一种车载用无线电池充电器的制作方法

1.本实用新型涉无线充电技术领域，具体涉及一种车载用无线电池充电器。


背景技术：

2.随着全球能源危机的加剧，电动汽车的发展得到世界各国的大力支持。循环次数多、能量密度高的锂离子电池被电动汽车广泛采用。电动汽车的推广普及还面临着诸多问题，其中车载电池充电技术是制约电动汽车进一步发展的主要瓶颈之一。近年来，无线感应式电能传输(inductive power transfer，ipt)技术因其传输效率的提升，在电动汽车、消费电子等电池充电领域具有极大的应用前景。
3.锂电池充电过程包含两个主要过程：恒流(constant current，cc)充电模式和恒压(constant voltage，cv)充电模式。充电时首先进入恒流充电模式，随着电池电压逐渐增大，达到一定阈值后切换为恒压充电模式，整个充电过程中电池等效电阻持续增大。因此，无线充电器应提供先恒流后恒压输出。此外，为减小无功功率和器件应力，输入电压和电流之间还应实现零相位角(zero-phase angle，zpa)，便于功率器件实现软开关。
4.为实现以上目标，无线充电器通常采用变频或移相占空比控制：前者需增加前后级变换器调节输出，而额外的变换器增加了成本和损耗；后者则难以实现较宽范围的软开关，而且器件损耗大。因此，为了更好实现与负载无关的先恒流后恒压输出，有必要对现技术进行改进。


技术实现要素：

5.基于此，本实用新型提供了一种车载用无线电池充电器，以解决现有技术的充电器存在成本和损耗高的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种车载用无线电池充电器，其包括逆变电路、变压器、整流桥和控制电路，所述变压器包括正边线圈lp和副边线圈ls，所述正边线圈设置在充电泊车位上，所述副边线圈位于汽车上，所述正边线圈与所述逆变电路的输出端连接，所述逆变电路的输入端用于输入直流电v
dc
，所述副边线圈与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端用于连接待充电的车载电池bat，所述控制电路与所述逆变电路连接以控制逆变电路的输出电压基波频率。
7.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述逆变电路包括四个开关管，分别为q1～q4，其中，开关管q1与开关管q3串联，开关管q2与开关管q4串联，直流电v
dc
的正极分两路分别与开关管q1和开关管q2连接，直流电v
dc
的负极分两路分别与开关管q3和开关管q4连接，开关管q1与开关管q3之间设有接点a，开关管q2与开关管q4之间设有接点b，接点a连接至正边线圈lp的一端，接点b连接至正边线圈lp的另一端。
8.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述控制电路具有四个控制端，四个控制端与四个开关管一一对应连接，控制端用于输出脉冲宽度可调的驱动信号到对应的开关管以控制开关管的通断。
9.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述接点a与正边线圈lp之间的电路上串联有正边补偿电容cp。
10.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述整流桥包括四个二极管，分别为d1～d4，其中，二极管d1的阴极与二极管d2的阴极相连后再连接至车载电池bat的正极，二极管d2的阳极与二极管d4的阳极相连后再连接至车载电池bat的负极，二极管d1的阳极与二极管d3的阴极相连，二极管d2的阳极与二极管d4的阴极相连，副边线圈ls的一端与二极管d1的阳极连接，副边线圈ls的另一端与二极管d2的阳极连接。
11.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述副边线圈与所述整流桥的输入端之间的连接电路中还设有副边补偿电容cs1和副边补偿电容cs2，副边补偿电容cs1串联于副边线圈ls与二极管d1的阳极相连的电路中，副边补偿电容cs2的一端与二极管d1的阳极连接，副边补偿电容cs2的另一端与二极管d2的阳极连接。
12.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述整流桥的输出端与车载电池bat之间的连接电路中还设有lc滤波器，lc滤波器包括电感l1和电容c1，车载电池bat的正极通过电感l1与二极管d1和二极管d2的阴极连接，电容c1的一端与车载电池bat的正极连接，电容c1的另一端与车载电池bat的负极连接。
13.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述控制电路中设有pi调节环，所述控制电路在pi调节环的作用下对逆变电路进行控制以实现恒流和恒压充电模式的平稳过渡。
14.本实用新型的车载用无线电池充电器，通过采用上述技术方案，使得本实用新型的车载用无线电池充电器在充电过程中通过交流开关切换补偿拓扑，实现了与负载无关的先恒流后恒压输出；同时，在整个充电过程中还应具备阻性输入阻抗，以降低器件应力、减少无功环流；而且，本实用新型整体结构简单，实用性强，且便于推广使用。
附图说明
15.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
16.图1为车载用无线电池充电器提供的一实例的系统框图；
17.图2为车载用无线电池充电器提供的一实例的主电路图。
18.本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
20.如图1和图2所示，本实用新型提供了一种车载用无线电池充电器，包括逆变电路、变压器、整流桥和控制电路，所述变压器包括正边线圈lp和副边线圈ls，所述正边线圈设置在充电泊车位上，所述副边线圈位于汽车上，所述正边线圈与所述逆变电路的输出端连接，所述逆变电路的输入端用于输入直流电v
dc
，所述副边线圈与所述整流桥的输入端连接，所述整流桥的输出端用于连接待充电的车载电池bat，所述控制电路与所述逆变电路连接以控制逆变电路的输出电压基波频率，所述控制电路中设有pi调节环，所述控制电路在pi调
节环的作用下对逆变电路进行控制以实现恒流和恒压充电模式的平稳过渡。
21.所述逆变电路包括四个开关管，分别为q1～q4，其中，开关管q1与开关管q3串联，开关管q2与开关管q4串联，直流电v
dc
的正极分两路分别与开关管q1和开关管q2连接，直流电v
dc
的负极分两路分别与开关管q3和开关管q4连接，开关管q1与开关管q3之间设有接点a，开关管q2与开关管q4之间设有接点b，接点a连接至正边线圈lp的一端，接点b连接至正边线圈lp的另一端。
22.所述控制电路具有四个控制端，四个控制端与四个开关管一一对应连接，控制端用于输出脉冲宽度可调的驱动信号到对应的开关管以控制开关管的通断。
23.优选地，所述接点a与正边线圈lp之间的电路上串联有正边补偿电容cp。
24.所述整流桥包括四个二极管，分别为d1～d4，其中，二极管d1的阴极与二极管d2的阴极相连后再连接至车载电池bat的正极，二极管d2的阳极与二极管d4的阳极相连后再连接至车载电池bat的负极，二极管d1的阳极与二极管d3的阴极相连，二极管d2的阳极与二极管d4的阴极相连，副边线圈ls的一端与二极管d1的阳极连接，副边线圈ls的另一端与二极管d2的阳极连接。
25.进一步优选地，所述副边线圈与所述整流桥的输入端之间的连接电路中还设有副边补偿电容cs1和副边补偿电容cs2，副边补偿电容cs1串联于副边线圈ls与二极管d1的阳极相连的电路中，副边补偿电容cs2的一端与二极管d1的阳极连接，副边补偿电容cs2的另一端与二极管d2的阳极连接。
26.所述整流桥的输出端与车载电池bat之间的连接电路中还设有lc滤波器，lc滤波器包括电感l1和电容c1，车载电池bat的正极通过电感l1与二极管d1和二极管d2的阴极连接，电容c1的一端与车载电池bat的正极连接，电容c1的另一端与车载电池bat的负极连接。
27.本实用新型的工作原理如下：
28.图2中：副边补偿电容cs1和副边补偿电容cs2连接在副边线圈ls的输出侧形成副边补偿网络，io和vo分别为副边补偿网络输出电流和电压；i
rec
和v
rec
分别为lc滤波器输入电流和电压。
29.逆变后的输入电压v
ab
基波成分如下式所示：
[0030][0031]
式中：v
dc
为输入直流电压；d为开关管q1～q4的pwm信号占空比，由控制电路控制输出；θ为初始相位角。
[0032]
充电器实现恒流和恒压输出的公式如下：
[0033][0034][0035]
式中：i
opeak
和v
opeak
分别为整流桥输入电流基波分量和输入电压的峰值。
[0036]
充电时，首先进入恒流充电模式，随着电池电压逐渐增大，达到一定阈值后切换为恒压充电模式，恒流和恒压充电模式切换的控制逻辑由控制电路中的程序进控制，在此不做详细描述。
[0037]
本实用新型的车载用无线电池充电器，在充电过程中通过交流开关切换补偿拓扑，实现与负载无关的先恒流后恒压输出；同时，在整个充电过程中还应具备阻性输入阻抗，以降低器件应力、减少无功环流。
[0038]
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。