CN110014891A - 一种电动自行车无线充电桩的充电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动自行车无线充电桩的充电系统,涉及电动自行车充电桩技术领域,包括充电主机、能量接收端和电池;充电主机内包括EMI滤波电路、有源功率因数校正电路、高频激磁电路、充电主机控制器和发送线圈,EMI滤波电路电性连接外部的电网,EMI滤波电路还电性连接有源功率因数校正电路,有源功率因数校正电路电性连接高频激磁电路,高频激磁电路电性连接发送线圈和充电主机控制器;能量接收端包括接收线圈和能量接收电路,能量接收电路包括DC‑DC整流电路和能量接收端控制器,DC‑DC整流电路电性连接接收线圈和能量接收端控制器,接收线圈与发送线圈耦合连接,能量接收端控制器与电池电性连接,本发明可实现在2‑15CM距离内以高达85%效率传输能量。
Description
技术领域
本发明涉及电动自行车充电桩技术领域,具体涉及一种电动自行车无线充电桩的充电系统。
背景技术
电动自行车由蓄电池提供能量,具有无排放污染、噪声低、易于操纵、维修以及运行成本低等优点,在环保和节能上具有不可比拟的优势,是解决人类能源和环境压力的有效途径。
目前,市场上电动自行车保有量巨大,现有的电动自行车都采取有线方式充电,通过充电器给电动自行车充电。这种有线充电方式会带来导线老化、插座插拔引起的漏电和接触火花等安全隐患,甚至引起电动车自燃。采用无线充电技术避免上述问题,提高充电安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动自行车无线充电桩的充电系统,以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种电动自行车无线充电桩的充电系统,包括充电主机、能量接收端和电池,所述充电主机与能量接收端耦合连接,所述能量接收端与电池电极连接;
充电主机内包括EMI滤波电路、有源功率因数校正电路、高频激磁电路、充电主机控制器和发送线圈,所述EMI滤波电路电性连接外部的电网,EMI滤波电路还电性连接所述有源功率因数校正电路,有源功率因数校正电路电性连接所述高频激磁电路,高频激磁电路电性连接所述发送线圈和充电主机控制器;
能量接收端包括接收线圈和能量接收电路,所述能量接收电路包括DC-DC整流电路和能量接收端控制器,所述DC-DC整流电路电性连接所述接收线圈和能量接收端控制器,接收线圈与所述发送线圈耦合连接,能量接收端控制器与电池电性连接。
优选的,所述充电主机控制器内设有无线通信模块一,所述接收端控制器内设有无线通信模块二。
优选的,所述无线通信模块一和无线通信模块二通过WiFi或者ZigBee的无线方式进行无线信息传输。
优选的,所述接收线圈安装在电动自行车前叉杆、后叉杆或支架上。
优选的,所述高频激磁电流由桥式变换电路构成,所述桥式变换电路为全桥或者半桥结构。
优选的,所述发射线圈和高频激磁电路内的谐振电容连接,产生固定的发射谐振频率,所述接收线圈和DC-DC整流电路中的谐振电容连接,产生固定的接收谐振频率,所述发射谐振频率和接收谐振频率相匹配。
优选的,所述发射线圈和高频激磁电路内的谐振电容串联或者并联,所述接收线圈和DC-DC整流电路中的谐振电容串联或者并联。
本发明的优点在于:
1、采取磁谐振耦合式无线电能传输技术,其技术原理是:发射线圈和充电主机内高频激磁电路的谐振电容连接(串联或并联),产生固定的发射谐振频率,接收线圈和能量接收电路中DC-DC整流电路的谐振电容连接(串联或并联),产生固定的接收谐振频率。发射谐振频率和接收谐振频率匹配,可以通过磁谐振耦合方式高效地把能量从发射线圈传到接收线圈内,实现无线充电。由于两个谐振回路具有相同的固有频率,当达到固有频率时,通过近场耦合,谐振的能量可以高效地从一个谐振回路,传到另一个谐振回路内,它可以在2-15CM距离内以高达85%效率传输能量;
2、充电主机控制器实时采集充电主机的发射线圈电流、主机温度、实现充电主机的过流、过温等故障保护,并通过无线网络(WiFi或ZigBee方式)上传充电主机的工作状态(发射线圈电流、充电主机温度、电路过流、过温),以便于服务站实时监控充电主机的工作状态;
3、能量接收电路控制器实时采样蓄电池的充电电流、电压和温度信息,并上传无线网络(WiFi或ZigBee方式),以便于服务站实时监控充电状态;
4.在充电过程中,充电主机会根据监测到的充电电流和发射电流自适应地调整PWM信号的开关频率,使得开关频率和发射线圈的谐振频率匹配,使无线充电的效率最高。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明中充电主机EMI滤波电路和有源功率因数校正电路的电路示意图。
图3为本发明中充电主机高频激磁电路的电路示意图。
图4为本发明中充电主机控制器的电路示意图。
图5为本发明中能量接收端接收器的电路示意图。
图6为本发明中能量接收端DC-DC整流电路的电路示意图。
图7为本发明中电池供电的电路示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
如图1至图7所示,一种电动自行车无线充电桩的充电系统,包括充电主机、能量接收端和电池,所述充电主机与能量接收端耦合连接,所述能量接收端与电池电性连接;
充电主机内包括EMI滤波电路、有源功率因数校正电路、高频激磁电路、充电主机控制器和发送线圈,所述EMI滤波电路电性连接外部的电网,EMI滤波电路还电性连接所述有源功率因数校正电路,有源功率因数校正电路电性连接所述高频激磁电路,高频激磁电路电性连接所述发送线圈和充电主机控制器;
能量接收端包括接收线圈和能量接收电路,所述能量接收电路包括DC-DC整流电路和能量接收端控制器,所述DC-DC整流电路电性连接所述接收线圈和能量接收端控制器,接收线圈与所述发送线圈耦合连接,能量接收端控制器与电池电性连接。
在本实施例中,所述充电主机控制器内设有无线通信模块一,所述接收端控制器内设有无线通信模块二。
在本实施例中,所述无线通信模块一和无线通信模块二通过WiFi或者ZigBee的无线方式进行无线信息传输。
在本实施例中,所述接收线圈安装在电动自行车前叉杆、后叉杆或支架上。
在本实施例中,所述高频激磁电流由桥式变换电路构成,所述桥式变换电路为全桥或者半桥结构。
在本实施例中,所述发射线圈和高频激磁电路内的谐振电容连接,产生固定的发射谐振频率,所述接收线圈和DC-DC整流电路中的谐振电容连接,产生固定的接收谐振频率,所述发射谐振频率和接收谐振频率相匹配,可以通过磁谐振耦合方式高效地把能量从发射线圈传到接收线圈内,实现无线充电。
在本实施例中,所述发射线圈和高频激磁电路内的谐振电容串联或者并联,所述接收线圈和DC-DC整流电路中的谐振电容串联或者并联。
本发明的工作原理为:EMI滤波电路通过EMI滤波器抑制电网传输来的各种干扰,同时吸收充电主机产生的高频谐波,减少或消除对电网中其它用电设备的干扰;
有源功率因数校正电路提高充电主机的功率因数,减小电流的高次谐波,同时输出380V的直流高压给高频激磁电路提供能量;
高频激磁电路在充电主机控制器作用下产生高频电流,高频电流通过发送线圈产生高频磁场,该磁场与接收线圈耦合并在接收线圈内谐振产生感应电流,高频激磁电流由桥式变换电路(全桥或半桥结构均可)构成,充电主机控制器产生一定开关频率的两路PWM信号,可经功率驱动电路后驱动桥式电路的开关管(MOS管、IGBT管)产生高频交变电流,该电流通过发送线圈产生高频交变磁场,该磁场与接收线圈耦合,并在接收线圈内谐振产生感应电流;
在充电桩工作过程中,能量接收电路不断检测充电电流、电压和电池温度,并通过无线网络发送,充电主机控制器通过无线网络可以接收到充电电流、电压和电池温度,同时充电主机也可以检测发射端的电压和发射线圈的电流。在充电过程中,充电主机会根据监测到的充电电流和发射电流自适应地调整PWM信号的开关频率,使得开关频率和发射线圈的谐振频率匹配,使无线充电的效率最高;并且充电主机控制器(MCU)实时接收无线网络传来的控制指令,实时进行充电等故障保护,并通过无线网络(WiFi或ZigBee方式)上传充电主机的工作状态(发射线圈电流、充电主机温度、电路过流、过温、电池移除、断线等信息),以便于服务站实时监控充电主机的工作状态。
接收线圈接收的高频电流经过能量接收电路的DC-DC整流给蓄电池充电;能量接收端控制器(MCU)实时采样蓄电池的充电电流、电压和温度信息,并上传无线网络(WiFi或ZigBee方式),实现充电状态检测。
基于上述,本发明的有益效果为:
1、采取磁谐振耦合式无线电能传输技术,其技术原理是:发射线圈和充电主机内高频激磁电路的谐振电容连接(串联或并联),产生固定的发射谐振频率,接收线圈和能量接收电路中DC-DC整流电路的谐振电容连接(串联或并联),产生固定的接收谐振频率。发射谐振频率和接收谐振频率匹配,可以通过磁谐振耦合方式高效地把能量从发射线圈传到接收线圈内,实现无线充电。由于两个谐振回路具有相同的固有频率,当达到固有频率时,通过近场耦合,谐振的能量可以高效地从一个谐振回路,传到另一个谐振回路内,它可以在2-15CM距离内以高达85%效率传输能量;
2、充电主机控制器实时采集充电主机的发射线圈电流、主机温度、实现充电主机的过流、过温等故障保护,并通过无线网络(WiFi或ZigBee方式)上传充电主机的工作状态(发射线圈电流、充电主机温度、电路过流、过温),以便于服务站实时监控充电主机的工作状态;
3、能量接收电路控制器实时采样蓄电池的充电电流、电压和温度信息,并上传无线网络(WiFi或ZigBee方式),以便于服务站实时监控充电状态;
4.在充电过程中,充电主机会根据监测到的充电电流和发射电流自适应地调整PWM信号的开关频率,使得开关频率和发射线圈的谐振频率匹配,使无线充电的效率最高。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (7)
1.一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于,包括充电主机、能量接收端和电池,所述充电主机与能量接收端耦合连接,所述能量接收端与电池电性连接;
充电主机内包括EMI滤波电路、有源功率因数校正电路、高频激磁电路、充电主机控制器和发送线圈,所述EMI滤波电路电性连接外部的电网,EMI滤波电路还电性连接所述有源功率因数校正电路,有源功率因数校正电路电性连接所述高频激磁电路,高频激磁电路电性连接所述发送线圈和充电主机控制器;
能量接收端包括接收线圈和能量接收电路,所述能量接收电路包括DC-DC整流电路和能量接收端控制器,所述DC-DC整流电路电性连接所述接收线圈和能量接收端控制器,接收线圈与所述发送线圈耦合连接,能量接收端控制器与电池电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于:所述充电主机控制器内设有无线通信模块一,所述接收端控制器内设有无线通信模块二。
3.根据权利要求2所述的一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于:所述无线通信模块一和无线通信模块二通过WiFi或者ZigBee的无线方式进行无线信息传输。
4.根据权利要求1所述的一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于:所述接收线圈安装在电动自行车前叉杆、后叉杆或支架上。
5.根据权利要求1所述的一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于:所述高频激磁电流由桥式变换电路构成,所述桥式变换电路为全桥或者半桥结构。
6.根据权利要求1所述的一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于:所述发射线圈和高频激磁电路内的谐振电容连接,产生固定的发射谐振频率,所述接收线圈和DC-DC整流电路中的谐振电容连接,产生固定的接收谐振频率,所述发射谐振频率和接收谐振频率相匹配。
7.根据权利要求6所述的一种电动自行车无线充电桩的充电系统,其特征在于:所述发射线圈和高频激磁电路内的谐振电容串联或者并联,所述接收线圈和DC-DC整流电路中的谐振电容串联或者并联。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Patent of Xi'an Hengchang Electromagnetic Technology Co.,Ltd. The person in charge Document name: deemed notice of withdrawal |
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DD01 | Delivery of document by public notice | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190716 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |