CN105790393B - 一种无线充电控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种无线充电控制系统，其包括发射子系统和接收子系统。其中所述发射子系统包括电性连接的电源输入端、有源功率因素校正电路、发射端电流转换模块、发射线圈、发射端控制器以及发射端通信模块；所述接收子系统包括接收线圈、接收端电流转换模块、电池负载、接收端控制器以及接收端通信模块。

Description

一种无线充电控制系统
技术领域
本发明涉及电动汽车用充电技术领域，特别是，一种电动汽车的充电控制系统。
背景技术
随着社会的发展，环境问题日益严重，清洁能源的开发利用，日益受到重视。这其中，电能的应用更是获得了广泛的应用。
众所周知，汽车尾气排放，是环境污染的一个重要来源。因此，为了改善汽车的排放问题，业界也加大了电动汽车的研发和推广。而随着电动汽车的发展，其充电问题越来越凸显，传统有线充电方式使得电动汽车在充电方式上存在很多弊端。
具体来讲，有线充电方式需要建立充电桩，这就需要占用很大的空间；而且，充电桩之间也不容易实现通用。而且充电桩采用的导线插拔方式，存在导线随着插拔次数的增加而会导致线索磨损、充电插头接触不良的问题，一旦遇到下雨天气，这些问题势必影响充电操作的安全。而无线充电方式，则正好能够完全解决有线充电方式的弊端。
无线充电方式的充电桩，其设计为埋藏在地面下，与地面齐平，因此不占用空间，同时通过软件协议可以实现无线充电桩的通用，由于不用导线连接，充电功能仅通过人机界面触发充电功能，因此，不存在充电电缆磨损、阴雨天气漏电等安全问题。
但是无线充电技术存在发射线圈和接收线圈之间的耦合问题，其耦合系数与传统的变压器不一样，变比（发射电压和接收电压二者比值）随着发射线圈和接收线圈的空间位置的相对变化，其值也是变化的，具体可以是从0.5~2之间变化。因而，如果发射电压采用400V发射，则接收电压可能从200V到800V之间变化，这将使接收端控制器很难工作，同时由于电压的变化范围较大，这就使得控制器中使用的元器件选型要选用1200V级别耐压值，如此也就使得系统成本很高。
因此，在如何控制发射电压和接收电压的耦合问题，使得接收电压不因发射线圈和接收线圈空间位置的变化而变化，是目前业界研发的一个重要的无线充电控制技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线充电控制系统，其能够对其发射端发射电压和接收端的接收电压间的耦合系数进行动态自适应调节，从而稳定控制接收电压的工作电压的数值。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无线充电控制系统，其包括发射子系统和接收子系统。其中所述发射子系统包括电性连接的电源输入端、有源功率因素校正电路、发射端电流转换模块、发射线圈、发射端控制器以及发射端通信模块。所述接收子系统包括接收线圈、接收端电流转换模块、电池负载、接收端控制器以及接收端通信模块。其中所述发射子系统的电源输入端连接电源，所述有源功率因素校正电路工作，经所述发射端电流转换模块，所述发射线圈的输出电能，在所述发射端控制器的控制下，输出占空比逐步增大的驱动脉冲，所述接收子系统的接收端控制器检测所述接收线圈的输出电压，并通过接收端通信模块将数据传递给所述发射端通信模块，所述发射子系统的发射端控制器调节有源功率因素校正电路进而调节所述发射端的电流转换模块的输出，从而调节所述发射线圈的输出。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射端电流转换模块包括发射端直流转直流模块（DC-DC），用于将所述有源功率因素校正电路（PFC）的输出电压通过所述发射端控制器实现特定输出电压的调节。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射端电流转换模块包括发射端直流转交流模块（DC-AC），其与所述发射端直流转直流模块连接，用于将直流电压转化为高频交变电压施加于所述发射线圈上。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射子系统还包括发射电路工作电流采样模块，用于为所述发射端控制器提供给所述发射端直流转交流模块的工作电流，提供过流保护。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射子系统还包括继电器，用于当所述发射端控制器判断所述发射端直流转交流模块出现故障时，切断所述有源功率因素校正电路对所述发射端直流转直流模块（DC-DC）的供电。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射子系统还包括人机界面模块，其与所述发射端控制器连接，用于接收外部指令，并传递给所述发射端控制器。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射子系统的通信模块包括发射端CAN通信模块，用于所述人机界面和发射端控制器之间的通信。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述接收子系统包括接收电路工作电流采样模块，用于检测所述接收线圈输出的工作电流，从而为所述接收端控制器提供相应的数值。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述接收端通信模块包括接收端CAN通信模块，其采用高压隔离方案，用于与所述负载电池的电池管理系统进行通信。
进一步的，在不同实施方式中，其中所述发射端通信模块和所述接收端通信模块包括无线通信模块。例如，双模WIFI模块，用于两者间的数据交换。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明涉及的一种无线充电控制系统，其通过调节发射线圈的电压和发射线圈的工作占空比，实现发射电压和接收电压的耦合系数动态自适应调节。
具体为通过调节发射线圈的工作电压实现工作电压在预设数值范围内的变化。通过调节发射线圈工作的占空比实现在某一个具体工作电压下0V至给定电压范围内的调节。
如此，即使发射线圈和接收线圈二者电压的变比随着发射线圈和接收线圈的空间位置变化，比如从0.5~2之间变化，接收电压依然可以通过本发明涉及的技术恒定控制工作电压，比如400V。
附图说明
图1为本发明涉及的一个实施方式提供的一种无线充电控制系统的发射子系统的逻辑结构框图；
图2为本发明涉及的一个实施方式提供的一种无线充电控制系统的接收子系统的逻辑结构框图；
图3为本发明涉及的所述无线充电控制系统的发射和接收子系统间的闭环控制逻辑结构图。
图1、2中的附图标记说明如下。
具体实施方式
以下将结合说明书附图对本发明涉及的一种无线充电控制系统的技术方案作进一步的详细说明。
本发明的一个实施方式，提供了一种可用于电动汽车充电的无线充电控制系统，其包括发射子系统和接收子系统。
如图1所示，其中所述发射子系统包括电源输入端1、有源功率因素校正电路（PFC）2、继电器（K1）3、发射端直流转直流模块（DC-DC）4、发射电路工作电流采样模块5、发射端直流转交流模块（DC-AC）6、发射线圈7、发射端控制器8、发射端CAN通信模块9、人机界面10、发射端无线通信模块11。
其中所述的电源输入端1，用于本发明涉及的所述系统从民用电上取电。所述的有源功率因素校正电路（PFC）2，用于将交流输入的220V±20%转换为恒定的360V~400V直流电压。所述继电器（K1）3，用于当所述发射端控制器8判断所述直流转交流模块（DC-AC）6出现故障时，切断有源功率因素校正电路（PFC）2对所述直流转直流模块（DC-DC）4的供电。
进一步的，所述直流转直流模块（DC-DC）4，用于将有源功率因素校正电路（PFC）2的输出电压经所述发射端控制器8可以实现特定输出电压的调节，例如，直流200V至400V范围内调节。所述发射电路工作电流采样模块5，用于为所述发射端控制器8提供直流转交流模块（DC-AC）6的工作电流，提供过流保护。所述直流转交流模块（DC-AC）6，用于将直流电压转化为高频交变电压施加于所述发射线圈7上。
进一步的，所述的发射线圈7，在所述直流转交流模块（DC-AC）6施加的高频电压作用下，将实现电能向磁能的转化。从而实现能量的无线发射。
所述发射端控制器8，用于处理所述发射子系统的输入和输出。例如，具体来讲其包括，接收所述人机界面10输入的充电参数和充电申请等命令；接收从发射端无线通信模块接收到的接收端电压参数、电流参数、接收端工作故障信息等，并根据接收端电压参数，调节直流转直流模块（DC-DC）4的输出电压和调节直流转交流模块（DC-AC）6工作的占空比，实现发射线圈和接收线圈二者电压的变比随着发射线圈和接收线圈的空间位置变化，接收电压依然可以通过本技术恒定控制在设计的工作电压，例如，400V。
进一步的，所述CAN通信模块9，用于和人机界面10之间的通信，利用CAN网络的稳定性和抗干扰性能。所述人机界面10，用于为客户提供充电参数输入如充电电压、充电电流、充电申请命令等，同时显示充电电池的充电状态。在系统故障诊断状态下，也显示系统自身诊断提供的故障代码。
进一步的，如图2所示，其中所述接收子系统包括接收线圈12、接收电路工作电流采样模块13、接收端交流转直流模块（AC-DC）14、整车电池负载15、接收端控制器16、接收端CAN通信模块17、整车电池管理系统（BMS）18、接收端无线通信模块19。
其中所述接收子系统的接收线圈12，用于与所述发射子系统的发射线圈7形成谐振，将发射线圈7产生的磁能转化为电能，进而为所述接收子系统的其它模块提供能量，实现能量的无线传输接收。
其中所述接收电路工作电流采样模块13，用于为接收端控制器16提供接收线圈12输出的工作电流，提供电流检测使用。所述接收端交流转直流模块（AC-DC）14，用于将接收线圈12提供的高频交流电压转换为直流电压，给负载电池15充电。所述负载电池15，其可以是指整车车载电池负载，但也可以是其他应用的电池负载，具体随需要而定，并无限定。
其中所述接收端控制器16，用于处理所述接收子系统的输入和输出。例如，其包括检测接收线圈的电压，并通过接收端无线通信模块19传输接收端的电压和电流、接收端工作参数等。实时和发射端进行无线通信，实现对接收线圈输出电压的实时控制。进一步的，其还可以包括根据电池特性参数，控制所述接收端交流转直流模块（AC-DC）14为所述电池负载15提供相应的充电曲线。最后，通过所述接收端CAN通信模块17，与所述电池管理系统（BMS）18进行协议确认。
其中所述接收端CAN通信模块17，采用高压隔离方案，用于与所述整车电池管理系统（BMS）18进行通信。所述整车电池管理系统18，是指对整车电池进行管理的系统，而在其他实施方式中，其可以是其他的电池负载管理系统，可随具体需要而定，并无限定。
其中所述接收端无线通信模块19，可以是利用WIFI或者其它方式的无线通信方案。例如，在一个实施方式中，其可以采用双模式方案，提高无线通信的稳定性和可靠性。
工作使用时，如图3所示，所述发射端子系统的电源输入端1连接外接电源，所述功率因素校正电路2工作，所述直流转直流模块（DC-DC）4输出最低电压，然后所述直流转交流模块（DC-AC）6在所述发射端控制器8的控制下，慢慢输出占空比逐步增大的驱动脉冲，等待所述接收端控制器16检测所述接收线圈12的输出电压，并通过所述通信模块进行数据传输。根据所述接收线圈电压，调节所述发射端的直流转直流模块（DC-DC）4输出电压和直流转交流模块（DC-AC）6的占空比。具体控制过程如下：
如果所述接收线圈12的接收电压超过设计的值，例如，400V，则所述发射端控制器8根据接收到电压参数反馈，优先降低发射端的直流转直流模块（DC-DC）4的输出电压，同时结合调整发射端的直流转交流模块（DC-AC）6输出的占空比，二者协调调整接收线圈接收电压，并等待接收系统反馈回来的接收电压参数，最终直至接收电压满足设计要求。
如果所述接收线圈接收电压小于设计的值，例如，400V，则所述发射端控制器8根据接收到电压参数反馈，优先增加发射端的直流转直流模块（DC-DC）4的输出电压，同时结合调整发射端的直流转交流模块（DC-AC）6输出的占空比，二者协调调整接收线圈接收电压，并等待接收系统反馈回来的接收电压参数，最终直至接收电压满足设计要求。
本发明涉及的一种无线充电控制系统，其通过调节发射线圈的电压和发射线圈的工作占空比，实现发射电压和接收电压的耦合系数动态自适应调节。
具体为通过调节发射线圈的工作电压实现工作电压在预设数值范围内的变化。通过调节发射线圈工作的占空比实现在某一个具体工作电压下0V至给定电压范围内的调节。
如此，即使发射线圈和接收线圈二者电压的变比随着发射线圈和接收线圈的空间位置变化，比如从0.5~2之间变化，接收电压依然可以通过本发明涉及的技术恒定控制工作电压，比如400V。
以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用于限制此发明。凡在本发明的精神和原则内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无线充电控制系统；其特征在于，其包括发射子系统和接收子系统；其中所述发射子系统包括电性连接的电源输入端、有源功率因素校正电路、发射端电流转换模块、发射线圈、发射端控制器以及发射端通信模块；所述接收子系统包括接收线圈、接收端电流转换模块、电池负载、接收端控制器以及接收端通信模块；其中所述发射子系统的电源输入端连接电源，所述有源功率因素校正电路工作，经所述发射端电流转换模块，所述发射线圈的输出电能，在所述发射端控制器的控制下，输出占空比逐步增大的驱动脉冲，所述接收子系统的接收端控制器检测所述接收线圈的输出电压，并通过接收端通信模块将数据传递给所述发射端通信模块，所述发射子系统的发射端控制器调节有源功率因素校正电路进而调节所述发射端的电流转换模块的输出，从而调节所述发射线圈的输出；所述接收线圈的接收电压超过设计的值时，则所述发射端控制器根据接收到电压参数反馈，优先降低发射端的直流转直流模块(DC-DC)的输出电压，同时结合调整发射端的直流转交流模块(DC-AC)输出的占空比，二者协调调整接收线圈接收电压，并等待接收系统反馈回来的接收电压参数，最终直至接收电压满足设计要求；所述接收线圈接收电压小于设计的值时，则所述发射端控制器根据接收到电压参数反馈，优先增加发射端的直流转直流模块(DC-DC)的输出电压，同时结合调整发射端的直流转交流模块(DC-AC)输出的占空比，二者协调调整接收线圈接收电压，并等待接收系统反馈回来的接收电压参数，最终直至接收电压满足设计要求。
2.根据权利要求1所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述发射端电流转换模块包括发射端直流转直流模块(DC-DC)，用于将所述有源功率因素校正电路(PFC)的输出电压通过所述发射端控制器实现特定输出电压的调节。
3.根据权利要求2所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述发射端电流转换模块包括发射端直流转交流模块(DC-AC)，其与所述发射端直流转直流模块连接，用于将直流电压转化为高频交变电压施加于所述发射线圈上。
4.根据权利要求3所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述发射子系统还包括发射电路工作电流采样模块，用于为所述发射端控制器提供给所述发射端直流转交流模块的工作电流，提供过流保护。
5.根据权利要求4所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述发射子系统还包括继电器，用于当所述发射端控制器判断所述发射端直流转交流模块出现故障时，切断所述有源功率因素校正电路对所述发射端直流转直流模块(DC-DC)的供电。
6.根据权利要求1所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述发射子系统还包括人机界面模块，其与所述发射端控制器连接，用于接收外部指令，并传递给所述发射端控制器。
7.根据权利要求6所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述发射子系统的通信模块包括发射端CAN通信模块，用于所述人机界面和发射端控制器之间的通信。
8.根据权利要求1所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述接收子系统包括接收电路工作电流采样模块，用于检测所述接收线圈输出的工作电流，从而为所述接收端控制器提供相应的数值。
9.根据权利要求1所述的一种无线充电控制系统，其特征在于：其中所述接收端通信模块包括接收端CAN通信模块，其采用高压隔离方案，用于与所述负载电池的电池管理系统进行通信。
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