CN105529795A - 感应式电动车充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种感应式电动车充电装置，可有效解决电动车充电装置插头松动打火现象以及充电装置防水、防尘效果不好的问题，技术方案是，包括发射端与接收端、主电路、发射端控制电路以及接收端控制电路，发射端与接收端之间采用电磁感应原理，通过磁场耦合实现能量传输，控制电路采用光电开关检测、无线通信及闭环控制技术实现，通过检测发射端上有无合法负载，使接收端保持工作状态或待机状态，本发明结构新颖，防水防尘，方法合理，安全可靠，可广泛用于电动车车棚等需要装设电动车充电装置的场合。
Description
技术领域
本发明涉及电动车充电装置，特别是一种感应式电动车充电装置。
背景技术
随着新能源的普及以及民众绿色环保意识的增强，电动车成为一种常见的交通工具，其充电器也成为生活中的常用物件。常规电动车充电器是将插头接入220VAC插座进行充电，一方面，在无人看守的情况下插头松动打火易造成火灾事故；另一方面，室外露天放置或室外车棚装设的充电插座不能有效的防水、防尘，阴雨天使用极易造成短路事故，存在安全隐患。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种感应式电动车充电装置，采用电磁感应原理，通过磁场耦合传输能量，具有良好的安全性，可有效解决电动车充电装置插头松动打火现象以及充电装置防水、防尘效果不好的问题。
本发明解决的技术方案是，包括发射端与接收端、主电路、发射端控制电路以及接收端控制电路。发射端包括发射端壳体，安装于发射端壳体内的原边磁芯，嵌于发射端壳体上表面的光电开关以及固定安装于壳体表面的定位卡a、定位卡b；接收端包括接收端壳体，安装于接收端壳体内的副边磁芯，由接收端壳体上表面经三芯电缆线引出的充电插头以及沿接收端壳体中部一周设计的定位凹槽。
所述的主电路中，交流电源输入的火线、零线分别接功率开关管S1的源极和二极管D1的阳极，直流电源1的a0端子接火线，直流电源1的b0端子接零线，功率开关管S1的源极接功率开关管S2的漏极，二极管D1的阴极接功率开关管S1的漏极，二极管D1的阳极接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接功率开关管S2的源极，电容C1的正极接二极管D1的阴极，电容C1的负极接二极管D2的阳极，电容C2的正极接电容C1的正极，电容C2的负极接电容C3的正极，电容C3的负极接电容C1的负极，功率开关管S3的漏极接电容C2的正极，功率开关管S3的源极接功率开关管S4的漏极，功率开关管S4的源极接电容C3的负极，原边线圈L1的b1端子接电容C2的负极，原边线圈L1的a1端子接功率开关管S3的源极，副边线圈L2的a2端子接二极管D3的阴极，副边线圈L2的b2端子接二极管D5的阴极，二极管D5的阴极接二极管D6的阳极，二极管D3的阳极接二极管D5的阳极，二极管D3的阴极接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接二极管D6的阴极，电容C4的负极接二极管D3的阳极，电容C4的正极接二极管D4的阴极，直流电源2的负极端子接电容C4的负极，直流电源2的正极端子接电容C4的正极，电位器R1的a3端子接电容C4的负极，其滑动触头与其b3端子相接，电阻R2的a4端子接电位器R1的b3端子，电阻R2的b4端子接电容C4的正极，电位器R1的a3端子与b3端子分别引出采样信号负极和采样信号正极，充电插头负极连接电容C4负极，充电插头正极连接电容C4正极。
所述的发射端控制电路包括发射端控制器、光电开关、发射端无线模块以及PWM驱动电路，其中发射端无线模块安装于发射端壳体内并与发射端控制器相连，光电开关与发射端控制器相连，PWM驱动电路与发射端控制器相连，接受发射端控制器的PWM驱动信号，驱动主电路中的功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4导通或关断。
所述的接收端控制电路包括接收端控制器、采样信号A/D转换器以及接收端无线模块，其中采样信号A/D转换器及接收端无线模块均与接收端控制器相连接。
本发明结构新颖、安全可靠，防水防尘，使用方便、效果好，具有良好的社会和经济效益，是电动车充电装置上的创新。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的主电路原理图。
图3为本发明的发射端控制电路连接框图。
图4为本发明的接收端控制电路连接框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
由图1、2、3、4给出，本发明包括发射端与接收端、主电路、发射端控制电路以及接收端控制电路。发射端包括发射端壳体，安装于发射端壳体内的原边磁芯，嵌于发射端壳体上表面的光电开关以及固定安装于壳体表面的定位卡a、定位卡b；接收端包括接收端壳体，安装于接收端壳体内的副边磁芯，由接收端壳体上表面经三芯电缆线引出的充电插头以及沿接收端壳体中部一周设计的定位凹槽。
所述的主电路中，交流电源输入的火线、零线分别接功率开关管S1的源极和二极管D1的阳极，直流电源1的a0端子接火线，直流电源1的b0端子接零线，功率开关管S1的源极接功率开关管S2的漏极，二极管D1的阴极接功率开关管S1的漏极，二极管D1的阳极接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接功率开关管S2的源极，电容C1的正极接二极管D1的阴极，电容C1的负极接二极管D2的阳极，电容C2的正极接电容C1的正极，电容C2的负极接电容C3的正极，电容C3的负极接电容C1的负极，功率开关管S3的漏极接电容C2的正极，功率开关管S3的源极接功率开关管S4的漏极，功率开关管S4的源极接电容C3的负极，原边线圈L1的b1端子接电容C2的负极，原边线圈L1的a1端子接功率开关管S3的源极，副边线圈L2的a2端子接二极管D3的阴极，副边线圈L2的b2端子接二极管D5的阴极，二极管D5的阴极接二极管D6的阳极，二极管D3的阳极接二极管D5的阳极，二极管D3的阴极接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接二极管D6的阴极，电容C4的负极接二极管D3的阳极，电容C4的正极接二极管D4的阴极，直流电源2的负极端子接电容C4的负极，直流电源2的正极端子接电容C4的正极，电位器R1的a3端子接电容C4的负极，其滑动触头与其b3端子相接，电阻R2的a4端子接电位器R1的b3端子，电阻R2的b4端子接电容C4的正极，电位器R1的a3端子与b3端子分别引出采样信号负极和采样信号正极，充电插头负极连接电容C4负极，充电插头正极连接电容C4正极。
所述的发射端控制电路包括发射端控制器、光电开关、发射端无线模块以及PWM驱动电路，其中发射端无线模块安装于发射端壳体内并与发射端控制器相连，光电开关与发射端控制器相连，PWM驱动电路与发射端控制器相连，接受发射端控制器的PWM驱动信号，驱动主电路中的功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4导通或关断。
所述的接收端控制电路包括接收端控制器、采样信号A/D转换器以及接收端无线模块，其中采样信号A/D转换器及接收端无线模块均与接收端控制器相连接。
所述的发射端壳体与接收端壳体均选用PC塑料材质，绝缘且耐高温；定位卡a与定位卡b均为弹性结构，用于固定接收端，限定接收端的取电区域；原边磁芯与副边磁芯均选用锰锌铁氧体材料，用于提高原边线圈与副边线圈的耦合性能。
所述的直流电源1采用HLK-PM01型AC-DC电源模块，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4均选用电力MOSFET，直流电源2选用中广芯源的SC61002降压芯片组成。
所述的直流电源1将获得的交流电能转变为+5V低压直流，作为发射端控制电路的电源，功率开关管S1、功率开关管S2、二极管D1与二极管D2构成单相桥式半控整流电路，用于将交流电转变为直流电，电容C1用于滤波，电容C2、电容C3、功率开关管S3以及功率开关管S4构成单相半桥电压型逆变电路，用于将直流电转变为高频交流电，原边线圈L1绕置于原边磁芯上，副边线圈L2绕置于副边磁芯上，二极管D3、二极管D4、二极管D5与二极管D6构成单相不可控全桥整流电路，用于将高频交流电转变为直流电，电容C4用于滤波，直流电源2将获得的直流电能转变为+5V低压直流，作为接收端控制电路的电源，电位器R1与电阻R2构成充电电压的信号采样电路，采样信号经处理反馈给发射端。
所述的光电开关采用反射式光电开关，用于检测发射端上定位卡内部区域有没有被覆盖；发射端控制器采用AT89S52单片机及其外围的定时、复位电路实现，PWM驱动电路利用MOS管驱动芯片IR2110构成，发射端无线模块选用NRF905无线通信模块。
所述的接收端控制器采用AT89S52单片机及其外围的定时、复位电路实现，采样信号A/D转换器选用TI公司生产的TLC1543模数转换器，电动车的电压等级(如36VDC、48VDC、60VDC等)信息固化于接收端控制器内部，接收端无线模块选用NRF905无线通信模块，与发射端无线模块能够进行全双工通信。
本发明的工作原理如下：
发射端与接收端之间采用电磁感应原理，通过磁场耦合传输电能，控制电路采用光电开关检测、无线通信及闭环控制技术实现。
具体工作过程为：
当没有接收端放入发射端上定位卡a及定位卡b内部区域时，发射端壳体上光电开关检测不到覆盖物，发射端控制器不发送PWM驱动信号，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4均不导通，一次线圈L1上没有电流，避免了变压器空载损耗，此时发射端处于待机状态。
当光电开关检测到发射端上定位卡a及定位卡b内部区域被覆盖时，发射端需先检测覆盖物的合法性，方法为发射端控制器先向PWM驱动电路发送频率为f、占空比为P、持续时间为t的检测信号，在0-t时间内，发射端主电路开始工作，同时发射端控制器通过发射端无线模块发出覆盖物合法性检测的请求信号，此过程中发射端处于检测状态。
若定位卡a及定位卡b内部区域覆盖物为接收端，原边线圈L1得到高频交流电后，其产生的同频磁场经原边磁芯耦合至副边磁芯，副边线圈L2中即感应出同频的交流电能，接收端主电路工作，接收端控制电路也得电工作，接收端无线模块收到发射端的请求信号后，接收端控制器即刻将电动车电压等级信息进行调制，并通过接收端无线模块作为应答信号回送，发射端无线模块收到该信号后，发射端即可确认覆盖物为合法的接收端，发射端控制器根据解码得到的电动车电压等级信息计算出相应的PWM驱动信号占空比P0，进而向PWM驱动电路发送频率为f、占空比为P0的驱动信号，发射端与接收端都开始工作，接收端的充电插头得到对应电压等级的直流电能，将其接入电动车充电插口，此后充电装置进入工作状态。
若覆盖物为普通外物，则发射端无线模块收不到应答信号，发射端继续保持待机，这种方法可以避免导磁材料(如钢、铁等)误放置时涡流效应引起的耗能、发热以及安全事故。
为使充电装置输出的充电电压更加精准，采用闭环控制技术，接收端采样电路对输出的充电电压U0进行采样，得到模拟信号，经采样信号A/D转换器，转变为数字信号，接收端控制器将该信号进行调制，并通过接收端无线模块向外发送，发射端无线模块收到该信号后交给发射端控制器解调处理，发射端即可得到此时输出的充电电压U0，若U0小于电动车对应的电压等级，则发射端控制器使PWM驱动信号占空比P0增大，反之则使P0减小，P0的调整将促使接收端输出的充电电压U0逼近期望的电压值。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该感应式电动车充电装置可有效避免插头松动打火现象，同时防水、防尘效果好，能避免由此引起的短路问题，安全性好。
2、光电开关检测、无线通信技术控制充电，可根据接收端的应答信号限定用户，实现接入用户的可选择性。
3、闭环控制技术使得输出的充电电压更加精准。
4、充电装置发射端通用性强，可供多种不同电压等级的电动车使用。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员在本发明技术方案的基础上，不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改与变形仍在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种感应式电动车充电装置，包括发射端与接收端、主电路、发射端控制电路以及接收端控制电路。
2.根据权利要求1所述的感应式电动车充电装置，其特征在于，所述的主电路中，交流电源输入的火线、零线分别接功率开关管S1的源极和二极管D1的阳极，直流电源1的a0端子接火线，直流电源1的b0端子接零线，功率开关管S1的源极接功率开关管S2的漏极，二极管D1的阴极接功率开关管S1的漏极，二极管D1的阳极接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接功率开关管S2的源极，电容C1的正极接二极管D1的阴极，电容C1的负极接二极管D2的阳极，电容C2的正极接电容C1的正极，电容C2的负极接电容C3的正极，电容C3的负极接电容C1的负极，功率开关管S3的漏极接电容C2的正极，功率开关管S3的源极接功率开关管S4的漏极，功率开关管S4的源极接电容C3的负极，原边线圈L1的b1端子接电容C2的负极，原边线圈L1的a1端子接功率开关管S3的源极，副边线圈L2的a2端子接二极管D3的阴极，副边线圈L2的b2端子接二极管D5的阴极，二极管D5的阴极接二极管D6的阳极，二极管D3的阳极接二极管D5的阳极，二极管D3的阴极接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接二极管D6的阴极，电容C4的负极接二极管D3的阳极，电容C4的正极接二极管D4的阴极，直流电源2的负极端子接电容C4的负极，直流电源2的正极端子接电容C4的正极，电位器R1的a3端子接电容C4的负极，其滑动触头与其b3端子相接，电阻R2的a4端子接电位器R1的b3端子，电阻R2的b4端子接电容C4的正极，电位器R1的a3端子与b3端子分别引出采样信号负极和采样信号正极，充电插头负极连接电容C4负极，充电插头正极连接电容C4正极。
3.根据权利要求2所述的感应式电动车充电装置，其特征在于，所述的直流电源1将获得的交流电能转变为+5V低压直流，作为发射端控制电路的电源，功率开关管S1、功率开关管S2、二极管D1与二极管D2构成单相桥式半控整流电路，用于将交流电转变为直流电，电容C1用于滤波，电容C2、电容C3、功率开关管S3以及功率开关管S4构成单相半桥电压型逆变电路，用于将直流电转变为高频交流电，原边线圈L1绕置于原边磁芯上，副边线圈L2绕置于副边磁芯上，二极管D3、二极管D4、二极管D5与二极管D6构成单相不可控全桥整流电路，用于将高频交流电转变为直流电，电容C4用于滤波，直流电源2将获得的直流电能转变为+5V低压直流，作为接收端控制电路的电源，电位器R1与电阻R2构成充电电压的信号采样电路，采样信号经处理反馈给发射端。
4.根据权利要求1所述的感应式电动车充电装置，其特征在于，所述的发射端控制电路包括发射端控制器、光电开关、发射端无线模块以及PWM驱动电路，其中发射端无线模块安装于发射端壳体内并与发射端控制器相连，光电开关与发射端控制器相连，PWM驱动电路与发射端控制器相连，接受发射端控制器的PWM驱动信号，驱动主电路中的功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4导通或关断。
5.根据权利要求1所述的感应式电动车充电装置，其特征在于，所述的接收端控制电路包括接收端控制器、采样信号A/D转换器以及接收端无线模块，其中采样信号A/D转换器及接收端无线模块均与接收端控制器相连接。
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Application publication date: 20160427 |