CN207705871U - 一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统，包括交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块、接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块、移动终端、第二蓝牙模块、上位机终端、ARM模块、FPGA模块、逆变器驱动模块；与现有技术相比，本实用新型能实现基于低成本直流功率可调模块实现无线充电的自动功率控制，电流及电压超调量小，并具有操作简单、成本低、快速高效且抗干扰能力强的效果。

Description

一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统

技术领域

本实用新型属于电源管理领域，涉及电源管理与监控系统，尤其涉及一种直流电源远程监测与管理装置。

背景技术

电动汽车无线充电技术基本原理：是通过埋在于地下的供电线圈以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在地面上一定范围内的车辆接收端电能拾取机构，进而给车载储能设备供电，可使电动汽车搭载少量电池组，延长其续航里程，同时电能补给更加安全、便捷。电动汽车无线充电的核心模块包括功率因数校正(PFC，Power Factor Correction)整流器、高频逆变器、磁谐振耦合机构、接收端整流与DC/DC调压器、主控制器等。电动汽车无线充电技术具有运行安全便捷灵活、维护成本低、用户体验好等优点，受到越来越多的关注。

直流功率模块，用于将电网三相或两相的工频交流电变换成输出电压可调的直流电，同时提升功率因数。在电动汽车有线充电领域，主控制器采集电池充电电压和电流，与预设的充电曲线比较后发送指令到直流功率模块调整输出电压，以控制充电电压和电流。当前，集成化的直流功率模块具有成本低廉、可多模块并联使用等优点，已经在电动汽车有线充电领域的得到了大规模的应用。

目前应用于电动汽车无线充电系统充电功率控制的方法主要有发送端直流调压、发送端逆变器频率控制、逆变器移相控制、多相逆变桥移相控制、接收端直流调压等几种，但是各种方法均存在不足；其中频率控制在低功率运行时频率偏离谐振频率较远，导致效率低下且可能会超出SAE标准要求的80～90kHz的频带范围；而移相控制在低功率运行时的占空比很小，谐波较严重；接收端直流调压会导致接收端电能的额外损耗，比发送端调压的效率低。

将成熟应用的直流功率模块应用到电动汽车无线充电系统，能够减少在PFC整流器方面的研发时间和成本，而将重点集中于解决无线充电特有的高频逆变器、磁谐振耦合机构等模块及充电功率控制的设计上来。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统。

本实用新型所采用的技术方案是，一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统，其特征在于：包括交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块、接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块、移动终端、第二蓝牙模块、上位机终端、ARM模块、FPGA模块、逆变器驱动模块；

所述的交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块通过导线依次串联连接；所述ARM模块通过与直流功率模块通过导线连接；所述发射线圈模块与所述接收线圈模块通过磁谐振耦合无线连接；所述的接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块通过导线依次串联连接；所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块通过蓝牙无线连接；所述移动终端与所述第二蓝牙模块通过蓝牙无线连接；所述第二蓝牙模块与所述ARM模块通过导线连接；所述上位机终端与所述ARM模块通过导线连接；所述ARM模块与所述FPGA模块通过导线连接；FPGA模块与逆变器驱动模块通过导线连接；所述逆变器驱动模块与所述逆变器模块通过导线连接。

作为优选，所述交流输入端口用于接入交流电；所述直流功率可调模块用于将交流电整流成直流电，并用于调节输出直流电功率；所述逆变器模块用于将直流电逆变成高频交流电；所述发射线圈模块用于将高频交流电通过磁谐振耦合无线发射；所述接收线圈模块通过磁谐振耦合接收所述发射线圈模块发射的高频交流电；所述整流桥模块用于将高频交流电整流成充电直流电；所述蓄电池模块用于存储充电直流电；所述电池测量模块用于监测所述蓄电池模块的充电状态，并将充电状态输出至所述第一蓝牙模块；所述第一蓝牙模块用于将充电状态通过蓝牙无线通信方式传输至所述第二蓝牙模块；所述第二蓝牙模块用于将充电状态输出至所述ARM模块；所述移动终端用于接收所述第二蓝牙模块传输的充电状态，并向第二蓝牙模块向ARM下达充电启动或停止的指令；所述上位机终端用于接收所述ARM模块传输的充电状态；所述ARM模块用于通过CAN模块控制所述直流功率可调模块调节直流功率，用于通过第一串口模块与所述上位机终端进行充电状态传输，用于通过第二串口模块与所述第二蓝牙模块进行充电状态传输，用于通过SPI模块向FPGA模块下达运行频率；所述FPGA模块用于接收所述ARM模块传输的运行频率，用于分析运行频率并在充电状态正常时产生SPWM控制信号用于控制所述逆变器驱动模块，并用于在充电状态异常时停止SPWM控制信号从而保护本实用新型系统；所述逆变器驱动模块用于根据SPWM控制信号产生驱动电流。

与现有技术相比，本实用新型能够基于低成本可调直流功率模块实现无线充电的自动功率控制，在电池的任何荷电状态下，启动充电及充电阶段判定速度较快，电流或电压超调量很小，并具有较好的抗干扰能力的效果；本实用新型具有操作简单、成本低、快速高效且抗干扰能力强的效果。

附图说明

图1：本实用新型的系统电路结构图；

图2：本实用新型实施例的无线充电场景示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

针对现有路由器监控存在的不足，本实用新型专利设计了一种直流功率可调的电动汽车无线充电系统。

请见图1，一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统，本实用新型所采用的技术方案是，一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统，其特征在于：包括交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块、接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块、移动终端、第二蓝牙模块、上位机终端、ARM模块、FPGA模块、逆变器驱动模块；所述的交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块通过导线依次串联连接；所述ARM模块通过与直流功率模块通过导线连接；所述发射线圈模块与所述接收线圈模块通过磁谐振耦合无线连接；所述的接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块通过导线依次串联连接；所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块通过蓝牙无线连接；所述移动终端与所述第二蓝牙模块通过蓝牙无线连接；所述第二蓝牙模块与所述ARM模块通过导线连接；所述上位机终端与所述ARM模块通过导线连接；所述ARM模块与所述FPGA模块通过导线连接；FPGA模块与逆变器驱动模块通过导线连接；所述逆变器驱动模块与所述逆变器模块通过导线连接。

本实用新型的交流输入端口用于接入交流电；所述直流功率可调模块用于将交流电整流成直流电，并用于调节输出直流电功率；所述逆变器模块用于将直流电逆变成高频交流电；所述发射线圈模块用于将高频交流电通过磁谐振耦合发射；所述接收线圈模块通过磁谐振耦合用于接收所述发射线圈模块发射的高频交流电；所述整流桥模块用于将高频交流电整流成充电直流电；所述蓄电池模块用于存储充电直流电；所述电池测量模块用于监测所述蓄电池模块的充电状态，并用于将充电状态输出至所述第一蓝牙模块；所述第一蓝牙模块用于将充电状态通过蓝牙无线通信方式传输至所述第二蓝牙模块；所述第二蓝牙模块用于将充电状态输出至所述ARM模块；所述移动终端用于接收所述第二蓝牙模块传输的充电状态，并向ARM模块下达控制启动充电或者停止充电的控制指令；所述上位机终端用于接收所述ARM模块传输的充电状态；所述ARM模块用于通过第一串口模块与所述上位机终端进行充电状态传输，用于通过第二串口模块与所述第二蓝牙模块进行充电状态传输，用于通过CAN模块控制所述可调直流功率模块调节直流电压，用于通过SPI模块与所述FPGA模块进行运行频率传输；所述FPGA模块用于接收所述ARM模块传输的运行频率，用于分析运行频率并在充电状态正常时产生SPWM控制信号用于控制所述逆变器驱动模块，并用于在充电状态异常时停止SPWM控制信号从而保护本实用新型系统；所述逆变器驱动模块用于提供SPWM控制信号驱动电流。

图2为本实用新型的检测与保护场景示意图。其中，所述逆变器模块采用6个并联的半桥桥臂组成，每个半桥臂使用两片MOSFET开关管且型号为IPW60R041C6；所述FPGA模块采用XC6SLX9-3TQG144I芯片；所述第一蓝牙模块以及所述第二蓝牙模块均采用ATK-HC05芯片；所述ARM模块采用STM32F407VGT芯片；所述直流功率可调模块采用英飞凌的REG75030功率模块。

结合图2，详细阐述本实用新型的实施例。所述交流输入端口接入交流电；所述直流功率可调模块将接入交流电整流为直流电，所述ARM模块通过CAN模块控制所述直流功率可调模块调节直流电电压；所述FPGA模块产生SPWM控制信号，SPWM控制信号通过所述逆变器驱动模块提高驱动电流并用于控制所述逆变器模块将直流电逆变成高频交流电；所述发射线圈模块将高频交流电通过磁谐振耦合无线传输至所述接收线圈模块；所述整流桥模块将所述接收线圈模块将高频交流电整流成充电直流电，并为所述蓄电池模块充电；所述电池测量模块测量蓄电池模块的充电状态，并将充电状态通过所述第一蓝牙模块蓝牙无线传输至所述第二蓝牙模块；所述ARM模块通过第二串口模块接收所述第二蓝牙模块的充电状态，并通过第一串口模块将充电状态传输至所述上位机终端，并通过SPI模块将运行频率传输至所述FPGA模块；所述FPGA模块分析运行频率，并在充电状态正常时产生SPWM控制信号，若充电状态异常则停止SPWM控制信号产生以保护本实用新型系统。

尽管本说明书较多地使用了交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块、接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块、移动终端、第二蓝牙模块、上位机终端、ARM模块、FPGA模块、逆变器驱动模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统，包括交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块、接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块、移动终端、第二蓝牙模块、上位机终端、ARM模块、FPGA模块、逆变器驱动模块；

所述的交流输入端口、直流功率可调模块、逆变器模块、发射线圈模块通过导线依次串联连接；所述ARM模块通过与直流功率模块通过导线连接；所述发射线圈模块与所述接收线圈模块通过磁谐振耦合无线连接；所述的接收线圈模块、整流桥模块、蓄电池模块、电池测量模块、第一蓝牙模块通过导线依次串联连接；所述第一蓝牙模块与所述第二蓝牙模块通过蓝牙无线连接；所述移动终端与所述第二蓝牙模块通过蓝牙无线连接；所述第二蓝牙模块与所述ARM模块通过导线连接；所述上位机终端与所述ARM模块通过导线连接；所述ARM模块与所述FPGA模块通过导线连接；FPGA模块与逆变器驱动模块通过导线连接；所述逆变器驱动模块与所述逆变器模块通过导线连接。

2.根据权利要求1所述的基于可调直流功率模块的电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述交流输入端口用于接入交流电；所述直流功率可调模块用于将交流电整流成直流电，并用于调节输出直流电功率；所述逆变器模块用于将直流电逆变成高频交流电；所述发射线圈模块用于将高频交流电通过磁谐振耦合无线发射；所述接收线圈模块通过磁谐振耦合接收所述发射线圈模块发射的高频交流电；所述整流桥模块用于将高频交流电整流成充电直流电；所述蓄电池模块用于存储充电直流电；所述电池测量模块用于监测所述蓄电池模块的充电状态，并将充电状态输出至所述第一蓝牙模块；所述第一蓝牙模块用于将充电状态通过蓝牙无线通信方式传输至所述第二蓝牙模块；所述第二蓝牙模块用于将充电状态输出至所述ARM模块；所述移动终端用于接收所述第二蓝牙模块传输的充电状态，并向第二蓝牙模块向ARM下达充电启动或停止的指令；所述上位机终端用于接收所述ARM模块传输的充电状态；所述ARM模块用于通过CAN模块控制所述直流功率可调模块调节直流功率，用于通过第一串口模块与所述上位机终端进行充电状态传输，用于通过第二串口模块与所述第二蓝牙模块进行充电状态传输，用于通过SPI模块向FPGA模块下达运行频率；所述FPGA模块用于接收所述ARM模块传输的运行频率，用于分析运行频率并在充电状态正常时产生SPWM控制信号用于控制所述逆变器驱动模块，并用于在充电状态异常时停止SPWM控制信号从而保护本实用新型系统；所述逆变器驱动模块用于根据SPWM控制信号产生驱动电流。