一种半桥型MERS电动汽车无线充电电路的制作方法

本实用新型涉及电动汽车充电技术领域，具体涉及一种半桥型MERS电动汽车无线充电电路。

背景技术：

近年来，由于世界汽车的产业的高速发展，燃料汽车的尾气排放导致气候变化异常，环境恶化，全球变暖等问题的出现，电动汽车的研发进入了迅速发展期，随着全球电动汽车保有量的不断增加，其中急需解决的问题之一就是汽车充电的问题，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：充电设备引线过长；占地面积和占用空间大；人工操作繁琐，操作过程中会带来设备的过度磨损以及不安全性问题。电动汽车无线充电技术不仅可以很好地解决上述问题，还能够实现运动式充电，即充电时不一定要停止行驶，从而无线充电的技术发展得到了广泛关注。

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。目前常见的电动汽车无线充电方案主要包括磁感应式无线充电和磁共振式无线充电。其中，磁感应式无线充电技术线圈间互感较大，近距离传输效率高，但整个系统对线圈的相对水平位移非常敏感，不适合用于远距离的无线充电。相比于磁感应式无线充电，磁共振式无线传输的电路拓扑具有调谐网络，能够实现互感补偿和频率调谐，可以实现中等距离电能传输。因此，近几年磁共振式无线充电成为电动汽车无线充电技术领域的研究热点。

技术实现要素：

为解决现有技术所存在的技术问题，本实用新型提供一种半桥型MERS电动汽车无线充电电路，使车载蓄电池或车载电容电池进行无线充电。

本实用新型采用以下技术方案来实现：

一种半桥型MERS电动汽车无线充电电路包括基建侧部分和车载侧部分，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；车载侧包含第二串联谐振电路、第二整流滤波电路和DC-DC变换器；

所述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；

所述高频逆变电路的输入端连接至所述第一整流滤波电路的输出端，用于将所述第一整流滤波电路输出的直流电压逆变为高频电压方波；

所述第一串联谐振电路的输入端连接至所述高频逆变电路的输出端；

所述第二串联谐振电路的输出端连接至所述第二整流滤波电路的输入端；

所述第二整流滤波电路的输入端连接至所述第二串联谐振电路的输出端，用于将所述第二串联谐振电路输出的交流电压整流成直流电压；

所述DC-DC变换器的输入端连接至所述第二整流滤波电路，用于将所述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，连接至高频逆变电路的输出端；所述第二串联谐振电路包括依次串联连接的接收线圈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；所述发射线圈L₁与所述接收线圈L₂对称设置；所述发射线圈L₁与所述接收线圈L₂通过高频磁共振方式传输电能将电能从发射线圈L₁传递到接收线圈L₂。

所述第一电子电容电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一直流电容和第二直流电容。其中，所述第一开关管和第二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二开关管的漏极相连，第二开关管的源极与第二直流电容的负极相连，第一直流电容连接在第一开关管的漏极和所述第一二极管的阴极之间，第一直流电容的负极与第二直流电容的正极相连，第二直流电容连接在第二开关管的源极和所述第二二极管的阳极之间，第一二极管的阳极与第二二极管的阴极相连；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直流电容的正极引出。

所述第二电子电容电路包括第三开关管、第四开关管、第三二极管、第四二极管、第三直流电容和第四直流电容。其中，所述第三开关管和第四开光管分别反并联一个二极管，第三开关管的漏极与第三直流电容的正极相连，第三开关管的源极与第四开关管的漏极相连，第四开关管的源极与第四直流电容的负极相连，第三直流电容连接在第三开关管的漏极和所述第三二极管的阴极之间，第三直流电容的负极与第四直流电容的正极相连，第四直流电容连接在第四开关管的源极和所述第四二极管的阳极之间，第三二极管的阳极与第四二极管的阴极相连；第二电子电容电路的两端分别从第三开关管的源极和第四直流电容的正极引出。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

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，计算出最大传输效率时的最优谐振频率，调节第一电子电容电路和第二电子电容电路，使第一串联谐振电路和第二串联谐振电路实现磁共振，提高充电效率，并且能够实现互感补偿和频率调谐，进而实现中等距离电能传输，该电路不仅节约成本，而且能够稳定高效快速地充电。提高了充电安全性，具有良好的市场前景和经济效益。

附图说明

图1是半桥型MERS电动汽车无线充电电路的结构示意图；

图2是半桥型MERS电动汽车无线充电电路的电路示意图；

图3是第一电子电容电路的控制示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

图1给出了本实用新型的半桥型MERS电动汽车无线充电电路的建设方案图，本实用新型包括基建侧部分和车载侧部分，其中基建侧部分与车载侧部分分离，基建侧部分安装在地面下方，基建侧部分的发射线圈L₁靠近地面，当车载侧部分的接收线圈L₂处于发射线圈L₁上方时，可进行无线充电。

图2给出了半桥型MERS电动汽车无线充电电路的总体结构图，本实用新型的基建侧部分包含第一整流滤波电路、高频逆变电路、第一串联谐振电路；车载侧部分包含第二串联谐振电路、第二整流滤波电路、DC-DC变换器和电池负载；

其中，所述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，所述高频逆变电路的输入端连接至所述第一整流滤波电路的输出端，用于将所述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，所述第一串联谐振电路的输入端连接至所述高频逆变电路的输出端；

其中，所述第二串联谐振电路的输出端连接至所述第二整流滤波电路的输入端；

其中，所述第二整流滤波电路的输入端连接至所述第二串联谐振电路的输出端，用于将所述第二串联谐振电路输出的交流电压整流成直流电压；

其中，所述DC-DC变换器的输入端连接至所述第二整流滤波电路，用于将所述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；所述发射线圈L₁另一端与所述高频逆变电路输出端的负极相连，所述第一电子电容电路另一端与高频逆变电路输出端的正极相连。

所述第二串联谐振电路包括依次串联连接的接收线圈L₂和第二电子电容电路；所述接收线圈L₂另一端与第二整流滤波电路的正输入端相连，所述第二电子电容电路另一端与第二整流滤波电路的负输入端相连；所述发射线圈L₁与所述接收线圈L₂对称设置；所述发射线圈L₁与所述接收线圈L₂通过高频磁共振方式达到电能的传输将电能从发射线圈L₁传递到接收线圈L₂。

所述第一电子电容电路包括第一开关管Q₁、第二开关管Q₂、第一二极管D₁、第二二极管D₂、第一直流电容C₁和第二直流电容C₂。其中，所述第一开关管Q₁和第二开光管Q₂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的源极与第二开关管Q₂的漏极相连，第二开关管Q₂的源极与第二直流电容C₂的负极相连，第一直流电容C₁连接在第一开关管Q₁的漏极和所述第一二极管D₁的阴极之间，第一直流电容C₁的负极与第二直流电容C₂的正极相连，第二直流电容C₂连接在第二开关管Q₂的源极和所述第二二极管D₂的阳极之间，第一二极管D₁的阳极与第二二极管D₂的阴极相连；第一开关管Q₁的源极与所述高频逆变电路输出端的正极相连，第二直流电容C₂的正极与所述发射线圈L₁一端相连。

所述第二电子电容电路包括第三开关管Q₃、第四开关管Q₄、第三二极管D₃、第四二极管D₄、第三直流电容C₃和第四直流电容C₄。其中，所述第三开关管Q₃和第四开光管Q₄分别反并联一个二极管VD，第三开关管Q₃的漏极与第三直流电容C₃的正极相连，第三开关管Q₃的源极与第四开关管Q₄的漏极相连，第四开关管Q₄的源极与第四直流电容C₄的负极相连，第三直流电容C₃连接在第三开关管Q₃的漏极和所述第三二极管D₃的阴极之间，第三直流电容C₃的负极与第四直流电容C₄的正极相连，第四直流电容C₄连接在第四开关管Q₄的源极和所述第四二极管D₄的阳极之间，第三二极管D₃的阳极与第四二极管D₄的阴极相连；所述第三开关管Q₃的源极与所述接收线圈L₂的一端相连，第四直流电容C₄的正极与所述第二整流滤波电路的负极输入端相连。

所述一种半桥型MERS电动汽车无线充电电路的工作过程具体如下：

S1、根据第一串联谐振电路的发射线圈L₁的电感L₁和第一电子电容电路的电容C_eq1，设置高频逆变电路初始工作角频率使得第一串联谐振电路工作在谐振状态；

S2、调节高频逆变电路的输出角频率其中，R₁、R₂、R_eq分别为第一串联谐振电路等效寄生电阻、第二串联谐振电路等效寄生电阻、车载侧第二串联谐振电路后级的等效阻抗；

S3、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串联谐振电路工作在磁共振状态。

所述S3中，所述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，以第一电子电容电路为例，其中第一电子电容电路控制示意图如图3所示，具体如下：

(1)根据谐振角频率所述L₁为发射线圈L₁的等效电感，获得谐振工作点的第一电子电容电路的等效电容值C_eq；根据C_eq可获得控制关闭角α₁。

(2)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电路控制关闭角为α₁，从而产生合适的触发脉冲信号G₁、G₂来控制第一开关管Q₁和第二开关管Q₂的导通与关断，所述触发脉冲信号G₁、G₂分别作用在第一开关管Q₁和第二开关管Q₂的门极。

(3)触发脉冲信号G₁、G₂控制第一开关管Q₁和第二开关管Q₂不同时导通，所述第一开关管Q₁导通时，电流经过第一开关管Q₁、第一直流电容C₂，所述第二开关管Q₂导通时，第一开关管Q₁关断，电流电流经过第一开关管Q₂、第二直流电容C₂，第一二极管D₁和第二二极管D₂主要起电压钳位作用，防止电流回流。

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和第二串联谐振电路的磁共振将第一串联谐振电路电能传输到第二串联谐振电路，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。