CN102163868A

CN102163868A - 能量双向流动电动汽车非接触充电装置

Info

Publication number: CN102163868A
Application number: CN2011101255979A
Authority: CN
Inventors: 白亮宇; 唐厚君; 姚钢; 周荔丹; 赵俊旭; 袁鼎; 陈铭; 王元; 范鹏; 杨阳; 杨凯悦
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-05-16
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2031-05-16
Also published as: CN102163868B

Abstract

一种混合动力汽车技术领域的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，包括：依次连接的送电端模块、松耦合变压器、受电端模块以及车载发电设备，松耦合变压器的原边与副边分别连接送电端模块与受电端模块，受电端模块与车载发电设备相连，车载发电设备作为辅助供电设备向电动汽车以非接触送电方式或非接触馈电方式提供电能。本发明结构简单，可靠性高，成本较低，可充分利用车载发电设备，降低对非接触送电电源的需求，同时起到分布式电源的作用；具有电能回馈功能，可有效降低智能电动汽车驱动系统的运行风险。

Description

能量双向流动电动汽车非接触充电装置

技术领域

本发明涉及的是一种混合动力汽车技术领域的装置，具体是一种能量双向流动电动汽车非接触充电装置。

背景技术

非接触电能传输技术是一种新型供电模式，实现用电设备以非接触方式从静止电源系统获取电能。该供电模式具有安全性好、可靠性高、维护费用低以及环境亲和性强等优点，克服了传统的接触式供电本身固有的一些难以克服的缺陷，如易磨损、易触电、难保养、难管理等，消除了多点接触的不可靠性、非常态环境下设备的用电安全、电气设备移动的局限性、滑动取电方式存在的滑动磨损、接触火花、碳积和不安全裸露导体等问题，特别适用于粉尘、潮湿、水下、易燃、易爆等恶劣环境以及要求电能灵活接入的移动用电设备。该技术的成熟和广泛应用必将给电力系统电能的传输和配电模式带来革命性变化。

经过对现有技术的检索发现，现有非接触电能传输装置的单向传输特性，缺乏能量回馈通道，导致电能回馈困难，电机负载再生制动产生的能量无法回送到电网，类似的技术如中国专利文献号CN 1819397A、CN 101557227A、CN101719726A等。

戴欣，孙跃，苏玉刚，唐春森，王智慧在《非接触电能双向推送模式研究》(中国电机工程学报，2010，30：55-66)中提出了一种非接触电能双向推送模式，用于完成电能发射端与接收端的双向直接转换。但是该技术仅仅是一次试探性研究，功率等级低，无法应用到电动汽车充电领域，并且没有将太阳能等新能源引入双向馈送模式。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种能量双向流动电动汽车非接触充电装置，结构简单，可靠性高，成本较低，可充分利用车载发电设备，降低对非接触送电电源的需求，同时起到分布式电源的作用；具有电能回馈功能，可有效降低智能电动汽车驱动系统的运行风险。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：依次连接的送电端模块、松耦合变压器、受电端模块以及车载发电设备，其中：松耦合变压器的原边与副边分别连接送电端模块与受电端模块，受电端模块与车载发电设备相连，车载发电设备作为辅助供电设备向电动汽车以非接触送电方式或非接触馈电方式提供电能。

所述的送电端模块包括：强电供电单元、送电端功率变换单元、送电端弱电供电单元、送电端控制器、送电端信号调理及保护单元和送电端传感器单元，其中：强电供电单元与送电端功率变换单元相连以输出馈送电能，送电端功率变换单元输出端与松耦合变压器原边输入端相连，送电端弱电供电单元分别与送电端控制器、送电端信号调理及保护单元和送电端传感器单元相连并提供电能，送电端控制器与送电端功率变换单元相连并输出控制指令，送电端控制器与送电端信号调理及保护单元相连并接收实时电气状态信息。

所述的松耦合变压器的磁芯为软磁材料制成且绕组线圈采用多股绞合线，该松耦合变压器的两边分别连接在相应的送电端模块和受电端模块并根据工况的改变输送电能和馈送电能，实现能量双向流动。

所述的受电端模块包括：受电端功率变换单元、受电端弱电供电单元、受电端控制器、受电端信号调理及保护单元、受电端传感器单元和蓄电池组，其中：受电端功率变换单元输出端与蓄电池组相连并将输出拾取到的电能存储在蓄电池中，蓄电池组与电动汽车连接并提供直流电能，送电端弱电供电单元分别与受电端控制器、受电端信号调理及保护单元和受电端传感器单元相连接并提供电能，受电端控制器与受电端功率变换单元相连并输出控制指令同时接收实时电气状态信息。

所述的非接触送电方式是指：当能量存储设备存储的电能不足以维持电动汽车正常运行，系统进入送电模式，可定义电网侧为送电端，电动汽车侧为受电端。此时，送电端软开关谐振逆变，电能通过互感耦合到受电端，受电端通过PWM整流把交流变换为稳定、可靠的直流电，给电动汽车驱动系统供电，维持设备稳定运行；

所述的非接触馈电方式是指：在电动汽车下坡、制动或车载发电设备发电盈余时，为保证设备的运行安全，需将大量的电能通过系统进行馈电，可定义电动汽车侧为送电端，电网侧为受电端。电能通过互感耦合到受电端，受电端通过PWM整流把交流变换为稳定、可靠的直流电，给公共电网直流端供电，为公共电网提供有效的电源支撑。更为重要的是，由于具备电能回馈功能，可有效降低电动汽车驱动系统的运行风险。

在上述非接触送电或非接触馈电方式两种能量双向流动模式下，电动汽车的制动能量和车载发电设备发出的电能也可以实时回馈电网；既可减少电动汽车的成本，降低电动汽车的电能消耗。

与现有技术相比，本发明所涉及的电能可双向流动的非接触充电装置，实现非接触充电的同时，提供了再生制动馈电通道，解决了现有非接触电能传输技术中电能单向传输电能回馈困难的问题。并且可结合新能源充电装置，使电动汽车单次运行里程大大增加。

附图说明

图1是本发明示意图。

图2是实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：依次连接的送电端模块1、松耦合变压器2、受电端模块3以及车载发电设备4，其中：松耦合变压器2的原边与副边分别连接送电端模块1与受电端模块3，受电端模块3与车载发电设备4相连，车载发电设备4作为辅助供电设备向电动汽车以非接触送电方式或非接触馈电方式提供电能。电能根据装置工作状态，可以实现双向流动。

如图2所示，所述的送电端模块A包括：强电供电单元6、送电端功率变换单元1、送电端弱电供电单元5、送电端控制器2、送电端信号调理及保护单元3和送电端传感器单元4，其中：强电供电单元6与送电端功率变换单元1相连以输出馈送电能，送电端功率变换单元1输出端与松耦合变压器B原边输入端7相连，送电端弱电供电单元5分别与送电端控制器2、送电端信号调理及保护单元3和送电端传感器单元4相连并提供电能，送电端控制器2与送电端功率变换单元1相连并输出控制指令，送电端控制器2与送电端信号调理及保护单元3相连并接收实时电气状态信息。

所述的送电端功率变换单元1由H桥谐振变换器与补偿电容组成，H桥每个开关管反并联二极管，当系统处于送电模式，送电端功率变换单元1工作于逆变状态，产生高频交流电，当系统处于馈电模式，送电端功率变换单元1工作于整流模式，将高频交流电整流成直流。

所述的松耦合变压器B的磁芯为软磁材料制成且绕组线圈采用多股绞合线，该松耦合变压器的两边分别连接在相应的送电端功率变换单元1和受电端功率变换单元8并根据工况的改变输送电能和馈送电能，实现能量双向流动。

所述的松耦合变压器B具体由两个直径80mm的铁氧体磁罐以及绕于铁氧体磁罐上的多股绞合线组成。

所述的受电端模块C包括：受电端功率变换单元8、受电端弱电供电单元12、受电端控制器9、受电端信号调理及保护单元10、受电端传感器单元11和蓄电池组13，其中：受电端功率变换单元8输出端与蓄电池组13相连并将输出拾取到的电能存储在蓄电池中，蓄电池组13与电动汽车14连接并提供直流电能，送电端弱电供电单元12分别与受电端控制器9、受电端信号调理及保护单元10和受电端传感器单元11相连接并提供电能，受电端控制器9与受电端功率变换单元8相连并输出控制指令同时接收实时电气状态信息。

所述的受电端功率变换单元8由H桥谐振变换器反并联二极管与补偿电容组成，非接触送电方式下：H桥工作于整流状态，将从松耦合变压器B副边接收到的高频交变电能，整流成直流电；在非接触馈电方式下：H桥工作于逆变状态，将电动汽车14馈送回的直流电逆变成高频交流电，经过松耦合变压器B，传送到送电端。

所述的车载发电设备D由太阳能电池板15组成，为电动汽车14进行电能补充，提高电动汽车14的续驶能力。

所述的非接触送电方式是指：当能量存储设备存储的电能不足以维持电动汽车14正常运行，系统进入送电模式，可定义电网侧为送电端，电动汽车14侧为受电端。此时，送电端软开关谐振逆变，电能通过互感耦合到受电端，受电端通过PWM整流把交流变换为稳定、可靠的直流电，给电动汽车14驱动系统供电，维持设备稳定运行；

所述的非接触馈电方式是指：在电动汽车14下坡、制动或车载发电设备D发电盈余时，为保证设备的运行安全，需将大量的电能通过系统进行馈电，可定义电动汽车14侧为送电端，电网侧为受电端。电能通过互感耦合到受电端，受电端通过PWM整流把交流变换为稳定、可靠的直流电，给公共电网直流端供电，为公共电网提供有效的电源支撑。更为重要的是，由于具备电能回馈功能，可有效降低电动汽车14驱动系统的运行风险。

与现有技术相比，本装置具有如下有益效果：电动汽车14在再生制动状态下，提供了电能回馈通道；并结合新能源供电设备，使电动汽车14单次运行里程大大提高。该方法简单易行，实现该方法的装置，系统可靠性高。馈电状态下，给公共电网直流端供电，为公共电网提供有效的电源支撑。更为重要的是，由于具备电能回馈功能，可有效降低电动汽车14驱动系统的运行风险。

Claims

1.一种能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征在于，包括：依次连接的送电端模块、松耦合变压器、受电端模块以及车载发电设备，其中：松耦合变压器的原边与副边分别连接送电端模块与受电端模块，受电端模块与车载发电设备相连，车载发电设备作为辅助供电设备向电动汽车以非接触送电方式或非接触馈电方式提供电能。

2.根据权利要求1所述的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征是，所述的送电端模块包括：强电供电单元、送电端功率变换单元、送电端弱电供电单元、送电端控制器、送电端信号调理及保护单元和送电端传感器单元，其中：强电供电单元与送电端功率变换单元相连以输出馈送电能，送电端功率变换单元输出端与松耦合变压器原边输入端相连，送电端弱电供电单元分别与送电端控制器、送电端信号调理及保护单元和送电端传感器单元相连并提供电能，送电端控制器与送电端功率变换单元相连并输出控制指令，送电端控制器与送电端信号调理及保护单元相连并接收实时电气状态信息。

3.根据权利要求2所述的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征是，所述的送电端功率变换单元由H桥谐振变换器与补偿电容组成，H桥每个开关管反并联二极管，当系统处于送电模式，送电端功率变换单元工作于逆变状态，产生高频交流电，当系统处于馈电模式，送电端功率变换单元工作于整流模式，将高频交流电整流成直流。

4.根据权利要求1所述的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征是，所述的松耦合变压器的磁芯为软磁材料制成且绕组线圈采用多股绞合线，该松耦合变压器的两边分别连接在相应的送电端模块和受电端模块并根据工况的改变输送电能和馈送电能，实现能量双向流动。

5.根据权利要求1或4所述的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征是，所述的松耦合变压器由两个直径80mm的铁氧体磁罐以及绕于铁氧体磁罐上的多股绞合线组成。

6.根据权利要求1所述的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征是，所述的受电端模块包括：受电端功率变换单元、受电端弱电供电单元、受电端控制器、受电端信号调理及保护单元、受电端传感器单元和蓄电池组，其中：受电端功率变换单元输出端与蓄电池组相连并将输出拾取到的电能存储在蓄电池中，蓄电池组与电动汽车连接并提供直流电能，送电端弱电供电单元分别与受电端控制器、受电端信号调理及保护单元和受电端传感器单元相连接并提供电能，受电端控制器与受电端功率变换单元相连并输出控制指令同时接收实时电气状态信息。

7.根据权利要求6所述的能量双向流动电动汽车非接触充电装置，其特征是，所述的受电端功率变换单元由H桥谐振变换器反并联二极管与补偿电容组成，非接触送电方式下：H桥工作于整流状态，将从松耦合变压器副边接收到的高频交变电能，整流成直流电；在非接触馈电方式下：H桥工作于逆变状态，将电动汽车馈送回的直流电逆变成高频交流电，经过松耦合变压器，传送到送电端。