CN103595109B - 一种电动汽车移动充电方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车移动充电方法和装置，在公路旁建设专用充电车道，在车道路面下方敷设高频交流母线，多个发射线圈并联在交流母线上构成阵列，母线末端串接一个共用可调谐振电容，分别与单个或多个发射线圈构成LC串联谐振电路。发射线圈与电动汽车上的接收线圈通过谐振耦合的方式进行电能传输，给电动汽车蓄电池充电。本发明实现移动中电动汽车的持续、不间断充电，可以有效得降低电池容量要求，提高电动汽车的续航能力，减轻快速充电给电网造成的压力，将更有力地推动分布式发电和电动汽车的大规模应用。
Description
技术领域
本发明涉及电气化公路中的电动汽车移动充电系统。
背景技术
发展电动汽车（EV）是节能、环保和低碳经济的需要，电动汽车的充电装置相当于汽车燃料的加注站，当前电动汽车主要的充电方式有普通充电的充电桩、快速充电的充电站以及可更换电池的换电站。但是这3种方式都有一定的弊端。普通充电方式多为交流充电，一次需要8～10h才能充满，这将大量占用充电等待时间，增大充电站建设规模。快速充电方式多为直流充电，一次充电需要几十分钟，而快速充电会降低电池的使用寿命，而且对城市电网的冲击不可忽视。而更换电池的方式主要面临的问题有电池和电动汽车的标准化、电池的流通管理等。
这些问题的症结在于传统的充电方式是在汽车静止的情况下，经过电线连接电源进行的。对此，实现移动中电动汽车的持续、不间断充电成了解决问题的关键。近几年来，随着无线充电联盟（WPC）的成立，电器设备普遍无线供电的全新时代即将到来。基于WPC，无线充电已经在电动牙刷、电动剃须刀、智能手机、电视机、电脑等部分家电产品中实用化。将无线电能传输技术应用到电动汽车的充电中，使得EV充电摆脱线缆的束缚，实现EV充电的安全、便捷。
发明内容
技术问题：本发明提供一种实现移动中电动汽车的持续、不间断充电，降低电池容量要求、减轻快速充电给电网造成压力的电动汽车移动充电方法，同时提供了一种实现该方法的电动汽车移动充电装置。
技术方案：本发明的电动汽车移动充电方法，包括：
建设专用充电车道，敷设高频交流母线和发射线圈阵列；
电网和分布式电源经直流变换后与多通道高频逆变器连接，输出端通过共用可调谐振电容与高频交流母线串联；
发射线圈阵列的单个或多个发射线圈并联在高频交流母线上，发射线圈分别与共用可调谐振电容构成LC串联谐振电路；
在电动汽车上设置接收线圈，所述接收线圈串接电容后构成LC谐振电路，其谐振频率与发射线圈回路的谐振频率一致；
电动汽车在专用充电车道上行驶时，发射线圈通过谐振耦合的方式将电能传输到接收线圈中，从而实现对电动汽车的无线移动充电。
本发明方法的一个优选方案中，多通道高频逆变器的输出端与共用可调谐振电容之间设置匹配电路。
本发明方法中，共用可调谐振电容可由多组电容构成，每组电容分别与发射线圈构成LC串联谐振电路。
本发明方法的一个优选方案中，专用充电车道上设置射频识别阅读器，电动汽车上设置射频识别电子标签，当射频识别阅读器检测到载有射频识别电子标签的电动汽车接近时，发出信号给控制系统，启动电源和与射频识别阅读器对应的发射线圈，对电动汽车充电；当检测到电动汽车远离时，控制系统关断相应的发射线圈和电源，停止充电。
本发明的电动汽车移动充电装置，包括：
敷设有高频交流母线和发射线圈阵列的专用充电车道；
以及，电网和分布式电源、多通道高频逆变器和共用可调谐振电容；
电网和分布式电源经直流变换后与多通道高频逆变器连接，多通道高频逆变器的输出端通过共用可调谐振电容与高频交流母线串联；
发射线圈阵列的单个或多个发射线圈并联在高频交流母线上，发射线圈分别与共用可调谐振电容构成LC串联谐振电路。
本发明装置的一个优选方案中，多通道高频逆变器的输出端与共用可调谐振电容之间还设置有匹配电路。
本发明装置中，共用可调谐振电容由多组电容构成，每组电容分别与发射线圈构成LC串联谐振电路。
本发明装置的一个优选方案中，专用充电车道上设置有射频识别阅读器，当射频识别阅读器检测到载有射频识别电子标签的电动汽车接近或远离时，能够发出信号给控制系统，启动或关断电源和相应的发射线圈。
本发明在现有公路旁建设专用充电车道，在车道路面下方敷设高频交流母线，由电网和分布式电源联合供电，根据所在环境新能源资源的差异，对电源进行管理。多个发射线圈并联在交流母线上构成阵列，发射线圈附近的动态射频识别系统对充电车道上方的电动汽车进行位置检测和身份识别，检测车辆的接近和远离，由此进行逆变器与各个电能发射线圈通断的切换。母线末端串接一个共用可调谐振电容，可分别与单个或多个发射线圈构成LC串联谐振电路，其电容值可根据通电工作的线圈数量自行调整。发射线圈与电动汽车上的接收线圈通过谐振耦合的方式进行电能传输，给电动汽车蓄电池充电。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
当前电动汽车主要的充电方式有普通充电的充电桩、快速充电的充电站以及可更换电池的换电站，这3种方式各有弊端：普通充电大量占用充电等待时间，增大充电站建设规模；快速充电会降低电池的使用寿命，对城市电网造成冲击；更换电池涉及到电池和电动汽车的标准化、电池的流通管理等。这些问题的症结在于传统的充电方式是在汽车静止的情况下，经过电线连接电源进行的，实现移动中电动汽车的持续、不间断充电可以有效解决上述问题。
本发明将无线电能传输技术应用到电动汽车的充电中，使得电动汽车充电摆脱线缆的束缚，实现充电的安全、便捷。可以有效得降低电池容量要求，提高电动汽车的续航能力，减轻快速充电给电网造成的压力，将更有力地推动分布式发电和电动汽车的大规模应用。
附图说明
图1为本发明的系统架构示意图。
图2为本发明的系统原理框图。
图3为多通道高频逆变器电路工作原理图。
图4为共用可调谐振电容工作原理图。
图中有：专用充电车道1、电网和分布式电源2、多通道高频逆变器3、高频交流母线4、共用可调谐振电容5、发射线圈阵列6、控制系统7、动态射频识别系统8。
具体实施方式
参阅图1、图2，本发明电气化公路中的电动汽车移动充电系统，包括专用充电车道1、电网和分布式电源2、多通道高频逆变器3、高频交流母线4、共用可调谐振电容5、发射线圈阵列6、控制系统7、动态射频识别系统8。
专用充电车道1为沿原有公路走向扩建的，专为电动汽车移动充电的电气化车道，整个电动汽车汽车移动充电系统都安装在充电车道周围。
电网和分布式电源2均经过直流变换，输出特征为（200~600V）的独立直流电压源。根据对公路汽车流量的统计，估算出电动汽车充电功率大小，决定从附近分布式电源或者电网投入的功率。多个直流电压源接入多通道高频逆变器3，参阅图3，通过控制策略即可实现每个电源的单独投切。通过逆变桥组开关频率（500k~1MHz）的设定，从逆变器输出相应频率的高频交流电。
本发明方法的一个优选实施例中，多通道高频逆变器的输出端与共用可调谐振电容之间还设置有匹配电路。该匹配电路是由电容和电感串、并联组成的无损匹配电路，其参数根据具体的电源以及负荷进行确定，用于提高电源效率。
高频交流母线4沿充电道路敷设，母线末端串接一个共用可调谐振电容5，每个发射线圈并联在交流母线上构成发射线圈阵列6，且各个线圈的通断可以控制。发射线圈为采用线径（0.5~2mm）的铜线，绕制成（5~10匝）的矩形线圈，线圈与车道宽度相近（2~4m），沿车道方向长度（3~8m），发射线圈间距由车速和车流量的统计数据决定（50~500m）。共用可调谐振电容由一系列单组电容组成，参阅图4，可分别与单个或多个发射线圈构成LC串联谐振电路，电容的投切容量根据通电工作的线圈数量自行调整，保证LC串联谐振频率始终等于逆变器输出的高频交流电频率。因为并不是所有发射线圈都在同一时间通电工作，通过检测工作线圈的个数，进行电容个数的投入，可以在一定程度上减小电容的投资成本，提高电动汽车移动充电的效率。
在电动汽车底盘安装接收线圈，并串接电容，构成LC谐振电路，其谐振频率与发射线圈回路的谐振频率一致。电动汽车在专用充电车道上行驶时，发射线圈通过谐振耦合的方式将电能传输到接收线圈中，从而实现对电动汽车的无线移动充电。
控制系统7实现多路高频PWM脉冲信号产生、电流采样、频率跟踪、过流保护、功率调节、线圈通断控制、电容投切控制等功能。
动态射频识别系统8，包括每个发射线圈附近的射频识别阅读器，和电动汽车上的射频识别电子标签。当阅读器检测到载有电子标签的电动汽车接近时，会发出信号给控制系统，启动电源和与阅读器对应的发射线圈，对电动汽车充电；而检测到汽车远离时，控制系统会关断相应的发射线圈和电源。通过对电动汽车位置的判断，决定充电线圈的通断，提高充电的效率。同时射频识别电子标签还存储用户的身份，可以用于充电计费。
Claims (6)
1.一种电动汽车移动充电方法，其特征在于，该方法包括：
设置专用充电车道（1），所述专用充电车道（1）敷设高频交流母线（4）和发射线圈阵列（6）；
电网和分布式电源（2）经直流变换后与多通道高频逆变器（3）连接，所述多通道高频逆变器（3）的输出端通过共用可调谐振电容（5）与高频交流母线（4）串联；
发射线圈阵列（6）的单个或多个发射线圈并联在高频交流母线（4）上，发射线圈分别与共用可调谐振电容（5）构成LC串联谐振电路；
在电动汽车上设置接收线圈，所述接收线圈串接电容后构成LC谐振电路，其谐振频率与发射线圈回路的谐振频率一致；
电动汽车在专用充电车道（1）上行驶时，发射线圈通过谐振耦合方式将电能传输到接收线圈中，从而实现对电动汽车的无线移动充电；
所述专用充电车道（1）上设置射频识别阅读器，电动汽车上设置射频识别电子标签，当射频识别阅读器检测到载有射频识别电子标签的电动汽车接近时，发出信号给控制系统，启动电源和与射频识别阅读器对应的发射线圈，对电动汽车充电；当检测到电动汽车远离时，控制系统关断相应的发射线圈和电源，停止充电。
2.根据权利要求1所述的电动汽车移动充电方法，其特征在于，所述多通道高频逆变器（3）的输出端与共用可调谐振电容（5）之间设置匹配电路。
3.根据权利要求1所述的电动汽车移动充电方法，其特征在于，所述的共用可调谐振电容（5）由多组电容构成，每组电容分别与发射线圈构成LC串联谐振电路。
4.一种电动汽车移动充电装置，其特征在于，该装置包括：
敷设有高频交流母线（4）和发射线圈阵列（6）的专用充电车道（1）；
以及，电网和分布式电源（2）、多通道高频逆变器（3）和共用可调谐振电容（5）；
所述电网和分布式电源（2）经直流变换后与多通道高频逆变器（3）连接，所述多通道高频逆变器（3）的输出端通过共用可调谐振电容（5）与高频交流母线（4）串联；
发射线圈阵列（6）的单个或多个发射线圈并联在高频交流母线（4）上，发射线圈分别与共用可调谐振电容（5）构成LC串联谐振电路；
所述专用充电车道（1）上设置有射频识别阅读器，当射频识别阅读器检测到载有射频识别电子标签的电动汽车接近或远离时，能够发出信号给控制系统，启动或关断电源和相应的发射线圈。
5.根据权利要求4所述的电动汽车移动充电装置，其特征在于，所述多通道高频逆变器（3）的输出端与共用可调谐振电容（5）之间还设置有匹配电路。
6.根据权利要求4所述的电动汽车移动充电装置，其特征在于，所述的共用可调谐振电容（5）由多组电容构成，每组电容分别与发射线圈构成LC串联谐振电路。
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