用于電動(dòng)汽車行車充電的無線能量傳輸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于電動(dòng)汽車行車充電的無線能量傳輸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)汽車是未來發(fā)展新能源綠色交通的必然趨勢，因此世界各國對(duì)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展都制定了相關(guān)的刺激性政策，然而電動(dòng)汽車仍然沒有得到廣泛的普及。制約電動(dòng)汽車發(fā)展的主要因素是充電不方便和電池成本太高。傳統(tǒng)插電式充電方式采用笨重的充電槍，使用極不方便，不僅存在接插部件的機(jī)械磨損老化問題，而且在雨雪惡劣天氣下還有漏電觸電的安全隱患。無線能量傳輸技術(shù)是近幾年來學(xué)術(shù)界新興的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向，采用無線能量傳輸技術(shù)給電動(dòng)汽車進(jìn)行無線充電可以很好的解決上述充電問題，而且能夠極大的提高充電方便性，用戶只需要將電動(dòng)汽車停好即可自動(dòng)充電。另一方面，如果在電動(dòng)汽車的行駛車道上鋪裝無線能量發(fā)射裝置，給行進(jìn)中的電動(dòng)汽車進(jìn)行動(dòng)態(tài)充電，可大大減小滿足同樣的行駛里程時(shí)電動(dòng)汽車所需裝載的電池組容量，從而降低電動(dòng)汽車成本。
[0003]為此，發(fā)明專利CN201410627463 “一種支持電動(dòng)汽車無線移動(dòng)充電的動(dòng)態(tài)磁耦合諧振陣列技術(shù)”提出了一種的動(dòng)態(tài)磁耦合諧振陣列技術(shù)，在發(fā)射端和接收端分別采用多層多個(gè)發(fā)射線圈陣列和多層多個(gè)接收端諧振線圈陣列及電容陣列，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車無線移動(dòng)充電，該方案所涉及的充電接收毯、諧振型無線充電帶、諧振型可充電輪胎以及諧振電磁柱，在設(shè)計(jì)、制造、安裝上都過于復(fù)雜，工程實(shí)現(xiàn)難度較高，而且該發(fā)明未提出可行的地面端供電方案；發(fā)明CN201410043240 “一種采用分段供電的移動(dòng)式無接觸供電系統(tǒng)”針對(duì)移動(dòng)式無接觸充電，提出了較為可行的地面端供電管理方案，可以實(shí)現(xiàn)初級(jí)線圈繞組的奇偶分段供電，但是存在交流母線引線過長或諧振變流器數(shù)目過多的問題，而且每個(gè)初級(jí)線圈繞組都得配備雙向交流開關(guān)和位置檢測裝置，控制復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種用于電動(dòng)汽車行車充電的無線能量傳輸裝置。本發(fā)明能夠根據(jù)能量需求及道路情況，實(shí)現(xiàn)按路段和分區(qū)段兩級(jí)高效能量管理，在滿足電動(dòng)汽車在行駛車道上邊行駛邊充電的同時(shí)，也可兼容駐車充電，避免了高頻高壓交流母線的長引線，具有良好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0005]本發(fā)明無線能量傳輸裝置，由安裝在電動(dòng)汽車上的車載能量接收及變換裝置，以及安裝在行車充電車道上的地面能量供給與發(fā)射裝置構(gòu)成。車載能量接收及變換裝置接收地面能量供給與發(fā)射裝置通過無線傳輸發(fā)出的電能。安裝了地面能量供給與發(fā)射裝置的車道稱為行車充電車道，無論電動(dòng)汽車在行車充電車道上處于行駛狀態(tài)還是停泊狀態(tài)，電能都能通過感應(yīng)無線能量傳輸?shù)姆绞綇牡孛婺芰抗┙o與發(fā)射裝置傳輸?shù)杰囕d能量接收及變換裝置，最后儲(chǔ)存到電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池中。
[0006]車載能量接收及變換裝置包括車載接收線圈、接收端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)以及接收端變換器。車載接收線圈是車載能量接收及變換裝置中直接參與無線能量傳輸?shù)牟考?，其功能是接收從地面能量供給與發(fā)射裝置無線傳輸過來的高頻交流電能，車載接收線圈連接到接收端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，接收端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端連接接收端變換器的輸入端，接收端變換器的輸出端連接到電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池的輸入端，經(jīng)過接收端變換器后，車載接收線圈輸出的高頻交流電能轉(zhuǎn)化成直流電輸入到電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池。
[0007]地面能量供給與發(fā)射裝置包括路段大功率整流器、區(qū)段直流母線開關(guān)、區(qū)段高頻逆變器、位置檢測裝置、地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)及地面發(fā)射線圈。地面發(fā)射線圈是地面能量供給與發(fā)射裝置中直接參與無線能量發(fā)射的部件，地面發(fā)射線圈沿著行車充電車道中心線依次排列，鋪設(shè)在整個(gè)行車充電車道的路面表面或埋在車道路面下；地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)與地面發(fā)射線圈一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)地面發(fā)射線圈連接在各自對(duì)應(yīng)的地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端。根據(jù)實(shí)際的地理、路況信息把單個(gè)或連續(xù)多個(gè)發(fā)射線圈合并成組，每組稱之為一個(gè)區(qū)段，相鄰區(qū)段之間安裝有位置檢測裝置，每個(gè)區(qū)段配有一臺(tái)區(qū)段高頻逆變器。連續(xù)多個(gè)區(qū)段合并成大段，每一大段稱之為一個(gè)路段，每個(gè)路段配有一臺(tái)路段大功率整流器。同一個(gè)區(qū)段內(nèi)的所有地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端并聯(lián)，連接在該區(qū)段的區(qū)段高頻逆變器上。各個(gè)區(qū)段的區(qū)段高頻逆變器通過各自的區(qū)段直流母線開關(guān)并聯(lián)在所在路段的路段大功率整流器上。路段大功率整流器就近通過城市配電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)。
[0008]本發(fā)明的工作過程如下:
[0009]本發(fā)明通過安裝在區(qū)段之間的位置檢測裝置實(shí)時(shí)檢測當(dāng)前電動(dòng)汽車的行駛位置，閉合電動(dòng)汽車所在區(qū)段的直流母線開關(guān)，同時(shí)關(guān)斷其他所有區(qū)段的直流母線開關(guān)，控制電動(dòng)汽車所在區(qū)段供電而其他區(qū)段不供電。交流市電經(jīng)過路段、區(qū)段兩級(jí)傳輸，經(jīng)由地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，最后通過地面發(fā)射線圈陣列以感應(yīng)耦合的方式將能量傳輸至車載能量接收及變換裝置的車載接收線圈，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車在整個(gè)車道上邊行駛邊充電。
[0010]所述行車充電車道的路段以及區(qū)段分別對(duì)應(yīng)路段級(jí)能量管理和區(qū)段級(jí)能量管理。路段級(jí)能量管理通過路段大功率整流器、路段直流母線和區(qū)段直流母線開關(guān)管理直流形式的電能；區(qū)段級(jí)能量管理通過驅(qū)動(dòng)高頻逆變器管理高頻交流形式的電能。區(qū)段級(jí)能量管理從屬于路段級(jí)能量管理。
[0011]所述的區(qū)段分為行車充電區(qū)段和駐車充電區(qū)段。行車充電區(qū)段內(nèi)，多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的地面發(fā)射線圈沿車道方向依次排列，形成發(fā)射線圈陣列。地面發(fā)射線圈的縱向長度與車載接收線圈的縱向長度在同一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)，地面發(fā)射線圈的縱向長度小于車載接收線圈縱向長度的10倍，同一區(qū)段內(nèi)的地面發(fā)射線圈的縱向長度相同。各個(gè)行車充電區(qū)段地面發(fā)射線圈的數(shù)量可以相同也可以不同，約等于該區(qū)段車道路線長度與該區(qū)段地面發(fā)射線圈長度的比值。駐車充電區(qū)段內(nèi)地面發(fā)射線圈的數(shù)量、縱向長度均與車載接收線圈數(shù)量、縱向長度相近，以保證電動(dòng)汽車停在駐車充電區(qū)段時(shí)，車載接收線圈與地面發(fā)射線圈之間的對(duì)準(zhǔn)面積最大，保證較高的駐車充電功率和效率。所述線圈的縱向長度，是指汽車行進(jìn)方向上的地面發(fā)射線圈或車載接收線圈的長度。
[0012]所述行車充電區(qū)段與駐車充電區(qū)段可以根據(jù)路況信息與能量需求在路段內(nèi)任意交叉排列，本發(fā)明無線能量傳輸裝置同時(shí)也兼容駐車充電。
[0013]所述區(qū)段直流母線開關(guān)是連接每個(gè)區(qū)段高頻逆變器與所在路段直流母線的可控開關(guān)，用于控制該區(qū)段的供電與否。區(qū)段直流母線開關(guān)可以是機(jī)械開關(guān)，如接觸器、功率型繼電器，也可以是由雙向功率電力電子器件組成的電力電子開關(guān)。
[0014]所述位置檢測裝置安裝在區(qū)段與區(qū)段之間，即安裝在本區(qū)段端首地面發(fā)射線圈與上一區(qū)段端尾地面發(fā)射線圈之間，以及本區(qū)段端尾地面發(fā)射線圈與下一區(qū)段端首地面發(fā)射線圈之間。當(dāng)檢測到電動(dòng)汽車駛?cè)肽骋粎^(qū)段時(shí)，閉合該區(qū)段直流母線開關(guān)，該區(qū)段內(nèi)所有地面端發(fā)射線圈開始供電；當(dāng)檢測到電動(dòng)汽車駛出某一區(qū)段時(shí)，斷開該區(qū)段直流母線開關(guān)，該區(qū)段內(nèi)所有地面端發(fā)射線圈停止供電。
[0015]無論是地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)還是接收端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)均采用T型阻抗匹配拓?fù)?。T型阻抗匹配拓?fù)溆勺蟊邸⒂冶酆拖卤廴齻€(gè)匹配元件組成，三個(gè)臂通過一個(gè)公共點(diǎn)連接在一起形成T形拓?fù)浜螅髯允Ｏ乱粋€(gè)自由端。作為地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，左臂自由端與下臂自由端連接高頻逆變器。右臂自由端與下臂自由端連接地面端發(fā)射線圈。作為接收端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)時(shí)，左臂自由端與下臂自由端連接接收端變換器，右臂自由端與下臂自由端連接車載接收線圈。
[0016]T型阻抗匹配拓?fù)涞南卤塾呻娙菰螂姼性?gòu)成，右臂為電容元件或電感元件或不采用任何元件，左臂為獨(dú)立的電容元件或獨(dú)立的電感元件或電容元件與電感元件的串聯(lián)。合理設(shè)計(jì)T型阻抗匹配拓?fù)涞娜蹍?shù)，使得電動(dòng)汽車駛?cè)肽骋粎^(qū)段內(nèi)時(shí)，接收線圈反射到電動(dòng)汽車所覆蓋的地面發(fā)射線圈和反射到電動(dòng)汽車未覆蓋的其它地面發(fā)射線圈的阻抗不同，電動(dòng)汽車所覆蓋的地面發(fā)射線圈工作在額定電流模式，而電動(dòng)汽車未覆蓋的地面發(fā)射線圈工作在小電流模式，可以最大化系統(tǒng)效率，同時(shí)也降低了電動(dòng)汽車未覆蓋的地面發(fā)射線圈周圍的電磁輻射。
[0017]與現(xiàn)有的技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0018]1.根據(jù)能量需求及道路情況實(shí)現(xiàn)按路段、分區(qū)段兩級(jí)能量管理；
[0019]2.每個(gè)區(qū)段供電獨(dú)立可控，所用逆變器、直流開關(guān)、位置檢測裝置的數(shù)量較少，系統(tǒng)成本和系統(tǒng)復(fù)雜度較低；
[0020]3.線圈模塊化設(shè)計(jì)，安裝簡單，便于工程實(shí)現(xiàn)；
[0021]4.可兼容駐車充電；
[0022]5.避免了高頻高壓交流母線長引線，兼具良好的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
【附圖說明】
[0023]圖1本發(fā)明無線能量傳輸裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0024]圖2應(yīng)用在公交站臺(tái)的本發(fā)明無線能量傳輸裝置構(gòu)成與接線圖；
[0025]圖3應(yīng)用在公交車始發(fā)站或終點(diǎn)站給電動(dòng)公交車進(jìn)出站進(jìn)行動(dòng)態(tài)無線充電的無線能量傳輸裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖中，I車載能量接收及變換裝置，10車載接收線圈，11接收端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，12接收端變換器，3電動(dòng)汽車行駛車道，32電動(dòng)汽車行車充電區(qū)域，2地面能量供給與發(fā)射裝置，21-10 ?21-m0...2m-10 ?2m_k0 地面發(fā)射線圈陣列，21-11 ?21_ml…2m_ll ?2m_kl地面端諧振匹配網(wǎng)絡(luò)，2-1-2?2-(m-l)-m位置檢測裝置，21-2?2m_2區(qū)段高頻逆變器，21-3?2m-3區(qū)段直流母線開關(guān)，21-4?2n_4路段大功率整流器，21-40?2n_40路段直流母線；
[0027]圖4地面端或接收端諧T型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明無線能量傳輸裝置由安裝在電動(dòng)汽車上的車載能量接收及變換裝置，以及安裝在行車充電車道上的地面能量供給與發(fā)射裝置構(gòu)成。安裝有地面能量供給與發(fā)射