一种高效高功率电动汽车无线充电装置

摘要

一种高效高功率电动汽车无线充电装置，它包括交流电压源，交流电压源的输出端分别与脉冲逻辑产生电路、双向高频逆变器连接，脉冲逻辑产生电路与双向高频逆变器连接，双向高频逆变器与串联谐振发射电路连接，串联谐振发射电路与并联谐振接收电路连接，并联谐振接收电路与汽车充电电路连接，汽车充电电路与电动汽车电池连接。本发明能很好的解决现有汽车充电装置传输功率因数和传输效率低的问题。

说明书

技术领域

本发明属于汽车充电设备领域，具体涉及一种高效高功率电动汽车无线充电装置。

背景技术

传统的电动汽车充电模式有普通充电多采用交流充电需要较长时间充满；快速充电多 为直流充电，需要较大的传输功率。现有的无线充电发射电路一般是由整流电路和高频逆 变电路组成，存在功率因数低，传输效率低等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供的一种高效高功率电 动汽车无线充电装置，其能很好的解决现有汽车充电装置传输功率因数和传输效率低的问 题。

发明的目的是这样实现的：

一种高效高功率电动汽车无线充电装置，它包括交流电压源，交流电压源的输出端分 别与脉冲逻辑产生电路、双向高频逆变器连接，脉冲逻辑产生电路与双向高频逆变器连接， 双向高频逆变器与串联谐振发射电路连接，串联谐振发射电路与并联谐振接收电路连接， 并联谐振接收电路与汽车充电电路连接，汽车充电电路与电动汽车电池连接。

所述脉冲逻辑产生电路能产生8路互补PWM信号，用于启动S1至S8八个MOS管。

所述交流电压源中设有双向全桥高频谐振电路。

所述S1至S8八个MOS管构成全桥双向电路，串联谐振电路由L1和C1构成，交流 电压源与全桥双向电路、串联谐振电路连接。

所述交流电压源工作电压在正半周时，MOS管S1、S2、S7、S8导通，MOS管S3、 S4、S5、S6截止，交流电压源工作电压在负半周时，MOS管S3、S4、S5、S6导通，S1、 S2、S7、S8截止。

所述脉冲逻辑产生电路包括电压互感器、比较器连接、AND电路。

所述并联谐振接收电路和汽车充电电路包括LC并联谐振电路、高频整流电路、滤波 电路、直流降压电路。

所述滤波电路包括电容滤波器和后级滤波电路。

本发明取得了以下的技术效果：

首先，发射电路没有整流环节，减少了能量传输过程中的导通压降，提高了电流变换 的传输效率，装置具有较高的功率传输比；

然后，串联谐振状态，发射电路为纯阻性负载，没有二极管、电容、电感的效应，装 置具有较高的功率因数；

采用上述结构，本专利能高效率高功率的对电动汽车进行无线充电。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明中发射电路部分的原理图；

图3为发射电路部分工作在电源的正半周的等效电路原理图；

图4为发射电路部分工作在电源的负半周的等效电路原理图；

图5为本发明中脉冲逻辑产生电路原理图；

图6为本发明中接收电路部分的原理图。

具体实施方式

如图1所示一种高效高功率电动汽车无线充电装置，它包括交流电压源1，交流电压 源1的输出端分别与脉冲逻辑产生电路2、双向高频逆变器3连接，脉冲逻辑产生电路2 与双向高频逆变器3连接，双向高频逆变器3与串联谐振发射电路4连接，串联谐振发射 电路4与并联谐振接收电路5连接，并联谐振接收电路5与汽车充电电路6连接，汽车充 电电路6与电动汽车电池7连接。

所述脉冲逻辑产生电路2能产生8路互补PWM信号，用于启动S1至S8八个MOS 管。

所述交流电压源1中设有双向全桥高频谐振电路。

如图2所示，S1至S8八个MOS管构成全桥双向电路，串联谐振电路由L1和C1构 成，交流电压源1与全桥双向电路、串联谐振电路连接。当MOS开关管的频率达到f₀时， 发射电路输出最大的功率，此时主电路处于串联谐振状态，发射电路为纯阻性负载，具有 较高的功率因素，另外由于开关管的导通等效串联电阻一般为10毫欧左右，主电路的损 耗很小，因此具有较高的传输效率。

如图3所示，所述交流电压源1工作电压在正半周时，MOS管S1、S2、S7、S8导通， MOS管S3、S4、S5、S6截止，由于L1和C1处在谐振状态，整个电路呈现出纯阻性，发 射的功率因数为1。开关管工作在PWM状态，PWM为高电平时电流的流向为V1正端 —>S1—>S2—>L1—>C1—>S7—>S8—>V1负端，在这一过程中完成对线圈L1、谐振电容 C1的充电；开关管工作在PWM的低电平时，S2、S7导通，S1、S8关断，此时储存在L1、 C1上的能量大部分以磁场的形式传到至接收线圈，剩余的能量则通过S1、S2、S7、S8回 馈到电源中；

如图4所示，交流电压源1工作电压在负半周时，MOS管S3、S4、S5、S6导通，S1、 S2、S7、S8截止，由于L1和C1处在谐振状态，整个电路呈现出纯阻性，发射的功率因 数为1。开关管工作在PWM状态，PWM为高电平时电流的流向为V1负端 —>S4—>S3—>L1—>C1—>S6—>S5—>V1正端，在这一过程中完成对线圈L1、谐振电容 C1的充电；开关管工作在PWM的低电平时，S4、S6导通，S3、S5关断，此时储存在L1、 C1上的能量大部分以磁场的形式传到至接收线圈，剩余的能量则通过S3、S4、S5、S6回 馈到电源中。

如图5所示，脉冲逻辑产生电路2包括电压互感器、比较器连接、AND电路，电压互 感器采集交流电压源的电压信号获取相位信息，经过比较器后得到与电网同步的相位信 息，正半周的高电平状态直接输出到S2和S8，负半周是将高电平状态直接输出到S4和 S6，AND电路将电网的相位和高频载波信号进行调制得到单极性的PWM信号，正极性的 PWM信号输送给S1、S7，负极性的PWM信号输送到S3、S5。整个电路工作在电压源为 交流的状态，根据电网的状态完成自动的正负半周的切换。

如图6所示，并联谐振接收电路5和汽车充电电路6包括LC并联谐振电路、高频整 流电路、滤波电路、直流降压电路；所述滤波电路包括电容滤波器和后级滤波电路。LC 并联谐振电路，从无线充电发射电路中获取高频的磁场能量，其并联谐振频率和发射电路 的串联谐振频率保持一致；D1至D4组成高频整流电路，将接收到的高频交流整流为脉动 的直流能量，C2为电容滤波器，是为了得到精细的直流能量，S、D5、L2构成了直流降 压电路，把前级的直流变换成和电池电压一致的电压量，用于控制流入蓄电池的能量；另 外C3的作用为直流降压电路的后级滤波电路，消除掉直流降压电路产生的高频脉动能量。

采用上述结构，使用时，脉冲逻辑产生电路3采集交流电压的相位信号，将MOS开 关管S1至S8的脉冲进行分配，双向高频逆变器输出高频脉冲电流流入到LC串联谐振发 射电路4，LC并联谐振接收电路5接收到高频脉冲的磁场，再将收集的能量传输到电动汽 车充电电路6，最后输出稳定的电流信号到电动汽车电池7，其中，电动汽车电池可以是 蓄电池。