CN104518570A - 一种电动车无线电能传输系统的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电动车无线电能传输系统的控制方法，包括：获取发送组件和接收组件的位置关系信息；根据位置关系信息调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和非接触变压器及其补偿电路CT&C电压增益特性条件。本申请还包括与该方法对应的控制装置。通过本发明的方法及装置，只要逐步调整线圈匝数，就可以实现获得满足充电条件的控制输出，本发明无需通过采用机械调整装置进行对准和调距，就可以进行无线充电。

Description

一种电动车无线电能传输系统的控制方法及装置
技术领域
本申请涉及无线充电技术，尤指一种电动车无线电能传输系统的控制方法及装置。
背景技术
伴随着无线充电技术的不断发展，采用无线充电系统为电动车提供能源，成为电动车充电的一个发展方向，相对于有线充电方式，无线充电具有显著的优势。
图1为无线电能传输系统WPT（Wireless Power Transfer）的基本结构图，如图1所示，该系统包括：功率发送端及其控制电路PT&C（Power Transmit&Control)，非接触变压器及其补偿电路CT&C（Contactless Transformer&Compensation），功率接收端及其控制电路PP&C（Power Pickup&Control）。其中，PT&C包括：功率因数控制器和全桥逆变器，其中全桥逆变器采用逆变桥的软开关对CT&C之后包括CT&C的系统有逆变桥后的输入阻抗特性要求；CT&C包括：发送组件和接收组件；发送组件由磁芯、线圈1和电容C1串联而成，接收组件由磁芯、线圈2和电容C2并联而成；PP&C包括：整流器和直流-直流变换器。当采用无线电能传输系统对电动车进行无线充电时，通常CT&C的发送组件安置于地面或者地下，接收组件安装于电动车车体下方。
采用无线电能传输系统对电动车进行充电时，其发送组件和接收组件需要满足一定的位置关系才能保证系统高效稳定的运行。图2是发送组件与接收组件的位置关系图，如图2所示，在实际应用过程中，由于驾驶员技术差异性和电动车车体差异，在电动车进行停车充电时，车体下面的接收组件1与发送组件2在X轴偏移a、Y轴偏移b和Z轴偏移c不能完全保证其满足进行无线充电时所要求的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性的位置关系。为了实现无线电能传输系统的正常充电，目前采用位置检测系统和机械调整装置，也就是在每一个无线电能传输系统处都要设置一个位置检测系统和在一个机械调整装置，用于调整发射组件的高度和前后左右位置，通过位置检测系统确定发送组件和接收组件之间的位置关系，通过机械调整装置接收组件和发送组件的位置关系满足无线充电的要求。
在无线充电过程中，如果长期使用现有的机械调整装置，其出现故障时存在维护困难的问题。而如果将机械调整装置设置在车体调整接收组件位置，则维护问题依然不小；并且在车体的工业设计上，需要增加更多的成本。
通过上述描述，可以发现，在对电动车采用无线电能传输系统进行无线充电时，无线电能传输系统通过机械调整装置的长期使用来实现发送组件的位置调整，存在维护困难的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种无线电能传输系统的控制方法，通过非机械调整装置能够为无线电能传输系统稳定工作提供保障，无需通过采用机械调整装置进行对准和调距，就可以进行无线充电。
为了达到本发明的目的，本申请提供一种无线电能传输系统的控制方法，包括：获取发送组件和接收组件的位置关系信息；
根据位置关系信息调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和非接触变压器及其补偿电路CT&C电压增益特性条件。
进一步地，所述发送组件和接收组件线圈均采用平面化分布式的绕组布置方式，绕组分两段分别绕制，顺向串联，两段的匝数之和为发射组件或者接收组件的总匝数。
进一步地，该方法之前还包括：生成位置关系信息与发送组件的线圈匝数的映射关系。
进一步地，所述调整发送组件的线圈匝数包括：判断所述获得的位置关系信息是否在所述映射关系中存在，
如果不存在，从发射组件线圈由最外侧开始逐步短路线圈，在每短路一圈线圈时，根据所述系统逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性判断是否满足充电条件，当满足充电条件，完成调整；
更新所述映射关系。
进一步地，所述调整后的发送组件线圈匝数使两段线圈匝数差为0或1。
进一步地，所述判断出获得的位置关系信息在映射关系中存在，该方法还包括：
如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数满足充电位置关系，直接加载线圈匝数；
如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数不满足充电位置关系，放弃充电。
另一方面，本发明还提供一种电动车无线电能传输系统的控制装置，包括：
辅助定位装置，用于确定接收组件的位置，得出发送组件和接收组件的位置关系信息，发给匝数调整装置；
匝数调整装置，用于接收发送组件与接收组件的位置关系信息，调整发送组件线圈匝数，满足无线充电所必需的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性要求。
进一步地，所述匝数调整装置设置在线圈平面中点为起点的射线上。
进一步地，所述发送组件和接收组件线圈采用平面化分布式的绕组布置，绕组分两段分别绕制，顺向串联，两段的匝数之和为发射组件或者接收组件的总匝数。
进一步地，该装置还包括映射数据装置，用于生成位置关系信息与发送组件的线圈匝数的映射关系。
进一步地，所述调整发送组件的线圈匝数包括：判断所述获得的位置关系信息是否在所述映射数据装置中存在，
如果不存在，从发射组件线圈由最外侧开始逐步短路线圈，每短路发送组件一圈时，判断其逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性是否满足系统充电条件，当满足充电条件，完成调整；
更新所述映射关系。
进一步地，所述调整后的发送组件线圈匝数使两段线圈匝数差为0或1。
进一步地，所述判断出获得的位置关系信息在映射数据装置中存在，该装置还用于：
如果映射数据装置中的调整发送组件线圈匝数满足充电位置关系，直接加载线圈匝数；
如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数不满足充电位置关系，放弃充电。
本发明提供一种电动车无线电能传输系统的控制方法，包括：获取发送组件和接收组件的位置关系信息；根据位置关系信息调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性条件。采用本发明方法只要逐步调整线圈匝数，可以实现获得满足充电条件的控制输出，无需通过采用机械调整装置进行对准和调距，就可以进行无线充电。
进一步的，本发明通过生成位置关系信息与发送组件线圈匝数的映射信息，当位置关系信息为映射信息中存在的数据时，满足充电条件的直接加载线圈匝数；不满足充电条件的，放弃充电；当位置关系信息不存在，则按照本发明方法调整线圈匝数，并更新映射信息。从而节省充电过程的调整线圈时长，提高系统工作效率。
附图说明
附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是无线电能传输系统WPT的基本结构图；
图2是发送组件与接收组件的位置关系图；
图3是本发明无线电能传输系统的控制方法流程图；
图4是本发明无线电能传输系统的控制装置框图；
图5是本发明实施例无线电能传输系统的控制装置线圈绕组布置示意图；
图6是本发明实施例无线电能传输系统的控制装置的匝数调整装置为开关类装置示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在无线电能传输系统进行无线充电过程中，现有系统的发送组件选择为发射线圈串联电容，接收组件的接收线圈并联电容，在系统其它条件不变的情况下，短路发送组件线圈匝数会使电压增益变大，全桥逆变器之后的输入阻抗角随频率的变化率会变大，因此要进行无线充电，需要通过调整线圈匝数来满足系统充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性要求。
图3是本发明无线电能传输系统的控制方法流程图，如图3所示，一种电动车的无线电能传输系统的控制方法，包括：
步骤100、获取发送组件和接收组件的位置关系信息；
位置关系信息是通过发送组件和接收组件的X轴偏移量a、Y轴偏移量b和Z轴偏移量c来确定，其中获取偏移量的方法可以通过无线测距、激光测距、视频测距等方式。
在该步骤之前本发明方法还包括：生成位置关系信息与发送组件的线圈匝数的映射关系。
需要说明的是，生成位置关系信息与发送组件的线圈匝数的映射关系的方法为：当电动车需要进行充电时，无线电能传输系统需要向电动车提供的负载电池所需要的直流-直流的变换器输出，无线电能传输系统工作的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性将不同。当获得发送组件和接收组件的位置关系，需要通过调整线圈匝数，来满足逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性要求，不同的位置关系信息，对应的在逐渐短路线圈匝数的过程中，其阻抗角变换率变大和电压都将不断变大，直到逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性满足要求时，无线电能传输系统可以正常充电，此时位置关系信息与线圈匝数之间形成映射关系。
步骤101、根据位置关系信息调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性条件。
需要说明的是，进行发送组件的线圈匝数调整主要是根据所述发送组件线圈匝数变化与逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性的相应关系来确定，通过调节发送组件线圈匝数使输入阻抗角满足全桥逆变器中逆变桥后的输入阻抗特性，CT&C电压增益能够满足系统中直流-直流变换器的输入电压范围的增益特性要求。
本步骤中，发送组件和接收组件线圈采用平面化分布式的绕组布置方式，绕组分两段分别绕制，顺向串联，两段的匝数之和为发射组件或者接收组件的总匝数。调整后的发送组件线圈匝数使两段线圈匝数差为0或1。
调整发送组件的线圈匝数包括：判断获得的位置关系信息是否在所述映射关系中存在，
如果不存在，调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性，即从发射组件线圈由最外侧开始逐步短路线圈，在每短路一路线圈时，判断系统逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性是否满足充电条件，当满足充电条件，完成调整。
完成调整线圈匝数后，更新所述映射关系。
本发明方法还包括，根据获得的位置关系信息判断出获得的位置关系信息在映射关系中存在，如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数满足充电位置关系，直接加载线圈匝数；如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数不满足充电位置关系，放弃充电。
图4是本发明无线电能传输系统的控制装置框图，如图4所示，包括：
辅助定位装置，用于确定接收组件的位置，得出发送组件和接收组件的位置关系信息，发给匝数调整装置；
位置关系包括：X轴偏移量a、Y轴偏移量b和Z轴偏移量c。
匝数调整装置，用于接收发送组件与接收组件的位置关系，调整发送组件线圈匝数，使发送组件和接收组件位置关系满足充电条件。
图5是本发明实施例无线电能传输系统的控制装置线圈绕组布置示意图，如图5所示，发送组件和接收组件线圈采用平面化分布式的绕组布置，绕组分两段分别绕制，顺向串联，两段的匝数之和为发射组件或者接收组件的总匝数。
匝数调整装置设置在线圈平面中点为起点的射线上。
调整发送组件的线圈匝数的方法：调整发送组件线圈匝数，使其满足电能传输系统充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性。另外，调整发送组件线圈匝数，要使两段线圈匝数差为0或1。
图6是本发明实施例无线电能传输系统的控制装置的匝数调整装置为开关类装置示意图，图中采用的是开关类装置来实现。通过开关1、2、3、4实现从外围逐步短路线圈。
本发明装置还包括映射数据装置，用于生成位置关系信息与线圈匝数的映射信息。
调整发送组件的线圈匝数包括：判断所述获得的位置关系信息是否在所述映射数据装置中存在，如果不存在，调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性条件。是通过从发射组件线圈由最外侧开始采用具有图6功能的开关或电子元件逐步缩小线圈圈数，在每缩小一圈，判断其逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性是否满足系统充电条件，当满足充电条件，完成调整。
当调整发送组件线圈匝数，满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性，更新映射数据装置的映射关系信息。
该装置还用于：如果映射数据装置中的调整发送组件线圈匝数满足充电位置关系，直接加载线圈匝数；如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数不满足充电位置关系，放弃充电。
表1是本发明实施例无线电能传输系统的控制装置的存储匹配装置记录数据示意图。如表1所示，当接收组件位置为存储匹配单元中记录数据时，直接设置线圈匝数进行充电；还用于记录接收组件位置无法通过调整线圈匝数进行充电时，记录接收组件位置，当获取接收组件位置为存储匹配单元数据时，不进行充电。
表1
需要说明的是，对于无线充电过程中发送组件的线圈数量和开关数量可以根据无线充电过程的适应要求进行设计，另外控制线圈匝数的开关不一定是图6所示的开关，具有图6所示开关的电子元器件，芯片等，都是本发明所保护的范围。
虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (13)

1.一种电动车无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，包括：
获取发送组件和接收组件的位置关系信息；
根据位置关系信息调整发送组件的线圈匝数，使系统满足充电的逆变桥后的输入阻抗特性和非接触变压器及其补偿电路CT&C电压增益特性条件。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述发送组件和接收组件线圈均采用平面化分布式的绕组布置方式，绕组分两段分别绕制，顺向串联，两段的匝数之和为发射组件或者接收组件的总匝数。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该方法之前还包括：生成位置关系信息与发送组件的线圈匝数的映射关系。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述调整发送组件的线圈匝数包括：判断所述获得的位置关系信息是否在所述映射关系中存在，
如果不存在，从发射组件线圈由最外侧开始逐步短路线圈，在每短路一圈线圈时，根据所述系统逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性判断是否满足充电条件，当满足充电条件，完成调整；
更新所述映射关系。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述调整后的发送组件线圈匝数使两段线圈匝数差为0或1。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述判断出获得的位置关系信息在映射关系中存在，该方法还包括：
如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数满足充电位置关系，直接加载线圈匝数；
如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数不满足充电位置关系，放弃充电。
7.一种电动车无线电能传输系统的控制装置，其特征在于，包括：
辅助定位装置，用于确定接收组件的位置，得出发送组件和接收组件的位置关系信息，发给匝数调整装置；
匝数调整装置，用于接收发送组件与接收组件的位置关系信息，调整发送组件线圈匝数，满足无线充电所必需的逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性要求。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述匝数调整装置设置在线圈平面中点为起点的射线上。
9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述发送组件和接收组件线圈采用平面化分布式的绕组布置，绕组分两段分别绕制，顺向串联，两段的匝数之和为发射组件或者接收组件的总匝数。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，该装置还包括映射数据装置，用于生成位置关系信息与发送组件的线圈匝数的映射关系。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述调整发送组件的线圈匝数包括：判断所述获得的位置关系信息是否在所述映射数据装置中存在，
如果不存在，从发射组件线圈由最外侧开始逐步短路线圈，每短路发送组件一圈时，判断其逆变桥后的输入阻抗特性和CT&C电压增益特性是否满足系统充电条件，当满足充电条件，完成调整；
更新所述映射关系。
12.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述调整后的发送组件线圈匝数使两段线圈匝数差为0或1。
13.根据权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述判断出获得的位置关系信息在映射数据装置中存在，该装置还用于：
如果映射数据装置中的调整发送组件线圈匝数满足充电位置关系，直接加载线圈匝数；
如果映射关系中的调整发送组件线圈匝数不满足充电位置关系，放弃充电。
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