一種電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法。
【背景技術】
[0002]電動汽車無線充電技術近幾年來得到了飛速的發展。對于駐車充電，目前Witricity、Evatran等公司已經針對日產Leaf等熱銷電動汽車推出了成熟的無線充電產品。通過在電動汽車的行駛車道上鋪設無線能量發射裝置來給行進中的電動汽車進行移動式充電的行車充電方式，能夠大大減小電動汽車所需裝載的電池組容量，從而降低電動汽車成本，近年來也備受學術界、產業界關注。
[0003]對于移動式無線充電，發明專利CN201410043147 “一種移動式無接觸供電系統的分段供電切換裝置”和發明專利CN201410043240 “一種采用分段供電的移動式無接觸供電系統”分別提出了一種雙路雙向可控切換開關和完整的地面端供電切換管理方案，該移動式無接觸供電系統在每個初級繞組線圈端部或兩相鄰初級繞組線圈的中間安裝有位置檢測裝置，當位置檢測裝置檢測到次級繞組線圈時，相應的切換開關進行通斷切換，實現了只給有次級繞組線圈覆蓋的初級繞組線圈供電的功能，但是這種切換方式沒有考慮兩相鄰初級繞組之間的相互影響，僅僅是根據次級線圈的位置來切換初級繞組，切換過程中會產生巨大的沖擊電流，降低切換裝置及逆變器的穩定性，進而影響系統可靠性。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是克服現有技術的缺點，提出一種電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法。本發明利用了互感過零的特性，使得各發射線圈切入和切出過程中切換開關承受的電壓、電流沖擊降到最小，能夠提高移動式無線充電裝置的穩定性和可靠性。
[0005]應用本發明切換供電方法的移動式無線充電裝置由沿線鋪設的地面發射線圈陣列和安裝于電動汽車底盤上的接收線圈構成，每個發射線圈連接相應的補償電容和支路控制開關，并且兩端均安裝有位置檢測裝置。本發明切換供電方法利用了接收線圈在行進方向上移動時，收發線圈之間互感存在過零點的特性，隨著接收線圈的移動，各發射線圈依次在其互感過零位置切入和切出。由于是過零切換，被切入或切出的發射線圈在切換瞬間不會向接收線圈傳輸功率，因此，本發明能夠最大限度的降低切換過程中切換開關內的電流電壓沖擊，并且最大限度地抑制了輸出功率的波動。
[0006]所述互感過零特性是指:當接收線圈沿電動汽車行車方向在任意一個發射線圈上方移動時，接收線圈從偏離到對準到再偏離該發射線圈，在整個移動過程中，接收線圈和發射線圈的互感先由負值變為正值，然后隨著偏離程度的減小逐漸增大，當接收線圈和發射線圈兩者完全對準時達到正的最大值，之后隨著偏離程度的遞增互感值逐漸減小，最后由正值變為負值，前后總共有兩個過零點。
[0007]在行車方向上靠近每一個移動式無線充電裝置的發射線圈首尾兩端裝有位置檢測裝置，當接收線圈中心對準該位置檢測裝置安裝位置時，接收線圈和發射線圈之間的互感恰好為零。該位置檢測裝置的安裝位置與實際的移動式無線充電裝置的發射線圈和接收線圈的尺寸、結構有關，通過有限元仿真或者實際測量得到。
[0008]所述的過零切換是指，由于在行車方向上每個發射線圈的前方和后方各有一個互感過零點，接收線圈和發射線圈之間的互感會兩次過零。以任一發射線圈η為例，具體切換方法為:隨著接收線圈位置的移動，當接收線圈首次與該發射線圈η之間的互感為零時，閉合該發射線圈η的支路開關；當接收線圈再次與該發射線圈η之間的互感為零時，斷開該發射線圈η的支路開關。
[0009]從行車方向上看，所述互感過零位置位于發射線圈的兩個邊界之外；對于移動式行車充電裝置的每一個發射線圈，采用過零切換方法時，其實際供電區域要比發射線圈本身所覆蓋的區域寬。當相鄰發射線圈的間隔較小時，過零點會落在相鄰的發射線圈所在區域上。此種情況下，接收線圈處在兩相鄰發射線圈之間的區域時，兩個發射線圈均處于供電狀態，同時向接收線圈傳輸能量。
[0010]本發明切換方法具有如下優點:
[0011]1.切換過程，電壓過沖、電流過沖低，輸出功率無波動；
[0012]2.能夠提高移動式無線充電裝置的平均傳輸功率；
[0013]3.能夠提高移動式無線充電裝置的穩定性和可靠性。
【附圖說明】
[0014]圖1電動汽車移動式無線充電裝置最小切換單元示意圖；
[0015]圖2接收線圈與第η線圈、第η+1線圈之間互感隨接收線圈位置的變化規律示意圖；
[0016]圖3第η線圈支路開關3_η的開斷策略；
[0017]圖4第η+1線圈支路開關3_η+1的開斷策略。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和【具體實施方式】進一步說明本發明。
[0019]專用車道鋪設的電動汽車移動式無線充電裝置是本發明方法的典型應用場合之一。圖1所示為本發明實施例移動式無線充電裝置的最小切換單元。一個移動式無線充電裝置由多個最小切換單元構成。最小切換單元由車道內任意兩個相鄰的發射線圈及其補償電容、支路控制開關、位置檢測裝置，以及接收線圈組成。掛裝在電動汽車底盤的接收線圈5隨著圖1箭頭所示的行車方向，依次從發射線圈1_η和發射線圈1_η+1的上方劃過，2_
11、3_11分別為發射線圈1_η的補償電容和支路控制開關。通過有限元仿真或實際測量，得到收發射線圈之間互感隨接收線圈位置的變化關系，找出相鄰的各個發射線圈各自的過零點，在發射線圈1_η前方的過零點處安裝前位置檢測裝置4_η_1，在發射線圈1_η后方的過零點處安裝后位置檢測裝置4_η_2。同樣的，發射線圈1_η+1連接有補償電容2_η+1和支路控制開關3_η+1，以及前位置檢測裝置4_η+1_1，后位置檢測裝置4_η+1_2。
[0020]圖2為接收線圈與第η線圈、第η+1線圈之間互感隨接收線圈位置的變化規律示意圖，下方為接收線圈、第n-Ι線圈到第η+2線圈四個相鄰發射線圈及其位置檢測裝置的側視圖，反映了各個部件的空間位置信息。上方虛線為第η線圈與接收線圈5之間的互感Mn 5隨接收線圈位置的變化規律，上方實線為第η+1線圈與接收線圈5之間的互感Μη+1—5隨接收線圈位置的變化規律。所有位置檢測裝置均安裝在相應的互感過零點上。一般的，發射線圈1_η-1后位置檢測裝置4_η-1_2對應的是發射線圈1_η的前方過零點，發射線圈1_η+1的前位置檢測裝置4_η+1_1對應的是發射線圈1_η的后方過零點。
[0021]本發明互感過零切換的供電方法的具體實施情況如圖3、圖4所示。對于發射線圈1_η的支路控制開關3_η，如圖3所示，當接收線圈5移動到發射線圈1_η_1的后位置檢測裝置4_η-1_2時，閉合支路控制開關3_η，發射線圈1_η開始供電，當接收線圈5移動到發射線圈1_η+1的前位置檢測裝置4_η+1_1時，斷開3_η，發射線圈1_η停止供電；對于發射線圈1_η+1的支路控制開關3_η+1，如圖4所示，當接收線圈5移動到發射線圈1_η的后位置檢測裝置4_η_2時，閉合支路控制開關3_η+1，發射線圈1_η+1開始供電，當接收線圈5移動到發射線圈1_η+2的前位置檢測裝置4_η+2_1時，斷開3_η+1，發射線圈1_η+1停止供電。
[0022]由圖3、圖4可見，任意一個發射線圈的供電區域要比發射線圈自身所覆蓋的區域寬，而且當接收線圈位于兩相鄰發射線圈間隔的中間區域時，兩個發射線圈是同時供電的，提高了移動式無線充電裝置的平均傳輸功率。
【主權項】
1.一種電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法，所述的切換供電方法基于移動式無線充電裝置；所述移動式無線充電裝置由沿線鋪設的地面發射線圈陣列和安裝于電動汽車底盤上的接收線圈構成，每個發射線圈連接有補償電容和支路控制開關，發射線圈兩端均安裝有位置檢測裝置，其特征在于，所述的切換供電方法利用當接收線圈在行進方向上移動時收發線圈之間互感存在過零點的特性，隨著接收線圈的移動，各發射線圈依次在其互感過零位置切入和切出。2.根據權利要求1所述的電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法，其特征在于，所述的互感過零特性是指:當接收線圈沿電動汽車行車方向在任意一個發射線圈上方移動時，接收線圈從偏離到對準到再偏離該發射線圈，在整個移動過程中，接收線圈和發射線圈的互感先由負值變為正值，然后隨著偏離程度的減小逐漸增大，當接收線圈和發射線圈兩者完全對準時達到正的最大值，之后隨著偏離程度的遞增互感值逐漸減小，最后由正值變為負值，前后總共有兩個過零點。3.根據權利要求1所述的電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法，其特征在于，在行車方向上靠近每一個移動式無線充電裝置的發射線圈首尾兩端裝有位置檢測裝置，當接收線圈中心對準該位置檢測裝置安裝位置時，接收線圈和發射線圈之間的互感恰好為零；該位置檢測裝置的安裝位置通過有限元仿真或者實際測量得到。4.根據權利要求1所述的電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法，其特征在于，所述各發射線圈在其互感過零位置切入和切出的具體切換方法為:隨著接收線圈位置的移動，當接收線圈首次與某個發射線圈η之間的互感為零時，閉合該發射線圈η的支路開關；當接收線圈再次與該發射線圈η之間的互感為零時，斷開該發射線圈η的支路開關。5.根據權利要求1或4所述的電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法，其特征在于，從行車方向上看，所述互感過零位置位于發射線圈的兩個邊界之外；對于移動式行車充電裝置的每一個發射線圈，采用過零切換方法時，其實際供電區域比發射線圈本身所覆蓋的區域寬。
【專利摘要】一種電動汽車移動式無線充電裝置的切換供電方法，所述移動式無線充電裝置由沿線鋪設的地面發射線圈陣列和安裝于電動汽車底盤上的接收線圈構成，每個發射線圈連接相應的補償電容和支路控制開關。所述的切換供電方法利用了當接收線圈在行進方向上移動時收發線圈之間互感存在過零點的特性，當接收線圈首次與某個發射線圈n之間的互感為零時，閉合該發射線圈n的支路開關；當接收線圈再次與該發射線圈n之間的互感為零時，斷開該發射線圈n的支路開關。隨著接收線圈的移動，各發射線圈依次在其互感過零位置切入和切出，使得切換過程中的電壓電流沖擊降到最小。
【IPC分類】H02J17/00
【公開號】CN105048651
【申請號】CN201510493524
【發明人】王麗芳, 朱慶偉, 廖承林, 郭彥杰, 李芳 , 張文豪
【申請人】中國科學院電工研究所
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月12日