[发明专利]基于U型线圈定位辅助的WPT系统及位置引导方法

说明书

本发明提供一种基于U型线圈定位辅助的WPT系统及位置引导方法，系统包括直流电源、逆变模块、原边补偿拓扑模块、发射线圈、接收线圈、副边补偿拓扑模块、整流滤波电路和负载，发射线圈的下方设置有至少三个U型线圈且首尾依次靠拢围合成多边形，发射线圈置于至少三个U型线圈的凹槽区域上，每一个U型线圈两端从发射线圈的边缘位置向上凸出，在每一个U型线圈上还分别连接有定位辅助谐振补偿网络，原边补偿拓扑模块的输入端口和多个定位辅助谐振补偿网络的输入端口均并联在逆变模块的输出端上，且均设置有电源开关。其效果是：可以不改造车辆结构，适应多种磁耦合机构，而且在不影响发射线圈工作的前提下实现接收线圈的定位辅助和位置引导。

技术领域

本发明涉及无线电能传输技术，具体涉及一种基于U型线圈定位辅助的WPT系统及位置引导方法。

背景技术

无线电能传输(wireless power transfer，WPT)技术可以使能量通过气隙传输，而不需要物理接触。其固有的安全、快捷，灵活等优势，被认为是代替电缆充电的最好选择，因此已广泛应用于消费电子、电动汽车、特种机械以及医疗电子等设备的供电。

在电动汽车无线充电系统中，接收线圈偏离最佳充电区域会极大的限制其充电功率和充电效率，目前相关研究人员从改进线圈结构、改变补偿网络、优化控制策略等方面进行了大量研究来改善磁耦合机构的抗偏移能力，但在实际应用中耦合机构的偏移容忍度提升是有限的，针对该问题，标准J2964提到将位置检测与泊车过程相结合的定位技术以保证车辆实现有效充电，因而在偏移下实现车辆位置引导与位置检测是目前电动汽车无线充电系统的关键问题之一。

现有技术中，本申请人提出的中国专利202110896403.9公开了一种4U型定位辅助磁耦合机构及基于此的定位系统、方法，一定程度上实现了接收线圈的辅助定位和偏移检测功能，但是在使用过程中发现其存在以下缺陷：

(1)四个U型定位辅助线圈位于发射线圈的正下方，在发射线圈密绕的情况下，会对能量传输造成影响；

(2)要想使得4个U型定位辅助线圈的端点平面与发射线圈所处平面平行，则需要在发射线圈中心预留4个小孔供4U型定位辅助线圈的端部伸出，对发射线圈的结构设计存在约束，往往需要对车载系统进行二次改造，而且针对DD型结构的发射线圈不太适用。

(3)发射端的整体结构相对庞大，难以实现轻薄化的场景应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的首要目的在于提出一种基于U型线圈定位辅助的WPT系统，无需二次改造车载系统，在不影响功率线圈工作的前提下满足不同车型的定位高度需求，同时可适应多种典型磁耦合机构。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于U型线圈定位辅助的WPT系统，包括直流电源、逆变模块、原边补偿拓扑模块、发射线圈、接收线圈、副边补偿拓扑模块、整流滤波电路和负载，其关键在于，所述发射线圈的下方设置有至少三个U型线圈，所述至少三个U型线圈首尾依次靠拢围合成多边形，所述发射线圈置于所述至少三个U型线圈的凹槽区域上，每一个U型线圈两端从所述发射线圈的边缘位置向上凸出，在每一个U型线圈上还分别连接有定位辅助谐振补偿网络，所述原边补偿拓扑模块的输入端口和多个所述定位辅助谐振补偿网络的输入端口均并联在所述逆变模块的输出端上，在所述原边补偿拓扑模块的输入端口和每一个所述定位辅助谐振补偿网络的输入端口上均设置有电源开关。

可选地，所述发射线圈的下方设置有三个U型线圈，所述三个U型线圈首尾依次靠拢围合成等边三角形。

可选地，每一个所述定位辅助谐振补偿网络的输入端口上的电源开关的开关频率不同。

可选地，所述原边补偿拓扑模块和多个所述定位辅助谐振补偿网络均采用LCC补偿网络。

可选地，所述发射线圈为方形线圈、圆形线圈、DD型线圈或BP型线圈。