一種電動汽車磁共振式無線充電電路及其控制方法與流程

2023-06-12 07:30:47 3

本發明涉及電動汽車領域，特別涉及一種電動汽車磁共振式無線充電電路及其控制方法。

背景技術：

近年來，隨著全球電動汽車保有量的迅速增加，充電樁、充電站等電動汽車充電設備的需求也越來越大，目前電動汽車的充電方式主要是有線充電方式，但有線充電方式存在很多不足：充電設備引線過長；佔地面積和佔用空間大；人工操作繁瑣，操作過程中會帶來設備的過度磨損以及不安全性問題。電動汽車無線充電技術可以很好地解決上述問題，從而得到了廣泛關注。

目前常見的電動汽車無線充電方案主要包括磁感應式無線充電和磁共振式無線充電。其中，磁感應式無線充電技術線圈間互感較大，近距離傳輸效率高，但整個系統對線圈的相對水平位移非常敏感，不適合用於遠距離的無線充電。相比於磁感應式，磁共振式無線傳輸的電路拓撲具有調諧網絡，能夠實現互感補償和頻率調諧，可以實現中等距離電能傳輸，因此，近幾年磁共振式無線充電成為電動汽車無線充電領域的研究熱點。

技術實現要素：

本發明的目的在於為了克服常規有線充電技術的不足，提出一種電動汽車磁共振式無線充電電路。

本發明的另一目的在於提供一種電動汽車磁共振式無線充電電路的控制方法。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種電動汽車磁共振式無線充電電路包括基建側部分和車載側部分，基建側包含第一整流濾波電路、高頻逆變電路和一次側串聯諧振電路；車載側包含二次側並聯諧振電路、第二整流濾波電路和DC-DC變換器；

所述第一整流濾波電路的輸入端連接至電網，用於將電網電壓整流成直流電壓；

所述高頻逆變電路的輸入端連接至所述第一整流濾波電路的輸出端，用於將所述第一整流濾波電路輸出的直流電壓逆變為高頻電壓方波；

所述一次側串聯諧振電路的輸入端連接至所述高頻逆變電路的輸出端；

所述二次側並聯諧振電路的輸出端連接至所述第二整流濾波電路的輸入端；

所述第二整流濾波電路的輸入端連接至所述二次側並聯諧振電路的輸出端，用於將所述二次側並聯諧振電路輸出的交流電壓整流成直流電壓；

所述DC-DC變換器的輸入端連接至所述第二整流濾波電路，用於將所述第二整流濾波電路的直流輸出電壓變換成車載動力電池充電所需的額定電壓；

所述一次側串聯諧振電路與二次側並聯諧振電路對稱設置，通過耦合實現電能的無線傳輸。

所述一次側串聯諧振電路包括依次串聯連接的發射線圈L1和交流電容C1，連接至高頻逆變電路的輸出端；所述二次側並聯諧振電路包括並聯連接的接收線圈L2和電子電容電路；連接至第二整流濾波電路的輸入端；所述發射線圈L1與所述接收線圈L2通過高頻磁共振方式，電能從發射線圈L1傳遞到接收線圈L2，所述一次側發射線圈L1與二次側接收線圈L2對稱設置，通過耦合實現電能的無線傳輸。

所述電子電容電路包括第一MOSFET開關管、第二MOSFET開關管、第三MOSFET開關管、第四MOSFET開關管和直流電容C2；其中，第一MOSFET開關管的漏極與直流電容C2的正極相連，第一MOSFET開關管的源極與第三MOSFET開關管的漏極相連；第二MOSFET開關管的漏極與第一直流電容C1的正極相連，第二MOSFET開關管的源極與第四MOSFET開關管的漏極相連；第三MOSFET開關管的源極與直流電容C2的負極相連；第四MOSFET開關管的源極與直流電容C2的負極相連；電子電容電路的兩端分別從第一MOSFET開關管的源極和第二MOSFET開關管的源極引出。

本發明的另一目的通過以下的技術方案實現：

一種基於上述的無線充電電路的控制方法，包括下述步驟：

S1、根據一次側的發射線圈L1和交流電容C1，設置高頻逆變電路初始工作角頻率使得一次側串聯諧振電路工作在諧振狀態；

S2、調節二次側的電子電容電路，使得一次側串聯諧振電路和二次側並聯諧振電路工作在磁共振狀態。

步驟S2中，所述調節二次側的電子電容電路是通過移相角控制法實現的，具體如下：

(1)根據諧振角頻率獲得諧振工作點的電子電容電路的等效電容值Ceq2；根據獲得控制關閉角α；

(2)由鎖相環測得電壓相位，採用移相角控制法控制所述電子電容電路，控制關閉角為α，控制電子電容電路的四個MOSFET開關管。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：

本發明基於電磁共振和電子電容電路的等效原理，將電子電容電路等效為一個可變電容，根據不同車況，通過改變車載側諧振電容等效值，實現一次側諧振電路和二次側諧振電路磁共振，提高充電效率；此方案無需要求基建側和車載側之間的通信，該電路不僅節約了經濟成本，而且提高了效率，具有良好的市場前景和經濟效益。

附圖說明

圖1是電動汽車磁共振式無線充電電路的建設方案圖；

圖2是電動汽車磁共振式無線充電的總體結構圖；

圖3是電子電容電路的控制圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明的具體實施方式作詳細說明。

圖1給出了本發明的電動汽車磁共振式無線充電電路的建設方案圖，其中，基建側和車載側分離，基建側安裝在地面下方，發射線圈L1靠近地面，當車載側的接收線圈L2處於發射線圈L1上方時，可進行無線充電。

圖2給出了電動汽車磁共振式無線充電的總體結構圖，基建側包含第一整流濾波電路、高頻逆變電路和一次側串聯諧振電路；車載側包含二次側並聯諧振電路、第二整流濾波電路和DC-DC變換器；

其中，所述第一整流濾波電路的輸入端連接至電網，用於將電網電壓整流成直流電壓；

其中，所述高頻逆變電路的輸入端連接至所述第一整流濾波電路的輸出端，用於將所述第一整流濾波電路輸出的直流電壓逆變為高頻電壓方波；

其中，所述一次側串聯諧振電路的輸入端連接至所述高頻逆變電路的輸出端；

其中，所述二次側並聯諧振電路的輸出端連接至所述第二整流濾波電路的輸入端；

其中，所述第二整流濾波電路的輸入端連接至所述二次側並聯諧振電路的輸出端，用於將所述二次側並聯諧振電路輸出的交流電壓整流成直流電壓；

其中，所述DC-DC變換器的輸入端連接至所述第二整流濾波電路，用於將所述第二整流濾波電路的直流輸出電壓變換成車載動力電池充電所需的額定電壓。

其中，所述一次側串聯諧振電路包括依次串聯連接的發射線圈L1和交流電容C1；所述發射線圈L1不與交流電容C1相連的一端與高頻逆變電路輸出端的負極相連，所述交流電容C1不與發射線圈L1相連的一端與高頻逆變電路輸出端的正極相連；所述二次側並聯諧振電路包括並聯連接的接收線圈L2和電子電容電路，連接至第二整流濾波電路的輸入端；所述發射線圈L1與所述接收線圈L2通過高頻磁共振方式，電能從發射線圈L1傳遞到接收線圈L2。

其中，所述電子電容電路包括第一MOSFET開關管Q1、第二MOSFET開關管Q2、第三MOSFET開關管Q3、第四MOSFET開關管Q4和直流電容C2；其中，第一MOSFET開關管的漏極與直流電容C2的正極相連，第一MOSFET開關管的源極與第三MOSFET開關管的漏極相連；第二MOSFET開關管的漏極與第一直流電容C1的正極相連，第二MOSFET開關管的源極與第四MOSFET開關管的漏極相連；第三MOSFET開關管的源極與直流電容C2的負極相連；第四MOSFET開關管的源極與直流電容C2的負極相連；第一MOSFET開關管的源極連接至第二整流濾波電路的正輸入端和接收線圈L2一端，第二MOSFET開關管的源極連接至第二整流濾波電路的負輸入端和接收線圈L2另一端。

本發明控制方法的具體實施過程如下：

S1、根據一次側的發射線圈L1和交流電容C1，設置高頻逆變電路初始工作角頻率使得一次側串聯諧振電路工作在諧振狀態；

S2、調節二次側的電子電容電路，使得一次側串聯諧振電路和二次側並聯諧振電路工作在磁共振狀態。

所述S2中電子電容電路的控制方法採用移相角控制法，控制圖如圖3所示，具體步驟如下：

S21、根據諧振角頻率獲得諧振工作點的電子電容電路的等效電容值Ceq2；根據獲得控制關閉角α，其中，C2為電子電容內直流電容值。

S22、由鎖相環測得電壓相位，採用移相角控制法控制所述電子電容電路，控制關閉角為α，控制電子電容電路的四個MOSFET開關管。

本發明電路的整個工作過程為：市電首先經過第一整流濾波電路將交流AC轉化為直流電壓，接著經過高頻逆變電路輸出高頻電壓方波，然後通過一次側串聯諧振電路實現一次側高頻諧振，根據不同的車況，調節車載側的電子電容電路，使二次側並聯諧振電路同時實現諧振，從而將一次側的電能高效地傳輸到二次側，最後通過第二整流濾波電路和DC-DC變換器得到車載動力電池充電所需的充電電壓給車載動力電池充電。

上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式並不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護範圍之內。