一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开的一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法，通过导线连接的无线充电拓扑电路单元和控制电路单元；无线充电拓扑电路单元包括变压器原边电路和松耦合变压器补偿网络电路，变压器原边电路通过松耦合变压器补偿网络电路连接有变压器副边电路；控制电路单元包括变压器原边控制电路和变压器副边控制电路；变压器原边控制电路通过导线与变压器原边电路连接；变压器副边控制电路通过导线与变压器副边电路连接。本发明专利技术公开的一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法，能够保证最大传输效率的同时兼顾电池的安全高效的充电。

A Two-stage Wireless Charging Control System and Control Method for Electric Vehicles

The invention discloses a two-stage control system and control method for electric vehicle wireless charging, which is connected by wires to a wireless charging topology circuit unit and a control circuit unit; the wireless charging topology circuit unit includes a transformer primary circuit and a loosely coupled transformer compensation network circuit, and the transformer primary circuit is connected to a transformer secondary side through a loosely coupled transformer compensation network circuit. The control circuit unit includes the primary control circuit of transformer and the secondary control circuit of transformer; the primary control circuit of transformer is connected with the primary circuit of transformer through wires; and the secondary control circuit of transformer is connected with the secondary circuit of transformer through wires. The invention discloses a two-stage control system and control method for wireless charging of electric vehicles, which can ensure maximum transmission efficiency while taking into account the safe and efficient charging of batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法
本专利技术属于无线充电
，涉及一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法。
技术介绍
电能传输在人类的生产和生活中起着重要作用，如何更加安全、便捷、高效地传输电能是现代电力科学领域的重要研究方向。在过去十年里，随着电动汽车迅速发展起来，电动汽车的充电技术也随着成熟；现有传统的电动汽车充电采用接触式充电，但该方式存在诸多缺点，如充电桩占用停车场面积经济性差、存在倒车撞毁充电桩的风险、由于插头暴露存在安全隐患及充电完成后用户忘记拔出充电枪而直接拽断充电线等问题。为了解决插拔式充电存在的弊端，采用无线充电技术进行充电；其无线充电技术具有一次侧与二次侧物理隔离、无需插拔充电枪、不受恶劣的环境影响、安全方便可靠等优点。影响无线电能传输系统性能有：传输距离、传输功率和效率、互感、频率、负载等参数；而影响无线电能传输功率与效率的主要因素有：传输线圈结构、谐振网络及系统特性、电力电子变换器及其控制方法、线圈偏移以及电磁兼容等。相比而言，无线电能传输技术具有以下优势：全绝缘，全密封，可避免髙压触电、短路以及漏电危险；无积尘和接触损耗、无机械磨损以及相应的维护问题，可适应于多种恶劣天气；有利于接口标准化，便于实现无人自动充电和移动式充电；减轻车体重量，提高能量的有效利用率。无线电能传输的技术主要可从以下三点进行分类：电磁感应式、电磁共振式、微波式；无线充电目前研究的热点有松耦合变压器优化设计、电路拓扑及参数优化设计、控制策略、电磁兼容及线圈空间偏移等。目前，无线充电的电路拓扑常用的有串-串补偿(S-S)、串-并补偿(S-P)、并-串补偿(P-S)、并-并补偿(P-P)，以及在此基础上的提出的复合补偿S-SP、LCL-S等。S-S、S-P、P-S、P-P、S-LCC、LCL-S六种补偿电路在相应的谐振补偿条件下可实现在等效负载不固定时实现恒流/恒压输出。S-S、S-LCC、LCL-S补偿恒压输出只与谐振网络输入基波分量、松耦合变压器原副边线圈匝比有关，不同等效负载下的增益交点处原边等效阻抗相角为零，且具有增益交点值恒定不受松耦合变压器耦合系数影响的优点。无线电能传输的技术在电动汽车充电中的应用，考虑到电动汽车的车辆底盘高度、传输效率、功率、频率等问题，电磁感应式无线充电更适合电动汽车。电动汽车无线充电目前采用的控制策略有以下四种：(1)频率控制，通过控制改变电路变换器工作频率，使得电路在两种不同频率下实现恒流恒压输出；(2)补偿拓扑切换，提出无线充电电路变换器工作频率固定，通过切换恒流拓扑与恒压拓扑，达到电路恒流恒压输出，实现蓄电池恒流恒压充电；(3)相位控制，通过调节原边逆变器开关管的导通角实现最大功率与效率的传输。由于现有通常采用的三种单一控制策略不能同时兼顾装置高传输功效和高效充电安全，因此有必要设计一种前后两级解耦控制策略；而含有磁心的电磁耦合机构气隙间距变化、电磁干扰导致磁路改变，会导致原边谐振补偿网络的谐振状态变得极其脆弱，谐振状态的打破会在原边产生巨大的无功损耗，增加逆变器输出交流源的容量，大大降低装置的传输功率和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电动汽车无线充电两级控制系统，能够实现大功率输出电压，且安全高效。本专利技术的另一专利技术目的提供一种电动汽车无线充电两级控制方法，能够保证电能最大传输效率，同时兼顾安全高效充电。本专利技术所采用的一个技术方案是：一种电动汽车无线充电两级控制系统，包括通过导线连接的无线充电拓扑电路单元和控制电路单元；无线充电拓扑电路单元包括变压器原边电路和松耦合变压器补偿网络电路，变压器原边电路通过松耦合变压器补偿网络电路连接有变压器副边电路；控制电路单元包括变压器原边控制电路和变压器副边控制电路；变压器原边控制电路通过导线与变压器原边电路连接；变压器副边控制电路通过导线与变压器副边电路连接。本专利技术的特点在于：松耦合变压器补偿网络电路包括原边补偿电容C1和副边补偿电容C2；原边补偿电容C1通过导线连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接松耦合变压器原边电感L1；副边补偿电容C2一端通过导线连接有松耦合变压器副边电感L2的一端，副边补偿电容C2的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接副边补偿电容C3一端，副边补偿电容C3连接松耦合变压器副边电感L2的另一端；松耦合变压器原边电感L1通过磁耦合与松耦合变压器副边电感L2连接。变压器原边电路包括与电源连接的原边整流模块，原边整流模块通过导线连接有滤波电容Cf1，滤波电容Cf1通过导线依次连接有Buck逆变器母线调压电路和逆变模块，逆变模块与松耦合变压器补偿网络电路的输入端连接。原边整流模块包括二极管D1，二极管D1的输入端连接电源的一端，二极管D1的输出端连接二极管D3的输出端，二极管D3的输入端连接二极管D4的输出端，二极管D4的输入端连接二极管D2的输入端，二极管D2的输出端与二极管D1的输入端连接，电源的另一端分别连接二极管D3的输入端和二极管D4的输出端；Buck逆变器母线调压电路包括开关管S5，开关管S5的集电极与滤波电容Cf1的一端连接，开关管S5的发射极连接有续流二极管D9的输出端和储能电感Lin的一端，储能电感Lin的另一端连接滤波电容Cf2，滤波电容Cf2连接续流二极管D9的输入端，续流二极管D9的输入端与滤波电容Cf1的另一端连接；逆变模块包括开关管S1，开关管S1的漏级分别连接储能电感Lin、滤波电容Cf2和开关管S3的漏级，开关管S1的源级连接开关管S2的漏级，开关管S2的源级分别与滤波电容Cf2、开关管S4的源级连接，开关管S4的漏级与开关管S3的源级连接；松耦合变压器原边电感L1与开关管S3的漏级和开关管S4的源级连接；原边补偿电容C1分别与开关管S1的漏级和开关管S2的源级连接。变压器原边控制电路包括电流检测模块，电流检测模块通过导线依次连接第一正负函数转换器和中央处理单元，中央处理单元连接有第二正负函数转换器和PWM脉冲发生器，PWM脉冲发生器通过导线连接有驱动电路，第二正负函数转换器连接有电压检测模块，电压检测模块与逆变模块连接；驱动电路与逆变模块连接，电流检测模块通过导线与松耦合变压器补偿网络电路的输入端连接。驱动电路与逆变模块连接；电流检测模块通过导线与松耦合变压器原边电感L1连接；电流检测模块与开关管S3的源级和开关管S4的漏级连接；电压检测模块通过导线分别与逆变模块中的开关管S1源级、开关管S2漏级、开关管S3漏级、开关管S4源级的栅极连接；中央处理单元包括电压方波上升沿检测模块(12-1)，异或门处理电路(12-2)和中央处理器(12-3)，中央处理器(12-3)与PWM脉冲发生器连接，电压方波上升沿检测模块(12-1)与第一正负函数转换器连接。变压器副边电路包括副边整流模块，副边整理模块通过导线连接有滤波电感Lf和滤波电容Cf3，滤波电感Lf通过导线依次连接有Boost变换器和电池模块，Boost变换器通过导线与滤波电容Cf3连接，副边整流模块与松耦合变压器补偿网络电路的输出端连接。副边整流模块包括二极管D5，二极管D5的输出端连接二极管D7的输出端，二极管D7的输入端连接二极管D8的输出端，二极管D8的输入端连接二极管D6的输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车无线充电两级控制系统，其特征在于，包括通过导线连接的无线充电拓扑电路单元和控制电路单元；所述无线充电拓扑电路单元包括变压器原边电路和松耦合变压器补偿网络电路(4)，所述变压器原边电路通过所述松耦合变压器补偿网络电路(4)连接有变压器副边电路；所述控制电路单元包括变压器原边控制电路和变压器副边控制电路；所述变压器原边控制电路通过导线与所述变压器原边电路连接；所述变压器副边控制电路通过导线与所述变压器副边电路连接。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车无线充电两级控制系统，其特征在于，包括通过导线连接的无线充电拓扑电路单元和控制电路单元；所述无线充电拓扑电路单元包括变压器原边电路和松耦合变压器补偿网络电路(4)，所述变压器原边电路通过所述松耦合变压器补偿网络电路(4)连接有变压器副边电路；所述控制电路单元包括变压器原边控制电路和变压器副边控制电路；所述变压器原边控制电路通过导线与所述变压器原边电路连接；所述变压器副边控制电路通过导线与所述变压器副边电路连接。2.如权利要求1所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统，其特征在于，所述松耦合变压器补偿网络电路(4)包括原边补偿电容C1和副边补偿电容C2；所述原边补偿电容C1通过导线连接电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接松耦合变压器原边电感L1；所述副边补偿电容C2一端通过导线连接有松耦合变压器副边电感L2的一端，所述副边补偿电容C2的另一端连接电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接副边补偿电容C3一端，所述副边补偿电容C3连接所述松耦合变压器副边电感L2的另一端；所述松耦合变压器原边电感L1通过磁耦合与松耦合变压器副边电感L2连接。3.如权利要求2所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统，其特征在于，所述变压器原边电路包括与电源连接的原边整流模块(1)，所述原边整流模块(1)通过导线连接有滤波电容Cf1，所述滤波电容Cf1通过导线依次连接有Buck逆变器母线调压电路(2)和逆变模块(3)，所述逆变模块(3)与所述松耦合变压器补偿网络电路(4)的输入端连接。4.如权利要求3所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法，其特征在于，所述原边整流模块(1)包括二极管D1，所述二极管D1的输入端连接所述电源的一端，所述二极管D1的输出端连接二极管D3的输出端，所述二极管D3的输入端连接二极管D4的输出端，所述二极管D4的输入端连接二极管D2的输入端，二所述极管D2的输出端与二极管D1的输入端连接，所述电源的另一端分别连接所述二极管D3的输入端和所述二极管D4的输出端；所述Buck逆变器母线调压电路(2)包括开关管S5，所述开关管S5的集电极与所述滤波电容Cf1的一端连接，所述开关管S5的发射极连接有续流二极管D9的输出端和储能电感Lin的一端，所述储能电感Lin的另一端连接滤波电容Cf2，所述滤波电容Cf2连接续流二极管D9的输入端，所述续流二极管D9的输入端与所述滤波电容Cf1的另一端连接；所述逆变模块(3)包括开关管S1，所述开关管S1的漏级分别连接储能电感Lin、滤波电容Cf2和开关管S3的漏级，所述开关管S1的源级连接开关管S2的漏级，所述开关管S2的源级分别与滤波电容Cf2、开关管S4的源级连接，所述开关管S4的漏级与开关管S3的源级连接；所述松耦合变压器原边电感L1与所述开关管S3的漏级和所述开关管S4的源级连接；所述原边补偿电容C1分别与所述开关管S1的漏级和所述开关管S2的源级连接。5.如权利要求4所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法，其特征在于，所述变压器原边控制电路包括电流检测模块(8)，所述电流检测模块(8)通过导线依次连接第一正负函数转换器(9)和中央处理单元(12)，所述中央处理单元(12)连接有第二正负函数转换器(11)和PWM脉冲发生器(13)，所述PWM脉冲发生器(13)通过导线连接有驱动电路(14)，所述第二正负函数转换器(11)连接有电压检测模块(10)，所述电压检测模块(10)与所述逆变模块(3)连接；所述驱动电路(14)与所述逆变模块(3)连接，所述电流检测模块(8)通过导线与所述松耦合变压器补偿网络电路(4)的输入端连接。6.如权利要求5所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法，其特征在于，所述驱动电路(14)与所述逆变模块(3)连接；电流检测模块(8)通过导线与松耦合变压器原边电感L1连接；电流检测模块(8)与开关管S3的源级和开关管S4的漏级连接；电压检测模块(10)通过导线分别与逆变模块(3)中的开关管S1源级、开关管S2漏级、开关管S3漏级、开关管S4源级的栅极连接；所述中央处理单元(12)包括电压方波上升沿检测模块(12-1)，异或门处理电路(12-2)和中央处理器(12-3)，中央处理器(12-3)与PWM脉冲发生器(13)连接，电压方波上升沿检测模块(12-1)与第一正负函数转换器(9)连接。7.如权利要求3所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统及控制方法，其特征在于，所述变压器副边电路包括副边整流模块(5)，所述副边整理模块(5)通过导线连接有滤波电感Lf和滤波电容Cf3，所述滤波电感Lf通过导线依次连接有Boost变换器(6)和电池模块(7)，所述Boost变换器(6)通过导线与滤波电容Cf3连接，所述副边整流模块(5)与所述松耦合变压器补偿网络电路(4)的输出端连接。8.如权利要求7所述的一种电动汽车无线充电两级控制系统，其特征在于，所述副边整流模块(5)包括二极管D5，所述二极管D5的输出端连接二极管D7的输出端，所述二极管D7的输入端连接二极管D8的输出端，所述二极管D8的输入端连接二极管D6的输入端，所述二极管D6的输入端连接所述二极管D5的输入端；所述Boost变换器(6...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，王阳光，陈敬，王凯，唐丛辉，王玉源，赵丹，王小山，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61