CN103151814A - 一种太阳能无线式电动汽车充电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太阳能无线式电动汽车充电站，包括光伏阵列装置、由直流配电柜构成的直流母线装置、DC/DC变换器、高频逆变器和无线充电发射端；所述光伏阵列装置通过直流母线装置和DC/DC变换器相连，所述高频逆变器与DC/DC变换器相连，所述无线充电发射端与高频逆变器相连。与现有技术相比，本发明具有以下优点：实现了太阳能光伏发电系统为电动汽车充电，采用了磁耦合共振的无线充电技术，避免了插销充电操作的触电危险和电能的损耗，实现了智能化的充电技术，实现了电动汽车充电的安全化、便利化，可有效减小电动汽车蓄电池的容量，进而减轻电动汽车自身的重量，减小电动汽车制造的成本，同时提高能源的有效利用率，带动了电动汽车的发展。

Description

一种太阳能无线式电动汽车充电站

技术领域

本发明涉及一种基于太阳能光伏发电充电系统，具体说是一种太阳能无线式电动汽车充电站。

背景技术

电动汽车的出现有效地缓解了石油危机和环境污染等问题，电动汽车目前处于起步阶段，市场保有量较少。电动汽车发展较慢的一个重要原因就是其充电基础设施不完善，在国内大城市，仅安装一些示范工程，而在一些中小城市，甚至没有电动汽车充电站。目前国内电动汽车充电站的电能主要来源于火电、水电、核电等，很大程度上依然依赖于煤、石油、天然气等一次能源。电动汽车充电过程中需要吸收大量的电能，如一个电池容量为35KWh的电动汽车动力电池组，快速充电时，大约需要消耗的充电功率可达250KW之多，相当于一栋办公楼用电的5倍，若大规模的电动汽车同时从电网中吸收电能，这将无疑对电网产生巨大的冲击。

目前的电动汽车充电方式都为插电式，通过电源线将电动汽车与充电设备连接在一起，拔插电源插头操作过程中容易产生电火花，在天气情况恶劣时，更加影响充电操作的安全。这种电源线的连接操作极为不方便，充电过程需要人工操作才能完成。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供了一种利用太阳能光伏系统发电和磁耦合共振原理实现无线电能传输的太阳能无线式电动汽车充电站。

技术方案：一种太阳能无线式电动汽车充电站，包括光伏阵列装置、由直流配电柜构成的直流母线装置、DC/DC变换器、高频逆变器和无线充电发射端；所述光伏阵列装置通过直流母线装置和DC/DC变换器相连，所述高频逆变器与DC/DC变换器相连，所述无线充电发射端与高频逆变器相连。

利用上述技术方案，光伏阵列装置经由阳光照射产生的直流电能汇集至直流母线装置上，经过DC/DC变换器得到充电站所需要的电压，同时完成对充电站最大功率的控制，接着直流电能被输送到高频逆变器，高频逆变器将直流电能逆变为高频交流电能，一般约为300KHz-20MHz左右，高频交流电能被输送到无线充电发射端，在无线充电发射端内设有原边线圈，而在电动汽车上的无线充电接收端内设有副边线圈，利用磁耦合共振的原理实现电能的无线传输，从而给电动汽车充电。

作为优选，所述光伏阵列装置通过若干组串联的光伏电池并联组成；光伏电池的个数可以根据充电站所需的电压、电流、功率要求和光伏电池自身的参数进行计算，使充电站与其所要求的资源相适配。

作为优选，本发明还包括由充放电控制器和蓄电池构成的储能系统，所述储能系统连接在直流母线装置上；当光伏阵列装置的电能过剩时，会对储能系统的蓄电池进行充电，当光伏阵列的电能不能满足充电要求时，储能系统的充放电控制器会控制蓄电池进行放电补充，以满足充电要求。

作为优选，本发明还包括PWM驱动，所述PWM驱动与高频逆变器相连并对高频逆变器发射脉冲信号；在给电动汽车充电时PWM驱动会与电动汽车的检测电路相连接，检测电路用于检测电动汽车的电压、电流和荷电状态，当电动汽车充电完成后，检测电路给PWM驱动发送信号，PWM驱动会及时的控制高频逆变器的启动与停止，不会造成电能的浪费。

作为优选，所述高频逆变器的电路为高频全桥逆变电路；所述高频全桥逆变电路可以将光伏阵列装置和储能系统所提供的直流电能转换成高频交流电能。

作为优选，所述无线充电发射端所采用的原理为磁耦合共振原理，并且采用地埋式安装；所述无线充电发射端内设有原边线圈、原边电容板和原边电源接线，而设在电动汽车内的无线充电接收端同样设有副边线圈、副边电容板和副边电源接线，将原边线圈与副边线圈调至共振，当原边线圈的振荡磁场频率与副边线圈的固有频率相接近或者相同时，原边线圈和副边线圈产生共振，从而实现电能的无线传输。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）实现了太阳能光伏发电系统为电动汽车充电，解决了大量电动汽车同时充电时对电网冲击的问题。

（2）采用了磁耦合共振的无线充电技术，避免了插销充电操作的触电危险和电能的损耗，实现了智能化的充电技术。

（3）实现了太阳能与电网的联合供电系统，有效减小了储能系统的容量。

（4）实现了电动汽车充电的安全化、便利化，可有效减小电动汽车蓄电池的容量，进而减轻电动汽车自身的重量，减小电动汽车制造的成本，同时提高能源的有效利用率，带动了电动汽车的发展。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的安装示意图；

图3为光伏阵列装置的电气连接图；

图4为高频逆变器的全桥逆变电路；

图5为整流滤波电路的全控桥式整流电路；

图6为无线充电发射端和无线充电接收端的结构示意图及能量传输示意图。

具体实施方式

参照图1至图6，一种太阳能无线式电动汽车充电站，包括光伏阵列装置1、由直流配电柜构成的直流母线装置2、DC/DC变换器3、高频逆变器5和无线充电发射端12；光伏阵列装置1通过直流母线装置2和DC/DC变换器3相连，高频逆变器5与DC/DC变换器3相连，无线充电发射端12与高频逆变器5相连。

作为优选，光伏阵列装置1通过若干组串联的光伏电池并联组成。

作为优选，本发明还包括由充放电控制器和蓄电池构成的储能系统4，储能系统4连接在直流母线装置2上。

作为优选，本发明还包括PWM驱动6，所述PWM驱动6与高频逆变器5相连并对高频逆变器5发射脉冲驱动信号。

作为优选，高频逆变器5的电路为高频全桥逆变电路。

作为优选，无线充电发射端12所采用的原理为磁耦合共振原理，并且采用地埋式安装。

工作原理：采用上述技术方案，首先光伏阵列装置1经由阳光照射产生的直流电能汇集至直流母线装置2上，如图3所示，光伏电池的个数可以根据充电站所需的电压、电流、功率要求和光伏电池自身的参数进行计算，使充电站与其所要求的资源相适配。然而直流母线装置2是由直流配电柜构成，光伏阵列串并联个数过多时，其效率下降，所以一般情况下，串并联的个数不易过多。

汇集到直流母线装置2上的直流电能分为两部分，当光伏阵列装置1产生的电能过剩时，会将多余的直流电能储存到储存系统4内的蓄电池里，当光伏阵列装置1产生的电能不足时，储存系统4会对其进行补充。

另一部分直流电能被输送到DC/DC变换器3，DC/DC变换器3控制充电站的升压或降压，充分获得光伏阵列装置1的最大功率，得到充电站所需要的电压。

接着直流电能被输送到高频逆变器5，如图4所示，高频逆变器5内的高频全桥逆变电路将直流电能逆变为高频交流电能，这时的高频变流电能一般约为300KHz-20MHz左右。

高频交流电能被输送到无线充电发射端12，如图6所示，无线充电发射端12内设有原边线圈13、原边电容板14和原边电源接线15，而设在在电动汽车上的无线充电接收端11内相应的设有副边线圈16、副边电容板17和副边电源接线18，将原边线圈13与副边线圈16调至共振系统，当原边线圈13产生的振荡磁场的频率与副边线圈14的固有频率相接近或者相同时，原边线圈13和副边线圈16产生共振，从而实现了电能的无线传输。

在电动汽车上设有依次连接的无线充电接收端11、整流滤波电路7、电动汽车动力电池9和检测电路8。无线充电接收端11将接收到的交流电能输送到整流滤波电路7，如图5所示，整流滤波电路7的全控桥式整流电路用于整流高频交流电能，并对其进行滤波处理，经整流滤波处理后，得到的直流电能送入电动汽车动力电池9进行充电，检测电路8会实时检测电动汽车动力电池9的电压、电流、荷电状态等参数，当电动汽车动力电池9充满电时检测电路8向PWM驱动6提供反馈控制信号，PWM驱动6的脉冲信号一般由单片机或者DSP芯片输出，这类芯片管脚输出电压一般低于5V，而高频逆变器5的驱动电压一般为15V，所以需要设计PWM驱动电路来控制高频逆变器5的频率，也可以控制逆变器的工作状态，这样在电动汽车充电完成后可以及时的关闭充电站，以免造成资源的浪费。PWM驱动电路的设计需要根据系统所选择开关器件的参数来确定，一般逆变器开关器件的生产商都配有专门的驱动电路，所以，本发明没有给出详细的驱动电路设计图。通过上述过程可以完成太阳能无线式电动汽车充电站对电动汽车的充电过程。

安装方法：如图2所示，利用高速公路旁大面积的土地资源安装光伏阵列装置1，在路边或者服务区建设快速充电站。也可以利用露天停车场的车棚安装光伏阵列装置1，建设慢速充电站，太阳能无线式电动汽车充电站的无线充电发发射端12安装在地面以下，无线充电发射端12上方的盖板要求具有一定的承载力和防雨水功能，无线充电接收端11可安装在车底盘的前端，也可安装在中端、尾端，当车辆停放在充电位置，无需拉线等操作即可实现充电。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (6)

1.一种太阳能无线式电动汽车充电站，其特征在于：包括光伏阵列装置（1）、由直流配电柜构成的直流母线装置（2）、DC/DC变换器（3）、高频逆变器（5）和无线充电发射端（12）；所述光伏阵列装置（1）通过直流母线装置（2）和DC/DC变换器（3）相连，所述高频逆变器（5）与DC/DC变换器（3）相连，所述无线充电发射端（12）与高频逆变器（5）相连。

2.根据权利1所述的一种太阳能无线式电动汽车充电站，其特征在于：所述光伏阵列装置（1）通过若干组串联的光伏电池并联组成。

3.根据权利1所述的一种太阳能无线式电动汽车充电站，其特征在于：还包括由充放电控制器和蓄电池构成的储能系统（4），所述储能系统（4）连接在直流母线装置（2）上。

4.根据权利1所述的一种太阳能无线式电动汽车充电站，其特征在于：还包括PWM驱动（6），所述PWM驱动（6）与高频逆变器（5）相连并对高频逆变器（5）发射脉冲驱动信号。

5.根据权利1所述的一种太阳能无线式电动汽车充电站，其特征在于：所述高频逆变器（5）的电路为高频全桥逆变电路。

6.根据权利1所述的一种太阳能无线式电动汽车充电站，其特征在于：所述无线充电发射端（12）所采用的原理为磁耦合共振原理，并且采用地埋式安装。

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