本發(fā)明涉及電動汽車無線電能傳輸系統(tǒng)領域，具體是一種電動汽車用三級式無線電能傳輸系統(tǒng)。

背景技術：

對于電動汽車中典型的無線電能傳輸系統(tǒng)，由于輸出側動力電池和輸入側電網(wǎng)無電氣連接，需要增加一套無線信號傳輸設備，通過無線通信向將輸出反饋信號傳輸給主控制器，從而導致系統(tǒng)結構復雜化，且信號易受高頻電磁輻射干擾，降低系統(tǒng)工作的可靠性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電動汽車用三級式無線電能傳輸系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術電動汽車中采用無線信號傳輸設備存在的問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案為：

一種電動汽車用三級式無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：采用車外AC/DC環(huán)節(jié)、DCT環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)構成的三級結構，由DCT環(huán)節(jié)連接車外AC/DC環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)并實現(xiàn)開環(huán)控制，其中：

所述AC/DC環(huán)節(jié)采用三相變流器，該三相變流器由主電路為三相橋式拓撲，三相交流器的交流側連接三相電網(wǎng)，三相交流器的直流側通過直流母線連接DCT環(huán)節(jié)，所述三相變流器由直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)控制三相變流器的直流側的電壓為恒定值，該直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)作為三相變流器的電壓外環(huán)，直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)的輸出作為有功電流基準i_d^*，該有功電流基準i_d^*參與基于坐標變換的直接電流控制，直接電流控制是指通過坐標變換，將交流側的三相電流轉換為兩相電流，然后通過直接電流控制使實際電流跟蹤電流基準，以實現(xiàn)功率因數(shù)校正PFC，并以功率因數(shù)校正PFC作為電流內(nèi)環(huán)，由電流內(nèi)環(huán)與電壓外環(huán)共同實現(xiàn)三相變流器的閉環(huán)控制；

所述車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)為電池充放電控制電路，由電池充放電控制電路與車內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS和整車控制器VMS通信以獲知動力電池的狀態(tài)參數(shù)和電網(wǎng)的需求，從而進行恒壓或恒流充放電及功率控制，車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)中以恒流充放電環(huán)節(jié)作為電壓外環(huán)，恒流充放電環(huán)節(jié)的輸出作為電流內(nèi)環(huán)及恒流充放電環(huán)節(jié)的電流基準，通過改變電壓基準U_p^*，該電壓基準由DSP控制器直接給定，使車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)中電壓外環(huán)工作在正?；蝻柡蜖顟B(tài)，即可實現(xiàn)恒壓和恒流模式的切換及功率的控制；

所述DCT環(huán)節(jié)采用直流變壓器，該直流變壓器以一個逆變整流橋作為原邊與AC/DC環(huán)節(jié)控制連接，該直流變壓器以另一個逆變整流橋作為副邊與車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)控制連接，原邊的逆變整流橋、副邊的逆變整流橋中橋臂功率管分別以0.5滿占空比互補導通的開環(huán)控制方式，實現(xiàn)車外AC/DC環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)之間實現(xiàn)高頻開環(huán)控制，并且原邊的逆變整流橋、副邊的逆變整流橋中分別由橋臂中二極管進行不控整流；DCT環(huán)節(jié)判斷充放電模式的依據(jù)為車外的AC/DC環(huán)節(jié)有功電流基準i_d^*的極性，以動力電池充電時的電流方向為正方向，當i_d^*>0時，說明有功功率由電網(wǎng)向直流母線側傳輸，AC/DC環(huán)節(jié)整流工作，此時原邊的逆變整流橋的功率管占空比D＝0.5，當i_d^*≤0時，AC/DC環(huán)節(jié)逆變工作，占空比D＝0；同理，副邊的逆變整流橋的功率管占空比由車內(nèi)的DC/DC環(huán)節(jié)中動力電池充放電電流I_p^*，即DC/DC環(huán)節(jié)中的電流基準的極性決定，占空比D根據(jù)充放電時不同的功率流向在0.5和0之間切換。

所述的一種電動汽車用三級式無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：AC/DC環(huán)節(jié)中，通過直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)與車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)實現(xiàn)功率的自動匹配。

所述的一種電動汽車用三級式無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：DC/DC環(huán)節(jié)與DCT環(huán)節(jié)相連接的直流電壓受到AC/DC環(huán)節(jié)中直流側的直流母線電壓U_DC的鉗位，能夠保持在一定范圍內(nèi)，無需進行穩(wěn)壓控制。

本發(fā)明中，DCT環(huán)節(jié)中原邊的逆變整流橋、副邊的逆變整流橋分別對應由車外AC/DC環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)的電流基準決定，因此車外和車內(nèi)無需互通電氣信號。

本發(fā)明中，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)的能量需求不能僅由簡單的電氣參數(shù)進行判斷，而是往往通過潮流分析等手段后，經(jīng)整車控制器VMS與電動汽車溝通，因此動力電池的放電指令由整車控制器VMS發(fā)出，而不是由充放電設施直接檢測電網(wǎng)的電氣參數(shù)進行判斷，因此無線電力傳輸系統(tǒng)的車內(nèi)和車外部分的電氣參數(shù)始終無需無線通信。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、能夠在沒有車內(nèi)和車外電氣信號無線通信的情況下進行充放電控制，簡化了系統(tǒng)結構，避免干擾，提高系統(tǒng)工作可靠性。

2、通過AC/DC級的穩(wěn)壓控制的DC/DC級的功率控制，能夠實現(xiàn)功率自動匹配，實現(xiàn)了功率和充電模式的可靠控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種電動汽車用三級式無線電能傳輸系統(tǒng)，采用車外AC/DC環(huán)節(jié)、DCT環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)構成的三級結構，由DCT環(huán)節(jié)連接車外AC/DC環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)并實現(xiàn)開環(huán)控制，其中：

AC/DC環(huán)節(jié)采用三相變流器，其是一個逆變-整流橋式電路，該三相變流器由主電路為三相橋式拓撲，三相交流器的交流側連接三相電網(wǎng)，三相交流器的直流側通過直流母線連接DCT環(huán)節(jié)，所述三相變流器由直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)控制三相變流器的直流側的電壓為恒定值，直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)是基于能夠實現(xiàn)SVPWM功能的DSP控制系統(tǒng)實現(xiàn)的，該直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)作為三相變流器的電壓外環(huán)，直流穩(wěn)壓環(huán)節(jié)的輸出作為有功電流基準i_d^*，該有功電流基準i_d^*參與基于坐標變換的直接電流控制，直接電流控制是指通過坐標變換，將交流側的三相電流轉換為兩相電流，然后通過直接電流控制使實際電流跟蹤電流基準，以實現(xiàn)功率因數(shù)校正PFC，并以功率因數(shù)校正PFC作為電流內(nèi)環(huán)，由電流內(nèi)環(huán)與電壓外環(huán)共同實現(xiàn)三相變流器的閉環(huán)控制；

AC/DC環(huán)節(jié)有功功率P和無功功率Q的計算公式為：

由于電網(wǎng)電壓在dq坐標軸上的投影e_d和e_q為定值，且電流無功分量i_q的基準i_q^*定為0，則AC/DC環(huán)節(jié)的有功功率由有功電流基準i_d^*決定，i_d^*為電壓外環(huán)的輸出值，而電壓外環(huán)僅實現(xiàn)高壓直流母線的穩(wěn)壓，因此AC/DC環(huán)節(jié)僅能被動地接受直流母線端輸入或吸收的有功功率，不具備主動功率調(diào)節(jié)功能。

車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)為電池充放電控制電路，由電池充放電控制電路與車內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS和整車控制器VMS通信以獲知動力電池的狀態(tài)參數(shù)和電網(wǎng)的需求，從而進行恒壓或恒流充放電及功率控制，車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)中以恒流充放電環(huán)節(jié)作為電壓外環(huán)，恒流充放電環(huán)節(jié)的輸出作為電流內(nèi)環(huán)及恒流充放電環(huán)節(jié)的電流基準，通過改變電壓基準U_p^*，該電壓基準由DSP控制器直接給定，使車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)中電壓外環(huán)工作在正?；蝻柡蜖顟B(tài)，即可實現(xiàn)恒壓和恒流模式的切換及功率的控制；

DC/DC環(huán)節(jié)與DCT環(huán)節(jié)相連接的直流電壓受到AC/DC環(huán)節(jié)中直流側的直流母線電壓U_DC的鉗位，能夠保持在一定范圍內(nèi)，無需進行穩(wěn)壓控制。

DCT環(huán)節(jié)采用直流變壓器，該直流變壓器以一個逆變整流橋作為原邊與AC/DC環(huán)節(jié)連接，該直流變壓器以另一個逆變整流橋作為副邊與車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)連接，原邊的逆變整流橋、副邊的逆變整流橋中橋臂功率管分別以0.5滿占空比互補導通的開環(huán)控制方式，實現(xiàn)車外AC/DC環(huán)節(jié)和車內(nèi)DC/DC環(huán)節(jié)之間實現(xiàn)高頻開環(huán)控制，并且原邊的逆變整流橋、副邊的逆變整流橋中分別由橋臂中二極管進行不控整流；DCT環(huán)節(jié)判斷充放電模式的依據(jù)為車外的AC/DC環(huán)節(jié)有功電流基準i_d^*的極性，如圖1箭頭方向所示，以動力電池充電時的電流方向為正方向，當i_d^*>0時，說明有功功率由電網(wǎng)向直流母線側傳輸，AC/DC環(huán)節(jié)整流工作，此時原邊的逆變整流橋的功率管占空比D＝0.5，當i_d^*≤0時，AC/DC環(huán)節(jié)逆變工作，占空比D＝0；同理，副邊的逆變整流橋的功率管占空比由車內(nèi)的DC/DC環(huán)節(jié)中動力電池充放電電流I_p^*，即DC/DC環(huán)節(jié)中的電流基準的極性決定，占空比D根據(jù)充放電時不同的功率流向在0.5和0之間切換。