一种电动汽车副边电路供电系统的制作方法

本发明涉及供电技术领域，具体是一种电动汽车副边电路供电系统。

背景技术：

地面充电装置损耗大及安全系数低两大瓶颈问题，充电桩接口的不统一，很难实现各种电动汽车的统一充电；时间长久，导致设备、电缆老化及损坏，增加维修成本，限制了电动汽车有线充电的普及和发展，

电动汽车的发展带动了无线充电技术的发展，目前无线充电采用单一变换器工作，在传输功率较大时，会带来额外的系统损耗，且单一变换器工作时的阻抗调节范围受限，不利于无线充电系统的发展，基于目前电动汽车的无线充电技术，急需对现有技术进行改革。

技术实现要素：

本发明克服现有手持示波器的技术存在的问题，尤其是单一变换器工作在传输功率较大时会带来额外的系统损耗的问题，本发明提供一种电动汽车副边电路供电系统。

在一些可选实施例中，为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电动汽车副边电路供电系统，包括：

高频逆变模块，具有完全对称结构的第一逆变器，该第一逆变器由具有两个初级绕组的匝数相等的中心抽头变压器、两只开关管和两只二极管构成，且开关管的发射极电接在电源的负极；

第二逆变器，主要由第一桥臂和第二桥臂构成，第一桥臂由两个容值相等的电容构成，第二桥臂由两个开关管组成构成，所述第一桥臂与第二桥臂中点处设有第一输出端，所述第一桥臂和第二桥臂两端设有等压输出端；

高频逆变模块为原边发射线圈提供高频的交流电，同时使电源频率与发射线圈频率一致产生谐振。

接收端电路选择模块，设有整流电路、滤波电路、单刀双掷开关和dc-dc变换器，所述dc-dc变换器设有第一变换器和第二变换器，所述单刀双掷开关分别设置在整流电路后侧、第一变换器与第二变换器之间和第二变换器后侧，通过单刀双掷开关三种不同的切换来控制系统能量流动方向；

可选的，等效负载电阻取值区间处于第一变换器和无dc-dc变换器交集之内，直接整流电路后接入负载，打开整流电路后侧与第一变换器前侧之间的单刀双掷开关，采用第一变换器进行阻值调节，提高该分段区间系统效率；

可选的，等效负载电阻取值区间处于第二变换器和无dc-dc变换器交集之内，直接整流电路后接入负载，打开第一变换器与第二变换器之间的单刀双掷开关，采用第二变换器进行阻值调节，提高该分段区间系统效率；

可选的，当等效负载电阻取值区间处于第二变换器以及第一变换器和无dc-dc变换器交集之外，采用dc-dc变换器进行阻值调节，提高该分段区间系统效率；

在双向所述第一/第二变换器的基础上，增加三个单刀双掷开关，通过三种不同的切换模式控制系统能量流动方向，实现系统副边不同的工作模式，进而实现每个分段区间系统效率的提升。

谐振补偿模块，设有电感电压与电容电压等值异号的串联补偿副边拓扑结构，该结构由线圈电容、线圈内阻、线圈自感和负载串联构成，所述高频逆变模块中的第一逆变器或者第二逆变器通过谐振补偿模块作为保护电路与电感连接，电压不会直接加到开关管上，防止击穿开关管；系统中发射线圈和接收线圈间距大，耦合系数k很低，传输效率低，谐振补偿拓扑可以提高系统传输性能。

磁耦合模块，具有实现电能的升频并可控的发射端控制装置，该发射端控制装置由整流滤波模块和全桥逆变模块组成，所述整流滤波模块由二极管以及滤波电容构成，所述全桥逆变模块由mosfet管构成；

可选的，所述磁耦合模块具有垂直距离小、占用空间少的方型线圈，增加车内有效空间及不让电动汽车底盘过低；

可选的，所述磁耦合模块设有磁芯结构，该结构的外框整体呈矩形，且在磁芯结构中间处裁剪去掉四个矩形磁芯，该磁芯结构传输效率高及重量轻、成本低；

可选的，所述磁芯结构由铝板材料制成，通过涡流损耗对磁场进行抑制，铝板制作的磁芯结构会产生一定的涡流损耗，磁耦合机构周围的空间磁场能够得到有效抑制；

所述磁耦合模块还具有实现高频交流和高频直流转换的接收端控制装置，该接收端控制装置主要由副边整流滤波模块和副边变换器模块组成，所述副边整流滤波模块由二极管以及滤波电容构成，所述副边变换器模块由igbt管、续流电感和续流二极管构成。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明的电能从地面发射端到车载接收端的无线传输结构框图；

图2是本发明的dcdc变换器三种工作模式电路图；

图3是本发明的dcdc变换器结构框图；

图4是本发明矩形磁芯结构图；

图5是本发明磁耦合模块副边补偿拓扑结构图；

图6是本发明整流滤波电路图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

本发明的一个可选实施例一种电动汽车副边电路供电系统；

参考图2和图3，给出了dcdc变换器三种工作模式电路图和dcdc变换器结构框图；

高频逆变模块，具有完全对称结构的第一逆变器，该第一逆变器由具有两个初级绕组的匝数相等的中心抽头变压器、两只开关管和两只二极管构成，且开关管的发射极电接在电源的负极；

第二逆变器，主要由第一桥臂和第二桥臂构成，第一桥臂由两个容值相等的电容构成，第二桥臂由两个开关管组成构成，所述第一桥臂与第二桥臂中点处设有第一输出端，所述第一桥臂和第二桥臂两端设有等压输出端；

为原边发射线圈提供高频的交流电，同时使电源频率与发射线圈频率一致产生谐振。

接收端电路选择模块，设有整流电路、滤波电路、单刀双掷开关和dc-dc变换器，所述dc-dc变换器设有第一变换器和第二变换器，所述单刀双掷开关分别设置在整流电路后侧、第一变换器与第二变换器之间和第二变换器后侧，通过单刀双掷开关三种不同的切换来控制系统能量流动方向；

由于单一的dc-dc变换器的阻值调节能力受限问题，无法一直追踪到系统效率最优值所需的负载阻值，导致整体效率不能够达到最优值，因此，在副边增加多工作模式的dc-dc变换器，对等效负载阻值进行区间分段，不同分段区间采用不同类型dc-dc变换器，调节等效负载阻值使系统效率达到最优，实现系统效率最优化追踪，进而实现系统效率的提升；

当副边整流模块的输出为电容滤波且其输入串联谐振结构时，整流模块由电流源驱动并且输入电压为方波，采用第一变换器实现电池组的恒流充电。通过闭环控制策略调节第一变换器的占空比，其输入阻抗自行调节，进而实现充电电流的调节；

副边系统工作于第一变换器进行阻值调节模式时，通过调节第一变换器占空比实现系统效率最优化跟踪，一旦跟踪到最大系统效率，记录此时的占空比，保持系统以此占空比工作，直到达到第一变换器工作模式的分段区间内第一个交点，能够保证此负载段内系统效率最优化跟踪。当等效负载阻值大于第一交点时，增加占空比并且以这个占空比工作直到第一变换器工作模式的分段区间内第二个交点，依次类推，通过等效负载阻值参数辨识的方法实现第一变换器工作模式时系统效率最优化跟踪。

这种方式同样适用于第二变换器工作模式和dc-dc变换器工作模式；

等效负载电阻取值区间处于第一变换器和无dc-dc变换器交集之内，直接整流电路后接入负载，打开整流电路后侧与第一变换器前侧之间的单刀双掷开关，采用第一变换器进行阻值调节，提高该分段区间系统效率；

等效负载电阻取值区间处于第二变换器和无dc-dc变换器交集之内，直接整流电路后接入负载，打开第一变换器与第二变换器之间的单刀双掷开关，采用第二变换器进行阻值调节，提高该分段区间系统效率；

当等效负载电阻取值区间处于第二变换器以及第一变换器和无dc-dc变换器交集之外，采用dc-dc变换器进行阻值调节，提高该分段区间系统效率；

在双向所述第一/第二变换器的基础上，增加三个单刀双掷开关，通过三种不同的切换模式控制系统能量流动方向，实现系统副边不同的工作模式，进而实现每个分段区间系统效率的提升。

谐振补偿模块，设有电感电压与电容电压等值异号的串联补偿副边拓扑结构，该结构由线圈电容、线圈内阻、线圈自感和负载串联构成，

在电动汽车无线供电系统中，由于车辆位置不定会导致互感值的不断变化，故电容是一个变化值，只有原边串联补偿拓扑电容不受原副线圈互感的影响，因此原边补偿拓扑选择串联谐振应用于本系统中；

所述高频逆变模块中的第一逆变器或者第二逆变器通过谐振补偿模块作为保护电路与电感连接，电压不会直接加到开关管上，防止击穿开关管；系统中发射线圈和接收线圈间距大，耦合系数很低，传输效率低，谐振补偿拓扑可以提高系统传输性能。

参考图5，给出了磁耦合模块副边补偿拓扑结构图；

磁耦合模块，具有实现电能的升频并可控的发射端控制装置，该发射端控制装置由整流滤波模块和全桥逆变模块组成，所述整流滤波模块由二极管以及滤波电容构成，所述全桥逆变模块由mosfet管构成；

所述磁耦合模块具有垂直距离小、占用空间少的方型线圈，增加车内有效空间及不让电动汽车底盘过低，磁耦合机构设有漏感较大且耦合系数较低的变压器，当电动汽车无线充电时，减少了原副线圈的横向偏移导致原副边线圈的磁场不对称的分布程度，减少了对系统传输效率造成的影响；

参考图4，给出了矩形磁芯结构图；

所述磁耦合模块设有磁芯结构，该结构的外框整体呈矩形，且在磁芯结构中间处裁剪去掉四个矩形磁芯，该磁芯结构传输效率高及重量轻、成本低，输出电压稳定、传输距离远、传输效率高的磁芯结构提升电动汽车供电系统效率；

矩形线圈的磁感应强度向分量实部值要高于圆形线圈的磁感应强度向分量实部值

所述磁芯结构由铝板材料制成，通过涡流损耗对磁场进行抑制，铝板制作的磁芯结构使得磁耦合机构周围的空间磁场能够得到有效抑制，减少了原副边线圈周围会产生高频电磁场长时间辐射对人体的危害，同时有效的增强了电磁场扩散系统的传输效率，并且减少了磁场进入到电动汽车底盘时产生的涡流损耗，磁芯结构有效的实现了磁屏蔽，可以对磁场进行屏蔽和约束，在一定程度上抑制磁耦合机构周围的空间磁场。

参考图6，给出了整流滤波电路图；

还具有实现高频交流和高频直流转换的接收端控制装置，该接收端控制装置主要由副边整流滤波模块和副边变换器模块组成，所述副边整流滤波模块由二极管以及滤波电容构成，所述副边变换器模块由igbt管、续流电感和续流二极管构成。

磁耦合机构在原副边线圈在具有相同谐振频率时，能量进行高效转换具有相同谐振频率的物体间进行能量传输，在中距离的传输系统中更为高效，更适合电动汽车无线供电系统。

参考图1，给出了电能从地面发射端到车载接收端的无线传输结构框图；

电能从地面发射端到车载接收端的无线传输过程为：工频电流输入流经整流电路、滤波电路后得到直流电，直流电通过高频逆变模块得到高频的方波交流电，再通过谐振补偿模块使发射线圈和接收线圈的频率相等，并产生磁共振，发射线圈将交流电转换为磁场能量，磁场能量通过空气介质传输到接收线圈转化为电能，再通过副边整流滤波模块将交流电转换为直流电，最后后通过dc-dc变换模块给锂电池组进行恒流充电。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。