CN109572458A - 一种双频段电动汽车动态无线充电系统及其导轨切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种双频段电动汽车动态无线充电系统及其导轨切换方法，系统包括：路面部分和车载部分；路面部分包括在路面之下沿路面行车方向顺次排布的多个电能发射导轨，每个电能发射导轨均包括一个电能发射线圈和一个位置检测线圈；车载部分包括：车载电能拾取线圈为双频谐振型线圈，具有的两个固有谐振频率分别对应电能发射导轨的电能发射线圈固有谐振频率和位置检测线圈固有谐振频率。方法包括：当汽车行驶进入或离开位置检测线圈的检测范围，相对应的电能发射导轨导通或关断。本发明可节省有限的空间资源，同时解决了额外增加信号传输线圈所带来的交叉干扰问题；导轨线圈分段工作，简便可靠，减少导轨损耗。

Description

一种双频段电动汽车动态无线充电系统及其导轨切换方法
技术领域
本发明属于无线电能传输技术领域，尤其涉及一种双频段电动汽车动态无线充电系统及其导轨切换方法。
背景技术
近年来，随着环境污染的日趋严重和能源危机的日益迫切，电动汽车作为绿色交通获得了世界各国的广泛支持。但受制于当前的电池技术，续航里程短和车载电池组体积笨重等问题限制了电动汽车的推广。在此背景下，提出了电动汽车动态无线供电技术，这种技术通过埋地电能发射导轨以无线的方式实时为电动汽车提供能量，从而减小车载电池组的体积和重量并大大延长续航里程。
目前公知的电能发射导轨包括集中式长导轨和分段式导轨，集中式长导轨损耗比较严重，电能传输效率较低。因此为了提高电能传输效率，更为实用的方案是多段导轨切换的无线供电技术，仅车辆行驶下方对应的导轨导通工作，当车辆离开时，则切断该导轨的供电，同时导通车辆对应位置的其他段导轨。因此分段式导轨的无线供电技术需要检测车辆位置以对电能发射导轨进行导通和关闭的切换控制，目前主要采用在导轨上安装传感器或在车辆和导轨上额外增加多个信号传输线圈以检测相关参数的方法感知电动汽车位置，但现有技术方法存在的问题是可靠性差、系统结构复杂、系统占用的空间体积大和成本高等。
发明内容
针对现有技术方法存在的问题，本发明提供一种双频段电动汽车动态无线充电系统及其导轨切换方法。
系统包括：路面部分和车载部分；路面部分包括在路面之下沿路面行车方向顺次排布的多个电能发射导轨，每个电能发射导轨均包括一个电能发射线圈和一个位置检测线圈；车载部分包括：车载电能拾取线圈，车载电能拾取线圈为双频谐振型线圈，具有的两个固有谐振频率分别对应电能发射导轨的电能发射线圈固有谐振频率和位置检测线圈固有谐振频率。
所述路面部分还包括依次相连的：初级整流滤波电路、功率放大电路、高频逆变电路、导轨切换控制电路、比较判断电路、信号处理电路；其中，初级整流滤波电路与电网相连，导轨切换控制电路与每个电能发射导轨中的电能发射线圈相连，信号处理电路与每个电能发射导轨中的位置检测线圈相连。
所述车载部分还包括依次相连的：信号生成电路、放大电路、车载电能拾取线圈、次级整流滤波电路、车载电池组。
所述双频谐振型线圈为在单频谐振型线圈中插入电感和电容构成的LC双频补偿电路。
方法包括：
当汽车行驶进入或离开位置检测线圈的检测范围，相对应的电能发射导轨导通或关断。
初始状态时，各个电能发射导轨断开，各个电能发射导轨为检测状态；汽车行驶时，车载电能拾取线圈利用其中一个谐振频率向路面不间断地发射逆向高频检测信号，当汽车所在位置对应的电能发射导轨的位置检测线圈检测到高频检测信号并将信号经过处理比较判断之后，触发对应的电能发射导轨导通，电能发射线圈通电后为汽车充电。
当汽车离位置检测线圈越近时，位置检测线圈接收到的信号电流就越大，位置检测线圈负载上感应出的电压也就越高，达到阈值后通知导轨切换控制电路控制对应的电能发射导轨导通；反之，当汽车远离位置检测线圈后，所对应的电能发射导轨关闭。
本发明的有益效果：
采用双频谐振型车载电能拾取线圈，分频段接收导轨侧传输的电能并向安装在导轨侧的位置检测线圈发送位置检测信号，检测信号的发送对电能的接收不产生影响。电动汽车侧采用一套线圈装置可节省有限的空间资源，同时解决了额外增加信号传输线圈所带来的交叉干扰问题。导轨侧根据检测负载上获得的电压实现导轨线圈分段工作，简便可靠，同时显著减少导轨损耗。该方法清晰简单，便于实现。
附图说明
图1为双频段电动汽车动态无线充电系统示意图。
图2为双频谐振型线圈结构图。
图3为双频段电动汽车动态无线充电系统的导轨切换方法的等效电路框图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
本发明的技术方案为一种双频段电动汽车动态无线充电系统及其导轨切换方法。如图1所示，初级侧多个电能发射导轨在路面之下沿路面行车方向顺次排布，初始状态时，各个电能发射导轨断开，其中没有电流流通，各个导轨为检测状态。每个导轨的边缘设置一个位置检测线圈，用于判别导轨的导通或断开。次级侧的车载电能拾取线圈为一双频谐振型线圈，利用其一个谐振频率作为电能接收频段，而利用另一个谐振频率向埋地导轨不间断地发射逆向高频检测信号。导轨位置检测线圈的谐振频率与车载电能拾取线圈的信号发射频率一致，因此当汽车行驶到距离位置检测线圈的一定范围内，检测线圈将接收到足够大的信号，其负载上感应出一定幅值的电压后通知后级的控制电路，控制相应的导轨导通；当汽车继续行驶至远离该位置检测线圈时，检测线圈负载上的电压将逐渐减小，减小到一定范围则通知控制电路切断该段导轨。
车载电能拾取线圈为具有两个固有谐振频率的双频谐振型线圈，可分别利用其两个固有谐振频率接收电能和发射检测信号，因此不需要在电动汽车上额外放置信号发射线圈。如图2所示：在原始的单频谐振型线圈中插入电感和电容构成的LC双频补偿电路即可构造双频谐振型线圈。图2所示的双频线圈具有两个固有谐振频率ω01和ω02。ω01对应于导轨电能发射频率，作为电能传输频段；ω02对应于位置检测线圈的固有谐振频率，作为检测信号传输频段。
如图3所示，系统利用两个通道分别完成电能传输和检测信号的传输，两个通道的工作频率分别对应于双频谐振型车载线圈的固有谐振频率ω01和ω02，双频谐振型车载电能拾取线圈在接收导轨侧传输的电能同时向导轨侧发送检测信号。电能传输部分包括初级整流滤波电路、功率放大电路、高频逆变电路、导轨切换控制电路、电能发射分段导轨线圈、双频车载电能拾取线圈和次级整流滤波电路；信号传输部分包括信号生成电路、放大电路、双频车载电能拾取线圈、位置检测线圈、信号处理电路和比较判断电路。电能传输和信号传输分频段工作，不产生相互干扰。图3中LR为双频谐振型车载电能拾取线圈的等效自感，CR为线圈等效谐振电容；LjP为第j段导轨电能发射线圈的等效自感，CjP为第j段导轨电能发射线圈的等效谐振电容；LjS为第j段导轨上的位置检测线圈的等效自感，CjS为第j段导轨上的位置检测线圈的等效谐振电容，RjL为第j段导轨上位置检测线圈的检测负载；MjPR为车载电能拾取线圈与第j段导轨电能发射线圈之间的互感，MjSR为车载电能拾取线圈与第j段导轨上的位置检测线圈之间的互感。位置检测线圈的谐振频率为ω02，用来接收位置检测信号；导轨电能发射线圈的谐振频率为ω01，用来传输电能。
由信号生成电路生成频率为ω02的位置检测信号，放大后由双频谐振型车载电能拾取线圈作为发射线圈将信号传输出去，若此时电动汽车恰好行驶至导轨j的附近，互感MjSR较大，则位置检测线圈即可感应出一定幅值的电流ijs，从而RjL上的电压为ujL＝RjL×ijs，经后级的信号处理电路后进行比较判断，当ujL大于预先设定的阈值电压ut时，则表明电动汽车驶入第j段电能发射导轨，因此触发导轨切换控制电路控制导轨j导通，为电动汽车供电；电动汽车驶出导轨j时，互感MjSR逐渐减小，RjL上的电压ujL也逐渐减小，当ujL小于阈值电压ut时，切断导轨j，停止供电，同时将下一段导轨导通继续为行驶中的电动汽车供电。
图3中的位置检测线圈对于频率为ω01的电能波呈现高阻，因此对电能起到了阻断作用，电能波不在位置检测线圈上消耗，从而保证了其位置检测信号接收的同时不影响导轨线圈电能的传输。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种双频段电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，包括：路面部分和车载部分；路面部分包括在路面之下沿路面行车方向顺次排布的多个电能发射导轨，每个电能发射导轨均包括一个电能发射线圈和一个位置检测线圈；车载部分包括：车载电能拾取线圈，车载电能拾取线圈为双频谐振型线圈，具有的两个固有谐振频率分别对应电能发射导轨的电能发射线圈固有谐振频率和位置检测线圈固有谐振频率。
2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述路面部分还包括依次相连的：初级整流滤波电路、功率放大电路、高频逆变电路、导轨切换控制电路、比较判断电路、信号处理电路；其中，初级整流滤波电路与电网相连，导轨切换控制电路与每个电能发射导轨中的电能发射线圈相连，信号处理电路与每个电能发射导轨中的位置检测线圈相连。
3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述车载部分还包括依次相连的：信号生成电路、放大电路、车载电能拾取线圈、次级整流滤波电路、车载电池组。
4.根据权利要求1～3任一所述系统，其特征在于，所述双频谐振型线圈为在单频谐振型线圈中插入电感和电容构成的LC双频补偿电路。
5.一种基于权利要求1～3任一所述系统的导轨切换方法，其特征在于，包括：
当汽车行驶进入或离开位置检测线圈的检测范围，相对应的电能发射导轨导通或关断。
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于，初始状态时，各个电能发射导轨断开，各个电能发射导轨为检测状态；汽车行驶时，车载电能拾取线圈利用其中一个谐振频率向路面不间断地发射逆向高频检测信号，当汽车所在位置对应的电能发射导轨的位置检测线圈检测到高频检测信号并将信号经过处理比较判断之后，触发对应的电能发射导轨导通，电能发射线圈通电后为汽车充电。
7.根据权利要求5所述方法，其特征在于，当汽车离位置检测线圈越近时，位置检测线圈接收到的信号电流就越大，位置检测线圈负载上感应出的电压也就越高，达到阈值后通知导轨切换控制电路控制对应的电能发射导轨导通；反之，当汽车远离位置检测线圈后，所对应的电能发射导轨关闭。
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