CN106663528A - 适合于电动车辆的感应式电力系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于激励磁通量耦合设备(109)的电路具有：用于以感应方式接收电力的拾波器线圈(103)；用于存储来自所述所接收电力的能量的存储电容器(124)；及用于将电能从所述存储电容器供应到所述磁通量耦合设备的反相器(125)。所述电路允许到待由所述通量耦合设备供应的负载的电力传输超过从所述拾波器接收的所述电力。

Description

适合于电动车辆的感应式电力系统
技术领域
本发明涉及用于感应式电力传输的系统。本发明特定地应用于从电动车辆行进的道路对所述车辆供电。其还适用于其它无线电力应用。
背景技术
以感应方式将电力提供到例如沿着道路移动的车辆的移动对象的问题已讨论多年，以期克服与纯电动车辆(EV)，即单独依赖于电能的电动车辆，相关联的路程担忧。在车辆行进的同时持续或至少足够频繁地提供电力的能力具有许多益处。此等益处包含：最小化车载能量存储及车辆重量；以及消除在可用电源分散时需要且仅在EV的电力供应低时才使用的长充电时间。
先前已在纸质出版物中提出以感应方式从道路为电动车辆充电或供电。为提供道路供电电动车辆(RPEV)系统而提出的解决方案论述了使道路的小区段包含嵌入感应式回路的手段，所述嵌入感应式回路可以在确定需要充电的车辆在附近时加以激励。这就消除了为高速公路的大区段供电的需要且增大系统效率。在所有情况下，数个感应式回路沿着高速公路隔开，但其直接连接到电力供应器。
举例来说，颁予博尔格(Bolger)的美国专利4331225及4836344描述可借以在车辆沿着感应式高速公路行进时为电化学电池充电的手段。在美国专利4836344中，使用可控继电器来接通及关断高速公路发射器模块的约3m长的区段，以在车辆沿着道路表面移动时将电力输送到车辆。感应式道路模块细长、在道路的方向上纵向定向，且沿着道路的中心首尾相连地放置。简单地通过根据需要暂时接通及关断道路电力模块来进行从道路侧对车辆的功率控制。同一作者的美国专利4331225描述借以降低所需车辆接收器以确保车辆拾波器接收器与道路感应轨之间的气隙在操作期间尽可能小，同时还使用电容器切换构件来修改拾波器调谐以补偿驱动期间的任何磁阻变化(且由此调节经补偿接收线圈的输出电压)。
由移动车辆外加于系统上的负载可取决于例如车辆的大小、其充电状态、使用道路的车辆的体积、车辆行进速度及车辆之间的分离距离的因素而在很大程度上可变。举例来说，道路可能平均仅需要供应相对较低功率电平到轻型车辆，但偶尔会需要适应快速移动的大卡车。卡车可能需要极快地产生大量通量的模块，因此系统整体必须经设计以应对此峰值负载，尽管其相对罕见。例如电力供应器的应对这些峰值负载的基础设施的成本极大地增加了系统成本。
目标
本发明的目标是提供一种用于感应式电力传输的改善的电力供应电路、设备或方法，或一种道路供电电动车辆系统，或一种用于与此类系统一起使用的车辆或道路。或者，目标为提供对先前提议的有用替代。
发明内容
在一个方面中，所公开的标的物提供一种用于激励磁通量耦合设备的电路，所述电路包括：
用于以感应方式接收电力的拾波器线圈，
用于存储来自所述所接收电力的能量的存储电容器，
用于将电能从所述存储电容器供应到所述磁通量耦合设备的反相器，
其中待由所述通量耦合设备供应到负载的电力传输可能超过所述所接收电力。
所述存储电容器可包括多个电容器。可设置多个反相器，每一反相器供应一个或多个磁通量耦合设备。
在一个实施例中，提供用于调节提供到所述磁通量耦合设备的功率的功率调节器。所述功率调节器可设置于所述存储电容器与所述反相器之间，或所述拾波器线圈与所述存储电容器之间。
在另一方面中，所公开的标的物提供一种感应式电力传输方法，所述方法包括：
以感应方式接收电力；
将来自所述所接收电力的能量存储在存储构件中，及
将电能从所述存储构件供应到磁通量耦合设备以使电力可以感应方式用于负载。
在另一方面中，本发明提供一种用于激励磁通量耦合设备的电路，所述电路包括：
用于以感应方式接收电力的构件，
用于存储来自所述所接收电力的能量的存储构件，及
用于将电能从所述存储构件供应到所述磁通量耦合设备的供应构件。
优选地，从所述存储构件供应到所述磁通量耦合设备的能量是独立于所述所接收电力而供应。
优选地，所述供应构件包含用以取决于由所述磁通量耦合设备供应的拾波器的功率要求或限制而调节供应到所述设备的功率水平的构件。用以调节所述电力水平的构件可设置于所述存储构件的上游或下游。在一个实施例中，所述电力水平是使用降压、升压或降压-升压转换器而调节。
在一个实施例中，所述存储构件供应多个磁通量耦合设备。
在另一方面中，本发明广义地提供一种用于从多个磁通量耦合装置为可移动拾波器供电的系统，所述系统包括：
多个根据先前叙述的电路，及
用以取决于所述拾波器需要的电力而将电力选择性地供应到所述通量耦合装置中的一个或多个的控制构件。
在一个实施例中，所述所接收电力是从与车辆行进表面相关联的初级导电路径接收。
先前叙述中的一个的电路可与设置于道路中道路上、以感应方式耦合到所述初级导电路径的多个输电模块中的一个或多个相关联，所述或每个输电模块能够在至少一个电动车辆在所述车辆行进表面上处于所述输电模块的区中时将电力以感应方式供应到所述车辆。
所述车辆行进表面可包括道路。
在一个实施例中，所述初级导电路径是以第一频率激励，且所述输电模块是以第二频率激励。所述第二频率可大于所述第一频率。
可为每一输电模块设置控制器以选择性地允许每一模块在车辆充分地接近所述模块时使感应式电力可用于所述车辆以从其接收电力。在一个实施例中，所述控制器控制可用于所述车辆的电力的量。
可基于电力供应到的车辆的电力需求类别或电力供应到的车辆的类型或取决于在支撑车辆及/或车辆在使用中可能行进的车辆表面区段上的车辆的数目来确定可用电力。
一个或多个线圈优选地设置于每一输电模块中以提供用于到车辆的感应式电力传输的磁场。
在一个实施例中，所述输电模块经调谐以使得所述初级导电路径的邻近于每一模块的区段使其电抗得到实质补偿。
所述初级导电路径可内埋于所述车辆表面中或邻近于所述车辆表面。
在另一方面中，本发明提供一种用于电动车辆感应式电力系统的道路单元，所述单元包括：上表面；导电材料的至少一个线圈，其在所述上表面下方且经配置以在使用中提供在所述上表面上方延伸的磁场；及连接构件，其用于从根据先前叙述的电路接收电力以激励所述线圈。
所述存储构件可存储来自可再生源的能量。
所述存储构件可包括一个或多个电容器或超电容器。
所述系统可为双向的，且所述能量存储构件可用以存储从拾波器装置接收的能量。
在另一方面中，本发明提供一种道路供电电动车辆系统，其包括：
道路，其具有多个感应式输电模块，每一模块包含根据先前叙述中的任一者的电路或与所述电路相关联。
在另一方面中，本发明提供一种感应式电力传输方法，所述方法包括：
以感应方式接收电力，
将来自所述所接收电力的能量存储在存储构件中，及
将电能从所述存储构件供应到磁通量耦合设备。
优选地，从所述存储构件供应到所述磁通量耦合设备的能量是独立于所述所接收电力而供应。
优选地，所述供应构件包含用以取决于由所述磁通量耦合设备供应的拾波器的功率要求或限制而调节供应到所述设备的功率水平的构件。
在另一方面中，本发明广义地提供一种用于从多个磁通量耦合装置为可移动拾波器供电的方法，所述方法包括：
以感应方式接收电力，
将所述所接收电力存储于多个存储元件中，每一元件与通量耦合装置相关联，及
在所述拾波器在通量耦合装置上及/或之间移动时将电力从存储元件选择性地供应到所述通量耦合装置中的一个或多个。
优选地，取决于所述拾波器需要的功率而供应电力。
从以下描述中，本发明的其它方面将显而易见。
附图说明
下文将参考附图详细描述本发明的实施例的实例，其中：
图1A为根据本发明的一个实施例的道路供电电动车辆系统的示意图；
图1B为根据本发明的一个实施例的包含数个感应式输电模块的道路的示意图；
图2为根据本发明的一个实施例的电路拓扑的电路图；
图3为根据本发明的另一实施例的电路拓扑的电路图；
图4为根据本发明的一个实施例的用于实施功率调节的电路图；
图5为根据本发明的另一实施例的用于实施功率调节的电路图；
图6为根据本发明的另一实施例的电路拓扑的电路图。
具体实施方式
尽管以下描述主要涉及道路及电动车辆应用，但关于本发明的所属领域的技术人员将了解，标的物还可广泛应用于IPT系统，且可用于例如材料处置的应用。用于实施本发明的进一步信息可见于国际专利公开案WO2011/016736中，其内容以引入的方式并入本文中。
在一个实施例(图1A及1B中作为实例示出)中，一连串电力供应器101以两个一组而紧邻道路100设置，且隔开约200米。每一电力供应器101以50/60Hz 400/480V线到线连接到三相设施供应器，且馈送道路的100米区段。尽管此文档主要使用术语道路来指代路，但希望通常包含携带或支援车辆或类似可移动物体的表面，包含例如车库底板、停车场、公共汽车站等。
在图1A及1B中示出的实施例，每一电力供应器101额定为100kW，但在不间断的细长初级导电回路102中实际上产生以20kHz频率驱动标称125A的电流的单相输出。此电流取决于应用而可能从约100A到250A而改变。如图1A及1B中所示，每一回路102大致为100m长，因此沿着道路的一个100m区段延伸。
每一电力供应器101驱动一连串磁通量耦合装置，磁通量耦合装置在本文中称为输电垫或模块111。模块111设置于道路中或道路上，且以感应方式，即无线地耦合到回路102。下文描述的电力传输模块允许出于感应式电力传输的目的而实现磁通量产生或链接，且对于电动车辆应用具有特定优势。所描述模块通常(但未必)以离散单元的形式设置，其必要时可能为便携式的，且通常在两个维度中的范围大于第三维度，以使得其可用于例如电动车辆充电(其中一个垫设置于地表面上或其中且另一垫在车辆中)的应用。所述模块可能各自包含一个或多个绕组。可用于这些垫或模块的一些绕组布置描述于国际专利公开案WO2008/140333、WO2010/090539、WO2011/016737中，所述国际专利公开案的内容以引入的方式并入本文中。
使用从具有每当需要电力模块时就放置的拾波器线圈103的电力供应器101的125A馈送的两个电线传输系统实现(如图1A、1B两者中所示)感应式耦合。拾波器设备103可采取多种形式。在所描述的实施例中，拾波器103的形式为例如国际专利公开案WO2006/118474中所描述的形式，所述国际专利公开案的内容以引用的方式包含在本文中。此形式的拾波器具有不对称芯体磁性结构，且出于便利性的目的而在此文档中称为S拾波器。然而，可使用其它形式的感应式电力拾波器。举例来说，可使用对称“E”形芯体或“H”芯体或其它已知形状或布置的拾波器。
在一个实施例(例如图1B中示出的实施例)中，输电模块为约0.5m长，但其可大至2m，约750mm宽及40到150mm厚。所述模块在使用中可经配置以使得磁通量按相对于车辆表面纵向或横向对准的模式行进。每一传输模块围封铜线线圈及一些铁氧体片段，使得在其定位在道路上且从其电力供应器驱动时，其可以产生磁场，所述磁场主要在道路表面上方，在模块下伏的磁场最小，使得在道路下方的线管道、缆线等不在其中诱发出电压或电流。因此，125A馈线及输电模块根本并不彼此干扰。由所述模块提供的磁场可延伸跨越道路，即从一侧延伸到另一侧。在另一、次优选的实施例中，由传输模块提供的场可沿着道路纵向延伸。输电模块可通过围封于例如混凝土的合适材料中而设置于道路单元中。在一个实施例中，所述单元包含两个孔隙，每一孔隙适于接收细长初级导电回路的一侧，且接收器线圈及芯体103配置于所述单元中，以使得接收器线圈可以感应方式从初级导电回路接收电力。以此方式，可提供如下道路单元：包含的侧壁适于邻近于道路中的渠沟的侧壁，且端壁适于定位其它单元的邻近对应端壁，因此提供模块化解决方案。
在道路的替代实施例中且为了在沿着高速公路驾驶时给出较宽的横向容限，可使用两个或大于两个电力供应器，每一电力供应器额定为70到100kW之间，且优选地以规则间隔200m隔开。每一供应器以每相50/60Hz 400/480V连接到三相设施供应器，且驱动约100米。此处，再次，每一供应器经设计以在不间断的轨道回路中以20kHz频率驱动大致125A的电流。然而，在此第二实施例中，每一电力供应器的输出经同步(与每一经定义位置处的其它供应器)，且经控制以确保输出电流相具有预定义分离。在一个实施例中，仅两相系统需要最小化供应器/轨道及控制器的数目，且接着需要将每一输电线中的电流控制为90度异相。在一些实施例中，如果发现三相系统合乎需要，那么可提供三个电力供应器及三个传输线，其中每一者的输出电流在频率及相位上都同步，其中每一电流的相位控制为隔开120度。
在另一实施例中，可沿着道路的侧提供回路102，且电缆线可以从拾波器设备103到模块延伸跨越道路(且优选地在道路表面下方)。
拾波器103的输出使用串联电容器104部分地串联地调谐以确保来自线圈的正确短路电流。对于此实施例，103与104的组合使用电容器105以20kHz的操作频率并行调谐。此经调谐LC组合向后反映到初级供应轨道102上的阻抗使得道路(拾波器103耦合到所述道路)中的125A馈源的区段的电抗实质上补偿短路。选择此特性是因为，在正常操作条件(如下文中进一步描述)下，通常仅20％或更少的输电模块在任一时间供应电力。其余不活动、短路。因此，回路102的电抗可独立于确切长度而设计或控制为标称值，且不需要与额外串联补偿电容器断开以限制供电电压，如馈送50到200m长度的工业应用中的通常情况。回路的不间断性质去除了存在于主要道路馈源中的额外及成问题的终端添加电容校正的问题。此类终端添加损失(来自接点终端及任何添加电容的损失)且添加由于老化电容而造成故障、归因于地面移动或较差构造及老化两者的接点终端故障的风险。终端还归因于难以防止在电缆线与保护鞘之间输送的湿气(如果存在，可以造成故障)在热循环中进入电容校正区域而添加问题。不存在终端还允许模块简单且容易地安装、去除及更换。
参考图1A，(103、104及105的)并联LC拾波器的输出提供到电力控制电路107，所述电力控制电路驱动嵌入于或支撑在道路100上的一系列完全补偿的电力模块111(包括图1A中的108及109)。电力模块111的电感由电感109表示。在此实施例中，进入组件108与109的组合中的电抗实质上为零。因此，例如开关的组件上存在最低可能电压应力。
如下文将进一步描述，电力控制电路107使得能够满足磁通量耦合模块的瞬态负载要求，而不在轨道102上外加那些瞬变。电力控制电路107还具有其它功能，包含控制模块109的磁场，以使得其可通过调节穿过电容器108的电流而根据需要完全关断或接通或变化的能力。控制邻近模块以按时间顺序且在相位上同步地激励，以防止邻近模块之间的非所需电力传输。下文进一步描述控制器107的操作。
可简单地通过将电容器108中的电流限制为对应于可使用道路的不同类型或类别车辆的电力要求或需求的预定电平来确定对机动车、公共汽车或卡车进行充电所需的正确场强度。在一个实施例中，场强度可控制为两个、三个或多于三个电平，每一电平对应于沿着道路行进的车辆的电力需求类别。举例来说，在一个实施例中，根据固有电力需求对车辆进行分类。因此，非电动车辆具有零电力需求，例如汽车的小型电动车辆具有低功率需求，且例如卡车或公共汽车的大型电动车辆具有高电力需求。在另一实施例中，分类可基于车辆用户需求而非固有车辆电力要求。
在一个实施例中，用于确定供应到每一车辆的电力的电平的控制信息可嵌入于与每一车辆的车载电力接收器相关联的RFID标签中，且使用由控制器107监视的放置在道路中的每一输电模块之前或附近的额外传感器加以读取。在另一实施例中，控制信息可基于驾驶员关于准备付款的充电的速率的响应而经由通信发送到控制器107。在其它实施例中，可以其它方式检测车辆的存在，例如通过使用传感器来在车辆经过每一模块时感测输电模块中的线圈的电感的改变。
因此，控制器107允许以选择性电平选择性地使得电力可用。举例来说，车辆可归类为非电动、轻型电动与重型电动类型。传感器可接着感测车辆类别(如下文中进一步描述)，且控制器107可接着控制可用于所述车辆的场。因此，如果车辆为非电动，那么不使得场可用。如果车辆为例如电动公共汽车(即重型电动车辆)，那么提供高场强度。
参考图2，示出用于将电力从细长回路102供应到一个或多个模块的电路。在此实施例中，模块401表示图1A及1B的模块111中的一个。图1A的控制电路107包括组件120到127。可以看出，模块401包括两个绕组。这些绕组如国际专利公开案WO2011/016737中所描述而不布置，其中使用单独的反相器125来驱动来自单个拾波器103的每一绕组。然而，所属领域的技术人员将了解，其它布置是可能的。举例来说，单独的拾波器103可用于每一反相器125。而且，可如WO2008/140333中所公开而使用一个绕组与，或可使用根据WO2010/090539由例如一个反相器125驱动的两个绕组。
图2中示出的电路将频率改变提供为从初级电力供应器101到车辆的双重IPT转换的部分。尽管下文论述频率改变为从20kHz到85kHz，但所属领域的技术人员将了解，可使用其它频率，且频率可保持相同，或甚至减小。在一个实施例中，用于将电力供应到车辆的较高频率可大于20kHz并且最大为140kHz，但优选地为85kHz。频率增大到85kHz具有以下优势：模块处的场更可能满足ICNIRP要求，且可经由从反相器到传输模块或垫的短传输距离获得高效率。在第一转换中，电力供应器101从3相设施获得电力，且产生125A的输出电流在内埋于呈扩展回路102形式的路下方的电线中传播。此单线回路耦合到如上文所描述的拾波器103。
所述电路具有20kHz的输入，其通过二极管电桥120整流到DC且由一个或多个反相器125在85kHz反相回到AC以按85kHz驱动IPT系统中的电力垫或模块。在此频率下，每米的电压降极高，因此沿着道路使用并不可行，但此处沿着道路使用85kHz，且85kHz为从阻抗转换网络126、127及108到垫401的仅几毫米的极短连接。在末级处的较高频率的此使用可具有增大效率的优势。
此频率改变电路的另一优势为在20kHz下操作的轨道102不会经历存在于85kHz电路中的任何VAR变化，因为整流器有效地阻断反应性VAR流动。因此，轨道102可以理想地调谐，且需要使用静态而非主动调谐组件来补偿。
参考图2且如在先前实施例中，电力模块411以感应方式耦合到每一传输系统102。在两相系统(此处为优选的)的情况下，电力模块411的线圈及铁氧体布置401包括两个相位绕组电感(403)，其各自具有由利兹线(Litz wire)制成的相同的N匝，且以双极方式隔开且重叠，从而有效地导致以电气方式隔开0、+90、+180及+270度的四个线群组。图2中示出的通用电力供应器布置还可用以供应单相垫构造。
在所说明的实施例中，四个线群组横跨道路，即在从一侧到另一侧的方向上，对准。然而，在另一、次优选的实施例中，线群组沿着道路纵向，即平行于沿着道路的行进方向引导。通过使用首尾相连放置的铁氧体片段制成的铁氧体条带402跨越放置线圈403的电力模块的后方而放置。铁氧体用以使道路中的任何其它潜在通量路径短路，同时还增强道路上方的通量。
模块部分401内的每一相位绕组403从包括适当拾波器的其自身控制电路驱动。在一些实施例中，模块411可简单地包括部分401，控制及调谐元件单独提供。在一个实施例中，多相模块可建构为标称地0.75m到1.5m宽，且具有在0.5m到2m之间的长度(但5m或更长的区段可能适合于一些应用)，还预期此类模块的深度为40到150mm，这取决于其是否包含于中道路单元中，如上文相对于单相实施例所描述。此类道路模块或单元将优选地沿着高速公路中心而定位，但在一些应用中，可跨越整个车道而放置。
在图2的电路中，电力使用接收器103以20kHz从轨道102耦合，且使用电容器104及105调谐。此并联谐振电路接着输入到整流器，所述整流器使用DC电感器121、二极管123及去耦开关122控制电容器124上的电压。如国际专利公开案WO2010/030195中所描述的AC相位控制方法可替代地用来提供在此中间区段中的控制功率流，作为将受控电压提供到电容器124的另一构件。
接着使用以85kHz操作的两个标准谐振反相器125来切换电容器124上的DC电压，每一标准谐振反相器驱动以85kHz谐振的包括在双极垫内的元件126、127、108及电感器403的LCL转换器。每一反相器125将优选地同步以驱动单独垫绕组中的电流如早先所描述具有90度相移，但如果需要，可以改变量值和或相位以符合要求。在一些实施例中，可使用单个反相器以例如供应单相垫构造。
如果垫的绕组403串联连接，那么还有可能使用单个反相器操作此绕组以产生适合于电力耦合的单相时变场。在图2中，如果需要，可在输入到反相器125之前提供DC电感器。
在一个实施例中，电容器124用作能量存储元件，以使得其可供应原本不可能由轨道102供应的瞬态负载需求。如果系统为双向的，那么可类似地使用电容器124来存储从车辆接收的能量以传回到另一车辆或传回到供应器。因此，电容器124可选择为足够大，以使得电力输入与电力输出之间在显著时间内存在显著改变，如下文将进一步描述。
使电容器124大还具有以下优势：其防止谐波从整流器及控制器122(如上文所描述，其可包括上文所描述的AC相位控制布置)的进一步传播。
现在进一步参考图3描述具有呈大电容器124形式的能量存储装置的系统的使用。参考所述图，接近性感测器(如此文档中其它处所描述)感测移动拾波器线圈110何时与一个或多个固定线圈109或401充分地对准，且接通反相器125以为线圈109、401中的一个或两者供电。
如果需要，可利用次级控制器(如参考图27到38B所描述)控制从110耦合的电力，且使用所述电力来为EV供电及/或为由负载507表示的其蓄电池充电。
图3中示出使这些事件发生的过程。此处，沿着道路设置的初级导体回路在页面上竖直。电容器124的竖直细线充满电且就绪。电路中在图40B顶部处的反相器125将电力从带电电容器124供应到线圈109，且所述电力以磁性方式传输到车辆。
在车辆在行进方向126上移动时，线圈109与110失去其对准，且线圈103针对现有条件对电容器124再充电，而道路上的下一耦合电路(即，图3中的页面中的下一向下电路)一旦线圈充分地对准就接通，以使电力继续流动到车辆。电容器124使用去耦开关122维持充电以接通及断开充电电路，且使超电容器维持在其工作电压。可以看出，电容器可在其正使用的同时充电，因为放电时的电压差相当小。
用以驱动车辆的电力来自沿着道路的存储电容器124的序列，且可在一个电容器充电之前从所述电容器驱动若干垫。举例来说，大卡车可具有各自包含一个或多个线圈110的5个垫。按顺序，这些垫中的每一个通过每一道路线圈109，且每一线圈109将来自存储于电容器124中的能量的电力传输到车辆，以使得所有5个垫全部由每一道路垫供电，且不需要从初级导体回路102对垫布置进行再充电。在此实施例中，电容器124必须足够大以实现此目的。
作为实例考虑一个实施例，如果电容器124在每一垫经过其时供应20kW历时10ms，那么所述电容器上的总负载对于50ms为20kW，其为1000焦耳。对于300V的超电容器，所存储能量的改变将为
Δ(1/2CV2)＝1000J，给定
CVΔV＝1000，以使得ΔV＝1000/CV
在具有300V、1F电容器的实际应用中，在此情形中的电压改变ΔV将为1000/300＝3.3伏特或1％放电，其为完全实际的结果。
对于10A的实际充电电流，待更换的电荷为Q＝CV＝1x3V＝3库仑，其可利用10A电流在0.3秒内恢复。系统可替代地利用4A电流操作，由此再充电时间将为0.75秒。存储于超电容器中的能量将为1/2CV2＝45,000焦耳或0.0125kWH。作为比较，典型电动车辆(例如，以商标Nissan Leaf销售的车辆)使用27kWH蓄电池来存储其能量，更换成本可能为$10,000or$370/kWH。因此，假定超电容器与蓄电池相比的成本差为十分之一，那么0.0125kWH超电容器的成本为$46.00的超电容器。因此，所述选项在经济上及技术上可行。尽管能量存储可使用蓄电池实现，但此举在本申请案中不大可能可行，因为循环寿命必须极高，但放电深度将极小，通常小于1％。替代方案为使用数个并联的电解电容器。
在此实例中，轨道回路102的输入频率为21.25kHz。因此，在此频率输入到地面垫时，简单模拟乘法器电路可通过对信号求平方值而产生42.5kHz，且接着通过再次对其求平方值而产生85kHz。接着使用此信号来设定反相器的时钟，以给出在频率上理想且相位相同以使得在一个垫与下一垫之间不存在“跳动”的波形。
可用于车辆的电力量可能需要取决于例如以下因素而从一个车辆到另一车辆显著变化：车辆的电量状态、车辆的瞬时功率要求，及存在于道路及车辆上的磁耦合结构或线圈之间的耦合系数k。可从道路用于车辆的场取决于道路线圈109中的电流。此电流可通过操作反相器125加以控制，例如通过控制反相器开关的占空比。然而，实际上，此方法并不理想，因为其引入非所需谐波。因此，在一个实施例中，在电容器124与反相器125之间使用降压、升压降压-升压转换器。图4中示出电路示意图。
参考图4，降压转换器127示出为包括开关128、二极管129及电感器130。开关可以已知方式控制以提供受控较低(或如果使用升压转换器，那么提供较高)电压供反相器使用。反相器上的电压确定垫绕组中的电流，且由垫输送的电力与绕组电流的平方成比例。以此方式，可从道路垫可用的电力可取决于每一车辆的要求而加以控制。在另一实施例中，可改为使用降压-升压转换器以提供较高或较低电压供反相器使用。
所属领域的技术人员将了解，使用本文中示出的拓扑允许提供单相或多相通量传输垫或模块，而不必沿着道路放置(及供电)多于一个初级回路102。因此，所述拓扑是有益的，即使不采用频率改变也是如此。以低频(例如20kHz)激励回路102以允许其在长距离上工作的能力明显是有利的，以使得一个初级可覆盖显著长度的道路，同时可在85kHz激励道路模块以满足可用以为电动车辆充电的频率的国际标准，且获得较高频率减小垫大小及到磁场的曝露的优势。此外，使用能量存储元件来为道路垫电力意味着回路102的初级电力供应器可额定为较低，因为暂态需求可通过带电电容器124供应。使用能量存储装置还允许系统更好地使用可再生能量，例如太阳能因此，在一个实施例中，局部太阳能面板及/或风力发电机可直接将电力供应到例如初级回路102。或风力。
在另一实施例中，可从单个电容器124为多个反相器125及/或多个垫或绕组109、401供电。
在又一实施例中，可使用开关122提供中间电压调整区段，或利用适当有源电路拓扑替换所述开关，以提供对电容器124上提供的电压的控制。例如，电路可提供在上游，即电容器124之前，以实施表示降压、升压或降压-升压转换器的功能性，且因此提供对存在于电容器124上的电压的控制。此可用作使用参考图4描述的电路的替代或补充。开关122可在低于或高于通过103及105形成的电路的谐振频率的频率下操作。
现参考图5，示出图4的降压转换器，但此时在到反相器125的输入处具有电容器131。转换器131用来控制电容器131上的电压以将所需电压提供到转换器，且因此在通量耦合设备(即电力垫)的绕组中提供所需电流。选择电容器131以允许其上的电压的相对快速改变，以使得垫中的电流可足够快速地改变，以允许产生不同所需电平的磁通量。因此，额外电容器131通常小于电容器124。
在图6中，示出替代实施例，其中邻近电容器124沿着道路并联连接成群组。分群的电容器可通过一个或多个拾波器103供应。尽管一个电容器124示出为与每一反相器125相关联，但可使用更多或更少电容器。在一个实施例中，电容器124五个一群连接，但可使用其它分群。如果五个电容器124在约五米的距离内并联连接(即电容器相隔一米)，那么我们发现，每一电容器的适当大小在300V为约1000微法(microFarad)。此比先前实施例中提及的大小小得多，但具有以下益处：群组提供足够能量存储以响应于电力垫需要的瞬态负载需求，同时比使用单个大电容器低廉得多。有限分组大小还具有以下益处：如果发生故障(例如，缆线在使用中短路或切断)，那么故障电流将约束为安全电平。
在一个实施例中，回路102及拾波器103可连同电感器130(参考图4及5)等组件位于道路旁侧。DC缆线可接着在道路下方从道路旁边的设备延伸到可具备电力垫结构的电容器131及反相器125。DC缆线可提供电感130而不需要分离感应组件。此实施例具有以下优势：大电容124及显著量的部件位于路旁，其可从路旁取用且因此可维修。
在使用中，图6中拓扑意味着在道路上的车辆接近群组中的第一电力垫时，存储于并联连接的电容器124中的能量可以所需电压电平供应到用于群组中的第一垫的反相器的电容器131。电容器131可快速充电，因此电压电平将足以满足瞬态负载需求，而不对初级轨道回路102外加此暂态需求。一旦已满足瞬态负载，能量就可从轨道102替换于电容器124中。
还应显而易见，上文所论述的实施例适用于其中存在移动拾波器装置的任何IPT系统，即，本发明不仅仅限于道路或EV应用。

Claims (15)

1.一种用于激励磁通量耦合设备的电路，所述电路包括：
用于以感应方式接收电力的拾波器线圈，
用于存储来自所述所接收电力的能量的存储电容器，
用于将电能从所述存储电容器供应到所述磁通量耦合设备的反相器，
其中待由所述通量耦合设备供应到负载的电力传输可能超过所述所接收电力。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述存储电容器包括多个电容器。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其包括多个反相器，每一反相器供应一个或多个磁通量耦合设备。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电路，其进一步包括用于调节提供到所述磁通量耦合设备的功率的功率调节器。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述功率调节器设置于所述存储电容器与所述反相器之间。
6.根据权利要求4所述的电路，其中所述功率调节器设置于所述拾波器线圈与所述存储电容器之间。
7.根据权利要求4到6中任一权利要求所述的电路，其中所述功率调节器取决于由所述磁通量耦合设备供应的拾波器的功率要求或限制而调节供应到所述设备的功率电平。
8.根据权利要求4到7中任一权利要求所述的电路，其进一步包括与所述功率调节器或所述反相器相关联的额外电容器。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述额外电容器具有的电容小于所述存储电容器的电容。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电路，其中从所述存储构件供应到所述磁通量耦合设备的能量是独立于所述所接收电力而供应。
11.一种感应式电力传输方法，所述方法包括：
以感应方式接收电力；
将来自所述所接收电力的能量存储在存储构件中，及
将电能从所述存储构件供应到磁通量耦合设备以使电力可以感应方式用于负载。
12.根据权利要求11所述的方法，其中将能量存储在所述存储构件中包括将能量存储在多个电容器中。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其进一步包括调节从所述存储构件供应到所述磁通量耦合设备的所述电力。
14.根据权利要求13所述的方法，其中调节所述所供应电力包括调节提供到反相器的电压。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括调节与所述反相器相关联的电容器的所述电压。
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