CN103997087B - 一种电动汽车无绳充放电系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车无绳充放电系统及其运行方法，属于电动汽车充放电系统。所述充放电系统包括无线供电、无绳充电桩、车载三个部分。供电部分安装在地下，包括：无线供电模块负责电网电能变换及无线发送；供电控制模块输出端与无线供电模块相连；无绳充电桩部分主要包括：电能无线收发中继模块起到电能中继作用；储能模块负责储存电车回馈电能及电网能量；车载部分主要包括：电磁能收发模块负责将拾取电磁能通过充电机输送给车载电池；充电桩及车载部分都含有无线收发模块，负责两部分间的数据信息无线交互；优点：该系统实现了电能及数据信息的无线传输和电动汽车剩余能量的回收利用；无线充电桩移动灵活；无线充电户外环境适应性强。

Description

一种电动汽车无绳充放电系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车充放电系统，具体涉及一种电动汽车无绳充放电系统及其运行方法。

背景技术

在石油危机和环境污染的双重压力下，新能源电动汽车的发展得到世界各国政府和大型汽车企业的重视。以环保、节能著称的电动汽车必将取代燃油车成为现代交通工具的主流。在此同时，与其配套的电动汽车充电站和充电桩的建设成为电动汽车发展的关键。

然而目前建成的充电站及充电桩存在问题包括：(1)电动汽车充电站功能单一，无汽车剩余能量回馈功能，造成电能的浪费；(2)暴露在充电桩外部的输电线容易受到外界环境的干扰，降低系统工作的可靠性；(3)接触式充电站影响充电人员的人身安全；(4)目前充电站无法做到智能化管理。

发明内容

针对上述目前建成的充电站及充电桩存在的问题，本发明提供一种电动汽车充放电系统及运行方法，解决由于线路接入不良造成系统充电和通讯受阻的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的；电动汽车充放电系统包括无线供电、无绳充电桩和车载三个部分：

无线供电部分包括无线供电模块和供电控制模块，无线供电模块的控制信号输入端与供电控制模块的输出端相连；无线供电模块接收供电控制模块输出的控制信号以及将电网能量以无线的方式输送给充电桩；

无绳充电桩部分包括电能无线收发中继模块、微处理器控制模块、充电桩无线通信模块、人机交互模块和储能模块；其中，电能无线收发中继模块与储能模块相连，将电能进行传输中继，以无线的方式接收电网能量，并将其以无线传输方工传输到车载部分；电能无线收发中继模块以无线的方式实现储能模块和车载电池间的能量相互流动；微处理器控制模块分别与电能无线收发中继模块、充电桩无线通信模块、人机交互模块和储能模块相连；微处理器控制模块对数据进行处理及控制；人机交互模块实现用户对充/放电方式的选择、充/放电计费及系统参数的显示；充电桩无线通信模块实现无线远距离信号的接收与发送；

车载部分包括电磁能收发模块、车载无线通信模块、电池管理系统、充电机和车载电池；电磁能收发模块与充电机相连，电磁能收发模块将拾取的电磁能通过充电机传输给车载电池；充电机具有能量双向流动功能，能将车载电池剩余电能通过充电机，利用电磁能收发模块转换成电磁能，无线传输到充电桩中；电池管理系统与车载电池相连，实时检测车载电池状态信息，电池状态信息包括电池类别、充电电流及充电电压；电池管理系统与车载无线通信模块相连，通过车载无线通信模块将电池状态信息传输到无绳充电桩中。

所述的无线供电模块包括电源输入接口、整流滤波单元、高频逆变单元及LCL谐振电路；它们按顺序依次相连，无线供电部分安装在地下。

所述的电能无线收发中继模块是一个LCL谐振电路，发送和接收电能。

所述的充电桩无线通信模块和车载无线通信模块支持3G、4G无线通信接口。

所述的储能模块包括可逆整流桥电路及储能元件；可逆整流桥电路可实现能量的双向流动，当用户电动汽车需要馈电时，储能元件通过可逆整流桥负责储存回馈电能；当用户电动汽车需要充电时，储能元件将其储存的电能输送给电动汽车；另外，储能模块还可接收电网电能。

所述的电磁能收发模块是一个LCL电路，将其安装在车的头部、侧面或者尾部，随汽车移动而移动。

本发明的电动汽车无绳充放电系统的运行方法如下：包括采用四种工作模式：1、电网到车载电池的无线充电模式；2、充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式；3、车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；4、电网到充电桩储能模块的无线充电模式；运行方法包括：

电动汽车充电时：用户将电动汽车驶入指定区域，手动闭合电网供电开关及储能模块开关；然后刷卡进入人机交互界面，用户根据自身需求，选择充电完成条件，所述的充电完成条件包括限时间充电、限费用充电、限电能充电和自由充电；充电桩微处理器控制模块接收到用户指令后，开始向电动汽车充电；当系统工作在充电时，工作模式包括充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式和电网到车载电池的无线充电模式；

充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式是充电桩储能元件以无线的方式将储存的能量输入到车载电池中，从而达到给电动汽车充电的目的；当充电桩微处理器控制模块接收到用户充电指令后，开始对充电桩储能元件当前储存能量进行检测评估，如果存储能量充足，断开中继开关，系统工作在充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式；电能无线收发中继模块将储能模块存储的能量发射到电磁能收发模块中；然后电磁能收发模块将拾取能量通过充电机输送给车载电池，直到充电完成；充电完成后，用户再次刷卡结账，断开储能模块开关；充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式结束；

电网到车载电池的无线充电模式是电网以无线的方式将电网能量输入到车载电池中，从而达到给电动汽车充电的目的；当充电桩微处理器控制模块接收到用户充电指令后，开始对充电桩储能元件当前储存能量进行检测评估，如果储存能量不足，闭合中继开关，将充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式屏蔽，系统工作在电网到车载电池的无线充电模式；电能无线收发中继模块将拾取电网能量发射到电磁能收发模块中；然后电磁能收发模块将拾取能量通过充电机输送给车载电池，直到充电完成；充电完成后，用户再次刷卡结账，断开电网供电开关；电网到车载电池的无线充电模式完成；

电动汽车放电时：用户将电动汽车驶入指定区域，手动闭合储能模块开关；然后刷卡进入人机交互界面；根据用户自身需求，选择放电完成条件，所述的放电完成条件包括限时间放电、限费用放电、限电能放电和自由放电；充电桩微处理器控制模块接收到用户放电指令后，系统工作在车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；

车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式是车载电池能量以无线的方式传输到充电桩储能元件中；当充电桩微处理器控制模块接收到用户放电指令后，系统自动断开中继开关，取消对充电桩储能模块的屏蔽作用，系统进入车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；此时，电磁能收发模块通过充电机将车载电池能量发射到电能无线收发中继模块中；电能无线收发中继模块将拾取的车载电池能量输送给储能模块，直到放电完成；放电完成后，用户刷卡领取放电费用，车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式结束；

系统空闲时，工作人员可闭合电网供电开关，中继开关自动断开，取消对储能模块的屏蔽作用，系统工作在电网到充电桩储能模块的无线充电模式；

电网到充电桩储能模块的无线充电模式是电网能量通过无线的方式输送到储能模块中；无线供电模块将电网能量发射到电能无线收发中继模块，电能无线收发中继模块将拾取的电网能量输入到储能模块中，完成电网能量的储存。

所述的电网供电开关和储能开关都是机械开关。

所述的中继开关属于电力电子开关。

有益效果，由于采用了上述方案，通过电能无线收发中继模块，电动汽车可工作在电网到车载电池的无线充电模式、充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式、车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式、电网到充电桩储能模块的无线充电模式等四种模式；所有充电和放电模式都是基于无线的方式实现的。实现了供电部分、无绳充电桩部分与车载部分三者之间的完全电气隔离、各个电气部分的无线供电以及充电桩与车载之间电能及数据信息的无线传输，整体系统简洁美观、易于移动；实现了电动汽车车载电池与无线充电桩之间的电能的双向传输，一方面要满足电动汽车的充电需求，另一方面解决了电动汽车的快速发展将对电网运营带来的影响，提高电力设备综合利用效率，调节电网峰谷平衡，改善电网负荷特性。解决了由于线路接入不良造成系统充电和通讯受阻的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的主电路原理图。

图3是本发明工作在电网到车载电池的无线充电模式电路拓扑结构图。

图4是本发明工作在电网到充电桩储能模块的无线充电模式电路拓扑结构图。

图5是本发明工作在充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式电路拓扑结构图。

图6是本发明工作在车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式电路拓扑结构图。

图7是本发明的工作流程图。

图中，1、无线供电模块；2、供电控制模块；3、车载电池；4、充电机；5、电池管理系统；6、车载无线通信模块；7、电磁能收发模块；8、电能无线收发中继模块；9、微处理器控制模块；10、充电桩无线通信模块；11、人机交互模块；12、储能模块；13、整流滤波单元；14、高频逆变单元；15、LCL谐振电路；16、可逆整流桥电路；17、储能元件；18、电源输入接口。

具体实施方式

下面结合系统结构示意图、主电路原理图及具体实施例对本发明做进一步说明

实施例1：如图1，本发明的基于无绳充电桩的电动汽车充放电系统，具体包括供电，无绳充电桩、车载三个部分；

供电部分包括无线供电模块1和供电控制模块2；其中，无线供电模块1与供电控制模块2输出相连，接收供电控制模块2输出的控制信号并将电网能量以无线的方式输送给无绳充电桩部分；

所述无绳充电桩部分包括电能无线收发中继模块8、微处理器控制模块9、充电桩无线通信模块10、人机交互模块11和储能模块12；其中，电能无线收发中继模块8与储能模块12相连，起到电能传输中继作用，以无线的方式拾取电网能量，并将其无线发射到车载部分；另外，电能无线收发中继模块8作为中介以无线的方式实现储能模块和车载电池间的能量相互流动；微处理器控制模块9分别与电能无线收发中继模块8、充电桩无线通信模块10、人机交互模块11和储能模块12相连；微处理器控制模块9起到数据处理及控制作用；人机交互模块11可实现用户对充/放电模式的选择、充/放电计费及系统参数的显示；充电桩无线通信模块10实现无线远距离信号的接收与发送；

所述车载部分包括电磁能收发模块7、车载无线通信模块6、电池管理系统5、充电机4和车载电池3。电磁能收发模块7与充电机4相连，将拾取电能通过充电机4传输到车载电池3；另外，充电机4可实现能量双向流动，因此，车载电池存储的电能可通过充电机4，利用电磁能收发模块7转换成电磁能，无线发射到充电桩中。电池管理系统5与车载电池3相连，实时的检测车载电池3状态信息，其中包括电池类别、充电电流及充电电压等。电池管理系统5与车载无线通信模块6相连，通过车载无线通信模块6将电池状态信息传输到充电桩中。

所述无线供电系统1包括电源输入接口18、整流滤波单元13、高频逆变单元14及LCL谐振电路15；它们按顺序依次相连，安装在地下；

所述无线电能收发中继模块是彼此并联的LCL谐振电路8，负责电能的接收和发射；

所述无线通信模块A10和车桩无线通信模块6支持3G、4G无线通信接口；

所述的储能模块12包括可逆整流桥电路16及储能元件17；可逆整流桥电路17可实现能量的双向流动，当用户电动汽车需要放电时，储能元件17通过可逆整流桥16负责储存回馈电能；当其它用户电动汽车需要充电时，储能元件17将其储存的电能输送给电动汽车；另外，储能模块12还可接收电网电能；

所述电磁能收发模块7是一个LCL电路，将其安装在车的头部、侧面或者尾部，随汽车移动而移动。

本发明的电动汽车无绳充放电系统包括上述任一项所述的充放电系统，采用四种工作模式：1、电网到车载电池的无线充电模式；2、充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式；3、车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；4、电网到充电桩储能模块的无线充电模式；运行方法如下：

电动汽车充电时：用户将电动汽车驶入指定区域，手动闭合电网供电开关K1及储能模块开关K2；然后刷卡进入人机交互界面，用户根据自身需求，选择充电完成条件，所述的充电完成条件包括限时间充电、限费用充电、限电能充电和自由充电；充电桩微处理器控制模块9接收到用户令后，开始向电动汽车充电；当系统工作在充电时，工作模式包括充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式和电网到车载电池的无线充电模式；

如图5所示，充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式是充电桩储能元件17以无线的方式将储存的能量输入到车载电池3中，从而达到给电动汽车充电的目的；当充电桩微处理器控制模块9接收到用户充电指令后，开始对充电桩储能元件17当前储存能量进行检测评估，如果存储能量充足，断开中继开关K3，系统工作在充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式；电能无线收发中继模块8将储能模块12存储的能量发射到电磁能收发模块7中；然后电磁能收发模块7将拾取能量通过充电机4输送给车载电池3，直到充电完成；充电完成后，用户再次刷卡结账，断开储能模块开关K2；充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式结束；

如图3所示，电网到车载电池的无线充电模式是电网以无线的方式将电网能量输入到车载电池3中，从而达到给电动汽车充电的目的；当充电桩微处理器控制模块9接收到用户充电指令后，开始对充电桩储能元件17当前储存能量进行检测评估，如果储存能量不足，闭合中继开关K3，将充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式屏蔽，系统工作在电网到车载电池的无线充电模式；电能无线收发中继模块8将拾取电网能量发射到电磁能收发模块7中；然后电磁能收发模块7将拾取能量通过充电机输送给车载电池3，直到充电完成；充电完成后，用户再次刷卡结账，断开电网供电开关K1；电网到车载电池3的无线充电模式完成；

电动汽车放电时：用户将电动汽车驶入指定区域，手动闭合储能模块开关K2；然后刷卡进入人机交互界面；根据用户自身需求，选择放电完成条件，所述的放电完成条件包括限时间放电、限费用放电、限电能放电和自由放电；充电桩微处理器控制模块9接收到用户放电指令后，系统工作在车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；

如图6所示，车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式是车载电池3能量以无线的方式传输到充电桩储能元件17中；当充电桩微处理器控制模块9接收到用户放电指令后，系统自动断开中继开关K3，取消对充电桩储能模块12的屏蔽作用，系统进入车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；此时，电磁能收发模块7通过充电机4将车载电池3能量发射到电能无线收发中继模块8中；电能无线收发中继模块8将拾取的车载电池3能量输送给储能模块12，直到放电完成；放电完成后，用户刷卡领取放电费用，车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式结束；

系统空闲时，工作人员可闭合电网供电开关K1，中继开关K3自动断开，取消对储能模块12的屏蔽作用，系统工作在电网到充电桩储能模块的无线充电模式；

如图4所示，电网到充电桩储能模块的无线充电模式是电网能量通过无线的方式输送到储能模块12中；无线供电模块1将电网能量发射到电能无线收发中继模块8，电能无线收发中继模块8将拾取的电网能量输入到储能模块12中，完成电网能量的储存。

Claims (8)

1.一种电动汽车无绳充放电系统，其特征是，电动汽车充放电系统包括无线供电、无绳充电桩和车载三个部分：

无线供电部分包括无线供电模块和供电控制模块，无线供电模块的控制信号输入端与供电控制模块的输出端相连；无线供电模块接收供电控制模块输出的控制信号以及将电网能量以无线的方式输送给充电桩；

无绳充电桩部分包括电能无线收发中继模块、微处理器控制模块、充电桩无线通信模块、人机交互模块和储能模块；其中，电能无线收发中继模块与储能模块相连，将电能进行无线传输中继，以无线的方式接收电网能量，并将电能以无线传输方式传输到车载部分；电能无线收发中继模块以无线的方式实现储能模块和车载电池间的能量相互流动；微处理器控制模块分别与电能无线收发中继模块、充电桩无线通信模块、人机交互模块和储能模块相连；微处理器控制模块对数据进行处理及控制；人机交互模块实现用户对充/放电方式的选择和充/放电计费及系统参数的显示；充电桩无线通信模块实现无线远距离信号的接收与发送；

车载部分包括电磁能收发模块、车载无线通信模块、电池管理系统、充电机和车载电池；电磁能收发模块与充电机相连，电磁能收发模块将拾取的电磁能通过充电机传输给车载电池；充电机具有能量双向流动功能，能将车载电池剩余电能通过充电机，利用电磁能收发模块转换成电磁能，无线传输到充电桩中；电池管理系统与车载电池相连，实时检测车载电池状态信息，电池状态信息包括电池类别、充电电流及充电电压；电池管理系统与车载无线通信模块相连，通过车载无线通信模块将电池状态信息传输到无绳充电桩中。

2.根据权利要求1所述的电动汽车无绳充放电系统，其特征在于：所述的无线供电模块包括电源输入接口、整流滤波单元、高频逆变单元及LCL谐振电路；它们按顺序依次相连，无线供电部分安装在地下。

3.根据权利要求1所述的电动汽车无绳充放电系统，其特征在于：电能收发中继模块是一个LCL谐振电路，发送和接收电能。

4.根据权利要求1所述的电动汽车无绳充放电系统，其特征在于：所述的充电桩无线通信模块和车载无线通信模块支持3G和4G无线通信接口。

5.根据权利要求1所述的电动汽车无绳充放电系统，其特征在于：所述的储能模块包括可逆整流桥电路及储能元件；可逆整流桥电路可实现能量的双向流动，当用户电动汽车需要馈电时，储能元件通过可逆整流桥负责储存回馈电能；当用户电动汽车需要充电时，储能元件将其储存的电能输送给电动汽车；另外，储能模块还可接收电网电能。

6.根据权利要求1所述的电动汽车无绳充放电系统，其特征在于：所述电磁能收发模块是一个LCL电路，将其安装在车的头部、侧面或者尾部，随汽车移动而移动。

7.一种根据权利要求1所述电动汽车无绳充放电系统的运行方法，其特征在于：包括采用四种工作模式：1、电网到车载电池的无线充电模式；2、充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式；3、车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；4、电网到充电桩储能模块的无线充电模式；具体运行如下：

电动汽车充电时：用户将电动汽车驶入指定区域，手动闭合电网供电开关及储能模块开关；然后刷卡进入人机交互界面，用户根据自身需求，选择充电完成条件，所述的充电完成条件包括限时间充电、限费用充电、限电能充电和自由充电；充电桩微处理器控制模块接收到用户指令后，开始向电动汽车充电；当系统工作在充电时，工作模式包括充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式和电网到车载电池的无线充电模式；

充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式是充电桩储能元件以无线的方式将储存的能量输入到车载电池中，从而达到给电动汽车充电的目的；当充电桩微处理器控制模块接收到用户充电指令后，开始对充电桩储能元件当前储存能量进行检测评估，如果存储能量充足，断开中继开关，系统工作在充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式；电能无线收发中继模块将储能模块存储的能量发射到电磁能收发模块中；然后电磁能收发模块将拾取能量通过充电机输送给车载电池，直到充电完成；充电完成后，用户再次刷卡结账，断开储能模块开关；充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式结束；

电网到车载电池的无线充电模式是电网以无线的方式将电网能量输入到车载电池中，从而达到给电动汽车充电的目的；当充电桩微处理器控制模块接收到用户充电指令后，开始对充电桩储能元件当前储存能量进行检测评估，如果储存能量不足，闭合中继开关，将充电桩储能模块到车载电池的无线充电模式屏蔽，系统工作在电网到车载电池的无线充电模式；电能无线收发中继模块将拾取电网能量发射到电磁能收发模块中；然后电磁能收发模块将拾取能量通过充电机输送给车载电池，直到充电完成；充电完成后，用户再次刷卡结账，断开电网供电开关；电网到车载电池的无线充电模式完成；

电动汽车放电时：用户将电动汽车驶入指定区域，手动闭合储能模块开关；然后刷卡进入人机交互界面；根据用户自身需求，选择放电完成条件，所述的放电完成条件包括限时间放电、限费用放电、限电能放电和自由放电；充电桩微处理器控制模块接收到用户放电指令后，系统工作在车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；

车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式是车载电池能量以无线的方式传输到充电桩储能元件中；当充电桩微处理器控制模块接收到用户放电指令后，系统自动断开中继开关，取消对充电桩储能模块的屏蔽作用，系统进入车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式；此时，电磁能收发模块通过充电机将车载电池能量发射到电能无线收发中继模块中；电能无线收发中继模块将拾取的车载电池能量输送给储能模块，直到放电完成；放电完成后，用户刷卡领取放电费用，车载电池到充电桩储能模块的无线放电模式结束；

系统空闲时，工作人员可闭合电网供电开关，中继开关自动断开，取消对储能模块的屏蔽作用，系统工作在电网到充电桩储能模块的无线充电模式；

电网到充电桩储能模块的无线充电模式是电网能量通过无线的方式输送到储能模块中；无线供电模块将电网能量发射到电能无线收发中继模块，电能无线收发中继模块将拾取的电网能量输入到储能模块中，完成电网能量的储存。

8.根据权利要求7所述的电动汽车无绳充放电系统的运行方法，其特征在于：所述电网供电开关和储能开关都是机械开关。

9.根据权利要求7所述的电动汽车无绳充放电系统的运行方法，其特征在于：所述中继开关属于电力电子开关。