CN105515210A - 非接触充电桩、车载充电装置和充电系统 - Google Patents

非接触充电桩、车载充电装置和充电系统 Download PDF

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刘秀兰
曾爽
迟忠君
李香龙
陈艳霞
焦东升
陈建树
关宇
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Abstract

本发明公开了非接触充电桩、车载充电装置和充电系统。其中，该非接触充电桩包括：交流电源；PWM整流电路，其交流侧与交流电源相连接；高频逆变电路，其直流侧端与PWM整流电路的直流侧相连接；以及电能发送线圈，连接在高频逆变电路的交流侧，发送用于产生电流的磁场。通过本发明，解决了现有技术中能量传输的功率较低的问题，进而达到了提高能量传输功率的效果。

Description

非接触充电桩、车载充电装置和充电系统
技术领域
本发明涉及非接触充电领域，具体而言，涉及一种非接触充电桩、车载充电装置和充电系统。
背景技术
现有技术在进行能量传输的过程中，通过能量发射端的高频交流电向接收端通过空气辐射电磁波的形式实现的，但是通过空气辐射电磁波的形式进行能量传输会导致能量传输的效率较低。
针对现有技术中能量传输的功率较低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种非接触充电桩、车载充电装置和充电系统，以解决能量传输的功率较低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种非接触充电桩。根据本发明的非接触充电桩包括：交流电源；PWM整流电路，其交流侧与所述交流电源相连接；高频逆变电路，其直流侧端与所述PWM整流电路的直流侧相连接；以及电能发送线圈，连接在所述高频逆变电路的交流侧，发送用于产生电流的磁场。
进一步地，所述非接触充电桩还包括：初级端谐振电容，与所述电能发送线圈串联，并且连接在所述电能发送线圈和所述高频逆变电路的直流侧之间。
进一步地，所述非接触充电桩还包括：初级端控制器，与所述PWM整流电路和所述高频逆变电路均相连接。
进一步地，所述非接触充电桩还包括：机械传动装置，与所述初级端控制器和所述电能发送线圈均相连接，用于调节所述电能发送线圈中线圈的个数。
进一步地，所述非接触充电桩还包括：初级端无线通信单元，与所述初级端控制器相连接，用于发送通信信息。
进一步地，所述非接触充电桩还包括：显示终端，与所述初级端控制器相连接。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种非接触车载充电装置。根据本发明的非接触车载充电装置包括：电能接收线圈，接收用于产生电流的磁场；整流电路，交流侧与所述电能接收线圈相连接；降压电路，直流侧与所述整流电路的直流侧相连接；动力电池，输入端与所述降压电路的输出端相连接，用于接收来自所述降压电路的电压以进行充电。
进一步地，所述非接触车载充电装置还包括：次级端谐振电容，与所述电能接收线圈串联，并且连接在所述电能接收线圈和所述整流电路的直流侧之间。
进一步地，所述非接触车载充电装置还包括：次级端控制器，与所述降压电路相连接。
进一步地，所述非接触车载充电装置还包括：次级端无线通信单元，与所述次级端控制器相连接，用于接收充电桩的通信信息，并向充电桩发送通信信息。
为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种非接触充电系统。根据本发明的非接触充电系统包括：上述任意一项非接触充电桩，用于提供充电电流信号；以及上述任意一项所述的非接触车载充电装置，用于接收所述充电电流信号，对所述非接触车载充电装置中的动力电池进行充电。
通过本发明，采用交流电源；PWM整流电路，其交流侧与交流电源相连接；高频逆变电路，其直流侧端与PWM整流电路的直流侧相连接；以及电能发送线圈，连接在高频逆变电路的交流侧，发送用于产生电流的磁场，解决了现有技术中能量传输的功率较低的问题，进而达到了提高能量传输功率的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的非接触充电桩的电路图；
图2是根据本发明实施例的非接触车载充电装置的电路图；以及
图3是根据本发明实施例的非接触充电系统的电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种非接触充电桩。图1是根据本发明实施例的非接触充电桩的电路图。如图所示，该非接触充电桩包括：交流电源101；PWM整流电路102，其交流侧与交流电源相连接；高频逆变电路103，其直流侧端与PWM整流电路的直流侧相连接；以及电能发送线圈L1，连接在高频逆变电路的交流侧。
PWM整流电路102从电网中获得三相交流电能，经过PWM整流电路102的电能变换后，将电网中获得的三相交流电能变换为电压为300V～750V的可调直流电能。直流电压输入到高频逆变电路103中，经过高频逆变电路103的转化变换为高频的交流电能输入到电能发送线圈L1内。与PWM整流电路102连接的还有初级端控制器104，其中，PWM整流电路102的电压值由控制器104经过CAN通讯输入到PWM整流电路102中进行调节。通过PWM整流电路102和高频逆变电路103将工频交流电转化为高频交流电，实现了能量传输的高频化。
为了减少系统的无功功率，提高系统的功率传输能力，以实现系统的最大化能量传输，该非接触充电桩还包括：初级端谐振电容C1，其与电能发送线圈L1串联，并且连接在电能发送线圈L1和高频逆变电路103的直流侧之间。直流电压输入到高频逆变电路103中，经过高频逆变电路103的转化变换为高频的交流电能输入到电能发送线圈L1内和初级端谐振电容C1内。电能发送线圈L1和初级端谐振电容C1为相互串联的连接方式，高频逆变电路103的频率与电能发送线圈L1和初级端谐振电容C1之间的固有频率是相同的，这样电能会在电能发送线圈L1和初级端谐振电容C1发生谐振，使得电能发送线圈L1产生同样频率的正弦电流，电能发射线圈L1将输入的正弦电流转化为高频交变的磁场，向外界输出。
如图1所示，该非接触充电桩还包括：机械传动装置106、线通信单元105和显示终端107。其中，机械传动装置106与初级端控制器104和电能发送线圈L1均相连接，用于调节电能发送线圈L1中线圈的个数。初级端无线通信单元105与初级端控制器104相连接，用于发送通信信息。显示终端107与初级端控制器104相连接。该初级端无线通信单元105可以是ZigBee无线通信单元。初级端无线通信单元105向需要充电的装置发送通信信号。充电显示终端107可以是可触控显示终端，其被安装在非接触充电桩上用于控制非接触充电的开始、暂停等操作，显示充电进程、充电计费以及相关用户信息，显示终端107与初级端控制器104通过串口互联，能够通过串口接收来自初级端控制器104的控制信息。
本发明实施例还提供了一种非接触车载充电装置。图2是根据本发明实施例的非接触车载充电装置的电路图。如图所示，该非接触车载充电装置包括：电能接收线圈L2、整流电路201、降压电路202和动力电池203。其中，整流电路201的交流侧与电能接收线圈相连接；降压电路202的直流侧与整流电路201的直流侧相连接；动力电池203的输入端与降压电路202的输出端相连接，用于接收来自降压电路202的电压以进行充电。为了提高非接触车载充电装置的功率传输能力，该非接触车载充电装置还包括次级端谐振电容C2，次级端谐振电容C2与电能接收线圈L2串联，并且连接在电能接收线圈L2和整流电路201的直流侧之间。该非接触车载充电装置还包括：次级端控制器204、次级端无线通信单元205，其中，次级端控制器204与降压电路202相连接。次级端无线通信单元205，与次级端控制器相连接，用于接收充电桩的通信信息，并向充电桩发送通信信息。
电能接收线圈L2接收到电能发射线圈L1所发出的高频交变磁场，高频交变磁场在电能接收线圈L2转化为同样频率的交变电流，电能接收线圈L2与次级端谐振电容C2相互串联，二者的固有频率与电能发射线圈L1所发出的交变磁场频率相同，使得电能发射线圈L1所发射的电流信号能够最大程度的被电能接收线圈L2接收到；电能接收线圈L2所接收到的电能经过整流电路201的整流，输入到降压电路202进行DC-DC降压变换，转换得到可供蓄电池恒流、恒压充电直流电能，非接触充电过程结束。其中，整流电路201可以为全桥整流电路，DC-DC变换器的控制由次级端控制器204经由CAN通信进行控制，非接触充电桩和非接触车载充电装置的之间的通讯由初级端无线通信单元105和次级端无线通信单元205实现。上述无线通信单元可以为ZigBee无线通信模块。
本发明实施例还提供了一种非接触充电系统。该非接触充电系统如图3所示。该非接触充电系统包括上述实施例中任一项所述的非接触充电桩100和上述实施例中任一项所述的非接触车载充电装置200。非接触车载充电装置200设置在电动汽车中，非接触充电桩100连接三相交流电输入，其中，该非接触充电桩100用于提供充电电流信号；非接触车载充电装置200，用于接收充电电流信号，对非接触车载充电装置200中的动力电池进行充电。
在非接触充电桩的电路中设置有PWM整流电路和高频逆变电路，将工频交流电转化为高频交流电，实现了能量传输的高频化。同时，为了减少系统的无功功率，提高系统的功率传输能力，利用谐振电容对充电桩一侧的线圈和车载充电装置的线圈进行补偿，从而实现系统的最大化能量传输。
上述实施例中的电动汽车中设置有非接触车载充电装置200，当电动车中的电能接收线圈靠近非接触充电桩的电能发送线圈后，接收电能发送线圈发出的高频交变磁场，从而产生正弦电流，再通过整流电路将产生的正弦电流转换成直流电对动力电池进行充电。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种非接触充电桩，其特征在于，包括：
交流电源；
PWM整流电路，其交流侧与所述交流电源相连接；
高频逆变电路，其直流侧端与所述PWM整流电路的直流侧相连接；以及
电能发送线圈，连接在所述高频逆变电路的交流侧，发送用于产生电流的磁场。
2.根据权利要求1所述的非接触充电桩，其特征在于，所述非接触充电桩还包括：
初级端谐振电容，与所述电能发送线圈串联，并且连接在所述电能发送线圈和所述高频逆变电路的直流侧之间。
3.根据权利要求1所述的非接触充电桩，其特征在于，所述非接触充电桩还包括：
初级端控制器，与所述PWM整流电路和所述高频逆变电路均相连接。
4.根据权利要求3所述的非接触充电桩，其特征在于，所述非接触充电桩还包括：
机械传动装置，与所述初级端控制器和所述电能发送线圈均相连接，用于调节所述电能发送线圈中线圈的个数。
5.根据权利要求3所述的非接触充电桩，其特征在于，所述非接触充电桩还包括：
初级端无线通信单元，与所述初级端控制器相连接，用于发送通信信息。
6.根据权利要求3所述的非接触充电桩，其特征在于，所述非接触充电桩还包括：
显示终端，与所述初级端控制器相连接。
7.一种非接触车载充电装置，其特征在于，包括：
电能接收线圈，接收用于产生电流的磁场；
整流电路，交流侧与所述电能接收线圈相连接；
降压电路，直流侧与所述整流电路的直流侧相连接；
动力电池，输入端与所述降压电路的输出端相连接，用于接收来自所述降压电路的电压以进行充电。
8.根据权利要求7所述的非接触车载充电装置，其特征在于，所述非接触车载充电装置还包括：
次级端谐振电容，与所述电能接收线圈串联，并且连接在所述电能接收线圈和所述整流电路的直流侧之间。
9.根据权利要求7所述的非接触车载充电装置，其特征在于，所述非接触车载充电装置还包括：
次级端控制器，与所述降压电路相连接。
10.根据权利要求9所述的非接触车载充电装置，其特征在于，所述非接触车载充电装置还包括：
次级端无线通信单元，与所述次级端控制器相连接，用于接收充电桩的通信信息，并向充电桩发送通信信息。
11.一种非接触充电系统，其特征在于，包括：
权利要求1至6所述的非接触充电桩，用于提供充电电流信号；以及
权利要求7至10所述的非接触车载充电装置，用于接收所述充电电流信号，对所述非接触车载充电装置中的动力电池进行充电。
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