PDF《副边自动切换充电模式的电动汽车无线充电系统设计》

3 ) 和式(

7 ) 可知: UC C( t- ) = Ui n R( t- ) Z3( t- ) UC V( t+ ) = Ui n Z3( t+ ) Z1( t+ ) +Z3( t+ ) ì ? í ? ? ? ? ? (

8 ) 令UC C( t- ) =UC V ( t+ ) , 可得切换时刻t, 保持 电池电压稳定的条件为:

8 3

1 2

0 1 7,

4 1 (

2 3 ) ?研制与开发? h t t p : / / ww w. a e p s G i n f o . c o m R( t- ) Z3( t- ) = Z3( t+ ) Z1( t+ ) +Z3( t+ ) (

9 ) 由于在电池恒流充电阶段, 等效电阻的阻值变 化范围很小[

5 G 6,

1 1 ] , 因此, 满足式(

9 ) 的副边谐振补偿 网络参数可以保证电池在恒流充电模式时平稳切换 到恒压充电模式.

2 应用举例 根据附录 A 表A3给出的切换方案, 为了减少 开关个数及尽量简化谐振补偿网络结构, 本文以附 录A表A3中的方案3为例验证以上分析的正确性 和可行性. 以方案3进行恒流模式向恒压模式自动切换的 无线充电系统结构如图2所示. 图2 无线充电系统结构图 F i g .

2 A r c h i t e c t u r eo fw i r e l e s s c h a r g i n gs y s t e m 其中原边的谐振补偿结构采用 L C C 结构, M 为线圈间的互感, 副边的谐振补偿结构在恒流阶段 采用 L C C 结构, 在恒压阶段采用 S结构, 副边引入 两个开关S

1 和S

2 和一个补充电容C2 3, 对副边的谐 振补偿结构在 L C C 和S两种结构之间进行切换. 由图2可知, 当开关S

1 和S

2 均闭合时, 副边的补偿 结构为L C C, 当开关S

1 和S

2 均开启时, 副边的补偿 结构为S. 以下对两种结构的特性及切换条件进行分析. 2.

1 原边谐振补偿网络分析 图2所示的结构图中, 略去逆变环节, 且采用基 波进行分 析, 此时图2中原边的等效电路图如附录A图A1所示. 从附录 A 图A1可以看出, 原边的谐振补偿网 络中L1

1 和C1

1 组合符合附录 A 表A1中的恒流1 结构, 根据1. 1节的分析可知, 当系统工作角频率ω 满足ω=1 / L1

1 C1

1 时, 原边线圈输出电流Ip 保持 恒定, 根据式(

3 ) 可知, Ip 的值为: | Ip |= Ui n ω L1

1 (

1 0 ) 2.

2 开关闭合时副边谐振补偿网络分析 当图2所示 的结构图中开关S1和S2均闭合时, 副边的等效电路图如附录 A 图A2所示.图中, Re 为整流桥后的负载等效值, 其值为: Re=

8 R π

2 (

1 1 ) ω 为系统工作角频率, 线圈间的互感 M 在电动 汽车停稳并开始充电的过程中保持不变, L2 为副边 线圈电感, C2 1, C2 2, L2

1 是副边 L C C 谐振补偿网络 的参数, 此时 L2 和C2

1 共同组成为电感 L2 2, 根据 1. 1节的分析可知, 当L2 2与C2 2满足ω=1 / L2

2 C2

2 时, 负载的输出电流Io 值在系统输入电压和工作角 频率不变的条件下保持恒定, 根据式(

3 ) 和式(

1 0 ) 可知, 此时Io 的值为: | Io |= M Ip L2

2 = MUi n ω L1

1 L2

2 (

1 2 ) 2.

3 开关开启时副边谐振补偿网络分析 当图2所示 的结构图中开关S1和S2均打开时, 副边的等效电路图如附录 A 图A3所示, 附录 A 图A3中, 线圈电感L2 与补偿电感L2

1 组成电感L2 0, 补偿电容C2 1与附加电容C2 3组成电容C2 0, 即L2 0=L2 1+L2

1 C2

0 =

1 C2

1 +

1 C2

3 ì ? í ? ? ? ? (

1 3 ) 当L2 0与C2 0谐振于系统工作角频率ω, 即ω=

1 / L2

0 C2

0 时, 电感L2

0 与电容C2

0 组合与附录A表A2中的恒压4结构相符, 因此, 此时负载 Re 的 输出电压Uo 保持恒定, 由式( 7) 和式(

1 0) 可知, 此时Uo 的值为: | Uo |= MUi n L1

1 (

1 4 ) 根据式(

1 3 ) 可计算出附加电容C2 3的值为: C2 3=