CN106320144A - 基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统及充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能道路交通技术领域，具体涉及基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统及充电方法，包括电动汽车接收单元，还包括路面发射单元，所述路面发射单元包括顶层钢化玻璃层和底层地基层，及所述钢化玻璃层与地基层之间自上而下依次设置的LED发光层、太阳能光电层和无线充电层；所述LED发光层、太阳能光电层和无线充电层之间电连接；所述无线充电层与所述电动汽车接收单元之间通过磁共振耦合传输电能。该智能公路系统运行安全可靠。利用公路地表进行无线充电，相比地面设施，不需要占用地面空间，可减少建设、维护成本。电动汽车不需要停下来进行充电，可边驾驶边充电，充电便捷，使随时随地充电变为可能。太阳能作为能源，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于智能道路交通技术领域，尤其涉及基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统及充电方法。
背景技术
低碳经济核心是新能源技术与节能减排技术的应用，电动汽车能够较好地解决机动车排放污染与能源短缺问题，是我国战略性新兴产业。随着国家对可持续发展要求的提高，绿色能源的汽车越来越受到的推崇，电动汽车更是其中的佼佼者。新能源产业的发展，尤其纯电动汽车的快速增长，必然会对电动汽车的充电方式多样化和方便性提出更高的要求。无线充电技术作为一项新兴技术，目前商业化运作主要应用于手机、电脑、随身听等小功率设备的充电上，在电动汽车领域目前还是一个全新的概念。随着无线充电技术的成熟，电动汽车将是无线充电设备最具潜力的市场。
但由于体积的限制，电动汽车本身不能够携带大量的电池，所以电动汽车续航能力有限。而为了保证足够的行程距离就必须定时或定距离的对汽车进行充电，传统的有线充电费时费力，需要连接有线电缆，同时对于有线接触容易引起高压放电问题，导致危险的发生。
无线供电技术不需要用电缆将设备与供电系统连接，便可以直接对其进行快速充电。加之非接触快速充电能够布置在多种场所，又可以为各种类型的设备提供充电服务，使随时随地充电变为可能。因此，如何使无线充电更加便捷，并且有效降低维护成本成为电动汽车无线充电研究的新课题。
发明内容
本发明的目的是提供一套便捷、运行可靠、维护成本低、安全高效的供电动汽车进行快速无线充电的公路系统。提高电动汽车的续航能力，使随时随地充电变为可能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，包括电动汽车接收单元，还包括路面发射单元，所述路面发射单元包括顶层钢化玻璃层和底层地基层，及所述钢化玻璃层与地基层之间自上而下依次设置的LED发光层、太阳能光电层和无线充电层；所述LED发光层、太阳能光电层和无线充电层之间电连接；所述无线充电层与所述电动汽车接收单元之间通过磁共振耦合传输电能。
在上述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统中，所述太阳能光电层包括太阳能光电板、超级电容和蓄电池，所述太阳能光电板通过控制电路与超级电容连接，为所述超级电容充电；所述超级电容连接蓄电池和无线充电层，为所述蓄电池和无线充电层提供电能；所述蓄电池与无线充电层连接，为所述无线充电层提供后备电源。
在上述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统中，所述电动汽车接收单元包括RFID电子标签和功率接收线圈。
在上述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统中，所述无线充电层包括依次连接的高频逆变器、RFID阅读器、功率控制模块、功率振荡模块和功率发射线圈；所述RFID阅读器与所述电动汽车的RFID电子标签无线通信连接；所述功率控制模块控制功率振荡模块的通断；所述功率振荡模块利用所述高频逆变器将所述太阳能光电层输入的功率振荡至高频，使功率发射线圈、功率接收线圈发生磁共振实现无线传能。
在上述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统中，所述LED发光层为LED发光阵列，提供路面照明和交通指示。
在上述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统中，所述钢化玻璃层，用于提供路面支撑，保护钢化玻璃层下电路板；所述地基层用于承载所述钢化玻璃层、LED发光层、太阳能光电层和无线充电层，以及路面上的交通荷载。
在上述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统中，所述路面发射单元连续铺设，实现电动汽车连续充电。
一种基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统的充电方法，当电动汽车需要充电时，驶上智能公路系统的钢化玻璃层，无线充电层通过RFID射频识别路面经过的电动汽车身份，当RFID阅读器检索到正确的RFID电子标签时，无线充电层启动功率控制模块，开启功率振荡模块，将超级电容的直流电振荡为高频振荡电磁场，通过功率发射线圈输出功率为行驶的电动汽车进行无线充电；电动汽车离开后，RFID检索到电动汽车离开信号，通过功率控制模块断开功率振荡模块停止充电。
在上述的充电方法中，在车流量较小，路面光照条件较好的情况下，智能公路系统通过太阳能光电层产生电能，对超级电容与蓄电池充电；在车流量大或光照条件不佳时，蓄电池作为后备电源输出。
为使本领域技术人员更加清楚地理解上述技术方案的具体实现过程，作如下描述，基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其路面发射单元主要由以下分层从上至下组成：钢化玻璃层，LED发光层，太阳能光电层，无线充电层和地基层。使用该公路系统充电的电动汽车内置RFID电子标签和功率接收线圈。钢化玻璃层，提供路面支撑，保护下层电路板。LED发光层，可以组成LED发光阵列，提供路面照明与交通指示，根据需要变化交通指示达到疏导交通的目的。太阳能光电层，利用太阳能光电板发电，并采用超级电容补偿，为无线充电层提供电能；它设置有太阳能光电板、超级电容和蓄电池；太阳能光电板，经过控制电路与超级电容连接，当接受太阳光照射时为超级电容充电；超级电容，与光电板，蓄电池，无线充电层连接，利用快速充放电的特点，为无线充电层提供电能；蓄电池，与超级电容连接，作为电能后备存储，闲时存留多余电量，在车流量大或光照条件不佳时作为后备电源输出。无线充电层，利用RFID射频识别检测路面经过的电动汽车，为行驶的电动汽车进行无线充电，增加其续航；无线充电层设置有高频逆变器、RFID阅读器、功率控制模块、功率振荡模块和功率发射线圈；RFID阅读器，检测电动汽车RFID电子标签，确认可充电电动汽车；功率控制模块，控制功率振荡模块的通断；功率振荡模块，利用高频逆变器，将由太阳能光电层输入的功率振荡至高频，使功率发射线圈、功率接收线圈发生磁共振，实现无线传能；功率发射线圈，通过与功率接收线圈间磁共振耦合传输功率。地基层，承载智能公路系统各层与路面上的交通荷载。智能公路系统路面连续铺设可实现电动汽车连续充电。
利用上述的智能公路系统充电的方法，当路面经过电动汽车时，智能公路系统无线充电层自动通过RFID技术进行身份识别。当RFID阅读器检索到正确的RFID电子标签时，无线充电层启动功率控制模块，开启功率振荡模块，将超级电容的直流电振荡为高频振荡电磁场，通过功率发射线圈输出功率。电动汽车离开后，RFID检索到电动汽车离开信号，通过功率控制模块断开功率振荡模块停止充电。
在车流量较小，智能公路系统路面光照条件较好的情况下，智能公路系统通过太阳能光电层产生电能，对超级电容与蓄电池充电。在车流量大或光照条件不佳时，蓄电池作为后备电源输出。
本发明有益效果，可增加电动汽车续航，运行安全可靠。利用公路地表进行无线充电，相比地面设施，不需要占用地面空间，可减少建设、维护成本。电动汽车不需要停下来进行充电，可边驾驶边充电，充电便捷，使随时随地充电成为可能。利用太阳能作为电动汽车的充电能源，绿色环保。
附图说明
图1为本发明一个实施例的整体结构图；
图2为本发明一个实施例的太阳能光电层的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的无线充电层工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其它工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照下面的描述和附图，具体公开了本发明实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
本实施例采用的技术方案如下：基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，包括电动汽车接收单元，还包括路面发射单元，所述路面发射单元包括顶层钢化玻璃层和底层地基层，及所述钢化玻璃层与地基层之间自上而下依次设置的LED发光层、太阳能光电层和无线充电层；所述LED发光层、太阳能光电层和无线充电层之间电连接；所述无线充电层与所述电动汽车接收单元之间通过磁共振耦合传输电能。
进一步，所述太阳能光电层包括太阳能光电板、超级电容和蓄电池，所述太阳能光电板通过控制电路与超级电容连接，为所述超级电容充电；所述超级电容连接蓄电池和无线充电层，为所述蓄电池和无线充电层提供电能；所述蓄电池与无线充电层连接，为所述无线充电层提供后备电源。
进一步，所述电动汽车接收单元包括RFID电子标签和功率接收线圈。
进一步，所述无线充电层包括依次连接的高频逆变器、RFID阅读器、功率控制模块、功率振荡模块和功率发射线圈；所述RFID阅读器与所述电动汽车的RFID电子标签无线通信连接；所述功率控制模块控制功率振荡模块的通断；所述功率振荡模块利用所述高频逆变器将所述太阳能光电层输入的功率振荡至高频，使功率发射线圈、功率接收线圈发生磁共振实现无线传能。
进一步，所述LED发光层为LED发光阵列，提供路面照明和交通指示。
更进一步，所述钢化玻璃层，用于提供路面支撑，保护钢化玻璃层下电路板；所述地基层用于承载所述钢化玻璃层、LED发光层、太阳能光电层和无线充电层，以及路面上的交通荷载。
更加进一步，所述路面发射单元连续铺设，实现电动汽车连续充电。
一种基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统的充电方法，当电动汽车需要充电时，驶上智能公路系统的钢化玻璃层，无线充电层通过RFID射频识别路面经过的电动汽车身份，当RFID阅读器检索到正确的RFID电子标签时，无线充电层启动功率控制模块，开启功率振荡模块，将超级电容的直流电振荡为高频振荡电磁场，通过功率发射线圈输出功率为行驶的电动汽车进行无线充电；电动汽车离开后，RFID检索到电动汽车离开信号，通过功率控制模块断开功率振荡模块停止充电。
进一步地，在车流量较小，路面光照条件较好的情况下，智能公路系统通过太阳能光电层产生电能，对超级电容与蓄电池充电；在车流量大或光照条件不佳时，蓄电池作为后备电源输出。
具体实施过程是：如图1所示，智能公路系统路面发射单元包括由从上至下的钢化玻璃层，LED发光层，太阳能光电层，无线充电层，地基层。以上分层中，钢化玻璃层提供路面支撑，保护下层电路板。LED发光层可以组成LED发光阵列，提供路面照明与交通指示，根据需要变化交通指示达到疏导交通的目的。太阳能光电层利用太阳能光电板发电，并采用超级电容补偿，为无线充电层提供电能。太阳能光电层设置有，太阳能光电板、超级电容、蓄电池，如图2所示。太阳能光电板经过控制电路与超级电容连接，当接受太阳光照射时为超级电容充电；超级电容与光电板，蓄电池，无线充电层连接，利用快速充放电的特点，为无线充电层提供电能；蓄电池与超级电容连接，作为电能后备存储，闲时存留多余电量，在车流量大或光照条件不佳时作为后备电源输出。无线充电层利用RFID射频识别检测路面经过的电动汽车，为安装有RFID电子标签和功率接收线圈的电动汽车进行无线充电，增加其续航。无线充电层设置有依次连接的高频逆变器、RFID阅读器、功率控制模块、功率振荡模块和功率发射线圈。RFID阅读器检测电动汽车RFID电子标签；功率控制模块控制功率振荡模块的通断；功率振荡模块利用高频逆变器，将由太阳能光电层输入的功率振荡至高频，使功率发射线圈、功率接收线圈发生磁共振，实现无线传能；功率发射线圈通过与功率接收线圈间磁共振耦合传输功率。地基层承载钢化玻璃层，LED发光层，太阳能光电层，无线充电层与路面上的交通荷载，如图1所示。
连续铺设智能公路系统路面可实现电动汽车连续充电。
利用智能公路系统充电的方法是，在车流量较小，路面光照条件较好的情况下，智能公路系统通过太阳能光电层产生电能，对超级电容与蓄电池充电。在车流量大或光照条件不佳时，蓄电池作为后备电源输出。如图2所示。
在路面经过电动汽车时，路面无线充电层自动通过RFID技术进行身份识别。当RFID阅读器检索到正确的RFID电子标签时，无线充电层启动功率控制模块。开启功率振荡模块，将超级电容的直流电振荡为高频振荡电磁场，通过功率发射线圈输出功率。电动汽车离开后，RFID检索到电动汽车离开信号，通过功率控制模块断开功率振荡模块停止充电。如图3所示。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (9)
1.基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，包括电动汽车接收单元，其特征在于，还包括路面发射单元，所述路面发射单元包括顶层钢化玻璃层和底层地基层，及所述钢化玻璃层与地基层之间自上而下依次设置的LED发光层、太阳能光电层和无线充电层；所述LED发光层、太阳能光电层和无线充电层之间电连接；所述无线充电层与所述电动汽车接收单元之间通过磁共振耦合传输电能。
2.根据权利要求1所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其特征在于，所述太阳能光电层包括太阳能光电板、超级电容和蓄电池，所述太阳能光电板通过控制电路与超级电容连接，为所述超级电容充电；所述超级电容连接蓄电池和无线充电层，为所述蓄电池和无线充电层提供电能；所述蓄电池与无线充电层连接，为所述无线充电层提供后备电源。
3.根据权利要求1或2所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其特征在于，所述电动汽车接收单元包括RFID电子标签和功率接收线圈。
4.根据权利要求3所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其特征在于，所述无线充电层包括依次连接的高频逆变器、RFID阅读器、功率控制模块、功率振荡模块和功率发射线圈；所述RFID阅读器与所述电动汽车的RFID电子标签无线通信连接；所述功率控制模块控制功率振荡模块的通断；所述功率振荡模块利用所述高频逆变器将所述太阳能光电层输入的功率振荡至高频，使功率发射线圈、功率接收线圈发生磁共振实现无线传能。
5.根据权利要求1所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其特征在于，所述LED发光层为LED发光阵列，提供路面照明和交通指示。
6.根据权利要求1所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其特征在于，所述钢化玻璃层，用于提供路面支撑，保护钢化玻璃层下电路板；所述地基层用于承载所述钢化玻璃层、LED发光层、太阳能光电层和无线充电层，以及路面上的交通荷载。
7.根据权利要求1所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统，其特征在于，所述路面发射单元连续铺设，实现电动汽车连续充电。
8.一种利用权利要求1所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统的充电方法，其特征在于当电动汽车需要充电时，驶上智能公路系统的钢化玻璃层，无线充电层通过RFID射频识别路面经过的电动汽车身份，当RFID阅读器检索到正确的RFID电子标签时，无线充电层启动功率控制模块，开启功率振荡模块，将超级电容的直流电振荡为高频振荡电磁场，通过功率发射线圈输出功率为行驶的电动汽车进行无线充电；电动汽车离开后，RFID检索到电动汽车离开信号，通过功率控制模块断开功率振荡模块停止充电。
9.根据权利要求8所述的基于光伏储能与无线充电技术的智能公路系统的充电方法，其特征在于，在车流量较小，路面光照条件较好的情况下，智能公路系统通过太阳能光电层产生电能，对超级电容与蓄电池充电；在车流量大或光照条件不佳时，蓄电池作为后备电源输出。
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