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原文传递一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统

专利名称：	一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统
摘要：	本发明公开了一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统，包括放置于地面的原边单元和车载的副边单元，原边单元包括逆变电路、补偿电路、原边谐振电容、原边功率线圈、差分电感线圈以及MCU；副边单元包括副边功率线圈、副边谐振电容和整流电路。其中，差分电感线圈可以实现非接触式测量副边功率线圈的电流相量，并且屏蔽原边带来的干扰；MCU对差分电感线圈输出电压和原边功率电流进行采样和计算，作为闭环控制的反馈量与给定量进行比较，经过PI调节器产生控制信号，控制补偿电路的开关占空比，进而实现改变补偿电路对原边的反射阻抗，在负载变化时，调整原边补偿网络实现阻抗匹配与自调谐，维持较高的无线充电的最大功率和效率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	浙江大学
发明人：	程泽乾;吴建德;陈浩;钱中南;李武华;何湘宁
专利状态：	有效
申请日期：	2019-07-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-15T00:00:00+0800
申请号：	CN201910610094.7
公开号：	CN110450656A
代理机构：	杭州天勤知识产权代理有限公司
代理人：	王琛
分类号：	B60L53/12(2019.01);B;B60;B60L;B60L53
申请人地址：	310013浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号
主权项：	1.一种基于差分电感的电动汽车无线充电闭环控制系统，包括放置于地面的原边单元和车载的副边单元；其特征在于：所述原边单元包括逆变电路、补偿电路、原边谐振电容、原边功率线圈、互感线圈、差分电感线圈、AD采样电路以及MCU；其中，逆变电路的直流侧接直流源，原边功率线圈的一端与逆变电路交流侧的一端相连，原边功率线圈的另一端与原边谐振电容的一端相连，补偿电路通过互感线圈耦合连接于逆变电路交流侧的另一端与原边谐振电容的另一端之间，差分电感线圈与AD采样电路通过磁接口耦合，MCU与AD采样电路、补偿电路以及逆变电路相连；所述副边单元包括副边功率线圈、副边谐振电容和整流电路，副边功率线圈与差分电感线圈以及原边功率线圈相互耦合；副边功率线圈的一端与副边谐振电容的一端相连，副边谐振电容的另一端与整流电路交流侧的一端相连，副边功率线圈的另一端与整流电路交流侧的另一端相连，整流电路的直流侧与车载电池连接。 2.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电闭环控制系统，其特征在于：所述逆变电路受MCU控制产生高频正弦电流，该高频正弦电流经过互感线圈向原边功率线圈供电，使得原边谐振电容与原边功率线圈发生谐振，并在原边功率线圈上产生固定频率的高频电流，进而通过电磁感应引起副边功率线圈产生相同频率的感应电流，该感应电流经过整流电路后为车载电池充电。 3.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电闭环控制系统，其特征在于：所述差分电感线圈由两个接收线圈l1和l2组成，接收线圈l1和l2的一同名端相互连接，接收线圈l1和l2的另一同名端作为差分电感线圈的输出端口通过磁接口耦合的形式连接至AD采样电路；在移除副边功率线圈的情况下，接收线圈l1与原边功率线圈的互感为Mp1，接收线圈l2与原边功率线圈的互感为Mp2，且Mp1＝Mp2使得原边功率线圈在接收线圈l1和l2上产生的感应电压在差分电感线圈输出端口处相互抵消。 4.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电闭环控制系统，其特征在于：所述磁接口采用耦合电感或高频变压器实现，所述补偿电路采用半桥或全桥电路拓扑结构。 5.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电闭环控制系统，其特征在于：所述副边功率线圈通过耦合使得差分电感线圈产生输出电压，该输出电压相量Uso的计算表达式如下： Uso＝I2·jω(Mr1-Mr2) 其中：I1为通电后原边功率线圈上的电流相量，I2为副边功率线圈上的感应电流相量，ω为通电后原边功率线圈上的电流角频率，j为虚数单位，M为原边功率线圈与副边功率线圈之间的互感，Mr1和Mr2分别为接收线圈l1和l2与副边功率线圈之间的互感且Mr1≠Mr2，RZ和LZ分别为副边功率线圈所连负载的阻抗和感抗。 6.根据权利要求3所述的电动汽车无线充电闭环控制系统，其特征在于：所述差分电感线圈的输出端口上并联有谐振电容，该谐振电容的电容值Cr＝1/ω2Ls，Ls为差分接收线圈的等效电感且Ls＝Ls1+Ls2-2Ms12；其中：Ls1和Ls2分别为接收线圈l1和l2的电感值，Ms12为接收线圈l1与l2的互感。 7.根据权利要求1所述的电动汽车无线充电闭环控制系统，其特征在于：所述MCU通过AD采样电路获取差分电感线圈的输出电压，同时采集原边功率线圈上的电流，根据差分电感线圈输出电压计算出副边阻抗模值，并根据差分电感线圈输出电压与原边功率线圈电流的相位差实时计算出副边负载的阻抗比，进而控制补偿电路中开关器件的占空比，改变补偿电路在原边单元中的等效阻抗，从而调节原边输入阻抗，实现原副边阻抗匹配，实现功率最大化传输。
所属类别：	发明专利