[发明专利]无线充电系统及其波束形成控制方法、多元无线充电系统

说明书

本发明公开了一种多输入/单输出无线充电系统及相应的波束形成控制方法及多元无线充电系统。该多输入/单输出无线充电系统由两个子系统组成：即互感估计子系统和无线充电子系统。互感估计子系统能够仅利用发射线圈上的电压值准确计算出在任意相对位置下发射线圈与接收线圈间的互感；无线充电子系统的功能是利用估计出的互感并结合本发明提出的波束形成控制方法，为移动中的电动车提供稳定的电能。为了使两个子系统能够独立工作，它们各自的工作频率不同。本发明能够在运动过程中准确快速的对收/发线圈间的互感进行计算，同时又能在不受互感估计过程干扰的情况下为负载提供功率稳定的电能。

技术领域

本发明涉及电动汽车的动态无线充电领域，特别是涉及一种可用于对行驶中的纯电动汽车进行功率稳定的无线充电的系统。

背景技术

现有的纯电动车的动态无线充电技术中，通常将无线传输系统的多个发射线圈安装在道路下方，同时将接收线圈安装在电动车底盘上。当电动车行驶过发射线圈上方时，收/发线圈之间产生电磁耦合，发射线圈将电能以电磁波的形式无线传输至接收线圈，达到无线充电的目的。然而这种传输模式却存在明显的缺陷。首先，无线充电的传输功率大小与收/发线圈间相对位置的直接相关，传输功率在两线圈同轴正对时达到最大，在线圈间发生径向错位时急剧减小。因此，当电动车依次驶过多个发射线圈上方时，传输功率会发生显著的上下波动。这将接收端电池充电功率不稳定，不仅降低了无线充电的速率，而且会损害电池寿命。为了达到稳定输出功率的目的，一些研究者通过根据收/发线圈间的互感来控制每个发射线圈的驱动电压，进而控制多个发射线圈联合为接收线圈提供稳定电能。而这样的设计必须要时刻准确的估计运动中的收/发线圈在不同相对位置下的互感，在得到互感后，再控制发射线圈的驱动电压进行稳定功率的传输。在现有的无线充电系统中，由于互感估计过程的存在，使得无线传输系统必须在互感估计和无线充电两个状态下不停切换，使得传输的效率大大降低。

更严重的是，在互感估计过程中，传统的互感估计方式都是利用发射线圈通电产生电磁波，再对接收线圈进行耦合，最后通过基尔霍夫理论计算出互感。然而，发射线圈的内阻很小，在收/发线圈距离较远而欠耦合时，发射线圈上即使加载很小的电压也有可能产生很大的电流，极易导致发射线圈发热，不仅产生能量损失，还会导致安全隐患。当电动车与某个发射线圈距离较远时，该发射线圈处于空载状态，即收/发线圈此时处于零耦合状态，此时如果盲目加入发射线圈驱动电压，就会产生过载电流，烧坏电路，引起安全事故。

发明内容

1、本发明的目的

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于包含两个子系统的多输入/单输出无线充电系统及相应的波束形成控制方法，能够在任意位置下为运动中的电动车进行功率稳定的电能供给。

2、本发明所采用的技术方案

本发明公开了一种多输入/单输出无线充电系统及相应的波束形成控制方法，包括步骤1、位于互感估计子系统中的12V电压源和DC/AC变换器产生频率为f_m的交流驱动电压V_E；

步骤2、逆变产生的交流电驱动互感估计接收子线圈产生交变电磁场并与发射子线圈产生耦合，即从电池组获取电能并进行调压逆变后为互感估计接收子线圈提供与之谐振频率相同的交流电压V_E；此时，互感估计接收子线圈受到电压V_E的激发在周围空间形成交变电磁场；

步骤3、互感估计发射子线圈在电磁场中产生感应电动势V_mi，同时该电动势被安装在线圈上的电压检测探头所获得并传入计算机，即利用基尔霍夫电学方程对两线圈中的电学信息进行联立求解，即可得到每个发射线圈与接收线圈的互感，即利用方程组