[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

说明书

本发明公开了一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统及方法，包括能量发射系统和能量接收系统，能量发射系统包括直流激励源、全桥逆变网络、若干个发射线圈以及补偿线圈，依次铺设在路面下方；能量接收系统包括接收线圈、副边谐振补偿电容、整流滤波电路；N组发射导轨并联连接在全桥逆变网络的输出端，每一组发射导轨含有发射线圈、原边谐振电容、交流供电开关，并且在每个发射导轨组前安装设有位置检测传感器。本发明通过在相邻发射导轨组之间连接一个切换开关以及补偿线圈，通过位置检测传感器反馈给切换开关的信号，使原边谐振补偿网络的谐振电容与补偿线圈发生新谐振，解决了导轨切换时副边拾取端充电电压不稳问题。

技术领域

本发明属于MCR-WPT(magnetic coupled resonant wireless power transfer)，磁耦合谐振式无线电能传输)技术领域，涉及一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统及方法。

背景技术

随着能源的短缺和环境的恶化，新能源技术的开发和利用已然成为研究热点。新能源技术在交通领域的应用，尤其是电动汽车，其节能环保的特点越来越受人们的关注。然而电动汽车技术的发展遇到了瓶颈，其中动力电池充电技术作为电动汽车开发的关键技术，对电动汽车的发展和推广有着至关重要的作用。传统电动汽车充电方式为有线充电(插电式)，由于受到电气接口及充电桩数量限制，同一时间内只能为一台或几台电动汽车进行充电，限制了电动汽车的大面积推广，无线充电技术的出现可有效解决这类问题。

电动汽车无线充电方式分为静态无线充电和动态无线充电，电动汽车静态无线充电一般是在车辆停在某个特定的区域内才能工作，电动汽车受制于电池容量的问题，每一次车辆通过无线充电段补充的能量并不支持电动汽车远距离行驶。针对静态无线充电技术的问题，提出了电动汽车动态无线充电技术，该技术使得车辆在行驶的过程中获得所需的电能，使得车辆的续航能力大大提升。

电动汽车动态无线充电技术的能量发射导轨可分为集中式和分段式，集中式电动汽车无线充电系统仅有单个发射导轨，这种系统由于导轨线圈自感和电阻都很大，导致系统效率低、系统不稳定等多方面问题。分段式导轨电动汽车无线充电系统是对交流供电导轨进行多个分段，是多个发射线圈在电动汽车行驶的路面下一次排列组成的分段发射导轨，其在导轨切换控制方面比较复杂。其优点在于系统效率会提升很多，高电磁干扰问题也大大降低。

现阶段铺设在路基下的方式通常采用的是分段式发射导轨，其原边发射导轨数量多，各自都有自己简易的控制系统。但是电动汽车在铺设有无线充电系统段路面上行驶的时候，原边发射线圈切换过程中，副边拾取电压会有较大的下降，导致电动汽车动态行驶过程中充电电压不稳定。原因是分段发射导轨组中每一个原边谐振网络开始工作时，必须有一个软启动过程，其目的是保护原边侧系统，在导轨切换后的软启动保护期间，原边系统参数值不能瞬时达到目标值，原边系统不能够及时传输所需电能，副边同样依靠储能电容来进行交流供电给电动汽车提供动力，导致副边侧交流供电电压持续下降。因此，副边侧拾取电压的波动问题，是由原边系统能量传输不连续产生的。

发明内容

本发明的目的是针对现有电动汽车动态无线充电时发射线圈切换过程中副边拾取充电电压不稳问题，提出一种在发射导轨组之间连接切换开关以及补偿线圈结构，以实现原边侧系统的能量连续使用，副边能量拾取端充电电压稳定。

为了实现上述目的，本发明采用的方案是：一种分段式补偿线圈电动汽车动态无线充电系统。该系统含有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；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，系统采集来自位置检测传感器的反馈信号给切换开关，判断交流供电开关与切换开关的闭合与关断功能。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。