一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無(wú)線電能傳輸供電裝置及控制方法，屬于無(wú)線電能傳輸領(lǐng)域，具 體涉及一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 感應(yīng)f禹合電能（Inductively Coupled Power Transfer, ICPT)技術(shù)利用空間磁場(chǎng) 的耦合實(shí)現(xiàn)了近距離的電能非接觸的傳輸。在ICPT系統(tǒng)中，能量可以經(jīng)過(guò)電磁場(chǎng)，向一個(gè) 或者多個(gè)靜止或移動(dòng)的設(shè)備靈活供電，同時(shí)又由于其機(jī)理的特征決定了電能的傳輸不經(jīng)過(guò) 導(dǎo)線，避免了可能由于接觸接觸引起的隱患，如火花、接觸不良等，也可使接頭、連接器等免 于維護(hù)，不受天氣等外界因素的影響。因此，ICPT技術(shù)除了可以為手機(jī)、電腦、臺(tái)燈等小功 率設(shè)備靈活、方便快速充電外，也可用于煤礦井下、水下、戶(hù)外停車(chē)場(chǎng)等設(shè)備充電易受環(huán)境 影響較大的場(chǎng)合。
[0003] 隨著能源危機(jī)日益加重和環(huán)境污染的日益加重，電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)實(shí)化應(yīng)用需求越來(lái)越 緊迫。一方面可以利用電能作為高性?xún)r(jià)比的供電電源，在另外一方面也避免了汽油燃料產(chǎn) 生尾氣污染環(huán)境的問(wèn)題。而現(xiàn)有的采用蓄電池組的電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)充電插座從電網(wǎng)獲得電 能，充電電路直接與蓄電池組固定連接，由于充電插座與電纜的存在而極大地降低了充電 的靈活性，另一方面較大的充電電流構(gòu)成了漏電及電擊的潛在危險(xiǎn)，同時(shí)增加了車(chē)輛的自 身重量，上述特性進(jìn)一步限制了電動(dòng)汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用。
[0004] 基于非接觸電能傳輸技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)感應(yīng)耦合充電系統(tǒng)具有操作安全、防水防 塵、接口免維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)線充電方式受到越來(lái)越多的關(guān)注。而在現(xiàn)今 的電動(dòng)汽車(chē)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，蓄電池一般作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電源，其充電的模式也是影響到 電池性能、壽命的重要因素。因此,在電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線電能充電的基礎(chǔ)上，有必要對(duì)電動(dòng)汽車(chē) 的蓄電池組的充電模式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)、控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明主要是針對(duì)傳統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)有線充電方式帶來(lái)的充電方式的不靈活、存在人 身觸電風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，提出一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電及其控制方法，同時(shí)，使用LCL型原 邊發(fā)射機(jī)構(gòu)，在滿(mǎn)足一定的參數(shù)條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)副邊拾取線圈感應(yīng)的開(kāi)路電壓幅值保持 恒定，實(shí)現(xiàn)原、副邊主電路的解耦；另外，為了提高蓄電池組電池的性能和壽命，本發(fā)明能夠 根據(jù)蓄電池組的參數(shù)，使得蓄電池組自動(dòng)切換投入到相應(yīng)的充電工作模式。
[0006] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，包括整 流模塊、高頻逆變模塊，LCL型原邊發(fā)射機(jī)構(gòu)、副邊拾取機(jī)構(gòu)，副邊整流模塊、DC-DC模塊、蓄 電池組、電池參數(shù)檢測(cè)模塊、電池管理控制模塊、PWM控制模塊、PWM算法單元、車(chē)載射頻發(fā) 射單元、原邊射頻接收單元及高頻逆變控制模塊。
[0007] 所述的整流模塊、高頻逆變模塊，LCL型原邊發(fā)射機(jī)構(gòu)、副邊拾取機(jī)構(gòu)，副邊整流模 塊、DC-DC模塊、蓄電池組構(gòu)成一個(gè)典型的無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)。
[0008] 所述的LCL型發(fā)射機(jī)構(gòu)是由電感丨及電容G構(gòu)成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和電磁發(fā)射線圈& 組成。
[0009]進(jìn)一步地，在高頻逆變器的工作頻率為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，包括整流模塊、高頻逆變模塊， LCL型原邊發(fā)射機(jī)構(gòu)、副邊拾取機(jī)構(gòu)，副邊整流模塊、DC-DC模塊、蓄電池組、電池參數(shù)檢測(cè) 模塊、電池管理控制模塊、PWM控制模塊、PWM算法單元、車(chē)載射頻發(fā)射單元、原邊射頻接收 單元及高頻逆變控制模塊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線供電及其控制方法，其特征在于：三相交 流電經(jīng)過(guò)整流模塊后變?yōu)橹绷麟?，再在?jīng)過(guò)高頻逆變模塊逆變?yōu)楦哳l交流電，之后再經(jīng)過(guò) LCL型原邊發(fā)射機(jī)構(gòu)的電感線圈和副邊拾取機(jī)構(gòu)中的電感線圈相互耦合，實(shí)現(xiàn)電能的無(wú)線 傳遞，再經(jīng)過(guò)副邊整流模塊、DC-DC模塊，給蓄電池組負(fù)載供電，這樣就組成典型的電磁感應(yīng) 耦合無(wú)線供電系統(tǒng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線供電及其控制方法，其特征在于：所述的 LCL型發(fā)射機(jī)構(gòu)是由電感Z1及電容G構(gòu)成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和電磁發(fā)射線圈/J5組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的一種電動(dòng)汽車(chē)無(wú)線供電及其控制方法，其特征在于：在高 頻逆變器的工作頻率為) Hz時(shí)，LCL型原邊發(fā)射機(jī)構(gòu)的電磁發(fā)射線圈中矣的 電流幅值保持恒定時(shí)，不會(huì)隨后級(jí)負(fù)載的變化而發(fā)生變化。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其特征在 于：所述的副邊拾取機(jī)構(gòu)是由拾取電感線圈4和電容構(gòu)成的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)組合而成，組合方式 一般為電容與拾取電感4相串聯(lián)或者并聯(lián)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、3、4、5所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其 特征在于：在電磁發(fā)射線圈中&的電流幅值保持恒定時(shí)，根據(jù)電路理論，副邊拾取線圈Z s 的感應(yīng)開(kāi)路電壓幅值為(為高頻逆變器工作的角頻率，J偽發(fā)射線圈A5和拾取電感 Zs之間的互感，Jp為的發(fā)射線圈Zi5的電流)，在發(fā)射線圈/^值、互感對(duì)呆持不變時(shí)，拾取側(cè)感 應(yīng)開(kāi)路電壓值保持不變。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其特征在 于：當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入充電領(lǐng)域時(shí)，車(chē)載射頻發(fā)射單元將帶有電子標(biāo)簽的車(chē)輛位置信息通過(guò) 射頻技術(shù)（RFID)與原邊射頻接收單元無(wú)線通信，然后經(jīng)過(guò)原邊高頻逆變控制模塊控制高頻 逆變模塊準(zhǔn)備進(jìn)入預(yù)逆變待機(jī)狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其特征在 于：當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入充電領(lǐng)域時(shí)，同時(shí)對(duì)電池參數(shù)檢測(cè)模塊對(duì)電動(dòng)車(chē)蓄電池的參數(shù)進(jìn)行檢 測(cè)，包括蓄電池組端電壓、蓄電池的充電電流、蓄電池溫度檢測(cè)、蓄電池單體電壓檢測(cè)、蓄電 池單體均壓檢測(cè)；由電池管理控制模塊接收電池組充電電流、單體電壓、端電壓及電池組溫 度的檢測(cè)參數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、8所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其特征 在于：當(dāng)電池管理控制模塊接收電池組充電電流、單體電壓、端電壓及電池組溫度的檢測(cè)參 數(shù)并判斷其處于正常范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)車(chē)載射頻發(fā)射模塊與原邊射頻接收模塊進(jìn)行通信，最 后經(jīng)過(guò)高頻逆變控制模塊控制高頻逆變模塊處于正常工作的狀態(tài)；當(dāng)電池管理控制模塊接 收電池組充電電流、單體電壓、端電壓及電池組溫度的檢測(cè)參數(shù)并判斷其處于不正常范圍 內(nèi)時(shí)，譬如發(fā)生過(guò)流、過(guò)熱故障時(shí)，通過(guò)車(chē)載射頻發(fā)射模塊與原邊射頻接收模塊進(jìn)行通信， 最后經(jīng)過(guò)高頻逆變控制模塊控制高頻逆變模塊處于不導(dǎo)通的狀態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、8、9所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其 特征在于：當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)正常開(kāi)始充電時(shí)，首先，在恒流、恒壓充電開(kāi)始之前，電池管理控制 模塊根據(jù)對(duì)蓄電池組的端電壓進(jìn)行檢測(cè)結(jié)果，以判斷有無(wú)電池的過(guò)放電現(xiàn)象存在，如電池 組造成端電壓過(guò)低，則需要先進(jìn)行涓流充電對(duì)電池進(jìn)行預(yù)處理，以恢復(fù)電池性能；其次，電 池參數(shù)檢測(cè)模塊中的電流檢測(cè)及電壓檢測(cè)模塊分別對(duì)電池組充電電流及端電壓檢測(cè)進(jìn)行 檢測(cè)之后，在PWM算法單元下，分別送至比較器與充電電流給定參數(shù)與電壓給定參數(shù)進(jìn)行 比較，比較結(jié)果輸入PI控制器，同時(shí)電池管理控制模塊根據(jù)檢測(cè)電流與檢測(cè)電壓，決定采 用恒流或者恒壓的充電方式，進(jìn)而PWM控制單元控制如開(kāi)關(guān)S的狀態(tài)，從而控制DC-DC模塊 中開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1、10所述的一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，其特 征在于：電動(dòng)汽車(chē)蓄電池充電模式的具體過(guò)程如下：（1)根據(jù)電池參數(shù)檢測(cè)模塊檢測(cè)蓄電 池端電壓是否過(guò)低，電池管理控制模塊根據(jù)對(duì)蓄電池組的端電壓檢測(cè)的結(jié)果，以判斷有無(wú) 電池的過(guò)放電現(xiàn)象存在，若有，則進(jìn)入涓流充電模式（2)，否則進(jìn)入恒流充電模式（3) ; (2) 涓流充電模式：在涓流充電模式中，電池參數(shù)檢測(cè)模塊要不斷檢測(cè)蓄電池端電壓的實(shí)際值， 電池管理控制模塊根據(jù)對(duì)蓄電池組的端電壓檢測(cè)的結(jié)果，與蓄電池預(yù)設(shè)的端電壓預(yù)設(shè)的最 低值嘆進(jìn)行比較，若蓄電池端電壓的實(shí)際值小于端電壓預(yù)設(shè)的最低值嘆，則繼續(xù)涓流充電， 否則，進(jìn)入恒流充電模式（3);(3)恒流充電模式：在進(jìn)入恒流充電模式后，電池參數(shù)檢測(cè)模 塊要不斷檢測(cè)蓄電池端電壓的實(shí)際值，電池管理控制模塊根據(jù)對(duì)蓄電池組的端電壓檢測(cè)的 結(jié)果，與蓄電池預(yù)設(shè)的端電壓額定值值G和容許的最大偏差值Λ G之和進(jìn)行比較，若蓄電 池端電壓的實(shí)際值小于端電壓額定值值G和容許的最大偏差值Λ G之和，則繼續(xù)恒流充 電，否則，進(jìn)入恒壓充電模式（4) ; (4)恒壓充電模式：在進(jìn)入恒壓充電模式后，電池參數(shù)檢 測(cè)模塊要不斷檢測(cè)蓄電池充電電流的實(shí)際值，電池管理控制模塊根據(jù)對(duì)蓄電池組的充電電 流檢測(cè)的結(jié)果，與蓄電池預(yù)設(shè)的電流值/ Ν (/Ν-般為0.05C，C表示單體電池容量）進(jìn)行比 較，若蓄電池充電電流實(shí)際值小于預(yù)設(shè)的電流值J N，若是則充電結(jié)束，否則，繼續(xù)恒壓充電。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公布一種電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o線充電系統(tǒng)及其控制方法，包括整流模塊、高頻逆變模塊，LCL型原邊發(fā)射機(jī)構(gòu)、副邊拾取機(jī)構(gòu)，副邊整流模塊、DC-DC模塊、蓄電池組、電池參數(shù)檢測(cè)模塊、電池管理控制模塊、PWM控制模塊、PWM算法單元、車(chē)載射頻發(fā)射單元、原邊射頻接收單元及高頻逆變控制模塊。其特征在于：采用的LCL型原邊發(fā)射結(jié)構(gòu)在高頻逆變器一定的工作頻率下能夠使原邊線圈電流幅值保持恒定，從而使副邊電路的感應(yīng)電壓與原邊電路參數(shù)獨(dú)立解耦，有利于副邊電路的獨(dú)立控制；同時(shí)，在PWM控制模塊的作用下，DC-DC模塊能夠根據(jù)蓄電池的參數(shù)狀態(tài)自動(dòng)的使蓄電池工作在涓流充電、恒壓充電、恒流充電模式下。
【IPC分類(lèi)】H02J7-02, H02J17-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104734315
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510148992
【發(fā)明人】邵祥, 童為為, 杜朋, 鐘志祥, 夏晨陽(yáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月1日