基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線充電技術(shù)，特別是一種基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動汽車被認(rèn)為是目前最環(huán)保的公路運輸，但是存在兩個重要問題限制其普及，其一行駛里程短，其二初始成本高。由于電池技術(shù)的發(fā)展緩慢，從改進(jìn)電池角度很難為電動汽車的發(fā)展帶來突破。針對行駛里程短的問題，常規(guī)策略是設(shè)立足夠多的充電站，并且提高充電速度。然而，區(qū)別于這種加油站式的常規(guī)策略，可利用無線充電技術(shù)在電動汽車行駛過程中完成對其充電過程。
[0003]無線充電技術(shù)源于無線電力輸送技術(shù)，利用電磁耦合，供電設(shè)備將電能傳輸至用電裝置，該裝置利用接受到的能量為電池充電，同時供其本身運作。相比與有線充電技術(shù)，其能量傳輸不需要配電線路，因此非常適合對電動汽車這樣的移動設(shè)備進(jìn)行電力供應(yīng)。隨著磁共振耦合原理(MRC)的推廣，無線充電技術(shù)的傳輸距離以及傳輸效率有了質(zhì)的提高。
[0004]根據(jù)感應(yīng)耦合無線電力傳輸(ICPT)技術(shù)，在路面下鋪設(shè)由通電線圈拼接的軌道，利用類似變壓器傳輸電能的原理為行駛的電動汽車充電。由于電磁感應(yīng)式充電技術(shù)的傳輸距離很短且傳輸效率很低，對汽車的行駛范圍要求較為嚴(yán)格；同時，該類系統(tǒng)還需要配備定位系統(tǒng)，利用紅外傳感器等定位汽車的位置來確定需要供電的線圈(軌道)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述電磁感應(yīng)式電動汽車無線充電系統(tǒng)的不足，本發(fā)明提出了一種基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，其目的一:提高能量傳輸覆蓋范圍使得汽車行駛范圍的限制降低，目的二:實現(xiàn)對電動汽車的自然定位，目的三:實現(xiàn)對充電系統(tǒng)模塊化，增加其可擴(kuò)展性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)與直流微電網(wǎng)相連接，其中:該系統(tǒng)包括有多個鋪于路面下的智能線圈陣列單元、電動汽車上的能量接接收單元；每個鋪于路面下的智能線圈陣列單元括能量線圈單元及多個發(fā)射線圈單元，多個發(fā)射線圈單元按照并聯(lián)的方式相互連接，同時距離能量線圈單元最近的發(fā)射線圈單元與能量線圈單元通過電磁耦合相連接；所述能量線圈單元經(jīng)由DC-AC電力變化單元與直流微電網(wǎng)相連接；所述電動汽車上的能量接接收單元包括接收線圈單元與負(fù)載線圈單元，并與發(fā)射線圈單元通過電磁親合相連接進(jìn)行能量接收。
[0007]本發(fā)明的有益效果:基于ICPT技術(shù)的無線充電的有效范圍為一般是mm-cm級，而且能量傳輸效率低，而本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基于磁共振耦合(MRC)的無線充電的有效范圍為cm-m級，能使得能量傳輸覆蓋整個路面，對汽車的行駛限制降低。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)利用智能線圈陣列能夠自然定位電動汽車進(jìn)行能量供應(yīng)，無需增加紅外傳感等定位系統(tǒng)，節(jié)約充電系統(tǒng)成本開銷，同時減小了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性?？s減規(guī)模的實驗表明:本發(fā)明充電系統(tǒng)的能量傳輸效率可達(dá)到相同規(guī)模其他系統(tǒng)的兩倍左右。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一個模塊化的電動汽車無線充電系統(tǒng)，可以按照需求對系統(tǒng)進(jìn)行靈活擴(kuò)展。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的智能線圈陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；
[0009]圖2為本發(fā)明的智能線圈陣列無線充電系統(tǒng)的等效電路圖。
[0010]圖中:
[0011]1、鋪于路面下的智能線圈陣列單元2、能量線圈單元3、發(fā)射線圈單元4、接收線圈單元5、負(fù)載線圈單元6、直流微電網(wǎng)7、DC-AC電力變化單元8、η位置9、m位置10、電動汽車接收線圈的電感L3 11、n位置的發(fā)射線圈的電感L211 12、m位置的發(fā)射線圈的電感L2m 13智能線圈陣列電路14、能量線圈電路15、η位置的發(fā)射線圈單元16、m位置的發(fā)射線圈單元
【具體實施方式】
[0012]結(jié)合附圖對本發(fā)明的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)加以說明。
[0013]本發(fā)明的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)解決關(guān)鍵一是利用磁共振耦合技術(shù)設(shè)計無線充電系統(tǒng)；關(guān)鍵二是利用智能線圈陣列自然定位負(fù)載也即電動汽車；關(guān)鍵三的技術(shù)是使智能線圈陣列單元化。
[0014]本發(fā)明的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)與直流微電網(wǎng)6相連接，該系統(tǒng)包括有多個鋪于路面下的智能線圈陣列單元1、電動汽車上的能量接接收單元；每個鋪于路面下的智能線圈陣列單元I包括能量線圈單元2以及多個發(fā)射線圈單元3，多個發(fā)射線圈單元3按照并聯(lián)的方式相互連接，同時距離能量線圈單元2最近的發(fā)射線圈單元3與能量線圈單元2通過電磁耦合相連接；所述能量線圈單元2經(jīng)由DC-AC電力變化單元7與直流微電網(wǎng)6相連接；所述電動汽車上的能量接接收單元包括接收線圈單元4與負(fù)載線圈單元5，并與發(fā)射線圈單元3通過電磁耦合相連接進(jìn)行能量接收。
[0015]所述多個發(fā)射線圈單元3按照并聯(lián)的方式實現(xiàn)連接為拓?fù)浞绞?，保證鋪于路面下的智能線圈陣列單元I對電動汽車的自然定位。
[0016]所述直流微電網(wǎng)6的直流電能通過DC -AC電力變換單元7變換為交流電能，并傳輸給能量線圈單元2，所述能量線圈單元2所獲得的交流電能的頻率以及能量線圈單元2、發(fā)射線圈單元3、接收線圈單元4、負(fù)載線圈單元5固有頻率均相同，保證系統(tǒng)通過能量線圈單元2、發(fā)射線圈單元2、接收線圈單元4以及負(fù)載線圈單元5的磁共振親合連接實現(xiàn)對電動汽車無線充電。
[0017]如圖1所示，為本發(fā)明的智能線圈陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意，本發(fā)明的電動汽車無線充電系統(tǒng)包括多個鋪于路面下的智能線圈陣列單元1，每個鋪于路面下的智能線圈陣列單元I由能量線圈單元2以及多個發(fā)射線圈單元3組成，直流微電網(wǎng)6與能量線圈單元2經(jīng)由DC-AC電力變化單元7相連接。圖示接收線圈單元4與負(fù)載線圈單元5為電動汽車上的能量接接收單元。
[0018]本發(fā)明的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)利用磁共振耦合技術(shù)實現(xiàn)對電動汽車的無線充電，能量線圈單元2、發(fā)射線圈單元3、接收線圈單元5以及負(fù)載線圈單元6的固有頻率&都相同。其充電過程:直流微電網(wǎng)6將直流電能傳輸給DC-AC電力變換單元7，DC-AC電力變換單元7將直流電能變換成交流電能驅(qū)動能量線圈單元2，保證交流供電的頻率等于固有頻率fo，根據(jù)磁共振耦合原理，能量經(jīng)由發(fā)射線圈單元3和接收線圈單元4的傳遞到達(dá)負(fù)載線圈單元5，從而實現(xiàn)對電動汽車電力供應(yīng)。
[0019]本發(fā)明的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)是鋪于路面下的智能線圈陣列單元1，其由多個發(fā)射線圈單元3并聯(lián)組成，這種線圈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能實現(xiàn)電動汽車的自然定位。根據(jù)圖2所示的本發(fā)明的智能線圈陣列無線充電系統(tǒng)的等效電路說明實現(xiàn)自然定位的過程:
[0020]如圖2所示，當(dāng)電動汽車位于η位置8時，電動汽車接收線圈的電感L31與η位置的發(fā)射線圈電感L2nIl存在互感^。于是在智能線圈陣列電路13中，η位置的發(fā)射線圈單元15的等效電感為L2n-M2n，3，相對于其他并聯(lián)的發(fā)射線圈元，其感抗較小，根據(jù)基爾霍夫定律以及歐姆定律可知:此時η位置的發(fā)射線圈單元流過的電流相對于其他并聯(lián)的發(fā)射線圈單元電流較大，從能量線圈電路14傳輸?shù)街悄芏嗑€圈陣列電路13的能量主要匯聚在η位置8，通過η位置的發(fā)射線圈單元15利用磁共振耦合原理為電動汽車無線充電。
[0021]同樣，如圖2所示，當(dāng)電動汽車行駛到m位置時，電動汽車接收線圈的電感L31與m位置的發(fā)射線圈電感L2m12存在互感，于是m位置的發(fā)射線圈單元16等效電感較小，流過其的電流較大，從能量線圈電路14傳輸?shù)街悄芫€圈陣列電路13的能量主要匯聚在m位置9，通過m位置的發(fā)射線圈單元16利用磁共振耦合原理為電動汽車無線充電。
[0022]本發(fā)明的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)包括有多個鋪于路面下的智能線圈陣列單元I。配合電網(wǎng)供電，每個鋪于路面下的智能線圈陣列單元I都可以實現(xiàn)對電動汽車自然定位和無線充電。這樣的陣列單元可以按照需求擴(kuò)展和減少；儲備足夠多的陣列單元，當(dāng)某個陣列單元發(fā)生故障時可以及時更換，節(jié)約成本和時間。
【主權(quán)項】
1.一種基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)與直流微電網(wǎng)(6)相連接，其特征是:該系統(tǒng)包括有多個鋪于路面下的智能線圈陣列單元(I)、電動汽車上的能量接接收單元；每個鋪于路面下的智能線圈陣列單元(I)包括能量線圈單元(2)以及多個發(fā)射線圈單元(3)，多個發(fā)射線圈單元(3)按照并聯(lián)的方式相互連接，同時距離能量線圈單元(2)最近的發(fā)射線圈單元(3)與能量線圈單元(2)通過電磁耦合相連接；所述能量線圈單元(2)經(jīng)由DC-AC電力變化單元(7)與直流微電網(wǎng)(6)相連接；所述電動汽車上的能量接接收單元包括接收線圈單元(4)與負(fù)載線圈單元(5)，并與發(fā)射線圈單元(3)通過電磁親合相連接進(jìn)行能量接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征是:所述多個發(fā)射線圈單元(3)按照并聯(lián)的方式實現(xiàn)連接為拓?fù)浞绞?，保證鋪于路面下的智能線圈陣列單元(I)對電動汽車的自然定位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，其特征是:所述直流微電網(wǎng)(6)的直流電能通過DC-AC電力變換單元(7)變換為交流電能，并傳輸給能量線圈單元(2)，所述能量線圈單元(2)所獲得的交流電能的頻率以及能量線圈單元(2)、發(fā)射線圈單元(3)、接收線圈單元(4)、負(fù)載線圈單元(5)固有頻率均相同，保證系統(tǒng)通過能量線圈單元(2)、發(fā)射線圈單元(3)、接收線圈單元(4)以及負(fù)載線圈單元(5)的磁共振耦合連接實現(xiàn)對電動汽車無線充電。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于智能線圈陣列的電動汽車無線充電系統(tǒng)，該系統(tǒng)與直流微電網(wǎng)相連接，該系統(tǒng)包括有多個鋪于路面下的智能線圈陣列單元、電動汽車上的能量接收單元；每個鋪于路面下的智能線圈陣列單元中的多個發(fā)射線圈單元按照并聯(lián)的方式相互連接，同時距離能量線圈單元最近的發(fā)射線圈單元與能量線圈單元通過電磁耦合相連接；能量線圈單元經(jīng)由DC-AC電力變化單元與直流微電網(wǎng)相連接；所述電動汽車上的能量接收單元包括接收線圈單元與負(fù)載線圈單元，并與發(fā)射線圈單元通過電磁耦合相連接進(jìn)行能量接收。有益效果是該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的無線充電的有效范圍為cm-m級，能使得能量傳輸覆蓋整個路面，對汽車的行駛限制降低。節(jié)約充電系統(tǒng)成本開銷，同時減小了系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性。
【IPC分類】H02J7-02, H02J17-00
【公開號】CN104810906
【申請?zhí)枴緾N201510118278
【發(fā)明人】張鎮(zhèn), 李彬, 王江, 鄧斌, 魏熙樂, 于海濤
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月18日