CN106374634A - 一种新型电动汽车无线充电装置 - Google Patents

Abstract

一种新型电动汽车无线充电装置，涉及一种电动汽车充电装置。解决了在地下铺设线圈，会对已经建设好的工程造成大量的浪费，可行性差的问题，本发明的供电端，由光伏阵列，风力发电阵列，直流汇流器，储能蓄电池，电网电源以及智能切换开关构成；无线发送端，由主MCU控制器，振荡器，功率放大电路，谐振补偿电路和发射线圈构成；和无线接收端，由接收线圈，整流滤波电路，充电调节电路，从MCU控制器，超级电容构成。发射端设置在路面围栏中，接收端安装在车辆侧面，安装时不需要破坏已经建设完成的道路，安装维护灵活方便。采用不同的供电电源分时段进行供电，避免加剧电网负荷峰谷差。

Description

一种新型电动汽车无线充电装置

技术领域

本发明涉及一种电动汽车充电装置，具体涉及一种新型电动汽车无线充电装置，属于电动汽车充电领域。

背景技术

随着社会经济的不断发展、科学技术的不断进步，汽车已经成为现代社会不可避免的交通工具，由此导致能源需求不断增加，对环境问题造成了巨大的困扰，电动汽车以其低碳节能环保的独特优势脱颖而出。电动汽车需要对蓄电池进行周期性充电来提供动力，市场上现有的充电方式为有线充电，即通过电缆从电网中获取能量，这种方式存在着一些弊端，充电时电动汽车长时间处于停止状态，这为用户带来了大大的不便，其次电缆的插拔操作很容易接触不良产生火花，带来安全隐患。随之，人们对无线充电做了大量的研究，无线充电分为在线式充电和定点式充电。定点式无线充电在固定位置安装无线发射装置对汽车进行充电，然而这种方式不够灵活，充电时间长。在线式无线充电将发射装置埋在道路下方，可以在行驶中对电动汽车进行能量供给，极大的改善了电动汽车续航能力差、充电时间长的弊端。然而，在地下铺设线圈，会对已经建设好的工程造成大量的浪费，可行性差，因此需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，根据本发明的一个方面，本发明旨在提出一种充电灵活，改造方便的新型电动汽车无线充电装置，以解决现有技术的不足。

本发明所采取的方案为：一种新型电动汽车无线充电装置，包括：供电端，由光伏阵列，风力发电阵列，直流汇流器，储能蓄电池，电网电源以及智能切换开关构成；无线发送端，由主MCU控制器，振荡器，功率放大电路，谐振补偿电路和无线发射线圈构成；和无线接收端，由无线接收线圈，谐振补偿电路，整流滤波器，充电调节电路，从MCU 控制器，车载超级电容和车载电池箱构成；

无线发射端设置在地面围栏上，无线接收端设于电动汽车的侧面；光伏阵列和风力发电阵列经过直流汇流器后，与储能蓄电池相连；电网电源与储能蓄电池输出端通过智能切换开关连接振荡器、功率放大电路和谐振补偿电路，输出高频电磁功率，然后加载到发射线圈上；接收线圈将接收到的电磁信号经整流滤波电路，充电调节电路输出至车载超级电容，再对车载电池箱进行供电，所述无线发射线圈与无线接收线圈同频共振设置；主MCU控制器与振荡器，功率放大电路，谐振补偿电路相连接；从MCU控制器与整流滤波器，充电调节电路，车载超级电容相连接。

其中，所述光伏阵列和风力发电阵列经过直流汇流器与储能蓄电池相连；电网电源与储能蓄电池输出端通过智能切换开关连接振荡器产生高频振荡电流，振荡器连接功率放大电路和谐振补偿电路，高频振荡电流经过功率放大电路和谐振补偿电路在无线发射线圈周围形成非辐射磁场，将电能转换为磁场；当位于电动汽车侧的接收线圈的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换；无线接收端将接收到的电磁信号经整流滤波电路，充电调节电路输出至车载超级电容，再对电动汽车工作电池进行供电，所述无线发射线圈与无线接收线圈同频共振设置，但要避免自然环境中可能出现的共振频率。

其中，智能切换开关的设置，在用电高峰时用储存的风能太阳能进行供电，用电低谷时利用电网电源进行供电。

其中，无线发射端设置在地面围栏上，无线接收端设于电动汽车的侧面；靠近地面围栏一侧的车道可以设定为充电车辆专用车道与非充电车辆进行隔离，便于安装管理。

进一步地，所述一种新型电动汽车无线充电装置还包括射频识别装置，射频识别装置设置在电动汽车上，包括射频信号发射线圈，射频信号发射处理单元，CPU，用户IC卡读写装置和通讯接口；射频信号发射线圈，射频信号发射处理单元，CPU，通讯接口与从MCU控制器依次相连，用户IC卡读写装置连接CPU；在无线信号发射端设置射频信号接收线圈和射频信号接收处理单元，射频信号接收线圈、射频信号接收处理单元与主MCU控制器依次相连。

在电动汽车和充电系统中设置射频识别装置，电能发送端可以通过射频识别技术对电能接收端进行身份的识别和验证，实时感知电动汽车运行状态、动力电池使用状态等，实现信息的全面覆盖。

进一步地，所述无线接收端外侧铺设屏蔽材料。如此设置，减少电磁辐射对人体的影 响。

进一步地，所述一种新型电动汽车无线充电装置还包括充电管理计量单元，充电管理计量单元连接在车载超级电容与车载电池箱之间，且充电管理计量单元与从MCU控制器相连接。如此设置，所述充电管理计量单元通过连接车载超级电容，统计充入电量发送到从MCU进行计费。

进一步地，所述光伏阵列和风力发电阵列设置于道路两旁的路灯上。

进一步地，所述发射线圈采用平板型，由Litz线绕制。可有效提高系统藕合系数，降低系统工作频率，满足一般电动汽车充电功率的要求。

进一步地，所述一种新型电动汽车无线充电装置的无线发射端与无线接收端做好防水措施。

进一步地，所述车载超级电容采用限压措施，防止车载超级电容过充并保证各个超级电容均衡充电。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明提供一种新型的电动汽车无线充电装置，发射端设置在路面围栏中，接收端设置在车辆的右侧，安装时不需要破坏已经建设完成的道路，造成不必要的浪费，安装方便灵活，便于维修管理，不会造成通行不变。

2.采用风力、光伏和电网电源分时段供电，用电高峰时利用储存的清洁能源对充电的电动汽车进行供电，其余时间采用电网电源对电动汽车进行供电，避免储存的清洁能源用尽时采用电网供电这一具有不确定性和随机性的行为，避免加剧电网负荷峰谷差。

附图说明

图1为一种新型电动汽车无线充电装置应用状态示意图；图中，101为电动汽车，102为无线接收端，103为路旁围栏，104为无线发射端；

图2为一种新型的电动汽车无线充电装置的系统结构示意图；

图3为一种新型电动汽车无线充电装置的高频振荡发生电路；

图4为一种新型电动汽车无线充电装置的功率放大电路；

图5为一种新型电动汽车无线充电装置的耦合谐振补偿电路；

图6为一种新型电动汽车无线充电装置的整流滤波电路；

图7为一种新型电动汽车无线充电装置的充电调节电路。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本实施方式的一种新型电动汽车无线充电装置，参见图1和图2可知，其具体为，如图1所示，将无线发射端104设置在地面围栏103上，无线接收端102设于电动汽车101的侧面，靠近围栏103一侧设置充电车辆专用车道与非充电车辆进行隔离，安装时不需要破坏已经建设完成的道路，造成不必要的浪费，安装方便灵活，不会造成通行不变。所述光伏阵列202和风力发电阵列203设置于道路两旁的路灯上，采用风力、光伏和电网电源分时段供电，用电高峰时利用储存的清洁能源对充电的电动汽车101进行供电，其余时间采用电网对电动汽车101进行供电，避免储存的清洁能源用尽时采用电网供电，这一行为具有不确定性和随机性，避免加剧电网负荷峰谷差。

如图2所示，电动汽车新型无线充电装置，包括：供电端，由电网电源201，光伏阵列202，风力发电阵列203，直流汇流器204，储能蓄电池205以及智能切换开关206构成；无线发送端，由振荡器207，功率放大电路208，谐振补偿电路209，发射线圈210，主MCU控制器211，射频信号接收处理单元212和射频信号接收线圈213构成；无线接收端，由接收线圈214，整流滤波电路215，充电调节电路216，车载超级电容217，充电管理计量218，车载蓄电池箱219，从MCU控制器220，通讯接口221，CPU222，用户卡读写223，射频信号发射处理单元224和射频信号发射线圈225构成。

其中，射频信号接收处理单元212和射频信号接收线圈213，通讯接口221，CPU222，用户卡读写223，射频信号发射处理单元224和射频信号发射线圈225构成射频识别装置。在电动汽车和充电系统中设置传感器和射频识别系统，电能发送端可以通过射频识别技术对电能接收端进行身份的识别和验证，实时感知电动汽车运行状态、动力电池使用状态等，实现信息的全面覆盖。

光伏阵列202和风力发电阵列203采集到电能后，经过直流汇流器204把能量储存到 储能蓄电池205中；电网电源201与储能蓄电池205输出端通过智能切换开关206进行分时段供电，输出电流连接振荡器207产生高频振荡电流，经过功率放大电路208和谐振补偿电路209，在发射线圈210周围形成非辐射磁场，从而将电能转换为磁场；当位于电动汽车侧的接收线圈214的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换；无线接收端将接收到的电磁信号经整流滤波器215，充电调节电路216输出至车载超级电容217，由于车载蓄电池箱219不能受到大电流的冲击，由超级电容217对车载蓄电池219进行小电流持续供电，所述发射线圈210与接收线圈214同频共振设置，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输，但要避免自然环境中可能出现的共振频率。

直流汇流器204采用国产SPVCB-16型直流汇流箱。

采用NE555定时器构成多谐振荡器207来产生高频方波信号，图3为高频振荡发生电路，其中被虚线围起来的部分就是产生方波脉冲信号的555多谐振荡器207，Ra、Rb和C1是外接定时元件，C2是滤波电容，R1是输出上拉电阻。外接5V直流电源通过RA和RB向C1充电，随着C1电压的上升达到一定幅值后C1又会对外放电，如此反复的充放电C1两端电压反复升降，在输出端就会输出一个周期性的方波脉冲，同时利用二极管D1和D2将电容C1的充放电回路隔离开，再加上可变电阻RA和RB的调节，就可以构成方波频率和占空比可调的方波脉冲发生器。图3中虚线外的部分为功率MOS管驱动电路，选择IXFHI2N100F作为功率MOS管。

图4为功率放大电路208，本发明采用晶体管E类功率放大器，由单个晶体管和负载网络等组成，在激励信号的作用下，晶体管呈开关工作状态。E类功放的主要优点是:容易设计，具有较高的效率，体积小，结构简单易于单片集成。在电路图中，同时要考虑到实际电路的保护电路。根据需要设计的E类功率放大电路如图4所示。

图5为谐振补偿电路209，在无线传输线圈两端设有谐振补偿电路，采用原边串联谐振补偿和副边串联谐振补偿的ss结构。图5为两线圈构成的磁藕合谐振补偿电路，其中，R为电源内阻，线圈电感分别为Ls和Ld,Cs和Cd分别为补偿电容，Rs和Rd分别为线圈等效串联电阻，Rw为纯电阻负载，互感为M。

图6为整流滤波电路215。接收线圈输出为高频交流电，因为其频率很高，通常不能直接与用电设备连接，所以需要对其进行整流，为了提高输出功率，本发明采用全桥整流，能够实现负载端电压、电流较小的波动，且能得到较大的电压、电流，如图6所示。本发明采用DS EI30-26A整流二极管搭建整流桥。

高频交流电能整流之后除了直流成分外还含有较大的交流成分，还需要继续对它进行低通滤波，利用电容滤波比较简便，并其输出电压也相对其他滤波高些、脉动小些，但是电容滤波电路的负载电流冲击较大，在应用当中为了抑制电流的冲击，通常会在直流侧串联一个不太大的电感，以形成电感电容滤波电路，如图6所示。

图7为充电调节电路216。经整流滤波后得到了一个较为稳定的直流电，该直流电会随传输距离、电源电压、系统工作频率等因素的改变而改变，调节电路可以选择DC/DC转换模块，通过促发脉冲的占空比，来调节直流电压的大小，采用的是Buck降压变换器，如图7所示，工作于直流电压，功率因数较高，对电网的谐波干扰小。开关管V2采用IGBT，型号为BSM200GA120DN2。

当需充电车辆101驶入可充电路段时，按照充电车道指示标志驶入充电车道，将IC卡插入卡槽，系统提示是否进行充电，确认后，射频识别机构发送无线信号与充电机构通讯进行身份验证，验证成功后，系统将车辆信息传输到充电机构，可以实时感知电动汽车101运行状态、动力电池使用状态等。射频接受处理单元212与主MCU控制器211进行通讯，开启充电机构，将智能切换开关206控制的电能输送至振荡器207，输出高频振荡电流，经过功率放大电路208与谐振补偿电路209，发射线圈210将电能以磁场的形式进行发射，发射的电磁波的频率与汽车侧接受线圈214的固有频率相同时，发生谐振产生很强的相互耦合，实现能量的无线传输，接收端线圈214将接收到的电磁信号输入到整流滤波器215，经过充电调节电路216将电能输入至超级电容217，输入超级电容217的电量通过充电管理计量218反馈给从MCU控制器，统计充电电量金额，通过用户卡读写223对IC卡进行实时读写，当IC卡内余额不足时，将信息反馈给CPU222，射频机构停止向充电机构发送充电信号。

发射线圈210采用平板型，由Litz线绕制，可有效提高系统藕合系数，降低系统工作频率，满足一般电动汽车充电功率的要求。接收装置外侧铺设特殊屏蔽材料，减少电磁辐射对人体的影响。无线充电装置的发射端和接收端做好防水措施。电动汽车超级电容217储能装置采用限压措施，防止超级电容过充并保证各个超级电容均衡充电。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种新型电动汽车无线充电装置，包括：供电端，由光伏阵列，风力发电阵列，直流汇流器，储能蓄电池，电网电源以及智能切换开关构成；无线发送端，由主MCU控制器，振荡器，功率放大电路，谐振补偿电路和无线发射线圈构成；和无线接收端，由无线接收线圈，谐振补偿电路，整流滤波器，充电调节电路，从MCU控制器，车载超级电容和车载电池箱构成；

其特征在于：无线发射端设置在地面围栏上，无线接收端设于电动汽车的侧面，无线接收端外侧铺设屏蔽材料；光伏阵列和风力发电阵列经过直流汇流器后，与储能蓄电池相连；电网电源与储能蓄电池输出端通过智能切换开关连接振荡器、功率放大电路和谐振补偿电路，输出高频电磁功率，然后加载到发射线圈上；接收线圈将接收到的电磁信号经整流滤波电路，充电调节电路输出至车载超级电容，再对车载电池箱进行供电，所述无线发射线圈与无线接收线圈同频共振设置；主MCU控制器与振荡器，功率放大电路，谐振补偿电路相连接；从MCU控制器与整流滤波器，充电调节电路，车载超级电容相连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述一种新型电动汽车无线充电装置还包括射频识别装置，射频识别装置设置在电动汽车上，包括射频信号发射线圈，射频信号发射处理单元，CPU，用户IC卡读写装置和通讯接口；射频信号发射线圈，射频信号发射处理单元，CPU，通讯接口与从MCU控制器依次相连，用户IC卡读写装置连接CPU；在无线信号发射端设置射频信号接收线圈和射频信号接收处理单元，射频信号接收线圈、射频信号接收处理单元与主MCU控制器依次相连。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述一种新型电动汽车无线充电装置还包括充电管理计量单元，充电管理计量单元连接在车载超级电容与车载电池箱之间，且充电管理计量单元与从MCU控制器相连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述光伏阵列和风力发电阵列设置于道路两旁的路灯上。

5.根据权利要求1所述的一种新型电动汽车无线充电装置，其特征在于：所述发射线圈采用平板型，由Litz线绕制。