基于波束形成原理的静止状态下纯电动汽车无线充电方法   0    0

本发明公开了一种基于波束形成原理的静止状态下纯电动汽车无线充电方法，用于解决现有电动车无线充电必须准确停放于指定位置，必须使发射线圈与接收线圈完全对准的缺陷。在停车位上铺设多个充电线圈，电动汽车车底部安装接收线圈。当电动汽车行停放在停车位上方时，其下方的充电线圈对其进行无线充电。本发明利用波束形成控制法控制多个充电线圈的电压/电流，使得接收线圈在一个较大范围内均能高效率地充电，解决了汽车无线充电对位置精度要求高的问题。并通过自动控制策略，实现了电动车无线充电、断电的全自动化。

1.一种基于波束形成原理的静止状态下纯电动汽车无线充电方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、由多个充电线圈组成的充电阵列均匀安装在停车位下方，安装在停车位中间；
充电线圈通过电压/电流变换器从输电总线上取得被调制过的电能；接收线圈安装在纯电动汽车底盘上，尺寸大小由电动汽车地盘面积决定；
步骤2、对每一个充电线圈加独立的交流电，线圈中的电压、电流检测装置测出当前线圈中的初始电压VT1…VTn、电流信息I1…In；
2
步骤3、算出充电线圈之间的互感Mik(i≠k)，共Cn个：
Mik为第i个和第k个充电线圈的互感，将第k个线圈的中的电压源断开形成开路；
当线圈i上加载电压VTi后，两个线圈间形成谐振耦合，虽然线圈k开路，线圈k上的电流为Ik＝0，但断开处的压降依然可以测得，记为VTk，因此有：
步骤4、接收线圈的总阻抗为预设值，但该阻抗的值会因为充电电池组的内阻变化而改变；因此在接收线圈与电池组之间加入一个阻抗匹配装置；
步骤5、基于步骤1和步骤2的充电模型列出如下的基尔霍夫矩阵方程：
矩阵方程中，Zi代表第i个充电线圈的总阻抗，ZR代表接收线圈的总阻抗；因为整个无线充电系统始终工作在谐振状态下，线圈内的电容、电感相抵消，电路成阻性，因此ZR＝jωLR+
1/jωCR+RL＝RL；
步骤6、将步骤2、3、4得到的参数代入所述基尔霍夫矩阵方程，即可求出充电线圈与接收线圈的互感值M1…M1n；
步骤7、应用波束形成无线充电算法处理互感值M1…M1n，Mi(1≤i≤n)；
步骤7.1、设参数mi，同时令
步骤7.2、设参数βi，令 其中 与mi互为复共轭，分母 表示的是从m1
到mn的绝对值的平方和；βi无量纲，为调整充电线圈中电流的系数；
步骤7.3、用βi乘以对应的充电线圈中的初始电流值Ii，得到βiIi，βiIi即为充电线圈i应该通入实现最大效率充电的电流大小；
步骤7.4、将新的电流βiIi重新代入基尔霍夫矩阵方程的第i行，即可求得实现最大充电效率的第i个充电线圈应输入电压值VTi；
重复步骤7.1‑7.4操作，即可求出所有的充电线圈的最优电压值VT1…VTn，将该最优电压值加载在相应充电线圈，此时整个无线充电处于最大效率状态下。

2.根据权利要求1所述的基于波束形成原理的静止状态下纯电动汽车无线充电方法，其特征在于还包括步骤8，充电线圈控制步骤：
步骤8.1、当停车位中没有车时，充电线圈与接收线圈未发生耦合，充电线圈中的电流较大；此时电流检测装置检测到较大的电流后，关闭传输系统，停止充电；
步骤8.2、当电动车需要充电时，接收线圈与发射线圈发生耦合，充电线圈中的电流减小；此时电流检测装置检测发现电流较低，开始传输系统，开始充电；
步骤8.3、当电动车充满时，接收线圈中电路保护装置断开，使得接收线圈开路；充电线圈中的电流变大，此时电流检测装置检测到较大的电流后，关闭传输系统，停止充电；
步骤8.4、当电动车驶离停车位时，接收线圈离开，充电线圈中的电流变大；此时电流检测装置检测到较大的电流后，关闭传输系统，停止充电。

3.根据权利要求1所述的基于波束形成原理的静止状态下纯电动汽车无线充电方法，其特征在于：所述的步骤4中，阻抗匹配装置，由Buck‑Boost电路构成，通过改变MOS管的占空比D改变电路的工作状态，从而改变Buck‑Boost电路的输入阻抗，进而改变总阻抗ZR；
控制方程为：

4.根据权利要求1所述的基于波束形成原理的静止状态下纯电动汽车无线充电方法，其特征在于：充电线圈尺寸以实际停车位大小决定，直径不小于1米。