諧振-移頻實現汽車無線充電的方法及系統的製作方法
2023-10-07 21:01:34 2
諧振-移頻實現汽車無線充電的方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明提出諧振－移頻實現汽車無線充電的方法及系統，達到5kW至150kW左右的無線大功率汽車充電，完成恆流、限壓的充電管理，系統包括非車輛端變頻發射設備，以及安裝在電動汽車上的電力接收設備。本發明通過兩諧振電路用無線方式從電力發射盤發射移頻的電能，從電力接收盤接收電能，經整流後為電動汽車電池組充電，通過無線負反饋完成電池管理系統BMS的充電指令要求，即用移頻方式，控制功率發射端與功率接收端的輸出功率，完成恆流、限壓充電。本發明通過近場通信NFC和藍牙通信結合的方式，令電動汽車能夠準確地與本停車位的充電樁或充電機建立唯一的無線通信信道連結，令停車場內的電動汽車與充電樁或充電機一對一地建立連接通信，而無連結幹擾，並提供穩定的負反饋無線控制線路。
【專利說明】 諧振一移頻實現汽車無線充電的方法及系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電動汽車無線充電裝置，特別是涉及適用於5kW至150kW的大功率直流無線充電櫃及充電樁等以動力電池為動力的電動汽車裝置。
【背景技術】
[0002]電動汽車的發展將會越來越普及，而影響電動汽車發展的因素之一是充電的便利性。目前有線充電存在下雨時安全性差，有線充電的人員操作以及在停車場的線纜的不便利等，從而有線充電的不方便性也成為電動汽車普及的瓶頸。
[0003]汽車無線充電技術是電動汽車發展的必經之路。無線充電通常採用超音頻電磁感應技術，即車輛上安裝接收電力盤，停車位地面上安裝電力發射盤。在共軸線情況下相隔一定距離傳輸電能。當兩個線圈盤直徑一定時，它們之間的軸向距離決定了傳輸電能大小:
A、當相對距離近時，電磁感應電壓高，反之電壓低；
B、每臺車底盤離地面高度不同，如輪胎充氣是否充足、車輛輕載還是滿載，所以傳輸電壓也各不相同。
[0004]C、電池組充電過程中，內阻會不斷變化，其內溫度也在變化，所以電池兩端電壓及迴路電流也在變化。
[0005]現有技術通過有線反饋方式完成恆流、限壓充電，其過程中各充電階段控制(電池充電管理)無法應用在無線充電技術上。
[0006]要實現無線充電，必須能夠讓駕駛員操作方便，比如駕駛員按標準把車子停靠在停車位，操作充電開關即可實現大功率充電，而收費自動完成，下雨天及遠程控制都可以實現充電，停車場可以充電，路邊輔道臨時停車位也可以充電，而不影響市容及道路通行，實現無人值守。實現無線充電還需要防止電動汽車錯誤地與相鄰車位的電力發射設備建立無線通信連結，而沒有與本車位的電力發射設備建立無線通信，造成安全事故。
[0007]所以，發展電動汽車需要一種能夠用於電動汽車的無線大功率直流充電設備，很方便為電動汽車充電，且充電時間適中，能夠滿足人們日常生活需要，實現快速充電和標準充電。例如比亞迪E6電池容量是64KW，快充I小時充電，充電樁要提供64KW輸出功率，2小時充電，充電樁要提供32KW輸出功率，30分鐘充電，充電樁要提供150KW的輸出功率。所以只要我們的電網380V能提供足夠電能容量，電動車的充電已經不是問題！未來電動車的充電比汽油車加油還要方便。
【發明內容】
[0008]本發明要解決的技術問題在於避免現有技術的不足之處而提出一種包括電動汽車無線大功率直流充電櫃或者充電樁的無線充電系統及用於它們的以諧振一移頻方式實現恆流限壓的調節方法，通過無線通訊技術反饋採樣信號，用諧振一移頻的方式調節功率實現無線直流充電裝置的恆流限壓控制。
[0009]本發明解決所述技術問題可以通過採用以下技術方案來實現: 提出一種諧振一移頻實現汽車無線充電的方法，包括如下步驟:
A.在停車位近旁設置非車輛端變頻發射設備；為該非車輛端變頻發射設備設置以下器件和部件，
裝設在停車位內的電力發射盤；
用於將輸入的市電整流獲得中間電力的具有功率因數校正Power Factor Correct1n功能的地面整流器；
用至少兩電力半導體開關器件，以及所述電力發射盤的繞組電感串聯以第一諧振電容組成的電流型半橋或全橋串聯諧振逆變電路；所述中間電力輸入該串聯諧振逆變電路，以一次電路諧振頻率發射超音頻電力；
用於控制電力半導體開關器件的驅動控制電路模塊；用於建立近場通信的地面近場通信Near Field Communicat1n模塊，以及電連接該地面近場通信NFC模塊的地面近場通信NFC定位線圈；用於無線數據傳輸的地面藍牙數據收發模塊；電連接驅動控制電路模塊、地面近場通信NFC模塊和地面藍牙數據收發模塊的變頻微控制器Micro Control Unit ；
B.在安裝有動力電池組的電動汽車上設置車輛變頻接收設備，為該車輛變頻接收設備設置以下器件和部件，
電力接收盤，使電動汽車停於步驟A所述停車位上時，該電力接收盤能夠對準停車位上的電力發射盤但不接觸，令所述電力接收盤和電力發射盤大致共軸線地發生電磁耦合；
用電力接收盤的繞組電感和第二諧振電容組成具有二次電路諧振頻率的電壓型的並聯諧振電路，以及車載整流器；所述一次電路諧振頻率和二次電路諧振頻率儘量接近，即f1E ^ f2E ;所述並聯諧振電路通過電磁感應、用無線方式從電力發射盤的繞組電感接收電力，經車載整流器整流後為電動汽車上的動力電池組充電；
設置在向所述動力電池組提供充電電能的總輸出母線上的電池組總電壓採樣環節和電池組充電電流傳感器；用於建立近場通信的車載近場通信NFC模塊，以及電連接該車載近場通信NFC模塊的車載近場通信NFC定位線圈；用於無線數據傳輸的車載藍牙數據收發模塊；電連接電池組總電壓採樣環節、電池組充電電流傳感器、車載近場通信NFC模塊和車載藍牙數據收發模塊的充電管理微控制器MCU ；
C.當步驟B所述電動汽車停入步驟A所述停車位內並啟動無線充電時，車載近場通信NFC模塊與地面近場通信NFC模塊通過各自的車載近場通信NFC定位線圈和地面近場通信NFC定位線圈建立近場通信通道，充電管理微控制器MCU通過近場通信通道向變頻微控制器MCU發出電動汽車的車輛信息和該電動汽車的車載藍牙數據收發模塊的藍牙地址碼，變頻微控制器MCU將藍牙配對指令和所述藍牙地址碼發送至地面藍牙數據收發模塊，從而藉助所述藍牙地址碼在車載藍牙數據收發模塊與地面藍牙數據收發模塊之間建立藍牙數據通道；
D.變頻微控制器MCU和充電管理微控制器MCU通過步驟C建立的近場通信通道確認電力發射盤和電力接收盤對正，並且確認步驟C建立的藍牙數據通道通信正常後，變頻微控制器MCU控制啟動驅動控制電路模塊，進入無線充電過程。
[0010]具體地，所述分步驟Dl還包括如下分步驟，
Dll.通過車載近場通信NFC定位線圈和地面近場通信NFC定位線圈建立的近場通信通道，充電管理微控制器MCU檢測電動汽車在停車位內的位置是否符合無線充電要求，即電力接收盤和電力發射盤的中心位置距離是否在設定範圍內；
如果不在設定範圍內，車輛變頻接收設備提示「車輛沒有停好，不能開啟充電」;重新進行分步驟Dll ；
如果在設定範圍內，確認電力發射盤和電力接收盤對正，繼續進行後續分步驟；
D12.通過車載藍牙數據收發模塊和地面藍牙數據收發模塊建立的藍牙數據通道，充電管理微控制器MCU和變頻微控制器MCU互相發送確認信息，以檢測藍牙數據通道；
檢測藍牙數據通道不正常，重新進行分步驟D12 ；
檢測藍牙數據通道正常，繼續進行後續分步驟；
D13.變頻微控制器MCU向驅動控制電路模塊發出啟動指令，驅動控制電路模塊控制電力半導體開關器件運行，從而超音頻電力經由電力發射盤發射至電力接收盤，由電力接收盤接收電力並變換為適合該汽車上動力電池組充電的充電電能。
[0011]更具體地，所述分步驟D3還包括如下分步驟，
D32.設置在電動汽車上的電池管理系統BMS實時地向充電管理微控制器MCU發出以最佳恆定充電電流進行恆流充電的指令，或者以限制電壓進行限壓充電的指令；
電池組總電壓採樣環節和電池組充電電流傳感器,將獲得的動力電池組充電狀態總電壓實時參數和充電電流實時參數輸入至充電管理微控制器MCU ;充電管理微控制器MCU將收到的總電壓實時參數和充電電流實時參數，分別同所述來自電池管理系統BMS的限制電壓和最佳恆定充電電流比較，取得限制最高充電電壓的電壓誤差信號和保持恆流充電的電流誤差信號，並通過車載藍牙數據收發模塊和地面藍牙數據收發模塊建立的藍牙數據通道，將電壓誤差信號和電流誤差信號反饋至變頻微控制器MCU ；
所述變頻微控制器MCU的邏輯運算單元將收到的電壓誤差信號和電流誤差信號經邏輯運算後輸出調節信號Uatu至驅動控制電路模塊；假設調節信號ua(U>0代表實時充電電流太大，或者是實時充電總電壓太高，或者是二者兼有，那就迅即降低或升高逆變驅動頻率，使之偏離甚至遠離一次諧振電路和二次諧振電路的自然諧振頻率，以減少充電功率；在如此假設下，調節信號ua(U〈0當然就代表相反的情況，就應該升高或降低逆變驅動頻率，使之趨近甚至等同一次諧振電路和二次諧振電路的自然諧振頻率，以增加充電功率；從而在按照電池管理系統BMS實時指令的數據進行充電的同時，保證充電過程穩定。
[0012]進一步，在分步驟D32之後還包括如下分步驟，
D33.當電池管理系統BMS監測動力電池組達到設置的充滿電設置值時，電池管理系統BMS向充電管理微控制器MCU輸出停止充電指令；同時控制受控開關斷開；
充電管理微控制器MCU通過藍牙數據通道向變頻微控制器MCU發送停止充電指令，同時控制車載藍牙數據收發模塊與地面藍牙數據收發模塊斷開無線連接；
變頻微控制器MCU控制驅動控制電路模塊停止運行，並進入待機狀態。
[0013]本發明解決所述技術問題還可以通過採用以下技術方案來實現:
設計、製造一種諧振一移頻實現汽車無線充電的系統，包括安裝在停車位近旁的非車輛端變頻發射設備，以及安裝在配置有動力電池組的電動汽車上的車輛變頻接收設備；所述非車輛端變頻發射設備包括，
具有功率因數校正PFC功能的地面整流器；
設置在停車位內的電力發射盤； 由至少兩電力半導體開關器件和所述電力發射盤的繞組電感串聯以第一諧振電容組成的、具有一次電路諧振頻率電流型半橋或全橋串聯諧振逆變電路；
用於控制半導體開關器件的驅動控制電路模塊；
用於建立近場通信的地面近場通信NFC模塊和電連接該地面近場通信NFC模塊的地面近場通信NFC定位線圈；
用於無線數據傳輸的地面藍牙數據收發模塊；以及
變頻微控制器MCU ；
市電經地面整流器整流輸出中間電力至串聯諧振逆變電路，所述驅動控制電路模塊通過控制串聯諧振逆變電路的各電力半導體開關器件調整一次電路諧振頻率；所述變頻微控制器MCU分別電連接驅動控制電路模塊、地面近場通信NFC模塊和地面藍牙數據收發模塊；
所述車輛變頻接收設備包括，
安裝在電動汽車上的電力接收盤，當電動汽車停在停車位時，使該電力接收盤能夠對準停車位上的電力發射盤但不接觸，令所述電力接收盤和電力發射盤大致共軸線地發生電磁率禹合；
用電力接收盤的繞組電感和第二諧振電容組成具有二次電路諧振頻率的電壓型的並聯諧振電路；所述一次電路諧振頻率和二次電路諧振頻率儘量接近，即f1K ^ f2E ;
車載整流器；
電池組總電壓採樣環節和電池組充電電流傳感器；
用於建立近場通信的車載近場通信NFC模塊，和電連接該車載近場通信NFC模塊的車載近場通信NFC定位線圈；
用於無線數據傳輸的車載藍牙數據收發模塊；以及，
充電管理微控制器MCU ；
並聯諧振電路輸出電能經過車載整流器向總輸出母線輸出直流充電電能，該總輸出母線用於電連接動力電池組；所述電池組總電壓採樣環節和電池組充電電流傳感器從總輸出母線採集信號；所述充電管理微控制器MCU分別電連接電池組總電壓採樣環節、電池組充電電流傳感器、車載近場通信NFC模塊和車載藍牙數據收發模塊；
當所述電動汽車停入停車位內並啟動無線充電時，車載近場通信NFC模塊與地面近場通信NFC模塊通過各自的車載近場通信NFC定位線圈和地面近場通信NFC定位線圈首先建立近場通信通道；充電管理微控制器MCU通過近場通信通道向變頻微控制器MCU發出電動汽車的車輛信息和該電動汽車的車載藍牙數據收發模塊的藍牙地址碼；變頻微控制器MCU將藍牙配對指令和所述藍牙地址碼發送至地面藍牙數據收發模塊，從而藉助所述藍牙地址碼在車載藍牙數據收發模塊與地面藍牙數據收發模塊之間建立藍牙數據通道；變頻微控制器MCU控制啟動驅動控制電路模塊，停車位無線充電系統進入無線充電過程。
[0014]所述半導體開關器件是絕緣柵雙極型電晶體Insulated Gate BipolarTransistor,簡稱IGBT,或者是電力金屬一氧化層半導體場效應電晶體Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,簡稱 M0S-FET。
[0015]同現有技術相比較，本發明「諧振一移頻實現汽車無線充電的方法及系統」的技術效果在於: 本發明利用無線通信方式，實現將電力接收盤一側的電能變化實時地反饋給電力發射盤一側，並相應地對電力發射盤一側實施控制，用非接觸式的反饋實現無線直流充電裝置的恆流限壓控制；
本發明通過近場通信與藍牙通信結合的方式，令電動汽車能夠準確地與本停車位的非車輛端變頻發射設備建立藍牙無線通信信道，並提供穩定的負反饋無線控制環路；
採用本發明所述無線充電系統，在電力發射盤與電力接收盤中心正對距離10釐米時，充電效率可達90%左右，輸出功率可達36千瓦；在電力發射盤與電力接收盤中心正對距離18釐米時，充電效率可達88%左右，輸出功率可達20千瓦。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明「諧振一移頻實現汽車無線充電的方法及系統」現場布置示意圖；
圖2是本發明第一實施例的電原理示意圖；
圖3是本發明第二實施例的電原理示意圖；
圖4是本發明串聯諧振逆變電路與並聯諧振電路的電壓一頻率示意圖；
圖5是本發明串聯諧振逆變電路與並聯諧振電路的電流一頻率示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖所示實施例作進一步詳述。
[0018]本發明提出一種諧振一移頻實現汽車無線充電的方法，如圖1至圖3所示，包括如下步驟:
A.在停車位110近旁設置非車輛端變頻發射設備130 ;在實際使用中，所述非車輛端變頻發射設備130被製造成為充電樁或者充電機，為該非車輛端變頻發射設備130設置以下器件和部件，
裝設在停車位HO內的電力發射盤150 ；
用於將輸入的市電整流獲得中間電力Udc的具有功率因數校正PFC功能的地面整流器131 ;本發明兩實施例，電力變頻設備130都通過帶有功率因數矯正PFC功能的整流器131將輸入的380V市電電源整流獲得電壓為Udc的中間電力；
用至少兩電力半導體開關器件VS1、VS2、…，以及所述電力發射盤150的繞組電感L1串聯以第一諧振電容Cik組成的電流型半橋或全橋串聯諧振逆變電路133、134 ;所述中間電力Udc輸入該串聯諧振逆變電路133、134，以一次電路諧振頻率f1K發射超音頻電力；
用於控制電力半導體開關器件VS1、VS2、…的驅動控制電路模塊135 ;用於建立近場通信的地面近場通信NFC模塊171，以及電連接該地面近場通信NFC模塊171的地面近場通信NFC定位線圈172 ;用於無線數據傳輸的地面藍牙數據收發模塊173 ;電連接驅動控制電路模塊135、地面近場通信NFC模塊171和地面藍牙數據收發模塊173的變頻微控制器MCU160 ；
為適應動力電池組400的恆流-限壓充電特性，本發明選用電流型L 一 C串聯諧振逆變器，提供20至60 kHz的超音頻電力，如圖1所示，通過停車位110地表面的電力發射盤150，往停於其上的電動汽車210輸送充電能量。如圖2所示，本發明第一實施例的電流型逆變器，即作為一次電路的串聯諧振逆變電路133採用由兩電力半導體開關器件VS1、Vs2和兩電容C1、C2構成的半邊橋式逆變電路，其中C1、C2是分壓電容，提供二分之一電源電壓，兼做支撐電容。本發明第二實施例的電流型逆變器，即作為一次電路的串聯諧振逆變電路134採用由四個電力半導體開關器件VS1、VS2、VS3、Vs4構成的全橋逆變電路。兩實施例中雖然串聯諧振逆變電路133、134的具體電路結構不同，但是它們實現的功能完全一致。本發明通過調節驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率ft，控制一次電路與二次電路的諧振狀態，進而調整輸出功率；
B.在安裝有動力電池組400的電動汽車210上設置車輛變頻接收設備200，為該車輛變頻接收設備200設置以下器件，
電力接收盤250，使電動汽車210停於步驟A所述停車位110上時，該電力接收盤250能夠對準停車位110上的電力發射盤150但不接觸，令所述電力接收盤250和電力發射盤150大致共軸線地發生電磁耦合；非車輛端變頻發射設備130提供超音頻電力經由停車位110上的電力發射盤150發射至停於該停車位110上的、待充電的電動汽車210底盤上的電力接收盤250，由該電力接收盤250接收電力並變換為適合該汽車210上動力電池組220充電實時需要的電流；
用電力接收盤250的繞組電感L2和第二諧振電容C2k組成具有二次電路諧振頻率f2K的電壓型的並聯諧振電路233，以及車載整流器231 ;所述一次電路諧振頻率f1K和二次電路諧振頻率f2K儘量接近，即f1K ^ f2E ;所述並聯諧振電路233通過電磁感應、用無線方式從電力發射盤150的繞組電感L1接收電力，經車載整流器231整流後為電動汽車210上的動力電池組400充電；
設置在向所述動力電池組400提供充電電能的總輸出母線上的電池組總電壓採樣環節222和電池組充電電流傳感器224 ;用於建立近場通信的車載近場通信NFC模塊271，以及電連接該車載近場通信NFC模塊271的車載近場通信NFC定位線圈272 ;用於無線數據傳輸的車載藍牙數據收發模塊273 ;電連接電池組總電壓採樣環節222、電池組充電電流傳感器224、車載近場通信NFC模塊271和車載藍牙數據收發模塊273的充電管理微控制器MCU260 ；
C.當步驟B所述電動汽車210停入步驟A所述停車位110內並啟動無線充電時，車載近場通信NFC模塊271與地面近場通信NFC模塊171通過各自的車載近場通信NFC定位線圈272和地面近場通信NFC定位線圈172建立近場通信通道，充電管理微控制器MCU 260通過近場通信通道向變頻微控制器MCU 160發出電動汽車210的車輛信息和該電動汽車210的車載藍牙數據收發模塊273的藍牙地址碼，變頻微控制器MCU 160將藍牙配對指令和所述藍牙地址碼發送至地面藍牙數據收發模塊173，從而藉助所述藍牙地址碼在車載藍牙數據收發模塊273與地面藍牙數據收發模塊173之間建立藍牙數據通道；本發明兩實施例在本步驟中，通過閉合導通開關Kd，啟動充電管理微控制器MCU 260，進而啟動無線充電；
D.變頻微控制器MCU160和充電管理微控制器MCU 260通過步驟C建立的近場通信通道確認電力發射盤150和電力接收盤250對正，並且確認步驟C建立的藍牙數據通道通信正常後，變頻微控制器MCU160控制啟動驅動控制電路模塊135，進入無線充電過程。
[0019]本發明充電管理微控制器MCU260在無線充電過程中的其中一個作用就是綜合判斷接收的各項數據和指令，並輸出相應的控制指令以協同變頻微控制器MCU 160完成功率控制，確保以最佳恆定充電電流(Itff)進行恆流充電，或者以限制電壓(Umax)進行限壓充電。充電管理微控制器MCU 260可以被設計成為根據收集數據主動發出指令控制充電過程，還可以設計成與已有電池監測系統配合，按照電池監測系統指令和收集的數據控制充電過程。本發明第一、第二實施例都是充電管理微控制器MCU 260與已有的車輛電池管理設備300配合完成充電過程的實例，但是本發明並不以採用車輛電池管理設備300的方案限制「諧振一移頻實現汽車無線充電的方法」。如圖2和圖3所示，所述電動汽車210還安裝有車輛電池管理設備300，該車輛電池管理設備300包括用於監測動力電池組400的電池管理系統Battery Management System 310,用於為該電池管理系統BMS 310提供電源的電池管理系統電源330，以及受電池管理系統310控制的常開狀態受控開關KaKb ;那麼，
在上述方法的步驟B中，就需要為車輛變頻接收設備200還設置以下器件和部件，
經過車載整流器231而從並聯諧振電路233獲取直流電能的充電輔助電源模塊340，將該充電輔助電源模塊340電連接所述電池管理系統電源330 ；
通過控制器區域網CAN總線電連接在電池管理系統BMS 310與充電管理微控制器MCU260之間的CAN總線驅動隔離模塊360 ；
將所述受控開關KaKb的開關端子電連接在車輛變頻接收設備200向所述動力電池組400的提供充電電能的總輸出母線上；
那麼，所述方法的步驟D包括如下分步驟，
Dl.變頻微控制器MCU 160和充電管理微控制器MCU 260通過步驟C建立的近場通信通道確認電力發射盤150和電力接收盤250對正，並且確認步驟C建立的藍牙數據通道通信正常後，變頻微控制器MCU 160控制啟動驅動控制電路模塊135 ；
D2.充電輔助電源模塊340將獲取的直流電能通過端子A+、A —、CVl和CV2輸出至電池管理系統電源330，以啟動電池管理系統BMS 310 ;電池管理系統BMS 310通過控制器區域網CAN總線與充電管理微控制器MCU 260建立連接，並控制受控開關KaKb閉合導通，使車輛變頻接收設備200通過總輸出母線向所述動力電池組400的提供充電電能；
D3.車輛變頻接收設備200和非車輛端變頻發射設備130根據電池管理系統BMS 310的指令對完成對動力電池組400的充電過程。
[0020]本發明所述車載近場通信NFC定位線圈272和地面近場通信NFC定位線圈172還兼具偵測電力接收盤250和電力發射盤150是否對正的功能，所述分步驟Dl還包括如下分步驟，
Dll.通過車載近場通信NFC定位線圈272和地面近場通信NFC定位線圈172建立的近場通信通道，充電管理微控制器MCU 260檢測電動汽車210在停車位110內的位置是否符合無線充電要求，即電力接收盤250和電力發射盤150的中心位置距離是否在設定範圍內；所述設定範圍可以在8cm至12cm中間,本發明優選1cm ；
如果不在設定範圍內，車輛變頻接收設備200提示「車輛沒有停好，不能開啟充電」；重新進行分步驟Dll ;電動汽車駕駛員可以將電動汽車210開出車位110，再重新進入車位110以使電力接收盤250與電力發射盤150對正，在此過程中可以通過安裝在電動汽車210上的倒車影像系統輔助定位，確保電力接收盤250與電力發射盤150對正；
如果在設定範圍內，確認電力發射盤150和電力接收盤250對正，繼續進行後續分步驟；
D12.通過車載藍牙數據收發模塊273和地面藍牙數據收發模塊173建立的藍牙數據通道，充電管理微控制器MCU 260和變頻微控制器MCU 160互相發送確認信息，以檢測藍牙數據通道；
檢測藍牙數據通道不正常，重新進行分步驟D12 ；
檢測藍牙數據通道正常，繼續進行後續分步驟；
D13.變頻微控制器MCU 160向驅動控制電路模塊135發出啟動指令，驅動控制電路模塊135控制電力半導體開關器件VS1、Vs2>…運行,從而超音頻電力經由電力發射盤150發射至電力接收盤250，由電力接收盤250接收電力並變換為適合該汽車210上動力電池組220充電的充電電能。
[0021]綜上，只有在檢測電力接收盤250與電力發射盤150對正，同時藍牙數據通道檢測正常，才能開始無線充電過程。
[0022]本發明兩實施例L1是電力發射盤150的空載電感量，Cik是與之適配的諧振電容器電容量，由此兩參數即可確定該串聯諧振逆變電路133的諧振頻率f1K。為電路中的半導體開關器件VS1、VS2、…交替施加驅動信號，而且驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率就等於電路的諧振頻率f1K，此時所述串聯諧振逆變電路133容抗和感抗的絕對值相等，互相抵消，電路呈純電阻性而有最大電流L =QIs，其電流諧振曲線I_f也最尖銳，見圖5。此處Q是電路的品質因數，是在諧振頻率下電路感抗或容抗對電路等效電阻Re的比值。在實際充電時候情況就複雜了。由於電力發射盤150同被充電汽車210底部的電力接收盤250電磁耦合而使得代表電力發射盤150的電感量L1顯著降低，反射至一次迴路的等值電阻Re則明顯增大，其結果是，電路的諧振頻率f1K升高，品質因數Q減小，電流諧振曲線Ι-f變得平坦。此時如需輸出足夠的電流就應調節驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率，使之接近或等於一次電路此時的諧振頻率f1K。必須指出的是，這裡不能像行動電話或數位照相機那樣用某個穩定的電壓源充電，例如USB標準規定的用5V穩壓電源充電，因為這裡是動力電池組，接受充電的電動汽車210不會裝載這麼大電流的電力電子調節設備。所以應該在電力發射盤150 —側進行控制，也就是在所述L 一 C串聯諧振逆變器上，根據電池組充電電流傳感器224和總電壓採樣環節222採集的數據，通過第一無線收發模塊170和第二無線收發模塊270建立的無線鏈路發送至一次電路一側的、被充電的動力電池組220的電壓誤差信號Au和電流誤差信號Ai，調節驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率f&，從而做到按照動力電池組220自身特性的要求，即按
電流軟啟動(短時)一恆流控制充電(長時)一限壓控制微充電/浮動充電(短時) 的充電階段完成充電過程。
[0023]當驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率達到自然諧振頻率f 1K?f2E的情況下，一次電路與二次電路工作在諧振狀態。如圖4和圖5所示，此時電路呈純阻，即Z=R。此時電力發射盤150電流最大,達到Ia,且阻抗最小,而電力發射盤150兩端的電壓遠遠高於電源電壓，達到Ua，此時的輸出功率為最大值。而當驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率偏離自然諧振頻率f1K ^ f2E的情況下，即電路頻率升高至f2時或者降低至時，此時進入失諧狀態，電力發射盤150的電流下降至IB，電力發射盤150兩端的電壓下降至UB，一次電路和二次電路的輸出功率隨之將減小。因此，通過調節驅動控制電路模塊135的驅動信號的頻率能夠控制電路輸出功率，實現恆流限壓充電控制。
[0024]本發明兩實施例的充電過程都依照電池管理系統BMS 310的指令完成，並通過電池組總電壓採樣環節222、電池組充電電流傳感器224、充電管理微控制器MCU 260、車載藍牙數據收發模塊273、地面藍牙數據收發模塊173、變頻微控制器MCU 160和驅動控制電路模塊135構成的負反饋控制環路確保充電過程的穩定性。具體的恆流充電過程或者限壓充電過程體現在所述分步驟D3還包括如下分步驟，
D32.設置在電動汽車210上的電池管理系統BMS 310實時地向充電管理微控制器MCU260發出以最佳恆定充電電流進行恆流充電的指令，或者以限制電壓Umax進行限壓充電的指令；
電池組總電壓採樣環節222和電池組充電電流傳感器224，將獲得的動力電池組400充電狀態總電壓實時參數Uba和充電電流實時參數Iba輸入至充電管理微控制器MCU 260 ;充電管理微控制器MCU 260將收到的總電壓實時參數Uba和充電電流實時參數Iba，分別同所述來自電池管理系統BMS 310的限制電壓Umax和最佳恆定充電電流比較，取得限制最高充電電壓的電壓誤差信號△ u和保持恆流充電的電流誤差信號Ai，並通過車載藍牙數據收發模塊273和地面藍牙數據收發模塊173建立的藍牙數據通道，將電壓誤差信號Au和電流誤差信號Λ i反饋至變頻微控制器MCU 160 ；
所述變頻微控制器MCU 160的邏輯運算單元將收到的電壓誤差信號Au和電流誤差信號Λ i經邏輯運算後輸出調節信號Uatu至驅動控制電路模塊135 ;假設調節信號ua(U>0代表實時充電電流Iba太大，或者是實時充電總電壓Uba太高，或者是二者兼有，那就迅即降低或升高逆變驅動頻率f w使之偏離甚至遠離一次諧振電路和二次諧振電路的自然諧振頻率f1E>f2E,以減少充電功率；在如此假設下，調節信號ua(U〈0當然就代表相反的情況，就應該升高或降低逆變驅動頻率ft，使之趨近甚至等同一次諧振電路和二次諧振電路的自然諧振頻率f1K、f2K，以增加充電功率；從而在按照電池管理系統BMS 310實時指令的數據進行恆流充電或者限壓充電的同時，保證充電過程穩定。
[0025]在完成無線充電時，本發明方法具體進行如下控制過程，在分步驟D32之後還包括如下分步驟，
D33.當電池管理系統BMS 310監測動力電池組400達到設置的充滿電設置值時，電池管理系統BMS 310向充電管理微控制器MCU 260輸出停止充電指令；同時控制受控開關KaKb斷開；
充電管理微控制器MCU 260通過藍牙數據通道向變頻微控制器MCU 160發送停止充電指令，同時控制車載藍牙數據收發模塊273與地面藍牙數據收發模塊173斷開無線連接；變頻微控制器MCU 160控制驅動控制電路模塊135停止運行，並進入待機狀態。
[0026]為了應對動力電池組出現過度放電，本發明調節方法在分步驟D32之前還包括如下分步驟，
D31.當動力電池組400處於過度放電狀態時，充電管理微控制器MCU 260控制進行電流軟啟動；本發明第一、第二實施例，當電池管理系統BMS 310監測動力電池組400處於過度放電狀態時，向充電管理微控制器MCU 260發出指令，令充電過程先以小電流對動力電池組400開始充電，使電流逐漸遞增至設定的最佳恆定充電電流U。
[0027]在對動力電池組220的充電過程中，還應當考慮動力電池組220的溫度，在分步驟D32過程中還包括實時地採集動力電池組220的殼體溫度信號uT輸入至充電管理微控制器MCU 260 ;本發明第一、第二實施例可以通過電池管理系統BMS 310採集動力電池組220的客體溫度信號uT輸入至充電管理微控制器MCU 260。
[0028]充電管理微控制器MCU 260通過預先設定的殼體最大溫度信號Utmax比較，獲得殼體溫度誤差信號Λ t，並通過車載藍牙數據收發模塊273和地面藍牙數據收發模塊173建立的藍牙數據通道，將殼體溫度誤差信號At反饋至變頻微控制器MCU 160；
當變頻微控制器MCU 160的邏輯運算單元將收到的殼體溫度誤差信號At經邏輯運算後判斷殼體溫度信號uT超過殼體最大溫度信號Utmax，輸出調節信號uadj>0至串聯諧振逆變電路133、134的驅動控制電路模塊135，從而降低充電功率。
[0029]基於上述方法，本發明還提出一種諧振一移頻實現汽車無線充電的系統，如圖1至圖3所示，包括安裝在停車位110近旁的非車輛端變頻發射設備130，以及安裝在配置有動力電池組400的電動汽車210上的車輛變頻接收設備200。所述系統的無線充電功率可達到5kW至150kW。
[0030]所述非車輛端變頻發射設備130包括，
具有功率因數校正PFC功能的地面整流器131 ；
設置在停車位110內的電力發射盤150 ；
由至少兩電力半導體開關器件VS1、VS2、…和所述電力發射盤150的繞組電感L1串聯以第一諧振電容Cik組成的、具有一次電路諧振頻率f1K電流型半橋或全橋串聯諧振逆變電路 133、134 ；
用於控制半導體開關器件Vs1、VS2、…的驅動控制電路模塊135 ；
用於建立近場通信的地面近場通信NFC模塊171和電連接該地面近場通信NFC模塊171的地面近場通信NFC定位線圈172 ；
用於無線數據傳輸的地面藍牙數據收發模塊173 ;以及變頻微控制器MCU 160 ；
市電經地面整流器131整流輸出中間電力Udc至串聯諧振逆變電路133、134，所述驅動控制電路模塊135通過控制串聯諧振逆變電路133、134的各電力半導體開關器件VS1、Vs2>…調整一次電路諧振頻率f1K ;所述變頻微控制器MCU 160分別電連接驅動控制電路模塊135、地面近場通信NFC模塊171和地面藍牙數據收發模塊173 ；
所述車輛變頻接收設備200包括，
安裝在電動汽車210上的電力接收盤250，當電動汽車210停在停車位110時，使該電力接收盤250能夠對準停車位110上的電力發射盤150但不接觸，令所述電力接收盤250和電力發射盤150大致共軸線地發生電磁耦合；
用電力接收盤250的繞組電感L2和第二諧振電容C2k組成具有二次電路諧振頻率f2K的電壓型的並聯諧振電路233 ;所述一次電路諧振頻率f1K和二次電路諧振頻率f2K儘量接近，即 f1E ^ f2E ；
車載整流器231 ；
電池組總電壓採樣環節222和電池組充電電流傳感器224 ；
用於建立近場通信的車載近場通信NFC模塊271，和電連接該車載近場通信NFC模塊271的車載近場通信NFC定位線圈272 ；
用於無線數據傳輸的車載藍牙數據收發模塊273 ;以及，
充電管理微控制器MCU 260 ； 並聯諧振電路233輸出電能經過車載整流器231向總輸出母線輸出直流充電電能，該總輸出母線用於電連接動力電池組400 ;所述電池組總電壓採樣環節222和電池組充電電流傳感器224從總輸出母線採集信號；所述充電管理微控制器MCU 260分別電連接電池組總電壓採樣環節222、電池組充電電流傳感器224、車載近場通信NFC模塊271和車載藍牙數據收發模塊273 ；
當所述電動汽車210停入停車位110內並啟動無線充電時，車載近場通信NFC模塊271與地面近場通信NFC模塊171通過各自的車載近場通信NFC定位線圈272和地面近場通信NFC定位線圈172首先建立近場通信通道；充電管理微控制器MCU 260通過近場通信通道向變頻微控制器MCU 160發出電動汽車210的車輛信息和該電動汽車210的車載藍牙數據收發模塊273的藍牙地址碼；變頻微控制器MCU 160將藍牙配對指令和所述藍牙地址碼發送至地面藍牙數據收發模塊173，從而藉助所述藍牙地址碼在車載藍牙數據收發模塊273與地面藍牙數據收發模塊173之間建立藍牙數據通道；變頻微控制器MCU 160控制啟動驅動控制電路模塊135，停車位無線充電系統進入無線充電過程。
[0031]如上所述，本發明第一、第二實施例將本發明諧振一移頻實現汽車無線充電的系統與車輛電池管理設備300結合，以進一步詳細說明本發明的實現方案。那麼，電動汽車210還包括車輛電池管理設備300，該車輛電池管理設備300包括，
用於監測動力電池組400的電池管理系統BMS 310 ；
用於為該電池管理系統BMS 310提供電源的電池管理系統電源330 ;以及其受控端電連接電池管理系統310的常開狀態受控開關KaKb ；
所述車輛變頻接收設備200還包括，
從所述總輸出母線獲取直流電能的充電輔助電源模塊340 ;以及，
CAN總線驅動隔離模塊360 ；
充電輔助電源模塊340電連接所述電池管理系統電源330 ;所述受控開關KaKb電連接在向所述動力電池組400的提供充電電能的總輸出母線上，從而由電池管理系統BMS 310控制而閉合導通或者斷開開路所述總輸出母線；所述CAN總線驅動隔離模塊360通過控制器區域網CAN總線電連接在電池管理系統BMS 310與充電管理微控制器MCU 260之間；電池管理系統BMS 310通過採集的數據監測動力電池組400並發出充電控制指令，所述充電管理微控制器MCU 260根據電池管理系統BMS 310的指令和自身接收的採集數據與變頻微控制器MCU 160 一起控制無線充電過程有序穩定地進行。
[0032]本發明兩實施例所述電力半導體開關器件VS1、VS2、…是絕緣柵雙極型電晶體IGBT,或者是電力金屬一氧化層半導體場效應電晶體M0S-FET。
[0033]以下通過更詳細實例進一步說明基於本發明的無線充電過程。
[0034]當動力電池組400處於過度放電情況下，通常都以電流軟啟動階段開始充電，用小電流對動力電池組400開始充電,使電流逐漸遞增至設定的充電電流。
[0035]在恆流控制充電階段，電池管理系統BMS 310對於動力電池組400指令以35A作為設定的充電電流，假定充電管理微控制器MCU 260的Iba端電流取樣，測得電流值為10A，充電微控制器MCU 260向車載藍牙數據收發模塊273發出指令，增強充電電流，地面藍牙數據收發模塊173接收到指令後，令變頻微控制器MCU 160控制驅動控制電路模塊135的降低驅動頻率f*。本實例中，驅動頻率升高時，功率變小，驅動頻率降低時，功率增大。例如，將驅動頻率fdr由原來的55K降低至52K，此時，串聯諧振逆變電路133、134輸出功率增加，電力發射盤150發射磁場加大，電力接收盤250接收到的功率增加，電力接收盤L2與C2k諧振後送入整流器231的電壓與電流增大，整流後電壓升高電流增大。當採樣電流大於設定的充電電流35A時，通過車載藍牙數據收發模塊273與地面藍牙數據收發模塊173的適時通信，使驅動控制電路模塊135的驅動頻率升高，串聯諧振逆變電路133、134的功率輸出減小，使電力接收盤250輸出能量減小，整流器輸出充電電流減小。反之，整個無線負反饋控制環路使充電電流增大，最終至使充電電流維持在所設定的充電電流35A不變，達到恆流充電的目的。
[0036]經過前一階段恆流充電後，當動力電池組400電壓達到電池管理系統BMS 310指令設定值後，例如充電電壓320V，充電電流50A，進入限壓充電階段。此時充電管理微控制器MCU 260向車載藍牙數據收發模塊273發出指令，車載藍牙數據收發模塊273通過無線鏈路傳輸給地面藍牙數據收發模塊173使變頻微控制器MCU 160控制驅動控制電路模塊135的降低驅動頻率fd,，令串聯諧振逆變電路133、134輸出功率提高，令電力發射盤150輸出電流增加，發射功率增加，電力接收盤250接收功率增加，使車載整流器231輸出電壓調整在320V，電流為50A —定值範圍。當二次電路輸出電壓變化，以及隨著充電時間、電池組內阻變化，至使輸出電壓發生變化時，例如輸出電壓大於320V，充電管理微控制器MCU 260收到的總電壓實時參數Uba升高，充電管理微控制器MCU 260通過車載藍牙數據收發模塊273和地面藍牙數據收發模塊173建立的無線鏈路發出指令，變頻微控制器MCU 160控制驅動控制電路模塊135的升高驅動頻率ft，令電力發射盤150功率減小，即進入失諧狀態，電流減小，電力發射盤150的繞組電感L1電壓降低，磁場強度減小，電力接收盤250接收能量減小，整流後輸出電壓降低，電流減小。反之，假如輸出電壓降低而小於320V，無線負反饋控制環路中的變頻微控制器MCU 160控制驅動控制電路模塊135的降低驅動頻率fto，車載整流器231輸出電壓升高。最終使之限壓在320V標準的充電電壓值範圍內。
[0037]進入限壓充電階段中如果電池管理系統BMS 310監測動力電池組400內阻在一段時間內不發生變化。車載整流器231輸出在電壓320V，電流50A的範圍內。隨著動力電池組400電容量充滿，充電電流將慢慢減小，而電壓恆定在320V範圍內。當充電電流小到設定數值時，按照分步驟D33，根據電池管理系統BMS 310的指令控制，無線充電過程結束。
【權利要求】
1.一種諧振一移頻實現汽車無線充電的方法，包括如下步驟: A.在停車位(110)近旁設置非車輛端變頻發射設備(130);為該非車輛端變頻發射設備(130)設置以下器件和部件， 裝設在停車位(110)內的電力發射盤(150)； 用於將輸入的市電整流獲得中間電力(Udc)的具有功率因數校正PFC功能的地面整流器(131)； 用至少兩電力半導體開關器件(VS1、VS2、…)，以及所述電力發射盤(150)的繞組電感(L1)串聯以第一諧振電容(Cik)組成的電流型半橋或全橋串聯諧振逆變電路(133、134);所述中間電力(UD。)輸入該串聯諧振逆變電路(133、134)，以一次電路諧振頻率(^發射超音頻電力； 用於控制電力半導體開關器件(VS1、Vs2>…)的驅動控制電路模塊(135);用於建立近場通信的地面近場通信NFC模塊(171 )，以及電連接該地面近場通信NFC模塊(171)的地面近場通信NFC定位線圈(172);用於無線數據傳輸的地面藍牙數據收發模塊(173);電連接驅動控制電路模塊(135)、地面近場通信NFC模塊(171)和地面藍牙數據收發模塊(173)的變頻微控制器MCU (160)； B.在安裝有動力電池組(400)的電動汽車(210)上設置車輛變頻接收設備(200)，為該車輛變頻接收設備(200)設置以下器件和部件， 電力接收盤(250)，使電動汽車(210)停於步驟A所述停車位(110)上時，該電力接收盤(250 )能夠對準停車位(110 )上的電力發射盤(150 )但不接觸，令所述電力接收盤(250 )和電力發射盤(150)大致共軸線地發生電磁耦合； 用電力接收盤(250)的繞組電感(L2)和第二諧振電容(C2k)組成具有二次電路諧振頻率(f2K)的電壓型的並聯諧振電路(233)，以及車載整流器(231);所述一次電路諧振頻率(f1E)和二次電路諧振頻率(f2K)儘量接近，即f1K ^ f2E ;所述並聯諧振電路(233)通過電磁感應、用無線方式從電力發射盤(150)的繞組電感(L1)接收電力，經車載整流器(231)整流後為電動汽車(210)上的動力電池組(400)充電； 設置在向所述動力電池組(400)提供充電電能的總輸出母線上的電池組總電壓採樣環節(222)和電池組充電電流傳感器(224);用於建立近場通信的車載近場通信NFC模塊(271)，以及電連接該車載近場通信NFC模塊(271)的車載近場通信NFC定位線圈(272);用於無線數據傳輸的車載藍牙數據收發模塊(273);電連接電池組總電壓採樣環節(222)、電池組充電電流傳感器(224)、車載近場通信NFC模塊(271)和車載藍牙數據收發模塊(273)的充電管理微控制器MCU (260)； C.當步驟B所述電動汽車(210)停入步驟A所述停車位(110)內並啟動無線充電時，車載近場通信NFC模塊(271)與地面近場通信NFC模塊(171)通過各自的車載近場通信NFC定位線圈(272)和地面近場通信NFC定位線圈(172)建立近場通信通道，充電管理微控制器MCU (260)通過近場通信通道向變頻微控制器MCU (160)發出電動汽車(210)的車輛信息和該電動汽車(210)的車載藍牙數據收發模塊(273)的藍牙地址碼，變頻微控制器MCU(160)將藍牙配對指令和所述藍牙地址碼發送至地面藍牙數據收發模塊(173)，從而藉助所述藍牙地址碼在車載藍牙數據收發模塊(273)與地面藍牙數據收發模塊(173)之間建立藍牙數據通道； D.變頻微控制器MCU (160)和充電管理微控制器MCU (260)通過步驟C建立的近場通信通道確認電力發射盤(150)和電力接收盤(250)對正，並且確認步驟C建立的藍牙數據通道通信正常後，變頻微控制器MCU (160)控制啟動驅動控制電路模塊(135)，進入無線充電過程。
2.根據權利要求1所述的諧振一移頻實現汽車無線充電的方法，其特徵在於: 所述分步驟Dl還包括如下分步驟， Dll.通過車載近場通信NFC定位線圈(272)和地面近場通信NFC定位線圈(172)建立的近場通信通道，充電管理微控制器MCU (260)檢測電動汽車(210)在停車位(110)內的位置是否符合無線充電要求，即電力接收盤(250)和電力發射盤(150)的中心位置距離是否在設定範圍內； 如果不在設定範圍內，車輛變頻接收設備(200)提示「車輛沒有停好，不能開啟充電」；重新進行分步驟Dll ； 如果在設定範圍內，確認電力發射盤(150)和電力接收盤(250)對正，繼續進行後續分步驟； D12.通過車載藍牙數據收發模塊(273)和地面藍牙數據收發模塊(173)建立的藍牙數據通道，充電管理微控制器MCU (260)和變頻微控制器MCU (160)互相發送確認信息，以檢測藍牙數據通道； 檢測藍牙數據通道不正常，重新進行分步驟D12 ； 檢測藍牙數據通道正常，繼續進行後續分步驟； D13.變頻微控制器MCU (160)向驅動控制電路模塊(135)發出啟動指令，驅動控制電路模塊(135)控制電力半導體開關器件(VS1、VS2、…)運行，從而超音頻電力經由電力發射盤(150)發射至電力接收盤(250)，由電力接收盤(250)接收電力並變換為適合該電動汽車(210)上動力電池組(220)充電的充電電能。
3.根據權利要求2所述的諧振一移頻實現汽車無線充電的方法，其特徵在於: 所述分步驟D3還包括如下分步驟， D32.設置在電動汽車(210)上的電池管理系統BMS (310)實時地向充電管理微控制器MCU (260)發出以最佳恆定充電電流(Iw)進行恆流充電的指令，或者以限制電壓(Umax)進行限壓充電的指令； 電池組總電壓採樣環節(222)和電池組充電電流傳感器(224)，將獲得的動力電池組(400)充電狀態總電壓實時參數(Uba)和充電電流實時參數(Iba)輸入至充電管理微控制器MCU (260);充電管理微控制器MCU (260)將收到的總電壓實時參數(Uba)和充電電流實時參數(IBA)，分別同限制電壓(Umax)或最佳恆定充電電流(Itff)比較，取得限制最高充電電壓的電壓誤差信號(Au)和保持恆流充電的電流誤差信號(Λ i )，並通過車載藍牙數據收發模塊(273)和地面藍牙數據收發模塊(173)建立的藍牙數據通道，將電壓誤差信號(Λ u)和電流誤差信號(Ai)反饋至變頻微控制器MCU (160); 所述變頻微控制器MCU (160)的邏輯運算單元將收到的電壓誤差信號(Au)和電流誤差信號(Λ i)經邏輯運算後輸出調節信號Uatu至驅動控制電路模塊(135);假設調節信號uadJ>0代表實時充電電流(Iba)太大，或者是實時充電總電壓(Uba)太高，或者是二者兼有，那就迅即降低或升高逆變驅動頻率(ft)，使之偏離甚至遠離一次諧振電路和二次諧振電路的自然諧振頻率(f1K、f2E),以減少充電功率；在如此假設下，調節信號uadj〈0當然就代表相反的情況，就應該升高或降低逆變驅動頻率(ft)，使之趨近甚至等同一次諧振電路和二次諧振電路的自然諧振頻率(f1K、f2E),以增加充電功率；從而在進行恆流充電或者限壓充電的同時，保證充電過程穩定。
4.根據權利要求3所述的諧振一移頻實現汽車無線充電的方法，其特徵在於: 在分步驟D32之後還包括如下分步驟， D33.當電池管理系統BMS (310)監測動力電池組(400)達到設置的充滿電設置值時，電池管理系統BMS (310)向充電管理微控制器MCU (260)輸出停止充電指令；同時控制受控開關(KaKb)斷開； 充電管理微控制器MCU (260)通過藍牙數據通道向變頻微控制器MCU (160)發送停止充電指令，同時控制車載藍牙數據收發模塊(273)與地面藍牙數據收發模塊(173)斷開無線連接； 變頻微控制器MCU (160)控制驅動控制電路模塊(135)停止運行，並進入待機狀態。
5.一種諧振一移頻實現汽車無線充電的系統，其特徵在於: 包括安裝在停車位(110)近旁的非車輛端變頻發射設備(130)，以及安裝在配置有動力電池組(400)的電動汽車(210)上的車輛變頻接收設備(200)； 所述非車輛端變頻發射設備(130)包括， 具有功率因數校正PFC功能的地面整流器(131)； 設置在停車位(110)內的電力發射盤(150)； 由至少兩電力半導體開關器件(VS1、VS2、…)和所述電力發射盤(150)的繞組電感(L1)串聯以第一諧振電容(Cik)組成的、具有一次電路諧振頻率(f1K)電流型半橋或全橋串聯諧振逆變電路(133、134)； 用於控制半導體開關器件(Vs1、VS2、…)的驅動控制電路模塊(135)； 用於建立近場通信的地面近場通信NFC模塊(171)和電連接該地面近場通信NFC模塊(171)的地面近場通信NFC定位線圈(172)； 用於無線數據傳輸的地面藍牙數據收發模塊(173);以及 變頻微控制器MCU (160)； 市電經地面整流器(131)整流輸出中間電力(Udc)至串聯諧振逆變電路(133、134)，所述驅動控制電路模塊(135)通過控制串聯諧振逆變電路(133、134)的各電力半導體開關器件(VS1、VS2、…)調整一次電路諧振頻率(f1K);所述變頻微控制器MCU (160)分別電連接驅動控制電路模塊(135)、地面近場通信NFC模塊(171)和地面藍牙數據收發模塊(173); 所述車輛變頻接收設備(200)包括， 安裝在電動汽車(210)上的電力接收盤(250)，當電動汽車(210)停在停車位(110)時，使該電力接收盤(250)能夠對準停車位(110)上的電力發射盤(150)但不接觸，令所述電力接收盤(250)和電力發射盤(150)大致共軸線地發生電磁耦合； 用電力接收盤(250)的繞組電感(L2)和第二諧振電容(C2k)組成具有二次電路諧振頻率(f2E)的電壓型的並聯諧振電路(233);所述一次電路諧振頻率(f1E)和二次電路諧振頻率(f2E)儘量接近，即f1R ^ f2E ; 車載整流器(231)； 電池組總電壓採樣環節(222 )和電池組充電電流傳感器(224 ); 用於建立近場通信的車載近場通信NFC模塊(271)，和電連接該車載近場通信NFC模塊(271)的車載近場通信NFC定位線圈(272)； 用於無線數據傳輸的車載藍牙數據收發模塊(273);以及， 充電管理微控制器MCU (260)； 並聯諧振電路(233)輸出電能經過車載整流器(231)向總輸出母線輸出直流充電電能，該總輸出母線用於電連接動力電池組(400);所述電池組總電壓採樣環節(222)和電池組充電電流傳感器(224)從總輸出母線採集信號；所述充電管理微控制器MCU (260)分別電連接電池組總電壓採樣環節(222)、電池組充電電流傳感器(224)、車載近場通信NFC模塊(271)和車載藍牙數據收發模塊(273)； 當所述電動汽車(210)停入停車位(110)內並啟動無線充電時，車載近場通信NFC模塊(271)與地面近場通信NFC模塊(171)通過各自的車載近場通信NFC定位線圈(272)和地面近場通信NFC定位線圈(172)首先建立近場通信通道；充電管理微控制器MCU (260)通過近場通信通道向變頻微控制器MCU (160)發出電動汽車(210)的車輛信息和該電動汽車(210)的車載藍牙數據收發模塊(273)的藍牙地址碼；變頻微控制器MCU (160)將藍牙配對指令和所述藍牙地址碼發送至地面藍牙數據收發模塊(173)，從而藉助所述藍牙地址碼在車載藍牙數據收發模塊(273)與地面藍牙數據收發模塊(173)之間建立藍牙數據通道；變頻微控制器MCU (160)控制啟動驅動控制電路模塊(135)，停車位無線充電系統進入無線充電過程。
6.根據權利要求5所述的諧振一移頻實現汽車無線充電的系統，其特徵在於: 所述電力半導體開關器件(VS1、VS2、…)是絕緣柵雙極型電晶體IGBT，或者是電力金屬一氧化層半導體場效應電晶體MOS-FET。
【文檔編號】H02J7/02GK104283293SQ201410512110
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月29日 優先權日:2014年9月29日
【發明者】陳勝奇 申請人:深圳市泰金田科技有限公司