CN112977103A - 一种层叠式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电动汽车动态无线充电技术领域,公开了一种层叠式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法。系统包括移动侧子系统和供电侧子系统;供电侧子系统包括分段式导轨和控制组件,分段式导轨铺设在路面的下方,控制组件与分段式导轨连接;移动侧子系统包括接收线圈,接收线圈安置在电动汽车的底部;分段式导轨包括多个发射线圈导轨,多个发射线圈导轨采用交替层叠的方式布设,位于下层的发射线圈导轨设置在位于上层的两个相邻的发射线圈导轨的切换处。发射线圈导轨包括关机模式、待机模式和功率输出模式,控制组件根据监测信息调控发射线圈导轨的工作模式。本发明能够解决电动汽车动态无线充电系统在导轨切换处功率跌落、效率跌落的问题。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车动态无线充电技术领域,更具体地,涉及一种层叠式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法。
背景技术
近年来,电动汽车保有量逐渐增加,但目前其续航里程短和充电时间长的问题成为了制约其发展的重要瓶颈。在道路下铺设能进行无线充电的导轨,让电动汽车在这种道路上边充电边行驶,可解决电动汽车续航里程短这一瓶颈。根据发射线圈结构与铺设方式的差别,可将充电跑道分为长导轨式和分段导轨式。长导轨式方案抗偏移能力强,但同时也带来了电磁泄漏、能量损耗严重等问题,故现阶段动态无线充电导轨多采用分段式导轨结构。
分段式导轨结构采用局域供电方式,电磁泄漏和能量损耗会大大降低。但在实际使用中,为减少分段式发射导轨之间的交叉耦合,相邻的两发射线圈导轨之间会存在一定的间距。在电动汽车动态充电过程中,发射系统依据电动汽车实时位置进行导轨切换,而导轨切换时刻通常为原、副线圈偏移量最大的时刻,此时系统会产生较大的漏磁,进而引发漏感现象,导致导轨切换处互感跌落,使得无线充电系统输出功率最小,传输效率最低。
发明内容
本发明通过提供一种层叠式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法,解决现有技术中电动汽车动态无线充电系统在导轨切换处功率跌落、效率跌落的问题。
本发明提供一种层叠式电动汽车动态无线充电系统,包括:移动侧子系统和供电侧子系统;
所述供电侧子系统包括分段式导轨和控制组件,所述分段式导轨铺设在路面的下方,所述控制组件与所述分段式导轨连接;所述移动侧子系统包括接收线圈,所述接收线圈安置在电动汽车的底部;
所述分段式导轨包括多个发射线圈导轨,多个所述发射线圈导轨采用交替层叠的方式布设,位于下层的发射线圈导轨设置在位于上层的两个相邻的发射线圈导轨的切换处。
优选的,所述分段式导轨包括第一发射线圈导轨阵列和第二发射线圈导轨阵列;所述第一发射线圈导轨阵列包括若干个沿行车方向排布的第一发射线圈导轨,所述第一发射线圈导轨与路面之间的垂直距离为第一距离;所述第二发射线圈导轨阵列包括若干个沿行车方向排布的第二发射线圈导轨,所述第二发射线圈导轨与路面之间的垂直距离为第二距离;所述第二距离大于所述第一距离;相邻的两个所述第一发射线圈导轨之间留有第一间距,并构成上层导轨切换区域;所述第二发射线圈导轨的布设位置对应所述上层导轨切换区域,所述第二发射线圈导轨的长度大于所述第一间距。
优选的,所述第一发射线圈导轨和所述第二发射线圈导轨的尺寸相同。
优选的,所述控制组件包括负载监控单元和发射控制单元;
所述负载监测单元用于获得电流监测信息;所述发射控制单元用于根据所述电流监测信息调控发射线圈导轨的发射功率。
优选的,所述供电子系统还包括:供电电源、电源逆变单元和第一补偿网络单元;
所述供电电源、所述电源逆变单元、所述第一补偿网络单元和所述发射线圈导轨依次连接,所述第一补偿网络单元与所述负载监控单元连接,所述发射控制单元分别与所述负载监控单元、所述电源逆变单元连接。
优选的,所述移动侧子系统还包括:第二补偿网络单元、整流单元和输出负载;
所述接收线圈、所述第二补偿网络单元、所述整流单元和所述输出负载依次连接。
优选的,所述接收线圈的上方放置有铁氧体板。
优选的,所述第一补偿网络单元采用LCC-S补偿结构。
另一方面,本发明提供上述的层叠式电动汽车动态无线充电系统的控制方法,所述发射线圈导轨包括关机模式、待机模式和功率输出模式这三种工作模式;所述控制组件根据监测信息调控所述发射线圈导轨的工作模式。
优选的,针对每一个发射线圈导轨,若监测到该发射线圈导轨对应的线圈逆变电流幅值变化,则判定该发射线圈导轨进入充电状态;
监测并判断当前发射线圈导轨是否进入充电状态,若判定为处于充电状态,则控制当前发射线圈导轨进入功率输出模式,控制沿行车方向排布的下一个发射线圈导轨进入待机模式,并判断沿行车方向排布的上一个发射线圈导轨是否处于充电状态;若上一个发射线圈导轨不处于充电状态,则控制上一个发射线圈导轨进入关机模式。
本发明中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
在发明中,提供的层叠式电动汽车动态无线充电系统包括移动侧子系统和供电侧子系统,供电侧子系统包括分段式导轨和控制组件,分段式导轨铺设在路面的下方,控制组件与分段式导轨连接;移动侧子系统包括接收线圈,接收线圈安置在电动汽车的底部。本发明中分段式导轨包括多个发射线圈导轨,多个发射线圈导轨采用交替层叠的方式布设,位于下层的发射线圈导轨设置在位于上层的两个相邻的发射线圈导轨的切换处。相对于现有技术中由于相邻的两发射线圈导轨之间存在一定的间距,导致在导轨切换处功率跌落、效率跌落的情况,本发明的发射线圈导轨采用交替层叠式结构,下层的发射线圈设置在上层两个相邻的发射线圈的切换处,能有效减小动态无线充电系统在导轨切换处的互感跌落,进而减小系统的输出功率的跌落、效率的跌落。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种层叠式电动汽车动态无线充电系统中分段式导轨的拓扑结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种层叠式电动汽车动态无线充电系统的框架示意图;
图3为本发明实施例提供的一种层叠式电动汽车动态无线充电系统的控制方法的流程图。
其中,1-电动汽车无线充电轨道、2-第一发射线圈导轨、3-第二发射线圈导轨、4-接收线圈。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1:
实施例1提供了一种层叠式电动汽车动态无线充电系统,包括:移动侧子系统和供电侧子系统;所述供电侧子系统包括分段式导轨和控制组件,所述分段式导轨铺设在路面的下方,所述控制组件与所述分段式导轨连接;所述移动侧子系统包括接收线圈,所述接收线圈安置在电动汽车的底部;所述分段式导轨包括多个发射线圈导轨,多个所述发射线圈导轨采用交替层叠的方式布设,位于下层的发射线圈导轨设置在位于上层的两个相邻的发射线圈导轨的切换处。
具体的,参见图1,所述分段式导轨包括第一发射线圈导轨阵列和第二发射线圈导轨阵列;所述第一发射线圈导轨阵列包括若干个沿行车方向排布的第一发射线圈导轨2,所述第一发射线圈导轨2与路面之间的垂直距离为第一距离;所述第二发射线圈导轨阵列包括若干个沿行车方向排布的第二发射线圈导轨3,所述第二发射线圈导轨3与路面之间的垂直距离为第二距离;所述第二距离大于所述第一距离;相邻的两个所述第一发射线圈导轨2之间留有第一间距,并构成上层导轨切换区域;所述第二发射线圈导轨3的布设位置对应所述上层导轨切换区域,所述第二发射线圈导轨3的长度大于所述第一间距。
所述分段式导轨铺设在路面的下方,位于电动汽车无线充电轨道1的下方;所述接收线圈4安置在电动汽车的底部,位于所述电动汽车无线充电轨道1的上方。
优选的情况下,所述第一发射线圈导轨2和所述第二发射线圈导轨3的尺寸相同。
参见图2,所述控制组件包括供电电源、电源逆变单元、第一补偿网络单元、负载监控单元和发射控制单元。所述供电电源、所述电源逆变单元、所述第一补偿网络单元、所述负载监控单元、所述发射控制单元和所述分段式导轨均埋于对应充电车道地面下。
所述负载监测单元用于获得电流监测信息;所述发射控制单元用于根据所述电流监测信息调控发射线圈导轨的发射功率。所述供电电源、所述电源逆变单元、所述第一补偿网络单元和所述发射线圈导轨依次连接,所述第一补偿网络单元与所述负载监控单元连接,所述发射控制单元分别与所述负载监控单元、所述电源逆变单元连接。
参见图2,所述移动侧子系统还包括:第二补偿网络单元、整流单元和输出负载。所述接收线圈、所述第二补偿网络单元、所述整流单元和所述输出负载依次连接。
应用时,所述负载监控单元检测到所述第一补偿网络单元中流经补偿电感、发射线圈电感的电流变化,告知所述发射控制单元,所述发射控制单元控制所述电源逆变单元进入功率输出模式。
所述接收线圈安置于电动汽车底部,所述第二补偿网络单元按发射线圈侧系统工作频率进行谐振补偿设计。在到达充电区域后,所述接收线圈与所述发射线圈导轨磁耦合共振,在同一谐振评率下进行无线充电。所述接收线圈感应的高频交流电经所述整流单元整流后得到直流电,输出供负载使用。
具体的,所述第一补偿网络单元采用LCC-S补偿结构,其补偿电容、补偿电感均在85Khz频率下与发射线圈自感值进行谐振补偿设计。
所述接收线圈模块安装在电动汽车底部,距离地面下发射线圈导轨15-20cm,所述接收线圈上方放置有铁氧体板,达到减小漏磁效果。
实施例2:
实施例2提供一种如实施例1提供的层叠式电动汽车动态无线充电系统的控制方法,所述发射线圈导轨包括关机模式、待机模式和功率输出模式这三种工作模式;所述控制组件根据监测信息调控所述发射线圈导轨的工作模式。
具体的,针对每一个发射线圈导轨,若监测到该发射线圈导轨对应的线圈逆变电流幅值变化,则判定该发射线圈导轨进入充电状态。
监测并判断当前发射线圈导轨是否进入充电状态,若判定为处于充电状态,则控制当前发射线圈导轨进入功率输出模式,控制沿行车方向排布的下一个发射线圈导轨进入待机模式,并判断沿行车方向排布的上一个发射线圈导轨是否处于充电状态;若上一个发射线圈导轨不处于充电状态,则控制上一个发射线圈导轨进入关机模式。
具体的,通过所述负载监控单元实时监测当前线圈电路内电流变化,以判断系统阻抗的变化情况,进而追踪电动汽车的实时位置变化情况。
下面对本发明做进一步的说明。
本发明提出一种层叠式电动汽车动态无线充电系统中分段式导轨的拓扑结构设计如图1所示,上层的发射线圈导轨(即第一发射线圈导轨2)与下层的发射线圈导轨(即第二发射线圈导轨3)交替层叠放置,并以一定间距依次铺设在电动汽车无线充电专用轨道1下。例如,上层的发射线圈距离地面1cm,下层的发射线圈正对上层两相邻发射线圈导轨的切换处,下层的发射线圈距离地面2cm。下层的发射线圈导轨的长度略大于上层切换处的间距。此外,为进一步降低成本,上层、下层的发射线圈导轨的尺寸相同,仅作交替排列处理。接收线圈4安置在电动汽车底部,与电动汽车无线充电专用轨道1相距约15-20cm。在行驶过程中,接收线圈4与上层的发射线圈导轨和下层的发射线圈导轨依次磁耦合共振耦合,实现无线充电。
图3是层叠式电动汽车动态无线充电导轨切换策略图,在动态无线充电过程中,将发射线圈导轨设置为三种工作模式:关机模式、待机模式(小功率的待机模式大约是全功率输出的4%-5%的功率)、功率输出模式。供电侧通过实时对流经补偿电感、发射线圈电感的逆变电流进行检测,判断系统阻抗的变化情况,进而追踪电动汽车的实时位置变化情况,以达到调控发射线圈导轨模式的目的。具体的,包括以下步骤:
第一步:当电动汽车即将驶入动态无线充电导轨时,负载监控单元检测到电流变化,发送指令给发射控制单元,发射控制单元控制当前线圈进入功率输出模式;
第二步:在发射控制单元接收功率输出模式指令时,下一相邻发射控制单元控制对应发射线圈进入待机模式;
第三步:在发射控制单元接收功率输出模式指令时,上一相邻发射线圈控制单元在确认负载监控单元没有检测到电流变化一段时间后,即检测无车辆进入充电区域后,控制对应发射线圈进入关机模式,停止充电。
本发明实施例提供的一种层叠式电动汽车动态无线充电系统及其控制方法至少包括如下技术效果:
本发明提供的层叠式电动汽车动态无线充电导轨系统设计能降低传统分段式发射线圈导轨在导轨切换处带来的互感跌落现象,进而减小电动汽车在动态充电过程中给的功率和效率跌落现象。此外,本发明提供的导轨切换策略可以根据电动汽车实时位置迅速响应,切换成对应的输出模式。在该导轨切换策略下,能保证绝大部分远离电动汽车的发射线圈处于关机模式,减小了因多线圈导轨待机带来的系统功耗增加问题。
最后所应说明的是,以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照实例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,包括:移动侧子系统和供电侧子系统;
所述供电侧子系统包括分段式导轨和控制组件,所述分段式导轨铺设在路面的下方,所述控制组件与所述分段式导轨连接;所述移动侧子系统包括接收线圈,所述接收线圈安置在电动汽车的底部;
所述分段式导轨包括多个发射线圈导轨,多个所述发射线圈导轨采用交替层叠的方式布设,位于下层的发射线圈导轨设置在位于上层的两个相邻的发射线圈导轨的切换处。
2.根据权利要求1所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述分段式导轨包括第一发射线圈导轨阵列和第二发射线圈导轨阵列;所述第一发射线圈导轨阵列包括若干个沿行车方向排布的第一发射线圈导轨,所述第一发射线圈导轨与路面之间的垂直距离为第一距离;所述第二发射线圈导轨阵列包括若干个沿行车方向排布的第二发射线圈导轨,所述第二发射线圈导轨与路面之间的垂直距离为第二距离;所述第二距离大于所述第一距离;相邻的两个所述第一发射线圈导轨之间留有第一间距,并构成上层导轨切换区域;所述第二发射线圈导轨的布设位置对应所述上层导轨切换区域,所述第二发射线圈导轨的长度大于所述第一间距。
3.根据权利要求2所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述第一发射线圈导轨和所述第二发射线圈导轨的尺寸相同。
4.根据权利要求1所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述控制组件包括负载监控单元和发射控制单元;
所述负载监测单元用于获得电流监测信息;所述发射控制单元用于根据所述电流监测信息调控发射线圈导轨的发射功率。
5.根据权利要求4所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述供电子系统还包括:供电电源、电源逆变单元和第一补偿网络单元;
所述供电电源、所述电源逆变单元、所述第一补偿网络单元和所述发射线圈导轨依次连接,所述第一补偿网络单元与所述负载监控单元连接,所述发射控制单元分别与所述负载监控单元、所述电源逆变单元连接。
6.根据权利要求1所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述移动侧子系统还包括:第二补偿网络单元、整流单元和输出负载;
所述接收线圈、所述第二补偿网络单元、所述整流单元和所述输出负载依次连接。
7.根据权利要求1所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述接收线圈的上方放置有铁氧体板。
8.根据权利要求5所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统,其特征在于,所述第一补偿网络单元采用LCC-S补偿结构。
9.一种如权利要求1-8中任一项所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统的控制方法,其特征在于,所述发射线圈导轨包括关机模式、待机模式和功率输出模式这三种工作模式;所述控制组件根据监测信息调控所述发射线圈导轨的工作模式。
10.根据权利要求9所述的层叠式电动汽车动态无线充电系统的控制方法,其特征在于,针对每一个发射线圈导轨,若监测到该发射线圈导轨对应的线圈逆变电流幅值变化,则判定该发射线圈导轨进入充电状态;
监测并判断当前发射线圈导轨是否进入充电状态,若判定为处于充电状态,则控制当前发射线圈导轨进入功率输出模式,控制沿行车方向排布的下一个发射线圈导轨进入待机模式,并判断沿行车方向排布的上一个发射线圈导轨是否处于充电状态;若上一个发射线圈导轨不处于充电状态,则控制上一个发射线圈导轨进入关机模式。
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