Three-coil Wireless Battery Charger with Self-adaptation to Battery Charging Curve

Ruoyu YAO; Xiaohui QU; Jidong YU; Guoyu WANG; Wu CHEN

doi:10.7500/AEPS20210615005

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Three-coil Wireless Battery Charger with Self-adaptation to Battery Charging Curve

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Three-coil Wireless Battery Charger with Self-adaptation to Battery Charging Curve
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 7, Pages: 170-177(2022)
- 作者机构：
  
  1.东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
  2.江苏省智能电网技术与装备重点实验室，江苏省南京市 210096
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077038);Jiangsu Provincial Natural Science Foundation of China(BK20181280);Fundamental Research Funds for the Central Universities(2242020k1G007)
- DOI：10.7500/AEPS20210615005
  CLC：
- Received：15 June 2021，
  
  Revised：2021-11-01，
  
  Published Online：18 February 2022，
  
  Published：10 April 2022
- 稿件说明：
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姚若玉,曲小慧,郁继栋等.自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电器[J].电力系统自动化,2022,46(7):170-177.

YAO Ruoyu,QU Xiaohui,YU Jidong,et al.Three-coil Wireless Battery Charger with Self-adaptation to Battery Charging Curve[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(7):170-177.
姚若玉,曲小慧,郁继栋等.自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电器[J].电力系统自动化,2022,46(7):170-177. DOI： 10.7500/AEPS20210615005.

YAO Ruoyu,QU Xiaohui,YU Jidong,et al.Three-coil Wireless Battery Charger with Self-adaptation to Battery Charging Curve[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(7):170-177. DOI： 10.7500/AEPS20210615005.

摘要

目前的无线供电应用中多采用锂电池作为负载，无线充电器应提供电池所需的先恒流后恒压输出

其中恒流与恒压的切换多依赖后级变换器、复合拓扑或高阶网络来实现，控制复杂，可靠性差。为解决该问题，文中提出了一种可自适应电池充电曲线的三线圈电池无线充电系统，该系统通过在原边侧增加辅助线圈和无源整流桥，实现恒流与恒压模式的自动切换，不需要额外控制；辅助线圈通过特定补偿网络与输入源并联，输出阈值不受磁路耦合机构参数限制，自适应于任意电池充电曲线。该三线圈电池无线充电器在2种充电模式下均工作在同一频率，保证逆变器软开关与变换器近似零无功环流，降低了器件应力，提高了传输效率，且该电路具有自动开路保护功能。文中系统阐述了该充电器的拓扑结构设计原则和工作原理，并搭建了一台输出为72 V/2.5 A的实验样机，验证了所提充电器的有效性。

Abstract

Lithium-ion batteries are commonly used as loads in current wireless power supply applications. The wireless battery charger should provide an initial constant current (CC) and a subsequent constant voltage (CV) output required by the battery. The additional converter at the secondary side

the hybrid topology

or the high-order network can realize CC-to-CV transition

which have the problems of complicated control and poor reliability. To solve this problem

this paper proposes a three-coil wireless battery charging system with self-adaptation to the battery charging curve. By adding an auxiliary coil and a passive rectifier bridge at the primary side

the system can automatically realize CC-to-CV transition without any additional control. The auxiliary coil is connected in parallel with the input source through a specific compensation network

and the output voltage threshold is not limited by the magnetic coupling mechanism parameter. Thus the self-adaptation to the battery charging curve is realized. Meanwhile

the proposed three-coil wireless battery charger operates at the same frequency in both charging modes

which ensures the soft switching of the inverter and the near-zero reactive power circulation of the converter

to reduce the device stress and improve the transmission efficiency. Moreover

the proposed charger has the function of automatic open-circuit protection. In this paper

the design principles and operation principle of the charger are systematically described

and an experimental prototype with 72 V/2.5 A output is built to verify the effectiveness of the proposed charger.

关键词

Keywords

references

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