CN104617682A - 一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电动汽车多导轨无线供电领域,具体涉及一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,包括以下步骤:(1)副边线圈定位。通过检测逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,(2)通过检测发射导轨端电压,并与给定的预设电压值δ进行比较,即当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上时,检测导轨段Lp(i-1)、Lp(i+1)的端电压Up(i-1)、Up(i+1),若Up(i+1)≥δ,则电动汽车向导轨段Lp(i+1)方向切换,反之,即Up(i+1)<δ,电动汽车向导轨段Lp(i-1)方向切换,本发明对导轨线圈的电流和电压检测,判定电动汽车的行驶位置及方向,其方法简单可靠、精确度高、稳定性好。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车多导轨无线供电领域,具体涉及一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法。
背景技术
基于电磁感应耦合原理的非接触电能传输(CPT)技术增加了用电设备的灵活性,弥补了传统接触式电能传输方式中存在的器件磨损、碳积以及电火花等缺陷,因此是一种安全、可靠、灵活的电能接入新技术,然而,由于CPT技术仍处于起步阶段,系统的能效(传输功率和效率)还较低,影响了它的推广和应用。
集中供电导轨模式通常由一个或多个拾取机构与同一长导轨线圈耦合,其原边导轨为一根长直导线,副边为一组集中绕线,原边导轨只有一部分参与了耦合;在电动汽车无线供电系统中,为给电动汽车提供足够的电能补给,能量发射导轨一般长达数公里或数十公里,电流通常为数十千赫兹、数十甚至上百安培的高频交流,增大了原、副边的漏感,从而在原、副边漏感上产生较大的电势降,降低了系统的效率,而且使系统对参数的变化敏感,即任何参数的微小变化都可能破坏系统的稳定性。对于在线供电系统,需要对副边线圈的位置进行检测,根据检测结果控制线圈的通、断,副边线圈定位分为两部分,分别是线圈移出时的定位与移出后线圈方向的判断。
发明内容
本发明的目的为解决现有技术的上述问题,本发明提供一种简单可靠、精确度高、工作稳定性好,且适应各种工作环境的多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,以判断无线供电系统中的电动汽车的位置及行驶方向,保证能量拾取端的功率等级,并降低导轨的通电长度及导轨损坏对系统的影响,为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)搭建多导轨无线供电模式的电路系统:所述多导轨无线供电模式的电路系统包括设置在输电母线上的N级多导轨发射系统和设置在电动汽车上的车载电能变换装置,所述多导轨发射系统包括原级电能变换电路、导轨切换控制电路和发射导轨,所述导轨切换控制电路获取电网中的能量经过发射导轨实现能量发射,设置在电动汽车上的车载电能变换装置包括接收导轨、副边逆变电路、副边调压电路,当电动汽车上的接收导轨行驶到某分段发射导轨时,该导轨处于工作状态,并接收与发射导轨之间进行耦合输出的能量经过副边逆变电路、副边调压电路给电动汽车充电;
(2)将电路系统进行等效转换,用于确定电路系统中的固有参数以及发射导轨与接收导轨之间的相对位置发生改变时的系统参数,所述电路中的系统参数包括,原边输入电压Udc,原边电容Cp,原边电阻RP,原边电感LP,副边电容CS,副边电阻RS,副边电感LS;
(3)副边线圈定位,获取副线圈当前的工作电流,当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上,通过检测原边逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,当Udc小于阈值电压Uthr时,则电路系统工作在空载状态,即当前副边线圈偏离原边线圈,反之,电路系统工作在正常状态,当电动汽车电路系统的副边线圈移出时,原边线圈的电流IP为:
Udc为原边逆变电路的输入电压,此时反射阻抗ZR为:
则原边线圈电流IP:
当电路系统处于正常工作状态时有:
当原边系统工作在恒流模式时有:
当原副边完全偏离(M=0)或负载断开(ZS=∞)时有:
(4)副边线圈偏离原边时电路系统的工作状态变化,通过检测原边逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,确定当前系统的负载状态采用恒流模式工作时,若Udc小于阈值电压Uthr,则说明电路系统处于空载状态,设电路系统正常工作时电流为Inorm,正常工作电压为Unorm,选取的阀值电压Uthr≤Unorm,则当原边逆变输入电压Udc<Uthr时,即电路系统处于空载状态,即当前副边线圈偏离了原边线圈,进行下一步动作;
(5)副边线圈移出方向的识别,通过检测发射导轨端电压,并与给定的发射端导轨端预设电压值δ进行比较,判断车辆的行驶方向来控制相应导轨,即当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上时,检测导轨段Lp(i-1)、Lp(i+1)的端电压Up(i-1)、Up(i+1),若Up(i+1)≥δ,则电动汽车向导轨段Lp(i+1)方向切换,反之,即Up(i+1)<δ,电动汽车向导轨段Lp(i-1)方向切换。
优选地,所述N级多导轨发射系统采用了N级并联方式连接在输电母线上的多导轨供电模式,电动汽车行驶到某段输电导轨上方时,该输电导轨处于工作状态,其它输电导轨均处于待机状态。
优选地,所述步骤(5)检测发射导轨端电压的方法适用于无线供电系统电动汽车的位置及移出方向的判断,且系统工作在恒流模式。
优选地,所述副边逆变电路与副边调压电路之间并联有超级电容Cf1。加入超级电容作为缓冲电路可以解决导轨切换过程时,电流换流点两端导轨之间互感降低的问题。
优选地,所述N级并联的多导轨发射系统的每级导轨切换控制电路包括高频开关Sn、高频开关Kn和放电电阻Rn,所述发射导轨包括谐振补偿电容Cpn和原边线圈Lpn,所述高频开关,所述高频开关Kn的一端连接在母线的A端,其另一端分别与高频开关Sn的一端、谐振补偿电容Cpn的一端连接,所述高频开关Sn的另一端与放电电阻Rn串联后,另一端与母线的A连接,所述谐振补偿电容Cpn的另一端与原边线圈Lpn的一端串联后,另一端与母线B连接,且每段导轨均包括输电状态、放电状态以及待机状态。
综上所述,本发明可用于电动汽车多导轨无线供电的导轨线圈的电压检测,判定电动汽车的行驶位置及方向。方法简单可靠、精确度高、工作稳定性好,且适应各种工作环境,本发明还具有以下有益效果:
(1)降低系统导轨的通电长度,降低了导轨损坏对系统稳定性及导轨损耗对系统效率的影响;
(2)可用于测量直流、交流和脉冲电压,具有高精确度、高线性度、高集成度、体积小、结构简单、长期工作稳定且适应各种工作环境的特点;
(3)未改变系统原有电路结构,对前级电路电气特性影响小,基本不改变系统的能效特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案,下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本发明一种多导轨供电模式的电动汽车识别方法的无线供电电路系统原理图。
图2本发明的供电系统原理图的等效供电系统模型电路拓扑图。
图3是本法一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法的电动汽车方向检测流程图。
附图1中,1-导轨切换控制电路,2-发射导轨(原边线圈),3-接收导轨(副边线圈或拾取线圈),4-副边逆变电路,5-副边调压电路,6-原级电能变换电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,包括以下步骤:
(1)搭建多导轨无线供电模式的电路系统:如图1所示,所述多导轨无线供电模式的电路系统包括设置在输电母线上的N级多导轨发射系统和设置在电动汽车上的车载电能变换装置,所述多导轨发射系统包括原级电能变换电路6、导轨切换控制电路1和发射导轨2(副边线圈2),所述导轨切换控制电路获取电网中的能量经过发射导轨实现能量发射,设置在电动汽车上的车载电能变换装置包括接收导轨3(副边线圈3)、副边逆变电路4、副边调压电路5,当电动汽车上的接收导轨行驶到某分段发射导轨时,该导轨处于工作状态,并接收与发射导轨之间进行耦合输出的能量经过副边逆变电路4、副边调压电路5给电动汽车充电;所述的原级电能变换电路6还包括滤波器、三相整流电路、BUCK电路、全桥逆变电路、高频滤波电路等;
在本发明中,所述N级多导轨发射系统采用了N级并联方式连接在输电母线上的多导轨供电模式,电动汽车行驶到某段输电导轨上方时,该输电导轨处于工作状态,其它输电导轨均处于待机状态,采用级联传输方式,未改变系统原有电路结构,对前级电路电气特性影响较小,基本不改变系统的能效特性;
(2)将电路系统进行等效转换,图2为等效转换后供电系统模型电路拓扑图,用于确定电路系统中的固有参数以及发射导轨与接收导轨之间的相对位置发生改变时的系统参数,所述电路中的系统参数包括,原边输入电压Udc,原边电容Cp,原边电阻RP,原边电感LP,副边电容CS,副边电阻RS,副边电感LS;
(3)副边线圈定位,获取副线圈当前的工作电流,当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上,通过检测原边逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,当Udc小于阈值电压Uthr时,则电路系统工作在空载状态,即当前副边线圈偏离原边线圈,反之,电路系统工作在正常状态,当电动汽车电路系统的副边线圈移出时,原边线圈的电流IP为:
Udc为原边逆变电路的输入电压,此时反射阻抗ZR为:
则原边线圈电流IP:
当电路系统处于正常工作状态时有:
当原边系统工作在恒流模式时有:
当原副边完全偏离(M=0)或负载断开(ZS=∞)时有:
(4)副边线圈偏离原边时电路系统工作状态变化,通过检测原边逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,确定当前系统的负载状态采用恒流模式工作时,若Udc小于阈值电压Uthr,则说明电路系统处于空载状态,设电路系统正常工作时电流为Inorm,正常工作电压为Unorm,选取的阀值电压Uthr≤Unorm,则当原边逆变输入电压Udc<Uthr时,即电路系统处于空载状态,即当前副边线圈偏离了原边线圈,进行下一步动作;
(5)副边线圈移出方向的识别,通过检测发射导轨端电压,并与给定的发射端导轨端预设电压值δ进行比较,判断车辆的行驶方向来控制相应导轨,即当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上时,检测导轨段Lp(i-1)、Lp(i+1)的端电压Up(i-1)、Up(i+1),若Up(i+1)≥δ,则电动汽车向导轨段Lp(i+1)方向切换,反之,即Up(i+1)<δ,电动汽车向导轨段Lp(i-1)方向切换。在本发明实施例中,检测发射导轨端电压的方法适用于无线供电系统电动汽车的位置及移出方向的判断,且系统工作在恒流模式。
需要进一步说明的是,当电动车偏移原边导轨后,由于电动车可能存在两个方向的移动,需要进行判断,因为安装在电动车上的副边线圈(拾取线圈)与发射导轨之间存在互感,可通过使用电压检测模块检测发射导轨两端的端电压,通过与给定的电压阈值进行比较,判断车辆的行驶方向,从而对相应的导轨进行切换控制,当电动车行驶在分段导轨Lpi上时(分段导轨由第Lp1,Lp2,…Lp(i-1),Lpi,Lp(i+1),Lpn),判断电动车向导轨段Lp(i-1)还是向导轨段Lp(i+1)方向切换,分别检测导轨段Lp(i-1)、Lp(i+1)两端的端电压Up(i-1)、Up(i+1),判断Up(i-1)、Up(i+1)哪个发射端导轨端预设电压值增大到δ,若Up(i+1)≥δ,则说明电动车向导轨段Lp(i+1)方向切换,反之,若Up(i+1)<δ,则说明电动车向导轨段Lp(i-1)方向切换。
所述电动汽车方向检测流程图如图3所示,在原级电路中还设置有霍尔传感器检测电压,将检测到的导轨端电压与预设电压值δ进行比较,并进行判断,从而进行相应导轨段的切换控制,当电动车由导轨段Lpi向导轨段Lp(i-1)或Lp(i+1)方向切换,则控制导轨段Lpi不工作,Lp(i-1)或Lp(i+1)工作
在本发明中,如图1所示,所述N级并联的多导轨发射系统的每级导轨切换控制电路包括高频开关Sn、高频开关Kn和放电电阻Rn,所述发射导轨包括谐振补偿电容Cpn和原边线圈Lpn,所述高频开关,所述高频开关Kn的一端连接在母线的A端,其另一端分别与高频开关Sn的一端、谐振补偿电容Cpn的一端连接,所述高频开关Sn的另一端与放电电阻Rn串联后,另一端与母线的A连接,所述谐振补偿电容Cpn的另一端与原边线圈Lpn的一端串联后,另一端与母线B连接,且每段导轨均包括输电状态、放电状态以及待机状态。在导轨切换电路中,通常情况下,供电系统对汽车充电时,对应的充电导轨上的高频开关Sn和高频开关Kn关闭,其他导轨上的的高频开关Sn和高频开关Kn闭合。
在本发明实施例中,参见图1,所述副边逆变电路4与副边调压电路5之间并联有超级电容Cf1,加入超级电容Cf1作为缓冲电路可以解决导轨切换过程时,电流换流点两端导轨之间互感降低的问题;所述副边调压电路5采用BUCK电路,包括由IGBT功率放大管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻Rf1、电阻Rf2、电容C1、电容C2和,以及电感Lf和电容Cf,可进行调整电路系统的电压输出值,以提高电路的工作电压以及提高电路的充放电速度、放电能力和放电效率。
以上所述仅为发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)搭建多导轨无线供电模式的电路系统:所述多导轨无线供电模式的电路系统包括设置在输电母线上的N级多导轨发射系统和设置在电动汽车上的车载电能变换装置,所述多导轨发射系统包括原级电能变换电路、导轨切换控制电路和发射导轨,所述导轨切换控制电路获取电网中的能量经过发射导轨实现能量发射,设置在电动汽车上的车载电能变换装置包括接收导轨、副边逆变电路、副边调压电路,当电动汽车上的接收导轨行驶到某分段发射导轨时,该导轨处于工作状态,并接收与发射导轨之间进行耦合输出的能量经过副边逆变电路、副边调压电路给电动汽车充电;
(2)将电路系统进行等效转换,用于确定电路系统中的固有参数以及发射导轨与接收导轨之间的相对位置发生改变时的系统参数,所述电路中的系统参数包括,原边输入电压Udc,原边电容Cp,原边电阻RP,原边电感LP,副边电容CS,副边电阻RS,副边电感LS;
(3)副边线圈定位,获取副线圈当前的工作电流,当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上,通过检测原边逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,当Udc小于阈值电压Uthr时,则电路系统工作在空载状态,即当前副边线圈偏离原边线圈,反之,电路系统工作在正常状态,当电动汽车电路系统的副边线圈移出时,原边线圈的电流IP为:
Udc为原边逆变电路的输入电压,此时反射阻抗ZR为:
当系统完全谐振时有:
则原边线圈电流IP:
当电路系统处于正常工作状态时有:
当原边系统工作在恒流模式时有:
当原副边完全偏离(M=0)或负载断开(ZS=∞)时有:
(4)副边线圈偏离原边时电路系统工作状态变化,通过检测原边逆变电路的输入电压Udc确定当前的负载状态,确定当前系统的负载状态采用恒流模式工作时,若Udc小于阈值电压Uthr,则说明电路系统处于空载状态,设电路系统正常工作时电流为Inorm,正常工作电压为Unorm,选取的阀值电压Uthr≤Unorm,则当原边逆变输入电压Udc<Uthr时,即电路系统处于空载状态,即当前副边线圈偏离了原边线圈,进行下一步动作;
(5)副边线圈移出方向的识别,通过检测发射导轨端电压,并与给定的发射端导轨端预设电压值δ进行比较,判断车辆的行驶方向来控制相应导轨,即当电动汽车行驶在分段导轨Lpi上时,检测导轨段Lp(i-1)、Lp(i+1)的端电压Up(i-1)、Up(i+1),若Up(i+1)≥δ,则电动汽车向导轨段Lp(i+1)方向切换,反之,即Up(i+1)<δ,电动汽车向导轨段Lp(i-1)方向切换。
2.根据权利要求1所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,其特征在于:所述N级多导轨发射系统采用了N级并联方式连接在输电母线上的多导轨供电模式,电动汽车行驶到某段输电导轨上方时,该输电导轨处于工作状态,其它输电导轨均处于待机状态。
3.根据权利要求1所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,其特征在于:所述步骤(5)检测发射导轨端电压的方法适用于无线供电系统电动汽车的位置及移出方向的判断,且系统工作在恒流模式。
4.根据权利要求1所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,其特征在于:所述副边逆变电路与副边调压电路之间并联有超级电容Cf1。
5.根据权利要求2所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法,其特征在于:所述N级并联的多导轨发射系统的每级导轨切换控制电路包括高 频开关Sn、高频开关Kn和放电电阻Rn,所述发射导轨包括谐振补偿电容Cpn和原边线圈Lpn,所述高频开关,所述高频开关Kn的一端连接在母线的A端,其另一端分别与高频开关Sn的一端、谐振补偿电容Cpn的一端连接,所述高频开关Sn的另一端与放电电阻Rn串联后,另一端与母线的A连接,所述谐振补偿电容Cpn的另一端与原边线圈Lpn的一端串联后,另一端与母线B连接,且每段导轨均包括输电状态、放电状态以及待机状态。
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