CN101984537A - 一种电动汽车磁力共振无线充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车磁力共振无线充电装置，发射器线圈的一端通过共振发生器与电源连接，发射器线圈的另一端与电源直接焊接，接收线圈的一端与第一电池的正极端之间通过第一开关相连，接收线圈的另一端与第一电池的负极端之间直接焊接；第一电池的正极端还通过第二开关与负载的一端相互连接，第一电池的负极端直接与负载的另一端焊接，接收线圈的一端通过第三开关与第二电池的正极端焊接，第二电池的负极端与接收线圈的另一端焊接，第二电池的正极端通过第四开关与负载相连，第二电池的负极端与负载的另一端直接焊接。充电方便、快捷、安全，实现简单、可靠。充电效果非常好，充电速度非常快，适应各种不同电动汽车。

Description

一种电动汽车磁力共振无线充电装置

技术领域

本发明属于电动汽车无线充电技术领域，更具体涉及一种电动汽车磁力共振无线充电装置，特别适用于可车载可充电电池。

背景技术

电动汽车作为国家现阶段大力推广的新能源汽车，有着无污染的优点。而现阶段提供给电动汽车的充电模式主要有慢速充电、快速充电和电池更换这三种模式。慢速充电多为交流充电，一次需8-10个小时才能充满，如果同时对多辆电动汽车进行充电，则必须有足够的充电桩以及充电场地来容纳这些电动汽车。快速充电多为直流充电，一次充电需10-20分钟左右，10分钟左右把35KW的电池充电完毕大约需要250Kw的充电功率，是一个办公大楼用电负荷的5倍，不可能在家充电，必须在充电站完成，一个充电站开4个充电机，功率就能达到“兆瓦”级，而且建造专用充电站需占用大量用地。如果采用电池更换模式，虽然时间短，能保证电动汽车的正常行驶，但是电池组标准化比较困难，电池组心的问题难以解决。根据专利（200910193058.1）所述的无线充电方式为电磁耦合，接收线圈与发射线圈的距离小于10厘米，而本发明所采用的无线充电方式为磁力共振，发射端与接收端的距离可达到8-10米。

如果将现阶段的有线充电模式改为无线充电模式，那么将不会受到充电耗时过长、所需场地过大等客观因素的影响，从而可以达到高效、安全、可靠的充电。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种电动汽车磁力共振无线充电装置 ，充电方便、快捷、安全，实现简单、可靠。能量的传输是通过电磁电路之间的磁力共振来实现的。充电效果非常好，而且充电速度非常快，适应各种不同电动汽车。当电动汽车在使用的时候，设置在路边的无线充电系统可以对车载电池进行充电。当电动汽车在没有被使用的时候，申请人也可以在有线充电方式和无线充电方式中进行选择。与前人的无线充电技术相比，我们的磁力共振无线充电装置可以延长发射端和接收端的距离。前人的无线充电距离在厘米级，我们可以达到8-10米。

当今的混合动力汽车使用的是1-2kw/h的可充式电池，纯电力模式大概可以行驶15-30公里。如果使用6-8kw/h的锂电池，行驶范围可以扩大到65-80公里。此种电池必须使用到了一定程度才能被充电。这种范围的纯电力运行模式只适用于短距离的行程，更长距离的旅行的话，则需要使用矿物燃料，因此会测序增加大气的温室效应。

扩展电池储存电力的能力是一个有待解决的难题，必须要有新的电池或材料技术发明。申请人的发明不需要新的电池，完全适用于现在的可充电式电池，例如锂电池或镍氢电池。

混合动力的可充电式电池可以在家里，在上班的地方或是在充电站适用有线的充电装置进行充电，但充电的时候，汽车是不能使用的。这个限制阻碍了纯电力汽车的发展。

本发明讲述了汽车可以装备无线充电系统给车载可充电式电池充电。无线电池充电系统可以装在汽车刚好经过它们的地方。例如，装在公共汽车站牌旁，可为进站的每一辆电动公共汽车充电，同样，也可以装在有红绿灯的地方，那么，电动汽车在等红灯的时候也可以充电。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：     

一种电动汽车磁力共振无线充电装置，包括发射器线圈、接收线圈、电源、共振发生器、第一电池、第二电池、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、负载和电动汽车。其连接关系是：在发射器线圈的一端通过共振发生器与电源的一端相连接，在发射器线圈的另一端通与电源直接相连接，组成该装置的发电部分；发射线圈与接收线圈之间通过设定适当的共振频率来使两个电路发生共振，产生电能，给第一电池和第二电池供电；接收线圈的一端与第一电池的正极端之间通过第一开关相连，接收线圈的另一端与第一电池的负极端之间直接焊接；同时第一电池的正极端还通过第二开关与负载的一端相互连接，第一电池的负极端则直接与负载的另一端焊接。按照同样的原理，接收线圈的一端通过第三开关再与第二电池的正极端焊接，而第二电池的负极端同样也是与接收线圈的另一端焊接；同时第二电池的正极端通过第四开关与负载相连，第二电池的负极端与负载的另一端直接焊接。

一旦第一电池充电完成，第一开关就会断开来组织电池过冲。图上没有展示所有的控制电路。一旦第一电池充完电，第二开关就关闭，第一电池的一端与负载直接连接。第一电池的另一端与负载直接焊接。负载可以是电动发动机和其他一些相关的控制车辆的电路。车辆可以是一个纯电力的汽车或一个混合动力的汽车。可充电第一电池可以是镍金属氢化物电池或是锂电池或是铅酸电池。申请人的发明可以适应任何可充电电池技术。

图2中的电路与图1中展示的电路有相似的运行方式，但是还有另一个可充电第二电池，另外加了些部件：第三开关和第四开关，还有另一个可充电第二电池。两个可充电式电池可以用作双重模式，当一个电池在充电的时候，另一个可以使用。例如当第一电池完全充满并在给负载供电的时候，第二电池就可以利用接收线圈充电，此时第三开关关闭，接收线圈的一端与第二电池连接，在接收线圈与第二电池之间装有第三开关，在负载的一端与第二电池连接，在负载与第二电池之间装有第四开关，其它连接与图1完全相同。在这个模式下，第三开关和第四开关是断开的，而第二开关是闭合的，从而建立第一电池和负载之间的连接，并分开线圈和第二电池之间的连接。同理，当第一电池在充电时，第二电池给负载充电，第二开关和第三开关断开，而第一开关和第四开关会闭合。因此图2展示的系统可以通过两个电池一直给负载供电。

能源发射线圈和能源接收线圈有很强的磁力共振，当它们没有物理接触的时候，它们是使用磁力共振来传输能源。这些线圈可以相互分开8-10米甚至更远，大部分传输的能源仍可以传输成功。和传统的能源提供设备使用的电感耦合机制不同，强力的磁力共振耦合可以在相隔好几米，甚至十几米的情况下保持高效率的能源传输。磁力共振耦合区域并不会对不在共振频率的东西有很大的影响，当然也不会对周围的生物有很明显的健康影响。

发射端有一个电源,电源的能源来自于电站或是其他能源供应方式，如太阳能，核能，地热能等。电源的电流从金属线和流过，并与发射器线圈通过共振发生器耦合在接收线圈周围产生一个无放射性的磁力共振区域。接收线圈和这个区域产生共振后，就可以在和发射器线圈没有物理接触的时候接收到传输过来的电能。接收线圈和一个可充电第一电池通过第一开关连接。第一开关控制着接收线圈和第一电池之间的连接。一旦第一电池充电完成，第一开关就会断开来组织第一电池过冲。图上没有展示所有的控制电路。一旦第一电池充完电，第二开关就关闭，从而建立第一电池和负载之间的连接。负载可以是电动发动机和其他一些相关的控制车辆的电路。车辆可以是一个纯电力的汽车或一个混合动力的汽车。可充电第一电池可以是镍金属氢化物电池或是锂电池或是铅酸电池。申请人的发明可以适应任何可充电电池技术。

根据图3可知，它是一个车用的磁力共振充电装置，包括：电动汽车车内装置和车外无线电能传输装置。其中车内装置包括：第一电池、第二电池、接收线圈，第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。车外无线电能传输装置包括：发射线圈、电源和共振发生器。

电动汽车上有车载可充电式第一电池和第二电池，接收线圈，合适的第一开关、第二开关、第三开关和第四开关。而无线电能传输部件电源和发射线圈不在车上。当汽车进入了发射器或发射器线圈的磁力共振耦合距离时，它可以开始接收电能来充电或给负载供电。发射器线圈可以安装在家里，公司里，充电站里。

根据图4可知，它是一套磁力共振无线充电装置，包括3个相同的图1所示的发电装置。当电动汽车装备有无线接收设备和可充电式电池时，一旦它进入发射器子系统的磁力共振耦合范围里，它就可以在8-10米甚至更大的范围内接收到电能，并给车载可充电式电池充电。如果只有一个子系统，那么根据车速车辆只能停留在耦合范围内几秒钟，这当然无法满足电池的充电需求。但是如果像图中所展示的，有3个甚至更多的电能发射器子系统装备在路边，车辆就可以在一定范围内被持续充电。

使用此系统完全可以避免汽油的使用、占地面积过大、耦合式接触等问题。因此申请人的发明可以有效的解决矿物燃料使用造成的温室效应、设备过多所造成的地面拥挤等问题。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果： 

对电动汽车无线充电技术在电能传输距离上的改进，增加发射线圈和接收线圈的距离。电磁感应式无线充电要求发射线圈和接收线圈的耦合距离很近，只能达到厘米级，而此发明可让发射线圈和接收线圈之间的距离增加到8-10米，甚至更多。

对电动汽车无线充电技术在电能传输效率上的改进，通过对线圈、谐振频率的控制上进行优化设计，提高传输效率。使充电效率达到有线充电的90%。

附图说明

图1为一种电动汽车磁力共振无线充电装置结构示意图

图2为一种双重模式车载电池使用的磁力共振无线充电装置结构示意图

图3为一种车用的磁力共振充电装置结构示意图

图4为一套磁力共振无线充电装置结构示意图

图5为一种电动汽车磁力共振无线充电装置应用在公共汽车站结构示意图

图6为该系统应用在红绿指示灯上

其中：发射器线圈1、接收线圈2、电源3、共振发生器4、第一电池5、负载6、第一开关7、第二开关8、第三开关9、第四开关10和第二电池11。

具体实施方式

实施例1：

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

根据图1、图2、图3、图4、图5可知，一种电动汽车无线磁力共振充电装置，包括：发射器线圈1、接收线圈2、电源3、共振发生器4、第一电池5、负载6、第一开关7、第二开关8、第三开关9、第四开关10和第二电池11。

其连接关系是：发射器线圈1的一端通过共振发生器4与电源连接，发射器线圈1的另一端与电源3的另一端直接焊接。发射线圈1与接收线圈2之间通过设定适当的共振频率来使两个电路发生共振，产生电能，给第一电池5和第二电池11供电；接收线圈2的一端与第一电池5的正极端之间通过第一开关7相连，接收线圈2的另一端与第一电池5的负极端之间直接焊接；同时第一电池5的正极端还通过第二开关8与负载6的一端相互连接，第一电池5的负极端则直接与负载6的另一端焊接。按照同样的原理，接收线圈2的一端通过第三开关9再与第二电池11的正极端焊接，而第二电池11的负极端同样也是与接收线圈2的另一端焊接；同时第二电池11的正极端通过第四开关10与负载6相连，第二电池11的负极端与负载6的另一端直接焊接。

根据图1可知，能源发射线圈1和能源接收线圈2有很强的磁力共振，当它们没有物理接触的时候，它们是使用磁力共振来传输能源。这些线圈可以相互分开8-10米甚至更远，大部分传输的能源仍可以传输成功。和传统的能源提供设备使用的电感耦合机制不同，强力的磁力共振耦合可以在相隔好几米，甚至十几米的情况下保持高效率的能源传输。磁力共振耦合区域并不会对不在共振频率的东西有很大的影响，当然也不会对周围的生物有很明显的健康影响。

发射端有一个电源3,电源3的能源来自于电站或是其他能源供应方式，如太阳能，核能，地热能等。电源3的电流从金属线和流过，并与发射器线圈1通过共振发生器4耦合在接收线圈2周围产生一个无放射性的磁力共振区域。接收线圈2和这个区域产生共振后，就可以在和发射器线圈1没有物理接触的时候接收到传输过来的电能。接收线圈2和一个可充电第一电池5通过第一开关7连接。第一开关7控制着接收线圈2和第一电池5之间的连接。一旦第一电池5充电完成，第一开关7就会断开来组织第一电池5过冲。图上没有展示所有的控制电路。一旦第一电池5充完电，第二开关8就关闭，从而建立第一电池5和负载6之间的连接。负载6可以是电动发动机和其他一些相关的控制车辆的电路。车辆可以是一个纯电力的汽车或一个混合动力的汽车。可充电第一电池5可以是镍金属氢化物电池或是锂电池或是铅酸电池。申请人的发明可以适应任何可充电电池技术。

根据图2可知，它是一个双重模式车载电池使用的磁力共振无线充电装置结构示意图。包括：发射器线圈1、接收线圈2、电源3、共振发生器4、第一电池5、负载6、第一开关7、第二开关8、第三开关9、第四开关10和第二电池11组成。

图2中的电路与图1中展示的电路有相似的运行方式，但是还有另一个可充电第二电池11，另外加了些部件：第三开关9和第四开关10，还有另一个可充电第二电池11。两个可充电式电池可以用作双重模式，当一个电池在充电的时候，另一个可以使用。例如当第一电池5完全充满并在给负载6供电的时候，第二电池11就可以利用接收线圈2充电，此时第三开关9关闭，从而建立了第二电池11和接收线圈2之间的连接。在这个模式下，第三开关9和第四开关10是断开的，第二开关8是闭合的，从而建立第一电池5和负载6之间的连接，并分开接收线圈2和第二电池11之间的连接。同理，当第一电池5在充电时，第二电池11给负载6充电，第二开关8和第三开关9断开，而第一开关7和第四开关13会闭合。因此图2展示的系统可以通过两个电池一直给负载6供电。

根据图3可知，它是一个车用的磁力共振充电装置，包括：电动汽车12车内装置和车外无线电能传输装置。其中车内装置包括：第一电池5、第二电池11、接收线圈2，第一开关7,第二开关8,第三开关9和第四10。车外无线电能传输装置包括：发射线圈1、电源3和共振发生器4。

电动汽车12上有车载可充电式第一电池5和第二电池11，接收线圈2，合适的第一开关7,第二开关8,第三开关9和第四开关10。而无线电能传输部件电源3、共振发生器4和发射线圈1不在车上。当汽车进入了发射器或发射线圈1的磁力共振耦合距离时，它可以开始接收电能来充电或给负载6供电。发射器线圈1可以安装在家里，单位或其它地方，充电站里以及户外适合安装该装置的任何一个地方。

根据图4可知，它是一套磁力共振耦合无线充电系统，包括3个相同的图1所示的发电装置。此发明只举例说明有3个发射装置一套磁力共振无线充电系统，实际上可应用成千上万个该发射装置。图4中所示的13-1,13-2和13-3中的发射线圈1是电能供给部件，共振发生器4连接电能供给部件电源3。当电动汽车12装备有无线接收设备和可充电式电池时，一旦它进入发射器子系统13-1、发射器子系统13-2和发射器子系统13-3的磁力共振耦合范围里，它就可以在几米内接收到电能，并给车载可充电式电池充电。如果只有一个发射器子系统13-1，那么根据车速车辆只能停留在耦合范围内几秒钟，这当然无法满足电池的充电需求。但是如果像图中所展示的，有3个或更多电能发射器子系统装备在路边，车辆就可以在一定范围内被持续充电。

根据图5可知，车外无线电能传输装置13安装在公共汽车站的站牌14内，它可以感应到在它磁力共振耦合范围里任意一个接收装置15。这些接收装置15均装在每一电动汽车上。当电动公共汽车每次进站时，都可随时充电。

根据图6可知，车外无线电能传输装置13同样以应用在每一个交通指示灯16上，当车辆12在等红灯的时候，也可以对电动汽车进行充电。

Claims (3)

1.一种电动汽车无线磁力共振充电装置，包括发射器线圈（1）、接收线圈（2）、共振发生器（4）、第一电池（5）、负载（6）、第一开关（7）、第二开关（8），其特征在于：发射器线圈（1）的一端通过共振发生器（4）与电源（3）连接，发射器线圈（1）的另一端与电源（3）直接焊接，发射线圈（1）与接收线圈（2）之间通过设定的共振频率来使两个电路发生共振，产生电能，给第一电池（5）和第二电池（11）供电；接收线圈（2）的一端与第一电池（5）的正极端之间通过第一开关（7）相连，接收线圈（2）的另一端与第一电池（5）的负极端之间直接焊接；第一电池（5）的正极端还通过第二开关（8）与负载（6）的一端相互连接，第一电池（5）的负极端直接与负载（6）的另一端焊接，接收线圈（2）的一端通过第三开关（9）与第二电池（11）的正极端焊接，第二电池（11）的负极端与接收线圈（2）的另一端焊接，第二电池（11）的正极端通过第四开关（10）与负载（6）相连，第二电池（11）的负极端与负载（6）的另一端直接焊接。

2.根据权利要求1所述一种电动汽车无线磁力共振充电装置，其特征在于：所述的第一开关（7）控制着接收线圈（2）和第一电池（5）之间连接。

3.根据权利要求1所述一种电动汽车无线磁力共振充电装置，其特征在于：所述的第二电池（11）和接收线圈（2）之间连接，第一电池（5）和负载（6）之间连接，接收线圈（2）和第二电池（11）之间连接。

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