電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計探討

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1、電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計探討 摘要：通過了解電動汽車發(fā)展的現(xiàn)狀及電動汽車非接觸式充電模式，介紹了電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)架構(gòu)，闡述了電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)互感等效模型，分析了一種電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)的組成及優(yōu)勢，旨在為促進電動汽車優(yōu)化發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：電動汽車；非接觸式；充電；系統(tǒng)；設(shè)計 前言 電動汽車動力電池為支持，噪音低、能源清潔、場地限制小、可實現(xiàn)接近燃油汽車的續(xù)航及最高時速[1]。電動汽車充電方式分為導線充電及無線能量傳輸。無線充電（WPT，wirelessPowerTransmission）以耦合電磁場為媒介，完成能量

2、傳輸[2]。無線充電與優(yōu)化導線充電中的機械磨損、觸電老化現(xiàn)象，可實現(xiàn)一對多充電，實現(xiàn)"邊駕駛邊充電";。 1無線充電傳輸組成 電動汽車無線充電系統(tǒng)由信號源、功率放大電路、同步電路、發(fā)射線圈、接收線圈、整流電路及負載組成：其中，信號源及功率放大電路發(fā)出穩(wěn)定交流電，在發(fā)射線圈固定位置安裝接收線圈，確保接收、發(fā)射線圈共振頻率相同[3]。兩線圈在固定頻率下耦合共振，產(chǎn)生高頻交變磁場，能量傳遞給接收線圈，整流電路將接收線圈高頻交流電轉(zhuǎn)化為直流電，為汽車充電。 2電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)研制及系統(tǒng)架構(gòu)分析 2.1電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

3、當下，單純電動驅(qū)動汽車體積大、壽命低，自身結(jié)構(gòu)還不完善，隨市場應(yīng)用前景廣闊，但技術(shù)上還存在一定難題：充電慢、成本高[4]。該結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀必然影響電動汽車的推廣使用，徒增運行維護成本。下文提出"即時模式";，分析電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計。 2.1.1非接觸送電 電容儲存電能無法維持汽車運動后，系統(tǒng)送電，電網(wǎng)側(cè)為電動汽車送電。此時，送電斷開關(guān)諧振逆變，電能以互感耦合方式傳遞給汽車接收端，接收端以PWM整流，穩(wěn)定交流電，轉(zhuǎn)化為直流電，為電動汽車供電，保證其續(xù)航穩(wěn)定。 2.1.2非接觸饋電 電動汽車下坡、制動、車載發(fā)電設(shè)備電量充足、盈余下，為確保系統(tǒng)穩(wěn)定

4、運行，需將電能以系統(tǒng)為媒介饋電，電動汽車為送電端，電網(wǎng)為接收端。電能以的互感耦合集中到接收端，接收端以PWM將電流轉(zhuǎn)化為直流電，為電網(wǎng)運行奠定基礎(chǔ)。其中，非接觸饋電功能可降低電動汽車驅(qū)動運行中，受電力過分盈余引起的運行隱患。 2.2電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)等效模型分析 在電動汽車上，可以利用車載新能源發(fā)電設(shè)備，為電動汽車運行提供動力支持，降低其對非接觸送電電源的實際需求，進而發(fā)揮分布式電源的最大化作用。該拓撲結(jié)構(gòu)支持下的電動汽車，可具備電能回饋功能，對于電動汽車充電過于盈余的情況，通過電能回饋，將不合理的電能及時輸送出去，降低電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)實際運行風險，確保電動汽車穩(wěn)

5、定運行。由上述模型可得，模型設(shè)計中引入M1、M2及δ，可實現(xiàn)對系統(tǒng)的可靠性控制。 3控制系統(tǒng)電路設(shè)計 3.1STM32最小系統(tǒng) 對電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計，確保充電穩(wěn)定性及安全性。STM32最小系統(tǒng)屬于先進控制系統(tǒng)，其對控制環(huán)境要求嚴格，在電路中，還需配置CAN標準通信和汽車通信，以STM32最小系統(tǒng)為支持，實現(xiàn)對電路的科學控制。橫向比較控制器，采用新型的系統(tǒng)芯片為系統(tǒng)設(shè)計核心，合理封裝，提高一般工作效率。此外，配置先進轉(zhuǎn)換器及控制器，外設(shè)配置以ADC、SPI、I2C、USART及定時器為支持，實現(xiàn)充電在線調(diào)控。

6、3.2電源設(shè)計 電源均衡穩(wěn)定對充電系統(tǒng)穩(wěn)定有直接影響，采用STM32芯片支持，電源設(shè)計為2-3.6V，可選擇不同供電方式：（1）USB供電，電流約為500mA；（2）外部電源供電；（3）以JLinkV8供電。 3.3JTAG接口電路設(shè)計 采用JTAG輔助設(shè)計，具有良好穩(wěn)定性，JTAG協(xié)議可在線編程，無需預先變成，再安裝到電路板中，直接將芯片安裝到電路板上，針對需求編程，提高了工作效率。JTAG結(jié)構(gòu)電路設(shè)計中，以20針調(diào)試接口為支持設(shè)計。 3.4電壓檢測電路設(shè)計 電動汽車使用的電源電池具有特殊性，其容量較大，關(guān)系到電動汽車運行的穩(wěn)定性，

7、因此，要在充電穩(wěn)定性及充電安全性上優(yōu)化設(shè)計。電池充電時，需考慮到充電電壓及充電電流的實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時報警。為確保充電狀態(tài)在檢測時，獲取有效結(jié)果，對主電路輸出電壓檢測，選擇霍爾電壓傳感器CHV-25P進行檢測。設(shè)計中，STM32中ADC模塊輸入0.3V輸入范圍（僅限參考），將裕量變化考慮在內(nèi)，在基礎(chǔ)3V上限上，乘以約80%的數(shù)，獲取的設(shè)計輸入最大值，得到2.5V。原信號經(jīng)過處理后進入STM32對應(yīng)ADCCINA1端口：經(jīng)電壓跟隨器，緩沖、隔離、后級濾波，進入差動輸入運算系統(tǒng)，獲取0-2.5V電壓，之后將信號經(jīng)鉗位處理后，送至STM32ADCCINA1端口（鉗位電路可穩(wěn)定ADC端口電壓，控制

8、電壓處于0.3.3V范圍）。 3.5輸出電流檢測 對主電路輸出電流檢測，以HBC20LSO檢測，但是，該工具不直接檢測，其以傳感器為支持，以被測電流穿過傳感器中心孔，間接獲取電壓值。電流信號不直接供給給處理器，需經(jīng)過一系列調(diào)試后，再供給。 3.6控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件也是電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計重要組成之一，在控制系統(tǒng)當中，軟件設(shè)計起到對整體系統(tǒng)的引導、指導性作用，可指導系統(tǒng)按照規(guī)范性步驟"按部就班";的執(zhí)行，維護主程序穩(wěn)定。程序設(shè)計中，主程序?qū)ο到y(tǒng)工作指揮?？紤]到非接觸性系統(tǒng)的特點，在編程中，需對各個對應(yīng)的寄存器對英國配置，采取模塊化編程方

9、式，注重編程整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，充分發(fā)揮各個模塊的最大化功能，對模塊變量的參數(shù)、AD采樣、PWM控制等優(yōu)化管理。 4總結(jié) 文章對電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計分析，將非接觸式充電系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)等效模型設(shè)計分析，對其控制系統(tǒng)電路設(shè)計分析。通過實現(xiàn)電動汽車和智能電網(wǎng)的交互，將多余電能輸送給電網(wǎng)，減低電網(wǎng)供電壓力，同時優(yōu)化電動汽車能源結(jié)構(gòu)，可有效減少對不可再生能源的依賴。分析電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)，應(yīng)注重對電路拓撲及磁路優(yōu)化設(shè)計，規(guī)劃好無線電能傳輸及地車底盤、地面之間的距離，采用新型磁材料，感受汽車實際位置，提高充電效率。通過分析全新自動充電技術(shù)的，為電動汽車推廣提供技術(shù)支持，可減輕電網(wǎng)壓力，減少污染。 參考文獻 [1]楊晨.電動汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)設(shè)計,2017(11):136-137. [2]尹靜文,苑璐,徐坤,等.基于RFID的電動汽車充電樁結(jié)算系統(tǒng)設(shè)計[J].周口師范學院學報,2018,35(2):41-44. [3]高巧玲,秦燦華,余娟.感應(yīng)耦合電動汽車無線充電的關(guān)鍵因素分析[J].電子世界,2017(22):155-156. [4]翟娟.電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)設(shè)計[J].內(nèi)燃機與配件,2018(1):194-195.