CN110893778A - 一种电动汽车动态式无线充电方法及装置 - Google Patents

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曹晓鸽
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Abstract

本发明涉及电动汽车充电领域，具体涉及一种电动汽车动态式无线充电方法及装置。本发明通过检测车辆位置确定开始充电的时刻，在车辆充电的过程中，当检测到充电效率呈减小趋势并且小于阈值时，将车辆正在远离的已经工作的充电发射线圈断电，并将车辆行驶方向上的下一个充电发射线圈通电，实现充电发射线圈的快速切换。本发明通过对充电效率进行检测，并根据充电效率的改变情况，实现对充电发射线圈的不同控制，能够在车辆动态充电过程中，快速切换充电发射线圈，保证线圈的切换速度满足车辆动态无线充电的需求，提高***的充电效率，同时保证***的可靠运行。

Description

一种电动汽车动态式无线充电方法及装置
技术领域
本发明涉及电动汽车充电领域，具体涉及一种电动汽车动态式无线充电方法及装置。
背景技术
随着全球经济发展步伐的加快，汽车尾气和环境污染日益严重，绿色清洁能源成为当今世界关注的焦点。在绿色环保政策的推动下，电动汽车迅速崛起。现存多种电动汽车的充电方式，其中电动汽车无线充电具有更多的优点，成为未来充电技术的发展方向。
电动汽车无线充电有静态无线充电和动态无线充电，当前的研究方向主要集中在静态无线充电，动态无线充电技术的研究还处于原理验证阶段。相比静态无线充电，动态无线充电***需要满足车辆在一定速度的条件下，能够快速有效的接收电能。
目前电动汽车动态无线充电存在诸多问题，***的发射线圈之间如何快速切换来适应车辆的行进速度是较为突出的问题之一。现有的方案是在每个发射线圈上面增加一个位置传感器，当位置传感器检测到发射线圈和接收线圈接近时，触发地面的发射线圈工作，***开始无线传能。现有方案的问题是位置传感器反应速度不够灵敏，容易误动作，且成本高，会影响动态无线充电***的正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车动态式无线充电方法及装置，用以解决现有充电方法不易控制、容易出错导致充电效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种电动汽车动态式无线充电方法，包括以下步骤：
在待充电车辆开始充电后的行驶过程中，检测地面充电***的充电效率，当所述充电效率持续降低并小于设定阈值时，控制已工作的充电发射线圈停止工作，控制所述待充电车辆前进方向上的下一个充电发射线圈开始工作。
本发明的有益效果是：通过检测车辆位置确定开始充电的时刻，在车辆充电的过程中，当检测到充电效率呈减小趋势并且小于阈值时，将车辆正在远离的已经工作的充电发射线圈断电，并将车辆行驶方向上的下一个充电发射线圈通电，实现充电发射线圈的快速切换。
进一步的，所述设定阈值为60％。
本发明还提供了一种电动汽车动态式无线充电装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：
在待充电车辆开始充电后的行驶过程中，检测地面充电***的充电效率，当所述充电效率持续降低并小于设定阈值时，控制已工作的充电发射线圈停止工作，控制所述待充电车辆前进方向上的下一个充电发射线圈开始工作。
进一步的，所述设定阈值为60％。
本发明通过对充电效率进行检测，并根据充电效率的改变情况，实现对充电发射线圈的不同控制，能够在车辆动态充电过程中，快速切换充电发射线圈，保证线圈的切换速度满足车辆动态无线充电的需求，提高***的充电效率，同时保证***的可靠运行。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明实施例中充电***的电路连接示意图；
图3是本发明实施例中车辆开始充电时刻的位置示意图；
图4是本发明实施例中车辆充电过程中的位置示意图；
图5是本发明实施例中位置传感器的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种电动汽车动态式无线充电方法及装置，通过检测车辆充电过程中的***充电效率，来快速切换动态无线充电的充电发射线圈，能够解决充电发射线圈在切换过程中容易误动作和速度慢的问题。
如图1所示为本发明的方法流程图，包括以下步骤：
1、车辆行驶过程中，通过设置在地面充电***中的位置传感器检测车辆位置，当位置传感器检测到车辆时，控制充电***靠近车辆侧的第一个充电发射线圈通电开始工作，并通过车辆上的充电接收线圈实现无线充电。
2、开始充电后(这里的开始充电是指至少有一个充电发射线圈开始工作)，车辆继续向前行驶，检测地面充电***的充电效率，随着车辆的行驶，车辆会逐渐远离第一个充电发射线圈并逐渐接近第二个充电发射线圈，在此过程中，由于远离的充电发射线圈是工作的，逐渐接近的线圈是不工作的，因此***的充电效率会逐渐降低，当检测到充电效率低于设定阈值时(例如60％)，将第一个充电发射线圈(即车辆远离的线圈)断电，停止工作，并使第二个充电发射线圈(即车辆正接近的线圈)通电，开始工作，车辆继续充电。
3、车辆每次远离一个充电发射线圈并靠近下一个充电发射线圈时，控制策略与步骤2中车辆从第一个充电发射线圈驶向第二个充电发射线圈时的控制方法相同，即当充电效率逐渐下降并小于阈值时，控制车辆驶离的充电发射线圈停止工作，控制车辆逐渐驶近的充电发射线圈通电开始工作。
本发明中充电效率等于充电装置的输出功率除以电池的输入功率。输出功率等于输出电压的平均值乘以输出电流的平均值，输出电压可以通过电阻采样得到，输出电流可以通过电流霍尔传感器测量得出。输入功率值可以通过***的三相电表测量得到。车载控制器可以通过无线方式将检测到的输入功率值发送给充电装置，使充电装置进行计算和判断。
本发明中充电***布置在地面上，包括在车辆前进方向上的地面上间隔设置的一定数量的充电发射线圈，在车辆驶来的方向上第一个充电发射线圈处设置有位置传感器，该位置传感器可以设置在第一个充电发射线圈的外侧，也可以设置在线圈的上方。根据充电***的不同，本发明可以有多种具体形式，下面给出一个具体实施例。
如图2所示，本实施例中***的组成包括：逆变器全桥(Q1～Q4)，发射装置，控制单元DSP。发射装置由3个绕组(L1～L3)组成，每个绕组上并联一个交流接触器(SW1～SW3)，3个绕组采用串联连接的方式。当***正常工作时，同一时刻只有一个线圈给车辆传输能量。母线电压V-BUS作为全桥逆变的输入电源，给逆变器和地面发射线圈供电。全桥逆变采用IGBT，DSP发出控制驱动信号DRV1～DRV4来控制Q1～Q4，实现全桥逆变。DSP发出控制驱动信号DRV5～DRV7来控制SW1～SW3的通断，实现线圈之间的切换。在其他实施方式中，绕组(即充电发射线圈)之间也可以采用并联的方式连接，此时每个绕组可以串联一个交流接触器(或者采用其他开关)，通过控制串联的接触器实现对绕组导通(通电)与断开(不通电)的控制。
本实施例中，在发射装置前面增加一个位置传感器，图3和图4中P1即为位置传感器，A为待充电车辆，L为设置在车辆上的充电接收线圈，B为道路，图中箭头所指方向为车辆前进方向，P1设置在L1的外侧。当位置传感器检测到电动汽车时，触发发射装置的第一个发射线圈L1(离位置传感器最近的绕组)参与能量传递。车辆充电过程中继续行驶，当行驶在两个线圈之间时，控制***检测到***的效率在逐渐降低，并且效率值低于60％，则触发发射装置的第二个发射线圈L2参与能量传递，同时断开发射线圈L1。此控制方法只需要通过DSP软件的计算和判定，控制速度快，控制准确度高，不会出现误动作。结合图3和图4下面给出具体分析。
图3中，当车辆行驶到位置传感器P1处，检测到有车辆行驶过来，控制单元的DSP会发出控制命令，断开SW1，闭合SW2和SW3，线圈L1接入***，参与无线电能传输，L2和L3不参加无线电能传输。
如图4所示，当车辆行驶到L1和L2之间，即车辆从L1驶向L2时，电动汽车接收线圈L和地面发射线圈L1在水平方向上的偏移量变大，控制***会实时检测***的效率，当***的效率呈现下降趋势，***效率低于60％，DSP会发出控制命令，断开SW2，闭合SW1和SW3，线圈L2接入***，参与无线电能传输，L1和L3不参加无线电能传输。同理，车辆从线圈L2驶向L3时，控制方法与车辆从线圈L1驶向L2相同。
磁共振式无线电能传输，耦合系数随着发射线圈和接受线圈的左右偏移量的增加而减小，当偏移量达到70％以上时，***的充电效率会低于50％，因此可以通过***充电效率来判定车辆在线圈L1和L2的相对位置，并快速切换线圈的工作状态。在其他实施例中，充电效率的概念可以进行合理的扩展，例如与充电效率密切相关的电流、电压等，根据这些变量的改变情况确定何时断开或闭合线圈，这些方式也属于本发明的保护范围。
在上述实施例中，位置传感器设置在第一个充电发射线圈的外侧，当检测到车辆时导通第一个充电发射线圈，然后车辆开始充电，此时充电效率随着车辆逐渐靠近第一个充电发射线圈会逐渐增大，当车辆驶过第一个充电发射线圈后，充电效率随着车辆远离第一个充电发射线圈会逐渐降低，当降低到阈值以下时，触发上述实施例中的控制策略。在其他实施方式中，当位置传感器设置在第一个充电发射线圈的上方时，如图5所示，当位置传感器检测到车辆时，导通第一个充电发射线圈，此时充电效率随着车辆向前行驶远离第一个充电发射线圈会呈现下降趋势，当充电效率小于阈值时，断开第一个充电发射线圈，导通第二个充电发射线圈。后续充电发射线圈的控制方法依次递推进行即可。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式，例如增加线圈的数量，或者改变线圈的连接与控制方式，调整传感器的位置，或者充电效率的具体计算方法等，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电动汽车动态式无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
在待充电车辆开始充电后的行驶过程中，检测地面充电***的充电效率，当所述充电效率持续降低并小于设定阈值时，控制已工作的充电发射线圈停止工作，控制所述待充电车辆前进方向上的下一个充电发射线圈开始工作。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车动态式无线充电方法，其特征在于：所述设定阈值为60％。
3.一种电动汽车动态式无线充电装置，包括处理器和存储器，其特征在于，所述存储器存储有所述处理器实现如下方法的指令：
在待充电车辆开始充电后的行驶过程中，检测地面充电***的充电效率，当所述充电效率持续降低并小于设定阈值时，控制已工作的充电发射线圈停止工作，控制所述待充电车辆前进方向上的下一个充电发射线圈开始工作。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车动态式无线充电装置，其特征在于：所述设定阈值为60％。
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