一种动态无线充电系统的定位与投切的控制方法及系统

本发明涉及动态无线充电，具体的是一种动态无线充电系统的定位与投切的控制方法及系统。

背景技术：

1、电动汽车作为推进能源转型、新能源高质量发展的有力工具，已受到全社会的广泛关注。目前电动汽车的发展受续航里程限制较大，而电动汽车动态无线充电技术为解决续航里程焦虑提供了新的思路。该技术不仅可以实现安全性、灵活性更高的非接触式电能补充，而且能够有效降低车载储能设备用量以及整车重量，提升电动汽车续航能力。然而，电动汽车动态无线充电系统因车辆移动和发射线圈形状不统一而造成了先天的定位问题，需要系统在发射端具备准确的投切控制能力。现阶段投切控制以发射端安装检测线圈为主，存在成本高昂和维修复杂的问题。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种动态无线充电系统的定位与投切的控制方法及系统，能够有效减少检测线圈个数，降低检测成本，并保持定位检测和投切控制的精度。

2、第一方面，本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种动态无线充电系统的定位与投切的控制方法，方法包括以下步骤：

3、获取检测线圈的感应电压与空间磁感应强度，利用空间磁感应强度计算得出空间感应电压，将感应电压与空间感应电压进行比对，得到定位方程，利用牛顿迭代法对定位方程进行求解，得到定位结果，实现对直线导轨的定位；

4、当定位结果为检测线圈边缘时，获取逆变器母线电流值与空载电流值，将逆变器母线电流值与发射端逆变器空载电流值进行比对，通过史密斯触发判断接收线圈是否位于发射线圈上方，若接收线圈未驶离，则保持本发射线圈开通，若接收线圈驶离，则执行开启下一个发射线圈的投切控制，实现对弯道导轨的定位。

5、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述实现对直线导轨的定位前的准备过程如下：

6、检测线圈p与检测线圈q的匝数n相同且确定，形状为圆形螺线线圈，内外径相同且确定；

7、当直线导轨的发射线圈为矩形螺线线圈，所述空间感应电压通过空间网格化建模获得；

8、当直线导轨的发射线圈为不规则螺线线圈，所述发射端逆变器空载电流通过实际测试获得。

9、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述直线导轨的矩形螺线发射线圈的长为2a，宽为2b，以矩形中心为原点，其在空间点p(x1,y1,h)处的磁感应强度bp1为：

10、

11、其中，i为流经发射线圈的电流；h为传输距离；μ0为真空磁导率；为流经发射线圈的电流的方向向量；l1、l2、l3、l4分别为矩形发射线圈的四条边。

12、直线导轨的矩形螺线接收线圈的长为2a，宽为2b，计算其在空间点p(x1,y1,h)处的磁感应强度bp2为：

13、

14、式中，μ0是真空磁导率，l1、l2、l3、l4分别代表矩形线圈的四条边。

15、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述接收线圈和发射线圈的互感的计算如下：

16、

17、

18、式中，m为接收线圈与发射线圈间的总互感，mij代表li和lj之间的互感。

19、检测线圈在p处的感应电动势的有效值计算如下：

20、

21、其中，ep为检测线圈在p处的感应电动势；ep1为发射线圈激励的电动势；ep2为接收线圈激励的电动势。

22、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述将感应电压与空间感应电压进行比对，得到定位方程的公式：

23、

24、式中，δe为p处检测线圈与q处检测线圈的感应电动势的差值；d为检测线圈p与q之间的间距；im为流经发射线圈的电流幅值；ω0为流经发射线圈的电流的角速度；k为常系数；a为检测线圈面积。

25、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述利用牛顿迭代法对定位方程进行求解，得到定位结果的过程：

26、结合ep和eq所处的单调区间，使用牛顿迭代法解关于x1与x2的二元方程，两个根的平均值是负载中心位置关于x轴上的偏移量：

27、

28、式中，x1和x2是定位方程的数值解，δx是负载中心位置关于x轴上的偏移量。

29、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，该方法还包括：所述通过史密斯触发判断接收线圈是否位于发射线圈上方的过程：逆变器空载电流值经测试获得，记为i0，迟滞触发器的下限值记作inl，上限值记为inh，当检测电流iscan大于inh时，开启当前发射线圈；当检测电流小于inl时，关闭当前发射线圈，开启下一发射线圈，定位量δy与线圈边界a相等时，执行关闭当前发射线圈，开启下一发射线圈的投切控制。

30、第二方面，为了达到上述目的，本发明公开了一种动态无线充电系统的定位与投切的控制系统，包括：

31、导轨定位模块，用于获取检测线圈的感应电压与空间磁感应强度，利用空间磁感应强度计算得出空间感应电压，将感应电压与空间感应电压进行比对，得到定位方程，利用牛顿迭代法对定位方程进行求解，得到定位结果，实现对直线导轨的定位；

32、投切控制模块，用于当定位结果为检测线圈边缘时，获取逆变器母线电流值与空载电流值，将逆变器母线电流值与发射端逆变器空载电流值进行比对，通过史密斯触发判断接收线圈是否位于发射线圈上方，若接收线圈驶离，则执行开启下一个发射线圈的投切控制，实现对弯道导轨的定位。

33、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，该系统还包括：所述导轨定位模块内实现对直线导轨的定位前的准备过程如下：

34、检测线圈p与检测线圈q的匝数n相同且确定，形状为圆形螺线线圈，内外径相同且确定；

35、当直线导轨的发射线圈为矩形螺线线圈，所述空间感应电压通过空间网格化建模获得；

36、当直线导轨的发射线圈为不规则螺线线圈，所述发射端逆变器空载电流通过实际测试获得；

37、或者导轨定位模块内直线导轨的矩形螺线发射线圈的长为2a，宽为2b，以矩形中心为原点，其在空间点p(x1,y1,h)处的磁感应强度bp1为：

38、

39、其中，i为流经发射线圈的电流；h为传输距离；μ0为真空磁导率；为流经发射线圈的电流的方向向量；l1、l2、l3、l4分别为矩形发射线圈的四条边。

40、直线导轨的矩形螺线接收线圈的长为2a，宽为2b，计算其在空间点p(x1,y1,h)处的磁感应强度bp2为：

41、

42、式中，μ0是真空磁导率，l1、l2、l3、l4分别代表矩形线圈的四条边；

43、优选地，投切控制模块内接收线圈和发射线圈的互感的计算如下：

44、

45、

46、式中，xcoil1为发射线圈微元位置；xcoil2为接收线圈微元位置；rlilj为li和lj上的微元距离；m为接收线圈与发射线圈间的总互感，mij代表li和lj之间的互感。

47、检测线圈在p处的感应电动势的有效值计算如下：

48、

49、其中，ep为检测线圈在p处的感应电动势；ep1为发射线圈激励的电动势；ep2为接收线圈激励的电动势。

50、优选地，导轨定位模块内将感应电压与空间感应电压进行比对，得到定位方程的公式：

51、

52、式中，δe为p处检测线圈与q处检测线圈的感应电动势的差值；d为检测线圈p与q之间的间距；im为流经发射线圈的电流幅值；ω0为流经发射线圈的电流的角速度；k为常系数；a为检测线圈面积。

53、优选地，导轨定位模块内利用牛顿迭代法对定位方程进行求解，得到定位结果的过程：

54、结合ep和eq所处的单调区间，使用牛顿迭代法解关于x1与x2的二元方程，两个根的平均值是负载中心位置关于x轴上的偏移量：

55、

56、式中，x1和x2是定位方程的数值解，δx是负载中心位置关于x轴上的偏移量；

57、优选地，投切控制模块内通过史密斯触发判断接收线圈是否位于发射线圈上方的过程：逆变器空载电流值经测试获得，记为i0，迟滞触发器的下限值记作inl，上限值记为inh，当检测电流iscan大于inh时，开启当前发射线圈；当检测电流小于inl时，关闭当前发射线圈，开启下一发射线圈，定位量δy与线圈边界a相等时，执行关闭当前发射线圈，开启下一发射线圈的投切控制。

58、在本发明的另一方面，为了达到上述目的，公开了一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器中并能够在处理器上运行的计算机程序，所述存储器中存储有能够在处理器上运行的计算机程序，所述处理器加载并执行计算机程序时，采用了如上所述的一种动态无线充电系统的定位与投切的控制方法。

59、本发明的有益效果：

60、(1)本发明所提出的定位与投切方法能够大幅减少检测线圈数量；

61、(2)本发明所提出的定位与投切方法能够避免发射端因安装过多检测线圈而造成的磁场污染问题；

62、(3)本发明所提出的定位与投切方法能够做到对负载的实时定位与投切控制。