一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统。
【背景技术】
[0002]随着石油、煤炭等传统能源的枯竭以及环境问题的加重，节能减排、减少对化石燃料的依赖，发展新能源技术已成为我国经济可持续发展迫切需要解决的问题。作为解决交通、能源和环境问题的重要手段，电动汽车以电能驱动电机，是未来汽车工业发展的方向，也是我国重点发展的战略性产业之一，根据我国制定的《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020年)》，2030年全国电动汽车预计保有量将达到6000万辆，可以预见电动汽车的规模化发展是未来的发展趋势，若以每辆电动汽车充电功率为10千瓦测算，其容量将达到6亿千瓦，占2030年全国预计总装机容量23.2亿千瓦的26%，大规模电动汽车的发展对电网带来新的挑战和机遇。
[0003]电动汽车得以迅猛发展，汽车正在逐步摆脱对化石能源的依赖，从传统汽车发展到混合动力车，最终过渡到纯电动汽车。然而目前车载电池的能量密度尚且难以与汽油相比，尽管随着电能存储技术的不断进步，锂离子电池逐步替代了铅酸蓄电池，部分问题得以改善，电动汽车仍需要庞大笨重的电池组作为动力能源存储设备，另外电动汽车相对有限的续航能力仍是制约电动汽车发展的关键因素。
[0004]无线电能传输技术是目前比较新型的电能传输技术之一，可通过空气等媒介，避开电缆线的直接物理连接实现能量的有效传递，依托感应、磁耦合谐振、微波等技术可实现传输距离为几厘米至几米，传输功率几瓦至几十千瓦，完全可满足电动汽车充放电功率和距离的需求，同时也具备了供电方式灵活，绿色环保、无接触电火花、充电过程中无人工插拔操作、无机构磨损等一系列优点。
[0005]目前无线电能传输技术已在电动汽车静态无线充电上展现出了良好的应用态势，并且国内外也在电动汽车的静态无线充电上取得了较大的突破。静态式无线充电技术虽然在无线充电的功率和效率上基本能满足了电动汽车充电的要求，但电动汽车仍需要庞大笨重的电池组作为动力能源存储设备。
【发明内容】
[0006]发明目的:针对上述现有技术，提出一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，实现电动汽车行驶中的动态充电。
[0007]技术方案:一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，包括路面能量发射装置、车载能量接收装置、车载定位装置；其中，所述路面能量发射装置包括高频电源、连接所述高频电源的分段式发射装置、第一无线通信模块；所述分段式发射装置包括沿车辆行进路径依次设置的η个发射线圈，每个发射线圈连接一个程控开关串联到高频电源回路，所有程控开关均通过切换控制器控制；所述车载能量接收装置包括能量接收线圈；所述车载定位检测装置包括探测线圈、检测负载、电流检测器、模数转换器、检测控制器、第二无线通信模块；所述探测线圈的尺寸小于能量发射线圈，所述探测线圈与能量接收线圈沿车体长度方向并排设置，所述探测线圈的输出端串联谐振电容后连接所述检测负载；所述电流检测器用于检测探测线圈上的电流变化并经模数转换器转换后发送至检测控制器，当检测线圈从发射线圈中央向发射线圈边缘移动时，检测到探测线圈的电流从小变大，根据所述电流变化规律以及发射线圈与探测线圈中心点的距离得出车辆相对分段式发射装置的位置，并通过所述第二无线通信模块发送至第一无线通信模块后传输至所述切换控制器；所述切换控制器根据车辆相对分段式发射装置的位置控制发射线圈的通断，控制路面能量发射装置持续对车载能量接收装置传输电能。
[0008]进一步的，从高频电源到各发射线圈的能量输送线路均采用高频双绞母线。
[0009]有益效果:本发明的一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，通过车载定位装置实时检测当前行驶中的电动汽车的位置，经无线通信将位置信息发送到路面接收端，由程控开关动作切换相应的能量发射线圈接入电路，能量经无线传输方式传送到车载能量接收端，实现在电动汽车行驶过程中动态的补充电能。采用动态无线供电方式可以少载甚至不载电池，可以实现电动汽车的连续行驶，在理论上存在无限续航能力。
【附图说明】
[0010]图1为本发明系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0012]如图1所示，一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，包括路面能量发射装置、车载能量接收装置、车载定位装置。
[0013]其中，路面能量发射装置包括高频电源、连接高频电源的分段式发射装置、第一无线通信模块。分段式发射装置包括在车辆行进路径上并排设置的η个含谐振补偿电容的发射线圈，每个发射线圈连接一个程控开关，程控开关均连接到一个切换控制器。高频电源由连接电网的高频逆变器输出得到，高频逆变器将电网工频电流整流逆变为高频交流电。从高频逆变器输出端到各发射线圈的能量输送线路均采用高频双绞母线，以降低通过高频电流时的电磁辐射，各发射线圈接入高频电源回路的方式为串联接入，保证发射端能量发射电路仅存在单一串联回路。如图1所示，每个程控开关包含两触点，当处于图示触电0位置时，对应能量发射线圈不接入电路，当处于图示触电1位置时，对应能量发射线圈以串联方式接入回路。
[0014]车载能量接收装置包括含谐振补偿电容的能量接收线圈，该能量接收线圈通过整流调功电路连接到电动汽车的电池负载。能量接收线圈与分段式发射装置中的各发射线圈均采用方形螺旋铜质线圈，且尺寸相同，匝数相同。分段式发射装置中的各发射线圈能够与电动汽车上的能量接收线圈进行无线电能传输。发射线圈和能量接收线圈的位置可根据实际需要选择布置位置，本实施例中，将分段式发射装置中的各发射线圈按车辆行驶路径铺设在车道上，能量接收线圈设置在车辆底盘中线上，并位于车辆的中后部。
[0015]车载定位检测装置包括含补偿谐振电容的探测线圈、检测负载、电流检测器、模数转换器、检测控制器、第二无线通信模块。探测线圈输出端串联谐振电容后连接检测负载，探测线圈的尺寸小于能量发射线圈且为方形，探测线圈与能量接收线圈沿车体长度方向并排设置，即探测线圈同样布置在车辆底盘的中线上，探测线圈位于车体前部并与能量接收线圈之间具有一定距离。
[0016]分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统中，车载定位装置采用包含补偿谐振电容的探测线圈作为探测装置，当车辆沿车道行进时，预先接通车辆到达时首先接触的发射线圈；位于车前部的车载定位检测装置随车行进时，如图所示，当探测线圈从第一个发射线圈中央向线圈边缘运动时，从线圈中央到线圈边缘的磁场由弱变强，电流检测器能够检测出探测线圈输出到检测负载的电流变化，并经模数转换器转换成数字信号后发送至检测控制器。电流检测器每次检测到电流略有增大时，可判断电动汽车已行驶到当前通电发射线圈的边缘处，从而确定探测线圈位于第几个发射线圈的位置。根据发射线圈与探测线圈中心点的距离得出车辆相对分段式发射装置的位置。并通过检测控制器连接的第二无线通信模块发送至第一无线通信模块，第一无线通信模块将车辆的相对位置传输至切换控制器；切换控制器根据车辆相对分段式发射装置的位置控制各发射线圈的通断，将电动汽车已经过的通电发射线圈切除出电源回路，将即将行驶到达的发射线圈接入电路；当相应的路面能量发射线圈接通高频电源时，空间产生高频磁场，将电能转化成磁场能，经能量接收线圈重新还原成电流，再经过整流调功电路得到适合电池负载充电的电能，使得路面能量发射装置持续对车载能量接收装置传输电能，实现在电动汽车行驶过程中动态的补充电能。其中，整流调功电路的设计需按照电动汽车的电池负载设计相应的充电电压等级等参数。
[0017]本实施例中，第一、第二无线通信模块选用NRF24L01近程无线通信模块。切换控制器选用DSP等高速微处理器控制单元，用于控制各发射线圈通断的程控开关采用具有程控功能并带双触点的接触器或者继电器。
[0018]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。
【主权项】
1.一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，其特征在于:包括路面能量发射装置、车载能量接收装置、车载定位装置；其中，所述路面能量发射装置包括高频电源、连接所述高频电源的分段式发射装置、第一无线通信模块；所述分段式发射装置包括沿车辆行进路径依次设置的η个发射线圈，每个发射线圈连接一个程控开关串联到高频电源回路，所有程控开关均通过切换控制器控制；所述车载能量接收装置包括能量接收线圈；所述车载定位检测装置包括探测线圈、检测负载、电流检测器、模数转换器、检测控制器、第二无线通信模块；所述探测线圈的尺寸小于能量发射线圈，所述探测线圈与能量接收线圈沿车体长度方向并排设置，所述探测线圈的输出端串联谐振电容后连接所述检测负载；所述电流检测器用于检测探测线圈上的电流变化并经模数转换器转换后发送至检测控制器，当检测线圈从发射线圈中央向发射线圈边缘移动时，检测到探测线圈的电流从小变大，根据所述电流变化规律以及发射线圈与探测线圈中心点的距离得出车辆相对分段式发射装置的位置，并通过所述第二无线通信模块发送至第一无线通信模块后传输至所述切换控制器；所述切换控制器根据车辆相对分段式发射装置的位置控制发射线圈的通断，控制路面能量发射装置持续对车载能量接收装置传输电能。2.根据权利要求1所述的一种分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，其特征在于:从高频电源到各发射线圈的能量输送线路均采用高频双绞母线。
【专利摘要】本发明公开了一种新型分段发射式电动汽车在线动态无线供电系统，包括：由高频电源、高频双绞供电母线、程控开关、切换控制器以及分段式发射装置构成的路面能量发射端装置；由能量接收装置、整流调功以及电池负载组成的车载能量接收端装置；由探测装置、检测负载、电流检测器、模数转换器、以及检测控制器组成的车载定位装置。通过探测线圈受流变化实时检测电动汽车的位置，经无线通信将位置信息发送到路面接收端，由程控开关动作切换相应的能量发射线圈接入电路，能量经无线传输方式传送到车载能量接收端，实现在电动汽车行驶过程中动态的补充电能。本发明有利于解决电动汽车充电频繁续航能力差的问题。
【IPC分类】H02J50/12, H02J50/40, H02J7/02
【公开号】CN105356562
【申请号】CN201510822026
【发明人】谭林林, 刘瀚, 黄学良, 王维, 郭金鹏
【申请人】东南大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月24日