一种电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法。
【背景技术】
[0002]电动汽车无线充电技术近几年来得到了飞速的发展。对于驻车充电，目前Witricity、Evatran等公司已经针对日产Leaf等热销电动汽车推出了成熟的无线充电产品。通过在电动汽车的行驶车道上铺设无线能量发射装置来给行进中的电动汽车进行移动式充电的行车充电方式，能够大大减小电动汽车所需装载的电池组容量，从而降低电动汽车成本，近年来也备受学术界、产业界关注。
[0003]对于移动式无线充电，发明专利CN201410043147 “一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置”和发明专利CN201410043240 “一种采用分段供电的移动式无接触供电系统”分别提出了一种双路双向可控切换开关和完整的地面端供电切换管理方案，该移动式无接触供电系统在每个初级绕组线圈端部或两相邻初级绕组线圈的中间安装有位置检测装置，当位置检测装置检测到次级绕组线圈时，相应的切换开关进行通断切换，实现了只给有次级绕组线圈覆盖的初级绕组线圈供电的功能，但是这种切换方式没有考虑两相邻初级绕组之间的相互影响，仅仅是根据次级线圈的位置来切换初级绕组，切换过程中会产生巨大的冲击电流，降低切换装置及逆变器的稳定性，进而影响系统可靠性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法。本发明利用了互感过零的特性，使得各发射线圈切入和切出过程中切换开关承受的电压、电流冲击降到最小，能够提高移动式无线充电装置的稳定性和可靠性。
[0005]应用本发明切换供电方法的移动式无线充电装置由沿线铺设的地面发射线圈阵列和安装于电动汽车底盘上的接收线圈构成，每个发射线圈连接相应的补偿电容和支路控制开关，并且两端均安装有位置检测装置。本发明切换供电方法利用了接收线圈在行进方向上移动时，收发线圈之间互感存在过零点的特性，随着接收线圈的移动，各发射线圈依次在其互感过零位置切入和切出。由于是过零切换，被切入或切出的发射线圈在切换瞬间不会向接收线圈传输功率，因此，本发明能够最大限度的降低切换过程中切换开关内的电流电压冲击，并且最大限度地抑制了输出功率的波动。
[0006]所述互感过零特性是指:当接收线圈沿电动汽车行车方向在任意一个发射线圈上方移动时，接收线圈从偏离到对准到再偏离该发射线圈，在整个移动过程中，接收线圈和发射线圈的互感先由负值变为正值，然后随着偏离程度的减小逐渐增大，当接收线圈和发射线圈两者完全对准时达到正的最大值，之后随着偏离程度的递增互感值逐渐减小，最后由正值变为负值，前后总共有两个过零点。
[0007]在行车方向上靠近每一个移动式无线充电装置的发射线圈首尾两端装有位置检测装置，当接收线圈中心对准该位置检测装置安装位置时，接收线圈和发射线圈之间的互感恰好为零。该位置检测装置的安装位置与实际的移动式无线充电装置的发射线圈和接收线圈的尺寸、结构有关，通过有限元仿真或者实际测量得到。
[0008]所述的过零切换是指，由于在行车方向上每个发射线圈的前方和后方各有一个互感过零点，接收线圈和发射线圈之间的互感会两次过零。以任一发射线圈η为例，具体切换方法为:随着接收线圈位置的移动，当接收线圈首次与该发射线圈η之间的互感为零时，闭合该发射线圈η的支路开关；当接收线圈再次与该发射线圈η之间的互感为零时，断开该发射线圈η的支路开关。
[0009]从行车方向上看，所述互感过零位置位于发射线圈的两个边界之外；对于移动式行车充电装置的每一个发射线圈，采用过零切换方法时，其实际供电区域要比发射线圈本身所覆盖的区域宽。当相邻发射线圈的间隔较小时，过零点会落在相邻的发射线圈所在区域上。此种情况下，接收线圈处在两相邻发射线圈之间的区域时，两个发射线圈均处于供电状态，同时向接收线圈传输能量。
[0010]本发明切换方法具有如下优点:
[0011]1.切换过程，电压过冲、电流过冲低，输出功率无波动；
[0012]2.能够提高移动式无线充电装置的平均传输功率；
[0013]3.能够提高移动式无线充电装置的稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0014]图1电动汽车移动式无线充电装置最小切换单元示意图；
[0015]图2接收线圈与第η线圈、第η+1线圈之间互感随接收线圈位置的变化规律示意图；
[0016]图3第η线圈支路开关3_η的开断策略；
[0017]图4第η+1线圈支路开关3_η+1的开断策略。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和【具体实施方式】进一步说明本发明。
[0019]专用车道铺设的电动汽车移动式无线充电装置是本发明方法的典型应用场合之一。图1所示为本发明实施例移动式无线充电装置的最小切换单元。一个移动式无线充电装置由多个最小切换单元构成。最小切换单元由车道内任意两个相邻的发射线圈及其补偿电容、支路控制开关、位置检测装置，以及接收线圈组成。挂装在电动汽车底盘的接收线圈5随着图1箭头所示的行车方向，依次从发射线圈1_η和发射线圈1_η+1的上方划过，2_
11、3_11分别为发射线圈1_η的补偿电容和支路控制开关。通过有限元仿真或实际测量，得到收发射线圈之间互感随接收线圈位置的变化关系，找出相邻的各个发射线圈各自的过零点，在发射线圈1_η前方的过零点处安装前位置检测装置4_η_1，在发射线圈1_η后方的过零点处安装后位置检测装置4_η_2。同样的，发射线圈1_η+1连接有补偿电容2_η+1和支路控制开关3_η+1，以及前位置检测装置4_η+1_1，后位置检测装置4_η+1_2。
[0020]图2为接收线圈与第η线圈、第η+1线圈之间互感随接收线圈位置的变化规律示意图，下方为接收线圈、第n-Ι线圈到第η+2线圈四个相邻发射线圈及其位置检测装置的侧视图，反映了各个部件的空间位置信息。上方虚线为第η线圈与接收线圈5之间的互感Mn 5随接收线圈位置的变化规律，上方实线为第η+1线圈与接收线圈5之间的互感Μη+1—5随接收线圈位置的变化规律。所有位置检测装置均安装在相应的互感过零点上。一般的，发射线圈1_η-1后位置检测装置4_η-1_2对应的是发射线圈1_η的前方过零点，发射线圈1_η+1的前位置检测装置4_η+1_1对应的是发射线圈1_η的后方过零点。
[0021]本发明互感过零切换的供电方法的具体实施情况如图3、图4所示。对于发射线圈1_η的支路控制开关3_η，如图3所示，当接收线圈5移动到发射线圈1_η_1的后位置检测装置4_η-1_2时，闭合支路控制开关3_η，发射线圈1_η开始供电，当接收线圈5移动到发射线圈1_η+1的前位置检测装置4_η+1_1时，断开3_η，发射线圈1_η停止供电；对于发射线圈1_η+1的支路控制开关3_η+1，如图4所示，当接收线圈5移动到发射线圈1_η的后位置检测装置4_η_2时，闭合支路控制开关3_η+1，发射线圈1_η+1开始供电，当接收线圈5移动到发射线圈1_η+2的前位置检测装置4_η+2_1时，断开3_η+1，发射线圈1_η+1停止供电。
[0022]由图3、图4可见，任意一个发射线圈的供电区域要比发射线圈自身所覆盖的区域宽，而且当接收线圈位于两相邻发射线圈间隔的中间区域时，两个发射线圈是同时供电的，提高了移动式无线充电装置的平均传输功率。
【主权项】
1.一种电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，所述的切换供电方法基于移动式无线充电装置；所述移动式无线充电装置由沿线铺设的地面发射线圈阵列和安装于电动汽车底盘上的接收线圈构成，每个发射线圈连接有补偿电容和支路控制开关，发射线圈两端均安装有位置检测装置，其特征在于，所述的切换供电方法利用当接收线圈在行进方向上移动时收发线圈之间互感存在过零点的特性，随着接收线圈的移动，各发射线圈依次在其互感过零位置切入和切出。2.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，其特征在于，所述的互感过零特性是指:当接收线圈沿电动汽车行车方向在任意一个发射线圈上方移动时，接收线圈从偏离到对准到再偏离该发射线圈，在整个移动过程中，接收线圈和发射线圈的互感先由负值变为正值，然后随着偏离程度的减小逐渐增大，当接收线圈和发射线圈两者完全对准时达到正的最大值，之后随着偏离程度的递增互感值逐渐减小，最后由正值变为负值，前后总共有两个过零点。3.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，其特征在于，在行车方向上靠近每一个移动式无线充电装置的发射线圈首尾两端装有位置检测装置，当接收线圈中心对准该位置检测装置安装位置时，接收线圈和发射线圈之间的互感恰好为零；该位置检测装置的安装位置通过有限元仿真或者实际测量得到。4.根据权利要求1所述的电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，其特征在于，所述各发射线圈在其互感过零位置切入和切出的具体切换方法为:随着接收线圈位置的移动，当接收线圈首次与某个发射线圈η之间的互感为零时，闭合该发射线圈η的支路开关；当接收线圈再次与该发射线圈η之间的互感为零时，断开该发射线圈η的支路开关。5.根据权利要求1或4所述的电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，其特征在于，从行车方向上看，所述互感过零位置位于发射线圈的两个边界之外；对于移动式行车充电装置的每一个发射线圈，采用过零切换方法时，其实际供电区域比发射线圈本身所覆盖的区域宽。
【专利摘要】一种电动汽车移动式无线充电装置的切换供电方法，所述移动式无线充电装置由沿线铺设的地面发射线圈阵列和安装于电动汽车底盘上的接收线圈构成，每个发射线圈连接相应的补偿电容和支路控制开关。所述的切换供电方法利用了当接收线圈在行进方向上移动时收发线圈之间互感存在过零点的特性，当接收线圈首次与某个发射线圈n之间的互感为零时，闭合该发射线圈n的支路开关；当接收线圈再次与该发射线圈n之间的互感为零时，断开该发射线圈n的支路开关。随着接收线圈的移动，各发射线圈依次在其互感过零位置切入和切出，使得切换过程中的电压电流冲击降到最小。
【IPC分类】H02J17/00
【公开号】CN105048651
【申请号】CN201510493524
【发明人】王丽芳, 朱庆伟, 廖承林, 郭彦杰, 李芳 , 张文豪
【申请人】中国科学院电工研究所
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月12日