CN108407664A - 一种电动汽车动态无线充电系统及充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电动汽车动态无线充电系统及充电方法，包括设在充电路段的发射线圈组(4)、提供高频电磁功率的无线供电电源(1)、通断控制开关(2)、位置检测电路(3)；所述通断控制开关(2)设于发射线圈组(4)和无线供电电源(1)之间，并由所述位置检测电路(3)控制，所述位置检测电路(3)通过光电开关检测电动汽车位置，并通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)。本发明可以大大减少电能的浪费，实现了更高的能量利用率，本发明高效、安全、可靠，成本与维护费用低，操作简便，智能可控。

Description

一种电动汽车动态无线充电系统及充电方法
技术领域
本发明属于无线充电领域，特别涉及适用于交通运输领域的电动汽车动态无线充电系统及充电方法。
背景技术
随着电动汽车无线充电技术的发展，电动汽车动态行驶中的充电，能使电动汽车少搭载甚至无需搭载储能电池组、延长续航里程、提高电能供给的便捷性和安全性。
目前电动汽车动态行驶中的无线充电系统，由于无法检测到电动汽车位置，只能保持无线充电电源一直处于工作状态，导致电能浪费。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种电动汽车动态无线充电系统及充电方法，能检测到汽车所在位置，实现电动汽车的高效、安全的动态无线充电过程。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电动汽车动态无线充电系统，包括设在充电路段的发射线圈组(4)、提供高频电磁功率的无线供电电源(1)、通断控制开关(2)、位置检测电路(3)；所述通断控制开关(2)设于发射线圈组(4)和无线供电电源(1)之间，并由所述位置检测电路(3)控制，所述位置检测电路(3)通过光电开关检测电动汽车位置，并通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)；
所述发射线圈组(4)设有铁芯传送装置，所述铁芯传送装置包括传送带，传送带上设有可随传送带传送的铁芯，铁芯随车移动，通过磁路的闭合使对应位置的线圈接通。
进一步的，所述通断控制开关(2)由若干带控制信号线的空气开关组成，每个空气开关对应发射线圈组(4)的一个线圈，设置在该线圈与无线供电电源 (1)的对应桥臂之间；各空气开关控制信号线的下端和上端均接入位置检测电路(3)。
进一步的，所述发射线圈组(4)设有并充线圈，所述并充线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间设有空气开关，所述空气开关设有控制信号线，所述控制信号线接入位置检测电路(3)。
进一步的，所述位置检测电路(3)的光电开关对应发射线圈组(4)的线圈进行设置，每一个光电开关对应一个线圈；所述光电开关连接PLC，所述 PLC通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)，所述PLC还通过控制信号线控制所述传送带的电机。
更进一步的，所述充电路段设有测速摄像装置，用于实时监测汽车速度并发送至PLC，PLC调整传送带速度使铁芯移动速度与汽车速度相同。
本发明的另一方面，还提供了一种电动汽车动态无线充电方法，包括：
S1、位置检测电路(3)通过光电开关检测电动汽车位置；
S2、位置检测电路(3)通过控制信号线控制位于发射线圈组(4)和无线供电电源(1)之间的通断控制开关(2)；
S3、位置检测电路(3)检测汽车到达发射线圈组(4)起始位置，控制传送带带动铁芯随车移动；
S4、位置检测电路(3)根据检测到的电动汽车位置，控制该位置的通断控制开关导通，使无线供电电源(1)将高频电磁功率加载到该位置的发射线圈上，同时随车移动的铁芯通过磁路的闭合使对应位置的线圈接通。
进一步的，所述通断控制开关(2)的构成方法为：
若干带控制信号线的空气开关，每个空气开关对应发射线圈组(4)的一个线圈，设置在该线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间；各空气开关控制信号线的下端和上端均接入位置检测电路(3)。
进一步的，还设有线圈并充的方法步骤，包括：
S11、在所述发射线圈组(4)设有并充线圈，所述并充线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间设有空气开关，所述空气开关设有控制信号线，所述控制信号线接入位置检测电路(3)；
S12、位置检测电路(3)若收到电动汽车功率大于充电线圈功率的信息，则通过控制信号线导通空气开关，启动并充线圈与电动车所在位置的发射线圈共同进行充电。
进一步的，所述位置检测电路(3)的构成方法为：若干光电开关对应发射线圈组(4)的线圈进行设置，每一个光电开关对应一个线圈；所述光电开关连接PLC，所述PLC通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)，所述PLC 还通过控制信号线控制所述传送带的电机。
更进一步的，所述铁芯移动速度的控制方法为：所述充电路段设有测速摄像装置，用于实时监测汽车速度并发送至PLC，PLC调整传送带速度使铁芯移动速度与汽车速度相同。
相对于现有技术，本发明所述的一种动态无线充电系统及充电方法具有以下优势：
(1)本发明在电动汽车动态行驶充电系统中设计电动汽车位置检测装置，能有效的检测出路面上电动汽车的位置，在检测到汽车到达充电位置的时刻，反馈到在线供电系统，改变电源通断，同时通过带动磁心运动，从而控制充电位置发射线圈的发射状态，使发射端输出充电功率。平时如果车没行驶到充电系统，无线充电电源处于待机或关机状态，这样可以大大减少电能的浪费，实现了更高的能量利用率；
(2)本发明判断汽车所在位置，再通过带动铁芯随车移动，通过磁路的闭合使对应位置的线圈接通，通过这种方式能避免产生电弧，并且铁芯通过后线圈立即切断，电能也得到了合理利用，安全性得到了提高；
(3)本发明高效、安全、可靠，成本与维护费用低，操作简便，智能可控。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例的通断控制开关的结构示意图；
图3是本发明实施例的位置检测电路的结构示意图；
图4是本发明实施例的发射线圈组的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明包括有无线供电电源1将高频电磁功率经由通断控制开关2加载到发射线圈组4上。通过位置检测电路3检测电动汽车的实时位置，并采用分段切换控制充电，当电动汽车经过位置检测电路3的光电开关时，对应的无线供电电源1的桥臂导通，使得对应的线圈工作，而未检测到小车到达信息的光电开关处于断开状态，对应的桥臂也处于断开状态，从而实现系统的有效工作以及节能。
如图3所示为本发明实施例的位置检测电路3的结构示意图，位置检测电路3由plc控制，其中包括故障保护、启动、急停。通过检测到光电开关的关断与闭合，能够准确的定位车辆位置，并可以防止由于无线传能产生的强磁场的干扰向电源。
其中plc包括每三个光电开关使用一个开关电源进行供电。图中有三台电源，每台电源有3个桥臂输出，分别为a1、a2、a3，b1、b2、b3，c1、c2、c3。每台电源可以组成三种工作状态，对应为三个发射线圈轮流提供电能。三个电源共为9个发射线圈供电。为了保证每台电源有足够的切换时间，每台电源供电的三个线圈采用嵌入式排列方式，具体组合为对应a1、a2、a3，b1、 b2、b3，c1、c2、c3，1-9号线圈工作顺序，其中a1、a2、a3(1、4、7号) 线圈分别连接电源a的3个桥臂，b1、b2、b3(2、5、8号)线圈分别连接电源b的3个桥臂，c1、c2、c3(3、6、9号)线圈分别连接电源c的3个桥臂。如图3所示，每个线圈接出2根线，一根用于连接桥臂，另一根为地线，a1、a2、 a3的地线都连接在电源a的地线接口，b1、b2、b3的地线都连接在电源b的地线接口，c1、c2、c3的地线都连接在电源c的地线接口。
如图2所示为本发明实施例的通断控制开关2的结构示意图；所述的通断控制开关2由带控制信号线的空气开关组成，每个发射线圈配有一个带控制信号线的空气开关，空气开关的两端分别连接发射线圈和电源桥臂，其中每个空气开关控制信号线的下端和每个空气开关控制信号线的上端均接入位置检测电路3的PLC。空气开关的控制信号线采用线径为0.1mm、匝数为200～ 250匝且相互绝缘的铜质漆包线。
如图4所示，所述的发射线圈组3由若干个相同的发射线圈并排制作而成，紧挨平铺于充电道路的底端，其个数根据道路的长度铺设。每个线圈由线径为10mm的铜质漆包线绕制而成，线圈呈平面矩形螺旋结构，线圈外径为60cm，内径为30cm。每个发射线圈与对应的通断控制开关相连，在第一个线圈的开始位置安装有传送装置以及铁芯，当位置检测电路3的光电开关检测到汽车位置信号后，电气控制会给传送带电机发送控制信号，路边的测速摄像头会实时监测汽车速度，根据速度检测装置检测到汽车实时速度，调整在传送装置速度与汽车速度相同，传送装置带动铁芯随车移动，通过磁路的闭合使对应位置的线圈接通，通过这种方式能避免产生电弧，并且铁芯通过后线圈立即切断，电能也得到了合理利用，安全性得到了提高，桥臂接通，对应的电源开始工作。
上述可传送的铁芯为若干个，每当有一辆电动汽车行驶过来充电，都会有一个铁芯随车移动，当电动汽车行驶到充电路段结束时，铁芯随传送装置返回起始点。
为了解决单线圈充电功率不足的情况，发射线圈组4中还设有并充线圈，如图3所示，ka3线圈即为并充线圈，ka3线圈接入在a3线圈的两根线上，通过空气开关K1、K2进行a3、ka3的切换，空气开关K1、K2受PLC控制。
本发明实施例的工作过程为：
当电动汽车在光电开关1的位置，启动电源a1桥臂工作，对应发射线圈a1工作；
当电动汽车在光电开关2的位置，启动电源b1桥臂工作，对应发射线圈b1工作；
当电动汽车在光电开关3的位置，启动电源c1桥臂工作，对应发射线圈c1工作；
当电动汽车在光电开关4的位置，启动电源a2桥臂工作，对应发射线圈a2工作；
当电动汽车在光电开关5的位置，启动电源b2桥臂工作，对应发射线圈b2工作；
当电动汽车在光电开关6的位置，启动电源c2桥臂工作，对应发射线圈c2工作；
当电动汽车在光电开关7的位置，启动电源a3桥臂工作，对应发射线圈a3工作；
当电动汽车在光电开关8的位置，启动电源b3桥臂工作，对应发射线圈b3工作；
当电动汽车在光电开关9的位置，启动电源c3桥臂工作，对应发射线圈c3工作。
当电动汽车在并充开关的位置，由PLC控制转换开关K1、K2转向Ka3线圈位置，同时启动电源a3、b3、c3三个电源同时工作，对应发射线圈Ka3、 b3、c3工作，对车载储能设备进行快速充电。
本发明实施例所述通过位置检测电路3中光电开关的闭合与关断判断汽车所在位置，再通过带动磁心运动，接通对应位置的电源，将与汽车位置对应的发射线圈接入到无线供电电源1中，其余电源保持待机或关闭状态，以获得电能的充分利用，提高了利用率，并且具有高效安全可靠、成本与维护费用低、操作简便与智能可控等优点。
以上所述仅为本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 (10)

1.一种电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，包括设在充电路段的发射线圈组(4)、提供高频电磁功率的无线供电电源(1)、通断控制开关(2)、位置检测电路(3)；所述通断控制开关(2)设于发射线圈组(4)和无线供电电源(1)之间，并由所述位置检测电路(3)控制，所述位置检测电路(3)通过光电开关检测电动汽车位置，并通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)；
所述发射线圈组(4)设有铁芯传送装置，所述铁芯传送装置包括传送带，传送带上设有可随传送带传送的铁芯，铁芯随车移动，通过磁路的闭合使对应位置的线圈接通。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述通断控制开关(2)由若干带控制信号线的空气开关组成，每个空气开关对应发射线圈组(4)的一个线圈，设置在该线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间；各空气开关控制信号线的下端和上端均接入位置检测电路(3)。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述发射线圈组(4)设有并充线圈，所述并充线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间设有空气开关，所述空气开关设有控制信号线，所述控制信号线接入位置检测电路(3)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述位置检测电路(3)的光电开关对应发射线圈组(4)的线圈进行设置，每一个光电开关对应一个线圈；所述光电开关连接PLC，所述PLC通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)，所述PLC还通过控制信号线控制所述传送带的电机。
5.根据权利要求4所述的一种电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述充电路段设有测速摄像装置，用于实时监测汽车速度并发送至PLC，PLC调整传送带速度使铁芯移动速度与汽车速度相同。
6.一种电动汽车动态无线充电方法，其特征在于，包括：
S1、位置检测电路(3)通过光电开关检测电动汽车位置；
S2、位置检测电路(3)通过控制信号线控制位于发射线圈组(4)和无线供电电源(1)之间的通断控制开关(2)；
S3、位置检测电路(3)检测汽车到达发射线圈组(4)起始位置，控制传送带带动铁芯随车移动；
S4、位置检测电路(3)根据检测到的电动汽车位置，控制该位置的通断控制开关导通，使无线供电电源(1)将高频电磁功率加载到该位置的发射线圈上，同时随车移动的铁芯通过磁路的闭合使对应位置的线圈接通。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车动态无线充电方法，其特征在于，所述通断控制开关(2)的构成方法为：
若干带控制信号线的空气开关，每个空气开关对应发射线圈组(4)的一个线圈，设置在该线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间；各空气开关控制信号线的下端和上端均接入位置检测电路(3)。
8.根据权利要求6所述的一种电动汽车动态无线充电方法，其特征在于，还设有线圈并充的方法步骤，包括：
S11、在所述发射线圈组(4)设有并充线圈，所述并充线圈与无线供电电源(1)的对应桥臂之间设有空气开关，所述空气开关设有控制信号线，所述控制信号线接入位置检测电路(3)；
S12、位置检测电路(3)若收到电动汽车功率大于充电线圈功率的信息，则通过控制信号线导通空气开关，启动并充线圈与电动车所在位置的发射线圈共同进行充电。
9.根据权利要求6-8任一项所述的一种电动汽车动态无线充电方法，其特征在于，所述位置检测电路(3)的构成方法为：若干光电开关对应发射线圈组(4)的线圈进行设置，每一个光电开关对应一个线圈；所述光电开关连接PLC，所述PLC通过控制信号线控制所述通断控制开关(2)，所述PLC还通过控制信号线控制所述传送带的电机。
10.根据权利要求9所述的一种电动汽车动态无线充电方法，其特征在于，所述铁芯移动速度的控制方法为：所述充电路段设有测速摄像装置，用于实时监测汽车速度并发送至PLC，PLC调整传送带速度使铁芯移动速度与汽车速度相同。
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