电动汽车静态无线充电位置自适应控制方法及系统与流程

本发明涉及电动汽车无线充电，尤其涉及一种电动汽车静态无线充电位置自适应控制方法及系统。

背景技术：

1、无线电能传输(wireless power transfer,wpt)技术因其具有安全、便捷、可靠等优点，被广泛应用于电动汽车、生物医学、无人机等领域。其中，在电动汽车领域应用最为广泛。然而，无线电能传输系统在电动汽车领域应用的过程中，面临的一个主要问题是在泊车过程中，受人工驾驶技术或车位空间限制，原副边线圈难以达到完全对齐的状态，两线圈不可避免地出现横向偏移，导致耦合程度降低，从而引起磁耦合无线电能传输系统传输功率及效率地明显下降。

2、针对原副边线圈偏移带来的传输效率及功率下降的问题，许多文献提出了解决方案。目前国内外学者主要从闭环控制、补偿拓扑、耦合机构3方面提升wpt系统的抗偏移特性。通过闭环控制提高wpt系统抗偏移性能的方式，需要副边反馈信号实时传输至原边，对无线通信要求高。通过补偿拓扑改进提升wpt系统抗偏移性能通常会增加系统的无功损耗，降低系统效率。通过改进耦合机构提升wpt系统抗偏移性能，虽效果显著，但通常线圈设计较为复杂。

技术实现思路

1、本发明提供电动汽车静态无线充电位置自适应控制方法及系统，解决的技术问题在于：如何通过简单的耦合机构设计及控制实现系统的高效率传输。

2、为解决以上技术问题，本发明提供一种电动汽车静态无线充电位置自适应控制方法，包括步骤：

3、s1、获取电动汽车的横向偏移距离；

4、s2、判断所述横向偏移距离是否小于第一预设距离，若是则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈和接收线圈的双线圈耦合机构，若否则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈、中继线圈和接收线圈的三线圈耦合机构；所述发射线圈、所述中继线圈和所述接收线圈均采用环形平面线圈，所述发射线圈位于所述中继线圈的中央空白区域；所述中继线圈连接有中继谐振电容形成闭合回路。

5、进一步地，在所述步骤s2中，所述中继线圈的半径采用如下步骤确定：

6、l1、取所述中继线圈的半径r分别为所述发射线圈的半径的不同倍数；

7、l2、获取在不同倍数的所述中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

8、l3、获取在横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述双线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，并绘制成相应的双线圈效率变化曲线；

9、l4、找出多条所述三线圈效率变化曲线与所述双线圈效率变化曲线的交点处效率值最高的那条三线圈效率变化曲线，将该三线圈效率变化曲线所对应的线圈半径作为选定的所述中继线圈的半径。

10、进一步地，在所述步骤s2中，所述第一预设距离为所述步骤l4中与所述双线圈效率变化曲线的效率值最高的交点处所对应的横向偏移距离。

11、进一步地，所述步骤s2或者为：

12、s21、判断所述横向偏移距离在0至第一预设距离之间、第一预设距离至第二预设距离之间或是第二预设距离至最大可允许偏移距离之间，若在0至第一预设距离之间则执行步骤s22，若在第一预设距离至第二预设距离之间则执行步骤s23，若在第二预设距离至最大可允许偏移距离之间则执行步骤s24；

13、s22、控制磁耦合机构切换为包括发射线圈和接收线圈的二线圈耦合机构；

14、s23、控制磁耦合机构切换为包括发射线圈、第一中继线圈和接收线圈的第一三线圈耦合机构；

15、s24、控制磁耦合机构切换为包括发射线圈、第二中继线圈和接收线圈的第二三线圈耦合机构；

16、所述发射线圈、所述第一中继线圈、所述第二中继线圈和所述接收线圈均采用环形平面线圈，所述发射线圈位于所述第一中继线圈或所述第二中继线圈的中央空白区域，所述第一中继线圈的半径小于所述第二中继线圈的半径。

17、进一步地，所述第一中继线圈的半径通过如下步骤确定：

18、m1、取所述第一中继线圈的半径分别为所述发射线圈的半径的不同倍数；

19、m2、获取在不同倍数的所述第一中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述第一三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

20、m3、获取在横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述双线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，并绘制成相应的双线圈效率变化曲线；

21、m4、找出多条所述三线圈效率变化曲线与所述双线圈效率变化曲线的交点处效率值最高的那条三线圈效率变化曲线，将该三线圈效率变化曲线所对应的线圈半径作为选定的所述第一中继线圈的半径。

22、进一步地，所述第二中继线圈的半径通过如下步骤确定：

23、n1、取所述第二中继线圈的半径分别为所述发射线圈的半径的e、f、g倍，e<f<g；

24、n2、获取在不同倍数的所述第二中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述第二三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

25、n3、获取在横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述双线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，并绘制成相应的双线圈效率变化曲线；

26、n4、找出多条所述三线圈效率变化曲线与所述双线圈效率变化曲线的效率值最高的交点记为a1点，并将a1点所对应的横向偏移距离确定为第一预设距离；

27、n5、找出a1点所对应的三线圈效率变化曲线与其他三线圈效率变化曲线在第一预设距离后的效率值最高的交点记为b1点，将a1点所对应的横向偏移距离确定为第二预设距离，将a1点所对应的三线圈效率变化曲线所对应的线圈半径作为选定的所述第二中继线圈的半径。

28、进一步地，在所述步骤n1中，e、f、g采用如下步骤确定：

29、o1、每次增加0.1倍，取所述第二中继线圈的半径分别为所述发射线圈的半径的至少10种不同倍数；

30、o2、获取在不同倍数的所述第二中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述第二三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

31、o3、确定变化最为平缓的三线圈效率变化曲线的半径的倍数为f值，确定f减去0.2或0.3为e值，确定f加上0.2或0.3为g值。

32、本发明还提供一种电动汽车静态无线充电位置自适应控制系统，其关键在于，包括偏移距离获取模块、耦合机构切换模块；

33、所述偏移距离获取模块用于获取电动汽车的横向偏移距离；

34、所述耦合机构切换模块用于判断所述横向偏移距离是否小于第一预设距离，若是则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈和接收线圈的双线圈耦合机构，若否则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈、中继线圈和接收线圈的三线圈耦合机构；所述发射线圈、所述中继线圈和所述接收线圈均采用环形平面线圈，所述发射线圈位于所述中继线圈的中央空白区域；所述中继线圈连接有中继谐振电容形成闭合回路。

35、优选的，所述耦合机构切换模块或者用于判断所述横向偏移距离在0至第一预设距离之间、第一预设距离至第二预设距离之间或是第二预设距离至最大可允许偏移距离之间，若在0至第一预设距离之间则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈和接收线圈的二线圈耦合机构，若在第一预设距离至第二预设距离之间则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈、第一中继线圈和接收线圈的第一三线圈耦合机构，若在第二预设距离至最大可允许偏移距离之间则控制磁耦合机构切换为包括发射线圈、第二中继线圈和接收线圈的第二三线圈耦合机构。

36、优选的，所述中继线圈的半径采用如下步骤确定：

37、l1、取所述中继线圈的半径r分别为所述发射线圈的半径的不同倍数；

38、l2、获取在不同倍数的所述中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

39、l3、获取在横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述双线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，并绘制成相应的双线圈效率变化曲线；

40、l4、找出多条所述三线圈效率变化曲线与所述双线圈效率变化曲线的交点处效率值最高的那条三线圈效率变化曲线，将该三线圈效率变化曲线所对应的线圈半径作为选定的所述中继线圈的半径；所述第一预设距离为所述步骤l4中与所述双线圈效率变化曲线的效率值最高的交点处所对应的横向偏移距离；

41、所述第一中继线圈的半径通过如下步骤确定：

42、m1、取所述第一中继线圈的半径分别为所述发射线圈的半径的不同倍数；

43、m2、获取在不同倍数的所述第一中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述第一三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

44、m3、获取在横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述双线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，并绘制成相应的双线圈效率变化曲线；

45、m4、找出多条所述三线圈效率变化曲线与所述双线圈效率变化曲线的交点处效率值最高的那条三线圈效率变化曲线，将该三线圈效率变化曲线所对应的线圈半径作为选定的所述第一中继线圈的半径；

46、所述第二中继线圈的半径通过如下步骤确定：

47、n1、取所述第二中继线圈的半径分别为所述发射线圈的半径的e、f、g倍，e<f<g；

48、n2、获取在不同倍数的所述第二中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述第二三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

49、n3、获取在横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述双线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，并绘制成相应的双线圈效率变化曲线；

50、n4、找出多条所述三线圈效率变化曲线与所述双线圈效率变化曲线的效率值最高的交点记为a1点，并将a1点所对应的横向偏移距离确定为第一预设距离；

51、n5、找出a1点所对应的三线圈效率变化曲线与其他三线圈效率变化曲线在第一预设距离后的效率值最高的交点记为b1点，将a1点所对应的横向偏移距离确定为第二预设距离，将a1点所对应的三线圈效率变化曲线所对应的线圈半径作为选定的所述第二中继线圈的半径；

52、在所述步骤n1中，e、f、g采用如下步骤确定：

53、o1、每次增加0.1倍，取所述第二中继线圈的半径分别为所述发射线圈的半径的至少10种不同倍数；

54、o2、获取在不同倍数的所述第二中继线圈的半径下，横向偏移距离从0至最大可允许偏移距离下，采用所述第二三线圈耦合机构的无线充电系统的充电效率，绘制成相应的三线圈效率变化曲线；

55、o3、确定变化最为平缓的三线圈效率变化曲线的半径的倍数为f值，确定f减去0.2或0.3为e值，确定f加上0.2或0.3为f值。

56、本发明提供的电动汽车静态无线充电位置自适应控制方法及系统，结合两线圈结构在偏移距离近时效率高而三线圈结构在偏移距离远时效率高的特点，在耦合机构中加入了可切换的中继线圈，该中继线圈与发射线圈、接收线圈均采用环形平面线圈，发射线圈位于中继线圈的中央空白区域，并对其中继线圈半径进行了优化设计，使得在横向偏移距离可允许的范围内，系统效率始终保持在较高的水平。