CN104201730A

CN104201730A - 一种电动汽车的无线充电电路

Info

Publication number: CN104201730A
Application number: CN201410395369.7A
Authority: CN
Inventors: 康龙云; 黄志臻; 陶思念
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-08-12
Filing date: 2014-08-12
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明公开了一种电动汽车的无线充电电路，包括电动汽车的车载电路与地下电路；其中地下电路包括高频交流电源的产生电路、第一电容的下极板、第二电容的下极板和初次侧第一谐振电路；第一电容的下极板、高频交流电源的产生电路和第二电容的下极板依次连接；电动汽车的车载电路包括第一电容的上极板、第二电容的上极板、第三电容、第二全桥式二极管整流电路、LC滤波电路、车载蓄电池和二次侧第一谐振电路；二次侧第一谐振电路并联在车载蓄电池两端利用电容的通高频特性，利用电动汽车的车载电路与地下电路形成一个充电回路，对车载蓄电池进行充电。该发明电路和结构设计巧妙，能取代部分场合的无线充电设备，一定程度上提高了无线充电的效率。

Description

一种电动汽车的无线充电电路

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种电动汽车的无线充电电路。

背景技术

电动汽车(EV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟，其中急需解决的问题之一是电动汽车的充电问题，目前电动汽车的充电桩也主要以有线形式进行充电，为了使电动汽车充电更加方便，不仅实现无线充电，甚至通过合理的布置，可以实现运动式充电，即充电时不一定要停止行驶。

因此，本发明通过巧妙的电容结构和电路设计，使电动汽车实现无线充电。

所谓电容，就是容纳和释放电荷的元件。电容主要应用在以下几种重要的场合中。电源电路：旁路、去耦、滤波和储能的作用；信号处理电路：耦合和震荡的作用。

电容在交流电路中的容抗与频率的大小成反比，即频率越小，容抗越大；反之，频率越高，电容本身对电流的阻碍作用也就越小。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种电动汽车的无线充电电路，对车载蓄电池或车载电容电池进行充电。

本发明通过如下技术方案实现。

一种电动汽车的无线充电电路，其包括：电动汽车的车载电路与地下电路；其中地下电路包括高频交流电源的产生电路、第一电容的下极板、第二电容的下极板和初次侧第一谐振电路；第一电容的下极板、高频交流电源的产生电路和第二电容的下极板依次连接；电动汽车的车载电路包括第一电容的上极板、第二电容的上极板、第三电容、第二全桥式二极管整流电路、LC滤波电路、车载蓄电池和二次侧第一谐振电路；第一电容的上极板、第二全桥式二极管整流电路、第二电容的上极板依次连接；初次侧第一谐振电路和二次侧第一谐振电路耦合连接；第三电容、LC滤波电路以及车载蓄电池顺次连接，第三电容的两端并联在第二全桥式二极管整流电路两端，二次侧第一谐振电路并联在车载蓄电池两端。

进一步优化的，全桥可控高频逆变电路的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的门控极，均接有一路PWM波形，这四路PWM的波形两两相同，第一IGBT和第四IGBT门控极所接入的PWM波形相同，第二IGBT和第三IGBT门控极所接入的PWM波形相同；第一IGBT的集电极、第三IGBT的集电极和第四电容的正端连接；第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极连接；第三IGBT的集电极、第四IGBT的集电极连接；第二IGBT的发射极、第四IGBT的发射极、第四电容的负端连接；从第二IGBT的集电极和第四IGBT的集电极各引出一根线作为的高频交流电源产生电路两端；其中一端接第一电容的下极板，另一端接第二电容的下极板。

进一步优化的，初次侧第一谐振电路包括并联连接的第一耦合电感的初次侧和第五电容；二次侧第一谐振电路包括第一耦合电感的二次侧，第五电容两端的电压为端子CD间电压。

进一步优化的，第二全桥式二极管整流电路的输出经LC滤波电路后，连接至车载蓄电池的两端，二次侧第一谐振电路并接在车载蓄电池上，用于车载蓄电池电压的实时反馈，实现闭环控制。

进一步优化的，高频交流电源的产生电路包括第一全桥式二极管整流电路、第四电容、全桥可控高频逆变电路、PWM控制电路及四路PWM驱动电路；市电经过第一全桥式二极管整流电路后，再经第四电容的两端得到直流电，第四电容两端的电压为端子AB间的电压；该直流电经过由四个IGBT开关管即第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT组成的全桥可控高频逆变电路，得到高频的交流电源；其中全桥可控高频逆变电路中的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的门控级，均分别接入到四路PWM驱动电路的输出端。

进一步优选的，PWM控制电路采用TMS320F2812芯片，四路PWM驱动电路采用分立元件来组成，TMS320F2812芯片输出的PWM波形串接四路PWM驱动电路，该四路PWM驱动电路的输出分别连接第一IGBT至第四IGBT的门控级。

进一步优选的，所述的无线充电电路还包括AD转换模块电路，AD转换模块电路是由运算放大器组成的两个求和电路，将端子AB间电压和端子CD间电压转换到0~3.3V，供PWM控制电路采样。PWM控制电路对经AD转换模块电路转换后的端子AB间电压和端子CD间电压进行比例换算后，得到的数值来产生四路不同占空比的PWM波形。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明结构巧妙，用电容隔直通交、通高频和阻低频的特性，巧妙地将车载蓄电池的充电系统分割为两个部分，通过两个电容极板之间的电场，实现能量的传输。本发明基于电容通高频原理，利用功率器件产生一个变频电路，利用闭环控制，使得车载蓄电池或车载电容电池能够稳定高效快速地充电。提高了充电的安全性，便于维护等诸多优点，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是高频交流电源产生电路的原理图。

图2是全桥式二极管整流电路及 LC滤波电路的原理图。

图3是无线充电的系统连接图。

图4是无线充电的系统的仿真充电波形。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的具体实施方式作详细说明，但本发明的实施和保护不限于此，以下若有未特别详细说明的过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。

如图1，作为实例，高频交流电源的产生电路包括第一全桥式二极管整流电路、第四电容、全桥可控高频逆变电路、PWM控制电路及四路PWM驱动电路；市电经过第一全桥式二极管整流电路后，在第四电容C4的两端得到直流电，第四电容两端的电压为端子AB间的电压；该电压经过由四个IGBT开关管第一IGBTVT1、第二IGBTVT2、第三IGBTVT3和第四IGBTVT4组成的全桥可控高频逆变电路，得到高频的交流电源Us；其中全桥可控高频逆变电路中的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的门控级，均分别接入到四路PWM驱动电路的输出端。

PWM控制电路采用DSP芯片及外围电路构成，四路PWM驱动电路采用分立元件来组成，DSP芯片输出的PWM波形串接四路PWM驱动电路，该四路PWM驱动电路的输出（PWM1、PWM2、PWM3和PWM4）分别连接第一IGBT至第四IGBT的门控级。

全桥可控高频逆变电路的第一IGBT的集电极、第三IGBT的集电极和第四电容的正端连接；第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极连接；第三IGBT的集电极、第四IGBT的集电极连接；第二IGBT的发射极、第四IGBT的发射极、第四电容的负端连接；从第二IGBT的集电极和第四IGBT的集电极各引出一根线作为的高频交流电源产生电路两端；其中一端接第一电容的下极板N，另一端接第二电容的下极板Q。

初次侧第一谐振电路由第一耦合电感的初次侧L1p和第五电容C5并联组成；第五电容两端的电压为端子CD间电压。AD转换模块电路是由运算放大器组成的两个求和电路，将端子AB间电压和端子CD间电压转换到0—3.3V，供DSP控制电路的采样。DSP控制电路对经AD转换模块电路转换后的端子AB间电压和端子CD间电压进行比例换算后，得到的数值来产生四路不同占空比的PWM波形。

如图2，作为实例，第一电容的上极板M、第二电容的上极板P，一个全桥式二极管整流电路VD1至VD4依次连接；初次侧第一谐振电路和二次侧第一谐振电路耦合连接；第三电容C3，LC滤波电路以及车载蓄电池顺次连接，第三电容的两端并联在第二全桥式二极管整流电路两端。第二全桥式二极管整流电路的输出经LC滤波电路后，连接至车载蓄电池的两端。二次侧第一谐振电路由第一耦合电感的二次侧和车载电池并联组成。二次侧第一谐振电路并接在车载蓄电池上，用于车载蓄电池电压的实时反馈，实现闭环控制。

图3是无线充电的系统连接图。高频交流电源经过第一电容和第二电容对电动汽车充电电路进行充电，设计的精妙之处在于第一电容C1和第二电容C2貌合神离，第一电容的上极板M和第二电容的上极板P属于电动汽车的车载电路，第一电容的下极板N和第二电容的下极板Q属于地下电路；第一耦合电感的初次侧L1p、第五电容C5和第一耦合电感的二次侧L1s三者对电动汽车车载蓄电池的电压实时检测，由此实现电动汽车的无线充电的设计。图3中的第一耦合电感的初次侧和第一耦合电感的二次侧耦合连接，实现车载蓄电池电压反馈。

图4是无线充电的系统的仿真充电波形。将电动汽车的车载蓄电池或电容电池等效为一个1000F的电容，对电容进行充电。由仿真波形得出，系统充电的动态响应较快，基本能够达到蓄电池的充电要求，能够快速地对蓄电池进行充电。

Claims

1.一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于包括：电动汽车的车载电路与地下电路；其中地下电路包括高频交流电源（Us）的产生电路、第一电容（C1）的下极板（N）、第二电容（C2）的下极板（Q）和初次侧第一谐振电路；第一电容的下极板、高频交流电源的产生电路和第二电容的下极板依次连接；电动汽车的车载电路包括第一电容的上极板（M）、第二电容的上极板（P）、第三电容（C3）、第二全桥式二极管整流电路、LC滤波电路、车载蓄电池和二次侧第一谐振电路；第一电容的上极板、第二全桥式二极管整流电路、第二电容的上极板依次连接；初次侧第一谐振电路和二次侧第一谐振电路耦合连接；第三电容、LC滤波电路以及车载蓄电池顺次连接，第三电容的两端并联在第二全桥式二极管整流电路两端，二次侧第一谐振电路并联在车载蓄电池两端。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于，全桥可控高频逆变电路的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的门控极，均接有一路PWM波形，这四路PWM的波形两两相同，第一IGBT和第四IGBT门控极所接入的PWM波形相同，第二IGBT和第三IGBT门控极所接入的PWM波形相同；第一IGBT的集电极、第三IGBT的集电极和第四电容的正端连接；第一IGBT的发射极、第二IGBT的集电极连接；第三IGBT的集电极、第四IGBT的集电极连接；第二IGBT的发射极、第四IGBT的发射极、第四电容的负端连接；从第二IGBT的集电极和第四IGBT的集电极各引出一根线作为的高频交流电源产生电路两端；其中一端接第一电容的下极板，另一端接第二电容的下极板。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于，初次侧第一谐振电路包括并联连接的第一耦合电感的初次侧（L1p）和第五电容（C5）；二次侧第一谐振电路包括第一耦合电感的二次侧（L1s），第五电容两端的电压为端子CD间电压。

4.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车充电电路，其特征在于，第二全桥式二极管整流电路的输出经LC滤波电路后，连接至车载蓄电池的两端，二次侧第一谐振电路并接在车载蓄电池上，用于车载蓄电池电压的实时反馈，实现闭环控制。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于，高频交流电源的产生电路包括第一全桥式二极管整流电路、第四电容（C4）、全桥可控高频逆变电路、PWM控制电路及四路PWM驱动电路；市电经过第一全桥式二极管整流电路后，再经第四电容的两端得到直流电，第四电容两端的电压为端子AB间的电压；该直流电经过由四个IGBT开关管即第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT组成的全桥可控高频逆变电路，得到高频的交流电源（Us）；其中全桥可控高频逆变电路中的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT的门控级，均分别接入到四路PWM驱动电路的输出端。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于，PWM控制电路采用TMS320F2812芯片，四路PWM驱动电路采用分立元件来组成，TMS320F2812芯片输出的PWM波形串接四路PWM驱动电路，该四路PWM驱动电路的输出分别连接第一IGBT至第四IGBT的门控级。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于，还包括AD转换模块电路，AD转换模块电路是由运算放大器组成的两个求和电路，将端子AB间电压和端子CD间电压转换到0~3.3V，供PWM控制电路采样。

8.根据权利要求7所述的一种电动汽车的无线充电电路，其特征在于，PWM控制电路对经AD转换模块电路转换后的端子AB间电压和端子CD间电压进行比例换算后，得到的数值来产生四路不同占空比的PWM波形。