CN104377793A - 一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，包括：供电端，包括风力发电阵列、光伏阵列，风力发电阵列和光伏阵列均通过直流汇流器与储能蓄电池相连；无线发送端，充电桩电网能量输出端依次与主MCU、高频软开关、变频器、高频升压变压器连接输出高频电磁功率，然后加载到非对称发射线圈上，非对称谐振线圈固定在非对称发射线圈上方以加强该方向上的无线传输效果；无线接收端，包括协同工作线圈，协同工作线圈设置在电动汽车底盘和轮胎车毂上，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流器整流后输出至电动汽车工作电池。本发明在电动汽车底盘、轮胎车毂和顶部设置无线接收线圈即协同工作线圈，大大提高了无线传输效率。

Description

一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩
技术领域
本发明涉及电动汽车充电桩领域，尤其涉及一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩。
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，研究其在电动汽车充电领域的应用。 
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：
一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，包括：
供电端，包括风力发电阵列、光伏阵列，所述风力发电阵列和光伏阵列均通过直流汇流器与储能蓄电池相连；
无线发送端，包括主MCU、高频软开关、变频器、高频升压变压器、非对称发射线圈及非对称谐振线圈，储能蓄电池输出端依次与高频软开关、变频器、高频升压变压器连接输出高频电磁功率，然后加载到非对称发射线圈上，所述非对称谐振线圈固定在非对称发射线圈上方以加强该方向上的无线传输效果；高频软开关、变频器、高频升压变压器控制端均与主MCU连接；
无线接收端，包括协同工作线圈，所述协同工作线圈设置在电动汽车底盘和轮胎车毂上，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流器整流后输出至电动汽车工作电池，所述无线发送端的变频器设有自动调频电路以检测协同工作线圈位置。
更进一步的，该充电桩顶端还设有机械臂及机械手，所述非对称发射线圈及非对称谐振线圈设置在机械手上，所述协同工作线圈设置在电动汽车车顶，与分对称谐振线圈位置对应，机械臂及机械手由主MCU驱动三轴电动机带动，实现非对称谐振线圈与协同工作线圈的位置对应，保证最大功率。机械手设有磁场强度监测仪，所述磁场强度监测仪将检测的磁场强度信号传输至主MCU，供主MCU对机械臂及机械手位置进行调整。
更进一步的，所述非对称发射线圈为发射线圈阵列，由多个非对称发射线圈并联在充电桩电网交流母线上，所述非对称发射线圈分别与共用可调谐振电容构成LC串联谐振电路，非对称发射线圈下方与侧面铺设有高导磁铁氧体。
更进一步的，所述非对称发射线圈由若干组发射线圈交叉循环并沿直线铺展而成，循环周期长度为60cm，非对称发射线圈下方与侧面铺设有高导磁铁氧体。
更进一步的，所述非对称谐振线圈为平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为60cm，非对称谐振线圈固定于非对称发射线圈线圈25cm。
更进一步的，所述协同工作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，所述高频软开关为单管准谐振PWM零电压软开关。
更进一步的，所述无线接收端设有从MCU，所述从MCU与高频降压变压器连接，并与主MCU进行无线通信，从MCU对电动汽车工作电池充电状态进行监控，并实时传送给主MCU，主MCU对传输电量计量计费，并完成金融交易。
有益效果：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、轮胎车毂和顶部设置无线接收线圈即协同工作线圈，大大提高了无线传输效率；可以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；另外本发明采用非对称发射线圈使高能磁场能量集中在发射线圈附近，并由非对称谐振线圈增强磁场，同样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为本发明非对称发射线圈结构示意图。
图3为本发明非对称谐振线圈结构示意图。
图4为本发明协同工作线圈结构示意图。
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所示，一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩1，包括：
供电端，包括风力发电阵列、光伏阵列，所述风力发电阵列和光伏阵列均通过直流汇流器与储能蓄电池相连；
无线发送端5，包括主MCU、高频软开关、变频器、高频升压变压器、非对称发射线圈及非对称谐振线圈，储能蓄电池输出端依次与高频软开关、变频器、高频升压变压器连接输出高频电磁功率，然后加载到非对称发射线圈上，所述非对称谐振线圈固定在非对称发射线圈上方以加强该方向上的无线传输效果；高频软开关、变频器、高频升压变压器控制端均与主MCU连接；
无线接收端4，包括协同工作线圈，所述协同工作线圈设置在电动汽车底盘和轮胎车毂上，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流器整流后输出至电动汽车工作电池，所述无线发送端的变频器设有自动调频电路以检测协同工作线圈位置。
更进一步的，该充电桩顶端还设有机械臂2及机械手3，所述非对称发射线圈及非对称谐振线圈设置在机械手3上，所述协同工作线圈设置在电动汽车车顶，与分对称谐振线圈位置对应，机械臂及机械手由主MCU驱动三轴电动机带动，实现非对称谐振线圈与协同工作线圈的位置对应，保证最大传输功率。机械手设有磁场强度监测仪，所述磁场强度监测仪将检测的磁场强度信号传输至主MCU，供主MCU对机械臂及机械手位置进行调整。
另外，如图2所示，非对称发射线圈为发射线圈阵列，由多个发射线圈9并联在充电桩电网交流母线上，非对称发射线圈下方与侧面铺设有高导磁铁氧体8。或者非对称发射线圈由若干组发射线圈交叉循环并沿直线铺展而成，循环周期长度为60cm，非对称发射线圈下方与侧面铺设有高导磁铁氧体。协同工作线圈由单匝无缘谐振器7与多匝感应线圈6共同组成，所述单匝无缘谐振器7并联有耐高压金属薄膜电容，所述多匝感应线圈6串联有耐高压金属薄膜电容，多匝感应线圈6平铺在高导磁铁氧体平板上。
如图3所示，非对称谐振线圈，谐振线圈10与共用可调谐振电容11构成LC串联谐振电路，优选为平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为60cm，非对称谐振线圈固定于每个非对称发射线圈线圈上方25cm（机械手处则位于下方）。
高频软开关为单管准谐振PWM零电压软开关。
无线接收端设有从MCU，所述从MCU与高频降压变压器连接，并与主MCU进行无线通信，从MCU对电动汽车工作电池充电状态进行监控，并实时传送给主MCU，主MCU对传输电量计量计费，并完成金融交易。
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，主MCU按磁场强度对操作手位置进行调整，调整完成，电动汽车底盘和轮胎车毂对应的非对称发射线圈开启工作，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)

1.一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于包括：
供电端，包括风力发电阵列、光伏阵列，所述风力发电阵列和光伏阵列均通过直流汇流器与储能蓄电池相连；
无线发送端，包括主MCU、高频软开关、变频器、高频升压变压器、非对称发射线圈及非对称谐振线圈，储能蓄电池输出端依次与高频软开关、变频器、高频升压变压器连接输出高频电磁功率，然后加载到非对称发射线圈上，所述非对称谐振线圈固定在非对称发射线圈上方以加强该方向上的无线传输效果；高频软开关、变频器、高频升压变压器控制端均与主MCU连接；
无线接收端，包括协同工作线圈，所述协同工作线圈设置在电动汽车底盘和轮胎车毂上，将接收到的高频电磁信号经高频降压变压器降压、整流器整流后输出至电动汽车工作电池，所述无线发送端的变频器设有自动调频电路以检测协同工作线圈位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：该充电桩顶端还设有机械臂及机械手，所述非对称发射线圈及非对称谐振线圈设置在机械手上，所述协同工作线圈设置在电动汽车车顶，与分对称谐振线圈位置对应，所述机械手设有磁场强度监测仪，所述磁场强度监测仪将检测的磁场强度信号传输至主MCU。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：所述非对称发射线圈为发射线圈阵列，由多个非对称发射线圈并联在充电桩电网交流母线上，所述非对称发射线圈分别与共用可调谐振电容构成LC串联谐振电路，非对称发射线圈下方与侧面铺设有高导磁铁氧体。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：所述非对称发射线圈由若干组发射线圈交叉循环并沿直线铺展而成，循环周期长度为60cm，非对称发射线圈下方与侧面铺设有高导磁铁氧体。
5.根据权利要求4所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：所述非对称谐振线圈为平面矩形螺旋渐开型结构，最外层边长为60cm，非对称谐振线圈固定于非对称发射线圈线圈25cm。
6.根据权利要求1所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：所述协同工作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。
7.根据权利要求1所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：所述高频软开关为单管准谐振PWM零电压软开关。
8.根据权利要求1所述的一种基于风力、光伏供电的电动汽车无线充电桩，其特征在于：所述无线接收端设有从MCU，所述从MCU与高频降压变压器连接，并与主MCU进行无线通信。
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