CN102790417B - 一种路车交互式电动汽车无线充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路车交互式电动汽车无线充电系统，它包括一电能发射端和一电能接收端；所述电能发射端包括电能源、电能存储模块、发射端控制器和第一电磁系统；所述发射端控制器包括压力传感器、数字处理核心模块、驱动芯片、大功率MOSFET芯片或IGBT；所述数字处理核心模块包括通讯模块、压力采集模块和计算模块；所述第一电磁系统包括第一谐振电容和初级线圈；所述电能接收端包括第二电磁系统、接收端控制器和负载；所述第二电磁系统包括第二谐振电容和次级线圈；所述接收端控制器包括高频整流桥和LC滤波电路。本发明具有结构和安装布置简单、体积小，不需要电动汽车停留，且不会影响电动汽车正常的行驶，就能给电动汽车的电池进行充电，能广泛的用于各种电动汽车中。

Description

一种路车交互式电动汽车无线充电系统

技术领域

本发明涉及一种无线充电系统，特别是关于一种基于太阳能等新能源利用的路车交互式电动汽车无线充电系统。

背景技术

目前，我国很多大城市都面临严重的环境问题，而汽车尾气正是其主要的污染源之一。截止2011年6月，我国每1000人当中平均有75.7辆汽车。随着我国经济的快速发展，假如中国人均汽车持有量达到现在全球水平，也就是每1000人有140辆汽车，我国汽车持有量将成10倍地增加，传统汽车带来的环境污染不可小觑。与传统汽车相比，一方面，纯电动车不仅省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，而且电动汽车的电动机和控制器与内燃汽油发动机动力系统相比，其成本更低；另一方面，纯电动车对能量的转换效率更高，有利于节约能源和减少二氧化碳的排放量，而且电能可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力、风力、光、热等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心，正是基于这些优点，使电动汽车的研究和应用成为汽车工业的一个“热点”。

如今限制电动汽车发展的最大问题就是电池。现在的电动汽车基本都需要每天充电，即使是充满电的电池一般也很难提供足够的能量使其长时间远距离行驶。如果在长途行驶中电池没电，驾驶员就会面临进退两难的地步。针对这一问题，可以采取如下解决方法：一是建立充电站，一般要求充电站能够在短时间内对电动汽车完成充电，尽管目前存在一些快速充电的方法，也成功地进行了相关的试验，但是无法避免快速充电对电池的破坏。二是可以在城市小区和停车位建立刷卡式的充电桩，这样在下班后就会有很多车辆进行充电，当需要充电的电动汽车的数量达到一定规模时，由此产生的谐波将使电网受到波动，甚至有崩溃的可能。三是利用民用电插座，民用电插座不仅涉及电费问题，而且充电时间长，成为主流充电方式不太可能。

在能源问题已经成为全球关注并且急切想解决之的今天，新能源得到大家的广泛关注。新能源资源丰富，普遍具有可再生特性，可以提供人类长久利用。如果我们能够利用无线充电技术，在车辆在行驶的过程中，将从新能源转化来的电能存储起来，直接给电动汽车进行充电，这样既会减小由于峰值用电对电网造成的波动，又能增加新能源的利用率，还能减少我们对电动汽车长途行驶过程中没电的担忧。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是在提供一种在电动汽车行驶的过程中，利用无线充电技术将从新能源转化来的电能存储起来，直接给电动汽车进行充电的路车交互式电动汽车无线充电系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：它包括一电能发射端和一电能接收端；所述电能发射端包括电能源、电能存储模块、发射端控制器和第一电磁系统；所述发射端控制器包括压力传感器、数字处理核心模块、驱动芯片、大功率MOSFET芯片或IGBT；所述数字处理核心模块包括通讯模块、压力采集模块和计算模块；所述第一电磁系统包括第一谐振电容和初级线圈；所述电能接收端包括第二电磁系统、接收端控制器和负载；所述第二电磁系统包括第二谐振电容和次级线圈；所述接收端控制器包括高频整流桥和LC滤波电路；首先将所述发射端控制器和第一电磁系统沿路面走向一字形地设置在路面之下；其次将所述第二电磁系统设置在电动汽车底盘的表面；最后将所述接收端控制器设置在电动汽车内，并将所述数字处理核心模块的通讯模块与电动汽车自带的整车控制器无线连接；所述电能源经所述电能转换模块将电能存储到电能存储模块中，当电动汽车行驶到设置了所述发射端控制器和第一电磁系统的路面时，所述压力采集模块采集所述压力传感器感应到的压力信号并发送给所述计算模块，所述计算模块计算出第二电磁系统的初始位置；同时经所述通讯模块接收整车控制器发送来的车速、电池信息；再根据初始位置和车速信息计算出第一电磁系统与第二电磁系统的相对位置；然后根据电池信息，输出传输功率最高的频率的PWM波或传输效率最高的频率的PWM波；并经所述驱动芯片后进行放大后，输送给所述大功率MOSFET芯片或IGBT，所述大功率MOSFET芯片或IGBT控制所述第一电磁系统中的初级线圈中形成振荡电流，使所述第一电磁系统和第二电磁系统之间形成耦合共振，并在所述次级线圈内形成高频交流电，经所述接收端控制器整流滤波后转化为稳压直流电供给所述负载。

所述电能转换模块是一DC/DC转换器。

所述电能存储模块是一超级电容。

所述驱动芯片是IR2110S驱动芯片或IR2113驱动芯片或APV1221S驱动芯片中的一种。

所述负载是电动汽车的车载电池或者电机。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于将新能源转化为电能存储到电能存储模块中，当电动汽车行驶到设置了压力传感器的道路时，压力传感器感应到后启动发射端控制器，通过设置在电动汽车上的第二电磁系统和接收端控制器对电动汽车的电池进行充电，因此本发明不需要电动汽车停留，且不会影响电动汽车正常的行驶就能实现对电动汽车的充电，具有方便、快捷的优点。2、本发明由于设置了一个传输效率功率闭环控制模块，它采用磁强耦合谐振原理，不仅大大增加了能量传输的距离、功率和提高了效率，而且与采用普通无线能量传输方式相比，用它进行电能传输对人体的伤害比较小。3、本发明由于设置了一个是数字处理核心模块，可以根据电动汽车的电池信息决定采用功率最高或者效率最高的方式对电池进行充电，以达到能量的优化传输。4、本发明由于采用超级电容作为电能存储模块，其具有功率密度大、充放电速度快的优点，可以大大缩短电动汽车充电的时间，而且超级电容体积小，使用方便。5、本发明是将太阳能、风能等新能源存储到电能存储模块中，以供电动汽车使用，因此本发明符合现在所提倡的绿色和环保的观念。本发明具有结构和安装布置简单、体积小，不需要电动汽车停留，且不会影响电动汽车正常的行驶，就能给电动汽车的电池进行充电，能广泛的用于各种电动汽车中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是发射端控制器的结构示意图

图3是接收端控制器的结构示意图

图4是本发明发射端控制器和第一电磁系统的设置示意图

图5是本发明的工作过程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明包括一电能发射端和一电能接收端（图中未示出），其中电能发射端包括一电能源1、一电能转换模块2、一电能存储模块3、一发射端控制器4和第一电磁系统5；电能接收端包括第二电磁系统6、一接收端控制器7和一负载8。

电能源1是指从新能源特别是指太阳能转化的电能。电能转换模块2可以采用DC/DC转换器，电能存储模块3可以采用超级电容，超级电容使用时需要具有相应的稳压电路，以避免充电时超过其额定电压。电能转换模块2和电能存储模块3可以采用包括上述设备在内的各种现有技术实现。

如图1、图2所示，发射端控制器4包括一压力传感器41、一数字处理核心模块42、一驱动芯片43和一大功率MOSFET芯片44。其中数字处理核心模块42包括通讯模块421、压力采集模块422和计算模块423。第一电磁系统5包括第一谐振电容51和初级线圈52；第二电磁系统6包括第二谐振电容61和次级线圈62。大功率MOSFET芯片44充当高频开关的作用，可以控制初级线圈52中形成的振荡电流的频率。计算模块423可以输出两种不同频率的PWM波，分别对应于传输的功率最高和传输的效率最高；并通过输出的不同频率的PWM波，控制大功率MOSFET芯片44的通断频率，进而控制第一电磁系统5中的初级线圈52中振荡电流的频率。第一电磁系统5和第二电磁系统6都具有两种对应相同的传输频率，与计算模块423输出的PWM波的频率相同；且第一电磁系统5和第二电磁系统6组成一传输效率功率闭环控制模块，其是基于磁强耦合谐振原理，在一定距离内能够通过电磁耦合产生强磁谐振，进行能量的传递。

如图3所示，接收端控制器7包括一高频整流桥71和一LC滤波电路72。高频整流桥71将第二电磁系统6中的次级线圈62形成的高频交流电转化为直流电，然后经LC滤波电路72将直流电转化为稳压直流电后供给负载8。

使用时，首先，将发射端控制器4和第一电磁系统5沿路面走向一字形地设置在路面之下，如图4所示。其次，将第二电磁系统6设置在电动汽车底盘的表面。最后，将接收端控制器7根据不同的车型灵活地设置在电动汽车内部，并将通讯模块421与电动汽车自带的整车控制器进行无线连接，例如蓝牙。

本发明工作时，如图1、图2、图5所示，电能源1通过电能转换模块2升压存储于电能存储模块3中。当电动汽车行驶到设置有发射端控制器4和第一电磁系统5的路面时，数字处理核心模块42中的压力采集模块422采集压力传感器41感应到的压力信号并发送给计算模块423，计算模块423计算出第二电磁系统6的初始位置；计算模块423经通讯模块421接收电动汽车的整车控制器发送来的车速、电池信息；再根据第二电磁系统6的初始位置和电动汽车的车速信息，计算出第一电磁系统5与第二电磁系统6的相对位置；然后，根据接收的电池信息选择输出一种频率的PWM波，经驱动芯片43后进行放大，然后输入到大功率MOSFET芯片44的门级；大功率MOSFET芯片44控制第一电磁系统5中的初级线圈52中形成振荡电流。此时，设置在路面下的第一电磁系统5和设置在电动汽车底盘表面的第二电磁系统6之间形成耦合共振，并在第二电磁系统6中的次级线圈62内形成高频交流电。设置在电动汽车内部的接收端控制器7中的高频整流桥71将次级线圈62输出的交流电转化为直流电，然后通过LC滤波电路72将直流电转化为稳压直流电，然后直接供给负载8。

上述实施例中，电动汽车在运动过程中，初级线圈52和次级线圈62中的互感会发生变化。当电动汽车驶过设置有压力传感器41的路面时，数字处理核心模块42中的计算模块423获取次级线圈62的初始位置，并接收整车控制器发送的车速信息，以计算出第二电磁系统6中的次级线圈62和第一电磁系统5中的初级线圈52的实时相对位置。同时，计算模块423接收整车控制器发送的电池信息，如果电池严重缺电，输出传输功率最高的频率的PWM波，反之输出传输效率最高的频率的PWM波。计算模块423通过通讯模块421实时与整车控制器进行通讯，并实时切换PWM波的频率，使整个系统电能的传输效率最大或者传输功率最大。

上述实施例中，数字处理核心模块42中的压力采集模块422和计算模块423的功能可以通过一单片机来实现。

上述实施例中，负载8可以是电动汽车的车载电池或者电机。

上述实施例中，驱动芯片43可以是多种MOSFET型的驱动芯片，例如IR2110S驱动芯片、IR2113驱动芯片、APV1221S驱动芯片等。

上述实施例中，大功率MOSFET芯片44也可以是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构和连接方式都是可以有所变化的，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：它包括一电能发射端和一电能接收端；

所述电能发射端包括电能源、电能转换模块、电能存储模块、发射端控制器和第一电磁系统；所述发射端控制器包括压力传感器、数字处理核心模块、驱动芯片、大功率MOSFET芯片或IGBT；所述数字处理核心模块包括通讯模块、压力采集模块和计算模块；所述第一电磁系统包括第一谐振电容和初级线圈；

所述电能接收端包括第二电磁系统、接收端控制器和负载；所述第二电磁系统包括第二谐振电容和次级线圈；所述接收端控制器包括高频整流桥和LC滤波电路；

首先将所述发射端控制器和第一电磁系统沿路面走向一字形地设置在路面之下；其次将所述第二电磁系统设置在电动汽车底盘的表面；最后将所述接收端控制器设置在电动汽车内，并将所述数字处理核心模块的通讯模块与电动汽车自带的整车控制器无线连接；

所述电能源经所述电能转换模块将电能存储到电能存储模块中，当电动汽车行驶到设置了所述发射端控制器和第一电磁系统的路面时，所述压力采集模块采集所述压力传感器感应到的压力信号并发送给所述计算模块，所述计算模块计算出第二电磁系统的初始位置；同时经所述通讯模块接收整车控制器发送来的车速、电池信息；再根据初始位置和车速信息计算出第一电磁系统与第二电磁系统的相对位置；然后根据电池信息，输出传输功率最高的频率的PWM波或传输效率最高的频率的PWM波；并经所述驱动芯片后进行放大后，输送给所述大功率MOSFET芯片或IGBT，所述大功率MOSFET芯片或IGBT控制所述第一电磁系统中的初级线圈中形成振荡电流，使所述第一电磁系统和第二电磁系统之间形成耦合共振，并在所述次级线圈内形成高频交流电，经所述接收端控制器整流滤波后转化为稳压直流电供给所述负载。

2.如权利要求1所述的一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述电能转换模块是一DC/DC转换器。

3.如权利要求1所述的一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述电能存储模块是一超级电容。

4.如权利要求2所述的一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述电能存储模块是一超级电容。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述驱动芯片是IR2110S驱动芯片或IR2113驱动芯片或APV1221S驱动芯片中的一种。

6.如权利要求1或2或3或4所述的一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述负载是电动汽车的车载电池或电机。

7.如权利要求5中所述的一种路车交互式电动汽车无线充电系统，其特征在于：所述负载是电动汽车的车载电池或者电机。

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