[發明專利]一種分段線圈式電動汽車動態無線充電系統及方法

在審

• 申請號: 202011230059.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112277669A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 黃文聰;張鳳順;王浩源;吳鋒;楊子瀟;朱自銘;張惠雯;潘風;唐楊;常雨芳
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: B60L53/12
• 分類號: B60L53/12;B60L53/122;B60L53/60
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及電動汽車無線充電技術，具體涉及一種分段線圈式電動汽車動態無線充電系統及方法，該充電系統包括能量發射部分和能量接收部分；能量發射部分包括直流母線、原邊激勵源和多個動態無線充電單元；原邊激勵源包括分別逆變電源、原邊控制器和原邊串聯補償網絡；各動態無線充電單元均包括多個充電組塊、程控投切開關和電能參數檢測單元；每個充電組塊均包括第一發射線圈組塊和第二發射線圈組塊。該充電系統在相同材料的基礎上，發射線圈能夠實現更高功率輸出，同時具有更好的經濟性。能夠使發射線圈上方的磁通達到最大，實現高效率傳輸。避免了電磁輻射的影響，而且單個發射線圈故障不會導致總體充電系統崩潰。

技術領域

本發明屬于電動汽車無線充電技術領域，尤其涉及一種分段線圈式電動汽車動態無線充電系統及方法。

背景技術

目前汽車的發展正經歷巨大的變化，越來越多的人出行選擇電動汽車，從節能環保的角度來看，具有新型可代替能源的綠色智能交通電動汽車市場發展無疑是非常廣闊的。

然而電動汽車的發展還不夠成熟，一是現有動力電池技術發展遇到瓶頸，即在行駛過程中需要攜帶大容量的電池供電且續航時間較短，尤其在一些極端條件下，續航里程還會進一步降低。二是現有的充電基礎設施和標準體系建設滯后，電動汽車充電樁有限，充電標準不統一，不能給用戶提供便利的充電接口和服務。

現階段的電動汽車在充電方式上分為有線充電和無線充電兩種方式。有線充電方式是通過在一個特定的區域建造充電站，在充電站安裝一系列的充電樁以滿足電動汽車充電要求。該種方式占地面積大，且用戶使用不方便。無線充電方式能大大改善前者的缺點。目前的無線充電技術可分為三種：微波輻射式、電場耦合式和磁場耦合式。現階段電動汽車無線充電技術主要采用的是磁場耦合式，其原理是在路面下埋設一系列的發射線圈，通過電能變換電路產生高頻交變磁場，由安裝在電動汽車底部的拾取線圈拾取能量，從而為車載儲能設備充電。磁場耦合式無線充電方式可使電動汽車在搭載少量的電池組的情況下，延長其續航里程使電能補給更加安全、便捷。

電動汽車無線充電方式又可分為靜態無線充電和動態無線充電，兩者充電方式的工作原理和系統參數設計方法都相同，主要區別在于磁路機構的設計上。而電動汽車動態無線充電技術按照磁路機構的不同可以細分為三種：線圈陣列式、長導軌式、分段導軌式。下面將從線圈數量及充電效率、電壓波動和建造周期及成本這三個方面簡要敘述三種不同的磁路機構。

線圈陣列式電動汽車無線充電系統所需的原邊線圈數量較多，其控制較為復雜，建造周期較長，且由于線圈切換的位置較多，導致輸出電壓不穩定。優點在于系統能量傳輸效率高，且由于導軌線圈之間是兩兩獨立的，單個線圈故障不會影響到其他導軌線圈，系統的可靠性強。

長導軌式電動汽車無線充電系統僅有單個發射導軌，其系統效率較低，且當導軌出現故障會使得全線無法正常工作。優點在于控制相較簡單，輸出電壓波動小，建造周期較短。

分段導軌式電動汽車無線充電系統所需的原邊導軌數量較多，是多個相對小型的發射線圈依次排開組成的發射線圈鏈，控制較為復雜，且分段導軌產生的磁場具有橫向偏移較大特點，充電范圍受到限制。優點在于其能量傳輸效率較高，建造周期適中。

長導軌和分段導軌統一稱為導軌式，區別在于磁路機構的長度不同。傳統的線圈陣列式充電方式，對整條線路的線圈進行供電，實現電動汽車動態充電，但在電動汽車行駛過程中互感波動比較大。當發射線圈與電動汽車接收線圈圓心重合時，發射端與接收端的重合面積最大，磁場橫向偏移為0，大多數磁通量穿過電動汽車接收線圈，能量傳輸功率最大。隨著電動汽車沿行駛方向行駛，發射端與接收端的重合面積逐漸減小，磁場橫向偏移增大，能量的傳輸功率就會降低。

發明內容

本發明的主要目的是針對現有的電動汽車無線充電技術，提出一種新型的磁路機構，改變電動汽車動態無線充電系統結構，以實現增強發射端產生的場強，提高無線電能的傳輸效率。