本發(fā)明涉及無線供電系統(tǒng)
技術領域：
，具體涉及一種電動汽車無線供電系統(tǒng)的分段導軌軟切換方法。
背景技術：
：環(huán)境污染和能源短缺問題成為日益嚴重的世界性難題，純電動汽車被認為是解決該難題的有效策略。隨著電動汽車的不斷普及，充電難問題逐漸顯現(xiàn)。目前電動汽車普遍采用接觸式充電方式，該充電方式存在著易漏電，接觸損耗，機械磨損等弊端，并且電動汽車存在著續(xù)航里程短，電池成本高等問題，這些都極大限制了電動汽車的發(fā)展與推廣。在這種背景下，非接觸式傳能的無線供電技術展現(xiàn)了其固有的優(yōu)勢，解決了制約電動汽車發(fā)展的瓶頸問題。由于單級導軌存在效率低、系統(tǒng)輸入容量大等問題，無線供電系統(tǒng)多采用分段導軌的供電模式。針對分段導軌連續(xù)硬切換模式下切換開關應力大、控制系統(tǒng)體積大等問題。分段導軌在連續(xù)切換模式下，目前一般采用硬切換方法，如圖1所示，即在原邊諧振網絡(諧振電感LN，諧振電容CN串聯(lián)組成的網絡)上并聯(lián)一個放電回路(RN,SN)，當電動汽車駛離導軌L1時，開通繼電器K2，導軌L2導通，并控制繼電器S1開通，K1關斷，斷開導軌L1并釋放導軌L1中的能量。上述方法中，需要額外添加一個繼電器SN，一個放電電阻RN，且放電電阻散熱也是系統(tǒng)設計必須考慮的問題。硬切換方法切換開關應力大，易損壞，增加了系統(tǒng)體積與成本等不足之處。技術實現(xiàn)要素：本申請通過提供一種電動汽車無線供電系統(tǒng)的分段導軌軟切換方法，在不需要外加電路的情況下，通過控制逆變網絡開關管的開通與關斷，實現(xiàn)導軌能量的自由振蕩，完成導軌的軟切換。本申請采用以下技術方案予以實現(xiàn)：一種電動汽車無線供電系統(tǒng)的分段導軌軟切換方法，所述電動汽車無線供電系統(tǒng)包括準電壓源、脈沖發(fā)生電路、由第一開關、第二開關、第三開關和第四開關組成的全橋逆變網絡、由諧振電容Cp和諧振電感Lp串聯(lián)組成的原邊諧振網絡、由拾取線圈Ls和拾取電容Cs串聯(lián)組成的副邊諧振網絡、能量變換控制網絡及負載，其中，分段導軌軟切換方法的具體步驟包括：步驟1：電動汽車行駛在導軌N上；步驟2：判斷電動汽車是否駛離導軌N的切換域，如果是，則進入步驟3，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟2；步驟3：將導軌N中的所述全橋逆變網絡中的第一開關和第三開關關斷，第二開關和第四開關導通，使得導軌N中的能量通過第二開關和第四開關的旁通二極管以及第四開關和第二開關的旁通二極管進行自由振蕩，以耗散導軌N中能量；步驟4：判斷導軌N的能量是否耗盡，即檢測導軌N中母線電流是否為0，如果是，則進入步驟5，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟4；步驟5：通過切換開關關閉導軌N，開通導軌N+1，逆變網絡恢復正常供電模式。進一步地，步驟3中自由振蕩工作模式下的電感電流為：ip(t)=Cpdup(t)dt=ωpLpωe-αtcos(ωt+θ)]]>式中，Cp為諧振電容，up(t)為諧振電容電壓，ωp為原邊諧振網絡的固有諧振頻率，Lp為諧振電感，ω為系統(tǒng)工作頻率，α為阻尼系數(shù)，步驟4中所述無線供電系統(tǒng)的母線電流為0，即當電感電流ip(t)＝0時，計算出時間t，即為全橋逆變網絡中第一開關和第三開關關斷，第二開關和第四開關導通的時間。作為一種優(yōu)選的技術方案，第一開關、第二開關、第三開關和第四開關為IGBT。與現(xiàn)有技術相比，本申請?zhí)峁┑募夹g方案，具有的技術效果或優(yōu)點是：(1)不需要增加額外的放電回路，減少了系統(tǒng)設計的體積與成本；(2)軟切換使得系統(tǒng)整個回路中不會出現(xiàn)電流尖峰，最大程度的降低了切換開關的應力，減少了開關損耗。附圖說明圖1分段導軌硬切換電路示意圖；圖2為無線供電系統(tǒng)拓撲圖；圖3為分段導軌無線供電系統(tǒng)示意圖；圖4為自由振蕩工作模式的等效電路圖；圖5為分段導軌軟切換方法的流程圖。具體實施方式本申請實施例通過提供一種電動汽車無線供電系統(tǒng)的分段導軌軟切換方法，在不需要外加電路的情況下，通過控制逆變網絡開關管的開通與關斷，實現(xiàn)導軌能量的自由振蕩，完成導軌的軟切換。為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式，對上述技術方案進行詳細的說明。實施例一種電動汽車無線供電系統(tǒng)的分段導軌軟切換方法，所述電動汽車無線供電系統(tǒng)采用SS型補償拓撲，如圖2所示，包括準電壓源、脈沖發(fā)生電路、由第一開關、第二開關、第三開關和第四開關組成的全橋逆變網絡、由諧振電容Cp和諧振電感Lp串聯(lián)組成的原邊諧振網絡、由拾取線圈Ls和拾取電容Cs串聯(lián)組成的副邊諧振網絡、能量變換控制網絡及負載，其中，所述準電壓與所述全橋逆變網絡連接，為所述全橋逆變網絡提供直流電，所述脈沖發(fā)生電路與所述全橋逆變網絡連接，輸出控制脈沖來控制所述全橋逆變網絡的輸出波形，所述全橋逆變網絡與所述原邊諧振網絡連接，輸出方波電壓給所述原邊諧振網絡，所述副邊諧振網絡接收所述原邊諧振網絡輸出的正弦電壓，所述副邊諧振網絡通過所述能量變換控制網絡與負載連接，將正弦電壓經過整流、穩(wěn)壓、濾波及電能變換后輸出給負載。所述第一開關包括IGBT絕緣柵雙極晶體管S1和反并聯(lián)的二極管D1，所述第二開關包括IGBT絕緣柵雙極晶體管S2和反并聯(lián)的二極管D2，所述第三開關包括IGBT絕緣柵雙極晶體管S3和反并聯(lián)的二極管D3，所述第四開關包括IGBT絕緣柵雙極晶體管S4和反并聯(lián)的二極管D4，其中，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S1的發(fā)射極與所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S2的集電極連接，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S3的發(fā)射極與所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S4的集電極連接，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S1的集電極與所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S3的集電極連接，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S1的發(fā)射極與所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S4的集電極連接，所有二極管的正極均與對應IGBT絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極連接，所有二極管的負極均與對應IGBT絕緣柵雙極晶體管的集電極連接，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管的門極均與所述脈沖發(fā)生電路連接，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S1的發(fā)射極作為所述全橋逆變網絡的第一輸出端，所述IGBT絕緣柵雙極晶體管S3的發(fā)射極作為所述全橋逆變網絡的第二輸出端。分段導軌無線供電系統(tǒng)是指電能變換裝置根據實際情況導通一段或多段導軌，每一段導軌都有相應的開關器件控制其工作狀態(tài)，只有當電動汽車的拾取機構(即副邊諧振網絡)位于導軌上方時，該段導軌才會導通供電，其他導軌處于待機狀態(tài)，分段導軌無線供電系統(tǒng)結構框圖如圖3所示。分段導軌模式降低了導軌的內阻，提高了系統(tǒng)整體效率，同時較大程度地降低了電磁輻射，故分段導軌比單級導軌更具有實用性。電動汽車無線供電系統(tǒng)中通過控制2個開關對(S1，S4)和(S2，S3)以互補的形式產生方波逆變輸出。系統(tǒng)正常工作時，電動汽車從某一段導軌駛向下一段導軌時，存在導軌換流的問題。其中一種方案為檢測電動汽車從某一導軌駛向下一導軌的切換域時，直接開通下一導軌，然后斷開之前的導軌，該換流方式稱之為硬切換。硬切換方式最大的不足之處是需要一個額外的放電電路，釋放上一段導軌中的能量。另一方案是當系統(tǒng)供電母線的電流為零時進行換流，稱之為軟切換。軟切換方案中當檢測到電動汽車即將駛離某一段導軌的切換域時，控制全橋逆變網絡中的第一開關和第三開關關斷，第二開關和第四開關導通，導軌中能量通過開關對S2，D4和S4，D2進行自由振蕩，耗散導軌中的能量，其工作原理如圖4所示(虛線表示開關管關斷)。如圖5所示，分段導軌軟切換方法的具體步驟包括：步驟1：電動汽車行駛在導軌N上；步驟2：判斷電動汽車是否駛離導軌N的切換域，如果是，則進入步驟3，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟2；步驟3：將導軌N中的所述全橋逆變網絡中的第一開關和第三開關關斷，第二開關和第四開關導通，使得導軌N中的能量通過第二開關和第四開關的旁通二極管以及第四開關和第二開關的旁通二極管進行自由振蕩，以耗散導軌N中能量；步驟4：判斷導軌N的能量是否耗盡，即檢測導軌N中母線電流是否為0，如果是，則進入步驟5，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟4；步驟5：通過切換開關關閉導軌N，開通導軌N+1，逆變網絡恢復正常供電模式。導軌軟切換方案不需要增加額外的放電回路，并在系統(tǒng)整個回路中不會出現(xiàn)電流尖峰，降低了切換開關的應力要求。進一步地，步驟3中自由振蕩工作模式下電容電壓的微分方程為：d2up(t)dt2+ZxLpdup(t)dt+1LpCpup(t)=0]]>Zx＝Zr+Rp式中，up(t)為諧振電容電壓，Zr為反射阻抗，Rp為諧振電感Lp的內阻。假設系統(tǒng)初始條件為up(t)|t＝0＝0，ip(t)|t＝0＝1/Lp，dup(t)/dt|t＝0＝1/LpCp，則諧振電容電壓為：式中，ωp為原邊諧振網絡的固有諧振頻率，ω為系統(tǒng)工作頻率，α為阻尼系數(shù)，它們的表達式分別為：α=Zx2Lpωp=1LpCpω=ωp2-α2]]>由上式聯(lián)合得到自由振蕩的電感電流為：ip(t)=Cpdup(t)dt=ωpLpωe-αtcos(ωt+θ)]]>式中，Cp為諧振電容，up(t)為諧振電容電壓，ωp為原邊諧振網絡的固有諧振頻率，Lp為諧振電感，ω為系統(tǒng)工作頻率，α為阻尼系數(shù)，步驟4中所述無線供電系統(tǒng)的母線電流為0，即當電感電流ip(t)＝0時，計算出時間t，即為全橋逆變網絡中第一開關和第三開關關斷，第二開關和第四開關導通的時間。本申請的上述實施例中，通過提供一種電動汽車無線供電系統(tǒng)的分段導軌軟切換方法，當判斷電動汽車駛離導軌N的切換域后，通過控制逆變網絡開關管的通斷，實現(xiàn)導軌N能量的自由振蕩，待導軌N的能量耗盡時，通過切換開關關閉導軌N，開通導軌N+1，逆變網絡恢復正常供電模式，該導軌軟切換的方法，不需要增加額外的放電電路，減少了控制系統(tǒng)的體積，并在系統(tǒng)整個回路中不會出現(xiàn)電流尖峰，降低了切換開關的應力要求。應當指出的是，上述說明并非是對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本
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的普通技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化、改性、添加或替換，也應屬于本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3