[发明专利]一种市电至车载电池包的无线电能传输系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车车载无线电能传输应用领域，尤其是涉及一种市电至车载电池包的无线电能传输系统及其控制方法。

背景技术

传统电动汽车充电系统依靠有线电缆实现市电至车载动力电池包的充电过程，然而该方法不能实现自动充电，违背电动汽车使用者对便捷性的要求，同时充电过程会对操作者产生高压电击危险。无线电能传输技术恰好可以解决上述问题，用一对磁能发射及接收模块代替传统有线电缆，将电能先变为磁能，在接收并转换为电能，然后充入动力电池中。无线电能传输技术可以实现安全、便捷、全自动的充电过程，并对恶劣应用环境具有较强的适应性。

无线电能传输技术一般依靠H桥逆变电路将直流电斩波为高频交流电，以激励源边磁能发射机构。对于实际应用，输入功率源一般为220V市电，因此在220V市电及H桥逆变电路之间需要一个有源功率因数校正环节，以降低H桥逆变电路对220V市电的谐波污染。传统有源功率因数校正电路一般为BOOST升压电路，因其输出为直流，故需要一个大容值的直流滤波电容，并且需要额外的一个功率开关管进行独立的控制。对于无线电能传输系统来说，其磁能发射接收端具有谐振特性，因此有源功率因数校正环节之后的电压不需要一直维持直流状态。对于该种特殊应用，选用合适的拓扑结构及相应控制策略，实现有源功率因数校正功能及动力电池充电电流调节功能是具有重要实际意义的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、节省成本、节省斩波环节、提高效率、节省采样电路、降低控制复杂性、控制方式多样的市电至车载电池包的无线电能传输系统及其控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种市电至车载电池包的无线电能传输系统，所述的无线电能传输系统包括相互连接的能量传递装置和控制装置，所述的能量传递装置包括依次连接的交流源、准阻抗源模块、H桥逆变模块、磁能发射模块、磁能接收模块、整流滤波模块和高压动力电池模块，所述的磁能发射模块与磁能接收模块通过磁耦合的方式连接，所述的准阻抗源模块、H桥逆变模块、磁能发射模块、磁能接收模块和高压动力电池模块分别与控制装置连接。

所述的控制装置包括相位失谐检测模块、发射端数据采集模块、开关驱动模块以及依次连接的接收端数据采集模块、无线数据发射模块、无线数据接收模块和控制器模块，所述的相位失谐检测模块分别与H桥逆变模块和控制器模块连接，所述的发射端数据采集模块分别与准阻抗源模块和控制器模块连接，所述的开关驱动模块分别与准阻抗源模块、H桥逆变模块和控制器模块连接，所述的接收端数据采集模块分别与磁能接收模块和高压动力电池模块连接。

所述的交流源包括相互连接220V/50Hz的市电电源和单向半波整流桥。

所述的准阻抗源模块包括第一电容C₁、第二电容C₂以及依次串联的第一电感L₁、开关单元和第二电感L₂，所述的第二电感L₂与H桥逆变模块连接，所述的第二电容C₂一端连接到第一电感L₁和开关单元之间，另一端与H桥逆变模块连接，所述的第一电容C₁一端连接到开关单元和第二电感L₂之间，另一端与交流源连接，所述的开关单元为二极管D₁或三极管S。

所述的无线数据发射模块和接收端数据采集模块采用Zigbee或者DSRC进行数据的无线传输，所述的控制器模块为强时序控制芯片，包括CPLD、FPGA或高速MCU，所述的开关驱动模块为四路或五路独立电气隔离驱动芯片，所述的相位失谐检测模块包括鉴相器芯片。

所述的磁能发射模块和磁能接收模块均由谐振网络构成，包括LCL拓扑及LC串联拓扑，并且谐振频率与H桥逆变模块的工作频率相同，所述的高压动力电池模块为动力电池包。

所述的开关单元为功率MOS管、功率三极管或IGBT。

一种市电至车载电池包的无线电能传输系统的控制方法，包括以下步骤：

1)系统上电后，控制器模块通过H桥逆变模块对磁能发射模块产生激励，通过接收端数据采集模块测量相应系统响应，以多次测量求平均值的方式在线估计磁能发射模块与磁能接收模块之间的互感M的大小，并制定充电策略；