CN107472055A - 一种电动滑板车的无线充电装置及其自动充断电的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动滑板车的无线充电装置及其自动充断电的控制方法,包括功率发射端和功率接收端;所述功率发射端包括半桥逆变器、LCC补偿网络、MCU1;所述功率接收端包括MCU2、S补偿网络、输出整流电路、同步降压电路和输出滤波电路;48V直流电经半桥逆变器后变为高频交流电,高频交流电通过LCC补偿网络发生谐振,通过谐振的方式将能量传输到S补偿网络,之后再经输出整流电路得到直流电,直流电经过同步降压电路得到需要的电压值,所需电压经过输出滤波电路给电池充电。本发明具有体积小,效率高,自动充断电,自动过压过流保护,可靠性和安全性高等优点,适用于存车柜或者固定点充电的电动滑板车。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动滑板车的无线充电装置及其自动充断电的控制方法,属于无线充电技术领域。
背景技术
无线充电技术近年来快速发展,已经逐渐应用到电动汽车市场,但对于电动滑板车仍然存在许多障碍。比如电动滑板车电池电压低,功率小,导致整流器始终存在很大的损耗,传输效率低,电池保护不到位,充满需要人工插拔才彻底断电,并且滑板车充电器普遍存在体积比较大的问题。
电动滑板车作为新型代步工具,使用时很方便快捷,但在到达目的地后,存在停放和充电问题,这就需要用户给滑板车找地方停放,有时候还得拖着滑板车上下楼梯,并且充电需要随时带着有线充电器,增加了用户的负担。
发明内容
本发明提供了一种电动滑板车的无线充电装置及其自动充断电的控制方法,以用于建立电动滑板车的无线充电装置便于实现电动滑板车的无线充电。
本发明的技术方案是:一种电动滑板车的无线充电装置,包括功率发射端和功率接收端;所述功率发射端包括半桥逆变器、LCC补偿网络、MCU1;所述功率接收端包括MCU2、S补偿网络、输出整流电路、同步降压电路和输出滤波电路;
所述功率发射端装设在存车柜中,功率接收端装设在电动滑板车上,MCU2检测电池电压和电流,并控制同步降压电路,同时能够将电池电压、充电电流信息通过无线通信模块发送给MCU1,MCU1控制功率发射端电路启停且通过485总线发送电池状态信息给存车柜控制器;
48V直流电经半桥逆变器后变为高频交流电,高频交流电通过LCC补偿网络发生谐振,通过谐振的方式将能量传输到S补偿网络,之后再经输出整流电路得到直流电,直流电经过同步降压电路得到需要的电压值,所需电压经过输出滤波电路给电池充电。
所述同步降压电路的输入端并联电容C Z 。
所述LCC补偿网络由发射线圈L 1、补偿电感L f1、补偿电容C f1和补偿电容C 1构成,所述S补偿网络由接收线圈L 2、电容C 2构成;
半桥逆变器的输出端分别连接补偿电感L f1、补偿电容C f1、发射线圈L 1的一端,补偿电感L f1、补偿电容C f1的另一端连接补偿电容C 1的一端,补偿电容C 1的另一端连接发射线圈L 1的另一端;
接收线圈L 2的两端分别连接电容C 2、输出整流电路的一端,电容C 2的另一端连接输出整流电路的另一端。
所述发射线圈L 1和接收线圈L 2的距离为10mm~50mm。
一种电动滑板车的无线充电装置自动充断电的控制方法,
将电动滑板车放入存车柜后检测电压,确定是否需要充电:
当MCU2检测电池电压不小于设定值时,不需要充电;
当电池电压小于设定值时,确定需要充电,此时MCU2通过无线通信模块给MCU1发送命令开启半桥逆变器,此时MCU1固定占空比输出,然后MCU2开启同步降压电路,通过电压环控制输出电压,使其恒压输出,此时充电电流由压差和电池容量决定,开始充电;随着电池电压的升高,充电电流逐渐减小,当其减小到某一接近于零的临界值时,MCU2切断同步降压电路,同时给MCU1发送关闭半桥逆变器的命令,MCU1收到命令后停止PWM波的输出,同时给存车柜控制器发送电池电量充满的信号,实现自动充断电。
本发明的有益效果是:本发明具有体积小,效率高,自动充断电,自动过压过流保护,可靠性和安全性高等优点,适用于存车柜或者固定点充电的电动滑板车。
附图说明
图1是本发明原理示意图;
图2是本发明自动充断电功能实现框图;
图3是本发明电池充电过压过流保护功能实现框图;
图4是本发明及其电动滑板车在存车柜的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明作进一步说明,但本发明的内容并不限于所述范围。
实施例1:如图1-4所示,一种电动滑板车的无线充电装置,包括功率发射端和功率接收端;所述功率发射端包括半桥逆变器、LCC补偿网络、MCU1;所述功率接收端包括MCU2、S补偿网络、输出整流电路、同步降压电路和输出滤波电路;
所述功率发射端装设在存车柜中,功率接收端装设在电动滑板车上,MCU2检测电池电压和电流,并控制同步降压电路,同时能够将电池电压、充电电流信息通过无线通信模块发送给MCU1,MCU1控制功率发射端电路启停且通过485总线发送电池状态信息给存车柜控制器;
48V直流电经半桥逆变器后变为高频交流电,高频交流电通过LCC补偿网络发生谐振,通过谐振的方式将能量传输到S补偿网络,之后再经输出整流电路得到直流电,直流电经过同步降压电路得到需要的电压值,所需电压经过输出滤波电路给电池充电。
进一步地,所述同步降压电路的输入端并联电容C Z (其作用为稳定整流后电压(即同步降压电路的输入电压))。
进一步地,所述LCC补偿网络由发射线圈L 1、补偿电感L f1、补偿电容C f1和补偿电容C 1构成,所述S补偿网络由接收线圈L 2、电容C 2构成;
半桥逆变器的输出端分别连接补偿电感L f1、补偿电容C f1、发射线圈L 1的一端,补偿电感L f1、补偿电容C f1的另一端连接补偿电容C 1的一端,补偿电容C 1的另一端连接发射线圈L 1的另一端;
接收线圈L 2的两端分别连接电容C 2、输出整流电路的一端,电容C 2的另一端连接输出整流电路的另一端。
进一步地,所述发射线圈L 1和接收线圈L 2的距离可以为10mm~50mm(线圈耦合系数会随着距离的增加迅速增大,并且两个线圈几何位置的中心是可以进行偏移的,线圈耦合系数会随着偏移距离的增大骤减,偏移范围最大不超过100%。)。
一种电动滑板车的无线充电装置自动充断电的控制方法,
将电动滑板车放入存车柜后检测电压,确定是否需要充电:
当MCU2检测电池电压不小于设定值时,不需要充电;
当电池电压小于设定值时,确定需要充电,此时MCU2通过无线通信模块给MCU1发送命令开启半桥逆变器,此时MCU1固定占空比输出,然后MCU2开启同步降压电路,通过电压环控制输出电压,使其恒压输出,此时充电电流由压差和电池容量决定,开始充电;随着电池电压的升高,充电电流逐渐减小,当其减小到某一接近于零的临界值时,MCU2切断同步降压电路,同时给MCU1发送关闭半桥逆变器的命令,MCU1收到命令后停止PWM波的输出,同时给存车柜控制器发送电池电量充满的信号,实现自动充断电(如图2所示)。
本发明的工作原理是:
存车柜48V直流电源经过半桥逆变器得到所需频率f的交流电,交流电经LCC-S补偿网络(发射端LCC补偿网络和接收端S补偿网络构成了LCC-S补偿网络),在发射边,L f1与C f1谐振,L 1和L f1的等效电感与C 1谐振,在接收边L 2与C 2谐振,由L 1与L 2通过互感传输到功率接收端。接收端高电压低电流状态经过整流电路,经过同步降压电路,由微处理器MCU2控制恒压输出。
由于功率接收端采用了同步降压电路,因此在满足电池充电功率的情况下,就可以提高C Z两端的电压,减小流过整流桥的电流以降低整流桥损耗,提高传输效率。同时使用同步降压电路可以恒压输出,由于是恒压控制,因此只需要控制同步降压电路中Q1和Q2的关断就能限制充电电流,控制输出。恒定输出电压为U C(U C为电池充满电压),当电池电压与U C的差值较大时,由于是恒电压输出,充电电流为I 1(I 1根据电池容量和电池电压不等),在充电过程中,随着电池充电电压上涨(与U C的差值逐渐缩小),此时充电电流就会逐渐降低,当电池电压接近于U C时,充电电流就会是接近于零的临界值I C,此时关闭Q 1和Q 2驱动,断开充电回路,停止充电。此时再通过无线通信模块将停止充电命令发送到MCU1,MCU1断开半桥逆变器,同时通过485总线将电池充满信号发送给存车柜控制器,完成充电。
在整个过程中,功率发射端不需要进行控制,由于MCU2控制同步降压电路恒压输出,半桥逆变器器只需要在固定占空比PWM波的驱动下输出。MCU1需要接受MCU2发送的开启和关闭半桥逆变器的命令并动作,再给存车柜控制器发送电池充满信号即可。这样简化了整个充电器的控制,提高了响应速度和可靠性。如果不添加同步降压电路和MCU2,就会使得功率接收端检测电压电流后需要经过无线通信传到功率发射端,由MCU1来进行控制。只使用MCU1的缺点是响应速度慢,电池过压过流时来不及切断电路,电池就有可能过充或出现故障。使用MCU2来控制就是使得可靠性和安全性提高,而同时MCU1就可以选择满足要求的结构简单、成本低的单片机。
对于保护功能,在充电过程中设定电压和电流保护阈值分别为U L(U L>U C)和I L。当充电电压达到U L或者充电电流达到I L,硬件电路通过运放(运放响应速度较快)直接禁止Q 1和Q 2的驱动芯片输出,同时MCU2停止PWM波输出,发送命令给MCU1关闭半桥逆变器,保护电池,MCU1再将过压过流信号发送给车柜控制器,车柜控制器可以点亮相关车柜红色LED报警指示灯,以便维修。
参看图1:48V直流电源为存车柜直供电源,该发明功率发射端包括半桥逆变器、补偿网络发射边和发射端的微控制单元(MCU1),该功率发射端安置于存车柜内。该发明接收端包括补偿网络接收边、输出整流器、同步降压电路、微处理器(MCU2)和输出滤波电路,功率接收端装设在电动滑板车内。
参看图2,本发明具体的自动充断电功能实施方案为:放入充电柜后检测电压,确定是否需要充电。当电池电压不小于某一设定值时,不需要充电。当电池电压低于某于设定值时,确定需要充电,此时MCU2通过无线通信给MCU1发送命令开启逆变器,此时MCU1固定占空比输出。MCU2在发送命令的同时开启同步降压电路,通过电压环控制输出电压,使其恒压输出,此时充电电流由压差和电池容量决定,开始充电。随着电池电压的升高,充电电流逐渐减小,当其减小到某一接近于零的临界值时,MCU2切断同步降压电路,同时给MCU1发送关闭逆变器的命令,MCU1收到命令后停止PWM波的输出,同时给存车柜发送电池电量充满的信号,实现自动充断电。
参看图3,本发明充电过程中过压过流自动保护实现步骤为:MCU2检测到过压过流信号,此时硬件电路中超过电压电流设定值,此时直接通过运放把Q1和Q2的驱动芯片的使能端给禁止,禁止输出,关闭同步降压电路,同时MCU2快速响应停止输出PWM波,再发送关闭逆变器的命令给MCU1,逆变器关闭,保护电池,MCU1再将过压过流信号发送给存车柜控制器,存车柜控制器点亮红色LED警示灯,以便检修人员查看。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种电动滑板车的无线充电装置,其特征在于:包括功率发射端和功率接收端;所述功率发射端包括半桥逆变器、LCC补偿网络、MCU1;所述功率接收端包括MCU2、S补偿网络、输出整流电路、同步降压电路和输出滤波电路;
所述功率发射端装设在存车柜中,功率接收端装设在电动滑板车上,MCU2检测电池电压和电流,并控制同步降压电路,同时能够将电池电压、充电电流信息通过无线通信模块发送给MCU1,MCU1控制功率发射端电路启停且通过485总线发送电池状态信息给存车柜控制器;
48V直流电经半桥逆变器后变为高频交流电,高频交流电通过LCC补偿网络发生谐振,通过谐振的方式将能量传输到S补偿网络,之后再经输出整流电路得到直流电,直流电经过同步降压电路得到需要的电压值,所需电压经过输出滤波电路给电池充电。
2.根据权利要求1所述的电动滑板车的无线充电装置,其特征在于:所述同步降压电路的输入端并联电容C Z 。
3.根据权利要求1所述的电动滑板车的无线充电装置,其特征在于:所述LCC补偿网络由发射线圈L 1、补偿电感L f1、补偿电容C f1和补偿电容C 1构成,所述S补偿网络由接收线圈L 2、电容C 2构成;
半桥逆变器的输出端分别连接补偿电感L f1、补偿电容C f1、发射线圈L 1的一端,补偿电感L f1、补偿电容C f1的另一端连接补偿电容C 1的一端,补偿电容C 1的另一端连接发射线圈L 1的另一端;
接收线圈L 2的两端分别连接电容C 2、输出整流电路的一端,电容C 2的另一端连接输出整流电路的另一端。
4.根据权利要求1所述的电动滑板车的无线充电装置,其特征在于:所述发射线圈L 1和接收线圈L 2的距离为10mm~50mm。
5.一种采用权利要求1所述的电动滑板车的无线充电装置进行自动充断电的控制方法,其特征在于:
将电动滑板车放入存车柜后检测电压,确定是否需要充电:
当MCU2检测电池电压不小于设定值时,不需要充电;
当电池电压小于设定值时,确定需要充电,此时MCU2通过无线通信模块给MCU1发送命令开启半桥逆变器,此时MCU1固定占空比输出,然后MCU2开启同步降压电路,通过电压环控制输出电压,使其恒压输出,此时充电电流由压差和电池容量决定,开始充电;随着电池电压的升高,充电电流逐渐减小,当其减小到某一接近于零的临界值时,MCU2切断同步降压电路,同时给MCU1发送关闭半桥逆变器的命令,MCU1收到命令后停止PWM波的输出,同时给存车柜控制器发送电池电量充满的信号,实现自动充断电。
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