CN105656217A - 协议自适应电动汽车快速无线充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了协议自适应电动汽车快速无线充电系统，包括充电站功率发射单元1和车体功率接收单元7；所述充电站功率发射单元1包括依次连接的电源模块2、信息解调模块3、功率控制电路4、功率振荡模块5和电磁发射线圈6；所述车体功率接收单元7包括依次连接的电磁接收线圈8、电池信息监测与信息调制单元9、整流稳压模块10和车载电池11；所述充电站功率发射单元1与车体功率接收单元7通过所述电磁发射线圈6和所述电磁接收线圈8耦合连接。该系统的充电站能自动判断、识别并且适应车载电池使用的通信协议，大大提升了充电站和车载电池的兼容性，有效提升充电站的使用率。
Description
技术领域
本发明属于无线充电技术领域，具体涉及协议自适应电动汽车快速无线充电系统，可以为各种设备提供充电服务，使随时随地充电成为可能。
背景技术
如今，全球汽车产量飞速增长，而绝大部分车辆所使用的汽油、柴油导致全球污染的加剧，地球生态平衡遭受破坏。近些年来，国家高度重视清洁能源汽车的研发和使用，出台多项相关政策鼓励电动汽车行业的发展，电动汽车的产量逐年提升，因此对充电的需求也日益俱增。传统的有线电能传输过程中会产生火花也存在触电的危险，还会带来器件接触损耗和相应的机械磨损，同时对恶劣天气与环境的适应性较差。因此本行业在研究传统有线充电的同时也在大力研究电动汽车无线充电技术。
无线传能技术包括至少以下三个方向：电磁感应、微波、电磁共振。
电磁感应通过送电线圈和接收线圈之间传输电力。当送电线圈中有交变电流通过时，发送（初级）、接收（次级）两线圈之间产生交替变化的磁束，由此在次级线圈产生随磁束变化的感应电动势，通过接收线圈端子对外输出交变电流。而目前存在的问题是：送电距离比较短（约100mm左右），并且送电与接受两部分出现较大偏差时，则电力传输效率就会明显下降；功率大小与线圈尺寸直接相关。
微波方式使用2.45GHz的电波发生装置传送电力，发送装置与微波炉使用的“磁控管”基本相同。传送的微波也是交流电波，可用天线在不同方向接收，用整流电路转换成直流电为汽车电池充电。为防止充电时微波外漏，充电部分装有金属屏蔽装置。使用中，送电与接收之间的有效屏蔽可防止微波外漏。目前存在的主要问题是，磁控管产生微波时的效率过低，造成许多电力变为热能被白白消耗。
而电磁共振耦合方式主要由电源、电力输出、电力接收、整流器等主要部分组成，原理与电磁感应方式基本相同。与电磁感应充电方式不同之处在于，磁共振方式加装了一个高频驱动电源，采用兼备线圈和电容器的LC共振电路，而并非由简单线圈构成送电和接收两个单元。共振频率的数值，会随送电与接收单元之间距离的变化而改变。当传送距离发生改变时，传输效率也会像电磁感应一样迅速降低。为此，可通过控制电路调整共振频率，使两个单元的电路发生共振。在控制回路的作用下改变传送与接收的频率，可将电力传送距离增大至数米左右，同时将两单元电路的电阻降至最小以提高传送效率。
传统的电动汽车无线充电方式存在无法自动判断、识别适应车载电池使用的通信协议，兼容性差，使用率低，无法对无线供电的发射功率进行控制等问题。
发明内容
本发明的目的是要解决：电动汽车无线充电对环境适应性差，无法自动判断、识别并且适应车载电池使用的通信协议，充电站和车载电池兼容性差使用率低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：协议自适应电动汽车快速无线充电系统，包括充电站功率发射单元1和车体功率接收单元7；所述充电站功率发射单元1包括依次连接的电源模块2、信息解调模块3、功率控制电路4、功率振荡模块5和电磁发射线圈6；所述车体功率接收单元7包括依次连接的电磁接收线圈8、电池信息监测与信息调制单元9、整流稳压模块10和车载电池11；所述电磁发射线圈6与所述电磁接收线圈8耦合连接。
进一步，所述电磁发射线圈6和所述电磁接收线圈8之间通过100kHZ频率磁共振耦合传输功率，形成功率传输通道；通过433MHz频率电力载波传输信息，形成信息传递通道。
进一步，所述信息调制单元3与所述电池信息监测与信息调制单元9之间通过所述信息传递通道传递车载电池通信协议和车载电池配置信息。
进一步，所述功率振荡模块5输出振荡频率为100kHz的高频振荡磁场。
更进一步，所述功率控制电路4包括依次连接的协议获取器41、协议转换器42和控制模块43。
工作流程如下：电源模块2为功率振荡模块5提供输入电压；信息解调模块3实现与车体功率接收单元7的无线电信息交互，并控制功率控制电路4；功率控制电路4控制功率振荡模块5的通断；功率振荡模块5将电源模块2输入的功率转换为高频振荡电磁场；由电磁发射线圈6发射高频振荡电磁场，电磁接收线圈8接收电磁发射线圈6所发射的能量；电池信息监测与信息调制单元9检测车载电池11实时信息，通过信息传递通道将车载电池通信协议、车载电池配置信息发送给信息解调模块3，功率控制电路4根据信息解调模块3所接收的电池协议信息，自动适应车载电池11的充电协议，功率控制电路4对电池工作状态信息进行实时分析，调整功率振荡模块5的工作状态，实现对发射功率的调整；同时依据传回的实时电压信息，控制发射单元发射功率的大小，以此确定充电站功率发射单元1的发射功率；通过电磁发射线圈6、电磁接收线圈8两个电磁线圈进行电能的无线传输，整流稳压模块10将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向车载电池11供电；车载电池11储存电动汽车用电。
本发明的有益效果：本发明协议自适应电动汽车快速无线充电系统，对环境的适应性较强，维护要求较低，能有效为电动汽车车主提供高效、便捷的充电服务。该系统的充电站能自动判断、识别并且适应车载电池使用的通信协议，大大提升充电站和车载电池的兼容性，有效提升充电站的使用率。
附图说明
图1是本实施例整体功能示意图；
图2是本实施例信息传输过程示意图；
图3是本实施例功率控制电路的结构示意图；
图4是本实施例功率控制电路的工作流程示意图；
其中：1-充电站功率发射单元、2-电源模块、3-信息解调模块、4-功率控制电路、5-功率振荡模块、6-电磁发射线圈、7-车体功率接收单元、8-电磁接收线圈、9-电池信息监测与信息调制单元、10-整流稳压模块、11-车载电池、41-协议获取器、42-协议转换器、43-控制模块。
具体实施方式
通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。
实施例：
以下结合附图对本发明实施例进行阐明。
如图1所示，本实施例采用如下技术方案：协议自适应电动汽车快速无线充电系统，包括充电站功率发射单元1和车体功率接收单元7；所述充电站功率发射单元1包括依次连接的电源模块2、信息解调模块3、功率控制电路4、功率振荡模块5和电磁发射线圈6；所述车体功率接收单元7包括依次连接的电磁接收线圈8、电池信息监测与信息调制单元9、整流稳压模块10和车载电池11；所述电磁发射线圈6与所述电磁接收线圈8耦合连接。
所述电磁发射线圈6和所述电磁接收线圈8之间通过100kHZ频率磁共振耦合传输功率，形成功率传输通道；通过433MHz频率电力载波传输信息，形成信息传递通道。
所述信息调制单元3与所述电池信息监测与信息调制单元9之间通过所述信息传递通道传递车载电池通信协议和车载电池配置信息。
所述功率振荡模块5输出振荡频率为100kHz的高频振荡磁场。
所述功率控制电路4包括依次连接的协议获取器41、协议转换器42、控制模块43。
电源模块2，为功率振荡模块5提供输入电压；
信息解调模块3，实现与电动汽车车体功率接收单元7的无线电信息交互，并控制功率控制电路4；
功率控制电路4，控制功率振荡模块5的通断；
功率振荡模块5，将电源模块2输入的功率振荡为高频振荡电磁场；
电磁发射线圈6，发射功率振荡模块5振荡出的高频振荡电磁场；
电磁接收线圈8，接收电磁发射线圈6所发射的能量；
电池信息监测与信息调制单元9，检测车载电池11实时信息，与信息调制模块3进行信息交换；
整流稳压模块10，将接收的能量整流稳压成恒定的直流电，向车载电池11供电；
车载电池11，储存电动汽车用电。
本协议自适应电动汽车快速无线充电系统的信息传递通道和功率传输通道由以下部分组成：信息解调模块3，电磁发射线圈6，电磁接收线圈8，电池信息监测与信息调制单元9；充电站功率发射单元1和车体功率接收单元7通过谐振线圈间100kHZ频率磁共振耦合传输功率，通过433MHz频率电力载波传输信息。
如图2所示，电池信息监测与信息调制单元9将所监测的电池信息调制至433MHz频段，依靠电磁接收线圈8和电磁发射线圈6，电池信息以无线传输的形式传送到信息解调模块3，功率控制电路4依据被解调的信息控制功率振荡模块5的发射功率。电源模块2的输出功率经功率振荡模块5振荡为100kHz的高频振荡磁场，通过电磁接收线圈8和电磁发射线圈6进行电能的无线传输，振荡功率经过整流稳压模块10的处理，转换成恒定直流电压，供车载电池11充电。
充电过程中，信息调制单元9检测车载电池11电压信息，车载电池11的工作状态信息通过信息传递通道经信息解调模块3发送至功率控制电路4，功率控制电路4对处理电池工作状态信息进行实时分析，调整功率震荡模块5的工作状态，实现对发射功率的调整。
功率控制电路4的功能板块，如图3所示，该模块由以下几个主要单元组成：协议获取器41，检测车载电池所使用的通信协议；协议转换器42，将车载电池通信协议转换为充电站所用通信协议，实现车载电池通信信息传递；控制模块43，分析所获得的电池信息，控制功率震荡模块5。如图3所示，充电连接开始时，信息调节模块3信息发送至协议获取器41，随后协议转换器42将电池通信协议转换成充电站通信协议，发送给控制模块43，完成充电连接，开始进行充电。
如图4所示，功率控制电路4根据接收信息解调模块3所接收的电池协议信息，自动适应车载电池11的充电协议，同时依据传回的实时电压信息，控制功率振荡模块5的发射功率大小，从而实现控制充电站功率发射单元1的发射功率。
本实施例为使用便捷、运行可靠、安全高效的供电动汽车快速充电的无线信息与交互电能传输系统。无线充电可以有效避免传统有线电能传输过程中产生火花与触电的危险，同时减少器件接触损耗和相应的机械磨损，对恶劣天气与环境的适应性较强。
本实施例的充电站功率发射单元和车体功率接收单元通过谐振线圈间100kHZ频率磁共振耦合传输功率，通过433MHz频率电力载波传输信息；电池信息监测与信息调制单元检测车载电池实时工作状态，以此确定充电站功率发射单元的发射功率；功率控制电路根据接收信息解调模块所接收的电池协议信息，自动适应车载电池的充电协议。该系统的充电站能自动判断、识别并且适应车载电池使用的通信协议，大大提升充电站和车载电池的兼容性，有效提升充电站的使用率。
Claims (5)
1.协议自适应电动汽车快速无线充电系统，其特征在于：包括充电站功率发射单元(1)和车体功率接收单元(7)；所述充电站功率发射单元(1)包括依次连接的电源模块(2)、信息解调模块(3)、功率控制电路(4)、功率振荡模块(5)和电磁发射线圈(6)；所述车体功率接收单元(7)包括依次连接的电磁接收线圈(8)、电池信息监测与信息调制单元(9)、整流稳压模块(10)和车载电池(11)；所述电磁发射线圈(6)与所述电磁接收线圈(8)耦合连接。
2.根据权利要求1所述的协议自适应电动汽车快速无线充电系统，其特征在于：所述电磁发射线圈(6)和所述电磁接收线圈(8)之间通过100kHZ频率磁共振耦合传输功率，形成功率传输通道；通过433MHz频率电力载波传输信息，形成信息传递通道。
3.根据权利要求2所述的协议自适应电动汽车快速无线充电系统，其特征在于：所述信息调制单元(3)与所述电池信息监测与信息调制单元(9)之间通过所述信息传递通道传递车载电池通信协议和车载电池配置信息。
4.根据权利要求1所述的协议自适应电动汽车快速无线充电系统，其特征在于：所述功率振荡模块(5)输出振荡频率为100kHz的高频振荡磁场。
5.根据权利要求1所述的协议自适应电动汽车快速无线充电系统，其特征在于：所述功率控制电路(4)包括依次连接的协议获取器(41)、协议转换器(42)和控制模块(43)。
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