基于增強型發(fā)射線圈的電動汽車動態(tài)無線供電系統(tǒng)及方法
【專利說明】基于増強型發(fā)射線圈的電動汽車動態(tài)無線供電系統(tǒng)及方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于電動汽車無線供電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于增強型發(fā)射線圈的電動汽車動態(tài)無線供電系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0003]電動汽車無線供電技術(shù)可以分為兩種:第一種為感應(yīng)磁耦合式無線供電技術(shù)，其利用電磁感應(yīng)原理通過磁耦合方式對電動汽車進行能量供應(yīng)，能量有效傳輸距離短，需將電動汽車停在合適位置與充電線圈對準才能進行能量傳輸，適合類似傳統(tǒng)加油站的充電站等應(yīng)用場合。第二種為諧振磁耦合式無線供電技術(shù)，其通過諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振來傳輸能量，以對電動汽車進行能量供應(yīng)，屬于中等距離的能量傳輸方式，不需要車載共振線圈和電源共振線圈完全對準，適合于開發(fā)新型的充電模式，在電動汽車無線充電技術(shù)領(lǐng)域得到很大的關(guān)注。
[0004]目前，電動汽車的無線供電主要是靜態(tài)方式，需將電動汽車停在有充電設(shè)備的地方進行靜止充電。這種充電方式存在如下缺點:一是將電池電量充滿需要消耗大量的時間；二是電動汽車需要搭載體積龐大的電池組，以維持較長距離續(xù)航；三是電動汽車行駛一段時間后需要停下來進行充電，無法持續(xù)續(xù)航。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于增強型發(fā)射線圈的電動汽車動態(tài)無線供電系統(tǒng)及方法，本發(fā)明可在電動汽車行駛過程中進行充電，提高了電動汽車充電的便捷性和安全性。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一、基于增強型發(fā)射線圈的電動汽車動態(tài)無線供電系統(tǒng)，包括:
電源模塊(I)、整流濾波模塊(2 )、功率震蕩模塊(3 )、定位模塊(4 )、信號控制模塊(5 )、發(fā)射單元切換控制模塊(6 )、電磁場發(fā)射單元(7 )和電磁場接收單元(8 );電源模塊(I)、整流濾波模塊(2)、功率震蕩模塊(3)、發(fā)射單元切換控制模塊(6)、信號控制模塊(5)、定位模塊(4)依次相連，發(fā)射單元切換控制模塊(6)連接多個電磁場發(fā)射單元(7)，電磁場接收單元(8)設(shè)于電動汽車(9)上；
電磁場發(fā)射單元(7)中發(fā)射線圈包括從內(nèi)向外順次布置的若干層共中心的螺旋形平面線圈，螺旋形平面線圈上覆蓋電磁屏蔽輻射層；最內(nèi)層的螺旋形平面線圈中心設(shè)有磁芯，磁芯和螺旋形平面線圈形狀相同；相鄰層的螺旋形平面線圈分別采用絕緣導(dǎo)線向相反方向繞制獲得；所有螺旋形平面線圈的首端相連，且所有螺旋形平面線圈的尾端相連。
[0007]作為優(yōu)選，定位模塊(4)進一步包括GPS定位裝置、紅外傳感器和超聲波傳感器。
[0008]上述發(fā)射單元切換控制模塊(6)為若干分別與電磁場發(fā)射單元(7)相連的繼電器開關(guān)。
[0009]上述螺旋形平面線圈為跑道狀螺旋形平面線圈、圓形螺旋形平面線圈、橢圓形螺旋形平面線圈或方形螺旋形平面線圈。
[0010]上述電磁屏蔽輻射層材料為氧化鐵、鋼、銅、鋁或?qū)щ娋郾桨纺菑?fù)合材料。
[0011]上述電磁場接收單元(8)中接收線圈是由若干線圈單元排列構(gòu)成的陣列線圈，線圈單元為螺旋形平面線圈。
[0012]二、基于增強型發(fā)射線圈的電動汽車動態(tài)無線供電系統(tǒng)的汽車動態(tài)無線供電方法，包括:
電磁場發(fā)射單元(7)埋設(shè)于地面下；
定位模塊(4)定位電動汽車，將電動汽車位置信息發(fā)送至信號控制模塊(5);
信號控制模塊(5)根據(jù)電動汽車位置獲得電動汽車和各電磁場發(fā)射單元(7)的距離，根據(jù)該距離向發(fā)射單元切換控制模塊(6)發(fā)送控制命令，具體為:
當(dāng)電動汽車和其前方最近的電磁場發(fā)射單元(7)的距離達到第一閾值時，發(fā)送發(fā)射單元切換控制模塊(6)連接該前方最近的電磁場發(fā)射單元(7)的控制命令；
當(dāng)電動汽車和其后方最近的電磁場發(fā)射單元(7)的距離大于第二閾值時，發(fā)送發(fā)射單元切換控制模塊(6)斷開與該后方最近的電磁場發(fā)射單元(7)的連接的控制命令；
發(fā)射單元切換控制模塊(6)根據(jù)接收的控制命令進行切換；
上述第一閾值和第二閾值為經(jīng)驗值，考慮汽車行駛速度和發(fā)射單元切換控制模塊(6)的切換速度進行設(shè)定。
[0013]作為一種優(yōu)選方式:
當(dāng)電動汽車和電磁場發(fā)射單元(7)埋設(shè)處距離大于預(yù)設(shè)距離，采用GPS定位裝置定位電動汽車位置；
當(dāng)電動汽車和電磁場發(fā)射單元(7)埋設(shè)處距離不大于預(yù)設(shè)距離，采用紅外傳感器和超聲波傳感器共同定位電動汽車位置；
預(yù)設(shè)距離為經(jīng)驗值，考慮汽車行駛速度和發(fā)射單元切換控制模塊(6)的切換速度進行設(shè)定。
[0014]
本發(fā)明系統(tǒng)中電磁場發(fā)射單元(7)埋設(shè)于地面下，電磁場接收單元(8)設(shè)于電動汽車底盤。定位模塊(4)定位電動汽車，信號控制模塊(5)根據(jù)電動汽車定位信息判斷電動汽車是否進入充電區(qū)。當(dāng)電動汽車進入充電區(qū)時，信號控制模塊(5)則通過發(fā)射單元切換控制模塊(6 )使功率震蕩模塊(3 )和該充電區(qū)的電磁場發(fā)射單元(7 )連接，從而給行駛中的電動汽車充電。當(dāng)電動汽車離開充電區(qū)時，信號控制模塊(5)則通過發(fā)射單元切換控制模塊(6)使功率震蕩模塊(3)和該充電區(qū)的電磁場發(fā)射單元(7)斷開。
[0015]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
1、擴展了電氣汽車無需供電方式，可在電動汽車行駛過程進行動態(tài)充電，無需到充電站進行長時間充電，提高了電動汽車充電的便捷性、充電效率和安全性。
[0016]2、電動汽車可少搭載甚至不搭載體積龐大的電池組，從而可減輕電動汽車重量，降低電動汽車制作成本。
[0017]3、由于可在行駛過程中動態(tài)充電，從而可克服傳統(tǒng)電動汽車的續(xù)航距離短和靜態(tài)充電站耗資巨大的問題。
[0018]4、施工方便，能力傳輸高，電磁輻射影響小，且能滿足城市美化要求，市場前景廣闊。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是【具體實施方式】中定位模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是【具體實施方式】中發(fā)射單元切換控制模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是【具體實施方式】中發(fā)射線圈的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是圖4所示發(fā)射線圈的內(nèi)部連接線路示意圖；
圖6是電磁場接收單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是【具體實施方式】中接收線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中，10-最外層螺旋形平面線圈，11-次外層螺旋形平面線圈，12-內(nèi)層螺旋形平面線圈，13-磁芯，14-電磁屏蔽福射層，15-線圈單元，16-接收線圈。
【具體實施方式】
[0021]下面通過實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明系統(tǒng)作進一步具體的說明。
[0022]圖1所示為本發(fā)明動態(tài)無線供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，電源模塊(I)用來為供電系統(tǒng)提供輸入功率，本實施例中預(yù)設(shè)電源模塊(I)的輸入電壓為電網(wǎng)直接供電電壓380V，電源模塊(I)的輸入電壓可依照實際需求作出調(diào)整。整流濾波模塊(2)進一步包括整流子模塊和濾波子模塊，整流子模塊用來將電源模塊(I)輸出的交流電整流為直流電，濾波子模塊用來消除整流子模塊輸出直流電中高次諧波，從而輸出恒定電壓直流電。功率震蕩模塊(3)用來將整流濾波模塊(2)輸出的恒定電壓直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負載頻率要求的交變電流，本實施例中功率震蕩模塊(3)輸出交變電流的頻率為100kHz，可依照實際需求調(diào)整輸出交變電流的頻率。定位模塊(4 )用來定位電動汽車行駛時位置。
[0023]信號控制模塊(5)接收定位模塊(4)發(fā)送的電動汽車位置信息，根據(jù)電動汽車位置信息獲得電動汽車和其相鄰電磁場發(fā)射單元(7)的距離，將該距離和距離閾值比較，從而做出工作決策，并向發(fā)射單元切換控制模塊(6)發(fā)出控制命令。本發(fā)明中設(shè)有兩個距離閾值:第一距離閾值和第二距離閾值。當(dāng)電動汽車距離其前方的最近電磁場發(fā)射單元(7)的距離達到第一距離閾值時，通過發(fā)射單元切換控制模塊(6)將該前方的最近電磁場發(fā)射單元(7 )和功率震蕩模塊(3 )連接，該前方的最近電磁場發(fā)射單元(7 )開始工作。當(dāng)電動汽車距離其后方的最近電磁場發(fā)射單元(7)的距離大于達到第二距離閾值時，通過發(fā)射單元切換控制模塊(6)斷開該后方的最近電磁場發(fā)射單元(7)和功率震蕩模塊(3)的連接。上述電動汽車的前方和后方均是相對其行駛方向的前方和后方。第一距離閾值和第二距離閾值的設(shè)定為經(jīng)驗值，考慮汽車行駛速度和發(fā)射單元切換控制模塊(6)的切換速度進行設(shè)定，以確保電動汽車到達充電點時，該充電點處的電磁場發(fā)射單元處于工作狀態(tài)；同時，確保電動汽車離開充電點時，該充電處的電磁場發(fā)射單元處于停止工作狀態(tài)。本實施例中，第一距離閾值設(shè)為10m，第二距離閾值設(shè)為2m。
[0024]發(fā)射單元切換控制模塊(6)接收信號控制模塊(5)發(fā)送的控制命令，依據(jù)控制命令控制繼電器開關(guān)的開斷。見圖3，發(fā)射單元切換控制模塊(6)由若干分別與電磁場發(fā)射單元(7)相連的繼電器開關(guān)構(gòu)成，通過繼電器開關(guān)的開和斷來切換功率震蕩模塊(3)連接不同的電磁場發(fā)射單元(7 )，從而控制不同的電磁場發(fā)射單元(7 )工作。
[0025]電磁場發(fā)射單元(7 )中發(fā)射線圈埋設(shè)于地面下，與地面所在平面平行，用來發(fā)射調(diào)諧電路產(chǎn)生的交變電磁場。本發(fā)明中發(fā)射線圈為增強型單向輻射式電磁場發(fā)射線圈，包括從內(nèi)向外順次布置的若干層共中心的螺旋形平面線圈，螺旋形平面線圈上覆蓋電磁屏蔽輻射層；最內(nèi)層的螺旋形平面線圈中心設(shè)有磁芯，磁芯和螺旋形平面線圈形狀相同；相鄰層的螺旋形平面線圈分別采用絕緣導(dǎo)線向相反方向繞制獲得；所有螺旋形平面線圈的首端相連，且所有螺旋形平面線圈的尾端相連。為實現(xiàn)本發(fā)明系統(tǒng)的高效諧振磁耦合式無線傳能，電磁場發(fā)射單元中發(fā)射線圈、電磁場接收單元中接收線圈和電源模塊的諧振頻率要保持一致