本发明属于电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种具有偏移自适应性的电动汽车无线充电拓扑结构。
背景技术：
伴随着能源问题以及环境问题的日益严重，混合动力汽车和纯电动汽车以其环保、便捷等优势引起人们越来越多的关注，非接触式电能传输技术利用非接触变压器实现能量的无线传输，具有安全、操作方便简单、无接触磨损、无直接电气连接等优点。因此，这一业界广泛关注的新型电能传输形式对于未来的发展具有重大的意义，也是极其有竞争力的热点。
非接触变压器是非接触电能传输系统的核心部分，而其补偿方式及系统的拓扑结构一直以来就是非接触电能传输系统研究的关键问题。为了实现系统良好的参数适应能力、传输特性及其稳定性，就要求相应的补偿方式及系统拓扑能够实现系统参数变化时的适应性，如偏移系统及负载变化。
目前常见的非接触变换器的补偿方式为原边串联/副边串联、原边串联/副边并联、原边并联/副边串联、原边并联/副边并联，相应的拓扑结构为单发射对单接收或多发射对多接收。这些补偿方式及拓扑结构存在一定的局限性，补偿方式对电路参数变化较为敏感，如负载变化时系统的增益等特性会相应改变；在发射与接收发生偏移时无法维持较好的能量传输，甚至出现系统无法进行能量传输的情况。
现有无线充电系统的线圈结构和补偿拓扑在原副边位置发生偏移时，原副边线圈的耦合效果和系统的传输能力会迅速下降，甚至会出现功率传输为零的零耦合点，从而导致整个系统的抗偏移性能较差，应用到电动汽车无线充电时，在车辆停放位置偏移的情况下会大大影响充电效果，导致系统使用不方便。
技术实现要素：
鉴于上述，本发明提供了一种具有偏移自适应性的电动汽车无线充电拓扑结构，该结构能够在发射与接收线圈位置存在较大偏移时稳定地进行功率传输，系统传输特性在产生一半尺寸的偏移范围内不受影响。
一种具有偏移自适应性的电动汽车无线充电拓扑结构，包括：直流电源、逆变电路、原边串联补偿电容、原边发射线圈以及两组副边接收电路；所述逆变电路的直流侧与直流电源连接，用以将直流电源的输出直流电转换成高频交流电，逆变电路交流侧的一端与原边串联补偿电容的一端相连，原边串联补偿电容的另一端与原边发射线圈的一端相连，原边发射线圈的另一端与逆变电路交流侧的另一端相连；所述副边接收电路包括副边接收线圈、副边并联补偿电容、副边串联补偿电感以及整流电路，所述副边接收线圈与原边发射线圈通过电磁耦合，副边接收线圈的一端与副边并联补偿电容的一端以及副边串联补偿电感的一端相连，副边串联补偿电感的另一端与整流电路交流侧的一端相连，所述副边接收线圈的另一端与副边并联补偿电容的另一端以及整流电路交流侧的另一端相连；两组副边接收电路中的整流电路直流侧并联后为电动汽车电池充电。
当原副边线圈发生偏移时，在两组副边接收电路的相互配合下，本发明结构可以呈现良好的偏移自适应性能，系统可以在较大的偏移范围内维持稳定的功率传输。
进一步的，所述逆变电路采用半桥逆变结构、全桥逆变结构或推挽式逆变结构。
进一步的，所述原边发射线圈和副边接收线圈采用绕制有利兹线的磁芯，所述磁芯采用导磁材料。
进一步的，两组副边接收电路中的副边接收线圈相互解耦。
进一步的，所述副边并联补偿电容分别与副边接收线圈和副边串联补偿电感谐振匹配。
本发明副边接收部分采用两独立接收线圈的方式，且线圈输出分别独立接补偿电路及整流电路，在整流输出的直流侧进行并联，使得两个独立接收线圈既不相互影响，又可以互补工作；本发明系统在发生偏移时，一个线圈的耦合下降，另一个线圈的耦合上升，由于两者输出各自独立，仅在直流侧进行叠加，因此传输是完全互补的；再结合副边并联电容及串联电感的补偿拓扑，使得本发明系统在较大偏移范围内都可以维持稳定的功率传输。
附图说明
图1为本发明无线充电系统的结构示意图。
图2(a)和图2(b)分别为本发明松耦合变压器两种形式的结构示意图。
图3为本发明无线充电系统原副边线圈偏移尺寸与耦合系数的关系示意图。
图4(a)为本发明无线充电系统的等效电路模型示意图。
图4(b)为本发明系统副边两独立线圈及其电路等效后的结构示意图。
图5为本发明无线充电系统的电压增益曲线示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明具有偏移自适应特性的电动汽车无线充电拓扑结构，包括依次连接的直流电源1、逆变电路2、原边串联补偿电容3、原副边耦合线圈4以及副边接收电路；直流电源1与逆变电路2连接，提供高频交流电源；原边串联补偿电容3与原边发射线圈串联在逆变电路2的输出端；副边接收电路为两独立接收线圈连接两独立副边补偿电路及其整流滤波电路9和10，经输出直流并联后用于电动汽车电池11充电；原副边耦合线圈4发生偏移时，在两独立接收电路的相互配合下，该系统可以呈现良好的偏移自适应性能，系统可以在较大的偏移范围内维持稳定的功率传输。
原边串联补偿电容3、副边并联补偿电容5和6、副边串联补偿电感7和8与原副边耦合线圈4构成谐振网络；副边的整流滤波电路9和10将谐振网络输出的高频交流电转换为直流电并进行并联输出到电动汽车电池11。
本发明中发射线圈与接收线圈的结构既可以采用如图2(a)所示的原边单个发射线圈、副边两个独立接收线圈的形式；也可以采用如图2(b)所示的对称模式，即原边两个独立的发射线圈、副边单个接收线圈；其中两独立线圈之间既在磁路上无相互耦合，也在输出上没有电路的直接连接。
为验证本发明的可行性，对发射线圈和接收线圈进行实验验证，本实施方式发射线圈和接收线圈尺寸均为600mm*600mm，原边线圈与副边线圈相对而置，在空间高度上距离200mm，原边线圈与副边线圈均采用0.1mm*400股利兹线绕制。
图3为应用实例在不同偏移下的耦合测试结果，由图3示可见，在固定原副边正对间距200mm的条件下，当线圈发生偏移时，原边对副边其中一个线圈的耦合下降，而对另一个线圈的耦合上升，由于副边两线圈独立，因此原边对副边的整体耦合效果为两者叠加。由图3中可以看出，原副边线圈整体耦合效果对偏移情况不敏感，在发生一半尺寸的偏移时，系统依然能保持较高的耦合水平。
图4(a)为本发明无线充电拓扑结构的交流等效电路模型，其中cp为原边串联补偿电容，lp为发射线圈漏感，ls1和ls2分别为副边两独立接收线圈的漏感，k1、k2为原边线圈分别与副边两线圈的耦合系数，cs1、cs2为副边并联补偿电容，l1、l2为副边串联补偿电感。若设计副边参数使ls1＝ls2＝l1＝l2、cs1＝cs2，则副边两独立线圈及其电路可等效为图4(b)所示，其中
图5为本发明无线充电拓扑结构的电压增益曲线，由曲线图可以看出，当系统工作在所设计的谐振频率工作点时，其传输特性即电压增益不会随负载的变化而改变，能够维持稳定的电压增益传输特性，因此对于电动汽车电池这一阻抗特性变化较大的负载来说，该系统可以很好地适应此负载对象。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。