CN109177761A - 一种电动汽车非接触式充电装置 - Google Patents

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袁新枚
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Abstract

本发明属于电动汽车充电技术领域，涉及一种电动汽车非接触式充电装置。该装置主要由含有发射线圈的充电枪、含有接收线圈的充电插座、车载充电机和电池组成。充电枪接头未插入充电插座情况下，控制电网交流电源断路，充电枪接头内发射线圈内无电流，装置不工作；当充电枪接头和充电插座接合且锁止时，控制电网交流电源接通，充电枪接头上的发射线圈通电，产生电磁波，此时发射线圈和接收线圈通过铁芯产生形成强耦合磁场，接收线圈内感应出交流电，交流电供给车载充电机，实现给动力电池充电。本发明解决无线充电的线圈对准问题，消除异物存在于充电空间的隐患，对环境无电磁烦扰，同时避免了机械接触带来的摩擦、老化问题。

Description

一种电动汽车非接触式充电装置
技术领域
本发明属于电动汽车充电技术领域，涉及一种电动汽车非接触式充电装置。
背景技术
随着化石能源的日趋减少和排放法规的日益严格，混合动力汽车和电动汽车等新能源汽车受到了越来越多的重视。为减少对化石能源的依赖，减少对环境的污染，实现节能减排的目标，我国正大力发展电动汽车。对电动汽车来说，限制其发展的最主要的因素是它的续驶里程和它的价格。电动汽车的续驶里程涉及到电动汽车的充电问题，为了加快电动汽车的发展，我国制定了各种政策法规，以促进电动汽车充电基础设施的建设。
电动汽车的充电主要分为两种方式：传导式充电和无线充电。图1为典型的传导式交流慢充充电系统。其中交流充电桩提供单相或三相交流电，经充电枪和电动汽车充电接口机械连接，再经过车载充电机将交流电转变为直流电给电池充电。
对于无线充电技术，由于电动汽车要求充电功率大，无线距离长，所以电动汽车无线充电主要采用磁谐振耦合式无线充电，其充电基本结构如图2所示，其中电网提供单相或三相的交流电，经AC-DC整流装置将交流电转变为直流电，再经DC-AC高频逆变部分将直流电转变为高频交流电，给到发射线圈，同时在电动车一端的接收线圈内激发出交流电流，再经AC-DC整流之后给电池充电。
对于传导式充电，它的主要缺点如下：
1、充电接口之间存在机械摩擦，长期使用会出现接触不良，影响充电效果和产生电火花。
2、在雨雪风尘等恶劣天气下，充电接口处会出现渗水、进灰等问题，产生漏电等安全隐患。
对于无线充电，它的主要缺点：
1、现有无线充电主要采用松耦合的方式，充电效率受线圈的位置和距离影响较大。车辆实际停靠位置精度较低，线圈不可能完全准，必然存在一定错位，所以充电效率会受到影响，若错位较为严重，则无法实现充电。
2、受到其原理的限制，充电系统无法实现对接收线圈的选择。即在发射线圈产生的磁场空间内，任何导体都会由于电磁感应产生感应电流、获取能量，所以电动汽车无线充电要求充电线圈之间不能存在异物。但实际应用中异物的存在是无法避免的，包括掉落的金属件、宠物等，无线充电的异物检测至今还没有很好地解决方案。
3、无线充电会在空间中产生强电磁场，其对人体及电子设备的影响是不能忽视的，若要消除这方面的影响，需要在充电区域额外设计安装屏蔽装置。
因此，目前需要一种新的电动汽车充电装置，解决目前电动汽车主流两种充电方式在安全性和可靠性上的不足；解决目前普遍采用的传导式充电接头引起的一系列安全性和可靠性的问题，包括雨雪天气可能引发漏电事故，充电接头长期摩擦可能产生电火花，充电接头插座进灰、老化等问题；解决目前无线充电技术充电车辆对准难度大，且需要异物检测，对周围电磁环境干扰严重，需要额外电磁屏蔽等问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种电动汽车非接触式充电装置，结合有线充电和无线充电的特点，在有线充电的基础上，将充电接口改为非接触式，利用线圈之间的强耦合关系进行能量传输。
本发明的技术方案：
一种电动汽车非接触式充电装置，主要由充电枪、充电插座、车载充电机和电池组成；
所述的充电枪，其端部的充电枪接头内含有发射线圈，发射线圈用于产生电磁波，充电枪通过电缆和电网的交流电相连；充电枪接头与充电插座相配合；
所述的充电插座含有接收线圈，充电插座位于电动汽车的充电接口处，充电插座内的接收线圈与充电枪接头内的发射线圈形成强耦合机构，从而在接收线圈内感应出交流电流；
所述的车载充电机安装在电动汽车内，用于将充电插座的接收线圈内感应出的交流电通过整流滤波后，为电池充电；
所述的电池安装在电动汽车内，用于储能电力、为电动汽车提供动力；
所述的充电枪接头，主要由电缆401、锁止装置a402、固定支座403、铁芯 404、发射线圈405和绝缘外壳a406组成；
所述的固定支座403，起固定和支撑作用；所述的铁芯404固定在固定支座 403上，所述的发射线圈405缠绕在铁芯404的周围，铁芯404用于增强发射线圈405的磁感应强度；所述的电缆401，其一端与发射线圈405相连，另一端接在电网交流电上，用于从电网取电；所述的锁止装置a402安装在固定支座403 端部的外壁上，用于将充电枪固定并锁止在充电插座内，并保证发射线圈405 和接收线圈503的相对位置固定；所述的绝缘外壳a406包裹在铁芯404和发射线圈405的外部，起绝缘、封闭和保护作用；
所述的充电插座，主要由锁止装置b501、接收线圈503、绝缘外壳b504和输出电缆505组成；
所述的绝缘外壳b504，起绝缘、封闭和保护作用；所述的接收线圈503缠绕在绝缘外壳b504的绝缘内壁502上；所述的输出电缆505，其一端与接收线圈503相连，另一端与车载充电机相连，将接收线圈503上感应出的交流电输出至车载充电机；所述的锁止装置b501安装在绝缘外壳b504的外壁上，与充电枪接头上的锁止装置a402相互配合，共同实现固定和锁止作用。
本发明装置的使用原理如下：
1、充电枪接头未插入充电插座情况下，控制电网交流电源断路，充电枪接头内发射线圈内无电流，装置不工作。
2、当充电枪接头和充电插座接合且锁止时，控制电网交流电源接通，充电枪接头上的发射线圈通电，产生电磁波。此时发射线圈和接收线圈通过铁芯产生形成强耦合磁场(相当于变压器)，接收线圈内感应出交流电，交流电供给车载充电机，实现给动力电池充电。
3、当充电结束后，松开锁止装置，控制电网交流电源断路，此时线圈中无电流，可拔出充电枪接头，完成充电。
本发明的有益效果：
1、避免了机械接触带来的摩擦、老化问题。
2、采用非接触式充电、密封电气设备，故在雨雪等恶劣天气下不会发生漏电事故，解决传导式有线充电接头裸露、摩擦、接触引起的渗水、进灰、金属老化等相关的安全性和可靠性的隐患。
3、发射线圈和接收线圈固定在充电枪接头和充电插座中，线圈强耦合、相对位置不会发生偏移，线圈间不会进入异物。
4、只对原有接触式充电系统进行小幅度改造即可实现，成本基本与传统接触式充电系统持平、远远低于无线充电。
6、解决无线充电的线圈对准问题，消除异物存在于充电空间的隐患，对环境无电磁烦扰。
附图说明
图1为传导式充电系统结示意图；
图2为无线充电系统结示意图；
图3为本发明的非接触式充电装置示意图；
图4为充电枪接头示意图；
图5为充电插座示意图。
图中：401电缆；402锁止装置a；403固定支座；404铁芯；405发射线圈； 406绝缘外壳a；501锁止装置b；502绝缘内壁；503接收线圈；504绝缘外壳 b；505输出电缆。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种电动汽车非接触式充电装置，主要由充电枪、充电插座、车载充电机和电池组成；其结构如图3所示，具体如下：
1、电网侧，主要是提供220V工频交流电；
2、充电枪通过电缆和电网的交流电相连，充电枪接头中含有发射线圈，用于产生电磁波。
3、充电插座安装在电动汽车的充电接口处，充电插座内含有接收线圈，用于和充电枪接头内的发射线圈形成强耦合机构，从而在接收线圈内感应出交流电流。
4、车载充电机，位于电动汽车内，主要作用是将接收线圈内感应出的交流电通过整流滤波后输出至电池充电。
5、电池，电动车上的动力电池，用于储能和提供动力。
本发明的装置与传导式充电相似，采用充电枪插入充电插座的形式。其区别在于充电枪接头和充电插座的设计，具体如下：
如图4所示，充电枪接头在电网交流电源输入侧直接加装发射线圈405，发射线圈405内部加入铁芯404，发射线圈405外部加套绝缘壳体a406密封，同时充电枪接头上配备锁止装置a402。充电枪接头主要由电缆401、锁止装置a402、固定支座403、铁芯 404、发射线圈405和绝缘外壳a406组成；各部分的作用如下：
所述的电缆401的一端与发射线圈405相连，另一端接在电网交流电上，用于从电网取电。
所述的锁止装置402，起固定和锁止作用，将充电枪接头固定到充电插座内，同时保证发射线圈405和接收线圈503的相对位置固定，当充电枪插到充电插座后，起锁止作用；锁止装置402的形式可以有很多种，图4只是其中一种形式。
所述的固定支座403，起固定和支撑作用，铁芯404和发射线圈405固定在固定支座403上，由固定支座403来支撑。
所述的铁芯404，用于增强发射线圈405的磁感应强度。
所述的发射线圈405，绕制方法不唯一，可采用单层绕制、双层绕制等方法。图4中所示的发射线圈405只是其中一种绕制方法。发射线圈405中通入交流电，产生电磁场，可缠绕在铁芯404上，也可与铁芯404保持一定距离，由固定支座403来支撑。
所述的绝缘外壳406，起绝缘、封闭和保护作用，对充电枪接头内部电路进行绝缘，防止外来异物的进入，同时保护充电枪接头内的铁芯404和发射线圈 405。
如图5所示，充电插座内嵌在电动汽车车体内部，在车载充电机输入侧加装接收线圈503，外套于充电插座外侧，充电插座内壁502采用绝缘密封设计。充电插座主要由锁止装置b501、接收线圈503、绝缘外壳b504和输出电缆505组成；各部分的作用如下：
所述的锁止装置b501，起固定和锁止作用，充电插座和充电枪接头上的锁止装置一起对充电枪起固定和锁止作用。锁止装置b501的形式可以有很多种，如图5只是其中一种结构形式，此锁止装置b501可由弹簧和继电器控制，当充电结束后，控制柜控制继电器松开锁止装置，充电枪可拔出。
所述的绝缘内壁502，起绝缘、封闭和保护作用，位于充电插座内接收线圈 503的外侧，可紧贴接收线圈，或者不紧贴，对接收线圈503进行绝缘，防止外外来异物进入，同时对接收线圈503进行保护。
所述的接收线圈503，内嵌在充电插座内壁或附着在内壁上，接收线圈503 的绕制方式可以有很多种，图5只是其中一种形式。接收线圈503和充电枪接头中的发射线圈405构成强耦合机构，发射线圈405中通入交流电，产生变化的电磁场，接收线圈503内感应出同等的交流电，提供给车载充电机。
所述的绝缘外壳504，起绝缘、封闭和保护作用，位于电动汽车充电插座内侧车体部位，可以不单独存在，可以和电动汽车内侧车体重合。
所述的输出电缆505，输出接收线圈503上感应出的交流电给车载充电机。

Claims (1)

1.一种电动汽车非接触式充电装置，其特征在于，所述的电动汽车非接触式充电装置主要由充电枪、充电插座、车载充电机和电池组成；
所述的充电枪，其端部的充电枪接头内含有发射线圈，发射线圈用于产生电磁波，充电枪通过电缆和电网的交流电相连；充电枪接头与充电插座相配合；
所述的充电插座含有接收线圈，充电插座位于电动汽车的充电接口处，充电插座内的接收线圈与充电枪接头内的发射线圈形成强耦合机构，从而在接收线圈内感应出交流电流；
所述的车载充电机安装在电动汽车内，用于将充电插座的接收线圈内感应出的交流电通过整流滤波后，为电池充电；
所述的电池安装在电动汽车内，用于储能电力、为电动汽车提供动力；
所述的充电枪接头，主要由电缆(401)、锁止装置a(402)、固定支座(403)、铁芯(404)、发射线圈(405)和绝缘外壳a(406)组成；
所述的固定支座(403)，起固定和支撑作用；所述的铁芯(404)固定在固定支座(403)上，所述的发射线圈(405)缠绕在铁芯(404)的周围，铁芯(404)用于增强发射线圈(405)的磁感应强度；所述的电缆(401)，其一端与发射线圈(405)相连，另一端接在电网交流电上，用于从电网取电；所述的锁止装置a(402)安装在固定支座(403)端部的外壁上，用于将充电枪固定并锁止在充电插座内，并保证发射线圈(405)和接收线圈(503)的相对位置固定；所述的绝缘外壳a(406)包裹在铁芯(404)和发射线圈(405)的外部，起绝缘、封闭和保护作用；
所述的充电插座，主要由锁止装置b(501)、接收线圈(503)、绝缘外壳b(504)和输出电缆(505)组成；
所述的绝缘外壳b(504)，起绝缘、封闭和保护作用；所述的接收线圈(503)缠绕在绝缘外壳b(504)的绝缘内壁(502)上；所述的输出电缆(505)，其一端与接收线圈(503)相连，另一端与车载充电机相连，将接收线圈(503)上感应出的交流电输出至车载充电机；所述的锁止装置b(501)安装在绝缘外壳b(504)的外壁上，与充电枪接头上的锁止装置a(402)相互配合，共同实现固定和锁止作用。
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