CN104617682A - 一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电动汽车多导轨无线供电领域，具体涉及一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，包括以下步骤：(1)副边线圈定位。通过检测逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，(2)通过检测发射导轨端电压，并与给定的预设电压值δ进行比较，即当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上时，检测导轨段L_p(i-1)、L_p(i+1)的端电压U_p(i-1)、U_p(i+1)，若U_p(i+1)≥δ，则电动汽车向导轨段L_p(i+1)方向切换，反之，即U_p(i+1)<δ，电动汽车向导轨段L_p(i-1)方向切换，本发明对导轨线圈的电流和电压检测，判定电动汽车的行驶位置及方向，其方法简单可靠、精确度高、稳定性好。

Description

一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法

技术领域

本发明属于电动汽车多导轨无线供电领域，具体涉及一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法。

背景技术

基于电磁感应耦合原理的非接触电能传输(CPT)技术增加了用电设备的灵活性，弥补了传统接触式电能传输方式中存在的器件磨损、碳积以及电火花等缺陷，因此是一种安全、可靠、灵活的电能接入新技术，然而，由于CPT技术仍处于起步阶段，***的能效(传输功率和效率)还较低，影响了它的推广和应用。

集中供电导轨模式通常由一个或多个拾取机构与同一长导轨线圈耦合，其原边导轨为一根长直导线，副边为一组集中绕线，原边导轨只有一部分参与了耦合；在电动汽车无线供电***中，为给电动汽车提供足够的电能补给，能量发射导轨一般长达数公里或数十公里，电流通常为数十千赫兹、数十甚至上百安培的高频交流，增大了原、副边的漏感，从而在原、副边漏感上产生较大的电势降，降低了***的效率，而且使***对参数的变化敏感，即任何参数的微小变化都可能破坏***的稳定性。对于在线供电***，需要对副边线圈的位置进行检测，根据检测结果控制线圈的通、断，副边线圈定位分为两部分，分别是线圈移出时的定位与移出后线圈方向的判断。

发明内容

本发明的目的为解决现有技术的上述问题，本发明提供一种简单可靠、精确度高、工作稳定性好，且适应各种工作环境的多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，以判断无线供电***中的电动汽车的位置及行驶方向，保证能量拾取端的功率等级，并降低导轨的通电长度及导轨损坏对***的影响，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)搭建多导轨无线供电模式的电路***：所述多导轨无线供电模式的电路***包括设置在输电母线上的N级多导轨发射***和设置在电动汽车上的车载电能变换装置，所述多导轨发射***包括原级电能变换电路、导轨切换控制电路和发射导轨，所述导轨切换控制电路获取电网中的能量经过发射导轨实现能量发射，设置在电动汽车上的车载电能变换装置包括接收导轨、副边逆变电路、副边调压电路，当电动汽车上的接收导轨行驶到某分段发射导轨时，该导轨处于工作状态，并接收与发射导轨之间进行耦合输出的能量经过副边逆变电路、副边调压电路给电动汽车充电；

(2)将电路***进行等效转换，用于确定电路***中的固有参数以及发射导轨与接收导轨之间的相对位置发生改变时的***参数，所述电路中的***参数包括，原边输入电压U_dc，原边电容C_p，原边电阻R_P，原边电感L_P，副边电容C_S，副边电阻R_S，副边电感L_S；

(3)副边线圈定位，获取副线圈当前的工作电流,当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上，通过检测原边逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，当U_dc小于阈值电压U_thr时，则电路***工作在空载状态，即当前副边线圈偏离原边线圈，反之，电路***工作在正常状态，当电动汽车电路***的副边线圈移出时，原边线圈的电流I_P为：

$I_P=\frac{\frac{2\sqrt{2}}{\mathrm{\&pi;}}{U}_{\mathrm{dc}}}{R_P+\mathrm{j\&omega;}{L}_P+\frac{1}{\mathrm{j\&omega;}{C}_P}+Z_R},$

U_dc为原边逆变电路的输入电压，此时反射阻抗Z_R为：

$Z_R=\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{\mathrm{j\&omega;}{L}_S+\frac{1}{\mathrm{j\&omega;}{C}_S}+R_S+R_{\mathrm{eq}}},$ 当***完全谐振时有： ${\mathrm{\&omega;}}^2=\frac{1}{L_P{C}_P}=\frac{1}{L_S{C}_S},$

则原边线圈电流I_P：

$I_P=\frac{0.9U_{\mathrm{dc}}}{R_P+\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{R_S+R_{\mathrm{eq}}}},$

当电路***处于正常工作状态时有：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{R_S+R_{\mathrm{eq}}}>>R_P,$

当原边***工作在恒流模式时有：

$U_{\mathrm{dc}}=\frac{I_P(R_P+\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{R_S+R_{\mathrm{eq}}})}{0.9},$

当原副边完全偏离(M＝0)或负载断开(Z_S＝∞)时有：

$U_{\mathrm{dc}}=\frac{I_P{R}_P}{0.9};$

(4)副边线圈偏离原边时电路***的工作状态变化，通过检测原边逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，确定当前***的负载状态采用恒流模式工作时，若U_dc小于阈值电压U_thr，则说明电路***处于空载状态,设电路***正常工作时电流为I_norm，正常工作电压为U_norm，选取的阀值电压U_thr≤U_norm，则当原边逆变输入电压U_dc<U_thr时，即电路***处于空载状态，即当前副边线圈偏离了原边线圈，进行下一步动作；

(5)副边线圈移出方向的识别，通过检测发射导轨端电压，并与给定的发射端导轨端预设电压值δ进行比较，判断车辆的行驶方向来控制相应导轨，即当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上时，检测导轨段L_p(i-1)、L_p(i+1)的端电压U_p(i-1)、U_p(i+1)，若U_p(i+1)≥δ，则电动汽车向导轨段L_p(i+1)方向切换，反之，即U_p(i+1)<δ，电动汽车向导轨段L_p(i-1)方向切换。

优选地，所述N级多导轨发射***采用了N级并联方式连接在输电母线上的多导轨供电模式，电动汽车行驶到某段输电导轨上方时，该输电导轨处于工作状态，其它输电导轨均处于待机状态。

优选地，所述步骤(5)检测发射导轨端电压的方法适用于无线供电***电动汽车的位置及移出方向的判断，且***工作在恒流模式。

优选地，所述副边逆变电路与副边调压电路之间并联有超级电容C_f1。加入超级电容作为缓冲电路可以解决导轨切换过程时，电流换流点两端导轨之间互感降低的问题。

优选地，所述N级并联的多导轨发射***的每级导轨切换控制电路包括高频开关S_n、高频开关K_n和放电电阻R_n，所述发射导轨包括谐振补偿电容C_pn和原边线圈L_pn,所述高频开关，所述高频开关K_n的一端连接在母线的A端，其另一端分别与高频开关S_n的一端、谐振补偿电容C_pn的一端连接，所述高频开关S_n的另一端与放电电阻R_n串联后，另一端与母线的A连接，所述谐振补偿电容C_pn的另一端与原边线圈L_pn的一端串联后，另一端与母线B连接，且每段导轨均包括输电状态、放电状态以及待机状态。

综上所述，本发明可用于电动汽车多导轨无线供电的导轨线圈的电压检测，判定电动汽车的行驶位置及方向。方法简单可靠、精确度高、工作稳定性好，且适应各种工作环境，本发明还具有以下有益效果：

(1)降低***导轨的通电长度，降低了导轨损坏对***稳定性及导轨损耗对***效率的影响；

(2)可用于测量直流、交流和脉冲电压，具有高精确度、高线性度、高集成度、体积小、结构简单、长期工作稳定且适应各种工作环境的特点；

(3)未改变***原有电路结构，对前级电路电气特性影响小，基本不改变***的能效特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明一种多导轨供电模式的电动汽车识别方法的无线供电电路***原理图。

图2本发明的供电***原理图的等效供电***模型电路拓扑图。

图3是本法一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法的电动汽车方向检测流程图。

附图1中，1-导轨切换控制电路，2-发射导轨(原边线圈)，3-接收导轨(副边线圈或拾取线圈)，4-副边逆变电路，5-副边调压电路，6-原级电能变换电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，包括以下步骤：

(1)搭建多导轨无线供电模式的电路***：如图1所示，所述多导轨无线供电模式的电路***包括设置在输电母线上的N级多导轨发射***和设置在电动汽车上的车载电能变换装置，所述多导轨发射***包括原级电能变换电路6、导轨切换控制电路1和发射导轨2(副边线圈2)，所述导轨切换控制电路获取电网中的能量经过发射导轨实现能量发射，设置在电动汽车上的车载电能变换装置包括接收导轨3(副边线圈3)、副边逆变电路4、副边调压电路5，当电动汽车上的接收导轨行驶到某分段发射导轨时，该导轨处于工作状态，并接收与发射导轨之间进行耦合输出的能量经过副边逆变电路4、副边调压电路5给电动汽车充电；所述的原级电能变换电路6还包括滤波器、三相整流电路、BUCK电路、全桥逆变电路、高频滤波电路等；

在本发明中，所述N级多导轨发射***采用了N级并联方式连接在输电母线上的多导轨供电模式，电动汽车行驶到某段输电导轨上方时，该输电导轨处于工作状态，其它输电导轨均处于待机状态，采用级联传输方式，未改变***原有电路结构，对前级电路电气特性影响较小，基本不改变***的能效特性；

(2)将电路***进行等效转换，图2为等效转换后供电***模型电路拓扑图，用于确定电路***中的固有参数以及发射导轨与接收导轨之间的相对位置发生改变时的***参数，所述电路中的***参数包括，原边输入电压U_dc，原边电容C_p，原边电阻R_P，原边电感L_P，副边电容C_S，副边电阻R_S，副边电感L_S；

(3)副边线圈定位，获取副线圈当前的工作电流,当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上，通过检测原边逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，当U_dc小于阈值电压U_thr时，则电路***工作在空载状态，即当前副边线圈偏离原边线圈，反之，电路***工作在正常状态，当电动汽车电路***的副边线圈移出时，原边线圈的电流I_P为：

$I_P=\frac{\frac{2\sqrt{2}}{\mathrm{\&pi;}}{U}_{\mathrm{dc}}}{R_P+\mathrm{j\&omega;}{L}_P+\frac{1}{\mathrm{j\&omega;}{C}_P}+Z_R},$

U_dc为原边逆变电路的输入电压，此时反射阻抗Z_R为：

$Z_R=\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{\mathrm{j\&omega;}{L}_S+\frac{1}{\mathrm{j\&omega;}{C}_S}+R_S+R_{\mathrm{eq}}},$ 当***完全谐振时有： ${\mathrm{\&omega;}}^2=\frac{1}{L_P{C}_P}=\frac{1}{L_S{C}_S},$

则原边线圈电流I_P：

$I_P=\frac{0.9U_{\mathrm{dc}}}{R_P+\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{R_S+R_{\mathrm{eq}}}},$

当电路***处于正常工作状态时有：

$\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{R_S+R_{\mathrm{eq}}}>>R_P,$

当原边***工作在恒流模式时有：

$U_{\mathrm{dc}}=\frac{I_P(R_P+\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2{M}^2}{R_S+R_{\mathrm{eq}}})}{0.9},$

当原副边完全偏离(M＝0)或负载断开(Z_S＝∞)时有：

$U_{\mathrm{dc}}=\frac{I_P{R}_P}{0.9};$

(4)副边线圈偏离原边时电路***工作状态变化，通过检测原边逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，确定当前***的负载状态采用恒流模式工作时，若U_dc小于阈值电压U_thr，则说明电路***处于空载状态,设电路***正常工作时电流为I_norm，正常工作电压为U_norm，选取的阀值电压U_thr≤U_norm，则当原边逆变输入电压U_dc<U_thr时，即电路***处于空载状态，即当前副边线圈偏离了原边线圈，进行下一步动作；

(5)副边线圈移出方向的识别，通过检测发射导轨端电压，并与给定的发射端导轨端预设电压值δ进行比较，判断车辆的行驶方向来控制相应导轨，即当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上时，检测导轨段L_p(i-1)、L_p(i+1)的端电压U_p(i-1)、U_p(i+1)，若U_p(i+1)≥δ，则电动汽车向导轨段L_p(i+1)方向切换，反之，即U_p(i+1)<δ，电动汽车向导轨段L_p(i-1)方向切换。在本发明实施例中，检测发射导轨端电压的方法适用于无线供电***电动汽车的位置及移出方向的判断，且***工作在恒流模式。

需要进一步说明的是，当电动车偏移原边导轨后，由于电动车可能存在两个方向的移动，需要进行判断，因为安装在电动车上的副边线圈(拾取线圈)与发射导轨之间存在互感，可通过使用电压检测模块检测发射导轨两端的端电压，通过与给定的电压阈值进行比较，判断车辆的行驶方向，从而对相应的导轨进行切换控制，当电动车行驶在分段导轨L_pi上时(分段导轨由第L_p1，L_p2，…L_p(i-1),L_pi,L_p(i+1),L_pn),判断电动车向导轨段L_p(i-1)还是向导轨段L_p(i+1)方向切换，分别检测导轨段L_p(i-1)、L_p(i+1)两端的端电压U_p(i-1)、U_p(i+1)，判断U_p(i-1)、U_p(i+1)哪个发射端导轨端预设电压值增大到δ，若U_p(i+1)≥δ，则说明电动车向导轨段L_p(i+1)方向切换，反之，若U_p(i+1)＜δ，则说明电动车向导轨段L_p(i-1)方向切换。

所述电动汽车方向检测流程图如图3所示，在原级电路中还设置有霍尔传感器检测电压，将检测到的导轨端电压与预设电压值δ进行比较，并进行判断，从而进行相应导轨段的切换控制，当电动车由导轨段L_pi向导轨段L_p(i-1)或L_p(i+1)方向切换，则控制导轨段L_pi不工作，L_p(i-1)或L_p(i+1)工作

在本发明中，如图1所示，所述N级并联的多导轨发射***的每级导轨切换控制电路包括高频开关S_n、高频开关K_n和放电电阻R_n，所述发射导轨包括谐振补偿电容C_pn和原边线圈L_pn,所述高频开关，所述高频开关K_n的一端连接在母线的A端，其另一端分别与高频开关S_n的一端、谐振补偿电容C_pn的一端连接，所述高频开关S_n的另一端与放电电阻R_n串联后，另一端与母线的A连接，所述谐振补偿电容C_pn的另一端与原边线圈L_pn的一端串联后，另一端与母线B连接，且每段导轨均包括输电状态、放电状态以及待机状态。在导轨切换电路中，通常情况下，供电***对汽车充电时，对应的充电导轨上的高频开关S_n和高频开关K_n关闭，其他导轨上的的高频开关S_n和高频开关K_n闭合。

在本发明实施例中，参见图1，所述副边逆变电路4与副边调压电路5之间并联有超级电容C_f1,加入超级电容C_f1作为缓冲电路可以解决导轨切换过程时，电流换流点两端导轨之间互感降低的问题；所述副边调压电路5采用BUCK电路，包括由IGBT功率放大管Q1、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻Rf1、电阻Rf2、电容C1、电容C2和，以及电感Lf和电容Cf，可进行调整电路***的电压输出值，以提高电路的工作电压以及提高电路的充放电速度、放电能力和放电效率。

以上所述仅为发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)搭建多导轨无线供电模式的电路***：所述多导轨无线供电模式的电路***包括设置在输电母线上的N级多导轨发射***和设置在电动汽车上的车载电能变换装置，所述多导轨发射***包括原级电能变换电路、导轨切换控制电路和发射导轨，所述导轨切换控制电路获取电网中的能量经过发射导轨实现能量发射，设置在电动汽车上的车载电能变换装置包括接收导轨、副边逆变电路、副边调压电路，当电动汽车上的接收导轨行驶到某分段发射导轨时，该导轨处于工作状态，并接收与发射导轨之间进行耦合输出的能量经过副边逆变电路、副边调压电路给电动汽车充电；

(2)将电路***进行等效转换，用于确定电路***中的固有参数以及发射导轨与接收导轨之间的相对位置发生改变时的***参数，所述电路中的***参数包括，原边输入电压U_dc，原边电容C_p，原边电阻R_P，原边电感L_P，副边电容C_S，副边电阻R_S，副边电感L_S；

(3)副边线圈定位，获取副线圈当前的工作电流,当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上，通过检测原边逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，当U_dc小于阈值电压U_thr时，则电路***工作在空载状态，即当前副边线圈偏离原边线圈，反之，电路***工作在正常状态，当电动汽车电路***的副边线圈移出时，原边线圈的电流I_P为：

U_dc为原边逆变电路的输入电压，此时反射阻抗Z_R为：

当***完全谐振时有：

则原边线圈电流I_P：

当电路***处于正常工作状态时有：

当原边***工作在恒流模式时有：

当原副边完全偏离(M＝0)或负载断开(Z_S＝∞)时有：

(4)副边线圈偏离原边时电路***工作状态变化，通过检测原边逆变电路的输入电压U_dc确定当前的负载状态，确定当前***的负载状态采用恒流模式工作时，若U_dc小于阈值电压U_thr，则说明电路***处于空载状态,设电路***正常工作时电流为I_norm，正常工作电压为U_norm，选取的阀值电压U_thr≤U_norm，则当原边逆变输入电压U_dc<U_thr时，即电路***处于空载状态，即当前副边线圈偏离了原边线圈，进行下一步动作；

(5)副边线圈移出方向的识别，通过检测发射导轨端电压，并与给定的发射端导轨端预设电压值δ进行比较，判断车辆的行驶方向来控制相应导轨，即当电动汽车行驶在分段导轨L_pi上时，检测导轨段L_p(i-1)、L_p(i+1)的端电压U_p(i-1)、U_p(i+1)，若U_p(i+1)≥δ，则电动汽车向导轨段L_p(i+1)方向切换，反之，即U_p(i+1)<δ，电动汽车向导轨段L_p(i-1)方向切换。

2.根据权利要求1所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，其特征在于：所述N级多导轨发射***采用了N级并联方式连接在输电母线上的多导轨供电模式，电动汽车行驶到某段输电导轨上方时，该输电导轨处于工作状态，其它输电导轨均处于待机状态。

3.根据权利要求1所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，其特征在于：所述步骤(5)检测发射导轨端电压的方法适用于无线供电***电动汽车的位置及移出方向的判断，且***工作在恒流模式。

4.根据权利要求1所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，其特征在于：所述副边逆变电路与副边调压电路之间并联有超级电容C_f1。

5.根据权利要求2所述的一种多导轨无线供电模式的电动汽车识别方法，其特征在于：所述N级并联的多导轨发射***的每级导轨切换控制电路包括高 频开关S_n、高频开关K_n和放电电阻R_n，所述发射导轨包括谐振补偿电容C_pn和原边线圈L_pn,所述高频开关，所述高频开关K_n的一端连接在母线的A端，其另一端分别与高频开关S_n的一端、谐振补偿电容C_pn的一端连接，所述高频开关S_n的另一端与放电电阻R_n串联后，另一端与母线的A连接，所述谐振补偿电容C_pn的另一端与原边线圈L_pn的一端串联后，另一端与母线B连接，且每段导轨均包括输电状态、放电状态以及待机状态。