一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法及系统与流程

1.本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法及系统。


背景技术：

2.随着新能源的发展，电动汽车的应用越来越普及。目前给电动汽车充电有两种方式，有线充电和无线充电。传统的有线充电需要电缆连接，充电时需要人为插拔充电枪，长期使用充电枪的金属接触面会有磨损，需要定期维护，并且对人具有一定的安全隐患。而无线充电不存在以上问题，随着无线充电技术越来越成熟，其操作便捷和安全性高等优点逐渐显露出来。
3.电动汽车无线充电系统分为车辆端设备和地面端设备两部分，其中车辆端设备安装在车辆底盘，地面端设备安装在固定停车位上，车地端之间无任何物理连接。从实际应用的角度考虑，电动汽车无线充电设备的技术指标主要为系统效率、体积、成本。如何做到高效率、低成本成为业界关注的主要问题。
4.发明名称为“无线充电控制方法及其系统、存储介质”的现有技术专利申请cn202010411286.8，包括地端装置和车端装置。地端装置包括apfc，buck，h桥，地端谐振单元。车端装置包括车端谐振单元，h桥。
5.电动汽车无线充电地面端系统一般由pfc整流器、buck变换器、高频逆变h桥三部分组成。需要一级buck电路的主要原因是，pfc整流器输出电压的范围为600～800v，而高频逆变器输出电压uin的范围需要为250v～800v，所以增加一级buck电路进行降压。但增加一级buck电路会增加系统复杂程度、增大系统体积、增加系统成本。所以考虑去掉buck变换器，采用软件的方法来降低uin的输出电压。一般使用的软件方法主要包括两种：方案一为高频逆变器采用移相全桥，通过减小逆变h桥输出电压的占空比来降低输出电压；方案二为逆变h桥使用全桥模式、半桥模式、全半桥模式三种模式切换来降低输出电压。方案一的缺点为：在车地端线圈耦合系数较大时，需要的uin较小，导致逆变h桥始终工作在占空比比较小的情况，这样会影响高频h桥逆变器开关管软开关的效果，导致系统损耗增大，发热严重。方案二在逆变h桥工作在半桥模式时，输出电压范围为300～400v；全半桥模式时输出电压范围为450～600v，全桥模式时输出电压范围为600～800v。通过逆变h桥三种模式的切换可以等效改变uin输出，并且不影响软开关的实现。
6.上述方案二的逆变模式切换在稳态时能够稳定工作，在不增加buck电路的前提下等效降低uin。但三种模式切换的瞬态可能会导致系统过压过流，下面简单分析模式切换瞬态过程：
7.pfc的输出电压范围为600～800v，且输出电压不能突变。若初始时系统输出功率较小，需要的uin较小，逆变h桥工作在半桥模式，逆变器输出电压随着充电功率的增大，需要增大uin，则udc从600v增大到800v。uin进一步增大就需要逆变h桥从全桥模
式切换到全半桥模式，全半桥模式下切换时udc为800v。若直接从半桥模式切换至全半桥模式，则uin发生突变。会导致逆变器输出电流iin有很大的过流，触发系统保护。同理，由于全桥模式的输出电压若之间从全半桥模式切换到全桥模式，也会存在同样的问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法及系统，为了防止逆变h桥在三种模式之间直接切换时，因uin突变导致的系统过流问题，该软切换方法，通过软件控制，在模式切换前后对占空比进行一定的处理，可以使三种模式之间平滑切换，不会引起系统过流及振荡问题。
9.本发明采用如下的技术方案实现：
10.本发明的第一方面提供了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法，包括如下步骤：
11.接收待充电车辆端电压us；
12.根据所述车辆端电压us计算充电效率最佳时所需的地面端电压up；
13.根据所述地面端电压up确定地面端的全桥逆变电路的工作模式，并软切换到相应的工作模式。
14.进一步的，所述根据所述车辆端电压us计算充电效率最佳时所需的地面端电压up包括：
15.up＝t*us
16.t为谐振网络原边和副边的变比，最优效率点下t的取值与车地端耦合线圈自感参数相关，其中l
p
为地面端发射线圈自感，ls为车辆端接收线圈自感。
17.进一步的，所述工作模式包括：全桥模式、全板桥模式和半桥模式。
18.进一步的，所述软切换到相应的工作模式包括：
19.若则逆变h桥工作在全桥模式；
20.若且则逆变h桥工作在全半桥模式；
21.若则逆变h桥工作在半桥模式；
22.其中，u
dc
为地面端pfc电路的输出电压,u
dc
的范围为[600,800],u
dc_min
＝600v,u
dc_max
＝800v。
[0023]
进一步的，所述若则逆变h桥工作在全桥模式包括：
[0024]
判断逆变h桥当前的工作模式，若当前是全桥模式，则不需要模式切换，继续工作在全桥模式下；若当前为全半桥模式，则切换到全桥模式，切换方法为：
[0025]
将全半桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0026]
逆变h桥从全半桥模式切换到全桥模式，占空比保持20％不变；
[0027]
全桥模式占空比逐渐从20％增加到50％。
[0028]
进一步的，所述若且则逆变h桥工作在全半桥模式包括：
[0029]
判断逆变h桥当前的工作模式，若当前是全半桥模式，则不需要模式切换，继续工作在全半桥模式下；若当前为半桥模式，则从半桥模式切换到全半桥模式，切换方法为：
[0030]
将半桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0031]
逆变h桥从半桥模式切换到全半桥模式，占空比保持20％不变；
[0032]
全半桥模式占空比逐渐从20％增加到50％；
[0033]
若当前为全桥模式，则从全桥模式切换到全半桥模式，切换方法为：
[0034]
将全桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0035]
逆变h桥从全桥模式切换到全半桥模式，占空比保持20％不变；
[0036]
全半桥模式占空比逐渐从20％增加到50％。
[0037]
进一步的，所述若则逆变h桥工作在半桥模式包括：
[0038]
判断逆变h桥当前的工作模式，若当前是半桥模式，则不需要模式切换，继续工作在半桥模式下；若当前为全半桥模式，则从全半桥模式切换到半桥模式，切换方法为：
[0039]
将全半桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0040]
逆变h桥从全半桥模式切换到半桥模式，占空比保持20％不变；
[0041]
半桥模式占空比逐渐从20％增加到50％。
[0042]
本发明的第二方面提供了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换系统，所述无线充电系统包括地面端装置和车辆端装置；所述地面端装置包括pfc电路、全桥逆变电路和发射线圈；所述车辆端装置包括接收线圈和整流电路；所述软切换系统按照如前所述的电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法进行模式软切换。
[0043]
综上所述，本发明提供了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法及系统，该方法包括接收待充电车辆端电压us；根据车辆端电压us计算充电效率最佳时所需的地面端电压up；根据地面端电压up确定地面端的全桥逆变电路的工作模式，并软切换到相应的工作模式。本发明通过逆变h桥三种运行模式之间软切换，实现地面端装置输出电压up宽范围调节，且调节过程平滑无冲击，避免模式切换过程中引起的电压突变、电流冲击和误保护问题，在节省一级buck电路的前提下，保障装置运行的稳定性和可靠性。
[0044]
本发明的有益技术效果有：
[0045]
1、本发明提出了逆变h桥模式切换的判断依据，根据计算得到的up大小和当前的运行模式，判断是否需要进行模式切换。
[0046]
2、本发明给出了地面端装置需要模式切换时，实现软切换的过程及操作步骤，可
以避免模式切换过程中的过压过流。
[0047]
3、本发明在无线充电地面端设备节省一级buck电路的基础上，利用逆变h桥模式软切换，使得逆变器输出电压调压范围增大，且调压过程中无电流冲击。
附图说明
[0048]
图1是现有技术中无线充电控制系统的电路结构示意图；
[0049]
图2是本发明实施例的电动汽车无线充电系统拓扑结构图；
[0050]
图3是本发明实施例的电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法流程示意图；
[0051]
图4是本发明实施例中具体的电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法流程示意图。
具体实施方式
[0052]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
[0053]
如图2所示，图2为本发明设计的电动汽车无线充电系统拓扑。系统包括地面端装置和车辆端装置。地面端装置包括pfc电路(维也纳电路)，全桥逆变电路，发射线圈。车端装置包括接收线圈，整流电路。
[0054]
本发明的第一方面提供了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法，如图3所示，包括如下步骤：
[0055]
步骤s100，接收待充电车辆端电压us；地面端控制器根据wifi通讯接收到的车辆端电压us。
[0056]
步骤s200，根据所述车辆端电压us计算充电效率最佳时所需的地面端电压up；进行效率环控制计算出效率最佳时所需的地面端电压up。
[0057]
步骤s300，根据所述地面端电压up确定地面端的全桥逆变电路的工作模式，并软切换到相应的工作模式。地面端装置根据up的大小决定地面端逆变h桥工作在哪种模式，存在模式切换时需要进行软切换。
[0058]
进一步的，所述根据所述车辆端电压us计算充电效率最佳时所需的地面端电压up包括：
[0059]
up＝t*us
[0060]
t为谐振网络原边和副边的变比，最优效率点下t的取值与车地端耦合线圈自感参数相关，其中l
p
为地面端发射线圈自感，ls为车辆端接收线圈自感。
[0061]
进一步的，所述工作模式包括：全桥模式、全板桥模式和半桥模式。
[0062]
进一步的，如图4所示，所述软切换到相应的工作模式包括：
[0063]
若则逆变h桥工作在全桥模式；
[0064]
若且则逆变h桥工作在全半桥模式；
[0065]
若则逆变h桥工作在半桥模式；
[0066]
其中，u
dc
为地面端pfc电路的输出电压,u
dc
的范围为[600,800],u
dc_min
＝600v,u
dc_max
＝800v。
[0067]
进一步的，所述若则逆变h桥工作在全桥模式包括：
[0068]
判断逆变h桥当前的工作模式，若当前是全桥模式，则不需要模式切换，继续工作在全桥模式下；若当前为全半桥模式，则切换到全桥模式，切换方法为：
[0069]
将全半桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0070]
逆变h桥从全半桥模式切换到全桥模式，占空比保持20％不变；
[0071]
全桥模式占空比逐渐从20％增加到50％。
[0072]
进一步的，所述若且则逆变h桥工作在全半桥模式包括：
[0073]
判断逆变h桥当前的工作模式，若当前是全半桥模式，则不需要模式切换，继续工作在全半桥模式下；若当前为半桥模式，则从半桥模式切换到全半桥模式，切换方法为：
[0074]
将半桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0075]
逆变h桥从半桥模式切换到全半桥模式，占空比保持20％不变；
[0076]
全半桥模式占空比逐渐从20％增加到50％；
[0077]
若当前为全桥模式，则从全桥模式切换到全半桥模式，切换方法为：
[0078]
将全桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0079]
逆变h桥从全桥模式切换到全半桥模式，占空比保持20％不变；
[0080]
全半桥模式占空比逐渐从20％增加到50％。
[0081]
进一步的，所述若则逆变h桥工作在半桥模式包括：
[0082]
判断逆变h桥当前的工作模式，若当前是半桥模式，则不需要模式切换，继续工作在半桥模式下；若当前为全半桥模式，则从全半桥模式切换到半桥模式，切换方法为：
[0083]
将全半桥模式占空比从50％逐渐减小到20％；
[0084]
逆变h桥从全半桥模式切换到半桥模式，占空比保持20％不变；
[0085]
半桥模式占空比逐渐从20％增加到50％。
[0086]
本发明的第二方面提供了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换系统，所述无线充电系统包括地面端装置和车辆端装置；所述地面端装置包括pfc电路、全桥逆变电路和发射线圈；所述车辆端装置包括接收线圈和整流电路；所述软切换系统按照如前所述
的电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法进行模式软切换。
[0087]
本发明提出了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法和系统，该软切换方法能使地面端变流器在半桥模式、全桥模式、全半桥模式之间无冲击平滑切换。由于三相整流器(pfc)的输出电压范围为600v～800v，而兼容互操作性的谐振网络原边电压up一般所需的电压范围为250v～800v。为增大地端直流侧调压范围，一般可以在pfc后面加一级buck电路，但这样会增大系统成本和体积。若地端变流器单纯采用移相角控制，为降低谐振网络输入电压up，地端逆变器需要工作在小占空比下，当地端占空比小于车端占空比时，地端逆变器会失去软开关，增大系统损耗。所以一般采用地端三种模式切换来达到调节up电压的目的。但各模式之间直接切换会导致up电压突变，系统会出现电流冲击，且有较长时间的暂态过程，可能会触发保护而停机。各模式之间若采用软切换，可使地端变流器平滑的从一个模式切换到另一个模式，达到平稳调节up电压的目的，且过程中无电流冲击。
[0088]
综上所述，本发明提供了一种电动汽车无线充电系统地面端模式软切换方法及系统，该方法包括接收待充电车辆端电压us；根据车辆端电压us计算充电效率最佳时所需的地面端电压up；根据地面端电压up确定地面端的全桥逆变电路的工作模式，并软切换到相应的工作模式。本发明通过逆变h桥三种运行模式之间软切换，实现地面端装置输出电压up宽范围调节，且调节过程平滑无冲击，避免模式切换过程中引起的电压突变、电流冲击和误保护问题，在节省一级buck电路的前提下，保障装置运行的稳定性和可靠性。
[0089]
以上给出了本发明涉及具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。