CN109664793A - 一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法 - Google Patents

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胡鹏
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黄学良
谭林林
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Abstract

本发明公开了一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，属于电动汽车无线充电的技术领域。系统包括：路面能量发射线圈及其控制箱组成的地面发射单元，每个发射单元的控制箱都装有地感线圈信号接收器；能量接收装置、整流调功装置以及电池负载组成的车载能量接收和储存装置；根据地感线圈感应信号对应的磁场变化规律确定汽车位置后控制各发射线圈开启或关闭的监控中心；位于动态无线充电路段上的地感线圈。本发明基于磁场信号监测的磁定位技术检测车辆的相对位置，从而实现电动汽车动态电能传输系统中的动态局部供电，能够有效降低能量发射所产生的交变磁场对环境的影响，又降低了电能损耗。

Description

一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法
技术领域
本发明公开了一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，属于电动汽车无线充电的技术领域。
背景技术
电动汽车是未来汽车工业发展的方向，也是我国重点发展的战略性产业之一。2017年前11个月全球电动汽车销量超过100万，保有量已超过300万辆；2016年全球电动汽车充电设施总数约为189万个，预计2018年全球充电设施总数将会增长为245万个。电动汽车一方面可以减少传统燃油汽车带来的环境污染问题，另一方面也可以节约石油等非可再生能源。目前，电动汽车可以通过有线充电或者无线充电的方式获取电能。
无线电能传输技术是目前比较新型的电能传输技术之一，可避开电缆线的直接物理连接，通过空气等媒介实现能量的有效传递，依托感应、磁耦合谐振、微波等技术在几厘米至几米的传输距离内实现几瓦至几十千瓦的功率传输，完全可满足电动汽车充放电功率和距离的需求，同时也具备了供电方式灵活、绿色环保、无接触电火花、充电过程中无人工插拔操作、无机构磨损等一系列优点。
目前，国内外企业、科研院所均已在电动汽车的静态无线充电上取得了较大的突破，也相继启动了相关标准的制定工作，推出了测试样机和示范系统。但是电动汽车静态无线充电仍需频繁充电，携带重型和昂贵的电池，大大制约了续航距离。基于上述原因，电动汽车动态无线充电技术的研究也进入紧锣密鼓的推进阶段，目前，全世界已有多条kW级的电动汽车动态充电路段和示范线在实施运行和建设之中。
电动汽车动态无线充电技术中的地面发射线圈主要有集中式供电和分段式供电两种供电方式。集中式供电由一个控制箱连接很长一段发射线圈，然而，和车辆进行能量交换的发射线圈只有车辆正对的那段线圈，能量浪费严重。为此，分段式供电逐渐被大家接受，而如何实现开启车辆正对的地面发射线圈并关闭其它地面发射线圈是其关键点之一，此时，可以通过监测电动汽车进入埋设地感线圈的充电路段时地感线圈附近磁场的变化确定车辆的相对位置，本发明正是立足于此。
发明内容
本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，实现了无线动态充电过程车辆位置的监测，解决了如何实现分段式供电WPT中汽车正对发射线圈的开启以及其它发射线圈的关闭的技术问题。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
一种基于地感线圈的无线动态充电系统位置监测策略主要包括：路面能量发射线圈及其控制箱组成的地面发射单元，每个发射单元的控制箱都装有地感线圈信号接收器；能量接收装置、整流调功装置以及电池负载组成的车载能量接收和储存装置；根据地感线圈感应信号对应的磁场变化规律确定汽车位置后控制各发射线圈开启或关闭的监控中心；位于动态无线充电路段上的地感线圈。
本发明所涉及的地感线圈在实际中需要考虑到导线的机械强度和高低温抗老化问题，可以考虑采用耐高温的铜丝镀锌线。
本发明利用地感线圈探测当前位置的磁场情况，当附近磁场增强时，由地感线圈的感应信号监测磁场变化规律，进而实时地确定电动汽车的当前位置。地感线圈感应信号通过近程无线通信模块传输至离地感线圈最近的发射线线圈的控制箱，离地感线圈最近的发射线圈的控制箱处理地感线圈的感应信号以确定电动汽车位置并将得到的电动汽车位置信息传递给监控中心，，监控中心向汽车即将形式到达的发射线圈发送开启指令，同时，向其他发射线圈发送关闭指令，动态控制箱闭合程控开关将电动汽车即将行驶到达的发射线圈接入供电回路，电网母线侧电能经功率发射单元输送给电动汽车行驶到达的发射线圈，动态控制箱关断程控开关切断其它发射线圈的供电回路，对行驶中的电动汽车连续不间断地动态无线充电。
本发明所涉及的路面能量发射线圈以及车载端能量接收线圈均采用含谐振补偿电容的方形铜质螺旋线圈，具有相同的尺寸以及匝数。对于路面能量发射线圈均采用程控开关控制，接入方式为串联接入电路，线圈与电源的连接依靠供电母线。
本发明公开的电动汽车位置监测方法，在电动汽车行驶的过程中，由路面能量发射装置动态连续地无线充电，可以较好地实现电动汽车少载电池，增强其续航能力的目的。
本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：基于磁场信号监测的磁定位技术，通过安装在路面的地感线圈探测当前路段的磁场情况，并通过远程监控中心控制汽车即将到达的发射线圈的控制箱动作实现汽车即将到达的发射线圈的供电，同时，远程控制行驶方向的其它发射线圈关闭，通过对电动汽车位置的监测实现了发射单元动态接入充电路段，从而实现电动汽车动态电能传输系统中的动态局部供电，能够有效降低能量发射所产生的交变磁场对环境的影响，又降低了电能损耗。相比于将磁感应设备安装在车载端进行位置监测的方案，本申请提出的汽车位置监测方法更具有普适性，通过全局控制各发射线圈的开启和关闭实现了地面发射单元的协同运行。
附图说明
图1为本申请公开的监测方法所基于的无线动态充电系统。
图2为无线动态充电系统信息流的拓扑结构。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
本申请公开的基于地感线圈的无线动态充电系统位置监测策略如图1所示，主要包括：路面能量发射线圈及其控制箱组成的地面发射单元。每个发射单元的控制箱都装有地感线圈信号接收器；能量接收装置、整流调功装置以及电池负载组成的车载能量接收和储存装置；位于动态无线充电路段上的地感线圈。
本发明拟以一个有效充电路段进行研究，所谓的一个有效充电路段是指多个能量发射线圈或充电路段由一套配电设备供电，这样的分割有助于系统的简化分析。地感线圈探测当前位置的磁场情况，当附近磁场增强时，由地感线圈的感应信号监测到磁场变化规律，进而实时地确定当前电动汽车的位置。如图2所示，地感线圈感应信号通过近程无线通信模块传输至离地感线圈最近的发射线线圈的控制箱，离地感线圈最近的发射线圈的控制箱处理地感线圈的感应信号以确定电动汽车位置并将得到的电动汽车位置信息传递给监控中心，监控中心向汽车即将形式到达的发射线圈发送开启指令，同时，向其他发射线圈发送关闭指令，此时，即将有电动汽车行驶到达的发射线圈会接入电路，电网母线侧电能经功率发射单元输送给电动汽车行驶到达的发射线圈，实现对行驶中的电动汽车连续不间断地动态无线充电。
本发明地感线圈监测到的电动汽车位置信息可通过近程无线通信模块（包括但不仅限于采用NRF24L01近程无线通信模块）传递给路面能量发射控制箱，对程控开关发送命令。

Claims (4)

1.一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，其特征在于，在无线充电路段安装地感线圈，根据汽车行驶过程中地感线圈感应信号所对应的磁场变化规律确定汽车位置，接通汽车即将行驶到达的发射线线圈的供电回路，切断其它发射线圈的供电回路。
2.根据权利要求1所述一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，其特征在于，汽车位置由离地感线圈最近的发射线圈的控制箱确定，该控制箱安装有地感线圈感应信号的接收器。
3.根据权利要求1所述一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，其特征在于，接通汽车即将行驶到达的发射线线圈的供电回路以及切断其它发射线圈的供电回路由与各发射单元监控箱实时通信的监控中心发送控制指令实现。
4.根据权利要求1所述一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法，其特征在于，所述沿车辆行驶方向，在无线充电路段上的任意发射线圈附近安装地感线圈。
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