CN108909473A - 一种动态无线充电公交系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种动态无线充电公交系统及其控制方法，该系统包括公交车、公交站台和靠近公交站台的停车道。公交车配备有包括至少两个沿同一平面紧密排列的电能接收单元，公交站台配备有电源箱，停车道的车道线分段铺设有若干节无线充电导轨，当公交车行驶到某一段无线充电导轨上方时，电源箱输出高频逆变电流至对应的那段无线充电导轨，再由充电后的无线充电导轨将电能发射至电能接收单元。其充分利用了分段式无线充电导轨和多个并排式电能接收单元实现无线能量传输，确保了电能传输效率。同时，为电动公交车提供了可靠的能源保障，不用单独花费时间来充电，确保了城市公交运力。

Description

一种动态无线充电公交系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，具体涉及一种动态无线充电公交系统及其控制方法。

背景技术

公交系统作为城市交通建设的必要设施，在缓解城市交通压力，满足市民出行需求等方面作出了巨大的贡献。为了满足节能、环保和低碳经济的发展趋势，电动公交车已经逐步得到普及。

现有电动公交车大多采用有线充电，需要驾驶员将车驶入专用的充电站，充电时间较长，占用空间大，同时频繁拔插电源电线既不安全，也容易造成设备老化磨损，因此无线电能传输技术在电动汽车的应用受到越来越多的关注。

无线电能传输技术（Wireless Power Transfer Technology）泛指一种借助存在于物理空间中的传能介质，实现将电能以电气隔离的形式由源级传输至受电级的全新电能供给模式，其有效地解决了电源的便捷、安全接入问题，解决了传统依靠电导体直接进行物理接触的电源直接接触式输电模式所带来的插电火花、积碳、不易维护、易产生磨损等问题，特别是在特殊环境下用电存在的安全隐患问题。无线电能传输技术具有环境亲和力强、绿色环保、便捷、灵活、安全等接触式电能传输所无法比拟的优点，目前已经得到了较为广泛的应用。

但是，现有的无线电能传输技术大多处于理论研究阶段，各项关键技术还有待突破，市面上的无线充电产品也大多采用定点式充电，仅仅解决了电源接入的问题，针对城市公交系统而言，要想提升公交运力，实现车辆全天候运行，急需一套动态充电方案。

发明内容

本发明提供一种动态无线充电公交系统，基于公交运行线路上的各个公交站点进行动态充电，在满足充电效率的情况下，节约了充电时间，满足城市公交运力的需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种动态无线充电公交系统，包括公交车、公交站台和靠近公交站台的停车道，所述公交车配备有无线能量接收装置，所述无线能量接收装置包括至少两个沿同一平面紧密排列的电能接收单元，所述电能接收单元位于车身下方并沿车身长度方向排列； 所述公交站台配备有电源箱；所述停车道的车道线分段铺设有若干节无线充电导轨，在每一段所述无线充电导轨上连接有负载识别电路，所述负载识别电路用于检测所述电能接收单元的覆盖状况，当所述公交车行驶到某一段无线充电导轨上方时，所述电源箱输出高频逆变电流至对应的那段无线充电导轨，再由充电后的无线充电导轨将电能发射至所述无线电能接收装置。

进一步地，所述若干节无线充电导轨划分成进站段、靠站段和出站段，所述进站段和出站段分别由单节无线充电导轨构成，所述单节无线充电导轨按相同角度倾斜对称设置，所述靠站段由3~5节无线充电导轨串联连接而成。

进一步地，每节所述无线充电导轨包括发射线圈和磁芯，所述磁芯由若干根弓形磁体按相同的间距卧式并排而成，所述弓形磁体两端的凹槽向上，所述发射线圈绕制成长度为390cm~410cm、宽度为63cm~65cm的矩形且线圈的两侧嵌设在所述弓形磁体的凹槽中。

进一步地，所述弓形磁体厚度为1cm~2cm，宽度为3cm~5cm，两端凹槽端面高度为3cm~5cm ，两端凹槽槽底长度为9cm~11cm，中间凸梁长度为40cm~44cm。

进一步地，所述发射线圈由线径为13mm~15mm的高频励磁线按双层四匝绕制而成，每匝发射线圈之间的距离为1mm~2 mm。

进一步地，所述磁芯包括20~22根弓形磁体，每根弓形磁体间的距离为14cm~16cm。

进一步地，所述电能接收单元包括接收线圈和磁芯结构，所述接收线圈绕制成长为38cm~42cm、宽为88cm~92cm的跑道形，且在所述接收线圈的左右两侧上表面分别覆盖一块矩形磁块、前后两侧上表面分别覆盖一块直角弯折状磁块、中央空白区域填充有矩形磁条，所述直角弯折状磁块的竖立面与所述接收线圈的内侧面贴合。

进一步地，所述矩形磁块的尺寸为（8cm~10cm）*（63cm~65cm），所述直角弯折状磁块的水平面尺寸为（12cm~14cm）*（19cm~21cm），竖立面尺寸为（3cm~5cm）*（19cm~21cm）。

进一步地，所述矩形磁条拼接成若干个“王”字，所述“王”字中的两条横向磁条与所述接收线圈的左右两侧内侧壁贴合。

本发明还提出了一种基于上述动态无线充电公交系统的控制方法，按照以下步骤进行：

S1：当所述公交车进入某一段所述无线充电导轨的上方时，所述负载识别电路检测到至少有一个所述电能接收单元完全覆盖时才启动电能传输模式，通过电磁耦合实现无线电能传输，具体为：

（1）当公交车驶入进站段时，覆盖在所述无线充电导轨上的电能接收单元数量逐步增多，此时采用涓流输出，实现小电流充电；

（2）当公交车驶入靠站段时，所有电能接收单元全部覆盖在所述无线充电导轨上，此时采用恒流输出，通过大电流充电；

（3）当公交车驶出出站段时，原先覆盖在所述无线充电导轨上的电能接收单元慢慢移出，此时采用恒压输出，电流逐步减小；

S2：当公交车驶出某一段无线充电导轨的上方时，所述负载识别电路检测到没有电能接收单元覆盖时即停止电能传输模式。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：

本发明结合无线充电汽车动态充电需要，利用分段式电能发射装置和多个并排式电能接收单元实现无线电能传输，确保了电能传输效率；利用公交线路上的各个站点进行充电，为电动公交车提供了可靠的能源保障，不用单独花费时间来充电，确保了城市公交运力；系统利用分段式发射和多模块接收，能确保无线充电汽车动态充电的平滑过渡；基于发射装置和接收单元的磁芯结构的改进，能够在满足电能传输效率的前提下，节约磁芯材料，降低设备成本。

附图说明

图1为本发明系统架构图。

图2为无线充电导轨的结构示意图，其中1为发射线圈，2为弓形磁体。

图3为弓形磁体的结构示意图。

图4为能量接收装置的结构示意图。

具体实施方式

一种动态无线充电公交系统，如图1所示，该系统包括公交车、公交站台和靠近公交站台的停车道。所述公交车配备有无线能量接收装置，所述无线能量接收装置包括至少两个沿同一平面紧密排列的电能接收单元，所述电能接收单元位于车身下方并沿车身长度方向排列。为了实现电能存储，所述公交车还包括电能接收电路以及蓄电池。所述公交站台配备有电源箱；所述停车道的车道线分段铺设有若干节无线充电导轨，在每一段所述无线充电导轨上连接有负载识别电路，所述负载识别电路用于检测所述电能接收单元的覆盖状况，当所述公交车行驶到某一段无线充电导轨上方时，所述电源箱输出高频逆变电流至对应的那段无线充电导轨，再由充电后的无线充电导轨将电能发射至所述无线电能接收装置。

如图1所示，所述若干节无线充电导轨划分成进站段、靠站段和出站段，所述进站段和出站段分别由单节无线充电导轨构成，所述单节无线充电导轨按相同角度倾斜对称设置，所述靠站段由3~5节无线充电导轨串联连接而成。本实施例的靠站段由3节无线充电导轨组成。

如图2所示，每节无线充电导轨包括发射线圈1和磁芯，所述磁芯由20~22根弓形磁体卧式并排而成，每根弓形磁体间的距离为14cm~16cm。如图3所示，每根弓形磁体两端的凹槽向上，发射线圈绕制成长度为390cm~410cm、宽度为63cm~65cm的矩形且线圈的两侧嵌设在所述弓形磁体的凹槽中。并且，发射线圈由线径为13mm~15mm的高频励磁线按双层四匝绕制而成，每匝发射线圈之间的距离为1mm~2 mm。弓形磁体厚度为1cm~2cm，宽度为3cm~5cm，两端凹槽端面高度为3cm~5cm ，两端凹槽槽底长度为9cm~11cm，中间凸梁长度为40cm~44cm。

为了满足公交车站的空间布局以及电能传输功率需求，在本实施例中，所述弓形磁体厚度为1cm，宽度为4cm，两端凹槽端面高度为4cm，两端凹槽槽底长度分别为10cm，中间凸梁长度为42cm，发射线圈的长度为400cm、宽度为64cm，高频励磁线的线径为14mm。通过图3可以看出，发射线圈1分为两层，每一层两匝，同侧左右两匝线圈之间的距离为1mm，左右两侧的磁芯和发射线圈均对称，能有效减弱高频条件下线与线之间的临近效应，从而降低交流内阻。

结合线圈尺寸需要，本实施例中，每一节无线充电导轨的磁芯是由21根弓形磁体按15cm的间距卧式并排而成，在具体实施过程中，弓形磁体由磁性材料一体成型，也可以通过多块矩形磁块拼接而成，然后利用固定装置安装固定。在应用过程中，上述装置通常预埋在无线充电专用道路中。

电能接收单元包括接收线圈和磁芯结构，所述接收线圈绕制成长为38cm~42cm、宽为88cm~92cm的跑道形或矩形。由图4可知，在所述接收线圈的左右两侧上表面分别覆盖一块矩形磁块、前后两侧上表面分别覆盖一块直角弯折状磁块、中央空白区域填充有矩形磁条，所述直角弯折状磁块的竖立面与所述接收线圈的内侧面贴合，同时，将线圈中央空白区域的矩形磁条拼接成多个“王”字形，“王”字形中的两条横向磁条与左右两侧线圈的内侧壁贴合。其中，所述矩形磁块的尺寸为（8cm~10cm）*（63cm~65cm），所述直角弯折状磁块的水平面尺寸为（12cm~14cm）*（19cm~21cm），竖立面尺寸为（3cm~5cm）*（19cm~21cm）。这样设计，在满足磁力线约束能力的同时，节约了材料，减少设备成本和重量。

在具体实施过程中，结合公交车的底盘尺寸以及电能传输功率的需要，每个电能接收单元的线圈长为40cm，宽90cm，在左右两侧线圈的上表面分别覆盖有一块9cm*64cm的矩形磁块，所述直角弯折状磁块的水平面尺寸为13cm*20cm，竖立面尺寸为4cm*20cm。

本发明还提出了一种基于上述动态无线充电公交系统的控制方法，按照以下步骤进行：

S1：当所述公交车进入某一段所述无线充电导轨的上方时，所述负载识别电路检测到至少有一个所述电能接收单元完全覆盖时才启动电能传输模式，通过电磁耦合实现无线电能传输，具体为：

（1）当公交车驶入进站段时，此时由于公交车行驶了一段距离，电量耗散，电池电量低，覆盖在所述无线充电导轨上的电能接收单元数量逐步增多，此时采用涓流输出，实现小电流充电；

（2）当公交车驶入靠站段时，此时车辆运行速度较慢，甚至停止等待上客，多个电能接收单元完全覆盖在无线充电导轨上，蓄电池中也已经蓄备有一定的电量，此时采用恒流输出，通过大电流充电；

（3）当公交车驶出出站段时，此时电池电压几乎接近充满，因此利用出站段的无线充电导轨进行恒压输出，多个电能接收单元慢慢移出，保持电压基本不变，电流逐步减小。

S2：当公交车驶出某一段无线充电导轨的上方时，所述负载识别电路检测到没有电能接收单元覆盖时即停止电能传输模式。

结合上述系统及控制，在满足动态充电的情况下，还能适应蓄电池充电环节的电流调节，确保蓄电池寿命，基于该系统进行城市公交体系建设，能够有效确保电动公交车的能量供应，提升公交车的续航能力，可以实现全天候在线运行，确保城市公交运力。

Claims (10)

1.一种动态无线充电公交系统，包括公交车、公交站台和靠近公交站台的停车道，其特征在于：所述公交车配备有无线能量接收装置，所述无线能量接收装置包括至少两个沿同一平面紧密排列的电能接收单元，所述电能接收单元位于车身下方并沿车身长度方向排列； 所述公交站台配备有电源箱；所述停车道的车道线分段铺设有若干节无线充电导轨，在每一段所述无线充电导轨上连接有负载识别电路，所述负载识别电路用于检测所述电能接收单元的覆盖状况，当所述公交车行驶到某一段无线充电导轨上方时，所述电源箱输出高频逆变电流至对应的那段无线充电导轨，再由充电后的无线充电导轨将电能发射至所述无线电能接收装置。

2.根据权利要求1所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述若干节无线充电导轨划分成进站段、靠站段和出站段，所述进站段和出站段分别由单节无线充电导轨构成，所述单节无线充电导轨按相同角度倾斜对称设置，所述靠站段由3~5节无线充电导轨串联连接而成。

3.根据权利要求1所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：每节所述无线充电导轨包括发射线圈和磁芯，所述磁芯由若干根弓形磁体按相同的间距卧式并排而成，所述弓形磁体两端的凹槽向上，所述发射线圈绕制成长度为390cm~410cm、宽度为63cm~65cm的矩形且线圈的两侧嵌设在所述弓形磁体的凹槽中。

4.根据权利要求3所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述弓形磁体厚度为1cm~2cm，宽度为3cm~5cm，两端凹槽端面高度为3cm~5cm ，两端凹槽槽底长度为9cm~11cm，中间凸梁长度为40cm~44cm。

5.根据权利要求3所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述发射线圈由线径为13mm~15mm的高频励磁线按双层四匝绕制而成，每匝发射线圈之间的距离为1mm~2 mm。

6.根据权利要求3所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述磁芯包括20~22根弓形磁体，每根弓形磁体间的距离为14cm~16cm。

7.根据权利要求1所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述电能接收单元包括接收线圈和磁芯结构，所述接收线圈绕制成长为38cm~42cm、宽为88cm~92cm的跑道形，且在所述接收线圈的左右两侧上表面分别覆盖一块矩形磁块、前后两侧上表面分别覆盖一块直角弯折状磁块、中央空白区域填充有矩形磁条，所述直角弯折状磁块的竖立面与所述接收线圈的内侧面贴合。

8.根据权利要求7所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述矩形磁块的尺寸为（8cm~10cm）*（63cm~65cm），所述直角弯折状磁块的水平面尺寸为（12cm~14cm）*（19cm~21cm），竖立面尺寸为（3cm~5cm）*（19cm~21cm）。

9.根据权利要求7所述的一种动态无线充电公交系统，其特征在于：所述矩形磁条拼接成若干个“王”字，所述“王”字中的两条横向磁条与所述接收线圈的左右两侧内侧壁贴合。

10.如权利要求1所述的动态无线充电公交系统的控制方法，其特征在于，按照以下步骤进行：

S1：当所述公交车进入某一段所述无线充电导轨的上方时，所述负载识别电路检测到至少有一个所述电能接收单元完全覆盖时才启动电能传输模式，通过电磁耦合实现无线电能传输，具体为：

（1）当公交车驶入进站段时，覆盖在所述无线充电导轨上的电能接收单元数量逐步增多，此时采用涓流输出，实现小电流充电；

（2）当公交车驶入靠站段时，所有电能接收单元全部覆盖在所述无线充电导轨上，此时采用恒流输出，通过大电流充电；

（3）当公交车驶出出站段时，原先覆盖在所述无线充电导轨上的电能接收单元慢慢移出，此时采用恒压输出，电流逐步减小；

S2：当公交车驶出某一段无线充电导轨的上方时，所述负载识别电路检测到没有电能接收单元覆盖时即停止电能传输模式。