PDF《副边自动切换充电模式的电动汽车无线充电系统设计》

1 ω2 ( L2+L2 1) -

1 C2

1 (

1 5 ) 2.

4 副边谐振补偿网络结构由输出恒流模式向输 出恒压模式切换的条件设定 由1. 4节、 2. 2节和2. 3节的分析及式( 9) 可知, 满足副边从恒流充电模式向恒压充电模式切换时, 负载电压不发生跳变的条件是: Re

1 ω C2

2 =1 (

1 6 ) 根据式(

1 3 ) 、 式(

1 5 ) 和式(

1 6 ) , 可以计算出副边 谐振补偿网络参数L2 1, L2 2, C2 2, C2 3的值.

3 实验验证 为了 验证以上分析的正确性, 采用附录A表A3所示的系统参数搭建了一套恒流输出 8A、 恒压输出3

4 0V 的WP T 系统, 实验装置如附录 A

9 3

1 吉莉, 等 副边自动切换充电模式的电动汽车无线充电系统设计 图A4所示. 系统输入电压为2

2 0V, 在充电的第1阶段, 负 载充电电流稳定在8A 左右, 电压由最小3

0 0V 逐 渐增加到 最大340V, 电池等效电阻变化范围为37. 5~4 2. 5Ω.充电的第 2阶段, 维持3

4 0V 恒压 充电, 电流由最大8A 逐步减小到最小电流, 约为 1. 5A, 电池的等效电阻变化范围为4 2. 5~2

2 6. 7Ω. 实验中采用电子负载模拟电池充电过程变化的等效 电阻, 采用功率分析仪分析输入和输出的功率、 效率 等指标, 采用反串连的两只 MO S F E T 作为开关 S

1 和S

2 [

1 2,

2 0] . 为了使 逆变器工作在软开关状态, 设计电感L1 1的值略大于理论值, 为2 3. 5μ H, 使得逆变器输 出阻抗呈弱感性, 逆变器实现零电压开通[

1 3 ] .图3 所示为恒流模式下逆变器输出电压Ui n、 电流I i n、 负 载充电电流Io 的波形.其中, 图3( a ) 中电池的等 效电阻为3 8Ω, 充电电流为8.

1 1A;

图3( b ) 中电池 的等效电阻为4 2. 5Ω, 充电电流为8.

1 3A, 充电电 流变化率为0.

2 4%, 基本保持恒定. 图3 恒流模式下等效电阻为3 8Ω 和42. 5Ω 时的实验波形 F i g .

3 E x p e r i m e n t a lw a v e f o r m sw h e ne q u i v a l e n t r e s i s t a n c e i s

3 8Ωa n d4 0Ωr e s p e c t i v e l y i nc o n s t a n t c u r r e n tm o d e 图 4所示为恒压模式下逆变 器输出电压Ui n、 电流I i n、 负载充电电压Uo 的波形.其中, 图4( a ) 中电池的等效电阻为

5 0Ω, 充电电压为

3 4 1.

2 V;

图4 ( b ) 中电 池的等效电阻为170Ω, 充电电压为343. 5V, 充电电压变化率为0.

6 7%, 基本保持恒定. 图4 恒压模式下等效电阻为5 0Ω 和170Ω 时的实验波形 F i g .

4 E x p e r i m e n t a lw a v e f o r m sw h e ne q u i v a l e n t r e s i s t a n c e i s

5 0Ωa n d1

7 0Ωr e s p e c t i v e l y i nc o n s t a n t v o l t a g em o d e 当负载电压到达转换电压3

4 0V 时, 由恒流充 电模式向恒压充电模式进行切换, 系统在切换前和 切换后的电流、 电压、 效率和功率等指标如表

1 所示, 其中Ur m s 3, I r m s 3, P3 分别表示输入电压经整流 和功率因数校正( P F C) 后的直流输入电压、 电流和 功率, Ur m s 4, I r m s 4, P4 分别表示负载充电电压、 电流 和功率, η

1 表示系统效率.切换前、 后负载电压分 别为3

4 0.

2 6V 和3

3 9.

2 5V, 变化率为0. 3%.可以 看出, 系统在恒流充电模式向恒压充电模式切换时, 负载电压波动很小, 能够保障电池的正常充电. 表1 系统在切换前和切换后的电流、 电压、 功率和效率 T a b l e1 V a l u eo f c u r r e n t , v o l t a g e , p o w e ra n d e f f i c i e n c yb e f o r ea n da f t e r s w i t c h i n g 状态 Ur m s