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电动汽车无线反馈非接触充电电路设计

2012-8-16 15:19| 发布者: lfcx| 查看: 386| 评论: 0

摘要: 1 引言电动汽车采用的非接触充电系统(InductivelyCoupled Power Transfer,简称ICFT),以电磁感应方式使初级线圈向次级线圈传输电能。将次级线圈安装在汽车底盘上,初级线圈安装在停车位的地面下,当电动汽车停靠到 ...

1 引言

电动汽车采用的非接触充电系统(InductivelyCoupled Power Transfer,简称ICFT),以电磁感应方式使初级线圈向次级线圈传输电能。将次级线圈安装在汽车底盘上,初级线圈安装在停车位的地面下,当电动汽车停靠到有固定车位的供电线圈装置上时,受电线圈即可接受电能,对电池充电。一般电动汽车可在3~6 h内完成充电。

与有线充电方式相比,非接触充电系统具有充电智能化,且无需专人值守充电现场;充电不受天气、环境影响的优点。实验表明,非接触充电系统耦合系数较低,通常在0.13~0.2之间,负载两端的电压波动较大。这里给出一种具有无线反馈稳压功能的非接触供电电路,在不改变耦合系数的前提下,调节非接触供电电路H桥占空比,改变初级电路的输出功率,达到稳定输出电压的目的。

2 非接触供电电路原理

非接触电路原理图如图1所示。该电路包括非接触供电电路和无线反馈电路两部分。非接触供电电路包括初级电路和次级电路;无线反馈电路包括检测及发射电路和接收及反馈触发电路,可同时实现智能控制和稳压功能。

图1中,初级电路由功率开关管VS1~VS4构成全桥变换器电路,采用PWM控制芯片SG3525控制推挽电路产生控制脉冲,分别交替控制VS1,VS4和VS2,VS3的栅极,使L11两端产生交流电流,频率设定为30 kHz。

L11,L12组成非接触耦合变换器。C1,C4为初、次级线圈的补偿电容,初级电源、初级变换器和初级线圈L31安装在地面下;次级线圈L12、次级变换器安装在汽车底盘内。初、次级之间电气隔离。VD1,VD2和C2,C3构成二倍压整流电路,经L2,C5滤波后给负载供电。

在图1的等效电路中,全桥变换器H桥以前的电路可视为一个方波电压源,其内阻RS主要是供电电网计费电表以前的等效内阻。可见,使RL获得最大传输功率的必要条件是使初、次级电路处于谐振状态。根据此规律,通过理论计算和Pspice仿真,得到L11=10μH,L12=112μH,C1=1 nF和C4=0.1 nF。

3 无线反馈稳压及通讯电路原理

3.1 无线信号发射电路

无线信号发射电路如图2所示。该电路由含有单片机的无线发射模块NRF24E1和外围电路构成。R1,R2构成电阻分压电路,R2两端的取样电压信号送入NRF24E1的模拟量输入端AIO,此端口具有A/D转换功能,将转换得到的数字信号发射给接收电路。当负载电压设定在24 V时,通过精确选择R1,R2比值,设定取样电压信号幅度为1 V。

3.2 无线信号接收及反馈触发电路

图3为无线信号接收及反馈控制电路。通过软件设定用于接收信号。无线模块收到数字信号后.再用芯片TLC5615实现D/A串行转换,将数字信号转化为约1V的模拟信号,并由第7引脚输出。将此模拟电压信号送至SG3525的1脚(误差放大器的反相输入端)。SG3525的16脚为5.1 V基准电压,经电阻精确分压,使SG3525的2脚(同相输入端)得到标准的1 V电压信号。SG3525通过实时比较1,2脚电压信号的差值,自动改变11.14脚的输出脉冲的占空比,控制VS1~VS4,改变其占空比,从而调节传递到次级电路的功率,起到稳压的目的。

此外,该电路还具有智能判断和自动处理功能:当汽车不在停车位时,信号接收电路收不到信号,非接触供电初级电路自动关闭,起到节能作用;通过对负载电压的检测自动判断蓄电池的充电程度,自动切换到浮充和停充状态。

4 实验结果与结论

设计输入直流电压Udc=310 V(由市电整流得到),输出直流电压Uo=48 V的电动汽车非接触充电电路,工作频率fs=30 kHz,负载为1 kVA,48 V的电动汽车专用蓄电池。实验结果如图4所示。

由图4b可见,无线反馈的非接触充电电路的稳压效果较佳。通过磁场耦合仿真与实验,当初、次级线圈相距10 cm时,得到的感应耦合系数为0.15。经精确选择关键器件(L11,L12,C1,C4)规格,使电路处于较佳状态。

电路除具有稳压功能外,还具有智能充电、欠过电压、过电流保护功能。当负载出现短路现象时,次级线圈两端的电压自动趋于零,起到自动保护的作用。


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