一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)及無(wú)線充電的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)及無(wú)線充電的控制方法，所述無(wú)線充電系統(tǒng)包括直流電源、逆變板、松耦合變壓器、整流濾波單元、dSPACE控制器，所述dSPACE控制器連接在逆變板和整流濾波單元之間，通過(guò)DS2003模塊采樣得到負(fù)載端的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算模塊得到占空比和頻率信號(hào)，并將其輸入到DS5101模塊，使之輸出兩路PWM控制信號(hào)。dSPACE控制器能夠快速掃頻使無(wú)線充電系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，使得傳輸系統(tǒng)的功率因數(shù)與傳輸特性達(dá)到最佳，并且可以通過(guò)PWM控制來(lái)調(diào)節(jié)高頻方波電壓源的占空比，實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電系統(tǒng)的恒流輸出。
【專利說(shuō)明】
一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)及無(wú)線充電的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及了一種充電系統(tǒng)及無(wú)線充電方法，且特別涉及一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)及無(wú)線充電的控制方法，屬于無(wú)線充電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車充電的方式有充電粧式接觸式充電和無(wú)線式非接觸式充電?，F(xiàn)階段，最常用的還是充電粧式接觸式充電。但是非接觸式充電具有操作方便，安全，簡(jiǎn)單，無(wú)接觸磨損、無(wú)直接電氣連接等優(yōu)點(diǎn)。此外，無(wú)線充電的智能控制，無(wú)需人工操作，可以有效避免人員操作。相對(duì)的，接觸式充電的劣勢(shì)非常明顯。因此，無(wú)線充電對(duì)于未來(lái)的發(fā)展具有重大的意義，也是一個(gè)非常有競(jìng)爭(zhēng)力的熱點(diǎn)。
[0003]目前，電動(dòng)汽車無(wú)線充電的控制方法方面，較為常見(jiàn)的有變頻控制、移相控制等，這些無(wú)線充電的控制方法都有各自的局限性:移相控制要求諧振電路處于準(zhǔn)諧振狀態(tài)，失諧狀態(tài)下電壓會(huì)出現(xiàn)諧波，產(chǎn)生畸變，影響系統(tǒng)傳輸;而變頻控制會(huì)出現(xiàn)失控現(xiàn)象。因此，本發(fā)明提出了一種新思路，能夠有效解決上述問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高輸出功率因數(shù)，同時(shí)輸出穩(wěn)定電流的無(wú)線充電系統(tǒng)，同時(shí)給出了一種能達(dá)到該目的的無(wú)線充電的控制方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)前述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)，其包括直流電源、逆變板、松耦合變壓器、整流濾波單元、dSPACE控制器，所述直流電源連接逆變板提供直流輸入電壓，所述逆變板經(jīng)兩路PWM信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生高頻方波電壓，連接松耦合變壓器提供交流電源信號(hào)，所述整流濾波單元將松耦合變壓器輸出端的電流整流濾波得到直流電流信號(hào)用于電動(dòng)汽車電池充電，所述無(wú)線充電系統(tǒng)還包括dSPACE控制器，所述dSPACE控制器的輸入端連接在整流濾波單元的輸出端，輸出端連接到逆變板的PWM信號(hào)輸入端，所述的dSPACE控制器包括DS2003模塊、邏輯運(yùn)算模塊和DS5101模塊，DS2003模塊作為dSPACE控制器的輸入端連接到邏輯運(yùn)算模塊，邏輯運(yùn)算模塊與DS5101模塊連接，DS5101模塊為dSPACE控制器的輸出端。
[0006]進(jìn)一步的，所述dSPACE控制器通過(guò)DS2003模塊采樣得到負(fù)載端的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算模塊得到占空比和頻率信號(hào)，并將其輸入到DS5101模塊，使之輸出兩路PffM控制信號(hào)。所述dSPACE控制器能夠快速掃頻，跟蹤到輸出電流峰值所對(duì)應(yīng)的頻率值，使無(wú)線充電系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，使得整體系統(tǒng)的功率因數(shù)與傳輸特性達(dá)到最佳，并且可以通過(guò)PWM控制來(lái)調(diào)節(jié)高頻方波電壓源的占空比，實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電系統(tǒng)的恒流輸出。
[0007]進(jìn)一步的，所述dSPACE控制器的邏輯運(yùn)算模塊包括頻率跟蹤單元和占空比調(diào)節(jié)單
J L ο
[0008]進(jìn)一步的，所述的松耦合變壓器包括磁芯、發(fā)射線圈、接收線圈，所述發(fā)射線圈和接收線圈分別繞在兩塊磁芯上，所述兩塊磁芯相對(duì)而置。所述磁芯采用“W”型結(jié)構(gòu)，可以有效對(duì)磁力線進(jìn)行定向，提高傳輸效率。所述發(fā)射線圈和接收線圈均采用利茲線，可以減弱集膚效應(yīng)并增大耐受電流。所述發(fā)射線圈和接收線圈還采用從外向內(nèi)繞線的方式，用以提高松耦合變壓器的耦合系數(shù)。
[0009]本發(fā)明還提供了一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法，所述的一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法包括依次進(jìn)行的頻率跟蹤環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；
[0010]所述的頻率跟蹤環(huán)節(jié)包括以下步驟:
[0011 ]第一步驟，設(shè)定最高充電頻率，初始化最大電流值為O，工作頻率為最大值；
[0012]第二步驟，邏輯運(yùn)算模塊讀取DS2003模塊采樣的負(fù)載電流信號(hào)，將所得負(fù)載電流信號(hào)與最大電流值進(jìn)行比較；
[0013]第三步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值大于最大電流值時(shí)，該值覆蓋最大電流值，同時(shí)將充電頻率值調(diào)低并回到第二步驟；
[0014]第四步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值小于最大電流值時(shí)，將充電頻率值調(diào)高，調(diào)高后的充電頻率值保持不變并進(jìn)入第五步驟，
[0015]第五步驟，輸出固定的無(wú)線充電頻率；
[0016]所述的占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)包括以下步驟:
[0017]I)設(shè)定恒流輸出電流值與誤差范圍，初始化占空比；
[0018]2)邏輯運(yùn)算模塊讀取DS2003模塊采樣的負(fù)載電流信號(hào)，將所得負(fù)載電流信號(hào)與原設(shè)定恒流輸出電流值進(jìn)行比較；
[0019]3)當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值大于恒流輸出電流設(shè)定范圍的最大值時(shí)，將占空比調(diào)低，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值小于恒流輸出電流設(shè)定范圍的最小值時(shí)，將占空比調(diào)高，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值在給定電流值允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，保持占空比不變。
[0020]4)循環(huán)步驟2)和3)。
[0021]進(jìn)一步的，所述的一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法還包括將所述的固定的無(wú)線充電頻率和占空比輸入到DS5101模塊，使之輸出兩路PffM控制信號(hào)的步驟。
[0022]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0023]I)提高電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)松耦合變壓器的耦合系數(shù)；
[0024]2)電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法的頻率跟蹤環(huán)節(jié)能降低輸電側(cè)的無(wú)功分量，提高傳輸特性，輸出高功率因數(shù)；
[0025]3)電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法的占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)能實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電的恒流輸出；
[0026]4)電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法控制穩(wěn)定性好，能有效避免失諧現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明無(wú)線充電系統(tǒng)的示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明松耦合變壓器的示意圖，其中(a)為正視圖，(b)為俯視圖，圖中所示尺寸的單位均為mm ；
[0029]圖3為本發(fā)明無(wú)線充電的控制方法的過(guò)程示意圖；
[0030]圖4為本發(fā)明頻率跟蹤單元的過(guò)程示意圖；
[0031]圖5為本發(fā)明占空比調(diào)節(jié)單元的過(guò)程示意圖；
[0032]圖6為本發(fā)明無(wú)線充電的控制方法一實(shí)施例的仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]圖1為本發(fā)明無(wú)線充電系統(tǒng)的示意圖。如圖1所示，無(wú)線充電裝置包括直流電源1、逆變板2、松耦合變壓器3、整流濾波單元4、dSPACE控制器5。
[0035]直流電源I連接逆變板2提供直流輸入電壓，逆變板2經(jīng)兩路PffM信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生高頻交變電壓，傳輸給松耦合變壓器3，提供高頻交流信號(hào)，經(jīng)松耦合變壓器傳輸?shù)玫降妮敵龆穗娏餍盘?hào)通過(guò)整流濾波單元4整理濾波得到直流電流信號(hào)，該直流電流信號(hào)作用于負(fù)載，為電動(dòng)汽車電池6充電。同時(shí)，直流電流信號(hào)輸入到dSPACE控制器5中，調(diào)節(jié)無(wú)線充電的頻率和高頻方波電壓的占空比。
[0036]dSPACE控制器5還包括DS2003模塊51、邏輯運(yùn)算模塊52、DS5101模塊53。dSPACE控制器5通過(guò)DS2003模塊51采樣得到負(fù)載端的電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算模塊52得到占空比和頻率信號(hào)，并將其輸入到DS5101模塊53，使之輸出兩路PffM控制信號(hào)。dSPACE控制器5能夠快速掃頻使無(wú)線充電系統(tǒng)達(dá)到諧振狀態(tài)，使得整體系統(tǒng)的功率因數(shù)與傳輸特性達(dá)到最佳，并且可以通過(guò)PWM控制來(lái)調(diào)節(jié)高頻方波電壓源的占空比，實(shí)現(xiàn)無(wú)線充電系統(tǒng)的恒流輸出。
[0037]進(jìn)一步的，所述邏輯運(yùn)算模塊52包括依次進(jìn)行的頻率跟蹤單元和占空比調(diào)節(jié)單
J L ο
[0038]進(jìn)一步的，如圖2所示，所述松耦合變壓器3包括兩塊磁芯31、一發(fā)射線圈32、一接收線圈33。
[0039]進(jìn)一步的，所述的磁芯31的形狀為“W”型，兩塊磁芯相對(duì)而置，在空間高度上距離100mm。發(fā)射線圈32和接收線圈33均采用0.lmm*600股利茲線，由外向內(nèi)繞制而成。
[0040]本發(fā)明還提供了一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法，所述無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法包括頻率跟蹤環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，分別實(shí)現(xiàn)尋找諧振頻率和恒流輸出。頻率跟蹤環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)是依次進(jìn)行的。如圖3所示，第一步驟為頻率跟蹤環(huán)節(jié)，第二步驟為占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。
[0041]具體的如圖4所示，所述頻率跟蹤環(huán)節(jié)包括:
[0042]第一步驟，設(shè)定最高充電頻率，初始化最大電流值為O，工作頻率為最大值；
[0043]第二步驟，邏輯運(yùn)算模塊讀取DS2003模塊采樣的負(fù)載電流信號(hào)，將所得負(fù)載電流信號(hào)與最大電流值進(jìn)行比較；
[0044]第三步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值大于最大電流值時(shí)，該值覆蓋最大電流值，同時(shí)將充電頻率值調(diào)低并回到第二步驟；
[0045]第四步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值小于最大電流值時(shí)，將充電頻率值調(diào)高，調(diào)高后的充電頻率值保持不變并進(jìn)入第五步驟，
[0046]第五步驟，輸出固定的無(wú)線充電頻率。
[0047]進(jìn)一步的，所述占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)包括:
[0048]第一步驟，設(shè)定恒流輸出電流值與誤差范圍，初始化占空比；
[0049]第二步驟，邏輯運(yùn)算模塊讀取DS2003模塊采樣的負(fù)載電流信號(hào)，將所得負(fù)載電流信號(hào)與原設(shè)定恒流輸出電流值進(jìn)行比較；
[0050]第三步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值大于恒流輸出電流設(shè)定范圍的最大值時(shí)，將占空比調(diào)低，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值小于恒流輸出電流設(shè)定范圍的最小值時(shí)，將占空比調(diào)高，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值在給定電流值允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，保持占空比不變。
[0051]第四步驟，循環(huán)第二步驟和第三步驟。
[0052]本發(fā)明實(shí)施例對(duì)所述的一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。該實(shí)施例搭建的仿真系統(tǒng)如下所述:
[0053 ]直流電源為20V，逆變板采用MOSFET全橋逆變，發(fā)射端和接收端的諧振電容均采用55nF，線圈自感均為59μΗ，內(nèi)阻均為0.5Ω，互感為5μΗ。整流濾波單元采用不控整流，LC濾波，濾波電感為ImH，濾波電容為ImF，負(fù)載設(shè)置為40 Ω等效電阻代替電動(dòng)汽車電池。
[0054]在該實(shí)施例中，所述的一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的控制方法具體為:設(shè)定的最高頻率為90kHZ，初始占空比為0.35，設(shè)定恒流輸出電流值為IA，誤差范圍為3%。
[0055]得到的仿真結(jié)果為諧振頻率為86kHZ，占空比為0.37，輸出的負(fù)載電流波形如圖6所不，所得負(fù)載電流最后為丨旦定值1.0lA，在誤差范圍內(nèi)。
[0056]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于包括直流電源、逆變板、松耦合變壓器、整流濾波單元、dSPACE控制器，所述直流電源連接逆變板提供直流輸入電壓，所述逆變板經(jīng)兩路PffM信號(hào)觸發(fā)產(chǎn)生高頻方波電壓，連接松耦合變壓器提供交流電源信號(hào)，所述整流濾波單元將松耦合變壓器輸出端的電流整流濾波得到直流電流信號(hào)用于電動(dòng)汽車電池充電，所述無(wú)線充電系統(tǒng)還包括dSPACE控制器，所述dSPACE控制器的輸入端連接在整流濾波單元的輸出端，輸出端連接到逆變板的PWM信號(hào)輸入端，所述的dSPACE控制器包括DS2003模塊、邏輯運(yùn)算模塊和DS5101模塊，DS2003模塊作為dSPACE控制器的輸入端連接到邏輯運(yùn)算模塊，邏輯運(yùn)算模塊與DS5101模塊連接，DS5101模塊為dSPACE控制器的輸出端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述dSPACE控制器的邏輯運(yùn)算模塊包括頻率跟蹤單元和占空比調(diào)節(jié)單元。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述的松耦合變壓器包括磁芯、發(fā)射線圈、接收線圈，所述發(fā)射線圈和接收線圈分別繞在兩塊磁芯上，所述兩塊磁芯相對(duì)而置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述磁芯采用“W”型結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)線充電系統(tǒng)，其特征在于:所述發(fā)射線圈和接收線圈均采用利茲線，并采用從外向內(nèi)繞線的方式，用以提高松耦合變壓器的耦合系數(shù)。6.—種如權(quán)利要求1所述電動(dòng)汽車無(wú)線充電系統(tǒng)的無(wú)線充電控制方法，其特征在于:包括依次進(jìn)行的頻率跟蹤環(huán)節(jié)和占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)； 所述的頻率跟蹤環(huán)節(jié)包括以下步驟: 第一步驟，設(shè)定最高充電頻率，初始化最大電流值為O，工作頻率為最大值； 第二步驟，邏輯運(yùn)算模塊讀取DS2003模塊采樣的負(fù)載電流信號(hào)，將所得負(fù)載電流信號(hào)與最大電流值進(jìn)行比較； 第三步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值大于最大電流值時(shí)，該值覆蓋最大電流值，同時(shí)將充電頻率值調(diào)低并回到第二步驟； 第四步驟，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值小于最大電流值時(shí)，將充電頻率值調(diào)高，調(diào)高后的充電頻率值保持不變并進(jìn)入第五步驟， 第五步驟，輸出固定的無(wú)線充電頻率； 所述的占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)包括以下步驟: 1)設(shè)定恒流輸出電流值與誤差范圍，初始化占空比； 2)邏輯運(yùn)算模塊讀取DS2003模塊采樣的負(fù)載電流信號(hào)，將所得負(fù)載電流信號(hào)與原設(shè)定恒流輸出電流值進(jìn)行比較； 3)當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值大于恒流輸出電流設(shè)定范圍的最大值時(shí)，將占空比調(diào)低，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值小于恒流輸出電流設(shè)定范圍的最小值時(shí)，將占空比調(diào)高，當(dāng)負(fù)載電流信號(hào)值在給定電流值允許誤差范圍內(nèi)時(shí)，保持占空比不變。 4)循環(huán)步驟2)和3)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于在所述占空比調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)后還包括將所述的固定的無(wú)線充電頻率和占空比輸入到DS5101模塊，使之輸出兩路PffM控制信號(hào)的步驟。
【文檔編號(hào)】H02J50/12GK105826996SQ201610285900
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年4月29日
【發(fā)明人】周晶, 方攸同, 周晨曦, 高玉青, 黃曉艷, 馬吉恩, 張健
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)