本發(fā)明涉及電動汽車領(lǐng)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(shù)：

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(shè)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(shè)備引線過長；占地面積和占用空間大；人工操作繁瑣，操作過程中會帶來設(shè)備的過度磨損以及不安全性問題。電動汽車無線充電技術(shù)可以很好地解決上述問題，從而得到了廣泛關(guān)注。

目前常見的電動汽車無線充電方案主要包括磁感應(yīng)式無線充電和磁共振式無線充電。其中，磁感應(yīng)式無線充電技術(shù)線圈間互感較大，近距離傳輸效率高，但整個系統(tǒng)對線圈的相對水平位移非常敏感，不適合用于遠距離的無線充電。相比于磁感應(yīng)式，磁共振式無線傳輸?shù)碾娐吠負渚哂姓{(diào)諧網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)互感補償和頻率調(diào)諧，可以實現(xiàn)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(lǐng)域的研究熱點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于為了克服常規(guī)有線充電技術(shù)的不足，提出一種電動汽車磁共振式無線充電電路。

本發(fā)明的另一目的在于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(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種電動汽車磁共振式無線充電電路包括基建側(cè)部分和車載側(cè)部分，基建側(cè)包含第一整流濾波電路、高頻逆變電路和一次側(cè)串聯(lián)諧振電路；車載側(cè)包含二次側(cè)并聯(lián)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(wǎng)，用于將電網(wǎng)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，用于將所述第一整流濾波電路輸出的直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓方波；

所述一次側(cè)串聯(lián)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(cè)并聯(lián)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(cè)并聯(lián)諧振電路的輸出端，用于將所述二次側(cè)并聯(lián)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，用于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(cè)串聯(lián)諧振電路與二次側(cè)并聯(lián)諧振電路對稱設(shè)置，通過耦合實現(xiàn)電能的無線傳輸。

所述一次側(cè)串聯(lián)諧振電路包括依次串聯(lián)連接的發(fā)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(cè)并聯(lián)諧振電路包括并聯(lián)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(fā)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(fā)射線圈L₁傳遞到接收線圈L₂，所述一次側(cè)發(fā)射線圈L₁與二次側(cè)接收線圈L₂對稱設(shè)置，通過耦合實現(xiàn)電能的無線傳輸。

所述電子電容電路包括第一MOSFET開關(guān)管、第二MOSFET開關(guān)管、第三MOSFET開關(guān)管、第四MOSFET開關(guān)管和直流電容C₂；其中，第一MOSFET開關(guān)管的漏極與直流電容C₂的正極相連，第一MOSFET開關(guān)管的源極與第三MOSFET開關(guān)管的漏極相連；第二MOSFET開關(guān)管的漏極與第一直流電容C₁的正極相連，第二MOSFET開關(guān)管的源極與第四MOSFET開關(guān)管的漏極相連；第三MOSFET開關(guān)管的源極與直流電容C₂的負極相連；第四MOSFET開關(guān)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(guān)管的源極和第二MOSFET開關(guān)管的源極引出。

本發(fā)明的另一目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種基于上述的無線充電電路的控制方法，包括下述步驟：

S1、根據(jù)一次側(cè)的發(fā)射線圈L₁和交流電容C₁，設(shè)置高頻逆變電路初始工作角頻率使得一次側(cè)串聯(lián)諧振電路工作在諧振狀態(tài)；

S2、調(diào)節(jié)二次側(cè)的電子電容電路，使得一次側(cè)串聯(lián)諧振電路和二次側(cè)并聯(lián)諧振電路工作在磁共振狀態(tài)。

步驟S2中，所述調(diào)節(jié)二次側(cè)的電子電容電路是通過移相角控制法實現(xiàn)的，具體如下：

(1)根據(jù)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C_eq2；根據(jù)獲得控制關(guān)閉角α；

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

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和技術(shù)效果：

本發(fā)明基于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(jù)不同車況，通過改變車載側(cè)諧振電容等效值，實現(xiàn)一次側(cè)諧振電路和二次側(cè)諧振電路磁共振，提高充電效率；此方案無需要求基建側(cè)和車載側(cè)之間的通信，該電路不僅節(jié)約了經(jīng)濟成本，而且提高了效率，具有良好的市場前景和經(jīng)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(shè)方案圖；

圖2是電動汽車磁共振式無線充電的總體結(jié)構(gòu)圖；

圖3是電子電容電路的控制圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

圖1給出了本發(fā)明的電動汽車磁共振式無線充電電路的建設(shè)方案圖，其中，基建側(cè)和車載側(cè)分離，基建側(cè)安裝在地面下方，發(fā)射線圈L₁靠近地面，當(dāng)車載側(cè)的接收線圈L₂處于發(fā)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(jié)構(gòu)圖，基建側(cè)包含第一整流濾波電路、高頻逆變電路和一次側(cè)串聯(lián)諧振電路；車載側(cè)包含二次側(cè)并聯(lián)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(wǎng)，用于將電網(wǎng)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，用于將所述第一整流濾波電路輸出的直流電壓逆變?yōu)楦哳l電壓方波；

其中，所述一次側(cè)串聯(lián)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(cè)并聯(lián)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(cè)并聯(lián)諧振電路的輸出端，用于將所述二次側(cè)并聯(lián)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，用于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(cè)串聯(lián)諧振電路包括依次串聯(lián)連接的發(fā)射線圈L₁和交流電容C₁；所述發(fā)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(fā)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(cè)并聯(lián)諧振電路包括并聯(lián)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(fā)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(fā)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(guān)管Q₁、第二MOSFET開關(guān)管Q₂、第三MOSFET開關(guān)管Q₃、第四MOSFET開關(guān)管Q₄和直流電容C₂；其中，第一MOSFET開關(guān)管的漏極與直流電容C₂的正極相連，第一MOSFET開關(guān)管的源極與第三MOSFET開關(guān)管的漏極相連；第二MOSFET開關(guān)管的漏極與第一直流電容C₁的正極相連，第二MOSFET開關(guān)管的源極與第四MOSFET開關(guān)管的漏極相連；第三MOSFET開關(guān)管的源極與直流電容C₂的負極相連；第四MOSFET開關(guān)管的源極與直流電容C₂的負極相連；第一MOSFET開關(guān)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(guān)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(fā)明控制方法的具體實施過程如下：

S1、根據(jù)一次側(cè)的發(fā)射線圈L₁和交流電容C₁，設(shè)置高頻逆變電路初始工作角頻率使得一次側(cè)串聯(lián)諧振電路工作在諧振狀態(tài)；

S2、調(diào)節(jié)二次側(cè)的電子電容電路，使得一次側(cè)串聯(lián)諧振電路和二次側(cè)并聯(lián)諧振電路工作在磁共振狀態(tài)。

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

S21、根據(jù)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C_eq2；根據(jù)獲得控制關(guān)閉角α，其中，C₂為電子電容內(nèi)直流電容值。

S22、由鎖相環(huán)測得電壓相位，采用移相角控制法控制所述電子電容電路，控制關(guān)閉角為α，控制電子電容電路的四個MOSFET開關(guān)管。

本發(fā)明電路的整個工作過程為：市電首先經(jīng)過第一整流濾波電路將交流AC轉(zhuǎn)化為直流電壓，接著經(jīng)過高頻逆變電路輸出高頻電壓方波，然后通過一次側(cè)串聯(lián)諧振電路實現(xiàn)一次側(cè)高頻諧振，根據(jù)不同的車況，調(diào)節(jié)車載側(cè)的電子電容電路，使二次側(cè)并聯(lián)諧振電路同時實現(xiàn)諧振，從而將一次側(cè)的電能高效地傳輸?shù)蕉蝹?cè)，最后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(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。