谐振－移频实现汽车无线充电的方法及系统

摘要

本发明提出谐振－移频实现汽车无线充电的方法及系统，达到5kW至150kW左右的无线大功率汽车充电，完成恒流、限压的充电管理，系统包括非车辆端变频发射设备，以及安装在电动汽车上的电力接收设备。本发明通过两谐振电路用无线方式从电力发射盘发射移频的电能，从电力接收盘接收电能，经整流后为电动汽车电池组充电，通过无线负反馈完成电池管理系统BMS的充电指令要求，即用移频方式，控制功率发射端与功率接收端的输出功率，完成恒流、限压充电。本发明通过近场通信NFC和蓝牙通信结合的方式，令电动汽车能够准确地与本停车位的充电桩或充电机建立唯一的无线通信信道链接，令停车场内的电动汽车与充电桩或充电机一对一地建立连接通信，而无链接干扰，并提供稳定的负反馈无线控制线路。

主权项

一种谐振－移频实现汽车无线充电的方法，包括如下步骤：A. 在停车位（110）近旁设置非车辆端变频发射设备（130）；为该非车辆端变频发射设备（130）设置以下器件和部件，装设在停车位（110）内的电力发射盘（150）；用于将输入的市电整流获得中间电力（U_DC）的具有功率因数校正PFC功能的地面整流器（131）；用至少两电力半导体开关器件（V_S1、V_S2、…），电力发射盘（150）的绕组电感（L₁）以及与电力发射盘（150）的绕组电感（L₁）串联的第一谐振电容（C_1R）组成的电流型半桥或全桥串联谐振逆变电路（133、134）；所述中间电力（U_DC）输入该串联谐振逆变电路（133、134），以一次电路谐振频率f_1R发射超音频电力；用于控制电力半导体开关器件（V_S1、V_S2、…）的驱动控制电路模块（135）；用于建立近场通信的地面近场通信NFC模块（171），以及电连接该地面近场通信NFC模块（171）的地面近场通信NFC定位线圈（172）；用于无线数据传输的地面蓝牙数据收发模块（173）；电连接驱动控制电路模块（135）、地面近场通信NFC模块（171）和地面蓝牙数据收发模块（173）的变频微控制器MCU（160）；B. 在安装有动力电池组（400）的电动汽车（210）上设置车辆变频接收设备（200），为该车辆变频接收设备（200）设置以下器件和部件，电力接收盘（250），使电动汽车（210）停于步骤A所述停车位（110）上时，该电力接收盘（250）能够对准停车位（110）上的电力发射盘（150）但不接触，令所述电力接收盘（250）和电力发射盘（150）大致共轴线地发生电磁耦合；用电力接收盘（250）的绕组电感（L₂）和第二谐振电容（C_2R）组成具有二次电路谐振频率f_2R的电压型的并联谐振电路（233），以及车载整流器（231）；所述一次电路谐振频率f_1R和二次电路谐振频率f_2R尽量接近，即f_1R≈f_2R；所述并联谐振电路（233）通过电磁感应、用无线方式从电力发射盘（150）的绕组电感（L₁）接收电力，经车载整流器（231）整流后为电动汽车（210）上的动力电池组（400）充电；设置在向所述动力电池组（400）提供充电电能的总输出母线上的电池组总电压采样环节（222）和电池组充电电流传感器（224）；用于建立近场通信的车载近场通信NFC模块（271），以及电连接该车载近场通信NFC模块（271）的车载近场通信NFC定位线圈（272）；用于无线数据传输的车载蓝牙数据收发模块（273）；电连接电池组总电压采样环节（222）、电池组充电电流传感器（224）、车载近场通信NFC模块（271）和车载蓝牙数据收发模块（273）的充电管理微控制器MCU（260）；C. 当步骤B所述电动汽车（210）停入步骤A所述停车位（110）内并启动无线充电时，车载近场通信NFC模块（271）与地面近场通信NFC模块（171）通过各自的车载近场通信NFC定位线圈（272）和地面近场通信NFC定位线圈（172）建立近场通信通道，充电管理微控制器MCU（260）通过近场通信通道向变频微控制器MCU（160）发出电动汽车（210）的车辆信息和该电动汽车（210）的车载蓝牙数据收发模块（273）的蓝牙地址码，变频微控制器MCU（160）将蓝牙配对指令和所述蓝牙地址码发送至地面蓝牙数据收发模块（173），从而借助所述蓝牙地址码在车载蓝牙数据收发模块（273）与地面蓝牙数据收发模块（173）之间建立蓝牙数据通道；D. 变频微控制器MCU（160）和充电管理微控制器MCU（260）通过步骤C建立的近场通信通道确认电力发射盘（150）和电力接收盘（250）对正，并且确认步骤C建立的蓝牙数据通道通信正常后，变频微控制器MCU（160）控制启动驱动控制电路模块（135），进入无线充电过程。