CN107623364B - 应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端 - Google Patents

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Abstract

应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，涉及无线电能传输技术领域。本发明是为了解决现有的电动汽车充电时，存在当位置偏移时耦合磁场磁通下降导致的系统功率降低的问题。一号线圈和二号线圈的结构相同，一号线圈和二号线圈平置在磁芯的底部，且一号线圈和二号线圈部分重叠，一号线圈和二号线圈组成接收线圈，磁芯用于增强接收线圈的自感以及接收线圈与发射线圈之间的耦合系数，状态检测与切换控制器用于对一号线圈和二号线圈中的感应电压进行检测，通过对一号切换开关和二号切换开关进行切换，保证任意时刻一号线圈和二号线圈中的感应电压正向串接，实现接收线圈与发射线圈的耦合为负载充电。它用于扩大有效电能接收区域。

Description

应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端
技术领域
本发明涉及应用于电动汽车无线充电系统的功率能力提升的磁耦合机构。属于无线电能传输技术领域。
背景技术
目前电动汽车发展中存在两大瓶颈问题，一个是车上的电池问题，从近期的技术角度看，存在体积、重量、价格、材料、安全、充电速度、寿命等多方面问题，此外电池的生产过程属于高污染、耗费资源、破坏生态环境的过程，这些特点给电动汽车的产业化带来困难；二是地面上的充电基础设施问题，一方面，由于充电时间长，需要大量的充电或换电设施，给市政建设带来很大困难，这些设施需要占用大量的地面面积，且不利于统一管理，运营维护成本高，另一方面，电动汽车需要频繁的停车充电，给车辆使用者带来极大的不便，且续驶里程短造成了无法长途旅行。电动汽车无线供电技术刚好解决了这两大瓶颈问题。
电动汽车无线充电系统可以使电动汽车在停车场无线充电。该技术不仅可以大幅度提高车辆的续驶里程，而且车载动力电池的数量也可以大幅度降低，变为原来用量的几分之一。在实现对电动汽车无线充电技术中，无线电能传输结构对系统的性能及建设成本起到极其重要的作用，这些性能包括供电效率、最大传输能力、空气间隔、侧移能力、耐久度、电磁辐射强度、对环境影响程度等等多个方面。现有的电动汽车在充电时，存在当位置偏移时耦合磁场磁通下降，导致系统功率降低的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有的电动汽车充电时，存在当位置偏移时耦合磁场磁通下降导致的系统功率降低的问题。现提供应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端。
应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，它包括磁芯1、一号线圈2、二号线圈3、一号切换开关4、二号切换开关5和状态检测与切换控制器6，
一号线圈2和二号线圈3的结构相同，一号线圈2和二号线圈3平置在磁芯1的底部，且一号线圈2和二号线圈3部分重叠，一号线圈2和二号线圈3组成接收线圈，
磁芯1用于增强接收线圈的自感以及接收线圈与发射线圈之间的耦合系数，
状态检测与切换控制器6用于对一号线圈2和二号线圈3中的感应电压进行检测，通过对一号切换开关4和二号切换开关5进行切换，保证任意时刻一号线圈2和二号线圈3中的感应电压正向串接，实现接收线圈与发射线圈的耦合为负载充电。
本申请的有益效果为：
本申请所述的双向空间磁场适应型接收端具备双方向磁场耦合能力。在不增加额外的线圈情况下，能够通过切换一号开关和二号开关，保证任意时刻一号线圈和二号线圈中的感应电压正向串接，从而耦合不同方向的磁场，实现接收线圈与发射线圈的耦合为负载充电，在不同的发射线圈结构下，均能够显著扩大有效电能接收区域，降低由于接收端偏移对电能传输稳定性的影响。
附图说明
图1是具体实施方式一所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端中磁芯与一号线圈及二号线圈的结构示意图；
图2是图1的鸟瞰图；
图3是磁芯、一号线圈和二号线圈的主视图；
图4是采用条状磁芯时接收端的鸟瞰图；
图5是所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端在一种水平/竖直磁通耦合下线圈电路连接示意图；
图6是所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端在竖直磁通耦合下进行电能传输时某一时刻电流与磁场方向示意图，图中，虚线所指的箭头方向表示磁场方向，实线所指的箭头方向表示电流方向；
图7是所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端在竖直/水平磁通耦合下线圈电路连接示意图；
图8是所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端在水平磁通耦合下进行电能传输时某一时刻电流与磁场方向示意图，图中，虚线所指的箭头方向表示磁场方向，实线所指的箭头方向表示电流方向。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图8具体说明本实施方式，本实施方式所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，它包括磁芯1、一号线圈2、二号线圈3、一号切换开关4、二号切换开关5和状态检测与切换控制器6，
一号线圈2和二号线圈3的结构相同，一号线圈2和二号线圈3平置在磁芯1的底部，且一号线圈2和二号线圈3部分重叠，一号线圈2和二号线圈3组成接收线圈，
磁芯1用于增强接收线圈的自感以及接收线圈与发射线圈之间的耦合系数，
状态检测与切换控制器6用于对一号线圈2和二号线圈3中的感应电压进行检测，通过对一号切换开关4和二号切换开关5进行切换，保证任意时刻一号线圈2和二号线圈3中的感应电压正向串接，实现接收线圈与发射线圈的耦合为负载充电。
本实施方式中，通过切换一号切换开关4和二号切换开关5，保证任意时刻一号线圈2和二号线圈3中的感应电压正向串接，实现接收线圈与发射线圈的耦合为负载充电，从而能够适用于不同类型的电能发射轨道。
图5和图7给出了两种开关状态，该两种开关状态下一号线圈2和二号线圈3中的感应电压均正向串接，使接收端能够耦合水平或者竖直方向上的磁场。
图6和图8中所指的电流方向与感应电压方向一致。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端作进一步说明，本实施方式中，它还包括补偿电容器、整流器和DC-DC变换器，
二号切换开关5的另一个静触头和二号线圈3的另一端均连接补偿电容器的功率信号输入端，补偿电容器的功率信号输出端连接整流器的功率信号输入端，整流器的直流信号输出端连接DC-DC变换器的直流信号输入端，DC-DC变换器输出的直流电源为负载充电。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端作进一步说明，本实施方式中，磁芯1为平板结构或条状结构。
本实施方式中，图1至图3中的磁芯1为平板结构，平板结构的磁芯1覆盖在一号线圈2和二号线圈3上；图4中的磁芯1为条状结构，条状结构的磁芯1均匀地覆盖在一号线圈2和二号线圈3上。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端作进一步说明，本实施方式中，一号线圈2和二号线圈3的线材均为Litz线。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端作进一步说明，本实施方式中，磁芯1材质为铁氧体。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端作进一步说明，本实施方式中，一号切换开关4和二号切换开关5均采用半导体开关器件或继电器实现。

Claims (5)

1.应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，其特征在于，它包括磁芯(1)、一号线圈(2)、二号线圈(3)、一号切换开关(4)、二号切换开关(5)和状态检测与切换控制器(6)，
一号线圈(2)和二号线圈(3)的结构相同，一号线圈(2)和二号线圈(3)平置在磁芯(1)的底部，且一号线圈(2)和二号线圈(3)部分重叠，一号线圈(2)和二号线圈(3)组成接收线圈，
磁芯(1)用于增强接收线圈的自感以及接收线圈与发射线圈之间的耦合系数，
状态检测与切换控制器(6)用于对一号线圈(2)和二号线圈(3)中的感应电压进行检测，通过对一号切换开关(4)和二号切换开关(5)进行切换，保证任意时刻一号线圈(2)和二号线圈(3)中的感应电压正向串接，实现接收线圈与发射线圈的耦合为负载充电；
它还包括补偿电容器、整流器和DC-DC变换器，
二号切换开关(5)的一个静触头和二号线圈(3)的一端连接在一起，二号切换开关(5)的另一个静触头和二号线圈(3)的另一端均连接补偿电容器的功率信号输入端，补偿电容器的功率信号输出端连接整流器的功率信号输入端，整流器的直流信号输出端连接DC-DC变换器的直流信号输入端，DC-DC变换器输出的直流电源为负载充电。
2.根据权利要求1所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，其特征在于，磁芯(1)为平板结构或条状结构。
3.根据权利要求1所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，其特征在于，一号线圈(2)和二号线圈(3)的线材均为Litz线。
4.根据权利要求1所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，其特征在于，磁芯(1)材质为铁氧体。
5.根据权利要求1所述的应用于电动汽车无线充电的双向空间磁场适应型电能接收端，其特征在于，一号切换开关(4)和二号切换开关(5)均采用半导体开关器件或继电器实现。
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