[发明专利]一种基于复合结构的恒流恒压切换无线充电装置和方法

说明书

本发明属于电动汽车技术领域，涉及一种基于复合结构的恒流恒压切换无线充电装置和方法，包括：高频全桥逆变电路、原边阻抗匹配网络、耦合线圈、副边阻抗匹配网络、恒流恒压切换网络和整流电路；高频全桥逆变电路连接恒定电压源，高频全桥逆变电路连接原边阻抗匹配网络，原边阻抗匹配网络经过耦合线圈与副边阻抗匹配网络连接，副边阻抗匹配网络连接恒流恒压切换网络，恒流恒压切换网络通过整流电路与负载相连；恒流恒压切换网络包括恒流电容、恒压电容和开关，通过开关的开闭，实现恒流电容和恒压电容的切换。其运用一个开关，在系统偏移的情况下，满足恒流和恒压模式的切换，且设计方法简单，输出稳定。

技术领域

本发明涉及一种基于复合结构的恒流恒压切换无线充电装置和方法，属于电动汽车技术领域，特别涉及电动汽车的充电技术。

背景技术

当下，电动汽车被认为是能够解决能源和排放问题的理想交通工具，其可以使用有线和无线电能传输技术充电。有线充电是电动汽车最常见的充电方式，但充电电缆会有跳闸和触电的危险，不适合在有雪、冰等恶劣天气条件下使用。相比之下，无线电能传输技术采用原边和副边分离的方式，具有便捷、可靠等特点，在最近几年得到了迅速发展。

对于静止充电的汽车，因为停泊位置引发耦合线圈之间错位，导致系统漏感的增加和耦合系数k的降低，从而降低了系统性能。与此同时，为了延长电池寿命和循环次数，汽车中电池的充电是先采用恒流模式，然后电池电压快速增加到指定水平后，开始采用恒压模式。因此，在较大偏移容忍度的基础上，如何有效地保证无线充电的过程中，恒流模式和恒压充电模式的快速、稳定切换，对于保护电池、增强电池的安全性方面具有重要的意义。

现有技术中将两个偏移时具有相反输出变化趋势的耦合结构进行结合，使得总输出电压或电流的变化量在一定范围内能够相互抵消，从而实现与负载无关的恒定输出。基于这种特性，为了实现恒流和恒压的切换，发明专利CN109617190A“基于恒流-恒压复合拓扑的可抗偏移电池无线充电系统”提出了一种运用S-LCC和LCC-S拓扑结构相结合的复合结构，实现抗偏移的特性。该方案采用了三个开关进行恒流和恒压模式的切换，增加了系统的复杂程度和设计难度。发明专利CN112865338A“一种恒流恒压抗偏移输出无线充电系统和充电方法”提出了一种运用LCC-LCC和S-S拓扑结构相结合的复合结构，以克服输出不稳定的问题。该方案采用了两个开关和一系列元器件来实现充电模式的切换，增加了系统的设计成本和复杂度。

此外，也有研究通过变频或者调节占空比的方法，实现恒流和恒压模式的转换。但这类方案都需要宽范围的调制技术和复杂的控制电路，基于原边的控制方案更是需要稳定的通信手段，增加了电路的复杂程度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种基于复合结构的恒流恒压切换无线充电装置和方法，其运用一个开关，在系统偏移的情况下，满足恒流和恒压模式的切换，且设计方法简单，输出稳定。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种基于复合结构的恒流恒压切换无线充电装置，包括：高频全桥逆变电路、原边阻抗匹配网络、耦合线圈、副边阻抗匹配网络、恒流恒压切换网络和整流电路；高频全桥逆变电路连接恒定电压源，高频全桥逆变电路连接原边阻抗匹配网络，原边阻抗匹配网络经过耦合线圈与副边阻抗匹配网络连接，副边阻抗匹配网络连接恒流恒压切换网络，恒流恒压切换网络通过整流电路与负载相连；恒流恒压切换网络包括恒流电容、恒压电容和开关，通过开关的开闭，实现恒流电容和恒压电容的切换。

进一步，耦合线圈包括第一电感、第二电感、第三电感和第四电感，其中第一电感和第三电感与原边阻抗匹配网络连接，第二电感和第四电感与副边阻抗匹配网络连接。

进一步，第一电感和第三电感串联，第二电感和第四电感并联。

进一步，原边阻抗匹配网络包括第一电容、第三电容和第六电容，其中第一电容的输入端连接高频全桥逆变电路，第一电容依次与第一电感、第三电容和第三电感串联，第三电感的输出端连接高频全桥逆变电路，第六电容与第三电容和第三电感并联。