一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构的制作方法

1.本发明涉及配电设备技术领域，具体涉及一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构。


背景技术：

2.当前，电动汽车的普及率越来越高。然而，电动汽车的推广仍然受到车用电池续航能力的制约。当前解决续航能力的方式，主要有更换电池和充电，充电包括有线充电和无线充电。对于有线充电来说，充电插头的频繁拔插容易造成接口处的磨损、老化，产生电火花，线路破损会导致漏电致人触电等安全隐患，另外，对风暴霜冻等恶劣天气的适应性较差。而无线充电方案则不具备这些缺陷，应大力推广。
3.电动汽车的充电方式，一般分为恒流充电和恒压充电。恒流充电是充电过程中电流保持恒定，这种方法容易造成蓄电池过充，缩短电池的使用寿命。恒压充电是充电过程中电压保持恒定，虽然这种方式不会引起电池的过充，但会导致充电不足的现象发生。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，以满足对电动汽车的恒流恒压充电可切换的使用需求。
5.为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案如下：
6.一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，所述结构通过变静态补偿法实现。
7.其中，所述变静态补偿法为通过静态电气元件组成不同的谐振补偿结构，利用不同参数配置来实现电能变换，输出恒定的电压或恒定的电流。
8.其中，所述静态电器元件包括电容、电感。
9.其中，所述结构包括由电感l1、恒压输出配置下原边侧的补偿电感l
1v
与电容c
p
及原边侧耦合电感l
p
、原副边线圈补偿电容c1共同组成的原边侧lcl谐振结构和副边侧的补偿电感l2、恒流与恒压输出配置下的补偿电容c
sc
和c
sv
、原副边线圈补偿电容c2及副边侧耦合电感ls共同组成的副边侧lcl谐振结构。
10.其中，所述原边侧lcl谐振结构包括开关s1，所述副边侧lcl谐振结构包括开关s2。
11.其中，所述结构通过下述控制策略进行充电：在电池充电过程中，先以恒流模式充电，当电压达到电动汽车无线充电系统变拓扑谐振结构设计和能效分析阈值时，再由恒压模式充电，电流降低至相应阈值时，充电过程完成。
12.与现有技术相比，本申请具有的技术效果如下：
13.本申请方案在使用的时候，当s1接通触点1，s2接通触点3，系统工作在恒流输出模式；当s1接通触点2，s2接通触点4，系统处于恒压输出的工作模式。使用本申请方案能够实现对电动汽车的恒流恒压充电可切换的使用需求。
附图说明
14.图1是本发明实施例提供的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构示意图。
15.图2是电动汽车无线充电系统变拓扑谐振结构模型示意图；
16.图3是等效负载rl在0.1s、0.2s及0.3s由5ω突增到10ω、15ω及20ω示意图；
17.图4为变拓扑谐振结构的交流输出电流和电压波形示意图；
18.图5为变拓扑谐振结构的直流输出电流、电压仿真示意图。
具体实施方式
19.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本实施例提供的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，所述结构通过变静态补偿法实现。其中，所述变静态补偿法为通过电容、电感等静态电气元件组成不同的谐振补偿结构，利用不同参数配置来实现电能变换，输出恒定的电压或恒定的电流。
21.其中，如图1所示，所述结构包括由电感l1、恒压输出配置下原边侧的补偿电感l
1v
与电容c
p
及原边侧耦合电感l
p
、原副边线圈补偿电容c1共同组成的原边侧lcl谐振结构和副边侧的补偿电感l2、恒流与恒压输出配置下的补偿电容c
sc
和c
sv
、原副边线圈补偿电容c2及副边侧耦合电感ls共同组成的副边侧lcl谐振结构。
22.其中，所述原边侧lcl谐振结构包括开关s1，所述副边侧lcl谐振结构包括开关s2。
23.u为工频电压经整流再经高频逆变之后的高频电压，r
l
是耦合线圈副边侧的线圈内阻，m为耦合线圈互感，i
in
为逆变器后输入到原边侧的电流，i
p
为原边侧线圈电流，is为副边侧线圈电流，i
out
为输出电流，u
out
为输出电压。
24.本申请方案在使用的时候，当s1接通触点1，s2接通触点3，系统工作在恒流输出模式；当s1接通触点2，s2接通触点4，系统处于恒压输出的工作模式。使用本申请方案能够实现对电动汽车的恒流恒压充电可切换的使用需求。
25.所述结构通过下述控制策略进行充电：在电池充电过程中，先以恒流模式充电，当电压达到电动汽车无线充电系统变拓扑谐振结构设计和能效分析阈值时，再由恒压模式充电，电流降低至相应阈值时，充电过程完成。在这种充电模式下，不仅不会造成电池寿命的缩短，还能保证电池的充分充电。
26.借助simulink软件对电动汽车无线充电系统变拓扑谐振结构进行建模与仿真分析，模型如图2所示，参数配置如表1所示。
27.表1
[0028][0029]
由于在充电过程中，动力电池的等效内阻不断增大，本申请采用模拟的方法，在0.1s、0.2s、0.3s时进行负载的突变，即等效负载r
l
在0.1s、0.2s及0.3s由5ω突增到10ω、15ω及20ω，如图3所示。
[0030]
图4为变拓扑谐振结构的交流输出电流和电压波形。其中，在0-0.2s时，系统工作在恒流模式下，在0.2s时拓扑结构进行切换，在0.2-0.4s时，系统工作在恒压模式下。
[0031]
图5为变拓扑谐振结构的直流输出电流、电压仿真图。在0.1s时，等效负载从5ω突变到10ω，输出电流14.7a保持不变，电压大约上升为突变前的2倍；在0.2s时，等效负载从10ω突变到15ω，电压上升至201v，电流下降为13.4a，此时变拓扑谐振结构进行恒流模式到恒压模式的切换；在0.3s时，等效负载从15ω突变到20ω，输出电压维持201v不变，保持恒压充电，输出电流下降。
[0032]
利用simulink搭建了电路仿真模型，对变拓扑谐振补偿结构的输出电流和电压进行仿真，验证了所设计的变拓扑谐振结构能够实现恒流、恒压输出，满足电动汽车无线充电系统要求。
[0033]
最后应当说明的是：上述实施例只是用于对本发明的举例和说明，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明不局限于上述实施例，根据本发明教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围内。


技术特征：
1.一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，其特征在于，所述结构通过变静态补偿法实现。2.根据权利要求1所述的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，其特征在于，所述变静态补偿法为通过静态电气元件组成不同的谐振补偿结构，利用不同参数配置来实现电能变换，输出恒定的电压或恒定的电流。3.根据权利要求2所述的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，其特征在于，所述静态电器元件包括电容、电感。4.根据权利要求1所述的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，其特征在于，所述结构包括由电感(l1)、恒压输出配置下原边侧的补偿电感(l
1v
)与电容(c
p
)及原边侧耦合电感(l
p
)、原副边线圈补偿电容(c1)共同组成的原边侧lcl谐振结构和副边侧的补偿电感(l2)、恒流与恒压输出配置下的补偿电容(c
sc
)和(c
sv
)、原副边线圈补偿电容(c2)及副边侧耦合电感(ls)共同组成的副边侧lcl谐振结构。5.根据权利要求4所述的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，其特征在于，所述原边侧lcl谐振结构包括开关s1，所述副边侧lcl谐振结构包括开关s2。6.根据权利要求1所述的一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，其特征在于，所述结构通过下述控制策略进行充电：在电池充电过程中，先以恒流模式充电，当电压达到电动汽车无线充电系统变拓扑谐振结构设计和能效分析阈值时，再由恒压模式充电，电流降低至相应阈值时，充电过程完成。

技术总结
本发明公开了一种恒流恒压充电可切换的电路拓扑结构，所述结构通过变静态补偿法实现。其中，所述结构包括由电感L1、恒压输出配置下原边侧的补偿电感L1v与电容Cp及原边侧耦合电感Lp、原副边线圈补偿电容C1共同组成的原边侧LCL谐振结构和副边侧的补偿电感L2、恒流与恒压输出配置下的补偿电容Csc和Csv、原副边线圈补偿电容C2及副边侧耦合电感Ls共同组成的副边侧LCL谐振结构。本申请方案在使用的时候，当S1接通触点1，S2接通触点3，系统工作在恒流输出模式；当S1接通触点2，S2接通触点4，系统处于恒压输出的工作模式。使用本申请方案能够实现对电动汽车的恒流恒压充电可切换的使用需求。求。求。


技术研发人员：邢永祺 张瑶 张鑫 赵健 梁少栋 王毓玉
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司 国网天津市电力公司城西供电分公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/19