[发明专利]基于多级复合谐振结构并联的电动汽车动态无线供电系统及采用该系统实现的供电方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电能传输领域。

背景技术

由于节约能源，对环境污染小，电动汽车受到了世界各国的大力推广。工业生产中，电机驱动的固定场地移动设备已被大量使用，如AGV无人搬运车、隧道电缆巡检机器人、有轨交通、工厂自动化生产线等。这类设备往往需要内置电池组或外接电缆供电，影响了其使用的连续性和灵活性。因此，充电问题成为阻碍新能源汽车发展的最大瓶颈。

传统的插拔充电方式由于受到接口的限制只能同一时间为一台电动车充电。而且充电器输出高电压，会引起一系列安全问题。无线充电技术可以很好的解决上述问题，用户只需将车开到指定充电区域，便可自动进行充电，该技术称为静态无线充电技术。对于可移动执行机构而言，无线充电没有外露的连接器，彻底避免漏电、跑电等安全隐患，可大幅增加其续航能力和移动灵活性。然而，传统的静态无线充电存在着续航里程短、充电时间长、充电频繁、电池组体积重量大、成本高昂等问题。特别是对于电动巴士一类的公交车辆，其连续续航能力格外重要。在这样的背景下，动态无线充电技术应运而生，它以非接触的方式为行驶中的电动车实时地提供能量供给。电动车可少量搭载甚至无需搭载电池组，其续航里程得到延长，同时电能补给更加安全、便捷。

现有的电动汽车动态无线供电技术，意在解决电动汽车动态无线供电时存在的电能传输连续性问题。动态无线供电装置主要包括固定的地面设施和安装在电动汽车上的能量接收及转换系统，主要考核指标包括：无线能量传输距离、效率、功率、路面横向侧移距离等。因而，开发大功率、高效率、低电磁辐射、成本适中的动态无线供电系统，成为国外各大研究机构当前的主要研究内容。如新西兰奥克兰大学使用长导轨式线圈来解决车辆运动过程中能量通道切换带来的问题，但该方法存在发射线圈结构与接收端线圈的互感量小，这就导致传输距离小、传输效率低等问题。韩国科学技术院在线圈中加入经过优化设计的磁芯结构，较奥克兰大学的解决方案提升了传输效率和传输距离，但是增加磁芯后存在设备成本高，不适合大规模应用的缺点。美国橡树岭实验室采用的是多分体线圈连续铺设的方案，其地面发射装置采用多单体线圈串接共同构成一个串联谐振腔并使用单一逆变源的拓扑结构，但传输功率和效率在车辆行驶过程中受发射和接收线圈相对位置影响呈现为不平均，在两发射线圈中间位置功率和效率极低。

特别是，现有技术存在电磁辐射的显著缺点，目前的解决办法只能通过采取一些有限的电磁屏蔽措施，如在车底盘安装磁芯或铝板，以削弱车内人体的电磁辐射。但是在公路上铺设大功率长导轨对行驶的电动汽车进行无线供电时，当行人过马路从通电的大功率导轨上经过，将遭受强电磁照射影响，对人体安全构成严重威胁。根据国际非电离辐射防护委员会(The International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection,ICNIRP)制定的标准，在100kHz电流密度公众暴露限值为200mA/m2，其值过高可能对人体神经系统功能造成影响；比吸收率(Specific Absorption Rate,SAR)限值为2W/kg，功率密度限值为10W/m2，二者值过高将导致人体局部组织过热。因此，有必要提供一种改进的方法和装置来解决上述技术问题。

发明内容

本发明是为了解决现有道路式电动汽车动态无线供电技术中长距离供电耦合机构互感不均匀、以及对过路行人产生电磁辐射的问题，本发明提供了一种基于多级复合谐振结构并联的电动汽车动态无线供电系统及采用该系统实现的供电方法。

基于多级复合谐振结构并联的电动汽车动态无线供电系统，它包括网侧供电系统和电动车侧受电系统；

网侧供电系统用于给电动车侧受电系统无线供电；

网侧供电系统包括工频整流器、高频逆变器、n级复合谐振电路和位置检测及控制电路；

电网输出的电能通过工频整流器送至高频逆变器，n级复合谐振电路并联在高频逆变器输出的交流母线上；n为大于或等于2的正整数；每级复合谐振电路的结构完全相同，

位置检测及控制电路采用控制器、磁传感器、交流开关实现，交流开关设置在各级复合谐振电路干路上，磁传感器设置在相邻两个发射绕组中心处或设置在各发射绕组的几何中心处，

位置检测及控制电路中的控制器根据磁传感器的位置检测结果发送控制信号给交流开关，

各级复合谐振电路上的发射绕组与电动车侧受电系统之间用于产生谐振磁场，

电动车侧受电系统包括接收谐振电路、高频整流器、直流母线、DC-DC变换器、DC-AC变换器；