[发明专利]一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统

说明书

本发明公开了一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统，包括放置于地面的原边单元和车载的副边单元，原边单元包括逆变电路、补偿电路、原边谐振电容、原边功率线圈、差分电感线圈以及MCU；副边单元包括副边功率线圈、副边谐振电容和整流电路。其中，差分电感线圈可以实现非接触式测量副边功率线圈的电流相量，并且屏蔽原边带来的干扰；MCU对差分电感线圈输出电压和原边功率电流进行采样和计算，作为闭环控制的反馈量与给定量进行比较，经过PI调节器产生控制信号，控制补偿电路的开关占空比，进而实现改变补偿电路对原边的反射阻抗，在负载变化时，调整原边补偿网络实现阻抗匹配与自调谐，维持较高的无线充电的最大功率和效率。

技术领域

本发明属于电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统。

背景技术

随着化石能源危机和环境污染问题的不断加剧，电动汽车逐步替代传统燃油车的趋势也愈加明显，然而很多因素限制了电动汽车的进一步应用，例如电池体积大、价格高、续航时间短等。

目前电动汽车普遍采用的插入式充电方式，但其存在接触口老化易出现电火花，输电线缆长度和拖曳阻碍限制了移动设备的灵活性，传输设备在高温高压等恶劣环境下耐受性差，维护成本高等问题。电动汽车想要大规模推广，需要采用一种新的充电方式；相比于传统的插入式充电系统，非接触式电能传输系统无需物理线路的连接，可以克服传统充电方法带来的易受电击、易受环境影响等不足，实现电能绿色、高效、安全地传输。

目前实际应用的电动汽车无线充电技术主要为感应耦合型，即利用电磁感应原理，通过磁场在耦合线圈上产生的感应电动势来进行能量传导；一般原边功率线圈安装于地面传递能量，副边功率线圈安装于电动汽车底部接收能量。在实际应用中，需要原副边功率线圈和补偿网络工作于谐振点附近，并且要实现阻抗匹配，从而达到功率和传输效率的提高。然而，不同的待充电车辆和不同的停靠位置，会造成不同的副边电感和电路参数以及带来不同的原副边线圈的耦合情况，因此原副边的互感量是在不断变化的，这就要求位于原边和副边的谐振补偿电路需要提供不同的参数，以实时调节电路参数使得电路始终工作在谐振状态，这一问题给电动汽车无线充电技术的推广和商业应用带来了技术上的挑战。

公开号为CN109256844A的中国专利提出了一种电动汽车无线充电电路和充电控制方法，该方法在无线充电的发送侧和接收侧都采用了全控型器件构成的全桥电路，并且通过在原副边分别设置一套控制系统来使得原副边变流电路的阻抗均可调节，以及采用UWB定位技术来保障充电时汽车线圈的偏移量不会太大；这样的方案需要在采用两套控制系统，以及保障两套系统的有效通信和同步，还需要添加UWB定位系统，增加了控制的复杂度和硬件的成本，且对于原副边电路失谐情况的补充能力有限。

发明内容

鉴于上述，本发明提供了一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统，其采用了动态补偿网络的办法，经过闭环控制实现实时调节，从而实现阻抗匹配。

一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统，包括放置于地面的原边单元和车载的副边单元；

所述原边单元包括逆变电路、补偿电路、原边谐振电容、原边功率线圈、互感线圈、差分电感线圈、AD采样电路以及MCU；其中，逆变电路的直流侧接直流源，原边功率线圈的一端与逆变电路交流侧的一端相连，原边功率线圈的另一端与原边谐振电容的一端相连，补偿电路通过互感线圈耦合连接于逆变电路交流侧的另一端与原边谐振电容的另一端之间，差分电感线圈与AD采样电路通过磁接口耦合，MCU与AD采样电路、补偿电路以及逆变电路相连；

所述副边单元包括副边功率线圈、副边谐振电容和整流电路，副边功率线圈与差分电感线圈以及原边功率线圈相互耦合；副边功率线圈的一端与副边谐振电容的一端相连，副边谐振电容的另一端与整流电路交流侧的一端相连，副边功率线圈的另一端与整流电路交流侧的另一端相连，整流电路的直流侧与车载电池连接。