电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈设计与控制的制作方法

本发明涉及电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈设计与控制，采用同一套无线充电线圈同时完成车载线圈定位检测与能量补充两种功能。

背景技术：

电动汽车无线充电技术最初以电磁感应耦合方式为主，国外研究机构起步较早，以此为代表的有新西兰奥克兰大学波依斯（boys）教授为首的课题组。但由于感应式无线电能传输技术对磁路的设计要求比较苛刻，传输距离较低（多在厘米范围内），故在目前的研究中正逐渐被磁耦合谐振式无线充电方式所代替。国内目前的研究热点主要集中在理论分析与关键装备试制这两个方面。电动汽车磁耦合谐振式无线充电的原理是将家用220v交流电通过高频振荡电源变成高频高压电，通过工作在相同的谐振频率下，发射线圈不断的将能量传出，接收线圈接收能量，通过隔离强耦合的方式，负载线圈将能量引出，通过整流稳压装置对电动汽车电池进行充电。

目前，随着电动汽车无线充电技术研究的不断升温，越来越多的科学家对此项技术给予了足够的肯定。但是，由于无线充电系统传输特性的特殊性，车载线圈与地面发射线圈需要有较高的精确定位性，偏移距离的增加将带来传输效率的急剧下降。因此尽量减小车载线圈与地面发射线圈之间的偏移距离，实现高容偏高效充电是本发明的主要目的。本发明通过设置多单元发射线圈阵列及其详细控制方法，可以实现线圈高精度定位与高效无线充电于一体，具有很好的经济性和实用性。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈设计与控制方法，融合了线圈定位与无线充电两种功能，无需外加辅助定位装置，实施简单、供电可靠。

技术方案：本发明所述的一种电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈设计与控制方法，包括以下步骤：

（1）线圈阵列设计与定位检测方法；

（2）供电线圈选择与输出控制方法。

步骤（1）所述电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈由线圈阵列、电流检测单元、补偿电容、高频交流电源、程控开关、充电开关、信号存储与比较器、车载线圈，阵列线圈与车载线圈为非物理连接的两个部分，且均通过补偿电容匹配至相同的谐振频率，组成谐振单元，所述谐振频率与高频交流电源的输出频率相同，所述程控开关的常开与常闭触头分别与谐振单元串接与并接，所处充电开关的常闭触头与各线圈串接。

步骤（1）所述电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈由(2n+1)²个方形线圈组成，n的取值为正整数，阵列线圈组成方形网格状，每个线圈与补偿电容的连接线上均设有高频电流检测装置，所述高频电流检测装置的输出端与信号存储与比较器的输入端相连接，所述信号存储与比较器的输出信号由单个比较周期内的输入信号最小值决定，为程控开关的使能信号。

所述步骤（2）包括以下步骤：（21）初始定位检测线圈均选定为阵列线圈的中心线圈，使能动作中心线圈的程控开关，检测并比较与中心线圈四边紧邻线圈的电流信号幅值，若幅值相等，中心线圈程控开关状态不变，其余线圈充电开关的常闭触头打开；若幅值不等，取电流信号最小值的线圈作为定位检测线圈，使能动作检测线圈的程控开关，检测并比较除中心线圈外与检测线圈紧邻其他线圈的电流信号幅值，若幅值相等，检测线圈程控开关状态不变，其余线圈充电开关的常闭触头打开；若幅值不等，取电流信号最小值的线圈作为检测线圈，循环线圈定位检测流程，直至确定最终定位线圈，所有开关恢复初始状态；（22）使能动作定位线圈的程控开关，其余线圈充电开关的常闭触头打开。

有益效果：本发明提供的电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈设计与控制方法，具有如下优势：1、原理简单、定位方便，可推广至不同类型负载接入无线电能传输系统后的线圈定位与充电，基本解决了无线电能传输系统关于方向性要求的难题；2、结构简单，运行可靠，定位检测与无线充电控制步骤环环相扣，明确严谨，保证了系统运行的可靠性；3、易于实施，本系统所包含的定位检测与无线充电装置为同一套装置，其由线圈、电容、逆变电源、程控开关、比较器等关键器件组成，结构并不复杂，不会对系统的搭建造成困难，因此易于实施；4、用简单便捷可靠的方法即可挑选出线圈阵列中的某一个线圈为车载线圈进行充电，实质将线圈阵列转换为单一发射线圈为电动汽车进行充电，减小了充电损耗，在无线充电技术迅猛发展的环境下，该创新性设计迎合了市场需要，前景广阔检测与控制方法简单、可靠、损耗最低。

附图说明

图1为n=1时本发明的结构示意图；

图2为定位检测与无线充电复用型电路的结构示意图；

图3为定位检测与无线充电复用型电路的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

在附图1中，电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈由(2n+1)²个方形线圈组成，n的取值为正整数，阵列线圈组成方形网格状，每个线圈既可以作为定位线圈，也可以作为供电线圈，检测次数由(2n+1)²次降低为2n次，提高了检测定位的效率与精度，车载线圈的定位范围随定位线圈个数的增加而呈二次方增加，可以灵活配置。

根据电动汽车无线充电与线圈定位复用的工作原理，该定位与充电系统可用如附图2所示的等效电路来描述。

在附图1中，电动汽车无线充电与线圈定位复用型阵列线圈由线圈阵列、电流检测单元、补偿电容、高频交流电源、程控开关、充电开关、信号存储与比较器、车载线圈，阵列线圈与车载线圈为非物理连接的两个部分，且均通过补偿电容匹配至相同的谐振频率，组成谐振单元，所述谐振频率与高频交流电源的输出频率相同，所述程控开关的常开与常闭触头分别与谐振单元串接与并接，所处充电开关的常闭触头与各线圈串接；每个线圈与补偿电容的连接线上均设有高频电流检测装置，所述高频电流检测装置的输出端与信号存储与比较器的输入端相连接，所述信号存储与比较器的输出信号由单个比较周期内的输入信号最小值决定，为程控开关的使能信号；具体检测与控制方法可用如附图3所示的控制流程图来描述。

在附图1中，首先初始定位检测线圈均选定为阵列线圈的中心线圈，如⑤号线圈，使能动作中心线圈的程控开关s5，检测并比较与中心线圈四边紧邻线圈，即②号、④号、⑥号、⑧号线圈的电流信号幅值，分别以q2、q4、q6、q8表示，若幅值相等，即q2≈q4≈q6≈q8，则判定车载线圈位于⑤号线圈上方，检测定位环节结束，此时，中心线圈程控开关s5状态不变，其余线圈充电开关，即s11~s44、s66~s99的常闭触头打开，由定位检测状态转换为无线充电状态。

若q2、q4、q6、q8的幅值不等，则取电流信号最小值的线圈作为定位检测线圈，以q2最小为例，则②号线圈被选定为定位检测线圈，程控开关s5恢复原位，s2被触发动作，检测并比较除中心线圈外与检测线圈紧邻其他线圈的电流信号幅值，即①号、③号线圈的电流信号幅值，分别以q1、q3表示，若幅值相等，即q1≈q3，则判定车载线圈位于②号线圈上方，检测定位环节结束，s2状态不变，其余线圈充电开关，即s11、s33~s99的常闭触头打开，由定位检测状态转换为无线充电状态。

若q1、q3的幅值不等，s2恢复原位，定位检测完成，取q1、q3的最小值即min(q1\q3)对应程控开关触发动作，对应充电开关（s11或s33）保持原状态，其余线圈所对应的充电开关常闭触点均打开，开始进入无线充电状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。