CN112895927B - 用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质 - Google Patents
用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112895927B CN112895927B CN202110138816.0A CN202110138816A CN112895927B CN 112895927 B CN112895927 B CN 112895927B CN 202110138816 A CN202110138816 A CN 202110138816A CN 112895927 B CN112895927 B CN 112895927B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coil
- vehicle
- magnetic induction
- induction intensity
- secondary coil
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims abstract description 105
- HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N (3R,4R)-3,4-dihydroxycyclohexa-1,5-diene-1-carboxylic acid Chemical compound O[C@@H]1C=CC(C(O)=O)=C[C@H]1O HEZMWWAKWCSUCB-PHDIDXHHSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 19
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims description 12
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 7
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N (1s,3r,4e,6e,8e,10e,12e,14e,16e,18s,19r,20r,21s,25r,27r,30r,31r,33s,35r,37s,38r)-3-[(2r,3s,4s,5s,6r)-4-amino-3,5-dihydroxy-6-methyloxan-2-yl]oxy-19,25,27,30,31,33,35,37-octahydroxy-18,20,21-trimethyl-23-oxo-22,39-dioxabicyclo[33.3.1]nonatriaconta-4,6,8,10 Chemical compound C1C=C2C[C@@H](OS(O)(=O)=O)CC[C@]2(C)[C@@H]2[C@@H]1[C@@H]1CC[C@H]([C@H](C)CCCC(C)C)[C@@]1(C)CC2.O[C@H]1[C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](C)O[C@H]1O[C@H]1/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/C=C/[C@H](C)[C@@H](O)[C@@H](C)[C@H](C)OC(=O)C[C@H](O)C[C@H](O)CC[C@@H](O)[C@H](O)C[C@H](O)C[C@](O)(C[C@H](O)[C@H]2C(O)=O)O[C@H]2C1 PCTMTFRHKVHKIS-BMFZQQSSSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000012938 design process Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
- B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
- B60L53/12—Inductive energy transfer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/14—Inductive couplings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
- H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
- H02J50/12—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling of the resonant type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
- Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法，包括：获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；比较当前磁感应强度和目标磁感应强度，得到比较结果；根据比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。通过检测或预测获取车载副边线圈的当前磁感应强度和目标磁感应强度，在动态无线供电系统的输出能力改变时，通过调整地面原边线圈的励磁电流或者车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。本发明还公开了一种用于稳定动态无线供电输出功率的装置和存储介质。
Description
技术领域
本申请涉及轨道交通列车技术领域，特别涉及一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质。
背景技术
在车辆的动态无线供电系统中，由于公路路面不具备约束车载侧线圈位置的能力，当车载侧线圈与地面线圈发生水平或者竖直方向的移动时，会导致输出功率波动，导致车载侧系统频繁发生过压或欠压故障，严重时导致车载侧系统无法正常工作。
现有技术中，在DD线圈(8字形线圈)的基础上，将LCC拓扑中的电感使用发射线圈代替后，通过匹配的DD线圈、螺线管线圈与副边线圈的互感以及系统最优负载，提高系统的抗偏移能力。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：在线圈发生横向偏移，即螺线管线圈主磁通垂直方向偏移时，螺线管线圈与副边线圈的互感下降，导致输出电流减小，此外，由于LCC谐振拓扑中的电感参与功率输出，磁芯状态改变时，会导致系统无法工作在正常谐振点。
发明内容
本公开实施例提供了一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质，以在一定程度上解决车载侧线圈与地面线圈发生水平或者竖直方向的偏移，导致的车载侧系统输出功率波动的技术问题。
第一方面，提供了一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法，该方法包括：获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；比较所述当前磁感应强度和所述目标磁感应强度，得到比较结果；根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，通过预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度，包括：获取所述车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的相对位置和所述地面原边线圈的上一时刻励磁电流值，通过所述相对位置和所述上一时刻励磁电流值预测所述当前磁感应强度。
结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，通过建立位置模型获取所述车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的相对位置。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，通过以下公式，计算得到所述当前磁感应强度
其中，所述地面原边线圈的上一时刻励磁电流值为I，所述地面原边线圈的匝数为N，所述车载副边线圈中第一矩形线圈的匝数为n，所述车载副边线圈中第二矩形线圈的匝数为i，第n匝线圈的宽度的一半为an，第n匝线圈的长度的一半为bn，第i匝线圈的宽度的一半为ai，第i匝线圈的长度的一半为bi，所述车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的距离为d，所述车载副边线圈的线径宽度为w，所述车载副边线圈的匝间距为s，真空磁导率为μ0。
结合第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，包括：根据所述车载副边线圈的目标输出功率，得到所述车载副边线圈的输出电压需求；根据法拉第电磁感应定律和所述输出电压需求，得到所述车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度。
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，通过以下公式，计算得到所述车载副边线圈的目标磁感应强度B，
其中，最低输出电压为Vsecondary_min，线圈匝数为n，线圈等效面积为A，功率因数为β。
结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，包括：所述动态无线供电系统输出功率为某一值，所述当前磁感应强度小于所述目标磁感应强度时，增大所述地面原边线圈的励磁电流和/或减小受所述DCDC变流器调节的等效负载；所述动态无线供电系统输出功率为某一值，所述当前磁感应强度大于所述目标磁感应强度时，减小所述地面原边线圈的励磁电流和/或增大受所述DCDC变流器调节的等效负载。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，通过如下公式，增大或减小所述地面原边线圈的励磁电流，或，增大或减小受所述DCDC变流器调节的等效负载Req，稳定动态无线供电系统的输出功率Pdemand
其中，最低输出电压为Vsecondary_min，原、副边线圈互感为M，原边电流为I1，角频率为ω＝2πf，系统工作频率为f。
第二方面，提供了一种用于稳定动态无线供电输出功率的装置，包括：预处理模块，用于获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；计算模块，用于比较所述当前磁感应强度和所述目标磁感应强度，得到比较结果；调整模块，用于根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
第三方面，提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于稳定动态无线供电输出功率的方法。
本公开实施例提供的用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质，可以实现以下技术效果：
通过检测或预测获取车载副边线圈的当前磁感应强度和目标磁感应强度，可以对动态无线供电系统的输出能力进行准确判断，在动态无线供电系统的输出能力改变时，通过调整地面原边线圈的励磁电流，或者车载副边线圈的DCDC变流器，或者同时调整地面原边线圈的励磁电流和车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的动态无线供电系统的原理示意图；
图2是本公开实施例提供用于稳定如图1所示的动态无线供电系统输出功率的方法的流程示意图；
图3是本公开实施例提供的矩形线圈模型简化示意图；
图4是本公开实施例提供的如图1所示的动态无线供电系统的耦合线圈的三维模型示意图；
图5是本公开实施例提供的如图1所示的动态无线供电系统的耦合线圈建模示意图；
图6是本公开实施例提供的用于稳定如图1所示的动态无线供电输出功率的方法的另一流程示意图；
图7是本公开实施例提供的用于稳定如图1所示的动态无线供电输出功率的方法的另一流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。
在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
对于动态无线供电，一些研究工作者提出了一些电能传输的方法，具体如下：
第一种方法，在地面侧采用分级可控的补偿电容配合分段发射导轨线圈，通过控制切换开关保证接收线圈在过两个初级线圈中间位置时波动较小；
第二种方法，针对地面侧谐振拓扑提出一种多级补偿电路；
第三种方法，采用可调谐振电容对系统进行调频，通过BUCK电路稳定输出功率；
第四种方法，基于倍压整流，使系统输出电压与原副边线圈互感最大值成正比，解决动态无线供电系统在移动方向上的原副边互感波动导致的功率波动问题。
在实现本公开实施例的过程中发现，动态无线供电在应用中暴露的缺点一是发射线圈与接收线圈需要准确对中，若线圈发生横向偏移，地面系统不对励磁电流进行控制会直接导致耦合机构感应电压降低，导致车载侧系统过流；此外线圈之间的间距的变化导致实际应用中频繁误报过压或欠压故障，导致系统经常重新启动，导致动态能量拾取的损失。
图1是本公开实施例提供的动态无线供电系统的原理示意图。如图1所示，动态无线供电系统地面侧采用LCC谐振拓扑，车载侧线圈采用SS串联谐振拾取电能，车辆在移动过程中，由铺设的原边线圈轨道提供电能，车载侧副边线圈通过电磁感应获取电能后，为车辆供电。对于轨道车辆，获取的电能可以为车辆牵引辅助和车载设备等供电。车载侧副边线圈通过电磁感应获取的感应电压，通过整流模块后输入DCDC模块然后输入至牵引变流器和辅助逆变器，其中，DCDC模块包括，多个供电装置(Power Unit，简称PU)，多个PU分别与多个整流模块连接，用于接收多个车载副边线圈感应的电能，PU1、PU2……PUn并联输出。这样，地面侧线圈采用LCC谐振拓扑，使得原边线圈的励磁电流恒定，且不受负载大小的影响。将本公开实施例提供的动态无线供电系统应用于储能式轨道交通车辆牵引供电系统时，功率等级较大，可以将车载副边系统采用分布式谐振，可以降低器件的电压压力。
图2是本公开实施例提供用于稳定如图1所示的动态无线供电系统输出功率的方法的流程示意图。如图2所示，本公开实施例提供了一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法，该方法，包括：步骤S13：获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；步骤S14：比较所述当前磁感应强度和所述目标磁感应强度，得到比较结果；步骤S15：根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
本公开实施例提供的用于稳定动态无线供电输出功率的方法，可以实现以下技术效果：通过获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，和，检测得到的当前磁感应强度或者车载副边线圈的相对位移变化量，当系统原、副边线圈发生相对位移时，通过相对位置的坐标信息，估算发生位移后的系统原、副边线圈的磁感应强度，获取系统功率输出能力，通过调整地面原边线圈的励磁电流，或者车载副边线圈的DCDC变流器，或者同事调整地面原边线圈的励磁电流和车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
在一些实施例中，获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度，包括：通过检测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度。通过设置传感器，检测车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度，可以更加准确地获取车载副边线圈预设位置处的磁感应强度。
在一些实施例中，获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度，包括：获取车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的相对位置和地面原边线圈的上一时刻励磁电流值，通过相对位置和上一时刻励磁电流值得到当前磁感应强度。通过位置建模获取相对位置，可以实现与传感器检测磁感应强度准确度相当的技术效果。
在一些实施例中，通过建立位置模型获取车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的相对位置。具体包括，建立矩形线圈模型；对动态无线供电系统的耦合机构进行建模分析。图3是本公开实施例提供的矩形线圈模型简化示意图。如图3-1所示，矩形线圈中，线圈的线径宽度为w，若导线为圆形截面，则w为导线直径；线圈的匝间距为s，矩形线圈最外侧对应的长度为2an，矩形线圈最外侧对应的宽度为2bn，对图3-1中的矩形线圈进行简化后，得到如图3-2所示的简化后的矩形线圈，矩形线圈包括n匝，n＝1,2,3，…。第n匝线圈的长度为2×(a-(n-1)×(w+s))，第n匝线圈的宽度为2×(b-(n-1)×(w+s))。
本公开实施例中，对动态无线供电系统的耦合机构进行建模分析。车载副边线圈采用DD型线圈，在建模分析过程中，由于DD型线圈具有对称性，对单D线圈在地面原边线圈轨道的作用下产生的磁感应强度进行分析计算。图4是本公开实施例提供的如图1所示的动态无线供电系统的耦合线圈的三维模型示意图。图5是本公开实施例提供的如图1所示的动态无线供电系统的耦合线圈建模示意图。如图4所示，地面侧发射线圈为41，车载侧线圈为42。
如图5所示，在一些实施例中，Coil_1线圈为双矩形线圈，且为发射线圈，Coil_2线圈为接收线圈中的第一矩形线圈，本公开实施例以第一矩形线圈为例对动态无线供电耦合线圈的关系进行说明，接收线圈还包括第二矩形线圈。Coil_1在接收线圈Coil_2中任一点P(x，y，z)处的磁感应强度，主要受Coil_1中的各段导线的影响，P点产生的磁感应强度通过
和
进行表示。其中，接收线圈Coil_2中某点的磁感应强度主要受与其正对线圈ABCD的影响，此外，在同一时刻，导线EH段对Coil_2所包围的区域中某点的磁感应强度也具有增强作用，导线EF、FG和GH段对Coil_2所包围的区域中某点的磁感应强度具有减弱作用。在实际应用中，若上下线圈处于同轴正对的状态时，EF、FG和GH三段导线对Coil_2的影响较弱，可以忽略。可以得到：
其中，原边电流为I，真空磁导率为μ0。当第一矩形线圈在y轴方向发生偏移时，EF、FG和GH三段导线对线圈Coil_2所包围区域内的磁感应强度的减弱影响会增大，从而导致输出功率能力降低。因此，EF、FG和GH位置处的导线的影响不能忽略，设计过程中考虑系统的偏移能力时该因素有着至关重要的影响，本公开实施例主要目的在于提供一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法，对于耦合机构的抗偏移设计不进行具体展开。
在一些实施例中，接收线圈中的第二矩形线圈的各段导线，在线圈区域中的磁感应强度，可以通过带入E、F、G和H各点的坐标至公式(1)至(5)中得到。
本公开实施例中，以副边接收线圈中的第一矩形线圈的中心点M(0，0，d)为例进行分析，可以得到平行于Z轴的磁密分量分别为
和
各段导线在M点的磁通密度的矢量和为
可以得到：
可以得到通过以下公式，计算得到当前磁感应强度
其中，地面原边线圈的上一时刻励磁电流值为I，地面原边线圈的匝数为N，车载副边线圈中第一矩形线圈的匝数为n，车载副边线圈中第二矩形线圈的匝数为i，第n匝线圈的宽度的一半为an，第n匝线圈的长度的一半为bn，第i匝线圈的宽度的一半为ai，第i匝线圈的长度的一半为bi，车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的距离为d，车载副边线圈的线径宽度为w，车载副边线圈的匝间距为s，真空磁导率为μ0。
同理，可以得到，当车载副边线圈中的第二矩形线圈正对原边线圈EFGH时，将E、F、G和H的坐标带入公式(6)至(12)中，可以得到车载副边线圈内的磁感应强度的计算公式。车载副边线圈采用DD线圈，具有对称性，此处对第一矩形线圈在地面原边线圈轨道的磁感应强度进行的分析，同样适用于第二矩形线圈。
当车载副边线圈产生偏移时，第一矩形线圈的磁感应强度和第二矩形线圈的磁感应强度，产生不同程度的下降，可以得到磁感应强变化量
其中，Δx，Δy，Δz，表示车载副边线圈相对与地面原边线圈的偏移量，ΔI为励磁电流。可以在地面原边线圈预设位置处安装位置传感器，这样，在车载副边线圈发生偏移或者距离变化时，通过动态无线供电系统地面侧设备调整励磁电流，即可保证车载侧设备的稳定工作。
通过本公开实施例提供的用于稳定动态无线供电输出功率的方法，可以检测车载线圈偏移的程度，计算得到预测的车载副边线圈预设位置处的磁感应强度，或者直接检测车载副边线圈预设位置处的磁感应强度，根据公式(12)和(13)调整车载侧的DCDC或者地面侧线圈的励磁电流，使得车载侧系统能够保证输出功率的稳定。这样，可以通过检测或者预测的方式获取车载副边线圈的当前磁感应强度，结合目标磁感应强度，可以对动态无线供电系统的输出能力进行准确判断，在动态无线供电系统发生由于车载副边线圈相对地面原边线圈的位置偏移，导致系统输出能力改变时，通过调整地面原边线圈的励磁电流或者车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
图6是本公开实施例提供的用于稳定如图1所示的动态无线供电输出功率的方法的另一流程示意图。如图6所示，在一些实施例中，获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，包括：步骤S11：根据车载副边线圈的目标输出功率，得到车载副边线圈的输出电压需求；步骤S12：根据法拉第电磁感应定律和输出电压需求，得到车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度。这样，可以得到结合某气隙下功率输出的目标磁感应强度。具体包括：根据目标输出功率、电流最大值、效率和功率因数，计算在电流极限情况下的车载副边线圈感应电压Vsecondary_min，根据法拉第电磁感应定律，可以得到感应电动势ε，
其中，感应线圈匝数为n，车载副边线圈的目标磁感应强度为Baim，功率因数为β，此处微分后的a表示面积。
在一些实施例中，通过以下公式，计算得到车载副边线圈的目标磁感应强度Baim，
其中，线圈等效面积为A。通过毕奥-萨法尔定律可以计算得到地面原边线圈在某一电流值激励下，在车载副边线圈区域内某一点的磁感应强度。通过计算目标磁感应强度的公式，可以得到车载副边线圈维持稳定工作所需的磁感应强度。
在一些实施例中，根据比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或车载副边线圈的DCDC变流器，包括：动态无线供电系统输出功率为某一值，当前磁感应强度小于目标磁感应强度时，增大地面原边线圈的励磁电流和/或减小受DCDC变流器调节的等效负载；动态无线供电系统输出功率为某一值，当前磁感应强度大于目标磁感应强度时，减小地面原边线圈的励磁电流和/或增大受DCDC变流器调节的等效负载。
在一些实施例中，通过如下公式，增大或减小地面原边线圈的励磁电流，或，增大或减小受DCDC变流器调节的等效负载Req，稳定动态无线供电系统的输出功率Pdemand
其中，最低输出电压为Vsecondary_min，原、副边线圈互感为M，原边电流为I1，角频率为ω＝2πf，系统工作频率为f。Vsecondary_min主要由系统原、副边线圈互感，即线圈相对位置和系统的目标功率决定。I1在本公开实施例所用拓扑LCC谐振补偿拓扑中为恒流输出。根据公式(16)可以得到，当原、副边线圈的相对位置发生变化后，可以通过调节DCDC改变系统等效负载Req，满足系统的输出功率Pdemand的稳定，但是当互感过大或过小时，无法单一通过调节DCDC占空比失效功率输出稳定，此时需要调节原边电流相应增大或降低副边线圈输出电压Vsecondary_min，实现输出功率的稳定。原边电流I1的调节可通过本公开实施例的检测与预测获取车载副边线圈的当前磁感应强度的方法实现闭环调节，从而实现系统输出功率的稳定。
图7是本公开实施例提供的用于稳定如图1所示的动态无线供电输出功率的方法的另一流程示意图。如图7所示，在一些实施例中，步骤S21，包括：根据公式(12)，计算得到地面侧线圈目标励磁电流值，或者，在地面侧输入车载侧预设位置M处工作所需的目标磁感应强度Baim；步骤S22，包括：动态无线供电系统初始目标励磁电流值为系统启动时的励磁电流I(t0)，系统启动工作；步骤S23，包括：系统开始工作后，检测车载侧预设位置与地面侧预设位置的相对位置Δx，Δy，Δz，根据相对位置和上一时刻的励磁电流值I(t-1)，计算t时刻车载侧预设位置处的磁感应强度BM(t)，更新车载侧预设位置的坐标和车载侧预设位置处的磁感应强度BM(t)；或者，通过检测获取车载侧预设位置处的磁感应强度BM(t)；步骤S24，包括：比较Baim和BM(t)的大小，当BM(t)＜Baim时，根据公式(12)和(13)对励磁电流值I(t+1)进行计算，更新励磁电流值；当BM(t)≥Baim时，转入步骤S23。
本公开实施例还提供了一种用于稳定动态无线供电输出功率的装置，包括：预处理模块，用于获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；计算模块，用于比较当前磁感应强度和目标磁感应强度，得到比较结果；调整模块，用于根据比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
本公开实施例还提供了一种用于稳定动态无线供电输出功率的装置，包括：处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述的用于稳定动态无线供电输出功率的方法。
本公开实施例还提供了一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序包括程序指令，程序指令当被处理器执行时使处理器执行前述的用于稳定动态无线供电输出功率的方法。
本公开实施例提供的用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质，以车载侧线圈感应耦合过程中的磁感应强度为指标，通过直接的磁场检测或线圈的相对位置检测，更新线圈移动过程中磁感应强度检测值，最后通过控制车载侧DCDC变流器或地面侧原边线圈的励磁电流，为动态无线供电系统的稳定功率输出提供了一种新的技术方案，车载侧线圈工作中的磁感应强度直接决定系统输出的关键指标，通过对线圈磁感应强度的检测或预测能够对系统的输出能力进行准确的判断。
前述内容，仅是本发明的较佳实施例，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于稳定动态无线供电输出功率的方法，其特征在于，包括：
获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；
比较所述当前磁感应强度和所述目标磁感应强度，得到比较结果；
根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率；
通过预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度的方法，包括：
获取所述车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的相对位置和所述地面原边线圈的上一时刻励磁电流值，通过所述相对位置和所述上一时刻励磁电流值预测所述当前磁感应强度；
通过建立位置模型获取所述车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的相对位置；
通过以下公式，计算得到预测的所述当前磁感应强度
其中，所述地面原边线圈的上一时刻励磁电流值为I，所述地面原边线圈的匝数为N，所述车载副边线圈中第一矩形线圈的匝数为n，所述车载副边线圈中第二矩形线圈的匝数为i，第n匝线圈的宽度的一半为an，第n匝线圈的长度的一半为bn，第i匝线圈的宽度的一半为ai，第i匝线圈的长度的一半为bi，所述车载副边线圈预设位置相对于地面原边线圈预设位置的距离为d，所述车载副边线圈的线径宽度为w，所述车载副边线圈的匝间距为s，真空磁导率为μ0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，包括：
根据所述车载副边线圈的目标输出功率，得到所述车载副边线圈的输出电压需求；
根据法拉第电磁感应定律和所述输出电压需求，得到所述车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下公式，计算得到所述车载副边线圈的目标磁感应强度B，
其中，最低输出电压为Vsecondary_min，线圈匝数为n，线圈等效面积为A，功率因数为β。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，包括：
所述动态无线供电系统输出功率为某一值，所述当前磁感应强度小于所述目标磁感应强度时，增大所述地面原边线圈的励磁电流和/或减小受所述DCDC变流器调节的等效负载；
所述动态无线供电系统输出功率为某一值，当前磁感应强度大于所述目标磁感应强度时，减小所述地面原边线圈的励磁电流和/或增大受所述DCDC变流器调节的等效负载。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下公式，增大或减小所述地面原边线圈的励磁电流，或，增大或减小受所述DCDC变流器调节的等效负载Req，稳定动态无线供电系统的输出功率Pdemand
其中，最低输出电压为Vsecondary_min，原、副边线圈互感为M，原边电流为I1，角频率为ω＝2πf，系统工作频率为f。
6.一种用于稳定动态无线供电输出功率的装置，可用于执行权利要求1至5中任意一项所述的用于稳定动态无线供电输出功率的方法，其特征在于，包括：
预处理模块，用于获取车载副边线圈预设位置处的目标磁感应强度，通过检测或者预测获取车载副边线圈预设位置处的当前磁感应强度；
计算模块，用于比较所述当前磁感应强度和所述目标磁感应强度，得到比较结果；
调整模块，用于根据所述比较结果，调整地面原边线圈的励磁电流和/或所述车载副边线圈的DCDC变流器，稳定动态无线供电系统的输出功率。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至5中任一项所述的用于稳定动态无线供电输出功率的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110138816.0A CN112895927B (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110138816.0A CN112895927B (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112895927A CN112895927A (zh) | 2021-06-04 |
| CN112895927B true CN112895927B (zh) | 2022-05-10 |
Family
ID=76122665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110138816.0A Active CN112895927B (zh) | 2021-02-01 | 2021-02-01 | 用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112895927B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117688886B (zh) * | 2024-02-02 | 2024-04-30 | 中国人民解放军陆军装甲兵学院 | 一种无线电能传输系统补偿电路参数优化方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102856964A (zh) * | 2012-10-10 | 2013-01-02 | 中国矿业大学 | 电动汽车三相无线充电系统及其充电方法 |
| CN106232416A (zh) * | 2014-04-18 | 2016-12-14 | 高通股份有限公司 | 用于包括间距短于拾音线圈的多个充电线圈的车辆的电感性电源 |
| CN107199901A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-26 | 南京农业大学 | 一种法线式多线圈聚磁的电动汽车无线充电装置 |
| CN107528389A (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-29 | 现代自动车株式会社 | 线圈对准方法和使用该方法的电动车辆无线电力传输装置 |
| CN107571753A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-12 | 江苏大学 | 一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法 |
| CN107872080A (zh) * | 2016-09-27 | 2018-04-03 | 福特全球技术公司 | 用于传送充电设备的动态充电属性的系统和方法 |
| CN108448740A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-08-24 | 武汉理工大学 | 动态无线能量传输电路系统及其原边多线圈实时切换方法 |
| CN108767956A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-11-06 | 浙江中创天成科技有限公司 | 一种动态无线电能传输系统及其无源控制方法 |
| CN109664793A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-23 | 国网江苏省电力有限公司 | 一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法 |
| CN110214403A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-09-06 | 美敦力公司 | 植入的医疗装置的再充电 |
| CN110293860A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-10-01 | 北京有感科技有限责任公司 | 电动汽车无线充电线圈引导对准装置及对准方法 |
| CN111591153A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-28 | 南京理工大学 | 一种用于停车场的自适应配置无线充电系统及规划方法 |
| JP2020141476A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 株式会社デンソー | 走行中非接触給電システム |
-
2021
- 2021-02-01 CN CN202110138816.0A patent/CN112895927B/zh active Active
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102856964A (zh) * | 2012-10-10 | 2013-01-02 | 中国矿业大学 | 电动汽车三相无线充电系统及其充电方法 |
| CN106232416A (zh) * | 2014-04-18 | 2016-12-14 | 高通股份有限公司 | 用于包括间距短于拾音线圈的多个充电线圈的车辆的电感性电源 |
| CN107528389A (zh) * | 2016-06-16 | 2017-12-29 | 现代自动车株式会社 | 线圈对准方法和使用该方法的电动车辆无线电力传输装置 |
| CN107872080A (zh) * | 2016-09-27 | 2018-04-03 | 福特全球技术公司 | 用于传送充电设备的动态充电属性的系统和方法 |
| CN110214403A (zh) * | 2017-01-26 | 2019-09-06 | 美敦力公司 | 植入的医疗装置的再充电 |
| CN107199901A (zh) * | 2017-05-25 | 2017-09-26 | 南京农业大学 | 一种法线式多线圈聚磁的电动汽车无线充电装置 |
| CN107571753A (zh) * | 2017-09-07 | 2018-01-12 | 江苏大学 | 一种基于电动公交车停靠过程的动态无线充电自动对准系统及其控制方法 |
| CN108448740A (zh) * | 2018-03-13 | 2018-08-24 | 武汉理工大学 | 动态无线能量传输电路系统及其原边多线圈实时切换方法 |
| CN108767956A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-11-06 | 浙江中创天成科技有限公司 | 一种动态无线电能传输系统及其无源控制方法 |
| CN109664793A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-04-23 | 国网江苏省电力有限公司 | 一种基于地感线圈的无线充电汽车位置的监测方法 |
| JP2020141476A (ja) * | 2019-02-28 | 2020-09-03 | 株式会社デンソー | 走行中非接触給電システム |
| CN110293860A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-10-01 | 北京有感科技有限责任公司 | 电动汽车无线充电线圈引导对准装置及对准方法 |
| CN111591153A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-28 | 南京理工大学 | 一种用于停车场的自适应配置无线充电系统及规划方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 无通讯模块无线充电系统的控制策略研究;杨鹏;《电测与仪表》;20190117;115-120 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112895927A (zh) | 2021-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tavakoli et al. | Analysis, design, and demonstration of a 25-kW dynamic wireless charging system for roadway electric vehicles | |
| JP6394632B2 (ja) | ワイヤレス電力伝送システム | |
| US20210143684A1 (en) | Contactless power feeding apparatus and contactless power feeding system | |
| Dashora et al. | Analysis and design of DD coupler for dynamic wireless charging of electric vehicles | |
| JPWO2014171255A1 (ja) | 非接触給電システム | |
| JP2013183496A (ja) | 電力伝送システム | |
| CN112895927B (zh) | 用于稳定动态无线供电输出功率的方法、装置和存储介质 | |
| WO2014125698A1 (ja) | 受電装置及び非接触給電装置 | |
| WO2014027533A1 (ja) | 電源装置および車載用電源装置 | |
| WO2015043250A1 (zh) | 一种电动装置无线电能传输系统的控制方法及装置 | |
| CN110228378B (zh) | 一种用于电动汽车无线充电的双侧多环控制方法 | |
| CN108494031B (zh) | 一种非接触电能传输装置及位置检测方法 | |
| Zhao et al. | Constant output voltage and non-communication-based maximum efficiency tracking for wireless power transfer systems: Single current control of primary-side | |
| CN111404281B (zh) | 一种无线充电效率优化方法以及装置 | |
| Chen et al. | Transmission range extension strategy of parity–time‐symmetry‐based wireless power transfer system by a boost converter | |
| EP4080529A1 (en) | Contactless power feeding device | |
| Deng et al. | A Method Based on Vector-Summing to Reduce Output Power Fluctuation for EV-DWPT System With the Passive LC Network | |
| Kavitha et al. | Comprehensive mathematical modelling and experimental analysis of a wireless power transfer system for neighborhood electric vehicles | |
| Li et al. | Variable-inductor based tuning method for multiple-relay wireless power transfer system in composite insulator | |
| JP2020156307A (ja) | 非接触給電装置 | |
| CN112737071B (zh) | 电动汽车无线充电系统及其副边控制方法 | |
| CN108282031B (zh) | 一种非接触电能传输装置及绕组结构辨识方法 | |
| Lee et al. | Wireless power transfer for mobile robot with capacity optimization and dynamic protection considerations | |
| Zou et al. | Axial and radial offset characteristics of high temperature superconducting wireless power transfer system | |
| CN207939268U (zh) | 一种非接触电能传输装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |