CN103904757A

CN103904757A - 一种电动汽车的无线充电系统

Info

Publication number: CN103904757A
Application number: CN201210590279.4A
Authority: CN
Inventors: 刘宇
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明提出一种电动汽车的无线充电系统，包括：电能提供装置，电能提供装置包括：LLC谐振电源模块用于将输入交流电转换为预设频率的谐振信号；初级线圈设置在初级磁芯之中，且初级线圈与LLC谐振电源模块相连，初级线圈用于根据谐振信号发射电磁信号；以及电能接收装置，电能接收装置设置在电动汽车之上，包括：次级线圈设置在次级磁芯之中，当次级线圈与初级线圈之间的距离在预设范围之内时，次级线圈根据初级线圈发射的电磁信号生成感应电流；充电控制模块与次级线圈相连，用于将感应电流转换为直流电以为电动汽车中的电池进行充电。采用本发明的电动汽车的无线充电系统，操作简单，节约了空间资源，此外，安全性能大幅度提高。

Description

一种电动汽车的无线充电系统

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电动汽车的无线充电系统。

背景技术

目前，电动汽车充电主要以有线充电技术即传导充电技术为主。关于有线充电技术，在美国、欧洲和中国都有相应的标准对其进行规范，该充电方式最大的特点就是采用线束将供电设备的电能传输到电动车的储能电池包中。常见的有线充电方式有两种：直流传导有线充电和交流传导有线充电。直流传导有线充电是指将电能转换装置放在车外部例如非车载充电器，即在车辆外部完成与车载储能电池包的电能匹配。交流传导有线充电是指将电能转换装置放在车内部，即车载电能匹配装置例如车载充电器。一般情况下，非车载充电器没有过多的体积和重量限制，输出功率可以很大，适合于充电站快速充电场合，而车载充电器由于是放置于车上，体积和重量都受到严格限制，故充电功率较小，适合于家用慢速充电场合。

现有技术存在的缺点是：设备的移动搬运和电源的引线过长，操作繁琐，设备以及在对电动汽车充电时，其公共占地面积过大，导致较大的空间资源浪费，在人工操作过程中，频繁的充电操作，极易出现设备的过度磨损和金属接触端子的老化。由于充电操作环节一般都为高压电，存在着严重的安全隐患。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种电动汽车的无线充电系统，该无线充电系统能够节约空间资源，操作简单，安全性能大幅度提高。

为达到上述目的，本发明实施例提出一种电动汽车的无线充电系统，包括：电能提供装置，所述电能提供装置包括：LLC谐振电源模块，用于将输入交流电转换为预设频率的谐振信号；初级磁芯和初级线圈，所述初级线圈设置在所述初级磁芯之中，且所述初级线圈与所述LLC谐振电源模块相连，所述初级线圈用于根据所述谐振信号发射电磁信号；以及电能接收装置，所述电能接收装置设置在所述电动汽车之上，且所述电能接收装置包括：次级磁芯和次级线圈，所述次级线圈设置在所述次级磁芯之中，当所述次级线圈与所述初级线圈之间的距离在预设范围之内时，所述次级线圈根据所述初级线圈发射的所述电磁信号生成感应电流；充电控制模块，所述充电控制模块与所述次级线圈相连，用于将所述感应电流转换为直流电以为所述电动汽车中的电池进行充电。

根据本发明的电动汽车的无线充电系统，通过初级铁芯和初级线圈与次级线圈和次级铁芯之间进行无线能量传输，并为电动汽车进行充电，与有线充电方案相比，避免了设备的移动搬运和电源的引线过长和容易造成磨损等问题，并且操作简单。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电动汽车的无线充电系统结构示意图；

图2为根据本发明的一个实施例的电动汽车的无线充电系统的结构的示意图；

图3为根据本发明的一个实施例的初级线圈、初级铁芯、次级线圈、次级铁芯和气息的示意图；以及

图4为根据本发明的一个实施例的采用本发明实施例的无线充电系统为电动汽车充电的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电动汽车的无线充电系统。

如图1所示，本发明实施例的电动汽车的无线充电系统，包括：电能提供装置101和电能接收装置102。其中，电能提供装置101进一步包括：LLC谐振电源模块103与初级磁芯104和初级线圈105。其中，LLC谐振电源模块103用于将输入交流电转换为预设频率的谐振信号，预设频率可以理解为根据需要设定的频率。初级线圈105设置在初级磁芯104之中，且初级线圈105与LLC谐振电源模块103相连，初级线圈105用于根据谐振信号发射电磁信号。电能接收装置102设置在电动汽车之上，且电能接收装置102包括次级磁芯107和次级线圈108和充电控制模块106。其中，次级线圈108设置在次级磁芯107之中，当次级线圈108与初级线圈105之间的距离在预设范围之内时，次级线圈108根据初级线圈105发射的电磁信号生成感应电流。充电控制模块106与次级线圈108相连，用于将感应电流转换为直流电以为电动汽车中的电池进行充电，

在本发明的一个实施例中，如图2所示，在本发明的实施例中，充电控制模块106可以为由四个开关管S5~S8组成的桥式整流电路，将交流电流转化成直流电流提供给电动汽车的电池。无线充电系统还包括滤波模块201，滤波模块201与充电控制模块106相连，用于对充电控制模块106输出的直流电流进行滤波。滤波模块201可以为滤波电容，如图中所示电容C2，经充电控制模块106转化为的直流电流经滤波电容C2滤波后，变成稳定的直流电流输出，以为电动汽车进行供电。

在本发明的一个实施例中，电能提供装置101设置在地面，电能接收装置102设置在电动汽车的底部，其中，电能提供装置101与充电桩相连，由充电桩向电能提供装置101提供直流电。可以理解的是除了充电桩外，也可以用其他充电设备为电能提供装置提供直流电。电动汽车在充电时使得电能接收装置102与电能提供装置101之间的距离保持在预设范围之内以使电能接收装置102与电能提供装置101之间产生感应所需的气息。在本发明的一个实施例中，实际上，电能提供装置101与电能接收装置102之间是通过电能提供装置101中的初级线圈105和初级铁芯104与电能接收装置102中的次级线圈107和次级铁芯108组成的高频变压器进行能量传输的。另外，根据LLC谐振电源变压器的特点，变压器磁芯的交界面需要进行添加气息处理。如图3所示，初级线圈105位于初级磁芯104中，次级线圈108位于次级磁芯107中，初级磁芯104和次级磁芯107中间即为空气气息A。可以将次级线圈108和次级磁芯107放置于车辆上作为车载设备，将初级线圈105和初级磁芯104放置于供电设备上作为非车载设备，然后通过两者之间的气息A进行能量传输。为了方便电能提供装置101与电能接收装置102之间进行充电，本发明实施例的无线充电系统还包括升降装置（未在图中标示），升降装置用于调整电能提供装置101与电能接收装置102之间的距离，以使次级线圈108与初级线圈105之间的距离在预设范围之内，即在产生合适的感应电流的范围内，亦即保持适当的气息A范围，使次级线圈108根据初级线圈105发射的电磁信号生成感应电流。然后通过充电控制模块106将感应电流转换为直流电以为电动汽车中的电池进行充电。

在本发明的一个实施例中，LLC谐振电源模块103进一步包括：电源转换子模块202和谐振子模块203。其中，电源转换子模块202用于将输入的直流电转换为交流电，电源转换子模块202的一端与初级线圈105的一端相连。电源转换子模块202可以是由四个开关管S1~S4组成的一个全桥逆变电路，可以实现将直流逆变成高频交流电。谐振子模块203的一端与电源转换子模块202的另一端相连，谐振子模块203的另一端和初级线圈105的另一端相连，谐振子模块203用于根据交流电和初级线圈105产生谐振。进一步地，谐振子模块203包括相互串联的电容和电感，如图2所示电容C1和电感L0。电感L0为初级线圈105的漏感。如果初级线圈105的漏感提供的电感量不足，需要外部串联谐振电感，即电感可以包括相互串联的外接电感和初级线圈105的漏感，如图2中L1和L0。在本实施例中，通过电源转换子模块202将输入的直流电逆变成交流电流，并经过谐振子模块203产生高频谐振，可以使电源转换子模块202中的开关管进入软开关状态，提高了开关频率，降低了开关损耗，提高了系统效率。

在本发明的一个实施例中，由四个开关管S1~S4组成的全桥逆变电路将输入的直流电流逆变为交流电流。此交流电流再经由外接电感L1和初级线圈105的漏感L0组成的谐振电感及谐振电容C1成为高频谐振交流电流，并由初级线圈105传输到次级线圈108，然后经四个开关管S6~S8组成的桥式整流电路，将交流电变换为直流电，再经过C2的滤波储能，成为稳定的直流电流点输出给电动汽车的电池进行供电。

在本发明的实施例中，如图4所示，作为最佳实施例，无线充电系统的电能提供装置101可以放置在地表G下层，从而节省了地表G上层的空间资源，公共充电面积大幅度减少。本发明实施例的电动汽车的无线充电系统为电动汽车C进行充电基本过程为：输入电源提供直流电经过电源转换子模块202将直流电流转化为交流电，再经初级线圈105和初级铁芯104将交流电隔离变换传输到次级线圈108和次级铁芯107，然后经过充电控制模块106的整流，将交流电流变换成直流电，经滤波模块201滤波后为电动汽车进行供电。

根据本发明的电动汽车的无线充电系统，通过初级铁芯和初级线圈与次级线圈和次级铁芯之间进行无线能量传输，并为电动汽车进行充电，与有线充电方案相比，避免了设备的移动搬运和电源的引线过长和容易造成磨损等问题，并且操作简单。另外，公共充电区域面积大大减少，节约了空间资源，此外，安全性能大幅度提高。

在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种电动汽车的无线充电系统，其特征在于，包括：

电能提供装置，所述电能提供装置包括：

LLC谐振电源模块，用于将输入交流电转换为预设频率的谐振信号；

初级磁芯和初级线圈，所述初级线圈设置在所述初级磁芯之中，且所述初级线圈与所述LLC谐振电源模块相连，所述初级线圈用于根据所述谐振信号发射电磁信号；以及

电能接收装置，所述电能接收装置设置在所述电动汽车之上，且所述电能接收装置包括：

次级磁芯和次级线圈，所述次级线圈设置在所述次级磁芯之中，当所述次级线圈与所述初级线圈之间的距离在预设范围之内时，所述次级线圈根据所述初级线圈发射的所述电磁信号生成感应电流；

充电控制模块，所述充电控制模块与所述次级线圈相连，用于将所述感应电流转换为直流电以为所述电动汽车中的电池进行充电。

2.如权利要求1所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述电能提供装置设置在地面，所述电能接收装置设置在所述电动汽车的底部，其中，所述电动汽车在充电时使得所述电能接收装置与所述电能提供装置之间的距离保持在所述预设范围之内以使所述电能接收装置与所述电能提供装置之间产生感应所需的气隙。

3.如权利要求1或2所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，还包括：

升降装置，所述升降装置用于调整所述电能提供装置与所述电能接收装置之间的距离。

4.如权利要求1或2所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述电能提供装置与充电桩相连，所述充电桩向所述电能提供装置提供直流电。

5.如权利要求1或2所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述LLC谐振电源模块进一步包括：

电源转换子模块，用于将输入的直流电转换为交流电，所述电源转换子模块的一端与所述初级线圈的一端相连；

谐振子模块，所述谐振子模块的一端与所述电源转换子模块的另一端相连，所述谐振子模块的另一端和所述初级线圈的另一端相连，所述谐振子模块用于根据所述交流电和所述初级线圈产生谐振。

6.如权利要求5所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述谐振子模块包括相互串联的电容和电感。

7.如权利要求6所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述电感为所述初级线圈的漏感。

8.如权利要求6所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，所述电感包括相互串联的外接电感和所述初级线圈的漏感。

9.如权利要求1或2所述的电动汽车的无线充电系统，其特征在于，还包括：

滤波模块，所述滤波模块与充电控制模块相连，用于对所述交流电进行滤波。