CN111251915A - 一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置 - Google Patents

一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置 Download PDF

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Abstract

一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，属于新能源汽车充电设备技术领域。本发明解决了现有的采用动态充电方式为电动车辆充电时，因车辆运动过程中发射线圈与接收线圈对齐时间短，导致电能的传输效率低的问题。第一半轴水平套装在第一传动杆上，第一半轴为空心结构，且其内部装设有第一位置传感器及第一速度传感器，所述发射线圈装设在第一半轴平面侧的内壁，第一变频器与第一电机连接，通过第一变频器接收第一位置传感器及第一速度传感器接收的位置信号及速度信号，控制第一电机的旋转角度，进而控制第一半轴上发射线圈的旋转角度。通过实时调整发射线圈和接收线圈的相对位置，保证发射线圈与接收线圈对齐时间更长。

Description

一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置
技术领域
本发明涉及一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，属于新能源汽车充电设备技术领域。
背景技术
现有技术中，传统的静态无线充电对于汽车来说与有线充电同样存在着充电频繁、续航里程短、电池用量大且成本高昂等问题。特别是对于电动巴士一类的公交车辆。在这样的背景下，电动汽车动态无线充电技术应运而生，通过非接触的方式为行驶中的电动汽车实时地提供能量供给，现有技术中采用动态充电方式时，发射线圈和接收线圈为两个平面，且发射线圈相对于地面、接收线圈相对于车体均为固定状态，当车辆行走过程中，位于地面的发射线圈和位于车体的接收线圈上下正对时能够达到完全对齐的状态，此时传输电能的高效区最大，而当车辆继续运动，因发射线圈与接收线圈不会发生相对转动，会使得接收线圈与发射线圈无法完全对齐，而发射线圈与接收线圈对齐时间短，导致在车辆动态无线充电的过程中，传输电能的高效区瞬间变小，进而影响电能的传输效率。
发明内容
本发明是为了解决现有的采用动态充电方式为电动车辆充电时，因车辆运动过程中发射线圈与接收线圈对齐时间短，导致电能的传输效率低的问题，进而提供了一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，它包括地面发射部分及车体接收部分，其中所述地面发射部分包括发射线圈及第一传输控制组件，地面上开设有凹槽，所述第一传输控制组件包括第一半轴、第一传动杆、第一电机及第一变频器，所述第一传动杆水平布置在凹槽内且通过第一电机实现其转动，第一半轴水平套装在第一传动杆上，第一半轴为空心结构，且其内部装设有第一位置传感器及第一速度传感器，所述发射线圈装设在第一半轴平面侧的内壁，第一变频器与第一电机连接，通过第一变频器接收第一位置传感器及第一速度传感器接收的位置信号及速度信号，控制第一电机的旋转角度，进而控制第一半轴上发射线圈的旋转角度；
所述车体接收部分包括接收线圈及第二传输控制组件，所述第二传输控制组件的结构与第一传输控制组件的结构相同，它包括第二半轴、第二传动杆、第二电机、第二变频器、第二位置传感器及第二速度传感器，第二传输控制组件布置在车体的底端，通过第二变频器控制第二电机的旋转角度，进而控制第二半轴上接收线圈的旋转角度。
进一步地，每个传输控制组件还包括弧形安装壳，第一传输控制组件中的弧形安装壳配合装设在地面凹槽内，且第一传动杆的两端部分别转动穿设在弧形安装壳上，第一电机位于弧形安装壳与凹槽之间，且其输出轴与第一传动杆固接；第二传输控制组件中的弧形安装壳固定装设在车体底盘上，且第二传动杆的两端部分别转动穿设在弧形安装壳上，第二电机位于弧形安装壳的外部且与车体底盘固接，其输出轴与第二传动杆固接。
进一步地，半轴与其外部的弧形安装壳之间为间隙配合。
进一步地，半轴为金属材质。
进一步地，半轴材质为铝合金或不锈钢。
进一步地，所述凹槽为弧形凹槽。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过本申请在动态充电过程中实时调整发射线圈和接收线圈的相对位置，保证两线圈最大限度地保持平行相对，即与现有技术相比，在车辆运动过程中发射线圈与接收线圈对齐时间更长，以达到扩大无线电能传输的高效区间的目的，进而提升动态充电系统的充电性能，提高电能的传输效率。
附图说明
图1为本申请的结构示意图；
图2为电动车辆行驶过程中发射线圈与接收线圈平行状态示意图；
图3为地面发射部分的俯视示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～3说明本实施方式，一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，它包括地面发射部分及车体接收部分，其中所述地面发射部分包括发射线圈1及第一传输控制组件，地面上开设有凹槽4，所述第一传输控制组件包括第一半轴2、第一传动杆3、第一电机及第一变频器，所述第一传动杆3水平布置在凹槽4内且通过第一电机实现其转动，第一半轴2水平套装在第一传动杆3上，第一半轴2为空心结构，且其内部装设有第一位置传感器及第一速度传感器，所述发射线圈1装设在第一半轴2平面侧的内壁，第一变频器与第一电机连接，通过第一变频器接收第一位置传感器及第一速度传感器接收的位置信号及速度信号，控制第一电机的旋转角度，进而控制第一半轴2上发射线圈1的旋转角度；
所述车体接收部分包括接收线圈及第二传输控制组件，所述第二传输控制组件的结构与第一传输控制组件的结构相同，它包括第二半轴5、第二传动杆6、第二电机、第二变频器、第二位置传感器及第二速度传感器，第二传输控制组件布置在车体的底端，通过第二变频器控制第二电机的旋转角度，进而控制第二半轴5上接收线圈的旋转角度。第二传动杆6水平布置在车体底端，且通过第二电机控制其转动，第二半轴5水平套装在第二传动杆6上。
通过第二变频器接收第二位置传感器及第二速度传感器接收的位置信号及速度信号，控制第二电机的旋转角度，进而控制第二半轴5上接收线圈的旋转角度。
多组地面发射部分构成一个完整的无线充电系统，即每个地面发射部分均为一个完整的无线充电系统中的一个充电单元，每个第一半轴2里都安装有位置传感器和速度传感器，这些传感器同时与一个控制芯片信号连接，控制芯片的作用是自动控制。传感器将信号反馈给控制芯片，控制芯片输出控制信号经过第一变频器控制第一电机。每个第一电机各配备有一个第一变频器。
每个半轴对应固定套装在其所在的传动杆上，以保证其可以随着传动杆转动。当两个半轴上下正对时，第一半轴2的平面侧朝上布置，第二半轴5的平面侧朝下布置。
车体下方安装的第二电机可以连接车体自身的电源，也可以配置车载电池为其供电。
地面的第一电机优选为直接外接电源。
安装到车体底盘的第二半轴5的尺寸需要根据不同车辆类型在合理的范围内进行变动，其最大横截圆形面积通常不超过2㎡。
发射线圈1和接收线圈分别安装到旋转角度可调的第一半轴2和第二半轴5的平面侧。
变频器之间通过红外数据传输或无线射频识别控制(RFID)技术的智能遥控开关分别控制无线电能传输结构内的所有开关的启动或关闭，传输数据为传递发射线圈1与接受线圈的距离、夹角等信息。即通过变频器之间通过无线信息交互，传递发射线圈1与接受线圈的距离、夹角等信息，进而对发射线圈1和接收线圈进行角度的调整，保证两线圈始终平行，扩大无线电能传输的高效区间。
以第一传输控制组件的控制为例，当传感器检测到其服务范围内行驶向地面传输控制组件的需要充电的车辆时，先检测当前第一半轴2的旋转角度，然后根据车辆的行驶方向和速度计算出第一半轴2应该调整的角度，进而通过第一变频器驱动第一电机，第一电机通过第一传动杆3调整第一半轴2的旋转角度，不断循环此调整过程，便可以保证在汽车驶入和驶出动态充电服务范围内发射线圈1和接收线圈始终保持平行相对，扩大无线电能传输的高效区间。第二传输控制组件的控制原理与第一传输控制组件的控制原理相同。
通过本申请在动态充电过程中实时调整发射线圈1和接收线圈的相对位置，保证两线圈始终保持平行相对，以达到扩大无线电能传输的高效区间的目的，进而提升动态充电系统的充电性能。
本申请不仅适用于动态无线充电，还适用于静态无线充电，即当电动汽车非运行状态下，需要对汽车进行充电时，不必强制要求汽车上安装的接收线圈与地面的发射线圈1上下正对，只要在两个半轴能保持平行的角度范围内，均可实现高效充电。与现有技术相比，适用范围更广，传输效率更高。
每个传输控制组件还包括弧形安装壳7，第一传输控制组件中的弧形安装壳7配合装设在地面凹槽4内，且第一传动杆3的两端部分别转动穿设在弧形安装壳7上，第一电机位于弧形安装壳7与凹槽4之间，且其输出轴与第一传动杆3固接；第二传输控制组件中的弧形安装壳7固定装设在车体底盘上，且第二传动杆6的两端部分别转动穿设在弧形安装壳7上，第二电机位于弧形安装壳7的外部且与车体底盘固接，其输出轴与第二传动杆6固接。
半轴与其外部的弧形安装壳7之间为间隙配合。如此设计，保证半轴可以自由转动。
半轴为金属材质。如此设计，使其具有高强度、耐腐蚀、易传导的性能。
半轴材质为铝合金或不锈钢。
所述凹槽4为弧形凹槽4。

Claims (6)

1.一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，其特征在于：它包括地面发射部分及车体接收部分，其中所述地面发射部分包括发射线圈(1)及第一传输控制组件，地面上开设有凹槽(4)，所述第一传输控制组件包括第一半轴(2)、第一传动杆(3)、第一电机及第一变频器，所述第一传动杆(3)水平布置在凹槽(4)内且通过第一电机实现其转动，第一半轴(2)水平套装在第一传动杆(3)上，第一半轴(2)为空心结构，且其内部装设有第一位置传感器及第一速度传感器，所述发射线圈(1)装设在第一半轴(2)平面侧的内壁，第一变频器与第一电机连接，通过第一变频器接收第一位置传感器及第一速度传感器接收的位置信号及速度信号，控制第一电机的旋转角度，进而控制第一半轴(2)上发射线圈(1)的旋转角度；
所述车体接收部分包括接收线圈及第二传输控制组件，所述第二传输控制组件的结构与第一传输控制组件的结构相同，它包括第二半轴(5)、第二传动杆(6)、第二电机、第二变频器、第二位置传感器及第二速度传感器，第二传输控制组件布置在车体的底端，通过第二变频器控制第二电机的旋转角度，进而控制第二半轴(5)上接收线圈的旋转角度。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，其特征在于：每个传输控制组件还包括弧形安装壳(7)，第一传输控制组件中的弧形安装壳(7)配合装设在地面凹槽(4)内，且第一传动杆(3)的两端部分别转动穿设在弧形安装壳(7)上，第一电机位于弧形安装壳(7)与凹槽(4)之间，且其输出轴与第一传动杆(3)固接；第二传输控制组件中的弧形安装壳(7)固定装设在车体底盘上，且第二传动杆(6)的两端部分别转动穿设在弧形安装壳(7)上，第二电机位于弧形安装壳(7)的外部且与车体底盘固接，其输出轴与第二传动杆(6)固接。
3.根据权利要求2所述的一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，其特征在于：半轴与其外部的弧形安装壳(7)之间为间隙配合。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，其特征在于：半轴为金属材质。
5.根据权利要求4所述的一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，其特征在于：半轴材质为铝合金或不锈钢。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的一种用于电动汽车的高效率无线电能传输控制装置，其特征在于：所述凹槽(4)为弧形凹槽(4)。
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