一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统及其控制方法与流程

本发明涉及无线供电技术领域，具体涉及一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统及其控制方法。

背景技术：

近年来，为了解决电动汽车续航里程短和车载电池组笨重且成本高等问题。人们提出了基于非接触式电能传输原理的电动汽车动态感应技术，它可以为行驶过程中的电动汽车提供在线供电或者充电功能，从而减少车载电池组的重量，同时降低了电动汽车的整体成本，延长了电动汽车的续航里程。

而在基于电磁感应原理的电动汽车动态无线供电系统中，发射导轨一般长达数公里甚至数十公里，其中的电流通常为数十千赫兹、数十甚至上百安培的高频交流电。为了减少导轨上的损耗，通常会采用多级分段导轨设计。发明专利cn104810933b公开了一种用于电动汽车动态无线供电的渗透型导轨结构。该发明实现了对行驶中的电动汽车的无线充电，并且该发明对充电导轨的结构做出了改进。但该发明仅仅从结构上对无线充电导轨做出了改进，对导轨之间工作状态的切换并没有提出一种可行的控制方法。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统及其控制方法，通过对导轨结构和控制方法同时进行改进，实现导轨工作状态切换的高效节能，具体技术方案如下：

一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统包括若干段导轨；每段导轨包括负载检测电路、控制电路、能量发射电路；所述负载检测电路用于检测导轨上有无负载并向控制电路输出相应的控制信号；所述控制电路用于根据负载检测电路输出的控制信号控制能量发射电路的开和关；所述能量发射电路用于发射无线能量信号；所述负载检测电路、能量发射电路分别与导轨连接；所述负载检测电路、控制电路、能量发射电路依次连接。

优选地，所述负载检测电路包括负载检测线圈、高频激励信号发生单元、放大滤波单元、幅相测量单元、谐振网络、单片机；所述负载检测线圈分别与高频激励信号发生单元、谐振网络连接；所述放大滤波单元分别与高频激励信号发生单元、幅相测量单元、谐振网络连接；所述幅相测量单元与单片机连接；所述单片机与控制电路连接；所述负载检测线圈设置在导轨上，并放置在能量发射电路上。

优选地，所述放大滤波单元设置2个，其中一个放大滤波单元分别与高频激励信号发生单元、幅相测量单元连接；另一个放大滤波单元分别与谐振网络、幅相测量单元连接。

优选地，所述放大滤波单元包括带通滤波器、高通滤波器、放大器和跟随器。

优选地，所述能量发射电路包括能量发射线圈。

一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统的控制方法包括以下步骤：

（1）采集负载检测电路中的负载检测线圈的初始阻抗作为阻抗参考值；

（2）采集上述负载检测线圈的实时阻抗；

（3）将负载检测线圈的实时阻抗与阻抗参考值做差并取其绝对值，命名为阻抗变化量；

（4）设定阻抗变化量阈值，比较阻抗变化量与阻抗变化量阈值的大小，若阻抗变化量大于阻抗变化量阈值，则说明此时导轨上有负载，控制电路控制能量发射电路打开并发射无线能量信号；若阻抗变化量小于阻抗变化量阈值，这说明此时导轨上无负载，控制电路控制能量发射电路关闭；

（5）返回步骤（2）实现循环操作。

本发明的有益效果为：本发明设置多段导轨，每段导轨工作过程独立，互不影响，实现了电动汽车行驶过程中实时的动态智能充电和多段导轨工作状态的智能切换，避免了通电导轨设置过长或者通电导轨开通过多导致的能源浪费，保证了系统的稳定性和供能的持续性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明中一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统的示意图；

图2为导轨的原理示意图；

图3为本发明中一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统包括若干段导轨；每段导轨包括负载检测电路、控制电路、能量发射电路；负载检测电路用于检测导轨上有无负载并向控制电路输出相应的控制信号；控制电路用于根据负载检测电路输出的控制信号控制能量发射电路的开和关；能量发射电路用于发射无线能量信号；负载检测电路、能量发射电路分别与导轨连接；负载检测电路、控制电路、能量发射电路依次连接。控制电路通过接收负载检测电路检测到的负载端有无负载的信号，控制能量发射电路的通断。

如图2所示，负载检测电路包括负载检测线圈、高频激励信号发生单元、放大滤波单元、幅相测量单元、谐振网络、单片机；放大滤波单元设置2个，负载检测线圈分别与高频激励信号发生单元、谐振网络连接；其中一个放大滤波单元分别与高频激励信号发生单元、幅相测量单元连接；另一个放大滤波单元分别与谐振网络、幅相测量单元连接；幅相测量单元与单片机连接；单片机与控制电路连接；能量发射电路包括能量发射线圈，负载检测线圈放置于能量发射线圈上，能量发射线圈上设置在导轨上。

放大滤波单元包括带通滤波器、高通滤波器、放大器和跟随器。谐振网络对负载检测线圈进行配谐，利用负载检测线圈的选频特性过滤掉来自能量发射线圈的能量信号。高频激励信号发生单元包括高频激励信号发生器，可产生高频正弦信号。

当系统工作时，高频激励信号发生器发生两路相同的高频激励信号，根据可知，相同情况下，频率越高，其感抗变化越明显。为了减小能量发射线圈对负载检测线圈的干扰，高频激励信号的频率应该远远高于导轨工作时的谐振频率。

两路高频激励信号中，一路高频激励信号不经过负载检测线圈直接进入其中一个放大滤波单元中，另一路高频激励信号输入至负载检测线圈，然后经过谐振网络配谐后输入另一个放大滤波单元中；两格放大滤波单元在处理完两路高频激励信号之后，同时将结果输出到幅相测量单元中。幅相测量单元主要用来测量输入的两路高频激励信号的相对幅值以及相位差。由于两路高频激励信号都经过同样的放大滤波单元处理，并且经过负载检测线圈的1路高频激励信号也经过了谐振网络进行补偿，所以其两路高频激励信号的相位是同相的，经过负载检测线圈的一路高频激励信号的幅值会略小。经过幅相测量单元进行计算后，输出两路信号到单片机中，一路表征幅值，一路表征相位。两路信号经过单片机的处理，生成负载检测线圈的阻抗信息，从而向控制电路输出控制信号，控制导轨中能量发射线圈的开关。其控制流程如图3所示，具体如下：

一种基于负载检测的电动汽车动态充电系统的控制方法包括以下步骤：

（1）采集负载检测电路中的负载检测线圈的初始阻抗作为阻抗参考值；其中，通过分析未经过负载检测线圈的高频激励信号计算出负载检测线圈的初始阻抗。

（2）采集上述负载检测线圈的实时阻抗；其中，通过实时分析经过负载检测线圈的高频激励信号计算出负载检测线圈的实时阻抗值。

（3）将负载检测线圈的实时阻抗与阻抗参考值做差并取其绝对值，命名为阻抗变化量。

（4）设定阻抗变化量阈值，比较阻抗变化量与阻抗变化量阈值的大小，若阻抗变化量大于阻抗变化量阈值，则说明此时导轨上有负载，控制电路控制能量发射电路打开并发射无线能量信号；若阻抗变化量小于阻抗变化量阈值，这说明此时导轨上无负载，控制电路控制能量发射电路关闭。

（5）返回步骤（2）循环操作，不断重复地实时检测负载检测线圈的阻抗，求阻抗变化量并与阻抗变化量阈值比较，得出对应导轨上当前的行车情况，从而实现对导轨上能量发射线圈的开关控制。

综上所述，本发明实现了电动汽车行驶过程中实时的动态智能充电和多段导轨工作状态的智能切换，避免了通电导轨设置过长或者通电导轨开通过多导致的能源浪费，保证了系统的稳定性和供能的持续性。

本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。