CN113964956B - 一种智能换电箱无线充电控制电路及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能换电箱无线充电控制电路及装置，电路包括设置在固定座上的无线能量发射电路，设置在活动座上的无线能量中继电路以及设置在负载上的无线能量接收电路，无线能量发射电路中的无线能量发射线圈分段绕制成多个无线能量发射子线圈并分别分布在多个无线能量发射点位上；无线能量中继电路包括中继接收线圈和多个相互串联并在活动座上朝多个方向分布的无线中继发射子线圈，中继接收线圈与对应一个无线能量发射点位上无线能量发射子线圈耦合；无线能量接收电路包括一个能够与无线中继发射子线圈耦合的无线能量接收线圈。其效果是：一个逆变器能够实现多个方向多个负载的无线供电，节约硬件成本。
Description
技术领域
本发明涉及无线能量传输技术，具体地说，涉及一种智能换电箱无线充电控制电路及装置。
背景技术
随着国民节能环保意识的增强，新能源交通工具由于其对环境友好、能源来源广泛等因素越来越受到人们的喜好。对于以电作为动力能源的交通工具，例如电动汽车、电动摩托车，往往需要配套专用的电池和丰富的充电装置，才能使其更为大范围推广。
现有技术中，大部分的可互换电池充装置为固定多单元柜式充电装置，每个充电单元为空格式结构，在给电池充电时，需将每组电池分别推进对应的单元空格，并确保单元空格中的充电接头插入电池的充电接口中。
然而，为了在推入电池时充电接头和充电接口能够一次插接成功，对于电池的尺寸参数、单元空格尺寸参数、充电接口尺寸参数以及存在接头尺寸参数均存在较高的要求；此外，充电接头一般固定安装在单元空格中，电池频繁取放易造成接头变形，导致接头与充电接口不能导通，不仅易引发电池无法充电的故障，而且接头维护和更换也比较困难。
也有人提出基于无线充电方式进行电池充电，但是针对换电箱这种多负载应用场景，常规的无线充电往往需要针对每一个负载配置相应的无线充电发射电路，其逆变电源的数量要求较多，增加了系统的硬件成本和控制难度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明首先提供一种智能换电箱无线充电控制电路，通过对电路拓扑结构的改进，使其可以实现单个逆变器向多个方向的负载同时供电，且负载的接入和移出，不会对其它的负载产生过大的影响。
为实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种智能换电箱无线充电控制电路，其关键在于，包括设置在固定座上的无线能量发射电路，设置在活动座上的无线能量中继电路以及设置在负载上的无线能量接收电路，所述无线能量发射电路中的无线能量发射线圈分段绕制成多个无线能量发射子线圈并分别分布在多个无线能量发射点位上；所述无线能量中继电路包括中继接收线圈和多个相互串联并在活动座上朝多个方向分布的无线中继发射子线圈，所述中继接收线圈与对应一个无线能量发射点位上无线能量发射子线圈耦合；所述无线能量接收电路包括一个能够与所述无线中继发射子线圈耦合的无线能量接收线圈。
可选地，所述无线能量中继电路中还包括由三个电容构成的T型谐振补偿电路，其中，所述中继接收线圈连接在所述T型谐振补偿电路的前端，多个相互串联的无线中继发射子线圈连接在所述T型谐振补偿电路的后端。
可选地，所述无线能量发射电路中设置有直流电源、逆变电路以及LCC谐振补偿电路。
基于上述电路，本发明还提出一种智能换电箱无线充电装置，所述固定座的中间设置有支撑柱，所述无线能量发射线圈中的多个无线能量发射子线圈按不同的高度分段螺旋绕制在所述支撑柱上，所述活动座按多层重叠方式套接在所述支撑柱上，每一层活动座对应一个无线能量发射点位，在所述活动座的内壁上螺旋绕制所述中继接收线圈。
可选地，所述活动座呈圆盘状，在所述活动座的圆周分布有多个充电仓，每一个充电仓内布置一个无线中继发射子线圈。
可选地，所述无线中继发射子线圈为平面线圈且设置在每个充电仓的底面上，在所述活动座中相对所述中继接收线圈设置有环形磁芯，相对所述无线中继发射子线圈设置有平面磁芯。
可选地，在所述支撑柱上设置有用于安装所述活动座的转动轨道以及用于驱动所述活动座转动的驱动机构。
可选地，在所述支撑柱外侧对应每一层活动座设置有一个换电窗口，所述换电窗口的大小与活动座上每个充电仓的大小适应。
本发明的显著效果是：
在发射端采用一个逆变电路和一个原边补偿网络，通过对发射线圈的分点布置，可以实现多个位置的中继传能，每个中继节点又可以同时连接多个方向的负载，有效实现多负载无线供电，不仅节约了大量的逆变器，而且简化了设备布线接口，将其应用于智能换电箱中，改变了现有电池换电人工插接的繁琐程序，降低了插接口损坏的维护成本及其带来的安全隐患，同时满足多个电池多个方向无线充电需求。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明具体实施例中的电路原理图；
图2为本发明具体实施例中的安装结构图；
图3为本发明具体实施例中支撑柱上的绕线布局图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了本发明的第一种实施例，为了便于理解，仅仅以1×3×3的电路拓扑结构举例描述。
一种智能换电箱无线充电控制电路，包括设置在固定座上的无线能量发射电路，设置在活动座上的无线能量中继电路以及设置在负载上的无线能量接收电路，从图1可以看出，所述无线能量发射电路中的无线能量发射线圈分段绕制成3个无线能量发射子线圈并分别分布在3个无线能量发射点位上；所述无线能量中继电路包括中继接收线圈和3个相互串联并在活动座上朝3个方向分布的无线中继发射子线圈，所述中继接收线圈与对应一个无线能量发射点位上无线能量发射子线圈耦合；所述无线能量接收电路包括一个能够与所述无线中继发射子线圈耦合的无线能量接收线圈。
通常发射端采用固定设置，便于连接电源，图1中无线能量发射电路设置有直流电源、逆变电路以及电感Lf1、电容Cf1和电容Cp构成的LCC谐振补偿电路，无线能量发射线圈由三段无线能量发射子线圈串联而成，无线能量中继电路中还包括由三个电容构成的T型谐振补偿电路，其中，所述中继接收线圈连接在所述T型谐振补偿电路的前端，多个相互串联的无线中继发射子线圈连接在所述T型谐振补偿电路的后端，每个无线能量发射子线圈对应一个无线能量中继电路，每一个无线能量中继电路又扩展了3个无线中继发射子线圈，最终即可实现图1所示的1×3×3拓扑结构，从而实现单逆变器多点方向多负载的无线供电需求。
结合上述电路设计构思，本发明的另一实施例在于提供一种智能换电箱无线充电装置，如图2和图3所示，在固定座1的中间设置有支撑柱，无线能量发射线圈中的多个无线能量发射子线圈3按不同的高度分段螺旋绕制在支撑柱上，活动座2按多层重叠方式套接在支撑柱上，每一层活动座2对应一个无线能量发射点位，在所述活动座的内壁上螺旋绕制中继接收线圈4，具体实施时，活动座2设计呈圆盘状，在所述活动座2的圆周分布有多个充电仓，每一个充电仓内布置一个无线中继发射子线圈5，为了方便活动座2的转动，通常在支撑柱上设置有用于安装所述活动座2的转动轨道6以及用于驱动所述活动座转动的驱动机构。
这样设计，活动座2可以承载在转动轨道6上，驱动机构可以设为电动机构也可以设为手动机构，针对高智能型的换电箱而言，可以基于电动机构带动活动座转动，使其将电量充足的电池所对应的充电仓转动到用户的一侧。结合收费管理和使用权限的设计，在所述支撑柱外侧对应每一层活动座还可以设置一个换电窗口，所述换电窗口的大小与活动座上每个充电仓的大小适应，只有当用户付费或通过权限认证后，驱动机构将充满电的充电仓转向换电窗口，用户即可取出电池并换入电量不足的电池继续充电。
为了减小活动座2中各个线圈之间的相互影响，所述无线中继发射子线圈为平面线圈且设置在每个充电仓的底面上，在所述活动座中相对所述中继接收线圈设置有环形磁芯，相对所述无线中继发射子线圈设置有平面磁芯。
综上可以看出，本发明采用无线耦合的充电方式替代传统的插接式充电方式，无需在充电仓中设置接口或接头结构，装配的要求较低，电路布置更加简单；本发明采用旋转式结构，不仅方便电池的取放，而且能够通过一段扇形的过渡区间隔断相邻两个充电仓的相互串扰，同时在充电的过程中有利于电池散热；在充电过程中，由于能量发射子线圈与中继接收线圈构成一级耦合机构，中继发射子线圈与电池上的能量接收线圈构成二级耦合机构，因此通过一个中继发射线圈即可同时实现为多个负载供电，不仅节省了大量电器元件，降低了制造和维护成本，而且更易操控，功率也更加稳定。
最后需要说明的是，以上所揭露的技术方案仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。
Claims (7)
1.一种智能换电箱无线充电装置，其特征在于：包括智能换电箱无线充电控制电路，所述智能换电箱无线充电控制电路包括设置在固定座上的无线能量发射电路，设置在活动座上的无线能量中继电路以及设置在负载上的无线能量接收电路，所述无线能量发射电路中的无线能量发射线圈分段绕制成多个无线能量发射子线圈并分别分布在多个无线能量发射点位上；所述无线能量中继电路包括中继接收线圈和多个相互串联并在活动座上朝多个方向分布的无线中继发射子线圈，所述中继接收线圈与对应一个无线能量发射点位上无线能量发射子线圈耦合；所述无线能量接收电路包括一个能够与所述无线中继发射子线圈耦合的无线能量接收线圈，所述固定座的中间设置有支撑柱，所述无线能量发射线圈中的多个无线能量发射子线圈按不同的高度分段螺旋绕制在所述支撑柱上，所述活动座按多层重叠方式套接在所述支撑柱上，每一层活动座对应一个无线能量发射点位，在所述活动座的内壁上螺旋绕制所述中继接收线圈。
2.根据权利要求1所述的智能换电箱无线充电装置，其特征在于，所述无线能量中继电路中还包括由三个电容构成的T型谐振补偿电路，其中，所述中继接收线圈连接在所述T型谐振补偿电路的前端，多个相互串联的无线中继发射子线圈连接在所述T型谐振补偿电路的后端。
3.根据权利要求1或2所述的智能换电箱无线充电装置，其特征在于，所述无线能量发射电路中设置有直流电源、逆变电路以及LCC谐振补偿电路。
4.根据权利要求1所述的智能换电箱无线充电装置，其特征在于，所述活动座呈圆盘状，在所述活动座的圆周分布有多个充电仓，每一个充电仓内布置一个无线中继发射子线圈。
5.根据权利要求4所述的智能换电箱无线充电装置，其特征在于，所述无线中继发射子线圈为平面线圈且设置在每个充电仓的底面上，在所述活动座中相对所述中继接收线圈设置有环形磁芯，相对所述无线中继发射子线圈设置有平面磁芯。
6.根据权利要求1或4或5所述的智能换电箱无线充电装置，其特征在于，在所述支撑柱上设置有用于安装所述活动座的转动轨道以及用于驱动所述活动座转动的驱动机构。
7.根据权利要求6所述的智能换电箱无线充电装置，其特征在于，在所述支撑柱外侧对应每一层活动座设置有一个换电窗口，所述换电窗口的大小与活动座上每个充电仓的大小适应。
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