CN104362714A - 一种电动汽车蜂窝式无线充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，包括：无线发送端，包括充电桩供电端，所述供电端与三相电网电缆连接，且每相电缆均通过整流滤波器、DC-DC转换器、高频逆变器、谐振补偿器与N个发射线圈连接，记三相电缆所连接发射线圈分别为A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈，则共3N个发射线圈，所述3N个发射线圈呈蜂窝状均布在无线发射盘内，且A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈两两相邻分布，三相发射线圈中心连线呈正三角形；无线接收端，包括接收线圈，所述接收线圈分别设置在电动汽车底盘和顶部，与无线发射盘位置对应，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流滤波器整流滤波后输出至电动汽车工作电池。

Description

一种电动汽车蜂窝式无线充电桩
技术领域
本发明涉及电动汽车充电桩领域，尤其涉及一种电动汽车蜂窝式无线充电桩。
背景技术
电动汽车充电站是指为电动汽车充电的站点，与现在的加油站相似。随着低碳经济成为我国经济发展的主旋律，电动汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成部分，以及国务院确定的战略性新兴产业之一，必将成为今后中国汽车工业和能源产业发展的重点。当前电动汽车主要的充电方式有普通充电的充电桩、快速充电的充电站及可更换电池的换电站。但是这三种方式都有一定的弊端，但共同缺陷在于：有线连接的共同标准问题。普通充电方式多为交流充电，一次需要八到十个小时才能充满，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的电动汽车的标准化、电池的流通管理问题等等。随着无线充电技术的发展，人们逐渐将目光放在无线充电技术，通过电磁感应耦合原理，实现电能的近距离无线传输，实现电动汽车在车库、停车位甚至路边的充电桩的方便灵活充电，但现有磁能发射线圈存在磁场不均衡，只是在线圈中央位置磁场强度大，周边磁场强度下，电动汽车接收线圈必须正对与线圈中心才能高效充电。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种充电灵活、高效的电动汽车蜂窝式无线充电桩。
为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，包括：
无线发送端，包括充电桩供电端，所述供电端与三相电网电缆连接，且每相电缆均通过整流滤波器、DC-DC转换器、高频逆变器与N个发射线圈连接，记三相电缆所连接发射线圈分别为A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈，则共3N个发射线圈，所述3N个发射线圈呈蜂窝状均布在无线发射盘内，且A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈两两相邻分布，三相发射线圈中心连线呈正三角形；
无线接收端，包括接收线圈，所述接收线圈分别设置在电动汽车底盘和顶部，与无线发射盘位置对应，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流滤波器整流滤波后输出至电动汽车工作电池。
所述无线发射盘还设有位置传感器，采集接收线圈位置信息，所述位置传感器、DC-DC转换器和高频逆变器均与DSP控制器连接。
更进一步的，该充电桩顶端还设有机械臂及机械手，由DSP控制器控制的三轴电机驱动，机械手与无线发射盘固定连接。
更进一步的，所述接收线圈由单匝无缘谐振器与多匝感应线圈共同组成，所述单匝无缘谐振器并联有耐高压金属薄膜电容，所述多匝感应线圈串联有耐高压金属薄膜电容，多匝感应线圈平铺在高导磁铁氧体平板上。
更进一步的，所述C相发射线圈的螺旋方向与A相发射线圈、B相发射线圈螺旋方向相反。
更进一步的，所述电动汽车车载控制器监测工作电池工作状态，并与DSP控制器进行无线通讯，将工作电池状态发送给DSP控制器，DSP控制器计算工作电池所需电量及充电开启、停止。
更进一步的，所述无线发射盘为锰锌高导磁材料制成的盘状结构，其除无线接收线圈对应面外的其他侧面均覆盖有电磁绝缘层。
更进一步的，所述DSP控制器连接有液晶显示器，显示当前充电电量、单价及消费金额。
更进一步的，所述DSP控制器还连接有CAN通信单元和以太网通信单元，以便于与外部，例如充电桩控制平台、电动汽车或其他充电桩进行数据通信。
有益效果：（1）本发明提供的电动汽车无线充电桩避免了有线充电的缺陷，同时在电动汽车底盘和顶部设置无线接收线圈，大大提高了无线传输效率；无线发射线圈设置在地面和机械手上，而机械手通过机械臂实现距离调节，并且充电桩可以根据需要设置多个机械臂，同时实现多个电动汽车的充电；（2）将该无线充电桩安装在车库或停车场，使电动汽车在停车时进行充电，避免了等待时间；（3）本发明采用蜂窝状无线发射线圈使高能磁场能量集中在无线接收线圈附近，保证无线接收线圈较大范围内可靠磁能接收，而并非集中在线圈中心位置，因此提高了无线传输效率。
附图说明
图1为本发明提供的无线充电桩结构示意图。
图2为本发明提供的无线充电桩无线发送端电路原理图。
图3为本发明提供的无线充电桩蜂窝状无线接收线圈结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1、2、3所示，一种电动汽车蜂窝式无线充电桩1，包括：
无线发送端，包括充电桩供电端，所述供电端与三相电网电缆连接，且每相电缆均通过整流滤波器、DC-DC转换器、高频逆变器与N个发射线圈连接，记三相电缆所连接发射线圈分别为A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈，则共3N个发射线圈，所述3N个发射线圈呈蜂窝状均布在无线发射盘5内，且A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈两两相邻分布，三相发射线圈中心连线呈正三角形，从而形成一大面积磁能充电区域，而无线接收线圈无论处于哪一点，由位置传感器判断其位置后，由最接近的三相发射线圈进行高效无线磁能发射，其他发射线圈不工作，并且为便于精确判断无线接收线圈的位置，可以在无线发射盘5内设置多个位置传感器，并分别与DSP控制器连接。
无线接收端，包括接收线圈4，所述接收线圈4分别设置在电动汽车底盘和顶部，与无线发射盘5位置对应，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流滤波器整流滤波后输出至电动汽车工作电池。
所述无线发射盘5还设有位置传感器，采集接收线圈位置信息，所述位置传感器、DC-DC转换器和高频逆变器均与DSP控制器连接。无线发射盘为锰锌高导磁材料制成的盘状结构，其除无线接收线圈对应面外的其他侧面均覆盖有电磁绝缘层。
更进一步的，该充电桩顶端还设有机械臂2及机械手3，由DSP控制器控制的三轴电机驱动，机械手与无线发射盘5固定连接。
接收线圈由单匝无缘谐振器与多匝感应线圈共同组成，所述单匝无缘谐振器并联有耐高压金属薄膜电容，所述多匝感应线圈串联有耐高压金属薄膜电容，多匝感应线圈平铺在高导磁铁氧体平板上。
更进一步的，所述C相发射线圈的螺旋方向与A相发射线圈、B相发射线圈螺旋方向相反。
更进一步的，所述电动汽车车载控制器监测工作电池工作状态，并与DSP控制器进行无线通讯，将工作电池状态发送给DSP控制器，DSP控制器计算工作电池所需电量及充电开启、停止。
DSP控制器连接有液晶显示器，显示当前充电电量、单价及消费金额，DSP控制器还连接有CAN通信单元和以太网通信单元，以便于与外部，例如充电桩控制平台、电动汽车或其他充电桩进行数据通信，便于后续功能扩展。
该无线充电桩安装在车库或停车场，当电动汽车行驶至无线充电桩处，车库或停车场地面设置电动汽车前轮和后轮锁定装置，对电动汽车位置进行锁定，开启充电后，DSP控制器按位置传感器对操作手位置进行调整，调整完成，电动汽车底盘和车顶对应的无线发射盘5开启工作，进行无线充电。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于包括：
无线发送端，包括充电桩供电端，所述供电端与三相电网电缆连接，且每相电缆均通过整流滤波器、DC-DC转换器、高频逆变器与N个发射线圈连接，记三相电缆所连接发射线圈分别为A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈，则共3N个发射线圈，所述3N个发射线圈呈蜂窝状均布在无线发射盘内，且A相发射线圈、B相发射线圈和C相发射线圈两两相邻分布，三相发射线圈中心连线呈正三角形；
无线接收端，包括接收线圈，所述接收线圈分别设置在电动汽车底盘和顶部，与无线发射盘位置对应，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流滤波器整流滤波后输出至电动汽车工作电池；
所述无线发射盘还设有位置传感器，采集接收线圈位置信息，所述位置传感器、DC-DC转换器和高频逆变器均与DSP控制器连接。
2.根据权利要求1所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：该充电桩顶端还设有机械臂及机械手，由DSP控制器控制的三轴电机驱动，机械手与无线发射盘固定连接。
3.根据权利要求1或2所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：所述接收线圈由单匝无缘谐振器与多匝感应线圈共同组成，所述单匝无缘谐振器并联有耐高压金属薄膜电容，所述多匝感应线圈串联有耐高压金属薄膜电容，多匝感应线圈平铺在高导磁铁氧体平板上。
4.根据权利要求1所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：所述C相发射线圈的螺旋方向与A相发射线圈、B相发射线圈螺旋方向相反。
5.根据权利要求1所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：所述电动汽车车载控制器监测工作电池工作状态，并与DSP控制器进行无线通讯。
6.根据权利要求1所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：所述无线发射盘为锰锌高导磁材料制成的盘状结构，其除无线接收线圈对应面外的其他侧面均覆盖有电磁绝缘层。
7.根据权利要求1所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：所述DSP控制器连接有液晶显示器。
8.根据权利要求1或7所述一种电动汽车蜂窝式无线充电桩，其特征在于：所述DSP控制器还连接有CAN通信单元和以太网通信单元。
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