[发明专利]一种低辐射高效的电动汽车无线充电装置

说明书

本发明公开了一种低辐射高效的电动汽车无线充电装置，包括：原边发射端和副边接收端，原边发射端包括：控制模块、驱动电路、谐振耦合模块、电压信号整形模块、原边通信电路、整流滤波电路以及外接电源，控制模块包括原边单片机和控制信号产生电路；驱动电路与控制信号产生电路相连接；谐振耦合模块包括相互连接的电容控制接入电路和发射线圈，电容控制接入电路与原边单片机相连接；发射线圈具有第一端、第二端和第三端；电压信号整形模块包括原边电压波形整形电路和原边电压幅度转换电路，电压信号整形模块连接至原边单片机；原边通信电路分别与控制模块中的原边单片机、谐振耦合模块中的发射线圈相连接，原边通信电路中设有放大电路和鉴频电路。

技术领域

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及一种低辐射高效的电动汽车无线充电装置。

背景技术

无线充电是利用电感耦合将能量由供电发射端传送至用电接收端的一种技术，也就是不借助实物连线实现电能的无线传送。WPC(Wireless Power Consortium无线充电联盟)标准定义了无线充电系统的三个主要方面是提供电能的电力发送器(即上述发射端)、使用电能的电力接收器(即上述接收端)以及这两种设备之间的通信协议。其中，电力发送器的关键电路包括向用电端传输电能的原边线圈，驱动原边线圈的控制单元，以及通信电路。电力接收器的关键电路包括接收电能的副边线圈，整流电路，充电电池以及通信电路。

具体实施时，将发射端接电源嵌入地面，将接收端安装在汽车上，充电时只需将车开到指定充电位置，使接收线圈位于发射线圈正上方，此时发射端与接收端相当于互感变压器的原边和副边，然后人为发送充电启动和结束命令即可。

目前，应用于电动汽车的无线充电方式主要有电磁感应式和谐振耦合式。电磁感应式的无线充电利用的是电磁感应原理，原边线圈接电源，变化的电流产生磁场，利用变压器耦合将电能传送至副边电路。但该无线充电方式的电能传输距离较短，且对原边线圈和副边线圈的位置偏差很敏感，因此不适合用于电动汽车的无线充电。谐振耦合式的无线充电技术与电磁感应式的不同之处只是谐振耦合式的无线充电技术在原边线圈的电感上并联电容形成谐振回路，同时在用电接收端也组成同样谐振频率的接受回路，利用两谐振体之间形成的强磁耦合来实现高效率的电能传输。谐振耦合式的无线充电技术电能传输距离较远，传输效率较高，更适合用于电动汽车的无线充电。但这种技术还存在很多问题，如当原边线圈与副边线圈的相对位置偏差较大(也简称这种情况为对不准)时，发射端电路将不处于谐振状态，传输效率下降，产生的较强辐射会损害乘车人员的身体健康，对周围的电磁信号造成干扰。

发射端和接收端电路固有频率都为：

其中的L为总电感量即电路本身的电感量与互感量的叠加。控制信号产生电路产生的矩形波信号是由基波和许多多次谐波组成的，基波频率与发射端电路的固有频率相同，则发射端电路达到谐振状态，与固有频率相同的基波被保留，其他的多次及高次谐波被抑制，实现了选频，产生波形较好的正弦波用于传输电能。然而实际情况下，原边线圈与副边线圈的位置偏差不可避免，此时互感减小，①式中的L减小，固有频率提高，若控制单元产生的信号频率不变，则发射端电路不满足谐振状态，基波信号得到一定程度的抑制，发射端电路充电效率降低，对谐波的抑制减弱，这些没有被抑制掉的谐波散射到空中形成辐射，损害乘车人员的身体健康，对周围空气中的其他电磁信号造成干扰。因此，提高无线充电的效率成为了近年来研究的热点,但降低充电时产生的辐射还没有引起人们的重视，如果辐射问题不解决，将严重影响无线充电技术的实用性，阻碍该技术的普及。