CN103956784A - 一种电动汽车无线与有线充电切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车无线与有线充电切换装置，包括相连的电源模块和电动汽车的充电模块；电源模块包括电网、分别于电网连接的控制开关一和控制开关二、与控制开关一连接的高频电源、与控制开关二连接的充电机及与高频电源连接的能量发射线圈系统；充电模块包括与控制开关二连接的主控系统及与能量发射线圈连接的能量接收系统，能量接收系统通过整流稳压匹配系统与电池连接、主控系统通过功率检测模块与电池连接；充电机与电池连接，控制系统发送信号至控制开关一和控制开关二。本装置结合无线充电和有线充电，可自选充电模式，使电动汽车充电变得更加灵活、便捷；在拥有有线充电稳定性的同时，也有在无线充电的情况下减少对电网的冲击的效果。

Description

一种电动汽车无线与有线充电切换装置

技术领域

本发明涉及一种电能管理技术领域的装置，具体涉及一种电动汽车无线与有线充电切换装置。

背景技术

随着近年来，随着人们生活水平的不断提高和探索物质世界的逐渐深入，人们对电能的传输方式和传输质量也有了新的要求。传统的电能传输主要是由导线或导体直接接触进行的，接触产生的火花、滑动磨损、碳积累及带电导体裸露等带来了一系列问题。无线电能传输是一种利用无线电传输电能的技术，最早由尼古拉特斯拉提出，与传统的电能传输方式相比，无线电能传输的过程中供电和用电之间不存在电的直接连接，避免了裸露导体和接触火花，具有使用安全、方便等优点，因而受到了广大研究工作者的关注和重视。

目前，无线电能传输技术研究的不断升温及其相关应用领域的不断拓宽，越来越多的科学家对此项技术给予了足够的肯定；随着电动汽车的不断普及，无线电能传输技术也应用其中。但是相对而言，无线充电的稳定差，而有线充电对电网压力较大，需要提供一种电动汽车无线与有线充电的切换装置，可以根据不同的电网情况进行选择，以降低电网压力同时又能具有较高的稳定性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种电动汽车无线与有线充电切换装置；本方法结合电动汽车无线充电和有线充电两种模式，根据用户意愿和喜好，自行选择充电模式，使电动汽车充电变得更加灵活、便捷。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种电动汽车无线与有线充电切换装置，其改进之处在于：所述装置包括相连的电源模块和所述电动汽车的充电模块；

所述电源模块包括电网、分别于所述电网连接的控制开关一和控制开关二、与所述控制开关一连接的高频电源、与所述控制开关二连接的充电机及与所述高频电源连接的能量发射线圈系统；

所述充电模块包括与所述控制开关二连接的主控系统及与所述能量发射线圈连接的能量接收系统，能量接收系统通过整流稳压匹配系统与电池连接、所述主控系统通过所述功率检测模块与所述电池连接；

所述充电机与所述电池连接，所述控制系统发送信号至所述控制开关一和所述控制开关二。

进一步的，通过所述主控制系统选择有线充电方式或无线充电方式。

进一步的，当选择所述有线充电方式时，所述主控制系统打开控制开关二，通过充电机为电源充电；

当选择所述无线充电方式时，所述主控制系统打开控制开关一，运用磁耦合谐振原理，通过高频电源系统、能量发射系统线圈、能量接收系统和整流稳压匹配系统传输给所述电池。

进一步的，所述高频电源采用高频逆变；所述高频逆变为全桥电压型串联逆变器，采用零电流关断技术，将直流电转变成所需的高频电能；

进一步的，所述高频电源采用高频电子管振荡电路；所述高频电子管振荡电路为采用电子管式考毕茨电容三点式高频振荡电路。

进一步的，所述主控系统开机后，检测所述控制开关一和所述控制开关二的开断状态及功率状态；

通过所述主控系统的人机交互界面反馈给用户，用户根据意愿选择切换与否，若要断开，则发出断开命令，控制开关完成握手协议后，实现断开；

所述主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当系统功率为0时，对另一路控制开关进行控制，实现其闭合，继续完成充电。

进一步的，当有功率需求或线路发生故障时，用户可通过主控系统设置切换线路；

所述主控系统使用所述功率检测模块进行功率检测，判断是否正常工作，若有故障情况，发出信号，由所述主控系统切断开关；

若系统正常工作，对工作中线路的控制开关发出断开命令，控制开关完成握手协议后断开开关；

所述主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当检测该线路无功率流，确认断开，对另一路的控制开关进行控制，实现闭合，继续进行功率检测，完成充电。

进一步的，通过所述主控系统，用户设置需求，所述切换装置给出优选模式；

用户根据自身充电需求，设置充电时间，主控系统通过采集目前电池电量，并根据目前充电站和电网状态进行综合判断，给出优选模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的装置采用有线和无线充电方案，可满足不同用户的不同功率需求，当用户需要慢充时可采用无线充电模式，快充可采用有线模式；在电动汽车普及之后，慢充方式能减缓对电网冲击。

2、本发明的装置采用有线和无线充电两种方案，更好的提高电动汽车充电稳定性，既拥有有线充电的稳定性，也具有无线充电的情况下减少对电网的冲击的效果。

3、本发明的装置采用无线和有线结合的充电方式给电动汽车充电，无线充电的电动汽车与电网互动能力大于有线充电的互动能力，当采用无线充电方式时，能抑制可再生能源输出波动，削峰填谷，减少对电网的冲击；同时当用户急需充电时，采用有线快充模式，又能极大的方便用户，满足用户需求。

附图说明

图1为本发明的装置的原理架构图；

图2为本发明高频电源结构图；

图3为本发明的装置的线路选择控制流程图；

其中，1-线路切换系统的主控系统；2-有线充电线路控制开关二；3-无线充电线路控制开关一；4-高频电源；5-能量发射系统；6-能量接收系统；7-整流稳压匹配系统；8-电池负载；9-有线充电机；10-功率检测模块；61-能量接收线圈；62-谐振频率补偿电容；63能量增强线圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，图1为电动汽车无线与有线充电切换装置的原理架构图；电动汽车无线与有线充电切换装置包括相连的电源模块和所述电动汽车的充电模块。

充电模块包括整流稳压匹配系统、电池、通过所述整流稳压匹配系统与所述电池连接的能量接收系统、功率检测模块和通过所述功率检测模块与所述电池连接的主控系统。

电源模块包括电网、分别于所述电网连接的控制开关一和控制开关二、与所述控制开关一连接的高频电源、与所述控制开关二连接的充电机及与所述高频电源连接的能量发射线圈。

所述充电机与所述电池连接，能量发射系统与所述能量接收系统连接，所述控制系统发送信号至所述控制开关一和所述控制开关二。能量发射系统包括相连的高频电源和能量发射线圈。

通过所述主控制系统选择有线充电方式或无线充电方式。

当选择所述有线充电方式是，所述主控制系统打开控制开关二，通过所述充电机为所述电源充电；

当选择所述无线充电方式是，所述主控制系统打开控制开关一，运用磁耦合谐振原理，通过所述高频电源、所述能量发射线圈、能量接收系统和整流稳压匹配系统传输给所述电池。

高频电源，高频电源可采用高频逆变或高频电子管振荡电路等两种结构；高频逆变为全桥电压型串联逆变器，采用零电流关断技术，将直流电转变成所需的高频电能；高频电子管振荡电路是采用电子管式考毕茨电容三点式高频振荡电路，如图2所示，Vcc是上千伏直流高压，用来给电子管屏极供电，V是电子管阴极两端电压，从而在阴极产生电子。电容C1，C2，电感L构成整个电路的振荡主回路，其中电感L也就是整个系统的能量发射线圈。

高频电源用于产生100K-10M以内的高频电能。

所述能量发射系统，由高频电源及能量发射线圈组成，其中高频振荡电路主要由电子管、高频高耐压陶瓷振荡电及能量发射线圈组成，此能量发射线圈通过与后级能量接收线圈的直接耦合可产生大强度高频非辐射式电磁能量场。

所述能量接收系统包括能量接收线圈61、谐振频率补偿电容62，谐振频率补偿电容为可调高频高耐压真空电容、能量增强线圈63，能量增强线圈为数匝螺旋形铜管；能量接收线圈通过谐振频率补偿电容与能量发射系统振荡频率相同，即能量接收器达到谐振状态。

主控系统开机后，通过采集电流、电压信息、控制开关信号进行功率判断，检测所述控制开关一和所述控制开关二的开断状态及功率状态。

通过所述主控系统的人机交互界面反馈给用户，包括开关开断状态、功率状态、目前的充电电池信息等，用户根据意愿选择切换与否，若要断开，则发出断开命令，控制开关完成握手协议后，实现断开，主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当系统功率为0时，对另一路控制开关进行控制，实现其闭合，继续完成充电。

当用于有功率需求或线路发生故障时，用户可通过线路切换系统主控系统设置线路切换，主控系统首先使用功率检测模块进行功率检测，判断是否正常工作，若有短路等情况，及时发出信号，切断开关，当系统正常工作，对已工作的线路开关发出断开命令，控制开关完成握手协议后，断开，主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当检测该线路无功率流，确认断开，对另一路开关进行控制，实现其闭合，继续进行功率检测，完成充电。

本实施例中，还可通过主控系统，结合用户设置需求，由切换装置给出优选模式；

用户根据自身充电需求，设置充电时间，主控系统通过采集目前电池电量，并根据目前充电站和电网状态进行综合判断，给出优选模式。下面结合一个实例给出主控系统进行优选的过程。

充电站会给有线模式和无线模式设定一个临界值，本实例的临界值设为总电量的40％。当用户将车停靠在停车位时，主控系统进行电量检测，当检测到剩余电量小于40％时，主控系统首先对当前充电站(上层)的充电负荷状态和电网状态进行询问，以判断此时上层是否允许该车辆进行有线充电，若允许则主控系统给出有线充电的优选模式，而当当前充电站负荷过多不允许其进行有线充电或电量大于40％时则系统给出无线充电的优选模式。

如图3所示，图3为电动汽车无线与有线充电切换装置的线路选择控制流程图；装置启动，主控系统开机后，检测所述控制开关一和所述控制开关二的开断状态及功率状态；

当用于有功率需求或线路发生故障时，用户可通过线路切换系统主控系统设置线路切换，主控系统首先使用功率检测模块进行功率检测，判断是否正常工作，若有短路等情况，及时发出信号，切断相应的控制开关，当系统正常工作，对已工作的线路开关发出断开命令，控制开关完成握手协议后，断开，主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当检测该线路无功率流，确认断开，对另一路开关进行控制，实现其闭合，继续进行功率检测，完成充电。

主控系统设有人机交互界面，将信息反馈给用户，用户根据意愿选择切换与否，若要断开，则发出断开命令，控制开关完成握手协议后，实现断开，主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当系统功率为0时，对另一路控制开关进行控制，实现其闭合，继续完成充电。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：所述装置包括相连的电源模块和所述电动汽车的充电模块； 

所述电源模块包括电网、分别于所述电网连接的控制开关一和控制开关二、与所述控制开关一连接的高频电源、与所述控制开关二连接的充电机及与所述高频电源连接的能量发射线圈； 

所述充电模块包括与所述控制开关二连接的主控系统及与所述能量发射线圈连接的能量接收系统，能量接收系统通过整流稳压匹配系统与电池连接、所述主控系统通过所述功率检测模块与所述电池连接； 

所述充电机与所述电池连接，所述控制系统发送信号至所述控制开关一和所述控制开关二。 

2.如权利要求1所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：通过所述主控制系统选择有线充电方式或无线充电方式。 

3.如权利要求2所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：当选择所述有线充电方式时，所述主控制系统打开控制开关二，通过充电机为电源充电； 

当选择所述无线充电方式时，所述主控制系统打开控制开关一，运用磁耦合谐振原理，通过高频电源系统、能量发射线圈、能量接收系统和整流稳压匹配系统传输给所述电池。 

4.如权利要求3所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：所述高频电源采用高频逆变；所述高频逆变为全桥电压型串联逆变器，采用零电流关断技术，将直流电转变成所需的高频电能。

5.如权利要求3所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：所述高频电源采用高频电子管振荡电路；所述高频电子管振荡电路为采用电子管式考毕茨电容三点式高频振荡电路。 

6.如权利要求2所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：所述主控系统开机后，检测所述控制开关一和所述控制开关二的开断状态及功率状态； 

通过所述主控系统的人机交互界面反馈给用户，用户根据意愿选择切换与否，若要断开，则发出断开命令，控制开关完成握手协议后，实现断开； 

所述主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当系统功率为0时，对另一路控制开关进行控制，实现其闭合，继续完成充电。 

7.如权利要求1所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：当有功率需求或线路发生故障时，用户可通过主控系统设置切换线路； 

所述主控系统使用所述功率检测模块进行功率检测，判断是否正常工作，若有故障情况，发出信号，由所述主控系统切断开关； 

若系统正常工作，对工作中线路的控制开关发出断开命令，控制开关完成握手协议后断开开关； 

所述主控系统接收到已断开命令后，对系统进行功率检测，当检测该线路无功率流，确认断开，对另一路的控制开关进行控制，实现闭合，继续进行功率检测，完成充电。 

8.如权利要求1所述的电动汽车无线与有线充电切换装置，其特征在于：通过所述主控系统，用户设置需求，所述切换装置给出优选模式； 

用户根据自身充电需求，设置充电时间，主控系统通过采集目前电池电量，并根据目前充电站和电网状态进行综合判断，给出优选模式。