[发明专利]一种电动汽车行进式无线充电装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电动汽车行进间的无线充电技术研究领域，特别涉及一种电动汽车行进式无线充电装置及其控制方法。

背景技术

现有的针对电动汽车的无线充电技术，大致分为两类，一类是采用磁感应式无线输电技术，该技术是应用麦克斯韦方程组所阐述的电磁场理论，即变化中的电场会产生变化磁场，同样变化磁场又会转变成变化电场。该技术对充电的间距很敏感，要求传输距离需要非常近，一般在数十毫米之内，属于气隙级别的传输方案，同时它对中性也要求严格。综合上述特点，磁感应式无线输电技术不能实现一般情况下的电动汽车行进间高效充电。另一类是采用基于共振原理的磁耦合谐振式无线输电技术。该技术虽然对距离和对中性要求不高，但要实现对电动汽车行进过程中充电仍存在以下问题：1)无线输电中进行充电，两线圈的互感会发生变化，谐振点会发生偏移；2)蓄电池的阻抗特性会随着存储电量不同而变化，同样会影响谐振点的保持；3)若要实现电动汽车在行进过程中不间断充电，线圈铺设的成本很高。

因此，寻求一种针对行进中的电动汽车能进行高效稳定的无线充电的装置及方法具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的是针对现有的电动汽车无线充电技术中存在的不足，提出一种电动汽车行进式无线充电装置，该装置基于磁耦合谐振式无线充电技术，通过结构设计，实现电动汽车的行进间能连续高效无线充电。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述电动汽车行进式无线充电装置的控制方法，通过该控制方法，可以实现电动汽车在行进间可连续高效无线充电。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种电动汽车行进式无线充电装置，包括整流器、若干个磁耦合谐振发射极组、车载谐振接收极，所述整流器的输入端与外部电网相连；磁耦合谐振发射极组等间距布置在行车道路的地下，均并联在直流母线上，每个磁耦合谐振发射极组包括第一谐振发射极和第二谐振发射极，第一谐振发射极和第二谐振发射极均包括DC/AC高频逆变器和谐振电路，其中整流器输出的直流电通过直流母线后输入到DC/AC高频逆变器，经DC/AC高频逆变器逆变成高频交流电后由谐振电路向外发送；所述车载谐振接收极设置在电动汽车上；所述第一谐振发射极和第二谐振发射极中谐振电路的发射线圈截面为长条形，横向布置，所述车载谐振接收极中的接收线圈截面为长条形，竖向布置。因此在有效输电区域内，发射线圈与接收线圈的重叠面积不变，从而可降低耦合谐振状态对相对位置变化的敏感性和对中性要求。

优选的，所述车载谐振接收极中包括第一接收极、第二接收极、充电电路和蓄电池，第一接收极、第二接收极分置于电动汽车的前后两端，二者并联后均与充电电路的输入端相连，充电电路输出端与蓄电池连接。前后两端的接收极中的接收线圈可以交替工作，实现了电动汽车行进间的连续充电。

更进一步的，所述车载谐振接收极还包括第一可控开关、第二可控开关和控制器，所述第一接收极与第一可控开关相连，第二接收极与第二可控开关相连，第一可控开关、第二可控开关均与控制器连接。通过控制器控制开关的闭合，可以在电动汽车进入充电路段后，第一接收极中的第一接收线圈与第二接收极中的第二接收线圈互为补偿，实现高效连续充电。

一种基于上述电动汽车行进式无线充电装置的控制方法，所述车载谐振接收极中包括第一接收极、第二接收极，两个接收极工作在互补状态，即当一个接收极处于磁耦合谐振发射极组高效发射范围(即耦合谐振输电的高效区域)时，其作为能量接收端工作于谐振输电状态，另一个接收极则工作于对上述接收极进行补偿的状态。从而保证在相对位置变化和存在蓄电池荷电状态差异性条件下的高效耦合谐振输电。

具体的，所述控制方法包括步骤：

(1)电网的交流电经整流器整流成直流电，然后输入到磁耦合谐振发射极组中的DC/AC高频逆变器，经DC/AC高频逆变器逆变成高频交流电后由谐振电路向外发送；

(2)当电动汽车中的第一接收极处于磁耦合谐振发射极组高效发射范围时，则第一接收极中的第一接收线圈作为能量接收线圈，控制器控制第一可控开关完全导通，第一接收极通过充电电路向蓄电池输电；同时，第二接收极中的第二接收线圈作为补偿电路，控制器通过控制第二可控开关的占空比使发射极线圈与第一接收极在变化条件下维持谐振状态；控制原理为：控制开关的开通关断的比例，使得一线圈作为另一线圈的补偿，从而保持谐振状态。