CN109606146B - 基于功率检测位置的动态无线充电系统及控制方法 - Google Patents

基于功率检测位置的动态无线充电系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种基于功率检测位置的动态无线充电系统，其特征在于：在电动汽车车身设置功率接收线圈、位置检测信号发射模块；将功率发射系统设置为多段导轨连接式，每一段导轨均设置有功率发射线圈、功率检测模块；所述系统还设置有能量发射控制器与位置检测信号接收模块。位置检测信号接收模块接收到所述位置检测信号发射模块的信号，传至能量发射控制器，打开第一段或者最后一段导轨的功率发射线圈，实时监测处于工作状态导轨的输出功率的变化，控制当前和下一段导轨的开闭状态。其显著效果为：实现了汽车动态无线充电的精准定位以及功率收发装置的动态切换，还通过实时功率检测，尽可能地减少了系统的信号收发装置，使系统更简单可靠。

Description

基于功率检测位置的动态无线充电系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车无线充电技术领域，具体涉及一种基于功率检测位置的动态无线充电系统及控制方法。
背景技术
电动汽车无线充电技术源于无线电能传输技术，可以采用电磁感应式或谐振式无线传输方式，将电能由供电设备传送至电动汽车，该电动汽车依据接收到的电能对电池充电。但是，由于电池的能量密度和储存电量的限制，其充电速度受电池技术、充电技术和电网兼容性等因素制约不能有较大的提高，进而降低了电动汽车的续航能力。
目前可以通过在电动汽车的行驶车道上铺设功率发射线圈，在电动汽车车身上设置功率接收线圈，对行驶中的电动汽车进行移动式动态无线充电，以提高电动汽车的续航能力。但是移动式动态无线充电方式需要在行驶车道上铺设含有功率发射线圈的导轨。若铺设长段导轨，则系统的造价成本和电能损耗则十分巨大。为了解决上述问题，现有技术采用多段导轨式无线充电道路解决了导轨设置过长的问题，并结合使用红外线感应、RFID标签等技术实现导轨的识别切换。但是，其高成本、高误判率以及低精度等缺陷，导致其技术的不成熟，更近一步的，上述技术中每段导轨必须都设置有定位识别装置，提升了系统的复杂度。如何保证每段导轨在进行无线充电时收、发线圈之间耦合、解耦的及时性，以及降低系统结构复杂度，现有技术仍未能解决。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种基于功率检测位置的动态无线充电系统，其关键在于：在电动汽车车身设置功率接收线圈和位置检测信号发射模块；将无线充电能量发射系统设置为多段导轨式，每一段导轨均设置有功率发射线圈和功率检测模块；在所述无线充电能量发射系统中还设置有能量发射控制器与位置检测信号接收模块；所述能量发射端控制器与所述导轨一一对应；所述位置检测信号接收模块设置有两个，且分别置于第一段导轨的前端和最后一段导轨的后端；所述位置检测信号接收模块接收到所述位置检测信号发射模块的信号后，传至所述能量发射控制器，所述能量发射控制器根据所述位置检测信号接收模块接收的信号确定车辆行驶方向。
当功率发射线圈处于关闭状态，且第一段导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号时，则开通第一段导轨的功率发射线圈，然后通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前导轨功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从左往右的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前导轨功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前导轨功率发射线圈返回关闭状态；
当功率发射线圈处于关闭状态，且最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号时，则开通最后一段导轨的功率发射线圈，然后通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前导轨功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从右往左的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前导轨功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前导轨功率发射线圈返回关闭状态；
所述功率发射线圈设有三种状态，分别为：开启状态、预开启状态和关闭状态；通常功率发射线圈为关闭状态，功率发射线圈开通后按恒流模式输出，如果电动汽车位于导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈为开启状态；如果电动汽车还未驶入导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈为预开启状态。
可选地，所述能量发射控制器之间通过无线通信的方式实现相互通信。
可选地，所述位置检测信号发射模块设置在电动汽车的前端。
可选地，所述电动汽车的后端也设置有一个位置检测信号发射模块，当最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到该位置检测信号发射模块所发出的信号，可再一次检测所有导轨内的功率发射线圈的开闭状态，并控制其均调整至关闭状态。
本发明还提出了一种应用于基于功率检测位置的动态无线充电系统的控制方法，主要包含以下步骤：
S1：位置检测信号发射模块向外发送信号；
S2：位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块所发送的信号，传至所述能量发射控制器，所述能量发射控制器根据所述位置检测信号接收模块接收的信号确定车辆行驶方向；
S3：功率发射线圈通常设为关闭状态，若第一段导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号，则开通第一段导轨的功率发射线圈且执行步骤S4；若最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号，则开通最后一段导轨的功率发射线圈且执行步骤S5；
S4：电动汽车进入当前导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈进入开启状态；通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从左往右的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前功率发射线圈返回关闭状态；
S5：电动汽车进入当前导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈进入开启状态；通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从右往左的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前功率发射线圈返回关闭状态。
本发明的显著效果是：提出了稳定可靠，易于实现，成本可控的电动汽车动态无线充电系统及其控制方法，不仅突破了有线充电技术的时间地域限制，更是实现了无线充电过程中的汽车精准定位和功率收发装置的动态切换。本发明还通过实时功率检测，尽可能地精简了系统的信号收发装置，使系统更简单可靠。
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为本发明系统动态示意图；
图2为本发明所提出控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本实施例实现了一种基于功率检测位置的动态无线充电系统，如图1所示，在电动汽车车身设置功率接收线圈和位置检测信号发射模块；将无线充电能量发射系统设置为多段导轨式，每一段导轨均设置有功率发射线圈和功率检测模块；在所述无线充电能量发射系统中还设置有能量发射控制器与位置检测信号接收模块；所述能量发射端控制器与所述导轨一一对应；所述位置检测信号接收模块设置有两个，且分别置于第一段导轨的前端和最后一段导轨的后端；所述位置检测信号接收模块接收到所述位置检测信号发射模块的信号后，传至所述能量发射控制器，所述能量发射控制器根据所述位置检测信号接收模块接收的信号确定车辆行驶方向；
当功率发射线圈处于关闭状态，且第一段导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号时，则开通第一段导轨的功率发射线圈，然后通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，根据输出功率的变化情况从左向右控制当前导轨和下一段导轨的开闭状态；
当功率发射线圈处于关闭状态，且最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号时，则开通最后一段导轨的功率发射线圈，然后通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，根据输出功率的变化情况从右向左控制当前导轨和下一段导轨的开闭状态。
本实施例中，所述能量发射控制器之间通过无线通信的方式实现相互通信。
在本实施例，导轨内的功率发射线圈设有三种状态，分别为：开启状态、预开启状态和关闭状态；通常功率发射线圈为关闭状态，功率发射线圈开通后按恒流模式输出，如果电动汽车位于导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈为开启状态；如果电动汽车还未驶入导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈为预开启状态。
在本实施例所实现系统中，所述能量发射控制器之间通过无线通信的方式实现相互通信，且所述位置检测信号发射模块设置在电动汽车的前端。
作为另一种实施方式，所述电动汽车的后端也设置有一个位置检测信号发射模块，最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到该位置检测信号发射模块所发出的信号，可再一次检测所有导轨内的功率发射线圈的开闭状态，并控制其均调整至关闭状态。
本实施例采用了一种基于功率检测位置的动态无线充电系统控制方法，主要包含以下步骤：
S1：位置检测信号发射模块向外发送信号；
S2：位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块所发送的信号，传至所述能量发射控制器，所述能量发射控制器根据所述位置检测信号接收模块接收的信号确定车辆行驶方向；
S3：功率发射线圈通常设为关闭状态，若第一段导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号，则开通第一段导轨的功率发射线圈且执行步骤S4；若最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号，则开通最后一段导轨的功率发射线圈且执行步骤S5；
S4：电动汽车进入当前导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈进入开启状态；通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从左往右的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前功率发射线圈返回关闭状态；
S5：电动汽车进入当前导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈进入开启状态；通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从右往左的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前功率发射线圈返回关闭状态。
在本实施例具体实施时，其系统的动态关系如图1所示，图中，较大的矩形代表电动汽车，较小矩形代表检测信号接收模块，阴影矩形代表位置检测信号发射模块，深色矩形代表功率发射线圈处于开启状态的导轨，灰色矩形代表功率发射线圈处于预开启状态的导轨，白色矩形代表功率发射线圈处于关闭状态的导轨。系统开始工作时，所有导轨内的功率发射线圈均处于关闭状态，无电流流。能量发射控制器控制功率发射线圈打开，导轨内的功率发射线圈便从关闭状态转变为预开启状态或者开启状态，此时两者的区别为：若此时有汽车经过，即有负载，则为开启状态；若无负载，则为预开启状态。
系统控制流程如图2所示。将图1中导轨从左至右编号，第一段为1号导轨，第i段为i号导轨，最后一段为n号导轨，第i段导轨内的功率发射线圈工作时的发射功率为Pi。当电动汽车从左至右驶入充电导轨时，1号导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块所发射信号，并将该信号传至能量发射控制器，能量发射控制器控制1号导轨内的功率发射线圈开通，变为开启状态。电动汽车在1号导轨内行驶的过程中，功率发射线圈的发射功率P1先增大，增大到大于等于开通阈值PH之后，能量发射控制器控制2号导轨内的功率发射线圈开通，变为预开启状态；然后P1继续减小，减小到小于等于关闭阈值PL之后，能量发射控制器控制1号导轨内的功率发射线圈关闭，变为关闭状态且同时2号导轨内的功率发射线圈变为开启状态。于是电动汽车完全驶过了1号导轨，驶入了2号导轨。从2号导轨开始一直到n号导轨的电动汽车的行驶过程中，系统均按照上述流程进行导轨切换。电动汽车在n号导轨的行驶过程中，n号导轨内的功率发射线圈的发射功率Pn先增大，然后减小，减小至关闭阈值PL之后，能量发射控制器控制n号导轨内的功率发射线圈关闭，变为关闭状态。电动汽车继续向前行驶，直到电动汽车完全驶出最后一段导轨即n号导轨的同时，n号导轨后端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块所发射信号，并将该信号传至能量发射控制器，能量发射控制器检测所有导轨内的功率发射线圈的开闭状态并控制其保持关闭状态，电动汽车无线充电系统完成一个工作周期。
同样的，作为另一种实施方式，所述电动汽车可以从n号导轨驶入，从1号导轨驶出。当电动汽车从右至左驶入充电导轨时，n号导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块所发射信号，并将该信号传至能量发射控制器，能量发射控制器控制n号导轨内的功率发射线圈开通，变为开启状态。电动汽车在n号导轨内行驶的过程中，功率发射线圈的发射功率Pn先增大，增大到大于等于开通阈值PH之后，能量发射控制器控制n-1号导轨内的功率发射线圈开通，变为预开启状态；然后Pn继续减小，减小到小于等于关闭阈值PL之后，能量发射控制器控制n号导轨内的功率发射线圈关闭，变为关闭状态，同时n-1号导轨内的功率发射线圈变为开启状态。于是电动汽车完全驶过了n号导轨，驶入了n-1号导轨。从n-1号导轨开始一直到1号导轨的电动汽车的行驶过程中，系统均按照上述流程进行导轨切换。电动汽车在1号导轨的行驶过程中，1号导轨内的功率发射线圈的发射功率P1先增大，然后减小，减小至关闭阈值PL之后，能量发射控制器控制1号导轨内的功率发射线圈关闭，变为关闭状态。电动汽车继续向前行驶，直到电动汽车完全驶出最后一段导轨即1号导轨的同时，1号导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块所发射信号，并将该信号传至能量发射控制器，能量发射控制器检测所有导轨内的功率发射线圈的开闭状态并控制其保持关闭状态，电动汽车无线充电系统完成一个工作周期。
综上所述，本发明提出了稳定可靠，易于实现，成本可控的电动汽车动态无线充电系统及其控制方法，不仅突破了有线充电技术的时间地域限制，更是实现了无线充电过程中的汽车精准定位和功率收发装置的动态切换。本发明还通过实时功率检测，尽可能地精简了系统的信号收发装置，使系统更简单可靠。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (4)

1.一种基于功率检测位置的动态无线充电系统，其特征在于：在电动汽车车身设置功率接收线圈和位置检测信号发射模块；将无线充电能量发射系统设置为多段导轨式，每一段导轨均设置有功率发射线圈和功率检测模块；在所述无线充电能量发射系统中还设置有能量发射控制器与位置检测信号接收模块；所述能量发射控制器与所述导轨一一对应；所述位置检测信号接收模块设置有两个，且分别置于第一段导轨的前端和最后一段导轨的后端；所述位置检测信号接收模块接收到所述位置检测信号发射模块的信号后，传至所述能量发射控制器，所述能量发射控制器根据所述位置检测信号接收模块接收的信号确定车辆行驶方向；
当功率发射线圈处于关闭状态，且第一段导轨前端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号时，则开通第一段导轨的功率发射线圈，然后通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前导轨功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从左往右的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前导轨功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前导轨功率发射线圈返回关闭状态；
当功率发射线圈处于关闭状态，且最后一段导轨后端的位置检测信号接收模块接收到位置检测信号发射模块发出的信号时，则开通最后一段导轨的功率发射线圈，然后通过功率检测模块实时监测当前导轨的输出功率，并将当前导轨功率发射线圈的功率大小与阈值功率作比较；若大于开通阈值则按照从右往左的方向控制下一段导轨的功率发射线圈进入预开启状态；若当前导轨功率发射线圈的功率小于关闭阈值，则控制当前导轨功率发射线圈返回关闭状态；
所述功率发射线圈设有三种状态，分别为：开启状态、预开启状态和关闭状态；通常功率发射线圈为关闭状态，功率发射线圈开通后按恒流模式输出，如果电动汽车位于导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈为开启状态；如果电动汽车还未驶入导轨上方，则该段导轨内的功率发射线圈为预开启状态。
2.根据权利要求1所述的基于功率检测位置的动态无线充电系统，其特征在于：所述能量发射控制器之间通过无线通信的方式实现相互通信。
3.根据权利要求1所述的基于功率检测位置的动态无线充电系统，其特征在于：所述位置检测信号发射模块设置在电动汽车的前端。
4.根据权利要求1所述的基于功率检测位置的动态无线充电系统，其特征在于：所述电动汽车的后端也设置有一个位置检测信号发射模块。
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