[发明专利]一种基于LCL补偿的集成导轨分布切换供电拓扑

说明书

本发明提出一种基于LCL补偿的集成导轨分布切换供电拓扑，供电拓扑包括发射电源和n段发射导轨供电段；发射电源包括恒压母线U_DC和4个开关管；n段发射导轨供电段的每段均包括LCL补偿拓扑和两组反向串联的开关管S_pn+和S_pn‑；LCL补偿拓扑由相邻两段发射导轨L_pn、L_p(n+1)及并联补偿电容C_pn(n+1)构成；发射导轨L_pn由发射线圈L_pnm和集成在内部的补偿电容C_pnm串联构成；开关管S_pn+和S_pn‑并联在相邻两段发射导轨L_pn、L_p(n+1)及并联补偿电容C_pn(n+1)构成的支路两侧；复用发射导轨供电段为相邻供电段补偿，无需为每个供电段配置补偿电感；复用谐振电容为两个供电段补偿，减少了电容的数量；系统的高度复用，减少了谐振器件数量，降低了系统的体积和成本，减小了损耗，提高了系统效率。

技术领域

本发明属于无线电能传输和动态无线供电领域，具体地，涉及一种基于LCL补偿的集成导轨分布切换供电拓扑。

背景技术

动态无线供电技术可以在电动汽车行驶过程中实时补充电能，因而可以增加续航里程，减少动力电池的配比，克服传统有线充电方式带来的弊端，具有重要的研究价值。目前正朝着大功率、远距离、长里程的方向不断发展。国内外对动态无线供电技术的研究主要围绕长导轨式和多线圈排布式磁耦合机构展开，就其本身的结构及特性、磁芯配置方式、耦合性能特点、横向偏移能力、谐振补偿拓扑、动态切换方法、行进过程中功率波动等问题进行了研究，取得了一系列成果。此外，一些动态无线供电项目已经开发出成套系统，建立了多条动态无线供电试验线，逐步投入实际运行当中，使得动态无线供电技术改变传统有线充电方式真正成为可能。

动态无线供电系统中发射导轨的长度往往长于车载接收线圈，因此存在较大的漏磁。若发射导轨通电长度过长，则过多的漏磁一方面会降低发射导轨和接收端间的耦合系数，使系统效率降低；另一方面漏磁产生的辐射可能对周围的生物体产生危害。因此动态无线供电系统发射端有必要采用分段导轨+位置检测+导轨切换的方式，提高系统的供电效率，降低电磁辐射水平。导轨的分段排布和切换方式已成为该领域的研究热点之一。

当前动态无线供电系统导轨分段排布和切换方式主要有单源分段供电、多源独立供电、多源混合供电、多源混合交替供电等四种方案。①单源分段供电指的是所有导轨并联于同一台电源上，电源始终处于运行状态，通过串联开关切换实现导轨的投切。该方式结构简单，成本较低，但需要的供电线较多且长度较长，开关处于硬切换状态容易烧毁器件，同时开启两段导轨难度较大。②多源独立供电方案指的是为每一段供电导轨均配备一台发射电源，该方式省去了切换开关，结构简单，切换容易，但电源数量过多，成本较高。③多源混合供电方案是对单源分段供电的改进，减少了每一个电源驱动导轨的段数，以减小单电源压力，但在局部仍未解决硬切换和两段导轨同时供电的问题。④多源混合交替供电方案采用两台电源交替连接发射导轨，在减少电源数量的同时，允许相邻两段导轨同时工作，降低了成本，提高了接收功率的稳定性，但仍存在供电线较长，单电源驱动导轨长度受限及硬切换的缺点。