CN112072765A - 一种基于最小视在功率模块的混合充电系统和设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于最小视在功率模块的混合充电系统和设计方法，包括电源模块、集中控制单元、有线式充电电路和无线式充电电路；本发明通过电动汽车电池在恒流充电到恒压充电时的等效电阻确定混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合系数，从而对线圈电感与补偿电容进行设计，使得混合充电系统能以最小功率模块满足有线/无线充电需求。本发明相较已有的混合充电系统，降低了混合充电系统所需功率模块输出功率，从而降低了混合充电系统的制造成本。

Description

一种基于最小视在功率模块的混合充电系统和设计方法

技术领域

本发明属于电动汽车混合充电技术领域，具体涉及一种基于最小视在功率模块的混合充电系统和设计方法。

背景技术

电动汽车存在有线充电与无线充电两种不同的充电方式，分别制造安装不同充电方式的充电装置造成了物力财力的浪费。利用单一功率模块分别进行有线充电及无线充电的电动汽车混合充电装置能很好的解决这一问题。然而，混合充电系统的参数决定了功率模块的功率需求，从而决定了混合充电系统的制造成本，因此需要尽量降低功率模块的功率需求以降低制造成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于最小视在功率模块的混合充电系统和设计方法，使得混合充电系统以不同的方式为电动汽车充电，并且功率模块的功率需求最小。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于最小视在功率模块的混合充电系统，包括电源模块、集中控制单元、有线式充电电路和无线式充电电路；电源模块包括三相市电接口、功率模块和单刀双掷开关，三相市电接口连接功率模块的能量输入端，功率模块的能量输出端通过单刀双掷开关分别连接有线式充电电路的能量输入端和无线式充电电路的能量输入端；功率模块用于将三相市电整流为可控直流电，并将直流电传输给有线式充电电路的电池组或无线式充电电路的逆变器；集中控制单元包括UART模块和直流稳压器；直流稳压器用于通过总线与功率模块通信，并将产生的控制信号发送给功率模块；UART模块用于分别与有线式充电电路和无线式充电电路通信，并将产生的MOSFET控制信号发送给无线式充电电路；有线式充电电路包括有线电动汽车电池组和有线电动汽车BMS；有线电动汽车BMS用于采集有线电动汽车电池组的状态并上报集中控制单元，同时接收集中控制单元下发的控制信号；无线式充电电路包括按能量流向依次连接的半桥逆变器、无线链路、全桥整流器和无线电动汽车电池组，还包括无线电动汽车BMS；无线电动汽车BMS用于采集无线电动汽车电池组的状态并上报集中控制单元，同时接收集中控制单元下发的控制信号。

按上述方案，半桥逆变器包括两个同型号的MOSFET管。

按上述方案，无线链路为包括线圈和谐振电容的S-S(series-series，串串)补偿结构。

按上述方案，全桥整流器包括四个同型号的二极管。

一种基于最小视在功率模块的混合充电系统的设计方法，包括以下步骤：

S1：建立混合充电系统的数学模型，确定本发明实施例的无线式充电电路的系统运行频率ω和接收端线圈与谐振电容的寄生电阻即整流器寄生电阻r₂；

S2：分析混合充电系统在充电过程中对功率模块的输出需求，计算电动汽车电池在恒流-恒压充电切换点的等效电阻R_BT；

S3：分析混合充电系统对功率模块的最小功率需求，确定无线式充电电路的耦合线圈的最佳互感参数；

S4：根据最佳互感参数确定混合充电系统的谐振线圈及耦合电容。

进一步的，所述的步骤S1中，具体步骤为：

S11：设混合充电系统的电路模型中，S₁和S₂为切换有线式充电与无线式充电的单刀双掷开关；Q₁为第一MOSFET管，Q₂为第二MOSFET管；C_BUS为滤波电容；C₁为初级侧谐振电容，C₂为次级侧谐振电容；L₁为发射线圈电感，L₂为接收线圈电感；r₁为发射端线圈与谐振电容的寄生电阻，r₂为接收端线圈与谐振电容的寄生电阻；I_DC为功率模块输出电流，V_DC为功率模块输出电压；V₁为逆变器输出电压，I₁为逆变器输出电流；V₂为整流器输入电压，I₂为整流器输入电流；

S12：设R_L为整流器与无线电动汽车电池组的等效电阻，则：

R_L＝8R_B/π；

设ω为混合充电系统在进行无线供电过程中的系统运行频率，Z₁为发射端的阻抗，Z₂为接收端的阻抗，则：

设M为发射线圈与接收线圈的互感，设中间变量为Z_ref：

则整流器输入电流I₂、整流器输入电压V₂与逆变器输出电流I₁、功率模块输出电压V_DC的关系为：

设R_B为电池在充电过程中的等效电阻，V_B为电池接收端电压，I_B为电池接收端电流；则电池接收端电流I_B为整流器输入电流I₂的平均值：

整流器中的二极管在完全导通状态下电阻忽略不计，则无线充电过程中的电池接收端电压V_B表示为：

逆变器中的MOS管在完全导通状态下电阻忽略不计，无线充电过程中逆变器的输入功率与输出功率相等，则功率模块输出电流I_DC为：

由公式(1)、(3)、(4)、(5)得到混合充电系统在无线充电过程中电池接收电压V_B、电池接收电流I_B、功率模块输出电压V_DC、功率模块输出电流I_DC的关系为：

设

为发射端的阻抗角，ω₀为LC决定的标准谐振频率，ω为实际谐振频率，在混合充电系统进行无线式充电的过程中，将开关管的驱动频率调节至线圈谐振频率，使逆变器保持ZVS状态从而提高逆变器的效率，则：

将式(7)代入式(6)，将混合充电系统在无线充电过程中的电池接收电压V_B、电池接收电流I_B、功率模块输出电压V_DC、功率模块输出电流I_DC的关系简化为：

进一步的，所述的步骤S2中，具体步骤为：

S21：混合充电系统进行有线充电时，功率模块的输出电流、电压与电动汽车电池接收到的电流、电压相同，故混合充电系统的有线式充电电路对功率模块的最大电压及电流输出需求即为电池的最大充电电压及电流；

S22：混合充电系统进行无线充电时，功率模块的输出电流及电压需求通过电池在恒流充电阶段的充电电流以及电池在恒压充电阶段的充电电压表示；

设I_{max_B}为电池在恒流充电阶段的充电电流，则式(8)在电动汽车电池进行恒流充电阶段表示为：

在电动汽车电池的恒流充电阶段，电池充电电流I_{max_B}保持恒定，而电池在充电过程中的等效电阻R_B不断增大；式(9)中功率模块输出电流I_DC及功率模块输出电压V_DC需求在恒流充电阶段不断增大；

设V_{max_B}为电池在恒压充电阶段的充电电压，则式(8)在电动汽车电池进行恒压充电阶段表示为：

在电动汽车电池的恒压及涓流充电阶段，电池充电电压V_{max_B}保持恒定，而电池在充电过程中的等效电阻R_B不断增大；式(10)中功率模块输出电流I_DC及功率模块输出电压V_DC需求在恒压及涓流充电阶段不断减小；

混合充电系统在进行无线充电时，功率模块的最大电流输出需求I_{max_DC}和最大电压输出需求V_{max_DC}出现在电池在恒流充电到恒压充电的切换点；电池在恒流充电到恒压充电的切换点即是在恒流充电中，又是在恒压充电中，设R_BT为电池在恒流充电到恒压充电的切换点时的等效电阻，则将功率模块的最大电流输出需求I_{max_DC}用式(9)中的功率模块输出电流I_DC表示、将最大电压输出需求V_{max_DC}用式(10)中的功率模块输出电压V_DC表示为：

进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：

电池在恒流充电到恒压充电的切换点时接收的瞬时功率一定，故混合充电系统对功率模块的最小功率需求出现在有线式充电与无线式充电对功率模块的电流或电压需求相等时，即I_{max_DC}＝I_{max_B}或V_{max_DC}＝V_{max_B}；

当I_{max_DC}＝I_{max_B}时，混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合电感M_I为：

当V_{max_DC}＝V_{max_B}时，混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合电感M_V1、M_V2为：

在以上三个可能的最佳耦合电感下，混合充电系统对功率模块的输出功率需求P_{DC_Rated}分别表示为：

由于M_V2>M_V1，故P_{DC_Rated3}<P_{DC_Rated2}，

将混合充电系统的无线式充电电路的线圈互感取线圈耦合电感M_I时，混合充电系统对功率模块的功率需求最小。

进一步的，所述的步骤S4中，具体步骤为：

S41：根据汽车底盘的尺寸设计发射线圈及接收线圈的外径，确定两线圈的耦合系数k；

S42：根据步骤S3求解的混合充电系统的无线式充电电路的线圈互感M_I，求得发射线圈电感L₁及补偿电容即初级侧谐振电容C₁、接收线圈的电感L₂及补偿电容即次级侧谐振电容C₂为：

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种基于最小视在功率模块的混合充电系统和设计方法，通过电动汽车电池在恒流充电到恒压充电时的等效电阻确定混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合系数，从而对线圈电感与补偿电容进行设计，使得混合充电系统能以最小功率模块满足有线/无线充电需求。

2.本发明相较已有的混合充电系统，降低了混合充电系统所需功率模块输出功率，从而降低了混合充电系统的制造成本。

附图说明

图1是本发明实施例的功能框图。

图2是本发明实施例的电路模型图。

图3是本发明实施例的参数推导流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明的实施例包括电源模块、集中控制单元、有线式充电电路及无线式充电电路。

电源模块包括三相市电、直流功率模块和单刀双掷开关；直流功率模块用于将三相市电整流为可控直流电，并将直流电传输给有线电动汽车电池组或无线式充电电路中的逆变器。直流功率模块可以根据电动汽车电池充电需求选择合适的型号，例如英飞源REG75030型号或其他相似型号。

集中控制单元包括UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，异步收发传输器)模块和直流稳压器；UART模块用于分别与有线电动汽车BMS(batterymanagement system，电池管理系统)和无线电动汽车BMS通信，并产生MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)的控制信号及直流模块的控制信号。本实施例中采用ARM+FPGA双处理器，其中ARM采用STM32F407VGT型号或其他相似型号，FPGA采用XC6SLX9-3TQG144I型号或其他相似型号。

有线式充电电路包括有线电动汽车电池组和有线电动汽车BMS。

无线式充电电路包括两个型号为IPW65R041CFD或其他相似型号的MOSFET管组成的半桥逆变器、线圈和谐振电容组成的无线链路、四个型号为VS-UFB280FA40或其他相似型号的二极管组成的全桥整流器、无线电动汽车电池组和无线电动汽车BMS。

参见图2，设本发明实施例的电路模型中，S₁和S₂为切换有线式充电与无线式充电的单刀双掷开关；Q₁为第一MOSFET管，Q₂为第二MOSFET管；C_BUS为滤波电容；C₁为初级侧谐振电容，C₂为次级侧谐振电容；L₁为发射线圈电感，L₂为接收线圈电感；r₁为发射端线圈与谐振电容的寄生电阻，r₂为接收端线圈与谐振电容的寄生电阻；I_DC为功率模块输出电流，V_DC为功率模块输出电压；V₁为逆变器输出电压，I₁为流过发射线圈的电流；V₂为整流器输入电压，I₂为流过接收线圈的电流；R_B为电池在充电过程中的等效电阻，V_B为等效电阻R_B两端的电压，I_B为流过等效电阻R_B的电流。

参见图3，为了使得本发明实施例使用的直流模块的视在功率最小，则无线式充电电路中的无线链路的参数推导过程如下：

S1：建立混合充电系统的数学模型，确定本发明实施例的无线式充电电路的系统运行频率ω和接收端线圈与谐振电容的寄生电阻即整流器寄生电阻r₂：

设R_L为整流器与无线电动汽车电池组的等效电阻，则：

R_L＝8R_B/π；

设ω为混合充电系统在进行无线供电过程中的系统运行频率，Z₁为发射端的阻抗，Z₂为接收端的阻抗，则：

设M为发射线圈与接收线圈的互感，设中间变量为Z_ref：

则基于S-S(series-series，串串)补偿结构的无线式充电电路的整流器输入电流即流过接收线圈的电流I₂、整流器输入电压V₂与流过发射线圈的电流I₁、功率模块输出电压V_DC的关系为：

电池接收端电流即流过等效电阻R_B的电流I_B为整流器输入电流I₂的平均值，为：

整流器中的二极管在完全导通状态下电阻忽略不计，因此无线充电过程中电池接收电压即电池在充电过程中的等效电阻R_B两端的电压V_B表示为：

同理，逆变器中的MOS管在完全导通状态下电阻忽略不计，因此无线充电过程中逆变器的输入功率与输出功率相等，则功率模块输出电流I_DC为：

由公式(1)、(3)、(4)、(5)得到混合充电系统在无线充电过程中电池接收电压V_B、电池接收电流I_B、功率模块输出电压V_DC、功率模块输出电流I_DC的关系为：

设

为发射端的阻抗角，ω₀为LC决定的标准谐振频率，ω为实际谐振频率，在混合充电系统进行无线式充电的过程中，将开关管的驱动频率调节至线圈谐振频率，使逆变器保持ZVS(Zero Voltage Switch，零电压开关)状态从而提高逆变器的效率，则：

将式(7)代入式(6)，将混合充电系统在无线充电过程中的电池接收电压V_B、电池接收电流I_B、功率模块输出电压V_DC、功率模块输出电流I_DC的关系简化为：

S2：分析混合充电系统在充电过程中对功率模块的输出需求，计算电动汽车电池在恒流-恒压充电切换点的等效电阻R_BT：

S21：混合充电系统进行有线充电时，功率模块的输出电流、电压与电动汽车电池接收到的电流、电压相同，因而混合充电系统的有线式充电电路对功率模块的最大电压及电流输出需求即为电池的最大充电电压及电流；

S22：混合充电系统进行无线充电时，功率模块的输出电流及电压需求通过电池在恒流充电阶段的充电电流以及电池在恒压充电阶段的充电电压表示；

设I_{max_B}为电池在恒流充电阶段的充电电流，在电动汽车电池进行恒流充电阶段，式(8)表示为：

在电动汽车电池的恒流充电阶段，电池充电电流I_{max_B}保持恒定，而电池在充电过程中的等效电阻R_B不断增大；从式(9)中可以看出，功率模块输出电流I_DC及功率模块输出电压V_DC需求在恒流充电阶段不断增大；

设V_{max_B}为电池在恒压充电阶段的充电电压，在电动汽车电池进行恒压充电阶段，式(8)表示为：

在电动汽车电池的恒压及涓流充电阶段，电池充电电压V_{max_B}保持恒定，而电池在充电过程中的等效电阻R_B不断增大；从式(10)中可以看出，功率模块输出电流I_DC及功率模块输出电压V_DC需求在恒压及涓流充电阶段不断减小；

混合充电系统在进行无线充电时，功率模块的最大电流输出需求I_{max_DC}和最大电压输出需求V_{max_DC}出现在电池在恒流充电到恒压充电的切换点；又因为电池在恒流充电到恒压充电的切换点即可以认为是在恒流充电中，又可以认为是在恒压充电中，设R_BT为电池在恒流充电到恒压充电的切换点时的等效电阻，则将功率模块的最大电流输出需求I_{max_DC}用式(9)中的功率模块输出电流I_DC表示、将最大电压输出需求V_{max_DC}用式(10)中的功率模块输出电压V_DC表示为：

S3：分析混合充电系统对功率模块的最小功率需求，确定无线式充电电路的耦合线圈的最佳互感参数即最佳耦合电感：

电池在恒流充电到恒压充电的切换点时接收的瞬时功率一定，故混合充电系统对功率模块的最小功率需求出现在有线式充电与无线式充电对功率模块的电流或电压需求相等时，即I_{max_DC}＝I_{max_B}或V_{max_DC}＝V_{max_B}；

当I_{max_DC}＝I_{max_B}时，混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合电感M_I为：

当V_{max_DC}＝V_{max_B}时，混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合电感M_V1、M_V2为：

在以上三个可能的最佳耦合电感下，混合充电系统对功率模块的输出功率需求P_{DC_Rated}分别表示为：

由于M_V2>M_V1，故P_{DC_Rated3}<P_{DC_Rated2}，

故可以认为，混合充电系统的无线式充电电路的线圈互感满足式(12)即取线圈耦合电感M_I时，混合充电系统对功率模块的功率需求最小。

S4：根据最佳互感参数确定混合充电系统的谐振线圈及耦合电容：

S41：在汽车的混合充电系统中，由于汽车底盘与地面间的距离是固定的，因而发射线圈与接收线圈间的距离是固定的，根据汽车底盘的尺寸设计发射线圈及接收线圈的外径确定两线圈的耦合系数k；

S42：根据上述求解的混合充电系统的无线式充电电路的线圈互感M_I，求得发射线圈电感L₁及补偿电容即初级侧谐振电容C₁、接收线圈的电感L₂及补偿电容即次级侧谐振电容C₂为：

进一步通过式(16)求得线圈电感及补偿电容，对发射线圈、接收线圈、补偿电容进行绕制、焊接和组装。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于最小视在功率模块的混合充电系统，其特征在于：包括电源模块、集中控制单元、有线式充电电路和无线式充电电路；

电源模块包括三相市电接口、功率模块和单刀双掷开关，三相市电接口连接功率模块的能量输入端，功率模块的能量输出端通过单刀双掷开关分别连接有线式充电电路的能量输入端和无线式充电电路的能量输入端；功率模块用于将三相市电整流为可控直流电，并将直流电传输给有线式充电电路的电池组或无线式充电电路的逆变器；

集中控制单元包括UART模块和直流稳压器；直流稳压器用于通过总线与功率模块通信，并将产生的控制信号发送给功率模块；UART模块用于分别与有线式充电电路和无线式充电电路通信，并将产生的MOSFET控制信号发送给无线式充电电路；

有线式充电电路包括有线电动汽车电池组和有线电动汽车BMS；有线电动汽车BMS用于采集有线电动汽车电池组的状态并上报集中控制单元，同时接收集中控制单元下发的控制信号；

无线式充电电路包括按能量流向依次连接的半桥逆变器、无线链路、全桥整流器和无线电动汽车电池组，还包括无线电动汽车BMS；无线电动汽车BMS用于采集无线电动汽车电池组的状态并上报集中控制单元，同时接收集中控制单元下发的控制信号。

2.根据权利要求1所述的一种基于最小视在功率模块的混合充电系统，其特征在于：半桥逆变器包括两个同型号的MOSFET管。

3.根据权利要求1所述的一种基于最小视在功率模块的混合充电系统，其特征在于：无线链路为包括线圈和谐振电容的S-S补偿结构。

4.根据权利要求1所述的一种基于最小视在功率模块的混合充电系统，其特征在于：全桥整流器包括四个同型号的二极管。

5.基于权利要求1至4中任意一项所述的一种基于最小视在功率模块的混合充电系统的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：建立混合充电系统的数学模型，确定本发明实施例的无线式充电电路的系统运行频率ω和接收端线圈与谐振电容的寄生电阻即整流器寄生电阻r₂；

S2：分析混合充电系统在充电过程中对功率模块的输出需求，计算电动汽车电池在恒流-恒压充电切换点的等效电阻R_BT；

S3：分析混合充电系统对功率模块的最小功率需求，确定无线式充电电路的耦合线圈的最佳互感参数；

S4：根据最佳互感参数确定混合充电系统的谐振线圈及耦合电容。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：

S11：设混合充电系统的电路模型中，S₁和S₂为切换有线式充电与无线式充电的单刀双掷开关；Q₁为第一MOSFET管，Q₂为第二MOSFET管；C_BUS为滤波电容；C₁为初级侧谐振电容，C₂为次级侧谐振电容；L₁为发射线圈电感，L₂为接收线圈电感；r₁为发射端线圈与谐振电容的寄生电阻，r₂为接收端线圈与谐振电容的寄生电阻；I_DC为功率模块输出电流，V_DC为功率模块输出电压；V₁为逆变器输出电压，I₁为逆变器输出电流；V₂为整流器输入电压，I₂为整流器输入电流；

S12：设R_L为整流器与无线电动汽车电池组的等效电阻，则：

R_L＝8R_B/π；

设ω为混合充电系统在进行无线供电过程中的系统运行频率，Z₁为发射端的阻抗，Z₂为接收端的阻抗，则：

设M为发射线圈与接收线圈的互感，设中间变量为Z_ref：

则整流器输入电流I₂、整流器输入电压V₂与逆变器输出电流I₁、功率模块输出电压V_DC的关系为：

设R_B为电池在充电过程中的等效电阻，V_B为电池接收端电压，I_B为电池接收端电流；则电池接收端电流I_B为整流器输入电流I₂的平均值：

整流器中的二极管在完全导通状态下电阻忽略不计，则无线充电过程中的电池接收端电压V_B表示为：

逆变器中的MOS管在完全导通状态下电阻忽略不计，无线充电过程中逆变器的输入功率与输出功率相等，则功率模块输出电流I_DC为：

由公式(1)、(3)、(4)、(5)得到混合充电系统在无线充电过程中电池接收电压V_B、电池接收电流I_B、功率模块输出电压V_DC、功率模块输出电流I_DC的关系为：

设

为发射端的阻抗角，ω₀为LC决定的标准谐振频率，ω为实际谐振频率，在混合充电系统进行无线式充电的过程中，将开关管的驱动频率调节至线圈谐振频率，使逆变器保持ZVS状态从而提高逆变器的效率，则：

将式(7)代入式(6)，将混合充电系统在无线充电过程中的电池接收电压V_B、电池接收电流I_B、功率模块输出电压V_DC、功率模块输出电流I_DC的关系简化为：

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于：所述的步骤S2中，具体步骤为：

S21：混合充电系统进行有线充电时，功率模块的输出电流、电压与电动汽车电池接收到的电流、电压相同，故混合充电系统的有线式充电电路对功率模块的最大电压及电流输出需求即为电池的最大充电电压及电流；

S22：混合充电系统进行无线充电时，功率模块的输出电流及电压需求通过电池在恒流充电阶段的充电电流以及电池在恒压充电阶段的充电电压表示；

设I_{max_B}为电池在恒流充电阶段的充电电流，则式(8)在电动汽车电池进行恒流充电阶段表示为：

在电动汽车电池的恒流充电阶段，电池充电电流I_{max_B}保持恒定，而电池在充电过程中的等效电阻R_B不断增大；式(9)中功率模块输出电流I_DC及功率模块输出电压V_DC需求在恒流充电阶段不断增大；

设V_{max_B}为电池在恒压充电阶段的充电电压，则式(8)在电动汽车电池进行恒压充电阶段表示为：

在电动汽车电池的恒压及涓流充电阶段，电池充电电压V_{max_B}保持恒定，而电池在充电过程中的等效电阻R_B不断增大；式(10)中功率模块输出电流I_DC及功率模块输出电压V_DC需求在恒压及涓流充电阶段不断减小；

混合充电系统在进行无线充电时，功率模块的最大电流输出需求I_{max_DC}和最大电压输出需求V_{max_DC}出现在电池在恒流充电到恒压充电的切换点；电池在恒流充电到恒压充电的切换点即是在恒流充电中，又是在恒压充电中，设R_BT为电池在恒流充电到恒压充电的切换点时的等效电阻，则将功率模块的最大电流输出需求I_{max_DC}用式(9)中的功率模块输出电流I_DC表示、将最大电压输出需求V_{max_DC}用式(10)中的功率模块输出电压V_DC表示为：

8.根据权利要求7所述的设计方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：

电池在恒流充电到恒压充电的切换点时接收的瞬时功率一定，故混合充电系统对功率模块的最小功率需求出现在有线式充电与无线式充电对功率模块的电流或电压需求相等时，即I_{max_DC}＝I_{max_B}或V_{max_DC}＝V_{max_B}；

当I_{max_DC}＝I_{max_B}时，混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合电感M_I为：

当V_{max_DC}＝V_{max_B}时，混合充电系统的无线式充电电路的线圈耦合电感M_V1、M_V2为：

在以上三个可能的最佳耦合电感下，混合充电系统对功率模块的输出功率需求P_{DC_Rated}分别表示为：

由于M_V2>M_V1，故P_{DC_Rated3}<P_{DC_Rated2}，

将混合充电系统的无线式充电电路的线圈互感取线圈耦合电感M_I时，混合充电系统对功率模块的功率需求最小。

9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于：所述的步骤S4中，具体步骤为：

S41：根据汽车底盘的尺寸设计发射线圈及接收线圈的外径，确定两线圈的耦合系数k；

S42：根据步骤S3求解的混合充电系统的无线式充电电路的线圈互感M_I，求得发射线圈电感L₁及补偿电容即初级侧谐振电容C₁、接收线圈的电感L₂及补偿电容即次级侧谐振电容C₂为：

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