一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、煤炭等傳統(tǒng)能源的枯竭以及環(huán)境問題的加重，節(jié)能減排、減少對化石燃料的依賴，發(fā)展新能源技術(shù)已成為我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展迫切需要解決的問題。作為解決交通、能源和環(huán)境問題的重要手段，電動汽車以電能驅(qū)動電機(jī)，是未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向，也是我國重點發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一，根據(jù)我國制定的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》，2030年全國電動汽車預(yù)計保有量將達(dá)到6000萬輛，可以預(yù)見電動汽車的規(guī)?；l(fā)展是未來的發(fā)展趨勢，若以每輛電動汽車充電功率為10千瓦測算，其容量將達(dá)到6億千瓦，占2030年全國預(yù)計總裝機(jī)容量23.2億千瓦的26%，大規(guī)模電動汽車的發(fā)展對電網(wǎng)帶來新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
[0003]電動汽車得以迅猛發(fā)展，汽車正在逐步擺脫對化石能源的依賴，從傳統(tǒng)汽車發(fā)展到混合動力車，最終過渡到純電動汽車。然而目前車載電池的能量密度尚且難以與汽油相比，盡管隨著電能存儲技術(shù)的不斷進(jìn)步，鋰離子電池逐步替代了鉛酸蓄電池，部分問題得以改善，電動汽車仍需要龐大笨重的電池組作為動力能源存儲設(shè)備，另外電動汽車相對有限的續(xù)航能力仍是制約電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。
[0004]無線電能傳輸技術(shù)是目前比較新型的電能傳輸技術(shù)之一，可通過空氣等媒介，避開電纜線的直接物理連接實現(xiàn)能量的有效傳遞，依托感應(yīng)、磁耦合諧振、微波等技術(shù)可實現(xiàn)傳輸距離為幾厘米至幾米，傳輸功率幾瓦至幾十千瓦，完全可滿足電動汽車充放電功率和距離的需求，同時也具備了供電方式靈活，綠色環(huán)保、無接觸電火花、充電過程中無人工插拔操作、無機(jī)構(gòu)磨損等一系列優(yōu)點。
[0005]目前無線電能傳輸技術(shù)已在電動汽車靜態(tài)無線充電上展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用態(tài)勢，并且國內(nèi)外也在電動汽車的靜態(tài)無線充電上取得了較大的突破。靜態(tài)式無線充電技術(shù)雖然在無線充電的功率和效率上基本能滿足了電動汽車充電的要求，但電動汽車仍需要龐大笨重的電池組作為動力能源存儲設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，實現(xiàn)電動汽車行駛中的動態(tài)充電。
[0007]技術(shù)方案:一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，包括路面能量發(fā)射裝置、車載能量接收裝置、車載定位裝置；其中，所述路面能量發(fā)射裝置包括高頻電源、連接所述高頻電源的分段式發(fā)射裝置、第一無線通信模塊；所述分段式發(fā)射裝置包括沿車輛行進(jìn)路徑依次設(shè)置的η個發(fā)射線圈，每個發(fā)射線圈連接一個程控開關(guān)串聯(lián)到高頻電源回路，所有程控開關(guān)均通過切換控制器控制；所述車載能量接收裝置包括能量接收線圈；所述車載定位檢測裝置包括探測線圈、檢測負(fù)載、電流檢測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、檢測控制器、第二無線通信模塊；所述探測線圈的尺寸小于能量發(fā)射線圈，所述探測線圈與能量接收線圈沿車體長度方向并排設(shè)置，所述探測線圈的輸出端串聯(lián)諧振電容后連接所述檢測負(fù)載；所述電流檢測器用于檢測探測線圈上的電流變化并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后發(fā)送至檢測控制器，當(dāng)檢測線圈從發(fā)射線圈中央向發(fā)射線圈邊緣移動時，檢測到探測線圈的電流從小變大，根據(jù)所述電流變化規(guī)律以及發(fā)射線圈與探測線圈中心點的距離得出車輛相對分段式發(fā)射裝置的位置，并通過所述第二無線通信模塊發(fā)送至第一無線通信模塊后傳輸至所述切換控制器；所述切換控制器根據(jù)車輛相對分段式發(fā)射裝置的位置控制發(fā)射線圈的通斷，控制路面能量發(fā)射裝置持續(xù)對車載能量接收裝置傳輸電能。
[0008]進(jìn)一步的，從高頻電源到各發(fā)射線圈的能量輸送線路均采用高頻雙絞母線。
[0009]有益效果:本發(fā)明的一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，通過車載定位裝置實時檢測當(dāng)前行駛中的電動汽車的位置，經(jīng)無線通信將位置信息發(fā)送到路面接收端，由程控開關(guān)動作切換相應(yīng)的能量發(fā)射線圈接入電路，能量經(jīng)無線傳輸方式傳送到車載能量接收端，實現(xiàn)在電動汽車行駛過程中動態(tài)的補(bǔ)充電能。采用動態(tài)無線供電方式可以少載甚至不載電池，可以實現(xiàn)電動汽車的連續(xù)行駛，在理論上存在無限續(xù)航能力。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0012]如圖1所示，一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，包括路面能量發(fā)射裝置、車載能量接收裝置、車載定位裝置。
[0013]其中，路面能量發(fā)射裝置包括高頻電源、連接高頻電源的分段式發(fā)射裝置、第一無線通信模塊。分段式發(fā)射裝置包括在車輛行進(jìn)路徑上并排設(shè)置的η個含諧振補(bǔ)償電容的發(fā)射線圈，每個發(fā)射線圈連接一個程控開關(guān)，程控開關(guān)均連接到一個切換控制器。高頻電源由連接電網(wǎng)的高頻逆變器輸出得到，高頻逆變器將電網(wǎng)工頻電流整流逆變?yōu)楦哳l交流電。從高頻逆變器輸出端到各發(fā)射線圈的能量輸送線路均采用高頻雙絞母線，以降低通過高頻電流時的電磁輻射，各發(fā)射線圈接入高頻電源回路的方式為串聯(lián)接入，保證發(fā)射端能量發(fā)射電路僅存在單一串聯(lián)回路。如圖1所示，每個程控開關(guān)包含兩觸點，當(dāng)處于圖示觸電0位置時，對應(yīng)能量發(fā)射線圈不接入電路，當(dāng)處于圖示觸電1位置時，對應(yīng)能量發(fā)射線圈以串聯(lián)方式接入回路。
[0014]車載能量接收裝置包括含諧振補(bǔ)償電容的能量接收線圈，該能量接收線圈通過整流調(diào)功電路連接到電動汽車的電池負(fù)載。能量接收線圈與分段式發(fā)射裝置中的各發(fā)射線圈均采用方形螺旋銅質(zhì)線圈，且尺寸相同，匝數(shù)相同。分段式發(fā)射裝置中的各發(fā)射線圈能夠與電動汽車上的能量接收線圈進(jìn)行無線電能傳輸。發(fā)射線圈和能量接收線圈的位置可根據(jù)實際需要選擇布置位置，本實施例中，將分段式發(fā)射裝置中的各發(fā)射線圈按車輛行駛路徑鋪設(shè)在車道上，能量接收線圈設(shè)置在車輛底盤中線上，并位于車輛的中后部。
[0015]車載定位檢測裝置包括含補(bǔ)償諧振電容的探測線圈、檢測負(fù)載、電流檢測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、檢測控制器、第二無線通信模塊。探測線圈輸出端串聯(lián)諧振電容后連接檢測負(fù)載，探測線圈的尺寸小于能量發(fā)射線圈且為方形，探測線圈與能量接收線圈沿車體長度方向并排設(shè)置，即探測線圈同樣布置在車輛底盤的中線上，探測線圈位于車體前部并與能量接收線圈之間具有一定距離。
[0016]分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)中，車載定位裝置采用包含補(bǔ)償諧振電容的探測線圈作為探測裝置，當(dāng)車輛沿車道行進(jìn)時，預(yù)先接通車輛到達(dá)時首先接觸的發(fā)射線圈；位于車前部的車載定位檢測裝置隨車行進(jìn)時，如圖所示，當(dāng)探測線圈從第一個發(fā)射線圈中央向線圈邊緣運動時，從線圈中央到線圈邊緣的磁場由弱變強(qiáng)，電流檢測器能夠檢測出探測線圈輸出到檢測負(fù)載的電流變化，并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后發(fā)送至檢測控制器。電流檢測器每次檢測到電流略有增大時，可判斷電動汽車已行駛到當(dāng)前通電發(fā)射線圈的邊緣處，從而確定探測線圈位于第幾個發(fā)射線圈的位置。根據(jù)發(fā)射線圈與探測線圈中心點的距離得出車輛相對分段式發(fā)射裝置的位置。并通過檢測控制器連接的第二無線通信模塊發(fā)送至第一無線通信模塊，第一無線通信模塊將車輛的相對位置傳輸至切換控制器；切換控制器根據(jù)車輛相對分段式發(fā)射裝置的位置控制各發(fā)射線圈的通斷，將電動汽車已經(jīng)過的通電發(fā)射線圈切除出電源回路，將即將行駛到達(dá)的發(fā)射線圈接入電路；當(dāng)相應(yīng)的路面能量發(fā)射線圈接通高頻電源時，空間產(chǎn)生高頻磁場，將電能轉(zhuǎn)化成磁場能，經(jīng)能量接收線圈重新還原成電流，再經(jīng)過整流調(diào)功電路得到適合電池負(fù)載充電的電能，使得路面能量發(fā)射裝置持續(xù)對車載能量接收裝置傳輸電能，實現(xiàn)在電動汽車行駛過程中動態(tài)的補(bǔ)充電能。其中，整流調(diào)功電路的設(shè)計需按照電動汽車的電池負(fù)載設(shè)計相應(yīng)的充電電壓等級等參數(shù)。
[0017]本實施例中，第一、第二無線通信模塊選用NRF24L01近程無線通信模塊。切換控制器選用DSP等高速微處理器控制單元，用于控制各發(fā)射線圈通斷的程控開關(guān)采用具有程控功能并帶雙觸點的接觸器或者繼電器。
[0018]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，其特征在于:包括路面能量發(fā)射裝置、車載能量接收裝置、車載定位裝置；其中，所述路面能量發(fā)射裝置包括高頻電源、連接所述高頻電源的分段式發(fā)射裝置、第一無線通信模塊；所述分段式發(fā)射裝置包括沿車輛行進(jìn)路徑依次設(shè)置的η個發(fā)射線圈，每個發(fā)射線圈連接一個程控開關(guān)串聯(lián)到高頻電源回路，所有程控開關(guān)均通過切換控制器控制；所述車載能量接收裝置包括能量接收線圈；所述車載定位檢測裝置包括探測線圈、檢測負(fù)載、電流檢測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、檢測控制器、第二無線通信模塊；所述探測線圈的尺寸小于能量發(fā)射線圈，所述探測線圈與能量接收線圈沿車體長度方向并排設(shè)置，所述探測線圈的輸出端串聯(lián)諧振電容后連接所述檢測負(fù)載；所述電流檢測器用于檢測探測線圈上的電流變化并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后發(fā)送至檢測控制器，當(dāng)檢測線圈從發(fā)射線圈中央向發(fā)射線圈邊緣移動時，檢測到探測線圈的電流從小變大，根據(jù)所述電流變化規(guī)律以及發(fā)射線圈與探測線圈中心點的距離得出車輛相對分段式發(fā)射裝置的位置，并通過所述第二無線通信模塊發(fā)送至第一無線通信模塊后傳輸至所述切換控制器；所述切換控制器根據(jù)車輛相對分段式發(fā)射裝置的位置控制發(fā)射線圈的通斷，控制路面能量發(fā)射裝置持續(xù)對車載能量接收裝置傳輸電能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，其特征在于:從高頻電源到各發(fā)射線圈的能量輸送線路均采用高頻雙絞母線。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型分段發(fā)射式電動汽車在線動態(tài)無線供電系統(tǒng)，包括：由高頻電源、高頻雙絞供電母線、程控開關(guān)、切換控制器以及分段式發(fā)射裝置構(gòu)成的路面能量發(fā)射端裝置；由能量接收裝置、整流調(diào)功以及電池負(fù)載組成的車載能量接收端裝置；由探測裝置、檢測負(fù)載、電流檢測器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、以及檢測控制器組成的車載定位裝置。通過探測線圈受流變化實時檢測電動汽車的位置，經(jīng)無線通信將位置信息發(fā)送到路面接收端，由程控開關(guān)動作切換相應(yīng)的能量發(fā)射線圈接入電路，能量經(jīng)無線傳輸方式傳送到車載能量接收端，實現(xiàn)在電動汽車行駛過程中動態(tài)的補(bǔ)充電能。本發(fā)明有利于解決電動汽車充電頻繁續(xù)航能力差的問題。
【IPC分類】H02J50/12, H02J50/40, H02J7/02
【公開號】CN105356562
【申請?zhí)枴緾N201510822026
【發(fā)明人】譚林林, 劉瀚, 黃學(xué)良, 王維, 郭金鵬
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月24日