一种负载自适应的电动汽车无线充电系统技术方案

一种负载自适应的电动汽车无线充电系统，包括电源、系统地面端设备、系统车载端设备、动力电池负载、负载检测估计模块、系统优化配置模块，以及系统控制模块。其中，负载检测估计模块能够实时检测动力电池负载的状态，并将实时负载特性传输至系统优化配置模块，进而通过系统控制模块产生控制信号，从而针对动力电池变化负载进行实时调节，实现系统的自适应运行。本发明专利技术基于预存的系统模型和系统最优状态配置准则，在保证准确性的前提下能够实现系统的优化调节；并且针对电动汽车无线充电系统电磁辐射采取了抗干扰措施，提高了系统的稳定性和安全性。

Load adaptive electric vehicle wireless charging system

A load adaptive wireless charging system for electric vehicles, including power system, ground terminal equipment, vehicle terminal equipment, power battery load, load detection module, configuration module optimization system, and system control module. The load detection estimation module to real-time detection of power battery load state, and the real-time load transmission characteristics to optimize the system configuration module, and generates the control signal through the system control module, and power battery for change of load adjustment in time, the realization of adaptive operation system. The optimal state of system model and system configuration based on the stored criteria, in ensuring the realization of the system optimization can adjust the accuracy; and for electric vehicle wireless charging system of electromagnetic radiation to the anti-jamming measures, improve the system stability and security.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电动汽车无线充电系统。
技术介绍
随着雾霾等环境问题的日益严重，采用节能环保的电动汽车的呼声越来越高。在制约电动汽车发展的若干关键技术当中，充电技术对于电动汽车的推广有着重要作用。相对于传统的电动汽车有线充电方法，无线充电方式具有充电便利、节省空间、充电设施不易被破坏以及不受雨雪等不良天气影响等优点，对电动汽车的普及能够起到巨大的推动作用。作为无线充电系统的负载，动力电池的特性在充电过程中会发生变化。CN105591474A“一种自适应频率可变的无线充电系统”提出了一种频率可变的无线充电系统，以提高发射端和接收端的匹配性；CN105743179A“无线充电器及其充电线圈位置自适应控制装置”提出了一种位置自适应装置使发射端和接收端对准，以提高充电效率；CN103219807B“一种自适应无线电能传输装置”提出了一种包含谐振电容调整电路和多中继线圈的自适应无线充电系统，以调整谐振频率，提高传输的距离和稳定性。上述三个专利都提到了自适应的无线充电系统，但却均未考虑系统负载特性及其影响。CN104868572A“无线充电系统及方法”采用输出稳压的方式来实现负载变化时的自适应调节；CN102222967B“一种自适应无线充电系统”采用负载反馈、功率补偿的方法对系统进行控制，以提高稳定性和运行效率；CN104300699A“磁耦合谐振式无线电能传输自适应阻抗匹配系统”提出了一种基于粒子群控制算法的无线电能传输自适应阻抗匹配方法，以应对负载改变时效率下降的问题。上述三个专利都针对负载变化进行了相应的设计，但均只针对输出电压、功率等单一指标进行调节和控制，并且未考虑电动汽车动力电池负载的特点。因此，需要一种针对电动汽车动力电池负载变化，能够全面优化系统性能并自适应充电的无线充电系统，以保证电动汽车无线充电过程的稳定和高效。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服当前电动汽车无线充电系统不能很好适应动力电池负载变化的缺点，提出一种负载自适应的电动汽车无线充电系统。本专利技术能够在动力电池负载变化的情况下，实现电动汽车无线充电系统的优化控制，进而提高系统的性能、安全性和稳定性。应用本专利技术的负载自适应电动汽车无线充电系统包括电源、系统地面端设备、系统车载端设备、动力电池负载、负载检测估计模块、系统优化配置模块，以及系统控制模块；所述的电源连接系统地面端设备；所述的系统地面端设备的输入端与电源相连，系统地面端设备的输出端与系统车载端设备相连，系统地面端设备的控制端与系统控制模块相连；所述的系统车载端设备的输入端与系统地面端设备相连，系统车载端设备的输出端与动力电池负载相连，系统车载端设备的控制端与系统控制模块相连；所述的动力电池负载的输入端与系统车载端设备相连，动力电池负载的信号输出端与负载检测估计模块相连；所述的负载检测估计模块的输入端与动力电池负载相连，负载检测估计模块的输出端与系统优化配置模块相连；所述的系统优化配置模块的输入端与负载检测估计模块相连，系统优化配置模块的输出端与系统控制模块相连；所述的系统控制模块的输入端与系统优化配置模块相连，系统控制模块的输出端分别与系统地面端设备和系统车载端设备相连。所述的系统地面端设备包括功率因数校正电路、高频逆变电路、地面端阻抗匹配电路和地面端能量发射线圈。其中，功率因数校正电路的输入端为系统地面端设备的输入端，功率因数校正电路的输出端连接高频逆变电路；高频逆变电路的输入端连接功率因数校正电路，高频逆变电路的输出端连接地面端阻抗匹配电路；地面端阻抗匹配电路的输入端连接高频逆变电路，地面端阻抗匹配电路的输出端连接地面端能量发射线圈；地面端能量发射线圈的输入端连接地面端阻抗匹配电路，地面端能量发射线圈的输出端为系统地面端设备的输出端；高频逆变电路接收来自系统控制模块的控制信号，并对电动汽车无线充电系统工作状态进行调节。所述的系统车载端设备包括车载端功率变换电路、车载端阻抗匹配电路和车载端能量接收线圈。其中，车载端能量接收线圈的输入端为系统车载端设备的输入端，车载端能量接收线圈的输出端连接车载端阻抗匹配电路；车载端阻抗匹配电路的输入端连接车载端能量接收线圈，车载端阻抗匹配电路的输出端连接车载端功率变换电路；车载端功率变换电路的输入端连接车载端阻抗匹配电路，车载端功率变换电路的输出端为系统车载端设备的输出端；车载端功率变换电路接收来自系统控制模块的控制信号，并对电动汽车无线充电系统工作状态进行调节。所述的负载检测估计模块实时检测动力电池负载的充电电压、充电电流等参数，并对检测结果进行存储。所述的负载检测估计模块包含预先存入的动力电池模型，并利用该动力电池模型与检测存储的数据对动力电池负载的状态和特性进行估计，进而将结果传输至系统优化配置模块。所述的负载检测估计模块中预先存入的动力电池模型可以采用将动力电池等效为理想电压源与电池内阻串联的内阻电池模型(Rint模型)、在内阻电池模型基础上增加了电阻-电容(RC)环节以模拟电池极化效应的戴维南电池模型(Thevinin模型)、以及能够描述开路电压随负载电流时间累计而变化的新一代汽车合作伙伴计划电池模型(PNGV模型)等。所述的系统优化配置模块包含预先存入的系统地面端设备的模型和系统车载端设备的模型，还存有系统最优状态配置准则，进而在此基础上利用负载检测估计模块传输的数据，计算系统最优时的控制参数，并将结果传输至系统控制模块。所述的系统地面端设备的模型包括功率因数校正电路、高频逆变电路、地面端阻抗匹配电路与地面端能量发射线圈的电路拓扑结构和参数值，所述的系统车载端设备的模型包括车载端功率变换电路、车载端阻抗匹配电路与车载端能量接收线圈的电路拓扑结构和参数值。在建模过程中考虑系统杂散电阻的影响，并且模型的参数值均采用实际测量的结果，从而提高了模型的精度和优化配置结果的准确性。所述的系统最优状态配置准则包括系统输出电压恒定、系统输出电流恒定、系统输出额定功率、系统传输效率最大、系统对动力电池负载变化响应最快、系统电应力最小这些准则中的一个或者多个的组合。通过有机组合多个配置准则，实现对系统多个调节目标的全面优化，进而提高系统的性能指标。所述的负载检测估计模块和系统优化配置模块均具有外部接口。其中，负载检测估计模块的外部接口用于存入和更新动力电池模型；系统优化配置模块的外部接口用于存入和更新系统地面端设备和系统车载端设备的模型，以及系统最优状态配置准则。所述的系统控制模块具有利用系统优化配置模块传输的数据，结合调频、移相等多种控制方式，产生控制信号的功能。由于每种控制方式在实际应用中都有一定的局限性，所以本专利技术将几种控制方式结合起来，能够得到更好的调节效果。此外，所述的系统控制模块具有选择单独控制系统地面端设备或系统车载端设备、或者对两者同时进行协同控制的功能，从而增加了控制的灵活性。所述的负载检测估计模块能够实时检测动力电池负载的状态，并将实时负载特性传输至系统优化配置模块，进而通过系统控制模块产生针对实时负载特性的控制信号，从而达到对动力电池变化负载的实时响应，实现系统的自适应调节。所述的负载检测估计模块、系统优化配置模块和系统控制模块之间加入了抗干扰措施，具体包括：设计滤波器、进行屏蔽、合理接地、减小回路等硬件抗干扰措施，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负载自适应的电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述电动汽车无线充电系统包括电源(101)、系统地面端设备(102)、系统车载端设备(103)、动力电池负载(104)、负载检测估计模块(105)、系统优化配置模块(106)，以及系统控制模块(107)；所述的电源(101)连接系统地面端设备(102)；所述的系统地面端设备(102)的输入端与电源(101)相连，系统地面端设备(102)的输出端与系统车载端设备(103)相连，系统地面端设备(102)的控制端与系统控制模块(107)相连；所述的系统车载端设备(103)的输入端与系统地面端设备(102)相连，系统车载端设备(103)的输出端与动力电池负载(104)相连，系统车载端设备(103)的控制端与系统控制模块(107)相连；所述的动力电池负载(104)的输入端与系统车载端设备(103)相连，动力电池负载(104)的信号输出端与负载检测估计模块(105)相连；所述的负载检测估计模块(105)的输入端与动力电池负载(104)相连，负载检测估计模块(105)的输出端与系统优化配置模块(106)相连；所述的系统优化配置模块(106)的输入端与负载检测估计模块(105)相连，系统优化配置模块(106)的输出端与系统控制模块(107)相连；所述的系统控制模块(107)的输入端与系统优化配置模块(106)相连，系统控制模块(107)的输出端分别与系统地面端设备(102)和系统车载端设备(103)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种负载自适应的电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述电动汽车无线充电系统包括电源(101)、系统地面端设备(102)、系统车载端设备(103)、动力电池负载(104)、负载检测估计模块(105)、系统优化配置模块(106)，以及系统控制模块(107)；所述的电源(101)连接系统地面端设备(102)；所述的系统地面端设备(102)的输入端与电源(101)相连，系统地面端设备(102)的输出端与系统车载端设备(103)相连，系统地面端设备(102)的控制端与系统控制模块(107)相连；所述的系统车载端设备(103)的输入端与系统地面端设备(102)相连，系统车载端设备(103)的输出端与动力电池负载(104)相连，系统车载端设备(103)的控制端与系统控制模块(107)相连；所述的动力电池负载(104)的输入端与系统车载端设备(103)相连，动力电池负载(104)的信号输出端与负载检测估计模块(105)相连；所述的负载检测估计模块(105)的输入端与动力电池负载(104)相连，负载检测估计模块(105)的输出端与系统优化配置模块(106)相连；所述的系统优化配置模块(106)的输入端与负载检测估计模块(105)相连，系统优化配置模块(106)的输出端与系统控制模块(107)相连；所述的系统控制模块(107)的输入端与系统优化配置模块(106)相连，系统控制模块(107)的输出端分别与系统地面端设备(102)和系统车载端设备(103)相连。2.按照权利要求1所述的负载自适应电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述的系统地面端设备(102)包括功率因数校正电路、高频逆变电路、地面端阻抗匹配电路和地面端能量发射线圈；其中，功率因数校正电路的输入端为系统地面端设备(102)的输入端，功率因数校正电路的输出端连接高频逆变电路；高频逆变电路的输入端连接功率因数校正电路，高频逆变电路的输出端连接地面端阻抗匹配电路；地面端阻抗匹配电路的输入端连接高频逆变电路，地面端阻抗匹配电路的输出端连接地面端能量发射线圈；地面端能量发射线圈的输入端连接地面端阻抗匹配电路，地面端能量发射线圈的输出端为系统地面端设备(102)的输出端；高频逆变电路接收来自系统控制模块(107)的控制信号，并对电动汽车无线充电系统工作状态进行调节。3.按照权利要求1所述的负载自适应电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述的系统车载端设备(103)包括车载端功率变换电路、车载端阻抗匹配电路和车载端能量接收线圈；其中，车载端能量接收线圈的输入端为系统车载端设备(103)的输入端，车载端能量接收线圈的输出端连接车载端阻抗匹配电路；车载端阻抗匹配电路的输入端连接车载端能量接收线圈，车载端阻抗匹配电路的输出端连接车载端功率变换电路；车载端功率变换电路的输入端连接车载端阻抗匹配电路，车载端功率变换电路的输出端为系统车载端设备(103)的输出端；车载端功率变换电路接收来自系统控制模块(107)的控制信号，并对电动汽车无线充电系统工作状态进行调节。4.按照权利要求1所述的负载自适应电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述的负载检测估计模块(105)实时检测动力电池负载(104)的充电电压、充电电流等参数，并对检测结果进行存储。5.按照权利要求1所述的负载自适应电动汽车无线充电系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭彦杰，王丽芳，张玉旺，李芳，陶成轩，张俊智，李树凡，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11