电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法与流程

本发明涉及无线供电系统
技术领域：
，具体涉及一种电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法。
背景技术：
：环境污染和能源短缺问题成为日益严重的世界性难题，纯电动汽车被认为是解决该难题的有效策略。随着电动汽车的不断普及，充电难问题逐渐显现。目前电动汽车普遍采用接触式充电方式，该充电方式存在着易漏电，接触损耗，机械磨损等弊端，并且电动汽车存在着续航里程短，电池成本高等问题，这些都极大限制了电动汽车的发展与推广。在这种背景下，非接触式传能的无线供电技术展现了其固有的优势，解决了制约电动汽车发展的瓶颈问题。由于单级导轨存在效率低、系统输入容量大等问题，无线供电系统多采用分段导轨的供电模式。针对分段导轨连续硬切换模式下切换开关应力大、控制系统体积大等问题。分段导轨在连续切换模式下，目前一般采用硬切换方法，如图1所示，即在原边谐振网络(谐振电感LN，谐振电容CN串联组成的网络)上并联一个放电回路(RN,SN)，当电动汽车驶离导轨L1时，开通继电器K2，导轨L2导通，并控制继电器S1开通，K1关断，断开导轨L1并释放导轨L1中的能量。上述方法中，需要额外添加一个继电器SN，一个放电电阻RN，且放电电阻散热也是系统设计必须考虑的问题。硬切换方法切换开关应力大，易损坏，增加了系统体积与成本等不足之处。技术实现要素：本申请通过提供一种电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法，在不需要外加电路的情况下，通过控制逆变网络开关管的开通与关断，实现导轨能量的自由振荡，完成导轨的软切换。本申请采用以下技术方案予以实现：一种电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法，所述电动汽车无线供电系统包括准电压源、脉冲发生电路、由第一开关、第二开关、第三开关和第四开关组成的全桥逆变网络、由谐振电容Cp和谐振电感Lp串联组成的原边谐振网络、由拾取线圈Ls和拾取电容Cs串联组成的副边谐振网络、能量变换控制网络及负载，其中，分段导轨软切换方法的具体步骤包括：步骤1：电动汽车行驶在导轨N上；步骤2：判断电动汽车是否驶离导轨N的切换域，如果是，则进入步骤3，否则，继续执行步骤2；步骤3：将导轨N中的所述全桥逆变网络中的第一开关和第三开关关断，第二开关和第四开关导通，使得导轨N中的能量通过第二开关和第四开关的旁通二极管以及第四开关和第二开关的旁通二极管进行自由振荡，以耗散导轨N中能量；步骤4：判断导轨N的能量是否耗尽，即检测导轨N中母线电流是否为0，如果是，则进入步骤5，否则，继续执行步骤4；步骤5：通过切换开关关闭导轨N，开通导轨N+1，逆变网络恢复正常供电模式。进一步地，步骤3中自由振荡工作模式下的电感电流为：ip(t)=Cpdup(t)dt=ωpLpωe-αtcos(ωt+θ)]]>式中，Cp为谐振电容，up(t)为谐振电容电压，ωp为原边谐振网络的固有谐振频率，Lp为谐振电感，ω为系统工作频率，α为阻尼系数，步骤4中所述无线供电系统的母线电流为0，即当电感电流ip(t)＝0时，计算出时间t，即为全桥逆变网络中第一开关和第三开关关断，第二开关和第四开关导通的时间。作为一种优选的技术方案，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关为IGBT。与现有技术相比，本申请提供的技术方案，具有的技术效果或优点是：(1)不需要增加额外的放电回路，减少了系统设计的体积与成本；(2)软切换使得系统整个回路中不会出现电流尖峰，最大程度的降低了切换开关的应力，减少了开关损耗。附图说明图1分段导轨硬切换电路示意图；图2为无线供电系统拓扑图；图3为分段导轨无线供电系统示意图；图4为自由振荡工作模式的等效电路图；图5为分段导轨软切换方法的流程图。具体实施方式本申请实施例通过提供一种电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法，在不需要外加电路的情况下，通过控制逆变网络开关管的开通与关断，实现导轨能量的自由振荡，完成导轨的软切换。为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式，对上述技术方案进行详细的说明。实施例一种电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法，所述电动汽车无线供电系统采用SS型补偿拓扑，如图2所示，包括准电压源、脉冲发生电路、由第一开关、第二开关、第三开关和第四开关组成的全桥逆变网络、由谐振电容Cp和谐振电感Lp串联组成的原边谐振网络、由拾取线圈Ls和拾取电容Cs串联组成的副边谐振网络、能量变换控制网络及负载，其中，所述准电压与所述全桥逆变网络连接，为所述全桥逆变网络提供直流电，所述脉冲发生电路与所述全桥逆变网络连接，输出控制脉冲来控制所述全桥逆变网络的输出波形，所述全桥逆变网络与所述原边谐振网络连接，输出方波电压给所述原边谐振网络，所述副边谐振网络接收所述原边谐振网络输出的正弦电压，所述副边谐振网络通过所述能量变换控制网络与负载连接，将正弦电压经过整流、稳压、滤波及电能变换后输出给负载。所述第一开关包括IGBT绝缘栅双极晶体管S1和反并联的二极管D1，所述第二开关包括IGBT绝缘栅双极晶体管S2和反并联的二极管D2，所述第三开关包括IGBT绝缘栅双极晶体管S3和反并联的二极管D3，所述第四开关包括IGBT绝缘栅双极晶体管S4和反并联的二极管D4，其中，所述IGBT绝缘栅双极晶体管S1的发射极与所述IGBT绝缘栅双极晶体管S2的集电极连接，所述IGBT绝缘栅双极晶体管S3的发射极与所述IGBT绝缘栅双极晶体管S4的集电极连接，所述IGBT绝缘栅双极晶体管S1的集电极与所述IGBT绝缘栅双极晶体管S3的集电极连接，所述IGBT绝缘栅双极晶体管S1的发射极与所述IGBT绝缘栅双极晶体管S4的集电极连接，所有二极管的正极均与对应IGBT绝缘栅双极晶体管的发射极连接，所有二极管的负极均与对应IGBT绝缘栅双极晶体管的集电极连接，所述IGBT绝缘栅双极晶体管的门极均与所述脉冲发生电路连接，所述IGBT绝缘栅双极晶体管S1的发射极作为所述全桥逆变网络的第一输出端，所述IGBT绝缘栅双极晶体管S3的发射极作为所述全桥逆变网络的第二输出端。分段导轨无线供电系统是指电能变换装置根据实际情况导通一段或多段导轨，每一段导轨都有相应的开关器件控制其工作状态，只有当电动汽车的拾取机构(即副边谐振网络)位于导轨上方时，该段导轨才会导通供电，其他导轨处于待机状态，分段导轨无线供电系统结构框图如图3所示。分段导轨模式降低了导轨的内阻，提高了系统整体效率，同时较大程度地降低了电磁辐射，故分段导轨比单级导轨更具有实用性。电动汽车无线供电系统中通过控制2个开关对(S1，S4)和(S2，S3)以互补的形式产生方波逆变输出。系统正常工作时，电动汽车从某一段导轨驶向下一段导轨时，存在导轨换流的问题。其中一种方案为检测电动汽车从某一导轨驶向下一导轨的切换域时，直接开通下一导轨，然后断开之前的导轨，该换流方式称之为硬切换。硬切换方式最大的不足之处是需要一个额外的放电电路，释放上一段导轨中的能量。另一方案是当系统供电母线的电流为零时进行换流，称之为软切换。软切换方案中当检测到电动汽车即将驶离某一段导轨的切换域时，控制全桥逆变网络中的第一开关和第三开关关断，第二开关和第四开关导通，导轨中能量通过开关对S2，D4和S4，D2进行自由振荡，耗散导轨中的能量，其工作原理如图4所示(虚线表示开关管关断)。如图5所示，分段导轨软切换方法的具体步骤包括：步骤1：电动汽车行驶在导轨N上；步骤2：判断电动汽车是否驶离导轨N的切换域，如果是，则进入步骤3，否则，继续执行步骤2；步骤3：将导轨N中的所述全桥逆变网络中的第一开关和第三开关关断，第二开关和第四开关导通，使得导轨N中的能量通过第二开关和第四开关的旁通二极管以及第四开关和第二开关的旁通二极管进行自由振荡，以耗散导轨N中能量；步骤4：判断导轨N的能量是否耗尽，即检测导轨N中母线电流是否为0，如果是，则进入步骤5，否则，继续执行步骤4；步骤5：通过切换开关关闭导轨N，开通导轨N+1，逆变网络恢复正常供电模式。导轨软切换方案不需要增加额外的放电回路，并在系统整个回路中不会出现电流尖峰，降低了切换开关的应力要求。进一步地，步骤3中自由振荡工作模式下电容电压的微分方程为：d2up(t)dt2+ZxLpdup(t)dt+1LpCpup(t)=0]]>Zx＝Zr+Rp式中，up(t)为谐振电容电压，Zr为反射阻抗，Rp为谐振电感Lp的内阻。假设系统初始条件为up(t)|t＝0＝0，ip(t)|t＝0＝1/Lp，dup(t)/dt|t＝0＝1/LpCp，则谐振电容电压为：式中，ωp为原边谐振网络的固有谐振频率，ω为系统工作频率，α为阻尼系数，它们的表达式分别为：α=Zx2Lpωp=1LpCpω=ωp2-α2]]>由上式联合得到自由振荡的电感电流为：ip(t)=Cpdup(t)dt=ωpLpωe-αtcos(ωt+θ)]]>式中，Cp为谐振电容，up(t)为谐振电容电压，ωp为原边谐振网络的固有谐振频率，Lp为谐振电感，ω为系统工作频率，α为阻尼系数，步骤4中所述无线供电系统的母线电流为0，即当电感电流ip(t)＝0时，计算出时间t，即为全桥逆变网络中第一开关和第三开关关断，第二开关和第四开关导通的时间。本申请的上述实施例中，通过提供一种电动汽车无线供电系统的分段导轨软切换方法，当判断电动汽车驶离导轨N的切换域后，通过控制逆变网络开关管的通断，实现导轨N能量的自由振荡，待导轨N的能量耗尽时，通过切换开关关闭导轨N，开通导轨N+1，逆变网络恢复正常供电模式，该导轨软切换的方法，不需要增加额外的放电电路，减少了控制系统的体积，并在系统整个回路中不会出现电流尖峰，降低了切换开关的应力要求。应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本
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的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。当前第1页1 2 3