CN102611205A - 一种高效的电动汽车动态感应供电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效的电动汽车动态感应供电系统，包括整流滤波器、功率控制器、高频逆变器以及能量发射导轨，其特征在于：高频逆变器输出的高频电流经过升压器升压后注入到高压导轨上，能量发射导轨设置有N段，每段能量发射导轨通过一个降压器与高压导轨连接，在每段能量发射导轨上还配置有一个能量注入控制装置，该能量注入控制装置上连接有车辆检测器。其显著效果是：用一套电能变换装置为多段能量发射导轨提供能量变换和控制，既可以节约一次性建设成本，又能减少后期的维护费用；采用高压导轨实现长距离能量传输，可以降低能量传输损耗；采用分段式能量发射导轨并配置单独的能量注入控制装置，可以实现车辆状态监控，降低能量耗散。
Description
技术领域
本发明涉及到非接触式供电技术，具体地说，是一种高效的电动汽车动态感应供电系统。
背景技术
近年来，为了解决电动汽车续航里程短和车载电池组笨重且成本高等问题。人们提出了基于非接触式电能传输原理的电动汽车动态感应供电技术，它可以为行驶过程中的电动汽车提供在线供电或充电功能，从而减少车载电池组的重量，同时降低了电动汽车的整体成本，延长了电动汽车的续航里程。
而在电动汽车动态感应供电系统中，发射导轨一般长达数公里或数十公里，其中的电流通常为数十千赫兹、数十甚至上百安培的高频交流。为了减少导轨上的损耗，通常会采用分段导轨设计。如果采用就地变换的方案，则每段导轨都需要配备一套变换装置，这样不仅会使系统的一次性建设成本高，而且会给后期的维护工作带来很大的不便。如果只是简单采用多段导轨共用一套变换装置的方案，又会带来高频大电流的交流电在远距离传输中的巨大损耗问题。
现有技术中，发明专利201010165820.8公开了一种给电动汽车电池充电的公路充电装置，它将原级电磁感应线圈设计成螺旋状且采用导磁性能较强的铁芯，从而提高充电效率。发明专利201010129824.0公开了一种电动汽车的在线充电和能量回收方法，通过在十字路口或上下坡的这种车辆频繁加减速地区铺设路面充电级，并通过路面控制系统和车载控制系统的协同控制，利用接触或非接触的方法，实现电动汽车的在线充电；同时，电动汽车急停或减速时释放的瞬时大电流给路面蓄电池充电或直接提供给其他启动或加速时的电动汽车，其目的是为了最大限度地回收电动汽车再生制动的能量，并未提及如何实现高效的能量传输。发明专利201110004172.2公开了一种可移动的电动汽车无线充电装置，它可以利用市电电源或太阳能光伏电源为电动汽车充电，从而提高系统应用的灵活性。上述多篇文献中都只是简单阐述了无线供电系统的基本实现方案或是对某些局部性能进行改善，对于高频大电流的交流电在远距离传输中的巨大损耗问题仍然没有得到解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效的电动汽车动态感应供电系统，以减少高频大电流的交流电在远距离传输过程中的损耗，降低系统的建设成本和维护费用。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种高效的电动汽车动态感应供电系统，包括整流滤波器、功率控制器、高频逆变器以及能量发射导轨，其中，整流滤波器与电网电源连接，电网电源经过所述整流滤波器整流后在高频逆变器中实现高频变换，经过高频变换后的高频电流通过能量发射导轨向负载传送能量，所述功率控制器用于实现输出功率的平衡控制，其关键在于：所述高频逆变器输出的高频电流经过升压器升压后注入到高压导轨上，所述能量发射导轨设置有N段，每段能量发射导轨通过一个降压器与所述高压导轨连接，在每段能量发射导轨上还配置有一个能量注入控制装置，该能量注入控制装置上连接有车辆检测器。
本方案在常规的感应电能传输系统的基本框架上增加了两级高频变压器环节，即升压器和降压器，其中串接于高频逆变器和高压导轨之间的升压器用于将高频逆变器输出的低压高频电流提升为高压小电流的交流电，串接于高压导轨和能量发射导轨之间的降压器用于将高压导轨中的高压小电流变换为低压大电流，电网电源经同一电能变换装置变换并升压后通过统一的高压输送线路进行传输，在到达现场经过降压器降压后再注入各段能量发射导轨中，以此减少长距离的传输损耗；能量发射导轨采用分段式设计，以此减少导轨中的损耗，多段能量发射导轨共用一套电能变换装置，以此降低了建设和营运成本，减少系统维护的工作量；各段能量发射导轨采用单独的降压器和能量注入控制装置，通过车辆检测器检测能量发射导轨的负载状况，以实现有负载的能量发射导轨才注入能量，而没有负载的能量发射导轨不注入能量，从而提高系统效率，减少能量耗散。
作为进一步描述，所述N段能量发射导轨埋设在供电专用车道的路面下。当电动汽车行驶在供电专用车道上时，能量发射导轨即可自动的向电动汽车中的能量接收设备传输能量。
所述功率控制器的反馈端连接有电压检测器，该电压检测器用于检测高频逆变器的输入电压。电压检测器与功率控制器协调工作，保证在电网电压波动时，高频逆变器的输入电压恒定，从而保证高压导轨中的电压恒定，避免各段能量发射导轨之间的相互影响，使得系统运行更加稳定。
为了实现能量注入控制装置的有效控制，与每段能量发射导轨相匹配的车辆检测器为两组红外探测器，其中第一红外探测器用于记录驶入某段能量发射导轨的车辆数量，第二红外探测器用于记录驶出某段能量发射导轨的车辆数量。
本发明的显著效果是：可以用一套电能变换装置为多段能量发射导轨提供能量变换和控制，相对于一段导轨一套变换装置的方案来说，既可以节约一次性建设成本，又能减少后期的维护费用；采用高压导轨实现长距离能量传输，可以大大降低能量传输损耗；采用分段式能量发射导轨并配置单独的能量注入控制装置，可以实现车辆状态监控，使得有负载的能量发射导轨才注入能量，而没有负载的能量发射导轨不注入能量，从而降低能量耗散。
附图说明
图1是本发明系统结构框图。
其中，1为整流滤波器，2为功率控制器，3为电压检测器，4为高频逆变器，5为升压器，6为高压导轨，71～7N为降压器，81～8N为能量注入控制装置，91～9N为车辆检测器，101～10N为能量发射导轨，11为供电专用车道，12为普通车道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种高效的电动汽车动态感应供电系统，包括整流滤波器1、功率控制器2、电压检测器3、高频逆变器4、升压器5、高压导轨6、N个降压器71～7N以及N段能量发射导轨101～10N，所述整流滤波器1与电网电源连接，电网电源经过所述整流滤波器1整流后在高频逆变器4中实现高频变换，经过高频变换后的高频电流通过升压器5转换为高压小电流，在长远的高压导轨6上传输高压小电流可以降低电能传输损耗，高压小电流输送到本地后通过降压器71～7N转换为低压大电流，最后注入每段能量发射导轨101～10N中实现能量的无线传输。
通过设置高压导轨6，使得一套能量变化装置可以为多段能量发射导轨101～10N提供能量变换和控制，可以减少整流滤波器1、功率控制器2、电压检测器3、高频逆变器4等设备的数量，从而节约一次性建设成本，降低后期维护费用。
由于采用升压器5和降压器71～7N，使得高压导轨6中传输的是高压小电流，降低了长距离传输过程中的电能损耗。
功率控制器2和电压检测器3主要用于实现输出功率的平衡控制，电压检测器3连接在功率控制器2的反馈端，通过电压检测器3检测高频逆变器4的输入电压，一旦电网电压发生波动时，可以通过功率控制器2来保持高频逆变器4的输入电压恒定，从而保证高压导轨中的电压恒定，还能避免各段能量发射导轨101～10N之间的相互影响，使得系统运行更加稳定。
为了让能量发射导轨101～10N可以感知负载状况，在每段能量发射导轨101～10N上还配置有一个能量注入控制装置81～8N，该能量注入控制装置81～8N上连接有车辆检测器91～9N。当某段能量发射导轨101～10N中存在车辆时，该段能量发射导轨101～10N相对应的能量注入控制装置81～8N才向其注入能量，如果没有车辆，则不注入能量，从而减少了能量耗散，提高系统的供电效率。
在实施过程中，与每段能量发射导轨101～10N相匹配的车辆检测器91～9N为两组红外探测器，当然也可以选用RFID技术、超声波技术或者无线通信技术实现。在这两组红外探测器中，第一红外探测器安装在每段能量发射导轨101～10N的入口处，用于记录驶入某段能量发射导轨101～10N的车辆数量，第二红外探测器安装在每段能量发射导轨101～10N的出口处，用于记录驶出某段能量发射导轨101～10N的车辆数量。如果驶入某段能量发射导轨101～10N的车辆数量大于驶出某段能量发射导轨101～10N的车辆数量，则说明该段能量发射导轨中还存在取电车辆，使得该段能量发射导轨相对应的能量注入控制装置81～8N向其注入能量。
以第一段能量发射导轨101为例，相对应的能量注入控制装置81中的计数器初始值为0，当车辆检测器91中的第一红外探测器检测到有新的车辆驶入能量发射导轨101时，能量注入控制装置81中计数器加1，当车辆检测器91中的第二红外探测器检测到有车辆驶出能量发射导轨101时，能量注入控制装置81中计数器减1，以此类推，如果能量注入控制装置81中计数器的值大于1，则说明该段能量发射导轨101中存在车辆，此时能量注入控制装置81向能量发射导轨101中注入能量，如果能量注入控制装置81中计数器的值为0，则说明该段能量发射导轨101中不存在车辆，此时能量注入控制装置81停止向能量发射导轨101中注入能量，从而减少能量的耗散。
为了缩短能量发射导轨与电动汽车中能量接收装置之间的距离，所述N段能量发射导轨101～10N埋设在供电专用车道11的路面下，从而提高充电效率，保持系统的稳定性和高效性，N的取值根据供电专用车道11以及能量发射导轨的具体长度来确定。
Claims (4)
1.一种高效的电动汽车动态感应供电系统，包括整流滤波器（1）、功率控制器（2）、高频逆变器（4）以及能量发射导轨（101～10N），其中，整流滤波器（1）与电网电源连接，电网电源经过所述整流滤波器（1）整流后在高频逆变器（4）中实现高频变换，经过高频变换后的高频电流通过能量发射导轨（101～10N）向负载传送能量，所述功率控制器（2）用于实现输出功率的平衡控制，其特征在于：所述高频逆变器（4）输出的高频电流经过升压器（5）升压后注入到高压导轨（6）上，所述能量发射导轨（101～10N）设置有N段，每段能量发射导轨（101～10N）通过一个降压器（71～7N）与所述高压导轨（6）连接，在每段能量发射导轨（101～10N）上还配置有一个能量注入控制装置（81～8N），该能量注入控制装置（81～8N）上连接有车辆检测器（91～9N）。
2.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车动态感应供电系统，其特征在于：所述N段能量发射导轨（101～10N）埋设在供电专用车道（11）的路面下。
3.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车动态感应供电系统，其特征在于：所述功率控制器（2）的反馈端连接有电压检测器（3），该电压检测器（3）用于检测高频逆变器（4）的输入电压。
4.根据权利要求1所述的一种高效的电动汽车动态感应供电系统，其特征在于：与每段能量发射导轨（101～10N）相匹配的车辆检测器（91～9N）为两组红外探测器，其中第一红外探测器用于记录驶入某段能量发射导轨（101～10N）的车辆数量，第二红外探测器用于记录驶出某段能量发射导轨（101～10N）的车辆数量。
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