[发明专利]一种电动汽车无线充电装置及其输出控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车无线充电设备，尤其涉及一种大功率、高效率、中距离的电动汽车无线充电装置及其输出控制方法。

背景技术

发展电动汽车无线充电技术意义重大，能彻底解决传统接触式充电易磨损，易触电，多次插拔后可能造成电能传输不可靠以及不方便等缺点。但电动汽车无线充电至少需要数kW的输出功率，传输距离要求也较远，这给电动汽车无线充电技术造成了很大的挑战。

现有的无线充电产品普遍采用电磁感应方式进行电力传输，这类产品具有功率小，效率不高，传输距离近等特点，主要用于便携式电子产品充电。这些特点导致了利用电磁感应原理的无线充电装置很难应用于电动汽车充电。

2006年11月美国麻省理工学院(MIT)物理系助理教授Marin Soljacic研究小组提出了磁耦合谐振技术，并于2007年6月进行了实验验证，相隔2.16m隔空将一只60W灯泡点亮，效率为40%（文献1：：Andre Kurs et al，“Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances”,2007年7月6日,Science,VOL317,p.83-86）。但60W的功率传输仍然远远不能满足电动汽车充电KW级的功率需求，而且文章中所提到的10MHz左右的工作频率也也给无线电力传输装置中的大功率开关电源功率的设计带来了困难。中国专利CN102177042A“非接触电力传递装置及具有非接触电力传递装置的车辆”在上述文献1的原理的基础上，增加了主电路等附属设备，并进行了紧凑化设计。

目前电动汽车无线充电的需求一般需要传输功率不低于传统乘用车标准，无线传输距离大于乘用车底盘离地高度并可达20cm到40cm，无线传输效率可达90%以上，满足以上需求存在极大困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提出一种输出功率大，效率高，传输距离中等而且易于实现的电动汽车无线充电装置，以解决现有无线充电装置大多存在的传输距离小，传输功率小，效率低，设计困难等缺点。

为解决上述技术问题，本发明提出一种电动汽车无线充电装置及其输出控制方法，主要包括降低系统工作频率，将非专利文献1中的单圈感应线圈改为多圈串联谐振结构，利用第一个线圈的串联谐振补偿电容进行阻抗匹配，改进负载补偿电路以提高效率，并在接收端对输出电压和电流进行自适应控制以满足实用要求。该电动汽车无线充电装置包括与工频电源相连的发射端和与电动汽车电池系统相连的接收端。

所述发射端由工频整流单元、功率因数校正单元、逆变单元、发射线圈单元、第一通信单元和第一控制单元构成。所述的工频整流单元、功率因数校正单元、逆变单元和发射线圈单元按照此顺序串联连接，第一通信单元和第一控制单元串联连接，第一控制单元控制逆变单元的输出。

所述接收端由接收线圈单元、负载补偿单元、高频整流滤波单元、BOOST升压变换单元、第二通信单元和第二控制单元构成。接收线圈单元、高频整流滤波单元，BOOST升压变换单元按照此顺序串联连接，BOOST升压变换单元的输出连接电动汽车电池系统，第二通信单元和第二控制单元串联连接，电动汽车电池系统的反馈信号作为第二控制单元的输入，第二控制单元的输出控制BOOST升压变换单元。所述的电池系统的反馈信号包括电池的剩余电量SOC，电流，电压，温度等信息。

所述发射端中：

所述的工频整流单元为二极管全桥整流。

所述的功率因数校正单元为功率因数校正单元，可以采用有源功率因数校正拓扑，也可以采用无源功率因数校正拓扑。

所述的逆变电路单元的作用是将经过工频整流单元和功率因数校正单元得到的直流电压逆变成高频交流电压，供发射线圈单元使用。逆变单元的拓扑采用全桥逆变电路，采用固定占空比控制。在本发明中，逆变后的逆变单元输出电压典型工作频率在20KHZ至500KHZ之间，逆变电路的输出由所属第一控制单元控制。

所述的发射线圈单元埋设于地下或者安装在地面上，所述的接收线圈单元固定于电动汽车的底部。

所述的发射线圈单元由发射线圈和发射端放大线圈构成，发射线圈和发射端放大线圈可采用圆形或多边形结构，发射线圈和发射端放大线圈的半径大小相同，平行放置，发射线圈和发射端放大线圈的中心位于同一轴线上，发射线圈单元的半径即为发射线圈单元中心轴线与边之间的最短距离，当发射线圈单元为圆形结构时即为圆的半径。从空间位置看，发射端放大线圈位于发射线圈之上，两线圈之间的空隙小于10mm。