本發(fā)明涉及無(wú)線供電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)的分段導(dǎo)軌軟切換方法。
背景技術(shù)：
：環(huán)境污染和能源短缺問(wèn)題成為日益嚴(yán)重的世界性難題，純電動(dòng)汽車被認(rèn)為是解決該難題的有效策略。隨著電動(dòng)汽車的不斷普及，充電難問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)。目前電動(dòng)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(jī)械磨損等弊端，并且電動(dòng)汽車存在著續(xù)航里程短，電池成本高等問(wèn)題，這些都極大限制了電動(dòng)汽車的發(fā)展與推廣。在這種背景下，非接觸式傳能的無(wú)線供電技術(shù)展現(xiàn)了其固有的優(yōu)勢(shì)，解決了制約電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。由于單級(jí)導(dǎo)軌存在效率低、系統(tǒng)輸入容量大等問(wèn)題，無(wú)線供電系統(tǒng)多采用分段導(dǎo)軌的供電模式。針對(duì)分段導(dǎo)軌連續(xù)硬切換模式下切換開(kāi)關(guān)應(yīng)力大、控制系統(tǒng)體積大等問(wèn)題。分段導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)(諧振電感LN，諧振電容CN串聯(lián)組成的網(wǎng)絡(luò))上并聯(lián)一個(gè)放電回路(RN,SN)，當(dāng)電動(dòng)汽車駛離導(dǎo)軌L1時(shí)，開(kāi)通繼電器K2，導(dǎo)軌L2導(dǎo)通，并控制繼電器S1開(kāi)通，K1關(guān)斷，斷開(kāi)導(dǎo)軌L1并釋放導(dǎo)軌L1中的能量。上述方法中，需要額外添加一個(gè)繼電器SN，一個(gè)放電電阻RN，且放電電阻散熱也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的問(wèn)題。硬切換方法切換開(kāi)關(guān)應(yīng)力大，易損壞，增加了系統(tǒng)體積與成本等不足之處。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本申請(qǐng)通過(guò)提供一種電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)的分段導(dǎo)軌軟切換方法，在不需要外加電路的情況下，通過(guò)控制逆變網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌能量的自由振蕩，完成導(dǎo)軌的軟切換。本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)的分段導(dǎo)軌軟切換方法，所述電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)包括準(zhǔn)電壓源、脈沖發(fā)生電路、由第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)組成的全橋逆變網(wǎng)絡(luò)、由諧振電容Cp和諧振電感Lp串聯(lián)組成的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)、由拾取線圈Ls和拾取電容Cs串聯(lián)組成的副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、能量變換控制網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載，其中，分段導(dǎo)軌軟切換方法的具體步驟包括：步驟1：電動(dòng)汽車行駛在導(dǎo)軌N上；步驟2：判斷電動(dòng)汽車是否駛離導(dǎo)軌N的切換域，如果是，則進(jìn)入步驟3，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟2；步驟3：將導(dǎo)軌N中的所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)中的第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使得導(dǎo)軌N中的能量通過(guò)第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)的旁通二極管以及第四開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的旁通二極管進(jìn)行自由振蕩，以耗散導(dǎo)軌N中能量；步驟4：判斷導(dǎo)軌N的能量是否耗盡，即檢測(cè)導(dǎo)軌N中母線電流是否為0，如果是，則進(jìn)入步驟5，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟4；步驟5：通過(guò)切換開(kāi)關(guān)關(guān)閉導(dǎo)軌N，開(kāi)通導(dǎo)軌N+1，逆變網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常供電模式。進(jìn)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(wǎng)絡(luò)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(wú)線供電系統(tǒng)的母線電流為0，即當(dāng)電感電流ip(t)＝0時(shí)，計(jì)算出時(shí)間t，即為全橋逆變網(wǎng)絡(luò)中第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間。作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)為IGBT。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案，具有的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)是：(1)不需要增加額外的放電回路，減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的體積與成本；(2)軟切換使得系統(tǒng)整個(gè)回路中不會(huì)出現(xiàn)電流尖峰，最大程度的降低了切換開(kāi)關(guān)的應(yīng)力，減少了開(kāi)關(guān)損耗。附圖說(shuō)明圖1分段導(dǎo)軌硬切換電路示意圖；圖2為無(wú)線供電系統(tǒng)拓?fù)鋱D；圖3為分段導(dǎo)軌無(wú)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(dǎo)軌軟切換方法的流程圖。具體實(shí)施方式本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)提供一種電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)的分段導(dǎo)軌軟切換方法，在不需要外加電路的情況下，通過(guò)控制逆變網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌能量的自由振蕩，完成導(dǎo)軌的軟切換。為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖以及具體的實(shí)施方式，對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施例一種電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)的分段導(dǎo)軌軟切換方法，所述電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)采用SS型補(bǔ)償拓?fù)?，如圖2所示，包括準(zhǔn)電壓源、脈沖發(fā)生電路、由第一開(kāi)關(guān)、第二開(kāi)關(guān)、第三開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)組成的全橋逆變網(wǎng)絡(luò)、由諧振電容Cp和諧振電感Lp串聯(lián)組成的原邊諧振網(wǎng)絡(luò)、由拾取線圈Ls和拾取電容Cs串聯(lián)組成的副邊諧振網(wǎng)絡(luò)、能量變換控制網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載，其中，所述準(zhǔn)電壓與所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)連接，為所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)提供直流電，所述脈沖發(fā)生電路與所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)連接，輸出控制脈沖來(lái)控制所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)的輸出波形，所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)與所述原邊諧振網(wǎng)絡(luò)連接，輸出方波電壓給所述原邊諧振網(wǎng)絡(luò)，所述副邊諧振網(wǎng)絡(luò)接收所述原邊諧振網(wǎng)絡(luò)輸出的正弦電壓，所述副邊諧振網(wǎng)絡(luò)通過(guò)所述能量變換控制網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載連接，將正弦電壓經(jīng)過(guò)整流、穩(wěn)壓、濾波及電能變換后輸出給負(fù)載。所述第一開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)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(duì)應(yīng)IGBT絕緣柵雙極晶體管的發(fā)射極連接，所有二極管的負(fù)極均與對(duì)應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的第二輸出端。分段導(dǎo)軌無(wú)線供電系統(tǒng)是指電能變換裝置根據(jù)實(shí)際情況導(dǎo)通一段或多段導(dǎo)軌，每一段導(dǎo)軌都有相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件控制其工作狀態(tài)，只有當(dāng)電動(dòng)汽車的拾取機(jī)構(gòu)(即副邊諧振網(wǎng)絡(luò))位于導(dǎo)軌上方時(shí)，該段導(dǎo)軌才會(huì)導(dǎo)通供電，其他導(dǎo)軌處于待機(jī)狀態(tài)，分段導(dǎo)軌無(wú)線供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。分段導(dǎo)軌模式降低了導(dǎo)軌的內(nèi)阻，提高了系統(tǒng)整體效率，同時(shí)較大程度地降低了電磁輻射，故分段導(dǎo)軌比單級(jí)導(dǎo)軌更具有實(shí)用性。電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)中通過(guò)控制2個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)(S1，S4)和(S2，S3)以互補(bǔ)的形式產(chǎn)生方波逆變輸出。系統(tǒng)正常工作時(shí)，電動(dòng)汽車從某一段導(dǎo)軌駛向下一段導(dǎo)軌時(shí)，存在導(dǎo)軌換流的問(wèn)題。其中一種方案為檢測(cè)電動(dòng)汽車從某一導(dǎo)軌駛向下一導(dǎo)軌的切換域時(shí)，直接開(kāi)通下一導(dǎo)軌，然后斷開(kāi)之前的導(dǎo)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(gè)額外的放電電路，釋放上一段導(dǎo)軌中的能量。另一方案是當(dāng)系統(tǒng)供電母線的電流為零時(shí)進(jìn)行換流，稱之為軟切換。軟切換方案中當(dāng)檢測(cè)到電動(dòng)汽車即將駛離某一段導(dǎo)軌的切換域時(shí)，控制全橋逆變網(wǎng)絡(luò)中的第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，導(dǎo)軌中能量通過(guò)開(kāi)關(guān)對(duì)S2，D4和S4，D2進(jìn)行自由振蕩，耗散導(dǎo)軌中的能量，其工作原理如圖4所示(虛線表示開(kāi)關(guān)管關(guān)斷)。如圖5所示，分段導(dǎo)軌軟切換方法的具體步驟包括：步驟1：電動(dòng)汽車行駛在導(dǎo)軌N上；步驟2：判斷電動(dòng)汽車是否駛離導(dǎo)軌N的切換域，如果是，則進(jìn)入步驟3，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟2；步驟3：將導(dǎo)軌N中的所述全橋逆變網(wǎng)絡(luò)中的第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使得導(dǎo)軌N中的能量通過(guò)第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)的旁通二極管以及第四開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)的旁通二極管進(jìn)行自由振蕩，以耗散導(dǎo)軌N中能量；步驟4：判斷導(dǎo)軌N的能量是否耗盡，即檢測(cè)導(dǎo)軌N中母線電流是否為0，如果是，則進(jìn)入步驟5，否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟4；步驟5：通過(guò)切換開(kāi)關(guān)關(guān)閉導(dǎo)軌N，開(kāi)通導(dǎo)軌N+1，逆變網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常供電模式。導(dǎo)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(gè)回路中不會(huì)出現(xiàn)電流尖峰，降低了切換開(kāi)關(guān)的應(yīng)力要求。進(jìn)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(nèi)阻。假設(shè)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(wǎng)絡(luò)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(dá)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(wǎng)絡(luò)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(wú)線供電系統(tǒng)的母線電流為0，即當(dāng)電感電流ip(t)＝0時(shí)，計(jì)算出時(shí)間t，即為全橋逆變網(wǎng)絡(luò)中第一開(kāi)關(guān)和第三開(kāi)關(guān)關(guān)斷，第二開(kāi)關(guān)和第四開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的時(shí)間。本申請(qǐng)的上述實(shí)施例中，通過(guò)提供一種電動(dòng)汽車無(wú)線供電系統(tǒng)的分段導(dǎo)軌軟切換方法，當(dāng)判斷電動(dòng)汽車駛離導(dǎo)軌N的切換域后，通過(guò)控制逆變網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)管的通斷，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌N能量的自由振蕩，待導(dǎo)軌N的能量耗盡時(shí)，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)關(guān)閉導(dǎo)軌N，開(kāi)通導(dǎo)軌N+1，逆變網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常供電模式，該導(dǎo)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(gè)回路中不會(huì)出現(xiàn)電流尖峰，降低了切換開(kāi)關(guān)的應(yīng)力要求。應(yīng)當(dāng)指出的是，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改性、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3