CN108819793A - 一种双模式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线供电技术领域，具体涉及一种双模式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法，本发明设置多段导轨，每一段导轨上的能量发射线圈与谐振网络连接，信号发生电路和功率发生电路在控制电路的控制下进行模式切换，使得所述能量发射线圈工作在信号发射模式或能量发射模式，传感器电路用于获取对应导轨上的电流和电压变化情况，控制电路根据传感器电路获取的信息确定该段导轨上方是否存在负载，从而改变能量发射线圈的工作模式。本发明减少了短导轨工作状态切换的能量损耗，实现了导轨切换的平稳过渡，保证了系统的稳定性。

Description

一种双模式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及无线供电技术领域，具体涉及一种双模式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法。
背景技术
近年来，为了解决电动汽车续航里程短和车载电池组笨重且成本高等问题。人们提出了基于非接触式电能传输原理的电动汽车动态感应技术，它可以为行驶过程中的电动汽车提供在线供电或者充电功能，从而减少车载电池组的重量，同时降低了电动汽车的整体成本，延长了电动汽车的续航里程。
而在基于电磁感应原理的电动汽车动态无线供电系统中，发射导轨一般长达数公里甚至数十公里，其中的电流通常为数十千赫兹、数十甚至上百安培的高频交流电。为了减少导轨上的损耗，通常会采用多级分段导轨设计。发明专利CN104810933B公开了一种用于电动汽车动态无线供电的渗透型导轨结构。该发明实现了对行驶中的电动汽车的无线充电，并且该发明对充电导轨的结构做出了改进。但该发明仅仅从结构上对无线充电导轨做出了改进，对导轨之间工作状态的切换并没有提出一种可行的控制方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双模式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法，通过对导轨结构和控制方法同时进行改进，实现导轨工作状态切换的高效节能，具体技术方案如下：
一种双模式电动汽车动态无线充电系统包括若干个无线能量发射装置；所述无线能量发射装置包括能量发射线圈、谐振网络、功率发生电路、信号发生电路、控制电路、传感器电路；所述传感器电路分别与能量发射线圈、控制电路连接；控制电路分别与功率发生电路、信号发生电路连接；所述功率发生电路、信号发生电路分别与谐振网络连接；所述谐振网络与能量发射线圈连接；所述能量发射线圈设置在导轨上；所述导轨设置在电动汽车行驶的道路上；所述传感器电路用于获取对应能量发射线圈上电压和电流变化的信息；所述控制电路用于根据传感器电路获取的信息确定对应导轨上方是否存在负载，进而改变能量发射线圈的工作模式；所述工作模式包括信号发射模式、能量发射模式；所述信号发生电路用于在控制电路的控制下使能量发射线圈工作在信号发射模式；所述功率发生电路用于在控制电路的控制下使能量发射线圈工作在能量发射模式。
优选地，所述传感器电路包括放大滤波电路、电流传感器、电压传感器；所述电流传感器、电压传感器分别与能量发射线圈电性连接；所述放大滤波电路分别与电流传感器、电压传感器、控制电路连接。
优选地，所述信号发生电路包括低压直流源和逆变电路，用于产生一个低功率的方波信号。
优选地，所述信号发射模式包括信号发射无负载模式、信号发射有负载模式；所述能量发射模式包括能量发射有负载模式、能量发射无负载模式。
一种双模式电动汽车动态无线充电系统的控制方法包括以下步骤：
（1）控制电路根据能量发射线圈上电流和电压的变化情况将无线能量发射装置设定为信号发射无负载模式、信号发射有负载模式、能量发射有负载模式以及能量发射无负载模式四种模式；
（2）由控制电路控制信号发生电路工作，对应的无线能量发射装置预先工作在信号发射无负载模式，当电动汽车驶入对应导轨上方时，对应的无线能量发射装置由信号发射无负载模式转变为信号发射有负载模式；
（3）由控制电路控制功率发生电路工作，对应的无线能量发射装置由信号发射有负载模式转换为能量发射有负载模式；
（4）随着电动汽车驶出对应导轨，对应的无线能量发射装置由能量发射有负载模式转换为能量发射无负载模式，此时返回步骤（2）切换至信号发生电路工作，回到信号发射无负载模式。
优选地，所述步骤（1）中控制电路利用模式识别算法对能量发射线圈上的电流、电压进行模式识别。
优选地，所述模式识别算法为SVM支持向量机算法、神经网络算法、随机森林算法中的一种。
本发明的有益效果为：本发明设置若干个无线能量发射装置，导轨分为多段式，每个无线能量发射装置独立工作，互不影响，实现了电动汽车行驶过程中实时的动态智能充电，避免了通电导轨设置过长或者通电导轨开通过多导致的能源浪费；还解决了短导轨工作状态切换中的能量损耗损耗问题，本发明的能量发射线圈设置4个工作模式，实现了导轨切换的平稳过渡，保证了系统的稳定性和供能的持续性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一种双模式电动汽车动态无线充电系统的结构示意图；
图2为本发明中无线能量发射装置的原理示意图；
图3为本发明中一种双模式电动汽车动态无线充电系统的控制方法的系统状态转移图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1-图2所示，一种双模式电动汽车动态无线充电系统包括若干个无线能量发射装置；每个无线能量发射装置包括能量发射线圈、谐振网络、功率发生电路、信号发生电路、控制电路、传感器电路；传感器电路分别与能量发射线圈、控制电路连接；控制电路分别与功率发生电路、信号发生电路连接；功率发生电路、信号发生电路分别与谐振网络连接；谐振网络与能量发射线圈连接；能量发射线圈设置在导轨上；导轨铺设在电动汽车行驶的道路上；传感器电路用于获取对应能量发射线圈上电压和电流变化的信息；控制电路用于根据传感器电路获取的信息确定对应导轨上方是否存在负载，进而改变能量发射线圈的工作模式；工作模式包括信号发射模式、能量发射模式；信号发生电路用于在控制电路的控制下使能量发射线圈工作在信号发射模式；功率发生电路用于在控制电路的控制下使能量发射线圈工作在能量发射模式。
本发明中每一段导轨上的能量发射线圈与谐振网络连接，信号发生电路和功率发生电路在控制电路的控制下进行模式切换，使得所述能量发射线圈工作在信号发射模式或能量发射模式，传感器电路用于获取对应导轨上的电流和电压变化情况，控制电路根据传感器电路获取的信息确定该段导轨上方是否存在负载，从而改变能量发射线圈的工作模式。电动汽车上设置接收端，用于接收无线能量发射装置发出的能量信号，接收端包括能量接收线圈，能量接收线圈与能量发射线圈进行耦合，实现接收端接收能量信号。
其中，传感器电路包括放大滤波电路、电流传感器、电压传感器；电流传感器、电压传感器分别与能量发射线圈电性连接；放大滤波电路分别与电流传感器、电压传感器、控制电路连接。
信号发生电路包括低压直流源和逆变电路，用于产生一个低功率的方波信号。
信号发射模式为低功率待机状态，包括信号发射无负载模式、信号发射有负载模式；能量发射模式为正常传输功率状态，包括能量发射有负载模式、能量发射无负载模式。
一种双模式电动汽车动态无线充电系统的控制方法包括以下步骤：
（1）控制电路根据能量发射线圈上电流和电压的变化情况将无线能量发射装置设定为信号发射无负载模式、信号发射有负载模式、能量发射有负载模式以及能量发射无负载模式四种模式；
（2）由控制电路控制信号发生电路工作，对应的无线能量发射装置预先工作在信号发射无负载模式，当电动汽车驶入对应导轨上方时，对应的无线能量发射装置由信号发射无负载模式转变为信号发射有负载模式；
（3）由控制电路控制功率发生电路工作，对应的无线能量发射装置由信号发射有负载模式转换为能量发射有负载模式；
（4）随着电动汽车驶出对应导轨，对应的无线能量发射装置由能量发射有负载模式转换为能量发射无负载模式，此时返回步骤（2）切换至信号发生电路工作，回到信号发射无负载模式。
步骤（1）中控制电路利用模式识别算法对能量发射线圈上的电流、电压进行模式识别进而判断能量发射线圈的工作模式，以便进行无线能量发射装置的工作状态判定和能量发射线圈的工作模式切换。模式识别算法为SVM支持向量机算法、神经网络算法、随机森林算法中的一种。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双模式电动汽车动态无线充电系统，其特征在于：包括若干个无线能量发射装置；所述无线能量发射装置包括能量发射线圈、谐振网络、功率发生电路、信号发生电路、控制电路、传感器电路；所述传感器电路分别与能量发射线圈、控制电路连接；控制电路分别与功率发生电路、信号发生电路连接；所述功率发生电路、信号发生电路分别与谐振网络连接；所述谐振网络与能量发射线圈连接；所述能量发射线圈设置在导轨上；所述导轨设置在电动汽车行驶的道路上；所述传感器电路用于获取对应能量发射线圈上电压和电流变化的信息；所述控制电路用于根据传感器电路获取的信息确定对应导轨上方是否存在负载，进而改变能量发射线圈的工作模式；所述工作模式包括信号发射模式、能量发射模式；所述信号发生电路用于在控制电路的控制下使能量发射线圈工作在信号发射模式；所述功率发生电路用于在控制电路的控制下使能量发射线圈工作在能量发射模式。
2.根据权利要求1所述的一种双模式电动汽车动态无线充电系统，其特征在于：所述传感器电路包括放大滤波电路、电流传感器、电压传感器；所述电流传感器、电压传感器分别与能量发射线圈电性连接；所述放大滤波电路分别与电流传感器、电压传感器、控制电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种双模式电动汽车动态无线充电系统，其特征在于：所述信号发生电路包括低压直流源和逆变电路，用于产生一个低功率的方波信号。
4.根据权利要求1所述的一种双模式电动汽车动态无线充电系统，其特征在于：所述信号发射模式包括信号发射无负载模式、信号发射有负载模式；所述能量发射模式包括能量发射有负载模式、能量发射无负载模式。
5.权利要求1-4任一所述的一种双模式电动汽车动态无线充电系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）控制电路根据能量发射线圈上电流和电压的变化情况将无线能量发射装置设定为信号发射无负载模式、信号发射有负载模式、能量发射有负载模式以及能量发射无负载模式四种模式；
（2）由控制电路控制信号发生电路工作，对应的无线能量发射装置预先工作在信号发射无负载模式，当电动汽车驶入对应导轨上方时，对应的无线能量发射装置由信号发射无负载模式转变为信号发射有负载模式；
（3）由控制电路控制功率发生电路工作，对应的无线能量发射装置由信号发射有负载模式转换为能量发射有负载模式；
（4）随着电动汽车驶出对应导轨，对应的无线能量发射装置由能量发射有负载模式转换为能量发射无负载模式，此时返回步骤（2）切换至信号发生电路工作，回到信号发射无负载模式。
6.根据权利要求5所述的一种双模式电动汽车动态无线充电系统的控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中控制电路利用模式识别算法对能量发射线圈上的电流、电压进行模式识别。
7.根据权利要求5所述的一种双模式电动汽车动态无线充电系统的控制方法，其特征在于：所述模式识别算法为SVM支持向量机算法、神经网络算法、随机森林算法中的一种。
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