一种电动汽车动态无线供电系统分段发射线圈切换方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电动汽车动态无线供电系统分段发射线圈切换方法，主要综合考虑多重影响因素，优化分段发射式电动汽车动态无线供电系统的分布式分段发射线圈切换策略。该系统主要由高频电源、分段发射线圈、补偿电容、接收线圈以及负载。该发明专利技术在考虑负载最低功率需求、功率波动需求以及程控开关命令发送频率三个要素的基础上，提出一种基于变宽度窗口搜索的分段发射线圈切换方案寻优策略，以寻求一种分段发射线圈通电个数以及对应切换点的最优选择方案，可满足负载最低需求功率、接收功率波动限制，以最低切换频率控制发射线圈的切换，为电动汽车分段发射式动态无线供电系统优化设计提供有效的思路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及无线电能传输领域，特别是设及一种电动汽车动态无线供电系统分段 发射线圈切换方法。
技术介绍
随着化石能源的不断衰竭W及人们对于环境问题的日益关注，电动汽车得W迅猛 发展，汽车正在逐步摆脱对化石能源的依赖，从传统汽车发展到混合动力车，最终过渡到纯 电动汽车。然而目前车载电池的能量密度尚且难W与汽油相比，尽管随着电能存储技术的 不断进步，裡离子电池逐步替代了铅酸蓄电池，部分问题得W改善，电动汽车仍需要庞大笨 重的电池组作为动力能源存储设备，而有线充电方式在操作上不够便捷，难W满足电动汽 车频繁充电的需求。 由于无线电能传输技术作为一种电动汽车电能补充方式具有操作便捷、无接触电 火花、无机械结构磨损、无线路老化等优点，国内外相关研究人员在将无线电能传输技术应 用于电动汽车静态无线充电方面已有较为深入的研究，主要包括系统拓扑结构研究、高频 电源逆变器设计、能量禪合装置设计W及电磁安全性分析。为了进一步解决电动汽车需频 繁充电、储能设备庞大W及续航能力有限等问题，相关研究人员在电动汽车静态无线充电 的基础上研究了电动汽车动态无线供电技术（电动汽车在线供电技术）。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种电动汽车动态无线供电系统分段发射线 圈切换方法，实现分段发射线圈通电个数W及对应切换点的最优选择。 技术方案：，能量发射装 置采用分段式电动汽车动态无线供电系统，切换方案包括发射线圈同时通电个数n W及切 换点的位置，包括如下步骤： 1)，获取电动汽车上的接收线圈接收功率随发射线圈通电个数W及接收线圈位置 变化的特性曲线； 阳007] 2)，W电动汽车需求的最低功率町mi。为临界值，选取所述特性曲线中接收功率大 于所述临界值的部分作为切换点选取的有效区域； 3)，采用变宽度的移动窗口法对所述有效区域进行捜索，得到最大采样窗口宽度 对应的切换点的位置W及对应的发射线圈通电个数为最优切换方案。 进一步的，所述步骤3)中对所述有效区域进行捜索，包括如下具体步骤： a),初始化参数：设定发射线圈同时通电个数n的初始值为1 ; b)，依次设定采样窗口的宽度为kd，其中k = 1，2,…，n，在特性曲线上的有效区 域，沿特性曲线的水平轴方向从左至右逐次移动宽度为kd的采样窗口来进行捜索；每次捜 索中，宽度为kd的采样窗口所对应的最小功率波动为AP。,，记录AP。,小于等于阔值AP的 窗口位置为切换点的位置，并记录对应的采样窗口宽度； c)，选取步骤b)中记录的最大宽度的采样窗口所对应的切换点的位置为发射线 圈通电个数为n时的最优切换点位置； d)，逐个增加发射线圈通电个数n，并重复步骤b)至C)，直至发射线圈通电个数n 为分段式电动汽车动态无线供电系统中充电线圈最大个数m为止； e)，在不同发射线圈个数下记录的切换点的位置所对应的所有采样窗口宽度中， 选择采样窗口宽度最大值所对应的发射线圈通电个数W及对应的切换点的位置为最优切 换方案。 进一步的，所述步骤1)中，所述特性曲线的获取方法包括： 第一步，对于有n个发射线圈的分段式电动汽车动态无线供电系统分析得到，位 于电动汽车端的接收线圈的接收功率S其中，《 = 2 n f，f为系统工作的谐振频率，收发装置等效总互感，U 发射线圈连接的高频电 源输出电压，Rs为高频电源内阻，Rl为接收线圈连接的负载阻值大小、n为发射线圈同时通 电个数，发射线圈和接收线圈的结构相同，R为各发射线圈和接收线圈的电阻； 第二步，所述接收线圈的接收功率P。。,。中，变量仅为收发装置等效总互感M W及 发射线圈通电个数n，分析得到.其中，Mi为同时接通 的n个发射线圈中的第i个发射线圈与接收线圈之间的等效互感，N为各线圈应数，iif为 相对磁导率，y。为真空磁导率，1 1为第i个发射线圈电流回路，dl 1表示第i个发射线圈电 流回路中的微元，If为接收线圈电流回路，dlf表示接收线圈电流回路中的微元，Ri为第i 个发射线圈与接收线圈的电流微元间距；[001引第；步，W Ax表示接收线圈的位置变化，所述心m与发射线圈通电个数n W及接 收线圈的位置变化Ax相关，表示为吨。m~K (n，Ax),进而将接收线圈的接收功率表示为 Puut~C "妃Ax),进而得到接收功率随发射线圈通电个数W及接收线圈位置变化的特 性曲线。 有益效果：本专利技术的，在 能量发射装置采用分段发射线圈结构的电动汽车动态无线供电系统，根据接收线圈的接收 功率随发射线圈通电个数W及接收线圈位置变化的特性曲线，通过一种基于变宽度窗口捜 索的分段发射线圈切换方案寻优策略，得到最优的发射线圈切换方案，采用该方案可W在 依次满足负载最低需求功率、接收功率波动限制的情况下，实现最低切换频率控制发射线 圈的切换。【附图说明】 图1为分段式电动汽车动态无线供电系统的结构示意图； 图2为电动汽车动态无线供电系统分段发射线圈切换方法的流程图； 图3为随接收线圈位置变化的接收功率特性曲线。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。 如图1所示，本实施例中，分段式电动汽车动态无线供电系统包括结构、尺寸均相 同的m个方形发射线圈，该m个发射线圈依次铺设在电动汽车的行进路线上。每个发射线 圈均串联一个谐振电容后通过一个程控开关串联接入高频电源回路，当某一发射线圈接入 高频电源回路时，该发射线圈能够产生高频电磁场。电动汽车的底盘中央设置接收线圈，该 接收线圈能够与发射线圈通过磁场禪合传输电能，接收线圈接收电能经控制电路输出到电 池负载。其中，各个发射线圈和接收线圈的应数相同均为N。 当电动汽车沿铺设有发射线圈的路径行驶时，接收线圈和发射线圈的相对垂直距 离不变，为了给电动汽车提供不间断的电能，根据电动汽车的实时位置需同时为连续的若 干个连续的发射线圈同时供电。在考虑负载最低功率需求、功率波动需求W及程控开关命 令发送频率=个要素的基础上，本专利技术的电动汽车动态无线供电系统分段发射线圈切换方 法即寻找满足要求的发射线圈同时通电个数n W及切换点的位置。需要说明的是，若同时 通电线圈个数为n时，随着汽车的行进位置，连续有n个发射线圈通电；切换点的位置即当 前n个发射线圈通电切换到下一周期n个发射线圈通电时，接收线圈相对于n个同时接通 的发射线圈所形成整体的位置。 首先，获取接收线圈端的接收功率随发射线圈通电个数n W及接收线圈位置变化 A X的特性曲线，其中接收线圈位置变化A X即接收线圈相对于n个同时接通的发射线圈所 形成整体的位置变化，该位置变化仅为接收线圈相对于m个发射线圈铺设的方向，其方法 为： 对分段式电动汽车动态无线供电系统分析得到，位于电动汽车端的接收线圈的接 收功率；其中，《= 2 JT f，f为系统工作的谐振频率， Mgum为收发装置等效总互感，Ug为发射线圈连接的高频电源输出电压，Rg为高频电源内阻， 町为接收线圈连接的负载阻值大小、n为发射线圈同时通电个数，发射线圈和接收线圈的结 构相同，R为各发射线圈和接收线圈的电阻；其中，收发装置等效总互感即通电的若干个发 射线圈构成的整体与接收线圈之间的互感。本方法仅考虑收发装置等效总互感吨。mW及同 时通电发射线圈个数n对接收功率P。。,。的影响，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车动态无线供电系统分段发射线圈切换方法，其特征在于：能量发射装置采用分段式电动汽车动态无线供电系统，切换方案包括发射线圈同时通电个数n以及切换点的位置，包括如下步骤：1)，获取电动汽车上的接收线圈接收功率随发射线圈通电个数以及接收线圈位置变化的特性曲线；2)，以电动汽车需求的最低功率PLmin为临界值，选取所述特性曲线中接收功率大于所述临界值的部分作为切换点选取的有效区域；3)，采用变宽度的移动窗口法对所述有效区域进行搜索，得到最大采样窗口宽度对应的切换点的位置以及对应的发射线圈通电个数为最优切换方案。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭林林，刘瀚，黄学良，王维，郭金鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32