一種電動(dòng)汽車行進(jìn)式無線充電裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車行進(jìn)間的無線充電技術(shù)研宄領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)汽車行進(jìn)式無線充電裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的針對(duì)電動(dòng)汽車的無線充電技術(shù)，大致分為兩類，一類是采用磁感應(yīng)式無線輸電技術(shù)，該技術(shù)是應(yīng)用麥克斯韋方程組所闡述的電磁場(chǎng)理論，即變化中的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生變化磁場(chǎng)，同樣變化磁場(chǎng)又會(huì)轉(zhuǎn)變成變化電場(chǎng)。該技術(shù)對(duì)充電的間距很敏感，要求傳輸距離需要非常近，一般在數(shù)十毫米之內(nèi)，屬于氣隙級(jí)別的傳輸方案，同時(shí)它對(duì)中性也要求嚴(yán)格。綜合上述特點(diǎn)，磁感應(yīng)式無線輸電技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)一般情況下的電動(dòng)汽車行進(jìn)間高效充電。另一類是采用基于共振原理的磁耦合諧振式無線輸電技術(shù)。該技術(shù)雖然對(duì)距離和對(duì)中性要求不高，但要實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車行進(jìn)過程中充電仍存在以下問題:1)無線輸電中進(jìn)行充電，兩線圈的互感會(huì)發(fā)生變化，諧振點(diǎn)會(huì)發(fā)生偏移；2)蓄電池的阻抗特性會(huì)隨著存儲(chǔ)電量不同而變化，同樣會(huì)影響諧振點(diǎn)的保持；3)若要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在行進(jìn)過程中不間斷充電，線圈鋪設(shè)的成本很高。
[0003]因此，尋求一種針對(duì)行進(jìn)中的電動(dòng)汽車能進(jìn)行高效穩(wěn)定的無線充電的裝置及方法具有重要應(yīng)用價(jià)值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車無線充電技術(shù)中存在的不足，提出一種電動(dòng)汽車行進(jìn)式無線充電裝置，該裝置基于磁耦合諧振式無線充電技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的行進(jìn)間能連續(xù)高效無線充電。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述電動(dòng)汽車行進(jìn)式無線充電裝置的控制方法，通過該控制方法，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在行進(jìn)間可連續(xù)高效無線充電。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種電動(dòng)汽車行進(jìn)式無線充電裝置，包括整流器、若干個(gè)磁耦合諧振發(fā)射極組、車載諧振接收極，所述整流器的輸入端與外部電網(wǎng)相連；磁耦合諧振發(fā)射極組等間距布置在行車道路的地下，均并聯(lián)在直流母線上，每個(gè)磁耦合諧振發(fā)射極組包括第一諧振發(fā)射極和第二諧振發(fā)射極，第一諧振發(fā)射極和第二諧振發(fā)射極均包括DC/AC高頻逆變器和諧振電路，其中整流器輸出的直流電通過直流母線后輸入到DC/AC高頻逆變器，經(jīng)DC/AC高頻逆變器逆變成高頻交流電后由諧振電路向外發(fā)送；所述車載諧振接收極設(shè)置在電動(dòng)汽車上；所述第一諧振發(fā)射極和第二諧振發(fā)射極中諧振電路的發(fā)射線圈截面為長條形，橫向布置，所述車載諧振接收極中的接收線圈截面為長條形，豎向布置。因此在有效輸電區(qū)域內(nèi)，發(fā)射線圈與接收線圈的重疊面積不變，從而可降低耦合諧振狀態(tài)對(duì)相對(duì)位置變化的敏感性和對(duì)中性要求。
[0007]優(yōu)選的，所述車載諧振接收極中包括第一接收極、第二接收極、充電電路和蓄電池，第一接收極、第二接收極分置于電動(dòng)汽車的前后兩端，二者并聯(lián)后均與充電電路的輸入端相連，充電電路輸出端與蓄電池連接。前后兩端的接收極中的接收線圈可以交替工作，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車行進(jìn)間的連續(xù)充電。
[0008]更進(jìn)一步的，所述車載諧振接收極還包括第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)和控制器，所述第一接收極與第一可控開關(guān)相連，第二接收極與第二可控開關(guān)相連，第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)均與控制器連接。通過控制器控制開關(guān)的閉合，可以在電動(dòng)汽車進(jìn)入充電路段后，第一接收極中的第一接收線圈與第二接收極中的第二接收線圈互為補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)高效連續(xù)充電。
[0009]一種基于上述電動(dòng)汽車行進(jìn)式無線充電裝置的控制方法，所述車載諧振接收極中包括第一接收極、第二接收極，兩個(gè)接收極工作在互補(bǔ)狀態(tài)，即當(dāng)一個(gè)接收極處于磁耦合諧振發(fā)射極組高效發(fā)射范圍(即耦合諧振輸電的高效區(qū)域)時(shí)，其作為能量接收端工作于諧振輸電狀態(tài)，另一個(gè)接收極則工作于對(duì)上述接收極進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。從而保證在相對(duì)位置變化和存在蓄電池荷電狀態(tài)差異性條件下的高效耦合諧振輸電。
[0010]具體的，所述控制方法包括步驟:
[0011](I)電網(wǎng)的交流電經(jīng)整流器整流成直流電，然后輸入到磁耦合諧振發(fā)射極組中的DC/AC高頻逆變器，經(jīng)DC/AC高頻逆變器逆變成高頻交流電后由諧振電路向外發(fā)送；
[0012](2)當(dāng)電動(dòng)汽車中的第一接收極處于磁耦合諧振發(fā)射極組高效發(fā)射范圍時(shí)，則第一接收極中的第一接收線圈作為能量接收線圈，控制器控制第一可控開關(guān)完全導(dǎo)通，第一接收極通過充電電路向蓄電池輸電；同時(shí)，第二接收極中的第二接收線圈作為補(bǔ)償電路，控制器通過控制第二可控開關(guān)的占空比使發(fā)射極線圈與第一接收極在變化條件下維持諧振狀態(tài)；控制原理為:控制開關(guān)的開通關(guān)斷的比例，使得一線圈作為另一線圈的補(bǔ)償，從而保持諧振狀態(tài)。
[0013](3)當(dāng)電動(dòng)汽車中的第二接收極處于磁耦合諧振發(fā)射極組高效發(fā)射范圍時(shí)，則第二接收極中的第二接收線圈作為能量接收線圈，控制器控制第二可控開關(guān)完全導(dǎo)通，第二接收極通過充電電路向蓄電池輸電；同時(shí)，第一接收極中的第一接收線圈作為補(bǔ)償電路，控制器通過控制第一可控開關(guān)的占空比使發(fā)射極線圈與第二接收極在變化條件下維持諧振狀態(tài)。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0015](I)本發(fā)明中發(fā)射線圈與接收線圈在輸電過程中重疊面積不變，從而可降低耦合諧振狀態(tài)對(duì)相對(duì)位置變化的敏感性和對(duì)中性要求，減少了互感變化的影響。
[0016](2)本發(fā)明中第一接收極和第二第一接收極互為補(bǔ)償電路，可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，對(duì)由于蓄電池荷電狀態(tài)差異和相對(duì)位置變化所造成的影響進(jìn)行補(bǔ)償，維持諧振狀態(tài)的高效輸電。
[0017](3)本發(fā)明在電動(dòng)汽車的前后端安裝兩個(gè)并聯(lián)工作的接收極，接收極中的接收線圈交替工作，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車行進(jìn)間的連續(xù)充電。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的電動(dòng)汽車行進(jìn)式充電系統(tǒng)原理圖。
[0019]圖2為本發(fā)明中發(fā)射線圈與接收線圈布置示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明電動(dòng)汽車行進(jìn)間充電示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明耦合諧振工作機(jī)制原理圖。
[0022]圖示:1 一電網(wǎng)，2—整流器，3—直流母線，4一第一諧振發(fā)射極，5—第二諧振發(fā)射極，6—車載諧振接收極，61—第一接收極，62—第二接收極，63—第一可控開關(guān)，64—第二可控開關(guān)，65—充電電路，66—蓄電池，67—控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合實(shí)