电动汽车三相无线充电系统及其充电方法技术方案

一种电动汽车三相无线充电系统及其充电方法，属于无线电能传输系统及方法。无线充电系统由原边供电装置、副边充电装置和数字控制单元构成，原边供电装置安装在地面下，数字控制单元的输出端与原边供电装置连接，副边充电装置安装在汽车上；原边供电装置中的磁能发射阵列式线圈上串联连接有线圈电流检测单元；线圈电流检测单元的输出端与数字控制单元的输入端连接。优点：设置原边磁能发射机构由矩阵阵列式线圈组成，在大范围内保证电动汽车可靠的充电；设置原边阵列式线圈绕向，避免了副边线圈拾取电压的零点；每个时刻只有与副边拾取线圈最接近的三个两两毗邻的原边线圈组成的供电小组供电，避免了其他线圈运行在空载模式，提高了整体系统的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线电能传输系统及方法，具体地说，是一种。
技术介绍
现代城市汽车保有量的快速增加，不仅造成城市道路堵塞、产生大量噪声，而且尾气排放量的持续增加必将造成严重的温室效应和大气污染。随着能源危机的日益加剧以及人类对居住环境要求的不断提高，除了大力推进传统汽车节能减排以外，发展噪声小、零污染排放的电动汽车无疑是减轻汽车对城市大气造成的污染具有积极的意义。目前电动汽车充电主要有两种充电方式，①普通交流电直接充电模式在这种充电模式下，充电时间长，充电效率低；②快速直流电充电模式在这种充电模式下，充电时间短，充电效率高，但充电负荷大，不适合多个汽车同 时充电。虽然目前世界许多国家都投入了大量的资金用于大型高效电动汽车充电站的建设，但纵观目前国内外电动汽车充电技术发展与充电站的建设，依然存在以下几个方面的问题电动汽车充电站充电时间较长，需浪费消费者大量时间； —个充电站同时充电汽车数量有限_ >户外有线充电桩易受到侵害w建专用充电站占用大量用地等。还有一种利用无线电能传输技术通过电磁感应耦合原理，实现了电能的近距离无线传输，基于该技术可实现电动汽车在家用车库、公共停车位甚至街道边等地点的方便灵活充电。而利用传统的单相单原边发射线圈无线电能传输系统对电动汽车实现无线充电，存在的一个明显缺陷是原边磁能发射线圈产生的磁场不均衡，线圈中央位置磁场强度大，周边磁场强度小。为保证电动车充电效率，安装于电动汽车上的拾取线圈机构需要位于原边磁能发射机构的绝对正上方。否则将造成能量的大量流失，不利于电池的高效充电。而为了高效充电，除需要电动汽车加装昂贵的磁能发射机构定位装置外，还需要汽车用户具有较高的停车技术。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对传统的单相单原边发射线圈无线充电存在的电动汽车定位精度高、停车技术难的缺陷，提供一种电动汽车无线充电系统及其充电方法，既保证电动汽车在大范围内的灵活停车，又实现电动汽车高效可靠的充电。本专利技术的目的是这样实现的电动汽车充电包括无线充电系统和充电方法；无线充电系统由原边供电装置、副边充电装置和数字控制单元构成，原边供电装置安装在地面下，数字控制单元的输出端与原边供电装置连接，副边充电装置安装在汽车上； 所述的原边供电装置包括供电单元、原边磁能发射阵列式线圈和原边磁能发射阵列式线圈电流检测单元；供电单元的输出端与原边磁能发射阵列式线圈连接，原边磁能发射阵列式线圈上串联连接有线圈电流检测单元；所述的副边充电装置包括副边磁能拾取机构、车载充电器、车载电池和副边谐振补偿电路；副边磁能拾取机构通过串联的副边谐振补偿电路与车载充电器连接，车载充电器的输出端与车载电池连接； 所述的数字控制单元的输入端与原边磁能发射阵列式线圈电流检测单元的输出端连接，数字控制单元的输出端与分别与DC-DC变换电路和高频逆变电路连接。所述的供电单元包括输入交流电源、整流滤波电路、DC-DC变换电路、高频逆变电路和原边谐振补偿电路；交流电源、整流滤波电路、DC-DC变换电路和高频逆变电路顺序连接，高频逆变电路的输出端通过串联的原边谐振补偿电路与原边磁能发射阵列式线圈连接。所述的原边磁能发射阵列式线圈由3组，共3N个独立的六边形平面螺线管线圈在平面内呈矩阵阵列分布，构成大面积磁能供电区域；每个六边形平面螺线管线圈都由单独的供电单元供电；原边磁能发射阵列式线圈中任意三个两两毗邻的线圈由不同组的线圈 (Ax、By、Cz)呈“品”字形分布混合组成；所有3N个平面螺线管线圈的绕线材料、粗细、电感、螺线管半径、匝数等参数完全相同；所述的3组分别为A组、B组和C组，C组线圈的螺旋方向与A组线圈和B组线圈的螺旋方向相反；每组各有N个线圈，分别为A1-An, B1-Bn, C1-Cn,共有3N个线圈。所述的副边磁能拾取机构是一个六边形平面螺线管线圈，安装在充电电动汽车底部，跟随电动汽车在原边矩阵阵列式线圈上方自由移动。所述的车载充电器是一个宽电压输入开关电源充电器，电压范围为85VACT264VAC，保证拾取电压在规定范围内波动时，车载电池的正常充电。所述的数字控制单元采用高性能DSP数字控制芯片。本系统的充电方法如下 (O开通所有线圈供电电路电动汽车进入充电区域充电，DSP芯片发出频率相同(20kHz)、相位分别相差0°、120°、240°三路PWM控制脉冲分别触发A组、B组和C组所有原边线圈供电单元中的高频逆变电路开通工作，并给所有线圈供电单元中的DC-DC变换器高电平信号，同时给矩阵分布式排列的原边所有线圈供电； (2)最接近副边磁能拾取机构的三个原边线圈识别基于副边磁能拾取机构与原边磁能发射阵列式线圈中各个线圈位置的不相同，原、副边线圈位置越近，互感耦合系数越大，副边反射阻抗越大，原边线圈中流过的电流越小，流过原边磁能发射阵列式线圈各个线圈的电流不同，通过线圈电流检测单元，检测原边磁能发射阵列式线圈中所有线圈的电流并送入DSP芯片，经过计算比较，保留开通电流最小的三个两两毗邻的原边线圈Ax、By、Cz供电电路中的DC-DC开通信号，关闭其他所有线圈供电电路中的DC-DC开通信号； (3)三线圈恒流控制再次通过线圈电流检测单元检测保留的三个线圈Ax、By、Cz中的电流，基于数字控制单元分别产生三线圈Ax、By、Cz供电电路中的DC-DC变换电路开关PWM脉冲控制信号和三路逆变电路控制脉冲，保证三线圈中通过幅值相等、相位分别相差0°、120°、240°的同频交流电，任一时刻只有与副边磁能拾取机构最接近的三个两两毗邻的原边线圈Ax、By、Cz组成的供电小组供电,实现为电动汽车高效灵活充电。有益效果 由于采用了上述方案，电动汽车无线充电系统中阵列式磁路机构中的原边磁能发射阵列式线圈是由一系列特定绕制方法和排列的小线圈组成的一个大面积磁能充电区域，电动汽车可停靠在原边大面积磁能区域中任意一点，无需精确定位原边线圈，通过电流检测单元，经过数字控制单元，由与副边磁能拾取机构最接近的三个原边线圈组成一个供电小组供电，即可实现在大范围内都能保证高效充电，并且任一时刻只有与副边线圈最接近的三个原边线圈供电，其他线圈不通电，避免了因耦合系数较低的线圈工作在空载模式而带来的电能损耗，极大的提闻了整体系统的效率。优点原边磁能发射机构由矩阵线圈组成，大范围内都能保证可靠的能量拾取；通过设置原边阵列式3组线圈不同绕向，避免了副边线圈拾取电压的零点；每个时刻只有与副边拾取线圈最接近的三个原边线圈组成的供电小组供电，避免了其他线圈运行在空载模式，提高了整体系统的效率；充电效率高、控制简单、电动汽车可移动范围大。附图说明图I为本专利技术电动汽车三相无线充电系统原理图。 图2为本专利技术电动汽车三相无线充电系统阵列式磁路机构图。图3为本专利技术原边三相电流及拾取电压矢量图。图4为本专利技术电动汽车三相无线充电系统主电路及控制电路图。图中，I、供电单元；2、原边磁能发射阵列式线圈；3、副边磁能拾取机构；4、车载充电器；5、车载电池；6、线圈电流检测单元；7、数字控制单元；8、输入交流电源；9、整流滤波电路；10、DC-DC变换电路；11、高频逆变电路；12、原边谐振补偿电路；13、副边谐振补偿电路具体实施方案实施例I :电动汽车充电包括无线充电系统和充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车三相无线充电系统，其特征是：无线充电系统由原边供电装置、副边充电装置和数字控制单元构成，原边供电装置安装在地面下，数字控制单元的输出端与原边供电装置连接，副边充电装置安装在汽车上；所述的原边供电装置包括：供电单元、原边磁能发射阵列式线圈和线圈电流检测单元；供电单元的输出端与原边磁能发射阵列式线圈连接，原边磁能发射阵列式线圈上串联连接有线圈电流检测单元；？所述的副边充电装置包括：副边磁能拾取机构、车载充电器、车载电池和副边谐振补偿电路；副边磁能拾取机构通过串联的副边谐振补偿电路与车载充电器连接，车载充电器的输出端与车载电池连接；所述的数字控制单元的输入端与原边磁能发射阵列式线圈电流检测单元的输出端连接，数字控制单元的输出端与分别与DC？DC变换电路和高频逆变电路连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：夏晨阳，伍小杰，贾娜，刘志远，林俊杰，于月森，李森，李国瑞，左兰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：