CN103532251A

CN103532251A - 一种储能式电车电磁感应充电系统

Info

Publication number: CN103532251A
Application number: CN201310498704.1A
Authority: CN
Inventors: 李林
Original assignee: CSR Zhuzhou Electric Locomotive Co Ltd
Current assignee: CRRC Zhuzhou Locomotive Co Ltd
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2014-01-22

Abstract

本发明公开了一种储能式电车电磁感应充电系统，包括：输入电源、第一整流滤波电路、高频逆变电路、信号控制电路、分离式松耦合变压器、第二整流滤波电路、储能元件和电压采样电路；其中：输入电源的输入端与电网连接，输出端与第一整流滤波电路连接；第一整流滤波电路与高频逆变电路连接；高频逆变电路与分离式松耦合变压器的原边绕组连接；分离式松耦合变压器的副边绕组与第二整流滤波电路连接；第二整流滤波电路与储能元件连接；储能元件与电压采样电路连接；电压采样电路与信号控制电路连接；信号控制电路与高频逆变电路连接。本发明通过在系统中采用分离式松耦合变压器，能够解决现有技术中接收装置与供电装置接触不可靠的问题。

Description

一种储能式电车电磁感应充电系统

技术领域

本发明涉及储能式电车充电技术领域，更具体地说，涉及一种储能式电车电磁感应充电系统。

背景技术

目前，储能式电车的充电系统包含了安装在电车上的电能接收装置以及安装在地面的供电装置，当电车在充电点停车时就会自动感应充电。在长期的使用过程中发现，现有的储能式电车的充电系统在充电的过程中存在，电能接收装置与供电装置接触不可靠、导体裸露不安全、充电系统位置固定不灵活等弊端，且现有的充电系统只能满足小功率、近距离的电能传输。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种储能式电车电磁感应充电系统，通过在系统中采用分离式松耦合变压器，能够解决现有技术中接收装置与供电装置接触不可靠的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种储能式电车电磁感应充电系统，包括：输入电源、第一整流滤波电路、高频逆变电路、信号控制电路、分离式松耦合变压器、第二整流滤波电路、储能元件和电压采样电路；其中：

所述输入电源的输入端与电网连接，输出端与所述第一整流滤波电路连接；

所述第一整流滤波电路与所述高频逆变电路连接；

所述高频逆变电路与所述分离式松耦合变压器的原边绕组连接；

所述分离式松耦合变压器的副边绕组与所述第二整流滤波电路连接；

所述第二整流滤波电路与所述储能元件连接；

所述储能元件与所述电压采样电路连接；

所述电压采样电路与所述信号控制电路连接；

所述信号控制电路与所述高频逆变电路连接。

优选地，所述储能式电车电磁感应充电系统还包括：连接在所述电压采样电路和所述信号控制电路之间的过流保护电路。

优选地，所述储能式电车电磁感应充电系统还包括：连接在所述高频逆变电路与所述分离式松耦合变压器的原边绕组之间的原边补偿电路。

优选地，所述储能式电车电磁感应充电系统还包括：连接在所述分离式松耦合变压器的副边绕组与所述第二整流滤波电路之间的副边补偿电路。

优选地，所述储能元件为超级电容或蓄电池。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开的一种储能式电车电磁感应充电系统，通过输入电源从电网获取电能后，经过第一整流滤波电路整流滤波后，输出直流电至高频逆变电路，产生的高频交变电流在信号控制电路根据电压采样电路实时采集的储能元件的输出电压的控制下，进入分离式松耦合变压器的原边绕组，在临近空间产生耦合高频交变磁通，位于电车中的分离式松耦合变压器的副边绕组，在靠近原边绕组时，通过感应耦合高频交变磁通，获取感应电动势，并经过第二整流滤波电路后，完成向储能元件快速充电。由于充电系统通过分离式松耦合变压器进行耦合，实现了电车能够在一定的范围内自由移动，提高了电车的灵活性，且解决了现有技术中充电系统接触不可靠、导体裸露不安全的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种储能式电车电磁感应充电系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例公开的一种储能式电车电磁感应充电系统的结构示意图；

图3为本发明另一实施例公开的储能式电车电磁感应充电系统一次侧电路原理图；

图4为本发明另一实施例公开的储能式电车电磁感应充电系统二次侧电路原理图；

图5为本发明另一实施例公开的高频逆变电路的全桥逆变拓扑电路图；

图6为本发明另一实施例公开的过流保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种储能式电车电磁感应充电系统，通过在系统中采用分离式松耦合变压器，能够解决现有技术中接收装置与供电装置接触不可靠的问题。

如图1所示，为本发明实施例公开的一种储能式电车电磁感应充电系统，包括：输入电源101、第一整流滤波电路102、高频逆变电路103、信号控制电路104、分离式松耦合变压器105、第二整流滤波电路106、储能元件107和电压采样电路108；其中：

输入电源101的输入端与电网连接，输出端与第一整流滤波电路102连接；

第一整流滤波电路102与高频逆变电路103连接；

高频逆变电路103与分离式松耦合变压器105的原边绕组连接；

分离式松耦合变压器105的副边绕组与第二整流滤波电路106连接；

第二整流滤波电路106与储能元件107连接；

储能元件107与电压采样电路108连接；

电压采样电路108与信号控制电路104连接；

信号控制电路104与高频逆变电路103连接。

上述实施例中，输入电源101、第一整流滤波电路102、高频逆变电路103、信号控制电路104、分离式松耦合变压器105的原边绕组安装在地面侧。分离式松耦合变压器105的副边绕组、第二整流滤波电路106、储能元件107和电压采样电路108安装在储能式电车的底盘中。

上述实施例的工作原理为：通过输入电源101从电网获取电能后，经过第一整流滤波电路102整流滤波后，输出直流电至高频逆变电路103，高频逆变电路103产生高频交变电流，同时，电压采样电路108实时的采集储能元件107的输出电压，并将采样得到的电压信号通过无线的方式发送至信号控制电路104，信号控制电路104根据接收到的电压信号控制高频交变电流进入分离式松耦合变压器105的原边绕组，在临近空间产生耦合高频交变磁通，位于电车中的分离式松耦合变压器105的副边绕组，在靠近原边绕组时，通过感应耦合高频交变磁通，获取感应电动势，并经过第二整流滤波电路106后，完成向储能元件107快速充电。

上述的储能元件107可以为超级电容、蓄电池等。

在上述实施例中，通过将信号控制电路104安装在地面侧，能够减小储能式电车的重量。通过电压采样电路108实时的采集储能元件107的输出电压，并将采样得到的电压信号发送至信号控制电路104，能够实现对储能元件107采用恒流源充电的方式进行充电。通过在采用第一整流滤波电路102、第二整流滤波电路106和高频逆变电路103，能够提高分离式松耦合变压器105原边绕组中的电流频率，从而减小激励电流，提高充电系统的效率。通过采用分离式松耦合逆变器105，能够实现储能式电车在一定的范围内自由移动，提高了电车的灵活性，且解决了现有技术中充电系统接触不可靠、导体裸露不安全的问题。

本发明的另一实施例还公开了一种储能式电车电磁感应充电系统，如图2所示，包括：输入电源201、第一整流滤波电路202、高频逆变电路203、信号控制电路204、第一补偿电路205、分离式松耦合变压器206、第二补偿电路207、第二整流滤波电路208、储能元件209、电压采样电路210和过流保护电路211；其中：

输入电源201的输入端与电网连接，输出端与第一整流滤波电路202连接；

第一整流滤波电路202与高频逆变电路203连接；

高频逆变电路203与第一补偿电路205连接；

第一补偿电路205与分离式松耦合变压器206的原边绕组连接；

分离式松耦合变压器206的副边绕组与第二补偿电路207连接；

第二补偿电路207与第二整流滤波电路208连接；

第二整流滤波电路208与储能元件209连接；

储能元件209与电压采样电路210连接；

电压采样电路210与过流保护电路211连接；

过流保护电路211与信号控制电路204连接；

信号控制电路204与高频逆变电路203连接。

在上述实施例中，输入电源201、第一整流滤波电路202、高频逆变电路203、信号控制电路204、第一补偿电路205、过流保护电路211和分离式松耦合变压器206的原边绕组安装在地面侧。分离式松耦合变压器206的副边绕组、第二补偿电路207、第二整流滤波电路208、储能元件209和电压采样电路210安装在储能式电车的底盘中。

上述实施例的工作原理为：通过输入电源201从电网获取电能后，经过第一整流滤波电路202整流滤波后，输出直流电至高频逆变电路203，高频逆变电路203产生高频交变电流，同时，电压采样电路210实时的采集储能元件209的输出电压，并将采样得到的电压信号通过无线的方式发送至过流保护电路211，过流保护电路211根据接收到的电压信号对信号控制电路204进行过流保护后，将电压信号发送至信号控制电路204，信号控制电路204根据接收到的电压信号控制高频交变电流经过第一补偿电路205进行补偿后，传输至分离式松耦合变压器206的原边绕组，在临近空间产生耦合高频交变磁通，位于电车中的分离式松耦合变压器206的副边绕组，在靠近原边绕组时，通过感应耦合高频交变磁通，获取感应电动势，并经过第二补偿电路207补偿和第二整流滤波电路208整流滤波后，完成向储能元件209快速充电。

上述的储能元件209可以为超级电容、蓄电池等。

在上述实施例中，通过将信号控制电路204安装在地面侧，能够减小储能式电车的重量。通过电压采样电路210实时的采集储能元件209的输出电压，并将采样得到的电压信号通过过流保护电路211进行过流保护后，发送至信号控制电路204，能够实现对储能元件209采用恒流源充电的方式进行充电。通过在采用第一整流滤波电路202、第二整流滤波电路208和高频逆变电路203，能够提高分离式松耦合变压器206原边绕组中的电流频率，从而减小激励电流，提高充电系统的效率。通过第一补偿电路205和第二补偿电路207对分离式松耦合变压器206的原边和副边进行补偿，能够提高供电系统的性能。通过采用分离式松耦合逆变器206，能够实现储能式电车在一定的范围内自由移动，提高了电车的灵活性，且解决了现有技术中充电系统接触不可靠、导体裸露不安全的问题。

在上述实施例中，分离式松耦合变压器选用的是MX2000铁氧体，EE型磁芯；供电电压的有效值为220V，输出电压为110V；为充分利用磁芯，尽量减小变压器内阻，分离式松耦合变压器的气隙在40cm左右，传输效率约为90%。

第一整流滤波电路选用的是桥式整流电路，用电容滤波。考虑到电网电压的波动范围为±10%，电容耐压值应大于1.1×2×220=342.2V；电解电容的耐压为450V；为获得较好的滤波效果，实际选择电容为4个470uF电容并联，耐压为450V。

高频逆变电路主要包括全桥电路和半桥电路，考虑到电源电压利用率以及功率等级，高频逆变电路选择全桥逆变拓扑。该供电系统设定工作频率最高为100KHz，最大输出电压为110V，功率开关管为MOSFET。

第二整流滤波电路采用桥式整流电路，整流二极管选用MUR8100，采用LC滤波方式。

信号控制电路为满足最快速充电的要求，该充电系统选取恒流源充电的方法。考虑到减轻整车负载和系统稳定性，该系统采取信号控制电路对松耦合变压器一次侧控制的方案。

过流保护电路为保护信号控制电路主板电路，在将电压信号送入信号控制电路前利用二极管进行电压钳位。

电压采样电路选用的电压模块为KA20A/P，最大测量电压500V，最大输入电流20mA，输出电流100mA，原边电阻为10KΩ，副边电阻为30Ω的功率电阻。

如图3所示，为实施例公开的储能式电车电磁感应充电系统一次侧电路原理图。

如图4所示，为实施例公开的出能说电车电磁感应充电系统二次侧电路原理图。

如图5所示，为实施例公开的高频逆变电路的全桥逆变拓扑电路图。

如图6所示，为实施例公开的过流保护电路的电路图。

综上所述，本发明公开的一种储能式电车电磁感应充电系统，一方面，由于供电电源和用电设备之间通过空气的疏松耦合，现有充电系统中的接触网或接触轨、受流器等都可以消失，用电设备可在一定的范围内自由移动，提高了用电设备的灵活性，且能够适应多种恶劣环境，实现无人自动充电和移动式充电。另一方面，由于本发明公开的充电系统由两个相互独立、无接触的原副边构成，与传统的接触式滑动供电方式相比，不会产生碳积，不会污染环境，还可以大量节省布线所用的铜、塑料以及人力等资源，能够有效的解决现有技术中接触网或接触轨带来的市容市貌问题。另一方面，本发明公开的充电系统与传统的接触式滑动供电方式相比，避免了导体的接触摩擦，不会产生机械磨损、电腐蚀和化学腐蚀，提高了系统的可靠性，而且还能避免裸露导体的存在和接触火花的产生，提高了对人和设备的安全性。另一方面，本发明公开的充电系统在保证储能式电车所需行驶里程的前提下，能够通过频繁充电来减少储能元件容量，减轻了车体的重量，提高了能量的有效利用率，降低了运营维护成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要求与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种储能式电车电磁感应充电系统，其特征在于，包括：输入电源、第一整流滤波电路、高频逆变电路、信号控制电路、分离式松耦合变压器、第二整流滤波电路、储能元件和电压采样电路；其中：

所述第一整流滤波电路与所述高频逆变电路连接；

所述第二整流滤波电路与所述储能元件连接；

所述储能元件与所述电压采样电路连接；

所述电压采样电路与所述信号控制电路连接；

所述信号控制电路与所述高频逆变电路连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：连接在所述电压采样电路和所述信号控制电路之间的过流保护电路。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括：连接在所述高频逆变电路与所述分离式松耦合变压器的原边绕组之间的原边补偿电路。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：连接在所述分离式松耦合变压器的副边绕组与所述第二整流滤波电路之间的副边补偿电路。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述储能元件为超级电容或蓄电池。