支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法及系统技术方案

本发明专利技术属于无线充电技术领域，公开了一种支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法及系统，支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列系统包括：电量检测模块、电流电压检测模块、充电异常检测模块、异常预警模块、数据传输模块、中央控制模块、无线充电模块、计时模块、无线驱动模块、负荷数据处理模块、数据存储模块、终端模块、显示模块。本发明专利技术通过对充电接口进行电流监测，并检测所述充电过程是否异常，可以有效监控充电过程中是否存在异常，提高充电安全性；同时，通过负荷数据处理模块解决了现有技术中无法准确获取电动汽车充电负荷需求数据的技术问题，可以准确获取与电动汽车行驶规律特性相关的充电负荷需求数据。

【技术实现步骤摘要】
支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法及系统
本专利技术属于无线充电
，尤其涉及一种支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法及系统。
技术介绍
无线充电技术(Wirelesschargingtechnology；Wirelesschargetechnology)源于无线电能传输技术，可分为小功率无线充电和大功率无线充电两种方式。小功率无线充电常采用电磁感应式，如对手机充电的Qi方式，但中兴的电动汽车无线充电方式采用感应式。大功率无线充电常采用谐振式(大部分电动汽车充电采用此方式)由供电设备(充电器)将能量传送至用电的装置，该装置使用接收到的能量对电池充电，并同时供其本身运作之用。由于充电器与用电装置之间以磁场传送能量，两者之间不用电线连接，因此充电器及用电的装置都可以做到无导电接点外露。然而，现有支持电动汽车无线移动充电的动态磁耦合谐振列技术方法不能对充电异常及时检测，安全性低；同时，无法获取准确的汽车充电负荷数据。综上所述，现有技术存在的问题是：现有支持电动汽车无线移动充电的动态磁耦合谐振列方法仅适应于静态无线充电，不能实现动态无线充电；现有技术不能对充电异常进行及时检测，安全性和充电效率相对较低；同时，无法获取准确的汽车充电负荷数据，且有一定的高频损失。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法及系统。本专利技术是这样实现的，一种支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，所述支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法包括以下步骤：步骤一，通过电量表检测电动汽车无线移动充电电量数据；通过电流电压检测仪检测电动汽车无线移动充电的电流电压；步骤二，通过充电负荷预测模块对电动汽车的充电负荷需求进行预测，并根据充电数据计算电动汽车的充电所需时长；所述充电负荷预测模块采用的充电负荷预测方法具体包括：首先，获取各类型电动汽车的标准耗电量、充电功率、起始充电时间，并根据所述起始充电时间建立电动汽车的起始充电时间模型，对所述起始充电时间模型进行仿真，抽取所述起始充电时间模型中的随机起始充电时刻；然后，结合所述标准耗电量和所述充电功率得到各类型电动汽车的充电所需时长；最后，结合所述随机起始充电时刻、所述充电所需时长和所述充电功率得到各类型电动汽车的充电负荷预测曲线；叠加各类型电动汽车的充电负荷预测曲线后得到充电负荷总预测曲线。步骤三，通过通信设备将检测的数据发送到中央控制器；通过中央控制器控制动态磁耦合谐振阵列实现电动汽车的无线充电：(1)对动态磁耦合谐振线圈阵列进行改进，并采用多层多个发射线圈阵列实现无线充电的发射；(2)采用多层多个接收端谐振线圈阵列及电容阵列实现无线充电的接收；(3)通过发射线圈阵列和接收线圈阵列内安装的导磁橡胶或塑性导磁材料制成的高导磁橡胶柱或导磁柱阵列增强发射线圈和接收线圈之间的电磁耦合系数；步骤四，通过异常检测电路检测无线移动充电异常，并通过声光报警装置对异常充电数据进行预警：(I)在对电动汽车充电时，获取充电接口的充电曲线，其中所述充电曲线包括流经所述充电接口的电流与充电时间对应的曲线；(II)建立充电曲线数据库，将预设的正常充电曲线存储于数据库中；并将所述充电接口的充电曲线与预设的正常充电曲线进行比较；(III)根据比较结果，检测所述充电过程是否异常；若有异常，则通过声光报警装置对异常充电数据进行预警；步骤五，通过计时器记录充电时间；通过充电驱动器驱动发射线圈进行无线充电；通过数据处理程序对充电负荷数据进行处理：1)通过汽车传感器实时采集多个电动汽车的行驶规律数据和充电数据；2)对所述行驶规律数据进行耦合计算，得到所述行驶规律数据的耦合因子；3)对所述行驶规律数据进行拟合处理，得到所述行驶规律数据的概率分布数据；4)基于所述耦合因子和所述概率分布数据生成所述多个电动汽车的行驶规律随机数；5)根据所述行驶起始时间随机数、所述行驶结束时间随机数、所述行驶里程随机数以及所述充电数据进行充电负荷计算，得到所述多个电动汽车的充电负荷数据。步骤六，通过移动终端实现对电动汽车无线充电系统的远程控制，通过存储芯片存储检测的电量数据、电流电压数据、异常充电数据以及充电时间，通过显示器显示检测的电量数据、电流电压数据、异常充电数据以及充电时间的实时数据。进一步，步骤二中，所述起始充电时间模型构建时，通过数据拟合处理得到电动汽车的起始充电时间满足如下所示的正态分布：式中，x为初始充电时间，即最后一次出行的结束时刻；μs和σs分别为起始充电时间的期望和标准差。进一步，步骤四中，所述步骤(I)的在对电动汽车充电时，获取充电接口的充电曲线，包括：在对电动汽车充电时，获取流经充电数据线上的接口的电流与充电时间对应的充电曲线；根据所述充电接口的充电曲线生成充电电量变化曲线；所述将所述充电接口的充电曲线与预设的正常充电曲线进行比较，包括：将所述充电电量变化曲线与预设的正常充电电量变化曲线进行比较。进一步，步骤四中，所述步骤(II)的建立充电曲线数据库的方法如下：新建数据库，根据充电曲线的横纵坐标设定阈值F；所述充电曲线横坐标长度为N、横坐标长度为M位，阈值F为小于N+M的正整数；获取预设的充电曲线，根据预设的充电曲线的横纵坐标生成字符串，并确定字符串与阈值F之间的映射规则；根据映射规则选取所述字符串内的F个字符，作为数据表标识；判断是否在所述数据库内存在所述标识对应的数据表：若是，将当前充电曲线插入到该数据表中；若否，新建一个该数据表标识对应的数据表，并将当前充电曲线插入到新数据表中。进一步，步骤三中，无线移动充电系统中采用中心设置的高精度石英频率发生器为整个系统提供统一的谐振信号源，在充电接收端提供一个频率比较和控制电路单元，当频率比较和控制电路单元发现由于天气温度等原因造成接收端接收线圈的谐振频率和发射单元的谐振频率有差别时，将自动跟踪调控接收谐振电路中的谐振频率微调电容来使接收端的谐振频率与发射端的谐振频率完全相同；改进后的动态磁耦合谐振线圈阵列与谐振频率微调电容连接，通过在所述可选择线圈阵列中选择性地并联电连接到所述驱动器的线圈数量来维持所述谐振点；改进后的线圈阵列包括多个重叠线圈、位置检测电路和驱动器电路；所述重叠线圈是被布置于多个层中以形成与用于放置次级设备的充电表面关联的可选择线圈阵列；所述可选择线圈阵列包括多个开关，所述多个开关可操作用于选择性地将所述多个线圈的子集电连接到所述驱动器电路，以便在所述多个线圈的所述子集中生成磁场；位置检测电路能获得与放置于所述充电表面上的所述次级设备的次级线圈有关的位置信息；所述线圈阵列中选择性地电连接到所述驱动器电路的线圈数量是所述次级设备的功率要求的函数。进一步，步骤五中，所述行驶规律数据和所述充电数据的实时采集是通过电动汽车上安装的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，其特征在于，所述支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法包括以下步骤：/n步骤一，通过电量表检测电动汽车无线移动充电电量数据；通过电流电压检测仪检测电动汽车无线移动充电的电流电压；/n步骤二，通过充电负荷预测模块对电动汽车的充电负荷需求进行预测，并根据充电数据计算电动汽车的充电所需时长；/n所述充电负荷预测模块采用的充电负荷预测方法具体包括：/n首先，获取各类型电动汽车的标准耗电量、充电功率、起始充电时间，并根据所述起始充电时间建立电动汽车的起始充电时间模型，对所述起始充电时间模型进行仿真，抽取所述起始充电时间模型中的随机起始充电时刻；/n然后，结合所述标准耗电量和所述充电功率得到各类型电动汽车的充电所需时长；/n最后，结合所述随机起始充电时刻、所述充电所需时长和所述充电功率得到各类型电动汽车的充电负荷预测曲线；叠加各类型电动汽车的充电负荷预测曲线后得到充电负荷总预测曲线；/n步骤三，通过通信设备将检测的数据发送到中央控制器；通过中央控制器控制动态磁耦合谐振阵列实现电动汽车的无线充电：(1)对动态磁耦合谐振线圈阵列进行改进，并采用多层多个发射线圈阵列实现无线充电的发射；/n(2)采用多层多个接收端谐振线圈阵列及电容阵列实现无线充电的接收；/n(3)通过发射线圈阵列和接收线圈阵列内安装的导磁橡胶或塑性导磁材料制成的高导磁橡胶柱或导磁柱阵列增强发射线圈和接收线圈之间的电磁耦合系数；/n步骤四，通过异常检测电路检测无线移动充电异常，并通过声光报警装置对异常充电数据进行预警：(I)在对电动汽车充电时，获取充电接口的充电曲线，其中所述充电曲线包括流经所述充电接口的电流与充电时间对应的曲线；/n(II)建立充电曲线数据库，将预设的正常充电曲线存储于数据库中；并将所述充电接口的充电曲线与预设的正常充电曲线进行比较；/n(III)根据比较结果，检测所述充电过程是否异常；若有异常，则通过声光报警装置对异常充电数据进行预警；/n步骤五，通过计时器记录充电时间；通过充电驱动器驱动发射线圈进行无线充电；通过数据处理程序对充电负荷数据进行处理：1)通过汽车传感器实时采集多个电动汽车的行驶规律数据和充电数据；/n2)对所述行驶规律数据进行耦合计算，得到所述行驶规律数据的耦合因子；/n3)对所述行驶规律数据进行拟合处理，得到所述行驶规律数据的概率分布数据；/n4)基于所述耦合因子和所述概率分布数据生成所述多个电动汽车的行驶规律随机数；/n5)根据所述行驶起始时间随机数、所述行驶结束时间随机数、所述行驶里程随机数以及所述充电数据进行充电负荷计算，得到所述多个电动汽车的充电负荷数据；/n步骤六，通过移动终端实现对电动汽车无线充电系统的远程控制，通过存储芯片存储检测的电量数据、电流电压数据、异常充电数据以及充电时间，通过显示器显示检测的电量数据、电流电压数据、异常充电数据以及充电时间的实时数据。/n...

【技术特征摘要】
1.一种支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，其特征在于，所述支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法包括以下步骤：
步骤一，通过电量表检测电动汽车无线移动充电电量数据；通过电流电压检测仪检测电动汽车无线移动充电的电流电压；
步骤二，通过充电负荷预测模块对电动汽车的充电负荷需求进行预测，并根据充电数据计算电动汽车的充电所需时长；
所述充电负荷预测模块采用的充电负荷预测方法具体包括：
首先，获取各类型电动汽车的标准耗电量、充电功率、起始充电时间，并根据所述起始充电时间建立电动汽车的起始充电时间模型，对所述起始充电时间模型进行仿真，抽取所述起始充电时间模型中的随机起始充电时刻；
然后，结合所述标准耗电量和所述充电功率得到各类型电动汽车的充电所需时长；
最后，结合所述随机起始充电时刻、所述充电所需时长和所述充电功率得到各类型电动汽车的充电负荷预测曲线；叠加各类型电动汽车的充电负荷预测曲线后得到充电负荷总预测曲线；
步骤三，通过通信设备将检测的数据发送到中央控制器；通过中央控制器控制动态磁耦合谐振阵列实现电动汽车的无线充电：(1)对动态磁耦合谐振线圈阵列进行改进，并采用多层多个发射线圈阵列实现无线充电的发射；
(2)采用多层多个接收端谐振线圈阵列及电容阵列实现无线充电的接收；
(3)通过发射线圈阵列和接收线圈阵列内安装的导磁橡胶或塑性导磁材料制成的高导磁橡胶柱或导磁柱阵列增强发射线圈和接收线圈之间的电磁耦合系数；
步骤四，通过异常检测电路检测无线移动充电异常，并通过声光报警装置对异常充电数据进行预警：(I)在对电动汽车充电时，获取充电接口的充电曲线，其中所述充电曲线包括流经所述充电接口的电流与充电时间对应的曲线；
(II)建立充电曲线数据库，将预设的正常充电曲线存储于数据库中；并将所述充电接口的充电曲线与预设的正常充电曲线进行比较；
(III)根据比较结果，检测所述充电过程是否异常；若有异常，则通过声光报警装置对异常充电数据进行预警；
步骤五，通过计时器记录充电时间；通过充电驱动器驱动发射线圈进行无线充电；通过数据处理程序对充电负荷数据进行处理：1)通过汽车传感器实时采集多个电动汽车的行驶规律数据和充电数据；
2)对所述行驶规律数据进行耦合计算，得到所述行驶规律数据的耦合因子；
3)对所述行驶规律数据进行拟合处理，得到所述行驶规律数据的概率分布数据；
4)基于所述耦合因子和所述概率分布数据生成所述多个电动汽车的行驶规律随机数；
5)根据所述行驶起始时间随机数、所述行驶结束时间随机数、所述行驶里程随机数以及所述充电数据进行充电负荷计算，得到所述多个电动汽车的充电负荷数据；
步骤六，通过移动终端实现对电动汽车无线充电系统的远程控制，通过存储芯片存储检测的电量数据、电流电压数据、异常充电数据以及充电时间，通过显示器显示检测的电量数据、电流电压数据、异常充电数据以及充电时间的实时数据。


2.如权利要求1所述的支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，其特征在于，步骤二中，所述起始充电时间模型构建时，通过数据拟合处理得到电动汽车的起始充电时间满足如下所示的正态分布：



式中，x为初始充电时间，即最后一次出行的结束时刻；μs和σs分别为起始充电时间的期望和标准差。


3.如权利要求1所述的支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，其特征在于，步骤四中，所述步骤(I)的在对电动汽车充电时，获取充电接口的充电曲线，包括：
在对电动汽车充电时，获取流经充电数据线上的接口的电流与充电时间对应的充电曲线；
根据所述充电接口的充电曲线生成充电电量变化曲线；
所述将所述充电接口的充电曲线与预设的正常充电曲线进行比较，包括：
将所述充电电量变化曲线与预设的正常充电电量变化曲线进行比较。


4.如权利要求1所述的支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，其特征在于，步骤四中，所述步骤(II)的建立充电曲线数据库的方法如下：
新建数据库，根据充电曲线的横纵坐标设定阈值F；所述充电曲线横坐标长度为N、横坐标长度为M位，阈值F为小于N+M的正整数；
获取预设的充电曲线，根据预设的充电曲线的横纵坐标生成字符串，并确定字符串与阈值F之间的映射规则；
根据映射规则选取所述字符串内的F个字符，作为数据表标识；判断是否在所述数据库内存在所述标识对应的数据表：若是，将当前充电曲线插入到该数据表中；若否，新建一个该数据表标识对应的数据表，并将当前充电曲线插入到新数据表中。


5.如权利要求1所述的支持电动汽车无线充电的动态磁耦合谐振阵列方法，其特征在于，步骤三中，无线移动充电系统中采用中心设置的高精度石英频率发生器为整个系统提供统一的谐振信号源，在充电接收端提供一个频率比较和控制电路单元，当频率比较和控制电路单元发现由于天气温度等原因造成接收端接收线圈的谐振频率和发射单元的谐振频率有差别时，将自动跟踪调控接收谐振电路中的谐振频率微调电容来使接收端的谐振频率与发射端的谐振频率完全相同；
改进后的动态磁耦合谐振线圈阵列与谐振频率微调电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨民生，李建英，李建奇，黄丽娟，孙健，杨智，
申请(专利权)人：湖南文理学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43