电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制方法技术

本发明专利技术公开了一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统及其方法，适用于电动汽车负载数量不确定的路口无线充电情形，属于电动汽车无线充电技术领域。该方法主要包括监测负载个数，根据负载个数得到稳态电压调控方案，进而基于动态功率有界波动域的监测点选取方法，分析得到最优监测点的位置，最终实现各负载充电功率稳定，解决单一发射区域多接收电动汽车负载系统中新增负载带来的电动汽车单体接收功率跌落问题。采用本发明专利技术的电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制方法，随着新负载的接入仍能保证各负载接收功率稳定，且接入过程中不对其他负载接收功率产生较大冲击。

Stable control system and method for electric vehicle load random access wireless charging

The invention discloses a stable control system and method of electric vehicle load random access wireless charging, suitable for electric vehicle wireless charging case load crossing the uncertain number, which belongs to the technical field of electric vehicle wireless charging. The method includes monitoring the load number, according to the number of load steady-state voltage regulation scheme based on dynamic power selection method of monitoring point field fluctuation domain, analysis of the optimal monitoring point, finally realize the charging power stability, solve the load brought electric vehicle single receiving additional single power drop shoot area receiving the electric car load system. Stability control method for electric vehicles using the load random access wireless charging, with access to a new load can still ensure the load receiving power is stable, and no other access during load receiving power have a greater impact.

【技术实现步骤摘要】
电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统及其方法
本专利技术涉及一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统及其方法，属于电动汽车无线充电

技术介绍
随着电动汽车的飞速发展，从混合动力电动汽车到纯电动汽车，汽车行业逐步摆脱对于化石能源的依赖。新的问题随之而来，当前电池的能量密度难以与汽油等传统能源相匹敌，能量补充速度也难及传统能源，导致电动汽车存在与生俱来的短板，充电操作复杂且频繁，电池笨重庞大以及续航能力差。将电动汽车的动态充电与相对成熟的静态充电技术相结合，利用电动汽车在交通路口等红绿灯的间隙，将红灯停车等待区域改造成无线充电区，实现在等待红灯间隙为电动汽车准动态的补充电能。这对增加电动汽车的续航能力有很大的帮助，同时也有助于后续电动汽车全程路面动态无线供电方案的实施。在多辆电动汽车随机接入无线充电系统过程中，由于系统充电功率比较大，而在红灯亮起时，车辆进入充电区域是一个动态过程，同时并不是每一个电动汽车都需要进行能量补充，因此，还需要对电动汽车需求进行监控，并确保后进入的充电汽车不会对现有已在充电的汽车造成较大的功率冲击，造成新增负载带来的电动汽车单体接收功率跌落问题，影响电池的寿命。
技术实现思路
为了解决单一发射区域多接收电动汽车负载系统中新增负载带来的电动汽车单体接收功率跌落问题，本专利技术提出了一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统及其方法。无线电能传输技术是目前比较新型的电能传输技术之一，可通过空气等媒介，避开电缆线的直接物理连接实现能量的有效传递，依托感应、磁耦合谐振、微波等技术可实现传输距离为几厘米至几米，传输功率几瓦至几十千瓦，完全可满足电动汽车充放电功率和距离的需求，同时也具备了供电方式灵活，绿色环保、无接触电火花、充电过程中无人工插拔操作、无机构磨损等一系列优点。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统，其包括如下：初级线圈经补偿电容补偿后连接到高频逆变电路，构成能量无线发射端；次级线圈经补偿电容补偿后连接到后端车载装置，构成能量无线接收端；首计数器装置和尾计数器装置，分别安装在有效充电区域的前后；控制器单元，连接首计数器装置和尾计数器装置，综合首计数器的计数信息nhead和尾计数器的计数信息ntail，获取当前处于有效区域内的负载个数n可以表示为n＝ntail-nhead，进而依据该负载个数实现后续精确调压控制。进一步地，所述控制器单元为DSP(数字信号处理器，DigitalSignalProcessing)。进一步地，所述首计数器装置和尾计数器装置为磁传感器或者光电传感器。本专利技术一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制方法，其采用调整电源电压的方法保证负载接收功率始终处于预期值Pout0附近，稳态情况下，当前负载个数n和电源电压Uin(n)满足以下关系：其中，系统工作频率为f，角频率为ω＝2πf，Rp为初级线圈内阻，Rs为次级线圈内阻，RL为负载电阻，Mrms为初级线圈与次级线圈在有效区域内的等效平均互感；有效区域可表示为x1≤x≤x2，其中x1＝-(a2-a1)/2，x2＝(a2-a1)/2，Mks为有效充电区域内互感，Mrms的取值依据为基于负载个数监控的稳态电源电压调控如下：当检测到一个负载时，随着检测到负载个数继续递增，可将电源电压以的增量有级调整。根据稳态电源调压方法，进一步提出满足动态稳定需求的基于动态功率有界波动域的监测点选取方法。基于动态功率有界波动域的监测点选取方法具体如下：当监测到负载个数增加时，电源电压依据上述提出的稳态电源调压方法调整，若此时新次级线圈未完全进入有效充电区域，将造成完全处于有效区域内的前n-1个负载的接收功率突变；在新负载计入之后，前n-1个负载的接收功率可表示为：第n个负载的接收功率可表示为：其中，Mns为第n个负载对应次级线圈与初级线圈之间的互感值，该值随着该负载的移动始终处于动态变化过程。有益效果：本专利技术综合稳态电源调压方法以及基于动态功率有界波动域的监测点选取方法，形成电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制方法，解决单一发射区域多接收电动汽车负载系统中新增负载带来的电动汽车单体接收功率跌落问题，随着新负载的接入仍能保证各负载接收功率稳定，且接入过程中不对其他负载接收功率产生较大冲击。附图说明图1为本专利技术电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统的示意图；图2为本专利技术最优监测点位置选取方法示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作详细说明。如图1所示，为应用电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统的示意图。其适用于电动汽车负载数量不确定的路口无线充电情形。在有效充电区域的前面安装有首计数器装置，在有效充电区域的后面安装有尾计数器装置，首计数器装置和尾计数器装置可选取为磁传感器或者光电传感器。控制器单元与首计数器装置和尾计数器装置连接，其一般选取DSP(数字信号处理器，DigitalSignalProcessing)等高精度快速微处理器。控制器单元综合首计数器的计数信息nhead和尾计数器的计数信息ntail，获取当前处于有效区域内的负载个数n可以表示为n＝ntail-nhead，进而依据该负载个数实现后续精确调压控制。初级线圈经补偿电容补偿后连接到高频逆变电路，构成能量无线发射端；次级线圈经补偿电容补偿后连接到后端车载装置，构成能量无线接收端；能量通过初级线圈和次级线圈的磁耦合作用，以无线的方式不接触即可实现电能传输。在发射端和接收端的补偿电容均以电容补偿电感的方式，降低各回路的阻抗虚部，从而实现更大的回路电流。本专利技术综合稳态电源调压方法以及基于动态功率有界波动域的监测点选取方法，形成电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制方法。具体如下：采用调整电源电压的方法保证负载接收功率始终处于预期值Pout0附近，稳态情况下，当前负载个数n和电源电压Uin(n)满足以下关系：其中，系统工作频率为为f，角频率为ω＝2πf，Rp为初级线圈内阻，Rs为次级线圈内阻，RL为负载电阻，Mrms为初级线圈与次级线圈在有效区域内的等效平均互感。有效区域可表示为x1≤x≤x2，其中x1＝-(a2-a1)/2，x2＝(a2-a1)/2，Mks为有效充电区域内互感，故在本专利技术中，Mrms的取值依据为基于负载个数监控的稳态电源电压调控如下：当检测到一个负载时，随着检测到负载个数继续递增，可将电源电压以的增量有级调整。根据稳态电源调压方法，进一步提出满足动态稳定需求的基于动态功率有界波动域的监测点选取方法。基于动态功率有界波动域的监测点选取方法具体如下：当监测到负载个数增加时，电源电压依据稳态电源调压方法调整，若此时新次级线圈未完全进入有效充电区域，将造成完全处于有效区域内的前n-1个负载的接收功率突变。在新负载计入之后，前n-1个负载的接收功率可表示为第n个负载的接收功率可表示为其中，Mns为第n个负载对应次级线圈与初级线圈之间的互感值，该值随着该负载的移动始终处于动态变化过程。考虑负载移动对各负载接收功率的影响，分别根据上式得到各负载接收功率随着新负载移动接入的变化曲线，假设允许接收功率波动不超过预期功率的5％，在各负载接收功率变化特性曲线图中分别设置正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统，其特征在于，其包括如下：初级线圈经补偿电容补偿后连接到高频逆变电路，构成能量无线发射端；次级线圈经补偿电容补偿后连接到后端车载装置，构成能量无线接收端；首计数器装置和尾计数器装置，分别安装在有效充电区域的前后；控制器单元，连接首计数器装置和尾计数器装置，综合首计数器的计数信息nhead和尾计数器的计数信息ntail，获取当前处于有效区域内的负载个数n可以表示为n＝ntail‑nhead，进而依据该负载个数实现后续精确调压控制。

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统，其特征在于，其包括如下：初级线圈经补偿电容补偿后连接到高频逆变电路，构成能量无线发射端；次级线圈经补偿电容补偿后连接到后端车载装置，构成能量无线接收端；首计数器装置和尾计数器装置，分别安装在有效充电区域的前后；控制器单元，连接首计数器装置和尾计数器装置，综合首计数器的计数信息nhead和尾计数器的计数信息ntail，获取当前处于有效区域内的负载个数n可以表示为n＝ntail-nhead，进而依据该负载个数实现后续精确调压控制。2.根据权利要求1所述的电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统，其特征在于，所述控制器单元为DSP(数字信号处理器，DigitalSignalProcessing)。3.根据权利要求1所述的电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制系统，其特征在于，所述首计数器装置和尾计数器装置为磁传感器或者光电传感器。4.一种电动汽车负载随机接入无线充电的稳定控制方法，其特征在于，采用调整电源电压的方法保证负载接收功率始终处于预期值Pout0附近，稳态情况下，当前负载个数n和电源电压Uin(n)满足以下关系：其中，系统工作频率为f，角频率...

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