CN107591901A - 一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，属于无线电能传输技术领域，为了解决现有电动汽车动态无线供电技术传输功率变化幅度较大、稳定性差的问题。本发明包括能量发射装置和能量接收装置；能量发射装置包括逆变电源、多级补偿电路和导轨式发射线圈；逆变电源通过多级补偿电路为导轨式发射线圈提供高频交流电，激发出高频交变磁场，能量接收装置与该高频交变磁场产生谐振，产生感应电动势，为汽车电机供电；多级补偿电路包括电感L1、电感L2、电容C1和电容C2；电感L1的一端同时连接电容C1的一端、电感L2的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端连接电感L2的另一端。本发明适用于动态无线供电。

Description

一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域。
背景技术
随着电动汽车无线电能传输技术的发展，为彻底摆脱大体积车载电池的束缚，通常在道路下方铺设供电导轨，在行驶过程中直接给车辆供电，称为动态无线供电技术。由于缺乏电气连接，现有动态无线供电技术的负载功率受车辆与供电导轨相对位置影响程度很大。由于实际路况较为复杂，车辆在行驶过程中与供电导轨的相对位置很难保持恒定，将导致传输功率变化幅度较大，对后级功率变换电路提出了较高的要求，不利于动态无线供电技术的发展和普及。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有电动汽车动态无线供电技术传输功率变化幅度较大、稳定性差的问题，从而提供一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置。
本发明所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，包括能量发射装置和能量接收装置；
能量发射装置包括逆变电源、多级补偿电路和导轨式发射线圈1；
逆变电源通过多级补偿电路为导轨式发射线圈1提供高频交流电，激发出高频交变磁场，能量接收装置与该高频交变磁场产生谐振，产生感应电动势，为汽车电机供电；
多级补偿电路包括电感L1、电感L2、电容C1和电容C2；
电感L1的一端同时连接电容C1的一端、电感L2的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端连接电感L2的另一端，电感L1的另一端和电容C1的另一端作为多级补偿电路的两个输入端，并连接逆变电源的两端，电容C2的另一端和电感L2的另一端作为多级补偿电路的两个输出端，并连接导轨式发射线圈1的两端。
优选的是，能量接收装置包括接收线圈2、电容C3、整流电路、DC-DC变换器、电信号传感器和控制器；
接收线圈2与电容C3串联后连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接DC-DC变换器的输入端，电信号传感器用于测量DC-DC变换器输出的电流值或电压值，DC-DC变换器的输出端连接汽车电机的供电端子，测量到的电流值或电压值作为DC-DC变换器的反馈信号，并用于控制DC-DC变换器向汽车电机输出设定电压值。
优选的是，导轨式发射线圈和接收线圈正对时，无线供电装置的输入阻抗角为45°。
优选的是，结合导轨式发射线圈的自感量，设置电容C2的取值使无线供电装置的输入阻抗角为45°。
优选的是，通过改变电感L2和电感L1的取值之比改变传输功率。
优选的是，接收线圈为圆形、六边形、矩形或椭圆形，安装于汽车底盘上；导轨式发射线圈为长导轨型，铺设于路面以下。
优选的是，导轨式发射线圈和接收线圈均由LITZ线绕制成。
优选的是，导轨式发射线圈和/或接收线圈处设有磁芯。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提升了当车辆与发射导轨相对位置变化时传输功率的稳定性，使车辆的驾驶更加灵活方便，大大拓展了动态无线供电技术的应用前景；
2、本发明可实现不同传输功率的调节。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的能量发射装置的电路原理图；
图2是具体实施方式一所述的能量接收装置的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体实施方式一：本实施方式所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，包括能量发射装置和能量接收装置；
能量发射装置包括逆变电源、多级补偿电路和导轨式发射线圈1；
逆变电源通过多级补偿电路为导轨式发射线圈1提供高频交流电，激发出高频交变磁场，能量接收装置与该高频交变磁场产生谐振，产生感应电动势，为汽车电机供电；
多级补偿电路包括电感L1、电感L2、电容C1和电容C2；
电感L1的一端同时连接电容C1的一端、电感L2的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端连接电感L2的另一端，电感L1的另一端和电容C1的另一端作为多级补偿电路的两个输入端，并连接逆变电源的两端，电容C2的另一端和电感L2的另一端作为多级补偿电路的两个输出端，并连接导轨式发射线圈1的两端。
能量接收装置包括接收线圈2、电容C3、整流电路、DC-DC变换器、电信号传感器和控制器；电信号传感器采用电流传感器或电压传感器实现；
接收线圈2与电容C3串联后连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接DC-DC变换器的输入端，电信号传感器用于测量DC-DC变换器输出的电流值或电压值，DC-DC变换器的输出端连接汽车电机的供电端子，测量到的电流值或电压值作为DC-DC变换器的反馈信号，并用于控制DC-DC变换器向汽车电机输出设定电压值。
能量接收装置中的接收线圈和电容C3与导轨式发射线圈产生的高频交变磁场产生谐振，在接收线圈上产生感应电动势，再经过整流电路和DC-DC变换器给汽车电机供电。对于现有的谐振式无线供电系统而言，发射装置和接收装置均采用现有四种补偿结构(串-串、串-并、并-串、并-并)之一，电路处于谐振状态。当车辆位置变化而引起发射和接收线圈耦合系数变化的时候，负载获得的功率将出现较大的变化，对于接收端DC-DC变换器的输入范围提出了较高的要求。本实施方式提出的装置首先在能量发射装置中采用非谐振补偿策略，第一，结合发射线圈的自感量，调节电容C2的取值，在发射和接收线圈正对时，使系统的输入阻抗角约为45°，在耦合系数变化范围较宽时提高了传输功率的稳定性；第二，通过改变多级补偿电路中电感L2和电感L1取值之比(电感L2和电感L1取值之比与输出功率大小成正比)，可以实现传输功率的调节，满足不同功率等级设备的需求；第三，配置电感L1与电容C1构成谐振回路，保证多级补偿电路对无线供电装置输入阻抗角不产生影响；第四，对于能量接收装置，接收线圈与电容C3构成串联谐振回路。对于不同负载的不同供电要求，可以根据电压传感器和电流传感器的检测结果，通过控制器调节DC-DC变换器的驱动信号占空比来实现。
电感L1与电容C1构成LC谐振回路，电容C3与接收线圈构成LC谐振回路，谐振频率均为逆变电源输出频率。
导轨式发射线圈和接收线圈均由LITZ线绕制成。根据负载需求的不同，可以自由选择是否在发射线圈和接收线圈处安放磁芯。
能量发射装置也可以给具有接收线圈且谐振频率相同的其他设备供电，如车辆安装的各种传感器等。
由通入高频交流电的导轨式发射线圈产生交变磁场，置于车辆底盘的接收线圈接收能量给车辆电机和相关设备供电。改变了现有谐振式无线供电技术的工作方式，在发射端电路中引入了非谐振策略，同时优化了现有补偿电路拓扑，采用了多级补偿电路结构，多级补偿电路的引入不改变无线供电装置的输入阻抗。相比于现有动态无线供电系统，大大提升了车辆位置变化时传输功率的稳定性。本发明验证了非谐振补偿策略在无线供电系统中具有的优势。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (8)

1.一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，包括能量发射装置和能量接收装置；
能量发射装置包括逆变电源、多级补偿电路和导轨式发射线圈(1)；
逆变电源通过多级补偿电路为导轨式发射线圈(1)提供高频交流电，激发出高频交变磁场，能量接收装置与该高频交变磁场产生谐振，产生感应电动势，为汽车电机供电；
多级补偿电路包括电感L1、电感L2、电容C1和电容C2；
电感L1的一端同时连接电容C1的一端、电感L2的一端和电容C2的一端，电容C1的另一端连接电感L2的另一端，电感L1的另一端和电容C1的另一端作为多级补偿电路的两个输入端，并连接逆变电源的两端，电容C2的另一端和电感L2的另一端作为多级补偿电路的两个输出端，并连接导轨式发射线圈(1)的两端。
2.根据权利要求1所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，所述能量接收装置包括接收线圈(2)、电容C3、整流电路、DC-DC变换器、电信号传感器和控制器；
接收线圈(2)与电容C3串联后连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接DC-DC变换器的输入端，电信号传感器用于测量DC-DC变换器输出的电流值或电压值，DC-DC变换器的输出端连接汽车电机的供电端子，测量到的电流值或电压值作为DC-DC变换器的反馈信号，并用于控制DC-DC变换器向汽车电机输出设定电压值。
3.根据权利要求2所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，所述导轨式发射线圈(1)和接收线圈(2)正对时，无线供电装置的输入阻抗角为45°。
4.根据权利要求3所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，结合导轨式发射线圈(1)的自感量设置电容C2的取值，使无线供电装置的输入阻抗角为45°。
5.根据权利要求1所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，通过改变电感L2和电感L1的取值之比改变传输功率。
6.根据权利要求2所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，所述接收线圈(2)为圆形、六边形、矩形或椭圆形，安装于汽车底盘上；导轨式发射线圈(1)为长导轨型，铺设于路面以下。
7.根据权利要求2所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，所述导轨式发射线圈(1)和接收线圈(2)均由LITZ线绕制成。
8.根据权利要求2所述的一种具有高传输功率稳定性的电动汽车动态无线供电装置，其特征在于，所述导轨式发射线圈(1)和/或接收线圈(2)处设有磁芯。
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