[发明专利]一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统及方法

权利要求书

1.一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，包括能量发射系统和能量接收系统；所述能量发射系统包括直流激励源、全桥逆变网络、发射导轨组、补偿线圈、切换开关、位置检测装置；所述发射导轨组含有交流供电开关、发射线圈、谐振电容，发射导轨组并联连接在全桥逆变网络的输出端；所述直流激励源给发射导轨组提供电能；所述全桥逆变网络用于实现电压调节与高频变换；

其能量接收系统设置有接收线圈、副边谐振补偿电容、整流滤波电路；所述副边接收线圈与谐振电容用于实现原边与副边能量的接收，接收的电能通过所述的整流滤波电路后续处理为电动汽车充电；

所述位置检测装置的信号反馈给切换开关，用于控制交流供电开关与切换开关的闭合与关断，使原边谐振补偿网络的谐振电容与补偿线圈发生新谐振，为电动汽车持续供电，实现原边谐振电容中存储的能量连续使用。

2.根据权利要求1所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述位置检测传感器安装在每个发射导轨组前。

3.根据权利要求1所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述发射导轨组中，第i组的发射线圈L_i(i＝1,2,...,N)与谐振电容C_i(i＝1,2,...N)构成原边串联谐振，同时，发射线圈切换过程中第i组的谐振电容C_i(i＝1,2,...N)与补偿线圈Q_i(i＝1,2,...,N)构成串联谐振。

4.根据权利要求1所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述发射导轨组中的发射线圈与连接在导轨组之间的补偿线圈形状设置为矩形线圈，且两个线圈依次排列放置。

5.根据权利要求1所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，在相邻发射导轨组之间连接一个切换开关和一个补偿线圈，且每一个补偿线圈与发射线圈的参数值相同；在发射导轨谐振网络切换后，将上一级发射导轨中谐振电容C_i(i＝1,2,...,N)与补偿线圈串联立即形成一个新的谐振补偿网络，释放谐振电容中的能量，使得电动汽车收发端在能量传递过程中不会出现断续。

6.根据权利要求1所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，N组发射导轨中的发射线圈与补偿线圈依次铺设在路面下方，接收线圈安装在电动汽车底盘。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统，其特征在于，所述无线充电系统可以应用于SS(串-串)型磁共振式无线电能系统，此时，列写系统的电学方程如下：

式中U_S为逆变得到的等效电压源；M为发射线圈L_p与接收线圈L_s之间的互感；w为系统的谐振频率。I₁、I_L分别为流经发射线圈L_p和接收线圈L_s的电流。

通过式(1)可求得发射和接收电路电流分别为：

其中分别为一次侧等效阻抗和二次侧等效阻抗；在电路中为了减小无功功率、提高系统的效率，使系统的输入阻抗最小，即使阻抗的虚部为零，令其谐振频率满足同时将原边等效电阻R₁与副边等效电阻R₂看成零，代入式(2)中，可得系统发射导轨切换前与切换后一次侧的电流为：

式中R_L为负载等效电阻。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统的无线充电方法，其特征在于，电动汽车行驶在铺设有所述无线充电系统的道路上，位置检测传感器检测到电动汽车到来，检测的反馈信号对切换开关与交流供电开关进行相应的控制，首先检测到的信号反馈给交流供电开关S1使其闭合,原边发射线圈L₁与副边接收线圈L_S进行线圈之间的耦合，实现原副边能量的传递，其余开关保持断开状态；电动汽车继续行驶时，原边位置检测传感器检测到车辆的到来，同时需要对原边发射线圈L₁切换到下一个线圈，为了避免谐振网络中谐振电容C₁能量损失，闭合切换开关SP1与下一级发射导轨组中的交流供电开关S2，同时断开前一级发射导轨组中的交流供电开关S1，两个相邻发射导轨组之间的补偿线圈Q₁与前一级中谐振网络中谐振电容C₁形成新的谐振网络，并且与副边接收线圈L_S进行能量的变换，发射线圈L₂与谐振电容C₂发生谐振，等待电动汽车到来时进行电能的变换，此时属于系统切换后，安装在电动汽车底盘的接收线圈L_S行驶至补偿线圈Q₁位置。