步的，所述信号发生器上设置有直流电源和四个PWM波控晶体管；四个所述PWM波控晶体管构成小功率全桥逆变电路；所述直流电源为所述全桥逆变电路供电；通过控制四个所述PWM波控晶体管的开断，所述直流电源的输出电流经过全桥逆变电路后生成特定频率的高频电流。

更进一步的，所述全桥逆变电路的输出端设置有可调电感，用以调节无功功率匹配电路谐振，使得从所述信号发生器输出的有功功率最大。

进一步的，所述原边发射电路包括高频交流电容元件和与之匹配的发射线圈；在信号发生器产生的特定的高频交流电下，发射线圈的电感值和高频交流电容元件的电容值处于谐振条件，在对应的高频交流电流下，发射线圈受激处于谐振状态下，发射与信号发生器的电流同频率的高频电磁场。

更进一步的，所述可调电感的电感值设置为与高频交流电容元件的电容值处于谐振状态，从而稳定在发射线圈中流过的高频交流电流。

进一步的，所述副边接收电路包括柔性接收线圈以及与之匹配谐振的耦合交流电容元件；所述柔性接收线圈和电容元件其对应的电感值和电容值设置为在信号发生器的频率下处于谐振状态。

更进一步的，所述整流器为由四个相同的高频肖特基二极管组成的全桥整流电路，外加一个匹配高频条件下的滤波电容来平稳输出的直流电流。

进一步的，所述充电控制电路包括电阻器、电阻器和控制电路；所述电阻器与电阻器串联，其输送端与所述整流器电连接；所述控制电路与所述电阻器和电阻器电连接。

更进一步的，所述控制电路包括升降压变换器和充电控制芯片；充电控制芯片采集检测负载柔性锂电池两端的电压和供给柔性锂电池的电流情况，并据此通过控制升降压变换器实现对输出电压、电流的控制和调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)、本发明采用发射线圈与柔性接收线圈以非接触式磁耦合谐振的方式连接，实现无线传能功能；

2)、本发明中的副边接收电路、整流器和所述充电控制电路集成设计在电路板上，所述电路板由聚酰亚胺材料作为基底材料而制成，可以沿任意方向弯曲折叠，从而可以很好地与柔性储能器件如柔性锂电池连接，并且不影响其柔性机械性能；

3)、本发明通过信号发生器产生特定的高频交流电流；原边发射电路输出端设置有可调电感，以调节无功功率匹配电路谐振，使得从所述信号发生器输出的有功功率最大；

4)、本发明通过柔性接收线圈受激产生高频交流电流，经所述的全桥整流电路整流为稳定直流电，为所述的充电控制电路提供电源；然后所述充电控制电路根据检测采集负载端柔性锂电池的电量情况，控制对其输出的电压和电流大小，进而使柔性锂电池按照标准的充电曲线完成充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的系统电路图；

图3为本发明的充电控制电路图。

图中：1、信号发生器；2、原边发射电路；3、副边接收电路；4、整流器；5、充电控制电路；11、直流电源；12、PWM波控晶体管；13、可调电感；21、高频交流电容元件；22、发射线圈；31、柔性接收线圈；32、耦合交流电容元件；41、高频肖特基二极管；42、滤波电容；51、电阻器；52、电阻器；53、升降压变换器；54、充电控制芯片；55、第一可控开关；56、第一数据输出端口；57、第二可控开关；58、第二数据输出端口。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

如图1至图2所示，一种面向柔性锂电池的无线传能装置，包括信号发生器1、原边发射电路2、副边接收电路3、整流器4和充电控制电路5；

所述信号发生器1用于产生高频交流电流；所述原边发射电路2用于在信号发生器1产生的高频交流电下受激产生电磁波，传能至副边接收电路3；所述整流器4连接在所述副边接收电路3的输出端；所述副边接收电路3输出了幅值确定的交流电压，经所述整流器4整流后，输出的直流电压能够在一定的负载变化范围内恒定不变，再通过充电控制电路5将电流供给柔性负载即柔性锂电池。

所述信号发生器1上设置有直流电源11、PWM(脉冲宽度调制)波控晶体管12以及配合输出功率调整的可调电感13；

四个所述PWM波控晶体管12构成小功率全桥逆变电路；

所述直流电源11为所述全桥逆变电路供电；

通过控制四个所述PWM波控晶体管12的开断，使得直流电源11的输出电流经过全桥逆变电路后即可生成装置所需的特定频率的高频电流；

本发明中高频电流的频率依据其他电路参数的情况可以设置为20kHz-2MHz的范围内。

所述全桥逆变电路的输出端设置有可调电感13，用以调节无功功率匹配电路谐振，使得从所述信号发生器1输出的有功功率最大。

所述原边发射电路2包括高频交流电容元件21和与之匹配的发射线圈22；

在信号发生器1产生的特定的高频交流电下，发射线圈22的电感值和高频交流电容元件21的电容值是符合谐振条件的，因此在对应的高频交流电流下，发射线圈22受激处于谐振状态下，发射与信号发生器1的电流同频率的高频电磁场。

所述可调电感13的电感值应同样设置为与高频交流电容元件21的电容值处于谐振状态，从而稳定在发射线圈22中流过的高频交流电流；

根据电磁学中的毕奥-萨法尔定律，当发射线圈22中的交流电流幅值一定时，其对应激发的电磁场的磁场强度幅值也是一定的，因此其能使副边激发出稳定的交流电流，使输出的交流电压幅值一定，起到稳压效果。

所述副边接收电路3用于对原边线圈发射的电磁波形式能量进行接收，在副边感应高频交流电。

所述副边接收电路3包括柔性接收线圈31以及与之匹配谐振的耦合交流电容元件32；

所述信号发生器1和原边发射电路2可视为副边接收电路3的无线传能式的发射端电源，其总体作用为产生特定频率的高频电磁场，以电磁波形式传递能量至副边。

所述副边接收电路3内部的柔性接收线圈31和耦合交流电容元件32，其对应的电感值和电容值设置为在信号发生器1的频率下处于谐振状态。

所述整流器4为由四个相同的高频肖特基二极管41组成的全桥整流电路，外加一个匹配高频条件下的滤波电容42来平稳输出的直流电流。

由上述说明已知副边接收电路3输出了幅值确定的交流电压，因此经过所述整流器4整流后，输出的直流电压能够在一定的负载变化范围内恒定不变，即利用电路拓扑实现了稳压输出的作用。

如图3所示，所述充电控制电路5包括电阻器51、电阻器52和控制电路；

所述电阻器51与电阻器52串联，其输送端与所述整流器4电连接；

所述控制电路与所述电阻器51和电阻器52电连接；

所述控制电路包括升降压变换器(BUCK-BOOST)53和充电控制芯片54；

从整流器4输出的直流电流，首先通过电阻器51和电阻器52进行分流；使电压通过一定比例分配后输入充电控制芯片54，实现输出电压检测功能。

充电控制芯片54采集检测负载柔性锂电池两端的电压和供给柔性锂电池的电流情况，并据此通过控制升降压变换器53实现对输出电压、电流的控制和调节。

充电控制芯片通过第一可控开关55控制对外的第一数据输出端口56的通断，通过控制第二可控开关57来控制第二数据输出端口58的通断。

所述副边接收电路3、整流器4和所述充电控制电路5集成设计在电路板上，所述电路板由聚酰亚胺材料作为基底材料而制成，可以沿任意方向弯曲折叠，实现了电路的微型化、集成化及柔性化；而柔性接收线圈31能够与柔性锂电池良好匹配，保证了柔性电池与其对应的无线充电模块相连后，仍能保持整体机械性能的柔性特点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。