CN106300569A - 一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置。车主在红外发射器的辅助下，按下纵向滑轨按钮，调整纵向滑轨上下滑动，将接收侧次级线圈的中心位置与发射侧初级线圈的中心位置对齐，然后调整横向滑轨，将接收侧次级线圈与发射侧初级线圈的空间距离缩小，到达最佳充电位置。当发射侧初级线圈得到高频的交流电后，产生感应电能，接收侧次级线圈得到感应电能，经过变流器变换后给车载电池完成充电。当太阳能光伏发电子系统无法满足充电功率需求时，控制器控制切换开关，由端口二电网供电，电网经过AC/AC变换器变换后送至配电柜，同理配电柜直接发射侧初级线圈直接供电。本发明可大幅度提升电动自行车无线充电效率，可在路灯、停车棚进行改造，容易推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动自行车太阳能无线充电装置，具体说是一种可伸缩式电动汽车无线充电装置，实现电动汽车无线高效充电的装置。
背景技术
中国目前正处于发展中国家，经济相对落后。在近20年来，中国的电动自行车快速发展，无论是发达北京、上海等发达城市，还是小城市，甚至乡镇都出现了许多的电动自行车。电动自行车使用电能作为动力单元，出行非常环保。在许多家庭还无法购买轿车的条件下，电动自行车成为了首先。在许多大城市，交通非常拥堵，在许多有轿车的家庭中，也配备电动自行车。因此，在中国，电动自行车将很长一段时间作为一种可靠、环保、重要的交通工具。
电动自行车的飞速发展，其配套技术也随着发展，最重要的就是充电技术。目前市场上采用的均是有限充电技术。在一些家庭，或者其他充电场所，我们可以看到到处是拖拉的电线。这些电线，一方面影响了美观，另一方面，存在很大的安全隐患。
无线充电技术将会是将来充电技术的发展方向，无线充电技术主要有电感式、磁场共振式、无线电波式。其中，电感式目前最具产业化前景。
电磁感应通过送电线圈和接收线圈之间传输电力，是最接近实用化的一种充电方式。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。
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，需要大功率传送电力时，须在基础设施建设和电力设备方面加大投入。
电动自行车保有量不断的增长，充电功率急速上升，对电网也产生一定的影响。
发明内容
发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是一种电动自行车太阳能无线充电装置，可实现太阳能光伏发电与电动自行车无线充电技术结合，再调节无线充电初级、次级线圈的位置和距离，可实现电动自行车高效率无线充电技术。
技术方案：一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置，包括车载电池1、变流器2、接收侧次级线圈3、发射侧初级线圈4、配电柜5、横向滑轨6、AC/AC变换器7、储能电池8、DC/AC变换器9、电网10、光伏发电子系统11、控制器12、纵向滑轨13、纵向滑轨控制按钮14。
光伏发电子系统11将太阳能转化为直流电能，给储能电池8充电，储能电池8经过DC/AC变换器9将直流电变换为一定频率的交流电送至配电柜5，配电柜5将电能送至发射侧初级线圈4，利用电磁感应原理，接收侧次级线圈3得到感应电能，经过变流器2后给车载电池完成充电。在光伏发电子系统11发电量无法满足充电需求，或者储能电池8储存的电能无法满足充电需求时，控制器12控制电网10供电，电网10的电能经过、AC/AC变换器7变频后，给发射侧初级线圈4供电，同理，接收侧次级线圈3得到感应电能，经过变流器2后给车载电池完成充电。
接收侧次级线圈3中心位置安装红外发射器，在红外发射器的辅助功能下，寻找发射侧初级线圈4的中心，红外发射器发射的红外光源指向充电设备，通过控制滑轨控制按钮14控制纵向滑轨12上下移动，发射侧初级线圈4固定安装在纵向滑轨13，随纵向滑轨13一同上下移动，解决纵向移动问题；同时，车主可推动电动自行车前后移动，带动接收侧次级线圈3前后移动，解决横向移动问题。在完成定位后，车主可操作拉动横向滑轨6移动，接收侧次级线圈3安装在横向滑轨6上，让接收侧次级线圈3尽可能的靠近发射侧初级线圈4。
本发明充电侧由两个供电端口，端口一是光伏发电子系统11供电端口；端口二是电网10供电端口。两个端口的供电方式由控制器12控制，控制器12检测储能电池8的电量，若满足充电要求，则由端口一供电，若储能电池8的电量很低，无法满足充电功率徐秋实，控制器12控制切换开关，由端口二供电。
所述车载电池1安装在电动自行车上，由免维护的铅酸电池或者高性能的锂电池构成。
所述变流器2用于将接收侧次级线圈感应得到的电能转换为满足车载电池充电要求的电能。
所述接收侧次级线圈3用于感应发射侧初级线圈的电能，由线圈构成。
所述发射侧初级线圈4，利用电磁感应原理，将一定频率的交流电能传输至车载侧次级线圈。当充电侧初级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，完成无线电能传输。
所述配电柜5用于给发射侧初级线圈供配电，包括供电线路的安装，以及太阳能光伏发电子系统与电网供电的切换开关，切换开关是由控制器控制的。
所述横向滑轨6用于调整发射侧初级线圈与接收侧次级线圈的距离，将其距离控制在最小范围，可大幅度提高充电效率。
所述AC/AC变换器7用于将电网电能转换为适合无线传输的高频交流电能。
所述储能电池8，用于储存太阳能光伏发电子系统的直流电能，太阳能发电不稳定，并且在夜间不发电，利用储能电池可实现全天24小时充电要求。
所述DC/AC变换器9，用于将储能电池的直流电能转换为满足无线传输的高频交流电能要求。
所述电网10可直接给无线充电装置供电，防止长期阴雨天气以及充电功率需求非常大时，太阳能光伏发电子系统发电功率无法满足充电需求。
所述光伏发电子系统11将太阳能直接转换为电能，存储在储能电池中。
所述控制器12是由DSP芯片及周边电路构成，主要控制系统的供配电，主要包括无线充电系统是由储能电池供电还是电网供电。同时，控制器接收用户的充电请求，用户一般用投币式或者充值卡式进行充电请求，当满足充电协议时，控制器控制无线充电系统供电。
所述纵向滑轨13可上下滑动，发射侧初级线圈安装在纵向滑轨上，当按下滑轨控制按钮时，可上下滑动纵向滑轨，从而调整发射侧初级线圈的高度。
所述纵向滑轨控制按钮14用于控制纵向滑轨的上下一定，当按下纵向滑轨控制按钮时，解除滑轨上的锁定，纵向滑轨可上下一定，当松开按钮时，纵向滑轨重新被锁死，无法滑动。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
（1）实现了电动自行车高效无线充电技术。
（2）采用了纵向滑轨调整发射侧初级线圈的高度，利用横向滑轨操作接收侧线圈与充电侧线圈的距离，缩短电感式无线充电距离，效率高、结构简单，很容易实现市场化。
（3）本发明的充电侧初级线圈可在路灯上进行改造，成本低廉。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明在路灯上改造结构示意图；
图3为本发明配电示意图；
图中：车载电池1、变流器2、接收侧次级线圈3、发射侧初级线圈4、配电柜5、横向滑轨6、AC/AC变换器7、储能电池8、DC/AC变换器9、电网10、光伏发电子系统11、控制器12、纵向滑轨13纵向滑轨控制按钮14、路灯15。
具体实施方式：
结合附图1至图3，进一步对本发明解释。
本发明的一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置，包括车载电池1、变流器2、接收侧次级线圈3、发射侧初级线圈4、配电柜5、横向滑轨6、AC/AC变换器7、储能电池8、DC/AC变换器9、电网10、光伏发电子系统11、控制器12、纵向滑轨13、纵向滑轨控制按钮14、路灯15。
光伏发电子系统11将太阳能转化为直流电能，给储能电池8充电，储能电池8经过DC/AC变换器9将直流电变换为一定频率的交流电送至配电柜5，配电柜5将电能送至发射侧初级线圈4，利用电磁感应原理，接收侧次级线圈3得到感应电能，经过变流器2后给车载电池完成充电。在光伏发电子系统11发电量无法满足充电需求，或者储能电池8储存的电能无法满足充电需求时，控制器12控制电网10供电，电网10的电能经过、AC/AC变换器7变频后，给发射侧初级线圈4供电，同理，接收侧次级线圈3得到感应电能，经过变流器2后给车载电池完成充电。
接收侧次级线圈3中心位置安装红外发射器，在红外发射器的辅助功能下，寻找发射侧初级线圈4的中心，红外发射器发射的红外光源指向充电设备，通过控制滑轨控制按钮14控制纵向滑轨12上下移动，发射侧初级线圈4固定安装在纵向滑轨13，随纵向滑轨13一同上下移动，解决纵向移动问题；同时，车主可推动电动自行车前后移动，带动接收侧次级线圈3前后移动，解决横向移动问题。在完成定位后，车主可操作拉动横向滑轨6移动，接收侧次级线圈3安装在横向滑轨6上，让接收侧次级线圈3尽可能的靠近发射侧初级线圈4。
如图3，本发明充电侧由两个供电端口，端口一是光伏发电子系统11供电端口；端口二是电网10供电端口。两个端口的供电方式由控制器12控制，控制器12检测储能电池8的电量，若满足充电要求，则由端口一供电，若储能电池8的电量很低，无法满足充电功率徐秋实，控制器12控制切换开关，由端口二供电。
作为优选，所述车载电池1安装在电动自行车上，由免维护的铅酸电池或者高性能的锂电池构成。储存侧次级线圈3感应得到的电能。
作为优选，所述变流器2用于将接收侧次级线圈3感应得到的电能转换为满足车载电池充电要求的电能。接收侧次级线圈3接收电能是高频交流电能，而车载电池1所能接收的电能是直流电能。所以，变流器2将接收侧次级线圈3变换为适合车载电池1充电要求的电能。
作为优选，所述接收侧次级线圈3用于感应发射侧初级线圈的电能，由线圈构成。
作为优选，所述发射侧初级线圈4，利用电磁感应原理，将一定频率的交流电能传输至车载侧次级线圈。当充电侧初级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，完成无线电能传输。
作为优选，所述配电柜5用于给发射侧初级线圈供配电，包括供电线路的安装，以及太阳能光伏发电子系统与电网供电的切换开关，切换开关是由控制器控制的。
作为优选，所述横向滑轨6用于调整发射侧初级线圈与接收侧次级线圈的距离，将其距离控制在最小范围，可大幅度提高充电效率。
作为优选，所述AC/AC变换器7用于将电网电能转换为适合无线传输的高频交流电能。
作为优选，所述储能电池8，用于储存太阳能光伏发电子系统的直流电能，太阳能发电不稳定，并且在夜间不发电，利用储能电池可实现全天24小时充电要求。
作为优选，所述DC/AC变换器9，用于将储能电池的直流电能转换为满足无线传输的高频交流电能要求。
作为优选，所述电网10可直接给无线充电装置供电，防止长期阴雨天气以及充电功率需求非常大时，太阳能光伏发电子系统发电功率无法满足充电需求。
作为优选，所述光伏发电子系统11将太阳能直接转换为电能，存储在储能电池中。
作为优选，所述控制器12是由DSP芯片及周边电路构成，主要控制系统的供配电，主要包括无线充电系统是由储能电池供电还是电网供电。同时，控制器接收用户的充电请求，用户一般用投币式或者充值卡式进行充电请求，当满足充电协议时，控制器控制无线充电系统供电。
作为优选，所述纵向滑轨13可上下滑动，发射侧初级线圈安装在纵向滑轨上，当按下滑轨控制按钮时，可上下滑动纵向滑轨，从而调整发射侧初级线圈的高度。
作为优选，所述纵向滑轨控制按钮14用于控制纵向滑轨的上下一定，当按下纵向滑轨控制按钮时，解除滑轨上的锁定，纵向滑轨可上下一定，当松开按钮时，纵向滑轨重新被锁死，无法滑动。
作为优选，所述路灯15是路边的路灯，本发明可在路灯上进行改造。
工作原理：
准备阶段：本发明的一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置在充电前，需要将接收侧次级线圈3与发射侧初级线圈4进行调整，车主在红外发射器的辅助下，同时，按下纵向滑轨按钮14，调整纵向滑轨13上下滑动，将接收侧次级线圈的中心位置与发射侧初级线圈4的中心位置对齐，然后调整横向滑轨6，将接收侧次级线圈3与发射侧初级线圈4的空间距离缩小。
采用上述技术方案，光伏发电子系统11将太阳能转换为电能，存储于储能电池8中，太阳能光伏发电子系统不直接供电，因为太阳能光伏发电不稳定。储能电池8的直流电能经过DC/AC变换器9将电能送入配电柜5，配电柜5直接发射侧初级线圈4直接供电。当发射侧初级线圈4得到高频的交流电后，产生感应电能，接收侧次级线圈3感应到电能，经过变流器2变换后给车载电池1完成充电。在太阳能光伏发电子系统无法满足充电功率需求时，控制器控制切换开关，由端口二电网10供电，电网10经过AC/AC变换器变换后送至配电柜5，同理配电柜5直接发射侧初级线圈4直接供电。
实施方案1：路灯改造
如图2，本发明非常适用于在现有的路灯上改造，本发明的充电功率小，现有的路灯供电系统，完全可满足充电功率要求。同时，现在很多路灯已经开始采用光伏供电作为辅助能源，在此基础上很容易扩建、改造为本发明的一种电动自行车太阳能无线充电装置。将路灯的电网电源直接与端口二连接，光伏发电与端口一连接就可完成改造工程。
实施方案2：停车棚改造
本发明还可在停车棚进行改造，现在有许多小区住宅、事业单位、公司等都有集中停车棚。在此技术上，也可改造为本发明的一种电动自行车太阳能无线充电装置，在停车棚顶部安装太阳能光伏发电子系统11，再接入电网10即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
Claims (4)
1.一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置，包括车载电池（1）、变流器（2）、接收侧次级线圈（3）、发射侧初级线圈（4）、配电柜（5）、横向滑轨（6）、AC/AC变换器（7）、储能电池（8）、DC/AC变换器（9）、电网（10）、光伏发电子系统（11）、控制器（12）、纵向滑轨（13）、纵向滑轨控制按钮（14）；
光伏发电子系统（11）将太阳能转化为直流电能，给储能电池（8）充电，储能电池（8）经过DC/AC变换器（9）将直流电变换为一定频率的交流电送至配电柜（5），配电柜（5）将电能送至发射侧初级线圈（4），利用电磁感应原理，接收侧次级线圈（3）得到感应电能，经过变流器（2）后给车载电池完成充电；
当光伏发电子系统（11）发电量无法满足充电需求，或者储能电池（8）储存的电能无法满足充电需求时，控制器（12）控制电网（10）供电，电网（10）的电能经过、AC/AC变换器（7）变频后，给发射侧初级线圈（4）供电，同理，接收侧次级线圈（3）得到感应电能，经过变流器（2）后给车载电池完成充电；
接收侧次级线圈（3）中心位置安装红外发射器，在红外发射器的辅助功能下，寻找发射侧初级线圈（4）的中心，红外发射器发射的红外光源指向充电设备，通过控制滑轨控制按钮（14）控制纵向滑轨（12）上下移动，发射侧初级线圈（4）固定安装在纵向滑轨（13），随纵向滑轨（13）一同上下移动，解决纵向移动问题；同时，车主可推动电动自行车前后移动，带动接收侧次级线圈（3）前后移动，解决横向移动问题，在完成定位后，车主可操作拉动横向滑轨（6）移动，接收侧次级线圈（3）安装在横向滑轨（6）上，让接收侧次级线圈（3）尽可能的靠近发射侧初级线圈（4）。
2.根据权利要求1所述的一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置，其特征在于：
光伏发电子系统（11）将太阳能转换为电能，存储于储能电池（8）中，太阳能光伏发电子系统（11）不直接供电，因为太阳能光伏发电不稳定，储能电池（8）的直流电能经过DC/AC变换器（9）将电能送入配电柜（5），配电柜（5）直接发射侧初级线圈（4）直接供电，当发射侧初级线圈（4）得到高频的交流电后，产生感应电能，接收侧次级线圈（3）感应到电能，经过变流器（2）变换后给车载电池（1）完成充电，在太阳能光伏发电子系统（11）无法满足充电功率需求时，控制器控制切换开关，由端口二电网（10）供电，电网（10）经过AC/AC变换器（7）变换后送至配电柜（5），同理配电柜（5）直接发射侧初级线圈（4）直接供电。
3.根据权利要求1所述的一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置，其特征在于：
本发明的发射侧初级线圈（4）可在纵向滑轨（13）上下移动，在横向滑轨（6）前后移动，调整发射侧初级线圈（4）与接收侧次级线圈（3）位置和距离。
4.根据权利要求1所述的一种位置可调式电动自行车太阳能无线充电装置，其特征在于：
充电侧由两个供电端口，端口一是光伏发电子系统（11）供电端口；端口二是电网（10）供电端口，两个端口的供电方式由控制器（12）控制，控制器（12）检测储能电池（8）的电量，若满足充电要求，则由端口一供电，若储能电池（8）的电量很低，无法满足充电功率徐秋实，控制器（12）控制切换开关，由端口二供电。
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