本发明专利技术公开了一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置，包括滤波稳压电容，第一功率开关，第二功率开关，第三功率开关，第四功率开关，第一补偿电容，第一电流采样电阻，第一耦合线圈，第二耦合线圈，第二补偿电容，第五功率开关，第六功率开关，第七功率开关，第八功率开关，第二电流采样电阻，负载电阻，感应电压检测线圈，信号采集调理电路，数模转换器，微处理器，电力变换器驱动电路；本发明专利技术实现了无线电能双向传输，保证了耦合线圈感应电压的准确测量，达到系统谐振要求，并且电源侧和负载侧端口均为幅值可按要求变化的直流电压，同时降低了功率开关损耗以及器件工作频率，提高传输效率和功率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置
本专利技术属于无线电能传输
，尤其涉及一种电磁感应式无线电能传输装置，具体地说是一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置。
技术介绍
电动汽车与智能电网之间的双向互动(V2G)是智能电网的重要组成部分，通过V2G技术可实现电网对电动汽车的充电，而具有分布式储能特征的电动汽车车载电池也可以通过V2G技术为电网提供调峰、无功补偿等服务。相比较传统有线充电方式，无线充电方式具有安全便捷的特点，是电动汽车充电技术的发展趋势。依据电能传输方式的不同，目前无线充电主要分为辐射式、电磁感应式和磁耦合谐振式三类，其中电磁感应式无线充电方式因具有较高的传输效率和较大的传输功率而受关注。为提高系统传输功率和传输效率，电磁感应式无线充电系统在系统参数设计时通常满足系统谐振的要求。传统的调整谐振状态方法主要有调节系统电容值、电感值和调节电源频率三种，在调整谐振状态过程中需要准确检测电能接收回路的感应电压，但是当电能接收回路有电流通过时，线圈自身的阻抗和感抗会影响感应电压的准确测量。另外由于耦合线圈接收到的是高频交流电，传统实现直流输出的控制方式是二极管整流电路和直流斩波电路相结合，虽然控制方便，但是整体结构复杂，装置体积和系统成本较大，谐波污染大，动态响应慢。针对以上问题，本专利技术提出一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置，电源侧端口和负载侧端口均为电压幅值可按要求变化的直流电压，这样一来既能够适用于不同的电源电压，也能够适用于不同的负载。为准确检测电能接收回路感应电压，电源侧电路和负载侧电路采用双感应电压检测线圈。同时，当由电源向负载供电时，电源侧电路的电力变换器工作在逆变模式，负载侧电路的电力变换器工作在PWM整流模式，当由负载蓄能单元向电源侧电路反馈电能时，电源侧电路的电力变换器工作在PWM整流模式，负载侧电路的电力变换器工作在逆变模式，从而实现能量双向传输。在PWM整流模式下，电源侧电路和负载侧电路的电力变换器都采用单脉冲调制方式，有效降低了开关损耗，提高传输效率。目前这样的基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置未见有专利和其它文献报道。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置，该装置的电源侧电路和负载侧电路的电路结构完全对称。当由电源向负载供电时，电源侧电路的电力变换器为逆变工作模式，负载侧电路的电力变换器为PWM整流工作模式。当由负载蓄能单元向电源侧电路反馈电能时，电源侧电路的电力变换器为PWM整流工作模式，负载侧电路的电力变换器为逆变工作模式。在PWM整流工作模式下，电源侧电路和负载侧电路的电力变换器都采用单脉冲调制方式，装置的电源侧电路和负载侧电路都工作在谐振状态，电源端口和负载端口的电压都为直流电压。本专利技术的技术方案如下：一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置，电源侧电路包括第一滤波稳压电容，第一功率开关，第二功率开关，第三功率开关，第四功率开关，第一补偿电容，第一电流采样电阻，第一耦合线圈，第一感应电压检测线圈，第二感应电压检测线圈，第一信号采集调理电路，第一数模转换器，第一微处理器，电源侧电路电力变换器驱动电路，负载侧电路包括第二滤波稳压电容，第五功率开关，第六功率开关，第七功率开关，第八功率开关，第二耦合线圈，第二补偿电容，第二电流采样电阻，负载电阻，第三感应电压检测线圈，第四感应电压检测线圈，第二信号采集调理电路，第二数模转换器，第二微处理器，负载侧电路电力变换器驱动电路；第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关和第四功率开关构成电源侧电路电力变换器，电源侧电路电力变换器的两个直流端接第一滤波稳压电容两端，交流端分别与第一补偿电容的一端和第一电流采样电阻的一端连接，第一补偿电容的另一端与第一耦合线圈的一端连接，第一耦合线圈的另一端与第一电流采样电阻的另一端连接，第五功率开关、第六功率开关、第七功率开关和第八功率开关构成负载侧电路电力变换器，负载侧电路电力变换器的两个交流端分别与第二补偿电容的一端和第二电流采样电阻的一端连接，第二补偿电容的另一端与第二耦合线圈的一端连接，第二耦合线圈的另一端与第二电流采样电阻的另一端连接，第二滤波稳压电容和负载电阻并联后接负载侧电路电力变换器的两个直流端，第一耦合线圈和第二耦合线圈平行同轴放置并相隔一定的距离，第一感应电压检测线圈、第二感应电压检测线圈和第一耦合线圈同轴同平面，第一感应电压检测线圈的非同名端和第二感应电压检测线圈的非同名端连接，第一感应电压检测线圈的同名端与第二感应电压检测线圈的同名端连接至第一信号采集调理电路的第一个输入端，第一电流采样电阻的两端连接至第一信号采集调理电路的第二个输入端，电源侧电路电力变换器的两个交流端口连接至第二信号采集调理电路的第三个输入端，第一滤波稳压电容的两端连接至第一信号采集调理电路的第四个输入端，第一信号采集调理电路输出端经第一数模转换器输入至第一微处理器，第一微处理器计算后产生频率可调的方波控制信号，通过电源侧电路电力变换器驱动电路驱动电源侧电路电力变换器功率开关，第三感应电压检测线圈、第四感应电压检测线圈与第二耦合线圈同轴同平面，第三感应电压检测线圈的非同名端和第四感应电压检测线圈的非同名端连接，第三感应电压检测线圈的同名端与第四感应电压检测线圈的同名端连接至第二信号采集调理电路的第一个输入端，第二电流采样电阻的两端连接至第二信号采集调理电路的第二个输入端，负载侧电路电力变换器的交流端连接至第二信号采集调理电路的第三个输入端，第二滤波稳压电容两端连接至第二信号采集调理电路的第四个输入端，第二信号采集调理电路的输出端经第二数模转换器输入至第二微处理器，第二微处理器计算处理后产生低频脉宽调制信号，经过负载侧电路电力变换器驱动电路驱动负载侧电路电力变换器的功率开关。由于电源侧电路和负载侧电路是对称设计的，下面以负载侧电路的电力变换器为PWM整流器模式进行分析。式中us(t)为第二耦合线圈的感应电压，L2为第二耦合线圈的自感值，is(t)为流经第二耦合线圈的电流，Cs为第二补偿电容容抗，Rs为第二电流采样电阻，R2为第二耦合线圈内阻和回路内阻之和，uab(t)为全桥PWM整流器交流侧端口电压，us(t)为正弦波电压，uab(t)为周期性非正弦波电压。采用双闭环控制方式来实现谐振状态，第二耦合线圈目标电流和负载侧电路电力变换器交流指令电压分别为：其中kvp和kvi分别为PI控制器的比例系数和积分系数，为指令电压信号，Udc为直流输出电压值，kip为P控制器比例系数。由公式(2)可得，由和Udc的差值经PI控制器后乘以us(t)得到，的相位与us(t)的相位相同，由公式(3)可知由和is(t)的差值经P控制器后加上前馈控制量uab(t)得到，其中的is(t)用代替。公式(2)和公式(3)需要us(t)的幅值相位信息，本专利技术采用双感应电压检测线圈，原理如下：第三感应电压检测线圈和第四感应电压检测线圈非同名端相连接并工作在开路状态，可得以下关系式：其中u3(t)和u4(t)分别为第三感应电压检测线圈和第四感应电压检测线圈的感应电压，Mp3和Ms3分别为第三感应电压检测线圈与第一耦合线圈本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置，包括第一滤波稳压电容(1)，第一功率开关(2)，第二功率开关(3)，第三功率开关(4)，第四功率开关(5)，第一补偿电容(6)，第一电流采样电阻(7)，第一耦合线圈(8)，第二耦合线圈(9)，第二补偿电容(10)，第二电流采样电阻(11)，第五功率开关(12)，第六功率开关(13)，第七功率开关(14)，第八功率开关(15)，第二滤波稳压电容(16)，负载电阻(17)，第一感应电压检测线圈(18)，第二感应电压检测线圈(19)，第一信号采集调理电路(20)，第一数模转换器(21)，第一微处理器(22)，电源侧电路电力变换器驱动电路(23)，第三感应电压检测线圈(24)，第四感应电压检测线圈(25)，第二信号采集调理电路(26)，第二数模转换器(27)，第二微处理器(28)，负载侧电路电力变换器驱动电路(29)；当由电源向负载供电时，电源输入端口为直流电压源，第一滤波稳压电容(1)两端与直流源并联，第一功率开关(2)、第二功率开关(3)、第三功率开关(4)和第四功率开关(5)构成的电源侧电路电力变换器为逆变模式，电源侧电路电力变换器的两个直流端接直流源两端，交流端分别与第一补偿电容(6)的一端和第一电流采样电阻(7)的一端连接，第一补偿电容的(6)另一端与第一耦合线圈(8)的一端连接，第一耦合线圈(8)的另一端与第一电流采样电阻(7)的另一端连接，第五功率开关(12)、第六功率开关(13)、第七功率开关(14)和第八功率开关(15)构成的负载侧电路电力变换器为PWM整流模式，负载侧电路电力变换器的两个交流端分别与第二补偿电容(10)的一端和第二电流采样电阻(11)的一端连接，第二补偿电容(10)的另一端与第二耦合线圈(9)的一端连接，第二耦合线圈(9)的另一端与第二电流采样电阻(11)的另一端连接，第二滤波稳压电容(16)和负载电阻(17)并联后接负载侧电路电力变换器的两个直流端，第一耦合线圈(8)和第二耦合线圈(9)平行放置并相隔一定的距离，第一感应电压检测线圈(18)、第二感应电压检测线圈(19)和第一耦合线圈(8)同轴同平面，第一感应电压检测线圈(18)的非同名端和第二感应电压检测线圈(19)的非同名端连接，第一感应电压检测线圈(18)的同名端与第二感应电压检测线圈(19)的同名端连接至第一信号采集调理电路(20)的第一个输入端，第一电流采样电阻(7)的两端连接至第一信号采集调理电路(20)的第二个输入端，电源侧电路电力变换器的两个交流端口连接至第二信号采集调理电路(20)的第三个输入端，第一滤波稳压电容(1)的两端连接至第一信号采集调理电路(20)的第四个输入端，第一信号采集调理电路(20)输出端经第一数模转换器(21)输入至第一微处理器(22)，第一微处理器(22)计算后产生频率可调的方波控制信号，通过电源侧电路电力变换器驱动电路(23)驱动电源侧电路电力变换器功率开关，第三感应电压检测线圈(24)、第四感应电压检测线圈(25)与第二耦合线圈(9)同轴同平面，第三感应电压检测线圈(24)的非同名端和第四感应电压检测线圈的(25)非同名端连接，第三感应电压检测线圈(24)的同名端与第四感应电压检测线圈(25)的同名端连接至第二信号采集调理电路(26)的第一个输入端，第二电流采样电阻(11)的两端连接至第二信号采集调理电路(26)的第二个输入端，负载侧电路电力变换器的交流端连接至第二信号采集调理电路(26)的第三个输入端，第二滤波稳压电容(16)两端连接至第二信号采集调理电路(26)的第四个输入端，第二信号采集调理电路(26)的输出端经第二数模转换器(27)输入至第二微处理器(28)，第二微处理器(28)计算处理后产生低频脉宽调制信号，经过负载侧电路电力变换器驱动电路(29)驱动负载侧电路电力变换器的功率开关。...
【技术特征摘要】
1.一种基于低频PWM整流器的V2G无线电能双向传输装置，包括第一滤波稳压电容(1)，第一功率开关(2)，第二功率开关(3)，第三功率开关(4)，第四功率开关(5)，第一补偿电容(6)，第一电流采样电阻(7)，第一耦合线圈(8)，第二耦合线圈(9)，第二补偿电容(10)，第二电流采样电阻(11)，第五功率开关(12)，第六功率开关(13)，第七功率开关(14)，第八功率开关(15)，第二滤波稳压电容(16)，负载电阻(17)，第一感应电压检测线圈(18)，第二感应电压检测线圈(19)，第一信号采集调理电路(20)，第一数模转换器(21)，第一微处理器(22)，电源侧电路电力变换器驱动电路(23)，第三感应电压检测线圈(24)，第四感应电压检测线圈(25)，第二信号采集调理电路(26)，第二数模转换器(27)，第二微处理器(28)，负载侧电路电力变换器驱动电路(29)；当由电源向负载供电时，电源输入端口为直流电压源，第一滤波稳压电容(1)两端与直流源并联，第一功率开关(2)、第二功率开关(3)、第三功率开关(4)和第四功率开关(5)构成的电源侧电路电力变换器为逆变模式，电源侧电路电力变换器的两个直流端接直流源两端，交流端分别与第一补偿电容(6)的一端和第一电流采样电阻(7)的一端连接，第一补偿电容的(6)另一端与第一耦合线圈(8)的一端连接，第一耦合线圈(8)的另一端与第一电流采样电阻(7)的另一端连接，第五功率开关(12)、第六功率开关(13)、第七功率开关(14)和第八功率开关(15)构成的负载侧电路电力变换器为PWM整流模式，负载侧电路电力变换器的两个交流端分别与第二补偿电容(10)的一端和第二电流采样电阻(11)的一端连接，第二补偿电容(10)的另一端与第二耦合线圈(9)的一端连接，第二耦合线圈(9)的另一端与第二电流采样电阻(11)的另一端连接，第二滤波稳压电容(16)和负载电阻(17)并联后接负载侧电路电力变换器的两个直流端，第一耦合线圈(8)和第二耦合线圈(9)平行放置并相隔一定的距离，第一感应电压检测线圈(18)、第二感应电压检测线圈(19)和第一耦合线圈(8)同轴同平面，第一感应电压检测线圈(18)的非同名端和第二感应电压检测线圈(19)的非同名端连接，第一感应电压检测线圈(18)的同名端与第二感应电压检测线圈(19)的同名端连接至第一信号采集调理电路(20)的第一个输入端，第一电流...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢岳，邵越，王晓坤，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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