CN114726115A - 一种无线电能传输的控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线电能传输的控制***及方法，涉及无线电能传输技术领域，包括：发射组件、接收组件、驱动组件和控制组件，所述发射组件铺设在行驶路面下，所述发射组件包括发射边线圈，所述接收组件设于车辆上，所述接收组件包括接收边线圈，所述接收边线圈与所述发射边线圈互感耦合，以接收所述发射边线圈输出的电能，所述驱动组件设在行驶路面下，并与所述发射边线圈连接，所述控制组件设于车辆上，并与所述接收边线圈电连接，所述控制组件用于控制所述驱动组件驱使所述发射边线圈向上或向下移动，调节所述接收边线圈与所述发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内。本发明可避免无线电能传输的输电功率波动。

Description

一种无线电能传输的控制***及方法

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术领域，特别涉及一种无线电能传输的控制***及方法。

背景技术

在电动车辆所携带的电池由于容量有限、自身重量大、充电时间长等问题日益严峻的背景下，动态无线电能传输技术代替静态无线电能传输技术，逐渐成为热门的前沿供能方案。动态无线电能传输技术通过在地面铺设发射边线圈轨道，实现对移动设备的动态充电，使电动车辆电池浅充电浅放电，能显著降低对电池容量的要求，缩短停靠充电时间，是提高电动车辆行驶里程的有效途径之一。

在现有动态无线电能传输中，因车辆持续位移导致发射边线圈与接收边线圈之间的互感系数存在波动，进而导致输电功率波动、输电效率低等问题。

发明内容

本发明实施例提供一种无线电能传输的控制***及方法，以解决相关技术中无线电能传输中，因车辆持续位移导致发射边线圈与接收边线圈之间的互感系数存在波动，进而导致输电功率波动、输电效率低的技术问题。

第一方面，提供了一种无线电能传输的控制***，所述控制***包括：

发射组件，其铺设在路面下，所述发射组件包括发射边线圈；

接收组件，其设于车辆上，所述接收组件包括接收边线圈，所述接收边线圈与所述发射边线圈互感耦合，以接收所述发射边线圈输出的电能；

驱动组件，其设在路面下，并与所述发射边线圈连接；

控制组件，其设于车辆上，并与所述接收边线圈电连接；以及

所述控制组件用于控制所述驱动组件驱使发射边线圈向上或向下移动，调节所述接收边线圈与发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内。

一些实施例中，所述控制组件包括：

电流测量单元，其用于测量所述接收边线圈的电流；

电压测量单元，其用于测量所述接收边线圈的电压；

计算判断单元，其用于根据所述电流测量单元测量的电流和所述电压测量单元测量的电压计算所述接收边线圈的电功率，并判断所述接收边线圈的电功率是否在预设范围内，若所述接收边线圈的电功率不在预设范围内，则生成调节指令；

第一通信单元，其用于将所述调节指令发送至驱动组件，控制所述驱动组件驱使所述发射边线圈向上或向下移动，调节所述接收边线圈与所述发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内。

一些实施例中，所述驱动组件包括：

线圈升降机械臂单元，其与所述发射边线圈连接；

第二通信单元，其用于接收所述第一通信单元发送的调节指令；

调节解算单元，其用于根据所述调节指令解算出所述线圈升降机械臂单元向上或向下移动的位置值，并根据所述位置值控制所述线圈升降机械臂单元驱使所述发射边线圈向上或向下移动，调节所述接收边线圈与所述发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内。

一些实施例中，所述驱动组件还包括：

备用补偿线圈单元，其与所述发射边线圈电连接，当所述位置值超过所述线圈升降机械臂单元的工作范围时，所述调节解算单元控制所述备用补偿线圈单元接入所述发射边线圈，调节所述接收边线圈与所述发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内。

一些实施例中，所述发射组件还包括：

第一整流单元，其用于将电网侧交流电源整流后输出直流电；

高频逆变单元，其用于将所述第一整流单元输出的直流电逆变后输出高频交流电至所述发射边线圈。

一些实施例中，所述发射组件还包括：

第一补偿单元，其设于所述高频逆变单元与发射边线圈之间，所述第一补偿单元用于将所述高频逆变单元输出的高频交流补偿后输出至所述发射边线圈。

一些实施例中，所述接收组件还包括：

第二整流单元，其用于将所述接收边线圈的高频交流电整流后输出直流电；

直流斩波单元，其用于将所述第二整流单元输出的直流电调压后输出至控制组件。

一些实施例中，所述接收组件还包括：

第二补偿单元，其设于所述接收边线圈与第二整流单元之间，所述第二补偿单元用于将所述接收边线圈的高频交流电补偿后输出至所述第二整流单元。

一些实施例中，所述发射边线圈为多初级绕组并联的分段式线圈；

所述接收边线圈为双重叠D型线圈。

第二方面，提供了一种无线电能传输的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

控制驱动组件驱使发射组件的发射边线圈向上或向下移动，调节接收组件的接收边线圈与发射组件的发射边线圈之间的互感系数，以使接收组件的接收边线圈的电功率在预设范围内。

本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：

本发明实施例提供了一种无线电能传输的控制***及方法，所述控制***设有驱动组件和控制组件，所述控制组件可以控制所述驱动组件驱使所述发射边线圈向上或向下移动，调节所述接收边线圈与所述发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内，避免输电功率波动，提高输电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种无线电能传输的控制***的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种无线电能传输的控制***的框图；

图3为本发明实施例提供的线圈升降机械臂单元的示意图；

图4为本发明实施例提供的备用补偿线圈单元的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种无线电能传输的控制***的电路示意图；

图6为本发明实施例提供的发射边线圈和接收边线圈的示意图；

图中：1、发射组件；11、发射边线圈；12、第一整流单元；13、高频逆变单元；14、第一补偿单元；15、高频交流母线；2、接收组件；21、接收边线圈；22、第二整流单元；23、直流斩波单元；24、第二补偿单元；3、驱动组件；31、线圈升降机械臂单元；311、线圈升降机械臂；32、第二通信单元；33、调节解算单元；34、备用补偿线圈单元；341、备用补偿线圈；4、控制组件；41、电流测量单元；42、电压测量单元；43、计算判断单元；44、第一通信单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种无线电能传输的控制***，其能解决现有无线电能传输中，因车辆持续位移导致发射边线圈与接收边线圈之间的互感系数存在波动，进而导致输电功率波动、输电效率低的技术问题。

参见图1和图2所示，本发明实施例提供了一种无线电能传输的控制***，所述控制***包括：发射组件1、接收组件2、驱动组件3和控制组件4。

所述发射组件1铺设在行驶路面下，所述发射组件1包括发射边线圈11。所述接收组件2设于车辆上，所述接收组件2包括接收边线圈21，所述接收边线圈21与所述发射边线圈11互感耦合，以接收所述发射边线圈11输出的电能。所述驱动组件3设在行驶路面下，并与所述发射边线圈11连接。所述控制组件4设于车辆上，并与所述接收边线圈21电连接，所述控制组件4用于控制所述驱动组件3驱使所述发射边线圈11向上或向下移动，调节所述接收边线圈21与所述发射边线圈11之间的互感系数，以使所述接收边线圈21的电功率在预设范围内。

本发明实施例中的无线电能传输的控制***，其设有驱动组件和控制组件，所述控制组件可以控制所述驱动组件驱使所述发射边线圈向上或向下移动，调节所述接收边线圈与所述发射边线圈之间的互感系数，以使所述接收边线圈的电功率在预设范围内，避免输电功率波动，提高输电效率。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述控制组件4包括：电流测量单元41、电压测量单元42、计算判断单元43和第一通信单元44。

所述电流测量单元41用于测量所述接收边线圈21的电流，所述电压测量单元42用于测量所述接收边线圈21的电压，所述计算判断单元43用于根据所述电流测量单元41测量的电流和所述电压测量单元42测量的电压计算所述接收边线圈21的电功率，并判断所述接收边线圈21的电功率是否在预设范围内，若所述接收边线圈21的电功率不在预设范围内，则生成调节指令。所述第一通信单元44用于将所述调节指令发送至所述驱动组件3，控制所述驱动组件3驱使所述发射边线圈11向上或向下移动，调节所述接收边线圈21与所述发射边线圈11之间的互感系数，以使所述接收边线圈21的电功率在预设范围内。所述电流测量单元41可采用型号为CSM050LT直流电流霍尔传感器，所述电压测量单元42可采用型号为VSM025A的电压霍尔传感器，所述计算判断单元43可采用型号为PW6001的功率计。

具体地，预先设定一个标准输电功率，当所述接收边线圈21的电功率与标准输电功率相比，波动超过3%时，则判断所述接收边线圈21的电功率不在预设范围内，生成调节指令。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述驱动组件3包括：线圈升降机械臂单元31、第二通信单元32和调节解算单元33。

所述线圈升降机械臂单元31与所述发射边线圈11连接，所述第二通信单元32用于接收所述第一通信单元44发送的调节指令。所述调节解算单元33用于根据所述调节指令解算出所述线圈升降机械臂单元31向上或向下移动的位置值，并根据所述位置值控制所述线圈升降机械臂单元31驱使所述发射边线圈11向上或向下移动，调节所述接收边线圈21与所述发射边线圈11之间的互感系数，以使所述接收边线圈21的电功率在预设范围内。所述第一通信单元44和第二通信单元32均为无线通信单元，可选择WIFI、GSM方式，也可采用具有高速传输优点的GRRS的分组交换方式。

具体地，参见图3所示，所述线圈升降机械臂单元31包括两个对称安置的线圈升降机械臂311，本发明实施例的线圈升降机械臂311为4轴机械臂，包括一个底座轴、两个手臂轴、一个手腕轴，可实现手臂空间360°、上下50cm的移动范围。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述驱动组件还包括：备用补偿线圈单元34，所述备用补偿线圈单元34与所述发射边线圈11电连接，当所述位置值超过所述线圈升降机械臂单元31的工作范围时，所述调节解算单元33控制所述备用补偿线圈单元34接入所述发射边线圈11，调节所述接收边线圈21与所述发射边线圈11之间的互感系数，以使所述接收边线圈21的电功率在预设范围内。

具体地，参见图4所示，本发明实施例的备用补偿线圈单元34中，包括两个对称安置的备用补偿线圈341，在极端情况下，当所述位置值超过所述线圈升降机械臂单元31的工作范围时，则所述调节解算单元33控制所述备用补偿线圈单元34接入所述发射边线圈11，完成极端情况下的互感补偿，使所述接收边线圈21的电功率在预设范围内。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述发射组件1还包括：第一整流单元12和高频逆变单元13。

所述第一整流单元12用于将电网侧交流电源整流后输出直流电，所述高频逆变单元13用于将所述第一整流单元12输出的直流电逆变后输出高频交流电至所述发射边线圈11。所述高频逆变单元13的驱动芯片也可采用CONCEPT公司的2SC0108T2G0-17。

具体地，由电网侧交流电源提供三相交流电，作为初始供电电源，所提供的标准三相对称交流电供给到第一整流单元12，变换为直流电能，进而通过高频逆变单元13将直流电能转换为高频交流电能，再通过高频交流母线15供给到所述发射边线圈11。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述发射组件1还包括：第一补偿单元14，所述第一补偿单元14设于所述高频逆变单元13与发射边线圈11之间，所述第一补偿单元14用于将所述高频逆变单元13输出的高频交流补偿后输出至所述发射边线圈11。优选地，所述第一补偿单元14采用单电感双电容的补偿电路，对电能脉动进行抑制，保证电能传输。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述接收组件2还包括：第二整流单元22和直流斩波单元23。

所述第二整流单元22用于将所述接收边线圈的高频交流电整流后输出直流电，所述直流斩波单元23用于将所述第二整流单元输出的直流电调压后输出至控制组件4。所述第二整流单元22可采用型号为DSEI2x61-02A的二极管，也可采用型号为DSEI2x101-12A或型号为DSEI2x101-06A的二极管。

具体地，所述接收边线圈的高频交流电通过第二整流单元22完成交流-直流变换，并将所得的直流电能通过直流斩波单元23完成直流-直流变换，通常所述直流斩波单元23用于将所述第二整流单元输出的直流电调压后输出至车载电池组或车载电机，为使所述接收边线圈21的电功率在预设范围内，所述直流斩波单元23还用于将所述第二整流单元输出的直流电调压后输出至控制组件4，便于所述控制组件4控制驱动组件3。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2和图5所示，所述接收组件2还包括：第二补偿单元24，所述第二补偿单元24设于所述接收边线圈21与第二整流单元22之间，所述第二补偿单元24用于将所述接收边线圈21的高频交流电补偿后输出至所述第二整流单元22。优选地，所述第二补偿单元24采用单电感双电容的补偿电路，对电能脉动进行抑制，保证电能传输。

作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图6所示，所述发射边线圈11为多初级绕组并联的分段式线圈，所述接收边线圈21为双重叠D型线圈。

所述发射边线圈11采用多初级绕组并联的分段式线圈，避免了长导轨式线圈对磁场的大量浪费与过高的线圈损耗，有效节省了线圈材料和成本，提升了线圈磁场的利用率。所述接收边线圈21采用双重叠D型线圈，构成单发射双接收的动态无线电能传输，可以保证稳定的功率输出与电能供给。

本发明实施例提供了一种无线电能传输的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

控制驱动组件3驱使发射组件1的发射边线圈11向上或向下移动，调节接收组件2的接收边线圈21与发射组件1的发射边线圈11之间的互感系数，以使接收组件2的接收边线圈21的电功率在预设范围内。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无线电能传输的控制***，其特征在于，所述控制***包括：

发射组件（1），其铺设在路面下，所述发射组件（1）包括发射边线圈（11）；

接收组件（2），其设于车辆上，所述接收组件（2）包括接收边线圈（21），所述接收边线圈（21）与所述发射边线圈（11）互感耦合，以接收所述发射边线圈（11）输出的电能；

驱动组件（3），其设在路面下，并与所述发射边线圈（11）连接；

控制组件（4），其设于车辆上，并与所述接收边线圈（21）电连接；以及

所述控制组件（4）用于控制所述驱动组件（3）驱使所述发射边线圈（11）向上或向下移动，调节所述接收边线圈（21）与发射边线圈（11）之间的互感系数，以使所述接收边线圈（21）的电功率在预设范围内。

2.如权利要求1所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述控制组件（4）包括：

电流测量单元（41），其用于测量所述接收边线圈（21）的电流；

电压测量单元（42），其用于测量所述接收边线圈（21）的电压；

计算判断单元（43），其用于根据所述电流测量单元（41）测量的电流和所述电压测量单元（42）测量的电压计算所述接收边线圈（21）的电功率，并判断所述接收边线圈（21）的电功率是否在预设范围内，若所述接收边线圈（21）的电功率不在预设范围内，则生成调节指令；

第一通信单元（44），其用于将所述调节指令发送至驱动组件（3），控制所述驱动组件（3）驱使所述发射边线圈（11）向上或向下移动，调节所述接收边线圈（21）与所述发射边线圈（11）之间的互感系数，以使所述接收边线圈（21）的电功率在预设范围内。

3.如权利要求2所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述驱动组件（3）包括：

线圈升降机械臂单元（31），其与所述发射边线圈（11）连接；

第二通信单元（32），其用于接收所述第一通信单元（44）发送的调节指令；

调节解算单元（33），其用于根据所述调节指令解算出所述线圈升降机械臂单元（31）向上或向下移动的位置值，并根据所述位置值控制所述线圈升降机械臂单元（31）驱使所述发射边线圈（11）向上或向下移动，调节所述接收边线圈（21）与所述发射边线圈（11）之间的互感系数，以使所述接收边线圈（21）的电功率在预设范围内。

4.如权利要求3所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述驱动组件（3）还包括：

备用补偿线圈单元（34），其与所述发射边线圈（11）电连接，当所述位置值超过所述线圈升降机械臂单元（31）的工作范围时，所述调节解算单元（33）控制所述备用补偿线圈单元（34）接入所述发射边线圈（11），调节所述接收边线圈（21）与所述发射边线圈（11）之间的互感系数，以使所述接收边线圈（21）的电功率在预设范围内。

5.如权利要求1所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述发射组件（1）还包括：

第一整流单元（12），其用于将电网侧交流电源整流后输出直流电；

高频逆变单元（13），其用于将所述第一整流单元（12）输出的直流电逆变后输出高频交流电至所述发射边线圈（11）。

6.如权利要求5所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述发射组件（1）还包括：

第一补偿单元（14），其设于所述高频逆变单元（13）与发射边线圈（11）之间，所述第一补偿单元（14）用于将所述高频逆变单元（13）输出的高频交流补偿后输出至所述发射边线圈（11）。

7.如权利要求1所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述接收组件（2）还包括：

第二整流单元（22），其用于将所述接收边线圈（21）的高频交流电整流后输出直流电；

直流斩波单元（23），其用于将所述第二整流单元（22）输出的直流电调压后输出至控制组件（4）。

8.如权利要求7所述的无线电能传输的控制***，其特征在于，所述接收组件（2）还包括：

第二补偿单元（24），其设于所述接收边线圈（21）与第二整流单元（22）之间，所述第二补偿单元（24）用于将所述接收边线圈（21）的高频交流电补偿后输出至所述第二整流单元（22）。

9.如权利要求1所述的无线电能传输的控制***，其特征在于：

所述发射边线圈（11）为多初级绕组并联的分段式线圈；

所述接收边线圈（21）为双重叠D型线圈。

10.一种使用如权利要求1所述的无线电能传输的控制***的无线电能传输的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

控制驱动组件（3）驱使发射组件（1）的发射边线圈（11）向上或向下移动，调节接收组件（2）的接收边线圈（21）与发射组件（1）的发射边线圈（11）之间的互感系数，以使接收组件（2）的接收边线圈（21）的电功率在预设范围内。

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