电动汽车无线充电系统设计方法研究

图1  串联-串联式耦合谐振电路图图2  电动汽车无线充电系统框图
谐振电容,L p、L s分别为原、副边线圈自感,M为原副边线圈之间的互感,R为负载电阻,I p、I s分别为原、副边电流,ω0为系统谐振频率,R p、R s为线圈等效内阻,Z L为电池等效内阻。
根据互感耦合模型,得到单负载系统等效电路的状态方程:
(1)
式中Z p、Z s分别为初级、次级回路阻抗:
(2)
忽略内阻R s,将(2)式带入
级的等效反映阻抗:
(3)
SS谐振结构,具体表达为:
(4)
boin输出功率可表达为:
(5)
标定板系统传输效率为:
(6)
由式(5)可知,系统输出功率主要由初级绕组内阻和次级反映阻抗的实部、虚部共同决定,其中涉及包括工作频率、谐振电容、电感、内阻等一系列参数。由式(6)可知,系统传输效率由初级侧内阻和次级反映阻抗实部共同决定。随着反映阻抗实部R P-S的逐渐增大,传输效率也在逐渐增大。
2  系统整体设计
系统的整体结构框图如图2所示,系统采用220V、
图3  BUCK电路基本拓扑结构图4  全桥逆变电路基本拓扑机构
势,因此,本系统采用BUCK电路做为DC-DC环节的主电路拓扑。
3.2  全桥逆变电路设计两种充电方式的优点
仅充电效率高,
充电过程中有最高和最低充电电压及恒流阶段的最高充电电流和预充电流等
只有蓄电池容量的
阶段,当电压恢复到最低充电电压时
充,恒充包括两个阶段
两个阶段充电完毕
时电流会降到蓄电池容量的
阶段,直至充电结束
5  实验结果与分析
本系统为中惠创智无线供电技术有限公司搭建的理论样机平台,并且已经实现了对电动汽车进行无线充电
图5  软件流程图图6  样机展示
电量监控
的实际展示,样机平台主要包括:电能发射模块、能量耦合平台、接收端整流模块以及车载电池组成。其中电能发射模块包括:整流滤波电路、DC-DC降压斩波电路和高频全桥逆变电路三部分。系统采用220V市电作为供电电源,能量耦合平台采用平板磁芯结构,发射端与接收端通过蓝牙模块进行通信。
样机平台参数如下:
1)输入电压:单相220V AC;
2)输出电压:动力电池电压范围70~420V;
3)输出功率: 3.7KW;
4)通信协议:BMS协议《GB T 27930-2015》;
5)线圈原边尺寸: 60 cm×60cm;
6)线圈副边尺寸: 40 cm×40cm;
增感油墨汽车拉紧器7)机械气隙:20±5cm。
图7为主电部分测试过程得到的实验波形,其中CH1为DC-DC斩波电路输出电流,CH2为DC-DC斩波电路开关管开通关断电压波形,CH3为全桥逆变电路输出电流波形, CH4为全桥逆变电路输出电压波形。当输出电流期望值改变时,控制系统通过调节DC-DC斩波电路IGBT占空比,使系统的输出电流值稳定在期望值附近。
模具石膏粉以上实验中,设定不同电池充电电流期望值,系统通过调节DC-DC斩波电路IGBT占空比使得输出电流很好地跟随期望值。在不同的期望输出电流情况下,最终系统稳定下来的DC-DC斩波电路输出电压V in、输入电
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(b)全桥逆变波形
图7  电动汽车电池组充电实验波形(a)DC-DC直流斩波波形

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