CN110126649B - 一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法，具体包括：(1)按照发射线圈宽度为接收线圈宽的2倍及以上，发射线圈长度为接收线圈长4倍及以上设计发射线圈尺寸，采用多个相同的，满足上述比例的发射线圈首尾相接，叠加铺设形成导轨；(2)根据电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈之间产生的互感的变化规律，分析得到满足电动汽车充电功率变化幅度小于p％的情况时，接收线圈位于任意发射线圈i的位置区间[X^L _i、X^R _i]；(3)根据任意发射线圈的位置区间[X^L _i、X^R _i]以及该线圈上的充电车辆个数，制定控制策略，控制该发射线圈导通与关断，实现电动汽车充电功率变化幅度小于p％。

Description

一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制 方法

技术领域

本发明涉及电动汽车无线充电控制技术，尤其涉及一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法。

背景技术

随着电动汽车的普及，以及无线充电技术的发展，在现有的静态无线充电技术的基础上，电动汽车动态无线充电技术受到越来越多的关注。由于充电过程的动态化，理论上动态无线充电系统可以大幅增加电动汽车续航能力。然而动态充电过程中线圈互感的变化会引起充电功率的波动，因此维持互感稳定，将互感波动限制在系统可接受范围内成为急需解决的问题。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法。

技术方案：本发明所述的集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法包括：

(1)按照发射线圈宽度为接收线圈宽的2倍及以上，发射线圈长度为接收线圈长4倍及以上设计发射线圈尺寸，采用多个相同的，满足上述比例的发射线圈首尾相接，叠加铺设形成导轨；

(2)根据电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈之间产生的互感的变化规律，分析得到满足电动汽车充电功率变化幅度小于p％的情况时，接收线圈位于任意发射线圈i的位置区间[X^L _i、X^R _i]；

(3)根据任意发射线圈的位置区间[X^L _i、X^R _i]以及该线圈上的充电车辆个数，制定控制策略，控制该发射线圈导通与关断，实现电动汽车充电功率变化幅度小于p％

进一步的，步骤(1)中发射线圈尺寸的获取方法为：

发射线圈宽度为接收线圈宽的2倍及以上，发射线圈长度为接收线圈长4倍及以上。

进一步的，步骤(2)具体包括：

(2.1)根据电动汽车所能接受的充电功率变化幅度p％，求解所能接受的互感变化幅度M％；

(2.2)获取电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈i之间产生的互感与位移之间的变化规律，将互感波动幅度小于预设阈值的区域中的最小值作为基准互感M_n，并根据M_n及互感变化幅度M％确定电动汽车所能接受的互感最大值M_l；

(2.3)根据步骤(2.2)得到的互感与位移的变化规律，得到互感值M_l在互感波动幅度小于预设阈值的区域中对应的左、右位移量S^L _i、S^R _i，再结合发射线圈i距起点的距离E_i获得发射线圈i上对应位移量S^L _i、S^R _i的位置X^L _i、X^R _i，则区间[X^L _i、X^R _i]为满足电动汽车最大充电功率变化幅度小于p％时的接收线圈位置区间。

步骤(2.2)中互感最大值M_l的计算公式为：M_l＝(1+M％)·M_n。位置X^L _i、X^R _i与S^L _i、S^R _i的关系为：X^L _i＝S^L _i-E_i，X^R _i＝S^R _i-E_i。

进一步的，步骤(3)中对于发射线圈i的控制方法为：

(3.1)设置计数P＝0,Q＝0；

(3.2)当发射线圈i-1的X^R _i-1位置通过车辆时，将P＝P+1，当线圈i+1的X^L _i+1位置通过车辆时，将Q＝Q+1；

(3.3)对P和Q的大小进行比较，若P>Q，则令发射线圈i导通，否则令发射线圈i关断。

有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、发射线圈设计方法明确，发射、接收线圈使用基本简化结构，无需多余平衡线圈；

2、具有良好的经济性，发射线圈首尾相接后，通过控制逻辑能够最大化利用发射线圈长度；

3、适用于集群式电动汽车充电场景，每个发射线圈导通与关断与线圈上充电车辆的位置紧密关联，仅当发射线圈需要供电时才导通，不会造成误导通或误关断；

4、功率稳定性好，通过发射线圈尺寸设计、线圈分段式叠加铺设方法与控制方法降低动态充电过程中的互感波动，达到稳定输出功率的目的。

附图说明

图1为电动汽车无线充电系统图；

图2为接收、发射线圈尺寸图；

图3为不同尺寸发射线圈对应的互感随位移变化图；

图4为采用符合比例的发射线圈后互感随位移变化图；

图5为本发明的发射线圈位置排布图；

图6为相邻线圈同时导通时互感随位移变化图；

图7为本发明对发射线圈进行控制的逻辑图。

具体实施方式

本实施例提供了一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法，包括如下步骤：

(1)按照发射线圈宽度为接收线圈宽的2倍及以上，发射线圈长度为接收线圈长4倍及以上设计发射线圈尺寸，采用多个相同的，满足上述比例的发射线圈首尾相接，叠加铺设形成导轨。

轨道如图1所示，发射线圈的尺寸选择如下所述：

发射线圈及接收线圈的尺寸图如附图2所示，图中接收线圈的长为A宽为B，发射线圈的长和宽用C和D表示，两线圈垂直距离为h，E为发射线圈距起点的水平距离，线圈间互感可由诺伊曼公式求得：

又因为l₁,l₂分别由L₁，L₂，L₃，L₄和L`<sub>1</sub>，L`₂，L`<sub>3</sub>，L`₄组成，所以

根据公式(2)可以分析不同线圈间的互感随位移的变化图像。由于电动汽车的大小和离地高度限制了车载接收线圈的尺寸及接收、发射线圈间的垂直距离，当接收线圈尺寸和发射接收线圈垂直距离一定时，接收线圈在各不同尺寸发射线圈上移动时的互感变化图如附图3所示，可以看出在保证发射线圈宽为接收线圈宽2倍及以上，发射线圈长为接收线圈长4倍及以上时,调节发射线圈尺寸可使互感随位移变化图像的两波峰间形成互感值变化幅度较小的区域。

(2)根据电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈之间产生的互感的变化规律，分析得到满足电动汽车充电功率变化幅度小于p％的情况时，接收线圈位于任意发射线圈i的位置区间[X^L _i、X^R _i]。

步骤(2)具体包括：

(2.1)根据电动汽车所能接受的充电功率变化幅度p％，求解所能接受的互感变化幅度。

以LCC-LCC拓扑为例，根据电动汽车所能接受的充电功率变化幅度P％以及充电功率和互感的关系式M＝ω₀L₁L₂·sqrt(P_RL/R_L)/U_in可以求解系统所能接受的互感变化幅度为M％＝(sqrt(1+p％)-1)％。

(2.2)获取电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈i之间产生的互感与位移之间的变化规律，将互感波动幅度小于预设阈值的区域中的最小值作为基准互感M_n，并根据M_n及互感变化幅度M％确定电动汽车所能接受的互感最大值M_l＝(1+M％)·M_n；

具体的，调节发射线圈尺寸后可得到如附图4所示的互感随位移变化图，互感图像存在两个波谷及两个波峰，波峰P₂对应的位移为S_P2，波峰P₃对应的位移为S_P3。以互感变化幅度较小区域的最小值M_n为基准，若电池所能接受的充电功率波动幅度为p％，根据无线电能拓扑结构输出功率表达式可求电池所能接受的互感波动幅度。以理想情况下LCC-LCC拓扑的输出功率表达式

为例，根据互感波动幅度p％可得到对应的互感变化量：

可得系统正常运行所能接受的最大互感值为

即M₁与M_n的互感差值引起的输出功率波动在p％内。

(2.3)根据步骤(2.2)得到的互感与位移的变化规律，得到互感值M_l在互感波动幅度小于预设阈值的区域中对应的左、右位移量S^L _i、S^R _i，再结合发射线圈i距起点的距离E_i获得发射线圈i上对应位移量S^L _i、S^R _i的位置X^L _i、X^R _i，X^L _i＝S^L _i-E_i，X^R _i＝S^R _i-E_i，则区间[X^L _i、X^R _i]为满足电动汽车充电功率变化幅度小于p％时的接收线圈位置区间。

具体的，查看图4，根据互感随位移变化图可知两互感波峰间互感值为M_l的点分别是P₅和P₆，因此P₅，P₆间的互感值均能保证系统稳定运行。将P₅对应的发射线圈位移表示为S_P5＝E+c，并定义发射线圈上与L`<sub>1</sub>边距离为c的位置为X<sup>L</sup>，将P<sub>6</sub>对应的发射线圈位移表示成S<sub>P6</sub>＝E+d，并定义发射线圈上与L`₁边距离为d的位置为X^R。根据对称性及线圈尺寸可得d＝D-B-c。综上，将输出功率波动限定在p％内的位移范围为S∈[E₁+c,E₁+d]，即接收线圈在发射线圈X^L和X^R位置间移动时，可以减小互感波动从而使输出功率稳定。

(3)根据任意发射线圈的位置区间[X^L _i、X^R _i]以及该线圈上的充电车辆个数，制定控制策略，控制该发射线圈导通与关断，实现电动汽车充电功率变化幅度小于p％。

其中，发射线圈首尾相接，如图5所示，当同时导通任意相邻发射线圈时，接收线圈位移过程中所受到的合互感图像如附图6所示，当相邻线圈同时导通时，互感波动较小区域的长度与单发射线圈相比得到了增加，所以通过相邻发射线圈间首尾相接的方式分段化铺设发射线圈可以延长互感波动较小区域的长度。需要注意的是同时导通相邻线圈后，互感波动较小区域的最小互感值M`<sub>n</sub>比单独导通一个发射线圈时的M<sub>n</sub>小，因此需要根据M`_n重新确定每个发射线圈的X^L _i和X^R _i位置并以此为基础制定控制策略。

集群式电动汽车充电系统涉及的充电车辆较多，且充电道路较长，因此会发生部分线圈上无充电车辆，部分发射线圈上存在多辆充电车辆的情况，为了防止发射线圈的误导通和误关断情况，制定相关的控制策略是有必要的。对于发射线圈i的控制方法如图7所示，具体为：

(3.1)设置计数P＝0,Q＝0；

(3.2)当发射线圈i-1的X^R _i-1位置通过车辆时，将P＝P+1，当线圈i+1的X^L _i+1位置通过车辆时，将Q＝Q+1；

(3.3)对P和Q的大小进行比较，若P>Q，则令发射线圈i导通，否则令发射线圈i关断。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法，其特征在于包括：

(1)按照发射线圈宽度为接收线圈宽的2倍及以上，发射线圈长度为接收线圈长4倍及以上设计发射线圈尺寸，并采用多个相同的，满足上述比例的发射线圈首尾相接，叠加铺设形成导轨；

(2)根据电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈之间产生的互感的变化规律，分析得到满足电动汽车充电功率变化幅度小于p％的情况时，接收线圈位于任意发射线圈i的位置区间[X^L _i、X^R _i]；

(3)根据任意发射线圈的位置区间[X^L _i、X^R _i]以及该线圈上的充电车辆个数，制定控制策略，控制该发射线圈导通与关断，实现电动汽车充电功率变化幅度小于p％；其中对于发射线圈i的控制方法为：

(3.1)设置计数P＝0,Q＝0；

(3.2)当发射线圈i-1的X^R _i-1位置通过车辆时，将P＝P+1，当线圈i+1的X^L _i+1位置通过车辆时，将Q＝Q+1；

(3.3)对P和Q的大小进行比较，若P>Q，则令发射线圈i导通，否则令发射线圈i关断。

2.根据权利要求1所述的集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法，其特征在于：步骤(2)具体包括：

(2.1)根据电动汽车所能接受的充电功率变化幅度p％，求解所能接受的最大互感变化幅度M％；

(2.2)获取电动汽车上接收线圈移动过程中与导轨上发射线圈i之间产生的互感与位移之间的变化规律，将互感波动幅度小于预设阈值的区域中的最小值作为基准互感M_n，并根据M_n及互感变化幅度M％确定电动汽车所能接受的互感值M_l；

(2.3)根据步骤(2.2)得到的互感与位移的变化规律，得到互感值M_l在互感波动幅度小于预设阈值的区域中对应的左、右位移量S^L _i、S^R _i，再结合发射线圈i距起点的距离E_i获得发射线圈i上对应位移量S^L _i、S^R _i的位置X^L _i、X^R _i，则区间[X^L _i、X^R _i]为满足电动汽车充电功率变化幅度小于p％时的接收线圈位置区间。

3.根据权利要求2所述的集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法，其特征在于：步骤(2.2)中互感值M_l的计算公式为：

M_l＝(1+M％)·M_n。

4.根据权利要求2所述的集群式电动汽车动态无线充电分段导轨稳定功率控制方法，其特征在于：位置X^L _i、X^R _i与S^L _i、S^R _i的关系为：X^L _i＝S^L _i-E_i，X^R _i＝S^R _i-E_i，E_i为发射线圈i距起点的距离。

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