CN207510243U - 一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路 - Google Patents

一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，该充电电路包括基建侧部分和车载侧部分，其中，基建侧部分包括依次相连的第一整流滤波电路、高频逆变电路和第一串联谐振电路，第一串联谐振电路包括串联连接的发射线圈L1和第一电子电容电路；车载侧部分包括依次相连的第二次并联谐振电路、第二整流滤波电路、DC‑DC变换器，第二次并联谐振电路包括并联连接的接收线圈L2和第二电子电容电路，DC‑DC变换器接车载动力电池。该电动汽车磁共振式无线充电电路通过依次调节基建侧的电子电容电路和车载侧的电子电容电路，实现磁共振式无线传输，该无线充电电路无需通信功能且传输效率高，可应用到电动汽车无线充电领域。

Description

一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路
技术领域
本实用新型涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路。
背景技术
所谓无线充电，是指不通过传统的电气连接，而是通过磁场耦合的方式，实现电能的无线传输。无线充电利用物理学的“共振”原理—两个振动频率相同的物体能高效的进行能量的传输。由于电磁谐振式的无线充电能达到比较高的传输效率，近年来被广泛应用到电动汽车无线充电的产业领域。
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、安全法规等各项要求的车辆。近年来，随着全球电动汽车保有量的迅速增加，其中急需解决的问题之一就是电动汽车的充电问题，目前电动汽车的充电方式主要是有线充电方式，然而常规的有线充电方式存在很多不足，为使电动汽车充电更加方便、安全、经济、高效，因此，无线充电技术的得到了广泛关注。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路及控制方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，所述的磁共振式无线充电电路包括基建侧部分和车载侧部分，其中，基建侧部分包括第一整流滤波电路、高频逆变电路和第一串联谐振电路；基建侧部分包括第二并联谐振电路、第二整流滤波电路和DC-DC变换器；
所述的第一整流滤波电路的输入端连接至电网，用于将电网电压整流成直流电压；
所述的高频逆变电路的输入端连接至所述的第一整流滤波电路的输出端，用于将所述的第一整流滤波电路输出的直流电压逆变为高频电压方波；
所述的第一串联谐振电路的输入端连接至所述的高频逆变电路的输出端；
所述的第二并联谐振电路的输出端连接至所述的第二整流滤波电路的输入端；
所述的第二整流滤波电路的输入端连接至所述的第二并联谐振电路的输出端，用于将所述的第二并联谐振电路输出的交流电压整流成直流电压；
所述的DC-DC变换器的输入端连接至所述的第二整流滤波电路，用于将所述的第二整流滤波电路的直流输出电压变换成车载动力电池充电所需的额定电压；
所述的发射线圈L1与所述的接收线圈L2对称设置，通过耦合方式实现电能的无线传输。
进一步地，所述的第一串联谐振电路包括依次串联连接的发射线圈L1和第一电子电容电路，连接至所述的高频逆变电路的输出端；所述的第二并联谐振电路包括并联连接的接收线圈L2和第二电子电容电路；连接至所述的第二整流滤波电路的输入端；所述的发射线圈L1与所的述接收线圈L2通过高频磁共振方式，电能从所述的发射线圈L1传递到所述的接收线圈L2。
进一步地，所述的第一电子电容的结构如下：
所述的第一电子电容包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一直流电容；其中，所述的第一开关管至所述的第四开关管的每个开关管分别反并联一个二极管，第一开关管的漏极与第一直流电容的正极相连，第一开关管的源极与第三开关管的漏极相连，第二开关管的漏极与第一直流电容的正极相连，第二开关管的源极与第四开关管的漏极相连，第三开关管的源极与第一直流电容的负极相连，第四开关管的源极与第一直流电容的负极相连，所述的第一电子电容电路的两端分别从第一开关管的源极和第二开关管的源极引出。
进一步地，所述的第二电子电容的结构如下：
所述的第二电子电容电路包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管和第二直流电容；其中，所述第五开关管至所述的第八开关管的每个开关管分别反并联一个二极管，第五开关管的漏极与第二直流电容的正极相连，第五开关管的源极与第七开关管的漏极相连，第六关管的漏极与第二直流电容的正极相连，第六开关管的源极与第八开关管的漏极相连；第七开关管的源极与第二直流电容的负极相连，第八开关管的源极与第二直流电容的负极相连，所述的第二电子电容电路的两端分别从第五开关管的源极和第六开关管的源极引出。
本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本实用新型基于电磁共振和电子电容电路的等效原理，将电子电容电路等效为一个可变电容，根据不同车况，通过改变车载侧谐振电容等效值，实现第一串联谐振电路和第二串联谐振电路工作在磁共振状态。本实用新型的电动汽车无线充电电路不仅提高充电效率，而且节约经济成本，具有良好的市场前景和经济效益。
附图说明
图1是本实用新型公开的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路的建设方案图；
图2是本实用新型公开的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路的总体结构图；
图3是本实用新型公开的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路中电子电容电路的控制图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
图1给出了本实施例公开的新型电动汽车磁共振式无线充电电路的建设方案图，其中，基建侧和车载侧分离，基建侧安装在地面下方，发射线圈L1靠近地面，当车载侧的接收线圈L2处于发射线圈L1上方时，可进行无线充电。
图2给出了新型电动汽车磁共振式无线充电的总体结构图，基建侧包含第一整流滤波电路、高频逆变电路和第一串联谐振电路；车载侧包含第二并联谐振电路、第二整流滤波电路和DC-DC变换器；
其中，所述的第一整流滤波电路的输入端连接至电网，用于将电网电压整流成直流电压；
其中，所述的高频逆变电路的输入端连接至所述的第一整流滤波电路的输出端，用于将所述的第一整流滤波电路输出的直流电压逆变为高频电压方波；
其中，所述的第一串联谐振电路的输入端连接至所述的高频逆变电路的输出端；
其中，所述的第二并联谐振电路的输出端连接至所述的第二整流滤波电路的输入端；
其中，所述的第二整流滤波电路的输入端连接至所述的第二并联谐振电路的输出端，用于将所述的第二并联谐振电路输出的交流电压整流成直流电压；
其中，所述的DC-DC变换器的输入端连接至所述的第二整流滤波电路，用于将所述的第二整流滤波电路的直流输出电压变换成车载动力电池充电所需的额定电压。
其中，所述的第一串联谐振电路包括依次串联连接的发射线圈L1和第一电子电容电路；所述的发射线圈L1的一端与高频逆变电路输出端的负极相连，另一端与第一电子电容电路相连；所述的第一电子电容电路一端与发射线圈L1相连，另一端与与高频逆变电路输出端的正极相连。
所述的第二并联谐振电路包括并联连接的接收线圈L2和第二电子电容电路，连接至第二整流滤波电路的输入端；所述的发射线圈L1与所述的接收线圈L2通过高频磁共振方式，电能从发射线圈L1传递到接收线圈L2。
所述的第一电子电容包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4和第一直流电容C1；其中，所述的第一开关管Q1至所述的第四开关管Q4的每个开关管分别反并联一个二极管VD，第一开关管Q1的漏极与第一直流电容C1的正极相连，第一开关管Q1的源极与第三开关管Q3的漏极相连，第二开关管Q2的漏极与第一直流电容C1的正极相连，第二开关管Q2的源极与第四开关管Q4的漏极相连，第三开关管Q3的源极与第一直流电容C1的负极相连，第四开关管Q4的源极与第一直流电容C1的负极相连，第一开关管Q1的源极与高频逆变电路正输出端相连，第二开关管Q2的源极与发射线圈L1一端相连。
所述的第二电子电容电路包括第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8和第二直流电容C2；其中，所述的第五开关管Q5至所述的第八开关管Q8的每个开关管分别反并联一个二极管VD，第五开关管Q5的漏极与第二直流电容C2的正极相连，第五开关管Q5的源极与第七开关管Q7的漏极相连，第六开关管Q6的漏极与第二直流电容C2的正极相连，第六开关管Q6的源极与第八开关管Q8的漏极相连；第七开关管Q7的源极与第二直流电容C2的负极相连，第八开关管Q8的源极与第二直流电容C2的负极相连，第五开关管Q5的源极连接在第二整流滤波电路的正输入端与接收线圈L2一端之间，第六开关管Q6的源极连接在第二整流滤波电路的负输入端和接收线圈L2另一端之间。
实施例二
本实施例公开了一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路的控制方法，具体实施过程如下：
S0、市电经过第一整流滤波电路将交流AC转化为直流电压，接着经过高频逆变电路输出高频电压方波；
S1、根据一次侧的发射线圈L1和第一电子电容电路，设置高频逆变电路初始工作角频率ω，使得第一串联谐振电路工作在谐振状态；
S2、依次调节第一电子电容电路和第二电子电容电路，使得第一串联谐振电路和第二并联谐振电路工作在磁共振状态，将一次侧的电能传输到二次侧；
S3、通过第二整流滤波电路和DC-DC变换器得到车载动力电池充电所需的充电电压进而给车载动力电池充电。
其中，上述步骤S2中，所述的调节第一电子电容电路和第二电子电容电路均采用移相角控制法来实现，具体如下：
步骤S201、根据谐振角频率获得谐振工作点的第一电子电容和第二电子电容的等效电容值Ceq；根据获得控制关闭角α，其中，C为电子电容内直流电容初始值。
步骤S202、由锁相环测得电压相位，采用移相角控制法控制所述第一电子电容和第二电子电容，控制关闭角为α，产生合适的触发脉冲来控制第一开关管Q1至第八开关管Q8。
本实用新型电路的整个工作过程为：市电首先经过第一整流滤波电路将交流AC转化为直流电压，接着经过高频逆变电路输出高频电压方波，然后通过第一串联谐振电路与第二并联谐振电路的磁共振，将一次侧的电能传输到二次侧，最后通过第二整流滤波电路和DC-DC变换器得到车载动力电池充电所需的充电电压进而给车载动力电池充电。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，其特征在于，所述的磁共振式无线充电电路包括基建侧部分和车载侧部分，其中，基建侧部分包括第一整流滤波电路、高频逆变电路和第一串联谐振电路；基建侧部分包括第二并联谐振电路、第二整流滤波电路和DC-DC变换器；
所述的第一整流滤波电路的输入端连接至电网，用于将电网电压整流成直流电压；
所述的高频逆变电路的输入端连接至所述的第一整流滤波电路的输出端，用于将所述的第一整流滤波电路输出的直流电压逆变为高频电压方波；
所述的第一串联谐振电路的输入端连接至所述的高频逆变电路的输出端；
所述的第二并联谐振电路的输出端连接至所述的第二整流滤波电路的输入端；
所述的第二整流滤波电路的输入端连接至所述的第二并联谐振电路的输出端，用于将所述的第二并联谐振电路输出的交流电压整流成直流电压；
所述的DC-DC变换器的输入端连接至所述的第二整流滤波电路，用于将所述的第二整流滤波电路的直流输出电压变换成车载动力电池充电所需的额定电压。
2.根据权利要求1所述的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，其特征在于，所述的第一串联谐振电路包括依次串联连接的发射线圈L1和第一电子电容电路，连接至所述的高频逆变电路的输出端；所述的第二并联谐振电路包括并联连接的接收线圈L2和第二电子电容电路；连接至所述的第二整流滤波电路的输入端；所述的发射线圈L1与所的述接收线圈L2通过高频磁共振方式，电能从所述的发射线圈L1传递到所述的接收线圈L2。
3.根据权利要求2所述的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，其特征在于，所述的第一电子电容的结构如下：
所述的第一电子电容包括第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和第一直流电容；其中，所述的第一开关管至所述的第四开关管的每个开关管分别反并联一个二极管，第一开关管的漏极与第一直流电容的正极相连，第一开关管的源极与第三开关管的漏极相连，第二开关管的漏极与第一直流电容的正极相连，第二开关管的源极与第四开关管的漏极相连，第三开关管的源极与第一直流电容的负极相连，第四开关管的源极与第一直流电容的负极相连，所述的第一电子电容电路的两端分别从第一开关管的源极和第二开关管的源极引出。
4.根据权利要求2所述的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，其特征在于，所述的第二电子电容的结构如下：
所述的第二电子电容电路包括第五开关管、第六开关管、第七开关管、第八开关管和第二直流电容；其中，所述第五开关管至所述的第八开关管的每个开关管分别反并联一个二极管，第五开关管的漏极与第二直流电容的正极相连，第五开关管的源极与第七开关管的漏极相连，第六关管的漏极与第二直流电容的正极相连，第六开关管的源极与第八开关管的漏极相连；第七开关管的源极与第二直流电容的负极相连，第八开关管的源极与第二直流电容的负极相连，所述的第二电子电容电路的两端分别从第五开关管的源极和第六开关管的源极引出。
5.根据权利要求2所述的一种新型电动汽车磁共振式无线充电电路，其特征在于，所述的发射线圈L1与所述的接收线圈L2对称设置，通过耦合方式实现电能的无线传输。
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