电动汽车无线充电系统的制作方法

本实用新型涉及无线充电技术领域，具体涉及到一种电动汽车无线充电系统。

背景技术：

目前，电动汽车充电的方式主要有三种：普通充电、快速充电桩和可更换电池的换电站。以上方式都存在一定的弊端：普通充电不需要建立专门的充电设施，可用家庭常用的插座，通过充电机充电，其充满一次需要8小时以上，充电时间过长；另一方面，充满的电动汽车一般能够行驶120余公里，行驶里程太短，难以满足人们日常出行要求。快速充电方式多为大电流充电，其功率可以高达几十到几百千瓦，一次充电需要10到20分钟，但其耗能巨大。资料显示，快速充电消耗电能巨大，完成一次充电所消耗的电能相当于一栋办公大楼五天消耗的电能。若同时为数辆电动汽车充电，功率将达到兆瓦级别，会对电网产生很大影响，造成冲击，使电网电压产生震荡，供电质量下降。另外，建设充电桩不仅花费巨大，而且大量的电动汽车需要很多充电桩，占用大量的空间。换电站通过更换电池组为电动汽车提供动力，其虽能满足汽车的正常运行，但更换麻烦，若非熟练技术人员操作，很容易出问题，而且当电池组中一节电池有问题时，会产生“木桶效应”，续航能力大大减弱；再者，不同电池生产厂商生产电池有所差异，标准化比较困难。

电动汽车具有较低的环境污染，同时可以较好地解决化石能源短缺的问题，因此是低碳经济中非常重要的一个环节。电动汽车的充电一直是研究热点，随着电动汽车的发展，便捷多样的充电方式越来越受欢迎。目前电动汽车多采用有线充电式，充电时间较长，占用空间大，同时频繁拔插电源电线既不安全，也容易造成设备老化磨损。而无线电能传输技术使用方便、安全，设备积尘较少，且无接触损耗、机械磨损和相应的维护问题，因此无线充电技术在电动汽车的应用受到越来越多的关注。

技术实现要素：

根据以上现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提出一种电动汽车无线充电系统，通过磁耦合谐振式无线电能传输方式，设置了初级侧部分、谐振耦合部分和次级侧部分，实现无线充电，方便快捷的为电动汽车高效率的充电。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种电动汽车无线充电系统，电动汽车无线充电系统包括初级侧部分、谐振耦合部分和次级侧部分，初级侧部分安装在电动汽车充电桩上，谐振耦合部分中设有相互连接发射线圈和接收线圈，次级侧部分安装在电动汽车上连接电动汽车的电池组，初级侧部分中设有第一整流单元、逆变单元和第一控制单元，市电连接整流单元，第一整流单元和第一控制单元连接逆变单元，逆变单元连接发射线圈；次级侧部分中设有依次连接的通信单元、第二控制单元、第二整流单元和直流变换单元，第二整流单元连接接收线圈，直流变换单元连接电动汽车电池组。

上述系统中，所述初级侧部分中将直流电转化为高频交流电的逆变单元采用E类放大式逆变电路。所述第一控制单元中设有由相位比较器、环路滤波器和压控振荡器三部分组成的锁相环电路。所述第一控制单元中设有依次连接的第一电压检测电路、比较电路、放大电路、锁相环电路和第一驱动及保护电路，第一控制单元中还设有连接第一驱动及保护电路的第一控制器。所述第二控制单元中设有依次连接的第二驱动及保护电路和第二控制器，第二控制器连接有第二电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路到电动汽车电池组上。所述次级侧部分中的第二整流单元为全桥整流电路。所述直流变换单元采用Boost升压式直流变换电路。

本实用新型有益效果是:与有线充电相比，无线充电没有电源电线频繁的插拔和裸露导体存在，消除了摩擦损耗、触电的危险，提高了电能传输的方便性，显著减小了充电系统的质量和体积。具有灵活性高、安全性好、可靠性强及使用寿命长等特点，加之充电部分和电动汽车隔离开来，不相互接触，减少损耗。

附图说明

下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1是本实用新型的具体实施方式的电动汽车无线充电系统的示意框图。

图2是本实用新型的具体实施方式的电动汽车无线充电系统的电路结构图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本实用新型的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本实用新型的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

一种电动汽车无线充电系统，包括初级侧部分、谐振耦合部分和次级侧部分，初级侧部分安装在电动汽车充电桩上，谐振耦合部分中设有相互连接发射线圈和接收线圈，次级侧部分安装在电动汽车上连接电动汽车的电池组，初级侧部分中设有第一整流单元、逆变单元和第一控制单元，市电连接第一整流单元，第一整流单元和第一控制单元连接逆变单元，逆变单元连接发射线圈；次级侧部分中设有依次连接的通信单元、第二控制单元、第二整流单元和直流变换单元，第二整流单元连接接收线圈，直流变换单元连接电动汽车电池组。

初级侧部分中，逆变单元中设有逆变电路将直流电转化为供谐振线圈工作所需的高频交流电，采用E类放大式逆变电路。第一控制单元中设有依次连接的第一电压检测电路、比较电路、放大电路、锁相环电路和第一驱动及保护电路，第一控制单元中还设有连接第一驱动及保护电路的第一控制器，锁相环电路由PC(相位比较器)、LF(环路滤波器)和VCO(压控振荡器)三部分组成。第二控制单元中设有依次连接的第二驱动及保护电路和第二控制器，第二控制器连接有第二电压检测电路、电流检测电路和温度检测电路到电动汽车电池组上，两侧的控制器都采用是stm32控制器，具有电压、电流采集、温度检测、CAN通信、PWM波产生功能(图2中标出了PWM波)，谐振耦合部分中的谐振耦合电路采用串-串耦合电路结构。

次级侧部分中，第二整流单元选择为全桥整流电路，第一整流单元采用同样的全桥整流电路，直流变换单元(即DC/DC变换器)，为实现副边升压以满足充电需求，采用Boost升压式直流变换电路，通过调节DC/DC变换器的主开关管周期性的导通和关断可以做到输出功率可调，第二控制单元连接有电池管理系统，通信单元是CAN协议与电池管理系统之间的通信。第一整流单元采用四个二极管(D1、D2、D3和D4)组成全桥整流电路，D1、D2组成的负极桥臂和D3、D4组成的正极桥臂之间连接有电容C4，电感L4的一端连接负极桥臂，电感L4的另一端连接MOS管Q0的漏极，MOS管Q0的漏极和源极之间连接电容C1，MOS管Q0的漏极串联电阻R1、电容C0和发射线圈L1，MOS管Q0的栅极连接第一驱动及保护电路，发射线圈L1连接第一电压检测电路。发射线圈L1对应的接收线圈L2，发生谐振，接收线圈L2的一端通过电容C5连接在第二整流单元的D5、D7之间，二极管D5、D6、D7和D8组成第二整流单元的整流电路，电感L2的另一端连接在D6、D8之间，第二整流电路的负正极桥臂之间连接有电容C2，第二整流电路的负极桥臂连接电感L3，电感L3的另一端连接二极管D9的正极，二极管D9的正极连接MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的栅极连接第二驱动及保护电路，MOS管Q1的源极连接第二整流电路的正极桥臂，在二极管D9的负极和MOS管的源极之间连接电容C3，电容C3的两端连接在电动汽车电池组上。

本实用新型的工作原理为，交流市电经过AC/DC(即第一整流单元)将交流电转化为直流电，直流电经过逆变将直流电变换成高频交流电并送到谐振耦合部分；当初级侧的工作频率和次级侧的工作频率一致时，初级侧和次级侧发生谐振，同时能量由初级侧传递到次级侧，从而实现能量的无线传输；次级侧谐振器接受来自初级侧的交流电，不能直接用于电动汽车充电，需要经过整流将高频交流电变换为直流电，此时直流电电压仍不能满足充电需求，需要再经过直流变换将电压调节到电动汽车充电所需电压，整个过程结束。

电动汽车无线充电系统总体电路结构如图2所示，充电系统初级侧逆变单元的逆变电路将直流电转化为供谐振线圈工作所需的高频交流电，采用E类放大式逆变电路，无线充电系统初级侧控制单元包括锁相环电路，锁相环电路由PC(相位比较器)、LF(环路滤波器)和VCO(压控振荡器)三部分组成，锁相环频率跟踪电路能够保证系统保护谐振状态，使系统具有较高的效率。锁相环采用MM74HC4046，当VCC＝4.5V时，最大压控震荡频率可达12MHZ，比较器的最快响应时间为25ns，保证能够实时快速跟踪系统频率；无线充电系统初级侧和次级侧控制单元均包括电压检测电路、比较电路、放大电路、锁相环电路、驱动及保护电路，为满足电动汽车电池充电需求和充电安全性要求，需在充电过程中实时检测充电电压和充电电流等信息。为能有效检测相关状态，采用霍尔电压传感器CHV-25P来检测主电路的输出电压；霍尔电流传感器HBC20LSP来检测主电路的输出电流。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。